JP2008299178A - Polarizing element, manufacturing method of polarizing element, liquid crystal device, and projection display device - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた光学特性を有し、部品点数の削減及び液晶装置の高機能化を実現可能とする偏光素子、偏光素子の製造方法、液晶装置、及び投射型表示装置を提供する。
【解決手段】基板11Aと、金属膜をエッチングによりパターニングし基板11A上に設けられた複数の金属細線18Aと、金属膜のエッチング時におけるエッチングガス及びエッチング生成物が化学反応することで各金属細線18Aの上端部に形成されてなる堆積膜118とを備えた偏光素子1である。そして、堆積膜118が金属細線18Aの幅よりも大きい。
【選択図】図1The present invention provides a polarizing element, a manufacturing method of the polarizing element, a liquid crystal device, and a projection display device that have excellent optical characteristics, can reduce the number of components, and can realize high functionality of the liquid crystal device.
A substrate 11A, a plurality of fine metal wires 18A provided on the substrate 11A by patterning a metal film by etching, and an etching gas and an etching product at the time of etching the metal film cause a chemical reaction between the fine metal wires. The polarizing element 1 includes a deposited film 118 formed on the upper end of 18A. The deposited film 118 is larger than the width of the thin metal wire 18A.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、偏光素子、偏光素子の製造方法、液晶装置、及び投射型表示装置に関するものである。 The present invention relates to a polarizing element, a method for manufacturing a polarizing element, a liquid crystal device, and a projection display device.
プロジェクタ等の投射型表示装置における光変調装置として、液晶装置が用いられている。このような液晶装置としては、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された構成のものが知られており、一対の基板間の内側には、液晶層に電圧を印加するための電極が形成されている。また、この電極の内側には、電圧無印加時において液晶分子の配列を制御する配向膜が形成され、配向膜としてはポリイミド膜の表面にラビング処置を施したものが公知である。 A liquid crystal device is used as a light modulation device in a projection display device such as a projector. As such a liquid crystal device, one having a structure in which a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of opposed substrates is known, and a voltage is applied to the liquid crystal layer inside the pair of substrates. An electrode is formed. Further, an alignment film that controls the alignment of liquid crystal molecules when no voltage is applied is formed inside the electrode, and an alignment film that has been subjected to rubbing treatment on the surface of a polyimide film is known.
一方、一対の基板の外側(液晶層に対向する面とは異なる面側)には偏光板が配設されており、液晶層に対して所定の偏光が入射される構成となっている。偏光板としては、有機化合物の樹脂フィルムを一方向に延伸することによって、ヨウ素や二色性染料を一定方向に配向させて製造される偏光フィルムのほか、透明な基板(ガラス基板)上に金属からなるグリッドが敷き詰められた構成となるワイヤーグリッド型の偏光板が知られている。
このワイヤーグリッド型偏光板の一番の特徴は、無機材料から構成したため耐久性が優れている点である。このようなワイヤーグリッドとしては、例えば特許文献1,2のような技術が開示されている。
The most important feature of this wire grid type polarizing plate is that it is made of an inorganic material and has excellent durability. As such a wire grid, for example, techniques such as Patent Documents 1 and 2 are disclosed.
ところで最近では、ワイヤーグリッド型偏光板を単体での使用のみならず液晶パネル内へ組み込む技術が提案されている。このように、偏光素子を内蔵することで部品点数の削減や液晶パネルの高機能化に大きく貢献する。また、ワイヤーグリッド型の偏光素子は、その光学特性がグリッド(導電部材)間に介在する材質に影響を受けることが知られており、グリッド間には屈折率が1となる材料、すなわち空気(若しくは真空雰囲気)が介在した状態とすることが望ましい。 Recently, a technique for incorporating a wire grid type polarizing plate into a liquid crystal panel as well as a single unit has been proposed. As described above, the incorporation of the polarizing element greatly contributes to the reduction of the number of parts and the enhancement of the function of the liquid crystal panel. Moreover, it is known that the optical characteristics of the wire grid type polarizing element are affected by the material interposed between the grids (conductive members), and a material having a refractive index of 1 between the grids, that is, air ( Alternatively, a state in which a vacuum atmosphere) is interposed is desirable.
上記した特許文献1は、グリッド間材料に着目しており、空気(もしくは真空)が封入された構造とすることが可能である。しかしながら、特許文献1の偏光素子をセル内に配置する場合には、画素領域のみにカバーガラスを設置しなければならないことや、カバーガラスを配置することによってセル厚が増加する点からも実現性は極めて低い。さらに、特許文献1では具体的な製造方法までは言及されていない。また、特許文献2には、ワイヤーグリッド型の偏光素子を内蔵した技術が開示されているが、グリッド間が平坦化層で埋め込まれているため光学特性が低くなるおそれがある。 Patent Document 1 described above pays attention to the material between the grids, and can have a structure in which air (or vacuum) is enclosed. However, when the polarizing element of Patent Document 1 is arranged in the cell, it is feasible from the point that the cover glass must be installed only in the pixel region and the cell thickness is increased by arranging the cover glass. Is extremely low. Furthermore, Patent Document 1 does not mention a specific manufacturing method. Patent Document 2 discloses a technique incorporating a wire grid type polarizing element. However, since the gap between the grids is embedded with a planarizing layer, the optical characteristics may be lowered.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、優れた光学特性を有し、部品点数の削減及び液晶装置の高機能化を実現可能とする偏光素子、偏光素子の製造方法、液晶装置、及び投射型表示装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and has a superior optical characteristic, a polarizing element capable of realizing a reduction in the number of parts and a high functionality of a liquid crystal device, a manufacturing method of the polarizing element, An object of the present invention is to provide a liquid crystal device and a projection display device.
上記課題を解決するために、本発明の偏光素子は、基板と、金属膜をエッチングによりパターニングし前記基板上に設けられた複数の金属細線と、前記金属膜のエッチング時におけるエッチングガス及びエッチング生成物が化学反応することで前記各金属細線の上端部に形成されてなる堆積膜と、を備え、前記堆積膜が前記金属細線の幅よりも大きいことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a polarizing element of the present invention includes a substrate, a plurality of thin metal wires provided on the substrate by patterning the metal film by etching, and an etching gas and etching generation during the etching of the metal film. A deposited film formed on the upper end of each of the thin metal wires by a chemical reaction of the material, wherein the deposited film is larger than the width of the thin metal wire.
本発明の偏光素子によれば、堆積膜によって金属細線の上部における隙間が狭められたものとなる。例えば堆積膜上に他の材料を積層する場合においても、堆積膜によって金属細線間への入り込みが防止され、金属細線間が大気中に開放されている状態と同等の光学特性を備えたものを得ることができる。よって、偏光素子を液晶装置内に組み込む場合でも、金属細線間に液晶層や配向膜等の別部材が充填されることがなく優れた光学特性を備えたものとなる。 According to the polarizing element of the present invention, the gap in the upper part of the thin metal wire is narrowed by the deposited film. For example, even when another material is laminated on the deposited film, the deposited film prevents the penetration between the fine metal wires and has optical characteristics equivalent to the state in which the fine metal wires are open to the atmosphere. Obtainable. Therefore, even when the polarizing element is incorporated in the liquid crystal device, it does not fill with another member such as a liquid crystal layer or an alignment film between the fine metal wires and has excellent optical characteristics.
また、上記偏光素子においては、前記各堆積膜上に設けられる被覆層を有し、隣り合う前記金属細線、該金属細線上に形成された前記堆積膜、前記基板、及び前記被覆層によって囲まれた領域が空間となっているのが好ましい。
この構成によれば、上記堆積膜によって金属細線間に空気(もしくは真空)が封入された空間を構成でき、優れた光学特性を備えたものとなる。
The polarizing element has a coating layer provided on each deposited film, and is surrounded by the adjacent metal thin wires, the deposited film formed on the metal thin wires, the substrate, and the coating layer. Preferably, the area is a space.
According to this configuration, a space in which air (or vacuum) is sealed between the fine metal wires can be configured by the deposited film, and excellent optical characteristics are provided.
また、上記偏光素子においては、隣り合う前記金属細線上に形成された堆積膜が互いに当接するのが好ましい。
この構成によれば、隣り合う金属細線上の堆積膜が互いに当接するので、金属細線間に空気(もしくは真空)が封入された空間を構成することができ、優れた光学特性を備えたものとなる。
Moreover, in the said polarizing element, it is preferable that the deposited film formed on the said adjacent metal fine wire contact | abuts mutually.
According to this configuration, the deposited films on the adjacent fine metal wires are in contact with each other, so that a space in which air (or vacuum) is enclosed between the fine metal wires can be formed, and the optical properties are excellent. Become.
本発明の偏光素子の製造方法は、基板上に金属膜を形成し、該金属膜をドライエッチングによりパターニングして前記基板上に金属細線を複数形成する偏光素子の製造方法であって、前記基板上に前記金属膜を形成する工程と、該金属膜上にマスクを形成し、該マスクを介し前記金属膜を第一エッチングガスにより途中までエッチングする工程と、前記金属膜のエッチング生成物と化学反応を生じる第二エッチングガスを前記第一エッチングガスに添加するとともに前記金属膜をエッチングして前記金属細線をパターニングし、前記金属細線の上端部に当該金属細線の幅よりも大きい堆積膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする。 The manufacturing method of the polarizing element of the present invention is a manufacturing method of a polarizing element in which a metal film is formed on a substrate, and the metal film is patterned by dry etching to form a plurality of fine metal wires on the substrate. Forming a metal film thereon, forming a mask on the metal film, etching the metal film halfway with a first etching gas through the mask, etching products and chemicals of the metal film A second etching gas that causes a reaction is added to the first etching gas and the metal film is etched to pattern the metal fine wire, and a deposited film larger than the width of the metal fine wire is formed at the upper end of the metal fine wire. And a step of performing.
本発明によれば、第二エッチングガスが金属膜のエッチング生成物と化学反応することで金属細線の上端部に形成された堆積膜により金属細線上部の空隙が狭められ、例えば堆積膜上に他の材料を積層する場合においても、堆積膜によって金属細線間への入り込みが防止され、金属細線間が大気中に開放されている状態と同等の光学特性を備えたものを得ることができる。よって、偏光素子を液晶装置内に組み込む場合でも、金属細線間に液晶層や配向膜等の別部材が充填されることがなく優れた光学特性を備えた偏光素子を提供することができる。 According to the present invention, the second etching gas chemically reacts with the etching product of the metal film, so that the deposited film formed at the upper end of the metal thin line narrows the gap above the metal thin line. Even in the case of laminating these materials, it is possible to obtain a material having optical characteristics equivalent to the state in which the deposited film prevents entry between the fine metal wires and the fine metal wires are open to the atmosphere. Therefore, even when the polarizing element is incorporated in the liquid crystal device, it is possible to provide a polarizing element having excellent optical characteristics without filling another member such as a liquid crystal layer or an alignment film between the thin metal wires.
また、上記偏光素子の製造方法においては、前記第二エッチングガスとして、C及びF元素を含有するガスを用い、前記金属膜としてAlを用いるのが好ましい。
このようにすれば、上述した堆積膜を金属細線上に良好に形成できる。
In the method for manufacturing a polarizing element, it is preferable to use a gas containing C and F elements as the second etching gas and use Al as the metal film.
In this way, the above-described deposited film can be satisfactorily formed on the thin metal wire.
また、上記偏光素子の製造方法においては、隣り合う前記金属細線、該金属細線上に形成された前記堆積膜、及び前記基板の間で空間をなす被覆層を前記堆積膜上に形成する工程を有するのが好ましい。
このようにすれば、上記堆積膜によって金属細線間に空気(もしくは真空)が封入された空間が構成され、優れた光学特性を有する偏光素子を製造できる。
Further, in the method for manufacturing a polarizing element, the step of forming, on the deposited film, the adjacent fine metal wires, the deposited film formed on the fine metal wires, and a coating layer forming a space between the substrates. It is preferable to have.
In this way, a space in which air (or vacuum) is sealed between the fine metal wires is formed by the deposited film, and a polarizing element having excellent optical characteristics can be manufactured.
また、上記偏光素子の製造方法においては、隣り合う前記金属細線上に形成される堆積膜が互いに接触する間隔となるように、前記金属膜から前記金属細線をパターニングするのが好ましい。
このようにすれば、隣り合う金属細線上の堆積膜が互いに接するので、金属細線間に空気(もしくは真空)が封入された空間を構成することで優れた光学特性を有する偏光素子を提供できる。
Moreover, in the manufacturing method of the said polarizing element, it is preferable to pattern the said metal fine wire from the said metal film so that the deposition film formed on the said adjacent metal fine wire may become the space | interval which mutually contacts.
In this way, since the deposited films on the adjacent metal thin wires are in contact with each other, a polarizing element having excellent optical characteristics can be provided by forming a space in which air (or vacuum) is sealed between the metal thin wires.
本発明の液晶装置は、上記偏光素子を備えたことを特徴とする。 A liquid crystal device according to the present invention includes the polarizing element.
本発明の液晶装置によれば、光学特性に優れた偏光素子を備えているので、信頼性に優れた液晶装置を提供できる。 According to the liquid crystal device of the present invention, since the polarizing element having excellent optical characteristics is provided, a liquid crystal device having excellent reliability can be provided.
上記液晶装置においては、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側に前記偏光素子が形成されているのが好ましい。
このようにすれば、光学特性に優れた上記偏光素子が内蔵されるので、液晶装置自体の薄型化を図ることができる。
In the liquid crystal device, it is preferable that a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates, and the polarizing element is formed on the liquid crystal layer side of at least one of the pair of substrates.
In this way, since the polarizing element having excellent optical characteristics is built in, the liquid crystal device itself can be thinned.
本発明の投射型表示装置は、上記液晶装置を光変調装置として備えたことを特徴とする。 A projection display device according to the present invention is characterized in that the liquid crystal device is provided as a light modulation device.
本発明の投射型表示装置によれば、光学特性に優れた液晶装置によって光変調を良好に行うことができるので、高精度で高輝度な表示を行うことができる。 According to the projection type display device of the present invention, light modulation can be favorably performed by a liquid crystal device having excellent optical characteristics, so that display with high accuracy and high luminance can be performed.
(第1の実施形態)
以下、本発明における偏光素子の製造方法及び偏光素子の一実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
(First embodiment)
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a polarizing element manufacturing method and a polarizing element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing used in the following description, the scale is appropriately changed to make each member a recognizable size.
(偏光素子)
図1(a)は本実施形態の偏光素子1を示す部分断面図である。図1(b)は、偏光素子を構成する偏光素子部110を示す斜視図である。
偏光素子1は、基板11Aと、この基板11Aの表面に形成されたワイヤーグリッド偏光層18と、基板上にワイヤーグリッド偏光層18を介して設けられる被覆層117と、を備えている。
(Polarizing element)
Fig.1 (a) is a fragmentary sectional view which shows the polarizing element 1 of this embodiment. FIG. 1B is a perspective view showing a polarizing element unit 110 constituting the polarizing element.
The polarizing element 1 includes a
基板11Aは、例えばガラスや石英などの透光性材料から構成されている。基板11Aには、上方に向けて突出して互いに平行な複数の金属突起体18A(金属細線)が形成されている。
The
ワイヤーグリッド偏光層18は、基板11A上に部分的に配置された複数の金属突起体18Aを有して構成されている。この金属突起体18Aは、平面視で縞状パターンを形成しており、例えば、幅Wが70nm、高さHが100nm、ピッチPが140nmとなっている。
The wire
前記金属突起体18Aは、詳細については後述するように金属膜をエッチングしてパターニングされることで形成されている。本実施形態では、金属膜を構成する金属材料としてアルミニウム(Al)を用いた。
The
金属突起体18Aは、前記金属膜のエッチング時におけるエッチングガス及びエッチング生成物が化学反応することで形成されるデポ膜(堆積膜)118を上端部に備えている。このデポ膜118は金属突起体18Aを保護する保護膜としての機能を奏する。
金属突起体18Aの上部には後述する製造工程で用いられる不図示のシリコン酸化物(SiO2)が形成されている。このシリコン酸化物は、金属膜12aをエッチングする際のマスクMとして用いられるものである(図4参照)。
The
A silicon oxide (SiO 2 ) (not shown) used in a manufacturing process described later is formed on the
前記被覆層117は、複数の金属突起体18A(デポ膜118)を覆ってそれらの上面側に配置されている。本実施形態では、被覆層117の厚さが20〜30nmとなっており、金属突起体18Aの高さやピッチ等に応じて適宜設定される。この被覆層117は、シリコン酸化物膜をスパッタすることで形成されたものである。
The
一般に偏光素子は、金属突起体間における屈折率により光学特性が変化する。
以下、図面を参照して、偏光素子の光学特性が金属突起体間の屈折率に依存する点について説明する。
図2(a)は、ワイヤーグリッド偏光素子を大気中に解放した構成(金属突起体間の屈折率は1である)における光学特性(透過率及びコントラスト)を示すグラフと概略構成図である。
また、図2(b)は、偏光素子を液晶装置内に実装した場合を想定し、金属突起体間に液晶(屈折率1.6)を充填したときの光学特性を示すグラフと概略構成図である。図2(b)に示される構成では、金属突起体の厚さ方向の先端側が開放されているので、金属突起体間に液晶が充填された状態となっている。
また、図2(c)は、金属突起体と液晶との間に被覆膜(SiO2)を形成し、その上に液晶を配したときの光学特性を示すグラフと概略構成図である。
In general, the optical characteristics of a polarizing element change depending on the refractive index between metal protrusions.
Hereinafter, the point that the optical characteristics of the polarizing element depend on the refractive index between the metal protrusions will be described with reference to the drawings.
FIG. 2A is a graph and a schematic configuration diagram showing optical characteristics (transmittance and contrast) in a configuration in which a wire grid polarizing element is released in the atmosphere (the refractive index between metal protrusions is 1).
FIG. 2B is a graph and schematic configuration diagram showing optical characteristics when a polarizing element is mounted in a liquid crystal device and liquid crystal (refractive index 1.6) is filled between metal protrusions. It is. In the configuration shown in FIG. 2B, since the tip end side in the thickness direction of the metal protrusions is opened, the liquid crystal is filled between the metal protrusions.
FIG. 2C is a graph and a schematic configuration diagram showing optical characteristics when a coating film (SiO 2 ) is formed between the metal protrusion and the liquid crystal and the liquid crystal is arranged thereon.
図2(a)〜図2(c)に示すグラフは、上記各条件の偏光素子に対して金属膜の延在方向に対して垂直な振動方向を有する直線偏光(すなわち偏光素子の透過軸に平行な振動方向の直線偏光)を入射させて透過率(Tp)を測定した結果と、偏光素子の透過軸に平行な振動方向の直線偏光の透過率(Tp)と、偏光素子の反射軸に平行な振動方向の直線偏光の透過率(Ts)との比率として得られるコントラスト(Tp/Ts)の測定結果とを示すものである。偏光素子としてはこれら両者(透過率及びコントラスト)の値が大きいほど良好な性能を有していることとなる。 The graphs shown in FIGS. 2A to 2C show linearly polarized light having a vibration direction perpendicular to the extending direction of the metal film with respect to the polarizing element under the above conditions (that is, on the transmission axis of the polarizing element). The result of measuring the transmittance (Tp) with the incident linearly polarized light in the vibration direction, the transmittance (Tp) of the linearly polarized light in the vibration direction parallel to the transmission axis of the polarizing element, and the reflection axis of the polarizing element The measurement result of contrast (Tp / Ts) obtained as a ratio with the transmittance | permeability (Ts) of the linearly polarized light of a parallel vibration direction is shown. As a polarizing element, the larger the value of both of these (transmittance and contrast), the better the performance.
図2(a)に示されるように大気中に金属突起体を開放した偏光素子は、可視域において良好な特性を有していることが分かる。
これに対して、図2(b)に示す金属膜の開口部内に液晶が充填されている条件では、可視光領域における透過率の均一性が低下しており、特に青色領域(440nm付近)の落ち込みが激しい。したがって、金属突起体間が高い屈折率を有する物質で充填されると光学特性が低下することを示している。
一方、図2(c)に示される構造の偏光素子は被覆膜(SiO2)により液晶が金属突起間に充填されるのを防止するとともに、金属突起間を空気が充填された状態(若しくは、真空状態)としている。この構成により、ワイヤーグリッド偏光素子を液晶中に配しているにもかかわらず図2(b)に示した構造に比べ、透過率及びコントラストの低下がみられず、図2(a)の構造と遜色のない良好な光学特性を得ることができる。
As shown in FIG. 2A, it can be seen that a polarizing element having a metal protrusion opened in the atmosphere has good characteristics in the visible range.
On the other hand, under the condition where the liquid crystal is filled in the opening of the metal film shown in FIG. 2B, the uniformity of transmittance in the visible light region is lowered, particularly in the blue region (near 440 nm). The depression is intense. Therefore, it is shown that the optical characteristics are deteriorated when the space between the metal protrusions is filled with a substance having a high refractive index.
On the other hand, the polarizing element having the structure shown in FIG. 2C prevents the liquid crystal from being filled between the metal protrusions by the coating film (SiO 2 ), and the state in which the space between the metal protrusions is filled with air (or Vacuum state). With this configuration, although the wire grid polarizing element is arranged in the liquid crystal, the transmittance and contrast are not reduced as compared with the structure shown in FIG. 2B, and the structure shown in FIG. It is possible to obtain good optical characteristics that are comparable to the above.
ところで、本実施形態の偏光素子1は金属突起体18A上にデポ膜118が形成されている。そのため、このデポ膜118により金属突起18Aの上端側における空隙が狭められたものとなっている。
By the way, the polarizing element 1 of this embodiment has the
よって、デポ膜118上に形成される被覆膜117は、金属突起体18A間に充填されることなく金属突起体18A間を閉塞した状態となっている。本実施形態の偏光素子1は、図1に示したように隣り合う金属突起体18A、該金属突起体18A上に形成されたデポ膜118、基板11A、及び被覆層117によって囲まれた領域が空洞部18Bを構成している。この空洞部18B内には空気(もしくは真空)が封入されたものとなっており、上述したように良好な光学特性を得ることのできるようになっている。
Therefore, the
以上述べたように本実施形態の偏光素子1は、金属突起体18Aの上端部に形成されたデポ膜118によって金属突起体18Aの上端側の隙間が狭められ、これにより被覆層117が金属突起体18A間に充填されることなく、空気(もしくは真空)が封入された空洞部18Bを備えたものとなる。よって、後述するように偏光素子1を液晶装置内に組み込む場合でも、図2(c)に示される構造のように良好な光学特性を備えたものとなる。
As described above, in the polarizing element 1 of the present embodiment, the gap on the upper end side of the
(偏光素子の製造方法)
次に、上述した偏光素子1の製造方法について、図3を参照しながら説明する。図3は偏光素子1の製造工程を示す断面図である。
(Polarizing element manufacturing method)
Next, the manufacturing method of the polarizing element 1 described above will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the polarizing element 1.
まず、図3(a)に示すように、透明なガラス基板等からなる基板11Aを用意し、基板11Aの一面側に、アルミニウム(Al)からなるベタ状の金属膜12aを形成する。続けて、前記金属膜12a上に、後工程のドライエッチング工程でハードマスクとして機能する無機材料(SiO2)からなるベタ状のマスク層mを成膜する。
First, as shown in FIG. 3A, a
これら金属膜12a及びマスク層mを形成する方法としては、蒸着法或いはスパッタ法等の成膜手法を用いることができる。なお、金属膜12aを構成する金属としては、アルミニウム以外にも、例えば金、銅、パラジウム、白金、ロジウム、シリコン、ニッケル、コバルト、マンガン、鉄、クロム、チタン、ルテニウム、ニオブ、ネオジウム、イッテルビウム、イットリウム、モリブデン、インジウム、ビスマス、若しくはその合金のいずれかを用いることができる。
As a method of forming the
次に、図3(b)に示すように、マスク層m上にレジスト材料をスピンコートにより塗布し、これをプリベークすることでレジスト層14aを形成する。次に、例えば波長が266nmのレーザ光を露光光として用いた二光束干渉露光法によりレジスト層14aを露光する。ここでは、ピッチが可視光の波長以下(例えば140nm)の微細な縞状パターンとなるように露光を行う。露光を行った後、さらにレジスト層14aをベーク(PEB)し、その後にレジスト層14aを現像する。これにより、図3(c)に示すように、縞状のパターンを有するレジスト14をマスク層m上に形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a resist material is applied onto the mask layer m by spin coating, and this is pre-baked to form a resist
ここで、二光束干渉露光法を行う露光装置は、例えば図5に示すものを用いることができる。露光装置120は、露光光を照射するレーザ光源121と、回折型ビームスプリッタ122と、モニタ123と、ビームエキスパンダ124、125と、ミラー126、127と、基板11Aを載置するステージ128とを備えている。
Here, as an exposure apparatus that performs the two-beam interference exposure method, for example, the one shown in FIG. 5 can be used. The
レーザ光源121は、例えば第4高調波の波長が266nmであるNd:YVO4レーザ装置である。回折型ビームスプリッタ122は、レーザ光源121から出力された1本のレーザビームを分岐して2本のレーザビームを生成する分岐手段である。そして、回折型ビームスプリッタ122は、入射するレーザビームをTE偏光としたときに強度の等しい2本の回折ビーム(±1次)を発生させる構成となっている。モニタ123は、回折型ビームスプリッタ122から出射した光を受光して電気信号に変換する。露光装置120では、この変換された電気信号に基づいて2本のレーザビームの交差角度などの調整を行えるようになっている。
The
ビームエキスパンダ124は、レンズ124aと空間フィルタ124bとを備えており、回折型ビームスプリッタ122で分岐された2本のレーザビームのうちの一方のビーム径を例えば300mm程度に広げる構成となっている。同様に、ビームエキスパンダ125も、レンズ125aと空間フィルタ125bとを備えており、2本のレーザビームのうちの他方のビーム径を広げる構成となっている。ミラー126、127は、ビームエキスパンダ124、125を透過したレーザビームをそれぞれステージ128に向けて反射させる構成となっている。ここで、ミラー126、127は、反射したレーザビームを交差させることで干渉光を発生させ、この干渉光を基板11A上のレジスト層14aに照射する。
このような露光装置120を用いてレジスト層14aに干渉光を照射することで、レーザ光源121の波長よりも狭い形成ピッチでレジスト14を形成することができる。
The
By irradiating the resist
次に、レジスト14を介してドライエッチング処理を行い、マスク層mをパターニングし、図3(d)に示すようにマスクMを形成する。なお、前記レジスト14はマスクMを形成した後に剥離してもよい。仮にレジスト14を剥離しない場合でも、後述の金属膜12aのパターニング時にエッチングされることで除去されるため問題はない。
Next, dry etching is performed through the resist 14 to pattern the mask layer m, thereby forming a mask M as shown in FIG. The resist 14 may be removed after the mask M is formed. Even if the resist 14 is not peeled off, there is no problem because it is removed by etching during the patterning of the
続いて、マスクMを介して前記金属膜12aをパターニングする。まず、エッチングガス(第一エッチングガス)として三塩化ホウ素(BCl3)、塩素(Cl2)を用いたドライエッチングにより前記金属膜12aを途中までエッチングする第一エッチング工程を行う。第一エッチング工程の条件としては、例えば、出力をRF:ICP/Bias(300/200W)、使用するBCl3ガスの流量を20sccm、Cl2ガスの流量を40sccm、圧力を0.7Pa、エッチング時間を17秒とした。
Subsequently, the
前記金属膜12aを途中までエッチングした後(第一エッチング工程の完了後)、図4(a)に示すように上記第一エッチングガス(BCl3、Cl2)に第二エッチングガスとしてC及びF元素を含有するガス、例えば三フッ化メタン(CHF3)を添加するとともに前記金属膜12aをエッチングし金属突起体18Aをパターニングする第二エッチング工程を行う。第二エッチング工程の条件としては、例えば、出力をRF:ICP/Bias(300/200W)、使用するBCl3ガスの流量を20sccm、Cl2ガスの流量を40sccm、CHF3の流量を3sccm、圧力を0.7Pa、エッチング時間を20秒とした。
After the
このとき、金属膜12aのエッチングの進行に伴って、図4(b)に示すように金属膜12aの上端側(マスクMが形成されている側)に金属膜12aのエッチング生成物と化学反応を起こすことでデポ膜118が堆積され始める。なお金属膜12a上にはマスクMが形成されているため、前記デポ膜118はマスクMを覆うことで金属膜12aの上端部に形成されることとなる。
At this time, with the progress of the etching of the
このデポ膜118は金属膜12aをエッチングしたAl、エッチングガスのBCl3、Cl2、CHF3を構成するそれぞれの元素を含有した堆積物である。また、CHF3(第二エッチングガス)はエッチングガスとして機能することはなく、前記デポ膜118を生じさせる機能のみを奏する。なお、第二エッチングガスとしてCHF3に限定されることはなく、CF4、C4F8等を上記第一エッチングガスに添加するようにしてもよい。
The
デポ膜118が堆積され始めると、図4(c)に示すように金属膜12aの上端側におけるエッチングガス(BCl3、Cl2)の進入経路がデポ膜118によって狭められてエッチングレートが低下するものの、エッチングは異方的に進行する。これより、金属突起体18Aを良好にパターニングするとともに、図4(d)に示すように金属突起体18Aの上端部にデポ膜118を形成できる。金属突起体18Aの上部における隙間は、このデポ膜118によって狭められたものとなる。
When the
図6は、本実施形態の製造方法を用いて製造された金属突起体18Aの電子顕微鏡写真である。図6に示すように、本実施形態により得られる金属突起体18Aは、その上端部にデポ膜118が形成されたものとなっている。このように本実施形態の製造方法によれば、デポ膜118により金属突起体18Aの上部側の空隙を狭めたワイヤーグリッド偏光子18を提供することができる。
FIG. 6 is an electron micrograph of the
次に、金属突起体18A(ワイヤーグリッド偏光子18)上にスパッタ法等を用いてシリコン酸化物膜を形成することで図1に示した被覆層117を形成する、このとき、金属突起体18Aの上端部に形成されたデポ膜118により金属突起体18A上部側の隙間が狭められたものとなっているので、被覆層117は金属突起体18A間に充填されることがなくデポ膜118上で優先的に成長し、成長した結晶粒が金属突起体18A間の開口領域の上方で当接して開口部の開口端を閉塞する。その後は、被覆層117を形成する堆積物(スパッタ粒子等)は、開口部内には入り込むことができず、開口部が空洞になった状態で金属突起体18A上に被覆層117が成膜される。以上の工程により、隣り合う金属突起体18A、該金属突起体18A上に形成されたデポ膜118、基板11A、及び被覆層117によって囲まれた領域が空洞部18Bを構成するワイヤーグリッド偏光層18を備える偏光素子1を製造することができる。このような偏光素子1によれば、後述するような液晶装置内部に搭載する場合でもワイヤーグリッド偏光層18の金属突起体18A間が液晶や配向膜等によって充填されてしまうことがなく、光学特性が低下することがない。よって、後述するように偏光素子1を液晶装置内に組み込む場合でも、金属細線間に液晶層や配向膜等の別部材が充填されることがなく優れた光学特性を備えたものとなる。
Next, the
(変形例)
なお、図7に示すように隣り合う金属突起体18A上のデポ膜118が互いに当接するように前記金属膜12aのエッチング条件(第一、第二エッチング工程)を調整してもよい。この場合、上記被覆層117を形成することなく、金属突起体18A間に空気(もしくは真空)が封入された空間を構成することができる。よって、後述するような液晶装置内部に搭載する場合でも光学特性が低下することがなく、しかも被覆層117が設けられていないので、液晶装置の薄型化を実現することができる。また、隣り合う金属突起体18A上のデポ膜118が近接しており、金属突起体18Aの上端側の隙間が非常に小さい場合(例えば、数nm程度)にも被覆層117を形成しなくてもよい。この場合、デポ膜118同士の隙間が非常に小さいことから金属突起18A間に液晶や配向膜が充填されてしまうことがなく、光学特性が低下するのを防止できる。
(Modification)
As shown in FIG. 7, the etching conditions (first and second etching steps) of the
(プロジェクタ)
図8は、本発明の投射型表示装置の一実施形態として、プロジェクタの要部を示す概略構成図である。本実施形態のプロジェクタは、光変調装置として液晶装置を用いた液晶プロジェクタである。
(projector)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a main part of a projector as an embodiment of the projection display apparatus of the present invention. The projector according to the present embodiment is a liquid crystal projector using a liquid crystal device as a light modulation device.
図8において、810は光源、813、814はダイクロイックミラー、815、816、817は反射ミラー、818は入射レンズ、819はリレーレンズ、820は出射レンズ、822、823、824は液晶装置からなる光変調装置、825はクロスダイクロイックプリズム、826は投射レンズである。 In FIG. 8, 810 is a light source, 813 and 814 are dichroic mirrors, 815, 816 and 817 are reflection mirrors, 818 is an incident lens, 819 is a relay lens, 820 is an exit lens, and 822, 823 and 824 are liquid crystal devices. A modulation device, 825 is a cross dichroic prism, and 826 is a projection lens.
光源810は、メタルハライド等のランプ811とランプの光を反射するリフレクタ812とからなる。なお、光源810としては、メタルハライド以外にも超高圧水銀ランプ、フラッシュ水銀ランプ、高圧水銀ランプ、Deep UVランプ、キセノンランプ、キセノンフラッシュランプ等を用いることも可能である。
The
ダイクロイックミラー813は、光源810からの白色光に含まれる赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー817で反射されて、赤色光用液晶光変調装置822に入射される。また、ダイクロイックミラー813で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー814によって反射され、緑色光用液晶光変調装置823に入射される。さらに、ダイクロイックミラー813で反射された青色光は、ダイクロイックミラー814を透過する。青色光に対しては、長い光路による光損失を防ぐため、入射レンズ818、リレーレンズ819及び出射レンズ820を含むリレーレンズ系からなる導光手段821が設けられている。この導光手段821を介して、青色光が青色光用液晶光変調装置824に入射される。
The
各光変調装置822〜824により変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム825に入射する。このクロスダイクロイックプリズム825は4つの直角プリズムを貼り合わせたものであり、その界面には赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とがX字状に形成されている。これらの誘電体多層膜により3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ826によってスクリーン827上に投写され、画像が拡大されて表示される。
The three color lights modulated by the respective
ここで、本実施形態のプロジェクタにおいては、光変調装置822〜824として図9に示すような液晶装置を採用している。
Here, in the projector of the present embodiment, a liquid crystal device as shown in FIG. 9 is employed as the
(液晶装置)
図9は液晶装置822〜824の断面模式図であって、該液晶装置822〜824は、一対の基板10,20間に液晶層50が挟持された構成を有している。
(Liquid crystal device)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the
基板10は素子基板であって、基板本体10A上に、ワイヤーグリッド偏光層18と、画素電極9と、配向膜21とを備えた構成となっている。なお、基板10は、画素電極9に対する電圧印加をスイッチング駆動するTFT素子(図示略)を備えている。一方、基板20は対向基板であって、基板本体20A上に、ワイヤーグリッド偏光層18と、対向電極23と、配向膜22とを備えた構成となっている。
The
本実施形態では、ワイヤーグリッド偏光層18、基板本体10A(20A)によって、ワイヤーグリッド型の偏光素子19が構成されている。基板本体10A,20Aは、液晶装置用の基板であると同時に、偏光素子用の基板としての機能もかねている。偏光素子19は、上述した偏光素子の製造方法を用いて製造されたものである。
In the present embodiment, a wire grid
ワイヤーグリッド型の偏光素子19上に形成される前記配向膜21,22は、例えばポリイミド等の有機材料にラビング処理を施したものが用いられる。
As the
図9の構成においては、一対の基板10,20が、シール材(図示略)を介して貼り合わせられ、その内部に液晶が封入されている。この場合、液晶層50の液晶モードとしてTN(Twisted Nematic)モードが採用されているが、その他にもSTN(Super Twisted Nematic)モード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード等を採用することができる。
In the configuration of FIG. 9, a pair of
ここで、基板10側に設けられるワイヤーグリッド偏光層18と、基板20側に設けられるワイヤーグリッド偏光層18とは、互いの金属突起体18Aが交差するよう構成されている。
Here, the wire
このようなワイヤーグリッド偏光層18により、光源810から射出された各色光を偏光選択して直線偏光のみを液晶層50に透過させることが可能となっている。
ワイヤーグリッド偏光層18は、液晶層50に入射する光の波長よりも小さいピッチでストライプ状に配列された多数の金属突起体18Aにより構成されていることにより、金属突起体18Aの延在方向に対して略平行方向に振動する偏光に対しては反射させ、金属突起体18Aに延在方向に対して略垂直方向に振動する偏光については透過させる反射型偏光素子として機能させることができる。
With such a wire
The wire
つまり、ワイヤーグリッド偏光層18は、当該ワイヤーグリッド偏光層18に入射した光の偏光方向により、偏光選択が行なわれる。そのため、図10に示すように、ワイヤーグリッド偏光層18の延在方向と垂直な方向に偏光軸を有する直線偏光Xを透過させ、ワイヤーグリッド偏光層18の延在方向と平行な方向に偏光軸を有する直線偏光Yを反射することになる。
That is, the wire
したがって、ワイヤーグリッド偏光層18は、光反射型偏光子と同じ作用、すなわち光軸(透過軸)と平行な偏光を透過させ、垂直な偏光に対しては反射させる作用を有している。
Therefore, the wire
このような液晶装置822〜824は、上述したように基板10(20)の内側に組み込まれたワイヤーグリッド偏光層18を介して液晶層50に直線偏光が入射され、該液晶層50において位相制御が行われる。つまり、電極9,23に対する印加電圧により液晶層50の駆動制御を行い、当該入射光の位相を制御するものとしている。よって、位相制御された光は、反対側の基板20(10)の内側に組み込まれたワイヤーグリッド偏光層18を選択透過して、変調されることになる。本実施形態に係るワイヤーグリッド偏光層18は上述したように金属突起体18A間が配向膜21、23、及び液晶50等によって充填されてしまうことがなく、優れた光学特性を備えたものとなっている。
In the
本実施形態においては、偏光素子を液晶パネル内に組み込んだ構成であることから、基板本体10A,20Aが、液晶装置用の基板と、偏光素子用の基板との機能をかねることになる。これにより、部品点数を削減することができるので装置全体が薄型化でき、液晶装置の機能を向上させることができる。さらに、装置構造が簡略化されるので、コスト削減を図ることができる。
In this embodiment, since the polarizing element is incorporated in the liquid crystal panel, the
また、図8に示すように、液晶装置822〜824で変調された各色光は、上述した通り、クロスダイクロイックプリズム825に入射して形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ826によってスクリーン827上に投写され、画像が拡大されて表示される。
Also, as shown in FIG. 8, each color light modulated by the
上記プロジェクタ800は、偏光素子を組み込んだ液晶装置を光変調手段として備えている。
上述したように、本実施形態の液晶装置822〜824は、上述したように光学特性の高いワイヤーグリッド偏光層18を有しているので表示不良や信頼性の低下が生じず、また低消費電力で表示の明るさにも優れたものである。よって、本発明のプロジェクタ800は、上記液晶装置822〜824を光変調手段として備えたことから、信頼性が高く優れた表示特性を有したものとなる。
The
As described above, since the
なお、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。例えば、実施形態ではスイッチング素子としてTFTを備えた液晶装置を例にして説明したが、スイッチング素子として薄膜ダイオード(Thin Film Diode)等の二端子型素子を備えた液晶装置に本発明を適用することも可能である。また、実施形態では3板式のプロジェクタ(投射型表示装置)を例にして説明したが、単板式の投射型表示装置や直視型表示装置に本発明を適用することも可能である。 It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention. For example, in the embodiment, a liquid crystal device including a TFT as a switching element has been described as an example. However, the present invention is applied to a liquid crystal device including a two-terminal element such as a thin film diode as a switching element. Is also possible. In the embodiment, a three-plate projector (projection display device) has been described as an example. However, the present invention can also be applied to a single-plate projection display device or a direct-view display device.
また、本発明の液晶装置を、プロジェクタ以外の電子機器に適用することも可能である。その具体例として、携帯電話を挙げることができる。この携帯電話は、上述した各実施形態またはその変形例に係る液晶装置を表示部に備えたものである。また、その他の電子機器としては、例えばICカード、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、DSP装置、PDA、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が挙げられる。 The liquid crystal device of the present invention can also be applied to electronic devices other than projectors. A specific example is a mobile phone. This mobile phone includes the liquid crystal device according to each of the above-described embodiments or modifications thereof in a display unit. Other electronic devices include, for example, IC cards, video cameras, personal computers, head-mounted displays, fax machines with display functions, digital camera finders, portable TVs, DSP devices, PDAs, electronic notebooks, and electronic bulletin boards. And advertising announcement displays.
1…偏光素子、11A…基板、12a…金属膜、18A…金属突起体(金属細線)、19…偏光素子、117…被覆膜、118…デポ膜(堆積膜)、800…プロジェクタ(投射型表示装置)、822〜824…液晶装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polarizing element, 11A ... Board | substrate, 12a ... Metal film, 18A ... Metal protrusion (metal fine wire), 19 ... Polarizing element, 117 ... Cover film, 118 ... Deposition film (deposition film), 800 ... Projector (projection type) Display device), 822-824 ... Liquid crystal device
Claims (10)
前記堆積膜が前記金属細線の幅よりも大きいことを特徴とする偏光素子。 A substrate, a plurality of fine metal wires provided on the substrate by patterning the metal film by etching, and an etching gas and an etching product at the time of etching the metal film are chemically reacted with each other at the upper end portion of each of the fine metal wires. A deposited film formed, and
The polarizing element, wherein the deposited film is larger than the width of the thin metal wire.
前記基板上に前記金属膜を形成する工程と、
該金属膜上にマスクを形成し、該マスクを介し前記金属膜を第一エッチングガスにより途中までエッチングする工程と、
前記金属膜のエッチング生成物と化学反応を生じる第二エッチングガスを前記第一エッチングガスに添加するとともに前記金属膜をエッチングして前記金属細線をパターニングし、前記金属細線の上端部に当該金属細線の幅よりも大きい堆積膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする偏光素子の製造方法。 A method for manufacturing a polarizing element, comprising: forming a metal film on a substrate; and patterning the metal film by dry etching to form a plurality of fine metal wires on the substrate,
Forming the metal film on the substrate;
Forming a mask on the metal film, and etching the metal film halfway with a first etching gas through the mask;
A second etching gas that causes a chemical reaction with an etching product of the metal film is added to the first etching gas and the metal film is etched to pattern the metal fine wire, and the metal fine wire is formed at an upper end portion of the metal thin wire. Forming a deposited film that is larger than the width of the polarizing element.
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