JP2010049280A

JP2010049280A - 偏光素子の製造方法

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Publication number: JP2010049280A
Application number: JP2009267171A
Authority: JP
Inventors: Hirotomo Kumai; 啓友熊井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2010-03-04

Abstract

【課題】ラビング時の耐性を有し且つ光学特性の低下を少なく抑えたワイヤーグリッド型の偏光素子、該偏光素子の製造方法、該偏光素子を用いた液晶装置及び該液晶装置を備えた電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】基材１２と、基材１２上に所定の配列軸に沿って設けられた複数の金属細線１４と、複数の金属細線１４の各々を覆う複数の保護膜１６と、を備え、保護膜１６は、金属細線１４の上端部及び両側壁部を覆い、各々の金属細線１４の上端部に設けられた第２保護膜１６ｂの配列軸方向の幅が、各々の金属細線１４の配列軸方向の幅と各々の両側壁部における第１保護膜１６ａの配列軸方向の幅とを合わせた幅よりも広くなっており、隣接する金属細線１４の相対する側壁部に設けられた第１保護膜１６ａは空隙部１５を形成することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、偏光素子、偏光素子の製造方法、液晶装置及び電子機器に関するものである。

様々な電気光学装置の光変調装置として、液晶装置が用いられている。液晶装置の構造として、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持されているものが広く知られ、所定の偏光された光を液晶層に入射するための偏光素子や、電圧無印加時に液晶分子の配列を制御する配向膜が備えられる構成が一般的である。

偏光素子としては、樹脂フィルムを一方向に延伸することで樹脂フィルムの構成要素を延伸方向に配向させて製造するフィルム型の偏光素子や、透明な基板上にナノスケールの金属細線を敷き詰めた構成のワイヤーグリッド型の偏光素子が知られている。なかでもワイヤーグリッド型の偏光素子は液晶装置内へ内蔵化が可能であるという特長を備えるため、液晶装置の薄型化に有効と考えられている。

ところが、ワイヤーグリッド型の偏光素子は、金属細線部がわずかな接触で破損するほど脆弱であり、取り扱いが非常に困難である。例えば、ワイヤーグリッド型の偏光素子を内蔵した液晶装置の製造では、偏光素子の表面にポリイミド膜を形成し配向膜を作製する。配向膜は、ポリイミド膜の表面を特定方向にラビング処理を施して作製するが、このラビング処理で金属細線が破損してしまうという課題を有する。そのため、金属細線が破損しないように適切な保護を施すことが必要となる。

一方で、偏光素子の光学特性は金属細線の間の材質に影響を受け、屈折率が１であることが望ましいとされる。すなわち、金属細線間は空気（もしくは真空）が最良の材質である。したがって、偏光素子の保護のために金属細線間を例えば透明樹脂のような保護材料で完全に充填してしまうと、光学特性が低下することが考えられる。

これらの課題に対し、例えば特許文献１や特許文献２といった手段が提案されている。すなわち、金属細線の形成面に保護材として透明基板を対向配置し、金属細線の破損を防ぐ方法である。また特許文献３には、金属細線の上面にスパッタ法を用いて保護層を成膜し金属細線を保護する方法が提案されている。

特表２００３−５１９８１８号公報特表２００５−５１３５４７号公報特開２００７−１７７６２号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の方法には、金属細線の保護材として用いられる透明基板のため偏光素子全体の厚みが増してしまうという問題がある。液晶装置への内蔵化を想定した場合、保護材の厚みが妨げになり薄型化に非常に不利である。また、特許文献３に記載の方法では、成膜速度の遅いスパッタ法を用いるため必要な厚みの保護膜の形成に長時間かかる上、金属細線の上面は保護しているが金属細線自体の強化は成されていないため、前述のラビング処理において破損は避けられない。

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、ラビング時の耐性を有し且つ光学特性の低下を少なく抑えたワイヤーグリッド型の偏光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。また、このような偏光素子を備えることにより、表示品質が高く信頼性に優れた液晶装置及び電子機器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の偏光素子は、基材と、前記基材上に所定の配列軸に沿って設けられた複数の金属細線と、前記複数の金属細線の各々を覆う複数の保護膜と、を備え、前記保護膜は、前記金属細線の上端部及び両側壁部を覆い、各々の前記金属細線の上端部に設けられた前記保護膜の前記配列軸方向の幅が、各々の前記金属細線の前記配列軸方向の幅と各々の前記両側壁部における前記保護膜の前記配列軸方向の幅とを合わせた幅よりも広くなっており、隣接する前記金属細線の相対する前記側壁部に設けられた前記保護膜は空隙部を形成することを特徴とする。

この構成の偏光素子によれば、保護膜によって金属細線の上端部及び両側壁部が補強されるため、金属細線の破損を防ぐことができる。また、金属細線の上端部に形成された保護膜の幅が金属細線の幅よりも広くなっているため、保護膜により隣接する金属細線間の上部における隙間が狭められたようになる。そのため、金属細線の上に他の材料を積層する場合においても、保護膜により金属細線間への積層物の入り込みを防止することができる。そのため金属細線間が埋没することなく優れた光学特性を備えたものとなる。

本発明においては、隣接する前記金属細線の上端部に設けられた前記保護膜は、前記配列軸方向に平行な方向において互いに接触していることが望ましい。
この構成によれば、隣接する金属細線の上端部の保護膜が互いに接触しているので、金属細線間には空気（もしくは真空）を封入可能な空隙部が形成される。そのため、優れた光学特性を備えた偏光素子とすることができる。

本発明においては、隣接する前記金属細線の上端部に設けられた前記保護膜の前記空隙部に面していない面には複数の堆積膜が形成され、保護層を成していることが望ましい。
この構成によれば、堆積膜による偏光素子の更なる補強が可能になる。堆積膜としては任意の材料を用いることができる。例えば導電性の物質で堆積膜を形成し、形成した導電性の膜を電極として利用するというように、堆積膜の性質により機能を付加することが可能となる。

本発明においては、前記保護膜は透光性の絶縁性材料で形成されていることが望ましい。
この構成によれば、金属細線が周囲と絶縁されるので、例えば偏光素子を装置に組み込む場合に装置の配線と金属細線が意に反して通電することがなく、安定した動作が可能な電子デバイスを提供できる。

本発明の偏光素子の製造方法は、基材上に所定の配列軸に沿って設けられた複数の金属配線を形成する工程と、前記複数の金属細線の上端部及び両側壁部を覆う保護膜を形成する工程と、を備え、前記保護膜を形成する工程では、ＣＶＤ法を用いて前記複数の金属細線の各々の上端部及び両側壁部に保護膜を形成し、更に成膜を進めて前記複数の金属細線の各々の上端部に成膜された前記保護膜を成長させることにより、前記金属細線の上端部に設けられた前記保護膜の前記配列軸方向の幅が、各々の前記金属細線の前記配列軸方向の幅と各々の前記両側壁部における前記保護膜の前記配列軸方向の幅を合わせた幅よりも広い保護膜を形成することを特徴とする。

ＣＶＤ法は形成する膜の成長速度（成膜速度）が大きいという特徴を有しているため、速い成膜速度で膜形成をすることが可能である。金属細線表面への保護膜形成が進行すると、反応初期には各々の金属細線の上端部や側壁部に均一に保護膜が成長する。
反応が進行すると、保護膜の厚みの分だけ隣接する金属細線の間が狭くなり、金属細線間に原料気体が行き渡りにくくなる。すると、金属細線間に原料の気体が進入するよりも速く成膜反応が進行するようになるため、原料気体が行き渡りにくい金属細線間では反応が起こりにくくなり、原料気体に曝される金属細線の上端部で保護膜の形成反応が進行しやすくなる。したがって、金属細線の上端部で保護膜形成の反応が優先的に進行し、隣接する金属細線間の上部の隙間を狭めるように保護膜が成長する。
金属細線の上端部で優先的に保護膜が成長すると、更に金属細線間には原料の気体が進入しにくくなるため、金属細線の間の膜成長が停止し、金属細線間が保護膜で埋没しないまま維持される。そのため、金属細線を効果的に保護膜で補強すると共に、保護膜形成により金属細線間が埋没することなく優れた光学特性を備えた偏光素子を容易に製造することができる。

前記金属細線の上端部から前記基板の鉛直方向への前記保護膜の厚みは、５０ｎｍ以上であることが望ましい。
上端部で保護膜形成の反応が優先的に進行すると、隣接する金属細線間の上部における隙間を狭める方向のみならず、金属細線の上端部から基板鉛直方向にも保護膜が成長する。保護膜の成長に伴い隣接する金属細線の上端部に形成された保護膜同士は互いに当接しつながる。金属細線のピッチは偏光素子の設計により異なるが、最大でも可視光の波長の数分の１程度（望ましくは１０分の１程度）である。よって、ピッチが最も大きい場合であっても５０ｎｍ程度の厚みの保護膜を形成しておけば上端部に形成された保護膜同士をつなぎ合わせることができる。そのため、保護膜を５０ｎｍ以上の厚みになるまで形成させると、確実に隣接する金属細線の上端部に形成された保護膜同士をつなぎ合わせることができ、強固に金属細線を保護することが可能となる。加えて、隣接した金属細線間には保護膜で覆われた空隙部が形成されるため、光学特性の上で有利な金属細線間に空隙部を有する構造の偏光素子を製造することができる。

本発明の液晶装置は、一対の基板と、前記一対の基板の間に挟持された液晶層と、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設けられた先に記載の偏光素子と、前記偏光素子の前記液晶層側に設けられ、ラビング処理が施されてなる配向膜と、を備えることを特徴とする。
この液晶装置によれば、保護膜で補強された偏光素子を使用する構成であるため、偏光素子の破損による画質の低下が少なく信頼性に優れた液晶装置を実現することができる。また、金属細線間の空隙部を大きくとることができるため、光学特性に優れた液晶装置となり、さらにごく薄い保護膜で金属細線を保護した薄型の偏光素子を備えているため、液晶装置の薄型化が可能となる。

本発明の電子機器は、先に記載の液晶装置を光変調装置として備えることを特徴とする。
この電子機器によれば、表示品質が高く信頼性に優れた電子機器を実現できる。また、液晶装置部分の薄型化により、装置全体を薄型化した電子機器を実現することができる。

本実施形態の偏光素子の概略図である。同偏光素子の部分断面図である。偏光素子の製造工程を示す工程断面図である。偏光素子の製造工程を示す工程断面図である。成膜速度が遅い場合を示す概略断面図である。偏光素子の製造に用いる露光装置の一例を示す概略構成図である。複数の堆積膜で金属細線の保護層を形成した場合を示す概略断面図である。本実施形態の偏光素子を備えた液晶装置の一例を示す概略構成図である。電子機器の一形態である携帯電話の斜視図である。本発明の実施例を示す表である。

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１の部分斜視図である。図２は偏光素子１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、水平面内における所定の方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれの直交する方向をＺ軸方向とする。本実施形態の場合、偏光層を構成する金属細線の延在方向をＸ軸方向とし、金属細線の配列軸をＹ軸方向としている。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。

（偏光素子）
図１に示すように、偏光素子１は、基板１２上に形成された偏光層１４Ｌと、偏光層１４Ｌを覆う保護膜１６と、を備えている。基板１２は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性基材を基体としてなる。基板１２上には、Ｘ軸方向に延在する複数の金属細線１４が設けられている。金属細線１４は可視光の波長よりも短い周期でＹ軸方向に沿って均等な間隔で配列されており、これら複数の金属細線１４によりワイヤーグリッド型の偏光層１４Ｌが形成されている。偏光層１４Ｌは、金属細線１５の延在方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に振動する直線偏光を透過させ、それと直交する方向（Ｘ軸方向）に振動する直線偏光を反射する反射型の偏光層である。金属細線１４としては、アルミニウム等の金属材料が用いられる。

基板１２上には、金属細線１４の表面を覆って保護膜１６が設けられている。保護膜１６は、シリコン酸化膜等の透光性絶縁膜によって形成されている。保護膜１６は、金属細線１４の側壁部を覆ってＸ軸方向に延在する第１保護膜１６ａと、金属細線１４の上面部を覆ってＸ軸方向に延在する第２保護膜１６ｂと、金属細線１４の隙間に露出した基板１２の表面を覆ってＸ軸方向に延在する第３保護膜１６ｃと、を備えている。第２保護膜１６ｂ同士はＹ軸方向において互いに接続されており、複数の第２保護膜１６ｂが一体となって偏光層１４Ｌの上面全体を覆っている。第１保護膜１６ａ、第２保護膜１６ｂ及び第３保護膜１６ｃに囲まれた領域は空隙部１５になっており、空隙部１５の内部は真空又は空気によって満たされている。第２保護膜１６ｂの偏光層１４Ｌとは反対側の面は保護面１３となっている。保護面１３は、金属細線１４のパターンを反映し、金属細線１４と平面的に重なる箇所は盛り上がり、空隙部１５と平面的に重なる箇所は凹んでおり、わずかに波打っている。

図２に示すように、金属細線１４は、アルミニウム等の金属材料からなる金属突起体１４Ａと、金属突起体１４Ａ上に積層されたマスクＭ、とを備えている。金属細線１４の幅、高さ、間隔（ピッチ）は、例えば、５０ｎｍ、２５０ｎｍ、１４０ｎｍである。金属細線１４は可視光の波長よりも短い周期でＹ軸方向に多数配列しており、これにより、Ｙ軸方向に平行な偏光光を透過し、Ｘ軸方向に平行な偏光光を反射する反射型の偏光層１４Ｌが形成されている。

マスクＭは、後述する偏光素子１の製造方法で金属細線１４を形成する際のエッチングマスクとして用いられるものである。マスクＭは、例えばシリコン酸化膜によって形成されている。マスクＭは、アルミニウム等からなる金属突起体１４Ａの上面を保護し、シリコン酸化膜等からなる保護膜１６との密着性を向上する機能を有する。また、保護膜１６の成膜時には、金属細線１４の上面部への保護膜１６の成長を促進し、偏光層１４Ｌの上面を被覆し且つ金属細線間に大きな空隙部１５を備えた保護膜１６の形成を可能とする。なお、マスクＭは金属突起体１４Ａのパターニング後に除去し、金属突起体１４Ａのみで金属細線１を形成することも可能である。

第２保護膜１６ｂの厚み（Ｚ軸方向の厚み）は例えば２００ｎｍである。本実施形態の場合、隣接する第２保護膜１６ｂ同士は互いに接続されているが、第２保護膜１６ｂ同士は必ずしも接続される必要はない。例えば第２保護膜１６ｂ同士の間に僅かに隙間が形成されている構成も可能である。この場合、金属細線１４毎に保護膜１６が形成され、Ｘ軸方向に延在する複数の保護膜１６がＹ軸方向に均等な間隔で多数配列されることになる。

第１保護膜１６ａの厚み（Ｙ軸方向の厚み）は例えば１０ｎｍ〜５０ｎｍである。第１保護膜１６ａの厚みは、Ｙ軸方向において隣接する第１保護膜１６ａ同士が互いに接触しない（すなわち第１保護膜１６ａ間に空隙部１５が形成される）厚みとされる。第２保護膜１６ｂのＹ軸方向の幅は、第１保護膜１６ａを含む金属細線１４のＹ軸方向の幅（金属細線１４のＹ軸方向の幅と、金属細線１４の左右の側面に形成された第１保護膜１６ａのＹ軸方向の幅との総和）よりも大きい。金属細線間の領域には、基板１２から離れるにしたがって開口面積が小さくなるようなテーパ状の空隙部１５が形成されている。

第３保護膜１６ｃの厚み（Ｚ軸方向の厚み）は例えば１０ｎｍ〜５０ｎｍである。第３保護膜１６ｃは第１保護膜１６ａ及び第２保護膜１６ｂと一体に形成され、金属細線１４を基盤１２上に強固に固定する機能を有する。第１保護膜１６ａ、第２保護膜１６ｂ及び第３保護膜１６ｃによって囲まれた空間は空隙部１５となっており、空隙部１５の内部は第２保護膜１６ｂによって保護面１３側の空間と仕切られている。

（偏光素子の製造方法）
図３及び図４は偏光素子１の製造方法の説明図である。図３は金属細線１４の形成工程の説明図、図４は保護膜１６の形成工程の説明図である。図３及び図４は図２の断面図に対応する図である。

まず図３（ａ）に示すように、ガラス基板等の透光性基板１２を用意し、基板１２の一面側にアルミニウム等の金属膜１４ａとシリコン酸化膜等のマスク層ｍとを順に積層する。金属膜１４ａとマスク層ｍは少なくとも偏光素子が形成される領域の全面に形成する。金属膜１４ａ及びマスク層ｍを形成する方法としては、蒸着法やスパッタ法等の公知の成膜方法を用いることができる。本実施形態では金属膜１４ａとしてアルミニウムを用いるが、アルミニウム以外にも、金、銀、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、若しくはそれらの合金を用いることができる。またマスク層ｍとしてシリコン酸化膜を用いるが、シリコン酸化膜以外にも、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜等の他のシリコン化合物膜を用いることができる。

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２０ａ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２０ａ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。

ここで、二光束干渉露光法を行う露光装置は、例えば図６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１２を載置するステージ１２８とを備えている。

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を調整できるようになっている。

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１２上のレジスト層２０ａに照射する。このような露光装置１２０を用いてレジスト層２０ａ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層２０ａを露光することができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、露光を行った後に更にレジスト層２０ａをベーク（ＰＥＢ）し、その後にレジスト層２０ａを現像する。これにより、縞状のパターンを有するレジスト２０をマスク層ｍ上に形成する。

次に、図３（ｄ）に示すように、レジスト２０を介してドライエッチング処理を行い、マスク層ｍをパターニングしてマスクＭを形成する。なお、レジスト２０はマスクＭを形成した後に剥離してもよい。また、仮にレジスト２０を剥離しない場合でも、次に示す金属膜１４ａ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無い。

次に、図３（ｅ）に示すように、マスクＭを介してドライエッチング処理を行い、金属膜１４ａをパターニングして金属細線１４を形成する。金属細線１４は、金属膜からなる金属突起体１４Ａと無機絶縁膜からなるマスクＭとの２層構造からなる。金属細線１４は基板１２上にストライプ状に形成され、金属細線１４間には基板１２を露出させる溝１５Ａが形成されている。金属細線１４Ａと溝１５Ａは微細な幅で交互に形成されており、これらが可視光の波長よりも短い周期で多数配列されることにより、反射型の偏光層１４Ｌが形成されている。なお、図３（ｅ）では金属細線１４を金属突起体１４ＡとマスクＭとの２層構造としたが、マスクＭは必ずしも必要ではなく、金属膜１４ａをパターニングした後、除去しても良い。

次に、図４（ａ）に示すように、金属細線１４上にＣＶＤ法を用いて保護膜を成膜する。ＣＶＤ法は薄膜の原料を気体で供給し、所望の箇所で化学反応を起こして薄膜を形成する方法である。ＣＶＤ法は、原料の気体が行き渡ればどんな形状の表面であっても膜を付着させることが出来る特徴を有する。そのため、ＣＶＤ法を用いてワイヤーグリッド型の偏光素子の保護膜を作成すると、原料の気体を金属細線の間にも均一に行き渡った後に反応をさせることが可能となる。反応の際には固体表面であれば保護膜が付着して成長するので、金属／非金属を問わず均一に保護膜を形成することができる。そのため、ＣＶＤ法の反応雰囲気下に曝される金属細線の上端部、側壁部及び金属細線の間に露出する基板表面の全てに保護膜を形成し、金属細線を補強することができる。

保護膜１６の形成方法にはＣＶＤ法の外にも、一般に用いられる方法として蒸着法やスパッタ法が考えられる。しかし、蒸着法を用いた場合には、蒸着に用いられる装置内の膜原料が配置される位置から保護膜の形成面への射出角が、形成面上の位置により異なり、膜原料と形成面との距離が厳密には一定ではない。そのため、製造される保護膜の厚みに差が生じ、偏光素子の品質が一定しない。また、スパッタ法は、成膜速度が非常に遅いため本発明が想定する成膜速度を実現できない。そのため、ＣＶＤ法を用いた成膜を行った場合に、本発明が実施可能である。

まず、図４（ａ）に示すように、金属細線１４を備えた基板１２をＣＶＤ法の作業環境下に配置し、保護膜１６の原料気体１６ｇを供給する。原料気体１６ｇは、溝１５Ａの底面に露出した基板１２にまで行き渡る。本実施形態では保護膜１６としてシリコン酸化物を形成することとし、原料気体１６ｇとしてＴＥＯＳと酸素（Ｏ₂）の混合気体を用いることとする。図面ではＴＥＯＳとＯ₂は区別して表記しておらず、いずれも原料気体１６ｇとして図示している。保護膜１６はシリコン酸化物以外にもシリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン窒素酸化物（ＳｉＯＮ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などの絶縁性の材料を使用することができ、選択する保護膜１６にあわせて原料気体１６ｇを適切なものを選ぶことができる。ＣＶＤ法は、熱ＣＶＤ法およびプラズマＣＶＤ法のいずれも使用することができる。本実施形態では熱ＣＶＤ法を用いることとしている。本実施形態の反応条件は、例えば、ガス流量：ＴＥＯＳ／Ｏ₂＝１２／３８８ｓｃｃｍ、圧力：５０Ｐａ、反応温度：２００℃、反応時間：２ｍｉｎである。

次に、図４（ｂ）に示すように、原料気体１６ｇを反応させると、化学反応により生成する保護膜１６が近接した金属細線１４と基板１２の表面に堆積する。保護膜の成膜速度は例えば１００ｎｍ／ｍｉｎである。成膜初期の段階では、保護膜１６は、溝１５Ａの底面に露出した基板１２の表面、金属細線１４の側面部、及び金属細線１４の上端部に堆積する。反応が進行すると保護膜１６が成長するため厚みを持ってくる。そのため、金属細線１４の上端部を包み込むように基板１２に垂直な方向に保護膜１６が成長する。また、金属細線１４の上端部に形成された保護膜１６同士の間隔は成長した保護膜１６の厚みの分だけ狭くなる。その結果、溝１５Ａの底面及び側面に形成された保護膜１６は、金属細線１４の上端部に形成された保護膜１６と共に空隙部１５を形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、更に反応が進行すると、保護膜１６の厚みの分だけ隣接する金属細線１４の間隔は狭くなるため、空隙部１５に原料気体１６ｇが進入しにくくなる。そのため原料気体１６ｇは、空隙部１５に侵入する前に金属細線１４の上端部に形成された保護膜１６で次々と反応が進行し、上端部で優先的に保護膜１６の形成が進行する。

ここで、反応速度が遅い場合には、保護膜１６の厚みによって金属細線１４の間隔が狭くなっても空隙部１５に原料気体１６ｇが行き渡る十分な時間があるため、図５に示すように、優先的に金属細線１４の上端部に保護膜１６が形成することはなく、原料気体１６ｇが接する金属細線１４の側壁部、上端部及び基板１２に形成される保護膜１６の表面全体で反応が進行する。そのため、形成される保護膜１６で空隙部１５は徐々に埋没していく。このように空隙部１５が埋没した構造は光学特性上望ましくないため、本実施形態では反応速度を速め、空隙部１５を形成することとしている。

次に、図４（ｄ）に示すように、更に反応が進行すると、隣接する金属細線１４の上端部で成長を続ける保護膜１６が、隣同士で互いに当接するに至る。これにより、隣接する金属細線１４の間には、保護膜１６で囲まれた空隙部１５が形成される。また、金属細線１４の上端部で当接した保護膜１６は、原料気体１６ｇに接する保護面１３を形成する。この状態で金属細線１４の上端部に形成された保護膜１６の、基板１２から鉛直方向の厚み（図中の厚みＷ１）は例えば５０ｎｍである。

次に、図４（ｅ）に示すように、更に反応が進行すると、保護面１３の上に保護膜１６が形成され、形成される保護膜１６が凹凸を埋めるために保護面１３は徐々に平坦に近づく。この状態で金属細線１４の上端部に形成された保護膜１６の、基板１２に垂直な方向の厚み（図中の厚みＷ２）は例えば２００ｎｍである。以上のようにして、本実施形態の偏光素子１が完成する。

以上のようにして得られる偏光素子１によれば、保護膜１６によって金属細線１４の上端部及び側壁部を覆い補強をしたものとなり、金属細線１４の破損を防ぐことができる。また、第２保護膜１６ｂの配列軸方向の幅は、金属細線１４の配列軸方向の幅と金属細線１４の両側壁部に形成される第１保護膜１６ａとを合わせた幅よりも広くなっているため、溝１５Ａの上部が狭められたようになる。そのため、金属細線１４の上に他の材料を積層する場合においても、保護膜１６により溝１５Ａへの積層物の入り込みを防止することができる。そのため溝１５Ａが埋没することなく優れた光学特性を備えたものとなる。

また、本実施形態では、隣接する金属細線１４の上端部に設けられた第２保護膜１６ｂは、配列軸方向に平行な方向において互いに接触していることとしている。そのため、金属細線間には空気（もしくは真空）を封入可能な空隙部１５が形成され、優れた光学特性を備えた偏光素子１とすることができる。また、各々の金属細線１４を離間した第２保護膜１６ｂで保護する場合よりも強固に保護することができる。

また、本実施形態では、保護膜１６は透光性の絶縁性材料で形成されていることとしている。金属細線１４が絶縁性材料に覆われ周囲と絶縁するので、例えば偏光素子１を装置に組み込む場合に金属細線１４が装置の配線と通電することがない。そのため、安定した駆動の装置とすることができる。

また、以上のような構成の偏光素子１の製造方法によれば、保護膜１６の形成にＣＶＤ法を用いて行うこととしている。そのため、原料気体１６ｇが行き渡る箇所の金属細線１４の上端部、側壁部及び溝１５Ａに面する基板１２の表面に保護膜１６を形成し、金属細線１４を補強することができる。更に、成膜速度が早いというＣＶＤ法の特徴により、成膜が進行すると空隙部１５に原料気体１６ｇが行き渡るよりも先に成膜反応が起こる様になり、金属細線１４の上端部で優先して保護膜が成長する。すると、金属細線１４の間の膜成長が停止し、金属細線１４間が保護膜１６で埋没することなく優れた光学特性を備えた偏光素子１を製造することができる。

また、本実施形態では、金属細線１４の上端部に形成された第２保護膜１６ｂは、金属細線１４の上端部からの基板の鉛直方向への厚みが２００ｎｍであり、５０ｎｍ以上となっている。この厚みになるまで保護膜１６を形成させると、確実に隣接する金属細線１４の上端部に形成された第２保護膜１６ｂ同士をつなぎ合わせることができる。そのため強固に金属細線１４を保護することが可能となり、また金属細線間に空隙部１５を有することで、保護膜形成による光学特性の劣化を防ぎ、光学特性を維持した構造の偏光素子１を製造することができる。

なお、本実施形態では、保護膜１６は１種のみ使用したが、保護面１３の表面に、更に複数の堆積膜を形成し、保護層２２を形成することとしても良い。

図７は、保護面１３に更に複数の堆積膜を形成した偏光素子２の断面図である。ここでは、シリコン酸化物とＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が交互に階層構造を形成している。堆積膜の種類としてはここに挙げたシリコン酸化物とＩＴＯ以外に、例えばシリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン窒素酸化物（ＳｉＯＮ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などの材料も選択することができる。堆積膜の形成方法は所望の膜が形成できれば特に限定されない。本実施形態では、ＣＶＤ法を用いて堆積膜を形成した。偏光素子２は、保護面１３上にＩＴＯに合わせて変更した原料気体を反応させＩＴＯ膜を形成した後、再度ＣＶＤ法によりシリコン酸化物とＩＴＯ膜の成膜を繰り返して形成し、金属細線１４の上端部に全体として保護層２２を形成する。このＩＴＯ膜は電極として使用可能である。

この構成によれば、保護膜１６の表面に導電性を備えた堆積膜（ＩＴＯ膜）を別途形成することとしている。このＩＴＯ膜は例えば画素電極などの電極として使用可能である。そのため、偏光素子の更なる補強が可能であると共に、堆積膜の性質により機能を付加することが可能となる。

（液晶装置）
図８は、本発明にかかる偏光素子を備えた液晶装置１０００の一例を示した断面模式図である。液晶装置１０００は、横電界方式の半透過反射型液晶装置である。

液晶装置１０００は、ＴＦＴアレイ基板（第１基板）１００と対向基板（第２基板）２００との間に液晶層５００を挟持した構成を備えている。液晶層５００は、ＴＦＴアレイ基板１００と対向基板２００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１００，２００間に封止されている。ＴＦＴアレイ基板１００の背面側（図示下面側）には、導光板９１０と反射板９２０とを具備したバックライト（照明装置）９００が設けられている。

ＴＦＴアレイ基板１００及び対向基板２００は、偏光素子１００Ａ、２００Ａを備えている。偏光素子１００Ａ、２００Ａは、前述の製造方法を用いて製造された偏光素子であり、それぞれガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板上に保護膜を備えた金属細線が形成された構造を備えている。

偏光素子１００Ａは基板１０１と金属細線１０２及び保護膜１０３を、偏光素子２００Ａは基板２０１と金属細線２０２及び保護膜２０３をそれぞれに備えている。本実施形態では、基板１０１、２０１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、金属細線１０２と金属細線２０２は、互いに交差するように配置されている。いずれの偏光素子も、金属細線が内面側（液晶層５００側）に配置されている。

偏光素子１００Ａの内面側には、走査線３０ａ及び容量線３０ｂが形成されており、走査線３０ａ及び容量線３０ｂ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１１０が形成されている。

ゲート絶縁膜１１０上に、アモルファスシリコンの半導体層３５０が形成されており、半導体層３５０に一部乗り上げるようにしてソース電極６０ｂと、ドレイン電極３２０とが設けられている。ドレイン電極３２０の半導体層３５０に乗り上げている端部の反対の端部には容量電極３１０が一体に形成されている。半導体層３５０は、ゲート絶縁膜１１０を介して走査線３０ａと対向配置されており、当該対向領域で走査線３０ａがＴＦＴ３００のゲート電極を構成するようになっている。

容量電極３１０は、ゲート絶縁膜１１０を介して容量線３０ｂと対向配置されており、容量電極３１０と容量線３０ｂとが対向する領域に、ゲート絶縁膜１１０をその誘電体膜とする蓄積容量７００が形成されている。

半導体層３５０、ソース電極６０ｂ、ドレイン電極３２０、及び容量電極３１０を覆って、シリコン酸化物等からなる第１層間絶縁膜１２０が形成されている。この第１層間絶縁膜１２０上には、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる透明共通電極１９０ｔと、アルミニウム等の反射性の金属膜を主体としてなる反射共通電極（反射偏光層）１９０ｒとからなる共通電極１９０が形成されている。

共通電極１９０（１９０ｔ、１９０ｒ）を覆ってシリコン酸化物等からなる第２層間絶縁膜１３０が形成されており、第２層間絶縁膜１３０上にＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極９０が形成されている。

第１層間絶縁膜１２０及び第２層間絶縁膜１３０には、それぞれの絶縁膜を貫通して容量電極３１０に達する画素コンタクトホール４５０が形成されており、この画素コンタクトホール４５０内に画素電極９０のコンタクト部９０ｂが一部埋設されることで、画素電極９０と容量電極３１０とが電気的に接続されている。なお、上記画素コンタクトホール４５０の形成領域に対応して共通電極１９０にも開口部が設けられており、共通電極１９０と画素電極９０とが接触しないようになっている。画素電極９０を覆う第２層間絶縁膜１３０上の領域には、ポリイミド等からなる配向膜１８０が形成されている。

対向基板２００が備える偏光素子２００Ａの内面側には、カラーフィルタ２２０と、配向膜２８０とが積層されている。なお、対向基板２００の外面側には、位相差板その他の光学素子を設けることができる。

カラーフィルタ２２０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く、具体例を挙げると、透過表示領域を構成する透明共通電極１９０ｔの平面領域に対応して第１の色材領域が設けられ、反射表示領域を構成する反射共通電極１９０ｔの平面領域に対応して第２の色材領域が設けられており、第１の色材領域の色度が、第２の色材領域の色度より大きいものとされている構成を採用できる。このような構成とすることで、カラーフィルタ２２０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度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。

本実施形態の液晶装置１０００においては、偏光素子１００Ａ及び２００Ａを液晶装置１０００内に組み込んだ構成であることから、基板本体１０１，２０１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１０００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。また、液晶装置１０００が備える偏光素子１００Ａ及び２００Ａは保護膜１０３及び２０３により強固に保護されている構成となっている。そのため、液晶装置１０００の製造工程、特に配向膜２８０を形成するラビング工程において偏光素子が破損することを防ぎ、高い歩留まりの製造を実現することができる。加えて、用いる偏光素子は隣接する金属細線の間に空気を封入可能な空隙部を備えているため、良好な表示が可能である。

なお、本実施形態では液晶層を挟持する一対の基板のいずれも、基板の液晶層側に偏光素子が形成されていることとしたが、一方の基板にのみ偏光素子が形成されていることとしても構わない。

また、本実施形態では液晶装置は横電界方式の半透過反射型液晶装置としたが、透過型液晶装置及び反射型液晶装置にも同様に好適に用いることが出来る。

（電子機器）
図９は、本発明にかかる液晶装置を表示部に備えた電子機器の一実施形態としての携帯電話の斜視構成図である。この携帯電話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。

本実施形態の携帯電話１３００においては、装置用の基板と偏光素子用の基板を共通させて全体を薄型化した液晶装置を備えているので、携帯電話１３００の装置全体を薄型化することができる。また、偏光素子が保護膜により強固に保護され、隣接する金属細線の間に空気を封入可能な空隙部を有している構成となっているので、信頼性が高く優れた表示特性を示す電子機器となる。

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、プロジェクタ、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る。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例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い。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

本発明の実施例として、偏光素子のラビングに対する強度を評価した結果を説明する。
本実施例で評価したサンプル（ＣＶＤサンプル）は、ＣＶＤ法による反応条件をガス流量：ＴＥＯＳ／Ｏ₂＝１２／３８８ｓｃｃｍ、圧力：４０Ｐａ、反応温度：１１０℃、反応時間：２ｍｉｎとして保護膜を形成した。保護膜の成膜レートは１０３ｎｍ／ｍｉｎであった。比較例として、スパッタ法を用いて膜厚が同程度になるように保護膜を形成した偏光素子（スパッタサンプル）を評価した。スパッタ法での反応条件は、ガス流量：Ａｒ／Ｎ₂＝３０／７ｓｃｃｍ、反応時間：６０ｍｉｎであった。保護膜の成膜レートは２．２ｎｍ／ｍｉｎであった。

用意したそれぞれのサンプルの偏光素子表面にポリイミド膜を成膜し、２条件のラビングロール回転速度で、金属細線の延長方向に平行及び垂直の２方向に対してラビング処理を行い強度評価を行った。

図１０は偏光素子のラビングに対する強度を評価した結果を示す表である。図１０には評価の詳細な条件も合わせて表記してある。結果の表記では、ラビング処理により金属細線が破損したものを×、破損しなかったものを○で示してある。この場合の破損とは金属細線がラビング方向に倒れたり、金属細線が基板から剥離したりして偏光素子として機能しなくなった状態を指す。

結果、スパッタサンプルは図中に示す標準条件以外の評価条件において偏光素子が破損したのに対し、ＣＶＤサンプルはいずれの条件においても破損が見られず、ＣＶＤサンプルはラビング耐性が格段に向上していることが確かめられた。

１、２、１００Ａ、２００Ａ…偏光素子、１２…基板、１３…保護面、１４…金属細線、１５…空隙部、１６…保護膜、１６ａ…第１保護膜、１６ｂ…第２保護膜、１６ｃ…第３保護膜、２２…保護層、１００…ＴＦＴアレイ基板（第１基板）、１８０…配向膜、２００…対向基板（第２基板）、２８０…配向膜、５００…液晶層、１０００…液晶装置（光変調装置）、１３００…携帯電話（電子機器）。

Claims

基材上に設けられた金属膜にマスクを介してエッチングを行うことにより、前記基材上に所定の配列軸に沿って設けられた複数の金属配線を形成する工程と、
前記複数の金属細線の上端部及び両側壁部を覆う保護膜を形成する工程と、を備え、
前記マスクと前記保護膜とは、酸化物を用いて形成され、
前記保護膜を形成する工程では、前記金属細線の上端に前記マスクが残存した状態で、ＣＶＤ法を用いて前記複数の金属細線の各々の上端部及び両側壁部に保護膜を形成し、更に成膜を進めて前記複数の金属細線の各々の上端部に成膜された前記保護膜を成長させることにより、前記金属細線の上端部に設けられた前記保護膜の前記配列軸方向の幅が、各々の前記金属細線の前記配列軸方向の幅と各々の前記両側壁部における前記保護膜の前記配列軸方向の幅を合わせた幅よりも広い保護膜を形成することを特徴とする偏光素子の製造方法。
基材上に設けられた金属膜にマスクを介してエッチングを行うことにより、前記基材上に所定の配列軸に沿って設けられた複数の金属配線を形成する工程と、
前記複数の金属細線の上端部及び両側壁部を覆う保護膜を形成する工程と、を備え、
前記マスクと前記保護膜とは、窒化物を用いて形成され、
前記保護膜を形成する工程では、前記金属細線の上端に前記マスクが残存した状態で、ＣＶＤ法を用いて前記複数の金属細線の各々の上端部及び両側壁部に保護膜を形成し、更に成膜を進めて前記複数の金属細線の各々の上端部に成膜された前記保護膜を成長させることにより、前記金属細線の上端部に設けられた前記保護膜の前記配列軸方向の幅が、各々の前記金属細線の前記配列軸方向の幅と各々の前記両側壁部における前記保護膜の前記配列軸方向の幅を合わせた幅よりも広い保護膜を形成することを特徴とする偏光素子の製造方法。
前記ＣＶＤ法は、熱ＣＶＤであることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光素子の製造方法。
前記金属細線の上端部を覆う前記保護膜の前記基板の鉛直方向への厚みは、５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の偏光素子の製造方法。