偏光板、和偏光板的制造方法、束结构的制造方法_3

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光常数不为零、且具有光吸收作用的物质的1种以上形成,其材料根据所应用的光的波长范围而选择。作为金属材料,可以举出:Ta、Al、Ag、Cu、Au、Mo、Cr、T1、W、N1、Fe、Sn、Nb单质或包含它们的合金。作为半导体材料,可以举出:S1、Ge、Te、Zn0、硅化物材料(β-FeSi2、MgSi2、NiSi2、BaSi2、CrSi2、C0Si2、TaSi)等。另夕卜,可以使用例如如在Si中添加有Fe的混合材料那样的半导体材料和金属材料的混合材料。
[0108]需要说明的是,使用半导体材料时,半导体的带隙能量与吸收作用有关,因此,半导体材料的带隙能量必须为与工作谱带的波长的吸收相当的带隙能量以下。例如,在可见光下使用时,必须使用具有波长400nm以上的吸收、即以带隙计为3.leV以下的材料。
[0109]另外,吸收层13通过组合使用前述金属材料和/或半导体材料,从而对于工作谱带的光提高干涉效应,使期望的波长下的透光轴方向的对比度增大,且可以降低来自对于透射型液晶显示装置而言不优选的偏光板的反射成分。
[0110]具体的材料的组合基于折射率n、消光常数k等光学常数来选择。例如,使用折射率高的Si (η = 4.08 (550nm)、k = 0.04)时,通过使用折射率差大、消光常数k大于Si的Ta(n = 2.48 (550nm)、k = 1.83),可以提高吸收效应、干涉效应,增大对比度。另外,束结构层12的电介质使用Ta205(n = 2.16(550nm))时,通过在束结构层12上形成折射率差小的Ta层,在Ta层上形成Si层,从而可以抑制反射,提高透射率。另外,Si层优选含有Fe。由此,可以提尚反射率的抑制效果。
[0111]图7A为示出在束结构层上通过溅射法堆积20nm的Ta而成的构成的光学特性的图,图7B为从Z方向观察该构成的平面的SEM照片。
[0112]另外,图8A为示出在玻璃基板上通过溅射法堆积20nm的Ta而成的构成的光学特性的图,图8B为从Z方向观察该构成的平面的SEM照片。束结构通过在玻璃基板上堆积25nm的Ta205而形成。
[0113]比较图7A与图8A可知,玻璃/束结构/Ta膜的光学特性具有光学各向异性,成为与玻璃/Ta膜大不相同的特性。对于玻璃/束结构/Ta膜的光学特性,束结构由波长以下的大小的细长的微粒构成,因此,与玻璃/Ta膜的光学特性相比,吸收、散射增大,作为结果,可以达成反射率的降低。另外,变为Tp>Ts,从光学各向异性的观点出发,也是良好的。
[0114]如此,通过将束结构层12和吸收层13组合,可以体现偏光功能,也可以将它们单独作为偏光板而利用,进而在其上夹着电介质层14形成反射层15,也可以提高干涉效应。
[0115]电介质层14以如下的膜厚形成:相对于在吸收层13发生了反射的偏振光,透过吸收层13在反射层15发生了反射的该偏振光的相位错开半波长的膜厚。具体的膜厚在能够调整偏振光的相位、提高干涉效应的1?500nm的范围内适当设定。本实施方式中,由于吸收层13吸收反射的光,因此,即使膜厚不进行最佳化也可以实现对比度的提高,实用上,可以由期望的偏光特性和实际的制作工序的平衡来确定。
[0116]构成电介质层14的材料可以使用Si02、A1203、MgF;^—般的材料。另外,电介质层14的折射率优选设定得大于1.0且为2.5以下。需要说明的是,吸收层13的光学特性也受到周围的折射率的影响,因此也可以通过电介质层14的材料控制偏光特性。
[0117]反射层15是在电介质层14上沿作为吸收轴的Y方向排列以带状延伸的金属薄膜而成的。即,反射层15具有作为线栅型偏振片的功能,从透光基板11侧入射的光中,使沿与线栅的长度方向平行的方向(Y轴方向)具有电场成分的偏振波(TE波(S波))衰减,使沿与线栅的长度方向正交的方向(X轴方向)具有电场成分的偏振波(TM波(P波))透射。
[0118]反射层15的构成材料只要为对工作谱带的光具有反射性的材料,就没有特别限制,例如可以使用:A1、Ag、Cu、Mo、Cr、T1、N1、W、Fe、S1、Ge、Te等金属单质或包含它们的合金或半导体材料。需要说明的是,除了金属材料以外,例如也可以由通过着色等以表面的反射率高的方式形成的金属以外的无机膜、树脂膜构成。
[0119]需要说明的是,反射层15的间距、线宽/间距、薄膜高度(厚度、点阵深度)、薄膜长度(点阵长度)优选分别设为以下的范围。
[0120]0.05 μπι〈间距〈0.8 μπι
[0121]0.1〈(线宽 / 间距)〈0.9
[0122]0.01 μ m〈薄膜高度 <1 μπι
[0123]0.05 μ m〈薄膜长度
[0124]另外,优选以光学特性的变化实用上不造成影响的范围具备覆盖透光基板11和点阵状凸部的表面的保护膜。例如通过堆积3102等,可以改善耐湿性等可靠性。作为保护膜的形成方法,优选使用等离子体CVD(化学气相沉积(Chemical Vapor Deposit1n))。通过使用等离子体CVD,在点阵状凸部的间隙中也可以堆积保护膜。
[0125]根据这样的构成的偏光板,通过利用透射、反射、干涉、偏振波的选择性光吸收这4个作用,可以使具有与反射层的点阵平行的电场成分的偏振波(TE波(S波))衰减,使具有与点阵垂直的电场成分的偏振波(TM波(P波))透射。S卩,TE波由于吸收层13的偏振波的选择性光吸收作用而衰减,透过吸收层13和电介质层14的TE波被作为线栅发挥功能的点阵状的反射层15反射。此处,通过适当调整电介质层14的厚度、折射率,对于在反射层15发生了反射的TE波,在透过吸收层13时可以将一部分反射而返回到反射层15,另外,通过干涉可以使通过了吸收层13的光衰减。如以上那样,通过进行TE波的选择性衰减,可以得到期望的偏光特性。
[0126]另外,第1实施方式的偏光板具有:由包含电介质、金属和半导体中的1种以上的柱状的束构成的束结构层12,因此,使光吸收、光散射增大,作为结果,使反射率降低,可以得到优异的光学特性。另外,第1实施方式的偏光板由耐久性高于有机物的无机物构成,因此对液晶投影仪中使用的那样的强光显示出高耐光特性,可以得到高可靠性。另外,第1实施方式的偏光板可以在宽波长区域内减轻反射率,因此可以应用于相机用偏光滤色器、液晶TV用偏光板等常用偏光板,可以以高可靠性满足各种需求。
[0127][第1实施方式的变形例]
[0128]接着,参照附图对于第1实施方式的变形例进行说明。需要说明的是,对与图1A和图1B所示的构成例1、2相同或相当的要素标注相同的符号,省略说明。
[0129]图9A为示出构成例3的偏光板的截面示意图,图9B为示出构成例4的偏光板的截面示意图。如前述那样,通过将束结构层12和吸收层13组合,可以增大光吸收的各向异性,可以作为偏光板利用。
[0130]图9A所示的构成例3的偏光板具备:透光基板11,透过工作谱带的光;束结构层12,形成于透光基板11上,且由包含电介质、金属和半导体中的1种以上的柱状的束构成;和吸收层13,形成于束结构层12上。
[0131]另外,优选束结构层12和吸收层13中的1层以上是以比工作谱带的光的波长小的间距以一维点阵状排列而得到的。
[0132]另外,更优选束结构层12和吸收层13全部是以比工作谱带的光的波长小的间距以一维点阵状排列而得到的。例如,如图9B所示的构成例4的偏光板那样,优选具备:透光基板11,透过工作谱带的光;束结构层12,形成于透光基板11上,且由包含电介质、金属和半导体中的1种以上的柱状的束构成;和吸收层13,形成于束结构层12上,束结构层12和吸收层13是以一维点阵状排列而得到的。S卩,该偏光板具有如下的结构:从透光基板11侧起依次层叠束结构层12和吸收层13而成的凸部在透光基板11上以一定间隔排列而成的一维点阵状的栅格结构。
[0133]如此,束结构层12和吸收层13中的1层以上是以比工作谱带的光的波长小的间距以一维点阵状排列而得到的,从而可以提高对比度(消光比:透光轴透射率/吸收轴透射率)。需要说明的是,如果束结构层12的透光轴透射率高、可以得到期望的光学特性,则栅格结构的凹部的底部也可以为束结构层12而不是透光基板11。
[0134]图10A为不出构成例5的偏光板的截面不意图,图10B为不出构成例6的偏光板的截面示意图。该构成例5、6在图1所示的构成例1、2中还具备:上部束结构层22和上部吸收层23。
[0135]S卩,图10A所示的构成例5的偏光板具备:透光基板11,透过工作谱带的光;束结构层12,形成于透光基板11上,且由包含电介质、金属和半导体中的1种以上的柱状的束构成;吸收层13,形成于束结构层12上;电介质层14,形成于吸收层13上;反射层15,形成于电介质层14上,且以比工作谱带的光的波长小的间距排列成一维点阵状;上部束结构层22,形成于反射层15上,由包含电介质、金属和半导体中的1种以上的柱状的束构成,且以比工作谱带的光的波长小的间距排列成一维点阵状;和上部吸收层23,形成于上部束结构层22上,以比工作谱带的光的波长小的间距排列成一维点阵状。上部束结构层22和上部吸收层23分别为与束结构层12和吸收层13相当的要素,此处省略说明。
[0136]另外,优选束结构层12、吸收层13和电介质层14中的1层以上是以比工作谱带的光的波长小的间距以一维点阵状排列而得到的。
[0137]另外,更优选束结构层12、吸收层13和电介质层14全部是与反射层15同样地以比工作谱带的光的波长小的间距以一维点阵状排列而得到的。例如优选如图10B所示的构成例6的偏光板那样具备:透光基板11,透过工作谱带的光;束结构层12,形成于透光基板11上,且由包含电介质、金属和半导体中的1种以上的柱状的束构成;吸收层13,形成于束结构层12上;电介质层14,形成于吸收层13上;反射层15,形成于电介质层14上;上部束结构层22,形成于反射层15上,且由包含电介质、金属和半导体中的1种以上的柱状的束构成;上部吸收层23,形成于上部束结构层22上,束结构层12、吸收层13、电介质层14、反射层15、上部束结构层22和上部吸收层23是以一维点阵状排列而得到的。S卩,该偏光板具有如下结构:从透光基板11侧起依次层叠束结构层12、吸收层13、电介质层14、反射层15、上部束结构层22和上部吸收层23而成的凸部在透光基板11上以一定间隔排列而成的一维点阵状的线栅结构。
[0138]另外,图11A为示出构成例7的偏光板的截面示意图,图11B为示出构成例8的偏光板的截面示意图。该构成例7、8在图10所示的构成例5、6中在反射层15和上部束结构层22之间具备上部电介质层24。
[0139]S卩,图11A所示的构成例7的偏光板具备:透光基板11,透过工作谱带的光;束结构层12,形成于透光基板11上,且由包含电介质、金属和半导体中的1种以上的柱状的束构成;吸收层13,形成于束结构层12上;电介质层14,形成于吸收层13上;反射层15,形成于电介质层14上,且以比工作谱带的光的波长小的间距排列成一维点阵状;上部电介质层24,形成于反射层15上,且以比工作谱带的光的波长小的间距排列成一维点阵状;上部束结构层22,形成于上部电介质层24上,由包含电介质、金属和半导体中的1种以上的柱状的束构成,且以比工作谱带的光的波长小的间距排列成一维点阵状;和上部吸收层23,形成于上部束结构层22上,且以比工作谱带的光的波长小的间距排列成一维点阵状。上部电介质层24为与电介质层14相当的要素,此处省略说明。
[0140]另外,图11B所示的构成例8的偏光板具备:透光基板11,透过工作谱带的光;束结构层12,形成于透光基板11上,且由包含电介质、金属和半导体中的1种以上的柱状的束构成;吸收层13,形成于束结构层12上;电介质层14,形成于吸收层13上;反射层15,形成于电介质层14上;上部电介质层24,形成于反射层上;上部束结构层22,形成于上部电介质层24上,且由包含电介质、金属和半导体中的1种以上的柱状的束构成;和上部吸收层23,形成于上部束结构层22上,束结构层12、吸收层13、电介质层14、反射层15、上部电介质层24、上部束结构层22和上部吸收层23是以一维点阵状排列而得到的。
[0141]如图10A、图10B、图11A和图11B所示的构成例5?构成例8那样,通过具备上部束结构层22和上部吸收层23,可以在透光基板11侧和上部吸收层23侧的两面配置光源。
[0142][第2实施方式]
[0143]接着,参照附图对于第2实施方式进行说明。第1实施方式中,在透光基板11上形成束结构层12,而第2实施方式中,在吸收膜上形成束结构层12。需要说明的是,对与第1实施方式相同或相当的要素标注相同的符号
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