JP5760388B2 - 偏光素子とその製造方法、プロジェクター、液晶装置、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、偏光素子とその製造方法、プロジェクター、液晶装置、電子機器に関するものである。

偏光素子の一種としてワイヤーグリッド偏光素子が知られている（例えば特許文献１，２参照）。ワイヤーグリッド偏光素子は、透明な基板上に金属からなるグリッドが、用いる光の波長よりも短いピッチで敷き詰められた構成を備えている。ワイヤーグリッド偏光素子は無機物のみで構成できるため有機物を用いた偏光板と比較して光照射による劣化が著しく少なく、高輝度化が進む液晶プロジェクターにおいて有効なデバイスとして注目されている。

特許第４４１１２０２号公報 特開平１０−７３７２２号公報

ワイヤーグリッド偏光素子は優れた耐熱性を備えているが、近年の液晶プロジェクターの高輝度化に伴い、さらなる高温信頼性が求められている。
特許文献１では、ワイヤーグリッド偏光素子の表面にアミノホスホネートを形成することで金属格子の保護を図っている。しかし、２００℃以上に加熱される用途では有機分子であるアミノホスホネートが分解されてしまうため、十分な信頼性を確保することができなかった。
一方、特許文献２では、基板上の金属格子（金属細線）の表面を熱処理で酸化させることで耐環境性を向上させている。しかしながら、酸化処理のために基板を５００℃以上に加熱する必要があり、基板の割れや変形が生じる場合があった。また金属格子自体が熱膨張により損傷を受け、光学特性を決定する金属格子の高さや幅などの寸法が変化してしまう場合があった。

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、高温信頼性に優れた偏光素子とその製造方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の偏光素子は、基板と、前記基板上に平面視ストライプ状に形成され、前記基板の厚さ方向に積層された金属層及び吸収材層と、前記金属層の表面に形成され、前記金属層を構成する金属の酸化物からなる第１の誘電体層と、前記吸収材層の表面に形成され、前記吸収材層を形成する材料の酸化物からなる第２の誘電体層と、を有し、前記金属層の互いに隣り合う間に露出する前記基板の表面を掘り下げることによって、前記基板よりも屈折率の低い領域が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、金属層と吸収材層とからなる積層構造を具備したことで吸収型の偏光素子を実現できる。また、金属層を構成する金属の酸化物である第１の誘電体層と、吸収材層を構成する物質の酸化物からなる第２の誘電体層により、金属層及び吸収材層が覆われているため、使用時に偏光素子の温度が上昇したとしても金属層及び吸収材層の表面の酸化膜が成長しにくくなる。したがって、金属層及び吸収材層の酸化を抑えることができ、偏光分離特性の変動を抑えることができる。これにより、優れた高温信頼性を得ることができる。また、基板と金属層との界面近傍における実効的な屈折率を低下させることができるため、界面でのＴＭ波（偏光素子が透過させる偏光）の反射を抑制することができ、高透過率の偏光素子とすることができる。

前記金属層と前記吸収材層との間に、第３の誘電体層が形成されている構成としてもよい。
この構成によれば、金属層と吸収材層との間で構成元素の相互拡散が生じるのを防止することができ、上記の拡散に起因する偏光分離特性の変動を抑えることができる。

前記金属層と前記吸収材層とを含む積層体の上層に、第４の誘電体層が形成されている構成としてもよい。
この構成によれば、積層体の最上層に、他の誘電体層とは別の第４の誘電体層を形成するので、第４の誘電体層を任意の誘電体材料により形成できる。これにより、例えば、第４の誘電体層を光吸収性を有する材料や、光透過性を有する材料により形成することもできるため、偏光素子の光学特性の向上に寄与しうる構成となる。

前記吸収材層が、シリコン、ゲルマニウム、クロムからなる群より選ばれる１種又は２種以上からなる構成としてもよい。
この構成によれば、低反射率の反射型偏光素子を実現することができる。

前記金属層が、アルミニウム、銀、銅、クロム、チタン、ニッケル、タングステン、鉄からなる群より選ばれる１種又は２種以上の金属からなる構成としてもよい。
この構成によれば、金属層の表面に、当該金属層を構成する金属の酸化物からなる誘電体層を容易に形成することができ、使用時の温度上昇による金属層の酸化を効果的に防止できる偏光素子となる。

本発明の偏光素子の製造方法は、基板の一面側に、平面視ストライプ状を成して前記基板の厚さ方向に積層された金属層及び吸収材層を形成する工程と、酸素含有雰囲気中で前記金属層及び前記吸収材層の表面を酸化させることで、前記金属層の表面に第１の誘電体層を形成するとともに前記吸収材層の表面に第２の誘電体層を形成する工程と、前記金属層の互いに隣り合う間に露出する前記基板の表面を掘り下げることによって、前記基板よりも屈折率の低い領域を形成する工程と、を有することを特徴とする。

この製造方法によれば、金属層と吸収材層とを積層形成した後に、これらを一括して酸化処理することで、第１及び第２の誘電体層を形成するので、高温信頼性に優れた偏光素子を容易に製造することができる。また、基板と金属層との界面近傍における実効的な屈折率を低下させることができるため、界面でのＴＭ波（偏光素子が透過させる偏光）の反射を抑制することができ、高透過率の偏光素子を製造することができる。

前記酸素含有雰囲気がオゾンガス雰囲気である方法としてもよい。
この製造方法によれば、緻密な酸化膜からなる誘電体層を迅速に形成することができ、偏光素子の高温信頼性を高めることができる。

前記第１及び第２の誘電体層を形成する工程において、前記基板に紫外光を照射する方法としてもよい。
この製造方法によれば、オゾンの分解反応を促進させ、低温で酸化膜を形成することができる。また、形成される酸化膜の緻密性を高め、偏光素子の高温信頼性を向上させることができる。

本発明のプロジェクターは、光を射出する照明光学系と、前記光を変調する液晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブで変調された光を被投射面に投射する投射光学系と、を備え、前記液晶ライトバルブと前記照明光学系との間、及び前記液晶ライトバルブと前記投射光学系との間のうち少なくとも一方に、先に記載の偏光素子が設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、高温信頼性に優れた偏光素子を備え、高出力の光源に対応したプロジェクターを提供することができる。

本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、少なくとも一方の前記基板の前記液晶層側に、先の偏光素子が形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、高温信頼性に優れた偏光素子を備えた液晶装置が提供される。

本発明の電子機器は、上記の液晶装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、高温信頼性に優れた表示部を具備した電子機器を提供することができる。

実施形態の偏光素子１Ａの概略図。 実施形態における偏光素子の製造方法を示す工程図。 第１〜第３変形例に係る偏光素子の部分断面図。 プロジェクターの一実施形態を示す図。 液晶装置の一実施形態を示す断面模式図。 図５に示した液晶装置を用いた電子機器の一例を示す斜視図。 偏光分離特性のシミュレーション結果を示すグラフ。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

［偏光素子］
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る偏光素子及び偏光素子の製造方法について説明する。
図１は本実施形態の偏光素子１Ａの概略図であり、図１（ａ）は部分斜視図、図１（ｂ）は偏光素子１ＡをＹＺ平面で切った部分断面図である。

なお、以下の説明においてはＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。この際、金属層１２が設けられている基板１１の面１１ｃと平行な面をＸＹ平面とし、金属層１２の延在方向をＸ軸方向とする。金属層１２の並び方向（配列軸）はＹ軸方向である。また、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせている。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、偏光素子１Ａは、基板１１と、基板１１上に平面視ストライプ状に形成された複数の金属層１２と、各々の金属層１２の側面に形成された第１の誘電体層１２Ａと、各々の金属層１２上に形成された中間誘電体層（第３の誘電体層）１３と、中間誘電体層１３上に形成された吸収材層１４と、吸収材層１４の表面に形成された第２の誘電体層１４Ａと、を備えている。すなわち、偏光素子１Ａは、基板１１側から順に、金属層１２、中間誘電体層１３、及び吸収材層１４が積層された構造を有する。

第１の誘電体層１２Ａは、金属層１２のＸ軸方向に沿って延びる２つの側面（第１側面１２ａ及び第２側面１２ｂ）とを被覆している。金属層１２の頂面（頂部１２ｃ）は、中間誘電体層１３に被覆されている。第２の誘電体層１４Ａは、中間誘電体層１３上に形成された吸収材層１４のＸ軸方向に延びる２つの側面１４ａ、１４ｂと、頂面（頂部１４ｃ）とを被覆している。

基板１１は透光性を有する材料であればよく、例えば、石英、プラスチック等を用いてもよい。本実施形態では基板１１としてガラス基板を用いている。偏光素子１Ａの用途によっては、偏光素子１Ａが蓄熱して高温になる場合があるため、基板１１の材料としては、耐熱性の高いガラスや石英を用いることが好ましい。

金属層１２は、基板１１上で一方向に延びる金属細線であり、基板１１上に所定のピッチで互いに平行に配列されている。金属層１２の材料としては、可視域において光の反射率が高い材料が用いられる。具体的には、例えばアルミニウム、銀、銅、クロム、チタン、ニッケル、タングステン、鉄などを金属層１２の材料として用いることができる。本実施形態では金属層１２の材料としてアルミニウムを用いている。

第１の誘電体層１２Ａは、各々の金属層１２の側面を覆うように形成されている。第１の誘電体層１２Ａの材料としては、金属層１２を構成する金属の酸化物が用いられ、可視域において光透過率の高い材料、例えば酸化アルミニウムのような誘電体材料を用いることが好ましい。後述するように、第１の誘電体層１２Ａは金属層１２を酸化させる方法や、金属層１２を構成する金属の酸化物を成膜する方法などにより形成することができる。

なお、第１の誘電体層１２Ａは、偏光素子１Ａの光を照射される領域において金属層１２を覆っていればよく、それ以外の領域では必ずしも金属層１２を覆っていなくてもよい。例えば、大型基板上に複数の金属層１２とそれらの側面を覆う第１の誘電体層１２Ａとを形成した後、大型基板を個別の基板１１に切断した場合には、基板１１の端部において金属層１２と第１の誘電体層１２Ａとが切断され、それらの切断面が露出した状態となるが、このような構成でも構わない。

中間誘電体層１３は、金属層１２の頂部１２ｃを覆うように形成されている。中間誘電体層１３は、金属層１２と吸収材層１４との構成元素の相互拡散を抑制するバリア層として形成されており、必要に応じて金属層１２と吸収材層１４との間に形成される。
中間誘電体層１３の材料は、上記のバリア性を有する誘電体材料であれば特に限定されないが、シリコン、アルミニウム、クロム、チタン、ニッケル、タングステンなどの酸化物や窒化物、酸化窒化物により形成することができる。本実施形態の場合は、中間誘電体層１３の材料としてシリコン酸化物を用いている。

吸収材層１４は、金属層１２上に積層された中間誘電体層１３上に形成され、金属層１２の延在方向（Ｘ軸方向）に沿って延びている。吸収材層１４の材料としては、可視領域において中間誘電体層１３の光吸収率よりも高い光吸収率を有する物質が用いられる。具体的には、シリコン、ゲルマニウム、クロムからなる群より選ばれる１種又は２種以上からなる。本実施形態では、吸収材層１４の材料として、シリコンを用いている。

第２の誘電体層１４Ａは、図１（ｂ）に示すように、吸収材層１４の２つの側面１４ａ、１４ｂと、頂面（頂部１４ｃ）とを覆って形成されている。第２の誘電体層１４Ａの材料としては、吸収材層１４を構成する物質の酸化物が用いられる。すなわち、第２の誘電体層１４Ａは、シリコン酸化物、ゲルマニウム酸化物、クロム酸化物、あるいはこれらのうち複数の酸化物を含む材料からなる。本実施形態では、吸収材層１４がシリコンであるから、第２の誘電体層１４Ａはシリコン酸化物からなる。

隣り合って配置された２つの金属層１２の間には溝部１５が設けられている。溝部１５は、可視光の波長よりも短い周期でＹ軸方向に略均等な間隔で設けられている。したがって、側面に第１の誘電体層１２Ａが形成された金属層１２も、可視光の波長よりも短い周期でＹ軸方向に配列されている。

本実施形態の偏光素子１Ａにおける各部の寸法は例えば以下のように設定することができる。
金属層１２の高さＨ１は、３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲であり、金属層１２のＹ軸方向の幅Ｌ１（線幅）は、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の範囲である。
金属層１２の表面に形成された第１の誘電体層１２ＡのＹ軸方向の幅Ｌ２（金属層１２の側面における厚さ）は、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲である。金属層１２上における中間誘電体層１３の高さＨ２（金属層１２の頂面における厚さ）は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲である。中間誘電体層１３の幅は、３０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の範囲である。
また、吸収材層１４の高さＨ３（中間誘電体層１３上における厚さ）は、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲であり、幅は２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の範囲である。吸収材層１４の表面に形成された第２の誘電体層１４Ａの高さＨ４（吸収材層１４の頂面における厚さ）、及びＹ軸方向の幅（吸収材層１４の側面における厚さ）は、いずれも５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲である。
また、隣り合って配置された２つの第１の誘電体層１２Ａ同士の間隔Ｓ（溝部１５のＹ軸方向の幅）は、例えば７０ｎｍであり、周期Ｐ（ピッチ）は、例えば１４０ｎｍである。

以上に説明した本実施形態の偏光素子１Ａでは、金属層１２がアルミニウム等の可視域において光反射率の高い材料により形成されている。吸収材層１４は、可視領域において、光の吸収率が第１の誘電体層１２Ａの光吸収率よりも高い材料（シリコン、ゲルマニウム等）により形成されている。
また、金属層１２は、アルミニウム酸化物等の可視域で光透過率の高い材料により形成された第１の誘電体層１２Ａにより表面を被覆され、吸収材層１４は、シリコン酸化物、ゲルマニウム酸化物等の材料により形成された第２の誘電体層１４Ａにより表面を被覆されている。
かかる構成を備えた本実施形態の偏光素子１Ａによれば、以下の作用効果を得ることができる。

まず、金属層１２と中間誘電体層１３と吸収材層１４との積層構造とされていることで、金属層の延在方向と直交する方向に振動する直線偏光であるＴＭ波２１を透過させ、金属層の延在方向に振動する直線偏光であるＴＥ波２２を吸収させることができる。
より詳しくは、基板１１の吸収材層１４側から入射したＴＥ波２２は、主に吸収材層１４の光吸収作用によって減衰され、また場合によっては第２の誘電体層１４Ａにより減衰される。一部のＴＥ波２２は、吸収材層１４と第２の誘電体層１４Ａによって吸収されることなく中間誘電体層１３に入射するが、中間誘電体層１３を通過する際に位相差を付与される。中間誘電体層１３を通過したＴＥ波２２は金属層１２(ワイヤーグリッドとして機能)で反射される。この反射したＴＥ波２２は、中間誘電体層１３を通過する際に位相差を付与され、干渉効果により減衰されるともに、残りが吸収材層１４で再吸収される。以上のようなＴＥ波２２の減衰効果により、吸収型の所望の偏光分離特性を得ることができる。

また本実施形態では、金属層１２の両側面が、金属層１２を構成する金属の酸化物からなる第１の誘電体層１２Ａによって覆われている。このような第１の誘電体層１２Ａは、金属層１２の表面を酸化させることにより容易に形成でき、しかも緻密な酸化膜とすることができるため、使用時の温度上昇により金属層１２が劣化するのを防止することができ、偏光分離機能の低下を抑制できる。

また本実施形態では、吸収材層１４についても、吸収材層１４を構成する物質の酸化物からなる第２の誘電体層１４Ａにより覆われている。これにより、使用時に偏光素子１Ａの温度が上昇したとしても、吸収材層１４の酸化が進行することはないため、温度変化による変質が生じにくく、偏光分離機能の変動を抑制することができる。

また本実施形態の偏光素子１Ａでは、金属酸化物からなる吸収材層１４と金属層１２との間に、中間誘電体層１３が介在している。このような構成とすることで、吸収材層１４と金属層１２との間で構成元素の相互拡散が生じるのを防止することができる。これにより、金属層１２や吸収材層１４が変質することによる偏光分離機能の変動を防止することができる。

このように本実施形態によれば、使用時に温度が上昇しても偏光特性が低下しにくい偏光素子１Ａを得ることができる。

（偏光素子の製造方法）
次に、本実施形態の偏光素子１Ａの製造方法について説明する。図２は、実施形態における偏光素子の製造方法を示す工程図である。
本実施形態の偏光素子の製造方法は、基板１１の一面側に、平面視ストライプ状を成して基板１１の厚さ方向に積層された金属層１２と中間誘電体層１３と吸収材層１４とを形成し、その後、酸素含有雰囲気中で金属層１２及び吸収材層１４の表面を酸化させることで、金属層１２の表面に第１の誘電体層１２Ａを形成するとともに吸収材層１４の表面に第２の誘電体層１４Ａを形成する製造方法である。

以下、図面を参照しながら説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、基板１１上に、金属層１２を形成するための金属膜であるアルミニウム膜１１２と、中間誘電体層１３を形成するための誘電体膜であるシリコン酸化膜１１３と、吸収材層１４を形成するための無機膜であるシリコン膜１１４とを、この順に積層形成する。各層の薄膜の形成方法としては、スパッタ法やＣＶＤ法などの公知の成膜法を用いることができる。

次に、最上層のシリコン膜１１４上に、図示略のレジスト膜を形成し、次いでこのレジスト膜を露光、現像することで、ストライプ状にパターニングする。その後、パターニングされたレジスト膜をマスクとしてアルミニウム膜１１２、シリコン酸化膜１１３、及びシリコン膜１１４をエッチングすることで、図２（ｂ）に示す平面視ストライプ状を成す金属層１２、中間誘電体層１３、及び吸収材層１４の積層体を形成する。

上記のエッチング工程において、シリコン膜１１４及びシリコン酸化膜１１３は、フッ素系のエッチングガス（ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、Ｃ_４Ｆ_８など）を用いたドライエッチング処理によりエッチングすることができる。一方、アルミニウム膜１１２は、塩素系のエッチングガス（Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３など）を用いたドライエッチング処理によりエッチングすることができる。

上記の積層体が形成されたならば、次に、図２（ｃ）に示すように、金属層１２の表面を酸化させることで第１の誘電体層１２Ａを形成するとともに、吸収材層１４の表面を酸化させることで第２の誘電体層１４Ａを形成する。
具体的には、オゾンガスが５０Ｐａから１００Ｐａの範囲で制御された石英等の真空容器内に、金属層１２、中間誘電体層１３、及び吸収材層１４からなる積層体が形成された基板１１を配置する。次いで、Ｄｅｅｐ−ＵＶランプ等を用いて、基板１１の面１１ｃに紫外光（波長＜３１０ｎｍ）を照射する。このときの紫外光強度は、例えば１２０ｍＷ/ｃｍ^２である。オゾンガスは、波長２２０ｎｍから３００ｎｍの範囲で高い吸収係数を有するため、光吸収反応の結果、効率よく高いエネルギーをもつ励起状態の酸素原子を生成できる。

上記の励起酸素原子は、通常の酸素原子よりも拡散係数（活性度）が大きく、高い酸化速度を示す。また、熱酸化に比べ低温で酸化膜を生成できる。さらに本工程において、基板１１を加熱してもよく、加熱により金属層１２表面及び吸収材層１４表面の酸化反応を促進させ、短時間で第１の誘電体層１２Ａ、第２の誘電体層１４Ａを形成することができる。基板１１を加熱する方法としては、例えば、基板１１の裏面（面１１ｃと反対側の面）からハロゲンランプを照射する方法などを挙げることができる。基板１１の加熱温度は、例えば１５０℃である。

基板１１を１５０℃に加熱した状態で２０分のオゾン酸化を行うことで、金属層１２の表面に厚さ２０ｎｍのアルミニウム酸化膜（第１の誘電体層１２Ａ）を形成することができ、吸収材層１４の表面には厚さ１０ｎｍのシリコン酸化膜（第２の誘電体層１４Ａ）を形成することができる。本工程の処理条件（基板温度や処理時間）を調整することで、第１の誘電体層１２Ａ及び第２の誘電体層１４Ａの厚さを自在に制御することができる。換言すれば、酸化されずに残る金属層１２の幅と吸収材層１４の幅も自在に制御することができる。

以上に説明した本実施形態の製造方法では、金属層１２と中間誘電体層１３と吸収材層１４とを積層形成した後、金属層１２と吸収材層１４とを一括して酸化させることで、第１の誘電体層１２Ａと第２の誘電体層１４Ａとを形成している。これにより、金属層１２と吸収材層１４とが誘電体の層により覆われた構造を容易に形成することができるので、使用時の温度上昇による偏光分離特性の変動が生じにくい、高温信頼性に優れた偏光素子を容易に製造することができる。

また、金属層１２と吸収材層１４の表面を酸化させる方法として、オゾン酸化を用いているため、従来と比較して低温のプロセスで金属層１２及び吸収材層１４の酸化膜（第１の誘電体層１２Ａ、第２の誘電体層１４Ａ）を形成することができる。これにより、製造工程中における基板１１の割れや変形を低減することができる。また基板の変形を抑えられることから、偏光素子の特性を決定する金属層１２及び吸収材層１４の高さ幅などの寸法が熱処理前後で変化するのを抑制することができる。その結果、偏光分離特性の面内均一性に優れた偏光素子を製造することができる。

（変形例）
次に、本実施形態の偏光素子の変形例について図３を参照しつつ説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）は、第１〜第３変形例に係る偏光素子の部分断面図である。

＜第１変形例＞
図３（ａ）に示す第１変形例の偏光素子１Ｂは、隣り合う金属層１２の間の領域に、基板１１よりも屈折率の低い領域１６を有している。領域１６以外の構成は図１に示した偏光素子１Ａと共通である。
領域１６は、本変形例の場合、基板１１上で隣り合って配置された金属層１２の間に露出する基板１１の表面をドライエッチング等により部分的に除去することで形成される。あるいは、予めストライプ状に溝が形成された基板１１を用いてもよい。基板１１の表面を掘り下げる深さＨ５は、例えば、３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲である。

上記の構成を備えた偏光素子１Ｂによれば、基板１１と金属層１２との界面近傍における実効的な屈折率を低下させることができるため、界面でのＴＭ波２１（偏光素子が透過させる偏光）の反射を抑制することができ、高透過率の偏光素子とすることができる。

＜第２変形例＞
次に、図３（ｂ）に示す第２変形例の偏光素子１Ｃは、基板１１上に、側面に第１の誘電体層１２Ａが形成された金属層１２と、中間誘電体層１３（第３の誘電体層）と、側面に第２の誘電体層１４Ａが形成された吸収材層１４とからなる積層体上に、第４の誘電体層１７が形成された構成を備えている。
なお、図３（ｂ）では隣り合う金属層１２の間に低屈折率の領域１６が形成されているが、図１に示したように、溝部１５を有する構成であってもよい。

第４の誘電体層１７は、任意の誘電体材料を用いて形成することができる。具体的には、シリコン、アルミニウム、クロム、チタン、ニッケル、タングステン、マンガンなどの酸化物や窒化物、酸化窒化物などを例示することができる。本実施形態の場合は、第４の誘電体層１７の材料としてシリコン酸化物を用いている。

本実施形態の場合、第４の誘電体層１７は、吸収材層１４の上層に形成されているため、第１の誘電体層１２Ａよりも光吸収率の高い誘電体材料を用いて第４の誘電体層１７を形成するとよい。例えば、クロム酸化物やマンガン酸化物を用いると、第４の誘電体層１７自体が光吸収性を発揮するため、ＴＥ波２２の吸収率を向上させることができる。

なお、本実施形態において、金属層１２と吸収材層１４の積層順は入れ替えることができる。すなわち、基板１１上に、吸収材層１４、中間誘電体層１３、金属層１２、第４の誘電体層１７がこの順に積層されている構成とすることもできる。この場合には、第４の誘電体層１７は、光透過性に優れる誘電体材料（シリコン酸化物、アルミニウム酸化物等）により形成することが好ましい。

偏光素子１Ｃは、先の実施形態の偏光素子１Ａとほぼ同様の製造方法により製造することができる。具体的には、基板１１上に、金属層１２を形成するための金属膜（アルミニウム膜）と、中間誘電体層１３となる誘電体膜（シリコン酸化膜）と、吸収材層１４を形成するための無機膜（シリコン膜）と、第４の誘電体層１７を形成するための誘電体膜（シリコン酸化膜）とをスパッタ法などを用いて成膜する成膜工程と、上記の積層膜を平面視ストライプ状にパターニングし、金属層１２と中間誘電体層１３と吸収材層１４と第４の誘電体層１７とからなる積層体を形成するパターニング工程と、上記積層体が形成された基板を酸素含有雰囲気中に配置し、金属層１２と吸収材層１４の表面を酸化させることで、金属層１２の側面に第１の誘電体層１２Ａを形成するとともに、吸収材層１４の側面に第２の誘電体層１４Ａを形成する酸化工程と、を有する製造方法により製造することができる。

＜第３変形例＞
次に、図３（ｃ）に示す第３変形例の偏光素子１Ｄは、基板１１上に、側面に第１の誘電体層１２Ａが形成された金属層１２と、側面及び頂面に第２の誘電体層１４Ａが形成された吸収材層１４とからなる積層体が形成された構成を備えている。すなわち、第３変形例の偏光素子１Ｄは、図１に示した偏光素子１Ａにおいて、中間誘電体層１３を省略したものである。

なお、偏光素子１Ｄにおいて吸収材層１４から金属層１２に入射し、金属層１２で反射された光は、再び吸収材層１４及び第２の誘電体層１４Ａを透過する際に、吸収材層１４や第２の誘電体層１４Ａに吸収される。したがって、本変形例の偏光素子１Ｄも吸収型の偏光素子として動作する。

また偏光素子１Ｄにおいても、金属層１２及び吸収材層１４は、第１の誘電体層１２Ａ又は第２の誘電体層１４Ａによって覆われているため、使用時に温度が上昇したとしても、金属層１２や吸収材層１４が酸化されるのを抑えることができる。これにより、温度上昇による偏光分離特性の変動を小さくすることができ、優れた高温信頼性を得ることができる。

［投射型表示装置］
図４は、プロジェクターの一実施形態を示す図である。
図４に示すプロジェクター８００は、光源８１０、ダイクロイックミラー８１３、８１４、反射ミラー８１５、８１６、８１７、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９、射出レンズ８２０、光変調部８２２、８２３、８２４、クロスダイクロイックプリズム８２５、投射レンズ８２６、を有している。

光源８１０は、メタルハライド等のランプ８１１とランプの光を反射するリフレクター８１２とからなる。なお、光源８１０としては、メタルハライド以外にも超高圧水銀ランプ、フラッシュ水銀ランプ、高圧水銀ランプ、Ｄｅｅｐ ＵＶランプ、キセノンランプ、キセノンフラッシュランプ等を用いることも可能である。

ダイクロイックミラー８１３は、光源８１０からの白色光に含まれる赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー８１７で反射されて、赤色光用の光変調部８２２に入射される。また、ダイクロイックミラー８１３で反射された青色光と緑色光のうち、緑色光は、ダイクロイックミラー８１４によって反射され、緑色光用の光変調部８２３に入射される。青色光は、ダイクロイックミラー８１４を透過し、長い光路による光損失を防ぐために設けられた入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９及び射出レンズ８２０を含むリレー光学系８２１を介して、青色光が光変調部８２４に入射される。

光変調部８２２〜８２４は、液晶ライトバルブ８３０を挟んで両側に、入射側偏光素子８４０と射出側偏光素子部８５０と、が配置されている。入射側偏光素子８４０は、光源８１０から射出された光の光路上の、光源８１０と液晶ライトバルブ８３０との間に設けられている。また、射出側偏光素子部８５０は、液晶ライトバルブ８３０を通過した光の光路上の、液晶ライトバルブ８３０と投射レンズ８２６との間に設けられている。入射側偏光素子８４０と射出側偏光素子部８５０とは、互いの透過軸が直交して（クロスニコル配置）配置されている。

入射側偏光素子８４０は反射型の偏光素子であり、透過軸と直交する振動方向の光を反射させる。

一方、射出側偏光素子部８５０は、第１偏光素子（プリ偏光板、プリポラライザーと同義）８５２と、第２偏光素子８５４と、を有している。第１偏光素子８５２には、上述した実施形態の偏光素子を用いる。また、第２偏光素子８５４は、有機材料を形成材料とする偏光素子である。第１偏光素子８５２及び第２偏光素子８５４は、いずれも吸収型の偏光素子であり、第１偏光素子８５２と第２偏光素子８５４とが協働して光を吸収している。なお、入射側偏光素子８４０として先の実施形態の偏光素子を用いることもできる。

一般に、有機材料で形成される吸収型の偏光素子は、熱により劣化しやすいことから、高い輝度が必要な大出力のプロジェクターの偏光手段として用いる事が困難である。しかし、本実施形態のプロジェクター８００では、第２偏光素子８５４と液晶ライトバルブ８３０との間に、耐熱性の高い無機材料で形成された第１偏光素子８５２を配置しており、第１偏光素子８５２と第２偏光素子８５４とが協働して光を吸収している。そのため、有機材料で形成される第２偏光素子８５４の劣化が抑えられる。

各光変調部８２２〜８２４により変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム８２５に入射する。このクロスダイクロイックプリズム８２５は４つの直角プリズムを貼り合わせたものであり、その界面には赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とがＸ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ８２６によってスクリーン８２７上に投写され、画像が拡大されて表示される。

以上のような構成のプロジェクター８００は、射出側偏光素子部８５０に、上述した実施形態の偏光素子を用いることとしているため、高出力の光源を用いても偏光素子の劣化が抑えられる。そのため、信頼性が高く優れた表示特性を有するプロジェクター８００とすることができる。

［液晶装置］
図５は、本発明に係る偏光素子を備えた液晶装置３００の一例を示した断面模式図である。本実施形態の液晶装置３００は、素子基板３１０，対向基板３２０の間に液晶層３５０が挟持され構成されている。

素子基板３１０は偏光素子３３０を備え、対向基板３２０は偏光素子３４０を備えている。偏光素子３３０及び偏光素子３４０は、前述した実施形態の偏光素子である。

偏光素子３３０は基板本体３３１とグリッド部３３２及び保護膜３３３を、偏光素子３４０は基板本体３４１とグリッド部３４２及び保護膜３４３をそれぞれに備えている。基板本体３３１、３４１は、先の実施形態における基板１１に対応する。グリッド部３３２、３４２は、先の実施形態における金属層１２、中間誘電体層１３、吸収材層１４、第１の誘電体層１２Ａ、及び第２の誘電体層１４Ａにより構成される凸条に対応する。

グリッド部３３２、３４２については、各々が備えている金属層１２や中間誘電体層１３、吸収材層１４等は図示していない。本実施形態では、基板本体３３１、３４１は偏光素子の基板であると同時に液晶装置用の基板も兼ねている。また、グリッド部３３２とグリッド部３４２は、互いに交差するように配置されている。

偏光素子３３０の液晶層３５０側には、画素電極３１４や不図示の配線やＴＦＴ素子を備え、配向膜３１６が設けられている。同様に、偏光素子３４０の内面側には、共通電極３２４や配向膜３２６が設けられている。

このような構成の液晶装置においては、基板本体３３１、基板本体３４１が、液晶装置用の基板と、偏光素子用の基板との機能を兼ねることから、部品点数を削減することができる。そのため、装置全体が薄型化でき、液晶装置３００の機能を向上させることができる。更に、装置構造が簡略化されるので、製造が容易であるとともにコスト削減を図ることができる。

［電子機器］
次に、本発明の電子機器に係る他の実施形態について説明する。図６は、図５に示した液晶装置を用いた電子機器の一例を示す斜視図である。図６に示す携帯電話（電子機器）１３００は、本発明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。これにより、信頼性に優れ、高品質な表示が可能な表示部を具備した携帯電話１３００を提供することができる。

また、本発明の液晶装置は、上記携帯電話の他にも、電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチールカメラ、液晶テレビ、プロジェクター、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、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る。

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

［シミュレーション解析による光学特性評価］
次に、実施形態に係る偏光素子のシミュレーション解析結果について説明する。

解析においては、本発明の偏光素子を液晶プロジェクターのライトバルブ用の偏光素子として適用することを想定して評価を行った。本発明の偏光素子は、無機材料で形成されており耐熱性が高いことから、前述した高出力の光源を有する液晶プロジェクターのプリ偏光板として適用できる。

このようなプリ偏光板には、ＴＭ光に対する高い光透過率を有し、ＴＭ光を良好に透過させる必要がある。一方で、上述のように２枚の偏光素子が協働してＴＥ光を吸収するため、ＴＥ光の吸収率については、それほど高い必要がない。具体的には、ＴＭ光の透過率が８０％より大きく、ＴＥ光の吸収率が４０％より大きければ使用上問題ない。ＴＥ光の吸収率については、２枚目の偏光素子への負担を低減するために、５０％より大きいとなお良い。さらには、ＴＥ光がプリ偏光板で反射しライトバルブへ戻ることを防ぐために、ＴＥ光の反射率は低い方が良く、２０％以下であることが望まれる。

そこで、以下の解析においては、ＴＭ光透過率が８０％より大、ＴＥ光反射率が２０％より小、ＴＭ光反射率が２０％より小、であることを基準として評価を行った。

シミュレーション解析には、Grating Solver Development社製の解析ソフトであるＧＳｏｌｖｅｒを用いて、偏光素子の形状や構成材料の屈折率等をパラメーターとした。

基板から金属層１２（アルミニウム）と、中間誘電体層１３（シリコン酸化物）、吸収材層１４（シリコン）の順に積層され、金属層１２の表面に第１の誘電体層１２Ａ（アルミニウム酸化物）、吸収材層１４の表面に第２の誘電体層１４Ａ（シリコン酸化物）が形成され、かつ隣り合う金属層１２の間において基板１１の表面が掘り下げられたモデル（第１変形例の偏光素子１Ｂ）を用いて数値計算を行った。

計算では、金属層１２（アルミニウム）の高さＨ１：６０ｎｍ、幅Ｌ１：２０ｎｍ、第１の誘電体層１２Ａ（酸化アルミニウム）の幅（厚さ）Ｌ２：２０ｎｍ、中間誘電体層１３（シリコン酸化物）の高さＨ２：１０ｎｍ、吸収材層１４（シリコン）の高さＨ３：１０ｎｍ、第２の誘電体層１４Ａ（シリコン酸化物）の高さＨ４及び幅：１０ｎｍ、領域１６のＹ軸方向の幅Ｗ：８０ｎｍ、領域１６における基板１１の掘り下げ深さＨ５：３０ｎｍ、金属層１２の周期Ｐ：１４０ｎｍとした。また、上述した偏光素子の構成材料の屈折率及び消衰係数は、ＧＳｏｌｖｅｒに格納されている各パラメーターを用いた。

上記のモデルにおいて、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける偏光特性を求めた。図７は、ＴＭ光及びＴＥ光に対する偏光分離特性のシミュレーション結果を示すグラフである。グラフ中、ＲｐはＴＭ光の反射率（％）、ＴｐはＴＭ光の透過率（％）、ＲｃはＴＥ光の反射率（％）、ＴｃはＴＥ光の透過率（％）、Ａｃは偏光素子の光吸収率（１００−Ｒｐ−Ｒｃ（％））である。

図７に示すように、本発明の構成を備えた偏光素子は、４００ｎｍ〜６５０ｎｍの波長域において、ＴＭ光透過率が８０％より大、ＴＥ光反射率が２０％より小、ＴＭ光反射率が２０％より小、である条件を満たしており、プリ偏光板として好適な特性を有するものであると認められる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，３３０，３４０…偏光素子、１１…基板、１１ｃ…面、１２…金属層、１２Ａ…第１の誘電体層、１３…中間誘電体層（第３の誘電体層）、１４…吸収材層、１４Ａ…第２の誘電体層、１４ｂ…側面、１７…第４の誘電体層、Ｌ２…幅（厚さ）、３００…液晶装置、３５０…液晶層、８００…プロジェクター、８３０…液晶ライトバルブ、１３００…携帯電話（電子機器）

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に平面視ストライプ状に形成され、前記基板の厚さ方向に積層された金属層及び吸収材層と、
   前記金属層の表面に形成され、前記金属層を構成する金属の酸化物からなる第１の誘電体層と、
   前記吸収材層の表面に形成され、前記吸収材層を形成する材料の酸化物からなる第２の誘電体層と、
   を有し、
   前記基板は、前記金属層の互いに隣り合う間に露出する前記基板の表面を掘り下げた領域である溝が形成され、
   前記溝は、前記基板よりも屈折率が低いことを特徴とする偏光素子。
2. 前記金属層と前記吸収材層との間に、第３の誘電体層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子。
3. 前記金属層と前記吸収材層とを含む積層体の上層に、第４の誘電体層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の偏光素子。
4. 前記吸収材層が、シリコン、ゲルマニウム、クロムからなる群より選ばれる１種又は２種以上からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の偏光素子。
5. 前記金属層が、アルミニウム、銀、銅、クロム、チタン、ニッケル、タングステン、鉄からなる群より選ばれる１種又は２種以上の金属からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の偏光素子。
6. 基板の一面側に、平面視ストライプ状を成して前記基板の厚さ方向に積層された金属層及び吸収材層を形成する工程と、
   酸素含有雰囲気中で前記金属層及び前記吸収材層の表面を酸化させることで、前記金属層の表面に第１の誘電体層を形成するとともに前記吸収材層の表面に第２の誘電体層を形成する工程と、
   前記金属層の互いに隣り合う間に露出する前記基板の表面を掘り下げることによって、前記基板よりも屈折率の低い領域を形成する工程と、
   を有することを特徴とする偏光素子の製造方法。
7. 前記酸素含有雰囲気がオゾンガス雰囲気であることを特徴とする請求項６に記載の偏光素子の製造方法。
8. 前記第１及び第２の誘電体層を形成する工程において、前記基板に紫外光を照射することを特徴とする請求項６又は７に記載の偏光素子の製造方法。
9. 光を射出する照明光学系と、前記光を変調する液晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブで変調された光を被投射面に投射する投射光学系と、を備え、
   前記液晶ライトバルブと前記照明光学系との間、及び前記液晶ライトバルブと前記投射光学系との間のうち少なくとも一方に、請求項１から５のいずれか１項に記載の偏光素子が設けられていることを特徴とするプロジェクター。
10. 一対の基板間に液晶層を挟持してなり、少なくとも一方の前記基板の前記液晶層側に、請求項１から５のいずれか１項に記載の偏光素子が形成されていることを特徴とする液晶装置。
11. 請求項１０に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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