JP2014164124A - 偏光素子の製造方法および偏光素子、投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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の製造方法および偏光素子、投射型表示装置、液晶装置、電子機器を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板の一面に設けられた複数のストライプ状の凸部と、前記複数のストライプ状の凸部のうち一の凸部の頂部に設けられた金属細線と、を備える偏光素子の製造方法であって、前記一の凸部の頂部および側面に金属から成る金属膜を形成する工程と、前記金属膜をハロゲンからなるプラズマにさらすことによって、前記金属と前記ハロゲンとからなるハロゲン化金属を前記一の凸部の頂部に凝集させる工程と、前記ハロゲン化金属を還元することによって前記金属細線を形成する工程と、を有する偏光素子の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏光素子の製造方法および偏光素子、投射型表示装置に関するものである。

ワイヤーグリッド型の偏光素子は、透明な基板上（ガラス）に金属から成るグリッド（金属細線）が敷き詰められた構成となっており、その一番の特徴は、グリッドのピッチが用いる光の波長よりも十分短いことである。

一般に、有機材料で形成される偏光素子は、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液晶プロジェクターの偏光手段として用いる事が困難である。
これに対して、ワイヤーグリッド型の偏光素子は、無機物のみから構成できるため、有機物による偏光素子に比べ、光に対する劣化が著しく少ない。したがって、近年高輝度化が進んでいる液晶プロジェクターにおいては有効なデバイスとして注目されている。このようなワイヤーグリッド型の偏光素子としては、たとえば、特許文献１、２に挙げるような技術が開示されている。

特表２００３−５１９８１８号公報 特表２００５−５１３５４７号公報

しかし、特許文献１、２に示されるようなワイヤーグリッド型の偏光素子は、反射型であるため、液晶プロジェクターの射出側の偏光板として用いると、光が液晶ライトバルブへと反射される結果、液晶ライトバルブが発熱し、劣化するという問題があった。

また、Ａｇのような難エッチング材を金属細線の材料として用いる場合においては、基板上への材料の選択的配置が困難であり、ワイヤーグリッド型の偏光素子における金属細線を形成することは困難である。そのため、全体的に均一な光学特性を有する偏光素子を製造することが困難であるという問題もあった。

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、光学特性に優れた吸収型のワイヤーグリッド型の偏光素子およびそのような偏光素子を容易に製造する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投射型表示装置を提供することを目的とする。

本発明の偏光素子の製造方法は、基板と、前記基板の一面に設けられた複数のストライプ状の凸部と、前記複数のストライプ状の凸部のうち一の凸部の頂部に設けられた金属細線と、を備える偏光素子の製造方法であって、前記一の凸部の頂部および側面に金属から成る金属膜を形成する工程と、前記金属膜をハロゲンからなるプラズマにさらすことによって、前記金属と前記ハロゲンとからなるハロゲン化金属を前記一の凸部の頂部に凝集させる工程と、前記ハロゲン化金属を還元することによって前記金属細線を形成する工程と、を有する。

本発明の製造方法によれば、凸部の頂部および側面に金属膜を形成した後に、金属膜をハロゲンからなるプラズマにさらすことにより金属膜を構成する金属をハロゲン化させる。これにより、凸部の側面に形成されている金属膜を構成する金属のハロゲン化物が凸部の頂部に引き寄せられ、凝集する。その結果、凸部の頂部に、略均一な大きさの金属ハロゲン化物の凝集粒子が、凸部の延在方向に沿って連結して形成される。その後、金属ハロゲン化物の凝集粒子を還元することによって、略均一な大きさの金属凝集粒子が連結された金属細線が形成される。このようにして形成された金属細線は、ナノサイズの金属凝集粒子の連結体であることから、プラズモン共鳴による光吸収が発生する。そのため、偏光素子は金属細線に平行な偏光成分の少なくとも一部を吸収する偏光素子となる。したがって、液晶プロジェクターの射出側の偏光素子として用いた際に、液晶ライトバルブに反射する光を抑え、液晶ライトバルブの劣化を抑えることができる偏光素子を製造できる。

また、難エッチング材を金属細線の材料として用いる場合であっても、上述したようにして容易に均一性に優れた金属細線を形成することができ、光学特性に優れた偏光素子を製造できる。

前記一の凸部の延在方向に垂直な断面において、前記一の凸部はテーパー形状を有していてもよい。
この構成によれば、凸部の側面が凸部の頂部に向かって先細りとなるように傾斜しているため、凸部に形成された金属膜を構成する金属をハロゲン化させる際に、凸部の側面に形成された金属膜を構成する金属のハロゲン化物が凸部の頂部に向かって移動しやすく、引き寄せられやすい。その結果、凸部の側面に形成された金属膜を構成する金属は、金属ハロゲン化物となって凸部の頂部に凝集する。したがって、金属ハロゲン化物を還元することで、幅、高さが略均一な金属細線が形成され、光学特性に優れた偏光素子を製造できる。

前記一の凸部の延在方向に垂直な断面において、前記一の凸部は三角形状を有していてもよい。
この構成によれば、凸部の頂部は三角形状の頂点で構成された稜線であるため、凸部に形成された金属膜を構成する金属をハロゲン化させる際に、凸部の各頂部（側面の各位置に対応する頂点）を中心として、凸部の各側面に形成された金属膜を構成する金属のハロゲン化物が引き寄せられ、凝集する。その結果、形成される金属ハロゲン化物の凝集粒子は、略均一な形状、大きさとなる。したがって、金属ハロゲン化物を還元することで、幅、高さが略均一な金属細線が形成され、光学特性に優れた偏光素子を製造できる。

前記一の凸部の延在方向に垂直な断面において、前記複数のストライプ状の凸部が三角波状の表面を形成していてもよい。
この構成によれば、偏光素子の凸部が形成されている側の表面は、基板の一面と略平行な面を有さず、凸部の斜面のみで構成されているため、金属膜は斜面のみに形成される。そのため、金属膜を構成する金属をハロゲン化させて凝集させる際に、凸部の側面（斜面）に形成された金属膜を構成する金属は、凸部の頂部に金属ハロゲン化物となって凝集し、凸部上以外に金属ハロゲン化物が凝集することがない。したがって、金属ハロゲン化物を還元することで、基板上に幅、高さが略均一な金属細線が形成され、光学特性に優れた偏光素子を製造することができる。

本発明の偏光素子は、基板と、前記基板の一面に設けられた複数のストライプ状の凸部と、前記複数のストライプ状の凸部のうち一の凸部の頂部に設けられた金属細線と、を備える偏光素子であって、前記金属細線は、複数の金属凝集粒子が１列に前記延在方向に配列してなることを特徴とする。

本発明の偏光素子によれば、金属細線は、ナノサイズの金属凝集粒子の連結体であることから、プラズモン共鳴による光吸収が発生する。そのため、偏光素子は金属細線に平行な偏光成分の少なくとも一部を吸収する。したがって、液晶プロジェクターの射出側の偏光素子として用いた際に、液晶ライトバルブに反射する光を抑え、液晶ライトバルブの劣化を抑えることができる。また、金属細線のピッチに対して、金属細線の幅が従来のものに比べて短い場合であっても、光を吸収することが可能であり、金属細線のピッチと幅の選択範囲が広くとれる。これにより、所望の光学特性となるように調整することができ、優れた光学特性を有する偏光素子が得られる。

前記複数の金属凝集粒子のうちの一の金属凝集粒子は、略球状であってもよい。
この構成によれば、たとえば、金属細線を構成する金属としてＡｇを選択した場合に、優れた光学特性を有する偏光素子が得られる。

前記複数の金属凝集粒子のうちの一の金属凝集粒子は、形状異方性を有していてもよい。
この構成によれば、たとえば、金属細線を構成する金属としてＡｌを選択した場合に、優れた光学特性を有する偏光素子が得られる。この場合において、金属凝集粒子のアスペクト比は３から５程度であることにより、優れた光学特性を得られる。

前記金属凝集粒子の直径を、前記複数のストライプ状の凸部のピッチで除した値が、前記ピッチが１４０ｎｍ以上１５５ｎｍ未満の範囲内において、０．１９より大きく、０．３２未満であり、前記ピッチが１５５ｎｍ以上１８５ｎｍ未満の範囲内において、０．２７より大きく、０．３５未満であり、前記ピッチが１８５ｎｍ以上２１５ｎｍ未満の範囲内において、０．２７より大きく、０．３９未満であり、前記ピッチが２１５ｎｍ以上２６０ｎｍ以下の範囲内において、０．３０より大きく、０．４５未満であってもよい。
この構成によれば、たとえば、金属細線を構成する金属としてＡｇを選択した場合に、優れた光学特性を有する偏光素子が得られる。

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、上述した偏光素子と、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。

本発明の投射型表示装置によれば、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。

本発明の電子機器によれば、表示品質およ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。

本実施形態の偏光素子を示す外観斜視図である。 本実施形態の偏光素子を示す図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は図１におけるＡ−Ａ断面図である。 本実施形態の偏光素子の製造方法を示す図である。 本実施形態の偏光素子を用いた投射型表示装置の一例であるプロジェクターを示す概略図である。 投射型表示装置に用いた場合の本実施形態の偏光素子の作用を示す説明図である。 本発明の実施例１を示す走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の実施例２を示す説明図であって、（ａ）は光学特性を示すグラフ、（ｂ）は偏光素子の正面模式図、（ｃ）は偏光素子の側面模式図である。 本発明の実施例２を示す説明図であって、（ａ）は光学特性を示すグラフ、（ｂ）は偏光素子の正面模式図、（ｃ）は偏光素子の側面模式図である。 本発明の実施例２を示す説明図であって、（ａ）は光学特性を示すグラフ、（ｂ）は偏光素子の正面模式図、（ｃ）は偏光素子の側面模式図である。 本発明の実施例２を示す説明図であって、（ａ）は光学特性を示すグラフ、（ｂ）は偏光素子の正面模式図、（ｃ）は偏光素子の側面模式図である。 本発明の実施例３の光学特性を示すグラフである。 本発明の実施例３の光学特性を示すグラフである。

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および偏光素子の製造方法について説明する。
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（基板面内）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（基板面の法線方向）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、２は本実施形態の偏光素子１Ａを示す図であり、図１は外観斜視図、図２（ａ）は偏光素子１Ａを金属細線１４に直交する面（ＹＺ平面）で切った断面図、図２（ｂ）は図１におけるＡ−Ａ断面図である。

図１、２に示すように、本実施形態の偏光素子１Ａは、基板１１と、基板１１の表面に形成された凸条部（凸部）１３と、凸条部１３の先端部１３ｃに形成された金属細線１４とを備える。先端部１３ｃは、凸条部１３の頂部１３ａと、頂部１３ａ近傍の側面１３ｂとを備える。

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１Ａを適応する用途によっては、偏光素子１Ａ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。

図２（ａ）に示すように、金属細線１４は、凸条部１３の幅方向（Ｙ軸方向）において、凸条部１３の頂部１３ａと、頂部１３ａ近傍の両側の側面（傾斜面）１３ｂにまたがって形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、金属細線１４は、凸条部１３の延在方向（Ｘ軸方向）に延びて形成されている。金属細線１４は、金属凝集粒子１４ａが連結されて構成されている。凸条部１３の稜線を含む垂直面（ＸＺ面）で切った金属細線１４の断面形状における外形線は、連続して概略円弧が連なるような線となる。

凸条部１３は基板１１の表面上に、Ｙ軸方向に沿って隙間なく配列され、凸条部１３の延在している方向と直交する面（ＹＺ面）で切った断面の輪郭線は三角波形状である。そのため、偏光素子１Ａの凸条部１３が形成されている側の面は、凸条部１３の側面（斜面）１３ｂのみで構成されている。すなわち、互いに隣り合う２つの凸条部１３各々の側面１３ｂは互いに接しており、互いに隣り合う２つの凸条部１３の間に平坦部は設けられていない。凸条部１３は三角形の断面形状を有しており、側面１３ｂは、基板１１の表面から遠ざかる方向に沿ってテーパー状の傾斜を備えて形成されている。凸条部１３の寸法は、たとえば、凸条部１３の高さｈ：２００ｎｍ、周期（ピッチ）ｐ：１４０ｎｍ、である。凸条部１３の材質としては、たとえばガラスが用いられる。

金属細線１４は、ナノサイズの金属凝集粒子の連結体であることから、プラズモン共鳴による光吸収が発生する。そのため、金属細線１４の延在方向（Ｘ軸方向）に振動する直線偏光の少なくとも一部が吸収され、金属細線１４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の少なくとも一部は透過する。金属細線１４の形成材料としては、たとえばＡｇのような金属材料が用いられる。

（偏光素子の製造方法）
図３は、本実施形態の偏光素子１Ａの製造方法を示す図である。

本実施形態の偏光素子の製造方法は、図３に示すように、材料塗布工程Ｓ１１と、凸条部形成工程Ｓ１２と、焼成工程Ｓ１３と、金属膜形成工程Ｓ１４と、ハロゲン化工程Ｓ１５と、還元工程Ｓ１６と、を有する。各工程の説明図は、偏光素子１Ａを金属細線１４に直交する面（ＹＺ面）で切った断面図である。
下記各工程の詳細な説明は、金属細線１４を構成する金属をＡｇとした場合を例示するものである。

材料塗布工程Ｓ１１は、図３（ａ）に示すように、基板１１の表面上に凸条部１３を形成するための材料を塗布する工程である。この工程により、基板１１の表面上に材料膜２０が形成される。

材料膜２０を形成する材料としては、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）材料を用いる。
ＳＯＧ材料を塗布する方法としては、たとえばスピンコート法、スプレーコート法、スリットコート法、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、液体噴射法を用いることができる。
形成される材料膜２０の膜厚は、形成する凸条部１３の高さｈよりも厚ければ特に限定されない。

凸条部形成工程Ｓ１２は、図３（ｂ）に示すように、形成された材料膜２０に、ナノスタンパー２４を押し付けて、未硬化の凸条部２１を形成する工程である。

ナノスタンパー２４は、加工面に、凸条部１３の表面形状と逆凹凸の形成された母型である。ナノスタンパー２４の加工面には、材料の付着防止、ナノスタンパー２４の基板１１との剥離性向上を目的として剥離剤が塗布されている。
材料膜２０に、ナノスタンパー２４を押し付けることにより、材料膜２０の表面に、凸条部１３の形状を転写する。押し付け方は、特に限定されず、たとえば、直押し方式、ローラー転写方式、Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ方式等を選択できる。この工程により、未硬化の凸条部２１が形成される。未硬化の凸条部２１は、三角形の断面形状を有しており、側面は基板１１の表面から遠ざかる方向に沿ってテーパー状の傾斜を備えている。

焼成工程Ｓ１３は、図３（ｃ）に示すように、未硬化の凸条部２１を焼成して、凸条部１３を形成する工程である。

未硬化の凸条部２１を構成するＳＯＧ材料は、焼成することにより、ガラス（ＳｉＯ_２）となり、硬化する。この工程により、基板１１上に凸条部１３が形成される。

金属膜形成工程Ｓ１４は、図３（ｄ）に示すように、凸条部１３上に金属膜２２を形成する工程である。

金属膜２２の形成方法は、特に限定されず、たとえば、気相法を用いることができる。気相法を用いる場合には、物理蒸着法、化学蒸着法のいずれであってもよい。物理蒸着法としては、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等が選択できる。

形成された金属膜２２は、各凸条部１３の頂部１３ａおよび側面１３ｂを覆う。

ハロゲン化工程Ｓ１５は、図３（ｅ）に示すように、金属膜２２をハロゲン化する工程である。

金属膜２２を構成するＡｇを、Ｃｌ系ガス（Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３等）のプラズマに曝すことにより、ハロゲン化させる。
このとき、金属膜２２を構成する金属がハロゲン化された金属ハロゲン化物は、凸条部１３の先端部１３ｃに凝集する。詳細は不明であるが、これは、生成された金属ハロゲン化物（ＡｇＣｌｘ）と、凸条部１３の表面との親和性が低いため、金属ハロゲン化物が粒状に凝集し、金属膜２２が最も厚く形成され、先鋭形状で粒子の姿勢が安定しやすい先端部１３ｃに留まるためであると考えられる。

結果として、凸条部１３の先端部１３ｃに、金属ハロゲン化物ＡｇＣｌｘの凝集粒子が複数形成される。凸条部１３の先端部１３ｃに複数形成された凝集粒子は、凸条部１３の延在方向（Ｘ軸方向）に沿って互いに一列に連結されており、金属ハロゲン化物細線２３を形成する。形成された凝集粒子は粒径５〜１００ｎｍの略球状である。

還元工程Ｓ１６は、図３（ｆ）に示すように、金属ハロゲン化物細線２３を構成する金属ハロゲン化物を還元する工程である。

化学的な還元表面層を発達せしめるのに十分な期間にわたり、約２５０℃より高いが、ガラスのアニール点からは約２５℃は高くない温度の還元雰囲気に曝露する。
還元性雰囲気としては、水素ガスを用いることが効率的である。アンモニア分解ガス、ＣＯ_２とＣＯの混合物等の他の既知の還元性雰囲気を用いてもよい。
この工程により、ハロゲン化物凝集粒子を構成するＡｇＣｌｘが還元され、粒径５〜１００ｎｍの金属凝集粒子１４ａが連結された金属細線１４を得ることができる。

以上の工程により、基板１１の表面上に、金属細線１４が一様に配向された偏光素子１Ａを製造することができる。

以上に詳細に説明した本実施形態の製造方法によれば、凸条部１３の頂部１３ａおよび側面１３ｂに金属膜２２を形成した後に、金属膜２２をハロゲンからなるプラズマにさらすことにより、金属膜２２を構成する金属（Ａｇ）をハロゲン化させる。これにより、凸条部１３の側面１３ｂに形成されている金属膜２２を構成する金属のハロゲン化物が凸条部１３の先端部１３ｃに引き寄せられ、凝集する。その結果、凸条部の先端部１３ｃに、各々が略均一な大きさの複数の金属ハロゲン化物の凝集粒子が、凸条部１３が延在する方向（Ｘ軸方向）に沿って、互いに一列に連結して形成される。その後、金属ハロゲン化物の凝集粒子を還元することによって、各々が略均一な大きさの複数の金属凝集粒子１４ａが互いに一列に連結された金属細線１４が形成される。

このようにして形成された金属細線１４は、ナノサイズの金属凝集粒子１４ａの連結体であることから、プラズモン共鳴による光吸収が発生する。そのため、偏光素子１Ａは金属細線１４に平行な偏光成分の少なくとも一部を吸収する偏光素子となる。したがって、本実施形態の偏光素子１Ａを液晶プロジェクターの射出側の偏光素子として用いた際に、液晶ライトバルブに反射する光を抑え、液晶ライトバルブの劣化を抑えられる偏光素子１Ａを製造できる。

また、難エッチング材であるＡｇを用いて、容易に均一性に優れた金属細線を形成することができ、光学特性に優れた偏光素子を製造できる。

また、本実施形態の製造方法によれば、凸条部１３の頂部１３ａは三角形状の頂点で構成された稜線であるため、凸条部１３に形成された金属膜２２を構成する金属をハロゲン化させる際に、凸条部１３の頂部１３ａを中心として、凸条部１３の側面１３ｂの各位置に形成された金属膜２２を構成する金属のハロゲン化物が引き寄せられる。この際、凸条部１３の側面１３ｂは傾斜しているため、側面１３ｂに形成されている金属膜２２を構成する金属のハロゲン化物は先端部１３ｃに移動しやすく、引き寄せられやすい。そして、引き寄せられた金属ハロゲン化物は、頂部１３ａを中心として先端部１３ｃに凝集する。その結果、形成される金属ハロゲン化物の凝集粒子は、略均一な形状、大きさとなる。したがって、金属ハロゲン化物を還元することで、幅、高さが略均一な金属細線１４が形成され、光学特性に優れた偏光素子１Ａを製造することができる。

また、本実施形態の製造方法によれば、凸条部１３の延在している方向と直交する面で切った断面（ＹＺ面）において、凸条部１３が三角波状の表面を形成しているため、偏光素子１Ａの凸条部１３が形成されている側の表面は、凸条部１３の側面１３ｂのみで構成されている。すなわち、互いに隣り合う２つの凸条部１３各々の側面１３ｂは互いに接しており、互いに隣り合う２つの凸条部１３の間に平坦部は設けられていない。そのため、金属膜２２は斜面のみに形成される。これにより、金属膜２２を構成する金属をハロゲン化させて凝集させる際に、凸条部１３の側面１３ｂに形成された金属膜２２を構成する金属は、凸条部１３の先端部１３ｃに金属ハロゲン化物となって凝集し、凸条部１３の先端部１３ｃ以外には金属ハロゲン化物は凝集しにくくなる。したがって、金属ハロゲン化物を還元することによって、偏光素子として機能しない金属部分が出来るのを抑制できるため、光学特性に優れた偏光素子１Ａを製造することができる。

なお、ハロゲン化工程Ｓ１５において金属ハロゲン化物の凝集が凸条部１３上以外で起こらない範囲内において、互いに隣り合う２つの凸条部１３の間に平坦部を有していてもよい。

また、本実施形態の製造方法によれば、形成される金属細線１４の幅や、凸条部１３のピッチ等を調節することにより、光の透過率、反射率、吸収率を所望の値とすることができる。これにより、後述する液晶プロジェクターに用いるプリ偏光板として適した偏光素子を得ることができる。

なお、本実施形態においては下記方法を選択することも可能である。

金属膜形成工程Ｓ１４においては、金属としてＡｌを用いてもよい。この場合においては、ハロゲン化工程Ｓ１５において、ＣＦ系ガス（ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６等）のプラズマに金属膜２２を曝す方法が選択できる。これにより、Ａｌの金属粒子はＡｌＦ_３となって、凸条部１３の先端部１３ｃに凝集する。

凸条部１３の頂部上に凸条部１３の延在する方向（Ｘ軸方向）に沿って凹凸を周期的に設けることもできる。この場合においては、ハロゲン化工程Ｓ１５において金属ハロゲン化物が凝集する点を任意に設定できる。これにより、金属ハロゲン化物凝集粒子に形状異方性を持たせることができる。たとえば、金属ハロゲン化物凝集粒子（金属粒子）を、短軸直径が５〜１００ｎｍ、長軸直径が１５〜４００ｎｍである扁球状にすることもできる。これにより、製造される偏光素子１Ａの光学特性を調整することができる。

材料塗布工程Ｓ１１、凸条部形成工程Ｓ１２、焼成工程Ｓ１３において行われるナノインプリントによる凸条部１３の形成の代わりに、たとえば、フォトリソプロセスを用いてレジストマスクやメタルマスクを形成した後、基板１１をエッチングすることで基板１１の表面をパターニングすることにより凸条部１３を形成することもできる。

（投射型表示装置）
次に、本発明の投射型表示装置の実施形態について説明する。図４に示すプロジェクター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８１１の光を反射するリフレクター８１２とを備える。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および射出レンズ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から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、を備えている。第１偏光素子８５２には、耐熱性が高い、上述した本実施形態の偏光素子１Ａ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が協働して特定の偏光成分を吸収する。

図５に示すように、第１偏光素子８５２と第２偏光素子８５４とからなる射出側偏光素子部８５０は、液晶ライトバルブ８３０から射出されるＴＭ光（第１偏光素子８５２の金属細線１４の延在方向と直交する振動方向を有する直線偏光）を透過する一方、液晶ライトバルブ８３０から射出されるＴＥ光（金属細線１４の延在方向と平行な振動方向を有する直線偏光）を遮断する。

プリ偏光板である第１偏光素子８５２は、ＴＭ光を透過光ＴＭｔとして透過する一方、ＴＥ光のうちの一部の成分を、透過光ＴＥｔとして透過し、ＴＥ光のうちの一部の成分を反射光ＴＥｒとして反射し、ＴＥ光の残部を吸収する。これにより、第２偏光素子８５４には、透過光ＴＭｔ、ＴＥｔが入射する。第２偏光素子８５４は、透過光ＴＭｔを透過し、透過光ＴＥｔを吸収する。したがって、第２偏光素子８５４は、液晶ライトバルブ８３０から射出されたＴＥ光の一部である透過光ＴＥｔのみを吸収すればよいため、プリ偏光板を用いない場合と比較して光吸収量が大幅に少なくなる。

第１偏光素子８５２のようなプリ偏光板には、ＴＭ光に対する高い光透過率Ｔｐを有することが求められる一方で、ＴＥ光に対しては、ある程度低い光透過率Ｔｃと、低い光反射率Ｒｃと、を有することが求められる。具体的には、ＴＭ光の透過率Ｔｐが９０％より大きく、ＴＥ光の透過率Ｔｃが６０％より小さく、ＴＥ光の光反射率Ｒｃが２０％より小さい、と使用上問題ない。ＴＥ光の透過率Ｔｃについては、２枚目の偏光素子への負担を低減するために、５０％より小さいとなおよい。

これにより、第２偏光素子８５４が吸収する光の量が少なくなるため、有機材料で形成された第２偏光素子８５４の劣化を抑えることができる。また、第１偏光素子８５２によって反射され、液晶ライトバルブ８３０に戻る光が少なくなるため、液晶ライトバルブ８３０の劣化を抑えることもできる。

各光変調部８２２から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ー８００は、射出側偏光素子部８５０の第１偏光素子８５２として、上述した実施形態の偏光素子１Ａを用いているため、高出力の光源を用いても有機材料で形成される第２偏光素子の劣化が抑えられる。また、第１偏光素子によって反射される光が低減されるため、液晶ライトバルブ８３０へ戻る光が低減され、液晶ライトバルブ８３０の劣化も抑えることができる。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ー８００とすることができる。

（実施例）
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１は、金属細線１４の形成検証実験、実施例２、３は、シミュレーションによる光学特性評価である。
なお、各実施例のグラフにおいて、ＴｐはＴＭ光の光透過率、ＴｃはＴＥ光の光透過率、ＲｃはＴＥ光の光反射率、ＡｃはＴＥ光の光吸収率を示している。

［実施例１］
本実施例においては、水晶基板の表面上に、フォトリソプロセスを用いてレジストマスクを形成した後、水晶基板をエッチングし、水晶基板をパターニングすることで、ＳｉＯ_２からなる凸条部（ＳｉＯ_２ポスト）を形成した。その後、Ａｇをスパッタ法により凸条部の頂部および側面に付着させ、膜厚が１０ｎｍの金属膜を形成した。

スパッタは、圧力０．２Ｐａ下において、Ａｇからなるターゲットに直流電源装置で２００Ｗの電力を入力し、１５秒間行った。

次に、金属膜を、圧力０．７Ｐａ下でＣｌ_２のプラズマ雰囲気に１５秒間曝して、Ａｇをハロゲン化させてＡｇＣｌｘとした。

図６は、金属膜をハロゲン化した後の基板表面を撮影した走査型電子顕微鏡写真である。
図６（ａ）に示すように、凸条部の頂部に、ＡｇＣｌｘからなる複数の凝集粒子が形成されている。また、図６（ｂ）に示すように、ＡｇＣｌｘからなる複数の凝集粒子は、凸条部の延在方向に沿って互いに一列に連結されている。
これにより、該凝集粒子を還元することにより、本実施形態における金属細線１４が形成できることが確認された。

［実施例２］
本実施例においては、本発明の偏光素子を液晶プロジェクターの液晶ライトバルブ用の偏光素子として適用することを想定してシミュレーションにより評価を行った。本発明の偏光素子は、無機材料で形成されており耐熱性が高いことから、上述した高出力の光源を有する液晶プロジェクターのプリ偏光板として好適に適用できる。

以下の実施例においては、上述したプリ偏光板として好適な光学特性であること、すなわち、ＴＭ光の光透過率Ｔｐが９０％より大、ＴＥ光の光反射率Ｒｃが２０％より小、ＴＥ光透過率Ｔｃが６０％より小、であることを基準として評価を行った。

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。なお、以下の各シミュレーションにおいては、基板１１はガラスとした。

まず、金属細線の形状が、本実施形態の偏光素子１Ａにおける金属細線１４の形状である場合と、従来の金属細線の形状である場合とについて比較を行った。それぞれ、金属細線を構成する金属としてＡｇを用いる場合と、Ａｌを用いる場合について行った。

図７、８は、金属細線を構成する金属としてＡｇを用いた場合のシミュレーション結果を示す図である。

図７は、金属細線の形状を本実施形態における形状とした場合の本実施例を示した図であり、（ａ）は光学特性を示すグラフ、（ｂ）は偏光素子のＹＺ断面図、（ｃ）は偏光素子のＺＸ断面図である。

図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、金属凝集粒子１４ａは、直径ｄ＝４０ｎｍの球状とし、凸条部１３は高さｈ＝２００ｎｍ、ピッチｐ＝１４０ｎｍとした。

図７（ａ）に示すように、光の波長が４５０〜４８０ｎｍの付近でＴｐが９０％程度、Ｔｃが３０％程度、Ｒｃが１８％程度であり、本実施例の偏光素子が、プリ偏光板として好適な光学特性を有していることがわかる。
波長が４５０〜４８０ｎｍ程度の光は青色であることから、本実施例の偏光素子は、青色光の光変調部に用いるプリ偏光板として好適な偏光素子である。

図８は、金属細線の稜線が、従来の金属細線のように直線を描く場合のシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は光学特性を示すグラフ、（ｂ）は偏光素子のＹＺ断面図、（ｃ）は偏光素子のＺＸ断面図である。

図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、金属細線１５は断面が一辺３０ｎｍの正方形であり、凸条部１３は高さｈ＝２００ｎｍ、ピッチｐ＝１４０ｎｍとした。

図８（ａ）に示すように、Ｔｃが６０％より小さくなる領域が可視光の範囲で存在せず、本実施例の偏光素子は、プリ偏光板として不適な偏光素子であることがわかる。

図９、１０は、金属細線を構成する金属としてＡｌを用いた場合のシミュレーション結果を示す図である。

図９は、金属細線の形状を本実施形態における形状とした場合の本実施例を示した図であり、（ａ）は光学特性を示すグラフ、（ｂ）は偏光素子のＹＺ断面図、（ｃ）は偏光素子のＺＸ断面図である。

図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、金属凝集粒子１４ａは、短軸直径ｄ＝４０ｎｍ、長軸直径ｌ＝１６０ｎｍの扁球状とし、凸条部１３は高さｈ＝２００ｎｍ、ピッチｐ＝１４０ｎｍとした。

図９（ａ）に示すように、本実施例の偏光素子は、波長が約４６０ｎｍ以上の可視光線の範囲において、プリ偏光板として好適な光学特性を有していることがわかる。
これより、本実施例の偏光素子は、青色光、緑色光、赤色光、すべての光変調部に用いるプリ偏光板として好適な偏光素子であることが確かめられた。

図１０は、金属細線の形状を従来の金属細線のように、稜線が直線を描く場合のシミュレーション結果を示す図である。
図１０は、金属細線の形状を本実施形態における形状とした場合の本実施例を示した図であり、（ａ）は光学特性を示すグラフ、（ｂ）は偏光素子のＹＺ断面図、（ｃ）は偏光素子のＺＸ断面図である。

図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、金属細線１５は断面が一辺３０ｎｍの正方形であり、凸条部１３は高さｈ＝２００ｎｍ、ピッチｐ＝１４０ｎｍとした。

図１０（ａ）に示すように、Ｒｃが２０％より小さくなる領域が可視光線の範囲で存在せず、プリ偏光板として不適な偏光素子であることがわかる。

以上のことから、金属細線の稜線が直線である従来の偏光素子が、プリ偏光板として不適であるのに対して、本実施例における偏光素子は、プリ偏光板として好適であることが確かめられた。

［実施例３］
次に、金属細線１４のピッチｐと金属細線１４を構成する金属凝集粒子１４ａの短軸直径ｄを変化させたときにおける光学特性への影響を検証した。それぞれ、金属細線１４を構成する金属としてＡｇを用いる場合と、Ａｌを用いる場合について行った。
以下の各グラフにおいて、横軸は金属凝集粒子の短軸直径（ナノ粒子直径）ｄを凸条部１３のピッチ（グリッドピッチ）ｐで除した値（ｄ／ｐ）であり、光学特性は、波長が４７０ｎｍの青色光のものである。

図１１は、金属としてＡｇを用いたときのシミュレーション結果を示したグラフである。
図１１（ａ）は、ピッチｐ＝１４０ｎｍとしたときの光学特性を示したグラフである。
図１１（ｂ）は、ピッチｐ＝１７０ｎｍとしたときの光学特性を示したグラフである。
図１１（ｃ）は、ピッチｐ＝２００ｎｍとしたときの光学特性を示したグラフである。
図１１（ｄ）は、ピッチｐ＝２６０ｎｍとしたときの光学特性を示したグラフである。
凸条部１３の高さｈ＝２００ｎｍ、金属凝集粒子１４ａは球状とした。

図１１（ａ）から（ｄ）に示すように、それぞれ点線で挟まれた範囲内において、Ｔｐが９０％より大きく、Ｒｃが２０％より小さく、Ｔｃがおおよそ６０％より小さい値となっている。これにより、それぞれプリ偏光板として好適な光学特性の範囲を有する偏光素子１Ａを製造できることが確かめられた。

また、ピッチｐの変化による光学特性の変化は連続的であると考えられることから、図１１（ａ）から（ｃ）に示された結果より以下のことが確かめられた。すなわち、ｄ／ｐの値が、ピッチｐが１４０ｎｍ以上１５５ｎｍ未満の範囲内において、０．１９より大きく、０．３２未満であり、ピッチｐが１５５ｎｍ以上１８５ｎｍ未満の範囲内において、０．２７より大きく、０．３５未満であり、ピッチｐが１８５ｎｍ以上２１５ｎｍ未満の範囲内において、０．２７より大きく、０．３９未満であり、ピッチｐが２１５ｎｍ以上２６０ｎｍ以下の範囲内において、０．３０より大きく、０．４５未満であることにより、プリ偏光板として好適な光学特性を有する偏光素子を製造できることが確かめられた。

図１２は、金属としてＡｌを用いたときのシミュレーション結果を示したグラフである。
図１２（ａ）は、ピッチｐ＝１４０ｎｍとしたときの光学特性を示したグラフである。
図１２（ｂ）は、ピッチｐ＝２６０ｎｍとしたときの光学特性を示したグラフである。
凸条部１３の高さｈ＝２００ｎｍ、金属凝集粒子１４ａは長軸径：短軸径＝４：１の扁球状とした。

図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれ点線で挟まれた範囲内において、Ｔｐが９０％より大きく、Ｒｃが２０％より小さく、Ｔｃが６０％より小さい値となっている。これにより、それぞれプリ偏光板として好適な光学特性の範囲を有していることが確かめられた。

以上より、金属細線１４の材料として、それぞれＡｇ、Ａｌを用いた場合について、凸条部１３のピッチｐを変化させても、金属細線１４を構成する金属凝集粒子１４ａの短軸直径ｄを調整することによって、プリ偏光板として好適な光学特性を有する偏光素子を製造できることが確かめられた。

また、従来のワイヤーグリッド型偏光素子では、ｄ／ｐ＝０．５程度であったのに対して、本実施例の偏光素子では０．２から０．４程度である。すなわち、金属細線１４のピッチｐに対して、金属凝集粒子１４ａの短軸直径ｄ（金属細線の幅）が小さい。これにより、金属細線１４の幅や、ピッチを調整できる幅が広くなり、所望の光学特性を有する偏光素子を製造できることが確かめられた。

また、金属としてＡｇを用いた場合においては、金属細線１４を構成する金属凝集粒子１４ａを球状とすることにより、プリ偏光板として好適な光学特性を有する偏光素子を製造できることが確かめられた。

また、金属としてＡｌを用いた場合においては、金属細線１４を構成する金属凝集粒子１４ａに形状異方性を持たせ、金属凝集粒子１４ａをアスペクト比が３から５程度の扁球状とすることにより、プリ偏光板として好適な光学特性を有する偏光素子を製造できることが確かめられた。

１１…基板、１３…凸条部（凸部）、１３ａ…凸条部の頂部（凸部の頂部）、１３ｂ…凸条部の側面（凸部の側面）１４…金属細線、１４ａ…金属凝集粒子、２２…金属膜、８００…プロジェクター（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）、８３０…液晶ライトバルブ、１Ａ，８５２…偏光素子

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板の一面に設けられた複数のストライプ状の凸部と、
   前記複数のストライプ状の凸部のうち一の凸部の頂部に設けられた金属細線と、を備える偏光素子の製造方法であって、
   前記一の凸部の頂部および側面に金属から成る金属膜を形成する工程と、
   前記金属膜をハロゲンからなるプラズマにさらすことによって、前記金属と前記ハロゲンとからなるハロゲン化金属を前記一の凸部の頂部に凝集させる工程と、
   前記ハロゲン化金属を還元することによって前記金属細線を形成する工程と、を有する偏光素子の製造方法。
2. 前記一の凸部の延在方向に垂直な断面において、前記一の凸部はテーパー形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子の製造方法。
3. 前記一の凸部の延在方向に垂直な断面において、前記一の凸部は三角形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光素子の製造方法。
4. 前記一の凸部の延在方向に垂直な断面において、前記複数のストライプ状の凸部が三角波状の表面を形成している、請求項１から３のいずれか１項に記載の偏光素子の製造方法。
5. 基板と、
   前記基板の一面に設けられた複数のストライプ状の凸部と、
   前記複数のストライプ状の凸部のうち一の凸部の頂部に設けられた金属細線と、を備える偏光素子であって、
   前記金属細線は、複数の金属凝集粒子が１列に前記延在方向に配列してなることを特徴とする偏光素子。
6. 前記複数の金属凝集粒子のうちの一の金属凝集粒子は、略球状である、請求項５に記載の偏光素子。
7. 前記複数の金属凝集粒子のうちの一の金属凝集粒子は、形状異方性を有する、請求項５に記載の偏光素子。
8. 前記金属凝集粒子の直径を、前記複数のストライプ状の凸部のピッチで除した値が、
   前記ピッチが１４０ｎｍ以上１５５ｎｍ未満の範囲内において、０．１９より大きく、０．３２未満であり、
   前記ピッチが１５５ｎｍ以上１８５ｎｍ未満の範囲内において、０．２７より大きく、０．３５未満であり、
   前記ピッチが１８５ｎｍ以上２１５ｎｍ未満の範囲内において、０．２７より大きく、０．３９未満であり、
   前記ピッチが２１５ｎｍ以上２６０ｎｍ以下の範囲内において、０．３０より大きく、０．４５未満である、請求項５または６に記載の偏光素子。
9. 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５から８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、を備える投射型表示装置。