(57)【要約】【課題】透過率およびコントラストの双方を向上可能なワイヤーグリッド型偏光素子、その製造方法、かかるワイヤーグリッド型偏光素子を備えた液晶装置、および投射型表示装置を提供すること。【解決手段】ワイヤーグリッド型偏光素子１は、石英ガラスや耐熱ガラスなどといった透光性基板１０の一方の基板面１５に複数列の金属格子２０を備えている。基板面１５には、金属格子２０に沿って複数列の溝状凹部１１が形成されており、複数列の溝状凹部１１内に金属格子２０が埋め込まれている。このため、ワイヤーグリッド型偏光素子１において、透光性基板１０の基板面１５は、金属格子２０が形成されている領域、および金属格子２０が形成されていない領域の双方が連続した平滑面を構成している。金属格子２０のピッチは７０ｎｍであり、金属格子断面のアスペクト比は１：１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板の基板面に複数列の金属格子を備えたワイヤーグリッド型偏光素子において、
前記基板面には、前記金属格子に沿って複数列の溝状凹部が形成され、
当該複数列の溝状凹部内に前記金属格子が埋め込まれていることを特徴とするワイヤーグリッド型偏光素子。
【請求項２】
前記金属格子の長手方向に対して垂直な方向に振動する偏光成分の透過率が、４６０ｎｍから７８０ｎｍの波長帯域の全域にわたって８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤーグリッド型偏光素子。
【請求項３】
前記基板面には透光性保護層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤーグリッド型偏光素子。
【請求項４】
前記透光性基板の両面のうち、少なくとも一方には反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のワイヤーグリッド型偏光素子。
【請求項５】
透光性基板の基板面に複数列の金属格子を備えたワイヤーグリッド型偏光素子の製造方法において、
前記金属格子を形成する前の前記基板面に対して、前記金属格子を形成すべき領域に溝状開口部を備えたエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、
前記基板面にエッチングを施して当該基板面において前記溝状開口部と重なる領域に溝状凹部を形成するエッチング工程と、
前記金属格子を形成すべき金属膜により前記溝状凹部を埋める金属膜形成工程と、
前記基板面に研磨処理を施して、前記溝状凹部に前記金属膜を残す一方、前記溝状凹部からはみ出た前記金属膜を除去する研磨工程と、
を有することを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項６】
前記マスク形成工程では、前記基板面に感光性樹脂を塗布した後、露光および現像を行なって前記エッチングマスクを形成することを特徴とする請求項５に記載のワイヤーグリッド型偏光素子の製造方法。
【請求項７】
前記マスク形成工程では、前記基板面にマスク材料層を形成した後、型部材において前記溝状開口部に対応する部分に突起を備えた成形面を押し付けて前記突起の形成パターンを前記マスク材料層に転写し、前記溝状開口部が薄くなった前記エッチングマスクを形成することを特徴とする請求項６に記載のワイヤーグリッド型偏光素子の製造方法。
【請求項８】
前記研磨工程では、前記研磨処理として化学機械研磨処理を行なうことを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項に記載のワイヤーグリッド型偏光素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至４の何れか一項に記載のワイヤーグリッド型偏光素子を用いたことを特徴とする液晶装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の液晶装置を用いた投射型表示装置であって、
前記液晶装置に光を入射させる光源部と、
前記液晶装置によって光変調された光を拡大投射する投射光学系と、
を有してい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、ワイヤーグリッド型偏光素子、その製造方法、液晶装置および投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤーグリッド型偏光素子は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、透光性基板１０Ａの基板面に複数列の金属格子２０Ａを備えており、金属格子２０Ａのピッチ（周期）が入射光の波長より短ければ、金属格子２０Ａの長手方向に対して垂直な方向に振動する偏光成分については透過する一方、金属格子２０Ａの長手方向に対して平行な方向に振動する偏光成分については反射する。
【０００３】
かかるワイヤーグリッド型偏光素子１Ａは、従来、透光性基板１０Ａの基板面に金属膜を形成した後、金属膜の表面に、金属格子２０Ａを形成すべき領域に溝状開口部を備えたエッチングマスクを形成し、この状態で、金属膜をパターニングすることにより、製造される。
【０００４】
また、エッチングマスクを形成するにあたっては、金属膜の表面に樹脂を塗布した後、型部材に形成した凹凸パターンを転写して、金属格子２０Ａを形成すべき領域に溝状開口部を備えたレジストマスクを得る方法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−８４７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ワイヤーグリッド型偏光素子１Ａでは、金属格子２０Ａは入射光の一部を吸収するため、金属格子２０Ａのピッチが入射光の波長より短い場合でも、金属格子２０Ａの長手方向に対して垂直な方向に振動する偏光成分を１００％透過することができない。このため、ワイヤーグリッド型偏光素子１Ａの性能は、「透過率（Transmittance）」および「コントラスト（Contrast）」で表される。「透過率」は、金属格子２０Ａの長手方向に対し垂直な方向に振動する偏光成分の透過率であり、「コントラスト」は、金属格子２０Ａの長手方向に対して垂直な方向に振動する偏光成分の透過率を、金属格子２０Ａの長手方向に対して並行な方向に振動する偏光成分の透過率で割った値である。
【０００６】
ここで、「コントラスト」を高めるには、金属格子２０のピッチが入射光の波長に比べてかなり短くなければならず、「透過率」を高めるには、金属格子２０の幅寸法を狭くし、かつ、金属格子２０の幅寸法と厚さ寸法とが所定の条件を満たす必要がある。
【０００７】
しかしながら、従来のように、金属膜に対するエッチングにより金属格子２０Ａを形成する方法では、金属格子２０Ａの幅寸法や厚さ寸法が金属膜に対するエッチング精度、金属膜を成膜した際の膜厚精度の双方の影響を受ける。このため、例えば、金属格子２０Ａのピッチを１４０ｎｍ程度とするのが限界であるなどの制約があるため、「透過率」および「コントラスト」については、図８に示す性能を得るのが限界であり、「透過率」は、可視光帯域内で大きな差があるなどの問題点がある。
【０００８】
このため、従来のワイヤーグリッド型偏光素子１Ａを用いた液晶装置を投射型表示装置において赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光に対するライトバルブとして用いた場合、赤色（Ｒ）の光については光量が低下するなどの問題点がある。
【０００９】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、「透過率」および「コントラスト」の双方を向上可能なワイヤーグリッド型偏光素子、その製造方法、かかるワイヤーグリッド型偏光素子を備えた液晶装置、およびかかる液晶装置を備えた投射型表示装置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に、本発明では、透光性基板の基板面に複数列の金属格子を備えたワイヤーグリッド型偏光素子において、前記基板面には、前記金属格子に沿って複数列の溝状凹部が形成され、当該複数列の溝状凹部内に前記金属格子が埋め込まれていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明では、透光性基板の基板面に複数列の金属格子を備えたワイヤーグリッド型偏光素子の製造方法において、前記金属格子を形成する前の前記基板面に対して、前記金属格子を形成すべき領域に溝状開口部を備えたエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、前記基板面にエッチングを施して当該基板面において前記溝状開口部と重なる領域に溝状凹部を形成するエッチング工程と、前記金属格子を形成すべき金属膜により前記溝状凹部を埋める金属膜形成工程と、前記基板面に研磨処理を施して、前記溝状凹部に前記金属膜を残す一方、前記溝状凹部からはみ出た前記金属膜を除去する研磨工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、透光性基板の基板面に複数列の溝状凹部が形成され、当該複数列の溝状凹部内に金属格子が埋め込まれているため、金属膜に対するエッチングにより、金属格子を形成する必要がない。このため、金属格子の幅寸法およびピッチは、透光性基板の基板面に形成した溝状凹部の幅寸法およびピッチにより規定され、金属膜に対するエッチング精度の影響を受けないので、金属格子の幅寸法を７０ｎｍ未満、例えば、３５ｎｍまで小さくでき、金属格子のピッチを１４０ｎｍ未満、例えば、７０ｎｍにまで小さくすることができる。また、金属格子の厚さ寸法は、透光性基板の基板面に形成した溝状凹部の深さにより規定され、金属膜を成膜した際の膜厚精度の影響を受けないので、金属格子の厚さ寸法と幅寸法の比を例えば正確に１：１に設定することもできる。それ故、ワイヤーグリッド型偏光素子の「透過率」および「コントラスト」の双方を向上することができる。
【００１３】
本発明では、前記金属格子の長手方向に対して垂直な方向に振動する偏光成分の透過率が、４６０ｎｍから７８０ｎｍの波長帯域の全域にわたって８０％以上であることが好ましい。
【００１４】
本発明において、前記基板面には透光性保護層が形成されていることが好ましい。本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子では、基板面に形成した複数列の溝状凹部内に前記金属格子が埋め込まれているため、基板面は平滑面になっている。このため、基板面に透光性保護層を均一な厚さに容易に形成することができる。
【００１５】
本発明において、前記透光性基板の両面のうち、少なくとも一方には反射防止膜が形成されていることが好ましい。このように構成すると、反射損失を低くできるので、ワイヤーグリッド型偏光素子の「透過率」を向上することができる。
【００１６】
本発明に係るワイヤーグリッド型偏光素子の製造方法において、前記マスク形成工程では、前記基板面に感光性樹脂を塗布した後、露光および現像を行なって前記エッチングマスクを形成する。本発明において、「露光」とは、紫外光による露光に限らず、極端紫外光（EUV：Extreme Ultra Violet）、電子線、Ｘ線などによる露光も含む意味である。
【００１７】
本発明に係るワイヤーグリッド型偏光素子の製造方法において、前記マスク形成工程では、前記基板面にマスク材料層を形成した後、型部材において前記溝状開口部に対応する部分に突起を備えた成形面を押し付けて前記突起の形成パターンを前記マスク材料層に転写し、前記溝状開口部が薄くなった前記エッチングマスクを形成する構成を採用してもよい。かかる構成によれば、露光、現像などといった多大な手間や硬化な装置を用いなくてもエッチングマスクを形成することができる。
【００１８】
本発明に係るワイヤーグリッド型偏光素子の製造方法において、前記研磨工程では、前記研磨処理として化学機械研磨処理を行なうことが好ましい。このように構成すると、溝状凹部からはみ出た金属膜を除去できるとともに、基板面自身も研磨できるため、基板面を平滑面に仕上げることができる。
【００１９】
本発明に係るワイヤーグリッド型偏光素子は、例えば、液晶装置に用いることができ、かかる液晶装置は、モバイルコンピュータや携帯電話機などといった電子機器の表示部として用いることができるとともに、投射型表示装置においてライトバルブとして用いることができる。投射型表示装置は、前記液晶装置に光を入射させる光源部と、前記液晶装置によって光変調された光を拡大投射する投射光学系と、を有しており、光源部から出射された光を液晶装置によって光変調し、投射光学系により拡大投射することができる。
【００２０】
本発明は、３つの液晶装置を各々、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応するライトバルブとして用いた投射型表示装置に用いた構成を採用できる他、光源部から出射された光を、カラーフィルタを内蔵の液晶装置で光変調して投射光学系により拡大投射する構成を採用することもできる。これらいずれの投射型表示装置の場合でも、本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子を用いれば、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）のいずれの色光に対しても高い透過率を得ることができるので、品位の高いカラー画像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。なお、以下の説明においては、図７を参照して説明した構成との対比が分りやすいように、共通する部分には同一の符号を付して説明する。
【００２２】
［本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子］
（ワイヤーグリッド型偏光素子の構造）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子の構成を模式的に示す断面図、および平面図である。
【００２３】
図１（ａ）、（ｂ）において、本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１は、石英ガラスや耐熱ガラスなどといった透光性基板１０の一方の基板面１５に複数列の金属格子２０を備えている。金属格子２０は、例えば、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、タングステン、インジウム、ビスマス、それらの合金の単層膜あるいは多層膜などからなる遮光性の金属膜から構成されている。
【００２４】
本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１において、基板面１５には、金属格子２０に沿って複数列の溝状凹部１１が形成されており、複数列の溝状凹部１１内に金属格子２０が埋め込まれている。このため、ワイヤーグリッド型偏光素子１において、透光性基板１０の基板面１５は、金属格子２０が形成されている領域、および金属格子２０が形成されていない領域の双方が連続した平滑面を構成している。
【００２５】
本形態において、ワイヤーグリッド型偏光素子１は、金属格子２０の幅寸法（溝状凹部１１の開口幅寸法）および金属格子２０の間隔がいずれも３５ｎｍであり、金属格子２０のピッチは７０ｎｍである。また、金属格子２０の厚さ寸法（溝状凹部１１の深さ寸法）も３５ｎｍであり、金属格子断面のアスペクト比（溝状凹部１１のアスペクト比）は１：１である。
【００２６】
また、本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１では、透光性基板１０の基板面１５に、シリコン酸化膜などの金属酸化膜や、シリコン窒化膜などの金属窒化膜などからなる表面保護層３０が形成されている。
【００２７】
このように構成したワイヤーグリッド型偏光素子１では、金属格子２０のピッチ（周期）は入射光の波長より短い場合、金属格子２０の長手方向に対して垂直な方向に振動する偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分）については透過する一方、金属格子２０の長手方向に対して平行な方向に振動する偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分）については反射する。
【００２８】
（ワイヤーグリッド型偏光素子１の製造方法）
以下、図２（ａ）〜（ｇ）を参照して、本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１の製造方法を説明しながら、本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１の構成を詳述する。図２（ａ）〜（ｇ）は、本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子１の製造方法を示す工程断面図である。
【００２９】
本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１を製造するには、まず、図２（ａ）に示すように、両面が平滑な透光性基板１０を準備する。
【００３０】
次に、透光性基板１０の両面のうち、ワイヤーグリッド型偏光素子１の光入射面となる側の基板面１５にエッチングマスクを形成するマスク形成工程を行なう。
【００３１】
それには、図２（ｂ）に示すように、透光性基板１０の基板面１５に感光性樹脂６０を塗布した後、図２（ｃ）に示すように、露光マスク６４を介して感光性樹脂６０を露光させる。次に、感光性樹脂６０を現像し、しかる後に、ベーク処理を行なって、図２（ｄ）に示すように、金属格子２０を形成すべき領域に溝状開口部６２を備えたエッチングマスク６１（レジストマスク）を形成する。ここで、溝状開口部６２の開口幅寸法は３５ｎｍであり、溝状開口部６２の間に位置する部分の間隔は３５ｎｍであるため、溝状開口部６２のピッチは７０ｎｍである。なお、図２（ｃ）では、露光マスク６４を介してポジ型の感光性樹脂６０に紫外光を照射してエッチングマスク６１を形成したが、紫外光としては極端紫外光を用いてもよく、紫外光に代えて、電子線やＸ線などを感光性樹脂を露光してもよく、この場合、露光マスク６１を用いずに直接描画を行なってもよい。
【００３２】
次に、図２（ｅ）に示すように、透光性基板１０の基板面１５にエッチングマスク６１を形成した状態のままで、透光性基板１０の基板面１５にエッチングを行い、溝状凹部１１を形成する。本形態では、かかるエッチングとして、フッ素および酸素を含有するエッチングガスを用いて異方性ドライエッチング、例えば、反応性イオンエッチング （Reactive Ion Etching）を行なう。その結果、基板面１５において、エッチングマスク６１の溝状開口部６２において露出していた部分が３５ｎｍの深さにエッチングされて溝状凹部１１が形成される一方、エッチングマスク６１もエッチングされて薄くなる。
【００３３】
次に、図２（ｆ）に示すように、透光性基板１０の基板面１５からエッチングマスク６１を除去した後、図２（ｇ）に示すように、基板面１５の全面に金属格子２０を形成すべき金属膜２１を形成し、金属膜２１によって、溝状凹部１１を完全に埋める。その際、金属膜２１は溝状凹部１１の外側にも形成される。本形態では、金属膜２１として、例えば、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、タングステン、インジウム、ビスマス、それらの合金の単層膜、あるいはこれらの金属の多層膜を真空蒸着法やスパッタ法などにより、３５ｎｍ以上の膜厚に形成する。
【００３４】
次に、透光性基板１０の基板面１５に研磨工程を行なって、溝状凹部１１に金属膜２１を残す一方、溝状凹部１１からはみ出た金属膜２１を除去し、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、金属格子２０を形成する。本形態では、研磨工程において化学機械研磨を行なう。この化学機械研磨では、研磨液に含まれる化学成分の作用と、研磨剤と透光性基板１０との相対移動によって、高速で平滑な研磨面を得ることができる。より具体的には、研磨装置において、不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂などからなる研磨布（パッド）を貼り付けた定盤と、透光性基板１０を保持するホルダとを相対回転させながら、研磨を行なう。その際、例えば、平均粒径が０．０１〜２０μｍの酸化セリウム粒子、分散剤としてのアクリル酸エステル誘導体、および水を含む研磨剤を研磨布と透光性基板１０の基板面１５との間に供給する。なお、本形態では、透光性基板１０の基板面１５が露出するまで研磨を行なった後、透光性基板１０の基板面１５もわずかに研磨する。
【００３５】
次に、透光性基板１０の基板面１５に対して表面保護層３０を形成する。本形態では、表面保護層３０として、シリコン酸化膜などの金属酸化膜や、シリコン窒化膜などの金属窒化膜などをＣＶＤ法などにより形成する。
【００３６】
その結果、透光性基板１０の基板面１５に形成された溝状凹部１１内に金属格子２０が埋め込まれているとともに、透光性基板１０の基板面１５に表面保護層３０が形成されたワイヤーグリッド型偏光素子１が完成する。
【００３７】
（ワイヤーグリッド型偏光素子１の別の製造方法）
図３（ａ）〜（ｇ）は、本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子１の別の製造方法を示す工程断面図である。
【００３８】
本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１を製造するには、まず、図３（ａ）に示すように、両面が平滑な透光性基板１０を準備する。
【００３９】
次に、透光性基板１０の両面のうち、ワイヤーグリッド型偏光素子１の光入射面となる側の基板面１５にエッチングマスクを形成するマスク形成工程を行なう。
【００４０】
それには、図３（ｂ）に示すように、透光性基板１０の基板面１５にマスク材料層６５としての感光性樹脂層を塗布した後、図３（ｃ）に示すように、ナノプリント用の型部材７０において突起７１を備えた成形面をマスク材料層６５に押し付けて突起７１の形成パターンをマスク材料層６５に転写する。その間、透光性基板１０の側からマスク材料層６５に紫外光を照射してマスク材料層６５を硬化させる。次に、型部材７０を透光性基板１０の側から引き離す。その結果、図３（ｄ）に示すように、透光性基板１０の基板面１５には、突部７１に押圧されて薄くなった溝状開口部６７を備えたエッチングマスク６６が形成される。ここで、型部材７０の突起７１およびエッチングマスク６６の溝状開口部６７はいずれも、図１（ａ）、（ｂ）を参照して説明したワイヤーグリッド型偏光素子１の溝状凹部１１に対応する寸法を有している。すなわち、型部材７０における突起７１の高さ、幅寸法、間隔はいずれも３５ｎｍであり、エッチングマスク６６の溝状開口部６２の深さ寸法、開口幅寸法、間隔はいずれも３５ｎｍである。
【００４１】
このような方法によれば、エッチングマスク６６を形成する際、露光、現像などといった多大な手間や高価な装置が必要な工程を必要としないという利点がある。なお、マスク材料層６５として熱硬化性樹脂層を形成した場合には、マスク材料層６５に型部材７０を押し付けている間に加熱し、マスク材料層６５を硬化させる。
【００４２】
次に、透光性基板１０の基板面１５にエッチングマスク６６を形成した状態のままで、透光性基板１０の基板面１５にエッチングを行い、溝状凹部１１を形成する。本形態では、かかるエッチングとして、フッ素および酸素を含有するエッチングガスを用いて異方性ドライエッチングを行なう。その結果、エッチングマスク６６がエッチングされていくうちに、エッチングマスク６６の溝状開口部６７に相当する部分では透光性基板１０の基板面１５が部分的に露出し、さらにエッチングを続けていくと、透光性基板１０の露出した部分が３５ｎｍの深さにエッチングされて、溝状凹部１１が形成される。
【００４３】
次に、図３（ｆ）に示すように、透光性基板１０の基板面１５からエッチングマスク６６を除去した後、図３（ｇ）に示すように、基板面１５の全面に金属格子２０を形成すべき金属膜２１を形成し、金属膜２１によって、溝状凹部１１を完全に埋める。その結果、金属膜２１は溝状凹部１１の外側にも形成される。
【００４４】
次に、透光性基板１０の基板面１５に研磨工程を行なって、溝状凹部１１に金属膜を残す一方、溝状凹部１１からはみ出た金属膜２１を除去し、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、金属格子２０を形成する。本形態でも、研磨工程において化学機械研磨を行ない、透光性基板１０の基板面１５が露出するまで研磨を行なった後、透光性基板１０の基板面１５もわずかに研磨する。
【００４５】
次に、透光性基板１０の基板面１５に対して表面保護層３０を形成する。本形態では、表面保護層３０として、シリコン酸化膜などの金属酸化膜や、シリコン窒化膜などの金属窒化膜などをＣＶＤ法などにより、形成する。その結果、透光性基板１０の基板面１５に形成された溝状凹部１１内に金属格子２０が埋め込まれているとともに、透光性基板１０の基板面１５に表面保護層３０が形成されたワイヤーグリッド型偏光素子１が完成する。
【００４６】
（本形態の効果）
図４は、本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子の透過率特性、およびコントラスト特性を示すグラフである。
【００４７】
以上説明したように、本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子１では、透光性基板１０の基板面１５に複数列の溝状凹部１１が形成され、複数列の溝状凹部１１内に金属格子２０が埋め込まれているため、金属膜に対するエッチングにより、金属格子２０を形成する必要がない。このため、金属格子２０の幅寸法およびピッチは、透光性基板１０の基板面１５に形成した溝状凹部１１の幅寸法およびピッチにより規定され、金属膜に対するエッチング精度の影響を受けないので、金属格子２０の幅寸法を７０ｎｍ未満、例えば、３５ｎｍにまで小さくすることができ、金属格子２０のピッチを１４０ｎｍ未満、例えば、７０ｎｍにまで小さくすることができる。
【００４８】
また、金属格子２０の厚さ寸法は、透光性基板１０の基板面１５に形成した溝状凹部１１の深さにより規定され、金属膜２１を成膜した際の膜厚精度の影響を受けないので、金属格子２０の厚さ寸法と幅寸法の比を例えば正確に１：１に設定することもできる。
【００４９】
それ故、本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１は、図４に示すような透過率特性、およびコントラスト特性を備えており、金属格子２０の長手方向に対して垂直な方向に振動する偏光成分の「透過率」が、４６０ｎｍから７８０ｎｍの波長帯域の全域にわたって８０％以上である。また、本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１は、金属格子２０の長手方向に対して垂直な方向に振動する偏光成分の透過率を、金属格子２０の長手方向に対して並行な方向に振動する偏光成分の透過率で割った値（コントラスト）が、４６０ｎｍから７８０ｎｍの波長帯域の全域にわたって１７００００以上である。
【００５０】
よって、本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１を用いて液晶装置を構成し、かかる液晶装置を、モバイルコンピュータや携帯電話機などといった電子機器のカラー表示部として用いる場合や、図６を参照して後述するカラー表示用の投射型表示装置のライトバルブに用いると、赤色（Ｒ）、青色（Ｇ）、緑色（Ｇ）のいずれの色光に対しても高い透過率を得ることができるので、品位の高いカラー画像を表示することができる。
【００５１】
また、本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１では、基板面１５に形成した複数列の溝状凹部１１内に金属格子２０が埋め込まれているため、基板面１５は平滑面になっている。このため、基板面１５に透光性保護層を均一な厚さに容易に形成することができる。
【００５２】
［本発明を適用した別のワイヤーグリッド型偏光素子］
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した別のワイヤーグリッド型偏光素子１の構成を模式的に示す断面図、および平面図である。
【００５３】
図５（ａ）、（ｂ）において、本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１は、石英ガラスや耐熱ガラスなどといった透光性基板１０の基板面１５に複数列の金属格子２０を備えている。金属格子２０は、例えば、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、タングステン、インジウム、ビスマス、それらの合金の単層膜あるいは多層膜から構成されている。
【００５４】
本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１において、基板面１５には、金属格子２０に沿って複数列の溝状凹部１１が形成されており、複数列の溝状凹部１１内に金属格子２０が埋め込まれている。このため、ワイヤーグリッド型偏光素子１において、透光性基板１０の基板面１５は、金属格子２０が形成されている領域、および金属格子２０が形成されていない領域の双方が連続した平滑面を構成している。また、本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１では、透光性基板１０の基板面１５に、シリコン酸化膜などの金属酸化膜や、シリコン窒化膜などの金属窒化膜などからなる表面保護層３０が形成されている。
【００５５】
さらに、本形態において、ワイヤーグリッド型偏光素子１は、その両面（基板面１５の側および基板面１６）に反射防止層４１、４２が形成されており、本形態において、反射防止層４１、４２は、シリコン酸化膜とチタン酸化膜とが例えば５層、積層された構造を備えている。
【００５６】
このように構成したワイヤーグリッド型偏光素子１は、優れた透過率特性を備えている。また、本形態のワイヤーグリッド型偏光素子１では、基板面１５に形成した複数列の溝状凹部１１内に金属格子２０が埋め込まれているため、基板面１５は平滑面になっている。このため、基板面１５に透光性保護層および反射防止層４１、４２を均一な厚さに容易に形成することができる。
【００５７】
［投射型表示装置への適用例］
（ライトバルブ３枚タイプの投射型表示装置）
図６（ａ）、（ｂ）を参照して、本形態の液晶装置１００をライトバルブとして用いたプロジェクタ（投射型表示装置）を説明する。図６（ａ）、（ｂ）は各々、プロジェクタの概略構成図である。
【００５８】
図６（ａ）に示すプロジェクタ１１０は、観察者側に設けられたスクリーン１１１に光を照射し、このスクリーン１１１で反射した光を観察する、いわゆる投影型のプロジェクタである。そして、プロジェクタ１１０は、光源１１２、ダイクロイックミラー１１３、１１４、およびリレー系１２０などを備えた光源部１４０と、液晶ライトバルブ１１５〜１１７（液晶装置１００）と、クロスダイクロイックプリズム１１９（合成光学系）と、投射光学系１１８とを備えている。
【００５９】
光源１１２は、赤色光、緑色光および青色光を含む光を供給する超高圧水銀ランプで構成されている。ダイクロイックミラー１１３は、光源１１２からの赤色光を透過させると共に緑色光および青色光を反射する構成となっている。また、ダイクロイックミラー１１４は、ダイクロイックミラー１１３で反射された緑色光および青色光のうち青色光を透過させると共に緑色光を反射する構成となっている。このように、ダイクロイックミラー１１３、１１４は、光源１１２から出射した光を赤色光と緑色光と青色光とに分離する色分離光学系を構成する。
【００６０】
ここで、ダイクロイックミラー１１３と光源１１２との間には、インテグレータ１２１および偏光変換素子１２２が光源１１２から順に配置されている。インテグレータ１２１は、光源１１２から照射された光の照度分布を均一化する構成となっている。また、偏光変換素子１２２は、光源１１２からの光を例えばｓ偏光のような特定の振動方向を有する偏光にする構成となっている。
【００６１】
液晶ライトバルブ１１５は、ダイクロイックミラー１１３を透過して反射ミラー１２３で反射した赤色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。液晶ライトバルブ１１５は、λ／２位相差板１１５ａ、第１偏光板１１５ｂ、液晶パネル１１５ｃおよび第２偏光板１１５ｄを備えている。ここで、液晶ライトバルブ１１５に入射する赤色光は、ダイクロイックミラー１１３を透過しても光の偏光は変化しないことから、ｓ偏光のままである。
【００６２】
λ／２位相差板１１５ａは、液晶ライトバルブ１１５に入射したｓ偏光をｐ偏光に変換する光学素子である。また、第１偏光板１１５ｂは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル１１５ｃは、ｐ偏光を画像信号に応じた変調によってｓ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。さらに、第２偏光板１１５ｄは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ１１５は、画像信号に応じて赤色光を変調し、変調した赤色光をクロスダイクロイックプリズム１１９に向けて射出する構成となっている。
【００６３】
なお、λ／２位相差板１１５ａおよび第１偏光板１１５ｂは、偏光を変換させない透光性のガラス板１１５ｅに接した状態で配置されており、λ／２位相差板１１５ａおよび第１偏光板１１５ｂが発熱によって歪むのを回避することができる。
【００６４】
液晶ライトバルブ１１６は、ダイクロイックミラー１１３で反射した後にダイクロイックミラー１１４で反射した緑色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、液晶ライトバルブ１１６は、液晶ライトバルブ１１５と同様に、第１偏光板１１６ｂ、液晶パネル１１６ｃおよび第２偏光板１１６ｄを備えている。液晶ライトバルブ１１６に入射する緑色光は、ダイクロイックミラー１１３、１１４で反射されて入射するｓ偏光である。第１偏光板１１６ｂは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。また、液晶パネル１１６ｃは、ｓ偏光を画像信号に応じた変調によってｐ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。そして、第２偏光板１１６ｄは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ１１６は、画像信号に応じて緑色光を変調し、変調した緑色光をクロスダイクロイックプリズム１１９に向けて射出する構成となっている。
【００６５】
液晶ライトバルブ１１７は、ダイクロイックミラー１１３で反射し、ダイクロイックミラー１１４を透過した後でリレー系１２０を経た青色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、液晶ライトバルブ１１７は、液晶ライトバルブ１１５、１１６と同様に、λ／２位相差板１１７ａ、第１偏光板１１７ｂ、液晶パネル１１７ｃおよび第２偏光板１１７ｄを備えている。ここで、液晶ライトバルブ１１７に入射する青色光は、ダイクロイックミラー１１３で反射してダイクロイックミラー１１４を透過した後にリレー系１２０の後述する２つの反射ミラー１２５ａ、１２５ｂで反射することから、ｓ偏光となっている。
【００６６】
λ／２位相差板１１７ａは、液晶ライトバルブ１１７に入射したｓ偏光をｐ偏光に変換する光学素子である。また、第１偏光板１１７ｂは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル１１７ｃは、ｐ偏光を画像信号に応じた変調によってｓ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。さらに、第２偏光板１１７ｄは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ１１７は、画像信号に応じて青色光を変調し、変調した青色光をクロスダイクロイックプリズム１１９に向けて射出する構成となっている。なお、λ／２位相差板１１７ａおよび第１偏光板１１７ｂは、ガラス板１１７ｅに接した状態で配置されている。
【００６７】
リレー系１２０は、リレーレンズ１２４ａ、１２４ｂと反射ミラー１２５ａ、１２５ｂとを備えている。リレーレンズ１２４ａ、１２４ｂは、青色光の光路が長いことによる光損失を防止するために設けられている。ここで、リレーレンズ１２４ａは、ダイクロイックミラー１１４と反射ミラー１２５ａとの間に配置されている。また、リレーレンズ１２４ｂは、反射ミラー１２５ａ、１２５ｂの間に配置されている。反射ミラー１２５ａは、ダイクロイックミラー１１４を透過してリレーレンズ１２４ａから出射した青色光をリレーレンズ１２４ｂに向けて反射するように配置されている。また、反射ミラー１２５ｂは、リレーレンズ１２４ｂから出射した青色光を液晶ライトバルブ１１７に向けて反射するように配置されている。
【００６８】
クロスダイクロイックプリズム１１９は、２つのダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂをＸ字型に直交配置した色合成光学系である。ダイクロイック膜１１９ａは青色光を反射して緑色光を透過する膜であり、ダイクロイック膜１１９ｂは赤色光を反射して緑色光を透過する膜である。従って、クロスダイクロイックプリズム１１９は、液晶ライトバルブ１１５〜１１７のそれぞれで変調された赤色光と緑色光と青色光とを合成し、投射光学系１１８に向けて射出するように構成されている。
【００６９】
なお、液晶ライトバルブ１１５、１１７からクロスダイクロイックプリズム１１９に入射する光はｓ偏光であり、液晶ライトバルブ１１６からクロスダイクロイックプリズム１１９に入射する光はｐ偏光である。このようにクロスダイクロイックプリズム１１９に入射する光を異なる種類の偏光としていることで、クロスダイクロイックプリズム１１９において各液晶ライトバルブ１１５〜１１７から入射する光を有効に合成できる。ここで、一般に、ダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂはｓ偏光の反射特性に優れている。このため、ダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂで反射される赤色光および青色光をｓ偏光とし、ダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂを透過する緑色光をｐ偏光としている。投射光学系１１８は、投影レンズ（図示略）を有しており、クロスダイクロイックプリズム１１９で合成された光をスクリーン１１１に投射するように構成されている。
【００７０】
このように構成したプロジェクタ１１０において、第１偏光板１１５ｂ、第２偏光板１１５ｄ、第１偏光板１１６ｂ、第２偏光板１１６ｄ、第１偏光板１１７ｂ、第２偏光板１１７ｄとして、本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子１を用いると、赤色（Ｒ）、青色（Ｇ）、緑色（Ｇ）のいずれの色光に対しても高い透過率を得ることができるので、第１偏光板１１５ｂ、第２偏光板１１５ｄ、第１偏光板１１６ｂ、第２偏光板１１６ｄ、第１偏光板１１７ｂ、第２偏光板１１７ｄとして同一構造の偏光板を用いた場合でも、品位の高いカラー画像を表示することができる。
【００７１】
（ライトバルブ１枚タイプの投射型表示装置）
図６（ｂ）に示すプロジェクタ２１０（投射型表示装置）では、１枚の液晶装置１００でカラー画像をスクリーン２１１に投射表示する。すなわち、プロジェクタ２１０は、白色光源２１２、インテグレータ２２１および偏光変換素子２２２を備えた光源部２４０と、液晶装置１００と、投射光学系２１８とを備えている。なお、液晶装置１００では、カラーフィルタ内蔵の液晶パネル１００ａの両側に第１偏光板２１６ａおよび第２偏光板２１６ｂが配置されている。
【００７２】
このように構成したプロジェクタ１１０において、第１偏光板２１６ａおよび第２偏光板１１６ｂとして、本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子１を用いると、赤色（Ｒ）、青色（Ｇ）、緑色（Ｇ）のいずれの色光に対しても高い透過率を得ることができるので、品位の高いカラー画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子の構成を模式的に示す断面図、および平面図である。
【図２】本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子の別の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】本発明を適用したワイヤーグリッド型偏光素子の透過率特性、およびコントラスト特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した別のワイヤーグリッド型偏光素子の構成を模式的に示す断面図、および平面図である。
【図６】本発明を適用したプロジェクタの構成図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は各々、従来のワイヤーグリッド型偏光素子の構成を模式的に示す断面図、および平面図である。
【図８】従来のワイヤーグリッド型偏光素子の透過率特性、およびコントラスト特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１・・ワイヤーグリッド型偏光素子、１０・・透光性基板、１１・・溝状凹部、１５・・基板面、２０・・金属格子
【図１】
2009031392.tif 000003
【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】
2009031392.tif 000008
【図７】
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【図８】
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