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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-29
(45)【発行日】2023-12-07
(54)【発明の名称】偏光板及びその製造方法、ならびに光学機器
(51)【国際特許分類】
G02B 5/30 20060101AFI20231130BHJP
G02B 1/14 20150101ALI20231130BHJP
G02F 1/1335 20060101ALI20231130BHJP
【ＦＩ】
G02B5/30
G02B1/14
G02F1/1335 510
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020090347
(22)【出願日】2020-05-25
(65)【公開番号】P2021185400
(43)【公開日】2021-12-09
【審査請求日】2023-02-17
(73)【特許権者】
【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
【審査官】酒井 康博
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－０６６５７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－００３５５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２１２１５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０６６８０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／０４６９２１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１２／１１５０５９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ５／３０
Ｇ０２Ｂ １／１４
Ｇ０２Ｆ １／１３３５
(57)【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、
前記透明基板の第１の面に形成され、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで互いに離間して周期的に配列する複数の凸部と、を備え、
前記複数の凸部はそれぞれ、前記透明基板側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有し、
前記複数の凸部はそれぞれさらに、頂面及び側面が誘電体からなる保護膜に覆われており、
前記保護膜は、前記凸部を前記透明基板の表面に直交する面であって、かつ、前記第１方向に直交する面で切った断面から見て、前記頂面側から前記透明基板側にかけて面積が漸増してなる、偏光板。
【請求項2】
前記保護膜の形状は、隣接する前記凸部間の中心を基準として略左右対称である、請求項１に記載の偏光板。
【請求項3】
前記保護膜の底面が前記透明基板上にある、請求項１又は２のいずれかに記載の偏光板。
【請求項4】
前記透明基板が、前記凸部の側面を覆う保護膜の外周面から延伸する面に沿って彫り込まれている、請求項１～３のいずれか一項に記載の偏光板。
【請求項5】
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、透明基板の第１の面に、反射層、誘電体層及び吸収層を順に形成して、反射層、誘電体層及び吸収層からなる積層体を作製する工程と、
前記積層体を選択的にエッチングすることにより、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで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、
前記複数の凸部のそれぞれの表面を覆う誘電体層からなる保護膜を形成する工程と、を有し、
前記保護膜を形成する工程は、前記保護膜が、前記凸部を前記透明基板の表面に直交する面であって、かつ、前記第１方向に直交する面で切った断面から見て、頂面側から透明基板側にかけて面積が漸増してなるようにエッチングする工程を含む、偏光板の製造方法。
【請求項6】
請求項１～４のいずれか一項に記載の偏光板を備える光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、偏光板及びその製造方法、ならびに光学機器に関する。
【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】
ワイヤグリッド型の偏光板は、耐熱性や耐光性に優れ、比較的大きな素子が作製でき、高い消光比を有している。また、多層構造とすることで反射率特性の制御も可能となり、偏光板の表面で反射された戻り光が液晶プロジェクタの装置内で再度反射されて生じる、ゴースト等による画質の劣化を低減させることから、液晶プロジェクタ等の用途に適している。
【0005】
これに対して、ワイヤグリッド型の偏光板として、種々の偏光板が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特表２０１６－５３６６５１号公報
【文献】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】
特許文献１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形成した偏光板が開示されている。これによると、ワイヤグリッド偏光子の耐久性を向上させることができ、可視スペクトルにおいて良好な偏光特性が示された、と記載されている。しかしながら、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るためには、おのずとサイドバー幅は太くなることで、透過率低下や反射率上昇など、良好な偏光特性は得られない。また、埋め込んだ場合も同様で、払拭できるくらいワイヤグリッド偏光子の耐久性は向上するが、より透過率低下や反射率上昇など、良好な偏光特性は得られない。
【0008】
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を形成した偏光板、ならびにオーバーコート層上に反射防止層を形成した偏光板が開示されている。これによると、ワイヤグリッド偏光子は耐久性があり得、かつ高性能を有し得る、と記載されている。しかしながら、オーバーコート層によってワイヤグリッド偏光子を支持し倒壊を避けたとしても、空気層を含むことで透過率低下や反射率上昇など、高性能な偏光特性は得られない。また、その上に反射防止層を形成することで偏光特性は回復すると思われるが、おのずと工程が増えるためにコストアップとなることは間違いない。
【0009】
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おり、液晶プロジェクタにおいても、半導体レーザー（ＬＤ）を幾つも用いることで高光束とし、高輝度化を図っている。それにより、偏光板は、高光度な強い光の環境下においても耐えつつ、高い透過率特性が求められている。そのためには、保護膜を含めてグリッド構造を最適化した偏光板の提案が必要となる。
【0010】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、保護膜を含めてグリッド構造を最適化することで、グリッドの倒壊を防止するなど耐久性を維持しつつ透過軸方向の光透過特性が改善された、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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【0012】
（１）本発明の一態様に係る偏光板は、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、前記透明基板の第１の面に形成され、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで互いに離間して周期的に配列する複数の凸部と、を備え、前記複数の凸部はそれぞれ、前記透明基板側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有し、前記複数の凸部はそれぞれさらに、頂面及び側面が誘電体からなる保護膜に覆われており、前記保護膜は、前記凸部を前記透明基板の表面に直交する面であって、かつ、前記第１方向に直交する面で切った断面から見て、前記頂面側から前記透明基板側にかけて面積が漸増してなる。
透明基板と、前記透明基板の第１の面に形成され、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで互いに離間して周期的に配列する複数の凸部と、を備え、前記複数の凸部はそれぞれ、前記透明基板側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有し、前記複数の凸部はそれぞれさらに、頂面及び側面が誘電体からなる保護膜に覆われており、前記保護膜は、前記凸部を前記透明基板の表面に直交する面であって、かつ、前記第１方向に直交する面で切った断面から見て、前記頂面側から前記透明基板側にかけて面積が漸増してなる。
【0013】
（２）上記態様において、前記保護膜の形状は、隣接する前記凸部間の中心を基準として略左右対称であってもよい。
【0014】
（３）上記態様において、前記保護膜の底面が前記透明基板上にあってもよい。
【0015】
（４）上記態様において、前記透明基板が、前記凸部の側面を覆う保護膜の外周面から延伸する面に沿って彫り込まれていてもよい。
【0016】
（５）本発明の他の態様に係る偏光板の製造方法は、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、透明基板の第１の面に、反射層、誘電体層及び吸収層を順に形成して、反射層、誘電体層及び吸収層からなる積層体を作製する工程と、前記積層体を選択的にエッチングすることにより、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで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、前記複数の凸部のそれぞれの表面を覆う誘電体層からなる保護膜を形成する工程と、を有し、前記保護膜を形成する工程は、前記保護膜が、前記凸部を前記透明基板の表面に直交する面であって、かつ、前記第１方向に直交する面で切った断面から見て、頂面側から透明基板側にかけて面積が漸増してなるようにエッチングする工程を含む。
【0017】
（６）本発明のさらに他の態様に係る光学機器は、上記態様の偏光板を備える。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、耐久性を維持しつつ透過軸方向の光透過特性が改善された偏光板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の一実施形態に係る偏光板の斜視模式図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る偏光板の断面模式図である。
【図4】本発明の他の実施形態に係る偏光板の断面模式図である。
【図6】本発明の他の実施形態に係る偏光板の断面模式図である。
【図8】保護膜形状加工前の状態のモデルの断面模式図である。
【図9】保護膜を有さない従来構成のモデルの断面模式図である。
【図10】本発明の一実施形態に係る偏光板にて、シミュレーションによって計算された、光学特性における透過軸透過率を示すグラフである。
【図11】本発明の一実施形態に係る偏光板にて、シミュレーションによって計算された透過軸透過率の波長帯域毎の平均透過軸透過率を示すグラフである。
【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、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料、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、本発明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】
［偏光板（第１実施形態）］
図１は、本発明の一実施形態に係る偏光板の斜視模式図である。
図１に示す偏光板１００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１０と、透明基板１０の第１の面１０ａに形成された、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで配列し第１方向（Ｙ方向）に延在する複数の凸部２０を備える。図１においては、凸部２０を覆う保護膜は図示していない。
図１は、本発明の一実施形態に係る偏光板の斜視模式図である。
図１に示す偏光板１００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１０と、透明基板１０の第１の面１０ａに形成された、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで配列し第１方向（Ｙ方向）に延在する複数の凸部２０を備える。図１においては、凸部２０を覆う保護膜は図示していない。
【0022】
ここで、図１に示すように、複数の凸部の延在する方向（第１方向）をＹ軸方向と称する。Ｙ軸方向に直交し、透明基板の主面に沿って複数の凸部が配列する方向をＸ軸方向と称する。Ｙ軸方向ならびにＸ軸方向に直交し、透明基板の主面に対して垂直な方向をＺ軸方向と称する。なお、偏光板に入射する光は、透明基板の第１の面１０ａ側でも第２の面１０ｂ側からでもよいのだが、好適には、図１に例示するように、透明基板の複数の凸部が形成されている第１の面側（グリッド面側）において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向から入射する。
【0023】
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。従って、図１においては、Ｙ軸方向が偏光板の吸収軸の方向であり、Ｘ軸方向が偏光板の透過軸の方向である。
【0024】
図２は、本発明の第１実施形態に係る偏光板の断面模式図である。
図２に示す偏光板１００は、透明基板１０と、透明基板１０の第１の面１０ａに形成され、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで互いに離間して周期的に配列する複数の凸部２０を備え、複数の凸部２０は、透明基板１０側から順に、反射層２１と、誘電体層２２と、吸収層２３とを有し、複数の凸部２０はそれぞれさらに、頂面２０ａａ及び側面２０ａｂが誘電体からなる保護膜４０Ａに覆われており、保護膜４０Ａは、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て、頂面２０ａａ側から透明基板１０側にかけて面積が漸増してなるものである。
なお、本発明の偏光板は、本発明の効果を発現する限りにおいて、透明基板と、反射層と、誘電体層と、吸収層と、保護膜と、それ以外の層が存在していてもよい。
図２に示す偏光板１００は、透明基板１０と、透明基板１０の第１の面１０ａに形成され、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで互いに離間して周期的に配列する複数の凸部２０を備え、複数の凸部２０は、透明基板１０側から順に、反射層２１と、誘電体層２２と、吸収層２３とを有し、複数の凸部２０はそれぞれさらに、頂面２０ａａ及び側面２０ａｂが誘電体からなる保護膜４０Ａに覆われており、保護膜４０Ａは、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て、頂面２０ａａ側から透明基板１０側にかけて面積が漸増してなるものである。
なお、本発明の偏光板は、本発明の効果を発現する限りにおいて、透明基板と、反射層と、誘電体層と、吸収層と、保護膜と、それ以外の層が存在していてもよい。
【0025】
図２に示される偏光板の複数の凸部が形成された側（グリッド面側）から入射した光は、吸収層及び誘電体層を通過する際に一部が吸収されて減衰する。吸収層及び誘電体層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を透過する。一方、吸収層及び誘電体層を透過した光のうち、偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））は反射層で反射される。反射層で反射されたＴＥ波は、吸収層及び誘電体層を通過する際に一部は吸収され、一部は反射して反射層に戻る。また、反射層で反射されたＴＥ波は、吸収層及び誘電体層を通過する際に干渉して減衰する。以上のようにＴＥ波の選択的減衰を行うことにより、偏光板は、所望の偏光特性を得ることができる。
【0026】
ここで本明細書における偏光板の寸法につき、図３を用いて説明する。高さｈとは、図３における透明基板の主面に垂直なＺ軸方向の寸法であって、凸部の高さと保護膜の高さ（厚さ）ｈ１とを合わせた高さを意味する。幅ｗとは、保護膜を備えた複数の凸部の延びる方向に沿うＹ軸方向から見たときに、高さｈ方向に直交するＸ軸方向の寸法を意味する。また、偏光板を複数の凸部の延びる方向に沿うＹ軸方向から見たときに、複数の凸部のＸ軸方向の繰り返し間隔を、ピッチｐと称する。
【0027】
本発明の偏光板において、複数の凸部のピッチ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、複数の凸部のピッチｐは、例えば、１００ｎｍ～２００ｎｍが好ましい。この複数の凸部のピッチ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、その算術平均値を複数の凸部のピッチ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。
【0028】
本発明の偏光板は、グリッド先端からグリッド間を覆う保護膜形状を最適化することを特徴とする。これにより、耐久性を維持しつつ透過軸方向の光透過特性を良くすることが可能である。
【0029】
［透明基板］
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。透明基板の平均厚みは、例えば、０．３ｍｍ～１ｍｍ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。透明基板の平均厚みは、例えば、０．３ｍｍ～１ｍｍが好ましい。
【0030】
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、石英、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。
【0031】
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。
【0032】
なお、水晶やサファイア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複数の凸部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。
【0033】
［反射層］
反射層２１は、透明基板上に形成され、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たものである。
反射層２１は、透明基板上に形成され、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たものである。
【0034】
反射層２１は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、反射層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。
【0035】
反射層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、反射層は、可視光領域においてワイヤグリッドでの吸収損失を小さく抑えるという観点とコストの観点から、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構成してもよい。
【0036】
なお、反射層２１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。また、反射層は、構成材料の異なる２層以上から構成されていてもよい。
【0037】
［誘電体層］
誘電体層２２は、反射層上に形成され、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たものである。誘電体層の膜厚は、吸収層で反射した偏光に対して、吸収層を透過して反射層で反射した偏光の位相が半波長ずれる範囲で形成される。具体的には、誘電体層の膜厚は、偏光の位相を調整して干渉効果を高めることが可能な１ｎｍ～５００ｎｍの範囲で適宜設定される。この誘電体層の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。また、誘電体層２２ｂは、反射層と後述する吸収層との構成元素の相互拡散を抑制するバリア層としても形成される。
誘電体層２２は、反射層上に形成され、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たものである。誘電体層の膜厚は、吸収層で反射した偏光に対して、吸収層を透過して反射層で反射した偏光の位相が半波長ずれる範囲で形成される。具体的には、誘電体層の膜厚は、偏光の位相を調整して干渉効果を高めることが可能な１ｎｍ～５００ｎｍの範囲で適宜設定される。この誘電体層の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。また、誘電体層２２ｂは、反射層と後述する吸収層との構成元素の相互拡散を抑制するバリア層としても形成される。
【0038】
誘電体層２２を構成する材料としては、ＳｉＯ２等のＳｉ酸化物、Ａｌ２Ｏ３、酸化ベリリウム、酸化ビスマス等の金属酸化物、ＭｇＦ２、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、また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、透過率並びにバリア層の機能の観点から、誘電体層２２は、Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｎｂ酸化物及びＴａ酸化物から構成される群から選択されたいずれか一種以上の酸化物から構成されていることが好ましい。
中でも、透過率並びにバリア層の機能の観点から、誘電体層２２は、Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｎｂ酸化物及びＴａ酸化物から構成される群から選択されたいずれか一種以上の酸化物から構成されていることが好ましい。
【0039】
誘電体層２２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２１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２２の材料を選択することで、偏光板の光学特性を制御することができる。また、誘電体層２２の膜厚及び屈折率を適宜調整することにより、反射層２１で反射したＴＥ波について、吸収層２３を透過する際に一部を反射して反射層２１に戻すことができ、吸収層２３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。
【0040】
なお、誘電体層２２は、蒸着法やスパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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。また、誘電体層は、構成材料の異なる２層以上から構成されていてもよい。
【0041】
［吸収層］
吸収層２３は、使用帯域の光の波長に対して吸収作用を有するものであり、誘電体層２２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。吸収層の膜厚は、特に制限されず、例えば、５ｎｍ～５０ｎｍが好ましい。この吸収層の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
吸収層２３は、使用帯域の光の波長に対して吸収作用を有するものであり、誘電体層２２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。吸収層の膜厚は、特に制限されず、例えば、５ｎｍ～５０ｎｍが好ましい。この吸収層の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
【0042】
吸収層２３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ていることが好ましい。
【0043】
吸収層２３の構成材料としては、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等の元素単体またはこれらの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－ＦｅＳｉ２、ＭｇＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＢａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、ＣｏＳｉ２、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。
金属材料としては、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ等の元素単体またはこれらの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－ＦｅＳｉ２、ＭｇＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＢａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、ＣｏＳｉ２、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。
【0044】
吸収層２３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。
なお、吸収層２３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。また、吸収層２３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。
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。
なお、吸収層２３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。また、吸収層２３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。
【0045】
［保護膜］
複数の凸部２０のそれぞれの頂面２０ａａ及び側面２０ａｂは、上述の誘電体層２２を構成可能な材料からなる保護膜４０Ａで覆われている。保護膜４０Ａにより覆うことで、偏光板の耐久性を向上することができる。
なお、凸部２０の頂面２０ａａは、吸収層２３の頂面でもあり、凸部２０の側面２０ａｂは、反射層２１の側面２１ｂ、誘電体層２２の側面２２ｂ及び吸収層２３の側面２３ｂからなるものであり、保護膜４０Ａは、凸部２０の頂面２０ａａを覆う上部保護膜４０Ａａと、凸部２０の側面２０ａｂを覆う側部保護膜４０Ａｂとからなる。
複数の凸部２０のそれぞれの頂面２０ａａ及び側面２０ａｂは、上述の誘電体層２２を構成可能な材料からなる保護膜４０Ａで覆われている。保護膜４０Ａにより覆うことで、偏光板の耐久性を向上することができる。
なお、凸部２０の頂面２０ａａは、吸収層２３の頂面でもあり、凸部２０の側面２０ａｂは、反射層２１の側面２１ｂ、誘電体層２２の側面２２ｂ及び吸収層２３の側面２３ｂからなるものであり、保護膜４０Ａは、凸部２０の頂面２０ａａを覆う上部保護膜４０Ａａと、凸部２０の側面２０ａｂを覆う側部保護膜４０Ａｂとからなる。
【0046】
保護膜は、凸部を透明基板の表面に直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て、頂面側から透明基板側にかけて（－Ｚ方向に向けて）面積が漸増してなる形状を有する。ここで、「面積が漸増してなる形状」としては、その断面視の傾斜面が直線状でも曲線状でもよい。曲線状傾斜面の形状は、その曲線が例えば、放物線の式（Ｚ＝ａＸ２：ａは係数）や双曲線の式（Ｚ＝ｂ／Ｘ：ｂは係数）に沿ったものとすることができる。
【0047】
保護膜は、凸部を透明基板の表面に直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て、略左右対称の構成とすることができる。
【0048】
上部保護膜４０Ａａの表面４０Ａａａは、頂面４０Ａａａａと傾斜面４０Ａａａｂとからなる。傾斜面４０Ａａａｂは、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て直線状の傾斜面である。保護膜４０Ａは、略テーパー状部分を有する構成である。
側部保護膜４０Ａｂの表面４０Ａｂａは、傾斜面からなる。傾斜面４０Ａｂａも凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て直線状の傾斜面であり、上部保護膜４０Ａａの傾斜面４０Ａａａｂから連続してなるものである。
保護膜４０Ａの傾斜面は、傾斜面４０Ａａａｂと傾斜面４０Ａｂａとからなり、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て直線状の傾斜面である。
側部保護膜４０Ａｂの表面４０Ａｂａは、傾斜面からなる。傾斜面４０Ａｂａも凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て直線状の傾斜面であり、上部保護膜４０Ａａの傾斜面４０Ａａａｂから連続してなるものである。
保護膜４０Ａの傾斜面は、傾斜面４０Ａａａｂと傾斜面４０Ａｂａとからなり、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て直線状の傾斜面である。
【0049】
図２に示す偏光板１００では、直線状の傾斜面である傾斜面４０Ａａａｂと傾斜面４０Ａｂａとが同じ角度で傾斜しており、連続してつながった構成であるが、それぞれの傾斜角が異なっていて不連続につながる構成としてもよい。
【0050】
上部保護膜４０Ａａの底面の幅ｗ０（図３参照）は、凸部２０の頂面２０ａａの幅ｗよりも広い構成である。そのため、凸部２０の頂面２０ａａの両端２０ａａｅ（図３参照）は、保護膜４０Ａの傾斜面には接触しない。換言すると、保護膜４０Ａの傾斜面は、凸部２０の頂面２０ａａの両端２０ａａｅからは離間している。この構成によって、凸部２０は保護膜４０Ａによって完全に覆われた構成となる。
【0051】
隣接する保護膜４０Ａ同士の底面（側部保護膜４０Ａｂの底面）同士は接しており、透明基板１０の第１の面１０ａは露出していない。
図２に示す偏光板１００では、隣接する保護膜４０Ａの底面（側部保護膜４０Ａｂの底面）同士は接する構成であるが、重なり合って厚みを有する構成とすることもできる。
図２に示す偏光板１００では、隣接する保護膜４０Ａの底面（側部保護膜４０Ａｂの底面）同士は接する構成であるが、重なり合って厚みを有する構成とすることもできる。
【0052】
保護膜４０Ａを形成する際には、緻密で均一且つ膜厚制御性に優れる、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることが好ましい。また、上述の誘電体層２２と同様、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】
なお、保護膜４０Ａの形状において、上部保護膜４０Ａａは必ずしも平坦である必要はなく、また、側部保護膜４０Ａｂも側面形状の変化についても、変曲点がない場合に限られない。例えば、凸部２０が埋め込まれた断面形状として、上部保護膜４０Ａａの表面４０Ａａａが曲面を描き、側部保護膜４０Ａｂの側面４０Ａｂａの変曲点が複数あるような形状であっても良いし、保護膜４０Ａに高さ分布があっても良い。
【0054】
なお、保護膜４０Ａが凸部２０間を完全に埋め込む場合、あるいは、凸部２０間の一部を埋める場合には、上述の誘電体層２２を形成する方法以外にも、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法を利用することができる。ＳＯＧによれば、空気層を含まず平坦化が可能となる。
【0055】
保護膜の材料としては公知の金属酸化物や金属窒化物などが挙げられるが、耐熱性の観点からはＡｌ２Ｏ３が特に好ましい。
【0056】
（１）保護膜４０Ａのうち、上部保護膜４０Ａａの厚み（高さ）ｈ１は、高さｈの変化による特性の影響を考慮して、例えば、０＜ｈ１＜５０ｎｍとすることができ、０＜ｈ１＜２５ｎｍであることが好ましい。
（２）また、保護膜４０Ａは凸部２０を完全に覆うことが必要である。従って、凸部の高さ（ｈ－ｈ１）と同じ高さ位置での保護膜４０Ａの幅ｗ０は、凸部の幅ｗよりも大きい（ｗ０＞ｗ）。
（３）隣接する凸部の側部傾斜面４０Ａｂａ同士の交点（図３中のＸ＝ｘ０）は、隣接する凸部２０間の中間（中心）に位置する（すなわち、保護膜の形状がＸ＝ｘ０を基準として左右対称である）ことが光学特性上好ましいが、いずれかの凸部側にずれていてもよい。
（１）～（３）の特徴は、後述する実施形態においても共通する特徴である。
（２）また、保護膜４０Ａは凸部２０を完全に覆うことが必要である。従って、凸部の高さ（ｈ－ｈ１）と同じ高さ位置での保護膜４０Ａの幅ｗ０は、凸部の幅ｗよりも大きい（ｗ０＞ｗ）。
（３）隣接する凸部の側部傾斜面４０Ａｂａ同士の交点（図３中のＸ＝ｘ０）は、隣接する凸部２０間の中間（中心）に位置する（すなわち、保護膜の形状がＸ＝ｘ０を基準として左右対称である）ことが光学特性上好ましいが、いずれかの凸部側にずれていてもよい。
（１）～（３）の特徴は、後述する実施形態においても共通する特徴である。
【0057】
［反射防止層］
反射防止層が、透明基板１０の第２面１０ｂ上に形成されてもよい。反射防止層は、公知の反射防止材料からなるものとすることができ、例えば、誘電体層２２を構成可能な材料を少なくとも２層以上の多層膜で構成されたものとすることができる。後述する偏光板２００や偏光板３００についても同様である。
多層膜の一例として、屈折率の異なる低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層させることで、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。反射防止層の膜厚は、特に制限されず、誘電体層２２を構成する誘電体層１層あたり１ｎｍ～５００ｎｍの範囲で適宜設定される。この反射防止層の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
反射防止層が、透明基板１０の第２面１０ｂ上に形成されてもよい。反射防止層は、公知の反射防止材料からなるものとすることができ、例えば、誘電体層２２を構成可能な材料を少なくとも２層以上の多層膜で構成されたものとすることができる。後述する偏光板２００や偏光板３００についても同様である。
多層膜の一例として、屈折率の異なる低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層させることで、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。反射防止層の膜厚は、特に制限されず、誘電体層２２を構成する誘電体層１層あたり１ｎｍ～５００ｎｍの範囲で適宜設定される。この反射防止層の膜厚は、例えば上述の電子顕微鏡法により測定可能である。
【0058】
低屈折率層は、ＳｉＯ２（Ｓｉの酸化物）等を主成分とした層である。低屈折率層の屈折率は、好ましくは１．２０～１．６０であり、より好ましくは１．３０～１．５０である。
高屈折率層の屈折率は、好ましくは２．００～２．６０であり、より好ましくは２．１０～２．４５である。このような高屈折率の誘電体としては、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５、屈折率２．３３）、酸化チタン（ＴｉＯ２、屈折率２．３３～２．５５）、酸化タングステン（ＷＯ３、屈折率２．２）、酸化セリウム（ＣｅＯ２、屈折率２．２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５、屈折率２．１６）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、屈折率２．１）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ、屈折率２．０６）などが挙げられる。
高屈折率層の屈折率は、好ましくは２．００～２．６０であり、より好ましくは２．１０～２．４５である。このような高屈折率の誘電体としては、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５、屈折率２．３３）、酸化チタン（ＴｉＯ２、屈折率２．３３～２．５５）、酸化タングステン（ＷＯ３、屈折率２．２）、酸化セリウム（ＣｅＯ２、屈折率２．２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５、屈折率２．１６）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、屈折率２．１）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ、屈折率２．０６）などが挙げられる。
【0059】
なお、反射防止層は、上述の誘電体層と同じ成膜方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。好適には、より高密度な膜が形成可能となる、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。
【0060】
さらに、この後に保護膜が形成されることを加味し、材料や膜厚など、光学特性が低下しない反射防止層の設計が行われていることが望ましい。
【0061】
［撥水膜］
さらに、本発明の偏光板は、偏光板１００の表面１００ａ、１００ｂの少なくとも一方が、有機系撥水膜により覆われていてもよい。透明基板１０の第２面１０ｂ上に反射防止層を備える場合には、その反射防止層を有機系撥水膜により覆われていてもよい。後述する偏光板２００や偏光板３００についても同様であり、偏光板２００の表面２００ａ、２００ｂの少なくとも一方、あるいは、偏光板３００の表面３００ａ、３００ｂの少なくとも一方が有機系撥水膜により覆われていてもよい。
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法やＡＬＤ法を利用することにより形成可能である。これにより、偏光板の耐湿性等の信頼性を向上できる。
さらに、本発明の偏光板は、偏光板１００の表面１００ａ、１００ｂの少なくとも一方が、有機系撥水膜により覆われていてもよい。透明基板１０の第２面１０ｂ上に反射防止層を備える場合には、その反射防止層を有機系撥水膜により覆われていてもよい。後述する偏光板２００や偏光板３００についても同様であり、偏光板２００の表面２００ａ、２００ｂの少なくとも一方、あるいは、偏光板３００の表面３００ａ、３００ｂの少なくとも一方が有機系撥水膜により覆われていてもよい。
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法やＡＬＤ法を利用することにより形成可能である。これにより、偏光板の耐湿性等の信頼性を向上できる。
【0062】
［偏光板（第２実施形態）］
図４は、本発明の第２実施形態に係る偏光板の断面模式図である。
図４に示す偏光板２００は、透明基板１０と、透明基板１０の第１の面１０ａに形成され、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで互いに離間して周期的に配列する複数の凸部２０を備え、複数の凸部２０は、透明基板１０側から順に、反射層２１と、誘電体層２２と、吸収層２３とを有し、複数の凸部２０はそれぞれさらに、頂面２０ａａ及び側面２０ａｂが誘電体からなる保護膜４１Ａに覆われており、保護膜４１Ａは、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て、頂面２０ａａ側から透明基板１０側にかけて面積が漸増してなる点は、図２に示した偏光板１００と共通する。
図４は、本発明の第２実施形態に係る偏光板の断面模式図である。
図４に示す偏光板２００は、透明基板１０と、透明基板１０の第１の面１０ａに形成され、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで互いに離間して周期的に配列する複数の凸部２０を備え、複数の凸部２０は、透明基板１０側から順に、反射層２１と、誘電体層２２と、吸収層２３とを有し、複数の凸部２０はそれぞれさらに、頂面２０ａａ及び側面２０ａｂが誘電体からなる保護膜４１Ａに覆われており、保護膜４１Ａは、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て、頂面２０ａａ側から透明基板１０側にかけて面積が漸増してなる点は、図２に示した偏光板１００と共通する。
【0063】
一方、図２に示した偏光板１００において、保護膜４０Ａの傾斜面は、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て直線状の傾斜面であるのに対して、図４に示した偏光板２００において、保護膜４１Ａの傾斜面は、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面である点は異なる。図４に示した偏光板２００において、曲線状傾斜面の形状は、その曲線が略放物線の式（Ｚ＝ａＸ２）の例である。保護膜４１Ａは、略放物線部分を有する構成である。
【0064】
保護膜４１Ａは、凸部２０の頂面２０ａａを覆う上部保護膜４１Ａａと、凸部２０の側面２０ａｂを覆う側部保護膜４１Ａｂとからなる。
上部保護膜４１Ａａの表面４1Ａａａは、頂面４１Ａａａａと傾斜面４１Ａａａｂとからなる。傾斜面４１Ａａａｂは、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面である。
側部保護膜４１Ａｂの表面４１Ａｂａは、傾斜面からなる。傾斜面４１Ａｂａも凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面であり、上部保護膜４１Ａａの傾斜面４１Ａａａｂから連続してなるものである。
保護膜４1Ａの傾斜面は、傾斜面４1Ａａａｂと傾斜面４1Ａｂａとからなり、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面である。
上部保護膜４１Ａａの表面４1Ａａａは、頂面４１Ａａａａと傾斜面４１Ａａａｂとからなる。傾斜面４１Ａａａｂは、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面である。
側部保護膜４１Ａｂの表面４１Ａｂａは、傾斜面からなる。傾斜面４１Ａｂａも凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面であり、上部保護膜４１Ａａの傾斜面４１Ａａａｂから連続してなるものである。
保護膜４1Ａの傾斜面は、傾斜面４1Ａａａｂと傾斜面４1Ａｂａとからなり、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面である。
【0065】
図４に示す偏光板２００では、曲線状の傾斜面である傾斜面４１Ａａａｂと傾斜面４１Ａｂａとが連続してつながった構成であるが、不連続につながる構成とすることもできる。
また、図４に示す偏光板２００では、保護膜４０Ａの傾斜面は、凸部２０側に凹んだ曲線状の傾斜面であるが、その逆に外側に膨れた曲線状の傾斜面とする構成であってもよい。
また、図４に示す偏光板２００では、保護膜４０Ａの傾斜面は、凸部２０側に凹んだ曲線状の傾斜面であるが、その逆に外側に膨れた曲線状の傾斜面とする構成であってもよい。
【0066】
上部保護膜４１Ａａの底面の幅ｗ１（図５参照）は、凸部２０の頂面２０ａａの幅ｗよりも広い構成である。そのため、凸部２０の頂面２０ａａの両端２０ａａｅ（図５参照）は、保護膜４１Ａの傾斜面には接触しない。換言すると、保護膜４１Ａの傾斜面は、凸部２０の頂面２０ａａの両端２０ａａｅからは離間している。この構成によって、凸部２０は保護膜４１Ａによって完全に覆われた構成となる。
【0067】
隣接する保護膜４１Ａ同士の底面（側部保護膜４１Ａｂの底面）同士は接しており、透明基板１０の第１の面１０ａは露出していない。
図４に示す偏光板２００では、隣接する保護膜４１Ａ同士の底面（側部保護膜４１Ａｂの底面）同士は接する構成であるが、重なり合って厚みを有する構成とすることもできる。
図４に示す偏光板２００では、隣接する保護膜４１Ａ同士の底面（側部保護膜４１Ａｂの底面）同士は接する構成であるが、重なり合って厚みを有する構成とすることもできる。
【0068】
［偏光板（第３実施形態）］
図６は、本発明の第３実施形態に係る偏光板の断面模式図である。
図６に示す偏光板３００は、透明基板１１と、透明基板１１の第１の面１０ａに形成され、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで互いに離間して周期的に配列する複数の凸部２０を備え、複数の凸部２０は、透明基板１１側から順に、反射層２１と、誘電体層２２と、吸収層２３とを有し、複数の凸部２０はそれぞれさらに、頂面２０ａａ及び側面２０ａｂが誘電体からなる保護膜４２Ａに覆われており、保護膜４２Ａは、凸部２０を透明基板１１の表面１１ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て、頂面２０ａａ側から透明基板１１側にかけて面積が漸増してなる点は、図２に示した偏光板１００と共通する。
図６は、本発明の第３実施形態に係る偏光板の断面模式図である。
図６に示す偏光板３００は、透明基板１１と、透明基板１１の第１の面１０ａに形成され、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで互いに離間して周期的に配列する複数の凸部２０を備え、複数の凸部２０は、透明基板１１側から順に、反射層２１と、誘電体層２２と、吸収層２３とを有し、複数の凸部２０はそれぞれさらに、頂面２０ａａ及び側面２０ａｂが誘電体からなる保護膜４２Ａに覆われており、保護膜４２Ａは、凸部２０を透明基板１１の表面１１ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て、頂面２０ａａ側から透明基板１１側にかけて面積が漸増してなる点は、図２に示した偏光板１００と共通する。
【0069】
一方、図２に示した偏光板１００において、保護膜４０Ａの傾斜面は、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て直線状の傾斜面であるのに対して、図６に示す偏光板３００において、保護膜４２Ａの傾斜面は、凸部２０を透明基板１０の表面１０ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面である点は異なる。図６に示す偏光板３００において、曲線状傾斜面の形状は、その曲線が放物線の式（Ｚ＝ｂＸ２）の例である。保護膜４２Ａは、放物線状部を有する構成である。
【0070】
また、図６に示す偏光板３００は、図４に示した偏光板２００と、凸部２０を透明基板の表面に直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面である点は共通する。一方、図６に示す偏光板３００において、透明基板が彫り込まれている点で、透明基板が彫り込まれていない図４に示した偏光板２００とは異なる。この構成の違いに基づくと、図６に示す偏光板３００は、図４に示した偏光板２００の変形例と言える。
【0071】
保護膜４２Ａは、凸部２０の頂面２０ａａを覆う上部保護膜４２Ａａと、凸部２０の側面２０ａｂを覆う側部保護膜４２Ａｂとからなる。
上部保護膜４２Ａａの表面４２Ａａａは、頂面４２Ａａａａと傾斜面４２Ａａａｂとからなる。傾斜面４２Ａａａｂは、凸部２０を透明基板１１の表面１１ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面である。
側部保護膜４２Ａｂの表面４２Ａｂａは、傾斜面からなる。傾斜面４２Ａｂａも凸部２０を透明基板１１の表面１１ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面であり、上部保護膜４２Ａａの傾斜面４２Ａａａｂから連続してなるものである。
保護膜４２Ａの傾斜面は、傾斜面４２Ａａａｂと傾斜面４２Ａｂａとからなり、凸部２０を透明基板１１の表面１１ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面である。
上部保護膜４２Ａａの表面４２Ａａａは、頂面４２Ａａａａと傾斜面４２Ａａａｂとからなる。傾斜面４２Ａａａｂは、凸部２０を透明基板１１の表面１１ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面である。
側部保護膜４２Ａｂの表面４２Ａｂａは、傾斜面からなる。傾斜面４２Ａｂａも凸部２０を透明基板１１の表面１１ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面であり、上部保護膜４２Ａａの傾斜面４２Ａａａｂから連続してなるものである。
保護膜４２Ａの傾斜面は、傾斜面４２Ａａａｂと傾斜面４２Ａｂａとからなり、凸部２０を透明基板１１の表面１１ａに直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て曲線状の傾斜面である。
【0072】
透明基板１１は、側部保護膜４２Ａｂの傾斜面４２Ａｂａに連続的につながるように透明基板１１の第１面１１ａから彫り込まれた彫り込み部１２ａを有する。彫り込み部１２ａは深さｄで、隣り合う側部保護膜４２Ａｂのそれぞれの傾斜面４２Ａｂａに連続的につながるように形成されている。
彫り込み部１２ａは、側部保護膜４２Ａｂの傾斜面４２Ａｂａに沿って延伸する面を表面としてなる構成である。
彫り込み部１２ａは、側部保護膜４２Ａｂの傾斜面４２Ａｂａに沿って延伸する面を表面としてなる構成である。
【0073】
図６に示す偏光板３００では、彫り込み部１２ａは隣り合う側部保護膜４２Ａｂのそれぞれの傾斜面４２Ａｂａに連続的につながるように形成された構成であるが、彫り込み部１２ａを、隣り合う側部保護膜４２Ａｂのそれぞれの傾斜面４２Ａｂａに不連続につながる構成とすることも可能である。
また、図４に示す偏光板２００では、保護膜４０Ａの傾斜面は、凸部２０側に凹んだ曲線状の傾斜面であるが、その逆に外側に膨れた曲線状の傾斜面とする構成であってもよい。
また、図４に示す偏光板２００では、保護膜４０Ａの傾斜面は、凸部２０側に凹んだ曲線状の傾斜面であるが、その逆に外側に膨れた曲線状の傾斜面とする構成であってもよい。
【0074】
上部保護膜４２Ａａの底面の幅ｗ１（図７参照）は、凸部２０の頂面２０ａａの幅ｗよりも広い構成である。そのため、凸部２０の頂面２０ａａの両端２０ａａｅ（図５参照）は、保護膜４２Ａの傾斜面には接触しない。換言すると、保護膜４２Ａの傾斜面は、凸部２０の頂面２０ａａの両端２０ａａｅからは離間している。この構成によって、凸部２０は保護膜４２Ａによって完全に覆われた構成となる。
【0075】
【0076】
［偏光板の製造方法］
本発明の偏光板の製造方法は、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、透明基板の第１の面に、反射層、誘電体層及び吸収層を順に形成して、反射層、誘電体層及び吸収層からなる積層体を作製する工程と、前記積層体を選択的にエッチングすることにより、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで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、前記複数の凸部のそれぞれの表面を覆う誘電体層からなる保護膜を形成する工程と、を有し、前記保護膜を形成する工程において、前記保護膜が、前記凸部を前記透明基板の表面に直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て、頂部側から透明基板側にかけて面積が漸増してなるようにエッチングする工程を含む。
本発明の偏光板の製造方法は、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、透明基板の第１の面に、反射層、誘電体層及び吸収層を順に形成して、反射層、誘電体層及び吸収層からなる積層体を作製する工程と、前記積層体を選択的にエッチングすることにより、第１方向に延在し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで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、前記複数の凸部のそれぞれの表面を覆う誘電体層からなる保護膜を形成する工程と、を有し、前記保護膜を形成する工程において、前記保護膜が、前記凸部を前記透明基板の表面に直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面で切った断面から見て、頂部側から透明基板側にかけて面積が漸増してなるようにエッチングする工程を含む。
【0077】
複数の凸部の形成について、透明基板の一方の面に形成した積層成膜上に、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、レジストにて一次元格子状のマスクパターンを形成する。マスクパターンが形成されていない部分を、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複数の凸部を形成する。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。
【0078】
保護膜の形成について、凸部の表面を覆うように、たとえば、メチルシリケートやメチルシロキサンなどを原料とした、ＳＯＧ法によりグリッド間を完全に埋め込み平坦化する。次に、フォトリソグラフィ法、ナノインプリント法等により、保護膜上に形成したレジストにて、上述の凸部に重なる位置で、一次元格子状のマスクパターンを形成する。次に、保護膜を選択的にエッチングすることにより、保護膜の形状を加工することができる。たとえば、略テーパーあるいは略放物線を描くように加工することもできる。
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法は、凸部間の埋め込みの際に、凸部に分子が積もっていく形で凸部間を埋めていくため、空気層が形成されてしまい、保護膜との間に界面を形成してしまうことによる不要な反射の原因となってしまうため、好ましくない。
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法は、凸部間の埋め込みの際に、凸部に分子が積もっていく形で凸部間を埋めていくため、空気層が形成されてしまい、保護膜との間に界面を形成してしまうことによる不要な反射の原因となってしまうため、好ましくない。
【0079】
【0080】
［光学機器］
本発明の光学機器は、上述した本発明に係る偏光板を備える。本発明に係る偏光板は、種々の用途に利用することが可能である。適用される光学機器としては、例えば、液晶ディスプレイや液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイや車のヘッドライト等が挙げられる。特に、本発明に係る偏光板は、高透過であることから、例えば、半導体レーザー（ＬＤ）を幾つも用いた高光度な強い光の環境下においても、耐熱性に優れつつ高い透過率で高輝度化が図れる。これにより、液晶プロジェクタ等の用途に好適に用いることができる。
本発明の光学機器は、上述した本発明に係る偏光板を備える。本発明に係る偏光板は、種々の用途に利用することが可能である。適用される光学機器としては、例えば、液晶ディスプレイや液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイや車のヘッドライト等が挙げられる。特に、本発明に係る偏光板は、高透過であることから、例えば、半導体レーザー（ＬＤ）を幾つも用いた高光度な強い光の環境下においても、耐熱性に優れつつ高い透過率で高輝度化が図れる。これにより、液晶プロジェクタ等の用途に好適に用いることができる。
【0081】
本発明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つが本発明に係る偏光板であればよい。例えば、本発明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発明に係る偏光板であればよい。
【実施例】
【0082】
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く、本発明の効果を奏する範囲での変形及び改良は本発明に含まれる。
【0083】
［シミュレーション］
本発明に係る偏光板として、図２に示した偏光板、図４に示した偏光板、及び、図６に示した偏光板をモデルとしてシミュレーションを行った。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。
本発明に係る偏光板として、図２に示した偏光板、図４に示した偏光板、及び、図６に示した偏光板をモデルとしてシミュレーションを行った。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。
【0084】
比較のために、図８に示したベタ膜の保護膜に凸部が埋め込まれている構成のモデル、図９に示した保護膜形成前（保護膜なし）のモデルについてもシミュレーションを行った。図８及び図９において、図２、図４及び図６と同じ符号で示した部材は材料やパラメータはそれらと同じである。
図８において、符号１４０は、保護膜４０Ａ、４１Ａ、４２Ａと同じ材料からなる層であり、保護膜４０Ａ、４１Ａ、４２Ａに加工する前の状態を示す層であり、その厚み（高さ）ｈ１は図２、図４、及び図６のモデルと同じである。
図８において、符号１４０は、保護膜４０Ａ、４１Ａ、４２Ａと同じ材料からなる層であり、保護膜４０Ａ、４１Ａ、４２Ａに加工する前の状態を示す層であり、その厚み（高さ）ｈ１は図２、図４、及び図６のモデルと同じである。
【0085】
図２に示した偏光板（テーパー状部を有する保護膜）、図４に示した偏光板（放物線状部）、及び、図６に示した偏光板（放物線状部+彫り込み部）のモデルにおいて、共通のパラメータ及び材料は以下の通りである。
透明基板：材料（無アルカリガラス）、厚み（０．７ｍｍ）、
反射層 ：材料（Ａｌ）、厚み（２５０ｎｍ）、幅ｗ（３５ｎｍ）、
誘電体層：材料（ＳｉＯ２）、厚み（５ｎｍ）、幅ｗ（３５ｎｍ）、
吸収層 ：材料（ＦｅＳｉ）、厚み（２５ｎｍ）、幅ｗ（３５ｎｍ）、
保護膜 ：材料（ＳｉＯ２）、高さｈ１（１５ｎｍ）
グリッド：高さ（凸部と保護膜の和）ｈ（２９５ｎｍ）、ピッチｐ（１４１ｎｍ）。
図２に示した偏光板、図４に示した偏光板及び図６に示した偏光板のいずれの実施形態においても、保護膜の形状は、隣接する凸部間の中心（例えば、図３のＸ＝ｘ０）を基準にして左右対称である。
透明基板：材料（無アルカリガラス）、厚み（０．７ｍｍ）、
反射層 ：材料（Ａｌ）、厚み（２５０ｎｍ）、幅ｗ（３５ｎｍ）、
誘電体層：材料（ＳｉＯ２）、厚み（５ｎｍ）、幅ｗ（３５ｎｍ）、
吸収層 ：材料（ＦｅＳｉ）、厚み（２５ｎｍ）、幅ｗ（３５ｎｍ）、
保護膜 ：材料（ＳｉＯ２）、高さｈ１（１５ｎｍ）
グリッド：高さ（凸部と保護膜の和）ｈ（２９５ｎｍ）、ピッチｐ（１４１ｎｍ）。
図２に示した偏光板、図４に示した偏光板及び図６に示した偏光板のいずれの実施形態においても、保護膜の形状は、隣接する凸部間の中心（例えば、図３のＸ＝ｘ０）を基準にして左右対称である。
【0086】
また、図２に示した偏光板のモデルにおいて、頂面４０Aａａａの幅は凸部の幅Ｗと同じとし、かつ、凸部の高さ（ｈ－ｈ１）と同じ高さ位置での保護膜４０Ａの幅ｗ０（図３参照）は、４０．３９ｎｍとした。
また、図４に示した偏光板のモデルにおいて、曲線状傾斜面の形状は、凸部を透明基板の表面に直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面であって、第１方向に直交する面で切った断面から見て、放物線の式（Ｚ＝ａＸ２）で表すことができるものとした。また、頂面４１Aａａａの幅は凸部の幅Ｗと同じとし、かつ、凸部の高さ（ｈ－ｈ１）と同じ高さ位置での保護膜４１Ａの幅ｗ１（図５参照）は、３７．７３ｎｍとした。
また、図４に示した偏光板のモデルにおいて、曲線状傾斜面の形状は、凸部を透明基板の表面に直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面であって、第１方向に直交する面で切った断面から見て、放物線の式（Ｚ＝ａＸ２）で表すことができるものとした。また、頂面４１Aａａａの幅は凸部の幅Ｗと同じとし、かつ、凸部の高さ（ｈ－ｈ１）と同じ高さ位置での保護膜４１Ａの幅ｗ１（図５参照）は、３７．７３ｎｍとした。
【0087】
また、図６に示した偏光板のモデルにおいて、曲線状傾斜面の形状は、凸部を透明基板の表面に直交する面であって、かつ、第１方向に直交する面であって、第１方向に直交する面で切った断面から見て、放物線の式（Ｚ＝ｂＸ２）で表すことができるものとした。また、頂面４２Aａａａの幅は凸部の幅Ｗと同じとし、かつ、凸部の高さ（ｈ－ｈ１）と同じ高さ位置での保護膜４２Ａの幅ｗ２（図７参照）は、３７．５５ｎｍとした。
また、図６に示した偏光板のモデルにおいて、彫り込み部の深さｄは、２０ｎｍとした。
また、図６に示した偏光板のモデルにおいて、彫り込み部の深さｄは、２０ｎｍとした。
【0088】
図１０は、シミュレーションを行って得られた、可視光領域（赤色帯域：波長λ＝６００～６８０ｎｍ、緑色帯域：波長λ＝５２０ｎｍ～５９０ｎｍ、青色帯域：λ＝４３０ｎｍ～５１０ｎｍ））における透過軸透過率の分光波形を示すグラフである。横軸が波長λ（ｎｍ）を示しており、縦軸が透過軸透過率（％）を示している。ここで、透過軸透過率とは、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。
【0089】
図２に示した偏光板、図４に示した偏光板、及び、図６に示した偏光板のいずれも、ベタ膜の保護膜に凸部が埋め込まれている構成（図８）よりも、全波長範囲（４００ｎｍ～７００ｎｍ）で透過軸透過率が向上している。
３つ構成で比較すると、図６に示した偏光板（テーパー状部分+彫り込み部）、図４に示した偏光板、図２に示した偏光板の順に透過軸透過率が向上している。
図６に示した偏光板では、図４に示した偏光板に対して透明基板をわずかに彫り込むだけで、保護膜形成前（保護膜なし）の構成（図９）と同等レベルまで透過軸透過率が向上している。
これは、可視光以下の領域で保護膜の形状が基板方向（―Ｚ方向）に向けて広がっていくことにより、保護膜と、保護膜と隣接する空気層との間の屈折率差が徐々に小さくなっていくことによって、反射抑制効果が高くなっているためと考えられる。
３つ構成で比較すると、図６に示した偏光板（テーパー状部分+彫り込み部）、図４に示した偏光板、図２に示した偏光板の順に透過軸透過率が向上している。
図６に示した偏光板では、図４に示した偏光板に対して透明基板をわずかに彫り込むだけで、保護膜形成前（保護膜なし）の構成（図９）と同等レベルまで透過軸透過率が向上している。
これは、可視光以下の領域で保護膜の形状が基板方向（―Ｚ方向）に向けて広がっていくことにより、保護膜と、保護膜と隣接する空気層との間の屈折率差が徐々に小さくなっていくことによって、反射抑制効果が高くなっているためと考えられる。
【0090】
図１１は、シミュレーションを行って得られた、各波長帯域毎の透過軸透過率の平均値を示すグラフである。
【0091】
図２に示した偏光板、図４に示した偏光板、及び、図６に示した偏光板のいずれも、保護膜を有さない従来構成よりも、全波長帯域で透過軸透過率の平均値が向上している。
また、３つ構成で比較すると、全波長帯域において、図６に示した偏光板、図４に示した偏光板、図２に示した偏光板の順に透過軸透過率の平均値が向上している。
図６に示した偏光板では、図４に示した偏光板に対して透明基板をわずかに彫り込むだけで、保護膜形成前（保護膜なし）の構成（図９）と同等レベルまで透過軸透過率の平均値が向上している。
また、３つ構成で比較すると、全波長帯域において、図６に示した偏光板、図４に示した偏光板、図２に示した偏光板の順に透過軸透過率の平均値が向上している。
図６に示した偏光板では、図４に示した偏光板に対して透明基板をわずかに彫り込むだけで、保護膜形成前（保護膜なし）の構成（図９）と同等レベルまで透過軸透過率の平均値が向上している。
【符号の説明】
【0092】
１０、１１ 透明基板
１０ａ、１１ａ 第１の面
１０ｂ、１１ｂ 第２の面
２０ 凸部
２１ 反射層
２２ 誘電体層
２３ 吸収層
４０Ａ、４１Ａ、４２Ａ 保護膜
１００、２００、３００ 偏光板
１００ａ、２００ａ、３００ａ 偏光板の表面
１０ａ、１１ａ 第１の面
１０ｂ、１１ｂ 第２の面
２０ 凸部
２１ 反射層
２２ 誘電体層
２３ 吸収層
４０Ａ、４１Ａ、４２Ａ 保護膜
１００、２００、３００ 偏光板
１００ａ、２００ａ、３００ａ 偏光板の表面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】