JP2021113936A - 偏光板、光学機器及び偏光板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性に優れた偏光板及び光学機器を提供することを目的とする。【解決手段】この偏光板は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、透明基板と、前記透明基板の第１面から突出する複数の凸部と、前記透明基板の前記第１面と反対の第２面に積層された反射防止層と、を備え、前記複数の凸部は、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで周期的に配列し、それぞれの凸部は、第１方向に延在し、前記第１面から順に反射層と誘電体層と吸収層とを備え、前記反射防止層は、交互に積層された高屈折率層と低屈折率層とを有し、前記反射防止層は、イオンビームアシスト蒸着膜又はイオンビームスパッタリング膜である。【選択図】図１
Description
本発明は、偏光板、光学機器及び偏光板の製造方法に関する。
偏光板は、液晶ディスプレイ等に用いられている。近年、使用帯域の光の波長より短い周期で反射層が配列したワイヤグリッド偏光板に注目が集まっている。
例えば、特許文献１には、基板上に、反射防止層とワイヤグリッドとを順に有する偏光板が記載されている。
また例えば、特許文献２には、ワイヤグリッドが形成される側の面とその反対側の面の基板上に反射防止コーティングが施されたワイヤグリッドポラライザが記載されている。
また例えば、特許文献３には、ワイヤグリッドが形成される側の面とは反対側の面の基板上に反射防止層を有する偏光素子が記載されている。
近年の液晶プロジェクタ等の高輝度化、高精細化が求められている。高光度な強い光の環境下に対しても耐久性を有し、かつ、高い透過率特性を有する偏光板が求められている。
特許文献１に記載の偏光板が有する反射防止層は、中空粒子と溶剤やバインダーからなり、高温度環境下で反射防止層に残存する有機物が分解することで、特性が低下する場合がある。特許文献２及び３に記載の偏光子が有する反射防止層は、詳細な記載が無く、耐久性が十分でない場合がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、信頼性に優れた偏光板及び光学機器を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
第１の態様にかかる偏光板は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、透明基板と、前記透明基板の第１面から突出する複数の凸部と、前記透明基板の前記第１面と反対の第２面に積層された反射防止層と、を備え、前記複数の凸部は、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで周期的に配列し、それぞれの凸部は、第１方向に延在し、前記第１面から順に反射層と誘電体層と吸収層とを備え、前記反射防止層は、交互に積層された高屈折率層と低屈折率層とを有し、前記反射防止層は、イオンビームアシスト蒸着膜又はイオンビームスパッタリング膜である。
第２の態様にかかる偏光板は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、透明基板と、前記透明基板の第１面から突出する複数の凸部と、前記透明基板の前記第１面と反対の第２面に積層された反射防止層と、を備え、前記複数の凸部は、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで周期的に配列し、それぞれの凸部は、第１方向に延在し、前記第１面から順に反射層と誘電体層と吸収層とを備え、前記反射防止層は、交互に積層された高屈折率層と低屈折率層とを有し、２５０℃の温度下で１０００時間経過後のコントラスト低下率が４０％未満である。
第３の態様にかかる偏光板は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、透明基板と、前記透明基板の第１面から突出する複数の凸部と、前記透明基板の前記第１面と反対の第２面に積層された反射防止層と、を備え、前記複数の凸部は、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで周期的に配列し、それぞれの凸部は、第１方向に延在し、前記第１面から順に反射層と誘電体層と吸収層とを備え、前記反射防止層は、交互に積層された高屈折率層と低屈折率層とを有し、前記反射防止層は、ＪＩＳ Ｒ３２５５に準拠したスクラッチ速度１０μｍ／秒のマイクロスクラッチ試験において、剥離荷重が３３ｍＮ以上である。
第４の態様にかかる光学機器は、上記態様にかかる偏光板を備える。
第５の態様にかかる偏光板の製造方法は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板の製造方法であって、透明基板の一面に高屈折率層と低屈折率層を交互にイオンビームアシスト蒸着法又はイオンビームスパッタリング法で成膜し、反射防止層を積層する工程と、前記透明基板の前記反射防止層が積層された面と反対側の面に、反射層と誘電体層と吸収層とを順に積層し、積層体を形成する工程と、前記積層体を加工し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで周期的に配列する複数の凸部を形成する工程と、を有する。
上記態様にかかる偏光板及び光学機器によれば、信頼性を高めることができる。
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
「偏光板」
図１は、第１実施形態にかかる偏光板１００の斜視図である。偏光板１００は、透明基板１０と複数の凸部２０と反射防止層３０とを備える。複数の凸部２０は、透明基板１０の第１面１０Ａから突出する。反射防止層３０は、透明基板１０の第２面１０Ｂに積層されている。第２面１０Ｂは、透明基板１０の第１面１０Ａと反対側の面である。
図１は、第１実施形態にかかる偏光板１００の斜視図である。偏光板１００は、透明基板１０と複数の凸部２０と反射防止層３０とを備える。複数の凸部２０は、透明基板１０の第１面１０Ａから突出する。反射防止層３０は、透明基板１０の第２面１０Ｂに積層されている。第２面１０Ｂは、透明基板１０の第１面１０Ａと反対側の面である。
ここで方向について定義する。透明基板１０が広がる面内をＸＹ面内とし、凸部２０が延びる方向をＹ方向とする。Ｙ方向と直交する方向をＸ方向とする。Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。Ｙ方向は、第１方向の一例である。
偏光板１００は、凸部２０が延びるＹ方向に平行な電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰し、Ｙ方向に垂直な電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過する。偏光板１００は、Ｙ方向が吸収軸であり、Ｘ方向が透過軸である。偏光板１００は、透過、反射、干渉及び光学異方性による偏光波の選択的光吸収の４つの作用によりＴＥ波を減衰させ、ＴＭ波を透過させる。
（透明基板）
透明基板１０は、偏光板１００の使用帯域の波長の光に対して透明性を有する。「透明性を有する」とは、使用帯域の波長の光を１００％透過する必要はなく、偏光板としての機能を保持可能な程度に透過できればよい。透明基板１０の平均厚みは、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。
透明基板１０は、偏光板１００の使用帯域の波長の光に対して透明性を有する。「透明性を有する」とは、使用帯域の波長の光を１００％透過する必要はなく、偏光板としての機能を保持可能な程度に透過できればよい。透明基板１０の平均厚みは、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。
透明基板１０の屈折率は、例えば、１．１以上２．２以下である。透明基板１０は、例えば、ガラス、水晶、サファイア等である。透明基板１０として用いられるガラス材料の成分組成は特に制限されない。
例えばケイ酸塩ガラスは、光学ガラスとして広く流通し、安価である。また石英ガラス（屈折率１．４６）、ソーダ石灰ガラス（屈折率１．５１）は、コストが安く、透過性に優れる。これに対し水晶、サファイアは、熱伝導性に優れる。透明基板１０の材料は、偏光板１００に求められる性能に応じて適宜選択できる。例えば、プロジェクタの光学エンジン用の偏光板は、強い光が照射されるため、耐光性及び放熱性が要求される。プロジェクタ用途の透明基板１０には、水晶又はサファイアを用いることが好ましい。
透明基板１０が水晶やサファイア等の光学活性の結晶の場合、後述する凸部２０が延びる方向を結晶の光学軸に対して平行又は垂直方向とすると、光学特性が向上する。光学軸はその方向に進む光の常光線と異常光線との屈折率の差が最小となる方向軸である。
（凸部）
凸部２０は、透明基板１０からＺ方向に突出し、Ｙ方向に延びる。凸部２０は、Ｘ方向に周期的に配列している。隣接する凸部２０のＸ方向のピッチＰは、偏光板１００の使用帯域の波長の光より短い。例えばピッチＰは、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。ピッチＰがこの範囲内であれば、凸部２０の作製が容易になり、凸部２０の機械的安定性、及び、光学特性の安定性が高まる。
凸部２０は、透明基板１０からＺ方向に突出し、Ｙ方向に延びる。凸部２０は、Ｘ方向に周期的に配列している。隣接する凸部２０のＸ方向のピッチＰは、偏光板１００の使用帯域の波長の光より短い。例えばピッチＰは、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。ピッチＰがこの範囲内であれば、凸部２０の作製が容易になり、凸部２０の機械的安定性、及び、光学特性の安定性が高まる。
隣接する凸部２０のピッチＰは、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡により平均値として計測できる。例えば、任意の４か所において隣接する凸部２０のＸ方向の距離を測定し、その算術平均によりピッチＰが求められる。複数の凸部２０のうち任意の４か所の計測値を平均化する測定方法を、電子顕微鏡法と称する。
凸部２０は、透明基板１０に対して突出する。凸部２０は、例えばＺ方向を主方向として突出する。凸部２０のＸ方向の平均幅は、例えば、ピッチＰの２０％以上５０％以下である。凸部２０の平均幅とは、凸部２０をＺ方向に１０分割した各点における幅の平均値を意味する。凸部２０の高さは、例えば、２５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。また凸部２０の高さを平均幅で割ったアスペクト比は、例えば、５以上１３．３以下である。
図２は、第１実施形態にかかる偏光板１００の断面図である。図２は、偏光板１００をＸＺ平面で切断した断面図である。凸部２０は、第１面１０Ａから順に反射層２２、誘電体層２４、吸収層２６を備える。
偏光板１００に対して第１面１０Ａ側から入射した光は、吸収層２６及び誘電体層２４を通過する際に、一部が吸収されて減衰する。吸収層２６及び誘電体層２４を透過した光のうちＴＭ（Ｐ波）は、反射層２２を透過する。これに対し、吸収層２６及び誘電体層２４を透過した光のうちＴＥ（Ｓ波）は、反射層２２で反射する。反射したＴＥ波は、吸収層２６及び誘電体層２４を通過する際に、一部が吸収され、一部が再度反射し反射層２２に戻る。反射層２２で反射されたＴＥ波は、吸収層２６及び誘電体層２４を通過する際に干渉して減衰する。偏光板１００は、上記のようなＴＥ波の選択的減衰により偏光特性を示す。
＜反射層＞
反射層２２は、透明基板１０の第１面１０Ａ上にある。透明基板１０と反射層２２との間には、別の層が挿入されていてもよい。反射層２２は、透明基板１０に対してＺ方向に突出し、Ｙ方向に帯状に延びる。反射層２２は、ＴＥ波（Ｓ波）を反射し、ＴＭ波（Ｐ波）を透過する。反射層２２の高さは、例えば、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
反射層２２は、透明基板１０の第１面１０Ａ上にある。透明基板１０と反射層２２との間には、別の層が挿入されていてもよい。反射層２２は、透明基板１０に対してＺ方向に突出し、Ｙ方向に帯状に延びる。反射層２２は、ＴＥ波（Ｓ波）を反射し、ＴＭ波（Ｐ波）を透過する。反射層２２の高さは、例えば、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
反射層２２は、使用帯域の波長の光に対して反射性を有する材料を含む。反射層２２は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ等の単体金属又はこれらの合金を含む。反射層２２は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる。反射層２２は、金属に限られず、着色等により表面反射率を高めた無機膜又は樹脂膜でもよい。
反射層は、例えば蒸着法、スパッタリング法により高密度に成膜できる。反射層は、構成材料の異なる２層以上の層からなってもよい。
＜誘電体層＞
誘電体層２４は、例えば、反射層２２上に積層されている。誘電体層２４は、必ずしも反射層２２と接している必要はなく、誘電体層２４と反射層２２の間に別の層が存在してもよい。誘電体層２４は、Ｙ方向に帯状に延びる。
誘電体層２４は、例えば、反射層２２上に積層されている。誘電体層２４は、必ずしも反射層２２と接している必要はなく、誘電体層２４と反射層２２の間に別の層が存在してもよい。誘電体層２４は、Ｙ方向に帯状に延びる。
誘電体層２４の膜厚は、吸収層２６で反射する偏光波に応じて決まる。誘電体層２４の膜厚は、吸収層２６で反射した偏光波の位相と反射層２２で反射した偏光波の位相とが、半波長分だけずれる厚さである。誘電体層２４の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。当該範囲内であれば、反射した２つの偏光波の位相の関係を調整でき、干渉効果を高めることができる。誘電体層２４の膜厚は、上述の電子顕微鏡法を用いて求められる。
誘電体層２４は、例えば、金属酸化物、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、氷晶石、ゲルマニウム、ケイ素、窒化ボロン、炭素又はこれらの組合わせを含む。金属酸化物は、例えば、ＳｉＯ２等のＳｉ酸化物、Ａｌ２Ｏ３、酸化ベリリウム、酸化ビスマス、酸化ボロン、酸化タンタル等である。誘電体層２４は、例えば、Ｓｉ酸化物又はＴｉ酸化物である。
誘電体層２４の屈折率は、例えば、１．０より大きく２．５以下である。反射層２２の光学特性は、周囲の屈折率（例えば、誘電体層２４の屈折率）によっても影響を受けるため、誘電体層２４の屈折率を調整することで、偏光特性を制御できる。
誘電体層２４は、例えば、蒸着法、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、原子層堆積（ＡＬＤ）法で成膜できる。誘電体層２４は、２層以上でもよい。
＜吸収層＞
吸収層２６は、例えば、誘電体層２４上に積層されている。吸収層２６は、Ｙ方向に帯状に延びる。吸収層２６の膜厚は、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。吸収層２６の膜厚は、上述の電子顕微鏡法で測定できる。
吸収層２６は、例えば、誘電体層２４上に積層されている。吸収層２６は、Ｙ方向に帯状に延びる。吸収層２６の膜厚は、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。吸収層２６の膜厚は、上述の電子顕微鏡法で測定できる。
吸収層２６は、光学定数の消衰定数が零でない光吸収作用をもつ物質を１種以上有する。吸収層２６は、例えば、金属材料又は半導体材料を含む。吸収層２６に用いる材料は、使用帯域の光の波長範囲によって適宜選択される。
吸収層２６に金属材料が用いられる場合、金属材料は、例えば、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ等の単体金属又はこれらのうち１種以上の元素を含む合金である。また吸収層２６に半導体材料が用いられる場合は、半導体材料は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、ＺｎＯ、シリサイド材料である。シリサイド材料は、例えば、β−ＦｅＳｉ２、ＭｇＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＢａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、ＴａＳｉ等である。これらの材料を吸収層２６に用いた偏光板１００は、可視光域に対して高い消光比を有する。また吸収層２６は、例えば、Ｆｅ又はＴａとＳｉとを含む。
吸収層２６が半導体材料の場合、光の吸収作用に半導体のバンドギャップエネルギーが寄与する。半導体材料のバンドギャップエネルギーは、例えば、使用帯域の波長をエネルギー換算した値以下である。例えば、使用帯域が可視光域の場合、波長４００ｎｍ以上における吸収エネルギーにあたる３．１ｅＶ以下のバンドギャップエネルギーを有する半導体材料を吸収層２６に用いる。
吸収層２６は、１層に限られず２層以上で構成されていてもよい。吸収層２６が２層以上の場合は、それぞれの層の材料は異なるものでもよい。吸収層２６は、蒸着、スパッタリング法等の方法により成膜できる。
（反射防止層）
反射防止層３０は、透明基板１０の凸部２０が形成された第１面１０Ａと反対側の第２面１０Ｂに積層されている。図３は、第１実施形態にかかる偏光板１００の特徴部分の断面図である。図３は、偏光板１００の反射防止層３０を拡大した断面図である。
反射防止層３０は、透明基板１０の凸部２０が形成された第１面１０Ａと反対側の第２面１０Ｂに積層されている。図３は、第１実施形態にかかる偏光板１００の特徴部分の断面図である。図３は、偏光板１００の反射防止層３０を拡大した断面図である。
反射防止層３０は、光の干渉を利用して反射を防止する。反射防止層３０は、低屈折率層３１と高屈折率層３２とが交互に積層されている。低屈折率層３１は、隣り合う層より屈折率が低い。高屈折率層３２は、隣り合う層より屈折率が高い。低屈折率層３１は、例えば、１．０より大きく、透明基板１０より屈折率が低い。高屈折率層３２は、例えば、低屈折率層３１より屈折率が高い。低屈折率層３１及び高屈折率層３２のそれぞれの膜厚は、使用帯域の光の波長範囲等によって適宜選択される。低屈折率層３１及び高屈折率層３２の各層の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。低屈折率層３１及び高屈折率層３２の各層の膜厚は、異なっていてよい。
低屈折率層３１及び高屈折率層３２は、誘電体層である。低屈折率層３１及び高屈折率層３２は、例えば、Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｂｉ酸化物、Ｂｅ酸化物等の酸化物、フッ化マグネシウム、氷晶石、ゲルマニウム、ケイ素、炭素である。例えば低屈折率層３１がＳｉＯ２であり、高屈折率層３２がＴｉＯ２、ＮｂＯ２である。
反射防止層３０は、例えば、イオンビームアシスト蒸着膜又はイオンビームスパッタリング膜である。イオンビームアシスト蒸着膜は、イオンビームアシスト蒸着（ＩＡＤ）法で成膜された膜である。イオンビームスパッタリング膜は、イオンビームスパッタリング（ＩＢＳ）法で成膜された膜である。
図４は、反射防止層の断面写真である。図４（ａ）は、イオンビームアシスト蒸着法で成膜された反射防止層３０であり、図４（ｂ）は真空蒸着法で成膜された反射防止層である。黒色部はＴｉＯ２層３２Ａ、白色部はＳｉＯ２層３１Ａ、グレー部は透明基板１０である。
図４（ｂ）に示すように、真空蒸着法で成膜された反射防止層は、Ｚ方向に複数の白線が確認でき、粒界のようなものも確認できる。また層内の所々に他の部分の見た目の異なる変質層が確認された。変質層は、おそらく、製造過程の水分又は熱の影響を受けたものと考えられる。またエネルギー分散型Ｘ線分析の結果、真空蒸着法で成膜された反射防止層は、各層の界面における酸素分布は不明瞭であった。また電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）で評価した結果、真空蒸着法で成膜された反射防止層のうちＴｉＯ２層３２Ａは、アナターゼ型の結晶構造のＴｉＯ２を含む多結晶から構成されていた。
これに対し、イオンビームアシスト蒸着法で成膜された反射防止層３０は、均質であり、粒界が確認できず、緻密である。またイオンビームアシスト蒸着法で成膜された反射防止層３０は、界面の平滑性が真空蒸着法で成膜された反射防止層より高い。またエネルギー分散型Ｘ線分析の結果、イオンビームアシスト蒸着法で成膜された反射防止層３０は、各層の界面においても、酸素濃度の違いが確認され、酸素分布が明瞭だった。
（保護層、撥水層）
偏光板１００は、透明基板１０、凸部２０及び反射防止層３０の他に、他の構成要素を有してもよい。例えば、偏光板１００は、光の入射面側に保護層を有してもよい。保護層は、偏光板１００の耐熱性等の信頼性を高める。また例えば、凸部２０の表面に、撥水膜を有してもよい。撥水膜は、例えば、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からなる。撥水膜は、例えば、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法で成膜できる。撥水膜は、偏光板１００の耐湿性等の信頼性を高める。
偏光板１００は、透明基板１０、凸部２０及び反射防止層３０の他に、他の構成要素を有してもよい。例えば、偏光板１００は、光の入射面側に保護層を有してもよい。保護層は、偏光板１００の耐熱性等の信頼性を高める。また例えば、凸部２０の表面に、撥水膜を有してもよい。撥水膜は、例えば、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からなる。撥水膜は、例えば、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法で成膜できる。撥水膜は、偏光板１００の耐湿性等の信頼性を高める。
「偏光板の製造方法」
本実施形態に係る偏光板１００の製造方法は、反射防止層３０を形成する工程と、凸部の基となる積層体を積層する工程と、積層体を凸部２０に加工する工程と、を有する。
本実施形態に係る偏光板１００の製造方法は、反射防止層３０を形成する工程と、凸部の基となる積層体を積層する工程と、積層体を凸部２０に加工する工程と、を有する。
まず透明基板１０の第２面１０Ｂに、低屈折率層３１と高屈折率層３２とを交互に積層する。低屈折率層３１及び高屈折率層３２は、イオンビームアシスト蒸着法又はイオンビームスパッタリング法で成膜される。低屈折率層３１及び高屈折率層３２の層数は、適宜変更できる。低屈折率層３１及び高屈折率層３２のそれぞれの膜厚は、使用帯域の光の波長範囲等によって適宜選択される。低屈折率層３１と高屈折率層３２とが交互に積層されることで、第２面１０Ｂに反射防止層３０が形成される。
次いで、透明基板１０の第１面１０Ａに、成膜工程では、反射層となる層、誘電体層となる層、吸収層となる層を順に積層し、積層体を形成する。これらの層は、例えば、スパッタリング法又は蒸着法で形成される。
最後に、積層体を加工する。積層体の加工は、例えば、フォトリソグラフィー法、ナノインプリント法等を用いる。例えば、積層体の一面に、一次元格子状にマスクパターンをレジストで形成する。レジストが形成されていない部分を選択的にエッチングすることで、凸部２０が形成される。エッチングは、例えば、ドライエッチングで行う。さらに、凸部２０を形成した後に、保護層、撥水層をその上に形成してもよい。
本実施形態に係る偏光板１００は、信頼性に優れる。信頼性等は、例えば、耐湿性、耐熱性、耐擦傷性である。
図５は、実施例１と比較例１の反射防止層の濡れ性の時間変化を示す図である。横軸は、反射防止層の表面をＯ２でプラズマ処理してからの経過時間であり、縦軸はθ／２法により算出した水の接触角である。実施例１は図４ａに示すイオンビームアシスト蒸着法で作製した反射防止層であり、比較例１は図４ｂに示す真空蒸着法で作製した反射防止層である。いずれの反射防止層も、ＳｉＯ２とＴｉＯ２とが交互に９層積層されている。
濡れ性の評価は、反射防止層の表面をＯ２でプラズマ処理し、所定の時間経過した後に水を滴下し、滴下された水の接触角で評価した。Ｏ２によるプラズマ処理は、反射防止層の初期の表面状態を一致させるために行った。
実施例１及び比較例１は、Ｏ２プラズマ処理の直後は、いずれも濡れ性が高かった。Ｏ２プラズマ処理により反射防止層の表面が活性化され、親水基が露出したためと考えられる。比較例１の反射防止層は、時間経過後にも濡れ性に変化はなかった。これに対し、実施例１の反射防止層は、時間経過とともに濡れ性が低下し、撥水性が高まった。実施例１に係る反射防止層は、３００時間経過後の水の接触角が２０度以上であった。これは、Ｏ２プラズマ処理から時間が経過すると共にＯ２プラズマ処理の効果が低下し、水の接触角が反射防止層の表面の状態の影響を受けたためと考えられる。実施例１に係る反射防止層は、イオンビームアシスト蒸着法で作製されたことで緻密であり、平滑性が高い。
実施例１にかかる反射防止層は、比較例１にかかる反射防止層より撥水性に優れるため、実施例１の偏光板は比較例１の偏光板より耐湿性に優れる。
図６及び図７は、実施例１と比較例１の反射防止層を各々有する偏光板の光学特性を示す図である。各偏光板は、透明基板の、反射防止層を有する面とは反対の面に、凸部として透明基板側から高さ２５０ｎｍのＡｌからなる反射層、膜厚５ｎｍのＳｉＯ２からなる誘電体層、膜厚２５ｎｍのＦｅＳｉからなる吸収層を有する。図６は実施例１と比較例１の反射防止層を各々有する偏光板の吸収軸透過率の結果を示す。図６の横軸は波長で、縦軸は吸収軸透過率である。図７は実施例１と比較例１の反射防止層を各々有する偏光板の透過軸透過率の結果を示す。図７の横軸は波長で、縦軸は透過軸透過率である。
実施例１と比較例１の反射防止層を各々有する偏光板とは、上述のように反射防止層の製造方法が異なるのみであり、透明基板１０、凸部２０は同じである。凸部２０の形状が同じことは、実施例１と比較例１の反射防止層を各々有する偏光板の吸収軸透過率が略一致することから確認できる。実施例１と比較例１の反射防止層を各々有する偏光板の透過軸透過率の違いは、反射防止層の違いによるものである。図７に示すように、実施例１の反射防止層を有する偏光板は、可視光域全域において光学特性が比較例１の反射防止層を有する偏光板より優れる。
また図８は、実施例１と比較例１の反射防止層を各々有する偏光板の耐熱試験の結果を示す。横軸は、評価時間であり、縦軸はコントラストの変化率である。耐熱試験は、偏光板を２５０℃に加熱されたクリーンオーブン内に放置し、放置前後のコントラストの違いで評価した。コントラストは、透過軸透過率を吸収軸透過率で割ることで算出される。評価は、入射光が可視光域の緑帯域（波長が５２０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下）の場合を例として行った。
図８に示すように、実施例１の反射防止層を有する偏光板のコントラストの低下率は、比較例１のコントラストの低下率より小さかった。実施例１の反射防止層を有する偏光板は、２５０℃の温度下で１０００時間経過後のコントラスト低下率が４０％未満であった。これは、実施例１に係る反射防止層は、イオンビームアシスト蒸着法で作製されたことで緻密であり、熱による影響を受けにくかったためと考えられる。熱による影響とは、内部に酸素が侵入することに伴う、過剰な酸化等である。
図８では、入射光が可視光域の緑帯域（波長が５２０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下）の場合を例として行ったが、入射光を可視光域の赤帯域（波長が６００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下）の場合、入射光を可視光域の青帯域（波長が４３０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下）の場合も、コントラストの変化率が多少異なるが、同様の結果が得られた。すなわち、実施例１の反射防止層を有する偏光板は比較例１の反射防止層を有する偏光板より耐熱性に優れる。
図９及び図１０は、実施例１と比較例１の偏光板のスクラッチ試験の結果を示す図である。図９は比較例１の偏光板のスクラッチ試験の結果であり、図１０は実施例１の偏光板のスクラッチ試験の結果である。図９及び図１０の下方には、評価後の反射防止層の表面状態を示す。スクラッチ試験は、レスカＣＳＲ−２０００（株式会社レスカ社製）で行った。
スクラッチ試験は、偏光板の反射防止層の表面に触針を当てて測定した。スクラッチ試験は、ＪＩＳ Ｒ−３２５５に準拠して行った。触針の励振振幅は１００μｍであり、励振周波数は４５Ｈｚであり、スクラッチ速度は１０μｍ／ｓｅｃであり、初期荷重は０ｍＮ、最大荷重は７５ｍＮ、測定時間６０秒、スタイラス径１５μｍとした。センサ１は、水平方向の励振に対する触針の運動の遅れを積分処理したものであり、理論的な近似式において摩擦力に相当する。センサ２は、触針の垂直方向の振動加速度を示す。荷重は、薄膜に引加している荷重を示す。
図９に示すように、比較例１に係る反射防止層は、３３ｍＮの印加荷重がかかった時点で、膜の剥離が生じた。すなわち、比較例１の反射防止層の剥離荷重は、３３ｍＮであった。これに対し、図１０に示すように、実施例１に係る反射防止層は、７５ｍＮの印加荷重でも剥離が生じなかった。すなわち、実施例１の反射防止層を有する偏光板は比較例１の反射防止層を有する偏光板より耐擦傷性に優れる。
「光学機器」
第２実施形態にかかる光学機器は、上記の第１実施形態にかかる偏光板１００を備える。光学機器は、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。第１実施形態にかかる偏光板１００は、信頼性に優れ、種々の用途に利用可能である。また偏光板１００は無機材料により構成される。有機偏光板に比べて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に、偏光板１００は特に適に用いられる。
第２実施形態にかかる光学機器は、上記の第１実施形態にかかる偏光板１００を備える。光学機器は、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。第１実施形態にかかる偏光板１００は、信頼性に優れ、種々の用途に利用可能である。また偏光板１００は無機材料により構成される。有機偏光板に比べて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に、偏光板１００は特に適に用いられる。
光学機器が複数の偏光板を備える場合、複数の偏光板のうち少なくとも一つが第１実施形態にかかる偏光板１００であればよい。例えば、光学機器が液晶プロジェクタの場合は、液晶パネルの入射側及び出射側に偏光板は配置される。このうち一方の偏光板に、第１実施形態にかかる偏光板１００を用いる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 透明基板
１０Ａ 第１面
１０Ｂ 第２面
２０ 凸部
２２ 反射層
２４ 誘電体層
２６ 吸収層
３０ 反射防止層
３１ 低屈折率層
３２ 高屈折率層
１００ 偏光板
１０Ａ 第１面
１０Ｂ 第２面
２０ 凸部
２２ 反射層
２４ 誘電体層
２６ 吸収層
３０ 反射防止層
３１ 低屈折率層
３２ 高屈折率層
１００ 偏光板
Claims (5)
- ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、
透明基板と、
前記透明基板の第１面から突出する複数の凸部と、
前記透明基板の前記第１面と反対の第２面に積層された反射防止層と、を備え、
前記複数の凸部は、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで周期的に配列し、
それぞれの凸部は、第１方向に延在し、前記第１面から順に反射層と誘電体層と吸収層とを備え、
前記反射防止層は、交互に積層された高屈折率層と低屈折率層とを有し、
前記反射防止層は、イオンビームアシスト蒸着膜又はイオンビームスパッタリング膜である、偏光板。 - ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、
透明基板と、
前記透明基板の第１面から突出する複数の凸部と、
前記透明基板の前記第１面と反対の第２面に積層された反射防止層と、を備え、
前記複数の凸部は、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで周期的に配列し、
それぞれの凸部は、第１方向に延在し、前記第１面から順に反射層と誘電体層と吸収層とを備え、
前記反射防止層は、交互に積層された高屈折率層と低屈折率層とを有し、
２５０℃の温度下で１０００時間経過後のコントラスト低下率が４０％未満である、偏光板。 - ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、
透明基板と、
前記透明基板の第１面から突出する複数の凸部と、
前記透明基板の前記第１面と反対の第２面に積層された反射防止層と、を備え、
前記複数の凸部は、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで周期的に配列し、
それぞれの凸部は、第１方向に延在し、前記第１面から順に反射層と誘電体層と吸収層とを備え、
前記反射防止層は、交互に積層された高屈折率層と低屈折率層とを有し、
前記反射防止層は、ＪＩＳ Ｒ３２５５に準拠したスクラッチ速度１０μｍ／秒のマイクロスクラッチ試験において、剥離荷重が３３ｍＮ以上である、偏光板。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏光板を備える、光学機器。
- ワイヤグリッド構造を有する偏光板の製造方法であって、
透明基板の一面に高屈折率層と低屈折率層を交互にイオンビームアシスト蒸着法又はイオンビームスパッタリング法で成膜し、反射防止層を積層する工程と、
前記透明基板の前記反射防止層が積層された面と反対側の面に、反射層と誘電体層と吸収層とを順に積層し、積層体を形成する工程と、
前記積層体を加工し、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで周期的に配列する複数の凸部を形成する工程と、を有する、偏光板の製造方法。
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