JP2902456B2

JP2902456B2 - 無機偏光薄膜

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Publication number: JP2902456B2
Application number: JP2212125A
Authority: JP
Inventors: 康訓多賀; 基史鈴木; 忠義伊藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1990-08-09
Filing date: 1990-08-09
Publication date: 1999-06-07
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: US5305143A; JPH0497104A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、偏光特性を有する無機偏光薄膜に関し、さ
らに詳しくは、無機質材料偏光薄膜基部と該基部を構成
する柱状のコラムの表面に形成された光吸収部とからな
り耐候性および耐熱性に優れた無機偏光薄膜に関するも
のである。

〔従来技術およびその問題点〕

現在、活発に研究・開発が行われている新規素材の一
つとして、偏光膜がある。この偏光膜は、例えば、膜偏
光子として液晶と組合せて薄型LCD（Liquid Crystal Di
splay:液晶表示素子）に適用され、低消費電力、低電圧
駆動、薄型化、大型化の特徴を活かして電卓や腕時計の
液晶表示装置として用いられ、最近ではエレクトロニク
スの進展に伴って従来のCRTディスプレイに代わってテ
レビやパソコン、ワープロの表示装置として用いられて
いる。さらに、偏光解消・円偏光板、立体画像処理（Ｘ
線、映画等）、OA機器、偏光レンズ、部分検出装置、防
眩、調光、カメラ分野などへの用途開発が活発に行われ
ている。

ところでこの偏光膜は、ある特定の方向に振動する光
の成分を透過し、これと直交する方向に振動する光の成
分を吸収または分散する能力を持つ偏光子をフィルム状
にしたものである。すなわち、振動方向に異方性のない
自然光から直線偏光を取り出したり、偏光の軸とは異な
る方向に振動する光の成分を消光する機能を有したフィ
ルムである。

この偏光膜としては、従来より、ポリビニルアルコー
ル（PVA）やポリ塩化ビニル（PVC）等の有機材料を延伸
し、これに二色性を持つ分子である沃素や染料を吸着さ
せ、または脱水、脱塩素反応によって分子自体に二色性
をもたせ、両面を基材（トリアセチルセルロース、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリメチルメタアクリレート
等）でサンドウィッチ状に貼り合わせたり、コーティン
グすることにより製造されている。しかしながら、この
偏光膜は、有機物を主成分としているため、紫外線、
熱、水分、ある種の有機溶媒によって分解または変質し
やすく、機械的強度も低いという欠点を有していた。ま
た、これらの偏光膜はシート状のフィルムとして供給さ
れるため、例えば表示装置等に組み込むためには、裁
断、張り合わせという工程を必要とし、複雑な形状のも
のや曲面を有するもの、および非常に小さいものへの応
用が困難であるという問題を有していた。

また、この従来技術の有機偏光膜の上記問題点を解決
する方法として、ガラス基板に90度の蒸着角で導電材料
からなる平坦な層を形成し、該形成層に適当な適当な入
射角で粒子線を照射して多数の互いに平行な微細帯を堀
り込むことにより、ガラス基板上に光波長の約1/10の格
子間隔をもって平行に並ぶ多数の導電帯からなる偏光子
を製造する方法「偏光子の製造方法」（特開昭54-14365
8号公報）がある。この方法により、寿命が長く、再現
性のよい、低コストの偏光子が製造できるとしている。
しかしながら、この方法で得られた偏光子は、光吸収部
に金属などの導電性物質を用いており、これが偏光子表
面に露出した構造をしている。この金属などの導電性物
質は、一般に柔らかく耐摩耗性に劣るものが多いため、
この従来技術の偏光子は耐摩耗性を向上させるために保
護膜が必要であるという問題があった。また、粒子線照
射の必要性から基板はガラスに限定され、有機偏光膜の
ような柔軟性を有した偏光子を作製することは困難であ
るという問題があった。さらに、この従来技術の偏光子
の製造方法は、方向の揃った粒子線を大面積に照射する
ことは難しく、大面積の偏光子を製造することが難しい
という問題があった。

そこで、本発明者らは、上述の如き従来技術の問題点
を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験を重ねた結
果、本発明を成すに至ったものである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、耐候性および耐熱性に優れた無機偏
光薄膜を提供するにある。

本発明者らは、上述の従来技術の問題に関し、以下の
ことに着眼した。すなわち、先ず、酸化物の斜め蒸着膜
が、膜形成方向に対して一定方向に傾斜して整列された
微細なコラム構造を形成し、このコラムの密度が面内で
異方性を有するため屈折率に面内異方性が生じ、複屈折
性を有することに着目し、さらにこのコラムを着色する
ことにより、複屈折だけでなく、２色性をも有する薄膜
ができると考えた。酸化物などの無機物質は、耐候性お
よび耐熱性に優れており、機械的強度も高い。着色物質
も無機物質であれば、耐候性および耐熱性に優れ、機械
的強度の高い２色性を有した薄膜を作製することができ
る。さらに、これら物質の構造は真空蒸着やスパッタリ
ングにより製造できるので、基材の材質や形状、および
大きさなどの関係なく再現性のよい偏光子を低コストで
製造することができる。従って、着色無機物質の斜め蒸
着膜の２色性を大きくすることができれば、前記問題点
を解決した無機偏光薄膜を得ることができる。

しかしながら、コラムが一様に着色している構造で
は、複屈折の大きさから考えて２色性を充分大きくする
ことは不可能であり、この構造で偏光子を作製すると全
体の透過率が著しく低下してしまう。そこで、本発明者
らはこの問題を解決するため、前記コラムを所望の波長
領域において透明な部分と光を吸収する部分の２相に分
けた新規な構造とすることにより、透過率を損なわずに
充分な偏光を得ることができる偏光薄膜に到達した。す
なわち、所望の光の波長領域において透明な物質を斜め
蒸着などしてコラム構造を形成し、このコラムの表面に
所望波長領域で光吸収係数が該コラムより大きな無機質
物質を形成することにより、従来技術の問題点を克服す
るに至った。

〔第１発明の説明〕第１発明の構成本第１発明の無機偏光薄膜は、可視光域、紫外線域ま
たは赤外線域等の光の波長領域において透明な酸化物そ
の他の安定な無機物質であって、断面が円形状の微細な
コラムまたは該コラムの集合体が，基板に対して一定の
角度で傾斜しているとともに面内で密度の異方性を持っ
て並んで配設されてなる偏光薄膜基部と、該偏光薄膜基
部の前記コラムの表面に形成されてなり，偏光の波長領
域において前記コラムより光吸収係数が大きい無機物質
からなる光吸収部とから成り、前記光吸収部を形成した
コラムまたはその集合体が，該コラムまたはその集合体
の太さ比で0.2〜20の間隔を挟んで配設されてなること
を特徴とする。

第１発明の作用本発明の無機偏光薄膜が優れた効果を発揮するメカニ
ズムについては、未だ必ずしも十分に明らかではない
が、次のように考えられる。

すなわち、本発明の無機偏光薄膜の偏光薄膜基部の単
位要素となるコラムは、可視光域、紫外線域または赤外
線域等の光の波長領域において透明な酸化物その他の安
定な無機物質で、断面の形状が円形状の微細なものであ
る。偏光薄膜基部は、このコラムまたは該コラムの集合
体が、基板に対して一定の角度で傾斜しているととも
に、コラムの太さ比で0.2〜20の間隔を挟んで面内で密
度の異方性を持って並んで配設されてなる。この面内異
方性により、無機偏光薄膜の光学特性の面内異方性を付
与することができる。

また、光吸収部は、前記偏光薄膜基部のコラムの表面
に形成されてなり、偏光の所望波長領域において前記コ
ラムより光吸収係数が大きい無機物質からなる。この光
吸収部は、コラムの表面部に存在しているので、光透過
率を極度に低下させるのを防ぐことができる。これよ
り、前記偏光薄膜基部の光学特性の面内異方性を反映
し、光吸収の面内異方性を生じる。すなわち、光吸収部
の密度が密な方向に振動する光の吸収が大きく、該密度
の疎な方向に振動する光の吸収が小さくなり、光吸収の
異方性を生じる。

また、本発明の無機偏光薄膜は、膜の内部構造に特徴
があり、偏光薄膜基部のコラムを所望の光の波長より充
分小さくすることができるので光の散乱を起こすことな
く、また、光吸収部を形成した微細な柱状コラムまたは
コラムの集合体を所望数基板に対して一定の方向に傾斜
するとともにコラムの太さ比で0.2〜20の間隔を挟んで
或る程度並んで配設されてなるので、光吸収部を一部に
集中させず適当に分散させて透明部分と光吸収部分を分
離することができるので、透過率を大きくし充分な偏光
特性が得られ、良好な偏光特性を示すことができるもの
と考えられる。

また、前記光吸収部は、安定な偏光薄膜基部によって
保護されるので、耐候性および耐熱性に優れ、機械的強
度が高いものとすることができるものと考えられる。

発明の効果本発明の無機偏光薄膜は、良好な偏光特性を有する。

また、本発明の無機偏光薄膜は、耐候性および耐熱性
に優れている。

〔第２発明の説明〕以下に、前記第１発明をさらに具体的にした第２発明
を説明する。

偏光薄膜基部本発明の無機偏光薄膜の偏光薄膜基部は、コラムまた
は該コラムの集合体が、所望数基板に対して一定の角度
で傾斜して配設されている。ここで、本発明の偏光薄膜
において用いる基板は、ガラスや珪素などの無機材料や
樹脂などの有機材料からなる可視光域、紫外線域または
赤外線域の少なくとも何れかの光の波長領域の所望領域
において透明なものであり、具体的には、各種ガラス基
板、PET等の高分子フィルム、アクリル、スチロール等
のプラスチック類などが挙げられる。

また偏光薄膜基部は、可視光域、紫外線域、または赤
外線域の少なくとも何れかの光の波長領域の所望領域に
おいて透明な酸化物その他の安定な無機物質からなるコ
ラムを単位要素としてなる。

このコラムを構成する物質を具体的に例示すると、可
視および赤外域で用いるものとしては、酸化タンタル
（Ta₂O₅）、二酸化珪素（SiO₂）、酸化マグネシウム（M
gO）、酸化アルミニウム（Al₂O₃）、酸化チタン（Ti
O₂）、酸化亜鉛（ZnO₂）、酸化ゲルマニウム（GeO₂）、
酸化モリブデン（MoO₃）、酸化インジウム（In₂O₃）、
酸化スズ（SnO₂）、酸化タングステン（WO₃）またはこ
れら二種以上の化合物などが、赤外域で用いられるもの
としては珪素（Si）やゲルマニウム（Ge）などが、紫外
域〜赤外域で用いられるものとしては二酸化珪素（Si
O₂）などの無機物質が挙げられる。このなかでもSiO₂、
Ta₂O₅の場合は、透過領域が広く、化学的・熱的な安定
性が高いので好ましい。

該コラムは、横断面の形状が円形状の微細なものであ
り、該横断面形状が第２図（ａ）に示すように真円で
も、第２図（ｂ）に示すように長径／短径＜３の楕円で
も、第２図（ｃ）のように外周部が多少凹凸を有しても
よい。

また、コラムの太さは、すなわち縦断面が真円であれ
は径、楕円であれば長径と短径との平均径、凹凸を有す
る形状であれば平均径で、５〜100nmであることが好ま
しい。該太さが5nm未満の場合には、光の波長に比べて
小さな構造となり、光にとっては一様な物質となり、異
方性が生じなくなり、100nmを超えると光の波長と同じ
オーダーの構造となり、光が散乱して白濁化するのでと
もに好ましくない。

また、コラムは、一つを構成要素としても、該コラム
を複数束ねた集合体を構成要素としても、これらコラム
およびその集合体の両者を構成要素としてもよい。な
お、コラムの集合体は、コラムが凝集あるいは凝着した
ものである。なお、該コラムの集合体は、太くなると白
濁化の原因となるので、該集合体は200nm以下であるこ
とが好ましい。また、コラムまたは該コラムの集合体の
傾斜方向は、できるだけ垂直に近い方が好ましいが、コ
ラムの角度を垂直に近づけると密度の異方性が小さくな
る。従って、該傾斜方向は、密度の異方性を損なわない
範囲でできるだけ垂直に近い方向であることが好まし
い。

また、コラム又は／及び該コラムの集合体の面内にお
ける配列構造は、並び方に方向性を有していることが望
ましい。すなわち、コラムの傾斜方向に垂直な方向で
密、該傾斜方向に沿った方向で疎になるような方向性を
有する配列構造をしていることが好ましい。これは、該
構造とすることにより、面内の密度の異方性が大きくな
るためである。該異方性は、方向性が強くなるほど大き
くなるので、配列構造に強い方向性があることが好まし
い。

さらに、この配列構造について具体的一例を模式的に
示すと、第３図に示すようにコラム又は／及びその集合
体がやや方向性を有するもの、第４図に示すように並び
方に多少のばらつきがあるものの一方向に筋状に揃って
いるもの、第５図に示すように並び方にばらつきが余り
なく一方向にほぼ整列されたものなどの構造が挙げられ
る。なお、疎密の異方性の大きい順に、第５図、第４
図、第３図となり、偏光薄膜基部としてはこの順で好ま
しい。しかしながら、第３図の場合は作製し易いという
メリットがある。

該偏光薄膜基部は、所望の波長領域で透明で、化学
的、熱的に安定であることが必要である。なお、該偏光
薄膜基部の透過率は、単独の場合で80％以上であること
が好ましい。

偏光薄膜基部は、このコラムが基板に対して一定の方
向に傾斜し形成させるともとにコラムの太さ比で0.2〜2
0の間隔を挟んで前記配列構造で並んで配設されてなる
ので、面内で密度の異方性を有する。このように形成さ
れた偏光薄膜基部のコラムの占める体積は、薄膜の占め
る体積の40％以下となる。

無機偏光膜は、このコラムの表面に光吸収部が形成さ
れてなるが、光の透過率および偏光度はコラムの延びる
方向で最大となるので、該コラムは基板に対してできる
だけ垂直に近い方が好ましい。また、コラムの太さは、
偏光の所望の波長の光と充分な相互作用をするだけの太
さが必要である。しかし、コラムが太くなって所望の光
の波長と同等かそれ以上になると光が散乱してしまう。
従って、該コラムの太さは、所望の光の波長の1/10程度
であることが好ましい。コラムの長さは、膜厚と同定度
が好ましい。すなわち、無機偏光薄膜の基板との界面か
ら膜表面まで途切れることなく伸びていたほうがよい、
これは、途中でコラムが切れるとそこに界面が生じ、光
の散乱の中心になるからである。従って、コラムの長さ
は無機偏光薄膜の膜厚と同程度、すなわち0.1〜10μｍ
程度が好ましい。

光吸収部本発明の光吸収部は、偏光の所望波長領域において前
記コラムより光吸収係数が大きい無機物質からなる光吸
収部とからなり、前記偏光薄膜基部のコラムの表面に形
成されてなる。

この光吸収部は、前記コラムより所望の波長領域で光
吸収係数が大きい無機材料であり、光吸収係数が大きく
酸化しにくい材料であることが好ましい。該光吸収部
は、具体的には、金属、半導体、還元酸化物、窒化物な
どが挙げられる。金属としては銅（Cu）、銀（Ag）、鉄
（Fe）、コバルト（Co）、ニッケル（Ni）、金（Au）、
プラチナ（Pt）、タンタル（Ta）、イリジウム（Ir）な
どが好適な物質として挙げられる。これは、これら金属
が、紫外〜赤外で吸収係数が大きく、酸化しにくく、か
つ融点が有機物に比べて高いからである。また、半導体
としては、SnTe、PbSe、PbTe、Si、Geなどが挙げられ
る。これら半導体は、可視光で光を吸収し易く、意匠性
に富んだ偏光薄膜として好適である。さらに、上記以外
の物質としては、赤外域で吸収係数が大きいITO、ZnOな
どの電気伝導性酸化物などがあり、赤外線遮蔽機能を有
する偏光薄膜として有用である。

該光吸収部は、偏光薄膜基部の透過率を必要以上に低
下させない配設量とすることが好ましく、該偏光薄膜基
部に対して必要な偏光特性を付与することができる程度
のごく少量にすることが好ましい。

該光吸収部の具体的な形成構造を、第６図（ａ）〜第
６図（ｋ）、第７図（ａ）〜第７図（ｃ）および第８図
（ａ）〜第８図（ｃ）を用いて説明する。まず、光吸収
部を形成したコラムの横断面を模式的に第６図（ａ）〜
第６図（ｋ）に示す。

第６図（ａ）〜第６図（ｄ）は、コラム表面に微粒子
状または島状の光吸収物質を形成した例である。第６図
（ａ）は、コラム表面に微粒子状の光吸収物質を一面に
密に該面と反対の面に疎（または無）に形成した例で、
この場合は密な方向に振動する光成分の透過率が低く、
これに垂直な方向の光成分の透過率が高い。すなわち、
光吸収部の異方性を光吸収部の被覆形態によって大きく
することができる。第６図（ｂ）は、コラム表面に微粒
子状の光吸収物質を外周全体に均一となるように形成形
成した例である。第６図（ｃ）は、コラム表面に島状の
光吸収物質を一面に密に該面と反対の面に疎（または
無）に形成した例である。第６図（ｄ）は、コラム表面
に島状の光吸収物質を外周全体に均一となるように形成
形成した例である。

この第６図（ａ）〜第６図（ｄ）のように、コラム表
面に微粒子又は島状の光吸収物質を形成した場合、微粒
子、島状薄膜の光学特性はバルク状のものとは大きく異
なり、微粒子、島の間の距離によりその特性が左右され
る。例えば、該距離が大きい場合、つまり分散した場
合、光透過率が大きくなる。また該距離を小さくする
と、粒子間に双極子−双極子相互作用など様々な相互作
用を生じ、光透過率が小さくなる。従って、この第６図
（ａ）〜第６図（ｄ）のように光吸収部を、微粒子また
は島状で形成すると、分散の仕方を制御することにより
光の透過率を変えるとができるので好ましい。また、第
６図（ａ）〜第６図（ｄ）のうち、第６図（ｂ）および
第６図（ｄ）は、偏光薄膜基部の密度異方性のみを利用
して、光吸収物質の微粒子、島の分散の仕方に異方性を
もたせ、偏光薄膜とするもので、また第６図（ａ）およ
び第６図（ｃ）は、コラム表面での微粒子、島の分散に
分布を持たせさらに偏光特性の向上をねらったものであ
る。

第６図（ｅ）〜第６図（ｉ）は、コラム表面の一部又
は全部に光吸収物質を被覆形成した例である。第６図
（ｅ）は約50％の部分を被覆形成した例、第６図（ｆ）
は50％以上の部分を被覆形成した例、第６図（ｇ）は全
周にわたり被覆形成した例、第６図（ｈ）は全周にわた
り被覆形成するとともに被覆厚さが厚い部分と薄い部分
とがある例、第６図（ｉ）はコラム表面の相対する位置
に厚く（密）になるようにかつ該位置と約90℃の位置を
薄く（疎）または零となるように形成した例である。こ
の構造例の中で、第６図（ｅ）、（ｆ）、（ｈ）、
（ｉ）のように被覆量に分布を持たせ、この方向を揃え
ると光学的異方性が偏光薄膜基部によるものに加えてさ
らに大きくなるため、偏光薄膜特性が向上する。これ
は、光は被覆量が厚いところでより沢山吸収されるの
で、第６図（ｅ）、（ｆ）、（ｈ）、（ｉ）では、同図
の上下方向に振動する光を左右方向に振動する光よりも
より吸収するためである。従って、第６図（ｅ）、
（ｆ）、（ｈ）、（ｉ）の中でも、第６図（ｅ）、
（ｉ）の性能が最も良いと考えられる。ただ、連続的な
被覆を施した場合、微粒子の時に比べて光吸収が非常に
大きくなるので、膜厚を薄くしなければならない。

第６図（ｊ）は、コラム表面から内部方向に島状の光
吸収物質を形成した例であり、この場合、光吸収物質は
微粒子状であっても、膜状であってもよい。

第６図（ｋ）は、コラムの集合体に光吸収物質を被覆
した例であり、この場合には光吸収物質は該集合体の一
面に形成されても全面に形成されてもよい。なお、この
被覆形態は、前述の第６図（ａ）〜（ｊ）の形態が同様
に採りうる。

なお、光吸収物質の添加量をごく少量にすると、コラ
ムの表面積は非常に大きいので、コラム一本一本を一様
に被覆することが難しく、第６図（ａ）〜（ｄ）または
（ｋ）のようになるものと考えられる。また、特に図示
はしなかったが、上記のコラム表面の一部に光吸収部を
配設した構造において、該コラムの表面の50％未満の部
分に微粒子状、島状、薄膜状の光吸収部を設けても、光
偏光特性を得ることができる。

次に、光吸収部を形成したコラム表面を模式的に第７
図（ａ）〜第７図（ｃ）に示す。第７図（ａ）は微粒子
状の光吸収物質が長さ方向、円周方向に点在した例、第
７図（ｂ）は島状の光吸収物質が長さ方向、円周方向に
点在した例、第７図（ｃ）は膜状の光吸収物質で被覆し
た例である。なお、第７図（ｃ）の場合は、必要な面を
一様に被う形状でも、部分的に被う形状でもどちらでも
よい。また、第７図において、微粒子、島状薄膜で光吸
収部を形成した場合、光透過率を上げるためコラムの縦
方向にはできるだけ離散的に付着していた方がよい。

次に、光吸収部を形成したコラムの縦断面を模式的に
第８図（ａ）〜第８図（ｃ）に示す。第８図（ａ）は微
粒子状、島状、または膜状の光吸収物質がコラム表面に
稠密に形成された形状、第８図（ｂ）は微粒子状、島
状、または膜状の光吸収物質がコラム表面に離散的に形
成された形状、第８図（ｃ）は微粒子状、島状、または
膜状の光吸収物質がコラム表面に連続的に形成された形
状である。

また、前記光吸収部を形成したコラム又は／及び光吸
収部を形成したコラムの集合体は、面内において該光吸
収部を形成したコラムまたはコラムの集合体の長径と短
径の平均径に対して（コラムの太さ比で）0.2〜20程度
の間隔を挟んで密度の異方性を持って並んで配設されて
なる。該光吸収部を形成したコラム又は／及び光吸収部
を形成したコラムの集合体間の間隔が、前記太さ比の0.
2未満の場合は、該間隔が光の波長に対して大変小さい
ので一様な物質となり、異方性が生じなくなり、また20
を超える場合は、該間隔が光の波長に対して大変広くな
りずぎ、光の波長と同じオーダーの構造となり、光が散
乱して白濁化するので共に好ましくない。

また、光吸収部は、前記偏光薄膜基部の前記コラムま
たは該コラムの集合体の表面の少なくとも50％以上の表
面部に、微粒子状、島状または膜状の光吸収物質が点在
または被覆して形成されてなる。

また、前記偏光薄膜基部と光吸収部の容積比（体積
比）は、単独の膜厚に換算して10:1以下であるとが好ま
しい。これは、自然光の透過率と必要以上に低下させな
いためである。

また、光吸収部は、面内において疎の部分と密の部分
とを形成されてなり、密の部分が方向性を有しているこ
とが好ましい。

光吸収部は、偏光薄膜基部の表面に形成することによ
って、膜面内で平均した時に密度の疎密が生じる。これ
は、基部の堆積方向（傾斜方向）に垂直方向で密にな
る。従って、コラムに形成する形態は、この疎密をさら
に大きくする形態が好ましい。このようにすることによ
り、密な方向に振動する光の成分をさらに吸収する。

本発明の無機偏光薄膜は、透過率40％以下、偏光率70
〜95％のものを得ることができる。該無機偏光薄膜は、
コラムに沿った方向での透過率が大きくて、それ以外の
方向の透過率が著しく低い。そのため、コラムの傾き角
をかえることにより、ある特定の方向だけ光を透過とし
ても使用することができる。

本発明の無機偏光薄膜は、良好な偏光特性を有すると
ともに、耐候性および耐熱性に優れている。さらに、本
発明の無機偏光薄膜は、偏光薄膜基部が安定な無機物質
で、紫外線や熱等の影響により分解・変質することがな
く、機械的強度が高い。また、該無機偏光薄膜の表面に
形成された光吸収部は、該偏光薄膜基部によって外界か
ら保護された構造となっている。

また、本発明の無機偏光薄膜は、上記特徴を活かし、
さらに偏光薄膜基部に紫外線吸収特性を付与したり、吸
収部に光クロミズム、熱クロミズム等の機能を持たせる
ことなどにより、多機能偏光膜とすることが可能であ
る。

本発明の無機偏光薄膜は、ガラスなどの無機材料や樹
脂などの有機材料からなる透明基板に該膜を形成するこ
とにより得られる。

以下に、本発明の無機偏光薄膜の製造方法について、
その具体的一例を簡単に説明する。

まず、ガラスや珪素などの無機材料や樹脂などの有機
材料からなる紫外線域または可視光域および赤外線域の
少なくとも何れかの光の波長領域の所望領域において透
明な基板上に、所望の光の波長領域において透明な酸化
物などの安定な無機物質を前記基板に対して一定の斜め
の方向から堆積させる。これより、該堆積物であるコラ
ムまたは該コラムの集合体を基板に対して一定の方向に
傾斜し、しかもコラムまたは該コラムの集合体をコラム
の太さ比で0.2〜20の間隔を挟んで或る程度並んで状態
で配設することができ、面内で密度の異方性を有する偏
光薄膜基部を形成する。

この偏光薄膜基部形成工程において、必要な密度の面
内異方性を有する柱状コラム構造を作製する方法として
は、該コラムの堆積方向を揃え、基板に対して斜めに入
射させることができる方法であれば、何のような方法で
も適用することができる。具体的には、真空蒸着法、イ
オンプレーティング法、スパッタリング法などが挙げら
れる。この場合、薄膜形成初期段階に島状構造ができる
ので、入射してくる堆積物の方向を揃えることにより、
島の影になる部分の成長を遅くし、該島部を特定の方向
に成長させることにより、前記コラム構造とすることが
できる。この時、同時に面内異方性が生じる。

次いで、該偏光薄膜基部の前記コラムの表面に、偏光
の所望波長領域において前記コラムより光吸収係数が大
きい安定な無機物質を偏光薄膜基部の形成と同時あるい
は形成後に被覆させて光吸収部を形成する。該光吸収部
の形成方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティン
グ法、スパッタリング法等によって、偏光薄膜基部を作
製する際に偏光薄膜基部を堆積する方向とは異なる方向
から光吸収係数の大きな物質を入射させる方法がある。
他の方法としては、溶液浸漬法、電気化学的方法等の光
吸収物質を偏光薄膜基部作製後に染み込ませる方法や、
真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング
法等により偏光薄膜基部を作製する際に光吸収部を構成
する物質を混ぜ込み、真空中、大気中あるいは適当なガ
ス雰囲気中で熱処理してコラム表面に析出させる方法が
ある。

これにより、薄膜の材質をすべて無機物質で容易に作
製できるので、耐熱性や耐候性に優れた無機偏光薄膜を
基板に対して特別な加工や後処理を要することなしに簡
単に製造することができる。また、得られる無機偏光薄
膜は非常に薄い膜で充分な偏光特性を得ることができ
る。従って、基板がどのような形状や大きさ、材質であ
っても容易に無機偏光薄膜を製造することができる。

ここで、本発明の無機偏光薄膜の好適な製造方法につ
いて、以下に説明する。

まず、偏光薄膜基部の製造に適した物理的蒸着法につ
いて説明する。この物理的蒸着法には、真空蒸着法、イ
オンプレーティング法、スパッタリング法などがある。
これらの方法は、先ず、真空槽内に予めよく洗浄した基
板をセットする。太さや方向の揃ったコラムを形成する
ため、蒸発物質が基板に入射する角度のばらつきを抑
え、できる限り一方向から蒸着できるように設定する。
具体的には、該基板は、偏光薄膜基部の蒸発源に対し、
蒸着角45度〜80度の範囲とすることが好ましい。また、
蒸発源と基板の距離は30cm以上離しておくとよい。蒸発
源は、抵抗加熱タイプのバスケット、ボート、EBガン、
スパッタガン等の何れでもよいが、蒸発物質の飛び出す
部分の面積は余り大きくないほうがよい。蒸着方法は、
真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング
法の何れでもよく、蒸着物質や作製したい偏光薄膜基部
の形状・構造などにより適切な方法を適宜選択する。例
えば、蒸着物質が比較的低温で蒸気圧が高く分解しにく
い物質であれば真空蒸着法でよいが、分解・還元する物
質であればイオンプレーティング法が好適である。高融
点の物や蒸気圧が低いものは、スパッタリング法が好適
である。

次いで、真空槽を10^-6Torrまで排気して蒸着の準備を
する。斜め蒸着によって生じる径や方向は、蒸着物質、
蒸着角度、蒸着中の真空度によって大きく影響される
が、無機偏光薄膜に必要なコラムの径は所望の波長の1/
10程度が好適であるので、必要に応じてコラムの径や方
向を調節するためにArガスを導入して10^-6Torr〜10^-3To
rrの間で適宜調節する。但し、光吸収部と偏光薄膜基部
を同時に蒸着する場合は、光吸収部と反応して該部の光
学的性質を変化させる虞れのある反応性の高いガスは望
ましくない。また、イオンプレーティング法、スパッタ
リング法の場合は、10^-4Torr〜10^-3Torrのプラズマを安
定に保てるだけのガスが必要である。

次いで、蒸着を開始し、所望の膜厚になるまで成膜す
る。

なお、これら物理的蒸着法において、薄膜と基板の密
着性向上のため、予め基板の脱脂、洗浄を行うことが好
ましく、必要に応じて酸、アルカリによる化学的エッチ
ング法を施す。また、基板と薄膜の密着性向上のため、
基板加熱やイオンエッチングが好適な前処理工程として
選択される。しかしながら、これら工程は、基板の材質
によっては基板に必要以上のダメージを与える恐れがあ
り、これよりコラム形成に悪影響を及ぼす可能性がある
ので、十分注意する必要がある。

また、膜厚の制御は、スパッタリング法の場合、投入
パワーを制御することにより、堆積速度の制御が容易に
可能である。一方、真空蒸着法、イオンプレーティング
法の場合は、水晶振動子等により、膜厚をモニターしな
がら成膜する。

次に、光吸収部形成工程は、真空蒸着法、イオンプレ
ーティング法、スパッタリング法などの物理的蒸着法で
行う。この方法は、偏光薄膜基部を蒸着する方向と異な
る方向から光吸収部の原料を前記法で蒸着する方法であ
る。光吸収部を蒸着する方向は、偏光薄膜基部を蒸着す
る方向と反対方向、例えば光吸収部の蒸着角ψが90°−
θ（θ：基部の蒸着角）よりも大きな角度から蒸着する
ことが望ましい。また、蒸発源と基板の距離は20cm以上
離し、光吸収部の蒸着角度を揃える方法であることが望
ましい。これは、コラムの影になる部分に光吸収部が蒸
着する量を減らすことによって、コラムの表面の光吸収
部の被覆・付着形態に分布を持たせ、光吸収部の面内異
方性をより増大させるためである。光吸収部を被覆する
量は、所望の充分な偏光が得られるだけ必要であるが、
過剰に被覆すると全体の透過率が低下するとともに、コ
ラムの方向が乱れてしまう。従って、光吸収部を単独で
蒸着したときの膜厚が、偏光薄膜基部を単独で蒸着した
ときの1/10程度であることが好ましい。なお、これら物
理的蒸着法において、光吸収部を構成する物質は、成膜
時に酸化し光吸収係数が低下する虞れがある。この場
合、熱処理等により還元するものは、成膜後真空中また
は還元雰囲気中で熱処理して酸化した光吸収物質を還元
し、偏光特性を向上させることが望ましい。また、光吸
収物質はコラム表面のみならず該コラムの内部にも多少
混入することがある。この場合、真空中、大気中あるい
は適当なガス雰囲気中で熱処理をしてコラム表面に析出
させることができるものもある。

本発明の無機偏光薄膜は、該膜を被覆することにより
偏光が効果的に行え、しかも耐久性が大であるので、さ
らに可視光の光透過性をも利用して自動車用窓ガラス、
スカイルーフ、ミラー、住宅用窓ガラス、サンルーフ、
眼鏡用レンズといった材料や、主として偏光特性を活か
して自動車用内装部品や薬品の容器などの材料に利用す
ることができる。従来からのLCDにも、透明電極上に直
接該膜をつけることができ、生産性やコスト面で有利で
ある。また、1/4波長板等と組み合わせた光学部品、光
エレクトロニクス部品への適用も可能である。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を説明する。

第１実施例基板としてソーダ石灰ガラスを用い、蒸着源を五酸化
タンタル（Ta₂O₅）または二酸化珪素（SiO₂）と銀（A
g）または銅（Cu）として該基板上に無機偏光薄膜を形
成し、該薄膜の性能評価試験を実施した。

先ず、基板11として、厚さ1.0mmのソーダ石灰ガラス
を用意し、該基板をアセトンで洗浄後十分に乾燥させ
た。

次に、用意した基板11をEB蒸着とスパッタリングを同
時に行うことができる複合成膜装置の真空槽17内の基板
ホルダー15に配設し、五酸化タンタル焼結体をEB蒸着用
ハースに装着し、銀または銅はスパッタリングターゲッ
トとして装着して、装置内の配置状態が第９図に示すよ
うになるようにした。なお、EB蒸着用ハースおよびスパ
ッタリングターゲットとガラス基板との距離を、それぞ
れ50cm、30cmとした。次いで、装置内を1.0×10^-6Torr
まで真空に引いてEB蒸着源12（Ta₂O₅,SiO₂）の脱ガスを
行った後、アルゴンガスを3.0×10^-4Torrまで導入し、
スパッタリングターゲット13（Ag、Cu）のクリーニング
を行った後、Ta₂O₅またはSiO₂をEB蒸着、AgまたはCuをR
Fスパッタリング法で二元同時成膜を行った。このとき
の、蒸着速度を、五酸化タンタルおよび二酸化珪素は単
独の場合に換算して200nm/min.、銀および銅は第１表に
示す通りとした。また、成膜時間は試料番号１〜６は５
分間、試料番号７は２分30秒とした。基板の加熱は行っ
ていない。これにより、本実施例の基板と膜厚が試料番
号１〜６は約１μｍ、試料番号が約0.5μｍの無機偏光
薄膜とからなる無機偏光板を得た（試料番号１〜７）。
なお、試料番号１、２、５および７の無機偏光板につい
て断面のコラム形状、すなわち繊維形状を高分解能SEM
（走査型電子顕微鏡）で観察した結果を、試料番号１は
第10図（倍率:200000倍）、試料番号２は第１図（倍率:
100000倍）、試料番号５は第11図（倍率:100000倍）お
よび第12図（倍率:200000倍）、試料番号７は第13図
（倍率:200000倍）にそれぞれ示す。なお、比較のため
に、上記においてスパッタリングターゲットを用いずに
EB蒸着（Ta₂O₅、Ar:3×10^-4Torr）を行った結果を、第1
4図（倍率:100000倍）に併せて示す。第１図、第10図〜
第14図より明らかのように、第14図に示された比較例の
Ta₂O₅のみの斜め蒸着膜に比べ、本実施例ものはTa₂O₅コ
ラムの表面にAg（第１図、第10図、第13図）またはCu
（第11図、第12図）からなる光吸収部が形成されている
ことが分かる。

得られた無機偏光板の性能評価試験を、可視光の分光
透過率測定試験、偏光度測定試験、耐久性試験および耐
摩耗性試験により行った。

先ず、可視光の分光透過率測定試験および偏光度測定
試験を行った。光源として、D₆₅光源（JIS Z 8720）を
用い、分光透過率を測定し、視感度を補正し、視感透過
率を求めた。また、偏光度測定試験についても同様の補
正を行って、偏光度を求めた。その結果を、第１表に示
す。

この結果、試料番号2,4,5,6,7は、可視光分光透過率
が28〜35％、偏光度75〜80％で、偏光膜として十分の性
能を有する膜が得られていることが分かる。なお、試料
番号１はAgの量が少なすぎて十分な偏光度を得ることが
できず、また試料番号３はAgの量が多過ぎたため透過率
が低すぎ、ともに偏光膜として十分な機能を得ることが
できなかった。

そこで、この試料番号2,4,5,6,7の無機偏光板につい
て、耐久試験を第２表に示す条件で行った（なお試験時
間は1000時間）。耐久試験後の試料の視感透過率および
偏光度（単位：％）の測定試験を、上記と同様に行っ
た。その結果を、第２表に示す。

第２表より明らかのごとく、何れの試験条件において
も透過率、偏光度の低下はほとんど認められず、耐久性
に優れていることが分かる。

また、試料番号２の無機偏光板について、耐摩耗性試
験を実施した。まず、一片20mmのFeの立方体の一つの面
にネルの布をはりつけ、市販のコンパウンド入り液体カ
ーワックス（ウィルソン社製、主成分：樹脂＋コンパウ
ンド）2ccを含浸させた。次いで、該このネル布貼付Fe
立方体を試料表面に当てて、全体で500gの荷重がかかる
ようにし、10cmの間を30回／分の速度で1000回往復させ
た。その結果、目視観察ではきずや剥離の発生は無く、
また試験後の試料の偏光度および透過率を前記と同様に
測定した結果、殆ど低下はみられなかった。

比較のために、前記と同様の基板に、真空蒸着法によ
りAg/Ta₂O₅およびTa₂O₅/Agの２層膜をそれぞれ形成し、
比較用試料を作製した（試料番号C1,C2）。前記同様に
耐摩耗性試験を行ったところ、Ag/Ta₂O₅のAgにきずがは
いり、一部が剥離した。

この結果より明からのごとく、本実施例にかかる無機
偏光板は、コラムからなる無機偏光部と該部表面に形成
した光吸収部とらなる構造的特徴により、耐摩耗性が向
上しているものと思われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例で得られた無機偏光薄膜
（試料番号２）の断面の繊維の形状を示す電子顕微鏡写
真図（倍率:100000倍）、第２図（ａ）〜第２図（ｃ）
は本発明の無機偏光薄膜のコラムの横断面形状を模式的
に示す図、第３図〜第５図は本発明の無機偏光薄膜の具
体的配向構造の一例を模式的に示す図、第６図（ａ）〜
第６図（ｋ）は本発明の無機偏光薄膜の光吸収部を形成
したコラム表面の横断面を模式的に示す図、第７図
（ａ）〜第７図（ｃ）は本発明の無機偏光薄膜の光吸収
部を形成したコラム表面を模式的に示す図、第８図
（ａ）〜第８図（ｃ）は本発明の無機偏光薄膜の光吸収
部を形成したコラムの縦断面を模式的に示す図、第９図
は第１実施例の無機偏光薄膜製造装置内の配置状態を模
式的に示す図、第10図ないし第13図は本発明の第１実施
例で得られた無機偏光薄膜の断面の繊維の形状を示す電
子顕微鏡写真図で、第10図はその試料番号１の断面の繊
維の形状を示す電子顕微鏡写真図（倍率:200000倍）、
第11図はその試料番号５の断面の繊維の形状を示す電子
顕微鏡写真図（倍率:100000倍）、第12図はその試料番
号５の断面の繊維の形状を示す電子顕微鏡写真図（倍
率:200000倍）、第13図はその試料番号７の断面の繊維
の形状を示す電子顕微鏡写真図（倍率:200000倍）、第1
4図は本発明の第１実施例の比較用斜め蒸着膜膜の断面
の繊維の形状を示す電子顕微鏡写真図（倍率:100000
倍）である。１……偏光薄膜基部２……光吸収部 11……基板 12……EB蒸着用蒸発源 13……スパッタリングターゲット 14……Arガス導入系 15……基板ホルダー 16……EBガン 17……真空槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 5/30 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】可視光域、紫外線域または赤外線域等の光
の波長領域において透明な酸化物その他の安定な無機物
質であって、断面が円形状の微細なコラムまたは該コラ
ムの集合体が、基板に対して一定の角度で傾斜している
とともに面内で密度の異方性を持って並んで配設されて
なる偏光薄膜基部と、該偏光薄膜基部の前記コラムの表面に形成されてなり、
偏光の波長領域において前記コラムより光吸収係数が大
きい無機物質からなる光吸収部とからなり、前記光吸収部を形成したコラムまたはその集合体が、該
コラムまたはその集合体の太さ比で0.2〜20の間隔を挟
んで配設されてなることを特徴とする無機偏光薄膜。