特開 2023-50595 偏光板、光学機器及び偏光板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023050595

(43)【公開日】2023-04-11

(54)【発明の名称】偏光板、光学機器及び偏光板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20230404BHJP

   G02B 1/14 20150101ALI20230404BHJP

   G02F 1/1335 20060101ALI20230404BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20230404BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20230404BHJP

【ＦＩ】

G02B5/30

G02B1/14

G02F1/1335 510

G03B21/00 D

G03B21/14 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021160780

(22)【出願日】2021-09-30

(71)【出願人】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】武田 吐夢

【テーマコード（参考）】

2H149

2H291

2K009

2K203

【Ｆターム（参考）】

2H149AA17

2H149AB13

2H149BA23

2H149BB28

2H149CA02

2H149FA41X

2H149FA42Z

2H149FA43Z

2H149FD46

2H291FA11Z

2H291FA28X

2H291FA28Z

2H291FA29Z

2H291FA31Z

2H291FA52X

2H291FA56X

2H291FA58X

2H291FA83Z

2H291FA86Z

2H291FB13

2H291FB14

2H291FB15

2H291FC10

2H291FC13

2H291FD04

2H291LA04

2H291MA13

2K009BB01

2K009BB02

2K009CC02

2K009CC03

2K009DD03

2K009DD04

2K203FA23

2K203FA34

2K203FA44

2K203GB08

2K203HA34

2K203MA14

(57)【要約】

【課題】熱耐性を有し、かつ、光学特性に優れる偏光板及び光学機器を提供する。
【解決手段】この偏光板は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、透明基板と、前記透明基板上にあり、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで、第１方向に互いに離間して周期的に配列する複数の凸部と、前記複数の凸部及び前記透明基板を被覆する保護層と、を備え、前記複数の凸部のそれぞれは、前記透明基板に近い側から順に、第１吸収層と反射層と第２吸収層とを有し、前記反射層の前記第１吸収層に近い側の第１面の前記第１方向の幅は、前記第１面と対向する第２面の前記第１方向の幅より広い。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項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、
前記透明基板上にあり、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで、第１方向に互いに離間して周期的に配列する複数の凸部と、
前記複数の凸部及び前記透明基板を被覆する保護層と、を備え、
前記複数の凸部のそれぞれは、前記透明基板に近い側から順に、第１吸収層と反射層と第２吸収層とを有し、
前記反射層の前記第１吸収層に近い側の第１面の前記第１方向の幅は、前記第１面と対向する第２面の前記第１方向の幅より広い、偏光板。

【請求項2】

前記第１吸収層と前記反射層との間に、第１誘電体層をさらに備える、請求項１に記載の偏光板。

【請求項3】

前記第２吸収層と前記反射層との間に、第２誘電体層をさらに備える、請求項１又は２に記載の偏光板。

【請求項4】

前記透明基板と前記複数の凸部との間に、下地層をさらに有し、
前記下地層は、前記複数の凸部に向かって突出し、前記複数の凸部の台座となる複数の台座部を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の偏光板。

【請求項5】

前記透明基板はサファイアである、請求項１～４のいずれか一項に記載の偏光板。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の偏光板を備える、光学機器。

【請求項7】

透明基板上に、少なくとも第１吸収層と反射層と第２吸収層とを順に積層する工程と、
積層された積層体の上面にマスクを形成し、前記マスクを介してエッチングを行い、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで第１方向に互いに離間して周期的に配列する複数の凸部を形成する工程と、
エッチングにより作製された前記複数の凸部上に保護層を形成する工程と、を有し、
それぞれの凸部の側面が傾斜するように事前検討で最適化した条件で前記エッチングを行う、又は、前記複数の凸部を形成するエッチングの途中にエッチング条件を変更する、偏光板の作製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、偏光板、光学機器及び偏光板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

偏光板は、一方向の偏光を吸収し、これと直交する方向の偏光を透過させる光学素子である。液晶表示装置では、原理上、偏光板が必要となる。特に、透過型液晶プロジェクタのような、光量の大きな光源を使用する液晶表示装置では、偏光板は強い輻射線を受けるため、優れた耐熱性や耐光性が必要となるとともに、数ｃｍ程度の大きさと、高い消光比および反射率特性の制御が要求される。これらの要求に応えるための、ワイヤグリッド型の無機偏光板が提案されている。

【0003】

ワイヤグリッド型の偏光板は、一方向に延在する導体のワイヤを基板上に、使用する光の波長の帯域よりも狭いピッチ（数十ｎｍ～数百ｎｍ）で多数並べて配置した構造を有する。この偏光板に光が入射すると、ワイヤの延在方向に平行な偏光（ＴＥ波（Ｓ波））は透過することができず、ワイヤの延在方向に垂直な偏光（ＴＭ波（Ｐ波））は、そのまま透過する。

【0004】

例えば、特許文献１には、ワイヤグリッド偏光子（偏光板）の側壁に互いを補助し得るサイドバーを有する偏光板が開示されている。サイドバーは、ワイヤグリッド偏光子の耐久性を向上させる。一方で、高アスペクト比なワイヤグリッド偏光子を、サイドバーのみで耐久性を向上させようとすると、おのずとサイドバー幅は太くなり、透過率低下や反射率上昇などの偏光特性の劣化の原因となる。

【0005】

特許文献２は、ワイヤグリッド偏光子（偏光板）の先端から側壁にかけてオーバーコート層が形成された偏光板が開示されている。オーバーコート層は、ワイヤグリッド偏光子の支持し倒壊を避ける。しかしながら、オーバーコート層を形成すると、空気界面が増え、透過率低下や反射率上昇などの偏光特性の劣化の原因となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特表２０１６－５３６６５１号公報

【特許文献2】特表２０１９－５３６０７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

近年、照明・ディスプレイ光源は、ランプからＬＥＤ、そしてレーザーへと進化している。液晶プロジェクタでも、半導体レーザー（ＬＤ）を幾つも用いることで高光束を実現し、液晶プロジェクタの高輝度化を図っている。偏光板は、高光度な強い光の環境下に対しても耐久性を有することが求められる。

【0008】

ワイヤグリッド構造を保護膜で被覆することは、偏光板の耐久性を高める方法の一つである。一方で、偏光板に保護膜を追加することは、光学特性を低下させる原因となりうる。

【0009】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、熱耐性を有し、かつ、光学特性に優れる偏光板、光学機器及び偏光板の作製方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。

【0011】

（１）第１の態様にかかる偏光板は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、透明基板と、複数の凸部と、保護層と、を備える。複数の凸部は、透明基板上にある。複数の凸部は、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで、第１方向に互いに離間して周期的に配列している。複数の凸部のそれぞれは、透明基板に近い側から順に、第１吸収層と反射層と第２吸収層とを有する。反射層の第１吸収層に近い側の第１面の第１方向の幅は、第１面と対向する第２面の第１方向の幅より広い。

【0012】

（２）上記態様にかかる偏光板は、第１吸収層と反射層との間に、第１誘電体層をさらに備えてもよい。

【0013】

（３）上記態様にかかる偏光板は、第２吸収層と反射層との間に、第２誘電体層をさらに備えてもよい。

【0014】

（４）上記態様にかかる偏光板は、透明基板と複数の凸部との間に、下地層をさらに有してもよい。下地層は、複数の凸部に向かって突出し、複数の凸部の台座となる複数の台座部を有する。

【0015】

（５）上記態様にかかる偏光板において、透明基板はサファイアでもよい。

【0016】

（６）第２の態様にかかる光学機器は、上記態様にかかる偏光板を備える。

【0017】

（７）第３の態様にかかる偏光板の製造方法は、透明基板上に、少なくとも第１吸収層と反射層と第２吸収層とを順に積層する工程と、積層された積層体の上面にマスクを形成し、前記マスクを介してエッチングを行い、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで第１方向に互いに離間して周期的に配列する複数の凸部を形成する工程と、エッチングにより作製された前記複数の凸部上に保護層を形成する工程と、を有し、それぞれの凸部の側面が傾斜するように事前検討で最適化した条件で前記エッチングを行う、又は、前記複数の凸部を形成するエッチングの途中にエッチング条件を変更する。

【発明の効果】

【0018】

本実施形態に係る偏光板及び光学機器は、熱耐性を有し、かつ、光学特性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態に係る光学機器の模式図である。

【図2】第１実施形態に係る偏光板の斜視図である。

【図3】第１実施形態に係る偏光板の断面図である。

【図4】第１変形例に係る偏光板の断面図である。

【図5】第２変形例に係る偏光板の断面図である。

【図6】第３変形例に係る偏光板の断面図である。

【図7】実施例３に係る偏光板の断面図である。

【図8】実施例４に係る偏光板の断面図である。

【図9】比較例１に係る偏光板の断面図である。

【図10】比較例２に係る偏光板の断面図である。

【図11】偏光板の光学特性のシミュレーション結果である。

【図12】２５０℃での耐熱性試験結果である。

【図13】３００℃での耐熱性試験結果である。

【図14】３５０℃での耐熱性試験結果である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0021】

［光学機器］
図１は、第１実施形態に係る光学機器の模式図である。図１に示す光学機器は、透過型液晶プロジェクタ２００である。透過型液晶プロジェクタ２００は、光学機器の一例である。光学機器は、偏光板を備えるものであれば、透過型液晶プロジェクタ２００に限られない。例えば、液晶ディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、車のヘッドライト等も光学機器に含まれる。

【0022】

透過型液晶プロジェクタ２００は、光源１１０と、偏光ビームスプリッタ１２０と、蛍光体１３０と、複数のダイクロイックミラー１４０と、複数のミラー１５０と、複数の偏光板１００と、複数の液晶パネル１６０と、クロスプリズム１７０と、投影レンズ１８０と、を備える。

【0023】

光源１１０は、レーザー光源である。光源１１０は、例えば、青色（波長３８０ｎｍ～４９０ｎｍ）の光を出射する。光源１１０から出射した光のうちのＳ波は、偏光ビームスプリッタ１２０で反射し、蛍光体１３０に入射する。

【0024】

蛍光体１３０は、例えば、青色光を吸収し、黄色光を放出する。蛍光体１３０で発光した光は、青色光と合流し、白色光となる。白色光のうちのＰ波は、光ビームスプリッタ１２０を透過し、複数のダイクロイックミラー１４０及びミラー１５０で反射しながら分離され、青色光、緑色光、赤色光に分解される。青色光、緑色光、赤色光のそれぞれは、異なる液晶パネル１６０に入射する。

【0025】

液晶パネル１６０の入射側及び出射側にはそれぞれ、偏光板１００が配置されている。入射側の偏光板と出射側の偏光板１００は、クロスニコルの状態で配置されている。液晶パネル１６０の液晶が配向すると、偏光板１００を透過した光がクロスプリズム１７０へ至る。クロスプリズム１７０で色合成された光は、投影レンズ１８０から出射される。

【0026】

図２は、第１実施形態に係る偏光板１００の斜視図である。図３は、第１実施形態に係る偏光板１００の断面図である。液晶パネル１６０の入射側の偏光板１００と出射側の偏光板１００の両方が下記に示す構成を満たしてもよいし、いずれか一方のみが下記に示す構成を満たしてもよい。

【0027】

偏光板１００は、透明基板１と複数の凸部２と保護層３とを備える。以下、透明基板１の広がる面をｘｙ平面とし、透明基板１と直交する方向をｚ方向とする。またグリッドの延びる方向をｙ方向とする。グリッドの延びる方向は、それぞれの凸部２が延びる方向と同じである。またｙ方向及びｚ方向と直交する方向をｘ方向とする。

【0028】

ワイヤグリッド構造を有する偏光板は、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。図２及び図３においては、ｙ方向が偏光板の吸収軸の方向であり、ｘ方向が偏光板の透過軸の方向である。

【0029】

透明基板１は、使用帯域の光に対して透光性を示す。「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。使用帯域の光は、例えば、波長３８０ｎｍ以上８１０ｎｍ以下の可視光が挙げられる。透明基板１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１の平均厚みは、例えば、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。

【0030】

透明基板１の屈折率は、例えば、１．１以上２．２以下である。透明基板１は、例えば、ガラス、水晶、石英、サファイア等である。ガラス、特に石英ガラス（屈折率１．４６）又はソーダ石灰ガラス（屈折率１．５１）は、コストが安価で、透過率が高い。水晶又はサファイアは、熱伝導性に優れる。透明基板１に水晶又はサファイアを用いると、偏光板１００の耐光性が高まる。水晶又はサファイアは、発熱量の多い透過型液晶プロジェクタ２００の光学エンジン用の偏光板に適する。

【0031】

透明基板１に水晶又はサファイア等の光学活性を有する結晶を用いる場合、凸部２の延びる方向を結晶の光学軸に対して平行方向又は垂直方向と一致させることが好ましい。これにより、偏光板１００の光学特性が向上する。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。

【0032】

複数の凸部２のそれぞれは、透明基板１上にある。複数の凸部２は、使用帯域の光の波長よりも短いピッチｐで、ｘ方向に互いに離間して周期的に配列する。複数の凸部２のそれぞれは、ｙ方向に延びる。

【0033】

複数の凸部２のピッチｐは、例えば、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。ピッチｐは、隣接する凸部２の間のｘ方向の距離であり、凸部２があるライン部分と隣接する凸部２の間のスペース部分のｘ方向の幅の合計である。ピッチｐは、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡で測定できる。例えば、任意の４カ所の隣接する凸部２間の距離を測定し、これらの算術平均をピッチｐとする。

【0034】

凸部２のｘ方向の幅は、例えば、使用帯域の光の波長よりも短い。凸部２の幅は、例えば、ピッチｐより短い。凸部２のｘ方向の平均幅は、例えば、ピッチｐの２０％以上５０％以下である。凸部２の幅は、例えば、３５ｎｍ以上４５ｎｍ以下である。凸部２の幅は、凸部２のｚ方向の高さの中心における幅であり、電子顕微鏡等で測定できる。

【0035】

凸部２は、例えば、透明基板１に近い側から順に、第１吸収層２０、第１誘電体層３０、反射層４０、第２誘電体層５０、第２吸収層６０を有する。

【0036】

それぞれの凸部２と透明基板１との間には、例えば、下地層１０があってもよい。下地層１０は、例えば、シリコン酸化物である。下地層１０は、複数の台座部１１を有してもよい。複数の台座部１１のそれぞれは、凸部２のそれぞれに向かって突出し、それぞれの凸部２の台座となる。

【0037】

台座部１１のｘ方向の幅は、透明基板１に近づくにつれ広がる。台座部１１は、ｘｚ切断面において台形状であり、例えば等脚台形である。台座部１１は、ドライエッチングの条件を設定することにより、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できる。台座部１１の断面形状が台形状であると、ｚ方向の屈折率が段階的に変化し、光の反射を防止できる。

【0038】

第１吸収層２０は、吸収軸であるｙ方向に帯状に延びる。第１吸収層２０は、使用帯域の光の波長に対して吸収作用を有する。第１吸収層２０は、例えば、少なくとも可視光において、第１吸収層２０に入射した光の１０％以上を吸収する。

【0039】

第１吸収層２０は、金属、合金材料及び半導体材料から構成される群から選択されたいずれかの一種以上の材料から構成される。第１吸収層２０の構成材料は、適用される光の波長範囲によって適宜選択される。

【0040】

第１吸収層２０に用いられる金属材料は、例えば、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ等の単体金属またはこれらの１種以上の元素を含む合金である。また、第１吸収層２０に用いられる半導体材料は、例えば、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）である。第１吸収層２０は、Ｆｅ又はＴａを含むとともに、Ｓｉを含むことが好ましい。第１吸収層２０は、５０ｗｔ％以上のＳｉを含むことがより好ましい。

【0041】

第１吸収層２０に半導体材料を用いる場合は、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。第１吸収層２０に用いられる半導体は、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求められる。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。

【0042】

第１吸収層２０の膜厚は、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第１吸収層２０の膜厚は、例えば、電子顕微鏡で測定できる。第１吸収層２０は、例えば蒸着法やスパッタ法を用いて、高密度の膜として形成できる。第１吸収層２０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。

【0043】

第１誘電体層３０は、第１吸収層２０上にある。第１誘電体層３０は、吸収軸であるｙ方向に帯状に延びる。第１誘電体層３０は、透明基板１から入射し、第１吸収層２０で反射した偏光と反射層４０で反射した偏光との位相を調整する。

【0044】

第１誘電体層３０の膜厚は、例えば、第１吸収層２０で反射した偏光と反射層４０で反射した偏光との位相が半波長ずれるように設定される。第１誘電体層３０の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。第１誘電体層３０の膜厚は、例えば、電子顕微鏡で測定できる。

【0045】

第１誘電体層３０を構成する材料は、例えば、金属酸化物、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（ＭｇＦ_２）、窒化ボロン、炭素又はこれらの組み合わせ等である。金属酸化物は、例えば、シリコン酸化物、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、酸化ビスマス、酸化ボロン、酸化タンタル等である。これらの中でもシリコン酸化物は、第１誘電体層３０に好適に用いられる。

【0046】

第１誘電体層３０の屈折率は、例えば、１．０以上２．５以下である。反射層４０の光学特性は、周囲の屈折率によって影響を受けるため、第１誘電体層３０の材料を選択することで、偏光板１００の特性を向上できる。第１誘電体層３０は、単層に限られず、構成材料の異なる複数層で構成されてもよい。

【0047】

第１吸収層２０及び第１誘電体層３０は、偏光板１００に対して透明基板１側から入射した光を減衰させる。第１吸収層２０及び第１誘電体層３０を通過した光のうちＴＭ波（Ｐ波）は反射層４０を透過し、ＴＥ波（Ｓ波）は反射層４０で反射される。反射層４０で反射されたＴＥ波は、第１誘電体層３０及び第１吸収層２０で吸収又は干渉により減衰する。

【0048】

反射層４０は、例えば、第１誘電体層３０上にある。反射層４０は、吸収軸であるｙ方向に、帯状に延びている。

【0049】

複数の反射層４０は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有する。複数の反射層４０は、反射層４０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４０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４０は、例えば、少なくとも可視光において、反射層４０に入射した光の１０％以上を反射する。

【0050】

反射層４０の膜厚（ｚ方向の厚み）は、特に制限されず、例えば、１００ｎｍ～３００ｎｍが好ましい。なお、反射層４０の膜厚は、例えば、電子顕微鏡で測定できる。

【0051】

反射層４０は、使用帯域の光に対して反射性を有する材料によって構成されている。反射層４０は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｎｄ等の単体金属、又はこれらの１種以上の元素を含む合金である。アルミニウム又はアルミニウム合金は、ワイヤグリッドでの吸収損失を可視光において小さく抑えることができ、コストも安価である。反射層４０は、例えば、Ａｌを５０ｗｔ％以上含む。反射層４０は、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もよい。

【0052】

反射層４０は、例えば蒸着法やスパッタ法を利用することにより、高密度の膜として形成可能である。反射層４０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。

【0053】

反射層４０は、第１面４１と第２面４２とを有する。第１面４１は、反射層４０の第１吸収層２０に近い側の面である。第２面４２は、第１面４１と対向する面である。第１面４１と第２面４２とは、ｚ方向に対向する。

【0054】

第１面４１のｘ方向の幅Ｗ_４１は、第２面４２のｘ方向の幅Ｗ_４２より広い。反射層４０のｘ方向の幅は、例えば、第２面４２から第１面４１に向かうほど広い。反射層４０のｘ方向の側面は、例えば、ｚ方向に対して傾斜している。反射層４０の側面には、金属酸化膜が形成されていてもよい。

【0055】

第２誘電体層５０は、例えば、反射層４０上にある。第２誘電体層５０は、吸収軸であるｙ方向に、帯状に延びている。

【0056】

第２誘電体層５０は、透明基板１と反対側（グリッド側）から入射し、第２吸収層６０で反射した偏光と反射層４０で反射した偏光との位相を調整する。

【0057】

第２誘電体層５０の膜厚は、例えば、第２吸収層６０で反射した偏光と反射層４０で反射した偏光との位相が半波長ずれるように設定される。第２誘電体層５０の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。第２誘電体層５０の膜厚は、例えば、電子顕微鏡で測定できる。

【0058】

第２誘電体層５０は、第１誘電体層３０と同様の材料を用いることができる。第２誘電体層５０と第１誘電体層３０の材料が同一であれば、製造時のエッチング条件を同一にでき、偏光板１００の製造が容易になる。また第１誘電体層３０と第２誘電体層５０の性能を合わせることができる。

【0059】

第２誘電体層５０の屈折率は、例えば、１．０以上２．５以下である。反射層４０の光学特性は、周囲の屈折率によって影響を受けるため、第２誘電体層５０の材料を選択することで、偏光板１００の特性を向上できる。第２誘電体層５０は、単層に限られず、構成材料の異なる複数層で構成されてもよい。

【0060】

第２吸収層６０は、吸収軸であるｙ方向に帯状に延びる。第２吸収層６０は、使用帯域の光の波長に対して吸収作用を有する。第２吸収層６０は、例えば、少なくとも可視光において、第２吸収層６０に入射した光の１０％以上を吸収する。

【0061】

第２吸収層６０は、第１吸収層２０と同様の材料を用いることができる。第２吸収層６０と第１吸収層２０とは、同一の材料で構成されていることが好ましい。

【0062】

第２吸収層６０の膜厚は、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第２吸収層６０の膜厚は、例えば、電子顕微鏡で測定できる。第２吸収層６０は、例えば蒸着法やスパッタ法を用いて、高密度の膜として形成できる。第２吸収層６０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。

【0063】

第２誘電体層５０及び第２吸収層６０は、偏光板１００に対して透明基板１と反対側（グリッド側）から入射した光を減衰させる。第２吸収層６０及び第２誘電体層５０を通過した光のうちＴＭ波（Ｐ波）は反射層４０を透過し、ＴＥ波（Ｓ波）は反射層４０で反射される。反射層４０で反射されたＴＥ波は、第２誘電体層５０及び第２吸収層６０で吸収又は干渉により減衰する。

【0064】

第２吸収層６０の膜厚は、第１吸収層２０の膜厚と略同一であることが好ましい。また第２誘電体層５０の膜厚は、第１誘電体層３０の膜厚と略同一であることが好ましい。第１吸収層２０の膜厚をｔ_１（ｎｍ）とした際に、第２吸収層６０の膜厚は、０．８０ｔ_１以上１．２０ｔ_１以下であることが好ましく、０．９０ｔ_１以上１．１０ｔ_１以下であることがより好ましい。第１誘電体層３０の膜厚をｔ_２（ｎｍ）とした際に、第２誘電体層５０の膜厚は、０．８０ｔ_２以上１．２０ｔ_２以下であることが好ましく、０．９０ｔ_２以上１．１０ｔ_２以下であることがより好ましい。

【0065】

第２誘電体層５０及び第２吸収層６０のｘ方向の側面は、例えば、ｚ方向に対して傾斜している。第２誘電体層５０の反射層４０側の面（上面）は、第２吸収層６０の反射層４０から遠い側の面（下面）よりｘ方向の幅が広い。第２誘電体層５０及び第２吸収層６０のｘ方向の幅は、例えば、第２吸収層６０の反射層４０から遠い側の面（上面）から第２誘電体層５０の反射層４０側の面（下面）に近づくほど広くなっている。

【0066】

第２誘電体層５０の下面のｘ方向の幅は、例えば、反射層４０の第２面４２のｘ方向の幅Ｗ_４２より広い。第２誘電体層５０と反射層４０との間には、例えば、段差がある。

【0067】

保護層３は、透明基板１及び複数の凸部２を被覆する。保護層３は、例えば、下地層１０の上面及び凸部２の周囲を被覆する。

【0068】

保護層３は、例えば、金蔵酸化物又は金属窒化物である。保護層３は、例えば、酸化アルミニウムである。保護層３は、例えば、酸化アルミニウムとシリコン酸化物との２層構造でもよい。保護層３の最表面を酸化シリコンにすることで、保護層３と撥水層との密着が向上する。保護層３は、例えば、ＡＬＤ（原子層堆積）法、ＣＶＤ（化学気相蒸着）法で作製できる。また保護層３は、複数の凸部２の間を埋めていてもよい。

【0069】

保護層３の厚みは、例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。保護層３の厚みは、好ましくは２５ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以下である。

【0070】

保護層３の上面は、撥水膜で被覆されていてもよい。撥水膜は、例えば、フッ素系シラン化合物である。例えば、トリデカフルオロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ）は、撥水膜の一例である。撥水膜は、ＡＬＤ法、ＣＶＤ法等で作製できる。撥水膜は、偏光板１００の耐湿性を向上させる。

【0071】

偏光板１００は、透明基板１側に反射防止層をさらに備えてもよい。反射防止層は、例えば、モスアイ構造、アンチグレア構造、アンチリフレクタ構造を有してもよい。反射防止層は、例えば、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものでもよい。反射防止層の外表面は、例えば、保護層３で被覆されている。

【0072】

偏光板は、積層体の積層工程と、積層体の加工工程と、保護層の被覆工程を順に行うことで作製できる。以下、図１に示す偏光板１００を例に、偏光板の製造方法について説明する。

【0073】

まず透明基板１上に、下地層１０、第１吸収層２０、第１誘電体層３０、反射層４０、第２誘電体層５０、第２吸収層６０を順に成膜し、積層体を形成する。各層は、スパッタリング法、蒸着法等で成膜できる。

【0074】

次いで、積層体を加工する。積層体は、フォトリソグラフィー法、ナノインプリント法等で作製できる。例えば、積層体の上面に格子状のレジストマスクを形成し、マスクを介して選択エッチングを行う。エッチングは、例えば、ドライエッチングで行う。このとき、エッチング条件として、２種類以上のガス比率、ガス流量、ガス圧、パワー、基板の冷却温度などを最適化、あるいは、形成途中に条件切替を行うことによって、エッチングされる加工領域の側面を積層方向に対して傾斜させることが可能となる。エッチングされる加工領域の側面は、作製後の凸部２の側面に対応する。またエッチング条件の最適化は、同条件で作製した積層体を、エッチング条件を変えながら加工する事前検討を行うことで行う。変更するエッチング条件は、例えば、ガス比率であればエッチング反応性の高い割合からエッチング反応性の低い割合へ、ガス流量であれば少ない流量から多い流量へ、ガス圧であれば高い圧力から低い圧力へ、パワーであれば低いパワーから高いパワーへ、基板の冷却温度であれば高い温度から低い温度へ、など、１条件あるいは複数の条件を用いながら、形成途中に条件切替を行うことによって、所望の形状を形成することが可能となる。

【0075】

例えば、積層体上に、マスク膜を成膜する。レジストマスクでマスク膜を選択エッチングする。そして、選択エッチングで残存したマスク膜を用いて、積層体を選択エッチングする。マスク膜は、構成材料の異なる２層以上から構成されていてもよい。

【0076】

ついで、積層体を加工して得られた複数の凸部２を被覆するように保護層３を形成する。保護層３は、上述のように、例えばＡＬＤ法、ＣＶＤ法等で成膜できる。

【0077】

第１実施形態に係る偏光板１００は、耐熱性に優れる。例えば液晶プロジェクタ２００等に用いられる偏光板１００は、レーザー光が照射されるため、発熱しやすい。偏光板１００が発熱すると、反射層４０等が熱酸化し、偏光板１００の光学特性が劣化する。また偏光板１００が第１吸収層２０及び第２吸収層６０を有し、透明基板１側及び透明基板１と反対側（グリッド側）の両方からの光を吸収する場合、偏光板１００は特に発熱しやすい。

【0078】

第１実施形態に係る偏光板１００は、複数の凸部２が保護層３で被覆されており、偏光板１００が発熱した場合でも反射層４０等の熱酸化を防止できる。また透明基板１が放熱性に優れるサファイアにすると、偏光板１００の発熱量を少なくできる。

【0079】

他方、保護層３は、反射界面を追加する原因であり、単に保護層３を追加すると偏光板の透過率が低下し、十分な光学特性を得ることができない。これに対し、第１実施形態に係る偏光板１００は、反射層４０の第１面４１の幅Ｗ_４１が第２面４２の幅Ｗ_４２より広く、保護層３を有する場合でも高い透過率を実現できる。

【0080】

また第１実施形態に係る偏光板１００は、第１誘電体層３０及び第２誘電体層５０を備えることで、保護層３を有する場合でもより高い透過率を実現できる。また偏光板１００が第１誘電体層３０及び第２誘電体層５０を有すると、第１吸収層２０及び第２吸収層６０の厚みを薄くでき、偏光板１００の発熱を小さくできる。

【0081】

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【0082】

例えば、図４は、第１変形例の偏光板１０１の断面図である。図４は、偏光板１０１のｘｚ断面である。偏光板１０１は、下地層１０が台座部１１を有さない点が偏光板１００と異なる。偏光板１０１において、偏光板１００と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。

【0083】

また例えば、図５は、第２変形例の偏光板１０２の断面図である。図５は、偏光板１０２のｘｚ断面である。偏光板１０２は、第１誘電体層３０及び第２誘電体層５０を有さない点が偏光板１００と異なる。偏光板１０２において、偏光板１００と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。

【0084】

また例えば、図６は、第３変形例の偏光板１０３の断面図である。図６は、偏光板１０３のｘｚ断面である。偏光板１０３は、下地層を有さず、透明基板１が台座部１Ａを有する点が偏光板１００と異なる。偏光板１０３において、偏光板１００と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。

【実施例0085】

＜光学特性試験＞
「実施例１」
実施例１は、図２及び図３に示す偏光板１００に示す構造と同様の構造とし、シミュレーションにより光学特性を測定した。光学測定は、ＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis）法による電磁界シミュレーションにより行った。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。

【0086】

各層の構成は以下とした。
透明基板１：サファイア
凸部２：ピッチ１４１ｎｍ、幅３５ｎｍ、高さ３４５ｎｍ（台座部１１を含む）
下地層１０：厚み８５ｎｍ、ＳｉＯ_２
台座部１１：厚み２０ｎｍ、ＳｉＯ_２
第１吸収層２０：厚み３０ｎｍ、ＦｅＳｉ
第１誘電体層３０：厚み５ｎｍ、ＳｉＯ_２
反射層４０：厚み２５０ｎｍ、Ａｌ、側面のｘｙ面に対する傾斜角８９°
第２誘電体層５０：厚み５ｎｍ、ＳｉＯ_２、側面のｘｙ面に対する傾斜角８０°
第２吸収層６０：厚み３０ｎｍ、ＦｅＳｉ、側面のｘｙ面に対する傾斜角８０°
保護層３：厚み５ｎｍ

【0087】

「実施例２」
実施例２は、図５に示す偏光板１０２に示す構造と同様の構造とした。実施例２は、第１誘電体層３０及び第２誘電体層５０を有さず、第１吸収層２０及び第２吸収層６０の厚みが実施例１と異なる。

【0088】

実施例２の各層の構成は以下である。
透明基板１：サファイア
凸部２：ピッチ１４１ｎｍ、幅３５ｎｍ、高さ３４５ｎｍ（台座部１１を含む）
下地層１０：厚み８５ｎｍ、ＳｉＯ_２
台座部１１：厚み２０ｎｍ、ＳｉＯ_２
第１吸収層２０：厚み３５ｎｍ、ＦｅＳｉ
反射層４０：厚み２５０ｎｍ、Ａｌ、側面のｘｙ面に対する傾斜角８９°
第２吸収層６０：厚み３５ｎｍ、ＦｅＳｉ、側面のｘｙ面に対する傾斜角８０°
保護層３：厚み５ｎｍ

【0089】

「実施例３」
実施例３は、図７に示す偏光板１０４に示す構造と同様の構造とした。実施例３は、下地層１０を有さず、透明基板１が台座部１Ａを有する点が実施例２と異なる。

【0090】

実施例３の各層の構成は以下とした。
透明基板１：サファイア
台座部１Ａ：厚み２０ｎｍ、サファイア
凸部２：ピッチ１４１ｎｍ、幅３５ｎｍ、高さ３４５ｎｍ（台座部１１を含む）
第１吸収層２０：厚み３５ｎｍ、ＦｅＳｉ
反射層４０：厚み２５０ｎｍ、Ａｌ、側面のｘｙ面に対する傾斜角８９°
第２吸収層６０：厚み３５ｎｍ、ＦｅＳｉ、側面のｘｙ面に対する傾斜角８０°
保護層３：厚み５ｎｍ

【0091】

「実施例４」
実施例４は、図８に示す偏光板１０５に示す構造と同様の構造とした。実施例４は台座部１Ａを有さない点が実施例３と異なる。

【0092】

実施例４の各層の構成は以下とした。
透明基板１：サファイア
凸部２：ピッチ１４１ｎｍ、幅３５ｎｍ、高さ３２５ｎｍ
第１吸収層２０：厚み３５ｎｍ、ＦｅＳｉ
反射層４０：厚み２５０ｎｍ、Ａｌ、側面のｘｙ面に対する傾斜角８９°
第２吸収層６０：厚み３５ｎｍ、ＦｅＳｉ、側面のｘｙ面に対する傾斜角８０°
保護層３：厚み５ｎｍ

【0093】

「比較例１」
比較例１は、図９に示す偏光板１０６に示す構造と同様の構造とした。比較例１は反射層４０、第２吸収層６０の側面が傾斜していない点が、実施例４と異なる。

【0094】

比較例１の各層の構成は以下とした。
透明基板１：サファイア
凸部２：ピッチ１４１ｎｍ、幅３５ｎｍ、高さ３２５ｎｍ
第１吸収層２０：厚み３５ｎｍ、ＦｅＳｉ
反射層４０：厚み２５０ｎｍ、Ａｌ
第２吸収層６０：厚み３５ｎｍ、ＦｅＳｉ
保護層３：厚み５ｎｍ

【0095】

「比較例２」
比較例２は、図１０に示す偏光板１０７に示す構造と同様の構造とした。比較例２は第２吸収層６０の側面が傾斜している点が、比較例２と異なる。

【0096】

比較例２の各層の構成は以下とした。
透明基板１：サファイア
凸部２：ピッチ１４１ｎｍ、幅３５ｎｍ、高さ３２５ｎｍ
第１吸収層２０：厚み３５ｎｍ、ＦｅＳｉ
反射層４０：厚み２５０ｎｍ、Ａｌ
第２吸収層６０：厚み３５ｎｍ、ＦｅＳｉ、側面のｘｙ面に対する傾斜角８０°
保護層３：厚み５ｎｍ

【0097】

図１１は、実施例１～４及び比較例１、２の偏光板の光学特性のシミュレーション結果である。図１１の縦軸は透過率であり、横軸は波長である。

【0098】

＜耐熱性試験＞
実施例１、実施例５及び比較例３の偏光板に対して耐熱性試験を行った。実施例５及び比較例３は、下記の構成である。耐熱性試験は、２５０℃、３００℃、３５０℃のそれぞれで行った。偏光板を恒温槽内に載置し、所定時間経過後の偏光板のコントラスト変化率を求めた。コントラストは、ＴＭ波（Ｐ波）の透過率を（ＴＥ波（Ｓ波））の透過率で割って求めた。コントラストの変化率は、耐熱性試験前のサンプルのコントラストに対する変化率である。

【0099】

「実施例５」
実施例５は、保護層３の厚みを１０ｎｍとした点が実施例１と異なる。

【0100】

「比較例３」
実施例３は、保護層３を有さない点が実施例１と異なる。

【0101】

図１２は、２５０℃での耐熱性試験結果である。図１３は、３００℃での耐熱性試験結果である。図１４は、３５０℃での耐熱性試験結果である。

【0102】

図１２から図１４に示すように、偏光板が保護層を有することで、耐熱性が向上した。

【符号の説明】

【0103】

１…透明基板、１Ａ，１１…台座部、２…凸部、３…保護層、１０…下地層、２０…第１吸収層、３０…第１誘電体層、４０…反射層、４１…第１面、４２…第２面、５０…第２誘電体層、６０…第２吸収層、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７…偏光板、１１０…光源、１２０…偏光ビームスプリッタ、１３０…蛍光体、１４０…ダイクロイックミラー、１５０…ミラー、１６０…液晶パネル、１７０…クロスプリズム、１８０…投影レンズ、２００…液晶プロジェクタ、Ｗ_４１，Ｗ_４２…幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】