專利名稱：偏振性衍射型濾光片及疊層偏振性衍射型濾光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠通過同時使用偏振片、旋光片、移相片等的偏振元件來改變透射波長的偏振性衍射型濾光片，以及疊層偏振性衍射型濾光片而得到的疊層偏振性衍射型濾光片。
背景技術(shù)：
作為有選擇性地使特定波長透射的濾光片，一般廣泛地使用介質(zhì)多層膜濾光片、以及使顏料分散的濾色器等。另外，作為更簡便地實現(xiàn)與這些相同功能的裝置，提出了一種使用衍射光柵的波長選擇濾光片。這種波長選擇濾光片是設(shè)置了形成在透明基板上的周期性的凹凸的裝置，因為該凹部與凸部的對于入射光的位相差為特定波長的整數(shù)倍，所以對于上述特定的波長，能夠得到很高的透射特性。
另外，例如在特開2000-348366號中敘述了一種利用這個波長選擇濾光片的衍射型二向色性濾光片(波長選擇濾光片)，。如果根據(jù)該專利文獻，則該衍射型二向色性濾光片，對于光源中使用振蕩波長為660nm及790nm的2種半導(dǎo)體激光器的光學(xué)頭裝置，由于凹凸高低平面差引起的入射光的位相差為660nm的大概2倍，所以波長660nm的光透射，同時由于波長為790nm的光發(fā)生衍射，而能夠起到作為遮光(以下稱為衍射遮光)濾光片的作用。
但是，在上述衍射型濾光片中，透射及衍射的波長是通過由衍射光柵的深度決定的位相差唯一決定的，不能自由地改變(切換)透射的波長。另外，即使對于上述介質(zhì)多層膜濾光片及使顏料分散的濾色器，透射的波長也是固定的，不可能改變(切換)需要波長的光進行透射。
另外，被衍射型濾光片衍射遮光的特定波長的光相對于透射波長的光，根據(jù)衍射光的波長λ與衍射光柵的凹凸的周期P，以下式的關(guān)系所決定的衍射角θ進行分離。
sinθ＝λ/P
因此，如果想要確保這個衍射分離角很大，則光柵周期必須減小，但是在光柵周期減小的情況下，同時會產(chǎn)生對于透射波長的光的透射率降低的問題。
本發(fā)明正是鑒于上述問題而提出的，目的在于提供一種偏振性衍射型濾光片，其具有高透射率及衍射遮光性，而且能夠使透射波長變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示了下述內(nèi)容。
1.提供了一種偏振性衍射型濾光片，其特點是入射2種以上的峰值波長不同的光，同時在上述2種以上的光之中，至少有1種峰值波長的光由于衍射而遮光，其它的峰值波長的光發(fā)生透射，上述偏振性衍射型濾光片是在透明基板上形成構(gòu)成衍射光柵的周期性的凹凸部，同時對凹部填充光學(xué)構(gòu)件，而且構(gòu)成上述凹凸部的構(gòu)件或者填充該上述凹部的光學(xué)構(gòu)件之中，至少有1個包含液晶性材料。
如果為上述結(jié)構(gòu)，則具有在透明基板上形成的周期性的凹凸部而構(gòu)成凸部的材料或者填充凹部的材料的一部分，是以有雙折射性的液晶材料構(gòu)成的，通過這樣能夠改變透射波長。
2.上述1的偏振性衍射型濾光片上述液晶性材料的表現(xiàn)出非常光折射率的液晶分子的取向軸方向是在上述衍射光柵的附近，與上述衍射光柵的縱向平行。
如果為上述結(jié)構(gòu)，則因為使表示液晶性材料的非常光折射率的取向軸與光柵的縱向平行，所以能夠利用光柵壁面對于液晶性材料的取向限制力來使液晶分子取向。
3.上述1或者2中的偏振性衍射型濾光片構(gòu)成上述衍射光柵的凹凸部是利用在透明基板上形成的薄膜來形成的。
如果為上述結(jié)構(gòu)，則由于衍射光柵的凹凸部是通過在透明基板上形成的薄膜來形成的，所以能夠由具有與透明基板不同的任意折射率的材料來形成，能夠擴大光學(xué)構(gòu)件的選擇范圍。
4.形成疊層偏振性衍射型濾光片，使衍射光柵相對向疊層上述1、2或者3中所述的偏振性衍射型濾光片，上述光學(xué)構(gòu)件包含液晶性材料，同時填充在上述相對的衍射光柵之間，上述相對的衍射光柵的縱向相互垂直那樣配置，從而形成疊層偏振性衍射型濾光片。
如果為上述結(jié)構(gòu)，則因為2個衍射光柵的配置為衍射方向垂直，所以在第1入射的衍射光柵上產(chǎn)生的衍射光，利用第2入射的衍射光柵進一步衍射產(chǎn)生的衍射光，沿與透射光不同的方向前進。根據(jù)這個，通過使用2塊偏振性衍射型濾光片，能夠抑制遮光波長的透射率，從而使與透射波長的消光比增大。
5.上述4中的疊層偏振性衍射型濾光片配置上述光學(xué)構(gòu)件，使得上述光學(xué)構(gòu)件包含的液晶性材料的表現(xiàn)出非常光折射率的液晶分子的取向軸方向繞垂直于上述透明基板面的方向旋轉(zhuǎn)90度。
如果為上述結(jié)構(gòu)，則因為在衍射光柵之間的液晶能夠起到作為旋光片的作用，因此垂直的2個衍射光柵的偏振特性實質(zhì)上相同，通過疊層能夠提高消光比，同時能夠抑制衍射雜光的影響。
6.上述4或者5中的疊層偏振性衍射型濾光片具有至少在所述衍射光柵的凹部上形成的透明導(dǎo)電膜，形成所述透明導(dǎo)電膜，使得能夠向與所述透明基板垂直或者與所述衍射光柵縱向垂直的方向上施加電壓，驅(qū)動所述液晶性材料。
如果為上述結(jié)構(gòu)，則因為利用向內(nèi)置的電極上施加的電壓能夠驅(qū)動液晶，所以能夠成為內(nèi)置具有使偏振光變化的功能的元件、使透射波長變化的衍射濾光片。特別是，向與上述衍射光柵的光柵縱向垂直的方向上，即向與衍射光柵的衍射方向平行的方向上施加電壓的情況下，因為液晶性材料的表現(xiàn)出非常光折射率的取向軸在面內(nèi)變化，所以能夠在不施加電壓時選擇透射波長。
7.疊層偏振性衍射型濾光片是疊層第1偏振性衍射型濾光片及第2偏振性衍射型濾光片，從而形成疊層偏振性衍射型濾光片，第1及第2偏振性衍射型濾光片是上述1、2或者3中的偏振性衍射型濾光片，對于具有相互垂直的偏振方向的第1及第2直線偏振光，第1偏振性衍射型濾光片使第1直線偏振光實質(zhì)上完全透射，同時使第2直線偏振光發(fā)生衍射；第2偏振性衍射型濾光片使第1直線偏振光發(fā)生衍射，同時使第2直線偏振光實質(zhì)上完全透射。
如果為上述結(jié)構(gòu)，則因為是組合設(shè)置只對垂直的直線偏振光的一方起作用的衍射濾光片，所以能夠利用入射的全部偏振光，能夠提高利用效率。
8.疊層偏振性衍射型濾光片是疊層第1偏振性衍射型濾光片及第2偏振性衍射型濾光片，從而形成疊層偏振性衍射型濾光片，第1及第2偏振性衍射型濾光片是上述1、2或者3中的偏振性衍射型濾光片，第1偏振性濾光片對于峰值波長的光而產(chǎn)生的位相差是第2偏振性濾光片對于峰值波長的光而產(chǎn)生的位相差的實質(zhì)上2倍。
如果為上述結(jié)構(gòu)，則在波長取決于透射光的強度的關(guān)系中，能夠減少為半輻值。
另外，因為使用上述的衍射型濾光片，即使使用其中的任何的濾光片來作為構(gòu)成元件使用，能夠成為價格便宜且設(shè)計自由度大的光學(xué)頭裝置以及圖像處理裝置。
如果采用本發(fā)明，則填充在透明基板上形成的周期性的凹凸部或者凹凸部的凹部的填充部分中的至少一部分，由于是以具有雙折射性的液晶性材料構(gòu)成，所以能夠使透射峰值波長變化。


圖1表示的是本發(fā)明第1實施形態(tài)中的疊層偏振性衍射型濾光片元件的結(jié)構(gòu)例子的立體圖。
圖2表示的是本發(fā)明第2實施形態(tài)中的疊層偏振性衍射型濾光片元件的結(jié)構(gòu)例子的立體圖。
圖3表示的是本發(fā)明的疊層偏振性衍射型濾光片的透射特性的曲線圖。
圖4表示的是本發(fā)明第3實施形態(tài)中的疊層偏振性衍射型濾光片元件的結(jié)構(gòu)例子的立體圖。
圖5表示的是本發(fā)明第3實施形態(tài)中的疊層偏振性衍射型濾光片元件的結(jié)構(gòu)例子的立體圖。
圖6表示的是本發(fā)明第3實施形態(tài)中的疊層偏振性衍射型濾光片的透射特性的曲線圖。
標號說明10、20、30、40疊層偏振性衍射型濾光片11、13、21、23、31、33、41、43透明基板12、22、24、32、34、42、44衍射光柵14、25、35、45透明導(dǎo)電膜15、26、36、46液晶具體實施方式
以下，參照附圖來詳細地說明關(guān)于本發(fā)明的實施形態(tài)。而且在下面，峰值波長僅僅用「波長」來表示。這里，峰值波長意味著在波長分布光譜中成為峰值的波長。
在以下的說明中，與偏振性衍射型濾光片相對地疊層衍射光柵，從而以疊層偏振性衍射型濾光片作為對象。
(第1實施形態(tài))圖1表示的是本發(fā)明第1實施形態(tài)中的疊層偏振性衍射型濾光片元件的結(jié)構(gòu)例子的立體圖，該疊層偏振性衍射型濾光片10，在折射率為nS的玻璃等透明基板11上形成周期性的凹凸深度為d的衍射光柵12。在衍射光柵12上形成由ITO等薄膜來形成的透明導(dǎo)電膜14。同樣地，在表面形成ITO作為透明導(dǎo)電膜14，作為相對的透明基板13。在透明基板11及13的單面上形成沒有圖示的取向膜，在與衍射光柵12的光柵縱向平行的方向，即在與衍射光柵的衍射方向垂直的方向上實施取向處理。另外如下所述，在與透明導(dǎo)電膜14相對的透明基板11、13之間的空間填充液晶性材料(液晶)15，從而構(gòu)成液晶單元。
下面，說明本實施例的疊層偏振性衍射型濾光片10的制造方法。
(1)首先，準備折射率為nS的玻璃等透明基板11。然后在其單面上利用光刻法形成周期性的凹凸深度為d的衍射光柵12。
本實施例的衍射光柵12可以是直接加工透明基板11，也可以是加工在透明基板11上形成的無機膜或有機膜。在使用同種材料時，最好形成衍射光柵12的材料的折射率不在使用的液晶性材料的非常光折射率ne到尋常光折射率no的范圍內(nèi)，這是由于通過中間電壓下折射率一致，不發(fā)生不產(chǎn)生衍射的狀態(tài)。特別是，最好是比非常光折射率ne高、且比尋常光折射率no低的折射率，但是最好使用與液晶性材料的折射率足夠分離的折射率的材料，能夠使光柵的深度變淺。
另外，作為高折射率材料，能夠使用TiO2、Ta2O5、Nb2O5等，作為低折射率材料，除了SiO2、MgF2等，還可以使用由于對于波長有足夠小的空穴而形成有效的低折射率的材料。
為了抑制由于與使用的透明基板11的折射率之差而產(chǎn)生的界面反射(菲涅耳反射)損失所引起的透射率降低，最好使用低折射率材料。
另外，形成衍射光柵12的材料(構(gòu)件)不一定要由單一的材料組成的一樣的折射率，也能夠由多種材料來組成。例如，也可以將由折射率之差產(chǎn)生的位相分解為固定部分與可變部分，作為固定部分是由折射率差取得較大的高折射率材料與低折射率材料的組合而來產(chǎn)生一定的位相，作為可變部分則使用液晶材料與中間折射率材料的組合。
在這種情況下，最好利用液晶的驅(qū)動來增加設(shè)定變化的位相范圍的自由度。另外，也能夠以介質(zhì)多層膜用作為光柵材料，也能夠以優(yōu)化疊層結(jié)構(gòu)來設(shè)計透射率、有效折射率等與波長的相對關(guān)系。
另外，作為光柵材料也能夠加工具有雙折射性的液晶性高分子來使用。在這種情況下，光柵凹部能夠用作為光學(xué)構(gòu)件、從包含空氣的低折射率材料到高折射率材料的各種各向同性材料填充。再者，因為對光柵凹部填充具有雙折射性的液晶，所以對于凸部及凹部中的任何一部分也都可以是使用雙折射性材料的結(jié)構(gòu)。
另外，在用透明基板11上形成的材料來形成光柵時，能夠在光柵的凹凸部的下部(底面)、上部(上面)的任何一個面上，形成構(gòu)成透明電極的透明導(dǎo)電膜14。但是，為了抑制由于形成光柵凸部的材料而引起的施加電壓降低，最好只在光柵最上面及底面、即在凹凸部的表面上形成電極，這樣向液晶施加的電壓不會降低，在被透明基板夾住的均勻液晶層很難發(fā)生位相調(diào)制。
另外，在用透明基板11上形成的材料來形成光柵時，如上述中表現(xiàn)的凹凸部的下部一樣，也能夠在形成光柵的薄膜的下面同樣地配置構(gòu)成透明電極的透明導(dǎo)電膜14，在被透明基板夾住的均勻液晶層的厚度足夠大、光柵部件相對于均勻液晶層產(chǎn)生的電壓降的影響很小時，施加的電壓的均勻性好，工藝也簡便，這是所希望的。
(2)然后，在透明基板11的形成衍射光柵12的一個單面上以及透明基板13的與衍射光柵12相對的單面上，分別形成沒有圖示的取向膜，在與(衍射光柵12的)光柵縱向平行的方向上實施取向處理之后，為了維持期望的間隔，而使用包含沒有圖示的隔件的周圍密封，從而粘接兩個透明基板11及13。
(3)之后，在兩個透明基板11與13之間的空間中，注入非常光折射率為ne、尋常光折射率為no(這里ns≠ne≠no)的液晶性材料15，形成使用液晶的疊層偏振性衍射型濾光片10。另外，作為液晶性材料15，要使用在液晶分子內(nèi)有聚合基的液晶，也能夠使用以紫外線照射等方法來聚合固化的液晶。在這種情況下，也可以通過以另外設(shè)置的位相片及旋光片等來切換偏振狀態(tài)，同樣地切換透射波長及衍射波長。
在本實施形態(tài)的疊層偏振性衍射型濾光片10中，當在透明導(dǎo)電膜14之間不施加電壓的時候，設(shè)入射了波長為λ、與光柵的縱向平行的直線偏振光。這種情況下，如果使用透明基板11的折射率ns、以及與液晶性材料15的光柵平行的非常光折射率ne，則決定透射光相對于向上述的液晶單元的周期性的凹凸界面入射的直線偏振光的透射率的位相差Φ，由(1)式來決定。
Φ＝2π·(ne-ns)·d/λ…(1)式中，d凹凸深度另一方面，通過向透明導(dǎo)電膜14施加矩形交流電，驅(qū)動液晶，則相對于上述直線偏振光的非常光折射率ne向著尋常光折射率no連續(xù)地變化。因此，決定相對于入射直線偏振光的透射率的位相差Φ能夠向著(2)式表示的位相差Φ連續(xù)地變化。
Φ＝2π·(no-ns)·d/λ…(2)通過調(diào)整向透明導(dǎo)電膜14施加的電壓，例如，相對于V0、V1、V2的施加電壓的位相差能夠為2πλ1/λ、2πλ2/λ、2πλ3/λ，起到作為疊層偏振性衍射型濾光片的作用，即在施加的電壓為V0、V1、V2時，該衍射光柵透射的波長變?yōu)棣?、λ2、λ3。另外，以同樣施加的電壓也能夠切換衍射遮光的波長。
(第2實施形態(tài))然后，參照圖2來說明關(guān)于本發(fā)明第2實施形態(tài)的疊層偏振性衍射型濾光片20。
該疊層偏振性衍射型濾光片20的不同之處在于，在透明基板21與23相對的面上，分別形成與本發(fā)明第1實施形態(tài)的疊層偏振性衍射型濾光片10相同的衍射光柵22、24，使光柵的縱向相互垂直地疊層。
也就是說，本實施形態(tài)的疊層偏振性衍射型濾光片20的結(jié)構(gòu)是在相對的透明基板23上也配置與在透明基板21上形成的衍射光柵22結(jié)構(gòu)實質(zhì)上相同的衍射光柵24。該衍射光柵22、24與第1實施形態(tài)相同，因為是在與光柵平行的方向上實施取向處理，所以液晶的取向大約扭曲90度(旋轉(zhuǎn))，也同時具有作為旋光片的功能。
這里，液晶的取向意味著液晶分子的取向。以下也一樣。
在2塊透明導(dǎo)電膜25之間不施加電壓時，設(shè)以波長λ的與光柵的縱向平行的直線偏振光作為入射光的情況下，設(shè)置在透明基板21上的衍射光柵22與第1實施形態(tài)相同，構(gòu)成以透明基板21的折射率ns、以及液晶性材料26的與光柵縱向平行的非常光折射率ne形成的透射特性。利用透明基板21與相對的透明基板23之間的液晶的取向方向的扭曲(旋轉(zhuǎn))，入射直線偏振光旋轉(zhuǎn)大約90度。結(jié)果，即使是在相對的透明基板23的衍射光柵24上，也與透明基板21相同，構(gòu)成以透明基板23及液晶性材料26的與光柵縱向平行的非常光折射率ne形成的透射特性。
結(jié)果，例如在透明導(dǎo)電膜25之間施加電壓V0時，設(shè)第1實施形態(tài)的單一的衍射光柵12的透射率，例如對于波長λ1、λ2、λ3，分別為T1、T2、T3(T1＞T2＞T3)，則在第2實施形態(tài)的情況下，分別為T12、T22、T32(T12＞＞T22＞＞T32)，能夠改善透射波長的光與衍射遮光波長的光之間的消光比。另外，如果施加的電壓足夠大，則液晶的取向方向垂直于透明基板21、23，雖然液晶單元沒有了作為旋光片的功能，但是兩者的衍射光柵22、24同時構(gòu)成以透明基板21、23的折射率ns與液晶性材料的尋常光折射率no形成的透射特性，同樣能夠提高消光比。
圖3表示的是本實施形態(tài)中的濾光片特性。圖3中的實線A表示的是沒有施加電壓的透射率。圖3中的點線B及虛線C分別表示在施加V1、V2的電壓(這里V1＜V2＝時的透射率。由圖3可知，由于施加電壓增大，透射波長移向短波波長一側(cè)。
(第3實施形態(tài))下面，參照圖4來說明關(guān)于本發(fā)明的第3實施形態(tài)的疊層偏振性衍射型濾光片30。
本實施形態(tài)的疊層偏振性衍射型濾光片30與第2實施形態(tài)不同，在透明基板31、33上形成的具有周期性的凹凸的衍射光柵32、34的形成材料的折射率是，對于一方的衍射光柵32(或者34)與非常光折射率相等，對于另一方的衍射光柵34(或者32)則與尋常光折射率相等。另外，在本實施形態(tài)中，液晶36的取向方向是，對于一方的衍射光柵32(或者34)與光柵的縱向平行，對于另一方的衍射光柵34(或者32)則與光柵的縱向垂直，這點也與第2實施形態(tài)不同。
接著，來說明本實施形態(tài)的疊層偏振性衍射型濾光片30的制作方法。
(1)首先，在透明基板31上，形成具有與使用的液晶性材料的尋常光折射率no實質(zhì)上相等的折射率的各向同性材料膜，利用光刻法，形成由具有與使用的液晶性材料的尋常光折射率no實質(zhì)上相等的折射率的材料構(gòu)成的、周期性的凹凸的深度為d的第1衍射光柵32。另一方面，在與此相對的透明基板33上，形成具有與使用的液晶性材料的非常光折射率ne實質(zhì)上相等的折射率的各向同性材料膜，形成由具有與使用的液晶性材料的非常光折射率ne實質(zhì)上相等的折射率的材料構(gòu)成的、周期性的凹凸的深度為d的第2衍射光柵34。
(2)另外，在兩者的衍射光柵32、34的凹凸上，與第1、第2實施形態(tài)相同，分別在各透明基板31、33的相對的面上形成透明導(dǎo)電膜35。對于衍射光柵32，在與光柵方向平行的方向上實施取向處理，對于相對的透明基板33上的衍射光柵34，則實施與光柵方向垂直的取向處理。
(3)接著，與第2實施形態(tài)相同，將2塊相對的透明基板31、33在光柵方向?qū)嵸|(zhì)上垂直的狀態(tài)下，保持規(guī)定的空間來粘接兩者的透明基板31、33之后，注入非常光折射率為ne、尋常光折射率為no的液晶性材料，作為液晶單元。
在本實施形態(tài)的疊層偏振性衍射型濾光片30中，當不向2個透明導(dǎo)電膜35之間的液晶施加電壓之時，在以波長為λ的與第1衍射光柵32的光柵方向平行的直線偏振光入射時，對于第1衍射光柵32，它對于入射的直線偏振光的透射率，其位相差為Φ＝2π·(ne-ns)·d/λ，對于第2衍射光柵34，其位相差大約為零。另一方面，在將波長為λ的與第1衍射光柵32的光柵方向垂直的直線偏振光作為入射光時，對于第1衍射光柵32，其位相差大約為零，對于第2衍射光柵34，其位相差為Φ＝2π·(ne-ns)·d/λ。
另一方面，通過向液晶施加電壓，因為衍射光柵32與衍射光柵34的位相差表現(xiàn)出大約相等的變化，所以對于入射光的全部的偏振狀態(tài)相同，能夠改變位相差即透射率。
在以上說明的本發(fā)明的第1至第3實施形態(tài)中，因為用光刻法形成衍射光柵，所以也可以在光入射的區(qū)域中只有特定的一部分設(shè)置濾光片，也容易根據(jù)不同區(qū)域改變光柵的縱向、深度、周期等。
另外，第1至第3實施形態(tài)的衍射濾光片，例如能夠配置在同時使用波長405nm頻帶、660nm頻帶、790nm頻帶的光的光盤裝置的光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)來使用，能夠用作為對于有效區(qū)域的全部或者一部分使得使用的波長的光透射、而衍射遮光不使用的波長的光的波長選擇濾光片。
另外，對于使用可視區(qū)域的光的圖像顯示裝置及圖像讀入裝置，能夠用作為例如對于波長450nm頻帶、550nm頻帶、650nm頻帶的藍、綠、紅光起作用的可變?yōu)V光片。
(第4實施形態(tài))
下面，參照圖5來說明關(guān)于本發(fā)明的第4實施形態(tài)的疊層偏振性衍射型濾光片40。
本發(fā)明第2實施形態(tài)的疊層偏振性衍射型濾光片20(參照圖2)使用具有實質(zhì)上相同的特性的衍射光柵22、24，而該疊層偏振性衍射型濾光片40與它不同，其不同點是，在透明基板41、43相對的面上分別形成特性不同的衍射光柵42、44，光柵的縱向相互垂直而相對疊層。
也就是說，本實施形態(tài)的疊層偏振性衍射型濾光片40的結(jié)構(gòu)是，在相對的透明基板43上，還配置由于結(jié)構(gòu)與在透明基板41上形成的衍射光柵42不同而特性不同的衍射光柵44。該衍射光柵42、44與第1實施形態(tài)相同，通過在與光柵平行的方向上實施取向處理，所以與第2實施形態(tài)的疊層偏振性衍射型濾光片20相同，液晶的取向為大約扭曲90度(旋轉(zhuǎn))，同時還具有作為旋光片的功能。
當不向2塊透明導(dǎo)電膜45之間施加電壓時，當將波長λ的與光柵的縱向平行的直線偏振光作為入射光時，對于設(shè)置在透明基板41上的衍射光柵42，與第1實施形態(tài)相同，構(gòu)成以透明基板41的折射率ns、以及與液晶性材料46的光柵縱向平行的非常光折射率ne形成的透射特性。利用在透明基板41與相對的透明基板43之間的液晶的取向方向的扭曲(旋轉(zhuǎn))，使入射直線偏振光旋轉(zhuǎn)大約90度。結(jié)果，即使是在相對的透明基板43的衍射光柵44中，也與透明基板41相同，構(gòu)成以透明基板43及與液晶性材料46的光柵縱向平行的非常光折射率ne形成的透射特性。
決定透射光相對于向液晶單元的周期性的凹凸界面入射的直線偏振光的透射率的位相差Φ與第1實施形態(tài)相同，通過施加電壓，則由1式向2式變化。通過適當?shù)剡x定衍射光柵42、44的光柵深度，例如在為V0、V1、V2的施加電壓時的位相差，對于第1衍射光柵來說，能夠是2πλ1/λ、2πλ2/λ、2πλ3/λ，對于第2衍射光柵來說，能夠是2×(2πλ1/λ)、2×(2πλ2/λ)、2×(2πλ3/λ)。在這種情況下，在某透射波長的周圍，第2衍射光柵的對于透射光譜的波長的半輻值比第1衍射光柵的透射光譜的波長的半輻值要小，提高了色純度。其效果是，雖然第1衍射光柵的位相差與第2衍射光柵的位相差不必相等，只要是使任何一方成為透射的波長的整數(shù)倍即可，但是在抑制透射率的下降、以及位相差以波長的整數(shù)倍增加時，為了能夠抑制目的透射波長以外的波長發(fā)生的透射峰值的數(shù)量，位相最好要小，以上述的理由，2個衍射光柵的位相差最好為透射波長的1倍及2倍的組合。
作為這樣的組合的位相差的結(jié)果，例如在向2個透明導(dǎo)電膜45之間施加電壓V0時，例如對于波長λ1、λ2、λ3，若設(shè)第1衍射光柵42的透射率分別為T11、T21、T31；例如對于波長λ1、λ2、λ3，若設(shè)第2衍射光柵44的透射率分別為T12、T22、T32，則在第4實施形態(tài)的情況下，元件透射后的特性分別為T11×T12、T21×T22、T31×T32。通過適當?shù)卦O(shè)定第1衍射光柵與第2衍射光柵的透射特性，比較第1實施形態(tài)與第2實施形態(tài)所得的特性，能夠提高消光比，能夠提高波長λ1、λ2、λ3之間的對比度。圖6表示的是本實施形態(tài)的濾光片特性的一個例子。圖6中的點線A表示第1衍射光柵的透射率，虛線B表示第2衍射光柵的透射率。由于2個衍射光柵的光柵縱向互相垂直地疊層，圖6中以實線C來表示透射率，可知在透射峰值波長周圍的半輻值變窄。
實施例以下舉出實施例來更加具體地說明本發(fā)明。
「例1」在本實施例中，參照圖1來說明與第1實施形態(tài)相關(guān)的疊層偏振性衍射型濾光片10的具體的制作方法。
作為透明基板11，使用折射率為1.46的石英玻璃基板，在該石英玻璃基板的表面上，利用光刻法，以光柵周期為10μm來形成深2μm的衍射光柵12。接著，作為透明導(dǎo)電膜14，是用濺射法，在衍射光柵12上以及對面的透明基板13上形成厚度為20nm的ITO膜。然后，在涂敷聚酰亞胺樹脂后，進行燒結(jié)，利用摩擦實施取向處理，使得取向方向與光柵12的方向平行，作為沒有圖示的取向膜。再然后，在透明基板13的周邊，印刷含有沒有圖示的10μm的玻璃纖維隔件的環(huán)氧樹脂的周邊密封，通過熱壓接來與透明基板11粘接，從而形成液晶單元，使得相對的取向方向平行。在該單元中，用真空注入法注入封接非常光折射率為1.76、尋常光折射率為1.51的液晶15，形成疊層偏振性衍射型濾光片10。
如果為該衍射濾光片10，則對于與光柵的縱向平行的直線偏振光的入射光，而該入射光透過了設(shè)置在衍射型濾光片10的前側(cè)位置上的沒有圖示的偏振片，這時在不向透明導(dǎo)電膜14之間施加電壓的狀態(tài)下，對于波長為650nm的光的透射率高達85％以上，對于波長為450nm的光的透射率低于15％。
另一方面，通過在透明電極14之間施加頻率為1kHz的矩形交流電壓以使其變化，則透射的波長的峰值慢慢地移向短波長一側(cè)，施加大約3V的電壓，則波長為450nm的光有85％以上透射，而波長為650nm的光的透射率在15％以下。對于隨機入射的偏振光的利用率，雖然使用設(shè)置在前側(cè)位置的偏振片會使光量減半，但是大約得到了透射波長的40％。
「例2」在本實施例中，參照圖4來說明先前所說的與第3實施形態(tài)相關(guān)的疊層偏振性衍射型濾光片30的具體的制作方法。
作為透明基板31，使用折射率為1.51的玻璃基板，以等離子體CVD法形成調(diào)整了組成比的厚度為2.6μm的SiON膜，使得與在該表面上使用的液晶材料的尋常光折射率1.51實質(zhì)上相等。在相對的透明基板33的表面上同樣形成調(diào)整為不同組成比的厚度為2.6μm的SiON膜，使得與使用的液晶材料的非常光折射率1.76實質(zhì)上相等。
對于兩種SiON膜，通過光刻法來形成光柵周期為25μm、深2.6μm的衍射光柵32及34。作為透明導(dǎo)電膜35，是以濺射法在衍射光柵32及34的上面形成厚度20nm的ITO膜。然后，作為沒有圖示的取向膜，是涂敷聚酰亞胺樹脂再燒結(jié)，并利用摩擦實施取向處理，使得取向方向相對于衍射光柵32是與光柵的縱向平行，而對于衍射光柵34是與光柵的縱向垂直。
然后，在透明基板33的周邊，印刷含有沒有圖示的10μm的玻璃纖維隔件的環(huán)氧樹脂的周邊密封，通過熱壓接來粘接兩個透明基板31、33，從而形成液晶單元，使得相對的取向方向平行。在該單元中，用真空注入法注入封接非常光折射率為1.76、尋常光折射率為1.51的液晶36，形成疊層偏振性衍射型濾光片30。
因為衍射光柵32及34對于垂直的直線偏振光獨立地起作用，所以對于隨機偏振光的入射，在不施加電壓的狀態(tài)下，對于波長為650nm的光的透射率高達85％以上，而對于波長為450nm的光的透射率在10％以下。通過向2個透明導(dǎo)電膜35之間施加頻率為1kHz的矩形交流電壓，則透射的波長的峰值慢慢地移向短波長一側(cè)，施加大約2.5V的電壓，則波長為450nm的光的透射率為85％以上，波長為650nm的光的透射率為10％以下。與例1不同，由于不使用配置在前側(cè)的偏振片，對于透射波長的利用率大約可以得到80％。
「例3」在本實施例中，參照圖5來說明先前所說的與第4實施形態(tài)相關(guān)的疊層偏振性衍射型濾光片40的具體的制作方法。
作為透明基板41，使用折射率為1.51的玻璃基板，在其表面上，同樣用濺射法來形成厚度為20nm的ITO膜，作為透明導(dǎo)電膜45。在透明導(dǎo)電膜45的上面，用真空蒸鍍法來形成折射率約為2.2、厚度為1.2μm的Ta2O5膜。在相對的透明基板43的表面上，也同樣依次地形成作為透明導(dǎo)電膜45的厚度為20nm的ITO膜，以及折射率約為2.2、厚度為2.4μm的Ta2O5膜。
對于兩者的Ta2O5膜，利用光刻法形成光柵周期2μm、深度1.2μm的衍射光柵42以及光柵周期2μm、深度2.4μm的衍射光柵44。然后，作為沒有圖示的取向膜，是涂敷使液晶沿照射的紫外線的偏振方向取向的聚乙烯肉桂酸鹽(polyvinyl cinamate)樹脂再燒結(jié)，并利用偏振紫外線照射實施取向處理，使得無論是對于衍射光柵42還是對于衍射光柵44，取向方向都與光柵的縱向平行。
然后，在透明基板43的周邊，印刷含有沒有圖示的10μm的玻璃纖維隔件的環(huán)氧樹脂的周邊密封，利用熱壓接來粘接透明基板41、43，從而形成液晶單元，使得相對的光柵的縱向與取向方向垂直。在該單元中，用真空注入法注入封接非常光折射率為1.76、尋常光折射率為1.51的液晶46，形成疊層偏振性衍射型濾光片40。
如果為疊層偏振性衍射型濾光片40，則對于與光柵的縱向平行的偏振方向的直線偏振光的入射光，而該入射光透過了設(shè)置在疊層偏振性衍射型濾光片40的前側(cè)位置上的沒有圖示的偏振片，這時在不向2個透明導(dǎo)電膜45之間施加電壓的狀態(tài)下，對于波長為450nm的光的透射率高達80％以上，而對于波長為550nm及650nm的光的透射率在10％以下。
另一方面，通過在透明電極45之間施加頻率為1kHz的矩形交流電壓以使其變化，則透射的波長的峰值慢慢地移向短波長一側(cè)，施加大約3V的電壓，波長為550nm的光有80％以上透射，而波長為450nm及650nm的光的透射率在10％以下。通過再進一步施加電壓，則波長為650nm的光的透射率80％以上，波長為450nm及550nm的光的透射率為10％以下。
另外，本發(fā)明并非被上述實施形態(tài)有任何限定，在不脫離宗旨的范圍內(nèi)能夠以各種形態(tài)進行實施。
工業(yè)上的實用性本發(fā)明由于透射或者衍射遮光的波長可變，因此用作為向使用多種波長的光盤進行信息的記錄或者再生的光學(xué)頭裝置、以及使用整個可見光區(qū)域的波長范圍的圖像顯示或者圖像處理裝置的元器件，所以裝置能夠簡單，可減少元器件的數(shù)量，達到小型、輕量化，并且便宜。
另外，在這里引用了于2004年7月29日提出的日本專利申請2004-221265號的說明書、權(quán)利要求的范圍、附圖以及說明書摘要的全部內(nèi)容，是用作為本發(fā)明的說明的揭示內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種偏振性衍射型濾光片，其特征在于，入射2種以上的峰值波長不同的光，同時在所述2種以上的光之中至少有1種峰值波長的光由于衍射而遮光，其它的峰值波長的光發(fā)生透射，所述偏振性衍射型濾光片是在透明基板上形成構(gòu)成衍射光柵的周期性的凹凸部，同時對凹部填充光學(xué)構(gòu)件，而且構(gòu)成所述凹凸部的構(gòu)件或者填充該所述凹部的光學(xué)構(gòu)件之中至少有1個包含液晶性材料。
2.如權(quán)利要求1中所述的偏振性衍射型濾光片，其特征在于，所述液晶性材料的表現(xiàn)出非常光折射率的液晶分子的取向軸方向，在所述衍射光柵的附近與所述衍射光柵的縱向平行。
3.如權(quán)利要求1中所述的偏振性衍射型濾光片，其特征在于，利用在透明基板上形成的薄膜，形成構(gòu)成所述衍射光柵的凹凸部。
4.一種疊層偏振性衍射型濾光片，其特征在于，對一對權(quán)利要求1、2或3中所述的偏振性衍射型濾光片進行疊層使衍射光柵相對向，從而形成疊層偏振性衍射型濾光片，所述光學(xué)構(gòu)件包含液晶性材料，同時填充在所述相對的衍射光柵之間，配置成所述對向的衍射光柵的縱向相互垂直。
5.如權(quán)利要求4中所述的疊層偏振性衍射型濾光片，其特征在于，配置所述光學(xué)構(gòu)件，使得所述光學(xué)構(gòu)件包含的液晶性材料的表示非常光折射率的液晶分子的取向軸方向繞垂直于所述透明基板面的方向旋轉(zhuǎn)90度。
6.如權(quán)利要求4或5中所述的疊層偏振性衍射型濾光片，其特征在于，所述光學(xué)元件包含的液晶性材料的表示出非常光折射率的液晶分子的取向軸方向，在對向的衍射光柵各自的附近與所述衍射光柵的縱向平行。
7.如權(quán)利要求4、5或6中所述的疊層偏振性衍射型濾光片，其特征在于，具有至少在所述衍射光柵的凹部上形成的透明導(dǎo)電膜，形成所述透明導(dǎo)電膜，使得能夠向與所述透明基板垂直或者與所述衍射光柵縱向垂直的方向上施加電壓，驅(qū)動所述液晶性材料。
8.一種疊層偏振性衍射型濾光片，其特征在于，對第1偏振性衍射型濾光片及第2偏振性衍射型濾光片進行疊層，從而形成疊層偏振性衍射型濾光片，第1偏振性衍射型濾光片及第2偏振性衍射型濾光片是權(quán)利要求1、2或3中的偏振性衍射型濾光片，對于具有相互垂直的偏振方向的第1直線偏振光及第2直線偏振光，第1偏振性衍射型濾光片使第1直線偏振光實質(zhì)上完全透射、同時使第2直線偏振光發(fā)生衍射，第2偏振性衍射型濾光片使第1直線偏振光發(fā)生衍射、同時使第2直線偏振光實質(zhì)上完全透射。
9.一種疊層偏振性衍射型濾光片，其特征在于，對第1偏振性衍射型濾光片及第2偏振性衍射型濾光片進行疊層，從而形成疊層偏振性衍射型濾光片，第1偏振性衍射型濾光片及第2偏振性衍射型濾光片是權(quán)利要求1、2或3中的偏振性衍射型濾光片，第1偏振性濾光片對于峰值波長的光而產(chǎn)生的位相差是第2偏振性濾光片對于峰值波長的光而產(chǎn)生的位相差的實質(zhì)上2倍。
全文摘要
提供一種可以改變透射或者衍射遮光的波長的疊層偏振性衍射型濾光片。該偏振性衍射型濾光片是有2個以上不同的峰值波長的光入射，同時利用衍射來遮去這2個光之中至少1個峰值波長的光，而其它的峰值波長的光發(fā)生透射，在透明基板(11)、(13)上，形成構(gòu)成衍射光柵的周期性的凹凸部(12)，同時向凹凸部(12)填充光學(xué)構(gòu)件的液晶性材料，從而構(gòu)成衍射型濾光片，疊層2個偏振性衍射型濾光片，使得偏振性衍射型濾光片的衍射光柵的縱向互相垂直，從而構(gòu)成疊層偏振性衍射型濾光片。
文檔編號G02B5/18GK1989441SQ200580025138
公開日2007年6月27日 申請日期2005年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者佐藤弘昌 申請人:旭硝子株式會社