(57)【要約】【課題】優れた光学特性を有する偏光板及び偏光板の製造方法を提供する。【解決手段】  使用帯域の光を透過する透光基板１１と、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層１２と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層１４とを備え、透光基板１１側から吸収層１２と反射層１４とがこの順に積層されてなる、又は透光基板１１側から反射層１４と吸収層１２とがこの順に積層されてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用帯域の光を透過する透光基板と、
金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層と、
使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層とを備え、
前記透光基板側から前記吸収層と前記反射層とがこの順に積層されてなる、又は前記透光基板側から前記反射層と前記吸収層とがこの順に積層されてなる偏光板。
【請求項２】
前記吸収層と前記反射層との間に、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された誘電体層を備える請求項１記載の偏光板。
【請求項３】
前記金属含有半導体層の半導体が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、ＺｎＯのうちいずれか１種であり、
前記金属含有半導体層の金属が、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｎｂのうち１種以上の純金属又は合金であり、
前記金属含有半導体層の金属含有量が、５０ａｔｍ％以下である請求項１又は２に記載の偏光板。
【請求項４】
前記吸収層又は前記誘電体層の少なくとも一部の幅が、前記反射層の幅よりも狭い請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光板。
【請求項５】
前記吸収層が、金属層をさらに有し、該金属層の幅が、前記反射層の幅よりも狭い請求項４記載の偏光板。
【請求項６】
前記吸収層が、光入射方向に対し、前記金属層、前記金属含有半導体層の順に形成されてなる請求項５記載の偏光板。
【請求項７】
前記金属層が、Ｔａ層である請求項５又は６に記載の偏光板。
【請求項８】
前記金属含有半導体層の金属が、Ｆｅである請求項５乃至７のいずれか１項に記載の偏光板。
【請求項９】
前記吸収層が、金属層又は半導体層をさらに有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光板。
【請求項１０】
前記金属含有半導体層の半導体が、Ｓｉである請求項１又は２に記載の偏光板。
【請求項１１】
前記金属含有半導体層の金属が、Ｆｅである請求項１０記載の偏光板。
【請求項１２】
前記金属含有半導体層のＦｅ含有量が、５０ａｔｍ％以下である請求項１１記載の偏光板。
【請求項１３】
前記吸収層が、Ｔａ層をさらに有する請求項１１又は１２記載の偏光板。
【請求項１４】
前記吸収層が、光入射方向に対し、前記Ｔａ層、前記金属含有半導体層の順に形成されてなる請求項１３記載の偏光板。
【請求項１５】
前記金属含有半導体層の膜厚が、前記Ｔａ層よりも厚い請求項１４記載の偏光板。
【請求項１６】
前記金属含有半導体層の金属が、Ｔａである請求項９記載の偏光板。
【請求項１７】
前記金属含有半導体層のＴａ含有量が、４０ａｔｍ％以下である請求項１６記載の偏光板。
【請求項１８】
前記吸収層が、Ｔａ層をさらに有する請求項１６又は１７記載の偏光板。
【請求項１９】
前記吸収層が、光入射方向に対し、前記Ｔａ層、前記金属含有半導体層の順に形成されてなる請求項１８記載の偏光板。
【請求項２０】
前記金属含有半導体層の膜厚が、前記Ｔａ層よりも厚い請求項１９記載の偏光板。
【請求項２１】
使用帯域の光を透過する透光基板上に、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有する吸収層と、反射層とを、この順又は逆の順に積層し、
エッチングにより、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されたグリッド構造を形成する偏光板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交する偏光成分（いわゆるＰ偏光波、Ｓ偏光波）の一方を吸収し、他方を透過させる偏光板、及び偏光板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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こと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）の一方を吸収し、他方を透過させることである。
【０００３】
従来、このような偏光板として、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。これら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。このように二色性の偏光板は、延伸により作製されるため、一般に収縮し易い。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く、透明保護フィルムを接着する必要がある場合がある。
【０００４】
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。
【０００５】
米国では、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いない。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、これにより偏光特性が得られ、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。
【０００６】
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、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、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。
【０００７】
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。
【０００８】
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と記述されている（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こと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、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、大面積のパターンの形成が必要である。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。
【０００９】
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）により塩化物の除去が可能であるが、アルミニウム塩化物に反応する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ことは難しい。
【００１０】
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ことを意味する。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こと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については高い透過率が求められるが、通常、基板にガラスを用いた場合、ガラス界面から数％の反射は避けられず、高い透過率を得ることが難しい。
【００１１】
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。しかしながら、使用帯域に対して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い。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る。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、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、基板としてガラスを用いた場合、ガラス界面から数％の反射は避けられない。
【００１２】
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。
【００１３】
また、特許文献４には、ワイヤグリッド構造と吸収膜とを組み合わせた偏光板が記載されている。吸収膜に金属や半導体膜を用いる場合、材料の光学特性に強く影響されるため、材料とワイヤグリッドと吸収膜の間の誘電体膜厚を調整することで、特定域の反射率を軽減することが可能であるが、広波長域でこれを実現することは困難である。
【００１４】
また、吸収性の高いＴａやＧｅなどを使うことで、帯域を広げることが可能であるが、透過軸方向の吸収が同時に大きくなり、偏光板で重要な特性である透過軸方向の透過率が低下してしまう。
【００１５】
上記問題への改善策として、吸収膜への微粒子の適用がある。しかし、これまで提案されている斜め成膜を用いて直接吸収膜を堆積する方法では、堆積させる吸収膜のシャドーイングによる自己組織化に頼っているため、材料自体の物性や基板の粗度などに強く影響を受け、吸収特性の制御が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第６７７２６０８号明細書
【特許文献２】特開２０００−１４７２５３号公報
【特許文献３】特開２００２−３７２６２０号公報
【特許文献４】特開２００８−２１６９５７号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．４ ６１９−６２４
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．２１９８６ ３１１−３１４
【非特許文献３】Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃ． Ｖｏｌ．１５Ｎｏ．６ １９９７ １０４２−１０５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、優れた光学特性を有する偏光板及び偏光板の製造方法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】
【００１９】
本件発明者は、鋭意検討の結果、光吸収層として金属を含有する金属含有半導体層を用いることにより、反射率を低下させ、優れた光学特性が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２０】
すなわち、本発明に係る偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板と、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層とを備え、前記透光基板側から前記吸収層と前記反射層とがこの順に積層されてなる、又は前記透光基板側から前記反射層と前記吸収層とがこの順に積層されてなることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る偏光板の製造方法は、使用帯域の光を透過する透光基板上に、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有する吸収層と、反射層とを、この順又は逆の順に積層し、エッチングにより、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されたグリッド構造を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光吸収層として、光吸収に相当する消衰係数が高い金属を含有する金属含有半導体層を用いることにより、半導体層よりも光吸収性を向上させることが可能となるとともに、金属層よりも反射率を低下させることが可能となり、優れた光学特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る第１の偏光板を示す概略断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る第２の偏光板を示す概略断面図である。
【図３】図３は、従来の偏光板を示す概略断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、比較例の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図４（Ｂ）は、比較例の偏光板の反射率を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例１の偏光板を示す概略断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、実施例１の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図６（Ｂ）は、実施例１の偏光板の反射率を示すグラフである。
【図７】図７は、第１のシミュレーションに用いる偏光板を示す概略断面図である。
【図８】図８は、第２のシミュレーションに用いる偏光板を示す概略断面図である。
【図９】図９は、第１のシミュレーションにおいて、吸収層としてＦｅを５ａｔｍ％含有するＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。
【図１０】図１０は、第１のシミュレーションにおいて、吸収層としてＦｅを１０ａｔｍ％含有するＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。
【図１１】図１１は、第２のシミュレーションにおいて、吸収層としてＦｅを５ａｔｍ％含有するＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。
【図１２】図１２は、第２のシミュレーションにおいて、吸収層としてＦｅを１０ａｔｍ％含有するＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。
【図１３】図１３（Ａ）は、エッチング時間に対するエッチング深さを示すグラフであり、図１３（Ｂ）は、エッチングレートの計算結果を示す表である。
【図１４】図１４は、実施例４のシミュレーションに用いる偏光板を示す概略断面図である。
【図１５】図１５は、誘電体層の膜厚を５ｎｍとしたときの光学特性を示すグラフである。
【図１６】図１６は、誘電体層の膜厚を２０ｎｍとしたときの光学特性を示すグラフである。
【図１７】図１７は、誘電体層の膜厚を３５ｎｍとしたときの光学特性を示すグラフである。
【図１８】図１８は、誘電体層の膜厚を５０ｎｍとしたときの光学特性を示すグラフである。
【図１９】図１９は、実施例５の偏光板を示す概略断面図である。
【図２０】図２０は、吸収層としてＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。
【図２１】図２１は、吸収層としてＴａを２０ａｔｍ％含有するＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。
【図２２】図２２は、吸収層としてＴａを２５ａｔｍ％含有するＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。
【図２３】図２３は、吸収層としてＴａを３３ａｔｍ％含有するＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。
【図２４】図２４は、吸収層としてそれぞれ、Ｓｉ、Ｔａを２０ａｔｍ％含有するＳｉ、Ｔａを２５ａｔｍ％含有するＳｉ、Ｔａを３３ａｔｍ％含有するＳｉ、及びＴａを用いたときの吸収軸反射率を示すグラフである。
【図２５】図２５は、Ｔａの原子百分率に対する吸収軸反射率の測定波長範囲における最大値と最小値との差を示すグラフである。
【図２６】図２６は、吸収層としてそれぞれ、Ｓｉ、Ｔａを２０ａｔｍ％含有するＳｉ、Ｔａを２５ａｔｍ％含有するＳｉ、Ｔａを３３ａｔｍ％含有するＳｉ、及びＴａを用いたときの透過軸透過率を示すグラフである。
【図２７】図２７は、Ｔａの原子百分率に対する透過軸透過率の測定波長範囲における平均値を示すグラフである。
【図２８】図２８は、実施例６の偏光板を示す概略断面図である。
【図２９】図２９は、実施例６の偏光板において誘電体層の膜厚をそれぞれ、２．５ｎｍ、５．０ｎｍ、７．５ｎｍ、及び１０．０ｎｍとしたときの吸収軸反射率を示すグラフである。
【図３０】図３０は、実施例７の偏光板を示す概略断面図である。
【図３１】図３１は、実施例７の偏光素子の断面のＳＥＭ画像である。
【図３２】図３２（Ａ）は、実施例７の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図３２（Ｂ）は、赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の各波長帯域における透過軸透過率Ｔｐ、吸収軸透過率Ｔｓ、コントラストＣＲ（Ｔｐ／Ｔｓ）、透過軸反射率Ｒｐ、及び吸収軸反射率Ｒｓの平均値を示す表である。
【図３３】図３３は、実施例８の偏光板を示す概略断面図である。
【図３４】図３４は、実施例８の偏光素子の断面のＳＥＭ画像である。
【図３５】図３５（Ａ）は、実施例８の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図３５（Ｂ）は、赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の各波長帯域における透過軸透過率Ｔｐ、吸収軸透過率Ｔｓ、コントラストＣＲ（Ｔｐ／Ｔｓ）、透過軸反射率Ｒｐ、及び吸収軸反射率Ｒｓの平均値を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．偏光板の構成
２．偏光板の製造方法
３．実施例
【００２５】
＜１．偏光板の構成＞
本実施の形態に係る偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板と、金属を含有する金
属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層とを備え、透光基板側から吸収層と反射層とがこの順に積層されてなる、又は透光基板側から反射層と吸収層とがこの順に積層されてなる。すなわち、本実施の形態に係る偏光板は、入射光に対して吸収層と反射層とがこの順に形成されてなるものである。また、吸収層と反射層との間に、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された誘電体層を備えても構わない。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に係る第１の偏光板を示す概略断面図である。図１に示すように、第１の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層１２と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された誘電体層１３と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層１４とを備え、透光基板１１側から吸収層１２と誘電体層１３と反射層１４とがこの順に積層されている。すなわち、第１の偏光板１は、透光基板１１側から吸収層１２と誘電体層１３と反射層１４とがこの順に積層された凸部が、透光基板１１上に一定間隔に並んだ一次元格子状のワイヤグリッド構造を有する。
【００２７】
また、図２は、本発明の実施の形態に係る第２の偏光板を示す概略断面図である。図２に示すように、第２の偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板１１と、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層１２と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された誘電体層１３と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層１４とを備え、透光基板１１側から反射層１４と誘電体層１３と吸収層１２とがこの順に積層されている。すなわち、第２の偏光板１は、透光基板１１側から反射層１４と誘電体層１３と吸収層１２とがこの順に積層された凸部が、透光基板１１上に一定間隔に並んだ一次元格子状のワイヤグリッド構造を有する。
【００２８】
このような第１又は第２の偏光板において、一次元格子状のワイヤグリッド構造の凸部の吸収層１２又は誘電体層１３の少なくとも一部の幅が、反射層１４の幅よりも狭いことが好ましく、特に、吸収層１２の幅が、反射層１４の幅よりも狭いことがより好ましい。これにより、偏光板の透過率を増加させ、反射率を低下させることができる。
【００２９】
透光基板１１は、使用帯域の光に対して透明で、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。本実施の形態では、透光基板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が好ましい。これにより、強い光に対して高い耐光性を有することとなり、発熱量の多いプロジェクターの光学エンジン用の偏光板として有用となる。
【００３０】
また、透光基板１１が水晶のような光学活性の結晶からなる場合、結晶の光学軸に対して平行方向又は垂直方向に格子状凸部を配置することにより、優れた光学特性を得ることができる。ここで、光学軸とは、その方向に進む光のＯ（常光線）とＥ（異常光線）の屈折率の差が最小となる方向軸である。
【００３１】
なお、偏光板の用途によっては、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）を用いてもよい。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。
【００３２】
吸収層１２は、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有する１層以上から構成
される。金属含有半導体層は、光吸収に相当する消衰係数が高い金属を含有するため、半導体層よりも光吸収性を向上させることができるとともに、金属層よりも反射率を低下させることができる。
【００３３】
金属含有半導体層の半導体としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、ＺｎＯなどのうちいずれか１種を用いることができる。半導体の光吸収作用に半導体のバンドギャップエネルギーが関与するため、バンドギャップエネルギーが使用帯域以下であることが必要である。例えば、可視光で使用する場合、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以下の半導体を使用する必要がある。また、金属含有半導体層の金属としては、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｎｂなどのうち１種以上の純金属又は合金を用いることができる。
【００３４】
また、金属含有半導体層の金属含有量は、５０ａｔｍ％以下であることが好ましい。金属含有半導体層の金属含有量が多すぎると、透過率が減少してしまう。また、金属含有半導体層の半導体は、容易に成膜可能なＳｉであることが好ましい。金属含有半導体層のより好ましい組み合わせとしては、Ｆｅを含有するＳｉ、Ｔａを含有するＳｉなどを挙げることができる。
【００３５】
また、吸収層１２は、金属含有半導体層の他に、金属層をさらに有し、金属層の幅を反射層１４の幅よりも狭くすることが好ましい。これにより、偏光板の反射率を低下させることができる。吸収層１２の幅は、エッチングにより制御可能であり、そのサイドエッチング量は、エッチングガス圧力、及び基板を冷却するＨｅガスの圧力により制御することができる。
【００３６】
また、吸収層１２は、金属含有半導体層の他に、金属層又は半導体層をさらに有することが好ましい。これにより、反射を抑制し、透過率を向上させることができ、コントラスト（消光比：透過軸透過率／吸収軸透過率）を増大させることができる。
【００３７】
金属含有半導体層としてＦｅを含有するＳｉを用いた場合、Ｆｅ含有量は、５０ａｔｍ％以下であることが好ましい。Ｆｅ含有量が５０ａｔｍ％より多い場合、ガス種を工夫してもエッチングが困難となる。さらに、広く半導体エッチングプロセスで用いられているＣＦ４でエッチング可能とするため、１０ａｔｍ％以下であることが好ましい。
【００３８】
また、金属含有半導体層としてＦｅを含有するＳｉを用いた場合、反射率の低減効果を高めるために、吸収層１２としてさらにＴａ層を設けることが好ましい。また、Ｔａ層を設けた場合、吸収層１２は、光入射方向に対し、Ｔａ層、金属含有半導体層の順に形成されることが好ましい。また、金属含有半導体層の膜厚は、Ｔａ層よりも厚いことが好ましい。これにより低い反射率を得ることができるとともに高い透過率を得ることができる。また、吸収効果や干渉効果を高めてコントラスト（消光比：透過軸透過率／吸収軸透過率）を増大させることができる。
【００３９】
また、金属含有半導体層としてＴａを含有するＳｉを用いた場合、Ｔａ含有量は、４０ａｔｍ％以下であることが好ましい。Ｔａ含有量が４０ａｔｍ％以下の範囲では、反射率はガラス界面レベルと同等の４％以下であり、かつ透過率も高い値であるため、実用上、反射率の低減と高い透過率を保つことができる。
【００４０】
また、金属含有半導体層としてＴａを含有するＳｉを用いた場合、反射率の低減効果を高めるために、吸収層１２としてさらにＴａ層を設けることが好ましい。また、Ｔａ層を設けた場合、吸収層１２は、光入射方向に対し、Ｔａ層、金属含有半導体層の順に形成されることが好ましい。また、金属含有半導体層の膜厚は、Ｔａ層よりも厚いことが好まし
い。これにより低い反射率を得ることができるとともに高い透過率を得ることができる。また、吸収効果や干渉効果を高めてコントラスト（消光比：透過軸透過率／吸収軸透過率）を増大させることができる。
【００４１】
吸収層１２は、蒸着法やスパッタ法により、膜が高い密度で形成されていることが好ましい。膜の密度が高いことにより、熱伝導性が向上し、放熱性を向上させることができる。
【００４２】
誘電体層１３は、透光基板１１側から入射した光に対して、吸収層１２を透過し、反射層１４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。具体的な膜厚は、偏光の位相を調整し、干渉効果を高めることが可能な１〜５００ｎｍの範囲で適宜設定される。本実施の形態では、吸収層１２が反射した光を吸収するため、膜厚が最適化されていなくてもコントラストの向上が実現でき、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構わない。
【００４３】
誘電体層１３を構成する材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２などの一般的な材料を用いることができる。また、誘電体層１３の屈折率は、１．０より大きく２．５以下とすることが好ましい。なお、吸収層１２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１３の材料により偏光板特性を制御してもよい。
【００４４】
反射層１４は、誘電体層１３上に吸収軸であるＹ方向に帯状に延びた金属薄膜が配列されてなるものである。すなわち、反射層１４は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、透光基板１１側から入射した光のうち、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。
【００４５】
反射層１４の構成材料には、使用帯域の光に対して反射性を有する材料であれば特に制限されず、例えばＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅなどの金属単体もしくはこれらを含む合金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。
【００４６】
なお、反射層１４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
【００４７】
また、光学特性の変化が実用上影響を与えない範囲で、透光基板１１及び格子状凸部の表面を被覆する保護膜を備えることが好ましい。例えばＳｉＯ２などを堆積させることにより、耐湿性などの信頼性を改善することができる。保護膜の形成方法としては、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いることが好ましい。プラズマＣＶＤを用
いることにより、格子状凸部の隙間にも保護膜を堆積させることができる。
【００４８】
このような構成の偏光板によれば、透過、反射、干渉、偏光波の選択的光吸収の４つの作用を利用することで、反射層の格子に平行な電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、格子に垂直な電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させることができる。すなわち、ＴＥ波は、吸収層１２の偏光波の選択的光吸収作用によって減衰され
、吸収層１２及び誘電体層１３を透過したＴＥ波は、ワイヤグリッドとして機能する格子状の反射層１４によって反射される。ここで、誘電体層１３の厚さ、屈折率を適宜調整することによって、反射層１４で反射したＴＥ波について、吸収層１２を透過する際に一部を反射し、反射層１４に戻すことができ、また、吸収層１２を通過した光を干渉により減衰させることができる。以上のようにして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。
【００４９】
また、本実施の形態に係る偏光板は、光吸収層として、光吸収に相当する消衰係数が高い金属を含有する金属含有半導体層を用いることにより、半導体層よりも光吸収性を向上させることが可能となるとともに、金属層よりも反射率を低下させることが可能となり、優れた光学特性を得ることができる。よって、従来よりも偏光板の設計範囲を広げることができ、可視光域で所望の消光比を持った偏光板を提供することが可能となる。
【００５０】
また、本実施の形態に係る偏光板は、有機物よりも耐久性の高い無機物で構成されているため、液晶プロジェクターに使われるような強い光に対して高い耐光特性を示し、高い信頼性を得ることができる。また、広波長域で反射率を低減できるため、カメラ用偏光フィルターや、液晶ＴＶ用偏光板など、汎用偏光板への適用が可能となる。
【００５１】
＜２．偏光板の製造方法＞
次に、偏光板の製造方法について説明する。本実施の形態に係る偏光板の製造方法は、使用帯域の光を透過する透光基板上に、金属を含有する金属含有半導体層を少なくとも有する吸収層と、反射層とを、この順又は逆の順に積層し、エッチングにより、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されたグリッド構造を形成するものである。
【００５２】
ここでは、図１に示す第１の偏光板の製造方法ついて説明する。第１の偏光板の製造方法では、先ず、透光基板１１上に、吸収層１２、誘電体層１３、反射層１４をこの順に成膜する。
【００５３】
吸収層１２は、蒸着法やスパッタ法により成膜する。具体的には、成膜時に透光基板１１をターゲットに対して対向させて配置し、アルゴンガス粒子をターゲットに衝突させ、その衝撃ではじき飛ばされたターゲット成分を基板上に付着させ、吸収層１２を得る。金属含有半導体層は、例えば、Ｆｅ含有シリコンターゲット、Ｔａ含有シリコンターゲットなどの金属含有半導体ターゲットを用いることにより成膜することができる。
【００５４】
また、誘電体層１３及び反射層１４は、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）により成膜することができる。
【００５５】
このようにして成膜された反射層１４上に、ナノインプリント、フォトリソグラフィなどにより格子状のマスクパターンを形成、その後、ドライエッチングにより格子状凸部を形成する。ドライエッチング用のガスとしては、反射防止膜（ＢＡＲＣ）にはＡｒ／Ｏ２、ＡｌＳｉにはＣｌ２／ＢＣｌ３、ＳｉＯ２、Ｓｉ、Ｔａには、ＣＦ４／Ａｒを挙げることができる。また、エッチング条件（ガス流量、ガス圧、パワー、基板の冷却温度）を最適化することによって、垂直性の高い格子形状を実現することができる。また、エッチング条件により、吸収層１２の幅（Ｘ軸方向）を調整することができる。
【００５６】
また、格子状凸部を形成するグリッド間のエッチングの際、エッチングによる再デポジションを抑制し、かつ確実に基板界面の金属を除去するため、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などの透明でかつＣＦ４によるエッチングが容易な材料を偏光性能に影響を与えない範囲で基
板上に成膜してもよい。また、上記材料をエッチングで部分的また全て取り去ってもよい。
【００５７】
なお、反射層１４にＡｌやＡｌＳｉを用いる場合には、吸収層１２及び誘電体層１３には、フッ素でエッチング可能な材料を選択することが望ましい。そうすることで、高いエッチング選択比が得られ、吸収層１２及び誘電体層１３の膜厚設計値の幅を広くすることができ、プロセス構築上有利となる。
【００５８】
また、光学特性の変化が応用上影響を与えない範囲で、最上部に耐湿性などの信頼性改善の目的でＳｉＯ２などの保護膜を堆積することも可能である。
【実施例】
【００５９】
＜３．実施例＞
以下、本発明の実施例について説明する。ここでは、吸収層として、金属を含有する金属含有半導体層を用いた偏光板を作製し、光学特性について評価した。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６０】
［比較例］
図３は、従来の偏光板を示す概略断面図である。透光基板上にＴａを２０ｎｍ、ＳｉＯｘを５０ｎｍ、及びＡｌを６０ｎｍ、順次、スパッタリング法により成膜し、ドライエッチングを行い、ピッチが１４０ｎｍのグリッド構造を形成した。
【００６１】
図４（Ａ）は、比較例の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図４（Ｂ）は、比較例の偏光板の反射率を示すグラフである。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、Ｔａは、光吸収膜として有効に作用するものの、反射率の絶対値は、１０％弱あり、通常の液晶ＴＶや液晶モニターで使われる有機系偏光板の反射率に比べてはるかに高い。このように従来の偏光板では、可視域の広い波長域で低い反射率を得ることは困難である。
【００６２】
［実施例１］
図５は、実施例１の偏光板を示す概略断面図である。透光基板上にＴａを１０ｎｍ、（Ｆｅ５％）Ｓｉを１５ｎｍ、ＳｉＯｘを３０ｎｍ、及びＡｌを６０ｎｍ、順次、スパッタリング法により成膜し、ドライエッチングを行い、ピッチが１４０ｎｍのグリッド構造を形成した。（Ｆｅ５％）Ｓｉは、Ｆｅを５ａｔｍ％含有するシリコンターゲットを用いて成膜した。
【００６３】
図６（Ａ）は、実施例１の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図６（Ｂ）は、実施例１の偏光板の反射率を示すグラフである。図６（Ｂ）と図４（Ｂ）とを比べると分かるように、実施例１の偏光板は、反射率を著しく低下させることができた。特に視感度が高い緑域での反射率を２％以下とすることができた。また、実施例１の偏光板は、比較例と比べて、可視波長の広い範囲で反射率を低下させることができた。このように吸収層として、金属を含有する金属含有半導体層を用いることにより、反射率を大幅に低下させることが可能であることが分かった。
【００６４】
［実施例２］
次に、金属含有半導体層の反射率低減の効果をＲＣＷＡ(Rigorous Coupled Wave Analysis)法によりシミュレーションで検証した。
【００６５】
図７は、第１のシミュレーションに用いる偏光板を示す概略断面図であり、図８は、第２のシミュレーションに用いる偏光板を示す概略断面図である。第１のシミュレーションに用いる偏光板は、図２に示す第２の偏光板と同様、基板側から反射層、誘電体層、及び
吸収層が形成された構造であり、吸収層にＦｅを含有するＳｉ、誘電体層にＳｉＯ２、及び反射層にＡｌを用いた。また、第２のシミュレーションに用いる偏光板は、図１に示す第１の偏光板と同様、基板側から吸収層、誘電体層、及び反射層が形成された構造であり、吸収層にＦｅを含有するＳｉ、誘電体層にＳｉＯ２、及び反射層にＡｌを用いた。
【００６６】
図９は、第１のシミュレーションにおいて、吸収層としてＦｅを５ａｔｍ％含有するＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。このシミュレーションに用いた偏光板は、ピッチが１４０ｎｍのグリッド構造を有し、基板側からＡｌを１００ｎｍ、ＳｉＯ２を２０ｎｍ、及びＦｅを５％含有するＳｉを２５ｎｍ積層したものとした。
【００６７】
図１０は、第１のシミュレーションにおいて、吸収層としてＦｅを１０ａｔｍ％含有するＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。このシミュレーションに用いた偏光板は、ピッチが１４０ｎｍのグリッド構造を有し、基板側からＡｌを１００ｎｍ、ＳｉＯ２を５０ｎｍ、及びＦｅを１０％含有するＳｉを１５ｎｍ積層したものとした。
【００６８】
図１１は、第２のシミュレーションにおいて、吸収層としてＦｅを５ａｔｍ％含有するＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。このシミュレーションに用いた偏光板は、ピッチが１４０ｎｍのグリッド構造を有し、基板側からＦｅを５ａｔｍ％含有するＳｉを２５ｎｍ、ＳｉＯ２を２０ｎｍ、及びＡｌを１００ｎｍ積層したものとした。
【００６９】
図１２は、第２のシミュレーションにおいて、吸収層としてＦｅを１０ａｔｍ％含有するＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。このシミュレーションに用いた偏光板は、ピッチが１４０ｎｍのグリッド構造を有し、基板側からＦｅを１０ａｔｍ％含有するＳｉを１５ｎｍ、ＳｉＯ２を５０ｎｍ、及びＡｌを１００ｎｍ積層したものとした。
【００７０】
図９及び図１１に示すように、Ｆｅ含有量が５ａｔｍ％のＳｉを吸収層に用いた場合、広波長域での反射率の低減は十分ではないが、可視用偏光板として重要な波長５００ｎｍの緑域の反射率の低減は十分であり、液晶プロジェクター用のチャンネル偏光板に使用することができる。広波長域で反射率を低減させるためには、実施例１のようにＴａを積層することが有効である。
【００７１】
また、図１０及び図１２に示すように、Ｆｅ含有量が１０ａｔｍ％のＳｉを吸収層に用いた場合、実施例１のようにＴａを積層しなくても、広波長域で反射率を低減させることが可能である。このようにＦｅ含有量により反射率の調整が可能であり、Ｆｅ含有量を増加させることにより広波長域での反射率の低減効果が高まることが分かった。
【００７２】
［実施例３］
次に、実際の作製プロセスにおけるＦｅ含有量の影響について検証した。ここでは、エッチングガスにＣＦ４を用いた場合のＦｅ含有Ｓｉのエッチングレートを測定した。ＣＦ系のエッチングガスは、ＭＥＭＳ、半導体などの微細エッチングに広く用いられているガスである。個片ガラス基板上にそれぞれ（Ｆｅ５％）Ｓｉ、（Ｆｅ１０％）Ｓｉ、及び（Ｆｅ１５％）Ｓｉを成膜し、これらを一括してエッチング処理を行った。
【００７３】
図１３（Ａ）は、エッチング時間に対するエッチング深さを示すグラフであり、図１３（Ｂ）は、エッチングレートの計算結果を示す表である。図１３（Ｂ）に示すように、（Ｆｅ５％）Ｓｉは０．９７３ｎｍ／ｓｅｃ、（Ｆｅ１０％）Ｓｉは０．２３４ｎｍ／ｓｅｃのエッチングレートであり、（Ｆｅ１５％）Ｓｉはエッチングされなかった。すなわち、Ｆｅ含有量が増加するとエッチングレートが減少し、エッチングが困難になることが分かった。
【００７４】
エッチングガスにアンモニアを用いるとＦｅがエッチングできるという報告もあるが、本構造は、Ｆｅ含有Ｓｉ単層ではなく、複数の層が積層されているので、他の層への影響（エッチング時の腐食、エッチング異方性）を考慮すると、使用するには適さない。また、アルゴンガスによる物理的除去という方法もあるが、本構造は微細なピッチをもつため再付着が起きやすく、特性劣化の原因ともなる。
【００７５】
以上のような理由により、ガス種を工夫しても５０ａｔｍ％より多いＦｅ含有量は難しいと考えられる。よって、Ｆｅ含有量は、５０ａｔｍ％以下、さらに実用的には、広く半導体エッチングプロセスで用いられているＣＦ４でエッチング可能な１０ａｔｍ％以下であることが使用上好ましい。Ｆｅ含有量を１０ａｔｍ％以下とした場合、反射率の低減効果を高めるためにＴａを積層することが好ましい。
【００７６】
［実施例４］
吸収層にＦｅを含有するＳｉを用いた構造においても、反射層、誘電体層、吸収層の間の干渉効果があるので、誘電体層の膜厚によっても反射率は変化する。そこで、実施例４では、誘電体層の膜厚による反射率について、ＲＣＷＡ法によりシミュレーションで検証した。
【００７７】
図１４は、実施例４のシミュレーションに用いる偏光板を示す概略断面図である。実施例４の偏光板は、ピッチが１４０ｎｍのグリッド構造を有し、基板側からＡｌを１００ｎｍ、ＳｉＯ２、及びＦｅを５％含有するＳｉを２５ｎｍ積層したものとした。
【００７８】
図１５〜図１８は、誘電体層の膜厚をそれぞれ、５ｎｍ、２０ｎｍ、３５ｎｍ、及び５０ｎｍとしたときの光学特性を示すグラフである。図１５〜図１８から分かるように、誘電体層の膜厚を制御することにより、反射率を低減させることが可能である。誘電体の膜厚が、５ｎｍ、２０ｎｍ、３５ｎｍ、及び５０ｎｍの場合、反射率が高いものの、実施例１のようにＴａを積層することにより反射率を低下させることができる。
【００７９】
また、図１５〜図１８より、誘電体層の膜厚を増加させることにより、吸収効果や干渉効果が高まり、ＣＲ（消光比：透過軸透過率／吸収軸透過率）が増大することが分かった。
【００８０】
また、誘電体層の膜厚は、エッチング時間が短くなり作製プロセス上有利となるため、薄いことが好ましい。例えば、図１０に示すシミュレーション結果の偏光板は、誘電体層の膜厚が５０ｎｍであり、さらに、吸収層としてＦｅを１０ａｔｍ％含有するＳｉを用いているため、長いエッチング時間が必要である。
【００８１】
［実施例５］
次に、吸収層としてＴａ含有Ｓｉを用いた偏光板のＴａ含有量について、実際にサンプルを作製して検証した。
【００８２】
図１９は、実施例５の偏光板を示す概略断面図である。実施例５の偏光板は、ピッチが１４０ｎｍのグリッド構造を有し、基板側から吸収層を３０ｎｍ、ＳｉＯ２を３０ｎｍ、及びＡｌを４０ｎｍ積層したものとした。
【００８３】
図２０〜図２３は、吸収層としてそれぞれ、Ｓｉ、Ｔａを２０ａｔｍ％含有するＳｉ、Ｔａを２５ａｔｍ％含有するＳｉ、及びＴａを３３ａｔｍ％含有するＳｉを用いたときの光学特性を示すグラフである。
【００８４】
また、図２４は、吸収層としてそれぞれ、Ｓｉ、Ｔａを２０ａｔｍ％含有するＳｉ、Ｔ
ａを２５ａｔｍ％含有するＳｉ、Ｔａを３３ａｔｍ％含有するＳｉ、及びＴａを用いたときの吸収軸反射率を示すグラフである。また、図２５は、Ｔａの原子百分率に対する吸収軸反射率の測定波長範囲における最大値と最小値との差を示すグラフである。
【００８５】
また、図２６は、吸収層としてそれぞれ、Ｓｉ、Ｔａを２０ａｔｍ％含有するＳｉ、Ｔａを２５ａｔｍ％含有するＳｉ、Ｔａを３３ａｔｍ％含有するＳｉ、及びＴａを用いたときの透過軸透過率を示すグラフである。また、図２７は、Ｔａの原子百分率に対する透過軸透過率の測定波長範囲における平均値を示すグラフである。
【００８６】
図２５に示すように、吸収軸反射率の測定波長範囲における最大値と最小値との差は、Ｔａ含有量の増加により小さくなり、吸収型偏光板としてはＴａ含有量が多い方が好適となる。一方、図２７に示すように、透過軸透過率の測定波長範囲における平均値は、Ｔａ含有量の増加により小さくなり、Ｔａ含有量が少ない方が好適となる。
【００８７】
図２５及び図２７より、Ｔａ含有量は４０ａｔｍ％以下であることが好ましいことが分かる。一般的なフロートガラスの反射率が８％であるのに対し、Ｔａ含有量が４０ａｔｍ％以下の範囲では、反射率はガラスと同等以下であり、かつ透過率も高い値であるため、実用上、反射率の低減と高い透過率を保つことができる。
【００８８】
なお、実施例４では、図１に示す第１の偏光板の構造を用いたが、図２に示す第２の偏光板の構造を用いても同様の効果を得ることができる。
【００８９】
［実施例６］
実施例３において、誘電体層の膜厚による反射率について説明したが、実施例６では、誘電体層の膜厚による反射率の最小値の波長について、実際にサンプルを作製して検証した。
【００９０】
図２８は、実施例６の偏光板を示す概略断面図である。実施例５の偏光板は、ピッチが１４０ｎｍのグリッド構造を有し、基板側からＡｌを２２０ｎｍ、ＳｉＯ２、及びＦｅを５ａｔｍ％含有するＳｉを３５ｎｍ積層したものとした。
【００９１】
図２９は、実施例６の偏光板において誘電体層の膜厚をそれぞれ、２．５ｎｍ、５．０ｎｍ、７．５ｎｍ、及び１０．０ｎｍとしたときの吸収軸反射率を示すグラフである。図２９に示すように、誘電体層の膜厚により、吸収軸反射率の最小値の波長を制御することができることが分かった。また、誘電体層の膜厚が２．５ｎｍと非常に薄くても反射率が低減されていることから、低反射率が望まれる波長次第では、誘電層がなくてもよいことが分かった。
【００９２】
図３０は、実施例７の偏光板を示す概略断面図であり、図３１は、実施例７の偏光素子の断面のＳＥＭ画像である。実施例７の偏光板は、次のように作製した。先ず、厚さ０．７ｍｍの透光基板（品名：Ｅａｇｌｅ２０００、コーニング社製）上に下地膜としてＳｉＯ２を１５ｎｍ、吸収層ＡとしてＴａを１５ｎｍ、吸収層Ｂとして（Ｆｅ５％）Ｓｉを１０ｎｍ、誘電体層としてＳｉＯｘを４０ｎｍ、及び反射層としてＡｌを１７０ｎｍ、順次、スパッタリングにより成膜した。（Ｆｅ５％）Ｓｉは、Ｆｅを５ａｔｍ％含有するシリコンターゲットを用いて成膜した。
【００９３】
また、反射層上にＢＡＲＣ（Bottom Anti-Reflective Coat）を成膜し、レジストによ
り格子状のマスクパターンを形成した。次に、Ａｒ／Ｏ２ガスによるスカム処理によりＢＡＲＣを除去し、Ｃｌ２／ＢＣｌ３によりＡｌをエッチングした。その後、Ｈ２Ｏプラズマにより腐食層（塩化化合物）を除去し、Ｏ２アッシングにより、レジスト、ＢＡＲＣを
除去した。そして、ＣＦ４／Ａｒガスにより吸収層をエッチングして格子状凸部を形成し、ピッチが１４０ｎｍのグリッド構造を有する偏光板を作製した。吸収層のエッチング条件は、ＣＦ４ガス流量：２０ｓｃｃｍ、Ａｒガス流量：４ｓｃｃｍ、ＣＦ４／Ａｒガス圧力：０．５Ｐａ、冷却用Ｈｅガス圧力：４００Ｐａ、エッチング時間：８０ｓｅｃとした。この実施例７の偏光板のＴａ層の幅は、Ａｌ層の幅Ｗとほぼ同じであった。
【００９４】
図３２（Ａ）は、実施例７の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図３２（Ｂ）は、赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の各波長帯域における透過軸透過率Ｔｐ、吸収軸透過率Ｔｓ、コントラストＣＲ（Ｔｐ／Ｔｓ）、透過軸反射率Ｒｐ、及び吸収軸反射率Ｒｓの平均値を示す表である。実施例７の偏光板は、実施例１と同様に、比較例と比べて、可視波長の広い範囲で反射率を低下させることができた。また、実施例７の偏光板は、高いコントラストＣＲを得ることができた。
【００９５】
図３３は、実施例８の偏光板を示す概略断面図であり、図３４は、実施例８の偏光素子の断面のＳＥＭ画像である。実施例８の偏光板は、吸収層のエッチング条件以外は、実施例７の偏光板と同様に作製した。吸収層のエッチング条件は、ＣＦ４ガス流量：２０ｓｃｃｍ、Ａｒガス流量：４ｓｃｃｍ、ＣＦ４／Ａｒガス圧力：２．０Ｐａ、冷却用Ｈｅガス圧力：１０００Ｐａ、エッチング時間：８０ｓｅｃとした。この実施例８の偏光板のＴａ層の幅は、Ａｌ層の幅Ｗよりも狭く形成された。
【００９６】
図３５（Ａ）は、実施例８の偏光板の光学特性を示すグラフであり、図３５（Ｂ）は、赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の各波長帯域における透過軸透過率Ｔｐ、吸収軸透過率Ｔｓ、コントラストＣＲ（Ｔｐ／Ｔｓ）、透過軸反射率Ｒｐ、及び吸収軸反射率Ｒｓの平均値を示す表である。実施例８の偏光板は、コントラストＣＲが実施例７とほぼ同じでありながら、反射率を実施例７よりも低下させることができた。これは、青の波長帯域（４３０ｎｍ−５１０ｎｍ）で特に顕著であった。
【符号の説明】
【００９７】
１１  透光基板、  １２  吸収層、  １３  誘電体層、  １４  反射層
【図１】
2018036670.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月22日(2017.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用帯域の光を透過する透光基板と、
Ｆｅを含有する金属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層と、
使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層とを備え、
前記透光基板側から前記吸収層と前記反射層とがこの順に積層されてなる、又は前記透光基板側から前記反射層と前記吸収層とがこの順に積層されてなり、
前記金属含有半導体層の半導体が、Ｓｉであり、
前記金属含有半導体層のＦｅ含有量が、１０ａｔｍ％以下である偏光板。
【請求項２】
前記吸収層と前記反射層との間に、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された誘電体層を備える請求項１記載の偏光板。
【請求項３】
前記吸収層又は前記誘電体層の少なくとも一部の幅が、前記反射層の幅よりも狭い請求項１又は２項に記載の偏光板。
【請求項４】
前記吸収層が、金属層をさらに有し、該金属層の幅が、前記反射層の幅よりも狭い請求項３記載の偏光板。
【請求項５】
前記吸収層が、光入射方向に対し、前記金属層、前記金属含有半導体層の順に形成されてなる請求項４記載の偏光板。
【請求項６】
前記吸収層が、金属層又は半導体層をさらに有する請求項１乃至３のいずれか１項に記
載の偏光板。
【請求項７】
前記吸収層が、Ｔａ層をさらに有し、
前記吸収層が、光入射方向に対し、前記Ｔａ層、前記金属含有半導体層の順に形成されてなる請求項１記載の偏光板。
【請求項８】
前記Ｔａ層の幅が、前記反射層の幅よりも小さい請求項７記載の偏光板。
【請求項９】
使用帯域の光を透過する透光基板上に、Ｆｅ含有量が１０ａｔｍ％以下であり、半導体がＳｉである金属含有半導体層を少なくとも有する吸収層と、反射層とを、この順又は逆の順に積層し、
エッチングにより、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されたグリッド構造を形成する偏光板の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
すなわち、本発明に係る偏光板は、使用帯域の光を透過する透光基板と、Ｆｅを含有する金属含有半導体層を少なくとも有し、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された吸収層と、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層とを備え、前記透光基板側から前記吸収層と前記反射層とがこの順に積層されてなる、又は前記透光基板側から前記反射層と前記吸収層とがこの順に積層されてなり、前記金属含有半導体層の半導体が、Ｓｉであり、前記金属含有半導体層のＦｅ含有量が、１０ａｔｍ％以下であることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
また、本発明に係る偏光板の製造方法は、使用帯域の光を透過する透光基板上に、Ｆｅ含有量が１０ａｔｍ％以下であり、半導体がＳｉである金属含有半導体層を少なくとも有する吸収層と、反射層とを、この順又は逆の順に積層し、エッチングにより、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列されたグリッド構造を形成することを特徴とする。