(57)【要約】【課題】  光の進行方向における金属細線の厚さが大きいワイヤグリッド偏光子、及びそのワイヤグリッド偏光子を簡易に作製でき、しかも、その偏光子がウエハーサイズを越える大きさであっても作製することのできるワイヤグリッド偏光子の製造方法を提供すること。【解決手段】  光透過性支持体１の表面上に、複数の細い直線状の凸部２を、それらが互いに平行に一定のピッチＰで並ぶように形成する。そして凸部２の上面に上部金属層４を形成するばかりでなく、凸部２の側面全体および側方にも、側部金属層５を上部金属層４に連接して形成し、上部金属層４と側部金属層５とによって金属細線６を構成する。上部金属層４および側部金属層５は、例えば、斜め方向から蒸着法またはスパッタリング法によって金属材料を堆積させることによって形成する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の細い直線状の凸部が互いに平行に一定のピッチで並んでいる表面構造を有する  光透過性支持体と、
前記凸部の上面に配置された、細い直線状の上部金属層と、
前記凸部の側面全体及び側方に、前記上部機能性材料層に連接して配置され、前記上  部金属層とともに金属細線を構成し、光の透過方向における厚さが前記上部金属層より  も大きい、細い直線状の側部金属層と
からなる、ワイヤグリッド偏光子。
【請求項２】
隣り合う前記凸部間の凹部底面に前記光透過性支持体が露出している、請求項１に記載したワイヤグリッド偏光子。
【請求項３】
前記金属細線によって光が反射され、前記凹部底面を通って光が透過する、請求項２に記載したワイヤグリッド偏光子。
【請求項４】
前記光透過性支持体の前記表面構造が、前記光透過性支持体の主部を構成する材料とは異なる材料によって形成されている、請求項１に記載したワイヤグリッド偏光子。
【請求項５】
前記上部金属層の厚さが前記ピッチの１／５以上である、請求項１に記載したワイヤグリッド偏光子。
【請求項６】
前記上部金属層及び前記側部金属層の材料が、ケイ素Ｓi及び／又は銅Ｃuを添加したアルミニウムＡl、又は、パラジウムＰd及び／又は銅Ｃuを添加した銀Ａgである、請求項１に記載したワイヤグリッド偏光子。
【請求項７】
液晶表示装置の偏光素子として用いられる、請求項１に記載したワイヤグリッド偏光子。
【請求項８】
前記液晶表示装置のバックライト装置を構成する偏光分離素子として用いられる、請求項７に記載したワイヤグリッド偏光子。
【請求項９】
光透過性支持体の表面に、複数の細い直線状の凸部が互いに平行に一定のピッチで並  んでいる表面構造を形成する工程と、
前記凸部の上面、並びに側面全体及び側方に、それぞれ、細い直線状の上部金属層並  びに側部金属層を形成する工程と
を有する、ワイヤグリッド偏光子の製造方法。
【請求項１０】
前記光透過性支持体の前記表面に垂直な方向から前記凸部の配列方向へ所定の角度θだけ傾いた所定の方向から、前記凸部の上面及び側方にかけて金属材料を堆積させることによって、隣り合う前記凸部間の凹部底面に前記金属材料を実質的に堆積させることなく、前記上部金属層及び前記側部金属層を形成する、請求項９に記載したワイヤグリッド偏光子の製造方法。
【請求項１１】
前記所定の方向から所定の期間成膜した後、前記表面に垂直な方向に関して前記所定の方向と左右対称の方向から所定の期間成膜する一連の工程を、必要回数繰り返して行う、請求項１０に記載したワイヤグリッド偏光子の製造方法。
【請求項１２】
前記上部金属層及び前記側部金属層の厚さの増加に対応して、前記所定の角度θを徐々に小さくしていく、請求項１１に記載したワイヤグリッド偏光子の製造方法。
【請求項１３】
前記光透過性支持体の前記表面に金属材料を堆積させた後、エッチバックすることにより、隣り合う前記凸部間の凹部底面に堆積した前記金属材料を除去し、かつ、前記凸部の上面及び側方にかけて堆積した前記金属材料の一部を残して、前記上部金属層及び前記側部金属層を形成する、請求項９に記載したワイヤグリッド偏光子の製造方法。
【請求項１４】
前記光透過性支持体の前記表面に、前記光透過性支持体の主部を構成する材料とは異なる材料によって前記凸部を形成する、請求項９に記載したワイヤグリッド偏光子の製造方法。
【請求項１５】
凹凸パターンが形成されたモールドを作製する工程と、
前記凸部の構成材料に前記モールドを押し当て、前記凹凸パターンを転写して前記凸  部を形成する工程と
を有する、請求項１４に記載したワイヤグリッド偏光子の製造方法。
【請求項１６】
前記光透過性支持体の主部の表面に、前記凸部の構成材料として樹脂層を配置する工  程と、
前記樹脂層に前記モールドを押し当て、前記樹脂層を前記凹凸パターンに相補的な形  状に成形する工程と、
前記成形中、及び／又は前記成形後、前記樹脂層を硬化させ、前記凸部を形成する工  程と、
前記モールドを剥離させる工程と
を有する、請求項１５に記載したワイヤグリッド偏光子の製造方法。
【請求項１７】
前記樹脂層として紫外線硬化性樹脂層を塗布法又は印刷法によって配置し、紫外線透過性のモールドによって成形後、前記モールドを通して紫外線を照射して前記紫外線硬化性樹脂層を硬化させる、請求項１６に記載したワイヤグリッド偏光子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置、液晶プロジェクタ、光ピックアップ、および光通信装置などに好適に用いられるワイヤグリッド偏光子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤグリッド偏光子は、入射光のうち、特定の向きの直線偏光成分を効率よく透過させるとともに、それに直交する直線偏光成分を効果的に反射する偏光子である。このため、ワイヤグリッド偏光子は、吸収型の偏光子と異なり、透過光ばかりでなく、反射光も利用できる偏光子である。
【０００３】
図１１は、従来の基本的なワイヤグリッド偏光子１００の構造を示す斜視図および部分拡大断面図である。ワイヤグリッド偏光子１００では、透明基板１０１の上に、多数の直線状の金属細線１０２が、互いに平行に一定のピッチ（隣り合う２本の細線の中心間の距離）Ｐで並んでいる。図１１に細線と破線で示したように、光の入射面は、通常、金属細線１０２の長手方向に垂直な面である。ワイヤグリッド偏光子１００にピッチＰよりも十分に長い波長の光を入射させると、偏光方向が金属細線１０２の長手方向に平行な偏光成分（ＴＥ偏光）はワイヤグリッド偏光子１００によって反射されやすく、偏光方向が長手方向に垂直な偏光成分（ＴＭ偏光）はワイヤグリッド偏光子１００を透過しやすい。
【０００４】
ワイヤグリッド偏光子１００の性能を決める最も重要な因子は、金属細線１０２のピッチＰと入射光の波長λとの関係である。ピッチＰが波長のほぼ１／２以下である範囲で、図１１に示した素子は偏光子として機能する。ピッチＰが波長のほぼ２倍より大きい範囲では、図１１に示した素子は回折格子として機能する。ピッチＰが波長のほぼ１／２倍〜２倍である範囲では、反射特性と透過特性が著しく変化する。これは、「レイリー共鳴」として知られており、入射光が図１１に示した素子を通過するときに高次の回折光が生じることによって起こる。レイリー共鳴が起こる波長の前後において、ワイヤグリッド偏光子としての性能は著しく低下する。
【０００５】
従って、図１１に示した素子をワイヤグリッド偏光子１００として用いるためには、レイリー共鳴が起こるのを避けるために、金属細線１０２のピッチＰは入射光の波長の１／２以下にすることが必要である。例えば、波長が４００〜８００ｎｍである可視光を偏光分離するためには、ピッチＰは４００ｎｍ／２＝２００ｎｍ以下であることが求められる。
【０００６】
その他に、ワイヤグリッド偏光子１００の性能を決める要因として、金属細線１０２のピッチＰ、ピッチＰに対する金属細線１０２の幅Ｗの比率Ｗ／Ｐ、光の透過方向における金属細線１０２の厚さＴ、および金属細線を構成する金属材料の種類などがある。ＲＣＷＡ法（Rigorous Coupled Wave Analysis法）に基づくシミュレーション計算を実行するソフトウェアツールなどを用いると、これらの諸量に基づいてワイヤグリッド偏光子１００の性能を推測することができる。そこで、これらの諸量をパラメータとして様々なシミュレーション計算を行い、所望の偏光特性が得られる金属細線１０２のピッチＰ、幅Ｗ、および厚さＴなどを決定する設計方法が広く用いられている。
【０００７】
一般的な傾向としては、ピッチＰが小さい方が、とくに短波長領域においてＴＭ偏光の透過率が向上する。Ｐが一定であれば、金属細線１０２の厚さＴが大きい方が、透過光の偏光度が大きくなる。また、金属細線１０２の幅Ｗが小さい方が、ＴＭ偏光の透過率が大きくなる。金属材料としては、反射率が大きい金属、例えばアルミニウムや銀などを用いることが望ましい。
【０００８】
通常の使用目的では、ワイヤグリッド偏光子１００として、透過光の偏光度、すなわち透過光全体に占めるＴＭ偏光の割合が大きく、しかも、ＴＭ偏光の透過率が大きい偏光子が望まれる。金属細線１０２のピッチＰが一定であるとすると、このためには、金属細線１０２の厚さＴが大きいか、幅Ｗが小さいことが望ましいので、幅Ｗに対する厚さＴの比Ｔ／Ｗ、すなわち金属細線１０２の断面のアスペクト比をある程度以上に大きくする必要が生じる。
【０００９】
例えば、図１２は、金属細線１０２のピッチＰが２００ｎｍ、幅Ｗが１００ｎｍであり、金属の材料がアルミニウムであるワイヤグリッド偏光子１００において、厚さＴを２００ｎｍ（アスペクト比を２）とした場合と、Ｔを５０ｎｍ（アスペクト比を０．５）とした場合とを、シミュレーション計算によって比較した結果を示すグラフである。計算は、ＲＣＷＡ法に基づいてワイヤグリッド偏光子の偏光特性をシミュレーション計算するソフトウェアツールDiffractMOD（商品名；RSOFT社製）を用いて行った。これによると、厚さＴが５０ｎｍである偏光子では、全般に透過光の偏光度が不十分であり、とくに短波長領域において、透過光の偏光度とＴＭ偏光の透過率とがともに著しく低下し、実用に耐え得る性能が得られない。一方、厚さＴが２００ｎｍである偏光子では、透過光の偏光度が大きく、短波長領域において若干小さいものの、ＴＭ偏光の透過率も可視光領域全体の平均では７０％程度であり、ほぼ満足できる性能が得られる。
【００１０】
さて、ワイヤグリッド偏光子の作製には、通常、半導体素子の製造に用いられるのと同様の、フォトリソグラフィ法およびエッチング法が用いられる。この際、何らかの目的で、透明基板にも多数の直線状の凸部が互いに平行に一定のピッチで並んだ周期的な表面構造（以下、グリッド構造と略記することがある。）が形成されることがある。図１３は、そのような２つの例（ａ）および（ｂ）を示す断面図である。
【００１１】
後述の特許文献１には、図１３（ａ）に示すワイヤグリッド偏光子１１０の製造方法が提案されている。この製造方法では、まず、図１３（ａ−１）に示すように、透明基板１１１の上に平行な導電素子１１２のアレイを形成する。導電素子１１２のアレイは、例えば、金属膜上に電子ビームリソグラフィなどによってレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして反応性イオンエッチングによって金属膜を選択的にエッチングすることによって形成する。
【００１２】
次に、図１３（ａ−２）に示すように、導電素子１１２をマスクとして用いて透明基板１１１を反応性イオンエッチングまたはイオンビームエッチングによってエッチングして、導電素子１１２の下部にリブ１１３を形成する。
【００１３】
特許文献１には、リブ１１３を設ける目的として、導電素子１１２がリブ１１３によって支持される構造を形成することによって、リブ１１３が形成されていない図１３（ａ−１）の構造に比べて、導電素子１１２の下部の媒質の実効的な屈折率が小さくなり、ワイヤグリッド偏光子１１０でレイリー共鳴が起こる波長がより短くなり、短波長領域におけるＴＭ偏光透過率が向上すると説明されている。
【００１４】
また、後述の特許文献２には、図１３（ｂ）に示すように、リフトオフ法によるワイヤグリッド偏光子１２０の作製方法が示されている。この作製方法では、まず、図１３（ｂ−１）に示した、一方の表面にウェーブ形状の微細な凹部１２１ａおよび凸部１２１ｂを有する透明樹脂基板１２１を用意する。透明樹脂基板１２１は、例えば、ウェーブ形状の微細凹凸を有するスタンパーが取り付けられた金型を用いて、ポリカーボネート樹脂を射出成形法によって成形することによって作製する。スタンパーの微細凹凸のサイズは、例えば、凹部１２１ａを基準とした凸部１２１ｂの高さが２７０ｎｍ、ピッチが３００ｎｍである。
【００１５】
そして、この透明樹脂基板１２１の微細凹凸面全体に、図１３（ｂ−１）に示すように、真空蒸着法、スパッタリング法、または化学気相成長法（ＣＶＤ）などによって、ポリスチレンなどからなるマスキング層１２２を形成する。
【００１６】
次に、図１３（ｂ−２）に示すように、透明樹脂基板１２１の凹部１２１ａに形成されたマスキング層１２２を残しつつ、凸部１２１ｂに形成されたマスキング層１２２を除去し、凸部１２１ｂの表面を露出させる。このマスキング層１２２の選択的な除去は、逆スパッタリング法や物理的エッチング法などを用いて行う。
【００１７】
次に、図１３（ｂ−３）に示すように、真空蒸着法、スパッタリング法、またはＣＶＤ法などによって、透明樹脂基板１２１の表面全体にわたって、アルミニウムや銀などの金属層１２３を形成する。
【００１８】
次に、マスキング層１２２が可溶な溶媒、例えば、ポリスチレン層であればイソプロピルアルコールなどの溶媒に透明基板１２１を浸漬し、マスキング層１２２とともに凹部１２１ａに堆積した金属層１２３を除去し、図１３（ｂ−４）に示すように、凸部１２１ｂに堆積した金属層１２３のみを残す。この際、超音波を照射して、超音波による振動によって、凹部１２１ａと凸部１２１ｂの中間で金属層１２３を切断するのがよい。
【００１９】
以上のようにして、透明樹脂基板１２１の表面の凸部１２１ｂのみに金属層１２３が形成され、凹部１２１ａにおいては基板１２１の表面が露出した構造のワイヤグリッド型偏光子１２０が得られる。特許文献２には、このようにして、明るく、また偏光特性に優れたワイヤグリッド型偏光子１２０を容易に作製することが可能であると述べられている。
【００２０】
特許文献２の作製方法によれば、表面にウェーブ形状の微細凹凸１２１ａおよび１２１ｂを有する透明樹脂基板１２１を用いることにより、フォトリソグラフィ法を用いずにワイヤグリッド型偏光子１２０を作製することができるので注目される。また、後述の特許文献３には、同様に表面にウェーブ形状の微細凹凸を有する透明基板を用い、斜め方向から金属材料を堆積させることによって、フォトリソグラフィ法を用いずにワイヤグリッド型偏光子を作製する方法が提案されている。
【００２１】
また、後述の特許文献４には、透明基板の上部に複数の直線状の凹凸構造が形成されており、凸部の上面及び／又は側面に接して導電体が設けられているワイヤグリッド偏光子が提案されている。図１４は、特許文献４の図９〜１１に示されているワイヤグリッド偏光子１３０ａ〜１３０ｃの構造を示す断面図である。
【００２２】
図１４（ａ）は、凸部１３２の上面から側面の一部（上部）にかけて上部導電体層１３４と側部導電体層１３５ａとが連設されている偏光素子１３０ａを示し、図１４（ｂ）は、凸部１３２の側面の一部（上部）にのみ側部導電体層１３５ｂが形成されている偏光素子１３０ｂを示している。特許文献４には、偏光素子１３０ａの上部導電体層１３４および側部導電体層１３５ａは、凸部１３２の上方からスパッタリング法やＣＶＤ法などによって導電体材料を堆積させることによって形成すると記されている。また、偏光素子１３０ｂは、偏光素子１３０ａと同様に上部導電体層１３４および側部導電体層１３５ａを形成した後、研磨などによって上部導電体層１３４を除去することで形成すると記されている。
【００２３】
図１４（ｃ）は、凸部１３２の側面全面に側部導電体層１３５ｃが形成されている偏光素子１３０ｃを示している。特許文献４には、側部導電体層１３５ｃは、凹凸構造の全面に無電解メッキなどにより導電体層を形成し、その後、指向性の高い、非等方性エッチング（例えば、反応性イオンエッチング）を用いて、凸部１３２の上面と凹部１３３の底面に堆積した導電体層を選択的に除去することによって形成すると記されている。
【００２４】
特許文献４の主旨は、側部導電体層１３５ｂや１３５ｃのように、透明基板１３１の表面に直交する方向に主面をもつ導電体層によって、ワイヤグリッド偏光子を構成することにある。凸部１３２の上面に形成される上部導電体層１３４は、無用で、ＴＭ偏光の透過率を低下させる邪魔なものとみなされている。従って、ワイヤグリッド偏光子１３０ｂおよび１３０ｃの例のように、作製工程の途中で形成される上部導電体層１３４は、最終的には研磨や非等方性エッチングによって除去されるのが原則である。ワイヤグリッド偏光子１３０ａのように上部導電体層１３４が残されている場合でも、それは偏光子を構成する導電体層として上部導電体層１３４を活用しようという意図からではなく、除去する手間を惜しんでのことに過ぎない。実際、特許文献４には、偏光素子１３０ｂでは、上部導電体層１３４を除去することによって、偏光素子１３０ａに比べて挿入損失が向上すると述べられている。また、上部導電体層１３４の幅を最適化するといった記述は全くない。同様なワイヤグリッド偏光子は、後述の特許文献５にも提案されている。
【００２５】
【特許文献１】特表２００３−５０２７０８号公報（第１９−２３、２７及び２８頁、図４及び１１）
【特許文献２】特開２００６−４７８１３号公報（第４−７頁、図１）
【特許文献３】特開２００１−３３０７２８号公報（第３及び４頁、図１−４）
【特許文献４】特開２００２−３２８２２２号公報（第３−５、７及び８頁、図９−１１）
【特許文献５】特開２００８−１４５５８１号公報（第６−８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
ワイヤグリッド偏光子では、金属細線のピッチＰが小さいほど、レイリー共鳴が起こる波長が短くなるばかりでなく、短波長領域におけるＴＭ偏光の透過率も向上する。従って、ピッチＰは小さいことが望ましい。しかし、ピッチＰが小さくなると金属細線の形成が難しくなる。結局、製造の容易さを重視すると、ピッチＰは、波長が４００〜８００ｎｍである可視光に対してレイリー共鳴が起こらない大きさ、つまり４００ｎｍ／２＝２００ｎｍ程度に定めざるを得ない。
【００２７】
この場合、図１２を用いて説明したように、金属細線１０２の幅Ｗが１００ｎｍであり、金属細線１０２の厚さＴが２００ｎｍ（アスペクト比が２）である場合には、透過光の偏光度が大きく、短波長領域を除けば、ＴＭ偏光の透過率も満足できる大きさである。しかし、短波長領域におけるＴＭ偏光の透過率をさらに向上させるには、幅Ｗを小さくするか、または、厚さＴを大きくする必要があり、いずれにしても、金属細線１０２の断面のアスペクト比Ｔ／Ｗはさらに大きくなる。
【００２８】
既述したように、ワイヤグリッド偏光子の製造には、通常、特許文献１のように、リソグラフィ法とエッチング法とが用いられる。この場合、高いアスペクト比をもつ金属細線の作製には高い加工精度が必要になり、アスペクト比が大きくなるほど、製造時に発生する面内加工ばらつきが大きくなったり、長い加工時間が必要になったりするなどの問題が発生し、製造コストが上昇する。
【００２９】
また、半導体素子の製造に用いられる半導体プロセスは、適用できる基板サイズがウエハーと同じ程度のサイズまでに限定される。従って、半導体プロセスは、ウエハーサイズを越える大面積のワイヤグリッド偏光子、例えば、大きな画面の液晶表示装置などに用いることのできるワイヤグリッド偏光子の作製には対応できず、大面積のワイヤグリッド偏光子の作製は困難であるのが実情である。
【００３０】
特許文献２〜５には、表面に複数の直線状の微細な凹凸構造が形成された透明基板を用いて、ワイヤグリッド偏光子を作製する方法が提案されている。とくに、特許文献２、３および５は、フォトリソグラフィ法などの微細加工方法を用いずに、金属細線を形成する方法が提案されている点で注目される。しかし、特許文献２および３のように、ウェーブ形状の凹凸構造を有する基板に金属細線を形成した場合、高いアスペクト比をもつ金属細線を形成することはできない。
【００３１】
特許文献４および５では、断面が矩形状の凹凸構造の凹部や凸部側面に薄膜状の導電体を堆積させることによって、透明基板の表面に直交する方向に主面をもつ導電体層を形成し、これを金属細線として用いてワイヤグリッド偏光子を構成する例が示されている。この方法では、高いアスペクト比を有する金属細線を容易に形成できる利点がある。しかし、導電体層の成膜膜厚が、ワイヤグリッド偏光子を構成する金属細線の幅になるので、金属細線の幅を大きくするには、導電体層を成膜する際の膜厚を厚くするしかなく、成膜できる膜厚によってワイヤグリッド偏光子の設計が制約される。
【００３２】
一方、作製工程の途中で凸部の上面に形成される上部導電体層は無用なものとみなされ、わざわざ手間をかけて除去されるのが原則である。偏光子を構成する導電体層として上部導電体層を活用しようという意図や提案は、特許文献４および５には示されていない。このため、凹凸構造に厚さむらのない導電体層を形成する工程と、凸部の上方および凹部底面に形成された導電体層を選択的に除去する工程が必要になり、製造工程が多く複雑になることでコスト高になる。また、導電体層を形成する際の導電体層の膜質や膜厚のばらつきと、導電体層の一部を選択的に除去する際のばらつきが二重に重なるため、導電体層の均一性が低下する。特に大面積のワイヤグリッド偏光子を形成する際に、導電体層の均一性を確保することが困難になる。
【００３３】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、光の透過方向における金属細線の厚さが大きいワイヤグリッド偏光子、及びそのワイヤグリッド偏光子を簡易に作製でき、しかも、その偏光子がウエハーサイズを越える大きさであっても作製することのできるワイヤグリッド偏光子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
即ち、本発明は、
複数の細い直線状の凸部が互いに平行に一定のピッチで並んでいる表面構造を有する  光透過性支持体と、
前記凸部の上面に配置された、細い直線状の上部金属層と、
前記凸部の側面全体及び側方に、前記上部機能性材料層に連接して配置され、前記上  部金属層とともに金属細線を構成し、光の透過方向における厚さが前記上部金属層より  も大きい、細い直線状の側部金属層と
からなる、ワイヤグリッド偏光子に係わるものである。
【００３５】
また、
光透過性支持体の表面に、複数の細い直線状の凸部が互いに平行に一定のピッチで並  んでいる表面構造を形成する工程と、
前記凸部の上面、並びに側面全体及び側方に、それぞれ、細い直線状の上部金属層並  びに側部金属層を形成する工程と
を有する、ワイヤグリッド偏光子の製造方法に係わるものである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のワイヤグリッド偏光子では、光透過性支持体の表面に、複数の細い直線状の凸部が互いに平行に一定のピッチで並ぶように形成されている。そして、前記凸部の上面に細い直線状の上部金属層が配置されているばかりでなく、前記凸部の側面全体及び側方にも、前記上部金属層に連接して細い直線状の側部金属層が配置され、前記上部金属層と前記側部金属層とによって金属細線が構成されている。
【００３７】
前記金属細線は中身のつまった真の金属細線ではなく、その実体は前記凸部の上面と側面とを被覆する薄い金属層にすぎない。しかしながら、後に実施例で示すように、本発明者は、この中身のない金属細線が、中身のつまった金属細線と同様に機能して、ワイヤグリッド偏光子を構成できることを発見した。前記金属細線の機能が完全に定量的に明らかになっているわけではないが、金属と光の相互作用が、金属の表面を占めている自由電子の働きによって起こることを考えると、ワイヤグリッド偏光子を構成する金属細線の中身がつまっている必要がないことは当然のことと考えられる。従って、前記上部金属層及び前記側部金属層の膜厚としては、光が透過してしまわない程度の厚さがあれば十分であると考えられる。
【００３８】
前記金属細線の有効な幅は、前記凸部の幅に、側方にはみ出して形成される２つの前記側部金属層の成膜膜厚を加算した大きさになる。また、前記金属細線の有効な厚さは、前記光透過性支持体の表面に垂直な方向における前記凸部の厚さに、前記上部金属層の成膜膜厚を加算した大きさになる。この場合、前記凸部の厚さを大きくすることによって、前記上部金属層の成膜膜厚が薄くても、前記金属細線の有効厚さを大きくすることができる。このため、前記金属細線は、その有効厚さと同じ厚さを有する、中身のつまった金属細線よりも、はるかに容易に形成することができる。従って、本発明のワイヤグリッド偏光子では、光の透過方向における金属細線の有効厚さが大きいワイヤグリッド偏光子を、従来のワイヤグリッド偏光子に比べてはるかに容易に作製できる。この結果、短波長領域におけるＴＭ偏光の透過率を改善することができ、可視光領域で実用上十分な透過光の偏光度及びＴＭ偏光の透過率を得ることができる。
【００３９】
この際、前記金属細線のピッチは、前記凸部の並びのピッチと同じになる。このように、本発明のワイヤグリッド偏光子では、その性能を決定する要因である前記金属細線のピッチおよび寸法が、予め形成されている前記凸部のピッチ、幅、および厚さと、前記上部金属層および前記側部金属層の成膜膜厚などの成膜条件とによって定まる。このため、前記金属細線の形成に際してフォトリソグラフィなどの微細加工方法が不要であり、その大きさがウエハーサイズを越える大きさであっても作製することができる。また、前記上部金属層及び前記側部金属層の成膜膜厚を薄くすることにより、成膜時間の短縮や膜厚のばらつきの縮小を可能とし、歩留まりを向上させることができる。
【００４０】
本発明のワイヤグリッド偏光子の製造方法は、本発明のワイヤグリッド偏光子を製造するための工程を有し、予め形成する前記凸部のピッチ、幅、及び厚さと、前記上部金属層及び前記側部金属層の成膜膜厚などの成膜条件とによって、前記金属細線のピッチおよび寸法を定めることができる。このため、前記金属細線の形成に際し、成膜工程のみを行えばよく、フォトリソグラフィ手段などの大がかりな設備を要する微細加工工程が不要である。従って、簡易に、生産性よく、低コストで、本発明のワイヤグリッド偏光子を製造することができる。また、ワイヤグリッド偏光子が、フォトリソグラフィなどの微細加工方法を適用できない、ウエハーサイズを越える大きさであっても、製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明のワイヤグリッド偏光子において、隣り合う前記凸部間の凹部底面に前記光透過性支持体が露出しており、前記金属細線によって光が反射され、前記凹部底面を通って光が透過するのがよい。
【００４２】
また、前記光透過性支持体の前記表面構造が、前記光透過性支持体の主部を構成する材料とは異なる材料によって形成されているのがよい。前記光透過性支持体の前記表面構造と前記主部とで材料を使い分けることによって、多様な材質の前記主部を用いて、本発明のワイヤグリッド偏光子を形成することができる。例えば、前記光透過性支持体の前記主部として有機樹脂フィルムを用いれば、軽量で、フレキシブルで、耐衝撃性のあるワイヤグリッド偏光子を作製することができる。また、前記凸部の構成材料として熱硬化樹脂または紫外線硬化樹脂を用い、モールドに形成された凹凸構造をナノインプリント法によって転写すれば、フォトリソグラフィなどの微細加工技術を用いずに、容易に、生産性よく凸部を形成することができる。
【００４３】
また、前記上部金属層の厚さが前記ピッチの１／５以上であるのがよい。
【００４４】
また、前記上部金属層及び前記側部金属層の材料が、ケイ素Ｓi及び／又は銅Ｃuを添加したアルミニウムＡl、又は、パラジウムＰd及び／又は銅Ｃuを添加した銀Ａgであるのがよい。前記上部金属層及び前記側部金属層を構成する材料は、光を反射しやすい材料が好ましく、例えば、アルミニウムや銀がよい。ただし、純アルミニウムを用いて成膜を行うと、成膜粒子の粒径が数１０ｎｍ程度に大きくなり、ｎｍサイズの金属細線を形成する場合には、ラインエッジに凹凸を生じたり、アルミニウム膜の膜質が場所ごとに変化したりする原因になることがある。このようなばらつきは、アルミニウム膜の光反射率を低下させ、ワイヤグリッド偏光子の偏光特性を劣化させる原因になる。
【００４５】
こういった場合には、アルミニウムに対してケイ素及び／又は銅を微量（例えば、０．５〜１質量％）添加した材料を用いることによって、成膜粒子の粒径を小さくし、金属細線のラインエッジに生じる凹凸や、アルミニウム膜の膜質の場所ごとの変化を小さく抑え、アルミニウム膜の光反射率を高くすることができる。また、構成材料として銀を用いる場合にも、同様の現象が生じた場合には、銀に対してパラジウム及び／又は銅を微量（例えば、０．５〜１質量％）を添加した材料を用いることが有効である。構成材料としてその他の金属を用いる場合にも、大きな成膜粒子の発生を抑えるために、微量の別材料を添加した材料を用いることが望ましい。
【００４６】
また、液晶表示装置を構成する偏光素子として用いられるのがよい。この際、液晶セルを構成する吸収型偏光子の代替として用いてもよいが、バックライト装置を構成する偏光分離素子として用いられると、反射型偏光子の特徴を生かすことができるので、とくに好ましい。本発明のワイヤグリッド偏光子を偏光分離素子として用いると、バックライトから入射してくる光のうち、ＴＭ偏光成分を液晶表示パネル側へ透過させるとともに、ＴＥ偏光成分をバックライト側へ反射する。バックライト側へ戻されたＴＥ偏光は、バックライト部での散乱や反射などによって偏光状態が解消され、通常の光として偏光分離素子に戻ってくる。このうち、ＴＭ偏光成分は液晶表示パネル側へ透過し、ＴＥ偏光成分はバックライト側へ再度反射される。このサイクルを繰り返すことにより、バックライトから出射された光をＴＭ偏光として利用する効率を高めることができる。
【００４７】
本発明のワイヤグリッド偏光子の製造方法において、前記光透過性支持体の前記表面に垂直な方向から前記凸部の配列方向へ所定の角度θだけ傾いた所定の方向から、前記凸部の上面及び側方にかけて金属材料を堆積させることによって、隣り合う前記凸部間の凹部底面に前記金属材料を実質的に堆積させることなく、前記上部金属層及び前記側部金属層を形成するのがよい。
【００４８】
この際、前記所定の方向から所定の期間成膜した後、前記表面に垂直な方向に関して前記所定の方向と左右対称の方向から所定の期間成膜する一連の工程を、必要回数繰り返して行うのがよい。また、前記上部金属層及び前記側部金属層の厚さの増加に対応して、前記所定の角度θを徐々に小さくしていくのがよい。
【００４９】
或いはまた、前記光透過性支持体の前記表面に金属材料を堆積させた後、エッチバックすることにより、隣り合う前記凸部間の凹部底面に堆積した前記金属材料を除去し、かつ、前記凸部の上面及び側方にかけて堆積した前記金属材料の一部を残して、前記上部金属層及び前記側部金属層を形成するのがよい。
【００５０】
また、前記光透過性支持体の前記表面に、前記光透過性支持体の主部を構成する材料とは異なる材料によって前記凸部を形成するのがよい。
【００５１】
この際、
凹凸パターンが形成されたモールドを作製する工程と、
前記凸部の構成材料に前記モールドを押し当て、前記凹凸パターンを転写して前記凸  部を形成する工程と
を有するのがよい。
【００５２】
詳しくは、
前記光透過性支持体の前記表面に、前記凸部の構成材料として樹脂層を配置する工程  と、
前記樹脂層に前記モールドを押し当て、前記樹脂層を前記凹凸パターンに相補的な形  状に成形する工程と、
前記成形中、及び／又は前記成形後、前記樹脂層を硬化させ、前記凸部を形成する工  程と、
前記モールドを剥離させる工程と
を有するのがよい。
【００５３】
この際、前記樹脂層として紫外線硬化性樹脂層を塗布法又は印刷法によって配置し、紫外線透過性のモールドによって成形後、前記モールドを通して紫外線を照射して前記紫外線硬化性樹脂層を硬化させるのがよい。
【００５４】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。
【００５５】
実施の形態１
実施の形態１では、主として、請求項１〜３および請求項５、６に記載したワイヤグリッド偏光子と、請求項９〜１２に記載したワイヤグリッド偏光子の製造方法との例について説明する。
【００５６】
図１は、実施の形態１に基づくワイヤグリッド偏光子１０の構造を示す断面図および部分拡大図である。ワイヤグリッド偏光子１０では、光透過性支持体１の表面上に、複数の細い直線状の凸部２が互いに平行に一定のピッチＰで並ぶように形成されている。この例では光透過性支持体１と凸部２とは同じ材料からなり、例えば、ガラス板の表面にフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングとによって凸部２が形成されている。
【００５７】
凸部２の上面には、細い直線状の上部金属層４が配置され、凸部２の側方にも、細い直線状の側部金属層５が上部金属層４に連接して配置されている。これら、上部金属層４と側部金属層５とによって金属細線６が構成され、ワイヤグリッド偏光子１０が形成されている。上部金属層４および側部金属層５は斜め方向から蒸着法またはスパッタリング法によって金属材料を堆積させることによって形成される。金属材料は、光を反射しやすい材料が好ましく、例えば、アルミニウムや銀がよい。ただし、純アルミニウムや純銀を用いて成膜を行うと、成膜粒子の粒径が大きくなり過ぎる場合には、既述したように、アルミニウムに対しては、ケイ素及び／又は銅を微量（例えば、０．５〜１質量％）添加し、銀に対しては、パラジウム及び／又は銅を微量（例えば、０．５〜１質量％）を添加する。
【００５８】
金属細線６は中身のつまった真の金属細線ではなく、実体は凸部２の上面と側面とを被覆する薄い金属層にすぎない。しかしながら、既述したように、本発明者は、この中身のない金属細線６が、中身のつまった真の金属細線と同様に、ワイヤグリッド偏光子１０を構成できることを発見した。ここでは、金属細線６を中身のつまった金属細線と同様に考えることができると仮定して、ワイヤグリッド偏光子１０の性能を決める諸量について検討する。以下、説明を簡単にするために、入射光を光透過性支持体１の表面に垂直に入射させる場合を考えることにする。
【００５９】
図１から明らかなように、金属細線６のピッチは、凸部２の並びのピッチＰと同じになる。また、部分拡大図に示したように、金属細線６の有効な幅Ｗは、凸部２の幅Ｗｇに、側方にはみ出して形成される２つの側部金属層５の成膜膜厚Ｔｓを加算した大きさになる。
Ｗ＝Ｗｇ＋２Ｔｓ
また、金属細線６の有効な厚さＴは、光が金属細線６間を通り抜ける際に、透過方向において感じる金属細線６の厚さである。部分拡大図から、これは、光の透過方向における側部金属層５の厚さに等しい。ただし、側部金属層５の厚さと言っても、その実体は、光の透過方向において側部金属層５が占めている幅である。図１に示すように、側部金属層５は凸部２の側面全面および上部金属層４の側方に設けられているので、金属細線６の有効な厚さＴは、光の透過方向における凸部の厚さ（凹部３の底面を基準とする、凸部２の高さ）Ｔｇに上部金属層４の成膜膜厚Ｔｕを加算した大きさになる。
Ｔ＝Ｔｇ＋Ｔｕ
【００６０】
上記のように、ワイヤグリッド偏光子１０では、金属細線６の有効厚さＴは、上部金属層４の膜厚Ｔｕに、光の透過方向における凸部２の厚さＴｇを加算した大きさになる。従って、図１１に示した従来の基本的なワイヤグリッド偏光子１００のように、光の透過方向における金属細線１０２の厚さＴを金属層の膜厚のみで実現する素子に比べて、凸部２の厚さＴｇの分だけ上部金属層４の膜厚Ｔｕを薄くすることができ、容易に作製することができる。この際、凸部２の側面全面に側部金属層５が形成されるので、特許文献３に提案されているワイヤグリッド偏光子１３０ａ（図１４（ａ）参照。）のように、凸部１３２の側面の一部（上部）にのみ側部導電体層１３５ａが形成される素子に比べて、凸部２の側面をより有効に利用することができる。また、特許文献３または４に提案されているワイヤグリッド偏光子のように、金属細線を側部金属層のみで実現する素子（図１４（ｃ）参照。）に比べて、上部金属層４の膜厚Ｔｕの分だけ凸部２の厚さＴｇを薄くすることができるので、凸部２の作製が容易になる。
【００６１】
また、金属細線６の幅Ｗは、凸部２の幅Ｗｇと２つの側部金属層５の膜厚Ｔｓとを加算した大きさになるので、凸部２の幅Ｗｇを適切に選択することによって、側部金属層５の膜厚Ｔｓとは独立に、金属細線６の幅Ｗを所定の大きさに定めることができる。従って、ワイヤグリッド偏光子１０は、特許文献３または４に提案されているワイヤグリッド偏光子のように、金属細線の幅が側部金属層の成膜膜厚と同じ大きさに決まってしまう素子（図１１（ｃ）参照。）に比べて、設計の自由度がはるかに大きく、作製が容易になる。
【００６２】
以上に説明したように、ワイヤグリッド偏光子１０では、光の透過方向における金属細線の有効厚さが大きく、金属細線６の幅Ｗが所望の大きさであるワイヤグリッド偏光子を、従来公知のワイヤグリッド偏光子に比べてはるかに容易に作製できる。この結果、短波長領域におけるＴＭ偏光の透過率などを改善することができ、可視光領域で実用上十分な透過光の偏光度及びＴＭ偏光の透過率を得ることができる。
【００６３】
しかも、ワイヤグリッド偏光子１０の性能を決める諸量が、予め形成されている凸部２のピッチＰ、幅Ｗｇ、および厚さＴｇと、上部金属層４の成膜膜厚Ｔｕおよび側部金属層５の成膜膜厚Ｔｓなどの成膜条件によって定まるので、金属細線６の形成に際してリソグラフィなどの微細加工方法が不要である。従って、その大きさがウエハーサイズを越える大きさであっても作製することができる。また、上部金属層４および側部金属層５の成膜膜厚を薄くすることにより、成膜時間の短縮や膜厚のばらつきの縮小を可能とし、歩留まり向上につながる。
【００６４】
図２は、ワイヤグリッド偏光子１０によって得られる透過光の偏光度およびＴＭ偏光の透過率を、シミュレーション計算によって求めた結果を示すグラフである。計算は、既述した、ＲＣＷＡ法に基づいてワイヤグリッド偏光子の偏光特性をシミュレーション計算するソフトウェアツールDiffractMOD（商品名；RSOFT社製）を用いて行った。計算では凸部２のピッチＰが２００ｎｍ、凸部２の幅Ｗｇが４０ｎｍ、凸部２の厚さＴｇが２００ｎｍ、上部金属層４の成膜膜厚Ｔｕが４０ｎｍ、側部金属層５の成膜膜厚Ｔｓが３０ｎｍであり、金属細線６の幅Ｗ＝Ｗｇ＋２Ｔｓ＝１００ｎｍ、有効厚さＴ＝Ｔｕ＋Ｔｇ＝２４０ｎｍであるとし、上部金属層４および側部金属層５の材料がアルミニウムであるとした。また、凸部２の材料の屈折率は１．５６であるとした。この屈折率は、ナノインプリント用樹脂材料として一般に用いられている紫外線硬化性樹脂PAK01（商品名；東洋合成工業社製）の屈折率である。これは、凸部２の材料として上記紫外線硬化性樹脂などを用いることを想定してのことである。
【００６５】
図２に示すように、ワイヤグリッド偏光子１０では、上部金属層４の成膜膜厚Ｔｕが４０ｎｍ（ピッチＰの１／５）と小さい値であるにもかかわらず、短波長領域においてＴＭ偏光の透過率が低下することなく、可視光領域全体にわたってフラットなＴＭ偏光透過率が得られる。また、ワイヤグリッド偏光子１０の透過光の偏光度およびＴＭ偏光の透過率は、図１１を用いて説明した従来のワイヤグリッド偏光子１００において金属細線の厚さを２００ｎｍとした場合と比較して、同等以上の性能が得られることがわかる。
【００６６】
図３は、ワイヤグリッド偏光子１０の作製工程のフローを示す断面図である。
【００６７】
まず、図３（ａ）に示すように、光透過性支持体１を用意する。光透過性支持体１はガラス板や有機樹脂板である。この表面に、例えばフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングとによって、複数の細い直線状の凸部２が互いに平行に一定のピッチＰで並んでいる表面構造を形成する。
【００６８】
次に、図３（ｂ）に示すように、斜め方向から蒸着法またはスパッタリング法によって金属材料を堆積させることによって、凸部２の上面、並びに一方の側面全面および側方に、選択的に上部金属層４および側部金属層５ａを形成する。
【００６９】
金属材料を出射する蒸着源またはターゲットは、光透過性支持体１の表面に垂直な方向から、凸部２の配列方向へ所定の角度θだけ傾いた方向に配置する。角度θは、凸部２が作る影に、隣り合う凸部２間の凹部３の底面がちょうど収まり、凹部３の底面に金属材料が堆積することのない角度とする。別の言い方をすると、凸部２の最下部と凹部３との境界の位置Ａから、凹部３を挟んで隣り合う凸部２の上端の角Ｂを見上げる方向に蒸着源またはターゲットを配置する。すなわち、角度θは次式
θ＝arc tan((Ｐ−Ｗｇ)／Ｔｇ)
で与えられる。
【００７０】
角度をθよりも大きくすると、凸部２の最下部に金属材料が堆積しない領域が生じる。逆に、角度をθよりも小さくすると、凹部３の底面の一部に金属材料が堆積する。角度をθとすることで、凹部３の底面に金属材料を実質的に堆積させることなく、凸部２の上面および一側面の全領域に選択的に、それぞれ細い直線状の上部金属層４および側部金属層５ａを形成することができる。
【００７１】
実際の成膜では、散乱などによって単純な直線運動では考えられない振る舞いをする成膜粒子も現れてくる。このような複雑な現象に対処するために、所定の角度θの前後に角度を少し変えて成膜したワイヤグリッド偏光子１０をいくつか試作し、断面の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）解析などによって凹部３への金属材料の堆積状況を観察して、求める特性に最も近い特性が得られる成膜角度を選ぶことが望ましい。なお、上記「凹部３の底面に金属材料を実質的に堆積させず」の「実質的に堆積させず」とは、「散乱などによって凹部３の底面に少量の金属材料が堆積するとしても、ＴＭ偏光の透過を妨げ、ワイヤグリッド偏光子１０の性能を本質的に変化させてしまうほどの堆積はない」という意味である。
【００７２】
上記のようにして所定の方向から所定の期間成膜した後、図３（ｃ）に示すように、表面に垂直な方向に関して前記所定の方向と左右対称の方向から所定の期間成膜する。このようにして、凸部２の上面および左右反対側の一側面に選択的に、それぞれ細い直線状の上部金属層４および側部金属層５ｂを形成する。
【００７３】
この後、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示した一連の工程を、必要回数繰り返して行い、図３（ｄ）に示すように、凹部３の底面に金属材料を実質的に堆積させることなく、凸部２の上面および両側方に選択的に、それぞれ細い直線状の上部金属層４および側部金属層５を形成する。
【００７４】
この際、凸部２の最下部近辺の側面では、成膜が進行すると、上部金属層４および側部金属層５の成膜膜厚の増加にともない、上部金属層４および側部金属層５が作る影に入り、金属材料が入射して来ない領域が次第に大きくなる。側部金属層５の膜厚のうち、凸部２の最下部近辺の側面に形成される側部金属層５の膜厚が、上部側面に形成される側部金属層５の膜厚に比べて小さいのはこのためである。上部金属層４が作る影の影響を小さくするには、上部金属層４および側部金属層５の膜厚の増加に対応して、成膜角度を初期の値から徐々に小さくしていくのがよい。
【００７５】
図１の拡大図に示したように、斜め方向から成膜を行うと、側部金属層５が形成されるため、金属細線６の幅Ｗは、２つの側部金属層５の膜厚分２Ｔｓだけ、凸部２の幅Ｗｇよりも大きくなる（Ｗ＝Ｗｇ＋２Ｔｓ）。従って、凸部２の幅Ｗｇは、成膜後に金属細線６の間に必要な隙間が残るように、側部金属層５の膜厚Ｔｓを考慮して設定する（Ｗｇ＝Ｗ−２Ｔｓ）。
【００７６】
上部金属層４の膜厚Ｔｕと側部金属層５の膜厚Ｔｓとの間には下記の関係がある。
Ｔｓ＝Ｔｕ×tanθ
θ一定の下で上部金属層４の膜厚Ｔｕを大きくしようとすると、これにつれて側部金属層５の膜厚Ｔｓも大きくなるので、結果的に凸部２の幅Ｗｇをより狭めることが必要になり、凸部２の形成が困難になる場合がある。このような場合には、凸部２の高さＴｇをできるだけ大きくするのがよい。このようにすると、成膜角度θを小さくすることができるので、凸部２の側方に堆積する金属材料を減らすことができ、側部金属層５の膜厚Ｔｓを小さく抑えたまま、上部金属層４の膜厚Ｔｕを大きくすることができる。
【００７７】
図４は、ワイヤグリッド偏光子１０の作製工程で用いられる成膜方法を示す説明図である。図４（ａ）は、図３（ｂ）および（ｃ）に対応しており、光透過性支持体１の傾斜角度を変えることによって、成膜角度を変える方法を示している。図４（ｂ）は、コリメータ１２によって成膜粒子の運動方向を制御することによって、成膜角度を設定する方法を示している。この方法によれば、凸部２の両側面にそれぞれ側部金属層５ａおよび側部金属層５ｂを同時に形成することができる。
【００７８】
図５は、ワイヤグリッド偏光子１０の作製工程で用いられる成膜方法を示す別の説明図である。先述したように、成膜が進行すると、上部金属層４および側部金属層５の成膜膜厚の増加にともない、凸部２の最下部近辺の側面には、上部金属層４および側部金属層５が作る影に入り、金属材料が入射して来ない領域が次第に大きくなる。この影響を小さくするには、上部金属層４および側部金属層５の膜厚の増加に対応して、成膜角度を初期の値から徐々に小さくしていくのがよい。図５は、その際の変化を示しており、成膜の進行(ａ)→(ｂ)→(ｃ)→(ｄ)→(ｅ)とともに、成膜角度をθa→θb→θc→θd→θe（θa＞θb＞θc＞θd＞θe）と変えていくことを示している。
【００７９】
以上に説明したように、本実施の形態のワイヤグリッド偏光子１０の製造方法では、予め形成する凸部２のピッチ、幅Ｗｇ、および厚さＴｇと、上部金属層４の膜厚Ｔｕ、側部金属層５の膜厚Ｔｓ、および成膜角度θなどの成膜条件によって、ワイヤグリッド偏光子の性能を支配する諸量を定めることができる。とくに、上部金属層４および側部金属層５の形成に際し、成膜工程のみを行えばよく、フォトリソグラフィなどの微細加工工程が不要である。従って、フォトリソグラフィなどの微細加工方法を適用できない、ウエハーサイズを越える大きさであっても、簡易に、生産性よく、低コストで、ワイヤグリッド偏光子１０を製造することができる。
【００８０】
実施の形態２
実施の形態２では、主として、請求項４に記載したワイヤグリッド偏光子、および請求項１４〜１７に記載したワイヤグリッド偏光子の製造方法の例について説明する。
【００８１】
図６は、実施の形態２に基づくワイヤグリッド偏光子の構造を示す断面図である。ワイヤグリッド偏光子２０ａおよび２０ｂでは、光透過性支持体の凸部が、光透過性支持体の主部２１を構成する材料とは別の材料によって形成されている。図６（ａ）は、凸部２２だけが別材料である例を示し、図６（ｂ）は、光透過性支持体の上部２３と凸部２４とが別材料である例を示している。
【００８２】
これらの例のように、光透過性支持体の主部と凸部とで材料を使い分けることによって、多様な材質の光透過性支持体主部２１を用いて、ワイヤグリッド偏光子２０を形成することができる。例えば、光透過性支持体主部２１として有機樹脂フィルムを用いれば、軽量で、フレキシブルで、耐衝撃性のあるワイヤグリッド偏光子を作製することができる。
【００８３】
また、凸部２２または２４の構成材料として紫外線硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を用い、モールドに形成された凹凸構造をナノインプリント法によって転写すれば、容易に、生産性よく、フォトリソグラフィなどの微細加工技術を用いずに凸部２２または２４を形成することができる。
【００８４】
図７は、実施の形態２に基づくワイヤグリッド偏光子の作製工程のフローの一部を示す断面図である。この例では凸部２２をナノインプリント法によって形成する。
【００８５】
まず、図７（ａ）に示す、凹凸パターンが形成されたモールド６３を別途作製する。モールド６３の作製方法は限定されるものではないが、例えば、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングによって形成する。一方、光透過性支持体主部２１の表面に、凸部２２の構成材料として樹脂層６１を配置する。この樹脂層６１として、例えば、紫外線硬化性樹脂層を塗布法または印刷法によって形成する。
【００８６】
次に、図７（ｂ）に示すように、樹脂層６１にモールド６３を押し当て、モールド６３の凹凸パターンに凹凸嵌合する形状に成形された樹脂層６２を形成する。
【００８７】
そして成形中、及び／又は成形後に、樹脂材料を硬化させ、凸部２２を形成する。この際、樹脂材料として紫外線硬化性樹脂を用いる場合には、図７（ｃ）に示すように、紫外線透過性のモールド６３によって成形後、波長が３００〜４００ｎｍ程度の紫外線をモールド６３を通して照射して、紫外線硬化性樹脂層を硬化させるのがよい。紫外線硬化性樹脂としては、例えば、アクリレート系やエポキシ系の紫外線硬化性樹脂を用いることができる。紫外線硬化性樹脂を用いると、室温下で硬化処理を行うので、温度変化による寸法の変化がない利点がある。
【００８８】
樹脂材料として熱可塑性樹脂を用いる場合には、モールド６３を押し当てる前に樹脂層６１をガラス転移温度以上の温度に加熱して熱可塑性樹脂を軟化させておき、この状態でモールド６３を押し当てて成形し、その後、ガラス転移温度以下の温度に冷却して硬化させた後、モールド６３を剥離させる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）樹脂やポリカーボネート（ＰＣ）樹脂を用いる。
【００８９】
モールド６３は、何度も繰り返して用いることができるので、光透過性支持体主部２１に比べて小型でよい。従って、半導体微細加工技術を用いて精密に作製することができる。また、モールド６３を、外周面に凹凸パターンが形成されたローラー形にすれば、このローラー形のモールド６３を回転させながら樹脂層６１に押し当てることによって、凹凸パターンを転写することができ、大面積の光透過性支持体主部２１に対しても効率よく凸部２２を形成することができる。
【００９０】
その他、上部金属層４および側部金属層５、並びにその作製方法などは、実施の形態１に基づくワイヤグリッド偏光子１０と同様であるので、重複を避け、説明を省略する。
【００９１】
実施の形態３
実施の形態３では、請求項１３に記載したワイヤグリッド偏光子の製造方法によって作製されるワイヤグリッド偏光子の例、および実施の形態１の変形例に相当するワイヤグリッド偏光子の例について説明する。
【００９２】
図８は、実施の形態３に基づくワイヤグリッド偏光子の構造を示す断面図である。図８（ａ）および図８（ｂ）にそれぞれ示すワイヤグリッド偏光子３０および４０は、凸部２の側面に膜厚がほぼ一定の側部金属層３５および４５が形成されている点が実施の形態１に基づくワイヤグリッド偏光子１０と異なっているのみで、ワイヤグリッド偏光子１０と同様の機能が得られる。ワイヤグリッド偏光子３０および４０は、凸部２が設けられた光透過性支持体１の表面全体に金属材料を堆積させた後、エッチバックすることにより、凹部３の底面に堆積した金属材料を除去し、かつ、凸部２の上面および側方にかけて堆積した金属材料の一部を残して、上部金属層４および側部金属層３５または４５を形成することによって得ることができる。金属材料を堆積させる方法としては、異方性の小さい成膜ができるＣＶＤ法が好ましい。
【実施例】
【００９３】
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、実施の形態１で説明したワイヤグリッド偏光子１０を作製し、透過光の偏光度およびＴＭ偏光の透過率を実測した。ただし、本発明が下記実施例に何ら限定されるものでないことは言うまでもない。
【００９４】
図９は、本実施例で作製したワイヤグリッド偏光子１０の断面の一部を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察した観察像である。このワイヤグリッド偏光子１０の作製では、まず、紫外線硬化性樹脂からなる光透過性支持体１の表面上に、ナノインプリント法によって凸部２を形成した。次に、凸部２の上面および側方に、アルミニウムＡlに１質量％のケイ素Ｓiおよび０．５質量％の銅Ｃuを添加したＡl合金からなる上部金属層４および側部金属層５をそれぞれ配置し、金属細線６を形成した。上部金属層４および側部金属層５は、斜め方向（θ＝３７°）からのスパッタリングによって形成した。なお、上部金属層４および側部金属層５の一部の上に積層されている黒い層は白金Ｐt層であり、また、その上部に積層されている灰色の厚い層はカーボンＣ層である。これらは、断面のＴＥＭ観察を行うために付加的に形成した層で、本来のワイヤグリッド偏光子１０では形成しない層である。
【００９５】
ワイヤグリッド偏光子１０の性能を決める諸量は下記の通りである。
ピッチＰ＝約２０６ｎｍ、
凸部２の厚さＴｇ＝２０１〜２０６ｎｍ、
凸部２の幅Ｗｇ＝約６９ｎｍ（最大８４．５ｎｍ）、
上部金属層４の成膜膜厚Ｔｕ＝約５０ｎｍ、
側部金属層５の成膜膜厚Ｔｓ＝約２９ｎｍ、
金属細線６の幅Ｗ＝Ｗｇ＋２Ｔｓ＝約１５１ｎｍ、
金属細線６の有効な厚さＴ＝Ｔｕ＋Ｔｇ＝２５１〜２６５ｎｍ
【００９６】
図１０は、ワイヤグリッド偏光子１０によって得られた透過光の偏光度を示すグラフ（ａ）、並びに偏光の透過率および反射率を示すグラフ（ｂ）である。図１０に示す実測データから、上部金属層４および側部金属層５からなる金属細線６は、中身のつまった真の金属細線ではなく、実体は凸部２の上面と側面とを被覆する薄い金属層にすぎないにもかかわらず、中身のつまった真の金属細線と同様にワイヤグリッド偏光子を構成できることがわる。この結果、上部金属層４の成膜膜厚Ｔｕが５０ｎｍ（ピッチＰの１／４）と、従来のワイヤグリッド偏光子の金属細線に比べて極めて薄い膜厚であるにもかかわらず、実用上十分な偏光特性を有するワイヤグリッド偏光子１０を得ることができた。すなわち、偏光度は、短波長領域を除き、可視光領域で９５％以上である。また、ＴＭ偏光の透過率は、短波長領域において低下することなく、可視光領域全体にわたってフラットで、平均約８０％と大きい。また、ＴＭ偏光の反射率は、平均約８％と小さく、ＴＥ偏光の反射率は平均約７０％と大きい。
【００９７】
上記の実測データは、図２に示したシミュレーション計算の結果に近い特性になっている。ただし、ＴＭ偏光透過率は、シミュレーション計算の結果より大きい値が得られており、一方、偏光度は、特に短波長領域においてシミュレーション計算の結果より小さい値が得られている。この実測データとシミュレーション計算の結果との傾向の違いの原因は、今のところ不明である。
【００９８】
以上に説明したように、ワイヤグリッド偏光子１０では、金属細線６の有効厚さＴを、上部金属層４の膜厚Ｔｕに、光の透過方向における凸部２の厚さＴｇを加算した大きさとすることができる。従って、凸部２の厚さＴｇを大きくすることによって、上部金属層４の膜厚Ｔｕが薄くても、金属細線６の有効厚さＴが大きいワイヤグリッド偏光子１０を、従来のワイヤグリッド偏光子１００に比べてはるかに簡易に作製できる。この結果、短波長領域におけるＴＭ偏光の透過率を改善することができ、可視光領域で実用上十分な透過光の偏光度およびＴＭ偏光の透過率を得ることができる。しかも、ワイヤグリッド偏光子１０の性能を決める諸量が、予め形成されている凸部２のピッチＰ、幅Ｗｇ、および厚さＴｇと、上部金属層４の成膜膜厚Ｔｕおよび側部金属層５の成膜膜厚Ｔｓなどの成膜条件によって定まるので、金属細線６の形成に際してリソグラフィなどの微細加工方法が不要である。従って、その大きさがウエハーサイズを越える大きさであっても作製することができる。また、上部金属層４および側部金属層５の成膜膜厚を薄くすることにより、成膜時間の短縮や膜厚のばらつきの縮小を可能とし、歩留まり向上につながる。
【００９９】
以上、本発明を実施の形態および実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明のワイヤグリッド偏光子は、液晶表示装置、液晶プロジェクタ、光ピックアップ、および光通信装置などに用いられ、とくに、液晶表示装置のバックライト装置を構成する偏光分離素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の形態１に基づくワイヤグリッド偏光子の構造を示す断面図および部分拡大図である。
【図２】同、シミュレーション計算で求めた、ワイヤグリッド偏光子によって得られる透過光の偏光度（ａ）およびＴＭ偏光の透過率（ｂ）を示すグラフである。
【図３】同、ワイヤグリッド偏光子の作製工程のフローを示す断面図である。
【図４】同、ワイヤグリッド偏光子の作製工程で用いられる成膜方法を示す説明図である。
【図５】同、ワイヤグリッド偏光子の作製工程で用いられる成膜方法を示す別の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に基づくワイヤグリッド偏光子の構造を示す断面図である。
【図７】同、ワイヤグリッド偏光子の作製工程のフローの一部を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に基づくワイヤグリッド偏光子の構造を示す断面図である。
【図９】本発明の実施例で作製したワイヤグリッド偏光子の断面の一部を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察した観察像である。
【図１０】同、ワイヤグリッド偏光子によって得られた透過光の偏光度（ａ）、並びに偏光の透過率および反射率（ｂ）を示すグラフである。
【図１１】従来の基本的なワイヤグリッド偏光子の構造を示す斜視図および部分拡大断面図である。
【図１２】シミュレーション計算で求めた、従来のワイヤグリッド偏光子によって得られる透過光の偏光度（ａ）およびＴＭ偏光の透過率（ｂ）を示すグラフである。
【図１３】特許文献１および特許文献２に示されているワイヤグリッド偏光子の作製工程を示す断面図である。
【図１４】特許文献４に示されているワイヤグリッド偏光子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１…光透過性支持体、２…凸部、３…凹部、４…上部金属層、
５、５ａ、５ｂ…側部金属層、６…金属細線、１０…ワイヤグリッド偏光子、
１１…蒸着源またはターゲット、１２…コリメータ、
２０ａ、２０ｂ……ワイヤグリッド偏光子、２１…光透過性支持体主部、２２…凸部、
２３…光透過性支持体上部、２４…凸部、３０、４０、５０…ワイヤグリッド偏光子、
３５、４５、５５…側部金属層、６１…樹脂層、６２…成形された樹脂層、
６３…モールド、１００…ワイヤグリッド偏光子、１０１…透明基板、
１０２…金属細線、１１０…ワイヤグリッド偏光子、１１１…透明基板、
１１２…導電素子、１１３…リブ、１２０…ワイヤグリッド偏光子、
１２１…透明樹脂基板、１２１ａ…凹部、１２１ｂ…凸部、１２２…マスキング層、
１２３…金属層１２３、１３０ａ〜１３０ｃ…ワイヤグリッド偏光子、
１３１…透明基板、１３２…凸部、１３３…凹部、１３４…上部導電体層、
１３５ａ〜１３５ｃ…側部導電体層、Ｐ…金属細線のピッチ、Ｗ…金属細線の幅、
Ｔ…金属細線の厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図９】
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