JP2015121693A - グリッド偏光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 アスペクト比の高いグリッド偏光素子を製造する際の実用上の問題を解決し、高アスペクト比化を可能にすることで高い偏光性能が得られる高品質のグリッド偏光素子を提供する。【解決手段】 透明基板１上に設けられた縞状のグリッド２を成す各線状部２１の透明基板１とは反対側の端部には、各線状部２１より大きな幅を有する倒壊防止キャップ３が設けられている。倒壊防止キャップ３は透明な材料で形成され、各線状部２１は無機誘電体で形成されており、アスペクト比は７以上である。各線状部２１のギャップ幅ｔは、紫外線を偏光させることができる幅とされる。【選択図】 図１

Description

本願の発明は、偏光素子の一種であるグリッド偏光素子に関するものである。

偏光光を得る偏光素子は、偏光サングラスのような身近な製品を始めとして偏光フィルターや偏光フィルム等の光学素子として各種のものが知られており、液晶ディスプレイ等のディスプレイデバイスでも多用されている。偏光素子には、偏光光を取り出す方式から幾つかのものに分類されるが、その一つにワイヤーグリッド偏光素子がある。

ワイヤーグリッド偏光素子は、特許文献１に示すように、透明基板上に金属（導電体）より成る微細な縞状のグリッド（格子）を設けた構造のものである。グリッドを成す多数の線状部の離間間隔を偏光させる光の波長より短くすることで偏光子として機能する。直線偏光光のうち、グリッドの長さ方向に電界成分を持つ偏光光にとってはフラットな金属と等価なので反射する一方、長さ方向に垂直な方向に電界成分を持つ偏光光にとっては透明基板のみがあるのと等価なので、透明基板を透過して出射する。このため、偏光子からはグリッドの長さ方向に垂直な方向の直線偏光光が専ら出射する。偏光素子の姿勢を制御し、グリッドの長さ方向が所望の方向に向くようにすることで、偏光光の軸（電界成分の向き）が所望の方向に向いた偏光光が得られることになる。

以下、説明の都合上、グリッドの長さ方向に電界成分を持つ直線偏光光をｓ偏光光と呼び、長さ方向に垂直な方向に電界成分を持つ直線偏光光をｐ偏光光と呼ぶ。通常、入射面（反射面に垂直で入射光線と反射光線を含む面）に対して電界が垂直なものをｓ波、平行なものをｐ波と呼ぶが、グリッドの長さ方向が入射面と平行であることを前提とし、このように区別する。

このような偏光素子の性能を示す基本的な指標は、消光比ＥＲと透過率ＴＲである。消光比ＥＲは、偏光素子を透過した偏光光の強度のうち、ｓ偏光光の強度（Ｉｓ）に対するｐ偏光光の強度（Ｉｐ）の比である（Ｉｐ／Ｉｓ）。また、透過率ＴＲは、通常、入射するｓ偏光光とｐ偏光光の全エネルギーに対する出射ｐ偏光光のエネルギーの比である（ＴＲ＝Ｉｐ／（Ｉｓ＋Ｉｐ））。理想的な偏光素子は、消光比ＥＲ＝∞、透過率ＴＲ＝５０％ということになる。
尚、本願発明の偏光素子では、グリッドの材質は金属には限らないので、以下、グリッド偏光素子と言い換える。

特開２００９−６９３８２号公報 特許第５２００２７１号公報

上記グリッド偏光素子において、各線状部の幅に対する高さの比（以下、アスペクト比という）は、偏光特性に影響を与える重要な要素である。より高い消光比を得るため、アスペクト比は大きくなる傾向にあり、１０を超える高アスペクト比のグリッド偏光素子も数字の上では開示されている。

特に、後述する吸収型のグリッド偏光素子では、光が各線状部の高さ方向に伝搬する過程で、ｓ偏光光はグリッドに吸収されて減衰するのに対し、ｐ偏光光にはそのような減衰が生じずに透過していくことを利用するので、アスペクト比が高い方が消光比も高くなり易く、高アスペクト比のグリッドが求められる傾向がある。

また、紫外域の光の偏光用として用いられるグリッド偏光素子においても、アスペクト比は高くなる傾向にある。例えば、高性能の液晶ディスプレイに使用される配向膜を得る方法として、特許文献２に示すように、偏光光の照射により分子構造を配向させる光配向の技術が実用化されている。この用途では、３６５ｎｍのような紫外域の偏光光をワークに照射する必要があり、グリッド偏光素子はこの用途でも使用が検討されている。

各線状部の間の空間（以下、ギャップという）の幅は、前述したように対象波長（偏光させる光の波長）より短く、好ましくは対象波長の１／２以下とされる。ただし対象波長がグリッドのプラズマ振動数を下回る短波長になると、グリッドで光を反射できなくなる。そのため反射型のグリッド偏光素子では紫外域で高い偏光性能を発揮できないが、後述する吸収型のグリッド偏光素子は紫外域のような短波長域の光についても十分に高い偏光性能を発揮し得る。前述したように吸収型では高アスペクト比のグリッドが求められるため、紫外域を対象としたグリッド偏光素子ではギャップが狭く、高アスペクト比のグリッドが求められる。

上記のように、グリッド偏光素子のアスペクト比は、所望の偏光性能を得るために高くなる傾向にあるが、高アスペクト比のグリッド偏光素子は、数字としては提案されていても、実際に製造が可能であるかどうか、使用上の問題はないのか、については殆ど検討されていない。例えば１０を超える高アスペクト比のグリッド偏光素子について、どのような製造上、また使用上の課題があるのかついて、詳しく検討された報告は殆どなされていない。

本願の発明者は、高アスペクト比のグリッド偏光素子について、実際に製造を行い、光照射して偏光させる実験を行うことで、製造上、また使用上どのような課題があるかどうかを検討した。その結果、線状部の倒壊という重大な課題があることがわかってきた。以下、この点について図７及び図８を使用して説明する。図７は、グリッド偏光素子の製造工程及び線状部の倒壊について示した正面断面概略図である。図８は、線状部の倒壊の一因として推測される点について示した正面断面概略図である。

グリッド偏光素子は、薄膜作成とフォトリソグラフィの技術を利用して製造される。高アスペクト比のグリッド偏光素子を作成する場合、犠牲層と呼ばれる一時的な層を形成して利用する場合が多い。図７に示す製造方法もこの例となっている。
具体的に説明すると、透明基板１に対して犠牲層となる材料で薄膜を作成する。そして、レジスト塗布、露光、現像を行い、レジストパターンをマスクにしたエッチングを行い、犠牲層４を形成する（図７（１））。犠牲層４も、グリッドと同様、平面視では縞状である。

そして、犠牲層４を覆うようにしてグリッド用の薄膜５を作成する（図７（２））。薄膜５は、各犠牲層４の上面及び側面、透明基板１の露出面に形成される。成膜方法としては、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、またはＣＶＤ法を採用し得る。
次に、異方性エッチングによって、薄膜５を選択的に除去する。エッチャントは、電界によって方向付けされ、各犠牲層４の高さ方向に沿って侵入する。このため、各犠牲層４の上面及び透明基板１の露出面で薄膜５が除去され、各犠牲層４の側面でのみ薄膜５が残留する（図７（３））。

その後、犠牲層４のみを除去できるエッチャントを使用してエッチングを行うと、透明基板１の上に各線状部２１が形成されたグリッド２が得られ、その後、洗浄工程などを経てグリッド偏光素子が完成する（図７（４））。

発明者は、上記のような方法で製造したグリッド偏光素子について、偏光特性などを調べるテストをしていたところ、期待された偏光性能が得られない素子があった。その素子を電子顕微鏡で調べたところ、図７（５）に示すように、倒壊が生じている線状部２１’の存在が確認された。

このような倒壊の原因としてまず考えられるのは、熱応力の問題である。グリッド偏光素子は、使用の際、光照射によって加熱される。この際、高照度の光に晒されることで各線状部が昇温して熱変形し、倒壊に至ることが考えられる。また、透明基板と線状部との熱膨張率の差が影響していることも考えられる。

また、発明者の研究によると、上記のような使用時の熱の問題の他、偏光素子の製造工程にも一因があると推測できることがわかってきた。以下、この点について図８を使用して説明する。
グリッド偏光素子の製造工程では、何らかのウェットプロセスが存在する。例えば、洗浄工程では洗浄液を使用して素子を洗浄している。このように、液体（以下、プロセス液という）Ｌを使用するウェットプロセスでは、各線状部２１の間の空間（以下、ギャップという）にプロセス液Ｌが入り込み、徐々に蒸発する。この際、各ギャップでプロセス液Ｌの蒸発は均一ではなく、図８（１）に示すように、蒸発が早い箇所と遅い箇所が出てくる。特に、本願の出願人が既に出願した特願２０１３−７５２４６や特願２０１３−１４３１１９で提案されているギャップ幅偏在化の構造においては、広い方のギャップではコンダクタンスが高いために早く蒸発し易い一方、狭い方のギャップではコンダクタンスが低いために蒸発が遅くなる。

この際、プロセス液Ｌの液面では表面張力が働き、図８（１）に矢印Ｆで示すように、両側の線状部２１を引っ張る向きに作用する。表面張力の影響は、プロセス液Ｌの残留が多いギャップで大きく、残留が少ないギャップでは小さい。つまり、一つの線状部２１において、左右のプロセス液Ｌによる表面張力がアンバランスに働いている。このため、プロセス液Ｌが多く残留しているギャップを形成している二つの線状部２１がお互いに近づくようにして傾き、倒壊する（図８（２））。図７（５）に示すような線状部２１’の倒壊は、このようなメカニズムによっても生じ得ると推測できる。また、対象波長を短波長にする場合にはギャップを短くとるために、線状部２１の接触が生じ易いと推測される。

そして、上記のような線状部の倒壊は、線状部の材料として展性（塑性変形可能性）が高い金属を使用する場合には比較的生じにくいが、展性の低い金属を使用したり、無機誘電体を線状部の材料として使用する場合に生じ易いと推測される。いずれにしても、線状部の倒壊の問題は、高アスペクト比化を阻害する要因となる。
本願の発明は、このような課題を踏まえて為されたものであり、アスペクト比の高いグリッド偏光素子を製造する際の実用上の問題を解決し、高アスペクト比化を可能にすることで高い偏光性能が得られる高品質のグリッド偏光素子を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、透明基板と、透明基板上に設けられた多数の線状部より成る縞状のグリッドとを備えたグリッド偏光素子であって、
各線状部の透明基板とは反対側の端部には、倒壊防止キャップが設けられており、
倒壊防止キャップは、各線状部の幅よりも大きな幅で形成されていて、隣接する線状部が傾いて接触するのを防止するものであり、
倒壊防止キャップは、偏光させる光の波長において透明な材料で形成されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記各線状部の幅に対する高さの比は、７以上であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２の構成において、前記各線状部は、無機誘電体で形成されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項３の構成において、前記線状部は、前記線状部の厚さ方向に光が伝搬する過程で、各線状部の長さ方向に垂直な方向に偏光軸が向いている偏光光に比べて、各線状部の長さ方向に偏光軸が向いている偏光光が多く吸収されることで光を偏光させるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記各線状部の離間間隔は、紫外線を偏光させることが可能な間隔であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項５の構成において、前記間隔は、２００ｎｍ以下であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請求項１乃至６の構成において、前記倒壊防止キャップは、前記各線状部の間の空間に実質的に入り込むことなく形成された膜であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項８記載の発明は、前記請求項７の構成において、前記膜の前記各線状部の側面における厚さは、前記各線状部の幅の５０％以下であるという構成を有する。

以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、線状部が傾いたとしても、最初に倒壊防止キャップ同士が接触するので、線状部が限度以上に傾いて倒壊するのを防止することができる。このため、高アスペクト比のグリッドを備えたグリッド偏光素子であっても、期待される偏光性能が損なわれることなく得られる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、吸収型のモデルで動作するものであるので、紫外域の光を偏光させるものとして好適なグリッド偏光素子となる。
また、請求項５又は６記載の発明によれば、紫外域の光を偏光させる際に、消光比や透過率が高くなるので、質の良い偏光光を効率良く得ることができる。
また、請求項７又は８記載の発明によれば、上記効果に加え、倒壊防止キャップ用の膜が各線状部の間の空間には実質的に入り込んでいないので、この点で偏光性能が悪化することがない。

本願発明の実施形態に係るグリッド偏光素子を模式的に示した斜視概略図である。 吸収型である実施形態のグリッド偏光素子の動作モデルについて示した斜視概略図である。 吸収型である実施形態のグリッド偏光素子の動作モデルについて示した正面概略図である。 倒壊防止キャップの作用について示した正面断面概略図である。 倒壊防止キャップの形成方法について示した正面断面概略図である。 各線状部２１の側面に対する膜堆積量の上限について示した正面断面概略図である。 グリッド偏光素子の製造工程及び線状部の倒壊について示した正面断面概略図である。 線状部の倒壊の一因として推測される点について示した正面断面概略図である。

次に、本願発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
図１は、本願発明の実施形態に係るグリッド偏光素子を模式的に示した斜視概略図である。図１に示すグリッド偏光素子は、透明基板１と、透明基板１上に設けられたグリッド２とを備えている。
透明基板１は、対象波長に対して十分な透過性を有するという意味で「透明」ということである。この実施形態では、紫外域の光を対象波長として想定しているので、透明基板１の材質としては石英ガラス（例えば合成石英）が採用されている。

グリッド２は、図１に示すように、直線状で平行に延びる多数の線状部２１より成る縞（ラインアンドスペース）状のものである。各線状部２１は、この実施形態では、シリコンで形成されている。実施形態のグリッド偏光素子は、紫外域の光を偏光させることを想定しており、ギャップ幅（図１にｔで示す）は４００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下となっている。尚、「直線状」ないし「線状」というのはマクロな平面視の場合であり、図１からわかるように、各線状部２１は、ミクロ的、三次元的には、幅方向を上下方向して配置した帯板状であると言える。

このような実施形態のグリッド偏光素子は、吸収型のモデルで動作するものとなっている。以下、この点について図２及び図３を使用して説明する。図２及び図３は、吸収型である実施形態のグリッド偏光素子の動作モデルについて示した概略図であり、図２は斜視概略図、図３は正面概略図である。
吸収型のグリッド偏光素子は、本願の発明者らにより開発されたもので、一般には知られていない。従来知られたグリッド偏光素子は、反射型と呼べるもので、ｐ偏光光がグリッド２を透過する一方、ｓ偏光光がグリッド２で反射することを利用する。実施形態のグリッド偏光素子は、これとは異なり、ｓ偏光光がグリッド２を厚さ方向（線状部２１の高さ方向）に伝搬する過程でグリッド２に吸収されて減衰するのに対し、ｐ偏光光にはそのような減衰が生じずに透過していくことを利用する。

図２及び図３において、便宜上、光は紙面上の上から下に伝搬するものとし、この方向をｚ方向とする。また、グリッド２の各線状部２１が延びる方向をｙ方向とし、従ってｓ偏光光（図２にＬｓで示す）は、電界成分Ｅｙを持つ。このｓ偏光光の磁界成分（不図示）はｘ方向となる（Ｈｘ）。

このようなｓ偏光光がグリッド偏光素子のグリッド２にさしかかると、ｓ偏光光の電界Ｅｙは、各線状部２１の誘電率によって弱められる。一方、各線状部２１の間（ギャップ）の媒質は、空気である場合が多いが、一般的にグリッド２より誘電率が小さいので、ギャップでは電界Ｅｙは各線状部２１内ほどは弱められない。

この結果、ｘ−ｙ平面内において電界Ｅｙの回転成分が生じる。そして、ファラデーの電磁誘導に対応する以下のマクスウェル方程式（式１）により、このｘ−ｙ平面での回転の強さに応じて、ｚ方向において二つの互いに逆向きの磁界Ｈｚが誘起される。

即ち、各線状部２１間の中央の電界Ｅｙの最も高いところを境に、一方の側ではＨｚは光の伝搬方向前方に向き、他方の側ではＨｚは後方を向く。ここで、図２では省略されているが、ｘ方向の磁界ＨｘはＥｙと同位相で、ｘ軸負の側を向いて存在している。このｘ方向磁界成分Ｈｘは、生成されたｚ方向成分Ｈｚに引っ張られ、波打つように変形する。

このような磁界成分Ｈｘの波打ち（回転）が生じると、アンペール・マクスウェルの法則に対応するマクスウェル方程式（式２）により、さらに図２のｙ方向に電界が発生する。

この様子が、図３において模式的に示されており、ｘ方向磁界成分Ｈｘの波打ち（回転）により新たに電界Ｅｙが発生する様子が模式的に示されている。

図３に示すように、ｘ−ｚ面内での磁界成分Ｈｘの波打ち（回転）により、各線状部２１内では図３の紙面手前側に向いた電界Ｅｙが発生し、各線状部２１の間においては紙面奥側に向いた電界Ｅｙが発生する。この場合、入射したｓ偏光光の元の電界Ｅｙは紙面手前側に向いているから、線状部２１間の電界は、上記磁界の回転により打ち消され、波動が分断するように作用する。結果として、電界Ｅｙがグリッド２において各線状部２１内に局在し、線状部２１の材質に応じた吸収によりｓ偏光光のエネルギーがグリッド２内を伝播しながら消失していく。

一方、ｐ偏光光については、電界成分はｘ方向に向いているが（Ｅｘ）、ｙ方向で見たとき、誘電率の分布は一様であるため、前述したような電界の回転成分は実質的に生じない。従って、ｓ偏光光のような電界のグリッド２内での局在化、各線状部２１内での減衰は、ｐ偏光光に生じない。つまり、ｓ偏光光について磁界成分Ｈｘの波打ち（回転）を生じさせることで電界Ｅｙを各線状部２１内に局在させ、各線状部２１内での吸収によりｓ偏光光を選択的に減衰させていくのが、この実施形態のグリッド偏光素子の動作原理である。発明者の研究によると、このような吸収型のグリッド偏光素子は、紫外域の光に対して高い透過率と消光比を示しており、紫外線用の偏光素子として非常に適している。

このような実施形態のグリッド偏光素子において、図１に示すように、各線状部２１の透明基板１とは反対側の端部には、倒壊防止キャップ３が設けられている。図１では透明基板１は水平な姿勢であり、グリッド２はその上側に位置しているので、倒壊防止キャップ３は各線状部２１の上面に設けられている。但し、偏光素子の実使用状態の姿勢が図１のものに限られる訳ではない。

倒壊防止キャップ３は、前述したような線状部２１の倒壊を防止するものである。図１に示すように、倒壊防止キャップ３は、各線状部２１の幅よりも大きな幅の線状であり、各線状部２１の上面から横方向にはみ出して形成されている。
また、倒壊防止キャップ３は、偏光させる光の波長において透明な材料で形成されている。具体的には、ＳｉＯ_２（酸化シリコン）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化シリコン）、ＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）等が倒壊防止キャップ３の材料として選定され得る。

図４は、倒壊防止キャップ３の作用について示した正面断面概略図である。
図４（１）に示すように、製造時のプロセス液の表面張力、光照射時の加熱による応力等、線状部２１を傾ける力Ｆが発生する。この場合、図４（２）に示すように、線状部２１が傾いたとしても、最初に倒壊防止キャップ３同士が接触するので、線状部２１同士が接触する状態まで傾くことはない。

次に、上記のような倒壊防止キャップ３の形成方法について、図５を使用して説明する。図５は、倒壊防止キャップ３の形成方法について示した正面断面概略図である。
倒壊防止キャップ３は、成膜技術を利用して適宜形成することができる。倒壊防止キャップ３の形成工程は、図６に示すような製造方法において、各線状部２１が形成された後に行われる。この際、倒壊防止キャップ３となる膜３１を形成する粒子は各線状部２１の上面に凝集し、図５（１）に示すように塊状の膜３１が堆積する。塊状と表現したが、断面でみると塊状ということであり、各線状部２１と同様に長手方向に延びているので、線状の膜ではある。

例えば、スパッタリングにより上記倒壊防止キャップ用の膜３１を作成する場合、雰囲気の圧力を比較的高くし、ターゲットと透明基板との間をあまり広くせずに成膜を行う。ターゲットから放出されるスパッタ粒子は、基本的にはｃｏｓｉｎ則に従った指向性を有するが、圧力を高くすると、スパッタ粒子が雰囲気のガス分子（スパッタ放電用ガスの分子）に散乱され易くなり、スパッタ粒子はよりランダムな方向に向かい易くなる。このようにすると、スパッタ粒子は各線状部２１の上側に凝集し易くなり、図５（１）に示すような倒壊防止キャップ用の膜３１が作成できる。

このように倒壊防止キャップ用の膜３１を作成する際、膜３１は各線状部２１の側面には堆積しないようにすることが望ましい。各線状部２１の間の空間即ちギャップは、空気であるとして（比屈折率がほぼ１であるとして）寸法が決められており、また各線状部２１の材質や寸法等も設計されている。したがって、この空間に膜３１が入り込んで形成されると、設計時の条件と異なる光学条件となることになり、所望の偏光性能（消光比や透過率）が得られなくなることになり易い。
特に実施形態のグリッド偏光素子は、前述したように吸収型のモデルで動作するものであり、ギャップ中に設計時には想定していない材料が入り込んで空間の誘電率が異なってくると、偏光性能（消光比や透過率）が期待されたようには得られなくなってしまう場合がある。

上記のようにスパッタリングによって倒壊防止キャップ用の膜３１を作成する際、スパッタ粒子の飛行方向のランダム性が十分でなく、線状部２１の高さ方向に進むスパッタ粒子が多いと、各線状部２１の側面にスパッタ粒子が付着して膜３１が堆積し易い。また、透過防止キャップを厚く形成しようとして成膜時間を長くすると、少量ではあってもスパッタ粒子がギャップ内に進入するので、図５（２）に示すようにある程度の厚さの膜となってしまう場合がある。とはいえ、線状部２１の側面に形成されたとしても、膜厚が薄ければ偏光性能には影響を与えない。

尚、上述したスパッタリングにおいて、成膜時間を長くすると、図５（３）に示すように膜３１は、断面が塊状に大きく成長する。このように成長した膜３１は、図２に示すはみ出し幅ｄが大きくなるので、倒壊防止の点では好適である。但し、成膜時間を長くすると、上記のように線状部２１の側面で膜３１が厚くなるので、注意を要する。

また、上述したように線状部２１がお互いに接触しないようにする観点では、はみ出し幅ｄは小さくて良いので、図５（３）に示すように大きく膜３１を成長させる必要はないとも言える。
尚、図５（３）に示すように倒壊防止キャップ用の膜３１を大きく成長させた場合、各膜３１はお互い接触し得る。接触した場合には、界面が形成される。この場合には、倒壊防止用キャップがつっかえ棒のような状態になり、各線状部２１が傾いてしまうのが完全に防止されるので、この点では好ましい。

上述したように、各線状部２１の側面に膜が堆積しても量が少なければ、問題となる偏光性能の悪化は生じない。一般的には、各線状部２１の幅に対して５０％以下、より好ましくは３０％以下であれば、偏光性能に対する影響は十分に小さく抑えられ、問題とはならない。この点について、図６を使用してより詳しく説明する。図６は、各線状部２１の側面に対する膜堆積量の上限について示した正面断面概略図である。

図６に示すように、各線状部２１の側面に膜が堆積してしまった場合、膜の厚さは各線状部２１の高さ方向において均一ではなく、頂部付近で厚く、底部付近で薄い分布となる。この場合、側面での膜堆積量は、膜厚の高さ方向での平均値でいうと、各線状部２１の幅ｗに対して５０％以下、より好ましくは３０％程度までであれば、偏光性能に与える影響は十分小さく抑えられるので、許容できる。
また、図６に示すように、各線状部２１におけるギャップ幅は、一つの線状部２１の左右で意図的に異なるものにされる場合がある。本願の出願人は、先行する特願２０１３−０７５２４６や特願２０１３−１４３１１９において、ギャップ幅が周期的に異なる構造とした場合、一定の条件で偏光性能が向上する点を開示している。これら出願で開示された効果を得ようとする場合、図６に示すように、一つの線状部２１において、一方の側のギャップ幅ｔ１と他方の側のギャップ幅ｔ２とが異なるものとされる。
この場合、線状部２１の側面への膜堆積は、広いギャップ幅（図６の例ではｔ２）を形成している側面において多くなり易い。したがって、広いギャップ幅ｔ２を臨む側面における平均の膜厚（図６にｆａで示す）が線状部２１の幅ｗの５０％以下、より好ましくは３０％以下であれば、狭い方のギャップ幅ｔ１を除く側面でも平均５０％以下、より好ましくは３０％以下となり、偏光性能に与える影響は十分に小さく抑えられる。

このような実施形態のグリッド偏光素子は、前述した光配向のように紫外線を偏光させて対象物に照射する用途に好適に使用される。この場合、紫外線光源からの光は、適宜の光学系（例えば断面が放物線を成すミラー）を使用して平行光とされ、グリッド偏光素子に照射される。グリッド偏光素子では、上述したようにｓ偏光光が選択的に多く吸収され、ｐ偏光光が多く透過し、対象物にはｐ偏光光が多く照射される。この明細書は、紫外線偏光方法の発明も開示しており、上記説明はその一例の説明でもある。

尚、上記のような製品の製造プロセスにおいて使用されるグリッド偏光素子では、生産性を向上させる観点からワークに照射される偏光光の照度をより高くすることが要請される場合が多い。この場合、偏光素子上でも照度は高くならざるを得ず、グリッドには大きな熱負荷が加えられる。この場合でも、実施形態のグリッド偏光素子では、グリッドの各線状部２１には倒壊防止キャップ３が設けられているので、限度以上に傾いて倒壊することはなく、偏光性能の悪化の問題は生じない。

以下、倒壊防止キャップ３を備える実施形態のグリッド偏光素子のより具体的な例について説明する。前述したように、倒壊防止キャップ３はより高アスペクト比のグリッド２に対して好適に設けることができ、例えば７以上のアスペクト比の場合に設けると好適である。
また、吸収型のモデルでは、各線状部２１の材料をシリコンとした場合、倒壊防止キャップ３には酸化チタンが採用でき、この場合の倒壊防止キャップ３の厚さ（線状部２１の上面での厚さ）は、１〜７０ｎｍ程度、はみ出し幅ｄは１０〜５０ｎｍ程度とされる。

尚、この場合の各線状部２１の幅ｗは１０〜２５ｎｍ程度、ギャップ幅ｔは４０〜１８０ｎｍ程度である。４０〜１８０ｎｍのギャップ幅は、紫外線を偏光させることを想定していることは言うまでもない。この場合、各線状部２１の高さｈは１５０〜３００ｎｍ程度で、アスペクト比としては７〜３０程度である。

また、上述した方法により倒壊防止キャップ用の膜３１を作成する条件について一例を示すと、スパッタリングによる場合、雰囲気の圧力は０．１〜１Ｐａ程度とされる。ターゲットと透明基板の距離は５０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度で良い。ターゲットの被スパッタ面で割った投入電力（面積密度）は、３Ｗ／ｃｍ^２〜１５Ｗ／ｃｍ^２程度で、成膜時間は４〜２０分程度で良い。尚、酸化シリコンや酸化チタンを倒壊防止キャップ３の材料とする場合、スパッタ放電用ガスとしてはアルゴン及び少量の酸素ガスが使用される。混合比（流量比）は、アルゴンに対して０〜２０％程度で良い。

１ 透明基板
２ グリッド
２１ 線状部
３ 倒壊防止キャップ
３１ 倒壊防止キャップ用の膜

Claims (8)

1. 透明基板と、透明基板上に設けられた多数の線状部より成る縞状のグリッドとを備えたグリッド偏光素子であって、
   各線状部の透明基板とは反対側の端部には、倒壊防止キャップが設けられており、
   倒壊防止キャップは、各線状部の幅よりも大きな幅で形成されていて、隣接する線状部が傾いて接触するのを防止するものであり、
   倒壊防止キャップは、偏光させる光の波長において透明な材料で形成されていることを特徴とするグリッド偏光素子。
2. 前記各線状部の幅に対する高さの比は、７以上であることを特徴とする請求項１記載のグリッド偏光素子。
3. 前記各線状部は、無機誘電体で形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のグリッド偏光素子。
4. 前記線状部は、前記線状部の厚さ方向に光が伝搬する過程で、各線状部の長さ方向に垂直な方向に偏光軸が向いている偏光光に比べて、各線状部の長さ方向に偏光軸が向いている偏光光が多く吸収されることで光を偏光させるものであることを特徴とする請求項３記載のグリッド偏光素子。
5. 前記各線状部の離間間隔は、紫外線を偏光させることが可能な間隔であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のグリッド偏光素子。
6. 前記間隔は、２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５記載のグリッド偏光素子。
7. 前記倒壊防止キャップは、前記各線状部の間の空間に実質的に入り込むことなく形成された膜であることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のグリッド偏光素子。
8. 前記膜の前記各線状部の側面における厚さは、前記各線状部の幅の５０％以下であることを特徴とする請求項７記載のグリッド偏光素子。

Images