CN112088326B - 偏振片及其制造方法、以及光学仪器 - Google Patents

偏振片及其制造方法、以及光学仪器 Download PDF

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Abstract

本发明提供：在具有高透射率特性的同时反射光得到抑制的偏振片及其制造方法、以及具备该偏振片的光学仪器。本发明涉及具有线栅结构的偏振片(100)，所述偏振片具备透明基板(1)和格子状凸部(20)，所述格子状凸部(20)以短于使用频带的光的波长的间距排列在上述透明基板上、并沿规定方向延伸，格子状凸部(20)从透明基板(1)侧起依次具有反射层(3)和电介质层(4)，在从该规定方向观察时，上述反射层(3)在侧边具有至少1个以上的步进，并且成为透明基板(1)侧的底边的宽度最大。

Description

偏振片及其制造方法、以及光学仪器
技术领域
本发明涉及偏振片及其制造方法、以及光学仪器。
背景技术
以往，作为偏振元件，提出了吸收型的线栅型偏振元件，其通过在基板上形成小于使用频带的光的波长的间距的金属格子、并在该金属格子上形成介电层和无机微粒层，从而利用干涉效应来抵消由金属格子反射的光，同时使另一方的偏振成分透射(透过)。
对于这样的偏振元件，随着近年来的液晶投影仪的高亮度化或高精细化，降低反射率的要求日益提高。在反射率高的情况下，成为液晶面板的误操作的原因，或因漫射光(Stray light，杂散光)引起画质的劣化。
这里，反射率是由构成格子结构的层间干涉或层内吸收来决定。而且，还提出了通过在介电层等中使用符合要求的材料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，由于各层被设计成矩形形状，所以难以在纳米水平形成完全的矩形，因此考虑到形状的材料设计是非常困难的状况。
还提出了以下的方法：在形成金属层之前，在树脂制的基材上形成微细图案以控制基材的反射率和波长，从而控制所得的偏振元件的反射率特性(参照专利文献2)。然而，由于专利文献2中使用的基材是树脂制的，所以与由无机材料构成的线栅偏振元件相比耐热性或耐光性差，对于在强光环境下的长期使用存在顾虑。
现有技术文献
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
发明所要解决的课题
本发明是鉴于上述的背景技术而进行的发明，其目的在于提供：反射率特性的控制优异且具有优异的选择吸收性的偏振片及其制造方法、以及具备该偏振片的光学仪器。更具体而言，目的在于提供：抑制了吸收轴方向的反射的偏振片及其制造方法、以及具备该偏振片的光学仪器。
用于解决课题的手段
本发明人发现：在具有具备透明基板和以短于使用频带的光的波长的间距排列在透明基板上并沿规定方向延伸的格子状凸部的线栅结构的偏振片中，如果在格子状凸部使从透明基板侧起依次具备反射层和电介质层、并特定从上述的规定方向观察时的反射层的形状，则可得到具有优异的选择吸收性的偏振片，从而完成了本发明。
即，本发明涉及偏振片(例如后述的偏振片10)，其是具有线栅结构的偏振片，具备透明基板(例如后述的透明基板1)和格子状凸部(例如后述的格子状凸部20)，所述格子状凸部以短于使用频带的光的波长的间距排列在上述透明基板上、并沿规定方向延伸，上述格子状凸部从上述透明基板侧起依次具有反射层(例如后述的反射层3)和电介质层(例如后述的电介质层4)，在从上述规定方向观察时，上述反射层在侧边具有至少1个以上的步进，并且成为透明基板侧的底边的宽度最大。
上述步进可由直线和/或曲线形成。
上述透明基板对于使用频带的光的波长是透明的，并且可由玻璃、水晶或蓝宝石构成。
上述反射层可由铝或铝合金构成。
上述电介质层可由Si氧化物构成。
上述吸收层可包含Fe或Ta并且包含Si而构成。
光所入射的上述偏振片的表面可被由电介质构成的保护膜覆盖。
光所入射的上述偏振片的表面可被有机系防水膜覆盖。
另一本发明还涉及偏振片的制造方法，其是具有线栅结构的偏振片的制造方法，具有以下工序：反射层形成工序，在透明基板的单面上形成反射层；电介质层形成工序，在上述反射层的与上述透明基板相反的面上形成电介质层；吸收层形成工序，在上述电介质层的与上述反射层相反的面上形成吸收层；以及蚀刻工序，通过选择性地蚀刻所形成的层叠体，形成以短于使用频带的光的波长的间距排列在透明基板上的格子状凸部，在上述蚀刻工序中，通过将各向同性蚀刻与各向异性蚀刻组合，在上述反射层的侧壁上形成至少1个以上的步进，同时使透明基板侧的上述反射层的宽度形成为最大。
又一本发明还涉及光学仪器，其具备上述偏振片。
发明效果
根据本发明，可提供具有优异的选择吸收性的偏振片及其制造方法、以及具备该偏振片的光学仪器。更具体而言，可提供抑制了吸收轴方向的反射的偏振片及其制造方法、以及具备该偏振片的光学仪器。因此，根据本发明，可提供在具有高透射率特性的同时实现了低反射率的偏振片及其制造方法、以及具备该偏振片的光学仪器。
另外，根据本发明，由于可形成具有底部最粗的形状的光栅的偏振片，因此可提高偏振片的机械强度。
而且，通过调整反射层的步进数或形状，可控制光学特性，因此可制作例如在必要的波长下成为最佳的偏振片，设计的自由度增加。
附图说明
[图1]是显示本发明的一实施方式所涉及的偏振片的截面示意图。
[图2]是显示现有结构的一实施方式所涉及的偏振片的截面示意图。
[图3]是显示本发明的一实施方式所涉及的偏振片的截面示意图。
[图4]是显示本发明的一实施方式所涉及的偏振片的截面示意图。
[图5]是显示本发明的一实施方式所涉及的偏振片的截面示意图。
[图6]是显示本发明的一实施方式所涉及的偏振片的截面示意图。
[图7]是显示步进角为87˚的偏振片的截面示意图。
[图8]是显示步进角为45˚的偏振片的截面示意图。
[图9]是显示步进角为4˚的偏振片的截面示意图。
[图10]是显示针对实施例1、2和5、以及比较例1的偏振片验证波长与吸收轴透射率的关系的结果的曲线图。
[图11]是显示针对实施例1、2和5、以及比较例1的偏振片验证波长与吸收轴反射率的关系的结果的曲线图。
[图12]是显示针对实施例1～5和比较例1的偏振片在波长520～590nm下的步进角度与吸收轴反射率(Rs)的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[偏振片]
本发明的偏振片是具有线栅结构的偏振片，具备透明基板和格子状凸部，所述格子状凸部以短于使用频带的光的波长的间距(周期)排列在透明基板上、并沿规定方向延伸。另外，该格子状凸部从透明基板侧起依次至少具有反射层和电介质层。需要说明的是，本发明的偏振片只要体现本发明的效果即可，可存在除透明基板、反射层、电介质层以外的层。
图1是显示本发明的一实施方式所涉及的偏振片100的截面示意图。如图1所示，偏振片100具备：对使用频带的光呈透明的透明基板1；以及以短于使用频带的光的波长的间距排列在透明基板1的一个面上的格子状凸部20。格子状凸部20从透明基板1侧起依次具有第2电介质层2、反射层3、电介质层4、吸收层5和第3电介质层6。即，偏振片100具有：反射层3和电介质层4从透明基板1侧起依次层叠而形成的格子状凸部20在透明基板1上呈一维格子状排列的线栅结构。
这里，如图1所示，将格子状凸部20延伸的方向(规定方向)称为Y轴方向。另外，将与Y轴方向垂直、且沿透明基板1的主面排列格子状凸部20的方向称为X轴方向。这种情况下，入射至偏振片100的光在透明基板1的形成有格子状凸部20的一侧适合从与X轴方向和Y轴方向垂直的方向入射。
具有线栅结构的偏振片通过利用透射、反射、干涉和基于光学各向异性的偏振波的选择性光吸收这4种作用，衰减具有与Y轴方向平行的电场成分的偏振波(TE波(S波))，透射具有与X轴方向平行的电场成分的偏振波(TM波(P波))。因此，在图1中，Y轴方向为偏振片的吸收轴的方向，而X轴方向为偏振片的透射轴的方向。
从图1所示的偏振片100的形成有格子状凸部20的一侧入射的光L在通过吸收层5和电介质层4时一部分被吸收而衰减。透射吸收层5和电介质层4的光中，偏振波(TM波(P波))以高透射率透射反射层3。另一方面，透射吸收层5和电介质层4的光中，偏振波(TE波(S波))被反射层3反射。被反射层3反射的TE波在通过吸收层5和电介质层4时一部分被吸收，一部分发生反射而返回至反射层3。被反射层3反射的TE波在通过吸收层5和电介质层4时发生干涉而衰减。如上所述，通过进行TE波的选择性衰减，偏振片100可得到所期望的偏振光特性(偏振特性)。
如图1所示，本发明的偏振片中的格子状凸部在从各一维格子延伸的方向(规定方向)观察时、即在与规定方向垂直的剖视图(断面视 )中，具有反射层3和电介质层4。
这里，利用图1对本说明书中的尺寸进行说明。高度是指图1中的与透明基板1的主面垂直的方向的尺寸。宽度W是指在从沿着格子状凸部20延伸的方向的Y轴方向观察时与高度方向垂直的X轴方向的尺寸。另外，在从沿着格子状凸部20延伸的方向的Y轴方向观察偏振片100时，将格子状凸部20的X轴方向的重复间隔称为间距P。
本发明的偏振片中，格子状凸部的间距P只要短于使用频带的光的波长即可，没有特别限定。从制作的容易性和稳定性的观点来看，格子状凸部的间距P例如优选100nm～200nm。该格子状凸部的间距P可通过使用扫描型电子显微镜或透射型电子显微镜进行观察来测定。例如，可使用扫描型电子显微镜或透射型电子显微镜，对任意4处测定间距P，将其算术平均值作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。
本发明的偏振片的特征在于：在从格子状凸部延伸的方向(规定方向：Y轴方向)观察时，反射层在侧边具有至少1个以上的步进，并且成为透明基板侧的底边的宽度最大。由此，可实现反射率特性的控制优异、并具有优异的选择吸收性的偏振片，具体而言，可实现抑制了吸收轴方向的反射的偏振片。
需要说明的是，形成于反射层的步进是指，在从格子状凸部延伸的方向(规定方向：Y轴方向)观察反射层时，反射层的宽度阶段性地或者连续地发生变化的形状。因此，本发明中的步进并不限于由直线形成的步进，例如可由曲线等形成。另外，步进不仅限于1个，可以是包含2个以上的多个步进。
如上所述，具有线栅结构的偏振片衰减具有与格子状凸部延伸的方向(Y轴方向)平行的电场成分的偏振波(TE波(S波))，透射具有与X轴方向平行的电场成分的偏振波(TM波(P波))。即，要求不透射也不反射具有与格子状凸部延伸的方向(Y轴方向)平行的电场成分的偏振波(TE波(S波))的特性，反射率的降低成为重要的要求特性。
这里，本发明的偏振片在反射层形成有步进，因此垂直地入射至透明基板的、具有与格子状凸部延伸的方向(Y轴方向)平行的电场成分的偏振波(TE波(S波))，在被反射层反射后，一部分因步进而发生弯曲(折射)、散射。具有与格子状凸部延伸的方向(Y轴方向)平行的电场成分的散射的偏振波(TE波(S波))无助于反射，其结果，可抑制吸收轴方向的反射。
(透明基板)
作为透明基板(图1中的透明基板1)，只要是对于使用频带的光显示透光性的基板即可，没有特别限定，可根据目的而适当选择。“对于使用频带的光显示透光性”并不是指使用频带的光的透射率为100%，只要显示可保持作为偏振片的功能的透光性即可。作为使用频带的光，例如可列举：波长为380nm～810nm左右的可见光。
对透明基板的主面形状没有特别限定，适当选择与目的相称的形状(例如矩形形状)。透明基板的平均厚度例如优选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，可列举玻璃、水晶、蓝宝石等。从成本和透光率的观点来看，优选使用玻璃、特别是石英玻璃(折射率为1.46)或钠钙玻璃(Soda lime glass，碱石灰玻璃) (折射率为1.51)。对玻璃材料的成分组成没有特别限定，例如可使用作为光学玻璃而广泛流通的硅酸盐玻璃等廉价的玻璃材料。
另外，从导热性的观点来看，优选使用导热性高的水晶或蓝宝石。由此，对于强光可得到高耐光性，优选用作产热量多的投影仪的光学发动机用的偏振片。
需要说明的是，在使用由水晶等光学活性的晶体构成的透明基板的情况下，优选将格子状凸部20配置在与晶体的光学轴(光轴)平行的方向或垂直的方向。由此，可得到优异的光学特性。这里，光学轴是指使沿其方向行进(传播)的光的寻常光线(O)与非常光线(E)的折射率之差成为最小的方向轴。
(第2电介质层)
本发明中，第2电介质层(图1中的第2电介质层2)为任意的层。其形成于透明基板上，形成于本发明中的反射层与透明基板之间。
图1所示的本发明的一实施方式所涉及的偏振片100中的第2电介质层2层叠于透明基板1上，通过蚀刻挖入的挖入量(掘込み量) H的部分形成格子状凸部20的一部分。
作为构成第2电介质层的材料，可与后述的电介质层相同也可不同，例如可列举：SiO2等Si氧化物；Al2O3、氧化铍、氧化铋等金属氧化物；MgF2、冰晶石、锗、二氧化钛、硅、氟化镁、氮化硼、氧化硼、氧化钽、碳或它们的组合等普通材料。其中，第2电介质层优选由Si氧化物构成。
第2电介质层的折射率优选大于1.0且为2.5以下。反射层的光学特性还受到周围的折射率的影响，因此通过选择电介质层的材料，可控制偏振片特性。
对第2电介质层的膜厚没有特别限定，例如优选10nm～100nm。需要说明的是，第2电介质层的膜厚例如可通过上述的电子显微镜法进行测定。
(反射层)
反射层(图1中的反射层3)形成于透明基板的单侧面上，在作为吸收轴的Y轴方向上排列有呈带状延伸的金属膜。需要说明的是，本发明中，例如像上述的图1所示的偏振片100那样，在透明基板与反射层之间可存在第2电介质层等其他层。
反射层有助于体现作为线栅型起偏镜的功能，衰减在与反射层延伸的方向(纵向)平行的方向上具有电场成分的偏振波(TE波(S波))，透射在与反射层延伸的方向(纵向)垂直的方向上具有电场成分的偏振波(TM波(P波))。
本发明的偏振片中的反射层的特征在于：相对于透明基板的面方向近似(大致)垂直地延伸，在从格子状凸部延伸的方向(规定方向：Y轴方向)观察时、即在与规定方向垂直的剖视图中，在侧边具有至少1个以上的步进，并且成为透明基板侧的底边的宽度最大。在本发明中，由此可实现反射率特性的控制优异的偏振片，可得到具有优异的选择吸收性的偏振片，具体而言，可得到抑制了吸收轴方向的反射的偏振片。
作为反射层的构成材料，只要是对于使用频带的光具有反射性的材料即可，没有特别限定，例如可列举：Al、Ag、Cu、Mo、Cr、Ti、Ni、W、Fe、Si、Ge、Te等元素单质、或者包含它们中的一种以上的元素的合金。其中，反射层优选由铝或铝合金构成。需要说明的是，除这些金属材料以外，例如还可由通过着色等形成了高表面反射率的金属以外的无机膜或树脂膜构成。
对反射层的膜厚(图1中的8)没有特别限定，例如优选100nm～300nm。需要说明的是，反射层的膜厚例如可通过上述的电子显微镜法进行测定。
在本发明的偏振片的反射层的宽度中成为最大宽度的、成为透明基板侧的底边的宽度还取决于其与格子状凸部的间距P的关系，例如，其与间距P的比例优选为20～50%。需要说明的是，这些宽度例如可通过上述的电子显微镜法进行测定。
图1所示的本发明的一实施方式所涉及的偏振片100中，在从格子状凸部20延伸的方向(规定方向：Y轴方向)观察时、即在与规定方向垂直的剖视图中，反射层3在两侧边分别具有1个步进10，并且成为透明基板1侧的底边的宽度最大。更详细而言，在与规定方向垂直的剖视图中，偏振片100的反射层3为在近似长方形之上结合有近似等腰梯形的形状，且梯形部分的下底的长度与长方形部分的宽度相等，具有侧边倾斜的尖细形状，以使得越是梯形部分的上底(透明基板1的相反侧)宽度越变窄。
图1所示的本发明的一实施方式所涉及的偏振片100中，以θs显示的反射层3的步进角可采取0˚＜θs＜90˚的范围，其中，优选为15˚＜θs＜90˚的范围。
作为在反射层的侧边具备至少1个以上的步进、并且使成为透明基板侧的底边的宽度最大的方法，例如可列举：将各向同性蚀刻与各向异性蚀刻组合使用以使其平衡发生变化的方法。
(电介质层)
电介质层(图1中的电介质层4)形成于反射层上，在作为吸收轴的Y轴方向上排列有呈带状延伸的电介质膜。需要说明的是，本发明中，在反射层与电介质层之间可存在其他的层。
电介质层的膜厚(图1中的9)在透射吸收层并被反射层反射的偏振光的相位相对于被吸收层反射的偏振光偏移半波长的范围形成。具体而言，电介质层的膜厚在可调整偏振光的相位来提高干涉效应的1～500nm的范围适当设定。该电介质层的膜厚例如可利用上述的电子显微镜法进行测定。
作为构成电介质层的材料，可列举：SiO2等Si氧化物；Al2O3、氧化铍、氧化铋等金属氧化物；MgF2、冰晶石、锗、二氧化钛、硅、氟化镁、氮化硼、氧化硼、氧化钽、碳、或它们的组合等普通材料。其中，电介质层4优选由Si氧化物构成。
电介质层的折射率优选大于1.0且为2.5以下。反射层的光学特性还受周围的折射率的影响，因此通过选择电介质层的材料，可控制偏振光特性。
另外，通过适当调整电介质层的膜厚或折射率，被反射层反射的TE波在透射吸收层时可反射一部分而返回至反射层，可通过干涉衰减通过吸收层的光。如此操作，通过进行TE波的选择性的衰减，可得到所期望的偏振光特性。
本发明的偏振片中，对电介质层的宽度没有特别限定，可大于也可小于位于下层的反射层的宽度。电介质层的宽度还取决于其与格子状凸部的间距P的关系，例如优选其与间距P的比例为20～50%。需要说明的是，这些宽度例如可利用上述的电子显微镜法进行测定。
图1所示的本发明的一实施方式所涉及的偏振片100的电介质层4相对于透明基板1的面方向垂直地层叠在反射层4上，在从格子状凸部延伸的方向(规定方向：Y轴方向)观察时、即在与规定方向垂直的剖视图中，具有矩形形状。另外，电介质层4的宽度与位于下层的反射层4中的长方形部分的宽度大致相同。
(吸收层)
吸收层(图1中的吸收层5)形成于电介质层上，在作为吸收轴的Y轴方向上呈带状延伸而排列。吸收层形成格子状凸部20的一部分。
作为吸收层的构成材料，可列举1种以上的金属材料或半导体材料等光学常数的消光(消衰)常数不为零的、具有光吸收作用的物质，根据适用的光的波长范围进行适当选择。作为金属材料，可列举：Ta、Al、Ag、Cu、Au、Mo、Cr、Ti、W、Ni、Fe、Sn等元素单质、或者包含它们中的1种以上的元素的合金。另外，作为半导体材料，可列举：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，偏振片100对于所适用的可见光区可得到高的消光比。其中，吸收层优选包含Fe或Ta并且包含Si而构成。
在使用半导体材料作为吸收层的情况下，由于半导体的带隙能量与吸收作用有关，所以要求带隙能量为使用频带以下。例如，在可见光中使用的情况下，作为在波长400nm以上的吸收、即带隙，需要使用3.1ev以下的材料。
对吸收层的膜厚(图1中的10)没有特别限定，例如优选10nm～100nm。该吸收层5的膜厚例如可利用上述的电子显微镜法进行测定。
需要说明的是，吸收层可利用蒸镀法或溅射法以高密度的膜的形式形成。另外，吸收层可由构成材料不同的2层以上构成。
吸收层的宽度还取决于其与格子状凸部的间距P的关系，例如优选其与间距P的比例为20～50%。需要说明的是，这些宽度例如可利用上述的电子显微镜法进行测定。
图1所示的本发明的一实施方式所涉及的偏振片100的吸收层5相对于透明基板1的面方向垂直地层叠在电介质层4上，在从格子状凸部延伸的方向(规定方向：Y轴方向)观察时、即在与规定方向垂直的剖视图中，具有矩形形状。另外，吸收层5的宽度与位于下层的反射层4中的长方形部分的宽度和电介质层5的宽度大致相同。
(第3电介质层)
本发明中，第3电介质层(图1中的电介质层2)是任意的层。形成于透明基板上，有别于本发明中的电介质层，作为其上层而形成。
图1所示的本发明的一实施方式所涉及的偏振片100中的第3电介质层6层叠在吸收层5上，形成格子状凸部20的一部分。
作为构成第3电介质层的材料，可与上述的电介质层和存在的情况下的第2电介质层相同也可不同，例如可列举：SiO2等Si氧化物；Al2O3、氧化铍、氧化铋等金属氧化物；MgF2、冰晶石、锗、二氧化钛、硅、氟化镁、氮化硼、氧化硼、氧化钽、碳、或它们的组合等普通材料。其中，第2电介质层优选由Si氧化物构成。
第3电介质层的折射率优选大于1.0且为2.5以下。反射层的光学特性还受周围的折射率的影响，因此通过选择电介质层的材料，可控制偏振片特性。
对第3电介质层的膜厚(图1中的11)没有特别限定，例如优选10nm～100nm。需要说明的是，第3电介质层的膜厚例如可利用上述的电子显微镜法进行测定。
(扩散阻挡层)
本发明的偏振片在电介质层与吸收层之间可具有扩散阻挡层。通过具有扩散阻挡层，防止吸收层中的光的扩散。扩散阻挡层可由Ta、W、Nb、Ti等的金属膜构成。
(保护膜)
另外，本发明的偏振片在对光学特性的变化没有影响的范围，光的入射侧的表面可被由电介质构成的保护膜覆盖。保护膜由电介质膜构成，例如可通过利用化学气相沉积(CVD：Chemical Vapor Deposition)或原子层沉积(ALD：Atomic Layer Deposition)形成于偏振片的表面(形成有线栅的面)上。由此，可抑制针对金属膜的必要以上的氧化反应。
(有机系防水膜)
本发明的偏振片的光入射侧的表面还可被有机系防水膜覆盖。有机系防水膜例如由全氟癸基三乙氧基硅烷(FDTS)等的氟系硅烷化合物等构成，例如可通过利用上述的CVD或ALD来形成。由此，可提高偏振片的耐湿性等可靠性。
需要说明的是，本发明并不限于图1所示的上述实施方式，本发明中包括可达到本发明目的的范围内的变形和改良。
图3是显示本发明的实施方式之一所涉及的偏振片300的截面示意图。图3所示的偏振片300在透明基板1上具备格子状凸部20。作为格子状凸部20，在透明基板1上直接形成有反射层3，在反射层3之上形成有电介质层4，且于其上形成有吸收层5。即，图3所示的偏振片300是不具备图1所示的偏振片100中所存在的第2电介质层2、第3电介质层6的偏振片。
图3所示的实施方式中，与图1一样，在从格子状凸部20延伸的方向(规定方向：Y轴方向)观察时、即在与规定方向垂直的剖视图中，在两侧边分别具有1个步进，并且成为透明基板1侧的底边的宽度最大。更详细而言，在与规定方向垂直的剖视图中，偏振片300的反射层3为在近似长方形之上结合有近似等腰梯形的形状，且梯形部分的下底的长度与长方形部分的宽度相等，具有侧边倾斜的尖细形状，以使得越是梯形部分的上底(透明基板1的相反侧)宽度越变窄。
图4是显示本发明的又一实施方式所涉及的偏振片400的截面示意图。在图4所示的偏振片400中，作为格子状凸部20，在透明基板1上直接形成有反射层3，在反射层3之上形成有电介质层4，且于其上形成有吸收层5。
图4所示的实施方式中，在从格子状凸部20延伸的方向(规定方向：Y轴方向)观察时、即在与规定方向垂直的剖视图中，在两侧边分别具有4个步进，并且成为透明基板1侧的底边的宽度最大。
图5是显示本发明的又一实施方式所涉及的偏振片500的截面示意图。在图5所示的偏振片500中，作为格子状凸部20，在透明基板1上直接形成有反射层3，在反射层3之上形成有电介质层4，且于其上形成有吸收层5。
图5所示的实施方式中，在从格子状凸部20延伸的方向(规定方向：Y轴方向)观察时、即在与规定方向垂直的剖视图中，在两侧边分别具有近似直角的2个步进，并且成为透明基板1侧的底边的宽度最大。
图6是显示本发明的又一实施方式所涉及的偏振片600的截面示意图。在图6所示的偏振片600中，作为格子状凸部20，在透明基板1上直接形成有反射层3，在反射层3之上形成有电介质层4，且于其上形成有吸收层5。
图6所示的实施方式中，在从格子状凸部20延伸的方向(规定方向：Y轴方向)观察时、即在与规定方向垂直的剖视图中，在两侧边分别具有1个由曲线形成的步进，并且成为透明基板1侧的底边的宽度最大。由曲线形成的区域越接近于电介质层4(越靠近透明基板1的相反侧)越变小，具有宽度变窄的尖细形状。
[偏振片的制造方法]
本发明的偏振片的制造方法具有反射层形成工序、电介质层形成工序、吸收层形成工序和蚀刻工序。
反射层形成工序中，在透明基板的单面上形成反射层。电介质层形成工序中，在通过反射层形成工序形成的反射层上形成电介质层。吸收层形成工序中，在通过电介质层形成工序形成的电介质层上形成吸收层。这些的各层形成工序中，例如可利用溅射法或蒸镀法来形成各层。
蚀刻工序中，通过选择性地蚀刻经过上述的各层形成工序形成的层叠体，形成以短于使用频带的光的波长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，通过选择性地蚀刻上述层叠体，形成以短于使用频带的光的波长的间距排列在透明基板上的格子状凸部。作为蚀刻方法，例如可列举：使用了与蚀刻对象对应的蚀刻气体的干式蚀刻法。
特别是，在本发明中，通过将各向同性蚀刻与各向异性蚀刻组合来改变平衡，在反射层的侧壁形成至少1个以上的步进，同时使透明基板侧的上述反射层的宽度最大。
需要说明的是，本发明的偏振片的制造方法可具有：用由电介质构成的保护膜包覆其表面的工序。本发明的偏振片的制造方法还可具有：用有机系防水膜包覆其表面的工序。
[光学仪器]
本发明的光学仪器具备上述的本发明所涉及的偏振片。作为光学仪器，可列举：液晶投影仪、平视显示器、数码相机等。本发明所涉及的偏振片作为透射轴方向的偏振光的透射率高的偏振片，可用于各种用途。另外，与由有机材料构成的有机偏振片相比是耐热性优异的无机偏振片，所以特别适合于要求耐热性的液晶投影仪、平视显示器等用途。
在本发明所涉及的光学仪器具备多个偏振片的情况下，只要多个偏振片中的至少1个为本发明所涉及的偏振片即可。例如，在本实施方式所涉及的光学仪器为液晶投影仪的情况下，只要配置在液晶面板的入射侧和出射侧的偏振片中的至少其中之一为本发明所涉及的偏振片即可。
根据以上所说明的本发明的偏振片及其制造方法、以及光学仪器，可产生如下所述的效果。
本发明所涉及的偏振片成为具有优异的选择吸收性的偏振片，具体而言，成为抑制了吸收轴方向的反射的偏振片。因此，根据本发明，可提供在具有高透射率特性的同时实现了低反射率的偏振片及其制造方法、以及具备该偏振片的光学仪器。
根据本发明，还可形成具有底部最粗的形状的光栅的偏振片，因此可提高偏振片的机械强度。
而且，通过调整反射层的步进数或形状，可实现光学特性的控制，因此反射率特性的控制优异，可制作例如在必需波长下成为最佳的偏振片，设计的自由度增加。
实施例
接下来，对本发明的实施例进行说明，但本发明并不限于这些实施例。
＜实施例1～5和比较例1＞
[偏振片的制作]
在实施例1～5中，将作为具有图1所示结构的偏振片100、且反射层3的步进角θs分别为87˚、45˚、21˚、8˚、4˚的偏振片供于模拟。
另外，作为比较例1，制作仅吸收层3的结构不同于实施例1的偏振片100的偏振片200，供于模拟。成为比较例1的偏振片200为图2所示的结构，在从格子状凸部20延伸的方向(规定方向：Y轴方向)观察时、即在与规定方向垂直的剖视图中，反射层3的形状为矩形，不具有步进(步进角θs=0˚)。
偏振片100中的步进角θs通过以下的式1求得。
[式1]
θs=arctan{Hs/(W﹣Ws)/2}
这里，如图1所示，Hs为步进10的高度，W为格子状凸部20的宽度，Ws为反射层3的顶点宽度。
图7显示作为实施例1的、反射层3的步进角θs为87˚的偏振片700的截面示意图，图8显示作为实施例2的、反射层3的步进角θs为45˚的偏振片800的截面示意图，图9显示作为实施例5的、反射层3的步进角θs为4˚的偏振片900的截面示意图。
[模拟方法]
关于实施例1～3和比较例1的偏振片的光学特性，通过基于严格耦合波分析(RCWA：Rigorous Coupled Wave Analysis)法的电磁场模拟进行验证。模拟中使用了Grating Solver Development公司的光栅模拟器GsolverV51。
在验证波长与吸收轴透射率的关系时，验证了入射偏振波(TE波(S波))时的透射率，所述偏振波在与格子状凸部延伸的方向(纵向)平行的方向上具有电场成分。另外，在验证波长与吸收轴反射率的关系时，验证了以入射角5˚入射偏振波(TE波(S波))时的反射率，所述偏振波在与格子状凸部延伸的方向(纵向)平行的方向上具有电场成分。
[模拟结果]
图10中显示针对实施例1、2和5、以及比较例1的偏振片验证波长与吸收轴透射率的关系的结果。
图11中显示针对实施例1、2和5、以及比较例1的偏振片验证波长与吸收轴反射率的关系的结果。
图12中显示针对实施例1～5和比较例1的偏振片在波长520～590nm下的步进角度与吸收轴反射率(Rs)的关系。
图10中，横轴显示波长λ(nm)，纵轴显示吸收轴透射率(%)。这里，吸收轴透射率是指入射至偏振片的吸收轴方向(Y轴方向)的偏振光(TE波)的透射率。图10中，虚线所示的曲线图表示作为实施例的本发明的偏振片100的结果，实线所示的曲线图(Ref)表示作为比较例的偏振片200的结果。
图11中，横轴显示波长λ(nm)，纵轴显示吸收轴反射率(%)。这里，吸收轴反射率是指入射至偏振片的吸收轴方向(Y轴方向)的偏振光(TE波)的反射率。图11中，虚线所示的曲线图表示作为实施例的本发明的偏振片100的结果，实线所示的曲线图(Ref)表示作为比较例的偏振片200的结果。
如图11所示，关于具有图1所示结构的偏振片100，若从87˚开始减小步进角θs，则可观察到可见区整体的吸收轴反射率变小的趋势(45˚附近)，若进一步减小步进角θs，则存在着波长650nm以下的透射轴反射率上升的趋势。
如图12所示，判明：在步进角θ为90˚时，吸收轴反射率(Rs)为3.5，吸收轴反射率(Rs)小于3.5的范围是15˚＜θ＜90˚的范围。因此，本发明的偏振片中的步进角θ优选设为15˚＜θ＜90˚的范围。
符号说明
100、200、300、400、500、600、700、800、900：偏振片；
1：透明基板；
2：第2电介质层；
3：反射层；
4：电介质层；
5：吸收层；
6：第3电介质层；
7：第2电介质层的膜厚；
8：反射层的膜厚；
9：电介质层的膜厚；
10：吸收层的膜厚；
11：第3电介质层的膜厚；
10：步进；
20：格子状凸部；
L：入射光；
P：格子状凸部的间距；
W：线宽度(行宽)；
S：空间宽度；
H：挖入量；
Hs：步进高度；
Ws：金属层顶点的宽度。

Claims (10)

1.偏振片，其是具有线栅结构的偏振片，具备：
透明基板；以及
格子状凸部，所述格子状凸部以短于使用频带的光的波长的间距排列在上述透明基板上、并沿规定方向延伸，
上述格子状凸部从上述透明基板侧起依次具有反射层和电介质层，
在从上述规定方向观察时，上述反射层在透明基板侧具有长方形部分，在侧边具有至少1个以上的步进，并且成为透明基板侧的底边的宽度最大，
相对于沿着所述长方形部分的侧边的直线，所述步进所成的步进角θs在15˚＜θs＜90˚的范围内，并且
从上述规定方向观察时，所述电介质层为矩形形状。
2.权利要求1所述的偏振片，其中，上述步进由直线和/或曲线形成。
3.权利要求1或2所述的偏振片，其中，上述透明基板对于使用频带的光的波长是透明的，并且由玻璃、水晶或蓝宝石构成。
4.权利要求1或2所述的偏振片，其中，上述反射层由铝或铝合金构成。
5.权利要求1或2所述的偏振片，其中，上述电介质层由Si氧化物构成。
6.权利要求1或2所述的偏振片，其中，上述格子状凸部在上述电介质层上具有吸收层，上述吸收层包含Fe或Ta并且包含Si而构成。
7.权利要求1或2所述的偏振片，其中，光所入射的上述偏振片的表面被由电介质构成的保护膜覆盖。
8.权利要求1或2所述的偏振片，其中，光所入射的上述偏振片的表面被有机系防水膜覆盖。
9.偏振片的制造方法，其是具有线栅结构的偏振片的制造方法，具有以下工序：
反射层形成工序，在透明基板的单面上形成反射层；
电介质层形成工序，在上述反射层的与上述透明基板相反的面上形成电介质层；
吸收层形成工序，在上述电介质层的与上述反射层相反的面上形成吸收层；以及
蚀刻工序，通过选择性地蚀刻所形成的层叠体，形成以短于使用频带的光的波长的间距排列在透明基板上并沿规定方向延伸的格子状凸部，
其中，在上述蚀刻工序中，通过将各向同性蚀刻与各向异性蚀刻组合，蚀刻所述层叠体，以使得在从上述规定方向观察时，上述反射层在透明基板侧具有长方形部分，在侧边具有至少1个以上的步进，并且成为透明基板侧的底边的宽度最大；相对于沿着所述长方形部分的侧边的直线，所述步进所成的步进角θs为15˚＜θs＜90˚的范围；并且从上述规定方向观察时所述电介质层为矩形形状。
10.光学仪器，其具备权利要求1～8中任一项所述的偏振片。
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