JP7333168B2 - 偏光素子、偏光素子の製造方法及び光学機器 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態の偏光板(偏光素子)10の平面図である。図1に示すように、偏光板10は、透明基板20と、複数の凸部40と、を備える。凸部40は、透明基板20の主面(表面)22に沿う第1方向に延びている。以下、複数の凸部40が主面22に沿って配列する方向をX方向とする。凸部40の延びる方向をY方向(第1方向)とする。X方向及びY方向に直交する方向であって、凸部40が主面22から突出する方向をZ方向(第2方向)とする。
透明基板20の材質は、少なくとも使用帯域の光に対して透光性を有している。使用帯域における透明基板20の全光透過率は、少なくとも80%以上であり、85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。透明基板20の使用帯域の波長における屈折率は、1.1以上2.2以下であることが好ましい。透明基板20の材料としては、ガラスが好ましく、特に、基準波長550nmにおける屈折率1.46を有する石英ガラス、同基準波長における屈折率1.51を有するソーダ石灰が好ましい。また、透明基板20の材料は、光学ガラスとして広く用いられるケイ酸塩ガラス等であってもよい。
誘電層52,58の基準波長の屈折率は、1.0より大きく、2.5以下であることが好ましい。高さh52及び誘電層58の高さや幅、及び誘電層52,58の屈折率を適宜調整することにより、凸部40側から入射して第2導電層56で反射したTE波の一部を、第1導電層55を透過する際に反射させて第1導電層55に戻すことができる。このことによって、第1導電層55を通過した光を干渉によって減衰させることができる。このようにして、凸部40側から入射した光のうち、TE波の選択的減衰を行うことにより、所望の偏光特性を得ることができる。
導電層54は、ワイヤグリッド型の偏光板10としての機能を発揮し、TE波を減衰させ、TM波を透過する。導電層54の光学特性は、周囲の誘電層52,58の屈折率によっても影響を受ける。そのため、誘電層52,58の材料を適宜選択することで、導電層54に起因する偏光板10の特性を制御できる。
図1及び図2には、本発明の好適な一実施形態の偏光板10を例示し、上述のように説明した。上述の実施形態の他に本発明の作用効果を発揮する構成について、以下説明する。
次いで、本発明の一実施形態の偏光素子の製造方法を説明する。本実施形態の偏光素子の製造方法は、偏光板10の製造方法であって、次に説明する第1工程から第4工程を備えている。
先ず、図6に示すように、主面(透明基板上)22に、誘電層52と導電層54が交互に積層された積層体51を形成する。具体的には、主面22に、誘電層52、第2導電層56、誘電層52、第2導電層56、誘電層52、第2導電層56、誘電層52、第2導電層56、誘電層52、第2導電層56、誘電層52、第2導電層56、誘電層52、第1導電層55を順次形成する。これらの各層の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、CVD法やALD法、SOG法等が挙げられる。
次に、積層体51を選択的にエッチングすることによって、ピッチp40で積層体50を形成する。具体的には、フォトリソグラフィ法、ナノインプリント法等を用いて、図6に示すように、積層体51において主面22側とは反対側の上面にレジスト69を形成する。その後、レジスト69をパターニングし、図7に示すようにピッチp40で幅w50を有するレジスト70を形成する。レジスト70は、積層体50と同じピッチ、幅、長さで形成する。すなわち、レジスト70は、ピッチp40で設けられ、幅w50を有し、Y方向に延びている。
次に、図9に示すように、積層体50を誘電層58と同じ材料の誘電体59で埋没させる。積層体50を誘電体59で埋没させる方法としては、スパッタ法や蒸着法、CVD法、ALD法、SOG法等が挙げられる。
次に、誘電体59を選択的にエッチングすることによってピッチp40で凸部40を形成する。具体的には、フォトリソグラフィ法、ナノインプリント法等を用いて、図10に示すように、誘電体59において主面22側とは反対側の上面にレジスト71を塗布する。その後、レジスト71をパターニングし、図11に示すようにピッチp40で幅w40のレジスト72を形成する。レジスト72は、凸部40の形状に合わせて形成され、Y方向に延びている。
次いで、本発明の光学機器について説明する。図示していないが、本発明の光学機器は、偏光板10をはじめとする本発明の偏光素子を備えている。本発明の偏光素子は、種々の用途で使用可能である。本発明の偏光素子を適用可能な光学機器としては、例えば、液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、デジタルカメラ等が挙げられる。すなわち、本発明の光学機器は、本発明の偏光素子を備えた液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、デジタルカメラ等である。特に、本発明の偏光素子は耐熱性に優れているので、有機材料からなる有機偏光板に比べて高い耐熱性が要求される液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ等で好適に用いられる。
上述の構成によれば、凸部40側から偏光板10に入射したTE波の少なくとも一部を第1導電層55で吸収させ、第1導電層55を通過した残部を第2導電層56で反射させて第1導電層55に戻すことができる。導電層54は第1導電層55及び第2導電層56の2種類を有するので、透過、反射、干渉、及び光学異方性による偏光の選択的光吸収の4つの作用を活用し、特に光の干渉効果を強めることができる。このことによって、吸収軸31に沿う偏光が偏光板10に入射した際に、この偏光を良好に減衰させることができる。その結果、ピッチp40、幅w50、高さh40を調節しなくても、透過軸32の偏光の透過率を高く、かつ吸収軸31の偏光の反射率を低くすることができる。
上述の偏光素子の製造方法によれば、グリッド幅の狭い従来の偏光板に比べて幅w40を広く確保しつつ、透過軸32の偏光の透過率が高く、かつ吸収軸31の偏光の反射率が低い偏光板10を製造できる。
*実施例1~4及び比較例共通
透明基板20の屈折率 :1.5
ピッチp40 :141nm
高さh40 :315nm
幅w50 :35nm
誘電層52の屈折率 :1.46
高さh55 :25nm
第1導電層55の屈折率 :4.03
第2導電層56の屈折率 :0.74
誘電層52の高さh52-1 :5nm
*実施例1~4共通
誘電層52の高さh52-2 :20nm
先端面61上の誘電層58の高さ :15nm
側面62の側方の誘電層58の幅 :2.5nm
誘電層58の屈折率 :1.46
*実施例1(図2参照)
高さh56 :25nm
*実施例2(図3参照)
高さh56 :47.5nm
*実施例3(図4参照)
高さh56 :115nm
*実施例4(図5参照)
高さh56 :250nm
*比較例(図12参照)
高さh56 :285nm
20 透明基板
22 主面(表面)
40 凸部
52 誘電層(第1誘電層)
54 導電層
55 第1導電層
56 第2導電層
Y 方向(第1方向)
Z 方向(第2方向)
Claims (13)
- ワイヤグリッド構造を有する偏光素子であって、
透明基板と、
使用帯域の光の波長より短いピッチで前記透明基板の表面に配列され、前記表面に沿う第1方向に延びる凸部と、
を備え、
前記凸部は第1誘電層と導電層とが前記表面に直交する第2方向に沿って交互に複数組で積層された積層体を有し、
前記導電層は前記光に対して吸収性を有する第1導電層と前記光に対して反射性を有する第2導電層を含み、
前記光の入射側に最も近い前記導電層として前記第1導電層が設けられ、
前記光の入射側に最も近い前記導電層と前記透明基板との間の全ての前記導電層として前記第2導電層が設けられ、
前記光の入射側から最も遠い前記第1誘電層は前記表面に接し、
前記第1誘電層の厚みは、入射して前記第1導電層で反射する偏光の位相に対して前記第1導電層を透過して前記第2導電層で反射する偏光の位相が半波長分ずれる厚みになっており、
前記第1導電層と前記第2導電層との間の前記第1誘電層の厚みは、前記第2導電層同士又は前記第2導電層と前記透明基板との間の前記第1誘電層の厚みよりも小さい、
偏光素子。 - 前記凸部は前記積層体の先端面及び側面を覆う第2誘電層を有する、
請求項1に記載の偏光素子。 - 前記凸部における前記導電層の層数は7以上である、
請求項1又は2に記載の偏光素子。 - 前記凸部は前記第1方向から見たとき略矩形である、
請求項1から3の何れか一項に記載の偏光素子。 - 前記第1誘電層及び前記導電層は前記第1方向から見たとき略矩形である、
請求項1から4の何れか一項に記載の偏光素子。 - 前記第2導電層の材料は金属である、
請求項1から5の何れか一項に記載の偏光素子。 - 前記金属はアルミニウム又はアルミニウム合金である、
請求項6に記載の偏光素子。 - 前記透明基板の材料はガラス、水晶又はサファイアの何れかである、
請求項1から7の何れか一項に記載の偏光素子。 - 前記第1誘電層の材料はシリコン酸化物である、
請求項1から8の何れか一項に記載の偏光素子。 - 前記第2誘電層の材料はシリコン酸化物である、
請求項2に記載の偏光素子。 - 前記第1導電層は鉄又はタンタルを含むと共にシリコンを含む、
請求項1から10の何れか一項に記載の偏光素子。 - 前記透明基板の表面及び前記凸部の先端面及び側面は有機系撥水膜によって覆われている、
請求項1から11の何れか一項に記載の偏光素子。 - 請求項1から12の何れか一項に記載の偏光素子を備える光学機器。
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