(57)【要約】【課題】吸収軸反射率の波長分散をより正確に制御できる偏光板を提供すること。【解決手段】ワイヤグリッド構造を有する偏光板１であって、透明基板１０と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板１０上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部１１と、を備え、格子状凸部１１が、透明基板１０側から順に、反射層１３と、誘電体層１４と、吸収層１５と、を有し、反射層１３の幅ｂは、誘電体層１４の幅及び吸収層１５の幅（グリッド幅ａ）のいずれよりも小さい偏光板１である。【選択図】図１
2019144334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、
透明基板と、
使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、
前記格子状凸部が、前記透明基板側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有し、
前記反射層の最大幅は、前記誘電体層の最大幅及び前記吸収層の最大幅のいずれよりも小さい偏光板。
【請求項２】
前記誘電体層の最大幅と前記吸収層の最大幅は略同一である請求項１に記載の偏光板。
【請求項３】
前記誘電体層の厚みが、１〜５０ｎｍである請求項１又は２に記載の偏光板。
【請求項４】
前記吸収層の厚みが、１０〜５０ｎｍである請求項１から３いずれかに記載の偏光板。
【請求項５】
前記透明基板が、使用帯域の光の波長に対して透明であり、且つ、ガラス、水晶又はサファイアで構成される請求項１から４いずれかに記載の偏光板。
【請求項６】
前記反射層が、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成される請求項１から５いずれかに記載の偏光板。
【請求項７】
前記誘電体層が、Ｓｉ酸化物で構成される請求項１から６いずれかに記載の偏光板。
【請求項８】
前記吸収層が、Ｆｅ又はＴａを含むとともにＳｉを含んで構成される請求項１から７いずれかに記載の偏光板。
【請求項９】
光が入射する前記偏光板の表面が、誘電体からなる保護膜により覆われている請求項１から８いずれかに記載の偏光板。
【請求項１０】
光が入射する前記偏光板の表面が、有機系撥水膜により覆われている請求項１から９いずれかに記載の偏光板。
【請求項１１】
ワイヤグリッド構造を有する偏光板の製造方法であって、
透明基板上に反射層を形成する反射層形成工程と、
前記反射層上に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、
前記誘電体層上に吸収層を形成する吸収層形成工程と、
形成された積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列され所定方向に延在する格子状凸部を形成するエッチング工程と、を有し、
前記エッチング工程では、前記反射層の最大幅を前記誘電体層の最大幅及び前記吸収層の最大幅よりも小さくする偏光板の製造方法。
【請求項１２】
前記エッチング工程では、前記使用帯域の光の波長域における吸収軸反射率が最も低くなるように前記反射層の最大幅を調整する請求項１１に記載の偏光板の製造方法。
【請求項１３】
請求項１から１０のいずれかに記載の偏光板を備える光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光板及びその製造方法、並びに光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光板は、吸収軸方向の偏光を吸収し、該吸収軸方向と直交する透過軸方向の偏光を透過させる光学素子である。近年、耐熱性が要求される液晶プロジェクタ等の光学機器において、有機偏光板に代わり、ワイヤグリッド型の無機偏光板が採用され始めている。
【０００３】
この無機偏光板は、透明基板側から順に、反射層、誘電体層及び吸収層を有して構成される。また、これらの各無機層は、物理成膜法等により形成され、フォトリソ・ドライエッチング技術等によりワイヤグリッド型の偏光子パターンが形成される。
【０００４】
ところで、液晶プロジェクタは、各メーカによって光源スペクトルが異なる場合があり、３ＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）を構成する可視光域の各チャンネル波長も異なる場合がある。そのため、各メーカのチャンネル波長に合った最適な光学特性を有する偏光板が求められる。
【０００５】
偏光板の特性である吸収軸反射率特性は、一般的に、誘電体層と吸収層の厚みを調整して吸収軸反射率特性の波長分散を制御することにより、可視光域のチャンネル制御が行われている。このとき、選択したいチャンネル波長域における吸収軸反射率が最も低くなるように誘電体層と吸収層の厚みを調整するため、光学設計上は専用設計となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−８０２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
無機偏光板を構成する各無機層は、一般的に幅方向の寸法が均一な断面矩形状に設計され、上述の物理エッチング技術により形成される。ところが、その際に偏光子の先端となる吸収層は物理エッチングによって常にエッチングされており、エッチング装置の真空度やガス圧コントロールのバラツキによってその厚み及び体積が変動する。その結果、吸収軸反射率特性が最も低くなる波長域も変動し、各メーカのチャンネル波長域に対して最適な吸収軸反射率特性を得るのが困難であった。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸収軸反射率の波長分散をより正確に制御できる偏光板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、透明基板（例えば、後述の透明基板１０）と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部（例えば、後述の格子状凸部１１）と、を備え、前記格子状凸部が、前記透明基板側から順に、反射層（例えば、後述の反射層１３）と、誘電体層（例えば、後述の誘電体層１４）と、吸収層（例えば、後述の吸収層１５）と、を有し、前記反射層の最大幅（例えば、後述の反射層の幅ｂ）は、前記誘電体層の最大幅及び前記吸収層の最大幅（例えば、後述のグリッド幅ａ）のいずれよりも小さい偏光板（例えば、後述の偏光板１）を提供する。
【００１０】
前記誘電体層の最大幅と前記吸収層の最大幅は略同一であってもよい。
【００１１】
前記誘電体層の厚みが、１〜５０ｎｍであってもよい
【００１２】
前記吸収層の厚みが、１０〜５０ｎｍであってもよい。
【００１３】
前記透明基板が、使用帯域の光の波長に対して透明であり、且つ、ガラス、水晶又はサファイアで構成されてもよい。
【００１４】
前記反射層が、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されてもよい。
【００１５】
前記誘電体層が、Ｓｉ酸化物で構成されてもよい。
【００１６】
前記吸収層が、Ｆｅ又はＴａを含むとともにＳｉを含んで構成されてもよい。
【００１７】
光が入射する前記偏光板の表面が、誘電体からなる保護膜（例えば、後述の誘電体保護膜２０）により覆われていてもよい。
【００１８】
光が入射する前記偏光板の表面が、有機系撥水膜により覆われていてもよい。
【００１９】
また本発明は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板の製造方法であって、透明基板上に反射層を形成する反射層形成工程と、前記反射層上に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、前記誘電体層上に吸収層を形成する吸収層形成工程と、形成された積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列され所定方向に延在する格子状凸部を形成するエッチング工程と、を有し、前記エッチング工程では、前記反射層の最大幅を前記誘電体層の最大幅及び前記吸収層の最大幅よりも小さくする偏光板の製造方法を提供する。
【００２０】
前記エッチング工程では、前記使用帯域の光の波長域における吸収軸反射率が最も低くなるように前記反射層の最大幅を調整してもよい。
【００２１】
また本発明は、上記いずれかの偏光板を備える光学機器を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、吸収軸反射率の波長分散をより正確に制御できる偏光板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る偏光板を示す断面模式図である。
【図２】反射層の幅がグリッド幅に対して８８％である実施例１に係る偏光板の光学特性を示す図である。
【図３】反射層の幅がグリッド幅に対して５６％である実施例２に係る偏光板の光学特性を示す図である。
【図４】反射層の幅がグリッド幅と同一である比較例１に係る偏光板の光学特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。
【００２５】
［偏光板］
本発明の一実施形態に係る偏光板は、ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板であって、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチ（周期）で透明基板上に配列されて所定方向に延在する格子状凸部と、を備える。また、この格子状凸部が、透明基板側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態に係る偏光板１を示す断面模式図である。図１に示すように、偏光板１は、使用帯域の光に透明な透明基板１０と、透明基板１０の一方の面上に使用帯域の光の波長よりも短いピッチで配列された格子状凸部１１と、を備える。格子状凸部１１は、透明基板１０側から順に、台座１２と、反射層１３と、誘電体層１４と、吸収層１５と、誘電体層１６と、を有する。即ち、偏光板１は、台座１２、反射層１３、誘電体層１４、吸収層１５及び誘電体層１６が透明基板１０側からこの順に積層されて形成された格子状凸部１１が、透明基板１０上に一次元格子状に配列されたワイヤグリッド構造を有する。
【００２７】
ここで、図１に示すように格子状凸部１１の延在する方向（所定方向）を、Ｙ軸方向と称する。また、Ｙ軸方向に直交し、透明基板１０の主面に沿って格子状凸部１１が配列する方向を、Ｘ軸方向と称する。この場合、偏光板１に入射する光は、透明基板１０の格子状凸部１１が形成されている側において、好適にはＸ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向から入射する。
【００２８】
偏光板１は、透過、反射、干渉及び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、Ｙ軸方向に平行な電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、Ｘ軸方向に平行な電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させる。従って、Ｙ軸方向が偏光板１の吸収軸の方向であり、Ｘ軸方向が偏光板１の透過軸の方向である。
【００２９】
偏光板１の格子状凸部１１が形成された側から入射した光は、誘電体層１６、吸収層１５及び誘電体層１４を通過する際に一部が吸収されて減衰する。誘電体層１６、吸収層１５及び誘電体層１４を透過した光のうち、偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））は高い透過率で反射層１３を透過する。一方、誘電体層１６、吸収層１５及び誘電体層１４を透過した光のうち、偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））は反射層１３で反射される。反射層１３で反射されたＴＥ波は、誘電体層１６、吸収層１５及び誘電体層１４を通過する際に一部は吸収され、一部は反射して反射層１３に戻る。また、反射層１３で反射されたＴＥ波は、誘電体層１６、吸収層１５及び誘電体層１４を通過する際に干渉して減衰する。以上のようにして、偏光板１は、ＴＥ波の選択的減衰を行うことにより、所望の偏光特性が得られる。
【００３０】
格子状凸部１１は、図１に示すように各一次元格子の延在する方向（以下、所定方向）から見たとき、つまり所定方向に直交する断面視で、矩形状の台座１２と、矩形状のグリッド脚部１７と、矩形状のグリッド先端部１８と、を有する。ただし、これら台座１２、グリッド脚部１７及びグリッド先端部１８の形状は矩形状に限定されず、任意の形状とすることができる。例えば、エッチングによって、格子状凸部１１のグリッド先端１８の角が丸みを帯びた形状やテーパ形状となっているものでもよい。
【００３１】
グリッド脚部１７は、台座１２から垂直に延びて形成される。このグリッド脚部１７は、反射層１３で構成される。即ち、グリッド脚部１７とグリッド先端部１８との境界は、反射層１３と誘電体層１４の境界に位置する。
図１に示すように本実施形態のグリッド先端部１８は、所定方向から見たときに矩形状を有する。このグリッド先端部１８は、誘電体層１４、吸収層１５及び誘電体層１６で構成される。
ただし、誘電体層１６は必須ではなく、グリッド先端部１８は、誘電体層１４及び吸収層１５から構成されていてもよい。
【００３２】
ここで、以下の説明において、高さ方向とは、透明基板１０の主面に垂直な方向を意味し、幅とは、格子状凸部１１の延びる方向に沿うＹ軸方向から見たときに、高さ方向に直交するＸ軸方向の寸法を意味する。また、偏光板１を格子状凸部１１の延びる方向に沿うＹ軸方向から見たときに、格子状凸部１１のＸ軸方向の繰り返し間隔をピッチＰと称する。
【００３３】
格子状凸部１１のピッチＰは、使用帯域の光の波長よりも短ければ特に制限されない。作製の容易性及び安定性の観点から、格子状凸部１１のピッチＰは、例えば、１００ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。この格子状凸部１１のピッチＰは、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。例えば、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて、任意の４箇所についてピッチＰを測定し、その算術平均値を格子状凸部１１のピッチＰとすることができる。以下、この測定方法を電子顕微鏡法と称する。
【００３４】
また、図１に示すように格子状凸部１１のグリッド先端部１８におけるＸ軸方向の幅を、グリッド幅ａと称する。グリッド幅ａは、誘電体層１４、吸収層１５及び誘電体層１６のＸ軸方向の幅と同一である。具体的には、グリッド幅ａは、３５〜４５ｎｍであることが好ましい。なお、グリッド幅ａは、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
【００３５】
ここで、本発明において、グリッド脚部１７を構成する反射層１３の形状、グリッド先端部１８を構成する誘電体層１４、吸収層１５及び誘電体層１６の各形状、後述する台座１２の形状が矩形状ではなく、高さ方向に幅が変化する場合には、各層におけるＸ軸方向の幅とは、各層におけるＸ軸方向の最大幅を意味する。この場合、上述のグリッド幅ａは、グリッド先端部１８におけるＸ軸方向の最大幅を意味する。
【００３６】
なお、特に誘電体層１４及び吸収層１５の形状については、所望の光学特性を満足する設計構造の矩形状と比べて、体積が小さくなる形状で上記光学特性を満足できる形状であればよい。
【００３７】
透明基板１０としては、使用帯域の光に対して透光性を示す基板であれば特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。「使用帯域の光に対して透光性を示す」とは、使用帯域の光の透過率が１００％であることを意味するものではなく、偏光板としての機能を保持可能な透光性を示せばよい。使用帯域の光としては、例えば、波長３８０ｎｍ〜８１０ｎｍ程度の可視光が挙げられる。
【００３８】
透明基板１０の主面形状は特に制限されず、目的に応じた形状（例えば、矩形状）が適宜選択される。透明基板１０の平均厚みは、例えば、０．３ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。
【００３９】
透明基板１０の構成材料としては、屈折率が１．１〜２．２の材料が好ましく、ガラス、水晶、サファイア等が挙げられる。コスト及び透光率の観点からは、ガラス、特に石英ガラス（屈折率１．４６）やソーダ石灰ガラス（屈折率１．５１）を用いることが好ましい。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等の安価なガラス材料を用いることができる。
【００４０】
また、熱伝導性の観点からは、熱伝導性が高い水晶やサファイア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が得られ、発熱量の多いプロジェクタの光学エンジン用の偏光板として好ましく用いられる。
【００４１】
なお、水晶等の光学活性の結晶からなる透明基板を用いる場合には、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１１を配置することが好ましい。これにより、優れた光学特性が得られる。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。
【００４２】
透明基板１０の形状は、特に限定されず、例えばφ６インチやφ８インチのウエハ形状であってもよい。透明基板１０をウエハ形状とした場合は、格子状凸部１１を形成した後にスクライブ装置等により任意の寸法に切出すことで、例えば矩形状の偏光板１が得られる。
【００４３】
図１に示すように本実施形態の台座１２は、各一次元格子の延在する方向（所定方向）から見たとき、つまり所定方向に直交する断面視で、矩形状を有する。
【００４４】
台座１２のＸ軸方向の幅は、反射層１３の幅以上であることが好ましい。なお、これらの幅は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
【００４５】
台座１２の膜厚は、特に制限されず、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。なお、台座１２の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
【００４６】
台座１２は、吸収軸であるＹ軸方向に帯状に延びた誘電体膜が透明基板１０上に配列されてなるものである。台座１２の構成材料としては、使用帯域の光に対して透明であり、透明基板１０よりも屈折率の小さい材料が好ましく、中でも、ＳｉＯ２等のＳｉ酸化物が好ましい。
【００４７】
台座１２は、例えば、透明基板１０上に形成された上記の誘電体からなる下地層１９に対して、ドライエッチングによる等方性エッチングと異方性エッチングとのバランスを段階的に変化させることにより形成可能である。この場合、図１に示すように、台座１２は透明基板１０上に形成された下地層１９上に配置される。
【００４８】
反射層１３は、台座１２上に形成され、吸収軸であるＹ軸方向に帯状に延びた金属膜が配列されてなるものである。より詳しくは、図１に示すように本実施形態の反射層１３は、台座１２から垂直に延びており、上記所定方向から見たとき、つまり所定方向に直交する断面視で、矩形状を有する。反射層１３は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、反射層１３の長手方向に平行な方向に電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、反射層１３の長手方向に直交する方向に電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させる。
【００４９】
反射層１３の構成材料としては、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等の元素単体又はこれらの１種以上の元素を含む合金が挙げられる。中でも、反射層１３は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されることが好ましい。なお、これらの金属材料以外にも、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反射層１３を構成してもよい。
【００５０】
反射層１３の膜厚は、特に制限されず、例えば、１００ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。なお、反射層１３の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
【００５１】
反射層１３のＸ軸方向の幅ｂは、台座１２の幅以下であることが好ましい。また、反射層１３の幅ｂは、グリッド幅ａ（誘電体層１４の幅、吸収層１５の幅）よりも小さく設計される。なお、反射層１３の幅ｂは、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
【００５２】
反射層１３の幅ｂを、台座１２の幅やグリッド幅ａよりも小さくする方法としては、後段で詳述するように、例えばウェットエッチングによる等方性エッチングやウェットエッチングの追加処理が挙げられる。上述した通り反射層１３は光を反射するが、反射層１３の幅ｂを制御することで、光の入射方向から見た反射層１３の面積が変更され、反射層１３で反射される光の量が変化する。従って、グリッド幅ａに占める反射層１３の幅ｂの割合を制御することで、偏光板１の光透過特性を制御可能である。
【００５３】
また、反射層１３の幅ｂをグリッド幅ａ（誘電体層１４の幅、吸収層１５の幅）よりも小さくすることにより、吸収軸反射率Ｒｓの波長分散を長波長側にシフトさせることが可能となっている。
ここで、吸収軸反射率Ｒｓとは、偏光板１に入射する吸収軸方向（Ｙ軸方向）の偏光の反射率を意味する。この吸収軸反射率Ｒｓは、可視光域のある波長域において、最も低くなる特性を有する。即ち、波長に対する吸収軸反射率Ｒｓをプロットして得られる曲線は、下に凸の極小ピークを有する（後述の図２〜図４参照）。
即ち、本実施形態では、反射層１３の幅ｂをグリッド幅ａ（誘電体層１４の幅、吸収層１５の幅）よりも小さくすることにより、この吸収軸反射率Ｒｓが最も低くなる波長域を長波長側に波長シフトさせることができ、偏光板１の吸収軸反射率Ｒｓを正確に制御できるようになっている。
【００５４】
誘電体層１４は、反射層１３上に形成され、吸収軸であるＹ軸方向に帯状に延びた誘電体膜が配列されてなるものである。誘電体層１４は、吸収層１５で反射した偏光に対して、吸収層１５を透過して反射層１３で反射した偏光の位相が半波長ずれる膜厚で形成される。具体的には、誘電体層１４の膜厚は、偏光の位相を調整して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。より好ましい膜厚の範囲は１〜５０ｎｍである。この誘電体層１４の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
【００５５】
誘電体層１４を構成する材料としては、ＳｉＯ２等のＳｉ酸化物、Ａｌ２Ｏ３、酸化ベリリウム、酸化ビスマス、等の金属酸化物、ＭｇＦ２、氷晶石、ゲルマニウム、二酸化チタン、ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ボロン、酸化ボロン、酸化タンタル、炭素、又はこれらの組み合わせ等の一般的な材料が挙げられる。中でも、誘電体層１４は、Ｓｉ酸化物で構成されることが好ましい。
【００５６】
誘電体層１４の屈折率は、１．０より大きく、２．５以下であることが好ましい。反射層１３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、誘電体層１４の材料を選択することで、偏光板特性を制御することができる。
また、誘電体層１４の膜厚や屈折率を適宜調整することにより、反射層１３で反射したＴＥ波について、吸収層１５を透過する際に一部を反射して反射層１３に戻すことができ、吸収層１５を通過した光を干渉により減衰させることができる。このようにして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。
【００５７】
吸収層１５は、誘電体層１４上に形成され、吸収軸であるＹ軸方向に帯状に延びて配列されたものである。吸収層１５の構成材料としては、金属材料や半導体材料等の光学定数の消衰定数が零でない、光吸収作用を持つ物質の１種以上が挙げられ、適用される光の波長範囲によって適宜選択される。金属材料としては、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ等の元素単体又はこれらの１種以上の元素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、シリサイド材料（β−ＦｅＳｉ２、ＭｇＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＢａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＴａＳｉ等）が挙げられる。これらの材料を用いることにより、偏光板１は、適用される可視光域に対して高い消光比が得られる。中でも、吸収層１５は、Ｆｅ又はＴａを含むとともに、Ｓｉを含んで構成されることが好ましい。
【００５８】
吸収層１５として半導体材料を用いる場合には、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、即ち、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。
【００５９】
吸収層１５の膜厚は、特に制限されず、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。より好ましい膜厚の範囲は、１０〜５０ｎｍである。この吸収層１５の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
【００６０】
なお、吸収層１５は、蒸着法やスパッタ法により、高密度の膜として形成可能である。また、吸収層１５は、構成材料の異なる２層以上から構成されていてもよい。
【００６１】
誘電体層１６は、誘電体膜で構成される。誘電体層１６は、吸収層１５と同様に蒸着法やスパッタ法により、高密度の膜として形成可能である。
【００６２】
以上の構成を備える本実施形態に係る偏光板１は、誘電体層１４と吸収層１５との間に、拡散バリア層を有していてもよい。即ちこの場合には、格子状凸部１１は、透明基板１０側から順に、台座１２と、反射層１３と、誘電体層１４と、拡散バリア層と、吸収層１５と、誘電体層１６と、を有する。拡散バリア層を有することにより、吸収層１５における光の拡散が防止される。この拡散バリア層は、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔｉ等の金属膜で構成される。
【００６３】
また、図１に示すように本実施形態に係る偏光板１は、光の入射側の表面が、誘電体保護膜２０で覆われていてもよい。誘電体保護膜２０は、例えば偏光板１の表面（ワイヤグリッドが形成された面）上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用することにより形成可能である。これにより、金属膜に対する必要以上の酸化反応を抑制することができる。
【００６４】
さらに、本実施形態に係る偏光板１は、光の入射側の表面が、有機系撥水膜（不図示）により覆われていてもよい。有機系撥水膜は、例えば上述のＣＶＤやＡＬＤを利用することにより形成可能である。これにより、偏光板１の耐湿性等の信頼性を向上できる。
【００６５】
なお、誘電体保護膜２０及び有機系撥水膜いずれも、その膜厚は、反射層１３や誘電体層１４、吸収層１５等の膜厚と比べて非常に小さい。そのため、誘電体保護膜２０及び有機系撥水膜を備える場合、上述のグリッド幅ａにはこれら誘電体保護膜２０の膜厚及び有機系撥水膜の膜厚は含まれない。
【００６６】
［偏光板の製造方法］
本実施形態に係る偏光板１の製造方法は、下地層形成工程と、反射層形成工程と、誘電体層形成工程と、吸収層形成工程と、エッチング工程と、を有する。
【００６７】
下地層形成工程では、透明基板１０上に下地層を形成する。反射層形成工程では、下地層形成工程で形成された下地層上に、反射層を形成する。誘電体層形成工程では、反射層形成工程で形成された反射層上に、誘電体層を形成する。吸収層形成工程では、誘電体層形成工程で形成された誘電体層上に、吸収層を形成する。これらの各層形成工程では、例えばスパッタ法や蒸着法により、各層を形成可能である。
【００６８】
誘電体層形成工程では、吸収軸反射率Ｒｓの極小ピークの位置が、選択したい可視光域（以下、チャンネル）より短波長側となるように、誘電体層１４の膜厚を設定する。
同様に、吸収層形成工程では、吸収軸反射率Ｒｓの極小ピークの位置が、選択したい可視光域（以下、チャンネル）より短波長側となるように、吸収層１５の膜厚を設定する。
これは、後述するエッチング工程によって、反射層１３の幅ｂを選択的にエッチングしてグリッド幅ａよりも小さくすることにより、吸収軸反射率Ｒｓの波長分散を長波長側にシフトさせることができるためである。
【００６９】
エッチング工程では、上述の各層形成工程を経て形成された積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板１０上に配列される格子状凸部１１を形成する。具体的には、例えばフォトリソグラフィ法やナノインプリント法により、一次元格子状のマスクパターンを形成する。
【００７０】
そして、上記積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板１０上に配列される格子状凸部１１を形成する。エッチング方法としては、例えば、エッチング対象に対応したエッチングガスを用いたドライエッチング法が挙げられる。
【００７１】
特に本実施形態では、エッチング条件（ガス流量、ガス圧、出力、透明基板の冷却温度）を最適化することにより、反射層１３の幅ｂをグリッド幅ａ（誘電体層１４の幅、吸収層１５の幅）よりも小さくする。具体的には、反射層１３の幅ｂの制御は、例えば反射層１３のドライエッチングに対応するエッチングガス比を高めた反応性エッチング（等方性エッチング）により可能である。あるいは、反射層１３に適したウェットエッチングを追加処理する方法により可能である。
【００７２】
具体的には、例えばＡｌを主材とした反射層１３の場合には、フッ酸を主成分とするエッチング液に浸漬することにより、他の無機層とのエッチングレートの違いから、反射層１３を選択的にエッチングして細くすることができる。
また、下地層１９は、エッチング対象に対応したエッチングガスを用いたドライエッチング法によりエッチングされ、格子状凸部１１の延在方向からみたときに、例えば矩形状の台座１２を形成する。
【００７３】
また、本実施形態に係る偏光板１の製造方法は、光の入射側の表面を誘電体保護膜２０で被覆する工程を有していてもよい。さらには、本実施形態に係る偏光板１の製造方法は、誘電体保護膜２０上を有機系撥水膜で被覆する工程をさらに有していてもよい。これら誘電体保護膜２０及び有機系撥水膜は、上述のＣＶＤやＡＬＤ等により形成される。
以上により、本実施形態に係る偏光板１が製造される。
【００７４】
［光学機器］
本実施形態に係る光学機器は、上述した本実施形態に係る偏光板１を備える。光学機器としては、液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、デジタルカメラ等が挙げられる。本実施形態に係る偏光板１は、有機偏光板に比べて耐熱性に優れる無機偏光板であるため、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の用途に好適である。
【００７５】
本実施形態に係る光学機器が複数の偏光板を備える場合、複数の偏光板の少なくとも１つが本実施形態に係る偏光板１であればよい。例えば、本実施形態に係る光学機器が液晶プロジェクタである場合、液晶パネルの入射側及び出射側に配置される偏光板の少なくとも一方が本実施形態に係る偏光板１であればよい。
【００７６】
以上説明した偏光板１及びその製造方法、並びに光学機器によれば、次のような効果が奏される。
【００７７】
本実施形態では、透明基板１０側から順に、反射層１３と、誘電体層１４と、吸収層１５と、を有する格子状凸部１１を備えるワイヤグリッド構造の偏光板１において、反射層１３の幅ｂを、グリッド幅ａ（誘電体層１４の幅、吸収層１５の幅）よりも小さくする。
これにより、吸収軸反射率Ｒｓの波長分散をより正確に制御できる。より具体的には、吸収軸反射率Ｒｓの波長分散を長波長側にシフトさせることができ、吸収軸反射率Ｒｓが最も低くなる波長域を長波長側に波長シフトさせることができる。その結果、吸収軸反射率Ｒｓが最も低くなるよう制御できる偏光板１をより確実に得ることができる。
【００７８】
また、エッチングによって反射層１３の幅ｂをグリッド幅ａよりも細くすることにより吸収軸反射率Ｒｓの波長分散を正確に制御できるため、液晶プロジェクタの各メーカのチャンネル波長域よりも短波長側であれば、ある程度の自由度を持って誘電体層１４及び吸収層１５の各膜厚を設定できる。そのため、本実施形態によれば、液晶プロジェクタの各メーカの専用設計に囚われることなく、製造過程における誘電体層１４及び吸収層１５の各膜厚や形状等のバラツキに関係なく、最適な反射特性を得ることができる。ひいては、液晶プロジェクタの各メーカで異なる光源スペクトルに対して、最適な光学特性を有する偏光板を提供できる。また同時に、反射層の幅がグリッド幅と同一である基本設計構造に対して、透過軸透過率Ｔｐが高められ、液晶プロジェクタの投影明るさが向上した偏光板を提供できる。
【００７９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形及び改良は本発明に含まれる。
例えば、本実施形態の偏光板の用途は、液晶プロジェクタに限られず、種々の用途に利用することが可能である。
【実施例】
【００８０】
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００８１】
＜実施例１及び２、比較例１＞
実施例１として、図１に示した本実施形態に係る無機偏光板のうち、反射層の幅がグリッド幅（誘電体層及び吸収層の幅）に対して８８％である無機偏光板をシミュレーションに供した。また、実施例２として、図１に示した本実施形態に係る無機偏光板のうち、反射層の幅がグリッド幅（誘電体層及び吸収層の幅）に対して５６％である無機偏光板をシミュレーションに供した。さらに、比較例１として、反射層の幅がグリッド幅（誘電体層及び吸収層の幅）と同一である以外は実施例１及び実施例２と同一構成の無機偏光板をシミュレーションに供した。
【００８２】
より具体的には、これらの無機偏光板の光学特性について、ＲＣＷＡ（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｗａｖｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）法による電磁界シミュレーションにより検証した。シミュレーションには、Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｓｏｌｖｅｒ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ社のグレーティングシミュレータＧｓｏｌｖｅｒを用いた。
【００８３】
図２は、反射層の幅がグリッド幅（誘電体層及び吸収層の幅）に対して８８％である実施例１に係る無機偏光板の光学特性を示す図である。図３は、反射層の幅がグリッド幅（誘電体層及び吸収層の幅）に対して５６％である実施例２に係る無機偏光板の光学特性を示す図である。図４は、反射層の幅がグリッド幅（誘電体層及び吸収層の幅）と同一である比較例１に係る無機偏光板の光学特性を示す図である。
【００８４】
図２〜図４中、横軸は波長λ（ｎｍ）を示しており、左縦軸は透過軸透過率Ｔｐ又は吸収軸透過率Ｔｓを示しており、右縦軸は透過軸反射率Ｒｐ又は吸収軸反射率Ｒｓを示している。ここで、透過軸透過率Ｔｐとは、偏光板に入射する透過軸方向（Ｘ軸方向）の偏光の透過率を意味し、吸収軸透過率Ｔｓとは、偏光板に入射する吸収軸方向（Ｙ軸方向）の偏光の透過率を意味する。また、透過軸反射率Ｒｐとは、偏光板に入射する透過軸方向（Ｘ軸方向）の偏光の反射率を意味し、吸収軸反射率Ｒｓとは、上述した通り偏光板に入射する吸収軸方向（Ｙ軸方向）の偏光の反射率を意味する。
【００８５】
実施例１、２及び比較例１の吸収軸反射率Ｒｓを比較すると、その比較例１における吸収軸反射率Ｒｓの極小ピーク位置はおよそ５４０ｎｍ付近であるのに対して、実施例１における吸収軸反射率Ｒｓの極小ピーク位置はおよそ５６０ｎｍ付近であり、長波長側にシフトしていることが分かった。また、実施例２における吸収軸反射率Ｒｓの極小ピーク位置はおよそ５８０ｎｍ付近であり、さらに長波長側にシフトしていることが分かった。
【００８６】
この結果から、反射層の幅をグリッド幅よりも小さく設計した本実施例に係る偏光板によれば、吸収軸反射率Ｒｓの波長分散をより正確に制御できることが確認された。より具体的には、吸収軸反射率Ｒｓが最も低くなる波長域を長波長側に波長シフトさせることができる結果、吸収軸反射率Ｒｓが最も低くなるよう制御できる偏光板をより確実に得られることが確認された。従って、本発明によれば、液晶プロジェクタ各社で異なる要求特性に対して、最適な光学特性を持つ無機偏光板を提供することができる。
【００８７】
また、実施例１、２及び比較例１の透過軸透過率Ｔｐを比較すると、実施例１、２の方が比較例１よりも透過軸透過率Ｔｐの値が向上していることが分かった。
この結果から、反射層の幅がグリッド幅と同一である従来の基本設計構造に比して、反射層の幅がグリッド幅よりも小さい本実施例に係る偏光板によれば、透過軸透過率Ｔｐが向上することが確認された。
【符号の説明】
【００８８】
１    偏光板
１０  透明基板
１１  格子状凸部
１２  台座
１３  反射層
１４  誘電体層
１５  吸収層
１６  誘電体層
１７  グリッド脚部
１８  グリッド先端部
１９  下地層
２０  誘電体保護膜
Ｐ    格子状凸部のピッチ
ａ    グリッド幅（誘電体層の幅、吸収層の幅）
ｂ    反射層の幅
【図１】
2019144334.tif 000003
【図２】
2019144334.tif 000004
【図３】
2019144334.tif 000005
【図４】
2019144334.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月4日(2018.7.4)
【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】
ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、
透明基板と、
使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、
前記格子状凸部が、前記透明基板側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、誘電体層と、を有し、
２つの前記誘電体層の最大幅と前記吸収層の最大幅は略同一であり、
前記反射層の最大幅は、２つの前記誘電体層の最大幅及び前記吸収層の最大幅のいずれよりも小さい偏光板。
【請求項２】
前記誘電体層の厚みが、１〜５０ｎｍである請求項１に記載の偏光板。
【請求項３】
前記吸収層の厚みが、１０〜５０ｎｍである請求項１又は２に記載の偏光板。
【請求項４】
前記透明基板が、使用帯域の光の波長に対して透明であり、且つ、ガラス、水晶又はサファイアで構成される請求項１から３いずれかに記載の偏光板。
【請求項５】
前記反射層が、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成される請求項１から４いずれかに記載の偏光板。
【請求項６】
前記誘電体層が、Ｓｉ酸化物で構成される請求項１から５いずれかに記載の偏光板。
【請求項７】
前記吸収層が、Ｆｅ又はＴａを含むとともにＳｉを含んで構成される請求項１から６いずれかに記載の偏光板。
【請求項８】
光が入射する前記偏光板の表面が、誘電体からなる保護膜により覆われている請求項１から７いずれかに記載の偏光板。
【請求項９】
光が入射する前記偏光板の表面が、有機系撥水膜により覆われている請求項１から８いずれかに記載の偏光板。
【請求項１０】
請求項１から９いずれかに記載の偏光板を備える光学機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
格子状凸部１１は、図１に示すように各一次元格子の延在する方向（以下、所定方向）から見たとき、つまり所定方向に直交する断面視で、矩形状の台座１２と、矩形状のグリッド脚部１７と、矩形状のグリッド先端部１８と、を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
グリッド脚部１７は、台座１２から垂直に延びて形成される。このグリッド脚部１７は、反射層１３で構成される。即ち、グリッド脚部１７とグリッド先端部１８との境界は、反射層１３と誘電体層１４の境界に位置する。
図１に示すように本実施形態のグリッド先端部１８は、所定方向から見たときに矩形状を有する。このグリッド先端部１８は、誘電体層１４、吸収層１５及び誘電体層１６で構成される。
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月11日(2018.12.11)
【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】
ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、
透明基板と、
使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、
前記格子状凸部が、前記透明基板側から順に、
反射層から構成される矩形状のグリッド脚部と、
第１誘電体層と、吸収層と、第２誘電体層と、を前記透明基板側からこの順に有する矩形状のグリッド先端部と、を有し、
前記第１誘電体層および前記吸収層の膜厚は、吸収軸反射率が極小となる波長域が所望の波長域より短波長側となるように形成され、
２つの前記誘電体層の最大幅と前記吸収層の最大幅は略同一であり、
前記反射層の最大幅は、２つの前記誘電体層の最大幅及び前記吸収層の最大幅のいずれよりも小さく、前記吸収軸反射率が極小となる波長域を前記所望の波長域内とするように形成される偏光板。
【請求項２】
前記第１誘電体層の厚みが、１〜５０ｎｍである請求項１に記載の偏光板。
【請求項３】
前記吸収層の厚みが、１０〜５０ｎｍである請求項１又は２に記載の偏光板。
【請求項４】
前記透明基板が、使用帯域の光の波長に対して透明であり、且つ、ガラス、水晶又はサファイアで構成される請求項１から３いずれかに記載の偏光板。
【請求項５】
前記反射層が、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成される請求項１から４いずれかに記載の偏光板。
【請求項６】
前記第１誘電体層が、Ｓｉ酸化物で構成される請求項１から５いずれかに記載の偏光板。
【請求項７】
前記吸収層が、Ｆｅ又はＴａを含むとともにＳｉを含んで構成される請求項１から６いずれかに記載の偏光板。
【請求項８】
光が入射する前記偏光板の表面が、誘電体からなる保護膜により覆われている請求項１から７いずれかに記載の偏光板。
【請求項９】
光が入射する前記偏光板の表面が、有機系撥水膜により覆われている請求項１から８いずれかに記載の偏光板。
【請求項１０】
請求項１から９いずれかに記載の偏光板を備える光学機器。