CN103323901B

CN103323901B - 偏振元件以及偏振元件的制造方法

Info

Publication number: CN103323901B
Application number: CN201310092317.8A
Authority: CN
Inventors: 青田雅明
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: US9086543B2; JP5796522B2; US20130250412A1; CN103323901A; JP2013200339A

Abstract

本发明提供一种高温可靠性优异的线栅型偏振元件。本发明的偏振元件具备：多条金属细线（118A），其在基板（111A）的一个面（111B）上沿一个方向延伸；保护层（113），其设置在多条金属细线（118A）上；以及空洞部（118B），其由彼此相邻的两条金属细线（118A）、基板（111A）以及保护层（113）围成。金属细线（118A）的端部（120）在一个方向的剖面处具有正锥形形状，保护层（113）经由端部（120）从多条金属细线（118A）上延伸至基板的一个面（111B）。

Description

偏振元件以及偏振元件的制造方法

技术领域

本发明涉及通常被称为线栅偏振元件的偏振光分离元件。

背景技术

线栅偏振元件形成为在透明的基板上铺满了由金属形成的栅格的构造。线栅偏振元件最显著的特征是，栅格的间距比使用的波长小很多。

线栅偏振元件能够仅由无机物构成，因此，与使用了有机物的偏振元件相比具有由热量引起的恶化少的特征。然而，伴随着逐年投影仪的高亮度化，由配置在投影仪的光路上的无机偏振元件的温度上升所引起的高温可靠性成为问题。

调查的结果发现在高温保持无机偏振元件的情况下观测到的光学特性恶化是由在金属栅格（通常使用铝）的表面生成的热氧化膜引起的。

作为保护金属栅格的技术，在专利文献1中记载了通过斜向成膜法在金属栅格上设置保护层的技术。根据专利文献1，利用彼此相邻的两条金属细线、基板以及保护层形成了空洞部。

专利文献1：日本特开2007-17762号公报

然而，在通过专利文献1所记载的方法形成了保护层的情况下，由于空洞部的端部未被保护层覆盖，所以氧从空洞部的端部供给给空洞部的内部。因此，在高温环境下金属栅格可能会氧化。

发明内容

本发明为了解决上述课题的至少一部分而提出，能够作为以下的方式或者应用例来实现。

应用例1

本应用例所涉及的偏振元件的特征在于，具备：多条金属细线，其在基板的一个面上沿一个方向延伸；保护层，其设置在上述多条金属细线上；以及空洞部，其由该多条金属细线中彼此相邻的两条金属细线、该基板以及该保护层围成，上述多条金属细线各自的端部在上述一个方向的剖面处具有正锥形形状，上述保护层经由上述多条金属细线各自的端部从上述多条金属细线上延伸至上述基板的一个面。

根据本应用例，多条金属细线各自的端部在其延伸方向的剖面处具有正锥形形状，保护层经由多条金属细线各自的端部从多条金属细线上延伸至基板的一个面。因此，多条金属细线中彼此相邻的两条金属细线之间的空间成为由彼此相邻的两条金属细线、基板以及保护层围成的空洞部。由于难以从空洞部的外部向空洞部的内部供给氧，所以金属细线在暴露于高温环境中时，虽然开始会被氧化，但是逐渐变得难以氧化。因此，能够提供在暴露于高温环境中时金属细线的氧化少且特性恶化被抑制了的高温可靠性高的偏振元件。

应用例2

在上述的应用例中，特征在于上述空洞部的氧浓度低于空洞部外的氧浓度。

根据本应用例，由于空洞内的氧含量少，所以在暴露于高温环境中时的金属细线的初期氧化少。因此，能够提供特性恶化被抑制了的高温可靠性高的偏振元件。

应用例3

在上述的应用例中，特征在于在上述空洞部中封入有惰性气体。

根据本应用例，不使空洞内的气压保持为比空洞外的气压低的状态，就能够将空洞内的氧浓度抑制得较低。因此，能够抑制由空洞内外的气压差造成的保护层的破坏，由此能够提供特性恶化被抑制了的高温可靠性高的偏振元件。

应用例4

在上述的应用例中，特征在于上述多条金属细线以及多个上述空洞部被上述保护层和上述基板密封。

根据本应用例，由于多条金属细线以及多个上述空洞部被保护层和基板封闭，所以氧不从空洞部的外部供给给空洞部的内部。因此，金属细线在暴露于高温环境中时，虽然仅在初期氧化，但是伴随着氧的枯竭，氧化也停止。因此，能够提供在暴露于高温环境中时金属细线的氧化少、且特性恶化被抑制了的高温可靠性高的偏振元件。

应用例5

本应用例所涉及的偏振元件的制造方法的特征在于，上述偏振元件具备：多条金属细线，其在基板的一个面上沿一个方向延伸；保护层，其设置在上述多条金属细线上；以及空洞部，其由上述多条金属细线中彼此相邻的两条金属细线、上述基板以及上述保护层围成，上述多条金属细线各自的端部在该一个方向的剖面处具有正锥形形状，上述偏振元件的制造方法具有：金属膜形成工序，在上述基板的一个面上形成金属膜；抗蚀剂形成工序，在上述金属膜上形成条纹状的抗蚀剂图案；图案形成工序，将上述条纹状的抗蚀剂图案作为掩模来对上述金属膜进行蚀刻，从而形成上述多条金属细线；以及保护层形成工序，在上述多条金属细线上形成上述保护层，在上述金属膜形成工序中，按照使上述金属膜的端部具有正锥形形状的方式形成上述金属膜，在上述保护层形成工序中形成上述保护层，从而形成由上述两条金属细线、上述基板以及上述保护层围成的上述空洞部。

根据本应用例，可同时进行金属膜的制膜与金属膜的端部的正锥形加工。另外，由于多条金属细线各自的端部具有正锥形，所以保护层经由正锥形形状部分从多条金属细线以及多个空洞部上连续地被引导至基板的一个面上。因此，能够容易地将多条金属细线中彼此相邻的两条金属细线之间的空间形成为由彼此相邻的两条金属细线、基板以及保护层围成的空洞部。因此，不经过繁琐的工序就能够容易地形成在暴露于高温环境中时金属细线的氧化少，且特性恶化被抑制了的高温可靠性高的偏振元件。

应用例6

在上述的应用例中，特征在于，在保护层形成工序中，通过从与一个方向交叉并且相对于基板的一个面的法线倾斜的方向进行斜向蒸镀的方法形成保护层。

根据本应用例，能够容易地将多条金属细线中彼此相邻的两条金属细线之间的空间形成为由彼此相邻的两条金属细线、基板以及保护层围成的空洞部。

应用例7

在上述的应用例中，特征在于，在金属膜形成工序中，在膜源与基板之间设置掩模来通过蒸镀的方法在基板的一个面上形成金属膜，从而使金属膜的端部具有正锥形形状。

根据本应用例，能够容易地使金属膜的端部具有正锥形形状。

应用例8

本应用例的投影仪的特征在于，具备上述应用例中的任意一个例子所记载的偏振元件。

根据本应用例，能够实现具备了显示品质以及可靠性优异的偏振光学系统的投影仪。

应用例9

本应用例的电子设备的特征在于，具备上述应用例中的任意一个例子所记载的偏振元件。

根据本应用例，能够实现具备了显示品质以及可靠性优异的偏振光学系统的电子设备。

附图说明

图1是表示第一实施方式的偏振元件的图。

图2是表示第一实施方式的偏振元件的制造工序的流程图。

图3是表示第一实施方式的偏振元件的制造工序的图。

图4是表示第一实施方式的偏振元件的制造工序的图。

图5是表示保护层的晶体结构的图。

图6是表示现有的偏振元件的图。

图7是表示第二实施方式的投影仪的简要结构图。

图8是表示第三实施方式的电子设备的简要结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的说明所使用的各附图中，为了使各部件为能够识别的大小而适当地改变各部件的比例。

第一实施方式

首先，参照图1对本实施方式中的偏振元件100进行说明。此处，图1（a）是表示本实施方式的偏振元件100的俯视图，图1（b）是图1（a）的A-A＇剖视图以及偏振元件的动作说明图，图1（c）是图1（a）的B-B＇剖视图，图1（d）是图1（a）的C-C＇剖视图。

如图1（a）、图1（b）、图1（c）、图1（d）所示，偏振元件100是光反射型的偏振元件，构成为具有：基板111A；线栅偏振层118，其形成在覆盖该基板111A的一个面111B的基底层114上；以及保护层113，其隔着线栅偏振层118而被设置在基板111A的一个面111B上。

基板111A由玻璃、石英、塑料等透明基板形成，在偏振元件100为反射型的情况下，也可以使用金属基板、陶瓷基板等不透明的基板。

另外，基底层114根据需要形成在基板111A的一个面111B上，该基底层114例如能够由氧化硅膜、氧化铝膜形成。基底层114具有在通过蚀刻将金属细线118A形成图案时的防止因蚀刻等对基板111A造成损伤的功能、改善金属细线118A对基板111A的密接性的功能。另外，在形成反射型的偏振元件作为偏振元件100的情况下，也可以利用光反射性的金属材料形成基底层114。

线栅偏振层118具有以规定的间隔配置成条纹状的多条金属细线118A。线栅偏振层118设置在基底层114上。俯视观察时，多条金属细线118A形成条纹状图案，例如，金属细线118A的宽度L约为70nm，金属细线118A的高度H约为150nm，彼此相邻的两条金属细线118A间的空间S约为70nm。此外，将高度H设为150nm以下。

此处，由金属细线118A的宽度L、空间S规定的L／S比是决定偏振元件100的光学特性的重要参数。如图1（b）所示，通过具有以比可见光的波长窄的间距（约140nm）形成的多条金属细线118A，来根据入射到偏振元件100的光的偏振方向进行偏振选择。具体而言，使具有与金属细线118A的延伸方向（图1（a）的X轴方向）垂直的方向的偏振轴的直线偏振光Et透过，另一方面，使具有与金属细线118A的延伸方向平行的方向的偏振轴的直线偏振光Er发生反射。因此，本实施方式的偏振元件100具有与金属细线118A的延伸方向平行的反射轴和与上述反射轴正交的方向（图1（a）的Y轴方向）的透过轴。

如图1（c）所示，在与X轴方向平行的剖面中，金属细线118A的端部120具有正锥形形状。在本说明书中为了便于说明，将金属细线118A中的除了端部120以外的部分称为金属细线118A的平坦部119。作为偏振元件100的有效使用区域是上述金属细线118A中形成了平坦部119的区域，上述金属细线118A的端部120形成于有效使用区域外。

在多条金属细线118A的上方设置有保护层113。保护层113是由SiO₂、MgF₂等电介质材料形成的电介质层。如下所述，保护层113通过使用斜向成膜法（斜方成膜法）而形成，该保护层113具有倾斜取向的针状的晶体结构（参照图5）。

如图1（a）～（d）所示，保护层113经由多条金属细线118A各自的端部从多条金属细线118A上、即从平坦部119的上表面延伸至基板111A的一个面111B。这样，保护层113被设置于端部120的上表面、和基底层114的表面中的与端部120连续的区域。并且，如图1（a）、图1（b）、图1（d）所示，在空洞部118B的上部也设置有保护层113。因此，多条金属细线118A中的彼此相邻的两条金属细线118A之间的空间成为由彼此相邻的两条金属细线118A、基板111A（基底层114）以及保护层113包围的空洞部118B。

优选多条金属细线118A以及多个空洞部118B被保护层113和基板111A（基底层114）封闭。由此，氧不会从空洞部118B的外部被供给给空洞部118B的内部，因此，金属细线118A暴露在高温环境中时，仅在最初被氧化，但伴随着氧的枯竭，氧化就会停止。因此，能够提供在暴露于高温环境中时金属细线118A的氧化少、且特性恶化被抑制了的高温可靠性高的偏振元件。

此外，多条金属细线118A以及多个空洞部118B不必一定被保护层113与基板111A（基底层114）封闭。只要按照能够充分减少向空洞部118B的供氧的方式，利用彼此相邻的两条金属细线118A、基板111A（基底层114）以及保护层113包围空洞部118B，就能够得到延迟金属细线118A的氧化的进程，抑制特性恶化的效果。

优选将空洞部118B的氧浓度保持为比由保护层113与基板111A（基底层114）形成的空间的外部的氧浓度低。为此，可以在空洞部118B中封入氩气、氮气等惰性气体等气体。被封入的气体的量并无特别限定，也可以是非常接近真空的状态。但是，如果在空洞部118B中封入惰性气体等气体，则能够按照不使空洞部118B的内部的气压保持在比空洞部118B的外部的气压低的状态的方式将空洞部118B的氧浓度抑制得较低。因此，能够抑制由空洞部118B的内外的气压差导致的保护层113的破坏，从而能够提供特性恶化被抑制了的高温可靠性高的偏振元件。

这样，本实施方式的偏振元件100能够防止氧从空洞部118B的外部供给给空洞部118B的内部。或者，使氧很难从空洞部118B的外部供给给空洞部118B的内部，从而能够使供给给空洞部118B的内部的氧的量极少。因此，在偏振元件100暴露于高温环境中时，能够使金属细线118A的氧化难以发生。由此，能够提高偏振元件100的高温可靠性。

（偏振元件的制造方法）

接下来，参照图2、图3以及图4对上述结构的偏振元件100的制造方法进行说明。此处，图2是表示偏振元件100的制造工序的流程图，图3（a）～图3（e）是表示偏振元件的制造工序的简图，与图1（a）中的A-A＇剖面对应。图4（a）～图4（e）是表示偏振元件100的制造工序的简图，与图1（a）中的B-B＇剖面对应。

以下，按照图2的流程图对制造方法进行说明。

首先，在金属膜形成工序S1中，如图3（a）所示，在由玻璃、石英、塑料等透光性材料形成的基板111A的一个面111B上，通过溅射法等蒸镀法例如形成氧化硅膜来作为基底层114。然后，在基底层114上，使用溅射法等蒸镀法将铝（Al）成膜而形成金属膜112a。

此时，如图4（a）所示，通过在溅射靶（膜源）与基板之间设置掩模116，能够在基板111A的一个面111B上制成金属膜112a的同时使金属膜112a的端部保持正锥形形状。

作为构成金属膜112a的金属，除了能够使用铝以外，还能够使用例如金、铜、钯、铂、铑、硅、镍、钴、锰、铁、铬、钛、钌、铌、钕、镱、钇、铊、钼、铟、铋或者上述金属的任意的合金。

接下来，在抗蚀剂形成工序S2中，通过旋转涂覆在金属膜112a上涂敷抗蚀剂，对其进行烘焙而形成抗蚀剂膜。然后，实施曝光、显影处理，如图3（b）、图4（b）所示，形成俯视观察呈条纹状的抗蚀剂115a。具体而言，对上述抗蚀剂膜选择性地进行激光照射，以使形成的抗蚀剂115a配置为条纹状。形成的抗蚀剂115a的间距在本实施方式中为140nm，因此使用能够形成可见光的波长以下的微细的条纹状图案的干涉曝光法（在本实施方式中为双光束干涉曝光）。在进行了这样的曝光后进行烘焙（PEB:PostExposureBake，曝光后烘焙），并且通过蚀刻来除去抗蚀剂膜的曝光部分，从而能够形成具有图3（b）、图4（b）所示的图案的抗蚀剂115a。

接着，在图案形成工序S3中，如图3（c）、图4（c）所示，将形成的抗蚀剂115a作为掩模，来对上述金属膜112a进行蚀刻。

并且，在抗蚀剂除去工序S4中，通过除去抗蚀剂115a来形成多条图3（d）、图4（d）所示的金属细线118A，从而形成线栅偏振层118。

最后，使用图3（e）对保护层形成工序S5详细地进行说明。如图3（e）的箭头所示，对电解质材料进行斜向蒸镀，以便覆盖金属细线118A的上表面和空洞部118B的上部。具体而言，从与金属细线118A的延伸方向交叉并且相对于基板111A的一个面111B的法线倾斜的方向对电介质材料进行斜向蒸镀。在本实施例中，在俯视观察基板111A时，从Y轴方向对电介质材料进行了斜向蒸镀。由此，能够容易地在线栅偏振层118上形成保护层113，从而利用彼此相邻的两条金属细线118A、基底层114以及保护层113围成空洞部118B。

此处，图6中示出了现有技术的偏振元件200。在与金属细线218A的延伸方向（X轴方向）平行的剖面中，偏振元件200的金属细线218A的端部具有垂直剖面形状。由于保护层213是从与图6的Y轴方向平行的方向被斜向成膜的，因此，金属细线218A的平坦部219的上表面被保护层213覆盖，而金属细线218A的端部不被保护层213覆盖。因此，在金属细线218A的端部会具有空洞部218B的开放部，空洞部218B形成为向外部开放的空间。因此，无法抑制偏振元件100在暴露于高温环境中时的金属细线218A的氧化。

另一方面，根据本实施方式，保护层113经由具有正锥形形状的端部120而从多条金属细线（突起体）118A的上方以及多个空洞部118B的上方连续地被引导至基板111A的一个面111B。因此，空洞部118B能够被彼此相邻的两条金属细线118A、基底层114以及保护层113可靠地封闭。

此时，若使用例如蒸镀法，则蒸镀装置的成膜时的环境气体以被封入空洞部118B的状态被保护层113密封。因此，如果环境气体是氩则封入氩，另外，也可能封入空气。并且，由于蒸镀装置内是减压状态，所以空洞部118B内也同样形成为减压状态。这样，在相邻的金属细线118A彼此之间形成封入有惰性气体等气体的空洞部118B。

如图1所示，通过以上的工序能够制造在由保护层113与基板111A（基底层114）形成的空间中设置有多条金属细线118A以及多个空洞部118B的偏振元件100。

通过经历这样的过程，能够可靠地形成由彼此相邻的两条金属细线118A、基板111A以及保护层113包围的空洞部118B。由此，能够容易地形成消光比（针对偏振分量的透过率之比）良好且高温可靠性高的线栅型偏振元件100。

第二实施方式

（投影仪）

图7是表示具备第一实施方式所涉及的偏振元件的投影仪800的主要部分的简要结构图。本实施方式的投影仪800是将液晶光调制装置作为光调制装置使用的液晶投影仪。

投影仪800具备：光源810、二向色镜813、二向色镜814、反射镜815、反射镜816、反射镜817、入射透镜818、中继透镜819、出射透镜820、红色光用液晶光调制装置822、绿色光用液晶光调制装置823、蓝色光用液晶光调制装置824、正交二向色棱镜825、投射透镜826、入射侧偏振元件831、入射侧偏振元件832、入射侧偏振元件833、出射侧偏振元件834、出射侧偏振元件835、以及出射侧偏振元件836。

光源810由金属卤化物灯等灯811和反射灯811的光的反射镜812构成。此外，除了金属卤化物灯以外，还能够使用超高压水银灯、闪光水银灯、高压水银灯、深紫外线（DeepUV）灯、氙气灯、氙气闪光灯等作为光源810。

二向色镜813使来自光源810的白色光所包含的红色光透过，并且反射蓝色光和绿色光。透过的红色光被反射镜817反射，并经由入射侧偏振元件831入射到红色光用液晶光调制装置822。另外，在二向色镜813处反射的绿色光被二向色镜814反射，并经由入射侧偏振元件832入射至绿色光用液晶光调制装置823。并且，在二向色镜813处被反射的蓝色光透过二向色镜814。对于蓝色光而言，为了防止因较长的光路造成的光损耗而设置有导光单元821，该导光单元821由包含入射透镜818、中继透镜819以及出射透镜820的中继透镜系统构成。通过该导光单元821，蓝色光经由入射侧偏振元件833而入射至蓝色光用液晶光调制装置824。

通过各光调制装置822～824调制后的三种颜色的光经由各出射侧偏振元件834～836而入射至正交二向色棱镜825。该正交二向色棱镜825是将四个直角棱镜粘贴而形成的，在其界面上呈X字状地形成有反射红光的多层电解质膜与反射蓝光的多层电解质膜。利用上述多层电解质膜合成三个颜色的光，从而形成表示彩色图像的光。合成的光被作为投射光学系统的投射透镜826投射在屏幕827上，从而图像被放大地显示。

此处，在本实施方式的投影仪中，作为偏振元件831～836，采用了图1所示的第一实施方式所涉及的偏振元件。由灯811构成的光源810进行高能量的发光，因此，有机材料可能会因该高能量的光而分解乃至产生变形。因此，利用具备由耐光性以及耐热性强的金属膜形成的线栅偏振层118的偏振元件构成偏振元件831～836。

在上述实施方式中，以三片式的投影仪为例进行了说明，但也能够将第一实施方式所涉及的偏振元件应用于单片式的投射型显示装置、直视型显示装置。

第三实施方式

（电子设备）

图8是作为在显示部具有具备了第一实施方式所涉及的偏振元件的液晶装置的电子设备的一个例子的移动电话的立体结构图，该移动电话1300具备液晶装置作为小尺寸的显示部1301，并构成为具备多个操作按钮1302、接听口1303以及通话口1304。

上述液晶装置并不局限于上述移动电话，能够适当地用作电子书、个人计算机、数码相机、液晶电视、取景器型或者监视器直视型的录像机、车辆导航装置、传呼机、电子记事本、计算器、文字处理器、工作站、可视电话、POS终端、具备触摸面板的机器等的图像显示单元，在任意的电子设备中都能够得到高亮度、高对比度、宽视角的透过显示以及反射显示。

附图标记的说明：

100…偏振元件；111A…基板；111B…基板的一个面；112a…金属膜；113…保护层；114…基底层；115a…抗蚀剂；118…线栅偏振层；118A…金属细线；118B…空洞部；119…平坦部；120…端部。

Claims

1.一种偏振元件，其特征在于，具备：

多条金属细线，其在基板的一个面上沿一个方向延伸；

保护层，其设置在所述多条金属细线上；以及

空洞部，其由所述多条金属细线中彼此相邻的两条金属细线、所述基板以及所述保护层围成，

所述多条金属细线各自的端部在所述一个方向的剖面处具有正锥形形状，

所述保护层经由所述多条金属细线各自的端部，从所述多条金属细线上延伸至所述基板的一个面。

2.根据权利要求1所述的偏振元件，其特征在于，

所述空洞部的氧浓度低于所述保护层外的氧浓度。

3.根据权利要求1或2所述的偏振元件，其特征在于，

在所述空洞部中封入有惰性气体。

4.根据权利要求1或2所述的偏振元件，其特征在于，

所述多条金属细线以及多个所述空洞部被所述保护层与所述基板密封。

5.根据权利要求3所述的偏振元件，其特征在于，

6.一种偏振元件的制造方法，其特征在于，

所述偏振元件具备：

多条金属细线，其在基板的一个面上沿一个方向延伸；

保护层，其设置在所述多条金属细线上；以及

所述偏振元件的制造方法具有：

金属膜形成工序，在所述基板的一个面上形成金属膜；

抗蚀剂形成工序，在所述金属膜上形成条纹状的抗蚀剂图案；

图案形成工序，将所述条纹状的抗蚀剂图案作为掩模来对所述金属膜进行蚀刻；

抗蚀剂除去工序，形成所述多条金属细线；以及

保护层形成工序，在所述多条金属细线上形成所述保护层，

在所述金属膜形成工序中，按照使所述金属膜的端部具有正锥形形状的方式形成所述金属膜，

在所述保护层形成工序中形成所述保护层，从而形成由所述两条金属细线、所述基板以及所述保护层围成的所述空洞部。

7.根据权利要求6所述的偏振元件的制造方法，其特征在于，

在所述保护层形成工序中，通过从与所述一个方向交叉并且相对于所述基板的一个面的法线倾斜的方向进行斜向蒸镀的方法形成所述保护层。

8.根据权利要求6或7所述的偏振元件的制造方法，其特征在于，

在所述金属膜形成工序中，在膜源与所述基板之间设置掩模来通过蒸镀的方法在所述基板的一个面上形成所述金属膜，从而使所述金属膜的端部具有正锥形形状。

9.一种投影仪，其特征在于，

具备权利要求1～5中任一项所述的偏振元件。

10.一种电子设备，其特征在于，

具备权利要求1～5中任一项所记载的偏振元件。