偏光素子、偏光素子の製造方法、液晶装置、及び投射型表示装置
【課題】グリッドパターンのオーバーエッチが防止されるとともに高いアスペクト比を有する偏光素子、偏光素子の製造方法、液晶装置、及び投射型表示装置を提供する。
【解決手段】基材１００Ａ上に形成されて複数のスリット状の開口部１１３を有する金属膜１１０Ｍからなる偏光素子部１１０と、基材１００Ａと偏光素子部１１０との間に設けられ、偏光素子部１１０のエッチング時に金属膜１１０Ｍとともに一部がエッチングされてなるエッチング犠牲層１１５とを備える偏光素子１である。エッチング犠牲層１１５は、金属膜１１０Ｍに対するエッチングレートと同等以上のエッチングレートを有する材料から構成される。
【解決手段】基材１００Ａ上に形成されて複数のスリット状の開口部１１３を有する金属膜１１０Ｍからなる偏光素子部１１０と、基材１００Ａと偏光素子部１１０との間に設けられ、偏光素子部１１０のエッチング時に金属膜１１０Ｍとともに一部がエッチングされてなるエッチング犠牲層１１５とを備える偏光素子１である。エッチング犠牲層１１５は、金属膜１１０Ｍに対するエッチングレートと同等以上のエッチングレートを有する材料から構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光素子、偏光素子の製造方法、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】
液晶プロジェクタのライトバルブに使用される偏光素子として、ガラス基板上に形成されたグリッド状パターンからなる偏光素子が提案されている。ここで、グリッド幅をＬ、グリッドのスペースＳとして規定されるＬ／Ｓ比は、偏光素子の光学特性を決める重要なパラメータとなり、例えばグリッドのスペースを広げラインを細める、すなわちＬ／Ｓ比を小さくすることで高い光学特性が得られるようになっている。
【０００３】
ところで、上記グリッドパターンは例えばＡｌをドライエッチングしてパターニングすることで形成される。そのため、偏光素子における光学特性は、Ａｌのドライエッチング状況に影響を受ける。しかしながら、グリッドパターン（偏光素子部）のＬ／Ｓ比が小さい高アスペクト比構造のものを形成する場合、ドライエッチング制御が困難となる問題があった。そこで、Ａｌとの選択比が大きいタングステン（Ｗ）をマスクとして用い、サイドエッチの防止を図った技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１３６１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、タングステンマスクを用いただけではドライエッチング時の終点制御（サイドエッチ防止）が依然として困難であり、高アスペクト比構造のグリッドパターンを精度良く形成できない可能性がある。また、上記従来技術ではＡｌの下地層としてＴｉＮ層を用いている。そのため上記技術を偏光素子の製造技術に適用しようとすると、ガラス基板表面に光透過性の低いＴｉＮ層が形成されることで所望の光学特性が得られない可能性がある。したがって、上記エッチング技術に代わる新たな技術の提供が望まれていた。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、グリッドパターンのオーバーエッチが防止されるとともに高いアスペクト構造を有する偏光素子、偏光素子の製造方法、液晶装置、及び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、本発明の偏光素子は、基材上に形成されて複数のスリット状の開口部を有する金属膜からなる偏光素子部と、前記基材と前記偏光素子部との間に設けられ、前記偏光素子部のエッチング時に前記金属膜とともに一部がエッチングされてなるエッチング犠牲層と、を備え、前記エッチング犠牲層は、前記金属膜に対するエッチングレートと同等以上のエッチングレートを有する材料から構成されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の偏光素子によれば、金属膜に対しエッチングレートが同等以上の犠牲層を備えているので、エッチング時に前記犠牲層が掘り込まれることでエッチング時の終点制御のマージンが拡がる。よって、金属膜がサイドエッチされて偏光素子部がオーバーエッチされることが防止されたものとなり、高アスペクト構造を実現できる。したがって、高アスペクト比構造を有するとともにオーバーエッチが防止された高い光学特性を備えた偏光素子となる。
【０００８】
また、上記偏光素子においては、前記エッチング犠牲層は樹脂材料からなるのが好ましい。
このようにすれば、例えば偏光素子を液晶装置内部に搭載する場合、偏光素子部上に配向膜を形成するに際しラビング処理を行った場合でも、樹脂材料からなるエッチング犠牲層によってラビング圧力が緩和され、偏光素子部の破損を防止できる。
さらに、前記樹脂材料はメタクリル系樹脂又はアクリル系樹脂からなるのが望ましい。
この材料を用いれば上述したエッチング犠牲層を好適に形成することができる。
【０００９】
また、上記偏光素子においては、前記エッチング犠牲層の膜厚が１０ｎｍ以上１０μｍ以下であるのが好ましい。
この膜厚からなるエッチング犠牲層を用いれば、上述した効果を十分に得ることができる。
【００１０】
本発明の偏光素子の製造方法は、基材上に複数のスリット状の開口部を有する金属膜からなる偏光素子部を有する偏光素子を製造する方法において、前記基材上に、前記金属膜と同等以上のエッチングレートを有するエッチング犠牲層を形成する工程と、該エッチング犠牲層上に前記金属膜を形成し、エッチングによって前記金属膜をパターニングし前記偏光素子部を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の偏光素子の製造方法によれば、金属膜に対しエッチングレートが同等以上の犠牲層を形成しているので、金属膜のエッチング時に前記犠牲層が掘り込まれることで金属膜がサイドエッチされることが防止される。よって、偏光素子部がオーバーエッチされるのを防止でき、高アスペクト比の偏光素子を形成でき、光学特性の高い偏光素子を提供できる。
【００１２】
また、上記偏光素子の製造方法によれば、前記エッチング犠牲層の形成材料として樹脂材料を用いるのが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、例えば偏光素子を液晶装置内部に搭載する場合、偏光素子部上に配向膜を形成するに際しラビング処理を行う場合でも、樹脂材料からなるエッチング犠牲層によってラビング圧力を緩和できるので、偏光素子部の破損を防止できる。よって、液晶装置内部に偏光素子を良好に内蔵することが可能となる。
さらに、前記樹脂材料としてメタクリル系樹脂又はアクリル系樹脂を用いるのがより好ましい。このようにすれば、上述したエッチング犠牲層を好適に用いることができる。
【００１４】
また、上記偏光素子の製造方法によれば、スピンコート法を用いて前記樹脂材料を形成するのが好ましい。
このようにすれば、平坦性の高いエッチング犠牲層を簡便に形成することができる。
【００１５】
本発明の液晶装置は、上記偏光素子を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の液晶装置によれば、光学特性に優れた偏光素子を備えているので、信頼性に優れた液晶装置を提供できる。
【００１７】
上記液晶装置においては、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側に前記偏光素子が形成されているのが好ましい。
このようにすれば、光学特性に優れた上記偏光素子が内部に搭載されるので、液晶装置自体の薄型化を図ることができる。
【００１８】
本発明の投射型表示装置は、上記液晶装置を光変調装置として備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の投射型表示装置によれば、光変調を良好に行うことができるので、高精度で高輝度な表示を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
以下、本発明における偏光素子の製造方法及び偏光素子の一実施形態を、図面に基づいて説明する。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に縮尺を適宜変更している。
【００２１】
（偏光素子）
図１（ａ）は本実施形態の偏光素子１を示す部分断面図である。図１（ｂ）は、偏光素子を構成する偏光素子部１１０を示す斜視図である。図２は、偏光素子１の動作説明図である。
偏光素子１は、基材１００Ａを覆う下地層（エッチング犠牲層）１１５と、この下地層１１５上に形成された偏光素子部１１０とを備えている。ワイヤーグリッド構造を有する偏光素子部１１０は、下地層１１５の表面に、複数のスリット状の開口部１１３を有して形成された金属膜を主体としてなる。金属膜１１０Ｍは平面視で縞状にパターン形成されており、例えば幅が３０ｎｍ、高さが１００ｎｍ、ピッチが１４０ｎｍとなっている。
【００２２】
ここで、金属膜１１０ＭをＬ、金属膜１１０Ｍ間のスペースＳとして規定されるＬ／Ｓ比は、偏光素子１の光学特性を決める重要なパラメータとなっている。具体的に本実施形態では、Ｌ／Ｓ比（３／１１）と小さくすることで高い光学特性を備えたものとなっている。
【００２３】
基材１００Ａは、ガラスや石英、プラスチック等の透明基板からなる。
また金属膜１１０Ｍを構成する金属材料としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた。なお、金属膜１１０Ｍ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。
【００２４】
前記下地層１１５は基材１００Ａ表面に形成されるものであり、前記偏光素子部１１０のエッチング時（パターニング時）に前記金属膜１１０Ｍとともに一部がエッチングされたものとなっている。すなわち、下地層１１５はエッチングにより金属膜１１０Ｍをパターン形成する際に一部が掘り込まれることでエッチング終点制御のマージンを拡げる機能を奏するものである。また下地層１１５は前記金属膜１１０Ｍに対しエッチングレートが同等以上の材料から構成される。
【００２５】
前記下地層１１５の材料としては、上述した機能を奏するものであれば、有機、無機材料を問わず採用可能である。本実施形態では、樹脂材料からなる下地層１１５を用いた。この樹脂材料としては、メタクリル系樹脂（ＰＭＭＡ；ポリメチルメタクリレート）、アクリル系樹脂（ＵＶ硬化樹脂）を例示でき、具体的にはＯＥＢＲ−１０００（東京応化工業株式会社）、ＰＡＫ−０１（東洋合成工業株式会社）、ダウコーティングＨＳＱ（東レ）を用いた。
また、前記下地層１１５における樹脂以外の形成材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２等を例示できる
【００２６】
このような偏光素子１は、図２に示すように、可視光の波長よりも狭いピッチで形成された縞状パターンを有していることで、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、金属膜１１０Ｍの延在方向と垂直な方向に偏光軸を有する直線偏光Ｅｔを透過する一方、金属膜１１０Ｍ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、金属膜１１０Ｍの延在方向（図１（ｂ）のＸ軸方向）と平行な反射軸と、かかる反射軸と直交する向き（図１（ｂ）のＹ軸方向）の透過軸とを有する。
【００２７】
本実施形態に係る偏光素子１は、金属膜１１０Ｍに対しエッチングレートが同等以上の下地層１１５を備えているので、例えば金属膜１１０Ｍのパターニング時に下地層１１５を掘り込ませることで金属膜１１０Ｍがサイドエッチされることでエッチング時の終点制御のマージンが拡がり偏光素子部１１０がオーバーエッチされることが防止されたものとなる。したがって、高アスペクト比構造を有するとともにオーバーエッチが防止された光学特性の高いものとなる。
【００２８】
（偏光素子の製造方法）
次に、上述した偏光素子１の製造方法について、図３を参照しながら説明する。図３は偏光素子１の製造工程を示す断面図である。
【００２９】
まず、図３（ａ）に示すように、透明なガラス基板等からなる基材１００Ａを用意し、基材１００Ａの一面側に、スピンコート法により上述したような樹脂材料（メタクリル系樹脂、アクリル系樹脂）を成膜して下地層１１５とする。その後、下地層１１５上に、スパッタ法等を用いてベタ状にアルミニウム膜を成膜して金属膜１１０ａを形成する。さらに、金属膜１１０ａ上に、スパッタ法等を用いてベタ状にシリコン酸化膜１１６ａを形成する。このシリコン酸化膜１１６ａは、上記金属膜１１０ａをパターニングする際のハードマスクとして機能するものである。
【００３０】
次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１１６ａ上にレジストを塗布してこれをプリベークすることでレジスト層１１４ａを形成する。次に、例えば波長が２６６ｎｍのレーザ光を露光光として用いた二光束干渉露光法によりレジスト層１１４ａを露光する。ここでは、ピッチが可視光の波長以下（例えば１４０ｎｍ）の微細な縞状パターンとなるように露光を行う。露光を行った後、さらにレジスト層１１４ａをベーク（ＰＥＢ）し、その後にレジスト層１１４ａを現像する。これにより、図３（ｃ）に示すように、縞状のパターンを有するエッチングマスク１１４がシリコン酸化膜１１６ａ上に形成される。
【００３１】
ここで、二光束干渉露光法を行う露光装置は、例えば図４に示すものを用いることができる。露光装置１２０は、露光光を照射するレーザ光源１２１と、回折型ビームスプリッタ１２２と、モニタ１２３と、ビームエキスパンダ１２４、１２５と、ミラー１２６、１２７と、基材１００Ａを載置するステージ１２８とを備えている。
【００３２】
レーザ光源１２１は、例えば第４高調波の波長が２６６ｎｍであるＮｄ：ＹＶＯ４レーザ装置である。回折型ビームスプリッタ１２２は、レーザ光源１２１から出力された１本のレーザビームを分岐して２本のレーザビームを生成する分岐手段である。そして、回折型ビームスプリッタ１２２は、入射するレーザビームをＴＥ偏光としたときに強度の等しい２本の回折ビーム（±１次）を発生させる構成となっている。モニタ１２３は、回折型ビームスプリッタ１２２から出射した光を受光して電気信号に変換する。露光装置１２０では、この変換された電気信号に基づいて２本のレーザビームの交差角度などの調整を行えるようになっている。
【００３３】
ビームエキスパンダ１２４は、レンズ１２４ａと空間フィルタ１２４ｂとを備えており、回折型ビームスプリッタ１２２で分岐された２本のレーザビームのうちの一方のビーム径を例えば３００ｍｍ程度に広げる構成となっている。同様に、ビームエキスパンダ１２５も、レンズ１２５ａと空間フィルタ１２５ｂとを備えており、２本のレーザビームのうちの他方のビーム径を広げる構成となっている。ミラー１２６、１２７は、ビームエキスパンダ１２４、１２５を透過したレーザビームをそれぞれステージ１２８に向けて反射させる構成となっている。ここで、ミラー１２６、１２７は、反射したレーザビームを交差させることで干渉光を発生させ、この干渉光を基材１００Ａ上のレジスト層１１４ａに照射する。
このような露光装置１２０を用いてレジスト層１１４ａに干渉光を照射することで、レーザ光源１２１の波長よりも狭い形成ピッチでレジスト１１４を形成することができる。このレジスト１１４は上述したＬ／Ｓ比（３／１１）を満足する位置に形成されたものとなる。
【００３４】
次に、レジスト１１４を介してドライエッチング処理を行い、シリコン酸化膜１１６ａをパターニングし、図３（ｄ）に示すようにマスク１１６を形成する。なお、前記レジスト１１４はマスク１１６を形成した後に剥離してもよい。仮にレジスト１１４を剥離しない場合でも、後述の金属膜１１０ａのパターニング時にエッチングされることで除去されるため問題はない。
続けて、マスク１１６を介したドライエッチング処理により、金属膜１１０ａをパターニングする。具体的には、三塩化ホウ素(ＢＣｌ３）、塩素（Ｃｌ２）及び四塩化炭素（ＣＣｌ４）をエッチングガスとして用いたイオンエッチング装置により前記エッチングマスク１１４を介してエッチングを行う。
【００３５】
上述したように、上記マスク１１６はＬ／Ｓ比（３／１１）が小さく、高アスペクト構造の偏光素子部１１２に対応するものとなっている。このような高アスペクト構造を形成する場合、その終点制御が特に困難となる。
本実施形態によれば、金属膜１１０ａがパターニングされることで金属膜１１０ａの下層に設けられる下地層１１５が露出する。この下地層１１５は、前記金属膜１１０ａと同等以上のエッチングレートを有する材料（メタクリル系樹脂、アクリル系樹脂）から構成されているので、図５に示すようにドライエッチングは金属膜１１０ａをサイドエッチすることなく前記下地層１１５の一部を掘り込むように進行する。よって、エッチングマスク１１４の幅よりも平面視した状態で内側までドライエッチングが進行する、所謂オーバーエッチが発生することを防止できる。これにより、図３（ｄ）に示したように、複数のスリット状の開口部１１３を有する金属膜１１０Ｍからなる偏光素子部１１０が基材１００Ａ上に形成される。さらに、金属膜１１０Ｍの上面にはその延在方向に沿ってマスク１１６が形成されている。
【００３６】
以上の工程により、偏光素子１を製造することができる。ここで図６（ａ）は、本実施形態の製造方法を用いて製造された本発明に係る偏光素子１の電子顕微鏡写真である。かかる（ａ）図に示すように、本実施形態により得られる偏光素子１では、下地層１１５上に形成された金属膜１１０Ｍが複数のスリット状の開口部が形成されたものとなっている。このように本実施形態の製造方法によれば、高アスペクト比のワイヤーグリッドを構成する金属膜１１０Ｍを確実に製造することができる。
【００３７】
一方、図６（ｂ）は、下地層１１５を形成しない従来の製造方法を用いて、基材１００Ａ上にドライエッチングにより形成された偏光素子部１１０の電子顕微鏡写真である。写真から明らかなように、下地層１１５を形成することなく金属膜１１０Ｍのエッチングを行うと、金属膜１１０Ｍにおけるドライエッチングの終点制御を良好に行うことが困難となり、金属膜１１０Ｍがオーバエッチングされてしまい、良好なグリッド構造が得られなくなる。このように金属膜１１０Ｍが良好なグリッド構造を構成できないと、偏光素子の光学特性が低下する。
【００３８】
（プロジェクタ）
図７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。
【００３９】
図７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は投射レンズである。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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、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及び出射レンズ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、青色光が青色光用液晶光変調装置８２４に入射される。
【００４２】
各光変調装置８２２〜８２４により変調された３つの色光は、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。
【００４３】
ここで、本実施形態のプロジェクタ８００においては、光変調装置８２２〜８２４として図８に示すような液晶装置を採用している。
【００４４】
（液晶装置）
図８は液晶装置８２２〜８２４の断面模式図であって、該液晶装置８２２〜８２４は、一対の基板１０，２０間に液晶層５０が挟持された構成を有している。
【００４５】
基板１０は素子基板であって、基板本体１０Ａ上に、ワイヤーグリッド偏光層１８と、画素電極９と、配向膜２１とを備えた構成となっている。なお、基板１０は、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。一方、基板２０は対向基板であって、基板本体２０Ａ上に、ワイヤーグリッド偏光層１８と、対向電極２３と、配向膜２２とを備えた構成となっている。
【００４６】
本実施形態では、ワイヤーグリッド偏光層１８、基板本体（基材）１０Ａ（２０Ａ）によって、ワイヤーグリッド型の偏光素子１９が構成されている。基板本体１０Ａ，２０Ａは、液晶装置用の基板であると同時に、偏光素子用の基板としての機能もかねている。偏光素子１９は、上述した偏光素子の製造方法を用いて製造されたものである。なお、前記基板本体１０Ａ，２０Ａとワイヤーグリッド偏光層１８との間には樹脂材料から構成される下地層１５１（不図示）が形成されている。
【００４７】
ワイヤーグリッド型の偏光素子１９上に形成される前記配向膜２１，２２は、例えばポリイミド等の有機材料にラビング処理を施したものが用いられる。ラビング処理が行われると、ワイヤーグリッド偏光層１８にラビング圧力が加わる。この時、ワイヤーグリッド偏光層１８と基板本体１０Ａ，２０Ａとの間に樹脂材料からなる下地層１５１がラビング圧力を緩和し、ワイヤーグリッド偏光層１８が破損するのを防止できる。
【００４８】
図８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。
【００４９】
ここで、基板１０側に設けられるワイヤーグリッド偏光層１８と、基板２０側に設けられるワイヤーグリッド偏光層１８とは、互いの金属突起体１８Ａが交差するよう構成されている。
【００５０】
このようなワイヤーグリッド偏光層１８により、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液晶層５０に透過させることが可能となっている。
図８に示したように、ワイヤーグリッド偏光層１８は、液晶層５０に入射する光の波長よりも小さいピッチでストライプ状に配列された多数の金属突起体１８Ａにより構成されていることにより、金属突起体１８Ａの延在方向に対して略平行方向に振動する偏光に対しては反射させ、金属突起体１８Ａに延在方向に対して略垂直方向に振動する偏光については透過させる反射型偏光素子として機能させることができる。
【００５１】
つまり、ワイヤーグリッド偏光層１８は、当該ワイヤーグリッド偏光層１８に入射した光の偏光方向により、偏光選択が行なわれる。そのため、図９に示すように、ワイヤーグリッド偏光層１８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、ワイヤーグリッド偏光層１８の延在方向と平行な方向に偏光軸を有する直線偏光Ｙを反射することになる。
【００５２】
したがって、ワイヤーグリッド偏光層１８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。
【００５３】
このような液晶装置８２２〜８２４は、上述したように、図８に示す基板１０（２０）の内側に組み込まれたワイヤーグリッド偏光層１８を介して液晶層５０に直線偏光が入射され、該液晶層５０において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。よって、位相制御された光は、反対側の基板２０（１０）の内側に組み込まれたワイヤーグリッド偏光層１８を選択透過して、変調されることになる。本実施形態に係るワイヤーグリッド偏光層１８は上述したように高アスペクト構造を有したものであることから、優れた光学特性を得ることができる。
【００５４】
本実施形態においては、偏光素子を液晶パネル内に組み込んだ構成であることから、基板本体１０Ａ，２０Ａが、液晶装置用の基板と、偏光素子用の基板との機能をかねることになる。これにより、部品点数を削減することができるので装置全体が薄型化でき、液晶装置の機能を向上させることができる。さらに、装置構造が簡略化されるので、コスト削減を図ることができる。
【００５５】
また、図４に示すように、液晶装置８２２〜８２４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。
【００５６】
上記プロジェクタ８００は、偏光素子を組み込んだ液晶装置を光変調手段として備えている。
上述したように、本実施形態の液晶装置８２２〜８２４は、上述したように高アスペクト構造のワイヤーグリッド偏光層１８を有しているので表示不良や信頼性の低下が生じず、また低消費電力で表示の明るさにも優れたものである。よって、本発明のプロジェクタ８００は、上記液晶装置８２２〜８２４を光変調手段として備えたことから、信頼性が高く優れた表示特性を有したものとなっている。
【００５７】
なお、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。例えば、実施形態ではスイッチング素子としてＴＦＴを備えた液晶装置を例にして説明したが、スイッチング素子として薄膜ダイオード（Thin Film Diode）等の二端子型素子を備えた液晶装置に本発明を適用することも可能である。また、実施形態では３板式のプロジェクタ（投射型表示装置）を例にして説明したが、単板式の投射型表示装置や直視型表示装置に本発明を適用することも可能である。
【００５８】
また、本発明の液晶装置を、プロジェクタ以外の電子機器に適用することも可能である。その具体例として、携帯電話を挙げることができる。この携帯電話は、上述した各実施形態またはその変形例に係る液晶装置を表示部に備えたものである。また、その他の電子機器としては、例えばＩＣカード、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】偏光素子を示す部分断面図及び斜視図である。
【図２】偏光素子の動作説明図である。
【図３】偏光素子の製造工程説明図である。
【図４】偏光素子の製造に用いる露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】図４に続く偏光素子の製造工程説明図である。
【図６】偏光素子の断面構造及び従来の構造を示す写真である。
【図７】プロジェクタを示す概略構成図である。
【図８】光変調装置として用いられる液晶装置の概略構成図である。
【図９】偏光層の作用を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…偏光素子、１００Ａ…基材、１１０…偏光素子部、１１０Ｍ…金属膜、１１５…下地層（エッチング犠牲層）、１１３…開口部、８００…プロジェクタ、８２２〜８２４…液晶装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光素子、偏光素子の製造方法、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】
液晶プロジェクタのライトバルブに使用される偏光素子として、ガラス基板上に形成されたグリッド状パターンからなる偏光素子が提案されている。ここで、グリッド幅をＬ、グリッドのスペースＳとして規定されるＬ／Ｓ比は、偏光素子の光学特性を決める重要なパラメータとなり、例えばグリッドのスペースを広げラインを細める、すなわちＬ／Ｓ比を小さくすることで高い光学特性が得られるようになっている。
【０００３】
ところで、上記グリッドパターンは例えばＡｌをドライエッチングしてパターニングすることで形成される。そのため、偏光素子における光学特性は、Ａｌのドライエッチング状況に影響を受ける。しかしながら、グリッドパターン（偏光素子部）のＬ／Ｓ比が小さい高アスペクト比構造のものを形成する場合、ドライエッチング制御が困難となる問題があった。そこで、Ａｌとの選択比が大きいタングステン（Ｗ）をマスクとして用い、サイドエッチの防止を図った技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１３６１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、タングステンマスクを用いただけではドライエッチング時の終点制御（サイドエッチ防止）が依然として困難であり、高アスペクト比構造のグリッドパターンを精度良く形成できない可能性がある。また、上記従来技術ではＡｌの下地層としてＴｉＮ層を用いている。そのため上記技術を偏光素子の製造技術に適用しようとすると、ガラス基板表面に光透過性の低いＴｉＮ層が形成されることで所望の光学特性が得られない可能性がある。したがって、上記エッチング技術に代わる新たな技術の提供が望まれていた。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、グリッドパターンのオーバーエッチが防止されるとともに高いアスペクト構造を有する偏光素子、偏光素子の製造方法、液晶装置、及び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、本発明の偏光素子は、基材上に形成されて複数のスリット状の開口部を有する金属膜からなる偏光素子部と、前記基材と前記偏光素子部との間に設けられ、前記偏光素子部のエッチング時に前記金属膜とともに一部がエッチングされてなるエッチング犠牲層と、を備え、前記エッチング犠牲層は、前記金属膜に対するエッチングレートと同等以上のエッチングレートを有する材料から構成されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の偏光素子によれば、金属膜に対しエッチングレートが同等以上の犠牲層を備えているので、エッチング時に前記犠牲層が掘り込まれることでエッチング時の終点制御のマージンが拡がる。よって、金属膜がサイドエッチされて偏光素子部がオーバーエッチされることが防止されたものとなり、高アスペクト構造を実現できる。したがって、高アスペクト比構造を有するとともにオーバーエッチが防止された高い光学特性を備えた偏光素子となる。
【０００８】
また、上記偏光素子においては、前記エッチング犠牲層は樹脂材料からなるのが好ましい。
このようにすれば、例えば偏光素子を液晶装置内部に搭載する場合、偏光素子部上に配向膜を形成するに際しラビング処理を行った場合でも、樹脂材料からなるエッチング犠牲層によってラビング圧力が緩和され、偏光素子部の破損を防止できる。
さらに、前記樹脂材料はメタクリル系樹脂又はアクリル系樹脂からなるのが望ましい。
この材料を用いれば上述したエッチング犠牲層を好適に形成することができる。
【０００９】
また、上記偏光素子においては、前記エッチング犠牲層の膜厚が１０ｎｍ以上１０μｍ以下であるのが好ましい。
この膜厚からなるエッチング犠牲層を用いれば、上述した効果を十分に得ることができる。
【００１０】
本発明の偏光素子の製造方法は、基材上に複数のスリット状の開口部を有する金属膜からなる偏光素子部を有する偏光素子を製造する方法において、前記基材上に、前記金属膜と同等以上のエッチングレートを有するエッチング犠牲層を形成する工程と、該エッチング犠牲層上に前記金属膜を形成し、エッチングによって前記金属膜をパターニングし前記偏光素子部を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の偏光素子の製造方法によれば、金属膜に対しエッチングレートが同等以上の犠牲層を形成しているので、金属膜のエッチング時に前記犠牲層が掘り込まれることで金属膜がサイドエッチされることが防止される。よって、偏光素子部がオーバーエッチされるのを防止でき、高アスペクト比の偏光素子を形成でき、光学特性の高い偏光素子を提供できる。
【００１２】
また、上記偏光素子の製造方法によれば、前記エッチング犠牲層の形成材料として樹脂材料を用いるのが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、例えば偏光素子を液晶装置内部に搭載する場合、偏光素子部上に配向膜を形成するに際しラビング処理を行う場合でも、樹脂材料からなるエッチング犠牲層によってラビング圧力を緩和できるので、偏光素子部の破損を防止できる。よって、液晶装置内部に偏光素子を良好に内蔵することが可能となる。
さらに、前記樹脂材料としてメタクリル系樹脂又はアクリル系樹脂を用いるのがより好ましい。このようにすれば、上述したエッチング犠牲層を好適に用いることができる。
【００１４】
また、上記偏光素子の製造方法によれば、スピンコート法を用いて前記樹脂材料を形成するのが好ましい。
このようにすれば、平坦性の高いエッチング犠牲層を簡便に形成することができる。
【００１５】
本発明の液晶装置は、上記偏光素子を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の液晶装置によれば、光学特性に優れた偏光素子を備えているので、信頼性に優れた液晶装置を提供できる。
【００１７】
上記液晶装置においては、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側に前記偏光素子が形成されているのが好ましい。
このようにすれば、光学特性に優れた上記偏光素子が内部に搭載されるので、液晶装置自体の薄型化を図ることができる。
【００１８】
本発明の投射型表示装置は、上記液晶装置を光変調装置として備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の投射型表示装置によれば、光変調を良好に行うことができるので、高精度で高輝度な表示を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
以下、本発明における偏光素子の製造方法及び偏光素子の一実施形態を、図面に基づいて説明する。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に縮尺を適宜変更している。
【００２１】
（偏光素子）
図１（ａ）は本実施形態の偏光素子１を示す部分断面図である。図１（ｂ）は、偏光素子を構成する偏光素子部１１０を示す斜視図である。図２は、偏光素子１の動作説明図である。
偏光素子１は、基材１００Ａを覆う下地層（エッチング犠牲層）１１５と、この下地層１１５上に形成された偏光素子部１１０とを備えている。ワイヤーグリッド構造を有する偏光素子部１１０は、下地層１１５の表面に、複数のスリット状の開口部１１３を有して形成された金属膜を主体としてなる。金属膜１１０Ｍは平面視で縞状にパターン形成されており、例えば幅が３０ｎｍ、高さが１００ｎｍ、ピッチが１４０ｎｍとなっている。
【００２２】
ここで、金属膜１１０ＭをＬ、金属膜１１０Ｍ間のスペースＳとして規定されるＬ／Ｓ比は、偏光素子１の光学特性を決める重要なパラメータとなっている。具体的に本実施形態では、Ｌ／Ｓ比（３／１１）と小さくすることで高い光学特性を備えたものとなっている。
【００２３】
基材１００Ａは、ガラスや石英、プラスチック等の透明基板からなる。
また金属膜１１０Ｍを構成する金属材料としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた。なお、金属膜１１０Ｍ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。
【００２４】
前記下地層１１５は基材１００Ａ表面に形成されるものであり、前記偏光素子部１１０のエッチング時（パターニング時）に前記金属膜１１０Ｍとともに一部がエッチングされたものとなっている。すなわち、下地層１１５はエッチングにより金属膜１１０Ｍをパターン形成する際に一部が掘り込まれることでエッチング終点制御のマージンを拡げる機能を奏するものである。また下地層１１５は前記金属膜１１０Ｍに対しエッチングレートが同等以上の材料から構成される。
【００２５】
前記下地層１１５の材料としては、上述した機能を奏するものであれば、有機、無機材料を問わず採用可能である。本実施形態では、樹脂材料からなる下地層１１５を用いた。この樹脂材料としては、メタクリル系樹脂（ＰＭＭＡ；ポリメチルメタクリレート）、アクリル系樹脂（ＵＶ硬化樹脂）を例示でき、具体的にはＯＥＢＲ−１０００（東京応化工業株式会社）、ＰＡＫ−０１（東洋合成工業株式会社）、ダウコーティングＨＳＱ（東レ）を用いた。
また、前記下地層１１５における樹脂以外の形成材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２等を例示できる
【００２６】
このような偏光素子１は、図２に示すように、可視光の波長よりも狭いピッチで形成された縞状パターンを有していることで、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、金属膜１１０Ｍの延在方向と垂直な方向に偏光軸を有する直線偏光Ｅｔを透過する一方、金属膜１１０Ｍ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、金属膜１１０Ｍの延在方向（図１（ｂ）のＸ軸方向）と平行な反射軸と、かかる反射軸と直交する向き（図１（ｂ）のＹ軸方向）の透過軸とを有する。
【００２７】
本実施形態に係る偏光素子１は、金属膜１１０Ｍに対しエッチングレートが同等以上の下地層１１５を備えているので、例えば金属膜１１０Ｍのパターニング時に下地層１１５を掘り込ませることで金属膜１１０Ｍがサイドエッチされることでエッチング時の終点制御のマージンが拡がり偏光素子部１１０がオーバーエッチされることが防止されたものとなる。したがって、高アスペクト比構造を有するとともにオーバーエッチが防止された光学特性の高いものとなる。
【００２８】
（偏光素子の製造方法）
次に、上述した偏光素子１の製造方法について、図３を参照しながら説明する。図３は偏光素子１の製造工程を示す断面図である。
【００２９】
まず、図３（ａ）に示すように、透明なガラス基板等からなる基材１００Ａを用意し、基材１００Ａの一面側に、スピンコート法により上述したような樹脂材料（メタクリル系樹脂、アクリル系樹脂）を成膜して下地層１１５とする。その後、下地層１１５上に、スパッタ法等を用いてベタ状にアルミニウム膜を成膜して金属膜１１０ａを形成する。さらに、金属膜１１０ａ上に、スパッタ法等を用いてベタ状にシリコン酸化膜１１６ａを形成する。このシリコン酸化膜１１６ａは、上記金属膜１１０ａをパターニングする際のハードマスクとして機能するものである。
【００３０】
次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１１６ａ上にレジストを塗布してこれをプリベークすることでレジスト層１１４ａを形成する。次に、例えば波長が２６６ｎｍのレーザ光を露光光として用いた二光束干渉露光法によりレジスト層１１４ａを露光する。ここでは、ピッチが可視光の波長以下（例えば１４０ｎｍ）の微細な縞状パターンとなるように露光を行う。露光を行った後、さらにレジスト層１１４ａをベーク（ＰＥＢ）し、その後にレジスト層１１４ａを現像する。これにより、図３（ｃ）に示すように、縞状のパターンを有するエッチングマスク１１４がシリコン酸化膜１１６ａ上に形成される。
【００３１】
ここで、二光束干渉露光法を行う露光装置は、例えば図４に示すものを用いることができる。露光装置１２０は、露光光を照射するレーザ光源１２１と、回折型ビームスプリッタ１２２と、モニタ１２３と、ビームエキスパンダ１２４、１２５と、ミラー１２６、１２７と、基材１００Ａを載置するステージ１２８とを備えている。
【００３２】
レーザ光源１２１は、例えば第４高調波の波長が２６６ｎｍであるＮｄ：ＹＶＯ４レーザ装置である。回折型ビームスプリッタ１２２は、レーザ光源１２１から出力された１本のレーザビームを分岐して２本のレーザビームを生成する分岐手段である。そして、回折型ビームスプリッタ１２２は、入射するレーザビームをＴＥ偏光としたときに強度の等しい２本の回折ビーム（±１次）を発生させる構成となっている。モニタ１２３は、回折型ビームスプリッタ１２２から出射した光を受光して電気信号に変換する。露光装置１２０では、この変換された電気信号に基づいて２本のレーザビームの交差角度などの調整を行えるようになっている。
【００３３】
ビームエキスパンダ１２４は、レンズ１２４ａと空間フィルタ１２４ｂとを備えており、回折型ビームスプリッタ１２２で分岐された２本のレーザビームのうちの一方のビーム径を例えば３００ｍｍ程度に広げる構成となっている。同様に、ビームエキスパンダ１２５も、レンズ１２５ａと空間フィルタ１２５ｂとを備えており、２本のレーザビームのうちの他方のビーム径を広げる構成となっている。ミラー１２６、１２７は、ビームエキスパンダ１２４、１２５を透過したレーザビームをそれぞれステージ１２８に向けて反射させる構成となっている。ここで、ミラー１２６、１２７は、反射したレーザビームを交差させることで干渉光を発生させ、この干渉光を基材１００Ａ上のレジスト層１１４ａに照射する。
このような露光装置１２０を用いてレジスト層１１４ａに干渉光を照射することで、レーザ光源１２１の波長よりも狭い形成ピッチでレジスト１１４を形成することができる。このレジスト１１４は上述したＬ／Ｓ比（３／１１）を満足する位置に形成されたものとなる。
【００３４】
次に、レジスト１１４を介してドライエッチング処理を行い、シリコン酸化膜１１６ａをパターニングし、図３（ｄ）に示すようにマスク１１６を形成する。なお、前記レジスト１１４はマスク１１６を形成した後に剥離してもよい。仮にレジスト１１４を剥離しない場合でも、後述の金属膜１１０ａのパターニング時にエッチングされることで除去されるため問題はない。
続けて、マスク１１６を介したドライエッチング処理により、金属膜１１０ａをパターニングする。具体的には、三塩化ホウ素(ＢＣｌ３）、塩素（Ｃｌ２）及び四塩化炭素（ＣＣｌ４）をエッチングガスとして用いたイオンエッチング装置により前記エッチングマスク１１４を介してエッチングを行う。
【００３５】
上述したように、上記マスク１１６はＬ／Ｓ比（３／１１）が小さく、高アスペクト構造の偏光素子部１１２に対応するものとなっている。このような高アスペクト構造を形成する場合、その終点制御が特に困難となる。
本実施形態によれば、金属膜１１０ａがパターニングされることで金属膜１１０ａの下層に設けられる下地層１１５が露出する。この下地層１１５は、前記金属膜１１０ａと同等以上のエッチングレートを有する材料（メタクリル系樹脂、アクリル系樹脂）から構成されているので、図５に示すようにドライエッチングは金属膜１１０ａをサイドエッチすることなく前記下地層１１５の一部を掘り込むように進行する。よって、エッチングマスク１１４の幅よりも平面視した状態で内側までドライエッチングが進行する、所謂オーバーエッチが発生することを防止できる。これにより、図３（ｄ）に示したように、複数のスリット状の開口部１１３を有する金属膜１１０Ｍからなる偏光素子部１１０が基材１００Ａ上に形成される。さらに、金属膜１１０Ｍの上面にはその延在方向に沿ってマスク１１６が形成されている。
【００３６】
以上の工程により、偏光素子１を製造することができる。ここで図６（ａ）は、本実施形態の製造方法を用いて製造された本発明に係る偏光素子１の電子顕微鏡写真である。かかる（ａ）図に示すように、本実施形態により得られる偏光素子１では、下地層１１５上に形成された金属膜１１０Ｍが複数のスリット状の開口部が形成されたものとなっている。このように本実施形態の製造方法によれば、高アスペクト比のワイヤーグリッドを構成する金属膜１１０Ｍを確実に製造することができる。
【００３７】
一方、図６（ｂ）は、下地層１１５を形成しない従来の製造方法を用いて、基材１００Ａ上にドライエッチングにより形成された偏光素子部１１０の電子顕微鏡写真である。写真から明らかなように、下地層１１５を形成することなく金属膜１１０Ｍのエッチングを行うと、金属膜１１０Ｍにおけるドライエッチングの終点制御を良好に行うことが困難となり、金属膜１１０Ｍがオーバエッチングされてしまい、良好なグリッド構造が得られなくなる。このように金属膜１１０Ｍが良好なグリッド構造を構成できないと、偏光素子の光学特性が低下する。
【００３８】
（プロジェクタ）
図７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。
【００３９】
図７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は投射レンズである。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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、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及び出射レンズ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、青色光が青色光用液晶光変調装置８２４に入射される。
【００４２】
各光変調装置８２２〜８２４により変調された３つの色光は、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。
【００４３】
ここで、本実施形態のプロジェクタ８００においては、光変調装置８２２〜８２４として図８に示すような液晶装置を採用している。
【００４４】
（液晶装置）
図８は液晶装置８２２〜８２４の断面模式図であって、該液晶装置８２２〜８２４は、一対の基板１０，２０間に液晶層５０が挟持された構成を有している。
【００４５】
基板１０は素子基板であって、基板本体１０Ａ上に、ワイヤーグリッド偏光層１８と、画素電極９と、配向膜２１とを備えた構成となっている。なお、基板１０は、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。一方、基板２０は対向基板であって、基板本体２０Ａ上に、ワイヤーグリッド偏光層１８と、対向電極２３と、配向膜２２とを備えた構成となっている。
【００４６】
本実施形態では、ワイヤーグリッド偏光層１８、基板本体（基材）１０Ａ（２０Ａ）によって、ワイヤーグリッド型の偏光素子１９が構成されている。基板本体１０Ａ，２０Ａは、液晶装置用の基板であると同時に、偏光素子用の基板としての機能もかねている。偏光素子１９は、上述した偏光素子の製造方法を用いて製造されたものである。なお、前記基板本体１０Ａ，２０Ａとワイヤーグリッド偏光層１８との間には樹脂材料から構成される下地層１５１（不図示）が形成されている。
【００４７】
ワイヤーグリッド型の偏光素子１９上に形成される前記配向膜２１，２２は、例えばポリイミド等の有機材料にラビング処理を施したものが用いられる。ラビング処理が行われると、ワイヤーグリッド偏光層１８にラビング圧力が加わる。この時、ワイヤーグリッド偏光層１８と基板本体１０Ａ，２０Ａとの間に樹脂材料からなる下地層１５１がラビング圧力を緩和し、ワイヤーグリッド偏光層１８が破損するのを防止できる。
【００４８】
図８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。
【００４９】
ここで、基板１０側に設けられるワイヤーグリッド偏光層１８と、基板２０側に設けられるワイヤーグリッド偏光層１８とは、互いの金属突起体１８Ａが交差するよう構成されている。
【００５０】
このようなワイヤーグリッド偏光層１８により、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液晶層５０に透過させることが可能となっている。
図８に示したように、ワイヤーグリッド偏光層１８は、液晶層５０に入射する光の波長よりも小さいピッチでストライプ状に配列された多数の金属突起体１８Ａにより構成されていることにより、金属突起体１８Ａの延在方向に対して略平行方向に振動する偏光に対しては反射させ、金属突起体１８Ａに延在方向に対して略垂直方向に振動する偏光については透過させる反射型偏光素子として機能させることができる。
【００５１】
つまり、ワイヤーグリッド偏光層１８は、当該ワイヤーグリッド偏光層１８に入射した光の偏光方向により、偏光選択が行なわれる。そのため、図９に示すように、ワイヤーグリッド偏光層１８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、ワイヤーグリッド偏光層１８の延在方向と平行な方向に偏光軸を有する直線偏光Ｙを反射することになる。
【００５２】
したがって、ワイヤーグリッド偏光層１８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。
【００５３】
このような液晶装置８２２〜８２４は、上述したように、図８に示す基板１０（２０）の内側に組み込まれたワイヤーグリッド偏光層１８を介して液晶層５０に直線偏光が入射され、該液晶層５０において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。よって、位相制御された光は、反対側の基板２０（１０）の内側に組み込まれたワイヤーグリッド偏光層１８を選択透過して、変調されることになる。本実施形態に係るワイヤーグリッド偏光層１８は上述したように高アスペクト構造を有したものであることから、優れた光学特性を得ることができる。
【００５４】
本実施形態においては、偏光素子を液晶パネル内に組み込んだ構成であることから、基板本体１０Ａ，２０Ａが、液晶装置用の基板と、偏光素子用の基板との機能をかねることになる。これにより、部品点数を削減することができるので装置全体が薄型化でき、液晶装置の機能を向上させることができる。さらに、装置構造が簡略化されるので、コスト削減を図ることができる。
【００５５】
また、図４に示すように、液晶装置８２２〜８２４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。
【００５６】
上記プロジェクタ８００は、偏光素子を組み込んだ液晶装置を光変調手段として備えている。
上述したように、本実施形態の液晶装置８２２〜８２４は、上述したように高アスペクト構造のワイヤーグリッド偏光層１８を有しているので表示不良や信頼性の低下が生じず、また低消費電力で表示の明るさにも優れたものである。よって、本発明のプロジェクタ８００は、上記液晶装置８２２〜８２４を光変調手段として備えたことから、信頼性が高く優れた表示特性を有したものとなっている。
【００５７】
なお、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。例えば、実施形態ではスイッチング素子としてＴＦＴを備えた液晶装置を例にして説明したが、スイッチング素子として薄膜ダイオード（Thin Film Diode）等の二端子型素子を備えた液晶装置に本発明を適用することも可能である。また、実施形態では３板式のプロジェクタ（投射型表示装置）を例にして説明したが、単板式の投射型表示装置や直視型表示装置に本発明を適用することも可能である。
【００５８】
また、本発明の液晶装置を、プロジェクタ以外の電子機器に適用することも可能である。その具体例として、携帯電話を挙げることができる。この携帯電話は、上述した各実施形態またはその変形例に係る液晶装置を表示部に備えたものである。また、その他の電子機器としては、例えばＩＣカード、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】偏光素子を示す部分断面図及び斜視図である。
【図２】偏光素子の動作説明図である。
【図３】偏光素子の製造工程説明図である。
【図４】偏光素子の製造に用いる露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】図４に続く偏光素子の製造工程説明図である。
【図６】偏光素子の断面構造及び従来の構造を示す写真である。
【図７】プロジェクタを示す概略構成図である。
【図８】光変調装置として用いられる液晶装置の概略構成図である。
【図９】偏光層の作用を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…偏光素子、１００Ａ…基材、１１０…偏光素子部、１１０Ｍ…金属膜、１１５…下地層（エッチング犠牲層）、１１３…開口部、８００…プロジェクタ、８２２〜８２４…液晶装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に形成されて複数のスリット状の開口部を有する金属膜からなる偏光素子部と、
前記基材と前記偏光素子部との間に設けられ、前記偏光素子部のエッチング時に前記金属膜とともに一部がエッチングされてなるエッチング犠牲層と、を備え、
前記エッチング犠牲層は、前記金属膜に対するエッチングレートと同等以上のエッチングレートを有する材料から構成されることを特徴とする偏光素子。
【請求項２】
前記エッチング犠牲層は樹脂材料からなることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子。
【請求項３】
前記樹脂材料はメタクリル系樹脂又はアクリル系樹脂からなることを特徴とする請求項２に記載の偏光素子。
【請求項４】
前記エッチング犠牲層の膜厚が１０ｎｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏光素子。
【請求項５】
基材上に複数のスリット状の開口部を有する金属膜からなる偏光素子部を有する偏光素子を製造する方法において、
前記基材上に、前記金属膜と同等以上のエッチングレートを有するエッチング犠牲層を形成する工程と、
該エッチング犠牲層上に前記金属膜を形成し、エッチングによって前記金属膜をパターニングし前記偏光素子部を形成する工程と、を備えることを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項６】
前記エッチング犠牲層の形成材料として樹脂材料を用いることを特徴とする請求項５に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項７】
前記樹脂材料としてメタクリル系樹脂又はアクリル系樹脂を用いることを特徴とする請求項６に記載の偏光素子。
【請求項８】
スピンコート法を用いて前記樹脂材料を形成することを特徴とする請求項６又は７に記載の偏光素子。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の偏光素子を備えたことを特徴とする液晶装置。
【請求項１０】
一対の基板間に液晶層を挟持してなり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側に前記偏光素子が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の液晶装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０のいずれか一項に記載の液晶装置を光変調装置として備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１】
基材上に形成されて複数のスリット状の開口部を有する金属膜からなる偏光素子部と、
前記基材と前記偏光素子部との間に設けられ、前記偏光素子部のエッチング時に前記金属膜とともに一部がエッチングされてなるエッチング犠牲層と、を備え、
前記エッチング犠牲層は、前記金属膜に対するエッチングレートと同等以上のエッチングレートを有する材料から構成されることを特徴とする偏光素子。
【請求項２】
前記エッチング犠牲層は樹脂材料からなることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子。
【請求項３】
前記樹脂材料はメタクリル系樹脂又はアクリル系樹脂からなることを特徴とする請求項２に記載の偏光素子。
【請求項４】
前記エッチング犠牲層の膜厚が１０ｎｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏光素子。
【請求項５】
基材上に複数のスリット状の開口部を有する金属膜からなる偏光素子部を有する偏光素子を製造する方法において、
前記基材上に、前記金属膜と同等以上のエッチングレートを有するエッチング犠牲層を形成する工程と、
該エッチング犠牲層上に前記金属膜を形成し、エッチングによって前記金属膜をパターニングし前記偏光素子部を形成する工程と、を備えることを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項６】
前記エッチング犠牲層の形成材料として樹脂材料を用いることを特徴とする請求項５に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項７】
前記樹脂材料としてメタクリル系樹脂又はアクリル系樹脂を用いることを特徴とする請求項６に記載の偏光素子。
【請求項８】
スピンコート法を用いて前記樹脂材料を形成することを特徴とする請求項６又は７に記載の偏光素子。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の偏光素子を備えたことを特徴とする液晶装置。
【請求項１０】
一対の基板間に液晶層を挟持してなり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側に前記偏光素子が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の液晶装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０のいずれか一項に記載の液晶装置を光変調装置として備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−３０４５２２（Ｐ２００８−３０４５２２Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４９０９７（Ｐ２００７−１４９０９７）
【出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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