JP2003344654A

JP2003344654A - 光学素子および偏光変換素子

Info

Publication number: JP2003344654A
Application number: JP2002148992A
Authority: JP
Inventors: Susumu Komura; 侑小村
Original assignee: Asahi Techno Glass Corp
Current assignee: AGC Techno Glass Co Ltd
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-03

Abstract

(57)【要約】【課題】光硬化型接着剤を硬化させる際の光照射や実
使用時における光照射に伴う酸化チタン系薄膜（高屈折
率膜）の吸収劣化を有効かつ確実に防止することで、光
学多層膜を有する光学素子の特性を安定的に維持する。【解決手段】光学多層膜３は第１の光学部材２に被着
形成されており、第１の光学部材２の光学多層膜被着面
２ａには光硬化型接着剤層４を介して第２の光学部材５
が接着されている。このような構成を有する光学素子１
において、光学多層膜３を構成する薄膜のうち、酸化チ
タン系薄膜からなる高屈折率膜は酸化ジルコニウム、酸
化イットリウムおよび酸化ハフニウムから選ばれる少な
くとも1種を含有する酸化チタンにより形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高屈折率膜として
酸化チタン系薄膜を有する光学多層膜を光硬化型接着剤
で光学部材に接着した光学素子および偏光変換素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、液晶プロジェクタなどの投射
光学系における偏光分離フィルタ、ＲＧＢフィルタ、反
射フィルタなどや、ＣＤやＤＶＤなどの光ディスク装置
の光学系におけるビームスプリッタ、さらにカメラやビ
デオなどの撮像光学系におけるレンズなどとして、屈折
率の異なる複数の薄膜を光学設計に基づいて積層した光
学多層膜を有する光学素子が用いられている。

【０００３】このような光学素子を作製するにあたっ
て、例えば光学多層膜を有する光学部材を他の光学部材
と接合する場合には、一般的に紫外線硬化型のような光
硬化型接着剤が使用されている。例えば、ランダムな偏
向光を偏光方向の揃った光に変換して出射する偏光分離
フィルタ（偏光変換素子）には、偏光分離膜を有する透
明部材と反射膜を有する透明部材とを、紫外線硬化型接
着剤を用いて交互に接着した積層体が使用されている。
また、一般的な反射フィルタや分離フィルタなどにおい
ても、光学多層膜を形成した透明部材に他の透明部材を
光学多層膜の保護用などとして貼り合せて使用すること
が行われており、このような場合にも紫外線硬化型接着
剤が多用されている。

【０００４】上述したような光学多層膜における高屈折
率膜としては、酸化チタン（ＴｉＯ ₂）、酸化ニオブ
（Ｎｂ₂Ｏ₅）、酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）などが用いら
れており、これらのうちでも屈折率が高くかつ耐久性な
どに優れる酸化チタンが多用されている。ところで、酸
化チタンは一般に光触媒作用を有することが知られてい
る。このため、高屈折率膜として酸化チタン膜を有する
光学多層膜が形成された光学部材を、紫外線硬化型接着
剤を用いて他の光学部材と接着すると、硬化時の紫外線
照射などにより酸化チタン膜に可視域での透過率や反射
率の低下などが発生するという問題がある。

【０００５】このような酸化チタン膜の特性低下（吸収
量の増大）は、紫外線照射時に酸化チタンの光触媒作用
により光吸収が発生したり、また酸化チタン膜が紫外線
硬化型接着剤と反応することが原因と考えられている。
このような点に対して、例えば特開平9-184917号公報に
は酸化チタン膜と紫外線硬化型接着剤層との間に、アル
ミナや酸化ケイ素などの薄膜層を反応防止層として介在
させた光学素子が記載されている。また、特開2001-305
336公報には酸化チタン膜を有する光学多層膜に、接着
剤硬化用の紫外線の波長に対して反射膜として働く光学
特性を付与した光学素子が記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光学素
子における酸化チタン膜（高屈折率膜）の透過率や反射
率の低下防止策のうち、前者の方法では紫外線硬化型接
着剤層との反応に基づく特性低下をある程度までは防ぐ
ことができるものの、紫外線照射による酸化チタン膜か
らの酸素の離脱などの励起反応を十分には防止できない
ことから、透過率や反射率の低下防止効果の改善が求め
られている。特に、酸化チタンの光触媒作用による光吸
収は、接着剤の硬化工程よりむしろ実使用時に徐々に発
生すると考えられ、前者の方法ではこのような実使用時
の光吸収の発生に伴う透過率や反射率の低下を十分に防
止することはできない。

【０００７】例えば、光学素子を液晶プロジェクタなど
の投射光学系に適用する場合、光源に紫外線源である高
出力のＨＩＤランプなどが用いられることから、光学素
子には実使用時において継続的に紫外線が照射されるこ
とになる。従って、酸化チタン膜に紫外線照射に伴う光
吸収が徐々に発生し、透過率や反射率に影響を及ぼしや
すいという問題がある。紫外線照射により発生した光吸
収は永続的に残存し、光学特性の低下や着色などを引き
起こすことから、液晶プロジェクタなどの投射光学系で
は投影像の明るさや色バランスの低下原因となる。

【０００８】一方、後者の方法は単純な形状の光学素子
ではある程度の効果が得られているものの、例えば硬化
工程（紫外線照射工程）を繰り返して作製される複雑な
素子では、紫外線の照射方向が制限されて素子作製工程
に不都合が生じたり、また反射した紫外線が隣接した接
着部の裏面側から入射して、酸化チタン膜の励起反応を
引き起こして透過率や反射率を低下させるなどの問題が
ある。

【０００９】また、遷移金属イオンが存在するような特
定の条件下では、酸化チタン膜は可視光によっても光触
媒反応を示すことが知られており、そのような影響も懸
念される。さらに、実用的には上述した実使用時におけ
る紫外線照射の影響が大きいことから、プリズムなどを
適用して光学多層膜が紫外線硬化型接着剤の硬化波長に
対して反射膜として働くようにしただけでは、透過率や
反射率などの光学特性の低下防止効果は十分とは言えな
い。

【００１０】本発明はこのような課題に対処するために
なされたもので、光硬化型接着剤を硬化させる際の光照
射や実使用時における光照射に伴う酸化チタン膜（高屈
折率膜）の吸収劣化を、素子形状や素子作製工程などに
制約や不都合を生じさせることなく、有効かつ確実に防
止することによって、光学多層膜の特性を安定的に維持
することを可能にした光学素子および偏光変換素子を提
供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の光学素子は、光
学多層膜が被着された第１の光学部材と、前記第１の光
学部材の前記光学多層膜被着面に光硬化型接着剤層を介
して接着された第２の光学部材とを具備する光学素子に
おいて、前記光学多層膜は酸化ジルコニウム、酸化イッ
トリウムおよび酸化ハフニウムから選ばれる少なくとも
1種を含有する酸化チタンからなる高屈折率膜を有する
ことを特徴としている。

【００１２】また、本発明の偏光変換素子は、偏光分離
膜を有する接合面と反射膜を有する接合面とを交互に設
けた平行平板状の透光性板材の積層体を、所定の角度の
平面を切断面として切り取って形成された板状の偏光変
換素子において、前記接合面は光硬化型接着剤により接
着されており、かつ前記偏光分離膜または前記反射膜を
構成する光学多層膜の少なくとも一方は、酸化ジルコニ
ウム、酸化イットリウムおよび酸化ハフニウムから選ば
れる少なくとも1種を含有する酸化チタンからなる高屈
折率膜を有することを特徴としている。

【００１３】本発明の光学素子においては、光学多層膜
を構成する薄膜のうち酸化チタンを適用した高屈折率膜
を、酸化ジルコニウム、酸化イットリウムおよび酸化ハ
フニウムから選ばれる少なくとも1種の添加成分を含有
する酸化チタンにより構成している。上記した添加成分
は酸化チタンに屈折率が近いと共に、溶融温度の差も小
さく、良好な膜特性（高屈折率膜としての特性や膜強度
など）や成膜状態を維持した上で、酸化チタンの光触媒
作用を抑制する作用を有する。従って、紫外線などの光
照射に伴う酸化チタン系薄膜の励起反応が抑えられ、光
硬化型接着剤を使用した場合の光吸収の発生を有効かつ
確実に防ぐことが可能となる。さらに、上記した添加成
分は酸化チタン系薄膜の膜密度の向上にも寄与する。

【００１４】上述したように、酸化チタンを適用した高
屈折率膜における光吸収の発生を添加成分により防ぐこ
とで、第１の光学部材と第２の光学部材との接着に光硬
化型接着剤を用いた場合においても、酸化チタン系薄膜
からなる高屈折率膜の透過率や反射率を安定に維持する
ことが可能となる。さらに、この光学特性の低下防止効
果は酸化チタン系薄膜からなる高屈折率膜自体の特性改
良に基づくものであるため、光硬化型接着剤の硬化工程
だけではなく、実使用時における継続的な光照射に対し
ても有効に機能する。従って、酸化チタン系薄膜の経時
的な特性劣化も抑制することができる。これらによっ
て、光学多層膜を有する光学素子の特性を安定的に維持
することが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。図１は本発明の一実施形態による
光学素子の概略構成を示す断面図である。同図に示す光
学素子１は、一方の主面２ａに屈折率の異なる複数の薄
膜を光学設計に基づいて積層した光学多層膜３が被着形
成された第１の光学部材２を有している。この第１の光
学部材２の光学多層膜被着面２ａには、光硬化型接着剤
層４を介して第２の光学部材５が接着されている。

【００１６】第１および第２の光学部材２、５の構成材
料は特に限定されるものではなく、例えばガラス基板や
樹脂基板などの透光性基板、あるいはレンズ、プリズ
ム、ミラーなどの各種の光学部品を適用することがで
き、光学素子１の使用目的に応じて適宜に選択されるも
のである。また、光学多層膜３には光学素子１の使用目
的に応じて種々の多層膜、例えば反射膜、分離膜（偏光
分離膜や分光分離膜など）、レンズ膜などを構成する多
層膜を適用することが可能であるが、この光学多層膜３
は高屈折率膜として少なくとも酸化チタン系薄膜を有す
るものである。

【００１７】図２は光学多層膜３の一構成例を示す断面
図である。図２に示す光学多層膜３は、酸化チタン系薄
膜からなる高屈折率膜６と、例えば二酸化ケイ素、フッ
化マグネシウム、フッ化アルミニウムなどからなる低屈
折率膜７とを交互に積層した多層膜であり、このような
光学多層膜３は高屈折率膜６と低屈折率膜７の屈折率や
膜厚などに応じて反射膜として使用することができる。
高屈折率膜６は酸化チタン系薄膜のみに限らず、酸化チ
タン系薄膜と酸化ニオブ膜や酸化タンタル膜などとを併
用したものであってもよい。ただし、酸化チタン系薄膜
は屈折率が高く、同一の光学特性を有する光学多層膜３
を得る上で、他の材料膜を用いた場合に比べて積層数を
低減でき、さらに耐久性にも優れることから、高屈折率
膜６は酸化チタン系薄膜のみで構成することが好まし
い。

【００１８】また、反射膜用の光学多層膜３には酸化ア
ルミニウムなどからなる中間屈折率膜、さらに他の薄膜
などを介在させてもよい。反射膜以外の光学多層膜３に
ついても同様であり、目的に応じた光学設計に基づいて
屈折率の異なる各種の薄膜を適用することができ、その
ような複数の薄膜（少なくとも高屈折率膜を含む）を積
層することによって、各種用途の光学多層膜３が構成さ
れる。なお、光学多層膜３を構成する高屈折率膜６や低
屈折率膜７などの薄膜は、蒸着法やスパッタ法などの各
種公知の薄膜形成法により成膜されるものである。

【００１９】このような各種の光学多層膜３を有する光
学素子１の具体例としては、液晶プロジェクタなどの投
射光学系における偏光分離フィルタ（偏光変換素子）、
ＲＧＢフィルタ、反射フィルタなど、ＣＤやＤＶＤなど
の光ディスク装置の光学系におけるビームスプリッタ、
さらにカメラやビデオなどの撮像光学系におけるレンズ
などが挙げられる。ただし、光学素子１はこれらの素子
に限られるものではなく、光学多層膜３を用いた各種の
光学素子に適用可能である。

【００２０】上述したような光学多層膜３を有する第１
の光学部材２は、光硬化型接着剤層４を介して第２の光
学部材５と接着されている。第１の光学部材２と第２の
光学部材５との接着に用いる光硬化型接着剤には、例え
ば紫外線硬化型の接着剤が使用される。紫外線硬化型接
着剤としては主にエポキシ系接着剤が用いられており、
その具体例としてはサンライズＭＳＩ社製のフォトボン
ド（商品名）、電気化学工業社製のハードロック（商品
名）などが挙げられる。このような紫外線硬化型接着剤
を用いて、第１の光学部材２の光学多層膜被着面２ａと
第２の光学部材５とを接着した場合、前述したように高
屈折率膜として酸化チタンの単体膜を用いた光学多層膜
では、紫外線の照射に伴って酸化チタン膜に光吸収など
が生じ、その結果として透過率や反射率などの光学特性
の低下を招くことになる。

【００２１】そこで、この実施形態の光学素子１では、
光学多層膜３を構成する薄膜のうち酸化チタン系薄膜か
らなる高屈折率膜を、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、
酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）および酸化ハフニウム（Ｈ
ｆＯ₂）から選ばれる少なくとも1種の添加成分を含有す
る酸化チタン（ＴｉＯ₂）で形成している。酸化チタン
の単体膜に比べて、上記した添加成分を含有する酸化チ
タン系薄膜は、良好な光吸収の発生防止特性を有するこ
とから、高屈折率膜の透過率や反射率の低下などに基づ
く光学多層膜３の特性劣化を大幅に抑制することが可能
となる。

【００２２】すなわち、前述したように酸化チタンは光
触媒作用を有しており、このような酸化チタンの単体膜
に紫外線硬化型接着剤のような光硬化型接着剤を硬化さ
せるための光（紫外線など）を照射すると、酸化チタン
（ＴｉＯ₂）からの電子の放出や酸素の離脱などが起こ
り、この励起状態の酸化チタンが膜内の水分（特に紫外
線硬化型接着剤の塗布時や硬化反応時に吸着され、かつ
紫外線硬化型接着剤で覆われることで揮散し得なかった
水分）などと反応して光吸収が生じるものと考えられ
る。さらに、励起状態の酸化チタンは紫外線硬化型接着
剤自体とも反応しやすく、これによっても酸化チタン膜
の透過率や反射率は低下する。

【００２３】これに対して、上述した添加成分を含有す
る酸化チタン系薄膜においては、酸化ジルコニウム、酸
化イットリウムおよび酸化ハフニウムから選ばれる少な
くとも1種の添加成分が酸化チタンの光触媒作用を抑
え、紫外線照射に伴う電子の放出や酸素の離脱などが抑
制される。さらに、上記した添加成分は酸化チタン系薄
膜の膜密度を向上させるため、酸化チタン系薄膜内の吸
着水分量の低減にも効果を発揮する。このように、酸化
チタンからの電子の放出や酸素の離脱などの励起反応を
抑えるだけでなく、励起状態の酸化チタンと反応する吸
着水分量自体を低減することによって、紫外線硬化型接
着剤を用いた際の紫外線照射に伴う光吸収の発生をより
確実に防止することが可能となる。

【００２４】さらに、酸化ジルコニウム、酸化イットリ
ウムおよび酸化ハフニウムから選ばれる少なくとも1種
の添加成分は、酸化チタンに屈折率が近いと共に、溶融
温度の差も小さいことから、良好な膜特性および成膜状
態を実現することができる。また、上記したように添加
成分は酸化チタン系薄膜の膜密度の向上にも寄与し、膜
強度を低下させるようなこともない。添加成分は酸化ジ
ルコニウム、酸化イットリウムおよび酸化ハフニウムか
ら選ばれる少なくとも1種であればよいが、これらのう
ちでも特に酸化ジルコニウムによれば光吸収の発生防止
効果をより一層良好に得ることができる。

【００２５】上記した光吸収の発生防止効果を再現性よ
く得る上で、酸化ジルコニウム、酸化イットリウムおよ
び酸化ハフニウムから選ばれる少なくとも1種の添加量
は酸化チタンに対して1質量％以上とすることが好まし
い。添加成分の量が1質量％未満であると、酸化チタン
の光触媒作用の抑制効果などを十分に得ることができな
いおそれがある。ただし、添加成分をあまり多量に含有
させると酸化チタン系薄膜の屈折率が低下するため、そ
の添加量は酸化チタンに対して15質量％以下とすること
が好ましい。このような範囲内であれば、例えば光学多
層膜３の積層数を増加させる必要がある程の屈折率の低
下を招くことはない。

【００２６】言い換えると、添加成分を1〜15質量％の
範囲で含有する酸化チタン系薄膜は、本来の特性（高屈
折率膜としての特性）に優れると共に、可視域に光吸収
を実質的に有しない高屈折率膜と言うことができる。こ
のように、添加成分を含有する酸化チタン系薄膜は光学
多層膜３の高屈折率膜として良好な特性を有するもので
ある。酸化ジルコニウム、酸化イットリウムおよび酸化
ハフニウムから選ばれる少なくとも1種の添加成分の含
有量は酸化チタンに対して2〜12質量％の範囲とするこ
とがより好ましい。

【００２７】上述したように、紫外線照射に伴う酸化チ
タン系薄膜の光吸収を添加成分で防ぐことによって、第
１の光学部材２と第２の光学部材５との接着に紫外線硬
化型接着剤を用いた場合においても、酸化チタン系薄膜
からなる高屈折率膜の透過率や反射率を安定に維持する
ことが可能となる。さらに、この光学特性の低下防止効
果は酸化チタン系薄膜からなる高屈折率膜自体の特性改
良に基づくものであるため、紫外線硬化型接着剤の硬化
工程だけではなく、実使用時に継続的に紫外線が照射さ
れるような状況下で光学素子１を使用した場合において
も、光吸収の発生を有効かつ確実に防止することができ
る。すなわち、酸化チタン系薄膜の経時的な特性劣化も
抑制することが可能となる。また、高屈折率膜自体の特
性を改良していることから、光学素子１の素子形状や素
子作製工程に制約や不都合などを生じさせることもな
い。

【００２８】この実施形態の光学素子１によれば、上述
したように紫外線硬化型接着剤の硬化工程のみならず、
実使用時における継続的な紫外線照射などに対しても、
素子形状や素子作製工程に制約や不都合を生じさせるこ
となく、光学多層膜３の特性を安定して発揮させること
ができる。光学素子１は各種装置の光学系に対して適用
可能であるものの、特に光源に紫外線源である高出力の
ＨＩＤランプなどが用いられる投射光学系における光学
素子、例えば偏光分離フィルタ（偏光変換素子）、ＲＧ
Ｂフィルタ、反射フィルタなどに対して有効である。こ
のような継続的に紫外線が照射される投射光学系に光学
素子１を適用した場合においても、光学多層膜３の経時
的な特性劣化を抑制し得るため、光学素子１の特性を安
定に発揮させることができる。例えば、液晶プロジェク
タなどの投射光学系においては、投影像の明るさや色バ
ランスの低下などを抑制することが可能となる。

【００２９】図３は上述した実施形態の光学素子１を反
射フィルタに適用した一具体例（実施例１）の分光反射
率特性を示す図である。ここで、実施例１の反射フィル
タ（光学素子）は以下のようにして作製したものであ
る。すなわち、第１のガラス基板上に下記の表１に膜構
成を示す多層反射膜（ＺｒＯ₂を含有するＴｉＯ₂膜とＳ
ｉＯ₂膜とを交互に積層した33層の多層膜）を形成し
た。なお、表１には膜厚をλ／4＝1（λ＝500nm）とし
て表記した。

【００３０】多層反射膜は真空蒸着により形成した。具
体的には、まず真空装置内にガラス基板および蒸着源を
セットする。蒸着源としては低屈折率膜用としてシリカ
（ＳｉＯ₂）を、高低屈折率膜用として酸化チタン（Ｔ
ｉＯ₂）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）との混合物を使
用した。ＴｉＯ₂とＺｒＯ₂との混合比はＺｒＯ₂／Ｔｉ
Ｏ₂＝0.01（10％）とした。真空装置内を1×10^-3Paまで
排気した後、蒸着開始時に酸素ガスを6×10^-3Paになる
まで導入し、電子ビーム法にて蒸着源を交互に加熱し
て、表１に示す33層の多層反射膜を形成する。膜厚の制
御は水晶式モニタを用いて実施した。なお、ＺｒＯ₂を
含有するＴｉＯ₂膜の形成には、ＴｉＯ₂とＺｒＯ₂を別
個の蒸着源より同時にコートする2元蒸着を適用するこ
とも可能である。

【００３１】

【表１】

【００３２】次に、上述した方法に基づいて多層反射膜
を被着形成した第１のガラス基板を、第２のガラス基板
と紫外線硬化型接着剤（サンライズＭＳＩ社製のフォト
ボンド（商品名））を用いて接着した。第２のガラス基
板は第１のガラス基板の多層反射膜被着面に接着した。
紫外線硬化型接着剤の硬化は紫外線を約10000ジュール
の照射量で照射（1分以内）することにより実施した。
さらに、紫外線を100時間照射した後に、45°Ｓ偏光で
多層反射膜の分光反射率特性を測定した。その結果を図
３に示す。なお、図３には高屈折率膜として酸化チタン
の単体膜を用いる以外は、上記した実施例１と同様にし
て作製した反射フィルタ（比較例１）の分光反射率特性
を併せて示す。

【００３３】図３から明らかなように、高低屈折率膜と
して酸化チタンの単体膜を適用した比較例１の反射フィ
ルタでは550〜700nm程度の波長域に光吸収が明確に生じ
ているのに対し、高低屈折率膜として10質量％の酸化ジ
ルコニウムを含む酸化チタン系薄膜を適用した実施例１
の反射フィルタでは、可視域に光吸収は生じておらず、
良好な反射率特性を有していることが分かる。なお、図
３には高低屈折率膜として酸化ジルコニウムを含む酸化
チタン系薄膜を適用した場合の分光反射率特性を示した
が、酸化ジルコニウムに代えて酸化イットリウムや酸化
ハフニウムを用いた場合についても同様な反射率特性が
得られることが確認された。

【００３４】一方、図４は従来の酸化チタン膜の特性劣
化対策について検証した結果（分光反射率特性）を示す
図である。すなわち、図５に示すように、白板ガラス基
板１１を2枚用意し、これらガラス基板１１上にそれぞ
れＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂交互層からなる積層数25層のコール
ドミラー（ＣＭ）膜１２を真空蒸着により形成した。一
方のＣＭ膜１２上には保護層としてＳｉＯ₂層１３を形
成した。ＳｉＯ₂層１３の膜厚はλ／2とした。これら2
枚のガラス基板１１のＣＭ膜被着面上に、白板ガラス基
板１４を紫外線硬化型接着剤（サンライズＭＳＩ社製の
フォトボンド（商品名））１５を用いて接着した。

【００３５】この試料（図５に示す試料）にオーク製作
所社製の紫外線照射装置・HANDY UV-300（商品名）を用
いて、出力300Wの水銀ランプから140mmの距離に試料を
配置し、紫外線を16時間照射した。この紫外線照射後の
分光反射率特性を測定した。なお、図５に示す試料にお
いて、領域Ａ（参考例１）は紫外線硬化型接着剤で白板
ガラス基板１４を接着していない部分、領域Ｂ（比較例
２）はＣＭ膜１２上に紫外線硬化型接着剤１５を直接接
着した部分、領域Ｃ（比較例３）はＣＭ膜１２上に保護
層１３を介して紫外線硬化型接着剤１５を接着した部分
である。図４は各領域Ａ〜Ｃの分光反射率特性を示して
いる。

【００３６】図４から明らかなように、紫外線硬化型接
着剤を接着していない領域Ａ（参考例１）では反射率の
低下（光吸収の発生）がほとんどないのに対して、ＣＭ
膜１２上に紫外線硬化型接着剤１５を直接接着した領域
Ｂ（比較例２）は反射率が大幅に低下していることが分
かる。ＣＭ膜１２上に保護層１３を介して紫外線硬化型
接着剤１５を接着した領域Ｃ（比較例３）は、領域Ｂ
（比較例２）に比べて反射率の低下幅が抑えられている
ものの、無視できる範囲ではないことが明らかである。
なお、未領域Ａの保護層１３の有無による差異は測定誤
差範囲であり、実質的な差異は認められなかった。紫外
線照射前の反射率はいずれの試料も400〜700nmの全域に
わたって97〜98％で、ほぼフラットな反射特性を示し
た。

【００３７】なお、図６は上記した領域Ｃ（比較例３）
に相当する試料について、紫外線照射時間の影響を測定
した結果であり、試料を図６中の表示時間経過時点で照
射装置から抜き出して反射率を測定した。図６に示すよ
うに、16時間経過した時点で反射率が大幅に低下してい
ることが分かる。ただし、それ以降はほとんど変化して
いない。経過時間によって反射率が回復している部分が
あるのは測定誤差と思われる。このことは紫外線硬化型
接着剤の硬化工程よりその後の紫外線照射が酸化チタン
膜の特性低下に影響を及ぼしていることを示している。

【００３８】上述した図３と図４との比較から明らかな
ように、従来の特性劣化防止策である保護層（ＳｉＯ₂
膜など）を形成しただけでは、長時間紫外線を照射した
場合に光吸収の発生が著しく、これによって反射膜にお
いては反射率特性が大幅に低下している。これに対し
て、本発明によれば酸化チタン系薄膜の光触媒作用自体
を抑えているため、長時間紫外線を照射した場合におい
ても光吸収はほとんど発生しておらず、よって反射膜に
おいては良好な反射率特性が維持されていることが分か
る。このように、本発明による酸化チタン膜の特性劣化
防止策は経時的な劣化に対しても有効に作用し、実用上
の特性に優れるものである。

【００３９】次に、本発明の光学素子を偏光変換素子に
適用した実施形態について、図７および図８を参照して
説明する。図７は本発明の一実施形態による偏光変換素
子の構成を示す断面図である。同図に示す偏光変換素子
２０は、ランダムな偏向光を1種類の偏光方向の光に揃
えて出射する素子であり、光入射面２１ａと光出射面２
１ｂを有する偏光分離素子アレイ２１と、この偏光分離
素子アレイ２１の光出射面２１ｂに部分的に貼り合わさ
れた位相差板２２とを備えている。

【００４０】偏光分離素子アレイ２１は、偏光分離膜２
３を有する第１の透光性部材２４と反射膜２５を有する
第２の透光性部材２６とをそれぞれ複数有しており、こ
れら透光性部材２４、２６は偏光分離膜２３および反射
膜２５を有する面を接合面として、それぞれ紫外線硬化
型接着剤層２７を介して交互に接合されている。第１お
よび第２の透光性部材２４、２６はそれぞれ断面がほぼ
平行四辺形の柱状形状を有している。なお、偏光分離素
子アレイ２１の両端部は異なる割合で一部が切除されて
おり、これにより入射面側と出射面側とを区別してい
る。

【００４１】偏光分離素子アレイ２１の光入射面２１ａ
と光出射面２１ｂとは互いに平行な面を形成している。
偏光分離膜２３と反射膜２５は、光入射面２１ａおよび
光出射面２１ｂに対して所定の角度をなすと共に相互に
平行となるように、それぞれ透光性部材２４、２６の一
方の面に被着形成されている。偏光分離膜２３は、Ｓ偏
光とＰ偏光のいずれか一方を透過し、他方を反射する性
質を持った膜であり、このような性質を持つ光学多層
膜、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）とフッ化マグネ
シウム（ＭｇＦ₂）との交互積層膜や酸化イットリウム
（Ｙ₂Ｏ₃）とフッ化マグネシウムとの交互積層膜（誘電
体多層膜）などが用いられる。ここではＰ偏光を透過
し、Ｓ偏光を反射する偏光分離膜２３を用いている。

【００４２】反射膜２５としては、前述した実施形態と
同様に、高屈折率膜と低屈折率膜との交互積層膜などが
用いられる。ここでは高屈折率膜に酸化チタン系薄膜、
すなわち酸化ジルコニウム、酸化イットリウムおよび酸
化ハフニウムから選ばれる少なくとも1種の添加成分を
含有する酸化チタンからなる膜が適用されている。この
高屈折率膜の具体的な構成は前述した通りである。ここ
では、偏光分離膜２３で反射された直線偏光成分を主体
的に反射する反射膜２５が用いられている。

【００４３】図７に示す偏光変換素子２０においては、
1/2波長位相差板２２は第２の透光性部材２６の光出射
面に位置している。このような構成を有する偏光変換素
子２０において、偏光分離素子アレイ２１に入射したＳ
偏光成分とＰ偏光成分とを含む光は、偏光分離膜２３に
よってＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離される。Ｐ偏光
成分は偏光分離膜２３を透過し、さらに1/2波長位相差
板２２を通過して偏光方向が90°変換され、Ｓ偏光成分
として出射される。Ｓ偏光成分は偏光分離膜２３により
直角に反射され、隣り合う反射膜２５でさらに直角に反
射されて出射される。従って、偏光変換素子２０からは
1種類の直線偏光（ここではＳ偏光）のみが出射され
る。なお、1/2波長位相差板２２を第１の透光性部材２
４の出射面に形成することによって、Ｐ偏光のみを出射
させることができる。

【００４４】上述したような偏光変換素子２０は、例え
ば以下のようにして作製される。まず、第１の透光性板
材２４Ａと第２の透光性板材２６Ａをそれぞれ複数用意
し、第１の透光性板材２４Ａの一方の表面には偏光分離
膜２３を、また第２の透光性板材２６Ａの一方の表面に
は反射膜２５をそれぞれ形成する。これらとは別に第３
の透光性板材２８を用意し、その表面にはいずれの膜も
形成しない。

【００４５】そして、図８に示すように、第１の透光性
板材２４Ａと第２の透光性板材２６Ａとを、偏光分離膜
２３および反射膜２５の被着面を接合面として、紫外線
硬化型接着剤層２７を介して交互に積層する。第３の透
光性部材２８は最上部の第１の透光性板材２４Ａ上に紫
外線硬化型接着剤層２７を介して配置する。この後、紫
外線を照射して接着剤層２７を硬化させて各部材間を接
着することによって、偏光分離膜２３と反射膜２５とが
交互に配置された透光性板材２４Ａ、２６Ａ、２８の積
層体２９を作製する。なお、第１の透光性板材２４Ａと
第２の透光性板材２６Ａとの積層順は逆にしてもよい。
また、紫外線硬化型接着剤層２７の硬化は順に実施する
ようにしてもよい。

【００４６】次に、図８に示す平行平板状の透光性板材
２４Ａ、２６Ａ、２８の積層体２９を、表面と所定の角
度θをなす切断面で互いにほぼ平行に切断することによ
って、偏光分離素子ブロック３０を切り出す。ここで、
θの値は約45°とすることが好ましい。この偏光分離素
子ブロック３０の表面を研磨することによって、全体と
して断面形状の上下面がほぼ平行な偏光分離素子アレイ
２１が得られる。この後、偏光分離素子アレイ２１の光
出射面に1/2波長位相差板２２を貼りつけることで偏光
変換素子２０が作製される。

【００４７】上述したような構成を有する偏光変換素子
２０においては、反射膜２５を構成する光学多層膜の高
屈折率膜として、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム
および酸化ハフニウムから選ばれる少なくとも1種の添
加成分を1〜15質量％の範囲で含有する酸化チタン系薄
膜を用いているため、紫外線照射に伴う酸化チタン系薄
膜の光吸収の発生を防ぐことができる。従って、反射膜
２５の特性（反射率特性）が維持され、その結果として
偏光変換素子２０の特性を安定に保つことが可能とな
る。特に、偏光変換素子２０は複数の透光性板材を交互
に接合して構成されるため、紫外線は多方面から照射す
る必要があるが、このような場合においても反射膜２５
の特性を安定に維持することができる。

【００４８】さらに、上述した偏光変換素子２０は液晶
プロジェクタなどの投射光学系における偏光分離フィル
タとして好適に用いられるものであるが、このような場
合においても特性を安定に保つことができることから、
例えば投影像の明るさや色バランスの低下などを抑制す
ることが可能となる。すなわち、液晶プロジェクタなど
の投射光学系においては、光源に紫外線源である高出力
のＨＩＤランプなどが用いられ、偏光変換素子２０には
継続的に紫外線が照射されることになるが、前述したよ
うに酸化チタン系薄膜からなる高屈折率膜の経時劣化は
添加成分により抑制されるため、長期間にわたって紫外
線が照射されるような用途においても偏光変換素子２０
の特性を安定に保つことができる。

【００４９】図９は上述した実施形態の偏光変換素子２
０の一具体例（実施例２）について、紫外線の照射前、
紫外線を136時間および500時間照射した後の分光反射率
特性を測定した結果である。ここで、実施例２の偏光変
換素子２０の具体的な構成は以下の通りである。反射膜
２５の高屈折率膜には10質量％のＺｒＯ₂を含むＴｉＯ₂
膜を適用し、この10質量％ＺｒＯ₂−ＴｉＯ₂膜（Ｈ）と
ＳｉＯ₂膜（Ｌ）とを交互に25層積層して多層反射膜と
した。多層反射膜の具体的な膜構成は［ＨＬ］ ⁶［1.4Ｈ
1.4Ｌ］⁶1.4Ｈである。また、偏光分離膜２３にはＹ₂Ｏ
₃膜（Ｈ）とＭｇＦ₂膜（Ｌ）とを交互に36層積層した光
学多層膜を適用した。紫外線硬化型接着剤にはサンライ
ズＭＳＩ社製のフォトボンド（商品名）使用した。

【００５０】偏光変換素子の分光反射率特性の測定は、
図１０に示すように、位相差板２２を貼りつける前の偏
光分離素子アレイ２１を用いて、以下のようにして実施
した。まず、光源３１からスリット３２を介して偏光分
離膜２３に光を照射し、偏光分離膜２３で反射された光
を反射膜２５でさらに反射させ、この反射光をスリット
３３を介して受光部３４で受けることにより反射率特性
を測定した。反射率特性は紫外線の照射前、紫外線を13
6時間照射した後、および紫外線を500時間照射した後の
それぞれについて測定した。

【００５１】図９から明らかなように、高低屈折率膜と
して10質量％の酸化ジルコニウムを含む酸化チタン系薄
膜を適用した反射膜を有する偏光変換素子（実施例２）
は、紫外線を500時間照射した後においても紫外線照射
前とほとんど変わらない良好な反射率特性を有してお
り、紫外線硬化型接着剤の硬化工程のみならず、実使用
時の紫外線照射に対しても良好な特性を安定に保ち得る
ことが分かる。

【００５２】なお、上述した実施形態の偏光変換素子２
０では、反射膜２５を構成する光学多層膜の高屈折率膜
として、酸化ジルコニウム、酸化イットリウムおよび酸
化ハフニウムから選ばれる少なくとも1種の添加成分を
含有する酸化チタン系薄膜を適用した場合について説明
したが、本発明はこれに限られるものではなく、偏光分
離膜２３を構成する光学多層膜が酸化チタン膜を有する
場合には、添加成分を含有させた酸化チタン系薄膜を適
用することによって、同様に光学特性の低下抑制効果を
得ることができる。このように、本発明の偏光変換素子
は偏光分離膜または反射膜を構成する光学多層膜の少な
くとも一方が酸化チタン膜を有する場合に効果を発揮す
るものである。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学素子
および偏光変換素子によれば、光硬化型接着剤を硬化さ
せる際の光照射や実使用時における光照射に伴う酸化チ
タン系薄膜（高屈折率膜）の吸収劣化などを有効かつ確
実に防止することができるため、酸化チタン系薄膜を有
する光学多層膜の特性を安定的に維持することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による光学素子の構成を
示す断面図である。

【図２】図１に示す光学素子に用いられる光学多層膜
の一構成例を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例１による光学素子の紫外線照
射後の分光反射率特性を示す図である。

【図４】従来の光学素子の紫外線照射後の分光反射率
特性を示す図である。

【図５】図４に示す分光反射率特性の測定に用いた試
料の構成を示す断面図である。

【図６】従来の光学素子における紫外線の照射時間と
分光反射率特性との関係を示す図である。

【図７】本発明の一実施形態による偏光変換素子の構
成を示す断面図である。

【図８】図７に示す偏光変換素子の製造工程の要部を
示す断面図である。

【図９】本発明の実施例２による偏光変換素子の紫外
線照射後の分光反射率特性を示す図である。

【図１０】図９に示す分光反射率特性の測定方法を示
す図である。

【符号の説明】

１……光学素子，２……第１の光学部材，２ａ……光学
多層膜被着面，３……光学多層膜，４……光（紫外線）
硬化型接着剤層，５……第２の光学部材，６……高屈折
率膜，７……低屈折率膜，２０……偏光変換素子，２１
……偏光分離素子アレイ，２３……偏光分離膜，２４…
…第１の透光性部材，２５……反射膜，２６……第２の
透光性部材，２７……紫外線硬化型接着剤層，２９……
透光性板材の積層体

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学多層膜が被着された第１の光学部材
と、前記第１の光学部材の前記光学多層膜被着面に光硬
化型接着剤層を介して接着された第２の光学部材とを具
備する光学素子において、前記光学多層膜は、酸化ジルコニウム、酸化イットリウ
ムおよび酸化ハフニウムから選ばれる少なくとも1種を
含有する酸化チタンからなる高屈折率膜を有することを
特徴とする光学素子。
【請求項２】前記高屈折率膜は、前記酸化ジルコニウ
ム、酸化イットリウムおよび酸化ハフニウムから選ばれ
る少なくとも1種を、前記酸化チタンに対して1〜15質量
％の範囲で含有することを特徴とする請求項１記載の光
学素子。
【請求項３】前記光学素子は投射光学系に用いられる
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光学素
子。
【請求項４】偏光分離膜を有する接合面と反射膜を有
する接合面とを交互に設けた平行平板状の透光性板材の
積層体を、所定の角度の平面を切断面として切り取って
形成された板状の偏光変換素子において、前記接合面は光硬化型接着剤により接着されており、か
つ前記偏光分離膜または前記反射膜を構成する光学多層
膜の少なくとも一方は、酸化ジルコニウム、酸化イット
リウムおよび酸化ハフニウムから選ばれる少なくとも1
種を含有する酸化チタンからなる高屈折率膜を有するこ
とを特徴とする偏光変換素子。
【請求項５】前記高屈折率膜は、前記酸化ジルコニウ
ム、酸化イットリウムおよび酸化ハフニウムから選ばれ
る少なくとも1種を、前記酸化チタンに対して1〜15質量
％の範囲で含有することを特徴とする請求項４記載の偏
光変換素子。