JP2011039351A - 偏光素子および偏光素子の製造方法、投写型表示装置、液晶装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】透過特性と反射特性と吸収特性とのバランスが改善されたワイヤーグリッド型の偏光素子を提供する。
【解決手段】基板１１と、基板１１上に、基板１１の一面の法線方向から視てストライプ状に設けられた複数の第１凸条部１３ａと、各々の第１凸条部１３ａの上において、該第１凸条部１３ａと同方向に延在して設けられた一対の金属細線１４と、各々の金属細線１４の上において、法線方向から視て少なくとも一部が金属細線１４と重なり、金属細線１４と同方向に延在して設けられた光吸収層１７と、各々の第１凸条部１３ａの上であって一対の金属細線１４の間において、一対の金属細線１４に接して積層され、一対の金属細線１４の上端１４ｂよりも低い上端１３ｘを有する第２凸条部１３ｂと、を備える。
【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、投写型表示装置、液晶装置、電子機器に関するものである。

様々な電気光学装置において、液晶装置が用いられている。液晶装置の構造としては、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持されているものが広く知られており、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を備え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。

ワイヤーグリッド偏光素子は、無機材料から構成するため、有機材料と比較して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、高出力の光源からの光に曝される液晶プロジェクター（投写型表示装置）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、２に挙げるような技術が開示されている。

特許文献１では、アスペクト比の大きい断面形状の金属細線を有するワイヤーグリッド偏光素子において、金属細線と平行に延在する誘電体細線を、金属細線の側面に接して形成し、この誘電体細線を用いて金属細線を支持する構成が提案されている。この構成によると、容易に金属細線が倒壊することが無くなり、高い信頼性を得ることができるとしている。

また、特許文献２では、基板表面にストライプ状に形成されるリブの上に導電素子を形成する構成が提案されている。この構成によると、導電素子よりも下方（リブ側）の層において、光学定数（誘電率）が低下することで、ワイヤーグリッド偏光素子の共鳴波長を短波長シフトさせ、可視光領域においてＴＭ光に対する光透過率（Ｔｐ）を高く、ＴＥ光に対する光透過率（Ｔｃ）を低くすることが出来るとしている。

また、特許文献３では、ワイヤーグリッドと多層の誘電体薄膜とを結合させることにより、可視光領域においてｐ偏光（ＴＭ）光に対する透過率を増加させるとともに、ｓ偏光（ＴＥ）光に対する透過率を減少させることが出来るとしている。

特開２００８−１４５５８１号公報 特表２００３−５０２７０８号公報 特表２００８−５３２４２２号公報

しかしながら、投写型表示装置や液晶装置など、ワイヤーグリッド偏光素子を用いる装置の輝度向上を目的として、上記文献で示されている構成のワイヤーグリッド偏光素子の物性よりも、更なる良好な光学特性を示すワイヤーグリッド偏光素子が求められている。

ワイヤーグリッド偏光素子を介した光の輝度向上のためには、吸収型のワイヤーグリッド偏光素子の場合、透過特性と反射特性、および吸収特性とのバランスを改善することが求められる。すなわち、高いＴＭ光の透過率と低いＴＥ光の透過率、低いＴＥ光の反射率、そして低い反射率を実現するための高い光吸収率が求められる。これらのバランスを改善したワイヤーグリッド偏光素子を、例えば液晶プロジェクターの液晶ライトバルブ用の偏光素子に採用することにより、輝度を向上し、高いコントラストの画像表示を実現することが可能となる。

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、高いＴＭ光の透過率と低いＴＥ光の透過率、低いＴＥ光の反射率、そして低い反射率を実現するための高い光吸収率を実現するワイヤーグリッド型の偏光素子及びその製造方法、表示品質が高く信頼性に優れた投写型表示装置、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、前記基板上に、前記基板の一面の法線方向から視てストライプ状に設けられた複数の第１誘電体層と、各々の前記第１誘電体層の上において、該第１誘電体層と同方向に延在して設けられた一対の金属細線と、各々の前記金属細線の上において、前記法線方向から視て少なくとも一部が前記金属細線と重なり、前記金属細線と同方向に延在して設けられた光吸収層と、各々の前記第１誘電体層の上であって前記一対の金属細線の間において、前記一対の金属細線に接して積層され、前記一対の金属細線の上端よりも低い上端を有する第２誘電体層と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、金属細線に接する第２誘電体層により金属細線が支持されるため、金属細線が倒れにくくなり、破損を抑制することができる。また、第１誘電体層間の領域は、底部が金属細線の下端よりも低くなっており、第１誘電体層上の一対の金属細線間は、底部（第２誘電体層の上端）が金属細線の上端よりも低くなっている。そのため、金属細線の周囲に配置される材料をより一層減らし、金属細線の周囲の誘電率を下げることができるため、ＴＭ光の透過率を向上させることができる。加えて、光吸収層が不要な光を吸収するため、不要な入射光を吸収し、光入射方向への反射を抑制することができる。そのため、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、前記金属細線と前記光吸収層との間に、第３誘電体層が積層されていることが望ましい。
この構成によれば、光吸収層が効率良く不要な入射光を吸収するように、金属細線と光吸収層との離間距離を制御することができる。

本発明においては、前記金属細線と前記光吸収層とを覆う保護膜を有することが望ましい。
この構成によれば、金属細線と光吸収層との酸化を防止し、劣化し難く信頼性の高い偏光素子とすることができる。

本発明においては、前記金属細線の上端から前記第２誘電体層の上端までの高さと、前記金属細線の下端から前記第１誘電体層間の領域の底部までの高さと、が、自身を透過させる光の波長に応じて設定されていることが望ましい。

発明者の検討により、透過させる光の波長によって、金属細線の上端から第２誘電体層の上端までの高さと、金属細線の下端から第１誘電体層間の領域の底部までの高さと、の最適値が異なることが分かった。すなわち、透過させる光の波長によって、これらの高さを等しくする、あるいは異ならせるという設計を適宜行うことにより、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、前記光吸収層は、ゲルマニウムを形成材料とすることが望ましい。
この構成によれば、酸化し難い形成材料を用いて光吸収層を形成するため、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、ゲルマニウムを用いることで耐久性の高い光吸収層を有する偏光素子とすることが可能となる。

また、本発明の偏光素子の製造方法は、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仮設凸条部の上面および側面を覆って、前記基板上に金属膜を形成する工程と、前記仮設凸条部の上面および隣り合う前記仮設凸条部の間の領域に設けられた前記金属膜を除去し、各々の前記仮設凸条部における幅方向の両側に接して残存する前記金属膜を、複数の金属細線とする工程と、前記金属膜の一部を除去した領域から露出する前記仮設凸条部および前記基板を掘り下げる工程と、前記金属細線の上端に形成材料を堆積させ光吸収層を形成する工程と、を有することを特徴とする。

この方法によれば、凸条部の周期（ピッチ）の半分の周期で金属細線を設けることができ、金属細線の狭ピッチ化が容易である。また、予め仮設凸条部を形成した後に、金属細線を形成し、その後に仮設凸条部と溝部とを掘り下げることにより、金属細線の周囲に配置される基板材料の削減と、アスペクト比の高い金属細線の形成と、を容易に両立することができる。さらに、このような金属細線と重なる光吸収層を形成することで、不要な入射光を吸収し、光入射方向への反射を抑制する。したがって、良好な光学特性を有する偏光素子を容易に形成することが可能となる。

本発明においては、前記光吸収層は、前記基板の一面の法線方向に対し斜め方向から斜方成膜で形成することが望ましい。
この方法によれば、金属細線間の領域を光吸収層の形成材料で埋没させることなく、金属細線と重なる光吸収層を容易に形成することができる。

本発明の投写型表示装置は、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写面に投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、優れた光学特性を有する偏光素子を備えるため、信頼性が高く優れた表示特性を有する投写型表示装置とすることができる。

本発明においては、前記照明光学系は、波長が異なる複数の色光を含む光を射出し、前記液晶ライトバルブは、前記複数の色光の各々に対応して設けられ、前記偏光素子は、該偏光素子が有する複数の金属細線間に設けられた溝部の掘り下げ深さが、前記液晶ライトバルブで変調された色光に対応して異なっていることが望ましい。
この構成によれば、複数の色光に対応して設計された偏光素子を用いるため、色光ごとに透過率を制御し、優れた表示が可能な投写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、光学特性に優れた偏光素子を具備し、優れた表示特性を有する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。

本発明の実施形態に係る偏光素子の概略図である。 本実施形態の偏光素子の製造工程を示す工程断面図である。 本実施形態の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投写型表示装置の概略図である。 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。 本発明の実施例を示す説明図である。 本発明の実施例を示す説明図である。 本発明の実施例を示す説明図である。 本発明の実施例を示す説明図である。 本発明の実施例を示す説明図である。 本発明の実施例を示す説明図である。 本発明の実施例を示す説明図である。

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、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の誘電体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。本実施形態では、基板１１としてＳｉＯ_２を主体とするガラス基板を用いた。

基板１１の表面には、Ｘ軸方向に延在する複数の第１溝部（溝部）１２が形成されており、隣り合う第１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。第１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。

凸条部１３は、第１溝部１２の底部から基板１１の鉛直方向（Ｚ軸方向）に盛り上がって形成されている略矩形の断面形状を有する第１凸条部（第１誘電体層）１３ａと、第１凸条部１３ａの上部に形成されている略矩形の断面形状を有する第２凸条部（第２誘電体層）１３ｂと、に便宜的に分けることができる。第２凸条部１３ｂの底面積（Ｚ軸方向からの平面視面積）は、第１凸条部１３ａの上面の表面積よりも小さくなっており、第１凸条部１３ａと第２凸条部１３ｂとは、互いに長手方向の中央で重なって設けられている。したがって、第２凸条部１３ｂを挟んで両側に第１凸条部１３ａが一部露出している。図中では、第１凸条部１３ａの露出面を符号１３ｙで表している。

金属細線１４は、凸条部１３の２つの露出面１３ｙのそれぞれにおいて第２凸条部１３ｂの側面に接し対を成して付設されており、そのため第１凸条部１３ａの側面は、第１溝部１２の側壁部となっている。また、金属細線１４は、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。このような金属細線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（ＴＭ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（ＴＥ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。

１つの凸条部１３上に設けられた２つの金属細線１４の間は、Ｘ軸方向に延在する第２溝部１５となっている。したがって、偏光素子１が有する複数の金属細線１４の間には、第１溝部１２と第２溝部１５とが交互に設けられていることとなっている。換言すれば、金属細線１４の間には、第１溝部１２と第２凸条部１３ｂとが、金属細線１４の延在方向と交差する方向に交互に設けられている。第２溝部１５は、第１溝部１２と同様に、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いる。

このような金属細線１４は、第１保護膜１６により両側面および上面が覆われている。第１保護膜１６は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）、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）などの透光性を有する誘電体材料を形成材料としており、金属細線１４の酸化を防ぐ機能を有している。これらの材料は、消衰係数の値が０であり透光性を有している。また、これらの材料は絶縁性も有しているため、第１保護膜１６は金属細線１４を周囲と絶縁している。本実施形態の第１保護膜１６は、ＳｉＯ_２を形成材料としている。

第１保護膜１６の上面には、光吸収層１７が形成されている。光吸収層１７は、金属細線１４に沿って金属細線１４と同方向に延在しており、ゲルマニウム（Ｇｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）などの材料を用いて設けられている。これらの材料は、消衰係数が正の値を有しており、光を吸収する。本実施形態の光吸収層１７は、Ｇｅ（消衰係数：０．２３）を形成材料としている。また、第１保護膜１６のうち金属細線１４と光吸収層１７とに挟持される部分は、本発明における第３誘電体層となっている。

光吸収層１７の上には、光吸収層１７を覆い第１保護膜１６と接する第２保護膜１８が形成されている。第２保護膜１８は、第１保護膜１６と同じ形成材料を用いて形成することができる。本実施形態の第２保護膜１８は、第１保護膜１６と同様にＳｉＯ_２を形成材料としている。

このように本実施形態の偏光素子１は、第１保護膜１６および第２保護膜１８が絶縁性材料で形成されているため、例えば偏光素子１を装置に組み込む場合に金属細線１４や光吸収層１７が装置の配線と通電することがない。

図１（ｂ）に示す各部の寸法は、例えば、凸条部１３上に設けられた２つの金属細線１４の間隔Ｐ１：７０ｎｍ、第２溝部１５を挟んで隣り合う金属細線１４の間隔Ｐ２：７０ｎｍ、隣り合う凸条部１３の間隔（周期）Ｔ：１４０ｎｍである。また、金属細線１４の高さＨ：５０ｎｍ、幅Ｗ１：１７．５ｎｍである。

また、金属細線１４の下端１４ａは、第１溝部１２の底部１２ｘよりも高く（Ｚ軸方向で基板１１側とは逆側）となるように設けられている。また、金属細線１４の上端１４ｂは、第２溝部１５の底部、すなわち凸条部１３の上端１３ｘよりも高くなるように設けられている。

図に示す第１凸条部１３ａの高さＬ２、第２凸条部１３ｂの高さＬ３、第２溝部１５の深さＬ４は、設計に応じて第１溝部１２および第２溝部１５の形成過程において制御可能である。図からも明らかなように、第１溝部１２の底部１２ｘから金属細線１４の下端１４ａまでの高さは、第１凸条部１３ａの高さＬ２と等しく、凸条部１３の上端１３ｘから金属細線１４の上端１４ｂまでの高さは、第２溝部１５の深さＬ４と等しい。本実施形態では、Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４をいずれも２５ｎｍとする。また、図に示す基板１１の厚さＬ１は、基板１１の裏面からの厚さである。

さらに、金属細線１４と光吸収層１７との間に挟まれた第１保護膜１６の厚さＬ５：２０ｍｎ、光吸収層１７の高さＬ６：１５ｎｍ，第２保護膜１８の高さ方向の厚さＬ７：５ｎｍ、金属細線１４の側面に設けられた保護膜の厚さＷ２：５ｎｍとなっている。

これらの値のうち、特に第１凸条部１３ａの高さＬ２、第２溝部１５の深さＬ４は、偏光素子１の光学特性と密接な関係がある。詳しくは、実施例を示して後に詳述する。

（偏光素子の製造方法）
図２，３は偏光素子１の製造方法の説明図である。図はいずれも図１（ｂ）の断面図に対応する図となっている。

まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板等の基板材料１１Ｘを用意し、基板材料１１Ｘ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。そして、例えば波長が２６６ｎｍのレーザー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を露光し、更にレジスト層をベーク（ＰＥＢ）した後、レジスト層を現像する。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４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ー光源１２１と、回折型ビームスプリッター１２２と、遮光板１２３と、ビームエキスパンダー１２４、１２５と、ミラー１２６、１２７と、基板１１Ｘを載置するステージ１２８とを備えている。

レーザー光源１２１は、例えば第４高調波の波長が２６６ｎｍであるＮｄ：ＹＶＯ４レーザー装置である。回折型ビームスプリッター１２２は、レーザー光源１２１から出力された１本のレーザービームを分岐して２本のレーザー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ー１２２は、入射するレーザービームを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。なお、僅かではあるが、直進成分（０次光）が発生し、レジストパターンに悪影響を及ぼす。そこで、遮光版１２３でこの０次光を遮蔽している。

ビームエキスパンダー１２４は、レンズ１２４ａと空間フィルター１２４ｂとを備えており、回折型ビームスプリッター１２２で分岐された２本のレーザー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ー１２５も、レンズ１２５ａと空間フィルター１２５ｂとを備えており、２本のレーザー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ー１２４、１２５を透過したレーザー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、反射したレーザー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、レーザー光源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２（ｂ）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１１Ｘを掘り下げることで基板材料１１Ｘをパターニングして、溝部１２Ａ、仮設凸条部１３Ａを有する基板１１Ａを形成する。本工程におけるドライエッチングは、例えば、エッチングガスにＣ_２Ｆ_６，ＣＦ_４，ＣＨＦ_３の混合ガスを用いる反応性イオンエッチングを行うことによる異方性エッチングが好適に用いられる。

次に、図２（ｃ）に示すように、仮設凸条部１３Ａの上面、側面および溝部１２Ａの底面を覆って基板１１Ａの表面全面に、アルミニウムを形成材料とする金属薄膜１４Ａを形成する。金属薄膜１４Ａは、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法など、通常知られた方法を用いて形成することができる。

次に、図２（ｄ）に示すように、基板１１Ａの表面全面に設けられた金属薄膜１４Ａのうち、仮設凸条部１３Ａの上面、および溝部１２Ａの底面に設けられた金属薄膜１４Ａの一部をドライエッチングにより除去し、金属細線１４を形成する。エッチングは、例えば、エッチングガスに塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチングによる異方性エッチングを行うと、形成される金属細線１４のＹ軸方向の幅が減少せず好適である。

このように形成される金属細線１４は、幅および高さが、それぞれ仮設凸条部１３Ａに形成する金属薄膜１４Ａの膜厚と、仮設凸条部１３Ａの高さと、により規定されることとなる。そのため、仮設凸条部１３Ａの高さまたは金属薄膜１４Ａの膜厚を変化させることにより、金属細線１４のアスペクト比を容易に変更することができる。

次に、図２（ｅ）に示すように、金属細線１４をマスクとして用いてドライエッチング処理を行い、基板１１Ａを掘り下げることで、第１溝部１２、凸条部１３、第２溝部１５を形成する。本実施形態においては、第１溝部１２の掘り下げ量（第１凸条部１３ａの高さ）Ｌ２と、第２溝部１５の深さＬ４と、が等しくなるように制御する。

次に、図３（ａ）に示すように、ＳｉＯ_２を真空成膜して金属細線１４を保護する第１保護膜１６を形成する。この際、金属細線１４の上部における第１保護膜１６の厚さ（Ｚ軸方向の厚さ）よりも、金属細線１４の側面における第１保護膜１６の厚さ（Ｙ軸方向の厚さ）のほうが薄いことが望ましい。このような形状は、第１保護膜１６の形成材料を＋Ｙ軸方向および−Ｙ軸方向から斜方成膜を行うことにより実現することができる。

また、真空成膜を行うと、第１溝部１２および第２溝部１５の底部にも成膜がなされ、成膜量だけ各溝部が埋められることが考えられるため、必要に応じて異方性エッチングを行うこととしても良い。または、成膜による溝部の埋没量を予め想定して各溝部を形成しておき、真空成膜によって各溝部が一部埋められることで、所望の第１溝部１２の掘り下げ量と第２溝部１５の深さとを実現することとしても良い。

次に、図３（ｂ）に示すように、Ｇｅを斜方成膜して光吸収層１７を形成する。Ｇｅを斜方蒸着することにより、Ｇｅにより第１溝部１２，第２溝部１５を埋没させることなく金属細線１４の上方に光吸収層１７を形成することができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２を真空成膜して光吸収層１７を保護する第２保護膜１８を形成する。第２保護膜１８の形成においても第１保護膜１６の形成時と同様に、第１溝部１２および第２溝部１５が埋められることが考えられるが、必要に応じて異方性エッチングを行うこととしても良く、成膜による溝部の埋没量を予め想定して各溝部を形成しておくこととしても良い。
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、凸条部１３により金属細線１４が支持されているために、金属細線１４が倒れにくくなり、破損を抑制することができる。また、第１溝部１２、第２溝部１５を設けることにより、金属細線１４間の基板材料が除去されるため、透過光に対する特性を向上させることができる。さらに、第１溝部１２では、金属細線１４の下端（Ｚ軸方向で基板１１側）よりも掘り下げられているため、金属細線１４の周囲に配置される基板材料をより一層減らすことができ、透過光に対する特性を向上させることができる。加えて、光吸収層１７が不要な光を吸収するため、不要な入射光を吸収し、光入射方向への入射光の反射を抑制することができる。そのため、良好な光学特性を有する偏光素子１とすることができる。

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、あらかじめ形成する仮設凸条部１３Ａの周期（ピッチ）の半分の周期で金属細線１４を設けることができるため、透過光に対する特性を向上させることができる。また、仮設凸条部１３Ａを形成した後に、金属細線１４を形成し、その後に第１溝部１２、第２溝部１５を設けることにより、容易に第１溝部１２と第２溝部との、金属細線１４上端（Ｚ軸方向で基板１１とは反対側）からの掘り下げ量を変化させることができる。そのため、金属細線１４の周囲における基板材料の除去と、金属細線１４の破損の抑制と、を容易に両立することができる。さらに、このような金属細線１４と重なる光吸収層１７を形成することにより、不要な入射光を吸収し、光入射方向への反射を抑制する。したがって、良好な光学特性を有する偏光素子１を容易に形成することが可能となる。

なお、本実施形態においては、金属細線１４をアルミニウムで形成するとしたが、これに限らず、異なる金属材料とすることもできる。

また、本実施形態においては、レジスト２０の形成において二光束干渉露光法を用いることとしたが、ナノインプリント法を用いてレジスト材料にレジストパターンを転写することによって形成することもできる。

また、本実施形態においては、異方性エッチングを行って第１溝部１２を形成することとし、図１において断面視略矩形の第１溝部１２を示したが、金属細線１４の下端１４ａよりも第１溝部１２の底部１２ｘが低く形成されるならばこれに限らない。例えば、第１溝部１２の側壁部である第１凸条部１３ａがオーバーエッチングされ、金属細線１４と重なる領域まで第１溝部１２が入り込んでいてもかまわない。

また、本実施形態においては、凸条部１３上に設けられた２つの金属細線１４の間隔Ｐ１と、第２溝部１５を挟んで隣り合う金属細線１４の間隔Ｐ２と、が等しいものとしたが、これに限らず、間隔Ｐ１と間隔Ｐ２とが異なることとしても良い。また、一部の間隔Ｐ１が他の間隔Ｐ１と異なることとしても良く、一部の間隔Ｐ２が他の間隔Ｐ２と異なることとしても良い。

また、本実施形態においては、第１凸条部１３ａの高さＬ２と、第２溝部１５の深さＬ４と、を等しく形成することとしたが、これに限らず、Ｌ２，Ｌ４の値が異なることとしても良い。後に実施例をあげて示すように、Ｌ２，Ｌ４の値を異なることとする偏光素子にて良好な光学特性が得られることが分かったため、このような構成は目的とする物性を有する偏光素子を得るために好適である。

例えば、図２（ｅ）におけるドライエッチングを、適切なマスクを介して行うことで、第１溝部１２と第２溝部１５との掘り下げ深さを変更することができる。

また、凸条部１３と、凸条部１３より下側の基板１１と、を異なる形成材料とすることにより、形成材料の違いに起因するエッチングレートの違いを利用して、第１溝部１２と第２溝部１５との掘り下げ深さを変更することも可能である。このような構成は、基板材料１１Ｘの表面に凸条部１３の形成材料の層を形成することで可能となる。

さらに、間隔Ｐ１と間隔Ｐ２とを異なる値とすることでも、エッチングガスの侵入の仕方が変わりエッチングレートを各溝部で異ならせることができるため、第１溝部１２と第２溝部１５との掘り下げ深さを変更することができる。

また、本実施形態においては、第１保護膜１６と第２保護膜１８とを同じ形成材料であるＳｉＯ_２を用いて形成することとしたが、異なる材料を用いることもできる。

［投写型表示装置］
次に、本発明の電子機器の実施形態について説明する。図５に示す投写型表示装置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、投写レンズ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、青色光が光変調部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、プリポラライザー）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、保護膜を備え耐熱性が高い、上述した第２実施形態の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。なお、第１偏光素子８５２には、第１実施形態の本発明の偏光素子を用いることとしても良い。

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投写型表示装置の偏光手段として用いる事が困難である。しかし、本発明の投写型表示装置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。

また、各第１偏光素子８５２は、光変調部８２２〜８２４で変調する光を効率的に透過すべく、光変調部８２２〜８２４で変調する光の波長に対応して第１偏光素子８５２が有する金属細線間の掘り下げ深さを変更している。したがって、効率的な光利用が可能となっている。

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、投写光学系である投写レンズ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投写型表示装置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投写型表示装置８００とすることができる。

［液晶装置］
図６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２１０，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２１０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、前述した第２実施形態の偏光素子であり、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２４２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２４２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。

なお、本実施形態の液晶装置においては、第２実施形態の偏光素子を用いることとしたが、保護膜を備えない第１実施形態の偏光素子を用いることもできる。その場合には、保護膜３３３，３４３の位置に、別途各偏光素子を保護するための保護層を設けることとすると良い。

［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７は、図６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７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ー、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、プロジェクター、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、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。

［実施例］
以下に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、発明の効果を確認するため、シミュレーション解析により評価を行った。本実施例では、モデル化した偏光素子についてのシミュレーション解析により評価をおこなった。以下の実施例の説明においては、図１に示した符号を適宜用いるものとする。

シミュレーション解析は、モデル化した偏光素子についての形状、屈折率等の各パラメータを用いて、Grating Solver Development社製の解析ソフトであるＧＳｏｌｖｅｒを用いて行った。

［第１溝部と第２溝部との掘り下げ深さについての検証］
まず、第１溝部１２と第２溝部１５との掘り下げ深さＬ２，Ｌ４に対する偏光素子の光学特性への影響を検証した。比較した光学特性は、ＴＭ光に対する光透過率（Ｔｐ）、ＴＥ光に対する光透過率（Ｔｃ）、ＴＭ光に対する反射率（Ｒｐ）、ＴＥ光に対する反射率（Ｒｃ）である。

図８から１３は、評価結果を示すグラフである。図８から１０は、周期Ｔが７０ｎｍ、図１１から１３は同じく周期Ｔが１４０ｎｍの結果を示している。また、図８，１１は青色の光（波長：４４０ｎｍ）に対する評価結果、図９，１２は緑色の光（波長：５３０ｎｍ）に対する評価結果、図１０，１３は赤色の光（波長：６４０ｎｍ）に対する評価結果を示している。

各（ａ）は、横軸をＬ２の値（ｎｍ）、縦軸を透過率（％）とした透過特性を示し、Ｌ４の値を基準としたときの、Ｌ２の値の変化に対する光学特性の変化を示している。各（ｂ）は、同じく横軸をＬ２の値（ｎｍ）、縦軸を反射率（％）とした反射特性を示す。

評価の結果、周期Ｔが１４０ｎｍのものよりも周期Ｔが７０ｎｍのもののほうが良好な光学特性を示し、金属細線を狭ピッチすることによる物性改良が確かめられた。また、各色の光いずれもＬ２，Ｌ４の値が異なる構造において最も良いＴｐを示した。各色光における所定のＬ４の値に対するＬ２の最適値は、次の表１のようになった。

この結果から、透過波長に応じてＬ２，Ｌ４の最適値が異なることが分かった。また、Ｌ２とＬ４との値は必ずしも揃える必要はないことが分かった。

［第１保護膜の膜厚についての検証］
次に、第１保護膜１６の膜厚Ｌ５に対する偏光素子の光学特性への影響を検証した。比較した光学特性は、ＴＭ光に対する光透過率（Ｔｐ）、ＴＥ光に対する光透過率（Ｔｃ）、ＴＭ光に対する反射率（Ｒｐ）、ＴＥ光に対する反射率（Ｒｃ）、およびＴＭ光、ＴＥ光に対する吸収率である。

図１４は、評価結果を示すグラフである。図（ａ）は、横軸をＬ５の値（ｎｍ）、縦軸を透過率（％）とした透過特性を示し、Ｌ４の値を基準としたときの、Ｌ５の値の変化に対する光学特性の変化を示している。（ｂ）は、同じく横軸をＬ５の値（ｎｍ）、縦軸を反射率（％）とした反射特性を示す。（ｃ）は、同じく横軸をＬ５の値（ｎｍ）、縦軸を吸収率（％）とした吸収特性を示す。

評価の結果、Ｌ５の値を増やすに従って、ＴＥ光に対する光透過率が低下することが分かった。同時に、ＴＥ光に対する反射率の低下と吸収率の増加が生じていることから、第１保護膜１６の膜厚を増やし金属細線１４と光吸収層１７との離間距離を広げると、光吸収層がＴＥ光を効率的に吸収することが可能になり、結果ＴＥ光の光透過率が低下することが示唆された。

また、合わせてＴＭ光に対する光透過率が増加しているため、第１保護膜１６の膜厚を増やし金属細線１４と光吸収層１７との離間距離を広げると、光学特性が向上することが示された。したがって、この結果から、金属細線１４と光吸収層１７とは直接接することなく、適切な離間距離を保つほうが良好な光学特性を示すことが分かった。なお、この傾向はＬ４の値を変えても変わることがなかった。

これらの結果より、本発明の構成を備える偏光素子が良好な光学特性を有することが確認でき、本発明の構成が課題解決に有効であることが確かめられた。

１，３３０，３４０…偏光素子，１１…基板、１１Ｘ…基板材料、１２…第１溝部（溝部）、１３…凸条部、１３ａ…第１凸条部（第１誘電体層）、１３ｂ…第２凸条部（第２誘電体層）、１３Ａ…仮設凸条部、１４…金属細線、１６…第１保護膜（保護膜、誘電体層）、１７…光吸収層、１８…第２保護膜（保護膜）、２０…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…投写型表示装置、８１０…光源（照明光学系）、８２６…投射レンズ（投写光学系）、８３０…液晶ライトバルブ、８５２…第１偏光素子（偏光素子）、１３００…携帯電話（電子機器）、

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に、前記基板の一面の法線方向から視てストライプ状に設けられた複数の第１誘電体層と、
   各々の前記第１誘電体層の上において、該第１誘電体層と同方向に延在して設けられた一対の金属細線と、
   各々の前記金属細線の上において、前記法線方向から視て少なくとも一部が前記金属細線と重なり、前記金属細線と同方向に延在して設けられた光吸収層と、
   各々の前記第１誘電体層の上であって前記一対の金属細線の間において、前記一対の金属細線に接して積層され、前記一対の金属細線の上端よりも低い上端を有する第２誘電体層と、を備えることを特徴とする偏光素子。
2. 前記金属細線と前記光吸収層との間に、第３誘電体層が積層されていることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子。
3. 前記金属細線と前記光吸収層とを覆う保護膜を有す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. 前記金属細線の上端から前記第２誘電体層の上端までの高さと、前記金属細線の下端から前記第１誘電体層間の領域の底部までの高さと、が、自身を透過させる光の波長に応じて設定され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. 前記光吸収層は、ゲルマニウムを形成材料とす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. 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仮設凸条部の上面および側面を覆って、前記基板上に金属膜を形成する工程と、
   前記仮設凸条部の上面および隣り合う前記仮設凸条部の間の領域に設けられた前記金属膜を除去し、各々の前記仮設凸条部における幅方向の両側に接して残存する前記金属膜を、複数の金属細線とする工程と、
   前記金属膜の一部を除去した領域から露出する前記仮設凸条部および前記基板を掘り下げる工程と、
   前記金属細線の上端に形成材料を堆積させ光吸収層を形成する工程と、を有することを特徴とする偏光素子の製造方法。
7. 前記光吸収層は、前記基板の一面の法線方向に対し斜め方向から斜方成膜で形成することを特徴とする請求項６に記載の偏光素子の製造方法。
8. 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５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写面に投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする投写型表示装置。
9. 前記照明光学系は、波長が異なる複数の色光を含む光を射出し、
   前記液晶ライトバルブは、前記複数の色光の各々に対応して設けられ、
   前記偏光素子は、該偏光素子が有する複数の金属細線間に設けられた溝部の掘り下げ深さが、前記液晶ライトバルブで変調された色光に対応して異なっていることを特徴とする請求項８に記載の投写型表示装置。
10. 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５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。
11. 請求項１０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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