JP2009031535A - Polarization converting device and manufacturing method of polarization converting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像を投写表示するプロジェクタなどに用いられる偏光変換素子および偏光変換素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a polarization conversion element used in a projector for projecting and displaying an image and a method for manufacturing the polarization conversion element.
画像を投写表示するプロジェクタは、電気光学装置を用いて、照明光学系から射出された照明光を画像情報（画像信号）に応じて変調し、変調された光線束をスクリーン上に投写して画像が表示される。このようなプロジェクタによって表示される画像は、均一で明るいことが好ましく、これに用いられる照明光学系の光の利用効率が高いことが望まれる。
照明光学系には、一般的に、光の利用効率を向上させる観点から、光源から射出された非偏光な光（白色光）を複数の中間光線束に分割するインテグレータと、分割された複数の中間光線束を一種類の直線偏光光に変換するための偏光変換素子などが使用されている。
A projector that projects and displays an image modulates illumination light emitted from an illumination optical system according to image information (image signal) using an electro-optical device, and projects the modulated light flux on a screen to generate an image. Is displayed. An image displayed by such a projector is preferably uniform and bright, and it is desired that the light use efficiency of the illumination optical system used for this is high.
The illumination optical system generally includes an integrator that splits non-polarized light (white light) emitted from a light source into a plurality of intermediate light bundles and a plurality of divided light beams from the viewpoint of improving the light utilization efficiency. A polarization conversion element or the like for converting the intermediate light beam into one kind of linearly polarized light is used.
図５は、従来の一般的な偏光変換素子を説明するための模式図であり、図５（ａ）は偏光変換素子の斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）を＋ｚ軸方向から見た偏光変換素子の平面図である。
図５（ａ）および図５（ｂ）において、偏光変換素子５０は、入射した光を二種類の偏光光に分離するための偏光分離素子（ＰＢＳ）５１と、偏光分離素子５１の光射出面側に選択的に配置され、二種類の偏光光の一方を他方の偏光光に変換するための位相差板としての１／２λ位相差板５２とを備えている。なお、偏光変換素子５０に入射する光は、その主光線（中心軸）が、組み込まれて用いられるプロジェクタにおける照明光学系のシステム光軸７０に略平行に入射する。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a conventional general polarization conversion element, FIG. 5 (a) is a perspective view of the polarization conversion element, and FIG. 5 (b) shows FIG. 5 (a) + z. It is a top view of the polarization conversion element seen from the axial direction.
5A and 5B, the polarization conversion element 50 includes a polarization separation element (PBS) 51 for separating incident light into two types of polarized light, and a light exit surface of the polarization separation element 51. And a ½λ phase difference plate 52 as a phase difference plate for converting one of the two kinds of polarized light into the other polarized light. Note that the light incident on the polarization conversion element 50 has its principal ray (center axis) incident substantially parallel to the system optical axis 70 of the illumination optical system in the projector used by being incorporated.
偏光分離素子５１は、システム光軸７０に直交する光入射面と、光入射面に略平行な光射出面と、光入射面および光射出面と所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数の透光性基板としてのガラス材５１ａと、複数の界面に交互に設けられた複数の偏光分離膜５１ｂ（図中に実線で示す）および反射膜５１ｃ（図中に破線で示す）とを備えている。
複数の界面の光入射面（光射出面）との所定の角度は、一般的に４５°であり、ガラス材５１ａは、ｘ−ｙ軸方向において略平行四辺形の断面形状を有しｚ軸方向に延伸する柱状を成している。
The polarization separating element 51 is sequentially bonded at a light incident surface orthogonal to the system optical axis 70, a light emitting surface substantially parallel to the light incident surface, and a plurality of interfaces forming a predetermined angle with the light incident surface and the light emitting surface. A plurality of glass materials 51a as a plurality of translucent substrates, a plurality of polarization separation films 51b (shown by solid lines in the figure) and a reflection film 51c (shown by broken lines in the figure) provided alternately at a plurality of interfaces It has.
The predetermined angle with the light incident surface (light exit surface) of the plurality of interfaces is generally 45 °, and the glass material 51a has a substantially parallelogram-shaped cross-sectional shape in the xy-axis direction and a z-axis. It has a column shape extending in the direction.
偏光分離膜５１ｂは誘電体多層膜で形成され、入射した光線束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を、ｓ偏光の部分光線束（ｓ偏光光）とｐ偏光の部分光線束（ｐ偏光光）とに分離して、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過する機能を有する。一方、反射膜５１ｃは誘電体多層膜または金属膜で形成され、反射膜５１ｃに入射したｓ偏光光を反射する機能を有する。 The polarization separation film 51b is formed of a dielectric multilayer film, and converts an incident light bundle (s-polarized light + p-polarized light) into an s-polarized partial light bundle (s-polarized light) and a p-polarized partial light bundle (p-polarized light). And has the function of reflecting s-polarized light and transmitting p-polarized light. On the other hand, the reflective film 51c is formed of a dielectric multilayer film or a metal film, and has a function of reflecting the s-polarized light incident on the reflective film 51c.
１／２λ位相差板５２は、ストライプ状に配列して設けられた位相差層５２ａと開口層５２ｂとによって構成されている。位相差層５２ａは、ガラス材５１ａに形成された偏光分離膜５１ｂを透過したｐ偏光光が入射する光射出面側の面に配置され、入射するｐ偏光光を、偏光方向が直交するｓ偏光光に変換する機能を有している。一方、開口層５２ｂは、反射膜５１ｃで反射されて入射するｓ偏光光をそのまま透過する機能を有している。
このように機能する１／２λ位相差板５２は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムなどよりなる位相差層５２ａをトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムで挟み込んだ形態の位相差フィルムである。したがって、開口層５２ｂは、ＴＡＣフィルムにより構成されている。
The 1 / 2λ phase difference plate 52 includes a phase difference layer 52a and an opening layer 52b that are arranged in a stripe pattern. The retardation layer 52a is disposed on the light exit surface side on which p-polarized light that has passed through the polarization separation film 51b formed on the glass material 51a is incident, and the incident p-polarized light is s-polarized light whose polarization direction is orthogonal. It has the function of converting to light. On the other hand, the opening layer 52b has a function of transmitting the s-polarized light incident after being reflected by the reflective film 51c.
The 1 / 2λ phase difference plate 52 that functions in this way is a phase difference film in which a phase difference layer 52a made of a polyvinyl alcohol (PVA) film or the like is sandwiched between triacetyl cellulose (TAC) films. Therefore, the opening layer 52b is composed of a TAC film.
なお、偏光変換素子５０は、偏光変換素子５０に入射する光が偏光分離膜５１ｂのみに入射し、反射膜５１ｃには入射しないように配列された遮光板６０（図５（ｂ）中に二点鎖線で示す）が、光入射面側に配設されて用いられる。
遮光板６０としては、アルミニウム板などの遮光性を有する金属板に開口部６０ａを設けて遮光部６０ｂを形成したものが例示される。その他の例として、ガラス板などの平板状の透明板に、クロムなどの遮光性の膜を遮光部（６０ｂ）としてストライプ状に形成したものが挙げられる。
The polarization conversion element 50 is arranged so that light incident on the polarization conversion element 50 is incident only on the polarization separation film 51b and not on the reflection film 51c (two light shielding plates 60 in FIG. 5B). (Shown by a dotted line) is provided on the light incident surface side.
Examples of the light shielding plate 60 include a metal plate having light shielding properties such as an aluminum plate provided with an opening 60a to form the light shielding portion 60b. Other examples include a flat transparent plate such as a glass plate formed with a light-shielding film such as chromium as a light-shielding portion (60b) in a stripe shape.
このように構成された偏光変換素子５０は、図５（ｂ）に示すように、遮光板６０の開口部６０ａより偏光分離素子５１のガラス材５１ａに入射した光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が、偏光分離膜５１ｂにおいてｓ偏光光とｐ偏光光の２つの部分光線束に分離される。そして、偏光分離膜５１ｂで分離された一方のｓ偏光光が、反射膜５１ｃにおいて反射されるとともに、分離された他方のｐ偏光光が偏光分離膜５１ｂを透過して１／２λ位相差板５２においてｓ偏光光に変換される。すなわち、偏光変換素子５０において一種類の偏光光に変換されたｓ偏光光が、偏光変換素子５０からシステム光軸７０と略平行方向に射出される。 As shown in FIG. 5B, the polarization conversion element 50 configured in this way has light (s-polarized light + p-polarized light) incident on the glass material 51 a of the polarization separation element 51 from the opening 60 a of the light shielding plate 60. Is separated into two partial beam bundles of s-polarized light and p-polarized light in the polarization separation film 51b. Then, the one s-polarized light separated by the polarization separation film 51b is reflected by the reflection film 51c, and the other separated p-polarized light is transmitted through the polarization separation film 51b to be a 1 / 2λ phase difference plate 52. In s-polarized light. That is, the s-polarized light converted into one type of polarized light in the polarization conversion element 50 is emitted from the polarization conversion element 50 in a direction substantially parallel to the system optical axis 70.
また、偏光変換素子５０は、偏光分離膜５１ｂで分離されて反射膜５１ｃにおいて反射されるｓ偏光光の光射出面に、１／２λ位相差板５２の位相差層５２ａを配置することにより、入射する光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が一種類のｐ偏光光に変換されて射出することができる偏光変換素子５０が得られる。 In addition, the polarization conversion element 50 has the retardation layer 52a of the 1 / 2λ retardation plate 52 disposed on the light exit surface of the s-polarized light that is separated by the polarization separation film 51b and reflected by the reflection film 51c. A polarization conversion element 50 is obtained in which incident light (s-polarized light + p-polarized light) can be converted into one type of p-polarized light and emitted.
以上のように、偏光変換素子５０を構成する１／２λ位相差板５２として、有機材料系の位相差フィルムが用いられた従来の偏光変換素子５０は、光源から射出された光が通過することによって、位相差フィルムが黄変したり、発熱したりして、位相差フィルムの光学特性の劣化を招く。すなわち耐熱性および耐光性の信頼性に劣るという問題を有している。こうした問題に対応するために、１／２λ位相差板を水晶を用いて構成した偏光変換素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 As described above, the light emitted from the light source passes through the conventional polarization conversion element 50 using the organic material phase difference film as the ½λ phase difference plate 52 constituting the polarization conversion element 50. As a result, the retardation film turns yellow or generates heat, leading to deterioration of the optical properties of the retardation film. That is, there is a problem that the reliability of heat resistance and light resistance is inferior. In order to cope with such a problem, a polarization conversion element in which a ½λ phase difference plate is configured using quartz has been proposed (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、水晶で形成された１／２λ位相差板は、可視光波長域（略４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の略全帯域に対応する所定の機能を得るためには、３００ｎｍ程度の薄い板厚で構成される。また、偏光分離素子の光射出面に配置される１／２λ位相差板は、一般的に、特許文献１の各図中にも示されるように、短冊状に加工された多数の１／２λ位相差板を、偏光分離膜または反射膜に対応して一枚ずつ格子状に配列して、接着剤で貼り合わせて偏光変換素子が製造されている。短冊状の１／２λ位相差板は、短冊状に加工したり、その後の工程間の取り扱いにおいて、割れやクラックの発生などの不具合が発生し易く、しかも偏光分離素子に貼り合わせる際に、１／２λ位相差板の外周端面部に接着剤がはみ出し易く、その領域を通過する光の散乱による偏光変換効率の低下を招いている。 However, the 1 / 2λ retardation plate made of quartz is formed with a thin plate thickness of about 300 nm in order to obtain a predetermined function corresponding to almost the entire visible light wavelength range (approximately 400 nm to 700 nm). The Further, the 1 / 2λ phase difference plate disposed on the light exit surface of the polarization separation element is generally a large number of 1 / 2λ processed into a strip shape as shown in each drawing of Patent Document 1. A polarization conversion element is manufactured by arranging retardation plates one by one in a lattice pattern corresponding to a polarization separation film or a reflection film and bonding them with an adhesive. The strip-shaped 1 / 2λ phase difference plate is easily processed into a strip shape, and in the handling between subsequent processes, problems such as cracks and cracks are likely to occur. The adhesive easily protrudes from the outer peripheral end face portion of the / 2λ retardation plate, and the polarization conversion efficiency is lowered due to scattering of light passing through the region.
図６は、従来の１／２λ位相差板の外周端面部に接着剤がはみ出した状態を示す貼着部の正面部分画像である。図６において、偏光変換素子１００の光射出面に貼着された短冊状の１／２λ位相差板１０１は、外形形状に沿う外周端面部に接着剤１０２がはみ出している。接着剤１０２のはみ出しは、接着剤１０２の微細な量管理により、ある程度低減することは可能であるが、皆無にすることは容易でない。 FIG. 6 is a front partial image of a sticking portion showing a state in which an adhesive protrudes from an outer peripheral end face portion of a conventional 1 / 2λ phase difference plate. In FIG. 6, the strip-shaped 1 / 2λ retardation plate 101 attached to the light exit surface of the polarization conversion element 100 has an adhesive 102 protruding from the outer peripheral end surface portion along the outer shape. The protrusion of the adhesive 102 can be reduced to some extent by fine amount control of the adhesive 102, but it is not easy to eliminate it.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
［適用例１］
本適用例にかかる偏光変換素子の製造方法は、偏光分離素子が、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、前記複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜および反射膜とを含み構成され、前記偏光分離素子の前記光射出面側に選択的に配置された位相差板が、水晶を用いて構成された偏光変換素子の製造方法であって、透光性を有する支持基板の一方の面にエッチング防止機能を有するエッチングストップ層を形成するエッチングストップ層形成工程と、前記エッチングストップ層の表面に水晶板を貼り合わせる水晶板貼り合せ工程と、前記偏光分離素子の前記偏光分離膜を透過する光または前記反射膜で反射する光のうちのいずれか一方が入射する前記水晶板の領域をエッチングして複数の前記位相差板を格子状に形成するエッチング工程と、前記位相差板が形成された前記支持基板を前記偏光分離素子の前記光射出面に貼着する支持基板貼着工程と、を含むことを特徴とする。
[Application Example 1]
In the manufacturing method of the polarization conversion element according to this application example, the polarization separation element includes a plurality of transparent members that are sequentially bonded to a light incident surface and a plurality of interfaces that form a predetermined angle with a light exit surface substantially parallel to the light incident surface. A retardation plate that is configured to include an optical substrate and polarization separation films and reflection films alternately provided at the plurality of interfaces, and that is selectively disposed on the light exit surface side of the polarization separation element; An etching stop layer forming step of forming an etching stop layer having an etching preventing function on one surface of a translucent support substrate, and the etching stop layer A crystal plate bonding step of bonding a crystal plate to the surface of the crystal, and the crystal on which either one of light transmitted through the polarization separation film of the polarization separation element or light reflected by the reflection film is incident An etching step of etching the region to form a plurality of retardation plates in a lattice shape, and a support substrate attachment for attaching the support substrate on which the retardation plates are formed to the light exit surface of the polarization separation element And a wearing process.
これによれば、偏光分離素子の光射出面側に水晶を用いて構成された位相差板を備えた偏光変換素子の製造方法が、透光性を有する支持基板の一方の面にエッチング防止機能を有するエッチングストップ層を形成するエッチングストップ層形成工程と、エッチングストップ層の表面に水晶板を貼り合わせる水晶板貼り合せ工程と、偏光分離素子の偏光分離膜を透過する光または反射膜で反射する光のうちのいずれか一方が入射する水晶板の領域をエッチングして複数の位相差板を格子状に形成するエッチング工程と、位相差板が形成された支持基板を偏光分離素子の光射出面に貼着する支持基板貼着工程とを含むことにより、支持基板上にエッチングされて形成された位相差板は、短冊状に加工された位相差板を一枚ずつストライプ状に配列して貼り合わす従来の方法に比べて、接着剤のはみ出しによる偏光変換効率の低下を回避するとともに、取り扱い易く、しかも作業性に優れた偏光変換素子の製造方法が得られる。 According to this, a method for manufacturing a polarization conversion element having a retardation plate composed of quartz on the light exit surface side of a polarization separation element has an etching prevention function on one surface of a translucent support substrate. An etching stop layer forming step of forming an etching stop layer having a crystal plate, a crystal plate bonding step of bonding a crystal plate to the surface of the etching stop layer, and a light transmitted through the polarization separation film of the polarization separation element or reflected by a reflection film An etching process for forming a plurality of retardation plates in a lattice shape by etching a region of a crystal plate on which any one of light is incident, and a support substrate on which the retardation plates are formed as a light exit surface of a polarization separation element The phase difference plate formed by etching on the support substrate is arranged in stripes one by one. Compared to conventional methods match stick Te, as well as avoid a decrease in the polarization conversion efficiency due to protrusion of adhesive, easy to handle, yet the production method of the polarization conversion element having excellent workability is obtained.
また、位相差板の割れやクラックなどが発生したとしても高価な偏光分離素子を無駄にするのを防ぐことができる。さらに、エッチングにより発生が懸念される偏光分離素子の界面剥離や接着耐久性の低下などによる光学機能を損なうのを防ぐことができる。さらにまた、支持基板の一方の面にエッチング防止機能を有するエッチングストップ層を形成することにより、支持基板の面精度を損なうのを防止し、光の散乱による透過率などの光学特性の低下を防ぐことができる。 Further, even if the retardation plate is cracked or cracked, it is possible to prevent the use of an expensive polarization separation element. Furthermore, it is possible to prevent the optical function from being impaired due to the peeling of the interface of the polarization separation element, which is feared to be generated by etching, or the decrease in adhesion durability. Furthermore, by forming an etching stop layer having an anti-etching function on one surface of the support substrate, the surface accuracy of the support substrate is prevented from being impaired, and deterioration of optical characteristics such as transmittance due to light scattering is prevented. be able to.
［適用例２］
上記適用例にかかる偏光変換素子の製造方法は、前記エッチングストップ層形成工程において形成される前記エッチングストップ層は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜であるのが好ましい。
[Application Example 2]
In the method for manufacturing a polarization conversion element according to the application example, it is preferable that the etching stop layer formed in the etching stop layer forming step is a magnesium fluoride (MgF 2 ) film.
これによれば、エッチングストップ層形成工程において形成されるエッチングストップ層がフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜であることにより、エッチング工程におけるエッチングの際に、支持基板へのオーバーエッチングを確実に防ぐことができる。すなわち、支持基板の面精度を損なうのを防止し、光の散乱による透過率などの光学特性の低下を防ぐことができる。 According to this, the etching stop layer is magnesium fluoride (MgF 2) which is formed in the etching-stop layer forming step by a membrane, in the etching in the etching process, reliably prevents possible over-etching to the support substrate Can do. That is, it is possible to prevent the surface accuracy of the support substrate from being impaired, and to prevent a decrease in optical characteristics such as transmittance due to light scattering.
［適用例３］
上記適用例にかかる偏光変換素子の製造方法は、前記エッチング工程における水晶板のエッチングは、ウエットエッチング法を用いるのが好ましい。
[Application Example 3]
In the method for manufacturing a polarization conversion element according to the application example described above, it is preferable to use a wet etching method for etching the crystal plate in the etching step.
これによれば、上記のようにエッチング工程において形成される位相差板が支持基板上に貼り合わされた水晶板をエッチングするとともに、支持基板の表面にエッチングストップ層が設けられることにより、エッチング工程にウエットエッチング法を用いることができる。よって、複雑な工程および高価な設備を必要とする反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やイオンビームエッチングなどのドライエッチング法に比べて容易にエッチングを行うことができる。また、支持基板上に貼り合わされた水晶板をエッチングして位相差板を形成するので、偏光分離素子の表面に位相差板を形成する方法に比べて、偏光変換素子の界面剥離、あるいは界面の接着耐久性の低下などによる光学特性への影響を回避して、偏光分離素子の機能を損なうのを防ぐことができる。 According to this, the retardation plate formed in the etching process as described above etches the crystal plate bonded on the support substrate, and the etching stop layer is provided on the surface of the support substrate, so that the etching process is performed. A wet etching method can be used. Therefore, etching can be performed more easily than dry etching methods such as reactive ion etching (RIE) and ion beam etching that require complicated processes and expensive equipment. In addition, since the retardation plate is formed by etching the quartz plate bonded to the support substrate, the interface separation of the polarization conversion element or the interface of the polarization conversion element is compared with the method of forming the retardation plate on the surface of the polarization separation element. It is possible to prevent the function of the polarization separating element from being impaired by avoiding the influence on the optical characteristics due to the decrease in the adhesion durability.
［適用例４］
上記適用例にかかる偏光変換素子の製造方法は、前記水晶板貼り合せ工程において貼り合わされた前記水晶板を、所定の厚さに研磨する研磨工程を、さらに備えるのが好ましい。
これによれば、水晶板貼り合せ工程において支持基板上に貼り合わされた水晶板を、所定の厚さに研磨する研磨工程を、さらに備えることにより、水晶板貼り合せ工程において貼り合わされる水晶板を所定の厚さよりも厚い平板を用いることができる。それは、所定の厚さよりも厚い水晶板を貼り合わせた後に、研磨工程において所定の厚さに研磨するので、予め所定の厚さに加工された薄い水晶板を取り扱うのに比べて、取り扱い性が向上し、水晶板を破損するなどの不具合を排除するとともに、より作業性に優れた偏光変換素子の製造方法が得られる。
[Application Example 4]
It is preferable that the method for manufacturing a polarization conversion element according to the application example further includes a polishing step of polishing the crystal plate bonded in the crystal plate bonding step to a predetermined thickness.
According to this, the crystal plate bonded in the crystal plate bonding step is further provided with a polishing step of polishing the crystal plate bonded on the support substrate in the crystal plate bonding step to a predetermined thickness. A flat plate thicker than a predetermined thickness can be used. Because it is polished to a predetermined thickness in the polishing process after bonding a quartz plate thicker than a predetermined thickness, handling is easier than handling a thin quartz plate that has been processed to a predetermined thickness in advance. As a result, it is possible to obtain a method of manufacturing a polarization conversion element with improved workability while eliminating problems such as damage to the quartz plate.
［適用例５］
本適用例にかかる偏光変換素子は、偏光分離素子が、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、前記複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜および反射膜とを含み構成され、前記偏光分離素子の前記光射出面側に選択的に配置された位相差板が、水晶を用いて構成された偏光変換素子であって、前記位相差板は透光性を有する支持基板の一方の面に前記偏光分離膜を透過する光または前記反射膜で反射する光のうちのいずれか一方が入射する領域がエッチング法を用いて格子状に形成されており、前記位相差板が形成された前記支持基板の他方の面が前記偏光分離素子の前記光射出面に貼着して構成されたことを特徴とする。
[Application Example 5]
The polarization conversion element according to this application example includes a plurality of light-transmitting substrates in which polarization separation elements are sequentially bonded to each other at a plurality of interfaces forming a predetermined angle with a light incident surface and a light exit surface substantially parallel to the light incident surface. And a phase difference plate selectively disposed on the light exit surface side of the polarization separation element using a quartz crystal, the polarization separation film and the reflection film provided alternately on the plurality of interfaces A polarization conversion element configured, wherein the phase difference plate has one of a light transmitting through the polarization separation film and a light reflected by the reflection film on one surface of a translucent support substrate. The incident region is formed in a lattice shape using an etching method, and the other surface of the support substrate on which the retardation plate is formed is attached to the light exit surface of the polarization separation element. It is characterized by that.
これによれば、偏光分離素子の光射出面側に水晶を用いて構成された位相差板を備えた偏光変換素子は、位相差板が透光性を有する支持基板の一方の面に、偏光分離膜を透過する光、または反射膜で反射する光のうちのいずれか一方が入射する領域が、エッチング法を用いて格子状に形成され、位相差板の形成された支持基板の他方の面を偏光分離素子の光射出面に貼着して構成されることにより、エッチングされて形成された位相差板は、短冊状に加工された位相差板を一枚ずつストライプ状に配列して貼り合わす従来の方法に比べて、取り扱い易く、しかも作業性に優れた偏光変換素子が得られる。また、位相差板が支持基板上に形成されるので、エッチングにより発生が懸念される偏光分離素子の界面剥離、あるいは接着耐久性の低下などによる光学特性の劣化を低減した偏光変換素子が得られる。 According to this, the polarization conversion element provided with the phase difference plate made of quartz on the light exit surface side of the polarization separation element is polarized on one surface of the support substrate where the phase difference plate has translucency. The other surface of the supporting substrate on which the phase difference plate is formed by forming an area where one of the light transmitted through the separation film or the light reflected by the reflection film is incident in a lattice shape. The retardation plate formed by etching is adhered to the light exit surface of the polarization separation element, and the retardation plates processed into strips are arranged in stripes one by one. Compared with the conventional method of combining, a polarization conversion element that is easy to handle and excellent in workability can be obtained. Further, since the retardation plate is formed on the support substrate, it is possible to obtain a polarization conversion element in which deterioration of optical properties due to interface peeling of the polarization separation element, which is likely to occur due to etching, or a decrease in adhesion durability is reduced .
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る偏光変換素子の概略構成を示す斜視図である。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the polarization conversion element according to the present embodiment.
図１において、偏光変換素子１０は、光入射面より入射した直線偏光束を二種類の偏光光に分離するための偏光分離素子（ＰＢＳ）１１と、偏光分離素子１１の光射出面に貼着された支持基板１２と、支持基板１２の一方の面（光射出面）に選択的に形成された多数の１／２λ位相差板１３とを備えている。なお、偏光変換素子１０（偏光分離素子１１）の光入射面は、支持基板１２が貼着された面（光射出面）に相対する面である。 In FIG. 1, a polarization conversion element 10 is attached to a polarization separation element (PBS) 11 for separating a linearly polarized light flux incident from a light incident surface into two types of polarized light, and a light exit surface of the polarization separation element 11. And a large number of ½λ phase difference plates 13 selectively formed on one surface (light emission surface) of the support substrate 12. The light incident surface of the polarization conversion element 10 (polarization separation element 11) is a surface facing the surface (light exit surface) to which the support substrate 12 is attached.
偏光変換素子１０は、上記図５に示した一般的な偏光変換素子５０を構成する１／２λ位相差板５２の基材が、位相差フィルムにより構成されているのに対して、支持基板１２上に水晶を用いて形成されていることのみが異なる。したがって、偏光分離素子１１の構成、偏光分離素子１１の機能（機能動作）および１／２λ位相差板１３の機能についての説明は、省略または簡略化する。 In the polarization conversion element 10, the base material of the ½λ phase difference plate 52 constituting the general polarization conversion element 50 shown in FIG. The only difference is that it is formed using quartz. Therefore, descriptions of the configuration of the polarization separation element 11, the function (functional operation) of the polarization separation element 11, and the function of the 1 / 2λ phase difference plate 13 are omitted or simplified.
偏光分離素子１１は、略平行四辺形の断面形状を有する柱状の透光性基板としてのガラス材１１ａ（但し、両側最端部は三角柱形状のガラス材）が、複数貼り合わされて構成されている。それぞれのガラス材１１ａの界面には、図１中に実線で示す偏光分離膜１１ｂと、破線で示す反射膜１１ｃとが交互に設けられている。 The polarized light separating element 11 is configured by laminating a plurality of glass materials 11a (however, triangular prism-shaped glass materials at both end portions on both sides) as a columnar translucent substrate having a substantially parallelogram cross-sectional shape. . Polarization separation films 11b indicated by solid lines in FIG. 1 and reflection films 11c indicated by broken lines are alternately provided at the interfaces of the respective glass materials 11a.
ガラス材１１ａとしては、ＢＫ７などの光学ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラスなどが用いられる。
偏光分離膜１１ｂは、誘電体多層膜で形成され、入射する光線束を偏光方向の異なる二つの偏光光に分離する機能を有する。反射膜１１ｃは、誘電体多層膜または金属膜で形成され、偏光分離膜で分離されて入射する偏光光を反射する機能を有する。すなわち、偏光分離膜１１ｂは、入射した光線束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を、ｓ偏光の部分光線束（ｓ偏光光）とｐ偏光の部分光線束（ｐ偏光光）とに分離して、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過する。一方、反射膜１１ｃは、偏光分離膜１１ｂで分離されて反射膜１１ｃに入射したｓ偏光光を反射する機能を有する。
As the glass material 11a, optical glass such as BK7, white plate glass, borosilicate glass, blue plate glass, or the like is used.
The polarization separation film 11b is formed of a dielectric multilayer film, and has a function of separating an incident light beam into two polarized lights having different polarization directions. The reflection film 11c is formed of a dielectric multilayer film or a metal film, and has a function of reflecting incident polarized light separated by the polarization separation film. That is, the polarization separation film 11b separates the incident light bundle (s-polarized light + p-polarized light) into an s-polarized partial light bundle (s-polarized light) and a p-polarized partial light bundle (p-polarized light). , S-polarized light is reflected, and p-polarized light is transmitted. On the other hand, the reflection film 11c has a function of reflecting the s-polarized light that is separated by the polarization separation film 11b and incident on the reflection film 11c.
支持基板１２は、偏光分離素子１１の外形形状に略相似する矩形形状の白板ガラスより成り、光射出面に選択的に形成された多数の１／２λ位相差板１３を備えている。
支持基板１２の厚さは、取り扱い性を考慮して適宜設定することができるが、少なくとも１／２λ位相差板１３の厚みよりも厚いのが好ましく、本実施形態においては、１００μｍ程度の白板ガラスを用いている。なお、支持基板１２の材質は透光性を有する基材であれば限定されない。したがって、白板ガラスの他に、各種光学ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラスなどを用いることができる。
The support substrate 12 is made of a rectangular white plate glass that is substantially similar to the outer shape of the polarization beam splitting element 11, and includes a large number of 1 / 2λ phase difference plates 13 that are selectively formed on the light exit surface.
The thickness of the support substrate 12 can be appropriately set in consideration of handleability, but is preferably at least thicker than the thickness of the ½λ phase difference plate 13. In the present embodiment, the white plate glass of about 100 μm is used. Is used. In addition, the material of the support substrate 12 will not be limited if it is a base material which has translucency. Therefore, in addition to the white plate glass, various optical glasses, borosilicate glass, blue plate glass, and the like can be used.
１／２λ位相差板１３は水晶より成り、支持基板１２を介して偏光分離素子１１のガラス材１１ａに設けられた各偏光分離膜１１ｂを透過したｐ偏光光が入射する領域に形成されている。したがって支持基板１２の光射出面に、多数（図示の場合は４個）の１／２λ位相差板１３が格子状に形成されている。
この１／２λ位相差板１３は、支持基板１２を介して偏光分離素子１１より入射するｐ偏光光を、偏光方向が直交するｓ偏光光に変換する機能を有する。なお、本実施形態における水晶とは、ＳｉＯ2の単結晶であり、人工水晶または天然水晶のどちらであってもよい。
The 1 / 2λ phase difference plate 13 is made of quartz and is formed in a region where p-polarized light that has passed through each polarization separation film 11 b provided on the glass material 11 a of the polarization separation element 11 is incident via the support substrate 12. . Therefore, a large number (four in the illustrated case) of 1 / 2λ phase difference plates 13 are formed in a lattice shape on the light emission surface of the support substrate 12.
The 1 / 2λ phase difference plate 13 has a function of converting p-polarized light incident from the polarization separation element 11 via the support substrate 12 into s-polarized light whose polarization directions are orthogonal. The quartz crystal in the present embodiment is a single crystal of SiO 2 and may be either an artificial quartz crystal or a natural quartz crystal.
このように構成された偏光変換素子１０は、入射する光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を一種類のｓ偏光光に変換して射出する偏光変換素子として、透過型プロジェクタおよび反射型プロジェクタなどの液晶プロジェクタの照明光学系に好ましく用いることができる。 The polarization conversion element 10 configured in this way is used as a polarization conversion element that converts incident light (s-polarized light + p-polarized light) into one type of s-polarized light and emits it, such as a transmissive projector and a reflective projector. It can be preferably used for an illumination optical system of a liquid crystal projector.
次に、この偏光変換素子１０の製造方法について説明する。
偏光変換素子１０は、支持基板１２の一方の面上に多数の１／２λ位相差板１３を形成した後に、既に加工されて完成状態の偏光分離素子１１の光射出面に、その支持基板１２を貼着して完成する。
図２は、偏光変換素子の製造方法を模式的に示す工程図である。なお、図面に示す各構成要素の寸法や比率は、説明の便宜のために実際のものとは異ならせてある。
Next, a method for manufacturing the polarization conversion element 10 will be described.
The polarization conversion element 10 has a large number of 1 / 2λ retardation plates 13 formed on one surface of the support substrate 12, and is then processed on the light exit surface of the polarization separation element 11 in a completed state. To complete.
FIG. 2 is a process diagram schematically showing a method for manufacturing a polarization conversion element. Note that the dimensions and ratios of the components shown in the drawings are different from actual ones for convenience of explanation.
偏光変換素子１０の製造方法は、エッチングストップ層形成工程（図２（ａ））、水晶板貼り合せ工程（図２（ｂ））、レジストパターニング工程（図２（ｃ））、エッチング工程（図２（ｄ））、レジスト剥離工程（図２（ｅ））、支持基板貼着工程（図２（ｆ））、の各工程がこの順に行われる。 The manufacturing method of the polarization conversion element 10 includes an etching stop layer forming step (FIG. 2A), a crystal plate bonding step (FIG. 2B), a resist patterning step (FIG. 2C), and an etching step (FIG. 2 (d)), the resist peeling step (FIG. 2 (e)), and the support substrate attaching step (FIG. 2 (f)) are performed in this order.
図２（ａ）において、エッチングストップ層形成工程は、支持基板１２の一方の面に、エッチングストップ層１４が形成される。エッチングストップ層１４は、ＭｇＦ2（フッ化マグネシウム）を蒸着源として、真空蒸着法で形成される。形成されるエッチングストップ層１４の膜厚は１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。このＭｇＦ2よりなるエッチングストップ層１４は、後工程のエッチング工程におけるエッチングの際に、支持基板１２へのオーバーエッチングなどを防ぐ機能を有する。
そして、水晶板貼り合せ工程に移行する。
In FIG. 2A, in the etching stop layer forming step, the etching stop layer 14 is formed on one surface of the support substrate 12. The etching stop layer 14 is formed by a vacuum evaporation method using MgF 2 (magnesium fluoride) as an evaporation source. The film thickness of the formed etching stop layer 14 is about 10 nm to 200 nm. The etching stop layer 14 made of MgF 2 has a function of preventing over-etching on the support substrate 12 during the etching in the subsequent etching process.
And it transfers to a quartz plate bonding process.
図２（ｂ）に示す水晶板貼り合せ工程では、接着剤１５を用いてエッチングストップ層１４の表面に、１／２λ位相差機能を備えた水晶板１３０が貼り合わされる。なお、以後の説明において、接着剤１５が硬化した状態を接着剤層１５と表す。 In the crystal plate bonding step shown in FIG. 2B, a crystal plate 130 having a 1 / 2λ phase difference function is bonded to the surface of the etching stop layer 14 using an adhesive 15. In the following description, the state where the adhesive 15 is cured is referred to as an adhesive layer 15.
図３は、水晶板貼り合せ工程において支持基板１２の一方の面に水晶板１３０が貼り合わされた態様を示す斜視図である。
図３において、貼り合される水晶板１３０は平板であり、図３中に実線の矢印で示す光学軸に平行な面がエッチングストップ層１４の表面となるように、しかも、水晶板１３０に入射する直線偏光光（ｐ偏光光）の電界ベクトルの振動方向αと光学軸との角度θが略４５°となるように配置される。また、水晶板１３０は、予め可視光波長域（略４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の略全帯域に対応する偏光変換素子を得ることが可能な３００ｎｍ程度の所定の厚さに加工されている。
FIG. 3 is a perspective view showing an aspect in which the crystal plate 130 is bonded to one surface of the support substrate 12 in the crystal plate bonding step.
In FIG. 3, the crystal plate 130 to be bonded is a flat plate, and the plane parallel to the optical axis indicated by the solid line arrow in FIG. 3 becomes the surface of the etching stop layer 14 and is incident on the crystal plate 130. The angle θ between the oscillation direction α of the electric field vector of the linearly polarized light (p-polarized light) and the optical axis is approximately 45 °. Further, the quartz plate 130 is processed in advance to a predetermined thickness of about 300 nm that can obtain a polarization conversion element corresponding to substantially the entire visible light wavelength range (approximately 400 nm to 700 nm).
水晶板１３０の貼り合わせに用いられる接着剤は、接着加工が容易で、比較的高温度に耐えうる一液性エポキシまたは一液性アクリル系の紫外線硬化型接着剤を用いた。好ましい紫外線硬化型接着剤の一例としては、サンライズＭＳＩ株式会社製のＰＨＯＴＯボンド（登録商標）が挙げられる。紫外線硬化型接着剤は、塗布した後、ケミカルランプや高圧水銀灯を用いて積算光量６００ｍｊ／ｃｍ2（照度２ｍＷ／ｃｍ2）程度、照射して硬化される。硬化された接着剤層１５の厚さは、３０ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。 As the adhesive used for bonding the quartz plate 130, a one-component epoxy or one-component acrylic ultraviolet curable adhesive that can be easily bonded and can withstand a relatively high temperature was used. An example of a preferable ultraviolet curable adhesive is PHOTO Bond (registered trademark) manufactured by Sunrise MSI Co., Ltd. After being applied, the ultraviolet curable adhesive is cured by irradiation with an integrated light amount of about 600 mj / cm 2 (illuminance 2 mW / cm 2 ) using a chemical lamp or a high-pressure mercury lamp. The thickness of the cured adhesive layer 15 is preferably 30 nm to 300 nm.
なお、貼り合わされる水晶板１３０は、接着時の取り扱い性の面などを考慮して、予め所定の厚さに加工されたものに代えて、所定の厚さよりも厚い水晶板をエッチングストップ層１４の表面に貼り合わした後に、水晶板の表面を所定の厚さに研磨してもよい。この場合には、水晶板貼り合せ工程の次に研磨工程が設けられる。
そして、レジストパターニング工程に移行する。
Note that the crystal plate 130 to be bonded is a crystal plate thicker than a predetermined thickness in place of the one that has been processed to a predetermined thickness in consideration of the handling property at the time of bonding, and the like. After bonding to the surface, the surface of the quartz plate may be polished to a predetermined thickness. In this case, a polishing step is provided after the quartz plate bonding step.
Then, the process proceeds to a resist patterning process.
図２（ｃ）に示すレジストパターニング工程では、レジスト１６が水晶板１３０の表面にパターニングされる。
レジスト１６のパターニングは、一般的なパターニング法を用いて行なわれる。それは、フォトリソグラフィ用のレジスト（フォトレジスト）が水晶板１３０の表面に塗布されるレジスト塗布工程と、レジスト１６の緻密化と密着性の強化のためにレジスト１６を乾燥するプレベーキング工程と、所定の露光パターンを有するフォトマスクを位置合わせして露光する露光工程と、現像液で現像を行う現像工程と、パターニングされたレジスト１６の密着性を高めるためのポストベーキング工程とにより行なわれる。
In the resist patterning step shown in FIG. 2C, the resist 16 is patterned on the surface of the crystal plate 130.
The resist 16 is patterned using a general patterning method. It includes a resist coating process in which a resist for photolithography (photoresist) is applied to the surface of the crystal plate 130, a pre-baking process in which the resist 16 is dried for densification of the resist 16 and enhancement of adhesion, Are performed by an exposure process for aligning and exposing a photomask having the exposure pattern, a development process for developing with a developer, and a post-baking process for improving the adhesion of the patterned resist 16.
このレジストパターニングは、後に支持基板１２が偏光分離素子１１の光射出面に貼着される際に、偏光分離素子１１を構成するガラス材１１ａに設けられた各偏光分離膜１１ｂを透過したｐ偏光光が、支持基板１２を介して入射する領域（偏光分離素子１１の偏光分離膜１１ｂに対応した光射出面の領域、図１参照）に、レジスト１６がパターニングされる。パターニングされたレジスト１６は、次工程のエッチング工程においてポジ型のエッチングレジストとして機能する。
そして、エッチング工程に移行する。
In this resist patterning, p-polarized light transmitted through each polarization separation film 11b provided on the glass material 11a constituting the polarization separation element 11 when the support substrate 12 is attached to the light exit surface of the polarization separation element 11 later. The resist 16 is patterned in a region where light enters through the support substrate 12 (region of the light exit surface corresponding to the polarization separation film 11b of the polarization separation element 11, see FIG. 1). The patterned resist 16 functions as a positive etching resist in the next etching process.
And it transfers to an etching process.
図２（ｄ）に示すエッチング工程では、パターニングされたレジスト１６をポジ型のフォトマスクとして、水晶板１３０のウエットエッチングが行なわれる。
エッチング液として、例えば、フッ化アンモニウム（Ｈ4ＦＮ）が用いられる。これにより、レジスト１６に覆われていない領域の水晶板１３０がエッチングされる。エッチングレートは２０ｎｍ／ｓｅｃ程度が望ましい。
In the etching process shown in FIG. 2D, wet etching of the crystal plate 130 is performed using the patterned resist 16 as a positive photomask.
For example, ammonium fluoride (H 4 FN) is used as the etching solution. As a result, the crystal plate 130 in an area not covered with the resist 16 is etched. The etching rate is desirably about 20 nm / sec.
このエッチング工程により、一枚の平板の水晶板１３０から格子状に多数（本実施形態の場合は４個）に分離された１／２λ位相差板１３が形成される。
そして、レジスト剥離工程に移行する。
By this etching process, a 1 / 2λ phase difference plate 13 is formed which is separated from one flat crystal plate 130 into a large number (four in the present embodiment) in a lattice shape.
And it transfers to a resist peeling process.
図２（ｅ）に示すレジスト剥離工程では、多数に分離された１／２λ位相差板１３上のレジスト１６が剥離される。レジスト１６の剥離は、アセトンなどのフォトレジスト剥離剤を用いて剥離される。
そして、支持基板貼着工程に移行する。
In the resist stripping step shown in FIG. 2E, the resist 16 on the ½λ phase difference plate 13 separated in a large number is stripped. The resist 16 is removed using a photoresist remover such as acetone.
And it transfers to a support substrate sticking process.
図２（ｆ）に示す支持基板貼着工程では、一方の面に多数の１／２λ位相差板１３が形成された支持基板１２が、既に完成した偏光分離素子１１の光射出面に貼着される。
偏光分離素子１１への貼着は、多数の１／２λ位相差板１３が形成された面に相対する面を偏光分離素子１１の光射出面側にして、格子状に形成された各１／２λ位相差板１３の格子方向の幅の略中心が、偏光分離素子１１の偏光分離膜１１ｂに対応した光射出面のの略中心となるように配置して、接着剤１７を用いて貼着される。
In the supporting substrate attaching step shown in FIG. 2 (f), the supporting substrate 12 having a number of 1 / 2λ phase difference plates 13 formed on one surface is attached to the light exit surface of the polarization separation element 11 that has already been completed. Is done.
The sticking to the polarization separation element 11 is carried out with each surface formed in a lattice shape with the surface opposite to the surface on which the many 1 / 2λ phase difference plates 13 are formed facing the light exit surface of the polarization separation element 11. Placed so that the approximate center of the width in the grating direction of the 2λ phase difference plate 13 is approximately the center of the light exit surface corresponding to the polarization separation film 11 b of the polarization separation element 11, and is adhered using the adhesive 17. Is done.
接着剤１７は、水晶板貼り合せ工程における水晶板１３０の貼り合わせの場合と同様に、紫外線硬化型接着剤を用いて貼着される。硬化された接着剤層１７の厚さは、３０ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。
これにより、多数の１／２λ位相差板１３が選択的に形成された支持基板１２が、偏光分離素子１１の光射出面に貼着された偏光変換素子１０が完成する（図１参照）。
The adhesive 17 is attached using an ultraviolet curable adhesive, as in the case of attaching the crystal plate 130 in the crystal plate attaching step. The thickness of the cured adhesive layer 17 is preferably 30 nm to 300 nm.
Thereby, the polarization conversion element 10 in which the support substrate 12 on which a large number of 1 / 2λ phase difference plates 13 are selectively formed is attached to the light exit surface of the polarization separation element 11 is completed (see FIG. 1).
完成した偏光変換素子１０は、偏光分離素子１１の偏光分離膜１１ｂに入射する光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が、ｓ偏光光とｐ偏光光とに分離されて、偏光分離膜１１ｂを透過したｐ偏光光をｓ偏光光に変換し、偏光分離膜１１ｂおよび反射膜１１ｃで反射されたｓ偏光光とともに偏光変換素子１０から射出する機能を有する（図５（ｂ）参照）。 In the completed polarization conversion element 10, light (s-polarized light + p-polarized light) incident on the polarization separation film 11 b of the polarization separation element 11 is separated into s-polarized light and p-polarized light and transmitted through the polarization separation film 11 b. The p-polarized light is converted into s-polarized light, and is emitted from the polarization conversion element 10 together with the s-polarized light reflected by the polarization separation film 11b and the reflection film 11c (see FIG. 5B).
また、完成した偏光変換素子１０は、一方の面または双方の面に、反射防止（ＡＲ）層を設けてもよい。反射防止層としては、例えば、二酸化珪素、酸化チタンなどの物質を蒸着またはスパッタリング処理、あるいはフッ素系物質を薄く塗布することにより形成することができる。 Further, the completed polarization conversion element 10 may be provided with an antireflection (AR) layer on one side or both sides. The antireflection layer can be formed by, for example, depositing or sputtering a substance such as silicon dioxide or titanium oxide, or thinly applying a fluorine-based substance.
完成した偏光変換素子１０には、支持基板１２と１／２λ位相差板１３との間に、エッチングストップ層１４として形成されたＭｇＦ2（フッ化マグネシウム）の単結晶薄膜層が残存することになる。次の、このエッチングストップ層１４の有無による偏光変換素子の分光光学特性に与える影響の確認を行った。
確認サンプルは、完成した偏光変換素子１０と、比較のためのサンプルとして、支持基板１２上に短冊状に加工した１／２λ位相差板を、偏光分離膜に対応した位置に一枚ずつ格子状に配列して貼り合わせて作製し、それを偏光変換素子１０の光射出面に貼着した従来構造に準じた偏光変換素子との二種類を準備した。
In the completed polarization conversion element 10, a single crystal thin film layer of MgF 2 (magnesium fluoride) formed as an etching stop layer 14 remains between the support substrate 12 and the ½λ phase difference plate 13. Become. Next, the effect of the presence or absence of the etching stop layer 14 on the spectral optical characteristics of the polarization conversion element was confirmed.
As a confirmation sample, the completed polarization conversion element 10 and, as a sample for comparison, a 1 / 2λ retardation plate processed into a strip shape on the support substrate 12 are formed in a lattice form one by one at a position corresponding to the polarization separation film. Two types were prepared: a polarization conversion element according to a conventional structure, which was prepared by arranging and adhering to the light emission surface of the polarization conversion element 10.
この二種類の確認サンプルには、それぞれの偏光変換素子の光射出面側（支持基板１２上に形成された１／２λ位相差板１３の側面を含む光射出面、および１／２λ位相差板１３が位置しない支持基板１２の光射出面側の面）に、反射防止層を形成した。 These two types of confirmation samples include the light exit surface side of each polarization conversion element (the light exit surface including the side surface of the 1 / 2λ phase difference plate 13 formed on the support substrate 12 and the 1 / 2λ phase difference plate). An antireflection layer was formed on the light emitting surface side of the support substrate 12 where 13 is not located.
反射防止層は、真空蒸着法によってＳｉＯ2の低屈折率層とＺｒＯ2の高屈折率層とを交互に積層した５層の薄膜よりなる多層膜を形成した。
具体的には、設計波長λを５１０ｎｍ、λ／４を単位として、支持基板１２側から順に、光学膜厚（ｎｄ）が２．１３１（物理膜厚（ｄ）１８５．８４ｎｍ）のＳｉＯ2膜よりなる第１層、ｎｄ：０．４４６（ｄ：２７．５５ｎｍ）のＺｒＯ2膜よりなる第２層、ｎｄ：０．２０３（ｄ：１７．７ｎｍ）のＳｉＯ2膜よりなる第３層、ｎｄ：１．２５８（ｄ：７７．６７ｎｍ）のＺｒＯ2膜よりなる第４層、ｎｄ：１．０１２（ｄ：８８．２３ｎｍ）のＳｉＯ2膜からなる第５層で構成されている。なお、偏光変換素子１０の支持基板１２の表面に形成されたＭｇＦ2層の光学膜厚ｎｄは、０．１０８（物理膜厚１０ｎｍ）である。
As the antireflection layer, a multilayer film composed of five thin films in which a low refractive index layer made of SiO 2 and a high refractive index layer made of ZrO 2 were alternately laminated was formed by a vacuum deposition method.
Specifically, an SiO 2 film having an optical film thickness (nd) of 2.131 (physical film thickness (d) 185.84 nm) in order from the support substrate 12 side with a design wavelength λ of 510 nm and λ / 4 as units. become more first layer, nd: 0.446: second layer made of ZrO 2 film (d 27.55nm), nd: 0.203 (d: 17.7nm) a third layer of SiO 2 film, The fourth layer is composed of a ZrO 2 film of nd: 1.258 (d: 77.67 nm) and the fifth layer is composed of a SiO 2 film of nd: 1.012 (d: 88.23 nm). The optical film thickness nd of the MgF 2 layer formed on the surface of the support substrate 12 of the polarization conversion element 10 is 0.108 (physical film thickness 10 nm).
そして、各偏光変換素子の分光光学特性を測定した。
偏光変換素子の分光光学特性は、偏光分離素子１１の光入射面にハロゲンランプを光源として照射し、可視光波長領域（略４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における５ｎｍ間隔毎、１／２λ位相差板および反射防止層を透過して１／２λ位相差板側から射出されるｓ偏光光の分光反射率を、分光光度計を用いて測定した。
図４は、各偏光変換素子の可視光領域における反射率を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反射率（％）を示す。
Then, the spectral optical characteristics of each polarization conversion element were measured.
Spectral optical characteristics of the polarization conversion element are such that a light incident surface of the polarization separation element 11 is irradiated with a halogen lamp as a light source, and a 1 / 2λ phase difference plate and antireflection are provided every 5 nm in the visible light wavelength region (approximately 400 nm to 700 nm). The spectral reflectance of the s-polarized light transmitted through the layer and emitted from the 1 / 2λ retardation plate side was measured using a spectrophotometer.
FIG. 4 is a graph showing the reflectance in the visible light region of each polarization conversion element. The horizontal axis of the graph represents wavelength (nm), and the vertical axis represents reflectance (%).
図４において、グラフ中に実線で示す線図ａは、エッチングストップ層（ＭｇＦ2層）１４を有する偏光変換素子１０における分光光学特性（反射率）を示す。一方、破線で示す線図ｂは、ＭｇＦ2層の形成されない比較サンプルとしての偏光変換素子における反射率を示す。
線図ａおよび線図ｂより、可視光波長領域（略４００ｎｍ〜７００ｎｍ）において、エッチングストップ層（ＭｇＦ2層）の有無による反射率は、波長域帯により互いに上下方向に変動する０．２％程度の異差値を示すが、分光光学特性に影響を与えるような大きな違いは認められない。したがって、エッチングストップ層（ＭｇＦ2層）が残存することによる弊害は存在しないものと言える。
In FIG. 4, a diagram “a” indicated by a solid line in the graph indicates spectral optical characteristics (reflectance) in the polarization conversion element 10 having the etching stop layer (MgF 2 layer) 14. On the other hand, a diagram b indicated by a broken line shows the reflectance in the polarization conversion element as a comparative sample in which the MgF 2 layer is not formed.
From the diagram a and the diagram b, in the visible light wavelength region (approximately 400 nm to 700 nm), the reflectance depending on the presence or absence of the etching stop layer (MgF 2 layer) varies 0.2% depending on the wavelength region band. Although the difference value of the degree is shown, a large difference that affects the spectroscopic optical characteristics is not recognized. Therefore, adverse effects due to the etch stop layer (MgF 2 layer) remains in said non-existent.
以上の製造方法によれば、支持基板１２の光射出面にエッチングストップ層１４を形成するエッチングストップ層形成工程と、エッチングストップ層１４の表面に平板の水晶板１３０を貼り合わせる水晶板貼り合せ工程と、偏光分離素子１１の偏光分離膜１１ｂを透過する光、または反射膜１１ｃで反射する光のうちのどちらか一方が入射する水晶板１３０の領域をエッチングして複数の位相差板１３を格子状に形成するエッチング工程と、位相差板１３が形成された支持基板１２を偏光分離素子１１の光射出面に貼着する支持基板貼着工程とを含むことにより、支持基板１２上にエッチングされて形成された位相差板１３は、短冊状に加工された位相差板を一枚ずつストライプ状に配列して貼り合わす従来の方法に比べて、接着剤のはみ出しによる偏光変換効率の低下を回避するとともに、取り扱い易く、しかも作業性に優れた偏光変換素子の製造方法が得られる。また、位相差板１３あるいは水晶板１３０の割れやクラックなどが発生したとしても高価な偏光分離素子を無駄にするのを防ぐことができる。さらに、エッチングにより発生が懸念される偏光分離素子１１の界面剥離や接着耐久性の低下などによる光学機能を損なうのを防ぐことができる。さらにまた、支持基板１２の一方の面にエッチング防止機能を有するエッチングストップ層１４を形成することにより、支持基板１２の面精度を損なうのを防止し、光の散乱による透過率などの光学特性の低下を防ぐことができる。 According to the above manufacturing method, the etching stop layer forming step of forming the etching stop layer 14 on the light emitting surface of the support substrate 12, and the crystal plate bonding step of bonding the flat crystal plate 130 to the surface of the etching stop layer 14 A plurality of retardation plates 13 by etching a region of the crystal plate 130 on which either the light transmitted through the polarization separation film 11b of the polarization separation element 11 or the light reflected by the reflection film 11c is incident. Etching on the support substrate 12 by including an etching step for forming the phase difference plate and a support substrate pasting step for pasting the support substrate 12 on which the phase difference plate 13 is formed to the light exit surface of the polarization separation element 11. Compared to the conventional method in which the retardation plates 13 formed in a strip shape are arranged in stripes one by one in a stripe shape and bonded together, As well as avoid a decrease in the polarization conversion efficiency by, easy to handle, yet the production method excellent polarization conversion element workability is obtained. Further, even if the phase difference plate 13 or the crystal plate 130 is cracked or cracked, it is possible to prevent the expensive polarization separation element from being wasted. Furthermore, it is possible to prevent the optical function from being impaired due to interface peeling of the polarization separation element 11 that is likely to be generated by etching or a decrease in adhesion durability. Furthermore, by forming an etching stop layer 14 having an anti-etching function on one surface of the support substrate 12, it is possible to prevent the surface accuracy of the support substrate 12 from being impaired and to provide optical characteristics such as transmittance due to light scattering. Decline can be prevented.
また、本実施形態の製造方法によれば、エッチングストップ層形成工程において形成されるエッチングストップ層１４がフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜であることにより、エッチングの際に、支持基板１２へのオーバーエッチングを確実に防ぐことができる。すなわち、支持基板１２の面精度を損なうのを防止し、光の散乱による透過率などの光学特性の低下を防ぐことができる。 In addition, according to the manufacturing method of the present embodiment, the etching stop layer 14 formed in the etching stop layer forming step is a magnesium fluoride (MgF 2 ) film, so that the support substrate 12 is overcoated during etching. Etching can be reliably prevented. That is, it is possible to prevent the surface accuracy of the support substrate 12 from being impaired and to prevent a decrease in optical characteristics such as transmittance due to light scattering.
また、本実施形態の製造方法によれば、エッチング工程において形成される位相差板１３が支持基板１２上に貼り合わされた水晶板１３０をエッチングするとともに、支持基板１２の表面にエッチングストップ層１４が設けられることにより、エッチング工程においてウエットエッチング法を用いることができる。よって、複雑な工程および高価な設備を必要とする反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やイオンビームエッチングなどのドライエッチング法に比べて容易にエッチングを行うことができる。すなわち、偏光変換素子の界面剥離、あるいは界面の接着耐久性の低下などによる光学特性への影響を回避して、偏光分離素子の機能を損なうのを防ぐことができる。 Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, the retardation plate 13 formed in the etching process etches the crystal plate 130 bonded on the support substrate 12, and the etching stop layer 14 is formed on the surface of the support substrate 12. By being provided, a wet etching method can be used in the etching step. Therefore, etching can be performed more easily than dry etching methods such as reactive ion etching (RIE) and ion beam etching that require complicated processes and expensive equipment. That is, it is possible to prevent the polarization separation element from being impaired by avoiding the influence on the optical characteristics due to the interface separation of the polarization conversion element or the decrease in the adhesion durability of the interface.
さらに、本実施形態の製造方法によれば、水晶板貼り合せ工程において支持基板１２上に貼り合わされた水晶板１３０を、所定の厚さに研磨する研磨工程を、さらに備えることにより、水晶板貼り合せ工程において貼り合わされる水晶板１３０を所定の厚さよりも厚い平板を用いることができる。したがって、予め所定の厚さに加工された薄い水晶板を取り扱うのに比べて、取り扱い性が向上し、水晶板１３０を破損するなどの不具合を排除するとともに、より作業性に優れた偏光変換素子１０の製造方法が得られる。 Furthermore, according to the manufacturing method of the present embodiment, by further including a polishing step of polishing the crystal plate 130 bonded to the support substrate 12 in the crystal plate bonding step to a predetermined thickness, A flat plate thicker than a predetermined thickness can be used as the crystal plate 130 to be bonded in the aligning step. Therefore, as compared with handling a thin quartz plate that has been processed to a predetermined thickness in advance, the handleability is improved, and problems such as damage to the quartz plate 130 are eliminated. Ten manufacturing methods are obtained.
一方、上記製造方法により得られた偏光変換素子１０は、位相差板１３が透光性を有する支持基板１２の一方の面に、偏光分離素子１１の偏光分離膜１１ｂを透過する光、または反射膜１１ｃで反射する光のうちのいずれか一方が入射する領域がエッチング法を用いて格子状に形成されており、位相差板１３の形成された支持基板１２の他方の面を偏光分離素子１１の光射出面に貼着して構成されることにより、エッチングされて形成された位相差板１３は、短冊状に加工された位相差板を一枚ずつストライプ状に配列して貼り合わす従来の方法に比べて、取り扱い易く、しかも作業性に優れる。また、位相差板１３が支持基板１２上に形成されるので、エッチングにより発生が懸念される偏光分離素子１１の界面剥離、あるいは接着耐久性の低下などによる光学特性の劣化を低減した偏光変換素子１０が得られる。 On the other hand, in the polarization conversion element 10 obtained by the above manufacturing method, the light transmitted through the polarization separation film 11b of the polarization separation element 11 is reflected or reflected on one surface of the support substrate 12 in which the retardation plate 13 has translucency. A region in which any one of the light reflected by the film 11c is incident is formed in a lattice shape by using an etching method, and the other surface of the support substrate 12 on which the retardation plate 13 is formed is connected to the polarization separation element 11. The phase difference plate 13 formed by being adhered to the light emitting surface of the conventional plate is formed by aligning the phase difference plates processed into strips one by one in a stripe shape and bonding them together. Compared to the method, it is easy to handle and has excellent workability. In addition, since the retardation plate 13 is formed on the support substrate 12, the polarization conversion element that reduces the deterioration of the optical characteristics due to the interface separation of the polarization separation element 11 that is likely to be generated by etching or the decrease in the adhesion durability. 10 is obtained.
以上の実施形態において、偏光変換素子１０は、入射する直線偏光光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が一種類のｓ偏光光に変換されて射出することができる構成の場合で説明したが、入射する光が一種類のｐ偏光光に変換されて射出することができる構成であってもよい。この場合には、支持基板１２上に形成される１／２λ位相差板１３を、偏光分離素子１１の反射膜１１ｃにおいて反射されるｓ偏光光の光射出面となる領域に形成すればよい。 In the above embodiments, the polarization conversion element 10 has been described in the case of a configuration in which incident linearly polarized light (s-polarized light + p-polarized light) can be converted into one type of s-polarized light and emitted. The light may be converted into a single type of p-polarized light and emitted. In this case, the ½λ phase difference plate 13 formed on the support substrate 12 may be formed in a region serving as a light exit surface of the s-polarized light reflected by the reflection film 11c of the polarization separation element 11.
１０…偏光変換素子、１１…偏光分離素子、１１ａ…ガラス材、１１ｂ…偏光分離膜、１１ｃ…反射膜、１２…支持基板、１３…位相差板、１４…エッチングストップ層、１５，１７…接着剤、１６…レジスト、１３０…水晶板。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Polarization conversion element, 11 ... Polarization separation element, 11a ... Glass material, 11b ... Polarization separation film, 11c ... Reflection film, 12 ... Support substrate, 13 ... Phase difference plate, 14 ... Etching stop layer, 15, 17 ... Adhesion Agent, 16 ... resist, 130 ... crystal plate.
Claims (5)
透光性を有する支持基板の一方の面にエッチング防止機能を有するエッチングストップ層を形成するエッチングストップ層形成工程と、
前記エッチングストップ層の表面に水晶板を貼り合わせる水晶板貼り合せ工程と、
前記偏光分離素子の前記偏光分離膜を透過する光または前記反射膜で反射する光のうちのいずれか一方が入射する前記水晶板の領域をエッチングして複数の前記位相差板を格子状に形成するエッチング工程と、
前記位相差板が形成された前記支持基板を前記偏光分離素子の前記光射出面に貼着する支持基板貼着工程と、
を含むことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。 A polarization separation element is provided alternately on a plurality of translucent substrates that are sequentially bonded to a light incident surface and a light exit surface substantially parallel to the light incident surface at a plurality of interfaces at a predetermined angle, and the plurality of interfaces. A phase difference plate that is configured to include a polarization separation film and a reflection film that are selectively disposed on the light exit surface side of the polarization separation element is a method for manufacturing a polarization conversion element that is configured using quartz. There,
An etching stop layer forming step of forming an etching stop layer having an etching prevention function on one surface of the light-transmitting support substrate;
A crystal plate laminating step for laminating a crystal plate on the surface of the etching stop layer;
A plurality of retardation plates are formed in a lattice shape by etching a region of the crystal plate on which either one of light transmitted through the polarization separation film of the polarization separation element or light reflected by the reflection film enters. An etching process,
A support substrate attaching step of attaching the support substrate on which the retardation plate is formed to the light exit surface of the polarization separation element;
The manufacturing method of the polarization conversion element characterized by including.
前記エッチングストップ層形成工程において形成される前記エッチングストップ層は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜であることを特徴とする偏光変換素子の製造方法。 In the manufacturing method of the polarization conversion element according to claim 1,
The method for manufacturing a polarization conversion element, wherein the etching stop layer formed in the etching stop layer forming step is a magnesium fluoride (MgF 2 ) film.
前記エッチング工程における水晶板のエッチングは、ウエットエッチング法を用いたことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。 In the manufacturing method of the polarization conversion element according to claim 1 or 2,
The method for manufacturing a polarization conversion element, wherein the etching of the crystal plate in the etching step uses a wet etching method.
前記水晶板貼り合せ工程において貼り合わされた前記水晶板を、所定の厚さに研磨する研磨工程を、さらに備えたことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。 In the manufacturing method of the polarization conversion element according to any one of claims 1 to 3,
A method for manufacturing a polarization conversion element, further comprising a polishing step of polishing the crystal plate bonded in the crystal plate bonding step to a predetermined thickness.
前記位相差板は透光性を有する支持基板の一方の面に前記偏光分離膜を透過する光または前記反射膜で反射する光のうちのいずれか一方が入射する領域がエッチング法を用いて格子状に形成されており、
前記位相差板が形成された前記支持基板の他方の面が前記偏光分離素子の前記光射出面に貼着して構成されたことを特徴とする偏光変換素子。 A polarization separation element is provided alternately on a plurality of translucent substrates that are sequentially bonded to a light incident surface and a light exit surface substantially parallel to the light incident surface at a plurality of interfaces at a predetermined angle, and the plurality of interfaces. A phase difference plate configured to include a polarization separation film and a reflection film, and selectively disposed on the light exit surface side of the polarization separation element, is a polarization conversion element configured using a crystal,
The phase difference plate is formed by etching an area where one of light transmitted through the polarization separation film or light reflected by the reflection film is incident on one surface of a translucent support substrate. Formed in a shape,
A polarization conversion element, characterized in that the other surface of the support substrate on which the retardation plate is formed is adhered to the light exit surface of the polarization separation element.
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