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CN109975910B - 偏振光板及其制造方法以及光学设备 - Google Patents

偏振光板及其制造方法以及光学设备 Download PDF

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CN109975910B CN201811531052.6A CN201811531052A CN109975910B CN 109975910 B CN109975910 B CN 109975910B CN 201811531052 A CN201811531052 A CN 201811531052A CN 109975910 B CN109975910 B CN 109975910B
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Abstract

提供在反射率特性的控制方面优异的偏振光板及其制造方法以及具备该偏振光板的光学设备。具有线栅构造的偏振光板（10）具备：透明基板（1）；以及在所述透明基板上以比使用波段的光波长更短的间距排列并沿既定方向延伸的格子状凸部（6），格子状凸部（6）从透明基板（1）侧依次具有反射层（2）、第1电介质层（3）、和吸收层（4），在从该既定方向观看时，反射层和第1电介质层具有大致相同的宽度，且，吸收层的最小宽度小于反射层及第1电介质层的最小宽度。

Description

偏振光板及其制造方法以及光学设备
技术领域
本发明涉及偏振光板及其制造方法、以及光学设备。
背景技术
一直以来，作为偏振光元件提出了吸收型的线栅（wire grid）型偏振光元件，该吸收型的线栅型偏振光元件在基板上形成间距小于使用波段的光波长的金属格子，在该金属格子上形成电介质层及无机微粒子层，从而将由金属格子反射的光利用干涉效应除出，并且使另一个偏振光分量透射。针对这样的偏振光元件，近年来，随着液晶投影仪的高亮度化，对高透射率特性的要求越来越高，并且对较强光环境下的反射率特性的控制要求也越来越高。
在此，反射率特性取决于构成格子构造的、层间的干涉、或层内的吸收。而且，提出了通过将对应要求的材料使用于电介质层等，来控制反射率的方法（参照专利文献1）。然而在专利文献1中，由于各层作为矩形形状而设计，在纳米级难以形成完美的矩形，因此将形状一同考虑进去的材料设计成为非常困难的状況。
另外，提出了在形成金属层之前，在树脂制的基体材料形成细微图案而控制基体材料的反射率及波长，从而控制所得到的偏振光元件的反射率特性的方法（参照专利文献2）。然而，由于在专利文献2中所使用的基体材料为树脂制，与由无机材料构成的线栅偏振光元件相比，耐热性、耐光性差，要在强光环境下长期使用会有所不安。
【先前技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特表2010－530994号公报；
【专利文献2】日本特开2015－212741号公报。
发明内容
【发明要解决的课题】
本发明鉴于上述背景技术而构思，其目的在于提供在反射率特性的控制方面优异的偏振光板及其制造方法、以及具备该偏振光板的光学设备。
【用于解决课题的方案】
本发明人发现了在具有线栅构造，且该线栅构造具备透明基板和在透明基板上以比使用波段的光波长更短的间距排列并沿既定方向延伸的格子状凸部的偏振光板中，如果使格子状凸部从透明基板侧依次具备反射层、第1电介质层、和吸收层，并对从所述既定方向观看时的、反射层、第1电介质层、及吸收层的最小宽度的关系进行特别规定，则能够显现出使光吸收作用的波长范围偏移的效果，其结果，得到在反射率特性的控制方面优异的偏振光板，以至于完成本发明。
即本发明为具有线栅构造的偏振光板（例如，后述的偏振光板10），其具备：透明基板（例如，后述的透明基板1）；以及在所述透明基板上以比使用波段的光波长更短的间距排列并沿既定方向延伸的格子状凸部（例如，后述的格子状凸部6），所述格子状凸部从所述透明基板侧依次具有反射层（例如，后述的反射层2）、第1电介质层（例如，后述的第1电介质层3）、和吸收层（例如，后述的吸收层4），当从所述既定方向观看时，所述反射层和所述第1电介质层具有大致相同的宽度，且，所述吸收层的最小宽度小于所述反射层及所述第1电介质层的最小宽度。
也可以在所述吸收层的与第1电介质层相反的表面具有第2电介质层，当从所述既定方向观看时，所述吸收层的最小宽度小于所述第2电介质层的最小宽度。
当从所述既定方向观看时，所述反射层也可为大致矩形。
当从所述既定方向观看时，所述第1电介质层也可为大致矩形。
所述透明基板也可以对于使用波段的光波长透明，且由玻璃、石英、或蓝宝石构成。
所述反射层也可以由铝、或铝合金构成。
所述第1电介质层也可以由Si氧化物构成.
所述第2电介质层也可以由Si氧化物构成。
所述吸收层也可以包含Fe或Ta，并且包含Si而构成。
光入射的所述偏振光板的表面也可以被由电介质构成的保护膜覆盖。
光入射的所述偏振光板的表面也可以被有机类憎水膜覆盖。
另外，另一本发明是具有线栅构造的偏振光板的制造方法，具有：在透明基板的单面形成反射层的反射层形成工序；在所述反射层的与所述透明基板的相反面形成第1电介质层的第1电介质层形成工序；在所述第1电介质层的与所述反射层的相反面形成吸收层的吸收层形成工序；以及通过对所形成的层叠体进行选择性蚀刻，形成在透明基板上以比使用波段的光波长更短的间距排列的格子状凸部的蚀刻工序，在所述蚀刻工序中，通过组合各向同性蚀刻和各向异性蚀刻，使所述反射层和所述第1电介质层为大致相同的宽度，并使所述吸收层的最小宽度小于所述反射层及所述第1电介质层的最小宽度。
另外，另一本发明是具备所述偏振光板的光学设备。
【发明效果】
依据本发明，能够提供在反射率特性的控制方面优异的偏振光板及其制造方法、以及具备该偏振光板的光学设备。
附图说明
【图1】是示出本发明的一实施方式所涉及的偏振光板的截面示意图。
【图2】是示出现有构造的一实施方式所涉及的偏振光板的截面示意图。
【图3】是示出关于以绿色波段（波长λ＝520～590nm）最优化的、图1所示的偏振光板和图2所示的偏振光板，通过模拟来验证波长与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
【图4】是示出关于以蓝色波段（波长λ＝430～510nm）最优化的、图1所示的偏振光板和图2所示的偏振光板，通过模拟来验证波长与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
【图5】是示出关于以红色波段（波长λ＝600～680nm）最优化的、图1所示的偏振光板和图2所示的偏振光板，通过模拟来验证波长与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
【图6】是示出关于以绿色波段（波长λ＝520～590nm）最优化的、图1所示的偏振光板和图2所示的偏振光板，通过模拟来验证绿色波段（波长λ＝520～590nm）中的、吸收层的体积与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
【图7】是示出关于以蓝色波段（波长λ＝430～510nm）最优化的、图1所示的偏振光板和图2所示的偏振光板，通过模拟来验证蓝色波段（波长λ＝430～510nm）中的、吸收层的体积与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
【图8】是示出关于以红色波段（波长λ＝600～680nm）最优化的、图1所示的偏振光板和图2所示的偏振光板，通过模拟来验证红色波段（波长λ＝600～680nm）中的、吸收层的体积与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
【图9】是示出本发明的一实施方式所涉及的偏振光板的截面示意图。
【图10】是示出现有构造的一实施方式所涉及的偏振光板的截面示意图。
【图11】是示出关于以绿色波段（波长λ＝520～590nm）最优化的、图9所示的偏振光板和图10所示的偏振光板，通过模拟来验证波长与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
【图12】是示出关于以蓝色波段（波长λ＝430～510nm）最优化的、图9所示的偏振光板和图10所示的偏振光板，通过模拟来验证波长与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
【图13】是示出关于以红色波段（波长λ＝600～680nm）最优化的、图9所示的偏振光板和图10所示的偏振光板，通过模拟来验证波长与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
【图14】是示出关于以绿色波段（波长λ＝520～590nm）最优化的、图9所示的偏振光板和图10所示的偏振光板，通过模拟来验证绿色波段（波长λ＝520～590nm）中的、吸收层的体积与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
【图15】是示出关于以蓝色波段（波长λ＝430～510nm）最优化的、图9所示的偏振光板和图10所示的偏振光板，通过模拟来验证蓝色波段（波长λ＝430～510nm）中的、吸收层的体积与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
【图16】是示出关于以红色波段（波长λ＝600～680nm）最优化的、图9所示的偏振光板和图10所示的偏振光板，通过模拟来验证红色波段（波长λ＝600～680nm）中的、吸收层的体积与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
【图17】是示出本发明的一实施方式所涉及的偏振光板的截面示意图。
【图18】是示出本发明的一实施方式所涉及的偏振光板的截面示意图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。
[偏振光板]
本发明的偏振光板为具有线栅构造的偏振光板，具备透明基板和在透明基板上以比使用波段的光波长更短的间距（周期）排列并沿既定方向延伸的格子状凸部。另外，该格子状凸部从透明基板侧至少依次具有反射层、第1电介质层、和吸收层。此外，本发明的偏振光板只要体现本发明的效果，也可以存在除了透明基板、反射层、第1电介质层、吸收层以外的层。
图1是示出本发明的一实施方式所涉及的偏振光板10的截面示意图。如图1所示，偏振光板10具备：对于使用波段的光透明的透明基板1；以及在透明基板1的一个面上以比使用波段的光波长更短的间距排列的格子状凸部6。格子状凸部6从透明基板1侧依次具有反射层2、第1电介质层3、和吸收层4。即，偏振光板10具有在透明基板1上以一维格子状排列格子状凸部6的线栅构造，该格子状凸部6从透明基板1侧依次层叠反射层2、第1电介质层3、和吸收层4而形成。
在此，如图1所示，将格子状凸部6延伸的方向（既定方向）称为Y轴方向。另外，将与Y轴方向正交并沿着透明基板1的主面排列格子状凸部6的方向称为X轴方向。在该情况下，入射到偏振光板10的光，最好在透明基板1的形成有格子状凸部6的一侧从与X轴方向及Y轴方向正交的方向入射。
具有线栅构造的偏振光板，通过利用透射、反射、干涉及光学各向异性带来的选择性光吸收偏振光波的4个作用，使具有与Y轴方向平行的电场分量的偏振光波（TE波（S波））衰减，并使具有与X轴方向平行的电场分量的偏振光波（TM波（P波））透射。因而，在图1中，Y轴方向为偏振光板的吸收轴的方向，X轴方向为偏振光板的透射轴的方向。
从图1所示的偏振光板10的形成格子状凸部6的一侧入射的光，在通过吸收层4及第1电介质层3时有一部分被吸收而衰减。在透射吸收层4及第1电介质层3的光中的、偏振光波（TM波（P波））以较高的透射率透射反射层2。另一方面，在透射吸收层4及第1电介质层3的光中的、偏振光波（TE波（S波））在反射层2反射。在反射层2反射的TE波，在通过吸收层4及第1电介质层3时一部分被吸收，且一部分反射后返回到反射层2。另外，在反射层2反射的TE波，在通过吸收层4及第1电介质层3时干涉而衰减。如以上那样通过进行TE波的选择性衰减，偏振光板10能得到期望的偏振光特性。
本发明的偏振光板中的格子状凸部，如图1所示，在从各一维格子延伸的方向（既定方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下，具有反射层2、第1电介质层3及吸收层4。
在此，对于本说明书中的尺寸，使用图1来进行说明。高度是指图1中的垂直于透明基板1的主面的方向的尺寸。宽度W是指从沿着格子状凸部6的延伸方向的Y轴方向观看时，与高度方向正交的X轴方向的尺寸。另外，在从沿着格子状凸部6的延伸方向的Y轴方向观看偏振光板10时，将格子状凸部6的X轴方向的重复间隔称为间距P。
在本发明的偏振光板中，格子状凸部的间距P只要比使用波段的光波长更短就无特别限制。从制作的容易性及稳定性的观点来看，格子状凸部的间距P优选为例如100nm～200nm。该格子状凸部的间距P能够通过以扫描型电子显微镜或透射型电子显微镜观察来进行测定。例如，能够使用扫描型电子显微镜或透射型电子显微镜，对于任意4个部位测定间距P，将其算术平均值设为格子状凸部的间距P。以下，将该测定方法称为电子显微镜法。
本发明的偏振光板特征在于：在从格子状凸部延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时，反射层和第1电介质层具有大致相同的宽度，且，吸收层的最小宽度小于反射层及第1电介质层的最小宽度。由此，能够实现在反射率特性的控制方面优异的偏振光板。
（透明基板）
作为透明基板（图1中的透明基板1），只要为对使用波段的光显示透光性的基板就没有特别限制，能够对应目的适当选择。“对使用波段的光显示透光性”并不意味着使用波段的光的透射率为100％，显示能够保持作为偏振光板的功能的透光性即可。作为使用波段的光，能举出例如波长380nm～810nm左右的可见光。
透明基板的主面形状没有特别限制，可适当选择与目的对应的形状（例如，矩形形状）。透明基板的平均厚度优选例如0.3mm～1mm。
作为透明基板的构成材料，优选折射率为1.1～2.2的材料，可举出玻璃、石英、蓝宝石等。从成本及透光率的观点来看，优选使用玻璃，特别是石英玻璃（折射率1.46）或碱石灰玻璃（折射率1.51）。玻璃材料的成分组成没有特别限制，例如能够使用作为光学玻璃广泛流通的硅酸盐玻璃等的廉价玻璃材料。
另外，从热传导性的观点来看，优选使用热传导性高的石英或蓝宝石。由此，对于强光能得到较高的耐光性，优选作为发热量多的投影仪的光学引擎用偏振光板而使用。
此外，在使用由石英等的光学活性的晶体构成的透明基板的情况下，优选对于晶体的光学轴沿平行方向或垂直方向配置格子状凸部6。由此，能得到优异的光学特性。在此，光学轴是指沿该方向前进的光的O（正常光束）与E（异常光束）的折射率之差成为最小的方向轴。
（反射层）
反射层（图1中的反射层2）形成在透明基板的一个侧面，且沿作为吸收轴的Y轴方向排列了以带状延伸的金属膜。此外，在本发明中，在透明基板与反射层之间，也可以存在其他层。
图1所示的本发明的一实施方式所涉及的偏振光板10的反射层2，对于透明基板1的面方向垂直延伸，从格子状凸部延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下，具有矩形状。反射层具有作为线栅型偏振光镜的功能，使在与反射层的长边方向平行的方向具有电场分量的偏振光波（TE波（S波））衰减，并使在与反射层的长边方向正交的方向具有电场分量的偏振光波（TM波（P波））透射。
作为反射层的构成材料，只要为对于使用波段的光具有反射性的材料就没有特别限制，能举出例如Al、Ag、Cu、Mo、Cr、Ti、Ni、W、Fe、Si、Ge、Te等的元素单体，或包含1种以上这些元素的合金。其中，反射层优选由铝或铝合金构成。此外，除了这些金属材料以外，也可以由例如通过着色等来使表面的反射率较高地形成的金属以外的无机膜或树脂膜构成。
反射层的膜厚没有特别限制，例如优选为100nm～300nm。此外，反射层的膜厚例如能够通过上述电子显微镜法来测定。
在本发明的偏振光板中，反射层的宽度与后述的第1电介质层大致相同，且，其最小宽度需要比后述的吸收层的最小宽度更大。本发明中通过这种结构能够实现在反射率特性的控制方面优异的偏振光板。反射层的宽度也依据与格子状凸部的间距P的关系，但是优选为例如35nm～45nm的范围。此外，这些宽度例如能够通过上述电子显微镜法来测定。
作为使反射层的最小宽度比吸收层的最小宽度更大的方法，能举出例如组合使用各向同性蚀刻和各向异性蚀刻，来改变其平衡的方法。
（第1电介质层）
第1电介质层（图1中的第1电介质层3）形成在反射层上，且沿作为吸收轴的Y轴方向排列了以带状延伸的电介质膜。此外，在本发明中，也可以在反射层与第1电介质层之间存在其他层。
图1所示的本发明的一实施方式所涉及的偏振光板10的第1电介质层3，在反射层上对于透明基板1的面方向垂直层叠，当从格子状凸部延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下，具有矩形状。
关于第1电介质层的膜厚，以使透射吸收层并在反射层反射的偏振光的相位对于在吸收层反射的偏振光偏移半波长的范围形成。具体而言，第1电介质层的膜厚以可以调整偏振光的相位来提高干涉效果的1～500nm的范围适当设定。该第1电介质层的膜厚例如能够通过上述电子显微镜法来测定。
作为构成第1电介质层的材料，能举出SiO2等的Si氧化物；Al2O3、氧化铍、氧化铋等的金属氧化物；MgF2、冰晶石、锗、ニ氧化钛、硅、氟化镁、氮化硼、氧化硼、氧化钽、碳、或它们的组合等的一般性材料。其中，第1电介质层3优选由Si氧化物构成。
第1电介质层的折射率优选大于1.0且2.5以下。反射层的光学特性也因周围的折射率而受影响，所以通过选择第1电介质层的材料，能够控制偏振光特性。
另外，通过适当调整第1电介质层的膜厚、折射率，对于在反射层反射的TE波，能够在透射吸收层时使一部分反射而返回到反射层，并能利用干涉来使通过吸收层的光衰减。这样，通过进行TE波的选择性衰减，能够得到期望的偏振光特性。
在本发明的偏振光板中，第1电介质层的宽度与前述的反射层大致相同，且，其最小宽度需要比后述的吸收层的最小宽度更小。本发明中通过这样的结构，能够实现在反射率特性的控制方面优异的偏振光板。第1电介质层的宽度也依据与格子状凸部的间距P的关系，但是优选为例如35nm～45nm的范围。此外，这些宽度例如能够通过上述电子显微镜法来测定。
（吸收层）
吸收层（图1中的吸收层4）形成在第1电介质层上，且沿作为吸收轴的Y轴方向以带状延伸并排列。在本发明中，特征在于：当从作为吸收轴的Y轴方向（既定方向）观看时，吸收层的最小宽度小于上述反射层及第1电介质层的最小宽度。在本发明中，使吸收层的形状为如上述，从而能够体现使光吸收作用的波长范围偏移的效果，其结果，能够实现在反射率特性的控制方面优异的偏振光板。
图1所示的本发明的一实施方式所涉及的偏振光板10的吸收层4，当从格子状凸部延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下，为大致等腰梯形状，具有侧面沿越向前端侧（透明基板1的相反侧）宽度越窄的方向倾斜的细尖形状。
在本实施方式中，吸收层4的最大宽度在吸收层4中成为透明基板1侧的最表面的宽度，这与在从格子状凸部6延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下为矩形状的、反射层2及第1电介质层3的最大宽度大致相同。
另外，吸收层4的最小宽度在吸收层4中成为与透明基板1相反侧的最表面的宽度，这小于在从格子状凸部6延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下为矩形状的、反射层2及第1电介质层3的最小宽度。
作为吸收层的构成材料，可举出金属材料或半导体材料等的光学常数的消光常数不为零的、具有光吸收作用的1种以上的物质，可根据所适用的光的波长范围适当选择。作为金属材料，能举出Ta、Al、Ag、Cu、Au、Mo、Cr、Ti、W、Ni、Fe、Sn等的元素单体或包含1种以上这些元素的合金。另外，作为半导体材料，能举出Si、Ge、Te、ZnO、硅化物材料（β－FeSi2、MgSi2、NiSi2、BaSi2、CrSi2、CoSi2、TaSi等）。通过使用这些材料，偏振光板10对于所适用的可见光区能得到较高的消光比。其中，优选吸收层包含Fe或Ta，并且包含Si而构成。
在作为吸收层使用半导体材料的情况下，由于半导体的带隙能量参与吸收作用，所以需要使带隙能量为使用波段以下。例如，在以可见光使用的情况下，需要使用波长400nm以上吸收、即作为带隙3.1ev以下的材料。
吸收层的膜厚没有特别限制，例如，优选10nm～100nm。该吸收层4的膜厚例如能够通过上述电子显微镜法来测定。
此外，吸收层能够利用蒸镀法、溅射法来形成为高密度的膜。另外，吸收层也可以由构成材料不同的2层以上构成。
吸收层的最大宽度也依据与格子状凸部的间距P的关系，但是例如优选为35nm～45nm的范围。另外，吸收层的最大宽度也可以与位于吸收层的下层的、例如第1电介质层的宽度大致相同。此外，这些宽度例如能够通过上述电子显微镜法来测定。
如上所述，本发明中，当从作为吸收轴的Y轴方向（既定方向）观看时，吸收层的最小宽度需要小于上述反射层及第1电介质层的最小宽度。本发明中通过这种结构，能够实现在反射率特性的控制方面优异的偏振光板。吸收层的最小宽度优选为例如对于吸收层的最大宽度的比例小于100％且在60～90％的范围。此外，这些宽度例如能够通过上述电子显微镜法来测定。
（扩散阻挡层）
本发明的偏振光板也可以在第1电介质层与吸收层之间具有扩散阻挡层。即在图1所示的偏振光板中，格子状凸部6从透明基板1侧依次具有反射层2、第1电介质层3、扩散阻挡层、和吸收层4。由于具有扩散阻挡层，能防止吸收层中的光扩散。该扩散阻挡层能够由Ta、W、Nb、Ti等的金属膜构成。
（保护膜）
另外，本发明的偏振光板在不影响光学特性的变化的范围内，光的入射侧的表面也可以被由电介质构成的保护膜覆盖。保护膜由电介质膜构成，例如能够利用CVD（化学气相沉积：Chemical Vapor Deposition）或ALD（原子层沉积：Atomic Layer Deposition）形成在偏振光板的表面（形成有线栅的表面）上。由此，能够抑制对金属膜的所需以上的氧化反应。
（有机类憎水膜）
进而，关于本发明的偏振光板，光的入射侧的表面也可以被有机类憎水膜覆盖。有机类憎水膜例如由全氟十二烷基三氯硅烷 （FDTS）等的氟类硅烷化合物等构成，例如可以利用上述CVD或ALD来形成。由此，能够提高偏振光板的耐湿性等的可靠性。
此外，本发明并不局限于图1所示的上述实施方式，能够达成本发明目的的范围内的变形及改良将被包括在本发明。
图9是示出本发明的另一实施方式所涉及的偏振光板30的截面示意图。图9所示的偏振光板30，在格子状凸部6中，除了在图1所示的偏振光板10的吸收层4之上形成第2电介质层5以外，是与图1所示的偏振光板10相同的结构。
（第2电介质层）
图9所示的偏振光板30的第2电介质层5，在吸收层上对于透明基板1的面方向垂直层叠，当从格子状凸部延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下，具有矩形状。另外，在图9所示的偏振光板30中，第2电介质层5的宽度成为与第1电介质层3的宽度相同。
关于第2电介质层的膜厚、材料、折射率、形状等，与上述的第1电介质层同样。
在图9所示的实施方式中，吸收层4的最大宽度在吸收层4中成为透明基板1侧的最表面的宽度，这与在从格子状凸部6延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下为矩形状的、反射层2及第1电介质层3的最大宽度大致相同。
另外，吸收层4的最小宽度在吸收层4中成为与透明基板1相反侧的最表面的宽度，这小于当从格子状凸部6延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下为矩形状的、反射层2及第1电介质层3的最小宽度。
图17是示出本发明的又另一实施方式所涉及的偏振光板50的截面示意图。图17所示的偏振光板50，在格子状凸部6中在吸收层4上形成第2电介质层5，除了吸收层4的形状不同以外，是与图9所示的偏振光板30相同的结构。
图17所示的偏振光板50的吸收层4，在从格子状凸部延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下，为大致等腰梯形状，具有侧面沿越向前端侧（透明基板1的相反侧）宽度越宽的方向倾斜的细尖形状。
在图17所示的实施方式中，吸收层4的最大宽度在吸收层4中成为与透明基板1相反侧的最表面的宽度，这与在从格子状凸部6延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下为矩形状的、反射层2及第1电介质层3的最大宽度大致相同。
另外，吸收层4的最小宽度在吸收层4中成为透明基板1侧的最表面的宽度，这小于当从格子状凸部6延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下为矩形状的、反射层2及第1电介质层3的最小宽度。
图18是示出本发明的又另一实施方式所涉及的偏振光板60的截面示意图。图18所示的偏振光板60，在格子状凸部6中在吸收层4上形成第2电介质层5，除了吸收层4的形状不同以外，是与图9所示的偏振光板30相同的结构。
图18所示的偏振光板60的吸收层4的形状为：在从格子状凸部延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下，膜厚方向的大致中心成为最小宽度，与第1电介质层及第2电介质层相接的边成为最大宽度。
在图18所示的实施方式中，吸收层4的最大宽度成为与第1电介质层及第2电介质层相接的边的长度，这与当从格子状凸部6延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下为矩形状的、反射层2及第1电介质层3的最大宽度大致相同。
另外，吸收层4的最小宽度在吸收层4中成为膜厚方向的大致中心的宽度，这小于当从格子状凸部6延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下为矩形状的、反射层2及第1电介质层3的最小宽度。
[偏振光板的制造方法]
本发明的偏振光板的制造方法包括反射层形成工序、第1电介质层形成工序、吸收层形成工序、和蚀刻工序。
在反射层形成工序中，在透明基板的单面形成反射层。在第1电介质层形成工序中，在以反射层形成工序形成的反射层上形成第1电介质层。在吸收层形成工序中，在以第1电介质层形成工序形成的第1电介质层上形成吸收层。这些各层形成工序中，例如利用溅射法或蒸镀法，能够形成各层。
在蚀刻工序中，对于经上述各层形成工序而形成的层叠体进行选择性蚀刻，从而形成以比使用波段的光波长更短的间距排列在透明基板上的格子状凸部。具体而言，例如利用光刻法或纳米压印法，形成一维格子状的掩模图案。然后，通过对上述层叠体进行选择性蚀刻，形成以比使用波段的光波长更短的间距排列在透明基板上的格子状凸部。作为蚀刻方法，可举出例如使用与蚀刻对象对应的蚀刻气体的干蚀刻法。
特别是在本发明中，通过组合各向同性蚀刻和各向异性蚀刻来改变平衡，使反射层与第1电介质层为大致相同的宽度，并使吸收层的最小宽度小于所述反射层及所述第1电介质层的最小宽度。
此外，本发明的偏振光板的制造方法也可以具有以由电介质构成的保护膜包覆其表面的工序。另外，本发明的偏振光板的制造方法也可以具有以有机类憎水膜包覆其表面的工序。
[光学设备]
本发明的光学设备具备上述的本发明所涉及的偏振光板。本发明所涉及的偏振光板能够以各种用途加以利用。作为能够适用的光学设备，能举出例如液晶投影仪、头戴式显示器、数码相机等。特别是，本发明所涉及的偏振光板为在耐热性方面优异的无机偏振光板，因此与由有机材料构成的有机偏振光板相比，能够适合使用于要求耐热性的液晶投影仪、头戴式显示器等的用途。
在本发明所涉及的光学设备具备多个偏振光板的情况下，只要多个偏振光板的至少一个为本发明所涉及的偏振光板即可。例如，在本实施方式所涉及的光学设备为液晶投影仪的情况下，只要配置在液晶面板的入射侧及出射侧的偏振光板的至少一个为本发明所涉及的偏振光板即可。
依据以上说明的本发明的偏振光板及其制造方法以及光学设备，得到如下的效果。
本发明所涉及的偏振光板具有线栅构造，该线栅构造具备透明基板和在透明基板上以比使用波段的光波长更短的间距排列并沿既定方向延伸的格子状凸部，使格子状凸部从透明基板侧依次具备反射层、第1电介质层、和吸收层，通过对从所述的既定方向观看时的、反射层、第1电介质层及吸收层的最小宽度的关系进行特别规定，能够显现使光吸收作用的波长范围偏移的效果，其结果，使得在反射率特性的控制方面优异。因而，依据本发明，能够提供在反射率特性的控制方面优异的偏振光板及其制造方法、以及具备该偏振光板1的光学设备。
[实施例]
接着，对本发明的实施例进行说明，但是本发明并不局限于这些实施例。
＜实施例1及比较例1＞
[偏振光板的制作]
在实施例1中，制作具有图1所示的构造的偏振光板10，该偏振光板10分别按绿色波段（波长λ＝520～590nm）、蓝色波段（波长λ＝430～510nm）、及红色波段（波长λ＝600～680nm）进行最优化，并各自供于模拟。
另外，作为比较例1，分别制作了仅在吸收层3的构造上与实施例1的偏振光板10不同的偏振光板20，并供于模拟。成为比较例1的偏振光板20，是图2所示的构造，从格子状凸部6延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下，吸收层4的形状为矩形，成为与反射层2及第1电介质层3大致相同的宽度。
[模拟方法]
关于偏振光板10及偏振光板20的光学特性，通过利用RCWA（严格耦合波分析：Rigorous Coupled Wave Analysis）法进行的电磁场模拟来进行验证。模拟中使用了Grating Solver Development公司的光栅模拟器Gsolver。
[模拟结果]
图3是示出关于以绿色波段（波长λ＝520～590nm）最优化的、偏振光板10及偏振光板20，验证了波长与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
图4是示出关于以蓝色波段（波长λ＝430～510nm）最优化的、偏振光板10及偏振光板20，验证了波长与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
图5是示出关于以红色波段（波长λ＝600～680nm）最优化的、偏振光板10及偏振光板20，验证了波长与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
在图3～图5中，横轴示出波长λ（nm），纵轴示出吸收轴反射率（％）。在此，吸收轴反射率是指入射偏振光板的吸收轴方向（Y轴方向）的偏振光（TE波）的反射率。另外，在图3～图5中，以虚线示出的图表表示成为实施例1的本发明的偏振光板10的结果，而以实线示出的图表表示成为比较例1的偏振光板20的结果。
如图3～图5所示，实施例1的偏振光板10与比较例1的偏振光板20相比，波形位置偏移，在绿色波段（波长λ＝520～590nm）、蓝色波段（波长λ＝430～510nm）、及红色波段（波长λ＝600～680nm）的所有波段中，能够将吸收轴反射率抑制得较低。
图6是示出关于以绿色波段（波长λ＝520～590nm）最优化的、偏振光板10及偏振光板20，通过模拟来验证绿色波段（波长λ＝520～590nm）中的、吸收层的体积与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
图7是示出关于以蓝色波段（波长λ＝430～510nm）最优化的、偏振光板10及偏振光板20，通过模拟来验证蓝色波段（波长λ＝430～510nm）中的、吸收层的体积与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
图8是示出关于以红色波段（波长λ＝600～680nm）最优化的、偏振光板10及偏振光板20，通过模拟来验证红色波段（波长λ＝600～680nm）中的、吸收层的体积与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
在图6～图8中，横轴示出吸收层的体积，纵轴示出吸收轴反射率（％）。在此，吸收轴反射率与上述同样，是指入射偏振光板的吸收轴方向（Y轴方向）的偏振光（TE波）的反射率。在图6～图8中，吸收层的体积成为100％的点表示成为比较例1的偏振光板20的结果，而体积小于100％的范围表示成为实施例1的本发明的偏振光板10的结果。
如图6～图8所示，实施例1的偏振光板10通过波形位置随着吸收层的体积变化而偏移，能够在绿色波段（波长λ＝520～590nm）、蓝色波段（波长λ＝430～510nm）、及红色波段（波长λ＝600～680nm）的所有波段中进行反射率特性的控制，判断为能够进行最优化。
＜实施例2及比较例2＞
[偏振光板的制作]
在实施例2中，制作具有图9所示的构造的偏振光板30，该偏振光板30分别按绿色波段（波长λ＝520～590nm）、蓝色波段（波长λ＝430～510nm）、及红色波段（波长λ＝600～680nm）进行最优化，并各自供于模拟。
另外，作为比较例2，分别制作了仅在吸收层3的构造上与实施例2的偏振光板30不同的偏振光板40，并供于模拟。成为比较例2的偏振光板40，是图10所示的构造，从格子状凸部6延伸的方向（既定方向：Y轴方向）观看时、即在与既定方向正交的截面观察下，吸收层4的形状为矩形，成为与反射层2及第1电介质层3大致相同的宽度。
[模拟方法]
关于偏振光板30及偏振光板40的光学特性，通过利用RCWA（严格耦合波分析：Rigorous Coupled Wave Analysis）法进行的电磁场模拟来进行验证。模拟中使用了Grating Solver Development公司的光栅模拟器Gsolver。
[模拟结果]
图11是示出关于以绿色波段（波长λ＝520～590nm）最优化的、偏振光板30及偏振光板40，验证了波长与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
图12是示出关于以蓝色波段（波长λ＝430～510nm）最优化的、偏振光板30及偏振光板40，验证了波长与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
图13是示出关于以红色波段（波长λ＝600～680nm）最优化的、偏振光板30及偏振光板40，验证了波长与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
在图11～图13中，横轴示出波长λ（nm），纵轴示出吸收轴反射率（％）。在此，吸收轴反射率是指入射偏振光板的吸收轴方向（Y轴方向）的偏振光（TE波）的反射率。另外，在图11～图13中，以虚线示出的图表表示成为实施例2的本发明的偏振光板30的结果，而以实线示出的图表表示成为比较例2的偏振光板40的结果。
如图11～图13所示，实施例2的偏振光板30与比较例2的偏振光板40相比，波形位置偏移，在绿色波段（波长λ＝520～590nm）、蓝色波段（波长λ＝430～510nm）、及红色波段（波长λ＝600～680nm）的所有波段中，能够将吸收轴反射率抑制得较低。
图14是示出关于以绿色波段（波长λ＝520～590nm）最优化的、偏振光板30及偏振光板40，通过模拟来验证绿色波段（波长λ＝520～590nm）中的、吸收层的体积与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
图15是示出关于以蓝色波段（波长λ＝430～510nm）最优化的、偏振光板30及偏振光板40，通过模拟来验证蓝色波段（波长λ＝430～510nm）中的、吸收层的体积与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
图16是示出关于以红色波段（波长λ＝600～680nm）最优化的、偏振光板30及偏振光板40，通过模拟来验证红色波段（波长λ＝600～680nm）中的、吸收层的体积与吸收轴反射率的关系的结果的图表。
在图14～图16中，横轴示出吸收层的体积，纵轴示出吸收轴反射率（％）。在此，吸收轴反射率与上述同样，是指入射偏振光板的吸收轴方向（Y轴方向）的偏振光（TE波）的反射率。在图14～图16中，吸收层的体积成为100％的点表示成为比较例2的偏振光板40的结果，而体积小于100％的范围表示成为实施例2的本发明的偏振光板30的结果。
如图14～图16所示，实施例2的偏振光板30通过波形位置随着吸收层的体积变化而偏移，能够在绿色波段（波长λ＝520～590nm）、蓝色波段（波长λ＝430～510nm）、及红色波段（波长λ＝600～680nm）的所有波段中进行反射率特性的控制，判断为能够进行最优化。
【标号说明】
10、20、30、40、50、60 偏振光板；1 透明基板；2 反射层；3第1电介质层；4 吸收层；5 第2电介质层；6 格子状凸部；P 格子状凸部的间距；W 宽度；L 光。

Claims (12)

1.一种具有线栅构造的偏振光板，具备：
透明基板；以及
格子状凸部，在所述透明基板上以比使用波段的光波长更短的间距排列，并沿既定方向延伸，
所述格子状凸部从所述透明基板侧依次具有反射层、第1电介质层、和吸收层，
当从所述既定方向观看时，所述反射层和所述第1电介质层具有大致相同的宽度，且，所述吸收层的最大宽度与所述反射层及所述第1电介质层的最大宽度大致相同，所述吸收层的最小宽度小于所述反射层及所述第1电介质层的最小宽度，
仅在所述吸收层的与所述第1电介质层相反的表面具有第2电介质层，
当从所述既定方向观看时，所述吸收层的最小宽度小于所述第2电介质层的最小宽度。
2.如权利要求1所述的偏振光板，其中，
当从所述既定方向观看时，所述反射层为大致矩形。
3.如权利要求1至2中任一项所述的偏振光板，其中，
当从所述既定方向观看时，所述第1电介质层为大致矩形。
4.如权利要求1至3中任一项所述的偏振光板，其中，
所述透明基板对于使用波段的光波长透明，且由玻璃、石英、或蓝宝石构成。
5.如权利要求1至4中任一项所述的偏振光板，其中，
所述反射层由铝或铝合金构成。
6.如权利要求1至5中任一项所述的偏振光板，其中，
所述第1电介质层由Si氧化物构成。
7.如权利要求1至6中任一项所述的偏振光板，其中，
所述第2电介质层由Si氧化物构成。
8.如权利要求1至7中任一项所述的偏振光板，其中，
所述吸收层包含Fe或Ta，并且包含Si而构成。
9.如权利要求1至8中任一项所述的偏振光板，其中，
光入射的所述偏振光板的表面，被由电介质构成的保护膜覆盖。
10.如权利要求1至9中任一项所述的偏振光板，其中，
光入射的所述偏振光板的表面，被有机类憎水膜覆盖。
11.一种具有线栅构造的偏振光板的制造方法，包括：
在透明基板的单面形成反射层的反射层形成工序；
在所述反射层的与所述透明基板相反面形成第1电介质层的第1电介质层形成工序；
在所述第1电介质层的与所述反射层相反面形成吸收层的吸收层形成工序；以及
通过对所形成的层叠体进行选择性蚀刻，形成在透明基板上以比使用波段的光波长更短的间距排列的格子状凸部的蚀刻工序，
在所述蚀刻工序中，通过组合各向同性蚀刻和各向异性蚀刻，来使所述反射层和所述第1电介质层为大致相同的宽度，使所述吸收层的最大宽度与所述反射层及所述第1电介质层的最大宽度大致相同且使所述吸收层的最小宽度小于所述反射层及所述第1电介质层的最小宽度，
仅在所述吸收层的与所述第1电介质层相反的表面形成第2电介质层，当从既定方向观看时，所述吸收层的最小宽度小于所述第2电介质层的最小宽度。
12.一种光学设备，具备权利要求1至11中任一项所述的偏振光板。
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