偏光素子、偏光素子の製造方法、電子機器
【課題】光学特性に優れた偏光素子、偏光素子の製造方法、電子機器を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板上であって、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層と、前記反射層上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上であって、前記反射層の配列方向における微粒子径の長さが、前記反射層の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さよりも長い形状異方性を有する無機微粒子で形成されるとともに、前記反射層の配列方向と直交する断面視において、隣接する一方の前記反射層側と他方の前記反射層側のそれぞれに少なくとも１つの凸部を有する無機微粒子層と、を備えた。
【解決手段】基板と、前記基板上であって、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層と、前記反射層上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上であって、前記反射層の配列方向における微粒子径の長さが、前記反射層の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さよりも長い形状異方性を有する無機微粒子で形成されるとともに、前記反射層の配列方向と直交する断面視において、隣接する一方の前記反射層側と他方の前記反射層側のそれぞれに少なくとも１つの凸部を有する無機微粒子層と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光素子、偏光素子の製造方法、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器としての液晶プロジェクターは、光変調装置としての液晶装置を備えている。当該液晶装置は、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された構成のものが知られている。この一対の基板には、液晶層に電圧を印加するための電極がそれぞれ形成されている。そして、各基板の外側にはそれぞれ入射側偏光素子、および出射側偏光素子が配置されており、液晶層に対して所定の偏光が入射及び出射される構成となっている。一方、上記液晶プロジェクターにおいて黒の投影画像を得るためには、上記出射側偏光素子でほぼ全ての光エネルギーを吸収する必要がある。そのため、特に出射側偏光素子の温度上昇は著しい。そこで、例えば、出射側に２つの偏光素子を配置し、液晶装置の直後に配置される出射プリ偏光素子で大半の光エネルギーを吸収させ、後段に配置される出射メイン偏光素子で投影画像のコントラストを向上させる手法が知られている。そして、偏光素子は、より高い耐熱性を得るために、無機物で形成されている。当該偏光素子は、基板と、基板上に形成された反射層と、反射層上に形成された誘電体層と、誘電体層上に形成された無機微粒子層とを含んでいる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１６９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の偏光素子を出射プリ偏光素子として用いた場合、無機微粒子層の配置の形態によっては、出射光に旋光性を与えてしまい、その結果、出射メイン偏光素子からの漏れ光強度が増加し、液晶プロジェクターのコントラストが低下するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかる偏光素子は、基板と、前記基板上であって、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層と、前記反射層上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上であって、前記反射層の配列方向における微粒子径の長さが、前記反射層の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さよりも長い形状異方性を有する無機微粒子で形成されるとともに、隣接する一方の前記反射層側と隣接する他方の前記反射層側のそれぞれに向けて凸部を有する無機微粒子層と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、無機微粒子層は、形状異方性を有する無機微粒子で形成されるため、光の吸収性をより高めることができる。さらに、無機微粒子層は、隣接する一方の反射層側と他方の反射層側のそれぞれに向けて、すなわち、異なる方向（２方向）に向けてそれぞれ凸部を有するため、斜入射光に対する旋光性を低下させ、漏れ光強度を低減させることができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかる偏光素子の前記無機微粒子層は、隣接する一方の前記反射層側に設けられた第１凸部を有する第１無機微粒子層と、隣接する他方の前記反射層側に設けられた第２凸部を有する第２無機微粒子層と、を有することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、無機微粒子層の第１凸部と第２凸部により、斜入射光に対する旋光性を低下させ、漏れ光強度を低減させることができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例にかかる偏光素子では、前記反射層の配列方向と直交する断面視において、前記第１無機微粒子層と前記第２無機微粒子層との断面積比が同等であることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、第１無機微粒子層と第２無機微粒子層の断面積比が同等であることから、無機微粒子層の構成バランスがとれ、斜入射光に対する旋光性を効率よく低下させることができる。
【００１２】
［適用例４］本適用例にかかる偏光素子の製造方法は、基板上に、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層を形成する反射層形成工程と、前記反射層上に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、前記誘電体層上に、前記反射層の配列方向における微粒子径の長さが、前記反射層の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さよりも長い形状異方性を有する無機微粒子を形成するとともに、隣接する一方の前記反射層側と隣接する他方の前記反射層側のそれぞれに向けて凸部を有する無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、無機微粒子層は、形状異方性を有する無機微粒子で形成されるため、光の吸収性をより高めることができる。さらに、無機微粒子層は、隣接する一方の反射層側と他方の反射層側のそれぞれに向けて、すなわち、異なる方向（２方向）に向けてそれぞれ凸部を有するため、斜入射光に対する旋光性を低下させ、漏れ光強度を低減させることができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例にかかる偏光素子の製造方法の前記無機微粒子形成工程では、隣接する前記反射層のうち、一方の前記反射層側から斜方成膜して、前記一方の前記反射層側に斜方した第１凸部を有する第１無機微粒子層を形成する第１無機微粒子層形成工程と、隣接する前記反射層のうち、他方の前記反射層側から斜方成膜して、前記他方の前記反射層側に斜方した第２凸部を有する第２無機微粒子層を形成する第２無機微粒子層形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、無機微粒子層の第１凸部と第２凸部とにより、斜入射光に対する旋光性が低下され、漏れ光強度を低減させることができる。
【００１６】
［適用例６］本適用例にかかる電子機器は、上記の偏光素子、または、偏光素子の製造方法によって製造された偏光素子を搭載したことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、光学特性に優れた電子機器を提供することができる。特に、液晶プロジェクターにおいて出射プリ偏光素子として用いた場合、出射光への旋光性が低減され、出射メイン偏光素子からの漏れ光強度が低下し、液晶プロジェクターのコントラストを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】偏光素子の構成を示す概略図。
【図２】偏光素子の形態及び漏れ光強度の特性を示す説明図。
【図３】偏光素子の形態及び漏れ光強度の特性を示す説明図。
【図４】偏光素子の製造方法を示す工程図。
【図５】電子機器としての液晶プロジェクターの構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材ごとに縮小を異ならせて図示している。
【００２０】
（偏光素子の構成）
まず、偏光素子の構成について説明する。図１は、偏光素子の構成を示し、同図（ａ）は、平面図であり、同図（ｂ）は、断面図であり、同図（ｃ）は、一部拡大図である。図１に示すように、偏光素子１は、基板２と、基板２上であって、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層３と、反射層３上に形成された誘電体層４と、誘電体層４上であって、反射層３の配列方向における微粒子径の長さＬａが、配列方向と直交する方向における微粒子径の長さＬｂよりも長い形状異方性を有する無機微粒子５０ａで形成されるとともに、隣接する一方の反射層３側と隣接する他方の反射層３側のそれぞれに向けて凸部を有する無機微粒子層５とを備えている。なお、以下の説明においてはＸＹＺ座標系を設定し、このＸＹＺ座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。この際、水平面内における所定の方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、垂直面内においてＸ軸方向とＹ軸方向のそれぞれに直交する方向をＺ軸方向とする。本実施形態では、以下に説明する反射層３の延在方向をＹ軸方向とし、反射層３の配列軸をＸ軸方向として表している。
【００２１】
基板２は、使用帯域の光（本実施形態では可視光域）に対して透明な材料、例えば、ガラスや石英、サファイア、水晶、プラスチック等の透光性を有する材料である。なお、偏光素子１を適用する用途によっては、偏光素子１が蓄熱して高温になる場合があるため、基板２の材料としては、耐熱性の高いガラスや石英、サファイア、水晶を用いることが好ましい。
【００２２】
基板２の一方面側には、図１（ａ）に示すように、Ｙ軸方向に延在する複数の反射層３が、平面視において略ストライプ状（帯状）に形成されている。反射層３は、光反射性が相対的に高い光反射性材料が用いられ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）である。なお、アルミニウムの他にも、銀、金、銅、モリブデン、クロム、チタン、ニッケル、タングステン、鉄、シリコン、ゲルマニウム、テルル等の金属あるいは半導体材料等を用いることができる。
【００２３】
反射層３は、可視光域の波長よりも短い周期でＸ軸方向に均等な間隔で形成されており、隣接する反射層３の間には溝部７が形成されている。例えば、反射層３の高さは、２０〜２００ｎｍであり、反射層３の幅は、２０〜７０ｎｍである。また、隣接する反射層３の間隔（溝部７のＸ軸方向の幅）は、８０〜１３０ｎｍであり、周期（ピッチ）は、１５０ｎｍ、である。このように、偏光素子１の反射層３は、ワイヤーグリッド構造を有している。そして、反射層３の延在方向（Ｙ軸方向）に対して略平行方向に振動する直線偏光（ＴＥ波）を反射（減衰）させ、反射層３の延在方向に対して略直交する方向（Ｘ軸方向）に振動する直線偏光（ＴＭ波）を透過させる。
【００２４】
誘電体層４は、スパッタ法あるいはゾルゲル法（例えばスピンコート法によりゾルをコートし熱硬化によりゲル化させる方法）により成膜されたＳｉＯ2等の可視光に対して透明な光学材料で形成されている。誘電体層４は、無機微粒子層５の下地層として形成される。また、無機微粒子層５を反射した偏光に対して、無機微粒子層５を透過し反射層３で反射した偏光の位相を調整して干渉効果を高める目的で形成される。
【００２５】
誘電体層４を構成する材料は、ＳｉＯ2の他として、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2などの一般的な材料を用いることができる。これらは、スパッタ、気相成長法、蒸着法などの一般的な真空成膜やゾル状の物質を基板２上にコートし熱硬化させることで薄膜化が可能である。また、誘電体層４の屈折率は、１より大きく、２．５以下とすることが好ましい。また、無機微粒子層４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、誘電層材料により偏光素子特性を制御することも可能である。
【００２６】
無機微粒子層５は、誘電体層４上に形成されている。本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、無機微粒子層５は、誘電体層４の頂部に形成されている。
【００２７】
無機微粒子層５は、無機微粒子５０ａによって形成されている。当該無機微粒子５０ａは、図１（ｃ）に示すように、反射層３の配列方向（Ｙ軸方向）における微粒子径の長さＬａが、反射層３の配列方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）における微粒子径の長さＬｂよりも長い形状異方性を有している。このように、形状異方性を有することにより、Ｙ軸方向（長軸方向）とＸ軸方向（短軸方向）とで光学定数を異ならせることができる。その結果、長軸方向と平行な偏光成分を吸収し、短軸方向と平行な偏光成分を透過させるという所定の偏光特性が得られる。このように形状異方性を有する無機微粒子５０ａで構成された無機微粒子層５は、斜方成膜、例えば、斜めスパッタ成膜等によって形成することができる。
【００２８】
無機微粒子５０ａの材料としては、偏光素子１として使用帯域に応じて適切な材料が選択される。すなわち、金属材料や半導体材料がこれを満たす材料であり、具体的には金属材料として、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｎ単体もしくはこれら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が挙げられる。さらに、ＦｅＳｉ2（特にβ−ＦｅＳｉ2）、ＭｇＳｉ2、ＮｉＳｉ2、ＢａＳｉ2、ＣｒＳｉ2、ＣｏＳｉ2などのシリサイド系材料が適している。特に、無機微粒子５０ａの材料として、アルミニウム又はその合金からなるアルミニウム系の金属微粒子、あるいは、ベータ鉄シリサイドやゲルマニウム、テルルを含む半導体微粒子を用いることで、可視光域で高コントラスト（高消光比）を得ることができる。なお、可視光以外の波長帯域、例えば赤外域に偏光特性をもたせるためには、無機微粒子層を構成する無機微粒子としてＡｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）の微粒子などを用いるのが好適である。これは、これらの金属の長軸方向の共鳴波長が赤外域近辺にあるからである。これ以外にも、使用帯域に合わせて、モリブデン、クロム、チタン、タングステン、ニッケル、鉄、シリコンなどの材料を用いることができる。
【００２９】
また、無機微粒子層５は、反射層３の配列方向（Ｙ軸方向）と直交する断面視（Ｘ軸方向における断面視）において、隣接する一方の反射層３側と隣接する他方の反射層３側のそれぞれに向けて凸部が形成されている。本実施形態では、無機微粒子層５は、隣接する一方の反射層３側に設けられた第１凸部１０ａを有する第１無機微粒子層５ａと、隣接する他方の反射層３側に設けられた第２凸部１０ｂを有する第２無機微粒子層５ｂを有する。すなわち、図１（ｂ）に示すように、一の反射層３が形成された配列方向（Ｙ軸方向）に対し、Ｘ軸正方向側及びＸ軸負方向側のそれぞれに第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂが形成されている。そして、本実施形態では、反射層３の配列方向と直交する断面視において、反射層３を基板２に対して垂直方向に二分する中心線を引いた場合に、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの断面積比がほぼ同等に形成されている。
【００３０】
無機微粒子層５上には、保護層６が形成されている。保護層６は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2などの一般的な材料を用いることができる。これらは、スパッタ、気相成長法、蒸着法などの一般的な真空成膜やゾル状の物質を基板２上にコートし熱硬化させることで薄膜化が可能である。
【００３１】
従って、本実施形態における偏光素子１は、可視光に対し透明な基板２と、金属からなり基板２上に一方向に延びた帯状薄膜が一定間隔に設けられてなる反射層３と、反射層３上に形成された誘電体層４と、無機微粒子５０ａが線状に配列されてなる無機微粒子層５と、を備え、無機微粒子層５は、帯状薄膜に対応する位置において、誘電体層４上に並べられて形成され、かつ、無機微粒子５０ａが線状に配列された方向と同じ方向を長手方向とするワイヤーグリッド構造となっており、無機微粒子５０ａは、該無機微粒子５０ａの配列方向の径が長く、配列方向と直交する方向の径が短い形状異方性を有するとともに、無機微粒子層５は、隣接する一方の反射層３側と隣接する他方の反射層３側のそれぞれに向けて凸部１０ａ，１０ｂを有する。
【００３２】
ここで、偏光素子１を出射プリ偏光素子として用いた場合における、第１及び第２無機微粒子層５ａ，５ｂの形態と出射メイン偏光素子からの漏れ光強度の関係について説明する。図２は、偏光素子の形態及び漏れ光強度の特性を示す説明図である。
【００３３】
図２（ａ）は、漏れ光強度の特性をシミュレーションによって求めるために、偏光素子をモデル化したものである。本シミュレーションでは、図２（ａ）の（ａ−１）〜（ａ−４）に示す４つの第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４を用いている。そして、第１〜第４モデル毎に第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂの断面積比を変えている。なお、本シミュレーションでは、反射層３の幅は４５ｎｍ、高さは６０ｎｍとし、誘電体層４の厚みは１０ｎｍとした。周期は１５０ｎｍである。また、基板２、反射層３、誘電体層４、無機微粒子層５の材質はそれぞれ、ＳｉＯ2、アルミ、ＳｉＯ2、アモルファスシリコンとした。
【００３４】
以下、第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４の特徴部分について説明する。まず。第１モデルＭ１では、図２（ａ）の（ａ−１）に示すように、反射層３の配列方向に直交する方向における断面視において、仮想中心線に対して、第２無機微粒子層５ｂと第１無機微粒子層５ａとの断面積比を５：５とした。すなわち、第１モデルＭ１は、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの断面積比が同等である。同様にして、第２モデルＭ２は、図２（ａ）の（ａ−２）に示すように、第２無機微粒子層５ｂと第１無機微粒子層５ａとの断面積比を３：７とした。第３モデルＭ３は、図２（ａ）の（ａ−３）に示すように、第２無機微粒子層５ｂと第１無機微粒子層５ａとの断面積比を１：９とした。そして、第４モデルＭ４では、図２（ａ）の（ａ−４）に示すように、第２無機微粒子層５ｂと第１無機微粒子層５ａとの断面積比を０：１０とした。すなわち、第４モデルＭ４では、第２無機微粒子層５ｂが無い状態とした。
【００３５】
図２（ｂ）は、各第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４を含む偏光素子のシミュレーション用のモデル配置を示したものである。図２（ｂ）に示すように、入射光の光軸Ｌに直交するように、光の入射側に入射側偏光素子２００ａを配置し、光の出射側に出射メイン偏光素子２００ｂを配置した。なお、入射側偏光素子及び出射メイン偏光素子２００ａ，２００ｂは、理想的な吸収型偏光素子と仮定し、クロスニコル状態を維持する。そして、入射側偏光素子２００ａと出射メイン偏光素子２００ｂとの間に出射プリ偏光素子として各第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４が配置される。ここで、各第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４は出射メイン偏光素子２００ｂとパラレルニコル状態を維持する。本シミュレーションでは、液晶プロジェクターの照明光を考慮し、傾斜角をθ、光軸Ｌに対し回転角をφとして斜入射光を定義した。なお、実際の液晶プロジェクターでは、入射側偏光素子２００ａと出射プリ偏光素子としての第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４の間に液晶装置が配置されるが、出射プリ偏光素子としての第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４のみの特性を明確化するため、本シミュレーションでは液晶装置を省いている。
【００３６】
図３（ｃ）に、第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４における出射メイン偏光素子２００ｂからの漏れ光強度の相対値を示す。計算ではθ＝５°とし、φ＝０°〜３４５°まで１５°ずつ変化させ、それらの和を求めている。本シミュレーションによれば、第１モデルＭ１（第２無機微粒子層５ｂ：第１無機微粒子層５ａ＝断面積比５：５）に対し、第２モデルＭ２（断面積比３：７）では、約４．３倍の漏れ光強度を有し、第３モデルＭ３（断面積比１：９）では、約１０．７倍の漏れ光強度を有し、第４モデルＭ４（断面積比０：１０）では、約１１．８倍の漏れ光強度を有している。換言すれば、本実施形態では、少なくとも微小な第２無機微粒子層５ｂが形成されていれば、漏れ光強度の低減効果を有しており、さらに、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの断面積比が同等（５：５、左右対称）の場合に、漏れ光強度の低減に好適であることがわかる。一方、図３（ｄ）は、光軸Ｌに対する回転角φにおける出射メイン偏光素子２００ｂからの出射光強度を、それぞれのモデル（Ｍ１〜Ｍ４）に対して示した結果である。図中、φ＝０°、１８０°は図１で示した座標系においてＸ−Ｚ平面内であり、前者は第２無機微粒子層５ｂ側から、後者は第１無機微粒子層５ａ側からの入射光に対応している。図３（ｄ）から、第１モデルＭ１では、第１象限から第４象限の強度分布がほぼ同じであることが分かる。この強度分布は、理想的な吸収型偏光素子をクロスニコルで配置した状態と同じであり、第１モデルＭ１によって旋光は生じていないことが分かる。一方、第２モデルＭ２から第４モデルＭ４に連れて、第１象限と第２象限間、および第３象限と第４象限間の対称性が崩れ、さらに漏れ光強度が増加していることが分かる。これは、図２（ａ）から分かる様に、構造の左右対象性が崩れることによって、断面内における光学軸がＺ軸方向から傾斜したことにより、斜入射光に対して旋光性が増加したためと考えられる。
【００３７】
なお、上記θ＝５°の斜入射光のシミュレーションの他、θ＝１０°及びθ＝２０°の斜入射光でも上記同様のシミュレーション行っている。これによれば、上記同様に、第１無機微粒子層５ａに加え第２無機微粒子層５ｂが形成されることにより、漏れ光強度の低減効果を有し、さらに、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの断面積比が同等（５：５）の場合に、漏れ光強度が最も低減される。
【００３８】
以上のように構成された本実施形態の偏光素子１は、基板２の表面側、即ち、格子状の反射層３、誘電体層４及び無機微粒子層５の形成面側が光入射面とされる。そして、偏光素子１は、光の透過、反射、干渉、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、反射層３の配列方向に平行な電界成分（格子軸方向、Ｙ軸方向）をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させるとともに、反射層３の配列方向に垂直な電界成分（格子直角方向、Ｘ軸方向）をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させる。すなわち、ＴＥ波は、無機微粒子層５の光吸収作用によって減衰される。反射層３は、ワイヤーグリッドとして機能し、無機微粒子層５及び誘電体層４を透過したＴＥ波を反射する。ここで、反射層３で反射したＴＥ波は、無機微粒子層５で反射したＴＥ波と干渉して減衰される。このようにＴＥ波の選択的減衰を行うことができる。
【００３９】
（偏光素子の製造方法）
次に、偏光素子の製造方法について説明する。図４は、偏光素子の製造方法を示す工程図である。本実施形態にかかる偏光素子の製造方法は、基板上に、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層を形成する反射層形成工程と、反射層上に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、誘電体層上に、反射層の配列方向における微粒子径の長さが、反射層の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さよりも長い形状異方性を有する無機微粒子を形成するとともに、隣接する一方の反射層側と隣接する他方の反射層側のそれぞれに向けて凸部を有する無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、を含むものである。さらに、無機微粒子層形成工程では、隣接する反射層のうち、一方の反射層側から斜方成膜して、一方の反射層側に斜方した第１凸部を有する第１無機微粒子層を形成する第１無機微粒子層形成工程と、隣接する反射層のうち、他方の反射層側から斜方成膜して、他方の反射層側に斜方した第２凸部を有する第２無機微粒子層を形成する第２無機微粒子層形成工程と、を含むものである。以下、図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図４（ａ）の反射層形成工程では、基板２上に反射層３を形成する。例えば、フォトリソグラフィー法を用いたアルミニウム等の金属膜のパターン加工によって形成する。
【００４１】
図４（ｂ）の誘電体層形成工程では、反射層３上に誘電体層４を形成する。例えば、スパッタ法やゾルゲル法により、ＳｉＯ2等の誘電体層４を形成する。
【００４２】
図４（ｃ）の第１無機微粒子層形成工程では、隣接する反射層３のうち、一方の反射層３側から斜方成膜して、一方の反射層３側に斜方した第１凸部１０ａを有する第１無機微粒子層５ａを形成する。具体的には、例えば、スパッタ装置を用いて、反射層３が形成された基板２に対して斜め方向からスパッタ粒子を堆積させることにより、第１無機微粒子層５ａを形成する。なお、図４（ｃ）では、スパッタ粒子の入射方向を矢印で表している。基板２面に対する斜方成膜の斜方角度は、およそ０〜５０°の範囲で適宜設定することができる。
【００４３】
図４（ｄ）の第２無機微粒子層形成工程では、隣接する反射層３のうち、他方の反射層３側から斜方成膜して、他方の反射層３側に斜方した第２凸部１０ｂを有する第２無機微粒子層５ｂを形成する。すなわち、上記の第１無機微粒子層形成工程における斜方成膜の斜方方向とは逆方向の斜方方向から成膜させる。具体的には、例えば、スパッタ装置を用いて、反射層３が形成された基板２に対して斜め方向からスパッタ粒子を堆積させることにより、第２無機微粒子層５ｂを形成する。なお、図４（ｄ）では、スパッタ粒子の入射方向を矢印で表している。基板２面に対する斜方成膜の斜方角度は、およそ０〜５０°の範囲で適宜設定することができる。
【００４４】
なお、上記の第１及び第２無機微粒子層形成工程では、上記した斜方成膜により、誘電体層４上に、反射層３の配列方向における微粒子径の長さＬａが、反射層３の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さＬｂよりも長い形状異方性を有する無機微粒子５０ａが形成される（図１（ｃ）参照）。
【００４５】
なお、第２無機微粒子層形成工程の後に、第１無機微粒子層形成工程を行ってもよいし、第１及び第２無機微粒子層形成工程を同時期に行ってもよい。
【００４６】
ここで、上記した第１及び第２無機微粒子層形成工程における斜方成膜では、スパッタ装置のターゲットに近い側と遠い側では、堆積するスパッタ粒子の量が異なり、ターゲットに近いほど堆積するスパッタ粒子の量が多くなる傾向がある。このため、図４（ｃ）に示す第１無機微粒子層形成工程では、第１無機微粒子層５ａの体積は、スパッタ装置のターゲットに近い側（Ｘ軸負方向側）ほど大きく、ターゲットから遠い側（Ｘ軸正方向側）ほど小さくなる。一方、図４（ｄ）に示す第２無機微粒子層形成工程では、第２無機微粒子層５ｂの体積は、スパッタ装置のターゲットに近い側（Ｘ軸正方向側）ほど大きく、ターゲットから遠い側（Ｘ軸負方向側）ほど小さくなる。従って、各第１無機微粒子層５ａ及び各第２無機微粒子層５ｂの体積は異なるが、各反射層３に対応する第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの体積の和は等しくなり、各反射層３上には、体積和が等しい無機微粒子層５が形成される。これにより、バランスのとれた光学特性を備えることができる。
【００４７】
図４（ｅ）の保護層形成工程では、第１及び第２無機微粒子層５ａ，５ｂ上に保護層６を形成する。保護層６は、例えば、ＳｉＯ2をスパッタ法等により形成する。以上の工程を経ることにより、偏光素子１を製造することができる。
【００４８】
（電子機器の構成）
次に、電子機器の構成について説明する。図５は、電子機器としての液晶プロジェクターの構成を示す概略図である。液晶プロジェクター１００は、光源となるランプと、液晶パネルと、偏光素子１等を備えている。
【００４９】
図５に示すように、液晶プロジェクター１００の光学エンジン部分は、赤色光ＬＲに対する入射側偏光素子１Ａ、液晶パネル９０、出射プリ偏光素子１Ｂ、出射メイン偏光素子１Ｃと、緑色光ＬＧに対する入射側偏光素子１Ａ、液晶パネル９０、出射プリ偏光素子１Ｂ、出射メイン偏光素子１Ｃと、青色光ＬＢに対する入射側偏光素子１Ａ、液晶パネル９０、出射プリ偏光素子１Ｂ、出射メイン偏光素子１Ｃと、それぞれの出射メイン偏光素子１Ｃから出てくる光を合成し投射レンズ（不図示）に出射するクロスダイクロプリズム６０とを備えている。ここで、偏光素子１は、入射側偏光素子１Ａ、出射プリ偏光素子１Ｂ、出射メイン偏光素子１Ｃのそれぞれに適用可能である。特に、偏光素子１を出射プリ偏光素子１Ｂに適用することにより、出射メイン偏光素子１Ｃからの漏れ光強度を低減させ、コントラストを向上させることができる。
【００５０】
液晶プロジェクター１００では、光源ランプ（不図示）から出射される光をダイクロイックミラー（不図示）により赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢに分離し、それぞれの光に対応する入射側偏光素子１Ａに入射させ、ついでそれぞれの入射側偏光素子１Ａで偏光された光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢは液晶パネル９０にて空間変調されて出射され、出射プリ偏光素子１Ｂ、出射メイン偏光素子１Ｃを通過した後、クロスダイクロプリズム６０にて合成されて投射レンズから投射される構成となっている。光源ランプは高出力のものであっても、偏光素子１は、強い光に対して優れた耐光特性を有するため、信頼性の高い液晶プロジェクターを提供することができる。
【００５１】
なお、偏光素子１を搭載した電子機器は、液晶プロジェクター１００に限定されず、他にも、例えば、自動車のカーナビやインパネの液晶ディスプレイ等にも適用することができる。
【００５２】
従って、上記実施形態によれば、以下に示す効果がある。
【００５３】
偏光素子１は、隣接する一方の反射層３側に斜方して第１凸部１０ａを有する第１無機微粒子層５ａと、隣接する他方の反射層３側に斜方して第２凸部１０ｂを有する第２無機微粒子層５ｂとを含む無機微粒子層５を備える。これにより、斜入射光に対する旋光性が低下し、光漏れ量を低減させることができる。また、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの断面積比を同等にすることにより、さらに、漏れ光強度を低減させることができる。そして、このような偏光素子１を液晶プロジェクター１００に適用することにより、光学特性に優れ、コントラストが高い液晶プロジェクター１００を提供することができる。
【００５４】
なお、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形例が挙げられる。
【００５５】
（変形例１）上記実施形態では、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの断面積比を同等（５：５）としたが、これに限定されない。例えば、第１無機微粒子層５ａの第２無機微粒子層５ｂに対する断面積比（第１無機微粒子層５ａの断面積：第２無機微粒子層５ｂの断面積）が、１：９であってもよいし、９：１であってもよい。すなわち、異なる方向に向けて、それぞれ第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとが形成されていればよい。このようにしても、旋光性を低下させ、漏れ光強度を低減させることができる。
【００５６】
（変形例２）上記実施形態では、第１無機微粒子層５ａを一定の断面積として固定し、第２無機微粒子層５ｂの断面積を変化させたが、第２無機微粒子層５ｂを一定の断面積として固定し、第１無機微粒子層５ａの断面積を変化させてもよい。換言すれば、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂを入れ替えてもよい。このようにしても、上記同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）…偏光素子、２…基板、３…反射層、４…誘電体層、５…無機微粒子層、５ａ…第１無機微粒子層、５ｂ…第２無機微粒子層、６…保護層、１０ａ…第１凸部、１０ｂ…第２凸部、５０ａ…無機微粒子、１００…液晶プロジェクター。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光素子、偏光素子の製造方法、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器としての液晶プロジェクターは、光変調装置としての液晶装置を備えている。当該液晶装置は、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された構成のものが知られている。この一対の基板には、液晶層に電圧を印加するための電極がそれぞれ形成されている。そして、各基板の外側にはそれぞれ入射側偏光素子、および出射側偏光素子が配置されており、液晶層に対して所定の偏光が入射及び出射される構成となっている。一方、上記液晶プロジェクターにおいて黒の投影画像を得るためには、上記出射側偏光素子でほぼ全ての光エネルギーを吸収する必要がある。そのため、特に出射側偏光素子の温度上昇は著しい。そこで、例えば、出射側に２つの偏光素子を配置し、液晶装置の直後に配置される出射プリ偏光素子で大半の光エネルギーを吸収させ、後段に配置される出射メイン偏光素子で投影画像のコントラストを向上させる手法が知られている。そして、偏光素子は、より高い耐熱性を得るために、無機物で形成されている。当該偏光素子は、基板と、基板上に形成された反射層と、反射層上に形成された誘電体層と、誘電体層上に形成された無機微粒子層とを含んでいる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１６９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の偏光素子を出射プリ偏光素子として用いた場合、無機微粒子層の配置の形態によっては、出射光に旋光性を与えてしまい、その結果、出射メイン偏光素子からの漏れ光強度が増加し、液晶プロジェクターのコントラストが低下するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかる偏光素子は、基板と、前記基板上であって、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層と、前記反射層上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上であって、前記反射層の配列方向における微粒子径の長さが、前記反射層の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さよりも長い形状異方性を有する無機微粒子で形成されるとともに、隣接する一方の前記反射層側と隣接する他方の前記反射層側のそれぞれに向けて凸部を有する無機微粒子層と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、無機微粒子層は、形状異方性を有する無機微粒子で形成されるため、光の吸収性をより高めることができる。さらに、無機微粒子層は、隣接する一方の反射層側と他方の反射層側のそれぞれに向けて、すなわち、異なる方向（２方向）に向けてそれぞれ凸部を有するため、斜入射光に対する旋光性を低下させ、漏れ光強度を低減させることができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかる偏光素子の前記無機微粒子層は、隣接する一方の前記反射層側に設けられた第１凸部を有する第１無機微粒子層と、隣接する他方の前記反射層側に設けられた第２凸部を有する第２無機微粒子層と、を有することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、無機微粒子層の第１凸部と第２凸部により、斜入射光に対する旋光性を低下させ、漏れ光強度を低減させることができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例にかかる偏光素子では、前記反射層の配列方向と直交する断面視において、前記第１無機微粒子層と前記第２無機微粒子層との断面積比が同等であることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、第１無機微粒子層と第２無機微粒子層の断面積比が同等であることから、無機微粒子層の構成バランスがとれ、斜入射光に対する旋光性を効率よく低下させることができる。
【００１２】
［適用例４］本適用例にかかる偏光素子の製造方法は、基板上に、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層を形成する反射層形成工程と、前記反射層上に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、前記誘電体層上に、前記反射層の配列方向における微粒子径の長さが、前記反射層の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さよりも長い形状異方性を有する無機微粒子を形成するとともに、隣接する一方の前記反射層側と隣接する他方の前記反射層側のそれぞれに向けて凸部を有する無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、無機微粒子層は、形状異方性を有する無機微粒子で形成されるため、光の吸収性をより高めることができる。さらに、無機微粒子層は、隣接する一方の反射層側と他方の反射層側のそれぞれに向けて、すなわち、異なる方向（２方向）に向けてそれぞれ凸部を有するため、斜入射光に対する旋光性を低下させ、漏れ光強度を低減させることができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例にかかる偏光素子の製造方法の前記無機微粒子形成工程では、隣接する前記反射層のうち、一方の前記反射層側から斜方成膜して、前記一方の前記反射層側に斜方した第１凸部を有する第１無機微粒子層を形成する第１無機微粒子層形成工程と、隣接する前記反射層のうち、他方の前記反射層側から斜方成膜して、前記他方の前記反射層側に斜方した第２凸部を有する第２無機微粒子層を形成する第２無機微粒子層形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、無機微粒子層の第１凸部と第２凸部とにより、斜入射光に対する旋光性が低下され、漏れ光強度を低減させることができる。
【００１６】
［適用例６］本適用例にかかる電子機器は、上記の偏光素子、または、偏光素子の製造方法によって製造された偏光素子を搭載したことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、光学特性に優れた電子機器を提供することができる。特に、液晶プロジェクターにおいて出射プリ偏光素子として用いた場合、出射光への旋光性が低減され、出射メイン偏光素子からの漏れ光強度が低下し、液晶プロジェクターのコントラストを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】偏光素子の構成を示す概略図。
【図２】偏光素子の形態及び漏れ光強度の特性を示す説明図。
【図３】偏光素子の形態及び漏れ光強度の特性を示す説明図。
【図４】偏光素子の製造方法を示す工程図。
【図５】電子機器としての液晶プロジェクターの構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材ごとに縮小を異ならせて図示している。
【００２０】
（偏光素子の構成）
まず、偏光素子の構成について説明する。図１は、偏光素子の構成を示し、同図（ａ）は、平面図であり、同図（ｂ）は、断面図であり、同図（ｃ）は、一部拡大図である。図１に示すように、偏光素子１は、基板２と、基板２上であって、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層３と、反射層３上に形成された誘電体層４と、誘電体層４上であって、反射層３の配列方向における微粒子径の長さＬａが、配列方向と直交する方向における微粒子径の長さＬｂよりも長い形状異方性を有する無機微粒子５０ａで形成されるとともに、隣接する一方の反射層３側と隣接する他方の反射層３側のそれぞれに向けて凸部を有する無機微粒子層５とを備えている。なお、以下の説明においてはＸＹＺ座標系を設定し、このＸＹＺ座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。この際、水平面内における所定の方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、垂直面内においてＸ軸方向とＹ軸方向のそれぞれに直交する方向をＺ軸方向とする。本実施形態では、以下に説明する反射層３の延在方向をＹ軸方向とし、反射層３の配列軸をＸ軸方向として表している。
【００２１】
基板２は、使用帯域の光（本実施形態では可視光域）に対して透明な材料、例えば、ガラスや石英、サファイア、水晶、プラスチック等の透光性を有する材料である。なお、偏光素子１を適用する用途によっては、偏光素子１が蓄熱して高温になる場合があるため、基板２の材料としては、耐熱性の高いガラスや石英、サファイア、水晶を用いることが好ましい。
【００２２】
基板２の一方面側には、図１（ａ）に示すように、Ｙ軸方向に延在する複数の反射層３が、平面視において略ストライプ状（帯状）に形成されている。反射層３は、光反射性が相対的に高い光反射性材料が用いられ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）である。なお、アルミニウムの他にも、銀、金、銅、モリブデン、クロム、チタン、ニッケル、タングステン、鉄、シリコン、ゲルマニウム、テルル等の金属あるいは半導体材料等を用いることができる。
【００２３】
反射層３は、可視光域の波長よりも短い周期でＸ軸方向に均等な間隔で形成されており、隣接する反射層３の間には溝部７が形成されている。例えば、反射層３の高さは、２０〜２００ｎｍであり、反射層３の幅は、２０〜７０ｎｍである。また、隣接する反射層３の間隔（溝部７のＸ軸方向の幅）は、８０〜１３０ｎｍであり、周期（ピッチ）は、１５０ｎｍ、である。このように、偏光素子１の反射層３は、ワイヤーグリッド構造を有している。そして、反射層３の延在方向（Ｙ軸方向）に対して略平行方向に振動する直線偏光（ＴＥ波）を反射（減衰）させ、反射層３の延在方向に対して略直交する方向（Ｘ軸方向）に振動する直線偏光（ＴＭ波）を透過させる。
【００２４】
誘電体層４は、スパッタ法あるいはゾルゲル法（例えばスピンコート法によりゾルをコートし熱硬化によりゲル化させる方法）により成膜されたＳｉＯ2等の可視光に対して透明な光学材料で形成されている。誘電体層４は、無機微粒子層５の下地層として形成される。また、無機微粒子層５を反射した偏光に対して、無機微粒子層５を透過し反射層３で反射した偏光の位相を調整して干渉効果を高める目的で形成される。
【００２５】
誘電体層４を構成する材料は、ＳｉＯ2の他として、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2などの一般的な材料を用いることができる。これらは、スパッタ、気相成長法、蒸着法などの一般的な真空成膜やゾル状の物質を基板２上にコートし熱硬化させることで薄膜化が可能である。また、誘電体層４の屈折率は、１より大きく、２．５以下とすることが好ましい。また、無機微粒子層４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、誘電層材料により偏光素子特性を制御することも可能である。
【００２６】
無機微粒子層５は、誘電体層４上に形成されている。本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、無機微粒子層５は、誘電体層４の頂部に形成されている。
【００２７】
無機微粒子層５は、無機微粒子５０ａによって形成されている。当該無機微粒子５０ａは、図１（ｃ）に示すように、反射層３の配列方向（Ｙ軸方向）における微粒子径の長さＬａが、反射層３の配列方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）における微粒子径の長さＬｂよりも長い形状異方性を有している。このように、形状異方性を有することにより、Ｙ軸方向（長軸方向）とＸ軸方向（短軸方向）とで光学定数を異ならせることができる。その結果、長軸方向と平行な偏光成分を吸収し、短軸方向と平行な偏光成分を透過させるという所定の偏光特性が得られる。このように形状異方性を有する無機微粒子５０ａで構成された無機微粒子層５は、斜方成膜、例えば、斜めスパッタ成膜等によって形成することができる。
【００２８】
無機微粒子５０ａの材料としては、偏光素子１として使用帯域に応じて適切な材料が選択される。すなわち、金属材料や半導体材料がこれを満たす材料であり、具体的には金属材料として、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｎ単体もしくはこれら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が挙げられる。さらに、ＦｅＳｉ2（特にβ−ＦｅＳｉ2）、ＭｇＳｉ2、ＮｉＳｉ2、ＢａＳｉ2、ＣｒＳｉ2、ＣｏＳｉ2などのシリサイド系材料が適している。特に、無機微粒子５０ａの材料として、アルミニウム又はその合金からなるアルミニウム系の金属微粒子、あるいは、ベータ鉄シリサイドやゲルマニウム、テルルを含む半導体微粒子を用いることで、可視光域で高コントラスト（高消光比）を得ることができる。なお、可視光以外の波長帯域、例えば赤外域に偏光特性をもたせるためには、無機微粒子層を構成する無機微粒子としてＡｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）の微粒子などを用いるのが好適である。これは、これらの金属の長軸方向の共鳴波長が赤外域近辺にあるからである。これ以外にも、使用帯域に合わせて、モリブデン、クロム、チタン、タングステン、ニッケル、鉄、シリコンなどの材料を用いることができる。
【００２９】
また、無機微粒子層５は、反射層３の配列方向（Ｙ軸方向）と直交する断面視（Ｘ軸方向における断面視）において、隣接する一方の反射層３側と隣接する他方の反射層３側のそれぞれに向けて凸部が形成されている。本実施形態では、無機微粒子層５は、隣接する一方の反射層３側に設けられた第１凸部１０ａを有する第１無機微粒子層５ａと、隣接する他方の反射層３側に設けられた第２凸部１０ｂを有する第２無機微粒子層５ｂを有する。すなわち、図１（ｂ）に示すように、一の反射層３が形成された配列方向（Ｙ軸方向）に対し、Ｘ軸正方向側及びＸ軸負方向側のそれぞれに第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂが形成されている。そして、本実施形態では、反射層３の配列方向と直交する断面視において、反射層３を基板２に対して垂直方向に二分する中心線を引いた場合に、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの断面積比がほぼ同等に形成されている。
【００３０】
無機微粒子層５上には、保護層６が形成されている。保護層６は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2などの一般的な材料を用いることができる。これらは、スパッタ、気相成長法、蒸着法などの一般的な真空成膜やゾル状の物質を基板２上にコートし熱硬化させることで薄膜化が可能である。
【００３１】
従って、本実施形態における偏光素子１は、可視光に対し透明な基板２と、金属からなり基板２上に一方向に延びた帯状薄膜が一定間隔に設けられてなる反射層３と、反射層３上に形成された誘電体層４と、無機微粒子５０ａが線状に配列されてなる無機微粒子層５と、を備え、無機微粒子層５は、帯状薄膜に対応する位置において、誘電体層４上に並べられて形成され、かつ、無機微粒子５０ａが線状に配列された方向と同じ方向を長手方向とするワイヤーグリッド構造となっており、無機微粒子５０ａは、該無機微粒子５０ａの配列方向の径が長く、配列方向と直交する方向の径が短い形状異方性を有するとともに、無機微粒子層５は、隣接する一方の反射層３側と隣接する他方の反射層３側のそれぞれに向けて凸部１０ａ，１０ｂを有する。
【００３２】
ここで、偏光素子１を出射プリ偏光素子として用いた場合における、第１及び第２無機微粒子層５ａ，５ｂの形態と出射メイン偏光素子からの漏れ光強度の関係について説明する。図２は、偏光素子の形態及び漏れ光強度の特性を示す説明図である。
【００３３】
図２（ａ）は、漏れ光強度の特性をシミュレーションによって求めるために、偏光素子をモデル化したものである。本シミュレーションでは、図２（ａ）の（ａ−１）〜（ａ−４）に示す４つの第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４を用いている。そして、第１〜第４モデル毎に第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂの断面積比を変えている。なお、本シミュレーションでは、反射層３の幅は４５ｎｍ、高さは６０ｎｍとし、誘電体層４の厚みは１０ｎｍとした。周期は１５０ｎｍである。また、基板２、反射層３、誘電体層４、無機微粒子層５の材質はそれぞれ、ＳｉＯ2、アルミ、ＳｉＯ2、アモルファスシリコンとした。
【００３４】
以下、第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４の特徴部分について説明する。まず。第１モデルＭ１では、図２（ａ）の（ａ−１）に示すように、反射層３の配列方向に直交する方向における断面視において、仮想中心線に対して、第２無機微粒子層５ｂと第１無機微粒子層５ａとの断面積比を５：５とした。すなわち、第１モデルＭ１は、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの断面積比が同等である。同様にして、第２モデルＭ２は、図２（ａ）の（ａ−２）に示すように、第２無機微粒子層５ｂと第１無機微粒子層５ａとの断面積比を３：７とした。第３モデルＭ３は、図２（ａ）の（ａ−３）に示すように、第２無機微粒子層５ｂと第１無機微粒子層５ａとの断面積比を１：９とした。そして、第４モデルＭ４では、図２（ａ）の（ａ−４）に示すように、第２無機微粒子層５ｂと第１無機微粒子層５ａとの断面積比を０：１０とした。すなわち、第４モデルＭ４では、第２無機微粒子層５ｂが無い状態とした。
【００３５】
図２（ｂ）は、各第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４を含む偏光素子のシミュレーション用のモデル配置を示したものである。図２（ｂ）に示すように、入射光の光軸Ｌに直交するように、光の入射側に入射側偏光素子２００ａを配置し、光の出射側に出射メイン偏光素子２００ｂを配置した。なお、入射側偏光素子及び出射メイン偏光素子２００ａ，２００ｂは、理想的な吸収型偏光素子と仮定し、クロスニコル状態を維持する。そして、入射側偏光素子２００ａと出射メイン偏光素子２００ｂとの間に出射プリ偏光素子として各第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４が配置される。ここで、各第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４は出射メイン偏光素子２００ｂとパラレルニコル状態を維持する。本シミュレーションでは、液晶プロジェクターの照明光を考慮し、傾斜角をθ、光軸Ｌに対し回転角をφとして斜入射光を定義した。なお、実際の液晶プロジェクターでは、入射側偏光素子２００ａと出射プリ偏光素子としての第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４の間に液晶装置が配置されるが、出射プリ偏光素子としての第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４のみの特性を明確化するため、本シミュレーションでは液晶装置を省いている。
【００３６】
図３（ｃ）に、第１〜第４モデルＭ１〜Ｍ４における出射メイン偏光素子２００ｂからの漏れ光強度の相対値を示す。計算ではθ＝５°とし、φ＝０°〜３４５°まで１５°ずつ変化させ、それらの和を求めている。本シミュレーションによれば、第１モデルＭ１（第２無機微粒子層５ｂ：第１無機微粒子層５ａ＝断面積比５：５）に対し、第２モデルＭ２（断面積比３：７）では、約４．３倍の漏れ光強度を有し、第３モデルＭ３（断面積比１：９）では、約１０．７倍の漏れ光強度を有し、第４モデルＭ４（断面積比０：１０）では、約１１．８倍の漏れ光強度を有している。換言すれば、本実施形態では、少なくとも微小な第２無機微粒子層５ｂが形成されていれば、漏れ光強度の低減効果を有しており、さらに、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの断面積比が同等（５：５、左右対称）の場合に、漏れ光強度の低減に好適であることがわかる。一方、図３（ｄ）は、光軸Ｌに対する回転角φにおける出射メイン偏光素子２００ｂからの出射光強度を、それぞれのモデル（Ｍ１〜Ｍ４）に対して示した結果である。図中、φ＝０°、１８０°は図１で示した座標系においてＸ−Ｚ平面内であり、前者は第２無機微粒子層５ｂ側から、後者は第１無機微粒子層５ａ側からの入射光に対応している。図３（ｄ）から、第１モデルＭ１では、第１象限から第４象限の強度分布がほぼ同じであることが分かる。この強度分布は、理想的な吸収型偏光素子をクロスニコルで配置した状態と同じであり、第１モデルＭ１によって旋光は生じていないことが分かる。一方、第２モデルＭ２から第４モデルＭ４に連れて、第１象限と第２象限間、および第３象限と第４象限間の対称性が崩れ、さらに漏れ光強度が増加していることが分かる。これは、図２（ａ）から分かる様に、構造の左右対象性が崩れることによって、断面内における光学軸がＺ軸方向から傾斜したことにより、斜入射光に対して旋光性が増加したためと考えられる。
【００３７】
なお、上記θ＝５°の斜入射光のシミュレーションの他、θ＝１０°及びθ＝２０°の斜入射光でも上記同様のシミュレーション行っている。これによれば、上記同様に、第１無機微粒子層５ａに加え第２無機微粒子層５ｂが形成されることにより、漏れ光強度の低減効果を有し、さらに、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの断面積比が同等（５：５）の場合に、漏れ光強度が最も低減される。
【００３８】
以上のように構成された本実施形態の偏光素子１は、基板２の表面側、即ち、格子状の反射層３、誘電体層４及び無機微粒子層５の形成面側が光入射面とされる。そして、偏光素子１は、光の透過、反射、干渉、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、反射層３の配列方向に平行な電界成分（格子軸方向、Ｙ軸方向）をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させるとともに、反射層３の配列方向に垂直な電界成分（格子直角方向、Ｘ軸方向）をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させる。すなわち、ＴＥ波は、無機微粒子層５の光吸収作用によって減衰される。反射層３は、ワイヤーグリッドとして機能し、無機微粒子層５及び誘電体層４を透過したＴＥ波を反射する。ここで、反射層３で反射したＴＥ波は、無機微粒子層５で反射したＴＥ波と干渉して減衰される。このようにＴＥ波の選択的減衰を行うことができる。
【００３９】
（偏光素子の製造方法）
次に、偏光素子の製造方法について説明する。図４は、偏光素子の製造方法を示す工程図である。本実施形態にかかる偏光素子の製造方法は、基板上に、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層を形成する反射層形成工程と、反射層上に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、誘電体層上に、反射層の配列方向における微粒子径の長さが、反射層の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さよりも長い形状異方性を有する無機微粒子を形成するとともに、隣接する一方の反射層側と隣接する他方の反射層側のそれぞれに向けて凸部を有する無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、を含むものである。さらに、無機微粒子層形成工程では、隣接する反射層のうち、一方の反射層側から斜方成膜して、一方の反射層側に斜方した第１凸部を有する第１無機微粒子層を形成する第１無機微粒子層形成工程と、隣接する反射層のうち、他方の反射層側から斜方成膜して、他方の反射層側に斜方した第２凸部を有する第２無機微粒子層を形成する第２無機微粒子層形成工程と、を含むものである。以下、図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図４（ａ）の反射層形成工程では、基板２上に反射層３を形成する。例えば、フォトリソグラフィー法を用いたアルミニウム等の金属膜のパターン加工によって形成する。
【００４１】
図４（ｂ）の誘電体層形成工程では、反射層３上に誘電体層４を形成する。例えば、スパッタ法やゾルゲル法により、ＳｉＯ2等の誘電体層４を形成する。
【００４２】
図４（ｃ）の第１無機微粒子層形成工程では、隣接する反射層３のうち、一方の反射層３側から斜方成膜して、一方の反射層３側に斜方した第１凸部１０ａを有する第１無機微粒子層５ａを形成する。具体的には、例えば、スパッタ装置を用いて、反射層３が形成された基板２に対して斜め方向からスパッタ粒子を堆積させることにより、第１無機微粒子層５ａを形成する。なお、図４（ｃ）では、スパッタ粒子の入射方向を矢印で表している。基板２面に対する斜方成膜の斜方角度は、およそ０〜５０°の範囲で適宜設定することができる。
【００４３】
図４（ｄ）の第２無機微粒子層形成工程では、隣接する反射層３のうち、他方の反射層３側から斜方成膜して、他方の反射層３側に斜方した第２凸部１０ｂを有する第２無機微粒子層５ｂを形成する。すなわち、上記の第１無機微粒子層形成工程における斜方成膜の斜方方向とは逆方向の斜方方向から成膜させる。具体的には、例えば、スパッタ装置を用いて、反射層３が形成された基板２に対して斜め方向からスパッタ粒子を堆積させることにより、第２無機微粒子層５ｂを形成する。なお、図４（ｄ）では、スパッタ粒子の入射方向を矢印で表している。基板２面に対する斜方成膜の斜方角度は、およそ０〜５０°の範囲で適宜設定することができる。
【００４４】
なお、上記の第１及び第２無機微粒子層形成工程では、上記した斜方成膜により、誘電体層４上に、反射層３の配列方向における微粒子径の長さＬａが、反射層３の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さＬｂよりも長い形状異方性を有する無機微粒子５０ａが形成される（図１（ｃ）参照）。
【００４５】
なお、第２無機微粒子層形成工程の後に、第１無機微粒子層形成工程を行ってもよいし、第１及び第２無機微粒子層形成工程を同時期に行ってもよい。
【００４６】
ここで、上記した第１及び第２無機微粒子層形成工程における斜方成膜では、スパッタ装置のターゲットに近い側と遠い側では、堆積するスパッタ粒子の量が異なり、ターゲットに近いほど堆積するスパッタ粒子の量が多くなる傾向がある。このため、図４（ｃ）に示す第１無機微粒子層形成工程では、第１無機微粒子層５ａの体積は、スパッタ装置のターゲットに近い側（Ｘ軸負方向側）ほど大きく、ターゲットから遠い側（Ｘ軸正方向側）ほど小さくなる。一方、図４（ｄ）に示す第２無機微粒子層形成工程では、第２無機微粒子層５ｂの体積は、スパッタ装置のターゲットに近い側（Ｘ軸正方向側）ほど大きく、ターゲットから遠い側（Ｘ軸負方向側）ほど小さくなる。従って、各第１無機微粒子層５ａ及び各第２無機微粒子層５ｂの体積は異なるが、各反射層３に対応する第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの体積の和は等しくなり、各反射層３上には、体積和が等しい無機微粒子層５が形成される。これにより、バランスのとれた光学特性を備えることができる。
【００４７】
図４（ｅ）の保護層形成工程では、第１及び第２無機微粒子層５ａ，５ｂ上に保護層６を形成する。保護層６は、例えば、ＳｉＯ2をスパッタ法等により形成する。以上の工程を経ることにより、偏光素子１を製造することができる。
【００４８】
（電子機器の構成）
次に、電子機器の構成について説明する。図５は、電子機器としての液晶プロジェクターの構成を示す概略図である。液晶プロジェクター１００は、光源となるランプと、液晶パネルと、偏光素子１等を備えている。
【００４９】
図５に示すように、液晶プロジェクター１００の光学エンジン部分は、赤色光ＬＲに対する入射側偏光素子１Ａ、液晶パネル９０、出射プリ偏光素子１Ｂ、出射メイン偏光素子１Ｃと、緑色光ＬＧに対する入射側偏光素子１Ａ、液晶パネル９０、出射プリ偏光素子１Ｂ、出射メイン偏光素子１Ｃと、青色光ＬＢに対する入射側偏光素子１Ａ、液晶パネル９０、出射プリ偏光素子１Ｂ、出射メイン偏光素子１Ｃと、それぞれの出射メイン偏光素子１Ｃから出てくる光を合成し投射レンズ（不図示）に出射するクロスダイクロプリズム６０とを備えている。ここで、偏光素子１は、入射側偏光素子１Ａ、出射プリ偏光素子１Ｂ、出射メイン偏光素子１Ｃのそれぞれに適用可能である。特に、偏光素子１を出射プリ偏光素子１Ｂに適用することにより、出射メイン偏光素子１Ｃからの漏れ光強度を低減させ、コントラストを向上させることができる。
【００５０】
液晶プロジェクター１００では、光源ランプ（不図示）から出射される光をダイクロイックミラー（不図示）により赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢに分離し、それぞれの光に対応する入射側偏光素子１Ａに入射させ、ついでそれぞれの入射側偏光素子１Ａで偏光された光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢは液晶パネル９０にて空間変調されて出射され、出射プリ偏光素子１Ｂ、出射メイン偏光素子１Ｃを通過した後、クロスダイクロプリズム６０にて合成されて投射レンズから投射される構成となっている。光源ランプは高出力のものであっても、偏光素子１は、強い光に対して優れた耐光特性を有するため、信頼性の高い液晶プロジェクターを提供することができる。
【００５１】
なお、偏光素子１を搭載した電子機器は、液晶プロジェクター１００に限定されず、他にも、例えば、自動車のカーナビやインパネの液晶ディスプレイ等にも適用することができる。
【００５２】
従って、上記実施形態によれば、以下に示す効果がある。
【００５３】
偏光素子１は、隣接する一方の反射層３側に斜方して第１凸部１０ａを有する第１無機微粒子層５ａと、隣接する他方の反射層３側に斜方して第２凸部１０ｂを有する第２無機微粒子層５ｂとを含む無機微粒子層５を備える。これにより、斜入射光に対する旋光性が低下し、光漏れ量を低減させることができる。また、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの断面積比を同等にすることにより、さらに、漏れ光強度を低減させることができる。そして、このような偏光素子１を液晶プロジェクター１００に適用することにより、光学特性に優れ、コントラストが高い液晶プロジェクター１００を提供することができる。
【００５４】
なお、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形例が挙げられる。
【００５５】
（変形例１）上記実施形態では、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとの断面積比を同等（５：５）としたが、これに限定されない。例えば、第１無機微粒子層５ａの第２無機微粒子層５ｂに対する断面積比（第１無機微粒子層５ａの断面積：第２無機微粒子層５ｂの断面積）が、１：９であってもよいし、９：１であってもよい。すなわち、異なる方向に向けて、それぞれ第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂとが形成されていればよい。このようにしても、旋光性を低下させ、漏れ光強度を低減させることができる。
【００５６】
（変形例２）上記実施形態では、第１無機微粒子層５ａを一定の断面積として固定し、第２無機微粒子層５ｂの断面積を変化させたが、第２無機微粒子層５ｂを一定の断面積として固定し、第１無機微粒子層５ａの断面積を変化させてもよい。換言すれば、第１無機微粒子層５ａと第２無機微粒子層５ｂを入れ替えてもよい。このようにしても、上記同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）…偏光素子、２…基板、３…反射層、４…誘電体層、５…無機微粒子層、５ａ…第１無機微粒子層、５ｂ…第２無機微粒子層、６…保護層、１０ａ…第１凸部、１０ｂ…第２凸部、５０ａ…無機微粒子、１００…液晶プロジェクター。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上であって、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層と、
前記反射層上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上であって、前記反射層の配列方向における微粒子径の長さが、前記反射層の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さよりも長い形状異方性を有する無機微粒子で形成されるとともに、隣接する一方の前記反射層側と隣接する他方の前記反射層側のそれぞれに向けて凸部を有する無機微粒子層と、を備えたことを特徴とする偏光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光素子において、
前記無機微粒子層は、
隣接する一方の前記反射層側に設けられた第１凸部を有する第１無機微粒子層と、隣接する他方の前記反射層側に設けられた第２凸部を有する第２無機微粒子層と、を有することを特徴とする偏光素子。
【請求項３】
請求項２に記載の偏光素子において、
前記反射層の配列方向と直交する断面視において、前記第１無機微粒子層と前記第２無機微粒子層との断面積比が同等であることを特徴とする偏光素子。
【請求項４】
基板上に、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層を形成する反射層形成工程と、
前記反射層上に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、
前記誘電体層上に、前記反射層の配列方向における微粒子径の長さが、前記反射層の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さよりも長い形状異方性を有する無機微粒子を形成するとともに、隣接する一方の前記反射層側と隣接する他方の前記反射層側のそれぞれに向けて凸部を有する無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、を含むことを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の偏光素子の製造方法において、
前記無機微粒子層形成工程では、
隣接する前記反射層のうち、一方の前記反射層側から斜方成膜して、前記一方の前記反射層側に斜方した第１凸部を有する第１無機微粒子層を形成する第１無機微粒子層形成工程と、
隣接する前記反射層のうち、他方の前記反射層側から斜方成膜して、前記他方の前記反射層側に斜方した第２凸部を有する第２無機微粒子層を形成する第２無機微粒子層形成工程と、を含むことを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏光素子、または、請求項４または５に記載の偏光素子の製造方法によって製造された偏光素子を搭載したことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
基板と、
前記基板上であって、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層と、
前記反射層上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上であって、前記反射層の配列方向における微粒子径の長さが、前記反射層の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さよりも長い形状異方性を有する無機微粒子で形成されるとともに、隣接する一方の前記反射層側と隣接する他方の前記反射層側のそれぞれに向けて凸部を有する無機微粒子層と、を備えたことを特徴とする偏光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光素子において、
前記無機微粒子層は、
隣接する一方の前記反射層側に設けられた第１凸部を有する第１無機微粒子層と、隣接する他方の前記反射層側に設けられた第２凸部を有する第２無機微粒子層と、を有することを特徴とする偏光素子。
【請求項３】
請求項２に記載の偏光素子において、
前記反射層の配列方向と直交する断面視において、前記第１無機微粒子層と前記第２無機微粒子層との断面積比が同等であることを特徴とする偏光素子。
【請求項４】
基板上に、一定間隔をおきながら帯状に配列された複数の反射層を形成する反射層形成工程と、
前記反射層上に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、
前記誘電体層上に、前記反射層の配列方向における微粒子径の長さが、前記反射層の配列方向と直交する方向における微粒子径の長さよりも長い形状異方性を有する無機微粒子を形成するとともに、隣接する一方の前記反射層側と隣接する他方の前記反射層側のそれぞれに向けて凸部を有する無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、を含むことを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の偏光素子の製造方法において、
前記無機微粒子層形成工程では、
隣接する前記反射層のうち、一方の前記反射層側から斜方成膜して、前記一方の前記反射層側に斜方した第１凸部を有する第１無機微粒子層を形成する第１無機微粒子層形成工程と、
隣接する前記反射層のうち、他方の前記反射層側から斜方成膜して、前記他方の前記反射層側に斜方した第２凸部を有する第２無機微粒子層を形成する第２無機微粒子層形成工程と、を含むことを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏光素子、または、請求項４または５に記載の偏光素子の製造方法によって製造された偏光素子を搭載したことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１４１４６８（Ｐ２０１１−１４１４６８Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６９３（Ｐ２０１０−２６９３）
【出願日】平成２２年１月８日（２０１０．１．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月８日（２０１０．１．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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