JP4961941B2 - ワイヤグリッド偏光板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
この偏光板は、ガラス基板上に電子線リソグラフィー法あるいは干渉露光などによってマスクパターニングとドライエッチングを施すものであり、こうした技術でワイヤグリッドを形成するものであり、実際、このような技術により、ガラス基板上にワイヤグリッドを形成する偏光分離素子が提案されている(特許文献1参照)。この偏光分離素子は、ガラス基板上に90nmのAlワイヤ(ピッチ:144nm、高さ:100〜200nm)を形成している。この文献では、凸部が高く、かつその凸部が金属で構成される構造が高い効率を有するというシュミレーション結果が示されている。
しかしながら、両者とも、凸部が不安定な構造となるため、この部分が折れたり、倒れたりすると、偏光機能に大きな影響を生じる。
さらに、特許文献1に示す金型の製造方法においては、ガラスや石英基板に対し、直接、リソグラフィおよびドライエッチングを施すことにより正確なパターンを形成することが求められる。この点を考慮して提案されたのが、特許文献2の斜め蒸着の技術である。
しかしながら、斜め蒸着法で基板に金属パターンを形成するとき、隣接する金属線の重なりができ、正確な金属格子を作製することはできないという実際上の問題がある。また、蒸着金属がむき出しになっているため、機械的強度が弱いという問題がある。
また、特許文献4には、基体の平坦な面に、導電性材料によるライン格子が埋め込まれ、該ライン格子の露呈部と上記基体の平坦な面とが同一の平面をなすように形成されている偏光素子が開示されている。ライン格子の断面形状として、U字状のものが開示されている(特に、図1参照)。
また、特許文献5には、ナノプリント法を用いて凹凸パターンを転写させた後に、該凹部にメッキ法にて金属細線を形成して、ワイヤグリッド型偏光板を形成する技術が開示されている。
また、光源の近傍に配置された場合、光源からの熱が偏光板に向けて放射されることによって、基板が加熱されて、基板から金属細線が剥離するおそれがある。
以上述べた課題に鑑みて、本発明は、金属ワイヤが安定した構造であり、さらに隣接する金属線の重なりができないワイヤグリッド偏光板およびその製造方法を提供することを目的とする。
化処理が施されており、この凹部に金属層が設けられていることを特徴とするワイヤグリ
ッド偏光板である。
このときの表面活性化処理は、プラズマ処理、O3処理およびチオール基による表面修飾
処理から選ばれた1種以上であることが好ましい。
このうち、プラズマ処理は、RIE、グロー放電およびコロナ放電から選ばれた1種以上
であることが好ましい。
これらの場合、基板表面は、ポリマー材料、就中、疎水性のポリマー材料、特にフォトレ
ジストから形成されていることが好ましい。
また、金属層は、周期200nm以下で配列されていることが好ましい。
また、本発明は、基板上にポリマー材料を配してポリマー薄膜を形成するし、前記ポリマー薄膜に対して微細な凹凸周期構造を有する原版を押圧する押圧パターン転写し、前記ポリマー薄膜を介して前記基板にエッチング処理を施して前記凹凸パターンに対応する凹部を前記基板に形成し、且つ前記凹部表面を表面活性化処理による親水性化する凹部形成し、前記基板の凹凸パターンに金属薄膜を膜着し、前記ポリマー薄膜を剥離することを特徴とするワイヤグリッド偏光板の製造方法である。
これらの場合、ポリマーは、フォトレジストであることが好ましい。
また、金属層の膜着は、スパッタ、蒸着、銀鏡反応またはメッキによることが好ましい。
また、本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法では、好ましくは、プラズマ処理等で基板表面を活性化するため、金属が基板に強く付着される利点を有する。基板の凹部に金属を埋め込み、プラズマ処理等で強く密着するため、十分な強度を有する効果がある。
この表面活性化処理は、プラズマ処理、O3処理およびチオール基による表面修飾処理からなる群から選択されたものである。
この場合、上記の特許文献3,4には、金属細線を基板と同一表面に配置する旨は、開示されているが、どのようにして配置するかはもとより、凹部に表面活性化処理を施す旨は、開示も示唆もされていない。また、特許文献5には、基板上に疎水性の薄膜を設け、その上に親水性の薄膜を設け、その後,ナノインプリントリソグラフィーによって、型を押圧し、溝を形成することが開示されている。その際、溝の底部に親水性薄膜のみを残留させる必要があるが、疎水性薄膜が残留している場合、プラズマ処理により、それを除去してもよいとの記載がある。しかし、この場合の処理は本発明における親水性を付与するための活性化処理とは異なる。特許文献5では、プラズマ処理により親水性にしていることはあり得ない。疎水性薄膜が親水性になったら、そこにも膜着してしまうからであり、特許文献5には、そのようなことは開示されていない。この記載は、ただ単に、余分な部分を除去しようというだけのものである。疎水性薄膜に膜着することは考えていないのである。従って、特許文献5に示されるプラズマ処理は、本発明における表面活性化処理とは、全く異なるものである。
図1は、本発明による第1の実施形態のワイヤグリッド偏光板の構造を示す断面図である。図示のワイヤグリッド偏光板は、基板1の断面四角形の凹部に、金属層2が埋め込まれた形態である。
基板材料としては、使用波長範囲において、光透過性を有する材料、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等のポリマーから形成されるプラスチックフィルム、ガラス、石英等が用いられる。そして、好ましくは、この基板材料上には、ポリマー材料が好ましくは、塗布によって設けられる。この場合のポリマー材料の塗布膜の厚さは、乾燥膜厚で、100nm〜2μmとすればよい。
そして、好ましくは、この基板材料を公知のナノインプリント法で、型押しして、凹凸を形成する(図7参照)。用いる型としては、周期200nm以下、好ましくは、100〜150nm程度に形成できれば、特に制限はなく、従来公知のいずれの作製方法で作製してもよい。また、凹凸の深さとしては、通常の50〜300nm程度とすればよい。押圧力としても、通常用いられる圧力とすればよい。
また、金属としては、ワイヤ部分が十分な導電性を有する必要があり、具体的には、Al,Cr,Cu等が使用される。この金属は、スパッタ、蒸着、メッキ、その他の公知のいずれの方法を用いてもよい。なお、金属薄膜(金属層)は、500〜3000オングストローム(50〜300nm)の厚さに膜着すればよい。
図2は、図1において、さらに、表面に保護膜3を設けたものである。なお、同じ部材には、同符号を付して示す。以下においても同様である。
このような保護膜は、蒸着・スパッタなどによって形成した薄膜であってもよく、また、数ミクロンからサブミクロンのフィルムを密着させたような形態であってもよい。
図3は、本発明によるその他の実施形態のワイヤグリッド偏光板の構造を示す断面図である。ここでは、図1のように、金属層2が埋め込まれて基板1とほぼ同一面の高さとなっているものではなく、金属層2が、基板1の面より高くなっており、若干浮き上がって形成されている様子が示されている。
図4には、図1と同様に、金属層2が基板1とほぼ同一面となるように埋め込まれた例が示されている。
さらに、図5には、保護膜3を設けた例が、図6には、金属層2が基板1の面より若干浮き上がった構造になっている例が示されている。勿論、基板面より少し凹んだ構造であってもよい。
なお、以上では金属の断面形状が四角形およびV字状(三角形)の例を図示しているが、これに限定されず、U字状などであってもよい。
この場合、水との接触角は、60°以内とすることができる。用いる表面活性化処理としては、プラズマ処理、O3処理、チオール基による表面処理のいずれか1種以上であることが好ましい。
O2を用いたRIE処理は、高真空中で、高周波電流によってプラズマを生じさせ、そのなかに、O2ガスを導入すると、O2ガスがガラス管の基板に衝突し、該基板の表面を活性化することによって行われ、表面を親水性にするものである。その典型的な処理条件としては、電力(パワー)が200W、O2ガス圧力が2Pa、エッチング時間が5秒〜10分であり、一般的には、電力(パワー)が100〜400W、O2ガス圧力が0.5〜200Pa、エッチング時間が2秒〜10分の条件から選択される。この他、Ar1.5sccm(2.5×10−3Pa・m3・s−1),Cl2 2sccm(3.3×10−3Pa・m3・s−1)の雰囲気とし、真空度8×10−4torr(0.11Pa)の条件下で、プラズマを発生させるマイクロ波電力が60W,イオン電流が80mA/cm2,加速電圧が500V,試料温度が0℃の処理条件がある。
例えば、メルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTS)をトルエン中に1質量%となるように溶解し、この溶液中に、被処理物を浸漬して、静かに引き上げた後、乾燥機にて50℃で乾燥させるという手順に従う。
図7に、本発明の第1の実施形態による実施例を示す。
基板(ポリマーフィルム、ガラス、石英基板など)1上に、ポリマー材料をスピンコート等により塗布する。ここで、ポリマー材料は、例えば、フォトレジストを用い、フォトレジスト層11を形成する〔図7(a)参照〕。フォトレジストプレス付きポリマーフィルム上にナノインプリント用の金型10でプレスする〔図7(b)参照〕。その結果、フォトレジスト層11に金型の形態が転写される〔図7(c)参照〕。その後、エッチバック法により、基板自体に凹部を形成する。ここで、予め、理論計算で、形状の最適化を行い、その形状の凹部をエッチングする。また、図示のように、RIEによるエッチバック法でこの凹部を形成するとき、フォトレジストが平面部分に残るように、フォトレジストの厚さを決める〔図7(d),(e)参照〕。
さて、上部に金属層2を蒸着またはスパッタ法により、凹部が完全に満ちるまで成膜する〔図7(f)参照〕。
そして、リフトオフ法により、フォトレジスト層11とその上部にある金属層2を除去する。最終的に、図1に示されるような、四角形の凹部をもつポリマーの基板1内に金属層2が埋め込まれたワイヤグリッド偏光板が完成する〔図7(g)参照〕。なお、リフトオフ法としても特に制限はなく、公知の湿式法から適宜用いればよい。その条件も公知のいずれであってもよい。
ガラス基板上に、フォトレジスト(東京応化製i線用化学増幅型ポジ型フォトレジスト)を1μm厚(乾燥膜厚)に塗布した。その後、ナノインプリント法で、表面に凹凸を形成した。
次に、RIE処理を施した。条件は、パワー200W、O2ガス圧力2Pa、処理時間1分とした。このRIE処理により、疎水性のフォトレジスト層は、親水性の30°の水との接触角となった。
次いで、スパッタにより、Alを膜着した。その後、リフトオフにより、フォトレジストを剥離した。
リフトオフは、次のように行った。フォトレジスト上に、金属材料、例えばCuを500〜3000オングストローム(50〜300nm)厚に着膜後、Crを500オングストローム(50nm)厚に着膜し、これをレジスト剥離液に浸漬し、レジストとレジスト上に着膜されたCu-Cr膜を基板から分離した。
このようなリフトオフ法により、金属のストライプ模様を作製した。
このようにして得られたワイヤグリッド偏光板は、優れた偏光特性を発揮した。しかも、50mJの高い強度の光を連続照射しても特性の変化は見られなかった。
プラズマエッチングの条件をO2ガス圧力2Pa,投入パワー5W、時間1分に変えた他は、実施例1と同様にして、偏光板を作製した。このものは、疎水性薄膜の接触角は、100°と変わらないものであった。この結果、50mJの連続照射には耐えられず、特性が劣化した。
図8に、本発明の第2の実施形態による実施例を示す。
第1の実施形態の製造方法において、ポリマー材料、例えばフォトレジストを基板に配してフォトレジスト層11を形成し〔図8(a)参照〕、原版、例えば金型10を押圧〔図8(b)参照〕した後、ポリマー材料と基板との双方に凹凸パターンを転写している〔図8(c)参照〕ことを除いては同様の操作を行う。表面活性化処理は、この凹凸パターンの凹部に対して施されており、表面活性化処理をしたのちに、金属層2を形成する〔図8(d)参照〕。その後、リフトオフを行い、図4に示されるワイヤグリッド偏光版が得られる〔図8(e)参照〕。このように、凹部に存在する基板に表面活性化処理を施すことによって、より一層基板との密着性が向上して、好ましい結果を得る。
この場合、基板材料としては、前述のように、プラスチックフィルム、ガラス、石英等の材料が可能である。
金属膜の膜着後に、リフトオフ法によって、ポリマー材料を剥離する。リフトオフ法としても特に制限はなく、公知の湿式法から適宜用いればよい。その条件も公知のいずれであってもよい。
2 金属層
3 保護膜
10 金型
11 フォトレジスト層
Claims (6)
- 周期的な凹凸形状をもつ疎水性基板表面上の凹部が表面活性化処理による親水性化が施され、この凹部に金属層が設けられていることを特徴とするワイヤグリッド偏光板。
- 前記表面活性化処理は、プラズマ処理、O3処理およびチオール基による表面修飾処理か
ら選ばれた1種以上である請求項1のワイヤグリッド偏光板。 - 前記金属層は、周期200nm以下で配列されている請求項1のワイヤグリッド偏光板。
- 基板上にポリマー材料を配してポリマー薄膜を形成するし、
前記ポリマー薄膜に対して微細な凹凸周期構造を有する原版を押圧する押圧パターン転写
し、
前記ポリマー薄膜を介して前記基板にエッチング処理を施して前記凹凸パターンに対応す
る凹部を前記基板に形成し、且つ前記凹部表面を表面活性化処理による親水性化する凹部形成し、
前記基板の凹凸パターンに金属薄膜を膜着し、
前記ポリマー薄膜を剥離することを特徴とするワイヤグリッド偏光板の製造方法。 - 前記ポリマーは、フォトレジストである請求項4のワイヤグリッド偏光板の製造方法。
- 前記金属層の膜着は、スパッタ、蒸着、銀鏡反応またはメッキによる請求項4または5の
ワイヤグリッド偏光板の製造方法。
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