JP2020056903A - 偏光素子、偏光素子の製造方法、液晶装置、および電子機器 - Google Patents

偏光素子、偏光素子の製造方法、液晶装置、および電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】金属層の水分による腐食を防止することのできる偏光素子、偏光素子の製造方法、液晶装置、および電子機器を提供すること。【解決手段】偏光素子１の製造工程では、第１成膜工程ＳＴ１において、金属膜３、光吸収膜４、ハードマスク５、およびレジストマスク８を順に形成した後、パターニング工程ＳＴ２において、金属膜３および光吸収膜４をパターニングし、金属部３１の表面側に光吸収部４１を備えた突条部７０を形成する。第１エッチング工程ＳＴ３では、光吸収部４１をエッチングマスクにしてドライエッチングを行い、金属部３１の幅Ｌを狭める。第２成膜工程ＳＴ４では、突条部７０を覆うようにシリコン酸化膜６を成膜する。第２エッチング工程ＳＴ５では、光吸収部４１をエッチングマスクにしてシリコン酸化膜６にドライエッチングを行い、金属部３１の側面３１０にシリコン酸化膜６を残す。【選択図】図３

Description

本発明は、一方向に延在する金属部を有する偏光素子、偏光素子の製造方法、液晶装置、および電子機器に関するものである。
投射型表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルに供給される光を出射する光源部と、ライトバルブによって変調された光を投射する投射光学系とを有しており、光源部から液晶パネルを経由して投射光学系に到る光路に偏光素子が配置されている。かかる偏光素子には、有機材料からなる偏光素子が多用されているが、有機材料からなる偏光素子は、耐熱性が低い。そこで、一方向に延在するアルミニウムからなる金属層を備えた偏光素子を用いることが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、アルミニウムからなる金属層の側面を酸化することによってアルミニウム酸化膜からなる酸化物層が設けた態様が記載されている。
国際公開第２０１７／０７３０４４号
特許文献１に記載の偏光素子では、金属層の側面を酸化することによって金属層の側面を覆う構成であるため、金属層をアルミニウムとした場合、金属層の側面をアルミニウム酸化膜でしか覆えないことなる。この場合、アルミニウム酸化膜では、十分な耐水性を得ることができず、金属層の水分による腐食を防止できないという課題がある。
上記課題を解決するために、本発明に係る偏光素子の一態様は、一方向に延在する金属部と、前記金属部の厚さ方向の先端側に設けられた光吸収部と、前記金属部の側面に設けられたシリコン酸化膜と、を有し、断面視において前記光吸収部の幅が前記金属部の幅より広く、前記シリコン酸化膜の厚さは、断面視において前記金属部の幅との和が前記光吸収部の幅以下であることを特徴とする。
本発明に係る偏光素子の製造方法では、金属膜を成膜した後、前記金属膜の表面側に光吸収膜を成膜する第１成膜工程と、前記金属膜および前記光吸収膜をパターニングして一方向に延在する金属部の表面側に光吸収部を備えた突条部を形成するパターニング工程と、前記光吸収部をエッチングマスクにしてドライエッチングを行い、前記金属部の幅を狭める第１エッチング工程と、前記突条部を覆うようにシリコン酸化膜を成膜する第２成膜工程と、前記光吸収部をエッチングマスクにして前記シリコン酸化膜にドライエッチングを行い、前記金属部の側面に前記シリコン酸化膜を残す第２エッチング工程と、を有することを特徴とする。
本発明に係る偏光素子は、液晶装置において、液晶パネルの光入射側および光出射側の少なくとも一方に設けられる。かかる液晶装置は、投射型表示装置等の電子機器に用いられる。
本発明の実施形態１に係る偏光素子の一態様を示す説明図。 図１に示す金属部等を拡大して示す断面図。 図２に示す偏光素子の製造方法の一態様を示す工程断面図。 図２に示す偏光素子等の光学特性を示す説明図。 本発明の参考例に係る偏光素子の説明図。 図５に示す偏光素子等の光学特性を示す説明図。 本発明の実施形態２に係る偏光素子の説明図。 図７に示す偏光素子の製造方法の一態様を示す工程断面図。 図７に示す偏光素子等の光学特性を示す説明図。 本発明の実施形態３に係る偏光素子の説明図。 図１０に示す偏光素子の製造方法の一態様を示す工程断面図。 図１０に示す偏光素子等の光学特性を示す説明図。 透過型の液晶パネルを用いた投射型表示装置の説明図。
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。また、以下の説明では、金属部３１が延在している方向をＹ方向とし、金属部３１が並列している方向をＸ方向としてある。
［実施形態１］
（偏光素子１の構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る偏光素子１の一態様を示す説明図である。図２は、図１に示す金属部３１等を拡大して示す断面図である。なお、図１には、光吸収部４１、およびシリコン酸化膜６の図示を省略してある。図１および図２に示す偏光素子１は、透光性の基板２と、基板２の一方面２ａに形成された複数の金属部３１とを有するワイヤーグリッド偏光素子である。複数の金属部３１は、等ピッチで一方向（Ｙ方向）に延在してワイヤーグリッドを形成している。本実施形態において、複数の金属部３１は、互いに平行に並列している。
基板２は、ガラス基板、石英基板、水晶基板等の透光性基板である。基板２は、例えば、厚さが０．５ｍｍから０．８ｍｍである。金属部３１の幅およびスペース（金属部３１の間隔）は、例えば４００ｎｍ以下である。本実施形態において、金属部３１の幅およびスペースは各々、例えば２０ｎｍから３００ｎｍであり、金属部３１の厚さは、１５０ｎｍから４００ｎｍである。金属部３１は、アルミニウム、銀、銅、白金、金、またはそれらを主成分とする合金である。可視光波長領域において金属部３１での吸収損失を小さく抑えるという観点からすれば、金属部３１には、アルミニウム、アルミニウムを主成分とする合金、銀、または銀を主成分とする合金等の反射性金属が用いられることが好ましい。本実施形態において、金属部３１はアルミニウムからなる。
偏光素子１において、金属部３１のピッチが入射光の波長よりも十分短ければ、入射光のうち、金属部３１の延在方向に直交する方向に振動する第１直線偏光（ｐ偏光、ＴＭ波）を透過させ、金属部３１の延在方向に振動する第２直線偏光（ｓ偏光、ＴＥ波）については透過を阻止する。
図２に示すように、本実施形態の偏光素子１では、金属部３１の基板２と反対側（先端側）にシリコンやゲルマニウム等の半導体膜からなる光吸収部４１（図１では図示を省略）が形成されている。従って、金属部３１に対して、基板２とは反対側から入射した光が金属部３１によって反射することを光吸収部４１によって抑制することができる。本実施形態において、光吸収部４１は、シリコンからなり、金属部３１の基板２と反対側の端部に積層されている。
また、偏光素子１では、金属部３１の側面３１０にシリコン酸化膜６（図１では図示を省略）が設けられており、シリコン酸化膜６は、金属部３１が水分によって腐食することを防止する耐水膜等として機能する。
本実施形態では、断面視において、光吸収部４１は、金属部３１より幅方向（Ｘ方向）の寸法が大きく、金属部３１の側面３１０から幅方向の両側に張り出している。また、シリコン酸化膜６の厚さは、断面視において金属部３１の幅との和が光吸収部４１の幅以下である。本実施形態において、シリコン酸化膜６の厚さは、断面視において金属部３１の幅との和が光吸収部４１の幅未満である。
本実施形態においては、例えば、金属部３１のピッチＰが１４０ｎｍであり、金属部３１の幅Ｌが３５ｎｍであり、金属部３１の間隔Ｓが１０５ｎｍである。光吸収部４１の幅Ｌ０は５０ｎｍであり、光吸収部４１の間隔Ｓ０は９０ｎｍである。シリコン酸化膜６の厚さｔ６は５ｎｍである。金属部３１の厚さｔ３１は２４０ｎｍであり、光吸収部４１の厚さｔ４１は１８ｎｍである。
本実施形態において、シリコン酸化膜６は、いずれか１つの金属部３１と、かかる金属部３１と隣り合う他の金属部３１との間の溝３１５の底部における厚さが金属部３１の側面３１０における厚さ未満である。すなわち、シリコン酸化膜６は、隣り合う金属部３１の間の溝３１５の底部における厚さが金属部３１の側面３１０における厚さ未満である。本実施形態において、シリコン酸化膜６は、溝３１５の底部には設けられていない。隣り合う金属部３１の間の溝３１５の底部は、後述するパターニング工程の際に基板２の一方面２ａがエッチングされた溝部２ｂからなる。溝部２ｂの深さｄ２は７０ｎｍである。
また、シリコン酸化膜６は、光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側における厚さが金属部３１の側面３１０における厚さ未満である。本実施形態において、シリコン酸化膜６は、光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側には設けられていない。
（偏光素子１の製造方法）
図３は、図２に示す偏光素子１の製造方法の一態様を示す工程断面図である。なお、偏光素子１を製造するにあたっては、基板２より大型のマザー基板の状態で以下の工程が行われるが、以下の説明では、サイズにかかわらず、基板２として説明する。
図２に示す偏光素子１を製造するにあたって、本実施形態では、図３に示す第１成膜工程ＳＴ１において、基板２の一方面２ａにアルミニウムからなる金属膜３を成膜した後、金属膜３の表面側にシリコンからなる光吸収膜４を成膜する。金属膜３の厚さは２４０ｎｍであり、光吸収膜４の厚さは１８ｎｍである。
次に、光吸収膜４の表面にハードマスク５を形成した後、ハードマスク５の表面にレジストマスク８を形成する。ハードマスク５は、例えば、厚さが１００ｎｍのシリコン酸化膜からなる。レジストマスク８は、図２に示す金属部３１に相当する部分が肉厚の凸部８２になっており、図２に示す溝３１５に相当する部分が肉薄の凹部８１になっている。凸部８２の幅ＷＬは７０ｎｍであり、凹部８１の幅ＷＳは７０ｎｍである。従って、凸部８２のピッチＰは、図２に示す金属部３１のピッチと等しく、１４０ｎｍである。凸部８２に相当する部分のレジストマスク８の厚さｔ８は１５０ｎｍであり、凹部８１に相当する部分のレジストマスク８の厚さｔ８１は３０ｎｍ以下である。レジストマスク８を形成するにあたっては、例えば、レジスト層を塗布した後、レジスト層に対してナノインプリント用の型材を押圧し、型材の凹凸をレジスト層に転写した後、レジスト層を硬化させる。
次に、図３に示すパターニング工程ＳＴ２において、金属膜３および光吸収膜４をパターニングして一方向に延在する金属部３１の表面側に光吸収部４１を備えた突条部７０を形成する。より具体的には、レジストマスク８を形成した状態でエッチングすると、ハードマスク５のうち、レジストマスク８で凸部８２と重なる部分が残るので、以降のエッチングにおいて、凸部８２と重なる部分では、金属膜３および光吸収膜４が金属部３１および光吸収部４１として残る。この時点では、金属部３１および光吸収部４１の幅Ｌ０は５０ｎｍであり、金属部３１および光吸収部４１の間隔Ｓ０は９０ｎｍである。
次に、図３に示す第１エッチング工程ＳＴ３において、エッチングマスクを新たに設けずに、光吸収部４１をエッチングマスクにしてドライエッチングを行い、金属部３１の幅Ｌを３５ｎｍまで狭める。その際、光吸収部４１はエッチングされない。
次に、図３に示す第２成膜工程ＳＴ４において、金属部３１および光吸収部４１からなる突条部７０を覆うようにシリコン酸化膜６を成膜する。シリコン酸化膜６の厚さは１０ｎｍである。本実施形態では、ＰＶＤ法（Physical Vapor Deposition：物理蒸着法）により成膜する。本実施形態では、ＡＬＤ法（Atomic Layer Deposition：原子層堆積法）によりシリコン酸化膜６を成膜する。
次に、図３に示す第２エッチング工程ＳＴ５において、エッチングマスクを新たに設けずに、光吸収部４１をエッチングマスクにしてシリコン酸化膜６にドライエッチングを行い、隣り合う金属部３１の間の溝３１５の底部、および光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側に設けられていたシリコン酸化膜６を除去する。本実施形態では、隣り合う金属部３１の間の溝３１５の底部、および光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側に設けられていたシリコン酸化膜６を完全に除去する。その結果、光吸収部４１の陰に位置していた金属部３１の側面３１０には、厚さｔ６が５ｎｍのシリコン酸化膜６が残る。また、光吸収部４１の基板２側の面、基板２の溝部２ｂの内壁、および光吸収部４１の側面４１０にも、厚さｔ６が５ｎｍのシリコン酸化膜６が残る。
しかる後に、基板２を単品サイズの複数の偏光素子１に分割し、図２に示す偏光素子１を得る。
（光学特性）
図４は、図２に示す偏光素子１等の光学特性を示す説明図であり、図４には、光学特性として、ｐ偏光の光の反射率Ｒｐ、ｐ偏光の光の透過率Ｔｐ、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓ、およびｓ偏光の光の透過率Ｔｓを周波数特性として示してある。また、図４には、図３の第１エッチング工程ＳＴ３を終了した時点での偏光素子１の光学特性（ａ）、図３の第２成膜工程ＳＴ４を終了した時点での偏光素子１の光学特性（ｂ）、および図３の第２エッチング工程ＳＴ５を終了した時点での偏光素子１の光学特性（ｃ）を示してある。また、以下に説明するｐ偏光の光の透過率Ｔｐ、コントラスト比ＣＲ、およびｓ偏光の光の反射率Ｒｓはいずれも、波長５００ｎｍから５９０ｎｍの光に対する平均値である。コントラスト比ＣＲの値は大きい方が好ましい。また、本実施形態では、ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは大きい方が好ましく、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓの値は小さい方が好ましい。
図３の第１エッチング工程ＳＴ３を終了した時点において、偏光素子１は、図４に示す光学特性（ａ）を有している。ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは９４．１％であり、コントラスト比ＣＲは５６９０であり、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓは１．９％である。
図３の第２成膜工程ＳＴ４を終了した時点において、偏光素子１は、図４に示す光学特性（ｂ）を有している。ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは９３．１％であり、コントラスト比ＣＲは４２９０であり、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓは２．５％である。すなわち、シリコン酸化膜６を偏光素子１の全面に形成する前後において、ｐ偏光の光の透過率Ｔｐ、およびコントラスト比ＣＲが低下し、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓが上昇する。
図３の第２エッチング工程ＳＴ５を終了した時点において、偏光素子１は、図４に示す光学特性（ｃ）を有している。ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは９４．１％であり、コントラスト比ＣＲは４８５０であり、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓは１．９％である。すなわち、不要なシリコン酸化膜６を除去する前後において、ｐ偏光の光の透過率Ｔｐ、およびコントラスト比ＣＲが上昇し、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓが低下する。
（参考例）
図５は、本発明の参考例に係る偏光素子１の説明図である。なお、図５に示す構成要素のうち、図２および図３を参照して説明した本発明の実施形態１の構成要素と対応する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。図６は、図５に示す偏光素子１等の光学特性を示す説明図であり、図６には、図５のパターニング工程ＳＴ１２を終了した時点での偏光素子１の光学特性（ａ）、および図５の成膜工程ＳＴ１３を終了した時点での偏光素子１の光学特性（ｂ）を示してある。
本発明の参考例では、図５に示す成膜工程ＳＴ１１において、基板２の一方面２ａに金属膜３を成膜した後、金属膜３の表面側に光吸収膜４を成膜する。次に、光吸収膜４の表面にハードマスク５を形成した後、ハードマスク５の表面にレジストマスク８を形成する。
次に、図５に示すパターニング工程ＳＴ１２において、金属膜３および光吸収膜４をパターニングして一方向に延在する金属部３１の表面側に光吸収部４１を備えた突条部７０を形成する。この時点で、金属部３１および光吸収部４１の幅Ｌ０は３５ｎｍであり、金属部３１および光吸収部４１の間隔Ｓ０は１０５ｎｍである。
次に、図５に示す成膜工程ＳＴ１３において、突条部７０を覆うようにシリコン酸化膜６を成膜する。シリコン酸化膜６の厚さは１０ｎｍである。
かかる構成の場合、図５に示すエッチング工程ＳＴ１４において、余計なシリコン酸化膜６を除去しようとすると、光吸収部４１がシリコン酸化膜６に対するエッチングマスクとして機能しないため、金属部３１の側面３１０からシリコン酸化膜６が除去されてしまう。その結果、図５に示すパターニング工程ＳＴ１２を終了した状態に戻ることになる。
図５のパターニング工程ＳＴ１２を終了した時点において、偏光素子１は、図６に示す光学特性（ａ）を有している。ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは９２．４％であり、コントラスト比ＣＲは５３００であり、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓは３．０％である。
図５の成膜工程ＳＴ１３を終了した時点において、偏光素子１は、図６に示す光学特性（ｂ）を有している。ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは９１．９％であり、コントラスト比ＣＲは４３００であり、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓは３．６％である。すなわち、シリコン酸化膜６を偏光素子１の全面に形成する前後において、コントラスト比ＣＲが低下し、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓが上昇する。ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは同等である。
（本実施形態の主な効果）
このように、参考例に示す態様では、金属部３１の側面３１０をシリコン酸化膜６で覆うには、偏光素子１の全面にシリコン酸化膜６を形成することになるので、光学特性が低下する。このため、参考例においてシリコン酸化膜６を形成した場合の光学特性と、本発明の実施形態１においてシリコン酸化膜６を形成した場合の光学特性とを比較すると、本発明の実施形態１においてシリコン酸化膜６を形成した場合の方が、ｐ偏光の光の透過率Ｔｐ、およびコントラスト比ＣＲが高く、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓが低い。それ故、本実施形態によれば、金属部３１の側面３１０にシリコン酸化膜６を設けることによって、金属部３１の水分による腐食を防止した場合でも、優れた光学特性を発揮する。また、本実施形態によれば、シリコン酸化膜６は、第２成膜工程ＳＴ４で成膜した膜であるため、金属部３１を構成する材質にかかわらず、金属部３１の側面３１０に設けることができる。
［実施形態２］
図７は、本発明の実施形態２に係る偏光素子１の説明図であり、金属部３１等を拡大して示す断面図である。図８は、図７に示す偏光素子１の製造方法の一態様を示す工程断面図である。図９は、図７に示す偏光素子１等の光学特性を示す説明図であり、図９には、図８の第１エッチング工程ＳＴ３を終了した時点での偏光素子１の光学特性（ａ）、図８の第２成膜工程ＳＴ４を終了した時点での偏光素子１の光学特性（ｂ）、および図８の第２エッチング工程ＳＴ５を終了した時点での偏光素子１の光学特性（ｃ）を示してある。なお、本実施形態の基本的な構成は、実施形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
図７に示す偏光素子１も、実施形態１と同様、透光性の基板２と、基板２の一方面２ａに形成された複数の金属部３１とを有するワイヤーグリッド偏光素子である。偏光素子１では、金属部３１の基板２と反対側（先端側）にシリコンやゲルマニウム等の半導体膜からなる光吸収部４１が形成され、金属部３１の側面３１０にシリコン酸化膜６が設けられている。本実施形態でも、実施形態１と同様、シリコン酸化膜６の厚さは、断面視において金属部３１の幅との和が光吸収部４１の幅以下である。また、シリコン酸化膜６は、溝３１５の底部、および光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側には設けられていない。
本実施形態では、光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側にハードマスク５の残部５１が残っている。ハードマスク５の残部５１は、厚さｔ５１が２０ｎｍのシリコン酸化膜である。
図７に示す偏光素子１を製造するにあたって、本実施形態では、図８に示す第１成膜工程ＳＴ１において、基板２の一方面２ａに金属膜３を成膜した後、金属膜３の表面側に光吸収膜４を成膜する。金属膜３の厚さは２４０ｎｍであり、光吸収膜４の厚さは１８ｎｍである。次に、光吸収膜４の表面にハードマスク５を形成した後、ハードマスク５の表面にレジストマスク８を形成する。ハードマスク５は、例えば、厚さが１００ｎｍのシリコン酸化膜からなる。
次に、図８に示すパターニング工程ＳＴ２において、金属膜３および光吸収膜４をパターニングして一方向に延在する金属部３１の表面側に光吸収部４１を備えた突条部７０を形成する。この時点では、金属部３１および光吸収部４１の幅Ｌ０は５０ｎｍであり、金属部３１および光吸収部４１の間隔Ｓ０は９０ｎｍである。また、光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側には、ハードマスク５の残部５１が残っている。ハードマスク５の残部５１は、厚さｔ５１が２０ｎｍのシリコン酸化膜である。
次に、図８に示す第１エッチング工程ＳＴ３において、エッチングマスクを新たに設けずに、光吸収部４１、およびハードマスク５の残部５１をエッチングマスクにしてドライエッチングを行い、金属部３１の幅Ｌを３５ｎｍまで狭める。その際、光吸収部４１およびハードマスク５の残部５１はエッチングされない。
次に、図８に示す第２成膜工程ＳＴ４において、金属部３１および光吸収部４１からなる突条部７０を覆うようにシリコン酸化膜６を成膜する。
次に、図８に示す第２エッチング工程ＳＴ５において、エッチングマスクを新たに設けずに、光吸収部４１、およびハードマスク５の残部５１をエッチングマスクにしてシリコン酸化膜６にドライエッチングを行い、隣り合う金属部３１の間の溝３１５の底部、および光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側に設けられていたシリコン酸化膜６を完全に除去する。その結果、光吸収部４１の陰に位置していた金属部３１の側面３１０には、厚さｔ６が５ｎｍのシリコン酸化膜６が残る。また、光吸収部４１の基板２側の面、基板２の溝部２ｂの内壁、光吸収部４１の側面４１０、およびハードマスク５の残部５１の側面にも、厚さｔ６が５ｎｍのシリコン酸化膜６が残る。しかる後に、基板２を単品サイズの複数の偏光素子１に分割し、図７に示す偏光素子１を得る。
図８の第１エッチング工程ＳＴ３を終了した時点において、偏光素子１は、図９に示す光学特性（ａ）を有している。ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは９４．１％であり、コントラスト比ＣＲは５８３０であり、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓは２．３％である。
図８の第２成膜工程ＳＴ４を終了した時点において、偏光素子１は、図９に示す光学特性（ｂ）を有している。ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは９２．８％であり、コントラスト比ＣＲは４３９０であり、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓは３．９％である。すなわち、シリコン酸化膜６を偏光素子１の全面に形成する前後において、ｐ偏光の光の透過率Ｔｐ、およびコントラスト比ＣＲが低下し、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓが上昇する。
図８の第２エッチング工程ＳＴ５を終了した時点において、偏光素子１は、図９に示す光学特性（ｃ）を有している。ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは９４．０％であり、コントラスト比ＣＲは４９８０であり、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓは２．７％である。すなわち、不要なシリコン酸化膜６を除去する前後において、ｐ偏光の光の透過率Ｔｐ、およびコントラスト比ＣＲが上昇し、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓが低下する。
［実施形態３］
図１０は、本発明の実施形態３に係る偏光素子１の説明図であり、金属部３１等を拡大して示す断面図である。図１１は、図１０に示す偏光素子１の製造方法の一態様を示す工程断面図である。図１２は、図１０に示す偏光素子１等の光学特性を示す説明図であり、図１０には、図１１の第１エッチング工程ＳＴ３を終了した時点での偏光素子１の光学特性（ａ）、図１１の第２成膜工程ＳＴ４を終了した時点での偏光素子１の光学特性（ｂ）、および図１１の第２エッチング工程ＳＴ５を終了した時点での偏光素子１の光学特性（ｃ）を示してある。なお、本実施形態の基本的な構成は、実施形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
図１０に示す偏光素子１も、実施形態１、２と同様、透光性の基板２と、基板２の一方面２ａに形成された複数の金属部３１とを有するワイヤーグリッド偏光素子である。偏光素子１では、金属部３１の基板２と反対側（先端側）にシリコンやゲルマニウム等の半導体膜からなる光吸収部４１が形成され、金属部３１の側面３１０にシリコン酸化膜６が設けられている。本実施形態でも、実施形態１と同様、シリコン酸化膜６の厚さは、断面視において金属部３１の幅との和が光吸収部４１の幅以下である。また、シリコン酸化膜６は、溝３１５の底部、および光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側には設けられていない。
本実施形態では、実施形態２と同様、光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側にハードマスク５の残部５１が残っている。ハードマスク５の残部５１は、厚さｔ５１が４０ｎｍのシリコン酸化膜である。
図１０に示す偏光素子１を製造するにあたって、本実施形態では、図１１に示す第１成膜工程ＳＴ１において、基板２の一方面２ａに金属膜３を成膜した後、金属膜３の表面側に光吸収膜４を成膜する。金属膜３の厚さは２４０ｎｍであり、光吸収膜４の厚さは１８ｎｍである。次に、光吸収膜４の表面にハードマスク５を形成した後、ハードマスク５の表面にレジストマスク８を形成する。ハードマスク５は、例えば、厚さが１００ｎｍのシリコン酸化膜からなる。
次に、図１１に示すパターニング工程ＳＴ２において、金属膜３および光吸収膜４をパターニングして一方向に延在する金属部３１の表面側に光吸収部４１を備えた突条部７０を形成する。この時点では、金属部３１および光吸収部４１の幅Ｌ０は５０ｎｍであり、金属部３１および光吸収部４１の間隔Ｓ０は９０ｎｍである。また、光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側には、ハードマスク５の残部５１が残っている。ハードマスク５の残部５１は、厚さｔ５１が４０ｎｍのシリコン酸化膜である。
次に、図１１に示す第１エッチング工程ＳＴ３において、エッチングマスクを新たに設けずに、光吸収部４１、およびハードマスク５の残部５１をエッチングマスクにしてドライエッチングを行い、金属部３１の幅Ｌを３５ｎｍまで狭める。その際、光吸収部４１およびハードマスク５の残部５１はエッチングされない。
次に、図１１に示す第２成膜工程ＳＴ４において、金属部３１および光吸収部４１からなる突条部７０を覆うようにシリコン酸化膜６を成膜する。
次に、図８に示す第２エッチング工程ＳＴ５において、エッチングマスクを新たに設けずに、光吸収部４１、およびハードマスク５の残部５１をエッチングマスクにしてシリコン酸化膜６にドライエッチングを行い、隣り合う金属部３１の間の溝３１５の底部、および光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側に設けられていたシリコン酸化膜６を完全に除去する。その結果、光吸収部４１の陰に位置していた金属部３１の側面３１０には、厚さｔ６が５ｎｍのシリコン酸化膜６が選択的に残る。また、光吸収部４１の基板２側の面、基板２の溝部２ｂの内壁、光吸収部４１の側面４１０、およびハードマスク５の残部５１の側面にも、厚さｔ６が５ｎｍのシリコン酸化膜６が残る。しかる後に、基板２を単品サイズの複数の偏光素子１に分割し、図７に示す偏光素子１を得る。
図１１の第１エッチング工程ＳＴ３を終了した時点において、偏光素子１は、図１２に示す光学特性（ａ）を有している。ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは９３．９％であり、コントラスト比ＣＲは５９１０であり、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓは３．１％である。
図１１の第２成膜工程ＳＴ４を終了した時点において、偏光素子１は、図１２に示す光学特性（ｂ）を有している。ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは９２．７％であり、コントラスト比ＣＲは４４８０であり、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓは５．４％である。すなわち、シリコン酸化膜６を偏光素子１の全面に形成する前後において、ｐ偏光の光の透過率Ｔｐ、およびコントラスト比ＣＲが低下し、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓが上昇する。
図１１の第２エッチング工程ＳＴ５を終了した時点において、偏光素子１は、図１２に示す光学特性（ｃ）を有している。ｐ偏光の光の透過率Ｔｐは９３．９％であり、コントラスト比ＣＲは５０８０であり、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓは３．８％である。すなわち、不要なシリコン酸化膜６を除去する前後において、ｐ偏光の光の透過率Ｔｐ、およびコントラスト比ＣＲが上昇し、ｓ偏光の光の反射率Ｒｓが低下する。
［他の実施形態］
上記実施形態では、第２エッチング工程ＳＴ５において、隣り合う金属部３１の間の溝３１５の底部、および光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側に設けられていたシリコン酸化膜６を完全に除去したが、隣り合う金属部３１の間の溝３１５の底部、および光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側にシリコン酸化膜６を残してもよい。この場合、シリコン酸化膜６は、隣り合う金属部３１の間の溝３１５の底部、および光吸収部４１に対して金属部３１とは反対側に金属部３１の側面３１０における厚さ未満の厚さで残る。
上記実施形態では、金属部３１の端部に光吸収部４１が設けられていたが、金属部３１と光吸収部４１との間に誘電体層等が設けられている場合に本発明を適用してもよい。
［投射型表示装置の構成例］
上述した実施形態に係る偏光素子１を用いた電子機器の一例として、投射型表示装置（液晶プロジェクター）を説明する。図１３は、透過型の液晶パネルを用いた投射型表示装置の説明図である。図１３に示す投射型表示装置２１００では、各色の液晶パネル１００と、液晶パネル１００に供給される光を出射する光源部と、液晶パネルによって変調された光を投射する投射光学系とが設けられ、光源部から液晶パネルを経由して投射光学系に到る光路に、本発明を適用した偏光素子１が配置される。本実施形態では、ライトバルブとしての各色の液晶装置１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂは各々、液晶パネル１００の光入射側および光出射側に入射側偏光分離素子１１１、および出射側偏光分離素子１１２を備えており、入射側偏光分離素子１１１、および出射側偏光分離素子１１２の少なくとも一方は、本発明を適用した偏光素子１である。
図１３に示す投射型表示装置２１００には、ハロゲンランプ等の白色光源を有するランプユニット２１０２（光源部）が設けられている。ランプユニット２１０２から射出された投射光は、内部に配置された３枚のミラー２１０６および２枚のダイクロイックミラー２１０８によってＲ（赤）色、Ｇ（緑）色、Ｂ（青）色の３原色に分離される。分離された投射光は、各原色に対応する液晶装置１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂにそれぞれ導かれ、変調される。なお、Ｂ色の光は、他のＲ色やＧ色と比較すると光路が長いので、その損失を防ぐために、入射レンズ２１２２、リレーレンズ２１２３および出射レンズ２１２４を有するリレーレンズ系２１２１を介して導かれる。ここで、液晶装置１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂは各々、液晶パネル１００に対して入射側で重なる入射側偏光分離素子１１１と、液晶パネル１００に対して出射側で重なる出射側偏光分離素子１１２とを有している。
液晶装置１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂによってそれぞれ変調された光は、ダイクロイックプリズム２１１２に３方向から入射する。そして、ダイクロイックプリズム２１１２において、Ｒ色およびＢ色の光は９０度に反射し、Ｇ色の光は透過する。したがって、各原色の画像が合成された後、スクリーン２１２０には、投射レンズ群２１１４（投射光学系）によってカラー画像が投射される。
（他の投射型表示装置）
投射型表示装置については、光源部として、各色の光を出射するＬＥＤ光源等を用い、かかるＬＥＤ光源から出射された色光を各々、別の液晶装置に供給するように構成してもよい。また、図１３に示す投射型表示装置２１００では、液晶装置１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂに透過型の液晶パネル１００を用いたが、反射型の液晶パネルを用いた投射型表示装置において、光源部から液晶パネルを経由して投射光学系に到る光路に、図１〜図１２を参照して説明した偏光素子１が配置してもよい。また、１つの液晶装置によってカラー画像を表示する投射型表示装置に用いる偏光素子に、本発明を適用した偏光素子１を用いてもよい。
（他の電子機器）
本発明を適用した偏光素子１を備えた電子機器は、上記実施形態の投射型表示装置２１００に限定されない。例えば、投射型のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）や直視型のＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ等の電子機器に用いてもよい。
１…偏光素子、２…基板、２ｂ…溝部、３…金属膜、４…光吸収膜、５…ハードマスク、６…シリコン酸化膜、８…レジストマスク、３１…金属部、４１…光吸収部、５１…残部、７０…突条部、８１…凹部、８２…凸部、１００…液晶パネル、１００Ｂ、１００Ｇ、１００Ｒ…液晶装置、１１１…入射側偏光分離素子、１１２…出射側偏光分離素子、３１０、４１０…側面、３１５…溝、２１００…投射型表示装置、２１０２…ランプユニット（光源部）、２１１４…投射レンズ群（投射レンズ系）、ＳＴ１…第１成膜工程、ＳＴ２…パターニング工程、ＳＴ３…第１エッチング工程、ＳＴ４…第２成膜工程、ＳＴ５…第２エッチング工程。

Claims (9)

  1. 一方向に延在する金属部と、
    前記金属部の厚さ方向の先端側に設けられた光吸収部と、
    前記金属部の側面に設けられたシリコン酸化膜と、
    を有し、
    断面視において前記光吸収部の幅が前記金属部の幅より広く、
    前記シリコン酸化膜の厚さは、断面視において前記金属部の幅との和が前記光吸収部の幅以下であることを特徴とする偏光素子。
  2. 請求項１に記載の偏光素子において、
    前記シリコン酸化膜は、前記金属部と前記金属部と隣り合う他の金属部との間の溝の底部における厚さが前記金属部の前記側面における厚さ未満であることを特徴とする偏光素子。
  3. 請求項２に記載の偏光素子において、
    前記シリコン酸化膜は、前記溝の底部に設けられていないことを特徴とする偏光素子。
  4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の偏光素子において、
    前記シリコン酸化膜は、前記光吸収部に対して前記金属部とは反対側における厚さが前記金属部の前記側面における厚さ未満であることを特徴とする偏光素子。
  5. 請求項４に記載の偏光素子において、
    前記シリコン酸化膜は、前記光吸収部に対して前記金属部とは反対側には設けられていないことを特徴とする偏光素子。
  6. 金属膜を成膜した後、前記金属膜の表面側に光吸収膜を成膜する第１成膜工程と、
    前記金属膜および前記光吸収膜をパターニングして一方向に延在する金属部の表面側に光吸収部を備えた突条部を形成するパターニング工程と、
    前記光吸収部をエッチングマスクにしてドライエッチングを行い、前記金属部の幅を狭める第１エッチング工程と、
    前記突条部を覆うようにシリコン酸化膜を成膜する第２成膜工程と、
    前記光吸収部をエッチングマスクにして前記シリコン酸化膜にドライエッチングを行い、前記金属部の側面に前記シリコン酸化膜を残す第２エッチング工程と、
    を有することを特徴とする偏光素子の製造方法。
  7. 請求項６に記載の偏光素子の製造方法において、
    前記パターニング工程では、前記光吸収膜の表面側にハードマスクを設けた状態で前記金属膜および前記光吸収膜をエッチングし、
    前記第１エッチング工程および前記第２エッチング工程では、前記光吸収部および前記ハードマスクを前記エッチングマスクとすることを特徴とする偏光素子の製造方法。
  8. 請求項１から５までの何れか一項に記載の偏光素子が液晶パネルの光入射側および光出射側の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする液晶装置。
  9. 請求項８に記載の液晶装置を有することを特徴とする電子機器。
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