(57)【要約】【課題】接着剤のはみ出し、偏光分離素子の界面剥離および接着耐久性の低下などによる偏光変換効率の低下を回避するとともに、取り扱い易く、しかも作業性に優れた偏光変換素子の製造方法および偏光変換素子を提供する。【解決手段】偏光分離素子１１の光射出面側に水晶を用いて構成された位相差板１３を備えた偏光変換素子１０は、透光性を有する支持基板１２の一方の面にエッチング防止機能を有するエッチングストップ層１４を形成するエッチングストップ層形成工程と、エッチングストップ層１４の表面に水晶板１３０を貼り合わせる水晶板貼り合せ工程と、偏光分離素子１１の偏光分離膜１１ｂまたは反射膜１１ｃのうちのどちらか一方の光が入射する水晶板１３０の領域をエッチングして複数の位相差板１３を格子状に形成するエッチング工程と、位相差板が形成された支持基板１２を偏光分離素子１１の光射出面に貼着する支持基板貼着工程とを含み製造される。【選択図】図２
2009031535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光分離素子が、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、前記複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜および反射膜とを含み構成され、前記偏光分離素子の前記光射出面側に選択的に配置された位相差板が、水晶を用いて構成された偏光変換素子の製造方法であって、
透光性を有する支持基板の一方の面にエッチング防止機能を有するエッチングストップ層を形成するエッチングストップ層形成工程と、
前記エッチングストップ層の表面に水晶板を貼り合わせる水晶板貼り合せ工程と、
前記偏光分離素子の前記偏光分離膜を透過する光または前記反射膜で反射する光のうちのいずれか一方が入射する前記水晶板の領域をエッチングして複数の前記位相差板を格子状に形成するエッチング工程と、
前記位相差板が形成された前記支持基板を前記偏光分離素子の前記光射出面に貼着する支持基板貼着工程と、
を含むことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光変換素子の製造方法において、
前記エッチングストップ層形成工程において形成される前記エッチングストップ層は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜であることを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の偏光変換素子の製造方法において、
前記エッチング工程における水晶板のエッチングは、ウエットエッチング法を用いたことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の偏光変換素子の製造方法において、
前記水晶板貼り合せ工程において貼り合わされた前記水晶板を、所定の厚さに研磨する研磨工程を、さらに備えたことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項５】
偏光分離素子が、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、前記複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜および反射膜とを含み構成され、前記偏光分離素子の前記光射出面側に選択的に配置された位相差板が、水晶を用いて構成された偏光変換素子であって、
前記位相差板は透光性を有する支持基板の一方の面に前記偏光分離膜を透過する光または前記反射膜で反射する光のうちのいずれか一方が入射する領域がエッチング法を用いて格子状に形成されており、
前記位相差板が形成された前記支持基板の他方の面が前記偏光分離素子の前記光射出面に貼着して構成されたことを特徴とする偏光変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を投写表示するプロジェクタなどに用いられる偏光変換素子および偏光変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を投写表示するプロジェクタは、電気光学装置を用いて、照明光学系から射出された照明光を画像情報（画像信号）に応じて変調し、変調された光線束をスクリーン上に投写して画像が表示される。このようなプロジェクタによって表示される画像は、均一で明るいことが好ましく、これに用いられる照明光学系の光の利用効率が高いことが望まれる。
照明光学系には、一般的に、光の利用効率を向上させる観点から、光源から射出された非偏光な光（白色光）を複数の中間光線束に分割するインテグレータと、分割された複数の中間光線束を一種類の直線偏光光に変換するための偏光変換素子などが使用されている。
【０００３】
図５は、従来の一般的な偏光変換素子を説明するための模式図であり、図５（ａ）は偏光変換素子の斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）を＋ｚ軸方向から見た偏光変換素子の平面図である。
図５（ａ）および図５（ｂ）において、偏光変換素子５０は、入射した光を二種類の偏光光に分離するための偏光分離素子（ＰＢＳ）５１と、偏光分離素子５１の光射出面側に選択的に配置され、二種類の偏光光の一方を他方の偏光光に変換するための位相差板としての１／２λ位相差板５２とを備えている。なお、偏光変換素子５０に入射する光は、その主光線（中心軸）が、組み込まれて用いられるプロジェクタにおける照明光学系のシステム光軸７０に略平行に入射する。
【０００４】
偏光分離素子５１は、システム光軸７０に直交する光入射面と、光入射面に略平行な光射出面と、光入射面および光射出面と所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数の透光性基板としてのガラス材５１ａと、複数の界面に交互に設けられた複数の偏光分離膜５１ｂ（図中に実線で示す）および反射膜５１ｃ（図中に破線で示す）とを備えている。
複数の界面の光入射面（光射出面）との所定の角度は、一般的に４５°であり、ガラス材５１ａは、ｘ−ｙ軸方向において略平行四辺形の断面形状を有しｚ軸方向に延伸する柱状を成している。
【０００５】
偏光分離膜５１ｂは誘電体多層膜で形成され、入射した光線束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を、ｓ偏光の部分光線束（ｓ偏光光）とｐ偏光の部分光線束（ｐ偏光光）とに分離して、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過する機能を有する。一方、反射膜５１ｃは誘電体多層膜または金属膜で形成され、反射膜５１ｃに入射したｓ偏光光を反射する機能を有する。
【０００６】
１／２λ位相差板５２は、ストライプ状に配列して設けられた位相差層５２ａと開口層５２ｂとによって構成されている。位相差層５２ａは、ガラス材５１ａに形成された偏光分離膜５１ｂを透過したｐ偏光光が入射する光射出面側の面に配置され、入射するｐ偏光光を、偏光方向が直交するｓ偏光光に変換する機能を有している。一方、開口層５２ｂは、反射膜５１ｃで反射されて入射するｓ偏光光をそのまま透過する機能を有している。
このように機能する１／２λ位相差板５２は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムなどよりなる位相差層５２ａをトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムで挟み込んだ形態の位相差フィルムである。したがって、開口層５２ｂは、ＴＡＣフィルムにより構成されている。
【０００７】
なお、偏光変換素子５０は、偏光変換素子５０に入射する光が偏光分離膜５１ｂのみに入射し、反射膜５１ｃには入射しないように配列された遮光板６０（図５（ｂ）中に二点鎖線で示す）が、光入射面側に配設されて用いられる。
遮光板６０としては、アルミニウム板などの遮光性を有する金属板に開口部６０ａを設けて遮光部６０ｂを形成したものが例示される。その他の例として、ガラス板などの平板状の透明板に、クロムなどの遮光性の膜を遮光部（６０ｂ）としてストライプ状に形成したものが挙げられる。
【０００８】
このように構成された偏光変換素子５０は、図５（ｂ）に示すように、遮光板６０の開口部６０ａより偏光分離素子５１のガラス材５１ａに入射した光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が、偏光分離膜５１ｂにおいてｓ偏光光とｐ偏光光の２つの部分光線束に分離される。そして、偏光分離膜５１ｂで分離された一方のｓ偏光光が、反射膜５１ｃにおいて反射されるとともに、分離された他方のｐ偏光光が偏光分離膜５１ｂを透過して１／２λ位相差板５２においてｓ偏光光に変換される。すなわち、偏光変換素子５０において一種類の偏光光に変換されたｓ偏光光が、偏光変換素子５０からシステム光軸７０と略平行方向に射出される。
【０００９】
また、偏光変換素子５０は、偏光分離膜５１ｂで分離されて反射膜５１ｃにおいて反射されるｓ偏光光の光射出面に、１／２λ位相差板５２の位相差層５２ａを配置することにより、入射する光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が一種類のｐ偏光光に変換されて射出することができる偏光変換素子５０が得られる。
【００１０】
以上のように、偏光変換素子５０を構成する１／２λ位相差板５２として、有機材料系の位相差フィルムが用いられた従来の偏光変換素子５０は、光源から射出された光が通過することによって、位相差フィルムが黄変したり、発熱したりして、位相差フィルムの光学特性の劣化を招く。すなわち耐熱性および耐光性の信頼性に劣るという問題を有している。こうした問題に対応するために、１／２λ位相差板を水晶を用いて構成した偏光変換素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３０２５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、水晶で形成された１／２λ位相差板は、可視光波長域（略４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の略全帯域に対応する所定の機能を得るためには、３００ｎｍ程度の薄い板厚で構成される。また、偏光分離素子の光射出面に配置される１／２λ位相差板は、一般的に、特許文献１の各図中にも示されるように、短冊状に加工された多数の１／２λ位相差板を、偏光分離膜または反射膜に対応して一枚ずつ格子状に配列して、接着剤で貼り合わせて偏光変換素子が製造されている。短冊状の１／２λ位相差板は、短冊状に加工したり、その後の工程間の取り扱いにおいて、割れやクラックの発生などの不具合が発生し易く、しかも偏光分離素子に貼り合わせる際に、１／２λ位相差板の外周端面部に接着剤がはみ出し易く、その領域を通過する光の散乱による偏光変換効率の低下を招いている。
【００１３】
図６は、従来の１／２λ位相差板の外周端面部に接着剤がはみ出した状態を示す貼着部の正面部分画像である。図６において、偏光変換素子１００の光射出面に貼着された短冊状の１／２λ位相差板１０１は、外形形状に沿う外周端面部に接着剤１０２がはみ出している。接着剤１０２のはみ出しは、接着剤１０２の微細な量管理により、ある程度低減することは可能であるが、皆無にすることは容易でない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１５】
［適用例１］
本適用例にかかる偏光変換素子の製造方法は、偏光分離素子が、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、前記複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜および反射膜とを含み構成され、前記偏光分離素子の前記光射出面側に選択的に配置された位相差板が、水晶を用いて構成された偏光変換素子の製造方法であって、透光性を有する支持基板の一方の面にエッチング防止機能を有するエッチングストップ層を形成するエッチングストップ層形成工程と、前記エッチングストップ層の表面に水晶板を貼り合わせる水晶板貼り合せ工程と、前記偏光分離素子の前記偏光分離膜を透過する光または前記反射膜で反射する光のうちのいずれか一方が入射する前記水晶板の領域をエッチングして複数の前記位相差板を格子状に形成するエッチング工程と、前記位相差板が形成された前記支持基板を前記偏光分離素子の前記光射出面に貼着する支持基板貼着工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
これによれば、偏光分離素子の光射出面側に水晶を用いて構成された位相差板を備えた偏光変換素子の製造方法が、透光性を有する支持基板の一方の面にエッチング防止機能を有するエッチングストップ層を形成するエッチングストップ層形成工程と、エッチングストップ層の表面に水晶板を貼り合わせる水晶板貼り合せ工程と、偏光分離素子の偏光分離膜を透過する光または反射膜で反射する光のうちのいずれか一方が入射する水晶板の領域をエッチングして複数の位相差板を格子状に形成するエッチング工程と、位相差板が形成された支持基板を偏光分離素子の光射出面に貼着する支持基板貼着工程とを含むことにより、支持基板上にエッチングされて形成された位相差板は、短冊状に加工された位相差板を一枚ずつストライプ状に配列して貼り合わす従来の方法に比べて、接着剤のはみ出しによる偏光変換効率の低下を回避するとともに、取り扱い易く、しかも作業性に優れた偏光変換素子の製造方法が得られる。
【００１７】
また、位相差板の割れやクラックなどが発生したとしても高価な偏光分離素子を無駄にするのを防ぐことができる。さらに、エッチングにより発生が懸念される偏光分離素子の界面剥離や接着耐久性の低下などによる光学機能を損なうのを防ぐことができる。さらにまた、支持基板の一方の面にエッチング防止機能を有するエッチングストップ層を形成することにより、支持基板の面精度を損なうのを防止し、光の散乱による透過率などの光学特性の低下を防ぐことができる。
【００１８】
［適用例２］
上記適用例にかかる偏光変換素子の製造方法は、前記エッチングストップ層形成工程において形成される前記エッチングストップ層は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜であるのが好ましい。
【００１９】
これによれば、エッチングストップ層形成工程において形成されるエッチングストップ層がフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜であることにより、エッチング工程におけるエッチングの際に、支持基板へのオーバーエッチングを確実に防ぐことができる。すなわち、支持基板の面精度を損なうのを防止し、光の散乱による透過率などの光学特性の低下を防ぐことができる。
【００２０】
［適用例３］
上記適用例にかかる偏光変換素子の製造方法は、前記エッチング工程における水晶板のエッチングは、ウエットエッチング法を用いるのが好ましい。
【００２１】
これによれば、上記のようにエッチング工程において形成される位相差板が支持基板上に貼り合わされた水晶板をエッチングするとともに、支持基板の表面にエッチングストップ層が設けられることにより、エッチング工程にウエットエッチング法を用いることができる。よって、複雑な工程および高価な設備を必要とする反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やイオンビームエッチングなどのドライエッチング法に比べて容易にエッチングを行うことができる。また、支持基板上に貼り合わされた水晶板をエッチングして位相差板を形成するので、偏光分離素子の表面に位相差板を形成する方法に比べて、偏光変換素子の界面剥離、あるいは界面の接着耐久性の低下などによる光学特性への影響を回避して、偏光分離素子の機能を損なうのを防ぐことができる。
【００２２】
［適用例４］
上記適用例にかかる偏光変換素子の製造方法は、前記水晶板貼り合せ工程において貼り合わされた前記水晶板を、所定の厚さに研磨する研磨工程を、さらに備えるのが好ましい。
これによれば、水晶板貼り合せ工程において支持基板上に貼り合わされた水晶板を、所定の厚さに研磨する研磨工程を、さらに備えることにより、水晶板貼り合せ工程において貼り合わされる水晶板を所定の厚さよりも厚い平板を用いることができる。それは、所定の厚さよりも厚い水晶板を貼り合わせた後に、研磨工程において所定の厚さに研磨するので、予め所定の厚さに加工された薄い水晶板を取り扱うのに比べて、取り扱い性が向上し、水晶板を破損するなどの不具合を排除するとともに、より作業性に優れた偏光変換素子の製造方法が得られる。
【００２３】
［適用例５］
本適用例にかかる偏光変換素子は、偏光分離素子が、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、前記複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜および反射膜とを含み構成され、前記偏光分離素子の前記光射出面側に選択的に配置された位相差板が、水晶を用いて構成された偏光変換素子であって、前記位相差板は透光性を有する支持基板の一方の面に前記偏光分離膜を透過する光または前記反射膜で反射する光のうちのいずれか一方が入射する領域がエッチング法を用いて格子状に形成されており、前記位相差板が形成された前記支持基板の他方の面が前記偏光分離素子の前記光射出面に貼着して構成されたことを特徴とする。
【００２４】
これによれば、偏光分離素子の光射出面側に水晶を用いて構成された位相差板を備えた偏光変換素子は、位相差板が透光性を有する支持基板の一方の面に、偏光分離膜を透過する光、または反射膜で反射する光のうちのいずれか一方が入射する領域が、エッチング法を用いて格子状に形成され、位相差板の形成された支持基板の他方の面を偏光分離素子の光射出面に貼着して構成されることにより、エッチングされて形成された位相差板は、短冊状に加工された位相差板を一枚ずつストライプ状に配列して貼り合わす従来の方法に比べて、取り扱い易く、しかも作業性に優れた偏光変換素子が得られる。また、位相差板が支持基板上に形成されるので、エッチングにより発生が懸念される偏光分離素子の界面剥離、あるいは接着耐久性の低下などによる光学特性の劣化を低減した偏光変換素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る偏光変換素子の概略構成を示す斜視図である。
【００２６】
図１において、偏光変換素子１０は、光入射面より入射した直線偏光束を二種類の偏光光に分離するための偏光分離素子（ＰＢＳ）１１と、偏光分離素子１１の光射出面に貼着された支持基板１２と、支持基板１２の一方の面（光射出面）に選択的に形成された多数の１／２λ位相差板１３とを備えている。なお、偏光変換素子１０（偏光分離素子１１）の光入射面は、支持基板１２が貼着された面（光射出面）に相対する面である。
【００２７】
偏光変換素子１０は、上記図５に示した一般的な偏光変換素子５０を構成する１／２λ位相差板５２の基材が、位相差フィルムにより構成されているのに対して、支持基板１２上に水晶を用いて形成されていることのみが異なる。したがって、偏光分離素子１１の構成、偏光分離素子１１の機能（機能動作）および１／２λ位相差板１３の機能についての説明は、省略または簡略化する。
【００２８】
偏光分離素子１１は、略平行四辺形の断面形状を有する柱状の透光性基板としてのガラス材１１ａ（但し、両側最端部は三角柱形状のガラス材）が、複数貼り合わされて構成されている。それぞれのガラス材１１ａの界面には、図１中に実線で示す偏光分離膜１１ｂと、破線で示す反射膜１１ｃとが交互に設けられている。
【００２９】
ガラス材１１ａとしては、ＢＫ７などの光学ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラスなどが用いられる。
偏光分離膜１１ｂは、誘電体多層膜で形成され、入射する光線束を偏光方向の異なる二つの偏光光に分離する機能を有する。反射膜１１ｃは、誘電体多層膜または金属膜で形成され、偏光分離膜で分離されて入射する偏光光を反射する機能を有する。すなわち、偏光分離膜１１ｂは、入射した光線束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を、ｓ偏光の部分光線束（ｓ偏光光）とｐ偏光の部分光線束（ｐ偏光光）とに分離して、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過する。一方、反射膜１１ｃは、偏光分離膜１１ｂで分離されて反射膜１１ｃに入射したｓ偏光光を反射する機能を有する。
【００３０】
支持基板１２は、偏光分離素子１１の外形形状に略相似する矩形形状の白板ガラスより成り、光射出面に選択的に形成された多数の１／２λ位相差板１３を備えている。
支持基板１２の厚さは、取り扱い性を考慮して適宜設定することができるが、少なくとも１／２λ位相差板１３の厚みよりも厚いのが好ましく、本実施形態においては、１００μｍ程度の白板ガラスを用いている。なお、支持基板１２の材質は透光性を有する基材であれば限定されない。したがって、白板ガラスの他に、各種光学ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラスなどを用いることができる。
【００３１】
１／２λ位相差板１３は水晶より成り、支持基板１２を介して偏光分離素子１１のガラス材１１ａに設けられた各偏光分離膜１１ｂを透過したｐ偏光光が入射する領域に形成されている。したがって支持基板１２の光射出面に、多数（図示の場合は４個）の１／２λ位相差板１３が格子状に形成されている。
この１／２λ位相差板１３は、支持基板１２を介して偏光分離素子１１より入射するｐ偏光光を、偏光方向が直交するｓ偏光光に変換する機能を有する。なお、本実施形態における水晶とは、ＳｉＯ2の単結晶であり、人工水晶または天然水晶のどちらであってもよい。
【００３２】
このように構成された偏光変換素子１０は、入射する光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を一種類のｓ偏光光に変換して射出する偏光変換素子として、透過型プロジェクタおよび反射型プロジェクタなどの液晶プロジェクタの照明光学系に好ましく用いることができる。
【００３３】
次に、この偏光変換素子１０の製造方法について説明する。
偏光変換素子１０は、支持基板１２の一方の面上に多数の１／２λ位相差板１３を形成した後に、既に加工されて完成状態の偏光分離素子１１の光射出面に、その支持基板１２を貼着して完成する。
図２は、偏光変換素子の製造方法を模式的に示す工程図である。なお、図面に示す各構成要素の寸法や比率は、説明の便宜のために実際のものとは異ならせてある。
【００３４】
偏光変換素子１０の製造方法は、エッチングストップ層形成工程（図２（ａ））、水晶板貼り合せ工程（図２（ｂ））、レジストパターニング工程（図２（ｃ））、エッチング工程（図２（ｄ））、レジスト剥離工程（図２（ｅ））、支持基板貼着工程（図２（ｆ））、の各工程がこの順に行われる。
【００３５】
図２（ａ）において、エッチングストップ層形成工程は、支持基板１２の一方の面に、エッチングストップ層１４が形成される。エッチングストップ層１４は、ＭｇＦ2（フッ化マグネシウム）を蒸着源として、真空蒸着法で形成される。形成されるエッチングストップ層１４の膜厚は１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。このＭｇＦ2よりなるエッチングストップ層１４は、後工程のエッチング工程におけるエッチングの際に、支持基板１２へのオーバーエッチングなどを防ぐ機能を有する。
そして、水晶板貼り合せ工程に移行する。
【００３６】
図２（ｂ）に示す水晶板貼り合せ工程では、接着剤１５を用いてエッチングストップ層１４の表面に、１／２λ位相差機能を備えた水晶板１３０が貼り合わされる。なお、以後の説明において、接着剤１５が硬化した状態を接着剤層１５と表す。
【００３７】
図３は、水晶板貼り合せ工程において支持基板１２の一方の面に水晶板１３０が貼り合わされた態様を示す斜視図である。
図３において、貼り合される水晶板１３０は平板であり、図３中に実線の矢印で示す光学軸に平行な面がエッチングストップ層１４の表面となるように、しかも、水晶板１３０に入射する直線偏光光（ｐ偏光光）の電界ベクトルの振動方向αと光学軸との角度θが略４５°となるように配置される。また、水晶板１３０は、予め可視光波長域（略４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の略全帯域に対応する偏光変換素子を得ることが可能な３００ｎｍ程度の所定の厚さに加工されている。
【００３８】
水晶板１３０の貼り合わせに用いられる接着剤は、接着加工が容易で、比較的高温度に耐えうる一液性エポキシまたは一液性アクリル系の紫外線硬化型接着剤を用いた。好ましい紫外線硬化型接着剤の一例としては、サンライズＭＳＩ株式会社製のＰＨＯＴＯボンド（登録商標）が挙げられる。紫外線硬化型接着剤は、塗布した後、ケミカルランプや高圧水銀灯を用いて積算光量６００ｍｊ／ｃｍ2（照度２ｍＷ／ｃｍ2）程度、照射して硬化される。硬化された接着剤層１５の厚さは、３０ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。
【００３９】
なお、貼り合わされる水晶板１３０は、接着時の取り扱い性の面などを考慮して、予め所定の厚さに加工されたものに代えて、所定の厚さよりも厚い水晶板をエッチングストップ層１４の表面に貼り合わした後に、水晶板の表面を所定の厚さに研磨してもよい。この場合には、水晶板貼り合せ工程の次に研磨工程が設けられる。
そして、レジストパターニング工程に移行する。
【００４０】
図２（ｃ）に示すレジストパターニング工程では、レジスト１６が水晶板１３０の表面にパターニングされる。
レジスト１６のパターニングは、一般的なパターニング法を用いて行なわれる。それは、フォトリソグラフィ用のレジスト（フォトレジスト）が水晶板１３０の表面に塗布されるレジスト塗布工程と、レジスト１６の緻密化と密着性の強化のためにレジスト１６を乾燥するプレベーキング工程と、所定の露光パターンを有するフォトマスクを位置合わせして露光する露光工程と、現像液で現像を行う現像工程と、パターニングされたレジスト１６の密着性を高めるためのポストベーキング工程とにより行なわれる。
【００４１】
このレジストパターニングは、後に支持基板１２が偏光分離素子１１の光射出面に貼着される際に、偏光分離素子１１を構成するガラス材１１ａに設けられた各偏光分離膜１１ｂを透過したｐ偏光光が、支持基板１２を介して入射する領域（偏光分離素子１１の偏光分離膜１１ｂに対応した光射出面の領域、図１参照）に、レジスト１６がパターニングされる。パターニングされたレジスト１６は、次工程のエッチング工程においてポジ型のエッチングレジストとして機能する。
そして、エッチング工程に移行する。
【００４２】
図２（ｄ）に示すエッチング工程では、パターニングされたレジスト１６をポジ型のフォトマスクとして、水晶板１３０のウエットエッチングが行なわれる。
エッチング液として、例えば、フッ化アンモニウム（Ｈ4ＦＮ）が用いられる。これにより、レジスト１６に覆われていない領域の水晶板１３０がエッチングされる。エッチングレートは２０ｎｍ／ｓｅｃ程度が望ましい。
【００４３】
このエッチング工程により、一枚の平板の水晶板１３０から格子状に多数（本実施形態の場合は４個）に分離された１／２λ位相差板１３が形成される。
そして、レジスト剥離工程に移行する。
【００４４】
図２（ｅ）に示すレジスト剥離工程では、多数に分離された１／２λ位相差板１３上のレジスト１６が剥離される。レジスト１６の剥離は、アセトンなどのフォトレジスト剥離剤を用いて剥離される。
そして、支持基板貼着工程に移行する。
【００４５】
図２（ｆ）に示す支持基板貼着工程では、一方の面に多数の１／２λ位相差板１３が形成された支持基板１２が、既に完成した偏光分離素子１１の光射出面に貼着される。
偏光分離素子１１への貼着は、多数の１／２λ位相差板１３が形成された面に相対する面を偏光分離素子１１の光射出面側にして、格子状に形成された各１／２λ位相差板１３の格子方向の幅の略中心が、偏光分離素子１１の偏光分離膜１１ｂに対応した光射出面のの略中心となるように配置して、接着剤１７を用いて貼着される。
【００４６】
接着剤１７は、水晶板貼り合せ工程における水晶板１３０の貼り合わせの場合と同様に、紫外線硬化型接着剤を用いて貼着される。硬化された接着剤層１７の厚さは、３０ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。
これにより、多数の１／２λ位相差板１３が選択的に形成された支持基板１２が、偏光分離素子１１の光射出面に貼着された偏光変換素子１０が完成する（図１参照）。
【００４７】
完成した偏光変換素子１０は、偏光分離素子１１の偏光分離膜１１ｂに入射する光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が、ｓ偏光光とｐ偏光光とに分離されて、偏光分離膜１１ｂを透過したｐ偏光光をｓ偏光光に変換し、偏光分離膜１１ｂおよび反射膜１１ｃで反射されたｓ偏光光とともに偏光変換素子１０から射出する機能を有する（図５（ｂ）参照）。
【００４８】
また、完成した偏光変換素子１０は、一方の面または双方の面に、反射防止（ＡＲ）層を設けてもよい。反射防止層としては、例えば、二酸化珪素、酸化チタンなどの物質を蒸着またはスパッタリング処理、あるいはフッ素系物質を薄く塗布することにより形成することができる。
【００４９】
完成した偏光変換素子１０には、支持基板１２と１／２λ位相差板１３との間に、エッチングストップ層１４として形成されたＭｇＦ2（フッ化マグネシウム）の単結晶薄膜層が残存することになる。次の、このエッチングストップ層１４の有無による偏光変換素子の分光光学特性に与える影響の確認を行った。
確認サンプルは、完成した偏光変換素子１０と、比較のためのサンプルとして、支持基板１２上に短冊状に加工した１／２λ位相差板を、偏光分離膜に対応した位置に一枚ずつ格子状に配列して貼り合わせて作製し、それを偏光変換素子１０の光射出面に貼着した従来構造に準じた偏光変換素子との二種類を準備した。
【００５０】
この二種類の確認サンプルには、それぞれの偏光変換素子の光射出面側（支持基板１２上に形成された１／２λ位相差板１３の側面を含む光射出面、および１／２λ位相差板１３が位置しない支持基板１２の光射出面側の面）に、反射防止層を形成した。
【００５１】
反射防止層は、真空蒸着法によってＳｉＯ2の低屈折率層とＺｒＯ2の高屈折率層とを交互に積層した５層の薄膜よりなる多層膜を形成した。
具体的には、設計波長λを５１０ｎｍ、λ／４を単位として、支持基板１２側から順に、光学膜厚（ｎｄ）が２．１３１（物理膜厚（ｄ）１８５．８４ｎｍ）のＳｉＯ2膜よりなる第１層、ｎｄ：０．４４６（ｄ：２７．５５ｎｍ）のＺｒＯ2膜よりなる第２層、ｎｄ：０．２０３（ｄ：１７．７ｎｍ）のＳｉＯ2膜よりなる第３層、ｎｄ：１．２５８（ｄ：７７．６７ｎｍ）のＺｒＯ2膜よりなる第４層、ｎｄ：１．０１２（ｄ：８８．２３ｎｍ）のＳｉＯ2膜からなる第５層で構成されている。なお、偏光変換素子１０の支持基板１２の表面に形成されたＭｇＦ2層の光学膜厚ｎｄは、０．１０８（物理膜厚１０ｎｍ）である。
【００５２】
そして、各偏光変換素子の分光光学特性を測定した。
偏光変換素子の分光光学特性は、偏光分離素子１１の光入射面にハロゲンランプを光源として照射し、可視光波長領域（略４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における５ｎｍ間隔毎、１／２λ位相差板および反射防止層を透過して１／２λ位相差板側から射出されるｓ偏光光の分光反射率を、分光光度計を用いて測定した。
図４は、各偏光変換素子の可視光領域における反射率を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反射率（％）を示す。
【００５３】
図４において、グラフ中に実線で示す線図ａは、エッチングストップ層（ＭｇＦ2層）１４を有する偏光変換素子１０における分光光学特性（反射率）を示す。一方、破線で示す線図ｂは、ＭｇＦ2層の形成されない比較サンプルとしての偏光変換素子における反射率を示す。
線図ａおよび線図ｂより、可視光波長領域（略４００ｎｍ〜７００ｎｍ）において、エッチングストップ層（ＭｇＦ2層）の有無による反射率は、波長域帯により互いに上下方向に変動する０．２％程度の異差値を示すが、分光光学特性に影響を与えるような大きな違いは認められない。したがって、エッチングストップ層（ＭｇＦ2層）が残存することによる弊害は存在しないものと言える。
【００５４】
以上の製造方法によれば、支持基板１２の光射出面にエッチングストップ層１４を形成するエッチングストップ層形成工程と、エッチングストップ層１４の表面に平板の水晶板１３０を貼り合わせる水晶板貼り合せ工程と、偏光分離素子１１の偏光分離膜１１ｂを透過する光、または反射膜１１ｃで反射する光のうちのどちらか一方が入射する水晶板１３０の領域をエッチングして複数の位相差板１３を格子状に形成するエッチング工程と、位相差板１３が形成された支持基板１２を偏光分離素子１１の光射出面に貼着する支持基板貼着工程とを含むことにより、支持基板１２上にエッチングされて形成された位相差板１３は、短冊状に加工された位相差板を一枚ずつストライプ状に配列して貼り合わす従来の方法に比べて、接着剤のはみ出しによる偏光変換効率の低下を回避するとともに、取り扱い易く、しかも作業性に優れた偏光変換素子の製造方法が得られる。また、位相差板１３あるいは水晶板１３０の割れやクラックなどが発生したとしても高価な偏光分離素子を無駄にするのを防ぐことができる。さらに、エッチングにより発生が懸念される偏光分離素子１１の界面剥離や接着耐久性の低下などによる光学機能を損なうのを防ぐことができる。さらにまた、支持基板１２の一方の面にエッチング防止機能を有するエッチングストップ層１４を形成することにより、支持基板１２の面精度を損なうのを防止し、光の散乱による透過率などの光学特性の低下を防ぐことができる。
【００５５】
また、本実施形態の製造方法によれば、エッチングストップ層形成工程において形成されるエッチングストップ層１４がフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜であることにより、エッチングの際に、支持基板１２へのオーバーエッチングを確実に防ぐことができる。すなわち、支持基板１２の面精度を損なうのを防止し、光の散乱による透過率などの光学特性の低下を防ぐことができる。
【００５６】
また、本実施形態の製造方法によれば、エッチング工程において形成される位相差板１３が支持基板１２上に貼り合わされた水晶板１３０をエッチングするとともに、支持基板１２の表面にエッチングストップ層１４が設けられることにより、エッチング工程においてウエットエッチング法を用いることができる。よって、複雑な工程および高価な設備を必要とする反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やイオンビームエッチングなどのドライエッチング法に比べて容易にエッチングを行うことができる。すなわち、偏光変換素子の界面剥離、あるいは界面の接着耐久性の低下などによる光学特性への影響を回避して、偏光分離素子の機能を損なうのを防ぐことができる。
【００５７】
さらに、本実施形態の製造方法によれば、水晶板貼り合せ工程において支持基板１２上に貼り合わされた水晶板１３０を、所定の厚さに研磨する研磨工程を、さらに備えることにより、水晶板貼り合せ工程において貼り合わされる水晶板１３０を所定の厚さよりも厚い平板を用いることができる。したがって、予め所定の厚さに加工された薄い水晶板を取り扱うのに比べて、取り扱い性が向上し、水晶板１３０を破損するなどの不具合を排除するとともに、より作業性に優れた偏光変換素子１０の製造方法が得られる。
【００５８】
一方、上記製造方法により得られた偏光変換素子１０は、位相差板１３が透光性を有する支持基板１２の一方の面に、偏光分離素子１１の偏光分離膜１１ｂを透過する光、または反射膜１１ｃで反射する光のうちのいずれか一方が入射する領域がエッチング法を用いて格子状に形成されており、位相差板１３の形成された支持基板１２の他方の面を偏光分離素子１１の光射出面に貼着して構成されることにより、エッチングされて形成された位相差板１３は、短冊状に加工された位相差板を一枚ずつストライプ状に配列して貼り合わす従来の方法に比べて、取り扱い易く、しかも作業性に優れる。また、位相差板１３が支持基板１２上に形成されるので、エッチングにより発生が懸念される偏光分離素子１１の界面剥離、あるいは接着耐久性の低下などによる光学特性の劣化を低減した偏光変換素子１０が得られる。
【００５９】
以上の実施形態において、偏光変換素子１０は、入射する直線偏光光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が一種類のｓ偏光光に変換されて射出することができる構成の場合で説明したが、入射する光が一種類のｐ偏光光に変換されて射出することができる構成であってもよい。この場合には、支持基板１２上に形成される１／２λ位相差板１３を、偏光分離素子１１の反射膜１１ｃにおいて反射されるｓ偏光光の光射出面となる領域に形成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態に係る偏光変換素子の概略構成を示す斜視図。
【図２】本実施形態に係る偏光変換素子の製造方法を模式的に示す工程図。
【図３】水晶板貼り合せ工程において水晶板が貼り合わされた態様を示す斜視図。
【図４】偏光変換素子の可視光領域における反射率を示すグラフ。
【図５】従来の一般的な偏光変換素子を説明するための模式図であり、（ａ）は偏光変換素子の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）を＋ｚ軸方向から見た偏光変換素子の平面図。
【図６】従来の１／２λ位相差板の外周端面部に接着剤がはみ出した状態を示す貼着部の正面部分画像。
【符号の説明】
【００６１】
１０…偏光変換素子、１１…偏光分離素子、１１ａ…ガラス材、１１ｂ…偏光分離膜、１１ｃ…反射膜、１２…支持基板、１３…位相差板、１４…エッチングストップ層、１５，１７…接着剤、１６…レジスト、１３０…水晶板。
【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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