JP2019091026A

JP2019091026A - 偏光板及び偏光板の製造方法

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Publication number: JP2019091026A
Application number: JP2018202369A
Authority: JP
Inventors: 和幸渋谷; Kazuyuki Shibuya; 重司榊原; Shigeji Sakakibara; 利明菅原; Toshiaki Sugawara; 雄介松野; Yusuke Matsuno; 昭夫高田; Akio Takada
Original assignee: Dexerials Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2038-10-26
Also published as: US20200132903A1; CN111103645A; JP7226966B2; US11385389B2; CN111103645B

Abstract

【課題】優れた光学特性及び耐久性を有する偏光板及び偏光板の製造方法を提供する。【解決手段】偏光板は、使用波長帯域の光に対して透明である透明基板１１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、所定方向に延在する反射層１２と、第１の誘電体層１３Ａと、吸収層１３Ｂと、第２の誘電体層１３Ｃとをこの順に有する格子状凸部と、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に不連続に形成され、誘電体からなる誘電体部１４と、誘電体部１４の表面に形成され、撥水性を有する撥水部１５とを備える。【選択図】図１

Description

本技術は、ワイヤーグリッド型の偏光板及び偏光板の製造方法に関する。

ワイヤーグリッド型の偏光板は、高い耐久性を有するため、例えば光密度が大きい液晶プロジェクタにおいて好適に用いられる。このような偏光板において、光学特性上重要な要件は、低反射である。反射率が高い場合、液晶パネルの誤動作の原因や迷光により画質劣化を引き起こす。

近年、液晶プロジェクタの輝度度化や高精細化により、より低反射な偏光板が望まれている。ワイヤーグリッド型の偏光板は、例えば、反射層と誘電体層と吸収層とを備えており、ワイヤーグリッドと平行なＳ偏光反射率を、上部の誘電層及び吸収層による吸収効果及び３層の干渉効果を用いて抑制する（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１２−１０３７２８号公報

前述したワイヤーグリッド型の偏光板において、反射層と誘電体層と吸収層との格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面の最外周に保護膜をコートすることにより、耐久性を向上させることが知られている。しなしながら、耐久性を向上させるために保護膜を厚くすると、光学特性が劣化してしまう。

本技術は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、優れた光学特性及び耐久性を有する偏光板及び偏光板の製造方法を提供する。

前述した課題を解決するために、本技術に係る偏光板は、使用波長帯域の光に対して透明である透明基板と、前記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、所定方向に延在し、反射層と反射抑制層とを有する格子状凸部と、前記格子状凸部の表面及び前記格子状凸部間の底面部の表面に不連続に形成され、誘電体からなる誘電体部と、前記誘電体部の表面に形成され、撥水性を有する撥水部とを備えることを特徴とする。

また、本技術に係る偏光板の製造方法は、使用波長帯域の光に対して透明である透明基板と、前記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、所定方向に延在し、反射層と反射抑制層とを有する格子状凸部とを備える光学部材に誘電体を成膜し、前記格子状凸部の表面及び前記格子状凸部間の底面部の表面に前記誘電体からなる誘電体部を不連続に形成し、前記誘電体部の表面に撥水性を有する撥水部を形成することを特徴とする。

本技術によれば、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に誘電体部が不連続に形成され、誘電体部の表面に撥水部が形成されているため、優れた光学特性及び耐久性を得ることができる。

図１は、具体例１として示す偏光板の構造を模式的に示す断面図である。図２は、具体例２として示す偏光板の構造を模式的に示す断面図である。図３は、偏光板の製造方法を示すフローチャートである。図４は、シミュレーションを行うワイヤーグリッド型の偏光板の構成を模式的に示す断面図である。図５は、誘電体部として所定厚み（０，１ｎｍ，２ｎｍ，５ｎｍ，１０ｎｍ）のＳｉＯ_２を成膜したときの透過軸透過率Ｔｐのシミュレーション結果を示すグラフである。図６は、誘電体部として所定厚み（０，１ｎｍ，２ｎｍ，５ｎｍ，１０ｎｍ）のＳｉＯ_２を成膜したときの吸収軸透過率Ｔｓのシミュレーション結果を示すグラフである。図７は、ＳｉＯ_２の厚みに対する各波長帯域の透過軸透過率Ｔｐの平均値のシミュレーション結果を示すグラフである。図８は、ＳｉＯ_２の厚みに対する各波長帯域の吸収軸透過率Ｔｓの平均値のシミュレーション結果を示すグラフである。図９は、実験で作製する偏光板の構成を模式的に示す断面図である。図１０は、カーボン膜上にＡＬＤ法でＳｉＯ_２を１ｎｍ成膜したときのＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）画像である。図１１は、耐熱性試験の試験時間に対するコントラストの変化率を示すグラフである。

以下、本技術の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．偏光板
２．偏光板の製造方法
３．実施例

＜１．偏光板＞
本実施の形態に係る偏光板は、使用波長帯域の光に対して透明である透明基板と、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、所定方向に延在し、反射層と反射抑制層とを有する格子状凸部と、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に不連続に形成され、誘電体からなる誘電体部と、誘電体部の表面に形成され、撥水性を有する撥水部とを備える。このような偏光板によれば、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に誘電体部が不連続に形成され、誘電体部の表面に撥水部が形成されているため、優れた光学特性及び耐久性を得ることができる。

格子状凸部は、少なくとも反射層と反射抑制層とを有する。反射層は、吸収軸であるＹ方向に帯状に延びた金属薄膜が配列されてなるものである。すなわち、反射層は、ワイヤーグリッド型偏光子としての機能を有し、透明基板のワイヤーグリッドが形成された面に向かって入射した光のうち、ワイヤーグリッドの長手方向に平行な方向（Ｙ方向）に電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、ワイヤーグリッドの長手方向と直交する方向（Ｘ方向）に電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させる。

反射抑制層は、ＴＥ波を偏光波の選択的光吸収作用によって減衰させる。反射抑制層の構成を適宜調整することによって、反射層で反射したＴＥ波について、反射抑制層を透過する際に一部を反射し、反射層に戻すことができ、また、反射抑制層を通過した光を干渉により減衰させることができる。反射抑制層の構成としては、例えば、光吸収性材料からなる吸収層と、誘電体からなる誘電体層との多層膜であっても、光吸収性材料と誘電体とが混合されてなる混合層であってもよい。

このような構成の光学部材によれば、透過、反射、干渉、偏光波の選択的光吸収の４つの作用を利用することで、反射層の格子に平行な電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、格子に垂直な電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させることができる。すなわち、ＴＥ波は、反射抑制層の偏光波の選択的光吸収作用によって減衰され、反射抑制層を透過したＴＥ波は、ワイヤーグリッドとして機能する格子状の反射層によって反射される。

誘電体部は、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に不連続に形成されている。ここで、誘電体部が不連続に形成されているとは、誘電体膜が一様ではなく、途中で切れていて続いていないことをいう。このような誘電体部の形状としては、例えば、島状、ドット状などが挙げられる。これにより、光学特性を劣化させずに撥水部を保持することができる。

撥水部は、誘電体部の誘電体と反応する官能基を有する撥水性化合物を用いて形成されることが好ましい。具体的には、ＳｉＯ_２と結合するフルオロアルキル基はアルキル基を有するシラン化合物、又はＡｌ_２Ｏ_３と結合するフルオロアルキル基又はアルキル基を有するリン酸化合物が挙げられる。これにより、撥水性化合物の蒸発を防止し、耐熱性を向上させることができる。

［具体例１］
図１は、具体例１として示す偏光板の構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように、偏光板は、使用波長帯域の光に対して透明である透明基板１１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、所定方向に延在する反射層１２と、第１の誘電体層１３Ａと、吸収層１３Ｂと、第２の誘電体層１３Ｃとをこの順に有する格子状凸部と、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に不連続に形成され、誘電体からなる誘電体部１４と、誘電体部１４の表面に形成され、撥水性を有する撥水部１５とを備える。すなわち、具体例１として示す偏光板は、反射抑制層として、第１の誘電体層１３Ａと、吸収層１３Ｂと、第２の誘電体層１３Ｃとを有するものである。

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、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。

反射層１２は、吸収軸であるＹ方向に帯状に延びた金属薄膜が配列されてなるものである。すなわち、反射層１２は、ワイヤーグリッド型偏光子としての機能を有し、透明基板１１のワイヤーグリッドが形成された面に向かって入射した光のうち、ワイヤーグリッドの長手方向に平行な方向（Ｙ方向）に電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、ワイヤーグリッドの長手方向と直交する方向（Ｘ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１２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ず、例えばＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅなどの金属単体もしくはこれらを含む合金又は半導体材料を用いることができる。

第１の誘電体層１３Ａは、例えば、吸収層１３Ｂで反射した偏光に対して、吸収層１３Ｂを透過し、反射層１２で反射した当該偏光の位相が半波長ずれる膜厚で形成される。実用上、膜厚が最適化されていなくても、吸収層１３Ｂが反射した光を吸収し、コントラストの向上が実現できるので、所望の偏光特性と実際の作製工程の兼ね合いで決定して構わない。

第１の誘電体層１３Ａとしては、ＳｉＯ_２等のＳｉ酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、酸化ベリリウム、酸化ビスマス等の金属酸化物、ＭｇＦ_２、氷晶石、ゲルマニウム、二酸化チタン、ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ボロン、酸化ボロン、酸化タンタル、炭素、又はこれらの組み合わせ等の一般的な材料が挙げられる。これらの中でも、Ｓｉ酸化物が好ましく用いられる。

吸収層１３Ｂは、金属材料や半導体材料等の光学定数の消衰定数が零でない、光吸収作用を持つ光吸収性材料からなり、使用帯域の光によって適宜選択される。金属材料としては、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ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。また、半導体材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、ＺｎＯ、シリサイド材料（β−ＦｅＳｉ_２、ＭｇＳｉ_２、ＮｉＳｉ_２、ＢａＳｉ_２、ＣｒＳｉ_２、ＣｏＳｉ_２、ＴａＳｉ等）等が挙げられる。これらの材料を用いることにより、偏光板は、適用される可視光域に対して高い消光比が得られる。これらの中でも、Ｆｅ又はＴａを含むとともに、Ｓｉを含んで構成されることが好ましい。

第２の誘電体層１３Ｃは、第１の誘電体層１３Ａと同様の材料を用いることができ、中でも、ＳｉＯ_２等のＳｉ酸化物が好ましく用いられる。

誘電体部１４は、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に不連続に形成される誘電体からなり、撥水部１５と選択的に結合するアンカーとして機能する。誘電体としては、ＳｉＯ_２等のＳｉ酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、酸化ベリリウム、酸化ビスマス等の金属酸化物、ＭｇＦ_２、氷晶石、ゲルマニウム、二酸化チタン、ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ボロン、酸化ボロン、酸化タンタル、炭素、又はこれらの組み合わせ等の一般的な材料が挙げられる。これらの中でも、撥水性化合物との反応性の観点から、ＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３であることが好ましい。

誘電体部１４は、厚みが０．８ｎｍ〜１．２ｎｍとなるように成膜されることが好ましい。これにより、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に誘電体を島状もしくはドット状に形成することができ、光学特性の劣化を抑制することができる。

撥水部１５は、誘電体部１４の表面に形成され、撥水性を有する。撥水部１５は、誘電体部１４の誘電体と反応する官能基を有する撥水性化合物を用いて形成されることが好ましい。これにより、撥水性化合物の蒸発を防止し、耐熱性を向上させることができる。

具体的な撥水性化合物としては、ＳｉＯ_２と結合するフルオロアルキル基又はアルキル基を有するシラン化合物が挙げられ、アルキル鎖の炭素数は、４〜２０であることが好ましい。具体例としては、例えば、ＦＤＴＳ（heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrichlorosilane）、ＰＥＴＳ（pentafuorophenylpropyltrichlorosilane）、ＦＯＴＳ（(tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) trichlorosilane）、ＯＴＳ（n-octadecyltrichlorosilane, (C18)）などが挙げられる。また、Ａｌ_２Ｏ_３と結合するフルオロアルキル基又はアルキル基を有するリン酸化合物が挙げられ、アルキル鎖の炭素数は、４〜２０であることが好ましい。具体例としては、ＦＯＰＡ（1H,1H,2H,2H-perfluoro-n-octylphosphonic acid）、ＦＤＰＡ（1H,1H,2H,2H-perfluoro-n-decylphosphonic acid）、ＦＨＰＡ（1H,1H,2H,2H-perfluoro-n-hexylphosphonic acid）、ＯＤＰＡ（octadecylphosphonic acid）などが挙げられる。

このような構成からなる偏光板によれば、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に誘電体部１４が不連続に形成され、誘電体部１４の表面に撥水部１５が形成されているため、優れた光学特性及び耐久性を得ることができる。

［具体例２］
図２は、具体例２として示す偏光板の構造を模式的に示す断面図である。図２に示すように、偏光板は、使用波長帯域の光に対して透明である透明基板２１と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列され、所定方向に延在する反射層２２と、光吸収性材料と誘電体とが混合されてなる混合層２３と有する格子状凸部と、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に不連続に形成され、誘電体からなる誘電体部２４と、誘電体部２４の表面に形成され、撥水性を有する撥水部２５とを備える。すなわち、具体例２として示す偏光板は、反射抑制層として、光吸収性材料と誘電体とが混合されてなる混合層２３を有するものである。

透明基板２１、反射層２２、誘電体部２４、及び撥水部２５は、それぞれ前述した具体例１に示す偏光板の透明基板１１、反射層１２、誘電体部１４、及び撥水部１５と同様であるため、ここでは説明を省略する。

混合層２３は、光吸収性材料と誘電体とが混合されてなり、例えば光吸収性材料又は誘電体の濃度が層厚方向に傾斜した濃度分布を有する。

光吸収性材料としては、金属材料、半導体材料などが挙げられ、使用帯域の光によって適宜選択される。金属材料としては、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ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。また、半導体材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、ＺｎＯ、シリサイド材料（β−ＦｅＳｉ_２、ＭｇＳｉ_２、ＮｉＳｉ_２、ＢａＳｉ_２、ＣｒＳｉ_２、ＣｏＳｉ_２、ＴａＳｉ等）等が挙げられる。これらの材料を用いることにより、偏光板は、適用される可視光域に対して高い消光比が得られる。これらの中でも、Ｆｅ又はＴａを含むとともに、Ｓｉを含んで構成されることが好ましい。

誘電体としては、ＳｉＯ_２等のＳｉ酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、酸化ベリリウム、酸化ビスマス、等の金属酸化物、ＭｇＦ_２、氷晶石、ゲルマニウム、二酸化チタン、ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ボロン、酸化ボロン、酸化タンタル、炭素、又はこれらの組み合わせ等の一般的な材料が挙げられる。これらの中でも、Ｓｉ酸化物が好ましく用いられる。

［変形例］
前述した具体例１、２では、透明基板上に格子状凸部を設けることとしたが、これに限られるものではなく、透明基板上にさらに誘電体層を設け、誘電体層上に格子状凸部を形成してもよい。また、透明基板又は誘電体層を掘りこんで凸状の台座とし、この台座上に格子状凸部を形成するようにしてもよい。また、台座の断面形状も、長方形に限定されず、例えば台形状であっても、曲面であってもよい。

＜２．偏光板の製造方法＞
次に、本実施形態に係る偏光板の製造方法について説明する。本実施形態に係る偏光板の製造方法は、使用波長帯域の光に対して透明である透明基板と、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、所定方向に延在し、反射層と反射抑制層とを有する格子状凸部とを備える光学部材に誘電体を成膜し、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に誘電体からなる誘電体部を不連続に形成し、誘電体部の表面に撥水性を有する撥水部を形成する。このような偏光板の製造方法によれば、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に誘電体部を不連続に形成するとともに、誘電体部の表面に撥水部を形成するため、優れた光学特性及び耐久性を有する偏光板を得ることができる。

図３は、偏光板の製造方法を示すフローチャートである。先ず、各種膜の成膜工程Ｓ１において、透明基板３１上に、反射層３２と、反射抑制層３３とを、例えばスパッタリング法により積層させる。次に、レジストとして感光性樹脂４０を塗布し（感光性樹脂塗布工程Ｓ２）、露光及び現像を行い、レジストによる格子状のパターン４０Ａを形成する（露光・現像工程Ｓ３）。

次に、ドライエッチング工程Ｓ４において、レジストによるグリッドパターンを下層の反射層３２及び反射抑制層３３に転写させ、反射層３２Ａ及び反射抑制層３３Ａのグリッドを形成する。反射層３２及び反射抑制層３３は、それぞれ異なる物質であり、エッチング性に差があるため、材料に合わせて、エッチングガスを変えることが好ましい。例えば、反射層３２にアルミニウムを使用した場合、塩素系のプラズマを用いることが好ましく、反射抑制層３３にＳｉＯ_２やＦｅＳｉを使用した場合には、フッ素系プラズマを用いることが好ましい。また、Ａｌ_２Ｏ_３を用いた場合には、ＢＣｌ_３を用いることがこのましい。このようにエッチングガスを材料により使い分けることにより、材料の境界の断面形状がエッチング性の違いにより乱れるのを抑制することができ、光学特性の劣化を抑制することができる。

次に、誘電体部成膜工程Ｓ５において、反射層３２Ａ及び反射抑制層３３Ａが形成された格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に誘電体部３４を不連続に形成する。誘電体部３４の形成は、物理蒸着法、化学蒸着法などを用いることができる。これらの中でも、特にＡＬＤ法（Atomic Layer Deposition法、原子堆積法）を用いることが好ましい。これにより、アスペクト比の高いトレンチ構造でも、溝の細部まで均等に誘電体を付着させることができる。

次に、撥水部成膜工程Ｓ６において、誘電体部３４の表面に撥水性化合物を塗布する。撥水性化合物の塗布方法としては、ディップ塗布、スピンコート、ベーパー処理などが挙げられる。これらの中でも、特にべーパー処理を用いることが好ましい。これにより、撥水性化合物をアスペクト比の高いトレンチ構造の細部まで塗布できる。

次に、熱処理工程Ｓ７において、加熱処理を行い、誘電体部３４と撥水性化合物とを結合させ、誘電体部３４の表面に撥水性を有する撥水部３５を形成すするとともに、誘電体部以外の場所に付着している撥水性化合物を蒸発除去させる。加熱処理の温度は、２５０〜３５０℃であることが好ましく、２８０〜３２０℃であることがより好ましい。

このような偏光板の製造方法によれば、アスペクト比の高いトレンチ構造であっても誘電体部及び撥水部を不連続に形成することができ、優れた光学特性及び耐久性を有する偏光板を得ることができる。

＜３．実施例＞
以下、本技術の実施例について説明する。なお、本技術はこれらの実施例に限定されるものではない。

［シミュレーション］
先ず、ワイヤーグリッド型の偏光板において、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に成膜されるＳｉＯ_２の厚みの影響について、シミュレーションを行った。

図４は、シミュレーションを行うワイヤーグリッド型の偏光板の構成を模式的に示す断面図である。図４に示すように、この偏光板は、透明基板５１と、基板５１上に１４１ｎｍのピッチＰで配列された幅Ｗ３５ｎｍのＡｌからなる反射層５２と、反射層５２上に配置され、ＳｉＯ_２とＦｅＳｉとからなり、反射層５２側から厚み方向へＦｅＳｉの濃度が高くなる混合層５３とを備えることとした。また、基板５１の掘り込み５１Ａの深さＤ_５１は２５ｎｍ、反射層５２の厚みＴ_５２は２５０ｎｍ、混合層５３の厚みＴ_５３は３４ｎｍとした。そして、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に誘電体部５４として所定厚み（０，１，２，５，１０ｎｍ）のＳｉＯ_２と、撥水部５５として１ｎｍのＦＤＴＳ（トリクロロ（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ヘプタデカフルオロデシル）シラン）とを備えることとした。

シミュレーションは、ＲＣＷＡ（ＲｉｇｏｒｏｕｓＣｏｕｐｌｅｄＷａｖｅＡｎａｌｙｓｉｓ）法による電磁界シミュレーションにより行った。シミュレーションには、ＧｒａｔｉｎｇＳｏｌｖｅｒＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ社製のグレーティングシミュレータ「Ｇｓｏｌｖｅｒ」を用いた。

図５は、誘電体部として所定厚み（０，１ｎｍ，２ｎｍ，５ｎｍ，１０ｎｍ）のＳｉＯ_２を成膜したときの透過軸透過率Ｔｐのシミュレーション結果を示すグラフであり、図６は、誘電体部として所定厚み（０，１ｎｍ，２ｎｍ，５ｎｍ，１０ｎｍ）のＳｉＯ_２を成膜したときの吸収軸透過率Ｔｓのシミュレーション結果を示すグラフである。また、図７は、ＳｉＯ_２の厚みに対する各波長帯域の透過軸透過率Ｔｐの平均値のシミュレーション結果を示すグラフであり、図８は、ＳｉＯ_２の厚みに対する各波長帯域の吸収軸透過率Ｔｓの平均値のシミュレーション結果を示すグラフである。なお、透過軸透過率Ｔｐは、グリッドに垂直な方向の透過率であり、吸収軸透過率Ｔｓは、グリッドに平行な方向の透過率である。

図５及び図７に示すように、透過軸透過率Ｔｐは、特に、青色波長帯域（波長４３０−５１０ｎｍ）において、ＳｉＯ_２の厚みが増加するほど低下することが分かった。また、図６及び図８に示すように、吸収軸透過率Ｔｓは、ＳｉＯ_２の厚みが１ｎｍ，２ｎｍ，５ｎｍの場合、ＳｉＯ_２の厚みが０ｎｍの場合に比して、緑色波長帯域（波長５２０−５９０ｎｍ）及び赤色波長帯域（波長６００−６８０ｎｍ）において、低下することが分かった。また、ＳｉＯ_２の厚みが１０ｎｍの場合、ＳｉＯ_２の厚みが０ｎｍの場合に比して、青色波長帯域（波長４３０−５１０ｎｍ）及び緑色波長帯域（波長５２０−５９０ｎｍ）において、高くなることが分かった。これらのシミュレーション結果より、ＳｉＯ_２の厚みが１ｎｍ程度の場合、透過軸透過率Ｔｐが高く、吸収軸透過率Ｔｓが低くなり、光学特性上良好であることが分かった。

［偏光板の作製］
次に、誘電体部として所定厚み（０．８ｎｍ，１．０ｎｍ，１．２ｎｍ，１０ｎｍ）のＳｉＯ_２を成膜した偏光板を作製し、耐熱性及び耐煮沸性について評価した。また、偏光板を構成する材料の接触角について検討した。

図９は、実験で作製する偏光板の構成を模式的に示す断面図である。図９に示すように、この偏光板は、透明基板６１と、透明基板６１上にＳｉＯ_２からなる反射層下地層６２Ａと、反射層下地層６２Ａ上に１４１ｎｍのピッチＰで配列された幅Ｗ３５ｎｍのＡｌからなる反射層６２と、反射層６２上に配置された、ＳｉＯ_２からなる第１の誘電体層６３Ａと、ＦｅＳｉかなる吸収層６３Ｂと、ＳｉＯ_２からなる第２の誘電体層６３Ｃとを備えることとした。また、反射層下地層６２Ａの厚みは８０ｎｍ、反射層下地層６２Ａの掘り込み６２Ｂの深さＤ_６２Ａは２５ｎｍ、反射層６２の厚みＴ_６２は２５０ｎｍ、第１の誘電体層６３Ａの厚みＴ６３Ａは５ｎｍ、吸収層６３Ｂの厚みＴ６３Ｂは２５ｎｍ、第２の誘電体層６３Ｃの厚みＴ６３Ｃは１０ｎｍとした。そして、格子状凸部の表面及び格子状凸部間の底面部の表面に誘電体部６４として所定厚み（０．８ｎｍ，１．０ｎｍ，１．２ｎｍ，１０ｎｍ）のＳｉＯ_２をＡＬＤ法により成膜し、撥水部６５として１ｎｍ程度のＦＤＴＳをべーパー処理により成膜した。

図１０は、カーボン膜上にＡＬＤ法でＳｉＯ_２を１ｎｍ成膜したときのＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）画像である。偏光板上に形成した誘電体部の観察は困難であるため、カーボン膜上にＳｉＯ_２を成膜し、誘電体部の偏光板上の存在状態をシミュレートした。図１０において、白色部７１はカーボンであり、黒色部７２はＳｉＯ_２であり、ＳｉＯ_２が島状に付着していることが分かった。図１０より、ＳｉＯ_２を０．８〜１．２ｎｍ成膜した場合、一様な膜とはならず、不連続なＳｉＯ_２が形成されるものと考えられる。

［耐熱性］
耐熱性試験の温度は２５０℃とした。耐熱性試験後の各偏光板について、コントラスト（透過軸透過率／吸収軸透過率）を測定し、耐熱性試験前からのコントラストの変化率を算出した。

図１１は、耐熱性試験の試験時間に対するコントラストの変化率を示すグラフである。図１１に示すように、ＳｉＯ_２を成膜しない場合、短い試験時間でコントラストの変化率が大きくなり、５００時間の試験時間での変化率が４０％程度であった。一方、厚み０．８ｎｍ、１．０ｎｍ、１．２ｎｍのＳｉＯ_２を成膜した場合、５００時間の試験時間でも変化率が１０％以下であった。以上より、ＳｉＯ_２を０．８〜１．２ｎｍ成膜した場合、優れた光学特性を維持したまま、従来の１０ｎｍの成膜と同等の耐熱性を示すことが分かった。

［各材料の接触角］
次に、偏光板を構成する各材料の撥水処理後の接触角について、誘電体としてのＳｉＯ_２膜の有無の影響について検討した。

表１に、ＳｉＯ_２を成膜せずに撥水処理したときの初期及び熱処理後の接触角を示す。基板（コーニング社製、ＥＡＧＬＥＸＧ）上に各材料を成膜した後、ＦＤＴＳをべーパー処理により成膜した。熱処理は、３００℃の温度で１６時間行った。

表１より、Ａｌ膜、基板、ＦｅＳｉ膜は、撥水処理後の初期の接触角が高く、撥水性を示しているが、熱処理後では、ＦＤＴＳが蒸発したため、撥水性が消失した。一方、ＳｉＯ_２膜は、ＦＤＴＳとＳｉＯ_２が結合したため、撥水剤が蒸発せずに撥水性を示すことが分かった。

表２に、ＳｉＯ_２の成膜後に撥水処理したときの初期及び熱処理後の接触角を示す。基板（コーニング社製、ＥＡＧＬＥＸＧ）上に各材料を成膜した後、ＡＬＤ法により所定厚みのＳｉＯ_２を成膜し、ＦＤＴＳをべーパー処理により成膜した。また、図９に示す偏光板において、ＡＬＤ法により所定厚みのＳｉＯ_２を成膜し、ＦＤＴＳをべーパー処理により成膜した。熱処理は、３００℃の温度で１６時間とした。

表２より、全ての材料においてＳｉＯ_２を成膜することにより、ＦＤＴＳとＳｉＯ_２とが結合し、ＦＤＴＳが蒸発せずに撥水性を示すことが分かった。

以上より、誘電体部としてＳｉＯ_２を１ｎｍ程度、具体的には０．８〜１．２ｎｍ成膜し、撥水部を形成することにより、優れた光学特性を維持したまま、良好な耐久性が得られることが分かった。

１１透明基板、１２反射層、１３Ａ第１の誘電体層、１３Ｂ吸収層、１３Ｃ第２の誘電体層、１４誘電体部、１５撥水部、２１透明基板、２２反射層、２３混合層、２４誘電体部、２５撥水部、３１透明基板、３２反射層、３３反射抑制層、３４誘電体部、３５撥水部、４０感光性樹脂、５１透明基板、５２反射層、５３混合層、５４誘電体部、５５撥水部、６１透明基板、６２Ａ反射層下地層、６２反射層、６３Ａ第１の誘電体層、６３Ｂ吸収層、６３Ｃ第２の誘電体層、６４誘電体部、６５撥水部、７１カーボン、７２ＳｉＯ_２

Claims

使用波長帯域の光に対して透明である透明基板と、
前記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、所定方向に延在し、反射層と反射抑制層とを有する格子状凸部と、
前記格子状凸部の表面及び前記格子状凸部間の底面部の表面に不連続に形成され、誘電体からなる誘電体部と、
前記誘電体部の表面に形成され、撥水性を有する撥水部と
を備える偏光板。
前記誘電体部が、前記格子状凸部の表面及び前記格子状凸部間の底面部の表面に、島状もしくはドット状に形成される請求項１記載の偏光板。
前記誘電体部の厚みが、０．８〜１．２ｎｍである請求項１又は２記載の偏光板。
前記誘電体部が、ＳｉＯ_２からなり、
前記撥水部が、フルオロアルキル基又はアルキル基を有するシラン化合物からなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光板。
前記誘電体部が、Ａｌ_２Ｏ_３からなり、
前記撥水部が、フルオロアルキル基又はアルキル基を有するリン酸化合物からなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光板。
使用波長帯域の光に対して透明である透明基板と、前記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、所定方向に延在し、反射層と反射抑制層とを有する格子状凸部とを備える光学部材に誘電体を成膜し、前記格子状凸部の表面及び前記格子状凸部間の底面部の表面に前記誘電体からなる誘電体部を不連続に形成し、前記誘電体部の表面に撥水性を有する撥水部を形成する偏光板の製造方法。
前記光学部材に誘電体を、ＡＬＤ法を用いて成膜する請求項６記載の製造方法。