线栅型偏振光元件及其制法、液晶装置及投射型显示装置的制作方法

专利名称：线栅型偏振光元件及其制法、液晶装置及投射型显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及线栅型偏振光元件及其制造方法、液晶装置以及投射型显 示装置。
背景技术：
如图7 (a) 、 (b)所示，线栅型偏振光元件在透光性衬底10A的衬 底面具有多列金属栅格20A。如果金属栅格20A的节距(周期)小于入射 光的波长，则透射在与金属栅格20A的长度方向垂直的方向上振动的偏振 光成分，而反射在与金属栅格20A的长度方向水平的方向上振动的偏振光 成分。
该线栅型偏振光元件1A以前是通过如下方法制造的，即，在透光性 衬底10A的衬底面上形成金属膜之后，在金属膜的表面上形成在应形成金 属栅格20A的区域设有槽形开口部的蚀刻掩模，并在该状态下对金属膜进 行图案化。
再有，在形成蚀刻掩模时，提出有以下方法，即在金属膜的表面涂覆 树脂之后，复制模具部件中已形成的凹凸图案，从而得到在应形成金属栅 格20A的区域设有槽形开口部的抗蚀剂掩模(参照专利文献l)。
专利文献l:日本特开2006-84776号公报
在线栅型偏振光元件1A中，由于金属栅格20A吸收入射光的一部分， 所以即使金属栅格20A的节距比入射光的波长短，也不能100%透射在与 金属栅格20A的长度方向垂直的方向上振动的偏振光成分。因此，线栅型 偏振光元件1A的性能用"透射率(Transmittance)"和"对比度(Contrast)" 表示。"透射率"是在与金属栅格20A的长度方向垂直的方向上振动的偏 振光成分的透射率，"对比度"是用在与金属栅格20A的长度方向水平的 方向上振动的偏振光成分的透射率除在与金属栅格20A的长度方向垂直 的方向上振动的偏振光成分的透射率所得到的值。
在此，要提高"对比度"，金属栅格20的节距必须比入射光的波长 短很多，而要提高"透射率"，则需要使金属栅格20的宽度变窄，而且 金属栅格20的宽度尺寸和厚度尺寸需要满足规定的条件。
然而，如现有技术所述，在通过对金属膜进行蚀刻而形成金属栅格20A 的方法中，金属栅格20A的宽度尺寸和厚度尺寸会受到对金属膜的蚀刻精 度和形成金属膜时的膜厚精度的影响。因此，例如，由于存在金属栅格20A 的节距设置界限为140nm左右等的限制，所以，"透射率"和"对比度" 被局限在图8所示的性能，而且"透射率"在可见光范围内存在大的差异。
因此，将利用现有的线栅型偏振光元件1A的液晶装置用作投射型显 示装置中针对红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)光的光阀时，存在红色 (R)光的光量下降等的问题。

发明内容
有鉴于此，本发明的课题在于提供一种能够提高"透射率"和"对比 度"的线栅型偏振光元件及其制造方法、具有所述线栅型偏振光元件的液 晶装置以及具有所述液晶装置的投射型显示装置。
为了解决上述课题，本发明提供一种线栅型偏振光元件，其在透光性 衬底的衬底面具有多列金属栅格，其特征在于，在所述衬底面上沿着所述 金属栅格形成有多列槽形凹部，在该多列槽形凹部内填入有所述金属栅 格。
本发明还提供一种线栅型偏振光元件的制造方法，用于制造在透光性 衬底的衬底面上具有多列金属栅格的线栅型偏振光元件，其特征在于，该
方法包括掩模形成工序，在形成所述金属栅格之前的所述衬底面，形成
在应形成所述金属栅格的区域具有槽形开口部的蚀刻掩模；蚀刻工序，对
所述衬底面进行蚀刻，在该衬底面中与所述槽形开口部重叠的区域形成槽
形凹部；金属膜形成工序，用应形成所述金属栅格的金属膜掩埋所述槽形 凹部；和研磨工序，对所述衬底面进行研磨处理，在所述槽形凹部保留所 述金属膜，而去除从所述槽形凹部超出的所述金属膜。
在本发明中，由于在透光性衬底的衬底面形成多列槽形凹部，在该多 列槽形凹部内填入有金属栅格，所以，不需要通过对金属膜进行蚀刻而形成金属栅格。因此，金属栅格的宽度尺寸和节距是由在透光性衬底的衬底 面形成的槽形凹部的宽度尺寸和节距来规定的，不受对金属膜的蚀刻精度
的影响，所以，能够将金属栅格的宽度尺寸减小至小于70nm，例如35nm， 而且能够将金属栅格的节距减小至小于140nm，例如70nm。而且，金属 栅格的厚度尺寸是由在透光性衬底的衬底面形成的槽形凹部的深度尺寸 来规定的，不受形成金属膜时的膜厚精度的影响，所以，能够将金属栅格 的厚度尺寸和宽度尺寸之比正确设定为例如1: 1。因此，能够提高线栅型 偏振光元件的"透射率"和"对比度"。
本发明中，优选地，在与所述金属栅格的长度方向垂直的方向上振动 的偏振光成分的透射率在460nm到780nm的整个波长范围内为80%以上。
本发明中，优选地，在所述衬底面形成有透光性保护层。在应用本发 明的线栅型偏振光元件中，由于在形成于衬底面的多列槽形凹部内填入有 所述金属栅格，所以，衬底面成为平坦面。因此，能够在衬底面容易以均 匀的厚度形成透光性保护层。
本发明中，优选地，在所述透光性衬底的两面之中的至少一面形成有 防反射层。根据这种结构，能够降低反射损失，所以能够提高线栅型偏振 光元件的"透射率"。
在本发明的线栅型偏振光元件的制造方法中，在所述掩模形成工序 中，在所述衬底面涂覆感光性树脂之后，进行曝光和显影，形成所述蚀刻 掩模。本发明中，"曝光"的意思不局限于基于紫外光的曝光，还包括基 于极端紫外光(EUV， Extreme Ultra Violet)、电子射线、X射线等的曝 光。
在本发明的线栅型偏振光元件的制造方法中，在所述掩模形成工序 中，也可以在所述衬底面形成掩模材料层之后，通过按压模型部件中在对 应于所述槽形开口部的部分具有突起的成形面，将所述突起的形成图案复 制到所述掩模材料层，从而形成所述槽形开口部变薄的所述蚀刻掩模。根 据上述构成，在不需要曝光、显影等需要花费很多时间或采用硬化装置的 情况下也能够形成蚀刻掩模。
在本发明的线栅型偏振光元件的制造方法中，所述研磨工序中，作为 所述研磨处理优选进行化学机械研磨处理。根据上述构成，在去除从槽形
凹部露出的金属膜的同时，也能够对衬底面本身进行研磨，所以，能够将 衬底面做成平坦面。
本发明的线栅型偏振光元件，例如能够用于液晶装置，所述液晶装置 能够用作移动计算机或移动电话机等电子设备的显示部，而且能够在投射 型显示装置中用作光阀。投射型显示装置具有光源部，其用于使光入射 到所述液晶装置，和投射光学系统，其用于对由所述液晶装置进行过光调 制的光进行放大投射。该投射型显示装置能够通过液晶装置对从光源部射 出的光进行光调制，并通过投射光学系统进行放大投射。
本发明除了可以采用将三个液晶装置分别用作对应于红色(R)、绿
色(G)、蓝色(B)的光阀的投射型显示装置的结构之外，还可以采用
通过内置滤色器的液晶装置对从光源部射出的光进行光调制并通过投射 光学系统进行放大投射的结构。对于这些哪一个投射型显示装置，如果使
用应用本发明的线栅型偏振光元件，则对于红色(R)、蓝色(B)、绿色 (G)中的任意色光都能够得到高透射率，所以能够显示高等级的彩色图 像。


图1 (a) 、 (b)分别是示意性地示出应用本发明的线栅型偏振光元 件的结构的剖视图和俯视图。
图2是示出应用本发明的线栅型偏振光元件的制造方法的工序剖视图。
图3是示出应用本发明的线栅型偏振光元件的其它制造方法的工序剖 视图。
图4是示出应用本发明的线栅型偏振光元件的透射率特性和对比度特 性的曲线图。
图5 (a) 、 (b)分别是示意性地示出应用本发明的其它线栅型偏振 光元件的结构的剖视图和俯视图。
图6是应用本发明的投影仪的结构图。
图7 (a) 、 (b)分别是示意性地示出现有的线栅型偏振光元件的结 构的剖视图和俯视图。
图8是示出现有的线栅型偏振光元件的透射率特性和对比度特性的曲 线图。
图中i一线栅型偏振光元件，io—透光性衬底，ii一槽形凹部，15
一衬底面，20—金属栅格。
具体实施例方式
下面对本发明实施方式进行说明。在下面说明中参照的图中，为了使 各层和各部件的大小成为能够在图面上识别的大小，使各层和各部件的縮
放比率不同。另外，在下面的说明中，为了使与参照图7说明的结构的对 比容易理解，对于共同的部分标上相同的符号来说明。 (线栅型偏振光元件的结构)
图1 (a) 、 (b)是示意性地示出应用本发明的线栅型偏振光元件的 结构的剖视图和俯视图。
在图1 (a) 、 (b)中，本实施方式的线栅型偏振光元件1在石英玻 璃或耐热玻璃等透光性衬底10的一个衬底面15上具有多列金属栅格20。 金属栅格20由例如银、金、铜、钯、白金、铝、铑、硅、镍、钴、锰、 铁、铬、钛、钌、铌、钕、镱、钇、钼、钨、铟、铋、这些元素的合金的 单层膜或多层膜等所形成的遮光性金属膜构成。
在本实施方式的线栅型偏振光元件1中，在衬底面15上沿着金属栅 格20形成有多列槽形凹部11，在多列槽形凹部ll内填入有金属栅格20。 因此，在线栅型偏振光元件1中，透光性衬底10的衬底面15构成形成有 金属栅格20的区域和未形成有金属栅格20的区域连续的平坦面。
在本实施方式中，线栅型偏振光元件1中金属栅格20的宽度尺寸(槽 形凹部11的开口宽度尺寸)和金属栅格20的间隔均是35nm，金属栅格 20的节距是70nm。而且，金属栅格20的厚度尺寸(槽形凹部11的深度 尺寸)也是35nm，金属栅格横截面的宽高比(槽形凹部11的宽高比)是
1: 1。
而且，本实施方式的线栅型偏振光元件1在透光性衬底10的衬底面 15上形成有由硅氧化膜等金属氧化膜或硅氮化等金属氮化膜等构成的表
面保护层30。
具有如上结构的线栅型偏振光元件1中，金属栅格20的节距(周期) 比入射光的波长短时，透射在与金属栅格20的长度方向垂直的方向上振 动的偏振光成分(例如P偏振光成分)，反射在与金属栅格20的长度方 向平行的方向上振动的偏振光成分(例如S偏振光成分)。 (线栅型偏振光元件1的制造方法)
下面，在参照图2 (a) (g)说明本实施方式的线栅型偏振光元件 1的制造方法的同时，详细说明本实施方式的线栅型偏振光元件1的结构。 图2 (a) (g)是示出应用本发明的线栅型偏振光元件的制造方法的工 序剖视图。
在制造本实施方式的线栅型偏振光元件1的过程中，首先，如图2(a) 所示，准备两面平坦的透光性衬底10。
其次，进行在透光性衬底10的两面之中成为线栅型偏振光元件1的 光入射面这一侧的衬底面15上形成蚀刻掩模的掩模形成工序。
如图2 (b)所示，在透光性衬底10的衬底面15上涂覆感光性树脂 60之后，如图2 (c)所示，隔着曝光掩模64对感光性树脂60进行曝光。 接着，对感光性树脂60进行显影之后，进行烘焙处理，形成如图2 (d) 所示在应形成金属栅格20的区域中具有槽形开口部62的蚀刻掩模61 (抗 蚀剂掩模)。在此，由于槽形开口部62的开口宽度尺寸是35nm，位于槽 形开口部62之间的部分的间隔是35nm，所以，槽形开口部62的节距是 70nm。另外，在图2 (c)中，隔着曝光掩模64对正型感光性树脂60照 射紫外光来形成蚀刻掩模61，其中，紫外光可以使用极端紫外光，或者， 代替紫外光也可以使用电子射线或X射线等对感光性树脂进行曝光，此 时，也可以不使用曝光掩模64而直接进行描绘。
接着，如图2 (e)所示，在透光性衬底10的衬底面15上已形成蚀刻 掩模61的状态下，对透光性衬底10的衬底面15进行蚀刻，形成槽形凹 部11。本实施方式中，上述的蚀刻使用含有氟和氧的蚀刻气体进行各向异 性干式蚀刻，例如反应性离子蚀刻(Reactive Ion Etching)。其结果，衬 底面15中在蚀刻掩模61的槽形开口部62露出的部分被蚀刻为35nm的深 度，从而形成槽形凹部ll，同时，蚀刻掩模61也被蚀刻而变薄。
接着，如图2 (f)所示，从透光性衬底10的衬底面15去除蚀刻掩模 61之后，如图2 (g)所示，在衬底面15的整个面形成应形成金属栅格20 的金属膜21，用金属膜21完全掩埋槽形凹部11。此时，在槽形凹部11 的外侧也形成金属膜21。本实施方式中，作为金属膜21，例如将银、金、 铜、钯、白金、铝、铑、硅、镍、钴、锰、铁、络、钛、钌、铌、钕、镱、 钇、钼、钨、铟、铋、这些元素的合金的单层膜或这些金属的多层膜通过 真空蒸镀法或溅射法形成35nm以上的膜厚。
接着，通过对透光性衬底10的衬底面15进行研磨工序，在槽形凹部 11中保留金属膜21而去除从槽形凹部11露出的金属膜21，形成如图1 (a) 、 (b)所示的金属栅格20。本实施方式中，在研磨工序中，进行化 学机械研磨。在该化学机械研磨中，通过含在研磨液中的化学成分的作用 和研磨剂与透光性衬底10的相对移动，能够快速得到平坦的研磨面。更 具体的，在研磨装置中，使粘贴有由无纺布、发泡聚氨酯、多孔质氟树脂 等构成的研磨布(衬垫)的平台和保持透光性衬底10的支撑架相对旋转 的同时进行研磨。此时，向研磨布和透光性衬底10的衬底面15之间供给 例如包含平均粒径为0.01 20nm的氧化铈粒子、作为分散剂的丙烯酸酯 衍生物以及水的研磨剂。另外，本实施方式中，在透光性衬底10的衬底 面15露出之前都进行研磨，然后对透光性衬底10的衬底面15也稍微进 行研磨。
接着，对透光性衬底10的衬底面15形成表面保护层30。本实施方式 中，作为表面保护层30，通过化学气相沉积(CVD)方法形成硅氧化膜 等金属氧化膜或硅氮化膜等金属氮化膜等。
其结果，完成在透光性衬底10的衬底面15形成的槽形凹部11内填 充有金属栅格20并且在透光性衬底10的衬底面15上形成表面保护层30 的线栅型偏振光元件l。
(线栅型偏振光元件1的其它制造方法)
图3 (a) (g)是示出应用本发明的线栅型偏振光元件1的其它制 造方法的工序剖视图。
为制造本实施方式的线栅型偏振光元件l，首先，如图3 (a)所示， 准备两面平坦的透光性衬底10。 其次，进行在透光性衬底10的两面之中成为线栅型偏振光元件1的 光入射面这一侧的衬底面15上形成蚀刻掩模的掩模形成工序。
如图3 (b)所示，在透光性衬底10的衬底面15涂覆作为掩模材料层 65的感光性树脂层之后，如图3 (c)所示，将纳米印刷用模型部件70中 具有突起71的成形面按压到掩模材料层65，从而将突起71的形成图案复 制到掩模材料层65。在此期间，从透光性衬底10侧向掩模材料层65照射 紫外光，使掩模材料层65硬化。接着，从透光性衬底10侧分离模型部件 70。其结果，如图3 (d)所示，在透光性衬底10的衬底面15上形成具有 被突起71按压而变薄的槽形开口部67的蚀刻掩模66。在此，模型部件 70的突起71和蚀刻掩模66的槽形开口部67均具有与参照图1 (a) 、 (b) 说明的线栅型偏振光元件l的槽形凹部ll对应的尺寸。即，模型部件70 中的突起71的高度、宽度尺寸以及间隔均是35nm，蚀刻掩模66的槽形 开口部67的深度尺寸、开口宽度尺寸以及间隔均是35nm。
根据这种方法，在形成蚀刻掩模66时，存在不需要曝光、显影等需 要许多时间或高价装置的工序的优点。另外，当形成热固性树脂层来作为 掩模材料层65时，在将模型部件70按压于掩模材料层65的期间进行加 热，使掩模材料层65硬化。
接着，在透光性衬底10的衬底面15上形成蚀刻掩模66的状态下， 直接对透光性衬底10的衬底面15进行蚀刻，形成槽形凹部11。本实施方 式中，上述的蚀刻使用含有氟和氧的蚀刻气体进行各向异性干式蚀刻。其 结果，在蚀刻掩模66被蚀刻的过程中，在与蚀刻掩模66的槽形开口部67 相当的部分中局部地露出透光性衬底10的衬底面15，当进一步继续进行 蚀刻时，透光性衬底10中露出的部分被蚀刻为35nm的深度，形成槽形凹 部11。
接着，如图3 (f)所示，从透光性衬底10的衬底面15去除蚀刻掩模 66之后，如图3 (g)所示，在衬底面15的整个面上形成应形成金属栅格 20的金属膜21，用金属膜21完全掩埋槽形凹部11。其结果，在槽形凹部 11的外侧也形成金属膜21。
接着，通过对透光性衬底10的衬底面15进行研磨工序，在槽形凹部 11中保留金属膜21而去除从槽形凹部11露出的金属膜21，形成如图1
(a) 、 (b)所示的金属栅格20。本实施方式中，在研磨工序中也进行化 学机械研磨，在透光性衬底10的衬底面15露出之前进行研磨，然后对透 光性衬底10的衬底面15也稍微进行研磨。
接着，对透光性衬底10的衬底面15形成表面保护层30。本实施方式 中，作为表面保护层30，通过CVD方法等形成硅氧化膜等金属氧化膜、 硅氮化膜等金属氮化膜等。其结果，完成在透光性衬底10的衬底面15形 成的槽形凹部11内填充有金属栅格20并且在透光性衬底10的衬底面15 上形成表面保护层30的线栅型偏振光元件1。 (本实施方式的效果)
图4是示出应用本发明的线栅型偏振光元件的透射率特性以及对比度 特性的曲线图。
如上所述，在应用本发明的线栅型偏振光元件l中，由于在透光性衬 底10的衬底面15形成多列槽形凹部11，在多列槽形凹部11内填入金属 栅格20,所以，不需要通过对金属膜的蚀刻来形成金属栅格20。因此， 金属栅格20的宽度尺寸和节距尺寸是由形成于透光性衬底10的衬底面15 上的槽形凹部11的宽度尺寸和节距来规定的，不受对金属膜进行的蚀刻 的精度的影响，所以，能够将金属栅格20的宽度尺寸减少到小于70nm， 例如，能够减少至35nm，而且能够将金属栅格20的节距减少到小于 140nm，例如，能够减少至70nm。
而且，金属栅格20的厚度是由形成于透光性衬底10的衬底面15的 槽形凹部11的深度而规定的，不受形成金属膜21时的膜厚精度的影响， 所以，能够将金属栅格20的厚度尺寸和宽度尺寸之比正确地设置为1: 1。
因此，本实施方式的线栅型偏振光元件1具有如图4所示的透射率特 性和对比度特性，在与金属栅格20的长度方向垂直的方向上振动的偏振 光成分的"透射率"在460nm到780nm的整个波长范围内是80%以上。 而且，本实施方式的线栅型偏振光元件1中，用在与金属栅格20的长度 方向平行的方向上振动的偏振光成分的透射率除在与金属栅格20的长度 方向垂直的方向上振动的偏振光成分的透射率所得到的值(对比度)，在 460nm到780nm的整个波长范围内是170000以上。
因此，当利用本实施方式的线栅型偏振光元件1构成液晶装置，并将
该液晶装置用作移动计算机或移动电话机等电子设备的彩色显示部，或者
利用于参照图6说明的彩色显示用投射型显示装置的光阀时，对于红色 (R)、蓝色(B)、绿色(G)中的任意颜色光而言均能够得到高透射率， 所以能够显示出高等级的彩色图像。
而且，在本实施方式的线栅型偏振光元件1中，由于形成于衬底面15 的多列槽形凹部11内填入有金属栅格20，所以，衬底面15成为平坦面。 因此，能够容易地在衬底面15上以均匀的厚度形成透光性保护层。
图5 (a) 、 (b)是示意性地示出应用本发明的其它线栅型偏振光元 件1的结构的剖视图和俯视图。
在图5 (a) 、 (b)中，本实施方式的线栅型偏振光元件1在例如石 英玻璃或耐热玻璃等透光性衬底10的衬底面15设置有多列金属栅格20。 金属栅格20由例如银、金、铜、钯、白金、铝、铑、硅、镍、钴、锰、 铁、铬、钛、钌、铌、钕、镱、钇、钼、钨、铟、铋、这些元素的合金的 单层膜或多层膜构成。
在本实施方式的线栅型偏振光元件1中，在衬底面15沿着金属栅格 20形成有多列槽形凹部11，在多列槽形凹部ll内填入有金属栅格20。因 此，在线栅型偏振光元件1中，透光性衬底10的衬底面15构成形成有金 属栅格20的区域和未形成有金属栅格20的区域连续的平坦面。而且，本 实施方式的线栅型偏振光元件1在透光性衬底10的衬底面15上形成有由 硅氧化膜等金属氧化膜或硅氮化膜等金属氮化膜等构成的表面保护层30。
进而，在本实施方式中，线栅型偏振光元件1在其两面(衬底面15 的一侧和衬底面16)上形成有防反射层41、 42。在本实施方式中，防反 射层41、 42具有硅氧化膜和氧化钛膜层叠的结构，例如层叠了5层。
具有如上结构的线栅型偏振光元件1具有优良的透射率特性。而且， 在本实施方式的线栅型偏振光元件1中，由于形成于衬底面15的多列槽 形凹部11内填入有金属栅格20，所以衬底面15成为平坦面。因此，能够 容易地在衬底面15上以均匀的厚度形成透光性保护层和防反射层41、42。 (三个光阀类型的投射型显示装置)
参照图6 (a) 、 (b)，说明将本实施方式的液晶装置100作为光阀 使用的投影仪(投射型显示装置)。图6 (a) 、 (b)分别是投影仪的概 略结构图。
图6 (a)所示的投影仪110是向设置于观看者侧的屏幕111照射光， 并观看在该屏幕111上反射的光的所谓投影型的投影仪。投影仪110包括 光源部140、液晶光阀115 117 (液晶装置100)、正交分色棱镜119 (合 成光学系统)和投射光学系统118，其中，光源部140包括光源112、分 色镜113、 114和中继系统120。
光源112由供给含有红色光、绿色光以及蓝色光的光的超高压水银灯 构成。分色镜113的结构是，透射来自光源112的红色光的同时反射绿色 光和蓝色光。而且，分色镜114的结构是，透射由分色镜113反射的绿色 光和蓝色光之中的蓝色光的同时反射绿色光。如上所述，分色镜113、 114 构成将从光源112射出的光分离成红色光、绿色光和蓝色光的色分离光学 系统。
在此，分色镜113和光源112之间依次配置有积分器121和偏振光转 换元件122。积分器121的结构是，使从光源112照射的光的照射分布均 匀。而且，偏振光转换元件122的结构是，使来自光源112的光成为例如 像S偏振光那样具有特定振动方向的偏振光。
液晶光阀115是根据图像信号对透过分色镜113后在反射镜123中反 射的红色光进行调制的透射型液晶装置。液晶光阀115包括X/2相位差板 115a、第一偏振片115b、液晶面板115c和第二偏振片115d。在此，由于 入射到液晶光阀115的红色光即使透过分色镜113，光的偏振光也不会变 化，所以，依然是S偏振光。
AV2相位差板115a是将入射到液晶光阀115的S偏振光转换为P偏振 光的光学元件。而且，第一偏振片115b是截止S偏振光而透射P偏振光 的偏振片。还有，液晶面板115c的结构是，通过基于图像信号的调制， 将P偏振光转换为S偏振光(如果是中间色调，则转换为圆偏振光或者椭 圆偏振光)。而且，第二偏振片115d是截止P偏振光而透射S偏振光的 偏振片。因此，液晶光阀115的结构是，根据图像信号对红色光进行调制， 并向正交分色棱镜119射出调制后的红色光。
另外，入/2相位差板115a和第一偏振片115b是在与不对偏振光进行 转换的透光性玻璃板115e相接的状态下配置的，从而避免入/2相位差板 115a和第一偏振片115b因发热而弯曲。
液晶光阀116是根据图像信号对在分色镜113反射之后在分色镜114 反射的绿色光进行调制的透射型液晶装置。与液晶光阀115同样的，液晶 光阀116包括第一偏振片116b、液晶面板116c以及第二偏振片116d。入 射到液晶光阀116的绿色光是在分色镜113、 114反射后入射的S偏振光。 第一偏振片116b是截止P偏振光而透射S偏振光的偏振片。而且，液晶 面板116c的结构是，根据基于图像信号的调制，将S偏振光转换为P偏 振光(如果是中间色调，则转换为圆偏振光或者椭圆偏振光)。第二偏振 片116d是截止S偏振光而透射P偏振光的偏振片。因此，液晶光阀116 的结构是，根据图像信号对绿色光进行调制，并向正交分色棱镜119射出 调制后的绿色光。
液晶光阀117是根据图像信号对在分色镜113反射并透过分色镜114 之后经过中继系统120的蓝色光进行调制的透射型液晶装置。与液晶光阀 115、 116同样，液晶光阀117包括X/2相位差板117a、第一偏振片117b、 液晶面板117c和第二偏振片U7d。在此，入射到液晶光阀117的蓝色光 因为是在分色镜113反射并透过分色镜114之后由中继系统120的后述两 个反射镜125a、 125b反射，所以是S偏振光。
X/2相位差板117a是将入射到液晶光阀117的S偏振光转换为P偏振 光的光学元件。而且，第一偏振片117b是截止S偏振光而透射P偏振光 的偏振片。液晶面板117c的结构是，根据基于图像信号的调制，将P偏 振光转换为S偏振光(如果是中间色调，则转换为圆偏振光或者椭圆偏振 光)。而且，第二偏振片117d是截止P偏振光而透射S偏振光的偏振片。 因此，液晶光阀117的结构是，根据图像信号对蓝色光进行调制，并向正 交分色棱镜119射出调制后的蓝色光。另外，A72相位差板117a和第一偏 振片117b是在与玻璃板117e相接的状态下配置的。
中继系统120包括中继透镜124a、 124b和反射镜125a、 125b。中继 透镜124a、 124b是为了防止因蓝色光的光路较长所导致的光损失而设置 的。在此，中继透镜124a配置在分色镜114和反射镜125a之间。而且，
中继透镜124b配置在反射镜125a、 125b之间。反射镜125a按照将透过 分色镜114后从中继透镜124a射出的蓝色光向着中继透镜124b反射的方 式配置。而且，反射镜125b按照将从中继透镜124b射出的蓝色光向着液 晶光阀117反射的方式配置。
正交分色棱镜119是将两个分色膜119a、 119b按照X字型正交配置 的色合成光学系统。分色膜U9a是反射蓝色光而透射绿色光的膜，分色 膜119b是反射红色光而透射绿色光的膜。因此，正交分色棱镜119的结 构是对分别在液晶光阀115 117中调制过的红色光、绿色光和蓝色光 进行合成，并向投射光学系统118射出。
另外，从液晶光阀115、 117入射到正交分色棱镜119的光是S偏振 光，而从液晶光阀116入射到正交分色棱镜119的光是P偏振光。如上所 述，由于入射到正交分色棱镜119的光是不同类型的偏振光，所以，在正 交分色棱镜119中能够有效地合成从各液晶光阀115 117入射的光。在 此， 一般情况下，分色膜119a、 119b在S偏振光的反射特性上性能优良。 因此，使分色膜119a、 119b反射的红色光和蓝色光成为S偏振光，使透 过分色膜119a、 11%的绿色光成为P偏振光。投射光学系统118具有投 影透镜(省略图示)，其结构是，将在正交分色棱镜119中合成的光投射 到屏幕Ul。
在具有上述结构的投影仪110中，当使用应用本发明的线栅型偏振光 元件1作为第一偏振片115b、第二偏振片115d、第一偏振片116b、第二 偏振片116d、第一偏振片117b、第二偏振片117d时，由于对于红色(R)、 蓝色(B)、绿色(G)中任意颜色光都能够得到高透射率，所以，即使 采用同样结构的偏振片作为第一偏振片U5b、第二偏振片115d、第一偏 振片116b、第二偏振片116d、第一偏振片117b、第二偏振片117d，也能 够显示高等级的彩色图像。
(一个光阀类型的投射型显示装置)
在图6 (b)所示的投影仪210 (投射型显示装置)中，用一个液晶装 置100将彩色图像投射显示到屏幕211。 g卩，投影仪210包括光源部240、 液晶装置100和投射光学系统218，其中，光源部240包括白色光源212、 积分器221和偏振光转换元件222。另外，在液晶装置100中，内置滤色
器的液晶面板100a的两侧配置有第一偏振片216a和第二偏振片216b。
在具有如上结构的投影仪210中，当使用应用本发明的线栅型偏振光 元件1作为第一偏振片216b和第二偏振片116b时，由于对于红色(R)、 蓝色(B)、绿色(G)中任意颜色光都能够得到高透射率，所以，能够 显示高等级的彩色图像。
权利要求
1、一种线栅型偏振光元件，其在透光性衬底的衬底面上具有多列金属栅格，在所述衬底面上，沿着所述金属栅格形成有多列槽形凹部，在该多列槽形凹部内填入有所述金属栅格。
2、 根据权利要求1所述的线栅型偏振光元件，其特征在于， 在与所述金属栅格的长度方向垂直的方向上振动的偏振光成分的透射率在460nm到780nm的整个波长范围内为80%以上。
3、 根据权利要求1或2所述的线栅型偏振光元件，其特征在于， 在所述衬底面上形成有透光性保护层。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的线栅型偏振光元件，其特征 在于，在所述透光性衬底的两面之中的至少一面形成有防反射层。
5、 一种线栅型偏振光元件的制造方法，用于制造在透光性衬底的衬 底面具有多列金属栅格的线栅型偏振光元件，该方法包括掩模形成工序，在形成所述金属栅格之前的所述衬底面，形成在应形 成所述金属栅格的区域具有槽形开口部的蚀刻掩模；蚀刻工序，对所述衬底面进行蚀刻，在该衬底面中与所述槽形开口部 重叠的区域形成槽形凹部；金属膜形成工序，用应形成所述金属栅格的金属膜掩埋所述槽形凹 部；禾Q研磨工序，对所述衬底面进行研磨处理，在所述槽形凹部保留所述金 属膜，而去除从所述槽形凹部露出的所述金属膜。
6、 根据权利要求5所述的线栅型偏振光元件的制造方法，其特征在于，在所述掩模形成工序中，在所述衬底面涂覆感光性树脂之后，进行曝 光和显影，形成所述蚀刻掩模。
7、 根据权利要求5所述的线栅型偏振光元件的制造方法，其特征在于， 在所述掩模形成工序中，在所述衬底面形成掩模材料层之后，通过按 压模型部件中在对应于所述槽形开口部的部分具有突起的成形面，将所述 突起的形成图案复制到所述掩模材料层，从而形成所述槽形开口部变薄的 所述蚀刻掩模。
8、 根据权利要求5至7中任一项所述的线栅型偏振光元件的制造方 法，其特征在于，在所述研磨工序中，作为所述研磨处理，进行化学机械研磨处理。
9、 一种液晶装置，其使用权利要求1至4中任一项所述的线栅型偏 振光元件。
10、 一种投射型显示装置，其使用权利要求9所述的液晶装置，所述 投射型显示装置包括光源部，其用于使光入射到所述液晶装置；和投射光学系统，其用于对由所述液晶装置进行光调制后的光进行放大 投射。
全文摘要
本发明提供了一种能够提高透射率和对比度的线栅型偏振光元件及其制造方法、具有这种线栅型偏振光元件的液晶装置以及投射型显示装置。线栅型偏振光元件(1)在石英玻璃或耐热玻璃等透光性衬底(10)的一个衬底面(15)上具有多列金属栅格(20)。在衬底面(15)上沿着金属栅格(20)形成有多列槽形凹部(11)，在多列槽形凹部(11)内填入有金属栅格(20)。因此，在线栅型偏振光元件(1)中，透光性衬底(10)的衬底面(15)构成形成有金属栅格(20)的区域和未形成有金属栅格(20)的区域连续的平坦面。金属栅格(20)的节距是70nm，金属栅格横截面的宽高比是1∶1。
文档编号G03B21/00GK101354458SQ20081013003
公开日2009年1月28日 申请日期2008年7月24日 优先权日2007年7月25日
发明者川上泰 申请人:精工爱普生株式会社