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JP6940928B2 - Depolarization element and its manufacturing method, and optical equipment and liquid crystal display device using it. - Google Patents
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Depolarization element and its manufacturing method, and optical equipment and liquid crystal display device using it. Download PDF

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JP6940928B2 JP2015145194A JP2015145194A JP6940928B2 JP 6940928 B2 JP6940928 B2 JP 6940928B2 JP 2015145194 A JP2015145194 A JP 2015145194A JP 2015145194 A JP2015145194 A JP 2015145194A JP 6940928 B2 JP6940928 B2 JP 6940928B2
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Description

本発明は、所定の偏光状態の光を入射した際に、その偏光状態を解消することのできる偏光解消素子及びその製造方法、並びにそれを用いた光学機器及び液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a depolarizing element capable of eliminating the polarized state when light in a predetermined polarized state is incident, a method for manufacturing the same, and an optical device and a liquid crystal display device using the same.

分光器、増幅器及び測定器等の光学機器に偏光依存性がある場合、これら光学機器に入射する光が所定の偏光状態にあると偏光依存性により出力低下、反射特性変化等が発生し、光学機器の機能を十分に果たすことができない。例えば、単焦点プロジェクター等では投射される光の偏光状態によってスクリーンの反射特性が異なるために、投射画面上に輝度ムラや色ムラが発生してしまう。そこで、偏光依存性のある光学機器に光が入射する前に、偏光状態を解消できる偏光解消素子が利用されている。 When optical instruments such as spectroscopes, amplifiers, and measuring instruments have polarization dependence, if the light incident on these optical instruments is in a predetermined polarization state, the output decreases, the reflection characteristics change, etc. due to the polarization dependence, and the optics The function of the device cannot be fully fulfilled. For example, in a single focus projector or the like, since the reflection characteristics of the screen differ depending on the polarization state of the projected light, uneven brightness and uneven color occur on the projected screen. Therefore, a depolarizing element capable of eliminating a polarized state before light is incident on an optical device having a polarization dependence is used.

従来の偏光解消素子では、複屈折性結晶の厚みを入射面内で変化させ、それにより面内でリタデーション量を変化させるバビネ型の偏光解消素子が用いられてきた。複屈折性結晶を使用して偏光解消素子を作製する場合には、作製可能なサイズが結晶サイズに依存してしまう。また、複屈折層の厚みに変化があると、光の屈折による入射光の方向変化も不可避である。 In the conventional depolarization element, a Babine-type depolarization element has been used in which the thickness of the birefringent crystal is changed in the incident plane, thereby changing the amount of retardation in the plane. When a depolarizing element is manufactured using a birefringent crystal, the size that can be manufactured depends on the crystal size. Further, if there is a change in the thickness of the birefringent layer, it is inevitable that the direction of the incident light will change due to the refraction of the light.

そこで、偏光解消素子として、基板と異なる光学特性のサブ波長構造体領域を基板表面に複数形成し、入射光を各周期構造体に応じた偏光状態に変換することで偏光を解消するものがこれまで検討されてきている。 Therefore, as a depolarizing element, a plurality of sub-wavelength structure regions having optical characteristics different from those of the substrate are formed on the surface of the substrate, and the incident light is converted into a polarization state corresponding to each periodic structure to eliminate the polarization. Has been considered.

例えば、特許文献1では、基板の表層部に光の波長よりも短い周期で屈折率の異なる2種類の媒質を交互にストライプ状に設けることにより構造性複屈折を呈するようにした複数の構造物をその光学軸が同一面内の異なる方向に向くように平面状に配置した偏光解消素子が提案されている。特許文献1によると、この偏光解消素子を用いることで、入射光が特定の方向に偏光されたものであっても、入射光が各構造物を通過することにより、出射光では各構造物の光学軸の向きに応じた異なる方向に偏光されたものが混在した状態となり、結果的に偏光が解消された状態となる。 For example, in Patent Document 1, a plurality of structures exhibiting structural birefringence by alternately providing two types of media having different refractive indexes in a striped shape at a period shorter than the wavelength of light on the surface layer portion of the substrate. A depolarizing element has been proposed in which the optical axes are arranged in a plane so as to face different directions in the same plane. According to Patent Document 1, by using this depolarizing element, even if the incident light is polarized in a specific direction, the incident light passes through each structure, so that the emitted light is emitted from each structure. Polarized light is mixed in different directions according to the direction of the optical axis, and as a result, the polarized light is eliminated.

また、特許文献2では、基板の表層部に構造複屈折をもつ複数のサブ波長構造体領域が互いに隣接して配置された偏光解消素子であって、前記サブ波長構造体領域は使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝をもち、前記溝の配列方向である光学軸方向が隣接するサブ波長構造体領域間で異なる部分をもつように配置されており、かつ、該偏光解消素子は前記溝として深さの異なるものを含む偏光解消素子が提案されている。特許文献2の偏光解消素子は、溝の深さを異ならせることでリタデーションを変化させ、出射光の偏光を基板の位置毎に変化させて偏光を解消する。 Further, in Patent Document 2, a plurality of sub-wavelength structure regions having structural birefringence are arranged adjacent to each other on the surface layer portion of the substrate, and the sub-wavelength structure region is the light used. It has grooves that are repeatedly arranged in a cycle shorter than the wavelength, and is arranged so that the optical axis direction, which is the arrangement direction of the grooves, has different portions between adjacent sub-wavelength structure regions, and the polarized light is used. As the elimination element, a polarization elimination element including a groove having a different depth has been proposed. The depolarizing element of Patent Document 2 changes the retardation by changing the depth of the groove, and changes the polarization of the emitted light for each position of the substrate to eliminate the polarization.

特開2004−341453号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-341453 特開2011−180581号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-180581

特許文献1に記載の偏光解消板では、同一面内の異なる方向に光学軸が向くようにストライプ状に設けた構造物を複数配置しており、各構造物が分割領域となるため、偏光を十分に解消することができないと考えられる。また、偏光をより確実に解消するために分割領域(構造物)を小さくしようとすると、パターン形成も難しくなるし、各構造物をランダムに配置したとしても一定程度の規則性が残るため、限界がある。さらに、特許文献1に記載の偏光解消板では分割領域が直線状のラインによって形成されているため、ラインのピッチによっては回折光が生じて光学特性に悪影響を及ぼすことも懸念される。また、斯かる偏光解消板を液晶表示装置に用いた場合にはモアレや回折が生じる可能性があり、画質の低下を招きかねない。 In the depolarizing plate described in Patent Document 1, a plurality of structures provided in a stripe shape so that the optical axes face in different directions in the same plane are arranged, and each structure serves as a divided region. It is considered that it cannot be sufficiently resolved. In addition, if an attempt is made to reduce the divided region (structure) in order to eliminate polarized light more reliably, pattern formation becomes difficult, and even if each structure is randomly arranged, a certain degree of regularity remains, which is a limit. There is. Further, in the depolarizing plate described in Patent Document 1, since the divided region is formed by linear lines, there is a concern that diffracted light may be generated depending on the pitch of the lines and adversely affect the optical characteristics. Further, when such a depolarizing plate is used in a liquid crystal display device, moire and diffraction may occur, which may lead to deterioration of image quality.

また、特許文献2に記載された溝を含む偏光解消素子を作製するためには、基板上に高屈折率の平坦な膜をスパッタリング法等により先ず堆積し、次いでフォトリソグラフィによるパターニングで分割パターンの形成を行い、最後にエッチングを行う必要がある。この際、溝深さを異ならせるためには複雑なプロセスが必要であり、パターン形成も難しく、コスト増及び歩留まり悪化等が懸念される。また、斯かる製造プロセスの困難性故に、実際に作製される偏光解消素子の溝による光学軸方向及び溝深さでは、入射光の偏光を十分に解消できないことも想定される。 Further, in order to produce the depolarizing element including the groove described in Patent Document 2, a flat film having a high refractive index is first deposited on the substrate by a sputtering method or the like, and then the division pattern is formed by patterning by photolithography. It is necessary to perform the formation and finally the etching. At this time, a complicated process is required to make the groove depth different, pattern formation is difficult, and there is a concern that the cost will increase and the yield will deteriorate. Further, due to the difficulty of such a manufacturing process, it is assumed that the polarized light of the incident light cannot be sufficiently depolarized in the optical axis direction and the groove depth due to the groove of the depolarizing element actually manufactured.

そこで、本発明は、従来の偏光解消素子よりも比較的簡便に作製可能であり、かつ、確実に偏光解消することのできる偏光解消素子及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、この偏光解消素子を用いた光学機器及び液晶表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a depolarization element which can be manufactured relatively easily as compared with a conventional depolarization element and which can surely depolarize the depolarized element and a method for manufacturing the depolarizing element. Another object of the present invention is to provide an optical device and a liquid crystal display device using this depolarizing element.

本発明者は、前記諸目的を達成すべく鋭意検討を行った。ここで、使用する光(すなわち入射光)の波長よりも短い周期構造からなるサブ波長構造体が屈折率nとnとの(n>n)繰り返し構造からなる1次元格子構造の場合、デューティー比をfとすると、TE波及びTM波の有効屈折率は下記式(1)、(2)でそれぞれ与えられ、複屈折の大きさΔn(一般に、Δn=nTE−nTMである。)も求まる。なお、下記式(1)、(2)は入射光の波長に比べてピッチが小さい場合に成り立つ近似式である。 The present inventor has made diligent studies to achieve the above-mentioned objects. Here, the sub-wavelength structure having a periodic structure shorter than the wavelength of the light to be used (that is, the incident light) is a one-dimensional lattice structure having a (n H > n L ) repeating structure with refractive indexes n H and n L. In this case, where f is the duty ratio, the effective refractive indexes of the TE wave and the TM wave are given by the following equations (1) and (2), respectively, and the magnitude of birefringence Δn (generally Δn = n TE −n TM) . There is also.) The following equations (1) and (2) are approximate equations that hold when the pitch is smaller than the wavelength of the incident light.

Figure 0006940928
Figure 0006940928
Figure 0006940928
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そして、この構造による偏光変換はリタデーション(光路長差)Reに依存する。リタデーションReは、複屈折部分(すなわち、周期構造)の厚さdを用いると、下記式(3)で表される。 The polarization conversion by this structure depends on the retardation (optical path length difference) Re. The retardation Re is represented by the following equation (3) when the thickness d of the birefringent portion (that is, the periodic structure) is used.

Figure 0006940928
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そこで、特許文献1、2に提案されるような、光学軸及び溝深さにより偏光を変化させることに替えて、入射光の波長以下のピッチ幅で配置されるグリッド構造によるデューティー比fに本発明者は着目した。そして、グリッド構造のデューティー比をグリッド構造の軸方向に沿って連続的に変化させることによって、偏光解消素子のリタデーションを基板面全体で変化させることができることを知見した。また、このような偏光解消素子であれば、従来の偏光解消素子よりも比較的簡便に作製可能であり、かつ、確実に偏光解消することのできることも知見し、本発明を完成するに至った。 Therefore, instead of changing the polarization according to the optical axis and the groove depth as proposed in Patent Documents 1 and 2, the duty ratio f due to the grid structure arranged at the pitch width equal to or less than the wavelength of the incident light is set. The inventor paid attention. Then, it was found that the retardation of the depolarizing element can be changed over the entire substrate surface by continuously changing the duty ratio of the grid structure along the axial direction of the grid structure. Further, it has been found that such a depolarizing element can be manufactured relatively easily as compared with a conventional depolarizing element, and depolarization can be reliably performed, and the present invention has been completed. ..

本発明は、本発明者による前記知見に基づくものであり、前記諸課題を解決するための手段としては以下の通りである。即ち、
<1> 透光基板と、
該透光基板上に設けられる、入射光の波長以下のピッチ幅で配置されるグリッド構造からなる複屈折層と、を有し、
前記グリッド構造のデューティー比が前記グリッド構造の軸方向に沿って連続的に変化することを特徴とする偏光解消素子である。
該<1>に記載の偏光解消素子は、グリッド構造のデューティー比が前記グリッド構造の軸方向に沿って連続的に変化するので、従来の偏光解消素子よりも比較的簡便に作製可能であり、かつ、確実に偏光解消することのできる偏光解消素子を提供することができる。
The present invention is based on the above-mentioned findings by the present inventor, and the means for solving the above-mentioned problems are as follows. That is,
<1> With a translucent substrate
It has a birefringent layer having a grid structure provided on the translucent substrate and arranged at a pitch width equal to or less than the wavelength of incident light.
The depolarizing element is characterized in that the duty ratio of the grid structure changes continuously along the axial direction of the grid structure.
The depolarizing element according to <1> can be manufactured relatively more easily than the conventional depolarizing element because the duty ratio of the grid structure changes continuously along the axial direction of the grid structure. Moreover, it is possible to provide a depolarizing element capable of reliably depolarizing the polarization.

<2> 前記デューティー比が、0.2以上0.6以下の範囲内で変化する、前記<1>に記載の偏光解消素子である。 <2> The depolarizing element according to <1>, wherein the duty ratio changes within a range of 0.2 or more and 0.6 or less.

<3> 入前記ピッチ幅が200nm未満である、前記<1>又は<2>に記載の偏光解消素子である。 <3> The depolarizing element according to <1> or <2>, wherein the input pitch width is less than 200 nm.

<4> 前記グリッド構造の高さが一定である、前記<1>〜<3>のいずれかに記載の偏光解消素子である。 <4> The depolarizing element according to any one of <1> to <3>, wherein the height of the grid structure is constant.

<5> 前記透光基板の面内において前記複屈折層のリタデーションが連続的に変化する、前記<1>〜<4>のいずれかに記載の偏光解消素子である。 <5> The depolarizing element according to any one of <1> to <4>, wherein the retardation of the birefringent layer continuously changes in the plane of the translucent substrate.

<6> 前記複屈折層が無機材料のみからなる、前記<1>〜<5>のいずれかに記載の偏光解消素子である。 <6> The depolarizing element according to any one of <1> to <5>, wherein the birefringent layer is made of only an inorganic material.

<7> 前記複屈折層が保護膜によって覆われる、前記<1>〜<6>のいずれかに記載の偏光解消素子である。 <7> The depolarizing element according to any one of <1> to <6>, wherein the birefringent layer is covered with a protective film.

<8> 前記ピッチ幅が一定である、前記<1>〜<7>のいずれかに記載の偏光解消素子である。 <8> The depolarizing element according to any one of <1> to <7>, wherein the pitch width is constant.

<9> 前記グリッド構造の前記デューティー比が、前記軸方向に対して略周期的に変化する、前記<1>〜<8>のいずれかに記載の偏光解消素子である。 <9> The depolarizing element according to any one of <1> to <8>, wherein the duty ratio of the grid structure changes substantially periodically with respect to the axial direction.

<10> 前記<1>〜<9>のいずれかに記載の偏光解消素子を製造する方法であって、
前記グリッド構造を二光束干渉露光法を用いて形成することを特徴とする偏光解消素子の製造方法である。
該<10>に記載の製造方法によれば、前記<1>〜<9>のいずれかに記載の偏光解消素子を簡易に製造することのできる方法を提供することができる。
<10> The method for manufacturing the depolarizing element according to any one of <1> to <9>.
This is a method for manufacturing a depolarizing element, characterized in that the grid structure is formed by using a two-luminous flux interference exposure method.
According to the manufacturing method according to <10>, it is possible to provide a method capable of easily manufacturing the depolarizing element according to any one of <1> to <9>.

<11> 前記<1>〜<9>のいずれかに記載の偏光解消素子を搭載することを特徴とする光学機器である。
該<11>に記載の光学機器によれば、光学特性に優れた光学機器を提供することができる。
<11> An optical device characterized in that the depolarizing element according to any one of <1> to <9> is mounted.
According to the optical device according to <11>, it is possible to provide an optical device having excellent optical characteristics.

<12> 前記<1>〜<9>のいずれかに記載の偏光解消素子を搭載することを特徴とする液晶表示装置である。
該<12>に記載の液晶表示装置によれば、表示特性に優れた液晶表示装置を提供することができる。
<12> A liquid crystal display device comprising the depolarizing element according to any one of <1> to <9>.
According to the liquid crystal display device according to <12>, it is possible to provide a liquid crystal display device having excellent display characteristics.

本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、従来の偏光解消素子よりも比較的簡便に作製可能であり、かつ、確実に偏光解消することのできる偏光解消素子及びその製造方法を提供することができる。また、この偏光解消素子を用いた光学機器及び液晶表示装置を提供することができる。 According to the present invention, the above-mentioned problems in the prior art can be solved, the above object can be achieved, the fabrication can be performed relatively easily as compared with the conventional depolarization element, and the depolarization can be reliably performed. A depolarizing element and a method for manufacturing the same can be provided. Further, it is possible to provide an optical device and a liquid crystal display device using this depolarizing element.

本発明の一実施形態に従う偏光解消素子100の模式図であり、(A)は上面図であり、(B)はそのI−I断面図であり、(C)はそのII−II断面図である。It is a schematic diagram of the depolarizing element 100 according to one embodiment of the present invention, (A) is a top view, (B) is a cross-sectional view taken along the line II, and (C) is a cross-sectional view taken along the line II-II. be. 本発明の一実施形態に従う偏光解消素子100を説明するためのグラフであり、(A)はDuty比に対する有効屈折率の変化の一例を示し、(B)はDuty比の変化に対するリタデーションの変化の一例を示す。It is a graph for demonstrating the polarization elimination element 100 according to one Embodiment of this invention, (A) shows an example of the change of the effective refractive index with respect to the duty ratio, (B) is the change of retardation with respect to the change of duty ratio. An example is shown. 本発明の好適実施形態に従う偏光解消素子200の模式図であり、(A)はグリッド幅Wが最小の位置における模式図であり、(B)はグリッド幅Wが最大の位置における模式図である。It is a schematic diagram of the depolarizing element 200 according to the preferred embodiment of the present invention, (A) is a schematic diagram at a position where the grid width W is the minimum, and (B) is a schematic diagram at a position where the grid width W is the maximum. .. 本発明の一実施形態に従う偏光解消板の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the depolarizing plate according to one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。なお、図1、3及び4では説明の便宜上、実際の各構成のサイズとは異なり、それらを誇張して示す。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. Note that, for convenience of explanation, FIGS. 1, 3 and 4 exaggerate the sizes of the actual configurations. In principle, the same components are given the same reference numbers, and the description thereof will be omitted.

(偏光解消素子)
本発明に従う偏光解消素子は、透光基板と複屈折層とを有し、さらに必要に応じて、その他の構成を含む。
(Depolarization element)
A depolarizing element according to the present invention has a translucent substrate and a birefringent layer, and further includes other configurations, if necessary.

<偏光解消素子>
以下、図1を用いて、本発明の一実施形態に従う偏光解消素子100を説明する。本発明の一実施形態に従う偏光解消素子100は、透光基板10と、該透光基板10上に設けられる、入射光の波長以下のピッチ幅Pで配置されるグリッド構造からなる複屈折層20と、を有し、さらに、必要に応じて、その他の構成を含む。本実施形態では、前記グリッド構造のデューティー比が前記グリッド構造の軸方向(以下、「グリッド軸方向」と略記する場合がある。)に沿って連続的に変化することを特徴とする。
<Polarizing element>
Hereinafter, the depolarizing element 100 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The depolarizing element 100 according to an embodiment of the present invention is a birefringent layer 20 composed of a translucent substrate 10 and a grid structure provided on the translucent substrate 10 and arranged with a pitch width P equal to or less than the wavelength of incident light. And, and further include other configurations as needed. The present embodiment is characterized in that the duty ratio of the grid structure continuously changes along the axial direction of the grid structure (hereinafter, may be abbreviated as "grid axial direction").

ここで、図1(A)〜(C)に図示するように、ピッチ幅Pは、グリッド軸の横断面においてグリッド構造のグリッド幅Wと、隣接するグリッド間のギャップ幅Gとの和であり、P=W+Gの関係を満たす。ピッチ幅Pに対するグリッド幅Wの比(W/P)はデューティー比(以下、Duty比と記載する。)と呼ばれ、Duty比=W/P=W/(W+G)である。なお、図1(B)は図1(A)のI−I断面図であり、グリッド幅Wが最小のWminとなり、かつ、ギャップ幅Gが最大のGmaxとなる場合の模式断面図である。一方、図1(C)は図1(A)のII−II断面図であり、グリッド幅Wが最大のWmaxとなり、かつ、ギャップ幅Gが最小のGminとなる場合の模式断面図である。図1(A)〜(C)は、ピッチ幅Pが一定である場合の模式図である。 Here, as shown in FIGS. 1A to 1C, the pitch width P is the sum of the grid width W of the grid structure and the gap width G between adjacent grids in the cross section of the grid axis. , P = W + G. The ratio (W / P) of the grid width W to the pitch width P is called a duty ratio (hereinafter referred to as duty ratio), and duty ratio = W / P = W / (W + G). Note that FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. 1A, which is a schematic cross-sectional view when the grid width W is the minimum W min and the gap width G is the maximum G max . be. On the other hand, FIG. 1C is a sectional view taken along line II-II of FIG. 1A, which is a schematic cross-sectional view when the grid width W is the maximum W max and the gap width G is the minimum G min . be. 1 (A) to 1 (C) are schematic views when the pitch width P is constant.

<<透光基板>>
前記透光基板10は、偏光状態を解消する光を透過することのできる材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。斯かる透光基板の材料としては、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、白板ガラス、フロートガラス等のガラス;水晶、サファイア等の酸化物結晶、などが挙げられる。可視光以外の用途であればシリコンを用いることもできる。
<< Translucent substrate >>
The translucent substrate 10 is not particularly limited as long as it is a material capable of transmitting light that eliminates the polarized state, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples of the material of such a translucent substrate include glass such as quartz glass, borosilicate glass, white plate glass, and float glass; and oxide crystals such as quartz and sapphire. Silicon can also be used for applications other than visible light.

<<複屈折層>>
複屈折層20は、前記透光基板10上に設けられる層であり、図1に示すように、グリッド構造のDuty比がグリッド軸方向に沿って連続的に変化する。図1(A)に示すグリッド構造は、周期方向に線対称な2つの正弦波によって囲まれた領域(以下、断面図におけるグリッドのそれぞれを「単位領域」と称する。)が一定のピッチ幅Pで並列に配置されたものである。グリッドのピッチ幅Pは、複屈折が生じるよう、入射する光の波長以下とする。この構成により、偏光解消しようとする光の通過領域内でDuty比が一定でなくなる結果、構造複屈折によるリタデーションも一定でなくなり、透過した光の偏光状態を解消することができる。そして、透光基板10の面内において複屈折層20のリタデーションが連続的に変化することになる。
<< Birefringence layer >>
The birefringent layer 20 is a layer provided on the translucent substrate 10, and as shown in FIG. 1, the duty ratio of the grid structure changes continuously along the grid axis direction. In the grid structure shown in FIG. 1 (A), a pitch width P in which a region surrounded by two sine waves line-symmetrical in the periodic direction (hereinafter, each of the grids in the cross-sectional view is referred to as a "unit region") is constant. It is arranged in parallel with. The pitch width P of the grid is set to be equal to or less than the wavelength of the incident light so that birefringence occurs. With this configuration, the duty ratio is not constant in the light passing region to be depolarized, and as a result, the retardation due to structural birefringence is not constant, and the polarized state of the transmitted light can be eliminated. Then, the retardation of the birefringent layer 20 changes continuously in the plane of the translucent substrate 10.

なお、本実施形態に従うグリッド構造は図示した形状に限定されない。グリッド構造のDuty比がグリッド軸方向に沿って連続的に変化する限りは、他の形状であってもよく、ピッチ幅Pは一定であってもよいし、漸増してもよいし、漸減してもよいし、周期的に変化してもよい。また、Duty比が変化する態様も、一例として図示した単位領域のグリッド幅Wの三角関数的な変化に限られない。例えば、単位領域が周期的に連なった複数の菱形の組み合わせであっても、Duty比はグリッド構造の軸方向に沿って連続的に変化する。なお、本明細書で用いる連続「的」とは、数学的な意味での厳密な「連続」は勿論含まれるが、本発明の効果が得られる限りは広く考えてよい。例えば、工業的に不可避な加工精度に起因する場合や、意図して、又は意図せずに数μm以下で部分的に不連続な部分があったとしても、本発明の効果が得られる限りは「連続的」に含まれる。前掲の「周期的」及び「三角関数的」も同様の意味であり、以降も同様である。 The grid structure according to this embodiment is not limited to the illustrated shape. As long as the duty ratio of the grid structure changes continuously along the grid axis direction, other shapes may be used, the pitch width P may be constant, may be gradually increased, or may be gradually decreased. It may change periodically. Further, the mode in which the duty ratio changes is not limited to the trigonometric change of the grid width W of the unit region shown as an example. For example, even in the case of a combination of a plurality of rhombuses in which unit regions are periodically connected, the duty ratio changes continuously along the axial direction of the grid structure. The term "continuous" as used herein includes, of course, a strict "continuous" in the mathematical sense, but it may be broadly considered as long as the effects of the present invention can be obtained. For example, as long as the effect of the present invention can be obtained, even if it is caused by industrially unavoidable processing accuracy, or even if there is a partially discontinuous part within a few μm, intentionally or unintentionally. Included in "continuous". The above-mentioned "periodic" and "trigonometric function" have the same meaning, and the same applies thereafter.

ここで、グリッドの軸方向のDuty比の変化の態様としては、数学的な意味での周期関数に従って変化する場合と、略周期的だがランダム性を持って変化する場合とに分類できる。前者の場合、所定の周期を持った回折格子として機能し、回折虹の発生等の問題が生じる場合がある。そこで、この影響を低減するためには後者のように、Duty比の変化の態様としては、略周期的な変化が好ましく、ランダムな揺らぎが存在することがより好ましい。 Here, the mode of change of the duty ratio in the axial direction of the grid can be classified into a case where the duty ratio changes according to a periodic function in a mathematical sense and a case where the duty ratio changes substantially periodically but with randomness. In the former case, it functions as a diffraction grating having a predetermined period, and problems such as generation of a diffracted rainbow may occur. Therefore, in order to reduce this effect, as in the latter case, as the mode of changing the duty ratio, a substantially periodic change is preferable, and it is more preferable that a random fluctuation exists.

複屈折層20の材料としては、偏光解消しようとする光を透過することができ、且つ、前述のグリッド構造(パターン形状)を形成できる材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、透光基板10の表層部を加工してグリッド構造を形成して、該表層部を複屈折層20としてもよい。グリッド構造は、機械加工によって形成してもよいし、ウェットエッチング及びドライエッチング等のエッチングによって形成してもよい。必要な加工精度が得られる限りは、任意の方法によってグリッド構造を形成してもよいが、必要となる微細精度を考慮すると、ドライエッチングによりグリッド構造を形成することが好ましい。 The material of the birefringent layer 20 is not particularly limited as long as it can transmit light to be depolarized and can form the above-mentioned grid structure (pattern shape), and is appropriately selected according to the purpose. can do. For example, the surface layer portion of the translucent substrate 10 may be processed to form a grid structure, and the surface layer portion may be used as the birefringent layer 20. The grid structure may be formed by machining, or may be formed by etching such as wet etching and dry etching. As long as the required processing accuracy can be obtained, the grid structure may be formed by any method, but considering the required fine accuracy, it is preferable to form the grid structure by dry etching.

また、透光基板10と異なる材料の層を透光基板10上に成膜し、該成膜した層をエッチングしてグリッド構造を形成し、複屈折層20とする場合には、屈折率の大きな材料を用いることが好ましく、無機材料を用いることがより好ましく、斯かる無機材料として例えばNb、Ta、TiO、SiO、などの無機酸化物を用いることが特に好ましい。これは、屈折率が大きい方が、同じグリッド高さHによって生じる複屈折が大きくなるため、エッチング量を少なくすることができ、グリッド構造の形成精度を高めやすいからである。なかでも、高屈折率材料であるNb、Ta、TiOが好ましく、Nbが最も好ましい。Nbを複屈折層20に用いると、後述のエッチングマスク材料層とのエッチング選択比が大きくなるため、より深い溝を形成しやすくなり、リタデーションを大きくすることができる。 Further, when a layer of a material different from that of the translucent substrate 10 is formed on the translucent substrate 10 and the formed layer is etched to form a grid structure to form a birefringent layer 20, the refractive index is increased. It is preferable to use a large material, it is more preferable to use an inorganic material, and it is particularly preferable to use an inorganic oxide such as Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , SiO 2, etc. as such an inorganic material. .. This is because the larger the refractive index, the larger the birefringence caused by the same grid height H, so that the etching amount can be reduced and the accuracy of forming the grid structure can be easily improved. Among them, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , and TiO 2 , which are high refractive index materials, are preferable, and Nb 2 O 5 is the most preferable. When Nb 2 O 5 is used for the birefringent layer 20, the etching selectivity with the etching mask material layer described later becomes large, so that deeper grooves can be easily formed and retardation can be increased.

以下に、本実施形態に従う偏光解消板100における複屈折層20として、酸化ニオブ(Nb)を用いた場合の一具体例による複屈折及びリタデーションを説明する。図2(A)に、グリッド構造のDuty比に対するnTM及びnTEの有効複屈折の変化を示し、図2(B)にグリッド構造のDuty比に対するリタデーションの変化を示す。なお、複屈折層に用いる高屈折率材料としての酸化ニオブの屈折率は2.3であり、グリッド構造間のギャップである低屈折率部の空気の屈折率を1として計算したものである。この場合、Duty比が0.6のときに複屈折Δn及びリタデーションReは最大となる。なお、複屈折及びリタデーションが最大となるDuty比は、複屈折層20に用いる材料の屈折率によって変化する。例えば、酸化シリコン(SiO)を用いた場合、Duty比が0.5〜0.55の範囲内で最大となる。Duty比を、0.2以上0.6以下の範囲内で変化させれば、種々の材料を複屈折層20に用いた場合にリタデーションの変化量を最大化できるので、好ましい。 Hereinafter, birefringence and retardation according to a specific example when niobium oxide (Nb 2 O 5 ) is used as the birefringence layer 20 in the depolarizing plate 100 according to the present embodiment will be described. In FIG. 2 (A), shows the change of the effective birefringence of the n TM and n TE for Duty ratio of the grid structure, showing the retardation variation of the relative Duty ratio of the grid structure in FIG. 2 (B). The refractive index of niobide oxide as a high refractive index material used for the birefringent layer is 2.3, and the refractive index of air in the low refractive index portion, which is a gap between grid structures, is calculated as 1. In this case, when the duty ratio is 0.6, the birefringence Δn and the retardation Re are maximized. The duty ratio at which birefringence and retardation are maximized varies depending on the refractive index of the material used for the birefringence layer 20. For example, when silicon oxide (SiO 2 ) is used, the duty ratio becomes maximum within the range of 0.5 to 0.55. It is preferable to change the duty ratio within the range of 0.2 or more and 0.6 or less because the amount of change in retardation can be maximized when various materials are used for the birefringence layer 20.

例えば波長660nm程度の赤色光の偏光を解消する場合、その半波長(即ち330nm)以上のリタデーションが偏光解消には必要となる。酸化ニオブを用いる場合において、形成するグリッド構造によってDuty比が変化する範囲を0.2〜0.6としたとき、グリッド高さHを1470nm以上とすれば、前記赤色光の偏光を確実に解消することができる。なお、上記計算例は、一具体例を示したに過ぎない。用いる複屈折層の材料、偏光解消する光の波長、形成するグリッド構造に応じて、各パラメータを適宜設計するのは勿論である。なお、波長が長くなるほど、同じリタデーションを得るにはグリッド高さHを大きくする必要があるため、赤色よりも波長の短い、緑色や青色光に対して偏光解消する場合、グリッド高さHが上記1470nmであれば確実に偏光解消することができる。 For example, when depolarizing red light having a wavelength of about 660 nm, retardation of half a wavelength (that is, 330 nm) or more is required for depolarizing. When niobium oxide is used, when the range in which the duty ratio changes depending on the formed grid structure is 0.2 to 0.6, and the grid height H is 1470 nm or more, the polarization of the red light is surely eliminated. can do. The above calculation example is only one specific example. It goes without saying that each parameter is appropriately designed according to the material of the birefringent layer to be used, the wavelength of the light to be depolarized, and the grid structure to be formed. As the wavelength becomes longer, it is necessary to increase the grid height H in order to obtain the same retardation. Therefore, when depolarizing green or blue light having a shorter wavelength than red, the grid height H is the above. If it is 1470 nm, polarization can be reliably eliminated.

さて、上記一具体例において示したように、エッチングによってグリッド構造を形成する場合、隣接するグリッド間のギャップ幅G(溝幅)に比べてグリッド高さH(溝深さ)が比較的大きくなる。換言すれば、いわゆる「アスペクト比」が比較的大きなグリッド構造のパターンをエッチングによって形成することになる。ここで、アスペクト比が小さい方が、グリッド構造の形成が容易となるため偏光解消素子を作製する上では好ましい。したがって、アスペクト比を小さくすることのできる材料を複屈折層に用いる方が、偏光解消素子を作製する上では好ましい。 As shown in the above specific example, when the grid structure is formed by etching, the grid height H (groove depth) is relatively large compared to the gap width G (groove width) between adjacent grids. .. In other words, a pattern of a grid structure having a relatively large so-called "aspect ratio" is formed by etching. Here, the smaller the aspect ratio is, the easier it is to form the grid structure, which is preferable in manufacturing the depolarizing element. Therefore, it is preferable to use a material capable of reducing the aspect ratio for the birefringent layer in order to fabricate the depolarizing element.

実施例においても後述するが、上記一具体例において、グリッド構造のピッチ幅を140nmとすれば、Duty比が0.2〜0.6であるとき、ギャップ幅Gが56nm(Duty比が0.6)から、112nm(Duty比が0.2)までの範囲で変化する。そのため、グリッド高さH(エッチング深さ、とも言える)を前述の1470nmとすれば、グリッド構造のアスペクト比は13〜26の範囲となる。なお、これは一具体例のアスペクト比を示したに過ぎず、本実施形態においてアスペクト比の範囲が何ら具体的な値に制限されるものではない。 As will be described later in the examples, if the pitch width of the grid structure is 140 nm and the duty ratio is 0.2 to 0.6, the gap width G is 56 nm (duty ratio is 0. It varies from 6) to 112 nm (duty ratio is 0.2). Therefore, if the grid height H (which can be said to be the etching depth) is 1470 nm, the aspect ratio of the grid structure is in the range of 13 to 26. It should be noted that this merely shows the aspect ratio of one specific example, and the range of the aspect ratio is not limited to any specific value in the present embodiment.

ここで、グリッド軸方向におけるDuty比の最大値から最小値までの変化度合いは特に制限されず、入射する光の偏光を解消することができるため、Duty比の変化度合いは、偏光解消素子100を用いる環境に応じて適宜定めればよい。なお、グリッド軸方向のDuty比の最大値から最小値までの変化のことを、グリッド軸方向の周期と言ってもよいが、前述したようにグリッド軸方向のDuty比の変化は周期変化でないことが好ましいため、「変化度合い」と称する。勿論、本実施形態に従う偏光解消素子100を用いる環境によって、Duty比の変化度合いの最適な形態が存在する。例えば、ガウスビームのような単純な入射光に対して偏光解消素子100を適用する場合、グリッド軸方向の周期的な変化におけるDuty比の最大値から最小値まで変化を、光束径よりも小さな範囲とすることが好ましい。Duty比の変化度合いよりも光束径の方が小さいと、光束内でのリタデーションの変化幅が小さくなり偏光解消が不十分となる場合があるためである。例えば、ビーム径1mmΦのレーザー光の場合、グリッド軸方向の周期的な変化におけるDuty比の最大値から最小値までの範囲を1mm以下とすることが好ましい。 Here, the degree of change from the maximum value to the minimum value of the duty ratio in the grid axis direction is not particularly limited, and the polarization of the incident light can be eliminated. Therefore, the degree of change in the duty ratio is determined by the depolarizing element 100. It may be determined as appropriate according to the environment in which it is used. The change from the maximum value to the minimum value of the duty ratio in the grid axis direction may be referred to as a period in the grid axis direction, but as described above, the change in the duty ratio in the grid axis direction is not a periodic change. Is preferable, so it is referred to as "degree of change". Of course, there is an optimum form of the degree of change in the duty ratio depending on the environment in which the depolarizing element 100 according to the present embodiment is used. For example, when the depolarizing element 100 is applied to a simple incident light such as a Gaussian beam, the change from the maximum value to the minimum value of the duty ratio in the periodic change in the grid axis direction is within a range smaller than the luminous flux diameter. Is preferable. This is because if the luminous flux diameter is smaller than the degree of change in the duty ratio, the change width of the retardation in the luminous flux becomes small and the polarization elimination may be insufficient. For example, in the case of a laser beam having a beam diameter of 1 mmΦ, the range from the maximum value to the minimum value of the duty ratio in the periodic change in the grid axis direction is preferably 1 mm or less.

なお、プロジェクター等のようにLCDやDLPの各画素からの光を、投射レンズを介してスクリーンに結像するような環境において偏光解消素子100を用いる場合には、上述のガウスビームのような単純な光束径の例を適用することはできない。例えば、本実施形態に従う偏光解消素子100が投射レンズ近傍に配置された場合には、レンズ径又は開口絞りの径が光束径(例えば数十mm)に相当する。一方、偏光解消素子100が画素近傍に配置された場合には、光束径は各画素サイズの数倍程度(例えば数μm)となる。したがって、偏光解消素子100を適用する環境によっては、グリッド軸方向の周期的な変化におけるDuty比の最大値から最小値までの範囲を10μm程度とする場合もある。 When the depolarizing element 100 is used in an environment such as a projector in which light from each pixel of an LCD or DLP is imaged on a screen via a projection lens, it is as simple as the Gaussian beam described above. The example of light flux diameter cannot be applied. For example, when the depolarizing element 100 according to the present embodiment is arranged near the projection lens, the diameter of the lens or the diameter of the aperture diaphragm corresponds to the diameter of the luminous flux (for example, several tens of mm). On the other hand, when the depolarizing element 100 is arranged near the pixels, the luminous flux diameter is about several times the size of each pixel (for example, several μm). Therefore, depending on the environment in which the depolarizing element 100 is applied, the range from the maximum value to the minimum value of the duty ratio in the periodic change in the grid axis direction may be set to about 10 μm.

また、本発明に従う好適実施形態における偏光解消素子200では、図3(A)、(B)に示すように、複屈折層20が保護膜50によって覆われることが好ましい。なお、グリッド幅W及びギャップ幅Gに関して、図3(A)は、図1(B)において保護膜50を設けた模式図に対応し、図3(B)は、図1(C)において保護膜50を設けた模式図に対応する。グリッド構造を有する光学素子では、一部に水分などが吸着することによって光学特性が変化する場合があり、これを防ぐために、グリッド構造上に保護膜を形成することで、使用環境による光学特性劣化を抑制することができるからである。例えば、硬度やバリア性の点で、SiOからなる保護膜50を形成することが好ましく、斯かる保護膜50はスパッタリング法やCVD法によって形成することができる。なお、保護膜50の形成によって、光学特性の変化を防ぐために、図3(A)、(B)に示すように、隣接するグリッド間に空隙を残したまま保護膜50を形成することが特に好ましい。また、反射防止のために、偏光解消素子200の表裏に誘電体の多層膜からなるARコートなどを更に形成してもよい。 Further, in the depolarizing element 200 according to the preferred embodiment according to the present invention, it is preferable that the birefringent layer 20 is covered with the protective film 50 as shown in FIGS. 3A and 3B. Regarding the grid width W and the gap width G, FIG. 3A corresponds to a schematic view in which the protective film 50 is provided in FIG. 1B, and FIG. 3B is protected in FIG. 1C. Corresponds to the schematic diagram provided with the film 50. In an optical element having a grid structure, the optical characteristics may change due to the adsorption of moisture or the like to a part of the optical element. To prevent this, a protective film is formed on the grid structure to deteriorate the optical characteristics due to the usage environment. This is because it is possible to suppress. For example, in terms of hardness and barrier properties, it is preferable to form a protective film 50 made of SiO 2, and such a protective film 50 can be formed by a sputtering method or a CVD method. In order to prevent changes in optical characteristics due to the formation of the protective film 50, it is particularly preferable to form the protective film 50 while leaving voids between adjacent grids, as shown in FIGS. 3A and 3B. preferable. Further, in order to prevent reflection, an AR coat or the like made of a multilayer film of a dielectric may be further formed on the front and back surfaces of the depolarizing element 200.

(光学機器)
本発明の光学機器は、少なくとも、本発明に従う偏光解消素子を搭載し、さらに必要に応じて、その他の構成を有する。
(Optical equipment)
The optical instrument of the present invention is equipped with at least a depolarizing element according to the present invention, and further has other configurations, if necessary.

(液晶表示装置)
本発明の液晶表示装置は、少なくとも、本発明に従う偏光解消素子を搭載し、さらに必要に応じて、その他の構成を有する。
(Liquid crystal display device)
The liquid crystal display device of the present invention is equipped with at least a depolarizing element according to the present invention, and further has other configurations, if necessary.

(偏光解消素子の製造方法)
次に、図4を用いて前述した本発明に従う偏光解消素子を製造する方法の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明に従う偏光解消素子を製造するための方法の一実施形態に過ぎず、他の実施形態により本発明に従う偏光解消素子が製造されてもよい。後述のレジスト材料層40’にグリッド構造のパターンを設けてレジスト層40を形成する工程を除き、本実施形態における各工程においては、常法に従い成膜、加工等を行うことができる。
(Manufacturing method of depolarizing element)
Next, an embodiment of a method for manufacturing a depolarizing element according to the present invention described above will be described with reference to FIG. It should be noted that the embodiment described below is only one embodiment of the method for manufacturing a depolarizing element according to the present invention, and the depolarizing element according to the present invention may be manufactured by another embodiment. Except for the step of forming the resist layer 40 by providing a pattern of a grid structure on the resist material layer 40'described later, in each step of the present embodiment, film formation, processing, etc. can be performed according to a conventional method.

本実施形態では、まず、図4(A)に示すように、透光基板10を用意する。次いで、複屈折材料層20’を透光基板10表面にスパッタリング等で成膜する。複屈折材料層20’には、複屈折層20に用いる既述の材料を適用することができる。なお、複屈折材料層20’の膜厚は、偏光解消板100、200のグリッド高さHとなる。 In the present embodiment, first, as shown in FIG. 4A, the translucent substrate 10 is prepared. Next, the birefringent material layer 20'is formed on the surface of the translucent substrate 10 by sputtering or the like. The above-mentioned material used for the birefringent layer 20 can be applied to the birefringent material layer 20'. The film thickness of the birefringent material layer 20'is the grid height H of the depolarizing plates 100 and 200.

図4(C)に示すように、複屈折材料層20’の成膜後、アスペクト比を制御するためには、適切なエッチング選択比を備える材料からなるエッチングマスク材料層30’を複屈折材料層20’表面に形成することが好ましい。エッチング選択比の大きな材料を用いることで、アスペクト比を小さくすることができる。エッチングマスク材料層30’としては、Al、Ti、Ta、Si、Crなどを用いることができ、エッチング選択比を大きくするためにはAlを用いることが好ましい。 As shown in FIG. 4C, in order to control the aspect ratio after the formation of the birefringent material layer 20', the etching mask material layer 30' made of a material having an appropriate etching selectivity is used as the birefringent material. It is preferably formed on the surface of layer 20'. The aspect ratio can be reduced by using a material having a large etching selectivity. As the etching mask material layer 30', Al, Ti, Ta, Si, Cr and the like can be used, and it is preferable to use Al in order to increase the etching selectivity.

次に、図4(D)に示すように、エッチングマスク材料層30’上にレジスト材料層40’を形成することが好ましい。レジスト材料層の材料としては、後続の工程で行う干渉露光法で用いるレーザーの波長によっても異なるが、例えばArFレジスト,KrFレジスト、i線レジストなどを用いることができる。 Next, as shown in FIG. 4D, it is preferable to form the resist material layer 40'on the etching mask material layer 30'. As the material of the resist material layer, for example, ArF resist, KrF resist, i-line resist and the like can be used, although it depends on the wavelength of the laser used in the interference exposure method performed in the subsequent step.

ここで、前述の複屈折層20のグリッド構造と同様のパターンを、二光束干渉露光法を用いて形成することが好ましい。すなわち、図4(E)に示すように、まず、前記形成したレジスト材料層に対して、二光束干渉露光を行う。この干渉露光において、主グリッドを形成する1回目の干渉露光と、面内での周期的なDuty比の変化を設けるための2回目の干渉露光との、二段階に分けての二光束干渉露光を行う。ここで、光学系を調整して、干渉縞の周期を、1回目はピッチ幅Pとし、2回目はピッチ幅Pよりも大きな周期とする。露光後、アルカリ現像液等で現像を行うと、Duty比がグリッド軸方向に沿って変化するレジストパターンを備えるレジスト層40が得られる。 Here, it is preferable to form a pattern similar to the grid structure of the birefringence layer 20 described above by using the two-luminous flux interference exposure method. That is, as shown in FIG. 4 (E), first, the formed resist material layer is subjected to two-luminous flux interference exposure. In this interference exposure, the first interference exposure forming the main grid and the second interference exposure for providing a periodic change in the duty ratio in the plane are divided into two stages of two-luminous flux interference exposure. I do. Here, the optical system is adjusted so that the period of the interference fringes is set to the pitch width P for the first time and a period larger than the pitch width P for the second time. When development is performed with an alkaline developer or the like after exposure, a resist layer 40 having a resist pattern in which the duty ratio changes along the grid axis direction is obtained.

その後、得られたレジスト層40をエッチングマスクとして、例えば塩素ガス等を用いてマスク材料層30’のエッチングを行い、前記レジストパターンを転写してマスク層30を得る(図4(F))。次いで、得られたマスク層をエッチングマスクとし、フッ化物ガス等を用いたドライエッチングで複屈折材料層20’をエッチングすることでパターン形状を転写し、複屈折層20とする(図4(G))。最後に、残留したマスク層30を除去すれば、偏光解消素子100が得られる(図4(H))。 Then, using the obtained resist layer 40 as an etching mask, the mask material layer 30'is etched with, for example, chlorine gas, and the resist pattern is transferred to obtain the mask layer 30 (FIG. 4 (F)). Next, the obtained mask layer is used as an etching mask, and the pattern shape is transferred by etching the birefringent material layer 20'by dry etching using a fluoride gas or the like to obtain the birefringent layer 20 (FIG. 4 (G). )). Finally, if the residual mask layer 30 is removed, the depolarizing element 100 can be obtained (FIG. 4 (H)).

本実施形態では、偏光解消素子100の作製にあたり、材料として光学結晶を用いる必要がなく、且つステッパ露光など高コストとなるプロセスを用いる必要もない。従って、偏光解消板を従来技術に比べて比較的簡便に提供することができる。さらに、得られる偏光解消板100を無機材料のみから構成することもでき、高温環境下においても適用して好適である。 In the present embodiment, it is not necessary to use an optical crystal as a material and it is not necessary to use a costly process such as stepper exposure when manufacturing the depolarizing element 100. Therefore, the depolarization plate can be provided relatively easily as compared with the prior art. Further, the obtained depolarizing plate 100 can be composed of only an inorganic material, and is suitable for application even in a high temperature environment.

また、こうして得られた偏光解消素子100に対して、複屈折層20を覆う保護膜50を既述のスパッタリング又はCVD等によって形成し、偏光解消素子200とすることも好ましい(図4(I)。 Further, it is also preferable that the protective film 50 covering the birefringent layer 20 is formed on the depolarizing element 100 thus obtained by the above-mentioned sputtering, CVD or the like to form the depolarizing element 200 (FIG. 4 (I)). ..

なお、本実施形態おいては、ピッチ幅Pを200nm未満とすることが好ましく、ピッチ幅Pを一定とすることも好ましく、グリッド構造の高さHを一定とすることが好ましい。こうすることで、偏光解消素子100、200を、比較的簡便な方法で、低コストで製造することができる。 In this embodiment, the pitch width P is preferably less than 200 nm, the pitch width P is preferably constant, and the height H of the grid structure is preferably constant. By doing so, the depolarizing elements 100 and 200 can be manufactured by a relatively simple method at low cost.

(実施例1)
ガラス基板表面に、スパッタリング法でNb層(複屈折層となる)を1470nmの厚みで成膜した。次いでエッチングマスク膜となる層として、Al層を厚み200nmで成膜した。さらに、膜厚40nmの反射防止BARC(東京応化製;SWK−EX4)をスピンコータで形成し、さらにKrF用フォトレジスト(東京応化製;TDUR−P3262)をスピンコータ膜厚200nmで塗布した。次に、波長266nmのレーザーを用いて、Duty比の変化する範囲が0.2〜0.6で、グリッド軸方向に沿って連続的に変化するように、以下の条件で2段階に分けて二光束干渉露光を行った。
・二光束干渉露光条件
1回目:干渉縞周期140nm
2回目:干渉縞周期1000μm
露光後、アルカリ現像液で現像を行い図1(A)に示す形状と同様のレジストパターンが得られた。次いで、得られたレジストパターンをエッチングマスクとし、塩素ガスを用いてAl層のエッチングを行った。さらに、このAlパターンをマスクとして、フッ化物ガスを用いてドライエッチングによりNb層をエッチングした。Oアッシングで、レジストの残部も除去した。以上により、ガラス基板上にNbからなるグリッド高さ1470nmのグリッド構造を形成し、実施例1にかかる偏光解消素子とした。なお、グリッド幅の最大値Wmaxは84nmであり、最小値Wminは28nmであった。隣接するグリッド構造Duty比が最大となる位置と、最小となる位置との間隔は約500μmで略一定であった。
(Example 1)
An Nb 2 O 5 layer (which becomes a birefringent layer) was formed on the surface of the glass substrate by a sputtering method to a thickness of 1470 nm. Next, an Al layer was formed with a thickness of 200 nm as a layer to be an etching mask film. Further, an antireflection BARC (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd .; SWK-EX4) having a film thickness of 40 nm was formed with a spin coater, and a photoresist for KrF (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd .; TDUR-P3262) was further applied with a spin coater film thickness of 200 nm. Next, using a laser with a wavelength of 266 nm, the duty ratio changes in a range of 0.2 to 0.6, and is divided into two stages under the following conditions so that the duty ratio changes continuously along the grid axis direction. Two-luminous flux interference exposure was performed.
・ Double luminous flux interference exposure condition 1st time: interference fringe period 140 nm
Second time: Interference fringe period 1000 μm
After the exposure, it was developed with an alkaline developer to obtain a resist pattern similar to the shape shown in FIG. 1 (A). Next, the obtained resist pattern was used as an etching mask, and the Al layer was etched using chlorine gas. Further, using this Al pattern as a mask, the Nb 2 O 5 layer was etched by dry etching using a fluoride gas. In O 2 ashing, the resist remainder was also removed. As described above, a grid structure having a grid height of 1470 nm made of Nb 2 O 5 was formed on the glass substrate to obtain the depolarizing element according to the first embodiment. The maximum value W max of the grid width was 84 nm, and the minimum value W min was 28 nm. The distance between the position where the adjacent grid structure duty ratio became the maximum and the position where the adjacent grid structure duty ratio became the minimum was about 500 μm, which was substantially constant.

得られたグリッド構造によるリタデーションは、グリッド幅の最大部分で950nm、最小部で540nmとなる。リタデーションの最大部分及び最小部分を同時に含むように、ビーム径3mmφ程度の光を入射した場合、透過光は位置によって異なるが、最大で330nm(727nm−397nm)のリタデーションを受けることになる。よって、グリッド軸方向と45度の角度をなす波長660nmの直線偏光を入射すれば、通過した光は直線偏光から楕円偏光〜円偏光の様々な偏光状態の光成分を含むものとなる。このように、実施例1にかかる偏光解消素子は、入射光の偏光を解消する機能を有する。 The retardation according to the obtained grid structure is 950 nm at the maximum portion of the grid width and 540 nm at the minimum portion. When light having a beam diameter of about 3 mmφ is incident so as to include the maximum portion and the minimum portion of the retardation at the same time, the transmitted light receives the retardation of 330 nm (727 nm-397 nm) at the maximum, although the transmitted light varies depending on the position. Therefore, when linearly polarized light having a wavelength of 660 nm forming an angle of 45 degrees with the grid axis direction is incident, the passed light contains light components in various polarized states from linearly polarized light to elliptically polarized light to circularly polarized light. As described above, the depolarizing element according to the first embodiment has a function of depolarizing the incident light.

(実施例2〜6)
得られるリタデーションの差が最大で330nmとなり、Duty比が0.2〜0.6の範囲内で連続的に変化するように、複屈折層となる層の材料及びピッチ幅Pのみを表1に示す条件で変化させた以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜6にかかる偏光解消素子を作製した。なお、複屈折層となる層の材料をNbからSiOに替え、ピッチ幅Pを140nmから100nm又は200nmに変えることに伴い、グリッド高さH、グリッド幅Wmax及びギャップ幅Gminも表1に示すとおりにした。また、アスペクト比の最大値も表1に併せて示す。
(Examples 2 to 6)
Table 1 shows only the material and pitch width P of the birefringent layer so that the difference in the obtained polarization is 330 nm at the maximum and the duty ratio changes continuously within the range of 0.2 to 0.6. The depolarizing element according to Examples 2 to 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that the conditions were changed as shown. As the material of the layer to be the birefringence layer is changed from Nb 2 O 5 to SiO 2 and the pitch width P is changed from 140 nm to 100 nm or 200 nm, the grid height H, the grid width W max and the gap width G min Was also shown in Table 1. The maximum value of the aspect ratio is also shown in Table 1.

Figure 0006940928
Figure 0006940928

実施例2では、アスペクト比の最大値が177と、実施例1に比べて大きくなるが、偏光解消できることが確認できた。実施例3では、実施例1と同様に確実に偏光解消できることが確認された。実施例4では、実施例2よりもアスペクト比の最大値が248と大きく、エッチング精度が厳しくなるが、実施例1と同様に偏光解消できることが確認できた。実施例5,6では、ピッチ幅が大きく、透過率にディップが発生することもあり、量産した場合に歩留まりの悪化が懸念されるが、偏光自体は解消することができた。 In Example 2, the maximum value of the aspect ratio was 177, which was larger than that in Example 1, but it was confirmed that the polarization could be eliminated. In Example 3, it was confirmed that the polarization could be reliably eliminated as in Example 1. In Example 4, the maximum value of the aspect ratio was 248, which was larger than that in Example 2, and the etching accuracy became strict, but it was confirmed that the polarization could be eliminated as in Example 1. In Examples 5 and 6, the pitch width is large and the transmittance may be dip, and there is a concern that the yield may be deteriorated in the case of mass production, but the polarization itself can be eliminated.

本発明によれば、従来の偏光解消素子よりも比較的簡便に作製可能であり、かつ、確実に偏光解消することのできる偏光解消素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a depolarizing element that can be manufactured relatively easily as compared with a conventional depolarizing element and that can reliably depolarize.

10・・・透光基板
20・・・複屈折層
20’・・・複屈折材料層
30・・・マスク層
30’・・・マスク材料層
40・・・レジスト層
40’・・・レジスト材料層
50・・・保護膜
100、200・・・偏光解消素子
P・・・ピッチ幅
W・・・グリッド幅
G・・・ギャップ幅
H・・・グリッド高さ
10 ... Translucent substrate 20 ... Birefringence layer 20'... Birefringence material layer 30 ... Mask layer 30'... Mask material layer 40 ... Resist layer 40'... Resist material Layer 50: Protective film 100, 200: Depolarizing element P: Pitch width W: Grid width G: Gap width H: Grid height

Claims (12)

透光基板と、
該透光基板上に設けられる、入射光の波長以下のピッチ幅で配置され、1次元のグリッド構造からなる複屈折層と、を有し、
前記グリッド構造のデューティー比が前記グリッド構造の軸方向に沿って連続的に変化することを特徴とする偏光解消素子(ただし、二酸化ケイ素凸条パターン、二酸化ケイ素凹条パターン、及び隣り合う前記二酸化ケイ素凸条パターン同士を結合する二酸化ケイ素支柱パターンの3つのパターンがすべて形成されている光学素子を除く。)
Translucent board and
It has a birefringent layer provided on the translucent substrate, arranged at a pitch width equal to or less than the wavelength of incident light, and having a one-dimensional grid structure.
A depolarizing element (provided that a silicon dioxide convex pattern, a silicon dioxide concave pattern, and adjacent silicon dioxide) are characterized in that the duty ratio of the grid structure changes continuously along the axial direction of the grid structure. Except for optical elements in which all three patterns of silicon dioxide strut patterns that connect the ridge patterns to each other are formed.)
前記デューティー比が、0.2以上0.6以下の範囲内で変化する、請求項1に記載の偏光解消素子。 The depolarizing element according to claim 1, wherein the duty ratio changes within a range of 0.2 or more and 0.6 or less. 前記ピッチ幅が200nm未満である、請求項1又は2に記載の偏光解消素子。 The depolarizing element according to claim 1 or 2, wherein the pitch width is less than 200 nm. 前記グリッド構造の高さが一定である、請求項1〜3のいずれかに記載の偏光解消素子。 The depolarizing element according to any one of claims 1 to 3, wherein the height of the grid structure is constant. 前記透光基板の面内において前記複屈折層のリタデーションが連続的に変化する、請求項1〜4のいずれかに記載の偏光解消素子。 The depolarizing element according to any one of claims 1 to 4, wherein the retardation of the birefringent layer changes continuously in the plane of the translucent substrate. 前記複屈折層が無機材料のみからなる、請求項1〜5のいずれかに記載の偏光解消素子。 The depolarizing element according to any one of claims 1 to 5, wherein the birefringent layer is made of only an inorganic material. 前記複屈折層が保護膜によって覆われる、請求項1〜6のいずれかに記載の偏光解消素子。 The depolarizing element according to any one of claims 1 to 6, wherein the birefringent layer is covered with a protective film. 前記ピッチ幅が一定である、請求項1〜7のいずれかに記載の偏光解消素子。 The depolarizing element according to any one of claims 1 to 7, wherein the pitch width is constant. 前記グリッド構造の前記デューティー比が、前記軸方向に対して略周期的に変化する、請求項1〜8のいずれかに記載の偏光解消素子。 The depolarizing element according to any one of claims 1 to 8, wherein the duty ratio of the grid structure changes substantially periodically with respect to the axial direction. 請求項1〜9のいずれかに記載の偏光解消素子を製造する方法であって、
前記グリッド構造を二光束干渉露光法を用いて形成することを特徴とする偏光解消素子の製造方法。
The method for manufacturing the depolarizing element according to any one of claims 1 to 9.
A method for manufacturing a depolarizing element, characterized in that the grid structure is formed by using a two-luminous flux interference exposure method.
請求項1〜9のいずれかに記載の偏光解消素子を搭載することを特徴とする光学機器。 An optical device comprising the depolarizing element according to any one of claims 1 to 9. 請求項1〜9のいずれかに記載の偏光解消素子を含むことを特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal display device comprising the depolarizing element according to any one of claims 1 to 9.
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