JP4622685B2

JP4622685B2 - 反射偏光子およびその製造方法

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Publication number: JP4622685B2
Application number: JP2005164855A
Authority: JP
Inventors: 英樹寺嶋; 智之関野; 穣村本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2025-06-03
Also published as: JP2006337875A

Description

この発明は、反射偏光子およびその製造方法に関する。

近年、液晶ディスプレイの大型ディスプレイ化が進んでおり、これに伴い面内における、特性のばらつきが小さい偏光フィルム（以下、偏光子と称する）を製造することが重要になっている。

液晶ディスプレイに使用される偏光子としては、ヨウ素や有機染料などの二色性の材料を偏光基体に染色、吸着させ、高度に延伸、配向させることで、吸収二色性を実現する、吸収型偏光子がある。しかしながら、偏光を得るために５０％の光が吸収されてしまうので、光利用率は低い。

また、液晶ディスプレイに使用される偏光子としては、光利用率を高めた反射偏光子（非吸収型偏光子）がある。反射偏光子は、例えばコレステリック液晶の円偏光二色性を利用したものがある。

さらに、例えば下記特許文献１には、延伸樹脂フィルムの複屈折性を用いた従来の反射偏光子が記載されている。

特許３４４８６２６号公報

さらに、例えば光学異方性を有する薄膜と光学等方性を有する薄膜が多数積層された反射偏光子（以下、積層型反射偏光子と適宜称する）がある。

積層型反射偏光子は、偏光子への入射光に対する反射光の反射率が、Ｐ成分とＳ成分とで異なり、ある入射光では、Ｐ成分の反射光がゼロとなることを利用した誘電体多層膜構成の偏光子である。

具体的には、例えば、積層型反射偏光子は、光学異方性を有する薄膜を順次積層または光学異方性を有する薄膜と光学等方性を有する薄膜とを交互に積層して構成される。積層型反射偏光子を構成する誘電体膜は、例えば、スパッタ法、蒸着法などのＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜が行われる。

例えば、下記特許文献２に記載されている複屈折板においては、視角依存性を解消するため、光学異方性を有する斜め蒸着膜を多層構造とし、各層の蒸着方向をそれぞれ異なるように作製する。蒸着方向は、例えば、基板面の法線を挟み対称方向とされる。

特公平７−３４８６号公報

図１０は、従来の積層型反射偏光子における、光学異方性を有する酸化物薄膜の製造工程を表した概略図である。従来の積層型反射偏光子において、光学異方性を有する酸化物薄膜は、図１０に示すように、薄膜の母材からなるターゲット１０１に対して基板１０２を傾斜させ、斜方成長により１層で光学異方性を有する酸化物薄膜１０３を作製する。

しかしながら、従来の積層型反射偏光子において、光学異方性膜は、１層で作製するのが一般的であり、その膜厚がターゲットに近い部分から遠ざかるにつれて薄くなるので、膜厚の均一な反射偏光子の製造が困難となり、特に、フィルムを大面積化する際に、大きな問題となっていた。なお、特許文献２に記載のものは、この発明の対象とする積層型反射偏光子とは、異なる複屈折板である。

したがって、この発明は、酸化物薄膜を積層してなる反射偏光子において、異方性膜を作製する際に、光学異方性を有する酸化物薄膜が２層に積層された構成とし、第２層の膜は、第１層の膜に対して、ほぼ１８０°反転した向きから成膜することにより、膜厚の均一性が確保された反射偏光子およびその製造方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明の第１の態様は、
支持体上に、光学等方性を有する酸化物薄膜と、光学異方性を有する酸化物薄膜とが交互に積層されてなる反射偏光子において、
光学異方性を有する酸化物薄膜は、真空薄膜形成技術により、斜方成長することにより形成された第１層と第２層とからなり、
第２層は、第１層形成後、支持体面の垂直方向を軸として、支持体を１７０°〜１８０°反転させた後、第１層の形成時間とほぼ同じ時間で形成された反射偏光子である。

この発明の第２の態様は、
支持体上に、光学等方性を有する酸化物薄膜と、第１層および第２層からなる２層構造の光学異方性を有する酸化物薄膜とが交互に積層してなる反射偏光子の製造方法において、
真空薄膜形成技術により、斜方成長することより第１層の酸化物薄膜を形成する工程と、
第１層形成後、支持体面の垂直方向を軸として、支持体を１７０°〜１８０°反転させた後、第１層の形成時間とほぼ同じ時間で第２層を形成する工程とを備える反射偏光子の製造方法である。

この発明によれば、積層型反射偏光子において、光学異方性膜は、２層からなり、第１層の膜は、支持体垂直方向からの斜方成長により作製され、第２層の膜は、第１層の膜と反対方向である、支持体垂直方向を軸としてほぼ１８０°回転した方向から、斜方成長により積層されることにより、膜厚の均一性が確保され、その結果、光学特性の均一性が充分な反射偏光子を提供できる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の反射偏光子の積層構造の一部拡大断面図である。参照符号３は、２層からなる光学異方性を有する酸化物薄膜であり、参照符号１で示す第１の層（以下、層１と適宜称する）と参照符号２で示す第２の層（以下、層２と適宜称する）とが順次積層するように構成される。図１に示す異方性を有する酸化物薄膜１は、例えば、ソースに対して支持体を傾けてスパッタ法、または蒸着法、ＣＶＤ法などにより形成された斜方成長薄膜であり、斜め柱状構造を有する。

図２は、２層からなる光学異方性膜の各層の成膜方向を表した模式図である。図１に示すように、層１は、支持体垂直方向からの斜方成長により形成された薄膜であり、矢印Ｔ１の方向から成膜される。層２は、層１の膜と反対方向である、支持体垂直方向を軸としてほぼ１８０度回転した方向からの斜方成長により形成された薄膜であり、矢印Ｔ２の方向から成膜される。

このように、異方性を有する膜を２層として、第１層の膜に対して、第２層の膜をほぼ１８０°反転した方向から斜方成長させることによって、均一な膜厚を確保できる。

具体的には、第２層の薄膜は、第１層の薄膜に対し、１７０°〜１８０°反転した向きから斜方成長させることが好ましく、この範囲を外れる場合は、十分な反射特性を得ることができない。

さらに、斜方成長薄膜は、その構造からも入射光の角度依存性が膜面垂直方向に対して非対称であるが、上述した製法により得られた２層構造の光学異方性膜は、入射光の角度依存性にも優れているので、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）用バックライト等に用いる場合は、好適である。

以下、この発明の一実施形態のスパッタ法による反射偏光子の製造方法について、図面を参照して説明する。

図３は、この発明の一実施形態の反射偏光子の製造工程を表した概略図である。参照符号１１は、ターゲットである。この発明の一実施形態においては、ターゲット１１には、例えば、Ｔａ₂Ｏ₅（五酸化二タンタル）、ＴｉＯ₂（二酸化チタン）、ＣｅＯ₂（二酸化セリウム）、ＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）、ＺｒＯ₂（二酸化ジルコニウム）、Ｎｂ₂Ｏ₅（五酸化二ニオブ）などの酸化物またはこれらの混合物を用いることができる。参照符号１２は、基板を示し、ターゲット１１に向かい基板１２を配置し、図３に示すように、基板１２をターゲット１１面に対して、角度θ傾けて成膜を行う。ここで角度θは、例えば、６０°〜８０°が選ばれる。その結果、図１に示す光学的に透明な酸化物の斜方成長薄膜Ａが作製される。具体的には、スパッタ装置は、例えば、ＲＦスパッタ装置を用いるが、これに限定されない。また、蒸着法、イオンビームスプリッタ法にもこの発明を適用できる。さらに、その他の薄膜形成技術にもこの発明を適用できる。

図４は、この発明の一実施形態の反射偏光子の製造工程を表した概略図である。図４に示す製造装置は、図３に示す反射偏光子の製造装置における、基板１２が基板面の垂直方向を軸として、ほぼ１８０度反転された状態の製造装置を表している。すなわち、基板１２の１８０°離れた位置の２点をＰおよびＱで示すと図３と図４とでは、ＰとＱの位置が入れ替わることになる。

図４に示すように、薄膜Ａに対して面内方向に１８０°反転するように基板１２の向きを変えた状態で、斜方成長薄膜Ｂが作製される。ここで、薄膜Ａの成膜時間と薄膜Ｂの成膜時間は、ほぼ同じとする。

このように、基板１２の成膜側のソースに近い第１層と遠い第２層とが切り替えられて、第１層の成膜時間とほぼ同じ時間で第２層を成膜することにより、薄膜Ａと薄膜Ｂとからなる光学異方性膜（以下、異方性膜と適宜称する）Ｃは作製される。異方性膜Ｃの断面における薄膜Ａと薄膜Ｂの境界線は、傾斜している。

使用されるターゲット１１は、酸化物ターゲットの状態でスパッタしても、金属ターゲットを用いて酸素導入による反応性スパッタ法により成膜してもよい。金属ターゲットの場合は、ＤＣスパッタ法、ＡＣスパッタ法なども用いることも可能である。また、金属ターゲットの場合は、成膜速度の点から、ＤＣスパッタ法、ＡＣスパッタ法が好適に使用される。

また、図５に示すように、第１層を成膜した後、図面の用紙に対して垂直な方向を軸として、矢印の方向に９０°回転させた状態で、第２層の膜を成膜してもよい。回転後と回転前とでは、基板１２に示す２点ＰとＱの位置が入れ替わることになる。

次に、上述した異方性膜Ｃの面内一方の光軸と屈折率が同じになるように等方性膜Ｄを作製し、異方性膜Ｃと等方性膜Ｄとを交互に積層することにより、反射偏光子が作製される。図６は、この発明の一実施形態の反射偏光子の製造工程を表した概略図である。図６に示すように、等方性膜Ｄは、基板１２をターゲット１１と平行に配置して作製される。

図７は、この発明の他の実施形態の反射偏光子の製造工程を表した概略図である。図７に示すように、上述した異方性膜Ｃの面内一方の光軸の屈折率と、一方が同じ屈折率をもつ異方性膜Ｅを作製し、これらを交互に積層して反射偏光子を作製しても良い。

異方性膜Ｅを積層する場合は、異方性膜Ｃが作製された後、異方性膜Ｃの一方の屈折率と異方性膜Ｅの一方の屈折率が同じとなるように、異方性膜Ｃに対して面内方向にほぼ９０°回転するように基板の向きを変えて成膜する。

この場合、図７に示すように、異方性膜Ｅは、異方性膜Ｃと同じように薄膜Ｆと薄膜Ｇとからなる２層構造とすることが好ましい。均一な膜厚が得られるからである。すなわち、図８に示すように、矢印Ｔ_a方向から、薄膜Ａを成膜後、矢印Ｔ_b方向から、薄膜Ｂを成膜することにより、異方性膜Ｃを作製して、異方性膜Ｃに対して面内方向にほぼ９０°回転するように基板の向きを変えて、同様に、矢印Ｔ_c方向から薄膜Ｆ、矢印Ｔ_d方向から薄膜Ｇを成膜することにより、異方性膜Ｅを作製する。

異方性膜Ｅの材料には、異方性膜Ｃの材料と異なる屈折率の材料を選ぶことができる。

以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

＜実施例１＞
異方性膜を得るために、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を使用し、基板１２をターゲット１１面に対して傾けて成膜を行った。ターゲット１１は、Ｔａ₂Ｏ₅を用いた。そして、ターゲット１１面に対して基板１２面を７０°傾け、プロセスガスにアルゴンを用い０．５Ｐａの条件で成膜を行った。その結果、Ｔａ₂Ｏ₅の斜め柱状構造の薄膜Ａが成膜された。次に、図４に示すように、薄膜Ａに対して基板面に対して垂直方向を軸として、１８０°反転するように基板の向きを変えて、薄膜Ａと同じ条件で成膜を行い斜め柱状構造の薄膜Ｂを得た。薄膜Ａと薄膜Ｂの成膜時間は、ほぼ同じ時間とし、薄膜Ａと薄膜Ｂとが積層されてなる異方性膜Ｃを成膜した。ここで、作製した薄膜の面積は、２０ｃｍ×２０ｃｍであり、異方性膜Ｃの複屈折値Δｎを測定した結果Δｎ＝０．２が得られた。

次に、図６に示すように、基板１２を傾けずに、基板１２面をターゲット１１面に対して平行としてＴａ₂Ｏ₅の成膜を行い、Ｔａ₂Ｏ₅からなる等方性膜Ｄを異方性膜Ｃに積層した。このように異方性膜Ｃと異方性膜Ｄとを交互に積層する操作を３００回行い、異方性膜Ｃと等方性膜Ｄとを交互に３００層積層した反射偏光子（実施例１）を作製した。

＜実施例２＞
反転する角度を１７０°とした以外は、実施例１と同様の手法により、薄膜Ａと薄膜Ｂとが積層されてなる異方性膜Ｃを成膜し、異方性膜Ｃと等方性膜Ｄとを交互に３００層積層し、反射偏光子（実施例２）を作製した。

＜比較例１＞
反転する角度を１６０°とした以外は、実施例１と同様の手法により、薄膜Ａと薄膜Ｂとが積層されてなる異方性膜Ｃを成膜し、異方性膜Ｃと等方性膜Ｄとを交互に３００層積層し、反射偏光子（比較例１）を作製した。

＜比較例２＞
実施例１において、基板を反転する工程を行わず１層からなる異方性膜を作製し、１層からなる異方性膜と等方性膜とを交互に３００層積層し、反射偏光子（比較例２）を作製した。

＜評価＞
作製した反射偏光子の両端部と中央部の反射率を測定した。図９は、測定部ａ、ｂ、ｃをそれぞれ表した概略図である。測定部ａ、測定部ｃは、作製した反射偏光子の両端部の近傍位置にある。測定部ｂは、作製した反射偏光子の中央部の位置である。

評価は、実施例１〜実施例３および比較例１〜比較例２の反射偏光子の測定部ａ〜ｃの反射率、両端部の近傍位置にある測定部ａおよびｃの膜厚を測定することにより行った。

各反射偏光子の測定部ａ〜ｃの反射率、測定部ａおよびｃの膜厚を測定後、測定結果等をまとめた表１を作成した。下記の表１は、異方性膜の層数、反転角度、両端部ａおよびｃの膜厚分布、測定した測定部ａ〜ｃの反射率を表したものである。ここで、表１においては、反射率９７％以上を○とし、反射率９７％未満を×とした。また、膜厚分布は、測定部ｃの膜厚を測定部ａの膜厚で割って求めたものである。

表１に示すように、異方性膜が２層からなる実施例１および実施例２の膜厚分布は、実施例１が３％、実施例２が２％である。異方性膜が１層からなる比較例２の膜厚分布は、１５％である。したがって、成膜を２回に分けて行う、異方性膜が２層からなる実施例１および実施例２は、均一な膜厚を形成していることがわかった。また、反転角度１６０°の比較例１は、膜厚分布は、５％である。したがって、均一な膜厚を得るためには、反転角度は、ほぼ１８０°が好ましく、より好ましくは、反転角度は、１７０°〜１８０°が好ましいことがわかった。

また、表１に示すように、実施例１〜実施例２において、測定部ａ〜ｃの反射率は、９７％以上であり、優れた反射特性を備え、且つ特性にばらつきがみられなかった。一方、比較例１において、測定部ａ〜ｃの反射率は、９７％未満であった。したがって、優れた反射特性を有する反射偏光子を得るためには、反転角度は、１７０°〜１８０°がより好ましいことが分かった。なお、比較例２において、測定部ａおよび測定部ｃの反射率は、９７％未満であり、測定部ｂの反射率は、９７％以上であり、反射特性にばらつきがみられた。

この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、光学異方性膜は、斜め柱状構造を有するが、これに限定されず、光学的に異方性を有する構造であればよい。

反射偏光子の積層構造の一部拡大断面図である。光学異方性膜の各層の成膜方向を表した模式図である。反射偏光子の製造工程の概略図である。反射偏光子の製造工程の概略図である。反射偏光子の製造工程の概略図である。反射偏光子の製造工程の概略図である。反射偏光子の製造工程の概略図である。図８は、図７に示す異方性膜の成膜方向を表した概略図である。測定部を示す概略図である。従来の反射偏光子の製造工程の概略図である。

符号の説明

１・・・層１
２・・・層２
３・・・光学異方性膜
１１・・・ターゲット
１２・・・基板

Claims

支持体上に、光学等方性を有する酸化物薄膜と、光学異方性を有する酸化物薄膜とが交互に積層されてなる反射偏光子において、
上記光学異方性を有する酸化物薄膜は、真空薄膜形成技術により、斜方成長することにより形成された第１層と第２層とからなり、
上記第２層は、上記第１層形成後、上記支持体面の垂直方向を軸として、上記支持体を１７０°〜１８０°反転させた後、上記第１層の形成時間とほぼ同じ時間で形成された反射偏光子。
請求項１において、
上記光学異方性を有する酸化物薄膜の断面における第１層と第２層との境界線は、傾斜している反射偏光子。
支持体上に、光学等方性を有する酸化物薄膜と、第１層および第２層からなる２層構造の光学異方性を有する酸化物薄膜とが交互に積層してなる反射偏光子の製造方法において、
真空薄膜形成技術により、斜方成長することより上記第１層の酸化物薄膜を形成する工程と、
上記第１層形成後、上記支持体面の垂直方向を軸として、上記支持体を１７０°〜１８０°反転させた後、上記第１層の形成時間とほぼ同じ時間で上記第２層を形成する工程とを備える反射偏光子の製造方法。