(57)【要約】【課題】ナノメータサイズまで小型化させることが可能となり、しかもアスペクト比を上げることなく消光比、透過効率の双方を両立させることが可能な偏光板を提供する。【解決手段】特定の偏光成分を通過させる偏光板において、基板１１と、基板１１内又はその表面に、互いに略平行に配列されたナノメータサイズからなる複数の偏光子１２とを備え、偏光子１２は、少なくとも一部が周期的に高さが異なるように配列されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の偏光成分を通過させる偏光板において、
基板と、
上記基板内又はその表面に、互いに略平行に配列されたナノメータサイズからなる複数の偏光子とを備え、
上記偏光子は、少なくとも一部が周期的に高さが異なるように配列されていること
を特徴とする偏光板。
【請求項２】
上記偏光子は、ワイヤーグリッドであること
を特徴とする請求項１記載の偏光板。
【請求項３】
高さの低い偏光子は、高さの高い偏光子の０．９倍以下の高さであること
を特徴とする請求項１又は２記載の偏光板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス板上に特定の偏光成分のみを透過させる偏光子を配列させた偏光板に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光板は、通常、方向性を持つ結晶で構成され、一の方向に振動する光の偏光成分のみを透過させる。通常、この偏光板は、いわゆるプロジェクタ等の液晶表示装置に適用される。
【０００３】
偏光板を作製する場合には、先ずポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムを染色工程、架橋工程、及び延伸工程を経て乾燥することにより偏光子を作製する。その上に、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム等の偏光子保護フィルムを貼り合わせる。さらにその両面に偏光板 の保護、機能付与、または積層時の利便性を目的とした保護層、光学層、および粘着層等を適宜積層する。
【０００４】
また、偏光板としては、上述の如き色素を利用して偏光成分を分離する技術以外に、偏光子としてワイヤーグリッドを利用した、いわゆるワイヤーグリッド型も提案されている。このワイヤーグリッドは、金属細線構造で構成したものであって、波長依存性が小さく、透過効率が高く、高い光強度耐性を持つ等、優れた特徴を持つ。
【０００５】
このワイヤーグリッド型の偏光板は、ガラス板にミクロンサイズの金属細線を埋め込む。その結果、金属細線の長軸方向と平行な偏光成分が入射された場合には、この金属細線中の電子が当該偏光成分の光に応じて振動することになる。上記光の偏光方向は、この金属細線中の電子の振動方向と一致するため、偏光方向がこの金属細線の長軸方向と同一の光は、電子の振動によって徐々に減衰していくことになる。その結果、金属細線の長軸方向と平行な偏光成分の透過が抑制され、その長軸方向と直交する光の偏光成分のみ透過することになる。
【０００６】
なお近年においては、例えば特許文献１に示すようなワイヤーグリッド偏光子が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３２８２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の偏光板は、いずれも作製コストや偏光効率に焦点をあてたものが多く、また用途に関しても液晶バックパネル内に配置することができれば足りるため、超小型化するメリットに乏しかった。但し、近年においては、特にノートパソコン等を初めとした各種デバイスの超小型化の進展に伴い、偏光板もナノメータサイズまで超小型化させる必要が生じている。特に、厚さをナノメータサイズで構成することにより、折り曲げ可能な偏光板とすることで、将来的な用途の拡大も図ることができると考えられている。
【０００９】
また、これに加えて、青色領域〜紫外領域の波長の短い領域に対応するためには、金属細線の配列周期を対応する波長の半波長以下にしなければ機能しない、高い消光比を得るためには金属細線構造のアスペクト比を上げる必要がある等、作製の難易度が向上してしまい、製造コストの上昇を招くことにもなる。更に高いアスペクト比を持つ金属細線構造では、本来のワイヤーグリッド構造の特徴ともいえる高い透過効率が悪化してしまうという問題点があった。このため、消光比を向上させるとともに透過効率を向上させることが可能な偏光板が従来より望まれていた。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ナノメータサイズまで小型化させることが可能となり、しかもアスペクト比を上げることなく消光比、透過効率の双方を両立させることが可能な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】
【００１１】
本発明者は、上述した課題を解決するために、基板内又はその表面に、互いに略平行に配列されたナノメータサイズからなる複数の偏光子を少なくとも一部につき周期的に高さが異なるように配列させた偏光板を発明した。
【００１２】
本願第１の発明は、特定の偏光成分を通過させる偏光板において、基板と、上記基板内又はその表面に、互いに略平行に配列されたナノメータサイズからなる複数の偏光子とを備え、上記偏光子は、少なくとも一部が周期的に高さが異なるように配列されていることを特徴とする。
【００１３】
本願第２の発明は、第１の発明において、上記偏光子は、ワイヤーグリッドであることを特徴とする。
【００１４】
本願第３の発明は、第１又は第２の発明において、高さの低い偏光子は、高さの高い偏光子の０．９倍以下の高さであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上述した構成からなる本発明によれば、ナノメータサイズまで小型化させることが可能となり、しかもアスペクト比を上げることなく消光比、透過効率の双方を両立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用した偏光板の斜視図である。
【図２】本発明を適用した偏光板に含まれる偏光子の拡大斜視図である。
【図３】本発明を適用した偏光板に含まれる偏光子の拡大正面図である。
【図４】偏光子が周期的に並んでいる状態について説明するための図である。
【図５】図２に示される偏光子の平面図である。
【図６】(a)は、基板の表面に偏光子が立設された状態を示す図であり、(b)は、基板内に偏光子の下部が埋め込まれた状態を示す図である。
【図７】本発明を適用した偏光板に含まれる偏光子の具体的なサイズを示す図である。
【図８】偏光子の高さとＹ偏光透過率との関係を示す図である。
【図９】偏光子の高さと消光比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態として、特定の偏光成分を通過させる偏光板に関し、図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００１８】
本発明を適用した偏光板１は、例えば図１(a)に示すように、基板１１と、この基板１１内に形成され、互いに略平行に配列された複数の偏光子１２とを備えている。
【００１９】
基板１１は、例えばガラス、サファイヤ、シリコン等の透光性の材料からなる。この基板１１についてガラスで構成する場合には、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度のケイ酸ガラスが多く使用される。また基板１１を構成するガラスついて、ＧａＡｓやＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等をドープしたガラス等で構成するようにしてもよい。また、この基板１１は、透光性を有する誘電体であってもよく、例えば石英ガラス、パイレックス（登録商標）等の硼珪酸ガラスや、ポリエチレンテレフタラート、カプトン等のプラスチック、或いはCaF2、Si、ZnSe、Al2O3などの材料等によって具体化されるものであってもよい。更に、この基板１１は、上述した材料に限定されるものではなく、例えばポリカーボネート樹脂等の高分子材料で構成されるものであってもよい。
【００２０】
偏光子１２は、金属細線からなるものであって、いわゆるワイヤーグリッドで構成されている。因みに偏光子１２は、ワイヤーグリッドで構成される場合に限定されるものではなく、例えば長辺が光の波長以上の直方体構造等により構成されるものであってもよい。この偏光子１２は、ナノレベルでの微視的観察では、図２の拡大図に示すように複数の直方体ブロックが規則的に、又はランダムに配列されている。この偏光子１２は、直方体ブロックで構成されていることが望ましいがこれに限定されるものではなく、他の形状で構成されていてもよい。この例では、偏光子１２は、それぞれ図中ＸＹ平面におけるＸ方向が長軸方向となるように構成されている。なお、この図２では、光は図中上側から入射されてくる場合を想定している。
【００２１】
なお、上述の如き偏光子１２は、基板１１内において一段に亘り構成される場合に限定されることなく、複数段に亘って形成されていてもよい。また、偏光子１２は、図１(a)に示すようにＸ方向に向けて互いに分断されているのではなく、図１(b)に示すように互いに連続しているものであってもよい。
【００２２】
偏光子１２は、図２に示すように高さの低い偏光子１２ａと、高さの高い偏光子１２ｂの複数種から構成されている。高さの低い偏光子１２ａは、高さの高い偏光子１２ｂの０．９倍以下の高さとされていてもよい。また高さの低い偏光子１２ａは、望ましくは高さの高い偏光子１２ｂの０．８倍以下の高さとされていてもよい。
【００２３】
図３は、この偏光子１２の拡大正面図を示しており、何れも紙面上側から光が入射されてくる場合を想定している。図３(a)に示すように、偏光子１２ａと、偏光子１２ｂの底面は、略同一平面を構成するように位置調整がなされていることが望ましい。その結果、この偏光子１２ａ、１２ｂは、その頂面の高さ位置が異なるように配置されることになる。また図３(b)に示すように、偏光子１２ａ、１２ｂの頂面が、略同一平面を構成するように位置調整がなされていてもよい。その結果、この偏光子１２ａ、１２ｂは、その底面の高さ位置が互いに異なるように配置されることになる。更に図３(c)に示すように、偏光子１２ａ、１２ｂの頂面、又は底面が略同一平面を構成することなく、偏光子１２ａの頂面より低い高さ位置に偏光子１２ｂの頂面が位置し、偏光子１２ａの底面より高い高さ位置に偏光子１２ｂの底面が位置するように配置されていてもよい。
【００２４】
また図４は、このワイヤーグリッドからなる偏光子１２を多数並べた状態の正面図の例を示している。図４(a)は、偏光子１２ａ、１２ｂが交互に並んでいる箇所があるが、それ以外は偏光子１２の高さがランダムになっている。偏光子１２ａ、１２ｂが交互に並んでいる領域は、偏光子１２の高さにつき周期性を持つ領域といえる。
【００２５】
また、図４(b)は、高さの高い偏光子１２ｃ、高さが中程度の偏光子１２ｄ、高さが低い偏光子１２ｅが規則的に順に並んでいる箇所があるが、それ以外は偏光子１２の高さがランダムになっている。即ち、偏光子１２ｃ〜１２ｅが規則的に配列している領域は、偏光子１２の高さにつき周期性を持つ領域といえる。
【００２６】
即ち、本発明では、この偏光子１２の高さが全て規則的な周期性を持つものに限定されることなく、一部において高さに周期性を持つものであればよい。
【００２７】
図５は、図２の斜視図に示される偏光子１２ａ、１２ｂの平面図を示している。偏光子１２ａはそれぞれＸ方向に向けて延長されており、互いにＹ方向に向けて間隔をおいて配列されている。また、この偏光子１２は互いにＹ方向間において略平行となるように設けられているが、これに限定されるものではない。また、Ｘ方向の長さは、偏光子１２ａ、１２ｂにおいて互いに略同一とされている場合を示しているが、これに限定されるものではない。
【００２８】
このような構成からなる偏光板１に対して、例えば偏光方向Ｙ（光の電場方向はＹであり、光の磁場方向がＸとなる）の光が入射された場合には、その殆どがこの偏光板１を透過していくことになる。
【００２９】
これに対して、偏光方向Ｘの光（光の電場方向はＸであり、光の磁場方向がＹとなる）が入射された場合には、かかる偏光方向が変化してしまう。その結果、偏光方向Ｘの光はそのまま偏光板１を通過しないことになる。
【００３０】
即ち、この偏光板１は、偏光方向Ｙの光はそのまま通過するのに対して、偏光方向Ｘの光は通過させない機能を発揮する偏光手段として構成することが可能となる。特にこの偏光板１は、高い透過率を維持しつつ、十分な消光比を得ることができる。
【００３１】
なお、本発明を適用した偏光板１は、上述した形態に限定されるものではない。例えば図６(a)に示すように基板１１の表面に偏光子１２が立設されていてもよいし、図６(b)に示すように基板１１内に偏光子１２の下部が埋め込まれ、その上部が表面から露出するようにして設けられるものであってもよい。
【００３２】
また、上述した構成からなる偏光板１を実際に作製する場合には、例えばリソグラフィにより行うようにしてもよい。かかる場合には、基板１１上にスパッタリング等の手段によりワイヤーグリッドからなる偏光子１２を堆積させていくことにより作製を行う。また、スパッタリング以外には、電子線リソグラフィやエッチング等を利用して偏光子１２を作りこむようにしてもよい。
【実施例１】
【００３３】
以下、本発明を適用した偏光子１２の作用効果を検証するために、以下に説明するようなシミュレーションをＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain Method）によって行った。
【００３４】
偏光子１２としては、図７に示すような形状のものをモデルとして用いた。高さの高い偏光子１２ａは、高さｈが３５０ｎｍであり、高さの低い偏光子１２ｂは、高さｈを変数としている。ちなみに、この図７の例では高さを２５０ｍｍとした例を示している。また、これら偏光子１２の幅Ｗは、６０ｎｍであり、偏光子１２間のＹ方向の間隔Ｄは１５０ｍｍである。また境界条件を周期境界条件とした、したがってシミュレーション結果は無限平面のワイヤーグリッド構造に対して得られた結果となる。このワイヤーグリッドを構成しているのはＸ方向に無限に長い１２ａaと１２ｂの周期構造である。また材料にはアルミを用いた。計算に用いた入力光の時間波形はガウシアンパルスを用い、入力光強度は計算時間内に材料からの反射が戻らない位置の電場強度より求め、透過光強度はワイヤーグリッド構造の近接場光（エバネッセント場）成分を避けるため構造体下端から２μｍ下に設定した。
【００３５】
このようなモデルの下で、実際に波長λ＝４５０ｎｍの光を照射し、偏光子１２ｂの高さを順次変化させ、偏光方向Ｙの光の透過率（Ｙ偏光透過率という。）、消光比を計算により求めた結果を、それぞれ図８、９に示す。本発明例はプロット“○”で示しており、比較例は、プロット“■”で示している。
【００３６】
図８に示す、偏光子１２ｂとＹ偏光透過率との関係からは、偏光子１２ｂの高さが低くなるにつれてＹ偏光透過率が高くなる傾向が示されている。偏光子１２ｂの高さが３５０ｎｍ以上のものは、本発明例ではなく、比較例であるが、Ｙ偏光透過率が低くなっている。
【００３７】
また図９に示すように、消光比は、偏光子１２ｂの高さが低くなるにつれて低くなることが分かる。
【００３８】
ここで偏光子１２ｂの高さが２００〜３００ｎｍである場合に、消光比を比較的高く維持しつつ、Ｙ偏光透過率を向上させることができる。また、偏光子１２ｂの高さが１５０ｎｍである場合に、消光比は低くなるが、Ｙ偏光透過率はより向上させることができることが分かる。
【００３９】
このように本発明によれば、消光比に関しては、従来のワイヤーグリッド型の偏光板と同程度であるが高いＹ偏光透過率を実現することが可能となり、いわばＹ偏光透過率と消光比の双方を両立することができる偏光板とすることが可能となる。
【００４０】
しかも、本発明によれば、高い消光比を得るために金属細線構造のアスペクト比を上げる必要もなく、作製の難易度を下げることも可能となり、製造コストの低減化をも図ることが可能となる。また、本発明によれば、高いアスペクト比を持つ金属細線構造とする必要がなくなることから、本来のワイヤーグリッド構造の特徴ともいえる高い透過効率をより効果的に発揮させることも可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１  偏光板
１１  基板
１２  偏光子
【図１】
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【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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