JP2018128688A - 無機偏光板及びその製造方法、並びに光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性及び光学特性に優れる無機偏光板及びその製造方法、並びにその無機偏光板を備える光学機器を提供する。【解決手段】無機偏光板は、ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板であって、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列された格子状凸部と、を備え、前記格子状凸部が、前記透明基板側から順に、反射層と、誘電材料及び非誘電材料を含み且つ非誘電材料の含有率が前記反射層から離隔するに従って増加する反射抑制層と、を有し、前記反射抑制層に含まれる非誘電材料が、Ｆｅ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｏ、及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素の単体（ただし、Ｓｉ単体を除く）又は合金であり、前記反射抑制層の前記反射層とは反対側の端部における非誘電材料の含有率が４５ａｔｍ％〜９８ａｔｍ％である。【選択図】図１

Description

本発明は、無機偏光板及びその製造方法、並びに光学機器に関する。

偏光板は、吸収軸方向の偏光を吸収し、これと直交する透過軸方向の偏光を透過させる光学素子である。近年、耐熱性が要求される液晶プロジェクタ等の光学機器において、有機偏光板に代わり、ワイヤグリッド型の無機偏光板が採用され始めている。

これまで、ワイヤグリッド型の無機偏光板としては、種々の構造の無機偏光板が提案されている。

例えば、特許文献１には、図１３に示すような構造の無機偏光板が開示されている。図１３に示す無機偏光板５０は、透明基板５１と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板５１上に配列された格子状凸部５２と、を備え、格子状凸部５２が、透明基板５１側から順に、反射層５２１と、誘電体層５２２と、吸収層５２３と、を有する。吸収層５２３には、例えば、ＦｅＳｉ等の金属含有半導体が用いられる。

また、特許文献２には、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列されたグリッド（反射層）と、グリッド上に積層された低反射部材と、を備える無機偏光板が開示されている。低反射部材には、例えば、金属と誘電材料との混合物が用いられる。

特開２０１５−３４９５９号公報 特開２００８−４６６３７号公報

特許文献２に記載の無機偏光板は、特許文献１に記載の無機偏光板に比べて層の数が少ないため、生産性に優れると考えられる。しかし、本発明者らが確認したところ、特許文献２に記載の無機偏光板は、高い透過軸透過率と低い吸収軸反射率とを両立することが困難であり、光学特性の点で改善の余地があることが判明した。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、生産性及び光学特性に優れる無機偏光板及びその製造方法、並びにその無機偏光板を備える光学機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板であって、透明基板（例えば、後述の透明基板１１、２１）と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列された格子状凸部（例えば、後述の格子状凸部１２、２２）と、を備え、前記格子状凸部が、前記透明基板側から順に、反射層（例えば、後述の反射層１２１、２２２）と、誘電材料及び非誘電材料を含み且つ非誘電材料の含有率が前記反射層から離隔するに従って増加する反射抑制層（例えば、後述の反射抑制層１２２、２２３）と、を有し、前記反射抑制層に含まれる非誘電材料が、Ｆｅ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｏ、及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素の単体（ただし、Ｓｉ単体を除く）又は合金であり、前記反射抑制層の前記反射層とは反対側の端部における非誘電材料の含有率が４５ａｔｍ％〜９８ａｔｍ％である無機偏光板（例えば、後述の無機偏光板１０、２０）を提供する。

前記格子状凸部は、前記透明基板と前記反射層との間に、誘電材料及び非誘電材料を含み且つ非誘電材料の含有率が膜厚方向に変化する第２の反射抑制層（例えば、後述の第２の反射抑制層２２１）をさらに有していてもよい。

前記反射抑制層の幅は、前記反射層の幅よりも小さくてもよい。

前記無機偏光板は、少なくとも前記反射抑制層の表面を覆う保護膜をさらに備えていてもよい。

前記保護膜は、無機酸化物膜及びフッ素系撥水膜の少なくとも一方を含んでいてもよい。

前記反射抑制層に含まれる誘電材料は、Ｓｉ及びＳｉ酸化物の少なくとも一方を含み、前記反射抑制層に含まれる非誘電材料は、Ｆｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の金属の単体又は該金属の合金を含んでいてもよい。

また、本発明は、ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板の製造方法であって、透明基板上に、反射層と、誘電材料及び非誘電材料を含み且つ非誘電材料の含有率が前記反射層から離隔するに従って増加する反射抑制層と、を前記透明基板側からこの順で有する積層体を形成する工程と、前記積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列される格子状凸部を形成する工程と、を有し、前記反射抑制層に含まれる非誘電材料が、Ｆｅ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｏ、及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素の単体（ただし、Ｓｉ単体を除く）又は合金であり、前記反射抑制層の前記反射層とは反対側の端部における非誘電材料の含有率が４５ａｔｍ％〜９８ａｔｍ％である無機偏光板の製造方法を提供する。

前記製造方法では、チャンバー内にスパッタリングターゲットとして誘電材料及び非誘電材料を配置し、前記スパッタリングターゲットの放電状態を制御することにより前記反射抑制層を形成してもよい。

前記製造方法は、前記積層体の形成後又は前記格子状凸部の形成後に熱処理を施す工程をさらに有していてもよい。

また、本発明は、前記無機偏光板を備える光学機器を提供する。

本発明によれば、生産性及び光学特性に優れる無機偏光板及びその製造方法、並びにその無機偏光板を備える光学機器を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る無機偏光板を示す断面模式図である。 第１実施形態に係る無機偏光板における透明基板に形成された溝の例を示す断面模式図である。 第１実施形態に係る無機偏光板における反射抑制層の他の例を示す断面模式図である。 本発明の第２実施形態に係る無機偏光板を示す断面模式図である。 実施例１の無機偏光板の透過軸透過率Ｔｐ及び吸収軸反射率Ｒｓをシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 実施例２の無機偏光板の透過軸透過率Ｔｐ及び吸収軸反射率Ｒｓをシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 実施例３の無機偏光板の透過軸透過率Ｔｐ及び吸収軸反射率Ｒｓをシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 比較例１の無機偏光板の透過軸透過率Ｔｐ及び吸収軸反射率Ｒｓをシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 実施例４〜６の無機偏光板の反射抑制層の組成勾配を示すグラフである。 実施例７〜９の無機偏光板の反射抑制層の組成勾配を示すグラフである。 実施例７〜９の無機偏光板の透過軸透過率Ｔｐをシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 実施例７〜９の無機偏光板の吸収軸反射率Ｒｓをシミュレーションにより検証した結果を示すグラフである。 従来の無機偏光板の一例を示す断面模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。

［無機偏光板］
本実施形態に係る無機偏光板は、ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板であって、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチ（周期）で透明基板上に配列された格子状凸部と、を備え、格子状凸部が、透明基板側から順に、反射層と、誘電材料及び非誘電材料を含み且つ非誘電材料の含有率が膜厚方向に変化する反射抑制層と、を有する。

図１は、第１実施形態に係る無機偏光板１０の断面模式図である。図１に示すように、第１実施形態に係る無機偏光板１０は、透明基板１１と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチＰで透明基板１１上に配列された格子状凸部１２と、を備える。格子状凸部１２は、透明基板１１側から順に、反射層１２１と、反射抑制層１２２と、を有する。即ち、無機偏光板１０は、反射層１２１及び反射抑制層１２２が透明基板１１側からこの順で積層された格子状凸部１２が、透明基板１１上に一次元格子状に配列されたワイヤグリッド構造を有する。

無機偏光板１０の格子状凸部１２が形成された面から入射した光は、反射抑制層１２２を通過する際に一部が吸収されて減衰する。反射抑制層１２２を透過した光のうち格子状凸部１２の長手方向に直交する方向に電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））は、高い透過率で反射層１２１を透過する。一方、反射抑制層１２２を透過した光のうち格子状凸部１２の長手方向に直交する方向に電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））は、その大部分が反射層１２１で反射される。反射層１２１で反射されたＴＥ波は、反射層１２１及び反射抑制層１２２において吸収、干渉、反射等により減衰する。以上のようにして、無機偏光板１０は、ＴＥ波の選択的減衰を行うことにより、所望の偏光特性を得ることができる。

透明基板１１としては、使用帯域の光に対して透光性を示す基板であれば特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。「使用帯域の光に対して透光性を示す」とは、使用帯域の光の透過率が１００％であることを意味するものではなく、無機偏光板としての機能を保持可能な透光性を示せばよい。使用帯域の光としては、例えば、波長３８０ｎｍ〜８１０ｎｍ程度の可視光が挙げられる。

透明基板１１の構成材料としては、屈折率が１．１〜２．２の材料が好ましく、ガラス、水晶、サファイア等が挙げられる。透明基板１１の構成材料としては、コスト及び透光率の観点から、ガラスがより好ましい。

透明基板１１の主面形状は特に制限されず、目的に応じた形状（例えば、矩形形状）が適宜選択される。透明基板１１の平均厚みは、例えば、０．３ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。

格子状凸部１２は、無機偏光板１０の吸収軸方向を長手方向として帯状に延在しており、使用帯域の光の波長よりも短いピッチＰで透明基板１１上に配列される。

格子状凸部１２のピッチＰは、使用帯域の光の波長よりも短ければ特に制限されない。作製の容易性及び安定性の観点から、格子状凸部１２のピッチＰは、例えば、１００ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。
格子状凸部１２のピッチＰは、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。例えば、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて、任意の４箇所の格子状凸部についてピッチを測定し、その算術平均値を格子状凸部１２のピッチとすることができる。

格子状凸部１２の幅Ｗは特に制限されないが、エッチングにより格子状凸部１２を形成する際の再デポジションを抑える観点から、格子状凸部１２間の凹部の幅よりも小さいことが好ましい。
格子状凸部１２の幅Ｗは、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。例えば、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて、任意の４箇所の格子状凸部について高さの中心位置における幅を測定し、その算術平均値を格子状凸部１２の幅Ｗとすることができる。

なお、エッチングにより格子状凸部１２を形成する場合、エッチング残渣を無くすためには、透明基板１１の一部が除去されるまでエッチングを続けるオーバーエッチングが必要になる。オーバーエッチング量が少なすぎると、エッチング残渣が透明基板１１上に残り、無機偏光板１０の透過率が低下する虞がある。一方、オーバーエッチング量が多すぎると、エッチングにより除去された透明基板１１の材料が格子状凸部１２に付着し、格子状凸部１２の形状が乱れる虞がある。格子状凸部１２の形状の乱れは、光の散乱等の原因となり、光学特性の劣化に繋がる。

本発明者らの実験によれば、格子状凸部１２の高さが１００ｎｍ以上の場合には、透明基板１１に形成される溝の最大深さが５ｎｍ〜３０ｎｍとなるように、オーバーエッチング量を制御することが好ましい。溝の断面形状は特に制限されないが、再デポジションを抑える観点から、図２に示すように、溝中心に対して円弧状となることが好ましい。

格子状凸部１２の高さＨは特に制限されず、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。
格子状凸部１２の高さＨは、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。例えば、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて、任意の４箇所の格子状凸部の高さを測定し、その算術平均値を格子状凸部１２の高さＨとすることができる。

格子状凸部１２を構成する反射層１２１は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、反射層１２１の長手方向に平行な方向に電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、反射層１２１の長手方向に直交する方向に電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させる。

反射層１２１の構成材料としては、使用帯域の光に対して反射性を有する材料であれば特に制限されない。反射層１２１の構成材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ等の元素単体又はこれらの１種以上の元素を含む合金が挙げられる。

反射層１２１の膜厚は特に制限されず、例えば、４０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。
反射層１２１の膜厚は、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。例えば、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて、任意の４箇所の反射層の膜厚を測定し、その算術平均値を反射層１２１の膜厚とすることができる。

格子状凸部１２を構成する反射抑制層１２２は、誘電材料及び非誘電材料を含み、反射層１２１上に積層される。

誘電材料としては、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｂ等の元素の酸化物；Ｓｉ、Ｂ等の元素の窒化物；Ｍｇ、Ｃａ等の元素のフッ化物；Ｓｉ、Ｇｅ、炭素、氷晶石等が挙げられる。これらの誘電材料は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。２種以上の誘電材料を併用する場合、２種以上の誘電材料を混合して用いてもよく、膜厚方向で異なる誘電材料を用いてもよい。

非誘電材料としては、例えば、Ｆｅ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｏ、及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素の単体（ただし、Ｓｉ単体を除く）又は合金が挙げられる。合金としては、ＦｅＳｉ合金、ＴａＳｉ合金等が挙げられる。ＦｅＳｉ合金のＦｅ含有率は、エッチング性の観点から、５０ａｔｍ％以下であることが好ましく、１０ａｔｍ％以下であることがより好ましい。ＴａＳｉ合金のＴａ含有率は、反射率及び透過率の観点から、４０ａｔｍ％以下であることが好ましい。これらの非誘電材料は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。２種以上の非誘電材料を併用する場合、２種以上の非誘電材料を混合して用いてもよく、膜厚方向で異なる非誘電材料を用いてもよい。

これらの中でも、誘電材料がＳｉ及びＳｉ酸化物（例えば、シリカ）の少なくとも一方を含み、非誘電材料が金属を含むことが好ましい。金属としては、例えば、Ｆｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の金属の単体又は該金属の合金が挙げられる。Ｓｉ及びＳｉ酸化物の少なくとも一方と金属とを組み合わせてサーメット化することで、反射抑制層１２２の耐熱性がより向上する傾向にある。

上述したとおり、反射抑制層１２２中の非誘電材料の含有率は膜厚方向に変化する。このような変化により、無機偏光板１０の光学特性が向上する傾向にある。また、非誘電材料の含有率の変化態様を調整することにより、吸収軸反射率Ｒｓの最小点における波長を調整することができる。

無機偏光板１０の光学特性をより向上させる観点から、反射抑制層１２２中の非誘電材料の含有率は、反射層１２１から離隔するに従って増加することが好ましい。即ち、反射抑制層１２２は、非誘電材料の含有率が反射層１２１から離隔するに従って増加する組成勾配を有することが好ましい。

組成勾配としては、例えば、反射層１２１側の端部における非誘電材料の含有率が０ａｔｍ％〜２０ａｔｍ％となり、反射層１２１とは反対側の端部における非誘電材料の含有率が４５ａｔｍ％〜９８ａｔｍ％となるような勾配が挙げられる。反射層１２１側の端部における非誘電材料の含有率は、０．１ａｔｍ％〜２０ａｔｍ％であってもよく、３ａｔｍ％〜２０ａｔｍ％であってもよい。また、反射層１２１とは反対側の端部における非誘電材料の含有率は、４５ａｔｍ％〜９５ａｔｍ％であってもよく、４５ａｔｍ％〜８０ａｔｍ％であってもよく、４５ａｔｍ％〜６０ａｔｍ％であってもよい。なお、この組成勾配は、線形的に変化するものであっても、非線形的（例えば、ステップ式）に変化するものであってもよい。

反射抑制層１２２の膜厚は、反射層１２１の膜厚よりも薄ければ特に制限されず、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。
反射抑制層１２２の膜厚は、反射層１２１の膜厚と同様に、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。

なお、図１では、反射層１２１の幅と反射抑制層１２２の幅とを略同寸法としたが、この構成に限定されるものではなく、反射抑制層１２２の幅を反射層１２１の幅よりも小さくてしてもよい。このような構成とすることにより、無機偏光板１０の透過性がより向上する傾向にある。例えば、格子状凸部１２の長手方向に直交する断面における反射抑制層１２２の断面形状は、図３に示すように、先端部が鋭角の略三角形状となっていてもよい。

無機偏光板１０は、必要に応じて、少なくとも反射抑制層１２２の表面を覆う保護膜（図示せず）をさらに備えていてもよい。無機偏光板１０が保護膜を備えることにより、耐湿性等の信頼性がより向上する傾向にある。なお、保護膜は、透明基板１１及び格子状凸部１２の表面全体を覆っていてもよい。

保護膜としては、誘電材料からなる膜が挙げられ、具体的には、無機酸化物膜、シラン系撥水膜等が挙げられる。無機酸化物膜としては、Ｓｉ酸化物膜、Ｈｆ酸化物膜等が挙げられる。シラン系撥水膜は、パーフルオロデシルトリエトキシシラン（ＦＤＴＳ）等のフッ素系シラン化合物をコートして形成される膜であってもよく、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）等の非フッ素系シラン化合物をコートして形成される膜であってもよい。これらの保護膜の中でも、無機酸化物膜及びフッ素系撥水膜の少なくとも一方を含むことが好ましい。なお、無機偏光板１０が保護膜としてＨｆ酸化物膜又はフッ素系撥水膜を備える場合には、無機偏光板１０の防汚性も向上し得る。

図４は、本発明の第２実施形態に係る無機偏光板２０の断面模式図である。図４に示すように、第２実施形態に係る無機偏光板２０は、透明基板２１と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板２１上に配列された格子状凸部２２と、を備える。格子状凸部２２は、透明基板２１側から順に、第２の反射抑制層２２１と、反射層２２２と、反射抑制層２２３と、を有する。即ち、無機偏光板２０は、第２の反射抑制層２２１、反射層２２２、及び反射抑制層２２３が透明基板２１側からこの順で積層された格子状凸部２２が、透明基板２１上に一次元格子状に配列されたワイヤグリッド構造を有する。

無機偏光板２０の格子状凸部２２は、透明基板２１と反射層２２２との間に第２の反射抑制層２２１を有する。これにより、無機偏光板２０は、透明基板２１側から入射した光に対しても所望の偏光特性を得ることができる。
透明基板２１、反射層２２２、及び反射抑制層２２３は、図１の透明基板１１、反射層１２１、及び反射抑制層１２２と同様であるため、詳細な説明を省略する。

第２の反射抑制層２２１は、誘電材料及び非誘電材料を含み、透明基板２１と反射層２２２との間に配置される。

誘電材料としては、図１の反射抑制層１２２と同様の材料が挙げられる。誘電材料は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。２種以上の誘電材料を併用する場合、２種以上の誘電材料を混合して用いてもよく、膜厚方向で異なる誘電材料を用いてもよい。

非誘電材料としては、図１の反射抑制層１２２と同様の材料が挙げられる。非誘電材料は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。２種以上の非誘電材料を併用する場合、２種以上の非誘電材料を混合して用いてもよく、膜厚方向で異なる非誘電材料を用いてもよい。

第２の反射抑制層２２１中の非誘電材料の含有率は膜厚方向に変化する。このような変化により、無機偏光板１０の光学特性が向上する傾向にある。また、非誘電材料の含有率の変化態様を調整することにより、吸収軸反射率Ｒｓの最小点における波長を調整することができる。

無機偏光板１０の光学特性をより向上させる観点から、第２の反射抑制層２２１中の非誘電材料の含有率は、反射層２２２から離隔するに従って増加することが好ましい。即ち、第２の反射抑制層２２１は、非誘電材料の含有率が反射層２２２から離隔するに従って増加する組成勾配を有することが好ましい。

組成勾配としては、例えば、反射層２２２側の端部における非誘電材料の含有率が０ａｔｍ％〜２０ａｔｍ％となり、透明基板２１側の端部における非誘電材料の含有率が４５ａｔｍ％〜９８ａｔｍ％となるような勾配が挙げられる。反射層２２２側の端部における非誘電材料の含有率は、０．１ａｔｍ％〜２０ａｔｍ％であってもよく、３ａｔｍ％〜２０ａｔｍ％であってもよい。また、透明基板２１側の端部における非誘電材料の含有率は、４５ａｔｍ％〜９５ａｔｍ％であってもよく、４５ａｔｍ％〜８０ａｔｍ％であってもよく、４５ａｔｍ％〜６０ａｔｍ％であってもよい。なお、この組成勾配は、線形的に変化するものであっても、非線形的（例えば、ステップ式）に変化するものであってもよい。

なお、第２の反射抑制層２２１における誘電材料及び非誘電材料の種類、並びに非誘電材料の含有率の変化態様は、反射抑制層２２３と同じであっても異なっていてもよい。

第２の反射抑制層２２１の膜厚は、反射層２２２の膜厚よりも薄ければ特に制限されず、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。
第２の反射抑制層２２１の膜厚は、図１の反射抑制層１２２の膜厚と同様に、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。

無機偏光板２０は、図１に示す無機偏光板１０と同様に、必要に応じて、少なくとも反射抑制層２２３の表面を覆う保護膜（図示せず）をさらに備えていてもよい。無機偏光板２０が保護膜を備えることにより、耐湿性等の信頼性がより向上する傾向にある。なお、保護膜は、透明基板２１及び格子状凸部２２の表面全体を覆っていてもよい。

［無機偏光板の製造方法］
本実施形態に係る無機偏光板の製造方法は、透明基板上に、反射層と、誘電材料及び非誘電材料を含み、非誘電材料の含有率が膜厚方向に変化する反射抑制層と、を透明基板側からこの順で有する積層体を形成する工程と、積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列される格子状凸部を形成する工程と、を有する。

以下では一例として、図１のような構造を有する無機偏光板の製造方法について説明する。

先ず、透明基板上に反射層を形成する。反射層の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法等が挙げられる。

次いで、反射層上に反射抑制層を形成する。反射抑制層は、誘電材料及び非誘電材料を含み、非誘電材料の含有率が膜厚方向に変化する。
無機偏光板の光学特性をより向上させる観点から、反射抑制層中の非誘電材料の含有率は、反射層から離隔するに従って増加することが好ましい。即ち、反射抑制層は、非誘電材料の含有率が反射層から離隔するに従って増加する組成勾配を有することが好ましい。この組成勾配は、線形的に変化するものであっても、非線形的（例えば、ステップ式）に変化するものであってもよい。

反射抑制層の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法等が挙げられ、多元ターゲットを用いたスパッタ法が好ましい。チャンバー内にスパッタリングターゲットとして誘電材料及び非誘電材料を配置し、スパッタリングターゲットの放電状態を制御することにより、非誘電材料の含有率が所望の変化態様を示す反射抑制層を形成することができる。

次いで、フォトリソグラフィ法、ナノインプリント法等により、反射抑制層上に一次元格子状のマスクパターンを形成する。そして、反射層及び反射抑制層からなる積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列される格子状凸部を形成する。エッチング方法としては、例えば、エッチング対象に対応したエッチングガスを用いたドライエッチング法が挙げられる。

本実施形態に係る無機偏光板の製造方法は、積層体の形成後又は格子状凸部の形成後に熱処理を施す工程をさらに有していてもよい。熱拡散によって、反射抑制層中の非誘電材料の含有率の変化態様を調整することで、無機偏光板の光学特性を調整し得る。また、熱処理によって反射層と反射抑制層との界面に界面層を形成することで、無機偏光板の光学特性を調整するとともに、反射層と反射抑制層との密着性を高め得る。

熱処理温度は、反射層及び反射抑制層の耐熱性を考慮して適宜設定することが好ましい。例えば、反射層の構成材料がＡｌである場合には、Ａｌの融点である約６６０℃よりも十分に低い温度とすることが好ましい。

また、本実施形態に係る無機偏光板の製造方法は、少なくとも反射抑制層の表面を保護膜（図示せず）で被覆する工程をさらに有していてもよい。なお、保護膜は、透明基板及び格子状凸部の表面全体を覆っていてもよい。

［光学機器］
本実施形態に係る光学機器は、上述した本実施形態に係る無機偏光板を備える。光学機器としては、液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、デジタルカメラ等が挙げられる。本実施形態に係る無機偏光板は、有機偏光板に比べて耐熱性に優れるため、耐熱性が要求される液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ等の用途に好適である。

本実施形態に係る光学機器が複数の偏光板を備える場合、複数の偏光板の少なくとも１つが本実施形態に係る無機偏光板であればよい。例えば、本実施形態に係る光学機器が液晶プロジェクタである場合、液晶パネルの入射側及び出射側に配置される偏光板の少なくとも一方が本実施形態に係る無機偏光板であればよい。

以上説明した無機偏光板及びその製造方法、並びに光学機器によれば、次のような効果が奏される。

本実施形態に係る無機偏光板は、図１３に示す従来の無機偏光板よりも層の数が少ないため、生産性に優れる。また、本実施形態に係る無機偏光板は、図１３に示す従来の無機偏光板よりも層の数が少ないため、エッジラフネスの乱れが生じ難く、エッジラフネスの乱れに起因する光学特性の低下を抑えることができる。さらに、本実施形態に係る無機偏光板は、反射抑制層中の非誘電材料の含有率が膜厚方向に変化するため、光学特性に優れる。

なお、本発明は上記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及び改良は本発明に含まれる。

次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

＜実施例１〜３及び比較例１＞
実施例１〜３及び比較例１では、無機偏光板の光学特性について、ＲＣＷＡ（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｗａｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）法による電磁界シミュレーションによって検証した。シミュレーションには、Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｏｌｖｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ社のグレーティングシミュレータＧｓｏｌｖｅｒを用いた。

実施例１〜３では、図１に示す構造の無機偏光板をシミュレーションに供した。実施例１〜３の無機偏光板は、いずれも、幅４６ｎｍの格子状凸部が１４０ｎｍのピッチで透明基板上に配列されたものである。格子状凸部は、膜厚１８０ｎｍの反射層上に膜厚３８ｎｍの反射抑制層が積層されたものとした。反射層の構成材料はＡｌとした。反射抑制層の構成材料は、ＦｅＳｉ（Ｆｅ＝５ａｔｍ％）又はＭｏとシリカとの混合組成とし、組成勾配を設けた。

具体的に、反射抑制層の膜厚全体を１００％としたとき、実施例１の反射抑制層では、反射層側の０％〜４０％の膜厚範囲におけるＦｅＳｉの含有率を１０ａｔｍ％とし、４０％〜７０％の膜厚範囲におけるＦｅＳｉの含有率を４０ａｔｍ％とし、７０％〜１００％の膜厚範囲におけるＦｅＳｉの含有率を６０ａｔｍ％とした。
また、実施例２の反射抑制層では、反射層側の０％〜１０％の膜厚範囲におけるＦｅＳｉの含有率を５ａｔｍ％とし、１０％〜３５％の膜厚範囲におけるＦｅＳｉの含有率を４０ａｔｍ％とし、３５％〜１００％の膜厚範囲におけるＦｅＳｉの含有率を６０ａｔｍ％とした。
また、実施例３の反射抑制層では、反射層側の０％〜１０％の膜厚範囲におけるＭｏの含有率を５ａｔｍ％とし、１０％〜３５％の膜厚範囲におけるＭｏの含有率を４０ａｔｍ％とし、３５％〜１００％の膜厚範囲におけるＦｅＳｉの含有率を６０ａｔｍ％とした。即ち、実施例３では、反射層側の０％〜３５％の膜厚範囲と３５％〜１００％の膜厚範囲とで、非誘電材料の種類を変更した。

比較例１では、図１３に示す構造の無機偏光板をシミュレーションに供した。比較例１の無機偏光板は、幅４６ｎｍの格子状凸部が１４０ｎｍのピッチで透明基板上に配列されたものである。格子状凸部は、膜厚１８０ｎｍの反射層上に、膜厚１０ｎｍの誘電体層と膜厚２８ｎｍの吸収層とが順に積層されたものとした。反射層の構成材料はＡｌとし、誘電体層の構成材料はシリカとし、吸収層の構成材料はＦｅＳｉ（Ｆｅ＝５ａｔｍ％）とした。

実施例１〜３及び比較例１の無機偏光板の透過軸透過率Ｔｐ及び吸収軸反射率Ｒｓをシミュレーションにより検証した結果を図５〜図８に示す。

図５〜図７と図８とを対比して分かるように、反射層上に反射抑制層が積層された実施例１〜３の無機偏光板は、反射層上に誘電体層及び吸収層が積層された比較例１の無機偏光板よりも吸収軸反射率Ｒｓが低く、透過軸透過率Ｔｐが同程度であった。この結果から、実施例１〜３の無機偏光板は、比較例１の無機偏光板よりも層の数が少ないにも関わらず、比較例１の無機偏光板よりも光学特性に優れることが確認された。

また、図５と図６及び図７とを対比して分かるように、実施例２〜３の無機偏光板は、実施例１の無機偏光板に比べて、吸収軸反射率Ｒｓの最小点における波長が長波長側にシフトしていた。この結果から、反射抑制層の組成勾配を調整することにより、吸収軸反射率Ｒｓの最小点における波長を調整可能であることが確認された。

なお、実施例３の無機偏光板は、実施例２の無機偏光板の反射抑制層におけるＦｅＳｉ（Ｆｅ＝５ａｔｍ％）の一部をＭｏに置き換えたものであり、実施例２の無機偏光板よりも耐熱性に優れると考えられる。

＜実施例４〜６及び比較例２〜３＞
実施例４〜６及び比較例２〜３では、無機偏光板の光学特性について、ＲＣＷＡ法による電磁界シミュレーションによって検証した。シミュレーションには、Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｏｌｖｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ社のグレーティングシミュレータＧｓｏｌｖｅｒを用いた。

実施例４〜６及び比較例２〜３では、図１に示す構造の無機偏光板をシミュレーションに供した。実施例４〜６及び比較例２〜３の無機偏光板は、いずれも、幅４６ｎｍの格子状凸部が１４０ｎｍのピッチで透明基板上に配列され、透明基板及び格子状凸部の表面が膜厚１ｎｍの保護膜（パーフルオロデシルトリエトキシシランをコートしたフッ素系撥水膜）で被覆されたものである。
格子状凸部は、膜厚１８０ｎｍの反射層上に膜厚３８ｎｍの反射抑制層が積層されたものとした。反射層の構成材料はＡｌとした。反射抑制層の構成材料は、実施例４〜６では、ＦｅＳｉ（Ｆｅ＝５ａｔｍ％）とシリカとの混合組成とし、組成勾配を設けた。また、反射抑制層の構成材料は、比較例２〜３では、ＦｅＳｉ（Ｆｅ＝５ａｔｍ％）とシリカとの混合組成とし、ＦｅＳｉの含有率を５０ａｔｍ％（比較例２）又は１６．６ａｔｍ％（比較例３）で固定した。

実施例４〜６の無機偏光板における反射抑制層の組成勾配を図９に示す。図９は、保護膜の最表面から反射層に向かった格子状凸部の膜厚方向の距離と、ＦｅＳｉの含有率との関係を示したものである。図９に示すとおり、ＦｅＳｉの含有率は、保護膜側で相対的に高く、反射層側で相対的に低くなっている。

実施例４〜６及び比較例２〜３の無機偏光板について、波長４５０ｎｍの光に対する透過軸透過率Ｔｐ及び吸収軸反射率Ｒｓをシミュレーションにより検証した結果を下記表１に示す。

表１から分かるように、反射抑制層におけるＦｅＳｉの含有率を５０ａｔｍ％とした比較例２の無機偏光板は、反射抑制層に組成勾配を設けた実施例４〜６の無機偏光板よりも吸収軸反射率Ｒｓが高く、透過軸透過率Ｔｐが低かった。また、反射抑制層におけるＦｅＳｉの含有率を１６．６ａｔｍ％とした比較例３の無機偏光板は、反射抑制層に組成勾配を設けた実施例４〜６の無機偏光板と透過軸透過率Ｔｐが同程度であったものの、吸収軸反射率Ｒｓが顕著に高かった。この結果から、反射抑制層に組成勾配を設けた実施例４〜６の無機偏光板は、反射抑制層に組成勾配を設けていない比較例２〜３の無機偏光板よりも光学特性に優れることが確認された。

＜実施例７〜９＞
実施例７〜９では、無機偏光板の光学特性について、ＲＣＷＡ法による電磁界シミュレーションによって検証した。シミュレーションには、Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｏｌｖｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ社のグレーティングシミュレータＧｓｏｌｖｅｒを用いた。

実施例７〜９では、図１に示す構造の無機偏光板をシミュレーションに供した。実施例７〜９の無機偏光板は、いずれも、幅４６ｎｍの格子状凸部が１４０ｎｍのピッチで透明基板上に配列され、透明基板及び格子状凸部の表面が膜厚１ｎｍの保護膜（パーフルオロデシルトリエトキシシランをコートしたフッ素系撥水膜）で被覆されたものである。
格子状凸部は、膜厚１８０ｎｍの反射層上に反射抑制層が積層されたものとした。反射層の構成材料はＡｌとした。反射抑制層の構成材料は、ＦｅＳｉ（Ｆｅ＝５ａｔｍ％）とシリカとの混合組成とし、下記表２及び図１０に示す組成勾配を設けた。

実施例７〜９の無機偏光板の透過軸透過率Ｔｐ及び吸収軸反射率Ｒｓをシミュレーションにより検証した結果を図１１及び図１２に示す。また、波長５２０ｎｍ〜５９０ｎｍの光に対する透過軸透過率Ｔｐ、吸収軸透過率Ｔｓ、透過軸反射率Ｒｐ、及び吸収軸反射率Ｒｓをシミュレーションにより検証した結果を下記表３に示す。

図１１、図１２、及び表３から分かるように、反射抑制層に組成勾配を設けた実施例７〜９の無機偏光板は、透過軸透過率Ｔｐが高く、吸収軸反射率Ｒｓが低かった。また、実施例７〜９の無機偏光板は、吸収軸透過率Ｔｓ及び透過軸反射率Ｒｐも低かった。この結果から、反射抑制層に組成勾配を設けた実施例７〜９の無機偏光板は、光学特性に優れることが確認された。

１０ 無機偏光板
１１ 透明基板
１２ 格子状凸部
２０ 無機偏光板
２１ 透明基板
２２ 格子状凸部
５０ 無機偏光板
５１ 透明基板
５２ 格子状凸部
１２１ 反射層
１２２ 反射抑制層
２２１ 第２の反射抑制層
２２２ 反射層
２２３ 反射抑制層
５２１ 反射層
５２２ 誘電体層
５２３ 吸収層
Ｐ 格子状凸部のピッチ
Ｗ 格子状凸部の幅
Ｈ 格子状凸部の高さ

Claims (10)

1. ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板であって、
   透明基板と、
   使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列された格子状凸部と、を備え、
   前記格子状凸部が、前記透明基板側から順に、反射層と、誘電材料及び非誘電材料を含み且つ非誘電材料の含有率が前記反射層から離隔するに従って増加する反射抑制層と、を有し、
   前記反射抑制層に含まれる非誘電材料が、Ｆｅ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｏ、及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素の単体（ただし、Ｓｉ単体を除く）又は合金であり、
   前記反射抑制層の前記反射層とは反対側の端部における非誘電材料の含有率が４５ａｔｍ％〜９８ａｔｍ％である無機偏光板。
2. 前記格子状凸部が、前記透明基板と前記反射層との間に、誘電材料及び非誘電材料を含み且つ非誘電材料の含有率が膜厚方向に変化する第２の反射抑制層をさらに有する請求項１に記載の無機偏光板。
3. 前記反射抑制層の幅が前記反射層の幅よりも小さい請求項１又は２に記載の無機偏光板。
4. 少なくとも前記反射抑制層の表面を覆う保護膜をさらに備える請求項１から３のいずれかに記載の無機偏光板。
5. 前記保護膜が、無機酸化物膜及びフッ素系撥水膜の少なくとも一方を含む請求項４に記載の無機偏光板。
6. 前記反射抑制層に含まれる誘電材料が、Ｓｉ及びＳｉ酸化物の少なくとも一方を含み、前記反射抑制層に含まれる非誘電材料が、Ｆｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の金属の単体又は該金属の合金を含む請求項１から５のいずれかに記載の無機偏光板。
7. ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板の製造方法であって、
   透明基板上に、反射層と、誘電材料及び非誘電材料を含み且つ非誘電材料の含有率が前記反射層から離隔するに従って増加する反射抑制層と、を前記透明基板側からこの順で有する積層体を形成する工程と、
   前記積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列される格子状凸部を形成する工程と、を有し、
   前記反射抑制層に含まれる非誘電材料が、Ｆｅ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｏ、及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素の単体（ただし、Ｓｉ単体を除く）又は合金であり、
   前記反射抑制層の前記反射層とは反対側の端部における非誘電材料の含有率が４５ａｔｍ％〜９８ａｔｍ％である無機偏光板の製造方法。
8. チャンバー内にスパッタリングターゲットとして誘電材料及び非誘電材料を配置し、前記スパッタリングターゲットの放電状態を制御することにより前記反射抑制層を形成する請求項７に記載の無機偏光板の製造方法。
9. 前記積層体の形成後又は前記格子状凸部の形成後に熱処理を施す工程をさらに有する請求項７又は８に記載の無機偏光板の製造方法。
10. 請求項１から６のいずれかに記載の無機偏光板を備える光学機器。

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