KR101304813B1 - 편광 소자 및 그 제조 방법, 액정 장치, 전자기기 - Google Patents

편광 소자 및 그 제조 방법, 액정 장치, 전자기기 Download PDF

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Abstract

[과제] 높은 환경성을 갖고, 종래보다 균일한 광학 특성을 발현하는 와이어 그리드 형의 편광 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
[해결수단] 본 발명의 와이어 그리드형 편광 소자는 기판과, 해당 기판의 일 면에 평면시 대략 스트라이프 형상으로 마련된 금속층과, 금속층이 갖는 복수의 측면 중 서로 대향하는 2개의 측면 및 금속층의 정상부에 마련된 제 1 유전체층과, 해당 제 1 유전체층상에 마련된 제 2 유전체층을 구비한다. 제 2 유전체층의 기판측의 단부는 기판의 일 면과 제 1 금속층의 정상부 사이에 위치한다.

Description

편광 소자 및 그 제조 방법, 액정 장치, 전자기기{POLARIZATION DEVICE, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, LIQUID CRYSTAL DEVICE, AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은 편광 소자 및 편광 소자의 제조 방법, 액정 장치, 전자기기에 관한 것이다.
여러 가지 전기 광학 장치의 광변조 장치로서 액정 장치가 이용되고 있다. 액정 장치의 구조로서 대향 배치된 한 쌍의 기판 간에, 액정층이 협지되어 있는 것이 널리 알려져 있다. 또한, 소정의 편광을 액정층에 입사하기 위한 편광 소자나, 전압 무인가(無印加) 시에 액정 분자의 배열을 제어하는 배향막을 갖추는 구성이 일반적이다.
편광 소자로서는, 옥소나 이색성(二色性) 염료를 포함한 수지 필름을 한 방향으로 연장함으로써, 연장 방향으로 옥소나 이색성 염료를 배향시켜 제조하는 필름형의 편광 소자나 투명한 기판상에 나노 스케일의 금속 세선을 전면에 빈틈없이 깔아 형성되는 와이어 그리드(grid)형의 편광 소자가 알려져 있다.
와이어 그리드형 편광 소자는 무기 재료로 구성되기 때문에, 내열성이 뛰어나다는 특징을 갖고 있어, 특히 내열성이 요구되는 분야에 사용된다. 예를 들어, 액정 프로젝터의 라이트 밸브용의 편광 소자로서 사용된다. 이와 같은 와이어 그리드형의 편광 소자로서는 예를 들어, 특허 문헌 1에 기재된 것과 같은 기술이 개시되어 있다. 또한, 반사율이 억제된 와이어 그리드형의 편광 소자로서는, 예를 들어, 특허 문헌 2에 기재된 것과 같은 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제 1998－73722 호 공보 일본 특허 공개 제 2010－72591 호 공보
특허 문헌 1에서는, 기판상의 금속 격자를 열처리로 산화시켜, 금속 격자 표면에 산화막을 형성함으로써, 내환경성이 뛰어난 편광 소자를 제공할 수 있다고 하고 있다. 그렇지만, 특허 문헌 1에 나타난 방법에서는 기판을 500℃ 이상의 온도로 처리하기 때문에, 기판의 분열이나 변형이 생긴다. 또한, 금속 격자 자체도 열팽창에 의해 손상을 받아 편광 소자의 특성을 결정하는 금속 격자의 높이나 폭 등의 치수가 열처리 전후로 변화한다. 그 때문에, 편광 소자 전체로 균일한 편광 특성을 발현할 수 없다는 과제가 있다. 또한, 액정 장치의 동작 시에 온도가 상승했을 경우, 금속 격자가 변질하기 때문에, 편광 특성이 저하된다는 과제가 있다.
특허 문헌 2에서는, 광반사층 위에 광흡수층이 마련된 와이어 그리드형 편광 소자의 제조 방법이 개시되어 있지만, 광반사층의 상면과 측면에 산화막이 마련되고 해당 산화막 위에 광흡수층이 마련된 와이어 그리드형 편광 소자의 제조 방법은 개시되어 있지 않다.
본 발명은, 상술의 과제의 적어도 일부를 해결하기 위하여 이루어진 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 편광 소자는 기판과 상기 기판의 일 면에 스트라이프 형상으로 마련되고, 제 1 유전체층 및 제 2 유전체층을 갖추는 복수의 금속층을 구비하는 편광 소자에 있어서, 상기 제 2 유전체층의 광흡수율은 상기 제 1 유전체층의 광흡수율보다 높다. 상기 복수의 금속층 중 제 1 금속층이 갖는 복수의 측면 중 서로 대향하는 2개의 측면 및 해당 제 1 금속층의 정상부에 있어서, 해당 제 1 금속층이 구비하는 상기 제 1 유전체층은, 해당 제 1 금속층이 구비하는 상기 제 2 유전체층과 해당 제 1 금속층의 사이에 마련되고, 상기 제 1 금속층이 구비하는 상기 제 2 유전체층의 상기 기판측의 단부는 상기 기판의 일 면과 상기 제 1 금속층의 정상부 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 편광 소자에 의하면, 금속층의 연장 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 직선 편광 TM파를 투과시켜, 금속층의 연장 방향으로 진동하는 직선 편광 TE파를 흡수시킬 수 있다.
즉, 기판의 제 2 유전체층측으로부터 입사한 TE파는, 제 2 유전체층의 광흡수 작용에 의해 감쇠되어 일부의 TE파가 흡수되지 않고 제 2 유전체층 및 제 1 유전체층을 통과해, 금속층(와이어 그리드로서 기능)에서 반사된다. 이 반사한 TE파는 제 1 유전체층을 통과할 때에 위상차가 부여되어 간섭 효과에 의해 감쇠되는 동시에, 나머지가 제 2 유전체층에서 흡수된다. 따라서, 이와 같은 TE파의 감쇠 효과에 의해, 소망한 편광 특성을 갖는 흡수형의 편광 소자를 얻을 수 있다. 또한, 금속층의 양측면 및 정상부가 제 1 유전체층에 의하여 덮여 있기 때문에, 산화 등에 의한 금속층의 열화를 방지하고, 편광 분리 기능의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 제 2 유전체층은 제 1 부재와 제 2 부재를 포함하고, 상기 제 1 금속층에 마련된 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재는 상기 제 1 금속층의 정상부에 있어서 서로 중첩하고 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의해, 기판의 제 2 유전체층측으로부터 입사한 TE파를 보다 효과적으로 흡수할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 제 1 금속층은 상기 기판의 일단측에 마련되고, 상기 복수의 금속층 중 제 2 금속층은 상기 기판의 타단측에 마련되며, 상기 제 1 금속층에 마련된 상기 제 1 부재의 단위 길이당의 체적은, 상기 제 2 금속층에 마련된 상기 제 1 부재의 단위 길이당 체적보다 크고, 상기 제 1 금속층에 마련된 상기 제 2 부재의 단위 길이당 체적은, 상기 제 2 금속층에 마련된 상기 제 2 부재의 단위 길이당 체적보다 작은 것이 바람직하다.
이 구성에 의해, 제 1 부재와 제 2 부재의 체적의 합, 즉 제 2 유전체층의 체적의 격차를 작게 할 수 있다. 그 결과, TE파의 흡수율의 면내 불균형이 저감되어 편광 소자 전면에서 균일한 광학 특성을 발현할 수 있다.
본 발명에 있어서는 상기 복수의 금속층은 알루미늄, 은, 동, 크롬, 티탄, 니켈, 텅스텐, 철 중에서 선택되는 재료이고, 상기 제 1 유전체층은 상기 복수의 금속층의 산화물로서, 상기 제 2 유전체층은 실리콘, 게르마늄(Ge), 몰리브덴, 테룰 중에서 선택되는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 구성에 의해, 고온 환경 하에서 사용하는 경우, 금속층의 산화를 억제할 수 있기 때문에, 편광 소자의 편광 특성의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 흡수형 편광 소자의 TE파의 흡수율을 높일 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재는 서로 같은 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, TE파의 감쇠 효과의 기판의 면내에서의 균일성을 높일 수 있다. 그 결과로서, 흡수형 편광 소자의 편광 특성의 면내에서의 균일성을 높일 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 복수의 금속층의 사이의 영역에 있어서, 상기 기판에 홈이 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의해, 기판과 금속층 계면의 실효적인 굴절률을 감소시켜, 계면에서의 반사를 억제할 수 있다. 그 결과, TM파의 투과율을 증가시켜, 밝은 편광 소자를 얻을 수 있다.
본 발명에 의한 편광 소자의 제조 방법은, 기판과 상기 기판의 일 면에 스트라이프 형상으로 마련된 복수의 금속층과 상기 복수의 금속층 중 한 금속층의 표면에 마련된 제 1 유전체층과 상기 제 1 유전체층상에 마련되어 제 1 부재와 제 2 부재를 포함하는 제 2 유전체층을 구비한 편광 소자의 제조 방법으로서, 산소 가스 분위기 중에 있어서, 상기 기판의 일 면에 마련된 상기 복수의 금속층의 표면을 산화시키는 것에 의해서, 상기 제 1 유전체층을 형성하는 공정과 상기 제 1 부재의 재료를 상기 한 금속층이 갖는 복수의 측면 중 한측면에 대향하는 제 1 방향으로부터, 상기 제 1 유전체층 위에 퇴적시키는 것으로서, 상기 제 1 부재를 형성하는 공정과, 상기 제 2 부재의 재료를 상기 한 금속층이 갖는 복수의 측면 중 상기 일측면과 대향하는 다른 측면과 상대하는 제 2 방향으로부터, 상기 제 1 유전체층의 상층에 퇴적시키는 것에 의해, 상기 제 2 부재를 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
이 방법에서는, 제 1 부재와 제 2 부재의 체적의 합, 즉 제 2 유전체층의 체적의 편차를 작게 할 수 있다. 그 결과, TE파의 흡수율의 면내 불균형이 저감되어 편광 소자 전면에서 균일한 광학 특성을 갖는 흡수형의 편광 소자를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 이 방법에서는 치밀성이 높은 금속 산화층에 의해 금속층의 표면을 덮을 수 있기 때문에, 편광 소자가 조립된 액정 장치 등의 동작 시에 온도가 상승해도, 산화 등에 의한 금속층의 열화가 일어나기 어려워진다. 그 결과, 편광 특성이 저하하기 어려운 편광 소자를 비교적 저온으로 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1 부재를 형성하는 공정에서는 상기 제 1 부재의 상기 기판측의 단부가 상기 기판의 일 면과 상기 한 금속층의 정상부 사이에 위치하도록, 상기 제 1 부재의 재료를 상기 제 1 유전체층 위에 퇴적시키고, 상기 제 2 부재를 형성하는 공정에서는 상기 제 2 부재의 상기 기판측의 단부가 상기 기판의 일 면과 상기 한 금속층의 정상부 사이에 위치하도록, 상기 제 2 부재의 재료를 상기 제 1 유전체층의 상층에 퇴적시키는 것이 바람직하다.
이 방법에 의하면, TM파의 투과율을 증가시켜, 밝은 편광 소자를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 제 2 부재를 형성하는 공정에 있어서, 상기 한 금속층의 정상부에서 상기 제 2 부재가 상기 제 1 부재와 중첩되도록 상기 제 2 부재를 형성하는 것이 바람직하다.
이 방법에 의하면, 기판의 제 2 유전체층측으로부터 입사한 TE파를 보다 효과적으로 흡수할 수 있다.
본 발명에 있어서는 상기 복수의 금속층 중 제 1 금속층은 상기 기판의 일단측에 마련되고, 상기 복수의 금속층 중 제 2 금속층은 상기 기판의 타단측에 마련되며, 상기 제 1 금속층에 마련된 상기 제 1 부재의 단위 길이당의 체적은 상기 제 2 금속층에 마련된 상기 제 1 부재의 단위 길이당의 체적보다 크고, 상기 제 1 금속층에 마련된 상기 제 2 부재의 단위 길이당의 체적은 상기 제 2 금속층에 마련된 상기 제 2 부재의 단위 길이당의 체적보다 작은 것이 바람직하다.
이 방법에 의하면, 제 1 부재와 제 2 부재의 체적의 합, 즉 제 2 유전체층의 체적의 격차를 작게 할 수 있다. 그 결과, TE파의 흡수율의 면내 불균형이 저감되어 편광 소자 전면에서 균일한 광학 특성을 발현할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 복수의 금속층은 알루미늄, 은, 동, 크롬, 티탄, 니켈, 텅스텐, 철 중에서 선택되는 재료로서, 상기 제 1 유전체층은 상기 복수의 금속층의 산화물이고, 상기 제 2 유전체층은 실리콘, 게르마늄, 몰리브덴, 테룰 중에서 선택되는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 방법에 의하면, 고온 환경 하에서 사용하는 경우, 금속층의 산화를 억제할 수 있기 때문에, 편광 소자의 편광 특성의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 흡수형 편광 소자의 TE파의 흡수율을 높일 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재는 서로 같은 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 방법에 의하면, TE파의 감쇠 효과의 기판의 면내에서의 균일성을 높일 수 있다. 그 결과로서, 흡수형 편광 소자의 편광 특성의 면내에서의 균일성을 높일 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 산소 가스는 오존 가스인 것을 특징으로 한다.
이 방법에서는 금속층의 산화 속도를 향상시킬 수 있기 때문에, 생산성이 높은 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 금속 산화층의 치밀성을 높일 수 있기 때문에, 내산화성 및 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 유전체층을 형성하는 공정에 있어서, 자외광을 조사하는 것이 바람직하다.
이 방법에서는, 오존의 분해 반응을 촉진시켜, 저온으로 산화막을 형성할 수 있다. 또한, 금속 산화층의 치밀성을 높일 수 있기 때문에, 내산화성 및 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 복수의 금속층의 사이의 영역에 있어서, 상기 기판에 홈을 형성하는 공정을 더 갖는 것이 바람직하다.
이 방법에서는, 기판과 금속층계면의 실효적인 굴절률을 감소시켜, 계면에서의 반사를 억제할 수 있다. 그 결과, TM파의 투과율을 증가시켜, 밝은 편광 소자를 얻을 수 있다.
본 발명의 투사형 표시장치는, 광원과 상기 광원으로부터 사출된 빛이 입사하는 액정 전기 광학 소자와 상기 액정 전기 광학 소자를 통과한 빛을 피투사면에 투사하는 투사 광학계와 상기 광원으로부터 사출된 빛의 광로상의 상기 광원과 상기 액정 전기 광학 소자의 사이와, 상기 액정 전기 광학 소자를 통과한 빛의 광로상에 상기 액정 전기 광학 소자와 상기 투사 광학계의 사이 중 적어도 한쪽에, 상술의 편광 소자가 마련된 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따라서, 내열성이 높은 편광 소자를 구비할 수 있기 때문에, 고출력의 광원을 이용해도, 산화 등에 의한 편광 소자의 열화가 억제된다. 그 때문에, 신뢰성이 높은 뛰어난 표시 특성을 갖는 투사형 표시장치로 할 수 있다.
본 발명의 액정 장치는, 한 쌍의 기판 간에 액정층을 협지하여 이루어지고, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 한쪽의 기판과 상기 액정층 사이에, 상술의 편광 소자가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 광학 특성이나 신뢰성이 뛰어난 편광 소자를 구비한 액정 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 전자기기는, 상술의 액정 장치를 갖춘 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 표시 품질 및 신뢰성이 뛰어난 전자기기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 편광 소자의 개략도,
도 2는 제 1 실시 형태의 편광 소자의 제조 공정을 도시하는 공정 단면도,
도 3은 제 1 실시 형태의 변형예에 따른 편광 소자의 개략도,
도 4는 전자기기로서의 프로젝터의 구성을 도시하는 개략도,
도 5는 액정 장치의 구성을 도시하는 개략도,
도 6은 액정 장치를 탑재한 전자기기로서 휴대 전화기의 구성을 도시하는 사시도,
도 7은 반사형 편광 소자의 YZ 단면을 도시하는 SEM 사진,
도 8은 시뮬레이션 해석에 의한 제 1 실시 형태의 광학 특성을 도시하는 도면.
[제 1 실시 형태]
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 따른 편광 소자 및 편광 소자의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 1은 본 실시 형태의 편광 소자(1A)의 개략도이고, 도 1의 (a)는 부분 사시도, 도 1의 (b)는 편광 소자(1A)를 YZ 평면으로 자른 부분 단면도이다.
또한, 이하의 설명에 있어서는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 이 XYZ 좌표계를 참조하면서 각 부재의 위치 관계를 설명한다. 이 때, 금속층(12)이 마련되어 있는 기판(11)의 면(11c)과 평행한 면을 XY 평면으로 하고, 금속층(12)의 연장 방향을 X축 방향으로 한다. 금속층(12)의 배열축은 Y축 방향이다. 또한, 이하의 모든 도면에 있어서는 도면을 보기 쉽게 하기 위해, 각 구성 요소의 막후나 치수의 비율 등은 적절히 다르게 하고 있다.
(편광 소자)
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 편광 소자(1A)는 기판(11)과 기판(11)상에서, 평면시에 있어서 스트라이프 형상으로 형성된 복수의 금속층(12)과 한 금속층(12)을 피복하는 제 1 유전체층(13)과 제 1 유전체층(13) 상에 마련된 제 2 유전체층(14)을 구비하고 있다. 제 1 유전체층(13)은 금속층(12)의 X축 방향으로 연장하는 제 1 측면(12a)과 해당 제 1 측면(12a)에 대향하는 제 2 측면(12b)과 정상부(12c)를 피복하고 있다.
기판(11)으로서 유리 기판을 이용했다. 그렇지만, 기판(11)은 투광성을 갖는 재료이면 좋고, 예를 들어, 석영, 플라스틱 등을 이용해도 괜찮다. 또한, 편광 소자(1A)를 적용하는 용도에 따라서는, 편광 소자(1A)가 축열하여 고온이 되는 경우가 있기 때문에, 기판(11)의 재료로는 내열성이 높은 유리나 석영을 이용하는 것이 바람직하다.
금속층(12)의 재료로서는, 가시역에 대해 빛의 반사율이 높은 재료가 이용된다. 본 실시 형태에서는 금속층(12)의 재료로서 알루미늄을 이용했다. 알루미늄의 외, 예를 들어 은, 동, 크롬, 티탄, 니켈, 텅스텐, 철 등의 금속 재료 등을 이용해도 좋다.
금속층(12)의 제 1 측면(12a)과 제 2 측면(12b)과 정상부(12c)에는, 제 1 유전체층(13)이 형성되어 있다. 제 1 유전체층(13)의 재료로서는 가시역에 대해 광투과율이 높은 재료, 예를 들어 산화 알루미늄과 같은 유전체 재료가 이용된다. 본 실시예에서는, 제 1 유전체층(13)으로서 금속층(12)의 산화물이 이용되고 있다. 후술한 바와 같이, 제 1 유전체층(13)은 금속층(12)을 산화시키는 것에 의해서 형성할 수 있다.
서로 인접하는 2개의 금속층(12)의 사이에는 홈부(15)가 마련되어 있다. 홈부(15)는 가시광선의 파장보다 짧은 주기로 Y축 방향으로 대략 균등한 간격으로 마련되어 있다. 금속층(12)과 제 1 유전체층(13)은 서로 같은 주기로 Y축 방향으로 배열되어 있다.
예를 들어, 금속층(12)의 높이(H1)는 50 내지 200nm이고, 금속층(12)의 Y축 방향의 폭(L1)은 40nm이다. 제 1 유전체층(13)의 높이 H2는 10 내지 100nm이고, 제 1 유전체층(13)의 Y축 방향의 폭(L2)은 5 내지 30nm이다. 제 1 유전체층(13)의 폭(L2)은 금속층(12)의 측면에 있어서의 제 1 유전체층(13)의 두께라고 할 수도 있다.
또한, 서로 인접하는 2개의 제 1 유전체층(13)의 간격(S)[홈부(15)의 Y축 방향의 폭]은, 70nm이고, 주기 P(피치)는 140nm이다.
제 2 유전체층(14)은, 금속층(12)의 제 1 측면(12a)과 제 2 측면(12b)과 정상부(12c)에 있어서, 제 1 유전체층(13)상에 마련되어 있다. 바꿔 말하면, 제 1 유전체층(13)은 제 2 유전체층(14)과 금속층(12) 사이에 마련되어 있다. 또한, 제 2 유전체층(14)은 금속층(12)과 마찬가지로 X축 방향으로 연장하고 있다. 제 2 유전체층(14)의 재료로서는 가시 영역에 있어서, 빛의 흡수율이 제 1 유전체층(13)의 광흡수율보다 높은 재료가 이용된다.
본 실시 형태에서는, 게르마늄을 이용했다. 게르마늄의 외, 예를 들어, 실리콘, 몰리브덴, 테룰 등을 이용해도 좋다. 또한, 도 1의 (b)에서 도시한 YZ 단면에 있어서, 제 2 유전체층(14)의 Y축 방향의 폭(L3)은 금속층(12)의 폭(L1)과 제 1 유전체층(13)의 폭(L2)의 2배와의 합보다 크고, 제 1 유전체층(13)[혹은 금속층(12)]의 주기 P(피치)보다 작은값을 갖는다.
제 2 유전체층(14)은 금속층(12)의 제 1 측면(12a)측, 바꿔 말하면, 제 1 유전체층(13)의 제 1 측면(13a)에 형성된 제 1 부재(14a)와 금속층(12)의 제 2 측면(12b)측, 바꿔 말하면 제 1 유전체층(13)의 제 2 측면(13b)에 형성된 제 2 부재(14b)를 포함하고, 각각이 금속층(12)의 정상부(12c)(상단)에서 중첩되고 있다.
본 실시 형태에 있어서, 임의의 2개의 금속층(12)에 마련되어 있는 제 2 유전체층(14), 예를 들어 제 2 유전체층(14K)과 제 2 유전체층(14M)을 선택하여, 제 2 유전체층(14K)을 구성하는 제 1 부재(14aK)의 YZ 단면에서의 단면적과 제 2 유전체층(14M)을 구성하는 제 1 부재(14aM)의 YZ 단면에서의 단면적을 비교하면, 제 1 부재(14aK)의 단면적은 제 1 부재(14aM)의 단면적과 다르다. 마찬가지로 제 2 유전체층(14K)을 구성하는 제 2 부재(14bK)의 단면적은 제 2 유전체층(14M)을 구성하는 제 2 부재(14bM)의 단면적과 다르다.
상기한 단면적의 차이는, 단위 길이당 체적의 차이에 대응시킬 수 있다. 여기서, 제 1 부재(14a)의 단위 길이당 체적의 정의를 금속층(12K)을 이용하여 설명한다. 금속층(12K)에 대응하여 설치되어 있는 제 1 부재(14aK) 중, X축 방향에 있어서 금속층(12K)과 제 1 부재(14aK)가 모두 마련되어 있는 영역의 제 1 부재(14aK)의 체적을, 해당 영역의 X축 방향의 길이에서 뺀 값을 제 1 부재(14aK)의 단위 길이당 체적이라고 정의한다. 제 2 부재(14b)의 단위 길이당 체적 및 제 2 유전체층(14)의 단위 길이당 체적도, 마찬가지로 정의한다. 이후, 본 명세서에서는 간단하기 때문에 단위 길이당 체적을 체적이라고 언급한다.
구체적으로는, 제 1 부재(14a)의 체적 및 제 2 부재(14b)의 체적은 모두, 기판(11)의 Y축 방향의 제 1 단(11a)으로부터의 거리에 의존한다. 보다 구체적으로는 제 1 부재(14a)의 체적은 제 1 단(11a)에 가까울수록 크고, 제 2 부재(14b)의 체적은 제 1 단(11a)과 대향하는 제 2 단(11b)에 가까울수록 크다. 그리고, 제 1 단(11a)에서 가장 가까운 금속층(12)에 있어서, 제 2 유전체층(14)을 구성하는 제 1 부재(14a)의 체적은 제 2 유전체층(14)을 구성하는 제 2 부재(14b)의 체적보다 크고, 제 1 단(11a)으로부터 가장 먼 금속층(12)에 있어서, 제 2 유전체층(14)을 구성하는 제 1 부재(14a)의 체적은 제 2 유전체층(14)을 구성하는 제 2 부재(14b)의 체적보다 작다.
그렇지만, 제 1 부재(14a)의 체적과 제 2 부재(14b)의 체적의 합으로 나타나는 제 2 유전체층(14)의 체적은, 어느 제 2 유전체층(14)에 있어서도 대략 일정한 값으로 되어 있다.
즉, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 제 1 부재(14aK)의 체적은 제 2 부재(14bK)의 체적과 다르고, 제 1 부재(14aL)의 체적은 제 2 부재(14bL)의 체적과 다르며, 제 1 부재(14aM)의 체적은 제 2 부재(14bM)의 체적과 다르지만, 제 2 유전체층(14K)의 체적과 제 2 유전체층(14L)의 체적과 제 2 유전체층(14M)의 체적은 서로 대략 동일하다.
상기한 제 1 부재(14a)의 체적과 제 2 부재(14b)의 체적과 제 2 유전체층(14)의 체적의 관계는 YZ 단면에 있어서, 제 1 부재(14a)의 단면적과 제 2 부재(14b)의 단면적과 제 1 부재(14a)의 단면적과 제 2 부재(14b)의 단면적의 합으로 나타나는 제 2 유전체층(14)의 단면적과의 관계에 있어서도 성립된다.
또한, 도 1의 (a)에 있어서는, 제 1 부재(14a)의 체적 및 제 2 부재(14b)의 체적의 제 1 단(11a)으로부터의 거리에 대한 의존성을 과장하여 그렸다.
이와 같이, 금속층(12)과 제 1 유전체층(13)과 제 2 유전체층(14)을 구비한 편광 소자(1A)는, 상술한 바와 같이 금속층(12)의 연장 방향과 직교하는 방향(Y축 방향)으로 진동하는 직선 편광인 TM파(21)를 투과시켜, 금속층(12)의 연장 방향(X축 방향)으로 진동하는 직선 편광인 TE파(22)를 흡수시키게 되어 있다.
(편광 소자의 제조 방법)
다음, 본 실시 형태의 편광 소자(1A)의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 2는 제 1 실시 형태에 있어서의 편광 소자의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
본 실시 형태에 있어서의 편광 소자(1A)의 제조 방법은, 기판(11)상에 평면시에 있어서 스트라이프 형상으로 복수의 금속층(12)을 형성하는 금속층 형성 공정과 금속층(12)의 제 1 측면(12a)과 제 2 측면(12b)과 정상부(12c)에 제 1 유전체층(13)을 형성하는 제 1 유전체층 형성 공정과 제 1 유전체층(13)의 제 1 측면(13a)과 제 2 측면(13b)과 정상부(13c)(상단)에 있어서, 제 1 유전체층(13)의 금속층(12)과는 반대측으로 제 2 유전체층(14)[제 1 부재(14a), 제 2 부재(14b)]를 형성하는 제 2 유전체층 형성 공정을 포함하는 것이다.
또한, 상기의 제 2 유전체층 형성 공정에서는 서로 이웃하는 2개의 제 1 유전체층(13) 중, 한쪽의 제 1 유전체층(13)측의 방향으로부터 사방 성막(斜方 成膜)하고, 제 1 유전체층(13)의 정상부 및 측면에서 제 1 부재(14a)를 형성하는 제 1 부재 형성 공정과, 다른쪽의 제 1 유전체층(13)측의 방향으로부터 사방 성막하며, 제 1 유전체층(13)의 상층에 제 2 부재(14b)를 형성하는 제 2 부재 형성 공정을 포함한다. 이하, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 2의 (a)의 금속층 형성 공정에서는, 기판(11)의 면(11c)상에 금속층(12)을 형성한다. 구체적으로는, 기판(11)상에 알루미늄을 성막하여, 해당 알루미늄막상에 레지스터막을 형성한다. 이어서, 레지스터막을 노광(露光)하고 그 후에 현상하여, 스트라이프 형상의 패턴을 레지스터막에 형성한다. 이어서, 형성한 레지스터막을 에칭 마스크로 이용하고, 알루미늄막을 기판(11)의 면(11c)까지 에칭한다. 그 후, 레지스터막을 제거함으로써, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 기판(11)상에 스트라이프 형상으로 배치된 복수의 금속층(12)이 형성된다.
도 2의 (b)의 제 1 유전체층 형성 공정에서는, 금속층(12)의 제 1 측면(12a)과 제 2 측면(12b)과 정상부(12c)에 제 1 유전체층(13)을 형성한다. 구체적으로는, 오존 가스가 50Pa 내지 100Pa 의 범위에서 제어된 석영 등의 진공 용기내에, 금속층(12)이 형성된 기판(11)을 배치한다.
이어서, Deep－UV 램프로부터 출력되는 자외광(파장＜310nm)을, 기판(11)의 면(11c)측으로부터 조사한다. 예를 들어, 자외광 강도는 120 mW/㎠이다. 오존 가스는 파장 220nm 내지 300nm의 범위에서 높은 흡수 계수를 가지기 때문에, 광흡수 반응의 결과, 효율이 좋고 높은 에너지를 갖는 여기(勵起) 상태의 산소 원자를 생성할 수 있다.
이 여기 산소 원자는, 통상의 산소 원자보다 확산 계수(활성도)가 크고, 높은 산화 속도를 나타낸다. 또한, 열산화에 비해 저온으로 산화막을 생성할 수 있다. 본 공정도에서는, 기판(11)의 면(11c)과는 반대측으로부터 할로겐 램프를 조사하여, 기판 온도를 150℃로 올림으로써, 산화 반응을 더욱 촉진시켰다. 이와 같은 환경 하에서 20분의 오존 산화를 실시한 바, 금속층(12)의 표면에 두께(L2)가 30nm인 알루미늄 산화막[제 1 유전체층(13)]이 형성되었다. 제 1 유전체층의 두께는 가시광선에 부여하는 위상차의 크기에 따라서, 적절히 설정할 수 있다.
본 실시 형태에 의한 제조 방법에 의하면, 종래와 비교하여 저온에 대해 금속층(12)의 산화막[제 1 유전체층(13)]을 형성할 수 있다. 그 때문에, 기판의 분열이나 변형이 생기는 것을 저감할 수 있는 동시에, 편광 소자의 특성을 결정하는 금속층(12)의 높이나 폭 등의 치수가 열처리 전후로 변화하는 것을 저감할 수 있다. 그 때문에, 편광 소자(1A)의 편광 특성의 면내에서의 균일성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의한 제조 방법에 의하면, 금속층(12)의 제 1 측면(12a)과 제 2 측면(12b)과 정상부(12c)를 종래보다 치밀한 제 1 유전체층(13)에 의하여 덮을 수 있다. 그 때문에, 사용 시에 온도가 상승해도, 산화 등에 의한 금속층(12)의 열화를 방지할 수 있기 때문에, 그 결과, 편광 특성의 저하를 저감할 수 있다.
도 2의 (c)의 제 1 부재 형성 공정에서는, 게르마늄을 사방 성막하여 제 1 유전체층(13)의 제 1 측면(13a)과 정상부(13c)(상단)와 제 1 부재(14a)를 형성한다. 구체적으로는, 예를 들어, 스퍼터 장치(sputtering apparatus)를 이용하여, 금속층(12)및 제 1 유전체층(13)이 형성된 기판(11)의 면(11c)의 면법선(Z축 방향)에 대하여 경사지고, 또한, 금속층(12)의 제 1 측면(12a)과 대립하는 제 1 방향(D1)으로부터, 스퍼터 입자(20)를 제 1 유전체층(13)의 제 1 측면(13a)과 정상부(13c)(상단)에 퇴적시켜, 제 1 부재(14a)를 형성한다. 또한 도 2의 (c) 및 도 2의 (d)에서는 스퍼터 입자(20)의 주요 입사 방향을 화살표로 나타내고 있다. 기판(11)의 면(11c)의 면법선과 스퍼터 입자(20)의 입사 방향으로 이루는 각도는, 대략 40°에서 85°의 범위로 적절하게 설정할 수 있다.
도 2의 (d)의 제 2 부재 형성 공정에서는, 게르마늄을 사방 성막하여 제 1 유전체층(13)의 상층에 제 2 부재(14b)를 형성한다. 구체적으로는, 예를 들어, 스퍼터 장치를 이용하여, 기판(11)의 면(11c)의 면법선에 대해서 경사지고, 또한, 금속층(12)의 제 2 측면(12b)과 상대하는 제 2 방향(D2)으로부터, 스퍼터 입자(20)를 제 1 유전체층(13)의 제 2 측면(13b)과 제 1 부재(14a) 위에 퇴적시켜, 제 1 유전체층(13)의 상층에 제 2 부재(14b)를 형성한다. 기판(11)의 면(11c)의 면법선과 스퍼터 입자(20)의 입사 방향으로 이루어지는 각도는 대략 40°에서 85°의 범위로 적절하게 설정할 수 있다.
이와 같이 제 1 부재(14a)와 제 2 부재(14b)를 형성함으로써, 제 2 유전체층(14)을 형성할 수 있다. 이상의 공정을 거치는 것에 의해, 편광 소자(1A)를 제조할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서는, 제 1 부재의 재료와 제 2 부재의 재료는 모두 게르마늄이지만, 제 1 부재의 재료와 제 2 부재의 재료는 다른 재료라도 좋다. 그 경우, 제 1 부재의 재료의 광흡수율과 제 2 부재의 재료의 광흡수율의 차이가 작은 것이 바람직하다.
여기서, 상기의 제 1 부재 형성 공정에서는, 사방 성막했을 때, 금속층(12)과 제 1 유전체층(13)의 일부가 섀도잉되는 소위, 섀도잉(shadowing) 효과로, 서로 이웃하는 2개의 금속층(12)의 사이에 마련되어 있는 홈부(15)에는 제 1 부재가 성막되기 어려워진다. 동일하게 하여, 제 2 부재 형성 공정에 있어서도, 사방 성막했을 때의 섀도잉 효과로, 홈부(15)에는 제 2 부재 재료가 성막되기 어려워진다.
제 1 유전체층상에 제 2 유전체층을 형성하는 방법으로서 제 2 유전체층의 재료를 기판(11)의 면법선(Z축 방향)과 평행한 방향으로부터 제 1 유전체층 위에 퇴적시키는 방법을 생각할 수 있다. 이 경우, 제 2 유전체층의 재료가 기판(11)상의 서로 이웃하는 2개의 금속층(12)의 사이의 영역[홈부(15)]에도 퇴적한다.
그렇지만, 홈부(15)에 제 2 유전체층이 형성되면, 편광 소자(1A)의 편광판으로서의 특성이 저하하기 때문에, 홈부(15)에 형성된 제 2 유전체층을 제거해야 한다. 한편, 본 실시 형태에 의한 제조 방법에 의하면, 홈부(15)에 제 2 유전체층이 형성되는 것을 막을 수 있기 때문에, 홈부(15)에 형성된 제 2 유전체층을 제거하는 공정이 불필요해진다.
제 1 부재(14a)는, 제 1 유전체층(13)의 제 1 측면(13a)에 마련되어 있지만, 제 1 부재(14a)의 기판(11)측의 단부(14az)는 기판(11)의 면(11c)과 제 1 유전체층(13)의 정상부(13c)(상단) 사이에 위치하고 있다. 즉, 제 1 부재(14a)의 단부(14az)는 제 1 측면(13a)의 면상에서 종단(終端)하고 있다.
마찬가지로 제 2 부재(14b)는, 제 1 유전체층(13)의 제 2 측면(13b)에 마련되어 있지만, 제 2 부재(14b)의 기판(11)측의 단부(14bz)는 기판(11)의 면(11c)과 제 1 유전체층(13)의 정상부(13c)(상단) 사이에 위치하고 있다. 즉, 제 2 부재(14b)의 단부(14bz)는 제 2 측면(13b)의 면상에서 종단하고 있다.
이와 같이, 제 1 부재(14a)와 제 2 부재(14b)는 모두, 홈부(15)에는 마련되지 않는다. 그리고, YZ 단면에 있어서의 제 2 유전체층(14)의 단면 형상은 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 제 2 유전체층(14)의 폭(L3)이 가장 큰 부분이 제 1 부재(14a)의 기판(11)측의 단부(14az) 및 제 2 부재(14b)의 기판(11)측의 단부(14bz)보다도 제 2 유전체층(14)의 정상부 측에 위치하는 형상을 갖고 있다.
또한 상기한 제 1 부재 형성 공정과 제 2 부재 형성 공정에 있어서의 사방 성막으로는, 기판(11)의 면(11c)에 있어서의 스퍼터 장치의 타겟에 가까운 영역과 먼 영역은 퇴적하는 스퍼터 입자의 양이 다른 경향이 있다. 구체적으로는, 타겟에 가까울수록 퇴적하는 스퍼터 입자의 양이 많아지는 경향이 있다.
이 때문에, 도 2의 (c)에 도시하는 제 1 부재 형성 공정에서는, 제 1 부재(14a)의 체적은 스퍼터 장치의 타겟에 가까울(Y축 정방향측)수록 크게, 타겟으로부터 멀(Y축 부방향측)수록 작아진다. 한편, 도 2의 (d)에 도시하는 제 2 부재 형성 공정에서는, 제 2 부재(14b)의 체적은 스퍼터 장치의 타겟에 가까울수록(Y축 부방향측)수록 크게, 타겟으로부터 멀(Y축 정방향측)수록 작아진다.
따라서, 도 1의 (b)를 참조해 설명한 바와 같이, 제 1 부재(14aK)의 체적은 제 2 부재(14bK)의 체적과 다르고, 제 1 부재(14aL)의 체적은 제 2 부재(14bL)의 체적과 다르며, 제 1 부재(14aM)의 체적은 제 2 부재(14bM)의 체적과 다르지만, 제 2 유전체층(14K)의 체적과 제 2 유전체층(14L)의 체적과 제 2 유전체층(14M)의 체적은, 서로 대략 동일하다. 즉, 금속층(12) 각각에는 체적이 대략 같은 제 2 유전체층(14)이 형성된다.
이어서, 본 실시 형태의 편광 소자(1A)의 작용에 대해 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 편광 소자(1A)에 있어서는, 금속층(12)이 알루미늄 등의 가시역에 있어서 광반사율이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 또한, 제 1 유전체층(13)은 산화 알루미늄 등의 가시역에서 광투과율이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 또한, 제 2 유전체층(14)[제 1 부재(14a), 제 2 부재(14b)]는, 가시 영역에 있어서, 빛의 흡수율이 제 1 유전체층(13)의 광흡수율보다 높은 게르마늄 등의 재료에 의해 형성되어 있다.
이와 같이, 편광 소자(1A)를 금속층(12)과 제 1 유전체층(13)과 제 2 유전체층(14)의 적층 구조로 함으로써, 금속층의 연장 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 직선 편광인 TM파(21)를 투과시켜, 금속층의 연장 방향으로 진동하는 직선 편광인 TE파(22)를 흡수시킬 수 있다.
즉, 기판(11)의 제 2 유전체층(14)측으로부터 입사한 TE파(22)는 제 2 유전체층(14)의 광흡수 작용에 의하여 감쇠되고, 일부의 TE파(22)는 흡수되지 않고 제 2 유전체층(14)및 제 1 유전체층(13)을 통과할 때에 위상차가 부여된다. 제 1 유전체층(13)을 통과한 TE파(22)는 금속층(12)(와이어 그리드로서 기능)에서 반사된다. 이 반사한 TE파(22)는, 제 1 유전체층(13)을 통과할 때에 위상차가 부여되어 간섭 효과에 의해 감쇠되는 동시에, 나머지가 제 2 유전체층(14)으로 재흡수 된다.
따라서, 이상과 같은 TE파(22)의 감쇠 효과에 의해, 흡수형이 소망하는 편광 특성을 얻을 수 있다.
홈부(15)에 제 2 유전체층(14)이 형성되는 것을 방지하기 위해서, 제 2 유전체층(14)의 재료를 Z축 방향에 대해서 경사 방향으로부터 제 1 유전체층(13) 위에 퇴적시켰을 경우, 제 2 유전체층(14)의 재료의 퇴적량은 타겟으로부터의 거리에 따라서 다른 값이 된다. 그 때문에, TE파(22)의 감쇠 효과가 기판(11)의 면내에서 불균일하게 된다. 그렇지만, 본 실시 형태에 의한 제조 방법에 의하면, 서로 같은 재료로 이루어지는 제 1 부재(14a)와 제 2 부재(14b)가, 금속층(12) 각각에 마련되는 제 2 유전체층(14)의 체적이 서로 대략 같아지도록, 금속층(12) 각각에 형성하는 것이 가능하기 때문에, TE파(22)의 감쇠 효과의 기판(11)의 면내에서의 균일성을 높일 수 있다. 그 결과로서, 흡수형 편광 소자의 편광 특성의 면내에서의 균일성을 높일 수 있다.
또한, 금속층(12)의 양측면 및 표면 전체가 종래보다 치밀한 제 1 유전체층(13)에 의하여 덮여있기 때문에, 산화 등에 의한 금속층의 열화를 방지하고, 편광 분리 기능의 저하를 억제할 수 있다. 금속층(12)의 나머지의 측면의 면적은 금속층(12)의 전체 표면적과 비교해 매우 작기 때문에, 금속층(12)의 나머지의 측면은 제 1 유전체층(13)에 덮여 있을 필요는 없지만, 덮여 있어도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 편광 특성의 면내에서의 균일성이 높고, 사용 시에 온도가 상승해도 편광 특성이 저하하기 어려운 편광 소자(1A)를 얻을 수 있다.
[제 1 실시 형태의 변형예]
도 3은 제 1 실시 형태의 변형예에 따른 편광 소자(1B)의 설명도이다. 본 실시 형태의 편광 소자(1B)는, 제 1 실시 형태의 편광 소자(1A)와 일부 공통되어 있다. 다른 것은, 금속층(12)간에 기판(11)보다 굴절률이 낮은 영역(16)을 갖는 것이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 편광 소자(1B)는 편광 소자(1A)의 구성에 부가하여 서로 이웃하는 2개의 금속층(12) 사이에 기판(11)보다 굴절률이 낮은 영역(16)을 갖고 있다.
영역(16)은, 서로 이웃하는 2개의 금속층(12) 사이에 노출한 기판(11)을 드라이 에칭 등으로 제거함으로써 형성된다. 파고드는 깊이(H3)는, 금속층(12)의 높이(H1)와 동일한 정도이다.
이 구성에 의해, 기판과 금속층 계면의 실효적인 굴절률을 감소시킬 수 있기 때문에, 계면에서의 TM파(21)의 반사를 억제하여, 결과적으로 TM파(21)의 투과율을 상승시킬 수 있다.
[투사형 표시장치]
이어서, 본 발명의 전자기기의 실시 형태에 대해 설명한다. 도 4에 도시하는 프로젝터(800)는 광원(810), 다이크로익 미러(dichroic mirror)(813, 814), 반사 미러(815, 816, 817), 입사 렌즈(818), 릴레이 렌즈(819), 사출 렌즈(820), 광변조부(822, 823, 824), 크로스 다이크로익 프리즘(825), 투사 렌즈(826)를 갖고 있다.
광원(810)은, 메탈 할라이드(metal halide) 등의 램프(811)와 램프의 빛을 반사하는 리플렉터(812)로 이루어진다. 또한 광원(810)으로서는, 메탈 할라이드 이외에도 초고압 수은 램프, 플래시 수은 램프, 고압 수은 램프, Deep UV 램프, 크세논 램프, 크세논 플래시 램프 등을 이용하는 것도 가능하다.
다이크로익 미러(813)는 광원(810)으로부터의 백색광에 포함되는 적색광을 투과시키는 동시에, 청색광과 녹색광을 반사한다. 투과한 적색광은 반사 미러(817)로 반사되어, 적색광용의 광변조부(822)에 입사된다. 또한, 다이크로익 미러(813)으로 반사된 청색광과 녹색광 중, 녹색광은 다이크로익 미러(814)에 의해서 반사되어 녹색광용의 광변조부(823)에 입사된다.
청색광은, 다이크로익 미러(814)를 투과하여, 긴 광로에 의한 광손실을 방지하기 위해서 마련된 입사 렌즈(818), 릴레이 렌즈(819)및 사출 렌즈(820)를 포함한 릴레이 광학계(821)를 거쳐서, 청색광이 광변조부(824)에 입사된다.
광변조부(822 내지 824)는, 액정 라이트 밸브(830)를 사이에 두고 양측에 입사측 편광 소자(840)와 사출측 편광 소자부(850)가 배치되어 있다. 입사측 편광 소자(840)는 광원(810)으로부터 사출된 빛의 광로상의, 광원(810)과 액정 라이트 밸브(830) 사이에 마련되어 있다. 또한, 사출측 편광 소자부(850)는, 액정 라이트 밸브(830)를 통과한 빛의 광로상의 액정 라이트밸브(830)와 투사 렌즈(826) 사이에 마련되어 있다. 입사측 편광 소자(840)와 사출측 편광 소자부(850)는, 서로의 투과축이 직교하여(크로스 니콜 배치; cross-Nicol arrangement) 배치되어 있다.
입사측 편광 소자(840)는 반사형의 편광 소자로서, 투과축과 직교하는 진동 방향의 빛을 반사시킨다.
한편, 사출측 편광 소자부(850)는, 제 1 편광 소자(프리 편광판, 프리 폴라라이저와 동의)(852)와 제 2 편광 소자(854)를 갖고 있다. 제 1 편광 소자(852)에는 보호막을 구비하여 내열성이 높은, 상술한 제 2 실시 형태의 본 발명의 편광 소자를 이용한다. 또한, 제 2 편광 소자(854)는, 유기 재료를 형성 재료로 하는 편광 소자이다. 제 1 편광 소자(852) 및 제 2 편광 소자(854)는 모두 흡수형의 편광 소자이고, 제 1 편광 소자(852)와 제 2 편광 소자(854)가 협동하여 빛을 흡수하고 있다. 또한 제 1 편광 소자(852)에는 제 1 실시 형태의 본 발명의 편광 소자를 이용하는 것으로 하여도 좋다. 또한, 입사측 편광 소자(840)로서 본 발명에 의한 편광 소자를 이용할 수도 있다.
일반적으로, 유기 재료로 형성되는 흡수형의 편광 소자는 열에 의해 열화하기 쉬운 것에서부터, 높은 휘도가 필요한 대출력의 프로젝터의 편광 수단으로서 이용하는 것이 곤란하다. 그렇지만, 본 발명의 프로젝터(800)에서는, 제 2 편광 소자(854)와 액정 라이트 밸브(830) 사이에, 내열성이 높은 무기 재료로 형성된 제 1 편광 소자(852)를 배치하고 있고, 제 1 편광 소자(852)와 제 2 편광 소자(854)가 협동하여 빛을 흡수하고 있다. 그 때문에, 유기 재료로 형성되는 제 2 편광 소자(854)의 열화가 억제된다.
각 광변조부(822 내지 824)에 의해 변조된 3개의 색광은, 크로스 다이크로익 프리즘(825)에 입사한다. 이 크로스 다이크로익 프리즘(825)은 4개의 직각 프리즘을 부착하여 맞춘 것으로써, 그 계면에는 적광을 반사하는 유전체 다층막과 청광을 반사하는 유전체 다층막이 X자 형상으로 형성되어 있다. 이들 유전체 다층막에 의해 3개의 색광이 합성되고, 칼라 화상을 나타내는 빛이 형성된다. 합성된 빛은 투사 광학계인 투사 렌즈(826)에 의해서 스크린(827)상에 투사되고 화상이 확대되어 표시된다.
이상과 같은 구성의 프로젝터(800)는, 사출측 편광 소자부(850)에, 상술한 본 발명의 편광 소자를 이용하는 것으로 하고 있기 때문에, 고출력의 광원을 이용해도 편광 소자의 열화가 억제된다. 그 때문에, 신뢰성이 높은 뛰어난 표시 특성을 갖는 프로젝터(800)로 할 수 있다.
[액정 장치]
도 5는 본 발명에 따른 편광 소자를 갖춘 액정 장치(300)의 일 예를 도시한 단면 모식도이다. 본 실시 형태의 액정 장치(300)는 소자 기판(310), 대향 기판(320) 사이에 액정층(350)이 협지되어 구성되어 있다.
소자 기판(310)은 편광 소자(330)를 구비하고 대향 기판(320)은 편광 소자(340)를 구비하고 있다. 편광 소자(330) 및 편광 소자(340)는, 전술한 제 1 실시 형태의 편광 소자이다.
편광 소자(330)는 기판 본체(331)와 금속층(332)및 보호막(333)을 편광 소자(340)는 기판 본체(341)와 금속층(342)및 보호막(343)을 각각 구비하고 있다. 단, 금속층(332) 및 금속층(342) 각각 갖추고 있는 제 1 유전체층(13) 및 제 2 유전체층(14)은 도시하고 있지 않다. 본 실시 형태에서는, 기판 본체(331, 341)는 편광 소자의 기판인 것과 동시에 액정 장치용의 기판도 겸하고 있다. 또한, 금속층(332)과 금속층(342)은, 서로 교차하도록 배치되어 있다. 모든 편광 소자도 금속층이 내면측[액정층(350)측]에 배치되어 있다.
편광 소자(330)의 액정층(350) 측에는, 화소 전극(314)나 도시하지 않은 배선이나 TFT 소자를 구비하고 배향막(316)이 마련되어 있다. 마찬가지로, 편광 소자(340)의 내면측에는, 공통 전극(324)나 배향막(326)이 마련되어 있다.
이와 같은 구성의 액정 장치에 있어서는, 기판 본체(331), 기판 본체(341)가, 액정 장치용의 기판과 편광 소자용의 기판의 기능을 겸하는 것으로부터, 부품 점수를 삭감할 수 있다. 그 때문에, 장치 전체를 박형화할 수 있어 액정 장치(300)의 기능을 향상시킬 수 있다. 또한, 장치 구조가 간략화 되므로, 제조가 용이함과 동시에 가격 삭감을 도모할 수 있다.
[전자기기]
이어서, 본 발명의 전자기기에 따른 다른 실시 형태에 대해 설명한다. 도 6은 도 5에 도시한 액정 장치를 이용한 전자기기의 일 예를 도시하는 사시도이다. 도 6에 도시하는 휴대 전화(전자기기)(1300)는, 본 발명의 액정 장치를 소 사이즈의 표시부(1301)로 구비하고 복수의 조작 버튼(1302), 수화구(1303) 및 송화구(1304)를 구비하여 구성되어 있다. 이것에 의해, 신뢰성이 뛰어나고, 고품질 표시가 가능한 표시부를 구비한 휴대 전화(1300)를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 액정 장치는 상기 휴대 전화 외에도, 전자 북, 퍼스널 컴퓨터, 디지털 카메라, 액정 TV, 프로젝터, 뷰 화인더형 혹은 모니터 직시형의 비디오 테이프 레코더, 카 내비게이션 장치, 페이저(pager), 전자수첩, 계산기, 워드 프로세서, 워크 스테이션, 화상 전화, POS 단말, 터치 패널을 갖춘 기기 등등의 화상 표시 수단으로서 매우 적합하게 이용할 수 있다.
또한, 이 발명은 상술한 실시의 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다.
[편광 소자의 시작 검증 및 신뢰성 평가]
발명의 효과를 확인하기 위해, 우선 처음에, 제 2 유전체층(14)을 구비하지 않는 편광 소자를 작성하여, 특성을 평가했다.
평가에 있어서는, 본 발명의 편광 소자를 액정 프로젝터의 라이트 밸브용의 편광 소자로서 적용하는 것을 상정했다. 본 발명의 편광 소자는 무기 재료로 형성되어 있고 내열성이 높은 것으로부터, 전술한 고출력의 광원을 갖는 액정 프로젝터의 입사측 편광 소자로 적용할 수 있다.
이와 같은 입사측 편광 소자에는, TM광에 대해서 높은 투과율을 갖고, TE광에 대해서는 높은 반사율을 갖는 동시에 낮은 투과율을 가질 필요가 있다. 구체적으로는, TM광의 투과율[I(TM)]가 80%보다 크고, TE광의 투과율[I(TE)]가 1%보다 작으면 사용상 문제없고, [I(TM)/I(TE)]로 정의되는 콘트라스트는 100이상이라면 보다 바람직하다. 또한, TE광의 투과율이 초기값으로부터 10%변화한 시간을 편광 소자의 제품 수명으로 정의했다.
시작 수준을 표 1에 나타낸다. 제 1 유전체층(13)의 폭(L2)은, 상술한 오존 산화의 처리 시간으로 제어했다. 각 샘플 모두, 알루미늄[금속층(12)]의 높이(H1) ： 160nm, 홈부(15)의 폭(S) ： 70nm, 제 1 유전체층(13)[혹은 금속층(12)]의 주기 P： 140nm는 공통이다. 샘플 번호 1은 오존 처리를 하고 있지 않는 비교예로서, 금속층(12)의 표면에는 자연 산화막이 형성되고 있다. 해당 자연 산화막은 본 발명에 의한 제 1 유전체층(13)과는 다른 것이지만, 편의상, 표 1에서는, 샘플 번호 1의 자연 산화막의 두께를 제 1 유전체층 폭(L2)으로서 표시되어 있다. 도 7에, 샘플 번호 2, 3, 4의 SEM 관찰 결과를 나타낸다. 관찰에서는, 유전체층 폭을 측정하기 위해, 알루미늄을 용해함으로써 제 1 유전체층(13)을 현재화(顯在化)했다.
샘플 번호 금속층 폭(L1)(nm) 제 1 유전체층 폭(L2)(nm)
1 60 5
2 40 15
3 30 20
4 18 26
상기에 제작한 샘플에 대해, 300℃의 대기 환경 하에서 신뢰성 시험을 실행했다. 다음 표 2에, TE광의 투과율이, 초기값으로부터 10% 변화한 수명 시간과 샘플 번호 1을 기준으로 했을 경우의 연명 배율을 나타낸다. 측정에서는, 가부시키 가이샤 히타치 하이테크 놀로지즈사 제의 분광 광도계 U－4100을 이용했다.
샘플 번호 수명 시간(hr) 연명 배율
1 3.2 1.0
2 110.0 34.3
3 230.0 71.7
4 123.3 38.5
이 결과로부터, 유전체층의 형성에 의해 수명 시간은 큰 폭으로 증가하고, 샘플 번호 3(유전체층 폭 20nm)에서 가장 연명 배율이 높은 값을 나타냈다. 여기서 형성한 제 1 유전체층(13)(산화 알루미늄)은, 금속층(12)(알루미늄)에 비해 격자 정수가 20% 정도 크다. 따라서, 샘플 번호 4와 같이, 오존 처리를 하기 전의 금속층(12)의 폭(60nm)에 대해 40% 이상, 금속층을 제 1 유전체층(13)으로 옮겨 놓으면, 체적 변화에 따라 결정 결함이 생겨, 그 결과, 산소가 그것을 도입 경로로 하여 산화가 진행했다고 생각할 수 있다. 이상으로부터, 시작(試作)한 편광 소자의 경우에는, 제 1 유전체층(13)의 폭(L2)을, 오존 처리를 하기 전의 금속층(12)의 폭의 25% 이상 40% 이하의 범위로 제어하면 가장 제품 수명이 긴 편광 소자를 제작할 수 있는 것을 알았다.
이와 같은 결과보다, 본 발명의 구성을 구비하는 반사형 편광 소자가 양호한 광학 특성을 갖는 것을 확인할 수 있고, 본 발명의 구성이 과제 해결에 유효하다는 것이 확인되었다.
[시뮬레이션 해석에 의한 광학 특성 평가]
다음에, 제 1 실시 형태에 의한 제 2 유전체층(14)을 구비한 흡수형 편광 소자의 시뮬레이션 해석 결과에 대해 설명한다.
해석에 있어서는, 본 발명의 편광 소자를 액정 프로젝터의 라이트 밸브용의 편광 소자로 적용하는 것을 상정하고 평가를 실행했다. 본 발명의 편광 소자는 무기 재료로 형성되어 있어 내열성이 높은 것으로부터, 전술한 고출력의 광원을 갖는 액정 프로젝터의 프리 편광판으로서 적용할 수 있다.
이와 같은 프리 편광판에는, TM광에 대한 높은 광투과율을 갖고, TM광을 양호하게 투과시킬 필요가 있다. 한편, 위에서 설명한 바와 같이 2매의 편광 소자가 협동하여 TE광을 흡수하기 때문에, TE광의 흡수율에 대해서는, 그만큼 높을 필요가 없다. 구체적으로는, TM광의 투과율이 80%보다 크고, TE광의 흡수율이 40%보다 크면 사용상 문제없다. TE광의 흡수율에 대해서는, 2매째의 편광 소자에의 부담을 저감하기 위해서, 50%보다 크면 더욱 좋다. 또한, TE광이 프리 편광판에서 반사하여 라이트 밸브로 돌아오는 것을 방지하기 위해서, TE광의 반사율은 낮은 편이 좋고, 20% 이하인 것이 소망된다.
그래서, 이하의 해석에 있어서는, TM광 투과율이 80%보다 대, TE광 반사율이 20%보다 소, TE광 흡수율이 40%보다 대, 인 것을 기준으로 평가를 실행했다.
시뮬레이션 해석에는, Grating Solver Development사 제의 해석 소프트인 GSolver를 이용하고, 편광 소자의 형상이나 구성 재료의 굴절률 등을 파라미터로 했다.
기판으로부터 금속층(12)(알루미늄), 제 1 유전체층(13)(산화 알루미늄), 제 2 유전체층(14)(게르마늄)의 순서로 형성되는 모델을 이용하여 수치계산을 실행했다. 제 1 실시 형태(도 1)에서는, 금속층(12)의 표면 전체가 제 1 유전체층(13)으로 피복되고, 또한 제 1 유전체층(13)의 정상부(13c)가 제 2 유전체층(14)으로 피복되어 있다.
계산으로는, 알루미늄[금속층(12)]의 높이(H1) ： 80nm, 폭(L1) ： 20nm, 산화 알루미늄[제 1 유전체층(13)]의 높이(H2) ： 20nm, 폭(L2) ： 20nm, 게르마늄[ 제 2 유전체층(14)]의 높이 ： 0 내지 30nm, 폭(L3) ： 60nm, 홈부(15)의 Y축 방향의 폭(S) ： 80nm, 제 1 유전체층(13)[혹은 금속층(12)]의 주기(P) ： 140nm으로 했다. 또한, 상술한 편광 소자의 구성 재료의 굴절률 및 소쇠계수는, GSolver에 격납되어 있는 각 파라미터를 이용했다.
상기의 모델에 있어서, 게르마늄의 두께를 변경했을 경우의 특성 변화를 구했다. 도 8은 TM광 및 TE광에 대한 투과, 반사, 흡수의 각 특성의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 각각(a)은 투과 특성, (b)는 반사 특성, (c)는 흡수 특성을 나타내는 것으로써, 가로축에는 게르마늄의 두께, 세로축에는 파장 532nm(녹색)에서의 각 광학 특성의 값(단위：%)을 나타낸다. 여기서는, 게르마늄의 높이를 0 내지 30nm 까지 변화시켰다.
해석의 결과, 게르마늄의 높이가 늘어나는 것에 따라, TE광의 투과율 및 반사율이 감소하는 동시에, TE광의 흡수율이 상승하는 것을 알고, TE광의 광학 특성이 게르마늄의 높이의 영향을 강하게 받는 것이 분명해졌다. 상술의 흡수형 편광 소자로 이용하는 경우, TE광의 흡수율이 40% 이상 또한 사율이 20% 이하가 되는 영역, 구체적으로는, 게르마늄의 높이를 3nm 내지 15nm의 사이의 값으로 하면 좋다. 또한, 게르마늄의 높이가 10nm 이상이 되면 TE광의 흡수율이 감소하기 때문에, 게르마늄의 높이는 3nm 내지 8nm의 사이의 값으로 하는 것이 보다 바람직하다.
이와 같은 결과에 의하여, 본 발명의 구성을 구비하는 흡수형 편광 소자가 양호한 광학 특성을 갖는 것을 확인할 수 있어, 본 발명의 구성이 과제 해결에 유효하다는 것이 확인되었다.
1A, 1B : 편광 소자
11 : 기판
12 : 금속층
12a : 제 1 측면
12b : 제 2 측면
12c : 정상부
13 : 제 1 유전체층
13a : 제 1 측면(한쪽의 측면)
13b : 제 2 측면(한쪽의 측면)
13c : 정상부
14 : 제 2 유전체층
14a : 제 1 부재
14b : 제 2 부재
15 : 홈부
16 : 굴절률이 낮은 영역
21 : TM파
22 : TE파
300 : 액정 장치
310 : 소자 기판
320 : 대향 기판
350 : 액정층
800 : 프로젝터(투사형 표시장치)
810 : 광원(조명 광학계)
826 : 투사 렌즈(투사 광학계)
852 : 제 1 편광 소자(편광 소자)
1300 : 휴대 전화(전자기기)

Claims (19)

  1. 기판과,
    상기 기판의 일 면에 스트라이프 형상으로 마련되고, 제 1 유전체층 및 제 2 유전체층을 구비하는 복수의 금속층을 구비하는 편광 소자에 있어서,
    상기 제 2 유전체층의 광흡수율은 상기 제 1 유전체층의 광흡수율보다 높고,
    상기 복수의 금속층 중 제 1 금속층이 갖는 복수의 측면 중 서로 대향하는 2개의 측면 및 상기 제 1 금속층의 정상부에 있어서, 상기 제 1 금속층이 구비하는 상기 제 1 유전체층은 상기 제 1 금속층이 구비하는 상기 제 2 유전체층과 상기 제 1 금속층의 사이에 마련되며,
    상기 제 1 금속층이 구비하는 상기 제 2 유전체층의 상기 기판측의 단부는, 상기 기판의 일 면과 상기 제 1 금속층의 정상부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는
    편광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유전체층은, 제 1 부재와 제 2 부재를 포함하고,
    상기 제 1 금속층에 마련된 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재는 상기 제 1 금속층의 정상부에 있어서 서로 중첩되어 있는 것을 특징으로 하는
    편광 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 금속층은 상기 기판의 일단측에 마련되고,
    상기 복수의 금속층 중 제 2 금속층은 상기 기판의 타단측에 마련되며,
    상기 제 1 금속층에 마련된 상기 제 1 부재의 단위 길이당의 체적은, 상기 제 2 금속층에 마련된 상기 제 1 부재의 단위 길이당의 체적보다 크고,
    상기 제 1 금속층에 마련된 상기 제 2 부재의 단위 길이당의 체적은, 상기 제 2 금속층에 마련된 상기 제 2 부재의 단위 길이당의 체적보다 작은 것을 특징으로 하는
    편광 소자.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 금속층은 알루미늄, 은, 동, 크롬, 티탄, 니켈, 텅스텐, 철 중에서 선택되는 재료이고,
    상기 제 1 유전체층은 상기 복수의 금속층의 산화물이며,
    상기 제 2 유전체층은 실리콘, 게르마늄, 몰리브덴, 테룰 중에서 선택되는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    편광 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재는 서로 같은 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    편광 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 금속층의 사이의 영역에 있어서, 상기 기판에 홈이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    편광 소자.
  7. 기판과,
    상기 기판의 일 면에 스트라이프 형상으로 마련된 복수의 금속층과,
    상기 복수의 금속층 중 하나의 금속층의 표면에 마련된 제 1 유전체층과,
    상기 제 1 유전체층 위에 마련되고 제 1 부재와 제 2 부재를 포함한 제 2 유전체층을 구비한 편광 소자의 제조 방법에 있어서,
    산소 가스 분위기 중에서, 상기 기판의 일 면에 마련된 상기 복수의 금속층의 표면을 산화시키는 것에 의해, 상기 제 1 유전체층을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 부재의 재료를, 상기 하나의 금속층이 갖는 복수의 측면 중 하나의 측면에 상대하는 제 1 방향으로부터, 상기 제 1 유전체층 위에 퇴적시킴으로써, 상기 제 1 부재를 형성하는 공정과,
    상기 제 2 부재의 재료를, 상기 하나의 금속층이 갖는 복수의 측면 중 상기 하나의 측면과 대향하는 다른 측면에 상대하는 제 2 방향으로부터, 상기 제 1 유전체층의 상층에 퇴적시킴으로써, 상기 제 2 부재를 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는
    편광 소자의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 부재를 형성하는 공정에서는, 상기 제 1 부재의 상기 기판측의 단부가 상기 기판의 일 면과 상기 하나의 금속층의 정상부 사이에 위치하도록, 상기 제 1 부재의 재료를 상기 제 1 유전체층 위에 퇴적시키고,
    상기 제 2 부재를 형성하는 공정에서는, 상기 제 2 부재의 상기 기판측의 단부가 상기 기판의 일 면과 상기 하나의 금속층의 정상부 사이에 위치하도록, 상기 제 2 부재의 재료를 상기 제 1 유전체층의 상층에 퇴적시키는 것을 특징으로 하는
    편광 소자의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 부재를 형성하는 공정에서, 상기 하나의 금속층의 정상부에 있어서 상기 제 2 부재가 상기 제 1 부재에 중첩되도록 상기 제 2 부재를 형성하는 것을 특징으로 하는
    편광 소자의 제조 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 금속층 중 제 1 금속층은 상기 기판의 일단측에 마련되고,
    상기 복수의 금속층 중 제 2 금속층은 상기 기판의 타단측에 마련되며,
    상기 제 1 금속층에 마련된 상기 제 1 부재의 단위 길이당의 체적은, 상기 제 2 금속층에 마련된 상기 제 1 부재의 단위 길이당의 체적보다 크고,
    상기 제 1 금속층에 마련된 상기 제 2 부재의 단위 길이당의 체적은, 상기 제 2 금속층에 마련된 상기 제 2 부재의 단위 길이당의 체적보다 작은 것을 특징으로 하는
    편광 소자의 제조 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 금속층은 알루미늄, 은, 동, 크롬, 티탄, 니켈, 텅스텐, 철 중에서 선택되는 재료이고,
    상기 제 1 유전체층은 상기 복수의 금속층의 산화물이며,
    상기 제 2 유전체층은, 실리콘, 게르마늄, 몰리브덴, 테룰 중에서 선택되는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    편광 소자의 제조 방법.
  12. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재는, 서로 같은 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    편광 소자의 제조 방법.
  13. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소 가스는 오존 가스인 것을 특징으로 하는
    편광 소자의 제조 방법.
  14. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체층을 형성하는 공정에 있어서, 자외광을 조사하는 것을 특징으로 하는
    편광 소자의 제조 방법.
  15. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 금속층의 사이의 영역에 있어서, 상기 기판에 홈을 형성하는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는
    편광 소자의 제조 방법.
  16. 광원과,
    상기 광원으로부터 사출된 빛이 입사하는 액정 전기 광학 소자와,
    상기 액정 전기 광학 소자를 통과한 빛을 피투사면에 투사하는 투사 광학계와,
    상기 광원으로부터 사출된 빛의 광로상의 상기 광원과 상기 액정 전기 광학 소자의 사이와, 상기 액정 전기 광학 소자를 통과한 빛의 광로상의 상기 액정 전기 광학 소자와 상기 투사 광학계의 사이 중 적어도 한쪽에, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 편광 소자가 마련된 것을 특징으로 하는
    투사형 표시장치.
  17. 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 협지하고 있고, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 한쪽의 기판과 상기 액정층의 사이에, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 편광 소자가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    액정 장치.
  18. 제 17 항에 기재된 액정 장치를 구비한 것을 특징으로 하는
    전자 기기.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 금속층은 알루미늄, 은, 동, 크롬, 티탄, 니켈, 텅스텐, 철 중에서 선택되는 재료이고,
    상기 제 1 유전체층은 상기 복수의 금속층의 산화물이며,
    상기 제 2 유전체층은 실리콘, 게르마늄, 몰리브덴, 테룰 중에서 선택되는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    편광 소자.
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