特開 2024-71147 ワイヤグリッド偏光素子およびその製造方法ならびに光学機器

(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】P2024071147

(43)【公開日】2024-05-24

(54)【発明の名称】ワイヤグリッド偏光素子およびその製造方法ならびに光学機器

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20240517BHJP

   G02B 27/28 20060101ALI20240517BHJP

【ＦＩ】

G02B5/30

G02B27/28 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022181940

(22)【出願日】2022-11-14

(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】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】武田 吐夢

【テーマコード（参考）】

2H149

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H149AA02

2H149AA17

2H149AA18

2H149AA20

2H149AA21

2H149AB11

2H149BA04

2H149BA23

2H149BB28

2H149FA43W

2H149FC05

2H199AB13

2H199AB37

2H199AB42

2H199AB61

(57)【要約】

【課題】光学特性を維持しつつ、耐久性を向上させることが可能なワイヤグリッド偏光素子を提供する。
【解決手段】ワイヤグリッド偏光素子１０は、透明基板１１と、透明基板１１の一方の面に、使用帯域の光の波長よりも短いピッチｐで配列されており、所定方向に延在している格子状凸部１２と、を備え、透明基板１１は、使用帯域の光に対して透明であり、格子状凸部１２は、透明基板１１の側から順に、反射層１２ａと、誘電体層１２ｂと、吸収層１２ｃと、を有し、表面の少なくとも一部に撥水性を発現することが可能な無機構造物が存在している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明基板と、
前記透明基板の一方の面に、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで配列されており、所定方向に延在している格子状凸部と、を備え、
前記透明基板は、前記使用帯域の光に対して透明であり、
前記格子状凸部は、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有し、表面の少なくとも一部に撥水性を発現することが可能な無機構造物が存在している、ワイヤグリッド偏光素子。

【請求項2】

前記無機構造物は、高撥水性を発現することが可能である、請求項１に記載のワイヤグリッド偏光素子。

【請求項3】

前記無機構造物は、超撥水性を発現することが可能である、請求項２に記載のワイヤグリッド偏光素子。

【請求項4】

前記無機構造物は、凹部および／または凸部が表面に形成されている、請求項１に記載のワイヤグリッド偏光素子。

【請求項5】

前記凹部の形状は、半球状であり、
前記凸部の形状は、半球状である、請求項４に記載のワイヤグリッド偏光素子。

【請求項6】

前記凹部は、径が２ｎｍ以上４ｎｍ以下であり、深さが２ｎｍ以上４ｎｍ以下であり、
前記凸部は、径が２ｎｍ以上４ｎｍ以下であり、高さが２ｎｍ以上４ｎｍ以下である、請求項５に記載のワイヤグリッド偏光素子。

【請求項7】

前記凸部の形状は、フラクタル形状、ピラー形状、ウィスカー形状およびテトラポッド形状からなる群より選択される一種以上である、請求項４に記載のワイヤグリッド偏光素子。

【請求項8】

透明基板の一方の面に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を積層して、積層体を形成する工程と、
前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配列されており、所定方向に延在している格子状凸部を形成する工程と、
前記格子状凸部は、表面の少なくとも一部に撥水性を発現することが可能な無機構造物が存在している、ワイヤグリッド偏光素子の製造方法。

【請求項9】

請求項１から７のいずれか一項に記載のワイヤグリッド偏光素子を備える、光学機器。

【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素子、ワイヤグリッド偏光素子の製造方法および光学機器に関する。

【背景技術】

【0002】

偏光素子は、所定の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、偏光素子が必要となる。特に、透過型液晶プロジェクタのような、光量が大きい光源を使用する液晶表示装置では、偏光素子は、強い輻射線を受けるため、耐久性が必要となるとともに、数ｃｍ程度の大きさ、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、ワイヤグリッド偏光素子が提案されている。

【0003】

ワイヤグリッド偏光素子は、透明基板と、透明基板の一方の面に、使用帯域の光の波長よりも短いピッチ（例えば、数十ｎｍ以上数百ｎｍ以下）で配置されており、所定方向に延在している格子状凸部と、を備える。ワイヤグリッド偏光素子に光が入射すると、格子状凸部の延在方向に平行な電界成分を有するｓ偏光（ＴＥ波（ｓ波））は、透過することができず、格子状凸部の延在方向に垂直な電界成分を有するｐ偏光（ＴＭ波（ｐ波））は、透過する。

【0004】

ワイヤグリッド偏光素子は、多層構造とすることで反射率特性の制御も可能となり、ワイヤグリッド偏光素子の表面で反射された戻り光が装置内で再度反射されて発生するゴースト等による画質の劣化を低減できることから、液晶プロジェクタに適している。

【0005】

一方、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おり、液晶プロジェクタにおいても、複数の半導体レーザー（ＬＤ）を使用することで、高輝度化が図られている。このため、ワイヤグリッド偏光素子の耐久性を向上させることが求められている。

【0006】

特許文献１では、格子状凸部の表面及び格子状凸部の間に形成される溝の底面部の表面に、パーフルオロデシルトリエトキシシラン等のフッ素系シラン化合物を使用して、撥水膜が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第６６７８６３０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、撥水膜を形成する際に、フッ素系シラン化合物が使用されているため、使用環境による性能劣化が避けられない。このため、ワイヤグリッド偏光素子の光学特性を維持しつつ、耐久性を向上させることが望まれている。

【0009】

本発明は、光学特性を維持しつつ、耐久性を向上させることが可能なワイヤグリッド偏光素子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】

（１）透明基板と、前記透明基板の一方の面に、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで配列されており、所定方向に延在している格子状凸部と、を備え、前記透明基板は、前記使用帯域の光に対して透明であり、前記格子状凸部は、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有し、表面の少なくとも一部に撥水性を発現することが可能な無機構造物が存在している、ワイヤグリッド偏光素子。

【0011】

（２）前記無機構造物は、高撥水性を発現することが可能である、（１）に記載のワイヤグリッド偏光素子。

【0012】

（３）前記無機構造物は、超撥水性を発現することが可能である、（２）に記載のワイヤグリッド偏光素子。

【0013】

（４）前記無機構造物は、凹部および／または凸部が表面に形成されている、（１）から（３）のいずれか一項に記載のワイヤグリッド偏光素子。

【0014】

（５）前記凹部の形状は、半球状であり、前記凸部の形状は、半球状である、（４）に記載のワイヤグリッド偏光素子。

【0015】

（６）前記凹部は、径が２ｎｍ以上４ｎｍ以下であり、深さが２ｎｍ以上４ｎｍ以下であり、前記凸部は、径が２ｎｍ以上４ｎｍ以下であり、高さが２ｎｍ以上４ｎｍ以下である、（５）に記載のワイヤグリッド偏光素子。

【0016】

（７）前記凸部の形状は、フラクタル形状、ピラー形状、ウィスカー形状およびテトラポッド形状からなる群より選択される一種以上である、（４）に記載のワイヤグリッド偏光素子。

【0017】

（８）透明基板の一方の面に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を積層して、積層体を形成する工程と、前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配列されており、所定方向に延在している格子状凸部を形成する工程と、前記格子状凸部は、表面の少なくとも一部に撥水性を発現することが可能な無機構造物が存在している、ワイヤグリッド偏光素子の製造方法。

【0018】

（９）（１）から（７）のいずれか一項に記載のワイヤグリッド偏光素子を備える、光学機器。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、光学特性を維持しつつ、耐久性を向上させることが可能なワイヤグリッド偏光素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本実施形態のワイヤグリッド偏光素子の一例を示す斜視模式図である。

【図2】図１のワイヤグリッド偏光素子を示す断面模式図である。

【図3】図１の格子状凸部の表面に存在している無機構造物の例を示す断面模式図である。

【図4】図１の格子状凸部の表面に存在している無機構造物の他の例を示す断面模式図である。

【図5】図１のワイヤグリッド偏光素子の変形例を示す断面模式図である。

【図6】シミュレーションに使用したワイヤグリッド偏光素子を示す断面模式図である。

【図7】図６のワイヤグリッド偏光素子のｐ偏光およびｓ偏光の透過率を示すグラフである。

【図8】図６のワイヤグリッド偏光素子のｐ偏光およびｓ偏光の反射率を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0022】

［ワイヤグリッド偏光素子］
図１および図２に、本実施形態のワイヤグリッド偏光素子の一例を示す。

【0023】

ワイヤグリッド偏光素子１０は、透明基板１１と、透明基板１１の一方の面に、使用帯域の光の波長よりも短いピッチｐで配列されており、Ｙ軸方向に延在している、幅ｗ、高さｈの格子状凸部１２と、を備える。

【0024】

ここで、図１および図２に示すように、格子状凸部１２が延在している方向をＹ軸方向と称する。また、Ｙ軸方向に直交し、透明基板１１の主面に沿って、格子状凸部１２がピッチｐで配列されている方向をＸ軸方向と称する。さらに、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に直交し、透明基板１１の主面に対して垂直な方向をＺ軸方向と称する。なお、ワイヤグリッド偏光素子１０に入射する光は、透明基板１１のどちら側から入射してもよいが、透明基板１１の格子状凸部１２が配列されている側から、Ｚ軸方向に入射することが好ましい。

【0025】

ワイヤグリッド偏光素子１０は、透過、反射、干渉および光学異方性による偏光の選択的光吸収の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有するｓ偏光（ＴＥ波（ｓ波））を減衰させ、Ｘ軸方向に平行な電界成分を有するｐ偏光（ＴＭ波（ｐ波））を透過させる。したがって、図１および図２においては、Ｙ軸方向がワイヤグリッド偏光素子１０の吸収軸の方向であり、Ｘ軸方向がワイヤグリッド偏光素子１０の透過軸の方向である。

【0026】

格子状凸部１２は、図２に示すように、透明基板１１の側から順に、透明基板１１に形成されている台座部１１ａと、反射層１２ａと、誘電体層１２ｂと、吸収層１２ｃと、を有する。格子状凸部１２は、透明基板１１の一方の面に、一次元格子状に配列されているワイヤグリッド構造を有する。

【0027】

なお、格子状凸部は、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有していればよく、必要に応じて、上記以外の層が存在していてもよいし、台座部１１ａを省略してもよい。また、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を形成する順序は、特に限定されない。

【0028】

格子状凸部１２は、表面の少なくとも一部に撥水性を発現することが可能な無機構造物が存在している。無機構造物は、例えば、格子状凸部１２の頂面のみに存在していてもよいし、格子状凸部１２の頂面に加え、格子状凸部１２の側面の少なくとも一部に存在していてもよい。これにより、ワイヤグリッド偏光素子１０の光学特性が維持されつつ、耐久性が向上する。また、フッ素系シラン化合物を使用して撥水膜を形成しなくてもよいため、地球環境への影響が軽減される。

【0029】

無機構造物は、撥水性を発現することが可能であるが、高撥水性を発現することが可能であることが好ましく、超撥水性を発現することが可能であることがさらに好ましい。

【0030】

本明細書および特許請求の範囲において、撥水性とは、水に対する接触角が９０°以上であることを意味し、高撥水性とは、水に対する接触角が１１０°以上１５０°未満であることを意味し、超撥水性とは、水に対する接触角が１５０°以上であることを意味する。なお、例えば、材質１および材質２で構成される複合表面の水に対する接触角θ_ｆは、Ｃａｓｓｉｅの式
ｃｏｓθ_ｆ＝Ａ_１ｃｏｓθ_１＋Ａ_２ｃｏｓθ_２
（式中、θ_１およびθ_２は、それぞれ材質１および材質２の水に対する接触角であり、Ａ_１およびＡ_２は、それぞれ材質１および材質２の面積率であり、Ａ_１＋Ａ_２＝１である。）
で表される。

【0031】

無機構造物は、凹部３１（図３（ａ）参照）および／または凸部３２（図３（ｂ）参照）が表面に形成されている。ここで、無機構造物は、格子状凸部１２の表面に形成されている層を構成する材料と同一の材料で構成されていることが好ましい。なお、ワイヤグリッド偏光素子１０の光学特性が維持される場合、無機構造物は、格子状凸部１２の表面に形成されている層を構成する材料と異なる材料で構成されていてもよい。

【0032】

凹部３１は、径が２ｎｍ以上４ｎｍ以下であり、深さが２ｎｍ以上４ｎｍ以下であることが好ましい。凹部３１の径および深さが２ｎｍ以上であると、無機構造物が超撥水性を発現しやすくなり、凹部３１の径および深さが４ｎｍ以下であると、ワイヤグリッド偏光素子１０の光学特性を維持しやすくなる。

【0033】

凸部３２は、径が２ｎｍ以上４ｎｍ以下であり、高さが２ｎｍ以上４ｎｍ以下であることが好ましい。凸部３２の径および高さが２ｎｍ以上であると、無機構造物が超撥水性を発現しやすくなり、凸部３２の径および高さが４ｎｍ以下であると、ワイヤグリッド偏光素子１０の光学特性を維持しやすくなる。

【0034】

凹部３１が表面に形成されている無機構造物は、例えば、無機ナノ粒子を表面に配置した状態で無機材料を成膜した後、無機ナノ粒子を選択的にエッチングすることにより、形成される。一方、凸部３２が表面に形成されている無機構造物は、例えば、無機ナノ粒子を表面に配置した状態で無機材料を成膜した後、必要に応じて、無機材料を選択的にエッチングすることにより、形成される。なお、凹部３１または凸部３２が表面に形成されている無機構造物を形成する際に、無機ナノ粒子を表面に配置した状態で無機材料を成膜する代わりに、無機ナノ粒子を含む無機材料を成膜してもよい。

【0035】

凹部３１および凸部３２の形状は、半球状であるが、特に限定されない。例えば、凸部３２の形状は、フラクタル形状（図４（ａ）参照）、ピラー形状（図４（ｂ）参照）、ウィスカー形状（図４（ｃ）参照）、テトラポッド形状（図４（ｄ）参照）等であってもよい。また、凹部３１および凸部３２の形状として、複数の形状が混在していてもよい。

【0036】

ピラー形状またはウィスカー形状の凸部が表面に形成されている無機構造物は、例えば、無機材料の表面をプラズマ処理したり、熱処理したりすることにより、無機材料から析出させたり、異常成長させたりすることで、形成される。また、テトラポッド形状の凸部が表面に形成されている無機構造物は、例えば、針状の結晶体を表面に堆積させた後、無機材料を成膜することにより、形成される。

【0037】

透明基板１１の格子状凸部１２が配列されている側から入射した光は、吸収層１２ｃおよび誘電体層１２ｂを通過する際に、一部が吸収されて減衰する。吸収層１２ｃおよび誘電体層１２ｂを透過した光のうち、ｐ偏光（ＴＭ波（ｐ波））は、高い透過率で反射層１２ａを透過する。一方、吸収層１２ｃおよび誘電体層１２ｂを透過した光のうち、ｓ偏光（ＴＥ波（ｓ波））は、反射層１２ａで反射される。反射層１２ａで反射されたｓ偏光は、誘電体層１２ｂおよび吸収層１２ｃを通過する際に、一部が吸収されるが、一部が反射して反射層１２ａに戻る。また、反射層１２ａで反射されたｓ偏光は、誘電体層１２ｂおよび吸収層１２ｃを通過する際に干渉して減衰する。以上のように、ｓ偏光が選択的に減衰されることにより、ワイヤグリッド偏光素子１０は、所望の偏光特性を得ることができる。

【0038】

ここで、高さｈは、透明基板１１の主面に垂直なＺ軸方向の寸法を意味する。また、幅ｗは、ワイヤグリッド偏光素子１０をＹ軸方向から見たときに、高さｈに直交するＸ軸方向の寸法を意味する。さらに、ピッチｐは、ワイヤグリッド偏光素子１０をＹ軸方向から見たときに、格子状凸部１２のＸ軸方向の繰り返し間隔である。

【0039】

ピッチｐは、使用帯域の光の波長よりも短ければ、特に限定されないが、ワイヤグリッド偏光素子１０の作製の容易性および安定性の観点から、例えば、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。ピッチｐは、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて、観察することにより測定することができる。例えば、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて、任意の４箇所のピッチｐを測定し、その算術平均値をピッチ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。

【0040】

（透明基板）
透明基板１１を構成する材料としては、使用帯域の光に対して透明であれば、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。

【0041】

本明細書および特許請求の範囲において、「使用帯域の光に対して透明である」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、偏光素子としての機能を保持することが可能な光の透過率であることを意味する。使用帯域の光としては、例えば、波長が３８０ｎｍ以上８１０ｎｍ以下程度である可視光等が挙げられる。

【0042】

透明基板１１を構成する材料としては、例えば、ガラス、水晶、石英、サファイア等の屈折率が１．１以上２．２以下である材料等を用いることができる。これらの中でも、コストおよび透光率の観点から、石英およびガラスが好ましく、石英（屈折率１．４６）およびソーダ石灰ガラス（屈折率１．５１）が特に好ましい。また、熱伝導性の観点から、水晶およびサファイアが好ましい。これにより、透明基板１１の耐久性が向上し、発熱量が大きいプロジェクタの光学エンジン用の偏光素子として用いることができる。

【0043】

なお、透明基板１１を構成する材料として、水晶、サファイア等の光学活性を有する結晶を用いる場合には、結晶の光学軸に対して平行な方向または垂直な方向に格子状凸部１２または５２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。

【0044】

透明基板１１の厚みは、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。なお、透明基板１１の厚みの測定方法としては、特に限定されないが、例えば、電子顕微鏡法等が挙げられる。

【0045】

このとき、複数の基板を貼り合わせて一体化したものを、透明基板１１として使用してもよい。また、透明基板１１の主面の形状としては、特に限定されないが、例えば、矩形状等が挙げられる。なお、透明基板１１は、フレキシブル基板であってもよい。

【0046】

なお、台座部１１ａは、例えば、透明基板１１をエッチングすることにより、形成される。

【0047】

（反射層）
反射層１２ａは、透明基板１１の一方の面に、ピッチｐで配列されており、Ｙ軸方向に延在している。反射層１２ａは、偏光子としての機能を有し、反射層１２ａの延在方向に平行な方向の電界成分を有するｓ偏光（ＴＥ波（ｓ波））を減衰させ、反射層１２ａの延在方向に直交する方向の電界成分を有するｐ偏光（ＴＭ波（ｐ波））を透過させる。

【0048】

反射層１２ａを構成する材料としては、使用帯域の光を反射する材料であれば、特に限定されないが、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｎｄ等の金属、これらの１種以上の金属を含む合金等が挙げられる。これらの中でも、ＡｌまたはＡｌ合金が好ましい。

【0049】

なお、反射層１２ａは、例えば、着色剤等により表面の反射率が高い金属膜以外の無機膜や樹脂膜であってもよい。

【0050】

反射層１２ａの厚みは、特に限定されないが、例えば、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。なお、反射層１２ａの厚みの測定方法としては、特に限定されないが、例えば、電子顕微鏡法等が挙げられる。

【0051】

反射層１２ａの形成方法としては、特に限定されないが、例えば、蒸着法、スパッタ法等が挙げられる。

【0052】

なお、反射層１２ａは、構成する材料が異なる２層以上の積層体であってもよい。

【0053】

（誘電体層）
誘電体層１２ｂは、反射層１２ａ上に形成されている。すなわち、誘電体層１２ｂは、ピッチｐで配列されており、Ｙ軸方向に延在している。

【0054】

誘電体層１２ｂの厚みは、吸収層１２ｃで反射したｓ偏光に対して、吸収層１２ｃを透過して反射層１２ａで反射したｓ偏光の位相が半波長ずれる範囲となるように設定される。具体的には、誘電体層１２ｂの厚みは、ｓ偏光の位相を調整して干渉効果を高めることが可能であれば、特に限定されないが、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で適宜設定される。なお、誘電体層１２ｂの厚みの測定方法としては、特に限定されないが、例えば、電子顕微鏡法等が挙げられる。

【0055】

誘電体層１２ｂを構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｈｆ酸化物等が挙げられる。

【0056】

誘電体層１２ｂ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１２ａの光学特性は、誘電体層１２ｂの屈折率の影響を受けるため、誘電体層１２ｂを構成する材料を選択することで、ワイヤグリッド偏光素子１０の光学特性を制御することができる。また、誘電体層１２ｂの厚みおよび屈折率を適宜調整することにより、反射層１２ａで反射したｓ偏光が、吸収層１２ｃを透過する際に、一部を反射させて反射層１２ａに戻すことができ、吸収層１２ｃを通過したｓ偏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、ｓ偏光を選択的に減衰させることにより、所望の偏光特性を得ることができる。

【0057】

誘電体層１２ｂの形成方法としては、特に限定されないが、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等が挙げられる。

【0058】

なお、誘電体層１２ｂは、構成する材料が異なる２層以上の積層体であってもよい。

【0059】

（吸収層）
吸収層１２ｃは、誘電体層１２ｂ上に形成されている。すなわち、吸収層１２ｃは、ピッチｐで配列されており、Ｙ軸方向に延在している。

【0060】

吸収層１２ｃの厚みは、特に限定されないが、例えば、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。なお、吸収層１２ｃの厚みの測定方法としては、特に限定されないが、例えば、電子顕微鏡法等が挙げられる。

【0061】

吸収層１２ｃを構成する材料としては、使用帯域の光を吸収する、すなわち、消衰係数が０ではない材料であれば、特に限定されないが、金属、合金、半導体等が挙げられる。金属としては、例えば、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ等が挙げられる。合金としては、例えば、これらの金属のうち、１種以上の金属を含む合金等が挙げられる。また、半導体としては、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）等が挙げられる。これにより、ワイヤグリッド偏光素子１０は、可視光域に対して高い消光比が得られる。これらの中でも、吸収層１２ｃは、ＦｅまたはＴａを含むとともに、Ｓｉを含むことが好ましい。

【0062】

吸収層１２ｃを構成する材料として、半導体を用いる場合には、光吸収に半導体のバンドギャップエネルギーが関与するため、半導体のバンドギャップエネルギーが使用帯域の光のエネルギー以下である必要がある。例えば、使用帯域が可視光域である場合、波長が４００ｎｍ以上である光を吸収する、即ち、バンドギャップエネルギーが３．１ｅＶ以下である半導体を使用する必要がある。

【0063】

吸収層１２ｃの形成方法としては、特に限定されないが、例えば、蒸着法、スパッタ法等が挙げられる。

【0064】

なお、吸収層１２ｃは、構成する材料が異なる２層以上の積層体であってもよい。

【0065】

（反射防止層）
なお、ワイヤグリッド偏光素子１０は、透明基板１１の他方の面に、反射防止層をさらに備えていてもよい。

【0066】

反射防止層は、透明基板１１上に形成されており、誘電体層１２ｂを構成する材料と同様の材料で構成されている２層以上の多層膜である。例えば、屈折率の異なる低屈折率層と高屈折率層とが、交互に積層している反射防止層を形成することで、界面反射された光を干渉により減衰させることができる。

【0067】

反射防止層の厚みは、特に限定されないが、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。なお、反射防止層の厚みの測定方法としては、特に限定されないが、例えば、電子顕微鏡法等が挙げられる。

【0068】

反射防止層は、誘電体層１２ｂと同様の方法により、高密度膜として形成することができるが、反射防止層の密度の観点から、反射防止層の形成方法として、イオンビームアシストされたＩＡＤ法（Ｉｏｎ－ｂｅａｍ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＩＢＳ法（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を用いることが望ましい。

【0069】

（保護膜）
ワイヤグリッド偏光素子１０は、保護膜により表面の少なくとも一部が覆われていてもよい。この場合、保護膜の表面の少なくとも一部に超撥水を発現することが可能な無機構造物が存在していてもよい。また、無機構造物の表面の少なくとも一部を保護膜で覆うことで超撥水を発現してもよい。ここで、保護膜を構成する材料は、誘電体層１２ｂを構成する材料と同一である。これにより、ワイヤグリッド偏光素子１０の耐久性が向上する。

【0070】

保護膜の形成方法としては、誘電体層１２ｂあるいは反射防止層と同様の方法が挙げられる。

【0071】

なお、保護膜は、誘電体層１２ｂと同様に、構成する材料が異なる２層以上の積層体であってもよい。

【0072】

（ワイヤグリッド偏光素子の製造方法）
ワイヤグリッド偏光素子１０の製造方法は、透明基板１１の一方の面に、透明基板１１の側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を積層して、積層体を形成する工程と、積層体を選択的にエッチングすることにより、表面の少なくとも一部に撥水性を発現することが可能な無機構造物が存在している格子状凸部１２を形成する工程と、を含む。このとき、表面の少なくとも一部に無機構造物が存在している層が形成されている積層体を選択的にエッチングすることにより、格子状凸部１２を形成してもよい。また、表面に無機構造物が存在していない積層体を選択的にエッチングし、格子状凸部の前駆体を形成した後、格子状凸部の前駆体の表面の少なくとも一部に無機構造物が存在している層を形成することにより、格子状凸部１２を形成してもよい。

【0073】

積層体を選択的にエッチングする際には、まず、積層体上に、例えば、フォトリソグラフィ法、ナノインプリント法等により、レジストを用いて、一次元格子状のマスクパターンを形成する。次に、積層体のマスクパターンが形成されていない領域をエッチングする。

【0074】

エッチング方法としては、特に限定されないが、例えば、エッチング対象に対応するエッチングガスを用いるドライエッチング法等が挙げられる。

【0075】

なお、ワイヤグリッド偏光素子１０の製造方法は、透明基板１１の他方の面に、反射防止層を形成する工程をさらに含んでいてもよい。また、ワイヤグリッド偏光素子１０の製造方法は、保護膜で表面の少なくとも一部を覆う工程をさらに含んでいてもよい。

【0076】

図５に、ワイヤグリッド偏光素子１０の変形例を示す。

【0077】

ワイヤグリッド偏光素子５０は、透明基板１１の一方の面に下地層５１が形成されており、格子状凸部５２を備える以外は、ワイヤグリッド偏光素子１０と同様である。ここで、格子状凸部５２は、透明基板１１の側から順に、下地層５１に形成されている台座部５１ａと、吸収層１２ｃと、誘電体層１２ｂと、反射層１２ａと、誘電体層１２ｂと、吸収層１２ｃと、誘電体層１２ｂと、を有する。ここで、格子状凸部５２の頂面を構成する誘電体層１２ｂは、保護膜として機能する。ワイヤグリッド偏光素子５０は、格子状凸部５２が形成されていない側から入射した光についても、格子状凸部５２が形成されている側から入射した光と同様の偏光特性を得ることができる。

【0078】

（下地層）
下地層５１を構成する材料は、誘電体層１２ｂを構成する材料と同一である。これにより、吸収層１２ｃとの接着性が向上する。

【0079】

下地層５１の形成方法としては、誘電体層１２ｂ、反射防止層あるいは保護膜と同様の方法が挙げられる。

【0080】

なお、下地層５１は、誘電体層１２ｂと同様に、構成する材料が異なる２層以上の積層体であってもよい。

【0081】

また、台座部５１ａは、例えば、下地層５１をエッチングすることにより、形成される。

【0082】

（シミュレーション）
ワイヤグリッド偏光素子６０（図６参照）の光学特性が、無機構造物６３が存在しても、維持されることをシミュレーションにより検証した。ここで、透明基板１１は、透明ガラス基板イーグルＸＧ（コーニング製）であり、下地層５１は、厚み８５ｎｍのＳｉＯ_２膜であり、台座部５１ａは、厚みが２０ｎｍである。また、反射層１２ａは、厚み２７０ｎｍのＡｌ膜であり、誘電体層１２ｂは、厚み５ｎｍのＳｉＯ_２膜であり、吸収層１２ｃは、厚み２５ｎｍのＦｅＳｉ膜であり、保護膜６１は、厚み１５ｎｍのＳｉＯ_２膜である。さらに、格子状凸部６２は、幅（ｗ）が３５ｎｍであり、高さ（ｈ）が３３５ｎｍであり、ピッチ（ｐ）が１４１ｎｍであり、保護膜６１の頂面および側面、吸収層１２ｃの側面ならびに誘電体層１２ｂの側面に無機構造物６３が存在している。また、無機構造物６３の表面に形成されている凹部６３ａは、半球状であり、直径がφ［ｎｍ］であり、深さがφ［ｎｍ］である。一方、無機構造物６３の表面に形成されている凸部６３ｂは、半球状であり、直径がφ［ｎｍ］であり、深さがφ［ｎｍ］である。このとき、凹部６３ａおよび凸部６３ｂは、隣接して形成されており、隣接して形成されている凹部６３ａおよび凸部６３ｂ同士の間隔が０．３～１．５ｎｍである。

【0083】

図７（ａ）および（ｂ）に、それぞれワイヤグリッド偏光素子６０のｐ偏光およびｓ偏光の透過率（ＴｐおよびＴｓ）を示す。また、図８（ａ）および（ｂ）に、それぞれワイヤグリッド偏光素子６０のｐ偏光およびｓ偏光の反射率（ＲｐおよびＲｓ）を示す。なお、φ＝０は、格子状凸部６２の表面に無機構造物６３（凹部６３ａおよび凸部６３ｂ）が存在していないことを意味する。

【0084】

図７および図８から、保護膜６１の頂面に無機構造物６３（凹部６３ａおよび凸部６３ｂ；φ＝２、４）が存在しても、ワイヤグリッド偏光素子６０の光学特性（ｐ偏光およびｓ偏光の透過率特性ならびにｐ偏光およびｓ偏光の反射率特性）が維持されていることがわかる。

【0085】

［光学機器］
本実施形態の光学機器は、本実施形態のワイヤグリッド偏光素子を備える。

【0086】

本実施形態の光学機器としては、特に限定されないが、例えば、液晶ディスプレイ、サイネージ等の表示機器、液晶プロジェクタ、空間演出照明等の投影機器、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドライト等の車載機器、ヘッドマウントディスプレイ、スマートグラス等のＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）やＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）機器、各種の光センサー等が挙げられる。これらの中でも、本実施形態のワイヤグリッド偏光素子の耐久性を考慮すると、液晶プロジェクタが好ましい。

【0087】

本実施形態の光学機器が複数の偏光素子を備える場合、複数の偏光素子の少なくとも１つが本実施形態のワイヤグリッド偏光素子であればよい。例えば、本実施形態の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および出射側に配置される偏光素子の少なくとも一方が本実施形態のワイヤグリッド偏光素子であればよい。

【0088】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨の範囲内で、上記の実施形態を適宜変更してもよい。

【符号の説明】

【0089】

１０、５０、６０ ワイヤグリッド偏光素子
１１ 透明基板
１１ａ 台座部
１２、５２、６２ 格子状凸部
１２ａ 反射層
１２ｂ 誘電体層
１２ｃ 吸収層
３１、６３ａ 凹部
３２、６３ｂ 凸部
５１ 下地層
６１ 保護膜
６３ 無機構造物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】