JP2012098703A - Polarization element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自然光から直線偏光成分を取り出す偏光素子に関する。 The present invention relates to a polarizing element that extracts a linearly polarized light component from natural light.
偏光素子は、ある特定方向に電界振動面を有する直線偏光波を透過し、これと直交する方向に電界振動面を有する直線偏光波の透過を阻止する機能を有する光学素子である(なお、以下の説明において、偏光素子にて透過する光の電界振動方向を「透過軸」、この透過軸と直交する方向を「消光軸」と呼ぶ)。 The polarizing element is an optical element having a function of transmitting a linearly polarized wave having an electric field vibration surface in a specific direction and blocking the transmission of the linearly polarized wave having an electric field vibration surface in a direction orthogonal thereto (hereinafter, referred to as the following). In this description, the electric field oscillation direction of the light transmitted through the polarizing element is referred to as a “transmission axis”, and the direction perpendicular to the transmission axis is referred to as a “quenching axis”.
偏光素子は、透過軸と平行な方向に電界振動面を有する直線偏光波が偏光素子を透過する際に受ける損失(以下、当該損失を「透過損失」と呼ぶ)、及び消光軸と平行な方向に電界振動面を有する直線偏光波が偏光素子を透過した際の電界強度を、透過軸と平行な方向を有する電解振動面を有する直線偏光波が偏光素子を透過したときの電界強度で除した値(以下、当該値を「消光比」と呼ぶ)とにて特性を評価する。 The polarizing element has a loss (hereinafter referred to as “transmission loss”) that a linearly polarized wave having an electric field oscillation plane in a direction parallel to the transmission axis passes through the polarizing element, and a direction parallel to the extinction axis The electric field intensity when a linearly polarized wave having an electric field vibration plane passes through the polarizing element is divided by the electric field intensity when the linearly polarized wave having an electrolytic vibration surface having a direction parallel to the transmission axis passes through the polarizing element. The characteristic is evaluated by a value (hereinafter, this value is referred to as “extinction ratio”).
例えば、良好な特性を有する偏光素子とは、上述した透過損失が小さく且つ消光比が高い素子のことである。 For example, a polarizing element having good characteristics is an element having a small transmission loss and a high extinction ratio.
特許文献1では、このような偏光素子として、入射する光の波長よりも十分小さい線幅の金属格子を誘電体表面上に形成することで光学異方性を有するグリッド型偏光子について開示されている。このグリッド型偏光子は、いわゆる吸収型偏光子であり、入射した光のうち金属格子に平行な偏光成分を吸収し、金属格子と直交する偏光成分を透過する。 In Patent Document 1, as such a polarizing element, a grid-type polarizer having optical anisotropy is disclosed by forming a metal grating having a line width sufficiently smaller than the wavelength of incident light on a dielectric surface. Yes. This grid-type polarizer is a so-called absorption-type polarizer, and absorbs a polarization component parallel to the metal grating in incident light and transmits a polarization component orthogonal to the metal grating.
また、特許文献2では、入射する光の波長よりも十分小さい線幅の金属線を誘電体表面上に形成することで、入射した光のうち金属線に垂直に振動する電場成分の直線偏光波を透過し、金属線に平行に振動する電場成分の直線偏光波を反射する反射型偏光素子であるワイヤーグリッド型偏光素子が開示されている。
Further, in
一般に、特許文献2で開示されているような反射型偏光素子は、0.1dB以下の透過損出と、30dB以上の消光比が達成されており、実用上、ほぼ問題のない性能を得ることができる。
In general, a reflective polarizing element as disclosed in
しかしながら、このような反射型偏光素子を、例えば、液晶表示装置に適用した場合、以下に示すような問題を招来してしまうことになる。 However, when such a reflective polarizing element is applied to, for example, a liquid crystal display device, the following problems are caused.
図9は、液晶表示装置の液晶パネル100の概略構成を示した図である。図9に示すように、液晶パネル100は、反射型偏光素子101と、この反射型偏光素子101に対して偏光角度を直交するように配された透過型偏光素子102と、ガラス電極103と、ガラス電極104と、配光膜105と、配光膜106とで液晶分子を注入した液晶層107を挟持するように構成されている。また、図示しないが、反射型偏光素子101側には液
晶パネル100を後方から照明するバックライトが設けられている。
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of the
反射型偏光素子101と、透過型偏光素子102とは、偏光方向を90度となるように配されている。このため、液晶表示装置は、ガラス電極103、104への電圧をオン状態、オフ状態へと切り替えることで液晶層107の液晶分子の並びを変化させ、図示しないバックライトの光源から出射された光を部分的に遮ったり透過させたりすることで画像の表示を行う。
The reflective polarizing
図9は、ガラス電極103、104への電圧をオン状態とした場合を示している。この場合、液晶層107の液晶分子が一様に垂直に立つため、図示しないバックライトの光源から出射された光のうち、反射型偏光素子101を透過した偏光成分の光をそのまま透過する。しかしながら、反射型偏光素子101と透過型偏光素子102とは、偏光角度が直交しているため、透過型偏光素子102外へと光が出射することはない暗状態となる。
FIG. 9 shows a case where the voltages to the
このような図9に示す暗状態において、液晶パネル100の透過型偏光素子102へと周囲から周囲光110が入射したとする。この周囲光110における透過型偏光素子102の透過軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波110aは、液晶層107をそのまま透過し、反射型偏光素子101へと到達することになる。
Assume that
図10に示すように、反射型偏光素子101へと到達した直線偏光波110aは、反射型偏光素子101の消光軸と平行な電界振動面を有するため反射され直線偏光波110arとなる。この直線偏光波110arは、液晶層107をそのまま透過し、透過型偏光素子102も透過する。
As shown in FIG. 10, the linearly
これにより、液晶パネル100は、暗状態であるにも関わらず、透過型偏光素子102から入射した周囲光100によって明るくなってしまうため、液晶表示装置のコントラスト比が低下してしまうという問題がある。この問題を解決するためには、図9に示す反射型偏光素子101へ入射してしまう周囲光100の反射を抑制する必要がある。
As a result, the
そこで、本発明は、上述した問題を解決するために案出されたものであり、入射された入射光を良好に抑制して反射することができる偏光素子を提供する。 Therefore, the present invention has been devised in order to solve the above-described problems, and provides a polarizing element that can reflect incident light that is well suppressed.
本発明の第1の態様は、所定の波長の光に対して透過性を有する基体上に、複数本の金属細線を平行に形成することで、前記金属細線の長さ方向に平行な方向に電界振動面を有する直線偏光波を反射する偏光素子において、当該偏光素子で反射された直線偏光波を吸収する複数個の島状金属素片を配置した反射防止層が形成されてなることを特徴とする。
本発明の第2の態様は、第1の態様の前記複数個の島状金属素片のプラズモン共鳴波長が、当該偏光素子で反射された直線偏光波の波長帯域に含まれていることを特徴とする。
本発明の第3の態様は、第1の態様又は第2の態様の前記複数個の島状金属素片が、所望の波長の光を透過する誘電体で覆われていることを特徴とする。
本発明の第4の態様は、第1の態様乃至第3のいずれかの態様の前記複数個の島状金属素片の形状を略直方体形状とし、前記略直方体形状の最も長い辺を前記複数本の金属細線の長さ方向と略平行に配置することを特徴とする。
本発明の第5の態様は、第1の態様乃至第3のいずれかの態様の前記複数個の島状金属素片の形状を略楕円柱形状とし、前記略楕円柱形状の長軸を前記複数本の金属細線の長さ方向と略平行に配置することを特徴とする。
本発明の第6の態様は、第1の態様乃至第5のいずれかの態様の前記複数個の島状金属素片をAlまたはAlを主成分とする合金により形成することを特徴する。
本発明の第7の態様は、第1の態様乃至第6のいずれかの態様の当該偏光素子を液晶表
示装置の液晶パネルのバックライト側に配置する反射型偏光素子として用いることを特徴とする。
In the first aspect of the present invention, a plurality of fine metal wires are formed in parallel on a substrate that is transparent to light of a predetermined wavelength, so that the metal wires are parallel to the length direction. A polarizing element that reflects a linearly polarized wave having an electric field vibration surface, and is formed with an antireflection layer in which a plurality of island-shaped metal pieces that absorb the linearly polarized wave reflected by the polarizing element are arranged. And
In a second aspect of the present invention, the plasmon resonance wavelength of the plurality of island-shaped metal pieces of the first aspect is included in a wavelength band of a linearly polarized wave reflected by the polarizing element. And
A third aspect of the present invention is characterized in that the plurality of island-shaped metal pieces of the first aspect or the second aspect are covered with a dielectric that transmits light of a desired wavelength. .
According to a fourth aspect of the present invention, the shape of the plurality of island-shaped metal pieces of any one of the first to third aspects is a substantially rectangular parallelepiped shape, and the longest side of the substantially rectangular parallelepiped shape is the plurality of sides. It arrange | positions substantially parallel to the length direction of a metal fine wire of a book, It is characterized by the above-mentioned.
According to a fifth aspect of the present invention, the shape of the plurality of island-shaped metal pieces according to any one of the first to third aspects is a substantially elliptic cylinder shape, and the major axis of the substantially elliptic cylinder shape is the It arrange | positions substantially parallel to the length direction of several metal fine wire, It is characterized by the above-mentioned.
A sixth aspect of the present invention is characterized in that the plurality of island-shaped metal pieces of any one of the first to fifth aspects are formed of Al or an alloy containing Al as a main component.
According to a seventh aspect of the present invention, the polarizing element according to any one of the first to sixth aspects is used as a reflective polarizing element disposed on a backlight side of a liquid crystal panel of a liquid crystal display device. .
本発明によれば、入射された入射光を良好に抑制して反射することを可能とする。 According to the present invention, incident incident light can be satisfactorily suppressed and reflected.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明をする。
<偏光素子10の構成>
図1は、本発明の実施の形態として示す偏光素子10の概略構成について説明するための斜視図である。図1に示すように偏光素子10は、基板(基体)11と、後述する所定の偏光機能を有するワイヤーグリッド偏光層20と、後述する所定の偏光機能を有する反射防止層30とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Configuration of Polarizing
FIG. 1 is a perspective view for explaining a schematic configuration of a polarizing
[基板11]
基板11は、所定の波長に対して光の透過性を有する光学的に透明な材料によって形成されている。例えば、光学的に透明な材料としては、石英ガラス、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラス、ホウ酸塩ガラスなどを用いることができる。なお、図1に示すように、この基板11の一方主面を主面11aとし、他方主面を主面11bとする。
[Substrate 11]
The
[ワイヤーグリッド偏光層20]
図1に示すように、ワイヤーグリッド偏光層20は、上述した基板11の主面11a上に、複数本の金属細線21を平行に形成し、さらにこの金属細線21を所定の波長の光に対して透過性を有するSiO2などからなる誘電体膜22で覆うことで形成されている。
[Wire grid polarizing layer 20]
As shown in FIG. 1, the wire
図1に示すように、複数本の金属細線21は、入射される入射光の波長の1/4程度以下、具体的には数十nm〜数百nmオーダーのピッチPにて等間隔に平行に形成されている。なお、ピッチPは、隣り合う金属細線21の中心間の間隔である。言い換えれば、このピッチPは、金属細線21の線幅Vと、隣り合う金属細線21間との距離Sとを加算した値でもある。
As shown in FIG. 1, the plurality of
金属細線21を構成する材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、アルミニウム(Al)を主成分とする合金、金、銀、銅、コバルト、クロミウム、鉄、ゲルマニウム、ニッケル、鉛、白金、パラジウム、ロジウム、シリコン、タンタル、チタン、タングステ
ンなどを用いることができる。金属細線21、誘電体膜22は、ナノインプリントリソグラフィ法、電子ビームリソグラフィ法、反応性イオンエッチング法といった所謂、半導体素子製作技術を応用することで基板11a上に形成することができる。
Examples of the material constituting the metal
図1に示すように、このような、ワイヤーグリッド偏光層20は、金属細線21の線幅V方向であるx軸方向を透過軸とし、金属細線21の長さ方向であるy軸方向を消光軸とすることから、当該ワイヤーグリッド偏光層20へと入射した入射光のうち透過軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波を透過し、消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波を反射して入射方向へと戻す反射型偏光素子としての偏光機能を有することになる。
As shown in FIG. 1, such a wire
[反射防止層30]
図1に示すように、反射防止層30は、ワイヤーグリッド偏光層20の一方主面である主面20a上に、複数個の島状をした金属素片である金属素片31を配置し、さらにこの金属素片31を所定の波長の光に対して透過性を有するSiO2などからなる誘電体膜32で覆うことで形成されている。
[Antireflection layer 30]
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように金属素片31は、数十nm〜数百nmオーダーの寸法を有する略直方体形状をしている。また、図1に示すように、反射防止層30は、金属素片31の最も短い辺である短軸w方向を透過軸とし、金属素片31の最も長い辺である長軸l方向を消光軸とする。
As shown in FIG. 1, the
したがって、金属素片31の長軸lは、ワイヤーグリッド偏光層20の金属細線21の長さ方向であるy軸方向と平行となるように配置されている。これに対し、金属素片31の短軸wは、ワイヤーグリッド偏光層20の金属細線の線幅V方向であるx軸方向と平行となるように配置されている。
Therefore, the long axis 1 of the
金属素片31を構成する材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、アルミニウム(Al)を主成分とする合金、金、銀、銅、コバルト、クロミウム、鉄、ゲルマニウム、ニッケル、鉛、白金、パラジウム、ロジウム、シリコン、タンタル、チタン、タングステンなどを用いることができる。金属細線21、誘電体膜22は、ナノインプリントリソグラフィ法、電子ビームリソグラフィ法、反応性イオンエッチング法といった所謂、半導体素子製作技術を応用することで主面20a上に形成することができる。
Examples of the material constituting the
このように、偏光素子10のワイヤーグリッド偏光層20と、反射防止層30とは、互いに消光軸が一致した状態、言い換えれば透過軸が一致した状態で形成されている。また、ワイヤーグリッド偏光層20の金属細線21と、反射防止層30の金属素片31とは、入射される所定の光に対して光学的に透明なSiO2などからなる誘電体膜22、32でそれぞれ覆われているため直接接触することなく互いに隔てられている。つまり、誘電体膜22、32は、それぞれ金属細線21、金属素片31の保護的な機能も担っている。
Thus, the wire
<偏光素子10の偏光機能の概要>
次に、上述したような構成の偏光素子10の偏光機能の概要について説明をする。
まず、図1に示すように、偏光素子10を構成する基板11の主面11bから入射光1を入射させる場合について説明をする。
<Outline of Polarizing Function of Polarizing
Next, an outline of the polarization function of the
First, as shown in FIG. 1, the case where the incident light 1 is incident from the
図1に示すように、主面11bに入射した入射光1は、基板11を透過してワイヤーグリッド偏光層20に入射する。ワイヤーグリッド偏光層20は、消光軸の電界振動面に平行な偏光成分1yの直線偏光波を反射し、透過軸に平行な電界振動面の偏光成分1xの直線偏光波を透過させる。透過した直線偏光波は、反射防止層30へと入射する。
As shown in FIG. 1, the incident light 1 incident on the
反射防止層30から入射した直線偏光波は、反射防止層30の透過軸と平行な電界振動面を有することから、エネルギーを損出することなく反射防止層30を透過して、反射防止層30の一方主面である主面30aから出射する。
Since the linearly polarized wave incident from the
このように、偏光素子10は、ワイヤーグリッド偏光層20、反射防止層30の消光軸を一致させているため、基板11側から入射された入射光1のうち、消光軸と平行な電界振動面を有する偏光成分1yの直線偏光波を反射させ入射方向へと戻し、基板11側から入射された入射光1のうち、透過軸と平行な電界振動面を有する偏光成分1xの直線偏光波を透過させ反射防止層30の主面30aから出射する。
Thus, since the
したがって、偏光素子10は、反射防止層30が形成されているが、基板11の主面11bから入射された入射光1に対して、基板11上にワイヤーグリッド偏光層20のみを形成した反射型偏光素子と同様の機能を有することになる。
Accordingly, the
次に、図1に示すように偏光素子10を構成する反射防止層30の主面30aから入射光2を入射させる場合について説明をする。
Next, the case where the
図1に示すように、反射防止層30は、主面30aに入射した入射光2のうち、当該反射防止層30の透過軸と平行な電界振動面を有する偏光成分2xの直線偏光波を、エネルギーを損出することなく透過して、主面20aからワイヤーグリッド偏光層20へと入射させる。
As shown in FIG. 1, the
ワイヤーグリッド偏光層20へと入射した偏光成分2xの直線偏光波の電界振動面は、ワイヤーグリッド偏光層20の透過軸と平行であるため、エネルギーを損失することなく透過する。ワイヤーグリッド偏光層20を透過した偏光成分2xの直線偏光波は、基板11を透過し主面11bから出射する。
Since the electric field vibration surface of the linearly polarized wave of the
また、反射防止層30は、主面30aに入射した入射光2のうち、当該反射防止層30の消光軸と平行な電界振動面を有する偏光成分2yの直線偏光波を、上述した金属素片31の表面において反射するとともに、同じく金属素片31の内部に誘発されるプラズモン共鳴により吸収する。なお、このプラズモン共鳴については、後で詳細に説明をする。
Further, the
この反射防止層30の消光軸と平行な電界振動面を有する偏光成分2yの直線偏光波のうち、金属素片31にて反射または吸収されなかった直線偏光波は、反射防止層30を透過して主面20aからワイヤーグリッド偏光層20へと入射する。
Among the linearly polarized waves of the
ワイヤーグリッド偏光層20へと入射した偏光成分2yの直線偏光波の電界振動面は、ワイヤーグリッド偏光層20の消光軸と平行であるため、ほぼ100%反射される。ワイヤーグリッド偏光層20で反射された直線偏光波は、再び反射防止層30へと戻されることになるが、金属素片31によって一部吸収されることになる。
Since the electric field vibration plane of the linearly polarized wave of the
したがって、このように、偏光素子10は、反射防止層30を有するため、この反射防止層30の主面30aから入射光2を入射させた場合、基板11上にワイヤーグリッド偏光層20のみを形成した偏光素子と比較して、反射される直線偏光波の光量が抑制されることになる。
Therefore, since the
<ワイヤーグリッド偏光層20、反射防止層30の具体的特性>
次に、最適な偏光特性を有する偏光素子10とするために、当該偏光素子10を構成するワイヤーグリッド偏光層20、反射防止層30それぞれについて具体的特性を説明する。
<Specific Properties of Wire
Next, specific characteristics of the wire
[ワイヤーグリッド偏光層20の具体的構成]
図1に示すように、ワイヤーグリッド偏光層20は、金属細線21の線幅V方向であるx軸方向を透過軸とし、金属細線21の長さ方向であるy軸方向を消光軸とすることから、当該ワイヤーグリッド偏光層20へと入射した入射光のうち透過軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波を透過し、消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波を反射して入射方向へと戻す反射型偏光素子としての偏光機能を有することになる。
[Specific Configuration of Wire Grid Polarizing Layer 20]
As shown in FIG. 1, the wire
図2に、ワイヤーグリッド偏光層20の金属細線21をアルミニウム(Al)で形成した場合におけるワイヤーグリッド偏光層20の光学的特性について示す。図2では、ワイヤーグリッド偏光層20に形成されている金属細線21のデューティ比(線幅V/ピッチP)に対する透過損失(dB)を点線で示し、同じく金属細線21のデューティ比(線幅V/ピッチP)に対する消光比(dB)を実線で示している。このとき、ワイヤーグリッド偏光層20へと入射させる入射光の波長に対する金属細線21のピッチPの比(ピッチP/波長)を0.1とした。
In FIG. 2, the optical characteristic of the wire
図2の実線で示すように、一般に、反射型偏光素子において、実用上、ほぼ問題のない性能を必要とされる消光比30dBは、デューティ比(線幅V/ピッチP)68%において達成されることが分かる。また、図2の実線で示すように、デューティ比(線幅V/ピッチP)68%で透過損失も−0.2dBというように低損失となり、68%以上から急激に減衰しているのも分かる。 As shown by the solid line in FIG. 2, in general, an extinction ratio of 30 dB, which requires practically no problem in a reflective polarizing element, is achieved at a duty ratio (line width V / pitch P) of 68%. I understand that Further, as shown by the solid line in FIG. 2, when the duty ratio (line width V / pitch P) is 68%, the transmission loss is as low as −0.2 dB, and the attenuation is drastically reduced from 68% or more. I understand.
以上のことから、ワイヤーグリッド偏光層20は、金属細線21をアルミニウム(Al)とし、図2に示すような設計値でデューティ比(線幅V/ピッチP)を決定することで、図1に示す金属細線21の長さ方向であるy軸方向の直線偏光波をほぼ100%反射することができる良好な特性を有することができる。
From the above, the wire
[反射防止層30の具体的構成]
まず、反射防止層30の具体的構成について説明する前に、反射防止層30の反射率について検証し、引き続いて、この反射防止層30の反射率から反射防止層30に配置する複数個の金属素片31の効果について説明していく。
[Specific Configuration of Antireflection Layer 30]
First, before describing the specific configuration of the
反射防止層30は、後述するプラズモン共鳴吸収を有する波長の1/4以下の長さを有する複数個の金属素片31を配置して形成されることになる。
The
まず、図1に示すような反射防止層30を有することにより、反射される直線偏光波の光量が抑制されることについて、偏光素子10によって反射される反射光の反射率Rを算出することで説明をする。
First, by having the
図3は、偏光素子10を図1に示すA−A線によって切断した際の断面を示した図である。なお、ここで説明する入射光2は、反射防止層30の消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波とする。
FIG. 3 is a view showing a cross section of the
図3に示すように、反射防止層30の主面30aから入射された入射光2のうち、反射防止層30の消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波の一部は、反射防止層30の主面30aにて反射される。この反射された直線偏光波の反射率をrとする。
As shown in FIG. 3, a part of the linearly polarized wave having an electric field vibration plane parallel to the extinction axis of the
また、上述したように反射防止層30の主面30aにて反射されず入射した直線偏光波のうち、金属素片31にて反射または吸収もされない直線偏光波は、反射防止層30を透過することになる。この透過した直線偏光波の透過率をtとする。
As described above, among the linearly polarized waves that are not reflected by the
反射防止層30を透過した直線偏光波は、ワイヤーグリッド偏光層20でほぼ100%反射され、再び反射防止層30へと戻される。再び反射防止層30へと戻された直線偏光波の反射防止層30における透過率は、上述したtと同じであるといえるので、偏光素子10によって反射される反射光の反射率Rは、以下に示す(1)式のように表すことができる。
The linearly polarized wave transmitted through the
ここで、上述した(1)式に基づき、反射率Rの値をR1=-10dB,R2=−7dB,R3=−5.5dB,R4=−4dB,R5=−3dB,R6=−2dBに設定した際の反射防止層30の透過率tと反射率rとの関係を図4に示す。
Here, based on the above-described equation (1), the values of the reflectance R are R1 = −10 dB, R2 = −7 dB, R3 = −5.5 dB, R4 = −4 dB, R5 = −3 dB, R6 = −2 dB. FIG. 4 shows the relationship between the transmittance t and the reflectance r of the
図4に示すように、反射防止層30の透過率tと反射率rとを制御することで、反射防止層30の反射率Rを−10dB以上とすることができる。
As shown in FIG. 4, the reflectance R of the
これは、反射防止層30のように複数個の金属素片31を配置させた場合にのみ達成することができる現象である。具体的には、反射防止層30に複数個の金属素片31を配置させたことにより、この金属素片31によってプラズモン共鳴吸収を引き起こされたことで光の吸収効果が出現したために可能となる現象である。
This is a phenomenon that can be achieved only when a plurality of
(プラズモン共鳴吸収について)
ここで、金属素片31によって引き起こされるプラズモン共鳴吸収について説明をする。
(About plasmon resonance absorption)
Here, plasmon resonance absorption caused by the
一般に、金属微粒子においては、微粒子表面の自由電子が入射光と相互作用し、電子の集団的振動である表面プラズモンが励起される。このような表面プラズモンが励起された状態になると、この金属微粒子界隈では特異な光学特性を示すことが知られている。 In general, in metal fine particles, free electrons on the surface of the fine particles interact with incident light, and surface plasmons that are collective vibrations of electrons are excited. It is known that when such surface plasmons are excited, the metal fine particle boundary exhibits unique optical characteristics.
特異な光学特性の一つに、金属ナノ粒子の形状によって共鳴波長及び強度が変化する「局在表面プラズモン共鳴」と呼ばれる現象がある。 One of the unique optical characteristics is a phenomenon called “localized surface plasmon resonance” in which the resonance wavelength and intensity change depending on the shape of the metal nanoparticles.
例えば、金属ナノ粒子やナノ構造体のサイズが十分小さいとき、粒子に印加される電場は、空間的に一様である。このような準静電近似が成り立つとすると、誘電体で取り扱われる静電場に対する応答によって光吸収現象が出現することになる。このような条件下では、特定偏光方向において偏光特性が得られることが知られている。 For example, when the size of metal nanoparticles or nanostructures is sufficiently small, the electric field applied to the particles is spatially uniform. If such a quasi-electrostatic approximation holds, a light absorption phenomenon appears due to a response to an electrostatic field handled by a dielectric. It is known that polarization characteristics can be obtained in a specific polarization direction under such conditions.
具体的には、媒質中に距離zだけ伝搬した光の強度Iは、入射光I0に対して、以下に示す(2)式のように表すことができる。 Specifically, the intensity I of the light propagated in the medium by the distance z can be expressed by the following equation (2) with respect to the incident light I 0 .
ここで、吸収係数と呼ばれるγ=4πκ/λは、粒子数をN、消滅断面積Cextとすると、以下に示す(3)式のように表すことができる(H.C. van de Halst; ” Light S
cattering by Small Particles” (Wiley,1957)、33頁参照)。
Here, γ = 4πκ / λ, which is called an absorption coefficient, can be expressed as the following equation (3) when the number of particles is N and the annihilation cross section C ext (HC van de Halst; “Light S”).
cattering by Small Particles ”(Wiley, 1957), page 33).
また、粒子1個の体積をVとすると、単位体積あたりの粒子数は、N=1/Vであるから、上述した(3)式を以下に示す(4)式のように変形することができる。 Also, assuming that the volume of one particle is V, the number of particles per unit volume is N = 1 / V. Therefore, the above equation (3) can be transformed into the following equation (4). it can.
さらに、一般に消滅断面積Cextは、散乱断面積Cscaと吸収断面積Cabsとの和によって与えられるため、散乱断面積Cscaを無視することができる場合、吸収係数γと吸収断面積Cabsとを、以下に示す(5)式のように表すことができる。 Furthermore, since the annihilation cross section C ext is generally given by the sum of the scattering cross section C sca and the absorption cross section C abs , when the scattering cross section C sca can be ignored, the absorption coefficient γ and the absorption cross section C C abs can be expressed as the following equation (5).
また、単一粒子を考えたとき、光の吸収断面積Cabsは、外部印加電場E0に対する形式的な誘電感受率χ0、光の媒質中における波数k、粒子の体積V、複素数の虚数部Imを用いて、以下に示す(6)式のように表すことができる。 Also, when considering a single particle, the absorption cross section C abs of light, formal dielectric susceptibility chi 0 to external applied electric field E 0, the wave number k in the medium of light, the volume of the particles V, complex imaginary Using the part Im, it can be expressed as shown in the following formula (6).
通常、媒質である誘電体の誘電率εmを実数とし、内部で吸収がある金属粒子の誘電率εを複素数(ε=ε’+jε’’)と考える。このとき、(6)式で表した吸収断面積Cabsは、媒質の屈折率をnm(nm 2=εm)とし、反電場係数をLとすると、以下に示す(7)式のように表すことができる。 In general, the dielectric constant ε m of a dielectric material as a medium is assumed to be a real number, and the dielectric constant ε of metal particles having internal absorption is considered to be a complex number (ε = ε ′ + jε ″). At this time, the absorption cross section C abs represented by the equation (6) is expressed by the following equation (7), where n m (n m 2 = ε m ) is the refractive index of the medium, and L is the counter electric field coefficient. Can be expressed as:
この(7)式において分母がゼロになるときに、吸収が共鳴的に増大し、その条件を満たす反電場係数Lは、以下に示す(8)式のように表すことができる。 In this equation (7), when the denominator becomes zero, the absorption increases in a resonant manner, and the anti-electric field coefficient L that satisfies the condition can be expressed as the following equation (8).
ここで、誘電率の実部(ε’)、虚部(ε’’)は、ともに波長λの関数であるから、共鳴波長λを指定すれば、上述した(7)式から吸収断面積Cabsの最大を与える反電場係数Lを求めることができる。 Here, since the real part (ε ′) and imaginary part (ε ″) of the dielectric constant are both functions of the wavelength λ, if the resonance wavelength λ is designated, the absorption cross section C from the above-described equation (7). The counter electric field coefficient L giving the maximum of abs can be obtained.
また、粒子が形状異方性を有する矩形状の素片(矩形状素片)などである場合、長さをl、幅をw、厚さをtとすると、反電場係数Lを近似的に求めることができる。例えば、矩形状素片の長さ方向の反電場係数LLは、以下に示す(9)式のように表すことができる。 Further, when the particle is a rectangular piece having a shape anisotropy (rectangular piece) or the like, when the length is l, the width is w, and the thickness is t, the counter electric field coefficient L is approximately Can be sought. For example, the counter electric field coefficient L L in the length direction of the rectangular piece can be expressed as the following equation (9).
ここで、矩形状素片とは、略直方体形状を含んでいる。図5に、略直方体形状の金属素片31の一例を示す。図5では、光の入射方向に金属素片31の一方主面が向くように配置した様子を示している。図5に示すように、略直方体形状の金属素片31は、長さl、幅wとし、直方体の四辺に丸みを帯びた形状となっている。
Here, the rectangular segment includes a substantially rectangular parallelepiped shape. FIG. 5 shows an example of a substantially rectangular
図5に示すような、形状異方性を有する複数の金属素片31を、長さ方向、幅方向を一様に揃えるように配置させて反射防止層30を形成すると、プラズモン共鳴吸収により、それぞれの金属素片31において長さ方向と平行な電界振動面を有する直線偏光波を多く吸収し、幅方向と平行な電界振動面を有する直線偏光波を多く透過させるといった特性を得ることができる。
When the
また、このようなプラズモン共鳴吸収を引き起こす反射防止層30を形成する場合、金属素片31の寸法といった設計が重要となるが、上述した(9)式、(7)式を用いることで所望の波長において吸収断面積Cabsを最大とする金属素片31を設計することができる。
In addition, when forming the
<反射防止層30における金属素片31の形状および配置間隔の検討>
上述したように、偏光素子10は、形成された反射防止層30に配置させた複数個の金属素片31のプラズモン共鳴吸収によって、反射防止層30の主面30aから入射させた入射光2の反射される直線偏光波の光量を抑制する。
<Examination of Shape and Arrangement Interval of
As described above, the
しかしながら、上述したような反射防止層30の直線偏光波の光量を抑制する効果を最大限発揮させるためには、反射防止層30に配置する複数個の金属素片31の配置間隔とその相互作用についても十分に検討しなければならないことが分かった。以下に、その理由を説明する。
However, in order to maximize the effect of suppressing the light quantity of the linearly polarized wave of the
具体的には、SiO2ガラス中に、アルミニウム(Al)とシリコン(Si)からなり、長さl=250nm、幅w=50nm、厚さt=60nmとし、550nm近傍の光の波長に対してプラズモン共鳴吸収を有する金属素片31を、60nm間隔から410nm
間隔まで50nm刻みで増加させていった8パターンに対して、電磁場解析の一手法であるFDTD(Finite-difference time-domain method)法を用いて、消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波に対する透過スペクトルと反射スペクトルとを数値計算した。
Specifically, SiO 2 glass is made of aluminum (Al) and silicon (Si), has a length l = 250 nm, a width w = 50 nm, a thickness t = 60 nm, and a wavelength of light near 550 nm. The
Linearly polarized light having an electric field oscillation plane parallel to the extinction axis using the FDTD (Finite-difference time-domain method) method, which is one of the electromagnetic field analysis methods, for 8 patterns that have been increased by 50 nm increments The transmission spectrum and reflection spectrum for the wave were numerically calculated.
図6、図7にそれぞれFDTD法を用いて数値計算した透過スペクトル、反射スペクトルの結果を示す。 6 and 7 show the results of the transmission spectrum and the reflection spectrum, respectively, calculated numerically using the FDTD method.
図6に示すように、透過スペクトルは、入射する光の波長[μm]に対する透過率[dB]を、金属素片31の配置間隔ごとにプロットしている。図6において、金属素片31の配置間隔60nm、110nm、160nm、210nm、260nm、310nm、360nm、410nmの透過スペクトルをそれぞれT1〜T8として示した。
As shown in FIG. 6, the transmission spectrum plots the transmittance [dB] with respect to the wavelength [μm] of incident light for each arrangement interval of the
図6に示すように、金属素片31の配置間隔を広げていくほど、透過スペクトルは、長波長側へとシフトしていく。
As shown in FIG. 6, the transmission spectrum shifts to the longer wavelength side as the arrangement interval of the
また、図7に示すように、反射スペクトルは、入射する光の波長[μm]に対する反射率[dB]を、金属素片31の配置間隔ごとにプロットしている。図7において、金属素片31の配置間隔60nm、110nm、160nm、210nm、260nm、310nm、360nm、410nmの反射スペクトルをそれぞれR1〜R8として示した。
As shown in FIG. 7, the reflection spectrum plots the reflectance [dB] with respect to the wavelength [μm] of incident light for each arrangement interval of the
図7に示すように、金属素片31の配置間隔を広げていくほど、反射スペクトルは、長波長側へとシフトしていく。
As shown in FIG. 7, the reflection spectrum shifts to the longer wavelength side as the arrangement interval of the
図6、図7で示される傾向より、単純に金属素片31の配置間隔を変えていっただけでは、上述したような反射防止層30の直線偏光波の光量を抑制する効果を最大限発揮させる金属素片31の形状、反射防止層30に配置する複数の金属素片31の配置間隔を決定することは困難である。
From the tendency shown in FIG. 6 and FIG. 7, the effect of suppressing the light amount of the linearly polarized wave of the
したがって、上述したような反射防止層30の直線偏光波の光量を抑制する効果を最大限発揮させる金属素片31の形状、反射防止層30に配置する複数の金属素片31の配置間隔は、解析的手法により決定する必要がある。
Therefore, the shape of the
<実施例>
以下、実施例1〜3により、実際に偏光素子10を作製し、作製した偏光素子10に対して光学測定評価を実行することで金属素片31の形状、反射防止層30における複数の金属素片31の配置間隔の効果を検証した。
<Example>
Hereinafter, according to Examples 1 to 3, the
まず、図8を用いて、実施例1〜3において作製する偏光素子10の光学測定評価を行う光学測定装置50について説明をする。光学測定装置50は、所定の波長のレーザ光を出射する半導体レーザ51と、偏光子であるグラントムソンプリズム52と、偏光素子10を透過した直線偏光波を受光し所望の光学測定値を検出する光パワーメータ53と、偏光素子10で反射された直線偏光波を受光し所望の光学測定値を検出する光パワーメータ54とを備え、測定評価対象である偏光素子10の光学測定を実行した。
First, an
なお、測定評価対象である偏光素子10は、図1に示した偏光素子10と全く同じ構成であるため、対応する部材の符合などを一致させて説明をする。
Note that the
図8に示すように、偏光素子10は、グラントムソンプリズム52から出射された光を反射防止層30の主面30aから入射するように配置する。これにより、偏光素子10を透過した光は、基板11の主面11bから出射することになる。
As shown in FIG. 8, the
また、図8に示すように、光パワーメータ53は、偏光素子10の主面11bからの距離が20mmの位置となるように配置した。光パワーメータ54は、偏光素子10の主面30aからの距離が600mmの位置となるように配置した。
Further, as shown in FIG. 8, the
このような、光学測定装置50を用い、以下に説明をする実施例1〜3で作製した各偏光素子10の光学測定評価を行った。
Using such an
[実施例1]
(1)偏光素子10の作製
実施例1では、半導体レーザ51から出射し、偏光素子10の主面30aへと入射させる入射光の波長を633nmとして、この波長に応じた偏光素子10を作製した。
[Example 1]
(1) Production of Polarizing
まず、1インチ角の石英ガラスからなる基板11の主面11a上に、真空蒸着法にて200nm厚のアルミニウム(Al)薄膜を形成した。その後、このアルミニウム(Al)薄膜に対してナノインプリントリソグラフィ法及び反応性イオンエッチング法を用いて、線幅Vを43nm、ピッチPを63nmとした複数本の金属細線21を約5mm×5mmの領域内に形成した。
First, an aluminum (Al) thin film having a thickness of 200 nm was formed on the
その後、この複数本の金属細線21を約200nm厚のSiO2膜で覆うことでワイヤーグリッド偏光層20を作製した。
Then, the wire
このようにして、基板11上にワイヤーグリッド偏光層20を形成した状態において、半導体レーザ51から波長633nmの入射光を主面20aに入射させると、透過損失、消光比、ワイヤーグリッド偏光層20の消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波の反射光量は、それぞれ−0.21dB、31dB、99.9%となり反射型偏光素子として良好に機能することが分かった。
Thus, in the state where the wire
このようにして形成されたワイヤーグリッド偏光層20の主面20a上に、真空蒸着法にておよそ20nm厚のアルミニウム(Al)薄膜を形成した。その後、このアルミニウム(Al)薄膜に対してナノインプリントリソグラフィ法及び反応性イオンエッチング法を用いて、長軸lを110nm、短軸wを30nmとした複数個の金属素片31を、ワイヤーグリッド偏光層20の金属細線21の長さ方向に金属素片31の長軸lを略一致させるようにして、約5mm×5mmの領域内に形成した。
An aluminum (Al) thin film having a thickness of about 20 nm was formed on the main surface 20a of the wire
その後、この複数個の金属素片31を約400nm厚のSiO2膜で覆うことで反射防止層30を作製した。
Then, the
この実施例1においては、複数個の金属素片31の配置間隔を260nmとした反射防止層30、複数個の金属素片31の配置間隔を360nmとした反射防止層30をそれぞれ有することで、反射防止層30の吸収ピーク波長が異なる2タイプの偏光素子10を作製した。
In Example 1, by having the
複数個の金属素片31の配置間隔を260nmにした場合、反射防止層30の吸収ピーク波長は、633nmとなった。また、複数個の金属素片31の配置間隔を360nmにした場合、反射防止層30の吸収ピーク波長は、662nmとなった。
When the arrangement interval of the plurality of
(2)光学測定評価
このようにして作製した異なる反射防止層30を有する2タイプの偏光素子10を、図8に示す光学測定装置50に設置して、消光比(dB)、偏光素子10に入射する入射光
のうち消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波の反射率(%)を測定した結果を表1に示す。
(2) Optical measurement evaluation Two types of
なお、偏光素子10の透過損失は、反射防止層30の吸収ピーク波長にかかわらず0.5dB〜0.7dBの範囲内で一定となった。
The transmission loss of the
[実施例2]
(1)偏光素子10の作製
実施例2では、半導体レーザ51から出射し、偏光素子10の主面30aへと入射させる入射光の波長を550nmとして、この波長に応じた偏光素子10を作製した。
[Example 2]
(1) Production of Polarizing
まず、1インチ角の石英ガラスからなる基板11の主面11a上に、真空蒸着法にて200nm厚のアルミニウム(Al)薄膜を形成した。その後、このアルミニウム(Al)薄膜に対してナノインプリントリソグラフィ法及び反応性イオンエッチング法を用いて、線幅Vを37nm、ピッチPを55nmとした複数本の金属細線21を約5mm×5mmの領域内に形成した。
First, an aluminum (Al) thin film having a thickness of 200 nm was formed on the
その後、この複数本の金属細線21を約200nm厚のSiO2膜で覆うことでワイヤーグリッド偏光層20を作製した。
Then, the wire
このようにして、基板11上にワイヤーグリッド偏光層20を形成した状態において、半導体レーザ51から波長550nmの入射光を主面20aに入射させると、透過損失、消光比、ワイヤーグリッド偏光層20の消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波の反射光量は、それぞれ−0.22dB、31dB、99.9%となり反射型偏光素子として良好に機能することが分かった。
Thus, in the state where the wire
このようにして形成されたワイヤーグリッド偏光層20の主面20a上に、真空蒸着法にておよそ20nm厚のアルミニウム(Al)薄膜を形成した。その後、このアルミニウム(Al)薄膜に対してナノインプリントリソグラフィ法及び反応性イオンエッチング法を用いて、長軸lを110nm、短軸wを30nmとした複数個の金属素片31を、ワイヤーグリッド偏光層20の金属細線21の長さ方向に金属素片31の長軸lを略一致させるようにして、約5mm×5mmの領域内に形成した。
An aluminum (Al) thin film having a thickness of about 20 nm was formed on the main surface 20a of the wire
その後、この複数個の金属素片31を約400nm厚のSiO2膜で覆うことで反射防止層30を作製した。
Then, the
この実施例2においては、複数個の金属素片31の配置間隔を100nmとした反射防止層30、複数個の金属素片31の配置間隔を150nmとした反射防止層30をそれぞれ有することで、反射防止層30の吸収ピーク波長が異なる2タイプの偏光素子10を作
製した。
In Example 2, by having the
複数個の金属素片31の配置間隔を100nmにした場合、反射防止層30の吸収ピーク波長は、565nmとなった。また、複数個の金属素片31の配置間隔を150nmにした場合、反射防止層30の吸収ピーク波長は、580nmとなった。
When the arrangement interval of the plurality of
(2)光学測定評価
このようにして作製した異なる反射防止層30を有する2タイプの偏光素子10を、図8に示す光学測定装置50に設置して、消光比(dB)、偏光素子10に入射する入射光のうち消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波の反射率(%)を測定した結果を表2に示す。
(2) Optical measurement evaluation Two types of
なお、偏光素子10の透過損失は、反射防止層30の吸収ピーク波長にかかわらず0.5dB〜0.6dBの範囲内で一定となった。
Note that the transmission loss of the
[実施例3]
(1)偏光素子10の作製
実施例3では、半導体レーザ51から出射し、偏光素子10の主面30aへと入射させる入射光の波長を470nmとして、この波長に応じた偏光素子10を作製した。
[Example 3]
(1) Production of Polarizing
まず、1インチ角の石英ガラスからなる基板11の主面11a上に、真空蒸着法にて200nm厚のアルミニウム(Al)薄膜を形成した。その後、このアルミニウム(Al)薄膜に対してナノインプリントリソグラフィ法及び反応性イオンエッチング法を用いて、線幅Vを32nm、ピッチPを47nmとした複数本の金属細線21を約5mm×5mmの領域内に形成した。
First, an aluminum (Al) thin film having a thickness of 200 nm was formed on the
その後、この複数本の金属細線21を約200nm厚のSiO2膜で覆うことでワイヤーグリッド偏光層20を作製した。
Then, the wire
このようにして、基板11上にワイヤーグリッド偏光層20を形成した状態において、半導体レーザ51から波長470nmの入射光を主面20aに入射させると、透過損失、消光比、ワイヤーグリッド偏光層20の消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波の反射光量は、それぞれ−0.23dB、30dB、99.9%となり反射型偏光素子として良好に機能することが分かった。
Thus, in the state where the wire
このようにして形成されたワイヤーグリッド偏光層20の主面20a上に、真空蒸着法にておよそ20nm厚のアルミニウム(Al)薄膜を形成した。その後、このアルミニウム(Al)薄膜に対してナノインプリントリソグラフィ法及び反応性イオンエッチング法を用いて、長軸lを77nm、短軸wを30nmとした複数個の金属素片31を、ワイヤ
ーグリッド偏光層20の金属細線21の長さ方向に金属素片31の長軸lを略一致させるようにして、約5mm×5mmの領域内に形成した。
An aluminum (Al) thin film having a thickness of about 20 nm was formed on the main surface 20a of the wire
その後、この複数個の金属素片31を約400nm厚のSiO2膜で覆うことで反射防止層30を作製した。
Then, the
この実施例3においては、複数個の金属素片31の配置間隔を60nmとした反射防止層30、複数個の金属素片31の配置間隔を110nmとした反射防止層30、複数個の金属素片31の配置間隔を160nmとした反射防止層30、複数個の金属素片31の配置間隔を210nmとした反射防止層30をそれぞれ有することで、反射防止層30の吸収ピーク波長が異なる4タイプの偏光素子10を作製した。
In the third embodiment, the
複数個の金属素片31の配置間隔を60nmにした場合、反射防止層30の吸収ピーク波長は、437nmとなった。また、複数個の金属素片31の配置間隔を110nmにした場合、反射防止層30の吸収ピーク波長は、460nmとなった。また、複数個の金属素片31の配置間隔を160nmにした場合、反射防止層30の吸収ピーク波長は、480nmとなった。また、複数個の金属素片31の配置間隔を210nmにした場合、反射防止層30の吸収ピーク波長は、490nmとなった。
When the arrangement interval of the plurality of
(2)光学測定評価
このようにして作製した異なる反射防止層30を有する4タイプの偏光素子10を、図8に示す光学測定装置50に設置して、消光比(dB)、偏光素子10に入射する入射光のうち消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波の反射率(%)を測定した結果を表3に示す。
(2) Optical measurement evaluation The four types of
なお、偏光素子10の透過損失は、反射防止層30の吸収ピーク波長にかかわらず0.6dB〜0.7dBの範囲内で一定となった。
Note that the transmission loss of the
(結果と考察)
表1〜表3から分かるように、偏光素子10に入射する入射光のうち消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波の反射率(%)が50%以上となり、反射防止層30による入射光に対する高い抑制効果を示しているのは、以下の2つの場合である。それ以外の直線偏光波の反射率(%)は、30%近傍で推移しているのが分かる。
(Results and discussion)
As can be seen from Tables 1 to 3, the reflectance (%) of the linearly polarized wave having the electric field vibration plane parallel to the extinction axis in the incident light incident on the
1つ目は、実施例1において、反射防止層30に配置する複数の金属素片31の配置間隔を360nmとして作製した偏光素子10である。このときの吸収ピーク波長は、66
2nmであり、偏光素子10における反射防止層30の主面30aから入射する入射光のうち消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波の反射率(%)が56%となり、反射防止層30による入射光に対する高い抑制効果を示しているのが分かる。
The 1st is the
The reflectance (%) of a linearly polarized wave having an electric field vibration plane parallel to the extinction axis among incident light incident from the
2つ目は、実施例3において、反射防止層30に配置する複数の金属素片31の配置間隔を60nmとして作製した偏光素子10である。このときの吸収ピーク波長は、437nmであり、偏光素子10における反射防止層30の主面30aから入射する入射光のうち消光軸と平行な電界振動面を有する直線偏光波の反射率(%)が50%となり、反射防止層30による入射光に対する高い抑制効果を示しているのが分かる。
The 2nd is the
このように、偏光素子10は、反射防止層30に配置させる複数の金属素片31の形状、反射防止層30に配置する複数の金属素片31の配置間隔を解析的手法により検討することで、上述したような金属素片31によるプラズモン共鳴吸収による吸収効果を最大限発揮するため、ワイヤーグリッド偏光層20で反射され、反射防止層を往復することになる入射光に対する抑制効果を高いレベルで実現している。
As described above, the
また、このように偏光素子10において、反射防止層30の抑制効果が高いレベルで実現されている場合、複数個の金属素片31のプラズモン共鳴吸収波長が、当該偏光素子10のワイヤーグリッド偏光層20で反射された直線偏光波の波長帯域に含まれていることを意味している。
In addition, in the
さらに、このような偏光素子10を、液晶表示装置の液晶パネルのバックライト側に配置される反射型偏光素子として用いた場合、液晶表示装置が暗状態にて表面から入射した周囲光によって引き起こされるコントラスト比の低下といった悪影響を大幅に低減することができる。
Further, when such a
以上、実施例を用いて、金属素片31がアルミニウム(Al)から構成され、かつその形状が略直方体形状の場合について、金属素片のサイズを固定し、その配置間隔を変化させた場合を詳細に説明した。上述したように、本願発明の効果は、金属素片31を配置した反射防止層30による、ワイヤーグリッド偏光層20で反射された反射光を抑制して出射するという要件を充足する限り、他の金属素片31の材料および、形状、例えば楕円体柱形状、あるいは小判型形状などにおいても得られることは明白であり、改めて言及するまでもない。また、金属素片の配置間隔を一定とし、金属素片サイズを変化させた場合でも同等の効果が得られることは明らかである。
As described above, in the case where the
なお、本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。例えば、式(1)を満たす反射率及び透過率を有した吸収型あるいは反射型偏光素子を反射防止層30として用いても同様の効果を得ることができる。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements may be added within the scope of deriving specific effects obtained by the constituent requirements of the invention and combinations thereof. Including. For example, the same effect can be obtained even if an absorptive or reflective polarizing element having the reflectance and transmittance satisfying the formula (1) is used as the
本発明の偏光素子は、液晶表示装置を始めとする光学機器に広く適用することが可能である。 The polarizing element of the present invention can be widely applied to optical devices such as liquid crystal display devices.
11 基板
20 ワイヤーグリッド偏光層
21 金属細線
30 反射防止層
31 金属素片
11
Claims (7)
当該偏光素子で反射された直線偏光波を吸収する複数個の島状金属素片を配置した反射防止層が形成されてなること
を特徴とする偏光素子。 By forming a plurality of fine metal wires in parallel on a substrate that is transparent to light of a predetermined wavelength, linearly polarized waves having an electric field vibration plane in a direction parallel to the length direction of the fine metal wires In the reflective polarizing element,
A polarizing element comprising an antireflection layer on which a plurality of island-shaped metal pieces that absorb linearly polarized waves reflected by the polarizing element are arranged.
を特徴とする請求項1記載の偏光素子。 2. The polarizing element according to claim 1, wherein plasmon resonance wavelengths of the plurality of island-shaped metal pieces are included in a wavelength band of a linearly polarized wave reflected by the polarizing element.
を特徴とする請求項1又は請求項2記載の偏光素子。 The polarizing element according to claim 1, wherein the plurality of island-shaped metal pieces are covered with a dielectric material that transmits light of a desired wavelength.
を特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の偏光素子。 2. The shape of the plurality of island-shaped metal pieces is a substantially rectangular parallelepiped shape, and the longest side of the substantially rectangular parallelepiped shape is disposed substantially parallel to the length direction of the plurality of thin metal wires. The polarizing element of any one of thru | or 3 thru | or 3.
を特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の偏光素子。 The shape of the plurality of island-shaped metal pieces is a substantially elliptical columnar shape, and a major axis of the substantially elliptical columnar shape is disposed substantially parallel to a length direction of the plurality of thin metal wires. The polarizing element according to any one of claims 1 to 3.
を特徴する請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の偏光素子。 The polarizing element according to any one of claims 1 to 5, wherein the plurality of island-shaped metal pieces are formed of Al or an alloy containing Al as a main component.
を特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の偏光素子。 The polarizing element according to any one of claims 1 to 6, wherein the polarizing element is used as a reflective polarizing element disposed on a backlight side of a liquid crystal panel of a liquid crystal display device.
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