(57)【要約】【課題】使用帯域において所望の偏光特性を得ることができるとともに外力に強く汚れにくいワイヤグリッド構造をもつ偏光素子及びその製造方法、並びに該偏光素子を用いた液晶プロジェクタを提供する。【解決手段】使用帯域の光に透明な基板１１と、基板１１上で直線状に延びた凸状反射膜１２ａが前記使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、凸状反射膜１２ａ間に基板１１よりも屈折率の低い無機材料が充填されてなる充填部１２ｂが形成された反射層１２と、凸状反射膜１２ａ上に形成された誘電体層１３と、誘電体層１３上に無機微粒子が直線状に配列されてなる無機微粒子層１４と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用帯域の光に透明な基板と、
前記基板上で直線状に延びた凸状反射膜が前記使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、前記凸状反射膜間に前記基板よりも屈折率の低い無機材料が充填されてなる反射層と、
前記凸状反射膜上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上に無機微粒子が直線状に配列されてなる無機微粒子層と、を備える偏光素子。
【請求項２】
前記反射層における無機材料の厚さは、前記凸状反射膜の厚さの５〜１００％である請求項１に記載の偏光素子。
【請求項３】
前記凸状反射膜間における無機材料の充填率は、５０％以下である請求項１に記載の偏光素子。
【請求項４】
前記無機材料はポーラスシリカである請求項１に記載の偏光素子。
【請求項５】
使用帯域の光に透明な基板上に、直線状に延びた凸状反射膜を前記使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列する工程と、
前記凸状反射膜間及び該凸状反射膜上に、前記基板よりも屈折率の低い無機材料をコーティングする工程と、
表面からエッチングして少なくとも前記凸状反射膜上の前記無機材料を除去する工程と、
前記凸状反射膜上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に無機微粒子を直線状に配列して無機微粒子層を形成する工程と、を備える偏光素子の製造方法。
【請求項６】
前記無機材料をコーティングする工程は、ゾルゲル法により行う請求項５に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項７】
ランプと、液晶パネルと、請求項１〜４のいずれかに記載の偏光素子と、を備える液晶プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光板や偏光フィルタ等に代表される偏光素子及びその製造方法に関し、更に詳しくは、使用帯域の光の干渉と面内軸方向での光学異方性による光吸収率の違いを利用した無機偏光素子及びその製造方法に関し、また該偏光素子を用いた液晶プロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（特に透過型液晶表示装置）は、その画像形成原理から液晶パネル表面に偏光板を配置することが必要不可欠である。偏光板は、直交する偏光成分（いわゆるＰ偏光波、Ｓ偏光波）の一方を吸収し他方を透過させる機能を有する。このような偏光板として従来では、フィルム内にヨウ素系や染料系の高分子有機物を含有させた二色性の偏光板が多く用いられている。
【０００３】
二色性の偏光板の一般的な製法としては、ポリビニルアルコール系フィルムとヨウ素などの二色性材料で染色を行った後、架橋剤を用いて架橋を行い、一軸延伸する方法が用いられる。このように延伸により作製されるため、一般にこの種の偏光板は収縮し易い。また、ポリビニルアルコール系フィルムは親水性ポリマーを使用していることから、特に加湿条件下においては非常に変形し易い。そして、根本的にフィルムを用いているため、デバイスとしての機械的強度が弱い。これを避けるため透明保護フィルムを接着する方法が用いられることがある。
【０００４】
近年、液晶表示装置はその用途が拡大し高機能化している。それに伴い、液晶表示装置を構成する個々のデバイスに対して高い信頼性、耐久性が求められる。例えば、透過型液晶プロジェクタのような光量の大きな光源を使用する液晶表示装置の場合には、偏光板は強い輻射線を受ける。よって、これらに使用される偏光板には優れた耐熱性が必要となる。しかしながら、上述のようなフィルムベースの偏光板は有機物で構成されていることから、これらの特性を上げることには自ずと限界がある。
【０００５】
一方、耐熱性の高い偏光板として無機偏光板がある。例えば米国コーニング社製の無機偏光板（商品名「Polarcor」）は、銀微粒子をガラス内に拡散させた構造をしており、フィルム等の有機物が使用されていない。無機偏光板の偏光原理には、島状微粒子のプラズマ共鳴を利用している。すなわち、貴金属や遷移金属の島状粒子に光が入射した時の表面プラズマ共鳴による光吸収を利用するもので、吸収波長は、粒子形状、周囲の誘電率の影響を受ける。金属微粒子の形状を楕円形にすると長軸方向と短軸方向の共鳴波長が異なり、これにより偏向特性を得るものである。つまり長波長側での長軸に平行な偏光光成分を吸収し短軸と平行な偏光成分を透過させるという所定の偏光特性が得られる。Polarcorの場合には銀微粒子を用いている。しかしながらPolarcorの場合、偏光特性を得られる波長域は赤外部に近い領域であり、液晶表示装置で求められるような可視光域をカバーしていない。これは銀の物理的性質によるものである。
【０００６】
特許文献１には、上記の原理を応用し熱還元によりガラス中に微粒子を析出させることによるＵＶ偏光板が示されており、金属微粒子として銀を用いることが具体例として示されている。この場合は先のPolarcorとは逆に短軸方向での吸収を用いるものと考えられる。特許文献１（Figure1）に示されているように４００ｎｍ付近でも偏光板として機能はしているが消光比が小さくかつ吸収できる帯域が非常に狭いので、仮にPolarcorと特許文献１のものとを組み合わせたとしても可視光全域をカバーできる偏光板にはならない。
【０００７】
また、非特許文献１には、金属島状微粒子のプラズマ共鳴を使った無機偏光板の理論解析が述べられている。この文献によればアルミニウム微粒子は銀微粒子より共鳴波長が２００ｎｍ程度短く、このためアルミニウム微粒子を用いることで可視光域をカバーする偏光板を製作できる可能性があることが記述されている。
【０００８】
また特許文献２には、アルミニウム微粒子を使った偏光板の幾つかの作成方法が示されている。その中でケイ酸塩をベースとしたガラスではアルミニウムとガラスが反応するので基板としては望ましくなくカルシウム・アルミノ硼酸塩ガラスが適している記述されている（[００１８]，[００１９]）。しかしケイ酸塩を使用したガラスは光学ガラスとして広く流通しており、信頼性の高い製品を安価に入手でき、これが適さないという事は経済的に好ましくない。またレジストパターンをエッチングすることで島状粒子を形成する方法が述べられている（[００３７]，[００３８]）。
【０００９】
通常プロジェクタで使用する偏光板は数ｃｍ程度の大きさが必要でかつ高い消光比が要求される。従って、可視光用偏光板を目的とした場合、レジストパターンサイズは可視光波長より充分に短い、すなわち数十ナノメートルの大きさが必要であり、またかつ高い消光比を得るためにはパターンを高密度に形成する必要がある。またプロジェクタ用として使用する場合には大面積が必要である。しかしながら記述されているようなリソグラフィにより高密度微細パターン形成を応用する方法では、そのようなパターンを得るために電子ビーム描画などを用いる必要がある。電子ビーム描画は個々のパターンを電子ビームより描く方法であり生産性が悪く実用的でない。また、アルミニウムを塩素プラズマにより除去すると記述されているが、通常そのようにエッチングした場合にはアルミニウムパターンの側壁に塩化物が付着する。市販のウエットエッチング液（例えば東京応化工業のＳＳＴ−Ａ２）により除去可能であるが、アルミ塩化物に反応するこのような薬液はアルミニウムにもエッチング速度は遅いながらも反応はするので、述べられているような方法で所望のパターン形状を実現する事は難しい。
【００１０】
特許文献２には、さらに別な方法として、パターン化されたフォトレジスト上に斜め成膜によりアルミニウムを堆積しフォトレジストを除去する方法が記述されている（[００４５]，[００４７]）。このような方法では、基板とアルミニウムの密着性を得るために、ある程度基板面にもアルミニウムを堆積する必要があるものと考えられる。しかしこれは堆積したアルミニウム膜の形状が[００１５]に記述されている適当な形状である扁長の楕円体を含む扁長の球体とは異なる事を意味する。[００４７]には表面に垂直な異方性エッチングにより過沈積分を除去すると記述されている。
【００１１】
偏光板として機能させるにはアルミニウムの形状異方性は極めて重要である。従ってレジスト部と基板面に堆積するアルミニウムの量をエッチングにより所望の形状が得られるように調整する必要があると考えられるが、[００４７]に記述されているような０．０５μｍというサブミクロン以下のサイズでこれらを制御する事は非常に困難と考えられ、生産性の高い製作方法として適しているか疑問である。また偏光板の特性として透過軸方向は高い透過率が求められるが、通常基板にガラスを用いる場合ガラス界面から数％の反射は避けられず、これに対する対策がなされておらず高い透過率を得ることが難しい。
【００１２】
また特許文献３には、斜め蒸着による偏光板について記述されている。この方法は使用帯域の波長に対して透明及び不透明な物質を斜め蒸着により微小柱状構造を製作することで偏光特性を得るものである。特許文献２と違い簡便な方法で微細パターンを得られるため生産性の高い方法と考えられるが問題点もある。始めに形成される使用帯域に対し不透明な物質の微小柱状構造のアスペクト比、個々の微小柱状構造の間隔、直線性は良好な偏光特性を得るために重要な要素であり特性の再現性の観点からも意図的に制御されるべきものである。
【００１３】
しかし、この方法は蒸着粒子の初期体積層の影となる部分に次に飛来する蒸着粒子が堆積せず、このため柱状構造が得られるという現象を利用しているため、上記の項目を意図的に制御するこが難しい。これを改善する方法として、蒸着前にラビング処理により基板に研磨痕を設ける方法が記述されている。しかし一般的には蒸着膜の粒子径は最大でも数十ナノｍ程度の大きさであり、このような粒子の異方性を制御するにはサブミクロン以下のピッチを研磨により意図的に製作する必要がある。しかし一般の研磨シート等ではサブミクロン程度が限界でありそのような微細な研磨痕を製作することは容易でない。また前記のようにＡｌ微粒子の共鳴波長は周りの屈折率に大きく依存しこの場合の透明及び不透明な物質の組み合わせが重要であるが可視光域で良好な偏光特性を得るための組み合わせについて記述がされていない。また特許文献２と同様に通常基板にガラスを用いる場合、ガラス界面から数％の反射は避けられず、これに対する対策がなされていない。
【００１４】
また非特許文献２には、Lamipolと称する赤外通信用の偏光板についての記述されている。これはＡｌとＳｉＯ2の積層構造をしており、この文献によれば非常に高い消光比を示す。また非特許文献３にはLamipolの光吸収を担うＡｌの代わりにＧｅを使うことで波長１ミクロン以下で高い消光比を実現できることが述べられている。また同資料中のＦｉｇ３からＴｅ（テルル）も高い消光比が得られることが期待できる。このようにLamipolは高い消光比が得られる吸収型偏光板であるが、吸光物質と透過性物質の積層厚が受光面の大きさとなるために数ｃｍ角の大きさが必要なプロジェクタ用途の偏光板には向かない。
【００１５】
また特許文献４には、ワイヤグリッド型偏光板が開示されている。これは、基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで金属細線を形成したもので、金属細線と平行とする偏光成分の光を反射し、直交する偏光成分を透過させる事で所定の偏光特性を出現させる。また特許文献５には、ワイヤグリッド型偏光素子を金属格子上に誘電層/金属層を形成し、計３層とする事で金属格子から反射した光を干渉効果により打ち消す事により、一般には反射型であるワイヤグリッドを吸収型として用いる方法が開示されている。
【００１６】
このような多層構造で得られる光学特性を利用し吸収型偏光板として使用する場合には、誘電膜上に形成される金属層の膜厚及び光学特性が所望の特性を得るために重要な要素となると考えられるが当該発明ではそれが考慮されていない。すなわち当該文献ではこの点について記述されておらず詳細は不明であるが、記述されているような干渉効果を得るためには上部金属層を光が通過する必要がある。光が通過するという事はその過程で光の一部が上部金属膜で吸収される事を意味する。吸収があると透過軸方向の透過率が下がり、これは偏光透過軸の特性としては望ましくない。特に可視域で高い透過率が要求される液晶表示装置においては好ましくない。すなわち吸収効果を持つ偏光板は、本質的に吸収層の光学異方性の制御しなければ機能せず、偏光板として応用する事は実用上難しい。
【００１７】
また特許文献６には、半導体ナノロッドをガラス中に分散させた無機偏光板が記載されている。可視光域で良好な偏光特性を得られる事が記載されているが、これは前記のコーニングPolarcorと同様の手法で製作されるために延伸工程が必要となり大型化が難しい。
【００１８】
【特許文献１】米国特許第６７７２６０８号明細書
【特許文献２】特開２０００−１４７２５３号公報
【特許文献３】特開２００２−３７２６２０号公報
【特許文献４】米国特許第６１２２１０３号明細書
【特許文献５】米国特許第６８１３０７７号明細書
【特許文献６】特開２００６−３２３１１９号公報
【非特許文献１】J. Opt. Soc. Am.A Vol.8, No.4 619-624
【非特許文献２】Applied Optics Vol.25 No.2 1986 311-314
【非特許文献３】J. Lightwave Tec. Vol.15 No.6 1997 1042-1050
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、使用帯域において所望の偏光特性を得ることができるとともに外力に強く汚れにくいワイヤグリッド構造をもつ偏光素子及びその製造方法、並びに該偏光素子を用いた液晶プロジェクタを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
ところで、発明者は別途出願した特願２００７−１７０５８３号において、金属格子上に誘電層と無機微粒子層が堆積した構造の無機偏光板の構造及び特性の発明を提案している。この３層構造において無機微粒子層は光学異方性を有する。また無機微粒子層は金属微粒子、半導体微粒子である。金属微粒子の吸収原理は前記のような自由電子のプラズマ共鳴であるが、半導体の場合には自由電子の寄与とともにバンドギャップによるバンド吸収が関連する。偏光板として実用上重要な事は、前記のように吸収に異方性がある事であり、前記偏光板は優れた偏光特性を有する。しかしながら、反射層の凸形状の部分が数１０ｎｍの幅の非常に細い幅のため、外力に弱く、また、反射層間に隙間があるために異物が堆積しやすいという欠点があった。
【００２１】
発明者は、この問題について現行の回折格子における凹凸構造のままでは外力によわく、異物が堆積して汚れ易いために、凹凸構造の改善について鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。
【００２２】
すなわち、前記課題を解決するために提供する本発明は、使用帯域の光に透明な基板（基板１１）と、前記基板上で直線状に延びた凸状反射膜（凸状反射膜１２ａ）が前記使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、前記凸状反射膜間に前記基板よりも屈折率の低い無機材料が充填（充填部１２ｂ，１２ｃ）されてなる反射層（反射層１２）と、前記凸状反射膜上に形成された誘電体層（誘電体層１３）と、前記誘電体層上に無機微粒子が直線状に配列されてなる無機微粒子層（無機微粒子層１４）と、を備える偏光素子（偏光素子１０，１０’）である（図２，図４）。
【００２３】
ここで、前記反射層における無機材料の厚さは、前記凸状反射膜の厚さの５〜１００％であることが好ましい。
また、前記凸状反射膜間における無機材料の充填率は、５０％以下であるとよい。
また、前記無機材料はポーラスシリカであることが好適である。
【００２４】
また前記課題を解決するために提供する本発明は、使用帯域の光に透明な基板上に、直線状に延びた凸状反射膜を前記使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列する工程（図５（ａ））と、前記凸状反射膜間及び該凸状反射膜上に、前記基板よりも屈折率の低い無機材料をコーティングする工程（図５（ｂ））と、表面からエッチングして少なくとも前記凸状反射膜上の前記無機材料を除去する工程（図５（ｃ），（ｄ））と、前記凸状反射膜上に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に無機微粒子を直線状に配列して無機微粒子層を形成する工程と、を備える偏光素子の製造方法である。
【００２５】
ここで、前記無機材料をコーティングする工程は、ゾルゲル法により行うことが好ましい。
【００２６】
また前記課題を解決するために提供する本発明は、ランプと、液晶パネル（液晶パネル５０）と、請求項１〜４のいずれかに記載の偏光素子（偏光素子１０，１０’）と、を備える液晶プロジェクタ（液晶プロジェクタ１００）である（図７）。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の偏光素子によれば、凸状反射膜の間に、所定の無機材料を充填することにより、回折格子を構成する凸状反射膜の付着強度を高めるとともに、異物の侵入を防ぐことができ、高い偏光特性を維持したまま偏光素子の防汚効果を向上させることができる。
本発明の偏光素子の製造方法によれば、凸状反射膜の間に所望の無機材料を確実に充填することができ、防汚効果を有する偏光素子を簡便に製造することができる。
本発明の液晶プロジェクタによれば、液晶プロジェクタのセット本体への組み立てを行う際のハンドリングが容易な偏光素子を用いることにより、信頼性の高い液晶プロジェクタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１に、本発明の前提となる偏光素子のワイヤグリッド構造を示す。
偏光素子９０は、基板１１上で直線状に延びた凸状薄膜１２ａが一定ピッチで配列された反射層９２と、反射層９２の上に形成された誘電体層１３と、誘電体層１３の上に形成された無機微粒子層１４と、無機微粒子層１４上に形成された保護層１５と、で構成されている。
【００２９】
ここで、偏光素子９０では、偏光特性を向上させるために、凸状薄膜１２ａのピッチを使用帯域の光の波長よりも小さくしている。偏光素子９０を可視光用とすることを考えると、青域は波長４００ｎｍ近辺であるため、凸状薄膜１２ａのピッチをそれ以下、例えば１５０ｎｍとする。このとき、反射層１２におけるライン／スリット比（Ｌ/Ｓ）＝１であれば、凸状薄膜１２ａの幅は７５ｎｍと非常に狭くなる。
【００３０】
偏光素子９０の回折格子は、このような微細な凹凸構造であるため、格子上もしくは格子間に異物（ゴミ）が付着した場合にはこれを除去することが困難である。また異物を除去しようとして、綿棒などでふき取ろうとすると回折格子自体が破壊されてしまうという問題があった。なお、本発明における回折格子とは、基板１１上の凸状反射膜１２ａ、誘電体層１３、無機微粒子層１４までの凸部で形成される格子、あるいはこれに保護層１５を加えた凸部で形成される格子をいう。
【００３１】
発明者は、このような問題の解決を図る上で、回折格子を構成する凸状反射膜１２ａの基板との付着強度、あるいは回折格子の層間の付着強度を高める、そして異物の侵入を防ぐため、本発明では回折格子の凹部に偏光特性に影響を与えない材料を充填する発想のもとに鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。
【００３２】
以下に、本発明に係る偏光素子及びその製造方法、並びに液晶ディスプレイについて説明する。なお、本発明を図面に示した実施形態をもって説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、実施の態様に応じて適宜変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【００３３】
図２に、本発明に係る偏光素子の第１の実施の形態における構成を示す。
図２に示すように、偏光素子１０は、使用帯域の光に透明な基板１１と、基板１１上で直線状に延びた凸状反射膜１２ａが前記使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、凸状反射膜１２ａ間に基板１１よりも屈折率の低い無機材料が充填された充填部１２ｂが形成されてなる反射層１２と、凸状反射膜１２ａ上に形成された誘電体層１３と、誘電体層１３上の凸状反射膜１２ａに対応する位置に無機微粒子が直線状に配列されてなる無機微粒子層１４と、無機微粒子層１４上の凸状反射膜１２ａに対応する位置に形成された保護層１５と、を備える。
【００３４】
基板１１は、使用帯域の光（本実施形態では可視光域）に対して透明な材料、例えば、ガラス、サファイア、水晶などで構成されている。本実施形態では、ガラス、特に、石英（屈折率１．４６）やソーダ石灰ガラス（屈折率１．５１）が用いられている。ガラス材料の成分組成は特に制限されず、例えば光学ガラスとして広く流通しているケイ酸塩ガラスなどの安価なガラス材料を用いることができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００３５】
なお、基板１１の構成材料として、熱伝導性の高い水晶やサファイア基板を用いることにより、発熱量の多いプロジェクタの光学エンジン用偏光素子として有利に用いることができる。
【００３６】
反射層１２における凸状反射膜１２ａの構成材料には、通常のワイヤグリッド型偏光子の格子材料を用いることができ、本例ではＡｌやＡｌ−Ｓｉ合金が好適に用いられるが、これ以外にも、銀、金、銅、モリブデン、クロム、チタン、ニッケル、タングステン、鉄、シリコン、ゲルマニウム、テルルなどの金属あるいは半導体材料の単体や合金を用いることができる。なお、金属材料以外にも、例えば着色等により表面の反射率が高く形成された金属以外の無機膜や樹脂膜で構成されていてもよい。
【００３７】
凸状反射膜１２ａの厚さは、１０ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは１０〜３００ｎｍであり、通常２００ｎｍ程度とする。
【００３８】
また凸状反射膜１２ａは、可視光域の波長よりも小さいピッチで基板１１の表面に回折格子（一次元格子）状に配列されている。例えば、フォトリソグラフィ技術を用いた上記金属膜のパターン加工によって形成されるものである。
【００３９】
充填部１２ｂは、凸状反射膜１２ａの間に無機材料が充填されてなるものであり、回折格子を構成する凸状反射膜１２ａの付着強度を高めるとともに、異物の侵入を防ぐためのものである。本実施形態では、充填部１２ｂの厚さは、凸状反射膜１２ａの厚さの５〜１００％とする。図２では、充填部１２ｂの厚さは、凸状反射膜１２ａの厚さの１００％（同じ厚さ）の場合を示している。
【００４０】
充填する無機材料は、偏光素子１０の偏光特性を劣化させないために、その屈折率が空気の屈折率＝１に極力近い低屈折率材料であることが好ましい。例えば、セラミックス中に微細な空孔を分散させて形成してなる多孔質のセラミックス材料が好ましく、ポーラスシリカ（ＳｉＯ2）、ポーラスフッ化マグネシウム（ＭｇＦ）、ポーラスアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などが挙げられる。また、これらの低屈折率の程度はセラミックス中の空孔の数や大きさ（ポーラス度）によって決まるものである。このうち、とくに基板１１に主成分がシリカの水晶やガラスからなる場合にはポーラスシリカ（ｎ＝１．２２〜１．２６）であれば、基板１１よりも屈折率が小さくなり好適である。
【００４１】
このように構成された反射層１２は、ワイヤグリッド偏光子としての機能を有し、基板１１の表面に入射した光のうち、格子に平行な方向（格子軸方向、Ｙ軸方向）に電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、格子に垂直な方向（格子直角方向、Ｘ軸方向）に電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させる。
【００４２】
なお、反射層１２を構成する金属格子（凸状反射膜１２ａの回折格子（一次元格子）パターン）のピッチ、ライン幅／ピッチ、格子深さ、格子長さは、それぞれ以下の範囲とするのが好ましい。
５０ｎｍ＜ピッチ＜８００ｎｍ
０．１＜（ライン幅／ピッチ）＜０．９
１０ｎｍ＜格子深さ＜１μｍ
５０ｎｍ＜格子長さ
【００４３】
また、反射層１２の充填部１２ｂにおける基板表面の反射を軽減するために、基板１１の表面にあらかじめ無反射コートを施し、その後、反射膜１２、誘電体層１３、無機微粒子層１４の形成を行うようにしてもよい。無反射コートとしては、一般的な高屈折率膜と低屈折率膜の積層膜で構成できる。基板１１の裏面に対しても同様な無反射コートをすることで、基板面の反射を軽減することができる。
【００４４】
誘電体層１３は、凸状反射膜１２ａ上にスパッタ法により成膜されたＳｉＯ2などの可視光に対して透明な光学材料で形成されている。誘電体層１３は、無機微粒子層１４の下地層を形成するとともに、無機微粒子層１４を反射した偏光に対して、無機微粒子層１４を透過し反射層１２で反射した当該偏光の位相を調整し干渉効果を高める目的で形成され、半波長ずれる膜厚が望ましいが、無機微粒子層１４が吸収効果を有するので反射した光を吸収する事ができ、膜厚が最適化されていなくてもコントラストの向上は実現できる。実用上は、所望の偏光特性と実際の作製工程の兼ね合いで決定してかまわない。実用上の膜厚範囲は１〜５００ｎｍ、より好ましくは３００ｎｍ以下である。
【００４５】
誘電体層１３を構成する材料は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2などの一般的な材料を用いることができる。これらは、スパッタ、気相成長法、蒸着法などの一般的な真空成膜で薄膜化が可能である。また、誘電体層１３の屈折率は１より大、２．５以下とすることが好ましい。また、無機微粒子層１４の光学特性は、周囲の屈折率によっても影響を受けるため、誘電層材料により偏光素子特性を制御する事も可能である。
【００４６】
無機微粒子層１４は、図３に示すように、反射層１２の凸状反射膜１２ａの長手方向（一次元格子方向，Ｙ軸方向）に平行に長軸方向を有するとともに凸状反射膜１２ａの短手方向（格子方向に直交する方向、Ｘ軸方向）に短軸方向を有する長楕円形状の島状の無機微粒子１４ａが基板１１の主面と平行な一方向（一次元格子方向）に直線状に配列されて構成されている。また、無機微粒子層１４は反射層１２を構成する金属格子（凸状反射膜１２ａ）上方であって誘電体層１３上にそれぞれ設けられている。したがって、無機微粒子層１４は基板１１上に反射層１２の凸状反射膜１２ａと同様のパターンのワイヤグリッド構造となる。
【００４７】
また無機微粒子層１４を構成する無機微粒子１４ａをＸ軸方向とＹ軸方向との間で形状的な異方性を持たせると、長軸方向と短軸方向とで光学定数を異ならせることができる。その結果、長軸と平行な偏光成分を吸収し短軸と平行な偏光成分を透過させるという所定の偏光特性が得られる。なお、無機微粒子１４ａが形状異方性を有さない場合（例えば円形など）、ＴＥ波の吸収帯でＴＭ波の吸収も発生してしまうため好ましくない。
【００４８】
無機微粒子層１４の形状異方性の制御のためには、反射層１２を構成する凸状反射膜１２ａの配列ピッチを小さくして無機微粒子１４ａが誘電体層１３の頂部にのみ堆積されるようにすることが有効である。これにより、金属微粒子１４ａの孤立化が図れる。また、金属微粒子１４ａの成膜方法としては、斜めスパッタ成膜、例えば基板１１の表面に対して斜め方向から成膜するイオンビームスパッタ法等が有効である。なお、金属微粒子１４ａは完全な島状に形成されている必要はなく、粒界が形成されていればよい。
【００４９】
保護層１５は、無機微粒子層１４の上で、凸状反射膜１２ａの位置に対応して、使用帯域で透明な材料が偏光特性に影響を与えない範囲の膜厚で薄膜として形成されたものである。この材料としては屈折率が２以下、消衰係数が零に近い物質が望ましい。このような物質としてＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などがある。これらは一般的な真空成膜法（気相成膜法、スパッタ法、蒸着法など）により成膜するとよい。保護層１５により耐湿性や防汚性が向上し、偏光素子１０の信頼性向上に寄与する。
【００５０】
図４に、本発明に係る偏光素子の第２の実施の形態における構成を示す。
偏光素子１０’は、偏光素子１０の構成と比較すると、反射層１２’における充填部１２ｃのみが異なり、それ以外は偏光素子１０と構成が同じである。
【００５１】
すなわち、充填部１２ｃは、充填部１２ｂと同じ無機材料が凸状反射膜１２ａの間に充填されてなるものである。本実施形態では、充填部１２ｃは、凸状反射膜１２ａから離れるにつれてくぼんでおり、隣接する凸状反射膜１２ａの中間点でもっとも薄くなっている。これにより、凸状反射膜１２ａ間における無機材料の充填率は、５０％以下となっている。図４では、隣接する凸状反射膜１２ａの中間点における充填部１２ｃの厚さは、ほぼ０μｍとなる場合を示している。
【００５２】
以上のように、本発明の偏光素子１０，１０’では、凸状反射膜１２ａの間に、充填部１２ｂ，１２ｃを設けることにより、回折格子を構成する凸状反射膜１２ａの付着強度を高めるとともに、異物の侵入を防ぐことができ、高い偏光特性を維持したまま偏光素子１０，１０’の防汚効果を向上させることができる。なお、回折格子の凹部に充填部１２ｂ，１２ｃの無機材料が単に充填されていればいいわけではなく、誘電体層１３の間や無機微粒子層１４の間にまで無機材料が充填されると偏光特性が劣化するので好ましくない。また、凸状反射膜１２ａ間の領域の屈折率は小さい方が偏光特性は向上するため、充填部の形状は偏光素子１０’のほうが望ましい。
また、これにより液晶プロジェクタのセット本体への組み立てを行う際に、ハンドリングが容易となり、組み立て効率を向上させることができる。
【００５３】
つぎに、本発明に係る偏光素子の製造方法について説明する。
図５は、本発明に係る偏光素子の製造工程の要部を示す概略図である。
（Ｓ１１）使用帯域の光に透明な基板１１上に、直線状に延びた凸状反射膜１２ａを前記使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列する（図５（ａ））。基板１１全面に前述した所定の金属膜を形成し、ついでフォトリソグラフィ技術を用いた前記金属膜のパターン加工によって凸状反射膜１２ａとすればよい。
【００５４】
（Ｓ１２）つぎに、凸状反射膜１２ａ間及び該凸状反射膜１２ａ上に、基板１１よりも屈折率の低い無機材料からなる無機材料膜１２ｚをコーティングにより形成する（図５（ｂ））。通常のスパッタリングやＣＶＤなどの真空成膜方法によって無機材料を凸状反射膜１２ａ間に充填しようとしても、凸部（凸状反射膜１２ａ）のシャドーイングのために完全に充填することは難しい。本発明では、ゾルゲル法（例えばスピンコート法によりゾルをコートし熱硬化によりゲル化させる方法）を採用して、所定のセラミックス塗料を塗布して凸状反射膜１２ａ間及び該凸状反射膜１２ａ上に無機材料膜１２ｚを形成する。例えば、コロイダルシリカを用いたシロキサン溶液をスピンコート法により凸状反射膜１２ａ形成面に塗布した後、所定温度（例えば４００℃）で焼成して、ポーラスシリカからなる無機材料膜１２ｚを形成する（参考文献；（１）Japanese Journal of Applied Physics Vol. 47,No.1 2008, pp.538-540、（２）Japanese Journal of Applied Physics V0l.44, No.8, 2005, pp. 5982-5986）。シロキサン溶液としては、（株）アルバックのＵＬＫＳ溶液やＳＯＧ−ＩＳＭ溶液を用いればよい。
【００５５】
（Ｓ１３）ついで、無機材料膜１２ｚの表面からエッチングして少なくとも凸状反射膜１２ａ上の前記無機材料を除去する（図５（ｃ），（ｄ））。このときのエッチング処理は、酸素プラズマやＣＦ４系のフッ素プラズマにより行う。図５（ｃ）は、凸状反射膜１２ａ上の不要な前記無機材料を除去した時点で当該工程を終了した場合の構成であり、充填部１２ｂは凸状反射膜１２ａ間を無機材料により完全に充填した状態となっている。
【００５６】
さらに前記プラズマエッチングを続行すると、図５（ｄ）に示すような充填部１２ｃの中央がくぼんだ構成となる。凸状反射膜１２ａにアルミ系物質（Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉなど）を用いた場合、これらの材料は酸素プラズマやフッ素プラズマに対するエッチングレートが非常に小さいので、図５（ｄ）の形状は容易に実現できる。また、このときの無機材料の除去量により充填部１２ｃの屈折率を調整することが可能であり、除去量が多いほど低屈折率化を図ることができる。
【００５７】
（Ｓ１４）凸状反射膜１２ａ上にスパッタ、気相成長法、蒸着法などの一般的な真空成膜で誘電体層１３を形成する。
【００５８】
（Ｓ１５）さらに該誘電体層１３上の凸状反射膜１２ａに対応する位置に無機微粒子を直線状に配列して無機微粒子層１４を形成する。
本発明の無機微粒子層１４を形成するための斜めスパッタ成膜の様子を図６に示す。なお、ここではイオンビームスパッタの例を示しているが、これに限定されるものではなく、スパッタリング法であればいずれの方式のものでもよい。
【００５９】
図６において、１は基板１１を支持するステージ、２はターゲット、３はビームソース（イオン源）、４は制御板である。ステージ１は、ターゲット２の法線方向に対して所定角度θ傾斜しており、基板１１は凸状反射膜１２ａの長手方向がターゲット２からの無機微粒子の入射方向に対して直交する向きに配置されている。角度θは、例えば０°から２０°である。ビームソース３から引き出されたイオンは、ターゲット２へ照射される。イオンビームの照射によりターゲット２から叩き出された無機微粒子は、基板１１の表面に斜め方向から入射して付着する。このとき、基板１１上に一定間隔（例えば５０ｍｍ）で平板状の制御板４を配置すれば基板１１表面への入射粒子の方向を制御し、誘電体層１３上の凸状反射膜１２ａに対応する位置にのみ粒子を堆積させることができる。このときの無機微粒子層１４の膜厚は、２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６０】
（Ｓ１６）最後に、保護層１５を形成して、本発明の偏光素子を得る。図５（ｃ）の充填部１２ｂの状態のものにステップＳ１４〜Ｓ１６の処理を施したものが偏光素子１０（図２）となる。また、図５（ｄ）の充填部１２ｃの状態のものにステップＳ１４〜Ｓ１６の処理を施したものが偏光素子１０’（図４）となる。
【００６１】
なお、ステップＳ１２の無機材料層１２ｚを形成する工程及びステップＳ１３のエッチング処理する工程は、ステップＳ１５の無機微粒子層１５を形成した後でもよい。
【００６２】
つぎに、本発明に係る偏光素子を用いた液晶プロジェクタについて説明する。
本発明の液晶プロジェクタは、光源となるランプと、液晶パネルと、前述した本発明の偏光素子１０（あるいは１０’）とを備えるものである。
【００６３】
図７に、本発明に係る液晶プロジェクタの光学エンジン部分の構成例を示す。
液晶プロジェクタ１００の光学エンジン部分は、赤色光ＬＲに対する入射側偏光素子１０Ａ、液晶パネル５０、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃと、緑色光ＬＧに対する入射側偏光素子１０Ａ、液晶パネル５０、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃと、青色光ＬＢに対する入射側偏光素子１０Ａ、液晶パネル５０、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃと、それぞれの出射メイン偏光素子１０Ｃから出てくる光を合成し投射レンズに出射するクロスダイクロプリズム６０とを備えている。ここで、本発明の偏光素子１０（あるいは１０’）は、出射メイン偏光素子１０Ｃに適用されている。
【００６４】
本発明の液晶プロジェクタ１００では、光源ランプ（不図示）から出射される光をダイクロイックミラー（不図示）により赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢに分離し、それぞれの光に対応する入射側偏光素子１０Ａに入射させ、ついでそれぞれの入射側偏光素子１０Ａで偏光された光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢは液晶パネル５０にて空間変調されて出射され、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃを通過した後、クロスダイクロプリズム６０にて合成されて投射レンズ（不図示）から投射される構成となっている。光源ランプは高出力のものであっても強い光に対して優れた耐光特性をもち、面内の分光特性分布が均一な本発明の偏光素子１０を用いているため、信頼性の高い液晶プロジェクタを実現することができる。
【００６５】
なお、本発明の偏光素子は、前記液晶プロジェクタへの適用に限定されるわけではなく、使用環境として熱を受ける偏光素子として好適である。例えば、自動車のカーナビやインパネの液晶ディスプレイの偏光素子として適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の前提となる偏光素子のワイヤグリッド構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る偏光素子の第１の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る偏光素子を上から見た図である。
【図４】本発明に係る偏光素子の第２の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図５】本発明に係る偏光素子の製造工程における要部工程を示す概略図である。
【図６】斜めスパッタ成膜の構成を示す概略図である。
【図７】本発明に係る液晶プロジェクタの光学エンジン部分の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１・・・ステージ、２・・・ターゲット、３・・・ビームソース、４・・・制御板、１０，１０’，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，９０…偏光素子、１１…基板、１２，９２…反射層、１２ａ…凸状反射膜、１２ｂ，１２ｃ・・・充填部、１２ｚ・・・無機材料膜、１３…誘電体層、１４…無機微粒子層、１４ａ・・・無機微粒子、１５・・・保護層、５０・・・液晶パネル、６０・・・クロスダイクロプリズム、１００・・・液晶プロジェクタ
【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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