JP2009236945A - ワイヤーグリッド偏光子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度に作製された高性能なワイヤーグリッド偏光子を提供する。
【解決手段】本発明によるワイヤーグリッド偏光子（１００）は、主面（１１１）を有する透明基材（１１０）と、透明基材（１１０）の主面（１１１）上に、互いに平行に配列された複数の金属ワイヤー（１２０）とを備える。透明基材（１１０）の主面（１１１）は、複数の溝（１１１ａ）のそれぞれを規定する底部（１１２ａ）および側部（１１２ｂ）と、複数の溝（１１１ａ）のうちの隣接する２つの溝の間に位置する上部（１１２ｃ）とを有している。複数の金属ワイヤー（１２０）のそれぞれの少なくとも一部は、透明基材（１１０）の主面（１１１）の上部（１１２ｃ）によって規定される平面から突出しており、複数の金属ワイヤー（１２０）は、透明基材（１１０）の底部（１１２ａ）および上部（１１２ｃ）の一方の上に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明はワイヤーグリッド偏光子およびその製造方法に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型および低消費電力等の利点を有している。このため、液晶表示装置は、テレビ、コンピュータ、携帯端末等の表示部に利用されている。液晶表示装置の液晶パネルは、ブラウン管（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ：ＣＲＴ）やプラズマディスプレイパネル（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ：ＰＤＰ）などの自発光型パネルとは異なり、それ自体は発光しない。このため、透過型液晶表示装置および透過反射両用型液晶表示装置では、液晶パネルの裏面にバックライトを配置し、バックライトから出射して液晶パネルを通過した光により、表示が行われる。バックライトから出射される光は非偏光であり、透過型液晶表示装置および透過反射両用型液晶表示装置には、液晶層を挟むように偏光板が設けられている。

一般的な偏光板は、二色性のヨウ素をポリビニルアルコール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ：ＰＶＡ）のフィルムに吸着させた後、一方向に延伸して分子の配向を一定にそろえることによって形成され、透過軸に平行な偏光方向の偏光成分を透過し、透過軸に直交する偏光方向の偏光成分を吸収する。このような偏光板は耐熱性が十分でなく、また、紫外線によって劣化してしまう。さらに、このような偏光板では、バックライトから出射された光のうち略半分は吸収されてしまい、利用されない。

そこで、選択反射偏光板を用いることにより、光の利用効率を増大させることが知られている。選択反射偏光板は、偏光方向の直交する２つの偏光成分のうちの一方を透過し、他方を反射する。選択反射偏光板は、例えば、バックライトの出射面に配置される。選択反射偏光板は、透過軸に平行な偏光方向の偏光成分のほとんどを透過するが、一般的な偏光板では吸収される偏光成分のほとんどをバックライトに向けて反射する。バックライトに戻った光の一部は、バックライトにおいて反射されるとともに偏光状態が変化し、再びバックライトの出射面から選択反射偏光板に向かって出射される。バックライトの出射面から出射された光の一部は選択反射偏光板を透過する。このように、選択反射偏光板を設けることにより、光利用効率が増大し、液晶表示装置の輝度が１．２〜１．４倍ほど増加する。

耐熱性に優れた選択反射偏光板としてワイヤーグリッド偏光子が知られている。ワイヤーグリッド偏光子では、金属ワイヤーが等間隔に配列されている。金属ワイヤーの長手方向と平行な偏光方向の偏光成分はワイヤーグリッド偏光子において反射され、垂直な偏光方向の偏光成分はワイヤーグリッド偏光子を透過する。

液晶表示装置に用いられるワイヤーグリッド偏光子では、可視光の波長よりも短いピッチで金属ワイヤーが配列されており、金属ワイヤーの形成には短い数十ｎｍ〜数百ｎｍレベルの加工が必要である。しかしながら、一般的なフォトリソグラフィ工程ではこのような加工は困難である。このため、金属ワイヤーの形成は、ナノレベルの凹凸形状のパターンの設けられたモールドを用意し、モールドのパターンを転写することによって行われている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。このようなナノレベルのパターンの転写はナノインプリントとも呼ばれている。

以下、図１０を参照して、特許文献１に開示されているワイヤーグリッド偏光子７００の製造方法を説明する。

図１０（ａ）に示すように、透明基材７１０の上に金属層Ｍおよびフォトレジスト層Ｒを形成する。透明基材７１０はガラスから形成されている。

また、モールド７５０を用意する。モールド７５０の主面７５１には複数の溝７５１ａが設けられている。主面７５１は、隣接する２つの溝７５１ａの間に位置する上部７５２ａと、各溝７５１ａを規定する側部７５２ｂおよび底部７５２ｃとを有している。複数の上部７５２ａおよび底部７５２ｃが互いに平行に延びており、主面７５１には、凹凸形状のパターンが形成されている。

次に、図１０（ｂ）に示すように、モールド７５０のパターンをフォトレジスト層Ｒに転写する。これにより、モールド７５０の上部７５２ａおよび底部７５２ｃに対応してフォトレジスト層Ｒに薄部Ｒａおよび厚部Ｒｃが形成される。このようなモールドのパターンの転写はインプリントとも呼ばれる。その後、加熱または紫外線の照射等を行い、フォトレジスト層Ｒを硬化させる。

次に、図１０（ｃ）に示すように、フォトレジスト層Ｒからモールド７５０を剥離する。

次に、図１０（ｄ）に示すように、フォトレジスト層Ｒをエッチングする。これにより、フォトレジスト層Ｒの薄部Ｒａ部分が除去され、フォトレジスト層Ｒに覆われていない金属層Ｍが露出される。この工程はエッチバックとも呼ばれる。

次に、図１０（ｅ）に示すように、フォトレジスト層Ｒをマスクとしてフォトレジスト層Ｒに覆われていない金属層Ｍをエッチングする。これにより、金属ワイヤー７２０が形成される。

次に、図１０（ｆ）に示すように、フォトレジスト層Ｒを除去して金属ワイヤー７２０を露出させる。このようにして、金属層Ｍから形成された金属ワイヤー７２０を有するワイヤーグリッド偏光子７００が作製される。以上のように、特許文献１の製造方法によれば、モールド７５０のパターンの転写されたフォトレジスト層Ｒが金属層Ｍに対するマスクとして利用され、金属ワイヤー７２０は、モールド７５０のパターンの転写されたフォトレジスト層Ｒに対応して形成される。

これに対して、特許文献２には、ワイヤーグリッド偏光子の別の製造方法が開示されている。以下、図１１および図１２を参照して、特許文献２に開示されているワイヤーグリッド偏光子８００の製造方法を説明する。

図１１（ａ）に示すように、シリコン基板８６０上にフォトレジスト層Ｒを形成する。その後、電子線を用いてフォトレジスト層Ｒに描画する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、フォトレジスト層Ｒを現像液に浸すことにより、フォトレジスト層Ｒをパターニングする。これにより、フォトレジスト層Ｒには、複数の溝が設けられる。

次に、図１１（ｃ）に示すように、フォトレジスト層Ｒをマスクとして用いてドライエッチングを行い、シリコン基板８６０の主面に上部８６０ａ、側部８６０ｂおよび底部８６０ｃを形成する。シリコン基板８６０は金型として用いられる。

次に、図１１（ｄ）に示すように、透明基材８１０を用意し、シリコン基板８６０の上に紫外線硬化樹脂８７０を塗布した後で透明基材８１０を押し当てる。これにより、透明基材８１０とシリコン基板８６０の主面との間に紫外線硬化樹脂層８７０が形成される。透明基材８１０は合成石英から形成されている。

次に、図１１（ｅ）に示すように、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂層８７０を硬化する。紫外線硬化樹脂層８７０の表面には、シリコン基板８６０の上部８６０ａ、側部８６０ｂおよび底部８６０ｃに対応して底部８７０ａ、側部８７０ｂおよび上部８７０ｃが形成されている。

次に、図１２（ａ）に示すように、透明基材８１０および紫外線硬化樹脂層８７０からシリコン基板８６０を剥離する。

次に、図１２（ｂ）に示すように、ドライエッチングを行い、紫外線硬化樹脂層８７０の表面の凹凸形状を透明基材８１０の主面に転写する。これにより、紫外線硬化樹脂層８７０の底部８７０ａ、側部８７０ｂおよび上部８７０ｃに対応して、透明基材８１０の主面８１１に底部８１２ａ、側部８１２ｂおよび上部８１２ｃが形成される。透明基材８１０の主面８１１には、側部８１２ｂおよび底部８１２ａによって規定される溝８１１ａが設けられている。

次に、図１２（ｃ）に示すように、透明基材８１０の主面８１１を覆う金属層Ｍを形成する。金属層Ｍにより、透明基材８１０の主面８１１の底部８１２ａだけでなく上部８１２ｃも覆われる。

次に、図１２（ｄ）に示すように、金属層Ｍをエッチバックする。透明基材８１０の上部８１２ｃが露出されるまで金属層Ｍは除去され、透明基材８１０の上部８１２ｃと金属ワイヤー８２０の表面とが平坦化される。これにより、透明基材８１０の溝８１１ａに設けられた金属ワイヤー８２０が形成される。さらに分断することにより、図１２（ｅ）に示したワイヤーグリッド偏光子８００が作製される。以上のように、特許文献２の製造方法によれば、金属ワイヤー８２０は、シリコン基板８６０の押し当てられた紫外線硬化樹脂層８７０の底部８７０ａに対応して形成される。
特開２００５−３１６４９５号公報 特開２００４−２７１５５８号公報

特許文献１に開示されている製造方法では、モールド７５０のパターンをフォトレジスト層Ｒに転写し、フォトレジスト層Ｒのパターンにしたがって金属ワイヤー７２０が形成される。このため、モールド７５０およびフォトレジスト層Ｒのパターンは金属ワイヤー７２０の精度に影響する。

特許文献１の製造方法では、モールド７５０のパターンをフォトレジスト層Ｒに転写した後、フォトレジスト層Ｒのうち、モールド７５０の上部７５２ａに対応する薄部Ｒａはエッチバックによって除去される。エッチバックの前のこの薄部Ｒａは残膜とも呼ばれる。エッチバックでは、フォトレジスト層Ｒの残膜とともにモールド７５０の底部７５２ｃに対応する厚部Ｒｃも除去されてしまうため、残膜が厚いほど厚部Ｒｃの多くが除去されることになる。また、エッチバック工程において複数の残膜のそれぞれが除去されるが、残膜が厚いほど、エッチバック工程において残膜の除去される量に差が生じやすく、エッチバック後に残膜が斑状に残ることがある。このため、残膜は薄いほど好ましく、また、残膜を薄くするために、フォトレジスト層Ｒはできる限り薄いことが好ましい。一般的に、フォトレジスト層Ｒをスピンコートで形成する場合、フォトレジスト層Ｒの厚さは１〜５μｍ程度である。また、フォトレジスト層Ｒの材料として粘度の低いレジスト材料を用いてスピンコートを行う場合、フォトレジスト層Ｒの厚さは０．２〜０．５μｍ（２００〜５００ｎｍ）程度となる。

また、モールド７５０の凹凸形状のピッチが１５０〜２００ｎｍであり、モールド７５０の上部７５２ａの幅が７５〜１００ｎｍである場合、このように細い上部７５２ａおよび底部７５２ｃの高低差を十分に大きく作製することは困難であり、モールド７５０によって規定されるフォトレジスト層Ｒの厚部Ｒｃと薄部Ｒａとの高低差を３００ｎｍよりも大きくすることは困難である。

モールド７５０で厚さ２００〜５００ｎｍのフォトレジスト層Ｒに対してインプリントを行い、フォトレジスト層Ｒの厚部Ｒｃと薄部Ｒａとの高低差を約３００ｎｍとする場合、残膜の厚さは５０〜３５０ｎｍとなる。エッチバック処理を考慮すると、残膜の厚さを１００ｎｍ以下にすることが必要であり、そのためには、フォトレジスト層Ｒを厚さ０．２〜０．３μｍ（２００〜３００ｎｍ）で均一に形成することが必要となる。しかしながら、このように薄いフォトレジスト層Ｒを塗布で形成すると、塗布斑により、フォトレジスト層Ｒの厚さに差が生じやすい。このため、フォトレジスト層Ｒを高精度に加工することは困難であり、結果として、ワイヤーグリッド偏光子７００の面内にばらつきが生じる。

また、特許文献１に開示されている製造方法に従って薄いフォトレジスト層Ｒを形成する場合、透明基材７１０の厚さのバラツキは数μｍであり、このバラツキはフォトレジスト層Ｒの厚部Ｒｃと薄部Ｒａとの高低差と比べて格段に大きいため、正確なインプリントを行うためには、インプリント時の圧力を十分高くする必要がある。一般的なフォトレジスト層に対するインプリントは２〜５ＭＰａ程度の圧力で行われるが、フォトレジスト層Ｒが薄い場合、１０ＭＰａ以上の圧力を付与することが必要であり、場合によっては、２０ＭＰａもの圧力を付与しないと正確なインプリントを行えないこともある。このような大きな圧力を印加するとモールドが割れることがある。さらに、モールドの面積が大きくなったときの押し付け力が格段に大きくなり、大型のインプリント装置が必要となる。

一方、特許文献２に開示されている製造方法では、硬化する前の紫外線硬化樹脂層に金型を押し当てており、小型のインプリント装置を用いて特許文献１よりも低い圧力で転写を行うことができる。しかしながら、特許文献２に開示されたワイヤーグリッド偏光子８００の反射率および透過率は比較的低く、ワイヤーグリッド偏光子８００の性能は十分ではない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、高精度に作製された高性能なワイヤーグリッド偏光子およびその製造方法を提供することにある。

本発明によるワイヤーグリッド偏光子は、主面を有する透明基材と、それぞれが、前記透明基材の主面上に互いに平行に配列された複数の金属ワイヤーとを備える、ワイヤーグリッド偏光子であって、前記透明基材の前記主面には互いに平行に配列された複数の溝が設けられており、前記透明基材の前記主面は、前記複数の溝のそれぞれを規定する底部および側部と、前記複数の溝のうちの隣接する２つの溝の間に位置する上部とを有しており、前記複数の金属ワイヤーのそれぞれの少なくとも一部は、前記透明基材の前記主面の前記上部によって規定される平面から突出しており、前記複数の金属ワイヤーは、前記透明基材の前記主面の前記底部および前記上部の一方の上に設けられている。

ある実施形態において、前記複数の金属ワイヤーのそれぞれは、前記透明基材の前記主面の前記底部の上に設けられており、前記複数の金属ワイヤーのそれぞれの厚さは、前記透明基材の前記主面の前記上部と前記底部との高低差よりも大きい。

ある実施形態において、前記複数の金属ワイヤーのそれぞれは、前記透明基材の前記主面の前記上部の上に設けられている。

本発明によるワイヤーグリッド偏光子の製造方法は、主面を有する透明基材を用意する工程と、凹凸形状のパターンの設けられたモールドを用意する工程と、前記モールドの前記パターンを前記透明基材の主面に転写する工程と、前記モールドを前記透明基板から剥離した後に、前記透明基材の主面を覆う金属層を形成する工程と、前記金属層をエッチングする工程であって、互いに平行に配列された複数の金属ワイヤーを形成する工程と、前記複数の金属ワイヤーをマスクとして前記透明基材をエッチングする工程であって、前記透明基材のうち前記複数の金属ワイヤーの設けられていない部分の一部を選択的に除去する工程とを包含する。

ある実施形態において、前記透明基材をエッチングする工程において、前記透明基材のうち、前記複数の金属ワイヤーの設けられた部分と、前記複数の金属ワイヤーの設けられていない部分との高さを異ならせる。

ある実施形態において、前記高さを異ならせる工程において、前記透明基材のうち前記複数の金属ワイヤーの設けられていない部分を前記複数の金属ワイヤーの厚さよりも浅く除去する。

ある実施形態において、前記高さを異ならせる工程において、前記透明基材のうち前記複数の金属ワイヤーの設けられていない部分を前記複数の金属ワイヤーの厚さよりも深く除去する。

ある実施形態において、前記金属層のエッチングおよび前記透明基材のエッチングはドライエッチングで行われ、前記透明基材をエッチングする工程は、前記金属層をエッチングする工程において用いられたエッチングガスを切り換える工程を含む。

本発明によれば、高精度に作製された高性能なワイヤーグリッド偏光子およびその製造方法を提供できる。

以下、図面を参照して、本発明によるワイヤーグリッド偏光子およびその製造方法の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

（実施形態１）
図１を参照して、本発明によるワイヤーグリッド偏光子１００の第１実施形態を説明する。図１（ａ）は、ワイヤーグリッド偏光子１００の模式的な斜視図であり、図１（ｂ）は、ワイヤーグリッド偏光子１００の模式的な側面図である。

ワイヤーグリッド偏光子１００は、主面１１１を有する透明基材１１０と、透明基材１１０の主面１１１上に互いに平行に配列された複数の金属ワイヤー１２０とを備えている。例えば、金属ワイヤー１２０のピッチＰ、幅Ｗ、および厚さＨは、それぞれ、１５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍである。なお、本明細書において、Ｗ／Ｐをメタル比と呼ぶことがある。金属ワイヤー１２０は例えばアルミニウム（Ａｌ）から形成される。アルミニウムは、銀（Ａｇ）ほどではないものの反射率の比較的高い金属である。また、可視光の波長に対するアルミニウムの反射率の依存性はＡｇと比べて小さく、アルミニウムの反射率は経時変化しにくい（曇りにくい）。このため、アルミニウムは金属ワイヤー１２０の材料として好適に用いられる。

ここでは、透明基材１１０の主面１１１には複数の溝１１１ａが設けられており、主面１１１は、複数の溝１１１ａのそれぞれを規定する底部１１２ａおよび側部１１２ｂと、複数の溝１１１ａのうち隣接する２つの溝の間に位置する上部１１２ｃとを有している。底部１１２ａおよび上部１１２ｃは互いに平行に延びている。また、底部１１２ａおよび上部１１２ｃの延びている方向は金属ワイヤー１２０の延びている方向と平行である。また、複数の金属ワイヤー１２０のそれぞれは、透明基材１１０の主面１１１の底部１１２ａ上に設けられており、上部１１２ｃ上には設けられていない。金属ワイヤー１２０の幅Ｗは透明基材１１０の底部１１２ａの幅とほぼ等しい。

金属ワイヤー１２０の延びている方向（長手方向）に直交する偏光方向の偏光成分は主にワイヤーグリッド偏光子１００を透過し、金属ワイヤー１２０の延びている方向に平行な偏光方向の偏光成分は主にワイヤーグリッド偏光子１００において反射される。このように、ワイヤーグリッド偏光子１００の透過軸は金属ワイヤー１２０の延びている方向と直交しており、ワイヤーグリッド偏光子１００の反射軸は、金属ワイヤー１２０の延びている方向と平行である。

上述したように、複数の金属ワイヤー１２０のそれぞれは、透明基材１１０の主面１１１の底部１１２ａ上に設けられており、金属ワイヤー１２０は埋め込まれているように見える。また、金属ワイヤー１２０の高さは主面１１１の上部１１２ｃと底部１１２ａとの高低差よりも大きいため、金属ワイヤー１２０は、透明基材１１０の上部１１２ｃによって規定される平面から突出している。ワイヤーグリッド偏光子１００の構造は、例えば、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）で観測することができる。

本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００は、図２を参照して後述するように、モールドのパターンを透明基材１１０に直接的に転写して高精度に作製可能である。また、ワイヤーグリッド偏光子１００は、図３を参照して詳述するが、金属ワイヤー１２０の一部が透明基材１１０に完全に埋め込まれていないので、高い反射率および透過率を有している。

以下、図２を参照しながら、本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００の製造方法を説明する。

図２（ａ）に示すように、主面１１１を有する透明基材１１０を用意する。ここで、主面１１１はほぼ平坦である。透明基材１１０は、高い光透過率および低い複屈折性を有する透明樹脂フィルムを含んでおり、透明樹脂フィルムとして、例えば、ポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）や、シクロオレフィンポリマー（Ｃｙｃｌｏｏｌｅｆｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒ：ＣＯＰ）などが用いられる。

図２（ｂ）に示すように、モールド３００を用意する。モールド３００の主面３１０には互いに平行に配列された複数の溝３１１が設けられており、主面３１０は、複数の溝３１１のうち隣接する２つの溝３１１の間に位置する上部３１２ａと、複数の溝３１１をそれぞれ規定する側部３１２ｂおよび底部３１２ｃとを有しており、主面３１０には凹凸形状のパターンが設けられている。モールド３００の上部３１２ａおよび底部３１２ｃはそれぞれ互いに平行に一方向に沿って延びている。モールド３００の凹凸形状は、ワイヤーグリッド偏光子１００の凹凸形状に対応している。具体的には、モールド３００の凹凸形状のピッチはワイヤーグリッド偏光子１００のピッチとほぼ等しく、モールド３００の上部３１２ａの幅はワイヤーグリッド偏光子１００の透明基材１１０の底部１１２ａ（図１（ａ））の幅とほぼ等しい。モールド３００は、例えば、シリコンウエハー上に塗布したレジスト層に電子線露光や二光波干渉露光法などを用いてパターニングを行い、パターニングされたレジスト層をマスクとして用いてシリコンをエッチングすることによって作製される。

次に、図２（ｃ）に示すように、モールド３００を透明基材１１０に押し付ける。このような押し付けは、インプリント装置（図示せず）を用いて行われる。これにより、モールド３００の上部３１２ａおよび底部３１２ｃに対応して、透明基材１１０の主面１１１に底部１１２ｘおよび上部１１２ｙが形成される。透明基材１１０の主面１１１の底部１１２ｘおよび上部１１２ｙはそれぞれ互いに平行に一方向に沿って延びている。このように、モールド３００のパターンは透明基材１１０の主面１１１に直接的に転写されており、小型のインプリント装置を用いても正確な転写を行うことができる。

なお、モールド３００のパターンの転写は、モールド３００を加熱した状態で行われる。この工程は熱インプリントとも呼ばれる。例えば、透明基材１１０がポリメチルメタクリレートから形成されている場合、この透明基材１１０のガラス転移温度は１００℃であるため、１２０〜１３０℃の温度下において５ＭＰａ程度の圧力を付与した後、圧力を印加したままモールドの温度を８０℃以下まで下げた後、インプリント装置から取り出す。

また、透明基材１１０はシクロオレフィンポリマーから形成されていてもよい。この樹脂のガラス転移温度が１３４℃である。この場合、モールド３００の温度を１６０℃にし、透明基材１１０の温度を８０℃として、５ＭＰａの圧力を１分間印加し、その後、圧力を印加したままモールド３００の温度を１００℃以下まで下げてからインプリント装置から取り出す。

あるいは、透明基材１１０が支持基材に支持された光硬化性樹脂を有していてもよい。この場合、モールド３００を光硬化性樹脂に押し付けた後に、紫外光を照射して光硬化性樹脂を硬化させることにより、転写が行われる。この工程はＵＶインプリントとも呼ばれる。なお、このときに用いられる光硬化性樹脂は、光硬化前後で体積変化が小さく、粘度の低い材料を含むことが好ましい。例えば、ＵＶインプリントのための光硬化性樹脂として光硬化性樹脂ＰＡＫ−０１（東洋合成工業株式会社）が用いられる。

次に、図２（ｄ）に示すように、透明基材１１０からモールド３００を剥離する。

次に、図２（ｅ）に示すように、透明基材１１０上に金属層Ｍを形成する。金属層Ｍの厚さは、透明基材１１０の主面１１１の上部１１２ｙと底部１１２ｘとの高低差よりも大きく、透明基材１１０の主面１１１は金属層Ｍに覆われる。金属層Ｍは例えばアルミニウム（Ａｌ）から形成される。

金属層Ｍの形成は、例えば、抵抗蒸着法によって行われる。抵抗蒸着法を用いることにより、蒸着材料から透明基材１１０までの距離を長くし、透明基材１１０の主面１１１に到着する金属粒子の発散性を極力押さえ、透明基材１１０の主面１１１を覆うように金属を堆積することができる。例えば、蒸着材料は１０ｍｍの丸いボートに入れられ、蒸着材料から透明基材１１０までの距離は２５０ｍｍである。

次に、図２（ｆ）に示すように、ドライエッチングを行い、透明基材１１０の底部１１２ｘ上に設けられた部分を残し、金属層Ｍのうち透明基材１１０の上部１１２ｙ上に設けられた部分を除去する。これにより、金属ワイヤー１２０が形成される。ドライエッチングは、真空下においてＣｌ₂およびＢＣｌ₃の混合ガスを混入して、金属ワイヤー１２０の上面と透明基材１１０の上部１１２ｙの高さがほぼ等しくなるまで行われる。

次に、図２（ｇ）に示すように、ドライエッチングを行い、金属ワイヤー１２０および金属ワイヤー１２０によって覆われた透明基材１１０の底部１１２ｘを実質的に除去することなく、金属ワイヤー１２０の設けられていない透明基材１１０の上部１１２ｙの一部を除去する。このドライエッチングは、図２（ｆ）を参照して説明した金属層Ｍのエッチングと同様の真空下で行われるが、混合ガスを切り換えている。ドライエッチングは、ＣＦ₄およびＯ₂の混合ガスを用いて行われる。ドライエッチングにより、透明基材１１０の主面１１１に底部１１２ａおよび上部１１２ｃが形成される。底部１１２ａは底部１１２ｘに対応しており、上部１１２ｃは上部１１２ｙに対応している。このようにして、金属ワイヤー１２０が透明基材１１０の上部１１２ｃによって規定される平面から突出する形状が形成される。

ここで、比較例のワイヤーグリッド偏光子５００と比較して本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００の利点を説明する。まず、図３を参照して、比較例のワイヤーグリッド偏光子５００の構成を説明する。比較例のワイヤーグリッド偏光子５００は、透明基材５１０の主面５１２の上部５１２ｂと底部５１２ａとの高低差が金属ワイヤー５２０の厚さと等しい点で本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００とは異なる。ワイヤーグリッド偏光子５００は、図１１および図１２を参照して上述した特許文献２の製造方法に従って製造されたものに相当する。

図４を参照して、本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００および比較例のワイヤーグリッド偏光子５００を比較する。図４（ａ）に、金属ワイヤーの長手方向と平行な偏光方向の偏光成分が、入射角度０°で入射したときの反射率のシミュレーション結果を示している。図４（ｂ）に、金属ワイヤーの長手方向と垂直な偏光方向の偏光成分が、入射角度０°で入射したときの透過率のシミュレーション結果を示している。このシミュレーションでは、ワイヤーグリッド偏光子１００、５００が微細な構造であり、単純なスカラー回折理論による回折効率は、偏光依存性等を計算することができないので、ベクトル回折理論を適用したアルゴリズムを取り入れたシミュレーションソフトであるＧＳＯＬＶＥＲを用いている。

ワイヤーグリッド偏光子１００の金属ワイヤー１２０のピッチ、幅および厚さはそれぞれ１５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍであり、ワイヤーグリッド偏光子５００の金属ワイヤー５２０のピッチ、幅および厚さは、同様にそれぞれ１５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍである。また、金属ワイヤー１２０、５２０はいずれもアルミニウムから形成されている。なお、ワイヤーグリッド偏光子１００において透明基材１１０の上部１１２ｃと底部１１２ａとの高低差は１０ｎｍであり、この高低差は金属ワイヤー１２０の厚さよりも小さい一方、ワイヤーグリッド偏光子５００において、透明基材５１０の上部５１２ｂと底部５１２ａとの高低差は１００ｎｍであり、この高低差は金属ワイヤー５２０の厚さと等しい。なお、透明基材の上部から金属ワイヤーの上面までの高さをｈとすると、ワイヤーグリッド偏光子１００における高さｈは９０ｎｍであるのに対して、ワイヤーグリッド偏光子５００における高さｈは０ｎｍである。

図４（ａ）から理解されるように、高さｈの大きさに関わらず波長が短いほど反射率は低い。本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００の反射率は比較例のワイヤーグリッド偏光子５００よりも高い。特に、短波長において、ワイヤーグリッド偏光子１００の反射率は比較的高いのに対して、ワイヤーグリッド偏光子５００の反射率の低下が比較的大きい。

図４（ｂ）から理解されるように、高さｈに関わらず透過率は波長の変化に応じて極大をとる。ワイヤーグリッド偏光子１００において透過率が極大となる波長は、ワイヤーグリッド偏光子５００よりも短い。また、可視光領域全体で比較するとワイヤーグリッド偏光子１００の透過率はワイヤーグリッド偏光子５００の透過率よりも高い。以上のように、本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００は比較例のワイヤーグリッド偏光子５００よりも高い反射率および透過率を有している。

次に、図５を参照して、透明基材１１０の主面１１１の上部１１２ｃと底部１１２ａとの間の高低差の変化に応じた反射率および透過率の変化を説明する。

図５（ａ）に、波長に対する反射率の変化を示しており、図５（ｂ）に、波長に対する透過率の変化を示している。ここでは、透明基材１１０の主面１１１の上部１１２ｃと底部１１２ａとの間の高低差をｈｕと示しており、高低差ｈｕを０ｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍと変化させている。高低差ｈｕは、金属ワイヤー１２０のうち透明基材１１０に埋め込まれている部分の厚さに相当する。

図５（ａ）から理解されるように、反射率は比較的高く、高低差ｈｕの変化に関わらずほとんど変化しない。一方、図５（ｂ）から理解されるように、透過率は高低差ｈｕの増大とともに低下する。高低差ｈｕの増大とともに金属ワイヤー１２０が透明基材１１０の上部１１２ｃから突出している部分が小さくなる。高低差ｈｕは２０μｍ以下であることが好ましい。

次に、図６を参照して、本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００を備える液晶表示装置２００を説明する。本実施形態の液晶表示装置２００は、ワイヤーグリッド偏光子１００と、バックライト１５０と、液晶パネル１６０とを備えている。ワイヤーグリッド偏光子１００は、バックライト１５０と液晶パネル１６０との間に配置されている。

バックライト１５０は、光を出射する光源１５２と、出射面１５４ａおよび裏面１５４ｂを有する導光板１５４と、導光板１５４の裏面１５４ｂと対向する反射シート１５６と、導光板１５４の出射面１５４ａと対向する拡散シート１５７と、集光フィルム１５８とを有している。光源１５２は例えば発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）である。光源１５２から出射された光は非偏光である。光源１５２からの光は導光板１５４を伝達し、導光板１５４の出射面１５４ａから拡散シート１５７に向かって出射する。拡散シート１５７は導光板１５４の出射面１５４ａから出射された光を拡散し、集光フィルム１５８は、液晶パネル１６０の主面に垂直な成分が増大するように光を集光する。また、導光板１５４の裏面１５４ｂから出射された光は反射シート１５６において反射され、導光板１５４の出射面１５４ａから出射される。

バックライト１５０からの光はワイヤーグリッド偏光子１００に向けて出射される。この光は非偏光である。バックライト１５０から出射された光のうちワイヤーグリッド偏光子１００の透過軸と平行な偏光方向の偏光成分のほとんどはワイヤーグリッド偏光子１００を透過し、液晶パネル１６０の表示に用いられる。

液晶パネル１６０は、第１偏光板１７２と、第１透明基板１７０と、画素電極１７４と、液晶層１８０と、第２透明基板１９０と、対向電極１９２と、第２偏光板１９４とを有している。第１偏光板１７２の透過軸は第２偏光板１９４の透過軸と直交するようにクロスニコルに配置されている。第１偏光板１７２の透過軸はワイヤーグリッド偏光子１００の透過軸と平行である。ワイヤーグリッド偏光子１００の偏光度は、例えば９９．６％であり、第１偏光板１７２の偏光度は例えば９９．９％である。

出射光のうちワイヤーグリッド偏光子１００の透過軸に平行な偏光方向の偏光成分のほとんどはワイヤーグリッド偏光子１００を透過する。また、第１偏光板１７２の透過軸はワイヤーグリッド偏光子１００の透過軸と平行であるので、この偏光成分は、第１偏光板１７２も透過する。

一方、出射光のうちワイヤーグリッド偏光子１００の反射軸に平行な偏光方向の偏光成分のほとんどは、ワイヤーグリッド偏光子１００において反射されてバックライト１５０に戻る。バックライト１５０に戻った光は、バックライト１５０において反射され、ワイヤーグリッド偏光子１００に向かって進行する。バックライト１５０において反射されワイヤーグリッド偏光子１００に再び到達する光の一部はワイヤーグリッド偏光子１００を透過し、液晶パネル１６０の表示に用いられる。このように、ワイヤーグリッド偏光子１００は、最初にワイヤーグリッド偏光子１００に入射したときに透過軸と直交する成分のほとんどをバックライト１５０に向けて反射し、最終的に、この光の一部を透過させて液晶パネル１６０の表示に用いている。このように、ワイヤーグリッド偏光子１００を備える液晶表示装置２００の光利用効率は、透過軸と直交する偏光方向の偏光成分を吸収する一般的な偏光板を備える液晶表示装置よりも向上している。

なお、ワイヤーグリッド偏光子１００は液晶パネル１６０と一体的に作製されてもよい。この場合、第１透明基板１７０の裏面に第１偏光板１７２を設けることなく、第１透明基板１７０が透明基材１１０として機能してもよい。あるいは、ワイヤーグリッド偏光子１００はバックライト１５０と一体的に作製されてもよい。この場合、界面反射を抑制するため、集光フィルム１５８上にエアロゲルのような低屈折率材料（図示せず）を介してその上にワイヤーグリッド偏光子１００を設けることが好ましい。

（実施形態２）
図７に、本発明によるワイヤーグリッド偏光子１００の第２実施形態の模式図を示す。本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００は、透明基材１１０の主面１１１の底部１１２ａではなく上部１１２ｃの上に金属ワイヤー１２０が設けられている点を除いて、図１を参照して上述した実施形態１のワイヤーグリッド偏光子と同様の構成を有している。したがって、冗長を避ける目的で、重複する説明を省略する。

金属ワイヤー１２０は、透明基材１１０の主面１１１の上部１１２ｃの上に設けられている。このようなワイヤーグリッド偏光子１００の構造をリブ構造とも呼ぶ。

本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００はモールドのパターンを透明基材１１０に直接的に転写して高精度に作製可能である。また、本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００では、金属ワイヤー１２０が透明基材１１０に埋め込まれていないので、高い反射率および透過率が得られる。

図８（ａ）〜図８（ｇ）に、本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００の製造方法を模式的に示している。なお、図８（ａ）〜図８（ｆ）は、図２（ａ）〜図２（ｆ）を参照して上述したのと同様であり、重複する説明を省略する。

図８（ｇ）に示すように、ドライエッチングを行い、金属ワイヤー１２０および透明基材１１０のうち金属ワイヤー１２０の設けられた底部１１２ｘを実質的に除去することなく、透明基材１１０のうち金属ワイヤー１２０の設けられていない上部１１２ｙを除去する。このドライエッチングにおいて、透明基材１１０のうち金属ワイヤー１２０の設けられていない上部１１２ｙは金属ワイヤー１２０の厚さよりも深く除去される。このため、この部分が底部１１２ａとなり、透明基材１１０のうち金属ワイヤー１２０によって覆われている底部１１２ｘが上部１１２ｃとなる。ドライエッチングは、ＣＦ₄およびＯ₂の混合ガスを用いて行われる。ドライエッチングにより、金属ワイヤー１２０は透明基材１１０の上部１１２ｃの上に設けられることになり、金属層ワイヤー１２０が透明基材１１０の主面１１１から突出したような形状が得られる。ここで、図２（ｇ）を参照して上述した実施形態１と比較すると、他の条件が等しい場合、図８（ｇ）におけるエッチング時間は図２（ｇ）よりも長い。ただし、実際には、ナノレベルの微細構造を形成するためのエッチング量の制御は困難であり、わずかなエッチング時間の違いによってエッチング量が異なることになる。本実施形態のワイヤーグリッド偏光子１００は以上のように作製される。

次に、図９を参照して、透明基材１１０の主面１１１の上部１１２ｃと底部１１２ａとの間の高低差の変化に応じた反射率および透過率の変化を説明する。図９（ａ）に、波長に対する反射率のシミュレーションの結果を示しており、図９（ｂ）に、波長に対する透過率のシミュレーションの結果を示している。なお、ここでは、透明基材１１０の主面１１１の上部１１２ｃと底部１１２ａとの間の高低差をｈｒと示している。高低差ｈｒを、０ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍと変化させている。ここで、金属ワイヤー１２０のピッチは１５０ｎｍであり、メタル比は５０％である。

図９（ａ）から理解されるように、反射率は比較的高く、高低差ｈｒの変化に関わらずほとんど変化しない。一方、図９（ｂ）から理解されるように、高低差ｈｒの増大とともに可視光領域全体にわたる透過率は特に低波長側で低下する。また、高低差ｈｒの増大とともに透過率の極大値は低波長側にシフトする。このように、高低差ｈｒが増大するほど可視光領域全体にわたる透過率が低下するため、色バランスがくずれてしまう。高低差ｈｒは２０μｍ以下であることが好ましい。

なお、上述した説明では、図４、図５および図９を参照して、特定の大きさのワイヤーグリッド偏光子における透過率および反射率の波長依存性を説明したが、大きさが異なっても、透過率および反射率特性は同様の特性を示すことに留意されたい。

なお、上述した説明では、透明基材１１０のうち金属ワイヤー１２０の設けられていない部分を除去する深さは金属ワイヤー１２０の厚さよりも小さいか、または、大きかったが、本発明はこれに限定されない。透明基材１１０のうち金属ワイヤー１２０の設けられていない部分を除去する深さは金属ワイヤー１２０の厚さと等しくてもよい。

本発明によれば、反射率および透過率の高いワイヤーグリッド偏光子を高精度に製造することができる。このワイヤーグリッド偏光子は、液晶テレビジョンなどの液晶表示装置に好適に用いられる。

（ａ）は本発明によるワイヤーグリッド偏光子の第１実施形態の模式的な斜視図であり、（ｂ）は第１実施形態のワイヤーグリッド偏光子の模式的な側面図である。 （ａ）〜（ｇ）は、それぞれ、第１実施形態のワイヤーグリッド偏光子の製造方法を説明するための模式図である。 比較例のワイヤーグリッド偏光子の模式的な側面図である。 第１実施形態および比較例のワイヤーグリッド偏光子を比較するためのグラフであり、（ａ）は波長に対する反射率の変化を示すグラフであり、（ｂ）は波長に対する透過率の変化を示すグラフである。 第１実施形態のワイヤーグリッド偏光子における透明基材の上部と底部との高低差に応じた特性を説明するためのグラフであり、（ａ）は波長に対する反射率の変化を示すグラフであり、（ｂ）は波長に対する透過率の変化を示すグラフである。 第１実施形態のワイヤーグリッド偏光子を備える液晶表示装置の模式図である。 本発明によるワイヤーグリッド偏光子の第２実施形態の模式的な側面図である。 （ａ）〜（ｇ）は、それぞれ、第２実施形態のワイヤーグリッド偏光子の製造方法を説明するための模式図である。 第２実施形態のワイヤーグリッド偏光子における透明基材の上部と底部との高低差に応じた特性を説明するためのグラフであり、（ａ）は波長に対する反射率の変化を示すグラフであり、（ｂ）は波長に対する透過率の変化を示すグラフである。 （ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、従来のワイヤーグリッド偏光子の製造方法を説明するための模式図である。 （ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、従来のワイヤーグリッド偏光子の別の製造方法を説明するための模式図である。 （ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、従来のワイヤーグリッド偏光子の別の製造方法を説明するための模式図である。

符号の説明

１００ ワイヤーグリッド偏光子
１１０ 透明基材
１１１ 主面
１１２ａ 底部
１１２ｂ 側部
１１２ｃ 上部
１２０ 金属ワイヤー

Claims (8)

1. 主面を有する透明基材と、
   それぞれが、前記透明基材の主面上に互いに平行に配列された複数の金属ワイヤーと
   を備える、ワイヤーグリッド偏光子であって、
   前記透明基材の前記主面には互いに平行に配列された複数の溝が設けられており、
   前記透明基材の前記主面は、前記複数の溝のそれぞれを規定する底部および側部と、前記複数の溝のうちの隣接する２つの溝の間に位置する上部とを有しており、
   前記複数の金属ワイヤーのそれぞれの少なくとも一部は、前記透明基材の前記主面の前記上部によって規定される平面から突出しており、
   前記複数の金属ワイヤーは、前記透明基材の前記主面の前記底部および前記上部の一方の上に設けられている、ワイヤーグリッド偏光子。
2. 前記複数の金属ワイヤーのそれぞれは、前記透明基材の前記主面の前記底部の上に設けられており、
   前記複数の金属ワイヤーのそれぞれの厚さは、前記透明基材の前記主面の前記上部と前記底部との高低差よりも大きい、請求項１に記載のワイヤーグリッド偏光子。
3. 前記複数の金属ワイヤーのそれぞれは、前記透明基材の前記主面の前記上部の上に設けられている、請求項１に記載のワイヤーグリッド偏光子。
4. 主面を有する透明基材を用意する工程と、
   凹凸形状のパターンの設けられたモールドを用意する工程と、
   前記モールドの前記パターンを前記透明基材の主面に転写する工程と、
   前記モールドを前記透明基板から剥離した後に、前記透明基材の主面を覆う金属層を形成する工程と、
   前記金属層をエッチングする工程であって、互いに平行に配列された複数の金属ワイヤーを形成する工程と、
   前記複数の金属ワイヤーをマスクとして前記透明基材をエッチングする工程であって、前記透明基材のうち前記複数の金属ワイヤーの設けられていない部分の一部を選択的に除去する工程と
   を包含する、ワイヤーグリッド偏光子の製造方法。
5. 前記透明基材をエッチングする工程において、前記透明基材のうち、前記複数の金属ワイヤーの設けられた部分と、前記複数の金属ワイヤーの設けられていない部分との高さを異ならせる、請求項４に記載のワイヤーグリッド偏光子の製造方法。
6. 前記高さを異ならせる工程において、前記透明基材のうち前記複数の金属ワイヤーの設けられていない部分を前記複数の金属ワイヤーの厚さよりも浅く除去する、請求項５に記載のワイヤーグリッド偏光子の製造方法。
7. 前記高さを異ならせる工程において、前記透明基材のうち前記複数の金属ワイヤーの設けられていない部分を前記複数の金属ワイヤーの厚さよりも深く除去する、請求項５に記載のワイヤーグリッド偏光子の製造方法。
8. 前記金属層のエッチングおよび前記透明基材のエッチングはドライエッチングで行われ、
   前記透明基材をエッチングする工程は、前記金属層をエッチングする工程において用いられたエッチングガスを切り換える工程を含む、請求項４から７のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子の製造方法。

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