(57)【要約】【課題】  ワイヤグリッド型偏光子の優れた偏光性能を維持しながら簡便な製造方法で、容易に作製可能な小型薄型の偏光子、およびその製造方法の提供、並びにこの偏光子を用いた高光透過率、高コントラストの液晶表示装置の提供。【解決手段】  平面状の透明基板表面に複数列の平行溝を形成した溝形成部を有し、該溝形成部を含む透明基板の表面上に、該溝形成部を含む透明基板の表面上部からみたとき、該溝形成部を含む透明基板表面全体を覆うように吸光性薄膜層が積層されており、下記条件（１）及び（２）を満足する偏光子。（１）−０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）（２）ｎ1が２．５以上、またはｋ1が１．５以上  （ここで、ｈ0は透明基板表面に形成した平行溝の深さ、ｈ1は吸光性薄膜層の厚さ、λ0は使用する光の真空中の波長、ｎ1およびｋ1はそれぞれ波長λ0での光における吸光性薄膜層の複素屈折率の実部および虚部の値、δは計算値｛λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２｝を表す。）【選択図】          図１
2006330616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の透明基板表面に複数列の平行溝を形成した溝形成部を有し、該溝形成部を含む透明基板の表面上に、該溝形成部を含む透明基板の表面上部からみたとき、該溝形成部を含む透明基板表面全体を覆うように吸光性薄膜層が積層されており、下記条件（１）及び（２）を満足する偏光子。
（１）−０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）
（２）ｎ1が２．５以上、又はｋ1が１．５以上
（ここで、ｈ0は透明基板表面に形成した平行溝の深さ、ｈ1は吸光性薄膜層の厚さ、λ0は使用する光の真空中の波長、ｎ1およびｋ1はそれぞれ波長λ0での光における吸光性薄膜層の複素屈折率の実部および虚部の値、δは｛λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２｝を表す。）
【請求項２】
平行溝の垂直断面図において、平行溝の各側面を表す線分の各部分の接線と透明基板表面を表す直線との、下式（３）により算出される平均角度θが、６０〜９０度である請求項１に記載の偏光子。
【数１】
2006330616.tif 000008
（ここで、上記垂直断面図において、ｚは平行溝の底部を位置０とした場合の高さ方向の距離、ｈ0は平行溝の底部から透明基板表面までの高さ方向の距離、θ（ｚ）は平行溝の底部からの高さ方向の距離ｚにおける上記線分の接線と透明基板表面を表す直線とのなす溝側の角度を表す。）
【請求項３】
吸光性薄膜層が、平行溝の側面にも形成されている請求項１又は２に記載の偏光子。
【請求項４】
吸光性薄膜層が、平行溝の側面に連続して形成されている請求項３に記載の偏光子。
【請求項５】
平行溝の間隔ｄが、上記λ0、ｎ０との間に、下式（４）を満足する関係を持つ請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏光子。
ｄ＜（λ0／ｎ0）・・・・・（４）
【請求項６】
透明基板表面に形成された平行溝の幅ｔが、平行溝の深さｈ0より小さい請求項１〜５のいずれか１項に記載の偏光子。
【請求項７】
平行溝の幅ｔが、平行溝の間隔ｄとの間に下式（５）を満足する請求項１〜６のいずれか１項に記載の偏光子。
０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ・・・・・・（５）
【請求項８】
透明基板表面に平行溝を複数列形成する第一工程、および複数列の平行溝を形成した前記透明基板表面上に物理蒸着または化学蒸着にて吸光性薄膜層を積層する第二工程を含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の偏光子の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の偏光子を備えた液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏光子およびその製造方法、並びに液晶表示装置に関し、詳しくは優れた偏光機能を持ち、複雑な工程を必要とせずに製造できる偏光子およびその製造方法、並びに該偏光子を利用した液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光子とは、特定方向に振動する電磁波（通常は可視光または赤外線）だけを透過させ、これと垂直な波面を持つ電磁波は透過させない機能を持つ光学素子である。無偏光の電磁波を直線偏光もしくは円偏光にする機能を利用するものを狭義の偏光子、電磁波の偏光の度合や方向を調べるためのものを検光子ともいう。両者とも広義の偏光子であり、本発明では広義の偏光子のことを偏光子と呼んでいる。偏光子は光応用計測、液晶ディスプレイ、光ピックアップ、光通信デバイスなどに広く利用されている。これらの利用目的によっては、大きな開口面積、高性能、小型・薄型、広帯域、広い入射角度などの特性を実現することが望まれており、産業的には簡易な構造で供給できることが重要となる。実際に使用される偏光子としては、使用波長に対してコントラストが高く、透過する偏光の透過率が高いことが望まれる。コントラストとは透過する偏光の透過率と透過しない偏光の透過率との比を意味する。
【０００３】
近年、小型・薄型で且つ高性能な偏光子として、微細な凸凹形状に透明な薄膜を積層した構造の光学素子が提案されている（特許文献１、非特許文献１）。特許文献１には、微細な凹凸構造の上に屈折率の異なる透明（複素屈折率の虚部ｋが０である）な薄膜を交互に多層積層した素子で、一方の偏光を反射し他方の偏光を透過する機能を持たせることで偏光を分離する偏光子が開示されている。特許文献１に記載の偏光子を得るためには、薄膜を交互に多層で積層するというプロセスがあるため、工程が複雑になってしまう。一方、非特許文献１には、微細な凹凸構造上に透明（複素屈折率の虚部ｋが０である）で複素屈折率の実部ｎが大きい薄膜を一層積層し、光学的異方性をもった回折格子として機能する偏光子が提案されている。非特許文献１では、一方の偏光を１次回折光として、他方の偏光を０次回折光として透過させることで偏光を分離することができる。しかしながら、この偏光子ではどちらの偏光も透過してしまうことになるので用途が限られる。
【０００４】
一方、小型・薄型の偏光子としてはワイヤグリッド偏光子というものが古くから知られている（非特許文献２）。この文献に記載されているワイヤグリッド偏光子は、金属の微細ワイヤを、対象とする電磁波の波長よりも小さな間隔で一次元格子状に配列したものである。一般に、ワイヤグリッド偏光子はワイヤに平行な方向に振動する電磁波は反射し、垂直な方向に振動する電磁波は透過する。ワイヤグリッド偏光子は他の偏光子に比べ材料及び構成自体は非常に簡素ながら、コントラストが高く、偏光する光の透過率の大きな偏光子として機能する。しかし、ワイヤを使用波長よりも小さな間隔で配列させる必要があり、特に可視光のように使用波長が短くなると製作が非常に困難になってしまうという欠点がある。最近、製作が容易なワイヤグリッド偏光子として、特許文献２〜特許文献４などが提案されている。特許文献２では、透明基板の両表面を波板状の凹凸のあるフォトレジスト層とし、その凸部に特殊な方法でワイヤグリッドを形成している。特許文献３では、透明基板表面に平行な複数の溝を作り、前記平行な溝のピッチと深さを特定の関係として、透明基板表面部および平行溝の底部にワイヤグリッドを形成している。特許文献４では、透明基板上に平行に形成したワイヤグリッドの間隔、厚さ、基板の屈折率を使用光の波長に対し特定の関係を持たせた偏光子を開示している。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−５６１３３号公報
【特許文献２】特開２００１−３３０７２８号公報
【特許文献３】特開２００４−２４０２９７号公報
【特許文献４】特開２００４−３０９９０３号公報
【非特許文献１】第５１回応用物理学関係連合講演会講演予稿集Ｎｏ．３，１０９０頁
【非特許文献２】Ｈ．Ｈｅｒｔｚ，  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｗａｖｅｓ（Ｍａｃｍｉｌｌａｎ  ＆  Ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｌｔｄ．），Ｌｏｎｄｏｎ，１８９３，ｐ．１７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、ワイヤグリッド型偏光子は優れた光透過率、コントラストといった偏光機能を実現できるが、特定のワイヤグリッド構造にしないと所望の偏光子が得られない。そのためには、ワイヤグリッド構造の形成等偏光子の製造方法が複雑になってしまう問題がある。
本発明は、ワイヤグリッド型偏光子の優れた偏光性能を維持しながら簡便な製造方法で、低コストで作製可能な小型薄型の偏光子、およびその製造方法を提供することを目的としている。さらに、本発明においては、この偏光子を用いた光透過率が高く、かつコントラストが良好な液晶表示装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明として、以下の手段を示す。
（１）  平面状の透明基板表面に複数列の平行溝を形成した溝形成部を有し、該溝形成部を含む透明基板の表面上に、該溝形成部を含む透明基板の表面上部からみたとき、該溝形成部を含む透明基板表面全体を覆うように吸光性薄膜層が積層されており、下記条件（Ａ）及び（Ｂ）を満足する偏光子である。
（Ａ）−０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）
（Ｂ）ｎ1が２．５以上、又はｋ1が１．５以上
（ここで、ｈ0は透明基板表面に形成した平行溝の深さ、ｈ1は吸光性薄膜層の厚さ、λ0は使用する光の真空中の波長、ｎ1およびｋ1はそれぞれ波長λ0での光における吸光性薄膜層の複素屈折率の実部および虚部の値、δは｛λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２｝を表す。）
（２）平行溝の垂直断面図において、平行溝の各側面を表す線分の各部分の接線と透明基板表面を表す直線との、下式（Ｃ）により算出される平均角度θが、６０〜９０度である上記（１）に記載の偏光子である。
【０００８】
【数１】
2006330616.tif 000003
（ここで、上記垂直断面図において、ｚは平行溝の底部を位置０とした場合の高さ方向の距離、ｈ0は平行溝の底部から透明基板表面までの高さ方向の距離、θ（ｚ）は平行溝の底部からの高さ方向の距離ｚにおける上記線分の接線と透明基板表面を表す直線とのなす平行溝側の角度を表す。）
（３）吸光性薄膜層が、平行溝の側面にも形成されている上記（１）又は（２）に記載の偏光子である。
（４）吸光性薄膜層が、平行溝の側面に連続して形成されている上記（３）に記載の偏光子である。
（５）平行溝の間隔ｄが、上記λ0、ｎ０との間に、下式（Ｄ）を満足する関係を持つ（１）〜（４）のいずれか１つに記載の偏光子である。
ｄ＜（λ0／ｎ0）・・・・・（Ｄ）
（６）透明基板表面に形成された平行溝の幅ｔが、平行溝の深さｈ0より小さい（１）〜（５）のいずれか１つに記載の偏光子である。
（７）平行溝の幅ｔが、平行溝の間隔ｄとの間に下式（Ｅ）を満足する（１）〜（６）のいずれかに記載の偏光子である。
０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ・・・・・・（Ｅ）
（８）透明基板表面に平行溝を複数列形成する第一工程、および複数列の平行溝を形成した前記透明基板表面上に物理蒸着または化学蒸着にて吸光性薄膜層を積層する第二工程を含む（１）〜（７）のいずれか１つに記載の偏光子の製造方法である。
（９）（１）〜（７）のいずれか１つに記載の偏光子を備えた液晶表示装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、ワイヤグリッド偏光子と遜色ない優れた偏光性能を維持しながら簡便な製造方法で作製可能な小型薄型の偏光子あるいは大型の偏光板、およびその製造方法を提供できる。さらに、本発明の偏光子を用いた高光透過率、高コントラストの液晶表示装置として利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の偏光子は、平面状の透明基板表面に一次元格子すなわち細い平行な複数列の平行溝を形成した溝形成部を有している。この溝形成部には吸光性薄膜層が積層されており、この部分が偏光子の機能を果たす。本発明においては、透明基板の表面は溝形成部がほぼ平面であればよく、全体としては曲面であってもよい。前記溝形成部を、これを含む透明基板の表面上部からみたとき、溝形成部の全体が吸光性薄膜層で被覆されている。なお、溝形成部の全体とは厳密な意味での全面でなく、透明基板の表面上部からの見た目でおよそ全面であればよい。すなわち、透明基板の表面上部からの投影面を平面図とすると、その溝形成部のおよそ９５％以上が吸光性薄膜層で被覆されていればよい。吸光性薄膜層で被覆されている領域が少なくなると、照射光に吸光性薄膜層が影響を与え難くなり偏光機能を十分発揮できなくなる。さらに、溝の深さと吸光性薄膜層の厚さや屈折率などには特別の関係がある。すなわち、下記条件（１）及び（２）を満足する必要がある。
（１）−０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）
（２）ｎ1が２．５以上、またはｋ1が１．５以上
ここで、ｈ0は透明基板表面に形成した平行溝の深さ、ｈ1は吸光性薄膜層の厚さ、λ0は偏光子に照射して使用する光の真空中の波長、ｎ1、ｋ1はそれぞれ波長λ0での光における吸光性薄膜層での複素屈折率の実部、および虚部の値である。δは｛λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２｝を表す。なお、偏光子に照射して使用する光が複数の波長を含むものである場合は、各波長λ０に対して求まるδの中で最も小さいものとする。このような条件を満たすことにより、偏光子の偏光分離性能、すなわち良好なコントラストを保つことができる。このように、本発明の偏光子は、透明基板に形成した一次元格子上に金属等の吸光性薄膜層を積層しただけの簡単な構造なので、製造が簡単で使用材料も選択の余地が大きい。また、本発明の偏光子の一次元格子様平行溝は、厳密に平行に同じ形状の溝が同じ間隔で並んでいることが偏光性能の均一性、安定性などの点から好ましいが、それぞれ１０〜２０％の形状誤差があってもよい。そのような場合、偏光子の形状等を表す上述のｈ0、ｈ1、および後述のｄ、ｔなどは平均値として表されている。さらに、ｈ0、およびｔは透明基板表面に形成されている平行溝の深さおよび幅であり、積層されている吸光性薄膜層はないものとして測定した値である。透明基板に形成された平行溝の深さｈ0は吸光性薄膜層の厚さｈ1より大きいことが好ましい。また、波長λ0での吸光性薄膜層の複素屈折率の虚部ｋ1は２以上であることが好ましく、３以上であることが好ましい。ｈ０、ｋ１を前記範囲とすることにより、偏光分離性能の向上が図れる。
【００１１】
さらに、偏光子の偏光分離性能を高めるための好ましい態様として、平行溝の側面が透明基板の表面に対して特定の角度となっている構造の偏光子があげられる。透明基板に形成した平行溝の長手方向を縦方向、平行溝に垂直な方向を横方向とすると、平行溝は縦方向に対して垂直に切断した断面の形状がどこでも同じである。その平行溝の側面は、図２に示すようにそれぞれの側面全体の平均として平行溝の上部側、すなわち透明基板表面側にほぼ向いているか、垂直の構造である。正確には、平行溝の上記断面における両側の側面のそれぞれの透明基板表面に対する平均角度θが６０〜９０度、好ましくは７０〜９０度、さらに好ましくは８０〜９０度である。平均角度θは上記断面における平行溝の側面の各部における接線と透明基板表面とのなす角度であり、接線と側面との接点において平行溝の開口部側と同じ側に形成される角度である。平均角度θは、平行溝の断面形状の側面に対応する部分が直線でない場合、側面に対応する線分の微小部分が透明基板表面となす角度を高さ方向に積分して、その平均値として算出した角度を示している。数式として表せば平均角度θは下式（３）となる。
【００１２】
【数２】
2006330616.tif 000004
ここで、上記垂直断面図において、ｚは平行溝の底部を位置０とした場合の高さ方向の距離、ｈ0は平行溝の底部から透明基板表面までの高さ方向の距離、θ（ｚ）は平行溝の底部からの高さ方向の距離ｚにおける上記線分の接線と透明基板表面を表す直線とのなす平行溝側の角度を表す。なお、側面が直線またはこれに近い形状であれば、上記断面形状においてそれぞれの側面最下部と側面最上部とを結んだ直線が、透明基板表面となす角度としてもよい。
【００１３】
本発明においては、透明基板表面に形成された平行溝の幅ｔが、前記平行溝の深さｈ0より小さいことが好ましく、（ｈ0／１．５）より小さいことがより好ましい。なお、前記平行溝の幅ｔは吸光性薄膜層を考慮しない場合の幅である。また、平行溝の幅ｔは平行溝の深さｈ0方向に対する平行溝の幅の平均値である。数式として表せば下式（４）で表される。
【００１４】
【数３】
2006330616.tif 000005
ここで、ｔ（ｚ）は上述の位置ｚにおける平行溝の幅を表す。例えば、図２に示すように平行溝の断面形状が台形の場合は、平行溝の深さ方向の中間位置における平行溝の幅が平均溝幅ｔとなる。さらに、溝形成部全体として平均溝幅ｔにばらつきがある場合は、溝形成部全体の平均溝幅ｔの単純平均を平行溝の幅ｔとする。平行溝の幅ｔを平行溝の深さｈ0より小さくすることにより、本発明の偏光子は偏光分離性能が向上し、透過する偏光の光透過率を高くし、さらにコントラストを良好にすることができる。
【００１５】
本発明においては、吸光性薄膜層が平行溝の側面にも形成されていることが好ましい。吸光性薄膜層を平行溝の側面にも形成することにより、全体としての吸光性薄膜層の厚さを薄くしても高性能の偏光子としての機能を十分発揮できる。これにより、吸光性薄膜層の蒸着等による形成が容易になり製造面からのメリットも大きい。また、吸光性薄膜層は平行溝の側面に連続して形成されていることがより好ましい。このように平行溝の側面に吸光性薄膜層が連続して形成されていると、偏光子のどの領域においても同じ偏光性能を発揮でき、ひずみのない安定した偏光子とすることができ、延いては透過する偏光の光透過率を高くでき、加えてコントラストも向上させることが可能となる。また、偏光子製造においても容易に吸光性薄膜層を形成でき好都合である。
【００１６】
本発明においては、平行溝の間隔ｄが対象とする使用光の真空中の波長λ0、透明基板の屈折率ｎ０との間で下式（４）を満たすことが好ましい。
ｄ＜（λ0／ｎ0）・・・・・（４）
これは、偏光子に照射して利用する光の波長λ0よりも、（平行溝の間隔ｄ）×（透明基板の屈折率ｎ０）が小さくなるように平行溝の間隔ｄを小さく形成させることを意味している。対象とする光の真空中の波長λ0が短いほど、かつ屈折率ｎ０の大きい透明基板材料を用いるほど平行溝の間隔ｄを小さくする必要がある。なお、偏光子に照射して使用する光が複数の波長を含むものである場合は、上記同様そのうち最も短い波長を対象とする波長λ0とすればよい。
【００１７】
本発明においては、平行溝の幅ｔが平行溝の間隔ｄに対し下式（５）を満たすことが好ましい。
０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ・・・・・（５）
上記（５）において、ｔを０．２ｄ＜ｔ＜０．７ｄとすることが好ましく、０．２５ｄ＜ｔ＜０．６ｄとすることがより好ましい。平行溝の間隔ｄに対し平行溝の幅ｔが大きくなりすぎたり、溝と溝との隔壁が薄くなりすぎたり、逆に平行溝の幅ｔが小さく、隔壁が厚くなりすぎると偏光分離性能は好ましくない方向に傾く傾向がある。そこで、上式（５）を満足する平行溝の幅ｔとすることが好ましい。さらに、偏光子製造の容易性からも上式（５）を満足することが好適である。図１に示すように平行溝が矩形の断面形状の場合には製造上も好適である。
【００１８】
本発明の偏光子を製造する方法としては、どのような方法でもよいが、透明基板表面に平行溝を複数列形成する第一工程、および複数列の溝を形成した透明基板上に物理蒸着または化学蒸着にて吸光性薄膜層を積層する第二工程を持つ方法が好ましい。
透明基板に用いる材料としては、偏光子として使用する際の光（電磁波）の波長に対して透過性の高い材料であればよい。具体的な透明基板材料としては、ガラスや透明な無機物結晶、透明プラスチックが挙げられる。ガラスとしては、石英ガラスや各種光学ガラス（ＢＫ、ＦＫ、ＢａＫ、ＬａＫなどのクラウンガラスとＬＦ、ＳＦ、ＬａＦ、ＬａＳＦなどのフリントガラス等）を挙げることができる。中でも石英ガラスはレーザー加工やエッチング等の表面微細加工に適しているので好適である。透明な無機物結晶としては、水晶、サファイヤ、方解石、螢石、アルカリハライド、螢石以外のアルカリ土類ハライドなどが挙げられる。透明プラスチックとしては、脂環式構造を有する樹脂、ポリエチレンやポリプロピレン等の鎖状オレフィン系重合体、トリアセチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、アモルファスポリオレフィン、変性アクリル系ポリマー、エポキシ系樹脂等が挙げられる。これらは１種単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、脂環式構造を有する樹脂又は鎖状オレフィン系重合体が好ましく、透明性、低吸湿性、寸法安定性、軽量性等の観点から、脂環式構造を有する樹脂がより好適である。
【００１９】
吸光性薄膜層を形成するために用いる材料としては、複素屈折率の実部と虚部の絶対値の差が大きく、少なくともそれらのうちどちらか一方の値が大きい材料が好ましい。具体的には金属、半導体が挙げられる。金属としては、マグネシウム、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、インジウム、スズ、アンチモン、タングステン、イリジウム、プラチナ、金、タリウム等が挙げられる。これらは１種単独で、あるいは２種以上を組み合わせて合金としても用いることができる。中でもマグネシウム、アルミニウム、クロム、ルテニウム、ロジウム、銀、インジウム、スズ、アンチモン、金が好適である。半導体としては、シリコン、ゲルマニウムといった単元素半導体や、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＧｅ、ＧａＴＺｎ３Ｐ２、Ｐｂ１−ｘＳｎｘＴｅなどといった化合物半導体が挙げられる。これらの中でもシリコン、ＳｉＧｅ、ＧａＴＺｎ３Ｐ２、Ｐｂ１―ｘＳｎｘＴｅが好適である。
【００２０】
まず、第一工程の透明基板表面に平行溝を複数列形成する工程について説明する。石英ガラス等の上記材料からなる平板の透明基板表面の偏光子を形成する部分に、電子線描画用感光性材料（フォトレジスト）を塗布する。そして、電子線描画装置等により所定の幅および間隔の一次元格子の原形となる平行線を描画する。この際、現像によりフォトレジストが残る部分が将来平行溝となる部分である。これを現像して、透明基板表面上に一次元格子状のフォトレジストパターンを形成する。これに蒸着等によりエッチング時のマスキング用金属薄膜、例えばクロム薄膜等を形成した後、フォトレジストおよびその上部に形成された金属薄膜を除去する。得られた一次元格子状金属薄膜で被覆された透明基板の金属薄膜の除去された部分にドライエッチング等により平行溝を形成する。平行溝の間隔および平行溝の幅は、被覆した金属薄膜のパターンにより決まるので、平行溝の深さおよび形状をエッチングにより特定する。例えば、図１、図２に示すように矩形溝や台形状溝、またはＶ字型溝を形成する。平行溝を形成した後、酸洗浄等により被覆していた一次元格子状金属薄膜を除去する。これにより、透明基板に平行溝を形成する第一工程は完了する。
【００２１】
次に、第二工程では、第一工程において平行溝を形成した透明基板表面上に物理蒸着または化学蒸着にて吸光性薄膜層を積層する。この平行溝を形成した透明基板表面上にスパッタリング装置を用いて上述した吸光性薄膜材料である銀等の金属薄膜を蒸着する。吸光性薄膜は所望の厚さに制御して形成する。蒸着条件は、吸光性薄膜を構成する材料や吸光性薄膜の厚さに応じて変えればよい。例えば、図１に示すように平行溝の上部と底部に段違い格子状に形成する。あるいは、図２に示すように吸光性薄膜は平行溝断面形状に沿って連続に形成され、平行溝の上部および底部に形成される膜厚に比べ側面に形成される膜厚は薄く被覆される。平行溝の側面に形成される平均膜厚はほぼｃｏｓθに比例する。これにより、本発明の偏光子が完成する。
本発明においては、吸光性薄膜材料を積層した透明基板の裏面には反射防止膜を製膜することが好ましい。反射防止膜としては、ＭｇＦ２膜、ＳｉＯ２膜及びＴｉＯ２膜が好適で、これらを複数層含む積層膜がより好ましく、光の波長４００〜７００ｎｍの範囲における光透過率が９９％以上であればさらに好ましい。
【００２２】
上述の本発明の偏光子は各種の用途に使用されるが、本発明の偏光子を備えた液晶表示装置は特に好適な表示装置として利用できる。各種波長の光に対する明るさ、コントラストの高さが優れた液晶表示装置が製造でき、パソコン、テレビジョンをはじめとする多くの表示装置に利用される。
図４に本発明の偏光子を備えた液晶表示装置の一例の模式図を示す。図４において、Ｗは反射板、Ｌは光源、Ｄは光拡散板、Ｉは本発明の偏光子、Ｐ１及びＰ２は吸収型偏光子、ＬＣは液晶セルを表す。図４において、本発明の偏光子Ｉに記載の矢印は偏光子Ｉの平行溝の方向を表し、吸収型偏光子Ｐ１の吸収軸は本発明の偏光子Ｉの平行溝と平行になるように、吸収型偏光子Ｐ２の吸収軸は吸収型偏光子Ｐ１の吸収軸と直交するように配置されている。
本発明の偏光子Ｉを図４の位置に挿入することにより、吸収型偏光子Ｐ１で吸収される光を減少させ、光の利用効率を向上させることができる。具体的に説明すると、本発明の偏光子Ｉは平行溝に平行な偏光を反射し、平行溝に直交する偏光を透過する。本発明の偏光子Ｉにより反射された偏光は、光拡散板Ｄや反射板Ｗで多重反射されるなどして無偏光な光に変換され、再び偏光子Ｉに入射する。そこでまた平行溝に平行な偏光は反射され、平行溝に直交する偏光は透過する。これを繰り返すことによって光の利用効率を向上させることができる
【実施例】
【００２３】
実施例により本発明の偏光子およびその製造方法について、更に具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）
（偏光子の製作）
縦２５ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの平板状の石英基板（松浪硝子工業株式会社製）上に電子線描画用感光性材料（日本ゼオン株式会社製、ＺＥＰ５２０（ポジ型フォトレジスト））をスピンナーにて約４０秒間で塗布した。次に電子線描画装置（日本電子株式会社製）にて、フォトレジスト面中央部６ｍｍ×６ｍｍの領域に、間隔１００ｎｍ、線幅６０ｎｍの平行線を描画した。描画には約９０時間を要した。この描画されたフォトレジストを現像液（日本ゼオン株式会社製）で約３分間現像した後、これを洗浄し、窒素ブロアー、スピンナー回転にて乾燥することにより一次元格子状フォトレジストパターンを形成した。得られた一次元格子状フォトレジストパターン上にＣｒ薄膜を電子線蒸着装置（株式会社アルバック製）にて蒸着し、アセトン中で超音波洗浄によりフォトレジストを溶解除去するとともにフォトレジスト上のＣｒ薄膜を剥離し、レジストパターンのネガ（Ｃｒ積層がフォトレジストパターンと反対）の一次元格子状Ｃｒ薄膜パターンを形成した。この石英基板表面上のＣｒ薄膜パターン領域をドライエッチング法によって石英基板表面に溝断面が矩形の一次元格子状溝を転写し、酸洗浄によりＣｒ薄膜を除去し平行溝（スリットともいう）を形成した。このとき平行溝の間隔ｄは１００ｎｍ、幅ｔは４０ｎｍ、深さｈ０は７０ｎｍであり、均一で良好なスリットであった。このスリットを形成した石英基板上にスパッタリング装置（株式会社アルバック製）を用いてアルミニウム（Ａｌ）薄膜層を形成した。アルミニウム薄膜は図１に示すようにスリットの上下の凹凸面に形成され、その厚さｈ１は３０ｎｍであった。アルミニウム薄膜を積層した石英基板の裏面に反射防止膜を製膜して偏光子（１）とした。反射防止膜はＭｇＦ２膜、ＳｉＯ２膜及びＴｉＯ２膜を複数層含む積層膜である。反射防止膜の波長４００〜７００ｎｍの範囲における光透過率は９９％以上であった。この偏光子（１）の性状等を表１に示す。
【００２５】
（偏光子（１）の性能評価）
図１に上述の偏光子（１）の平行溝の一部の断面図を示す。この偏光子（１）は石英基板の表面上に、間隔ｄが１００ｎｍ、幅ｔが４０ｎｍ、深さｈ0が７０ｎｍの矩形の平行溝が形成され、基板表面および溝の底面に厚さｈ1が３０ｎｍのアルミニウム薄膜が積層されている。基板サイズは２５ｍｍ×２５ｍｍ、厚さが０．５ｍｍで、その素子有効範囲は６ｍｍ×６ｍｍである。図３に示すのように、光源２、偏光作成用偏光板３、偏光子（１）、光検出器４を光路上に配列した分光光度計（日本分光株式会社製）を用いて、この偏光子（１）に波長４３０ｎｍ、５３０ｎｍ、６３０ｎｍの偏光を照射して性能を評価した。各波長における偏光子（１）の各部の屈折率等を表２に示す。また、偏光子（１）のスリットの中央付近の溝を中心に偏光子を回転させ、照射光の偏光子表面への入射角が０°と５０°の場合のそれぞれについて、最も透過しやすい偏光である溝に垂直な方向に振動する光の透過率、および平行方向の偏光とのコントラストを測定し、その結果を表２に示す。
【００２６】
（実施例２〜９）
平行溝の間隔ｄ、幅ｔ、深さｈ０、吸光性薄膜層の素材、厚さｈ１をそれぞれ表１に示すように変更する他は、実施例１と同様の製造方法により、実施例２〜９の偏光子（２）〜（９）を作成した。なお、表中の（吸光性）薄膜層の素材は元素記号で表している。実施例１と同様の装置で、偏光子（２）〜（９）の各部の屈折率等、透過率、およびコントラストを評価した。評価結果を表２に示す。
【００２７】
（実施例１０〜１２）
平行溝の断面形状を矩形ではなく図２に示すように、平行溝の開口部が低部より広い台形状とし、さらに平行溝の間隔ｄ、幅ｔ、深さｈ０、吸光性薄膜層の素材、厚さｈ１、及び平行溝の側面と透明基板表面のなす角θをそれぞれ表１に示すようにした他は、実施例１と同様の製造方法により、実施例１０〜１２の偏光子（１０）〜（１２）を作成した。なお、吸光性薄膜層は図２に示すように平行溝の上下の平面だけでなく側面にも形成される。この場合、吸光性薄膜層の厚さｈ１は平行溝の側面を除いた上下の平面だけの厚さの平均値として求めた。そして、実施例１と同様装置で、偏光子（１０）〜（１２）の各部の屈折率等、透過率、およびコントラストを評価した。評価結果を表２に示す。
【００２８】
（比較例１〜２）
平行溝の間隔ｄ、幅ｔ、深さｈ０、吸光性薄膜層の素材、厚さｈ１をそれぞれ表１に示すように変更した他は、実施例１と同様の製造方法で、比較例１〜２の偏光子（１３）〜（１４）を作成した。なお、表中の（吸光性）薄膜層の素材は元素記号で表している。そして、実施例１と同様の装置で、偏光子（１３）〜（１４）の各部の屈折率等、透過率、およびコントラストを評価した。評価結果を表２に示す。
【００２９】
【表１】
2006330616.tif 000006
【００３０】
【表２】
2006330616.tif 000007
【００３１】
実施例１〜３を比較するとｈ０／ｔが大きいほど、明るく（偏光透過率が高い）、コントラストの良い偏光子になることがわかる。実施例１、４、５を比較するとｔ／ｄがほぼ０．４を中心に明るくコントラストの良い偏光子になることがわかる。実施例１、６を比較するとｄが小さいほど、明るい偏光子になることがわかる。実施例１０、１１、１２を比較すると平行溝の側面と底面のなす角度が９０°に近いほど、コントラストの良い偏光子になることがわかる。
一方、比較例の偏光子は、偏光透過率が低く、さらにコントラストも悪い。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の偏光子は、各種の光学機器用の偏光素子、偏光板として使用できる。例えば、光応用計測、液晶ディスプレイ、光ピックアップ、光通信デバイスなど広い用途を挙げることができる。また、製造方法が簡単で、小型の偏光子から大型の偏光板まで容易に製造できる特徴があり大量生産に適している。また、本発明の偏光子は、コントラストが大きく明るいだけでなく、樹脂製等の安価で大面積の偏光板が製造でき、液晶表示装置用として特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、実施例１〜９で作成した矩形溝の偏光子の吸光性薄膜層を積層した溝の一部分の断面図である。
【図２】図２は、実施例１０〜１２で作成した台形溝の偏光子の吸光性薄膜層を積層した溝の一部分の断面図である。
【図３】図３は、偏光子サンプルの測定用光学系の概念図である。
【図４】図４は、本発明の偏光子を用いた液晶表示装置の一例を表した模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
ａ：石英基板の溝形成部（一部）
ｂ：吸光性薄膜層
ｄ：溝の間隔
ｈ0：透明基板表面に形成した平行溝の深さ
ｈ1：吸光性薄膜層の厚さ
ｔ：透明基板表面に形成した平行溝の幅
θ：平行溝側面と透明基板表面とのなす角度
１：偏光子（サンプル）
２：光源
３：偏光作成用偏光板
４：光検出器
Ｗ：反射板
Ｌ：光源
Ｄ：光拡散板
Ｉ：本発明の偏光子
Ｐ１，Ｐ２：吸収型偏光子
ＬＣ：液晶セル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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