JP2006138945A

JP2006138945A - 偏光子及び透過型液晶プロジェクタ装置

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Publication number: JP2006138945A
Application number: JP2004326719A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Hodaka; 弘樹保高; Yousuke Fujino; 陽輔藤野
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2024-11-10
Also published as: JP4639761B2

Abstract

【課題】偏光子として基板や充填材に用いる誘電体材料と吸収体として用いるアルミニウムの形状を独立に選定できるとともに、耐熱性が高く、しかも可視光域を含む波長域の光に対して透過率が高い吸収型の偏光子及び透過型液晶プロジェクタ装置を提供する。
【解決手段】透明基板１と、この透明基板１に互いに独立して複数配置したアルミニウムの柱状体２と、この柱状体２の表面に形成した酸化膜３と、柱状体２間を充填する透明な誘電体４とを備える。柱状体２は、直方体、楕円柱体または台形柱体で、高さが長軸長さ以下であるとともに、酸化膜３は、Ａｌ₂Ｏ₃であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐熱性に優れる吸収型の偏光子及びこれを備えた透過型液晶プロジェクタ装置に関するものである

近年、液晶表示装置やアイソレータ等の光通信用デバイスの光学部品として、偏光子が飛躍的に需要を伸ばしている。この偏光子は、幾つかの方式に大別されるが、上記のような部品に使用される偏光子の多くは吸収型である。
この吸収型の偏光子は、偏光方向の直交する２つの光で吸光度が異なることを利用して偏光作用をもたせたものである。例えば、液晶表示装置で使用している偏光子には、ポリビニルアルコール等の高分子フィルムを配向したものに、ヨウ素や染料等の二色性分子で染色したものが知られており、二色性分子が高分子フィルムの配向方向に揃うために偏光作用を示す。この偏光子は、高分子フィルムからなり、価格が安く大面積化が容易であるため、液晶表示装置用の偏光フィルムとして大量に使用されている。吸収型の偏光子としては、この他に、形状に異方性がある銀や銅などの金属をガラス中に分散させた偏光子が知られている。この偏光子は、ガラスを延伸して作製するため、大きなサイズは得られず最大サイズが数十ｍｍ²程度という制約があるが、消光比、透過率が高く、また、湿度、温度等の耐環境性に優れ、さらに、レーザー耐性にも優れるため、光通信用デバイス部品、特にアイソレータ用の偏光子などとして用いられている。

一方、偏光子の吸収型以外の方式としては、反射型の偏光子が挙げられる。この反射型の偏光子は、古くから金属ワイヤグリッドとして知られている技術であり、近年、金属ワイヤの幅およびその間隔をサブミクロン以下のサイズで微細加工することにより、可視光域に偏光機能を発現するものが開発されているが、反射型であるために用途は限定されている。また、透過型光学系では、透過軸に直交した偏光成分は反射されて戻ってしまい、迷光として悪影響を及ぼすため用いることができない。さらに、これら以外の方式として、偏光分離型が挙げられる。この偏光分離型の偏光子は、例えば、方解石のような複屈折性結晶を２個接着して用いられる例が多く知られているが、価格が高く、また大面積の作製が難しい問題がある。

ところで、近年、家庭用プロジェクションテレビやオフィス用データプロジェクタなどが急速に普及し始めている。これらの投影機器に用いるライトバルブには幾つかの方式があるが、透過型液晶パネルを用いた方式の伸張が特に著しい。このような透過型液晶パネルには、現在、前述の二色性色素を用いた偏光子が使用されている。しかしながら、透過型液晶パネルにおいて、液晶パネルの小型化と明るさの向上のために、偏光子にかかる熱的負荷は大きくなっている。液晶パネルの開口率向上に伴い、出射側偏光子の映像信号が黒色の時の熱負荷は非常に大きくなり、さらに、液晶パネルの開口率が高くなっていることから、熱負荷は殆ど出射側偏光子で発生している。このように、出射側偏光子の温度上昇が激しく、性能劣化が生じるという問題が生じている。
そこで、二色性色素を用いた偏光子の耐熱性を改善するため、偏光子を貼り付ける透明基板材料として、従来のガラスから熱伝導率の大きいサファイア結晶を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、サファイア結晶は、結晶育成に時間がかかり、また大型結晶の育成が難しいために値段が高いという問題がある。このため、サファイア基板を用いずにすむ、耐熱性が高い偏光子が望まれていた。

このような耐熱性に優れる吸収型偏光子としては、先の特許文献１に記載の銀や銅を用いた偏光子がある。以下、銀を用いた偏光子について説明する。
ガラス中に析出した球状のハロゲン化銀を約４００度程度で延伸後、還元処理することにより、形状異方性のある銀がガラス内に形成される。銀の形状は延伸方向に一軸異方性を有する楕円球とされている。銅の場合も同様にして作製される。いずれにおいても、楕円球の長軸方向と短軸方向とで異なる共鳴吸収波長を示し、長軸方向の共鳴吸収波長が短軸方向より長波長に存在する。これら共鳴吸収波長の違いが偏光子に利用され、長軸方向の共鳴吸収波長が最大となるときの波長が偏光子の中心波長になる。この波長で消光比が最大となる。また、長軸方向と短軸方向の長さの比を変えることにより、共鳴吸収波長を変えることができるため、消光波長の異なる偏光子が作製できる（例えば、非特許文献１参照）。
ところで、銀や銅は、周知のように金属であり、またガラス内に分散されているため、耐熱性に優れる特徴がある。しかしながら、使用波長が近赤外に限定される。つまり、これは、銀や銅が、短軸方向の共鳴吸収が可視光域に存在し、可視波長域では透過率が低いためである。特に、青色域では透過率が低く、可視光域用の偏光子には使用できないという問題がある。

そこで、アルミニウムを用いた可視光域用偏光子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、加熱延伸してアルミニウム形状を異方化させる場合、アルミニウムはシリカとの反応性が高いため、透明基板には一般的なガラス組成として用いられるケイ酸塩をベースとするガラスを用いることができず、ガラス基材としてはアルカリ土類アルミノ硼酸塩系ガラスに限定されることが問題となっている。
また別の問題として、上記ガラス組成を用いる場合にはスパッタリングや蒸着等の方法が適用できないこともある。このため、前述の特許文献２には、上記アルミニウム粒子を充填する方法として、化学溶液沈積法が提案されている。しかしながら、この方法は湿式法であるため、ガラス化時の体積収縮が大きく、基板反りが生じやすいこと、またガラス化温度が５５０℃から６００℃と高く、アルミニウムの融点６６０℃に近いため、アルミニウムの変形や、意図しない変質が生ずる可能性が高い。
一方、スパッタリング法や蒸着法は、成膜条件により応力を調整することが可能であること、成膜温度を室温より設定可能であり、４００℃程度まで上げれば実用上十分な膜が成膜でき、上記問題を避けることができる。さらに、成膜方法も簡便なため好ましい充填方法であるが、アルカリ土類アルミノ硼酸塩系ガラスのような多元系組成の場合、組成制御が難しく、適用が難しいという問題がある。また、上記した特許文献２には、偏光子の消光比を高めるため、アルミニウム粒子をガラス材料で充填後、これら工程を反復することが記載されているが、この場合には上記の基板の反り、アルミニウムの変形や意図しない変質が更に生ずる可能性が高い。

また、スパッタリング法により形成のアルミニウム偏光子について、例えば特許文献３に記載されている。このアルミニウム偏光子は、凹形状を有する基板を用い、楔形状のＳｉＯ_２膜をスパッタリング法により作製し、続いてアルミニウムをスパッタリング後、エッチングする。エッチングはバイアススパッタにて行われる。ＳｉＯ_２膜の底部にアルミニウムが細線列状に配置され、断面形状が楔形形状のアルミニウムが成膜される。これを所望の消光比が得られるまで繰り返すことにより、偏光子が作製されるものである。しかしながら、アルミニウムの形状は、概ね四角錐に限定されるため、同一長さの柱状体に比べて体積が小さい。すなわち、粒子１個あたりの吸収能は小さいため、同一消光比を得る場合には柱状体に比較し、粒子数を多くする必要がある。単位面積あたりの粒子数が同じ場合、このスパッタリング方式では成膜回数を多くしなければならない。また、成膜回数が増加する結果、成膜条件の制御が難しく、得られる偏光子の特性がバラツキ易いという問題がある。
特開平１１−２３１２７７号公報特開２０００−１４７２５３号公報特許３４８６３３４号公報ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｎ−ＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｏｌｉｄｓ，４０，Ｐ４９９，１９８０、ＮｅｗＧｌａｓｓ；Ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．４、Ｐ４３−４９、１９９７（「ジャーナルオブノンクリスタルラインソリッド、４０，Ｐ４９９，１９８０、ニューグラス」１９９７年第１２巻第４号４３頁〜４９頁）

このように、従来のアルミニウムを用いた偏光子は、前述した各種の問題とともに、アルミニウムの形状が制御できる場合には、基材または充填材として用いられる誘電体材料が限定され、また、誘電体材料が限定されない場合にはアルミニウム形状が限定され、誘電体材料とアルミニウム形状を独立に選定することができないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、偏光子として設計自由度が大きいとともに、耐熱性が高く、しかも可視光域を含む波長域の光に対して透過率が高い吸収型のアルミニウムを用いた偏光子及び透過型液晶プロジェクタ装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、透明基板と、この透明基板上に互いに独立して複数配置したアルミニウムの柱状体と、この柱状体の表面に形成した酸化膜と、前記透明基板上の前記柱状体間を充填する透明な誘電体とを備えた上記の偏光子を提供する。

また、前記柱状体は、直方体、楕円柱体または台形柱体である上記の偏光子を提供する。

また、前記柱状体は、高さが長軸長さ以下である上記の偏光子を提供する。

また、前記酸化膜は、Ａｌ₂Ｏ₃である上記の偏光子を提供する。

また、前記酸化膜のＡｌ₂Ｏ₃は、大気中、室温条件において成膜されている上記の偏光子を提供する。

また、前記酸化膜は、厚さが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である上記の偏光子を提供する。

また、前記透明な誘電体は、屈折率が２以上である上記の偏光子を提供する。

また、本発明は、光源と、前記光源からの光を少なくとも２つの異なる色の光に分離する色分離手段と、前記色分離手段によって分離された光をそれぞれ変調する複数のライトバルブと、前記色分離手段によって分離された光を前記各々のライトバルブに導く複数の反射ミラーと、前記複数のライトバルブの入射側または出射側、もしくは両方に配置された偏光子と、前記複数のライトバルブから出射した光を合成する色合成手段と、合成された光を拡大投影する投影手段とを備える透過型プロジェクタ装置において、前記偏光子として上記のいずれかに記載の偏光子を用いる透過型液晶プロジェクタ装置を提供する。

本発明によれば、アルミニウム表面が酸化されてなるアルミニウムの柱状体を用いるため、設計自由度の大きいアルミニウム偏光子を提供することができる。また、アルミニウム表面が酸化され、サイズの小さな柱状体が作製できるため、散乱の少ない偏光子を得ることができる。
また、本発明の偏光子は、吸収体としてアルミニウムが用いられるが、アルミニウムは短軸方向の吸収波長を紫外域にすることが可能であるため、青色、緑色、赤色用いずれにおいても、透過率の高い偏光子を作製することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の偏光子を示すものであり、この偏光子は、透明基板１と、柱状体２と、酸化膜３と、誘電体４とを備えている。
本偏光子の作成方法においては加熱延伸をしないため、透明基板１の基材は、アルカリ土類アルミナ硼酸塩系ガラスに限定されず、例えば、一般的なガラス組成として用いられている珪素塩をベースとするガラスを使用することができる。
柱状体２は、アルミニウムを吸収体として用いており、この柱状体２のアルミニウム表面に酸化膜が形成されている。このアルミニウムは、短軸方向の吸収波長を紫外域にすることが可能であるため、青色、緑色、赤色用いずれにおいても、透過率の高い偏光子を作製することができる。
酸化膜３は、アルミニウム表面に形成されており、この酸化膜３はＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）であることが好ましい。Ａｌ₂Ｏ₃は、不動態であり、化学的に極めて安定である。この結果、酸化膜３の周囲を充填する誘電体４としては、選択できる充填材料が多くなり、スパッタリングや蒸着等簡便な成膜方法を使用することができる。Ａｌ₂Ｏ₃は、例えば、大気中で放置することにより成膜できる。この場合、約５ｎｍから１０ｎｍ厚の無定形のＡｌ₂Ｏ₃が形成される。膜厚を増やしたい場合には、加熱または酸素濃度を挙げて酸化処理をすればよい。３５０℃以上で熱処置することにより、γ−Ａｌ₂Ｏ₃を形成するが、γ−Ａｌ₂Ｏ₃または無定形のＡｌ₂Ｏ₃いずれであってもよい。Ａｌ₂Ｏ₃を形成する方法としては、非常に簡便であることから、大気中、室温下で自然放置する方法が特に好ましい。酸化膜３の厚さは、５ｎｍから１００ｎｍが好ましい。このような範囲内の厚さで酸化膜３を成膜するのは、以下のような理由からである。即ち、５ｎｍより小さいと、酸化膜３の厚さ制御が難しい。また、１００ｎｍより大きいと、用いる充填材の屈折率が酸化膜３の屈折率と異なる場合、散乱が大きく、透過率が低下する。また、表面に酸化膜３を形成する別の効果として、アルミニウムの柱状体２のサイズを実効的に小さくできることがある。粒子サイズが小さくなると、光の散乱は小さくなるため、透過率の低下を低減できる。

本発明の他の特徴としては、アルミニウムの形状が柱状体２であることである。
柱状体２とは、具体的には、直方体、楕円柱体、台形柱体である。これら形状について、図２（Ａ）〜（Ｃ）に記載する。
これらの図２（Ａ）〜（Ｃ）において、Ｘ、Ｙ、Ｚの方向を、図のようにそれぞれ直交するようにとる。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の長さをそれぞれ、ｘ₀、ｙ₀、ｚ₀とし、図２（Ｃ）においては、底面がｘ₀、ｙ₀とすると、直方体、楕円柱体の体積は、それぞれ、ｘ₀×ｙ₀×ｚ₀、ｘ₀×ｙ₀×ｚ₀×π／４であり、四角錐の体積ｘ₀×ｙ₀×ｚ₀／３より大きい。台形柱体においても、同様に四角錐の体積より大きく、いずれの場合も、粒子１個あたりの吸収能が四角錐に比べて大きい。このため、所望の消光比を得る場合、粒子密度が等しい場合には膜厚を少なくすることができる。すなわち、成膜回数が少なくても、同一消光比を得ることができるため、優れている。

次に、本発明の偏光子の構成を、図１を参照しながら詳細に説明する。
先に示したアルミニウムの柱状体２と同一になるように、偏光子の方向をＸ、Ｙ、Ｚとする。
図１（Ａ）は、Ｘ−Ｚ方向からの断面図である。透明基板１の上にアルミニウムの柱状体２が付与されているとともに、この柱状体２であるアルミニウム表面は酸化膜３に覆われており、さらに透明誘電体４により充填されている。
図１（Ｂ）は、真上から見た図である。光はＸ−Ｙ平面に垂直なＺ方向に進み、入射偏光はＸ、Ｙ方向に平行な２つの方向である。ここで、柱状体２のＸ、Ｙ、Ｚ方向の長さをｘ₁、ｙ₁、ｚ₁とする。偏光子として機能するためには、アルミニウム直方体の長さは、Ｘ方向とＹ方向で異なる必要がある。このとき共鳴吸収が最大になる波長は、下記に示す（１）式が最大になる波長で表される。

ここで、σは粒子１個の吸収断面積を示す。ｊはｘ、ｙ、ｚのいずれかであり、σ_x、σ_y、σ_zはそれぞれ、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の吸収断面積を示す。λは波長、Ｖは体積、ε_Dは透明誘電体の誘電率、ε₁、ε₂はそれぞれ金属誘電率の実部、虚部である。Ｌは反電界係数を示し、Ｌ_x、Ｌ_y、Ｌ_zはそれぞれ、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の反電界係数であり、０≦Ｌ_x、Ｌ_y、Ｌ_z≦１である。Ｌ_x、Ｌ_y、Ｌ_zは粒子の形状により決定される。

また、柱状体２のＸ、Ｙ方向の長さｘ₁、ｙ₁について、ｘ₁＜ｙ₁、すなわちＹ方向の共鳴吸収波長λｙがＸ方向の共鳴吸収波長λｘより大きいとする。このとき、柱状体２のｚ、Ｙ方向の長さｚ₁、ｙ₁について、ｚ₁≦ｙ₁であることが好ましい。ｚ₁＞ｙ₁であると、共鳴吸収波長間隔の差λｙ−λｘが狭くなる。その結果、λｙにおいてＸ方向の吸収が大きく、λｙの透過率が低下するからである。

アルミニウムの柱状体２が充填される誘電体４は、使用波長で吸収のない透明な誘電体である。本偏光子は透過型液晶プロジェクタに好ましく使用されることから、可視光域に吸収のない誘電体が用いられる。このような材料は多くあるが、スパッタリング法や蒸着法により簡便に成膜可能な誘電体が好ましく、フッ化物、酸化物、窒化物または酸窒化物が好ましい。ところで共鳴吸収波長は、アルミニウムの形状以外に誘電体の誘電率によっても変化する。このため、アルミニウムのサイズが同一であっても、誘電体の誘電率を変えることにより、共鳴吸収波長を変えることができる。特に誘電率が大きい誘電体を用いることが好ましく、以下に説明する。

Ｘ、Ｙ、Ｚの長さがｘ₁、ｙ₁、ｚ₁およびｘ₁、ｙ₂、ｚ₁であり、Ｙ方向の長さのみが異なる２つの直方体を考える。誘電体材料の誘電率は同一であり、上記長さについて、ｙ₁＜ｙ₂とすると、ｙ₂の共鳴吸収波長λａは、ｙ₁の共鳴吸収波長λｂより波長が大きい。すなわち、共鳴吸収波長を長波長へシフトさせるには、直方体の大きさを大きくする必要があることが分かる。
次に、先の誘電体４の誘電率をεＤ₁とし、εＤ₁＜εＤ₂である誘電体材料を用いた場合を考える。ｘ₁、ｙ₁、ｚ₁のまま、誘電体４をεＤ₂に変える。所望のεＤ₂を選択することにより、共鳴吸収波長をλａからλｂに長波長シフトさせることができる。この場合、直方体サイズには変化がない。サイズの小さい方が光散乱が少ないため、誘電体４の誘電率が高い方が好ましい。ところで、透明な誘電体４において、誘電率は屈折率の平方根に等しいため、「誘電率が大きいことは屈折率が大きい」ことと同義である。可視光域では誘電率の変わりに、屈折率が用いられることが多い。屈折率としては、２以上であることが好ましい。このような誘電体４としては、チタン酸化物、タンタル酸化物が好ましい。
また、アルミニウムの柱状体２を形成後、充填する誘電体４の屈折率のみを変えることにより、青、緑、赤用の偏光子を作り分けることもできる。以下に説明する偏光子の作製方法において、最後の充填材料のみ変更することにより、青、緑、赤用の偏光子を作り分けることが可能である。

以上の内容を、前述の（１）式を用いた計算結果に基づき定性的に説明する。
図３（Ａ）は、Ｙ方向の反電界係数Ｌ_yと共鳴吸収波長の関係を示している。誘電体４の屈折率は１．９とした。反電界係数を小さくすることにより、共鳴吸収波長が大きくなる。Ｙ方向とＸ方向の長さの比（以下、「アスペクト比」ともいう）ｙ₁／ｘ₁が大きくなると、反電界係数Ｌｙは小さくなる。すなわち、アスペクト比を大きくすることにより、可視光域で短波長から長波長にシフトさせることができる。
図３（Ｂ）は、反電界係数Ｌ_x、Ｌ_yを、それぞれ、０．４４６、０．１０８としたときの、誘電体屈折率と共鳴吸収波長の関係を示している。Ｙ方向の共鳴吸収波長はＸ方向の共鳴吸収波長より大きく、紫外域から可視光域にある。屈折率が大きくなると共鳴吸収波長は大きくなり、屈折率が約１．７以上で共鳴吸収波長は４００ｎｍを越える。このときＸ方向の吸収は紫外域にあるため、可視光域で偏光子として機能する。
図３（Ｃ）は、反電界係数Ｌ_x、Ｌ_yを、それぞれ、０．４７２、０．０５８とした場合の、誘電体屈折率と共鳴吸収波長の関係を示している。図３（Ｂ）と同様に、可視光域で偏光子として機能することが分かる。青色用偏光子としてＹ方向の共鳴収集波長を４５０ｎｍとした場合、誘電体屈折率はＬ_y＝０．１０８（図３（Ｂ））では約２となり、Ｌ_y＝０．０５８（図３（Ｃ））では約１．４となる。前述のように反電界係数Ｌ_yが大きい方がアスペクト比が小さいため、Ｘ方向の長さが等しいとすると、Ｌ_y＝０．１０８の方がＬ_y＝０．０５８より柱状体のサイズは小さい。屈折率の大きい誘電体を用いた場合、柱状体のサイズを小さくできる。その結果、光散乱の小さい偏光子を得ることができる。また、図３（Ｃ）から、誘電体屈折率が１．４、１．７、２．１のとき、Ｙ方向の共鳴吸収波長は、それぞれ、約４５０ｎｍ、約５５０ｎｍ、約６５０ｎｍである。これらの波長は、それぞれ、青、緑、赤用の偏光子に対応しており、柱状体２のサイズが同一であっても、誘電体４の屈折率を変えれば、偏光子を作り分けることが可能であることを示している。

次に、本素子の作製方法について、図４を参照しながら詳細に説明する。
図４（Ａ）に記載のように、透明基板１の上に、アルミニウム２１を所定の厚さ成膜し、その上にレジスト２２を成膜する。その後、図４（Ｂ）のように、レジスト２２をパターングし、続いてレジスト２２が除去された部分のアルミニウム２１をエッチングし、図４（Ｃ）の断面形状を得る。さらに、図４（Ｄ）のように、レジスト２２を除去し、透明基板１上にパターニングされた柱状構造のアルミニウム２１のみが残る。続いて、このアルミニウム２１を酸化し、図４（Ｅ）のように、表面に酸化膜３を形成し、さらに凹部を透明な誘電体４にて充填する。

なお、図４（Ａ）において用いる透明基板４１は、耐熱性に優れることから、ガラスであることが好ましい。アルミニウム２１は、スパッタリング法、蒸着法により成膜することができる。レジスト２２は、電子線リソグラフィ用レジストを用いることができる。電子線リソグラフィ用レジストを用いた場合は、ポジ型であればアルミニウム２１をエッチングする箇所に必要量電子線を照射し、ネガ型であればアルミニウム２１を残存させる箇所に必要量電子線を照射する。電子線の照射量は、用いる電子線リソグラフィ用レジストにより異なるため、用いるレジストに合わせて、所望量を照射すればよい。
その後、レジスト２２を剥離し、図４（Ｂ）のように、パターンを得ることができる。続いて、塩素ガスを用いて反応性イオンエッチング法または反応性イオンビームエッチング法にてアルミニウムエッチングする。塩素ガス中に選択比、すなわちアルミニウムエッチング速度／レジストエッチング速度が大きくなるようなガスを添加して用いても良い。このようなガスとしては、例えば三臭化ホウ素が挙げられる。続いて、アルミニウム表面を酸化し、酸化膜を形成する。レジスト２２が成膜された面、すなわち、図４（Ａ）のアルミニウム２１とレジスト２２の界面には、レジストコート時に、既にアルミニウム表面に酸化膜３が形成されている場合があるので、少なくともエッチングにより生じた新しいアルミニウム表面を酸化処理することが、本酸化膜を形成する目的である。大気圧下で、室温に放置することにより、約１０ｎｍ厚のＡｌ₂Ｏ₃が形成されるので、この酸化膜３をそのまま用いることができる。また、このとき加熱しても良く、さらに大気中に取り出さず、チャンバー内に酸素ガスを所定量添加し、エッチング後、そのまま表面を酸化処理しても良い。この後、スパッタリング法、蒸着法により誘電体４を充填し、図４（Ｆ）の構造の偏光子を得る。所望の消光比を得るために、更に、図４（Ａ）から図４（Ｄ）を繰り返し行えばよい。

また、レジスト２２には紫外製硬化材を用いることができる。紫外製硬化材を用いた場合は、ナノインプリント法と呼ばれる金型転写法にて微細なレジストパターンを得ることができる。ナノインプリント法は、ナノオーダーのパターニングを低コストにて実現する方法として、近年注目されている。ナノインプリント法は、加熱方式とＵＶ方式に大別される。数十ナノオーダー加工パターンが可能なＵＶ方式は微細加工に優れており、本用途に好ましく用いられる。金型で押し付け紫外線硬化材を紫外線照射により硬化した後、金型を離型すると、硬化樹脂表面には金型パターンが転写される。金型に紫外線を照射することから、金型材料には紫外線透過率の高い石英ガラスが用いられる。

ここで、本実施形態に係る偏光子のレジストパターニング法に、ＵＶナノインプリント法を用いた場合の作成方法について、図５を参照しながら詳細に説明する。
図５（Ａ）に示すように、透明基板１１の上にアルミニウム２１を成膜後、その上に紫外線硬化材２３を滴下する。この紫外線硬化材２３は、その後、スピンコートしてもよい。続いて、図５（Ｂ）に示すように、表面に離型剤５１が処理された金型５を紫外線硬化材２３の上から押し付け、紫外線ＵＶを照射する。これにより、紫外線硬化材２３を硬化させて樹脂とした後、金型５を離型し、図５（Ｃ）に記載のレジストパターンを得る。金型５の凸部にも、紫外線硬化材２３が残渣として一部残り、残渣を除去するためのエッチングを行う。酸素雰囲気下で反応性イオンエッチングまたは反応性イオンビームエッチングを行い、図５（Ｄ）のようなパターンを得る。以上、ナノインプリントによるレジストパターニング法について説明した。これ以降の作製方法は、図４（Ｄ）以降の作業工程と同様である。

次に、本発明のアルミニムの柱状体２について、さらに詳細に説明する。
柱状体２のＸ、Ｙ、Ｚ方向の長さを、それぞれ、ｘ₀、ｙ₀、ｚ₀とし、ｙ₀＞ｘ₀であるとすると、長軸長すなわちｙ₀は、偏光すべき光の波長より短いことが好ましい。波長より長いと反射率が大きくなり、透過光量が小さくなるためである。また、光散乱が少ないことから、柱状体２のＸ、Ｙ方向の長さｘ₀、ｙ₀は、いずれもサイズが小さいことが好ましいが、作製時の加工条件の安定性を考えると、ｘ₀は２０ｎｍ以上とすることが好ましい。ｘ方向の長さがｘ₀＝３０ｎｍの場合には、アルミニウムエッチング後に、ｘ方向の長さが５０ｎｍになるようにし、その後の酸化膜３の厚さが１０ｎｍになるように、表面を酸化処理する。
本作製方法は、表面酸化膜の形成によりアルミニウムの長さが短くなり、柱状体２の微細化に寄与する。ナノサイズの加工は歩留まりが悪いという課題を緩和できる。柱状体２のＹ、Ｚ方向の長さｙ₀、ｚ₀は、用いる誘電体４の誘電率および目的とする波長に応じて決めることができる。また、アルミニウムの各柱状体２間の距離については、近すぎると反射が生じ、遠すぎると膜厚が厚くなるため、柱状体２間の相互作用がないような最小距離とするのが良い。この最小距離は、柱状体２のサイズに応じて変化するため、所望のｘ₀、ｙ₀、ｚ₀において適宜に決めればよい。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。即ち、本偏光子は、透過型プロジェクタ用に特に好ましく使用されるが、本偏光子の使用方法はこれに限定されるものではない。

本発明の偏光子は、透明基板と、この透明基板に互いに独立して複数配置したアルミニウムの柱状体と、この柱状体の表面に形成した酸化膜と、柱状体間を充填する透明な誘電体とを備えており、透明基板の所望の領域のみ偏光子を形成することにより、偏光機能と他の光学機能を複合させた光学素子を作製することができるので、透過型液晶プロジェクタ用の偏光子等に有用である。

本発明の偏光子の構成を示すものであり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図。本発明に係るアルミニウムの柱状体について、その形状を各種示す概略斜視図。（Ａ）はＹ方向の反電界係数Ｌ_yと共鳴吸収波長の関係を示すグラフ、（Ｂ）は反電界係数Ｌ_x、Ｌ_yをそれぞれ０．４４６、０．１０８としたときの誘電体屈折率と共鳴吸収波長の関係を示すグラフ、（Ｃ）は反電界係数Ｌ_x、Ｌ_yをそれぞれ０．４７２、０．０５８としたときの誘電体屈折率と共鳴吸収波長の関係を示すグラフ。（Ａ）から（Ｆ）は本発明の偏光子の作製方法を示す工程図。（Ａ）から（Ｄ）は本発明の偏光子の他の作製方法を示す工程図。

符号の説明

１、１１透明基板
２、２１（アルミニウム）柱状体
２２レジスト
２３紫外線硬化材（レジスト）
３酸化膜
４誘電体
５金型
５１離型剤
ＵＶ紫外線

Claims

透明基板と、
この透明基板上に互いに独立して複数配置したアルミニウムの柱状体と、
この柱状体の表面に形成した酸化膜と、
前記透明基板上の前記柱状体間を充填する透明な誘電体と
を備えたことを特徴とする偏光子。
前記柱状体は、直方体、楕円柱体または台形柱体である請求項１に記載の偏光子。
前記柱状体は、高さが長軸長さ以下である請求項1又は２に記載の偏光子。
前記酸化膜は、Ａｌ₂Ｏ₃である請求項１から３のいずれか１項に記載の偏光子。
前記酸化膜のＡｌ₂Ｏ₃は、大気中、室温条件において成膜されている請求項４に記載の偏光子。
前記酸化膜は、厚さが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１から５のいずれか１項に記載の偏光子。
前記透明な誘電体は、屈折率が２以上である請求項１から６のいずれか１項に記載の偏光子。
光源と、前記光源からの光を少なくとも２つの異なる色の光に分離する色分離手段と、前記色分離手段によって分離された光をそれぞれ変調する複数のライトバルブと、前記色分離手段によって分離された光を前記各々のライトバルブに導く複数の反射ミラーと、前記複数のライトバルブの入射側または出射側、もしくは両方に配置された偏光子と、前記複数のライトバルブから出射した光を合成する色合成手段と、合成された光を拡大投影する投影手段とを備える透過型プロジェクタ装置において、
前記偏光子として請求項１から７のいずれか１項に記載の偏光子を用いることを特徴とする透過型液晶プロジェクタ装置。