光学素子、液晶装置及び電子機器
【課題】ワイヤーグリッド偏光層の製造を容易にし、優れた光学特性を備える光学素子を提供するとともに、製造プロセスの簡略化及び液晶装置の高機能化を実現可能とする液晶装置及び電子機器を提供する。
【解決手段】入射光の一部を反射するとともに入射光の一部を透過させる光学素子１であって、基材６と、基材６上に形成され、複数の微細ワイヤー２ａを含む、偏光分離機能を有するワイヤーグリッド偏光層２と、カバー層３上に形成され、入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層４と、を備え、回折機能層４は、平面的に配置されている複数の第１の領域４ａと、第１の領域４ａと屈折率が異なる複数の第２の領域４ｂとを有する。
【解決手段】入射光の一部を反射するとともに入射光の一部を透過させる光学素子１であって、基材６と、基材６上に形成され、複数の微細ワイヤー２ａを含む、偏光分離機能を有するワイヤーグリッド偏光層２と、カバー層３上に形成され、入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層４と、を備え、回折機能層４は、平面的に配置されている複数の第１の領域４ａと、第１の領域４ａと屈折率が異なる複数の第２の領域４ｂとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、液晶装置及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
偏光分離機能を備える光学素子の１つとして、ワイヤーグリッド偏光素子が知られている。これは、光の波長より短いピッチで並べられた多数の導体の微細ワイヤーを持つ素子であり、入射光のうち微細ワイヤーに平行な偏光軸を有する成分（ＴＥ）を反射するとともに、微細ワイヤーに垂直な偏光軸を有する成分（ＴＭ）を透過する性質を持つ。
【０００３】
このようなワイヤーグリッド偏光素子を半透過反射型の液晶装置に内蔵する場合、１つの画素領域内のうち反射表示領域と対応する領域に、ワイヤーグリッド偏光層と散乱層が積層された構造となる。このワイヤーグリッド偏光層の表面は、反射表示において良好な表示特性を得ることを目的として、光を散乱させながら反射するために凹凸形状とされている。ワイヤーグリッド偏光層の表面が平坦であると、正反射方向でのみ極端に輝度が大きくなる。すると、視認方向での輝度が低下して画像が見にくくなってしまう（例えば、特許文献１）。
【０００４】
このようなワイヤーグリッド偏光層は、反射表示領域に対応する内側の表面が凹凸形状とされた樹脂層上に形成される。ワイヤーグリッド偏光層を形成するには、まず、図１９（ａ），（ｂ）に示すような樹脂膜５１１の凹凸面５１１Ａ上に、アルミニウムなどの光反射性を有する金属膜５１２を真空成膜する。金属膜５１２は、膜厚が約０．１μｍで成膜され、その表面は樹脂膜５１１の表面形状を反映して凹凸形状となり、凸部５１２ａ間のピッチＰが約１０μｍとなっている。
続いて、このような凹凸形状を呈する金属膜５１２上に感光性のレジスト膜５１３を成膜し、当該レジスト膜５１３に対して２光束干渉露光及び現像を行うことによって得られたレジストパターンを介して、金属膜５１２をドライエッチングする。このようにして、多数の微細ワイヤーを形成し、ワイヤーグリッド偏光層を形成する。
【０００５】
ところが、図１９（ａ）に示すように金属膜５１２の凹凸面５１２Ａにおける凹凸の段差Ｈは約１μｍ程度あり、この凹凸面５１２Ａ上にレジストをスピンコートすると、図２０に示すようにその殆どが凹部５１２ｂ内に入り込み、凸部５１２ａ上にはあまり塗布されないため、均一な厚さでレジスト膜５１３を成膜することができない。この場合、レジスト膜５１３に対する露光量が場所（凸部５１２ａ、凹部５１２ｂ）によって異なってしまい、均一な形状でレジストパターンを得ることができない。つまり、図２０に示すレジスト膜５１３に対して露光を行ったとしても、凸部５１２ａ上にはレジスト膜５１３が塗布されていないため、図２１に示すように、凸部５１２ａ上にレジストパターンを形成することはできない。
【０００６】
さらに図２２に、図２１に示すレジストパターンをマスクにして金属膜５１２をエッチングした結果を示す。同図によれば、一方、樹脂膜５１１の凹部５１１ｂ上の金属膜５１２は良好にエッチングされているのに対して、凸部５１１ａ上の金属膜５１２はほとんど除去されてしまい樹脂膜５１１の凹凸面５１１Ａが露出している。このように、既存の樹脂膜５１１の凹凸面５１１Ａ上にワイヤーグリッド偏光層を形成することは、上記したようなプロセス上の問題から困難であることが明らかである。
【０００７】
一方、液晶装置の性能面からも問題がある。図１９に示したように、樹脂膜５１１（金属膜５１２）の凹凸の段差Ｈは１μｍ程度であり、凹凸形状により液晶層の厚みにバラツキが出てしまう。通常、液晶層の厚みが約５μｍ程度で設計されることから、液晶層の厚みは平面内で２割程度のバラツキが生じることになる。これは、画質のコントラストを低減させる要因となる。
【特許文献１】特表２００２−５２０６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの課題に対して、本願発明者は以下に示すような提案を既にしている（特願２００７−１５１２２５号公報）。これは、基板上にワイヤーグリッド偏光層を備え、反射光を散乱させる機能を回折機能層で実現しようとするものである。
具体的な構造を図２３及び図２４に示す。図２４は、図２３（ａ），（ｂ）の断面図である。図２３（ａ）に示すように、基材６上に可視光の波長よりも周期の大きい構造（回折機能層６１４）を設け、その表面に、図２３（ｂ）に示すようなワイヤーグリッド偏光層６１５（非回折構造）を設けた構造となっている。この構造によれば、図２４に示すように、回折機能層６１４の段差部６１６の高さｇ（高低差）を、０．１μｍ程度に低減することができる。従来、１μｍ程度あった段差を１／１０程度にすることが可能となり、これによって、ワイヤーグリッド偏光層６１５を形成する際、レジスト塗布時に生じる厚みのバラツキが大幅に軽減され、均一なレジストパターンを得ることができる。同時に、液晶層の厚みのバラツキも低減されるため、コントラストの低下を防止することが可能となる。
【０００９】
上記構造によって、ワイヤーグリッド偏光層６１５が形成される回折機能層６１４の表面の段差（段差部６１６の高低差）を、従来の構造よりも大幅に低減することができた。ところが、ワイヤーグリッド偏光層６１５の形成工程において、段差部６１６の近傍でレジストパターンＲの底付きが得られず、ワイヤーグリッド偏光層６１５の形成不良が生じてしまう場合がある。
【００１０】
図２５に、上記回折機能層６１４（段差部６１６の高低差が約０．１μｍ）上に、レジストをスピンコートした様子を示す。このレジスト膜６１７に対して２光束干渉露光を行い、得られたレジストパターンを図２６に示す。（図２６は、露光後の図２５におけるレジスト膜の一部を示す断面図である。）図２６に示すように、回折機能層６１４の略全面にレジストパターンＲが形成されているように見えるが、段差部６１６の近傍などではレジスト膜６１７の底部において一部露光量が足りず、底付きしていない部分が発生することがある。
【００１１】
これは、レジスト表面の段差形状によって露光光の位相変調が生じ、面内の強度分布が生じることが原因と考えられる。先行発明においては、従来よりも段差が大幅に低減されるため、レジスト塗布時に段差を埋めて平坦にレジストを塗布できれば問題はないが、レジスト表面に段差が生じると底付きしない部分が発生してしまう。本願は、先行発明をさらに改良し、製造上の問題点も解決したものである。
【００１２】
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、ワイヤーグリッド偏光層の製造を容易にし、優れた光学特性を備える光学素子を提供するとともに、製造プロセスの簡略化及び液晶装置の高機能化を実現可能とする液晶装置及び電子機器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】
【００１３】
本発明の光学素子は、上記課題を解決するために、基材と、前記基材上に形成され、複数の微細ワイヤーによる偏光分離機能を有するグリッドと、前記グリッド上方に形成された回折機能層と、を備え、前記回折機能層は、平面的に少なくとも２種類の領域を有し、該少なくとも２種類の領域で、前記回折機能層の屈折率が異なることを特徴とする。
【００１４】
本発明の光学素子によれば、基材の平面上にグリッドを設ける構成となっているため、ワイヤーグリッドの製造プロセスに伴う、レジストの露光量の面内均一性が向上するため、光学特性（光の偏光分離性）の良好なワイヤーグリッドを確実に得ることが可能となる。
本発明では、回折機能層によって光を散乱し、グリッドによって偏光分離している。ここで、回折機能層の２種類の領域の屈折率差を大きくすることで、１次回折光の強度を高めることができ、回折機能層を透過した光の拡散効果を向上させることができる。
以上から、上記光学素子によれば、入射光を偏光状態の異なる反射光及び透過光に分離して取り出すことができるとともに、その射出方向に拡散させることができる。
【００１５】
また、前記領域は、面方向に不規則に配置されていることが好ましい。
このような構成によれば、回折機能層における２種類の領域に法則性がなく統計的な偏りのない不規則な分布になる。このため、入射光を様々な方向に拡散させることができる。よって、光学素子による入射光の拡散範囲を広げることが可能となる。
【００１６】
また、前記領域が、面方向に不規則に配置された単位パターンが、複数配置されていることが好ましい。
このような構成によれば、回折機能層の製造に用いるフォトマスクも、上記単位パターンに相当するマスクパターン（レジストパターン）が繰り返し配置された構造とすることができ、当該フォトマスクの作成が容易となる。これにより、光学素子を容易に製造することが可能となる。
【００１７】
また、単位パターンの配置において、単位パターンの一つと、隣接する他の単位パターンとは、面方向の配置角度が異なることが好ましい。
このような構成によれば、単位パターンの繰り返し周期に起因する拡散方向の偏りを解消することができる。
【００１８】
また、グリッドと回折機能層との間にカバー層を有し、該カバー層が誘電体材料から構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、回折機能層とグリッドとの間の密着性を、カバー層を介することによって向上させることができる。また、カバー層を設けることによって、微細ワイヤー間に封止空間を形成することができ、ワイヤーグリッド偏光層の光学特性を向上させることができる。
【００１９】
また、回折機能層上に反射防止膜が形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、回折機能層の表面で反射する光を低減させることができる。回折機能層の表面の光は偏光分離されていないので、漏れ光となってコントラストが低下してしまうことを防止することができる。
【００２０】
本発明の液晶装置は、上記課題を解決するために、光学素子を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、光散乱機能に優れた光学素子を具備した液晶装置を提供できる。
【００２１】
また、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、一対の基板のうち少なくとも一方の基板の液晶層側に、光学素子が形成されていることが好ましい。
本発明によれば、内蔵型の反射偏光層を備えた液晶装置を構成できる。また、上記光学素子は、基板の平面上にグリッドが設けられているため、このようなグリッド上に設けられる回折機能層の表面は平坦となっている。そのため、光学素子をインセル化した場合に液晶層の厚みが均一になり、画像（コントラスト）の向上が期待できる。さらに、回折機能層上に設けられる配向膜のラビング処理において、その面内の均一性が向上されることによっても画質の向上が期待できる。
【００２２】
また、１つの画素で透過表示と反射表示とが可能な半透過反射型の液晶装置であって、光学素子を、反射表示を行うための反射層として備えたことが好ましい。
本発明によれば、透過表示と反射表示の双方で高コントラストの表示が得られる半透過反射型の液晶装置を提供できる。
【００２３】
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、上記液晶装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、表示品質及び信頼性に優れる表示部ないし光変調手段を備えた電子機器を提供することができる。
【００２４】
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、上記光学素子を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、光学特性及び信頼性に優れた偏光光学系を備える電子機器を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（光学素子）
図１は、本発明に係る光学素子の概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１（ａ）の光学素子１のＸ−Ｚ平面に沿った断面図である。光学素子１は、基材６と、基材６上に配置されたワイヤーグリッド偏光層２と、ワイヤーグリッド偏光層２上にカバー層３を介して配置された回折機能層４と、ＡＲコート膜７と、不図示の対向基材と、を有している。
【００２７】
図１（ｂ）は、回折機能層の配置を示す斜視図である。
基材６は、ガラスや石英、プラスチック等の透明基板からなり、その一方の面上には、図２に示すようなワイヤーグリッド偏光層２が形成されている。
ワイヤーグリッド偏光層２は、互いに平行な多数のアルミニウムの微細ワイヤー２ａから構成され、平面視で縞状パターンを形成している。微細ワイヤー２ａの配置ピッチｄは、入射光の波長λよりも小さくなっており、例えば１４０ｎｍとすることができる。本実施形態においては、基材６の平坦な表面６Ａ上（具体的には下地層５上）にワイヤーグリッド偏光層２が形成されていることから、同形状を呈する各微細ワイヤー２ａの上面は略平坦となっている。なお、図１及び図２においては、便宜上、微細ワイヤー２ａの本数を実際より少なく描いている。
【００２８】
また、基材６上には、その表面を覆うようにして下地層５が形成されている。下地層５は、必要に応じて形成されるものであり、例えばシリコン酸化物膜やアルミニウム酸化物膜により形成することができる。下地層５は、エッチングにより微細ワイヤー２ａをパターン形成する際の、エッチング等による基材６の損傷を防止する機能や、基材６に対する微細ワイヤー２ａの密着性を改善する機能を奏する。上記ワイヤーグリッド偏光層２は、この下地層５上に形成される。
【００２９】
カバー層３は、ワイヤーグリッド偏光層２の基材６とは反対側の表面上に、多数の微細ワイヤー２ａを覆うようにして形成される。このカバー層３によって、微細ワイヤー２ａ間に形成されていた開口部２ｂが封止され、基材６（下地層５）、隣り合う一対の微細ワイヤー２ａ、及びカバー層３によって囲まれた空間が真空状態とされている。ここで、カバー層３の膜厚は、後述する回折機能層４の膜厚よりも遼に薄いほうが好ましく、０．３〜０．５μｍ程度の厚さとする。また、カバー層３の素材としては、回折機能層４及びワイヤーグリッド偏光層２のいずれとも異なる材料からなる薄膜が好ましく、例えば、ＳｉＯ２（シリコン酸化物）またはＳｉＮ（シリコン窒化）などの誘電体薄膜を用いることができる。
このカバー層３により、微細ワイヤー２ａ間に封止空間を形成することができるとともに、回折機能層４とワイヤーグリッド偏光層２との間の密着性を向上させることができる。
【００３０】
回折機能層４は、ワイヤーグリッド偏光層２上にカバー層３を介して配置され、複数の第１の領域４ａと、複数の第２の領域４ｂとを有して構成されている。第１の領域４ａと第２の領域４ｂとは、平面的に二次元配列されており、互いに屈折率が異なる材料で形成されている。本実施形態では、第１の領域４ａの方が、第２の領域４ｂよりも屈折率が高くなっており、その屈折率差は大きいことが望ましい。第１の領域４ａの形成材料としては、例えば、ＴｉＯ２、ＴａＯ５、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４等が挙げられる。
このような回折機能層４の厚さについては後述するものとする。
【００３１】
本実施形態の回折機能層４の表面（天面）には、反射防止処理としてＡＲコート膜７が形成されている。
【００３２】
図３は、光学素子の機能を説明するための模式図である。
このうち、図３（ａ）は、グリッドの機能を示す説明図であり、（ｂ），（ｃ）は、回折機能層の機能を示す説明図であって、回折機能層及びワイヤーグリッド偏光層の模式図である。
【００３３】
図３（ａ）に示す光学素子１においては、黒の表示が第１の領域４ａに相当し、白の領域が第２の領域４ｂに相当する。回折機能層４には、この第１の領域４ａと第２の領域４ｂとが平面的に複数分布している。この領域の分布によって入射光８０を回折させて、図３（ａ）に示すように、入射方向とは異なる方向に散乱させることができる。
【００３４】
図３（ｂ）に示すように、ワイヤーグリッド偏光層２への入射光（回折機能層４を透過した光８０）は、微細ワイヤー２ａと平行な偏光軸を有する成分ｐ（ＴＥ）がワイヤーグリッド偏光層２によって反射され、微細ワイヤー２ａと垂直な偏光軸を有する成分ｓ（ＴＭ）がワイヤーグリッド偏光層２を透過する。すなわち、ワイヤーグリッド偏光層２を有する光学素子は偏光分離機能を備えており、光８０を、偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離することができる。そして、反射光８０ｒは再び回折機能層４へと入射し、入射方向とは異なる方向に散乱する。
より詳しくは、回折機能層４の作用によれば、ワイヤーグリッド偏光層２を透過する透過光８０ｔと、ワイヤーグリッド偏光層２によって反射された反射光８０ｒの双方を拡散させることができる。そして、後述するように、反射光８０ｒ及び透過光８０ｔの拡散特性は調整することが可能である。
【００３５】
図３（ａ）に示した反射光８０ｒの拡散効果と透過光８０ｔの拡散効果は、回折機能層
４の厚さｔを変えることで制御することができる。本実施形態の光学素子１は、図３（ｃ）に示すように、回折機能層４において入射光８０をできるだけ１次回折させることを目的としている。ここで、入射光８０の波長をλ、入射角度をθ、回折格子の屈折率差をΔｎ、回折機能層の厚さをｔとした場合、１次回折光のエネルギーが最大となる回折機能層４の厚さは、以下の式（１）で示される。
ｔ＝λ・ｃｏｓθ／（２・Δｎ） …（１）
但し、Δｎは、回折機能層４の第１の領域４ａと第２の領域４ｂとの屈折率の差である。
【００３６】
例えば、人間の眼が最も感度が良いとされる緑色（λ＝０．５μｍ）について述べると、入射光の入射角度θが４５°、回折格子の屈折率差Δｎが０．１とすると、回折機能層４の最適な厚さｔは、１．７６μｍとなる。
【００３７】
光学素子１を反射型の装置に適用する場合には、反射光特性が重要となる。図４は、光学素子の反射光特性を示すグラフであり、（ａ）は反射係数の波長依存性、（ｂ）はコントラストの波長依存性を示している。図４（ａ）に示すように、どの波長においても反射係数に大きな変動はない。しかしながら、波長が高ければ高コントラストが得られるわけではなく、波長によってコントラストが変動する。図４（ｂ）に示すように、波長の増加と同時にコントラストも高まるが、ある波長を越えるとコントラストは除々に低下する。
【００３８】
以上述べたように、回折機能層４とワイヤーグリッド偏光層２とを有する光学素子１は、入射光８０を回折機能層４によって拡散させることができ、ワイヤーグリッド偏光層２によって偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離することができる。具体的には、回折機能層４によって拡散された入射光のうち、微細ワイヤー２ａの延在方向と垂直な方向に偏光軸を有する直線偏光（透過光８０ｔ）を透過する一方、微細ワイヤー２ａの延在方向と平行な方向に偏光軸を有する直線偏光（反射光８０ｒ）を反射する。また、ワイヤーグリッド偏光層２によって反射された反射光８０ｒは、回折機能層４に入射し拡散される。すなわち、本実施形態の光学素子によれば、偏光分離機能と光拡散機能とを併せもち、且つ透過光及び反射光の拡散をより高めることができる。
【００３９】
また、回折機能層４の光学特性（光拡散性）は、例えば上記式（１）により回折機能層４を所定の厚さに設定することによって、入射光をより広範囲に拡散させることができる。また、上記光学素子１は、アルミニウムの微細ワイヤーからなるワイヤーグリッド偏光層２によって偏光分離を行うものであるため、耐光性に優れている。
【００４０】
なお、回折機能層４によって得られる回折光の回折パターン（光の散乱状態）は、厚みｈだけでなく、第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの配列パターン、各領域４ａ，４ｂの大きさ、屈折率差などによって適宜設定することが可能である。
【００４１】
上記光学素子１を具体的な表示デバイスに適用する場合、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂを全範囲で完全にランダムに配置してもよいが、これに代えて次のようにすることもできる。すなわち、複数の第１の領域４ａと複数の第２の領域４ｂとが特定のランダムな分布に配置された単位パターンを作成し、複数の当該単位パターンを繰り返し配置するというものである。ここで、単位パターンの大きさは任意であるが、例えば１辺が４００μｍの正方形とすることができる。このような構成によれば、回折機能層４の製造に用いるフォトマスクも、上記単位パターンに相当するマスクパターンが繰り返し配置された構造とすることができ、当該フォトマスクの作成が容易となる。これにより、光学素子を容易に製造することが可能となる。
【００４２】
さらに、図５に示すように、隣接する単位パターン１ｕの方向が互いに異なるように配置してもよい。図５においては、単位パターン１ｕ内の矢印が単位パターン１ｕの方向を示している。このような配置によれば、回折機能層４の周期性が低く抑えられる結果、単位パターン１ｕの繰り返し周期に起因する拡散方向の偏りを解消することができ、回折による色づきを実用上問題が生じない程度に緩和することができる。
【００４３】
（光学素子の製造方法）
続いて、図６〜８を用いて、光学素子の製造方法について説明する。図６は、光学素子の製造方法のフローチャートであり、図７，８は、光学素子の製造工程における断面図である。以下、図６のフローチャートに沿って工程Ｓ１〜工程Ｓ１２の順に説明する。
【００４４】
工程Ｓ１では、図７（ａ）に示すように、基材６上に、下地層５を形成する。
この工程では、まず、厚さ約０．７ｍｍのガラスからなる基材６上に、スパッタ法等により例えばシリコン酸化物膜を成膜して下地層５を形成する。
【００４５】
工程Ｓ２では、下地層５上に、スパッタ法等により厚さ１２０ｎｍの導電膜としてのアルミ膜２Ｌを形成する。
【００４６】
工程Ｓ３では、アルミ膜２Ｌ上に、真空蒸着又はスパッタ等により反射防止膜３３を形成する。反射防止膜３３としては、例えば、ＳｉＣやＳｉＯｘＮｙ：Ｈ（ｘ、ｙは組成比）が適している。もしくは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いても良い。また、半導体分野で広く用いられている有機塗布材料を用いても良い。反射防止効果を有するか否かは、素材の複屈折率に大きく左右され、例えば、複素屈折率の実部の値が１．４以上、複素屈折率の虚部の値が０．１以上１．５以下のものが望ましい。
【００４７】
ここで、図９は、反射防止膜３３上にレジストＲｅ（図７（ａ））を積層した場合における、反射防止膜３３の厚さと、レジストＲｅと反射防止膜３３との界面での反射光強度との関係を示すグラフであり、（ａ）は、反射防止膜３３としてＳｉＣを用いた場合のもの、また（ｂ）は、反射防止膜３３としてＳｉＯｘＮｙ：Ｈを用いた場合のものである。なお、反射防止膜３３の膜厚は、同じ材料であっても成膜条件によって異なる。
【００４８】
工程Ｓ４では、反射防止膜３３上に、スピンコート法などによって、表面が略平坦な平面とされたレジストＲｅを形成する（図７（ａ））。
【００４９】
工程Ｓ５では、レジスト膜Ｒｅに対してレーザー干渉露光を用い（図７（ｂ））、ワイヤーグリッド偏光層２の微細ワイヤーの形成位置に相当する領域、すなわちピッチが１４０ｎｍである微細な線状の領域を選択的に露光して、微細ワイヤーの潜像を形成する。レーザー干渉露光に用いる光源としては、波長２６６ｎｍの連続発信ＤＵＶ（Deep Ultra Violet）レーザーを用いることができ、入射角θＬは、例えば７２°とすることができる。このとき、レジスト膜Ｒｅの下層に反射防止膜３３が形成されていることにより、レーザー光がアルミ膜２Ｌによって反射され露光が不完全となる不具合を防止することができる。また、レジスト膜Ｒｅの表面が略平坦な面になっているので、平面内においてレーザー光を略等しいパワー密度で均一に照射することができ、以降の各工程において高い形状並びに寸法精度でレジストパターンｒを形成することができる。
【００５０】
工程Ｓ６では、レーザー干渉露光されたレジスト膜Ｒｅの現像を行う。これにより、ピッチが１４０ｎｍの微細な線状のレジストパターンｒが得られる（図７（ｃ））。
【００５１】
工程Ｓ７では、アルミ膜２Ｌをエッチングする。より詳しくは、上記レジストパターンｒをマスクにしてドライエッチングを行うことにより、反射防止膜３３及びアルミ膜２Ｌをパターニングする（図７（ｄ））。続く工程Ｓ８では、レジストパターンｒ及び反射防止膜３３を除去する。これにより、回折機能層４上に、１４０ｎｍのピッチで配列された微細ワイヤーからなるワイヤーグリッド偏光層２が形成される（図７（ｅ））。
【００５２】
なお、アルミ膜２Ｌと反射防止膜３３との間にＳｉＯ２（厚さ３０ｎｍ）を形成しておくと、アルミ膜２Ｌに対するエッチング選択比がレジストの場合と比べて向上するため、レジストパターンｒを浅くすることができる。これにより、安定したレジストパターンｒを形成することができる。
【００５３】
工程Ｓ９では、ワイヤーグリッド偏光層２上にカバー層３を形成する。この工程は、例えば、プラズマＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法等により、真空環境下においてワイヤーグリッド偏光層２上にＳｉＯ２又はＳｉＮ等からなる層を形成することによって行う。この結果、微細ワイヤー２ａ間に、基材６（下地層５）、ワイヤーグリッド偏光層２、及びカバー層３によって囲まれた空間を真空状態で封止することができる（図７（ｆ））。
【００５４】
工程Ｓ１０では、カバー層３上に回折機能材料層４Ｌを形成する。この工程では、まず、カバー層３上に、スピンコート法などを用いて、ポリマーからなり所定の屈折率を有した回折機能材料層４Ｌを積層する（図７（ｆ））。回折機能材料層４Ｌを構成するＴｉＯ２、ＴａＯ５、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４等の材料は、金属アルコキシドなどを用いた塗布法を用いて成膜することができる。
続いて、不図示のフォトマスクを用いて回折機能材料層４Ｌのうち第２の領域４ｂに相当する領域を選択的に露光し、その後、湿式現象で除去することにより、カバー層３上に、第１の領域４ａの分布を形成する（図８（ａ））。回折機能材料層４Ｌのパターニングには、乾式現象（ドライエッチング）を用いることもできる。
【００５５】
その後、回折機能材料層４Ｌの屈折率とは異なる屈折率（回折機能材料層４Ｌの屈折率よりも小さい屈折率）を有する回折機能材料を、カバー層３上の第２の領域４ｂに相当する領域に配置し、回折機能層４の第２の領域４ｂの分布を形成する（図８（ｂ））。ここでは、上記回折機能材料を例えばスピンコート法などを用いて塗布する。
このようにして、基材６上に、互いに屈折率の異なる第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂを有する回折機能層４を形成する。
【００５６】
工程Ｓ１１では、回折機能層４の表面にＡＲコート膜７を形成し、反射防止機能を付与する。このようにして、本実施形態の光学素子１を形成する。
【００５７】
以上の工程により、基材６上にワイヤーグリッド偏光層２を確実且つ良好に形成することができる。この製造方法によれば、基材６の平面上にアルミ膜２Ｌを形成し、その上にレジストＲｅを成膜するため、アルミ膜２Ｌ及びレジストＲｅの各表面が平坦なものとなる。そのため、工程Ｓ４において、レジストＲｅをワイヤーグリッド偏光層２の形状に応じてパターン化する際、レジストＲｅの膜厚バラツキに起因する露光不足や露光光の位相変調などに関わるパターニングの不具合は殆ど生じない。その結果、基材６上にワイヤーグリッド偏光層２を確実に形成することができる。これにより、光学特性（光の偏光性）の良好な光学素子１を得ることが可能である。
【００５８】
なお、本実施形態では、導体膜としてアルミ膜２Ｌを用いたが、その他の金属素材、例えば、銀、ニッケル等を用いることもできる。
【００５９】
また、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂは、図１に記載したような形状に限られず、図１０に示すような形状としてもよい。この図においては、黒の領域が第１の領域４ａに相当し、白の領域が第２の領域４ｂに相当する。
【００６０】
また、上記実施形態では、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの形状は正方形又は正方形を繋げた形状であるとし、ワイヤーグリッド偏光層２に含まれる微細ワイヤーは、上記正方形の辺の１つに平行となっているが、これ以外にも種々の構成とすることができる。
図１１は、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの最小単位の形状（以下「単位形状」と呼ぶ）と、ワイヤーグリッド偏光層２に含まれる微細ワイヤーの延在方向との関係の例を示す図である。
図１１（ａ）の構成では、単位形状が正方形となっている。このような構成においては、単位形状の正方形の辺とワイヤーグリッド偏光層２の微細ワイヤーの延在方向とのなす角が４５°となっており、単位形状の直線状の境界と微細ワイヤーとが非平行となっている。図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）では、単位形状がそれぞれ円形、楕円形となっている。
【００６１】
また、単位形状を円形にすれば、等方的な反射光強度分布を実現できる。他方で、単位形状に異方性を持たせ、例えば、長方形あるいは楕円形とすれば、反射光強度分布の形状に異方性を持たせることも可能である。その場合、単位形状の幅が狭い方向では分布の広がりが大きく、単位形状の幅が広い方向では分布の広がりが狭くなる。
【００６２】
〔液晶装置〕
次に、本発明に係る光学素子を内蔵型の反射偏光層として備えた液晶装置について図面を参照して説明する。
本実施形態の液晶装置は、液晶に対して基板面方向の電界（横電界）を印加し、配向を制御することにより画像表示を行う横電界方式のうち、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式と呼ばれる方式を採用した液晶装置である。また本実施形態の液晶装置は、基板上にカラーフィルタを具備したカラー液晶装置である。
【００６３】
図１２は、本実施形態の液晶装置２００を構成するマトリクス状に形成された複数のサブ画素領域の等価回路図である。図１３（ａ）は、本実施形態の液晶装置の任意の１サブ画素領域における平面図、図１３（ｂ）は、液晶装置を構成する各光学素子の光学軸の配置関係を示す説明図である。図１４は、図１３のＢ−Ｂ'線に沿う部分断面図である。
なお、各図においては、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せて表示している。なお、以下の説明においては、図１及び図２を適宜参照するものとする。
【００６４】
図１２に示すように、液晶装置２００の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数のサブ画素領域には、それぞれ画素電極９と画素電極９をスイッチング制御するためのＴＦＴ３０とが形成されている。ＴＦＴ３０のソースにはデータ線駆動回路１０１から延びるデータ線６ａが電気的に接続されている。データ線駆動回路１０１は、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを、データ線６ａを介して各画素に供給する。画像信号Ｓ１〜Ｓｎはこの順に線順次に供給しても構わないし、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。
【００６５】
ＴＦＴ３０のゲートには、走査線駆動回路１０２から延びる走査線３ａが電気的に接続されており、走査線駆動回路１０２から所定のタイミングで走査線３ａにパルス的に供給される走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが、この順に線順次でＴＦＴ３０のゲートに印加されるようになっている。画素電極９は、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されている。スイッチング素子であるＴＦＴ３０が走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが所定のタイミングで画素電極９に書き込まれるようになっている。
【００６６】
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像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極９と液晶を介して対向する共通電極との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付与されている。蓄積容量７０はＴＦＴ３０のドレインと容量線３ｂとの間に設けられている。
【００６７】
次に、図１３及び図１４を参照して液晶装置１００の詳細な構成について説明する。
液晶装置１００は、図１４に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０（基材）と対向基板２０（基材）との間に液晶層５０を挟持した液晶パネルを含む。液晶層５０は、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とが対向する領域の縁端に沿って設けられた図示略のシール材によって基板１０，２０間に封止されている。ＴＦＴアレイ基板１０の背面側（図示下面側）には、導光板９１と反射板９２とを備えたバックライト９０が設けられている。
【００６８】
図１３（ａ）に示すように、液晶装置１００のサブ画素領域には、データ線６ａの延在方向（Ｙ軸方向）に長手の平面視略櫛歯状を成す画素電極９と、画素電極９と平面的に重なって配置された平面略ベタ状の共通電極２９とが設けられている。サブ画素領域の図示左上の角部には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とを所定間隔で離間した状態に保持するための柱状スペーサ４０が立設されている。
【００６９】
画素電極９は、データ線６ａ延在方向に延びる複数本（図示では５本）の帯状電極部９ｃと、これら複数の帯状電極部９ｃのＴＦＴ３０側の各端部に接続されて走査線３ａの延在方向に延びる基端部９ａと、基端部９ａの走査線３ａ延在方向中央部からＴＦＴ３０側に延出されたコンタクト部９ｂ（図１４参照）とからなる。
【００７０】
共通電極２９は、図１４に示す画素領域内で平面ベタ状に形成された透明電極であり、かかる共通電極２９の一部と平面的に重なる領域に反射偏光層１９が形成されている。反射偏光層１９は、本発明に係る光学素子からなるものであり、微細なスリット構造を具備した光反射性の微細ワイヤー２ａ（例えば図１及び図２参照）を有するワイヤーグリッド偏光層２を備えている。
【００７１】
なお、共通電極２９は、サブ画素領域とほぼ同じ大きさの平面視略矩形状であってもよい。この場合には、複数の共通電極に亘って延在する共通電極配線を設け、当該共通電極配線の延在方向に沿って配列された共通電極同士を電気的に接続するとよい。
【００７２】
本実施形態の液晶装置１００は、図１３（ａ）に示す１サブ画素領域内のうち、画素電極９が配置された概略矩形状の平面領域のうち反射偏光層１９の形成された領域が、対向基板２０の外側から入射して液晶層５０を透過する光を反射、変調して表示を行う反射表示領域Ｒとなっている。また、画素電極９が配置された領域のうち、反射偏光層１９の非形成領域とされて光を透過する領域が、バックライト９０から入射して液晶層５０を透過する光を変調して表示を行う透過表示領域Ｔとなっている。
【００７３】
ＴＦＴ３０は、画素電極９の長手方向（Ｘ軸方向）に延びるデータ線６ａと、データ線６ａと直交する方向（Ｙ軸方向）に延びる走査線３ａとに接続されている。走査線３ａに隣接して走査線３ａと平行に延びる容量線３ｂが設けられている。ＴＦＴ３０は走査線３ａの平面領域内に部分的に形成されたアモルファスシリコン膜からなる半導体層３５と、半導体層３５と一部平面的に重なって形成されたソース電極６ｂ及びドレイン電極３２とを備えている。走査線３ａは半導体層３５と平面的に重なる位置でＴＦＴ３０のゲート電極として機能する。
【００７４】
ＴＦＴ３０のソース電極６ｂは、データ線６ａから分岐されて半導体層３５に延びる平面視略逆Ｌ形に形成されており、ドレイン電極３２は、半導体層３５と平面的に重なる位置から画素電極９側に延び、その先端には平面視略矩形状の容量電極３１が電気的に接続されている。容量電極３１上には、画素電極９の端部において走査線３ａ側に突出するコンタクト部９ｂ（図１４参照）が配置されており、両者が平面的に重なる位置に設けられた画素コンタクトホール４５を介して容量電極３１と画素電極９とが電気的に接続されている。容量電極３１は、容量線３ｂの平面領域内に配置されており、厚さ方向で対向する容量電極３１と容量線３ｂとを電極とする蓄積容量７０を構成している。
【００７５】
なお、本実施形態の液晶装置１００は、画素電極９と画素電極９に対向する共通電極２９とを備えたＦＦＳ方式の液晶装置であるため、表示動作時に画素電極９に電圧を印加すると、画素電極９と共通電極２９とが平面的に重なる領域に比較的大きな容量が形成される。したがって液晶装置１００では、蓄積容量７０を省略することもできる。かかる構成とすれば、容量電極３１と容量線３ｂとが形成されている領域も表示に利用できるようになるため、サブ画素の開口率を向上させて表示を明るくすることができる。
【００７６】
図１４に示す断面構造をみると、互いに対向して配置されたＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板本体１０Ａを基体としてなり、基板本体１０Ａの内面側（液晶層５０側）には、走査線３ａ及び容量線３ｂが形成されている。走査線３ａ及び容量線３ｂを覆って、シリコン酸化物等の透明絶縁膜からなるゲート絶縁膜１１が形成されている。
ゲート絶縁膜１１上に、アモルファスシリコンの半導体層３５が形成されており、半導体層３５に一部乗り上げるようにしてソース電極６ｂと、ドレイン電極３２とが設けられている。容量電極３１はドレイン電極３２と一体に形成されている。
半導体層３５は、ゲート絶縁膜１１を介して走査線３ａと対向配置されており、当該対向領域で走査線３ａがＴＦＴ３０のゲート電極を構成する。容量電極３１は、ゲート絶縁膜１１を介して容量線３ｂと対向配置されており、容量電極３１と容量線３ｂとが対向する領域に、ゲート絶縁膜１１をその誘電体膜とする蓄積容量７０が形成されている。
【００７７】
半導体層３５、ソース電極６ｂ、ドレイン電極３２、及び容量電極３１を覆って、シリコン酸化物等からなる層間絶縁膜１２が形成されている。層間絶縁膜１２上に、図１及び図２に示した上記ワイヤーグリッド偏光層２、カバー層３、及び回折機能層４を有して構成された本発明に係る光学素子である反射偏光層１９が部分的に形成されている。本実施形態においても、ワイヤーグリッド偏光層２を構成する複数の微細ワイヤー２ａ（図１及び図２参照）はアルミニウムからなり、ワイヤーグリッド偏光層２上を覆う回折機能層４はポリマーからなる。
また、反射偏光層１９上を含む層間絶縁膜１２上に、平面ベタ状の透明導電膜からなる共通電極２９が形成されている。共通電極２９と反射偏光層１９のワイヤーグリッド偏光層２とは、透明絶縁膜である回折機能層４により絶縁されている。
【００７８】
共通電極２９を覆って、シリコン酸化物等からなる電極部絶縁膜１３が形成されており、電極部絶縁膜１３上にＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極９が形成されている。
層間絶縁膜１２及び電極部絶縁膜１３を貫通して容量電極３１に達する画素コンタクトホール４５が形成されており、画素コンタクトホール４５内に画素電極９のコンタクト部９ｂが一部埋設されることで、画素電極９と容量電極３１とが電気的に接続されている。画素コンタクトホール４５の形成領域に対応して、少なくとも共通電極２９に開口部が設けられており、共通電極２９と画素電極９とが接触しないようになっている。また、画素電極９を覆うようにしてポリイミド等からなる配向膜１８（水平配向膜）が形成されている。
【００７９】
一方、対向基板２０は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板本体２０Ａを基体としてなり、対向基板２０の内面側（液晶層５０側）には、カラーフィルタ２２と配向膜２８（水平配向膜）とが積層されている。対向基板２０の外面側には、ＴＦＴアレイ基板１０の外面側に配設された偏光板１４と対をなす偏光板２４が配設されている。
【００８０】
カラーフィルタ２２は、画素領域内で色度の異なる２種類の領域に区画された構成とすることが好ましい。すなわち、透過表示領域Ｔに対応して配置された第１の色材領域と、反射表示領域Ｒに対応して配置された第２の色材領域とが区画形成された構成のものを採用することが好ましい。この場合において、透過表示領域に配される第１の色材領域の色濃度は、第２の色材領域の色濃度より大きくされる。このような構成とすることで、カラーフィルタ２２を表示光が１回のみ透過する透過表示領域と、２回透過する反射表示領域との間で表示光の色味が異なるのを防止でき、反射表示と透過表示の見映えを同じくして表示品質を向上させることができる。
【００８１】
反射偏光層１９は、図１３（ｂ）の光学軸の配置図に示すように、液晶装置１００において、その透過軸（図１及び図２に示す微細ワイヤー２ａの延在方向に直交する方向）１５７が、対向基板２０側の偏光板２４の透過軸１５３と平行となるように配置されており、ＴＦＴアレイ基板１０側の偏光板１４の透過軸と直交する向きに配置されている。また、本実施形態の液晶装置１００では、配向膜１８，２８は平面視同一方向にラビング処理されており、その方向は、図１３（ｂ）に示すラビング方向１５１である。したがって、反射偏光層１９の透過軸１５７と配向膜１８，２８のラビング方向１５１とは平行に配置されている。
なお、ラビング方向１５１は、液晶装置１００の画素配列方向（Ｙ軸方向）に平行に延びる帯状電極部９ｃに対して約３０°の角度をなしている。
【００８２】
上記構成を具備した液晶装置１００は、ＦＦＳ方式の液晶装置であり、ＴＦＴ３０を介して画素電極９に画像信号（電圧）を印加することで、画素電極９と共通電極２９との間に基板面方向（平面視では図１３Ｘ軸方向）の電界を生じさせ、かかる電界によって液晶を駆動して各々のサブ画素の透過率／反射率を変化させることで画像表示を行うものとなっている。
【００８３】
液晶層５０を挟持して対向する配向膜１８，２８は平面視で同一方向にラビング処理されているので、画素電極９に電圧を印加しない状態では、液晶層５０を構成する液晶分子は、基板１０，２０間でラビング方向に沿って水平に配向した状態となっている。このような液晶層５０に画素電極９と共通電極２９との間に形成した電界を作用させると、図１３（ａ）に示す帯状電極部９ｃの線幅方向（Ｘ軸方向）に沿って液晶分子が再配向する。液晶装置１００は、このような液晶分子の配向状態の差異に基づく複屈折性を利用して明暗表示を行うようになっている。なお、液晶装置１００の動作時に、共通電極２９は画素電極９との間で所定範囲の電圧差を生じさせるべく一定電圧に保持されていればよい。
【００８４】
本実施形態の液晶装置１００では、反射表示領域に対応して反射偏光層１９が設けられているので、マルチギャップ構造を用いることなく透過表示と反射表示の双方で良好なコントラストを得られる液晶装置となっている。そして、反射偏光層１９が、本発明に係るワイヤーグリッド型の光学素子により形成されたものであるから、ワイヤーグリッド偏光層２上を覆うカバー層３及び回折機能層４（図１及び図２参照）の存在により、反射偏光層１９上に形成された共通電極２９がワイヤーグリッド偏光層２の開口部２ｂ（例えば図２参照）に入り込んで反射偏光層１９の光学特性を低下させるのを防止することができ、反射偏光層１９において透過率とコントラスト（偏光選択性）の双方において優れた光学特性が得られる。
【００８５】
また、反射偏光層１９の表面は平坦なため、平面内における液晶層５０の厚みのバラツキが抑えられ、従来のように、液晶層５０の厚みのばらつきによる画質のコントラスト低下を防止することができる。さらに、反射偏光層１９は光散乱機能を有しているため視認性が改善される。したがって本実施形態の液晶装置１００によれば、高コントラストの反射表示を得ることができる。
【００８６】
また本実施形態の液晶装置１００では、表示部である透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとで液晶層厚が一定であるため、両領域で駆動電圧に差が生じることもなく、反射表示と透過表示とで表示状態が異なってしまうのを効果的に防止できるものとなっている。
【００８７】
さらに、反射表示を行うための反射偏光層１９が、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられているので、ＴＦＴ３０とともにＴＦＴアレイ基板１０上に形成される金属配線等で外光が反射されて表示品質を低下させるのを効果的に防止することができる。さらに、画素電極９が透明導電材料を用いて形成されているので、液晶層５０を透過してＴＦＴアレイ基板１０に入射した外光が画素電極９で乱反射されるのを防止することもでき、優れた視認性を得ることができる。
【００８８】
〔プロジェクタ〕
次に、本発明に係る光学素子を投写型表示装置に適用した例について説明する。図１５は、投写型表示装置としてのプロジェクタ２１０の光学系を示す模式図である。プロジェクタ２１０は、ライトバルブからの射出光を液晶装置２００によって変調した後に投写レンズ２０７から前方に投写する装置である。
【００８９】
図１５中の破線は、プロジェクタ２１０内において光源から射出された光の光路を示す。当該光路には、ワイヤーグリッド偏光素子２０５、液晶装置２００、光学素子１、投写レンズ２０７がこの順に配置されている。換言すれば、液晶装置２００から投写レンズ２０７に至る光路のいずれかの位置に光学素子１が配置されている。投写レンズ２０７の先には、スクリーン２０９が配置されている。プロジェクタ２１０は、液晶装置２００における表示を投写レンズ２０７を介してスクリーン２０９に拡大投写する。
【００９０】
ワイヤーグリッド偏光素子２０５は、透光性を有する基体上に導体からなる多数の微細ワイヤーを平行に配置したものである。ワイヤーグリッド偏光素子２０５は、入射光８０のうち微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分を反射するとともに、微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分を透過する。すなわち、ワイヤーグリッド偏光素子２０５は、偏光分離機能を有している。ただし、単に平坦な基材上に微細ワイヤーを形成した素子であるため、反射光及び透過光を拡散させる機能は有していない。入射光８０のうちワイヤーグリッド偏光素子２０５を透過した成分は、ほとんど拡散されることなく液晶装置２００に入射する。
【００９１】
液晶装置２００は、枠状のシール剤を介して貼り合わされた素子基板及び対向基板を有しており、素子基板と対向基板との間に液晶が封入されている。この液晶は、素子基板及び対向基板の対向面に形成された電極を介して駆動電圧を印加されることにより配向状態が変化する。液晶装置２００は、透過光の偏光状態を、液晶の配向状態に応じて変化させることができる。
【００９２】
液晶装置２００を透過した光は、光学素子１に入射する。光学素子１は、上記したように、ワイヤーグリッド偏光層２の微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分を透過して投写レンズ２０７へ入射させ、ワイヤーグリッド偏光層２の微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分を反射させる。反射光８０ｒによる液晶装置２００の不具合を抑えるために、光学素子１は、液晶装置２００からできるだけ離して配置することが好ましい。
【００９３】
ここで、光学素子１をプロジェクタに適用する場合には、透過特性が重要となる。図１６は、光学素子の透過光特性を示すグラフであり、（ａ）は透過率の波長依存性、（ｂ）はコントラストの波長依存性を示している。ここで、コントラストは、光学素子１を透過する光のうち、成分ｓ（図３（ｂ）参照）の強度の、成分ｐの強度に対する比で定義される。この図からわかるように、透過率とコントラストとの間にはトレードオフの関係が見られ、例えば、コントラストを高めようとすると、透過率が若干低下する。
【００９４】
〔プロジェクタの変形例〕
本発明の光学素子を備えたプロジェクタの変形例について、図１７を用いて説明する。なお、本実施形態においては、上記実施形態と同一構成には同一符号を付して説明する。
プロジェクタ２１０は、複数の液晶装置２００を用いる構成であってもよい。図１７は、３つの液晶装置２００を備えたプロジェクタ２１０の光学系を示す模式図である。当該光学系は、４つの面を有するプリズム５３と、プリズム５３の１つの面に対向して配置された光学素子１と、プリズム５３の他の３つの面にそれぞれ対向して配置された液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂとを有している。
【００９５】
プリズム５３は、液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂから入射した光を屈折させ、いずれも光学素子１に入射させることができる。したがって、プリズム５３は、各液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂから光学素子１に至る光路に配置されているとも言える。液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を強度変調する。これらの強度変調された光をプリズム５３によって合成することで、表示光が得られる。液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂの、プリズム５３とは反対側の位置には、ワイヤーグリッド偏光素子２０５が配置されている。上記光学系は、光学素子１から射出された光が入射する投写レンズ２０７と、ミラー９１ａ，９１ｂ，９１ｃと、ダイクロイックミラー９２ａ，９２ｂとをさらに備えている。投写レンズ２０７は、プリズム５３から光学素子１に至る光路の延長線上に配置されている。
【００９６】
図示しない光源から射出された光は、ダイクロイックミラー９２ａに入射し、青色光のみが透過する。当該青色光は、ミラー９１ａによって反射された後にワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置２００Ｂを順に透過する。ダイクロイックミラー９２ａによって反射された残りの光は、ダイクロイックミラー９２ｂに入射し、緑色光が反射され、赤色光は透過する。上記緑色光は、ワイヤーグリッド偏光素子２０５、液晶装置２００Ｇを順に透過する。また、上記赤色光は、ミラー９１ｂ，９１ｃによって反射された後に、ワイヤーグリッド偏光素子２０５、液晶装置２００Ｒを順に透過する。液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂを透過した赤色光、緑色光、青色光は、プリズム５３に入射し、進行方向を変えられていずれも光学素子１へ向けて射出される。
【００９７】
光学素子１は、上記したように、入射光のうちワイヤーグリッド偏光層２の微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分を透過して投写レンズ２０７へ入射させ、ワイヤーグリッド偏光層２の微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分を反射させる。このとき、回折機能層４の作用により、反射光は広く拡散された状態でプリズム５３、ひいては液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂへ到達するため、液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂの安定動作を妨げることがない。また、透過光は、充分に拡散が抑制されているため、スクリーン２０９へ到達する光量をほとんど犠牲にすることがない。このため、明るく長寿命なプロジェクタ３００を実現することができる。
【００９８】
〔電子機器〕
図１８は、本発明に係る液晶装置を表示部に備えた電子機器の一例である携帯電話の斜視構成図であり、この携帯電話１３００は、先の実施形態の液晶装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。
上記実施の形態の液晶装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、高輝度、高コントラスト、広視野角の透過表示及び反射表示を得ることができる。
【００９９】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１００】
例えば、回折機能層４がカバー層３の機能を兼ねた構成とすることもできる。これにより、これにより、カバー層３が不要となり、部品点数の削減に伴うコスト削減及び歩留まりの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学素子の全体構成図であって、（ａ）光学素子の概略構成を示す斜視図、（ｂ）は、ワイヤーグリッド偏光層における微細ワイヤーの形状を示す斜視図。
【図２】図１（ａ）のＸ−Ｚ平面に沿った断面図。
【図３】（ａ），（ｃ）は、回折機能層の機能を示す説明図、（ｂ）は、グリッドの機能を示す説明図。
【図４】光学素子の反射光特性を示すグラフであり、（ａ）は反射率の波長依存性、（ｂ）はコントラストの波長依存性を示すグラフ。
【図５】光学素子における単位パターンの配置の例を示す図。
【図６】光学素子の製造方法のフローチャート。
【図７】（ａ）〜（ｆ）は、光学素子の製造工程における断面図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、図７に続く光学素子の製造工程における断面図。
【図９】（ａ），（ｂ）は、反射防止膜上にレジストを積層した場合における、反射防止膜の厚さと、レジストと反射防止膜の界面での反射光強度との関係を示すグラフ。
【図１０】回折機能層の第１の領域及び第２の領域の形状の例を示す図。
【図１１】回折機能層の第１の領域及び第２の領域の最小の単位の形状例を示す図。
【図１２】本発明に係る液晶装置を構成する複数のサブ画素領域の等価回路図。
【図１３】本発明に係る液晶装置の任意の１サブ画素領域における平面図。
【図１４】図１３のＢ−Ｂ'線に沿う部分断面図。
【図１５】プロジェクタの概略構成を示す模式図。
【図１６】光学素子の透過光特性を示すグラフであり、（ａ）は透過率の波長依存性、（ｂ）はコントラストの波長依存性を示すグラフ。
【図１７】プロジェクタの変形例を示す模式図。
【図１８】本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図。
【図１９】従来のワイヤーグリッド偏光層の形成過程における金属膜を示す斜視図。
【図２０】図１９に示す従来の金属膜上でのレジストの塗布状態を示す断面図。
【図２１】図２０に示すレジストに対して露光を行った後の状態を示す斜視図。
【図２２】図２０に示すレジストをもとに金属膜をエッチングした後の状態を示す斜視図。
【図２３】（ａ）は、従来の光学素子の斜視図、（ｂ）は、回折機能層の概略構成を示す斜視図。
【図２４】図２３（ａ）の光学素子のＸ−Ｚ平面に沿った断面図。
【図２５】図２３及び図２４に示す回折構造体上にレジストを塗布した後の状態を示す斜視図。
【図２６】図２５のレジストに対して露光を行った後のレジストパターンを示す断面図。
【符号の説明】
【０１０２】
１…光学素子、２…ワイヤーグリッド偏光層、３…カバー層、４…回折機能層、４ａ…第１の領域、４ｂ…第２の領域、５…下地層、６…基材、７…基材、２ａ…微細ワイヤー、２ｂ…開口部、６Ａ…表面、１００…第１の実施形態の液晶装置、２００…第２の実施形態の液晶装置、Ｒｅ…レジスト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、液晶装置及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
偏光分離機能を備える光学素子の１つとして、ワイヤーグリッド偏光素子が知られている。これは、光の波長より短いピッチで並べられた多数の導体の微細ワイヤーを持つ素子であり、入射光のうち微細ワイヤーに平行な偏光軸を有する成分（ＴＥ）を反射するとともに、微細ワイヤーに垂直な偏光軸を有する成分（ＴＭ）を透過する性質を持つ。
【０００３】
このようなワイヤーグリッド偏光素子を半透過反射型の液晶装置に内蔵する場合、１つの画素領域内のうち反射表示領域と対応する領域に、ワイヤーグリッド偏光層と散乱層が積層された構造となる。このワイヤーグリッド偏光層の表面は、反射表示において良好な表示特性を得ることを目的として、光を散乱させながら反射するために凹凸形状とされている。ワイヤーグリッド偏光層の表面が平坦であると、正反射方向でのみ極端に輝度が大きくなる。すると、視認方向での輝度が低下して画像が見にくくなってしまう（例えば、特許文献１）。
【０００４】
このようなワイヤーグリッド偏光層は、反射表示領域に対応する内側の表面が凹凸形状とされた樹脂層上に形成される。ワイヤーグリッド偏光層を形成するには、まず、図１９（ａ），（ｂ）に示すような樹脂膜５１１の凹凸面５１１Ａ上に、アルミニウムなどの光反射性を有する金属膜５１２を真空成膜する。金属膜５１２は、膜厚が約０．１μｍで成膜され、その表面は樹脂膜５１１の表面形状を反映して凹凸形状となり、凸部５１２ａ間のピッチＰが約１０μｍとなっている。
続いて、このような凹凸形状を呈する金属膜５１２上に感光性のレジスト膜５１３を成膜し、当該レジスト膜５１３に対して２光束干渉露光及び現像を行うことによって得られたレジストパターンを介して、金属膜５１２をドライエッチングする。このようにして、多数の微細ワイヤーを形成し、ワイヤーグリッド偏光層を形成する。
【０００５】
ところが、図１９（ａ）に示すように金属膜５１２の凹凸面５１２Ａにおける凹凸の段差Ｈは約１μｍ程度あり、この凹凸面５１２Ａ上にレジストをスピンコートすると、図２０に示すようにその殆どが凹部５１２ｂ内に入り込み、凸部５１２ａ上にはあまり塗布されないため、均一な厚さでレジスト膜５１３を成膜することができない。この場合、レジスト膜５１３に対する露光量が場所（凸部５１２ａ、凹部５１２ｂ）によって異なってしまい、均一な形状でレジストパターンを得ることができない。つまり、図２０に示すレジスト膜５１３に対して露光を行ったとしても、凸部５１２ａ上にはレジスト膜５１３が塗布されていないため、図２１に示すように、凸部５１２ａ上にレジストパターンを形成することはできない。
【０００６】
さらに図２２に、図２１に示すレジストパターンをマスクにして金属膜５１２をエッチングした結果を示す。同図によれば、一方、樹脂膜５１１の凹部５１１ｂ上の金属膜５１２は良好にエッチングされているのに対して、凸部５１１ａ上の金属膜５１２はほとんど除去されてしまい樹脂膜５１１の凹凸面５１１Ａが露出している。このように、既存の樹脂膜５１１の凹凸面５１１Ａ上にワイヤーグリッド偏光層を形成することは、上記したようなプロセス上の問題から困難であることが明らかである。
【０００７】
一方、液晶装置の性能面からも問題がある。図１９に示したように、樹脂膜５１１（金属膜５１２）の凹凸の段差Ｈは１μｍ程度であり、凹凸形状により液晶層の厚みにバラツキが出てしまう。通常、液晶層の厚みが約５μｍ程度で設計されることから、液晶層の厚みは平面内で２割程度のバラツキが生じることになる。これは、画質のコントラストを低減させる要因となる。
【特許文献１】特表２００２−５２０６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの課題に対して、本願発明者は以下に示すような提案を既にしている（特願２００７−１５１２２５号公報）。これは、基板上にワイヤーグリッド偏光層を備え、反射光を散乱させる機能を回折機能層で実現しようとするものである。
具体的な構造を図２３及び図２４に示す。図２４は、図２３（ａ），（ｂ）の断面図である。図２３（ａ）に示すように、基材６上に可視光の波長よりも周期の大きい構造（回折機能層６１４）を設け、その表面に、図２３（ｂ）に示すようなワイヤーグリッド偏光層６１５（非回折構造）を設けた構造となっている。この構造によれば、図２４に示すように、回折機能層６１４の段差部６１６の高さｇ（高低差）を、０．１μｍ程度に低減することができる。従来、１μｍ程度あった段差を１／１０程度にすることが可能となり、これによって、ワイヤーグリッド偏光層６１５を形成する際、レジスト塗布時に生じる厚みのバラツキが大幅に軽減され、均一なレジストパターンを得ることができる。同時に、液晶層の厚みのバラツキも低減されるため、コントラストの低下を防止することが可能となる。
【０００９】
上記構造によって、ワイヤーグリッド偏光層６１５が形成される回折機能層６１４の表面の段差（段差部６１６の高低差）を、従来の構造よりも大幅に低減することができた。ところが、ワイヤーグリッド偏光層６１５の形成工程において、段差部６１６の近傍でレジストパターンＲの底付きが得られず、ワイヤーグリッド偏光層６１５の形成不良が生じてしまう場合がある。
【００１０】
図２５に、上記回折機能層６１４（段差部６１６の高低差が約０．１μｍ）上に、レジストをスピンコートした様子を示す。このレジスト膜６１７に対して２光束干渉露光を行い、得られたレジストパターンを図２６に示す。（図２６は、露光後の図２５におけるレジスト膜の一部を示す断面図である。）図２６に示すように、回折機能層６１４の略全面にレジストパターンＲが形成されているように見えるが、段差部６１６の近傍などではレジスト膜６１７の底部において一部露光量が足りず、底付きしていない部分が発生することがある。
【００１１】
これは、レジスト表面の段差形状によって露光光の位相変調が生じ、面内の強度分布が生じることが原因と考えられる。先行発明においては、従来よりも段差が大幅に低減されるため、レジスト塗布時に段差を埋めて平坦にレジストを塗布できれば問題はないが、レジスト表面に段差が生じると底付きしない部分が発生してしまう。本願は、先行発明をさらに改良し、製造上の問題点も解決したものである。
【００１２】
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、ワイヤーグリッド偏光層の製造を容易にし、優れた光学特性を備える光学素子を提供するとともに、製造プロセスの簡略化及び液晶装置の高機能化を実現可能とする液晶装置及び電子機器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】
【００１３】
本発明の光学素子は、上記課題を解決するために、基材と、前記基材上に形成され、複数の微細ワイヤーによる偏光分離機能を有するグリッドと、前記グリッド上方に形成された回折機能層と、を備え、前記回折機能層は、平面的に少なくとも２種類の領域を有し、該少なくとも２種類の領域で、前記回折機能層の屈折率が異なることを特徴とする。
【００１４】
本発明の光学素子によれば、基材の平面上にグリッドを設ける構成となっているため、ワイヤーグリッドの製造プロセスに伴う、レジストの露光量の面内均一性が向上するため、光学特性（光の偏光分離性）の良好なワイヤーグリッドを確実に得ることが可能となる。
本発明では、回折機能層によって光を散乱し、グリッドによって偏光分離している。ここで、回折機能層の２種類の領域の屈折率差を大きくすることで、１次回折光の強度を高めることができ、回折機能層を透過した光の拡散効果を向上させることができる。
以上から、上記光学素子によれば、入射光を偏光状態の異なる反射光及び透過光に分離して取り出すことができるとともに、その射出方向に拡散させることができる。
【００１５】
また、前記領域は、面方向に不規則に配置されていることが好ましい。
このような構成によれば、回折機能層における２種類の領域に法則性がなく統計的な偏りのない不規則な分布になる。このため、入射光を様々な方向に拡散させることができる。よって、光学素子による入射光の拡散範囲を広げることが可能となる。
【００１６】
また、前記領域が、面方向に不規則に配置された単位パターンが、複数配置されていることが好ましい。
このような構成によれば、回折機能層の製造に用いるフォトマスクも、上記単位パターンに相当するマスクパターン（レジストパターン）が繰り返し配置された構造とすることができ、当該フォトマスクの作成が容易となる。これにより、光学素子を容易に製造することが可能となる。
【００１７】
また、単位パターンの配置において、単位パターンの一つと、隣接する他の単位パターンとは、面方向の配置角度が異なることが好ましい。
このような構成によれば、単位パターンの繰り返し周期に起因する拡散方向の偏りを解消することができる。
【００１８】
また、グリッドと回折機能層との間にカバー層を有し、該カバー層が誘電体材料から構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、回折機能層とグリッドとの間の密着性を、カバー層を介することによって向上させることができる。また、カバー層を設けることによって、微細ワイヤー間に封止空間を形成することができ、ワイヤーグリッド偏光層の光学特性を向上させることができる。
【００１９】
また、回折機能層上に反射防止膜が形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、回折機能層の表面で反射する光を低減させることができる。回折機能層の表面の光は偏光分離されていないので、漏れ光となってコントラストが低下してしまうことを防止することができる。
【００２０】
本発明の液晶装置は、上記課題を解決するために、光学素子を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、光散乱機能に優れた光学素子を具備した液晶装置を提供できる。
【００２１】
また、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、一対の基板のうち少なくとも一方の基板の液晶層側に、光学素子が形成されていることが好ましい。
本発明によれば、内蔵型の反射偏光層を備えた液晶装置を構成できる。また、上記光学素子は、基板の平面上にグリッドが設けられているため、このようなグリッド上に設けられる回折機能層の表面は平坦となっている。そのため、光学素子をインセル化した場合に液晶層の厚みが均一になり、画像（コントラスト）の向上が期待できる。さらに、回折機能層上に設けられる配向膜のラビング処理において、その面内の均一性が向上されることによっても画質の向上が期待できる。
【００２２】
また、１つの画素で透過表示と反射表示とが可能な半透過反射型の液晶装置であって、光学素子を、反射表示を行うための反射層として備えたことが好ましい。
本発明によれば、透過表示と反射表示の双方で高コントラストの表示が得られる半透過反射型の液晶装置を提供できる。
【００２３】
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、上記液晶装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、表示品質及び信頼性に優れる表示部ないし光変調手段を備えた電子機器を提供することができる。
【００２４】
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、上記光学素子を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、光学特性及び信頼性に優れた偏光光学系を備える電子機器を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（光学素子）
図１は、本発明に係る光学素子の概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１（ａ）の光学素子１のＸ−Ｚ平面に沿った断面図である。光学素子１は、基材６と、基材６上に配置されたワイヤーグリッド偏光層２と、ワイヤーグリッド偏光層２上にカバー層３を介して配置された回折機能層４と、ＡＲコート膜７と、不図示の対向基材と、を有している。
【００２７】
図１（ｂ）は、回折機能層の配置を示す斜視図である。
基材６は、ガラスや石英、プラスチック等の透明基板からなり、その一方の面上には、図２に示すようなワイヤーグリッド偏光層２が形成されている。
ワイヤーグリッド偏光層２は、互いに平行な多数のアルミニウムの微細ワイヤー２ａから構成され、平面視で縞状パターンを形成している。微細ワイヤー２ａの配置ピッチｄは、入射光の波長λよりも小さくなっており、例えば１４０ｎｍとすることができる。本実施形態においては、基材６の平坦な表面６Ａ上（具体的には下地層５上）にワイヤーグリッド偏光層２が形成されていることから、同形状を呈する各微細ワイヤー２ａの上面は略平坦となっている。なお、図１及び図２においては、便宜上、微細ワイヤー２ａの本数を実際より少なく描いている。
【００２８】
また、基材６上には、その表面を覆うようにして下地層５が形成されている。下地層５は、必要に応じて形成されるものであり、例えばシリコン酸化物膜やアルミニウム酸化物膜により形成することができる。下地層５は、エッチングにより微細ワイヤー２ａをパターン形成する際の、エッチング等による基材６の損傷を防止する機能や、基材６に対する微細ワイヤー２ａの密着性を改善する機能を奏する。上記ワイヤーグリッド偏光層２は、この下地層５上に形成される。
【００２９】
カバー層３は、ワイヤーグリッド偏光層２の基材６とは反対側の表面上に、多数の微細ワイヤー２ａを覆うようにして形成される。このカバー層３によって、微細ワイヤー２ａ間に形成されていた開口部２ｂが封止され、基材６（下地層５）、隣り合う一対の微細ワイヤー２ａ、及びカバー層３によって囲まれた空間が真空状態とされている。ここで、カバー層３の膜厚は、後述する回折機能層４の膜厚よりも遼に薄いほうが好ましく、０．３〜０．５μｍ程度の厚さとする。また、カバー層３の素材としては、回折機能層４及びワイヤーグリッド偏光層２のいずれとも異なる材料からなる薄膜が好ましく、例えば、ＳｉＯ２（シリコン酸化物）またはＳｉＮ（シリコン窒化）などの誘電体薄膜を用いることができる。
このカバー層３により、微細ワイヤー２ａ間に封止空間を形成することができるとともに、回折機能層４とワイヤーグリッド偏光層２との間の密着性を向上させることができる。
【００３０】
回折機能層４は、ワイヤーグリッド偏光層２上にカバー層３を介して配置され、複数の第１の領域４ａと、複数の第２の領域４ｂとを有して構成されている。第１の領域４ａと第２の領域４ｂとは、平面的に二次元配列されており、互いに屈折率が異なる材料で形成されている。本実施形態では、第１の領域４ａの方が、第２の領域４ｂよりも屈折率が高くなっており、その屈折率差は大きいことが望ましい。第１の領域４ａの形成材料としては、例えば、ＴｉＯ２、ＴａＯ５、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４等が挙げられる。
このような回折機能層４の厚さについては後述するものとする。
【００３１】
本実施形態の回折機能層４の表面（天面）には、反射防止処理としてＡＲコート膜７が形成されている。
【００３２】
図３は、光学素子の機能を説明するための模式図である。
このうち、図３（ａ）は、グリッドの機能を示す説明図であり、（ｂ），（ｃ）は、回折機能層の機能を示す説明図であって、回折機能層及びワイヤーグリッド偏光層の模式図である。
【００３３】
図３（ａ）に示す光学素子１においては、黒の表示が第１の領域４ａに相当し、白の領域が第２の領域４ｂに相当する。回折機能層４には、この第１の領域４ａと第２の領域４ｂとが平面的に複数分布している。この領域の分布によって入射光８０を回折させて、図３（ａ）に示すように、入射方向とは異なる方向に散乱させることができる。
【００３４】
図３（ｂ）に示すように、ワイヤーグリッド偏光層２への入射光（回折機能層４を透過した光８０）は、微細ワイヤー２ａと平行な偏光軸を有する成分ｐ（ＴＥ）がワイヤーグリッド偏光層２によって反射され、微細ワイヤー２ａと垂直な偏光軸を有する成分ｓ（ＴＭ）がワイヤーグリッド偏光層２を透過する。すなわち、ワイヤーグリッド偏光層２を有する光学素子は偏光分離機能を備えており、光８０を、偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離することができる。そして、反射光８０ｒは再び回折機能層４へと入射し、入射方向とは異なる方向に散乱する。
より詳しくは、回折機能層４の作用によれば、ワイヤーグリッド偏光層２を透過する透過光８０ｔと、ワイヤーグリッド偏光層２によって反射された反射光８０ｒの双方を拡散させることができる。そして、後述するように、反射光８０ｒ及び透過光８０ｔの拡散特性は調整することが可能である。
【００３５】
図３（ａ）に示した反射光８０ｒの拡散効果と透過光８０ｔの拡散効果は、回折機能層
４の厚さｔを変えることで制御することができる。本実施形態の光学素子１は、図３（ｃ）に示すように、回折機能層４において入射光８０をできるだけ１次回折させることを目的としている。ここで、入射光８０の波長をλ、入射角度をθ、回折格子の屈折率差をΔｎ、回折機能層の厚さをｔとした場合、１次回折光のエネルギーが最大となる回折機能層４の厚さは、以下の式（１）で示される。
ｔ＝λ・ｃｏｓθ／（２・Δｎ） …（１）
但し、Δｎは、回折機能層４の第１の領域４ａと第２の領域４ｂとの屈折率の差である。
【００３６】
例えば、人間の眼が最も感度が良いとされる緑色（λ＝０．５μｍ）について述べると、入射光の入射角度θが４５°、回折格子の屈折率差Δｎが０．１とすると、回折機能層４の最適な厚さｔは、１．７６μｍとなる。
【００３７】
光学素子１を反射型の装置に適用する場合には、反射光特性が重要となる。図４は、光学素子の反射光特性を示すグラフであり、（ａ）は反射係数の波長依存性、（ｂ）はコントラストの波長依存性を示している。図４（ａ）に示すように、どの波長においても反射係数に大きな変動はない。しかしながら、波長が高ければ高コントラストが得られるわけではなく、波長によってコントラストが変動する。図４（ｂ）に示すように、波長の増加と同時にコントラストも高まるが、ある波長を越えるとコントラストは除々に低下する。
【００３８】
以上述べたように、回折機能層４とワイヤーグリッド偏光層２とを有する光学素子１は、入射光８０を回折機能層４によって拡散させることができ、ワイヤーグリッド偏光層２によって偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離することができる。具体的には、回折機能層４によって拡散された入射光のうち、微細ワイヤー２ａの延在方向と垂直な方向に偏光軸を有する直線偏光（透過光８０ｔ）を透過する一方、微細ワイヤー２ａの延在方向と平行な方向に偏光軸を有する直線偏光（反射光８０ｒ）を反射する。また、ワイヤーグリッド偏光層２によって反射された反射光８０ｒは、回折機能層４に入射し拡散される。すなわち、本実施形態の光学素子によれば、偏光分離機能と光拡散機能とを併せもち、且つ透過光及び反射光の拡散をより高めることができる。
【００３９】
また、回折機能層４の光学特性（光拡散性）は、例えば上記式（１）により回折機能層４を所定の厚さに設定することによって、入射光をより広範囲に拡散させることができる。また、上記光学素子１は、アルミニウムの微細ワイヤーからなるワイヤーグリッド偏光層２によって偏光分離を行うものであるため、耐光性に優れている。
【００４０】
なお、回折機能層４によって得られる回折光の回折パターン（光の散乱状態）は、厚みｈだけでなく、第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの配列パターン、各領域４ａ，４ｂの大きさ、屈折率差などによって適宜設定することが可能である。
【００４１】
上記光学素子１を具体的な表示デバイスに適用する場合、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂを全範囲で完全にランダムに配置してもよいが、これに代えて次のようにすることもできる。すなわち、複数の第１の領域４ａと複数の第２の領域４ｂとが特定のランダムな分布に配置された単位パターンを作成し、複数の当該単位パターンを繰り返し配置するというものである。ここで、単位パターンの大きさは任意であるが、例えば１辺が４００μｍの正方形とすることができる。このような構成によれば、回折機能層４の製造に用いるフォトマスクも、上記単位パターンに相当するマスクパターンが繰り返し配置された構造とすることができ、当該フォトマスクの作成が容易となる。これにより、光学素子を容易に製造することが可能となる。
【００４２】
さらに、図５に示すように、隣接する単位パターン１ｕの方向が互いに異なるように配置してもよい。図５においては、単位パターン１ｕ内の矢印が単位パターン１ｕの方向を示している。このような配置によれば、回折機能層４の周期性が低く抑えられる結果、単位パターン１ｕの繰り返し周期に起因する拡散方向の偏りを解消することができ、回折による色づきを実用上問題が生じない程度に緩和することができる。
【００４３】
（光学素子の製造方法）
続いて、図６〜８を用いて、光学素子の製造方法について説明する。図６は、光学素子の製造方法のフローチャートであり、図７，８は、光学素子の製造工程における断面図である。以下、図６のフローチャートに沿って工程Ｓ１〜工程Ｓ１２の順に説明する。
【００４４】
工程Ｓ１では、図７（ａ）に示すように、基材６上に、下地層５を形成する。
この工程では、まず、厚さ約０．７ｍｍのガラスからなる基材６上に、スパッタ法等により例えばシリコン酸化物膜を成膜して下地層５を形成する。
【００４５】
工程Ｓ２では、下地層５上に、スパッタ法等により厚さ１２０ｎｍの導電膜としてのアルミ膜２Ｌを形成する。
【００４６】
工程Ｓ３では、アルミ膜２Ｌ上に、真空蒸着又はスパッタ等により反射防止膜３３を形成する。反射防止膜３３としては、例えば、ＳｉＣやＳｉＯｘＮｙ：Ｈ（ｘ、ｙは組成比）が適している。もしくは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いても良い。また、半導体分野で広く用いられている有機塗布材料を用いても良い。反射防止効果を有するか否かは、素材の複屈折率に大きく左右され、例えば、複素屈折率の実部の値が１．４以上、複素屈折率の虚部の値が０．１以上１．５以下のものが望ましい。
【００４７】
ここで、図９は、反射防止膜３３上にレジストＲｅ（図７（ａ））を積層した場合における、反射防止膜３３の厚さと、レジストＲｅと反射防止膜３３との界面での反射光強度との関係を示すグラフであり、（ａ）は、反射防止膜３３としてＳｉＣを用いた場合のもの、また（ｂ）は、反射防止膜３３としてＳｉＯｘＮｙ：Ｈを用いた場合のものである。なお、反射防止膜３３の膜厚は、同じ材料であっても成膜条件によって異なる。
【００４８】
工程Ｓ４では、反射防止膜３３上に、スピンコート法などによって、表面が略平坦な平面とされたレジストＲｅを形成する（図７（ａ））。
【００４９】
工程Ｓ５では、レジスト膜Ｒｅに対してレーザー干渉露光を用い（図７（ｂ））、ワイヤーグリッド偏光層２の微細ワイヤーの形成位置に相当する領域、すなわちピッチが１４０ｎｍである微細な線状の領域を選択的に露光して、微細ワイヤーの潜像を形成する。レーザー干渉露光に用いる光源としては、波長２６６ｎｍの連続発信ＤＵＶ（Deep Ultra Violet）レーザーを用いることができ、入射角θＬは、例えば７２°とすることができる。このとき、レジスト膜Ｒｅの下層に反射防止膜３３が形成されていることにより、レーザー光がアルミ膜２Ｌによって反射され露光が不完全となる不具合を防止することができる。また、レジスト膜Ｒｅの表面が略平坦な面になっているので、平面内においてレーザー光を略等しいパワー密度で均一に照射することができ、以降の各工程において高い形状並びに寸法精度でレジストパターンｒを形成することができる。
【００５０】
工程Ｓ６では、レーザー干渉露光されたレジスト膜Ｒｅの現像を行う。これにより、ピッチが１４０ｎｍの微細な線状のレジストパターンｒが得られる（図７（ｃ））。
【００５１】
工程Ｓ７では、アルミ膜２Ｌをエッチングする。より詳しくは、上記レジストパターンｒをマスクにしてドライエッチングを行うことにより、反射防止膜３３及びアルミ膜２Ｌをパターニングする（図７（ｄ））。続く工程Ｓ８では、レジストパターンｒ及び反射防止膜３３を除去する。これにより、回折機能層４上に、１４０ｎｍのピッチで配列された微細ワイヤーからなるワイヤーグリッド偏光層２が形成される（図７（ｅ））。
【００５２】
なお、アルミ膜２Ｌと反射防止膜３３との間にＳｉＯ２（厚さ３０ｎｍ）を形成しておくと、アルミ膜２Ｌに対するエッチング選択比がレジストの場合と比べて向上するため、レジストパターンｒを浅くすることができる。これにより、安定したレジストパターンｒを形成することができる。
【００５３】
工程Ｓ９では、ワイヤーグリッド偏光層２上にカバー層３を形成する。この工程は、例えば、プラズマＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法等により、真空環境下においてワイヤーグリッド偏光層２上にＳｉＯ２又はＳｉＮ等からなる層を形成することによって行う。この結果、微細ワイヤー２ａ間に、基材６（下地層５）、ワイヤーグリッド偏光層２、及びカバー層３によって囲まれた空間を真空状態で封止することができる（図７（ｆ））。
【００５４】
工程Ｓ１０では、カバー層３上に回折機能材料層４Ｌを形成する。この工程では、まず、カバー層３上に、スピンコート法などを用いて、ポリマーからなり所定の屈折率を有した回折機能材料層４Ｌを積層する（図７（ｆ））。回折機能材料層４Ｌを構成するＴｉＯ２、ＴａＯ５、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４等の材料は、金属アルコキシドなどを用いた塗布法を用いて成膜することができる。
続いて、不図示のフォトマスクを用いて回折機能材料層４Ｌのうち第２の領域４ｂに相当する領域を選択的に露光し、その後、湿式現象で除去することにより、カバー層３上に、第１の領域４ａの分布を形成する（図８（ａ））。回折機能材料層４Ｌのパターニングには、乾式現象（ドライエッチング）を用いることもできる。
【００５５】
その後、回折機能材料層４Ｌの屈折率とは異なる屈折率（回折機能材料層４Ｌの屈折率よりも小さい屈折率）を有する回折機能材料を、カバー層３上の第２の領域４ｂに相当する領域に配置し、回折機能層４の第２の領域４ｂの分布を形成する（図８（ｂ））。ここでは、上記回折機能材料を例えばスピンコート法などを用いて塗布する。
このようにして、基材６上に、互いに屈折率の異なる第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂを有する回折機能層４を形成する。
【００５６】
工程Ｓ１１では、回折機能層４の表面にＡＲコート膜７を形成し、反射防止機能を付与する。このようにして、本実施形態の光学素子１を形成する。
【００５７】
以上の工程により、基材６上にワイヤーグリッド偏光層２を確実且つ良好に形成することができる。この製造方法によれば、基材６の平面上にアルミ膜２Ｌを形成し、その上にレジストＲｅを成膜するため、アルミ膜２Ｌ及びレジストＲｅの各表面が平坦なものとなる。そのため、工程Ｓ４において、レジストＲｅをワイヤーグリッド偏光層２の形状に応じてパターン化する際、レジストＲｅの膜厚バラツキに起因する露光不足や露光光の位相変調などに関わるパターニングの不具合は殆ど生じない。その結果、基材６上にワイヤーグリッド偏光層２を確実に形成することができる。これにより、光学特性（光の偏光性）の良好な光学素子１を得ることが可能である。
【００５８】
なお、本実施形態では、導体膜としてアルミ膜２Ｌを用いたが、その他の金属素材、例えば、銀、ニッケル等を用いることもできる。
【００５９】
また、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂは、図１に記載したような形状に限られず、図１０に示すような形状としてもよい。この図においては、黒の領域が第１の領域４ａに相当し、白の領域が第２の領域４ｂに相当する。
【００６０】
また、上記実施形態では、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの形状は正方形又は正方形を繋げた形状であるとし、ワイヤーグリッド偏光層２に含まれる微細ワイヤーは、上記正方形の辺の１つに平行となっているが、これ以外にも種々の構成とすることができる。
図１１は、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの最小単位の形状（以下「単位形状」と呼ぶ）と、ワイヤーグリッド偏光層２に含まれる微細ワイヤーの延在方向との関係の例を示す図である。
図１１（ａ）の構成では、単位形状が正方形となっている。このような構成においては、単位形状の正方形の辺とワイヤーグリッド偏光層２の微細ワイヤーの延在方向とのなす角が４５°となっており、単位形状の直線状の境界と微細ワイヤーとが非平行となっている。図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）では、単位形状がそれぞれ円形、楕円形となっている。
【００６１】
また、単位形状を円形にすれば、等方的な反射光強度分布を実現できる。他方で、単位形状に異方性を持たせ、例えば、長方形あるいは楕円形とすれば、反射光強度分布の形状に異方性を持たせることも可能である。その場合、単位形状の幅が狭い方向では分布の広がりが大きく、単位形状の幅が広い方向では分布の広がりが狭くなる。
【００６２】
〔液晶装置〕
次に、本発明に係る光学素子を内蔵型の反射偏光層として備えた液晶装置について図面を参照して説明する。
本実施形態の液晶装置は、液晶に対して基板面方向の電界（横電界）を印加し、配向を制御することにより画像表示を行う横電界方式のうち、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式と呼ばれる方式を採用した液晶装置である。また本実施形態の液晶装置は、基板上にカラーフィルタを具備したカラー液晶装置である。
【００６３】
図１２は、本実施形態の液晶装置２００を構成するマトリクス状に形成された複数のサブ画素領域の等価回路図である。図１３（ａ）は、本実施形態の液晶装置の任意の１サブ画素領域における平面図、図１３（ｂ）は、液晶装置を構成する各光学素子の光学軸の配置関係を示す説明図である。図１４は、図１３のＢ−Ｂ'線に沿う部分断面図である。
なお、各図においては、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せて表示している。なお、以下の説明においては、図１及び図２を適宜参照するものとする。
【００６４】
図１２に示すように、液晶装置２００の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数のサブ画素領域には、それぞれ画素電極９と画素電極９をスイッチング制御するためのＴＦＴ３０とが形成されている。ＴＦＴ３０のソースにはデータ線駆動回路１０１から延びるデータ線６ａが電気的に接続されている。データ線駆動回路１０１は、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを、データ線６ａを介して各画素に供給する。画像信号Ｓ１〜Ｓｎはこの順に線順次に供給しても構わないし、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。
【００６５】
ＴＦＴ３０のゲートには、走査線駆動回路１０２から延びる走査線３ａが電気的に接続されており、走査線駆動回路１０２から所定のタイミングで走査線３ａにパルス的に供給される走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが、この順に線順次でＴＦＴ３０のゲートに印加されるようになっている。画素電極９は、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されている。スイッチング素子であるＴＦＴ３０が走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが所定のタイミングで画素電極９に書き込まれるようになっている。
【００６６】
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像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極９と液晶を介して対向する共通電極との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付与されている。蓄積容量７０はＴＦＴ３０のドレインと容量線３ｂとの間に設けられている。
【００６７】
次に、図１３及び図１４を参照して液晶装置１００の詳細な構成について説明する。
液晶装置１００は、図１４に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０（基材）と対向基板２０（基材）との間に液晶層５０を挟持した液晶パネルを含む。液晶層５０は、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とが対向する領域の縁端に沿って設けられた図示略のシール材によって基板１０，２０間に封止されている。ＴＦＴアレイ基板１０の背面側（図示下面側）には、導光板９１と反射板９２とを備えたバックライト９０が設けられている。
【００６８】
図１３（ａ）に示すように、液晶装置１００のサブ画素領域には、データ線６ａの延在方向（Ｙ軸方向）に長手の平面視略櫛歯状を成す画素電極９と、画素電極９と平面的に重なって配置された平面略ベタ状の共通電極２９とが設けられている。サブ画素領域の図示左上の角部には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とを所定間隔で離間した状態に保持するための柱状スペーサ４０が立設されている。
【００６９】
画素電極９は、データ線６ａ延在方向に延びる複数本（図示では５本）の帯状電極部９ｃと、これら複数の帯状電極部９ｃのＴＦＴ３０側の各端部に接続されて走査線３ａの延在方向に延びる基端部９ａと、基端部９ａの走査線３ａ延在方向中央部からＴＦＴ３０側に延出されたコンタクト部９ｂ（図１４参照）とからなる。
【００７０】
共通電極２９は、図１４に示す画素領域内で平面ベタ状に形成された透明電極であり、かかる共通電極２９の一部と平面的に重なる領域に反射偏光層１９が形成されている。反射偏光層１９は、本発明に係る光学素子からなるものであり、微細なスリット構造を具備した光反射性の微細ワイヤー２ａ（例えば図１及び図２参照）を有するワイヤーグリッド偏光層２を備えている。
【００７１】
なお、共通電極２９は、サブ画素領域とほぼ同じ大きさの平面視略矩形状であってもよい。この場合には、複数の共通電極に亘って延在する共通電極配線を設け、当該共通電極配線の延在方向に沿って配列された共通電極同士を電気的に接続するとよい。
【００７２】
本実施形態の液晶装置１００は、図１３（ａ）に示す１サブ画素領域内のうち、画素電極９が配置された概略矩形状の平面領域のうち反射偏光層１９の形成された領域が、対向基板２０の外側から入射して液晶層５０を透過する光を反射、変調して表示を行う反射表示領域Ｒとなっている。また、画素電極９が配置された領域のうち、反射偏光層１９の非形成領域とされて光を透過する領域が、バックライト９０から入射して液晶層５０を透過する光を変調して表示を行う透過表示領域Ｔとなっている。
【００７３】
ＴＦＴ３０は、画素電極９の長手方向（Ｘ軸方向）に延びるデータ線６ａと、データ線６ａと直交する方向（Ｙ軸方向）に延びる走査線３ａとに接続されている。走査線３ａに隣接して走査線３ａと平行に延びる容量線３ｂが設けられている。ＴＦＴ３０は走査線３ａの平面領域内に部分的に形成されたアモルファスシリコン膜からなる半導体層３５と、半導体層３５と一部平面的に重なって形成されたソース電極６ｂ及びドレイン電極３２とを備えている。走査線３ａは半導体層３５と平面的に重なる位置でＴＦＴ３０のゲート電極として機能する。
【００７４】
ＴＦＴ３０のソース電極６ｂは、データ線６ａから分岐されて半導体層３５に延びる平面視略逆Ｌ形に形成されており、ドレイン電極３２は、半導体層３５と平面的に重なる位置から画素電極９側に延び、その先端には平面視略矩形状の容量電極３１が電気的に接続されている。容量電極３１上には、画素電極９の端部において走査線３ａ側に突出するコンタクト部９ｂ（図１４参照）が配置されており、両者が平面的に重なる位置に設けられた画素コンタクトホール４５を介して容量電極３１と画素電極９とが電気的に接続されている。容量電極３１は、容量線３ｂの平面領域内に配置されており、厚さ方向で対向する容量電極３１と容量線３ｂとを電極とする蓄積容量７０を構成している。
【００７５】
なお、本実施形態の液晶装置１００は、画素電極９と画素電極９に対向する共通電極２９とを備えたＦＦＳ方式の液晶装置であるため、表示動作時に画素電極９に電圧を印加すると、画素電極９と共通電極２９とが平面的に重なる領域に比較的大きな容量が形成される。したがって液晶装置１００では、蓄積容量７０を省略することもできる。かかる構成とすれば、容量電極３１と容量線３ｂとが形成されている領域も表示に利用できるようになるため、サブ画素の開口率を向上させて表示を明るくすることができる。
【００７６】
図１４に示す断面構造をみると、互いに対向して配置されたＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板本体１０Ａを基体としてなり、基板本体１０Ａの内面側（液晶層５０側）には、走査線３ａ及び容量線３ｂが形成されている。走査線３ａ及び容量線３ｂを覆って、シリコン酸化物等の透明絶縁膜からなるゲート絶縁膜１１が形成されている。
ゲート絶縁膜１１上に、アモルファスシリコンの半導体層３５が形成されており、半導体層３５に一部乗り上げるようにしてソース電極６ｂと、ドレイン電極３２とが設けられている。容量電極３１はドレイン電極３２と一体に形成されている。
半導体層３５は、ゲート絶縁膜１１を介して走査線３ａと対向配置されており、当該対向領域で走査線３ａがＴＦＴ３０のゲート電極を構成する。容量電極３１は、ゲート絶縁膜１１を介して容量線３ｂと対向配置されており、容量電極３１と容量線３ｂとが対向する領域に、ゲート絶縁膜１１をその誘電体膜とする蓄積容量７０が形成されている。
【００７７】
半導体層３５、ソース電極６ｂ、ドレイン電極３２、及び容量電極３１を覆って、シリコン酸化物等からなる層間絶縁膜１２が形成されている。層間絶縁膜１２上に、図１及び図２に示した上記ワイヤーグリッド偏光層２、カバー層３、及び回折機能層４を有して構成された本発明に係る光学素子である反射偏光層１９が部分的に形成されている。本実施形態においても、ワイヤーグリッド偏光層２を構成する複数の微細ワイヤー２ａ（図１及び図２参照）はアルミニウムからなり、ワイヤーグリッド偏光層２上を覆う回折機能層４はポリマーからなる。
また、反射偏光層１９上を含む層間絶縁膜１２上に、平面ベタ状の透明導電膜からなる共通電極２９が形成されている。共通電極２９と反射偏光層１９のワイヤーグリッド偏光層２とは、透明絶縁膜である回折機能層４により絶縁されている。
【００７８】
共通電極２９を覆って、シリコン酸化物等からなる電極部絶縁膜１３が形成されており、電極部絶縁膜１３上にＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極９が形成されている。
層間絶縁膜１２及び電極部絶縁膜１３を貫通して容量電極３１に達する画素コンタクトホール４５が形成されており、画素コンタクトホール４５内に画素電極９のコンタクト部９ｂが一部埋設されることで、画素電極９と容量電極３１とが電気的に接続されている。画素コンタクトホール４５の形成領域に対応して、少なくとも共通電極２９に開口部が設けられており、共通電極２９と画素電極９とが接触しないようになっている。また、画素電極９を覆うようにしてポリイミド等からなる配向膜１８（水平配向膜）が形成されている。
【００７９】
一方、対向基板２０は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板本体２０Ａを基体としてなり、対向基板２０の内面側（液晶層５０側）には、カラーフィルタ２２と配向膜２８（水平配向膜）とが積層されている。対向基板２０の外面側には、ＴＦＴアレイ基板１０の外面側に配設された偏光板１４と対をなす偏光板２４が配設されている。
【００８０】
カラーフィルタ２２は、画素領域内で色度の異なる２種類の領域に区画された構成とすることが好ましい。すなわち、透過表示領域Ｔに対応して配置された第１の色材領域と、反射表示領域Ｒに対応して配置された第２の色材領域とが区画形成された構成のものを採用することが好ましい。この場合において、透過表示領域に配される第１の色材領域の色濃度は、第２の色材領域の色濃度より大きくされる。このような構成とすることで、カラーフィルタ２２を表示光が１回のみ透過する透過表示領域と、２回透過する反射表示領域との間で表示光の色味が異なるのを防止でき、反射表示と透過表示の見映えを同じくして表示品質を向上させることができる。
【００８１】
反射偏光層１９は、図１３（ｂ）の光学軸の配置図に示すように、液晶装置１００において、その透過軸（図１及び図２に示す微細ワイヤー２ａの延在方向に直交する方向）１５７が、対向基板２０側の偏光板２４の透過軸１５３と平行となるように配置されており、ＴＦＴアレイ基板１０側の偏光板１４の透過軸と直交する向きに配置されている。また、本実施形態の液晶装置１００では、配向膜１８，２８は平面視同一方向にラビング処理されており、その方向は、図１３（ｂ）に示すラビング方向１５１である。したがって、反射偏光層１９の透過軸１５７と配向膜１８，２８のラビング方向１５１とは平行に配置されている。
なお、ラビング方向１５１は、液晶装置１００の画素配列方向（Ｙ軸方向）に平行に延びる帯状電極部９ｃに対して約３０°の角度をなしている。
【００８２】
上記構成を具備した液晶装置１００は、ＦＦＳ方式の液晶装置であり、ＴＦＴ３０を介して画素電極９に画像信号（電圧）を印加することで、画素電極９と共通電極２９との間に基板面方向（平面視では図１３Ｘ軸方向）の電界を生じさせ、かかる電界によって液晶を駆動して各々のサブ画素の透過率／反射率を変化させることで画像表示を行うものとなっている。
【００８３】
液晶層５０を挟持して対向する配向膜１８，２８は平面視で同一方向にラビング処理されているので、画素電極９に電圧を印加しない状態では、液晶層５０を構成する液晶分子は、基板１０，２０間でラビング方向に沿って水平に配向した状態となっている。このような液晶層５０に画素電極９と共通電極２９との間に形成した電界を作用させると、図１３（ａ）に示す帯状電極部９ｃの線幅方向（Ｘ軸方向）に沿って液晶分子が再配向する。液晶装置１００は、このような液晶分子の配向状態の差異に基づく複屈折性を利用して明暗表示を行うようになっている。なお、液晶装置１００の動作時に、共通電極２９は画素電極９との間で所定範囲の電圧差を生じさせるべく一定電圧に保持されていればよい。
【００８４】
本実施形態の液晶装置１００では、反射表示領域に対応して反射偏光層１９が設けられているので、マルチギャップ構造を用いることなく透過表示と反射表示の双方で良好なコントラストを得られる液晶装置となっている。そして、反射偏光層１９が、本発明に係るワイヤーグリッド型の光学素子により形成されたものであるから、ワイヤーグリッド偏光層２上を覆うカバー層３及び回折機能層４（図１及び図２参照）の存在により、反射偏光層１９上に形成された共通電極２９がワイヤーグリッド偏光層２の開口部２ｂ（例えば図２参照）に入り込んで反射偏光層１９の光学特性を低下させるのを防止することができ、反射偏光層１９において透過率とコントラスト（偏光選択性）の双方において優れた光学特性が得られる。
【００８５】
また、反射偏光層１９の表面は平坦なため、平面内における液晶層５０の厚みのバラツキが抑えられ、従来のように、液晶層５０の厚みのばらつきによる画質のコントラスト低下を防止することができる。さらに、反射偏光層１９は光散乱機能を有しているため視認性が改善される。したがって本実施形態の液晶装置１００によれば、高コントラストの反射表示を得ることができる。
【００８６】
また本実施形態の液晶装置１００では、表示部である透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとで液晶層厚が一定であるため、両領域で駆動電圧に差が生じることもなく、反射表示と透過表示とで表示状態が異なってしまうのを効果的に防止できるものとなっている。
【００８７】
さらに、反射表示を行うための反射偏光層１９が、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられているので、ＴＦＴ３０とともにＴＦＴアレイ基板１０上に形成される金属配線等で外光が反射されて表示品質を低下させるのを効果的に防止することができる。さらに、画素電極９が透明導電材料を用いて形成されているので、液晶層５０を透過してＴＦＴアレイ基板１０に入射した外光が画素電極９で乱反射されるのを防止することもでき、優れた視認性を得ることができる。
【００８８】
〔プロジェクタ〕
次に、本発明に係る光学素子を投写型表示装置に適用した例について説明する。図１５は、投写型表示装置としてのプロジェクタ２１０の光学系を示す模式図である。プロジェクタ２１０は、ライトバルブからの射出光を液晶装置２００によって変調した後に投写レンズ２０７から前方に投写する装置である。
【００８９】
図１５中の破線は、プロジェクタ２１０内において光源から射出された光の光路を示す。当該光路には、ワイヤーグリッド偏光素子２０５、液晶装置２００、光学素子１、投写レンズ２０７がこの順に配置されている。換言すれば、液晶装置２００から投写レンズ２０７に至る光路のいずれかの位置に光学素子１が配置されている。投写レンズ２０７の先には、スクリーン２０９が配置されている。プロジェクタ２１０は、液晶装置２００における表示を投写レンズ２０７を介してスクリーン２０９に拡大投写する。
【００９０】
ワイヤーグリッド偏光素子２０５は、透光性を有する基体上に導体からなる多数の微細ワイヤーを平行に配置したものである。ワイヤーグリッド偏光素子２０５は、入射光８０のうち微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分を反射するとともに、微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分を透過する。すなわち、ワイヤーグリッド偏光素子２０５は、偏光分離機能を有している。ただし、単に平坦な基材上に微細ワイヤーを形成した素子であるため、反射光及び透過光を拡散させる機能は有していない。入射光８０のうちワイヤーグリッド偏光素子２０５を透過した成分は、ほとんど拡散されることなく液晶装置２００に入射する。
【００９１】
液晶装置２００は、枠状のシール剤を介して貼り合わされた素子基板及び対向基板を有しており、素子基板と対向基板との間に液晶が封入されている。この液晶は、素子基板及び対向基板の対向面に形成された電極を介して駆動電圧を印加されることにより配向状態が変化する。液晶装置２００は、透過光の偏光状態を、液晶の配向状態に応じて変化させることができる。
【００９２】
液晶装置２００を透過した光は、光学素子１に入射する。光学素子１は、上記したように、ワイヤーグリッド偏光層２の微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分を透過して投写レンズ２０７へ入射させ、ワイヤーグリッド偏光層２の微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分を反射させる。反射光８０ｒによる液晶装置２００の不具合を抑えるために、光学素子１は、液晶装置２００からできるだけ離して配置することが好ましい。
【００９３】
ここで、光学素子１をプロジェクタに適用する場合には、透過特性が重要となる。図１６は、光学素子の透過光特性を示すグラフであり、（ａ）は透過率の波長依存性、（ｂ）はコントラストの波長依存性を示している。ここで、コントラストは、光学素子１を透過する光のうち、成分ｓ（図３（ｂ）参照）の強度の、成分ｐの強度に対する比で定義される。この図からわかるように、透過率とコントラストとの間にはトレードオフの関係が見られ、例えば、コントラストを高めようとすると、透過率が若干低下する。
【００９４】
〔プロジェクタの変形例〕
本発明の光学素子を備えたプロジェクタの変形例について、図１７を用いて説明する。なお、本実施形態においては、上記実施形態と同一構成には同一符号を付して説明する。
プロジェクタ２１０は、複数の液晶装置２００を用いる構成であってもよい。図１７は、３つの液晶装置２００を備えたプロジェクタ２１０の光学系を示す模式図である。当該光学系は、４つの面を有するプリズム５３と、プリズム５３の１つの面に対向して配置された光学素子１と、プリズム５３の他の３つの面にそれぞれ対向して配置された液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂとを有している。
【００９５】
プリズム５３は、液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂから入射した光を屈折させ、いずれも光学素子１に入射させることができる。したがって、プリズム５３は、各液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂから光学素子１に至る光路に配置されているとも言える。液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を強度変調する。これらの強度変調された光をプリズム５３によって合成することで、表示光が得られる。液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂの、プリズム５３とは反対側の位置には、ワイヤーグリッド偏光素子２０５が配置されている。上記光学系は、光学素子１から射出された光が入射する投写レンズ２０７と、ミラー９１ａ，９１ｂ，９１ｃと、ダイクロイックミラー９２ａ，９２ｂとをさらに備えている。投写レンズ２０７は、プリズム５３から光学素子１に至る光路の延長線上に配置されている。
【００９６】
図示しない光源から射出された光は、ダイクロイックミラー９２ａに入射し、青色光のみが透過する。当該青色光は、ミラー９１ａによって反射された後にワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置２００Ｂを順に透過する。ダイクロイックミラー９２ａによって反射された残りの光は、ダイクロイックミラー９２ｂに入射し、緑色光が反射され、赤色光は透過する。上記緑色光は、ワイヤーグリッド偏光素子２０５、液晶装置２００Ｇを順に透過する。また、上記赤色光は、ミラー９１ｂ，９１ｃによって反射された後に、ワイヤーグリッド偏光素子２０５、液晶装置２００Ｒを順に透過する。液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂを透過した赤色光、緑色光、青色光は、プリズム５３に入射し、進行方向を変えられていずれも光学素子１へ向けて射出される。
【００９７】
光学素子１は、上記したように、入射光のうちワイヤーグリッド偏光層２の微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分を透過して投写レンズ２０７へ入射させ、ワイヤーグリッド偏光層２の微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分を反射させる。このとき、回折機能層４の作用により、反射光は広く拡散された状態でプリズム５３、ひいては液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂへ到達するため、液晶装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂの安定動作を妨げることがない。また、透過光は、充分に拡散が抑制されているため、スクリーン２０９へ到達する光量をほとんど犠牲にすることがない。このため、明るく長寿命なプロジェクタ３００を実現することができる。
【００９８】
〔電子機器〕
図１８は、本発明に係る液晶装置を表示部に備えた電子機器の一例である携帯電話の斜視構成図であり、この携帯電話１３００は、先の実施形態の液晶装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。
上記実施の形態の液晶装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、高輝度、高コントラスト、広視野角の透過表示及び反射表示を得ることができる。
【００９９】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１００】
例えば、回折機能層４がカバー層３の機能を兼ねた構成とすることもできる。これにより、これにより、カバー層３が不要となり、部品点数の削減に伴うコスト削減及び歩留まりの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学素子の全体構成図であって、（ａ）光学素子の概略構成を示す斜視図、（ｂ）は、ワイヤーグリッド偏光層における微細ワイヤーの形状を示す斜視図。
【図２】図１（ａ）のＸ−Ｚ平面に沿った断面図。
【図３】（ａ），（ｃ）は、回折機能層の機能を示す説明図、（ｂ）は、グリッドの機能を示す説明図。
【図４】光学素子の反射光特性を示すグラフであり、（ａ）は反射率の波長依存性、（ｂ）はコントラストの波長依存性を示すグラフ。
【図５】光学素子における単位パターンの配置の例を示す図。
【図６】光学素子の製造方法のフローチャート。
【図７】（ａ）〜（ｆ）は、光学素子の製造工程における断面図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、図７に続く光学素子の製造工程における断面図。
【図９】（ａ），（ｂ）は、反射防止膜上にレジストを積層した場合における、反射防止膜の厚さと、レジストと反射防止膜の界面での反射光強度との関係を示すグラフ。
【図１０】回折機能層の第１の領域及び第２の領域の形状の例を示す図。
【図１１】回折機能層の第１の領域及び第２の領域の最小の単位の形状例を示す図。
【図１２】本発明に係る液晶装置を構成する複数のサブ画素領域の等価回路図。
【図１３】本発明に係る液晶装置の任意の１サブ画素領域における平面図。
【図１４】図１３のＢ−Ｂ'線に沿う部分断面図。
【図１５】プロジェクタの概略構成を示す模式図。
【図１６】光学素子の透過光特性を示すグラフであり、（ａ）は透過率の波長依存性、（ｂ）はコントラストの波長依存性を示すグラフ。
【図１７】プロジェクタの変形例を示す模式図。
【図１８】本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図。
【図１９】従来のワイヤーグリッド偏光層の形成過程における金属膜を示す斜視図。
【図２０】図１９に示す従来の金属膜上でのレジストの塗布状態を示す断面図。
【図２１】図２０に示すレジストに対して露光を行った後の状態を示す斜視図。
【図２２】図２０に示すレジストをもとに金属膜をエッチングした後の状態を示す斜視図。
【図２３】（ａ）は、従来の光学素子の斜視図、（ｂ）は、回折機能層の概略構成を示す斜視図。
【図２４】図２３（ａ）の光学素子のＸ−Ｚ平面に沿った断面図。
【図２５】図２３及び図２４に示す回折構造体上にレジストを塗布した後の状態を示す斜視図。
【図２６】図２５のレジストに対して露光を行った後のレジストパターンを示す断面図。
【符号の説明】
【０１０２】
１…光学素子、２…ワイヤーグリッド偏光層、３…カバー層、４…回折機能層、４ａ…第１の領域、４ｂ…第２の領域、５…下地層、６…基材、７…基材、２ａ…微細ワイヤー、２ｂ…開口部、６Ａ…表面、１００…第１の実施形態の液晶装置、２００…第２の実施形態の液晶装置、Ｒｅ…レジスト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材上に形成され、複数の微細ワイヤーによる偏光分離機能を有するグリッドと、
前記グリッド上方に形成された回折機能層と、を備え、
前記回折機能層は、平面的に少なくとも２種類の領域を有し、
該少なくとも２種類の領域で、前記回折機能層の屈折率が異なることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記領域は、面方向に不規則に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記領域が、面方向に不規則に配置された単位パターンが、
複数配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子。
【請求項４】
前記単位パターンの配置において、
前記単位パターンの一つと、隣接する他の前記単位パターンとは、面方向の配置角度が異なることを特徴とする請求項３記載の光学素子。
【請求項５】
前記グリッドと前記回折機能層との間にカバー層を有し、
該カバー層が誘電体材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記回折機能層上に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５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学素子を備えたことを特徴とする液晶装置。
【請求項８】
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、前記光学素子が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶装置。
【請求項９】
１つの画素内で透過表示と反射表示とが可能な半透過反射型の液晶装置であって、前記光学素子を備えたことを特徴とする請求項７または８に記載の液晶装置。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学素子を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
基材と、
前記基材上に形成され、複数の微細ワイヤーによる偏光分離機能を有するグリッドと、
前記グリッド上方に形成された回折機能層と、を備え、
前記回折機能層は、平面的に少なくとも２種類の領域を有し、
該少なくとも２種類の領域で、前記回折機能層の屈折率が異なることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記領域は、面方向に不規則に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記領域が、面方向に不規則に配置された単位パターンが、
複数配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子。
【請求項４】
前記単位パターンの配置において、
前記単位パターンの一つと、隣接する他の前記単位パターンとは、面方向の配置角度が異なることを特徴とする請求項３記載の光学素子。
【請求項５】
前記グリッドと前記回折機能層との間にカバー層を有し、
該カバー層が誘電体材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記回折機能層上に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５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学素子を備えたことを特徴とする液晶装置。
【請求項８】
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、前記光学素子が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶装置。
【請求項９】
１つの画素内で透過表示と反射表示とが可能な半透過反射型の液晶装置であって、前記光学素子を備えたことを特徴とする請求項７または８に記載の液晶装置。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学素子を備えたことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２００９−１０９８２１（Ｐ２００９−１０９８２１Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８３１６９（Ｐ２００７−２８３１６９）
【出願日】平成１９年１０月３１日（２００７．１０．３１）
【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２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月３１日（２００７．１０．３１）
【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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