专利名称：偏振器和发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种偏振器和一种使用该偏振器的发光装置。
背景技术：
近来，诸如大型显示器或者投影仪的显示装置的性能已经大大地提高。在这种显示装置中，在很多情形中应该对准偏振方向。例如，在被广泛地用于平板显示器的液晶显示装置中，偏振器被布置在来自光源的光的入射侧和出射侧这两侧中，并且通过向被夹在偏振器之间的液晶施加电压，控制入射光的偏振旋转，并且控制光对出射侧的透射率。用于对准偏振光的偏振器具有透射预定方向的线偏振光并且反射或者吸收与该预定方向正交的线偏振光的特性。在偏振器中，作为用于反射一种偏振光的类型的反射性偏振器能够通过利用波长板等转换反射光的偏振方向而再次使用反射光。因此，反射性偏振器能够实现高的光使用效率。结果，能够为显示装置节约电力。作为反射性偏振器，具有栅格结构(线栅结构)的线栅偏振器被广泛地使用，在该栅格结构中排列很多非常小的细金属线。例如，在专利文献I中详细描述了线栅结构，在该线栅结构中，例如以一百几十nm的重复间隔(节距)平行地布置了具有几十nm的宽度和上百nm的高度的多根细金属线。在线栅偏振器中，在与细金属线的长度方向，即细金属线的延伸方向正交的方向上偏振的光(在下文中，TM光)被透射，而在与细金属线的长度方向平行的方向上偏振的光(在下文中，TE光)被反射。通常使用铝作为用于细金属线的金属材料。使用这种反射性偏振器的发光装置的一个实例是偏振光发光二极管(偏振LED)。在例如，专利文献I中描述了 该偏振LED。从作为光源的LED发射的光的偏振未被对准。因此，当直接地从LED向液晶板发射光时，仅能够使用一半的发射光。能够通过使用偏振转换元件在一个方向上对准发射光的偏振方向。然而，当使用偏振转换元件时，添加了偏振和转换光的光程。这使得实质发光面积加倍。在这种情形中，因为作为发光面积和径向立体角的乘积的光学扩展量(Etendue)增加，所以在于投影仪等中使用的情形中，光使用效率降低。在这些情况下，已经提供了一种结构，其中反射性偏振器被设置在LED的发射面上并且被反射性偏振器反射的一种偏振光被返回LED侧从而被再次使用。这种结构能够实现高的光使用效率，因为能够在不增加光学扩展量的情况下对准偏振光。在这种结构中，因为偏振器位于LED正上方,所以偏振器被暴露于高光密度,并且偏振器的温度增加。线栅结构是高度可靠的，因为它能够由仅无机材料制成，并且即使在偏振器的温度增加的环境中，它的寿命也能够是长的。引用列表专利文献I JP2008-060534A非专利文献1:ρ· 141104, "30-nm-wide aluminum nanowire grid for ultrahighcontrast and transmittance polarizers made by UV-nanoimprint〃，Jian Jim Wang 等人，Applied physics letters vol.89 (2006)
发明内容
本发明所要解决的问题为了在使用前述反射性偏振器的光学系统中增加光使用效率，减少在偏振器中的损失是重要的。即，为了减少损失，理想的是TM光的透射率和TE光的反射率这两者都是高的。然而，在具有由铝制成的线栅结构的线栅偏振器的情形中，TM光的透射率即90%到95%是相对高的。然而，在此情形中，TE光的反射率即大约80%到85%是不足的。这意味着在线栅偏振器中，每次TE光被反射时损失了 15%到20%的TE光。特别地，当多重反射发生时，即，在使用前述偏振LED时，存在大的损失的问题。已经实现了本发明以解决前述问题，并且本发明的目的在于提供一种能够增加光使用效率的偏振器和一种发光装置。解决问题的方案为了实现该目的，根据本发明，一种偏振器包括线栅结构，该线栅结构具有被布置成在一个方向上延伸的多根细金属线。通过堆叠包含铝的第一金属层和包含来自金、银和铜中的一种元素的第二金属层而形成细金属线。第二金属层被设置在输入光所进入的线栅结构的一侧上。根据本发明的发光装置包括本发明的偏振器，和具有被设置在发射光的出射平面一侧上的偏振器的发光二极管。被偏振器反射的光的至少一部分进入发光二极管。本发明的效果根据本发明，能够增加TE光的反射率以实现高光使用效率。结果，根据本发明，能够为显示装置节约电力。附图简要说明[
图1]示意性地示出根据第一实施例的偏振器的结构的透视图。[图2A]示出在根据第一实施例的偏振器中，在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图2B]示出在根据第一实施例的偏振器中，在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图3A]示出在具有由仅铝层制成的细金属线的偏振器中，在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图3B]示出在具有由仅铝层制成的细金属线的偏振器中，在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图4A]示出在具有由仅银层制成的细金属线的偏振器中，在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图4B]示出在具有由仅银层制成的细金属线的偏振器中，在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图5A]示出在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射光(TM光)的损失之间的关系的曲线图。[图5B]示出在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射光(TM光)的损失之间的关系的曲线图。[图5C]示出在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射光(TE光)的损失之间的关系的曲线图。[图5D]示出在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射光(TE光)的损失之间的关系的曲线图。[图6A]示出在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射光(TM光)的损失之间的关系的曲线图。[图6B]示出在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射光(TM光)的损失之间的关系的曲线图。[图6C]示出在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射光(TE光)的损失之间的关系的曲线图。[图6D]示出在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射光(TE光)的损失之间的关系的曲线图。[图7]示意性地示出根据第二实施例的偏振器的结构的透视图。[图8A]示出在根据第二实施例的偏振器中，在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图8B]示出在根据第二实施例的偏振器中，在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图9A]示出在具有由仅铝层制成的细金属线的偏振器中，在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图9B]示出在具有由仅铝层制成的细金属线的偏振器中，在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图10A]示出在具有由仅银层制成的细金属线的偏振器中，在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图10B]示出在具有由仅银层制成的细金属线的偏振器中，在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。
[图11A]示出在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射光(TM光)的损失之间的关系的曲线图。[图11B]示出在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射光(TM光)的损失之间的关系的曲线图。[图11C]示出在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射光(TE光)的损失之间的关系的曲线图。[图11D]示出在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射光(TE光)的损失之间的关系的曲线图。[图12A]关于在偏振器中的光损失的光入射方向依赖性示出在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射光(TM光)的损失之间的关系的曲线图。[图12B]关于在偏振器中的光损失的光入射方向依赖性不出在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射光(TM光)的损失之间的关系的曲线图。[图12C]关于在偏振器中的光损失的光入射方向依赖性示出在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射光(TE光)的损失之间的关系的曲线图。[图12D]关于在偏振器中的光损失的光入射方向依赖性示出在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射光(TE光)的损失之间的关系的曲线图。[图13]示意性地示出根据第三实施例的偏振器的结构的透视图。[图14A]示出在根据第三实施例的偏振器中，在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图14B]示出在根据第三实施例的偏振器中，在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图15A]示出在具有由仅铝层制成的细金属线的偏振器中，在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图15B]示出在具有由仅铝层制成的细金属线的偏振器中，在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图16A]示出在具有由仅金层制成的细金属线的偏振器中，在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图16B]示出在具有由仅金层制成的细金属线的偏振器中，在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图17A]示出在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射光(TM光)的损失之间的关系的曲线图。[图17B]示出在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射光(TM光)的损失之间的关系的曲线图。
[图17C]示出在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射光(TE光)的损失之间的关系的曲线图。[图17D]示出在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射光(TE光)的损失之间的关系的曲线图。[图18]示意性地示出根据第四实施例的偏振器的结构的透视图。[图19A]示出在根据第四实施例的偏振器中，在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图19B]示出在根据第四实施例的偏振器中，在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图20A]示出在具有由仅铜层制成的细金属线的偏振器中，在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图20B]示出在具有由仅铜层制成的细金属线的偏振器中，在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射率之间的关系，和在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射率之间的关系的曲线图。[图21A]示出在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和透射光(TM光)的损失之间的关系的曲线图。[图21B]示出在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和透射光(TM光)的损失之间的关系的曲线图。[图21C]示出在与细金属线的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度和反射光(TE光)的损失之间的关系的曲线图。[图21D]示出在细金属线的长度方向上的入射光的倾斜度和反射光(TE光)的损失之间的关系的曲线图。[图22]示意性地示出根据第五实施例的发光装置的结构的截面视图。[图23A]不出在根据第一实施例的偏振器中透射率和反射率的波长依赖性的曲线图。[图23B]示出在具有由仅铝层制成的细金属线的偏振器中透射率和反射率的波长依赖性的曲线图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。图1是示意性地示出根据第一实施例的偏振器的透视图。如在图1中所示，根据这个实施例的偏振器I包括其中多根非常小的细金属线13被以固定的间隔布置以在一个方向上延伸的线栅结构11，和其中形成线栅结构11的玻璃基板12。通过堆叠作为第一金属层的铝层15和作为第二金属层的银层16配置细金属线13。铝层15和银层16被依次布置在玻璃基板12的一个表面上以形成多根细金属线13。在布置方向上以140nm的节距布置具有42nm宽度的该多根细金属线13，并且分别地以80nm和40nm的厚度形成铝层15和银层16。玻璃基板12的折射率是1. 5。与玻璃基板12的、已经在其上形成细金属线13的一个表面相反的后表面被抗反射膜18覆盖。图2A和2B分别地示出了，当具有530nm的波长的光从已经布置细金属线13的一侦U、即从细金属线13的银层16侧进入根据这个实施例的偏振器I时，TE光和TM光的反射率和透射率的计算结果。在计算中，使用RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis :严格耦合波分析)，并且在玻璃基板12的后表面上的反射完全地被抗反射膜18消除。图2A示出了 TE光和TM光中的每一种关于在与细金属线13的长度方向正交的方向上的入射光的倾斜度，即，关于在图1所示Xz平面内的入射角的反射率和透射率。类似地，图2B示出了 TE光和TM光中的每一种关于输入光相对于细金属线13的长度方向的倾斜度，即，关于在图1所示yz平面内的入射角的反射率和透射率。在Xz平面内的入射角和在yz平面内的入射角指示在z方向上，即，在堆叠铝层15和银层16以构成细金属线13的堆叠方向上的倾斜角度。为了与这个实施例比较，图3A和3B以及图4A和4B分别地示出根据第一对照实例的偏振器和根据第二对照实例的偏振器的特性，在第一对照实例中，多根细金属线的节距和宽度与实施例的相等，但是仅包括具有120nm的厚度的铝层，在第二对照实例中，多根细金属线类似地仅包括银层。当图2A和2B所示实施例与图3A和3B以及图4A和4B所示分别的对照实例相比较时，实施例的偏振器在TE光的反射率方面比对照实例高，而在TM光的透射率方面与该两个对照实例近似相等。图5A到图示了实施例的损失与该两个对照实例的损失的比较结果。该损失是TM光的吸收损失，同时是TE光的吸收损失和透射率之和。TE光是将被反射的最初的偏振光。然而，因为透射通过偏振器的部分在随后的光学系统处成为不必要的光，所以在损失中包括透射率。理想地，TM光被完全地透射。然而，实际上，TM光的一部分被反射，并且特别地当入射角大时，反射率更高。反射TM光不被视为在偏振器中的损失，因为它能够被再次使用。如在图5A到中所示，在这个实施例的结构中，反射光即TE光的损失显著地小于该两个对照实例的损失，而透射光即TM光的损失近似等于该两个对照实例的损失。如上所述，在这个实施例的结构中，与多根细金属线具有相等的节距、宽度和厚度并且每一个包含单一金属层的该两个对照实例的结构相比，避免了 TE光的损失。结果，在该实施例中，TE光的反射率更高。图6A到6D示出在图1所示这个实施例的结构中，当光从玻璃基板12侧，即从细金属线13的铝层15侧进入时的损失。作为比较，还示出了当光从细金属线13所在的一侧，即细金属层13的银层16所在的一侧进入时的损失。如在图6A到6D中所示，与在光从细金属线13的银层16侧进入的情形中相比，在光从铝层15侧进入的情形中，损失更大。因此，在根据该实施例的偏振器I中，因为理想的是使得光从细金属线13的银层16侧进入线栅结构11，所以银层16位于光入射到线栅结构11的一侧上。如上所述，根据这个实施例，当与与本发明有关的偏振器相比较时，能够减少TE光的损失以增加TE光的反射率。因此，能够增加光使用效率。结果，这个实施例使得能够为诸如投影仪的显示装置节约电力。下面，将参考附图描述其它实施例。在其它实施例中，类似于第一实施例的构件将由类似的附图标记表示并且将省略其说明。(第二实施例)图7是示出根据第二实施例的偏振器的透视图。根据第二实施例的偏振器与第一实施例的偏振器不同在于玻璃基板上堆叠铝层和银层以构成细金属线的次序。如在图7中所示，根据第二实施例的偏振器2包括其中多根非常小的细金属线23被以固定的间隔布置以在一个方向上延伸的线栅结构21，和其中形成线栅结构21的玻璃基板12。通过堆叠作为第一金属层的银层16和作为第二金属层的铝层15配置细金属线13。银层16和铝层15被依次布置在玻璃基板12上以形成多根细金属线23。在布置方向上以140nm的节距布置具有42nm宽度的该多根细金属线23，并且分别地以40nm和80nm的厚度形成银层16和铝层15。玻璃基板12的折射率是1. 5。与玻璃基板12的、已经在其上形成细金属线23的表面相反的后表面被抗反射膜18覆盖。图8A和8B分别地示出了，在这个实施例的结构中，当具有530nm的波长的光从玻璃基板12侧，即从细金属线13的银层16侧进入时，TE光和TM光的反射率和透射率的计算结果。为了与这个实施例比较，图9A和9B以及图1OA和IOB分别地示出当光从玻璃基板12侧进入时根据第一对照实例的偏振器和根据第二对照实例的偏振器的特性，在第一对照实例中，多根细金属线的节距和宽度与实施例的相等，但是仅包括具有120nm的厚度的铝层，在第二对照实例中，多根细金属线类似地仅包括银层。实施例的偏振器2在TE光的反射率方面比对照实例高，而在TM光的透射率方面与该两个对照实例近似相等。图1lA到IlD图示了实施例的损失与该两个对照实例的损失的比较结果。如在前述情形中，在这个实施例的结构中，反射光即TE光的损失显著地小于该两个对照实例的损失，而透射光即TM光的损失近似等于该两个对照实例的损失。如上所述，在这个实施例的结构中，与多根细金属线具有相等的节距、宽度和厚度并且每一个包含单一金属层的该两个对照实例的结构相比，避免了 TE光的损失。结果，在该实施例中，TE光的反射率更高。图12A到12D示出在图7所示的这个实施例的结构中，当光从已经布置细金属线23的一侧，即从细金属线23的铝层15侧进入时的损失。作为比较，还示出了当光从玻璃基板12侧，即从细金属层23的银层16侧进入时的损失。虽然取决于TE光、TM光以及到偏振器的入射方向和入射角，趋势是不同的，但是在光从已经布置细金属线23的一侧，即从细金属线23的铝层15侧进入的情形中，损失通常更大。因此，如在前述情形中，在根据该实施例的偏振器2中，理想的是使得光从玻璃基板12侧，即从细金属线23的银层16侧进入，并且银层16相应地位于输入光所进入的线栅结构21的一侧上。将描述入射到偏振器的光的角度对于损失的影响。如在图5A到以及图1lA到IlD中所示，在铝层和银层的层叠结构中，与当光在堆叠方向上从银层侧进入时相比避免了损失。通常，在与铝层接触的层的折射率低于与银层接触的层的折射率的配置中，损失能够更小。例如，在第一和第二实施例中，该多根细金属线的节距、宽度和厚度和铝层15和银层16的比率都是相等的。然而，在第一实施例中，与铝层15接触银层16的表面相反的表面与具有折射率1. 5的玻璃基板12接触。在另一方面，与银层16接触铝层15的表面相反的表面与周围介质，即与具有折射率I的空气接触。在第二实施例的情形中，在铝层15和银层16之间的关系与第一实施例的相反。当在第一实施例和第二实施例中的损失，即，当光从图5A到以及图1lA到IlD所示的银层16侧进入时的损失被相互比较时，与在第二实施例中相比，在图5A到所示第一实施例中的损失更小。换言之，与在第二实施例中相比，在第一实施例中损失更小，在第一实施例中，关于与接触铝层15和银层16的表面相反的表面，与铝层15接触的层的折射率高于与银层16接触的层的折射率。关于这点，S卩，在与铝层15接触的层的折射率低于与银层16接触的层的折射率的配置中，损失能够更小，并且当替代银层而使用金层或者铜层时，损失能够类似地更小。具体地，在包括使用金层或者铜层和铝层的细金属线的线栅偏振器中，当光进入线栅结构时，理想的是使得光不从铝层侧而是从金层侧进入。对于减少损失而言，理想的是关于与接触铝层、金层或者铜层的表面相反的表面，与铝层接触的层的折射率高于与金层或者铜层接触的层的折射率的配置。(第三实施例)图13是示出根据第三实施例的偏振器的透视图。根据第三实施例的偏振器不同于前面的实施例的偏振器之处在于，通过堆叠铝层和金层形成细金属线。
如在图13中所示，根据第三实施例的偏振器3包括其中多根非常小的细金属线33被以固定的间隔布置以在一个方向上延伸的线栅结构31，和其中形成线栅结构31的玻璃基板12。通过堆叠作为第一金属层的铝层15和作为第二金属层的金层35配置细金属线33。铝层15和金层35被依次布置在玻璃基板12上以形成多根细金属线33。在布置方向上以170nm的节距布置具有51nm宽度的该多根细金属线33，并且分别地以80nm和40nm的厚度形成铝层15和金层35。玻璃基板12的折射率是1. 5。与玻璃基板12的、已经在其上形成细金属线33的表面相反的后表面被抗反射膜18覆盖。图14A和14B分别地示出了，在这个实施例的结构中，当具有650nm的波长的光从已经布置细金属线33的一侧，即从细金属线13的金层35侧进入时，TE光和TM光的反射率和透射率的计算结果。为了与这个实施例比较，图15A和15B以及图16A和16B分别地示出根据第一对照实例的偏振器和根据第二对照实例的偏振器的特性，在第一对照实例中，该多根细金属线中的线的每一根的节距和宽度与实施例的相等，但是仅包括具有120nm的厚度的铝层，在第二对照实例中，多根细金属线类似地仅包含金层。实施例的偏振器3在TE光的反射率方面比对照实例高，而在TM光的透射率方面与该两个对照实例近似相等。图17A到17D图示了在实施例中的损失与在该两个对照实例中的损失的比较结果。如在前述情形中，在这个实施例的结构中，反射光即TE光的损失小于在该两个对照实例中的损失，而透射光即TM光的损失近似等于在该两个对照实例中的损失。(第四实施例)图18是示出根据第四实施例的偏振器的透视图。根据第四实施例的偏振器不同于前面的实施例的偏振器之处在于，通过堆叠铝层和铜层形成细金属线。如在图18中所示，根据第四实施例的偏振器4包括其中多根非常小的细金属线33被以固定的间隔布置以在一个方向上延伸的线栅结构41，和其中形成线栅结构41的玻璃基板12。通过堆叠作为第一金属层的铝层15和作为第二金属层的铜层45配置细金属线43。铝层15和铜层45被依次布置在玻璃基板12上以形成多根细金属线43。
在布置方向上以170nm的节距布置具有51nm宽度的该多根细金属线43，并且分别地以80nm和40nm的厚度形成铝层15和铜层45。玻璃基板12的折射率是1. 5。与玻璃基板12的、已经在其上形成细金属线43的表面相反的后表面被抗反射膜18覆盖。图19A和19B分别地示出了，在这个实施例的结构中，当具有650nm的波长的光从已经布置细金属线43的一侧，即从细金属线43的铜层45侧进入时，TE光和TM光的反射率和透射率的计算结果。为了与这个实施例比较，图20A和20B示出根据第一对照实例的偏振器的特性，在第一对照实例中，该多根细金属线中的线的每一根的节距和宽度与实施例的相等，但是仅包括具有120nm的厚度的铜层。图15A和15B示出根据第二对照实例的偏振器，在第二对照实例中，该多根细金属线中的线的每一根的节距和宽度与实施例的相等，但是类似地仅包含铝层。当图19A和19B所示实施例与图20A和20B以及图15A和15B所示对照实例相比较时，实施例的偏振器4在TE光的反射率方面比对照实例更高，而在TM光的透射率方面与该两个对照实例近似相等。图21A到21D图示了在实施例中的损失与在该两个对照实例中的损失的比较结果。如在前述情形中，在这个实施例的结构中，反射光即TE光的损失小于在该两个对照实例中的损失，而透射光即TM光的损失近似等于在该两个对照实例中的损失。(第五实施例)图22是示意性地示出根据第五实施例的发光装置的截面视图。这个实施例的发光装置涉及通过将LED与前述实施例的偏振器组合而配置的偏振LED。这个实施例的LED是使用InGaN用于有源层并且具有被设定为530nm的中心发射波长(峰值发射波长)的发光元件。使用了根据第一实施例的偏振器I作为在该实施例中的偏振器。如在图22中所示，在这个实施例的偏振LED5中包括的LED52在基板53上包括反射膜54、阳极电极55、P型半导体层56、活性层57、η型半导体层58,和阴极电极59。电极55和59中的每一个并不覆 盖全部表面而是仅覆盖LED52的一部分。在LED52的发射面上，为了增加光提取效率，在表面上形成微小并且不规则的、亚微米量级的凹形和凸形部分，即，纹理结构60。在如此配置的LED52上，根据第一实施例的偏振器I被设置为细金属线13的银层16侧被设定为面对LED52的发射面。在从LED52发射的光中，TM光被透射而TE光被偏振器I反射。被偏振器I反射的TE光返回LED52侧以再次被在LED52的表面或者后表面上的反射性膜54反射或者在LED52内侧多重反射，并且然后再次进入偏振器I。被偏振器I反射的光在偏振方向上是一致的。然而，因为在LED52的发射面的纹理结构60中发生漫反射，所以在于LED52上的反射期间，偏振光几乎被消除。因此，被LED52反射以再次进入偏振器I的光的几乎一半通过偏振器1，而其余部分再次被LED侧反射。相应地，在这个实施例的偏振LED5中，在偏振器I和LED52之间发生多重反射。这意味着来自偏振器I的反射光的再使用率大大地依赖于偏振器I的反射率。因此，使用根据这个实施例的偏振器I使得能够通过增加偏振器I的反射率而显著地增加光使用效率。如上在该实施例中所述，通过使用铝层和银层、或者铝层和金层或铜层，能够减少在线栅偏振器中的损失。然而，由于以下原因，当应用实施例的结构时，理想的是在特定或者更高波长下使用该结构。当光进入实施例等的线栅结构时，在特定波长下发生明显的吸收，因此大大地降低了透射率和反射率。这个波长从细金属线中的一种金属材料到另一种地改变。然而，在铝层的情形中，该波长处于比可见光区域足够短的一侧上，并且因此只要在可见光区域中使用偏振器便几乎不存在任何影响。在另一方面，在银层、金层或者铜层的情形中，该波长位于可见光区域附近，或者可能进入可见光区域。图23不出在根据第一实施例的偏振器I中的透射率和反射率的波长依赖性，该偏振器I包括具有铝层15和银层16的细金属线13。为了与这个实施例比较，图23B示出在仅具有铝层的偏振器中透射率和反射率的波长依赖性。这个计算是关于垂直入射的情形的。在根据第一实施例的偏振器I中，在大约370nm到380nm的波长的范围中，TM光的透射率大大地降低。这种现象限制了使得实施例的结构相对于包括仅由铝层制成的细金属线的偏振器有利的波长。使得透射率最小的这种波长依赖于与银层接触的物质的折射率。这个折射率越高，波长越长。当银层与真空接触时(基本类似于空气的情形)，波长是短的。在这种情形中，当波长是480nm以上时，实施例的结构的透射率等于仅由铝层制成的结构的透射率。TE光的反射率的最小值依赖于比TM光的透射率的最小值更短的短波长范围。然而，当与透射率相比较时，即使当波长更长时，反射率也趋向于缓慢地增加。这个趋势还影响在可见区域中的特性。在偏振器I中，根据第一实施例，当波长是470nm以上时，TE光的反射率等于包括仅由铝层制成的细金属线的偏振器的反射率。因此，当波长是480nm以上时，包括通过堆叠铝层和银层形成的细金属线的偏振器相对于包括仅由铝层制成的细金属线的偏振器是有利的。类似地，相对于包括仅由铝层制成的细金属线的结构，根据第三和第四实施例的、包括使用金层和铜层的细金属线的结构分别地在600nm以上和630nm以上的波长下是有利的。相应地，当与LED相组合地使用根据第三和第四实施例的偏振器时，如在第五实施例的情形中，理想的是使得从LED发射的光的中心波长等于或者大于前述波长。已经描述了实施例。然而本发明不限于该实施例。能够在不偏离本发明的主旨的情况下作出各种改变。例如，在该实施例中，使用了铝、银、金和铜作为用于包括在偏振器中的细金属线的金属层的材料。然而，能够使用包含它们作为主要成分的合金。此外，能够使用通过堆叠三种或者更多类型的这种金属层形成的细金属线。例如，能够使用通过在铝层上堆叠银层和在银层上堆叠另一种金属层而形成的细金属线。能够在不影响偏振器的特性的范围内添加其它金属层。例如，在第一实施例中，能够在构成细金属层13的铝层15和银层16之间插入具有Inm厚度的铬金属层。此外，能够在与细金属线的侧端面平行的侧端面，S卩，堆叠方向上堆叠其它金属层。例如，在第一实施例中，能够在铝层15的端表面和在与细金属线13的堆叠方向平行的表面上的银层16的端表面和另一个表面上以大约O. 5nm的厚度形成极薄的金覆盖层。第五实施例涉及通过将偏振器I与LED52组合而配置的偏振LED52。然而，能够将诸如波长板的其它光学构件添加到该配置。例如，在第五实施例中，波长板能够被设置在偏振器I和LED52之间。已经描述了本发明 的实施例。然而，本发明不限于该实施例。能够在不偏离本发明的范围的情况下对于本发明的配置和细节作出本领域技术人员能够理解的各种改变。该申请要求在2010年8月2日提交的日本专利申请No. 2010-173475的优先权，其由此在这里通过引用以整体并入。附图标记I 偏振器11线栅结构12玻璃基板13细金属线15铝层16银层
权利要求
1.一种偏振器,包括 线栅结构，所述线栅结构具有被布置成在一个方向上延伸的多根细金属线， 其中， 通过堆叠包含铝的第一金属层和包含来自金、银和铜中的一种元素的第二金属层来形成所述细金属线，并且所述第二金属层被设置在输入光所进入的所述线栅结构的一侧上。
2.根据权利要求1所述的偏振器，其中， 与所述第一金属层的、相对于所述第一金属层和所述第二金属层相接触的表面相反的表面相接触的物质的折射率高于与所述第二金属层的、相对于所述第二金属层和所述第一金属层相接触的表面相反的表面相接触的物质的折射率。
3.根据权利要求1或者2所述的偏振器，进一步包括 基板， 其中， 所述第一金属层和所述第二金属层依次堆叠在所述基板的一个平面上。
4.一种发光装置，包括 根据权利要求1或者2所述的偏振器；和 发光二极管，所述发光二极管使得所述偏振器设置在发射面上， 其中， 被所述偏振器反射的光的至少一部分进入所述发光二极管。
5.根据权利要求4所述的发光装置，其中， 所述偏振器的所述第二金属层包含银，并且 从所述发光二极管发射的光的中心波长是480nm以上。
6.根据权利要求4所述的发光装置，其中， 所述偏振器的所述第二金属层包含金，并且 从所述发光二极管发射的光的中心波长是600nm以上。
7.根据权利要求4所述的发光装置，其中， 所述偏振器的所述第二金属层包含金，并且 从所述发光二极管发射的光的中心波长是630nm以上。
全文摘要
本发明提供了一种线栅结构(11)，在该线栅结构(11)中具有被布置成在一个方向上延伸的多根细金属线。细金属线(13)中的每一个包括铝层(15)和银层(16)的层叠。银层(16)被布置在输入光所进入的线栅结构(11)的一侧上。
文档编号G02B5/30GK103052900SQ20118003803
公开日2013年4月17日 申请日期2011年7月6日 优先权日2010年8月2日
发明者尚文铃木 申请人:日本电气株式会社