JP2010113056A - Polarization conversion element - Google Patents

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JP2010113056A JP2008284118A JP2008284118A JP2010113056A JP 2010113056 A JP2010113056 A JP 2010113056A JP 2008284118 A JP2008284118 A JP 2008284118A JP 2008284118 A JP2008284118 A JP 2008284118A JP 2010113056 A JP2010113056 A JP 2010113056A
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Kohei Yamada
耕平 山田
Akiko Takeshita
明子 竹下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarization conversion element having excellent transmittance and heat resistance. <P>SOLUTION: The polarization conversion element 1 includes a block body 20 which is a flat plate member wherein a first base material 11 and a second base material 12 are alternately disposed via a polarization split layer 13 or a reflection layer 14, and a retardation plate 15 is selectively arranged on a light emission face side of the block body 20. In the block body 20, a joint face 20A on the side for arranging the retardation plate 15 has a first joint layer 161 arranged on one surface, and when the first joint layer 161 is molecularly bonded to a second joint layer 162 arranged on a joint face 15A on the side to be connected to the bock body 20 of the retardation plate 15, a joint layer 16 is formed. The reflection layer 14 is disposed in an intermediate position between the adjacent polarization split layers 13. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、偏光変換素子に関する。   The present invention relates to a polarization conversion element.

光ピックアップや液晶プロジェクタ、その他の装置において、複数の光学部材の間に光学薄膜を挟んで形成された光学物品が用いられている。
このような光学物品として、それぞれ内部に反射膜が設けられた2つの光学部材の間に偏光分離膜を挟んで順次積層し、これらの光学部材の前記偏光分離膜の光射出面側に位相差板を設けた偏光変換素子(PS変換素子)がある。
In optical pickups, liquid crystal projectors, and other devices, an optical article formed by sandwiching an optical thin film between a plurality of optical members is used.
As such an optical article, a polarizing separation film is sequentially laminated between two optical members each provided with a reflection film therein, and a phase difference is formed on the light exit surface side of the polarization separation film of these optical members. There is a polarization conversion element (PS conversion element) provided with a plate.

これらの光学物品は種々の方法で製造されており、その一つとして、光学部材と偏光分離膜との間を接着剤で接着固定する従来例がある。例えば、偏光変換素子では、水晶を用いた位相差板を透明部材に接着するために紫外線硬化型接着剤を利用する従来例(特許文献1)がある。
また、シリコンとガラス等の接合に際して、被接合面を酸素プラズマで親水処理(活性化)し、この親水処理した光学部材同士を直接接合し、400℃程度で高温加熱するものがある(特許文献2)。
These optical articles are manufactured by various methods, and one of them is a conventional example in which an optical member and a polarization separation film are bonded and fixed with an adhesive. For example, in a polarization conversion element, there is a conventional example (Patent Document 1) in which an ultraviolet curable adhesive is used to bond a retardation plate using quartz to a transparent member.
In addition, when bonding silicon and glass, etc., the bonded surfaces are subjected to hydrophilic treatment (activation) with oxygen plasma, the hydrophilic processed optical members are directly bonded, and heated at about 400 ° C. (Patent Document). 2).

特開2003−302523号公報JP 2003-302523 A 特許第3751972号公報Japanese Patent No. 3751972

特許文献1で示される従来例では、透明部材と位相差板とを接着剤で接合固定するため、各層の屈折率の相違により反射ロスが生じてしまい透過率が低下するという課題がある。また、接着剤からなる接着層は、その面内において接着剤の硬化状態が異なるため屈折率が異なり、精度が低下するという課題がある。
特許文献2で示される従来例では、被接合面が活性化された光学部材同士を直接接合するため、接合する2つの光学部材に屈折率の相違により反射ロスが生じてしまうという課題がある。
In the conventional example shown in Patent Document 1, since the transparent member and the retardation plate are bonded and fixed with an adhesive, there is a problem in that a reflection loss occurs due to a difference in refractive index of each layer, resulting in a decrease in transmittance. Further, the adhesive layer made of an adhesive has a problem that the refractive index is different because the cured state of the adhesive is different within the surface, and the accuracy is lowered.
In the conventional example shown in Patent Document 2, since the optical members whose bonded surfaces are activated are directly bonded to each other, there is a problem that reflection loss occurs between the two optical members to be bonded due to a difference in refractive index.

本発明の目的は、透過率および耐熱性に優れた偏光変換素子を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a polarization conversion element excellent in transmittance and heat resistance.

[適用例1]
本適用例にかかる偏光変換素子は、屈折率nの第1光学部材と屈折率n(n≠n)の第2光学部材とを有する偏光変換素子であって、プラズマ重合膜で形成され、前記第1光学部材と前記第2光学部材とを分子接合する接合層を備え、前記接合層の屈折率nがnとnとの間であることを特徴とする。
この構成の本適用例では、屈折率がnである第1光学部材と屈折率がnである第2光学部材との間に、屈折率がnとnの間の値であるnのプラズマ重合膜で形成された接合層を設けている。したがって、第1光学部材と第2光学部材との屈折率の差が小さくなるため、界面における反射ロスを抑止することができる。すなわち、透過率に優れた偏光変換素子を提供することができる。また、接着剤を使用しないので、接合層の屈折率の精度に優れた偏光変換素子とすることができる。
[Application Example 1]
A polarization conversion element according to this application example is a polarization conversion element having a first optical member having a refractive index n 1 and a second optical member having a refractive index n 2 (n 1 ≠ n 2 ), and is a plasma polymerization film. it is formed, with a bonding layer to molecular bonding the second optical member and the first optical member, wherein the refractive index n 3 of the bonding layer is between n 1 and n 2.
In this application example of this arrangement, between the second optical member first optical member and a refractive index having a refractive index of n 1 is n 2, is a value between the refractive index of n 1 and n 2 A bonding layer formed of an n 3 plasma polymerized film is provided. Therefore, since the difference in refractive index between the first optical member and the second optical member is small, reflection loss at the interface can be suppressed. That is, a polarization conversion element having excellent transmittance can be provided. In addition, since no adhesive is used, a polarization conversion element excellent in the accuracy of the refractive index of the bonding layer can be obtained.

[適用例2]
本適用例にかかる偏光変換素子は、前記プラズマ重合膜は、その主材料がポリオルガノシロキサンである。
この構成の本適用例では、プラズマ重合膜の主材料であるポリオルガノシロキサンが比較的に柔軟性に富んでいるので、線膨張係数が異なる第1光学部材と第2光学部材とを接合する際に、両光学部材の熱膨張に伴う応力を緩和することができる。そのため、第1光学部材と第2光学部材との剥離を確実に防止することができる。しかも、ポリオルガノシロキサンは、耐薬品性に優れているため、薬品等に長期に曝される光学物品に効果的に用いることができる。そして、ポリオルガノシロキサンの主成分をオクタメチルトリシロキサンの重合物とすれば、この重合物は取扱性に優れているだけでなく、当該重合物からなるプラズマ重合膜は密着性が優れているので、好適である。
[Application Example 2]
In the polarization conversion element according to this application example, the main material of the plasma polymerization film is polyorganosiloxane.
In this application example of this configuration, since the polyorganosiloxane that is the main material of the plasma polymerized film is relatively flexible, when joining the first optical member and the second optical member having different linear expansion coefficients. Furthermore, the stress accompanying the thermal expansion of both optical members can be relieved. Therefore, peeling between the first optical member and the second optical member can be reliably prevented. Moreover, since polyorganosiloxane is excellent in chemical resistance, it can be effectively used for optical articles that are exposed to chemicals for a long time. And if the main component of polyorganosiloxane is a polymer of octamethyltrisiloxane, this polymer is not only easy to handle but also a plasma polymerized film made of the polymer has excellent adhesion. Is preferable.

[適用例3]
本適用例にかかる偏光変換素子は、前記第1光学部材がガラス基材であり、前記第2光学部材が水晶からなる位相差板である。
この構成の本適用例では、ガラス基材である第1光学部材と水晶である第2光学部材との間にプラズマ接合層が設けられる。ガラス基材と水晶の屈折率には差があるが、これらの間にガラス基材と水晶の屈折率の中間の屈折率を有するプラズマ接合層を設けることにより、各層の界面で発生する反射ロスを抑止することができる。すなわち、透過率に優れた偏光変換素子を提供することができる。
[Application Example 3]
In the polarization conversion element according to this application example, the first optical member is a glass substrate, and the second optical member is a retardation plate made of quartz.
In this application example having this configuration, a plasma bonding layer is provided between the first optical member that is a glass substrate and the second optical member that is crystal. There is a difference in the refractive index between the glass substrate and quartz, but by providing a plasma bonding layer between them with a refractive index that is intermediate between the refractive index of the glass substrate and quartz, reflection loss that occurs at the interface of each layer Can be suppressed. That is, a polarization conversion element having excellent transmittance can be provided.

[適用例4]
本適用例にかかる偏光変換素子は、前記第1光学部材がガラス基材であり、前記第2光学部材が誘電体多層膜である。
この構成の本適用例では、ガラス基材である第1光学部材と誘電体多層膜からなる第2光学部材との間にプラズマ接合層が設けられる。誘電体多層膜は、最外層がSiOで形成される偏光分離膜であり、それ全体で反射ロスが発生しないように設計されている。誘電体多層膜の最外層とガラス基材の屈折率に差があるが、これらの間にガラス基材とSiOからなる最外層の屈折率の中間の屈折率を有するプラズマ接合層を設けることにより、各層の界面で発生する反射ロスを抑止することができる。すなわち、透過率に優れた偏光変換素子を提供することができる。
[Application Example 4]
In the polarization conversion element according to this application example, the first optical member is a glass substrate, and the second optical member is a dielectric multilayer film.
In this application example having this configuration, a plasma bonding layer is provided between the first optical member, which is a glass substrate, and the second optical member made of a dielectric multilayer film. The dielectric multilayer film is a polarization separation film whose outermost layer is formed of SiO 2 , and is designed so that no reflection loss occurs. There is a difference in refractive index between the outermost layer of the dielectric multilayer film and the glass substrate, but a plasma bonding layer having a refractive index intermediate between the refractive index of the glass substrate and the outermost layer made of SiO 2 is provided between them. Thus, it is possible to suppress the reflection loss that occurs at the interface of each layer. That is, a polarization conversion element having excellent transmittance can be provided.

[適用例5]
本適用例にかかる偏光変換素子は、前記接合層は、前記第1光学部材および前記第2光学部材のうち少なくともいずれか一方の接合面全体に形成される。
この構成の本適用例では、接合面全体にプラズマ接合層が形成されるので、マスクなどの煩雑な処理が不要となり、容易に製造することができ、生産性の向上を図ることができる。
[Application Example 5]
In the polarization conversion element according to this application example, the bonding layer is formed on the entire bonding surface of at least one of the first optical member and the second optical member.
In this application example having this configuration, since the plasma bonding layer is formed on the entire bonding surface, a complicated process such as a mask is not required, and it can be easily manufactured, and productivity can be improved.

[適用例6]
本適用例にかかる偏光変換素子は、前記接合層は、多層で形成され、前記接合層の各層は、前記第1光学部材と前記第2光学部材のうち屈折率の小さい側から屈折率の大きい側に向かって、屈折率の小さい順に積層される。
この構成の本適用例では、第1光学部材と第2光学部材との間の接合層が多層で形成される。この場合、接合層の各層の屈折率を、小さいほうからn31、n32、n33、・・・、n3nとすると、第1光学部材と第2光学部材のうち屈折率の小さい側からn31、n32、n33、・・・、n3nの順で積層され、これらの屈折率n31、n32、n33、・・・、n3nは、第1光学部材の屈折率nと第2光学部材の屈折率nの間の値となる。例えば、n<nである場合は、n<n31<n32<n33<・・・<n3n<nとなり、n>nである場合は、n>n31>n32>n33>・・・>n3n>nとなる。したがって、第1光学部材、接合層、第2光学部材の間の屈折率の差をより小さくすることができ、界面における反射ロスをより抑止することができる。その結果、より透過率に優れた偏光変換素子を提供することができる。
[Application Example 6]
In the polarization conversion element according to this application example, the bonding layer is formed in multiple layers, and each layer of the bonding layer has a large refractive index from the side of the first optical member and the second optical member having a small refractive index. The layers are stacked in ascending order of refractive index.
In this application example having this configuration, the bonding layer between the first optical member and the second optical member is formed in multiple layers. In this case, assuming that the refractive index of each layer of the bonding layer is n 31 , n 32 , n 33 ,..., N 3n from the smallest, from the side of the first optical member and the second optical member having the smaller refractive index. n 3n are stacked in the order of n 31 , n 32 , n 33 ,..., n 3n , and the refractive indexes n 31 , n 32 , n 33 ,. The value is between 1 and the refractive index n 2 of the second optical member. For example, when n 1 <n 2 , n 1 <n 31 <n 32 <n 33 <... <N 3n <n 2 , and when n 1 > n 2 , n 1 > n 31 > N 32 > n 33 >...> N 3n > n 2 Therefore, the difference in refractive index among the first optical member, the bonding layer, and the second optical member can be further reduced, and reflection loss at the interface can be further suppressed. As a result, it is possible to provide a polarization conversion element that is more excellent in transmittance.

本発明の実施形態を図1から図6に基づいて説明する。
図1は本実施形態にかかる偏光変換素子の端面を示す図であり、図2および図3は図1の要部を示す断面図である。ここで、偏光変換素子は、PS変換素子(または偏光ビームスプリッタ、Polarized Beam Splitter、PBS)と称されるものである。この偏光変換素子は、例えば、液晶プロジェクタ装置に用いられている。
図1において、偏光変換素子1は、第1基材11と第2基材12とが偏光分離層13または反射層14を間に挟んで交互に配置された平板状部材であるブロック体20を備え、このブロック体20の光射出面側には選択的に位相差板15が設けられている。ブロック体20の位相差板15が設けられる側の接合面20Aには一面に設けられた第1接合層161を有し、位相差板15のブロック体20と接合する側の接合面15Aに設けられた第2接合層162と分子接合することにより接合層16が形成される。反射層14は隣り合う偏光分離層13の間の中間位置に配置されている。
第1基材11及び第2基材12は、その光入射側の平面と光出射側の平面とが平行とされ、これらの平面に対して45°の角度をもって偏光分離層13と反射層14とが互いに平行に配置されている。本実施形態では、偏光変換素子1は左右対称構造とされる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a view showing an end face of a polarization conversion element according to this embodiment, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views showing the main part of FIG. Here, the polarization conversion element is a PS conversion element (or a polarization beam splitter, Polarized Beam Splitter, PBS). This polarization conversion element is used in, for example, a liquid crystal projector device.
In FIG. 1, the polarization conversion element 1 includes a block body 20 that is a flat plate member in which a first base material 11 and a second base material 12 are alternately arranged with a polarization separation layer 13 or a reflection layer 14 interposed therebetween. In addition, a phase difference plate 15 is selectively provided on the light exit surface side of the block body 20. The joining surface 20A on the side where the retardation plate 15 of the block body 20 is provided has a first joining layer 161 provided on one surface, and is provided on the joining surface 15A on the side of joining the block body 20 of the retardation plate 15. The bonding layer 16 is formed by molecular bonding with the second bonding layer 162 thus formed. The reflection layer 14 is disposed at an intermediate position between the adjacent polarization separation layers 13.
The first base material 11 and the second base material 12 have a plane on the light incident side and a plane on the light output side parallel to each other, and the polarization separation layer 13 and the reflective layer 14 have an angle of 45 ° with respect to these planes. Are arranged parallel to each other. In the present embodiment, the polarization conversion element 1 has a left-right symmetric structure.

第1基材11および第2基材12は、光学部材であり、BK7等の光学ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラスをはじめとするガラスから成形されている。
偏光分離層13は、図3に示される通り、第1接合層131Aと第2接合層131Bとからなる接合層131と、偏光分離膜132と、を備えている。第1接合層131Aおよび第2接合層131Bはプラズマ重合膜で形成され分子接合している。偏光分離膜132は、誘電体多層膜で形成された偏光分離膜であり、入射した光線束(S偏光光とP偏光光)を、S偏光の部分光束(S偏光光)とP偏光の部分光束(P偏光光)とに分離し、S偏光光を反射し、P偏光光を透過する機能を有する(図2参照)。偏光分離膜132は、異なる材質の層、例えば、酸化ケイ素(SiO)の層、ランタンアルミネートの層及びフッ化マグネシウム(MgF)の層が積層されて構成される。これらの層は複数層で構成されるものであり、本実施形態では、例えば、5層で構成される。第2基材12側から第1基材11側に向かうに従って、第1層、第2層、第3層、第4層、第5層となり、第2基材12に直接設けられる。これらの層のうち第1層、及び第5層が酸化ケイ素(SiO)の層であり、第3層がフッ化マグネシウム(MgF)の層であり、第2層及び第4層がランタンアルミネートの層である。
The 1st base material 11 and the 2nd base material 12 are optical members, and are shape | molded from glass including optical glass, such as BK7, white plate glass, borosilicate glass, and blue plate glass.
As shown in FIG. 3, the polarization separation layer 13 includes a bonding layer 131 including a first bonding layer 131A and a second bonding layer 131B, and a polarization separation film 132. The first bonding layer 131A and the second bonding layer 131B are formed of a plasma polymerized film and are molecularly bonded. The polarization separation film 132 is a polarization separation film formed of a dielectric multilayer film, and converts the incident light bundle (S-polarized light and P-polarized light) into an S-polarized partial light beam (S-polarized light) and a P-polarized light part. It has a function of separating into a light beam (P-polarized light), reflecting S-polarized light, and transmitting P-polarized light (see FIG. 2). The polarization separation film 132 is configured by stacking layers of different materials, for example, a layer of silicon oxide (SiO 2 ), a layer of lanthanum aluminate, and a layer of magnesium fluoride (MgF 2 ). These layers are composed of a plurality of layers. In the present embodiment, the layers are composed of, for example, five layers. The first layer, the second layer, the third layer, the fourth layer, and the fifth layer are provided from the second substrate 12 side toward the first substrate 11 side, and are provided directly on the second substrate 12. Of these layers, the first layer and the fifth layer are layers of silicon oxide (SiO 2 ), the third layer is a layer of magnesium fluoride (MgF 2 ), and the second layer and the fourth layer are lanthanum. It is a layer of aluminate.

反射層14は、誘電体多層膜又は金属膜で形成され、反射層14に入射したS偏光光をそのまま反射する機能を有する。反射層14を構成する多層膜は、例えば、二酸化ケイ素、酸化チタン等の物質を蒸着することで形成される。
位相差板15は、光学部材であり、例えば、無機性結晶材料で成形される短冊状の1/2波長板を用いることができる。無機性結晶材料としては、例えば、SiOの単結晶からなる水晶が挙げられ、この水晶は人工水晶でも天然水晶でもよい。
接合層16は、第1接合層161と第2接合層162からなり、第1接合層161および第2接合層162はプラズマ重合膜で形成される。
The reflective layer 14 is formed of a dielectric multilayer film or a metal film, and has a function of reflecting S-polarized light incident on the reflective layer 14 as it is. The multilayer film constituting the reflective layer 14 is formed by evaporating a material such as silicon dioxide or titanium oxide, for example.
The phase difference plate 15 is an optical member, and for example, a strip-shaped half-wave plate formed of an inorganic crystal material can be used. Examples of the inorganic crystal material include quartz made of a single crystal of SiO 2 , and this quartz may be artificial quartz or natural quartz.
The bonding layer 16 includes a first bonding layer 161 and a second bonding layer 162, and the first bonding layer 161 and the second bonding layer 162 are formed of a plasma polymerized film.

ここで、第2基材12の屈折率をn、位相差板15の屈折率をn(n≠n)とすると、接合層16の屈折率nは、nとnの間の値となる。すなわち、n>nであればn>n>n、n<nであればn<n<nとなる。例えば、第2基材12を白板ガラスとすると屈折率は1.518、位相差板15を水晶とすると屈折率は1.561となるので、接合層16の屈折率nは、1.518<n<1.561の範囲となる。
また、偏光分離膜132のSiOで形成される最外層の屈折率をn11(n11≠n)とすると、接合層131の屈折率n13は、n11とnの間の値となる。すなわち、n11>nであればn11>n13>n、n11<nであればn11<n13<nとなる。例えば、第2基材12を白板ガラスとすると屈折率は1.518、偏光分離膜132の最外層はSiOであるので屈折率は1.460となるので、接合層131の屈折率n13は、1.518>n13>1.460の範囲となる。なお、偏光分離膜132は、反射ロスが発生しないように設計されているので、偏光分離膜132における反射ロスは考慮する必要はない。
Here, if the refractive index of the second substrate 12 is n 1 and the refractive index of the retardation plate 15 is n 2 (n 1 ≠ n 2 ), the refractive index n 3 of the bonding layer 16 is n 1 and n 2. Between the values. That is, if n 1 > n 2 , n 1 > n 3 > n 2 , and if n 1 <n 2 , n 1 <n 3 <n 2 . For example, if the second substrate 12 is white glass, the refractive index is 1.518, and if the retardation plate 15 is quartz, the refractive index is 1.561. Therefore, the refractive index n 3 of the bonding layer 16 is 1.518. <N 3 <1.561.
Further, if the refractive index of the outermost layer formed of SiO 2 of the polarization separation film 132 is n 11 (n 11 ≠ n 2 ), the refractive index n 13 of the bonding layer 131 is a value between n 11 and n 2. It becomes. That is, if n 11 > n 2 , n 11 > n 13 > n 2 , and if n 11 <n 2 , n 11 <n 13 <n 2 . For example, if the second substrate 12 is white glass, the refractive index is 1.518, and the outermost layer of the polarization separation film 132 is SiO 2 , so the refractive index is 1.460, and thus the refractive index n 13 of the bonding layer 131. Is in the range of 1.518> n 13 > 1.460. Since the polarization separation film 132 is designed so that no reflection loss occurs, it is not necessary to consider the reflection loss in the polarization separation film 132.

ここで、偏光分離層13中の接合層131を形成する第1接合層131A、第2接合層131B、および接合層16を形成する第1接合層161、第2接合層162のプラズマ重合膜を形成する装置について説明する。
図4は、本実施形態で使用するプラズマ重合装置の概略図である。
図4において、プラズマ重合装置200は、チャンバー201と、このチャンバー201の内部にそれぞれ設けられる第1電極211及び第2電極212と、これらの第1電極211と第2電極212との間に高周波電圧を印加する電源回路220と、チャンバー201の内部にガスを供給するガス供給部240と、チャンバー201の内部のガスを排出する排気ポンプ250を備えた構造である。
第1電極211は、基材として、第1基材11や第2基材12を支持するものであり、第1基材11や第2基材12を挟んで第1電極211と第2電極212とが対向配置されている。
Here, the plasma polymerization films of the first bonding layer 131A and the second bonding layer 131B that form the bonding layer 131 in the polarization separation layer 13 and the first bonding layer 161 and the second bonding layer 162 that form the bonding layer 16 are used. The apparatus to form is demonstrated.
FIG. 4 is a schematic view of a plasma polymerization apparatus used in this embodiment.
In FIG. 4, the plasma polymerization apparatus 200 includes a chamber 201, a first electrode 211 and a second electrode 212 provided inside the chamber 201, and a high frequency between the first electrode 211 and the second electrode 212. The power supply circuit 220 applies a voltage, the gas supply unit 240 supplies gas into the chamber 201, and the exhaust pump 250 discharges the gas inside the chamber 201.
The first electrode 211 supports the first base material 11 and the second base material 12 as base materials, and the first electrode 211 and the second electrode sandwich the first base material 11 and the second base material 12. 212 is arranged to face.

電源回路220は、マッチングボックス221と高周波電源222とを備える。
ガス供給部240は、液状の膜材料(原料液)を貯蔵する貯液部241と、液状の膜材料を気化して原料ガスに変化させる気化装置242と、キャリアガスを貯留するガスボンベ243とを備えている。このガスボンベ243に貯留されるキャリアガスは、電界の作用によって放電し、この放電を維持するためにチャンバー201に導入するガスであって、例えば、アルゴンガスやヘリウムガスが該当する。
これらの貯液部241、気化装置242及びガスボンベ243とチャンバー201とが配管202で接続されており、ガス状の膜材料とキャリアガスとの混合ガスをチャンバー201の内部に供給するように構成されている。
貯液部241に貯留される膜材料は、プラズマ重合装置200によって第1基材11や第2基材12に第1接合層161および第2接合層162を形成するための原材料であり、気化装置242で気化されて原料ガスとなる。
The power supply circuit 220 includes a matching box 221 and a high frequency power supply 222.
The gas supply unit 240 includes a liquid storage unit 241 that stores a liquid film material (raw material liquid), a vaporizer 242 that vaporizes the liquid film material to change it into a raw material gas, and a gas cylinder 243 that stores a carrier gas. I have. The carrier gas stored in the gas cylinder 243 is a gas that is discharged by the action of an electric field and is introduced into the chamber 201 in order to maintain this discharge. For example, argon gas or helium gas is applicable.
The liquid storage unit 241, the vaporizer 242, the gas cylinder 243, and the chamber 201 are connected by a pipe 202, and a mixed gas of a gaseous film material and a carrier gas is supplied into the chamber 201. ing.
The film material stored in the liquid storage unit 241 is a raw material for forming the first bonding layer 161 and the second bonding layer 162 on the first base material 11 and the second base material 12 by the plasma polymerization apparatus 200, and is vaporized. It is vaporized by the device 242 to become a raw material gas.

この原料ガスとしては、例えば、メチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、メチルフェニルシロキサン等のオルガノシロキサン、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、トリメチル亜鉛、トリエチル亜鉛のような有機金属系化合物、各種炭化水素系化合物、各種フッ素系化合物等が挙げられる。
このような原料ガスを用いて得られるプラズマ重合膜は、これらの原料が重合してなるもの(重合物)、つまり、ポリオルガノシロキサン、有機金属ポリマー、炭化水素系ポリマー、フッ素系ポリマー等で構成されることになる。
Examples of the source gas include methylsiloxane, hexamethyldisiloxane, octamethyltrisiloxane, decamethyltetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, and methylphenylsiloxane. Examples include gallium, trimethylaluminum, triethylaluminum, triisobutylaluminum, trimethylindium, triethylindium, trimethylzinc, triethylzinc, organometallic compounds, various hydrocarbon compounds, various fluorine compounds, and the like.
A plasma polymerized film obtained by using such a raw material gas is formed by polymerizing these raw materials (polymer), that is, composed of polyorganosiloxane, organometallic polymer, hydrocarbon polymer, fluorine polymer, etc. Will be.

ポリオルガノシロキサンは、通常、撥水性を示すが、各種の活性化処理を施すことによって容易に有機基を脱離させることができ、親水性に変化することができる。つまり、ポリオルガノシロキサンは撥水性と親水性との制御を容易に行える材料である。
撥水性を示すポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜は、それ同士を接触させても、有機基によって接着が阻害されることになり、極めて接着し難い。一方、親水性を示すポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜は、それ同士を接触させると、特に容易に接着することができる。つまり、撥水性と親水性の制御を容易に行えるという利点は、接着性の制御を容易に行えるという利点につながるため、ポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜は、本実施形態では好適に用いられることになる。そして、ポリオルガノシロキサンは比較的柔軟性に富んでいるので、第1基材11と第2基材12との構成材質が相違して線膨張係数が異なっても、第1基材11と第2基材12との間に生じる熱膨張に伴う応力を緩和することができる。さらに、ポリオルガノシロキサンは耐薬品性に優れているため、薬品類等に長期にわたって曝されるような部材の接合に効果的に用いることができる。
Polyorganosiloxane usually exhibits water repellency, but can be easily desorbed by applying various activation treatments, and can be changed to hydrophilic. That is, polyorganosiloxane is a material that can easily control water repellency and hydrophilicity.
Even if plasma polymer films composed of polyorganosiloxane exhibiting water repellency are brought into contact with each other, adhesion is inhibited by the organic group, and it is extremely difficult to adhere. On the other hand, plasma polymerized films composed of polyorganosiloxane exhibiting hydrophilicity can be bonded particularly easily when they are brought into contact with each other. That is, the advantage that the water repellency and the hydrophilicity can be easily controlled leads to the advantage that the adhesiveness can be easily controlled. Therefore, the plasma polymerized film made of polyorganosiloxane is preferably used in this embodiment. Will be. Since the polyorganosiloxane is relatively flexible, even if the constituent materials of the first base material 11 and the second base material 12 are different and the linear expansion coefficients are different, the first base material 11 and the first base material 11 The stress accompanying thermal expansion generated between the two base materials 12 can be relaxed. Furthermore, since polyorganosiloxane is excellent in chemical resistance, it can be effectively used for joining members that are exposed to chemicals for a long period of time.

ポリオルガノシロキサンの中でも、特に、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものが好ましい。オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするプラズマ重合膜は、接着性に優れていることから、本実施形態の接合方法で好適に用いられる。オクタメチルトリシロキサンの重合物は、常温で液状をなし、適度な粘度を有するため、取扱が容易である。   Among the polyorganosiloxanes, those mainly composed of a polymer of octamethyltrisiloxane are preferred. A plasma polymerized film composed mainly of a polymer of octamethyltrisiloxane is preferably used in the bonding method of the present embodiment because of its excellent adhesiveness. The polymer of octamethyltrisiloxane is liquid at room temperature and has an appropriate viscosity, so it is easy to handle.

次に、偏光変換素子1の製造方法を説明する。
まず、第1基材11、第2基材12、偏光分離層13および反射層14が繰り返し積層されてなるブロック体20の形成工程を説明する。
第1基材11を形成するための短冊状光学ブロックと第2基材12を形成するための短冊状光学ブロックとを用意する。これらの短冊状光学ブロックの材質は第1基材11や第2基材12と同じである。
Next, a method for manufacturing the polarization conversion element 1 will be described.
First, the formation process of the block body 20 in which the first base material 11, the second base material 12, the polarization separation layer 13, and the reflection layer 14 are repeatedly laminated will be described.
A strip-shaped optical block for forming the first substrate 11 and a strip-shaped optical block for forming the second substrate 12 are prepared. The material of these strip-like optical blocks is the same as that of the first base material 11 and the second base material 12.

第1基材11を形成する短冊状光学ブロックの一方の面に偏光分離膜132、他方の面に反射層14を形成する。偏光分離膜132および反射層14の形成方法は、真空蒸着,イオンアシスト蒸着、イオンプレーティング法、スパッタ法等の従来の方法を用いて形成する。
次に、第2基材12を形成する短冊状光学ブロックの一方の面、および第1基材11を形成する短冊状光学ブロックの偏光分離膜132の面にプラズマ重合膜を形成する。プラズマ重合膜の形成方法は、前述の通りである。そして、プラズマ重合膜同士を貼り合わせた積層体を複数積層して複数積層体を形成する。そして、この複数積層体を、その平面に対して45°の方向Lに沿って所定間隔毎に切断する。切断された1つのブロックは端面が平行四辺形とされる。そして、ブロックには偏光分離層13と反射層14とが所定間隔毎に配置された構造となる。その後、ブロックの所定位置をその平面に対して垂直な方向V1に沿って切断し、ブロック体20を形成する。
The polarization separation film 132 is formed on one surface of the strip-shaped optical block forming the first base material 11, and the reflective layer 14 is formed on the other surface. The polarization separation film 132 and the reflective layer 14 are formed by using a conventional method such as vacuum vapor deposition, ion assist vapor deposition, ion plating method, sputtering method or the like.
Next, a plasma polymerization film is formed on one surface of the strip-shaped optical block that forms the second substrate 12 and the surface of the polarization separation film 132 of the strip-shaped optical block that forms the first substrate 11. The method for forming the plasma polymerized film is as described above. Then, a plurality of laminated bodies in which the plasma polymer films are bonded together are laminated to form a plurality of laminated bodies. And this multiple laminated body is cut | disconnected for every predetermined space | interval along the direction L of 45 degrees with respect to the plane. One of the cut blocks has a parallelogram at its end face. The block has a structure in which the polarization separation layer 13 and the reflection layer 14 are arranged at predetermined intervals. Thereafter, a predetermined position of the block is cut along a direction V1 perpendicular to the plane, and the block body 20 is formed.

次に、ブロック体20に位相差板15を形成する工程を、図5及び図6に基づいて説明する。
まず、図5(A)〜(C)に示される通り、第1基材11、第2基材12、偏光分離層13および反射層14からなるブロック体20の接合面20Aにプラズマ重合膜を形成する(重合膜形成工程)。
この重合膜形成工程では、プラズマ重合装置200のチャンバー201の第1電極211に、ブロック体20を保持する。そして、チャンバー201の内部に酸素を所定量導入するとともに第1電極211と第2電極212との間に電源回路220から高周波電圧を印加して光学部材自体の活性化(基板活性化)を実施する。
その後、ガス供給部240を作動させると、チャンバー201の内部に原料ガスとキャリアガスとの混合ガスが供給される。供給された混合ガスはチャンバー201の内部に充填され、図5(A)に示される通り、基材としてのブロック体20に混合ガスが露出される。
Next, the process of forming the phase difference plate 15 on the block body 20 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIGS. 5A to 5C, a plasma polymerization film is formed on the bonding surface 20 </ b> A of the block body 20 including the first base material 11, the second base material 12, the polarization separation layer 13, and the reflection layer 14. Form (polymerized film forming step).
In this polymerization film forming step, the block body 20 is held on the first electrode 211 of the chamber 201 of the plasma polymerization apparatus 200. Then, a predetermined amount of oxygen is introduced into the chamber 201 and a high frequency voltage is applied from the power supply circuit 220 between the first electrode 211 and the second electrode 212 to activate the optical member itself (substrate activation). To do.
Thereafter, when the gas supply unit 240 is operated, a mixed gas of the source gas and the carrier gas is supplied into the chamber 201. The supplied mixed gas is filled in the chamber 201, and as shown in FIG. 5A, the mixed gas is exposed to the block body 20 as a base material.

混合ガスにおける原料ガスの割合(混合比)は、原料ガスやキャリアガスの種類や目的とする成膜速度等によって若干異なるが、例えば、混合ガス中の原料ガスの割合は20%以上70%以下程度に設定することが好ましく、30%以上60%以下程度に設定することがより好ましい。
第1電極211と第2電極212との間に印加する周波数は、特に限定されないが、1〜100MHz程度であるのが好ましく、10〜60MHz程度がより好ましい。高周波の出力密度は特に限定されないが、0.01〜10W/cm程度であることが好ましく、0.1〜1W/cm程度であるのがより好ましい。
The ratio (mixing ratio) of the source gas in the mixed gas is slightly different depending on the type of the source gas or carrier gas, the target film forming speed, and the like. For example, the ratio of the source gas in the mixed gas is 20% or more and 70% or less. It is preferable to set the degree to about 30% to 60%.
The frequency applied between the first electrode 211 and the second electrode 212 is not particularly limited, but is preferably about 1 to 100 MHz, and more preferably about 10 to 60 MHz. But not limited high frequency power density, in particular, is preferably about 0.01 to 10 / cm 2, more preferably about 0.1 to 1 W / cm 2.

成膜時のチャンバー201の圧力は、133.3×10−5〜1333Pa(1×10−5〜10Torr)程度であるのが好ましく、133.3×10−4〜133.3Pa(1×10−4〜1Torr)程度であるのがより好ましい。
原料ガス流量は、0.5〜200sccm程度が好ましく、1〜100sccm程度がより好ましい。
キャリアガス流量は、5〜750sccm程度が好ましく、10〜500sccm程度がより好ましい。
処理時間は1〜10分程度であることが好ましく、4〜7分程度がより好ましい。
基材としてのブロック体20の温度は、25℃以上が好ましく、25〜100℃がより好ましい。
The pressure of the chamber 201 during film formation is preferably about 133.3 × 10 −5 to 1333 Pa (1 × 10 −5 to 10 Torr), and is preferably 133.3 × 10 −4 to 133.3 Pa (1 × 10 -4 to 1 Torr) is more preferable.
The raw material gas flow rate is preferably about 0.5 to 200 sccm, more preferably about 1 to 100 sccm.
The carrier gas flow rate is preferably about 5 to 750 sccm, more preferably about 10 to 500 sccm.
The treatment time is preferably about 1 to 10 minutes, more preferably about 4 to 7 minutes.
The temperature of the block body 20 as a base material is preferably 25 ° C. or higher, and more preferably 25 to 100 ° C.

第1電極211と第2電極212との間に高周波電圧を印加することにより、これらの電極211,212の間に存在するガスの分子が電離し、プラズマが発生する。このプラズマのエネルギーにより原料ガス中の分子が重合し、図5(B)に示される通り、重合物がブロック体20の表面に付着、堆積する。これにより、図5(C)に示される通り、ブロック体20の接合面20Aにプラズマ重合膜である第1接合層161が形成される。
第1接合層161および第2接合層162は、その平均厚さが10〜1000nmであり、50〜500nmが好ましい。第1接合層161および第2接合層162の平均厚さが10nmを下回ると、十分な接合強度を得ることができず、1000nmを超えると、接合体の寸法精度が著しく低下する。
By applying a high-frequency voltage between the first electrode 211 and the second electrode 212, gas molecules existing between these electrodes 211 and 212 are ionized to generate plasma. The molecules of the raw material gas are polymerized by the energy of the plasma, and the polymer is adhered and deposited on the surface of the block body 20 as shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 5C, the first bonding layer 161 that is a plasma polymerization film is formed on the bonding surface 20 </ b> A of the block body 20.
The average thickness of the first bonding layer 161 and the second bonding layer 162 is 10 to 1000 nm, and preferably 50 to 500 nm. If the average thickness of the first bonding layer 161 and the second bonding layer 162 is less than 10 nm, sufficient bonding strength cannot be obtained, and if it exceeds 1000 nm, the dimensional accuracy of the bonded body is significantly reduced.

なお、第1接合層161および第2接合層162からなる接合層16の屈折率は、成膜時の真空度によってその値が異なる。したがって、第2基材12および位相差板15に使用される材料の屈折率に応じて、第1接合層161および第2接合層162の成膜真空度を調整することにより、所望の屈折率を有する接合層16を形成することができる。   Note that the refractive index of the bonding layer 16 including the first bonding layer 161 and the second bonding layer 162 varies depending on the degree of vacuum during film formation. Therefore, a desired refractive index can be obtained by adjusting the film formation vacuum degree of the first bonding layer 161 and the second bonding layer 162 according to the refractive index of the material used for the second base material 12 and the retardation plate 15. The bonding layer 16 having the following can be formed.

その後、図6(A)に示される通り、第1接合層161および第2接合層162を活性化して表面を活性化させる(表面活性化工程)。
表面活性化工程は、例えば、プラズマを照射する方法、オゾンガスに接触させる方法、オゾン水で処理する方法、あるいは、アルカリ処理する方法等を用いることができる。
ここで、活性化させる、とは、プラズマ重合膜の表面及び内部の分子結合が切断されて終端化されていない結合手が生じた状態や、その切断された結合手にOH基が結合した状態、又は、これらの状態が混在した状態をいう。
この表面活性化工程では、プラズマ重合膜の表面を効率よく活性化させるためにプラズマを照射する方法が好ましい。プラズマ重合膜の表面に照射するとしたのは、プラズマ重合膜の分子構造を必要以上に、例えば、プラズマ重合膜とブロック体20との境界に至るまで切断しないので、プラズマ重合膜の特性の低下を避けるためである。
Thereafter, as shown in FIG. 6A, the first bonding layer 161 and the second bonding layer 162 are activated to activate the surface (surface activation step).
For the surface activation step, for example, a method of irradiating plasma, a method of contacting with ozone gas, a method of treating with ozone water, a method of treating with alkali, or the like can be used.
Here, activation means a state in which a molecular bond on the surface and inside of the plasma polymerized film is cut and an unterminated bond is generated, or a state in which an OH group is bonded to the cut bond. Or a state in which these states are mixed.
In this surface activation step, a method of irradiating plasma is preferable in order to efficiently activate the surface of the plasma polymerization film. The reason for irradiating the surface of the plasma polymerized film is that the molecular structure of the plasma polymerized film is not cut more than necessary, for example, until it reaches the boundary between the plasma polymerized film and the block 20, so that the characteristics of the plasma polymerized film are reduced. This is to avoid it.

本実施形態で使用されるプラズマとしては、例えば、酸素、アルゴン、チッソ、空気、水等を1種又は2種以上混合して用いることができる。これらの中で、酸素を使用することが好ましい。
このようなプラズマを使用することで、プラズマ重合膜の特性の著しい低下を防止するとともに、広範囲のムラをなくし、より短時間で処理することができる。そして、プラズマはプラズマ重合膜を形成する装置と同設備で発生させることができるから、製造コストが低減できるという利点もある。
プラズマを照射する時間は、プラズマ重合膜の表面付近の分子結合を切断し得る程度の時間であれば特に限定されるものではないが、5sec〜30min程度であるのが好ましく、10〜60secがより好ましい。
このようにして活性化されたプラズマ重合膜の表面には、OH基が導入される。
なお、本実施形態では、プラズマ重合膜形成工程と表面活性化工程との間にブロック体20を洗浄する工程を設けてもよい。この洗浄工程は、薬品、水、その他の適宜な手段を用いて行われる。
As the plasma used in the present embodiment, for example, oxygen, argon, nitrogen, air, water, or the like can be used alone or in combination. Among these, it is preferable to use oxygen.
By using such plasma, it is possible to prevent a significant decrease in the characteristics of the plasma polymerized film, eliminate unevenness in a wide range, and perform processing in a shorter time. And since plasma can be generated with the same equipment as the apparatus for forming the plasma polymerized film, there is also an advantage that the manufacturing cost can be reduced.
The time for irradiating the plasma is not particularly limited as long as the molecular bond near the surface of the plasma polymerization film can be broken, but it is preferably about 5 to 30 minutes, more preferably 10 to 60 seconds. preferable.
OH groups are introduced on the surface of the plasma polymerized film thus activated.
In the present embodiment, a step of cleaning the block body 20 may be provided between the plasma polymerization film forming step and the surface activation step. This cleaning step is performed using chemicals, water, or other appropriate means.

プラズマ重合膜である第1接合層161の表面が活性化されたブロック体20と、同様にプラズマ重合膜である第2接合層162の表面が活性化された位相差板15とを貼り合わせて一体化する(貼合工程)。
つまり、図6(B)に示される通り、ブロック体20と位相差板15とをそれぞれプラズマ重合膜でなる第1接合層161および第2接合層162を対向させた状態で互いに押し付ける。
表面が活性化されたプラズマ重合膜は、その活性状態が経時的に緩和するので、表面活性化工程の後速やかに貼合工程に移行する。具体的には、表面活性化工程の後、60分以内に貼合工程に移行するのが好ましく、5分以内に移行するのがより好ましい。この時間内であれば、プラズマ重合膜の表面が十分な活性状態を維持しているので、貼り合わせに際して十分な結合強度を得ることができる。
The block body 20 in which the surface of the first bonding layer 161 that is a plasma polymerization film is activated and the retardation plate 15 in which the surface of the second bonding layer 162 that is a plasma polymerization film is activated are bonded together. Integrate (bonding process).
That is, as shown in FIG. 6B, the block body 20 and the phase difference plate 15 are pressed against each other with the first bonding layer 161 and the second bonding layer 162 made of plasma polymerized films facing each other.
Since the activated state of the plasma polymerized film whose surface has been activated relaxes over time, the plasma polymerized film shifts to the bonding step immediately after the surface activation step. Specifically, after the surface activation step, it is preferable to shift to the pasting step within 60 minutes, and it is more preferable to shift within 5 minutes. Within this time, the surface of the plasma polymerized film is maintained in a sufficiently active state, so that sufficient bonding strength can be obtained at the time of bonding.

プラズマ重合膜同士を貼り合わせることで、これらの膜同士が結合する。この結合は、次の(1)又は(2)、あるいは、(1)及び(2)のメカニズムに基づくものと推測される。
(1)2つの基材同士、本実施形態では、ブロック体20と位相差板15とを貼り合わせると、各プラズマ重合膜の表面にそれぞれ存在するOH基同士が隣接することになる。この隣接したOH基同士は、水素結合によって互いに引き合い、OH基同士の間に引力が発生する。また、この水素結合によって互いに引き合うOH基同士は温度条件によって脱水縮合を伴って表面から離脱する。その結果、2つのプラズマ重合膜同士の接触境界では、脱離したOH基が結合していた結合手同士が結合する。つまり、各プラズマ重合膜を構成する第1接合層161および第2接合層162のそれぞれの母材同士が直接結合して一体化し、1層のプラズマ重合膜、つまり、接合層16が形成される。(2)2つの基材同士を貼り合わせると、各プラズマ重合膜の表面や内部に生じた終端化されていない結合手同士が再結合する。この再結合は、互いに重なり合う(絡み合う)ように複雑に生じることから、接合界面にネットワーク状の結合が形成される。これにより、各プラズマ重合膜を構成するそれぞれの母材同士が直接接合して一体化し、一層のプラズマ重合膜、つまり、接合層16が形成される。
By bonding the plasma polymerization films together, these films are bonded together. This coupling | bonding is estimated based on the following (1) or (2) or the mechanism of (1) and (2).
(1) When two base materials, in this embodiment, the block body 20 and the phase difference plate 15 are bonded together, OH groups present on the surfaces of the respective plasma polymerization films are adjacent to each other. The adjacent OH groups attract each other by hydrogen bonding, and an attractive force is generated between the OH groups. In addition, OH groups attracting each other by this hydrogen bond are detached from the surface with dehydration condensation depending on temperature conditions. As a result, at the contact boundary between the two plasma polymerized films, the bonds in which the detached OH groups are bonded are bonded. That is, the respective base materials of the first bonding layer 161 and the second bonding layer 162 constituting each plasma polymerization film are directly coupled to each other to form one plasma polymerization film, that is, the bonding layer 16. . (2) When two base materials are bonded together, unterminated bonds generated on the surface and inside of each plasma polymerization film are recombined. Since this recombination occurs in a complicated manner so as to overlap (entangle) with each other, a network-like bond is formed at the bonding interface. As a result, the respective base materials constituting each plasma polymerization film are directly bonded and integrated to form one plasma polymerization film, that is, the bonding layer 16.

本実施形態では、貼合工程の後に、必要に応じて、ブロック体20と位相差板15とを加圧する(加圧工程)。これにより、偏光変換素子1が製造される。
この加圧工程では、接合強度を大きくするために、ブロック体20と位相差板15とを大きな力で加圧することが好ましい。具体的には、加圧するための圧力は、ブロック体20や位相差板15の厚さ寸法や装置等の条件によって異なるものの、1〜10MPa程度であるのが好ましく、1〜5MPaがより好ましい。加圧時間は特に限定されないが、10sec〜30min程度であるのが好ましい。
In this embodiment, after the bonding process, the block body 20 and the phase difference plate 15 are pressurized as necessary (pressure process). Thereby, the polarization conversion element 1 is manufactured.
In this pressing step, it is preferable to pressurize the block body 20 and the phase difference plate 15 with a large force in order to increase the bonding strength. Specifically, the pressure for pressurization is preferably about 1 to 10 MPa, and more preferably 1 to 5 MPa, although it varies depending on the thickness of the block body 20 and the phase difference plate 15 and the conditions of the apparatus and the like. The pressurization time is not particularly limited, but is preferably about 10 sec to 30 min.

ブロック体20や位相差板15を加圧した後に、これらを加熱する(加熱工程)。偏光変換素子1を加熱することで、接合強度を高めることができる。
この加熱工程は必要に応じて設けられるものであり、その加熱温度は、25〜100℃であり、好ましくは、50〜100℃である。100℃を超えると、偏光変換素子1が変質・劣化するおそれがある。加熱時間は1〜30min程度であることが好ましい。
なお、この加熱工程は加圧工程の後で単独に行ってもよいが、加圧工程と同時に行うことが接合強度を強める上で好ましい。
After pressurizing the block body 20 and the phase difference plate 15, these are heated (heating process). By heating the polarization conversion element 1, the bonding strength can be increased.
This heating step is provided as necessary, and the heating temperature is 25 to 100 ° C, and preferably 50 to 100 ° C. If the temperature exceeds 100 ° C., the polarization conversion element 1 may be deteriorated or deteriorated. The heating time is preferably about 1 to 30 minutes.
In addition, although this heating process may be performed independently after a pressurization process, it is preferable to carry out simultaneously with a pressurization process, when strengthening joining strength.

なお、本実施形態では、活性化されていない重合膜は化学的に安定しているため、それぞれプラズマ重合膜である第1接合層161が形成されたブロック体20とプラズマ重合膜である第2接合層162が形成された位相差板15とを重合膜形成工程で多数製造しておき、これを保管する。そして、最終的に必要な個数のみ表面活性化工程を経て、プラズマ重合膜を活性化し、速やかに、貼合工程に移行することで、偏光変換素子1の製造効率を向上させることができる。   In this embodiment, since the polymer film that has not been activated is chemically stable, the block body 20 in which the first bonding layer 161 that is a plasma polymerized film is formed and the second polymer polymer film that is the second polymer polymer film. A number of retardation films 15 on which the bonding layer 162 is formed are manufactured in the polymer film forming step, and stored. And only the required number finally passes through a surface activation process, activates a plasma polymerization film, and can shift to a pasting process quickly, and can improve manufacturing efficiency of polarization conversion element 1.

ここで、接合層16を以下の条件で形成した場合の屈折率と波長の関係を図7に示す。なお、この条件で形成したプラズマ重合膜の厚みは5nm以上1500nm以下であった。
(重合膜形成工程の条件)
原料ガス:シロキサンガス 10sccm
キャリアガス:アルゴンガス 10sccm
処理時間:220sec
(表面活性化工程の条件)
プラズマ:Oガス 20sccm
照射時間:60sec
(加圧工程)
加圧力 10MPa
Here, the relationship between the refractive index and the wavelength when the bonding layer 16 is formed under the following conditions is shown in FIG. The thickness of the plasma polymerization film formed under these conditions was 5 nm or more and 1500 nm or less.
(Conditions for polymerization film formation process)
Source gas: Siloxane gas 10sccm
Carrier gas: Argon gas 10sccm
Processing time: 220 sec
(Conditions for surface activation process)
Plasma: O 2 gas 20sccm
Irradiation time: 60 sec
(Pressure process)
Pressure 10MPa

図7に示すように、プラズマ重合膜の屈折率は波長によってその値が異なるため、これらの条件を選定することにより、所定の波長領域において所望の屈折率を有するプラズマ重合膜を形成することができる。   As shown in FIG. 7, since the refractive index of the plasma polymerized film varies depending on the wavelength, it is possible to form a plasma polymerized film having a desired refractive index in a predetermined wavelength region by selecting these conditions. it can.

従って、第1実施形態では、以下の作用効果を奏することができる。
(1)第2基材12と位相差板15との間に接合層16を設け、接合層16の屈折率nが、第2基材12の屈折率nと位相差板15の屈折率nの間の値となるようにプラズマ重合膜が形成されている。すなわち、第2基材12の屈折率nが位相差板15の屈折率nよりも大きいので、n>n>nの関係を満たしている。このように、各層間の屈折率の差が小さいため、界面における反射ロスを小さくすることができる。したがって、透過率に優れたPBSを提供することができる。
また、プラズマ重合膜で形成される接合層16は、比較的軟性であるため、熱による基材(第1基材11、第2基材12および位相差板15)の膨張割れを抑止することができる。すなわち、耐熱性に優れている。
Therefore, in the first embodiment, the following operational effects can be achieved.
(1) The bonding layer 16 is provided between the second substrate 12 and the retardation plate 15, and the refractive index n 3 of the bonding layer 16 is the refractive index n 1 of the second substrate 12 and the refraction of the retardation plate 15. plasma polymerization film to a value between the rate n 2 are formed. That is, since the refractive index n 1 of the second substrate 12 is larger than the refractive index n 2 of the phase difference plate 15, the relationship of n 1 > n 3 > n 2 is satisfied. Thus, since the difference in refractive index between each layer is small, reflection loss at the interface can be reduced. Therefore, it is possible to provide PBS with excellent transmittance.
Further, since the bonding layer 16 formed of the plasma polymerized film is relatively soft, it suppresses expansion cracking of the base material (the first base material 11, the second base material 12, and the retardation plate 15) due to heat. Can do. That is, it has excellent heat resistance.

(2)また、接合層16としてプラズマ重合膜を用い、プラズマ重合膜の原料にはポリオルガノシロキサン、有機金属ポリマー、炭化水素系ポリマー、フッ素系ポリマー等の無機材料が使用されるので、無機材料で形成される第2基材12および位相差板15との接着性に優れ、耐久性が向上する。
(3)さらに、接着剤を使用した場合と異なり、接着剤がはみ出すことがないので良好な外観を維持することができる。
(4)また、プラズマ重合膜は、ブロック体20の接合面20A全体に形成されるので、マスクなどの煩雑な処理が不要となり、容易に製造することができる。すなわち、生産性の向上を図ることができる。
(2) In addition, since a plasma polymerized film is used as the bonding layer 16 and an inorganic material such as polyorganosiloxane, organometallic polymer, hydrocarbon polymer, or fluorine polymer is used as the raw material of the plasma polymerized film, the inorganic material It is excellent in adhesiveness with the second base material 12 and the phase difference plate 15 formed in the above, and durability is improved.
(3) Furthermore, unlike the case where an adhesive is used, the adhesive does not protrude, so that a good appearance can be maintained.
(4) Moreover, since the plasma polymerized film is formed on the entire bonding surface 20A of the block body 20, a complicated process such as a mask is not required and can be easily manufactured. That is, productivity can be improved.

(5)そして、偏光変換素子1は、第1接合層131Aおよび第2接合層131Bにプラズマ重合膜を用い、第1接合層131Aおよび第2接合層131Bを貼り合わせて形成される接合層131の屈折率n13を、偏光分離膜132の最外層の屈折率n11と第2基材12の屈折率nとの間の値となるように形成されている。したがって、偏光分離膜132の最外層と第2基材12との界面で反射ロスを抑止することができ、より透過率に優れた偏光変換素子1を提供することができる。
また、接合層131は、接合層16と同様に比較的軟性であるため、熱による基材(第2基材12および第1基材11)の膨張割れを抑止することができる。さらに、接合層131を形成するプラズマ重合膜には無機材料が使用されるので、無機材料で規制される第2基材12および偏光分離膜132との接着性に優れ、耐久性が向上する。
(5) The polarization conversion element 1 uses a plasma polymerization film for the first bonding layer 131A and the second bonding layer 131B, and the bonding layer 131 formed by bonding the first bonding layer 131A and the second bonding layer 131B. the refractive index n 13 of, and is formed to have a value between the refractive index n 11 of the outermost layer and the refractive index n 2 of the second substrate 12 of the polarization splitting film 132. Therefore, reflection loss can be suppressed at the interface between the outermost layer of the polarization separation film 132 and the second base material 12, and the polarization conversion element 1 having more excellent transmittance can be provided.
In addition, since the bonding layer 131 is relatively soft like the bonding layer 16, it is possible to suppress expansion cracking of the base material (the second base material 12 and the first base material 11) due to heat. Furthermore, since an inorganic material is used for the plasma polymerized film that forms the bonding layer 131, the adhesion with the second base material 12 and the polarization separation film 132 regulated by the inorganic material is excellent, and the durability is improved.

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、接合層16は第1接合層161と第2接合層162とを貼り合わせて1層とする構成としたが、接合層16を多層で形成し、接合層16と隣接する2つの層のうち屈折率の小さい層側から屈折率の小さい順に接合層16の各層を積層する構成としてもよい。この場合、接合層16の各層の屈折率は、接合層16に隣接する2つの層のそれぞれの屈折率の間の値となる。このように、接合層16の屈折率を徐々に変化させることによって、接合層16に隣接する2つの層の屈折率の差が小さくなるため、反射ロスを抑止することができる。したがって、透過率に優れる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the above embodiment, the bonding layer 16 has a structure in which the first bonding layer 161 and the second bonding layer 162 are bonded together to form one layer. However, the bonding layer 16 is formed in multiple layers and is adjacent to the bonding layer 16. The layers of the bonding layer 16 may be stacked in order of decreasing refractive index from the layer having the smallest refractive index of the two layers. In this case, the refractive index of each layer of the bonding layer 16 is a value between the refractive indexes of the two layers adjacent to the bonding layer 16. Thus, by gradually changing the refractive index of the bonding layer 16, the difference in refractive index between the two layers adjacent to the bonding layer 16 is reduced, so that reflection loss can be suppressed. Therefore, the transmittance is excellent.

以下、本実施形態の効果を確認するために、実施例について説明する。
実施例1〜3および比較例1〜3に示す構成の偏光変換素子について、各波長における透過率を測定した。
[実施例1]
前述の実施形態における製造方法にしたがって、屈折率n=1.518の白板(ショット社製、商品名「B270」)、プラズマ重合層(屈折率n=1.540、厚みt=0.3μm)、屈折率n=1.561の水晶(人工水晶)の順に積層された構造を持つ偏光変換素子を作成した。なお、各屈折率は、設計波長600nmにおけるものである。
Hereinafter, examples will be described in order to confirm the effects of the present embodiment.
About the polarization conversion element of the structure shown in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3, the transmittance | permeability in each wavelength was measured.
[Example 1]
According to the manufacturing method in the above-described embodiment, a white plate having a refractive index n = 1.518 (product name “B270” manufactured by Schott), a plasma polymerization layer (refractive index n = 1.540, thickness t = 0.3 μm) A polarization conversion element having a structure in which quartz (artificial quartz) having a refractive index n = 1.561 was laminated in this order was prepared. Each refractive index is at a design wavelength of 600 nm.

[実施例2]
プラズマ重合層の厚みをt=0.26μmとした以外は実施例1と同様にして偏光変換素子を作成した。
[Example 2]
A polarization conversion element was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the plasma polymerization layer was t = 0.26 μm.

[実施例3]
プラズマ重合層の厚みをt=0.22μmとした以外は実施例1と同様にして偏光変換素子を作成した。
[Example 3]
A polarization conversion element was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the plasma polymerization layer was t = 0.22 μm.

[比較例1]
屈折率n=1.518の白板(ショット社製、商品名「B270」)、硬化不十分の接着剤(サンライズMSI社製、商品名「PHOTOボンド300」、屈折率n=1.478、厚みt=5μm)からなる接着層、屈折率n=1.561の水晶(人工水晶)の順に積層された構造を持つ偏光変換素子を作成した。なお、各屈折率は、設計波長600nmにおけるものである。
[Comparative Example 1]
White plate with refractive index n = 1.518 (Shot, trade name “B270”), insufficiently cured adhesive (Sunrise MSI, trade name “PHOTO BOND 300”, refractive index n = 1.478, thickness A polarization conversion element having a structure in which an adhesive layer composed of t = 5 μm) and a quartz crystal (artificial quartz) with a refractive index n = 1.561 was laminated in this order was prepared. Each refractive index is at a design wavelength of 600 nm.

[比較例2]
比較例1において、接着剤を十分に硬化させた。このときの接着層の屈折率はn=1.502であった。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 1, the adhesive was sufficiently cured. The refractive index of the adhesive layer at this time was n = 1.502.

[比較例3]
屈折率n=1.518の白板(ショット社製、商品名「B270」)、屈折率n=1.561の水晶(人工水晶)をプラズマ重合により直接接合した。なお、各屈折率は、設計波長600nmにおけるものである。
[Comparative Example 3]
A white plate having a refractive index n = 1.518 (product name “B270”, manufactured by Schott) and a quartz crystal (artificial quartz) having a refractive index n = 1.561 were directly joined by plasma polymerization. Each refractive index is at a design wavelength of 600 nm.

これらの偏光変換素子について、各波長における透過率を分光光度計(日立社製U4100)を用いて測定した。測定結果を図8および図9に示す。   About these polarization conversion elements, the transmittance | permeability in each wavelength was measured using the spectrophotometer (Hitachi U4100). The measurement results are shown in FIGS.

図8からわかるように、実施例1は、界面反射のロスを0.02%以下に抑えることができ、比較例1、2および3に比べて透過率が安定して高くなっている。一方、比較例1および2は、接着剤を用いているため、界面反射ロスにより透過率が低下し、干渉縞もみられる。比較例3は、干渉縞はみられないものの、0.02%程度の界面反射があり、特に500nm以上の範囲では、実施例1に比べて、透過率が低下している。したがって、本実施例では、設計波長600nmにおけるプラズマ重合層の屈折率を1.519以上1.555以下の範囲内とすることで優れた透過率を維持することができる。   As can be seen from FIG. 8, in Example 1, the loss of interface reflection can be suppressed to 0.02% or less, and the transmittance is stably high as compared with Comparative Examples 1, 2, and 3. On the other hand, since Comparative Examples 1 and 2 use an adhesive, the transmittance decreases due to interface reflection loss, and interference fringes are also observed. In Comparative Example 3, although no interference fringes are observed, there is an interface reflection of about 0.02%, and in particular, in the range of 500 nm or more, the transmittance is lower than that of Example 1. Therefore, in this embodiment, excellent transmittance can be maintained by setting the refractive index of the plasma polymerization layer at the design wavelength of 600 nm within the range of 1.519 to 1.555.

また、図9からわかるように、接着層の厚みに応じてピーク波長がシフトする。すなわち、接着層の厚みに応じて透過率特性がシフトする。図8では、実施例1は赤色領域(波長600nm付近)において高透過率を示し、実施例2は緑色領域(波長550nm付近)において高透過率を示し、実施例3は青色領域(波長500nm付近)において高透過率を示す。このように、接着層の厚みを調整することによって、透過率特性を調整することができる。   Further, as can be seen from FIG. 9, the peak wavelength shifts according to the thickness of the adhesive layer. That is, the transmittance characteristic is shifted according to the thickness of the adhesive layer. In FIG. 8, Example 1 shows a high transmittance in the red region (wavelength near 600 nm), Example 2 shows a high transmittance in the green region (wavelength near 550 nm), and Example 3 shows a blue region (around 500 nm wavelength). ) Shows high transmittance. Thus, the transmittance characteristic can be adjusted by adjusting the thickness of the adhesive layer.

本発明は、液晶プロジェクタ、その他の装置に用いられる偏光変換素子に利用できる。   The present invention can be used for polarization conversion elements used in liquid crystal projectors and other devices.

本発明の実施形態の偏光変換素子を示す端面図。The end elevation which shows the polarization conversion element of embodiment of this invention. 図1の要部拡大断面図。The principal part expanded sectional view of FIG. 図1の要部拡大断面図。The principal part expanded sectional view of FIG. 前記実施形態におけるプラズマ重合装置の概略図Schematic of the plasma polymerization apparatus in the embodiment 前記実施形態におけるプラズマ重合膜形成工程を説明する概略図。Schematic explaining the plasma polymerization film | membrane formation process in the said embodiment. 前記実施形態における貼合工程を説明する概略図。Schematic explaining the bonding process in the said embodiment. 本発明の実施例における屈折率と波長の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the refractive index and wavelength in the Example of this invention. 本発明の実施例における透過率と波長の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the transmittance | permeability in the Example of this invention, and a wavelength. 本発明の実施例における透過率と波長の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the transmittance | permeability in the Example of this invention, and a wavelength.

符号の説明Explanation of symbols

1…偏光変換素子、11…第1基材、12…第2基材、13…偏光分離層、14…反射層、131…接合層、131A…第1接合層、131B…第2接合層、132…偏光分離膜、15…位相差板、16…接合層、161…第1接合層、162…第2接合層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polarization conversion element, 11 ... 1st base material, 12 ... 2nd base material, 13 ... Polarization separation layer, 14 ... Reflection layer, 131 ... Joining layer, 131A ... 1st joining layer, 131B ... 2nd joining layer, 132: polarization separation film, 15: retardation plate, 16: bonding layer, 161: first bonding layer, 162: second bonding layer

Claims (6)

屈折率nの第1光学部材と屈折率n(n≠n)の第2光学部材とを有する偏光変換素子であって、
プラズマ重合膜で形成され、前記第1光学部材と前記第2光学部材とを分子接合する接合層を備え、
前記接合層の屈折率nがnとnとの間である
ことを特徴とする偏光変換素子。
A polarization conversion element having a first optical member having a refractive index n 1 and a second optical member having a refractive index n 2 (n 1 ≠ n 2 ),
Formed of a plasma polymerized film, comprising a bonding layer for molecularly bonding the first optical member and the second optical member;
The polarization conversion element, wherein a refractive index n 3 of the bonding layer is between n 1 and n 2 .
請求項1に記載の偏光変換素子において、
前記プラズマ重合膜は、その主材料がポリオルガノシロキサンである
ことを特徴とする偏光変換素子。
The polarization conversion element according to claim 1,
The plasma-polymerized film is a polarization conversion element characterized in that the main material is polyorganosiloxane.
請求項1または請求項2に記載の偏光変換素子において、
前記第1光学部材がガラス基材であり、前記第2光学部材が水晶からなる位相差板である
ことを特徴とする偏光変換素子。
The polarization conversion element according to claim 1 or 2,
The polarization conversion element, wherein the first optical member is a glass substrate, and the second optical member is a retardation plate made of quartz.
請求項1または請求項2に記載の偏光変換素子において、
前記第1光学部材がガラス基材であり、前記第2光学部材が誘電体多層膜である
ことを特徴とする偏光変換素子。
The polarization conversion element according to claim 1 or 2,
The first optical member is a glass substrate, and the second optical member is a dielectric multilayer film.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の偏光変換素子において、
前記接合層は、前記第1光学部材および前記第2光学部材のうち少なくともいずれか一方の接合面全体に形成される
ことを特徴とする偏光変換素子。
In the polarization conversion element according to any one of claims 1 to 4,
The polarization conversion element, wherein the bonding layer is formed on the entire bonding surface of at least one of the first optical member and the second optical member.
請求項1から請求項5のいずれかに記載の偏光変換素子において、
前記接合層は、多層で形成され、
前記接合層の各層は、前記第1光学部材と前記第2光学部材のうち屈折率の小さい側から屈折率の大きい側に向かって、屈折率の小さい順に積層される
ことを特徴とする偏光変換素子。
In the polarization conversion element according to any one of claims 1 to 5,
The bonding layer is formed of multiple layers,
Each layer of the bonding layer is laminated in order of decreasing refractive index from the side with the lower refractive index to the side with the higher refractive index of the first optical member and the second optical member. element.
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