(57)【要約】 【課題】  偏光素子や回折格子として用いることができる光学素子であって、耐熱性ないし耐光性を備えた信頼性の高いものを、簡便に低コストで製造することができる手法を提供する。【解決手段】  本発明の光学素子の製造方法は、透光性基板１１Ａ上に非晶質のＩＴＯ膜２を形成するＩＴＯ成膜工程と、前記ＩＴＯ膜２に対してレーザー光Ｌ１，Ｌ２を選択的に照射し、当該ＩＴＯ膜２に非晶質部２ｂと結晶質部２ａとを形成するレーザー光照射工程と、前記非晶質部２ｂと前記結晶質部２ａとに対してエッチングを行って、前記非晶質部２ｂと前記結晶質部２ａのいずれかを選択除去するエッチング工程と、前記エッチング後に残存した結晶質部２ａ上に、電解めっきにより金属膜２ｃ，２ｄを積層する電解めっき工程と、を具備してなることを特徴とする。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体からなる基板上に非晶質の金属酸化物導電膜を形成する成膜工程と、
前記金属酸化物導電膜に対してレーザー光を選択的に照射し、当該金属酸化物導電膜に非晶質部と結晶質部とを形成するレーザー光照射工程と、
前記非晶質部と前記結晶質部とを含む金属酸化物導電膜に対してエッチングを行って、前記非晶質部と前記結晶質部のいずれかを選択除去するエッチング工程と、
前記エッチング後に残存した金属酸化物導電膜上に、電解めっきにより金属膜を積層する電解めっき工程と、を具備してなることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記レーザー光照射工程において、多光束干渉光を照射することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記レーザー光照射工程において、前記非晶質部と結晶質部とが縞状となるようにレーザー光を照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記エッチング工程において、前記非晶質部を選択除去することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
光源装置と、該光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備える投射型表示装置であって、
前記光変調装置の光入射側と光射出側とに偏光素子が配設されてなり、該偏光素子が請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法により製造された光学素子により構成されてなることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の製造方法、投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ等の投射型表示装置における光変調装置として、液晶装置が用いられている。このような液晶装置としては、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された構成のものが知られており、この一対の基板の内側には、液晶層に電圧を印加するための電極が形成されている。また、この電極の内側には、電圧無印加時において液晶分子の配列を制御する配向膜が形成され、配向膜としてはポリイミド膜の表面にラビング処理を施したものが公知である。
【０００３】
一方、一対の基板の外側（液晶層に対向する面とは異なる面側）には偏光板が配設されており、液晶層に対して所定の偏光が入射される構成となっている。偏光板としては、有機化合物の樹脂フィルムを一方向に延伸することによってヨウ素や二色性染料を一定方向に配向させて製造される偏光フィルムの他、特許文献１に開示されたようなワイヤーグリッド型の偏光素子が知られている。
【特許文献１】特開２００２−３２８２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、ワイヤーグリッド型偏光素子を作製する際に、２光束干渉露光法等を用いてドライエッチング又はウェットエッチングにより基板上に凹部を形成し、凹部に無電解メッキ等で導電体を埋設している。ところが、当該特許文献１では、珪フッ化水素酸から酸化珪素を析出する液相析出法を用いており、生成物フッ化水素の除去工程が必要で手間が掛かる。また、過飽和状態の珪フッ化水素酸は、酸化珪素パーティクルが多少あるので、凹部の壁面と底部に対して均一に付着するのが困難であるという問題がある。さらに、第２凹凸構造上の凸部に残留した導電体を除去する工程も必要となるので、プロセスが複雑となる。
【０００５】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、偏光素子や回折格子として用いることができる光学素子であって、耐熱性ないし耐光性を備えた信頼性の高いものを、簡便に低コストで製造することができる手法を提供することを目的としている。また、本発明は、そのような製造方法により得られた光学素子を偏光素子として適用した投射型表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の光学素子の製造方法は、誘電体からなる基板上に非晶質の金属酸化物導電膜を形成する成膜工程と、前記金属酸化物導電膜に対してレーザー光を選択的に照射し、当該金属酸化物導電膜に非晶質部と結晶質部とを形成するレーザー光照射工程と、前記非晶質部と前記結晶質部とを含む金属酸化物導電膜に対してエッチングを行って、前記非晶質部と前記結晶質部のいずれかを選択除去するエッチング工程と、前記エッチング後に残存した金属酸化物導電膜上に、電解めっきにより金属膜を積層する電解めっき工程と、を具備してなることを特徴とする。
【０００７】
このような製造方法によると、特許文献１のような劇毒物である珪フッ化水素酸を用いずに金属酸化物導電膜と金属膜との積層膜からなる微細パターンを生成することが可能となる。したがって、工程の扱いが簡便で、当該光学素子の製造効率が向上することとなり、ひいては信頼性の高い光学素子を安価に提供することが可能となる。さらに、本発明では、形成した金属酸化物導電膜上には電解めっきにより金属膜を積層するものとしているため、当該積層工程において従来のようなパターニング時の除去工程が不要となり、この点においても製造効率が非常に高いものとなっている。なお、このような誘電体基板上に微細パターンの積層膜が形成された光学素子は、例えば偏光素子或いは回折格子として好適に用いられるものである。
【０００８】
なお、本発明の製造方法に好適な金属酸化物としては、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を例示することができ、その他にも、Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ、ＣｄＧｅＯ４、ＣｄＰｂＯ４、ＡｇＳｂＯ３、ＳｒＣｕ２Ｏ２、ＺｎＯ等を用いることも可能である。
【０００９】
本発明の光学素子の製造方法においては、前記レーザー光照射工程において多光束干渉光を照射することができる。このような多光束干渉光（２光束ないしそれ以上の光束による干渉光）の照射により、レーザー光の波長オーダーの周期照射を実現することができる。例えば、２光束干渉による照射の場合、その光束間の角度を制御することにより、周期の間隔を制御することもできる。
【００１０】
また、本発明の光学素子の製造方法においては、前記レーザー光照射工程において非晶質部と結晶質部とが縞状となるようにレーザー光を照射することができる。このような照射を行うことで、エッチング後に形成される金属酸化物膜のパターンが縞状となるため、当該光学素子を偏光素子ないし回折素子として好適に用いることが可能となる。なお、例えばエッチング工程において非晶質部を選択除去すれば、その選択除去工程が簡便となり、結晶質部を選択除去する場合に比べて製造効率も高いものとなる。
【００１１】
次に、上記課題を解決するために、本発明の投射型表示装置は、光源装置と、該光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備える投射型表示装置であって、前記光変調装置の光入射側と光射出側とに偏光素子が配設されてなり、該偏光素子が上述した方法により製造された光学素子により構成されてなることを特徴とする。
【００１２】
このような投射型表示装置は信頼性が非常に高いものとなる。つまり、上述した方法により製造された光学素子は、有機材料を含まない構成であるため耐光性や耐熱性に優れ、しかも過酷な条件の製造工程を採用していないことにより高い信頼性を備えたものであるが、これを偏光素子として含む投射型表示装置は、たとえ高エネルギーの光源を用いた場合にも劣化の惧れは少なく、耐久性の高いものとなるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
［プロジェクタ］
図１は、本発明の投射型表示装置の一実施形態として、プロジェクタの要部を示す概略構成図である。本実施形態のプロジェクタは、光変調装置として液晶装置を用いた液晶プロジェクタである。
【００１５】
図１において、８１０は光源、８１３、８１４はダイクロイックミラー、８１５、８１６、８１７は反射ミラー、８１８は入射レンズ、８１９はリレーレンズ、８２０は出射レンズ、８２２、８２３、８２４は液晶装置からなる光変調装置、８２５はクロスダイクロイックプリズム、８２６は投射レンズ、８３１、８３２、８３３は入射側の偏光板、８３４、８３５、８３６は出射側の偏光板である。
【００１６】
光源８１０は、メタルハライド等のランプ８１１とランプの光を反射するリフレクタ８１２とからなる。なお、光源８１０としては、メタルハライド以外にも超高圧水銀ランプ、フラッシュ水銀ランプ、高圧水銀ランプ、Ｄｅｅｐ ＵＶランプ、キセノンランプ、キセノンフラッシュランプ等を用いることも可能である。
【００１７】
ダイクロイックミラー８１３は、光源８１０からの白色光に含まれる赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー８１７で反射されて、偏光板８３１を介して赤色光用液晶光変調装置８２２に入射される。また、ダイクロイックミラー８１３で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー８１４によって反射され、偏光板８３２を介して緑色光用液晶光変調装置８２３に入射される。さらに、ダイクロイックミラー８１３で反射された青色光は、ダイクロイックミラー８１４を透過する。青色光に対しては、長い光路による光損失を防ぐため、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９および出射レンズ８２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段８２１が設けられている。この導光手段８２１を介して、青色光が偏光板８３３を介して青色光用液晶光変調装置８２４に入射される。
【００１８】
各光変調装置８２２〜８２４により変調された３つの色光は、各色偏光板８３４〜８３６を介してクロスダイクロイックプリズム８２５に入射する。このクロスダイクロイックプリズム８２５は４つの直角プリズムを貼り合わせたものであり、その界面には赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とがＸ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ８２６によってスクリーン８２７上に投写され、画像が拡大されて表示される。
【００１９】
ここで、本実施形態のプロジェクタにおいては、偏光板８３１〜８３６として、無機材料からなるものを採用している。メタルハライドランプ８１１からなる光源８１０は高エネルギーの発光が行われるものであるため、有機材料では当該高エネルギーの光により分解ないし変形が生じる惧れがある。そこで、耐光性及び耐熱性の高い無機材料（金属材料を含む）で偏光板８３１〜８３６を構成している。
【００２０】
図２は偏光板８３１〜８３６（以下、これらを総称して偏光板１とも言う）の概略構成を示す斜視図、図３は偏光板１の平面模式図、図４は偏光板１の断面模式図、図５は偏光板１を光が透過する際の作用を示す説明図である。
【００２１】
偏光板１は、光源８１０から射出された無秩序な各色光を、偏光選択して直線偏光のみを透過させるもので、具体的には図２に示すように、アクリル基板やガラス基板等の誘電材料からなる透光性の基材１１Ａ上に、ストライプ状に配置された複数の非有機材料（無機材料及び／又は金属材料）からなる格子（微細構造体）１２を備えて構成されている。
【００２２】
図３に示すように、格子１２のピッチＰは入射光の波長よりも小さい値であり、例えば１０ｎｍ〜１４０ｎｍ程度に設定されている。また、格子１２の幅は、例えば５ｎｍ〜７０ｎｍ程度に設定されており、製造上の都合もあるが、入射光の波長の１／１０程度にするとより好ましい。なお、格子１２の隙間１３は空間とされているが、例えば当該格子１２と異なる誘電材料を挿入するものとしても良い。
【００２３】
また、格子１２は、図２及び図４に示すように積層構造を有している。ここでは、基材１１Ａ上に、インジウム錫酸化物からなるＩＴＯ膜（金属酸化物導電膜）２ａと、銀からなるＡｇ膜（金属膜）２ｃと、アルミニウムからなるＡｌ膜（金属膜）２ｄとが積層された構成とされている。格子１２の高さは１００ｎｍ〜２５０ｎｍ程度で、当該格子１２のアスペクト比は１〜１０ｎｍ程度となっている。
【００２４】
このような偏光板１は、図５に示すように、格子１２の屈折率ｎＡと、格子１２間に介在する空間１１Ｂの屈折率ｎＢとが異なるため、偏光板１に入射した光の偏光方向により、偏光選択が行なわれる。具体的には、格子１２の延在方向と垂直な方向に偏光軸を有する直線偏光Ｘを透過させ、格子１２の延在方向と平行な方向に偏光軸を有する直線偏光Ｙを反射する。したがって、本実施形態の偏光板１は、光反射型偏光子と同じ作用、すなわち光軸（透過軸）と平行な偏光を透過させ、垂直な偏光に対しては反射させる作用を有している。
【００２５】
このような偏光板１を透過して生成された直線偏光は、光変調手段としての液晶装置８２２〜８２４に入射する。液晶装置８２２〜８２４は、例えば図６に示したような構成を備えている。図６は、液晶装置８２２〜８２４の断面模式図である。
【００２６】
液晶装置８２２〜８２４は、ガラスやプラスチック等の透明基板で構成される２枚の基板（素子基板１０，対向基板２０）を含んで構成され、該一対の基板１０，２０間に液晶層５０が挟持されている。素子基板１０の液晶層５０側にはＩＴＯ等で構成された透明電極９がマトリクス状に形成されており、透明電極９のさらに液晶層５０側には、液晶分子の配向規制を行う配向膜１１が基板全面に形成されている。
【００２７】
一方、対向基板２０の液晶層５０側には、基板全面にベタ状の透明電極２３が形成されており、透明電極２３のさらに液晶層５０側には、液晶分子の配向規制を行う配向膜２１が基板全面にベタ状に形成されている。
【００２８】
図６の構成においては、一対の基板１０，２０が、シール材（図示略）を介して貼り合わせられ、その内部に液晶が封入されている。この場合、液晶層５０の液晶モードとしてＴＮ（Twisted Nematic）モードが採用されているが、その他にもＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード等を採用することができる。
【００２９】
素子基板１０は、ガラスや石英等の透光性の基板であって、画素電極９に対する電圧印加をスイッチング駆動するＴＦＴ素子（図示略）を備えている。画素電極９はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透光性且つ導電性の材料にて構成されており、膜厚が５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度（例えば８５ｎｍ）とされている。また、配向膜１１はＳｉＯ２の斜方蒸着材料から構成されており、液晶分子の配向を規制している。なお、配向膜１１の膜厚は１ｎｍ〜１０ｎｍ程度（例えば５ｎｍ）とされている。
【００３０】
一方、対向基板２０は、素子基板１０と同様、ガラスや石英等の透光性の基板から構成されており、その液晶層側にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透光性且つ導電性の材料にて構成された共通電極２３が、膜厚５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度（例えば１４０ｎｍ）に形成されている。また、共通電極２３のさらに液晶層側には、ＳｉＯ２の斜方蒸着材料から構成される配向膜２１が形成されており、その膜厚は１ｎｍ〜１０ｎｍ程度（例えば５ｎｍ）とされている。
【００３１】
このような液晶装置８２２〜８２４では、図１に示した偏光板８３１，８３２，８３３を介して入射する直線偏光の位相制御が行われる。つまり、電極９，２３に対する印加電圧により液晶層５０の駆動制御を行い、当該入射光の位相を制御するものとしている。位相制御された光は、光射出側に配設された偏光板８３４，８３５，８３６に入射して変調される。
【００３２】
液晶装置８２２〜８２４及び偏光板８３１〜８３６で変調された各色光は、上述した通り、クロスダイクロイックプリズム８２５に入射して形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ８２６によってスクリーン８２７上に投写され、画像が拡大されて表示される。
【００３３】
以上のような本実施の形態の液晶プロジェクタでは、偏光板１（８３１〜８３６）に関して有機材料を用いないものとしているため、当該プロジェクタの耐光性及び耐熱性は非常に高いものとなっている。つまり、メタルハライドランプから供給される高エネルギー光により劣化する惧れのある有機材料を排除して、無機材料及び／又は金属材料から偏光板１（８３１〜８３６）を構成することで、当該偏光板１、ひいてはプロジェクタの耐久性及び信頼性を高めている。一方、当該偏光板１（８３１〜８３６）は、以下に示すような方法により製造しているため、製造コストも安価で、非常に信頼性の高いものとなっている。
【００３４】
［偏光板の製造方法］
以下、図２〜図４に示した偏光板１の製造方法の一例について説明する。図７は、偏光板１の製造工程を示す断面模式図である。
まず、図７（ａ）に示すように、透光性の誘電体材料であるＳｉＯ２からなる基板１１Ａに対して、非晶質のインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜２をスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などにより全面形成する。ここで、用いるＩＴＯは非晶質のものであるが、完全な非晶質状態のみを言うものではなく、例えば部分的に結晶化しているものを含むものである。
【００３５】
なお、後のレーザー光照射工程における当該レーザーの照射効率を考慮すると、形成するＩＴＯ膜２の膜厚は過度に厚くないことが好ましく、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度が好ましい。また、同じくレーザー照射効率を考慮して、形成するＩＴＯ膜２のレーザー光透過率は８５％〜９０％程度であることが好ましい。
【００３６】
次に、図７（ｂ）に示すように、ＩＴＯ膜２に対してレーザー光（ＫｒＦエキシマレーザ：λ＝２４８ｎｍ、パルスエネルギー４０ｍＪ／ｃｍ２以上、パルス繰り返し周波数：１Ｈｚ〜２０Ｈｚ、パルス幅３０ｎｓｅｃ以下）を照射して当該ＩＴＯ膜２の結晶化を行う。ここでは、ＩＴＯ膜２の一部を部分的に照射することにより、特定の照射領域のみを選択的に結晶化するものとしている。具体的には、第１のレーザー光源（図示略）から射出されるレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光源（図示略）から射出されるレーザー光Ｌ２との干渉光（二光束干渉光）によりＩＴＯ膜２を照射することで、微細な縞状の光照射を実現している。
【００３７】
つまり、光照射部と非光照射部とが縞状（図３の格子１２に対応した縞状）となるように、レーザー光の照射を行っているのである。なお、「光照射部」及び「非光照射部」とは照射の有無のみで区別されるものではなく、相対的に高エネルギーのレーザー光が照射される部分を光照射部、相対的に低エネルギーのレーザー光が照射される部分を非光照射部とすることも含む意味である。また、本実施形態では、二光束干渉光を用いているため、例えば光束間の角度を制御することにより、照射のピッチＰ（図７（ｃ）参照）を制御することもできる。さらに、本実施形態では、二光束干渉光としたが、それ以上の多光束による干渉光であっても良い。
【００３８】
このような二光束干渉光を照射することにより、図７（ｃ）に示すように、照射により結晶化する部分（結晶質部）２ａと、非晶質のまま残存する部分（非晶質部）２ｂとが縞状に形成されることとなる。ここで、結晶質部２ａと非晶質部２ｂとのピッチＰは、図３に示した偏光板１の格子１２のピッチＰと同一で、例えば１０ｎｍ〜１４０ｎｍ程度とされている。
【００３９】
次に、図７（ｄ）に示すように、エッチングにより非晶質部２ｂのみを選択除去する。結晶質部２ａと非晶質部２ｂとはエッチング液に対する溶解性が異なるため、例えば非晶質部２ｂのみを選択的に溶解可能なエッチング液（例えば塩酸と硝酸との混酸（ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ：ＨＮＯ３＝１：１：０．０８））により、結晶質部２ａのみを基板１１Ａ上に残存させることができる。なお、結晶質部２ａと非晶質部２ｂのエッチングレートは、具体的には非晶質部２ｂは１２．５ｎｍ／ｓであるのに対して、結晶質部２ａは５．１ｎｍ／ｓである。
【００４０】
このように形成された縞状の結晶質部（ＩＴＯ膜）２ａが格子１２の最下層を構成し、続いて格子１２の高さ調整のため電解めっきにより結晶質部（ＩＴＯ膜）２ａ上に金属膜を形成する。具体的には、図７（ｅ）に示すように、銀を第１の電解めっき工程により、アルミニウムを第２の電解めっき工程によりそれぞれ形成して、結晶質部（ＩＴＯ膜）２ａ上にＡｇ膜２ｃ及びＡｌ膜２ｄを積層させる。電解めっきに用いることができる金属材料としては、銀やアルミニウム以外にも、金、銅、パラジウム、白金、ロジウム、シリコン、ニッケル、コバルト、マンガン、鉄、クロム、チタン、ルテニウム、ニオブ、ネオジウム、イッテルビウム、イットリウム、モリブデン、インジウム、ビスマス、又はこれらの合金などがある。
【００４１】
このような電解めっきを用いた金属膜の積層によって基板１１Ａ上に縞状の格子１２が形成され、図２〜図４に示した偏光板１が製造される。なお、電解めっきにより形成する金属膜は、本実施形態では２層としたが、単層或いは３層以上であっても良い。また、本実施形態では金属酸化物としてインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を用いたが、その他にも、Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ、ＣｄＧｅＯ４、ＣｄＰｂＯ４、ＡｇＳｂＯ３、ＳｒＣｕ２Ｏ２、ＺｎＯ等、レーザー照射により結晶化するものを採用することができる。
【００４２】
以上のような偏光板の製造方法によると、溶媒等として劇物や毒物を用いず、比較的温和な条件で微細な格子１２を生成することが可能である。したがって、工程の扱いが簡便で、製造効率が向上することとなり、信頼性の高い偏光板を安価に提供可能となる。さらに、ＩＴＯ膜上には電解めっきにより金属膜を積層するものとしているため、当該積層工程においてパターニング時の除去工程が不要となり、この点においても製造効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態のプロジェクタの概略構成を示す模式図。
【図２】偏光板の一実施形態を模式的に示す斜視図。
【図３】偏光板の一実施形態を模式的に示す平面図。
【図４】偏光板の一実施形態を模式的に示す断面図。
【図５】偏光板の作用を示す説明図。
【図６】光変調装置として用いた液晶装置の一実施形態を模式的に示す断面図。
【図７】偏光板の製造方法の一例を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１，８３１〜８３６…偏光板、２…ＩＴＯ膜、１１Ａ…基板、Ｌ１，Ｌ２…レーザー光、２ａ…結晶質部、２ｂ…非晶質部、２ｃ…Ａｇ膜、２ｄ…Ａｌ膜、１２…格子
【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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