JP7226936B2 - 偏光板及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、偏光板及び光学機器に関する。

偏光板は、液晶ディスプレイ等に用いられている。近年、使用帯域の光の波長より短い周期で反射層が配列したワイヤグリッド偏光板に注目が集まっている。

例えば、特許文献１には断面形状が矩形の金属細線が配列したワイヤグリッド偏光板が記載されている。また特許文献２には、金属細線の断面形状を台形にしたワイヤグリッド偏光板が記載されている。さらに特許文献３には、金属細線の断面形状が内反り形状であるワイヤグリッド偏光板が記載されている。

特許文献１～３に記載のワイヤグリッド偏光板は、いずれも反射型のワイヤグリッド偏光板である。これに対し、吸収型のワイヤグリッド偏光板も提案されている。反射型のワイヤグリッド偏光板は特定の偏向成分の光を透過し、その他の偏向成分の光を反射する。これに対し、吸収型のワイヤグリッド偏光板は特定の偏向成分の光を透過し、その他の偏向成分の光を干渉により打ち消す。

特許文献４に記載のワイヤグリッド偏光板は、反射層の一面に誘電体層と吸収層とを有する吸収型のワイヤグリッド偏光板である。反射層で反射した光と、吸収層で反射した光と、を干渉させることで、反射光を打ち消す。特許文献４には、反射層、及び、誘電体層と吸収層とを含むグリッド先端部の形状を設計することが記載され、設計により透過率特性および反射率特性が向上することが記載されている。

特開２０１０－２３７４３７号公報 特許第５７９６５２２号公報 特許第５４７６１４２号公報 特許第６３０２０４０号公報

液晶プロジェクタ等において反射率の高い偏光板を用いると、液晶パネルの誤作動及び迷光による画質の劣化の原因となりうる。近年の液晶プロジェクタ等の高輝度化、高精細化に伴い、更なる反射率の低下が偏光板に要求されている。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光学特性に優れた偏光板及び光学機器を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

第１の態様にかかる偏光板は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、透明基板と、前記透明基板上の第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで周期的に配列された複数の凸部と、を備え、前記凸部は、反射層と、先端部と、をそれぞれ備え、前記先端部は、前記反射層より前記基板から離れた位置にあり、前記先端部は、前記基板および前記第１方向と垂直な第１切断面において、先端である第１端部から前記基板側の第２端部に向かって連続的に拡幅し、前記先端部の第１面は連続する第１曲面を含む。

上記態様にかかる偏光板の前記第１切断面において、前記先端部と前記反射層との接続部分に段差を有してもよい。

上記態様にかかる偏光板の前記第１切断面において、前記反射層の最大幅をＤ_Ｒとし、前記先端部の最大幅をＤ_Ｔとした際に、１≦Ｄ_Ｔ／Ｄ_Ｒ≦２．３の関係が成り立つ構成でもよい。

上記態様にかかる偏光板の前記第１切断面において、前記反射層は、前記反射層の中心軸に向かって窪む第２曲面を備えてもよい。

上記態様にかかる偏光板において、前記第２曲面の一部は、前記反射層の前記先端部側の第１端部と接していてもよい。

上記態様にかかる偏光板の前記第１切断面において、前記反射層の高さをＨ_Ｒとし、前記第２曲面の高さＨ_Ｃをとした際に、０．３≦Ｈ_Ｃ／Ｈ_Ｒ≦１の関係が成り立つ構成でもよい。

上記態様にかかる偏光板において、前記先端部の第１曲面は、前記先端部の前記第２端部の中心を原点とした場合に、以下の関係式（１）で近似されてもよい。
ｚ＝（－Ｄ_Ｔ ^２／４Ｈ_Ｔ）ｘ^２＋Ｈ_Ｔ …（１）
関係式（１）において、Ｄ_Ｔは前記先端部の最大幅であり、Ｈ_Ｔは前記先端部の高さである。

上記態様にかかる偏光板において、前記反射層の第２曲面は、前記反射層の幅が最小となる位置の中点を原点とした場合に、以下の関係式（２）で近似されてもよい。
ｚ^２＝（－Ｈ_Ｃ ^２＋２Ｄ_Ｃ）／４Ｄ_Ｒ ^２）ｘ^２＋（Ｄ_Ｃ／２） …（２）
関係式（２）において、Ｈ_Ｃは前記第２曲面の高さであり、Ｄ_Ｃは前記反射層の最小幅であり、Ｄ_Ｒは前記反射層の最大幅である。

第２の態様にかかる光学機器は、上記態様にかかる偏光板を備える。

上記態様にかかる偏光板及び光学機器によれば、光学特性を向上させることができる。

第１実施形態にかかる偏光板の断面模式図である。 先端部の第１面をｘｚ平面に投影した図である。 反射層の第２曲面をｘｚ平面に投影した図である。 第１実施形態にかかる偏光板における一つの凸部の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した画像である。 第１実施形態にかかる偏光板の別の例の断面図である。 実施例１、比較例１及び比較例２の偏光板の光学特性を計測した結果である。 実施例２における偏光板の光学特性を計測した結果である。 実施例３における偏光板の光学特性を計測した結果である。 実施例４における偏光板の光学特性を計測した結果である。 第１実施形態にかかる偏光板の別の例の断面模式図である。 実施例５における偏光板の光学特性を計測した結果である。 実施例６及び比較例３の光学特性を測定した結果である。

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

「偏光板」
図１は、第１実施形態にかかる偏光板１００の断面模式図である。偏光板１００は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板である。偏光板１００は、基板１０と複数の凸部２０とを備える。複数の凸部２０は、平面視で第１方向に延びる。以下、基板１０が延びる平面をｘｙ平面とし、複数の凸部２０の延びる方向をｙ方向とする。またｘｙ平面に直交する方向をｚ方向とする。図１は、偏光板１００をｘｚ平面で切断した断面図である。

偏光板１００は、凸部２０が延びるｙ方向に平行な電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰し、ｙ方向に垂直な電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過する。偏光板１００は、ｙ方向が吸収軸であり、ｘ方向が透過軸である。

（基板）
基板１０は、偏光板１００の使用帯域の波長の光に対して透明性を有する。「透明性を有する」とは、使用帯域の波長の光を１００％透過する必要はなく、偏光板としての機能を保持可能な程度に透過できればよい。基板１０の平均厚みは、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。

基板１０には、屈折率１．１～２．２の材料を用いることが好ましい。例えば、ガラス、水晶、サファイア等を用いることができる。基板１０として用いられるガラス材料の成分組成は特に制限されない。

例えばケイ酸塩ガラスは、光学ガラスとして広く流通し、安価である。また石英ガラス（屈折率１．４６）、ソーダ石灰ガラス（屈折率１．５１）は、コストが安く、透過性に優れる。これに対し水晶、サファイアは、熱伝導性に優れる。基板１０の材料は、偏光板１００に求められる性能に応じて適宜選択できる。例えば、プロジェクタの光学エンジン用の偏光板は、強い光が照射されるため、耐光性及び放熱性が要求される。そのため、基板１０には、水晶又はサファイアを用いることが好ましい。

基板１０の第１面１０ａの形状は、平坦面に限られない。例えば基板１０は、ｘｚ切断面において台形の台座１１を第１面１０ａ側に有してもよい。台座１１により第１面１０ａの形状は凹凸状となる。

台座１１は、ｙ方向に延びる。台座１１は、基板１０と空気との間の屈折率界面における屈折率変化をなだらかにし、反射を抑制する。台座１１の高さは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。台座１１の幅は、凸部２０の後述する反射層３０の幅より広いことが好ましい。台座１１は、基板１０と同一材料からなってもよく、異なる材料で構成されていてもよい。

（凸部）
凸部２０は、ｙ方向に延びる。凸部２０は、ｘ方向に周期的に配列している。隣接する凸部２０のｘ方向のピッチＰは、偏光板１００の使用帯域の波長の光より短い。例えばピッチＰは、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。ピッチＰがこの範囲内であれば、凸部２０の作製が容易になり、凸部２０の機械的安定性、及び、光学特性の安定性が高まる。

隣接する凸部２０のピッチＰは、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡により平均値として計測できる。例えば、任意の４か所において隣接する凸部２０のｘ方向の距離を測定し、その算術平均によりピッチＰが求められる。複数の凸部２０のうち任意の４か所の計測値を平均化する測定方法を、電子顕微鏡法と称する。

凸部２０は、基板１０に対して突出する。凸部２０が突出する主方向は、ｚ方向である。凸部２０のｘ方向の平均幅は、ピッチＰの２０％以上５０％以下であることが好ましい。ここで凸部２０の平均幅とは、凸部２０をｚ方向に１０分割した各点における幅の平均値を意味する。凸部２０の高さは、２５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。また凸部２０の高さを平均幅で割ったアスペクト比は、５以上１３．３以下であることが好ましい。

基板１０が水晶等の光学活性な結晶の場合は、結晶の光学軸に対して平行又は垂直な方向と凸部２０の延びる方向とを一致させることが好ましい。ここで光学軸とは、その方向に進む光の常光線（Ｏ）と異常光線（Ｅ）の屈折率の差が最小となる方向軸である。当該方向に凸部２０を延在させることで、光学特性を向上させることができる。

凸部２０は、反射層３０と先端部４０とをそれぞれ有する。図１に示す凸部２０は、基板１０側から反射層３０、先端部４０の順に積層されている。

＜先端部＞
先端部４０は、反射層３０より基板１０から離れた位置にある。先端部４０は、基板１０から遠い外表面側に先端（第１端部４０Ａ）を有する。図１に示すように、先端部４０は、ｘｚ平面で切断した第１切断面において、第１端部４０Ａから第２端部４０Ｂに向けて連続的に拡幅する。第２端部４０Ｂは、先端部４０の基板１０側の端部である。

ここで「連続的に拡幅する」とは、第１端部４０Ａから第２端部４０Ｂに向かって先端部のｘ方向の幅が、狭くならないことを意味する。すなわち、第１端部４０Ａから第２端部４０Ｂに向かって先端部のｘ方向の幅が徐々に広くなる場合、第１端部４０Ａから第２端部４０Ｂに至る途中まで先端部のｘ方向の幅が広がり、その後に一定となる場合を含む。例えば、先端部４０をｚ方向に１０分割した際に、切断幅が第１端部４０Ａから第２端部４０Ｂに向かって狭くなる部分を含まない場合、先端部４０が連続的に拡幅しているとみなせる。

ｘｚ平面における先端部４０のｘ方向の幅の変化率は、第２端部４０Ｂ側より第１端部４０Ａ側で大きいことが好ましい。

先端部４０の第１面４０ａは、第１曲面を含む。図１の先端部４０の第１面４０ａは、第１曲面をなす。先端部４０の第１面４０ａが第１曲面を含むことで、偏光板１００の透過軸反射率を低減できる。第１面４０ａにおける第１曲面は、＋ｚ方向に凸の湾曲面であることが好ましい。

図２は、先端部４０の第１面４０ａをｘｚ平面に投影した図である。図２は、先端部４０の第２端部４０Ｂの中心を原点としている。図２に示すように、一例として第１面４０ａは、以下の関係式（１）で近似できる。
ｚ＝（－Ｄ_Ｔ ^２／４Ｈ_Ｔ）ｘ^２＋Ｈ_Ｔ …（１）
上記関係式（１）において、Ｄ_Ｔは先端部４０の最大幅であり、Ｈ_Ｔは先端部４０の高さである。先端部４０は、第１端部４０Ａから第２端部４０Ｂに向かって拡幅するため、第２端部４０Ｂの幅が最大幅に該当する。先端部４０の第１面４０ａの形状が、上記関係式（１）で近似できると、偏光板１００の光学特性が向上する。

先端部４０の最大幅Ｄ_Ｔ及び先端部４０の高さＨ_Ｔは上述の電子顕微鏡法を用いて測定できる。先端部４０の最大幅Ｄ_Ｔは、ピッチＰの２０％以上５０％以下であることが好ましい。

図１に示す先端部４０は、基板１０側から誘電体層４２と、吸収層４４と、第２誘電体層４６を有する。誘電体層４２、吸収層４４及び第２誘電体層４６は、反射層３０で反射した偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を干渉により減衰する。

「誘電体層」
図１に示す誘電体層４２は、反射層３０上に積層されている。誘電体層４２は、必ずしも反射層３０と接している必要はなく、誘電体層４２と反射層３０の間に別の層が存在してもよい。誘電体層４２は、ｙ方向に帯状に延びる。誘電体層４２は、先端部４０の一部をなす。

誘電体層４２の膜厚は、吸収層４４で反射する偏光波に応じて決定できる。吸収層４４で反射した偏光波の位相と反射層３０で反射した偏光波の位相とが、半波長分だけずれるように誘電体層４２の膜厚を決定する。誘電体層４２の膜厚は、具体的には、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。当該範囲内であれば、反射した２つの偏光波の位相の関係を調整でき、干渉効果を高めることができる。誘電体層４２の膜厚は、上述の電子顕微鏡法を用いることができる。

誘電体層４２には、金属酸化物、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、氷晶石、ゲルマニウム、ケイ素、窒化ボロン、炭素又はこれらの組合わせを用いることができる。金属酸化物は、ＳｉＯ_２等のＳｉ酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、酸化ベリリウム、酸化ビスマス、酸化ボロン、酸化タンタル等が挙げられる。これらの中でも、誘電体層４２は、Ｓｉ酸化物であることが好ましい。

誘電体層４２の屈折率は、１．０より大きく２．５以下であることが好ましい。反射層３０の光学特性は、周囲の屈折率（例えば、誘電体層４２の屈折率）によっても影響を受ける。誘電体層４２の屈折率を調整することで、偏光特性を制御できる。

「吸収層」
図１に示す吸収層４４は、誘電体層４２上に積層されている。吸収層４４は、ｙ方向に帯状に延びる。吸収層４４は、先端部４０の一部をなす。

吸収層４４の膜厚は、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。吸収層４４の膜厚は、上述の電子顕微鏡法を用いることができる。

吸収層４４には、光学定数の消衰定数が零でない光吸収作用をもつ物質を１種以上用いることができる。吸収層４４には、金属材料又は半導体材料を用いることができる。吸収層４４に用いる材料は、使用帯域の光の波長範囲によって適宜選択できる。

吸収層４４に金属材料が用いられる場合、金属材料は、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ等の単体金属又はこれらのうち１種以上の元素を含む合金であることが好ましい。また吸収層４４に半導体材料が用いられる場合は、半導体材料はＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、ＺｎＯ、シリサイド材料であることが好ましい。シリサイド材料は、例えば、β－ＦｅＳｉ_２、ＭｇＳｉ_２、ＮｉＳｉ_２、ＢａＳｉ_２、ＣｒＳｉ_２、ＴａＳｉ等が挙げられる。これらの材料を吸収層４４に用いた偏光板１００は、可視光域に対して高い消光比を有する。また吸収層４４は、Ｆｅ又はＴａとＳｉとを含むことが特に好ましい。

吸収層４４が半導体材料の場合、光の吸収作用に半導体のバンドギャップエネルギーが寄与する。そのため、半導体材料のバンドギャップエネルギーは、使用帯域の波長をエネルギー換算した値以下となる。例えば、使用帯域が可視光域の場合、波長４００ｎｍ以上における吸収エネルギーにあたる３．１ｅＶ以下のバンドギャップエネルギーを有する半導体材料を用いることが好ましい。

吸収層４４は、１層に限られず２層以上で構成されていてもよい。吸収層４４が２層以上の場合は、それぞれの層の材料は異なるものでもよい。吸収層４４は、蒸着、スパッタリング法等の方法により成膜できる。

「第２誘電体層」
図１に示す第２誘電体層４６は、吸収層４４上に積層されている。第２誘電体層４６は、ｙ方向に帯状に延びる。第２誘電体層４６は、先端部４０の一部をなす。

第２誘電体層４６は、上述の誘電体層４２と同様の材料を用いることができる。第２誘電体層４６は、誘電体層４２と同一の材料からなっても、異なる材料からなってもよい。第２誘電体層４６は、Ｓｉ酸化物であることが好ましい。第２誘電体層４６の屈折率も、上述の誘電体層４２と同様の範囲であることが好ましい。第２誘電体層４６の厚みは、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。第２誘電体層４６の厚みは、上述の電子顕微鏡法を用いて測定できる。

＜反射層＞
反射層３０は、基板１０と先端部４０との間に位置する。基板１０と反射層３０との間には、別の層が挿入されていてもよい。反射層３０は、基板１０に対してｚ方向に突出し、ｙ方向に帯状に延びる。反射層３０は、ＴＥ波（Ｓ波）を反射し、ＴＭ波（Ｐ波）を透過する。

図１に示すように反射層３０は、反射層３０のｘ方向の中心軸Ｃに対して窪む第２曲面３０ａを有することが好ましい。第２曲面３０ａは、ｘ方向に凸又は凹の湾曲面であることが好ましい。

第２曲面３０ａの最も中心軸Ｃに近い部分（反射層３０の幅が最小となる位置）は、反射層３０のｚ方向の中心位置より先端部４０側に位置することが好ましい。すなわち、第２曲面３０ａは、反射層３０の先端部４０側に位置することが好ましい。

第２曲面３０ａの一部は、反射層３０の先端部４０側の第１端部３０Ａと接していることが好ましい。第２曲面３０ａが反射層３０の第１端部３０Ａと接していることで、偏光板１００の透過軸透過率を向上することができる。

図３は、反射層３０の第２曲面３０ａをｘｚ平面に投影した図である。図３は、反射層３０の幅が最小となる位置の中点を原点としている。図３に示すように、一例として第２曲面３０ａは、以下の関係式（２）で近似できる。
ｚ^２＝（－Ｈ_Ｃ ^２＋２Ｄ_Ｃ）／４Ｄ_Ｒ ^２）ｘ^２＋（Ｄ_Ｃ／２） …（２）
上記関係式（２）において、Ｈ_Ｃは第２曲面３０ａの高さであり、Ｄ_Ｃは反射層３０の最小幅であり、Ｄ_Ｒは反射層３０の最大幅である。ここで第２曲面３０ａの高さとは、第２曲面３０ａのｚ方向の幅を意味する。

また反射層３０の高さをＨ_Ｒとし、第２曲面３０ａの高さＨ_Ｃをとした際に、０．３≦Ｈ_Ｃ／Ｈ_Ｒ≦１の関係が成り立つことが好ましく、０．４≦Ｈ_Ｃ／Ｈ_Ｒ≦０．６の関係が成り立つことがより好ましい。反射層３０の全体高さＨ_Ｒに対して第２曲面３０ａの高さＨ_Ｃが上記範囲内であることで、偏光板１００の透過軸透過率が高まる。

反射層３０の最大幅Ｄ_Ｒ、最小幅Ｄ_Ｃ、高さＨ_Ｒ及び第２曲面３０ａの高さＨ_Ｃは上述の電子顕微鏡法を用いて測定できる。反射層３０の最大幅Ｄ_Ｒは、ピッチＰの２０％以上５０％以下であることが好ましい。反射層３０の高さは、例えば１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。

また反射層３０は、先端部４０との間で以下の関係を満たすことが好ましい。先端部４０と反射層３０との間の接続部分に段差Ｓを有していることが好ましい。先端部４０の幅が反射層３０の幅より広いと、偏光板１００の透過性能が向上する。

また反射層３０の最大幅Ｄ_Ｒと先端部４０の最大幅Ｄ_Ｔとは、１≦Ｄ_Ｔ／Ｄ_Ｒ≦２．３の関係を満たすことが好ましい。当該関係を満たすと、偏光板１００の吸収軸反射率が低下する。

反射層３０には、使用帯域の波長の光に対して反射性を有する材料を用いることができる。例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ等の単体金属又はこれらの合金を用いることができる。これらの中でも、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。また反射層３０は、金属に限られず、着色等により表面反射率を高めた無機膜又は樹脂膜を用いることができる。

図４は、本実施形態にかかる偏光板１００における一つの凸部２０の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した画像である。図４に示すように断面ＳＥＭ画像からも第１曲面をなす第１面４０ａを有する先端部４０と第２曲面３０ａを有する反射層３０とが確認できる。また図４に示すように、凸部２０の外表面には多少の凹凸がみられる。上記の関係式（１）及び（２）において近似できるとは、誤差として判断できる多少の凹凸を除いた理論形状に対して近似できることを意味する。

（その他の構成）
偏光板１００は、上記の構成以外の層を有してもよい。
例えば、誘電体層４２又は第２誘電体層４６と吸収層４４との間に、拡散バリア層を有してもよい。拡散バリア層は、吸収層４４における光の拡散を防止する。拡散バリア層は、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔｉ等の金属膜を用いることができる。

また偏光板１００の光の入射側に保護膜を形成してもよい。例えば、図１において＋ｚ方向から－ｚ方向に向かって光が入射する場合、基板１０の第１面１０ａ及び凸部２０の周囲を覆うように保護膜を形成する。保護膜は、誘電体層４２と同様の材料を用いることができる。保護膜は、反射層３０等の金属膜が必要以上に酸化されることを抑制する。保護膜は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）等を利用して形成できる。

また偏光板１００の光の入射側に撥水膜を形成してもよい。撥水膜は、例えば、パーフルオロデシルトリエトキシシラン（ＦＤＴＳ）等のフッ素系シラン化合物を用いることができる。撥水膜は、ＣＶＤ、ＡＬＤ等を利用して形成できる。撥水膜は、偏光板１００の耐湿性を高め、信頼性を向上する。

上述のように、本実施形態にかかる偏光板１００は、反射率が低く、透過率が高い。そのため様々な光学機器に用いることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図５は、第１実施形態にかかる偏光板の別の例の断面図である。図５に示す偏光板１０１は、反射層３２の形状が図１に示す偏光板１００と異なる。図５に示す反射層３２は、中心軸Ｃに対して窪む湾曲面を有さない。一方で、先端部４０の第１面４０ａは第１曲面をなしている。そのため、図４に示す偏光板１０１も光学特性に優れる。

「偏光板の製造方法」
偏光板の製造方法は、基板準備工程と、成膜工程と、エッチング工程とを有する。

基板準備工程では、基板１０を準備する。基板１０は市販のものを用いることができる。台座１１を形成する場合は、基板１０の上に下地層を形成する。

成膜工程では、反射層となる層、誘電体層となる層、吸収層となる層及び第２誘電体層となる層を順に積層する。これらの層は、スパッタリング法又は蒸着法を用いることができる。

エッチング工程では、成膜した各層をエッチングする。エッチングは、パターニングされたマスクを介して行う。マスクパターンは、フォトリソグラフィー法又はナノインプリント法等により形成する。エッチングは、ドライエッチングを用いることが好ましい。

先端部４０を構成する誘電体層４２、吸収層４４及び第２誘電体層４６は、エッチングレートが異なる。このエッチングレートの違いを利用することで、先端部４０の第１面４０ａの形状が第１曲面をなす。エッチングレートは、エッチングガス種、ガス流量、ガス圧、イオン又はラジカルを発生されるための出力電圧等を変えることで調整できる。

また反射層３０に第２曲面３０ａを設ける場合は、エッチングガス（Ｃｌ_２、ＢＣｌ、Ｎ_２の分圧比を変更する。またエッチング時に基板温度を変更することで、第２曲面３０ａを形成してもよい。エッチング時の基板温度により反射層３０を構成する例えばＡｌのエッチング異方性に違いが生じ、反射層３０に第２曲面３０ａが形成される。

さらに基板１０に台座１１を形成する場合は、成膜した下地層をエッチングする。ガス流量、ガス圧、イオン又はラジカルを発生されるための出力電圧及び基板１０の冷却温度等のエッチング条件を最適化することで、台座１１を形成できる。

「光学機器」
第２実施形態にかかる光学機器は、上記の第１実施形態にかかる偏光板１００、１０１を備える。光学機器は、液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、デジタルカメラ等が挙げられる。第１実施形態にかかる偏光板１００、１０１は、透過軸方向の偏光の透過率が高く、吸収軸方向の偏光の反射率が低い。そのため、種々の用途に利用可能である。また偏光板１００、１０１は無機材料により構成される。有機偏光板に比べて耐熱性が要求される液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ等に、偏光板１００、１０１は特に好適に用いられる。

光学機器が複数の偏光板を備える場合、複数の偏光板のうち少なくとも一つが第１実施形態にかかる偏光板１００、１０１であればよい。例えば、光学機器が液晶プロジェクタの場合は、液晶パネルの入射側及び出射側に偏光板は配置される。このうち一方の偏光板に、第１実施形態にかかる偏光板１００、１０１を用いる。

「実施例１、比較例１、比較例２」
実施例１、比較例１及び比較例２は、凸部の先端部の形状を変えた際の偏光板の光学特性の変化を測定した。偏光板の光学特性は、ＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis）法による電磁界シミュレーションにより検証した。シミュレーションには、Grating Solver Development社のグレーティングシミュレータGsolverV51を用いた。

（実施例１）
実施例１では、図５に示す偏光板１０１と同様の構成の偏光板を作製した。図５を基に、実施例１の偏光板の具体的な構成について説明する。

基板１０：無アルカリガラス（イーグルＸＧ、コーニング社製）
台座１１高さ：６０ｎｍ
隣接する凸部２０のピッチＰ：１４０ｎｍ
反射層３２：アルミニウム
反射層３２の最大幅Ｄ_Ｒ：３０ｎｍ
反射層３２の高さＨ_Ｒ：２５０ｎｍ
隣接する反射層３２の最短距離：１１０ｎｍ
先端部４０の最大幅Ｄ_Ｔ：５０ｎｍ
先端部４０の高さＨ_Ｔ：６０ｎｍ
先端部４０の構成：
誘電体層４２：ＳｉＯ_２、厚み５ｎｍ
吸収層４４：Ｆｅ（５ａｔｍ％）及びＳｉ（９５ａｔｍ％）、厚み２５ｎｍ
第２誘電体層４６：ＳｉＯ_２、厚み３０ｎｍ
先端部４０の断面形状：上に凸の第１曲面（第１曲面の形状は、関係式（１）で近似できる。）

（比較例１）
比較例１は、先端部４０の断面形状を矩形にした点のみが実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様とした。

（比較例２）
比較例２は、先端部４０の断面形状を三角形にした点のみが実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様とした。

図６は、実施例１、比較例１及び比較例２の偏光板の光学特性を計測した結果である。図６（ａ）は透過軸透過率Ｔｐの結果であり、図６（ｂ）は吸収軸透過率Ｔｓの結果であり、図６（ｃ）は透過軸反射率Ｒｐの結果である。測定は、波長５００ｎｍ～６００ｎｍのＧ帯域の波長の光に対する透過率又は反射率を求めた。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、透過軸透過率及び吸収軸透過率は、先端部の形状を変えても大きく変動しなかった。これに対し、図６（ｃ）に示すように、透過軸反射率は、先端部の断面形状が第１曲面をなすと低減された。

（実施例２）
実施例２は、図５に示す偏光板１０１と同様の構成の偏光板を作製した。先端部４０の最大幅Ｄ_Ｔと反射層３２の最大幅Ｄ_Ｒとの関係を変化させた場合における偏光板の光学特性の変化を測定した。光学特性は実施例１と同様の方法で測定した。反射層３２の最大幅Ｄ_Ｒを３０ｎｍで固定し、先端部４０の最大幅Ｄ_Ｔを１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、７０ｎｍ、９０ｎｍと変化させた。先端部４０の最大幅Ｄ_Ｔ以外のパラメータは実施例１と同じとした。

図７は、実施例２における偏光板の光学特性を計測した結果である。図７（ａ）は透過軸透過率の結果であり、図７（ｂ）は吸収軸反射率の結果である。測定は、波長５００ｎｍ～６００ｎｍのＧ帯域の波長の光に対する透過率又は反射率を求めた。図７に示すように、反射層３２の最大幅Ｄ_Ｒと、先端部４０の最大幅Ｄ_Ｔとが、１≦Ｄ_Ｔ／Ｄ_Ｒ≦２．３の関係を満たす際に、透過軸透過率が高く、吸収軸反射率が低くなった。

（実施例３）
実施例３は、図１に示す偏光板１００と同様の構成の偏光板を作製した。すなわち、反射層３０が第２曲面３０ａを有する点が、実施例１と異なる。第２曲面３０ａの形状は、反射層３０の中心軸に向かって下に凸の形状とし、関係式（２）で近似できるものとした。

実施例３では、反射層３０の最大幅Ｄ_Ｒと反射層３０の最小幅Ｄ_Ｃとの関係を変化させた場合における偏光板の光学特性の変化を測定した。光学特性は実施例１と同様の方法で求めた。反射層３０の最大幅Ｄ_Ｒは３０ｎｍで固定し、反射層３０の最小幅Ｄ_Ｃを１ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍと変化させた。第２曲面３０ａの高さＨ_Ｃは、５０ｎｍで固定した。反射層３０が第２曲面３０ａを備える点及びその最小幅Ｄ_Ｃ以外のパラメータは実施例１と同じとした。

図８は、実施例３における偏光板の光学特性を計測した結果である。図８は透過軸透過率の結果である。測定は、波長５００ｎｍ～６００ｎｍのＧ帯域の波長の光に対する透過率又は吸収率を求めた。図８に示すように、反射層３０が中心軸Ｃに向かって窪む第２曲面３０ａを備えることで、透過軸透過率が向上した。

（実施例４）
実施例４は、図１に示す偏光板１００と同様の構成の偏光板を作製した。実施例４は、反射層３０の高さＨ_Ｒに対する第２曲面３０ａの高さＨ_Ｃの関係を変えた点が実施例３と異なる。反射層３０の最小幅Ｄ_Ｃは１５ｎｍとした。

実施例４では、反射層３０の高さＨ_Ｒと第２曲面３０ａの高さＨ_Ｃとの関係を変化させた場合における偏光板の光学特性の変化を測定した。光学特性は実施例１と同様の方法で求めた。反射層３０の高さは２５０ｎｍで固定し、第２曲面３０ａの高さを０ｎｍ、２５ｎｍ、５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍ、１２５ｎｍ、１５０ｎｍ、２５０ｎｍと変化させた。なお第２曲面３０ａの高さが０ｎｍは、第２曲面３０ａを有さない実施例１に対応する。

図９は、実施例４における偏光板の光学特性を計測した結果である。図９は透過軸透過率の結果である。測定は、波長５００ｎｍ～６００ｎｍのＧ帯域の波長の光に対する透過率又は吸収率を求めた。図９に示すように、いずれの場合も高い透過軸透過率を示した。特に、反射層の高さＨ_Ｒと、第２曲面３０ａの高さＨ_Ｃをとが、０．３≦Ｈ_Ｃ／Ｈ_Ｒ≦１の関係を満たす場合に特に透過率透過率が向上した。

（実施例５）
実施例５は、図１０に示す偏光板１０２と同様の構成の偏光板を作製した。図１０に示す偏光板１０２は、反射層３４の形状が図１に示す偏光板１００と異なる。図１０に示す偏光板１０２は、反射層３４の第１端部３４Ａと第２曲面３０ａの端部とが接していない点が、図１に示す偏光板１００と異なる。実施例５は、反射層３４の第１端部３４Ａと第２曲面３４ａの端部との距離Ｌを変えた点が実施例３と異なる。反射層３４の最小幅Ｄ_Ｃは１５ｎｍとし、第２曲面３４ａの高さＨ_Ｃは５０ｎｍとした。

実施例５では、反射層３４の高さＨ_Ｒと、反射層３４の第１端部３４Ａと第２曲面３４ａの端部との距離Ｌと、の関係を変化させた場合における偏光板の光学特性の変化を測定した。光学特性は実施例１と同様の方法で求めた。反射層３４の高さＨ_Ｒは２５０ｎｍで固定し、第１端部３４Ａと第２曲面３４ａの端部との距離Ｌを、０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍと変化させた。

図１１は、実施例５における偏光板の光学特性を計測した結果である。図１１は透過軸透過率の結果である。測定は、波長５００ｎｍ～６００ｎｍのＧ帯域の波長の光に対する透過率又は吸収率を求めた。図１１に示すように、第１端部３４Ａと第２曲面３４ａの端部との距離Ｌが近づくにつれ、透過軸透過率は向上した。第２曲面３４ａの一部が、反射層３４の第１端部３４Ａと接しているときに、透過軸透過率は特に向上した。

（実施例６、比較例１）
実施例６は、図１に示す偏光板１００と同様の構成の偏光板を作製した。具体的な構成は以下とした。

基板１０：無アルカリガラス（イーグルＸＧ、コーニング社製）
台座１１高さ：６０ｎｍ
隣接する凸部２０のピッチＰ：１４０ｎｍ
反射層３０：アルミニウム
反射層３０の最大幅Ｄ_Ｒ：３０ｎｍ
反射層３０の最小幅Ｄ_Ｃ：２５ｎｍ
反射層３０の高さＨ_Ｒ：２５０ｎｍ
第２曲面３０ａの高さＨ_Ｃ：１２５ｎｍ
第２曲面３０ａの形状：中心軸に向かって下に凸の形状（関係式（２）で近似できる）
隣接する反射層３０の最短距離：１１０ｎｍ
先端部４０の最大幅Ｄ_Ｔ：３０ｎｍ
先端部４０の高さＨ_Ｔ：６０ｎｍ
先端部４０の構成：
誘電体層４２：ＳｉＯ_２、厚み５ｎｍ
吸収層４４：Ｆｅ（５ａｔｍ％）及びＳｉ（９５ａｔｍ％）、厚み２５ｎｍ
第２誘電体層４６：ＳｉＯ_２、厚み３０ｎｍ
先端部４０の断面形状：上に凸の第１曲面（第１曲面の形状は、関係式（１）で近似できる）

比較例３は、先端部４０の断面形状を矩形にした点のみが実施例６と異なる。その他の条件は、実施例６と同様とした。

実施例６及び比較例３の波長ごとの光学特性を測定した。図１２は、実施例６及び比較例３の光学特性を測定した結果である。図１２（ａ）は透過軸透過率の結果であり、図１２（ｂ）は吸収軸透過率の結果であり、図１２（ｃ）は透過軸反射率の結果であり、図１２（ｄ）は反射軸反射率の結果である。図示点線が実施例６の結果であり、図示実線が比較例３の結果である。先端部４０の断面形状が第１曲面であることで、偏光板の光学特性が向上することが確認できる。表１に、図１２における波長５２０～５９０ｎｍの結果を抜き出した。

１０ 基板
１０ａ 第１面
１１ 台座
２０ 凸部
３０、３２、３４ 反射層
３０ａ、３４ａ 第２曲面
３０Ａ、３４Ａ 第１端部
４０ 先端部
４０Ａ 第１端部
４０Ｂ 第２端部
４０ａ 第１面
４２ 誘電体層
４４ 吸収層
４６ 第２誘電体層
１００、１０１、１０２ 偏光板

Claims (7)

1. ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、
   透明基板と、
   前記透明基板上の第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで周期的に配列された複数の凸部と、を備え、
   前記凸部は、反射層と、先端部と、をそれぞれ備え、
   前記先端部は、前記反射層より前記基板から離れた位置にあり、
   前記先端部は、前記基板および前記第１方向と垂直な第１切断面において、先端である第１端部から前記基板側の第２端部に向かって連続的に拡幅し、
   前記先端部の、前記第１端部から前記第２端部の第１面は連続する第１曲面からなり、
   前記先端部と前記反射層との接続部分に、前記先端部の幅が前記反射層の幅より広くなるように段差を有し、
   前記第１切断面において、前記反射層の最大幅をＤ _Ｒ とし、前記先端部の最大幅をＤ _Ｔ とした際に、１≦Ｄ _Ｔ ／Ｄ _Ｒ ≦２．３の関係が成り立つ、偏光板。
2. 前記第１切断面において、前記反射層は、前記反射層の中心軸に向かって窪む第２曲面を備える、請求項１に記載の偏光板。
3. 前記第２曲面の一部は、前記反射層の前記先端部側の第１端部と接している、請求項２に記載の偏光板。
4. 前記第１切断面において、前記反射層の高さをＨ_Ｒとし、前記第２曲面の高さＨ_Ｃをとした際に、０．３≦Ｈ_Ｃ／Ｈ_Ｒ≦１の関係が成り立つ、請求項２又は３に記載の偏光板。
5. 前記先端部の第１曲面は、前記先端部の前記第２端部の中心を原点とした場合に、以下の関係式（１）で表わされる、請求項１～４のいずれか一項に記載の偏光板；
   ｚ＝（－４Ｈ_Ｔ／Ｄ_Ｔ ^２）ｘ^２＋Ｈ_Ｔ …（１）
   関係式（１）において、Ｄ_Ｔは前記先端部の最大幅であり、Ｈ_Ｔは前記先端部の高さである。
6. 前記先端部は、誘電体層と、吸収層と、第２誘電体層と、を前記基板に近い側から順に有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の偏光板。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の偏光板を備える、光学機器。

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