JP2010145609A - 偏光素子および偏光素子の製造方法、液晶装置、電子機器および投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属細線の酸化による劣化を防ぎ、且つ光学特性の低下を少なく抑えたワイヤーグリッド型の偏光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板１１と、基板１１の一面側に平面視略ストライプ状に設けられた複数の凸条部１３と、各々の凸条部１３上に設けられるとともに凸条部１３の延在方向に沿って延びる金属細線１４とを備えた偏光素子１であって、凸条部１３の側面が基板１１の一面に対して傾斜した傾斜面１３ａとされ、金属細線１４が、傾斜面１３ａによって片持ちに支持されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏光素子および偏光素子の製造方法、液晶装置、電子機器および投射型表示装置に関するものである。

様々な電気光学装置の光変調装置として、液晶装置が用いられている。液晶装置の構造として、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持されているものが広く知られ、所定の偏光された光を液晶層に入射するための偏光素子や、電圧無印加時に液晶分子の配列を制御する配向膜が備えられる構成が一般的である。

偏光素子としては、ヨウ素や二色性染料を含む樹脂フィルムを一方向に延伸することで、ヨウ素や二色性染料を延伸方向に配向させて製造するフィルム型の偏光素子や、透明な基板上にナノスケールの金属細線を敷き詰めて形成されるワイヤーグリッド型の偏光素子が知られている。

ワイヤーグリッド型偏光素子は、無機材料から構成するため、耐熱性に優れているという特長を有しており、特に耐熱性が要求される箇所に好適に使用される。例えば、液晶プロジェクタのライトバルブ用の偏光素子として好適に用いられる。このようなワイヤーグリッド型の偏光素子としては、例えば特許文献１のような構成が開示されている。
特開２００５−２４２３７９号公報

上述の様に、ワイヤーグリッド型偏光素子は、有機材料を形成材料とする偏光素子と比べると耐熱性に優れているが、一方で、金属細線が酸化することによる劣化は生じてしまう。例えば、ワイヤーグリッド型偏光素子を採用した液晶プロジェクタの場合、長時間連続使用すると、光源からの光を長時間遮り続けることとなるために偏光素子が蓄熱し、金属細線の酸化が促進されて劣化が進みやすくなる。このような酸化を防止するため、金属細線を別材料で被覆し保護する技術も提案されている。

一方で、偏光素子の光学特性は、金属細線の周囲に配置される材料の屈折率に影響を受け、屈折率が１であることが望ましいとされる。すなわち、金属細線の周囲は空気（もしくは真空）であることが望ましい。したがって、偏光素子の保護のために金属細線間を保護材料で完全に充填してしまうと、光学特性が低下することが考えられる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、金属細線の酸化による劣化を防ぎ、且つ光学特性の低下を少なく抑えたワイヤーグリッド型の偏光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。また、このような偏光素子を備えることにより、表示品質が高く信頼性に優れた液晶装置及び電子機器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の偏光素子は、基板と、前記基板の一面側に平面視略ストライプ状に設けられた複数の凸条部と、各々の前記凸条部上に設けられるとともに前記凸条部の延在方向に沿って延びる金属細線とを備えた偏光素子であって、前記凸条部の側面が前記基板の前記一面に対して傾斜した傾斜面とされ、前記金属細線が、前記傾斜面によって片持ちに支持されていることを特徴とする。

この構成によれば、保護膜によって金属細線が保護されるため、金属細線の酸化を防ぐことで光学特性の低下を抑え、良好な光学特性を有する偏光素子とすることができる。

本発明においては、隣り合う前記凸条部および前記金属細線の間の領域には、前記保護膜が充填されない空隙部が形成されていることが望ましい。
この構成によれば、隣り合う凸条部および金属細線の間の領域には空隙部が形成されているため、金属細線間が埋没することなく、優れた光学特性を備えた偏光素子とすることができる。

本発明においては、前記凸条部の上端面が略平坦面であり、前記金属細線が、前記凸条部の上端面の少なくとも一部を平面視で覆うように前記傾斜面から前記上端面に張り出していることが好ましい。
この構成によれば、金属細線の幅の自由度が高くなる。

本発明においては、隣り合う前記凸条部および前記金属細線を覆う前記保護膜は、前記空隙部の上部で接触し前記空隙部を覆っていることが望ましい。
この構成によれば、金属細線間には空気や成形加工時の雰囲気ガス（もしくは真空）を封入可能な空隙部が形成される。そのため、優れた光学特性を備えた偏光素子とすることができる。

本発明においては、前記保護膜は、透光性の絶縁性材料で形成されていることが望ましい。
この構成によれば、金属細線が周囲と絶縁されるので、例えば偏光素子を装置に組み込む場合に装置の配線と金属細線が意に反して通電することがなく、安定した動作が可能な電子デバイスを提供できる。

本発明においては、前記金属細線は、シリコン、ゲルマニウム、モリブデンの中から選ばれる金属材料を用いて形成されることが望ましい。
これらの材料は、酸化し難いため、劣化しにくく信頼性の高い偏光素子とすることができる。特に、偏光素子が高温となる用途に用いる場合、高温環境下では酸化反応が促進されるが、これら材料を用いることで耐久性の高い偏光素子とすることが可能となる。

本発明の偏光素子の形成方法は、基板の一面側に平面視略ストライプ状に設けられた複数の凸条部と、前記凸条部の上部に設けられたマスクと、にまたがって金属材料を堆積させ、前記凸条部に沿って延在する複数の金属細線を形成する工程と、前記残存レジストを除去する工程と、前記複数の金属細線の周囲を覆う保護膜を形成する工程と、を備え、前記保護膜を形成する工程ではＣＶＤ法を用い、隣り合う前記凸条部および前記金属細線の間の領域に、前記保護膜が充填されない空隙部を形成することを特徴とする。

金属細線の形成時には残存レジストがあるため、不要な箇所への金属材料の堆積を防ぐことができ、凸条部と残存レジストとにまたがって金属材料を堆積させるため、堆積箇所の面積を広くとることができる。そのため、堆積量を稼ぐことができる。また、形成される金属細線は、凸条部の一方の側壁面において、隣り合う凸条部の間の領域に張り出すように形成されることとなる。

またＣＶＤ法は形成する膜の成長速度（成膜速度）が大きいという特徴を有しているため、速い成膜速度で膜形成をすることが可能である。保護膜形成が進行すると、保護膜の厚みの分だけ隣接する金属細線の間が狭くなり、隣り合う金属細線や凸条部の間に原料気体が行き渡りにくくなる。すると、原料気体が行き渡りにくい凸条部および金属細線の間では反応が起こりにくくなり、原料気体に曝される金属細線の上端部で保護膜の形成反応が進行しやすくなる。したがって、金属細線の上端部で保護膜形成の反応が優先的に進行し、隣接する金属細線間の上部の隙間を狭めるように保護膜が成長する。

ここで、保護膜を形成する金属細線は、平面視で陰となる部分が多く入り組んだ形状となっている。陰となる部分にはＣＶＤ法で保護膜を形成する際に原料気体が行き渡りにくいため、保護膜の成長が遅れることとなる。また、金属細線の上端部で優先的に保護膜が成長すると、更に凸条部および金属細線の間の領域には原料の気体が進入しにくくなるため、該領域での膜成長が停止し該領域が保護膜で埋没しないまま維持される。そのため、金属細線を効果的に保護膜で保護すると共に、保護膜の成長が遅い箇所では保護膜で埋没することなく空隙部が形成される。したがってこの方法によれば、保護膜に空隙部を備え優れた光学特性を発現する偏光素子を容易に製造することができる。

本発明においては、前記マスクの前記一方の側面は、前記凸条部の上部の少なくとも一部を平面視で覆う傾斜面であることが望ましい。
この方法によれば、マスクの一方の側面に形成される金属細線は、自ずと凸条部の上部と平面的に重なることとなる。そのため、容易に凸条部の上部を覆う金属細線をもうけることができ、金属細線の幅を制御しやすくなる。

本発明においては、前記金属細線を形成する工程に先だって、前記基板の形成材料である基材の一面側に、所定のパターンを有するレジストを形成する工程と、前記レジストを介して前記基材をエッチングし、前記所定のパターンを呈する凸条部を備えた前記基板を形成すると共に、前記凸条部の上部に前記レジストの一部を残存させるエッチング工程と、を有し、残存する前記レジストの一部を前記マスクとして用いることが望ましい。
この方法によれば、凸条部の形成と同時にマスクを設ける事ができるため、工程を簡略化することが可能であると共に、凸条部の形状に即したマスクを容易に設けることができる。

本発明の投射型表示装置は、光を射出する照明光学系と、前記光を変調する液晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブで変調された光が入射する上述の偏光素子と、前記偏光素子を透過した偏光光を被投射面に投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、耐熱性の高い偏光素子を備えるため、高出力の光源を用いても偏光素子の熱劣化および加熱により促進される酸化劣化が抑えられる。そのため、信頼性が高く優れた表示特性を有する投射型表示装置とすることができる。

本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側に上述の偏光素子が形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、光学特性に優れ、また金属細線が保護されて信頼性にも優れた偏光素子を具備した液晶装置を提供できる。

本発明の電子機器は、上述の液晶装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、表示品質及び信頼性に優れる表示部ないし光変調手段を備えた電子機器を提供することができる。

［第１実施形態］
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る偏光素子及び偏光素子の製造方法について説明する。図１は本実施形態の偏光素子１の概略図であり、図１（ａ）は部分斜視図、図１（ｂ）は偏光素子１をＹＺ平面で切った部分断面図である。

なお、以下の説明においてはＸＹＺ座標系を設定し、このＸＹＺ座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。この際、水平面内における所定の方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれの直交する方向をＺ軸方向とする。本実施形態の場合、金属細線の延在方向をＸ軸方向とし、金属細線の配列軸をＹ軸方向としている。また、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせている。

（偏光素子）
図１（ａ）に示すように、偏光素子１は、基板１１と、基板１１上に一方向に延在して形成された金属細線１４と、金属細線１４を覆う保護膜１６と、を備えている。

基板１１は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性材料を形成材料としている。偏光素子１を適応する用途によっては、偏光素子１が蓄熱し高温になるため、基板１１は、耐熱性の高いガラスや石英を形成材料とすることが好ましい。

基板１１の表面には、Ｘ軸方向に延在する複数の溝部１２が形成されており、隣り合う溝部１２の間の部分は、Ｘ軸方向に延在する凸条部１３となっている。溝部１２は、可視光の波長よりも短い周期でＹ軸方向に均等な間隔で形成されており、凸条部１３も同周期で配列している。

金属細線１４は、凸条部１３の側面（傾斜面）１３ａに付設されており、凸条部１３の延在方向と同じくＸ軸方向に延在して形成されている。金属細線１４は、自身の延在方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に振動する直線偏光を透過させ、自身の延在方向（Ｘ軸方向）に振動する直線偏光を反射させる。金属細線１４の形成材料としては、例えばアルミニウムのような金属材料が用いられる。

基板１１上には、基板１１および金属細線１４の表面を覆って保護膜１６が設けられている。保護膜１６は、シリコン酸化膜等の透光性絶縁膜によって形成されている。保護膜１６は、凸条部１３の側面１３ａおよび金属細線１４を覆ってＸ軸方向に延在する第１保護膜１６ａと、金属細線１４の上部を覆ってＸ軸方向に延在する第２保護膜１６ｂと、溝部１２の底面１２ａを覆ってＸ軸方向に延在する第３保護膜１６ｃと、を備えている。

第２保護膜１６ｂ同士は、Ｙ軸方向において互いに接続されており、複数の第２保護膜１６ｂが一体となって金属細線１４の上面全体を覆っている。第１保護膜１６ａ、第２保護膜１６ｂ及び第３保護膜１６ｃに囲まれた領域は空隙部１５になっており、空隙部１５の内部は真空又は空気、あるいは保護膜１６成型時の原料ガスによって満たされている。第２保護膜１６ｂの基板１１とは反対側の面は、金属細線１４のパターンを反映し、金属細線１４と平面的に重なる箇所は盛り上がり、空隙部１５と平面的に重なる箇所は凹んでおり、わずかに波打っている。

図１（ｂ）に示すように、凸条部１３の側面１３ａは、底面１２ａから遠ざかる方向にテーパ状の傾斜を備えて形成されており、凸条部１３の頂面１３ｂは溝部１２の底面と略平行な面となっている。溝部１２および凸条部１３の寸法は、例えば、凸条部１３の高さｈ１：１００ｎｍ、幅Ｌ：７０ｎｍ、底面１２ａの幅Ｓ：７０ｎｍ、周期（ピッチ）ｄ：１４０ｎｍ、である。

金属細線１４は、凸条部１３に面する対向面１４ａの一部において凸条部１３の側面１３ａに付設されており、対向面１４ａの残りの部分は凸条部１３とは離間している。また、金属細線１４の上端部（Ｚ軸方向の端部）１４ｂは、凸条部１３の頂面１３ｂの上部に至るまで形成されており、対向面１４ａのうち側面１３ａと接していない面は、頂面１３ｂと平面的に重なるように形成されている。

金属細線１４の幅は、偏光素子の性能と密接な関係にあるが、金属細線１４の幅を、側面１３ａから＋Ｙ軸方向への幅で管理しようとすると、最大で溝部１２の幅でしか金属細線１４を幅広くすることができない。しかし、金属細線１４が頂面１３ｂを覆う様に形成されているため、金属細線１４の幅の自由度が高くなる。金属細線１４の寸法は、例えば、金属細線１４の幅ｂ：３０ｎｍ、高さｈ２：３０ｎｍ、である。

底面１２ａから第２保護膜１６ｂの上面（保護膜１６の上面）までの高さＨは、例えば２００ｎｍである。本実施形態の場合、隣接する第２保護膜１６ｂ同士は互いに接続されている構成としているが、第２保護膜１６ｂ同士は必ずしも接続される必要はない。例えば第２保護膜１６ｂ同士の間に僅かに隙間が形成されている構成も可能である。この場合、金属細線１４毎に保護膜１６が形成され、Ｘ軸方向に延在する複数の保護膜１６がＹ軸方向に均等な間隔で多数配列されることになる。

第１保護膜１６ａの厚み（Ｙ軸方向の厚み）は、Ｙ軸方向において隣接する第１保護膜１６ａ同士が互いに接触しない（すなわち第１保護膜１６ａ間に空隙部１５が形成される）厚みとされる。また、第２保護膜１６ｂのＹ軸方向の幅は、第１保護膜１６ａを含む凸条部１３および金属細線１４のＹ軸方向の幅よりも大きく形成されている。更に、第３保護膜１６ｃは第１保護膜１６ａ及び第２保護膜１６ｂと一体に形成されている。これら、第１保護膜１６ａ、第２保護膜１６ｂ及び第３保護膜１６ｃによって囲まれた空間は空隙部１５となっている。

偏光素子の光学特性は、金属細線の周囲に配置される材料の屈折率に影響を受け、屈折率が１であることが望ましいとされる。図２は、ワイヤーグリッド型の偏光素子が有する金属細線の周囲に配置された物質の屈折率により光学特性が変化することを示す説明図である。

図２（ａ）は、偏光素子を大気中（屈折率１）に解放した構成における光学特性（透過率及びコントラスト）を示すグラフと概略構成図である。同様に、図２（ｂ）は、金属細線の周囲に液晶（屈折率１．６）を充填したとき、図２（ｃ）は、金属細線と液晶との間に被覆膜（ＳｉＯ_２）を形成し、その上に液晶を配したときの光学特性をそれぞれ示すグラフと概略構成図である。

図２に示すグラフは、上記各条件の偏光素子の透過軸に平行な振動方向（金属細線の延在方向に対して垂直な振動方向）を有する直線偏光を入射させた透過率Ｔｐを計算した結果と、透過率Ｔｐに対し、偏光素子の反射軸に平行な振動方向の直線偏光の透過率Ｔｓとの比率として得られるコントラスト（Ｔｐ／Ｔｓ）の計算結果とを示すものである。

図２（ａ）に示されるように、大気中に金属細線を開放した偏光素子は、可視光領域において良好な特性を有していることが分かる。これに対して、図２（ｂ）に示す金属細線の開口部内に液晶が充填されている条件では、可視光領域における透過率の均一性が低下しており、特に青色領域（４４０ｎｍ付近）の落ち込みが激しい。したがって、金属細線の周囲に、１よりも高い屈折率を有する物質が配置されると、光学特性が低下することを示している。

更に、図２（ｃ）に示される構造の偏光素子は、被覆膜（ＳｉＯ_２）により液晶が金属細線間に充填されるのを防止するとともに、金属細線間に空気が充填された状態（若しくは、真空状態）としている。この構成により、ワイヤーグリッド偏光素子を屈折率の高い物質である液晶中に配しているにもかかわらず、図２（ｂ）に示した構造に比べ、透過率及びコントラストの低下がみられず、図２（ａ）の構造と遜色のない良好な光学特性を得ることができる。

本実施形態の偏光素子１は、金属細線１４間が保護膜１６で充填されることなく、金属細線１４の間には空隙部１５を有している。したがって、良好な光学特性を得ることができる。

（偏光素子の製造方法）
図３及び図４は偏光素子１の製造方法の説明図である。図３は金属細線１４の形成工程の説明図、図４は保護膜１６の形成工程の説明図である。図３及び図４は図１（ｂ）の断面図に対応する図である。

まず、図３（ａ）に示すように、ガラス基板等の基板材料１１Ａを用意し、基板材料１１Ａの一面側にレジスト材料をスピンコートにより塗布し、これをプリベークすることでレジスト層２０ａを形成する。レジスト材料としては、例えば、化学増幅型のポジ型フォトレジストＴＤＵＲ−Ｐ３３８ＥＭ（東京応化工業（株）社製）を用いる。本実施形態では、レジスト層２０ａを２００ｎｍに形成する。

次いで、図３（ｂ）に示すように、例えば波長が２６６ｎｍのレーザ光を露光光として用いた二光束干渉露光法によりレジスト層２０ａを露光し、更にレジスト層２０ａをベーク（ＰＥＢ）した後、レジスト層２０ａを現像する。これにより、縞状のパターンを有するレジスト２０を形成する。本実施形態のレジスト２０の高さは２００ｎｍである。

ここで、二光束干渉露光法を行う露光装置は、例えば図５に示すものを用いることができる。露光装置１２０は、露光光を照射するレーザ光源１２１と、回折型ビームスプリッタ１２２と、モニタ１２３と、ビームエキスパンダ１２４、１２５と、ミラー１２６、１２７と、基板１１を載置するステージ１２８とを備えている。

レーザ光源１２１は、例えば第４高調波の波長が２６６ｎｍであるＮｄ：ＹＶＯ４レーザ装置である。回折型ビームスプリッタ１２２は、レーザ光源１２１から出力された１本のレーザビームを分岐して２本のレーザビームを生成する分岐手段である。そして、回折型ビームスプリッタ１２２は、入射するレーザビームをＴＥ偏光としたときに強度の等しい２本の回折ビーム（±１次）を発生させる構成となっている。モニタ１２３は、回折型ビームスプリッタ１２２から出射した光を受光して電気信号に変換する。露光装置１２０では、この変換された電気信号に基づいて２本のレーザビームの交差角度などを調整できるようになっている。

ビームエキスパンダ１２４は、レンズ１２４ａと空間フィルタ１２４ｂとを備えており、回折型ビームスプリッタ１２２で分岐された２本のレーザビームのうちの一方のビーム径を例えば３００ｍｍ程度に広げる構成となっている。同様に、ビームエキスパンダ１２５も、レンズ１２５ａと空間フィルタ１２５ｂとを備えており、２本のレーザビームのうちの他方のビーム径を広げる構成となっている。

ミラー１２６、１２７は、ビームエキスパンダ１２４、１２５を透過したレーザビームをそれぞれステージ１２８に向けて反射させる構成となっている。ここで、ミラー１２６、１２７は、反射したレーザビームを交差させることで干渉光を発生させ、この干渉光を基板１１上のレジスト層２０ａに照射する。

このような露光装置１２０を用いてレジスト層２０ａに干渉光を照射することで、レーザ光源１２１の波長よりも狭い形成ピッチでレジスト層２０ａを露光することができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、レジスト２０を介してドライエッチング処理を行い、基板材料１１Ａを５０〜１００ｎｍ程度掘り下げることで基板材料１１Ａをパターニングして、溝部１２、凸条部１３を有する基板１１を形成する。本実施形態では、溝部１２が１００ｎｍの深さとなるまでエッチングを行う。ドライエッチング処理において、基板材料１１Ａ表面に形成されたレジスト２０もエッチングされ、後の工程でマスクとして使用する残存レジスト２１が凸条部１３の頂面１３ｂに残存する。

本実施形態では、エッチングガスにＣ_２Ｆ_６，ＣＦ_４，ＣＨＦ_３の混合ガスを用い、反応条件として、ガス流量：Ｃ_２Ｆ_６／ＣＦ_４／ＣＨＦ_３＝２０／３０／３０ｓｃｃｍ、放電出力：３００Ｗ、圧力：５Ｐａ、反応時間：３０〜４０ｓｅｃでエッチングを行う。

次いで、図３（ｄ）に示すように、公知のマグネトロンスパッタ装置を用い、凸条部１３の側面１３ａ及び残存レジスト２１の側面２１ａにまたがって金属細線１４を形成する。図では、スパッタ粒子の飛来方向を矢印で示している。残存レジスト２１があるために、不要な箇所に金属膜が堆積することを防ぎ、また、側面１３ａ及び側面２１ａにまたがってスパッタ粒子を堆積させることができるため、底面積が広く体積の大きい金属細線１４を形成することができる。

金属細線１４は、少なくとも基板１１において偏光素子が形成される領域の全面に形成する。金属細線１４を形成する方法としては、マグネトロンスパッタの他にもイオンビームスパッタなど公知の斜方成膜方法を用いることができる。本実施形態における反応条件は、ガス流量：Ａｒ＝１０ｓｃｃｍ、放電出力：１０００Ｗ、圧力：０．１Ｐａ、反応時間：２〜４ｍｉｎである。

ここで、本実施形態では金属細線１４の形成材料としてアルミニウムを用いるが、アルミニウム以外にも、シリコン、ゲルマニウム、モリブデン、を好適に用いることができる。金属細線１４の形成材料にアルミニウムを用いると、加工がしやすい反面、アルミニウムが酸化しやすい金属材料であるため劣化のおそれがある。そのため、上述した金属材料のうち酸化し難いシリコン、ゲルマニウム、モリブデンを用いると、劣化し難い金属細線１４とすることができ好ましい。

例えば、偏光素子が高温となる用途に用いる場合、高温環境下では酸化反応が促進されるが、上記材料を用いて金属細線１４を形成すると、耐久性の高い偏光素子とすることが可能となる。また、必要に応じて、これらの材料を主として含む合金を形成材料として用いることとしても構わない。

次に、図３（ｅ）に示すように、アッシングを行って凸条部１３の頂面１３ｂに残されていた残存レジスト２１を除去する。残存レジスト２１を除去することで、金属細線１４のうち残存レジスト２１の側面と接していた対向面１４ａが一部露出するため、金属細線１４は凸条部１３の側面１３ａとのみ接することとなる。反応条件は、ガス流量：Ｏ_２＝５０ｓｃｃｍ、圧力：１０Ｐａ、反応時間：３０ｓｅｃ、出力：ＩＣＰ／Ｂｉａｓ＝６００／３０Ｗ、である。

次に、図４に示すように、金属細線１４上にＣＶＤ法を用いて保護膜を成膜する。ここで、保護膜１６の形成方法にはＣＶＤ法の外にも、一般に用いられる方法として蒸着法やスパッタ法が考えられる。しかし、蒸着法を用いた場合には、蒸着に用いられる装置内の膜原料が配置される位置から保護膜の形成面への射出角が、形成面上の位置により異なり、膜原料と形成面との距離が厳密には一定ではない。そのため、製造される保護膜の厚みに差が生じ、偏光素子の品質が一定しない。また、スパッタ法は、成膜速度が非常に遅いため、本発明が想定する成膜速度を実現できない。そのため、ＣＶＤ法を用いた成膜を行った場合に、本発明が実施可能である。

まず、図４（ａ）に示すように、金属細線１４を備えた基板１１をＣＶＤ法の作業環境下に配置し、保護膜１６の原料気体１６ｇを供給する。原料気体１６ｇは、底面１２ａにまで行き渡り、保護膜１６が形成される。本実施形態では保護膜１６としてシリコン酸化物を形成することとし、原料気体１６ｇとしてＴＥＯＳと酸素（Ｏ_２）の混合気体を用いることとする。図面ではＴＥＯＳとＯ_２は区別して表記しておらず、いずれも原料気体１６ｇとして図示している。

保護膜１６はシリコン酸化物以外にもシリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン窒素酸化物（ＳｉＯＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの絶縁性の材料を使用することができ、選択する保護膜１６にあわせて原料気体１６ｇを適切なものを選ぶことができる。また、ＣＶＤ法は、熱ＣＶＤ法およびプラズマＣＶＤ法のいずれも使用することができる。本実施形態ではプラズマＣＶＤ法を用いることとしている。本実施形態の反応条件は、例えば、ガス流量：ＴＥＯＳ／Ｏ_２＝１２／３８８ｓｃｃｍ、出力：４００Ｗ、圧力：４０Ｐａ、反応温度：１１０℃、反応時間：２ｍｉｎである。

図に示すように、原料気体１６ｇを反応させると、化学反応により生成する保護膜１６が近接した金属細線１４と基板１１の表面に堆積する。保護膜の成膜速度は例えば１００ｎｍ／ｍｉｎである。成膜初期の段階では、保護膜１６は、底面１２ａ、側面１３ａ、頂面１３ｂ、金属細線１４の外周に堆積する。反応が進行すると、金属細線１４を包み込むように保護膜１６が成長する。また、隣り合う金属細線１４の周囲に形成された保護膜１６同士の間隔は、成長した保護膜１６の厚みの分だけ徐々に狭くなる。

次に、図４（ｂ）に示すように、更に反応が進行すると、保護膜１６の厚みの分だけ隣接する金属細線１４の間隔は狭くなるため、溝部１２に原料気体１６ｇが進入しにくくなる。そのため原料気体１６ｇは、溝部１２に侵入する前に金属細線１４に形成された保護膜１６で次々と反応が進行し、金属細線１４で優先的に保護膜１６の形成が進行する。

ここで、反応速度が遅い場合には、保護膜１６の厚みによって金属細線１４の間隔が狭くなっても溝部１２に原料気体１６ｇが行き渡る十分な時間があるため、優先的に金属細線１４に保護膜１６が形成することはなく、表面全体で反応が進行する。そのため、形成される保護膜１６により、溝部１２は徐々に埋没していく。このように溝部１２が埋没した構造は光学特性上望ましくないため、本実施形態では反応速度を速め、溝部１２を形成することとしている。

また、本発明の金属細線１４は、凸条部１３の側面１３ａの一方からＹ軸方向に向かって、ひさしのように張り出して形成されている。このような形状の金属細線１４の表面において、符号１４ｃで示す金属細線１４の下端部付近に保護膜１６が堆積するためには、原料気体１６ｇが溝部１２の内部に侵入し、金属細線１４を回り込んで下端部１４ｃに達する必要がある。従って、下端部１４ｃは非常に保護膜１６の堆積が行われにくい。反応条件によっては、下端部１４ｃにおいて金属細線１４を空隙部１５に露出させることもできる。

次に、図４（ｃ）に示すように、更に反応が進行すると、隣接する金属細線１４で成長を続ける保護膜１６が、隣同士で互いに当接するに至る。これにより、隣接する金属細線１４の間には、保護膜１６で囲まれた空隙部１５が形成される。

次に、図４（ｄ）に示すように、更に反応が進行すると、保護膜１６のおもて面は徐々に平坦に近づき、厚い保護膜１６が形成される。以上のようにして、本実施形態の偏光素子１が完成する。

以上のような構成の偏光素子１によれば、保護膜１６によって金属細線１４が保護されるため、金属細線１４の酸化を防ぐことができるとともに、凸条部１３および金属細線１４の間の領域には空隙部１５が形成されているため、信頼性が高く優れた光学特性を備えた偏光素子１とすることができる。

また、本実施形態では、隣接する金属細線１４の上端部１４ｂに設けられた第２保護膜１６ｂは、配列軸方向に平行な方向において互いに接触していることとしている。そのため、金属細線間には空気や成形加工時の雰囲気ガス（もしくは真空）を封入可能な空隙部１５が形成され、優れた光学特性を備えた偏光素子１とすることができる。

また、本実施形態では、保護膜１６は透光性の絶縁性材料で形成されていることとしている。金属細線１４が絶縁性材料に覆われて周囲と絶縁するので、例えば偏光素子１を装置に組み込む場合に金属細線１４が装置の配線と通電することがない。

また、以上のような構成の偏光素子１の製造方法によれば、金属細線１４の形成時には残存レジスト２１があるため、不要な箇所への金属材料の堆積を防ぐことができる。また、凸条部１３と残存レジスト２１とにまたがって金属材料を堆積させるため、堆積箇所の面積を広くとることができ、堆積量を稼ぐことができる。更に、保護膜１６によって金属細線１４が保護・補強されるため、金属細線１４の酸化劣化や破損を防ぐことができる。したがって、優れた光学特性を備えた偏光素子１を容易に製造することができる。

また、本実施形態では、保護膜１６の形成にＣＶＤ法を用いて行うこととしている。成膜速度が早いというＣＶＤ法の特徴により、成膜が進行すると空隙部１５に原料気体１６ｇが行き渡るよりも先に成膜反応が起こる様になり、金属細線１４の上端部で優先して保護膜が成長する。すると、金属細線１４の間の膜成長が停止し、金属細線１４間が保護膜１６で埋没することなく優れた光学特性を備えた偏光素子１を容易に製造することができる。

なお、本実施形態においては、保護膜１６のみで金属細線１４を保護することとしたが、保護膜１６の上に更に複数の堆積膜を積層させることとしても良い。

［投射型表示装置］
次に、本発明の電子機器の実施形態について説明する。図６に示すプロジェクタ８００は、光源８１０、ダイクロイックミラー８１３、８１４、反射ミラー８１５、８１６、８１７、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９、射出レンズ８２０、光変調部８２２、８２３、８２４、クロスダイクロイックプリズム８２５、投射レンズ８２６、を有している。

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。

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、赤色光用の光変調部８２２に入射される。また、ダイクロイックミラー８１３で反射された青色光と緑色光のうち、緑色光は、ダイクロイックミラー８１４によって反射され、緑色光用の光変調部８２３に入射される。青色光は、ダイクロイックミラー８１４を透過し、長い光路による光損失を防ぐために設けられた入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９及び出射レンズ８２０を含むリレー光学系８２１を介して、青色光用の光変調部８２４に入射される。

光変調部８２２〜８２４は、液晶ライトバルブ８３０を挟んで両側に、入射側偏光素子８４０と射出側偏光素子部８５０と、が配置されている。入射側偏光素子８４０と射出側偏光素子部８５０とは、互いの透過軸が直交して（クロスニコル配置）配置されている。

入射側偏光素子８４０は反射型の偏光素子であり、透過軸と直交する振動方向の光を反射させる。

一方、射出側偏光素子部８５０は、第１偏光素子（プリ偏光板、プリポラライザ）８５２と、第２偏光素子８５４と、を有している。第１偏光素子８５２には、上述した本発明の偏光素子を用いる。また、第２偏光素子８５４は、有機材料を形成材料とする偏光素子である。射出側偏光素子部８５０は、いずれも吸収型の偏光素子であり、偏光素子８５２，８５４が協働して光を吸収している。

一般に、有機材料で形成される吸収型の偏光素子は、熱により劣化しやすいことから、高い輝度が必要な大出力のプロジェクタの偏光手段として用いる事が困難である。しかし、本発明のプロジェクタ８００では、第２偏光素子８５４と液晶ライトバルブ８３０との間に、耐熱性の高い無機材料で形成された第１偏光素子８５２を配置しており、偏光素子８５２，８５４が協働して光を吸収している。そのため、有機材料で形成される第２偏光素子８５４の劣化が抑えられる。

各光変調部８２２〜８２４により変調された３つの色光は、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。

以上のような構成のプロジェクタ８００は、射出側偏光素子部８５０に、上述した本発明の偏光素子を用いることとしているため、高出力の光源を用いても偏光素子の劣化が抑えられる。そのため、信頼性が高く優れた表示特性を有するプロジェクタ８００とすることができる。

［液晶装置］
図７は、本発明にかかる偏光素子を備えた液晶装置３００の一例を示した断面模式図である。本実施形態の液晶装置３００は、素子基板３１０，対向基板３２０の間に液晶層３５０が挟持され構成されている。

素子基板３１０及び対向基板３２０は、偏光素子３３０、３４０を備えている。偏光素子３３０、３４０は、前述した本発明の偏光素子であり、それぞれガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板上に、保護膜を備えた金属細線が形成された構造を備えている。

偏光素子３３０は基板本体３３１と金属細線３３２及び保護膜３３３を、偏光素子３４０は基板本体３４１と金属細線３４２及び保護膜３４３をそれぞれに備えている。本実施形態では、基板本体３３１、３４１は偏光素子の基板であると同時に液晶装置用の基板も兼ねている。また、金属細線３３２と金属細線３４２は、互いに交差するように配置されている。いずれの偏光素子も、金属細線が内面側（液晶層３５０側）に配置されている。

偏光素子３３０の内面側には、画素電極３１４や不図示の配線やＴＦＴ素子を備え、配向膜３１６が設けられている。同様に、偏光素子３４０の内面側には、共通電極３２４や配向膜３２６が設けられている。

このような構成の液晶装置においては、基板本体３３１，３４１が、液晶装置用の基板と、偏光素子用の基板との機能をかねることから、部品点数を削減することができる。そのため、装置全体が薄型化でき、液晶装置３００の機能を向上させることができる。更に、装置構造が簡略化されるので、製造が容易であるとともにコスト削減を図ることができる。

［電子機器］
次に、本発明の電子機器に係る他の実施形態について説明する。図８は、図７に示した液晶装置を用いた電子機器の一例を示す斜視図である。図８に示す携帯電話（電子機器）１３００は、本発明の液晶装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。これにより、信頼性に優れ、高品質な表示が可能な表示部を具備した携帯電話１３００を提供することができる。

また、本発明の液晶装置は、上記携帯電話の他にも、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、プロジェクタ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

本発明の偏光素子の概略図である。 構造の差異による偏光素子の光学特性の変化を示すグラフと概略構成図である。 偏光素子の製造工程を示す工程断面図である。 偏光素子の製造工程を示す工程断面図である。 偏光素子の製造に用いる露光装置の一例を示す概略構成図である。 電子機器の一形態であるプロジェクタの概略図である。 本実施形態の偏光素子を備えた液晶装置の一例を示す概略構成図である。 電子機器の一形態である携帯電話の斜視図である。

符号の説明

１、３３０、３４０…偏光素子、１１…基板、１１Ａ…基板材料（基材）、１２…溝部、１３…凸条部、１３ａ…側面（傾斜面）、１３ｂ…頂面（上端）、１４…金属細線、１５…空隙部、１６…保護膜、２０…レジスト、２１…残存レジスト、３００…液晶装置、３１０…素子基板（一対の基板）、３２０…対向基板（一対の基板）、３５０…液晶層、８００…プロジェクタ（投射型表示装置）、８１０…光源（照明光学系）、８２６…投射レンズ（投射光学系）、８５２…第１偏光素子（偏光素子）、１３００…携帯電話（電子機器）、

Claims (12)

1. 基板と、
   前記基板の一面側に平面視略ストライプ状に設けられた複数の凸条部と、
   各々の前記凸条部上に設けられるとともに、前記凸条部の延在方向に沿って延びる金属細線と、
   前記凸状部と前記金属細線とを覆う保護膜と、を備え、
   前記凸条部の側面が前記基板の前記一面に対して傾斜した傾斜面とされ、
   前記金属細線が、前記傾斜面によって片持ちに支持されていることを特徴とする偏光素子。
2. 隣り合う前記凸条部および前記金属細線の間の領域には、前記保護膜が充填されない空隙部が形成されていることを特徴とする偏光素子。
3. 前記凸条部の上端面が略平坦面であり、
   前記金属細線が、前記凸条部の上端面の少なくとも一部を平面視で覆うように前記傾斜面から前記上端面に張り出していることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光素子。
4. 隣り合う前記凸条部および前記金属細線を覆う前記保護膜は、前記空隙部の上部で接触し前記空隙部を覆っていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の偏光素子。
5. 前記保護膜は、透光性の絶縁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の偏光素子。
6. 前記金属細線は、シリコン、ゲルマニウム、モリブデンの中から選ばれる金属材料を用いて形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の偏光素子。
7. 基板の一面側に設けられた平面視略ストライプ状の複数の凸条部の側面と、前記凸条部の上部の各々に設けられたマスクの側面とにおいて、各々の一方の側面にまたがって金属材料を堆積させ、前記凸条部に沿って延在する複数の金属細線を形成する工程と、
   前記マスクを除去する工程と、
   前記複数の金属細線の周囲を覆う保護膜を形成する工程と、を備え、
   前記保護膜を形成する工程ではＣＶＤ法を用い、隣り合う前記凸条部および前記金属細線の間の領域に、前記保護膜が充填されない空隙部を形成することを特徴とする偏光素子の製造方法。
8. 前記マスクの前記一方の側面は、前記凸条部の上部の少なくとも一部を平面視で覆う傾斜面であることを特徴とする請求項７に記載の偏光素子の製造方法。
9. 前記金属細線を形成する工程に先だって、前記基板の形成材料である基材の一面側に、所定のパターンを有するレジストを形成する工程と、
   前記レジストを介して前記基材をエッチングし、前記所定のパターンを呈する凸条部を備えた前記基板を形成すると共に、前記凸条部の上部に前記レジストの一部を残存させるエッチング工程と、を有し、
   残存する前記レジストの一部を前記マスクとして用いることを特徴とする請求項７または８に記載の偏光素子の製造方法。
10. 光を射出する照明光学系と、
    前記光を変調する液晶ライトバルブと、
    前記液晶ライトバルブで変調された光が入射する請求項１から６のいずれか１項に記載の偏光素子と、
    前記偏光素子を透過した偏光光を被投射面に投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする投射型表示装置。
11. 一対の基板間に液晶層を挟持してなり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側に請求項１から６のいずれか１項に記載の偏光素子が形成されていることを特徴とする液晶装置。
12. 請求項１１に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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