(57)【要約】  本発明は、一方向に延びる複数の金属細線が並べられたワイヤグリッド構造（１１）を備える。金属細線（１３）は、アルムニウム層（１５）と、銀層（１６）とが積層されてなる。銀層（１６）は、ワイヤグリッド構造（１１）に光が入射する入射側に配置されている。
2012017774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に延びる複数の金属細線が並べられたワイヤグリッド構造を備え、
前記金属細線は、アルムニウムを含む第１の金属層と、金、銀、銅のいずれかを含む第２の金属層とが積層されてなり、
前記第２の金属層は、前記ワイヤグリッド構造に光が入射する入射側に配置されている、偏光子。
【請求項２】
前記第１の金属層における、前記第２の金属層と接する面とは反対側の面に接する物質の屈折率が、前記第２の金属層における、前記第１の金属層と接する面とは反対側の面に接する物質の屈折率よりも高い、請求項１に記載の偏光子。
【請求項３】
一面上に、前記第１の金属層、前記第２の金属層の順に積層された基板を備える、請求項１または２に記載の偏光子。
【請求項４】
請求項１または２に記載の偏光子と、光を出射する出射面側に前記偏光子が配置される発光ダイオードと、を備え、前記偏光子で反射された光の少なくとも一部が前記発光ダイオードに入射する、発光装置。
【請求項５】
前記偏光子の前記第２の金属層が銀を含み、かつ前記発光ダイオードの出射光の中心波長が４８０ｎｍ以上である、請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記偏光子の前記第２の金属層が金を含み、かつ前記発光ダイオードの出射光の中心波長が６００ｎｍ以上である、請求項４に記載の発光装置。
【請求項７】
前記偏光子の前記第２の金属層が金を含み、かつ前記発光ダイオードの出射光の中心波長が６３０ｎｍ以上である、請求項４に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光子及びこれを用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型ディスプレイやプロジェクタなどの表示装置の性能が大幅に高くなっている。このような表示装置内では、偏光方向を揃えることが必要となる場合が多い。例えばフラットディスプレイなどの用途に広く用いられている液晶表示板では、光源からの光の入射側と出射側にそれぞれ偏光子が配置され、偏光子の間に挟まれた液晶に電圧を印加することで、入射光の偏光回転を制御し、出射側への光の透過率を制御している。偏光を揃えるために用いられる偏光子は、所定の方向の直線偏光を通過し、この所定の方向と直交する直線偏光を反射、または吸収する特性を有している。【０００３】
偏光子のうちで、一方の偏光を反射するタイプである反射型偏光子は、反射された光の偏光方向を波長板などで変換させることによって、反射された光を再利用することが可能である。このため、反射型偏光子は、光利用効率の高効率化が可能になり、その結果、表示装置を省電力化することが可能である。【０００４】
反射型偏光子としては、多数の微細な金属細線が並べられた格子構造（ワイヤグリッド構造）を有する、いわゆるワイヤグリッド型偏光子が広く用いられている。ワイヤグリッド構造は、例えば百数十ｎｍの繰り返し間隔（ピッチ）で、幅が数十ｎｍ、高さが百nm程度の複数の金属細線が並列に配置されており、例えば非特許文献１に詳細に記載されている。【０００５】
ワイヤグリッド型偏光子において、金属細線の長手方向、すなわち金属細線が延びる方向と直交する方向に偏光した光（以下、ＴＭ光と称する）は透過し、金属細線の長手方向と平行な方向に偏光した光（以下、ＴＥ光と称する）は反射される。また、金属細線を形成する金属材料としては、一般にアルミニウムが用いられている。【０００６】
また、このような反射型偏光子を用いた発光装置の例としては、偏光発光ダイオード（偏光ＬＥＤ）が挙げられる。この偏光ＬＥＤは、例えば特許文献１に記載されている。光源であるＬＥＤからの出射光は、偏光が揃っていないので、ＬＥＤから直接、液晶表示板へ入射させた場合、出射光の半分だけしか利用できない。出射光の偏光の方向は、偏光変換素子を用いることで一方向に揃えることが可能である。しかし、偏光変換素子を用いた場合には、偏光変換された偏光の光路が追加されるので、実質的な発光面積が２倍に増える。この場合は、発光面積と放射立体角との積であるエテンデュ（Etendue）が増加してしまうので、プロジェクタなどの用途において光の利用効率が低下する。【０００７】
そこで、反射型偏光子がＬＥＤの出射面上に配置され、反射型偏光子によって反射された一方の偏光をＬＥＤ側に戻して再利用する構造が提案されている。この構造では、上述のエテンデュを増やすことなく偏光を揃えることができるので、高い光利用効率を実現することが可能になる。また、この構造では、偏光子がＬＥＤの直上に配置されることによって、偏光子が高い光密度に晒されると共に偏光子の温度の上昇を招く。ワイヤグリッド型偏光子は、無機材料のみで構成することが可能であるので、高い信頼性を有しており、偏光子の温度が上昇するような環境下であっても十分に長い寿命が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−０６０５３４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Jian  Jim  Wang  et  al.,  “30-nm-wide  aluminum  nanowire  grid  for  ultrahigh  contrast  and  transmittance  polarizers  made  by  UV-nanoimprint  lithography”,  Applied  physics  letters  vol.89  p.  141105  (2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述のような反射型偏光子を用いた光学系において光利用効率を高めるためには、偏光子における損失を小さくすることが重要になる。すなわち、損失を小さくするためには、ＴＭ光に対する透過率と、ＴＥ光に対する反射率が共に高いことが望ましい。【００１１】
しかしながら、ワイヤグリッド構造がアルミニウムで形成されたワイヤグリッド型偏光子の場合、ＴＥ光に対する透過率は、９０％から９５％であり、比較的高い。しかし、この場合、ＴＥ光の反射率は８０％から８５％程度であり、ＴＥ光の反射率が十分ではない。つまり、ワイヤグリッド型偏光子では、ＴＥ光が一度反射される度に、ＴＥ光の１５％から２０％が失われることになる。特に多重反射が生じる場合、すなわち上述の偏光ＬＥＤのような用途においては、特に損失が大きくなってしまう問題がある。【００１２】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するものであって、ＴＥ光に対する反射率を高めて、光利用効率を高めることができる偏光子及び発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した目的を達成するため、本発明に係る偏光子は、一方向に延びる複数の金属細線が並べられたワイヤグリッド構造を備える。金属細線は、アルムニウムを含む第１の金属層と、金、銀、銅のいずれかを含む第２の金属層とが積層されてなる。第２の金属層は、ワイヤグリッド構造に光が入射する入射側に配置されている。【００１４】
また、本発明に係る発光装置は、本発明の偏光子と、光を出射する出射面側に偏光子が設けられた発光ダイオードと、を備え、偏光子で反射された光の少なくとも一部が発光ダイオードに入射する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＴＥ光に対する反射率を高くすることが可能になり、光利用効率を高めることができる。したがって、本発明は、表示装置の省電力化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態の偏光子の構造を模式的に示す斜視図である。
【図２Ａ】第１の実施形態の偏光子について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図２Ｂ】第１の実施形態の偏光子について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図３Ａ】金属細線がアルミニウム層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図３Ｂ】金属細線がアルミニウム層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図４Ａ】金属細線が銀層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図４Ｂ】金属細線が銀層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図５Ａ】金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、透過光（ＴＭ光）の損失との関係を示す図である。
【図５Ｂ】金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、透過光（ＴＭ光）の損失との関係を示す図である。
【図５Ｃ】金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射光（ＴＥ光）の損失との関係を示す図である。
【図５Ｄ】金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射光（ＴＥ光）の損失との関係を示す図である。
【図６Ａ】金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、透過光（ＴＭ光）の損失との関係を示す図である。
【図６Ｂ】金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、透過光（ＴＭ光）の損失との関係を示す図である。
【図６Ｃ】金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射光（ＴＥ光）の損失との関係を示す図である。
【図６Ｄ】金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射光（ＴＥ光）との損失の関係を示す図である。
【図７】第２の実施形態の偏光子の構造を模式的に示す斜視図である。
【図８Ａ】第２の実施形態の偏光子について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図８Ｂ】第２の実施形態の偏光子について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図９Ａ】金属細線がアルミニウム層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図９Ｂ】金属細線がアルミニウム層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図１０Ａ】金属細線が銀層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図１０Ｂ】金属細線が銀層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図１１Ａ】金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、透過光（ＴＭ光）の損失との関係を示す図である。
【図１１Ｂ】金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、透過光（ＴＭ光）の損失との関係を示す図である。
【図１１Ｃ】金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射光（ＴＥ光）の損失との関係を示す図である。
【図１１Ｄ】金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射光（ＴＥ光）の損失との関係を示す図である。
【図１２Ａ】偏光子の損失の光入射方向の依存性について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、透過光（ＴＭ光）の損失との関係を示す図である。
【図１２Ｂ】偏光子の損失の光入射方向の依存性について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、透過光（ＴＭ光）の損失との関係を示す図である。
【図１２Ｃ】偏光子の損失の光入射方向の依存性について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射光（ＴＥ光）の損失との関係を示す図である。
【図１２Ｄ】偏光子の損失の光入射方向の依存性について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射光（ＴＥ光）の損失との関係を示す図である。
【図１３】第３の実施形態の偏光子の構造を模式的に示す斜視図である。
【図１４Ａ】第３の実施形態の偏光子について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図１４Ｂ】第３の実施形態の偏光子について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図１５Ａ】金属細線がアルミニウム層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図１５Ｂ】金属細線がアルミニウム層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図１６Ａ】金属細線が金層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図１６Ｂ】金属細線が金層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図１７Ａ】金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、透過光（ＴＭ光）の損失との関係を示す図である。
【図１７Ｂ】金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、透過光（ＴＭ光）の損失との関係を示す図である。
【図１７Ｃ】金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射光（ＴＥ光）の損失との関係を示す図である。
【図１７Ｄ】金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射光（ＴＥ光）の損失との関係を示す図である。
【図１８】第４の実施形態の偏光子の構造を模式的に示す斜視図である。
【図１９Ａ】第４の実施形態の偏光子について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図１９Ｂ】第４の実施形態の偏光子について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図２０Ａ】金属細線が銅層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図２０Ｂ】金属細線が銅層のみで構成された偏光子について、金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射率及び透過率との関係を示す図である。
【図２１Ａ】金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、透過光（ＴＭ光）の損失との関係を示す図である。
【図２１Ｂ】金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、透過光（ＴＭ光）の損失との関係を示す図である。
【図２１Ｃ】金属細線の長手方向に直交する方向に対する入射光の傾きと、反射光（ＴＥ光）の損失との関係を示す図である。
【図２１Ｄ】金属細線の長手方向に対する入射光の傾きと、反射光（ＴＥ光）の損失との関係を示す図である。
【図２２】第５の実施形態に係る発光装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図２３Ａ】第１の実施形態の偏光子について、透過率及び反射率の波長依存性を示す図である。
【図２３Ｂ】金属細線がアルミニウム層のみで形成された偏光子について、透過率及び反射率の波長依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に、第１の実施形態の偏光子の斜視図を示す。図１に示すように、本実施形態の偏光子１は、一方向に延びる複数の微細な金属細線１３が一定間隔で並べられたワイヤグリッド構造１１と、ワイヤグリッド構造１１が設けられたガラス基板１２と、を備えている。金属細線１３は、第１の金属層としてのアルムニウム層１５と、第２の金属層としての銀層１６とが積層されて構成されている。ガラス基板１２の一面上には、アルミニウム層１５、銀層１６の順に積層されて、複数の金属細線１３が形成されている。
【００１９】
ここで、配列された複数の金属細線１３は、ピッチが１４０ｎｍ、配列方向の幅が４２ｎｍであり、アルミニウム層１５、銀層１６の厚さがそれぞれ８０ｎｍ、４０ｎｍである。ガラス基板１２の屈折率は１．５である。ガラス基板１２の、金属細線１３が形成された一面の反対側である裏面は、反射防止膜１８によって覆われている。
【００２０】
本実施形態の偏光子１に対して、金属細線１３が配置された側、すなわち金属細線１３の銀層１６側から波長が５３０ｎｍの光を入射させた場合における、ＴＥ光、ＴＭ光のそれぞれの反射率、透過率を計算した結果を図２Ａ、２Ｂに示す。計算には、ＲＣＷＡ法（Rigorous  Coupled  Wave  Analysis：厳密結合波解析）を用い、ガラス基板１２の裏面での反射が反射防止膜１８によって完全に抑制されるものとしている。
【００２１】
ここで、図２Ａは、金属細線１３の長手方向と直交する方向に対する入射光の傾き、すなわち図１におけるｘｚ平面内における入射角に対する、各ＴＥ光、ＴＭ光の反射率及び透過率を示している。同様に、図２Ｂは、金属細線１３の長手方向に対する入射光の傾き、すなわち図１におけるｙｚ平面内における入射角に対する、各ＴＥ光、ＴＭ光の反射率及び透過率を示している。なお、上述したｘｚ平面内における入射角、ｙｚ平面内における入射角とは、金属細線１３を構成するアルミニウム層１５、銀層１６が積層された積層方向である、ｚ方向に対する傾斜角を指している。
【００２２】
本実施形態と比較するために、複数の金属細線が、本実施形態とピッチ及び幅が同一にされ、厚さ１２０ｎｍであるアルミニウム層のみで形成された第１の比較例の偏光子と、銀層のみで形成された第２の比較例の偏光子のそれぞれの特性を図３Ａ、３Ｂ及び図４Ａ、４Ｂに示す。図２Ａ、２Ｂに示した実施形態と、図３Ａ、３Ｂ及び図４Ａ、４Ｂに示した各比較例とを比較した場合、本実施形態の偏光子は、ＴＭ光に対する透過率が２つの比較例とほぼ等しいが、ＴＥ光に対する反射率が比較例よりも高くなっている。
【００２３】
また、実施形態の損失と、２つの比較例の損失とを比較した結果を図５Ａ〜５Ｄに示す。なお、ここで、損失とは、ＴＭ光に対しては吸収損失であるが、ＴＥ光に対しては吸収損失と透過率の和である。ＴＥ光は、本来反射されるべき偏光であり、偏光子を透過した分がその先の光学系において不要な光となるので、透過率も損失に含めている。一方、ＴＭ光は、全て透過されるのが理想的であるが、実際にはＴＭ光の一部が反射され、特に入射角が大きいときに反射率が高くなる。ただし、反射されたＴＭ光は再利用が可能であるので、偏光子における損失とは見なされない。
【００２４】
図５Ａ〜５Ｄに示すように、本実施形態の構造では、透過光すなわちＴＭ光に対する損失が２つの比較例と同程度であるが、反射光すなわちＴＥ光に対する損失が、２つの比較例よりも大幅に減らされている。
【００２５】
以上のように、本実施形態の構造は、複数の金属細線が、本実施形態とピッチ、幅、厚さが同一にされて、それぞれ単一の金属層からなる２つの比較例の構造と比べて、ＴＥ光に対する損失が抑えられた。その結果、本実施形態は、ＴＥ光に対する反射率が高められる。
【００２６】
なお、図１に示した本実施形態の構造において、ガラス基板１２側、すなわち金属細線１３のアルミニウム層１５側から光を入射させた場合の損失を図６Ａ〜６Ｄに示す。比較するために、金属細線１３が配置された側、すなわち金属細線１３の銀層１６が配置された側から光を入射させた場合の損失も示している。図６Ａ〜６Ｄに示すように、アルミニウム層１５側から光を入射させる方が、金属細線１３の銀層１６側から光を入射させるよりも損失が大きい。したがって、本実施形態の偏光子１では、ワイヤグリッド構造１１に対して、金属細線１３の銀層１６側から光を入射させることが好ましいので、銀層１６が、ワイヤグリッド構造１１に光が入射する入射側に配置される。
【００２７】
上述したように、本実施形態によれば、本発明に関連する偏光子に比べてＴＥ光に対する損失を減らし、ＴＥ光の反射率を高めることが可能である。このため、光利用効率を高くすることができ、したがって、本実施形態は、プロジェクタなどの表示装置を省電力化することが可能になる。
【００２８】
次に、他の実施形態について図面を参照して説明する。他の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部材には、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【００２９】
（第２の実施形態）
図７に、第２の実施形態の偏光子の斜視図を示す。第２の実施形態の偏光子は、金属細線を構成するアルミニウム層と銀層がガラス基板上に積層される順序が、上述した第１の実施形態と異なっている。
【００３０】
図７に示すように、第２の実施形態の偏光子２は、一方向に延びる複数の微細な金属細線２３が一定間隔で並べられたワイヤグリッド構造２１と、ワイヤグリッド構造２１が設けられたガラス基板１２と、を備えている。金属細線１３は、第１の金属層としての銀層１６と、第２の金属層としてのアルミニウム層１５とが積層されて構成されている。ガラス基板１２の上に、銀層１６、アルミニウム層１５の順に積層されて、複数の金属細線２３が形成されている。
【００３１】
ここで、配列された複数の金属細線２３は、ピッチが１４０ｎｍ、配列方向の幅が４２ｎｍ、銀層１６、アルミニウム層１５の厚さがそれぞれ４０ｎｍ、８０ｎｍである。ガラス基板１２の屈折率は１．５である。ガラス基板１２の、金属細線２３が形成された面の反対側である裏面は、反射防止膜１８によって覆われている。
【００３２】
本実施形態の構造において、ガラス基板１２側、すなわち金属細線２３の銀層１６側から波長が５３０ｎｍの光を入射させた場合における、ＴＥ光、ＴＭ光の反射率、透過率を計算した結果を図８Ａ、８Ｂに示す。本実施形態と比較するために、複数の金属細線が、本実施形態と同一のピッチ及び幅で、厚さ１２０ｎｍであるアルミニウム層のみで形成された第１の比較例の偏光子、及び同様に銀層のみで形成された第２の比較例の偏光子に、ガラス基板１２側から光を入射させた場合の特性を図９Ａ、９Ｂ及び図１０Ａ、１０Ｂに示す。本実施形態の偏光子２では、ＴＭ光に対する透過率が２つの比較例とほぼ等しいが、ＴＥ光に対する反射率が比較例よりも高くなっている。
【００３３】
また、本実施形態と２つの比較例の損失を比較した結果を図１１Ａ〜１１Ｄに示す。この場合でも、本実施形態の構造では、透過光すなわちＴＭ光に対する損失が、２つの比較例と同程度であるが、反射光すなわちＴＥ光に対する損失が２つの比較例よりも大幅に減っている。
【００３４】
以上のように、本実施形態の構造は、複数の金属細線のピッチ、幅、厚さが同一にされ、金属細線がそれぞれ単一の金属層のみからなる２つの比較例と比べて、ＴＥ光に対する損失が抑えられた。その結果、本実施形態は、ＴＥ光に対する反射率を高めることができる。
【００３５】
なお、図７に示す第２の実施形態の構造において、金属細線２３が配置された側、すなわち金属細線２３のアルミニウム層１５側から光を入射させた場合の損失を図１２Ａ〜１２Ｄに示す。比較のために、ガラス基板１２側、すなわち金属細線２３の銀層１６側から光を入射させた場合の損失も示している。ＴＥ光とＴＭ光、及び偏光子に対する入射方向と入射角によっても傾向が異なるが、全体的に金属細線２３が配置された側、すなわち金属細線２３のアルミニウム層１５側から光を入射させた方が、損失が大きくなっている。したがって、第２の実施形態の偏光子２においても、ガラス基板１２側、すなわち金属細線２３の銀層１６側から光を入射させることが好ましく、銀層１６が、ワイヤグリッド構造２１に光が入射する入射側に配置される。
【００３６】
ここで、偏光子に対する光の入射方向が損失に及ぼす影響について考える。図５Ａ〜５Ｄ及び図１１Ａ〜１１Ｄに示すように、アルミニウム層と銀層の積層構造において、積層方向に対する銀層側から光を入射させるように設定した方が、損失が抑えられる。
【００３７】
また、一般的にアルミニウム層が接する層の屈折率よりも、銀層が接する層の屈折率が低い構成は、損失を小さくすることができる。例えば、第１と第２の実施形態では、複数の金属細線のピッチ、幅、厚さ、アルミニウム層１５と銀層１６との比が共に全て同じに構成された。しかし、第１の実施形態では、アルミニウム層１５における、銀層１６と接する面とは反対側の面が、屈折率１．５のガラス基板１２に接している。これに対し、銀層１６における、アルミニウム層１５と接する面とは反対側の面が、周囲媒体である屈折率１の空気に接している。一方、第２の実施形態におけるアルミニウム層１５と銀層１６は、第１の実施形態と逆になっている。
【００３８】
第１の実施形態と第２の実施形態における損失、すなわち図５Ａ〜５Ｄ、図１１Ａ〜１１Ｄにそれぞれ示した、銀層１６側から光を入射させた場合の損失を比較したとき、図５Ａ〜５Ｄに示した第１の実施形態が、第２の実施形態よりも損失が小さい。すなわち、アルミニウム層１５と銀層１６とが接する面とは反対側の面に関して、アルミニウム層１５が接する層の屈折率が、銀層１６が接する層の屈折率よりも高くされている第１の実施形態が、第２に実施形態よりも損失が小さくなる。
【００３９】
アルミニウム層１５が接する層の屈折率よりも、銀層１６が接する層の屈折率が低い構成が、損失を小さくすることができる点に関しては、銀層の代わりに金層や銅層を用いた場合においても同様である。すなわち、金層または銅層と、アルミニウム層を用いた金属細線を有するワイヤグリッド型偏光子において、ワイヤグリッド構造に光を入射させる場合、アルミニウム層側ではなく、金層または銅層側から光を入射させることが好ましい。また、アルミニウム層と、金層または銅層とが接する面とは反対側の面に関して、アルミニウム層が接する層の屈折率が、金層または銅層が接する層の屈折率よりも高い構成の方が、損失を小さく抑える点で望ましい。
【００４０】
（第３の実施形態）
図１３に、第３の実施形態の偏光子の斜視図を示す。第３の実施形態の偏光子は、金属細線がアルミニウム層と金層が積層されて構成されている点が、上述した実施形態と異なっている。
【００４１】
図１３に示すように、第３の実施形態の偏光子３は、一方向に延びる複数の微細な金属細線３３が一定間隔で並べられたワイヤグリッド構造３１と、ワイヤグリッド構造３１が設けられたガラス基板１２と、を備えている。金属細線３３は、第１の金属層としてのアルミニウム層１５と、第２の金属層としての金層３５とが積層されて構成されている。ガラス基板１２の上に、アルミニウム層１５、金層３５の順に積層されて、複数の金属細線３３が形成されている。
【００４２】
ここで、配列された複数の金属細線３３は、ピッチが１７０ｎｍ、配列方向の幅が５１ｎｍ、アルミニウム層１５、金層３５の厚さがそれぞれ８０ｎｍ、４０ｎｍである。ガラス基板１２の屈折率は１．５である。ガラス基板１２の、金属細線３３が形成された面の反対側である裏面は、反射防止膜１８によって覆われている。
【００４３】
本実施形態の構造において、金属細線３３が配置された側、すなわち金属細線３３の金層３５側から波長が６５０ｎｍの光を入射させた場合における、ＴＥ光、ＴＭ光の反射率、透過率を計算した結果を図１４Ａ、１４Ｂに示す。実施形態と比較するために、複数の金属細線が、実施形態と同一のピッチ及び幅で、厚さ１２０ｎｍであるアルミニウム層のみで形成された第１の比較例の偏光子、及び同様に金層のみで形成された第２の比較例の偏光子のそれぞれの特性を図１５Ａ、１５Ｂ及び図１６Ａ、１６Ｂに示す。本実施形態の偏光子３では、ＴＭ光に対する透過率が２つの比較例とほぼ等しいが、ＴＥ光に対する反射率が比較例よりも高くなっている。
【００４４】
また、本実施形態と２つの比較例の損失を比較した結果を図１７Ａ〜１７Ｄに示す。この場合でも、本実施形態の構造では、透過光すなわちＴＭ光に対する損失が２つの比較列と同程度であるが、反射光すなわちＴＥ光に対する損失が比較例よりも減っている。
【００４５】
（第４の実施形態）
図１８に、第４の実施形態の偏光子の斜視図を示す。第４の実施形態の偏光子は、金属細線がアルミニウム層と銅層が積層されて構成されている点が、上述した実施形態と異なっている。
【００４６】
図１８に示すように、第４の実施形態の偏光子４は、一方向に延びる複数の微細な金属細線３３が一定間隔で並べられたワイヤグリッド構造４１と、ワイヤグリッド構造４１が設けられたガラス基板１２と、を備えている。金属細線４３は、第１の金属層としてのアルミニウム層１５と、第２の金属層としての銅層４５とが積層されて構成されている。ガラス基板１２の上に、アルミニウム層１５、銅層４５の順に積層されて、複数の金属細線４３が形成されている。
【００４７】
ここで、配列された複数の金属細線４３は、ピッチが１７０ｎｍ、配列方向の幅が５１ｎｍ、アルミニウム層１５、銅層４５の厚さがそれぞれ８０ｎｍ、４０ｎｍである。ガラス基板１２の屈折率は１．５である。ガラス基板１２の、金属細線４３が形成された面の反対側である裏面は、反射防止膜１８によって覆われている。
【００４８】
本実施形態の構造において、金属細線４３が配置された側、すなわち金属細線４３の銅層４５側から波長が６５０ｎｍの光を入射させた場合における、ＴＥ光、ＴＭ光の反射率、透過率を計算した結果を図１９Ａ、１９Ｂに示す。本実施形態と比較するために、複数の金属細線が、実施形態と同一のピッチ及び幅で、厚さ１２０ｎｍの銅層のみで形成された第１の比較例の偏光子の特性を図２０Ａ、２０Ｂに示す。なお、複数の金属細線が実施形態と同一のピッチ、幅、厚さのアルミニウム層のみで形成された第２の比較例の偏光子の特性を図１５に示す。図１９Ａ、１９Ｂに示す実施形態と、図２０Ａ、２０Ｂ及び図１５Ａ、１５Ｂに示す比較例とを比較すると、本実施形態の偏光子４では、ＴＭ光に対する透過率が２つの比較例と同程度であるが、ＴＥ光に対する反射率が比較例よりも高くなっている。また、本実施形態と２つの比較例の損失を比較した結果を図２１Ａ〜２１Ｄに示す。この場合でも、本実施形態の構造では、透過光すなわちＴＭ光に対する損失が２つの比較例と同程度であるが、反射光すなわちＴＥ光に対する損失が比較例よりも減っている。
【００４９】
（第５の実施形態）
図２２に、第５の実施形態に係る発光装置の断面図を示す。実施形態の発光装置は、上述した実施形態の偏光子とＬＥＤとを組み合わせた偏光ＬＥＤに関するものである。
【００５０】
本実施形態が備えるＬＥＤは、ＩｎＧａＮを活性層とする発光の中心波長（ピーク発光波長）が５３０ｎｍの発光素子である。本実施形態における偏光子としては、第１の実施形態の偏光子１を用いている。
【００５１】
図２２に示すように、本実施形態の偏光ＬＥＤ５が備えるＬＥＤ５２は、基板５３上に、反射膜５４、アノード電極５５、ｐ型半導体層５６、活性層５７、ｎ型半導体層５８、カソード電極５９を備えている。各電極５５，５９は、ＬＥＤ５２の全面ではなく、一部を覆っている。ＬＥＤ５２の出射面は、光取り出し効率を高めるために、表面にサブミクロンオーダーの細かな、かつ不規則な凹凸を刻んだ、いわゆるテクスチャ構造６０が形成されている。
【００５２】
このように構成されたＬＥＤ５２の上に第１の実施形態の偏光子１が、金属細線１３の銀層１６側をＬＥＤ５２の出射面側と対向させて配置されている。ＬＥＤ５２から出射された光のうち、偏光子１によって、ＴＭ光は透過し、ＴＥ光は反射される。偏光子１で反射されたＴＥ光は、ＬＥＤ５２側へ戻り、ＬＥＤ５２の表面またはＬＥＤ５２の裏面の反射膜５４で再度反射するか、あるいはＬＥＤ５２の内部で多重反射を繰り返した後、再度、偏光子１に入射する。偏光子１で反射された光は偏光方向が揃った光となっているが、ＬＥＤ５２の出射面のテクスチャ構造６０で拡散反射が生じるので、ＬＥＤ５２で反射される際に、偏光がほぼ解消される。したがって、ＬＥＤ５２で反射されて偏光子１に再び入射した光のうちほぼ半分が偏光子１を通過し、残りが再びＬＥＤ側に反射される。このように、本実施形態の偏光ＬＥＤ５では、偏光子１とＬＥＤ５２との間で多重反射が生じることとなる。このため、偏光子１からの反射光の再利用率は、偏光子１の反射率に大きく依存する。したがって、本実施形態の偏光子１を用いることにより、偏光子１の反射率を増加させ、光の再利用率を大幅に高めることができる。
【００５３】
以上の実施形態で述べたように、アルミニウム層と銀層、あるいは、アルミニウム層と金層または銅層を用いることによって、ワイヤグリッド型偏光子の損失を減らすことが可能である。ただし、以下のような理由により、本実施形態の構造を適用する場合には、ある一定以上の波長で用いることが望ましい。本実施形態のようなワイヤグリッド構造に光を入射させた場合、ある波長において顕著な吸収が生じ、透過率及び反射率が大幅に減る。この波長は金属細線を形成する金属材料によって異なるが、アルミニウム層の場合には、可視光域よりも十分に短波長側にあるので、可視光域で偏光子を用いる限りは影響がほとんど無い。一方、銀層、金層、銅層の場合には、この波長が可視光域の近傍に位置するか、あるいは可視光域内に入り得る。
【００５４】
図２３Ａに、第１の実施形態における、アルミニウム層１５と銀層１６からなる金属細線１３を有する偏光子１の反射率及び透過率の波長依存性を示す。本実施形態と比較するために、アルミニウム層のみで形成された偏光子の反射率及び透過率の波長依存性を図２３Ｂに示す。なお、この計算は、垂直入射の場合について行っている。第１の実施形態の偏光子１では、波長が３７０ｎｍから３８０ｎｍ付近の範囲においてＴＭ光の透過率が大幅に減る。この現象により、本実施形態の構造がアルミニウム層単体の金属細線を有する偏光子に対して有利となる波長が制限される。このような透過率が極小となる波長は、銀層が接する物質の屈折率に依存し、その屈折率が高くなるほど、長波長となる。ただし、短波長となるのは、銀層が真空（空気であっても実質的には同じ）に接している場合である。この場合に、本実施形態の構造がアルミニウム層単体の構造と透過率が同等になるのは、波長が４８０ｎｍ以上である場合となる。
【００５５】
一方、ＴＥ光の反射率の極小値は、ＴＭ光の透過率の極小値よりも短い波長域に存在する。しかし、透過率と比べて反射率は、波長が長くなった場合であっても緩やかにのみ増加する傾向があるので、この傾向もやはり可視域での特性に影響する。第１の実施形態の偏光子１において、ＴＥ光の反射率が、アルミニウム層単体からなる金属細線を有する偏光子に対して同等以上になる場合は、波長が４７０ｎｍ以上である場合になる。
【００５６】
以上のことから、アルミニウム層と銀層とが積層された金属細線を有する偏光子が、アルミニウム層単体からなる金属細線を有する偏光子よりも有利になる場合は、波長が４８０ｎｍ以上である場合になる。
【００５７】
同様に、第３、第４の実施形態のように金層及び銅層を用いた金属細線を有する構造は、それぞれ波長が６００ｎｍ以上及び６３０ｎｍ以上において、アルミニウム層単体からなる金属細線を有する構造よりも有利となる。したがって、第３、第４の実施形態の偏光子を第５の実施形態のようにＬＥＤと組み合わせて用いる場合には、ＬＥＤの出射光の中心波長が、それぞれ上述した波長以上であることが望ましい。
【００５８】
以上、実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形が可能である。
【００５９】
例えば、本実施形態では偏光子が有する金属細線の金属層を構成する材料として、アルミニウム、銀、金、銅を用いた場合について説明したが、これらを主成分とした合金が用いられても良い。
【００６０】
また、上述した３種類以上の金属層が積層された金属細線が用いても良い。例えば、金属細線は、アルミニウム層の上に、銀層を積層し、更に、銀層の上に他の金属層が積層された構成であっても良い。
【００６１】
なお、偏光子の特性に影響しない範囲であれば、他の金属層が追加されても良い。例えば第１の実施形態において、金属細線１３を構成するアルミニウム層１５と銀層１６との間に、厚さ１ｎｍのクロムからなる金属層が挿入されても良い。
【００６２】
さらに、金属細線の側面、すなわち積層方向に平行な側面にも他の金属層が積層されても良い。例えば、第１の実施形態において、金属細線１３の積層方向に平行な表面におけるアルミニウム層１５の端面、及び銀層１６の端面及び表面に、厚さ０．５ｎｍ程度のごく薄い、金からなる被覆層が形成されても良い。
【００６３】
また、第５の実施形態において、偏光子１とＬＥＤ５２とを組み合わせた偏光ＬＥＤ５について説明したが、上述の構成に波長板などの他の光学部品が組み合わされても良い。例えば、第５の実施形態において、偏光子１とＬＥＤ５２との間に波長板が配置されても良い。
【００６４】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００６５】
この出願は、２０１０年８月２日に出願された日本出願特願２０１０−１７３４７５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００６６】
１  偏光子
１１  ワイヤグリッド構造
１２  ガラス基板
１３  金属細線
１５  アルミニウム層
１６  銀層
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2012017774.tif 000020
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2012017774.tif 000022
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
2012017774.tif 000030
【図１２Ｃ】
2012017774.tif 000031
【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
2012017774.tif 000036
【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
2012017774.tif 000040
【図１７Ｂ】
2012017774.tif 000041
【図１７Ｃ】
2012017774.tif 000042
【図１７Ｄ】
2012017774.tif 000043
【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
2012017774.tif 000055
【国際調査報告】
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2012017774.tif 000057
2012017774.tif 000058
2012017774.tif 000059