專利名稱：偏振器和發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏振器和一種使用該偏振器的發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
近來，諸如大型顯示器或者投影儀的顯示裝置的性能已經(jīng)大大地提高。在這種顯示裝置中，在很多情形中應(yīng)該對準偏振方向。例如，在被廣泛地用于平板顯示器的液晶顯示裝置中，偏振器被布置在來自光源的光的入射側(cè)和出射側(cè)這兩側(cè)中，并且通過向被夾在偏振器之間的液晶施加電壓，控制入射光的偏振旋轉(zhuǎn)，并且控制光對出射側(cè)的透射率。用于對準偏振光的偏振器具有透射預(yù)定方向的線偏振光并且反射或者吸收與該預(yù)定方向正交的線偏振光的特性。在偏振器中，作為用于反射一種偏振光的類型的反射性偏振器能夠通過利用波長板等轉(zhuǎn)換反射光的偏振方向而再次使用反射光。因此，反射性偏振器能夠?qū)崿F(xiàn)高的光使用效率。結(jié)果，能夠為顯示裝置節(jié)約電力。作為反射性偏振器，具有柵格結(jié)構(gòu)(線柵結(jié)構(gòu))的線柵偏振器被廣泛地使用，在該柵格結(jié)構(gòu)中排列很多非常小的細金屬線。例如，在專利文獻I中詳細描述了線柵結(jié)構(gòu)，在該線柵結(jié)構(gòu)中，例如以一百幾十nm的重復(fù)間隔(節(jié)距)平行地布置了具有幾十nm的寬度和上百nm的高度的多根細金屬線。在線柵偏振器中，在與細金屬線的長度方向，即細金屬線的延伸方向正交的方向上偏振的光(在下文中，TM光)被透射，而在與細金屬線的長度方向平行的方向上偏振的光(在下文中，TE光)被反射。通常使用鋁作為用于細金屬線的金屬材料。使用這種反射性偏振器的發(fā)光裝置的一個實例是偏振光發(fā)光二極管(偏振LED)。在例如，專利文獻I中描述了 該偏振LED。從作為光源的LED發(fā)射的光的偏振未被對準。因此，當直接地從LED向液晶板發(fā)射光時，僅能夠使用一半的發(fā)射光。能夠通過使用偏振轉(zhuǎn)換元件在一個方向上對準發(fā)射光的偏振方向。然而，當使用偏振轉(zhuǎn)換元件時，添加了偏振和轉(zhuǎn)換光的光程。這使得實質(zhì)發(fā)光面積加倍。在這種情形中，因為作為發(fā)光面積和徑向立體角的乘積的光學擴展量(Etendue)增加，所以在于投影儀等中使用的情形中，光使用效率降低。在這些情況下，已經(jīng)提供了一種結(jié)構(gòu)，其中反射性偏振器被設(shè)置在LED的發(fā)射面上并且被反射性偏振器反射的一種偏振光被返回LED側(cè)從而被再次使用。這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)高的光使用效率，因為能夠在不增加光學擴展量的情況下對準偏振光。在這種結(jié)構(gòu)中，因為偏振器位于LED正上方,所以偏振器被暴露于高光密度,并且偏振器的溫度增加。線柵結(jié)構(gòu)是高度可靠的，因為它能夠由僅無機材料制成，并且即使在偏振器的溫度增加的環(huán)境中，它的壽命也能夠是長的。引用列表專利文獻I JP2008-060534A非專利文獻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)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題為了在使用前述反射性偏振器的光學系統(tǒng)中增加光使用效率，減少在偏振器中的損失是重要的。即，為了減少損失，理想的是TM光的透射率和TE光的反射率這兩者都是高的。然而，在具有由鋁制成的線柵結(jié)構(gòu)的線柵偏振器的情形中，TM光的透射率即90%到95%是相對高的。然而，在此情形中，TE光的反射率即大約80%到85%是不足的。這意味著在線柵偏振器中，每次TE光被反射時損失了 15%到20%的TE光。特別地，當多重反射發(fā)生時，即，在使用前述偏振LED時，存在大的損失的問題。已經(jīng)實現(xiàn)了本發(fā)明以解決前述問題，并且本發(fā)明的目的在于提供一種能夠增加光使用效率的偏振器和一種發(fā)光裝置。解決問題的方案為了實現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明，一種偏振器包括線柵結(jié)構(gòu)，該線柵結(jié)構(gòu)具有被布置成在一個方向上延伸的多根細金屬線。通過堆疊包含鋁的第一金屬層和包含來自金、銀和銅中的一種元素的第二金屬層而形成細金屬線。第二金屬層被設(shè)置在輸入光所進入的線柵結(jié)構(gòu)的一側(cè)上。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置包括本發(fā)明的偏振器，和具有被設(shè)置在發(fā)射光的出射平面一側(cè)上的偏振器的發(fā)光二極管。被偏振器反射的光的至少一部分進入發(fā)光二極管。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠增加TE光的反射率以實現(xiàn)高光使用效率。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，能夠為顯示裝置節(jié)約電力。附圖簡要說明[

圖1]示意性地示出根據(jù)第一實施例的偏振器的結(jié)構(gòu)的透視圖。[圖2A]示出在根據(jù)第一實施例的偏振器中，在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖2B]示出在根據(jù)第一實施例的偏振器中，在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖3A]示出在具有由僅鋁層制成的細金屬線的偏振器中，在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖3B]示出在具有由僅鋁層制成的細金屬線的偏振器中，在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖4A]示出在具有由僅銀層制成的細金屬線的偏振器中，在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖4B]示出在具有由僅銀層制成的細金屬線的偏振器中，在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖5A]示出在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射光(TM光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖5B]示出在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射光(TM光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖5C]示出在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射光(TE光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖5D]示出在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射光(TE光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖6A]示出在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射光(TM光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖6B]示出在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射光(TM光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖6C]示出在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射光(TE光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖6D]示出在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射光(TE光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖7]示意性地示出根據(jù)第二實施例的偏振器的結(jié)構(gòu)的透視圖。[圖8A]示出在根據(jù)第二實施例的偏振器中，在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖8B]示出在根據(jù)第二實施例的偏振器中，在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖9A]示出在具有由僅鋁層制成的細金屬線的偏振器中，在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖9B]示出在具有由僅鋁層制成的細金屬線的偏振器中，在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖10A]示出在具有由僅銀層制成的細金屬線的偏振器中，在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖10B]示出在具有由僅銀層制成的細金屬線的偏振器中，在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。
[圖11A]示出在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射光(TM光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖11B]示出在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射光(TM光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖11C]示出在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射光(TE光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖11D]示出在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射光(TE光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖12A]關(guān)于在偏振器中的光損失的光入射方向依賴性示出在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射光(TM光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖12B]關(guān)于在偏振器中的光損失的光入射方向依賴性不出在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射光(TM光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖12C]關(guān)于在偏振器中的光損失的光入射方向依賴性示出在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射光(TE光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖12D]關(guān)于在偏振器中的光損失的光入射方向依賴性示出在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射光(TE光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖13]示意性地示出根據(jù)第三實施例的偏振器的結(jié)構(gòu)的透視圖。[圖14A]示出在根據(jù)第三實施例的偏振器中，在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖14B]示出在根據(jù)第三實施例的偏振器中，在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖15A]示出在具有由僅鋁層制成的細金屬線的偏振器中，在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖15B]示出在具有由僅鋁層制成的細金屬線的偏振器中，在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖16A]示出在具有由僅金層制成的細金屬線的偏振器中，在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖16B]示出在具有由僅金層制成的細金屬線的偏振器中，在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖17A]示出在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射光(TM光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖17B]示出在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射光(TM光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。
[圖17C]示出在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射光(TE光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖17D]示出在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射光(TE光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖18]示意性地示出根據(jù)第四實施例的偏振器的結(jié)構(gòu)的透視圖。[圖19A]示出在根據(jù)第四實施例的偏振器中，在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖19B]示出在根據(jù)第四實施例的偏振器中，在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖20A]示出在具有由僅銅層制成的細金屬線的偏振器中，在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖20B]示出在具有由僅銅層制成的細金屬線的偏振器中，在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射率之間的關(guān)系，和在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射率之間的關(guān)系的曲線圖。[圖21A]示出在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和透射光(TM光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖21B]示出在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和透射光(TM光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖21C]示出在與細金屬線的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度和反射光(TE光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖21D]示出在細金屬線的長度方向上的入射光的傾斜度和反射光(TE光)的損失之間的關(guān)系的曲線圖。[圖22]示意性地示出根據(jù)第五實施例的發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)的截面視圖。[圖23A]不出在根據(jù)第一實施例的偏振器中透射率和反射率的波長依賴性的曲線圖。[圖23B]示出在具有由僅鋁層制成的細金屬線的偏振器中透射率和反射率的波長依賴性的曲線圖。
具體實施例方式在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。圖1是示意性地示出根據(jù)第一實施例的偏振器的透視圖。如在圖1中所示，根據(jù)這個實施例的偏振器I包括其中多根非常小的細金屬線13被以固定的間隔布置以在一個方向上延伸的線柵結(jié)構(gòu)11，和其中形成線柵結(jié)構(gòu)11的玻璃基板12。通過堆疊作為第一金屬層的鋁層15和作為第二金屬層的銀層16配置細金屬線13。鋁層15和銀層16被依次布置在玻璃基板12的一個表面上以形成多根細金屬線13。在布置方向上以140nm的節(jié)距布置具有42nm寬度的該多根細金屬線13，并且分別地以80nm和40nm的厚度形成鋁層15和銀層16。玻璃基板12的折射率是1. 5。與玻璃基板12的、已經(jīng)在其上形成細金屬線13的一個表面相反的后表面被抗反射膜18覆蓋。圖2A和2B分別地示出了，當具有530nm的波長的光從已經(jīng)布置細金屬線13的一偵U、即從細金屬線13的銀層16側(cè)進入根據(jù)這個實施例的偏振器I時，TE光和TM光的反射率和透射率的計算結(jié)果。在計算中，使用RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis :嚴格耦合波分析)，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。圖2A示出了 TE光和TM光中的每一種關(guān)于在與細金屬線13的長度方向正交的方向上的入射光的傾斜度，即，關(guān)于在圖1所示Xz平面內(nèi)的入射角的反射率和透射率。類似地，圖2B示出了 TE光和TM光中的每一種關(guān)于輸入光相對于細金屬線13的長度方向的傾斜度，即，關(guān)于在圖1所示yz平面內(nèi)的入射角的反射率和透射率。在Xz平面內(nèi)的入射角和在yz平面內(nèi)的入射角指示在z方向上，即，在堆疊鋁層15和銀層16以構(gòu)成細金屬線13的堆疊方向上的傾斜角度。為了與這個實施例比較，圖3A和3B以及圖4A和4B分別地示出根據(jù)第一對照實例的偏振器和根據(jù)第二對照實例的偏振器的特性，在第一對照實例中，多根細金屬線的節(jié)距和寬度與實施例的相等，但是僅包括具有120nm的厚度的鋁層，在第二對照實例中，多根細金屬線類似地僅包括銀層。當圖2A和2B所示實施例與圖3A和3B以及圖4A和4B所示分別的對照實例相比較時，實施例的偏振器在TE光的反射率方面比對照實例高，而在TM光的透射率方面與該兩個對照實例近似相等。圖5A到圖示了實施例的損失與該兩個對照實例的損失的比較結(jié)果。該損失是TM光的吸收損失，同時是TE光的吸收損失和透射率之和。TE光是將被反射的最初的偏振光。然而，因為透射通過偏振器的部分在隨后的光學系統(tǒng)處成為不必要的光，所以在損失中包括透射率。理想地，TM光被完全地透射。然而，實際上，TM光的一部分被反射，并且特別地當入射角大時，反射率更高。反射TM光不被視為在偏振器中的損失，因為它能夠被再次使用。如在圖5A到中所示，在這個實施例的結(jié)構(gòu)中，反射光即TE光的損失顯著地小于該兩個對照實例的損失，而透射光即TM光的損失近似等于該兩個對照實例的損失。如上所述，在這個實施例的結(jié)構(gòu)中，與多根細金屬線具有相等的節(jié)距、寬度和厚度并且每一個包含單一金屬層的該兩個對照實例的結(jié)構(gòu)相比，避免了 TE光的損失。結(jié)果，在該實施例中，TE光的反射率更高。圖6A到6D示出在圖1所示這個實施例的結(jié)構(gòu)中，當光從玻璃基板12側(cè)，即從細金屬線13的鋁層15側(cè)進入時的損失。作為比較，還示出了當光從細金屬線13所在的一側(cè)，即細金屬層13的銀層16所在的一側(cè)進入時的損失。如在圖6A到6D中所示，與在光從細金屬線13的銀層16側(cè)進入的情形中相比，在光從鋁層15側(cè)進入的情形中，損失更大。因此，在根據(jù)該實施例的偏振器I中，因為理想的是使得光從細金屬線13的銀層16側(cè)進入線柵結(jié)構(gòu)11，所以銀層16位于光入射到線柵結(jié)構(gòu)11的一側(cè)上。如上所述，根據(jù)這個實施例，當與與本發(fā)明有關(guān)的偏振器相比較時，能夠減少TE光的損失以增加TE光的反射率。因此，能夠增加光使用效率。結(jié)果，這個實施例使得能夠為諸如投影儀的顯示裝置節(jié)約電力。下面，將參考附圖描述其它實施例。在其它實施例中，類似于第一實施例的構(gòu)件將由類似的附圖標記表示并且將省略其說明。(第二實施例)圖7是示出根據(jù)第二實施例的偏振器的透視圖。根據(jù)第二實施例的偏振器與第一實施例的偏振器不同在于玻璃基板上堆疊鋁層和銀層以構(gòu)成細金屬線的次序。如在圖7中所示，根據(jù)第二實施例的偏振器2包括其中多根非常小的細金屬線23被以固定的間隔布置以在一個方向上延伸的線柵結(jié)構(gòu)21，和其中形成線柵結(jié)構(gòu)21的玻璃基板12。通過堆疊作為第一金屬層的銀層16和作為第二金屬層的鋁層15配置細金屬線13。銀層16和鋁層15被依次布置在玻璃基板12上以形成多根細金屬線23。在布置方向上以140nm的節(jié)距布置具有42nm寬度的該多根細金屬線23，并且分別地以40nm和80nm的厚度形成銀層16和鋁層15。玻璃基板12的折射率是1. 5。與玻璃基板12的、已經(jīng)在其上形成細金屬線23的表面相反的后表面被抗反射膜18覆蓋。圖8A和8B分別地示出了，在這個實施例的結(jié)構(gòu)中，當具有530nm的波長的光從玻璃基板12側(cè)，即從細金屬線13的銀層16側(cè)進入時，TE光和TM光的反射率和透射率的計算結(jié)果。為了與這個實施例比較，圖9A和9B以及圖1OA和IOB分別地示出當光從玻璃基板12側(cè)進入時根據(jù)第一對照實例的偏振器和根據(jù)第二對照實例的偏振器的特性，在第一對照實例中，多根細金屬線的節(jié)距和寬度與實施例的相等，但是僅包括具有120nm的厚度的鋁層，在第二對照實例中，多根細金屬線類似地僅包括銀層。實施例的偏振器2在TE光的反射率方面比對照實例高，而在TM光的透射率方面與該兩個對照實例近似相等。圖1lA到IlD圖示了實施例的損失與該兩個對照實例的損失的比較結(jié)果。如在前述情形中，在這個實施例的結(jié)構(gòu)中，反射光即TE光的損失顯著地小于該兩個對照實例的損失，而透射光即TM光的損失近似等于該兩個對照實例的損失。如上所述，在這個實施例的結(jié)構(gòu)中，與多根細金屬線具有相等的節(jié)距、寬度和厚度并且每一個包含單一金屬層的該兩個對照實例的結(jié)構(gòu)相比，避免了 TE光的損失。結(jié)果，在該實施例中，TE光的反射率更高。圖12A到12D示出在圖7所示的這個實施例的結(jié)構(gòu)中，當光從已經(jīng)布置細金屬線23的一側(cè)，即從細金屬線23的鋁層15側(cè)進入時的損失。作為比較，還示出了當光從玻璃基板12側(cè)，即從細金屬層23的銀層16側(cè)進入時的損失。雖然取決于TE光、TM光以及到偏振器的入射方向和入射角，趨勢是不同的，但是在光從已經(jīng)布置細金屬線23的一側(cè)，即從細金屬線23的鋁層15側(cè)進入的情形中，損失通常更大。因此，如在前述情形中，在根據(jù)該實施例的偏振器2中，理想的是使得光從玻璃基板12側(cè)，即從細金屬線23的銀層16側(cè)進入，并且銀層16相應(yīng)地位于輸入光所進入的線柵結(jié)構(gòu)21的一側(cè)上。將描述入射到偏振器的光的角度對于損失的影響。如在圖5A到以及圖1lA到IlD中所示，在鋁層和銀層的層疊結(jié)構(gòu)中，與當光在堆疊方向上從銀層側(cè)進入時相比避免了損失。通常，在與鋁層接觸的層的折射率低于與銀層接觸的層的折射率的配置中，損失能夠更小。例如，在第一和第二實施例中，該多根細金屬線的節(jié)距、寬度和厚度和鋁層15和銀層16的比率都是相等的。然而，在第一實施例中，與鋁層15接觸銀層16的表面相反的表面與具有折射率1. 5的玻璃基板12接觸。在另一方面，與銀層16接觸鋁層15的表面相反的表面與周圍介質(zhì)，即與具有折射率I的空氣接觸。在第二實施例的情形中，在鋁層15和銀層16之間的關(guān)系與第一實施例的相反。當在第一實施例和第二實施例中的損失，即，當光從圖5A到以及圖1lA到IlD所示的銀層16側(cè)進入時的損失被相互比較時，與在第二實施例中相比，在圖5A到所示第一實施例中的損失更小。換言之，與在第二實施例中相比，在第一實施例中損失更小，在第一實施例中，關(guān)于與接觸鋁層15和銀層16的表面相反的表面，與鋁層15接觸的層的折射率高于與銀層16接觸的層的折射率。關(guān)于這點，S卩，在與鋁層15接觸的層的折射率低于與銀層16接觸的層的折射率的配置中，損失能夠更小，并且當替代銀層而使用金層或者銅層時，損失能夠類似地更小。具體地，在包括使用金層或者銅層和鋁層的細金屬線的線柵偏振器中，當光進入線柵結(jié)構(gòu)時，理想的是使得光不從鋁層側(cè)而是從金層側(cè)進入。對于減少損失而言，理想的是關(guān)于與接觸鋁層、金層或者銅層的表面相反的表面，與鋁層接觸的層的折射率高于與金層或者銅層接觸的層的折射率的配置。(第三實施例)圖13是示出根據(jù)第三實施例的偏振器的透視圖。根據(jù)第三實施例的偏振器不同于前面的實施例的偏振器之處在于，通過堆疊鋁層和金層形成細金屬線。

如在圖13中所示，根據(jù)第三實施例的偏振器3包括其中多根非常小的細金屬線33被以固定的間隔布置以在一個方向上延伸的線柵結(jié)構(gòu)31，和其中形成線柵結(jié)構(gòu)31的玻璃基板12。通過堆疊作為第一金屬層的鋁層15和作為第二金屬層的金層35配置細金屬線33。鋁層15和金層35被依次布置在玻璃基板12上以形成多根細金屬線33。在布置方向上以170nm的節(jié)距布置具有51nm寬度的該多根細金屬線33，并且分別地以80nm和40nm的厚度形成鋁層15和金層35。玻璃基板12的折射率是1. 5。與玻璃基板12的、已經(jīng)在其上形成細金屬線33的表面相反的后表面被抗反射膜18覆蓋。圖14A和14B分別地示出了，在這個實施例的結(jié)構(gòu)中，當具有650nm的波長的光從已經(jīng)布置細金屬線33的一側(cè)，即從細金屬線13的金層35側(cè)進入時，TE光和TM光的反射率和透射率的計算結(jié)果。為了與這個實施例比較，圖15A和15B以及圖16A和16B分別地示出根據(jù)第一對照實例的偏振器和根據(jù)第二對照實例的偏振器的特性，在第一對照實例中，該多根細金屬線中的線的每一根的節(jié)距和寬度與實施例的相等，但是僅包括具有120nm的厚度的鋁層，在第二對照實例中，多根細金屬線類似地僅包含金層。實施例的偏振器3在TE光的反射率方面比對照實例高，而在TM光的透射率方面與該兩個對照實例近似相等。圖17A到17D圖示了在實施例中的損失與在該兩個對照實例中的損失的比較結(jié)果。如在前述情形中，在這個實施例的結(jié)構(gòu)中，反射光即TE光的損失小于在該兩個對照實例中的損失，而透射光即TM光的損失近似等于在該兩個對照實例中的損失。(第四實施例)圖18是示出根據(jù)第四實施例的偏振器的透視圖。根據(jù)第四實施例的偏振器不同于前面的實施例的偏振器之處在于，通過堆疊鋁層和銅層形成細金屬線。如在圖18中所示，根據(jù)第四實施例的偏振器4包括其中多根非常小的細金屬線33被以固定的間隔布置以在一個方向上延伸的線柵結(jié)構(gòu)41，和其中形成線柵結(jié)構(gòu)41的玻璃基板12。通過堆疊作為第一金屬層的鋁層15和作為第二金屬層的銅層45配置細金屬線43。鋁層15和銅層45被依次布置在玻璃基板12上以形成多根細金屬線43。
在布置方向上以170nm的節(jié)距布置具有51nm寬度的該多根細金屬線43，并且分別地以80nm和40nm的厚度形成鋁層15和銅層45。玻璃基板12的折射率是1. 5。與玻璃基板12的、已經(jīng)在其上形成細金屬線43的表面相反的后表面被抗反射膜18覆蓋。圖19A和19B分別地示出了，在這個實施例的結(jié)構(gòu)中，當具有650nm的波長的光從已經(jīng)布置細金屬線43的一側(cè)，即從細金屬線43的銅層45側(cè)進入時，TE光和TM光的反射率和透射率的計算結(jié)果。為了與這個實施例比較，圖20A和20B示出根據(jù)第一對照實例的偏振器的特性，在第一對照實例中，該多根細金屬線中的線的每一根的節(jié)距和寬度與實施例的相等，但是僅包括具有120nm的厚度的銅層。圖15A和15B示出根據(jù)第二對照實例的偏振器，在第二對照實例中，該多根細金屬線中的線的每一根的節(jié)距和寬度與實施例的相等，但是類似地僅包含鋁層。當圖19A和19B所示實施例與圖20A和20B以及圖15A和15B所示對照實例相比較時，實施例的偏振器4在TE光的反射率方面比對照實例更高，而在TM光的透射率方面與該兩個對照實例近似相等。圖21A到21D圖示了在實施例中的損失與在該兩個對照實例中的損失的比較結(jié)果。如在前述情形中，在這個實施例的結(jié)構(gòu)中，反射光即TE光的損失小于在該兩個對照實例中的損失，而透射光即TM光的損失近似等于在該兩個對照實例中的損失。(第五實施例)圖22是示意性地示出根據(jù)第五實施例的發(fā)光裝置的截面視圖。這個實施例的發(fā)光裝置涉及通過將LED與前述實施例的偏振器組合而配置的偏振LED。這個實施例的LED是使用InGaN用于有源層并且具有被設(shè)定為530nm的中心發(fā)射波長(峰值發(fā)射波長)的發(fā)光元件。使用了根據(jù)第一實施例的偏振器I作為在該實施例中的偏振器。如在圖22中所示，在這個實施例的偏振LED5中包括的LED52在基板53上包括反射膜54、陽極電極55、P型半導體層56、活性層57、η型半導體層58,和陰極電極59。電極55和59中的每一個并不覆 蓋全部表面而是僅覆蓋LED52的一部分。在LED52的發(fā)射面上，為了增加光提取效率，在表面上形成微小并且不規(guī)則的、亞微米量級的凹形和凸形部分，即，紋理結(jié)構(gòu)60。在如此配置的LED52上，根據(jù)第一實施例的偏振器I被設(shè)置為細金屬線13的銀層16側(cè)被設(shè)定為面對LED52的發(fā)射面。在從LED52發(fā)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側(cè)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內(nèi)側(cè)多重反射，并且然后再次進入偏振器I。被偏振器I反射的光在偏振方向上是一致的。然而，因為在LED52的發(fā)射面的紋理結(jié)構(gòu)60中發(fā)生漫反射，所以在于LED52上的反射期間，偏振光幾乎被消除。因此，被LED52反射以再次進入偏振器I的光的幾乎一半通過偏振器1，而其余部分再次被LED側(cè)反射。相應(yīng)地，在這個實施例的偏振LED5中，在偏振器I和LED52之間發(fā)生多重反射。這意味著來自偏振器I的反射光的再使用率大大地依賴于偏振器I的反射率。因此，使用根據(jù)這個實施例的偏振器I使得能夠通過增加偏振器I的反射率而顯著地增加光使用效率。如上在該實施例中所述，通過使用鋁層和銀層、或者鋁層和金層或銅層，能夠減少在線柵偏振器中的損失。然而，由于以下原因，當應(yīng)用實施例的結(jié)構(gòu)時，理想的是在特定或者更高波長下使用該結(jié)構(gòu)。當光進入實施例等的線柵結(jié)構(gòu)時，在特定波長下發(fā)生明顯的吸收，因此大大地降低了透射率和反射率。這個波長從細金屬線中的一種金屬材料到另一種地改變。然而，在鋁層的情形中，該波長處于比可見光區(qū)域足夠短的一側(cè)上，并且因此只要在可見光區(qū)域中使用偏振器便幾乎不存在任何影響。在另一方面，在銀層、金層或者銅層的情形中，該波長位于可見光區(qū)域附近，或者可能進入可見光區(qū)域。圖23不出在根據(jù)第一實施例的偏振器I中的透射率和反射率的波長依賴性，該偏振器I包括具有鋁層15和銀層16的細金屬線13。為了與這個實施例比較，圖23B示出在僅具有鋁層的偏振器中透射率和反射率的波長依賴性。這個計算是關(guān)于垂直入射的情形的。在根據(jù)第一實施例的偏振器I中，在大約370nm到380nm的波長的范圍中，TM光的透射率大大地降低。這種現(xiàn)象限制了使得實施例的結(jié)構(gòu)相對于包括僅由鋁層制成的細金屬線的偏振器有利的波長。使得透射率最小的這種波長依賴于與銀層接觸的物質(zhì)的折射率。這個折射率越高，波長越長。當銀層與真空接觸時(基本類似于空氣的情形)，波長是短的。在這種情形中，當波長是480nm以上時，實施例的結(jié)構(gòu)的透射率等于僅由鋁層制成的結(jié)構(gòu)的透射率。TE光的反射率的最小值依賴于比TM光的透射率的最小值更短的短波長范圍。然而，當與透射率相比較時，即使當波長更長時，反射率也趨向于緩慢地增加。這個趨勢還影響在可見區(qū)域中的特性。在偏振器I中，根據(jù)第一實施例，當波長是470nm以上時，TE光的反射率等于包括僅由鋁層制成的細金屬線的偏振器的反射率。因此，當波長是480nm以上時，包括通過堆疊鋁層和銀層形成的細金屬線的偏振器相對于包括僅由鋁層制成的細金屬線的偏振器是有利的。類似地，相對于包括僅由鋁層制成的細金屬線的結(jié)構(gòu)，根據(jù)第三和第四實施例的、包括使用金層和銅層的細金屬線的結(jié)構(gòu)分別地在600nm以上和630nm以上的波長下是有利的。相應(yīng)地，當與LED相組合地使用根據(jù)第三和第四實施例的偏振器時，如在第五實施例的情形中，理想的是使得從LED發(fā)射的光的中心波長等于或者大于前述波長。已經(jīng)描述了實施例。然而本發(fā)明不限于該實施例。能夠在不偏離本發(fā)明的主旨的情況下作出各種改變。例如，在該實施例中，使用了鋁、銀、金和銅作為用于包括在偏振器中的細金屬線的金屬層的材料。然而，能夠使用包含它們作為主要成分的合金。此外，能夠使用通過堆疊三種或者更多類型的這種金屬層形成的細金屬線。例如，能夠使用通過在鋁層上堆疊銀層和在銀層上堆疊另一種金屬層而形成的細金屬線。能夠在不影響偏振器的特性的范圍內(nèi)添加其它金屬層。例如，在第一實施例中，能夠在構(gòu)成細金屬層13的鋁層15和銀層16之間插入具有Inm厚度的鉻金屬層。此外，能夠在與細金屬線的側(cè)端面平行的側(cè)端面，S卩，堆疊方向上堆疊其它金屬層。例如，在第一實施例中，能夠在鋁層15的端表面和在與細金屬線13的堆疊方向平行的表面上的銀層16的端表面和另一個表面上以大約O. 5nm的厚度形成極薄的金覆蓋層。第五實施例涉及通過將偏振器I與LED52組合而配置的偏振LED52。然而，能夠?qū)⒅T如波長板的其它光學構(gòu)件添加到該配置。例如，在第五實施例中，波長板能夠被設(shè)置在偏振器I和LED52之間。已經(jīng)描述了本發(fā)明 的實施例。然而，本發(fā)明不限于該實施例。能夠在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下對于本發(fā)明的配置和細節(jié)作出本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的各種改變。該申請要求在2010年8月2日提交的日本專利申請No. 2010-173475的優(yōu)先權(quán)，其由此在這里通過引用以整體并入。附圖標記I 偏振器11線柵結(jié)構(gòu)12玻璃基板13細金屬線15鋁層16銀層
權(quán)利要求
1.一種偏振器,包括 線柵結(jié)構(gòu)，所述線柵結(jié)構(gòu)具有被布置成在一個方向上延伸的多根細金屬線， 其中， 通過堆疊包含鋁的第一金屬層和包含來自金、銀和銅中的一種元素的第二金屬層來形成所述細金屬線，并且所述第二金屬層被設(shè)置在輸入光所進入的所述線柵結(jié)構(gòu)的一側(cè)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振器，其中， 與所述第一金屬層的、相對于所述第一金屬層和所述第二金屬層相接觸的表面相反的表面相接觸的物質(zhì)的折射率高于與所述第二金屬層的、相對于所述第二金屬層和所述第一金屬層相接觸的表面相反的表面相接觸的物質(zhì)的折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的偏振器，進一步包括 基板， 其中， 所述第一金屬層和所述第二金屬層依次堆疊在所述基板的一個平面上。
4.一種發(fā)光裝置，包括 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的偏振器；和 發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管使得所述偏振器設(shè)置在發(fā)射面上， 其中， 被所述偏振器反射的光的至少一部分進入所述發(fā)光二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其中， 所述偏振器的所述第二金屬層包含銀，并且 從所述發(fā)光二極管發(fā)射的光的中心波長是480nm以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其中， 所述偏振器的所述第二金屬層包含金，并且 從所述發(fā)光二極管發(fā)射的光的中心波長是600nm以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其中， 所述偏振器的所述第二金屬層包含金，并且 從所述發(fā)光二極管發(fā)射的光的中心波長是630nm以上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種線柵結(jié)構(gòu)(11)，在該線柵結(jié)構(gòu)(11)中具有被布置成在一個方向上延伸的多根細金屬線。細金屬線(13)中的每一個包括鋁層(15)和銀層(16)的層疊。銀層(16)被布置在輸入光所進入的線柵結(jié)構(gòu)(11)的一側(cè)上。
文檔編號G02B5/30GK103052900SQ20118003803
公開日2013年4月17日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者尚文鈴木 申請人:日本電氣株式會社