JP5359128B2 - 偏光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、無機吸収型の偏光素子の製造方法及び該偏光素子の製造方法により製造された偏光素子に関するものである。

液晶表示装置（とくに透過型液晶表示装置）は、その画像形成原理から液晶パネル表面に偏光素子（偏光板）を配置する事が必要不可欠である。偏光板の機能は、直交する偏光成分（いわゆるＰ偏光波、Ｓ偏光波）の片方を吸収し、他方を透過させる事である。このような偏光板として、従来はフィルム内にヨウ素系や染料系の高分子有機物を含有させた二色性の偏光板が多く用いられている。

これらの一般的な製法として、ポリビニルアルコール系フィルムとヨウ素などの二色性材料で染色を行った後、架橋剤を用いて架橋を行い、一軸延伸する方法が用いられる。これは延伸により作製されるため、一般にこの種の偏光板は収縮し易い。またポリビニルアルコール系フィルムは親水性ポリマーを使用していることから、加熱、加湿条件下においては非常に変形し易い。また根本的にフィルムを用いるためデバイスとしての機械的強度が弱い。これを避けるため透明保護フィルムを接着する方法が用いられることがある。

ところで近年、液晶表示装置はその用途が拡大し高機能化しているが、それに伴い液晶表示装置を構成する個々のデバイスに対して、高い信頼性、耐久性が求められるようになった。例えば透過型液晶プロジェクタのような光量の大きな光源を使用する液晶表示装置の場合には偏光板は強い輻射線を受ける。よってこれらに使用される偏光板には優れた耐熱性が必要となる。しかしながら、上記のようなフィルムベースの偏光板は有機物であることからこれらの特性を上げることには限界があった。

この問題に対して、米国コーニング社よりPolarcorという商品名で耐熱性の高い無機偏光板が販売されている。この偏光板は銀微粒子をガラス内に拡散させた構造をしており、フィルム等の有機物を使用しておらず、その原理は島状微粒子のプラズマ共鳴を利用するものである。すなわち、貴金属や遷移金属の島状粒子に光が入射した時の表面プラズマ共鳴による光吸収を利用するものであり、吸収波長は、粒子形状、周囲の誘電率の影響を受ける。ここで島状微粒子の形状を楕円形にすると長軸方向と短軸方向の共鳴波長が異なり、これにより偏向特性が得られ、具体的には長波長側での長軸に平行な偏光成分を吸収し、短軸と平行な偏光成分を透過させるという偏光特性が得られる。しかしながら、Polarcorの場合、偏光特性が得られる波長域は赤外部に近い領域であり、液晶表示装置で求められるような可視光域をカバーしていない。これは島状微粒子に用いられている銀の物理的性質によるものである。

ここで偏光板として機能させるには偏光子として使用する金属微粒子の形状異方性は極めて重要である。特許文献１にはアルミニウム微粒子を使った偏光板の幾つかの作成方法が示されており、その中でケイ酸塩をベースとしたガラスでは、アルミニウムとガラスが反応するので基板としては望ましくなく、カルシウム・アルミノ硼酸塩ガラスが適している記述されている（段落００１８、００１９）。しかしケイ酸塩を使用したガラスは光学ガラスとして広く流通しており、信頼性の高い製品を安価に入手でき、これが適さないという事は経済的に好ましくない。またレジストパターンをエッチングすることで島状粒子を形成する方法が述べられている（段落００３７、００３８）。通常液晶プロジェクタで使用する偏光板は数ｃｍ程度の大きさが必要で、かつ高い消光比が要求される。従って、可視光用偏光板を目的とした場合、レジストパターンサイズは可視光波長より充分に短い、すなわち数十ナノメートルの大きさが必要である。また高い消光比を得るためにはパターンを高密度に形成する必要がある。また液晶プロジェクタ用として使用する場合には大面積が必要である。しかしながらここに記述されているようなリソグラフィにより高密度微細パターン形成を応用する方法では、そのようなパターンを得るために電子ビーム描画などを用いる必要がある。電子ビーム描画は個々のパターンを電子ビームより描く方法であり生産性が悪く実用的でない。

そこで、特許文献２では、ガラスよりも放熱性の高い水晶基板を用いて、該基板上のレジスト層にモールドを押し付けてモールドの凹凸をレジスト層に転写するナノインプリント法により、放熱特性に優れ大面積で面内の分光特性分布が均一で信頼性の高い偏光素子を得ることのできる偏光素子の製造方法が提案されている。

しかしながら、ナノインプリント法では目的の偏光素子に対応したモールドを用意する時間を必要とし、設備としても高価であるといった問題があった。

特開２０００−１４７２５３号公報 特開２００８−１５８４６０号公報

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、簡便に短時間で面内の分光特性分布が均一で信頼性の高い大面積の偏光素子を得ることのできる偏光素子の製造方法を提供することを目的とし、さらに該偏光素子の製造方法で製造された偏光素子を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、可視光に対し透明な基板（基板１１ａ）の一方の主面上に、該基板の主面に垂直に入射する可視光及び斜めに入射する紫外光に対して反射防止機能を有する反射防止膜（反射防止膜１２）を形成する反射防止膜形成工程（図１（ｂ））と、前記基板の他方の主面上にレジスト層（レジスト層１３ａ）を形成し（図１（ｃ））、該レジスト層について前記紫外光を用いた干渉露光（図１（ｄ））と現像（図１（ｅ））を行って、レジスト層のパターニングを行うフォトリソグラフィ工程と、前記基板の他方の主面側をエッチングして、該他方の主面に回折格子形状の凹凸（凹凸部１４）を形成するエッチング工程（図１（ｆ））と、前記凹凸の凸部（凸部１４ａ）の頂部または一側面部に無機微粒子層（無機微粒子層１５）を形成する無機微粒子層形成工程（図１（ｇ））と、を有する偏光素子の製造方法である（図１，図５，図７）。

ここで、前記反射防止膜は、屈折率の異なる複数の光学膜が積層されてなる光学積層膜であることが好ましい。
また、前記紫外光は、ｓ偏光であるとよい。

また前記課題を解決するために提供する本発明は、可視光に対し透明な基板の一方の主面上に、該基板の主面に垂直に入射する可視光及び斜めに入射する紫外光に対して反射防止機能を有する反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、前記基板の他方の主面上にレジスト層を形成し、該レジスト層について前記紫外光を用いた干渉露光と現像を行い、回折格子形状のレジスト層とするフォトリソグラフィ工程と、前記基板の他方の主面側をエッチングして、該他方の主面に回折格子形状の凹凸を形成するエッチング工程と、前記凹凸の凸部の頂部または一側面部に無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、を有する偏光素子の製造方法により製造されてなる偏光素子である。

本発明の偏光素子の製造方法によれば、フォトリソグラフィ技術を利用することにより、簡便に短時間で大面積の偏光素子を製造することができる。また、フォトリソグラフィ工程において基板裏面側の反射防止膜が基板のおもて面側（レジスト層側）から裏面側に向かって透過する紫外光の反射を防止することにより、該紫外光が再度レジスト層を露光することを抑制するので、基板に形成される凹凸の回折格子形状を均一にして面内の分光特性分布を均一にすることができる。さらには、前記反射防止膜を偏光素子において可視光に対する反射防止膜としても機能させることができる。
また、本発明の偏光素子によれば、前記のように反射防止膜がフォトリソグラフィ工程において紫外光が迷光となることを防止するので、面内の分光特性分布が均一で信頼性の高い偏光素子を提供することができる。

前述のように、偏光素子の製造方法として従来のナノインプリント法に代えて、フォトリソグラフィ技術を利用した製造方法が考えられる。その場合、考えられる製造工程は例えば、（レジスト塗布）→（干渉露光）→（現像）→（エッチング（凹凸形成））→（無機微粒子層形成）→（反射防止膜形成）である。

ここで、可視光領域を４３０ｎｍ〜７３０ｎｍとすると、偏光素子における無機微粒子層のワイヤグリッドの周期、すなわち基板上に形成される一次元格子状の凹凸のピッチが少なくとも２００ｎｍ以下であるときに、ある程度の偏光特性を期待することができる。

したがって、フォトリソグラフィ技術では、紫外光によりそのようなピッチの干渉縞をつくってレジスト層を干渉露光してパターニングする必要がある。具体的には、光源としてＹＡＧ４倍波の波長２６６ｎｍの固体レーザを使って、基板に対する入射角を±６４°とした２本の光を入射させ、ピッチ約１５０ｎｍの干渉縞を基板（レジスト層）上に生成することを行うものである。

ところで、偏光素子の基板材料としては、前述のように放熱特性が求められることから熱伝導率が高いことが必要とされ、主に水晶や石英が用いられている。これらの材料は紫外光に対して吸収がなく、高い透過率を示すものである。よって、前記のように干渉縞を得るために基板に紫外光を照射すると、該基板中を透過してしまう。このとき、水晶や石英の基板表面における紫外光の反射率は２０％を超えているため、基板中を透過した紫外光は、基板の裏面側（基板と空気の界面）で反射され、この迷光となった紫外光が再びレジスト層を露光してしまうこととなった。そしてその結果、目的のパターニングができずに偏光素子として必要な特性を得ることができなかった。このような問題を発生させないためには、迷光強度の目安として１％以下とする必要があった。

なお、偏光素子の製造工程として、レジスト塗布の前に予め基板の一方の面（裏面）に反射防止膜を形成しておくことが考えられるが、この反射防止膜は偏光素子が液晶プロジェクタの部品として組み込まれたときに求められる可視光に対する反射防止機能を有しているだけであった。すなわち、このような反射防止膜は紫外光（例えば、前出の波長２６６ｎｍの光）に対する反射率が考慮されておらず反射率が高いために、基板ままの状態よりも紫外光をより反射するようになり、フォトリソグラフィ工程における露光時に基板を透過した紫外光が該反射防止膜で反射されて再びレジスト層を露光するようになり、偏光素子の特性に多大な影響を与えてしまった。

発明者らは、偏光素子として最終的に基板の裏面に反射防止膜を形成する必要があることに着目し、鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。以下、本発明に係る偏光素子の製造方法について図面を参照して説明する。なお、本発明を図面に示した実施形態をもって説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、実施の態様に応じて適宜変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明に係る偏光素子の製造方法は、可視光に対し透明な基板の一方の主面上に、該基板の主面に垂直に入射する可視光及び斜めに入射する紫外光に対して反射防止機能を有する反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、前記基板の他方の主面上にレジスト層を形成し、該レジスト層について前記紫外光を用いた干渉露光と現像を行って、レジスト層のパターニングを行うフォトリソグラフィ工程と、前記基板の他方の主面側をエッチングして、該他方の主面に回折格子形状の凹凸を形成するエッチング工程と、前記凹凸の凸部の頂部または一側面部に無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、を有するものである。

本発明の偏光素子の製造方法について、図１の本発明に係る偏光素子の製造工程を示す概略図に基づいて説明する。

（Ｓ１１）原板として可視光に対して透明な基板１１ａを用意する（図１（ａ））。ここで、基板１１ａは、水晶または石英からなるものである。例えば、結晶構造をもつ純度の高い石英基板であり、光学用人工水晶の基板を用いるとよい。

（Ｓ１２）基板１１ａの一方の主面（裏面）に、反射防止膜１２を形成する（図１（ｂ））。反射防止膜１２は、基板１１ａの主面に垂直に入射する可視光及び斜めに入射する紫外光に対して反射防止機能を有するものである。

ここで、基板１１ａの主面に垂直に入射する可視光とは、偏光素子としてプロジェクタ（例えば、液晶プロジェクタ（後述））に組み込まれたときに光源から入射する光のことをいう。また、その光の波長範囲は例えば４３０〜７３０ｎｍである。あるいは、光源として用いられる赤色光Ｌ_Ｒ、緑色光Ｌ_Ｇ、青色光Ｌ_Ｂのいずれかの波長範囲であってもよい。例えば、赤色光Ｌ_Ｒの波長範囲であれば、液晶プロジェクタ仕様にもよるが６５０ｎｍから７３０ｎｍである。反射防止膜１２はこの光源光をなるべく減衰させないように（反射や吸収がないように）透過することが求められる。

また、基板１１ａの主面に斜めに入射する紫外光とは、当該偏光素子の製造工程のフォトリソグラフィ工程（後述）において干渉露光の際に基板１１ａのおもて側から所定角度で入射する紫外光のことをいう。また、その紫外光はｓ偏光であり、その波長は露光光源として用いられるレーザの波長（例えば、ＡｒＦエキシマレーザのとき、１９３ｎｍ、ＫｒＦエキシマレーザのとき、２４８ｎｍ）に対応するものである。反射防止膜１２は基板１１ａを透過してくるこの紫外光をなるべく反射しないことが求められる。

また、反射防止膜１２は、屈折率の異なる複数の光学膜が積層されてなる光学積層膜である。このとき、光学膜は、高屈折率の光学膜（例えば、屈折率１．７０〜２．４０）として１種類または複数種類のもの、該高屈折率の光学膜よりも屈折率の小さい低屈折率の光学膜（例えば、屈折率１．３０〜１．６９）として１種類または複数種類のものからなる。

また、いずれの光学膜も可視から紫外領域に渡って透明（吸収がない）材料からなる。あるいは可視領域で透明で、紫外領域で吸収のある材料を使用することも可能である。その場合、光学積層膜の最上層をこの紫外領域で吸収のある材料からなる光学膜とするとよい。
また、光学膜は蒸着などのドライプロセスあるいは塗布によって形成されればよい。

なお、光学膜それぞれの屈折率や厚み、あるいは積層構成を調整することにより、反射防止膜１２として透過する波長位置をシフトさせて調整することが可能であり、これにより干渉露光として斜め入射してくる紫外光の波長及び液晶プロジェクタから投射される可視光の波長に対応させた光学多層膜とすることができる。このような反射防止膜１２としての光学多層膜の設計手法は従来公知のものを用いればよい。例えば、これらの波長領域では光の膜吸収がないと仮定して、それぞれの波長領域において反射率が最も低くなるように設計する。

（Ｓ１３）基板１１ａの反射防止膜１２形成面とは反対側の主面（他方の主面）上にレジスト層１３ａを形成する（図１（ｃ））。レジスト層１３ａは、フォトリソグラフィで一般的に用いられる露光光源に対応したフォトレジスト材料（感光性有機材料）からなり、後述するように反応性ガスやイオンビーム等によって基板１１ａとともにエッチングが可能な層である。例えば、東京応化製ＫｒＦ用レジストを塗布して厚さ２００ｎｍ以下のレジスト層１３ａを形成する。なお、レジスト層１ａは、反射防止膜１２の形成後、あるいは反射防止膜１２の形成と同時に形成する。

（Ｓ１４）レジスト層１３ａに対して干渉露光を行い、レジスト層が所定パターンに感光した感光層１３ｂとする（図１（ｄ））。干渉露光は、専用の露光装置で行う。

図２，図３に、干渉露光に用いる光学系の構成例を示す。
図２は、Ｌｌｏｙｄ Ｍｉｒｒｏｒ型と呼ばれる光学系であり、レジスト層１３ａ／基板１１ａ／反射防止膜１２の構成からなり主面が光軸に対して所定角度に傾斜して配置された対象基板と、該対象基板に対して直角となる位置に隣接して配置されるミラーとに対して、ＹＡＧ４倍波の固体レーザを用いた波長２６６ｎｍの回折光（ｓ偏光）を照射するものである。これにより、基板１１ａ上のレジスト層１３ａには光源側から直接入射する回折光とミラーにより反射されて入射する回折光とから回折縞（干渉縞）が形成され干渉露光されることになる。

図３は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型と呼ばれる光学系であり、ＹＡＧ４倍波の固体レーザを用いた波長２６６ｎｍの光（ｓ偏光）を２つの光路に分割した上で、レジスト層１３ａ／基板１１ａ／反射防止膜１２の構成の対象基板に２方向からその回折光を入射させて干渉露光するものである。

図２，図３のいずれの光学系においても、基板１１ａ上に２光束干渉により干渉縞が形成されレジスト層１３ａを露光するようになる。図４にその様子を示す。ここでは、基板１１ａの法線Ｌに対して入射角＋θの光束Ａと、入射角−θの光束Ｂとがレジスト層１３ａに入射してピッチｐの干渉縞として該レジスト層１３ａを露光する。

なお、ピッチｐは紫外光の波長λ及び入射角θとの間に以下の式（１）に示す関係が成り立つ。
ｐ＝λ／（２ｓｉｎθ） ・・・（１）

したがって、偏光素子用の基板として回折格子のピッチｐが決まっていれば、使用する露光光源（紫外光）の波長λから式（１）に基づいて入射角を決定することができる。紫外光の波長としては１８０〜３００ｎｍの範囲のいずれでもよいが、実際には露光装置に搭載しているレーザ光源によって決まる。例えば、波長２６６ｎｍのレーザ光を用いて、ピッチ１５０ｎｍの回折格子を形成するためには、式（１）より、入射角θを６４°とする。

露光工程では、例えば図２の構成の光学系において、波長２６６ｎｍのレーザ（ｓ偏光）によってパワー３０ｎｍ／ｃｍ^２で２０秒間の干渉露光を行った後、１１０℃，９０秒間の後加熱（ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ））を行う。

なお、干渉露光時にレジスト層１３ａに入射した光の一部は基板１１ａを透過するが、反射防止膜１２により基板１１ａの裏面側でほとんど反射されないため、この光により再度レジスト層を露光することが抑制される。

（Ｓ１５）感光層１３ｂについて現像を行う（図１（ｅ））。現像条件は、例えば、アルカリ現像３０秒、純水洗浄による定着３０秒である。これにより、感光層１３ｂのうち、例えば感光した部分は除去され、感光していない部分が残されることになり（あるいは感光していない部分は除去され、感光した部分が残されることになり）、回折格子状の凹凸形状にパターニングされたパターニング層１３ｃとなる。ここで、感光層１３ｂは前記ステップＳ１４で反射防止膜１２により裏面反射の再露光を受けることなく感光されているために、精度よく回折格子パターンにパターニングされたパターニング層１３ｃを得ることができる。

（Ｓ１６）つぎに、パターニング層１３ｃ及び基板１１ａをエッチングする（図１（ｆ））。エッチングはパターニング層１３ｃ及び基板１１ａそれぞれが表層から順次エッチングにより除去できる方法であればよく、例えばＣＦ_４などのフッ素系ガスやＡｒガス、あるいはそれらの混合ガスによるＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ、反応性ガスエッチング）やイオンビームエッチングで処理するとよい。このとき、パターニング層１３ｃが基板１１ａのマスクパターンとなるため、このエッチング処理により、基板１１ａはパターニング層１３ｃのパターンに対応して精度よく回折格子パターンの凹凸形状にエッチングされる。

図５に、エッチング処理後の基板１１の構成を示す。図５（ａ）は基板１１を上から見た平面図、図５（ｂ）は基板１１の断面図である。
基板１１の所定領域に、回折格子パターンの凹凸形状、すなわち凸形状のラインが基板１１上に一定間隔で配列されたグリッド構造を呈している（図５（ａ））。隣合った凸部１４ａと凸部１４ａの間隔あるいは凹部１４ｂと凹部１４の間隔であるピッチは、前記式（１）に対応している。また、凹凸部１４の断面形状は凸部１４ａの先端部分が先細るようになった鋸歯形状となっている（図５（ｂ））。

なお、凸部１４ａ及び凹部１４ｂからなる凹凸部１４は、基板１１の主面と平行な一方向（吸収軸Ｙ方向）に延びるように基板１１の主面上に形成された凸部１４ａのラインが、基板１１の吸収軸Ｙ方向と直交する方向（ラインの配列方向、透過軸Ｘ方向）に可視光域の波長よりも小さいピッチで周期的に形成されてなるものである。またこれに伴い、凸部１４ａのライン間の凹部１４ｂは断面形状が谷形状となり、基板１１の主面と平行な一方向（吸収軸Ｙ方向）に延びる溝となる。この凹凸形状は、つぎの工程で形成される無機微粒子層１５をワイヤグリッド状に形成するために設けられるものである。したがって、この凹凸部１４の形状寸法は偏光素子１０の所期の偏光特性を得るために重要であるが、本発明では精度よく形成された回折格子パターンのパターニング層１３ｃに従ってエッチングされて凹凸部１４が形成されているのでワイヤグリッド構造に好適な凹凸形状となっている。

（Ｓ１７）基板１１の凹凸部１４における凸部１４ａの頂部又はその少なくとも一側面部に対して所定の角度で斜め方向から無機微粒子ｐを入射させるスパッタ成膜を行い、無機微粒子層１５を形成する（図１（ｇ））。斜めスパッタ成膜の様子を図６に示す。ここではイオンビームスパッタの例を示している。

図６において、１は基板１１を支持するステージ、２はターゲット、３はビームソース（イオン源）、４は制御板である。ステージ１は、ターゲット２の法線方向に対して所定角度α傾斜しており、基板１１は凹凸部１４の格子方向（長手方向）がターゲット２からの無機微粒子の入射方向に対して直交する向きに配置されている。角度αは、例えば０°から１５°である。ビームソース３から引き出されたイオンは、ターゲット２へ照射される。イオンビームの照射によりターゲット２から叩き出された無機微粒子は、基板１１の表面に斜め方向から入射して付着する。このとき、基板１１上に一定間隔（例えば５０ｍｍ）で平板状の制御板４を配置すれば基板１１表面への入射粒子の方向を制御し、凸部１４ａの側壁部にのみ粒子を堆積させることができる。

以上のように、成膜時に基板１１をターゲット２に対して傾斜させて無機微粒子の入射方向を制限することにより、無機微粒子からなる無機微粒子層１５を凸部１４ａの頂部または一側面部に選択的に形成して偏光素子１０とすることができる（図７）。

ここで、無機微粒子層１５に用いられる材料は使用帯域に応じて適切な材料を選択される必要がある。金属材料や半導体材料がこれを満たす材料であり、具体的には金属の場合はＡｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ単体もしくはこれらを含む合金である。また半導体材料としてはＳｉ，Ｇｅ，Ｔｅ，ＺｎＯである。さらにＦｅＳｉ₂（特にβ-ＦｅＳｉ₂），ＭｇＳｉ₂，ＮｉＳｉ₂，ＢａＳｉ₂，ＣｒＳｉ₂，ＣｏＳｉ₂などのシリサイド系材料が適している。本発明では図６の斜めスパッタ成膜の際にこれらの材料からなるターゲット２とする。

以上の方法により製造された偏光素子１０において、図７に示すように、基板１１の表面に形成された無機微粒子層１５は面内Ｘ，Ｙ方向に関して異方的な形状を有して分布している（ワイヤグリッド構造）。これらの無機微粒子層１５は、その長軸方向（Ｙ方向）に電磁進行方向をもつ偏光成分を吸収し、短軸方向（Ｘ方向）に電磁進行方向をもつ偏光成分を透過させる特性を示す。また、干渉露光の際に基板の裏面における反射による再露光が防止されることにより、偏光素子１０として面内の分光特性分布が均一となっている。さらに、偏光素子１０の基板として放熱性に優れた基板１１を用いているので、従来の無機吸収型偏光素子よりも耐熱性に優れ、例えば液晶プロジェクターデバイス等に使用し長時間に渡り光源近傍にさらされ加熱されても、放熱性が良いのでガラス基板よりも不具合が起き難い偏光素子とすることができる。

つぎに、本発明に係る偏光素子を用いた液晶プロジェクタについて説明する。
本発明の液晶プロジェクタは、光源となるランプと、液晶パネルと、前述した本発明の偏光素子１０とを備えるものである。

図８に、本発明に係る液晶プロジェクタの光学エンジン部分の構成例を示す。
液晶プロジェクタ１００の光学エンジン部分は、赤色光Ｌ_Ｒに対する入射側偏光素子１０Ａ、液晶パネル５０、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃと、緑色光Ｌ_Ｇに対する入射側偏光素子１０Ａ、液晶パネル５０、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃと、青色光Ｌ_Ｂに対する入射側偏光素子１０Ａ、液晶パネル５０、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃと、それぞれの出射メイン偏光素子１０Ｃから出てくる光を合成し投射レンズに出射するクロスダイクロプリズム６０とを備えている。ここで、本発明の偏光素子１０は、入射側偏光素子１０Ａ、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃそれぞれに適用されている。

本発明の液晶プロジェクタ１００では、光源ランプ（不図示）から出射される光をダイクロイックミラー（不図示）により赤色光Ｌ_Ｒ、緑色光Ｌ_Ｇ、青色光Ｌ_Ｂに分離し、それぞれの光に対応する入射側偏光素子１０Ａに入射させ、ついでそれぞれの入射側偏光素子１０Ａで偏光された光Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂは液晶パネル５０にて空間変調されて出射され、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃを通過した後、クロスダイクロプリズム６０にて合成されて投射レンズ（不図示）から投射される構成となっている。光源ランプは高出力のものであっても強い光に対して優れた耐光特性をもち、面内の分光特性分布が均一な本発明の偏光素子１０を用いているため、信頼性の高い液晶プロジェクタを実現することができる。

なお、本発明の偏光素子は、前記液晶プロジェクタへの適用に限定されるわけではなく、使用環境として熱を受ける偏光素子として好適である。例えば、自動車のカーナビやインパネの液晶ディスプレイの偏光素子として適用することができる。

以下、本発明の偏光素子における反射防止膜１２について検証した結果を説明する。
（実施例１）
図９に示すように、水晶からなる基板１１上に４種類の材料からなる光学膜を組み合わせて１８層からなる光学多層膜を形成し、反射防止膜１２とした。詳しくは、４種類の材料とは、Ｓｕｂｓｔａｎｃｅ Ｍ２（メルク社製蒸着用材料製品。波長２６６ｎｍでの屈折率＝１．８０４１、材料名称Ｈ_１）、ＴｉＯ_２（波長２６６ｎｍでの屈折率＝２．３８７、材料名称Ｈ_２）、ＳｉＯ_２（波長２６６ｎｍでの屈折率＝１．４７５、材料名称Ｌ_１）、ＭｇＦ_２（波長２６６ｎｍでの屈折率＝１．３８７４、材料名称Ｌ_２）であり、これらの材料を用いて、表１に示す層構成の反射防止膜１２とした。なお、各光学膜（光学膜ｍ_１〜ｍ_１８）はスパッタリング法によって形成した。

図１０に、実施例１の反射防止膜１２の反射特性を示す。図１０（ａ）は可視光領域の光が垂直入射した場合の反射率であり、図１０（ｂ）は紫外領域のｓ偏光が基板１１に対して入射角６４°±５°で入射した場合の反射率である。
図１０（ａ）では、波長４３０ｎｍから７３０ｎｍまでの範囲で反射率が１％以下となっており、液晶プロジェクタ用の偏光素子として十分使用可能な反射防止効果が得られることが分かった。
また、図１０（ｂ）では、図中矢印位置が波長２６６ｎｍであり、実線が入射角６４°のときの反射率を示している。このとき、反射率は１％以下（設計値０．１４％）となっており、干渉露光中の基板の裏面反射による再露光の問題のない反射率となっていた。また、基板１１上の入射角のばらつきがあるものとして、図中にθ＝５９°（＝６４−５°）の反射率を細線として、θ＝６９°（＝６４＋５°）の反射率を点線として示しているが、いずれの場合も干渉露光中の基板の裏面反射による再露光の問題のないことが分かった。

つぎに、通常の可視光領域の反射防止膜として、水晶からなる基板１１上に２種類の材料からなる光学膜を組み合わせて４層からなる光学多層膜を形成し、比較例１の反射防止膜とした。詳しくは、２種類の材料とは、ＴｉＯ_２（波長２６６ｎｍでの屈折率＝２．３８７、材料名称Ｈ）、ＭｇＦ_２（波長２６６ｎｍでの屈折率＝１．３８７４、材料名称Ｌ）であり、これらの材料を用いて、表２に示す層構成の反射防止膜とした。なお、各光学膜はスパッタリング法によって形成した。

図１１に、実施例１及び比較例１の反射防止膜の反射特性を示す。実施例１は点線、比較例１は実線で示してあり、図１１（ａ）は可視光領域の光が垂直入射した場合の反射率であり、図１１（ｂ）は紫外領域のｓ偏光が基板１１に対して入射角６４°で入射した場合の反射率である。

その結果、図１１（ａ）に示すように、可視光領域では実施例１、比較例１はほぼ同等の反射防止効果を有していた。一方、図１１（ｂ）において、紫外領域のｓ偏光での６４°入射の反射特性について比較例１と実施例１とを比較してみると、比較例１では反射率が７０％超となって反射防止膜のない場合の基板ままの反射率（約２５％）よりも高くなっていて、干渉露光中の基板の裏面反射によって再露光の問題が発生することをうかがわせた。これに対して、実施例１では波長２６６ｎｍ付近で反射率が十分に抑えられており、干渉露光中の裏面反射による再露光の問題は発生しないことがわかった。

以上のように、本発明の偏光素子の製造方法によれば、基板に予め該基板の主面に斜めに入射する紫外光に対して反射防止機能を有する反射防止膜を形成しておくことにより、フォトリソグラフィ工程において干渉露光時の迷光による再露光を防止することができ、基板に微細な回折格子状の凹凸を正確に形成することが可能となるため、良好な偏光特性を偏光素子面内に均一に得ることができる。さらに、この反射防止膜は垂直に入射する可視光に対して反射防止機能を有しているため、液晶プロジェクタ用偏光素子としてそのまま使用することができる。

なお、実施例１では、ＲＧＢの三原色波長領域すべてにおいて反射防止機能を付与するために合計１８層の多層膜としていたが、前述のように液晶プロジェクタにはＲＧＢそれぞれの波長用に１枚ずつ使用するため、ＲＧＢそれぞれの波長領域専用の偏光素子とすれば反射防止膜１２における光学膜の積層数を減らすことも可能である。

本発明に係る偏光素子の製造方法における偏光素子の製造手順を示す工程図である。 干渉露光に用いる光学系の構成例（１）を示す模式図である。 干渉露光に用いる光学系の構成例（２）を示す模式図である。 干渉露光による干渉縞の様子を示す説明図である。 エッチング処理終了時の基板表面の凹凸状態を示す概略図である。 斜めスパッタ成膜の構成を示す概略図である。 本発明に係る偏光素子の製造方法により製造された偏光素子の構成を示す概略図である。 本発明の偏光素子を用いた液晶プロジェクタの光学エンジン部分の構成を示す断面図である。 実施例１の反射防止膜の膜構成を示す概略図である。 実施例１の反射防止膜の反射特性を示す図である。 実施例１、比較例１の反射防止膜の反射特性を示す図である。

符号の説明

１・・・ステージ、２・・・ターゲット、３・・・ビームソース（イオン源）、４・・・制御板、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ・・・偏光素子、１１，１１ａ・・・基板、１２・・・反射防止層、１３ａ・・・レジスト層、１３ｂ・・・感光層、１３ｃ・・・パターニング層、１４・・・凹凸部、１４ａ・・・凸部、１４ｂ・・・凹部、１５・・・無機微粒子層、５０・・・液晶パネル、６０・・・クロスダイクロプリズム、１００・・・液晶プロジェクタ、ｐ・・・無機微粒子

Claims (4)

1. 可視光に対し透明な基板の一方の主面上に、該基板の主面に垂直に入射する可視光及び斜めに入射する紫外光に対して反射防止機能を有する反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、
   前記基板の他方の主面上にレジスト層を形成し、該レジスト層について前記紫外光を用いた干渉露光と現像を行って、レジスト層のパターニングを行うフォトリソグラフィ工程と、
   前記基板の他方の主面側をエッチングして、該他方の主面に回折格子形状の凹凸を形成するエッチング工程と、
   前記凹凸の凸部の頂部または一側面部に無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、
   を有する偏光素子の製造方法。
2. 前記反射防止膜は、屈折率の異なる複数の光学膜が積層されてなる光学積層膜である請求項１に記載の偏光素子の製造方法。
3. 前記紫外光は、ｓ偏光である請求項１に記載の偏光素子の製造方法。
4. 可視光に対し透明な基板の一方の主面上に、該基板の主面に垂直に入射する可視光及び斜めに入射する紫外光に対して反射防止機能を有する反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、
   前記基板の他方の主面上にレジスト層を形成し、該レジスト層について前記紫外光を用いた干渉露光と現像を行い、回折格子形状のレジスト層とするフォトリソグラフィ工程と、
   前記基板の他方の主面側をエッチングして、該他方の主面に回折格子形状の凹凸を形成するエッチング工程と、
   前記凹凸の凸部の頂部または一側面部に無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、を有する偏光素子の製造方法により製造されてなる偏光素子。