JP7237057B2 - Polarizing element - Google Patents

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Description

本発明は、強い光に対する耐久性を有する偏光素子に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polarizing element having durability against strong light.

液晶表示装置はその画像形成原理から液晶パネル表面に偏光板を配置する事が必要不可欠である。偏光板の機能は、直交する偏光成分(いわゆるP偏光波、S偏光波)の片方を吸収し他方を透過させる事である。このような偏光板として従来フィルム内にヨウ素系や染料系の高分子有機物を含有させた二色性の偏光板が多く用いられている。 From the image forming principle of the liquid crystal display device, it is essential to dispose a polarizing plate on the surface of the liquid crystal panel. The function of the polarizing plate is to absorb one of orthogonal polarized components (so-called P-polarized wave and S-polarized wave) and transmit the other. As such a polarizing plate, a dichroic polarizing plate in which an iodine-based or dye-based polymer organic substance is contained in a film has been widely used.

二色性の偏光板の一般的な製法として、ポリビニルアルコール系フィルムとヨウ素などの二色性材料で染色を行った後、架橋剤を用いて架橋を行い、一軸延伸する方法が用いられる。このように延伸により作製されるため、一般にこの種の偏光板は収縮し易い。またポリビニルアルコール系フィルムは親水性ポリマーを使用していることから、特に加湿条件下においては非常に変形し易い。また根本的にフィルムを用いるためデバイスとしての機械的強度が弱い。これを避けるため透明保護フィルムを接着する方法が用いられることがある。 As a general method for producing a dichroic polarizing plate, a polyvinyl alcohol film and a dichroic material such as iodine are dyed, then crosslinked with a crosslinking agent, and uniaxially stretched. Since this type of polarizing plate is produced by stretching in this way, it generally tends to shrink. Moreover, since the polyvinyl alcohol film uses a hydrophilic polymer, it is very easily deformed especially under humidified conditions. In addition, since a film is fundamentally used, the mechanical strength as a device is weak. To avoid this, a method of adhering a transparent protective film is sometimes used.

ところで近年、液晶表示装置はその用途が拡大し高機能化している。それに伴い液晶表示装置を構成する個々のデバイスに対して高い信頼性、耐久性が求められる。例えば透過型液晶プロジェクターのような光量の大きな光源を使用する液晶表示装置の場合には偏光板は強い輻射線を受ける。よって、これらに使用される偏光板には優れた耐熱性が必要となる。しかしながら、上記のようなフィルムベースの偏光板は有機物であることからこれらの特性を上げることにはおのずと限界がある。 By the way, in recent years, the applications of liquid crystal display devices have expanded and their functions have become higher. Accordingly, high reliability and durability are required for individual devices constituting the liquid crystal display device. For example, in the case of a liquid crystal display device using a light source with a large amount of light, such as a transmissive liquid crystal projector, the polarizing plate receives strong radiation. Therefore, the polarizing plates used for these are required to have excellent heat resistance. However, since the film-based polarizing plate as described above is an organic material, there is a limit to improving these properties.

この問題に対して、米国コーニング社よりPolarcorという商品名で耐熱性の高い無機偏光板が販売されている。この偏光板は銀微粒子をガラス内に拡散させた構造をしており、フィルム等の有機物を使用しておらず、その原理は島状微粒子のプラズマ共鳴を利用するものである。すなわち、貴金属や遷移金属の島状粒子に光が入射した時の表面プラズマ共鳴による光吸収を利用するものであり、吸収波長は、粒子形状、周囲の誘電率の影響を受ける。ここで島状微粒子の形状を楕円形にすると長軸方向と短軸方向の共鳴波長が異なり、これにより偏向特性が得られ、具体的には長波長側での長軸に平行な偏光成分を吸収し、短軸と平行な偏光成分を透過させるという偏光特性が得られる。しかしながら、Polarcorの場合、偏光特性が得られる波長域は赤外部に近い領域であり、液晶表示装置で求められるような可視光域をカバーしていない。これは島状微粒子に用いられている銀の物理的性質によるものである。 In order to address this problem, Corning Inc. of the United States sells an inorganic polarizing plate with high heat resistance under the trade name of Polarcor. This polarizing plate has a structure in which silver fine particles are diffused in glass, does not use an organic substance such as a film, and is based on the principle of plasma resonance of island-like fine particles. That is, it utilizes light absorption due to surface plasma resonance when light is incident on island-like particles of noble metals or transition metals, and the absorption wavelength is affected by the shape of the particles and the dielectric constant of the surroundings. Here, if the shape of the island-like fine particles is made elliptical, the resonance wavelengths in the major axis direction and the minor axis direction are different, and this provides polarization characteristics. A polarizing characteristic of absorbing and transmitting a polarized component parallel to the short axis is obtained. However, in the case of Polarcor, the wavelength range in which polarization characteristics are obtained is a range near the infrared region, and does not cover the visible light range required for liquid crystal display devices. This is due to the physical properties of silver used for the island-like fine particles.

特許文献1には、上記の原理を応用し熱還元によりガラス中に微粒子を析出させることによるUV偏光板が示されており、具体例に金属微粒子として銀を用いることが提示されている。この場合は、先のPolarcorとは逆に短軸方向での吸収を用いるものと考えられる。Figure1に示されているように400nm付近でも偏光板として機能はしているが消光比が小さくかつ吸収できる帯域が非常に狭いので、仮にPolarcorと特許文献1の技術を組み合わせたとしても可視光全域をカバーできる偏光板にはならない。 Patent Literature 1 discloses a UV polarizing plate in which fine particles are deposited in glass by thermal reduction by applying the above principle, and it is proposed to use silver as metal fine particles as a specific example. In this case, it is considered that the absorption in the short axis direction is used contrary to the above Polarcor. As shown in Figure 1, it functions as a polarizing plate around 400 nm, but the extinction ratio is small and the absorption band is very narrow. It cannot be a polarizing plate that can cover

また、非特許文献1には、金属島状微粒子のプラズマ共鳴を使った無機偏光板の理論解析が述べられている。この文献によればアルミニウム微粒子は銀微粒子より共鳴波長が200nm程度短く、このためアルミニウム微粒子を用いることで可視光域をカバーする偏光板を製作できる可能性があることが記述されている。 Non-Patent Document 1 describes a theoretical analysis of an inorganic polarizing plate using plasma resonance of metal island-like fine particles. According to this document, the resonance wavelength of fine aluminum particles is about 200 nm shorter than that of silver fine particles, and it is described that there is a possibility that a polarizing plate covering the visible light range can be manufactured by using aluminum fine particles.

また特許文献2には、アルミニウム微粒子を使った偏光板の幾つかの作成方法が示されている。その中でケイ酸塩をベースとしたガラスではアルミニウムとガラスが反応するので基板としては望ましくなくカルシウム・アルミノ硼酸塩ガラスが適している記述されている(段落0018,0019)。しかし、ケイ酸塩を使用したガラスは光学ガラスとして広く流通しており、信頼性の高い製品を安価に入手でき、これが適さないという事は経済的に好ましくない。またレジストパターンをエッチングすることで島状粒子を形成する方法が述べられている(段落0037,0038)。通常プロジェクターで使用する偏光板は数cm程度の大きさが必要でかつ高い消光比が要求される。従って、可視光用偏光板を目的とした場合、レジストパターンサイズは可視光波長より充分に短い、すなわち数十ナノメートルの大きさが必要であり、またかつ高い消光比を得るためにはパターンを高密度に形成する必要がある。またプロジェクター用として使用する場合には大面積が必要である。しかしながら記述されているようなリソグラフィにより高密度微細パターン形成を応用する方法では、そのようなパターンを得るために電子ビーム描画などを用いる必要がある。電子ビーム描画は個々のパターンを電子ビームより描く方法であり生産性が悪く実用的でない。 Further, Patent Document 2 discloses several methods of producing a polarizing plate using fine aluminum particles. Among them, it is described that glass based on silicate is not preferable as a substrate because aluminum reacts with glass, and calcium aluminoborate glass is suitable (paragraphs 0018 and 0019). However, glass using silicate is widely distributed as optical glass, and a highly reliable product can be obtained at a low cost. Also, a method of forming island-like particles by etching a resist pattern is described (paragraphs 0037 and 0038). A polarizing plate normally used in a projector is required to have a size of several centimeters and a high extinction ratio. Therefore, when a polarizing plate for visible light is intended, the resist pattern size must be sufficiently shorter than the wavelength of visible light, that is, a size of several tens of nanometers. It must be formed in high density. Also, when used for a projector, a large area is required. However, in the method of applying high-density fine patterning by lithography as described, it is necessary to use electron beam writing or the like to obtain such patterns. Electron beam writing is a method of writing individual patterns using an electron beam, and is not practical due to poor productivity.

また特許文献2には、アルミニウムを塩素プラズマにより除去すると記述されているが、通常そのようにエッチングした場合にはアルミニウムパターンの側壁に塩化物が付着する。市販のウエットエッチング液(例えば東京応化工業のSST-A2)により除去可能であるが、アルミ塩化物に反応するこのような薬液はアルミニウムにもエッチング速度は遅いながらも反応はするので、述べられているような方法で所望のパターン形状を実現する事は難しい。 Further, Patent Document 2 describes that aluminum is removed by chlorine plasma, but normally chloride adheres to the sidewalls of the aluminum pattern when such etching is performed. It can be removed by a commercially available wet etchant (for example, Tokyo Ohka Kogyo SST-A2). It is difficult to realize a desired pattern shape by such a method.

さらに特許文献2には、別な方法として、パターン化されたフォトレジスト上に斜め成膜によりアルミニウムを堆積しフォトレジストを除去する方法が記述されている(段落0045,0047)。しかしこのような方法では、基板とアルミニウムの密着性を得るために、ある程度基板面にもアルミニウムを堆積する必要があるものと考えられる。しかしこれは堆積したアルミニウム膜の形状が段落0015に記述されている適当な形状である扁長の楕円体を含む扁長の球体とは異なる事を意味する。また、段落0047には表面に垂直な異方性エッチングにより過沈積分を除去すると記述されている。偏光板として機能させるにはアルミニウムの形状異方性は極めて重要である。従ってレジスト部と基板面に堆積するアルミニウムの量をエッチングにより所望の形状が得られるように調整する必要があると考えられるが、段落0047に記述されているような0.05μmというサブミクロン以下のサイズでこれらを制御する事は非常に困難と考えられ、生産性の高い製作方法として適しているか疑問である。また偏光板の特性として透過軸方向は高い透過率が求められるが、通常基板にガラスを用いる場合ガラス界面から数%の反射は避けられず、これに対する対策がなされておらず高い透過率を得ることが難しい。 Furthermore, Patent Document 2 describes another method of depositing aluminum on a patterned photoresist by oblique film formation and removing the photoresist (paragraphs 0045 and 0047). However, in such a method, it is considered necessary to deposit aluminum on the substrate surface to some extent in order to obtain adhesion between the substrate and aluminum. However, this means that the shape of the deposited aluminum film is different from prolate spheres, including prolate ellipsoids, which are suitable shapes as described in paragraph 0015. Paragraph 0047 describes removing the overprecipitation by anisotropic etching perpendicular to the surface. The shape anisotropy of aluminum is extremely important for functioning as a polarizing plate. Therefore, it is considered necessary to adjust the amount of aluminum deposited on the resist portion and the substrate surface so that the desired shape can be obtained by etching. It is considered very difficult to control these by size, and it is doubtful whether it is suitable as a highly productive manufacturing method. In addition, high transmittance in the direction of the transmission axis is required as a characteristic of polarizing plates, but when glass is used as a substrate, reflection of several percent from the glass interface cannot be avoided, and no countermeasures have been taken to achieve high transmittance. difficult.

また特許文献3には、斜め蒸着による偏光板について記述されている。この方法は使用帯域の波長に対して透明及び不透明な物質を斜め蒸着により微小柱状構造を製作することで偏光特性を得るものであり、特許文献1と異なり簡便な方法で微細パターンを得られるため生産性の高い方法と考えられるが問題点もある。すなわち、始めに形成される使用帯域に対し不透明な物質の微小柱状構造のアスペクト比、個々の微小柱状構造の間隔、直線性は良好な偏光特性を得るために重要な要素であり特性の再現性の観点からも意図的に制御されるべきものであるが、この方法では蒸着粒子の初期堆積層の影となる部分に次に飛来する蒸着粒子が堆積しないことにより柱状構造が得られるという現象を利用しているため、上記の項目を意図的に制御することが難しかった。これを改善する方法として、蒸着前にラビング処理により基板に研磨痕を設ける方法が記述されているが、一般的には蒸着膜の粒子径は最大でも数十nm程度の大きさであり、このような粒子の異方性を制御するにはサブミクロン以下のピッチを研磨により意図的に製作する必要があった。しかし一般の研磨シート等ではサブミクロン程度が限界でありそのような微細な研磨痕を製作することは容易でない。また前記のようにAl微粒子の共鳴波長は周りの屈折率に大きく依存しこの場合の透明及び不透明な物質の組み合わせが重要であるが、特許文献3には可視光域で良好な偏光特性を得るための組み合わせについて記述がされていない。また特許文献1と同様に通常基板としてガラスを用いる場合、ガラス界面から数%の反射は避けられず、これに対する対策がなされていなかった。 Further, Patent Document 3 describes a polarizing plate formed by oblique vapor deposition. This method obtains polarization characteristics by fabricating a micro-columnar structure by oblique vapor deposition of materials that are transparent and opaque with respect to the wavelength of the band used. Although it is considered to be a highly productive method, there are problems. That is, the aspect ratio of the micro-columnar structure of the opaque substance to the initially formed operating band, the interval between the individual micro-columnar structures, and the linearity are important factors for obtaining good polarization characteristics, and reproducibility of the characteristics. However, in this method, there is a phenomenon that a columnar structure is obtained due to the fact that the deposition particles that come next do not deposit in the shadow of the initial deposition layer of the deposition particles. It was difficult to intentionally control the above items. As a method for improving this, a method of forming polishing marks on the substrate by rubbing treatment before vapor deposition is described, but generally the particle diameter of the vapor deposited film is about several tens of nanometers at maximum. In order to control the anisotropy of such particles, it was necessary to intentionally produce a pitch of submicron or less by polishing. However, with a general abrasive sheet, etc., the submicron level is the limit, and it is not easy to produce such fine polishing marks. In addition, as described above, the resonance wavelength of Al fine particles greatly depends on the refractive index of the surroundings, and in this case, the combination of transparent and opaque substances is important. There is no description of the combination for Further, as in Patent Document 1, when glass is used as a substrate, reflection of several percent from the glass interface is unavoidable, and no countermeasures have been taken.

また非特許文献2には、Lamipolと称する赤外通信用の偏光板についての記述されている。これはAlとSiO2の積層構造をしており、この文献によれば非常に高い消光比を示す。また非特許文献3には、Lamipolの光吸収を担うAlの代わりにGeを使うことで波長1μm以下で高い消光比を実現できることが述べられている。また同資料中のFig3からTe(テルル)も高い消光比が得られることが期待できる。このようにLamipolは高い消光比が得られる吸収型偏光板であるが、吸光物質と透過性物質の積層厚が受光面の大きさとなるために数cm角の大きさが必要なプロジェクター用途の偏光板には向かない。 Non-Patent Document 2 describes a polarizing plate for infrared communication called Lamipol. It has a laminated structure of Al and SiO 2 and according to this document exhibits a very high extinction ratio. Non-Patent Document 3 describes that a high extinction ratio can be realized at a wavelength of 1 μm or less by using Ge instead of Al responsible for light absorption in Lamipol. Also, from Fig. 3 in the same material, Te (tellurium) can be expected to have a high extinction ratio. As described above, Lamipol is an absorptive polarizing plate that can obtain a high extinction ratio. Not suitable for boards.

特許文献4には、ワイヤグリッド型偏光板が開示されている。これは、基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで金属細線を形成したもので、金属細線と平行とする偏光成分の光を反射し、直交する偏光成分を透過させる事で所定の偏光特性を出現させる。 Patent Document 4 discloses a wire grid polarizing plate. This is a substrate on which fine metal wires are formed at a pitch smaller than the wavelength of light in the operating band. Make the polarizing properties appear.

また特許文献5には、ワイヤグリッド型偏光素子を金属格子上に誘電層/金属層を形成し、計3層とする事で金属格子から反射した光を干渉効果により打ち消す事により、一般には反射型であるワイヤグリッドを吸収型として用いる方法が開示されている。このような多層構造で得られる光学特性を利用し吸収型偏光板として使用する場合には、誘電層上に形成される金属層の膜厚及び光学特性が所望の特性を得るために重要な要素となると考えられるが当該特許ではそれが考慮されていない。すなわち当該特許ではこの点について記述されておらず詳細は不明であるが、記述されているような干渉効果を得るためには上部金属層を光が通過する必要がある。光が通過するという事はその過程で光の一部が上部金属膜で吸収される事を意味する。吸収があると透過軸方向の透過率が下がり、これは偏光透過軸の特性としては望ましくなく、特に可視域で高い透過率が要求される液晶表示装置においては好ましくない。すなわち吸収効果を持つ偏光板は、本質的に吸収層の光学異方性の制御しなければ機能せず、偏光板として応用する事は実用上難しい。 In addition, in Patent Document 5, a wire grid type polarizing element is formed by forming a dielectric layer/metal layer on a metal grid, and by forming a total of three layers, the light reflected from the metal grid is canceled by an interference effect. A method of using a wire grid mold as an absorption mold is disclosed. When using the optical properties obtained from such a multilayer structure as an absorptive polarizing plate, the film thickness and optical properties of the metal layer formed on the dielectric layer are important factors for obtaining the desired properties. Although it is thought that it becomes, it is not considered in the said patent. That is, although the patent does not address this point and the details are unclear, light must pass through the upper metal layer in order to obtain the interference effect as described. Passing light means that part of the light is absorbed by the upper metal film in the process. If there is absorption, the transmittance in the direction of the transmission axis decreases, which is not desirable in terms of the characteristics of the polarization transmission axis, particularly in liquid crystal displays that require high transmittance in the visible region. In other words, a polarizing plate having an absorption effect essentially does not function unless the optical anisotropy of the absorbing layer is controlled, and it is practically difficult to apply it as a polarizing plate.

また特許文献6には、半導体ナノロッドをガラス中に分散させた無機偏光板について記載されている。可視光域で良好な偏光特性を得られる事が記載されているが、これは前記コーニング社のPolarcorと同様の手法で製作されるために延伸工程が必要となり大型化が難しい。 Patent Document 6 describes an inorganic polarizing plate in which semiconductor nanorods are dispersed in glass. It is described that good polarization characteristics can be obtained in the visible light region, but since this is manufactured by the same method as Polarcor manufactured by Corning, it requires a stretching process and is difficult to increase in size.

米国特許第6772608号明細書U.S. Pat. No. 6,772,608 特開2000-147253号公報JP-A-2000-147253 特開2002-372620号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-372620 米国特許第6122103号明細書U.S. Pat. No. 6,122,103 米国特許第6813077号明細書U.S. Pat. No. 6,813,077 特開2006-323119号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-323119

J.Opt.Soc.Am.A Vol.8,No.4 619-624J. Opt. Soc. Am. A Vol. 8, No. 4 619-624 Applied Optics Vol.25 No.2 1986 311-314Applied Optics Vol. 25 No. 2 1986 311-314 J. Lightwave Tec. Vol.15 No.6 1997 1042-1050J. Lightwave Tec. Vol. 15 No. 6 1997 1042-1050 ナノ粒子オプトサイエンスの展開 応用物理 第73巻 第7号 2004Development of Nanoparticle Optoscience Applied Physics Vol.73 No.7 2004 J. Microelectromechanical Systems Vol.10 No.1 2001 33-40J. Microelectromechanical Systems Vol. 10 No. 1 2001 33-40

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、可視光域で所望の消光比をもち、強い光に対する耐光特性のある偏光素子及び該偏光素子を用いた液晶プロジェクターを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and provides a polarizing element having a desired extinction ratio in the visible light range and light resistance properties against strong light, and a liquid crystal projector using the polarizing element. intended to

本発明によれば、可視光に対し透明な基板と、金属からなり前記基板上に一方向に延びた帯状薄膜が一定間隔に設けられてなる反射層と、前記反射層上に形成された誘電体層と、前記基板と前記反射層との間に設けられた反射防止層と、を備える、偏光素子が提供される。 According to the present invention, a substrate that is transparent to visible light, a reflective layer that is made of a metal and has band-shaped thin films that extend in one direction on the substrate and is provided at regular intervals, and a dielectric layer that is formed on the reflective layer. A polarizing element is provided comprising a body layer and an antireflection layer provided between the substrate and the reflective layer.

また本発明によれば、光源と、液晶パネルと、入射側偏光板と、出射側偏光板と、を備え、前記入射側偏光板又は前記出射側偏光板のいずれかは、可視光に対し透明な基板と、金属からなり前記基板上に一方向に延びた帯状薄膜が一定間隔に設けられてなる反射層と、前記反射層上に形成された誘電体層と、前記基板と前記反射層との間に設けられた反射防止層と、を有する、透過型液晶プロジェクターが提供される。 Further, according to the present invention, a light source, a liquid crystal panel, an incident-side polarizing plate, and an output-side polarizing plate are provided, and either the incident-side polarizing plate or the output-side polarizing plate is transparent to visible light. a reflective layer made of a metal and having strip-shaped thin films extending in one direction on the substrate at regular intervals; a dielectric layer formed on the reflective layer; and the substrate and the reflective layer. and an antireflection layer disposed between.

本発明の偏光素子によれば、可視光域で所望の消光比を持ちつつ、従来の偏光素子よりも耐久性の高いものを提供することができる。
また本発明の液晶プロジェクターによれば、強い光に対して優れた耐光特性をもつ偏光素子を備えるので、信頼性の高い液晶プロジェクターを実現することができる。
According to the polarizing element of the present invention, it is possible to provide a polarizing element having a desired extinction ratio in the visible light range and having higher durability than conventional polarizing elements.
Further, according to the liquid crystal projector of the present invention, since the polarizing element has excellent light resistance against strong light, it is possible to realize a highly reliable liquid crystal projector.

本発明に係る偏光素子の第1の実施の形態における構成を示す概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic which shows the structure in 1st Embodiment of the polarizing element which concerns on this invention. 基板の凹凸部の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of an uneven portion of a substrate; 本発明に係る偏光素子表面の凹凸形状を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the uneven shape of the surface of the polarizing element according to the present invention; 斜めスパッタ成膜の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of diagonal sputtering film-forming. 本発明に係る偏光素子の第2の実施の形態における構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a second embodiment of a polarizing element according to the present invention; 図5に示した偏光素子の作用を説明する図である。6A and 6B are diagrams for explaining the action of the polarizing element shown in FIG. 5; FIG. 図5に示した偏光素子の構成の変形例を示す概略側断面図である。6 is a schematic side cross-sectional view showing a modification of the configuration of the polarizing element shown in FIG. 5; FIG. 図5に示した偏光素子の出射面迷光対策例(1)を示す図である。6 is a diagram showing an example (1) of countermeasures against output surface stray light of the polarizing element shown in FIG. 5; FIG. 図5に示した偏光素子の出射面迷光対策例(2)を示す図である。6 is a diagram showing an example (2) of countermeasures against output surface stray light of the polarizing element shown in FIG. 5; FIG. 本発明に係る偏光素子の第2の実施の形態のバリエーションの構成を示す概略図である。It is a schematic diagram showing a configuration of a variation of the second embodiment of the polarizing element according to the present invention. 図10に示した構成の偏光素子における出射面迷光対策例(1)を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an output surface stray light countermeasure example (1) in the polarizing element having the configuration shown in FIG. 10 ; 図10に示した構成の偏光素子における出射面迷光対策例(2)を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an output surface stray light countermeasure example (2) in the polarizing element having the configuration shown in FIG. 10 ; 本発明に係る液晶プロジェクターの光学エンジン部分の構成を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical engine portion of the liquid crystal projector according to the present invention; FIG. 静止した基板に対するGeの斜めスパッタ成膜を行う方法の説明図と成膜したGe膜の光学定数の測定結果を示す図である。FIG. 2 is an explanatory view of a method of obliquely sputter-depositing Ge on a stationary substrate, and a view showing measurement results of optical constants of the deposited Ge film; 回転する基板に対するGeのスパッタ成膜(垂直方向からの入射)を行う方法の説明図と成膜したGe膜の光学定数の測定結果を示す図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a method of sputter-depositing Ge onto a rotating substrate (injection from the vertical direction), and a diagram showing measurement results of optical constants of the deposited Ge film; スパッタ成膜したSi膜の光学定数の測定結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing measurement results of optical constants of a Si film deposited by sputtering; 光学異方性を有するGe膜の偏光透過特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing polarized light transmission characteristics of a Ge film having optical anisotropy; 実施例2のサンプル構成を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a sample configuration of Example 2; 実施例2の光学特性の結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of optical properties of Example 2; 実施例3の光学特性の結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of optical properties of Example 3; Agからなり光学異方性を有する無機微粒子層の光学定数を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing optical constants of an inorganic fine particle layer made of Ag and having optical anisotropy. 図21の無機微粒子層を有する偏光素子の偏光透過特性を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing polarized light transmission characteristics of a polarizing element having the inorganic fine particle layer of FIG. 21; 平板上の無機微粒子層の表面組織を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the surface texture of an inorganic fine particle layer on a flat plate; 図3(c)に示す構成の偏光素子サンプルの偏光特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the polarization characteristics of the polarizing element sample having the configuration shown in FIG. 3(c); 図3(c)に示す構成の偏光素子サンプル断面の元素分布マッピング図である。It is an element distribution mapping diagram of the cross section of the polarizing element sample having the configuration shown in FIG. 3(c). 図3(c)に示す構成の偏光素子サンプルにおける無機微粒子層の観察結果のスケッチ図である。FIG. 4 is a sketch diagram of observation results of an inorganic fine particle layer in the polarizing element sample having the configuration shown in FIG. 3(c). 図3(c)に示す構成の偏光素子サンプルにおける無機微粒子層の電子線回折像である。4 is an electron beam diffraction image of the inorganic fine particle layer in the polarizing element sample having the configuration shown in FIG. 3(c). 図5に示す構成の偏光素子サンプルの偏光特性を示す図である。6 is a diagram showing polarization characteristics of a polarizing element sample having the configuration shown in FIG. 5. FIG. 図5に示す構成の偏光素子サンプルの透過コントラストを示す図である。6 is a diagram showing the transmission contrast of the polarizing element sample having the configuration shown in FIG. 5; FIG. 図5に示す構成の偏光素子サンプルにおける無機微粒子層の観察結果のスケッチ図である。6 is a sketch diagram of observation results of an inorganic fine particle layer in the polarizing element sample having the configuration shown in FIG. 5. FIG. 図5に示す構成の偏光素子サンプルを上から見たSEM像である。6 is an SEM image of the polarizing element sample having the configuration shown in FIG. 5 viewed from above. 斜めスパッタ成膜における無機微粒子の長径と膜厚との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the length|longer_axis of an inorganic fine particle, and a film thickness in oblique sputtering film-forming. 光学特性シミュレーションにおける偏光素子の前提条件を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing preconditions of a polarizing element in optical property simulation; 無機微粒子層の構成材料がGe微粒子、Ge薄膜である場合の偏光素子の光学特性を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing optical characteristics of a polarizing element in the case where the constituent material of the inorganic fine particle layer is Ge fine particles and a Ge thin film; 平板上に基板傾斜角θを変化させて斜めスパッタ成膜した場合のGe微粒子のアスペクト比分布である。It is an aspect ratio distribution of Ge fine particles when oblique sputtering film formation is performed on a flat plate by changing the substrate tilt angle θ. 基板傾斜角θを変化させて斜めスパッタ成膜した場合の図3(c)に示す構成の偏光素子サンプルの偏光特性を示す図である。FIG. 3B is a diagram showing the polarization characteristics of the polarizing element sample having the configuration shown in FIG. 実施例7の斜め成膜方法の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of an oblique film forming method of Example 7; 実施例7のGe微粒子層サンプルの偏光特性を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing polarization characteristics of a Ge fine particle layer sample of Example 7; 図5に示す構成の偏光素子における反射層としてのアルミ高さとコントラストとの関係図である。6 is a relational diagram between the height of aluminum as a reflective layer and the contrast in the polarizing element having the configuration shown in FIG. 5. FIG. 実施例8の偏光素子サンプルの偏光特性を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing polarization characteristics of a polarizing element sample of Example 8; ラビング処理により形成されたテクスチャー構造の凹凸状態を示す図である。It is a figure which shows the uneven|corrugated state of the texture structure formed by the rubbing process. ラビング処理前後の基板の透過率特性を示す図である。It is a figure which shows the transmittance|permeability characteristic of the board|substrate before and behind a rubbing process. ラビング処理された基板上に設けられたGe微粒子膜(反射防止膜)の表面組織を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the surface texture of a Ge fine particle film (antireflection film) provided on a rubbed substrate; ラビング処理による反射防止膜の偏光特性の改善を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing improvement in polarization characteristics of an antireflection film by rubbing. 実施例10のSiからなる無機微粒子層のサンプルの偏光特性を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing polarization characteristics of a sample of an inorganic fine particle layer made of Si in Example 10; 実施例10のSnからなる無機微粒子層のサンプルの偏光特性を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing polarization characteristics of a sample of an inorganic fine particle layer made of Sn in Example 10;

本発明に係る偏光素子は、可視光に対し透明な基板と、無機微粒子が該基板上で一方向に連なって配列されてなる線状の無機微粒子層とを備え、該無機微粒子層が前記基板上に一定間隔に並べられて一次元格子状のワイヤグリッド構造となる偏光素子であって、前記無機微粒子は、該無機微粒子の配列方向の径が長く、配列方向と直交する方向の径が短い形状異方性を有することを特徴とするものである。また、前記無機微粒子層の光学定数として、前記無機微粒子の配列方向の光学定数が該無機微粒子の配列方向と直交する方向の光学定数よりも大であることを特徴とする。詳しくは、前記無機微粒子の配列方向の屈折率が該無機微粒子の配列方向と直交する方向の屈折率よりも大であり、前記無機微粒子の配列方向の消耗係数が該無機微粒子の配列方向と直交する方向の消耗係数よりも大であることを特徴とするものである。 A polarizing element according to the present invention includes a substrate transparent to visible light, and a linear inorganic fine particle layer in which inorganic fine particles are arranged in series on the substrate in one direction. A polarizing element having a one-dimensional grid-like wire grid structure arranged at regular intervals, wherein the inorganic fine particles have a long diameter in the direction in which the inorganic fine particles are arranged and a short diameter in a direction perpendicular to the arrangement direction. It is characterized by having shape anisotropy. Further, as an optical constant of the inorganic fine particle layer, the optical constant in the direction in which the fine inorganic particles are arranged is larger than the optical constant in the direction orthogonal to the direction in which the fine inorganic particles are arranged. Specifically, the refractive index in the direction in which the inorganic fine particles are arranged is greater than the refractive index in the direction perpendicular to the direction in which the inorganic fine particles are arranged, and the consumption coefficient in the direction in which the inorganic fine particles are arranged is perpendicular to the direction in which the inorganic fine particles are arranged. It is characterized by being larger than the consumption coefficient in the direction of rotation.

以下に、本発明に係る偏光素子の第1の実施の形態における構成について説明する。なお、本発明を図面に示した実施形態をもって説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、実施の態様に応じて適宜変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 The configuration of the polarizing element according to the first embodiment of the present invention will be described below. Although the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the drawings, the present invention is not limited to these, and can be modified as appropriate according to the mode of implementation. - As long as it is effective, it is included in the scope of the present invention.

本実施の形態では、偏光素子は、可視光に対し透明な材料からなり前記基板の主面と平行な一方向に延びた凸部が該基板上に一定間隔に設けられてなり、前記無機微粒子層は該凸部の頂部または少なくとも一方の側壁部に形成されてなるものである。
図1に、本発明に係る偏光素子の第1の実施の形態における構成例を示す。図1(a)は偏光素子10の断面図、図1(b)は偏光素子10の平面図である。
In this embodiment, the polarizing element is made of a material transparent to visible light, and has projections extending in one direction parallel to the main surface of the substrate provided at regular intervals on the substrate. A layer is formed on the top or at least one side wall of the projection.
FIG. 1 shows a configuration example of a polarizing element according to a first embodiment of the present invention. 1(a) is a cross-sectional view of the polarizing element 10, and FIG. 1(b) is a plan view of the polarizing element 10. FIG.

図1に示すように、偏光素子10は、可視光に対し透明な基板11の表面に設けられた凸部14aの一側面部に無機微粒子層15を選択的に形成することにより、該無機微粒子層15を基板11上で一定間隔に並べられたワイヤグリッド構造としたものである。 As shown in FIG. 1, the polarizing element 10 is formed by selectively forming an inorganic fine particle layer 15 on one side of a convex portion 14a provided on the surface of a substrate 11 transparent to visible light. The layer 15 has a wire grid structure arranged at regular intervals on the substrate 11 .

ここで、基板11は、使用帯域の光(本実施形態では可視光域)に対して透明で屈折率が1.1~2.2の材料、例えば、ガラス、サファイア、水晶などで構成されている。本実施形態では、ガラス、特に、石英(屈折率1.46)やソーダ石灰ガラス(屈折率1.51)が用いられることが好ましい。ガラス材料の成分組成は特に制限されず、例えば光学ガラスとして広く流通しているケイ酸塩ガラスなどの安価なガラス材料を用いることができ、製造コストの低減を図ることができる。なお、基板11の構成材料として、熱伝導性の高い水晶やサファイア基板を用いることにより、発熱量の多いプロジェクターの光学エンジン用偏光素子として有利に用いることができる。 Here, the substrate 11 is made of a material that is transparent to light in the working band (visible light range in this embodiment) and has a refractive index of 1.1 to 2.2, such as glass, sapphire, or crystal. there is In this embodiment, it is preferable to use glass, particularly quartz (refractive index 1.46) or soda-lime glass (refractive index 1.51). The composition of the glass material is not particularly limited. For example, an inexpensive glass material such as silicate glass, which is widely distributed as optical glass, can be used, and the manufacturing cost can be reduced. By using a crystal or sapphire substrate with high thermal conductivity as the constituent material of the substrate 11, it can be advantageously used as a polarizing element for an optical engine of a projector that generates a large amount of heat.

凹凸部14は、基板11の主面と平行な一方向(吸収軸Y方向)に延びるように基板11の主面上に形成された断面形状が矩形の凸部14aが、基板11の吸収軸Y方向と直交する方向(透過軸X方向)に可視光域の波長よりも小さいピッチで周期的に形成されてなるものである。また凹凸部14は、無機微粒子層15を形成するために設けられるものであり、凹凸部14の加工サイズやパターン形状によって無機微粒子層15のワイヤグリッド構造が決定され、偏光素子10の所期の偏光特性を得るために重要である。すなわち、凹凸部14の加工サイズ、パターン形状は、目的とする偏光特性(消光比)や対象とする可視光波長領域に応じて適宜設定される。具体的には、図2において、凹凸部14の溝の(X方向の)ピッチは0.5μm以下、凹凸部14のライン幅(凸部14aの形成幅)は0.25μm以下、凹凸部14の形成深さは1nm以上である。 Concavo-convex portion 14 is formed on the main surface of substrate 11 so as to extend in one direction (absorption axis Y direction) parallel to the main surface of substrate 11 . It is formed periodically in a direction perpendicular to the Y direction (transmission axis X direction) at a pitch smaller than the wavelength of the visible light region. The uneven portion 14 is provided to form the inorganic fine particle layer 15 , and the wire grid structure of the inorganic fine particle layer 15 is determined by the processing size and pattern shape of the uneven portion 14 , and the desired shape of the polarizing element 10 is obtained. important for obtaining polarizing properties. That is, the processing size and pattern shape of the uneven portion 14 are appropriately set according to the target polarization characteristics (extinction ratio) and the target visible light wavelength region. Specifically, in FIG. 2 , the groove pitch (in the X direction) of the uneven portion 14 is 0.5 μm or less, the line width of the uneven portion 14 (width of formation of the convex portion 14 a ) is 0.25 μm or less, and the uneven portion 14 is formed to a depth of 1 nm or more.

なお、凹凸部14のピッチ、ライン幅/ピッチ、凹部深さ(凸部高さ)、凸部長さ、上部ライン幅/底部ライン幅は、それぞれ以下の範囲とするのが好ましい。
0.05μm<ピッチ<0.8μm、
0.1<(ライン幅/ピッチ)<0.9、
0.01μm<凹部深さ<0.2μm、
0.05μm<凸部長さ、
1.0≦(上部ライン幅/底部ライン幅)
The pitch, line width/pitch, recess depth (projection height), projection length, and top line width/bottom line width of the uneven portions 14 are preferably set within the following ranges.
0.05 μm<pitch<0.8 μm,
0.1<(line width/pitch)<0.9,
0.01 μm<recess depth<0.2 μm,
0.05 μm<protrusion length,
1.0≦(top line width/bottom line width)

凹凸部14は、基板11に直接形成してもよいし、別途形成してもよい。凹凸部14の形成方法としては、研磨シートによるラッピングによる形成方法、半導体デバイス作製で用いられるようなフォトレジストを基板に塗布してマスクを使った露光によりパターンを作製した後、そのパターンを形成したフォトレジストをマスクとして基板をエッチングする方法、凹凸部14の形状寸法に対応して形成された金型を用いて、基板上に金型形状を転写する方法(ナノインプリント法)などがあり、適宜採用すればよい。 The uneven portion 14 may be formed directly on the substrate 11 or may be formed separately. As a method for forming the concave-convex portion 14, there is a method of lapping with a polishing sheet, and a pattern is formed by coating a substrate with a photoresist such as that used in the manufacture of semiconductor devices and exposing the substrate to light using a mask, and then forming the pattern. There are a method of etching the substrate using a photoresist as a mask, a method of transferring the shape of the mold onto the substrate using a mold formed corresponding to the shape and size of the uneven portion 14 (nanoimprint method), and the like, which are adopted as appropriate. do it.

なお、凹凸部14の凸部の形状は四角形や台形などの矩形状、あるいは鋸歯形状、三角形状に形成することができる。図3(a)は凹凸部14の凸部14aが断面矩形状で、その一側面部に無機微粒子層15を形成した例を示している。また、図3(b)は凹凸部16の凸部16aが断面鋸歯形状で、その垂直方向に立設した一側面部に無機微粒子層15を形成した例を示している。凸状部の断面を鋸歯状に形成することで、凸状部の頂部への膜の付着を回避することができる。また、図3(c)は凹凸部17の凸部17aが断面三角形状で、その一側面に無機微粒子層15を形成した例を示している。 In addition, the shape of the convex portion of the uneven portion 14 can be formed in a rectangular shape such as a quadrangle or a trapezoid, a sawtooth shape, or a triangular shape. FIG. 3(a) shows an example in which the convex portion 14a of the uneven portion 14 has a rectangular cross section, and the inorganic fine particle layer 15 is formed on one side surface portion of the convex portion 14a. FIG. 3(b) shows an example in which the convex portion 16a of the concave/convex portion 16 has a serrated cross-section, and the inorganic fine particle layer 15 is formed on one side portion of the convex portion 16a which is erected in the vertical direction. By forming the cross section of the convex portion in a sawtooth shape, it is possible to avoid adhesion of the film to the top portion of the convex portion. FIG. 3(c) shows an example in which the convex portion 17a of the uneven portion 17 has a triangular cross section and the inorganic fine particle layer 15 is formed on one side surface thereof.

このような凸部14aの頂部または少なくとも一方の側壁部に無機微粒子層15を形成することにより、形状異方性を有する無機微粒子層15を所望の微細形状で基板11表面に縞状に分布させることができ、無機微粒子の孤立化を実現することができる。また、あらかじめ機械的に形成した凹凸部14の上に無機微粒子層15を形成するようにしているので、凹凸部14を安定して形成できるとともに、その上に形成される無機微粒子層15の形状制御を容易に行うことができる。 By forming the inorganic fine particle layer 15 on the top portion or at least one side wall portion of the convex portion 14a, the inorganic fine particle layer 15 having shape anisotropy is distributed on the surface of the substrate 11 in a desired fine shape in a striped pattern. It is possible to isolate the inorganic fine particles. In addition, since the inorganic fine particle layer 15 is formed on the irregularities 14 that are mechanically formed in advance, the irregularities 14 can be stably formed, and the shape of the inorganic fine particles layer 15 formed thereon can be improved. Easy to control.

無機微粒子層15は、凸部14aの頂部または少なくとも一方の側壁部に無機微粒子を付着させることにより、基板11の主面と平行な一方向(吸収軸Y方向)に該無機微粒子が線状に配列されてなるものである。「無機微粒子が線状に配列されてなる」とは、無機微粒子が相互につながった連続した帯状の膜、無機微粒子が適度な大きさにまとまってそれぞれ独立した島状となり、その島が一方向に並んだ不連続な膜のいずれの状態でもよく、粒界が形成されていればよい。また、一定間隔で規則的に設けられた複数の凸部14aそれぞれに無機微粒子層15が形成されることにより、無機微粒子層15の形成パターンが縞状(一次元格子状)となりワイヤグリッド構造を呈する。 The inorganic fine particle layer 15 is formed by attaching inorganic fine particles to the top or at least one of the side walls of the projections 14a so that the inorganic fine particles are linearly formed in one direction (absorption axis Y direction) parallel to the main surface of the substrate 11. It is arranged. "Inorganic fine particles are linearly arranged" means a continuous belt-like film in which inorganic fine particles are connected to each other, and inorganic fine particles are gathered in an appropriate size to form independent islands, and the islands are unidirectional. It may be in any state of a discontinuous film arranged in parallel, as long as a grain boundary is formed. In addition, by forming the inorganic fine particle layer 15 on each of the plurality of convex portions 14a that are regularly provided at regular intervals, the formation pattern of the inorganic fine particle layer 15 becomes striped (one-dimensional lattice) and forms a wire grid structure. Present.

本発明では、無機微粒子は、該無機微粒子の配列方向の径が長く、配列方向と直交する方向の径が短い形状異方性を有する。また、無機微粒子は使用帯域の波長以下のサイズであって、個々の粒子が完全に孤立化していることが望ましい。 In the present invention, the inorganic fine particles have shape anisotropy in which the diameter in the direction of arrangement of the fine inorganic particles is long and the diameter in the direction orthogonal to the direction of arrangement is small. In addition, it is desirable that the inorganic fine particles have a size equal to or smaller than the wavelength of the band used, and that each particle is completely isolated.

また本発明では無機微粒子層15の光学定数として、吸収軸Y方向(前記無機微粒子の配列方向)の光学定数が透過軸X方向(該無機微粒子の配列方向と直交する方向)の光学定数よりも大であることが肝要である。詳しくは、無機微粒子層15の吸収軸Y方向の屈折率が透過軸X方向の屈折率よりも大であり、吸収軸Y方向の消耗係数が透過軸X方向の消耗係数よりも大であることを特徴とする。この特性を得るためには、無機微粒子層15を、斜めスパッタ法により成膜する。 In the present invention, as the optical constant of the inorganic fine particle layer 15, the optical constant in the absorption axis Y direction (the direction in which the inorganic fine particles are arranged) is greater than the optical constant in the transmission axis X direction (the direction perpendicular to the direction in which the inorganic fine particles are arranged). It is important to be large. Specifically, the refractive index in the direction of the absorption axis Y of the inorganic fine particle layer 15 is larger than the refractive index in the direction of the transmission axis X, and the consumption coefficient in the direction of the absorption axis Y is larger than the consumption coefficient in the direction of the transmission axis X. characterized by In order to obtain this characteristic, the inorganic fine particle layer 15 is formed by oblique sputtering.

本発明の無機微粒子層15を形成するための斜めスパッタ成膜の様子を図4に示す。なお、ここではイオンビームスパッタの例を示しているが、これに限定されるものではなく、スパッタリング法であればいずれの方式のものでもよい。 FIG. 4 shows the oblique sputtering film formation for forming the inorganic fine particle layer 15 of the present invention. Although an example of ion beam sputtering is shown here, the method is not limited to this, and any method may be used as long as it is a sputtering method.

図4において、1は基板11を支持するステージ、2はターゲット、3はビームソース(イオン源)、4は制御板である。ステージ1は、ターゲット2の法線方向に対して所定角度θ傾斜しており、基板11は凹凸部14の凸部14aの長手方向がターゲット2からの無機微粒子の入射方向に対して直交する向きに配置されている。角度θは、例えば0°から15°である。ビームソース3から引き出されたイオンは、ターゲット2へ照射される。イオンビームの照射によりターゲット2から叩き出された無機微粒子は、基板11の表面に斜め方向から入射して付着する。このとき、基板11上に一定間隔(例えば50mm)で平板状の制御板4を配置すれば基板11表面への入射粒子の方向を制御し、凸部14aの側壁部にのみ粒子を堆積させることができる。このときの無機微粒子層15の膜厚は、200nm以下であることが好ましい。 In FIG. 4, 1 is a stage for supporting a substrate 11, 2 is a target, 3 is a beam source (ion source), and 4 is a control plate. The stage 1 is inclined at a predetermined angle θ with respect to the normal direction of the target 2 , and the substrate 11 is oriented such that the longitudinal direction of the projections 14 a of the uneven portion 14 is orthogonal to the incident direction of the inorganic fine particles from the target 2 . are placed in The angle θ is, for example, 0° to 15°. A target 2 is irradiated with ions extracted from the beam source 3 . The inorganic fine particles ejected from the target 2 by the irradiation of the ion beam are incident obliquely on the surface of the substrate 11 and adhere thereto. At this time, if a flat control plate 4 is placed on the substrate 11 at regular intervals (for example, 50 mm), the direction of the incident particles to the surface of the substrate 11 can be controlled, and the particles can be deposited only on the side walls of the projections 14a. can be done. At this time, the film thickness of the inorganic fine particle layer 15 is preferably 200 nm or less.

以上のように、スパッタリング法により成膜時に基板11をターゲット2に対して傾斜させて無機微粒子の入射方向を制限することにより、凸部14aの頂部または一側面部に選択的に形成されて配列方向の径が長く、配列方向と直交する方向の径が短い形状異方性を有する無機微粒子が線状に配列されてなり、吸収軸Y方向の光学定数が透過軸X方向の光学定数よりも大となる無機微粒子層15を得ることができる。 As described above, by tilting the substrate 11 with respect to the target 2 during film formation by the sputtering method to limit the incident direction of the inorganic fine particles, the particles are selectively formed and arranged on the top portion or one side portion of the convex portion 14a. Inorganic fine particles having shape anisotropy having a long diameter in the direction and a short diameter in the direction orthogonal to the arrangement direction are linearly arranged, and the optical constant in the direction of the absorption axis Y is greater than the optical constant in the direction of the transmission axis X. A large inorganic fine particle layer 15 can be obtained.

ここで、無機微粒子層15に用いられる材料(無機微粒子を構成する材料)としては、偏光素子10として使用帯域に応じて適切な材料が選択される必要がある。すなわち、金属材料や半導体材料がこれを満たす材料であり、具体的には金属材料として、Al,Ag,Cu,Au,Mo,Cr,Ti,W,Ni,Fe,Si,Ge,Te,Sn単体もしくはこれらを含む合金が挙げられる。また半導体材料としては、Si,Ge,Te,ZnOが挙げられる。さらに、FeSi2(特にβ-FeSi2),MgSi2,NiSi2,BaSi2,CrSi2,CoSi2などのシリサイド系材料が適している。 Here, as the material used for the inorganic fine particle layer 15 (material constituting the inorganic fine particles), it is necessary to select an appropriate material for the polarizing element 10 according to the band used. That is, metal materials and semiconductor materials are materials that satisfy this requirement. A simple substance or an alloy containing these can be mentioned. Semiconductor materials include Si, Ge, Te, and ZnO. Furthermore, silicide materials such as FeSi 2 (especially β-FeSi 2 ), MgSi 2 , NiSi 2 , BaSi 2 , CrSi 2 and CoSi 2 are suitable.

また無機微粒子層15に用いられる材料が半導体材料の場合、その吸収作用には半導体のバンドギャップエネルギーが関与している。なぜなら、このエネルギー以下の光を吸収するからである。従って半導体材料を可視光の偏光素子とする場合にはバンドギャップエネルギーは使用帯域以下になっている事が必要である。例えば、可視光使用を考えた場合には波長400nm以上での吸収、すなわちバンドギャップとしては3.1eV以下の材料を使用する必要がある。バンドギャップエネルギーは非特許文献4に記載されているように、微粒子のサイズにも依存し、特に数nmになると急激に上昇する傾向があるので、このようなサイズ効果も考慮して材料とその厚みを決定する必要がある。このような観点からバルク状態でのバンドギャップエネルギーが小さい半導体材料が好ましく、例えば、Geはバルク状態でのバンドギャップエネルギーが0.67eV(波長約1.85μm)と
小さいので、可視光用偏光素子としては望ましい材料である。
Further, when the material used for the inorganic fine particle layer 15 is a semiconductor material, the bandgap energy of the semiconductor is involved in the absorption action. This is because it absorbs light below this energy. Therefore, when a semiconductor material is used as a polarizing element for visible light, the bandgap energy must be less than or equal to the operating band. For example, when considering the use of visible light, it is necessary to use a material that absorbs at a wavelength of 400 nm or more, that is, has a bandgap of 3.1 eV or less. As described in Non-Patent Document 4, the bandgap energy also depends on the size of the fine particles, and there is a tendency to increase sharply especially when the particle size is several nanometers. thickness must be determined. From this point of view, a semiconductor material having a small bandgap energy in the bulk state is preferable. is a desirable material.

以上の構成とすることにより、偏光素子10は、可視光域で所望の消光比を持ちつつ、従来の偏光素子よりも耐久性の高いものとなる。 With the above configuration, the polarizing element 10 has a desired extinction ratio in the visible light range and has higher durability than conventional polarizing elements.

また、必要に応じて、基板表面、裏面に反射防止膜をコートすることで、空気と基板の界面での反射を防止し、透過軸透過率を向上させることができる。反射防止膜としては、一般的に用いられるMgF2などの低屈折率膜や、低屈折率膜と高屈折率膜で構成される多層膜などで構わない。また、図1に示す構成とした後、その表面にSiO2などの使用帯域で透明な物質を保護膜として偏光特性に影響を与えない範囲の膜厚でコートすることは、耐湿性の向上など信頼性向上に有効である。但し、無機微粒子の光学的特性は周囲の屈折率によっても影響を受けるため、保護膜の形成により偏光特性の変化が生じる場合がある。また入射光に対する反射率は保護膜の光学厚さ(屈折率×保護膜の膜厚)によっても変化するので、保護膜材料とその膜厚は、これらを考慮して選択されるべきである。材料としては屈折率が2以下、消衰係数が零に近い物質が望ましい。このような物質としてSiO2、Al23などがある。これらは一般的な真空成膜法(化学気相成長法、スパッタ法、蒸着法など)や、これらが液体中に分散された状態のゾルを、スピンコート法、ディッピング法などで成膜可能である。さらに非特許文献5に記載されているような自己組織化膜も使用可能である。耐湿性向上の目的では撥水性の自己組織化膜が好ましい。Perfluorodecyltrichlorosilane(FDTS)、Octadecanetrichlorosilane(OTS)などがその一例である。撥水性を有するので防汚対策の面からも有効である。これから、薬品メーカー、例えば米国Gelest社より購入可能でありディッピングにより成膜できる。また、気相成長によっても成膜可能で、米国Applied Microstructures社より専用装置も販売されている。なお、このようなシラン系の自己組織化膜の場合には、密着性を向上する目的で、偏光素子上に密着層としてSiO2を上記方法でコートした後に自己組織化膜を堆積させてもよい。 If necessary, the front and back surfaces of the substrate may be coated with an antireflection film to prevent reflection at the interface between the air and the substrate, thereby improving the transmission axis transmittance. As the antireflection film, a generally used low refractive index film such as MgF 2 or a multilayer film composed of a low refractive index film and a high refractive index film may be used. Further, after the structure shown in FIG. 1 is formed, the surface is coated with a material such as SiO 2 which is transparent in the operating band as a protective film with a film thickness within a range that does not affect the polarization characteristics. Effective in improving reliability. However, since the optical properties of the inorganic fine particles are also affected by the refractive index of the surroundings, the formation of the protective film may cause changes in the polarization properties. In addition, since the reflectance for incident light also changes depending on the optical thickness of the protective film (refractive index x film thickness of the protective film), the protective film material and its film thickness should be selected in consideration of these factors. As a material, a substance having a refractive index of 2 or less and an extinction coefficient close to zero is desirable. Such substances include SiO 2 and Al 2 O 3 . These can be formed by a general vacuum film formation method (chemical vapor deposition method, sputtering method, vapor deposition method, etc.), or a sol in which these are dispersed in a liquid, by spin coating method, dipping method, etc. be. Furthermore, a self-assembled film as described in Non-Patent Document 5 can also be used. For the purpose of improving moisture resistance, a water-repellent self-assembled film is preferable. Examples include perfluorodecyltrichlorosilane (FDTS) and octadecanetrichlorosilane (OTS). Since it has water repellency, it is also effective in terms of antifouling measures. From this, it can be purchased from a chemical manufacturer, for example Gelest, USA, and can be formed into a film by dipping. It can also be formed by vapor phase epitaxy, and Applied Microstructures in the United States sells dedicated equipment. In the case of such a silane-based self-assembled film, for the purpose of improving adhesion, the polarizing element may be coated with SiO 2 as an adhesion layer by the method described above, and then the self-assembled film may be deposited. good.

次に、本発明に係る偏光素子の第2の実施の形態における構成について説明する。 本実施の形態では、金属からなり前記基板の主面と平行な一方向に延びた帯状薄膜が該基板上に一定間隔に設けられてなる反射層と、前記反射層上に形成された誘電体層とを備え、前記無機微粒子層は前記帯状薄膜に対応する位置であって前記誘電体層上に形成されてなることを特徴とするものである。 Next, the configuration of the polarizing element according to the second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a reflective layer is provided on the substrate at regular intervals with strip-shaped thin films made of metal and extending in one direction parallel to the main surface of the substrate, and a dielectric is formed on the reflective layer. and the inorganic fine particle layer is formed on the dielectric layer at a position corresponding to the belt-shaped thin film.

図5は、本発明に係る偏光素子の第2の実施の形態における構成例を示す概略図である。図5(a)は偏光素子20の断面図、図5(b)は偏光素子20の平面図である。 図5に示すように、可視光に対し透明な基板21の表面に設けられた反射層22を構成する薄膜22aと誘電体層23の積層構造の上に無機微粒子層25を選択的に形成することにより、該無機微粒子層25を基板21上で一定間隔に並べられたワイヤグリッド構造としたものである。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration example of a polarizing element according to a second embodiment of the present invention. 5A is a cross-sectional view of the polarizing element 20, and FIG. 5B is a plan view of the polarizing element 20. FIG. As shown in FIG. 5, an inorganic fine particle layer 25 is selectively formed on a laminated structure of a dielectric layer 23 and a thin film 22a constituting a reflective layer 22 provided on the surface of a substrate 21 transparent to visible light. Thus, the inorganic fine particle layer 25 has a wire grid structure arranged at regular intervals on the substrate 21 .

ここで、基板21は、第1の実施の形態における基板11と同じ材料から構成されるものである。 Here, the substrate 21 is made of the same material as the substrate 11 in the first embodiment.

反射層22は、金属からなり基板21の主面と平行な一方向(吸収軸Y方向)に帯状に延びた薄膜22aが基板21上に配列されてなるものである。反射層22の構成材料には、種々の材料を用いることができ、例えばAl,Ag,Cu,Mo,Cr,Ti,Ni,W,Fe,Si,Ge,Teなどの金属あるいは半導体材料を用いることができる。なお、金属材料以外にも、例えば着色等により表面の反射率が高く形成された金属以外の無機膜や樹脂膜で構成されていてもよい。 The reflective layer 22 is formed by arranging on the substrate 21 thin films 22a that are made of metal and extend in a strip shape in one direction (absorption axis Y direction) parallel to the main surface of the substrate 21 . Various materials can be used as the constituent material of the reflective layer 22. For example, metals or semiconductor materials such as Al, Ag, Cu, Mo, Cr, Ti, Ni, W, Fe, Si, Ge, and Te are used. be able to. In addition to the metal material, for example, it may be composed of an inorganic film other than a metal or a resin film which is formed with a high surface reflectance by coloring or the like.

薄膜22aは、可視光域の波長よりも小さいピッチで基板21の表面に配列され、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いた上記金属膜のパターン加工によって形成されるもの(金属格子)である。反射層22は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、基板21の表面に入射した光のうち、ワイヤグリッドの長手方向に平行な方向(Y軸方向)に電界成分をもつ偏光波(TE波(S波))を減衰させ、ワイヤグリッドの長手方向と直交する方向(X軸方向)に電界成分をもつ偏光波(TM波(P波))を透過させる。 The thin film 22a is arranged on the surface of the substrate 21 at a pitch smaller than the wavelength of visible light, and is formed by patterning the metal film using photolithography, for example (metal grid). The reflective layer 22 functions as a wire grid polarizer. Among the light incident on the surface of the substrate 21, the polarizing wave having an electric field component in the direction (Y-axis direction) parallel to the longitudinal direction of the wire grid ( TE waves (S waves)) are attenuated, and polarized waves (TM waves (P waves)) having an electric field component in the direction (X-axis direction) perpendicular to the longitudinal direction of the wire grid are transmitted.

なお、反射層22(薄膜22a)のピッチ、ライン幅/ピッチ、薄膜高さ(厚さ、格子深さ)、薄膜長さ(格子長さ)は、それぞれ以下の範囲とするのが好ましい。
0.05μm<ピッチ<0.8μm
0.1<(ライン幅/ピッチ)<0.9
0.01μm<薄膜高さ<1μm
0.05μm<薄膜長さ
The pitch, line width/pitch, thin film height (thickness, grating depth), and thin film length (grating length) of the reflective layer 22 (thin film 22a) are preferably within the following ranges.
0.05 μm < pitch < 0.8 μm
0.1<(line width/pitch)<0.9
0.01 μm < thin film height < 1 μm
0.05 μm <thin film length

誘電体層23は、基板21の表面にスパッタ法、気相成長法、蒸着法などの一般的な真空成膜法あるいはゾルゲル法(例えばスピンコート法によりゾルをコートし熱硬化によりゲル化させる方法)により成膜されたSiO2などの可視光に対して透明な光学材料で形成されている。誘電体層23は、無機微粒子層25の下地層を形成するとともに、後述するように、無機微粒子層25で反射した偏光に対して、無機微粒子層25を透過し反射層22で反射した当該偏光の位相が半波長ずれる膜厚で形成されている。具体的には1~500nmの範囲で適宜設定するとよい。当該偏光の位相を調整し干渉効果を高める目的で形成され、半波長ずれる膜厚が望ましいが、無機微粒子層が吸収効果を有するので反射した光を吸収する事ができ、膜厚が最適化されていなくてもコントラストの向上は実現でき、実用上は、所望の偏光特性と実際の作製工程の兼ね合いで決定してかまわない。実用上の膜厚範囲は1~500nmである。 The dielectric layer 23 is formed on the surface of the substrate 21 by a general vacuum film forming method such as a sputtering method, a vapor deposition method, or a vapor deposition method, or a sol-gel method (for example, a method in which a sol is coated by a spin coating method and gelled by heat curing). ) is made of an optical material transparent to visible light, such as SiO 2 film formed by ). The dielectric layer 23 forms a base layer for the inorganic fine particle layer 25, and as will be described later, the polarized light reflected by the inorganic fine particle layer 25 is transmitted through the inorganic fine particle layer 25 and reflected by the reflective layer 22. is formed with a film thickness in which the phase of is shifted by half a wavelength. Specifically, the thickness may be appropriately set within the range of 1 to 500 nm. It is formed for the purpose of adjusting the phase of the polarized light and enhancing the interference effect, and it is desirable to have a film thickness that shifts by half a wavelength. Contrast can be improved even if it is not used, and in practice, it may be determined by balancing the desired polarization characteristics and the actual manufacturing process. A practical film thickness range is 1 to 500 nm.

誘電体層23を構成する材料は、SiO2、Al23、MgF2などの一般的な材料を用いることができる。これらは、スパッタ、気相成長法、蒸着法などの一般的な真空成膜法やゾル状の物質を基板上にコートし熱硬化させることで薄膜化が可能である。また、誘電体層23の屈折率は1より大、2.5以下とすることが好ましい。無機微粒子層25の光学特性は、周囲の屈折率によっても影響を受けるため、誘電層材料により偏光素子特性を制御する事も可能である。 General materials such as SiO 2 , Al 2 O 3 , and MgF 2 can be used for the material constituting the dielectric layer 23 . These can be formed into thin films by general vacuum film formation methods such as sputtering, vapor deposition, and vapor deposition, or by coating a substrate with a sol-like substance and thermally curing it. Moreover, the refractive index of the dielectric layer 23 is preferably greater than 1 and less than or equal to 2.5. Since the optical properties of the inorganic fine particle layer 25 are also affected by the surrounding refractive index, it is possible to control the polarizing element properties by the dielectric layer material.

無機微粒子層25は、薄膜22aに対応する位置であって誘電体層23上に無機微粒子を付着させることにより、基板21の主面と平行な一方向(吸収軸Y方向)に該無機微粒子が線状に配列されてなるものである。また、一定間隔で規則的に設けられた複数の薄膜22aそれぞれの上に無機微粒子層25が形成されることにより、無機微粒子層25の形成パターンが縞状となりワイヤグリッド構造を呈する。 The inorganic fine particles layer 25 is formed by depositing inorganic fine particles on the dielectric layer 23 at a position corresponding to the thin film 22a so that the inorganic fine particles extend in one direction (absorption axis Y direction) parallel to the main surface of the substrate 21. They are arranged linearly. In addition, by forming the inorganic fine particle layer 25 on each of the plurality of thin films 22a that are regularly provided at regular intervals, the formation pattern of the inorganic fine particle layer 25 becomes striped and presents a wire grid structure.

図5では、無機微粒子層25は、薄膜22aの長手方向(Y軸方向)に平行に長軸方向を有するとともに長手方向に直交する方向(X軸方向)に短軸方向を有する長楕円形状の島状の無機微粒子25aがY軸方向に配列された構成となっている。また、無機微粒子25aは使用帯域の波長以下のサイズであって、個々の粒子が完全に孤立化していることが望ましい。 In FIG. 5, the inorganic fine particle layer 25 has an oblong shape having a major axis direction parallel to the longitudinal direction (Y-axis direction) of the thin film 22a and a minor axis direction (X-axis direction) orthogonal to the longitudinal direction. Island-shaped inorganic fine particles 25a are arranged in the Y-axis direction. In addition, it is desirable that the inorganic fine particles 25a have a size equal to or smaller than the wavelength of the used band and that each particle is completely isolated.

本発明では無機微粒子層25の光学定数として、吸収軸Y方向(前記無機微粒子の配列方向)の光学定数が透過軸X方向(該無機微粒子の配列方向と直交する方向)の光学定数よりも大であることを特徴とする。詳しくは、無機微粒子層25の吸収軸Y方向の屈折率が透過軸X方向の屈折率よりも大であり、吸収軸Y方向の消耗係数が透過軸X方向の消耗係数よりも大であることを特徴とする。この特性を得るためには、無機微粒子層25を、斜めスパッタ法により成膜する。その詳細は第1の実施の形態で示した方法と同じである。また、無機微粒子層25に用いる材料も第1の実施の形態における無機微粒子層15で用いる材料と同じである。 In the present invention, as the optical constant of the inorganic fine particle layer 25, the optical constant in the absorption axis Y direction (the direction in which the inorganic fine particles are arranged) is larger than the optical constant in the transmission axis X direction (the direction orthogonal to the direction in which the inorganic fine particles are arranged). It is characterized by Specifically, the refractive index in the direction of the absorption axis Y of the inorganic fine particle layer 25 is higher than the refractive index in the direction of the transmission axis X, and the consumption coefficient in the direction of the absorption axis Y is higher than the consumption coefficient in the direction of the transmission axis X. characterized by In order to obtain this characteristic, the inorganic fine particle layer 25 is formed by an oblique sputtering method. The details are the same as the method shown in the first embodiment. The material used for the inorganic fine particle layer 25 is also the same as the material used for the inorganic fine particle layer 15 in the first embodiment.

以上のように構成される本実施形態の偏光素子20は、基板21の表面側、即ち、帯状の薄膜22a、誘電体層23及び無機微粒子層25の形成面側が光入射面とされる。そして、偏光素子20は、光の透過、反射、干渉、光学異方性による偏光波の選択的光吸収の4つの作用を利用することで、反射層22のワイヤグリッド長手方向に平行な電界成分(Y軸方向)をもつ偏光波(TE波(S波))を減衰させるとともに、ワイヤグリッド長手方向に垂直な電界成分(X軸方向)をもつ偏光波(TM波(P波))を透過させる。 In the polarizing element 20 of this embodiment configured as described above, the surface side of the substrate 21, that is, the surface side on which the strip-shaped thin film 22a, the dielectric layer 23 and the inorganic fine particle layer 25 are formed, is the light incident surface. The polarizing element 20 utilizes the four effects of light transmission, reflection, interference, and selective light absorption of polarized waves due to optical anisotropy, so that the electric field component parallel to the longitudinal direction of the wire grid of the reflective layer 22 is Attenuates polarized waves (TE waves (S waves)) with (Y-axis direction) and transmits polarized waves (TM waves (P waves)) with electric field components (X-axis direction) perpendicular to the longitudinal direction of the wire grid Let

すなわち、図6(a)に示すように、TE波は、形状異方性を有する無機微粒子25aからなる無機微粒子層25の光学異方性による偏光波の選択的光吸収作用によって減衰される。薄膜22aはワイヤグリッドとして機能し、図6(b)に示すように、無機微粒子層25及び誘電体層23を透過したTE波を反射する。このとき、無機微粒子層25を透過し薄膜22aで反射したTE波の位相が半波長ずれるように誘電体層23を構成することによって、薄膜22aで反射したTE波は無機微粒子層25で反射したTE波と干渉により打ち消し合って減衰される。以上のようにしてTE波の選択的減衰を行うことができる。前記のように半波長ずれる膜厚が望ましいが、無機微粒子層が吸収効果を有するので、誘電層の膜厚が最適化されていなくてもコントラストの向上は実現でき、実用上は、所望の偏光特性と実際の作製工程における経済的効率から決定されてかまわない。 That is, as shown in FIG. 6A, the TE wave is attenuated by the selective light absorption of the polarized wave due to the optical anisotropy of the inorganic fine particle layer 25 composed of the inorganic fine particles 25a having shape anisotropy. The thin film 22a functions as a wire grid and reflects the TE wave that has passed through the inorganic fine particle layer 25 and the dielectric layer 23, as shown in FIG. 6(b). At this time, the TE wave reflected by the thin film 22a is reflected by the inorganic fine particle layer 25 by configuring the dielectric layer 23 so that the phase of the TE wave transmitted through the inorganic fine particle layer 25 and reflected by the thin film 22a is shifted by half a wavelength. Attenuated by canceling each other out due to interference with the TE wave. Selective attenuation of the TE wave can be performed as described above. As described above, the film thickness that shifts by half a wavelength is desirable, but since the inorganic fine particle layer has an absorption effect, the contrast can be improved even if the film thickness of the dielectric layer is not optimized. It may be determined from the characteristics and economic efficiency in the actual manufacturing process.

また、出射側で低反射が必要な場合には、逆に反射層側から光を入射すればよい。この場合も無機微粒子層の選択的吸収効果により、前記と同等の透過コントラストが得られる。後記のように、透過コントラストの大きさは反射層厚に依存するからである。これを実際の使用について当てはめると、例えば後述する本発明の液晶プロジェクターの光学エンジン部分(図13)において、液晶パネルへの望ましくない反射光を避ける目的で入射偏光板10Aに本発明の偏光板を使用する場合には、本偏光板の膜面(図6の無機微粒子層25側)を液晶パネル側に向くように配置する。そうする事により、望ましくない反射光は、光源側に戻る事となる。出射偏光板10Bもしくは10Cとして本発明の偏光板を使用する場合にも同様に本偏光板の膜面(図6の無機微粒子層25側)を液晶パネル側に向けるとよい。入射偏光板と出射偏光板に使用する場合とでは本偏光板への光の入射方向が逆になるが、前記のようにどちら側から光を入射させても同等の透過コントラストが得られるので実用上問題ない。 On the other hand, if low reflection is required on the exit side, the light should be incident from the reflective layer side. In this case as well, the selective absorption effect of the inorganic fine particle layer provides the same transmission contrast as above. This is because, as will be described later, the magnitude of the transmission contrast depends on the thickness of the reflective layer. Applying this to actual use, for example, in the optical engine portion (FIG. 13) of the liquid crystal projector of the present invention, which will be described later, the polarizing plate of the present invention is attached to the incident polarizing plate 10A for the purpose of avoiding undesirable reflected light to the liquid crystal panel. When used, the film surface of the polarizing plate (inorganic fine particle layer 25 side in FIG. 6) is arranged to face the liquid crystal panel side. By doing so, undesired reflected light will return to the light source side. When the polarizing plate of the present invention is used as the output polarizing plate 10B or 10C, the film surface of the polarizing plate (inorganic fine particle layer 25 side in FIG. 6) should be directed toward the liquid crystal panel. The incident direction of light to this polarizing plate is reversed when it is used as the incident polarizing plate and the output polarizing plate, but as mentioned above, the same transmission contrast can be obtained regardless of which side the light is incident on, so it is practical. no problem above.

偏光素子20は、例えば以下のようにして製造することができる。即ち、基板21に金属膜及び誘電膜を積層し、フォトリソグラフィなどにより金属膜及び誘電膜の格子パターンを形成した後、斜めスパッタ成膜法により無機微粒子層25を形成する。斜めスパッタ成膜時の入射角度を調節することで、帯状薄膜22a及び誘電体層23からなる凸部の頂点付近に集中的に微粒子を堆積させることが可能となる。 The polarizing element 20 can be manufactured, for example, as follows. That is, after laminating a metal film and a dielectric film on a substrate 21 and forming a lattice pattern of the metal film and the dielectric film by photolithography or the like, the inorganic fine particle layer 25 is formed by an oblique sputtering deposition method. By adjusting the incident angle during the oblique sputtering film formation, it is possible to deposit the fine particles intensively in the vicinity of the vertexes of the convex portions formed by the strip thin film 22a and the dielectric layer 23. FIG.

上記以外にも、透明基板上に透明材料を一次元格子状に形成し、この格子の凸部上に金属層、誘電体層及び無機微粒子層を順次斜め成膜により積層する方法も適用可能である。更には、基板上に金属膜、誘電膜、微粒子膜を順次積層した後、これらを一括して一次元格子状にエッチングする方法を用いてもよい。 In addition to the above, it is also possible to apply a method in which a transparent material is formed in a one-dimensional grid pattern on a transparent substrate, and a metal layer, a dielectric layer and an inorganic fine particle layer are sequentially laminated on the convex portions of the grid by oblique film formation. be. Furthermore, a method may be used in which a metal film, a dielectric film, and a fine particle film are successively laminated on a substrate, and then these are collectively etched in a one-dimensional lattice pattern.

更に、図7に示すように、基板21上に反射層22を一次元格子状に形成した後、誘電体層23を基板21の表面全域に形成する。これにより、誘電体層23は、反射層22の帯状薄膜22aの直上で凸部、帯状薄膜22a間で凹部となる凹凸形状を有する。その後、斜めスパッタ成膜法により、誘電体層23の凸部の頂部の側面部に無機微粒子層25を形成することで、図5の例と同様な作用効果を有する偏光素子を作製することができる。無機微粒子層25の形成領域は図示する誘電体層23の頂部の一側面部に限らず、両側面部であってもよい。 Furthermore, as shown in FIG. 7, after forming a reflective layer 22 on the substrate 21 in a one-dimensional grid pattern, a dielectric layer 23 is formed over the entire surface of the substrate 21 . As a result, the dielectric layer 23 has an uneven shape with convex portions directly above the strip-shaped thin films 22a of the reflective layer 22 and concave portions between the strip-shaped thin films 22a. After that, by forming an inorganic fine particle layer 25 on the side surface of the top of the convex portion of the dielectric layer 23 by an oblique sputtering film formation method, it is possible to manufacture a polarizing element having the same effects as in the example of FIG. can. The region where the inorganic fine particle layer 25 is formed is not limited to one side surface of the top of the dielectric layer 23 shown in the figure, and may be both side surfaces.

なお、本発明の偏光素子として、図5において誘電体層23を省略した構成の偏光素子としてもよい。すなわち、可視光に対し透明な基板21の表面に設けられた反射層22を構成する薄膜22aの上に無機微粒子層25を選択的に形成することにより、該無機微粒子層25を基板21上で一定間隔に並べられたワイヤグリッド構造とする。この構成でも、可視光域で所望の消光比(コントラスト:透過軸透過率/吸収軸透過率)を持たせることが可能である。 As the polarizing element of the present invention, a polarizing element having a configuration in which the dielectric layer 23 is omitted in FIG. 5 may be used. That is, by selectively forming the inorganic fine particle layer 25 on the thin film 22a constituting the reflective layer 22 provided on the surface of the substrate 21 transparent to visible light, the inorganic fine particle layer 25 is formed on the substrate 21. The wire grid structure is arranged at regular intervals. Even with this configuration, it is possible to provide a desired extinction ratio (contrast: transmission axis transmittance/absorption axis transmittance) in the visible light region.

つぎに、液晶プロジェクターにおける出射面迷光対策(ゴースト対策)として、偏光素子20の裏面側に選択的光吸収層を設けた例を説明する。
図8はその偏光素子20Aの概略構成を示す側断面図である。なお、図において上述の偏光素子20と同一構成部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
Next, an example in which a selective light absorption layer is provided on the rear surface side of the polarizing element 20 as a countermeasure against stray light (ghost countermeasure) in the liquid crystal projector will be described.
FIG. 8 is a side sectional view showing a schematic configuration of the polarizing element 20A. In the figure, the same components as those of the polarizing element 20 described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の偏光素子20Aは、基板21の表面(一方の面)に、一次元格子状の反射層22が形成されており、この反射層22の上に誘電体層23及び無機微粒子層25が順次形成されている。そして、基板21の裏面(他方の面)には、誘電材料からなる凹凸部26と、この凹凸部26の凸部の頂部又は少なくとも一側面部に形成された第2の無機微粒子層27とからなる光学異方性による偏光波の選択的光吸収層28が設けられている。 In the polarizing element 20A of this embodiment, a reflective layer 22 having a one-dimensional lattice shape is formed on the surface (one surface) of a substrate 21. On the reflective layer 22, a dielectric layer 23 and an inorganic fine particle layer 25 are formed. are formed sequentially. Then, on the back surface (the other surface) of the substrate 21, an uneven portion 26 made of a dielectric material and a second inorganic fine particle layer 27 formed on the top of the convex portion of the uneven portion 26 or at least on one side surface. A selective light absorption layer 28 for polarized waves is provided due to optical anisotropy.

この光学異方性による偏光波の選択的光吸収層28が設けられていない偏光素子20においては、基板21の裏面側が反射層22による鏡面を呈するため、偏光素子を透過し当該偏光素子の次段に配置されたレンズ等の他の光学素子で反射して戻った光は、上記鏡面で再び反射されることになる。このような迷光は、液晶プロジェクターにおいてゴースト等の画質の劣化を引き起こす。 In the polarizing element 20 without the optically anisotropic selective light absorption layer 28 for polarized waves, the back side of the substrate 21 exhibits a mirror surface due to the reflective layer 22. Light that has been reflected back by other optical elements such as lenses arranged in steps is reflected again by the mirror surface. Such stray light causes degradation of image quality such as ghost in liquid crystal projectors.

本実施形態では、基板21の裏面側に上記構成の光学異方性による偏光波の選択的光吸収層28を設けることにより、上記迷光を吸収し反射層22における反射を防止する。光学異方性による偏光波の選択的光吸収層28を構成する凹凸部26は、誘電体層23と同様な材料からなるとともに、反射層22の帯状薄膜22aが延びる方向と同一方向に延びるように形成された一次元格子状に形成されている。第2の無機微粒子層27は、凹凸部26の凸部の頂部又は側面部に無機微粒子が線状に配列されて形成されており、基板21表面側の無機微粒子層25と同様な材料で構成されることにより、基板21裏面からの入射光の選択的光吸収効果を出現させる。 In this embodiment, by providing the selective light absorption layer 28 for the polarized wave with the optical anisotropy of the above structure on the back side of the substrate 21 , the stray light is absorbed and the reflection on the reflection layer 22 is prevented. The concave-convex portion 26 constituting the optically anisotropic polarized wave selective light absorption layer 28 is made of the same material as the dielectric layer 23 and extends in the same direction as the strip-shaped thin film 22a of the reflective layer 22 extends. It is formed in a one-dimensional lattice shape formed in The second inorganic fine particle layer 27 is formed by linearly arranging inorganic fine particles on the tops or side surfaces of the projections of the uneven portion 26, and is made of the same material as the inorganic fine particle layer 25 on the surface side of the substrate 21. As a result, a selective light absorption effect of incident light from the rear surface of the substrate 21 is produced.

凹凸部26の形成方法としては、誘電体層23の形成方法と同様にスパッタ法やゾルゲル法等によって形成される。凹凸形状の付与は、フォトリソグラフィ技術を用いたパターン加工やナノインプリント法によるプレス形成が好適である。第2の無機微粒子層27の形成方法としては、基板21表面側の無機微粒子層25の形成方法と同様な斜め成膜が好適である。第2の無機微粒子層27は、凹凸部26の凸部の頂部又は一側面部あるいは両側面部に形成される。 As a method for forming the concave-convex portion 26, the same as the method for forming the dielectric layer 23, the sputtering method, the sol-gel method, or the like is used. It is preferable to apply the concave-convex shape by patterning using a photolithography technique or press forming by a nanoimprinting method. As a method for forming the second inorganic fine particle layer 27, oblique film formation similar to the method for forming the inorganic fine particle layer 25 on the surface side of the substrate 21 is suitable. The second inorganic fine particle layer 27 is formed on the top portion, one side surface portion, or both side surface portions of the projections of the uneven portion 26 .

あるいは、偏光素子20Aの別の作製方法として、図1に示す偏光素子10と図5に示す偏光素子20とを用いて、お互いの基板11,21の裏面同士を透明接着剤により貼り合わせて偏光素子20Aとしてもよい。この場合、無機微粒子層15、25の無機微粒子の配列方向が揃うようにするとよい。 Alternatively, as another method of manufacturing the polarizing element 20A, the polarizing element 10 shown in FIG. 1 and the polarizing element 20 shown in FIG. It may be the element 20A. In this case, it is preferable that the inorganic fine particles of the inorganic fine particle layers 15 and 25 are arranged in the same direction.

つぎに、液晶プロジェクターにおける別のゴースト対策として、基板21と反射層22との間に反射防止層を設けた例を説明する。
図9はその偏光素子20Bの概略構成を示す側断面図である。なお、図において上述の偏光素子20と同一構成部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
Next, an example in which an antireflection layer is provided between the substrate 21 and the reflective layer 22 as another countermeasure against ghosts in the liquid crystal projector will be described.
FIG. 9 is a side sectional view showing a schematic configuration of the polarizing element 20B. In the figure, the same components as those of the polarizing element 20 described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の偏光素子20Bは、上述の偏光素子20Aと同様な目的で構成されている。即ち、本実施形態の偏光素子20Bは、基板21と反射層22との間に、反射防止層29が形成されている。このように一次元格子状の反射層22の直下に反射防止層29を設けることにより、基板21の裏面からの入射光の反射を防止するようにしている。 The polarizing element 20B of this embodiment is configured for the same purpose as the polarizing element 20A described above. That is, the polarizing element 20B of this embodiment has the antireflection layer 29 formed between the substrate 21 and the reflective layer 22 . By providing the anti-reflection layer 29 immediately below the one-dimensional lattice-like reflective layer 22 in this way, reflection of incident light from the rear surface of the substrate 21 is prevented.

反射防止層29は、例えばカーボンブラック膜等の黒色層が好適である。これにより、基板21裏面からの入射光を効率よく吸収することができる。また、カーボンのほか、酸素欠損したシリコン酸化物層や、反射層22よりも反射率の低い低反射材料層が適用可能である。あるいは無機微粒子層25と同様のものを反射防止層29としてもよい。なお、図示の例では、反射層22と反射防止層29との間で干渉効果を得る事により反射率軽減を図る事を目的として誘電体層2aが設けられている。この誘電体層2a及び反射防止層29の格子形状への加工は、例えば反射層22のパターン加工で同時に行うことができる。 The antireflection layer 29 is preferably a black layer such as a carbon black film. Thereby, incident light from the back surface of the substrate 21 can be efficiently absorbed. In addition to carbon, an oxygen-deficient silicon oxide layer and a low-reflection material layer having a lower reflectance than the reflection layer 22 can be applied. Alternatively, the same material as the inorganic fine particle layer 25 may be used as the antireflection layer 29 . In the illustrated example, the dielectric layer 2a is provided for the purpose of reducing the reflectance by obtaining an interference effect between the reflective layer 22 and the antireflection layer 29. FIG. The processing of the dielectric layer 2a and the antireflection layer 29 into the lattice shape can be performed at the same time, for example, by the pattern processing of the reflective layer 22. FIG.

さらに、液晶プロジェクターにおけるまた別のゴースト対策として、つぎの方法がある。すなわち基板21について、その表面をラビング処理して、該表面にその後形成される無機微粒子層25の無機微粒子25aの配列方向に対応するように微細なすじが一方向に揃った状態の凹凸からなるテクスチャー構造を形成し、ついで、該ラビング処理後の表面に無機微粒子25aの配列方向に対応するように前述した斜めスパッタ法により形状異方性を有する無機微粒子からなる薄膜(反射防止層)を形成するとよい。前記テクスチャー構造により無機微粒子の長軸方向がすじの長手方向となるように無機微粒子の配列性が向上して薄膜の偏光特性が改善され、ゴースト対策効果を高めることができる。同時に偏光素子としての透過コントラスト特性の増大も期待できる。 Furthermore, there is the following method as another ghost countermeasure in liquid crystal projectors. That is, the surface of the substrate 21 is subjected to a rubbing treatment, and fine streaks are aligned in one direction so as to correspond to the arrangement direction of the inorganic fine particles 25a of the inorganic fine particle layer 25 to be formed on the surface. A textured structure is formed, and then a thin film (antireflection layer) made of inorganic fine particles having shape anisotropy is formed on the surface after the rubbing treatment by the oblique sputtering method described above so as to correspond to the arrangement direction of the inorganic fine particles 25a. do it. The texture structure improves the orientation of the inorganic fine particles so that the long axis direction of the inorganic fine particles becomes the longitudinal direction of the streaks, thereby improving the polarizing properties of the thin film and increasing the ghost countermeasure effect. At the same time, an increase in transmission contrast characteristics as a polarizing element can be expected.

本発明の第2の実施の形態のバリエーションとして、前記無機微粒子層25上に、前述した誘電体層23/無機微粒子層25の積層構造を1または複数積み重ねた多層構造としてもよい。図10にその構成例を示す。 As a variation of the second embodiment of the present invention, a multi-layer structure in which one or a plurality of dielectric layer 23/inorganic fine particle layer 25 laminate structures may be stacked on the inorganic fine particle layer 25 . FIG. 10 shows an example of the configuration.

図10において、偏光素子30は、基板21上に反射層22を構成する帯状薄膜22a、誘電体層23、無機微粒子層25がこの順番で積層されており、該無機微粒子層25上に誘電体層23/無機微粒子層25の積層構造26aがさらに積み重ねられたワイヤグリッド構造となっている。また、この積層構造26aの上にさらに積層構造26aを積み重ねていってもよい。これにより、各層間の干渉効果を高めて所望の波長での透過軸方向コントラストを増大させると同時に、透過型液晶表示装置において好ましくない偏光素子からの反射成分を広範囲に渡り低下させることができ、図5の構成の偏光素子20よりも薄い膜厚で高コントラスト、低反射を実現することができる。 In FIG. 10, the polarizing element 30 has a strip-shaped thin film 22a constituting a reflective layer 22, a dielectric layer 23, and an inorganic fine particle layer 25 laminated in this order on a substrate 21. On the inorganic fine particle layer 25, a dielectric The layer 23/inorganic fine particle layer 25 laminate structure 26a is further stacked to form a wire grid structure. Further, another laminated structure 26a may be stacked on top of this laminated structure 26a. As a result, the interference effect between each layer can be enhanced to increase the transmission axis direction contrast at a desired wavelength, and at the same time, the reflection component from the polarizing element, which is undesirable in the transmissive liquid crystal display device, can be reduced over a wide range. High contrast and low reflection can be achieved with a thinner film thickness than the polarizing element 20 having the configuration of FIG.

本発明の偏光素子30の製作方法としては例えばつぎの3つの方法がある。すなわち、第一の方法としては、基板21に反射層材料(金属格子材料)、誘電体膜を積層し、ナノインプリントやフォトリソグラフィなどの手法により一次元格子パターンを形成あるいはエッチングした後、斜めスパッタ成膜法により微粒子を成膜するものである。これによれば斜めスパッタ成膜時の入射角度を調節することで、凸部となった誘電体層23の頂点付近に集中的に無機微粒子を堆積させることが可能である。また第二の方法としては、透明基板上に透明材料を用いて一次元格子形状の凹凸部を形成し、反射層材料、誘電体層材料、無機微粒子材料を順次積層数分斜め成膜により積層するものである。また第三の方法としては、反射層の薄膜(金属格子膜)の上に(誘電体膜/無機微粒子薄膜)の積層構造を積層数分だけ順次積層した後にエッチングするものである。なお無機微粒子材料は完全な島状になっている必要はなく、粒界が形成されていればよい。また誘電体層23と無機微粒子層25はスパッタ成膜及びエッチングによる形成方法と斜めスパッタ成膜による形成方法とを組み合わせて製作してもよい。なお、上記の製造プロセスを実行する上で基板材料の種類に限定は無いが、発熱量の多いプロジェクターに応用する場合には、熱伝導性の高い水晶やサファイア基板が適している。 There are, for example, the following three methods for manufacturing the polarizing element 30 of the present invention. That is, as the first method, a reflective layer material (metal lattice material) and a dielectric film are laminated on the substrate 21, a one-dimensional lattice pattern is formed or etched by a technique such as nanoimprinting or photolithography, and then oblique sputtering is performed. Fine particles are formed into a film by a film method. According to this, by adjusting the incident angle during the oblique sputtering film formation, it is possible to deposit the inorganic fine particles intensively near the top of the dielectric layer 23 which is a convex portion. In the second method, a transparent material is used on a transparent substrate to form a one-dimensional lattice-shaped uneven portion, and the reflective layer material, the dielectric layer material, and the inorganic fine particle material are sequentially laminated by oblique film formation for the number of laminated layers. It is something to do. A third method is to sequentially laminate the laminated structure of (dielectric film/inorganic fine particle thin film) on the thin film (metal lattice film) of the reflective layer by the number of laminated layers, and then etch the laminated structure. It should be noted that the inorganic fine particle material does not need to have a perfect island shape, and it is sufficient that grain boundaries are formed. Alternatively, the dielectric layer 23 and the inorganic fine particle layer 25 may be manufactured by combining a formation method by sputtering film formation and etching and a formation method by oblique sputtering film formation. Although there is no limitation on the type of substrate material in carrying out the above manufacturing process, crystal or sapphire substrates with high thermal conductivity are suitable for application to projectors that generate a large amount of heat.

ところで、これまで述べた構造の偏光素子30のままでは、光の出射面(反射層22)が金属でできているために戻り光がある場合には反射率が高くなってしまう。そこで、本実施の形態においても前述した出射面迷光対策をとるとよい。
図11、図12に本実施の形態における出射面迷光対策例を示す。
By the way, with the polarizing element 30 having the structure described so far, the light output surface (reflecting layer 22) is made of metal, so the reflectance increases when there is return light. Therefore, also in the present embodiment, it is preferable to take measures against the stray light on the exit surface as described above.
FIG. 11 and FIG. 12 show an example of countermeasures against exit surface stray light in this embodiment.

図11は、図8の構成を本実施の形態に適用した例である。
偏光素子30Aは、偏光素子30において、基板21の反射層22形成面とは反対面(裏面)に誘電材料からなる凹凸部26と、この凹凸部26の凸部の頂部又は少なくとも一側面部に形成された第2の無機微粒子層27とからなる光学異方性による偏光波の選択的光吸収層28が設けられてなるものである。
FIG. 11 shows an example in which the configuration of FIG. 8 is applied to this embodiment.
The polarizing element 30A has an uneven portion 26 made of a dielectric material on the surface (back surface) of the substrate 21 opposite to the surface of the substrate 21 on which the reflective layer 22 is formed. A selective light absorption layer 28 for polarized waves due to optical anisotropy, which is composed of the formed second inorganic fine particle layer 27, is provided.

図12は、図9の構成を本実施の形態に適用した例である。
偏光素子30Bは、偏光素子30において、一次元格子状の反射層22の直下に反射防止層29が設けられ、さらに反射層22と反射防止層29との間で干渉効果を得る目的で誘電体層2aが設けられている。なお、図12において反射層22下の誘電体層2aは無くてもよく、単に反射層22の下に反射防止層29が形成されていてもよい。また、反射防止層29が無機微粒子層25と同じものである場合はコントラストの向上にも寄与するものとなるが、単に戻り光の反射防止をする目的であれば反射層22の下に反射防止層29として該反射層22よりも反射率が低い層(低反射層)を設けるとよい。低反射材料としては反射層22よりも反射率が低ければ効果があり、カーボンや酸素欠損SiOxなどの酸化膜を使用したり、あるいは金属または半導体微粒子などを用いたりすることも可能である。
FIG. 12 shows an example in which the configuration of FIG. 9 is applied to this embodiment.
In the polarizing element 30B, the polarizing element 30B is provided with an antireflection layer 29 immediately below the one-dimensional lattice-like reflective layer 22, and furthermore, a dielectric layer 29 is formed between the reflective layer 22 and the antireflection layer 29 for the purpose of obtaining an interference effect. A layer 2a is provided. 12, the dielectric layer 2a under the reflective layer 22 may be omitted, and the antireflection layer 29 may simply be formed under the reflective layer 22. FIG. If the antireflection layer 29 is the same as the inorganic fine particle layer 25, it contributes to the improvement of contrast. As the layer 29, a layer having a lower reflectance than the reflective layer 22 (low reflective layer) is preferably provided. If the reflectance is lower than that of the reflective layer 22, it is effective as a low-reflection material, and it is possible to use an oxide film such as carbon or oxygen-deficient SiOx, or use metal or semiconductor fine particles.

反射層22の下に反射防止層29及び誘電体層2aを付加する場合、あるいは反射防止層29を反射層22直下に作製する場合、これらの膜を反射層用の膜の成膜前に成膜し反射層22形成のためのエッチングの際に同時にエッチングすると、反射層22の帯状薄膜22a直下にのみこれらの層を形成できるので透過特性に影響を与えないことが可能である。 When the antireflection layer 29 and the dielectric layer 2a are added under the reflective layer 22, or when the antireflection layer 29 is formed directly under the reflective layer 22, these films are formed before the film for the reflective layer is formed. If these layers are formed only directly under the belt-like thin film 22a of the reflective layer 22 by etching simultaneously with the etching for forming the reflective layer 22, it is possible not to affect the transmission characteristics.

また、第2の実施形態においても必要に応じて、基板表面、裏面に反射防止膜をコートすることで、空気と基板の界面での反射を防止し、透過軸透過率を向上させることができる。反射防止膜としては、一般的に用いられるMgF2などの低屈折率膜や、低屈折率膜と高屈折率膜で構成される多層膜などで構わない。なお、図5あるいは図7に示す構成とした後、その表面にSiO2などの使用帯域で透明な物質を保護膜として偏光特性に影響を与えない範囲の膜厚でコートすることは、耐湿性の向上など信頼性向上に有効である。但し、無機微粒子の光学的特性は周囲の屈折率によっても影響を受けるため、保護膜の形成により偏光特性の変化が生じる場合がある。また入射光に対する反射率は保護膜の光学厚さ(屈折率×保護膜の膜厚)によっても変化するので、保護膜材料とその膜厚は、これらを考慮して選択されるべきである。材料としては屈折率が2以下、消衰係数が零に近い物質が望ましい。このような物質としてSiO2、Al23などがある。これらは一般的な真空成膜法(化学気相成長法、スパッタ法、蒸着法など)や、これらが液体中に分散された状態のゾルを、スピンコート法、ディッピング法などで成膜可能である。さらに非特許文献5に記載されているような自己組織化膜も使用可能である。耐湿性向上の目的では撥水性の自己組織化膜が好ましい。Perfluorodecyltrichlorosilane(FDTS)、Octadecanetrichlorosilane(OTS)などがその一例である。撥水性を有するので防汚対策の面からも有効である。これから、薬品メーカー、例えば米国Gelest社より購入可能でありディッピングにより成膜できる。また、気相成長によっても成膜可能で、米国Applied Microstructures社より専用装置も販売されている。なお、このようなシラン系の自己組織化膜の場合には、密着性を向上する目的で、偏光素子上に密着層としてSiO2を上記方法でコートした後に自己組織化膜を堆積させてもよい。 Also in the second embodiment, if necessary, the front and back surfaces of the substrate are coated with an antireflection film to prevent reflection at the interface between the air and the substrate, thereby improving the transmission axis transmittance. . As the antireflection film, a generally used low refractive index film such as MgF 2 or a multilayer film composed of a low refractive index film and a high refractive index film may be used. After the configuration shown in FIG. 5 or FIG. 7, it is possible to coat the surface with a material such as SiO 2 which is transparent in the operating band as a protective film with a thickness within a range that does not affect the polarization characteristics. It is effective for improving reliability such as improvement of However, since the optical properties of the inorganic fine particles are also affected by the refractive index of the surroundings, the formation of the protective film may cause changes in the polarization properties. In addition, since the reflectance for incident light also changes depending on the optical thickness of the protective film (refractive index x film thickness of the protective film), the protective film material and its film thickness should be selected in consideration of these factors. As a material, a substance having a refractive index of 2 or less and an extinction coefficient close to zero is desirable. Such substances include SiO 2 and Al 2 O 3 . These can be formed by a general vacuum film formation method (chemical vapor deposition method, sputtering method, vapor deposition method, etc.), or a sol in which these are dispersed in a liquid, by spin coating method, dipping method, etc. be. Furthermore, a self-assembled film as described in Non-Patent Document 5 can also be used. For the purpose of improving moisture resistance, a water-repellent self-assembled film is preferable. Examples include perfluorodecyltrichlorosilane (FDTS) and octadecanetrichlorosilane (OTS). Since it has water repellency, it is also effective in terms of antifouling measures. From this, it can be purchased from a chemical manufacturer, for example Gelest, USA, and can be formed into a film by dipping. It can also be formed by vapor phase epitaxy, and Applied Microstructures in the United States sells dedicated equipment. In the case of such a silane-based self-assembled film, for the purpose of improving adhesion, the polarizing element may be coated with SiO 2 as an adhesion layer by the method described above, and then the self-assembled film may be deposited. good.

つぎに、本発明に係る液晶プロジェクターについて説明する。
本発明の液晶プロジェクターは、光源となるランプと、液晶パネルと、前述した本発明の偏光素子10,20,20A,20B,30,30A,30Bのいずれかとを備えるものである。
Next, a liquid crystal projector according to the present invention will be explained.
The liquid crystal projector of the present invention includes a lamp serving as a light source, a liquid crystal panel, and any one of the polarizing elements 10, 20, 20A, 20B, 30, 30A, and 30B of the present invention described above.

図13に、本発明に係る液晶プロジェクターの光学エンジン部分の構成例を示す。 液晶プロジェクター100の光学エンジン部分は、赤色光LRに対する入射側偏光素子10A、液晶パネル50、出射プリ偏光素子10B、出射メイン偏光素子10Cと、緑色光LGに対する入射側偏光素子10A、液晶パネル50、出射プリ偏光素子10B、出射メイン偏光素子10Cと、青色光LBに対する入射側偏光素子10A、液晶パネル50、出射プリ偏光素子10B、出射メイン偏光素子10Cと、それぞれの出射メイン偏光素子10Cから出てくる光を合成し投射レンズに出射するクロスダイクロプリズム60とを備えている。ここで、本発明の偏光素子10,20,30は、入射側偏光素子10A、出射プリ偏光素子10B、出射メイン偏光素子10Cそれぞれに適用されている。 FIG. 13 shows a configuration example of the optical engine portion of the liquid crystal projector according to the present invention. The optical engine portion of the liquid crystal projector 100 includes an incident side polarizing element 10A, a liquid crystal panel 50, an output pre-polarizing element 10B, and an output main polarizing element 10C for the red light LR, and an incident side polarizing element 10A, the liquid crystal panel 50, for the green light LG. Output pre-polarization element 10B, output main polarization element 10C, incident side polarization element 10A for blue light LB, liquid crystal panel 50, output pre-polarization element 10B, output main polarization element 10C, and output from each output main polarization element 10C A cross dichroic prism 60 is provided for synthesizing incoming light and emitting it to a projection lens. Here, the polarizing elements 10, 20, and 30 of the present invention are applied to the incident side polarizing element 10A, the output pre-polarizing element 10B, and the output main polarizing element 10C, respectively.

本発明の液晶プロジェクター100では、光源ランプ(不図示)から出射される光をダイクロイックミラー(不図示)により赤色光LR、緑色光LG、青色光LBに分離し、それぞれの光に対応する入射側偏光素子10Aに入射させ、ついでそれぞれの入射側偏光素子10Aで偏光された光LR、LG、LBは液晶パネル50にて空間変調されて出射され、出射プリ偏光素子10B、出射メイン偏光素子10Cを通過した後、クロスダイクロプリズム60にて合成されて投射レンズ(不図示)から投射される構成となっている。光源ランプは高出力のものであっても、強い光に対して優れた耐光特性をもつ本発明の偏光素子10,20,30を用いているため、信頼性の高い液晶プロジェクターを実現することができる。 In the liquid crystal projector 100 of the present invention, light emitted from a light source lamp (not shown) is separated into red light LR, green light LG, and blue light LB by a dichroic mirror (not shown). The lights LR, LG, and LB that are incident on the polarizing element 10A and then polarized by the respective incident-side polarizing elements 10A are spatially modulated by the liquid crystal panel 50 and output, and pass through the output pre-polarizing element 10B and the output main polarizing element 10C. After passing through, they are synthesized by the cross dichroic prism 60 and projected from a projection lens (not shown). Even if the light source lamp has a high output, the polarizing elements 10, 20, and 30 of the present invention, which have excellent light resistance against strong light, are used, so that a highly reliable liquid crystal projector can be realized. can.

なお、本発明の偏光素子は、前記液晶プロジェクターへの適用に限定されるわけではなく、使用環境として熱を受ける偏光素子として好適である。例えば、自動車のカーナビやインパネの液晶ディスプレイの偏光素子として適用することができる。 In addition, the polarizing element of the present invention is not limited to application to the liquid crystal projector, and is suitable as a polarizing element that receives heat as a usage environment. For example, it can be applied as a polarizing element for a car navigation system or a liquid crystal display for an instrument panel.

以下に、本発明に係る偏光素子における偏光特性を検証した結果を示す。
(実施例1)
まず、図4の斜めスパッタ成膜によって形成した無機微粒子層の光学特性について検証を行った。
図14にこのような斜めイオンビームスパッタによる光学異方性増強効果の実験結果を示す。図14Aに示すように、イオンビームスパッタ法によりガラス基板41の表面に対して10°方向で、基板41を静止状態でGeスパッタ粒子を入射、堆積させてGe粒子膜44を作製した。図14Bは、作製したGe粒子膜44の光学定数(屈折率、消衰定数)の測定結果を示している。測定は分光エリプソメーターにより行った。この時の膜厚は10nmである。この実験では光学異方性が生じたことにより、面内で光学定数すなわち屈折率n及び消衰定数kに違いがあった。なお、比較のために、図15Aに示すように基板41の垂直方向から基板41を回転させながらGeスパッタ粒子を成膜したところ、得られたGe粒子膜44の光学定数として、図15Bに示すように屈折率n及び消衰定数kの光学異方性は生じておらず、各光学定数は文献値に近い値であった。
Below, the result of having verified the polarization characteristic in the polarizing element which concerns on this invention is shown.
(Example 1)
First, the optical properties of the inorganic fine particle layer formed by the oblique sputtering film formation shown in FIG. 4 were verified.
FIG. 14 shows experimental results of the effect of enhancing optical anisotropy by such oblique ion beam sputtering. As shown in FIG. 14A, a Ge particle film 44 was formed by ion beam sputtering by depositing Ge sputter particles on the glass substrate 41 while the substrate 41 was stationary at an angle of 10° to the surface of the glass substrate 41 . FIG. 14B shows measurement results of optical constants (refractive index, extinction constant) of the fabricated Ge particle film 44 . Measurements were made with a spectroscopic ellipsometer. The film thickness at this time is 10 nm. In this experiment, due to the occurrence of optical anisotropy, there was a difference in the optical constants, that is, the refractive index n and the extinction constant k within the plane. For comparison, a film of Ge sputtered particles was formed while the substrate 41 was rotated from the vertical direction as shown in FIG. 15A. Optical anisotropy of the refractive index n and the extinction constant k did not occur, and each optical constant was close to the literature value.

また、ターゲット2の組成をGeからSiに変え、前記Geスパッタ成膜の場合と同じ条件でガラス基板41上にSi粒子膜を形成し、その光学定数の測定を行った。その結果を図16に示す。
Siの場合も、ガラス基板41の表面に対して10°方向で斜めスパッタ成膜した場合(図16A)には、光学異方性が生じたことにより、面内で光学定数すなわち屈折率n及び消衰定数kに違いが認められた。また、基板41の垂直方向から基板41を回転させながらスパッタ成膜した場合(図16B)には屈折率n及び消衰定数kの光学異方性は生じていなかった。
Also, the composition of the target 2 was changed from Ge to Si, a Si particle film was formed on the glass substrate 41 under the same conditions as in the Ge sputtering film formation, and its optical constant was measured. The results are shown in FIG.
In the case of Si as well, when the film is formed by oblique sputtering at an angle of 10° to the surface of the glass substrate 41 (FIG. 16A), optical anisotropy occurs, resulting in an in-plane optical constant, that is, the refractive index n and A difference was observed in the extinction constant k. Further, when the film was formed by sputtering while rotating the substrate 41 from the vertical direction (FIG. 16B), optical anisotropy of the refractive index n and the extinction constant k did not occur.

つぎに、図14Aの条件にてガラス基板41上に膜厚20nmのGe粒子膜44が形成されている場合の偏光透過率をシミュレーション計算により求めた。その結果を図17に示す。ここでは、X軸方向に平行に電場が振動している光にはX軸方向の光学定数を用い、Y軸方向に電場が振動している光にはY軸方向の光学定数を用いて偏光透過率の計算を行っている。その結果によると、光学異方性特性を持つことにより偏光方向で透過率が異なるようになっている。すなわち、このような光学異方性を有する膜を偏光素子の材料として用いることで、偏光素子の特性向上が期待できる。 Next, the polarization transmittance in the case where the Ge particle film 44 with a film thickness of 20 nm is formed on the glass substrate 41 under the conditions of FIG. 14A was obtained by simulation calculation. The results are shown in FIG. Here, the optical constant in the X-axis direction is used for light whose electric field oscillates parallel to the X-axis direction, and the optical constant in the Y-axis direction is used for light whose electric field oscillates in the Y-axis direction. Calculating transmittance. According to the results, the transmittance differs depending on the polarization direction due to the optically anisotropic property. That is, by using such a film having optical anisotropy as a material for the polarizing element, it is expected that the characteristics of the polarizing element will be improved.

(実施例2)
つぎに、無機微粒子層の光学異方性の有無が偏光素子に与える影響を調べた。具体的には、図1及び図5の偏光素子の構成を前提として、波長厳密結合波解析(RCWA)によりその偏光特性を求めた。ここでは、図18に示すように、ガラス基板41上にワイヤグリッド構造のGeからなる無機微粒子層45を有する構成として、無機微粒子層45の各寸法を、ピッチ:150nm、ライン幅(Ge格子方向幅):37.5nmとし、無機微粒子層45が光学異方性有りの場合(図14Aの方法)の厚みを100nm、光学異方性無しの場合(図15Aの方法)の厚みを10nmとして計算を行った。その結果を図19に示す。
(Example 2)
Next, the influence of the presence or absence of optical anisotropy in the inorganic fine particle layer on the polarizing element was investigated. Specifically, on the premise of the configuration of the polarizing element shown in FIGS. 1 and 5, the polarization characteristics thereof were determined by wavelength rigorous coupled wave analysis (RCWA). Here, as shown in FIG. 18, assuming a configuration having an inorganic fine particle layer 45 made of Ge in a wire grid structure on a glass substrate 41, each dimension of the inorganic fine particle layer 45 is set to a pitch of 150 nm and a line width (in the direction of the Ge lattice). Width): 37.5 nm, the thickness is 100 nm when the inorganic fine particle layer 45 has optical anisotropy (method of FIG. 14A), and the thickness is 10 nm when there is no optical anisotropy (method of FIG. 15A). did The results are shown in FIG.

図19では、プロジェクター等の光学エンジン用途で重要な可視域550nm以下(すなわち、緑、青色域)で光学異方性が無い(バルクと記載の点線で示すデータ)は光学異方性有り(斜めと記載の実線で示すデータ)と比べ、膜厚が薄いにもかかわらず吸収軸透過率が高くまた反射率も高い。これに対して、光学異方性有りの方は吸収軸透過率が低く反射率も低い。よって吸収型として好ましい特性となっている。膜厚に関して、この計算では光学異方性無しは10nmとしている。これを厚くすれば吸収軸透過率は減少するが、同時に反射率も高くなってしまう。よって光学異方性を有する場合のような偏光素子として好ましい特性は膜厚操作によって得ることはできない。 In FIG. 19, there is no optical anisotropy in the visible region of 550 nm or less (that is, the green and blue regions), which is important for optical engine applications such as projectors (data indicated by the dotted line labeled Bulk). ), the absorption axis transmittance is high and the reflectance is high even though the film thickness is thin. On the other hand, the one with optical anisotropy has a low absorption axis transmittance and a low reflectance. Therefore, it has desirable characteristics as an absorption type. Regarding the film thickness, this calculation assumes that the thickness is 10 nm without optical anisotropy. If the film is thickened, the absorption axis transmittance decreases, but the reflectance also increases at the same time. Therefore, properties desirable as a polarizing element such as those having optical anisotropy cannot be obtained by controlling the film thickness.

(実施例3)
図19は、無機微粒子層が単層の場合の実施例であったが、このようなことは図10に示した無機微粒子層が多層構造の偏光素子についても同様なことがいえる。
ここでは、多層構造の偏光素子においてGeからなる無機微粒子層を図14Aで示した方法により光学異方性有りとした場合の偏光特性と図15Aで示した方法により光学異方性無しとした場合の偏光特性を波長厳密結合波解析(RCWA)で計算した。また、ここで用いた多層構造は、基板側からGe(15nm)/反射層;Al(240nm)/誘電体層;SiO2(205nm)/無機微粒子層;Ge(90nm)(表面側)の多層構造(かっこ内は各層の膜厚)とし、無機微粒子層の各寸法を、ピッチ:150nm、ライン幅(Ge格子方向幅):37.5nmとした。なお、偏光素子出射面への戻り光の再反射による迷光の影響を抑えるために、反射層より基板側にGe層を設けている。計算の結果を図20に示す。 単層の場合(図19)と同様に光学異方性が無い場合(等方と記載の点線で示すデータ)には、可視域550nm以下で光学異方性が有る場合(異方と記載の実線で示すデータ)よりも吸収軸の反射率が高く透過軸の透過率が低いという結果となる。よって吸収型偏光素子としては好ましくない。以上のように光学異方性が偏光素子の偏光特性に与える効果は大きい。
(Example 3)
Although FIG. 19 shows an example in which the inorganic fine particle layer is a single layer, the same applies to the polarizing element having a multi-layer structure of the inorganic fine particle layer shown in FIG.
Here, in the polarizing element with a multilayer structure, the polarization characteristics when the inorganic fine particle layer made of Ge is made optically anisotropic by the method shown in FIG. 14A and when it is made optically anisotropic by the method shown in FIG. 15A was calculated by wavelength rigorous coupled wave analysis (RCWA). The multilayer structure used here is composed of Ge (15 nm)/reflective layer; Al (240 nm)/dielectric layer; SiO 2 (205 nm)/inorganic fine particle layer; Ge (90 nm) (surface side) from the substrate side. The structure (film thickness of each layer is shown in parentheses), and the dimensions of the inorganic fine particle layer were pitch: 150 nm and line width (Ge lattice direction width): 37.5 nm. In addition, in order to suppress the influence of stray light due to re-reflection of return light to the exit surface of the polarizing element, a Ge layer is provided on the substrate side of the reflective layer. The calculation results are shown in FIG. As in the case of a single layer (FIG. 19), when there is no optical anisotropy (data indicated by a dotted line described as isotropic), when there is optical anisotropy in the visible range of 550 nm or less (data indicated as anisotropic) The result is that the reflectance on the absorption axis is higher and the transmittance on the transmission axis is lower than the data indicated by the solid line). Therefore, it is not preferable as an absorptive polarizing element. As described above, the optical anisotropy has a great effect on the polarization characteristics of the polarizing element.

(実施例4)
以上のように光学異方性を有する無機微粒子層を偏光素子に用いる事で偏光特性の向上が可能となる。そして、好ましくは無機微粒子層の光学定数が(透過軸方向光学定数)<(吸収軸方向光学定数)、すなわち(透過軸方向屈折率)<(吸収軸方向屈折率)及び(透過軸方向消衰係数)<(吸収軸方向消衰係数)の関係を満足していることが肝要である。これを示す実施例を図21、図22に示す。
図21は、図5の構造の偏光素子のうち、無機微粒子層25としてAgを斜めスパッタ成膜法により形成した場合のAg膜(無機微粒子層25)の光学定数を示すものである。この場合もGeのように光学異方性を有することがわかる。しかしながら、波長550nm付近でX,Y方向の屈折率の大小が反転、波長440nm付近でX,Y方向の消衰係数が反転している。
図22は、図17と同様にして、図21に示すAg膜(無機微粒子層25)の光学定数によりAg膜厚が20nmの場合の偏光透過率を計算した結果である。低波長域になるに従い偏光透過率が低下していき、波長450nm付近で、x、y方向透過率の大小が反転している。これは図21の光学定数の反転によるものであり、偏光素子に応用する場合にはこのような反転特性を持つ事は偏光透過率の低下を意味するので好ましくない。また、吸収軸では消衰係数大なら吸収率大であり、また透過軸では空気層から入射した光が減衰や反射されずに透過することが望ましい、すなわち屈折率が小さい方が望ましい(空気の屈折率=1のため)。よって、望ましい無機微粒子層の光学定数としては使用帯域で光学定数の反転が無く、かつ(透過軸方向光学定数)<(吸収軸方向光学定数)、すなわち、(透過軸方向屈折率)<(吸収軸方向屈折率)及び(透過軸方向消衰係数)<(吸収軸方向消衰係数)の関係を満足していることである。
(Example 4)
As described above, by using an inorganic fine particle layer having optical anisotropy in a polarizing element, it is possible to improve the polarizing characteristics. Preferably, the optical constants of the inorganic fine particle layer are (transmission axis direction optical constant) < (absorption axis direction optical constant), that is, (transmission axis direction refractive index) < (absorption axis direction refractive index) and (transmission axis direction extinction It is essential that the relation of (absorption axial direction extinction coefficient) is satisfied. An embodiment showing this is shown in FIGS. 21 and 22. FIG.
FIG. 21 shows the optical constants of the Ag film (inorganic fine particle layer 25) in the polarizing element having the structure shown in FIG. It can be seen that this case also has optical anisotropy like Ge. However, the magnitudes of the refractive indices in the X and Y directions are inverted around a wavelength of 550 nm, and the extinction coefficients in the X and Y directions are inverted around a wavelength of 440 nm.
FIG. 22 shows the result of calculating the polarized light transmittance when the Ag film thickness is 20 nm using the optical constants of the Ag film (inorganic fine particle layer 25) shown in FIG. 21 in the same manner as in FIG. As the wavelength region becomes lower, the polarized light transmittance decreases, and the magnitude of the transmittance in the x and y directions is reversed near the wavelength of 450 nm. This is due to the inversion of the optical constants shown in FIG. 21. In the case of application to a polarizing element, having such an inversion characteristic means a decrease in polarized light transmittance, which is not preferable. On the absorption axis, a large extinction coefficient indicates a large absorptance, and on the transmission axis, it is desirable that the light incident from the air layer is transmitted without being attenuated or reflected. (due to refractive index = 1). Therefore, the desired optical constants of the inorganic fine particle layer are such that there is no inversion of the optical constants in the operating band, and (optical constant in the transmission axis direction)<(optical constant in the absorption axis direction), that is, (refractive index in the transmission axis direction)<(absorption (Axial refractive index) and (Axial transmission extinction coefficient) < (Absorption axial extinction coefficient).

(実施例5)
つぎに、本発明の偏光素子における光学異方性発現と無機微粒子との関係について調査を行った。
(1)平板上の無機微粒子層
まず、単結晶Si基板の表面にSiO2を10nm成膜した表面が平滑な基板を用いて、実施例1と同じ条件(斜めスパッタ成膜、基板面に対して垂直方向からスパッタ成膜)でGe粒子膜を形成し、AFM(原子間力顕微鏡)により該Ge微粒子膜におけるGe微粒子の形状を観察した。その結果を図23に示す。
図23(a)に示す、斜めスパッタ成膜サンプルでは個々の微粒子が明確に観察され、該微粒子にはGe入射方向に対して垂直方向に径が長く、Ge入射方向に径が短い形状異方性が生じていた。これに対して、図23(b)に示す、基板面に対して垂直方向からスパッタ成膜したサンプルでは、同じ倍率では粒子サイズが非常に小さく非常に平坦な膜表面になっているために微粒子形状が観察できなかった。
(Example 5)
Next, the relationship between the manifestation of optical anisotropy and inorganic fine particles in the polarizing element of the present invention was investigated.
(1) Inorganic fine particle layer on a flat plate First, a substrate having a smooth surface obtained by forming a 10 nm SiO 2 film on the surface of a single crystal Si substrate was used under the same conditions as in Example 1 (oblique sputtering film formation, relative to the substrate surface). A Ge particle film was formed by sputtering film formation from a vertical direction), and the shape of Ge particles in the Ge particle film was observed by an AFM (atomic force microscope). The results are shown in FIG.
In the sample formed by oblique sputtering shown in FIG. 23( a ), individual fine particles are clearly observed, and the fine particles have an anisotropic shape with a long diameter in the direction perpendicular to the Ge incident direction and a short diameter in the Ge incident direction. sex was occurring. On the other hand, in the sample formed by sputtering from the direction perpendicular to the substrate surface shown in FIG. No shape could be observed.

(2)偏光素子10
つぎに、図3(c)に示す構成の偏光素子のサンプルを作製した。ここでは、まず水晶基板に塗布したポリマー層(Micro Resist Technology社製mr-I 8010E)を一次格子パターン(ピッチ150nm、ライン/スペース比=0.7、深さ150nm)のモールドで熱式ナノインプリント法によりプレス成形してモールドパターンをポリマー層に転写し、ついで該ポリマー層をレジストマスクとしてCF4ガス+Arガスにより水晶基板をエッチングして、一方向に延びた凸部17aが一定間隔に設けられた基板11とした。ついで、図4のイオンビームスパッタ装置により、常温の基板11に基板傾斜角θ=5°として実施例1の斜めスパッタ成膜を行ってGeからなる膜厚30nmの無機微粒子層15を形成した後、SiO2からなる膜厚15nmの偏光素子保護層を気相成長法により成膜してサンプルとした。なお、基板11の裏面側には反射防止膜としてSiO2/Ta25の多層膜をスパッタリングにより形成した。得られた偏光素子サンプルの偏光特性を調査した。その結果、図24に示すように、吸収軸の透過率が透過軸の透過率よりも低い光学異方性を示した。
(2) Polarizing element 10
Next, a sample of the polarizing element having the configuration shown in FIG. 3(c) was produced. Here, first, a polymer layer (mr-I 8010E manufactured by Micro Resist Technology Co., Ltd.) applied to a quartz substrate is subjected to a thermal nanoimprint method using a mold with a primary lattice pattern (pitch 150 nm, line/space ratio = 0.7, depth 150 nm). to transfer the mold pattern to the polymer layer, and then etching the crystal substrate with CF4 gas + Ar gas using the polymer layer as a resist mask to obtain a substrate on which convex portions 17a extending in one direction are provided at regular intervals. 11. Then, using the ion beam sputtering apparatus shown in FIG. 4, oblique sputtering was performed on the substrate 11 at room temperature with the substrate tilt angle θ=5° as in Example 1 to form an inorganic fine particle layer 15 made of Ge and having a thickness of 30 nm. , and SiO 2 with a film thickness of 15 nm was formed as a sample by vapor deposition. A multilayer film of SiO 2 /Ta 2 O 5 was formed as an antireflection film on the back side of the substrate 11 by sputtering. The polarization characteristics of the obtained polarizing element samples were investigated. As a result, as shown in FIG. 24, optical anisotropy was exhibited in which the transmittance along the absorption axis was lower than the transmittance along the transmission axis.

この偏光素子サンプルについて、断面よりTEMによる元素分布を分析したところ、図25の元素分布マッピングに示すように、Siが主成分の基板の凸部17aそれぞれの頂部から側壁にかけてGeからなる無機粒子層15が形成されていることがわかった。この結果に基づき、当該偏光素子サンプルにおける無機微粒子層15を詳細に観察した。その結果を図26に示す。図26(a)は、断面から観察したときのスケッチであり、図25の元素分布結果を加味したものである。また、図26(b)は上から観察したときのスケッチである。 When the elemental distribution of this polarizing element sample was analyzed by TEM from the cross section, as shown in the elemental distribution mapping of FIG. 15 was found to be formed. Based on this result, the inorganic fine particle layer 15 in the polarizing element sample was observed in detail. The results are shown in FIG. FIG. 26(a) is a sketch when observed from the cross section, with the element distribution result of FIG. 25 added. Also, FIG. 26(b) is a sketch when observed from above.

図26(b)に示すように、一次格子状の凸部17aそれぞれの頂部から側壁部にかけて凸部17aの長手方向に沿う態様で、無機微粒子層15が形成されており、また無機微粒子層15は形状異方性を有する無機微粒子15aが連なって配列して構成された線あるいは帯として観察された。また無機微粒子15aは個々の粒子が明確に観察され、該無機微粒子の長軸方向が配列方向となり、短軸方向が配列方向と直交する方向となっている状態が観察された。 As shown in FIG. 26(b), the inorganic fine particle layer 15 is formed along the longitudinal direction of the primary grid-shaped protrusions 17a from the top to the side wall of each protrusion 17a. was observed as a line or band formed by continuously arranging the inorganic fine particles 15a having shape anisotropy. In addition, individual particles of the inorganic fine particles 15a were clearly observed, and it was observed that the long axis direction of the inorganic fine particles was the alignment direction and the short axis direction was the direction perpendicular to the alignment direction.

また、図25のGe部分について電子線回折像を調べたところ、図27に示すように、明確な輝線が認められないことから、無機微粒子層15を構成するGe微粒子15aの結晶構造はアモルファスであることが分かった。アモルファスであるということは、成膜されたGe微粒子は結晶学的な方位を持っていないということである。なお一般に、低温成膜されたGe膜の構造はアモルファス状態になりやすいことが知られている(DUBEY M,MCLANE G F,JONES K A,LAREAU R T,ECKART D W,HAN W Y,ROBERTS C,DUNKEL J,WEST L C, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.340. 411-416(1994))。 Further, when the electron beam diffraction image of the Ge portion in FIG. 25 was examined, no clear bright line was observed as shown in FIG. It turns out there is. Being amorphous means that the deposited Ge particles have no crystallographic orientation. In general, it is known that the structure of a Ge film formed at a low temperature tends to be amorphous (DUBEY M, MCLANE G F, JONES K A, LAREAU R T, ECKART D W, HAN W Y, ROBERTS C, DUNKEL J, WEST L C, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 340. 411-416 (1994)).

(3)偏光素子20
つぎに、図5に示す構成の偏光素子のサンプルを作製した。ここでは、ガラス(コーニング1737)製の基板21上に、反射層22としてピッチ150nm、格子深さ200nmのアルミニウム格子を作製し、その上に誘電体層23としてSiO2を30nmを形成し、ついで本実施例の偏光素子10と同じ条件で斜めスパッタ成膜を行って無機微粒子層25としてGe微粒子層を30nm積層し、最表層に保護膜として膜厚30nmのSiO2を形成して、図5に示す偏光素子サンプルを作製した。図28に、その偏光素子サンプルの偏光特性を示す。吸収軸の透過率がほぼゼロとなり、また反射率も低い値になっている。また、図29に、この場合の透過率の比をコントラストとして示すが、透過コントラストが550nm域を中心とする緑域では3000以上、450nm付近の青域を含む可視光全域では1500以上となっており、偏光素子として良好な特性を示していた。
(3) Polarizing element 20
Next, a sample of the polarizing element having the configuration shown in FIG. 5 was produced. Here, an aluminum grating with a pitch of 150 nm and a grating depth of 200 nm was formed as a reflective layer 22 on a substrate 21 made of glass (Corning 1737), and a dielectric layer 23 of 30 nm thick SiO2 was formed thereon. Oblique sputtering film formation was performed under the same conditions as the polarizing element 10 of the example to laminate a Ge fine particle layer of 30 nm as the inorganic fine particle layer 25, and SiO2 having a thickness of 30 nm was formed as the outermost layer as a protective film, as shown in FIG. A polarizing element sample was produced. FIG. 28 shows the polarization characteristics of the polarizing element sample. The transmittance of the absorption axis is almost zero, and the reflectance is also low. Also, FIG. 29 shows the transmittance ratio in this case as a contrast, and the transmission contrast is 3000 or more in the green region centered on the 550 nm region, and 1500 or more in the visible light region including the blue region around 450 nm. and exhibited good characteristics as a polarizing element.

この偏光素子サンプルについて、断面より観察したところ、図30(a)のスケッチに示すように、基板21上に設けられた一次格子状の反射層22及び誘電体層23それぞれの頂部から側壁にかけてGeからなる無機粒子層25が形成されていることがわかった。 When this polarizing element sample was observed from the cross section, as shown in the sketch of FIG. 30(a), Ge It was found that an inorganic particle layer 25 consisting of was formed.

また、図30(b)及び図31に、この偏光素子サンプルを上から観察した結果を示す。図30(b)はスケッチであり、図31はその基となるSEM像である。
一次格子状の誘電体層23それぞれの頂部から側壁部にかけて誘電体層23の長手方向に沿う態様で、無機微粒子層25が形成されており、また無機微粒子層25は形状異方性を有する無機微粒子25aが連なって配列して構成された線あるいは帯として観察された。また無機微粒子25aは、該無機微粒子の長軸方向が配列方向となり、短軸方向が配列方向と直交する方向となっている状態が観察された。
30(b) and 31 show the results of observing this polarizing element sample from above. FIG. 30(b) is a sketch, and FIG. 31 is an SEM image on which it is based.
An inorganic fine particle layer 25 is formed along the longitudinal direction of the dielectric layer 23 from the top to the side wall of each of the primary lattice-like dielectric layers 23, and the inorganic fine particle layer 25 has shape anisotropy. It was observed as a line or band in which fine particles 25a were arranged in a row. It was also observed that the inorganic fine particles 25a were aligned in the long axis direction and in the direction orthogonal to the short axis direction.

以上の結果から、本発明の偏光素子における無機微粒子は斜めスパッタ成膜により形状異方性を有し、かつ該無機微粒子が一次元格子状に配列された際にその長軸方向が一次元格子の格子方向に揃えられた状態で形成されている。またアモルファスの状態にある。本発明ではこれらのことが光学異方性の発現に影響していると考えられる。なお、斜め蒸着によって形状異方性をもつ微粒子が成膜されるが、この形状異方性を示すことはステアリング効果(Steering Effect)と呼ばれている(Jikeun Seo, S.-M. Kwon, H.-Y. Kim and J.-S. Kim Phys. Rev. B67 121402(2003))。 From the above results, the inorganic fine particles in the polarizing element of the present invention have shape anisotropy due to the oblique sputtering film formation, and when the inorganic fine particles are arranged in a one-dimensional lattice, the long axis direction is the one-dimensional lattice. are aligned in the lattice direction. It is also in an amorphous state. In the present invention, these factors are considered to affect the expression of optical anisotropy. Fine particles having shape anisotropy are formed as a film by oblique deposition, and exhibiting this shape anisotropy is called a steering effect (Jikeun Seo, S.-M. Kwon, H.-Y. Kim and J.-S. Kim Phys. Rev. B67 121402 (2003)).

なお、斜めスパッタ成膜では、図32に示すように、膜厚(無機微粒子の成長方向の厚さ)とともに成膜粒子の形状が変化し、光学異方性に影響する。すなわち、無機微粒子の膜厚bが粒子の長径aよりも小さい場合(図32A)、基板面上の2方向(X,Y方向)で光学異方性を持ち、粒子長径aの方向が吸収軸となる。これに対して、無機微粒子の膜厚bが粒子の長径aよりも大きい場合(図32B)、無機微粒子の厚み方向と面内の軸方向で光学異方性を持ち、粒子膜厚bの方向が吸収軸となることから、図32Aと図32Bとでは光学異方性の方向が実質的に逆転することになる。本発明の偏光素子10,20では、格子方向を吸収軸として使用するので、膜厚が厚いと偏光特性が低下する事を意味する。よって、図32Aのように(粒子長径a)>(粒子膜厚b)の関係となる領域で使用する事が望ましい。 In the oblique sputtering film formation, as shown in FIG. 32, the shape of the film formation particles changes with the film thickness (thickness in the growth direction of the inorganic fine particles), which affects the optical anisotropy. That is, when the film thickness b of the inorganic fine particles is smaller than the major axis a of the particle (FIG. 32A), it has optical anisotropy in two directions (X and Y directions) on the substrate surface, and the direction of the particle major axis a is the absorption axis. becomes. On the other hand, when the film thickness b of the inorganic fine particles is larger than the major diameter a of the particles (FIG. 32B), the inorganic fine particles have optical anisotropy in the thickness direction and in-plane axial direction. is the absorption axis, the directions of optical anisotropy are substantially reversed between FIG. 32A and FIG. 32B. In the polarizers 10 and 20 of the present invention, since the lattice direction is used as the absorption axis, a thicker film means a lower polarization characteristic. Therefore, as shown in FIG. 32A, it is desirable to use it in a region where the relationship of (particle long diameter a)>(particle film thickness b) is satisfied.

ところで、光学異方性をもたない薄膜(例えばゲルマニウム薄膜)を無機微粒子層25の代わりに誘電層23上に形成しても、その膜厚を最適化することにより吸収軸方向の反射率の抑制は可能である。しかしこの場合には、抑制は干渉効果が支配的なために、波長帯域が狭く、透過軸方向の吸収があるために透過軸透過率が減少するという問題がある。さらに干渉効果は膜厚に敏感なので、所望の特性を得るためには、厳密な誘電体層23の膜厚、ゲルマニウム薄膜の膜厚の制御が必要である。これに対し本発明では、光学異方性をもったゲルマニウム微粒子を用いるので、設計範囲が広く、製造も容易である。 By the way, even if a thin film having no optical anisotropy (for example, a germanium thin film) is formed on the dielectric layer 23 instead of the inorganic fine particle layer 25, the reflectance in the direction of the absorption axis can be improved by optimizing the film thickness. Suppression is possible. However, in this case, since the suppression is dominated by the interference effect, there is a problem that the wavelength band is narrow and the transmission axis transmittance is reduced due to absorption in the transmission axis direction. Furthermore, since the interference effect is sensitive to film thickness, it is necessary to strictly control the film thickness of the dielectric layer 23 and the film thickness of the germanium thin film in order to obtain desired characteristics. In contrast, the present invention uses germanium fine particles having optical anisotropy, so that the design range is wide and the production is easy.

そこで、波長厳密結合波解析(RCWA)法により、偏光素子20における無機微粒子層25が薄膜である場合と微粒子である場合とによる光学特性の違いをシミュレーションした。ここでは、反射層22について膜厚(アルミ厚):200nm,格子ピッチ:150nm,アルミ幅:45nmとし、誘電体層23について膜厚(SiO2):30nmとして、Ge薄膜とGe微粒子の膜厚に対する波長450nmにおける吸収軸反射率、透過軸透過率、透過コントラストの依存性を計算した。またGe薄膜の光学定数は、図15Bの値を使い、Ge微粒子の光学定数は、格子に成膜された場合の異方性増大を考慮するため、図33に示すモデルにて、入射光の波長よりも十分に小さい微粒子が誘電体層中に軸方向をそろえて分布していると仮定して計算で求めた。さらに誘電体層23中のGeの体積率は0.4、アスペクト比は20として計算した。
その結果を図34に示す。図34(a)が吸収軸反射率、図34(b)が透過軸透過率、図34(c)が透過コントラストの結果である。Ge微粒子の場合の方がGe薄膜の場合よりも、コントラストが同程度で、さらに透過率が高く、かつ反射率を軽減できる膜厚範囲が広いことがわかる。
Therefore, the difference in optical characteristics between when the inorganic fine particle layer 25 in the polarizing element 20 is a thin film and when it is a fine particle was simulated by the wavelength rigorous coupled wave analysis (RCWA) method. Here, the film thickness (aluminum thickness) of the reflective layer 22 is 200 nm, the grating pitch is 150 nm, the aluminum width is 45 nm, and the dielectric layer 23 is 30 nm thick (SiO 2 ). Dependence of absorption axis reflectance, transmission axis transmittance, and transmission contrast at a wavelength of 450 nm was calculated. The optical constants of the Ge thin film are the values shown in FIG. It was obtained by calculation assuming that fine particles sufficiently smaller than the wavelength are distributed in the dielectric layer in the same axial direction. Further, the volume fraction of Ge in the dielectric layer 23 was 0.4 and the aspect ratio was 20 for calculation.
The results are shown in FIG. FIG. 34(a) shows the absorption axis reflectance, FIG. 34(b) shows the transmission axis transmittance, and FIG. 34(c) shows the transmission contrast. It can be seen that in the case of the Ge fine particles, the contrast is about the same as in the case of the Ge thin film, the transmittance is higher, and the film thickness range in which the reflectance can be reduced is wider.

(実施例6)
つぎに、無機微粒子のアスペクト比と偏光素子におけるコントラストとの関係を調べた。
(1)平板上への斜めスパッタ成膜
まず図4のイオンビームスパッタ装置を用いて、基板傾斜角θ=20,10°と変化させて、平坦なSi基板上に膜厚30nmのGe微粒子層を形成し、得られたサンプルをSEMで観察し、SEM像中の任意のGe微粒子40個を抽出し、そのサイズ(長径(長軸長さ)、短径(短軸長さ))を測定してアスペクト比を求めた。
図35に、その結果をアスペクト比のヒストグラムとして示す。ヒストグラムの分布として、図35(a)(基板傾斜角θ=20°)よりも図35(b)(基板傾斜角θ=10°)の方がよりアスペクト比が大きくなるほうに分布がシフトする傾向が見られた。また、このときのGe微粒子の長軸長さの平均値は、基板傾斜角θ=20°のときが30nm、基板傾斜角θ=10°のときが63nmであり、アスペクト比の平均値は、基板傾斜角θ=20°のときが3.2、基板傾斜角θ=10°のときが4.0であった。
(Example 6)
Next, the relationship between the aspect ratio of the inorganic fine particles and the contrast in the polarizing element was investigated.
(1) Oblique sputtering film formation on a flat plate First, using the ion beam sputtering apparatus shown in FIG. is formed, the resulting sample is observed with SEM, 40 arbitrary Ge fine particles in the SEM image are extracted, and the size (major axis (major axis length), minor axis (minor axis length)) is measured Then, the aspect ratio was obtained.
FIG. 35 shows the results as a histogram of aspect ratios. As the distribution of the histogram, the distribution shifts to a larger aspect ratio in FIG. 35(b) (substrate tilt angle θ=10°) than in FIG. 35(a) (substrate tilt angle θ=20°). A trend was seen. In this case, the average length of the long axis of the Ge particles was 30 nm when the substrate tilt angle θ was 20°, and 63 nm when the substrate tilt angle θ was 10°. It was 3.2 when the substrate tilt angle θ was 20°, and 4.0 when the substrate tilt angle θ was 10°.

また図4のイオンビームスパッタ装置を用いて、基板傾斜角θ=20,10°と変化させて、平坦なガラス基板(コーニング1737)上に膜厚10nmのGe微粒子層を形成したサンプルについて透過率を測定し、波長550nmにおける透過率の比をコントラストとして求めた。なお、x方向、y方向は図14Aの関係としている。その結果を表1に示す。基板傾斜角θを小さくするとGe微粒子のアスペクト比が大きくなるとともにコントラストが大きくなる傾向が見られた。 In addition, using the ion beam sputtering apparatus in FIG. 4, the transmittance of a sample in which a Ge fine particle layer with a thickness of 10 nm was formed on a flat glass substrate (Corning 1737) by changing the substrate tilt angle θ=20, 10° was measured, and the transmittance ratio at a wavelength of 550 nm was obtained as the contrast. Note that the x direction and the y direction have the relationship shown in FIG. 14A. Table 1 shows the results. When the substrate tilt angle θ is decreased, the aspect ratio of the Ge particles tends to increase and the contrast tends to increase.

Figure 0007237057000001
Figure 0007237057000001

(2)偏光素子10
実施例5の偏光素子10について、無機微粒子層15形成時の斜めスパッタ成膜条件のうち基板傾斜角θ=10,20°の2水準とし、それ以外は実施例5の偏光素子10と同じ条件で偏光素子サンプルを作製した。本サンプルについて透過軸、吸収軸の透過率を測定し、波長550nmにおける透過率の比をコントラストとして求めた。その結果を図36及び表2に示す。本発明の偏光素子においても基板傾斜角θを小さくするとコントラストが大きくなる傾向が見られた。
(2) Polarizing element 10
Regarding the polarizing element 10 of Example 5, among the oblique sputtering deposition conditions when forming the inorganic fine particle layer 15, two levels of the substrate tilt angle θ = 10 and 20° were used, and the other conditions were the same as those of the polarizing element 10 of Example 5. A polarizing element sample was produced by The transmittance of this sample along the transmission axis and the absorption axis was measured, and the ratio of the transmittances at a wavelength of 550 nm was obtained as the contrast. The results are shown in FIG. 36 and Table 2. In the polarizing element of the present invention as well, there was a tendency for the contrast to increase as the substrate tilt angle θ decreased.

Figure 0007237057000002
Figure 0007237057000002

以上のように、斜めスパッタ成膜により基板面内に形状異方性をもつ無機微粒子を成膜することができるが、無機微粒子の長径と短径との比であるアスペクト比は無機微粒子の入射角度(図4でいう基板傾斜角θ)に依存し、その角度が小さい方がアスペクト比が大きくなる。また、アスペクト比が大きくなると同時に透過コントラストも大きくなる。このように斜めスパッタ成膜によるステアリング効果を利用することで、良好な特性を有する偏光素子を実現することができる。 As described above, inorganic fine particles having shape anisotropy can be formed in the substrate plane by oblique sputtering. It depends on the angle (substrate tilt angle θ in FIG. 4), and the smaller the angle, the larger the aspect ratio. Further, as the aspect ratio increases, the transmission contrast also increases. By utilizing the steering effect of oblique sputtering film formation in this manner, a polarizing element having good characteristics can be realized.

(実施例7)
成膜方法(ドライプロセス)の種類を変えて、Alからなる反射層22を一次元格子状(ピッチ150nm)に設けた基板上にGe微粒子層を斜め成膜した。ここでは、つぎの3種類のドライプロセスを用いた。
(a)電子ビーム蒸着(図37(a))
Geを装着した蒸発源の法線方向に対して10度傾けた基板を該蒸発源から80cm離してセットし、成膜速度0.3nm/secの電子ビーム蒸着を行った。
(b)マグネトロンスパッタ(図37(b))
Geターゲットの法線方向に10度傾けた基板を該ターゲットから40cm離してセットし、成膜速度0.1nm/secのマグネトロンスパッタ成膜を行った。
(c)イオンビームスパッタ(図37(c))
本発明で例示した図4に示すスパッタ成膜方法である。ここでは、基板をθ=45度でセットし、Geターゲットから15cm離して、成膜速度0.2nm/secでイオンビームスパッタ成膜を行った。
なお、基板は実施例5の偏光素子10の場合と同じ基板11を用い、図14Aと同様にGe入射方向が格子長手方向(x方向)に直交する方向(y方向)となるようにセットした。また、Ge微粒子層の膜厚はいずれも10nmとした。
(Example 7)
By changing the type of film formation method (dry process), a Ge fine particle layer was obliquely formed on a substrate on which a reflective layer 22 made of Al was provided in a one-dimensional lattice pattern (pitch: 150 nm). Here, the following three types of dry processes were used.
(a) electron beam deposition (Fig. 37(a))
A substrate on which Ge was mounted was tilted by 10 degrees with respect to the normal direction of the evaporation source, and was set at a distance of 80 cm from the evaporation source, and electron beam evaporation was performed at a film formation rate of 0.3 nm/sec.
(b) Magnetron sputtering (Fig. 37(b))
A substrate tilted 10 degrees to the normal direction of the Ge target was set at a distance of 40 cm from the target, and film formation was performed by magnetron sputtering at a film formation rate of 0.1 nm/sec.
(c) ion beam sputtering (Fig. 37(c))
It is a sputtering film forming method shown in FIG. 4 exemplified in the present invention. Here, the substrate was set at θ=45 degrees, separated from the Ge target by 15 cm, and ion beam sputtering film formation was performed at a film formation rate of 0.2 nm/sec.
The same substrate 11 as in the case of the polarizing element 10 of Example 5 was used as the substrate, and the Ge incident direction was set so as to be perpendicular to the longitudinal direction of the grating (x direction) (y direction), as in FIG. 14A. . In addition, the film thickness of the Ge fine particle layer was set to 10 nm.

得られたサンプルについて、透過率を測定した。その結果を図38に示す。
3つのサンプルのうち、イオンビームスパッタによる成膜法が透過率も高く、x方向、y方向の透過率の差が大きいことから、本発明の偏光素子の成膜方法として最も好ましいことが分かる。
The transmittance of the obtained sample was measured. The results are shown in FIG.
Among the three samples, the film formation method using ion beam sputtering has a high transmittance and a large difference in transmittance between the x and y directions.

(実施例8)
本発明に係る偏光素子のうち、図5に示す構成の偏光素子20において、反射層22の高さ(膜厚)を変えることでその透過コントラストを容易に制御することができる。その一例として図39に、Alからなる一次格子状の反射層22としてピッチ150nm、アルミ幅37.5nmの場合の反射層膜厚(アルミ高さ)と透過コントラストの波長厳密結合波解析(RCWA)による計算結果を示す。
(Example 8)
Among the polarizing elements according to the present invention, in the polarizing element 20 having the configuration shown in FIG. 5, the transmission contrast can be easily controlled by changing the height (film thickness) of the reflective layer 22 . As an example, FIG. 39 shows wavelength rigorous coupled wave analysis (RCWA) of the reflective layer thickness (aluminum height) and transmission contrast when the pitch of the primary lattice-shaped reflective layer 22 made of Al is 150 nm and the aluminum width is 37.5 nm. Calculation results are shown by

また図5に示す構成の偏光素子20において、誘電体層23の高さ(膜厚)を変えることでその光学特性を容易に制御することができる。ここでは、ガラス(コーニング1737)製の基板21上に、Alからなる一次格子状の反射層22としてその膜厚(アルミ高さ)を200nm、そのピッチを150nm、格子幅を50nmとし、RFスパッタ成膜によるSiO2からなる誘電体層23としてその膜厚を0,19,37,56,74nmと変化させ、Ge微粒子からなる無機微粒子層25としてその膜厚を30nmとして、本発明の偏光素子20のサンプルを作製し、得られたサンプルの波長450,550,650nmにおける誘電層膜厚と透過軸透過率、コントラスト、吸収軸反射率の関係を求めた。その結果を表3に示す。 Further, in the polarizing element 20 having the structure shown in FIG. 5, the optical characteristics can be easily controlled by changing the height (film thickness) of the dielectric layer 23 . Here, on a substrate 21 made of glass (Corning 1737), a primary lattice-shaped reflective layer 22 made of Al is formed with a film thickness (aluminum height) of 200 nm, a pitch of 150 nm, and a lattice width of 50 nm. The film thickness of the dielectric layer 23 made of SiO2 was changed to 0, 19, 37, 56, and 74 nm, and the thickness of the inorganic fine particle layer 25 made of Ge fine particles was set to 30 nm. , and the relationship between the thickness of the dielectric layer and the transmission axis transmittance, contrast, and absorption axis reflectance of the obtained samples at wavelengths of 450, 550 and 650 nm was determined. Table 3 shows the results.

Figure 0007237057000003
Figure 0007237057000003

得られた結果より、例えば吸収軸反射率を軽減したい場合には誘電体層23の膜厚を19~37nmの範囲とすればよい。また、反射の影響が少ない用途に用いる場合には誘電体層13の膜厚を0として使用することも可能である。これは、製作工程の減少を意味し、生産性の向上につながる。また、波長450~650nmで高いコントラストを実現しており、使用波長範囲が広いプロジェクター用途に適している。
一方、透過率に関しては、波長450nmでは70%以上、波長550,650nmでは80%以上の高い透過率を示している。格子のピッチをより狭める事で透過率のさらなる向上も可能である。
また、コントラストに関しては、金属格子の高さにより調整することが可能である。より高いコントラストが必要な場合はアルミ格子を高くすればよく、下げたい場合は低くすればよい。
Based on the obtained results, the film thickness of the dielectric layer 23 should be in the range of 19 to 37 nm, for example, in order to reduce the absorption axis reflectance. In addition, the film thickness of the dielectric layer 13 can be set to 0 when the device is used for applications where the influence of reflection is small. This means a reduction in manufacturing steps, leading to an increase in productivity. In addition, high contrast is achieved at wavelengths of 450 to 650 nm, making it suitable for projector applications that use a wide range of wavelengths.
On the other hand, the transmittance is 70% or higher at a wavelength of 450 nm and 80% or higher at wavelengths of 550 and 650 nm. It is possible to further improve the transmittance by narrowing the pitch of the grating.
Also, the contrast can be adjusted by adjusting the height of the metal grid. If you want higher contrast, you can raise the aluminum grid, and if you want it lower, you can lower it.

つぎに、図40に、実施例5の偏光素子20と同じ構造で、アルミ高さを30nmにした場合の偏光特性を示す。この場合、反射層の膜厚が薄い(アルミ高さが低い)ので、コントラストは青域で3程度になっているが、図28と同様に反射率はGe微粒子の効果で2%以下に抑えられている。このような性能を有する偏光素子の場合、Ge微粒子は、図31のSEM像に示されるように、反射層/誘電体層からなる凸部の側壁に堆積し、異方性光学吸収素子として良好な形状をしている。このことは、図1,図3に示す偏光素子10についても同様に言える。 Next, FIG. 40 shows the polarization characteristics in the case of having the same structure as the polarizing element 20 of Example 5 but with an aluminum height of 30 nm. In this case, since the film thickness of the reflective layer is thin (the aluminum height is low), the contrast is about 3 in the blue region, but the reflectance is suppressed to 2% or less by the effect of the Ge fine particles, as in FIG. It is In the case of the polarizing element having such performance, as shown in the SEM image of FIG. It has a nice shape. The same can be said for the polarizing element 10 shown in FIGS.

本発明の偏光素子では、格子形状(図2における凸部14aや図5における反射層22/誘電体層23の形状や高さ、一次格子のピッチなど)とステアリング効果(無機微粒子のサイズ、アスペクト比、配列性など)とを組み合わせることで、吸収型偏光素子として好適な微粒子形状を実現することができる。 In the polarizing element of the present invention, the lattice shape (the shape and height of the convex portion 14a in FIG. 2 and the reflection layer 22/dielectric layer 23 in FIG. 5, the pitch of the primary lattice, etc.) and the steering effect (size of inorganic fine particles, aspect ratio, etc.) ratio, alignment, etc.), it is possible to realize a fine particle shape suitable for an absorbing polarizing element.

(実施例9)
図5に示す偏光素子20において、出射面迷光対策(ゴースト対策)として、基板21についてその表面を後に形成される無機微粒子25aの配列方向に対応するように細かいスジが一方向に揃った状態であるテクスチャー構造となるようにラビング処理し、該ラビング処理後の表面に無機微粒子25aの配列方向に対応するように形状異方性を有する無機微粒子からなる薄膜(反射防止層29となる薄膜(以下、反射防止膜))を形成するとよい。具体的には、研磨テープなどの研磨材により機械的にテクスチャー構造を基板21の表面に形成し、その後無機微粒子からなる反射防止膜を斜めスパッタ成膜法により形成することで、格子上に成膜される無機微粒子層25と同様にステアリング効果による形状異方性を有する無機微粒子とすることができるので、無機微粒子の偏光効果が高まり、結果としてゴースト抑制効果を高めることが可能となる。以下、具体的に実施した例を説明する。
(Example 9)
In the polarizing element 20 shown in FIG. 5, as a countermeasure against stray light on the output surface (a countermeasure against ghost), the surface of the substrate 21 is formed with fine streaks aligned in one direction so as to correspond to the arrangement direction of the inorganic fine particles 25a to be formed later. Rubbing treatment is performed so as to have a certain texture structure, and a thin film of inorganic fine particles having shape anisotropy corresponding to the arrangement direction of the inorganic fine particles 25a (a thin film to be the antireflection layer 29 (hereinafter referred to as hereinafter) is formed on the surface after the rubbing treatment. , an antireflection film)). Specifically, a textured structure is mechanically formed on the surface of the substrate 21 using an abrasive material such as a polishing tape, and then an antireflection film made of inorganic fine particles is formed by an oblique sputtering deposition method, thereby forming a lattice structure. As with the inorganic fine particle layer 25 to be formed, the inorganic fine particles can have shape anisotropy due to the steering effect, so that the polarizing effect of the inorganic fine particles is enhanced, and as a result, the ghost suppressing effect can be enhanced. A specific implementation example will be described below.

ここでは、研磨材として日本ミクロコーティング製D20000を用いて効果の検証を行った。基板にはコーニング1737ガラスを用い、D2000で表面を一方向に擦る事によってテクスチャーを形成した。図41に、AFM(原子間力顕微鏡)によりテクスチャー形成後の基板表面を測定した結果を示す。横軸は基板上の位置、縦軸は表面の凹凸高さである。基板表面の凹凸の平均ピッチは160nmであった。また、テクスチャー形成前後での基板の透過率を調べたところ、図42に示すように、テクスチャー形成前後(研磨前後)で透過率が変化していないことがわかった。すなわち本方法により、基板の透過特性を悪化させずにかつ簡単にナノレベルの精密加工をすることが可能である。 Here, D20000 manufactured by Nippon Micro Coating was used as an abrasive to verify the effect. Corning 1737 glass was used for the substrate, and the texture was formed by rubbing the surface in one direction with D2000. FIG. 41 shows the results of measurement of the substrate surface after texture formation by AFM (atomic force microscope). The horizontal axis is the position on the substrate, and the vertical axis is the height of the unevenness on the surface. The average pitch of the unevenness on the substrate surface was 160 nm. When the transmittance of the substrate before and after texture formation was examined, it was found that the transmittance did not change before and after texture formation (before and after polishing), as shown in FIG. That is, according to this method, nano-level precision processing can be easily performed without deteriorating the transmission characteristics of the substrate.

つぎに、前記テクスチャー形成後の基板に、図4のイオンビームスパッタ装置により、基板傾斜角θ=5°として斜めスパッタ成膜を行ってGe微粒子からなる膜厚10nmの反射防止膜を形成したが、このときGe入射方向と基板との関係を、図14Aにおいてy方向がテクスチャー長手方向となるように基板を配置してスパッタ成膜した。得られたサンプルについて、AFM(原子間力顕微鏡)により該反射防止膜におけるGe微粒子の形状を観察したところ、図43に示すように、テクスチャーに沿ってGe微粒子が整列している状態が観察された。 Next, on the substrate after the texture formation, an antireflection film with a thickness of 10 nm made of Ge fine particles was formed by oblique sputtering with the ion beam sputtering apparatus shown in FIG. At this time, the relationship between the Ge incident direction and the substrate was set such that the y direction was the longitudinal direction of the texture in FIG. When the shape of the Ge microparticles in the antireflection film of the obtained sample was observed with an AFM (atomic force microscope), it was observed that the Ge microparticles were aligned along the texture as shown in FIG. rice field.

図44に、このサンプルの透過特性を示す。比較として、基板をラビング処理していない1737ガラス基板を用い、それ以外は同一条件で反射防止膜を形成したサンプルについても透過特性を調べた。図44では本実施例サンプルを「テクスチャー基板」、比較サンプルを「基板まま」と表記している。その結果、両者ともにステアリング効果により偏光特性が見られるが、テクスチャーを形成した方が、x方向の透過率がより高く、y方向の透過率との差が大きく、良好な偏光特性を示していた。
本発明では、本実施例サンプル(テクスチャー構造を有する基板上に反射防止膜を形成したもの)を用いて、その上に図5における偏光素子20の層構造を形成するが、反射層22あるいは誘電体層23をパターン加工すると同時に前記反射防止膜も格子状に加工して反射防止層29とする。これにより、ゴースト対策効果を高めることができると同時に偏光素子としての透過コントラスト特性の増大も期待できる。
FIG. 44 shows the transmission characteristics of this sample. For comparison, a 1737 glass substrate, which was not subjected to rubbing treatment, was used, and a sample having an antireflection film formed thereon under the same conditions was also examined for transmission characteristics. In FIG. 44, the sample of this embodiment is indicated as "textured substrate", and the comparative sample is indicated as "as substrate". As a result, polarization characteristics were observed in both cases due to the steering effect, but texture formation showed higher transmittance in the x direction and a greater difference from the transmittance in the y direction, indicating better polarization characteristics. .
In the present invention, the sample of this example (a substrate having a textured structure on which an antireflection film is formed) is used, and the layer structure of the polarizing element 20 shown in FIG. 5 is formed thereon. An antireflection layer 29 is formed by patterning the body layer 23 and at the same time processing the antireflection film into a grid pattern. As a result, it is possible to enhance the anti-ghost effect, and at the same time, an increase in transmission contrast characteristics as a polarizing element can be expected.

(実施例10)
上記実施例ではほとんどの場合にGeを例に偏光素子の実施例を示してきたが、他の材料でも形状異方性を有する無機微粒子を形成することができる。したがって、材料を選択することで、目的の波長の偏光素子とすることが可能である。
図45,図46は、それぞれSi、Snを用いて膜厚30nmの無機微粒子として、図3(c)の偏光素子10の構成で製作した場合の偏光特性である。なお、裏面の反射防止膜は形成していない。これらの材料の場合には反射率はGeより若干高いが、青域での透過軸偏光特性が高くなっており、目的によっては偏光素子としての使用が可能である。
(Example 10)
In most of the above examples, examples of polarizing elements have been shown using Ge as an example, but inorganic fine particles having shape anisotropy can also be formed from other materials. Therefore, by selecting a material, it is possible to obtain a polarizing element with a desired wavelength.
FIGS. 45 and 46 show the polarization characteristics of inorganic fine particles having a film thickness of 30 nm using Si and Sn, respectively, and having the structure of the polarizing element 10 shown in FIG. 3(c). An antireflection film was not formed on the back surface. Although these materials have a slightly higher reflectance than Ge, they have high transmission axis polarization characteristics in the blue region, and can be used as polarizing elements depending on the purpose.

1・・・ステージ、2・・・ターゲット、3・・・ビームソース、4・・・制御板、10,10A,10B,10C,20,20A,20B,30,30A,30B・・・偏光素子、11,21,41・・・基板、14,16,17・・・凹凸部、14a,16a,17a・・・凸部、15,25,45・・・無機微粒子層、22・・・反射層、22a・・・帯状薄膜、23,2a・・・誘電体層、25a・・・無機微粒子、26・・・凹凸部、27・・・無機微粒子層(光学異方性による偏光波の選択的光吸収層)、28・・・光学異方性による偏光波の選択的光吸収層、29・・・反射防止層、44・・・Ge粒子膜、50・・・液晶パネル、60・・・クロスダイクロプリズム、100・・・液晶プロジェクター

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Stage, 2... Target, 3... Beam source, 4... Control plate, 10, 10A, 10B, 10C, 20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B... Polarizing element , 11, 21, 41 ... substrate, 14, 16, 17 ... uneven portion, 14a, 16a, 17a ... convex portion, 15, 25, 45 ... inorganic fine particle layer, 22 ... reflection Layer 22a... Strip thin film 23, 2a... Dielectric layer 25a... Inorganic fine particles 26... Uneven portion 27... Inorganic fine particle layer (Selection of polarized wave by optical anisotropy selective light absorption layer), 28: Selective light absorption layer for polarized waves due to optical anisotropy, 29: Antireflection layer, 44: Ge particle film, 50: Liquid crystal panel, 60:・Cross dichroic prism, 100・・・Liquid crystal projector

Claims (4)

可視光に対し透明な基板と、
金属からなり前記基板上に一方向に延びた帯状薄膜が一定間隔に設けられてなる反射層と、
前記反射層上に形成された誘電体層と、
前記基板と前記反射層との間に設けられた反射防止層と、を備え、
前記基板上に凹凸部が形成され、前記凹凸部のピッチは0.05~0.8μmであり、前記凹凸部のライン幅をピッチで除算した値は0.1~0.9であり、前記凹凸部の凹部深さは0.01~0.2μmであり、前記凹凸部の凸部長さは0.05μmより小さく、前記凹凸部の上部ライン幅を底部ライン幅で除算した値は1.0以上であり、
前記凹凸部は、ワイヤグリッド構造を形成するためのものであり、前記基板の表面に対して平行な一方向に延びるように前記基板の表面上に形成された凸部が、前記基板の前記一方向と直交する方向に可視光域の波長よりも小さいピッチで周期的に形成されてなり、
前記基板上に配列され、前記配列された方向の径が長く、前記配列された方向と直交する方向の径が短い形状異方性を有する無機微粒子が、前記凸部の頂部、一側面部または両側面部に線状に配列されてなる無機微粒子層が形成される、
偏光素子。
a substrate transparent to visible light;
a reflective layer made of a metal and having strip-shaped thin films extending in one direction on the substrate provided at regular intervals;
a dielectric layer formed on the reflective layer;
an antireflection layer provided between the substrate and the reflective layer;
An uneven portion is formed on the substrate, the pitch of the uneven portion is 0.05 to 0.8 μm, the value obtained by dividing the line width of the uneven portion by the pitch is 0.1 to 0.9, and the The recess depth of the uneven portion is 0.01 to 0.2 μm, the length of the convex portion of the uneven portion is less than 0.05 μm, and the value obtained by dividing the line width of the top portion of the uneven portion by the line width of the bottom portion is 1.0. and
The uneven portion is for forming a wire grid structure, and the convex portion formed on the surface of the substrate so as to extend in one direction parallel to the surface of the substrate is formed on the one side of the substrate. periodically formed at a pitch smaller than the wavelength of the visible light region in a direction orthogonal to the direction,
Inorganic fine particles arranged on the substrate and having shape anisotropy having a long diameter in the arrangement direction and a short diameter in a direction orthogonal to the arrangement direction are arranged on the top of the protrusion, one side surface, or Inorganic fine particle layers arranged linearly on both side surfaces are formed.
Polarizing element.
前記偏光素子の最表面に、使用帯域の光に対して透明な偏光素子保護層が形成されている、請求項1に記載の偏光素子。 2. The polarizing element according to claim 1, wherein a polarizing element protective layer transparent to light in the used band is formed on the outermost surface of the polarizing element. 前記偏光素子保護層は、SiOにより形成される、請求項2に記載の偏光素子。 3. The polarizing element according to claim 2, wherein the polarizing element protective layer is made of SiO2 . 前記基板は、ガラス、サファイア、又は水晶で形成され、
前記凹凸部は、前記基板上にピッチ0.05~0.5μmで、ライン幅0.25μm以下で、前記凹凸部の凹部深さは0.01~0.2μmで形成され、
前記凹凸部は、ワイヤグリッド構造を形成するためのものであり、前記基板の表面に対して平行な一方向に延びるように前記基板の表面上に形成された凸部が、前記基板の前記一方向と直交する方向に可視光域の波長よりも小さいピッチで周期的に形成されてなる、
請求項1~3のいずれか1つに記載の偏光素子。
The substrate is made of glass, sapphire, or quartz,
The uneven portion is formed on the substrate with a pitch of 0.05 to 0.5 μm, a line width of 0.25 μm or less, and a recess depth of 0.01 to 0.2 μm ,
The uneven portion is for forming a wire grid structure, and the convex portion formed on the surface of the substrate so as to extend in one direction parallel to the surface of the substrate is formed on the one side of the substrate. periodically formed at a pitch smaller than the wavelength of the visible light region in a direction orthogonal to the direction,
The polarizing element according to any one of claims 1 to 3.
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