JP2007003870A - Method for manufacturing optical element, optical element and projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子の製造方法、光学素子、投射型表示装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical element, an optical element, and a projection display device.
プロジェクタ等の投射型表示装置における光変調装置として、液晶装置が用いられている。このような液晶装置としては、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された構成のものが知られており、この一対の基板の内側には、液晶層に電圧を印加するための電極が形成されている。また、この電極の内側には、電圧無印加時において液晶分子の配列を制御する配向膜が形成され、配向膜としてはポリイミド膜の表面にラビング処理を施したものが公知である。 A liquid crystal device is used as a light modulation device in a projection display device such as a projector. As such a liquid crystal device, one having a configuration in which a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of opposed substrates is known, and a voltage is applied to the liquid crystal layer inside the pair of substrates. An electrode is formed. Further, an alignment film that controls the alignment of liquid crystal molecules when no voltage is applied is formed inside the electrode, and an alignment film that has been rubbed on the surface of a polyimide film is known.
一方、一対の基板の外側(液晶層に対向する面とは異なる面側)には偏光板が配設されており、液晶層に対して所定の偏光が入射される構成となっている。偏光板としては、有機化合物の樹脂フィルムを一方向に延伸することによってヨウ素や二色性染料を一定方向に配向させて製造される偏光フィルムの他、特許文献1に開示されたようなワイヤーグリッド型の偏光素子が知られている。
上記特許文献1では、アルミニウム膜の表面に凹部のドット列を形成し、該凹部のドット列が形成されたアルミニウム表面を陰極の表面と対向させた状態で陽極酸化することにより、酸化アルミニウムからなるワイヤーグリッドを形成している。ところが、当該特許文献1では、ガラス基板上に形成するワイヤーグリッドを誘電体の酸化アルミニウム膜で構成しているため、プロジェクタ等に用いる偏光素子としては透過率やコントラスト等の光学特性が低く、特にプロジェクタ用の偏光素子として光学特性が不十分なものである。
In the above-mentioned
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、透過率等の光学特性に優れ、偏光素子や回折格子等として好適に用いることができる光学素子と、その効率的な製造方法とを提供することを目的とし、さらに、当該光学素子を備えた投射型表示装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides an optical element that is excellent in optical characteristics such as transmittance and can be suitably used as a polarizing element or a diffraction grating, and an efficient manufacturing method thereof. It is another object of the present invention to provide a projection display device including the optical element.
上記課題を解決するために、本発明の光学素子の製造方法は、誘電体からなる基板上に金属層を形成する工程と、前記金属層に対して所定のドット列パターンを有する凹部を形成する工程と、前記凹部が形成された金属層の表面を陰極と対向させた状態で、当該金属層の表層の一部を陽極酸化することで、前記金属層と、線状の溝パターンを有する金属酸化層との積層体を形成する工程と、前記金属酸化層をマスクとして前記金属層のエッチングを行い、当該金属層に線状の溝パターンを形成することで、前記金属層と前記金属酸化層とが積層されてなる微細構造体を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a method for manufacturing an optical element according to the present invention includes a step of forming a metal layer on a substrate made of a dielectric, and a recess having a predetermined dot row pattern on the metal layer. A metal having a metal layer and a linear groove pattern by anodizing a part of a surface layer of the metal layer in a state where the surface of the metal layer in which the recess is formed is opposed to the cathode Forming a laminate with an oxide layer; and etching the metal layer using the metal oxide layer as a mask to form a linear groove pattern in the metal layer, thereby forming the metal layer and the metal oxide layer. And a step of forming a microstructure formed by laminating and.
このような製造方法によると、有機材料を用いない光学素子を製造することができ、該製造される光学素子は耐光性及び耐熱性に非常に優れたものとなる。
また、誘電体からなる基板上に、導電体としての金属層と、金属酸化層との積層体からなる線状の溝パターンを有する微細構造を形成しているため、基板と金属層との誘電率の相違により、当該光学素子を例えばプロジェクタ等の投射型表示装置の偏光素子として用いた場合には、透過率やコントラスト等が高く好適なものとなる。
さらに、微細構造体を陽極酸化法により形成しているため、当該微細構造体の溝パターンの深さ方向において溝幅を均一にすることができ、しかも微細構造体の幅と高さのアスペクト比を大きくとることができるようになる。その結果、当該光学素子を例えばプロジェクタ等の投射型表示装置における偏光素子として用いた場合には、透過率やコントラスト等の光学特性に優れた偏光素子を構成することが可能となる。
また、本発明の方法により製造された光学素子に形成される微細構造体は、金属層上に金属酸化層が積層されてなるため、金属層として光反射性のものを採用した場合に、金属酸化層により光反射を防止することが可能となる。
さらに、上記陽極酸化法を用いて金属層と金属酸化層との積層体を形成することで、これらの積層境界部が連続的な結晶構造となる(つまり不連続界面が形成されない)ため、微細構造体の強度面の信頼性も向上させることが可能となる。
According to such a manufacturing method, an optical element that does not use an organic material can be manufactured, and the manufactured optical element is extremely excellent in light resistance and heat resistance.
In addition, since a fine structure having a linear groove pattern made of a laminate of a metal layer as a conductor and a metal oxide layer is formed on a substrate made of a dielectric, the dielectric between the substrate and the metal layer is formed. Due to the difference in rate, when the optical element is used as a polarizing element of a projection display device such as a projector, the transmittance, contrast, and the like are favorable.
Furthermore, since the microstructure is formed by an anodic oxidation method, the groove width can be made uniform in the depth direction of the groove pattern of the microstructure, and the aspect ratio of the width and height of the microstructure Can be greatly increased. As a result, when the optical element is used as a polarizing element in a projection display device such as a projector, a polarizing element having excellent optical characteristics such as transmittance and contrast can be configured.
In addition, since the microstructure formed in the optical element manufactured by the method of the present invention is formed by laminating a metal oxide layer on the metal layer, when a light reflective material is employed as the metal layer, The oxide layer can prevent light reflection.
Furthermore, by forming a laminate of the metal layer and the metal oxide layer using the above anodic oxidation method, the boundary between the layers has a continuous crystal structure (that is, no discontinuous interface is formed). It is also possible to improve the reliability of the strength of the structure.
本発明の光学素子の製造方法は、前記金属層のエッチングを行う前に、前記金属酸化層の溝底部に残存する当該金属酸化層をエッチングにより除去する工程を含むものとすることができる。
このようにエッチングを2段階で行うことにより、微細構造体の溝幅及びアスペクト比を好適に制御することが可能となる。また、特に当該金属酸化のエッチングをウェットで行えば、金属酸化層に形成される溝の幅を拡大することが可能となる。
The optical element manufacturing method of the present invention may include a step of removing the metal oxide layer remaining on the groove bottom of the metal oxide layer by etching before etching the metal layer.
By performing etching in two stages as described above, the groove width and aspect ratio of the fine structure can be suitably controlled. In particular, if the metal oxide etching is performed wet, the width of the groove formed in the metal oxide layer can be increased.
また、前記金属層のエッチング工程において、当該エッチングをドライエッチングで行うことで、当該金属層を異方的にエッチングすることができる。
このような異方性エッチングにより、金属層に形成する線状の溝パターンについて、その溝幅及びアスペクト比を好適に制御することが可能となる。
Moreover, in the etching process of the metal layer, the metal layer can be anisotropically etched by performing the etching by dry etching.
By such anisotropic etching, the groove width and aspect ratio of the linear groove pattern formed in the metal layer can be suitably controlled.
また、前記金属層に対して凹部を形成する工程において、ナノインプリント法を用いることができる。
ナノインプリント法は、表面にドット列パターンの凸部を有した型を用いた加工方法で、所望の凹部パターンを効率良く形成することができる。
Moreover, a nanoimprint method can be used in the step of forming a recess in the metal layer.
The nanoimprint method is a processing method using a mold having a convex portion of a dot row pattern on the surface, and a desired concave pattern can be efficiently formed.
次に、上記課題を解決するために、本発明の光学素子は、誘電体からなる基板上に、線状の溝パターンを有する微細構造体が形成されてなる光学素子であって、前記微細構造体が、前記基板側から金属層と、該金属層の酸化物からなる金属酸化層とが積層されてなる積層体により構成され、前記金属層と前記金属酸化層との境界は、連続する結晶構造を具備してなることを特徴とする。 Next, in order to solve the above problems, an optical element of the present invention is an optical element in which a fine structure having a linear groove pattern is formed on a dielectric substrate, and the fine structure The body is composed of a laminate in which a metal layer and a metal oxide layer made of an oxide of the metal layer are laminated from the substrate side, and the boundary between the metal layer and the metal oxide layer is a continuous crystal. It is characterized by comprising a structure.
このような光学素子は、有機材料を用いていないため耐光性及び耐熱性に非常に優れたものとなる。また、金属層と金属酸化層との積層境界が連続的な結晶構造を備えている(つまり不連続界面が形成されない)ため、微細構造体は優れた強度を備え、機械的信頼性が非常に高いものとなっている。
また、特に誘電体からなる基板上に金属層を積層し、その上に金属酸化層を積層しているため、金属層として光反射性のものを採用した場合に、金属酸化層により光反射を防止することが可能となる。
Since such an optical element does not use an organic material, it has excellent light resistance and heat resistance. In addition, since the stacking boundary between the metal layer and the metal oxide layer has a continuous crystal structure (that is, no discontinuous interface is formed), the microstructure has excellent strength and is extremely mechanically reliable. It is expensive.
In particular, a metal layer is laminated on a substrate made of a dielectric, and a metal oxide layer is laminated thereon. Therefore, when a light reflective material is adopted as the metal layer, the metal oxide layer reflects light. It becomes possible to prevent.
なお、本発明の金属層に適用可能な金属材料としては、例えばアルミニウムが好適で、その他にも、銀、金、銅、パラジウム、白金、ロジウム、シリコン、ニッケル、コバルト、マンガン、鉄、クロム、チタン、ルテニウム、ニオブ、ネオジウム、イッテルビウム、イットリウム、モリブデン、インジウム、ビスマス、又はこれらの合金などを用いることができる。 In addition, as a metal material applicable to the metal layer of the present invention, for example, aluminum is preferable. In addition, silver, gold, copper, palladium, platinum, rhodium, silicon, nickel, cobalt, manganese, iron, chromium, Titanium, ruthenium, niobium, neodymium, ytterbium, yttrium, molybdenum, indium, bismuth, or an alloy thereof can be used.
次に、上記課題を解決するために、本発明の投射型表示装置は、光源装置と、該光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備える投射型表示装置であって、前記光変調装置の光入射側と光射出側とに偏光素子が配設されてなり、該偏光素子が上述した方法により製造された光学素子により構成されてなることを特徴とする。 Next, in order to solve the above-described problem, a projection display device of the present invention includes a light source device, a light modulation device that modulates light emitted from the light source device, and light modulated by the light modulation device. A projection type display device comprising a projection device for projecting, wherein a polarizing element is provided on a light incident side and a light emitting side of the light modulation device, and the polarizing element is manufactured by the method described above. It is characterized by comprising an element.
このような投射型表示装置は信頼性が非常に高いものとなる。つまり、上述した方法により製造された光学素子は、有機材料を含まない構成であるため耐光性や耐熱性に優れ、しかも、深さ方向に均一且つアスペクト比の大きいアルミニウムからなる微細構造体により構成されてなるため、透過率及びコントラスト等の光学特性が優れたものとなるのである。 Such a projection display device is very reliable. In other words, the optical element manufactured by the above-described method has a structure that does not include an organic material, and thus is excellent in light resistance and heat resistance, and is configured by a fine structure made of aluminum that is uniform in the depth direction and has a large aspect ratio. Therefore, optical characteristics such as transmittance and contrast are excellent.
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
[プロジェクタ]
図1は、本発明の投射型表示装置の一実施形態として、プロジェクタの要部を示す概略構成図である。本実施形態のプロジェクタは、光変調装置として液晶装置を用いた液晶プロジェクタである。
[projector]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a main part of a projector as an embodiment of a projection display device of the present invention. The projector according to the present embodiment is a liquid crystal projector using a liquid crystal device as a light modulation device.
図1において、810は光源、813、814はダイクロイックミラー、815、816、817は反射ミラー、818は入射レンズ、819はリレーレンズ、820は出射レンズ、822、823、824は液晶装置からなる光変調装置、825はクロスダイクロイックプリズム、826は投射レンズ、831、832、833は入射側の偏光板(光学素子)、834、835、836は出射側の偏光板である。 In FIG. 1, 810 is a light source, 813 and 814 are dichroic mirrors, 815, 816 and 817 are reflection mirrors, 818 is an incident lens, 819 is a relay lens, 820 is an exit lens, and 822, 823 and 824 are liquid crystal devices. A modulation device, 825 is a cross dichroic prism, 826 is a projection lens, 831, 832, and 833 are incident-side polarizing plates (optical elements), and 834, 835, and 836 are output-side polarizing plates.
光源810は、メタルハライド等のランプ811とランプの光を反射するリフレクタ812とからなる。なお、光源810としては、メタルハライド以外にも超高圧水銀ランプ、フラッシュ水銀ランプ、高圧水銀ランプ、Deep UVランプ、キセノンランプ、キセノンフラッシュランプ等を用いることも可能である。
The
ダイクロイックミラー813は、光源810からの白色光に含まれる赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー817で反射されて、偏光板831を介して赤色光用液晶光変調装置822に入射される。また、ダイクロイックミラー813で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー814によって反射され、偏光板832を介して緑色光用液晶光変調装置823に入射される。さらに、ダイクロイックミラー813で反射された青色光は、ダイクロイックミラー814を透過する。青色光に対しては、長い光路による光損失を防ぐため、入射レンズ818、リレーレンズ819および出射レンズ820を含むリレーレンズ系からなる導光手段821が設けられている。この導光手段821を介して、青色光が偏光板833を介して青色光用液晶光変調装置824に入射される。
The
各光変調装置822〜824により変調された3つの色光は、各色偏光板834〜836を介してクロスダイクロイックプリズム825に入射する。このクロスダイクロイックプリズム825は4つの直角プリズムを貼り合わせたものであり、その界面には赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とがX字状に形成されている。これらの誘電体多層膜により3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ826によってスクリーン827上に投写され、画像が拡大されて表示される。
The three color lights modulated by the respective
ここで、本実施形態のプロジェクタにおいては、偏光板831〜836として、無機材料からなるものを採用している。メタルハライドランプ811からなる光源810は高エネルギーの発光が行われるものであるため、有機材料では当該高エネルギーの光により分解ないし変形が生じる惧れがある。そこで、耐光性及び耐熱性の高い無機材料(金属材料を含む)で偏光板831〜836を構成している。
Here, in the projector according to the present embodiment, the
図2は偏光板831〜836(以下、これらを総称して偏光板1とも言う)の概略構成を示す斜視図、図3は偏光板1の平面模式図、図4は偏光板1の断面模式図、図5は偏光板1を光が透過する際の作用を示す説明図である。
2 is a perspective view showing a schematic configuration of
偏光板1は、本発明の光学素子に係るもので、光源810から射出された各色光を、偏光選択して直線偏光のみを透過させるものである。具体的には図2に示すように、ガラス基板等の誘電材料からなる透光性の基材11A上に、ストライプ状に配置された複数の非有機材料(無機材料及び/又は金属材料)からなる格子(微細構造体)12を備えて構成されている。
The
図3に示すように、格子12のピッチPは入射光の波長よりも小さい値であり、例えば140nm以下に設定されている。また、格子12の幅は、例えば70nm以下に設定されており、製造上の都合もあるが、入射光の波長の1/10程度にするとより好ましい。なお、格子12の隙間に形成される線状の溝パターン13は空間とされているが、例えば当該格子12と異なる透光性の材料を挿入するものとしても良い。
As shown in FIG. 3, the pitch P of the grating 12 is a value smaller than the wavelength of the incident light, and is set to 140 nm or less, for example. The width of the grating 12 is set to, for example, 70 nm or less, which is convenient for manufacturing, but is more preferably about 1/10 of the wavelength of incident light. In addition, although the
また、格子12は、図2及び図4に示すように積層構造を有している。ここでは、基材11A上に、導電体であるアルミニウムからなる金属層2aと、そのアルミニウムの酸化物(酸化アルミニウム)からなる金属酸化層2cとが積層された構成とされている。ここで、金属層2aは光反射性を有しているのに対し、金属酸化層2は光反射防止性を有しているため、本実施形態の偏光板1は、選択非透過光を反射させない機能(反射防止機能)を具備したものとなる。
Moreover, the grating |
なお、積層体である格子(微細構造体)12の高さは10nm〜50nm程度となっている。また、金属層2aを構成する金属材料としては、アルミニウム以外にも、銀、金、銅、パラジウム、白金、ロジウム、シリコン、ニッケル、コバルト、マンガン、鉄、クロム、チタン、ルテニウム、ニオブ、ネオジウム、イッテルビウム、イットリウム、モリブデン、インジウム、ビスマス、又はこれらの合金などを用いることができる。
In addition, the height of the lattice (fine structure) 12 that is a laminate is approximately 10 nm to 50 nm. In addition to aluminum, the metal material constituting the
さらに、格子12は、金属層2aと金属酸化層2cとの積層境界部2bが連続的な結晶構造を備えている。つまり、積層境界部2bには不連続界面が形成されておらず、金属層2aを構成するアルミニウムと、金属酸化層2cを構成する酸化アルミニウムとが連続した濃度分布をもって形成されている。
Furthermore, the
このような偏光板1は、図5に示すように、格子12の屈折率nAと、格子12間に介在する空間11Bの屈折率nBとが異なるため、偏光板1に入射した光の偏光方向により、偏光選択が行なわれる。具体的には、格子12の延在方向と垂直な方向に偏光軸を有する直線偏光Xを透過させ、格子12の延在方向と平行な方向に偏光軸を有する直線偏光Yを反射する。したがって、本実施形態の偏光板1は、光反射型偏光子と同じ作用、すなわち光軸(透過軸)と平行な偏光を透過させ、垂直な偏光に対しては反射させる作用を有している。
As shown in FIG. 5, the
偏光板1を透過して生成された直線偏光は、光変調手段としての液晶装置822〜824に入射する。液晶装置822〜824は、例えば図6に示したような構成を備えている。図6は、液晶装置822〜824の断面模式図である。
The linearly polarized light generated through the
液晶装置822〜824は、ガラスやプラスチック等の透明基板で構成される2枚の基板(素子基板10,対向基板20)を含んで構成され、該一対の基板10,20間に液晶層50が挟持されている。素子基板10の液晶層50側にはITO等で構成された透明電極9がマトリクス状に形成されており、透明電極9のさらに液晶層50側には、液晶分子の配向規制を行う配向膜11が基板全面に形成されている。
The
一方、対向基板20の液晶層50側には、基板全面にベタ状の透明電極23が形成されており、透明電極23のさらに液晶層50側には、液晶分子の配向規制を行う配向膜21が基板全面にベタ状に形成されている。
On the other hand, a solid transparent electrode 23 is formed on the entire surface of the
図6の構成においては、一対の基板10,20が、シール材(図示略)を介して貼り合わせられ、その内部に液晶が封入されている。この場合、液晶層50の液晶モードとしてTN(Twisted Nematic)モードが採用されているが、その他にもSTN(Super Twisted Nematic)モード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード等を採用することができる。
In the configuration of FIG. 6, a pair of
素子基板10は、ガラスや石英等の透光性の基板であって、画素電極9に対する電圧印加をスイッチング駆動するTFT素子(図示略)を備えている。画素電極9はITO(インジウム錫酸化物)等の透光性且つ導電性の材料にて構成されており、膜厚が50nm〜100nm程度(例えば85nm)とされている。また、配向膜11はSiO2の斜方蒸着材料から構成されており、液晶分子の配向を規制している。なお、配向膜11の膜厚は1nm〜10nm程度(例えば5nm)とされている。
The
一方、対向基板20は、素子基板10と同様、ガラスや石英等の透光性の基板から構成されており、その液晶層側にITO(インジウム錫酸化物)等の透光性且つ導電性の材料にて構成された共通電極23が、膜厚50nm〜150nm程度(例えば140nm)に形成されている。また、共通電極23のさらに液晶層側には、SiO2の斜方蒸着材料から構成される配向膜21が形成されており、その膜厚は1nm〜10nm程度(例えば5nm)とされている。
On the other hand, the
このような液晶装置822〜824では、図1に示した偏光板831,832,833を介して入射する直線偏光の位相制御が行われる。つまり、電極9,23に対する印加電圧により液晶層50の駆動制御を行い、当該入射光の位相を制御するものとしている。位相制御された光は、光射出側に配設された偏光板834,835,836に入射して変調される。
In such
液晶装置822〜824及び偏光板831〜836で変調された各色光は、上述した通り、クロスダイクロイックプリズム825に入射して形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ826によってスクリーン827上に投写され、画像が拡大されて表示される。
Each color light modulated by the
本実施の形態では、偏光板1(831〜836)に関して有機材料を用いないものとしている。つまり、メタルハライドランプから供給される高エネルギー光により劣化する惧れのある有機材料を排除して、無機材料及び/又は金属材料から偏光板1(831〜836)を構成している。また、当該偏光板1(831〜836)は、以下に示すような方法により製造しているため、製造コストも安価で、非常に信頼性の高いものとなっている。 In the present embodiment, no organic material is used for the polarizing plate 1 (831 to 836). That is, the polarizing plate 1 (831-836) is comprised from an inorganic material and / or a metal material, excluding the organic material which may be deteriorated with the high energy light supplied from a metal halide lamp. Moreover, since the said polarizing plate 1 (831-836) is manufactured by the method as shown below, manufacturing cost is also cheap and it has become very reliable.
[偏光板の製造方法]
以下、図2〜図4に示した偏光板1の製造方法の一例について説明する。図7は、偏光板1の製造工程を示す断面模式図、図8は当該製造工程で行う陽極酸化に用いる装置の概略を示す説明図である。
まず、図7(a)に示すように、透光性の誘電体材料であるSiO2からなる基板11Aに対して、アルミニウムをスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などにより基板全面に形成し、膜厚が100nm〜300nm程度のアルミニウム層2を形成する。
[Production method of polarizing plate]
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the
First, as shown in FIG. 7A, aluminum is formed on the entire surface of the
次に、図7(b)に示すように、ナノインプリント法によりアルミニウム層2の表面に所定のドット列パターンの凹部15を形成する。ここでは、SiCなどの硬い材料からなる押し付け部材30を用意し、その表面に規則的な配列を有する凸部31を形成して、これを押し付け型としてアルミニウム層2の表面に押圧させることで、ドット列パターンの凹部15を形成している。なお、凸部31の配列パターンは、アルミニウム層2の表面に形成する凹部15のパターンに対応したドット列パターンとされており、詳しくは、列間隔が行間隔よりも大きな配列パターン(若しくは行間隔が列間隔よりも大きな配列パターン)となっている。また、凸部31の形状としては、柱状(例えば四角柱)の他、半球状のもの、或いは錐状(例えば四角錐)のものを採用することができる。
Next, as shown in FIG. 7B, a
次に、図7(c)に示すように、凹部15(図7(b)参照)のドット列が形成されたアルミニウム層2の酸化処理を行うことによって、ドット列に対応する孔15aを形成する。
具体的には、図8に示す陽極酸化装置を用いた陽極酸化法により孔形成を行う。つまり、図8に示すように、陽極としてのAl膜2の表面と、白金からなる陰極40の表面とが対向するように配置し、約5%の濃度を有する硫酸水溶液41中で、約30Vの電圧を印加することにより約20分間の酸化処理を行う。
これにより、図7(c)に示したような微細な孔15aを有する酸化アルミニウム層2cが自己組織化的に形成される。
Next, as shown in FIG. 7C, the
Specifically, holes are formed by an anodic oxidation method using the anodizing apparatus shown in FIG. That is, as shown in FIG. 8, the surface of the
As a result, the
なお、このような陽極酸化工程においては、アルミニウム層2の一部が酸化されないで残存する態様で行われる。つまり、陽極酸化工程の結果、孔15aの底に酸化アルミニウム層2cが形成され、その底のさらに基板11A側にアルミニウム層2が残存する形となるのである。
Such an anodic oxidation process is performed in such a manner that a part of the
この後、図7(d)に示すように、約5wt%のリン酸が含有された水溶液を用いて、約30℃で、陽極酸化処理により形成されたドット列に対応する孔15aをウェットエッチングにより拡大する。なお、当該エッチングは少なくとも孔15aからアルミニウム層2の表面が露出するまで行う。また、当該エッチングはドライエッチングで行うこともでき、エッチャントとしては例えばCl2とBCl3の混合ガスに、必要に応じてAr、N2を添加したものを用いることができる。主たるエッチャントはCl2とBCl3の混合ガスであるが、Ar、N2の添加により垂直性が向上する。
Thereafter, as shown in FIG. 7 (d), wet etching is performed on the
この際、本実施形態では、前述した通り孔15aの列間隔が行間隔よりも大きな配列パターンを有しているため、孔15aが拡大することにより行方向に隣接する孔15a,15a同士が繋がり、当該行方向に溝パターンが形成される。したがって、列方向に酸化アルミニウム層2cが延在してなる線状の微細構造を得ることができる。
At this time, in this embodiment, as described above, since the column spacing of the
続いて、図7(e)に示すように、酸化アルミニウム層2cの下層(基板11A側)に形成されたアルミニウム層1を、酸化アルミニウム層2cをマスクとしてエッチング処理する。ここでは、ドライエッチング(エッチングガス:Cl2とBCl3の混合ガス)による異方性エッチングを行い、酸化アルミニウム層2cの孔15aから連続する孔を当該アルミニウム層2に形成するものとしている。その結果、図7(e)及び図2〜図4に示すような線状の溝パターン13を有する格子(微細構造体)12、つまり金属層(アルミニウム層)2aと金属酸化層(酸化アルミニウム層)2cとが積層されてなる線状の微細構造体である格子12を具備した偏光板1が作製される。
Subsequently, as shown in FIG. 7E, the
このような陽極酸化法により形成された孔15aは、当該溝の深さ方向において溝幅が均一となり、つまり溝の上部と下部とのデューティ比が均一となる。また、陽極酸化法により形成した孔15aをウェットエッチングにより拡大することで、より容易に細孔が直線状に連結した溝パターンを形成することができる。
The
さらに、ウェットエッチング後に、孔15aの底に残存するアルミニウム層2を異方性エッチングにより除去し、基板11Aまで開口した溝パターン13を得るものとしているため、最終的に形成される溝パターン13は、その溝の深さ方向において溝幅が均一となり、つまり溝の上部と下部とのデューティ比が均一となる。その結果、溝パターン13が延びる方向と平行な方向の偏光と、溝パターン13が延びる方向と直交する方向の偏光とで有効屈折率を良好に異ならせることが可能となり、ひいては良好な複屈折特性を具備する偏光板1を製造可能となる。さらに、誘電体からなる基板11Aの上に導電体であるアルミニウム層2aが形成されてなるものであるため、偏光特性が良好で、プロジェクタ等の投射型表示装置に用いた場合に、光の透過性や当該プロジェクタのコントラストが高いものとなる。
Furthermore, after the wet etching, the
なお、本実施の形態では、微細構造を有する光学素子を偏光素子(偏光板)として用いる例を示したが、その他にも回折素子やPBS(Polarized Beam Splitter)、位相差板として用いることも可能である。 In this embodiment, an example in which an optical element having a fine structure is used as a polarizing element (polarizing plate) is shown, but it can also be used as a diffraction element, PBS (Polarized Beam Splitter), or a retardation plate. It is.
1,831〜836…偏光板、2…アルミニウム層、2a…金属層、2c…酸化アルミニウム層(酸化金属層)、11A…基板、12…格子(微細構造体)、13…溝パターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,831-836 ... Polarizing plate, 2 ... Aluminum layer, 2a ... Metal layer, 2c ... Aluminum oxide layer (metal oxide layer), 11A ... Substrate, 12 ... Lattice (fine structure), 13 ... Groove pattern
Claims (7)
前記金属層に対して所定のドット列パターンを有する凹部を形成する工程と、
前記凹部が形成された金属層の表面を陰極と対向させた状態で、当該金属層の表層の一部を陽極酸化することで、前記金属層と、線状の溝パターンを有する金属酸化層との積層体を形成する工程と、
前記金属酸化層をマスクとして前記金属層のエッチングを行い、当該金属層に線状の溝パターンを形成することで、前記金属層と前記金属酸化層とが積層されてなる微細構造体を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする光学素子の製造方法。 Forming a metal layer on a dielectric substrate;
Forming a recess having a predetermined dot row pattern for the metal layer;
In a state where the surface of the metal layer in which the recess is formed is opposed to the cathode, a part of the surface layer of the metal layer is anodized so that the metal layer and the metal oxide layer having a linear groove pattern are Forming a laminate of
Etching the metal layer using the metal oxide layer as a mask to form a linear groove pattern in the metal layer, thereby forming a fine structure in which the metal layer and the metal oxide layer are laminated. A process for producing an optical element comprising the steps of:
前記微細構造体が、前記基板側から金属層と、該金属層の酸化物からなる金属酸化層とが積層されてなる積層体により構成され、前記金属層と前記金属酸化層との境界は、連続する結晶構造を具備してなることを特徴とする光学素子。 An optical element in which a fine structure having a linear groove pattern is formed on a dielectric substrate,
The microstructure is composed of a laminate in which a metal layer and a metal oxide layer made of an oxide of the metal layer are laminated from the substrate side, and the boundary between the metal layer and the metal oxide layer is An optical element comprising a continuous crystal structure.
前記光変調装置の光入射側と光射出側とに偏光素子が配設されてなり、該偏光素子が請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法により製造された光学素子により構成されてなることを特徴とする投射型表示装置。
A projection display device comprising: a light source device; a light modulation device that modulates light emitted from the light source device; and a projection device that projects light modulated by the light modulation device.
A polarizing element is provided on a light incident side and a light emitting side of the light modulation device, and the polarizing element is constituted by an optical element manufactured by the method according to any one of claims 1 to 5. A projection type display device characterized by comprising:
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