偏振元件 技术领域 本发明涉及一种偏振元件， 尤其涉及一种利用由金属微粒子的形状各向异性引起 的光吸收效率的差的偏振元件。
背景技术 偏振元件是指具有如下功能的光学元件， 即透射在某特性方向上具有电场振动面 的直线偏振波， 而阻止在与此正交的方向上具有电场振动面的直线偏振波的透射的功能 ( 以下在偏振元件中， 将所透射的光的电场振动方向记为 “透射轴” ， 与透射轴正交的方向记 为 “消光轴” )。
偏振元件的特性通过如下因素评价， 即在与元件的透射轴平行的方向上具有电场 振动面的直线偏振波透射偏振元件时所受的损耗 ( 以下将该损耗记为 “插入损耗” )、 和具 有与消光轴平行的电场振动面的直线偏振波透射偏振元件时的电场强度除以具备具有与 透射轴平行的方向的电场振动面的直线偏振波透射偏振元件时的电场强度的值 ( 以下将 该值记为 “消光比” )。具有良好特性的偏振元件是指插入损耗小且消光比高的元件。
作为使用金属微粒子的偏振元件公知有使由银或铜构成的针状金属微粒子在玻 璃基体中分散成其长边方向沿特定方向取向的偏振玻璃 ( 以下将该偏振元件记为 “金属微 粒子分散型偏振玻璃” )。 金属微粒子分散型偏振玻璃的制造方法例如详细记载于日本专利 公开平 5-208844 号公报， 其要点如以下所示。
<1> 将含有氯化亚铜的玻璃材料调合成为所希望的组成， 在约 1450℃下熔融这些 之后， 缓冷至室温。<2> 之后， 通过施以热处理， 使氯化亚铜的微粒子析出于玻璃中。<3> 析 出氯化亚铜微粒子之后， 通过机械加工制作具有适当形状的预制棒。 <4> 以预定条件加热或 拉伸预制棒而得到氯化亚铜的针状粒子。<5> 通过在氢气中还原拉伸的氯化亚铜而得到针 状金属铜微粒子。
记载有如下要旨 ： 通过这种制造方法制造在基材玻璃中分散短径 ： 20 ～ 75nm、 长 径： 120 ～ 350nm、 纵横比 ( 针状粒子的长径除以短径的商 ) ： 2.5 ～ 10 的金属铜针状微粒子 的金属微粒子分散型偏振玻璃。
专利文献 1 ： 日本专利公开平 5-208844 号公报
在前述的以往金属微粒子分散型偏振玻璃中， 实现了 0.1dB 以下的透射损耗与 30dB 以上的消光比， 得到实用上几乎不成问题的性能。然而， 如前所述， 其制造工序为析 出 - 拉伸 - 还原这种比较繁杂的工序， 所以粒子形状的再现性未必一定良好， 其结果有时也 得不到所希望的消光比， 在谋求稳定生产的方面存在问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的， 其目的在于， 提供一种形状控制性良好且生产 率优异的偏振元件。
为了解决前述课题， 根据本申请发明提供如下偏振元件 ：作为第 1 实施方式的偏振元件， 利用由电介质层覆盖的多个金属片在对预定波长 的光具有透射性的基体上配设成岛状， 并且该金属片的等离子体共振频率根据照射于该金 属片的光的偏振方向不同的性质而实现所希望的偏振特性， 其特征在于， 该金属片的预定 方向上的等离子体共振频率与照射于该偏振元件的光的频率大致相同， 并且构成该金属片 的金属的该等离子体共振频率中的介电常数的实部 (ε′ )、 介电常数的虚部 (ε″ )、 及该 2 2 2 电介质层的折射率 (na) 具有成为 {(ε′ -na ) +ε″ } ≥ 80·na·ε″的关系。
并且， 第 1 实施方式所涉及的作为第 2 实施方式的偏振元件， 其特征在于， 其被照 射的光的照射区域中的该金属片的、 相对于该照射的光的传输方向大致正交的面内的几何 截面的总和小于该光的照射区域的面积， 并且该金属片的等离子体共振频率中的吸收截面 的总和为该照射区域的面积的 10 倍以上。
并且， 第 1 或第 2 实施方式所涉及的作为第 3 实施方式的偏振元件， 其特征在于， 该金属片的形状为大致长方体形， 并且在该金属片的聚集体中该大致长方体的最长的边与 大致一定的方向对齐。
并且， 第 1 或第 2 实施方式所涉及的作为第 4 实施方式的偏振元件， 其特征在于， 该金属片的形状为大致椭圆柱形， 椭圆的长轴沿大致一定的方向对齐。 并且， 第 1 至第 4 实施方式所涉及的任一个作为第 5 实施方式的偏振元件， 其特 征在于， 该金属片的与该照射的光的传输方向的平行的方向的长度为该照射的光的波长的 1/10 以下， 并且与该照射的光的传输方向正交的面内的该金属片的尺寸为 1μm 以下。
另外， 第 1 至第 5 实施方式所涉及的任一个作为第 6 实施方式的偏振元件， 其特征 在于， 构成该金属片的金属为 Al， 或者包含 Al 与 Si、 Ag、 Au 中的至少一种的 Al 合金。
发明效果
根据本发明构成的偏振元件可通过以一般纳米压印光刻为主体的工艺制造， 生产 率高且金属微粒子的形状及尺寸的控制性或再现性也相对于以往的金属微粒子分散型偏 振玻璃优异， 其结果可谋求稳定的生产。
附图说明
图 1 是可获得良好的消光比的介电常数的实部与虚部的关系。 图 2 是 ( 吸收截面的总和 )/( 照射面积 ) 与消光比的关系。 图 3 是各种金属片材料中的面积占有率与衰减量的关系。 图 4 是去极化系数对吸收系数的光谱带来的影响。 图 5 是表示本申请发明所涉及的矩形微粒子配设性偏振元件的结构的一例的立体图。 图 6 是关于金属片为 Ti 时的面积占有率与衰减量的关系。
图 7 是关于金属片为 Cr 时的面积占有率与衰减量的关系。
图 8 是关于金属片为 Al 时的面积占有率与衰减量的关系。
图 9 是用于说明大致长方体形的意义的简要图。
图 10 是长方体片中的尺寸比与去极化系数的关系。
图中 ： 31- 去极化系数为 0.065 时的吸收系数的光谱， 32- 去极化系数为 0.108 时 的吸收系数的光谱， 33- 去极化系数为 0.1867 时的吸收系数的光谱， 41- 光学上透明的基
板， 42- 基板 41 的表面， 43- 长方体形金属片， 44- 光学上透明的电介质膜， 101- 作为长边方 向的去极化系数可获得 0.01 ～ 0.07 范围值的区域， 102- 表示长边与短边的比率成为 2.5 的长边与短边的关系的线， 103- 表示长边与短边的比率成为 3.5 的关系的线， 104- 表示长 边与短边的比率成为 4.5 的关系的线， 105- 表示作为长边方向的去极化系数的值可获得 0.03 的长边与短边的关系的线。 具体实施方式
在充分小于光的波长的数十纳米左右的金属微粒子中， 则通过由其形状决定的分 界限制自由电子的移动， 因此可以与均匀极化的电介质同样地处理其金属微粒子。此时， 依存微粒子形状而在其内部形成反向电场而影响对从外部外加的电场 ( 以下记为 “外部电 场” ) 的响应。尤其是若对外部电场的响应迟延， 则产生能量损失， 以某一特定的频率共振 吸收光。对外部电场的响应作为所谓介电响应 ε(ω) 表示， 并由以下所示的 (1) 式给出。
[ 数 1]
式 (1) 中， ω 为照射的光的角频率， ε*(ω) 为构成微粒子的金属的角频率 ： ω中 的复介电常数， εa 为金属微粒子的周边介质的介电常数， L 为根据微粒子的形状规定的去 极化系数。
去极化系数是不依存微粒子的材质而仅根据形状规定的系数， 只有在包含球的旋 转椭圆体形时， 才分析求出。 例如球时的去极化系数为各向同性， 其值为 1/3。 并且纵横比为 约 3 的雪茄式旋转椭圆体时， 去极化系数的值根据方向不同， 例如长轴方向的值为 0.108， 短轴方向的值为 0.446。
基于单一微粒子的光的吸收系数 α 由以下所示的 (2) 式给出。
[ 数 2]
式 (2) 中， na 为金属微粒子的周边介质的折射率， λ 为照射的光的真空波长 (λ ＝ 2πc/ω， c 为光速 )， ε′和 ε″为各角频率 ω 中的复介电常数 (ε*(ω)) 的实部和虚 部。
在图 4 示出利用式 (2) 计算的关于雪茄式旋转椭圆体形的银微粒子时去极化系数 对吸收系数的光谱带来的影响。图中 31 是银微粒子的长轴方向的去极化系数为 0.065 时 的光谱， 32 是该去极化系数为 0.108 的光谱， 33 是该去极化系数为 0.1867 时的光谱。计算 时， 银微粒子的周边介质的折射率设为 1.45( 介电常数 ： 2.1025)， 照射的光设为与旋转椭 圆体的长径方向平行的方向上具有电场振动面的直线偏振波。如图 4 所示， 在任一去极化 系数的情况下， 吸收系数都在特定波长中变得极大。这种极大是因为银微粒子中的自由电 子的振动与外部电场的振动 ( 与照射的光的电场成分的振动对应 ) 共振， 通常作为等离子 体共振现象而所知 ( 以下将产生等离子体共振的光的波长记为 “等离子体共振波长” )。等 离子体共振波长依存照射的金属微粒子的去极化系数， 准确地依存与照射的光的电场振动
方向平行的方向的去极化系数而变化， 去极化系数减少的同时， 等离子体共振波长移动至 长波长侧。
针状形粒子时， 与雪茄式旋转椭圆体粒子相同， 长轴方向的去极化系数小于短轴 方向的去极化系数， 等离子体共振波长在两方向不同。在前述的以往的金属微粒子分散型 偏振玻璃中， 规定去极化系数， 即针状微粒子的纵横比， 以使针状金属微粒子的长边方向的 等离子体共振波长与所希望的光的波长大体一致。在这种情况下， 将所希望的波长的直线 偏振波照射到针状金属微粒子时， 当其电场振动面与针状金属微粒子的长轴方向一致时， 由于基于金属微粒子的共振吸收， 透射光的强度大大衰减。 与此相反， 当电场振动面与针状 金属微粒子的短轴方向一致时， 不产生基于金属微粒子的共振吸收， 其结果几乎不会衰减 而透射针状金属微粒子。
以上是在金属微粒子分散型偏振玻璃中显现偏振效果的机构， 是该偏振玻璃被称 为 “吸收型偏振元件” 的理由。
然而， 如前所述的去极化系数是根据微粒子的形状决定的因子， 本来就不限于旋 转椭圆体， 在一般形状中其形状上也存在特有的去极化系数。只不过只有在形状为包含球 的旋转椭圆体时， 才以分析数式表现。即， 对于一般形状， 可通过使用数值分析手法求出去 极化系数。换言之， 在微粒子的形状为长方体形时， 也可以通过适当选定其纵、 横及高度的 尺寸比来实现前述的 0.065 等去极化系数。 另一方面， 如前所述， 图 4 所示的吸收系数 α 的大小与 “吸收型偏振器” 的消光比 成比例。例如， 若设想厚度为 20nm 的长方体形的微粒子 ( 在此 “厚度” 是指照射的直线偏 振平面波所传输的方向的长度 )， 则在吸收系数 α 约为 3(1/ 长度的次元 ) 时， 透射该长方 体微粒子之后的光的强度成为 exp(-60)， 获得约 -260dB 的消光比。 该消光比不论偏振元件 的应用领域， 大幅度超过其要求规格值。
本发明者们着眼于以上问题点， 对于多个长方体形的金属微粒子在光学上透明的 基板上配设成岛状的结构的偏振元件的偏振特性进行了深入研究的结果， 以至于完成本申 请发明 ( 以下， 将这种结构的偏振器记为 “矩形微粒子配设型偏振元件” )。
以下， 对本申请发明所涉及的矩形微粒子配设型偏振元件进行具体说明。
图 5 是表示本申请发明所涉及的矩形微粒子配设型偏振元件的结构的一例的立 体图。图中， 41 是光学上透明的基板， 42 是基板 41 的表面， 43 是长方体形的金属片， 44 是 光学上透明的电介质膜。如图所示， 根据本申请发明构成的矩形微粒子配设型偏振元件成 为如下结构 ： 在石英玻璃等的希望波长中具有光的透射性的玻璃基板或由蓝宝石等单晶体 构成的基板 41 的表面 42 上岛状配设多个具有数十纳米至数百纳米顺序的尺寸的长方体形 的金属片 43， 且用在 SiO2 等希望波长中具有光的透射性的电介质膜包覆该片。
以下， 对矩形微粒子配设型偏振元件的偏振效果进行说明。
如前所述， 金属片 43 的等离子体共振波长由作为其材质的金属的介电常数和去 极化系数决定。 例如设想如下情况 ： 将金属片 43 的长边方向的去极化系数设定成对照射的 光的波长产生等离子体共振， 并且金属片 43 的短边方向的去极化系数设定成从这些偏离。 对于具体例用实施例进行说明， 这种去极化系数的关系通过适当地设定长方体的各边的尺 寸比来实现。
在这种结构中， 直线偏振波从与基板表面 42 的法线方向大致平行的方向照射时，
当该直线偏振波的电场振动面与长方体金属片 43 的长边方向平行时， 通过在长方体金属 片 43 的内部引起的等离子体共振来吸收照射的光的能量， 透射光的强度大大衰减。与此相 反， 当照射的直线偏振波的电场振动面与长方体金属片 43 的短边方向平行时， 其能量不会 因等离子体共振而损失。
以上是矩形微粒子配设型偏振元件的动作原理。
发明者们根据这种构思对金属种类及金属片 43 的基板表面 42 中的面积占有率对 消光比带来的影响进行了研究， 结果明确了存在以下叙述的异常现象， 同时以至于完成本 申请发明。
图 6 中示出关于金属种类为 Ti 时面积占有率与衰减量的关系。Ti 片的形状为大 致长方体形， 长边、 短边及高度 ( 从基板表面的厚度的意思， 以下相同 ) 的尺寸分别是 95nm、 25nm 及 20nm。基板为石英玻璃， 电介质膜为 SiO2。
在此， 对本说明书中的 “大致长方体形” 进行说明。图 9 是示意表示金属片的平面 形状 ( 与照射的光的传输方向大致正交的面内的形状 ) 的图。即， “大致长方体形” 是指长 方体的四角带圆的形状， 这种情况下的长边与短边分别指图中的 1 及 w。
在该结构中， Ti 片的长边方向的等离子体共振波长成为 630 ～ 650nm。通过改变 相同形状的 Ti 片的重复间距而使面积占有率变化。衰减量是以分贝表示照射在与 Ti 片的 长边方向平行的方向上具有电场振动面的直线偏振波时的透射的光强度与照射的光强度 的比的量。 图中， ●记号是实际得到的衰减量， 用虚线表示的面积占有率与衰减量的关系中， 衰减量是假设简单地与面积占有率成比例而利用以下 (3) 式计算的衰减量 Igeo。
[ 数 3]
式 (3) 中， IO 是照射的光的强度、 It 是透射 Ti 片的光的强度、 s 是片的面积占有率。 如图所示， Ti 片时， 衰减量与面积占有率的增加一同增大， 其值与简单地从面积占 有率计算的衰减量 Igeo 大体一致， 此外， 照射的光的电场振动面与 Ti 片的短边方向平行 时， 其衰减量不依存面积占有率而约为 1dB。
在图 7 示出关于金属种类为 Cr 时， 与图 6 相同的面积占有率与衰减量的关系。Cr 片的形状为长方体， 长边、 短边及高度的尺寸分别是 250nm、 26nm 及 20nm。基板及电介质膜 与 Ti 片时相同， 为石英玻璃及 SiO2。在该结构中， Cr 片的长边方向的等离子体共振波长成 为 630 ～ 650nm。通过改变相同形状的 Cr 片的重复间距而使面积占有率变化。
图 7 中， ■记号是实际得到的衰减量， 用虚线表示的面积占有率与衰减量的关系 与图 6 相同地， 衰减量是假设简单地与面积占有率成比例而计算的量。Cr 片时， 与 Ti 片时 相比， 相同面积占有率中的衰减量较大， 并且与用虚线表示的、 所计算出的衰减量的差异也 大。此外， 照射的光的电场振动面与 Cr 片的短边方向平行时， 其衰减量不依存面积占有率 而约为 1dB。
在图 8 示出关于金属种类为 Al 时， 与图 6、 7 相同的面积占有率与衰减量的关系。 Al 片的形状为长方体， 长边、 短边及高度的尺寸分别是 180nm、 25nm 及 20nm。基板及电介质
膜与 Ti、 Cr 片时相同， 为石英玻璃及 SiO2。在该结构中， Al 片的长边方向的等离子体共振 波长成为 630 ～ 650nm。通过改变相同形状的 Al 片的重复间距而使面积占有率变化。
图 8 中， ◆记号是实际得到的衰减量， 用虚线表示的面积占有率与衰减量的关系 与图 6、 7 相同地， 衰减量是假设简单地与面积占有率成比例而计算的量。Al 片时， 与 Ti、 Cr 片时相比， 相同面积占有率中的衰减量较大， 并且与用虚线表示的、 所计算出的衰减量的差 异也大。此外， 照射的光的电场振动面与 Al 片的短边方向平行时， 其衰减量不依存面积占 有率而约为 0.5 ～ 0.7dB。
从图 6 至图 8 所示的结果中， 应特别写出的现象是 ： 虽然有程度之差， 但在任何金 属种类中， 实际得到的衰减量都大于简单从面积占有率计算的衰减量。本结果其理论依据 尚未明确， 但可以理解为暗示如下内容 ： 在图 5 中， 不仅是照射到金属片 43 的光， 而且照射 到金属片不存在的部分的光的一部分也通过金属片 43“吸入” 并衰减。在图 3 示出综合关 于从图 6 至图 8 所示的各金属片的面积占有率与衰减量的关系的图。在相同面积占有率 中， 衰减量以 Ti、 Cr、 Al 的顺序依次变大， 并且实际上得到的衰减量与简单地从面积占有率 计算的衰减量的差异随着该顺序扩大。
即， 根据发明者们的研究明确了矩形微粒子配设型偏振元件中的衰减量 ( 与消光 比对应 ) 不仅依存金属片的吸收特性， 而且还较大地依存这种 “吸入效率” 。 因此， 发明者们着眼于等离子体共振中的作为 “吸收截面” 的概念， 通过导入该概 念发现了可以得到考虑前述金属片的 “吸入” 能力的、 面积占有率与衰减量的关系。等离子 体共振中的吸收截面 Cabs 由以下所示的 (4) 式给出。
[ 数 4]
式 (4) 中， V 是金属片的体积， 其他参数与前述的式 (3) 相同。通过比较式 (4) 和 式 (3) 可知 ： 吸收截面是吸收系数 α 乘上金属片的体积 V 的值。
在图 2 示出关于各金属片， 在光的照射区域中的、 衰减量对从式 (4) 得到的吸收 截面 Cabs 的总和与照射区域的面积的比率的变化。在此， 吸收截面 Cabs 的总和与照射区 域的面积的比率未必限定于照射的光的区域， 例如在与照射的光的区域相比充分宽的区域 中， 与照射部相同地配设金属片时， 意味着关于该区域的吸收截面的总和与其面积的比率。
如图所示， 可知实际得到的衰减量几乎在一个曲线上分布。并且， 如前所述， 照射 的直线偏振波的电场振动面处于与金属片的短边平行的方向时的衰减量若考虑不依赖于 金属片的面积占有率而大致为 1dB， 则图中所示的衰减量几乎与消光比对应。
对偏振元件所要求的消光比根据其使用的领域而不同， 但例如考虑液晶投影仪等 可见光区域中的应用时， 也依存其光学系统或所使用的位置， 但大体要求 15dB 以上的消光 比。在矩形微粒子配设型偏振元件中， 从图 2 所示的结果， 该消光比可实现金属片的吸收截 面的总和与照射面积的比率为大致 10 以上。
然而， 通过本申请发明构成的矩形微粒子配设型偏振元件中， 为实现其偏振特性， 需有效地对所构成的各金属片产生等离子体共振。 为此， 首先需要将金属片的形状， 换言之 为将去极化系数设定成以照射的光的波长产生等离子体共振。这种条件在式 (4) 中通过将
去极化系数 L 设定成吸收截面 Cabs 变得极大来实现。此时， 吸收截面 Cabs 的极大值由以 下式给出。
[ 数 5]
式 (5) 中，为吸收截面 Cabs 的极大值。并且， 若从光学观点来看用于有效地产生等离子体共振的条件， 则需要通过照射 的光对各金属片外加同样的电场。此时， 金属片的高度最佳为照射的光的波长的 1/10 以 下。 并且， 当配设有金属片的基板表面与照射的光的传输方向完全正交时， 对该表面外加均 等的电场， 所以只有在将其长边与短边的比率规定成照射的光的波长与金属片的等离子体 共振波长一致时， 才不会对其尺寸制约。但是， 实际上不会有 “完全正交” 的现象， 所以作为 这些尺寸优选为 1μm 以下。
另一方面， 从制造工艺等观点来看， 对金属片的尺寸等造成如以下说明的限制。
发明者们关于长方体的长边与短边的比率为 2.5 以上的情况和长边、 短边及高度 的尺寸比影响长边方向的去极化系数的情况进行了数值计算。 其结果的一例示于图 10。 图 10 是在横轴刻度分割长边与高度的比率、 在纵轴刻度分割短边与高度的比率的图。 图中， 全 102 是表示 涂抹的区域 101 为获得 0.01 ～ 0.07 范围的长边方向的去极化系数的值的区域， 长边与短边的比率成为 2.5 的长边与短边的关系的线， 103 是表示该比率成为 3.5 的关系的 线， 104 是该比率成为 4.5 的关系的线， 105 是表示获得长边方向的去极化系数的值 0.03 的 长边与短边的关系的线。在区域 101 中， 长边方向的去极化系数当短边与高度的比率为一 定时， 随着长边与高度比率的增大而减少。
长方体形时， 如线 105 所示， 获得一定值的长边方向的去极化系数的长边与短边 的关系并非规定成一个意义。例如， 如图所示， 去极化系数为 0.03 时， 该去极化系数在长边 与短边的比率为 2.5、 3.5 及 4.5 等时得到。此时， 短边方向及高度方向的去极化系数根据 长边与短边的比率变化， 但尤其是短边方向的去极化系数与该比率的增大一同增加， 其结 果长边方向的去极化系数与短边方向的去极化系数之差就增大。
另一方面， 例如将长方体 ( 也包括大致长方体形 ) 形金属片的长边方向的去极化 系数设定成对照射的光的波长产生等离子体共振时， 从将透射损耗抑制得较低的观点来 看， 最重要的是使短边方向的等离子体共振波长从照射的光的波长充分远离。这种要求通 过加大长边方向与短边方向的去极化系数之差， 换而言之通过加大长边与短边的比率来实 现 ( 参照式 (4) 等 )。即， 例如若以图 10 中的沿线 105 为例子， 则最佳情况为短边与高度的 比率及长边与高度的比率两者均较小。 但是， 若想利用纳米压印光刻等稳定批量生产由本申请发明构成的矩形微粒子配 设型偏振元件时， 长方体形 ( 也包括大致长方体形 ) 金属片的短边的尺寸及与邻接片的间 隔的限度为大致 30nm。 并且， 例如若考虑长边尺寸为短边尺寸的 4 ～ 5 倍， 则从谋求稳定批 量生产的观点来看， 光的照射区域中的金属片的几何面积占有率的限度成为 40 ～ 45％。
此外， 关于金属片的高度也考虑从来自蚀刻工艺的制约为大致 30nm 的限度的情 况、 及可见光区域 (λ ： 400 ～ 600nm) 中的应用时， 则金属片的高度与照射的光的波长的比 率成为 3/40 ～ 1/20。
以上， 若考虑前述的金属片形状所涉及的限制、 和为了实现 15dB 以上的消光比需 要将金属片的吸收截面的总和与照射面积的比率设为大致 10 以上， 则金属片材料的介电 常数 (ε′、 ε″ ) 及金属片的周边介质的折射率 (na) 需要满足以下关系式。
[ 数 6]
对以下本申请发明利用实施例进行更详细的说明。
比较例
作为比较例， 利用真空沉积法或溅射法在 1 英寸角的石英玻璃基板上形成表 1 所 示的各金属的 30nm 厚度的薄膜。( 只有 Ti 薄膜利用真空沉积法 ) 之后， 使用纳米压印光刻 及离子蚀刻法形成了具有表 1 所示的长边与短边的尺寸的大致长方体形的各个金属片。形 成各个片之后， 通过用约 400nm 厚度的 SiO2 膜包覆各个金属片制作了矩形微粒子配设型偏 振元件。另外， 与邻接的片的间隔为长边、 短边方向均为 30nm。并且， 形成有片的区域为大 致 5mm×5mm 的区域， 与后述的激光的照射区域相比为充分宽的区域。
另外， 用同样的方法在 1 英寸角的石英玻璃基板上形成大致 200nm 厚度的薄膜 ( 只有 Cr 为 100nm 厚度 )， 使用椭圆光度法测量光的波长在 630nm 中的折射率及消光系数， 从该折射率及消光系数求出表 1 所示的介电常数的实部和虚部。
使用波长为 630nm、 光束直径约为 1mm 的半导体激光对各偏振元件测量了透射损 耗和消光比。关于各偏振元件， 将所测量的消光比、 形成有各个金属片的区域 (5mm×5mm) 中的片的几何面积的占有率、 及从式 (4) 求出的各个金属片的吸收截面的总和与形成有各 个金属片的区域的比率以 ( 吸收截面 )/( 照射面积 ) 示于表 1。
并且， 在图 1 中， 将表 1 所示的各金属的介电常数的实部与虚部的关系用△记号表 示。另外， 表 1 所示的曲线为满足以下 (7) 式的介电常数的实部与虚部的关系的曲线。
[ 数 7]
如图 1 及表 1 所示， 作为比较例使用的金属时， 其介电常数不满足式 (6) 的关系， 并且得到的消光比也低至 10dB 以下。
[ 表 1]
实施例 1
在本实施例中， 使用表 2 所示的 Au 浓度不同的 Al-Au 作为金属片材料。利用真空 沉积法在 1 英寸角的石英玻璃基板上形成 30nm 厚度的 Au 浓度不同的 Al-Au， 用与比较例几 乎相同的方法制作了具有表 2 所示的片形状的矩形微粒子配设型偏振元件。另外， 表2所 示的 Au 浓度是作为蒸发源的填料组成。
并且， 与比较例相同， 利用真空沉积法形成 Au 浓度不同的 200nm 厚度的 Al-Au 薄 膜， 从其折射率和消光系数求出介电常数的实部与虚部。
将用与比较例同样的方法测量的消光比、 用同样的方法求出的片的几何面积占有 率、 及 ( 吸收截面 )/( 照射面积 ) 示于表 2。 并且， 在图 1 中用◆记号及◇记号示出了表 2 所 示的各 Au 浓度中的介电常数的实部与虚部的关系。用◆表示的是 Au 浓度为 10 ～ 55at％ 的范围内， 消光比为 15dB 以下的数。另一方面， 用◇表示的是消光比为 13.5dB 以下较低的 数。
从图 1 及表 2 所示的结果确认了在满足式 (6) 时， 获得了 15dB 以上的高消光比。
[ 表 2]
实施例 2
在本实施例中， 使用表 3 所示的 Ag 浓度不同的 Al-Ag 作为金属片材料。利用真空 沉积法在 1 英寸角的石英玻璃基板上形成 30nm 厚度的 Ag 浓度不同的 Al-Ag， 用与比较例几 乎相同的方法制作了具有表 3 所示的片形状的矩形微粒子配设型偏振元件。另外， 表3所 示的 Ag 浓度是作为蒸发源的填料组成。
并且， 与比较例相同， 利用真空沉积法形成 Ag 浓度不同的 200nm 厚度的 Al-Ag 薄 膜， 从其折射率和消光系数求出介电常数的实部与虚部。
将用与比较例同样的方法测量的消光比、 用同样的方法求出的片的几何面积占有 率、 及 ( 吸收截面 )/( 照射面积 ) 示于表 3。并且， 在图 1 中用●记号示出了表 3 所示的各 Ag 浓度中的介电常数的实部与虚部的关系。
从图 1 及表 3 所示的结果确认了关于本实施例中的 Al-Ag 满足式 (6) 的关系， 并 且获得了 15dB 以上的高消光比。
[ 表 3]
实施例 3在本实施例中， 使用表 4 所示的 Si 浓度不同的 Al-Si 作为金属片材料。利用真空 沉积法在 1 英寸角的石英玻璃基板上形成 30nm 厚度的 Si 浓度不同的 Al-Si， 用与比较例几 乎相同的方法制作了具有表 4 所示的片形状的矩形微粒子配设型偏振元件。另外， 表4所 示的 Si 浓度是作为蒸发源的填料组成。
并且， 与比较例相同， 利用真空沉积法形成 Si 浓度不同的 200nm 厚度的 Al-Si 薄 膜， 从其折射率和消光系数求出介电常数的实部与虚部。
将用与比较例同样的方法测量的消光比、 用同样的方法求出的片的几何面积占有 率、 及 ( 吸收截面 )/( 照射面积 ) 示于表 4。 并且， 在图 1 中用■记号及□记号示出了表 4 所 示的各 Si 浓度中的介电常数的实部与虚部的关系。 用■表示的是 Si 浓度为 8.5 及 17at％， 消光比为 15dB 以上的数。另一方面， 用□表示的是 Si 浓度为 26 ～ 45at％的范围， 消光比 为 12.1dB 或 11.5dB 较低的数。
从图 1 及表 4 所示的结果确认了关于本实施例中的 Al-Si 满足式 (6) 的关系， 并 且获得了 15dB 以上的高消光比。
[ 表 4]
以上， 关于本申请发明对 Al-Ag、 Al-Au、 及 Al-Si 系列进行了详细说明。本申请发 明不限于这些实施例中记载的系列， 在构成金属片的金属的介电常数满足式 (6) 所示的关 系的范围内发挥其效果是不用再提及的话题。 工业实用性 由本申请发明构成的偏振元件可以在以液晶投影仪为始的光学设备中广泛应用。