JP2018109754A - 偏光板及びその製造方法、並びに光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高い透過率特性を有するとともに反射率特性の制御に優れた偏光板及びその製造方法、並びにその偏光板を備える光学機器を提供する。【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、台座１２と、反射層１３と、誘電体層１４と、吸収層１５と、を有し、台座１２が、格子状凸部１１の延在方向から見たときに台形状を有する。【選択図】図１

Description

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。

従来、ワイヤグリッド型の偏光板では、使用帯域の光の波長に応じたピッチとグリッド幅（グリッドの配列方向の幅）との関係から、原理的に短波長側ほど光の透過率が低下することが知られている。特に、液晶プロジェクタで使用される可視光領域（赤色帯域：波長λ＝６００〜６８０ｎｍ、緑色帯域：波長λ＝５２０〜５９０ｎｍ、青色帯域：波長λ＝４３０〜５１０ｎｍ）では、青色帯域が最も透過率が低くなる。

これに対して、偏光板のグリッド幅を狭くすることで透過率を高められることが知られている。しかし、実際にグリッド幅を狭めたパターンを形成することは、製造バラツキが大きくなる等の観点から難易度が高く、偏光板としての信頼性を維持することが困難である。

そこで、本出願人は、複数の線状金属層と、複数の線状誘電体層と、光吸収作用を有する複数の線状光吸収層とをこの順で透明基板上に有するワイヤグリッド型の無機偏光板において、線状金属層の長手方向に直交する断面における線状金属層の断面形状が、基板側を下底とし線状誘電体層側を上底とする台形状であるとともに、下底の長さが上底の長さよりも長い無機偏光板を提案している（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の無機偏光板によれば、線状金属層の断面形状によって優れた偏光特性が得られる。

特開２０１６−４５３４５号公報

しかし、近年では、さらに高い透過率特性を有するとともに反射率特性の制御に優れた偏光板が求められている。本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い透過率特性を有するとともに反射率特性の制御に優れた偏光板及びその製造方法、並びにその偏光板を備える光学機器を提供することにある。

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、台座（例えば、後述の台座１２）と、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、前記台座が、前記所定方向から見たときに台形状を有する偏光板（例えば、後述の偏光板１）を提供する。

前記台座の最小幅が、前記反射層の幅（例えば、後述の反射層の幅ｃ）以上であってもよい。

前記台座が、使用帯域の光の波長に対して透明なＳｉ酸化物で構成されていてもよい。

前記格子状凸部の先端に形成されたグリッド先端部（例えば、後述のグリッド先端部１７）が、前記所定方向から見たときに、先端側ほど幅が狭くなる方向に側面が傾斜した先細形状を有していてもよい。

前記グリッド先端部が、前記誘電体層及び前記吸収層で構成され、前記グリッド先端部の最大幅（例えば、後述のグリッド幅ｂ）が、３５〜４５ｎｍであり、前記反射層の幅が、前記グリッド先端部の最大幅に対して５２〜７２％であってもよい。

前記グリッド先端部の側面の前記透明基板に対する傾斜角をθとし、前記所定方向から見たときの前記グリッド先端部の高さをａ、前記グリッド先端部の最大幅をｂ、θ_０＝ａｒｃｔａｎ（２ａ／ｂ）としたときに、２／３≦ａ／ｂ≦８／７を満たすとともにθ_０≦θ＜９０度を満たし、前記傾斜角θが、可視光領域の所定の波長の光の吸収軸方向の反射率を１０％以下とする角度範囲から選択されてもよい。

前記傾斜角θが、前記所定方向から見たときに、前記グリッド先端部の高さ方向の中心位置における前記グリッド先端部の前記側面の接線の傾斜角として規定され、その角度範囲がθ≦８０度であってもよい。

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いてもよい。

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いてもよい。

前記誘電体層が、Ｓｉ酸化物で構成されていてもよい。

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いてもよい。

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てもよい。

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。

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、透明基板上に下地層を形成する下地層形成工程と、前記下地層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、前記下地層をエッチングすることにより、前記格子状凸部の延在方向から見たときに台形状を有する台座を形成する偏光板の製造方法を提供する。

また、本発明は、前記偏光板を備える光学機器を提供する。

本発明によれば、高い透過率特性を有するとともに反射率特性の制御に優れた偏光板及びその製造方法、並びにその偏光板を備える光学機器を提供できる。

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。 上記実施形態に係る偏光板の形状パラメータを説明するための断面模式図である。 上記実施形態に係る偏光板のグリッド先端部の傾斜角を説明するための断面模式図である。 上記実施形態の変形例１に係る偏光板を示す断面模式図である。 図１に示す構造の偏光板と図４に示す構造の偏光板の透過軸透過率Ｔｐをシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板の反射層の幅と透過軸透過率Ｔｐとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板の反射層の幅とコントラストＣＲとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 台座を有していない偏光板を示す断面模式図である。 図４に示す構造の偏光板と図８に示す構造の偏光板の透過軸透過率Ｔｐをシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 グリッド先端部が矩形状の偏光板を示す断面模式図である。 図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂの比がａ：ｂ＝６：９の場合におけるグリッド先端部の傾斜角θと透過軸透過率Ｔｐとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂの比がａ：ｂ＝６：９の場合におけるグリッド先端部の傾斜角θと吸収軸反射率Ｒｓとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂの比がａ：ｂ＝８：１１の場合におけるグリッド先端部の傾斜角θと透過軸透過率Ｔｐとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂの比がａ：ｂ＝８：１１の場合におけるグリッド先端部の傾斜角θと吸収軸反射率Ｒｓとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂの比がａ：ｂ＝８：９の場合におけるグリッド先端部の傾斜角θと透過軸透過率Ｔｐとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂの比がａ：ｂ＝８：９の場合におけるグリッド先端部の傾斜角θと吸収軸反射率Ｒｓとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂの比がａ：ｂ＝１０：９の場合におけるグリッド先端部の傾斜角θと透過軸透過率Ｔｐとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂの比がａ：ｂ＝１０：９の場合におけるグリッド先端部の傾斜角θと吸収軸反射率Ｒｓとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂの比がａ：ｂ＝８：７の場合におけるグリッド先端部の傾斜角θと透過軸透過率Ｔｐとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂの比がａ：ｂ＝８：７の場合におけるグリッド先端部の傾斜角θと吸収軸反射率Ｒｓとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂとの比が８：９の場合について、グリッド先端部の側面の傾斜角θに対する透過軸透過率Ｔｐの実測値とシミュレーション結果とを対比して検証した結果を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板においてグリッド傾斜角θが異なるときの透過軸透過率Ｔｐの実測値を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板においてグリッド傾斜角θが異なるときの吸収軸透過率Ｔｓの実測値を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板においてグリッド傾斜角θが異なるときの透過軸反射率Ｒｐの実測値を示すグラフである。 図１に示す構造の偏光板においてグリッド傾斜角θが異なるときの吸収軸反射率Ｒｓの実測値を示すグラフである。

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。

［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、台座と、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有する。

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、を有する。即ち、偏光板１は、台座１２、反射層１３、誘電体層１４及び吸収層１５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。

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。

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。

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、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。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、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、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、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。

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（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、台形状の台座１２と、矩形状のグリッド脚部１６と、先細形状のグリッド先端部１７と、を有する。
グリッド脚部１６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１６は、反射層１３で構成される。即ち、グリッド脚部１６とグリッド先端部１７との境界は、反射層１３と誘電体層１４の境界に位置する。
グリッド先端部１７は、所定方向から見たときに、先端側（透明基板１０の反対側）ほど幅が狭くなる方向に側面が傾斜した先細形状を有する。より詳しくは、本実施形態のグリッド先端部１７は、等脚台形状を有する。このグリッド先端部１７は、誘電体層１４及び吸収層１５で構成される。

グリッド先端部１７を先細形状とすることにより、ＴＭ波の透過率を高めることができる。このようにＴＭ波の透過率が高まる理由としては、グリッド先端部１７を先細形状とすることにより、角度バラツキを持って入射してくる光に対して散乱を抑制する効果があるためと考えられる。

ここで、図２は、本実施形態に係る偏光板１の形状パラメータを説明するための断面模式図である。以下の説明において、高さとは、透明基板１０の主面に垂直な方向の寸法を意味し、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。

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。

また、格子状凸部１１のグリッド先端部１７におけるＸ軸方向の最大幅を、グリッド幅ｂと称する。本実施形態では、グリッド幅ｂは、グリッド先端部１７における反射層１３側の端部の幅を意味する。具体的には、このグリッド幅ｂは、３５〜４５ｎｍ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。

また、グリッド先端部１７の側面の透明基板１０に対する傾斜角を傾斜角θと称し、グリッド先端部１７の高さを高さａと称する。ただし、格子状凸部１１は、非常に微細な構造であるため、グリッド先端部１７の形状は、例えば図３に示すように実際にはある程度の丸みを帯びている。そこで、傾斜角θを、グリッド先端部１７の高さａの中心位置、即ち高さａ／２の位置におけるグリッド先端部１７の側面の透明基板１０に対する傾斜角として規定する。このとき、具体的な傾斜角θの範囲は、θ≦８０度であることが好ましい。なお、傾斜角θ及び高さａは、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。

また、θ_０＝ａｒｃｔａｎ（２ａ／ｂ）としたとき、本実施形態に係る偏光板１は、２／３≦ａ／ｂ≦８／７を満たすとともに、θ_０≦θ＜９０度を満たすことが好ましい。このとき、傾斜角θは、可視光領域の所定の波長の光の吸収軸方向の反射率を１０％以下とする角度範囲から選択されることが好ましい。

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。

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。

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。

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。

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。

台座１２は、図１に示すように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、台形状を有する。より詳しくは、本実施形態に係る台座１２は、所定方向から見たときに、透明基板１０側から反射層１３側に向かうに従い幅が狭まるように側面が傾斜した等脚台形状を有する。

台座１２の最小幅は、反射層１３の幅以上であることが好ましい。即ち、最も幅が狭い台座１２における反射層１３側の端部の幅は、反射層１３の幅以上である。より好ましくは、台座１２の最小幅は、反射層１３の幅よりも大きく設定される。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。

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。

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、ＳｉＯ_２等のＳｉ酸化物が好ましい。

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１８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１８上に配置される。台座１２を台形状に形成することにより、屈折率が緩やかに変化するようなモスアイ構造と同等の効果が得られ、光の反射を防止でき、高い透過率特性が得られるものと考えられる。

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、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。この反射層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。

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。

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。

反射層１３の幅ｃは、台座１２の最小幅以下であることが好ましく、より好ましくは台座１２の最小幅よりも小さく設定される。また、後述するように、反射層１３の幅ｃは、誘電体層１４の最大幅、即ちグリッド先端部１７の最大幅であるグリッド幅ｂよりも小さいことが好ましい。具体的には、反射層１３の幅ｃは、グリッド幅ｂに対する割合が５２〜７２％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。

反射層１３の幅を、台座１２の幅やグリッド幅（誘電体層１４の幅）ｂよりも小さくする方法としては、例えばウェットエッチングによる等方性エッチングが挙げられる。上述したように、反射層１３は光を反射するが、反射層１３の幅を制御することで、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ｂに占める反射層１３の幅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。

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。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。

誘電体層１４を構成する材料としては、ＳｉＯ_２等のＳｉ酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、酸化ベリリウム、酸化ビスマス、等の金属酸化物、ＭｇＦ_２、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。

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。

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−ＦｅＳｉ_２、ＭｇＳｉ_２、ＮｉＳｉ_２、ＢａＳｉ_２、ＣｒＳｉ_２、ＣｏＳｉ_２、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。

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。

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。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。
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。

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、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。

また、本実施形態に係る偏光板１は、光学特性の変化に影響を与えない範囲において、光の入射側の表面が、誘電体からなる保護膜により覆われていてもよい。具体的には、少なくともグリッド先端部１７の側面（傾斜面）が保護膜により覆われていることが好ましい。保護膜は、誘電体膜で構成され、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。

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、有機系撥水膜により覆われていてもよい。具体的には、少なくともグリッド先端部１７の側面（傾斜面）が有機系撥水膜により覆われていることが好ましい。有機系撥水膜は、例えばパーフルオロデシルトリエトキシシラン（ＦＤＴＳ）等のフッ素系シラン化合物等で構成され、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。

［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。

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。

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。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。

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、グリッド先端部１７の側面に傾斜を持たせた先細形状を形成する。また、上記エッチング条件を最適化することにより、下地層１８をエッチングして格子状凸部１１の延在方向から見たときに台形状を有する台座１２を形成する。

なお、本実施形態に係る偏光板１の製造方法は、少なくともグリッド先端部１７の側面（傾斜面）を保護膜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、少なくともグリッド先端部１７の側面（傾斜面）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。
以上により、本実施形態に係る偏光板１が製造される。

［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。

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。

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。

本実施形態に係る偏光板１では、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、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、台座１２を台形状に形成することにより、台座１２において屈折率が緩やかに変化するようなモスアイ構造と同等の効果が得られる。そのため、光の反射をより防止でき、高い透過率特性が得られると考えられる。従って、本実施形態によれば、高い透過率特性を有するとともに反射率特性の制御に優れた偏光板１及びその製造方法、並びにその偏光板１を備える光学機器を提供できる。

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。

図４は、本実施形態の変形例１に係る偏光板１Ａを示す断面模式図である。この偏光板１Ａの格子状凸部１１Ａでは、グリッド脚部１６Ａを構成する反射層１３Ａの幅と、グリッド先端部１７を構成する誘電体層１４の最大幅（グリッド幅）とが同一となっている以外は、上記実施形態と同一の構成である。また、この偏光板１Ａでは、反射層１３Ａの幅は、台座１２の最小幅と同一となっている。

この偏光板１Ａによれば、上記実施形態と同様に、台座１２を台形状に形成することにより、台座１２において屈折率が緩やかに変化するようなモスアイ構造と同等の効果が得られる。そのため、光の反射をより防止でき、高い透過率特性が得られると考えられる。従って、この変形例１に係る偏光板１Ａによれば、高い透過率特性を有するとともに反射率特性の制御に優れた偏光板１Ａ及びその製造方法、並びにその偏光板１Ａを備える光学機器を提供できる。

なお、上記実施形態において、グリッド先端部とグリッド脚部との境界は反射層と誘電体層の境界にあり、グリッド先端部には誘電体層及び吸収層を含むものとしたが、これには限られない。グリッド先端部は、反射層を含んだ吸収層と誘電体層とで構成される構成、あるいは吸収層のみで構成される構成も可能である。ただし、グリッド先端部に反射層を含むことによって、偏光板を透過するＴＭ波の透過率をより大きく向上させることができる。
また、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ない。透過軸方向の偏光の透過率力が高い偏光板として、種々の用途に利用することが可能である。

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。

＜実施例１及び２＞
実施例１では、図１に示す構造の偏光板１をシミュレーションに供した。また、実施例２では、図４に示す構造の偏光板１Ａをシミュレーションに供した。より具体的には、これらの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。なお、以下で説明する他の実施例のシミュレーションも同様である。

図５は、図１に示す構造の偏光板１と図４に示す構造の偏光板１Ａの透過軸透過率Ｔｐをシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。図５中、横軸が波長λ（ｎｍ）を示しており、縦軸が透過軸透過率Ｔｐ（％）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（ＴＭ波）の透過率を意味する。また、図５中、実線で示される反射層の幅が誘電体層の幅より狭いものが図１の偏光板１を表しており、破線で示される反射層の幅が誘電体層の幅と同一のものが図４の偏光板１Ａを表している。

この図５に示すように、図１に示す構造の偏光板１と図４に示す構造の偏光板１Ａいずれも高い透過軸透過率が得られることが確認された。また、誘電体層の幅よりも反射層の幅を小さく（狭く）することにより、青色帯域の光（λ＝４３０〜５１０ｎｍ）から赤色帯域の光（λ＝６００〜６８０ｎｍ）に亘る可視光領域全体において透過軸透過率Ｔｐが向上していることが確認された。

＜実施例３＞
実施例３では、図１に示す構造の偏光板１において、グリッド幅を３５ｎｍ、４０ｎｍ、４５ｎｍ、５０ｎｍ、５５ｎｍに変更するとともに、各グリッド幅に占める反射層の幅の比率を変化させた偏光板をシミュレーションに供した。より具体的には、入射光が緑色帯域の光（波長λ＝５２０〜５９０ｎｍ）について、シミュレーションを実施した。

図６は、図１に示す構造の偏光板１の反射層の幅と透過軸透過率Ｔｐとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。より詳しくは、図６は、グリッド幅に占める反射層の幅の比率と透過軸透過率Ｔｐとの関係を示している。横軸が反射層の幅比率（％）を示しており、縦軸が透過軸透過率Ｔｐ（％）を示している。
また、図７は、図１に示す構造の偏光板１の反射層の幅とコントラストＣＲとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。より詳しくは、グリッド幅に占める反射層の幅の比率とコントラストＣＲとの関係を示している。横軸が反射層の幅比率（％）を示しており、縦軸がコントラストＣＲを示している。
ここで、コントラストＣＲとは、吸収軸透過率Ｔｓに対する透過軸透過率Ｔｐの比（透過軸透過率Ｔｐ／吸収軸透過率Ｔｓ）を意味する。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（ＴＥ波）の透過率を意味する。

図６に示すように、グリッド幅が狭くなるほど、透過軸透過率Ｔｐは高くなることが分かる。また、グリッド幅が同じであれば、グリッド幅に占める反射層の幅の比率が小さくなるほど、透過軸透過率Ｔｐは高くなることが分かる。例えば、グリッド幅が３５ｎｍであり、グリッド幅に占める反射層の幅の比率が１００％である場合と、グリッド幅が４５ｎｍであり、グリッド幅に占める反射層の幅の比率が約６７％である場合とを比較すると、概ね同じ透過軸透過率Ｔｐが得られている。

上述したように、グリッド幅を狭めることは製造バラツキの観点からも難易度が高く、グリッド幅を狭めたことにより偏光板としての信頼性を維持することも難しい。これに対して、本実施例によれば、グリッド幅に占める反射層の幅の比率を制御することで、実際のグリッド幅よりも狭いグリッド幅に対応する透過軸透過率Ｔｐが得られる。そのため、本実施例によれば、必ずしも所望の光透過特性に合わせてグリッド幅を狭める必要がなくなるため、製造バラツキを抑制でき、信頼性を高めることができる。

また、図７に示すように、いずれのグリッド幅においても、グリッド幅に占める反射層の幅の比率の変化（透過軸透過率Ｔｐの増加）に伴ってコントラストＣＲも変化することが分かる。従って、偏光板の透過率特性を向上させるとともに、任意のコントラストＣＲが得られることが分かる。

ところで、上述したように偏光板の用途の１つとしてプロジェクタ用途がある。偏光板がプロジェクタに用いられる場合、近年ではより高い透過軸透過率とより高いコントラストが求められていることから、透過軸透過率Ｔｐが９３．５％以上であることが好ましく（図６中のＴｐ狙い値参照）、コントラストＣＲが５００より大きいことが好ましい（図７中のＣＲ狙い値参照）とされている。

ここで、各グリッド幅において、透過軸透過率Ｔｐが９３．５％以上となるときのグリッド幅に占める反射層の幅の比率と、コントラストが５００となるときのグリッド幅に占める反射層の幅の比率を表１に示す。

表１に示すように、グリッド幅が４５ｎｍである場合に、コントラストＣＲが５００となるときのグリッド幅に占める反射層の幅の比率が最も小さい。従って、コントラストＣＲを５００より大きくするためには、グリッド幅に占める反射層の幅の比率は、概ね５０％以上であることが好ましいと言える。

また、透過軸透過率Ｔｐが９３．５％以上となるのは、グリッド幅が３５ｎｍの場合には、グリッド幅に占める反射層の幅の比率が７２．０％以下の場合である。同様に、グリッド幅が４０ｎｍの場合には、グリッド幅に占める反射層の幅の比率が６０．０％以下の場合であり、グリッド幅が４５ｎｍの場合には、グリッド幅に占める反射層の幅の比率が５２．２％以下の場合である。従って、透過軸透過率Ｔｐを９３．５％以上とするためには、グリッド幅は３５ｎｍ〜４５ｎｍの範囲であり、グリッド幅に占める反射層の幅の比率をＸ％とすると、Ｘ％の好ましい範囲は５２％〜７２％であると言える。

なお、本実施例では、入射光が緑色帯域の光（波長λ＝５２０〜５９０ｎｍ）についてシミュレーションを実施したが、入射光が赤色帯域の光（波長λ＝６００〜６８０ｎｍ）又は青色帯域の光（λ＝４３０〜５１０ｎｍ）であっても、グリッド幅に占める反射層の幅の比率Ｘ％が多少前後するものの、同様の結果が得られる。

＜比較例１＞
図８は、台座を有していない偏光板１００を示す断面模式図である。偏光板１００は、格子状凸部１０１が台座を有しておらず下地層１０８に直接設けられている以外は、図４に示す構造の偏光板１Ａと同様の構成である。図８中、偏光板１と共通する構成については同一の符号を付している。この図８に示す構造の偏光板１００をシミュレーションに供した。

図９は、図４に示す構造の偏光板１Ａと図８に示す構造の偏光板１００の透過軸透過率Ｔｐをシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。図９中、横軸が波長λ（ｎｍ）を示しており、縦軸が透過軸透過率Ｔｐ（％）を示している。また、図９中、実線で示される台形状の台座を有するものが図４の偏光板１Ａを表しており、破線で示される台座なしのものが図８の偏光板１００を表している。
この図９に示すように、台形状の台座を有することにより、青色帯域の光（λ＝４３０〜５１０ｎｍ）から緑色帯域の光（波長λ＝５２０〜５９０ｎｍ）にかけて透過軸透過率Ｔｐが向上していることが確認された。

＜実施例４＞
図１０は、グリッド先端部１７Ｂが矩形状の偏光板１Ｂを示す断面模式図である。この実施例４の偏光板１Ｂは、グリッド先端部１７Ｂが先細形状ではなく矩形状の誘電体層１４Ｂ及び吸収層１５Ｂで構成されている以外は、図１に示す構造の偏光板１と同様の構成である。図１０中、偏光板１と共通する構成については同一の符号を付している。偏光板１Ｂは、図１に示す偏光板１のグリッド先端部の側面の傾斜角θが９０度のものに相当する。
本実施例では、図１に示す構造の偏光板１について、上記傾斜角θを変化させるとともにそれぞれグリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂとの比を種々変更したものをシミュレーションに供した。また、本実施例では、透過軸透過率Ｔｐと吸収軸反射率Ｒｓのシミュレーションを実施した。ここで、吸収軸反射率Ｒｓとは、偏光板の吸収軸方向（Ｙ軸方向）の偏光（ＴＥ波）の反射率を意味する。なお、本実施例では、緑色帯域（波長λ＝５２０〜５９０ｎｍ（所定の波長））の光に対して最適化されるよう設計された偏光板についてシミュレーションを実施した。

図１１は、図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂの比がａ：ｂ＝６：９の場合におけるグリッド先端部の傾斜角θと透過軸透過率Ｔｐとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。図１１中、横軸が傾斜角θ（°）を示しており、縦軸が透過軸透過率Ｔｐ（％）を示している。また、図１１中、破線が青色帯域（波長λ＝４３０〜５１０ｎｍ）の光を示しており、実線が緑色帯域（波長λ＝５２０〜５９０ｎｍ）の光を示しており、１点鎖線が赤色帯域（波長λ＝６００〜６８０ｎｍ）の光を示している。

ここで、透過軸透過率Ｔｐが高ければ、高い強度の所望の光が偏光板を透過することを意味する。図１１に示すように、傾斜角θが９０度から傾くにつれて（即ち、グラフ上で右から左にずれるにつれて）、青色帯域（波長λ＝４３０〜５１０ｎｍ）、緑色帯域（波長λ＝５２０〜５９０ｎｍ）及び赤色帯域（波長λ＝６００〜６８０ｎｍ）の何れの帯域においても、透過軸透過率Ｔｐが高くなる。特に、青色帯域については、透過軸透過率Ｔｐの上昇幅が大きいことが分かる。

図１２は、図１に示す構造の偏光板において、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂの比がａ：ｂ＝６：９の場合におけるグリッド先端部の傾斜角θと吸収軸反射率Ｒｓとの関係をシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。図１２中、横軸が傾斜角θ（°）を示しており、縦軸が吸収軸反射率Ｒｓ（％）を示している。
図１２に示すように、吸収軸反射率Ｒｓが高くなると、偏光板により反射される吸収軸方向の偏光（ＴＥ波）が強くなることを意味する。このような反射光は消光比を低下させるため、吸収軸反射率Ｒｓは低い方が好ましい。多くの液晶プロジェクタ用途では、吸収軸反射率Ｒｓは１０％未満であることが要求される。

図１２によれば、傾斜角θが小さいほど、このシミュレーションにおける偏光板の設計波長である緑色帯域の吸収軸反射率Ｒｓが高くなり、傾斜角θが６１度より小さくなると吸収軸反射率Ｒｓが１０％を超える。従って、液晶プロジェクタ用途で許容される傾斜角θの値は、６１度≦θ＜９０度となる。この角度のことを、デバイス特性傾斜角と呼ぶ。なお、グリッド先端部の側面の傾きを大きくすると（傾斜角θを小さくすると）、吸収軸反射率Ｒｓが高くなるのは、誘電体層及び吸収層の透明基板に沿う方向の大きさが小さくなるためにこれらによる反射光（ＴＥ波）の吸収効果が低下するためと考えられる。

図１３及び図１４は、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂとの比がａ：ｂ＝８：１１の場合について、図１５及び図１６は、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂとの比が８：９の場合について、図１７及び図１８は、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂとの比がａ：ｂ＝１０：９の場合について、図１９及び図２０は、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂとの比がａ：ｂ＝８：７の場合について、それぞれ、グリッド先端部の傾斜角θに対する偏光板の透過軸透過率Ｔｐ及び吸収軸反射率Ｒｓを示すグラフである。

グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂとの比に関わらず、グリッド先端部の側面の傾斜が大きいほど（傾斜角θが小さいほど）、青色帯域、緑色帯域及び赤色帯域のいずれの帯域においても、透過軸透過率Ｔｐの改善が認められた。また、いずれの場合も、青色帯域の透過軸透過率Ｔｐの上昇が他の帯域よりも大きいことが分かった。

一方、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂとの比がａ：ｂ＝８：７の場合に、図２０に示すように、θ＜７７度になると緑色帯域の波長の光の吸収軸反射率Ｒｓが１０％を超えている。従って、この場合のデバイス特性傾斜角度は、７７度≦θ＜９０度である。また、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂとの比ａ：ｂ＝８：９の場合に、図１５に示すようにグリッド先端部の側面を傾けることによる透過軸透過率Ｔｐの特性向上効果が高く、傾斜角θは６０度≦θ＜９０度とすることができる。

ここで、図１１〜図２０のシミュレーション結果に基づいて、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂとの比に対するグリッド先端部の傾斜角θの範囲を表２に示す。

この表２において、シミュレーション傾斜角θは、シミュレーションを行った傾斜角の範囲であり、既に説明したようにθｏ≦θ＜９０度（θｏ＝ａｒｃｔａｎ（２ａ／ｂ））の範囲である。図１１〜図２０でグリッド先端部の形状を高さａとグリッド幅ｂの比をａ／ｂで示すとき、２／３≦ａ／ｂ≦８／７に含まれるいずれの範囲においても、上記傾斜角θの範囲で各波長帯域の光の透過軸透過率が高くなることが確認された。また、上述のように、デバイス特性傾斜角は、吸収軸反射率Ｒｓが１０％を超えない範囲の傾斜角である。偏光板を液晶プロジェクタ等に使用する場合には、傾斜角θは、このデバイス特性傾斜角の範囲を満たすことが望ましい。

＜実施例５＞
次に、実際に図１に示すワイヤグリッド構造の偏光板を作製し、得られた光学特性とシミュレーション結果とを比較した。図２１は、グリッド先端部の高さａとグリッド幅ｂとの比が８：９の場合について、グリッド先端部の側面の傾斜角θに対する透過軸透過率Ｔｐの実測値とシミュレーション結果とを対比して検証した結果を示すグラフである。

図２１において、白抜きの点は、図１５に示されたシミュレーション結果と同じものである。これに対して、傾斜角θの平均値が７７度と７４度の場合について、実測値を黒塗りの点で示している。ここで、傾斜角θの平均値が７４度の場合は、青色帯域（波長λ＝４３０〜５１０ｎｍ）の実測値と緑色帯域（波長λ＝５２０〜５９０ｎｍ）の実測値とが９２．６％付近で重なった点となっている。なお、傾斜角θの平均値としたのは、実際に作製した偏光板のグリッド先端部の側面の傾斜角度にはバラツキがあるためである。

図２１から分かるように、実測結果においても傾斜角θの平均値が７７度の時よりも、傾斜角θの平均値が７４度の場合の方が、全ての帯域で透過軸透過率Ｔｐが高くなっている。特に青色帯域においては、透過軸透過率Ｔｐが大幅に向上している。このように、グリッド先端部の側面をより傾けることにより（傾斜角θを小さくすることにより）、透過軸透過率Ｔｐが向上することが確認された。

次に、図２２〜図２５は、実際に作製した２つの偏光板について、それぞれ、透過軸透過率Ｔｐ、吸収軸透過率Ｔｓ、透過軸反射率Ｒｐ及び吸収軸反射率Ｒｓの実測値を示すグラフである。ここで、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（ＴＭ波）の反射率を意味する。それぞれのグラフで、破線で示される偏光板は、グリッド先端部の側面の傾斜角θが８０度〜８４度の範囲であり、実線で示される偏光板は、グリッド先端部の側面の傾斜角θが７６〜８０度の範囲である。なお、２つの偏光板のグリッドの高さａとグリッド幅ｂとの比は、２／３と８／１１で近い値としている。

図２２に示す、偏光板のＴＭ波の透過率を示す透過軸透過率Ｔｐは、グリッド先端部の側面の傾斜角θを小さくしたときに、特に青色帯域（波長λ＝４３０〜５１０ｎｍ）において大幅な向上が認められる。また、傾斜角θの値が、７６〜８０度の場合は、波長が４３０ｎｍ以上の青色帯域を含む可視光領域で、透過軸透過率Ｔｐが波長によらず約９２％〜９３％で略一定となっており、十分な透過率の向上が得られている。従って、傾斜角θが８０度以下の場合は、本発明による透過率の向上効果が大きいと考えられる。なお、図１１、図１５、図１７に示されるシミュレーションの例では、傾斜角θが８０度以下であれば、青色帯域、緑色帯域及び赤色帯域の透過軸透過率Ｔｐの間の差が、０．５〜１％程度の範囲の小さな値となっている。このため、偏光板を透過した光の波長帯域毎に均等に透過するので、色彩の変化が少ない。

これに対して、図２３に示されるＴＥ波の透過率を示す吸収軸透過率Ｔｓと、図２４に示されるＴＭ波の反射率を示す透過軸反射率Ｒｐについては、傾斜角θが変化してもほとんど影響を受けない。また、図２５に示されるＴＥ波の反射率を示す吸収軸反射率Ｒｓについては、可視光全体で反射率が下がる傾向である。

以上の結果から、ワイヤグリッド構造の格子状凸部における、透明基板上に台形状の台座を形成し、台座及び誘電体層の幅よりも反射層の幅を狭く制御し、グリッド先端部の側面の傾斜角度を制御することによって、透過軸方向の透過率、特に、可視光領域のうち青色帯域を含む短波長側の光に対して、透過軸透過率の向上効果が大きいと言える。

また、基本的な構造は従来技術と同一でありながら、グリッド幅自体を狭くしなくても、狭いグリッド幅に対応する所望の光透過特性が得られるため、細いグリッドを形成することによるフォトリソグラフィ等でのマスクパターン倒れや、ドライエッチング等でのグリッド倒れ等が生じ難くなる。これにより、偏光板の製造を容易化でき、併せて製造バラツキを抑制でき、偏光板としての信頼性も維持することができる。

１、１Ａ、１Ｂ 偏光板
１０ 透明基板
１１、１１Ａ、１１Ｂ 格子状凸部
１２ 台座
１３、１３Ａ 反射層
１４、１４Ｂ 誘電体層
１５、１５Ｂ 吸収層
１６、１６Ａ グリッド脚部
１７、１７Ｂ グリッド先端部
１８ 下地層
Ｐ 格子状凸部のピッチ
ａ グリッド先端部の高さ
ｂ グリッド幅
ｃ 反射層の幅
θ 傾斜角

Claims (15)

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、台座と、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有し、
   前記台座が、前記所定方向から見たときに台形状を有する偏光板。
2. 前記台座の最小幅が、前記反射層の幅以上である請求項１に記載の偏光板。
3. 前記台座が、使用帯域の光の波長に対して透明なＳｉ酸化物で構成される請求項１又は２に記載の偏光板。
4. 前記格子状凸部の先端に形成されたグリッド先端部が、前記所定方向から見たときに、先端側ほど幅が狭くなる方向に側面が傾斜した先細形状を有する請求項１から３いずれかに記載の偏光板。
5. 前記グリッド先端部が、前記誘電体層及び前記吸収層で構成され、
   前記グリッド先端部の最大幅が、３５〜４５ｎｍであり、
   前記反射層の幅が、前記グリッド先端部の最大幅に対して５２〜７２％である請求項４に記載の偏光板。
6. 前記グリッド先端部の側面の前記透明基板に対する傾斜角をθとし、
   前記所定方向から見たときの前記グリッド先端部の高さをａ、前記グリッド先端部の最大幅をｂ、θ_０＝ａｒｃｔａｎ（２ａ／ｂ）としたときに、
   ２／３≦ａ／ｂ≦８／７を満たすとともにθ_０≦θ＜９０度を満たし、
   前記傾斜角θが、可視光領域の所定の波長の光の吸収軸方向の反射率を１０％以下とする角度範囲から選択される請求項４又は５に記載の偏光板。
7. 前記傾斜角θが、前記所定方向から見たときに、前記グリッド先端部の高さ方向の中心位置における前記グリッド先端部の前記側面の接線の傾斜角として規定され、その角度範囲がθ≦８０度である請求項４から６いずれかに記載の偏光板。
8. 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７いずれかに記載の偏光板。
9. 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８いずれかに記載の偏光板。
10. 前記誘電体層が、Ｓｉ酸化物で構成される請求項１から９いずれかに記載の偏光板。
11. 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１０いずれかに記載の偏光板。
12. 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１１いずれかに記載の偏光板。
13. 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１２いずれかに記載の偏光板。
14. 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、
    透明基板上に下地層を形成する下地層形成工程と、
    前記下地層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、前記下地層をエッチングすることにより、前記格子状凸部の延在方向から見たときに台形状を有する台座を形成する偏光板の製造方法。
15. 請求項１から１３のいずれかに記載の偏光板を備える光学機器。

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