(57)【要約】【課題】光学特性の低下を少なく抑えたワイヤーグリッド型の偏光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１１と、基板１１の一面側に平面視略ストライプ状に設けられた複数の凸条部１３と、各々の凸条部１３上に設けられるとともに凸条部１３の延在方向に沿って延びる金属細線１４とを備え、複数の金属細線１４の各々が、凸条部１３の短手方向の両側面のうち一方の側面１３ａに設けられた第１細線１４ａと、他方の側面１３ｂに設けられた第２細線１４ｂと、を含むと共に、第１細線１４ａと第２細線１４ｂとは、凸条部１３の上端部において重畳してなり、各々の凸条部１３に設けられた第１細線１４ａの体積は、基板１１の一端側から遠ざかる方向に連続的に減少し、各々の凸条部１３に設けられた第２細線１４ｂの体積は、基板１１の一端側から遠ざかる方向に連続的に増加しており、金属細線１４の体積は、ばらつきが所定範囲内である。【選択図】図１
2010210705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一面側に平面視略ストライプ状に設けられた複数の凸条部と、
各々の前記凸条部において前記凸条部の延在方向に沿って設けられる金属細線とを備え、
複数の前記金属細線の各々が、前記凸条部の短手方向の両側面のうち一方の側面に設けられた第１細線と、他方の側面に設けられた第２細線と、を含むと共に、前記第１細線と前記第２細線とは、前記凸条部の上端部において重畳してなり、
各々の前記凸条部に設けられた前記第１細線の体積は、前記基板の一端側から遠ざかる方向に連続的に減少し、各々の前記凸条部に設けられた前記第２細線の体積は、前記基板の一端側から遠ざかる方向に連続的に増加しており、
前記第１細線の体積と前記第２細線の体積との和である前記金属細線の体積は、ばらつきが所定範囲内であることを特徴とする偏光素子。
【請求項２】
前記ばらつきが、前記金属細線の体積の平均値を基準として±４％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子。
【請求項３】
前記第１細線の体積は、前記基板の一端側から遠ざかる方向に線形に減少し、
前記第２細線の体積は、前記基板の一端側から遠ざかる方向に線形に増加することを特徴とする請求項１または２に記載の偏光素子。
【請求項４】
前記凸条部と前記金属細線とを覆う保護膜を備え、
隣り合う前記凸条部および前記金属細線の間の領域には、前記保護膜が充填されない空隙部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の偏光素子。
【請求項５】
隣り合う前記凸条部および前記金属細線を覆う前記保護膜は、前記空隙部の上部で接触し前記空隙部を覆っていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の偏光素子。
【請求項６】
前記保護膜は、透光性の絶縁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の偏光素子。
【請求項７】
前記金属細線は、シリコン、ゲルマニウム、クロム、モリブデンの中から選ばれる形成材料を用いて形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の偏光素子。
【請求項８】
基板の一面側に平面視略ストライプ状に設けられた複数の凸条部に、前記一面に対して斜め方向から金属材料を堆積させ、前記凸条部の表面に堆積された細線状の金属膜によって複数の金属細線を形成する偏光素子の製造方法であって、
前記凸条部の延在方向に交わる第１の方向から、前記凸条部の一方の側面に金属材料を堆積させ、複数の第１細線を形成する工程と、
前記第１の方向とは前記基板表面に投影した方位が正反対である第２の方向から、前記凸条部の他方の側面に金属材料を堆積させて複数の第２細線を形成し、前記第１細線と前記第２細線とを有する前記金属細線を形成する工程と、を有することを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項９】
前記複数の金属細線の周囲を覆う保護膜を形成する工程を備え、
前記保護膜を形成する工程ではＣＶＤ法を用い、隣り合う前記凸条部および前記金属細線の間の領域に、前記保護膜が充填されない空隙部を形成することを特徴とする請求項８に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項１０】
光を射出する照明光学系と、
前記光を変調する液晶ライトバルブと、
前記液晶ライトバルブで変調された光が入射する請求項１から７のいずれか１項に記載の偏光素子と、
前記偏光素子を透過した偏光光を被投射面に投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１１】
一対の基板間に液晶層を挟持してなり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側に請求項１から７のいずれか１項に記載の偏光素子が形成されていることを特徴とする液晶装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光素子および偏光素子の製造方法、投射型表示装置、液晶装置、電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な電気光学装置の光変調装置として、液晶装置が用いられている。液晶装置の構造として、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持されているものが広く知られ、所定の偏光された光を液晶層に入射するための偏光素子や、電圧無印加時に液晶分子の配列を制御する配向膜が備えられる構成が一般的である。
【０００３】
偏光素子としては、ヨウ素や二色性染料を含む樹脂フィルムを一方向に延伸することで、ヨウ素や二色性染料を延伸方向に配向させて製造するフィルム型の偏光素子や、透明な基板上にナノスケールの金属細線を敷き詰めて形成されるワイヤーグリッド型の偏光素子が知られている。
【０００４】
ワイヤーグリッド型偏光素子は、無機材料から構成するため、耐熱性に優れているという特長を有しており、特に耐熱性が要求される箇所に好適に使用される。例えば、液晶プロジェクタのライトバルブ用の偏光素子として好適に用いられる。このようなワイヤーグリッド型の偏光素子としては、例えば、特許文献１から３に挙げるような技術が開示されている。
【０００５】
特許文献１では、金属膜をエッチングしてパターニングし金属細線を形成する従来の方法に代え、基板上に形成した凹凸部に対して斜め方向から蒸着やスパッタ等の方法で金属材料を堆積させ、体積した金属微粒子層を金属細線とすることとしている。この方法によると、エッチング時の金属材料の腐食や、エッチングされた粒子の再付着による形状の乱れなどの不具合がなく、好適な金属細線を形成することができるとしている。
【０００６】
また、特許文献２、３では、基板凸部に対し２方向から金属等の導電性物質を蒸着して、体積した金属微粒子層を金属細線とすることとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１４８３４４号公報
【特許文献２】特開昭６０−２３０１０２号公報
【特許文献３】特開２００６−３４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献に記載された技術には次のような問題がある。
【０００９】
すなわち、特許文献１では、金属細線を形成する基板の斜め方向から、斜め蒸着法や望ましくはイオンビームスパッタ法を用いて金属材料を堆積させ、金属細線を形成することとしている。しかし、特許文献１に示された方法では、基板の表面において、金属材料の材料源からの距離が様々に異なるため、形成される各金属細線の大きさにムラが出来てしまう。金属材料の大きさにムラが生じると、隣り合う金属細線間の距離や、金属細線の幅・高さなど、偏光素子の光学物性に密接な関係のあるパラメータが変わってしまうため、偏光素子全体で均一な光学物性を発現することができない。
【００１０】
特許文献２，３においても同様に、成膜する金属細線の成膜量についての記載が無く、形成される各金属細線の大きさにムラが出来た場合の不具合について、全く予測されていない。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光学特性の低下を少なく抑え、金属細線が形成された面全体で均一な光学物性を有する良好なワイヤーグリッド型の偏光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。また、このような偏光素子を備えることにより、表示品質が高く信頼性に優れた液晶装置及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、本発明の偏光素子は、基板と、前記基板の一面側に平面視略ストライプ状に設けられた複数の凸条部と、各々の前記凸条部において前記凸条部の延在方向に沿って設けられる金属細線とを備え、複数の前記金属細線の各々が、前記凸条部の短手方向の両側面のうち一方の側面に設けられた第１細線と、他方の側面に設けられた第２細線と、を含むと共に、前記第１細線と前記第２細線とは、前記凸条部の上端部において重畳してなり、各々の前記凸条部に設けられた前記第１細線の体積は、前記基板の一端側から遠ざかる方向に連続的に減少し、各々の前記凸条部に設けられた前記第２細線の体積は、前記基板の一端側から遠ざかる方向に連続的に増加しており、前記第１細線の体積と前記第２細線の体積との和である前記金属細線の体積は、ばらつきが所定範囲内であることを特徴とする。
この構成によれば、連続的に体積が変化して形成される第１細線および第２細線が、互いに有する分布を相殺し合うことで、形成ムラが小さい金属細線とすることができる。更に、複数の金属細線の各々において、形成される金属細線の体積を所定のばらつき幅内に管理することで、偏光素子全体で均一な光学物性を有する良好な偏光素子とすることができる。
【００１３】
ここで、本発明において「金属細線」とは、金属材料または半導体材料を形成材料として設けられるものを指す。
【００１４】
本発明においては、前記ばらつきが、前記金属細線の体積の平均値を基準として±４％の範囲内であることが望ましい。
この構成によれば、透過する光の輝度ムラを観察者が視認出来ない程度にまで低減させることができるため、良好な光学物性を有する偏光素子とすることができる。
【００１５】
本発明においては、前記第１細線の体積は、前記基板の一端側から遠ざかる方向に線形に減少し、前記第２細線の体積は、前記基板の一端側から遠ざかる方向に線形に増加することが望ましい。
この構成によれば、第１細線および第２細線が形成された面内において、互いに有する分布を良好に重ね合わせ相殺させることができるため、形成ムラが小さい金属細線とすることができ、良好な光学物性を有する偏光素子とすることができる。
【００１６】
本発明においては、前記凸条部と前記金属細線とを覆う保護膜を備え、隣り合う前記凸条部および前記金属細線の間の領域には、前記保護膜が充填されない空隙部が形成されていることが望ましい。
この構成によれば、隣り合う凸条部および金属細線の間の領域には空隙部が形成されているため、金属細線間が保護膜で埋没することなく、優れた光学特性を備えた偏光素子とすることができる。
【００１７】
本発明においては、隣り合う前記凸条部および前記金属細線を覆う前記保護膜は、前記空隙部の上部で接触し前記空隙部を覆っていることが望ましい。
この構成によれば、金属細線間には空気や成形加工時の雰囲気ガス（もしくは真空）を封入可能な空隙部が形成される。そのため、優れた光学特性を備えた偏光素子とすることができる。
【００１８】
本発明においては、前記保護膜は、透光性の絶縁性材料で形成されていることが望ましい。
この構成によれば、金属細線が周囲と絶縁されるので、例えば偏光素子を装置に組み込む場合に装置の配線と金属細線が意に反して通電することがなく、安定した動作が可能な電子デバイスを提供できる。
【００１９】
本発明においては、前記金属細線は、シリコン、ゲルマニウム、クロム、モリブデンの中から選ばれる金属材料を用いて形成されることが望ましい。
これらの材料は、酸化し難いため、劣化しにくく信頼性の高い偏光素子とすることができる。特に、偏光素子が高温となる用途に用いる場合、高温環境下では酸化反応が促進されるが、これら材料を用いることで耐久性の高い偏光素子とすることが可能となる。
【００２０】
本発明の偏光素子の形成方法は、基板の一面側に平面視略ストライプ状に設けられた複数の凸条部に、前記一面に対して斜め方向から金属材料を堆積させ、前記凸条部の表面に堆積された細線状の金属膜によって複数の金属細線を形成する偏光素子の製造方法であって、前記凸条部の延在方向に交わる第１の方向から、前記凸条部の一方の側面に金属材料を堆積させ、複数の第１細線を形成する工程と、前記第１の方向とは前記基板表面に投影した方位が正反対である第２の方向から、前記凸条部の他方の側面に金属材料を堆積させて複数の第２細線を形成し、前記第１細線と前記第２細線とを有する前記金属細線を形成する工程と、を有することを特徴とする。
この方法では、第１細線および第２細線を反対方向から形成するために、形成される第１細線および第２細線が互いに有する分布を相殺し合う。したがって、形成される各々の金属細線の形成ムラを小さくすることができ、良好な光学物性を有する偏光素子とすることができる。
【００２１】
本発明においては、前記複数の金属細線の周囲を覆う保護膜を形成する工程を備え、前記保護膜を形成する工程ではＣＶＤ法を用い、隣り合う前記凸条部および前記金属細線の間の領域に、前記保護膜が充填されない空隙部を形成することが望ましい。
【００２２】
ＣＶＤ法は形成する膜の成長速度（成膜速度）が大きいという特徴を有しているため、速い成膜速度で膜形成をすることが可能である。保護膜形成が進行すると、保護膜の厚みの分だけ隣接する金属細線の間が狭くなり、隣り合う金属細線や凸条部の間に原料気体が行き渡りにくくなる。すると、原料気体が行き渡りにくい凸条部および金属細線の間では反応が起こりにくくなり、原料気体に曝される金属細線の上端部で保護膜の形成反応が進行しやすくなる。したがって、金属細線の上端部で保護膜形成の反応が優先的に進行し、隣接する金属細線間の上部の隙間を狭めるように保護膜が成長する。
【００２３】
金属細線の上端部で優先的に保護膜が成長すると、更に凸条部および金属細線の間の領域には原料の気体が進入しにくくなるため、該領域での膜成長が停止し保護膜で埋没しないまま維持される。そのため、金属細線を効果的に保護膜で保護すると共に、保護膜の成長が遅い箇所では保護膜で埋没することなく空隙部が形成される。したがってこの方法によれば、保護膜に空隙部を備え優れた光学特性を発現する偏光素子を容易に製造することができる。
【００２４】
本発明の投射型表示装置は、光を射出する照明光学系と、前記光を変調する液晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブで変調された光が入射する上述の偏光素子と、前記偏光素子を透過した偏光光を被投射面に投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、耐熱性の高い偏光素子を備えるため、高出力の光源を用いても偏光素子の熱劣化および加熱により促進される酸化劣化が抑えられる。そのため、信頼性が高く優れた表示特性を有する投射型表示装置とすることができる。
【００２６】
本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側に上述の偏光素子が形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、光学特性に優れ、また金属細線が保護されて信頼性にも優れた偏光素子を具備した液晶装置を提供できる。
【００２７】
本発明の電子機器は、上述の液晶装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、表示品質及び信頼性に優れる表示部ないし光変調手段を備えた電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る偏光素子の概略図である。
【図２】第１実施形態の偏光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図３】偏光素子の製造に用いる露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】偏光素子の製造に用いる成膜装置の一例を示す説明図である。
【図５】蒸着材料からの距離と蒸着膜の体積との関係について説明する説明図である。
【図６】蒸着材料からの距離と蒸着膜の体積との関係について説明する説明図である。
【図７】蒸着材料からの距離と蒸着膜の体積との関係について説明する説明図である。
【図８】蒸着材料からの距離と蒸着膜の体積との関係について説明する説明図である。
【図９】蒸着材料からの距離と蒸着膜の体積との関係について説明する説明図である。
【図１０】蒸着材料からの距離と蒸着膜の体積との関係について説明する説明図である。
【図１１】蒸着材料からの距離と蒸着膜の体積との関係について説明する説明図である。
【図１２】蒸着材料からの距離と蒸着膜の体積との関係について説明する説明図である。
【図１３】第１実施形態の偏光素子に係る金属細線の量の測定結果を示す図である。
【図１４】第１実施形態の変形例に係る偏光素子の説明図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る偏光素子の概略図である。
【図１６】第２実施形態の偏光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図１７】第２実施形態の変形例に係る偏光素子の説明図である。
【図１８】電子機器の一形態であるプロジェクタの概略図である。
【図１９】本実施形態の偏光素子を備えた液晶装置の一例を示す概略構成図である。
【図２０】電子機器の一形態である携帯電話の斜視図である。
【図２１】本発明の実施例を示す説明図である。
【図２２】本発明の実施例を示す説明図である。
【図２３】本発明の実施例を示す説明図である。
【図２４】本発明の実施例を示す説明図である。
【図２５】本発明の実施例を示す説明図である。
【図２６】本発明の実施例を示す説明図である。
【図２７】本発明の実施例を示す説明図である。
【図２８】本発明の実施例を示す説明図である。
【図２９】本発明の実施例を示す説明図である。
【図３０】本発明の実施例を示す説明図である。
【図３１】本発明の実施例を示す説明図である。
【図３２】本発明の実施例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［第１実施形態］
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る偏光素子及び偏光素子の製造方法について説明する。図１は本実施形態の偏光素子１Ａの概略図であり、図１（ａ）は部分斜視図、図１（ｂ）は偏光素子１ＡをＹＺ平面で切った部分断面図である。
【００３０】
なお、以下の説明においてはＸＹＺ座標系を設定し、このＸＹＺ座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。この際、水平面内における所定の方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれの直交する方向をＺ軸方向とする。本実施形態の場合、金属細線の延在方向をＸ軸方向とし、金属細線の配列軸をＹ軸方向としている。また、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせている。
【００３１】
（偏光素子）
図１（ａ）に示すように、偏光素子１Ａは、基板１１と、基板１１上に一方向に延在して形成された金属細線１４と、を備えている。
【００３２】
基板１１は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性材料を形成材料としている。偏光素子１Ａを適応する用途によっては、偏光素子１Ａが蓄熱し高温になるため、基板１１は、耐熱性の高いガラスや石英を形成材料とすることが好ましい。
【００３３】
基板１１の表面には、Ｘ軸方向に延在する複数の溝部１２が形成されており、隣り合う溝部１２の間の部分は、Ｘ軸方向に延在する凸条部１３となっている。溝部１２は、可視光の波長よりも短い周期でＹ軸方向に均等な間隔で形成されており、凸条部１３も同周期で配列している。
【００３４】
金属細線１４は、凸条部１３の両側面（傾斜面）にまたがって付設されており、凸条部１３の延在方向と同じくＸ軸方向に延在して形成されている。金属細線１４は、自身の延在方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に振動する直線偏光を透過させ、自身の延在方向（Ｘ軸方向）に振動する直線偏光を反射させる。金属細線１４の形成材料としては、例えばアルミニウムのような金属材料が用いられる。
【００３５】
図１（ｂ）に示すように、凸条部１３は三角形の断面形状を有しており、側面１３ａ，１３ｂは、底面１２ａから遠ざかる方向にテーパ状の傾斜を備えて形成されている。溝部１２および凸条部１３の寸法は、例えば、凸条部１３の高さｈ：１００ｎｍ、幅Ｌ：７０ｎｍ、底面１２ａの幅Ｓ：７０ｎｍ、周期（ピッチ）ｄ：１４０ｎｍ、である。
【００３６】
金属細線１４は、凸条部１３の一方の側面（第１側面）１３ａに形成された第１細線１４ａと、他方の側面（第２側面）１３ｂに形成された第２細線１４ｂと、を含み、それぞれが互いに凸条部１３の上端で重畳している。
【００３７】
本実施形態の金属細線１４は、複数の金属細線１４のうち任意の２つを選択し、各々の金属細線１４を構成する第１細線１４ａを比較すると、それぞれ体積が異なっている。また、第１細線１４ａの短手方向の断面積を比較することで、体積の比較に代えることができる。このような関係は第２細線１４ｂにおいても同じである。そして、このような第１細線１４ａ、第２細線１４ｂで構成される各々の金属細線１４は、体積が略等しくなっている。図では、金属細線１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの各々は、体積が略等しいが、それぞれが有する第１細線１４ａ、第２細線１４ｂの体積は互いに異なっている。図では体積の違いを断面積の違いで示している。
【００３８】
（偏光素子の製造方法）
図２は偏光素子１Ａの製造方法の説明図である。図２は図１（ｂ）の断面図に対応する図となっている。
【００３９】
まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板等の基板材料１１Ａを用意し、基板材料１１Ａの一面側にレジスト材料をスピンコートにより塗布し、これをプリベークすることでレジスト層２０ａを形成する。レジスト材料としては、例えば、化学増幅型のポジ型フォトレジストＴＤＵＲ−Ｐ３３８ＥＭ（東京応化工業（株）社製）を用いる。本実施形態では、レジスト層２０ａを２００ｎｍに形成する。
【００４０】
次いで、図２（ｂ）に示すように、例えば波長が２６６ｎｍのレーザ光を露光光として用いた二光束干渉露光法によりレジスト層２０ａを露光し、更にレジスト層２０ａをベーク（ＰＥＢ）した後、レジスト層２０ａを現像する。これにより、縞状のパターンを有するレジスト２０を形成する。本実施形態のレジスト２０の高さは２００ｎｍである。
【００４１】
ここで、二光束干渉露光法を行う露光装置は、例えば図３に示すものを用いることができる。露光装置１２０は、露光光を照射するレーザ光源１２１と、回折型ビームスプリッタ１２２と、モニタ１２３と、ビームエキスパンダ１２４、１２５と、ミラー１２６、１２７と、基板１１を載置するステージ１２８とを備えている。
【００４２】
レーザ光源１２１は、例えば第４高調波の波長が２６６ｎｍであるＮｄ：ＹＶＯ４レーザ装置である。回折型ビームスプリッタ１２２は、レーザ光源１２１から出力された１本のレーザビームを分岐して２本のレーザビームを生成する分岐手段である。そして、回折型ビームスプリッタ１２２は、入射するレーザビームをＴＥ偏光としたときに強度の等しい２本の回折ビーム（±１次）を発生させる構成となっている。モニタ１２３は、回折型ビームスプリッタ１２２から出射した光を受光して電気信号に変換する。露光装置１２０では、この変換された電気信号に基づいて２本のレーザビームの交差角度などを調整できるようになっている。
【００４３】
ビームエキスパンダ１２４は、レンズ１２４ａと空間フィルタ１２４ｂとを備えており、回折型ビームスプリッタ１２２で分岐された２本のレーザビームのうちの一方のビーム径を例えば３００ｍｍ程度に広げる構成となっている。同様に、ビームエキスパンダ１２５も、レンズ１２５ａと空間フィルタ１２５ｂとを備えており、２本のレーザビームのうちの他方のビーム径を広げる構成となっている。
【００４４】
ミラー１２６、１２７は、ビームエキスパンダ１２４、１２５を透過したレーザビームをそれぞれステージ１２８に向けて反射させる構成となっている。ここで、ミラー１２６、１２７は、反射したレーザビームを交差させることで干渉光を発生させ、この干渉光を基板１１上のレジスト層２０ａに照射する。
【００４５】
このような露光装置１２０を用いてレジスト層２０ａに干渉光を照射することで、レーザ光源１２１の波長よりも狭い形成ピッチでレジスト層２０ａを露光することができる。
【００４６】
次に、図２（ｃ）に示すように、レジスト２０を介してドライエッチング処理を行い、基板材料１１Ａを５０〜３００ｎｍ程度掘り下げることで基板材料１１Ａをパターニングして、溝部１２、凸条部１３を有する基板１１を形成する。本実施形態では、溝部１２が１００ｎｍの深さとなるまでエッチングを行う。本実施形態では、エッチングガスにＣ２Ｆ６，ＣＦ４，ＣＨＦ３の混合ガスを用い、反応条件として、ガス流量：Ｃ２Ｆ６／ＣＦ４／ＣＨＦ３＝２０／３０／３０ｓｃｃｍ、放電出力：３００Ｗ、圧力：５Ｐａ、反応時間：３０〜４０ｓｅｃでエッチングを行う。
【００４７】
次に、金属細線１４の形成を行うが、この金属細線１４の形成方法については、まず図４を参照して詳しく説明する。凸条部１３の側面に、従来知られた方法で金属細線１４を形成しようとすると、面内にムラが生じるという問題があった。または、金属細線１４をムラなく形成しようとすると特別な装置が必要であったり、生産性が低下したりする課題があった。これら課題に対し、本発明では次のような方法で金属細線１４を形成し課題を解決している。図４には、実施形態の製造方法で用いる蒸着装置を示す。
【００４８】
図４（ａ）に示す様に、蒸着装置２００は、チャンバ２１０と、チャンバ２１０内に配置されて被処理基板Ｘを載置する戴置台２２０と、戴置台２２０に対向して配置されたるつぼ２３０と、るつぼ２３０内に配置された蒸着材料２４０と、を備えている。蒸着装置２００内では、被処理基板Ｘを戴置台２２０の表面法線方向に対して角度θ傾けた状態で戴置した状態で蒸着を行う。角度θは、０°より大きく３０°以下とする。
【００４９】
このような蒸着装置２００で蒸着を行うと、被処理基板Ｘの表面では、場所によって蒸着材料２４０からの距離が異なる（例えば符号Ｌ１と符号Ｌ２で表す距離）ため、被処理基板Ｘの表面に付着する蒸着粒子の量が異なり、面内でムラが生じる。具体的には、図４（ａ）のように戴置した被処理基板Ｘにおいては、蒸着材料２４０に近い被処理基板Ｘの一端側Ｘ１に近いほど蒸着量が多く、他端側Ｘ２に近いほど蒸着量が少なくなる。
【００５０】
そこで、本発明では図４（ｂ）に示す様に成膜を行う。図では蒸着粒子の飛来方向を複数の黒矢印で示している。また、符号Ｘａ，Ｘｂは蒸着により形成される蒸着膜を模式的に示したものである。符号Ｘａ，Ｘｂの色の濃淡は、蒸着材料の蒸着量の大小を示しており、濃い色ほど蒸着量が多く薄い色ほど蒸着量が少ないことを示している。
【００５１】
すなわち、被処理基板Ｘに対して、面内で分布を有する蒸着膜Ｘａを形成（第１の方向からの形成）した後に、被処理基板Ｘの天地を逆にして二度目の蒸着を行う（第２の方向からの形成）ことで、蒸着膜Ｘａに蒸着膜Ｘｂを重ねて互いの蒸着膜の面内分布を相殺する。このように、二度に分けて蒸着することで被処理基板Ｘの面内で金属材料の蒸着量のムラを無くし、結果として形成される各々の金属細線の体積を等しいものとしている。
【００５２】
ここで、形成される蒸着膜の体積は、蒸着材料２４０からの距離の関数で表すことができ、距離に比例する関係を有することとなる。したがって、上述のように二度の蒸着を行うことにより、蒸着膜Ｘａおよび蒸着膜Ｘｂが有する面内分布が良好に相殺し、ムラのない金属細線を形成することができる。
【００５３】
金属細線１４は、少なくとも基板１１において偏光素子が形成される領域の全面に形成する。本実施形態では、チャンバ２１０内を６．７×１０−３Ｐａに減圧し、８２４ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度でアルミニウムの蒸着を行った。金属細線１４を形成する方法としては、基板１１の表面に対して斜め方向から成膜可能であれば適用でき、他にもマグネトロンスパッタやイオンビームスパッタなどの斜方成膜方法を適用することができる。
【００５４】
ここで、本実施形態では金属細線１４の形成材料としてアルミニウムを用いるが、アルミニウム以外にも、シリコン、ゲルマニウム、モリブデン、を好適に用いることができる。金属細線１４の形成材料にアルミニウムを用いると、加工がしやすい反面、アルミニウムが酸化しやすい金属材料であるため劣化のおそれがある。そのため、上述した金属材料のうち酸化し難いシリコン、ゲルマニウム、モリブデンを用いると、劣化し難い金属細線１４とすることができ好ましい。例えば、偏光素子が高温となる用途に用いる場合、高温環境下では酸化反応が促進されるが、上記材料を用いて金属細線１４を形成すると、耐久性の高い偏光素子とすることが可能となる。また、必要に応じて、これらの材料を主として含む合金を形成材料として用いることとしても構わない。
【００５５】
上述の蒸着装置を用い、図２（ｄ）に示すように、凸条部１３の第１側面１３ａに第１細線１４ａを形成する。図では、蒸着粒子の飛来方向（第１の方向Ｄ１）を矢印で示している。図４（ａ）で示した様に、基板１１の表面では蒸着材料２４０からの離間距離に差があるため、形成される第１細線１４ａの体積は均一とはならず、蒸着材料２４０に近いほど大きく、遠くなるに従い徐々に小さくなる。図では、符号Ｍａで示す第１細線１４ａよりも、符号Ｍｂで示す第１細線１４ａの方を大きく示している。
【００５６】
次に、図２（ｅ）に示すように、第２側面１３ｂに第２細線１４ｂを形成する。ここでも図２（ｄ）と同様に、蒸着粒子の飛来方向（第２の方向Ｄ２）を矢印で示している。第２細線１４ｂも、第１細線１４ａと同様に均一の体積には形成されず、蒸着材料２４０に近いほど大きく、遠くなるに従い徐々に小さくなる。図では、符号Ｍｃで示す第２細線１４ｂよりも、符号Ｍｄで示す第２細線１４ｂの方を小さく示している。すると、各々の凸条部１３においては、第１細線１４ａと第２細線１４ｂとの成形ムラが互いに相殺し合うため、形成される複数の金属細線１４を、略等しい体積とすることができる。以上のようにして、本実施形態の偏光素子１Ａが完成する。
【００５７】
次に、形成される蒸着膜の体積が、蒸着材料２４０からの距離に比例する関係を有することについて、図５から図１２を用いてより詳しく説明する。
【００５８】
まず、材料源Ｓが点である場合には、図５、６に示すように考えることができる。
【００５９】
図５に示すように、膜材料の材料源（蒸着材料２４０）をＳ、基板（基板Ｘ）の成膜面をＰ、材料源Ｓと成膜面Ｐとの距離をＲ０、成膜面Ｐの法線方向に材料源Ｓを配置した場合の法線の原点をＯ、原点Ｏから距離ｘだけ離れた成膜面Ｐ上の点Ｑにおける微小面積要素をｄσ、材料源Ｓから点Ｑまでの距離をＲとする。
【００６０】
この場合、材料源Ｓより微小面積要素ｄσを望む立体角ｄωは、下記の式（１）によって表される。
【００６１】
【数１】
2010210705.tif 000003
【００６２】
また、材料源Ｓから蒸発した膜材料の全質量をｍとしたとき、全重量ｍのうち立体角ｄωの範囲に含まれる質量をｄｍとすると、質量ｄｍは下記の式（２）によって表される。
【００６３】
【数２】
2010210705.tif 000004
【００６４】
すなわち、質量ｄｍは、図６に示すように、距離Ｒの二乗に反比例する。質量ｄｍは成膜量（膜厚）又は成膜速度と言い換えることもでき、成膜面Ｐでの成膜速度が材料源Ｓからの距離Ｒの二乗に反比例すると言うこともできる。
【００６５】
また、材料源Ｓが微小平面である場合は、余弦定理に従う角度分布を考慮することで次の様に考えることができる。
【００６６】
図７において、微小平面ｄｓを中心とする十分大きな半径の球面上の任意の点ｐを考える。点ｐを中心として微小平面ｄｓを含む立体角をｄωとすると、微小平面ｄｓ上の各点からの放射はランダムな角度分布を持つので、微小平面ｄｓを出発して点ｐに向かう分子数は立体角ｄωに比例する。
【００６７】
この場合、微小平面ｄｓの垂線と点ｐ方向とのなす角をθとすると、立体角ｄωは下記の式（３）によって表される。
【００６８】
【数３】
2010210705.tif 000005
【００６９】
したがって、微小平面ｄｓからの蒸発は、微小平面ｄｓの法線と角度θをなす方向に対してｃｏｓθの角度分布を示す。材料源である微小平面ｄｓと平行に配置された成膜面Ｐ上の膜厚分布は、図５において材料源Ｓの位置に垂線ＯＳに垂直な微小平面ｄｓがあるとすると、点源である材料源Ｓと同様に求められる。
【００７０】
すなわち、質量ｄｍは下記の式（４）によって表される。実際には、蒸着における膜材料やスパッタにおけるターゲットは、共に微小平面ｄｓとみなすことができる。
【００７１】
【数４】
2010210705.tif 000006
【００７２】
すなわち、材料源Ｓが微小平面である場合であっても、質量ｄｍは距離Ｒの二乗に反比例する。
【００７３】
次に、図８に示すように、材料源Ｓを通る法線上の成膜面Ｐ１，Ｐ２における成膜量を比較する。上述したように、蒸着量は材料源からの距離の二乗に反比例するが、材料源Ｓと成膜面Ｐ１との距離Ｒ１に対し、成膜面Ｐ１と成膜面Ｐ２との距離が極めて小さい場合、蒸着後の成膜面Ｐ１と成膜面Ｐ２のとの間の膜厚分布は、図９に示すように一次関数に近似することができる。この場合、材料源Ｓに近い成膜面Ｐ２の成膜量が多く、材料源Ｓから遠い成膜面Ｐ１の成膜量は少ない。
【００７４】
例えば、直径１２インチの円形シリコンウェハの一面を成膜面とし、膜材料としてＳｉＯ２を蒸着させる場合には、材料源から成膜面までの距離２００ｃｍに対し、成膜面の一辺の長さ（一端から他端までの距離）は１０ｃｍ以下である。したがって、材料源から成膜面までの距離に対して、成膜面の各点から材料源までの距離の差は極めて小さくなる。そのため、基板の成膜面内の膜厚分布においては、図９に示すような一次関数への近似が成立する。
【００７５】
ここで、図１０に示すように、成膜面Ｐ１，Ｐ２間に長さｄの基板を配置した場合、基板の成膜面内の膜厚のばらつきは、図９に示す膜厚分布と同等に考えることができる。
【００７６】
上記のように配置した基板の成膜面に一回目の蒸着を行った結果、成膜面Ｐ１，Ｐ２間に図９に示すような膜厚分布が生じているとする。この膜厚分布を均一化させるためには、一回目に蒸着を行った第１の方向と異なる第２の方向から二回目の蒸着を行う必要がある。より具体的には、第２の方向は、基板の成膜面から見て第１の方向と逆方向であることが望ましい。すなわち、第１の方向と第２の方向は基板の成膜面の法線に対して対象であることが好ましい。また、第１の方向と第２の方向は、それぞれ成膜面に対する角度が等しく、それぞれの方向を基板の成膜面に投影したときに正対する方向であることが好ましい。
【００７７】
このように、一回目に蒸着を行った第１の方向と異なる第２の方向、より好ましくは第１の方向と逆方向である第２の方向から二回目の蒸着を行うことで、図１１に示すように、一回目の蒸着の膜厚分布（近似式：ｙ＝−ｍｘ＋ｎ）と、二回目の蒸着の膜厚分布（近似式：ｙ＝ｍｘ＋ｐ）とを逆の傾きにすることができる。そして、一回目の蒸着により形成された第１の膜と、二回目の蒸着により形成された第２の膜と、により形成された膜の膜厚分布は、図１２に示すように、第１の膜と第２の膜の膜厚分布が足し合わされて均一化される。
【００７８】
図１３は、図２に示した方法で形成した偏光素子１Ａにおける、金属細線１４の体積を測定した結果を示す説明図である。
【００７９】
図１３（ａ）に示す様に、測定には３０ｍｍ角の偏光素子１Ａを用い、金属細線１４の延在方向と直交する中心軸に沿った５箇所（符号Ｄ１〜Ｄ５）でＳＥＭ観察による断面積測定を行い、各測定箇所での金属細線の形成量を明らかにした。測定箇所Ｄ３は偏光素子１Ａの中心点であり、測定箇所間は等間隔で５ｍｍずつ離間している。
【００８０】
図１３（ｂ）は、測定した結果を示すグラフである。グラフは、横軸に測定箇所を示し、縦軸に、測定箇所Ｄ１における測定値に規格化した各測定箇所における測定値のばらつきを示す。
【００８１】
第１細線の測定結果を示すグラフでは、測定箇所Ｄ１における第１細線の測定値に規格化した結果を示しており、第２細線の測定結果を示すグラフでは、測定箇所Ｄ５における第２細線の測定値に規格化した結果を示しており、また、金属細線の測定結果を示すグラフでは、測定箇所Ｄ１における金属細線の測定値に規格化した結果を示している。測定の結果、各測定箇所において第１細線、第２細線が有していたばらつき（成形ムラ）が、両者を併せた金属細線では低減していることが確かめられた。第１細線、第２細線のばらつきは、平均値で２３％程度であったが、両者を併せて金属細線とすることで、金属細線としてのばらつきは４％程度にまで低減した。
【００８２】
以上のような構成の偏光素子１Ａによれば、形成される第１細線１４ａおよび第２細線１４ｂが互いに有する分布を相殺し合うことで、形成ムラが小さい金属細線１４とすることができ、更に、複数の金属細線の各々において、形成される金属細線の体積を所定のばらつき幅内に管理することで、全体で均一な光学物性を有する良好な偏光素子１Ａとすることができる。
【００８３】
また、以上のような構成の偏光素子１Ａの製造方法によれば、第１細線１４ａおよび第２細線１４ｂを反対方向から形成するために、形成される第１細線１４ａおよび第２細線１４ｂが互いに有する分布を相殺し合う。したがって、形成される各々の金属細線１４の形成ムラを小さくすることができ、良好な光学物性を有する偏光素子１Ａを容易に製造することができる。
【００８４】
なお、本実施形態においては、第１細線と第２細線とを同じ金属材料であるアルミニウムで形成するとしたが、それぞれを異なる金属材料とすることもできる。
【００８５】
また、本実施形態においては、凸条部１３は断面形状が三角形であることとしたが、これに限らない。図で示した形状の他に、例えば、矩形、台形などの断面形状を採用することができる。
【００８６】
図１４は、本発明の変形例に係る偏光素子２Ａの説明図であり、図２に一部対応する図である。ここでは、凸条部１３の断面形状が略矩形である例を示している。
【００８７】
まず、図１４（ａ）に示すように、第１実施形態と同様に、ガラス基板等の基板材料１１Ａを用意し、基板材料１１Ａの一面側にレジスト材料をスピンコートにより塗布し、膜厚２００ｎｍのレジスト層２０ａを形成する。
【００８８】
次いで、図１４（ｂ）に示すように、前述の二光束干渉露光法によりレジスト層２０ａを露光した後に現像し、縞状のパターンを有するレジスト２０を形成する。本実施形態のレジスト２０の高さは２００ｎｍである。
【００８９】
次に、図１４（ｃ）に示すように、レジスト２０を介してドライエッチング処理を行い、基板材料１１Ａを１００〜３００ｎｍ程度掘り下げることで基板材料１１Ａをパターニングして、溝部２２、凸条部２３を有する基板２１を形成する。本実施形態では、エッチングガスにＣ２Ｆ６，ＣＦ４，ＣＨＦ３の混合ガスを用い、反応条件として、ガス流量：Ｃ２Ｆ６／ＣＦ４／ＣＨＦ３＝２０／３０／３０ｓｃｃｍ、放電出力：３００Ｗ、圧力：５．０Ｐａ、反応時間：３０〜４０ｓｅｃでエッチングを行う。
【００９０】
次に、図１４（ｄ）（ｅ）に示すように、第１実施形態と同様の方法にて、凸条部２３の第１側面２３ａに第１細線２４ａを形成し、次いで、第２側面２３ｂに第２細線２４ｂを形成する。すると、各々の凸条部２３においては、第１細線２４ａと第２細線２４ｂとの成形ムラが互いに相殺した複数の金属細線２４が形成される。
【００９１】
以上のようにして、変形例の偏光素子２Ａが完成する。凸条部の断面形状が他の形状であるとしても、同様にして偏光素子を形成することが可能である。
【００９２】
［第２実施形態］
図１５は、本発明の第２実施形態に係る偏光素子１Ｂの説明図である。本実施形態の偏光素子２Ａは、第１実施形態の偏光素子１Ａと一部共通している。異なるのは、金属細線１４の表面を覆う保護膜を有することである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９３】
図１５（ａ）に示す様に、偏光素子１Ｂは、基板１１および金属細線１４の表面を覆う保護膜１６を備えている。保護膜１６は、シリコン酸化膜等の透光性絶縁膜によって形成されている。保護膜１６は、凸条部１３の両側面および金属細線１４を覆ってＸ軸方向に延在する第１保護膜１６ａと、金属細線１４の上部を覆ってＸ軸方向に延在する第２保護膜１６ｂと、溝部１２の底面１２ａを覆ってＸ軸方向に延在する第３保護膜１６ｃと、を備えている。
【００９４】
第２保護膜１６ｂ同士は、Ｙ軸方向において互いに接続されており、複数の第２保護膜１６ｂが一体となって金属細線１４の上面全体を覆っている。第１保護膜１６ａ、第２保護膜１６ｂ及び第３保護膜１６ｃに囲まれた領域は空隙部１５になっており、空隙部１５の内部は真空又は空気、あるいは保護膜１６成型時の原料ガスによって満たされている。第２保護膜１６ｂの基板１１とは反対側の面は、金属細線１４のパターンを反映し、金属細線１４と平面的に重なる箇所は盛り上がり、空隙部１５と平面的に重なる箇所は凹んでおり、わずかに波打っている。
【００９５】
また、図１５（ｂ）に示す様に、底面１２ａから第２保護膜１６ｂの上面（保護膜１６の上面）までの高さＨは、例えば２００ｎｍである。本実施形態の場合、隣接する第２保護膜１６ｂ同士は互いに接続されている構成としているが、第２保護膜１６ｂ同士は必ずしも接続される必要はない。例えば第２保護膜１６ｂ同士の間に僅かに隙間が形成されている構成も可能である。この場合、金属細線１４毎に保護膜１６が形成され、Ｘ軸方向に延在する複数の保護膜１６がＹ軸方向に均等な間隔で多数配列されることになる。
【００９６】
第１保護膜１６ａの厚み（Ｙ軸方向の厚み）は、Ｙ軸方向において隣接する第１保護膜１６ａ同士が互いに接触しない（すなわち第１保護膜１６ａ間に空隙部１５が形成される）厚みとされる。また、第２保護膜１６ｂのＹ軸方向の幅は、第１保護膜１６ａを含む凸条部１３および金属細線１４のＹ軸方向の幅よりも大きく形成されている。更に、第３保護膜１６ｃは第１保護膜１６ａ及び第２保護膜１６ｂと一体に形成されている。これら、第１保護膜１６ａ、第２保護膜１６ｂ及び第３保護膜１６ｃによって囲まれた空間は空隙部１５となっている。
【００９７】
図１６は偏光素子１Ｂの製造方法の説明図である。本実施形態の偏光素子１Ｂの製造工程は、金属細線１４を形成する工程までは第１実施形態の製造方法と共通させることができるため、ここでは、保護膜１６の形成工程について説明する。図は、図２に対応する図となっている。
【００９８】
次に、図１６に示すように、金属細線１４上にＣＶＤ法を用いて保護膜を成膜する。ここで、保護膜１６の形成方法にはＣＶＤ法の外にも、一般に用いられる方法として蒸着法やスパッタ法が考えられる。しかし、蒸着法を用いた場合には、蒸着に用いられる装置内の膜原料が配置される位置から保護膜の形成面への射出角が、形成面上の位置により異なり、膜原料と形成面との距離が厳密には一定ではない。そのため、製造される保護膜の厚みに差が生じ、偏光素子の品質が一定しない。また、スパッタ法は、成膜速度が非常に遅いため、本発明が想定する成膜速度を実現できない。そのため、ＣＶＤ法を用いた成膜を行った場合に、本発明が実施可能である。
【００９９】
まず、図１６（ａ）に示すように、金属細線１４を備えた基板１１をＣＶＤ法の作業環境下に配置し、保護膜１６の原料気体１６ｇを供給する。原料気体１６ｇは、底面１２ａにまで行き渡り、保護膜１６が形成される。本実施形態では保護膜１６としてシリコン酸化物を形成することとし、原料気体１６ｇとしてＴＥＯＳと酸素（Ｏ２）の混合気体を用いることとする。図面ではＴＥＯＳとＯ２は区別して表記しておらず、いずれも原料気体１６ｇとして図示している。
【０１００】
保護膜１６はシリコン酸化物以外にもシリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン窒素酸化物（ＳｉＯＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁性の材料を使用することができ、選択する保護膜１６にあわせて原料気体１６ｇを適切なものを選ぶことができる。また、ＣＶＤ法は、熱ＣＶＤ法およびプラズマＣＶＤ法のいずれも使用することができる。本実施形態ではプラズマＣＶＤ法を用いることとしている。本実施形態の反応条件は、例えば、ガス流量：ＴＥＯＳ／Ｏ２＝１２／３８８ｓｃｃｍ、出力：４００Ｗ、圧力：４０Ｐａ、反応温度：１１０℃、反応時間：２ｍｉｎである。
【０１０１】
図に示すように、原料気体１６ｇを反応させると、化学反応により生成する保護膜１６が近接した金属細線１４と基板１１の表面に堆積する。保護膜の成膜速度は例えば１００ｎｍ／ｍｉｎである。成膜初期の段階では、保護膜１６は、底面１２ａ、凸条部１３の表面、金属細線１４の外周に堆積する。反応が進行すると、金属細線１４を包み込むように保護膜１６が成長する。また、隣り合う金属細線１４の周囲に形成された保護膜１６同士の間隔は、成長した保護膜１６の厚みの分だけ徐々に狭くなる。
【０１０２】
次に、図１６（ｂ）に示すように、更に反応が進行すると、保護膜１６の厚みの分だけ隣接する金属細線１４の間隔は狭くなるため、溝部１２に原料気体１６ｇが進入しにくくなる。そのため原料気体１６ｇは、溝部１２に侵入する前に金属細線１４に形成された保護膜１６で次々と反応が進行し、金属細線１４で優先的に保護膜１６の形成が進行する。
【０１０３】
ここで、反応速度が遅い場合には、保護膜１６の厚みによって金属細線１４の間隔が狭くなっても溝部１２に原料気体１６ｇが行き渡る十分な時間があるため、優先的に金属細線１４に保護膜１６が形成することはなく、表面全体で反応が進行する。そのため、形成される保護膜１６により、溝部１２は徐々に埋没していく。このように溝部１２が埋没した構造は光学特性上望ましくないため、本実施形態では反応速度を速め、溝部１２を形成することとしている。
【０１０４】
また、本発明の金属細線１４は、凸条部１３の両側面からＹ軸方向に向かって、ひさしの様に張り出して形成されている。このような形状の金属細線１４の表面において、符号１４ｃで示す金属細線１４の下端部付近に保護膜１６が堆積するためには、原料気体１６ｇが溝部１２の内部に侵入し、金属細線１４を回り込んで下端部１４ｃに達する必要がある。従って、金属細線１４は、下端部１４ｃにおいて保護膜１６の堆積が行われにくい構造となっている。反応条件によっては、下端部１４ｃにおいて金属細線１４を空隙部１５に露出させることもできる。
【０１０５】
次に、図１６（ｃ）に示すように、更に反応が進行すると、隣接する金属細線１４で成長を続ける保護膜１６が、隣同士で互いに当接するに至る。これにより、隣接する金属細線１４の間には、保護膜１６で囲まれた空隙部１５が形成される。
【０１０６】
次に、図１６（ｄ）に示すように、更に反応が進行すると、保護膜１６のおもて面は徐々に平坦に近づき、厚い保護膜１６が形成される。以上のようにして、本実施形態の偏光素子１Ｂが完成する。
【０１０７】
以上のような構成の偏光素子１Ｂによれば、保護膜１６によって金属細線１４が保護されるため、金属細線１４の酸化を防ぐことができるとともに、凸条部１３および金属細線１４の間の領域には空隙部１５が形成されているため、信頼性が高く優れた光学特性を備えた偏光素子１Ｂとすることができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、隣接する金属細線１４の上部に設けられた第２保護膜１６ｂは、配列軸方向に平行な方向において互いに接触していることとしている。そのため、金属細線間には空気や成形加工時の雰囲気ガス（もしくは真空）を封入可能な空隙部１５が形成され、優れた光学特性を備えた偏光素子１Ｂとすることができる。
【０１０９】
また、本実施形態では、保護膜１６は透光性の絶縁性材料で形成されていることとしている。金属細線１４が絶縁性材料に覆われて周囲と絶縁するので、例えば偏光素子１Ｂを装置に組み込む場合に金属細線１４が装置の配線と通電することがない。
【０１１０】
また、以上のような構成の偏光素子１Ｂの製造方法によれば、金属細線１４の酸化劣化や破損を防ぐための保護膜１６の形成に、ＣＶＤ法を用いることとしている。成膜速度が早いというＣＶＤ法の特徴により、成膜が進行すると空隙部１５に原料気体１６ｇが行き渡るよりも先に成膜反応が起こる様になり、金属細線１４の上端部で優先して保護膜が成長する。すると、金属細線１４の間の膜成長が停止し、金属細線１４間が保護膜１６で埋没することなく優れた光学特性を備えた偏光素子１Ｂを容易に製造することができる。
【０１１１】
なお、本実施形態においては、保護膜１６のみで金属細線１４を保護することとしたが、保護膜１６の上に更に複数の堆積膜を積層させることとしても良い。
【０１１２】
また、本実施形態においても第１実施形態と同様に、凸条部１３は断面形状が三角形であることに限らず、例えば、矩形、台形などの断面形状を採用することができる。
【０１１３】
図１７は、本実施形態の変形例に係る偏光素子２Ｂの説明図であり、図１５（ｂ）に対応する図である。
【０１１４】
図に示すように、偏光素子２Ｂは、基板２１および金属細線２４の表面を覆う透光性絶縁膜を形成材料とする保護膜２６を備えている。保護膜２６は、凸条部２３の両側面および金属細線２４を覆う第１保護膜２６ａと、金属細線２４の上部を覆う第２保護膜２６ｂと、溝部２２の底面２２ａを覆う第３保護膜２６ｃと、を備えている。第１保護膜２６ａ、第２保護膜２６ｂ及び第３保護膜２６ｃに囲まれた領域は空隙部２５になっており、空隙部２５の内部は真空又は空気、あるいは保護膜２６成型時の原料ガスによって満たされている。
【０１１５】
偏光素子２Ｂは、図１６に示す方法と同様の方法を用い、図１４に示す第１実施形態の変形例である偏光素子２Ａの表面に保護膜２６を形成することで得られる。
【０１１６】
以上のような構成の偏光素子２Ｂであっても、信頼性が高く優れた光学特性を備えた偏光素子２Ｂとすることができる。
［投射型表示装置］
次に、本発明の電子機器の実施形態について説明する。図１８に示すプロジェクタ８００は、光源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、射出レンズ８２０、光変調部８２２、８２３、８２４、クロスダイクロイックプリズム８２５、投射レンズ８２６、を有している。
【０１１７】
光源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８１２とからなる。なお、光源８１０としては、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。
【０１１８】
ダイクロイックミラー８１３は、光源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、緑色光用光変調部８２３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８２１を介して、青色光が光変調部８２４に入射される。
【０１１９】
光変調部８２２〜８２４は、液晶ライトバルブ８３０を挟んで両側に、入射側偏光素子８４０と射出側偏光素子部８５０と、が配置されている。入射側偏光素子８４０と射出側偏光素子部８５０とは、互いの透過軸が直交して（クロスニコル配置）配置されている。
【０１２０】
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。
【０１２１】
一方、射出側偏光素子部８５０は、第１偏光素子（プリ偏光板、プリポラライザ）８５２と、第２偏光素子８５４と、を有している。第１偏光素子８５２には、保護膜を備え耐熱性が高い、上述した第２実施形態の本発明の偏光素子を用いる。また、第２偏光素子８５４は、有機材料を形成材料とする偏光素子である。射出側偏光素子部８５０は、いずれも吸収型の偏光素子であり、偏光素子８５２，８５４が協働して光を吸収している。なお、第１偏光素子８５２には、第１実施形態の本発明の偏光素子を用いることとしても良い。
【０１２２】
一般に、有機材料で形成される吸収型の偏光素子は、熱により劣化しやすいことから、高い輝度が必要な大出力のプロジェクタの偏光手段として用いる事が困難である。しかし、本発明のプロジェクタ８００では、第２偏光素子８５４と液晶ライトバルブ８３０との間に、耐熱性の高い無機材料で形成された第１偏光素子８５２を配置しており、偏光素子８５２，８５４が協働して光を吸収している。そのため、有機材料で形成される第２偏光素子８５４の劣化が抑えられる。
【０１２３】
各光変調部８２２〜８２４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。
【０１２４】
以上のような構成のプロジェクタ８００は、射出側偏光素子部８５０に、上述した本発明の偏光素子を用いることとしているため、高出力の光源を用いても偏光素子の劣化が抑えられる。そのため、信頼性が高く優れた表示特性を有するプロジェクタ８００とすることができる。
【０１２５】
［液晶装置］
図１９は、本発明にかかる偏光素子を備えた液晶装置３００の一例を示した断面模式図である。本実施形態の液晶装置３００は、素子基板２１０，対向基板３２０の間に液晶層３５０が挟持され構成されている。
【０１２６】
素子基板２１０及び対向基板３２０は、偏光素子３３０、３４０を備えている。偏光素子３３０、３４０は、前述した第２実施形態の偏光素子であり、それぞれガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板上に、保護膜を備えた金属細線が形成された構造を備えている。
【０１２７】
偏光素子３３０は基板本体３３１と金属細線３３２及び保護膜３３３を、偏光素子３４０は基板本体３４１と金属細線２４２及び保護膜３４３をそれぞれに備えている。本実施形態では、基板本体３３１、３４１は偏光素子の基板であると同時に液晶装置用の基板も兼ねている。また、金属細線３３２と金属細線２４２は、互いに交差するように配置されている。いずれの偏光素子も、金属細線が内面側（液晶層３５０側）に配置されている。
【０１２８】
偏光素子３３０の内面側には、画素電極３１４や不図示の配線やＴＦＴ素子を備え、配向膜３１６が設けられている。同様に、偏光素子３４０の内面側には、共通電極３２４や配向膜３２６が設けられている。
【０１２９】
このような構成の液晶装置においては、基板本体３３１，３４１が、液晶装置用の基板と、偏光素子用の基板との機能をかねることから、部品点数を削減することができる。そのため、装置全体が薄型化でき、液晶装置３００の機能を向上させることができる。更に、装置構造が簡略化されるので、製造が容易であるとともにコスト削減を図ることができる。
【０１３０】
なお、本実施形態の液晶装置においては、第２実施形態の偏光素子を用いることとしたが、保護膜を備えない第１実施形態の偏光素子を用いることもできる。その場合には、保護膜３３３，３４３の位置に、別途各偏光素子を保護するための保護層を設けることとすると良い。
【０１３１】
［電子機器］
次に、本発明の電子機器に係る他の実施形態について説明する。図２０は、図１９に示した液晶装置を用いた電子機器の一例を示す斜視図である。図２０に示す携帯電話（電子機器）１３００は、本発明の液晶装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。これにより、信頼性に優れ、高品質な表示が可能な表示部を具備した携帯電話１３００を提供することができる。
【０１３２】
また、本発明の液晶装置は、上記携帯電話の他にも、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、プロジェクタ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができる。
【０１３３】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【０１３４】
［実施例］
以下に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、発明の効果を確認するため、シミュレーション解析により評価を行った。
【０１３５】
実施例においては、本発明の偏光素子を液晶プロジェクタのライトバルブ用の偏光素子として適用することを想定して評価を行った。本発明の偏光素子は、無機材料で形成されており耐熱性が高いことから、前述した高出力の光源を有する液晶プロジェクタのプリ偏光板として好適に適用できる。
【０１３６】
このようなプリ偏光板には、ＴＭ光に対する高い光透過率を有し、ＴＭ光を良好に透過させる必要がある。一方で、上述のように２枚の偏光素子が協働してＴＥ光を吸収するため、ＴＥ光の吸収率については、それほど高い必要がない。具体的には、ＴＭ光の透過率が９０％より大きく、ＴＥ光の吸収率が４０％より大きいと使用上問題ない。ＴＥ光の吸収率については、２枚目の偏光素子への負担を低減するために、５０％より大きいとなお良い。更には、ＴＥ光がプリ偏光板で反射しライトバルブへ戻ることを防ぐために、ＴＥ光の反射率は低い方が良く、２０％以下であることが望まれる。
【０１３７】
そこで、以下の実施例においては、ＴＭ光透過率が９０％より大、ＴＥ光反射率が２０％以下、ＴＥ光吸収率が４０％より大、であることを基準として評価を行った。
【０１３８】
本実施例では、モデル化した偏光素子についてのシミュレーション解析、および実際に作成した試験体の実測により評価をおこなった。
【０１３９】
シミュレーション解析は、モデル化した偏光素子についての形状、屈折率等の各パラメータを用いて、Grating Solver Development社製の解析ソフトであるＧＳｏｌｖｅｒを用いて行った。
【０１４０】
また、作成した試験体については、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製の分光光度計Ｕ−４１００を用いて、各光学特性を測定した。
【０１４１】
［予備評価］
まず、凸条部の両側面に金属細線が設けられた両側タイプのモデルと、凸条部の一方の側面にのみ金属細線が設けられた片側タイプのモデルとについて比較を行った。これは、凸条部の両側面に金属細線を設けたモデルの解析に長時間を要するため、解析の効率化を目的としたものである。
【０１４２】
解析では、凸条部の高さ：１１０ｎｍ、幅：７０ｎｍ、金属細線の形成材料をモリブデンとしてモリブデンの屈折率および消衰係数の各パラメータを用いた。凸条部の両側面に金属細線を設けた両側タイプのモデルについては金属細線の高さ：２８．８ｎｍ、幅：１８．３ｎｍとし、凸条部の一方の側面に金属細線を設けた片側タイプのモデルについては金属細線の高さ：４０．６ｎｍ、幅：２５．８ｎｍとして、両モデルの金属細線の断面積を略等しく、すなわち略同体積の金属細線として評価をおこなった。
【０１４３】
図２１、２２は、ＴＭ光およびＴＥ光に対する透過、反射、吸収の各特性のシミュレーション結果を示すグラフであり、図２１は両側タイプのモデルについて、図２２は、片側タイプのモデルについての結果を示している。各々（ａ）は透過特性、（ｂ）は反射特性、（ｃ）は吸収特性を示すものであり、横軸は偏光素子を透過する光の波長、縦軸には各光学特性の値を示す。
【０１４４】
ＴＭ光、ＴＥ光に対する両タイプの光学特性を比較すると、いずれも同様の挙動を示すため、片側タイプのモデルについての解析を行うことで、両側タイプのモデルについての光学特性を予測可能であることが分かった。
そのため、以下のシミュレーションにおいては、片側タイプのモデルの構成についてシミュレーション解析を行った。
【０１４５】
［金属細線の形成材料についての検証］
次に、上記片側タイプのモデルの構造にて金属材料の屈折率および消衰係数を変化させたときにおける、偏光素子の光学特性への影響を検証した。図２３は、横軸を消衰係数、縦軸を屈折率とした各光学特性の等値線を示す。各々（ａ）はＴＭ光の透過特性、（ｂ）はＴＥ光の反射特性、（ｃ）はＴＥ光の吸収特性を示すものである。ここでは、屈折率を０．５から５まで、消衰係数を０から５まで変化させた時の結果を示す。凸条部の高さ、幅、および金属細線の高さ、幅については、図２２に示したシミュレーション解析で用いた値を用い、５３２ｎｍの波長の光に対する影響を調べた。
【０１４６】
評価の結果、ＴＭ光の透過特性、ＴＥ光の反射特性、ＴＥ光の吸収特性について光学特性をみると、屈折率ｎが３以上５以下であり、消衰係数が２以上５以下であるときに、おおむね上述の求める光学特性を示すことが分かった。本評価結果は、金属細線の形成材料の物性値に起因するものであるため、本発明の偏光素子の形状（上記両側タイプのモデル）であっても同様の傾向を示すと類推できる。
【０１４７】
このような範囲の屈折率、消衰係数を有する材料としては、ゲルマニウム、クロム、モリブデンを上げることができる。図には、これら金属材料について示している。
【０１４８】
［凸条部の高さについての検証］
次に、上記片側タイプのモデルの構造にて、凸条部の高さを変更した場合の各光学特性への影響を検証した。ここでは、凸条部の幅を７０ｎｍ、金属細線の幅を１９．２５ｎｍ、金属材料としてゲルマニウムを選択した場合の、５３２ｎｍの波長の光に対するシミュレーション結果を示す。
【０１４９】
図２４には、ＴＭ光およびＴＥ光に対する透過、反射、吸収の各特性のシミュレーション結果を示すグラフである。各々（ａ）は透過特性、（ｂ）は反射特性、（ｃ）は吸収特性を示すものであり、横軸は偏光素子の凸条部の高さ（グリッド高さ）、縦軸には各光学特性の値を示している。ここでは、グリッド高さを５０ｎｍから１５０ｎｍまで変化させた時の結果を示す。
【０１５０】
ここで、実際に凸条部を形成する場合には、上述したように、基板上にレジストパターンを形成した後にエッチングを行う。そのため、実際には凸条部のグリッド高さの最大値は、レジストパターンの厚さと、エッチング時の選択比によって決まる。本実施例では、２００ｎｍの厚さのレジストを用い上述のエッチング条件にてドライエッチングを行った場合に、経験的に得ているグリッド高さの最大値である１５０ｎｍを上限としてシミュレーションを行った。
【０１５１】
評価の結果、グリッド高さが高くなるに従ってＴＥ光の反射率および吸収率が高くなることが分かり、ＴＥ光の光学特性がグリッド高さの影響を強く受けることが明らかとなった。上述の吸収型偏光素子として用いる場合、ＴＥ光の吸収率が４０％以上となるには、グリッド高さが９０ｎｍ以上となると良い。また、１３０ｎｍ以上となるとＴＥ光の吸収率が５０％程度で頭打ちとなるため、グリッド高さは１３０ｎｍ以上とすることがより好ましいことが分かった。
【０１５２】
本評価結果は、上述の片側タイプのモデルについてのシミュレーション結果であるが、上述のように両側タイプのモデルであっても同様の傾向を示すため、本発明の偏光素子の形状（両側タイプのモデル）であっても同様の傾向を示すと類推できる。
【０１５３】
［金属細線の成膜量についての検証］
次に、本発明の偏光素子について、凸条部の高さを一定とした場合に金属細線の厚さ（成膜量）を変化させた場合の各光学特性への影響を検証した。本実施例では、ＳｉＯ２基板上に幅７０ｎｍ、高さ１１５ｎｍ、ピッチ７０ｎｍの凸条部を設け、金属材料としてモリブデンを選択して試験体を作成し、光学特性を実測した。また、凸条部および金属細線の断面のＳＥＭ写真から凸条部下端から金属細線上端までの総高さを求め、得られる総高さから、凸条部の高さである１１５ｎｍを引いた値を、金属細線の厚さとした。
【０１５４】
図２５から図３２は、一定高さの凸条部上に成膜量を変化させて金属細線を形成した場合の各光学特性を示す図である。図２５，２６は成膜量２４ｎｍ、図２７，２８は成膜量２０ｎｍ、図２９，３０は成膜量８ｎｍ、図３１，３２は成膜量４ｎｍの結果を示す。図２５，２７，２９，３１は各々、断面ＳＥＭ写真を示し、図２６，２８，３０，３２は、図２１、２２と同様の縦軸、横軸を用いて、（ａ）に光の透過特性、（ｂ）に光の反射特性、（ｃ）に光の吸収特性を示す。
【０１５５】
評価の結果、成膜量が少なくなるに従い、ＴＭ光の透過率は増加、ＴＥ光の反射率は減少、ＴＥ光の吸収率は減少の傾向が見られた。５３０ｎｍの波長における各光学特性を比較すると、次の表１のようになった。
【０１５６】
【表１】
2010210705.tif 000007
【０１５７】
この結果から、本実施例の偏光素子の場合には、成膜量を８ｎｍとするとＴＭ光の透過率、ＴＥ光の反射率、吸収率が良好な偏光素子とすることが分かった。
【０１５８】
これらの結果より、本発明の構成を備える偏光素子が良好な光学特性を有することが確認でき、本発明の構成が課題解決に有効であることが確かめられた。
【符号の説明】
【０１５９】
１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３３０，３４０…偏光素子，１１，２１…基板、１１Ａ…基板材料、１３，２３…凸条部、１３ａ，２３ａ…第１側面（一方の側面）、１３ｂ，２３ｂ…第２側面（他方の側面）、１４，２４…金属細線、１４ａ，２４ａ…第１細線、１４ｂ，２４ｂ…第２細線、１５，２５…空隙部、１６，２６…保護膜、２０…レジスト、３００…液晶装置、３１０…素子基板（一対の基板）、３２０…対向基板（一対の基板）、３５０…液晶層、８００…プロジェクタ（投射型表示装置）、８１０…光源（照明光学系）、８２６…投射レンズ（投射光学系）、８５２…第１偏光素子（偏光素子）、１３００…携帯電話（電子機器）、
【図１】
2010210705.tif 000008
【図２】
2010210705.tif 000009
【図３】
2010210705.tif 000010
【図５】
2010210705.tif 000011
【図６】
2010210705.tif 000012
【図７】
2010210705.tif 000013
【図８】
2010210705.tif 000014
【図９】
2010210705.tif 000015
【図１０】
2010210705.tif 000016
【図１１】
2010210705.tif 000017
【図１２】
2010210705.tif 000018
【図１３】
2010210705.tif 000019
【図１４】
2010210705.tif 000020
【図１５】
2010210705.tif 000021
【図１６】
2010210705.tif 000022
【図１７】
2010210705.tif 000023
【図１８】
2010210705.tif 000024
【図１９】
2010210705.tif 000025
【図２０】
2010210705.tif 000026
【図２１】
2010210705.tif 000027
【図２２】
2010210705.tif 000028
【図２４】
2010210705.tif 000029
【図２６】
2010210705.tif 000030
【図２８】
2010210705.tif 000031
【図３０】
2010210705.tif 000032
【図３２】
2010210705.tif 000033
【図４】
2010210705.tif 000034
【図２３】
2010210705.tif 000035
【図２５】
2010210705.tif 000036
【図２７】
2010210705.tif 000037
【図２９】
2010210705.tif 000038
【図３１】
2010210705.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月11日(2009.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
上記のように配置した基板の成膜面に一回目の蒸着を行った結果、成膜面Ｐ１，Ｐ２間に図９に示すような膜厚分布が生じているとする。この膜厚分布を均一化させるためには、一回目に蒸着を行った第１の方向と異なる第２の方向から二回目の蒸着を行う必要がある。より具体的には、第２の方向は、基板の成膜面から見て第１の方向と逆方向であることが望ましい。すなわち、第１の方向と第２の方向は基板の成膜面の法線に対して対称であることが好ましい。また、第１の方向と第２の方向は、それぞれ成膜面に対する角度が等しく、それぞれの方向を基板の成膜面に投影したときに正対する方向であることが好ましい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
［第２実施形態］
図１５は、本発明の第２実施形態に係る偏光素子１Ｂの説明図である。本実施形態の偏光素子１Ｂは、第１実施形態の偏光素子１Ａと一部共通している。異なるのは、金属細線１４の表面を覆う保護膜を有することである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２５】
［液晶装置］
図１９は、本発明にかかる偏光素子を備えた液晶装置３００の一例を示した断面模式図である。本実施形態の液晶装置３００は、素子基板３１０，対向基板３２０の間に液晶層３５０が挟持され構成されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２６】
素子基板３１０及び対向基板３２０は、偏光素子３３０、３４０を備えている。偏光素子３３０、３４０は、前述した第２実施形態の偏光素子であり、それぞれガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板上に、保護膜を備えた金属細線が形成された構造を備えている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２７】
偏光素子３３０は基板本体３３１と金属細線３３２及び保護膜３３３を、偏光素子３４０は基板本体３４１と金属細線３４２及び保護膜３４３をそれぞれに備えている。本実施形態では、基板本体３３１、３４１は偏光素子の基板であると同時に液晶装置用の基板も兼ねている。また、金属細線３３２と金属細線３４２は、互いに交差するように配置されている。いずれの偏光素子も、金属細線が内面側（液晶層３５０側）に配置されている。