(57)【要約】【課題】簡便な工程でワイヤーグリッドのデューティー比を自在に制御することができ、所望の光学特性を容易に得られるワイヤーグリッド型の光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の光学素子の製造方法は、透光性の誘電体基板１１Ａ上に金属層１２ａを形成する工程と、前記金属層１２ａをパターニングしてグリッド状の金属膜１２Ｍを形成する工程と、前記グリッド状の金属膜１２Ｍを気体雰囲気中で加熱処理して前記金属膜１２Ｍの表面部を改質して表面に誘電体膜１２Ｄ２を形成する工程とを有する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の誘電体基板上に金属層を形成する工程と、
前記金属層をパターニングしてグリッド状の金属膜を形成する工程と、
前記グリッド状の金属膜を気体雰囲気中で加熱処理して前記金属膜の表面部を改質する工程と
を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記加熱処理により前記気体雰囲気のガス成分と前記グリッド状の金属膜の金属成分とを反応させ、前記グリッド状の金属膜の表面部に前記金属成分と前記ガス成分との化合物を主成分とする誘電体膜を形成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】
前記気体雰囲気を、酸素、窒素、炭化水素、フッ素、もしくはこれらの混合ガスにより形成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】
前記金属層を、銀、金、銅、パラジウム、白金、アルミニウム、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、ビスマスから選ばれる金属、ないしこれらの合金により形成することを特徴とする請求項１から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】
前記加熱処理におけるグリッド状の金属膜の加熱温度が８００℃以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法により得られた光学素子を偏光素子として備えたことを特徴とする液晶装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法により得られた光学素子を偏光素子として備えた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、液晶装置、及び投射型表示装置に関するものである。
【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、ガラス基板上に金属からなる微細パターンを形成してなるワイヤーグリッド型の偏光素子（光学素子）が、例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特表２００３−５０２７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発明は、ガラス基板と金属グリッドとの間に、ガラス基板の屈折率よりも小さい屈折率を有する誘電体層（ＭｇＦ２層）を形成することで、ワイヤーグリッド偏光子の使用可能波長域を拡大するというものである。しかしながら、かかる技術は、ワイヤーグリッド偏光子の基本的な光学特性である透過率や反射率を制御するものではなく、特許文献１に記載のワイヤーグリッド偏光素子において透過率や反射率を調整しようとすれば、金属グリッドのみならず、基板との間の誘電体層についても平面形状及び膜厚の調整が必要となるため、所望の光学特性を得るのが困難であり、また光学特性にばらつきが生じやすくなる。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、簡便な工程でワイヤーグリッドのデューティー比を自在に制御することができ、所望の光学特性を容易に得られるワイヤーグリッド型の光学素子の製造方法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】
本発明の光学素子の製造方法は、上記課題を解決するために、透光性の誘電体基板上に金属層を形成する工程と、前記金属層をパターニングしてグリッド状の金属膜を形成する工程と、前記グリッド状の金属膜を気体雰囲気中で加熱処理して前記グリッド状の金属膜の表面部を改質する工程とを有することを特徴とする。
この製造方法によれば、前記グリッド状の金属膜の表面部を改質する工程を有していることで、グリッド状の金属膜を形成した後に光学素子の光学特性（透過率等）を調整することが可能である。すなわち従来はグリッド状の金属膜のライン幅やスペース幅を調整することでしか行えなかった光学特性の調整を金属膜の形成工程に依存することなく実施することができるので、露光精度等の問題で従来は得ることのできなかった光学特性を有する光学素子を簡便な工程で製造することが可能である。
【０００７】
本発明の光学素子の製造方法では、前記加熱処理により前記気体雰囲気のガス成分と前記グリッド状の金属膜の金属成分とを反応させ、前記グリッド上の金属膜の表面部に前記金属成分と前記ガス成分との化合物を主成分とする誘電体膜を形成することを特徴とする。この製造方法によれば、導電体である金属膜の面積率を、加熱処理によって金属膜表面部に形成される誘電体膜の厚さにより調整することができ、これにより光学素子の光学特性を調整することができる。
従って本発明の光学素子の製造方法は、前記加熱処理によってグリッド状の金属膜における導電体と誘電体との比率を調整し、もって光学素子の光学特性を調整する方法であるということができる。さらに換言すれば、前記加熱処理によって、グリッド状の金属膜における光反射領域（金属膜）と光透過領域（誘電体膜）との比率を調整し、もって光学素子の光学特性を調整する方法であるということもできる。
【０００８】
以上から、本発明に係る光学素子は、前記グリッド状の金属膜の表面部に、前記加熱処理によって形成された誘電体膜を備えたものとなっている。この誘電体膜は、大気環境で金属膜の表面に形成される自然酸化膜より明らかに膜厚が大きいものとなる点で特徴的なものである。また、加熱処理により形成されるものであるため、金属膜を覆って金属膜の形状に倣って均一に形成されている点で特徴的なものである。さらに本発明に係る光学素子にあっては、前記金属膜の前記基板側に、当該金属膜の金属成分を含む誘電体層が形成されていてもよい。前記加熱処理時には、基板側から金属膜に酸素等のガス成分が拡散し、かかるガス成分と金属膜との反応により前記誘電体層が形成されることもある。この場合、前記誘電体層は、金属膜の形成に先立って前記基板上に誘電体材料を成膜したものとは異なり、前記金属膜の表面部の誘電体膜とともに本発明に係る製造方法を用いて形成された光学素子に特徴的なものである。
【０００９】
本発明の光学素子の製造方法では、前記気体雰囲気を、酸素、窒素、炭化水素、フッ素、もしくはこれらの混合ガスにより形成することが好ましい。これらのガスを用いることで、容易に前記金属膜の金属成分と反応させることができ、前記金属膜の表面部を改質することができる。
【００１０】
本発明の光学素子の製造方法では、前記金属層を、銀、金、銅、パラジウム、白金、アルミニウム、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、ビスマスから選ばれる金属、ないしこれらの合金により形成することができる。本発明に係る製造方法において前記金属層の構成材料としては、これらの金属材料、及び合金を挙げることができる。いずれの金属材料、合金を用いた場合にも、ガス雰囲気下での加熱による表面部の改質が可能であり、光学素子の光学特性を調整することができる。
【００１１】
本発明の光学素子の製造方法では、前記加熱処理におけるグリッド状の金属膜の加熱温度が８００℃以下であることが好ましい。基板や金属膜を保護するためである。
【００１２】
本発明の液晶装置は、先に記載の製造方法により得られた光学素子を偏光素子として備えたことを特徴とする。この構成によれば、設計に合わせて光学特性を最適化された偏光素子を備えた液晶装置が得られ、明るく高画質の表示が可能で、かつ耐熱性、信頼性に優れた液晶装置を実現することができる。
【００１３】
本発明の投射型表示装置は、先に記載の製造方法により得られた光学素子を偏光素子として備えたことを特徴とする。この構成によれば、設計に合わせて光学特性を最適化された偏光素子を備えた投射型表示装置が得られ、明るく高画質の表示が可能で、かつ耐熱性、信頼性に優れた投射型表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（プロジェクタ）
図１は、本発明の投射型表示装置の一実施の形態である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。
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は入射側の偏光素子（光学素子）、８３４、８３５、８３６は射出側の偏光素子（光学素子）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、偏光素子８３１を介して赤色光用液晶光変調装置８２２に入射する。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、偏光素子８３２を介して緑色光用液晶光変調装置８２３に入射する。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、青色光が偏光素子８３３を介して青色光用液晶光変調装置８２４に入射する。
【００１８】
各光変調装置８２２〜８２４により変調された３つの色光は、各色偏光素子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、偏光素子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）で偏光素子８３１〜８３６を構成している。
【００２０】
図２は偏光素子８３１〜８３６（以下、これらを総称して偏光素子１ともいう）の概略構成を示す斜視図である。図３（ａ）は偏光素子１の平面模式図である。図３（ｂ）は偏光素子１の断面模式図であり、偏光素子１を光が透過する際の作用も併せて示している。
【００２１】
偏光素子１は、本発明の光学素子に係るもので、光源８１０から射出された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ある。具体的には図２及び図３に示すように、ガラス等の誘電体材料からなる透光性の基板１１Ａ上に、酸化シリコン等からなる下地絶縁膜１５と、該下地絶縁膜１５上にストライプ状に配置された複数の金属膜からなるワイヤーグリッド１２とを備えて構成されている。ワイヤーグリッド１２上には各ワイヤーグリッド１２を覆う保護膜が形成されていてもよく、この場合において当該保護膜の表面は平坦面とされることが好ましい。
【００２２】
図３（ａ）に示すワイヤーグリッド１２のピッチＰは、当該偏光素子１への入射光の波長よりも小さい値であり、例えば１４０ｎｍ以下に設定されている。また、ワイヤーグリッド１２の幅は、例えば８０ｎｍ以下に設定されており、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。従って、ワイヤーグリッド１２の隙間に形成される線状の溝１３の幅（スペース幅）は６０ｎｍ程度である。
【００２３】
また、ワイヤーグリッド１２の高さは１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度となっている。また、ワイヤーグリッド１２を構成する金属材料としては、アルミニウムのほか、銀、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を用いることができる。
【００２４】
ここで図９は、本実施形態に係るワイヤーグリッド１２の断面構造をさらに詳細に示す図である。同図に示すように、本実施形態に係るワイヤーグリッド１２は、線状の金属膜１２Ｍとその表面を覆う誘電体膜１２Ｄ２を有している。この誘電体膜１２Ｄ２は、基板１１Ａ上に、例えばアルミニウム膜を形成してなる金属膜１２Ｍの表面を酸化させて形成した金属酸化物膜（酸化アルミニウム膜）であり、その膜厚は金属膜１２Ｍの表面に形成される自然酸化膜よりも厚いものとなっている。
【００２５】
上記誘電体膜１２Ｄ２は、詳細は後述するが、ワイヤーグリッド１２を形成する際の加熱処理によってワイヤーグリッド１２の表面部に形成されるものであり、本発明に係る光学素子の製造方法により得られる光学素子において特徴的なものである。本発明に係る製造方法では、上記加熱処理によってワイヤーグリッド１２の光学特性を調整可能になっており、従来の製造方法では得ることのできない優れた光学特性の光学素子を得ることができる。
【００２６】
このような偏光素子１は、図３（ｂ）に示すように、ワイヤーグリッド１２の屈折率ｎＡと、ワイヤーグリッド１２間に介在する溝１３における屈折率ｎＢとが異なるため、偏光素子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、ワイヤーグリッド１２の延在方向と垂直な方向に偏光軸を有する直線偏光Ｅｔを透過させ、ワイヤーグリッド１２の延在方向と平行な方向に偏光軸を有する直線偏光Ｅｒを反射する。したがって、本実施形態の偏光素子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。
【００２７】
以上のような偏光素子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４から図６に示すような構成を備えている。図４（ａ）は、液晶装置８２２〜８２４の平面構成図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＨ−Ｈ’線に沿う断面構成図である。図５は、液晶装置８２２〜８２４の画像表示領域においてマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路を示す図である。また、図６は、液晶装置８２２〜８２４の側断面の概略構成を示す図である。
【００２８】
液晶装置１００は、図４（ｂ）に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とがシール材５２によって貼り合わされ、このシール材５２によって区画された領域内に液晶層５０が封入された構成を備えている。図４（ａ）に示すように、前記シール材５２の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる遮光膜（周辺見切り）５３が形成されている。シール材５２の外側の領域には、データ線駆動回路１０１および外部回路実装端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する２辺に沿って走査線駆動回路１０４が形成されている。ＴＦＴアレイ基板１０の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路１０４の間を接続するための複数の配線１０５が設けられている。また、対向基板２０の角部においては、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための基板間導通材１０６が配設されている。
【００２９】
なお、データ線駆動回路１０１および走査線駆動回路１０４をＴＦＴアレイ基板１０の上に形成する代わりに、例えば、駆動用ＬＳＩが実装されたＴＡＢ（Tape Automated Bonding）基板とＴＦＴアレイ基板１０の周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的および機械的に接続するようにしてもよい。
【００３０】
このような構造を有する液晶装置１００の画像表示領域においては、図５に示すように、複数の画素電極９がマトリクス状に配列されており、これらの画素電極９の各々には、画素スイッチング用のＴＦＴ３０が接続されている。また、画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを供給するデータ線６ａがＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。また、ＴＦＴ３０のゲートには走査線３ａが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線３ａにパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍをこの順に線順次で印加するように構成されている。画素電極９は、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線６ａから供給される画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、図４に示す対向基板２０の対向電極２１との間で一定期間保持される。また、保持された画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎがリークするのを防ぐために、画素電極９と対向電極２１との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。符号３ｂは蓄積容量７０を構成する容量線である。
【００３１】
液晶装置８２２〜８２４は、図６に示すように、上下に対向配置された透明のガラス等からなるＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の間に液晶層５０が挟持された基本構造を具備している。前記液晶層５０における液晶モードとしては、ＴＮ（Twisted Nematic）モードのほか、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード、ＶＡＮ（Vertical Aligned Nematic）モード等を採用することができる。
【００３２】
ＴＦＴアレイ基板１０は、ガラスや石英等の透光性の基板本体１０Ａを備えており、基板本体１０Ａの内面側（液晶層５０が設けられた側）には、マトリクス状に配置されたそれぞれの画素に対応して設けられるＴＦＴ３０、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極９等が設けられている。基板本体１０Ａの内面側に、酸化シリコン等からなる下地絶縁膜３１が形成され、下地絶縁膜３１上に島状にパターニングされたシリコン膜等からなる半導体層６０が形成されている。半導体層６０を覆って、酸化シリコンや窒化シリコン等からなるゲート絶縁膜４２が形成されており、ゲート絶縁膜４２を介して前記半導体層６０と対向する位置にゲート電極６１が形成されている。ゲート電極６１は、実際には図５に示した走査線３ａと電気的に接続されている。ゲート電極６１及びゲート絶縁膜４２を覆って、酸化シリコン等からなる第１層間絶縁膜３２が形成されており、第１層間絶縁膜３２とゲート絶縁膜４２とを貫通して半導体層６０に達するコンタクトホールを介して、第１層間絶縁膜３２上に形成されたソース電極６２とドレイン電極６３とが前記半導体層６０と電気的に接続されている。上記ソース電極６２は、実際には図５に示したデータ線６ａと電気的に接続されている。ソース電極６２、ドレイン電極６３、及び第１層間絶縁膜３２を覆って、酸化シリコンや樹脂材料からなる第２層間絶縁膜３３が形成されている。第２層間絶縁膜３３を貫通して前記ドレイン電極６３に達するコンタクトホールを介して、第２層間絶縁膜３３上に形成された画素電極９とドレイン電極６４とが電気的に接続されており、かかる導電接続構造によって画素電極９とＴＦＴ３０とが電気的に接続されている。画素電極９を覆うように、液晶層５０の配向を制御する配向膜１６が画像表示領域全体にわたって設けられている。配向膜１６は酸化シリコンの斜方蒸着膜等からなる無機配向膜であり、その膜厚は１０ｎｍ〜１００ｎｍ（例えば２５ｎｍ）である。
【００３３】
一方、対向基板２０は、ＴＦＴ基板１０と同様、ガラスや石英等の透光性の基板本体２０Ａを備えており、基板本体２０Ａの内面側（液晶層５０が設けられた側）には、遮光膜２３が設けられている。遮光膜２３は、ＴＦＴ３０や配線等（データ線６ａ、走査線３ａ等）が形成される各画素の縁に沿って格子状に設けられている。遮光膜２３によって照明光が遮られる領域が非照明領域であり、遮光膜２３の開口部を通して照明光が透過する領域が照明領域である。照明領域のみが表示に寄与する。基板本体２０Ａの内面には、遮光膜２３を覆って絶縁膜２３ａが形成されており、絶縁膜２３ａ上にＩＴＯ等の透明導電膜からなる対向電極２１が全面に設けられている。さらに対向電極２１を覆うように、液晶層５０の配向を制御する配向膜２２が画像表示領域全体にわたって設けられている。配向膜２２も酸化シリコンの斜方蒸着膜等からなる無機配向膜であり、その膜厚は１０ｎｍ〜１００ｎｍ（例えば２５ｎｍ）である。
【００３４】
このような液晶装置８２２〜８２４では、図１に示した偏光素子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９，２１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素子８３４，８３５，８３６に入射し、偏光素子の透過軸に平行な成分の光のみが偏光素子８３４〜８３６を透過して表示に利用される。
【００３５】
液晶装置８２２〜８２４で変調され、偏光素子８３１〜８３６を透過した各色光は、上述した通り、クロスダイクロイックプリズム８２５に入射して合成され、かかる合成光は、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。
【００３６】
本実施の形態では、偏光素子１（８３１〜８３６）に関して有機材料を用いないものとしている。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素子１（８３１〜８３６）を構成している。また、当該偏光素子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。
【００３７】
（偏光素子の製造方法）
以下、図２及び図３に示した偏光素子（光学素子）１の製造方法の一例について、図７〜図１１を参照して説明する。図７は本実施形態の偏光素子の製造方法を説明するための断面工程図である。図８及び図９は本実施形態の製造方法におけるワイヤーグリッドの構造について説明するために要部を拡大して示す断面構成図である。図１０及び図１１は、それぞれ図８及び図９に示す構造のワイヤーグリッドを備えた偏光素子の光学特性を示す図である。
【００３８】
まず、図７（ａ）に示すように、ガラス基板等からなる基板１１Ａ上に、透光性の誘電体材料である酸化シリコンからなる下地絶縁膜１５を形成し、下地絶縁膜１５上に、アルミニウムからなるベタ状の金属層１２ａを形成する。ここでは、蒸着法或いはスパッタ法等の成膜手段を用いることができる。なお、金属層１２ａを構成する金属としては、アルミニウム以外にも、例えば金、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、若しくはその合金のいずれかを用いることができる。また、下地絶縁膜１５としては、酸化シリコンに限らず、種々の透光性の誘電体材料を用いることができ、例えば窒化シリコンや酸化窒化シリコンであってもよい。
【００３９】
次に、金属層１２ａ上にレジストをスピンコートにより塗布し、これをベークして、レジスト膜を形成する。その後、露光、現像処理を施し、図７（ｂ）に示すように、線状の平面形状のレジスト１４ａを形成する。具体的には、上記レジスト膜に対して、形成されるレジスト１４ａが縞状に配置されるよう選択的にレーザー照射を行う。先に記載のように、形成されるレジスト１４ａのピッチは６０〜８０ｎｍ程度であるから、可視光の波長以下の微細な縞状パターンを形成可能な干渉露光法（ここでは二光束干渉露光）を用いる。このような露光を行った後、ベーク（ＰＥＢ）を行い、さらにエッチングによりレジスト膜の露光部分を取り除くことで、図７（ｂ）に示したパターンを有するレジスト１４ａを形成することができる。
【００４０】
続いて、形成したレジスト１４ａをマスクとして金属層１２ａをエッチングし、さらにレジスト１４ａを除去することで、図７（ｃ）に示すような金属膜１２Ｍを形成する。その後、金属膜１２Ｍが形成された基板１１Ａを、酸素雰囲気下で加熱処理（例えば４００℃、６０分）することで、金属膜１２Ｍの表面にその構成材料（アルミニウム）の酸化膜（酸化アルミニウム）からなる誘電体膜１２Ｄ２を形成する。以上の工程により、図７（ｄ）に示すワイヤーグリッド１２を備えた偏光素子１を製造することができる。
【００４１】
上記工程では、加熱処理時の気体雰囲気として酸素ガス雰囲気を用いているが、かかる気体雰囲気については、金属膜１２Ｍの材質に応じて変更することができる。すなわち、金属膜１２Ｍの構成材料と反応して誘電体膜を形成可能な気体であれば用いることができ、酸素のほか、窒素、炭化水素、フッ素、もしくはこれらの混合ガスを用いることができる。また、加熱処理の温度や時間についても適宜変更することが可能である。ただし、金属膜１２Ｍや基板１１Ａの保護や製造効率の観点から、加熱温度は８００℃以下、加熱時間は２時間以下とすることが好ましい。
【００４２】
本実施形態の製造方法によれば、上記気体雰囲気下での加熱処理によって、偏光素子の光学特性を調整することができるようになっている。図８は、図７（ｃ）に示した加熱処理を施す前の金属膜１２Ｍの断面構造を示す図であり、図９は、図７（ｄ）に示した加熱処理後のワイヤーグリッド１２の断面構造を示す図である。
【００４３】
図７（ｃ）に示した工程においてパターン形成される金属膜１２Ｍの断面構造を見ると、図８に示すように、下地絶縁膜１５上に形成された金属膜１２Ｍの表面に、金属膜１２Ｍを構成するアルミニウムの自然酸化膜１２Ｄ１が形成されたものとなっている。このように金属膜表面に自然酸化膜が形成された構造は、従来公知の製造方法により作製されたワイヤーグリッド型の偏光素子におけるワイヤーグリッドの断面構造と同様である。
図８に示す上記構造を具備した偏光素子について透過率及びコントラストを測定したところ、図１０に示すような結果が得られている。測定に供した偏光素子におけるワイヤーグリッドのライン幅Ｌは８０ｎｍ、ワイヤーグリッド間のスペース幅Ｓは６０ｎｍ、ワイヤーグリッドの形成高さは１６０ｎｍである。また、図１０に示す透過率は、偏光素子の透過軸に平行な直線偏光（ｐ波）を入射させたときの入射光に対する透過光の強度比であり、コントラストは前記ｐ波の透過率Ｔｐに対する偏光素子の透過軸と直交する直線偏光（ｓ波）の透過率Ｔｓの強度比Ｔｐ／Ｔｓである。
【００４４】
これに対して、本実施形態の製造方法により得られる偏光素子のワイヤーグリッド１２の断面構造は、図９に示すように、金属膜１２Ｍの表面に、金属膜１２Ｍを構成するアルミニウムの酸化物からなる誘電体膜１２Ｄ２が形成されたものとなっている。この誘電体膜１２Ｄ２は、図７（ｄ）に示した工程における酸素ガス雰囲気下での加熱処理により形成されたものであり、その膜厚は、図８に示した自然酸化膜１２Ｄ１の膜厚に比して相当程度大きく、本発明に係る製造方法を用いて得られるワイヤーグリッドに特徴的な構造である。さらに本発明に係る製造方法を用いた場合、下地絶縁膜１５、基板１１Ａ側からの加熱処理に伴うガス成分の拡散により、金属膜１２Ｍと下地絶縁膜１５（下地絶縁膜を設けない場合には基板）との間に誘電体層１２Ｄ３が形成されることもある。誘電体膜１２Ｄ２とともにこのような誘電体層１２Ｄ３が形成されている構造も、本発明に係る製造方法を用いて得られるワイヤーグリッドに特徴的なものである。
【００４５】
なお、誘電体膜１２Ｄ２の膜厚は、製造する偏光素子１の光学特性に応じて変化するものであり、ワイヤーグリッドのデューティー比（上記ライン幅Ｌとスペース幅Ｓとの比Ｌ／Ｓ）が同じであれば、高透過率のものほど誘電体膜１２Ｄ２の膜厚が大きくなる。
【００４６】
図１１は、本実施形態の製造方法により得られた偏光素子１の透過率及びコントラストの測定結果である。測定に供した偏光素子は、図８に結果を示した測定に供した偏光素子にさらに酸素ガス雰囲気下で４００℃、６０分の加熱処理を施したものである。図１０と図１１とを比較すると、５５０ｎｍ以上の波長域での透過率はほぼ同等であるが、図１１に示した本実施形態の偏光素子１は、４００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲における透過率が向上しており、具体的には、４５０ｎｍにおける透過率が、図１０に示すグラフでは６０．３％であるのに対し、図１１に示すグラフでは６８．４％と、８％程度向上している。
【００４７】
以上のような偏光素子の製造方法によると、有機材料を用いない偏光素子１を簡便に製造することができ、該製造される偏光素子１は耐光性及び耐熱性に非常に優れたものとなる。また、誘電体からなる基板１１Ａ上に、導電体としてのワイヤーグリッド１２を縞状に形成することができ、この縞のピッチを１４０ｎｍ（可視光の波長以下）に設定しているため、金属ワイヤーグリッド型の偏光素子１として機能することとなる。
【００４８】
また、上記製造方法によれば、気体雰囲気下での加熱処理という簡便な工程により、所望の透過率を具備した偏光素子１を製造することができる。つまり、従来の製造方法では、ワイヤーグリッドのデューティ比Ｌ／Ｓを変更することでしか実現することができなかった光学特性の調整を、金属膜１２Ｍの形成工程を同一としたまま実施することができるのである。従って、従来はフォトリソグラフィ工程の分解能等に起因する制限により実現することが困難であった高透過率の偏光素子１を簡便な工程を用いて極めて容易に製造することができる。具体的には、レジスト膜の露光に干渉露光法を用いる場合、２つの光束を光学的に干渉させて縞状の露光パターンを得るため、露光領域の幅と非露光領域の幅とが同一（デューティ比Ｌ／Ｓが１）になるのが通常であり、デューティ比を１から大きく異ならせるのは極めて困難である。これに対して、本発明に係る製造方法によれば、金属膜１２Ｍの形成時はデューティ比が１であっても、形成する誘電体膜１２Ｄ２の膜厚を変化させることで容易に偏光素子１の光学特性を弔意制することができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、微細構造を有する光学素子を偏光素子として用いる例を示したが、その他にも回折素子やＰＢＳ（Polarized Beam Splitter）、位相差板として用いることも可能である。また、本実施の形態では、プロジェクタとして投射型のものを例示したが、直視型のプロジェクタに対しても、上記偏光素子１を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態に係るプロジェクタの概略構成図。
【図２】図１のプロジェクタに備えられた偏光素子の斜視構成図。
【図３】同、平面構成図及び断面構成図（作用説明図）。
【図４】図１のプロジェクタに備えられた液晶装置の全体構成図。
【図５】同、等価回路図。
【図６】同、概略断面図。
【図７】偏光素子の製造工程を示す断面工程図。
【図８】偏光素子の要部を拡大して示す断面構成図。
【図９】偏光素子の要部を拡大して示す断面構成図。
【図１０】図８に示す偏光素子の光学特性を示すグラフ。
【図１１】図９に示す偏光素子の光学特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５１】
１，８３１〜８３６…偏光素子（光学素子）、１１Ａ…基板、１２…ワイヤーグリッド、１３…溝、８２２〜８２４  液晶装置（光変調装置）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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