光学素子及びその製造方法、液晶装置、電子機器
【課題】ワイヤーグリッドの製造を容易にし、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】本発明は、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、平面的に区画された複数の第１の領域６Ａと複数の第２の領域６Ｂとを有する基板６を備え、第１の領域６Ａに、複数の微細ワイヤー２ａからなる第１のグリッドＧ１が形成され、第２の領域６Ｂには、複数の溝部４Ａを有する回折機能部４と、複数の微細ワイヤー２ａからなる第２のグリッドＧ２とが積層して形成され、溝部４Ａは、微細ワイヤー２ａ間に対応する領域に形成されている。
【解決手段】本発明は、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、平面的に区画された複数の第１の領域６Ａと複数の第２の領域６Ｂとを有する基板６を備え、第１の領域６Ａに、複数の微細ワイヤー２ａからなる第１のグリッドＧ１が形成され、第２の領域６Ｂには、複数の溝部４Ａを有する回折機能部４と、複数の微細ワイヤー２ａからなる第２のグリッドＧ２とが積層して形成され、溝部４Ａは、微細ワイヤー２ａ間に対応する領域に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及びその製造方法、液晶装置、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（以下、単に偏光素子と呼ぶこともある。）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え難くなってしまうからである（例えば、特許文献１）。
【０００４】
上記したようなワイヤーグリッドは、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。ワイヤーグリッドを形成するには、まず、図２２（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、ワイヤーグリッドを形成する。
【０００５】
ところが、図２２（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２３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２３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２４に示すように、凸部５１２ａ上に所望のレジストパターンを形成することができない。
【０００６】
さらに図２５に、図２４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２２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】
このような課題に対して、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２６及び図２７に示す。図２７は、図２６（ａ），（ｂ）の断面図である。図２６（ａ）に示すように、基板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２６（ｂ）に示すようなグリッド６１５を設けた構造となっている。この構造によれば、図２７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、グリッド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、グリッド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、グリッド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、グリッド６１５の形成不良が生じてしまう場合がある。
【００１０】
図２８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。そして、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２９に示す。
図２９は、露光後の図２８におけるレジスト膜の一部を示す断面図である。図２９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】
本発明の光学素子の製造方法は、上記課題を解決するために、入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、平面的に区画された複数の第１の領域と複数の第２の領域とを有する基板を備え、第１の領域は、基板上に、１次元の第１のグリッドが形成され、第２の領域は、基板上に、複数の平行の溝部を有する回折機能部が形成され、回折機能部上の溝部がない領域に、第２のグリッドが形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、第１の領域と第２の領域とで屈折率差が生じるとともに、第２の領域内でも、複数の溝部とこれら溝部同士の間において屈折率差が生じることとなり、入射光の波長に対する反射光の高い拡散効果を得ることができる。また、グリッドに対する溝部の深さを調整することで反射光の拡散効果を調整することが可能である。
【００１５】
また、溝部が、回折機能部の厚さ方向を基板まで貫通していることが好ましい。
本発明によれば、第１の領域と第２の領域との屈折率差を大きくすることができる。
【００１６】
本発明は、複数の第１の領域と複数の第２の領域とが平面的に区画された基板の、第１の領域に、１次元の第１のグリッドを形成する工程と、基板上に回折機能材料層を形成する工程と、第２の領域の回折機能材料層上に、第２のグリッドを形成する工程と、回折機能材料層を薄膜化して、前記第１の領域で基板表面を露出させる工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、段差のない平坦面を有する基板上に第１のグリッドを形成し、同じく段差のない平坦面を有する回折機能材料層上に第２のグリッドを形成するため、各グリッドの製造過程におけるレジストの露光量の面内均一性が向上する。従来、レジストの表面に生じていた凹凸によってレジストの露光不足が生じてしまっていたが、本発明では、基板面からの高さが異なる第１のグリッドと第２のグリッドとの形成工程を分けて行うため、レジストの表面が平坦面となり露光不足をなくすことができる。これにより、所望のレジストパターンを形成することができ、光学特性（光の偏光分離性）の良好な微細ワイヤー（第１のグリッド及び第２のグリッド）を確実に得ることができる。
また、本発明では、第１の領域と第２の領域における回折機能材料層、つまり回折機能材料層の全体をエッチングする。これにより、第１の領域の回折機能材料層が除去されて第１のグリッドが露出するとともに、第２の領域の、微細ワイヤー間に対応する領域が部分的に除去されて溝部が形成される。このようにして、本発明の回折機能部が得られる。
【００１８】
本発明の光学素子の製造方法は、上記課題を解決するために、複数の第１の領域と複数の第２の領域とが平面的に区画された基板の、複数の第１の領域に、複数の微細ワイヤーからなる第１のグリッドを複数形成する工程と、複数の第１のグリッドを覆うようにして回折機能材料層を形成する工程と、第２の領域の前記回折機能材料層を薄膜化する工程と、第２の領域の回折機能材料層上に、複数の微細ワイヤーからなる第２のグリッドを複数形成する工程と、第１の領域と第２の領域における回折機能材料層にエッチングを施して、第１のグリッドを露出させる工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、段差のない平坦面を有する基板上に第１のグリッドを形成し、同じく段差のない平坦面を有する回折機能材料層上に第２のグリッドを形成するため、各グリッドの製造過程におけるレジストの露光量の面内均一性が向上する。従来、レジストの表面に生じていた凹凸によってレジストの露光不足が生じてしまっていたが、本発明では、基板面からの高さが異なる第１のグリッドと第２のグリッドとの形成工程を分けて行うため、レジストの表面が平坦面となり露光不足をなくすことができる。これにより、所望のレジストパターンを形成することができ、光学特性（光の偏光分離性）の良好な微細ワイヤー（第１のグリッド及び第２のグリッド）を確実に得ることができる。
また、本発明では、第１の領域と第２の領域における回折機能材料層、つまり回折機能材料層の全体をエッチングすることで、第１の領域の回折機能材料層が除去されて第１のグリッドが露出するとともに、第２の領域の、微細ワイヤー間に対応する領域が部分的に除去されて溝部が形成される。
また、本発明は、回折機能材料層を部分的に薄くする工程において溝部の深さを調節し、入射光の波長に対する反射光の拡散効果を調整することができる。
【００２０】
また、回折機能材料層と、第１のグリッド及び第２のグリッドとは、エッチング選択比の異なる材料から構成されていることが好ましい。
本発明によれば、回折機能材料層を精度良くエッチングすることができる。
【００２１】
また、第１のグリッドを形成する工程又は第２のグリッドを形成する工程の直前に、グリッドの下地となる下地層を形成することが好ましい。
本発明によれば、下地層は必要に応じて形成されるものであり、各グリッドと、回折機能部あるいは基板と、の間の密着性を、下地層を介すことによって向上させることができる。
【００２２】
また、第１のグリッド及び第２のグリッドを形成する工程が、金属膜と、反射防止膜とを積層して形成する工程と、金属膜と反射防止膜とをグリッド状にパターニングする工程と、を有することが好ましい。
【００２３】
本発明によれば、第１のグリッド及び第２のグリッドを形成する際、金属膜とレジスト膜とを積層し、当該レジスト膜に対して微細ワイヤーの潜像を露光によりパターン形成するが、レジスト膜の下層に反射防止膜が形成されていることにより、レーザー光が金属膜によって反射され露光が不完全となる不具合が発生することを防止することができる。これにより、所望とする微細ワイヤーを確実に精度よく形成することができる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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】
【００２９】
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。
【００３０】
（第１の実施形態の光学素子）
図１（ａ）は、基板の区画領域を示す（第１の領域及び第２の領域）を示す斜視図、図１（ｂ）は、回折機能部の形状を示す斜視図、図１（ｃ）は、（ｂ）にグリッドを設けた状態の斜視図である。図２（ａ）は、図１（ｃ）の光学素子のＸ−Ｚ平面に沿った断面図であって、図２（ｂ）は、光学素子１の一部を拡大した断面図である。なお、図１では、実際にはＸＹ平面より広い範囲にわたって同様の構造が連続している。
【００３１】
本実施形態の光学素子１は、図１及び図２に示すように、ガラス等からなる基板６と、基板６上に平面的に配置された複数の回折機能部４及び複数の第１のグリッドＧ１と、各回折機能部４上に配置された複数の第２のグリッドＧ２とを有している。
【００３２】
基板６は、図１（ａ）に示すように、ガラスなどの透光性を有する材料から構成されており、複数の第１の領域６Ａと複数の第２の領域６Ｂとが平面的に区画されている。第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂの配置はランダム（不規則）であり、その形状は、正方形か、又は当該正方形を縦横に不規則に繋ぎ合わせた形状となっている。ここで、第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂの最小寸法（すなわち上記正方形の１辺の長さ）δ（図２（ａ））は、入射光の波長λより長く、可視光に用いる場合には例えば２μｍとすることができる。
【００３３】
基板６の各第１の領域６Ａには、互いに平行な多数の微細ワイヤー２ａから構成される第１のグリッドＧ１がそれぞれ配置されている。微細ワイヤー２ａは、アルミニウムからなり、第１の領域６Ａの外周の直線の１つと平行に配置されている。このような微細ワイヤー２ａの配置ピッチｄは、入射光の波長λより短くなっており、例えば１４０ｎｍとすることができる。なお、図１においては、説明の便宜上、微細ワイヤー２ａの本数を実際より少なく描いている。
【００３４】
基板６の各第２の領域６Ｂには、回折機能部４と第２のグリッドＧ２が基板面から順に積層して形成されている。回折機能部４は、第２の領域６Ｂの外周の直線の１つと平行する複数の溝部４Ａを有する。溝部４Ａの両側に配置され当該溝部４Ａを構成している凸条部４Ｂは、第１のグリッドＧ１よりも高さを有し、その上面４ｂが第１のグリッドＧ１の微細ワイヤー２ａの上面１ａよりも基板面から遠ざかっている。各凸条部４Ｂの上面４ｂは、基板面に対して平行な面とされていて、短手方向が微細ワイヤー２ａの幅と等しい。また、溝部４Ａ（凸条部４Ｂ）の配置ピッチは、第１のグリッドＧ１の微細ワイヤー２ａのピッチと等しく、例えば１４０ｎｍとなっている。
このような回折機能部４の溝部４Ａと凸条部４Ｂとの境界には、段差部８が設けられている。段差部８の高さｇは、入射光の波長より小さくなるように設定されている。また、段差部８は、基板面に対して略垂直となっている。
【００３５】
第２のグリッドＧ２は、回折機能部４上に設けられ、上記第１のグリッドＧ１と同様、互いに平行な多数の微細ワイヤー２ａから構成されている。これら多数の微細ワイヤー２ａは、回折機能部４の各凸条部４Ｂ上にそれぞれ形成されており、第２のグリッドＧ２と第１のグリッドＧ１とは基板面からの高さを異ならせてある。
【００３６】
図２（ｂ）に示すように、第１のグリッドＧ１及び第２のグリッドＧ２は、ＳｉＯ２又はＳｉＮ等からなる封止層３によって封止されており、凸条部４Ｂ、微細ワイヤー２ａ、及び封止層３によって囲まれた空間は真空状態となっている。
【００３７】
第１のグリッドＧ１及び第２のグリッドＧ２の下層には、基板６、回折機能部４、グリッドＧ１，Ｇ２のいずれとも異なる材料からなる下地層（不図示）を形成してもよい。このとき、基板６と下地層との間の密着強度、及び第１のグリッドＧ１と下地層との間の密着強度は、基板６と第１のグリッドＧ１との間の密着強度より高いことが好ましい。また、回折機能部４と下地層との間の密着強度、及び第２のグリッドＧ２と下地層との間の密着強度は、回折機能部４と第２のグリッドＧ２との間の密着強度より高いことが好ましい。このような構成とすれば、基板６と第１のグリッドＧ１、及び回折機能部４と第２のグリッドＧ２との間の密着性を、下地層を介すことによって向上させることができる。下地層の素材としては、例えば、ＳｉＯ２等の誘電体薄膜を用いることができる。
【００３８】
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、回折機能部４の機能を示す図であり、図３（ｂ）は、グリッドＧ１，Ｇ２の機能を示す図である。
【００３９】
図３（ｂ）に示すように、グリッドＧ１（Ｇ２）への入射光８０は、微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分ｐがグリッドＧ１（Ｇ２）によって反射され、微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分ｓがグリッドＧ１（Ｇ２）を透過する。すなわち、グリッドＧ１，Ｇ２を有する光学素子１は偏光分離機能を備えており、入射光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。
【００４０】
図３（ａ）に示す光学素子１においては、黒の領域が第１の領域６Ａに相当し、白の領域が第２の領域６Ｂに相当する。基板６上には、各第１の領域６Ａに第１のグリッドＧ１が複数分布しているとともに、各第２の領域６Ｂに回折機能部４が複数分布している（図１（ｂ））。回折機能部４は、溝部４Ａと凸条部４Ｂとによって形作られる凹凸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拡散させることができる。より詳しくは、回折機能部４の作用によって、グリッドＧ１（Ｇ２）によって反射された反射光８０ｒと、グリッドＧ１（Ｇ２）を透過した透過光８０ｔ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。
【００４１】
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、回折機能部
４の段差部８の高さｇを変えることで制御することができる。入射光８０が回折機能部４へ略垂直に入射する状況において、反射光８０ｒの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｒは以下の式（１）で与えられる。
ｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎ （１）
ただし、ｍは０以上の整数、λは入射光８０の波長、ｎは光学素子１の周囲媒体の屈折率である。他方で、透過光８０ｔの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｔは以下の式（２）で与えられる。
ｇｔ＝（２ｍ＋１）λ／２（Ｎ−１） （２）
ただし、Ｎは回折機能部４の屈折率である。
【００４２】
式（１），（２）から、反射光８０ｒの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｒと、
透過光８０ｔの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｔとは、互いに異なることがわか
る。したがって、回折機能部４の段差部８の高さをｇｒに等しくすれば、透過光８０ｔの
拡散効果を抑えることが可能となる。
【００４３】
例えば、λ＝６００ｎｍの場合は、ｍ＝０に対して、式（１）よりｇｒ＝１００ｎｍと
なり、また式（２）よりｇｔ＝６００ｎｍとなる。ただし、ｎ＝１．５、Ｎ＝１．５である。ここで、段差部８の高さｇを１００ｎｍ（深さｇｒ）とすれば、回折機能部４による反射光８０ｒの拡散効果を最大とすることができる。このとき、高さｇが、透過光８０ｔの拡散効果を最大とする高さｇｔ（６００ｎｍ）とは異なっているため、透過光８０ｔの拡散効果は大きくならない。したがって、入射光８０を偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離しつつ、反射光８０ｒを広範囲に拡散させ、かつ透過光８０ｔの拡散を抑えることができる。
【００４４】
ところで、式（２）のｇｔが取り得る値の中間値をｇｔ’とすると、ｇｔ’は、
ｇｔ’＝（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１） （３）
を満たす。回折機能部４の段差部８の高さｇを上記ｇｔ’とすれば、透過光８０ｔの拡散効果を最小とすることができる。すなわち、段差部８の高さｇを上記ｇｔ’とすることによっても、入射光８０を偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離しつつ、反射光８０ｒを拡散させ、かつ透過光８０ｔの拡散を抑えることができる。
【００４５】
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、基板６の第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂ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６Ａと複数の第２の領域６Ｂ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、回折機能部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１を容易に製造することが可能となる。
【００４６】
さらに、図４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４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、回折機能部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。
【００４７】
光学素子１を反射型の装置に適用する場合には、反射特性が重要となる。図５及び図６は、光学素子１（回折機能部４Ｂ）の反射光強度分布の一例を示す図である。図７は、光学素子の反射特性評価に用いた測定系の概略構成図である。図５及び図６は反射光の強度測定の結果を示すグラフであり、横軸は反射角度θ［°］であり、縦軸は入射光強度を１００％とした際の反射光強度［％］である。
なお、図７では、基板６における第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂの平面視形状が正方形とされている。
【００４８】
図７に示すように、光学素子１の斜め上方に光源４９を固定し、光源４９からの光Ａ１が光学素子１の板面の法線方向Ｈに対して２５°の角度で入射するようにした。そして、照度計５１を用いて基板面での回転角度０°〜３６０°の範囲にて反射光Ａ２の強度を測定した。
【００４９】
図５及び図６に示すように、反射光の最大強度は、反射角度が２３〜２７°程度のときに反射率１％を超えるピークが得られ、この範囲の前後の角度では強度が急激に低下しているが、その他の角度を全体的に見るとなだらかに低下している。
反射光の分布の広がり（視域角の範囲）φは、基板６の第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂの平面視における最小寸法δから決まり、φ＝２λ／δの関係が成り立つ。例えば、λ＝５５０ｎｍ、δ＝２．０μｍとすると、φ＝３２度となり、実用上充分な視域が得られる。
【００５０】
基板６の第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂの平面形状を円形にすることにより、方位によらない、完全に等方的な反射強度分布を得ることができる。また、第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂの平面形状に異方性を持たせ、例えば、長方形状あるいは楕円形状とすることにより、反射光強度分布に異方性を持たせることも可能である。その場合、各領域６Ａ，６Ｂの短手方向では分布の広がりが大きく、長手方向では分布の広がりが狭くなる。
【００５１】
以上に述べたように、グリッドＧ１，Ｇ２と回折機能部４とを有する光学素子１は、入射光８０を、グリッドＧ１，Ｇ２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とともに、当該反射光８０ｒを回折機能部４によって拡散させることができる。特に、段差部８の高さｇをｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎと等しくすること等によって、反射光８０ｒを広範囲に拡散させ、かつ透過光８０ｔの拡散を抑えることができる。すなわち、本実施形態によれば、偏光分離機能と光拡散機能とを併せもち、かつ透過光の拡散のみを抑制することが可能な光学素子１が得られる。また、上記光学素子１は、アルミニウムの微細ワイヤー２ａからなるグリッドＧ１，Ｇ２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。
【００５２】
（製造方法）
まず、図８及び図９を用いて、光学素子１の製造方法について説明する。図８は、光学素子の製造方法のフローチャート図であり、図９は、光学素子の製造工程における断面図である。なお、図９は、光学素子の一部を拡大した断面図であって、実際には基板面全体に亘って同様の構造が連続している。
以下、図８のフローチャート図に沿って図９を参照しつつ説明する。
【００５３】
工程Ｓ１では、厚さ０．７ｍｍのガラスからなる基板６上に、スパッタ等により厚さ１００〜３００ｎｍ程度の導体膜としての金属膜２Ｌを形成する（図９（ａ））。本実施形態では、金属膜２Ｌとしてアルミニウム（Ａｌ）を用いているが、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）などを用いても良い。本実施形態における基板６は、その一方の面に、複数の第１の領域６Ａと複数の第２の領域６Ｂとが平面的に区画されたものであって、複数の第１の領域６Ａと複数の第２の領域６Ｂとを覆うようにして金属膜２Ｌを形成する。ここで、第１の領域６Ａと第２の領域６Ｂは、後段の工程で第１のグリッドＧ１と第２のグリッドＧ２とが形成されるべき位置を便宜的に規定しているもので、基板表面に物理的な境界が形成されているわけではない。
なお、基板６と金属膜２Ｌとの間に、ＳｉＯ２等の誘電体薄膜からなる下地層（不図示）を形成してもよい。下地層は、基板６と金属膜２Ｌ（第１のワイヤーグリッド）との密着強度を高めるために機能する。
【００５４】
次に、工程Ｓ２では、金属膜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（図９（ａ））。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）を用いてもよい。また、反射防止膜３３として、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、素材の複素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。なお、反射防止膜３３の最適な膜厚は、同じ素材であっても成膜条件によって異なる。
【００５５】
次に、工程Ｓ３では、反射防止膜３３上に、スピンコート法等によって、略平坦な平面を有するレジスト膜３４を形成する（図９（ａ））。
【００５６】
次に、工程Ｓ４では、レジスト膜３４に対してレーザー干渉露光を行い、第１のグリッドＧ１を構成する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の連続発振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度とすることができる（図９（ａ））。このとき、レジスト膜３４の下層に反射防止膜３３が形成されていることにより、レーザー光が金属膜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３４の全面に微細ワイヤーの潜像を形成した後、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域をマスクで覆い、第２の領域６Ｂと重なる領域に対してベタ露光を行う。このように、第２の領域６Ｂと重なる領域に形成された潜像を露光オーバーとし、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域のみに微細ワイヤーの潜像を残す。
【００５７】
次に、工程Ｓ５では、レーザー干渉露光されたレジスト膜３４の現像を行う。先に述べたように、レジスト膜３４の、第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域に形成された潜像を露光オーバーとしておくことで、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域のみにレジストパターン３４Ｒが形成され、第２の領域６Ｂにおけるレジスト膜３４は完全に除去される（図９（ｂ））。このようにして、ピッチが１４０ｎｍの微細な線状のレジストパターン３４Ｒを、第１の領域６Ａ上に得る。
【００５８】
次に、工程Ｓ６では、金属膜２Ｌ及び反射防止膜３３をパターン形成する。より詳しくは、上記レジストパターン３４Ｒ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及び金属膜２Ｌをパターニングし、複数の微細ワイヤー２ａを形成する（図９（ｃ））。続く工程Ｓ７では、レジストパターン３４Ｒを除去する。これにより、基板６上に、１４０ｎｍのピッチで配列された複数の微細ワイヤー２ａからなる第１のグリッドＧ１が各第１の領域６Ａに形成される（図９（ｄ））。
【００５９】
なお、金属膜２Ｌと反射防止膜３３との間にＳｉＯ２（厚さ３０ｎｍ）を形成しておくと、金属膜２Ｌに対するエッチング選択比がレジスト膜３４の場合と比べて向上するため、レジスト膜３４のパターンを浅くすることができる。これにより、より安定したレジストパターン３４Ｒを形成することができる。
【００６０】
次に、工程Ｓ８では、基板６上に、複数の第１のグリッドＧ１を覆う回折機能材料層４Ｍを第１のグリッドＧ１の高さにより１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で形成する（図９（ｅ））。ベーク温度は２５０℃前後である。本実施形態では、透光性を有するポリマーを膜厚が１００ｎｍ程度となるように形成する。回折機能材料層４Ｍの材料としては、ＳｉＯ２、紫外線硬化樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などが挙げられる。この工程では、基板６上にスピンコート法等を用いて回折機能材料層４Ｍを形成するため、その表面は平坦な面となる。
【００６１】
続く工程Ｓ９では、回折機能材料層４Ｍ上の、上記第１のグリッドＧ１と平面的に重ならない領域に複数の第２のグリッドＧ２を形成する（図９（ｆ））。複数の微細ワイヤー２ａからなる第２のグリッドＧ２は、第１のグリッドＧ１の形成に用いたレジストパターン３４Ｒを用い、上記第１のグリッドＧ１と同様の工程（工程Ｓ１〜工程Ｓ７）を行うことで得られる。
なお、本工程においても、回折機能材料層４Ｍと第２のグリッドＧ２との密着強度を高めるため、回折機能材料層４Ｍと第２のグリッドＧ２との間に下地層を形成しておくことが好ましい。
【００６２】
次に、工程Ｓ１０では、基板６の第２の領域６Ｂに回折機能部４を形成する。本工程は、回折機能材料層４Ｍ全体に対してドライエッチングを施す（図９（ｇ））。具体的には、第１の領域６Ａの回折機能材料層４Ｍを全て除去することで第１のグリッドＧ１の全体を露出させるとともに、第２の領域６Ｂにおける回折機能材料層４Ｍの、第２のグリッドＧ２と平面的に重ならない領域を部分的に除去する（図９（ｈ））。これにより、微細ワイヤー２ａ同士の間に、回折機能材料層４Ｍの厚さ方向を貫通する溝部４Ａが形成され、同時に、第２のグリッドＧ２の下層に、各微細ワイヤー２ａにそれぞれ対応する複数の凸条部４Ｂが形成される。このようにして、基板６上の第２の領域６Ｂに回折機能部４が形成される。
【００６３】
本工程では、ＣＨＦ３とＯ２との混合ガスを用いてドライエッチングを行う。各グリッドＧ１，Ｇ２と回折機能材料層４Ｍとは、エッチング選択比の異なる材料から構成されているため、各グリッドＧ１，Ｇ２に影響を与えることなく、回折機能材料層４Ｍのみを好適にエッチングすることができる。
【００６４】
続く工程Ｓ１１では、第１のグリッドＧ１及び第２のグリッドＧ２上に封止層３（図２（ｂ）参照）を形成する。この工程は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法等により、真空環境下においてグリッドＧ１，Ｇ２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、凸条部４Ｂ、微細ワイヤー２ａ、及び封止層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。
このようにして本実施形態の光学素子１を形成する。
【００６５】
以上の工程により、基板６の第１の領域６Ａ上に第１のグリッドＧ１、第２の領域６Ｂ上に回折機能部４と第２のグリッドＧ２とが積層して形成された光学素子１を得ることができる。この製造方法によれば、グリッドＧ１，Ｇ２を構成するアルミニウムと、回折機能材料層４Ｍを構成するポリマーとはエッチングレート（選択比）が異なるため、レジストパターンを用いることなく回折機能材料層４Ｍを好適にパターニングすることができる。これにより、製造工程が短縮されて作業効率が向上する。
【００６６】
また、本実施形態では、第１のグリッドＧ１の形成工程と、第２のグリッドＧ２の形成工程とを分けて行い、それぞれを平坦な面を有する基板６上及び回折機能材料層４Ｍ上に形成するようにしたので、金属膜２Ｌ上に積層されるレジスト膜３４の露光量の面内均一性が向上し、微細ワイヤー２ａを得るための所望のレジストパターン３４Ｒが得られる。これにより、回折機能部４の表面に第１のグリッドＧ１及び第２のグリッドＧ２をより確実に形成することができる。
【００６７】
なお、上記製造工程では、レジストパターン３４Ｒを形成する際、レジスト膜３４の全面に微細ワイヤーの潜像を形成した後、第２の領域６Ｂにおける微細ワイヤーの潜像を露光オーバーとすることで、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域にレジストパターン３４Ｒを形成するとしたが、最初に、レジスト膜３４の第１の領域６Ａと平面的に重なる領域をマスクで覆い、第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域に対してベタ露光を行った後、全体にレーザー干渉露光を行って、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域にグリッドパターンの潜像を形成するようにしてもよい。
【００６８】
また、基板面全体に微細ワイヤー２ａを形成した後、第２の領域６Ｂ上にある微細ワイヤー２ａのみをエッチングによって除去するようにしてもよい。この場合、第１の領域６Ａ上にある微細ワイヤー２ａをグリッド用のレジスト（膜厚５００〜１０００ｎｍ、ベーク温度１００〜２００℃）で保護し、第２の領域６Ｂ上にある微細ワイヤー２ａを塩素系ガス（Ｃ１２及びＢＣ１３）でドライエッチングすることにより除去する。なお、第２のグリッドＧ２も同様に形成することができる。
【００６９】
（第２の実施形態の光学素子）
図１０は、本実施形態の光学素子の概略構成を示す断面図である。図１１は、光学素子の製造方法のフローチャート図であり、図１２は、フローチャート図に沿う光学素子の製造工程における断面図である。
本実施形態は、段差部８の高さｇ（溝部４Ａの深さ）が上記実施形態と異なる。なお、その他の光学素子の構成及び製造工程は、上記実施形態と同様であり、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明及び重複する製造工程は省略する。
【００７０】
（光学素子）
本実施形態の光学素子１２０は、図１０に示すように、基板６に対する第２のグリッドＧ２の位置が第１の実施形態よりも近くなるよう段差部８の高さｇが小さく構成されている。具体的には、第１のグリッドＧ２における微細ワイヤー２ａの高さに対して、回折機能部４における凸条部４Ｂの高さが低くなっており、凸条部４Ｂの上面４ｂが、微細ワイヤー２ａの上面１ａよりも基板面に近い構成となっている。本実施形態では、回折機能部４の段差部８の高さｇが第１のグリッドＧ１の高さの略半分程度となっている。
【００７１】
（製造方法）
本実施形態の光学素子１２０の製造方法について、図１１及び図１２を用いて説明する。
まず、上記第１の実施形態と同様に工程Ｓ１〜工程Ｓ８までを行い、基板６上に、第１のグリッドＧ１及び第１のグリッドＧ１を覆う回折機能材料層４Ｍを形成する（図１２（ａ））。その後、工程Ｓ２１において、回折機能材料層４Ｍの、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域にレジストパターン３７Ｒを形成し（図１２（ｂ））、工程Ｓ２２では、このレジストパターン３７Ｒをマスクとしてドライエッチングを施し、回折機能材料層４Ｍの、第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域を薄くして所定の膜厚にする。具体的には、回折機能材料層４Ｍのエッチング面４ｍが、微細ワイヤー２ａの上面１ａよりも基板面に近くなるような膜厚にする（図１２（ｃ））。
【００７２】
その後、工程Ｓ２３により、回折機能材料層４Ｍの露出部分（第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域）とレジストパターン３７Ｒを覆うようにして、下地層（不図示）、金属膜２Ｌ及び反射防止膜３３をこの順で積層し（図１２（ｃ））、工程Ｓ２４でレジストパターン３７Ｒを除去する（図１２（ｄ））。続けて、工程Ｓ２５において、回折機能材料層４Ｍ上の、第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域に形成したレジストパターン３４Ｒ（図１２（ｅ））をマスクとしてドライエッチングを行った後、レジストパターン３４Ｒを除去し、複数の第２のグリッドＧ２をパターン形成する（図１２（ｆ））。このとき、回折機能材料層４Ｍの、第１の領域６Ａがエッチングされて膜厚が若干減少する。本工程で用いるレジストパターン３４Ｒは、第１のグリッドＧ１の形成時に用いたレジストパターンと同様のものである。
【００７３】
その後、工程Ｓ２６において、回折機能材料層４Ｍの全体にドライエッチングを行うことにより（図１２（ｆ））、第１のグリッドＧ１を露出させるとともに第２の領域６Ｂに複数の溝部４Ａ（凸条部４Ｂ）を形成し、回折機能部４を得る（図１２（ｇ））。このようにして本実施形態の光学素子１２０を得る。
【００７４】
本実施形態によれば、工程２２において、第２の領域６Ｂの回折機能材料層４Ｍの膜厚を調整することによって段差部８の高さｇを調整することができる。図１０に示すように、第１のグリッドＧ１に対する回折機能部４の溝部４Ａの深さを小さく（凸条部４Ｂの高さｇを低く）すると、回折機能部４に入射する入射光の波長が高い場合でも反射光の拡散効果を高めることができる。つまり、第１のグリッドＧ１に対する段差部８の高さｇを小さくすることで、回折機能部４による反射光の拡散効果を最大とすることができる波長の許容値が高められる。
【００７５】
（第３の実施形態の光学素子）
図１３は、本実施形態の光学素子の概略構成を示す断面図である。
本実施形態は、基板６上の第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂを覆う透明絶縁層４Ｎが設けられており、第１のグリッドＧ１の下部が透明絶縁層４Ｎ内に埋設している点において異なる。なお、その他の光学素子の構成及び製造工程は、上記実施形態と同様であり、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明及び重複する製造工程は省略する。
【００７６】
（光学素子）
本実施形態の光学素子１３０は、図１３に示すように、基板６の第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂを覆う透明絶縁層４Ｎを有している。基板６上に設けられた第１のグリッドＧ１は、下部が透明絶縁層４Ｎ内に埋設されている。そのため、透明絶縁層４Ｎの、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域では第１のグリッドＧ１の上部が露出している。一方、透明絶縁層４Ｎの、第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域には回折機能部４と第２のグリッドＧ２とが積層して設けられ、複数の溝部４Ａと、上面４ｂ上に微細ワイヤー２ａを備える凸条部４Ｂを複数備えている。このような回折機能部４の段差部８の高さｇは、各グリッドＧ１，Ｇ２の高さから適宜設定される。
【００７７】
本実施形態では、基板６上に、第１のグリッドＧ１と、第１のグリッドＧ１を覆う回折機能材料層４Ｍ（図９（ｅ））とを形成した後、この回折機能材料層４Ｍを所定時間エッチングすることで回折機能部４を得ている。具体的には、図１３に示すように、エッチング面４ｍが、第１のグリッドＧ１を構成する微細ワイヤー２ａの上面１ａよりも基板面に近くなるまでエッチングを行い、基板面が露出する前に終了する。このようにして、複数の溝部４Ａ及び複数の凸条部４Ｂを有する回折機能部４が形成されるとともに基板面を覆う透明絶縁層４Ｎが形成される。
【００７８】
本実施形態によれば、第１の実施形態において回折機能材料層４Ｍのエッチングに要していた時間よりも短い時間で形成する。上記実施形態においては、回折機能材料層４Ｍの膜厚によって段差部８の高さｇを調整していたが、本実施形態では、回折機能材料層４Ｍのエッチング時間によって溝部４Ａの深さを調整することができ、その結果段差部８の高さｇを簡単に調整することができる。
【００７９】
（第４の実施形態の光学素子）
図１４は、本実施形態の光学素子の概略構成を示す断面図である。
本実施形態は、基板６と、回折機能部４及び第１のグリッドＧ１と、の間に透明絶縁材料層４Ｌを形成する点において上記実施形態と異なる。なお、その他の光学素子の構成及び製造工程は、上記実施形態と同様であり、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明及び重複する製造工程は省略する。
【００８０】
（光学素子）
本実施形態の光学素子１４０は、図１４に示すように、基板６上に、第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂを含む面積の透明絶縁材料層４Ｌを有している。透明絶縁材料層４Ｌは、回折機能部４と同様の材料を用いて所定の膜厚で形成されている。回折機能部４及び第１のグリッドＧ１は透明絶縁材料層４Ｌ上に配置されており、具体的には、透明絶縁材料層４Ｌ上の、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域に第１のグリッドＧ１が配置され、第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域に回折機能部４が配置されている。本実施形態では、回折機能部４の段差部８の高さｇが第１のグリッドＧ１の高さより高く設定されている。つまり、第１のグリッドＧ１を構成する微細ワイヤー２ａの上面１ａよりも、凸条部４Ｂの上面４ｂの方が基板面から遠ざかった構成となっている。
また、本実施形態においても、透明絶縁材料層４Ｌと第１のグリッドＧ１との間に、これらの密着性を向上させるための下地層（不図示）を形成しておくことが好ましい。
【００８１】
本実施形態の光学素子１４０は、第１の実施形態の光学素子の製造方法における、下地層を形成する工程Ｓ１（図８参照）の前に、基板６上に透明絶縁材料層４Ｌを形成する工程を追加することで形成され、その他の製造工程は第１の実施形態の光学素子の製造方法と同様である。このように、まず基板６上に透明絶縁材料層４Ｌを形成し、この透明絶縁材料層４Ｌ上に、回折機能部４、第１のグリッドＧ１などを順次形成していくことによって本実施形態の光学素子１４０が得られる。
【００８２】
本実施形態の光学素子１４０は、基板６上に透明絶縁材料層４Ｌを備え、この透明絶縁材料層４Ｌ上に、第１のグリッドＧ１及び回折機能部４が設けられている。このような構成によれば、基板６に対する回折機能部４と第１のグリッドＧ１との密着性がさらに良好なものとなり信頼性の高い光学素子１４０となる。また、透明絶縁材料層４Ｌ上に第１のグリッドＧ１が形成されるので、表示装置内への組込みが容易となる。
【００８３】
（第５の実施形態の光学素子）
図１５は、本実施形態の光学素子の概略構成を示す断面図である。
本実施形態の光学素子１５０は、基板６上に透明絶縁材料層４Ｌが形成される点は上記第３の実施形態と同様であるが、段差部８の高さｇが第３の実施形態とは異なる。
【００８４】
図１５に示すように、本実施形態の光学素子１５０は、上記第３の実施形態同様、基板６上に透明絶縁材料層４Ｌを介して回折機能部４と第１のグリッドＧ１とが設けられているが、第２のグリッドＧ２の基板６に対する位置が第３の実施形態よりも近くなるよう段差部８の高さｇが小さく構成されている。具体的には、回折機能部４の上面４ｂが第１のグリッドＧ１の上面１ａよりも基板面に近く、回折機能部４の段差部８の高さｇが第１のグリッドＧ１の高さの略半分程度となっている。
【００８５】
本実施形態の光学素子１５０は、第２の実施形態の光学素子の製造方法における、第１のグリッドＧ１を形成する工程Ｓ１（図１１参照）の前に、基板６上に透明絶縁材料層４Ｌを形成する工程を追加することで形成され、その他の製造工程は第２の実施形態の光学素子の製造方法と同様である。これにより、基板６上に透明絶縁材料層４Ｌを介して第１のグリッド１Ｇ及び回折機能部４がそれぞれ形成され、透明絶縁材料層４Ｌ上の第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域に、第１のグリッドＧ１の高さよりも低い段差部８が形成される。このようにして、本実施形態の光学素子１５０が得られる。
【００８６】
本実施形態の光学素子１５０は、上記実施形態同様、透明絶縁材料層４Ｌによって、基板６に対する回折機能部４と第１のグリッドＧ１との密着性がさらに良好なものとなり信頼性の高いものとなる。
また、上記実施形態４，５においては、基板６上に、透明絶縁材料層４Ｌを形成するとしたが、これに代えて均一な膜厚で形成した下地層を設けてもよい。これら透明絶縁材料層４や下地層など、基板６全体に均一な厚さで形成される膜は非常に薄い厚さで形成される。そのため、グリッドＧ２の間に溝を形成する際に回折機能材料層４Ｍを薄膜化すると、基板６表面が露出したものと実質的に見なすことができる。
【００８７】
さらに、回折機能部４の段差部８の高さｇ、すなわち溝部４Ａの深さを調整することによって、入射光の波長が高い場合でも反射光の拡散効果を最大とすることができる。つまり、低背化された凸条部４Ｂによって構成される回折機能部４により、入射光を偏光状態の異なる反射光及び透過光に分離しつつ、反射光を広範囲に拡散させ、且つ透過光の拡散を抑えることができる。
【００８８】
なお、上記実施形態では、グリッドＧ１，Ｇ２を構成する微細ワイヤー２ａ上に反射防止膜３３が残っているが、金属膜２Ｌをエッチングした後に微細ワイヤー２ａ上から取り除くようにしてもよい。しかし、反射防止膜３３は、ＳｉＣやＳｉＯｘＮｙ：Ｈなどから形成されているので、封止層３を形成する際、ＳｉＯ２又はＳｉＮなどの材料が微細ワイヤー２ａ上に付着しやすくなり、良好な封止層３をグリッドＧ１，Ｇ２上に形成することが可能となる。そのため、反射防止膜３３をグリッドＧ１，Ｇ２上から完全に除去する必要はなく、残存させておいてもよい。
【００８９】
〔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。
【００９０】
図１６は、本実施形態の液晶装置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１７（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１７（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１８は、図１７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。
【００９１】
図１６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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
次に、図１７及び図１８を参照して液晶装置２００の詳細な構成について説明する。
液晶装置２００は、図１８に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０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。
【００９５】
図１７（ａ）に示すように、液晶装置２００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。
【００９６】
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１８参照）とからなる。
【００９７】
共通電極２９は、図１８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）からなる偏光素子部１９Ａを備えている。
【００９８】
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。
【００９９】
本実施形態の液晶装置２００は、図１７（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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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１８参照）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。
【０１０２】
なお、本実施形態の液晶装置２００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２００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。
【０１０３】
図１８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。
【０１０４】
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、反射偏光層１９が部分的に形成されている。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、微細ワイヤーからなる偏光素子部１９Ａを備えている。
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の偏光素子部１９Ａとは、透明絶縁膜である封止層３により絶縁されている。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
反射偏光層１９は、図１７（ｂ）の光学軸の配置図に示すように、液晶装置２００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２００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１７（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２００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。
【０１０９】
上記構成を具備した液晶装置２００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１７のＸ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。
【０１１０】
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１７（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２００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２００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。
【０１１１】
本実施形態の液晶装置２００では、反射偏光層１９の作用により、ＴＥ偏光成分を反射させ、ＴＭ偏光成分を透過させる。同時に、反射光は広く拡散され、高い視認性が実現されている。加えて、透過光も拡散し、拡散した光は隣接する透過領域において利用される。また、反射偏光層１９の下方に配置された偏光板１４を透過した光（ＴＥ偏光）も、反射偏光層１９で反射拡散された後、隣接する透過表示領域Ｔにおいて利用される。そのため、光の利用効率が全体的に２０％程度向上する。これにより、透過表示領域Ｔで使用するバックライト９０の光量を節約できることにつながり、低消費電力化が実現可能となる。
【０１１２】
本実施形態では、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、微細ワイヤー２ａ上を覆う封止層３（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が微細ワイヤー２ａ間の開口部２ｂ（例えば図２（ｂ）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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
〔プロジェクタ〕
次に、本発明に係る光学素子を投射型表示装置に適用した例について説明する。図１９は、投射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、光源（ランプ）からの射出光を液晶装置２１１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。
【０１１５】
図１９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、光学素子２０５、液晶装置２１１、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２１１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２１１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。
【０１１６】
光学素子２０５は、透光性を有する基板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。光学素子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、光学素子２０５は、偏光分離機能を有している。ただし、単に平坦な基板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のうち光学素子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２１１に入射する。
【０１１７】
液晶装置２１１は、枠状のシール材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２１１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。
【０１１８】
液晶装置２１１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、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、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２１１の不具合を抑えるために、光学素子１は、液晶装置２１１からできるだけ離して配置することが好ましい。
【０１１９】
〔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２０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２１１を用いる構成であってもよい。図２０は、３つの液晶装置２１１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２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂとを有している。
【０１２０】
プリズム５３は、液晶装置２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂ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２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂ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２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂ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２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂの、プリズム５３とは反対側の位置には、光学素子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。
【０１２１】
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光学素子２５０、液晶装置２１１Ｂ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、光学素子２０５、液晶装置２１１Ｇ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、光学素子２０５、液晶装置２１１Ｒを順に透過する。液晶装置２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂ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。
【０１２２】
光学素子１は、上記したように、入射光のうち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、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、回折機能部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２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂへ到達するため、液晶装置２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂ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。
【０１２３】
〔電子機器〕
図２１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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
例えば、上記実施形態の光学素子は、ディスプレイへの応用のみならず、レーザー加工へ用いる回折型ビーム分岐素子やビーム整形素子の反射防止構造としても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】（ａ）第１の実施形態に係る光学素子の基板を示す斜視図、（ｂ）回折機能部の形状を示す斜視図、（ｃ）は、（ｂ）にグリッドを設けた状態の斜視図。
【図２】（ａ）の光学素子のＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（ｂ）は、光学素子の一部を拡大した断面図。
【図３】（ａ）は、回折機能部の機能を示す図、（ｂ）は、グリッドＧ１，Ｇ２の機能を示す図。
【図４】光学素子における単位パターンの配置の例を示す図。
【図５】回折機能層の反射光強度分布の一例を示す図（基板面での回転角度０°〜１８０°）。
【図６】回折機能層の反射光強度分布の一例を示す図（基板面での回転角度２１０°〜３６０°）。
【図７】光学素子の反射特性評価に用いた測定系の概略構成図。
【図８】第１の実施形態に係る光学素子の製造方法のフローチャート図。
【図９】第１の実施形態に係る偏光素子の製造工程における断面図。
【図１０】第２の実施形態に係る光学素子の概略構成を示す断面図。
【図１１】第２の実施形態に係る光学素子の製造方法を示すフローチャート図。
【図１２】第２の実施形態に係る光学素子の製造工程における断面図。
【図１３】第３の実施形態に係る光学素子の概略構成を示す断面図。
【図１４】第４の実施形態に係る光学素子の概略構成を示す断面図。
【図１５】第５の実施形態に係る光学素子の概略構成を示す断面図。
【図１６】本発明に係る液晶装置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。
【図１７】（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、（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。
【図１８】図１７（ａ）のＢ−Ｂ'線に沿う部分断面図。
【図１９】プロジェクタの概略構成を示す模式図。
【図２０】プロジェクタの変形例を示す模式図。
【図２１】本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図。
【図２２】従来のワイヤーグリッドの形成過程における金属膜を示す斜視図。
【図２３】図２２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２４】図２３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２５】図２４に示すレジストパターン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２６】（ａ）は、従来の光学素子の斜視図、（ｂ）は、回折機能部の概略構成を示す斜視図。
【図２７】図２６（ａ）の光学素子のＸ−Ｚ平面に沿った断面図。
【図２８】図２６及び図２７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２９】図２８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】
【０１２７】
１…第１の実施形態の光学素子、２ａ…微細ワイヤー、２ｂ…開口部、３…封止層、４…回折機能部、４Ａ…溝部、４Ｂ…凸条部、４Ｌ…透明絶縁材料層、４Ｍ…回折機能材料層、４ｍ…エッチング面、４ｂ…上面、６…基板、６Ａ…第１の領域、６Ｂ…第２の領域、８…段差部、ｇ…段差部の高さ、Ｇ１…第１のグリッド、１ａ…上面、Ｇ２…第２のグリッド、３３…反射防止膜、３４…レジスト膜、３４Ｒ…レジストパターン、３６…レジスト膜、３６Ｒ…レジストパターン、１２０…第２の実施形態の光学素子、１３０…第３の実施形態の光学素子、１４０…第４の実施形態の光学素子、１５０…第５の実施形態の光学素子、２００…第１の実施形態の液晶装置、２１０…プロジェクタ（投射型表示装置）、２１１…液晶装置（プロジェクタのライドバルブ）、Ｒ…レジスト、２５０…光学素子、１３００…携帯電話
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及びその製造方法、液晶装置、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（以下、単に偏光素子と呼ぶこともある。）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え難くなってしまうからである（例えば、特許文献１）。
【０００４】
上記したようなワイヤーグリッドは、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。ワイヤーグリッドを形成するには、まず、図２２（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、ワイヤーグリッドを形成する。
【０００５】
ところが、図２２（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２３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２３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２４に示すように、凸部５１２ａ上に所望のレジストパターンを形成することができない。
【０００６】
さらに図２５に、図２４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２２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】
このような課題に対して、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２６及び図２７に示す。図２７は、図２６（ａ），（ｂ）の断面図である。図２６（ａ）に示すように、基板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２６（ｂ）に示すようなグリッド６１５を設けた構造となっている。この構造によれば、図２７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、グリッド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、グリッド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、グリッド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、グリッド６１５の形成不良が生じてしまう場合がある。
【００１０】
図２８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。そして、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２９に示す。
図２９は、露光後の図２８におけるレジスト膜の一部を示す断面図である。図２９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】
本発明の光学素子の製造方法は、上記課題を解決するために、入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、平面的に区画された複数の第１の領域と複数の第２の領域とを有する基板を備え、第１の領域は、基板上に、１次元の第１のグリッドが形成され、第２の領域は、基板上に、複数の平行の溝部を有する回折機能部が形成され、回折機能部上の溝部がない領域に、第２のグリッドが形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、第１の領域と第２の領域とで屈折率差が生じるとともに、第２の領域内でも、複数の溝部とこれら溝部同士の間において屈折率差が生じることとなり、入射光の波長に対する反射光の高い拡散効果を得ることができる。また、グリッドに対する溝部の深さを調整することで反射光の拡散効果を調整することが可能である。
【００１５】
また、溝部が、回折機能部の厚さ方向を基板まで貫通していることが好ましい。
本発明によれば、第１の領域と第２の領域との屈折率差を大きくすることができる。
【００１６】
本発明は、複数の第１の領域と複数の第２の領域とが平面的に区画された基板の、第１の領域に、１次元の第１のグリッドを形成する工程と、基板上に回折機能材料層を形成する工程と、第２の領域の回折機能材料層上に、第２のグリッドを形成する工程と、回折機能材料層を薄膜化して、前記第１の領域で基板表面を露出させる工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、段差のない平坦面を有する基板上に第１のグリッドを形成し、同じく段差のない平坦面を有する回折機能材料層上に第２のグリッドを形成するため、各グリッドの製造過程におけるレジストの露光量の面内均一性が向上する。従来、レジストの表面に生じていた凹凸によってレジストの露光不足が生じてしまっていたが、本発明では、基板面からの高さが異なる第１のグリッドと第２のグリッドとの形成工程を分けて行うため、レジストの表面が平坦面となり露光不足をなくすことができる。これにより、所望のレジストパターンを形成することができ、光学特性（光の偏光分離性）の良好な微細ワイヤー（第１のグリッド及び第２のグリッド）を確実に得ることができる。
また、本発明では、第１の領域と第２の領域における回折機能材料層、つまり回折機能材料層の全体をエッチングする。これにより、第１の領域の回折機能材料層が除去されて第１のグリッドが露出するとともに、第２の領域の、微細ワイヤー間に対応する領域が部分的に除去されて溝部が形成される。このようにして、本発明の回折機能部が得られる。
【００１８】
本発明の光学素子の製造方法は、上記課題を解決するために、複数の第１の領域と複数の第２の領域とが平面的に区画された基板の、複数の第１の領域に、複数の微細ワイヤーからなる第１のグリッドを複数形成する工程と、複数の第１のグリッドを覆うようにして回折機能材料層を形成する工程と、第２の領域の前記回折機能材料層を薄膜化する工程と、第２の領域の回折機能材料層上に、複数の微細ワイヤーからなる第２のグリッドを複数形成する工程と、第１の領域と第２の領域における回折機能材料層にエッチングを施して、第１のグリッドを露出させる工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、段差のない平坦面を有する基板上に第１のグリッドを形成し、同じく段差のない平坦面を有する回折機能材料層上に第２のグリッドを形成するため、各グリッドの製造過程におけるレジストの露光量の面内均一性が向上する。従来、レジストの表面に生じていた凹凸によってレジストの露光不足が生じてしまっていたが、本発明では、基板面からの高さが異なる第１のグリッドと第２のグリッドとの形成工程を分けて行うため、レジストの表面が平坦面となり露光不足をなくすことができる。これにより、所望のレジストパターンを形成することができ、光学特性（光の偏光分離性）の良好な微細ワイヤー（第１のグリッド及び第２のグリッド）を確実に得ることができる。
また、本発明では、第１の領域と第２の領域における回折機能材料層、つまり回折機能材料層の全体をエッチングすることで、第１の領域の回折機能材料層が除去されて第１のグリッドが露出するとともに、第２の領域の、微細ワイヤー間に対応する領域が部分的に除去されて溝部が形成される。
また、本発明は、回折機能材料層を部分的に薄くする工程において溝部の深さを調節し、入射光の波長に対する反射光の拡散効果を調整することができる。
【００２０】
また、回折機能材料層と、第１のグリッド及び第２のグリッドとは、エッチング選択比の異なる材料から構成されていることが好ましい。
本発明によれば、回折機能材料層を精度良くエッチングすることができる。
【００２１】
また、第１のグリッドを形成する工程又は第２のグリッドを形成する工程の直前に、グリッドの下地となる下地層を形成することが好ましい。
本発明によれば、下地層は必要に応じて形成されるものであり、各グリッドと、回折機能部あるいは基板と、の間の密着性を、下地層を介すことによって向上させることができる。
【００２２】
また、第１のグリッド及び第２のグリッドを形成する工程が、金属膜と、反射防止膜とを積層して形成する工程と、金属膜と反射防止膜とをグリッド状にパターニングする工程と、を有することが好ましい。
【００２３】
本発明によれば、第１のグリッド及び第２のグリッドを形成する際、金属膜とレジスト膜とを積層し、当該レジスト膜に対して微細ワイヤーの潜像を露光によりパターン形成するが、レジスト膜の下層に反射防止膜が形成されていることにより、レーザー光が金属膜によって反射され露光が不完全となる不具合が発生することを防止することができる。これにより、所望とする微細ワイヤーを確実に精度よく形成することができる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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】
【００２９】
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。
【００３０】
（第１の実施形態の光学素子）
図１（ａ）は、基板の区画領域を示す（第１の領域及び第２の領域）を示す斜視図、図１（ｂ）は、回折機能部の形状を示す斜視図、図１（ｃ）は、（ｂ）にグリッドを設けた状態の斜視図である。図２（ａ）は、図１（ｃ）の光学素子のＸ−Ｚ平面に沿った断面図であって、図２（ｂ）は、光学素子１の一部を拡大した断面図である。なお、図１では、実際にはＸＹ平面より広い範囲にわたって同様の構造が連続している。
【００３１】
本実施形態の光学素子１は、図１及び図２に示すように、ガラス等からなる基板６と、基板６上に平面的に配置された複数の回折機能部４及び複数の第１のグリッドＧ１と、各回折機能部４上に配置された複数の第２のグリッドＧ２とを有している。
【００３２】
基板６は、図１（ａ）に示すように、ガラスなどの透光性を有する材料から構成されており、複数の第１の領域６Ａと複数の第２の領域６Ｂとが平面的に区画されている。第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂの配置はランダム（不規則）であり、その形状は、正方形か、又は当該正方形を縦横に不規則に繋ぎ合わせた形状となっている。ここで、第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂの最小寸法（すなわち上記正方形の１辺の長さ）δ（図２（ａ））は、入射光の波長λより長く、可視光に用いる場合には例えば２μｍとすることができる。
【００３３】
基板６の各第１の領域６Ａには、互いに平行な多数の微細ワイヤー２ａから構成される第１のグリッドＧ１がそれぞれ配置されている。微細ワイヤー２ａは、アルミニウムからなり、第１の領域６Ａの外周の直線の１つと平行に配置されている。このような微細ワイヤー２ａの配置ピッチｄは、入射光の波長λより短くなっており、例えば１４０ｎｍとすることができる。なお、図１においては、説明の便宜上、微細ワイヤー２ａの本数を実際より少なく描いている。
【００３４】
基板６の各第２の領域６Ｂには、回折機能部４と第２のグリッドＧ２が基板面から順に積層して形成されている。回折機能部４は、第２の領域６Ｂの外周の直線の１つと平行する複数の溝部４Ａを有する。溝部４Ａの両側に配置され当該溝部４Ａを構成している凸条部４Ｂは、第１のグリッドＧ１よりも高さを有し、その上面４ｂが第１のグリッドＧ１の微細ワイヤー２ａの上面１ａよりも基板面から遠ざかっている。各凸条部４Ｂの上面４ｂは、基板面に対して平行な面とされていて、短手方向が微細ワイヤー２ａの幅と等しい。また、溝部４Ａ（凸条部４Ｂ）の配置ピッチは、第１のグリッドＧ１の微細ワイヤー２ａのピッチと等しく、例えば１４０ｎｍとなっている。
このような回折機能部４の溝部４Ａと凸条部４Ｂとの境界には、段差部８が設けられている。段差部８の高さｇは、入射光の波長より小さくなるように設定されている。また、段差部８は、基板面に対して略垂直となっている。
【００３５】
第２のグリッドＧ２は、回折機能部４上に設けられ、上記第１のグリッドＧ１と同様、互いに平行な多数の微細ワイヤー２ａから構成されている。これら多数の微細ワイヤー２ａは、回折機能部４の各凸条部４Ｂ上にそれぞれ形成されており、第２のグリッドＧ２と第１のグリッドＧ１とは基板面からの高さを異ならせてある。
【００３６】
図２（ｂ）に示すように、第１のグリッドＧ１及び第２のグリッドＧ２は、ＳｉＯ２又はＳｉＮ等からなる封止層３によって封止されており、凸条部４Ｂ、微細ワイヤー２ａ、及び封止層３によって囲まれた空間は真空状態となっている。
【００３７】
第１のグリッドＧ１及び第２のグリッドＧ２の下層には、基板６、回折機能部４、グリッドＧ１，Ｇ２のいずれとも異なる材料からなる下地層（不図示）を形成してもよい。このとき、基板６と下地層との間の密着強度、及び第１のグリッドＧ１と下地層との間の密着強度は、基板６と第１のグリッドＧ１との間の密着強度より高いことが好ましい。また、回折機能部４と下地層との間の密着強度、及び第２のグリッドＧ２と下地層との間の密着強度は、回折機能部４と第２のグリッドＧ２との間の密着強度より高いことが好ましい。このような構成とすれば、基板６と第１のグリッドＧ１、及び回折機能部４と第２のグリッドＧ２との間の密着性を、下地層を介すことによって向上させることができる。下地層の素材としては、例えば、ＳｉＯ２等の誘電体薄膜を用いることができる。
【００３８】
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、回折機能部４の機能を示す図であり、図３（ｂ）は、グリッドＧ１，Ｇ２の機能を示す図である。
【００３９】
図３（ｂ）に示すように、グリッドＧ１（Ｇ２）への入射光８０は、微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分ｐがグリッドＧ１（Ｇ２）によって反射され、微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分ｓがグリッドＧ１（Ｇ２）を透過する。すなわち、グリッドＧ１，Ｇ２を有する光学素子１は偏光分離機能を備えており、入射光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。
【００４０】
図３（ａ）に示す光学素子１においては、黒の領域が第１の領域６Ａに相当し、白の領域が第２の領域６Ｂに相当する。基板６上には、各第１の領域６Ａに第１のグリッドＧ１が複数分布しているとともに、各第２の領域６Ｂに回折機能部４が複数分布している（図１（ｂ））。回折機能部４は、溝部４Ａと凸条部４Ｂとによって形作られる凹凸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拡散させることができる。より詳しくは、回折機能部４の作用によって、グリッドＧ１（Ｇ２）によって反射された反射光８０ｒと、グリッドＧ１（Ｇ２）を透過した透過光８０ｔ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。
【００４１】
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、回折機能部
４の段差部８の高さｇを変えることで制御することができる。入射光８０が回折機能部４へ略垂直に入射する状況において、反射光８０ｒの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｒは以下の式（１）で与えられる。
ｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎ （１）
ただし、ｍは０以上の整数、λは入射光８０の波長、ｎは光学素子１の周囲媒体の屈折率である。他方で、透過光８０ｔの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｔは以下の式（２）で与えられる。
ｇｔ＝（２ｍ＋１）λ／２（Ｎ−１） （２）
ただし、Ｎは回折機能部４の屈折率である。
【００４２】
式（１），（２）から、反射光８０ｒの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｒと、
透過光８０ｔの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｔとは、互いに異なることがわか
る。したがって、回折機能部４の段差部８の高さをｇｒに等しくすれば、透過光８０ｔの
拡散効果を抑えることが可能となる。
【００４３】
例えば、λ＝６００ｎｍの場合は、ｍ＝０に対して、式（１）よりｇｒ＝１００ｎｍと
なり、また式（２）よりｇｔ＝６００ｎｍとなる。ただし、ｎ＝１．５、Ｎ＝１．５である。ここで、段差部８の高さｇを１００ｎｍ（深さｇｒ）とすれば、回折機能部４による反射光８０ｒの拡散効果を最大とすることができる。このとき、高さｇが、透過光８０ｔの拡散効果を最大とする高さｇｔ（６００ｎｍ）とは異なっているため、透過光８０ｔの拡散効果は大きくならない。したがって、入射光８０を偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離しつつ、反射光８０ｒを広範囲に拡散させ、かつ透過光８０ｔの拡散を抑えることができる。
【００４４】
ところで、式（２）のｇｔが取り得る値の中間値をｇｔ’とすると、ｇｔ’は、
ｇｔ’＝（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１） （３）
を満たす。回折機能部４の段差部８の高さｇを上記ｇｔ’とすれば、透過光８０ｔの拡散効果を最小とすることができる。すなわち、段差部８の高さｇを上記ｇｔ’とすることによっても、入射光８０を偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離しつつ、反射光８０ｒを拡散させ、かつ透過光８０ｔの拡散を抑えることができる。
【００４５】
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、基板６の第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂ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６Ａと複数の第２の領域６Ｂ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、回折機能部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１を容易に製造することが可能となる。
【００４６】
さらに、図４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４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、回折機能部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。
【００４７】
光学素子１を反射型の装置に適用する場合には、反射特性が重要となる。図５及び図６は、光学素子１（回折機能部４Ｂ）の反射光強度分布の一例を示す図である。図７は、光学素子の反射特性評価に用いた測定系の概略構成図である。図５及び図６は反射光の強度測定の結果を示すグラフであり、横軸は反射角度θ［°］であり、縦軸は入射光強度を１００％とした際の反射光強度［％］である。
なお、図７では、基板６における第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂの平面視形状が正方形とされている。
【００４８】
図７に示すように、光学素子１の斜め上方に光源４９を固定し、光源４９からの光Ａ１が光学素子１の板面の法線方向Ｈに対して２５°の角度で入射するようにした。そして、照度計５１を用いて基板面での回転角度０°〜３６０°の範囲にて反射光Ａ２の強度を測定した。
【００４９】
図５及び図６に示すように、反射光の最大強度は、反射角度が２３〜２７°程度のときに反射率１％を超えるピークが得られ、この範囲の前後の角度では強度が急激に低下しているが、その他の角度を全体的に見るとなだらかに低下している。
反射光の分布の広がり（視域角の範囲）φは、基板６の第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂの平面視における最小寸法δから決まり、φ＝２λ／δの関係が成り立つ。例えば、λ＝５５０ｎｍ、δ＝２．０μｍとすると、φ＝３２度となり、実用上充分な視域が得られる。
【００５０】
基板６の第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂの平面形状を円形にすることにより、方位によらない、完全に等方的な反射強度分布を得ることができる。また、第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂの平面形状に異方性を持たせ、例えば、長方形状あるいは楕円形状とすることにより、反射光強度分布に異方性を持たせることも可能である。その場合、各領域６Ａ，６Ｂの短手方向では分布の広がりが大きく、長手方向では分布の広がりが狭くなる。
【００５１】
以上に述べたように、グリッドＧ１，Ｇ２と回折機能部４とを有する光学素子１は、入射光８０を、グリッドＧ１，Ｇ２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とともに、当該反射光８０ｒを回折機能部４によって拡散させることができる。特に、段差部８の高さｇをｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎと等しくすること等によって、反射光８０ｒを広範囲に拡散させ、かつ透過光８０ｔの拡散を抑えることができる。すなわち、本実施形態によれば、偏光分離機能と光拡散機能とを併せもち、かつ透過光の拡散のみを抑制することが可能な光学素子１が得られる。また、上記光学素子１は、アルミニウムの微細ワイヤー２ａからなるグリッドＧ１，Ｇ２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。
【００５２】
（製造方法）
まず、図８及び図９を用いて、光学素子１の製造方法について説明する。図８は、光学素子の製造方法のフローチャート図であり、図９は、光学素子の製造工程における断面図である。なお、図９は、光学素子の一部を拡大した断面図であって、実際には基板面全体に亘って同様の構造が連続している。
以下、図８のフローチャート図に沿って図９を参照しつつ説明する。
【００５３】
工程Ｓ１では、厚さ０．７ｍｍのガラスからなる基板６上に、スパッタ等により厚さ１００〜３００ｎｍ程度の導体膜としての金属膜２Ｌを形成する（図９（ａ））。本実施形態では、金属膜２Ｌとしてアルミニウム（Ａｌ）を用いているが、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）などを用いても良い。本実施形態における基板６は、その一方の面に、複数の第１の領域６Ａと複数の第２の領域６Ｂとが平面的に区画されたものであって、複数の第１の領域６Ａと複数の第２の領域６Ｂとを覆うようにして金属膜２Ｌを形成する。ここで、第１の領域６Ａと第２の領域６Ｂは、後段の工程で第１のグリッドＧ１と第２のグリッドＧ２とが形成されるべき位置を便宜的に規定しているもので、基板表面に物理的な境界が形成されているわけではない。
なお、基板６と金属膜２Ｌとの間に、ＳｉＯ２等の誘電体薄膜からなる下地層（不図示）を形成してもよい。下地層は、基板６と金属膜２Ｌ（第１のワイヤーグリッド）との密着強度を高めるために機能する。
【００５４】
次に、工程Ｓ２では、金属膜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（図９（ａ））。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）を用いてもよい。また、反射防止膜３３として、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、素材の複素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。なお、反射防止膜３３の最適な膜厚は、同じ素材であっても成膜条件によって異なる。
【００５５】
次に、工程Ｓ３では、反射防止膜３３上に、スピンコート法等によって、略平坦な平面を有するレジスト膜３４を形成する（図９（ａ））。
【００５６】
次に、工程Ｓ４では、レジスト膜３４に対してレーザー干渉露光を行い、第１のグリッドＧ１を構成する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の連続発振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度とすることができる（図９（ａ））。このとき、レジスト膜３４の下層に反射防止膜３３が形成されていることにより、レーザー光が金属膜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３４の全面に微細ワイヤーの潜像を形成した後、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域をマスクで覆い、第２の領域６Ｂと重なる領域に対してベタ露光を行う。このように、第２の領域６Ｂと重なる領域に形成された潜像を露光オーバーとし、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域のみに微細ワイヤーの潜像を残す。
【００５７】
次に、工程Ｓ５では、レーザー干渉露光されたレジスト膜３４の現像を行う。先に述べたように、レジスト膜３４の、第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域に形成された潜像を露光オーバーとしておくことで、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域のみにレジストパターン３４Ｒが形成され、第２の領域６Ｂにおけるレジスト膜３４は完全に除去される（図９（ｂ））。このようにして、ピッチが１４０ｎｍの微細な線状のレジストパターン３４Ｒを、第１の領域６Ａ上に得る。
【００５８】
次に、工程Ｓ６では、金属膜２Ｌ及び反射防止膜３３をパターン形成する。より詳しくは、上記レジストパターン３４Ｒ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及び金属膜２Ｌをパターニングし、複数の微細ワイヤー２ａを形成する（図９（ｃ））。続く工程Ｓ７では、レジストパターン３４Ｒを除去する。これにより、基板６上に、１４０ｎｍのピッチで配列された複数の微細ワイヤー２ａからなる第１のグリッドＧ１が各第１の領域６Ａに形成される（図９（ｄ））。
【００５９】
なお、金属膜２Ｌと反射防止膜３３との間にＳｉＯ２（厚さ３０ｎｍ）を形成しておくと、金属膜２Ｌに対するエッチング選択比がレジスト膜３４の場合と比べて向上するため、レジスト膜３４のパターンを浅くすることができる。これにより、より安定したレジストパターン３４Ｒを形成することができる。
【００６０】
次に、工程Ｓ８では、基板６上に、複数の第１のグリッドＧ１を覆う回折機能材料層４Ｍを第１のグリッドＧ１の高さにより１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で形成する（図９（ｅ））。ベーク温度は２５０℃前後である。本実施形態では、透光性を有するポリマーを膜厚が１００ｎｍ程度となるように形成する。回折機能材料層４Ｍの材料としては、ＳｉＯ２、紫外線硬化樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などが挙げられる。この工程では、基板６上にスピンコート法等を用いて回折機能材料層４Ｍを形成するため、その表面は平坦な面となる。
【００６１】
続く工程Ｓ９では、回折機能材料層４Ｍ上の、上記第１のグリッドＧ１と平面的に重ならない領域に複数の第２のグリッドＧ２を形成する（図９（ｆ））。複数の微細ワイヤー２ａからなる第２のグリッドＧ２は、第１のグリッドＧ１の形成に用いたレジストパターン３４Ｒを用い、上記第１のグリッドＧ１と同様の工程（工程Ｓ１〜工程Ｓ７）を行うことで得られる。
なお、本工程においても、回折機能材料層４Ｍと第２のグリッドＧ２との密着強度を高めるため、回折機能材料層４Ｍと第２のグリッドＧ２との間に下地層を形成しておくことが好ましい。
【００６２】
次に、工程Ｓ１０では、基板６の第２の領域６Ｂに回折機能部４を形成する。本工程は、回折機能材料層４Ｍ全体に対してドライエッチングを施す（図９（ｇ））。具体的には、第１の領域６Ａの回折機能材料層４Ｍを全て除去することで第１のグリッドＧ１の全体を露出させるとともに、第２の領域６Ｂにおける回折機能材料層４Ｍの、第２のグリッドＧ２と平面的に重ならない領域を部分的に除去する（図９（ｈ））。これにより、微細ワイヤー２ａ同士の間に、回折機能材料層４Ｍの厚さ方向を貫通する溝部４Ａが形成され、同時に、第２のグリッドＧ２の下層に、各微細ワイヤー２ａにそれぞれ対応する複数の凸条部４Ｂが形成される。このようにして、基板６上の第２の領域６Ｂに回折機能部４が形成される。
【００６３】
本工程では、ＣＨＦ３とＯ２との混合ガスを用いてドライエッチングを行う。各グリッドＧ１，Ｇ２と回折機能材料層４Ｍとは、エッチング選択比の異なる材料から構成されているため、各グリッドＧ１，Ｇ２に影響を与えることなく、回折機能材料層４Ｍのみを好適にエッチングすることができる。
【００６４】
続く工程Ｓ１１では、第１のグリッドＧ１及び第２のグリッドＧ２上に封止層３（図２（ｂ）参照）を形成する。この工程は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法等により、真空環境下においてグリッドＧ１，Ｇ２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、凸条部４Ｂ、微細ワイヤー２ａ、及び封止層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。
このようにして本実施形態の光学素子１を形成する。
【００６５】
以上の工程により、基板６の第１の領域６Ａ上に第１のグリッドＧ１、第２の領域６Ｂ上に回折機能部４と第２のグリッドＧ２とが積層して形成された光学素子１を得ることができる。この製造方法によれば、グリッドＧ１，Ｇ２を構成するアルミニウムと、回折機能材料層４Ｍを構成するポリマーとはエッチングレート（選択比）が異なるため、レジストパターンを用いることなく回折機能材料層４Ｍを好適にパターニングすることができる。これにより、製造工程が短縮されて作業効率が向上する。
【００６６】
また、本実施形態では、第１のグリッドＧ１の形成工程と、第２のグリッドＧ２の形成工程とを分けて行い、それぞれを平坦な面を有する基板６上及び回折機能材料層４Ｍ上に形成するようにしたので、金属膜２Ｌ上に積層されるレジスト膜３４の露光量の面内均一性が向上し、微細ワイヤー２ａを得るための所望のレジストパターン３４Ｒが得られる。これにより、回折機能部４の表面に第１のグリッドＧ１及び第２のグリッドＧ２をより確実に形成することができる。
【００６７】
なお、上記製造工程では、レジストパターン３４Ｒを形成する際、レジスト膜３４の全面に微細ワイヤーの潜像を形成した後、第２の領域６Ｂにおける微細ワイヤーの潜像を露光オーバーとすることで、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域にレジストパターン３４Ｒを形成するとしたが、最初に、レジスト膜３４の第１の領域６Ａと平面的に重なる領域をマスクで覆い、第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域に対してベタ露光を行った後、全体にレーザー干渉露光を行って、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域にグリッドパターンの潜像を形成するようにしてもよい。
【００６８】
また、基板面全体に微細ワイヤー２ａを形成した後、第２の領域６Ｂ上にある微細ワイヤー２ａのみをエッチングによって除去するようにしてもよい。この場合、第１の領域６Ａ上にある微細ワイヤー２ａをグリッド用のレジスト（膜厚５００〜１０００ｎｍ、ベーク温度１００〜２００℃）で保護し、第２の領域６Ｂ上にある微細ワイヤー２ａを塩素系ガス（Ｃ１２及びＢＣ１３）でドライエッチングすることにより除去する。なお、第２のグリッドＧ２も同様に形成することができる。
【００６９】
（第２の実施形態の光学素子）
図１０は、本実施形態の光学素子の概略構成を示す断面図である。図１１は、光学素子の製造方法のフローチャート図であり、図１２は、フローチャート図に沿う光学素子の製造工程における断面図である。
本実施形態は、段差部８の高さｇ（溝部４Ａの深さ）が上記実施形態と異なる。なお、その他の光学素子の構成及び製造工程は、上記実施形態と同様であり、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明及び重複する製造工程は省略する。
【００７０】
（光学素子）
本実施形態の光学素子１２０は、図１０に示すように、基板６に対する第２のグリッドＧ２の位置が第１の実施形態よりも近くなるよう段差部８の高さｇが小さく構成されている。具体的には、第１のグリッドＧ２における微細ワイヤー２ａの高さに対して、回折機能部４における凸条部４Ｂの高さが低くなっており、凸条部４Ｂの上面４ｂが、微細ワイヤー２ａの上面１ａよりも基板面に近い構成となっている。本実施形態では、回折機能部４の段差部８の高さｇが第１のグリッドＧ１の高さの略半分程度となっている。
【００７１】
（製造方法）
本実施形態の光学素子１２０の製造方法について、図１１及び図１２を用いて説明する。
まず、上記第１の実施形態と同様に工程Ｓ１〜工程Ｓ８までを行い、基板６上に、第１のグリッドＧ１及び第１のグリッドＧ１を覆う回折機能材料層４Ｍを形成する（図１２（ａ））。その後、工程Ｓ２１において、回折機能材料層４Ｍの、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域にレジストパターン３７Ｒを形成し（図１２（ｂ））、工程Ｓ２２では、このレジストパターン３７Ｒをマスクとしてドライエッチングを施し、回折機能材料層４Ｍの、第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域を薄くして所定の膜厚にする。具体的には、回折機能材料層４Ｍのエッチング面４ｍが、微細ワイヤー２ａの上面１ａよりも基板面に近くなるような膜厚にする（図１２（ｃ））。
【００７２】
その後、工程Ｓ２３により、回折機能材料層４Ｍの露出部分（第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域）とレジストパターン３７Ｒを覆うようにして、下地層（不図示）、金属膜２Ｌ及び反射防止膜３３をこの順で積層し（図１２（ｃ））、工程Ｓ２４でレジストパターン３７Ｒを除去する（図１２（ｄ））。続けて、工程Ｓ２５において、回折機能材料層４Ｍ上の、第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域に形成したレジストパターン３４Ｒ（図１２（ｅ））をマスクとしてドライエッチングを行った後、レジストパターン３４Ｒを除去し、複数の第２のグリッドＧ２をパターン形成する（図１２（ｆ））。このとき、回折機能材料層４Ｍの、第１の領域６Ａがエッチングされて膜厚が若干減少する。本工程で用いるレジストパターン３４Ｒは、第１のグリッドＧ１の形成時に用いたレジストパターンと同様のものである。
【００７３】
その後、工程Ｓ２６において、回折機能材料層４Ｍの全体にドライエッチングを行うことにより（図１２（ｆ））、第１のグリッドＧ１を露出させるとともに第２の領域６Ｂに複数の溝部４Ａ（凸条部４Ｂ）を形成し、回折機能部４を得る（図１２（ｇ））。このようにして本実施形態の光学素子１２０を得る。
【００７４】
本実施形態によれば、工程２２において、第２の領域６Ｂの回折機能材料層４Ｍの膜厚を調整することによって段差部８の高さｇを調整することができる。図１０に示すように、第１のグリッドＧ１に対する回折機能部４の溝部４Ａの深さを小さく（凸条部４Ｂの高さｇを低く）すると、回折機能部４に入射する入射光の波長が高い場合でも反射光の拡散効果を高めることができる。つまり、第１のグリッドＧ１に対する段差部８の高さｇを小さくすることで、回折機能部４による反射光の拡散効果を最大とすることができる波長の許容値が高められる。
【００７５】
（第３の実施形態の光学素子）
図１３は、本実施形態の光学素子の概略構成を示す断面図である。
本実施形態は、基板６上の第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂを覆う透明絶縁層４Ｎが設けられており、第１のグリッドＧ１の下部が透明絶縁層４Ｎ内に埋設している点において異なる。なお、その他の光学素子の構成及び製造工程は、上記実施形態と同様であり、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明及び重複する製造工程は省略する。
【００７６】
（光学素子）
本実施形態の光学素子１３０は、図１３に示すように、基板６の第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂを覆う透明絶縁層４Ｎを有している。基板６上に設けられた第１のグリッドＧ１は、下部が透明絶縁層４Ｎ内に埋設されている。そのため、透明絶縁層４Ｎの、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域では第１のグリッドＧ１の上部が露出している。一方、透明絶縁層４Ｎの、第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域には回折機能部４と第２のグリッドＧ２とが積層して設けられ、複数の溝部４Ａと、上面４ｂ上に微細ワイヤー２ａを備える凸条部４Ｂを複数備えている。このような回折機能部４の段差部８の高さｇは、各グリッドＧ１，Ｇ２の高さから適宜設定される。
【００７７】
本実施形態では、基板６上に、第１のグリッドＧ１と、第１のグリッドＧ１を覆う回折機能材料層４Ｍ（図９（ｅ））とを形成した後、この回折機能材料層４Ｍを所定時間エッチングすることで回折機能部４を得ている。具体的には、図１３に示すように、エッチング面４ｍが、第１のグリッドＧ１を構成する微細ワイヤー２ａの上面１ａよりも基板面に近くなるまでエッチングを行い、基板面が露出する前に終了する。このようにして、複数の溝部４Ａ及び複数の凸条部４Ｂを有する回折機能部４が形成されるとともに基板面を覆う透明絶縁層４Ｎが形成される。
【００７８】
本実施形態によれば、第１の実施形態において回折機能材料層４Ｍのエッチングに要していた時間よりも短い時間で形成する。上記実施形態においては、回折機能材料層４Ｍの膜厚によって段差部８の高さｇを調整していたが、本実施形態では、回折機能材料層４Ｍのエッチング時間によって溝部４Ａの深さを調整することができ、その結果段差部８の高さｇを簡単に調整することができる。
【００７９】
（第４の実施形態の光学素子）
図１４は、本実施形態の光学素子の概略構成を示す断面図である。
本実施形態は、基板６と、回折機能部４及び第１のグリッドＧ１と、の間に透明絶縁材料層４Ｌを形成する点において上記実施形態と異なる。なお、その他の光学素子の構成及び製造工程は、上記実施形態と同様であり、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明及び重複する製造工程は省略する。
【００８０】
（光学素子）
本実施形態の光学素子１４０は、図１４に示すように、基板６上に、第１の領域６Ａ及び第２の領域６Ｂを含む面積の透明絶縁材料層４Ｌを有している。透明絶縁材料層４Ｌは、回折機能部４と同様の材料を用いて所定の膜厚で形成されている。回折機能部４及び第１のグリッドＧ１は透明絶縁材料層４Ｌ上に配置されており、具体的には、透明絶縁材料層４Ｌ上の、第１の領域６Ａと平面的に重なる領域に第１のグリッドＧ１が配置され、第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域に回折機能部４が配置されている。本実施形態では、回折機能部４の段差部８の高さｇが第１のグリッドＧ１の高さより高く設定されている。つまり、第１のグリッドＧ１を構成する微細ワイヤー２ａの上面１ａよりも、凸条部４Ｂの上面４ｂの方が基板面から遠ざかった構成となっている。
また、本実施形態においても、透明絶縁材料層４Ｌと第１のグリッドＧ１との間に、これらの密着性を向上させるための下地層（不図示）を形成しておくことが好ましい。
【００８１】
本実施形態の光学素子１４０は、第１の実施形態の光学素子の製造方法における、下地層を形成する工程Ｓ１（図８参照）の前に、基板６上に透明絶縁材料層４Ｌを形成する工程を追加することで形成され、その他の製造工程は第１の実施形態の光学素子の製造方法と同様である。このように、まず基板６上に透明絶縁材料層４Ｌを形成し、この透明絶縁材料層４Ｌ上に、回折機能部４、第１のグリッドＧ１などを順次形成していくことによって本実施形態の光学素子１４０が得られる。
【００８２】
本実施形態の光学素子１４０は、基板６上に透明絶縁材料層４Ｌを備え、この透明絶縁材料層４Ｌ上に、第１のグリッドＧ１及び回折機能部４が設けられている。このような構成によれば、基板６に対する回折機能部４と第１のグリッドＧ１との密着性がさらに良好なものとなり信頼性の高い光学素子１４０となる。また、透明絶縁材料層４Ｌ上に第１のグリッドＧ１が形成されるので、表示装置内への組込みが容易となる。
【００８３】
（第５の実施形態の光学素子）
図１５は、本実施形態の光学素子の概略構成を示す断面図である。
本実施形態の光学素子１５０は、基板６上に透明絶縁材料層４Ｌが形成される点は上記第３の実施形態と同様であるが、段差部８の高さｇが第３の実施形態とは異なる。
【００８４】
図１５に示すように、本実施形態の光学素子１５０は、上記第３の実施形態同様、基板６上に透明絶縁材料層４Ｌを介して回折機能部４と第１のグリッドＧ１とが設けられているが、第２のグリッドＧ２の基板６に対する位置が第３の実施形態よりも近くなるよう段差部８の高さｇが小さく構成されている。具体的には、回折機能部４の上面４ｂが第１のグリッドＧ１の上面１ａよりも基板面に近く、回折機能部４の段差部８の高さｇが第１のグリッドＧ１の高さの略半分程度となっている。
【００８５】
本実施形態の光学素子１５０は、第２の実施形態の光学素子の製造方法における、第１のグリッドＧ１を形成する工程Ｓ１（図１１参照）の前に、基板６上に透明絶縁材料層４Ｌを形成する工程を追加することで形成され、その他の製造工程は第２の実施形態の光学素子の製造方法と同様である。これにより、基板６上に透明絶縁材料層４Ｌを介して第１のグリッド１Ｇ及び回折機能部４がそれぞれ形成され、透明絶縁材料層４Ｌ上の第２の領域６Ｂと平面的に重なる領域に、第１のグリッドＧ１の高さよりも低い段差部８が形成される。このようにして、本実施形態の光学素子１５０が得られる。
【００８６】
本実施形態の光学素子１５０は、上記実施形態同様、透明絶縁材料層４Ｌによって、基板６に対する回折機能部４と第１のグリッドＧ１との密着性がさらに良好なものとなり信頼性の高いものとなる。
また、上記実施形態４，５においては、基板６上に、透明絶縁材料層４Ｌを形成するとしたが、これに代えて均一な膜厚で形成した下地層を設けてもよい。これら透明絶縁材料層４や下地層など、基板６全体に均一な厚さで形成される膜は非常に薄い厚さで形成される。そのため、グリッドＧ２の間に溝を形成する際に回折機能材料層４Ｍを薄膜化すると、基板６表面が露出したものと実質的に見なすことができる。
【００８７】
さらに、回折機能部４の段差部８の高さｇ、すなわち溝部４Ａの深さを調整することによって、入射光の波長が高い場合でも反射光の拡散効果を最大とすることができる。つまり、低背化された凸条部４Ｂによって構成される回折機能部４により、入射光を偏光状態の異なる反射光及び透過光に分離しつつ、反射光を広範囲に拡散させ、且つ透過光の拡散を抑えることができる。
【００８８】
なお、上記実施形態では、グリッドＧ１，Ｇ２を構成する微細ワイヤー２ａ上に反射防止膜３３が残っているが、金属膜２Ｌをエッチングした後に微細ワイヤー２ａ上から取り除くようにしてもよい。しかし、反射防止膜３３は、ＳｉＣやＳｉＯｘＮｙ：Ｈなどから形成されているので、封止層３を形成する際、ＳｉＯ２又はＳｉＮなどの材料が微細ワイヤー２ａ上に付着しやすくなり、良好な封止層３をグリッドＧ１，Ｇ２上に形成することが可能となる。そのため、反射防止膜３３をグリッドＧ１，Ｇ２上から完全に除去する必要はなく、残存させておいてもよい。
【００８９】
〔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。
【００９０】
図１６は、本実施形態の液晶装置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１７（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１７（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１８は、図１７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。
【００９１】
図１６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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
次に、図１７及び図１８を参照して液晶装置２００の詳細な構成について説明する。
液晶装置２００は、図１８に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０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。
【００９５】
図１７（ａ）に示すように、液晶装置２００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。
【００９６】
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１８参照）とからなる。
【００９７】
共通電極２９は、図１８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）からなる偏光素子部１９Ａを備えている。
【００９８】
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。
【００９９】
本実施形態の液晶装置２００は、図１７（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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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１８参照）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。
【０１０２】
なお、本実施形態の液晶装置２００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２００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。
【０１０３】
図１８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。
【０１０４】
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、反射偏光層１９が部分的に形成されている。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、微細ワイヤーからなる偏光素子部１９Ａを備えている。
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の偏光素子部１９Ａとは、透明絶縁膜である封止層３により絶縁されている。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
反射偏光層１９は、図１７（ｂ）の光学軸の配置図に示すように、液晶装置２００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２００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１７（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２００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。
【０１０９】
上記構成を具備した液晶装置２００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１７のＸ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。
【０１１０】
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１７（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２００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２００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。
【０１１１】
本実施形態の液晶装置２００では、反射偏光層１９の作用により、ＴＥ偏光成分を反射させ、ＴＭ偏光成分を透過させる。同時に、反射光は広く拡散され、高い視認性が実現されている。加えて、透過光も拡散し、拡散した光は隣接する透過領域において利用される。また、反射偏光層１９の下方に配置された偏光板１４を透過した光（ＴＥ偏光）も、反射偏光層１９で反射拡散された後、隣接する透過表示領域Ｔにおいて利用される。そのため、光の利用効率が全体的に２０％程度向上する。これにより、透過表示領域Ｔで使用するバックライト９０の光量を節約できることにつながり、低消費電力化が実現可能となる。
【０１１２】
本実施形態では、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、微細ワイヤー２ａ上を覆う封止層３（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が微細ワイヤー２ａ間の開口部２ｂ（例えば図２（ｂ）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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
〔プロジェクタ〕
次に、本発明に係る光学素子を投射型表示装置に適用した例について説明する。図１９は、投射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、光源（ランプ）からの射出光を液晶装置２１１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。
【０１１５】
図１９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、光学素子２０５、液晶装置２１１、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２１１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２１１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。
【０１１６】
光学素子２０５は、透光性を有する基板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。光学素子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、光学素子２０５は、偏光分離機能を有している。ただし、単に平坦な基板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のうち光学素子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２１１に入射する。
【０１１７】
液晶装置２１１は、枠状のシール材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２１１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。
【０１１８】
液晶装置２１１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、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、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２１１の不具合を抑えるために、光学素子１は、液晶装置２１１からできるだけ離して配置することが好ましい。
【０１１９】
〔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２０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２１１を用いる構成であってもよい。図２０は、３つの液晶装置２１１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２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂとを有している。
【０１２０】
プリズム５３は、液晶装置２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂ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２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂ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２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂ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２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂの、プリズム５３とは反対側の位置には、光学素子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。
【０１２１】
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光学素子２５０、液晶装置２１１Ｂ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、光学素子２０５、液晶装置２１１Ｇ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、光学素子２０５、液晶装置２１１Ｒを順に透過する。液晶装置２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂ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。
【０１２２】
光学素子１は、上記したように、入射光のうち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、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、回折機能部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２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂへ到達するため、液晶装置２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂ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。
【０１２３】
〔電子機器〕
図２１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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
例えば、上記実施形態の光学素子は、ディスプレイへの応用のみならず、レーザー加工へ用いる回折型ビーム分岐素子やビーム整形素子の反射防止構造としても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】（ａ）第１の実施形態に係る光学素子の基板を示す斜視図、（ｂ）回折機能部の形状を示す斜視図、（ｃ）は、（ｂ）にグリッドを設けた状態の斜視図。
【図２】（ａ）の光学素子のＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（ｂ）は、光学素子の一部を拡大した断面図。
【図３】（ａ）は、回折機能部の機能を示す図、（ｂ）は、グリッドＧ１，Ｇ２の機能を示す図。
【図４】光学素子における単位パターンの配置の例を示す図。
【図５】回折機能層の反射光強度分布の一例を示す図（基板面での回転角度０°〜１８０°）。
【図６】回折機能層の反射光強度分布の一例を示す図（基板面での回転角度２１０°〜３６０°）。
【図７】光学素子の反射特性評価に用いた測定系の概略構成図。
【図８】第１の実施形態に係る光学素子の製造方法のフローチャート図。
【図９】第１の実施形態に係る偏光素子の製造工程における断面図。
【図１０】第２の実施形態に係る光学素子の概略構成を示す断面図。
【図１１】第２の実施形態に係る光学素子の製造方法を示すフローチャート図。
【図１２】第２の実施形態に係る光学素子の製造工程における断面図。
【図１３】第３の実施形態に係る光学素子の概略構成を示す断面図。
【図１４】第４の実施形態に係る光学素子の概略構成を示す断面図。
【図１５】第５の実施形態に係る光学素子の概略構成を示す断面図。
【図１６】本発明に係る液晶装置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。
【図１７】（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、（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。
【図１８】図１７（ａ）のＢ−Ｂ'線に沿う部分断面図。
【図１９】プロジェクタの概略構成を示す模式図。
【図２０】プロジェクタの変形例を示す模式図。
【図２１】本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図。
【図２２】従来のワイヤーグリッドの形成過程における金属膜を示す斜視図。
【図２３】図２２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２４】図２３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２５】図２４に示すレジストパターン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２６】（ａ）は、従来の光学素子の斜視図、（ｂ）は、回折機能部の概略構成を示す斜視図。
【図２７】図２６（ａ）の光学素子のＸ−Ｚ平面に沿った断面図。
【図２８】図２６及び図２７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２９】図２８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】
【０１２７】
１…第１の実施形態の光学素子、２ａ…微細ワイヤー、２ｂ…開口部、３…封止層、４…回折機能部、４Ａ…溝部、４Ｂ…凸条部、４Ｌ…透明絶縁材料層、４Ｍ…回折機能材料層、４ｍ…エッチング面、４ｂ…上面、６…基板、６Ａ…第１の領域、６Ｂ…第２の領域、８…段差部、ｇ…段差部の高さ、Ｇ１…第１のグリッド、１ａ…上面、Ｇ２…第２のグリッド、３３…反射防止膜、３４…レジスト膜、３４Ｒ…レジストパターン、３６…レジスト膜、３６Ｒ…レジストパターン、１２０…第２の実施形態の光学素子、１３０…第３の実施形態の光学素子、１４０…第４の実施形態の光学素子、１５０…第５の実施形態の光学素子、２００…第１の実施形態の液晶装置、２１０…プロジェクタ（投射型表示装置）、２１１…液晶装置（プロジェクタのライドバルブ）、Ｒ…レジスト、２５０…光学素子、１３００…携帯電話
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、
平面的に区画された複数の第１の領域と複数の第２の領域とを有する基板を備え、
前記第１の領域は、前記基板上に、１次元の第１のグリッドが形成され、
前記第２の領域は、前記基板上に、複数の平行の溝部を有する回折機能部が形成され、前記回折機能部上の前記溝部がない領域に、第２のグリッドが形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記溝部が、前記回折機能部の厚さ方向を前記基板まで貫通し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】
複数の第１の領域と複数の第２の領域とが平面的に区画された基板の、前記第１の領域に、１次元の第１のグリッドを形成する工程と、
前記基板上に回折機能材料層を形成する工程と、
前記第２の領域の前記回折機能材料層上に、第２のグリッドを形成する工程と、
前記回折機能材料層を薄膜化して、前記第１の領域で前記基板表面を露出させる工程と、
を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】
複数の第１の領域と複数の第２の領域とが平面的に区画された基板の、前記複数の第１の領域に、複数の微細ワイヤーからなる第１のグリッドを複数形成する工程と、
前記複数の第１のグリッドを覆うようにして回折機能材料層を形成する工程と、
前記第２の領域の前記回折機能材料層を薄膜化する工程と、
前記第２の領域の前記回折機能材料層上に、複数の微細ワイヤーからなる第２のグリッドを複数形成する工程と、
前記第１の領域と前記第２の領域における前記回折機能材料層にエッチングを施して、前記第１のグリッドを露出させる工程と、
を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記回折機能材料層と、前記第１のグリッド及び前記第２のグリッドとは、エッチング選択比の異なる材料から構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１のグリッドを形成する工程又は前記第２のグリッドを形成する工程の直前に、前記グリッドの下地となる下地層を形成することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１のグリッド及び前記第２のグリッドを形成する工程が、
金属膜と、反射防止膜とを積層して形成する工程と、
前記金属膜と前記反射防止膜とをグリッド状にパターニングする工程と、を有することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１または２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９】
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８に記載の液晶装置。
【請求項１０】
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、
前記光学素子を、前記反射表示を行うための反射層として備えたことを特徴とする請求項８または９に記載の液晶装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０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１２】
請求項１または２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】
入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、
平面的に区画された複数の第１の領域と複数の第２の領域とを有する基板を備え、
前記第１の領域は、前記基板上に、１次元の第１のグリッドが形成され、
前記第２の領域は、前記基板上に、複数の平行の溝部を有する回折機能部が形成され、前記回折機能部上の前記溝部がない領域に、第２のグリッドが形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記溝部が、前記回折機能部の厚さ方向を前記基板まで貫通し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】
複数の第１の領域と複数の第２の領域とが平面的に区画された基板の、前記第１の領域に、１次元の第１のグリッドを形成する工程と、
前記基板上に回折機能材料層を形成する工程と、
前記第２の領域の前記回折機能材料層上に、第２のグリッドを形成する工程と、
前記回折機能材料層を薄膜化して、前記第１の領域で前記基板表面を露出させる工程と、
を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】
複数の第１の領域と複数の第２の領域とが平面的に区画された基板の、前記複数の第１の領域に、複数の微細ワイヤーからなる第１のグリッドを複数形成する工程と、
前記複数の第１のグリッドを覆うようにして回折機能材料層を形成する工程と、
前記第２の領域の前記回折機能材料層を薄膜化する工程と、
前記第２の領域の前記回折機能材料層上に、複数の微細ワイヤーからなる第２のグリッドを複数形成する工程と、
前記第１の領域と前記第２の領域における前記回折機能材料層にエッチングを施して、前記第１のグリッドを露出させる工程と、
を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記回折機能材料層と、前記第１のグリッド及び前記第２のグリッドとは、エッチング選択比の異なる材料から構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１のグリッドを形成する工程又は前記第２のグリッドを形成する工程の直前に、前記グリッドの下地となる下地層を形成することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１のグリッド及び前記第２のグリッドを形成する工程が、
金属膜と、反射防止膜とを積層して形成する工程と、
前記金属膜と前記反射防止膜とをグリッド状にパターニングする工程と、を有することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１または２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９】
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８に記載の液晶装置。
【請求項１０】
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、
前記光学素子を、前記反射表示を行うための反射層として備えたことを特徴とする請求項８または９に記載の液晶装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０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１２】
請求項１または２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２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図８】
【図９】
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【図１１】
【図１２】
【図１３】
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【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２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２００９−１３３８９３（Ｐ２００９−１３３８９３Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０７６０７（Ｐ２００７−３０７６０７）
【出願日】平成１９年１１月２８日（２００７．１１．２８）
【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６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２８日（２００７．１１．２８）
【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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