(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、従来の偏光子と同程度の偏光特性を有しつつ、耐光性に優れ、しかも反射光の発生を抑制できる、特に吸収型の偏光子を提供することにある。【解決手段】  ３次元の直交座標ｘ、ｙ、ｚにおいて、ｘｙ平面方向に広がる透明基板上に、光を吸収する複数の島状積層体をｘ軸およびｙ軸方向に所定の間隔をおいて形成し、前記各島状積層体は、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に長い形状であり、２層以上の光吸収薄膜を、ｚ軸方向に所定の間隔をおいて積層してなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の直交座標ｘ、ｙ、ｚにおいて、ｘｙ平面方向に広がる透明基板上に、光を吸収する複数の島状積層体をｘ軸およびｙ軸方向に所定の間隔をおいて形成し、前記各島状積層体は、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に長い形状であり、２層以上の光吸収薄膜を、ｚ軸方向に所定の間隔をおいて積層してなることを特徴とする偏光子。
【請求項２】
前記島状積層体は、前記光吸収薄膜を、所定膜厚の透明薄膜を介して積層してなることを特徴とする請求項１記載の偏光子。
【請求項３】
前記偏光子は、光の入射側に、透明体からなるオーバークラッド層をさらに形成することを特徴とする請求項１または２記載の偏光子。
【請求項４】
前記島状積層体は、ｘ軸方向の長さが5〜200nm、ｙ軸方向の長さがｘ軸方向の長さよりも長く、ｚ軸方向の厚さが10〜1000nmであることを特徴とする請求項１、２または３記載の偏光子。
【請求項５】
前記光吸収薄膜の膜厚が、いずれも5〜990nm、前記透明薄膜の膜厚が、いずれも5〜990nmであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の偏光子。
【請求項６】
前記島状積層体は、その形状が直方体、三角柱体、台形柱体または楕円柱体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の偏光子。
【請求項７】
前記島状積層体の、ｘ軸方向の周期をＰｘ、ｙ軸方向の周期をＰｙ、ｘ軸方向の長さをＬｘ、ｙ軸方向の長さをＬｙ、入射光の波長をλ（nm）とするとき、Ｐｘ、Ｐｙが、
Ｐｘ＜λ
Ｐｙ＜λ
であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の偏光子。
【請求項８】
ＬｙはＬｘと比較して非常に大きい値であり、実質的にｙ軸方向に連続したライン形状であり、
Ｐｘ＜λ
であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の偏光子。
【請求項９】
前記光吸収薄膜は、Cr、Ge、Si、WまたはWSiからなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の偏光子。
【請求項１０】
前記透明薄膜が、SiO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、MgF2またはこれらの合成材料からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の偏光子。
【請求項１１】
前記光吸収薄膜の複素屈折率は、ｎ＋ｉｋ（ただし、ｎは前記吸収体の屈折率、ｋは前記吸収体の消衰係数）と表わされる場合、2.0＜ｎ、0.1＜ｋを満たすことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の偏光子。
【請求項１２】
前記偏光子の光の出射側にさらに第２の偏光子を配置することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の偏光子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、液晶プロジェクタ、液晶表示装置等の偏光を利用した光学機器に用いられ、入射光のある特定方向の直線偏波成分のみを透過させる機能を有する偏光子、特に、反射光を発生しない吸収型の無機偏光子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
偏光子は、複数の偏光を含む光から特定方向の直線偏光を取り出すための光学素子であり、各種の構成、形態のものが広く利用されている。特に、液晶表示技術等の分野では、小型化、軽量化、高輝度化等の技術革新が進み、各種用途に偏光子を用いた液晶表示装置が急速に普及している。
【０００３】
一般的に用いられる偏光子としては、例えば、特許文献１に開示されているような、ヨウ素や染料系等の高分子フィルムからなる多層積層体として構成された、いわゆる有機偏光子が挙げられる。しかし、高分子フィルムは熱に弱く、現在の小型化、高輝度化等を実現する装置においては、高密度の光を扱うため、熱及び紫外線による偏光子の性能の劣化が問題となっている。
【０００４】
上記問題を解決した偏光子としては、例えば、特許文献２に開示されているように、ガラス透光基材の中に細線状の金属（ワイヤ）を一方向に規則的に配列した構造を有するワイヤグリッド型の偏光子が挙げられる。この偏光子は、耐熱性及び耐光性（耐紫外線性）に優れ、高い消光比を有する。さらにまた、特許文献３に開示されているように、高屈折率透光材料の第１層と低屈折率透光材料の第２層からなる１ユニットの複層膜を多数ユニット積層した多層構造体、いわゆるフォトニック結晶タイプの偏光子が挙げられる。この偏光子は、溝方向に平行な偏波成分と垂直な偏波成分とに分離できる構造を有し、無損失の材料を用いるため、内部における吸収はなく、高い密度の光に対しても劣化の問題はない。
【０００５】
しかし、特許文献２及び特許文献３で開示されている偏光子は、いずれも、熱及び紫外線による偏光子の性能の劣化については有効に防ぐことができるものの、偏光子に入射した光のうち透過しない光については反射させる、いわゆる反射型の偏光子であるため、光通信またはプロジェクタなどの用途で用いられる場合、偏光子から反射した光が、信号や画像の低下を引き起こすという問題があった。
【０００６】
そのため、上記のような用途に好適な偏光子としては、例えば特許文献４に記載されているように、透明基板上に互いに独立して複数配置され、酸化膜を表面に形成したアルミニウムの柱状体と、該柱状体間を充填する透明な誘電体とを備える吸収型の偏光子が挙げられる。この偏光子は、無機材料を用いることで耐熱性及び耐光性を有し、周期構造による光の共鳴により、特定波長域の吸収を起こすことができるため、反射光の発生を抑制する効果を有する偏光子である。
【０００７】
しかしながら、特許文献４に開示されているような偏光子は、ある程度の反射光を抑制することはできるものの、偏光子の入射面におけるアルミニウム金属表面の割合が大きいため反射光が生じやすい、という問題点がある。本発明者らのシミュレーションによると、消光比をある程度大きくするためアルミニウム部分を大きくすると、入射光の10%〜20%が反射してしまい、液晶パネルの出射側偏光板としては実用にならない。
【特許文献１】特開２００１−２２８３３２号公報
【特許文献２】米国特許第６１０８１３１号公報
【特許文献３】特開２００１−８３３２１号公報
【特許文献４】特開２００６−１３８９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、従来の偏光子と同程度の偏光特性を有しつつ、耐熱性および耐光性に優れ、しかも反射光による信号や画像の低下を抑制できる、特に吸収型の偏光子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記の課題を解決するため検討を重ねた結果、光の入射方向をｚ軸方向とする３次元の直交座標ｘ、ｙ、ｚにおいて、透明基板上に、光を吸収する複数の島状積層体をｘ軸およびｙ軸方向に所定の間隔をおいて形成することで、所望の偏光特性および耐光性を有しつつ大部分の反射光を抑制し、前記各島状積層体を、２層以上の光吸収薄膜を、互いの反射光が所定の位相差になるようにｚ軸方向に所定の間隔をおいて積層して形成することで、１つの島状積層体中の各光吸収膜で発生した反射光同士の干渉効果により反射光量を相殺し、従来の無機偏光子に比べて反射光による信号や画像の低下を抑制できる偏光子の提供が可能となることを見出した。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）３次元の直交座標ｘ、ｙ、ｚにおいて、ｘｙ平面方向に広がる透明基板上に、光を吸収する複数の島状積層体をｘ軸およびｙ軸方向に所定の間隔をおいて形成し、前記各島状積層体は、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に長い形状であり、２層以上の光吸収薄膜を、ｚ軸方向に所定の間隔をおいて積層してなることを特徴とする偏光子。
【００１１】
（２）前記島状積層体は、前記光吸収薄膜を、所定膜厚の透明薄膜を介して積層してなることを特徴とする上記（１）記載の偏光子。
【００１２】
（３）前記偏光子は、光の入射側に、透明体からなるオーバークラッド層をさらに形成することを特徴とする上記（１）または（２）記載の偏光子。
【００１３】
（４）前記島状積層体は、ｘ軸方向の長さが5〜200nm、ｙ軸方向の長さがｘ軸方向の長さよりも長く、ｚ軸方向の厚さが10〜1000nmであることを特徴とする上記（１）、（２）または（３）記載の偏光子。
【００１４】
（５）前記光吸収薄膜の膜厚が、いずれも5〜990nm、前記透明薄膜の膜厚が、いずれも5〜990nmであることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１項記載の偏光子。
【００１５】
（６）前記島状積層体は、その形状が直方体、三角柱体、台形柱体または楕円柱体であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか１項記載の偏光子。
【００１６】
（７）前記島状積層体の、ｘ軸方向の周期をＰｘ、ｙ軸方向の周期をＰｙ、ｘ軸方向の長さをＬｘ、ｙ軸方向の長さをＬｙ、入射光の波長をλ（nm）とするとき、Ｐｘ、Ｐｙが、
Ｐｘ＜λ
Ｐｙ＜λ
であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の偏光子。
【００１７】
（８）ＬｙはＬｘと比較して非常に大きい値であり、実質的にｙ軸方向に連続したライン形状であり、
Ｐｘ＜λ
であることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれか１項記載の偏光子。
【００１８】
（９）前記光吸収薄膜は、Cr、Ge、Si、WまたはWSiからなることを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれか１項記載の偏光子。
【００１９】
（１０）前記透明薄膜が、SiO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、MgF2またはこれらの合成材料からなることを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれか１項記載の偏光子。
【００２０】
（１１）前記光吸収薄膜の複素屈折率は、ｎ＋ｉｋ（ただし、ｎは前記吸収体の屈折率、ｋは前記吸収体の消衰係数）と表わされる場合、2.0＜ｎ、0.1＜ｋを満たすことを特徴とする上記（１）〜（１０）のいずれか１項記載の偏光子。
【００２１】
（１２）前記偏光子の光の出射側にさらに第２の偏光子を配置することを特徴とする上記（１）〜（１１）のいずれか１項記載の偏光子。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、従来の偏光子と同程度の偏光特性を有しつつ、耐熱性および耐光性に優れ、しかも反射光による信号や画像の低下を抑制できる、特に吸収型の偏光子を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の構成と限定理由を説明する。
図１(ａ)は本発明に従う偏光子を斜め上方から眺めたものであり、図１(ｂ)は図１（ａ）中に示される１個の島状積層体を透明基板の部分と共に抜き出して拡大したものである。本発明に従う偏光子１は、図１(ａ)及び(ｂ)に示すように、透明基板２上に、光を吸収する複数の島状積層体３をｘ軸およびｙ軸方向に所定の間隔をおいて形成した偏光子１である。上記のような構成の偏光子１を用いれば、ｚ軸方向の入射光に対して図１に示したｘ方向に光の電界が振動するTMモードの光については、透過率（以下、「TM透過率」という。）を高く制御し、ｙ方向に光の電界が振動するTEモードの光については、その光を吸収または反射することによって透過率（以下、「TE透過率」という。）を低く制御することが可能となる。
【００２４】
（透明基板）
前記透明基板２は、図１に示すように、光の出射側に位置する無機材料からなる透光基板が好ましいが、耐熱性がそれほど要求されない用途であれば、アクリルやポリカーボネイトなどのプラスチック材料を用いることも可能である。また、前記透明基板２は、結晶質材料、非晶質材料または結晶化ガラス材料からなることが好ましい。前記結晶質材料としては、例えば、シリコンが挙げられ、前記非晶質材料としては、例えば、石英ガラス、ソーダライムガラスもしくはボロシリケートガラスが挙げられ、前記結晶化ガラス材料としては、例えば、β−石英固溶体結晶もしくはβ−ユークリプタイト固溶体を主たる成分として含む結晶化ガラス材料が挙げられる。
【００２５】
（島状積層体）
前記島状積層体３は、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に長い形状であり、２層以上の光吸収薄膜４（図１では２層の光吸収薄膜４４１、４４２）を、互いの反射光が所定の位相差になるようにｚ軸方向に所定の間隔Ａをおいて積層してなる。
図２は、透明基板と金属柱体を具えた従来の吸収型の無機偏光子を斜め上方から見たものであるが、本発明者らは、金属柱体２２を具えた従来の吸収型の無機偏光子２１では、反射光を十分に抑制することができないという問題について、前記偏光子２１中の金属柱体表面２２ａで光の一部が吸収されずに反射するため、反射光が発生するという事実に着目し鋭意研究を重ねた結果、前記島状積層体３の構造を、２層以上の光吸収薄膜４４１、４４２を、互いの反射光が所定の位相差になるようにｚ軸方向に所定の間隔Ａをおいて積層することで、島状積層体３中の各光吸収薄膜４４１、４４２の表面４ａ、４ｂで反射した光同士の干渉効果により、反射光同士が打ち消し合うようにして、上記問題を解決できることを見出した。
【００２６】
前記光吸収薄膜４４１、４４２同士の間隔Ａは、各光吸収薄膜の表面４ａ、４ｂで反射した光が干渉作用により打ち消し合うような間隔、好ましくは各反射光の位相差が半周期ずれるような間隔を設ければよい。また、前記光吸収薄膜４の積層数は、２層以上であれば特に限定はなく、積層数が多くなるほど、反射光の干渉効果による反射光の低減効果や偏光特性が向上する効果がある反面、積層数が多くなると作製の手間や島状積層体の強度が低下するという問題もあることから、２〜5層程度積層させることが好ましい。
【００２７】
前記光吸収薄膜４４１、４４２の構成は、TE光を吸収することができる材料であれば特に問題はなく、Ti、Sn、Cr、Au、Ag、Al、Cu、Geなどの金属やWSiなどの合金を用いることができるが、前記光吸収薄膜の複素屈折率が、ｎ＋ｉｋ（ただし、ｎは前記吸収体の屈折率、ｋは前記吸収体の消衰係数）と表わされる場合、2.0＜ｎ、0.1＜ｋを満たすことが好ましい。ｎ≦2.0および／またはｋ≦0.1の場合、TE光とTM光の吸収率の差が小さくなるため、偏光子の消光比が小さくなるからである。また、前記光吸収薄膜４４１、４４２は、成膜が容易かつ耐熱性を有する点から、Cr、Ge、Si、WまたはWSiからなることがより好適である。
【００２８】
また、前記島状積層体３は、前記光吸収薄膜４４１、４４２の間に、所定膜厚の透明薄膜５を設けることが好ましい。前記各光吸収薄膜４４１、４４２の間に透明薄膜５を設けることで、所定の間隔Ａを容易に形成することができ、光の透過の妨げになることもないためである。前記透明体薄膜５の構成としては、透光無機材料であれば特に限定はないが、SiO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、MgF2またはこれらの合成材料からなることが好ましい。透明薄膜中での光の散乱の低減しつつ、良好な耐熱性を有することが可能だからである。
【００２９】
なお、前記島状積層体３は、図１(ｂ)に示すように、ｙ軸方向の長さＬｙがＬｘよりも長い形状を有する必要がある。Ｌｙ＞Ｌｘでなければ、偏光特性を得ることができないからである。さらに、ｘ軸方向の長さＬｘは5〜200nm、ｚ軸方向の厚さＬｚは10〜1000nmであることが好ましい。ｘ軸方向の長さを限定した理由としては、Ｌｘが5nm未満では光吸収薄膜としての効果が十分でなく、作製も困難だからである。また、200nmを超えるとTM透過率が低下するためである。ｚ軸方向の厚さを限定した理由としては、Ｌｚが10nm未満では光吸収薄膜として十分に機能せず、高い消光比を得ることができないためであり、1000nm超えでは島状積層体の作製が非常に困難となる上、壊れやすくなるからである。
【００３０】
さらに、図１(ｂ)に示すような前記光吸収薄膜４４１、４４２の膜厚ｔ１、ｔ２は、いずれも5〜990nm、前記透明薄膜の膜厚Ａは、いずれも5〜990nmであることが好ましい。膜厚ｔ１、ｔ２が5nm未満では光が十分に吸収できず高い消光比を得ることができないからであり、また、ｚ軸方向の全厚さが990nmを超えると前記島状積層体の作製が困難であり、さらに耐久性も低下するためである。前記透明薄膜の膜厚Ａは、前記間隔Ａを設ける場合と同様に、干渉作用により反射光同士が打ち消し合うようにするためである。
【００３１】
また、前記島状積層体３は、その形状が直方体、三角柱体、台形柱体または楕円柱体であることが好ましい。図１(ａ)および(ｂ)中の島状積層体３の形状は直方体であるが、その形状は、図３に示すように、三角柱体（図３(ａ)）、台形柱体（図３(ｂ)）または楕円柱体（図３(ｃ)）の場合であっても、同様の偏光特性および反射光の抑制の効果を有することができる。
【００３２】
前記島状積層体３のｘ軸方向、ｙ軸方向の周期を変更することによって、共鳴吸収波長を変えることができるため、消光波長の異なる偏光子を作製することができる。さらに、図１(ａ)に示すように、前記島状積層体３の、ｘ軸方向の周期をＰｘ、ｙ軸方向の周期をＰｙ、入射光の波長をλ（nm）とするとき、Ｐｘ、Ｐｙが、Ｐｘ＜λ、Ｐｙ＜λであることが好ましい。Ｐｘ、Ｐｙがλ以上の場合、入射光の回折によりTM透過率が低下し偏光特性が劣化するためである。
【００３３】
また、前記島状積層体３の形成方法としては、前記光吸収薄膜４を所望の積層数形成することができれば特に限定はないが、例えば図４(ａ)〜(ｇ)に示すような工程を有する方法で行うことができる。前記透明基板２上に島状積層体３を形成するための光吸収体層４１および透明体層４２を積層し（図４(ａ)）、電子線レジスト４３を塗布した後、電子線描画（ＥＢ描画）により電子線レジスト４３に島状積層体の形４４のパターニングを行った後（図４(ｂ)）、現像およびリンスを施してパターニングした部分は穴４５の開いた状態にする（図４(ｃ)）。その後、前記電子線レジスト４３上に金属層４６を積層し（図４(ｄ)）、前記電子線レジスト４３のリフトオフにより前記金属層４６の一部が金属島状マスク４７として形成される（図４(ｅ)）。その後、エッチングを行うことにより、前記金属島状マスク４７がない部分の前記光吸収体層４１および透明体層４２を除去した後（図４(ｆ)）、前記金属島状マスク４７を取り除くことにより島状積層体３を形成する（図４(ｇ)）方法である。
【００３４】
なお、本発明による偏光子１は、図１(ａ)に示すように、光の入射側に、透明体からなるオーバークラッド層６をさらに形成することが好ましい。前記光吸収薄膜４に汚れが付着することが原因の偏光性能の劣化を有効に防止するためであり、また前記島状積層体３を外部の衝撃から保護することができるからである。前記オーバークラッド層６に用いる透明体は、透光無機材料であれば特に限定はないが、Ta2O5, TiO2, Nb2O5, MgF2、SiO2またはこれらの合成材料を用いることができ、特にSiO2を用いることが、良好な化学的耐久性および耐熱性を得ることができるため好ましい。さらに、前記オーバークラッド層は、反射防止の効果も有している。
【００３５】
前記オーバークラッド層６の表面形状は、図１(ａ)に示すように、平面でも良いが、前記島状積層体３の形成周期に合わせた周期的凹凸を有するものであっても構わない。ただし、凹凸形状を有する場合には、その凹凸周期は、入射光の波長よりも小さくすることが、有害な回折光が発生しない点で好ましい。また、前記オーバークラッド層６の形成方法は、特に限定はないが、例えば、石英を主体とするガラス層を堆積させるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法や、ゾルゲルガラスを塗布した後に硬化させる方法や、材料をスパッタリングすることにより形成する方法などがある。
【００３６】
また、本発明による偏光子１は、光の出射側にさらに第２の偏光子を配置することが好ましい。図５は前記偏光子１の光の出射側に第２の偏光子１１であるワイヤグリッドタイプの反射型偏光子を配置したものの断面を模式的に示した図である。図５に示す第１の偏光子１は消光比の小さいものであり、例として消光比を10とする。そこに、TM偏光の透過率が高い第２の偏光子１１、例として消光比を60とするものを重ねることにより、全体の消光比は10×60＝600と大きな値を得ることができる。第２の偏光子１１としては、例えば図５に示すように、ワイヤグリッド型の反射型偏光子を用いることができる。ワイヤグリッド型偏光子のTM透過率は高いため、全体のTM透過率を高いレベルに保つことができる。なお、ワイヤグリッド型偏光子は反射型であるため、前記偏光子１を透過したTE偏光の大部分を反射するが、再び前記偏光子１の吸収を受けるため戻り光はほとんどなくなる。また、前記第２の偏光子１１には、安価な吸収型の方向性有機膜を用いることもできる。有機膜は、TE偏光のエネルギーを吸収することにより劣化しやすいが、TE偏光は偏光子１により大部分が除去されているので、有機膜の寿命を大幅に延ばすことができる。また、前記偏光子１と第２の偏光子１１の位置関係については、直接貼り合わせても、または間隔を空けて配置しても構わない。
【００３７】
前記第２の偏光子としては、所定の偏光性能を有するものであれば特に限定はないが、例えば、図５に示すような反射型のワイヤグリッドタイプの偏光子を用いたり、吸収型の有機偏光子を用いることもできる。
【００３８】
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。例えば、図１はｘ軸方向、ｙ軸方向に間隔をおいて前記島状積層体３を配設しているが、ｙ軸方向に連続して延びたライン状の構造を有し、他方は間隔をおいて形成される島状積層体３を配設しても構わない。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明に従う偏光子を試作し、性能を評価した。
（実施例１）
実施例１は、ｘ軸方向の長さが20mm、ｙ軸方向の長さが20mm、ｚ軸方向の厚さが0.5mmの透明基板上に、ｘ軸方向の長さが50nm、ｙ軸方向の長さが140nm、ｚ軸方向の厚さが200nmの島状積層体を、ｘ軸方向の周期400nm、ｙ軸方向の周期150nmで形成し、サンプルとなる偏光子を作製した。なお、前記島状積層体は、前記透明基板上に、光吸収薄膜として膜厚75nmのWSiの第１層を設け、透明薄膜として膜厚50nmのSiO2の第２層を積層させ、光吸収薄膜として膜厚25nmのWSiの第３層を積層させ、透明薄膜として膜厚50nmのSiO2の第４層を積層させて形成している。前記WSi薄膜とSiO2薄膜の実測した屈折率（ｎ）および消衰係数（ｋ）を表１に示す。
【表１】
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【００４０】
（計算例）
本発明による計算例を以下に説明する。図１２に示す形態の、３層からなる島状積層体に平面波（TEおよびTM偏光）をＺ方向に垂直に入射させ、透過率、反射率、吸収率を計算した。TE偏光は電場の方向がＸ軸方向、TM偏光は電場の方向がＹ軸方向である。計算にはアメリカ合衆国 RSoft Design Group, Inc.製のRCWA（Rigorous Coupled Wave Analysis）法による計算ソフト“DffractMOD”を使用した。
図１２の直方体（各辺の長さはＰｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）は計算範囲を表わす。Ｘ軸およびＹ軸と垂直な境界線は周期境界条件を設定しているので、ＸＹ平面方向にはＰｘおよびＰｙを周期として島状薄膜が格子状に並んでいる状態と等価である。
島状積層体も直方体形状であり、Ｘ軸、Ｙ軸方向の長さはＭｘおよびＭｙであり、Ｚ軸方向の厚さはＭｚである。Ｚ軸方向には入射側から第３層、第２層、第１層が積層されており、それぞれの厚さはＭｚ3、Ｍｚ2、Ｍｚ1である。
【００４１】
（計算例１）
基板およびオーバークラッド層の屈折率は共に1.45、Ｘ軸方向の周期Ｐｘは200nm、Ｙ軸方向の周期Ｐｙは200nm、Z軸方向の計算深さＰｚは400nmである。また、島状積層体の大きさは、Ｘ軸方向の長さＭｘ＝30nm、Ｙ軸方向の長さＭｙ＝150nm、Z軸方向の厚さＭｚ＝150nmであり、第１の光吸収薄膜として膜厚Ｍｚ1＝75nmの金属材料（屈折率ｎ＝4、消衰係数ｋ＝4）の第１層、透明薄膜として膜厚Ｍｚ2＝50nm（屈折率ｎ＝1.45）の第２層、第２の光吸収薄膜として膜厚Ｍｚ3＝25nmの金属材料（屈折率ｎ＝4、消衰係数ｋ＝4）の第３層を積層させている。
なお、計算例１では図１２に示す「空気層」の屈折率も1.45と設定しているので、入射面のフレネル反射は計算上無視されている。また、屈折率、消衰係数の波長変化もないものとしている。
【００４２】
（計算例２）
計算例２は、基板、オーバークラッド層、第２層の屈折率は、表１に「石英」として示す値とした。また、第１層と第３層の屈折率と消衰係数は同様に表１に示すWSi薄膜の実測値を用いた。空気層の屈折率は、波長に関わらず1.000とした。
Ｘ軸方向の周期Ｐｘは200nm、Ｙ軸方向の周期Ｐｙは200nm、Ｚ軸方向の計算深さＰｚは400nmであり、オーバークラッド層の厚さＣｚは126.9nmとした。また、島状積層体の大きさは、Ｘ軸方向の長さＭｘ＝30nm、Ｙ軸方向の長さＭｙ＝149.6nm、Ｚ軸方向の長さＭｚ＝167.2nmであり、第１の光吸収薄膜として膜厚Ｍｚ1＝35nmのWSiの第１層、透明薄膜として膜厚Ｍｚ2＝32.2nmの第２層、第２の光吸収薄膜として膜厚Ｍｚ3＝100nmのWSiの第３層を積層させている。
なお、計算例２では空気層からの入射を設定しているので、入射面でのフレネル反射の影響も考慮されている。
【００４３】
（計算例３）
計算例３では、基板、オーバークラッド層、第１、２、３層、空気層の屈折率は、計算例２と同じ値を用いた。
Ｘ軸方向の周期Ｐｘは200nm、Ｙ軸方向の周期Ｐｙは200nm、Ｚ軸方向の計算深さＰｚは400nmであり、オーバークラッド層の厚さＣｚは118nmとした。また、島状積層体はＹ軸方向に周期性のないライン状とした。島状積層体のＸ軸方向の長さＭｘ＝30nm、Ｚ軸方向の長さＭｚ＝150nmであり、第１の光吸収薄膜として膜厚Ｍｚ1＝35nmのWSiの第１層、透明薄膜として膜厚Ｍｚ2＝32.2nmの第２層、第２の光吸収薄膜として膜厚Ｍｚ3＝100nmのWSiの第３層を積層させている。
なお、計算例２では空気層からの入射を設定しているので、入射面でのフレネル反射の影響も考慮されている。
【比較例】
【００４４】
（比較例１）
比較例１は、ｘ軸方向の長さが20mm、ｙ軸方向の長さが20mm、ｚ軸方向の厚さが0.5mmの透明基板上に、ｘ軸方向の長さが50nm、ｙ軸方向の長さが140nm、ｚ軸方向の厚さが195nmの島状積層体を、ｘ軸方向の周期400nm、ｙ軸方向の周期150nmで形成し、サンプルとなる偏光子を作製した。なお、前記島状積層体は、前記透明基板上に、透明薄膜として膜厚70nmのSiO2の第１層を設け、光吸収薄膜として膜厚75nmのWSiの第２層を積層させ、透明薄膜として膜厚50nmのSiO2の第３層を積層させて形成している。オーバークラッド層の成膜は行っていない。なお、WSi薄膜とSiO2薄膜の実測した屈折率および消衰係数は表１に示したものである。
【００４５】
（比較計算例１）
比較計算例１は、計算例１から島状積層体の第２層、第３層を除いたものである。具体的には、島状積層体のＺ軸方向の長さはＭｚ＝75nmであり、光吸収薄膜である膜厚Ｍｚ1＝75nmの金属材料（屈折率ｎ＝4、消衰係数ｋ＝4）のみから形成されている。他の条件は計算例１と同じである。
【００４６】
上記実施例及び比較例で設計した各偏光子について各種試験を行った。本実施例で行った試験の評価方法を以下に示す。
【００４７】
（評価方法）
（１）平均反射率
上記実施例１および比較例１の条件で製造した偏光子のサンプルについて、分光光度計を用いて波長域が300〜800nmとなるように光源からの出射光の波長を変化させながら、反射率を測定した。ここで反射率とは、光源から偏光子へ向かって出射した光の強さ（W）に対する、偏光子から反射されて光源へ戻ってきた光の強さの百分率（％）のことをいう。また、上記計算例１〜３および比較計算例１については、同様の条件による垂直入射光の反射率を算出した。
入射した(ａ)TM光の波長と反射率の関係、および(ｂ)TE光の波長と反射率の関係について、計算例１〜３および比較計算例１の計算結果を図６〜９に、実施例１および比較例１の実測結果を図１０および１１に示す。また、入射光の波長（300〜800nm）によって変化する反射率（％）の平均値を平均反射率（％）として表２に示す。
【００４８】
（２）偏光性能
上記実施例１および比較例１の条件で製造した偏光子のサンプルについて、分光光度計を用いて波長域が300〜800nmとなるように光源からの出射光の波長を変化させながら、TE透過光およびTM透過光の強度を測定し、TE透過率、TM透過率およびコントラスト（TM透過率／TE透過率）を測定した。また、上記計算例１〜３および比較計算例１については、同様の条件によるTE透過率、TM透過率およびコントラストを算出した。
入射した(ａ)TM光の波長と透過率の関係、および(ｂ)TE光の波長と透過率の関係について、計算例１〜３および比較計算例１の計算結果を図６〜９に、実施例１および比較例１の実測結果を図１０および１１に示す。また、波長500nmにおけるTE透過率、TM透過率およびコントラストを表２に示す。
【００４９】
【表２】
2008286882.tif 000004
【００５０】
表２及び図６〜１１の結果から、実施例１および計算例１〜３の偏光子は、比較例１および比較計算例１の偏光子に比べて平均反射率が大幅に低減されていることから、所定の島状積層体を形成した効果がわかる。また、実施例１および計算例１〜３と比較例１および比較計算例１の偏光子は、同程度のコントラストを有しており、偏光子としての性能についても変わりがないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、従来の偏光子と同程度の偏光特性を有しつつ、耐光性に優れ、しかも反射光の発生を抑制できる、特に吸収型の偏光子を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明による偏光子を示す斜視図であり、(ａ)は偏光子全体を示した図、(ｂ)は(ａ)中の一つの島状積層体を示した図である。
【図２】従来の偏光子を示す斜視図である。
【図３】島状積層体の実施形態の例を示す斜視図であり、(ａ)は三角柱体、(ｂ)は台形柱体、(ｃ)は楕円柱体を示す。
【図４】本発明による偏光子の島状積層体の形成方法の一例を示した図である。
【図５】本発明による偏光子を示す断面図である。
【図６】計算例１の入射光の波長と透過率および算出した反射率の関係を示すグラフであり、(ａ)はTM光、(ｂ)はTE光を示す。
【図７】計算例２の入射光の波長と透過率および算出した反射率の関係を示すグラフであり、(ａ)はTM光、(ｂ)はTE光を示す。
【図８】計算例３の入射光の波長と透過率および算出した反射率の関係を示すグラフであり、(ａ)はTM光、(ｂ)はTE光を示す。
【図９】比較計算例１の入射光の波長と透過率および算出した反射率の関係を示すグラフであり、(ａ)はTM光、(ｂ)はTE光を示す。
【図１０】実施例１の入射光の波長と透過率および算出した反射率の関係を示すグラフであり、(ａ)はTM光、(ｂ)はTE光を示す。
【図１１】比較例１の入射光の波長と透過率および算出した反射率の関係を示すグラフであり、(ａ)はTM光、(ｂ)はTE光を示す。
【図１２】計算例の島状積層体を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１      偏光子
２      透明基板
３      島状積層体
４、４４１、４４２  光吸収薄膜
４ａ、４ｂ  光吸収薄膜の表面
５      透明薄膜
６      オーバークラッド層
２１    従来の偏光子
２２    金属柱体
２２ａ  金属柱体の表面
４１    光吸収体層
４２    透明体層
４３    電子線レジスト
４４    島状積層体の形
４５    パターニングした部分の穴
４６    金属層
４７    金属島状マスク
【図１】
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【図２】
2008286882.tif 000006
【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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