(57)【要約】【課題】簡便に短時間で面内の分光特性分布が均一で信頼性の高い大面積の偏光素子を得ることのできる偏光素子の製造方法を提供し、該偏光素子の製造方法で製造された偏光素子を提供する。【解決手段】可視光に対し透明で、対向する１対の端面それぞれを一方の主面に対して他方の主面がはみ出るような斜面とした基板１１ａの一方の主面上にレジスト層１３ａを形成し（ｃ）、紫外光をレジスト層１３ａ表面に対して斜めで、かつ該紫外光の光束を含む入射光束面が前記斜面とした端面に対して垂直となるように入射させてレジスト層１３ａについて干渉露光（ｄ）と現像（ｅ）を行うフォトリソグラフィ工程と、基板１１ａの一方の主面側をエッチングして、該一方の主面に回折格子形状の凹凸部１４を形成するエッチング工程（ｆ）と、凹凸部１４の凸部の頂部または一側面部に無機微粒子層１５を形成する無機微粒子層形成工程（ｇ）と、を有する。【選択図】図３
2010060621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光に対し透明で、対向する１対の端面それぞれを一方の主面に対して他方の主面がはみ出るような斜面とした基板を用いて、該基板の一方の主面上にレジスト層を形成し、ついで紫外光を前記レジスト層表面に対して斜めで、かつ該紫外光の光束を含む入射光束面が前記斜面とした端面に対して垂直となるように入射させて前記レジスト層について干渉露光と現像を行い、レジスト層のパターニングを行うフォトリソグラフィ工程と、
前記基板の一方の主面側をエッチングして、該一方の主面に回折格子形状の凹凸を形成するエッチング工程と、
前記凹凸の凸部の頂部または一側面部に無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、
を有する偏光素子の製造方法。
【請求項２】
前記端面における斜面が基板主面の垂直面となす角度φが、以下の式（１）の関係にある請求項１に記載の偏光素子の製造方法。
φ＞ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）  ・・・（１）
（θ：フォトリソグラフィ工程における紫外光のレジスト層への入射角度、ｎ：前記紫外光に対する基板の屈折率）
【請求項３】
前記斜面に前記紫外光を吸収する層を形成する請求項１または２に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項４】
前記基板の他方の主面上に、該基板の主面に垂直に入射する可視光及び斜めに入射する紫外光に対して反射防止機能を有する反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程を有する請求項１〜３のいずれかに記載の偏光素子の製造方法。
【請求項５】
可視光に対し透明で、対向する１対の端面それぞれを一方の主面に対して他方の主面がはみ出るような斜面とした基板を用いて、該基板の一方の主面上にレジスト層を形成し、ついで紫外光を前記レジスト層表面に対して斜めで、かつ該紫外光の光束を含む入射光束面が前記斜面とした端面に対して垂直となるように入射させて前記レジスト層について干渉露光と現像を行い、レジスト層のパターニングを行うフォトリソグラフィ工程と、
前記基板の一方の主面側をエッチングして、該一方の主面に回折格子形状の凹凸を形成するエッチング工程と、
前記凹凸の凸部の頂部または一側面部に無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、を有する偏光素子の製造方法により製造されてなる偏光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機吸収型の偏光素子の製造方法及び該偏光素子の製造方法により製造された偏光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（とく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素子（偏光板）を配置する事が必要不可欠である。偏光板の機能は、直交する偏光成分（いわゆるＰ偏光波、Ｓ偏光波）の片方を吸収し、他方を透過させる事である。このような偏光板として、従来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】
これらの一般的な製法として、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。これは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、加熱、加湿条件下においては非常に変形し易い。また根本的にフィルムを用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】
ところで近年、液晶表示装置はその用途が拡大し高機能化しているが、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ようになった。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、上記のようなフィルムベースの偏光板は有機物であることからこれらの特性を上げることには限界があった。
【０００５】
この問題に対して、米国コーニング社よりPolarcorという商品名で耐熱性の高い無機偏光板が販売されている。この偏光板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を使用しておらず、その原理は島状微粒子のプラズマ共鳴を利用するものである。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あり、吸収波長は、粒子形状、周囲の誘電率の影響を受ける。ここで島状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が得られ、具体的には長波長側での長軸に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偏光特性が得られる。しかしながら、Polarcorの場合、偏光特性が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。これは島状微粒子に用いられている銀の物理的性質によるものである。
【０００６】
ここで偏光板として機能させるには偏光子として使用する金属微粒子の形状異方性は極めて重要である。特許文献１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おり、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（段落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（段落００３７、００３８）。通常液晶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る。また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。また液晶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。しかしながらここに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。
【０００７】
そこで、特許文献２では、ガラスよりも放熱性の高い水晶基板を用いて、該基板上のレジスト層にモールドを押し付けてモールドの凹凸をレジスト層に転写するナノインプリント法により、放熱特性に優れ大面積で面内の分光特性分布が均一で信頼性の高い偏光素子を得ることのできる偏光素子の製造方法が提案されている。
【０００８】
しかしながら、ナノインプリント法では目的の偏光素子に対応したモールドを用意する時間を必要とし、設備としても高価であるといった問題があった。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１４７２５３号公報
【特許文献２】特開２００８−１５８４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、簡便に短時間で面内の分光特性分布が均一で信頼性の高い大面積の偏光素子を得ることのできる偏光素子の製造方法を提供することを目的とし、さらに該偏光素子の製造方法で製造された偏光素子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】
【００１１】
前記課題を解決するために提供する本発明は、可視光に対し透明で、対向する１対の端面それぞれを一方の主面に対して他方の主面がはみ出るような斜面とした基板（基板１１ａ）を用いて、該基板の一方の主面上にレジスト層（レジスト層１３ａ）を形成し（図３（ｃ））、ついで紫外光を前記レジスト層表面に対して斜めで、かつ該紫外光の光束を含む入射光束面が前記斜面とした端面に対して垂直となるように入射させて前記レジスト層について干渉露光（図３（ｄ））と現像（図３（ｅ））を行い、レジスト層のパターニングを行うフォトリソグラフィ工程と、前記基板の一方の主面側をエッチングして、該一方の主面に回折格子形状の凹凸（凹凸部１４）を形成するエッチング工程（図３（ｆ））と、前記凹凸の凸部（凸部１４ａ）の頂部または一側面部に無機微粒子層（無機微粒子層１５）を形成する無機微粒子層形成工程（図３（ｇ））と、を有する偏光素子の製造方法である（図３，図４）。
【００１２】
ここで、前記端面における斜面が基板主面の垂直面となす角度φが、以下の式（１）の関係にあることが好ましい。
φ＞ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）  ・・・（１）
（θ：フォトリソグラフィ工程における紫外光のレジスト層への入射角度、ｎ：前記紫外光に対する基板の屈折率）
また、前記斜面に前記紫外光を吸収する層を形成するとよい。
【００１３】
また、前記基板の他方の主面上に、該基板の主面に垂直に入射する可視光及び斜めに入射する紫外光に対して反射防止機能を有する反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程（図３（ｂ））を有することが好適である。
【００１４】
また前記課題を解決するために提供する本発明は、可視光に対し透明で、対向する１対の端面それぞれを一方の主面に対して他方の主面がはみ出るような斜面とした基板を用いて、該基板の一方の主面上にレジスト層を形成し、ついで紫外光を前記レジスト層表面に対して斜めで、かつ該紫外光の光束を含む入射光束面が前記斜面とした端面に対して垂直となるように入射させて前記レジスト層について干渉露光と現像を行い、レジスト層のパターニングを行うフォトリソグラフィ工程と、前記基板の一方の主面側をエッチングして、該一方の主面に回折格子形状の凹凸を形成するエッチング工程と、前記凹凸の凸部の頂部または一側面部に無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、を有する偏光素子の製造方法により製造されてなる偏光素子である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の偏光素子の製造方法によれば、フォトリソグラフィ技術を利用することにより、簡便に短時間で大面積の偏光素子を製造することができる。また、基板の端面を斜面としていることにより、フォトリソグラフィ工程において紫外光が再度レジスト層を露光することを抑制するので、基板に形成される凹凸の回折格子形状を均一にして面内の分光特性分布を均一にすることができる。さらに、基板裏面側の反射防止膜が基板のおもて面側（レジスト層側）から裏面側に向かって透過する紫外光の反射を防止することにより、該紫外光が再度レジスト層を露光することを抑制するので、基板に形成される凹凸の回折格子形状を均一にして面内の分光特性分布をより均一にすることができる。さらには、前記反射防止膜を偏光素子において可視光に対する反射防止膜としても機能させることもできる。
また、本発明の偏光素子によれば、前記のように斜面となった端面がフォトリソグラフィ工程において紫外光が迷光となることを防止するので、面内の分光特性分布が均一で信頼性の高い偏光素子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】
【００１６】
前述のように、偏光素子の製造方法として従来のナノインプリント法に代えて、フォトリソグラフィ技術を利用した製造方法が考えられる。その場合、考えられる製造工程は例えば、（レジスト塗布）→（干渉露光）→（現像）→（エッチング（凹凸形成））→（無機微粒子層形成）→（反射防止膜形成）である。
【００１７】
ここで、可視光領域を４３０ｎｍ〜７３０ｎｍとすると、偏光素子における無機微粒子層のワイヤグリッドの周期、すなわち基板上に形成される一次元格子状の凹凸のピッチが少なくとも２００ｎｍ以下であるときに、ある程度の偏光特性を期待することができる。
【００１８】
したがって、フォトリソグラフィ技術では、紫外光によりそのようなピッチの干渉縞をつくってレジスト層を干渉露光してパターニングする必要がある。具体的には、光源としてＹＡＧ４倍波の波長２６６ｎｍの固体レーザを使って、基板に対する入射角を±６４°とした２本の光を入射させ、ピッチ約１５０ｎｍの干渉縞を基板（レジスト層）上に生成することを行うものである。
【００１９】
ところで、偏光素子の基板材料としては、前述のように放熱特性が求められることから熱伝導率が高いことが必要とされ、主に水晶や石英が用いられている。これらの材料は紫外光に対して吸収がなく、高い透過率を示すものである。よって、前記のように干渉縞を得るために基板に紫外光を照射すると、該基板中を透過してしまい、その光は迷光となる。
【００２０】
このような基板に起因する主な迷光としては、つぎの２つがあり、それぞれ独立に対策を検討する必要がある。
（１）基板端面での散乱光
（２）基板裏面での反射光
【００２１】
ここで、基板端面での散乱光について検討する。
図１に、一般的な基板に対して干渉露光を行う様子を示す。前記干渉露光では深い入射角の２つの紫外光の光束Ｌ1、Ｌ2を使用するが、その光束を含む入射光束面に平行な端面（Ａ端面）における散乱の断面積は小さく、入射光束面に垂直な面（Ｂ端面）における散乱の断面積は大きい。したがって、主に光束Ｌ1、Ｌ2を含む入射光束面に垂直な端面（Ｂ端面）が問題となる。
【００２２】
Ｂ端面では、図２に示すように、つぎの２つの散乱光が迷光となる。
（迷光１）Ｂ端面の空気側から入射し、基板内部に入る光。
（迷光２）基板前面（おもて面、レジスト層形成面）から入射し、基板内部を透過してＢ端面でさらに反射する光。
【００２３】
一般に、端面は砂刷り面や基板を切断したままの面であることが多く、光学面ではないため、この面に光が入射するとランダムなコヒーレント散乱、いわゆるスペックルが発生する。スペックルの強度は狭い場所を見れば入射光量の何倍にもなることがあり、パターニング品質への影響は大きい。また、砂刷り面での散乱ではその程度は面粗度と波長に依存するが、多くの場合、透過よりも反射の方が散乱光強度は大きい。したがって、迷光１よりも迷光２の影響が問題となる。
【００２４】
発明者らは、前述のように干渉露光における基板端面の反射・散乱状態に着目し、鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。以下、本発明に係る偏光素子の製造方法について図面を参照して説明する。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。
【００２５】
本発明に係る偏光素子の製造方法は、可視光に対し透明で、対向する１対の端面それぞれを一方の主面に対して他方の主面がはみ出るような斜面とした基板を用いて、該基板の一方の主面上にレジスト層を形成し、ついで紫外光を前記レジスト層表面に対して斜めで、かつ該紫外光の光束を含む入射光束面が前記斜面とした端面に対して垂直となるように入射させて前記レジスト層について干渉露光と現像を行い、レジスト層のパターニングを行うフォトリソグラフィ工程と、前記基板の一方の主面側をエッチングして、該一方の主面に回折格子形状の凹凸を形成するエッチング工程と、前記凹凸の凸部の頂部または一側面部に無機微粒子層を形成する無機微粒子層形成工程と、を有するものである。
【００２６】
本発明の偏光素子の製造方法について、図３の本発明に係る偏光素子の製造工程を示す概略図に基づいて説明する。
（Ｓ１１）原板として可視光に対して透明な基板１１ａを用意する（図３（ａ））。ここで、基板１１ａは、水晶または石英からなるものである。例えば、結晶構造をもつ純度の高い石英基板であり、光学用人工水晶の基板を用いるとよい。
【００２７】
図４に、本発明で用いる基板の形状を示す。図４（ａ）は基板１１ａの斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の矢印方向から見た基板１１ａの断面図である。
基板１１ａにおいて、主面Ｓｔ，Ｓｂは矩形であり、このうち一方の主面Ｓｔは後述するようにワイヤグリッド構造の無機微粒子層を形成すべく所定の処理（フォトリソグラフィ処理、エッチング処理など）が行われるおもて面である。すなわち、主面Ｓｔはレジスト層１３ａが形成される面であり、干渉露光のための紫外光が斜め入射する面であり、エッチングにより凹凸部１４が形成される面である。なお、他方の主面Ｓｂは必要に応じて反射防止膜１２が形成される裏面である。
【００２８】
また、基板１１ａの対向する１対の端面ｔ１，ｔ２それぞれが、一方の主面Ｓｔに対して他方の主面ＳｂがＸ方向にはみ出るような斜面となっている。このとき、端面ｔ１，ｔ２それぞれの側で主面Ｓｂが主面ＳｔよりもＸ方向にはみ出る長さは同じである。すなわち、本発明の偏光素子１０となったときに、偏光方向に垂直な方向（Ｘ方向）の断面形状が偏光面（おもて面）側を短辺とする台形となっているものである（図４（ｂ））。なお、主面Ｓｔ，ＳｂのＸ方向に直交するＹ方向の長さは同じであり、もう１対の端面ｔ３，ｔ４は主面Ｓｔ，Ｓｂに対して垂直な面となっている。
【００２９】
このような基板１１ａの形状とすることにより、後工程で行われる干渉露光において、端面における迷光の悪影響を抑制することができる。図５に、その好適な構成を示す。
図５は、端面ｔ１（またはｔ２）を拡大した断面である。このとき、端面ｔ１，ｔ２における斜面が基板主面Ｓｔの垂直面（従来の垂直端面）となす角度φは、以下の式（１）の関係にあることが好ましい。
φ＞ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）  ・・・（１）
（θ：フォトリソグラフィ工程における紫外光のレジスト層１３ａ（基板１１ａ）への入射角度、ｎ：前記紫外光に対する基板１１ａの屈折率）
【００３０】
基板１１ａは機械加工で切断されて製作されるが、その後必ず行われる面取り工程でこのような端面ｔ１，ｔ２の形状とすればよい。
【００３１】
これにより、端面ｔ１（あるいはｔ２）に入射する迷光１は基板１１ａ内で散乱されるが主に基板１１ａの裏面Ｓｂ側に散乱され、おもて面Ｓｔに達する迷光は減少する。また、レジスト層１３ａに入射する迷光２は基板１１ａの端面ｔ１（あるいはｔ２）で散乱されることなく基板１１ａの裏面Ｓｂまで到達することになる。これにより、紫外光が迷光となって再度レジスト層１３ａを露光することを抑制することができる。例えば、基板１１ａを水晶の基板、θ＝６４°とした場合、φ＝４５°とすれば式（１）を満足し、迷光の問題は発生しなくなる。
【００３２】
（Ｓ１２）つぎに、基板１１ａの他方の主面（裏面）Ｓｂに、反射防止膜１２を形成する（図３（ｂ））。
【００３３】
前述したように、フォトリソグラフィ工程における干渉露光の際に、（２）基板裏面での反射光が迷光となる問題があった。すなわち、水晶や石英の基板表面における紫外光の反射率は２０％を超えているため、基板１１ａ中を透過した紫外光は、基板１１ａの裏面Ｓｂ側（基板と空気の界面）で反射され、この迷光となった紫外光が再びレジスト層１３ａを露光してしまうこととなった。そしてその結果、目的のパターニングができずに偏光素子として必要な特性を得ることができなかった。このような問題を発生させないためには、迷光強度の目安として１％以下とする必要があった。
【００３４】
また、従来の偏光素子の裏面側には最終的に反射防止膜が設けられていることから、レジスト塗布の前に予め基板１１ａの他方の面（裏面）Ｓｂに反射防止膜を形成しておくことが考えられる。しかし、この反射防止膜は偏光素子が液晶プロジェクタの部品として組み込まれたときに求められる可視光に対する反射防止機能を有しているだけであった。すなわち、このような反射防止膜は紫外光（例えば、波長２６６ｎｍの光）に対する反射率が考慮されておらず反射率が高いために、基板のままの状態よりも紫外光をより反射するようになり、フォトリソグラフィ工程における露光時に基板を透過した紫外光が該反射防止膜で反射されて再びレジスト層を露光するようになり、かえって偏光素子の特性に多大な悪影響を与えることになってしまった。
【００３５】
そこで、本発明では、反射防止膜１２は、レジスト層１３ａ（基板１１ａの主面Ｓｔ）に垂直に入射する可視光及び斜めに入射する紫外光に対して反射防止機能を有するものとする。
【００３６】
ここで、基板１１ａの主面に垂直に入射する可視光とは、偏光素子としてプロジェクタ（例えば、液晶プロジェクタ（後述））に組み込まれたときに光源から入射する光のことをいう。また、その光の波長範囲は例えば４３０〜７３０ｎｍである。あるいは、光源として用いられる赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢのいずれかの波長範囲であってもよい。例えば、赤色光ＬＲの波長範囲であれば、液晶プロジェクタ仕様にもよるが６５０ｎｍから７３０ｎｍである。反射防止膜１２はこの光源光をなるべく減衰させないように（反射や吸収がないように）透過することが求められる。
【００３７】
また、レジスト層１３ａ（基板１１ａの主面Ｓｔ）に斜めに入射する紫外光とは、当該偏光素子の製造工程のフォトリソグラフィ工程（後述）において干渉露光の際に基板１１ａのおもて側から所定角度で入射する紫外光のことをいう。また、その紫外光はｓ偏光であり、その波長は露光光源として用いられるレーザの波長（ＡｒＦエキシマレーザのとき、１９３ｎｍ、ＫｒＦエキシマレーザのとき、２４８ｎｍ）に対応するものである。反射防止膜１２は基板１１ａを透過してくるこの紫外光をなるべく反射しないことが求められる。
【００３８】
また、反射防止膜１２は、屈折率の異なる複数の光学膜が積層されてなる光学積層膜である。このとき、光学膜は、高屈折率の光学膜（例えば、屈折率１．７０〜２．４０）として１種類または複数種類のもの、該高屈折率の光学膜よりも屈折率の小さい低屈折率の光学膜（例えば、屈折率１．３０〜１．６９）として１種類または複数種類のものからなる。
【００３９】
また、いずれの光学膜も可視から紫外領域に渡って透明（吸収がない）材料からなる。あるいは可視領域で透明で、紫外領域で吸収のある材料を使用することも可能である。その場合、光学積層膜の最上層をこの紫外領域で吸収のある材料からなる光学膜とするとよい。
また、光学膜は蒸着などのドライプロセスあるいは塗布によって形成されればよい。
【００４０】
なお、光学膜それぞれの屈折率や厚み、あるいは積層構成を調整することにより、反射防止膜１２として透過する波長位置をシフトさせて調整することが可能であり、これにより干渉露光として斜め入射してくる紫外光の波長及び液晶プロジェクタから投射される可視光の波長に対応させた光学多層膜とすることができる。このような反射防止膜１２としての光学多層膜の設計手法は従来公知のものを用いればよい。例えば、これらの波長領域では光の膜吸収がないと仮定して、それぞれの波長領域において反射率が最も低くなるように設計する。
【００４１】
図６に、反射防止膜１２の構成例を示す。水晶からなる基板１１上に４種類の材料からなる光学膜を組み合わせて１８層からなる光学多層膜を形成し、反射防止膜１２とする。詳しくは、４種類の材料とは、Ｓｕｂｓｔａｎｃｅ  Ｍ２（メルク社製蒸着用材料製品。波長２６６ｎｍでの屈折率＝１．８０４１、材料名称Ｈ１）、ＴｉＯ２（波長２６６ｎｍでの屈折率＝２．３８７、材料名称Ｈ２）、ＳｉＯ２（波長２６６ｎｍでの屈折率＝１．４７５、材料名称Ｌ１）、ＭｇＦ２（波長２６６ｎｍでの屈折率＝１．３８７４、材料名称Ｌ２）であり、これらの材料を用いて、表１に示す層構成の反射防止膜１２とするとよい。なお、各光学膜（光学膜ｍ１〜ｍ１８）はスパッタリング法によって形成する。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
表１の構成の反射防止膜１２によれば、可視光領域（波長４３０ｎｍから７３０ｎｍ）の光が垂直入射した場合の反射率が１％以下となる。また、紫外領域（波長２６６ｎｍ）のｓ偏光が基板１１に対して入射角６４°で入射した場合の反射率は１％以下（設計値０．１４％）となり、干渉露光中の基板の裏面反射による再露光の問題のない反射率となる。なお、入射角６４°±５°となる程度の基板１１上の入射角のばらつきがあっても干渉露光中の基板の裏面反射による再露光の問題はない。
【００４４】
なお、図６では、ＲＧＢの三原色波長領域すべてにおいて反射防止機能を付与するために合計１８層の多層膜としていたが、液晶プロジェクタにはＲＧＢそれぞれの波長用に１枚ずつ使用するため、ＲＧＢそれぞれの波長領域専用の偏光素子とすれば反射防止膜１２における光学膜の積層数を減らすことも可能である。
【００４５】
（Ｓ１３）基板１１ａの反射防止膜１２形成面とは反対側の主面（一方の主面）Ｓｔ上にレジスト層１３ａを形成する（図３（ｃ））。レジスト層１３ａは、フォトリソグラフィで一般的に用いられる露光光源に対応したフォトレジスト材料（感光性有機材料）からなり、後述するように反応性ガスやイオンビーム等によって基板１１ａとともにエッチングが可能な層である。例えば、東京応化製ＫｒＦ用レジストを塗布して厚さ２００ｎｍ以下のレジスト層１３ａを形成する。なお、レジスト層１ａは、反射防止膜１２の形成後、あるいは反射防止膜１２の形成と同時に形成する。
【００４６】
（Ｓ１４）レジスト層１３ａに対して干渉露光を行い、レジスト層が所定パターンに感光した感光層１３ｂとする（図３（ｄ））。このとき、紫外光をレジスト層１３ａ表面に対して斜めで、かつ該紫外光の光束を含む入射光束面が前記斜面とした端面ｔ１，ｔ２に対して垂直となるように入射させて干渉露光を行う。干渉露光は、半導体素子の製造で用いられるような露光装置（ステッパ）で行うとよい。
【００４７】
図７，図８に、干渉露光に用いる光学系の構成例を示す。
図７は、Ｌｌｏｙｄ  Ｍｉｒｒｏｒ型と呼ばれる光学系であり、レジスト層１３ａ／基板１１ａ／反射防止膜１２の構成からなり主面Ｓｔが光軸に対して所定角度に傾斜して配置された対象基板と、該対象基板に対して直角となる位置に隣接して配置されるミラーとに対して、ＹＡＧ４倍波の固体レーザを用いた波長２６６ｎｍの回折光（ｓ偏光）を照射するものである。これにより、基板１１ａ上のレジスト層１３ａには光源側から直接入射する回折光とミラーにより反射されて入射する回折光とから回折縞（干渉縞）が形成され干渉露光されることになる。
【００４８】
図８は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型と呼ばれる光学系であり、ＹＡＧ４倍波の固体レーザを用いた波長２６６ｎｍの光（ｓ偏光）を２つの光路に分割した上で、レジスト層１３ａ／基板１１ａ／反射防止膜１２の構成の対象基板に２方向からその回折光を入射させて干渉露光するものである。
【００４９】
図７，図８のいずれの光学系においても、基板１１ａ上に２光束干渉により干渉縞が形成されレジスト層１３ａを露光するようになる。図９にその様子を示す。ここでは、基板１１ａの法線Ｌに対して入射角＋θの光束Ｌ1と、入射角−θの光束Ｌ2とがレジスト層１３ａに入射してピッチｐの干渉縞として該レジスト層１３ａを露光する。
【００５０】
なお、ピッチｐは紫外光の波長λ及び入射角θとの間に以下の式（２）に示す関係が成り立つ。
ｐ＝λ／（２ｓｉｎθ）  ・・・（２）
【００５１】
したがって、偏光素子用の基板として回折格子のピッチｐが決まっていれば、使用する露光光源（紫外光）の波長λから式（２）に基づいて入射角を決定することができる。紫外光の波長としては１８０〜３００ｎｍの範囲のいずれでもよいが、実際には露光装置に搭載しているレーザ光源によって決まる。例えば、波長２６６ｎｍのレーザ光を用いて、ピッチ１５０ｎｍの回折格子を形成するためには、式（２）より、入射角θを６４°とする。
【００５２】
露光工程では、例えば図７の構成の光学系において、波長２６６ｎｍのレーザ（ｓ偏光）によってパワー３０ｎｍ／ｃｍ２で２０秒間の干渉露光を行った後、１１０℃，９０秒間の後加熱（ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ））を行う。
【００５３】
なお、干渉露光時にレジスト層１３ａに入射した光の一部は、端面ｔ１，ｔ２側の端部あるいは端面ｔ１，ｔ２に入射するが、端面ｔ１，ｔ２の形状（斜面）により主面（おもて面）Ｓｔ側に散乱される光がほとんどないため、この光により再度レジスト層を露光することが抑制される。さらに、基板１１ａを透過する光が反射防止膜１２により基板１１ａの裏面Ｓｂ側でほとんど反射されないため、この光により再度レジスト層を露光することが抑制される。
【００５４】
（Ｓ１５）感光層１３ｂについて現像を行う（図３（ｅ））。現像条件は、例えば、アルカリ現像３０秒、純水洗浄による定着３０秒である。これにより、感光層１３ｂのうち、例えば感光した部分は除去され、感光していない部分が残されることになり（あるいは感光していない部分は除去され、感光した部分が残されることになり）、回折格子状の凹凸形状にパターニングされたパターニング層１３ｃとなる。ここで、感光層１３ｂは前記ステップＳ１４で端面ｔ１，ｔ２の形状や反射防止膜１２により端面散乱や裏面反射の再露光を受けることなく感光されているために、精度よく回折格子パターンにパターニングされたパターニング層１３ｃを得ることができる。
【００５５】
（Ｓ１６）つぎに、パターニング層１３ｃ及び基板１１ａをエッチングする（図３（ｆ））。エッチングはパターニング層１３ｃ及び基板１１ａそれぞれが表層から順次エッチングにより除去できる方法であればよく、例えばＣＦ４などのフッ素系ガスやＡｒガス、あるいはそれらの混合ガスによるＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ、反応性ガスエッチング）やイオンビームエッチングで処理するとよい。このとき、パターニング層１３ｃが基板１１ａのマスクパターンとなるため、このエッチング処理により、基板１１ａはパターニング層１３ｃのパターンに対応して精度よく回折格子パターンの凹凸形状にエッチングされ、凹凸部１４が形成される。
【００５６】
図１０に、エッチング処理後の基板１１の構成を示す。図１０（ａ）は基板１１を上から見た平面図、図１０（ｂ）は基板１１の断面図である。
基板１１の所定領域に、回折格子パターンの凹凸形状、すなわち凸形状のラインが基板１１上に一定間隔で配列されたグリッド構造を呈している（図１０（ａ））。隣合った凸部１４ａと凸部１４ａの間隔あるいは凹部１４ｂと凹部１４ｂの間隔であるピッチは、前記式（２）に対応している。また、凹凸部１４の断面形状は凸部１４ａの先端部分が先細るようになった鋸歯形状となっている（図１０（ｂ））。
【００５７】
なお、凸部１４ａ及び凹部１４ｂからなる凹凸部１４は、基板１１の主面と平行な一方向（吸収軸Ｙ方向）に延びるように基板１１の主面上に形成された凸部１４ａのラインが、基板１１の吸収軸Ｙ方向と直交する方向（ラインの配列方向、透過軸Ｘ方向）に可視光域の波長よりも小さいピッチで周期的に形成されてなるものである。またこれに伴い、凸部１４ａのライン間の凹部１４ｂは断面形状が谷形状となり、基板１１の主面と平行な一方向（吸収軸Ｙ方向）に延びる溝となる。この凹凸形状は、つぎの工程で形成される無機微粒子層１５をワイヤグリッド状に形成するために設けられるものである。したがって、この凹凸部１４の形状寸法は偏光素子１０の所期の偏光特性を得るために重要であるが、本発明では精度よく形成された回折格子パターンのパターニング層１３ｃに従ってエッチングされて凹凸部１４が形成されているのでワイヤグリッド構造に好適な凹凸形状となっている。
【００５８】
（Ｓ１７）基板１１の凹凸部１４における凸部１４ａの頂部又はその少なくとも一側面部に対して所定の角度で斜め方向から無機微粒子ｐを入射させるスパッタ成膜を行い、無機微粒子層１５を形成する（図３（ｇ））。斜めスパッタ成膜の様子を図１１に示す。ここではイオンビームスパッタの例を示している。
【００５９】
図１１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α傾斜しており、基板１１は凹凸部１４の格子方向（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αは、例えば０°から１５°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、凸部１４ａの側壁部にのみ粒子を堆積させることができる。
【００６０】
以上のように、成膜時に基板１１をターゲット２に対して傾斜させて無機微粒子の入射方向を制限することにより、無機微粒子からなる無機微粒子層１５を凸部１４ａの頂部または一側面部に選択的に形成して偏光素子１０とすることができる（図１２）。
【００６１】
ここで、無機微粒子層１５に用いられる材料は使用帯域に応じて適切な材料を選択される必要がある。金属材料や半導体材料がこれを満たす材料であり、具体的には金属の場合はＡｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ単体もしくはこれらを含む合金である。また半導体材料としてはＳｉ，Ｇｅ，Ｔｅ，ＺｎＯである。さらにＦｅＳｉ2（特にβ-ＦｅＳｉ2），ＭｇＳｉ2，ＮｉＳｉ2，ＢａＳｉ2，ＣｒＳｉ2，ＣｏＳｉ2などのシリサイド系材料が適している。本発明では図１１の斜めスパッタ成膜の際にこれらの材料からなるターゲット２とする。
【００６２】
以上の方法により製造された偏光素子１０において、図１２に示すように、基板１１の表面に形成された無機微粒子層１５は面内Ｘ，Ｙ方向に関して異方的な形状を有して分布している（ワイヤグリッド構造）。これらの無機微粒子層１５は、その長軸方向（Ｙ方向）に電磁進行方向をもつ偏光成分を吸収し、短軸方向（Ｘ方向）に電磁進行方向をもつ偏光成分を透過させる特性を示す。また、干渉露光の際に基板の端面ｔ１，ｔ２における散乱や裏面Ｓｂにおける反射による再露光が防止されることにより、偏光素子１０として面内の分光特性分布が均一となっている。さらに、偏光素子１０の基板として放熱性に優れた基板１１を用いているので、従来の無機吸収型偏光素子よりも耐熱性に優れ、例えば液晶プロジェクターデバイス等に使用し長時間に渡り光源近傍にさらされ加熱されても、放熱性が良いのでガラス基板よりも不具合が起き難い偏光素子とすることができる。
【００６３】
なお、基板１１ａの端面ｔ１，ｔ２の形状を斜面にする代わりに、端面ｔ１，ｔ２に反射防止膜１２と同じ反射防止膜を成膜してもよい。ただし、基板１１ａの端面は砂刷り面であったり、切断加工のままの面となっているため、成膜した膜が剥がれたり、一部成膜されないなどにより迷光の散乱が減少しなかったり、かえって増加したりする可能性があるため、良好な成膜を得るための端面の処理が必要となる。
【００６４】
また、端面ｔ１，ｔ２の斜面に前記紫外光を吸収する層（紫外光吸収層）を形成してもよい。ただし、カメラ用のレンズ鏡筒などでレンズのコバ（外形加工端面）に塗布されるような、可視光において吸収光の小さな接着剤（バインダ）の中に吸収係数の比較的大きなカーボンなどの粒子を分散させ、塗布された墨の内部で光が反射と吸収を繰り返すことで全体として墨の表面で反射がないように（墨の外部に光が再び出て行かないように）設計された墨は、接着剤（バインダ）が紫外光では吸収係数が大きくなってしまうため、不適である。本発明では、紫外光において吸収光の小さな接着剤（バインダ）の中に吸収係数の比較的大きな粒子を分散させた紫外域専用の墨を端面ｔ１，ｔ２に塗布するようにすればよい。このような墨塗りにより、空気側から入射して基板１１ａの端面ｔ１，ｔ２に入る迷光１を遮断するのに効果がある。
【００６５】
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とを備えるものである。
【００６６】
図１３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は、入射側偏光素子１０Ａ、出射プリ偏光素子１０Ｂ、出射メイン偏光素子１０Ｃそれぞれに適用されている。
【００６７】
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。
【００６８】
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】
【００６９】
【図１】基板と紫外光との関係を示す模式図である。
【図２】通常の基板端面における迷光の散乱状態を示す模式図である。
【図３】本発明に係る偏光素子の製造方法における偏光素子の製造手順を示す工程図である。
【図４】本発明で用いる基板の形状を示す模式図である。
【図５】本発明で用いる基板端面における迷光の散乱状態を示す模式図である。
【図６】本発明で用いる反射防止膜の膜構成を示す概略図である。
【図７】干渉露光に用いる光学系の構成例（１）を示す模式図である。
【図８】干渉露光に用いる光学系の構成例（２）を示す模式図である。
【図９】干渉露光による干渉縞の様子を示す説明図である。
【図１０】エッチング処理終了時の基板表面の凹凸状態を示す概略図である。
【図１１】斜めスパッタ成膜の構成を示す概略図である。
【図１２】本発明に係る偏光素子の製造方法により製造された偏光素子の構成を示す概略図である。
【図１３】本発明の偏光素子を用いた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】
【００７０】
１・・・ステージ、２・・・ターゲット、３・・・ビームソース（イオン源）、４・・・制御板、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ・・・偏光素子、１１，１１ａ・・・基板、１２・・・反射防止層、１３ａ・・・レジスト層、１３ｂ・・・感光層、１３ｃ・・・パターニング層、１４・・・凹凸部、１４ａ・・・凸部、１４ｂ・・・凹部、１５・・・無機微粒子層、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、Ｌ1，Ｌ2・・・紫外光、ｐ・・・無機微粒子、Ｓｔ，Ｓｂ・・・主面、ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４・・・端面
【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６】
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【図９】
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