JP6642560B2 - ワイヤーグリッド偏光素子、ワイヤーグリッド偏光素子の製造方法、および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、複数の金属細線が並列して延在するワイヤーグリッドを備えたワイヤーグリッド偏光素子、ワイヤーグリッド偏光素子の製造方法、および電子機器に関するものである。

ワイヤーグリッド偏光素子では、透光性の基板の一方面に複数の金属細線が並列しており、金属細線の延在方向と直交する方向に振動する第１直線偏光（Ｐ偏光）を透過させ、金属細線の延在方向に振動する第２直線偏光（Ｓ偏光）の透過を阻止する。かかるワイヤーグリッド偏光素子は、投射型表示装置において、液晶パネル等の電気光学装置と光変調部を構成する。ここで、第２直線偏光がワイヤーグリッド偏光素子に入射した際の反射率が高いと、反射光が電気光学装置に入射し、電気光学装置の温度上昇による寿命低下、スクロールノイズの発生、迷光によるゴーストの発生等の原因となる。そこで、金属細線の基板とは反対側にゲルマニウム膜からなる光吸収層を設けた態様が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−９８４６９号公報

しかしながら、第２直線偏光がワイヤーグリッド偏光素子に入射した際の反射率については、さらに低減することが求められているが、かかる要求には、純ゲルマニウムからなる光吸収層では、対応することが困難である。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、金属細線の延在方向に振動する直線偏光に対する反射率を低減することのできるワイヤーグリッド偏光素子、ワイヤーグリッド偏光素子の製造方法、および電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、基板の一方面に複数の金属細線が並列したワイヤーグリッドを備えたワイヤーグリッド偏光素子において、前記金属細線の前記基板とは反対側に、酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含有するゲルマニウム膜からなる光吸収層が設けられていることを特徴とする。これにより、金属細線の延在方向に振動する直線偏光に対する反射率を、純ゲルマニウムからなる光吸収層の場合よりも、低減することができる。

光吸収層を構成する材料の複素屈折率Ｎを以下の式
Ｎ＝ｎ＋ｉ・ｋ
ｎ＝屈折率
ｋ＝消衰係数
で表した際、代表波長５５０ｎｍにおいて、純ゲルマニウムでは、屈折率ｎおよび消衰係数ｋが以下の条件
（ｎ，ｋ）＝（４．９，２．０）
である。これに対して、屈折率ｎおよび消衰係数ｋが以下の適正条件
（ｎ，ｋ）＝（５，１）
（ｎ，ｋ）＝（４，１）
（ｎ，ｋ）＝（３，１）
を満たせば、ワイヤーグリッド偏光素子の可視光の反射率が著しく低減できるという知見を得た。また、ゲルマニウムに酸素および窒素のうちの少なくとも一方を適正に含有させたとき、屈折率ｎおよび消衰係数ｋが上記の適正条件を満たすという知見を得た。かかる知見に基づいて、本発明では、酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含有させたゲルマニウム膜を光吸収層として用いため、反射率を低減することができる。

本発明に係るワイヤーグリッド偏光素子において、前記ワイヤーグリッドは、前記金属細線の延在方向に振動する直線偏光に対する反射率が３．０％以下である態様を採用することができる。本発明では、金属細線の延在方向に振動する直線偏光に対する反射率が３．０％以下であり、光吸収層に純ゲルマニウムを用いた場合に比して、反射率を大幅に低減することができる。

本発明に係るワイヤーグリッド偏光素子において、前記光吸収層は、ゲルマニウムと酸素との化学量論的組成である二酸化ゲルマニウム、およびゲルマニウムと窒素との化学量論的組成を有する四窒化三ゲルマニウムよりゲルマニウムリッチな組成を有している態様を採用することができる。例えば、本発明に係るワイヤーグリッド偏光素子において、前記光吸収層は、ゲルマニウムと酸素とを含む酸化ゲルマニウムから構成され、前記ゲルマニウムと前記酸素との組成比が、ゲルマニウム：酸素＝１：０．６４〜１．６8である態様を採用することができる。

本発明の別の態様は、基板の一方面に複数の金属細線が並列したワイヤーグリッドを備えたワイヤーグリッド偏光素子の製造方法において、酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含有する雰囲気中での反応性スパッタ法により、前記金属細線の前記基板とは反対側に、酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含有するゲルマニウム膜からなる光吸収層を設けることを特徴とする。

本発明では、酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含有させたゲルマニウム膜を形成するにあたって、反応性スパッタ法を用いているため、酸素ガスや窒素ガスの流量を制御することによって、光吸収層を構成するゲルマニウムが含有する酸素や窒素の含有量を容易に制御することができ、屈折率ｎおよび消衰係数ｋを容易に制御することができる。従って、屈折率ｎおよび消衰係数ｋが上記の適正条件を満たす光吸収層を構成することができる。

本発明のさらに別の態様は、基板の一方面に複数の金属細線が並列したワイヤーグリッドを備えた第１ワイヤーグリッド偏光素子、および電気光学装置を備え、第１波長域の第１光が入射する第１光変調部と、基板の一方面に複数の金属細線が並列したワイヤーグリッドを備えた第２ワイヤーグリッド偏光素子、および電気光学装置を備え、前記第１波長域より長波長の第２光が入射する第２光変調部と、を有する電子機器において、前記第１ワイヤーグリッド偏光素子および前記第２ワイヤーグリッド偏光素子の各々では、前記金属細線の前記基板とは反対側に、酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含有するゲルマニウム膜からなる光吸収層が設けられていることを特徴とする。

本発明では、第１ワイヤーグリッド偏光素子および第２ワイヤーグリッド偏光素子では、酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含有するゲルマニウム膜からなる光吸収層が設けられているため、第１ワイヤーグリッド偏光素子および第２ワイヤーグリッド偏光素子の反射率を低減することができる。従って、第１光変調部および第２変調部の各々において、ワイヤーグリッド偏光素子で反射した光が電気光学装置に入射することを抑制することができる。それ故、電気光学装置の温度上昇による寿命低下の発生や、スクロールノイズや迷光によるゴースト等の発生を抑制することができる。

本発明に係る電子機器において、前記第１ワイヤーグリッド偏光素子は、前記第２ワイヤーグリッド偏光素子より、前記光吸収層における酸素および窒素の含有量が多い態様を採用することができる。第１ワイヤーグリッド偏光素子および第２ワイヤーグリッド偏光素子は、波長分散性を有していることから、入射する光の波長に対応させ、光吸収層に用いたゲルマニウムの酸素や窒素の含有量を適正化してある。従って、異なる波長域の光が入射する第１ワイヤーグリッド偏光素子および第２ワイヤーグリッド偏光素子の各々において、反射率を低減することができる。それ故、第１ワイヤーグリッド偏光素子および第２ワイヤーグリッド偏光素子で反射した光が電気光学装置に入射することを抑制することができる。

本発明に係る電子機器において、前記第１ワイヤーグリッド偏光素子は、前記第１光の前記金属細線の延在方向に振動する直線偏光に対する反射率が３．０％以下であり、前記第２ワイヤーグリッド偏光素子は、前記第２光の前記金属細線の延在方向に振動する直線偏光に対する反射率が３．０％以下である態様を採用することができる。かかる態様によれば、第１ワイヤーグリッド偏光素子および第２ワイヤーグリッド偏光素子で反射した光が電気光学装置に入射することをより抑制することができる。

本発明に係る電子機器において、前記第１光は、緑色光であり、前記第２光は、赤色光である態様を採用することができる。緑色光や赤色光のワイヤーグリッド偏光素子での反射率の低減は、青色光のワイヤーグリッド偏光素子での反射率の低減より困難であるが、本発明によれば、緑色光および赤色光の反射率を低減することができる。

本発明を適用したワイヤーグリッド偏光素子の説明図。 図１に示すワイヤーグリッド偏光素子の断面図。 図２に示す光吸収層を構成する材料の複素屈折率を変化させた場合における波長と偏光特性との関係を示すグラフ。 反応性スパッタ法により、ゲルマニウム膜を成膜する条件（酸素ガス流量）を変えた場合における波長と複素屈折率との関係を示すグラフ。 ゲルマニウム膜を成膜する際の酸素ガスの流量と、波長５５０ｎｍの光に対するゲルマニウム膜の複素屈折率との関係を示すグラフ。 反応性スパッタ法により、ゲルマニウム膜を成膜する際の酸素ガス流量を変えた場合における反射率等の変化を示すグラフ。 酸素ガスの流量を変えて設定して製造したワイヤーグリッド偏光素子の偏光特性を比較して示すグラフ。 反応性スパッタ法により、ゲルマニウム膜を成膜する条件（窒素ガス流量）を変えた場合における波長と複素屈折率との関係を示すグラフ。 ゲルマニウム膜を成膜する際の窒素ガスの流量と、波長５５０ｎｍの光に対するゲルマニウム膜の複素屈折率との関係を示すグラフ。 透過型の液晶ライトバルブ（電気光学装置）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、ワイヤーグリッド４（金属細線４１）が延在している方向をＹ方向とし、金属細線４１が並列している方向をＸ方向としてある。

［ワイヤーグリッド偏光素子１の構成］
図１は、本発明を適用したワイヤーグリッド偏光素子１の説明図である。図２は、図１に示すワイヤーグリッド偏光素子１の断面図である。図１および図２に示すワイヤーグリッド偏光素子１は、透光性の基板２と、基板２の一方面２ａに形成された金属製のワイヤーグリッド４とを有している。ワイヤーグリッド４は、等ピッチで平行に並列した複数の金属細線４１からなる。

基板２としては、ガラス基板、石英基板、水晶基板、プラスチック基板等の透光性基板が用いられている。但し、ワイヤーグリッド偏光素子１の用途によっては、ワイヤーグリッド偏光素子１が蓄熱して高温になる場合があるため、基板２の材料としては、耐熱性の高いガラスや石英を用いることが好ましい。基板２は、例えば１辺が約２０ｍｍから３０ｍｍの四角形状を有しており、厚さは０．５ｍｍから０．８ｍｍである。金属細線４１の太さおよびスペース（金属細線４１の間隔）は、例えば４００ｎｍ以下である。本実施形態において、金属細線４１の太さおよびスペースは各々、例えば２０ｎｍから３００ｎｍであり、金属細線４１の厚さは、１５０ｎｍから４００ｎｍである。ワイヤーグリッド４（金属細線４１）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。本実施形態では、可視光波長領域においてワイヤーグリッド４での吸収損失を小さく抑えるという観点から、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からなる。

このように構成したワイヤーグリッド４において、金属細線４１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、金属細線４１の延在方向に直交する方向に振動する第１直線偏光（Ｐ波、ＴＭ波）を透過させ、金属細線４１の延在方向に振動する第２直線偏光（Ｓ波、ＴＥ波）については透過を阻止する。

図２に示すように、本形態のワイヤーグリッド偏光素子１では、ワイヤーグリッド４の基板２と反対側の端部（金属細線４１の先端部）に光吸収層５１（図１では図示を省略）が形成されている。従って、ワイヤーグリッド偏光素子１に対して、基板２とは反対側から入射した光が金属細線４１によって反射することを光吸収層５１によって抑制することができる。

なお、基板２の一方面２ａ、光吸収層５１の基板２と反対側の端面、金属細線４１の側面、および光吸収層５１の側面は、シリコン酸化物やハフニウム酸化物等の保護層６１で覆われている。

［ワイヤーグリッド偏光素子１の反射率］
ワイヤーグリッド偏光素子１において、本形態では、詳細な説明については後述するように、光吸収層５１を構成する材料の複素屈折率Ｎを以下の式で表したとき、屈折率ｎ、および消衰係数ｋを適正化することによって、第２直線偏光に対する反射率Ｒｓを３．０％以下とする。
Ｎ＝ｎ＋ｉｋ
ｎ＝屈折率
ｋ＝消衰係数

また、本形態では、ゲルマニウムにおける酸素および窒素の含有量が増大するに伴って、屈折率ｎおよび消衰係数ｋが変化するとの知見に基づいて、酸素および窒素のうちの少なくとも一方を適正に含有させたゲルマニウムを光吸収層５１として用いることにより、屈折率ｎ、および消衰係数ｋを適正化する。

本形態では、ゲルマニウムにおける酸素および窒素の含有量を変化させるにあたっては、ワイヤーグリッド偏光素子の製造工程において、酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含有する雰囲気中での反応性スパッタ法により、金属細線４１の基板２とは反対側に、酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含有するゲルマニウム膜からなる光吸収層５１を設ける。より具体的には、反応性スパッタ法を行う際、スパッタ室に対してアルゴンガスを導入するとともに、酸素ガスや窒素ガスも導入する。かかる成膜方法によれば、ゲルマニウムにおける酸素および窒素の含有量を容易に制御することができる。

このような条件で成膜したゲルマニウム膜（光吸収層５１）は、スパッタ室に酸素ガスを導入した場合、酸素を含有するゲルマニウム膜（ＧｅＯ_ｘ）であり、スパッタ室に窒素ガスを導入した場合、窒素を含有するゲルマニウム膜（ＧｅＮ_ｙ）である。この場合のゲルマニウム膜は、ゲルマニウムと酸素との化学量論的組成である二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ_２）、およびゲルマニウムと窒素との化学量論的組成を有する四窒化三ゲルマニウム（Ｇｅ_３Ｏ_４）よりゲルマニウムリッチな組成を有している。従って、上記のゲルマニウム膜（ＧｅＯ_ｘ）、（ＧｅＮ_ｙ）において、ｘは０以上（０を含まず）、２未満であり、好ましくは、ｘは０．６４から１．６８である。また、ｙは０以上（０を含まず）、４／３未満である。また、スパッタ室への酸素ガスおよび窒素ガスを導入する際の流量を増大させる程、ｘおよびｙは大きな値となる。

以下の説明では、金属細線４１は、厚さ（高さ）が２４０ｎｍ、幅が４０ｎｍのアルミニウム層であり、金属細線４１のピッチが１４０ｎｍであり、保護層６１の厚さが３ｎｍであるワイヤーグリッド偏光素子１をモデルケースとして説明する。

なお、図２に示すワイヤーグリッド偏光素子１では、ワイヤーグリッド偏光素子１の製造工程において、アルミニウム層および光吸収層を順に成膜した後、異方性ドライエッチングによって、アルミニウム層および光吸収層をパターニングして金属細線４１および光吸収層５１を形成する際、基板２の一方面２ａは、金属細線４１の間で７０ｎｍの深さにエッチングされている。本形態では、光吸収層５１にゲルマニウムを主成分とする金属材料を用いているため、通常の半導体プロセスで用いるエッチングガスによってパターニングすることができる。

（複素屈折率と偏光特性との関係）
図３は、図２に示す光吸収層５１を構成する材料の複素屈折率を変化させた場合における波長と偏光特性との関係を示すグラフであり、図３には、第１直線偏光の透過率（Ｔｐ）、第２直線偏光の透過率（Ｔｓ）、第１直線偏光の反射率（Ｒｐ）、および第２直線偏光の反射率（Ｒｓ）を示す実線にＴｓ、Ｔｐ、Ｒｐ、Ｒｓを付してある。なお、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、光吸収層５１を構成する材料の屈折率ｎおよび消衰係数ｋを各々、（ｎ，ｋ）＝（４．９，２．０）、（ｎ，ｋ）＝（５，１）、（ｎ，ｋ）＝（４，１）、および（ｎ，ｋ）＝（３，１）に設定した場合の偏光特性を、シミュレーション解析した結果を示してある。シミュレーション解析には、Grating Solver Development社製の解析ソフトであるＧ−Ｓｏｌｖｅｒを用いた。また、光吸収層５１を構成する材料の屈折率ｎおよび消衰係数ｋを変えるにあたって、光吸収層５１の膜厚は、反射率Ｒｓが最も低くなる膜厚とした。

まず、図３（ａ）に示すように、光吸収層５１を純ゲルマニウムで構成した場合、代表波長５５０ｎｍにおいて、複素屈折率を規定する物性値（（ｎ，ｋ）＝（４．９，２．０））である。このため、４００ｎｍから７００ｎｍの可視域のいずれの波長においても、第２直線偏光の反射率Ｒｓは、５．５％以上であり、反射率Ｒｓを３％以下にすることが困難である。なお、本条件では、光吸収層５１の膜厚を２３ｎｍとした。

これに対して、図３（ｂ）、(ｃ）、（ｄ）に示すように、複素屈折率が以下の条件を満たす材料によって光吸収層５１を構成すると、波長が５５０ｎｍ付近で第２直線偏光の反射率Ｒｓが最小値を示し、反射率Ｒｓを目標値である３％以下にすることができることが確認できた。また、第１直線偏光の透過率（Ｔｐ）を９３％以上とし、第２直線偏光の透過率（Ｔｓ）を０．０５％以下とすることができた。
物性値（ｎ，ｋ）＝（５，１）
物性値（ｎ，ｋ）＝（４，１）
物性値（ｎ，ｋ）＝（３，１）

例えば、物性値（ｎ，ｋ）＝（５，１）の場合、５００ｎｍから５９０ｎｍまでの波長域（緑色光）の平均反射率Ｒｓは１．６％であり、その際の光吸収層５１の膜厚は２２ｎｍである。同様に、物性値（ｎ，ｋ）＝（４，１）の場合、平均反射率Ｒｓは１．３％であり、その際の光吸収層５１の膜厚は３３ｎｍである。物性値（ｎ，ｋ）＝（３，１）の場合、平均反射率Ｒｓは１．３％であり、その際の光吸収層５１の膜厚は５３ｎｍである。

（酸素ガス流量と複素屈折率との関係）
図４は、反応性スパッタ法により、ゲルマニウム膜を成膜する条件（酸素ガス流量）を変えた場合における波長と複素屈折率との関係を示すグラフであり、図４（ａ）、（ｂ）には、各酸素ガス流量における波長と屈折率ｎとの関係、および波長と消衰係数ｋとの関係を示してある。図４には、光吸収層５１を構成するためのゲルマニウム膜を成膜する際、成膜条件として、４０ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒｍｉｎｕｔｅ）のアルゴンガス中に加える酸素ガスの流量を０ｓｃｃｍ、２ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍに変えた場合におけるゲルマニウム膜の物性値（ｎ，ｋ）をエリプソメーターで測定した結果を示してある。また、図４では、流量が０ｓｃｃｍの場合の結果を実線Ｌ０で示し、流量が２ｓｃｃｍの場合の結果を実線Ｌ２で示し、流量が５ｓｃｃｍの場合の結果を実線Ｌ５で示し、流量が１０ｓｃｃｍの場合の結果を実線Ｌ１０で示してある。なお、反応性スパッタを行う際、アルゴンガスの流量（４０ｓｃｃｍ）、スパッタ圧力（０．２Ｐａ）、ターゲットサイズ（１２０ｍｍ）の条件は、酸素ガスの流量にかかわらず、一定である。

また、図５は、ゲルマニウム膜を成膜する際の酸素ガスの流量と、波長５５０ｎｍの光に対するゲルマニウム膜の複素屈折率との関係を示すグラフであり、図４に示す結果に基づいて得られた結果である。なお、図５には、屈折率ｎを黒丸で示し、消衰係数ｋを白丸で示してある。図４および図５に示すように、酸素ガスの流量が０ｓｃｃｍの場合、純ゲルマニウムの膜が形成され、その物性値（ｎ，ｋ）は（４．９，２．０）である。

これに対して、酸素ガスの流量を２ｓｃｃｍから１０ｓｃｃｍまで増やしていくに伴い、屈折率ｎおよび消衰係数ｋが低下している。酸素ガスの流量を１０ｓｃｃｍに設定した場合、物性値（ｎ，ｋ）の適正条件（５，１）、（４，１）、（３，１）に近い値（３．４，０．８）が得られた。また、酸素ガスの流量を５ｓｃｃｍに設定した場合、物性値（ｎ，ｋ）の適正条件（５，１）、（４，１）、（３，１）に近い値（４．１，１．6）が得られた。ここで、酸素ガスの流量を１０ｓｃｃｍに設定した場合、ゲルマニウム膜（ＧｅＯ_ｘ）のゲルマニウムと酸素との組成比は、Ｇｅ：Ｏｘ＝１：１．２６〜１．６８であった。また、酸素ガスの流量を５ｓｃｃｍに設定した場合、ゲルマニウム膜（ＧｅＯ_ｘ）のゲルマニウムと酸素との組成比は、Ｇｅ：Ｏｘ＝１：０．６４〜０．９６であった。

（酸素ガス流量と各波長域での反射率Ｒｓ等との関係）
そこで、成膜条件と各波長における反射率等の関係を検討した結果を図６に示す。図６は、反応性スパッタ法により、ゲルマニウム膜を成膜する際の酸素ガス流量を変えた場合における反射率Ｒｓ等の変化を示すグラフであり、図６には、アルゴンガスと混合される酸素ガスの流量を０ｓｃｃｍから１０ｓｃｃｍまで変化させた場合の第１直線偏光の透過率（Ｔｐ）、第２直線偏光の透過率（Ｔｓ）、第２直線偏光の反射率（Ｒｓ）を各々、実線Ｔｐ、Ｔｓ、Ｒｓで示してある。なお、図６（ａ）には、５００ｎｍから５９０ｎｍまでの波長域における平均値を示し、図６（ｂ）には、６１０ｎｍから６８０ｎｍまでの波長域における平均値を示してある。また、図６には、透過率Ｔｐおよび反射率Ｒｓについては、酸素ガスの流量が０ｓｃｃｍ、２ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍの場合の値も示してある。

図７は、酸素ガスの流量を変えて設定して製造したワイヤーグリッド偏光素子１の偏光特性を比較して示すグラフであり、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、酸素ガスの流量を０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍに設定して製造したワイヤーグリッド偏光素子１の偏光特性を示すグラフである。

図６（ａ）に示すように、５００ｎｍから５９０ｎｍまでの波長域（緑色光）では、酸素ガスの流量が１０ｓｃｃｍの場合、反射率Ｒｓの平均値が０．９％まで低下することができ、目標値である３．０％以下を実現できた。かかる条件で製造したワイヤーグリッド偏光素子１の偏光特性は、図７（ｂ）に示す通りであり、図７（ａ）に示す偏光特性より、反射率Ｒｓが低下している。また、反射率Ｒｓが最小値を示す条件での透過率Ｔｐは９３％であり、反射率Ｒｐは０．２％であり、コントラスト比は１１９００であった。それ故、本形態のワイヤーグリッド偏光素子１の高いコントラスト対応の偏光板に対する要求に十分対応することができる。

これに対して、図６（ｂ）に示すように、６１０ｎｍから６８０ｎｍまでの波長域（赤色光）では、酸素ガスの流量が１０ｓｃｃｍの場合、反射率Ｒｓの平均値が２．３％である。但し、酸素ガスの流量が５ｓｃｃｍの場合に、反射率Ｒｓの平均値が０．９％まで低下しており、目標値である３．０％以下を実現できた。かかる条件で製造したワイヤーグリッド偏光素子１の偏光特性は、図７（ｃ）に示す通りであり、図７（ａ）に示す偏光特性より、反射率Ｒｓが低下している。また、反射率Ｒｓが最小値を示す条件での透過率Ｔｐは９２％であり、反射率Ｒｐは１．３％であり、コントラスト比は２４５００であった。それ故、本形態のワイヤーグリッド偏光素子１の高いコントラスト対応の偏光板に対する要求に十分対応することができる。

以上説明したように、ワイヤーグリッド偏光素子１に入射する波長域によって、酸素ガスの最適な流量が異なるため、ワイヤーグリッド偏光素子１に入射する波長域に応じて、酸素ガスを最適な流量に設定し、光吸収層５１を構成するゲルマニウムの酸素含有量を最適な量に設定することが好ましい。より具体的には、第１波長域の第１光（例えば、波長域が５００ｎｍから５９０ｎｍの緑色光）が入射するワイヤーグリッド偏光素子１では、第１波長域より長波長の第２光（例えば、波長域が６１０ｎｍから６８０ｎｍの赤色光）が入射するワイヤーグリッド偏光素子１より、光吸収層５１を構成するゲルマニウムの酸素含有量を多くすることが好ましい。

（窒素ガス流量と各波長域での反射率Ｒｓ等との関係）
上記実施形態では、反応性スパッタ法により、ゲルマニウム膜を成膜する際、酸素ガスを導入したが、図８および図９を参照して以下に説明するように、窒素ガスを導入した場合も同様な結果を得ることができる。図８は、反応性スパッタ法により、ゲルマニウム膜を成膜する条件（窒素ガス流量）を変えた場合における波長と複素屈折率との関係を示すグラフであり、図８（ａ）、（ｂ）には、各窒素ガス流量における波長と屈折率ｎとの関係、および波長と消衰係数ｋとの関係を示してある。図８には、光吸収層５１を構成するためのゲルマニウム膜を成膜する際、成膜条件として、４０ｓｃｃｍのアルゴンガス中に加える窒素ガスの流量を０ｓｃｃｍ、２ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍに変えた場合におけるゲルマニウム膜の物性値（ｎ，ｋ）をエリプソメーターで測定した結果を示してある。また、図８では、流量が０ｓｃｃｍの場合の結果を実線Ｌ０で示し、流量が２ｓｃｃｍの場合の結果を実線Ｌ２で示し、流量が５ｓｃｃｍの場合の結果を実線Ｌ５で示し、流量が１０ｓｃｃｍの場合の結果を実線Ｌ１０で示してある。

図９は、ゲルマニウム膜を成膜する際の窒素ガスの流量と、波長５５０ｎｍの光に対するゲルマニウム膜の複素屈折率との関係を示すグラフであり、図８に示す結果に基づいて得られた結果である。なお、図９には、屈折率ｎを黒丸で示し、消衰係数ｋを白丸で示してある。

図８および図９に示すように、窒素ガスの流量を２ｓｃｃｍから１０ｓｃｃｍまで増やしていくに伴い、屈折率ｎおよび消衰係数ｋが低下している。また、窒素ガスの流量と物性値（屈折率ｎおよび消衰係数ｋ）との関係は、酸素ガスの流量と物性値（屈折率ｎおよび消衰係数ｋ）との関係は、酸素ガスの流量を変えた場合と略同様であり、酸素ガスを導入した場合の前述の効果と同様な効果を得ることができる。

［投射型表示装置の構成例１］
上述した実施形態に係るワイヤーグリッド偏光素子１を用いた電子機器の一例として、投射型表示装置を説明する。図１０は、透過型の液晶ライトバルブ（電気光学装置）を用いた投射型表示装置の説明図である。図１０に示す投射型表示装置８００は、光源部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、出射レンズ８２０、光変調部（第１光変調部８２１、第２光変調部８２２、および第３光変調部８２３）、クロスダイクロイックプリズム８２５、および投射レンズ８２６（投射光学系）を有している。

光源部８１０は、メタルハライド等のランプ８１１とランプの光を反射するリフレクター８１２とからなる。なお、光源部８１０には、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。また、光源部８１０には、レーザー素子や発光ダイオード等の固体光源を用いることもある。

ダイクロイックミラー８１３は、光源部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、赤色光用の第２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、緑色光用の第１光変調部８２１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及び出射レンズ８２０を含むリレー光学系８２８を介して、青色光用の第３光変調部８２３に入射される。

第１光変調部８２１、第２光変調部８２２および第３光変調部８２３の各々では、電気光学装置としての液晶ライトバルブ８３０を挟んで両側に、入射側偏光素子８４０と出射側偏光素子８５０とが配置されている。入射側偏光素子８４０は、光源部８１０から出射された光の光路上の、光源部８１０と液晶ライトバルブ８３０との間に設けられている。出射側偏光素子８５０は、液晶ライトバルブ８３０を通過した光の光路上の、液晶ライトバルブ８３０と投射レンズ８２６との間に設けられている。入射側偏光素子８４０と出射側偏光素子８５０とは、互いの透過軸が直交して配置されている。

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。出射側偏光素子８５０は、本発明を適用したワイヤーグリッド偏光素子１を用いた吸収型の偏光素子である。

第１光変調部８２１、第２光変調部８２２および第３光変調部８２３の各々により変調された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。

本形態では、第１光変調部８２１、第２光変調部８２２および第３光変調部８２３の各々において、出射側偏光素子８５０に、本発明を適用したワイヤーグリッド偏光素子１を用いたため、出射側偏光素子８５０で反射した光が液晶ライトバルブ８３０に入射するという事態が発生にくい。

（投射型表示装置の他の構成例１）
上記実施形態では、第１光変調部８２１、第２光変調部８２２および第３光変調部８２３の各々において、出射側偏光素子８５０に、本発明を適用したワイヤーグリッド偏光素子１を用いたが、緑色光（第１波長域の第１光）に対応する第１光変調部８２１、および赤色光（第２波長域の第２光）に対応する第２光変調部８２２の出射側偏光素子８５０に本発明を適用したワイヤーグリッド偏光素子１を用い、青色光（第３波長域の第３光）に対応する第３光変調部８２３の出射側偏光素子８５０には、本発明を適用したワイヤーグリッド偏光素子１以外のワイヤーグリッド偏光素子を用いてもよい。青色光に対応する第３光変調部８２３の出射側偏光素子８５０については、本発明を適用しなくても、光反射層５１の材質を適正に選択することによって、反射率Ｒｓが低いワイヤーグリッド偏光素子を構成できる可能があるためである。

（投射型表示装置の他の構成例２）
本形態では、少なくとも、第１光変調部８２１および第２光変調部８２２に、本発明を適用したワイヤーグリッド偏光素子１を用いる際、図６および図７を参照して説明した理由から、第１光変調部８２１に用いるワイヤーグリッド偏光素子１（第１ワイヤーグリッド偏光素子）では、第２光変調部８２２に用いるワイヤーグリッド偏光素子１（第２ワイヤーグリッド偏光素子）より、酸素ガスの流量を多くして、光吸収層５１を構成するゲルマニウムの酸素含有量や窒素含有量を多くすることが好ましい。かかる構成によれば、第１光変調部８２１に用いるワイヤーグリッド偏光素子１（第１ワイヤーグリッド偏光素子）、および第２光変調部８２２に用いるワイヤーグリッド偏光素子１（第２ワイヤーグリッド偏光素子）のいずれにおいても、反射率Ｒｓを３．０％以下とすることができる。

（他の投射型表示装置）
なお、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、本発明を適用したワイヤーグリッド偏光素子１は、上記の投射型表示装置８００の他にも、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、液晶テレビ、カーナビゲーション装置等の電子機器において光変調部を構成する場合に用いてもよい。

１…ワイヤーグリッド偏光素子、２…基板、２ａ…面、４…ワイヤーグリッド、４１…金属細線、５１…光吸収層、６１…保護層、８００…投射型表示装置、８１０…光源部、８２１…第１光変調部、８２２…第２光変調部、８２３…第３光変調部、８２５…クロスダイクロイックプリズム、８２６…投射レンズ、８３０…液晶ライトバルブ（電気光学装置）、８４０…入射側偏光素子、８５０…出射側偏光素子。

Claims (9)

1. 基板の一方面に複数の金属細線が並列したワイヤーグリッドを備えたワイヤーグリッド偏光素子において、
   前記金属細線の前記基板とは反対側に、酸素を含有しつつ二酸化ゲルマニウムよりゲルマニウムリッチな組成、または窒素を含有しつつ四窒化三ゲルマニウムよりゲルマニウムリッチな組成からなる単層の光吸収層と、
   前記光吸収層と接する保護層とが設けられていることを特徴とするワイヤーグリッド偏光素子。
2. 請求項１に記載のワイヤーグリッド偏光素子において、
   前記保護層は、前記光吸収層とは異なる材料からなることを特徴とするワイヤーグリッド偏光素子。
3. 請求項１に記載のワイヤーグリッド偏光素子において、
   前記ワイヤーグリッドは、前記金属細線の延在方向に振動する直線偏光に対する反射率が３．０％以下であることを特徴とするワイヤーグリッド偏光素子。
4. 請求項１または２に記載のワイヤーグリッド偏光素子において、
   前記光吸収層は、ゲルマニウムと酸素とを含む酸化ゲルマニウムから構成され、前記ゲルマニウムと前記酸素との組成比が、ゲルマニウム：酸素＝１：０．６４〜１．６８であることを特徴とするワイヤーグリッド偏光素子。
5. 基板の一方面に複数の金属細線が並列したワイヤーグリッドを備えた第１ワイヤーグリッド偏光素子、および電気光学装置を備え、第１波長域の第１光が入射する第１光変調部と、
   基板の一方面に複数の金属細線が並列したワイヤーグリッドを備えた第２ワイヤーグリッド偏光素子、および電気光学装置を備え、前記第１波長域より長波長の第２光が入射する第２光変調部と、
   を有し、
   前記第１ワイヤーグリッド偏光素子および前記第２ワイヤーグリッド偏光素子の各々では、前記金属細線の前記基板とは反対側に、酸素を含有しつつ二酸化ゲルマニウムよりゲルマニウムリッチな組成、または窒素を含有しつつ四窒化三ゲルマニウムよりゲルマニウムリッチな組成からなる単層の光吸収層と、
   前記光吸収層と接する保護層とが設けられていることを特徴とする電子機器。
6. 請求項５に記載の電子機器において、
   前記保護層は、前記光吸収層とは異なる材料からなることを特徴とする電子機器。
7. 請求項５または６に記載の電子機器において、
   前記第１ワイヤーグリッド偏光素子は、前記第２ワイヤーグリッド偏光素子より、前記光吸収層における酸素または窒素の含有量が多いことを特徴とする電子機器。
8. 請求項５に記載の電子機器において、
   前記第１ワイヤーグリッド偏光素子は、前記第１光の前記金属細線の延在方向に振動する直線偏光に対する反射率が３．０％以下であり、
   前記第１ワイヤーグリッド偏光素子は、前記第２光の前記金属細線の延在方向に振動する直線偏光に対する反射率が３．０％以下であることを特徴とする電子機器。
9. 請求項５から８までの何れか一項に記載の電子機器において、
   前記第１光は、緑色光であり、
   前記第２光は、赤色光であることを特徴とする電子機器。