JP2007084880A

JP2007084880A - 蒸着装置及び位相差補償素子

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Publication number: JP2007084880A
Application number: JP2005275120A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nakagawa; 謙一中川
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】光軸の方向が厚み方向に変化した無機位相差補償板を斜方蒸着法により能率よく作製する。
【解決手段】蒸着装置１０には、複数の基板１１を保持する基板保持機構１５が設けられている。基板保持機構１５は、複数の基板１１をその表面と平行に移動させる水平移動ベルト１６と、基板１１をそれぞれ保持する回転ホルダ１７を備えている。遮蔽マスク２０及び２１は、基板１１と蒸着源１２との間を遮り、基板１１に付着する蒸着材料の入射角の範囲を制限する。基板１１と蒸着源１２とが近づくと、蒸着材料の入射角が大きくなる。基板１１は回転ホルダ１７によりその法線方向を中心に回転する。複数の基板１１のそれぞれには、傾斜角度が厚み方向に変化した柱状構造からなる蒸着膜が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板上に斜方蒸着膜を形成するための蒸着装置及び液晶層等により生じる位相差を補償する位相差補償素子に関する。

蒸着源から蒸着材料が蒸散する方向に対して基板を斜めに設置し、基板の表面に対して蒸着材料を斜めに入射させることにより、基板に対して傾斜した柱状構造を有する薄膜を形成する斜方蒸着法が知られている（例えば、特許文献１参照）。斜方蒸着法により作製される斜方蒸着膜は、柱状構造の成長する方向が光軸となり、光軸と非平行に入射した光に対して複屈折性を示すので、例えば液晶表示装置の位相差補償板として使用される。

従来では、円盤状液晶分子の配向方向がその厚み方向に連続的に変化するハイブリッド配向性を与えたディスコティック液晶化合物を重合し、その配向状態を固定化させた有機材料からなる位相差補償板が公知である（例えば特許文献２参照）。この位相差補償板は、例えば、ノーマリホワイトのＴＮ液晶に電圧が印加された黒表示状態で、ＴＮ液晶層の基板面近傍に位置する液晶分子の配向方向に起因して生じる位相差を高精度に補償することができる。
特開平１１−２９５５２５号公報特開平１０−３１２１６６号公報

しかしながら、従来では、上述のディスコティック液晶性化合物からなる有機位相差補償板のように、液晶の位相差を高精度に補償する無機位相差補償板がなく、例えば、液晶プロジェクタの液晶表示装置のように高輝度の光源下に長時間置かれる環境下に耐え得る位相差補償板が求められていた。また、無機材料を基板上に蒸着して作製する無機位相差補償板は、製造能率が低いためにコストが高くなる問題があった。

本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、耐久性に優れる無機材料からなり、高い精度の位相差補償を可能とする位相差補償板と、この位相差補償板の製造能率を高くできる蒸着装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の蒸着装置は、蒸着源の入射方向に対して基板を傾斜して設置することにより、基板上に斜方蒸着膜を形成する蒸着装置において、蒸着源からの距離を大きくして基板の表面に対する蒸着源の入射角が小さくなる遠距離位置と、蒸着源からの距離を小さくして基板の表面に対する蒸着源の入射角が大きくなる近距離位置との間で、複数の基板をその表面と平行に移動させる基板移動手段と、前記基板移動手段により各基板が移動するごとに、その表面の法線方向を中心として各基板を回転させる基板回転手段と、前記遠距離位置から近距離位置までの領域の外部の領域を覆い、蒸着源が基板に対して所定範囲外の角度で入射することを防ぐ遮蔽手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明の位相差補償素子は、蒸着源から蒸着材料が蒸散する方向に対して基板を傾斜させた状態で、前記基板をその法線方向を中心として回転させながら蒸着を行うことにより形成された蒸着層を備えたことを特徴とする。

さらに、前記蒸着層は、蒸着源から蒸着材料が蒸散する方向に対して前記基板の傾斜角度を変えながら蒸着が行われることにより形成されることを特徴とする。

本発明の蒸着装置によれば、傾斜した円弧の傾斜角度を連続的に変化させた特殊な曲線状の柱状構造を有する斜方蒸着膜を１度の蒸着工程で複数の基板に形成することができ、その製造能率を向上させることができる。

また、この蒸着装置を使用して作製された光学素子は、基板に一定の傾斜角度を与えて蒸着を進行すると同時に、基板面をその法線方向を中心として回転させるので、作製される斜方蒸着膜の柱状構造は傾斜した円弧状となる。このような柱状構造は、複屈折性を示さない光軸の方向がその厚み方向に変化した液晶分子のハイブリッド配向膜からなる位相差板と類似した特異な光学異方性を示し、液晶表示装置の位相差補償板、波長選択性の反射板、光の偏光方向を回転させる偏光変換素子などに利用できる複屈折性光学素子を得ることができる。

また、蒸着の進行と同時に基板面をその法線方向に回転させることに加え、蒸着の傾斜角度を連続的に変化させることで、傾斜角度が連続的に変化した螺旋に近いねじれた曲線状の柱状構造が形成される。これにより、傾斜した円弧状の柱状構造と正確には異なる光学異方性が付与され、液晶分子がツイストしたＴＮ液晶等の位相差を補償するのに好適な位相差補償素子として利用することができる。

図１において、蒸着装置１０は、十分な真空度が保たれた真空槽内で、蒸着材料を加熱、気化させることにより基板１１に蒸着膜を形成する。蒸着源１２は管状であり、その内部に蒸着材料が入れられ、蒸着材料を蒸散させるための蒸散穴１３が直線状に並んで設けられている。蒸散穴１３は、蒸着材料が斜め上方向に蒸散するように、蒸着源１２の斜め位置に設けられている。

蒸着源１２の上方には、複数の基板１１が保持された基板保持機構１５が設けられている。基板保持機構１５は、複数の基板１１を水平方向に移動させる水平移動ベルト１６を備え、１枚の基板１１を保持する円形の回転ホルダ１７を複数備えている。回転ホルダ１７は、水平移動ベルト１６に対して回転自在に設けられており、基板１１をその法線方向を中心に回転させる。基板１１は、その表面が水平方向と平行になるように保持されている。基板保持機構１５は、図中左側から右側へ向かって水平移動ベルト１６が基板１１を移動させることに連動して、回転ホルダ１７を回転させる。すなわち、基板１１が一定距離移動するときには、移動距離に応じた角度だけ回転する。

図２において、基板１１は、蒸着源１２からの距離が大きい位置から、蒸着源１２からの距離が小さい位置に向かって移動する。これにより、基板１１は、その表面に対し、蒸着源１２から蒸散する蒸着材料の入射角が小さい位置から、入射角が大きい位置に移動することになる。すなわち、基板１１が移動する間に、蒸着材料の蒸散方向に対する基板１１の相対的な傾斜角度が変化する。

蒸着源１２と基板保持機構１５との間には、蒸着材料の入射を遮る平板状の遮蔽マスク２０，２１と格子状の遮蔽マスク２２が設けられている。平板状の遮蔽マスク２０，２１は、基板１１に対する蒸着材料の入射角度を所定の範囲内に制限するために設けられている。

格子状の遮蔽マスク２２は、基板１１の移動方向に対して水平面内で直交した向きに設けられた棒状の遮蔽体からなる。格子状の遮蔽マスク２２は、蒸着材料の入射角度を制限するとともに蒸着膜の成長速度を調節するスリットを形成するためのものであり、基板１１の移動によって、基板１１と蒸着源１２との距離が小さくなり、蒸着膜の成長速度が大きくなることを防ぐ。なお、遮蔽マスク２２は、基板１１が水平方向の移動に伴って回転することを考慮して、光学的な性質に影響を与え得る局所的な厚みの偏りを生じないように格子のピッチを決める必要がある。また、基板１１と蒸着源１２との距離が小さくなるに従って、格子のピッチを小さくすることが好ましい。

図３及び図４において、基板１１に形成される蒸着膜は、基板１１に対する蒸着材料の入射角度の変化、及び基板１１の移動に連動した回転とにより、基板面の法線方向からの傾斜角度が徐々に小さくなる螺旋に近いねじれた曲線状の柱状構造を有する斜方蒸着膜２５に成長する。なお、柱状構造は、基板１１の移動量に対して基板１１の回転量が小さければ極限的には傾斜した円弧状になる。斜方蒸着膜２５を構成する柱状構造体２６は、基板１１の表面に近い側では、この表面の法線方向に対する傾きが大きく、柱状構造体２６の成長が進行するにつれて法線方向に対する傾きが小さくなる。すなわち、斜方蒸着膜２５は、これを側方から平面視したときに、柱状構造体２６はその中心軸Ｃ１の傾きが変化する曲線状をしている。

蒸着装置１０の作用について説明する。基板保持機構１５により保持された複数の基板１１は、最初に遮蔽マスク２０の上に位置している。したがって、蒸着源１２からの蒸着材料の蒸気は、遮蔽マスク２０によって遮られ、基板１１には到達しない。基板保持機構１５は、複数の基板１１を水平方向に移動させる。一枚目の基板１１が遮蔽マスク２０により蒸着材料の蒸気が遮られた範囲の外の位置に移動し、その前端部の表面から蒸着材料が付着する。

基板１１が水平方向に移動することに応じて、蒸着材料の蒸気が基板１１の表面に入射する角度は徐々に大きくなる。また、基板１１は、水平方向に移動することに連動して回転し、基板１１の表面には、傾斜角度の変化した螺旋状の柱状構造体２６を有する斜方蒸着膜２５が形成される。また、基板１１は、蒸着源１２に対して移動するから、基板１１の表面に対して特定の入射角度で入射する蒸着材料の量は、基板１１の表面全体でほぼ均一となり、斜方蒸着膜２５の厚さや柱状構造体２６の形状の偏りは極めて小さい。

一枚目の基板１１が水平方向に所定距離移動すると、二枚目の基板１１が遮蔽マスク２０により蒸着材料の蒸気が遮られた範囲の外の位置に移動する。二枚目の基板１１は、同様にしてその前端部の表面から蒸着材料の蒸気が付着し、斜方蒸着膜２５が形成される。また、一枚目の基板１１は、蒸着源１２との距離が徐々に小さくなるが、格子状の遮蔽マスク２２が設けられているから、その表面に到達する蒸着材料の量は少なくなり、蒸着膜の成長速度が急に大きくなることはない。

一枚目の基板１１が遮蔽マスク２１の設けられた位置まで移動すると、遮蔽マスク２１により蒸着材料の蒸気が遮られ、蒸着が終了する。一枚目の基板１１が遮蔽マスク２１の設けられた位置に移動した後も、水平移動ベルト１６はその他の基板１１を水平方向に移動させる。最後の基板１１が遮蔽マスク２１の設けられた位置に到達した時、水平移動ベルト１６が停止する。このようにして、基板保持機構１５に保持された複数の基板１１には、その全てに斜方蒸着膜２５が形成される。

なお、蒸着装置１０は、基板１１を水平方向に移動し、蒸着材料を斜め上方向に蒸散させて斜方蒸着を行っているが、この他にも基板１１を斜め上方向に移動させ、蒸着材料を上方向に蒸散させてもよい。

蒸着装置の構成を概略的に示す斜視図である。蒸着装置の構成を概略的に示す側面図である。斜方蒸着膜の断面を示す模式図である。柱状構造体の模式図である。

符号の説明

１０蒸着装置
１１基板
１２蒸着源
１３蒸散穴
１５基板保持機構
１６水平移動ベルト
１７回転ホルダ
２０，２１遮蔽マスク
２２遮蔽マスク
２５斜方蒸着膜
２６柱状構造体

Claims

蒸着源から蒸着材料が蒸散する方向に対して基板を傾斜して設置することにより、基板上に斜方蒸着膜を形成する蒸着装置において、
蒸着源からの距離を大きくして基板の表面に対する蒸着材料の入射角が小さくなる遠距離位置と、蒸着源からの距離を小さくして基板の表面に対する蒸着材料の入射角が大きくなる近距離位置との間で、複数の基板をその表面と平行に移動させる基板移動手段と、前記基板移動手段により各基板が移動するごとに、その表面の法線方向を中心として各基板を回転させる基板回転手段と、前記遠距離位置から近距離位置までの領域の外部の領域を覆い、基板に対して所定範囲外の角度で入射する蒸着材料を遮る遮蔽手段とを備えたことを特徴とする蒸着装置。
蒸着源から蒸着材料が蒸散する方向に対して基板を傾斜させた状態で、前記基板をその法線方向を中心として回転させながら蒸着を行うことにより形成された蒸着層を備えたことを特徴とする位相差補償素子。
前記蒸着層は、蒸着源から蒸着材料が蒸散する方向に対して前記基板の傾斜角度を変えながら蒸着が行われることにより形成されることを特徴とする請求項２記載の位相差補償素子。