(57)【要約】【課題】液晶ディスプレイパネルの製造に用いた場合に、工程を減少させ得るワイヤグリッド偏光子を提供する。【解決手段】基板上に格子線となる多数の金属の線を、光の波長より短い周期で平行に配置されてなるワイヤグリッド偏光子であって、格子線の長手方向に対して垂直な面で切断した場合の断面の形状が多角形であり、該多角形は６個以上の頂点を有し、隣り合う２辺のなす角が９０°または２７０°であり、前記隣り合う２辺のなす角のうち少なくとも一つが２７０°であるワイヤグリッド偏光子。【選択図】図２
2012078820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に格子線となる多数の金属の線を、光の波長より短い周期で平行に配置されてなるワイヤグリッド偏光子であって、格子線の長手方向に対して垂直な面で切断した場合の断面の形状が多角形であり、該多角形は６個以上の頂点を有し、隣り合う２辺のなす内角が９０°または２７０°であり、前記隣り合う２辺のなす内角のうち少なくとも一つが２７０°であるワイヤグリッド偏光子。
【請求項２】
断面の形状の寸法と格子線の周期が、可視光のうちの特定の波長に対して偏光効果とカラーフィルター効果を同時に発生させるように調整された請求項１に記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項３】
格子線の周期が、０ｎｍを越え７００ｎｍ以下である請求項１または２に記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項４】
格子線の高さ（格子線と基板の界面に垂直な方向の長さ）が格子線の周期の１０倍以下である請求項１〜３のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項５】
フィルファクターが０を越え０．９９以下である請求項１〜４のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項６】
基板上の格子線が樹脂により覆われている請求項１〜５のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子を用いてなり、入射光を偏光させることができ、かつナロー・バンド光学フィルターとして作用する素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤグリッド偏光子に関する。特に、面光源照明装置、ディスプレイおよびプロジェクターに好適なワイヤグリッド偏光子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤグリッド偏光子は、面光源照明装置、ディスプレイおよびプロジェクターにおいて、光を偏光させる偏光子として用いられている。液晶ディスプレイパネルにおいては、各画素の液晶層がバックライトから出射した光を透過させたり遮断したりして光シャッターの役割を果たして表示を行っており、液晶層が光シャッターの役割を果たせるように、液晶層を挟んで、互いに偏光方向が垂直であるような２枚の偏光子が設置されている。
【０００３】
一方、２枚の偏光子に挟まれた液晶層を透過した光、各画素に設けられたカラーフィルターを通過して所望の色の光となり、カラー表示を実現している。
【０００４】
ここで、ワイヤグリッド偏光子は、ガラス等からなる基板上に格子線となる多数の金属の線（ワイヤ）を、光の波長より短い周期（格子線の周期は、格子線の幅と格子線同士の間隔の和。）で平行に配置した回折格子からなる。ワイヤグリッド偏光子は、光源から出射し、ワイヤグリッド偏光子を透過する光のうち、格子線と平行な方向に電場が振動する光を反射し、格子線と垂直な方向に電場が振動する光を透過し、光源から出射された光から偏光光を生成する。
【０００５】
液晶ディスプレイパネルにおいては、偏光子、カラーフィルター以外に、ディスプレイとして高い品位の視認性を確保するために、多数の層が積層されており、構成が複雑であり、また製造にあたり多数の工程が必要であるので、構成する層を減少させるなどして工程を減少させることが製造上の課題となっている。
【０００６】
このような問題点を解決しうるワイヤグリッド偏光子として、カラーフィルター層を有するカラーフィルター基板の内部に形成されたワイヤグリッド偏光子が提案されている。カラーフィルター層と一体化することにより、液晶層への貼合の工程が減少する（特許文献１参照。）。しかしながら、ワイヤグリッド偏光子として、製造工程をさらに減少させることができるものが求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−４２３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、液晶ディスプレイパネルの製造に用いた場合に、工程を減少させ得るワイヤグリッド偏光子を提供することにある。
【０００９】
そこで、本発明者は、ワイヤグリッド偏光子に、偏光とは別の機能を付加し、層の数を減らして液晶ディスプレイパネルの製造の工程を減少させることを思いついた。そして、鋭意検討の結果、ワイヤグリッド偏光子を構成する金属の線からなる格子線の断面形状を、従来の単純な矩形や円形ではなく、より複雑な形状とすることにより、ワイヤグリッド偏光子がカラーフィルターの機能を発揮し、かかるワイヤグリッド偏光子は、偏光子とカラーフィルターを兼ねさせることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち本発明は、次の［１］〜［７］を提供する。
［１］  基板上に格子線となる多数の金属の線を、光の波長より短い周期で平行に配置されてなるワイヤグリッド偏光子であって、格子線の長手方向に対して垂直な面で切断した場合の断面の形状が多角形であり、該多角形は６個以上の頂点を有し、隣り合う２辺のなす角が９０°または２７０°であり、前記隣り合う２辺のなす角のうち少なくとも一つが２７０°であるワイヤグリッド偏光子。
［２］  断面の寸法と格子線の周期が、可視光のうちの特定の波長に対して偏光効果とカラーフィルター効果を同時に発生させるように調整された［１］に記載のワイヤグリッド偏光子。
［３］  格子線の周期が、０ｎｍを越え７００ｎｍ以下である［１］または［２］に記載のワイヤグリッド偏光子。
［４］    格子線の高さ（格子線と基板の界面に垂直な方向の長さ）が格子線の周期の１０倍以下である［１］〜［３］のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子。
［５］  フィルファクターが０を越え０．９９以下である［１］〜［４］のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子。
［６］  基板上の格子線が樹脂により覆われている［１］〜［５］のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子。
［７］  ［１］〜［６］のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子を用いてなり、入射光を偏光させることができ、かつナロー・バンド光学フィルターとして作用する素子。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のワイヤグリッド偏光子は、偏光子とカラーフィルターの機能を兼ねているので、液晶ディスプレイパネルの製造に用いた場合に、従来のものより工程を減少させ得るので、工業的に有用である。また、カラーフィルターが必要なものであれば、本発明のワイヤグリッド偏光子は、本発明の面光源照明装置、ディスプレイおよびプロジェクターに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ワイヤグリッド偏光子と入射光を示す模式図。格子線の長手方向の軸に垂直な断面４０を有する平行な薄い金属の線（格子線）２０が基板１０上に横たえて配置されている。２本の金属の線の間および金属の線の上方に存在する周囲の媒体３０は空気または樹脂であってよい。
【図２】本発明のワイヤグリッド偏光子の格子線の断面の形状を３つの矩形の組み合わせで構成する方法の２つの例を示す図。ａ）矩形が基板に対して垂直な辺を共有するように組み合わされた例。ｂ）矩形が基板に対して平行な辺を共有するように組み合わされた例。
【図３】格子線の長手方向に対して垂直な面で切断した場合の本発明のワイヤグリッド偏光子の格子線の断面の形状であって様々な複雑な形状（Shape１からShape１０)を例示した図。示されたいずれの断面の形状も図２のａ）およびｂ）に示されたような方法により矩形を組み合わせて構成することができる。
【図４】実施例のシミュレーション結果を示し、ｐモードの光透過率の波長依存性を示す図。３種類の偏光子がカラーフィルターとして機能していることを示している。
【図５】実施例のシミュレーション結果を示し、ｓモードの光透過率の波長依存性を示す図。３種類の偏光子が偏光子として機能し、ｓモードの光を遮断していることを示している。
【図６】比較例のシミュレーション結果を示し、格子線の断面の形状が長方形の単純なワイヤグリッド偏光子が、その全面が屈折率１．５の樹脂（周囲の媒体）で周囲を囲まれた場合のｐモードの透過スペクトルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、入射光の偏光性とスペクトルの両方を同時に選択する能力のある光学デバイスに関する。特に、本発明は、直線偏光した特定波長領域の光を選択的に透過する光学デバイスに関する。
【００１４】
本発明のワイヤグリッド偏光子は、液晶ディスプレイに用いることができる。従来の液晶ディスプレイには、偏光子とカラーフィルターは別々に用いられている。従来から用いられている偏光子は、ＰＶＡ製であり、入射光うちの不要な偏光を有する光を取り除く結果、入射光の半分が透過せず利用されていない。また、従来から用いられているカラーフィルターは、染料により色を発現させており、光の透過率が高いとは言えなかった。さらに、従来から用いられているカラーフィルターは、染料が熱で分解するのを避けるために、液晶を封入したパネルからの距離を長く設計される場合があり、観察者が画面の斜め横方向から画面を見た場合、液晶パネルの画素とカラーフィルターの画素が、ずれて見える問題（parallax  error）が生じることがあった。
【００１５】
本発明のワイヤグリッド偏光子は、偏光子とカラーフィルターを兼ねているので、偏光子とカラーフィルターを別々にした場合より光透過率が高くなる。
本発明のワイヤグリッド偏光子の格子線は、アルミニウムなどの金属で構成されるので、染料を用いてなる従来のカラーフィルターに比べて熱に強い。それゆえ、偏光子およびカラーフィルターを兼ねる部材である本発明のワイヤグリッド偏光子は、光源の近くに設置することができ、parallax  errorのような熱の発生に起因する問題が軽減できる。
【００１６】
本発明のワイヤグリッド偏光子は、基板上に格子線となる多数の金属の線を、光の波長より短い周期で平行に配置されてなるワイヤグリッド偏光子であって、格子線の長手方向に対して垂直な面で切断した場合の断面の形状が多角形であり、該多角形は６個以上の頂点を有し、隣り合う２辺のなす内角が９０°または２７０°であり、前記隣り合う２辺のなす内角のうち少なくとも一つが２７０°であることを特徴とする。
【００１７】
格子線の断面形状は、幅（基板と格子線の界面に平行な方向の辺の長さ）と高さ（基板と格子線の界面に垂直な方向の辺の長さ）の両方または一方が異なる３つの矩形を組み合わせて形成されるということもできる。また各矩形の材料を異ならせることもできる。
【００１８】
隣り合う２辺のなす内角が２７０°の頂点（以下、隣り合う２辺のなす内角が２７０°の頂点を「内角２７０°頂点」、隣り合う２辺のなす内角が９０°の頂点を「内角９０°頂点」ということがある。）が２つ以上である断面の形状の中で、最も好ましいものは、内角２７０°頂点が、互いに隣接するかまたは、内角９０°頂点を間に偶数個はさんで位置する形状である。場合によっては、互いに隣接する内角２７０°頂点は３個の内角９０°頂点をはさんで位置することがある（例えば、図３のshape４およびshape１０の場合である。）。
【００１９】
ワイヤグリッドは金属０次回折格子としても知られ、格子線となる細い金属線を一定の周期で平行に並べたものである。図１の模式図に示したとおり、金属線の長手方向に垂直な方向（ｐモードと呼ばれる。）の光を透過し、金属線の長手方向に平行な方向（ｓモードと呼ばれる。）の光を反射するので、ワイヤグリッド偏光子は偏光作用を発現する。
【００２０】
本発明者のシミュレーションによれば、本発明のワイヤグリッド偏光子の、ｐモードの透過スペクトルは、ナロー・バンド光学フィルター（狭い波長範囲の光を透過させるフィルター）の特性を示す、特に特定の波長範囲の光を透過することができる。すなわち、透過ピーク波長が特定の波長であり、透過ピーク波長として設計された波長から外れた波長の光を透過しない。
【００２１】
本発明のワイヤグリッド偏光子は、入射光に対する偏光子としての機能と、入射光に対するカラーフィルターとしての機能を有する。２つめの機能は、液晶ディスプレイのカラーフィルターと同様の機能である。本発明のワイヤグリッド偏光子は、液晶ディスプレイにおける偏光子の機能とカラーフィルターの機能をあわせ持つのである。
【００２２】
上記によれば、可視光および近赤外光において、狭い波長範囲の透過ピークを示す、さらに効果的な偏光子兼カラーフィルターを、本発明のワイヤグリッド偏光子に基づいて設計することができる。そして、そのように設計されたものも、製造は容易なのである。
【００２３】
偏光子兼カラーフィルターの光学特性を調整することができる一つの方法は、構造に変数を加えて設計することである。格子線の断面が長方形である従来のワイヤグリッド偏光子は０次の回折格子である。そのような従来のワイヤグリッド偏光子は、設計上の変数は３つ、すなわち、格子線の周期、格子線の高さおよびフィルファクターである。本発明のワイヤグリッド偏光子においては、さらに多数の設計上の変数を加えることにより、設計に自由度を加えることができる。例えば、格子線の断面を構成する様々な矩形の長さ、幅と、さらには材料を、偏光子兼カラーフィルターの求められる特性に合致するように変更することができる。
【００２４】
その金属線の断面形状は、従来は長方形であった。従って、設計上の変数は、金属線の周期と、長方形の断面の幅と高さだけであった。ここで本発明者らは、金属線の断面形状を変化させることにより、偏光子としての機能に加えて、カラーフィルターとしての機能を同時に発現させることができることを、ＦＤＴＤ法を用いて電磁波のシミュレーションを行って見出した。
【００２５】
断面形状が長方形である従来のワイヤグリッド偏光子も、カラーフィルター機能は発現するが、透過率の波長依存性を示す曲線のピークは幅広いものであった。つまり、透過させる目的とする光以外の波長の光を透過させる割合が多いのである。例えば、透過させる目的とする光の波長が５４０ｎｍであると、発明者が行ったシミュレーションによると、７００ｎｍにおける透過率は３０％にもなる。本発明のワイヤグリッド偏光子は、透過率の波長依存性を示す曲線のピークの幅が、従来のワイヤグリッド偏光子よりずっと狭いものとなるのである。
【００２６】
格子線の周期はワイヤグリッド偏光子およびカラーフィルターの対象となる光の波長程度の大きさに選ぶことができる。例えば、ワイヤグリッド偏光子が、波長５５０ｎｍの光を対象としたカラーフィルターとして機能させるよう設定されているとし、そして透過光または反射光の半値幅が１００ｎｍであるとすると、格子線の周期の最大値は５００ｎｍに設定してもよい。格子線の周期の上限は、ワイヤグリッド偏光子が垂直入射光に対する０次数において光の反射または透過を確保するように決める。もし、高次の回折次数が許容されるのであれば、回折された光は望ましくない視野角方向に進んでしまう。格子線の周期の下限は、可能な限り小さくてもよい、すなわち、加工が可能な範囲で長くてもよい。現在のナノ加工技術においては、下限は約５０ｎｍであり、ＷＧＰの構造を加工することができる。
【００２７】
本発明において、格子線の長手方向に対して垂直な面で切断した場合の断面の形状は、３つの矩形が接して生じる図形の輪郭であり、６個以上の頂点を有する多角形である。矩形は、長方形（正方形を含む）である。「３つの矩形が接して生じる図形の輪郭であり、６個以上の頂点を有する多角形」には、３つの矩形のうち２つが同じ形状であってもよい。
【００２８】
図２に本発明のワイヤグリッド偏光子の格子線の断面の形状を３つの矩形の組み合わせで構成する方法の２つの例を示した。ａ）は矩形が基板と格子線の界面に対して垂直な辺を共有するように組み合わされた例である。ｂ）は矩形が基板と格子線の界面に対して平行な辺を共有するように組み合わされた例である。両方の構成方法において、３つの矩形の断面は重なっていない。また、該構成方法において、矩形は互いに接触している辺に沿って上下方向（  ａ）の場合）または左右方向（  ｂ）の場合）に互いに相対的に動かしてもよい。
【００２９】
図２の断面図において、ｄは、格子線の基板と格子線の界面に垂直な方向の最大高さを示し、ｗは、格子線の基板と格子線の界面に平行な方向の最大幅を示す。格子線の周期ｐと、前記ｗから、フィルファクターが定まる。ｗ１、ｄ１、ｗ２、ｄ２、ｗ３、ｄ３などの値は、本発明のワイヤグリッドの格子線の断面を形成する種々の矩形の幅（ｗ１、ｗ２、ｗ３など）と高さ（ｄ１、ｄ２、ｄ３など）を示す。これらの幅と高さの数は、本発明のワイヤグリッド偏光子を実際に製造するに際して、製造可能な頂点の数（格子線の長手方向に対して垂直な面で切断した場合の断面の多角形の頂点の数）により制限される。なお、ｄ１、ｄ２、ｄ３≦ｄであり、ｗ１、ｗ２、ｗ３≦ｗである。
【００３０】
図２のａ）の構成方法において、次の関係が保たれる：ｗ＝ｗ１＋ｗ２＋ｗ３、そしてｄはｄ１、ｄ２およびｄ３の最大のものに等しい。図２のｂ）の構成方法において、次の関係が保たれる：ｄ＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ３、そしてｗはｗ１、ｗ２およびｗ３の最大のものに等しい。
【００３１】
図２のａ）の構成方法において、次の条件が保たれる。ｄ１、ｄ２およびｄ３のすべての高さは互いに異なっていてもよい。また、ｄ１、ｄ２およびｄ３の３つの高さのうちいずれか２つは互いに等しく、他の一つとは異なっていてもよい。それゆえ、好ましい条件は、幅ｗ１、ｗ２、ｗ３の値には関係無くｄ１≠ｄ２≠ｄ３、ｄ１≠ｄ２＝ｄ３、ｄ１＝ｄ２≠ｄ３、ｄ２≠ｄ１＝ｄ３である。３つの矩形の中心が同一直線上にない限り、ｄ１、ｄ２およびｄ３の３つの高さ全部が同じでもよい。３つの矩形の中心が同一直線上（図の紙面で水平な直線上）にある場合で、ｄ１＝ｄ２＝ｄ３の場合は本願請求項の範囲外である。ｗ１、ｗ２およびｗ３のすべての幅は互いに異なってもよい。幅ｗ１、ｗ２およびｗ３については、そのうちいずれか２つが互いに等しく、他の一つとは異なっていてもよい。またｗ１、ｗ２およびｗ３の３つの幅のすべてが等しくてもよい。
【００３２】
図２のｂ）の構成方法において、次の条件が保たれる。ｗ１、ｗ２およびｗ３のすべての幅は互いに異なっていてもよい。また、ｗ１、ｗ２およびｗ３の３つの幅のうちいずれか２つは互いに等しく、他の一つとは異なっていてもよい。それゆえ、受け入れ可能な条件は、高さｄ１、ｄ２、ｄ３の値には関係無く、ｗ１≠ｗ２≠ｗ３、ｗ１≠ｗ２＝ｗ３、ｗ１＝ｗ２≠ｗ３、ｗ２≠ｗ１＝ｗ３である。３つの矩形の中心が同一直線上にない限り、ｗ１、ｗ２およびｗ３の３つの幅は全部が同じでもよい。３つの矩形の中心が同一直線上（図の紙面で垂直な直線上）にある場合で、ｗ１＝ｗ２＝ｗ３の場合は本願請求項の範囲外である。ｄ１、ｄ２およびｄ３のすべての高さは互いに異なってもよい。高さｄ１、ｄ２およびｄ３については、そのうちいずれか２つが互いに等しく、他の一つとは異なっていてもよい。またｄ１、ｄ２およびｄ３の３つの高さのすべてが等しくてもよい。
【００３３】
図３には１０個の断面図形が示されており（Shape１〜Shape１０）、それらの図形は図２に示した構成方法を用いて構成されている。各図形には番号が付され、他の図形と区別されている。図形１から５と図形８から１０は図２のａ）で示した構成方法を用いて構成することができる。図形６と７は図２のｂ）で示した構成方法を用いて構成することができる。図３に示した図形は例示であり、本発明はこれらの図形に限定されない。
【００３４】
前記多角形の頂点の数が多過ぎる場合はカラーフィルターとしての効果が不十分となる傾向があるので、前記多角形の頂点の数は通常は３０個以下であり、２０個以下が好ましく、１２個以下がより好ましい。
【００３５】
前記多角形の最大の１辺の長さが小さ過ぎる場合はカラーフィルターとしての効果が不十分となる傾向があるので、前記多角形の最大の１辺の長さは通常は１０ｎｍ以上である。多角形の辺のうち、基板と格子線の界面と平行な辺の長さ（例えばｗ１、ｗ２、ｗ３）は２０ｎｍ以上が好ましい。該長さのより好ましい値の範囲は、４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である。合計の幅の値ｗは、２０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の値が好ましい。より好ましくは４０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下の範囲である。多角形の辺のうち、基板と格子線の界面に垂直な辺の長さ（例えばｄ１、ｄ２、ｄ３）は２０ｎｍ以上が好ましい。より好ましい値の範囲は４０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。
【００３６】
格子線の合計の高さ（格子線と基板の界面に垂直な方向の長さ、ｄ）が格子線の周期の１０倍以下であることが好ましい。dは、２０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下の値が好ましい。より好ましくは４０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲である。
【００３７】
フィルファクター（ｆ）は、格子線の幅（ｗ）と格子線の周期（ｐ）の比で定義される。すなわちｆ＝ｗ／ｐである。物理的にはフィルファクターの上限は０．９９、下限は０より大きいが０近くまで可能である。しかし、現在のナノ加工技術においては、加工の下限が約５０ｎｍであるので、この加工の下限がフィルファクターの上限と下限に影響し、加工可能な範囲を考慮すると、フィルファクターの好ましい範囲は、０．１以上０．９以下であり、０．２以上０．９以下がより好ましい。さらに、カラーフィルターおよび偏光子の両方に用いることができるワイヤグリッド偏光子としては、発明者のシミュレーションによると、フィルファクターは０．３以上０．８５以下の範囲がさらに好ましく、０．４以上０．８５以下の範囲がよりさらに好ましい。
【００３８】
本発明のワイヤグリッド偏光子の格子線の周期は、設計する透過ピーク波長が変化すれば変更する。また、格子線の周期は、ワイヤグリッド偏光子およびカラーフィルターの対象となる光の波長より短くする必要がある。可視光を対象とした場合、格子線の周期は、通常は０ｎｍを超え７００ｎｍ以下であり、５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、さらに好ましくは、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。
【００３９】
本発明のワイヤグリッド偏光子が、可視光のうちの特定の波長に対して偏光効果とカラーフィルター効果を示すようにするには、前記断面の形状の寸法、すなわち断面が多角形であるので多角形の各辺の長さとともに格子線の周期が、可視光のうちの特定の波長に対して偏光効果とカラーフィルター効果を同時に発生させるように調整する。
【００４０】
本発明のワイヤグリッド偏光子がカラーフィルター効果を効果的に発現する理由は、断面における多角形の各形状に従って、電磁波の共鳴（resonace）が生じているものと考えられ、その共鳴と関係しているものと考えられる。シミュレーション結果は、本発明のワイヤグリッド偏光子は共鳴空洞のような挙動を示すことを示している。共鳴物理学においてはよく知られているように、共鳴空洞の寸法、形状、材料を変化させることにより、共鳴波長とそれに対応したバンド幅を細かく調整することができる。それゆえ、本発明のワイヤグリッド偏光子において、形状の変数である図２のｗ１、ｄ１、ｗ２、ｄ２、ｗ３、ｄ３の選択が、透過するバンドのピーク波長と透過するバンドの幅を決定する。
【００４１】
基板の屈折率と、基板上に配置した格子線の周期および断面形状と、入射する光の波長、電場の振動方向および入射角度を設定したうえで、ＦＤＴＤ（Finite  Difference  Time  Domain）法（有限差分時間領域法）を用いて計算を行えば、光（電磁波）の挙動を正確にシミュレーションすることができる。
【００４２】
ＦＤＴＤ法は、例えば、「ＦＤＴＤ法による電磁界およびアンテナ解析」，１９９８年，コロナ社に記載されている公知の方法であり、マックスウェル方程式を空間的および時間的に区切り、空間および時間微分を有限差分によって近似し、電磁界の時間変化を追跡して算出するシミュレーション方法である。
【００４３】
通常、任意の偏光状態にある入射光は、２つの直交する偏光状態、すなわち、ｐモードとｓモードとに分けることが可能である。そして、本発明の効果の実証において用いるＦＤＴＤ法においては、帰納的畳み込み法を用いると効率的に計算を進めることができる。電磁波におけるｓモードに対しては、マクスウェル方程式から導かれる波動方程式に帰納的畳み込み法を適用して得られる第１の電磁界解析用の式を、帰納的関係式を利用してコンピュータにより解き、ｐモードに対しては、マクスウェル方程式に帰納的畳み込み法を適用して得られる第２の電磁界解析用の式を、帰納的関係式を利用してコンピュータにより解き、ｐモード及びｓモードに対して得られた電磁界に基づいてＦＤＴＤ法の空間的および時間的区切りにおける電磁界を算出する態様とすることが好適である（特願２００８−６８１３９の公開公報参照。）。
【００４４】
ＦＤＴＤ法では、以下のマクスウェル方程式を利用することができる。
2012078820.tif 000003
（１）
2012078820.tif 000004
（２）
ここで、μは透磁率、Ｅは電界の強さ、Ｈは磁界の強さである。
2012078820.tif 000005
は微分演算子であり、
2012078820.tif 000006
及び
2012078820.tif 000007
及び
2012078820.tif 000008
をｘ軸方向及びｙ軸方向及びｚ軸方向の単位ベクトルとしたとき、
2012078820.tif 000009
（３）
で定義される微分演算子である。
【００４５】
式（２）中のＤは電束密度を表しており、次式で与えられる。
2012078820.tif 000010
（４）
式（４）中のεは物体の誘電率である。
【００４６】
ＦＤＴＤ法において空間的に区切られた各領域における上記式（４）のεは、一次のDrudeモデル（K. S. Kunz, and R. J. Luebbers, The Finite difference Time Domain Method for Electromagnetics, Chapter 8, CRC Press, Boca Raton, pp.123-162, 1993を参照。）を用いて式（５）により得ることができる。
2012078820.tif 000011
（５）
式（５）において、ωは光の角周波数であり、ωpはプラズマ角周波数であり、νcは衝突頻度である。
【００４７】
本発明のワイヤグリッド偏光子は、工業的に通常実施されている方法により、透明な基板上に金属の線を平行に形成することにより製造することができる。
【００４８】
透明な基板としては、ガラス（石英ガラス、フッ化カルシウムガラスを含む）、サファイア、水晶、樹脂からなる基板が挙げられる。樹脂としてはＰＭＭＡ、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリルが挙げられる。
【００４９】
金属の線の材料としては、アルミニウム、金、銀、白金、銅、パラジウム、ニッケル、クロム、マンガン、チタンが挙げられ、ステンレス、ハステロイ、ジュラルミンなどの合金を用いることもできる。
【００５０】
基板上に形成した格子線を樹脂で覆ってもよい。樹脂としては、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ樹脂、アルキド樹脂を挙げることができる。
【００５１】
透明な基板上に金属の線を平行に形成するには、熱浮き出しナノインプリントリソグフィー（hot  embossing  nanoimprint  lithography）、ＵＶ硬化ナノインプリントリソグラフィー（UV-curable  nanoimprint  lithography）、反応イオンエッチング、電子線リソグラフィー、蒸着、スパッタリングなどの方法を用いることができる。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５３】
すべての実施例、比較例において、偏光度の光の波長による変化を計算機シミュレーションにより求めた。計算に用いたプログラムは、発明者らが作成したＦＤＴＤ法の計算用のプログラムであり、Maxwellの方程式を解いてシミュレーションを行った。格子線はアルミニウムからなるとし、基板は透明で屈折率が１．５の材料からなるとした。格子線の部分の誘電率εの算出にはDrudeモデルを用い、ωp＝2.2637×1016s-1、νc＝11.99×1013s-1とした。光は空気中を透過して、偏光子の面（格子線を構成する基板の界面）に対して垂直に入射するとした。
【００５４】
本発明のワイヤグリッド偏光子の偏光度ｄｐは、ｐモードの光の透過率Ｔpとｓモードの光の透過率Ｔsから、次の式（６）により算出した。
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（６）
【００５５】
実施例１
格子線の断面形状が、図３のshape１の形状であってｗ＝１８６．２ｎｍ、ｄ＝３００ｎｍ、ｄ１＝２８０ｎｍ、ｗ１＝５３．９ｎｍとした。格子線の周期を２４５ｎｍとした。ｐモードの光の透過率の計算結果を図4のＲ１（■の点をつないだ線）で示した。６２０ｎｍ付近にピークを有し、半値幅が６０ｎｍの透過率曲線を有する赤色フィルターとして機能していることがわかる。光透過率のピーク値は約９０％である。ｓモードの光透過率の波長依存性を図5のＲ（■のマーキングの線）に示した。ｄｐは０．９８以上であり、高い偏光性能を示した。
【００５６】
実施例２
格子線の断面形状が、図３のshape２の形状であってｗ＝１９７．６ｎｍ、ｄ＝２２０ｎｍ、ｄ１＝２０ｎｍ、ｗ１＝５７．２ｎｍ、ｗ２＝５７．２ｎｍとした。格子線の周期を２６０ｎｍとした。ｐモードの光の透過率の計算結果を図４のＧ２（○の点をつないだ線）で示した。５３５ｎｍ付近にピークを有し、半値幅が４５ｎｍの透過率曲線を有する緑色フィルターとして機能していることがわかる。光透過率のピーク値は約９０％である。ｓモードの光透過率の波長依存性を図5のＧ（○のマーキングの線）に示した。ｄｐは０．９８以上であり、高い偏光性能を示した。
【００５７】
実施例３
格子線の断面形状が、図３のshape３の形状であってｗ＝１９７．６ｎｍ、ｄ＝２７５ｎｍ、ｄ１＝１５０ｎｍ、ｗ１＝４６．８ｎｍ、ｄ２＝５０ｎｍとした。格子線の周期を２６０ｎｍとした。ｐモード光の透過率の計算結果を図４のＢ２（星印の点をつないだ線）で示した。４５０ｎｍ付近にピークを有し、半値幅が３０ｎｍの透過率曲線を有する青色フィルターとして機能していることがわかる。光透過率のピーク値は約７０％である。ｓモードの光透過率の波長依存性を図５のＢ（三角の点をつないだ線）に示した。ｄｐは０．９８以上であり、高い偏光性能を示した。
【００５８】
図４および図５に示されたシミュレーションの実施例においては、基板の屈折率を１．５とした。また、周囲の媒体（基板との界面を除く金属の全ての表面と接触する媒体）の屈折率は１．５とした。また、ここに示したすべての実施例において、透過率のピーク付近での偏光度は９９．９８％程度以上であった。
【００５９】
比較例１
格子線の断面形状が長方形の形状であって、幅ｗ＝９６ｎｍ、高さｄ＝１００ｎｍとした。格子線の周期を１２０ｎｍとした。ｐモード光の透過率の計算結果を図６の比較例１（■をつないだ線）で示した。５３０ｎｍ付近にピークを有するが、光の透過曲線は広く、緑色フィルターとしての機能は十分ではないことがわかった。
【００６０】
比較例２
格子線の断面形状が長方形の形状であって、幅ｗ＝１６８ｎｍ、高さｄ＝２００ｎｍとした。格子線の周期を２４０ｎｍとした。ｐモード光の透過率の計算結果を図６の比較例２（○をつないだ線）で示した。４６０ｎｍ付近にピークを有するが、光の透過曲線は広く、青色フィルターとしての機能は十分ではないことがわかった。
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図３】
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