(57)【要約】  本発明に係る偏光素子は、ワイヤグリッド構造を有する偏光素子であって、透明基板１１と、透明基板１１上に使用帯域の光よりも小さいピッチで配列され、所定方向に延在する格子状凸部１０と、を備え、格子状凸部１０は、透明基板１１上に形成された反射層１２を含み、反射層１２は、金属層１５と、所定方向から見て、金属層１５の側面を覆い、金属層１５を構成する金属の酸化物からなる酸化物層１６とを有する。
2017073044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤグリッド構造を有する偏光素子であって、
透明基板と、
前記透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、
前記格子状凸部は、前記透明基板上に形成された反射層を含み、
前記反射層は、金属層と、前記所定方向から見て、前記金属層の側面を覆い、前記金属層を構成する金属の酸化物からなる酸化物層とを有することを特徴とする偏光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光素子において、
前記格子状凸部の配列方向の前記格子状凸部の幅であるグリッド幅は、３５〜４５ｎｍであり、前記格子状凸部の配列方向における、前記グリッド幅に占める前記酸化物層の幅の割合をｘとすると、２８≦ｘ＜４８％であることを特徴とする偏光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の偏光素子において、
前記格子状凸部は、前記反射層上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上に形成された吸収層とをさらに含むことを特徴とする偏光素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の偏光素子において、
光が入射する前記偏光素子の表面が誘電体からなる保護膜により覆われていることを特徴とする偏光素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の偏光素子において、
前記酸化物層は、最表面に近くなるほど、前記金属層を構成する金属の酸化の度合いが高いことを特徴とする偏光素子。
【請求項６】
ワイヤグリッド構造を有する偏光素子の製造方法であって、
透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、所定方向に延在する金属層を形成する工程と、
前記金属層上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に吸収層を形成する工程と、
前記吸収層の形成後、前記金属層を酸化して、前記金属層の側面に、前記金属層を構成する金属の酸化物からなる酸化物層を形成する工程と、を含む偏光素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の偏光素子において、
前記酸化物層を形成する工程では、熱処理により前記金属層を酸化することを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の偏光素子において、
前記酸化物層は、最表面に近くなるほど、前記金属層を構成する金属の酸化の度合いが高いことを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項９】
透明基板と、前記透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、前記格子状凸部の配列方向の前記格子状凸部の幅であるグリッド幅が３５〜４５ｎｍであるワイヤグリッド構造を有し、入射光が緑色帯域の光（波長λ＝５２０ｎｍ〜５９０ｎｍ）である場合の透過軸透過率が９３．５％以上の透過特性を有する偏光素子の製造方法であって、
前記透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、前記所定方向に延在する金属層を形成する工程と、
前記金属層上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に吸収層を形成する工程と、
前記吸収層の形成後、前記金属層を酸化して、前記金属層の側面に、前記金属層を構成する金属の酸化物からなる酸化物層を形成する工程であって、前記所定方向から見て、前記配列方向における、前記グリッド幅に占める前記金属層の左側および右側に存在する前記酸化物層を合わせた幅の割合をｘとしたときに、２８≦ｘ＜４８％の範囲で、前記透過特性を満たす厚みの前記酸化物層を形成する工程と、を含む偏光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願のクロスリファレンス】
【０００１】
本出願は、２０１５年１０月２８日に日本国に特許出願された特願２０１５−２１２０２３の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ワイヤグリッド構造を有する偏光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
偏光素子は、一方向の偏光を吸収し、これと直交する方向の偏光を透過させる光学素子である。液晶表示装置では、原理上偏光素子が必要となる。特に、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では、偏光素子は強い輻射線を受けるため、優れた耐熱性が必要となるとともに、数ｃｍ程度の大きさと、高い消光比が要求される。これらの要求に応えるために、ワイヤグリッド型の無機偏光素子が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。【０００４】
ワイヤグリッド型の偏光素子は、一方向に延在する導体のワイヤ（反射層）を基板上に、使用する波長の帯域よりも狭いピッチ（数十ｎｍ〜数百ｎｍ）で多数並べて配置した構造（ワイヤグリッド構造）を有する。この偏光素子に光が入射すると、ワイヤの延在方向に平行な偏光（ＴＥ波（Ｓ波））は透過することができず、ワイヤの延在方向に垂直な偏光（ＴＭ波（Ｐ波））は、そのまま透過する。ワイヤグリッド型の偏光素子は、耐熱性に優れ、比較的大きな素子が作製でき、高い消光比を有するので、液晶プロジェクタ等の用途に適している。【０００５】
例えば、特許文献１に記載されているワイヤグリッド型偏光素子では、透明基板上に凸状のラインを一定間隔で配置したグリッド構造層を形成する。このグリッド構造層は樹脂により形成される。次に、スパッタエッチングによりそれぞれの凸状のラインの先端部を山形の形状に加工する。その後、斜めから金属粒子を入射させて、樹脂製のグリッド構造層の先端部の周りに金属層を形成する。【０００６】
また、特許文献２に記載されているワイヤグリッド型偏光素子では、透明基板上に金属ワイヤを形成し、その上に誘電体層と吸収層とを設けている。ワイヤの延在方向に平行な偏光（ＴＥ波（Ｓ波））は、誘電体層と吸収層とによって選択的に吸収される。これにより、液晶プロジェクタに使用された場合、偏光素子の表面で反射された戻り光が、液晶プロジェクタの装置内で再度反射されて生じるゴースト等による、画質の劣化を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−６６６３５号公報
【特許文献２】特開２０１４−５２４３９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、従来のワイヤグリッド型の偏光素子では、使用する波長帯域に応じた、ピッチとグリッド幅（グリッドの配列方向のグリッドの幅）との関係から、原理的に短波長側になればなるほど、光の透過率が低下する。液晶プロジェクタで使用される可視光領域（赤色帯域：波長λ＝６００〜６８０ｎｍ、緑色帯域：波長λ＝５２０ｎｍ〜５９０ｎｍ、青色帯域：λ＝４３０ｎｍ〜５１０ｎｍ）では、青色帯域がもっとも透過率が低くなる。偏光素子のグリッド幅を細くする事で、透過率を上げることができることが知られているが、実際にグリッド幅を狭めたパターンを形成することは、製造バラツキを含めて難易度が高く、また、幅を狭めたことにより信頼性を維持することも困難である。【０００９】
上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、透過軸方向の光透過特性の改善を図ることができる偏光素子およびそ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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る偏光素子は、ワイヤグリッド構造を有する偏光素子であって、透明基板と、前記透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、前記格子状凸部は、前記透明基板上に形成された反射層を含み、前記反射層は、金属層と、前記所定方向から見て、前記金属層の側面を覆い、前記金属層を構成する金属の酸化物からなる酸化物層とを有する。【００１１】
また、本発明に係る偏光素子において、前記格子状凸部の配列方向の前記格子状凸部の幅であるグリッド幅は、３５〜４５ｎｍであり、前記格子状凸部の配列方向における、前記グリッド幅に占める前記酸化物層の幅の割合をｘとすると、２８≦ｘ＜４８％であることが好ましい。【００１２】
また、本発明に係る偏光素子において、前記格子状凸部は、前記反射層上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上に形成された吸収層とをさらに含むことが好ましい。【００１３】
また、本発明に係る偏光素子において、光が入射する前記偏光素子の表面が誘電体からなる保護膜により覆われていることが好ましい。【００１４】
また、本発明に係る偏光素子において、前記酸化物層は、最表面に近くなるほど、前記金属層を構成する金属の酸化の度合いが高いことが好ましい。【００１５】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る偏光素子の製造方法は、ワイヤグリッド構造を有する偏光素子の製造方法であって、透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、所定方向に延在する金属層を形成する工程と、前記金属層上に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に吸収層を形成する工程と、前記吸収層の形成後、前記金属層を酸化して、前記金属層の側面に、前記金属層を構成する金属の酸化物からなる酸化物層を形成する工程と、を含む。【００１６】
また、上記課題を解決するため、前記酸化物層を形成する工程では、熱処理により前記金属層を酸化することを特徴とする偏光素子の製造方法。【００１７】
また、上記課題を解決するため、前記酸化物層は、最表面に近くなるほど、前記金属層を構成する金属の酸化の度合いが高いことを特徴とする偏光素子の製造方法。【００１８】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る偏光素子の製造方法は、透明基板と、前記透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、前記格子状凸部の配列方向の前記格子状凸部の幅であるグリッド幅が３５〜４５ｎｍであるワイヤグリッド構造を有し、入射光が緑色帯域の光（波長λ＝５２０ｎｍ〜５９０ｎｍ）である場合の透過軸透過率が９３．５％以上の透過特性を有する偏光素子の製造方法であって、前記透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、前記所定方向に延在する金属層を形成する工程と、前記金属層上に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に吸収層を形成する工程と、前記吸収層の形成後、前記金属層を酸化して、前記金属層の側面に、前記金属層を構成する金属の酸化物からなる酸化物層を形成する工程であって、前記所定方向から見て、前記配列方向における、前記グリッド幅に占める前記金属層の左側および右側に存在する前記酸化物層を合わせた幅の割合をｘとしたときに、２８≦ｘ＜４８％の範囲で、前記透過特性を満たす厚みの前記酸化物層を形成する工程と、を含む偏光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る偏光素子およびその製造方法によれば、透過軸方向の光透過特性の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る偏光素子の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す酸化物層の構成をより詳細に示す図である。
【図３】図１に示す偏光素子における、シミュレーションにより計算された、グリッド幅に占める酸化物層の幅の割合に対する透過軸透過率特性を示すグラフである。
【図４】図１に示す偏光素子における、シミュレーションにより計算された、グリッド幅に占める酸化物層の幅の割合に対するコントラスト特性を示すグラフである。
【図５】図１に示す偏光素子における、シミュレーションにより計算された、グリッド幅に応じた、所定の透過軸透過率およびコントラストが得られるグリッド幅に占める酸化物層の幅の割合を示す図である。
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはもちろんである。【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係る偏光素子１の構成を示す概略断面図である。図１に示すように、偏光素子１は、使用帯域の光に透明な透明基板１１と、透明基板１１の一方の面上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列された格子状凸部１０とを備える。格子状凸部１０は、透明基板１１上に形成された反射層１２と、反射層１２上に形成された誘電体層１３と、誘電体層１３上に形成された吸収層１４とを備える。すなわち、偏光素子１は、透明基板１１側から反射層１２と、誘電体層１３と吸収層１４とがこの順に積層された格子状凸部１０が、透明基板１１上に一定間隔に配列された一次元格子状のワイヤグリッド構造を有する。【００２３】
なお、以下の説明において、格子状凸部１０の一次元格子の延在する方向をＹ軸方向（所定方向）と称する。また、透明基板１１に沿いＹ軸方向に直交し、格子状凸部１０が配列する方向をＸ軸方向と称する。この場合、偏光素子１に入射する光は、透明基板１１の格子状凸部１０が形成された側に、好適にはＸ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向から入射する。また、以下では、格子状凸部１０のＸ軸方向の幅をグリッド幅と称する。【００２４】
吸収層１４は金属、半導体など光学定数の消衰定数が零でない、すなわち光吸収作用を持つ物質で構成される。なお、偏光素子１は、誘電体層１３と吸収層１４との間に、吸収層１４の拡散防止を目的としてＴａ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔｉなどの金属膜を拡散バリア層として備えてもよい。また、偏光素子１は、必要に応じて、光学特性の変化が応用上影響を与えない範囲で、光が入射する表面に耐湿性などの信頼性改善の目的でＳｉＯ2などの誘電体からなる保護膜を堆積してもよい。【００２５】
偏光素子１は、透過、反射、干渉、光学異方性による偏光波の選択的光吸収の４つの作用を利用することで、Ｙ軸方向に平行な電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、Ｘ軸方向に平行な電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させる。したがって、Ｙ軸方向は偏光素子１の吸収軸の方向であり、Ｘ軸方向は偏光素子１の透過軸の方向である。【００２６】
吸収層１４および誘電体層１３を透過したＴＭ波は、高い透過率で反射層１２を透過する。一方、ＴＥ波は、吸収層１４の光吸収作用によって減衰される。一次元格子状の反射層１２は、ワイヤグリッドとして機能し、吸収層１４および誘電体層１３を透過したＴＥ波を反射する。また、誘電体層１３の厚さおよび屈折率を適宜調整することによって、反射層１２で反射したＴＥ波は、吸収層１４を通過する際に一部は吸収され、一部は反射し、反射層１２に戻る。また、吸収層１４を通過した光は干渉して減衰する。以上のようにして、偏光素子１は、ＴＥ波の選択的減衰を行うことにより、所望の偏光特性を得ることができる。【００２７】
透明基板１１は、使用帯域の光に対して透明で、屈折率が１．１〜２．２の材料、例えば、ガラス、サファイア、水晶などで構成されている。本実施の形態では、透明基板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が好ましい。これにより、強い光に対して高い耐光性を有することとなり、発熱量の多いプロジェクタの光学エンジン用の偏光素子として有用となる。【００２８】
また、透明基板１１が水晶のような光学活性の結晶からなる場合、結晶の光学軸に対して平行方向または垂直方向に格子状凸部１０を配置することにより、優れた光学特性を得ることができる。ここで、光学軸とは、その方向に進む光のＯ（常光線）とＥ（異常光線）の屈折率の差が最小となる方向軸である。【００２９】
なお、偏光素子１の用途によっては、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）を用いてもよい。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。【００３０】
反射層１２は、透明基板１１上に吸収軸であるＹ軸方向に帯状に延びた金属薄膜が配列されてなるものである。すなわち、反射層１２は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、透明基板１１のワイヤグリッドが形成された面に向かって入射した光のうち、ワイヤグリッドの延在する方向に平行な方向（Ｙ軸方向）に電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、ワイヤグリッドの延在する方向と直交する方向（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。【００３１】
本実施形態においては、反射層１２は、透明基板１１上からＸ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向に延在する金属層１５と、所定方向から見て、金属層１５の側壁を覆う酸化物層１６とを含む。【００３２】
金属層１５の構成材料には、使用帯域の光に対して反射性を有する材料であれば特に制限されず、例えばＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅなどの金属単体若しくはこれらを含む合金あるいは半導体材料を用いることができる。なお、金属層１５は、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。【００３３】
酸化物層１６は、金属層１５を構成する金属を酸化させること（金属層１５を構成する金属と酸素との酸化反応）で構成される。例えば、金属層１５がＡｌで構成される場合には、酸化物層１６は、Ａｌ2Ｏ3で構成され、金属層１５がＳｉで構成される場合には、酸化物層１６は、ＳｉＯ2で構成される。すなわち、所望のグリッド幅と同じＸ方向の幅を有する金属層が形成され、その金属層の上に誘電体層１３が形成され、誘電体層１３の上に吸収層１４が形成される。その後、金属層に対して所定の酸化処理が行われることで、金属層の表面から酸化が進み、酸化物層１６が形成される。【００３４】
金属層１５を構成する金属と酸素との酸化反応を継続して得るためには、金属層１５を構成する金属の金属原子および酸素原子が、拡散によって酸化物層を通り抜ける必要がある。拡散に必要な活性エネルギーを得やすい環境として、高温下での熱処理が挙げられる。熱処理を行うことで、金属層１５を構成する金属を酸化し、Ｘ軸方向に所定の厚みを有する酸化物層１６を形成することができる。熱処理では、酸化処理前の金属層の最表面から酸化反応が始まり、拡散により金属層の内部まで酸化処理が進む。そのため、酸化物層１６は、図２に示すように、グリッド中心部から酸化物層１６の最表面に向かって、酸化の度合い（金属層１５を構成する金属が酸化している割合）が高くなる。【００３５】
ここで、熱処理の温度や時間を制御することで、酸化物層１６の幅（Ｘ軸方向の厚み）を制御することができる。上述したように、金属層１５は、光を反射する。一方、酸化物層１６は、光を透過させることができる。そのため、酸化物層１６の幅を制御することで、光の入射方向から見た金属層１５の面積が変更するので、反射層１２で反射される光の量が変化する。したがって、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合を制御することで、偏光素子１の光透過特性を制御することができる。【００３６】
酸化物層１６を形成するための酸化処理として、酸素ガスを用いたプラズマ酸化、あるいは、オゾン水やガスを用いたオゾン酸化を行うことも考えられる。しかしながら、プラズマならびにオゾンによる酸化処理は、熱処理よりも複雑なプロセスが必要となる。たとえば、プラズマ酸化の場合は、プラズマによるグリッドへのダメージを考慮しなければならない。また、処理を行うには真空装置が必要となるため、製造コストの増大を招いてしまう。オゾン酸化の場合も同様に、オゾン発生機、反応層、廃オゾン処理装置など、非常に高価な設備が必要となる。また、オゾンの濃度によっては、爆発や火災を引き起こす可能性があり、さらには人体への有害性があることから、取り扱う際には安全な環境システムや使用者への教育が重要である。【００３７】
なお、金属層の酸化により酸化物層１６が形成されるため、反射層１２におけるグリッド幅は、酸化前の金属層におけるグリッド幅（所望のグリッド幅）よりも大きくなることも考えられる。ただし、そのようなグリッド幅の変化は微小であるため、以下では、反射層１２におけるグリッド幅は、酸化前の金属層におけるグリッド幅（所望のグリッド幅）と同じであるとする。【００３８】
誘電体層１３は、吸収層１４で反射した偏光に対して、吸収層１４を透過し、反射層１２で反射した偏光の位相が半波長ずれる膜厚で形成されている。具体的な膜厚は、偏光の位相を調整し、干渉効果を高めることが可能な１〜５００ｎｍの範囲で適宜設定される。【００３９】
誘電体層１３を構成する材料は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、酸化ベリリウム、酸化ビスマス、等の金属酸化物、ＭｇＦ2、氷晶石、ゲルマニウム、二酸化チタン、ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ボロン、酸化ボロン、酸化タンタル、炭素並びにそれらの組み合わせなどの一般的な材料を用いることができる。また、誘電体層１３の屈折率は、１．０より大きく２．５以下とすることが好ましい。なお、反射層１２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、誘電体層１３の材料により偏光素子特性を制御してもよい。【００４０】
吸収層１４は、金属、半導体など光学定数の消衰定数が零でない、光吸収作用を持つ物質の１種以上から構成され、その材料は、適用される光の波長範囲によって選択される。金属材料としては、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ単体若しくはこれらを含む合金が挙げられる。半導体材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、ＺｎＯ、シリサイド材料（β−ＦｅＳｉ2、ＭｇＳｉ2、ＮｉＳｉ2、ＢａＳｉ2、ＣｒＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴａＳｉ等）などが挙げられる。これにより、偏光素子１は、適用される可視光域に対して高い消光比を備えることができる。【００４１】
吸収層１４として半導体材料を用いる場合、吸収作用に半導体のバンドギャップエネルギーが関与するため、バンドギャップエネルギーが使用帯域以下であることが必要である。例えば、可視光で使用する場合、波長４００ｎｍ以上での吸収、すなわちバンドギャップとしては３．１ｅＶ以下の材料を使用する必要がある。【００４２】
なお、吸収層１４は、蒸着法やスパッタ法により、膜が高い密度で形成することができる。また、吸収層１４は、材料の異なる２層以上から構成されていてもよい。【００４３】
このような構成の偏光素子１によれば、透過、反射、干渉、偏光波の選択的光吸収の４つの作用を利用することで、反射層１２の格子に平行なＹ軸方向の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Ｘ軸方向の電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させることができる。すなわち、ＴＥ波は、吸収層１４の偏光波の選択的光吸収作用によって減衰され、吸収層１４および誘電体層１３を透過したＴＥ波は、ワイヤグリッドとして機能する格子状の反射層１２によって反射される。ここで、誘電体層１３の厚さ、屈折率を適宜調整することによって、反射層１２で反射したＴＥ波について、吸収層１４を透過する際に一部を反射し、反射層１２に戻すことができ、また、吸収層１４を通過した光を干渉により減衰させることができる。以上のようにしてＴＥ波の選択的減衰を行うことにより、所望の偏光特性を得ることができる。【００４４】
さらに、本発明に係る偏光素子１においては、反射層１２は、金属層１５と、金属層１５の側面のみを覆い、金属層１５を構成する金属の酸化物からなる酸化物層１６とを含む。そのため、格子状凸部１０のグリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合を制御することで、光の入射方向から見て、光を反射する部分の面積が変化するので、偏光素子１の光透過特性を制御することができる。【００４５】
なお、偏光素子１の表面（ワイヤグリッドが形成された面）上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）成膜やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）成膜により、誘電体で構成される保護膜を形成してもよい。こうすることで、金属層１５の必要以上の酸化反応を抑制することができる。【００４６】
図３は、偏光素子１の格子状凸部１０のグリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合と透過軸透過率（Ｔｐ）との関係を示す図である。また、図４は、偏光素子１の格子状凸部１０のグリッド幅に占める酸化物層１６の幅（Ｙ方向（格子状凸部１０の延在方向）から見て、Ｘ方向（格子状凸部１０の配列方向）における、格子状凸部１０のグリッド幅に占める金属層１５の両側（左側および右側）に存在する酸化物層１６を合わせた幅）の割合とコントラスト（ＣＲ＝Ｔｐ／Ｔｓ（吸収軸透過率））との関係を示す図である。より具体的には、図２においては、グリッド幅を３５ｎｍ，４０ｎｍ，４５ｎｍと変更し、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合を変化させた場合の偏光素子１の透過軸透過率（Ｔｐ）の変化を示している。また、図３においては、グリッド幅を３５ｎｍ，４０ｎｍ，４５ｎｍと変更し、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合を変化させた場合の偏光素子１のコントラストの変化を示している。なお、図３，４においては、入射光が緑色帯域の光（波長λ＝５２０ｎｍ〜５９０ｎｍ）である場合のシミュレーション結果を示している。【００４７】
図３に示すように、グリッド幅が狭くなるほど、透過軸透過率は上昇している。また、グリッド幅が同じであれば、グリッド幅に占める酸化物層１６（Ａｌ2Ｏ3）の幅の割合が大きくなるほど、透過軸透過率は上昇している。例えば、グリッド幅が３５ｎｍであり、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合が０％である場合と、グリッド幅が４５ｎｍであり、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合が約３３％である場合とでは、概ね同じ透過軸透過率が得られている。上述したように、グリッド幅を狭めることは製造バラツキも含めて難易度が高く、幅を狭めたことにより信頼性を高めることも難しい。しかしながら、本発明においては、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合を制御することで、実際のグリッド幅よりも狭いグリッド幅に対応する透過軸透過率を得ることができる。そのため、必ずしも、所望の光透過特性に合わせてグリッド幅を狭める必要がなくなるため、製造ばらつきを抑制し、信頼性を高めることができる。【００４８】
また、図４に示すように、いずれのグリッド幅においても、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合の増加（透過軸透過率の増加）の上昇に伴い、コントラストが減少している。以上のことから、偏光素子１の透過率特性を向上させるとともに、任意の透過率を得られることが分かる。【００４９】
上述したように、偏光素子１の用途の１つとして、プロジェクタ用途がある。偏光素子１がプロジェクタに用いられる場合、求められる優れた特性として、透過軸透過率は９３．５％以上であり、コントラストは５００より大きいことが好ましい。【００５０】
図５は、各グリッド幅（３５，４０，４５，５０，５５ｎｍ）において、所定の透過軸透過率（Ｔｐ）が得られるグリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合およびコントラスト（ＣＲ）が５００となるグリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合を示す図である。【００５１】
図５に示すように、グリッド幅が４５ｎｍである場合に、コントラストが５００となるグリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合が最も大きく、５０．６％でコントラストは５００となる。したがって、コントラストを５００より大きくするためには、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合は概ね、５０％以下であることが好ましい。【００５２】
また、透過軸透過率は９３．５％以上となるのは、グリッド幅が３５ｎｍの場合には、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合が２８．０％以上の場合であり、グリッド幅が４０ｎｍの場合には、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合が４０．０％以上の場合であり、グリッド幅が４５ｎｍの場合には、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合が４７．８％以上の場合である。したがって、透過軸透過率を９３．５％以上とするためには、グリッド幅は３５〜４５ｎｍで、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合をｘ％とすると、２８≦ｘ＜４８％であることが好ましい。【００５３】
なお、これまでは、入射光が緑色帯域の光（波長λ＝５２０ｎｍ〜５９０ｎｍ）である場合を例として説明したが、入射光が赤色帯域の光（波長λ＝６００〜６８０ｎｍ）あるいは青色帯域の光（λ＝４３０ｎｍ〜５１０ｎｍ）であっても、グリッド幅に占める酸化物層１６の幅の割合ｘ％が多少前後するものの、同様の効果が得られる。【００５４】
このように本実施形態においては、偏光素子１は、透明基板１１と、透明基板１１上に使用帯域の光よりも小さいピッチで配列され、所定方向に延在する格子状凸部１０とを備える。格子状凸部１０は、透明基板１１上に形成された反射層１２を含み、反射層１２は、金属層１５と、所定方向から見て、金属層１５の側面を覆い、金属層１５を構成する金属の酸化物からなる酸化物層１６とを有する。【００５５】
反射層１２が、金属層１５と、金属層１５の側面を覆う酸化物層１６とを有することで、光の入射方向から見て、酸化物層１６の厚さを変化させることで、光を反射する部分（金属層１５）の面積が変化するので、偏光素子１の光透過特性の改善を図ることができる。さらに、グリッド幅自体を狭くしなくても、狭いグリッド幅に対応する光透過特性が得られるため、細いグリッドを形成することによるフォトリソグラフィなどでのマスクパターン倒れや、ドライエッチングなどでのグリッド倒れなどが生じにくくなるため、偏光素子１の製造における困難性を減らし、また、製造ばらつきが抑制されて、信頼性の向上を図ることができる。【００５６】
本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【符号の説明】
【００５７】
１    偏光素子
１０    格子状凸部
１１    透明基板
１２    反射層
１３    誘電体層
１４    吸収層
１５    金属層
１６    酸化物層
【図１】
2017073044.tif 000003
【図２】
2017073044.tif 000004
【図３】
2017073044.tif 000005
【図４】
2017073044.tif 000006
【図５】
2017073044.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月20日(2018.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤグリッド構造を有する偏光素子であって、
透明基板と、
前記透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、
前記格子状凸部は、前記透明基板上に形成された反射層を含み、
前記反射層は、金属層と、前記所定方向から見て、前記金属層の側面を覆い、前記金属層を構成する金属の酸化物からなる酸化物層とを有することを特徴とする偏光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光素子において、
前記格子状凸部の配列方向の前記格子状凸部の幅であるグリッド幅は、３５〜４５ｎｍであり、前記格子状凸部の配列方向における、前記グリッド幅に占める前記酸化物層の幅の割合をｘとすると、２８≦ｘ＜４８％であることを特徴とする偏光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の偏光素子において、
前記格子状凸部は、前記反射層上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上に形成された吸収層とをさらに含むことを特徴とする偏光素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の偏光素子において、
光が入射する前記偏光素子の表面が誘電体からなる保護膜により覆われていることを特徴とする偏光素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の偏光素子において、
前記酸化物層は、最表面に近くなるほど、前記金属層を構成する金属の酸化の度合いが高いことを特徴とする偏光素子。
【請求項６】
ワイヤグリッド構造を有する偏光素子の製造方法であって、
透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、所定方向に延在する金属層を形成する工程と、
前記金属層上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に吸収層を形成する工程と、
前記吸収層の形成後、前記金属層を酸化して、前記金属層の側面に、前記金属層を構成する金属の酸化物からなる酸化物層を形成する工程と、を含む偏光素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の偏光素子の製造方法において、
前記酸化物層を形成する工程では、熱処理により前記金属層を酸化することを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の偏光素子の製造方法において、
前記酸化物層は、最表面に近くなるほど、前記金属層を構成する金属の酸化の度合いが高いことを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項９】
透明基板と、前記透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、前記格子状凸部の配列方向の前記格子状凸部の幅であるグリッド幅が３５〜４５ｎｍであるワイヤグリッド構造を有し、入射光が緑色帯域の光（波長λ＝５２０ｎｍ〜５９０ｎｍ）である場合の透過軸透過率が９３．５％以上の透過特性を有する偏光素子の製造方法であって、
前記透明基板上に使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列され、前記所定方向に延在する金属層を形成する工程と、
前記金属層上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に吸収層を形成する工程と、
前記吸収層の形成後、前記金属層を酸化して、前記金属層の側面に、前記金属層を構成する金属の酸化物からなる酸化物層を形成する工程であって、前記所定方向から見て、前記配列方向における、前記グリッド幅に占める前記金属層の左側および右側に存在する前記酸化物層を合わせた幅の割合をｘとしたときに、２８≦ｘ＜４８％の範囲で、前記透過特性を満たす厚みの前記酸化物層を形成する工程と、を含む偏光素子の製造方法。
【国際調査報告】
2017073044.tif 000008
2017073044.tif 000009
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