CN102681073B - 玻璃基板以及偏光元件的制造方法 - Google Patents

玻璃基板以及偏光元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够简便地制造光学特性优异的偏光元件的方法。本发明的偏光元件的制造方法的特征在于具有以下工序：在玻璃基板上形成金属卤化物的岛状膜的工序；通过将上述玻璃基板加热拉伸而使上述岛状膜伸长，形成上述金属卤化物的针状粒子的工序；通过还原上述针状粒子的上述金属卤化物而形成由金属构成的针状金属粒子的工序；并且，上述金属卤化物是利用反应性物理蒸镀法堆积在上述玻璃基板上的。

Description

玻璃基板以及偏光元件的制造方法
技术领域
本发明涉及偏光元件的制造方法。
背景技术
作为偏光元件的一种已知偏光玻璃。由于偏光玻璃能够仅由无机物构成，所以与含有机物的偏光板相比较，对光的劣化明显少。由此，在近年来高亮度化一直发展的液晶投影仪中，偏光玻璃作为有效的光学器件受到关注。
作为一般的偏光玻璃公知的有专利文献1中记载的偏光玻璃，其制造方法如下所述。
（1）由含有选自氯化物、溴化物及碘化物中的至少一种卤化物及银的组合物来制作所希望形状的玻璃制品。
（2）将该玻璃制品经足够在该玻璃制品中使AgCl、AgBr或AgI的结晶生成的时间，加热到高于应变点但不高于玻璃软化点约50℃的温度而制作含有结晶的制品。
（3）在高于退火点但低于玻璃呈现约108泊的粘度的温度的温度下，将该含有结晶的制品在应力下伸长以使结晶以至少5：1的宽长比伸长。
（4）将该制品经足够在该制品上使化学还原表面层扩大的时间，暴露于比约250℃高但不高于玻璃退火点约25℃的温度的还原气氛中。由此伸长的卤化银粒子的至少一部分被还原成银元素。
另一方面，已知用离子交换法将银或铜向玻璃表层中导入后，使银或铜的卤化物的相析出，将其伸长，从而在玻璃制品的表层形成具有偏光分离功能的层的方法（参照专利文献2）。
专利文献1：日本特开昭56-169140号公报
专利文献2：日本专利第4394355号公报
发明内容
专利文献1记载的制造方法中，在玻璃制品中同样有卤化物析出，而另一方面还原工序中只还原玻璃制品表层的卤化物，所以在玻璃制品的厚度方向的中央部分残留卤化物。因此，偏光元件的透过率下降，在用于液晶显示装置等中时，有可能无法得到足够的亮度。
另一方面，根据专利文献2记载的方法，则仅在玻璃制品的表层部导入银或铜，所以能够防止由未被还原而残留的卤化物所致的上述的不良情况。但是，由于需要将玻璃制品浸渍在高温（350℃～750℃）的熔融盐中长达8小时左右，所以环境负荷高。换言之，制造时的消耗能量非常多且生产率差。
本发明是鉴于上述现有技术的问题点完成的，目的之一在于提供一种简便地制造光学特性优异的偏光元件的方法。
本发明的偏光元件的制造方法的特征在于，具有以下工序：在玻璃基板上形成金属卤化物的岛状膜的工序；通过加热拉伸上述玻璃基板而使上述岛状膜伸长，形成上述金属卤化物的针状粒子的工序；及通过还原上述针状粒子上述金属卤化物而形成由金属构成的针状金属粒子的工序；并且，上述金属卤化物是利用反应性物理蒸镀法堆积在上述玻璃基板上的。
根据该制造方法，在玻璃基板的表面形成岛状膜，拉伸该岛状膜形成针状粒子后，利用还原处理形成针状金属粒子，所以能够可靠地对金属卤化物进行还原处理。因此，不会产生由金属卤化物的残留所致的光学特性的下降。并且，由于使用薄膜形成工序在玻璃基板上形成金属卤化物的岛状膜，所以能够以与利用离子交换在玻璃的表层导入金属这样的以往的工序相比显著简便的工序进行制造。因此，能够使制造时的消耗能量极其变少，而且还能提高生产率。
可以是如下的制造方法，即，形成上述岛状膜的工序具有以下工序：利用上述反应性物理蒸镀法在上述玻璃基板上形成由上述金属卤化物构成的被膜的工序；和通过对上述被膜进行蚀刻处理而形成上述岛状膜的工序。
根据该制造方法，能够独立于形成被膜的工序选择对被膜进行蚀刻处理时的条件，所以能够容易地控制构成岛状膜的岛状粒子的配置密度，进而能够容易地控制偏光元件的光学特性。
上述蚀刻处理也可以为使用非活性气体或反应性气体的干式蚀刻处理的制造方法。
根据该制造方法，能够简便地以高成品率形成金属卤化物的岛状膜。
也可以是上述反应性物理蒸镀法为使用由选自Au、Ag、Cu、Cd、Al中的1种或2种以上的金属构成的靶和含卤素气体的工艺气体的反应性溅射法的制造方法。
根据该制造方法，能够以高成品率快速将金属卤化物形成在玻璃基板上，所以能够高效率制造偏光元件。
附图说明
图1是表示实施方式的偏光元件的制造方法的图。
图2是表示蚀刻工序后及拉伸工序后的玻璃基板表面的俯视图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
应予说明，本发明的范围不被以下的实施方式所限定，可以在本发明的技术思想的范围内任意地变更。并且，在以下的附图中，为了使各构成易于理解，存在各构造的比例尺、数量等与实际的构造不同的情况。
图1是表示本实施方式的偏光元件的制造方法的图。
如图1所示，本实施方式的偏光元件的制造方法具有成膜工序S1、蚀刻工序S2、拉伸工序S3、还原工序S4。
如图1（a）所示，成膜工序S1是使用反应性物理蒸镀法在玻璃基板10上形成由金属卤化物构成的被膜11的工序。
作为玻璃基板10，没有特别限定，可以使用公知的任何玻璃基板。这是由于在本实施方式的偏光元件的制造方法中，不需要在玻璃基板中使金属卤化物析出或在玻璃基板的表面利用离子交换导入金属离子，只要可以形成金属卤化物的被膜11即可。具体地说，可以根据偏光元件的用途使用石英玻璃、钠钙玻璃、蓝宝石玻璃、硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃等各种玻璃基板。
反应性物理蒸镀法是利用物理蒸镀中的反应而形成化合物薄膜的成膜法。本实施方式的情况是通过由于物理蒸镀法而飞散的金属粒子与反应气体中含有的卤素之间的反应，在玻璃基板10上形成由金属卤化物构成的被膜11。
作为物理蒸镀法，没有特别限定，蒸发系、溅射系中任一种均可。作为蒸发系的物理蒸镀法，例如可以例示真空蒸镀法、分子束蒸镀法（MBE）、离子镀法、离子束蒸镀法等。作为溅射系的物理蒸镀法，可以例示磁控溅射、离子束溅射、ECR溅射等。
在成膜工序S1中，例如使用反应性溅射时，作为金属靶可以使用由选自Au、Ag、Cu、Cd、Al中的1种或2种以上的金属构成的靶。作为反应气体使用卤素（F、Cl、Br、I、At、Uus）的气体或卤素化合物的气体。使用这些而形成的金属卤化物例如有AgClx、AlF、AgF、AgBr、AgI、AlClx等。
作为卤素化合物气体没有特别限定，但可以举出BCl3、BBr3、BF3等硼化合物气体，CF4、C2F6等氟碳化合物，GeCl4、GeF4等锗化合物，SiCl4、SiF4等硅化合物，SiHCl3、SiH2Cl2等硅烷化合物，NF3、PF3、SF6、SnCl4、TiCl4、WF6等。
其次，如图1（b）所示，蚀刻工序S2是对成膜工序S1中形成的被膜11进行蚀刻处理，从而形成由多个岛状粒子12a构成的岛状膜12的工序。
作为蚀刻处理，优选使用干式蚀刻处理。干式蚀刻处理中根据被膜11的材质选择使用气体源（gaseousspecies）即可。即，可以是使用非活性气体（Ar等）的溅射蚀刻处理，也可以是使用反应性气体（Cl2、BCl3、HBr、CF4、SF6等）的反应性干式蚀刻处理。
图2（a）是表示蚀刻工序后的玻璃基板表面的俯视图。如图2（a）所示，通过上述蚀刻处理，形成粒径为2～8nm左右的由金属卤化物（例如AgClx、AlF等）构成的岛状粒子12a。在岛状粒子12a之间的区域形成有玻璃基板10的表面露出的区域10a。
在本实施方式的蚀刻工序S2中，通过部分性除去被膜11而使被膜11形成为岛状膜12，所以优选使被膜11的蚀刻条件缓慢，在可以容易控制的状态下进行处理。具体地说，还根据被膜11的膜厚，但优选将蚀刻速率设为10nm/min～100nm/min的范围。
应予说明，在本实施方式中，虽然在成膜工序S1中形成一样的被膜11，通过之后的蚀刻工序S2将被膜11加工成岛状膜12，但利用成膜工序S1形成岛状膜12时，不需要蚀刻工序S2。在本实施方式的成膜工序S1中，虽然使用反应性物理蒸镀法使金属卤化物成膜，但金属卤化物容易气化，所以如果调整通过反应而生成的金属卤化物对玻璃基板10的附着和脱离的平衡，则能够利用成膜工序S1形成如图2（a）所示那样的岛状膜12。
接下来，在拉伸工序S3中，如图1（c）所示将加热而软化的玻璃基板10向与设有岛状粒子12a的玻璃基板10的面平行的方向拉长。作为拉长的方法，可以是将玻璃基板10向与面平行的方向拉伸的拉伸处理，也可以是利用压力变薄拉长的轧制处理。拉伸工序S3中的加热温度没有特别限定，加热到玻璃基板10不熔融但能够软化的温度即可。
通过拉伸工序S3，玻璃基板10在拉伸方向被拉长且被加工成变薄。并且，玻璃基板10的岛状粒子12a也在拉伸方向上被拉长，如图2（b）所示成为在玻璃基板10上向拉伸方向（图示左右方向）取向的多个针状粒子12b。针状粒子12b是宽长比为5以上的细长的形状，例如是宽度为1～3nm、长度为5～20nm左右的大小。
并且，在多个针状粒子12b之间的区域上，通过拉长图2（a）所示的区域10a，形成细长的狭缝状的区域10b。该狭缝状的区域10b的大小随岛状粒子12a的形成密度而变化，但宽度为1～10nm、长度为3～50nm左右。
接下来，在还原工序S4中，如图1（d）所示，通过将玻璃基板10配置在氢等还原气氛中并加热，从而对构成针状粒子12b的金属卤化物进行还原。由此，在玻璃基板10上形成针状金属粒子12c。例如，在针状粒子12b由AgClx构成的情况下，将形成由Ag构成的针状金属粒子12c。在针状粒子12b由AlF构成的情况下，将形成由Al构成的针状金属粒子12c。
通过以上的工序，能够制造出取向于基板面内的一个方向的多个针状金属粒子12c隔着狭缝状的区域10b而排列在玻璃基板10上的偏光元件100。
利用本实施方式的制造方法而制造的偏光元件100，通过使比可见光的波长窄的宽度的针状金属粒子12c按细间距排列，能够作为起到将透过光分离成规定的振动方向的直线偏光的功能的光学元件而使用。
并且，以往的偏光玻璃中，针状的金属粒子的配置密度是每1μm3为20根以下左右，所以为了得到高偏光分离特性，需要将针状的金属粒子广泛地分布于玻璃基板的厚度方向。相对于此，本实施方式的偏光元件中，由于针状金属粒子12c以高密度配置在玻璃基板10的表面，所以能够使用任意厚度的玻璃基板10，也易于制作薄型的偏光元件。
根据以上详细说明的本实施方式的制造方法，则使用薄膜形成技术在玻璃基板10的表面形成金属卤化物的岛状粒子12a，将其拉伸、还原，所以能够可靠地还原金属卤化物，能够容易且可靠地得到仅由金属构成的针状金属粒子12c。由此，不会像以往的偏光玻璃那样在玻璃基板内部残留金属卤化物而使偏光元件的透光率降低。
并且，岛状粒子12a的形成中使用反应性溅射、干式蚀刻等薄膜形成技术，所以不需要像利用离子交换在玻璃基板的表层部导入金属元素的工艺那样长时间浸渍在高温的熔融盐中之类的制造工序。因此，能够使制造时的消耗能量变得极少，能够减小环境负荷。并且，本实施方式的制造方法的生产率比以往的制造方法更优异。
另外，本实施方式的制造方法中，利用蚀刻工序S2部分性除去被膜11，从而形成岛状膜12，所以能够极其容易地控制岛状粒子12a的配置密度。即，能够极其容易地控制偏光元件的光学特性。
应予说明，在成膜工序S1中形成岛状膜12时，可以通过调整成膜条件来调整岛状粒子12a和区域10a之间的比率。
另外，本实施方式的制造方法中，使用反应性物理蒸镀法而形成金属卤化物的被膜11或岛状粒子12a，所以形成的金属卤化物的材质变更极其容易，即使是以往的偏光玻璃的制造工艺中不能使用的材质也可以使用。这样，材质的选择范围广泛，从而偏光元件的光学特性的控制变得较容易，也易于提高生产率。
实施例
以下利用实施例进一步详细地说明本发明，但本发明的技术范围不限于下述的实施例。
实施例1
在安装Ag靶（纯度99.99％，厚度5mm，圆盘状）作为金属靶的平行平板型溅射装置的真空容器内配置玻璃基板（基板-靶间距离110mm）。接着，在将Ar气（纯度99.999％，流量40sccm）和Cl气（流量10sccm）的混合气体导入真空容器内以使压力成为0.4Pa的状态下，向Ag靶输入500W的交流电（振荡频率13.56MHz），进行10分钟的成膜。由此，使溅射的Ag粒子飞到玻璃基板上，一边与Cl发生反应一边在玻璃基板上堆积，从而在玻璃基板上形成厚度321nm的AgClx膜。
接下来，在ICP干法蚀刻装置的真空容器内配置形成有AgClx膜的玻璃基板。接着，在将Ar气（流量100sccm）导入真空容器内以使压力成为0.4Pa的状态下，向ICP天线接入300W、向基板偏置电路接入120W的交流电（振荡频率13.56MHz），利用Ar等离子体蚀刻被膜11。通过该蚀刻处理，能够在玻璃基板上形成与图2（a）所示相同的岛状膜。
接下来，通过拉伸玻璃基板，使岛状膜与玻璃基板一起拉长，得到了图2（b）所示的形状的针状粒子12b。进而，通过对构成针状粒子12b的金属卤化物进行还原，形成了由Ag构成的针状金属粒子12c。
实施例2
在安装Al靶（纯度99.99％，厚度5mm，圆盘状）作为金属靶的平行平板型溅射装置的真空容器内配置玻璃基板（基板-靶间距离110mm）。然后，在将Ar气（纯度99.999％，流量45sccm）和CF4气体（流量5sccm）的混合气体导入真空容器内以使压力成为0.4Pa的状态下，向Al靶输入300W的交流电（振荡频率13.56MHz），进行10分钟的成膜。由此，使溅射的Al粒子飞到玻璃基板上，一边与F发生反应一边在玻璃基板上堆积，从而在玻璃基板上形成厚度212nm的AlF膜。
接下来，与实施例1同样，进行使用ICP干法蚀刻装置的干式蚀刻处理，蚀刻AlF膜。通过该蚀刻处理，在玻璃基板上形成与图2（a）所示同样的岛状膜。
然后，通过拉伸玻璃基板，使岛状膜与玻璃基板一起拉长，得到了图2（b）所示的形状的针状粒子12b。进而，通过对构成针状粒子12b的金属卤化物进行还原，形成了由Al构成的针状金属粒子12c。
实施例1和实施例2中在玻璃基板上形成单层的岛状膜，拉伸该玻璃基板，但如果仅形成单层岛状膜则作为偏光元件的性能不充分，那么也可以在玻璃基板上层叠多个岛状膜之后，拉伸玻璃基板。
在这种情况下，在第1层的岛状膜之上形成透明的绝缘膜，在该绝缘膜上形成第2层的岛状膜。通过在第1层的岛状膜和第2层的岛状膜之间设置绝缘膜，防止相互层叠的二层岛状膜彼此融合。如果需要第3层的岛状膜，在第2层的岛状膜上进一步形成透明的绝缘膜，隔着该绝缘膜形成第3层的岛状膜即可。作为绝缘膜的材料，可以使用硅氧化物、硅氮化物、钛氧化物、锆氧化物等透明的材料。作为绝缘膜的厚度没有特别限定，例如可以制成100nm。通过这样层叠多层岛状膜后拉伸玻璃基板，从而使多层岛状膜与玻璃基板一起拉长，得到俯视图为如图2（b）所示的形状的针状粒子12b。进而，通过对构成针状粒子12b的金属卤化物进行还原，能够形成针状金属粒子12c。
如上所说明，可确认对于多种材质而言，均能够形成与图2（a）所示的岛状膜12同样的形状的岛状膜。这些岛状膜是由AgClx或者AgF构成的岛状粒子的聚集体，所以通过对玻璃基板进行拉伸处理，与玻璃基板一起被拉长，能够得到如图2（b）所示的形状的针状粒子12b。这样，根据本发明，能够以比以往极其小的环境负荷简便地制造光学特性优异的偏光元件。
符号说明
10…玻璃基板，11…被膜，12…岛状膜，12b…针状粒子，12c…针状金属粒子，100…偏光元件。

Claims (9)

1.一种偏光元件的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
在玻璃基板上将金属卤化物岛状膜在所述玻璃基板的表面形成为岛状的工序，
通过将所述玻璃基板加热拉伸而使所述岛状膜伸长，形成所述金属卤化物的针状粒子的工序，和
通过从所述针状粒子的与所述玻璃基板的接触面相反的一侧的表面还原所述针状粒子的所述金属卤化物而形成由金属构成的针状金属粒子的工序；
并且，所述金属卤化物是利用反应性物理蒸镀法堆积在所述玻璃基板上的。
2.根据权利要求1所述的偏光元件的制造方法，其特征在于，形成所述岛状膜的工序具有以下工序：
利用所述反应性物理蒸镀法在所述玻璃基板上形成由所述金属卤化物构成的被膜的工序；和
通过对所述被膜进行蚀刻处理而形成所述岛状膜的工序。
3.根据权利要求2所述的偏光元件的制造方法，其特征在于，所述蚀刻处理是使用非活性气体或反应性气体的干式蚀刻处理。
4.根据权利要求1～3中任1项所述的偏光元件的制造方法，其特征在于，所述反应性物理蒸镀法是使用由选自Au、Ag、Cu、Cd、Al中的1种或2种以上的金属构成的靶和含卤素气体的工艺气体的反应性溅射法。
5.一种玻璃基板，其特征在于，具备：
由玻璃构成的基板、以及
在玻璃基板上设置的、由金属卤化物构成的岛状膜；
所述岛状膜在玻璃基板的表面直接形成为岛状。
6.根据权利要求5所述的玻璃基板，其特征在于，所述金属卤化物是利用反应性物理蒸镀法堆积在所述基板上而形成的。
7.根据权利要求5或6所述的玻璃基板，其特征在于，所述岛状膜是通过对由形成在所述基板上的所述金属卤化物构成的被膜进行蚀刻处理而形成的。
8.根据权利要求5或6所述的玻璃基板，其特征在于，具备：
在所述岛状膜上设置的绝缘膜，以及
在所述绝缘膜上设置的、由所述金属卤化物构成的第2岛状膜。
9.根据权利要求7所述的玻璃基板，其特征在于，具备：
在所述岛状膜上设置的绝缘膜，以及
在所述绝缘膜上设置的、由所述金属卤化物构成的第2岛状膜。
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