JP4559997B2

JP4559997B2 - 偏光板

Info

Publication number: JP4559997B2
Application number: JP2006098762A
Authority: JP
Inventors: 元一大津; 崇八井
Original assignee: 財団法人光産業技術振興協会
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007272016A

Description

本発明は、ガラス板上に特定の偏光成分のみを透過させる偏光子を配列させた偏光板に関する。

偏光板は、通常、方向性を持つ結晶で構成され、一の方向に振動する光の偏光成分のみを透過させる。通常、この偏光板は、いわゆるプロジェクタ等の液晶表示装置に適用される。

偏光板を作製する場合には、先ずポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムを染色工程、架橋工程、および延伸工程を経て乾燥することにより偏光子を作製する。その上に、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム等の偏光子保護フィルムを貼り合わせる。さらにその両面に偏光板の保護、機能付与、または積層時の利便性を目的とした保護層、光学層、および粘着層等を適宜積層する。

また、偏光板としては、上述の如き色素を利用して偏光成分を分離する技術以外に、偏光子としてワイヤグリッドを利用した、いわゆるワイヤグリッド型も提案されている。

このワイヤグリッド型の偏光板は、ガラス板に長さ１０ｍｍ以上の金属細線を埋め込む。その結果、金属細線の長軸方向と平行な偏光成分が入射された場合には、この金属細線中の電子が当該偏光成分の光に応じて振動することになる。上記光の偏光方向は、この金属細線中の電子の振動方向と一致するため、偏光方向がこの金属細線の長軸方向と同一の光は、電子の振動によって徐々に減衰していくことになる。その結果、金属細線の長軸方向と平行な偏光成分の透過が抑制され、その長軸方向と直交する光の偏光成分のみ透過することになる。

なお近年においては、例えば特許文献１に示すようなワイヤグリッド偏光子が提案されている。
特開２００２−３２８２３４号公報

しかしながら、従来用いられるワイヤーグリッドでは数ｍｍ程度の金属細線としてのグリッドを作成する必要があるが、これを作成するためには電子ビーム描画装置を用いた場合には、描画する面積に制限があるために、微細化には限界があった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、金属細線長を短くすることにより、細線幅を１００ｎｍ以下まで微細化することが可能な偏光板を提供することにある。

本発明者は、上述した課題を解決するために、ガラス板上に特定の偏光成分のみを透過させる偏光子を配列させた偏光板とする際に、その偏光子を１０μｍ以下の長さで構成される金属細線を平行に２本並べることにより１グループとされ、当該グループをガラス板上に縦横方向へ周期的に配列させることにより、所定の偏光成分のみを透過させることができる点に着目し、以下の構成からなる偏光板を発明した。

即ち、本発明に係るガラス板上に特定の偏光成分のみを透過させる偏光子を配列させた偏光板において、上記偏光子は、１０μｍ以下の長さで構成される金属細線を平行に２本並べることにより１グループとされ、当該グループを上記ガラス板上に縦横方向へ周期的に配列させてなり、さらに上記金属細線の長軸方向と略同一方向の偏光成分のみを透過させることを特徴とする。

この金属細線は、２００ｎｍ〜１０μｍの長さで構成されるようにしてもよいし、また、金属細線の材質は、金、銀、アルミニウムまたは銅とされていてもよい。

さらにこの偏光子は、金属細線の長軸方向と略同一方向の偏光成分が入射された場合に、当該金属細線内においてプラズモンを励起させるとともに、その隣接する細線内に励振されたプラズモンとの近接場相互作用に基づいて、偏光成分の散乱強度を増強させるようにしてもよい。

本発明では、ガラス板上に特定の偏光成分のみを透過させる偏光子を配列させた偏光板とする際に、その偏光子を１０μｍ以下の長さで構成される金属細線を平行に２本並べることにより１グループとされ、当該グループをガラス板上に縦横方向へ周期的に配列させる。その結果、上記金属細線の長軸方向と略同一方向の偏光成分のみを透過させることが可能となる。また、偏光板をナノメータサイズまで微小化させることができ、ナノデバイスの偏光素子として、その用途を拡大させることができる。さらには、金属細線の長さを短くすることが可能であるため、電子ビーム描画装置などを用いた場合でも１００ｎｍ以下の細線を利用することが可能となるため、より強い電場増強が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、ガラス板上に特定の偏光成分のみを透過させる偏光子を配列させた偏光板に関し、図面を参照しながら詳細に説明をする。

本発明を適用した偏光板１は、例えば図１に示すように、ガラス１１と、このガラス板１１上に配列させた偏光子１２とを備えている。

偏光子１２は、平行に２本並べた金属細線１３を１グループとして構成される。この偏光子１２を構成する金属細線１３の材質は、例えば、金、銀、アルミニウムまたは銅等である。因みに、ガラス板１１上には、この偏光子１２のグループが縦横方向へ配列されている。

図２は、この偏光子１２の構成の模式図である。この図２に示すように、金属細線１３は、長さＬ、幅ｄ、厚みｔのサイズで表現することができ、さらに、平行に２本並べた金属細線の間隔はＤで現されるものとする。

本発明を適用した偏光板１において、金属細線１３の長さＬは、２００ｎｍ〜１μｍで構成されている。また、幅ｄは、Ｌ／２以下の範囲とし、さらに厚みｔは１００ｎｍ以下の範囲とされる。さらに、間隔Ｄに関しては、波長以下の範囲とされる。その理由として細線間での近接場相互作用の及ぶ範囲以下に細線を配列する必要があるからである。

金属細線１３の長軸方向と略同一方向の偏光成分ｘの光がこの偏光板１に入射された場合には、これに応じて金属細線１３中の電子が振動することになる。しかしながら、本発明では、その偏光子１２を構成する金属細線１３の長さを最大１μｍで構成しているため、上記電子の振動幅は、ナノオーダとなる。即ち、金属細線１３の長さをナノオーダまで短く構成することにより、内部を揺れ動く電子の振動幅を抑え込むことが可能となり、これに伴って偏光板１に入射した光が電子の振動によって減衰するのを防止することが可能となる。

金属細線１３の長軸方向と略同一方向の偏光成分ｘの光がこの偏光板１に入射された場合には、金属細線１３内においてプラズモンが励起されることになる。また、細線長さを最適化することにより、金属細線が共振器として作用するために、通常のプラズモンで誘起される電場強度よりも非常に大きい電界が得られる。さらに、１グループを構成する２本の金属細線１３は、間隔Ｄ（＝Ｌ−２ｄ）で構成するようにしてもよい。かかる場合には、これと同一方向の偏光成分ｘの光が入射された場合にはこれら２本の金属細線１３間においてプラズモンを励振するダイポールにより近接場−近接場相互作用（近接効果）が生じることになる。

これらプラズモンの共鳴励起と、近接場−近接場相互作用の双方に基づいて、細線が単独で存在した場合に対して、２倍以上に偏光成分ｘの光の散乱強度は増大することになる。

これに対して、金属細線１３の長軸方向と直交する方向の偏光成分ｙの光がこの偏光板１に入射された場合には、金属細線１３内において光が吸収されることはないのでプラズモンが励起されることはなくなる。

このため、偏光成分ｙの光が入射された場合には、プラズモン励起と、近接効果が生じないため、光の散乱強度が増大することはなくなる。

その結果、この偏光子１２に入射した偏光成分ｘの光は、散乱強度が増大し、これに垂直な偏光成分ｙの光は、散乱強度が増大することはなくなる。即ち、この偏光子１２において、偏光成分ｘの透過量が増加し、偏光成分ｙの透過量が減少することになる。このような偏光子１２を周期的に配列させた偏光板１は、一の方向に振動する光の偏光成分のみを透過させることが可能となる。

幅ｄが８０ｎｍ、厚みｔが２５ｎｍ、間隔Ｄが(Ｌ−２ｄ)ｎｍの金属細線１３を２本平行に並べた偏光子１２の長さＬに対する散乱強度比の大きさを評価した結果を図３に示す。この評価例において、照射する光の波長は、６００ｎｍとしている。また、照射する光の偏光方向は、金属細線１３の長軸方向と同一としている。

因みに、この図３の縦軸で示される散乱強度比は、金属細線１３を１本のみとした場合における散乱強度に対する比で表している。この図３に示すように、金属細線１３を平行に２本並べることにより、これを１本のみで構成する場合と比較して散乱強度比を大幅に向上させることができることが示されている。これは、近接効果に基づくものである。また、長さＬを２８０ｎｍ〜１０８０ｎｍまで変化させるにつれて、散乱強度比は変化することになり、長さＬが３８０ｎｍにおいて最大となる。即ち、金属細線１３の長さＬやその間隔Ｄを最適化することにより、単に２本の金属細線１３が並んでいる場合と比較して散乱強度比を向上させることが可能となる。これは、金属細線１３内部のプラズモン励起と、近接効果に基づくものである。

金属細線１３が図４の横軸に示す形状からなるサンプルＡ〜Ｅについて散乱強度を計算した。サンプルＡは、金属細線１３により四角形を形成した場合、サンプルＢは、偏光方向に対して平行な２本の金属細線１３で構成した場合、サンプルＣは、偏光方向に対して垂直な２本の金属細線１３で構成した場合、サンプルＤは、偏光方向に対して平行な１本の金属細線１３で構成した場合、サンプルＥは、偏光方向に対して垂直な１本の金属細線１３で構成した場合について示している。それぞれについて、金属細線１３の長さＬを２８０〜１０８０ｎｍまで１００ｎｍ毎に散乱強度を計算した。その結果、特にサンプルＢとＣとの間で高い消光比が得られた。

なお、このサンプルＢとＣの差異は、偏光方向に対して平行であるか、垂直であるかの差を表しているものであり、本発明に係る偏光板１に相当する構成である。

本発明を適用した偏光板の構成について説明するための斜視図である。偏光子の構成の模式図である。偏光子の長さＬに対する散乱強度比の大きさを評価した結果を示す図である。各種金属細線の形状に対する散乱強度の計算値を示す図である。

符号の説明

１偏光板
１１ガラス
１２偏光子
１３金属細線

Claims

ガラス板上に特定の偏光成分のみを透過させる偏光子を配列させた偏光板において、
上記偏光子は、１０μｍ以下の長さで構成される金属細線を平行に２本並べることにより１グループとされ、当該グループを上記ガラス板上に縦横方向へ周期的に配列させてなり、さらに上記金属細線の長軸方向と略同一方向の偏光成分のみを透過させること
を特徴とする偏光板。
上記金属細線は、２００ｎｍ〜１０μｍの長さで構成されていること
を特徴とする請求項１記載の偏光板。
上記金属細線の材質は、金、銀、アルミニウムまたは銅とされていること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏光板。
上記偏光子は、上記金属細線の長軸方向と略同一方向の偏光成分が入射された場合に、当該金属細線内においてプラズモンを励起させるとともに、その隣接する細線内に励振されたプラズモンとの近接場相互作用に基づいて、上記偏光成分の散乱強度を増強させること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の偏光板。