JP2008107720A - 偏光子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作成が容易かつ高性能な反射型の偏光子を提供すること。
【解決手段】透光性基板８と、この透光性基板８上に形成された回折格子１２であって、使用する光の波長以下の周期を有するように整列された複数の凸部９を有し、かつ、これら複数の凸部９のそれぞれが、高屈折率層１０と低屈折率層１１との交互層からなる回折格子１２と、この回折格子１２における互いに隣位する前記凸部９同士の間の位置に、透光性基板８内に埋没した部位を有するように形成され、前記低屈折率層１１の屈折率よりも高くかつ前記高屈折率層１０の屈折率よりも低い屈折率を有する中間屈折率領域１４とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、偏光子およびその製造方法に係り、特に、液晶表示素子や光ピックアップ光学系、光通信用光学素子などに適用され、反射光を有効に利用するのに好適な偏光子およびその製造方法に関する。

一般に、偏光子は、一方向に偏光した直線偏光のみを透過させ、前記一方向に直交する方向に偏光した直線偏光は吸収または反射させる機能を有する光学素子として知られている。しかしながら、偏光子は、その構造および機能により複数のタイプに分類することができ、そのタイプに応じて特徴や特性が大きく異なるため、向いている用途も異なる。

いくつかあるタイプの中で、よく知られているタイプの偏光子としては、高分子フィルムにヨウ素などの二色染料の色素を分散させて１軸方向に延伸して製造される色素ドープポリマー型の偏光子、ガラスに銀等の金属微粒子をドープして一方向に延伸したドープガラス型の偏光子、波長以下のサイズの周期構造を有する金属ワイヤーから構成される金属ワイヤー型の偏光子および複屈折性を有する高分子フィルムの多層干渉を利用した複屈折多層膜型の偏光子等がある。

これらのよく知られているタイプの偏光子は、例えば、特許文献１〜５に開示されている。

すなわち、特許文献１には、色素ドープポリマー型の偏光子がその製造方法とともに開示されており、この特許文献１に開示された製造方法では、高分子中に二色性のヨウ素等の微粒子を吸着させて薄膜フィルムを形成し、その後に、薄膜フィルムを１軸方向に延伸することによって、色素ドープポリマー型の偏光子を製造するようになっている。

また、特許文献２には、金属ワイヤー型の偏光子がその製造方法とともに開示されており、この特許文献２に開示された製造方法では、基板上に、サブ波長サイズ以下の周期構造を有する金属ワイヤーを形成することによって、反射型の偏光子を製造するようになっている。

特許文献２と同様に、特許文献３には、金属ワイヤー型の偏光子がその製造方法とともに開示されており、この特許文献３に開示された製造方法では、ナノインプリントプロセスによって形成されたポリマーをマスクにしたドライエッチングによって反射型のワイヤーグリッド偏光子を製造するようになっている。

さらに、特許文献４には、ドープガラス型の偏光子がその製造方法とともに開示されており、この特許文献４に開示された製造方法では、ガラス中に銅および銀などの金属微粒子をドープして一軸方向に延伸することによって偏光子を製造するようになっている。

さらにまた、特許文献５には、複屈折多層膜型の偏光子がその製造方法とともに開示されており、この特許文献５に開示された製造方法では、基板上に、屈折率の異なる２種類の高分子フィルム多数枚重ねて反射型の偏光子を製造するようになっている。

特開平５−２８８９２９号公報 特開平９−３０４６２０号公報 特開２００６−８４７７６号公報 特表２００１−５０１１６３号公報 特開２００６−１７８４１８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された製造方法では、確かに、安価なコストによって大面積の偏光子を製造することができるといった利点はあるものの、この方法で製造することができる偏光子は、ＴＥ偏光の光を透過してＴＭ偏光の光は吸収する、いわゆる吸収型の偏光子のみであるので、ＴＭ光を反射して再利用するような反射型の偏光子に適用することはできない。

また、特許文献２に開示された製造方法では、微細なリソグラフィー技術および真空プロセスを用いたドライエッチングを行っているため、偏光子を安価なコストで大量に製造することは困難である。

さらに、特許文献３に開示された製造方法では、ドライエッチングにおいて真空プラズマ装置を用いているため、コスト的に有利であるとは言い難い。

さらにまた、特許文献４に開示された製造方法によって製造される偏光子は、特許文献１と同様に吸収タイプの偏光子であるので、反射タイプの偏光子を実現することはできない。

さらにまた、特許文献５に開示された製造方法は、高分子薄膜同士の接着性を強固にしにくいことや、一軸方向に延伸したときに高分子フィルムに加わる力が不均一になるため、製造された偏光子に位置により偏光特性のむらがあるという欠点を有している。

そこで、本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであり、高性能な反射型の偏光子を簡便かつ低コストに製造することができる偏光子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。さらには、高性能な反射型の偏光子を安価なコストによって簡便に製造することができる偏光子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る偏光子の特徴は、透光性基板と、この透光性基板上に形成された回折格子であって、使用する光の波長以下の周期を有するように整列された複数の凸部を有し、かつ、これら複数の凸部のそれぞれが、高屈折率層と低屈折率層との交互層から構成される回折格子と、この回折格子における互いに隣位する前記凸部同士の間の位置に、前記透光性基板内に埋没した部位を有するように形成され、前記低屈折率層の屈折率よりも高くかつ前記高屈折率層の屈折率よりも低い屈折率を有する中間屈折率領域とを備えた点にある。

そして、この請求項１に係る発明によれば、熱インプリントプロセスを用いた製造に適した構成を有することによって、熱インプリントプロセスにより、高性能な反射型の偏光子を安価なコストによって簡便に製造することができる。

また、請求項２に係る偏光子の特徴は、請求項１において、前記凸部における最下層および最上層が、ともに前記高屈折率層とされている点にある。

そして、この請求項２に係る発明によれば、反射型の偏光子を確実に実現することができる。

さらに、請求項３に係る偏光子の特徴は、請求項１または２において、前記透光性基板、前記高屈折率層、前記低屈折率層および前記中間屈折率領域が、同一の高分子ポリマーを用いて形成されている点にある。

そして、この請求項３に係る発明によれば、製造コストをさらに削減することができるとともに、透光性基板と交互層との間の密着力、交互層における高屈折率層と低屈折率層との間の密着力および透光性基板と中間屈折率領域との間の密着力を向上させることができ、耐久性およびこれにともなう長期信頼性に優れた偏光子を製造することができる。

さらにまた、請求項４に係る偏光子の製造方法の特徴は、高分子ポリマーからなるフィルム状の透光性基板上に、微粒子が分散された高分子ポリマーからなる高屈折率高分子フィルムと、微粒子が分散された高分子フィルムからなる低屈折率高分子フィルムとを交互に繰り返し重ねた後に、前記透光性基板に重ねられた前記高屈折率高分子フィルムおよび前記低屈折率高分子フィルムに対して、熱インプリントプロセスを用いて金型形状を転写することにより、前記透光性基板と、この透光性基板上に形成された回折格子であって、使用する光の波長以下の周期を有するように整列された複数の凸部を有し、かつ、これら複数の凸部のそれぞれが、高屈折率層と低屈折率層との交互層からなる回折格子と、この回折格子における互いに隣位する前記凸部同士の間の位置に、前記透光性基板内に埋没した部位を有するように形成され、前記低屈折率層の屈折率よりも高くかつ前記高屈折率層の屈折率よりも低い屈折率を有する中間屈折率領域とを備えた偏光子を製造する点にある。

そして、この請求項４に係る発明によれば、熱インプリントプロセスにより、高性能な反射型の偏光子を安価なコストによって簡便に製造することができる。

本発明によれば、高性能な反射型の偏光子を低コストで簡便に製造することができる。

以下、本発明に係る偏光子およびその製造方法の実施形態について、図１〜図１６を参照して説明する。

＜第１の基本原理＞
まず、本実施形態における偏光子についての第１の基本原理について図１および２を参照して説明する。

図１は、本実施形態における偏光子に適用される薄膜積層構造１の一例を示したものであり、この薄膜積層構造１は、樹脂等によって形成された所定の厚みを有する透光性の基板２と、この基板２の厚み方向（図１における縦方向）における一方の表面（図１における上面）上に形成された合計５層の多層膜構造３とによって構成されている。

多層膜構造３は、樹脂や誘電体によって形成された互いに屈折率が異なる２種類の薄膜Ｈ、Ｌが、基板２の厚み方向に交互に繰り返し積層されてなり、これら２種類の薄膜Ｈ、Ｌのうち、一方の薄膜Ｈは、相対的に屈折率が高い高屈折率層Ｈとされ、他方の薄膜Ｌは、相対的に屈折率が低い低屈折率層Ｌとされている。

この薄膜積層構造１は、基板２のすぐ上層（多層膜構造３における最下層）に高屈折率層Ｈが形成され、かつ、多層膜構造３における最上層すなわち多層膜構造３と空気層との境界に高屈折率層Ｈが形成されていることによって、反射率の高いミラーを構成している。このような構成が、反射型の偏光子に好適なものとして知られている。また、図１における多層膜構造３の層数は５層であるが、この多層膜構造３の層数を増やすほど、より広い帯域（光の波長帯域）において高い反射率を得ることができる。ただし、偏光子への適用のためには、高屈折率層Ｈおよび低屈折率層Ｌの光学膜厚を、それぞれ使用する光の波長の１／４にすることが必要になる。

ここで、図２は、屈折率ｎ_Ｓ＝１．５１４６とされた透光性の基板２上に、屈折率ｎ_Ｈ＝１．６１とされた高屈折率層Ｈおよび屈折率ｎ_Ｌ＝１．５１とされた低屈折率層Ｌからなる合計１１１層の多層膜構造３が形成された薄膜積層構造１についての波長５００ｎｍ〜８００ｎｍｍの範囲の反射率の計算結果を示している。なお、この反射率の計算に用いた薄膜積層構造１は、図１に示したものと同様に、基板２のすぐ上層に高屈折率層Ｈが形成され、かつ、最上層にも高屈折率層Ｈが形成されたものである。また、この薄膜積層構造１は、使用する光の波長を６５０ｎｍと想定したうえで、高屈折率層Ｈおよび低屈折率層Ｌの各層の光学膜厚を、使用する光の波長６５０ｎｍの１／４に設定したものである。したがって、高屈折率層Ｈの物理膜厚は、６５０ｎｍの１／４とされた光学膜厚を、高屈折率層Ｈの屈折率で除した値１００．９３ｎｍとされ、同様に、低屈折率層Ｌの物理膜厚は、６５０ｎｍの１／４とされた光学膜厚を、低屈折率層Ｌの屈折率で除した値１０７．６２ｎｍとされている。このような薄膜積層構造における各層のアドミッタンスを表す行列を計算することによって、図２に示す計算結果を算出することができる。

図２に示すように、反射率が５０％以上となる波長帯域の範囲は、中心波長６５０ｎｍを中心として前後に約３０ｎｍ程度であることが分かる。この３０ｎｍの波長帯域というのは用途によっては必ずしも十分な広さを有しているとは言えないが、波長帯域を広げるにはさらに多層膜構造の層数を増やしていけばよい。

ところで、高屈折率層Ｈの屈折率と低屈折率層Ｌの屈折率との差が大きいほど、少ない層数によって広い波長帯域にわたる高反射率を実現することができることが知られており、一般に、誘電体多層膜フィルターでは、高屈折率層Ｈの成膜材料としてＴａ_２Ｏ_５やＴｉＯ_２が採用され、また、低屈折率層Ｌの材料としてＳｉＯ_２が採用されることが多い。この場合には、高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌとの屈折率差Δｎを０．８以上にすることも可能である。

しかしながら、高屈折率層Ｈおよび低屈折率層Ｌを安価な高分子によって形成する場合には、両層の間に大きな屈折率差をとるのは一般に困難であることが知られているが、０．１程度の屈折率差であれば上述の偏光子が実現可能である。

＜第２の基本原理＞
次に、本実施形態における偏光子についての第２の基本原理について図３を参照して説明する。

図３は、本実施形態における偏光子に適用されるサブ波長サイズの周期構造５（回折格子）の一例を示したものであり、この周期構造５は、誘電率がε_１の媒質と誘電率がε_２の媒質とが周期方向であるＸ軸方向（図３における横方向）に交互に無限に整列されることによって形成されている。この周期構造５の周期サイズΛは、光の波長よりも十分小さい大きさとされている。なお、光の波長以下の周期サイズは、サブ波長サイズと称されている。また、誘電率ε_１、ε_２の各媒質は、Ｙ軸方向に無限に連続している。

このような周期構造５に対して、光がＺ軸方向（図３における縦方向）から入射する場合を考える。ここで、１次の有効媒質理論によれば、Ｘ軸方向の平均的な誘電率成分ε‖は以下の（１）式のように表され、また、Ｚ軸方向の平均的な誘電率成分ε⊥は、以下の（２）式のように表されることが知られている。

ε‖^（０）＝（１−ｆ）・ε_１＋ｆ・ε_２ （１）
１／ε⊥^（０）＝（１−ｆ）／ε_１＋ｆ／ε_２ （２）

但し、（１）および（２）式におけるｆは、充填率と呼ばれるパラメータであり、この充填率ｆは、誘電率ε_２の媒質のＸ軸方向の寸法ｗと周期サイズΛとを用いてｆ＝ｗ／Λと表すことができる。これらの式は、ε_１とε_２との差異およびｆ値の選択により、周期構造５に生じる屈折率の異方性をコントロールできることを意味している。例えば、図３に示すように、周期構造５にＺ軸方向から入射したＴＥ偏光については反射させ、ＴＭ偏光については透過させることが可能となる。

＜具体的な構成＞
次に、図４および図５は、前述した第１の基本原理および第２の基本原理を適用した本実施形態における偏光子７を示したものである。

この偏光子７は、図１に示した基板２と同様の樹脂等によって形成された所定の厚みを有する透光性の基板８（透光性基板）を有しており、この基板８の厚み方向における一方の表面（図４および５における上面）上には、複数の凸部９が一定の周期を有するように整列された回折格子１２が形成されている。

回折格子１２における凸部９は、図１に示した多層膜構造３と同様に、図４中において英文字Ｈが記された高屈折率層１０と図４中において英文字Ｌが記された低屈折率層１１との交互層によって形成されているとともに、基板８のすぐ上層（凸部９における最下層）および凸部９における最上層がともに高屈折率層１０とされている。

また、図４に示す回折格子１２の周期サイズΛは、図３に示した周期構造５と同様に、使用する光の波長以下の大きさ（サブ波長サイズ）に形成されている。

さらに、回折格子１２における互いに隣位する凸部９同士の間の位置には、図４中において英文字Ｍが記された中間屈折率領域１４が形成されており、この中間屈折率領域１４は、その上面１４ａを露出させるようにして上面１４ａ以外のすべての部位が基板８の表面から基板８内に埋没されている。

この中間屈折率領域１４の屈折率は、低屈折率層１１の屈折率よりも高くかつ高屈折率層１０の屈折率よりも低い中間的な屈折率とされている。このことは、中間屈折率領域１４の屈折率が、高屈折率層１０の屈折率ｎ_Ｈと低屈折率層１１の屈折率ｎ_Ｌとの丁度中間値ｎ_Ｍ＝（ｎ_Ｈ＋ｎ_Ｌ）／２をとる場合があることも当然に含んでいる。

なお、本実施形態における中間屈折率領域１４は、一定の周期を有する一次元の回折格子形状を呈している。

このように、本実施形態における偏光子7は、第１の基本原理および第２の基本原理が適用されていることによって、一方向に偏光した直線偏光のみを透過し、それと直交する方向に偏光した直線偏光は反射させる反射型の偏光子として機能することができるようになっている。

また、中間屈折率領域１４は、後述する熱インプリントプロセスによる回折格子１２の形成の際に回折格子１２と同時に副次的に形成されるものである。したがって、このような中間屈折率領域１４を回折格子１２と併有した本実施形態における偏光子７は、熱インプリントプロセスによる製造に好適な構成であるということができる。

＜製造方法＞
次に、本実施形態における偏光子７の製造方法について詳述する。

本実施形態における偏光子７は、多層膜の形成法と、その多層膜に熱インプリント法等の回折格子形状を転写するプロセスとの２種類のプロセスによって製造する。

すなわち、まず最初に、高分子のポリマーを用いて形成された互いに屈折率が異なる２種類のフィルム（すなわち、高屈折率高分子フィルムおよび低屈折率高分子フィルム）と、フィルム状の透光性基板としての膜厚の厚い厚肉フィルムとを用意する。

これらの高屈折率高分子フィルム、低屈折率高分子フィルムおよび厚肉フィルムの材料としては、熱可塑性および熱硬化性の様々な高分子ポリマーを用いることができ、例えばＰＭＭＡ、シクロオレフィン系、エポキシ系、ポリイミド系、ポリカーボネートなどを挙げることができる。

しかしながら、本実施形態のように、基板８上に多層膜構造の凸部９が一体的に形成された偏光子７については、長期信頼性を得るためには、基板８、高屈折率層１０、低屈折率層１１および中間屈折率領域１４の間の密着力が強い構造である必要があり、そのためには、なるべく同じ構造を有する（同種の）ポリマーを用いて各フィルム（高屈折率高分子フィルム、低屈折率高分子フィルムおよび厚肉フィルム）を形成することが望ましい。

ここで、異種のポリマーを用いる場合には、屈折率の異なるフィルムの組み合わせを選ぶのは容易であるが、同種のポリマーを用いる場合であっても、ポリマー中に、例えば、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３等の酸化物からなる無機微粒子を均一に分散させることよって、フィルムの屈折率を制御して異なる屈折率のフィルムの組み合わせを選ぶことが可能である。同種のポリマーを用いた場合において屈折率を互いに異ならせるには、ポリマー中に屈折率の異なる無機微粒子を例えば分散量や粒子の種類を異ならせるように分散させればよい。

なお、無機微粒子を有機ポリマー中に均一に分散することができることに関しては、例えば、特開平６−３２２２７８号公報に開示されており、また、無機微粒子を熱可塑性ポリマーに均一分散することができることに関しては、例えば、特開２００３−２９２７９５号公報に開示されている。

このように、同種類の高分子のポリマー中に微粒子を分散させることによって高屈折率高分子フィルム、低屈折率高分子フィルムおよび厚肉フィルムを形成すれば、基板８と高屈折率層１０との間の密着力、高屈折率層１０と低屈折率層１１と間の密着力および基板８と中間屈折率領域１４との間の密着力をともに向上させることができ、高温高湿試験やヒートショック試験などの長期信頼耐久性試験に強い偏光子７を製造することができる。

そして、前述のように、高屈折率高分子フィルム、低屈折率高分子フィルムおよび厚肉フィルムを用意した上で、次に、厚肉フィルム上に、高屈折率高分子フィルムおよび低屈折率高分子フィルムを順次繰り返し載置して重ねる。この載置の際に、各フィルムを接着剤で貼り合わせるようにしてもよい。

なお、高屈折率高分子フィルムと低屈折率高分子フィルムとは、互いの光学膜厚が等しくなるように、互いの屈折率の違いを利用して膜厚（物理膜厚）を予め調整しておく必要があるが、厚肉フィルム上への高屈折率高分子フィルムおよび低屈折率高分子フィルムの載置の段階においては、必ずしも、高屈折率高分子フィルムと低屈折率高分子フィルムとの光学膜厚を、使用する光の波長の４分の１にする必要はない。すなわち、高屈折率高分子フィルムおよび低屈折率高分子フィルムが載置された状態の厚肉フィルムに対して、加熱とともに厚み方向への圧力を作用させることによって、高屈折率高分子フィルムおよび低屈折率高分子フィルムの光学膜厚が、使用する光の波長の１／４となるようにしてもよい。

次いで、図６に示すように、高屈折率高分子フィルム１０’および低屈折率高分子フィルム１１’が順次繰り返し載置された厚肉フィルム８’を、熱インプリントプロセス用の金型１７の下方に配置する。

ここで、金型１７は、Ｎｉ等の金属の表面に、使用する光の波長より短い周期を有する複数の凹部１８を有しており、これらの凹部１８の形状を厚肉フィルム８’上の高屈折率高分子フィルム１０’および低屈折率高分子フィルム１１’に転写することによって、回折格子１２が形成されるようになっている。

なお、このような金型１７は、例えば、Ｓｉウエーハ上に、レジストのＥＢ描画やドライエッチング等の半導体のリソグラフィープロセスを用いて凹部１８とは凹凸が逆転したマスター形状を形成した後に、マスター形状へのＮｉ電鋳プロセスを行ってマスター形状をＮｉに転写することによって得ることができる。

次いで、熱インプリントプロセスを用いた金型１７の形状の転写に移行する。すなわち、金型１７をポリマーのガラス転移温度以上の温度に加熱し、加熱された金型１７に対して下方への強い圧力をかけることによって、高屈折率高分子フィルム１０’および低屈折率高分子フィルム１１’が載置された厚肉フィルム８’上に金型１７を上方から押し当てる。

これにより、金型１７の凹部１８においては、図７に示すように、高屈折率高分子フィルム１０’および低屈折率高分子フィルム１１’の材料が凹部１８内に入り込んで凹部１８の形状が転写されることによって、高屈折率層１０と低屈折率層１１との積層構造である凸部９が形成される。

同時に、金型１７における凹部１８間の凸部においては、両フィルム１０’、１１’を強い圧力で押圧してその部分を破断して厚肉フィルム８’内に押し下げることにより、両フィルム１０’、１１’を熱と圧力で混ざり合わせた均一な屈折率を有する領域が形成される。この領域が、前述した中間屈折率領域１４であり、この中間屈折率領域１４の屈折率ｎ_Ｍは、例えば、高屈折率層１０の屈折率ｎ_Ｈと低屈折率層１１の屈折率ｎ_Ｌとの中間値ｎ_Ｍ＝（ｎ_Ｈ＋ｎ_Ｌ）／２をとる。

このようにして金型１７の形状が転写されることによって、高屈折率層１０と低屈折率層１１との多層膜構造からなる回折格子１２ならびに中間屈折率領域１４を基板８上に備えた偏光子７が形成される。

次いで、金型１７をポリマーのガラス転移温度よりも低い温度まで冷却した後に、図８に示すように、金型１７を上方向に引き上げて偏光子７を金型１７から離型させる。

このとき、金型１７の凹部１８入り込んだフィルム材料が金型１７に接着して抜けにくいことがあるので、これを防止するために前もって金型１７に樹脂の剥離剤を塗布しておき、離型を円滑に行わしめることもできる。このような剥離剤としては、例えば、ダイキン工業（株）のオプツールＤＸＦ（登録商標）という商品が挙げられる。

このように、本実施形態によれば、金型１７を用いた熱インプリントプロセスによって偏光子７を迅速に製造することができるので、量産性を向上させることができる。また、このような熱インプリントプロセスに用いる設備は、前述したワイヤーグリッド偏光子を製造する設備に比べれば安価であるため、製造コストを削減することができる。さらに、本実施形態によれば、金型１７によるフィルム１０’、１１’の押圧を利用して偏光子7を形成していることによって、基板８と高屈折率層１０との間の密着力、高屈折率層１０と低屈折率層１１と間の密着力および基板８と中間屈折率領域１４との間の密着力をともに向上させることができる。なお、このような密着力の向上は、前述のように、高屈折率高分子フィルム１０’、低屈折率高分子フィルム１１’および厚肉フィルム８’を同種類のポリマーを用いて形成すればさらに強まることになる。

＜第１実施例＞
次に、本発明に係る偏光子の第１実施例について説明する。本実施例における偏光子７は、下記の偏光子データに示す条件を満足している。

（偏光子データ）
λ＝６５０ｎｍ、Λ＝４００ｎｍ、ｆ＝０．５、ｎ_Ｓ＝１．５１４５、ｎ_Ｌ＝１．５１、ｎ_Ｍ＝１．５６、ｎ_Ｈ＝１．６１、ｔ_Ｍ＝８．２２μｍ、ｔ_Ｈ＝０．１１５３μｍ、ｔ_Ｌ＝０．１２３０μｍ、ｍ＝６９層

但し、偏光子データにおけるλは、使用する光の波長（中心波長）である。また、Λは、偏光子7における回折格子１２の周期サイズである。さらに、ｆは、回折格子１２の充填率である。さらにまた、ｎ_Ｓは、基板８の屈折率である。また、ｎ_Ｌは、低屈折率層１１の屈折率である。さらに、ｎ_Ｍは、中間屈折率領域１４の屈折率である。さらにまた、ｎ_Ｈは、高屈折率層１０の屈折率である。また、ｔ_Ｍは、中間屈折率領域１４の膜厚である。さらに、ｔ_Ｈは、高屈折率層１０の膜厚である。さらにまた、ｔ_Ｌは、低屈折率層１１の膜厚である。また、ｍは、基板８上の多層膜１０、１１の層数（合計層数）である。つまり、本実施例においては、高屈折率層１０の層数が３５層、低屈折率層１１の層数が３４となる。

なお、多層膜１０、１１の層数を数えるにあたっては、凸部９における最下層の高屈折率層１０を第１層目とし、凸部９の最上層の高屈折率層１０を第６９層目としている。

また、偏光子データでは、中間屈折率領域１４の膜厚ｔ_Ｍが凸部９を構成する１層〜６９層の多層膜１０、１１の総膜厚に等しくなっているが、このことは、本実施例に係る反射型の偏光子７に常に当てはまるとは限らない。

さらに、偏光子データでは、偏光子７の機能する中心波長が６５０ｎｍとなるように、各層の薄膜の膜厚を調整している。

ここで、本実施例の偏光子7は、光学的には、多層膜から成るサブ波長サイズの回折格子の１つとして理解することができ、また、予想される特性も、サブ波長の回折格子特性を計算するのによく用いるＲＣＷＡ法を用いて計算することができる。ＲＣＷＡ法による計算方法はJ.Opt.Soc.Am.A,vol.12,no5,pp1068--1076,May,1995.に示されている。

このようなＲＣＷＡ法を用いて、本実施例の偏光子７の特性を計算すると、図９および図１０に示すような計算結果が得られた。図９は、ＴＥモード直線偏光を偏光子７に入射した場合における５５０〜７５０ｎｍの領域での透過・反射率特性を示している。また、図１０は、ＴＭモード直線偏光を偏光子７に入射した場合における５５０〜７５０ｎｍの領域での透過・反射率特性を示している。

なお、このＲＣＷＡ法を用いた計算においては、屈折率および誘電率をフーリエ級数展開するにあたってその展開項数を１５項取ることした。

図９から分かるように、６５０ｎｍのときに、ＴＥ光の反射率は最大となり９４．６％を示す。また、図１０から分かるように、ＴＭモード光は、６５０ｎｍにおいてほぼ透過している。６５０ｎｍでのＴＥ光、ＴＭ光の透過・反射率は以下に示すような値となった。

ＴＥ光の透過率：５．４０％ ＴＥ光の反射率：９４．６％
ＴＭ光の透過率：９６．２％ ＴＭ光の反射率：３．８０％

ここで、透過光においては、６００ｎｍ付近以下で±１次光が生じていることが分かるが、ここでは６５０ｎｍ付近での性能を考えているため実用上の支障はない。

ところで、このような透過・反射率特性の他にも、偏光子の性能を表す一般的なパラメータとして、次の（３）および（４）式に示す消光比が知られている。これらの式はHandbook of Optics(Vol. I, 5-13)に記述されている。

Ｅ_ｔ＝−１０・ｌｏｇ（Ｔｓ／Ｔｐ） （３）
Ｅ_ｒ＝−１０・ｌｏｇ（Ｒｓ／Ｒｐ） （４）

なお、（３）式において、Ｅ_ｔは、透過光に関する消光比、Ｔｓは、偏光子７に対して偏光子７の透過軸に平行な直線偏光を入射した場合の透過率、Ｔｐは、偏光子７に対して偏光子７の透過軸に直交する直線偏光を入射した場合の透過率である。また、（４）式において、Ｅ_ｒは、反射光に関する消光比、Ｒｐは、偏光子７に対して偏光子７の透過軸に平行な直線偏光を入射した場合の反射率、Ｒｓは、偏光子７に対して偏光子７の透過軸に直交する直線偏光を入射した場合の反射率である。

本実施例における偏光子７は、透過光に関する消光比が１２．５ｄＢ、また、反射光に関する消光比が１３．９ｄＢとなり、ほぼ満足できる結果となった。
＜第２実施例＞
次に、より好ましい実施例として、本発明に係る偏光子の第２実施例について説明する。本実施例における偏光子７は、下記の偏光子データに示す条件を満足している。

（偏光子データ）
λ＝６５０ｎｍ、Λ＝４００ｎｍ、ｆ＝０．５、ｎ_Ｓ＝１．５１４５、ｎ_Ｌ＝１．５１、ｎ_Ｍ＝１．５６、ｎ_Ｈ＝１．６１、ｔ_Ｍ＝１３．０３μｍ、ｔ_Ｈ＝０．１１５３μｍ、ｔ_Ｌ＝０．１２２９μｍ、ｍ＝１２５層

偏光子データにおける各パラメータは第１実施例と同様であるので、説明を省略する。なお、本実施例においても、中間屈折率領域１４の薄膜厚さｔＭは、凸部９を構成する１層〜１２５層の多層膜１０、１１の総膜厚に等しくなっている。

このような本実施例における偏光子７について、ＲＣＷＡ法を用いて特性を計算すると、図１１および図１２に示すような計算結果が得られた。図１１は、ＴＥモード直線偏光を偏光子７に入射した場合における５５０〜７５０ｎｍの領域での透過・反射率特性を示している。また、図１２は、ＴＭモード直線偏光を偏光子７に入射した場合における５５０〜７５０ｎｍの領域での透過・反射率特性を示している。

６５０ｎｍでのＴＥ光、ＴＭ光の透過・反射率は以下に示すような値となった。

ＴＥ光の透過率：０．２１３％ ＴＥ光の反射率：９９．７８％
ＴＭ光の透過率：９９．９３％ ＴＭ光の反射率：０．０６６％

この計算結果からも分かるように、本実施例によれば、第１実施例よりもさらに優れた性能を発揮することができる。これは、凸部９を構成する高屈折率層１０および低屈折率層１１の層数が第１実施例よりも増加していることに起因すると考えられる。

次に、本実施例の偏光子７について、透過および反射に関する消光比の波長依存性を計算すると、図１３および図１４に示すような計算結果が得られた。

図１３および図１４に示すように、本実施例における偏光子７は、波長６５０ｎｍの帯域において、透過光に関する消光比が２６．７Ｂ、また、反射光に関する消光比が３１．８ｄＢとなり、第１実施例よりもさらに優れた結果となった。

＜第３実施例＞
次に、本発明に係る偏光子の第３実施例について説明する。本実施例における偏光子７は、下記の偏光子データに示す条件を満足している。

（偏光子データ）
λ＝６５０ｎｍ、Λ＝４００ｎｍ、ｆ＝０．５、ｎ_Ｓ＝１．５１４５、ｎ_Ｌ＝１．５１、ｎ_Ｍ＝１．５６、ｎ_Ｈ＝１．６１、ｔ_Ｍ＝１２μｍ、ｔ_Ｈ＝０．１１５３μｍ、ｔ_Ｌ＝０．１２２９μｍ、ｍ＝１２５層

本実施例における偏光子７は、第２実施例とは異なり、中間屈折率領域１４の薄膜厚さｔ_Ｍが、凸部９を構成する１層〜１２５層の多層膜１０、１１の総膜厚よりも薄くなっている。

このような偏光子７について、ＲＣＷＡ法を用いて特性を計算すると、図１５および図１６に示すような計算結果が得られた。図１５は、ＴＥモード直線偏光を偏光子７に入射した場合における５５０〜７５０ｎｍの領域での透過・反射率特性を示している。また、図１６は、ＴＭモード直線偏光を偏光子７に入射した場合における５５０〜７５０ｎｍの領域での透過・反射率特性を示している。

これらの図より、反射率の低波長側のリップルが少し異なるが中心波長（６５０ｎｍ）付近での特性は第２実施例とそれほど変わらないことが分かる。したがって、中間屈折率領域１４の膜厚の多少の変動はそれほど重要でないことが分かる。

以上述べたように、本発明によれば、熱インプリントプロセスにより、高性能な反射型の偏光子を安価なコストによって簡便に製造することができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、前述した実施形態においては、中間屈折率領域１４における上面１４ａ以外のすべての部位が基板８の表面から基板８内に埋没しているが、金型の押圧力や凸部９を構成する高屈折率層１０および低屈折率層１１の層数等によっては、中間屈折率領域１４を、その上面１４ａ側の所定範囲の部位が基板８の表面から突出するように形成することができる。

本発明に係る偏光子に適用される薄膜積層構造の一例を示す図 合計１１１層の多層膜構造が形成された薄膜積層構造についての反射率の計算結果を示すグラフ 本発明に係る偏光子に適用されるサブ波長サイズの周期構造の一例を示す図 本発明に係る偏光子の実施形態を模式的に示す横断面図 本発明に係る偏光子の実施形態を示す斜視図 本発明に係る偏光子の製造方法の実施形態において、金型の下方への厚肉フィルムの配置状態を示す工程図 本発明に係る偏光子の製造方法の実施形態において、厚肉フィルム上に配置された高屈折率高分子フィルムおよび低屈折率高分子フィルムへの金型の形状の転写工程を示す工程図 本発明に係る偏光子の製造方法の実施形態において、偏光子の離型工程を示す工程図 第１実施例の偏光子についてのＴＥ光入射時の透過・反射率特性を示すグラフ 第１実施例の偏光子についてのＴＭ光入射時の透過・反射率特性を示すグラフ 第２実施例の偏光子についてのＴＥ光入射時の透過・反射率特性を示すグラフ 第２実施例の偏光子についてのＴＭ光入射時の透過・反射率特性を示すグラフ 第２実施例の偏光子についての透過に関する消光比の波長依存性を示すグラフ 第２実施例の偏光子についての反射に関する消光比の波長依存性を示すグラフ 第３実施例の偏光子についてのＴＥ光入射時の透過・反射率特性を示すグラフ 第２実施例の偏光子についてのＴＭ光入射時の透過・反射率特性を示すグラフ

符号の説明

７ 偏光子
８ 基板
９ 凸部
１０ 高屈折率層
１１ 低屈折率層
１２ 回折格子
１４ 中間屈折率領域

Claims (4)

1. 透光性基板と、
   この透光性基板上に形成された回折格子であって、使用する光の波長以下の周期を有するように整列された複数の凸部を有し、かつ、これら複数の凸部のそれぞれが、高屈折率層と低屈折率層との交互層から構成される回折格子と、
   この回折格子における互いに隣位する前記凸部同士の間の位置に、前記透光性基板内に埋没した部位を有するように形成され、前記低屈折率層の屈折率よりも高くかつ前記高屈折率層の屈折率よりも低い屈折率を有する中間屈折率領域と
   を備えたことを特徴とする偏光子。
2. 前記凸部における最下層および最上層が、ともに前記高屈折率層とされていること
   を特徴とする請求項１に記載の偏光子。
3. 前記透光性基板、前記高屈折率層、前記低屈折率
   層および前記中間屈折率領域が、同一の高分子ポリマーを用いて形成されていること
   を特徴とする請求項１または２に記載の偏光子。
4. 高分子ポリマーからなるフィルム状の透光性基板上に、微粒子が分散された高分子ポリマーからなる高屈折率高分子フィルムと、微粒子が分散された高分子フィルムからなる低屈折率高分子フィルムとを交互に繰り返し重ねた後に、前記透光性基板に重ねられた前記高屈折率高分子フィルムおよび前記低屈折率高分子フィルムに対して、熱インプリントプロセスを用いて金型形状を転写することにより、前記透光性基板と、この透光性基板上に形成された回折格子であって、使用する光の波長以下の周期を有するように整列された複数の凸部を有し、かつ、これら複数の凸部のそれぞれが、高屈折率層と低屈折率層との交互層からなる回折格子と、この回折格子における互いに隣位する前記凸部同士の間の位置に、前記透光性基板内に埋没した部位を有するように形成され、前記低屈折率層の屈折率よりも高くかつ前記高屈折率層の屈折率よりも低い屈折率を有する中間屈折率領域とを備えた偏光子を製造すること
   を特徴とする偏光子の製造方法。

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