JP2012141533A - ワイヤーグリッド偏光板の製造方法およびワイヤーグリッド偏光板 - Google Patents

Abstract

【課題】可視域で用いられる消光比の高いワイヤーグリッド偏光板を安価に製造する。
【解決手段】基板１にゾルゲル膜２を塗布し、型３の構造を転写することでライン部４およびスペース部５を有するラインアンドスペース構造を形成し、スペース部５に、溶融した金属を埋め込んで埋め込み金属部８を形成する。溶融する金属は、融点が６５０℃以下であり、４００〜７００ｎｍの波長における固化後の金属の平均消衰係数が５．０より大、または、平均消衰係数が４．５より大きくて平均屈折率が１未満である金属材料を選択することで、光学性能を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属のラインアンドスペース構造を用いるワイヤーグリッド偏光板の製造方法およびワイヤーグリッド偏光板に関するものである。

ワイヤーグリッド偏光板は、その製造技術の進歩により狭ピッチの構造を実現することが可能となってきた。ワイヤーグリッド偏光板のピッチは、使用波長の２分の１未満にしなければ使用波長において回折光が発生する。そのため、一般に可視域で使用されるワイヤーグリッド偏光板は、２００ｎｍ以下のピッチを要する。

現在市販されているワイヤーグリッド偏光板は、基板上にアルミニウム製のライン部と空気のスペース部で構成され、１５０ｎｍ以下のピッチを有する構造となっている。このような狭ピッチな構造は、フォトリソグラフィー法や、ドライエッチング法、真空成膜法等を用いて製造されている。これらの方法に用いられている装置は高価であり、素子の製造コストをアップさせることが懸念される。このコストアップを是正するための構造および製造方法が、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００４−７７８３１号公報

特許文献１に開示された方法は、基板上に線状に溝を形成し、溝に金属を埋め込み、溝よりはみ出した金属を除去するダマシンプロセスを用いる。ダマシンプロセスを用いることで、工程数の削減を実現し、埋め込み構造とすることで、金属の高アスペクト比構造を得ようとするものである。さらに、高アスペクト比の構造とすることで消光性能が優れ、素子の挿入損失が小さい安価なワイヤーグリッド偏光板を提供しようとするものである。

ところが、ダマシンプロセスを用いる方法でも、基板の溝を形成するためにフォトリソグラフィー法やドライエッチング法を用いなければならない。また、金属を埋め込むためには真空成膜法を用いなければならない。そのため、製造された素子は高価なものとなってしまう。さらに、ワイヤーグリッド偏光板を埋め込み構造とした場合は、スペース部が空気の構造に比べて、ワイヤー部が同じアスペクト比の時に消光比が劣化するという問題点がある。

本発明は、高価な製造装置を必要とせず、可視域で用いられる消光比の高いワイヤーグリッド偏光板を安価に製造できるワイヤーグリッド偏光板の製造方法およびワイヤーグリッド偏光板を提供することを目的とするものである。

本発明のワイヤーグリッド偏光板の製造方法は、基板上に、ライン部およびスペース部を有するラインアンドスペース構造を形成する工程と、前記ラインアンドスペース構造の前記スペース部に溶融した金属を埋め込んで固化させることで埋め込み金属部を形成する工程と、前記ラインアンドスペース構造の前記ライン部および前記埋め込み金属部の上に保護層を形成する工程と、を有し、前記金属は、融点が６５０℃以下であり、４００〜７００ｎｍの波長における固化後の平均消衰係数が５．０より大きいことを特徴とする。

高価なプロセスや装置を用いることなくワイヤーグリッド偏光板の製造が可能であり、しかも製造される埋め込み型ワイヤーグリッド偏光板は、消光比と透過率が高く、光学特性に優れる。

本発明の一実施形態によるワイヤーグリッド偏光板の製造方法を示す工程図である。 図１の製造方法で製造されたワイヤーグリッド偏光板の構成を示す断面模式図である。 実施例１で製造されたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性図である。 実施例２で製造されたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性図である。 実施例３で製造されたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性図である。 実施例４で製造されたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性図である。 実施例５で製造されたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性図である。 実施例６で製造されたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性図である。 実施例７で製造されたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性図である。 実施例８で製造されたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性図である。 比較例２で製造されたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性図である。 比較例３で製造されたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性図である。 比較例４で製造されたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性図である。 比較例５で製造されたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性図である。

本発明の一実施形態によるワイヤーグリッド偏光板の製造方法は、透明な基板上に微細なラインアンドスペース構造を形成し、そのスペース部に溶融した金属を埋め込んで固化させ、その上に保護層を形成する。スペース部に埋め込む金属は、融点が６５０℃以下であり、４００〜７００ｎｍの波長における固化後の金属の平均消衰係数が５．０より大きい金属材料、あるいは、平均消衰係数が４．５より大きくて平均屈折率が１未満の金属材料を選択する。なお、金属の光学定数はｎ−ｉｋで表され、ｎは屈折率、ｋは消衰係数を示す。また、光の入射平面をワイヤーグリッドと垂直な法線を含む面と定義して、Ｓ偏光はワイヤーグリッドに平行な振動成分の光、Ｐ偏光はワイヤーグリッドに垂直な振動成分の光と定義する。ワイヤーグリッド偏光板が９０°回転した時はＳ偏光とＰ偏光の挙動が入れ替わる。

金属の融点が６５０℃以下であるため、基板や波長以下の微細なラインアンドスペース構造を破壊することなく、溶融した金属をスペース部に直接埋め込むことが可能となり、安価な製造方法であるリフロー法などが適用できる。従って、高価な真空成膜法や、フォトリソグラフィー法、ドライエッチング法を用いることなく、ワイヤーグリッド偏光板を低コストで製造することができる。

さらに、スペース部に埋め込まれる金属の可視域における平均消衰係数が５．０より大きいか、または、平均消衰係数が４．５より大きくて平均屈折率が１未満であるものを選択することで、消光比および透過率の高いワイヤーグリッド偏光板を実現できる。このような融点と光学定数が両立される金属材料を選択する。

ラインアンドスペース構造のライン上部に残留した金属は、ライン上部が露出するまで取り除く。ライン上部に金属が残留した状態では、所望の消光比と透過率を実現することは困難である。取り除く方法としては、ラッピングや研摩等、従来知られている方法を用いることが可能である。

具体的には、上記の金属材料は、純Ｉｎまたは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｇｅの内２種類以上の合金である。Ａｌ、ＡｇおよびＭｇは、融点が６５０℃よりも高いものの、可視域で低いｎと高いｋを有している。ワイヤーグリッド偏光板を構成する上で、理想的な値としてはｋが大きいほど有利な特性が得られる。また、ｋが４．５よりも大きく５．０以下のとき、ｎが小さいほど、有利な特性が得られる。それに対して、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎは低い融点を有している。

このような金属を用いて合金を形成することで融点と光学定数を両立することが可能となる。単体の融点は６５０℃よりも高い金属であるＡｌとＭｇは、Ａｌに対してＭｇが約３７．４重量％となるように共晶を形成した場合、約４５１．５℃まで融点降下することが知られている。このように、共晶組成で融点降下を実現すると共に、光学定数を所望の範囲に調整することも可能となる。ＡｌとＧｅも同様に、共晶組成で融点降下を実現する事が可能で、Ａｌ９０原子％とＧｅ１０原子％の組成比で混合した合金の融点は約５９０℃に低下される。また、この時の光学定数は可視域の平均消衰係数ｋが６．１５と大きい値を実現する事が可能となる。

さらに、Ｍｇ、Ｉｎ、Ｓｎを含む合金は、溶融された金属の表面張力が低く、これらの金属で合金を形成した場合、微細なスペース部に埋め込むことが容易となる。特にＭｇの効果が高い。なお、純Ｉｎは本発明の製造方法に適用できる唯一の純金属である。

また、ラインアンドスペース構造のライン部の屈折率ｎ、基板の屈折率ｎｓとしたとき、１＜ｎ＜ｎｓであるとよい。ラインアンドスペース構造のスペース部を前記金属で埋め込み偏光板を製造したとき、ライン部は屈折率の値は１が望ましい。しかしながら、屈折率が１の状態は真空または気体でしか存在せず、金属を埋め込むためのスペースを形成することはできない。また、ライン部の屈折率が低屈折率化することで、消光比の高いワイヤーグリッド偏光板の製造が可能となる。ライン部の屈折率ｎが基板の屈折率ｎｓを超えた場合は、Ｐ偏光の透過率低下とＳ偏光の漏れ光が増大して消光比が悪くなってしまう。

波長以下の微細なラインアンドスペース構造は、シロキ酸を主成分とするゾルゲル材料をナノインプリント法で成形する。ゾルゲル材料は一般にゲル化する時、ある種の添加溶媒が活性剤の機能を果たして、数ナノメートルから十数ナノメートル程度の微粒子化を促進する。このような構造を維持したまま硬化した場合、ポーラス構造となり、微細な中空構造を保持することで低屈折率なライン構造が製造可能となる。ポーラス構造を維持したまま硬化させるキュア温度としては、１５０℃、望ましくは２００℃以上から高くても６５０℃が限界となる。この温度を超えた場合、屈折率が高くなることや、使用波長における光の吸収が発生する等の問題が発生する可能性がある。また、ゾルゲル材料を硬化させる条件としては、１５０℃を下回る場合、得られた膜の硬度低下や屈折率上昇、耐溶剤性不良等、様々な弊害を生じることとなる。なお、この温度はゾルゲル材料ごとに異なるため、使用材料に応じて定める必要がある。また、この下限温度は埋め込み金属の融点以下でなければならない。

このようなゾルゲル材料とナノインプリント法を用いることで、真空成膜法や、フォトリソグラフィー法、ドライエッチング法を用いることなく波長以下の微細なラインアンドスペース構造を製造することが可能となる。

保護層は、シロキ酸を主成分とするゾルゲル材料を塗布後、熱硬化させる。これは、低屈折率ライン部と同様の作用で、低屈折率を得るものである。このようなゾルゲル材料を用いることで、真空成膜法を用いることなくワイヤーグリッド偏光板の製造が可能となる。

ワイヤーグリッド偏光板における金属の理想的な光学定数は、消衰係数ｋが大きい材料がよい。消衰係数ｋの可視域平均値（平均消衰係数）が５．０より大きい場合は、屈折率ｎは一般的な金属が有するどのような数値であろうと、Ｐ偏光透過率が高く消光比の優れたワイヤーグリッド偏光板を構成することが可能である。一方、消衰係数ｋの可視域平均値が４．５以下の場合、Ｓ偏光透過率が大きく発生することにより、消光比を向上することは困難となる。また、消衰係数ｋが５．０以下で、４．５より大きい場合、屈折率ｎの可視域平均値（平均屈折率）が１未満のとき、Ｐ偏光透過率が高く消光比の優れたワイヤーグリッド偏光板を構成することができる。特に、このような光学定数を有する合金でワイヤーグリッド偏光板を構成した場合、Ｓ偏光の反射率が高くなる。従って、反射光を利用する偏光ビームスプリッタとしても利用可能となる。なお、可視域においてｋの平均値が最大の材料はＡｌで、その値は６．６５である。そのため、これらの合金系ではそのｋの値を超えることは困難である。

可視域で機能するワイヤーグリッド偏光板の金属としてはＡｌが最も優れたＰ偏光の透過率と消光比を実現することが可能である。ところが、Ａｌの融点は６６０℃と高く本発明の構成へは適用できない。そこで、光学定数がＡｌに比較して実用範囲内で劣化することなく融点を下げる金属組成の合金を用いる。

なお、ラインアンドスペース構造のピッチＰは、５０ｎｍ≦Ｐ≦２００ｎｍで、かつ、スペース幅をＳとしたとき、０．２≦Ｓ／Ｐ≦０．４であることが望ましい。ここで示した範囲において好適な偏光特性を有するワイヤーグリッド偏光板となる。ピッチの上限値は、可視光を垂直入射で使用するワイヤーグリッド偏光板において、回折が発生しない最大ピッチである。これ以下のピッチでは回折が発生しないため好適に用いることが可能となる。溶融金属の埋め込みにおいてスペースが狭い場合、金属を入れることが困難となる。ここで、スペース幅の最小値である１０ｎｍはその限界となる値である。また、Ｓ／Ｐの値が０．４の値を超えるとＰ偏光の透過率が大きく低下するためワイヤーグリッド偏光板としては好ましくない。埋め込まれる金属の光学定数によっては、この範囲外でもワイヤーグリッド偏光板として、好適なＰ偏光透過率と消光比を実現可能であるため、この範囲に限定するものではない。

また、ラインアンドスペース構造のスペース部の深さをＤ１としたとき、９０ｎｍ≦Ｄ１≦２５０ｎｍであることが望ましい。このような、深さのスペース部に金属を流し込むことによって、高アスペクト構造が実現されるため、消光比が高いワイヤーグリッド偏光板となる。この深さが浅い場合、Ｐ偏光の透過率は高くなるものの、Ｓ偏光の漏れ光も多くなり、逆に、深い場合、Ｓ偏光の漏れ光は少なくなるものの、Ｐ偏光の透過率は低くなってしまう。

このような細く深い高アスペクト比のスペース部に対して埋め込み性が良く、Ｐ偏光の透過率を高く維持したまま、高い消光比を実現できる金属として前記合金系は有効である。なお、合金の光学定数によってはこの範囲外でもワイヤーグリッド偏光板として、好適なＰ偏光透過率と消光比を実現可能であるため、この範囲に限定するものではない。

また、保護層の屈折率をｎ２、膜厚をＤ２、使用中心波長λとしたとき、１．２≦ｎ２≦１．４、０．２λ≦ｎ２・Ｄ２≦０．３λであることが望ましい。このような範囲で、可視光波長領域で有効な反射防止効果を発現することで、透過率の高いワイヤーグリッド偏光板となる。金属製のワイヤーグリッド偏光板は、金属の光学定数が長波長側で理想状態に近づくため、長波長側がＰ偏光の透過率が良く、消光比も高いものとなる。それに対して、この保護膜の膜厚と屈折率の範囲では、可視域の使用中心波長でＰ偏光の透過率が最大になるように調整が可能となる。保護層は、酸化されやすい合金系の埋め込まれた金属に対して酸化防止膜としても作用する。

図１（ａ）において、□３５ｍｍのガラス基板（ショット社製Ｂ−２７０白板ガラス）を洗浄後乾燥して基板１を準備した。ガラス転移点は５２１℃である。

図１（ｂ）において、基板上にゾルゲル材料（ラサ工業社製ゾルゲル膜材料ＶＲＳ−ＰＲＣ３５Ｎ−１Ｋ）をスピンコーターで１０００ｒｐｍ３０秒間保持してゾルゲル膜２を形成した。

図１（ｃ）において、ゾルゲル膜２を形成した基板１をホットプレート上に置き、ニッケル製の□３０ｍｍ全面にラインアンドスペース構造を有する型３を膜面に押し付けて、ホットプレートを２００℃まで昇温して５分間放置後、室温まで冷却した。ニッケル製の型３はライン幅３１ｎｍ、スペース幅１０９ｎｍ、スペース深さ２４０ｎｍの矩形形状を有している。

図１（ｄ）において、型３を外して５００℃で３０分間キュアを施した後、ライン部４およびスペース部５の繰り返しであるラインアンドスペース構造を有するラインアンドスペース転写基板を得た。得られたラインアンドスペース構造のライン幅は９８ｎｍ、スペース幅は４２ｎｍ、スペース深さは２１６ｎｍであった。型３とのスケールの差異はゾルゲル材料が熱硬化収縮したために発生している。そのため、型３との離型性は良好である。また、残膜部６は、３０ｎｍであった。同様にゾルゲル膜を塗布した別基板で５００℃３０分キュア後の膜の屈折率を測定した結果、１．２７であった。

図１（ｅ）において、（ｄ）で得られたラインアンドスペース転写基板をＡｒパージグローブボックス内に設置したホットプレート上に配置した。その際、ラインアンドスペース転写基板とホットプレートは厚さ２ｍｍで□３２ｍｍの銅板スペーサを介して真空吸着保持されている。そのラインアンドスペース構造上に１ｇの金属塊を配置した。金属塊の組成は、Ａｌが６５．０原子％、Ｍｇが３５．０原子％で、融点は４５１．５℃の合金である。ホットプレートを加熱し５００℃で保持した。ここで、あらかじめＢＮ膜を成膜した後平面加工を施した石英基板を同様に５００℃に加熱して準備しておく。そして、ラインアンドスペース転写基板上の溶融された金属を、準備しておいた石英基板を押し付けて、ライン方向と平行に１０往復させてスペース部への金属の埋め込みを実施した。その後、室温まで冷却を行い、上部に余分な金属層７が残留し、ライン部４の間のスペース部５に埋め込み金属部８が形成された構造を得た。

なお、埋め込んだ合金と同様の物を石英基板にリフローで成膜した後、裏面から市販の計器（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製エリプソメーター）で光学定数を測定した。その結果、波長４００〜７００ｎｍにおけるｎとｋはそれぞれ、０．３３５≦ｎ≦１．１９４、ｎの平均値（平均屈折率）は０．７００、３．８４≦ｋ≦６．５８、ｋの平均値（平均消衰係数）は５．２８であった。ｋの平均値は５よりも大きいため本発明の条件範囲である。

図１（ｆ）において、得られた基板をラッピング材（住友３Ｍ社製ラッピングシート）＃４０００でラッピングを施して、ライン構造の頂部９を露出させた。

図１（ｇ）において、（ｆ）で得られた基板に対して（ｂ）で使用したゾルゲル材料をスピンコーターで５０００ｒｐｍ３０秒間保持した後、３５０℃で５分キュアして、ライン部４および埋め込み金属部８の上に保護層１０を形成した。図１（ｄ）と同様に別基板で３５０℃５分キュア後の屈折率を測定した結果、１．２５、膜厚７０ｎｍであった。

図２は、得られたワイヤーグリッド偏光板の断面を示すもので、基板１と、残膜部６と、ライン部４と、埋め込み金属部８と、保護層１０と、を備える。このワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性を図３に示す。分光透過率は市販の分光光度計（日立製作所社製Ｕ４０００自記記録分光光度計）で測定を行った。実線で示す曲線はＰ偏光の透過率、点線で示す曲線はＳ偏光の透過率を示す。可視域の平均透過率はＰ偏光９１．８％、Ｓ偏光０．０６％、可視域の平均消光比は３２．９ｄｂと、偏光特性の優れたワイヤーグリッド偏光板を得ることができた。特に、Ｐ偏光平均透過率が９０％以上で、消光比が３０ｄｂ以上を有する良いワイヤーグリッド偏光板であった。

このように、高価なフォトリソグラフィー法や、ドライエッチング法、真空成膜法等を用いないで、高品質で安価なワイヤーグリッド偏光板を製造することができた。

図１（ａ）において、基板１は、ガラス基板（Ｌ−ＰＨＬ１光学ガラス）を使用した。このガラス基板のガラス転移は３４７℃である。図１（ｂ）において、基板上にゾルゲル材料（ラサ工業社製ゾルゲル膜材料ＶＲＳ−ＰＲＣ３５Ｎ−１Ｋ）をスピンコーターで１５００ｒｐｍ３０秒間保持してゾルゲル膜２を成膜した。

図１（ｃ）において用いたニッケル製の型３はライン幅４６ｎｍ、スペース幅９４ｎｍ、スペース深さ２００ｎｍの物を使用した。

図１（ｄ）において、型３を外して３００℃で３０分間キュアを施した後、ライン部４およびスペース部５の繰り返し構造を有するラインアンドスペース転写基板を得た。得られたラインアンドスペース構造のライン幅は８５ｎｍ、スペース幅は５５ｎｍ、スペース深さは１８０ｎｍであった。また、残膜部６は１０ｎｍであった。ゾルゲル膜を塗布した別基板で３００℃３０分キュア後の膜の屈折率を測定した結果、１．２５であった。

図１（ｅ）において純Ｉｎの埋め込み金属部８を形成した。Ｉｎ塊は、１５６℃で溶融を開始した。ホットプレート温度が２５０℃でスペース部５への金属の埋め込みを実施した。なお、埋め込んだ純Ｉｎの光学定数を実施例１と同様に測定した結果、波長４００〜７００ｎｍにおけるｎとｋはそれぞれ、０．４７９≦ｎ≦１．０１、ｎの平均値は０．７６４、３．８９≦ｋ≦５．８３、ｋの平均値は４．９０、であった。

また、図１（ｇ）において、スピンコーター条件を５０００ｒｐｍ３０秒間として１５０℃で５分キュアして、保護層１０を形成した。ここで得られた保護層の屈折率を測定した結果、１．４４であった。また、膜厚は７０ｎｍであった。それ以外の工程は実施例１と同様に実施した。

本実施例で得られたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性を図４に示す。可視域の平均透過率はＰ偏光８９．２％、Ｓ偏光０．１９％、可視域の平均消光比は２７．０ｄｂのワイヤーグリッド偏光板を得ることができた。

実施例１における基板１を石英基板とした。図１（ｃ）において用いたニッケル製の型３はライン幅３１ｎｍ、スペース幅１０９ｎｍ、スペース深さ２２２ｎｍの物を使用した。

図１（ｄ）において、型３を外して窒素雰囲気中６５０℃で３０分間キュアを施した後、ライン部４およびスペース部５の繰り返し構造を有するラインアンドスペース転写基板を得た。得られたラインアンドスペース構造のライン幅は９４ｎｍ、スペース幅は４６ｎｍ、スペース深さは２００ｎｍであった。また、残膜部６は２５ｎｍであった。また、ゾルゲル膜を塗布した別基板で６５０℃３０分キュア後の膜の屈折率を測定した結果、１．３１であった。

図１（ｅ）においてＡｌ（１１原子％）＋Ｉｎ（８９原子％）の埋め込み金属部８を形成した。金属塊は、６３５℃で溶融を開始した。ホットプレート温度が７００℃でスペース部５への金属の埋め込みを実施した。埋め込んだ金属の光学定数を実施例１と同様に測定した結果、波長４００〜７００ｎｍにおけるｎとｋはそれぞれ、０．４７３≦ｎ≦１．０７、ｎの平均値は０．７８０、３．９０≦ｋ≦５．９１、ｋの平均値は４．９５であった。それ以外の工程は実施例１と同様に実施した。

本実施例で得られたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性を図５に示す。可視域の平均透過率はＰ偏光８９．９％、Ｓ偏光０．１６％、可視域の平均消光比は２７．８ｄｂのワイヤーグリッド偏光板を得ることができた。

実施例３において、基板１は白板を使用した。図１（ｅ）においてＡｌ（１１．３原子％）＋Ｚｎ（８８．７原子％）の埋め込み金属部８を形成した。金属塊は、３８２℃で溶融を開始した。ホットプレート温度が４５０℃でスペース部への金属の埋め込みを実施した。埋め込んだ金属の光学定数を実施例１と同様に測定した結果、波長４００〜７００ｎｍにおけるｎとｋはそれぞれ、０．５５８≦ｎ≦４．２１、ｎの平均値は２．０６、４．４０≦ｋ≦５．９０、ｋの平均値は５．３１であった。この金属は、ｎは１以上の値を有するが、ｋが５よりも大きいため、良い偏光特性を発現できる。それ以外の工程は実施例３と同様に実施した。

本実施例で得られたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性を図６に示す。可視域の平均透過率はＰ偏光８８．７％、Ｓ偏光０．０３％、可視域の平均消光比は３４．３ｄｂのワイヤーグリッド偏光板を得ることができた。特に、消光比が３０ｄｂ以上を有する良いワイヤーグリッド偏光板であった。

図１（ｅ）においてＡｌ（３２．０原子％）＋Ｚｎ（６８．０原子％）の埋め込み金属部８を形成した。金属塊は、４５０℃で溶融を開始した。ホットプレート温度が５５０℃でスペース部への金属の埋め込みを実施した。埋め込んだ金属の光学定数を実施例１と同様に測定した結果、波長４００〜７００ｎｍにおけるｎとｋはそれぞれ、０．５２６≦ｎ≦３．５９、ｎの平均値は１．７９、４．３１≦ｋ≦６．００、ｋの平均値は５．３４であった。それ以外の工程は実施例４と同様に実施した。

本実施例で得られたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性を図７に示す。可視域の平均透過率はＰ偏光８９．０％、Ｓ偏光０．０４％、可視域の平均消光比は３４．１ｄｂのワイヤーグリッド偏光板を得ることができた。特に、消光比が３０ｄｂ以上を有する良いワイヤーグリッド偏光板であった。

実施例４において、基板１に基板材（Ｓ−ＢＳＬ７）を使用した。図１（ｅ）においてＭｇ（８７．３原子％）＋Ｚｎ（１２．７原子％）の埋め込み金属部８を形成した。金属塊は、４８０℃で溶融を開始した。ホットプレート温度が５５０℃でスペース部への金属の埋め込みを実施した。埋め込んだ金属の光学定数を実施例１と同様に測定した結果、波長４００〜７００ｎｍにおけるｎとｋはそれぞれ、０．１８７≦ｎ≦０．６０５、ｎの平均値は０．３６３、３．５６≦ｋ≦６．５５、ｋの平均値は５．０４であった。それ以外の工程は実施例４と同様に実施した。

本実施例で得られたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性を図８に示す。可視域の平均透過率はＰ偏光９１．８％、Ｓ偏光０．３０％、可視域の平均消光比は２７．５ｄｂのワイヤーグリッド偏光板を得ることができた。特に、Ｐ偏光平均透過率が９０％以上を有する良いワイヤーグリッド偏光板であった。

図１（ｅ）においてＭｇ（９０．０原子％）＋Ａｌ（９．０原子％）＋Ｚｎ（１．０原子％）の埋め込み金属部８を形成した。金属塊は、６００℃で溶融を開始した。ホットプレート温度が６５０℃でスペース部への金属の埋め込みを実施した。埋め込んだ金属の光学定数を実施例１と同様に測定した結果、波長４００〜７００ｎｍにおけるｎとｋはそれぞれ、０．２０２≦ｎ≦０．６３４、ｎの平均値は０．３８５、３．５８≦ｋ≦６．５７、ｋの平均値は５．０７であった。それ以外の工程は実施例３と同様に実施した。

本実施例で得られたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性を図９に示す。可視域の平均透過率はＰ偏光９１．８％、Ｓ偏光０．２６％、可視域の平均消光比は２７．９ｄｂのワイヤーグリッド偏光板を得ることができた。特に、Ｐ偏光平均透過率が９０％以上を有する良いワイヤーグリッド偏光板であった。

実施例６と同様の方法で、図１（ｅ）においてＡｌ（５０．０原子％）＋Ａｇ（１５．０原子％）＋Ｓｎ（３５．０原子％）の埋め込み金属部８を形成した。金属塊は、４５０℃で溶融を開始した。ホットプレート温度が５５０℃でスペース部５への金属の埋め込みを実施した。なお、埋め込んだ金属の光学定数を実施例１と同様に測定した結果、波長４００〜７００ｎｍにおけるｎとｋはそれぞれ、０．５８９≦ｎ≦１．５３、ｎの平均値は０．９９５、３．５１≦ｋ≦６．１３、ｋの平均値は４．９１であった。

本実施例で得られたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性を図１０に示す。可視域の平均透過率はＰ偏光８８．７％、Ｓ偏光０．２６％、可視域の平均消光比は２６．９ｄｂのワイヤーグリッド偏光板を得ることができた。

（比較例１）
実施例１と同様の方法で、図１（ｅ）において純Ａｌの埋め込み金属部を形成した。ラインアンドスペース構造上に１ｇのＡｌ塊を配置した後、ホットプレートを昇温した。ホットプレート指示温度が５６０℃でガラス基板が軟化を始めガラス吸着溝に沿って表面の変形が目視で観察された。そのためＡｌを溶融すること無く製造工程を中止した。

（比較例２）
実施例７と同様の方法で、図１（ｅ）においてＡｇ（４１．０原子％）＋Ｓｎ（５９．０原子％）の埋め込み金属部を形成した。金属塊は、４５０℃で溶融を開始した。ホットプレート温度が５５０℃でスペース部への金属の埋め込みを実施した。なお、埋め込んだ金属の光学定数を実施例１と同様に測定した結果、波長４００〜７００ｎｍにおけるｎとｋはそれぞれ、０．６６４≦ｎ≦１．２７、ｎの平均値は０．９２９、２．８３≦ｋ≦５．５０、ｋの平均値は４．２３であった。それ以外の工程は同様に実施した。

本比較例で得られたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性を図１１に示す。可視域の平均透過率はＰ偏光８５．６％、Ｓ偏光２．８６％、可視域の平均消光比は１７．８ｄｂのワイヤーグリッド偏光板となった。Ｐ偏光の平均透過率が低く、Ｓ偏光の透過漏れ光が多い、消光比が悪いワイヤーグリッド偏光板となった。

（比較例３）
実施例１と同様の方法で、図１（ｃ）において用いたニッケル製の型３はライン幅３１ｎｍ、スペース幅１０９ｎｍ、スペース深さ２２２ｎｍの物を使用した。図１（ｄ）において、型３を外して窒素雰囲気中６５０℃で３０分間キュアを施した後、ライン部４およびスペース部５の繰り返し構造を有するラインアンドスペース転写基板を得た。得られたラインアンドスペース構造のライン幅は９４ｎｍ、スペース幅は４６ｎｍ、スペース深さは２００ｎｍであった。また、残膜部６は２５ｎｍであった。また、ゾルゲル膜を塗布した別基板で６５０℃３０分キュア後の膜の屈折率を測定した結果、１．３１であった。

図１（ｅ）においてＡｌ（１６原子％）＋Ｓｎ（８４原子％）の埋め込み金属部を形成した。金属塊は、４４３℃で溶融を開始した。ホットプレート温度が５５０℃でスペース部への金属の埋め込みを実施した。なお、埋め込んだ金属の光学定数を実施例１と同様に測定した結果、波長４００〜７００ｎｍにおけるｎとｋはそれぞれ、０．９１２≦ｎ≦１．９８、ｎの平均値は１．３９、３．５４≦ｋ≦６．２４、ｋの平均値は４．９６であった。それ以外の工程は同様に実施した。

本実施例で得られたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性を図１２に示す。可視域の平均透過率はＰ偏光８７．３％、Ｓ偏光０．１９％、可視域の平均消光比は２８．３ｄｂのワイヤーグリッド偏光板となった。特に短波長側でＰ偏光透過率の低下がみられる。

（比較例４）
実施例２と同様の方法で、図１（ｅ）においてＺｎ（１６．０原子％）＋Ｓｎ（８４．０原子％）の埋め込み金属部を形成した。金属塊は、１９８℃で溶融を開始した。ホットプレート温度が３００℃でスペース部への金属の埋め込みを実施した。埋め込んだ金属の光学定数を実施例１と同様に測定した結果、波長４００〜７００ｎｍにおけるｎとｋはそれぞれ、０．９１２≦ｎ≦１．９７、ｎの平均値は１．３９、３．５４≦ｋ≦６．２４、ｋの平均値は４．９６であった。それ以外の工程は同様に実施した。

本比較例で得られたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性を図１３に示す。可視域の平均透過率はＰ偏光８６．０％、Ｓ偏光０．１６％、可視域の平均消光比は２８．５ｄｂのワイヤーグリッド偏光板となった。特に短波長側でＰ偏光透過率の低下がみられる。

（比較例５）
実施例１と同様の方法で、図１（ｂ）において、基板上にゾルゲル材料（ラサ工業社製ゾルゲル膜材料ＶＲ−１５３−１Ｋ）をスピンコーターで１０００ｒｐｍ３０秒間保持してゾルゲル膜を成膜した。この材料の屈折率は１．５５であった。

本比較例で得られたワイヤーグリッド偏光板の分光透過率特性を図１４に示す。可視域の平均透過率はＰ偏光８６．４％、Ｓ偏光０．１７％、可視域の平均消光比は２９．４ｄｂのワイヤーグリッド偏光板となった。偏光板としては使用可能な特性であるが、実施例１と比較して、Ｐ偏光透過率、Ｓ偏光の漏れ光量、消光比全て悪い値となった。

本発明のワイヤーグリッド偏光板は、液晶プロジェクター、液晶ディスプレィ等に用いられる偏光板として好適に用いることが可能である。また、射入射光をそれぞれ異なった直線偏光光に分離する偏光ビームスプリッタとしても利用することができる。

１ 基板
２ ゾルゲル膜
３ 型
４ ライン部
５ スペース部
６ 残膜部
８ 埋め込み金属部
１０ 保護層

Claims (8)

1. 基板上に、ライン部およびスペース部を有するラインアンドスペース構造を形成する工程と、
   前記ラインアンドスペース構造の前記スペース部に溶融した金属を埋め込んで固化させることで埋め込み金属部を形成する工程と、
   前記ラインアンドスペース構造の前記ライン部および前記埋め込み金属部の上に保護層を形成する工程と、を有し、
   前記金属は、融点が６５０℃以下であり、４００〜７００ｎｍの波長における固化後の平均消衰係数が５．０より大きいことを特徴とするワイヤーグリッド偏光板の製造方法。
2. 基板上に、ライン部およびスペース部を有するラインアンドスペース構造を形成する工程と、
   前記ラインアンドスペース構造の前記スペース部に溶融した金属を埋め込んで固化させることで埋め込み金属部を形成する工程と、
   前記ラインアンドスペース構造の前記ライン部および前記埋め込み金属部の上に保護層を形成する工程と、を有し、
   前記金属は、融点が６５０℃以下であり、４００〜７００ｎｍの波長における固化後の平均消衰係数が４．５より大きく、平均屈折率が１未満であることを特徴とするワイヤーグリッド偏光板の製造方法。
3. 前記金属が、純Ｉｎまたは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｇｅの内２種類以上の合金であることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤーグリッド偏光板の製造方法。
4. 前記ラインアンドスペース構造の前記ライン部の屈折率ｎ、前記基板の屈折率ｎｓとしたとき、１＜ｎ＜ｎｓであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のワイヤーグリッド偏光板の製造方法。
5. 前記ラインアンドスペース構造は、ゾルゲル材料をナノインプリント法で成形して得られることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のワイヤーグリッド偏光板の製造方法。
6. 前記保護層は、ゾルゲル材料を塗布し、硬化させて得られることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項に記載のワイヤーグリッド偏光板の製造方法。
7. 基板上に形成されたライン部およびスペース部を有するラインアンドスペース構造と、
   前記ラインアンドスペース構造の前記スペース部に金属を埋め込んで形成された埋め込み金属部と、
   前記ラインアンドスペース構造の前記ライン部および前記埋め込み金属部の上に形成された保護層と、を有し、
   前記金属は、融点が６５０℃以下であり、４００〜７００ｎｍの波長における固化後の平均消衰係数が５．０より大きいことを特徴とするワイヤーグリッド偏光板。
8. 基板上に形成されたライン部およびスペース部を有するラインアンドスペース構造と、
   前記ラインアンドスペース構造の前記スペース部に金属を埋め込んで形成された埋め込み金属部と、
   前記ラインアンドスペース構造の前記ライン部および前記埋め込み金属部の上に形成された保護層と、を有し、
   前記金属は、融点が６５０℃以下であり、４００〜７００ｎｍの波長における固化後の平均消衰係数が４．５より大きく、平均屈折率が１未満であることを特徴とするワイヤーグリッド偏光板。

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