反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子
【解決手段】 入射可視又は赤外光（１２）を偏光し、反射偏光を選択的に抑制するための反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子（１０ａ−ｅ）は、基体（１４）上に配設された少なくとも３つの層（１８ａ−ｄ）を備えている。偏光化ワイヤーグリッド層（１８ａ）は、入射光の波長の半分よりも短い周期を有する平行金属配線（２２）の配列を有する。反射抑制層又はグリッドは、可視又は赤外光に対して光学的吸収性を有する、無機的で非誘電性の材料を含んでいる。誘電体層又はグリッド（１８ｂ，１８ｄ）は、無機的で誘電性の材料を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、電磁スペクトルの可視及び赤外領域における使用のような偏光素子の使用に特別な焦点を当て、反射偏光を実質的に抑制する一方、その直交偏光を実質的に透過するように構成された無機的ワイヤーグリッド偏光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を偏光し、又は光の各直交偏光配向を分離するために、各種の偏光素子又は偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）が開発されてきている。MacNeilleのＰＢＳは、高屈折率立方体の対角線に沿って設けられた薄膜インターフェースでのブルースター角の振る舞いの達成を基礎としている。かかるMacNeilleのＰＢＳは、収差は発生しないが、許容角が狭く、費用及び重量がかなりのものである。かかる機器は、ガラス及び薄膜の適切な選択により、電磁スペクトルの赤外から可視を介して紫外領域まで機能するように製造することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
他のタイプの偏光素子は、スペクトルの可視及び赤外部分で利用できるものであり、それには、長鎖重合体偏光素子、ワイヤーグリッド偏光素子、Glan Thompson結晶偏光素子等がある。これらの偏光素子のいくつかは、反射により、光を２つの直交偏光に分離し、他の物は、吸収により光を分離する。前者の例としては、Glan Thompsonタイプ及びWollaston Prism タイプのような水晶偏光素子、MacNeilleプリズムタイプのワイヤーグリッド偏光素子、３Ｍ社製造のDBEF偏光素子のようないくつかの重合体反射型偏光素子がある。後者の吸収型では、例として、長鎖重合体“ヨウ素型”偏光素子や、初めにポラロイド社により開発されたＫシート及びＨシート型偏光素子や、フラットパネル液晶ディスプレイ等に使用されている多くの他のタイプのものがある。
【０００４】
一般的に、吸収型偏光素子は、重合体のような有機分子に基づくものであった。注目すべき例外は、Corning社により初めに開発されたPolarcorタイプのものであり、またドイツのCodixx社により提供された類似の製品群である。このタイプの偏光素子は、赤外スペクトルにおいて多くの用途が見出されてきた。そこでは、それらは、コントラスト比及び透過効率においては優れていたが、それはかなり狭い波長帯域に渡ってのみであった。なお、その帯域は、製造プロセスの適切な変更により所望の波長にシフトすることができた。しかしながら、このタイプの偏光素子は、可視光の緑及び青の領域にまで拡げて採用できるものではなかったので、この技術は可視スペクトルに対してほとんど役に立たなかった。
【０００５】
このことにより、可視スペクトルにおけるいくつかの応用に沿うよう、１つの偏光を実質的に又は強力には反射しない無機的偏光素子の必要性が公に認められていた。これらの応用の一例は、投影表示装置市場にある。そこでは、スクリーン上の投影画像を生成するために、小型で透過型の液晶表示パネルが使用されている。かかるシステムの光学的設計から、それらのシステムの光路の画像形成部に反射型偏光素子を使用することは困難であった。この困難の理由は少なくとも２つ知られている。第一は、反射して表示パネルに戻ってきた光は、パネル上の駆動回路内のトランジスターを、トランジスター動作を阻害する光電効果により動作不能にしてしまうことが知られているということである。第二の問題は、反射光は、ゴースト画像を形成してしまい、またスクリーン上の画像のコントラストの損失を引き起こすということである。
【０００６】
歴史的には、かかる投影表示装置の製造者は、かかる投影表示装置には、重合体ベースの吸収型偏光素子を使用してきた。時代が過ぎて、これらの表示装置がより明るくなると、かかる偏光素子は、システム内の弱点となり、偏光素子の早期故障に関心が集まることとなった。この問題に対処するために、サファイアのような異種の熱伝導性基体材料が使用されてきており、また強制空冷システムが採用されてきて、また許容できるシステム寿命を獲得するために、更なる異種設計により、いくつかの偏光素子が直列に使用され、第一の偏光素子が故障したときは、それは引き続く偏光素子によりマスクされるようになっていた。表示装置市場におけるより明るく、より安価な表示装置への絶え間ない進歩は、上記解決法はもはや実用的ではない時代が直ぐに到来するということを意味している。故に、これらの投影表示システムは、新たな解決策が必要であるということが予想できる。
【０００７】
反射を実質的に抑制する一方、その直交偏光を実質的に透過し、青、緑、及び赤の三原色の各々において、約５００：１よりも大きい透過コントラストを有し、合理的な許容角を有して垂直入射で機能し、プレートの形態で作製できる無機的偏光素子を開発することが有益であろうことが認識されてきた。加えて、かかる偏光素子が合理的な費用で製造され、それが非常に競争の激しい表示装置市場で応用され得るならば、それは有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、入射可視又は赤外光を偏光し、反射偏光を選択的に抑制するための反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器を提供する。偏光化ワイヤーグリッド層は、基体の上側に配設され、入射光の波長の半分よりも短い周期を有する平行金属配線の配列を有している。反射抑制層は、基体の上側に配設され、可視又は赤外光に対して光学的吸収性を有する、無機的で非誘電性の材料を含んでいる。誘電体層は、偏光化ワイヤーグリッド層と吸収層の間に配設され、無機的で誘電性の材料を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の更なる特徴及び利点が、添付の図面と共に、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。添付図面はいずれも発明の特徴を例示で表すものである。
【図１ａ】図１ａは、本発明の一実施形態による反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の側方断面図である。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明の一実施形態による他の反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の側方断面図である。
【図１ｃ】図１ｃは、本発明の一実施形態による他の反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の側方断面図である。
【図１ｄ】図１ｄは、本発明の一実施形態による他の反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の側方断面図である。
【図１ｅ】図１ｅは、本発明の一実施形態による他の反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の側方断面図である。
【図２ａ】図２ａは、本発明の一実施形態による反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の第一例の側方断面図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａの偏光機器の算定性能のグラフであり、波長に対する、ｐ偏光配向の透過率、全反射量比、及びコントラストを示している。
【図３ａ】図３ａは、本発明の一実施形態による反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の第二例の側方断面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａの偏光機器の算定性能のグラフであり、波長に対する、ｐ偏光配向の透過率、全反射量比、及びコントラストを示している。
【図４ａ】図４ａは、本発明の一実施形態による反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の第三例の側方断面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａの偏光機器の算定性能のグラフであり、波長に対する、ｐ偏光配向の透過率、全反射量比、及びコントラストを示している。
【図５ａ】図５ａは、本発明の一実施形態による反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の第四例の側方断面図である。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ａの偏光機器の算定性能のグラフであり、波長に対する、ｐ偏光配向の透過率、全反射量比、及びコントラストを示している。
【図６ａ】図６ａは、本発明の一実施形態による反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の第五例の側方断面図である。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａの偏光機器の算定性能のグラフであり、波長に対する、ｐ偏光配向の透過率、全反射量比、及びコントラストを示している。
【００１０】
図面内の各種特徴は、明確化のために誇張されている。
【００１１】
以下、図面に表された実施形態を参照するが、ここでは、その実施形態を記述するために具体的な言語が使用される。しかしながら、それにより発明の範囲を限定することを意図するものではない、ということが理解されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
定義
語句、誘電体は、ここでは、とりわけ金属酸化物、金属窒化物、金属フッ化物、又は他の同様の材料である非金属光学材料を意味するように使用される。
【００１３】
語句、炭素は、ここでは、グラファイト、ガラス状炭素、アモルファス炭素等のような多くの形態のいずれの炭素をも意味するように使用される。
【００１４】
語句、非誘電体は、ここでは、炭素及びケイ素を含む金属光学材料を意味するように使用される。
【００１５】
説明
ワイヤーグリッド偏光素子は、リアプロジェクション型表示システムのような投影表示システムに対して強化された性能又はコントラストを提供している。加えて、ワイヤーグリッド偏光素子の導電性配線は、光を吸収して温度上昇することが認識されている。更に、多層延伸膜偏光素子は、その性能特性は望ましいものであるものの、光を吸収することから、多くの応用において耐性がなく、信頼性に欠ける、ということが認識されている。
【００１６】
図１ａ乃至１ｅに描かれているように、無機的反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子が、本発明による一実施形態において、一般記号１０ａ−ｅで示されている。その偏光素子は、入射可視又は赤外光１２を偏光し、一偏光３０（ｐ偏光配向のような）を透過し、反射偏光３４（ｓ偏光配向のような）を選択的に抑制する（Ｘで示す）。偏光素子１０は、基体１４の上側に配設され、それにより担持される膜層１８ａ−ｄのスタックを有している。基体１４は、ＢＫ７ガラス又は石英ガラスのような無機的で誘電性の材料で形成されている。加えて、膜層、つまりスタックは、無機的材料で形成されている。ワイヤーグリッド偏光素子の膜層のスタックは、少なくとも３つの層、すなわち、偏光化層１８ａ、反射抑制層１８ｃ、並びに偏光化及び反射抑制層を分け隔てる誘電体層１８ｂを含んでいる。加えて、第四の層、つまり第二誘電体層１８ｄが、偏光化又は反射抑制層の一方により、第一誘電体層１８ｂから分離されていてもよい。更に、各層の１つ以上は、不連続になって構造性複屈折層を形成している。
【００１７】
偏光化層１８ａは、偏光化ワイヤーグリッドであり、入射光１２の波長の半分よりも短い周期Ｐを有する平行金属配線２２の配列を有している。その配線（ワイヤー）は、導電性材料で形成されている。ある面では、配線は、図１ａ乃至１ｅに示すように、アルミナＡＬで形成されている。他の面では、配線は、銀で形成されている。可視光での応用については、又は可視光が偏光素子に入射するとき、ワイヤーグリッドの配線２２の配列の周期Ｐは、３５０ｎｍ未満である。他の面では、周期は、可視光での応用に対して２００ｎｍ未満である。他の面では、周期は、可視光での応用に対して１２０ｎｍ未満である。周期を短くすると、性能が向上することが分かっている。赤外での応用については、又は赤外光が偏光素子に入射するとき、ワイヤーグリッドの配線２２の配列の周期Ｐは、５００ｎｍ未満である。加えて、配線は、入射光の波長よりも長い。また、配線は、ピッチ又は周期の１０から９０％の範囲の幅ｗを有している。また、配線は、光の波長よりも短い、つまり、可視光の応用については、４００ｎｍ（０．４μｍ）よりも短い厚さ又は高さを有している。ある面では、その厚さは、可視光の応用に対して０．２μｍよりも短い。
【００１８】
誘電体層１８ｂ（ｄ）は、誘電体グリッドであり、無機的で誘電性を有する材料を含んでいる。誘電性材料は、少なくとも可視又は赤外についての応用のそれぞれの可視又は赤外スペクトル領域で、光学的透過性を有する。ある面では、誘電体層の誘電性材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。誘電体層は、不連続であって、ギャップにより離れた平行リブ３８の配列により構造性複屈折層又は誘電体グリッド３６を形成している。誘電体層のリブ３８は、ワイヤーグリッドの配線と同じ周期を有しており、ワイヤーグリッドの配線と揃っている。加えて、各誘電体層の１つ以上は、偏光化層に隣接して配設されている。
【００１９】
反射抑制膜１８ｃは、可視又は赤外光に対して光学的吸収性を有する、無機的で非誘電性の材料を含んでいる。ある面では、光学的吸収性材料は、炭素又はケイ素、又はワイヤーグリッドの配線の金属とは異なる金属である。従って、機器に対する入射光は、２つの偏光に分離され、その一方は、いくらかエネルギーの反射はあるものの概ね吸収され（例えばｓ偏光配向）、その他方は、いくらかの量のエネルギーの吸収はあるものの概ね透過される（例えばｐ偏光配向）。加えて、反射抑制層は、不連続であり、平行リブ２８の配列により反射抑制グリッドを形成している。
【００２０】
従って、偏光素子１０ａ−ｄに入射する入射可視又は赤外光ビーム１２は、２つの直交偏光配向に分離され、ｓ偏光配向（リブの長さ方向に対して平行に向いた偏光配向）を有する光は、いくらかエネルギーは反射するもののほとんどが吸収され、ｐ偏光配向（リブの長さ方向に対して垂直に向いた偏光配向）を有する光は、いくらかの量のエネルギーの吸収はあるものの概ね透過又は通過する。（勿論、その分離又はそれらの２つの偏光は、完全ではなく、反射及び／又は透過のいずれにも、損失又はいくらかの望まれない偏光配向があるということは理解される。）加えて、光の波長の約半分よりも短いピッチを有するリブの配列又はグリッドは、（光の波長の約半分よりも長いピッチを有する）回折格子のようには振舞わない、ということに注目されるであろう。従って、グリッド偏光素子は、回折を回避する。更に、かかる周期は、また、共鳴効果又は他の光学的変則を排除すると信じられている。
【００２１】
図１ａを参照すると、無機的反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ａは、偏光化ワイヤーグリッド層１８ａの上側に配設された反射抑制層１８ｃで構成されている。第一誘電体層１８ｂは、偏光化及び反射抑制層を分け隔てている。第二誘電体層１８ｂが、反射抑制層１８ｃの上側に配設されている。全ての層１８ａ−ｄは不連続である。その機器は、それらの各種層を配設し、それらにエッチングを施して配線及びリブを形成することにより、製造される。誘電体グリッドの誘電体リブ３８、反射抑制グリッドの非誘電体リブ２８、及びワイヤーグリッドの配線２２は、揃っており、同じ周期を有している。
【００２２】
図１ｂを参照すると、無機的反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｂは、上述のものと類似であるが、基体１４ｂ内に形成され、その上の各層の配線及びリブを支持する複数のリブ５４を備えている。そのリブは、エッチングが基体内に更に進められて得られたトラフ５０により形成されている。そのリブは、基体と配線の間の他の誘電体層を形成している。
【００２３】
図１ｃを参照すると、無機的反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｂは、図１ａの上述のものと類似であるが、スタックの層が逆になっており、偏光化ワイヤーグリッド層１８ａが、反射抑制層１８ｃの上側に配設されている。
【００２４】
図１ｄを参照すると、無機的反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｂは、図１ｂの上述のものと類似であるが、スタックの層が逆になっており、偏光化ワイヤーグリッド層１８ａが、反射抑制層１８ｃの上側に配設されている。
【００２５】
図１ｅを参照すると、無機的反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｂは、図１ａの上述のものと類似であるが、基体とワイヤーグリッドの配線との間に配設された１つ以上の連続層を更に備え、反射防止被膜を形成しているか、又は他の光学的目的を達成している。
【００２６】
加えて、各層の厚さは、所望のスペクトル範囲に対して光学的性能（透過効率及びコントラスト比）を最適化するように製造される。故に、図に示された各厚さは同じであるが、それらは異なっていてもよいことに注意すべきである。スタックは、４つの膜層１８ａ−ｄで示されているが、スタックの膜層の数は、可変である。
【００２７】
図１ａ−ｄに示すように、膜層の全ては不連続であり、平行リブ又は配線の配列を形成している。リブ又は配線は、介在する溝３４又はトラフにより分けられている。この場合、溝３４は、膜層１８ａ−ｄを貫いて、基体２２まで、又は更に基体２２の内部まで延びている。後に議論するように、かかる構成は、製造し易い。
【００２８】
溝３４は、空気（ｎ＝１）で満たされていても満たされていなくてもよい。あるいは、溝３４は、入射光に関して光学的透過性を有する材料で満たされていてもよい。
【００２９】
膜層の複屈折特性と、隣接膜層の異なる屈折率により、そのグリッド偏光素子は、入射光の偏光配向を実質的に分離し、ｓ偏光配向を実質的に吸収して反射し、ｐ偏光配向を、僅かな量の吸収はあるものの実質的に透過又は通過させる、と信じられる。加えて、各層の少なくとも１つが、入射ＵＶ光に対して強い吸収性を有する限り、膜層の層数、膜層の厚さ、膜層の屈折率は、グリッド偏光素子の性能特性を可変にするよう調整できる、と信じられる。
【００３０】
偏光素子１０ａ−ｄを製造する方法は、基体１４を獲得する、又は提供することを含む。上述のように、基体１４は、ＢＫ７ガラス又は石英ガラスである。全ての様相において、基体は、電磁照射の所望の波長に対して透過性を有するようなものが選択される。基体は、洗浄され、その他準備される。各層は、基体上に連続的に形成される。各層は、当該技術分野で知られている蒸着、化学気相成長法、スピンコート等により形成される。連続層は、平行リブ又は配線の配列で不連続層を作りだして、少なくとも１つの構造性複屈折層を規定するようにパターン化されている。加えて、全ての連続層が、全ての不連続層を作りだすようにパターン化されている。各層は、当該技術分野で知られているエッチング等によりパターン化される。
【実施例１】
【００３１】
図２ａを参照すると、赤外スペクトルにおいて使用されるように構成された反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｆの第一非限定例が示されている。
【００３２】
偏光素子１０ｆは、基体１４に配設された４つの層を有している。そららは、偏光化層１８ａ、反射抑制層１８ｃ、その偏光化及び反射抑制層を分け隔てる誘電体層１８ｂ、並びに、反射抑制層により第一誘電体層１８ｂから分け隔てられた第二誘電体層１８ｄである。基体は、ＢＫ７ガラス等のガラスである。第一層又は偏光化層１８ａは、基体上に配設されている。偏光化層１８ａは、アルミナ（ＡＬ）で形成された、１４４ｎｍの周期Ｐを有する平行金属配線２２の配列である。偏光化層１８ａは、７７ｎｍの厚さを有している。反射抑制層１８ｃは、ケイ化ニオビウム（ＮｂＳｉ；１５５０ｎｍにおいて、ｎ≒３．８、ｋ≒２．９０）で形成され、５０ｎｍの厚さを有している。第一及び第二誘電体層１８ｂ及び１８ｄは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成され、各々１６０ｎｍの厚さを有している。全ての層は不連続であり、構造性複屈折層を形成している。周期Ｐは、１４４ｎｍであり、０．４２５のデューティー比（ＤＣ）、又は周期に対するリブ幅の比を有し、つまり幅は概ね６１ｎｍである。ケイ化ニオビウム材料が、入射光に対する、その光学的指標及び光学的吸収特性により、選択されてきた。偏光素子は、光のいずれの偏光配向も反射することなく、ｐ偏光配向を透過するようになる。
【００３３】
図２ｂを参照すると、偏光素子１０ｆの赤外スペクトルにおける算出性能を示されている。この偏光素子は、実質的に何ら反射することなく、光のｐ偏光配向に対して、高い透過性（概ね９５％）を有していることが分かる。加えて、その偏光素子は、概ね１０００のコントラスト比を有している。
【実施例２】
【００３４】
図３ａを参照すると、可視スペクトルにおいて使用されるように構成された反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｇの第二非限定例が示されている。
【００３５】
偏光素子１０ｇは、基体１４に配設された４つの層を有している。そららは、偏光化層１８ａ、反射抑制層１８ｃ、その偏光化及び反射抑制層を分け隔てる誘電体層１８ｂ、並びに、反射抑制層により第一誘電体層１８ｂから分け隔てられた第二誘電体層１８ｄである。基体は、ＢＫ７ガラス等のガラスである。第一層又は偏光化層１８ａは、基体上に配設されている。偏光化層１８ａは、アルミナ（ＡＬ）で形成された、１４４ｎｍの周期Ｐを有する平行金属配線２２の配列である。偏光化層１８ａは、１７０ｎｍの厚さを有している。反射抑制層１８ｃは、ケイ素（Ｓｉ；５５０ｎｍにおいて、ｎ≒４．８５、ｋ≒０．８６３２）で形成され、１２ｎｍの厚さを有している。第一及び第二誘電体層１８ｂ及び１８ｄは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成され、それぞれ２２ｎｍと５ｎｍの厚さを有している。全ての層は不連続であり、構造性複屈折層を形成している。周期Ｐは、１４４ｎｍであり、０．４５のデューティー比（ＤＣ）、又は周期に対するリブ幅の比を有し、つまり幅は概ね６７ｎｍである。ケイ素材料が、入射光に対する、その光学的指標及び光学的吸収特性により、選択されてきた。偏光素子は、光のいずれの偏光配向も反射することなく、ｐ偏光配向を透過するようになる。
【００３６】
図３ｂを参照すると、偏光素子１０ｇの可視スペクトルにおける算出性能を示されている。この偏光素子は、僅かに反射するものの、光のｐ偏光配向に対して、高い透過性（概ね８０％）を有していることが分かる。加えて、その偏光素子は、可視スペクトルの範囲で１６，０００を超えるコントラスト比を有している。
【実施例３】
【００３７】
図４ａを参照すると、可視スペクトルにおいて使用されるように構成された反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｈの第三非限定例が示されている。
【００３８】
偏光素子１０ｈは、基体１４に配設された４つの層を有している。そららは、偏光化層１８ａ、反射抑制層１８ｃ、その偏光化及び反射抑制層を分け隔てる誘電体層１８ｂ、並びに、反射抑制層により第一誘電体層１８ｂから分け隔てられた第二誘電体層１８ｄである。基体は、ＢＫ７ガラス等のガラスである。第一層又は偏光化層１８ａは、基体上に配設されている。偏光化層１８ａは、アルミナ（ＡＬ）で形成された、１４４ｎｍの周期Ｐを有する平行金属配線２２の配列である。偏光化層１８ａは、１７０ｎｍの厚さを有している。反射抑制層１８ｃは、タンタル（Ｔａ；５５０ｎｍにおいて、ｎ≒２．９５、ｋ≒３．５２）で形成され、１３ｎｍの厚さを有している。第一及び第二誘電体層１８ｂ及び１８ｄは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成され、それぞれ７９ｎｍ及び６７ｎｍの厚さを有している。全ての層は不連続であり、構造性複屈折層を形成している。周期Ｐは、１４４ｎｍであり、０．４５のデューティー比（ＤＣ）、又は周期に対するリブ幅の比を有し、つまり幅は概ね６７ｎｍである。タンタル材料が、入射光に対する、その光学的指標及び光学的吸収特性により、選択されてきた。偏光素子は、光のいずれの偏光配向も反射することなく、ｐ偏光配向を透過するようになる。
【００３９】
図４ｂを参照すると、偏光素子１０ｈの可視スペクトルにおける算出性能を示されている。この偏光素子は、実質的に何ら反射することなく、光のｐ偏光配向に対して、高い透過性（概ね７０％）を有していることが分かる。加えて、その偏光素子は、可視スペクトルの範囲で２０，０００を超えるコントラスト比を有している。
【実施例４】
【００４０】
図５ａを参照すると、赤外スペクトルにおいて使用されるように構成された反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｉの第四非限定例が示されている。
【００４１】
偏光素子１０ｉは、基体１４に配設された４つの層を有している。そららは、偏光化層１８ａ、反射抑制層１８ｃ、その偏光化及び反射抑制層を分け隔てる誘電体層１８ｂ、並びに、反射抑制層により第一誘電体層１８ｂから分け隔てられた第二誘電体層１８ｄである。基体は、ＢＫ７ガラス等のガラスである。第一層又は偏光化層１８ａは、基体上に配設されている。偏光化層１８ａは、アルミナ（ＡＬ）で形成された、１４４ｎｍの周期Ｐを有する平行金属配線２２の配列である。偏光化層１８ａは、８０ｎｍの厚さを有している。反射抑制層１８ｃは、炭素（Ｃ；１５５０ｎｍにおいて、ｎ≒３．３４、ｋ≒１．６２９９）で形成され、１０７ｎｍの厚さを有している。第一及び第二誘電体層１８ｂ及び１８ｄは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成され、それぞれ４４ｎｍ及び６７ｎｍの厚さを有している。全ての層は不連続であり、構造性複屈折層を形成している。周期Ｐは、１４４ｎｍであり、０．４５のデューティー比（ＤＣ）、又は周期に対するリブ幅の比を有し、つまり幅は概ね６７ｎｍである。炭素材料が、入射光に対する、その光学的指標及び光学的吸収特性により、選択されてきた。偏光素子は、光のいずれの偏光配向も反射することなく、ｐ偏光配向を透過するようになる。
【００４２】
図５ｂを参照すると、偏光素子１０ｉの赤外スペクトルにおける算出性能を示されている。この偏光素子は、僅かに反射するものの、光のｐ偏光配向に対して、高い透過性（概ね９０％）を有していることが分かる。加えて、その偏光素子は、赤外スペクトルの範囲で８００を超えるコントラスト比を有している。
【実施例５】
【００４３】
図６ａを参照すると、可視スペクトルにおいて使用されるように構成された反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｊの第五非限定例が示されている。
【００４４】
偏光素子１０ｊは、基体１４に配設された４つの層を有している。そららは、偏光化層１８ａ、反射抑制層１８ｃ、その偏光化及び反射抑制層を分け隔てる誘電体層１８ｂ、並びに、反射抑制層により第一誘電体層１８ｂから分け隔てられた第二誘電体層１８ｄである。基体は、ＢＫ７ガラス等のガラスである。第一層又は偏光化層１８ａは、基体上に配設されている。偏光化層１８ａは、アルミナ（ＡＬ）で形成された、１４４ｎｍの周期Ｐを有する平行金属配線２２の配列である。偏光化層１８ａは、１５５０ｎｍの厚さを有している。反射抑制層１８ｃは、炭素（Ｃ；５５０ｎｍにおいて、ｎ≒２．３５、ｋ≒０．８３４４）で形成され、４８ｎｍの厚さを有している。第一及び第二誘電体層１８ｂ及び１８ｄは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成され、それぞれ２０ｎｍ及び３０ｎｍの厚さを有している。全ての層は不連続であり、構造性複屈折層を形成している。周期Ｐは、１４４ｎｍであり、０．４５のデューティー比（ＤＣ）、又は周期に対するリブ幅の比を有し、つまり幅は概ね６７ｎｍである。炭素材料が、入射光に対する、その光学的指標及び光学的吸収特性により、選択されてきた。偏光素子は、光のいずれの偏光配向も反射することなく、ｐ偏光配向を透過するようになる。
【００４５】
図６ｂを参照すると、偏光素子１０ｊの可視スペクトルにおける算出性能を示されている。この偏光素子は、実質的に何ら反射することなく、光のｐ偏光配向に対して、高い透過性（可視スペクトルの範囲で概ね６０％を超え、最高８０％である）を有していることが分かる。加えて、その偏光素子は、可視スペクトルの範囲で８，０００を超えるコントラスト比を有している。
【００４６】
いろいろな様相のワイヤーグリッド偏光素子、光学縦列及び／又は投影／表示システムが、米国特許第５，９８６，７３０号；第６，０８１，３７６号；第６，１２２，１０３号；第６，２０８，４６３号；第６，２４３，１９９号；第６，２８８，８４０号；第６，３４８，９９５号；第６，１０８，１３１号；第６，４５２，７２４号；第６，７１０，９２１号；第６，２３４，６３４号；第６，４４７，１２０号；及び第６，６６６，５５６号に示されており、それらをここに援用する。
【００４７】
以上の例は、１つ以上の特定の応用領域における、本発明の原理の例証であるが、当業者であれば、実施化における形態、利用法及び詳細について多数の変形態様を、発明的能力の訓練なくして、また発明の原理及びコンセプトから外れることなく、作り上げることができるということは自明であろう。しかして、発明は、以下に規定された請求の範囲以外のものにより限定されることは意図されていない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、電磁スペクトルの可視及び赤外領域における使用のような偏光素子の使用に特別な焦点を当て、反射偏光を実質的に抑制する一方、その直交偏光を実質的に透過するように構成された無機的ワイヤーグリッド偏光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を偏光し、又は光の各直交偏光配向を分離するために、各種の偏光素子又は偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）が開発されてきている。MacNeilleのＰＢＳは、高屈折率立方体の対角線に沿って設けられた薄膜インターフェースでのブルースター角の振る舞いの達成を基礎としている。かかるMacNeilleのＰＢＳは、収差は発生しないが、許容角が狭く、費用及び重量がかなりのものである。かかる機器は、ガラス及び薄膜の適切な選択により、電磁スペクトルの赤外から可視を介して紫外領域まで機能するように製造することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
他のタイプの偏光素子は、スペクトルの可視及び赤外部分で利用できるものであり、それには、長鎖重合体偏光素子、ワイヤーグリッド偏光素子、Glan Thompson結晶偏光素子等がある。これらの偏光素子のいくつかは、反射により、光を２つの直交偏光に分離し、他の物は、吸収により光を分離する。前者の例としては、Glan Thompsonタイプ及びWollaston Prism タイプのような水晶偏光素子、MacNeilleプリズムタイプのワイヤーグリッド偏光素子、３Ｍ社製造のDBEF偏光素子のようないくつかの重合体反射型偏光素子がある。後者の吸収型では、例として、長鎖重合体“ヨウ素型”偏光素子や、初めにポラロイド社により開発されたＫシート及びＨシート型偏光素子や、フラットパネル液晶ディスプレイ等に使用されている多くの他のタイプのものがある。
【０００４】
一般的に、吸収型偏光素子は、重合体のような有機分子に基づくものであった。注目すべき例外は、Corning社により初めに開発されたPolarcorタイプのものであり、またドイツのCodixx社により提供された類似の製品群である。このタイプの偏光素子は、赤外スペクトルにおいて多くの用途が見出されてきた。そこでは、それらは、コントラスト比及び透過効率においては優れていたが、それはかなり狭い波長帯域に渡ってのみであった。なお、その帯域は、製造プロセスの適切な変更により所望の波長にシフトすることができた。しかしながら、このタイプの偏光素子は、可視光の緑及び青の領域にまで拡げて採用できるものではなかったので、この技術は可視スペクトルに対してほとんど役に立たなかった。
【０００５】
このことにより、可視スペクトルにおけるいくつかの応用に沿うよう、１つの偏光を実質的に又は強力には反射しない無機的偏光素子の必要性が公に認められていた。これらの応用の一例は、投影表示装置市場にある。そこでは、スクリーン上の投影画像を生成するために、小型で透過型の液晶表示パネルが使用されている。かかるシステムの光学的設計から、それらのシステムの光路の画像形成部に反射型偏光素子を使用することは困難であった。この困難の理由は少なくとも２つ知られている。第一は、反射して表示パネルに戻ってきた光は、パネル上の駆動回路内のトランジスターを、トランジスター動作を阻害する光電効果により動作不能にしてしまうことが知られているということである。第二の問題は、反射光は、ゴースト画像を形成してしまい、またスクリーン上の画像のコントラストの損失を引き起こすということである。
【０００６】
歴史的には、かかる投影表示装置の製造者は、かかる投影表示装置には、重合体ベースの吸収型偏光素子を使用してきた。時代が過ぎて、これらの表示装置がより明るくなると、かかる偏光素子は、システム内の弱点となり、偏光素子の早期故障に関心が集まることとなった。この問題に対処するために、サファイアのような異種の熱伝導性基体材料が使用されてきており、また強制空冷システムが採用されてきて、また許容できるシステム寿命を獲得するために、更なる異種設計により、いくつかの偏光素子が直列に使用され、第一の偏光素子が故障したときは、それは引き続く偏光素子によりマスクされるようになっていた。表示装置市場におけるより明るく、より安価な表示装置への絶え間ない進歩は、上記解決法はもはや実用的ではない時代が直ぐに到来するということを意味している。故に、これらの投影表示システムは、新たな解決策が必要であるということが予想できる。
【０００７】
反射を実質的に抑制する一方、その直交偏光を実質的に透過し、青、緑、及び赤の三原色の各々において、約５００：１よりも大きい透過コントラストを有し、合理的な許容角を有して垂直入射で機能し、プレートの形態で作製できる無機的偏光素子を開発することが有益であろうことが認識されてきた。加えて、かかる偏光素子が合理的な費用で製造され、それが非常に競争の激しい表示装置市場で応用され得るならば、それは有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、入射可視又は赤外光を偏光し、反射偏光を選択的に抑制するための反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器を提供する。偏光化ワイヤーグリッド層は、基体の上側に配設され、入射光の波長の半分よりも短い周期を有する平行金属配線の配列を有している。反射抑制層は、基体の上側に配設され、可視又は赤外光に対して光学的吸収性を有する、無機的で非誘電性の材料を含んでいる。誘電体層は、偏光化ワイヤーグリッド層と吸収層の間に配設され、無機的で誘電性の材料を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の更なる特徴及び利点が、添付の図面と共に、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。添付図面はいずれも発明の特徴を例示で表すものである。
【図１ａ】図１ａは、本発明の一実施形態による反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の側方断面図である。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明の一実施形態による他の反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の側方断面図である。
【図１ｃ】図１ｃは、本発明の一実施形態による他の反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の側方断面図である。
【図１ｄ】図１ｄは、本発明の一実施形態による他の反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の側方断面図である。
【図１ｅ】図１ｅは、本発明の一実施形態による他の反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の側方断面図である。
【図２ａ】図２ａは、本発明の一実施形態による反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の第一例の側方断面図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａの偏光機器の算定性能のグラフであり、波長に対する、ｐ偏光配向の透過率、全反射量比、及びコントラストを示している。
【図３ａ】図３ａは、本発明の一実施形態による反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の第二例の側方断面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａの偏光機器の算定性能のグラフであり、波長に対する、ｐ偏光配向の透過率、全反射量比、及びコントラストを示している。
【図４ａ】図４ａは、本発明の一実施形態による反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の第三例の側方断面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａの偏光機器の算定性能のグラフであり、波長に対する、ｐ偏光配向の透過率、全反射量比、及びコントラストを示している。
【図５ａ】図５ａは、本発明の一実施形態による反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の第四例の側方断面図である。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ａの偏光機器の算定性能のグラフであり、波長に対する、ｐ偏光配向の透過率、全反射量比、及びコントラストを示している。
【図６ａ】図６ａは、本発明の一実施形態による反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器の第五例の側方断面図である。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａの偏光機器の算定性能のグラフであり、波長に対する、ｐ偏光配向の透過率、全反射量比、及びコントラストを示している。
【００１０】
図面内の各種特徴は、明確化のために誇張されている。
【００１１】
以下、図面に表された実施形態を参照するが、ここでは、その実施形態を記述するために具体的な言語が使用される。しかしながら、それにより発明の範囲を限定することを意図するものではない、ということが理解されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
定義
語句、誘電体は、ここでは、とりわけ金属酸化物、金属窒化物、金属フッ化物、又は他の同様の材料である非金属光学材料を意味するように使用される。
【００１３】
語句、炭素は、ここでは、グラファイト、ガラス状炭素、アモルファス炭素等のような多くの形態のいずれの炭素をも意味するように使用される。
【００１４】
語句、非誘電体は、ここでは、炭素及びケイ素を含む金属光学材料を意味するように使用される。
【００１５】
説明
ワイヤーグリッド偏光素子は、リアプロジェクション型表示システムのような投影表示システムに対して強化された性能又はコントラストを提供している。加えて、ワイヤーグリッド偏光素子の導電性配線は、光を吸収して温度上昇することが認識されている。更に、多層延伸膜偏光素子は、その性能特性は望ましいものであるものの、光を吸収することから、多くの応用において耐性がなく、信頼性に欠ける、ということが認識されている。
【００１６】
図１ａ乃至１ｅに描かれているように、無機的反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子が、本発明による一実施形態において、一般記号１０ａ−ｅで示されている。その偏光素子は、入射可視又は赤外光１２を偏光し、一偏光３０（ｐ偏光配向のような）を透過し、反射偏光３４（ｓ偏光配向のような）を選択的に抑制する（Ｘで示す）。偏光素子１０は、基体１４の上側に配設され、それにより担持される膜層１８ａ−ｄのスタックを有している。基体１４は、ＢＫ７ガラス又は石英ガラスのような無機的で誘電性の材料で形成されている。加えて、膜層、つまりスタックは、無機的材料で形成されている。ワイヤーグリッド偏光素子の膜層のスタックは、少なくとも３つの層、すなわち、偏光化層１８ａ、反射抑制層１８ｃ、並びに偏光化及び反射抑制層を分け隔てる誘電体層１８ｂを含んでいる。加えて、第四の層、つまり第二誘電体層１８ｄが、偏光化又は反射抑制層の一方により、第一誘電体層１８ｂから分離されていてもよい。更に、各層の１つ以上は、不連続になって構造性複屈折層を形成している。
【００１７】
偏光化層１８ａは、偏光化ワイヤーグリッドであり、入射光１２の波長の半分よりも短い周期Ｐを有する平行金属配線２２の配列を有している。その配線（ワイヤー）は、導電性材料で形成されている。ある面では、配線は、図１ａ乃至１ｅに示すように、アルミナＡＬで形成されている。他の面では、配線は、銀で形成されている。可視光での応用については、又は可視光が偏光素子に入射するとき、ワイヤーグリッドの配線２２の配列の周期Ｐは、３５０ｎｍ未満である。他の面では、周期は、可視光での応用に対して２００ｎｍ未満である。他の面では、周期は、可視光での応用に対して１２０ｎｍ未満である。周期を短くすると、性能が向上することが分かっている。赤外での応用については、又は赤外光が偏光素子に入射するとき、ワイヤーグリッドの配線２２の配列の周期Ｐは、５００ｎｍ未満である。加えて、配線は、入射光の波長よりも長い。また、配線は、ピッチ又は周期の１０から９０％の範囲の幅ｗを有している。また、配線は、光の波長よりも短い、つまり、可視光の応用については、４００ｎｍ（０．４μｍ）よりも短い厚さ又は高さを有している。ある面では、その厚さは、可視光の応用に対して０．２μｍよりも短い。
【００１８】
誘電体層１８ｂ（ｄ）は、誘電体グリッドであり、無機的で誘電性を有する材料を含んでいる。誘電性材料は、少なくとも可視又は赤外についての応用のそれぞれの可視又は赤外スペクトル領域で、光学的透過性を有する。ある面では、誘電体層の誘電性材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。誘電体層は、不連続であって、ギャップにより離れた平行リブ３８の配列により構造性複屈折層又は誘電体グリッド３６を形成している。誘電体層のリブ３８は、ワイヤーグリッドの配線と同じ周期を有しており、ワイヤーグリッドの配線と揃っている。加えて、各誘電体層の１つ以上は、偏光化層に隣接して配設されている。
【００１９】
反射抑制膜１８ｃは、可視又は赤外光に対して光学的吸収性を有する、無機的で非誘電性の材料を含んでいる。ある面では、光学的吸収性材料は、炭素又はケイ素、又はワイヤーグリッドの配線の金属とは異なる金属である。従って、機器に対する入射光は、２つの偏光に分離され、その一方は、いくらかエネルギーの反射はあるものの概ね吸収され（例えばｓ偏光配向）、その他方は、いくらかの量のエネルギーの吸収はあるものの概ね透過される（例えばｐ偏光配向）。加えて、反射抑制層は、不連続であり、平行リブ２８の配列により反射抑制グリッドを形成している。
【００２０】
従って、偏光素子１０ａ−ｄに入射する入射可視又は赤外光ビーム１２は、２つの直交偏光配向に分離され、ｓ偏光配向（リブの長さ方向に対して平行に向いた偏光配向）を有する光は、いくらかエネルギーは反射するもののほとんどが吸収され、ｐ偏光配向（リブの長さ方向に対して垂直に向いた偏光配向）を有する光は、いくらかの量のエネルギーの吸収はあるものの概ね透過又は通過する。（勿論、その分離又はそれらの２つの偏光は、完全ではなく、反射及び／又は透過のいずれにも、損失又はいくらかの望まれない偏光配向があるということは理解される。）加えて、光の波長の約半分よりも短いピッチを有するリブの配列又はグリッドは、（光の波長の約半分よりも長いピッチを有する）回折格子のようには振舞わない、ということに注目されるであろう。従って、グリッド偏光素子は、回折を回避する。更に、かかる周期は、また、共鳴効果又は他の光学的変則を排除すると信じられている。
【００２１】
図１ａを参照すると、無機的反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ａは、偏光化ワイヤーグリッド層１８ａの上側に配設された反射抑制層１８ｃで構成されている。第一誘電体層１８ｂは、偏光化及び反射抑制層を分け隔てている。第二誘電体層１８ｂが、反射抑制層１８ｃの上側に配設されている。全ての層１８ａ−ｄは不連続である。その機器は、それらの各種層を配設し、それらにエッチングを施して配線及びリブを形成することにより、製造される。誘電体グリッドの誘電体リブ３８、反射抑制グリッドの非誘電体リブ２８、及びワイヤーグリッドの配線２２は、揃っており、同じ周期を有している。
【００２２】
図１ｂを参照すると、無機的反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｂは、上述のものと類似であるが、基体１４ｂ内に形成され、その上の各層の配線及びリブを支持する複数のリブ５４を備えている。そのリブは、エッチングが基体内に更に進められて得られたトラフ５０により形成されている。そのリブは、基体と配線の間の他の誘電体層を形成している。
【００２３】
図１ｃを参照すると、無機的反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｂは、図１ａの上述のものと類似であるが、スタックの層が逆になっており、偏光化ワイヤーグリッド層１８ａが、反射抑制層１８ｃの上側に配設されている。
【００２４】
図１ｄを参照すると、無機的反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｂは、図１ｂの上述のものと類似であるが、スタックの層が逆になっており、偏光化ワイヤーグリッド層１８ａが、反射抑制層１８ｃの上側に配設されている。
【００２５】
図１ｅを参照すると、無機的反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｂは、図１ａの上述のものと類似であるが、基体とワイヤーグリッドの配線との間に配設された１つ以上の連続層を更に備え、反射防止被膜を形成しているか、又は他の光学的目的を達成している。
【００２６】
加えて、各層の厚さは、所望のスペクトル範囲に対して光学的性能（透過効率及びコントラスト比）を最適化するように製造される。故に、図に示された各厚さは同じであるが、それらは異なっていてもよいことに注意すべきである。スタックは、４つの膜層１８ａ−ｄで示されているが、スタックの膜層の数は、可変である。
【００２７】
図１ａ−ｄに示すように、膜層の全ては不連続であり、平行リブ又は配線の配列を形成している。リブ又は配線は、介在する溝３４又はトラフにより分けられている。この場合、溝３４は、膜層１８ａ−ｄを貫いて、基体２２まで、又は更に基体２２の内部まで延びている。後に議論するように、かかる構成は、製造し易い。
【００２８】
溝３４は、空気（ｎ＝１）で満たされていても満たされていなくてもよい。あるいは、溝３４は、入射光に関して光学的透過性を有する材料で満たされていてもよい。
【００２９】
膜層の複屈折特性と、隣接膜層の異なる屈折率により、そのグリッド偏光素子は、入射光の偏光配向を実質的に分離し、ｓ偏光配向を実質的に吸収して反射し、ｐ偏光配向を、僅かな量の吸収はあるものの実質的に透過又は通過させる、と信じられる。加えて、各層の少なくとも１つが、入射ＵＶ光に対して強い吸収性を有する限り、膜層の層数、膜層の厚さ、膜層の屈折率は、グリッド偏光素子の性能特性を可変にするよう調整できる、と信じられる。
【００３０】
偏光素子１０ａ−ｄを製造する方法は、基体１４を獲得する、又は提供することを含む。上述のように、基体１４は、ＢＫ７ガラス又は石英ガラスである。全ての様相において、基体は、電磁照射の所望の波長に対して透過性を有するようなものが選択される。基体は、洗浄され、その他準備される。各層は、基体上に連続的に形成される。各層は、当該技術分野で知られている蒸着、化学気相成長法、スピンコート等により形成される。連続層は、平行リブ又は配線の配列で不連続層を作りだして、少なくとも１つの構造性複屈折層を規定するようにパターン化されている。加えて、全ての連続層が、全ての不連続層を作りだすようにパターン化されている。各層は、当該技術分野で知られているエッチング等によりパターン化される。
【実施例１】
【００３１】
図２ａを参照すると、赤外スペクトルにおいて使用されるように構成された反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｆの第一非限定例が示されている。
【００３２】
偏光素子１０ｆは、基体１４に配設された４つの層を有している。そららは、偏光化層１８ａ、反射抑制層１８ｃ、その偏光化及び反射抑制層を分け隔てる誘電体層１８ｂ、並びに、反射抑制層により第一誘電体層１８ｂから分け隔てられた第二誘電体層１８ｄである。基体は、ＢＫ７ガラス等のガラスである。第一層又は偏光化層１８ａは、基体上に配設されている。偏光化層１８ａは、アルミナ（ＡＬ）で形成された、１４４ｎｍの周期Ｐを有する平行金属配線２２の配列である。偏光化層１８ａは、７７ｎｍの厚さを有している。反射抑制層１８ｃは、ケイ化ニオビウム（ＮｂＳｉ；１５５０ｎｍにおいて、ｎ≒３．８、ｋ≒２．９０）で形成され、５０ｎｍの厚さを有している。第一及び第二誘電体層１８ｂ及び１８ｄは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成され、各々１６０ｎｍの厚さを有している。全ての層は不連続であり、構造性複屈折層を形成している。周期Ｐは、１４４ｎｍであり、０．４２５のデューティー比（ＤＣ）、又は周期に対するリブ幅の比を有し、つまり幅は概ね６１ｎｍである。ケイ化ニオビウム材料が、入射光に対する、その光学的指標及び光学的吸収特性により、選択されてきた。偏光素子は、光のいずれの偏光配向も反射することなく、ｐ偏光配向を透過するようになる。
【００３３】
図２ｂを参照すると、偏光素子１０ｆの赤外スペクトルにおける算出性能を示されている。この偏光素子は、実質的に何ら反射することなく、光のｐ偏光配向に対して、高い透過性（概ね９５％）を有していることが分かる。加えて、その偏光素子は、概ね１０００のコントラスト比を有している。
【実施例２】
【００３４】
図３ａを参照すると、可視スペクトルにおいて使用されるように構成された反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｇの第二非限定例が示されている。
【００３５】
偏光素子１０ｇは、基体１４に配設された４つの層を有している。そららは、偏光化層１８ａ、反射抑制層１８ｃ、その偏光化及び反射抑制層を分け隔てる誘電体層１８ｂ、並びに、反射抑制層により第一誘電体層１８ｂから分け隔てられた第二誘電体層１８ｄである。基体は、ＢＫ７ガラス等のガラスである。第一層又は偏光化層１８ａは、基体上に配設されている。偏光化層１８ａは、アルミナ（ＡＬ）で形成された、１４４ｎｍの周期Ｐを有する平行金属配線２２の配列である。偏光化層１８ａは、１７０ｎｍの厚さを有している。反射抑制層１８ｃは、ケイ素（Ｓｉ；５５０ｎｍにおいて、ｎ≒４．８５、ｋ≒０．８６３２）で形成され、１２ｎｍの厚さを有している。第一及び第二誘電体層１８ｂ及び１８ｄは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成され、それぞれ２２ｎｍと５ｎｍの厚さを有している。全ての層は不連続であり、構造性複屈折層を形成している。周期Ｐは、１４４ｎｍであり、０．４５のデューティー比（ＤＣ）、又は周期に対するリブ幅の比を有し、つまり幅は概ね６７ｎｍである。ケイ素材料が、入射光に対する、その光学的指標及び光学的吸収特性により、選択されてきた。偏光素子は、光のいずれの偏光配向も反射することなく、ｐ偏光配向を透過するようになる。
【００３６】
図３ｂを参照すると、偏光素子１０ｇの可視スペクトルにおける算出性能を示されている。この偏光素子は、僅かに反射するものの、光のｐ偏光配向に対して、高い透過性（概ね８０％）を有していることが分かる。加えて、その偏光素子は、可視スペクトルの範囲で１６，０００を超えるコントラスト比を有している。
【実施例３】
【００３７】
図４ａを参照すると、可視スペクトルにおいて使用されるように構成された反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｈの第三非限定例が示されている。
【００３８】
偏光素子１０ｈは、基体１４に配設された４つの層を有している。そららは、偏光化層１８ａ、反射抑制層１８ｃ、その偏光化及び反射抑制層を分け隔てる誘電体層１８ｂ、並びに、反射抑制層により第一誘電体層１８ｂから分け隔てられた第二誘電体層１８ｄである。基体は、ＢＫ７ガラス等のガラスである。第一層又は偏光化層１８ａは、基体上に配設されている。偏光化層１８ａは、アルミナ（ＡＬ）で形成された、１４４ｎｍの周期Ｐを有する平行金属配線２２の配列である。偏光化層１８ａは、１７０ｎｍの厚さを有している。反射抑制層１８ｃは、タンタル（Ｔａ；５５０ｎｍにおいて、ｎ≒２．９５、ｋ≒３．５２）で形成され、１３ｎｍの厚さを有している。第一及び第二誘電体層１８ｂ及び１８ｄは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成され、それぞれ７９ｎｍ及び６７ｎｍの厚さを有している。全ての層は不連続であり、構造性複屈折層を形成している。周期Ｐは、１４４ｎｍであり、０．４５のデューティー比（ＤＣ）、又は周期に対するリブ幅の比を有し、つまり幅は概ね６７ｎｍである。タンタル材料が、入射光に対する、その光学的指標及び光学的吸収特性により、選択されてきた。偏光素子は、光のいずれの偏光配向も反射することなく、ｐ偏光配向を透過するようになる。
【００３９】
図４ｂを参照すると、偏光素子１０ｈの可視スペクトルにおける算出性能を示されている。この偏光素子は、実質的に何ら反射することなく、光のｐ偏光配向に対して、高い透過性（概ね７０％）を有していることが分かる。加えて、その偏光素子は、可視スペクトルの範囲で２０，０００を超えるコントラスト比を有している。
【実施例４】
【００４０】
図５ａを参照すると、赤外スペクトルにおいて使用されるように構成された反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｉの第四非限定例が示されている。
【００４１】
偏光素子１０ｉは、基体１４に配設された４つの層を有している。そららは、偏光化層１８ａ、反射抑制層１８ｃ、その偏光化及び反射抑制層を分け隔てる誘電体層１８ｂ、並びに、反射抑制層により第一誘電体層１８ｂから分け隔てられた第二誘電体層１８ｄである。基体は、ＢＫ７ガラス等のガラスである。第一層又は偏光化層１８ａは、基体上に配設されている。偏光化層１８ａは、アルミナ（ＡＬ）で形成された、１４４ｎｍの周期Ｐを有する平行金属配線２２の配列である。偏光化層１８ａは、８０ｎｍの厚さを有している。反射抑制層１８ｃは、炭素（Ｃ；１５５０ｎｍにおいて、ｎ≒３．３４、ｋ≒１．６２９９）で形成され、１０７ｎｍの厚さを有している。第一及び第二誘電体層１８ｂ及び１８ｄは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成され、それぞれ４４ｎｍ及び６７ｎｍの厚さを有している。全ての層は不連続であり、構造性複屈折層を形成している。周期Ｐは、１４４ｎｍであり、０．４５のデューティー比（ＤＣ）、又は周期に対するリブ幅の比を有し、つまり幅は概ね６７ｎｍである。炭素材料が、入射光に対する、その光学的指標及び光学的吸収特性により、選択されてきた。偏光素子は、光のいずれの偏光配向も反射することなく、ｐ偏光配向を透過するようになる。
【００４２】
図５ｂを参照すると、偏光素子１０ｉの赤外スペクトルにおける算出性能を示されている。この偏光素子は、僅かに反射するものの、光のｐ偏光配向に対して、高い透過性（概ね９０％）を有していることが分かる。加えて、その偏光素子は、赤外スペクトルの範囲で８００を超えるコントラスト比を有している。
【実施例５】
【００４３】
図６ａを参照すると、可視スペクトルにおいて使用されるように構成された反射抑制ワイヤーグリッド偏光素子１０ｊの第五非限定例が示されている。
【００４４】
偏光素子１０ｊは、基体１４に配設された４つの層を有している。そららは、偏光化層１８ａ、反射抑制層１８ｃ、その偏光化及び反射抑制層を分け隔てる誘電体層１８ｂ、並びに、反射抑制層により第一誘電体層１８ｂから分け隔てられた第二誘電体層１８ｄである。基体は、ＢＫ７ガラス等のガラスである。第一層又は偏光化層１８ａは、基体上に配設されている。偏光化層１８ａは、アルミナ（ＡＬ）で形成された、１４４ｎｍの周期Ｐを有する平行金属配線２２の配列である。偏光化層１８ａは、１５５０ｎｍの厚さを有している。反射抑制層１８ｃは、炭素（Ｃ；５５０ｎｍにおいて、ｎ≒２．３５、ｋ≒０．８３４４）で形成され、４８ｎｍの厚さを有している。第一及び第二誘電体層１８ｂ及び１８ｄは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成され、それぞれ２０ｎｍ及び３０ｎｍの厚さを有している。全ての層は不連続であり、構造性複屈折層を形成している。周期Ｐは、１４４ｎｍであり、０．４５のデューティー比（ＤＣ）、又は周期に対するリブ幅の比を有し、つまり幅は概ね６７ｎｍである。炭素材料が、入射光に対する、その光学的指標及び光学的吸収特性により、選択されてきた。偏光素子は、光のいずれの偏光配向も反射することなく、ｐ偏光配向を透過するようになる。
【００４５】
図６ｂを参照すると、偏光素子１０ｊの可視スペクトルにおける算出性能を示されている。この偏光素子は、実質的に何ら反射することなく、光のｐ偏光配向に対して、高い透過性（可視スペクトルの範囲で概ね６０％を超え、最高８０％である）を有していることが分かる。加えて、その偏光素子は、可視スペクトルの範囲で８，０００を超えるコントラスト比を有している。
【００４６】
いろいろな様相のワイヤーグリッド偏光素子、光学縦列及び／又は投影／表示システムが、米国特許第５，９８６，７３０号；第６，０８１，３７６号；第６，１２２，１０３号；第６，２０８，４６３号；第６，２４３，１９９号；第６，２８８，８４０号；第６，３４８，９９５号；第６，１０８，１３１号；第６，４５２，７２４号；第６，７１０，９２１号；第６，２３４，６３４号；第６，４４７，１２０号；及び第６，６６６，５５６号に示されており、それらをここに援用する。
【００４７】
以上の例は、１つ以上の特定の応用領域における、本発明の原理の例証であるが、当業者であれば、実施化における形態、利用法及び詳細について多数の変形態様を、発明的能力の訓練なくして、また発明の原理及びコンセプトから外れることなく、作り上げることができるということは自明であろう。しかして、発明は、以下に規定された請求の範囲以外のものにより限定されることは意図されていない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射可視又は赤外光を偏光し、反射偏光を選択的に抑制するための反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器であって、
ａ）基体と、
ｂ）前記基体の上側に配設され、前記入射光の波長の半分よりも短い周期を有する平行金属配線の配列を有する偏光化ワイヤーグリッド層と、
ｃ）前記基体の上側に配設され、可視又は赤外光に対して光学的吸収性を有する、無機的で非誘電性の材料を含んでいる反射抑制層と、
ｄ）前記偏光化ワイヤーグリッド層と前記反射抑制層の間に配設され、無機的で誘電性の材料を含んでいる誘電体層と、
を備えることを特徴とする反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器。
【請求項２】
前記誘電体層は、第一誘電体層であり、
前記基体の上側に配設されると共に、前記反射抑制層又は前記偏光化ワイヤーグリッド層により、前記第一誘電体層から隔てられており、また、無機的で誘電性の材料を含んでいる第二誘電体層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記反射抑制層は、不連続であって、反射抑制グリッドを規定する平行リブの配列を形成し、前記誘電体層は、不連続であって、誘電体グリッドを規定する平行リブの配列を形成していることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項４】
前記機器は、可視スペクトルの範囲内の光を選択的に吸収し、前記ワイヤーグリッド層の配線の配列の周期は、３５０ｎｍよりも短く、前記反射抑制層の材料は、可視スペクトルの光に対して光学的吸収性を有する材料であることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項５】
前記機器は、赤外スペクトルの範囲内の光を選択的に吸収し、前記ワイヤーグリッド層の配線の配列の周期は、５００ｎｍよりも短く、前記反射抑制層の材料は、赤外スペクトルの光に対して光学的吸収性を有する材料であることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項６】
前記反射抑制層の材料は、前記ワイヤーグリッドの金属配線の材料とは異なることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項７】
前記反射抑制層の材料は、炭素、ケイ素、ケイ化ニオビウム、タンタル、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項８】
入射可視又は赤外光を偏光し、反射偏光を選択的に抑制するための反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器であって、
ａ）基体と、
ｂ）前記基体の上側に配設され、前記入射光の波長の半分よりも短い周期を有する平行金属配線の配列を有する偏光化ワイヤーグリッドと、
ｃ）前記偏光化ワイヤーグリッドの上側に配設され、前記偏光化ワイヤーグリッドの配線と揃えられた平行リブの配列を有する無機的誘電体グリッドと、
ｄ）前記無機的誘電体グリッドの上側に配設され、前記無機的誘電体グリッドのリブと揃えられた平行リブの配列を有し、可視又は赤外光に対して光学的吸収性を有する、無機的で非誘電性の材料を含んだ非誘電体反射抑制グリッドと、
を備えることを特徴とする反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器。
【請求項９】
前記反射抑制層の上側に配設された第二無機的誘電体層を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１０】
前記非誘電体反射抑制グリッドの材料は、前記ワイヤーグリッドの金属配線の材料とは異なることを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１１】
前記機器は、可視スペクトルの範囲内の光を選択的に吸収し、前記ワイヤーグリッドの配線の配列の周期は、３５０ｎｍよりも短く、前記反射抑制層の材料は、可視スペクトルの光に対して光学的吸収性を有する材料であることを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１２】
前記機器は、赤外スペクトルの範囲内の光を選択的に吸収し、前記ワイヤーグリッド層の配線の配列の周期は、５００ｎｍよりも短く、前記反射抑制グリッドの材料は、赤外スペクトルの光に対して光学的吸収性を有する材料であることを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１３】
前記反射抑制グリッドの材料は、炭素、ケイ素、ケイ化ニオビウム、タンタル、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項９に記載の機器。
【請求項１４】
入射可視又は赤外光を偏光し、反射偏光を選択的に抑制するための反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器であって、
ａ）基体と、
ｂ）前記基体により担持され、不連続であって、前記入射光の波長の半分よりも短い周期を有する平行リブの配列を形成する複数の異なる交互の層と、
を備え、
ｃ）前記層の１つは、導電性材料を含んで偏光化ワイヤーグリッドを規定し、
ｄ）前記層の１つは、無機的で誘電性の材料を含んで誘電体グリッドを規定し、
ｅ）前記層の１つは、可視又は赤外光に対して光学的吸収性を有する、無機的で非誘電性の材料を含んで反射抑制グリッドを規定することを特徴とする反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器。
【請求項１５】
前記層の１つは、無機的で誘電性の材料を含む第二誘電体グリッドを規定することを特徴とする請求項１４に記載の機器。
【請求項１６】
前記機器は、可視スペクトルの範囲内の光を選択的に吸収し、前記ワイヤーグリッドの配線の配列の周期は、３５０ｎｍよりも短く、前記反射抑制層の材料は、可視スペクトルの光に対して光学的吸収性を有する材料であることを特徴とする請求項１４に記載の機器。
【請求項１７】
前記機器は、赤外スペクトルの範囲内の光を選択的に吸収し、前記ワイヤーグリッド層の配線の配列の周期は、５００ｎｍよりも短く、前記反射抑制グリッドの材料は、赤外スペクトルの光に対して光学的吸収性を有する材料であることを特徴とする請求項１４に記載の機器。
【請求項１８】
前記反射抑制グリッドの材料は、炭素、ケイ素、ケイ化ニオビウム、タンタル、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１４に記載の機器。
【請求項１９】
機器は、可視スペクトルの範囲で約５００：１よりも大きい透過コントラストを有することを特徴とする請求項１４に記載の機器。
【請求項１】
入射可視又は赤外光を偏光し、反射偏光を選択的に抑制するための反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器であって、
ａ）基体と、
ｂ）前記基体の上側に配設され、前記入射光の波長の半分よりも短い周期を有する平行金属配線の配列を有する偏光化ワイヤーグリッド層と、
ｃ）前記基体の上側に配設され、可視又は赤外光に対して光学的吸収性を有する、無機的で非誘電性の材料を含んでいる反射抑制層と、
ｄ）前記偏光化ワイヤーグリッド層と前記反射抑制層の間に配設され、無機的で誘電性の材料を含んでいる誘電体層と、
を備えることを特徴とする反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器。
【請求項２】
前記誘電体層は、第一誘電体層であり、
前記基体の上側に配設されると共に、前記反射抑制層又は前記偏光化ワイヤーグリッド層により、前記第一誘電体層から隔てられており、また、無機的で誘電性の材料を含んでいる第二誘電体層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記反射抑制層は、不連続であって、反射抑制グリッドを規定する平行リブの配列を形成し、前記誘電体層は、不連続であって、誘電体グリッドを規定する平行リブの配列を形成していることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項４】
前記機器は、可視スペクトルの範囲内の光を選択的に吸収し、前記ワイヤーグリッド層の配線の配列の周期は、３５０ｎｍよりも短く、前記反射抑制層の材料は、可視スペクトルの光に対して光学的吸収性を有する材料であることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項５】
前記機器は、赤外スペクトルの範囲内の光を選択的に吸収し、前記ワイヤーグリッド層の配線の配列の周期は、５００ｎｍよりも短く、前記反射抑制層の材料は、赤外スペクトルの光に対して光学的吸収性を有する材料であることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項６】
前記反射抑制層の材料は、前記ワイヤーグリッドの金属配線の材料とは異なることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項７】
前記反射抑制層の材料は、炭素、ケイ素、ケイ化ニオビウム、タンタル、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項８】
入射可視又は赤外光を偏光し、反射偏光を選択的に抑制するための反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器であって、
ａ）基体と、
ｂ）前記基体の上側に配設され、前記入射光の波長の半分よりも短い周期を有する平行金属配線の配列を有する偏光化ワイヤーグリッドと、
ｃ）前記偏光化ワイヤーグリッドの上側に配設され、前記偏光化ワイヤーグリッドの配線と揃えられた平行リブの配列を有する無機的誘電体グリッドと、
ｄ）前記無機的誘電体グリッドの上側に配設され、前記無機的誘電体グリッドのリブと揃えられた平行リブの配列を有し、可視又は赤外光に対して光学的吸収性を有する、無機的で非誘電性の材料を含んだ非誘電体反射抑制グリッドと、
を備えることを特徴とする反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器。
【請求項９】
前記反射抑制層の上側に配設された第二無機的誘電体層を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１０】
前記非誘電体反射抑制グリッドの材料は、前記ワイヤーグリッドの金属配線の材料とは異なることを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１１】
前記機器は、可視スペクトルの範囲内の光を選択的に吸収し、前記ワイヤーグリッドの配線の配列の周期は、３５０ｎｍよりも短く、前記反射抑制層の材料は、可視スペクトルの光に対して光学的吸収性を有する材料であることを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１２】
前記機器は、赤外スペクトルの範囲内の光を選択的に吸収し、前記ワイヤーグリッド層の配線の配列の周期は、５００ｎｍよりも短く、前記反射抑制グリッドの材料は、赤外スペクトルの光に対して光学的吸収性を有する材料であることを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１３】
前記反射抑制グリッドの材料は、炭素、ケイ素、ケイ化ニオビウム、タンタル、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項９に記載の機器。
【請求項１４】
入射可視又は赤外光を偏光し、反射偏光を選択的に抑制するための反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器であって、
ａ）基体と、
ｂ）前記基体により担持され、不連続であって、前記入射光の波長の半分よりも短い周期を有する平行リブの配列を形成する複数の異なる交互の層と、
を備え、
ｃ）前記層の１つは、導電性材料を含んで偏光化ワイヤーグリッドを規定し、
ｄ）前記層の１つは、無機的で誘電性の材料を含んで誘電体グリッドを規定し、
ｅ）前記層の１つは、可視又は赤外光に対して光学的吸収性を有する、無機的で非誘電性の材料を含んで反射抑制グリッドを規定することを特徴とする反射抑制ワイヤーグリッド偏光機器。
【請求項１５】
前記層の１つは、無機的で誘電性の材料を含む第二誘電体グリッドを規定することを特徴とする請求項１４に記載の機器。
【請求項１６】
前記機器は、可視スペクトルの範囲内の光を選択的に吸収し、前記ワイヤーグリッドの配線の配列の周期は、３５０ｎｍよりも短く、前記反射抑制層の材料は、可視スペクトルの光に対して光学的吸収性を有する材料であることを特徴とする請求項１４に記載の機器。
【請求項１７】
前記機器は、赤外スペクトルの範囲内の光を選択的に吸収し、前記ワイヤーグリッド層の配線の配列の周期は、５００ｎｍよりも短く、前記反射抑制グリッドの材料は、赤外スペクトルの光に対して光学的吸収性を有する材料であることを特徴とする請求項１４に記載の機器。
【請求項１８】
前記反射抑制グリッドの材料は、炭素、ケイ素、ケイ化ニオビウム、タンタル、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１４に記載の機器。
【請求項１９】
機器は、可視スペクトルの範囲で約５００：１よりも大きい透過コントラストを有することを特徴とする請求項１４に記載の機器。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図１ｅ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図１ｅ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【公表番号】特表２０１０−５３０９９５（Ｐ２０１０−５３０９９５Ａ）
【公表日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１３３９４（Ｐ２０１０−５１３３９４）
【出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６７４２７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／００２７９２
【国際公開日】平成２０年１２月３１日（２００８．１２．３１）
【出願人】（５０１２１８６３６）モックステック・インコーポレーテッド (16)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６７４２７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／００２７９２
【国際公開日】平成２０年１２月３１日（２００８．１２．３１）
【出願人】（５０１２１８６３６）モックステック・インコーポレーテッド (16)
【Ｆターム（参考）】
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