JP6836360B2 - 無機偏光板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
<1>使用帯域の波長の光に対して透明な基板と、前記基板上に、前記使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列された複数の線状の反射膜層と、それぞれ前記反射膜層上に配置された複数の第1の誘電体膜層と、それぞれ前記第1の誘電体膜層上に配置された複数の吸収膜層とを備え、前記吸収膜層は、第1の吸収膜層と、該第1の吸収膜層と同一の材料で構成され該第1の吸収膜層よりも大きな消衰係数を有する第2の吸収膜層とを有し、前記第2の吸収膜層の屈折率は、前記第1の吸収膜層の屈折率との差が前記第1の吸収膜層の屈折率の2%以内であり、前記第2の吸収膜層の消衰係数は、可視光全体で、前記第1の吸収膜層の消衰係数よりも前記第1の吸収膜層の消衰係数の3%から7%大きいことを特徴とする無機偏光板である。
該<1>に記載の無機偏光板において、前記吸収膜層は、第1の吸収膜層と、該第1の吸収膜層と同一の材料で構成され該第1の吸収膜層よりも大きな消衰係数を有する第2の吸収膜層とを有することにより、吸収膜層が第1の吸収膜層のみで形成される場合に比べ、無機偏光板の耐熱性を向上させることができる。
<2>前記第2の吸収膜層は、前記第1の吸収膜層上に配置される、<1>に記載の無機偏光板である。
<3>前記基板と前記反射膜層との間に第2の誘電体膜層を備える<1>または<2>に記載の無機偏光板である。
<4>使用帯域の波長の光に対して透明な基板上に反射膜層を成膜するステップと、前記反射膜層上に第1の誘電体膜を成膜するステップと、前記第1の誘電体膜上に吸収膜層を成膜するステップと、前記吸収膜層の成膜後に、前記反射膜層、前記第1の誘電体膜及び前記吸収膜層を、部分的に除去し、前記基板上にグリッドパターンを形成するステップとを含み、前記吸収膜層を成膜するステップは、同一のスパッタターゲットを用いて、第1の成膜条件と、第1の成膜条件とは異なる第2の成膜条件とにより2段階に分けてスパッタリングにより行い、前記第1の成膜条件と前記第2の成膜条件とは、前記第2の成膜条件により形成される吸収膜層の屈折率と、前記第1の成膜条件により形成される吸収膜層の屈折率との差が、前記第1の成膜条件により形成される吸収膜層の屈折率の2%以内であり、前記第2の成膜条件により形成される吸収膜層の消衰係数が、前記第1の成膜条件により形成される吸収膜層の消衰係数よりも、前記第1の成膜条件により形成される吸収膜層の3%から7%大きくなるように選択される無機偏光板の製造方法である。
<5>前記第1の成膜条件と前記第2の成膜条件とは、前記第2の成膜条件により形成される吸収膜層の消衰係数が、前記第1の成膜条件により形成される吸収膜層の消衰係数よりも大きくなるように選択されることを特徴とする<4>に記載の無機偏光板の製造方法である。
<6>前記第1の成膜条件と前記第2の成膜条件とは、設定するパラメータとして前記スパッタリングにおける放電パワーを含み、前記第2の成膜条件の放電パワーは前記第1の成膜条件の放電パワーよりも大きいことを特徴とする<4>または<5>に記載の無機偏光板の製造方法である。
<7>前記第1の成膜条件と前記第2の成膜条件とは、設定するパラメータとして前記スパッタリングにおける不活性ガスの流量を含み、前記第2の成膜条件の不活性ガスの流量は前記第1の成膜条件の不活性ガスの流量よりも小さいことを特徴とする<4>から<6>の何れかに記載の無機偏光板の製造方法である。
<8>前記第1の成膜条件と前記第2の成膜条件とは、設定するパラメータとして前記スパッタリングにおけるガス圧を含み、前記第2の成膜条件のガス圧は前記第1の成膜条件のガス圧よりも小さいことを特徴とする<4>から<7>の何れかに記載の無機偏光板の製造方法である。
図1は、本発明の一実施形態に係る無機偏光板1の断面図である。図1において、紙面の右方向をX方向、上方向をZ方向、紙面に垂直に奥から手前方向をY方向とする。無機偏光板1は、少なくとも、使用帯域の光に対して透明且つ図1においてXY平面に平行な基板11と、前記基板11上に、使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列されたY方向に延びる複数の線状の反射膜層12と、それぞれ反射膜層12上にZ方向に積層して配置された複数の誘電体膜層13と、それぞれ誘電体膜層13上にZ方向に積層して配置された複数の吸収膜層14とを備える。吸収膜層14は、特性重視層15(第1の吸収膜層)と、特性重視層15上Z方向に積層され、特性重視層15と同一の材料で構成され特性重視層15よりも大きな消衰係数kを有する耐熱重視層16(第2の吸収膜層)とを有する。無機偏光板1は、更に、必要に応じて、基板11と反射膜層12との間に成膜された誘電体膜層17(第2の誘電体膜層)、無機偏光板1への光の入射面側を覆う誘電体保護膜層18、及び、その他の部材を含む。即ち、偏光素子1は、基板11側から少なくとも反射膜層12と誘電体膜層13と吸収膜層14とがこの順に積層されたY方向に延びる凸部が、基板11上にX方向に一定間隔に並んだ一次元格子状のワイヤグリッド構造を有する。
基板11は、使用帯域の光に対して透明で、屈折率が1.1〜2.2の材料、例えば、ガラス、サファイア、水晶などで構成されている。本実施の形態では、基板11の構成材料として、熱伝導性の高い水晶やサファイア基板を用いることが好ましい。これにより、強い光に対して高い耐光性を有することとなり、例えば、発熱量の多いプロジェクターの光学エンジン用の偏光板として有用となる。
誘電体膜層17は、例えばSiO2から形成され、透過率の向上を目的として、基板11上の入射側(図1においてZ軸の正の方向)の面に形成される。
反射膜層12は、誘電体膜層17上に吸収軸である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。即ち、反射膜層12は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、基板11のワイヤ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。
誘電体膜層13は、吸収膜層14で反射した偏光に対して、吸収膜層14を透過し、反射膜層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ている。具体的な膜厚は、偏光の位相を調整し、干渉効果を高めることが可能な1〜500nmの範囲で適宜設定される。吸収膜層14が反射した光を吸収するため、膜厚が最適化されていなくてもコントラストの向上が実現できるので、膜厚は、実用上は、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。
吸収膜層14は、同一の材料からなる特性重視層15と耐熱重視層16との積層構造からなる。吸収膜層14の積層構造は、同一のスパッタリングターゲットを用い、成膜条件を変更することにより形成することができる。耐熱重視層16は特性重視層15に比べて、膜の緻密性が高く消衰係数が大きい。消衰係数kが大きければ、熱負荷により光学性能が劣化するまでに係る時間が長くなる。
また、偏光素子1は、図1に示すように、グリッドパターン面側(光の入射側)に誘電体保護膜層18を備える。
次に、図2のフローチャートを用いて無機偏光板1の製造方法について説明する。
本実施形態に係る無機偏光板1を評価するに当たり、まず、ガラス基板上に吸収膜層を直接成膜したテストピースの熱負荷による性能の変化を試験した。図4は試験を行ったテストピースの構造を示す図であり、図5は、耐熱試験における吸収膜層の成膜条件である。図6は、その耐熱試験の結果を示すグラフである。この簡易テストは、単層吸収膜層の熱酸化による膜質変動を評価するものである。膜質変動は、屈折率の低下による反射率の変動として測定される。同様の吸収膜層を偏光板に適用した場合、熱酸化による屈折率の変動は位相差変動を生じ反射率の変動として観察される。
次に、上記簡易テストと同条件(即ち、図5に示した条件)で、2種類の吸収膜層14を成膜した無機偏光板1を作成し、耐熱試験を行った。特性変動を確認するために、吸収軸反射率(Rs)を、分光測定器を使用して可視光波長で評価した。
11 基板
12 反射膜層
13 誘電体膜層
14 吸収膜層
15 特性重視層
16 耐熱重視層
17 誘電体膜層
18 誘電体保護膜層
21 基板
22 特性重視層
23 耐熱重視層
Claims (8)
- 使用帯域の波長の光に対して透明な基板と、
前記基板上に、前記使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列された複数の線状の反射膜層と、
それぞれ前記反射膜層上に配置された複数の第1の誘電体膜層と、
それぞれ前記第1の誘電体膜層上に配置された複数の吸収膜層と
を備え、
前記吸収膜層は、第1の吸収膜層と、該第1の吸収膜層と同一の材料で構成され該第1の吸収膜層よりも大きな消衰係数を有する第2の吸収膜層とを有し、
前記第2の吸収膜層の屈折率は、前記第1の吸収膜層の屈折率との差が前記第1の吸収膜層の屈折率の2%以内であり、前記第2の吸収膜層の消衰係数は、可視光全体で、前記第1の吸収膜層の消衰係数よりも前記第1の吸収膜層の消衰係数の3%から7%大きいことを特徴とする無機偏光板。 - 前記第2の吸収膜層は、前記第1の吸収膜層上に配置される、請求項1に記載の無機偏光板。
- 前記基板と前記反射膜層との間に第2の誘電体膜層を備える請求項1または2に記載の無機偏光板。
- 使用帯域の波長の光に対して透明な基板上に反射膜層を成膜するステップと、
前記反射膜層上に第1の誘電体膜を成膜するステップと、
前記第1の誘電体膜上に吸収膜層を成膜するステップと、
前記吸収膜層の成膜後に、前記反射膜層、前記第1の誘電体膜及び前記吸収膜層を、部分的に除去し、前記基板上にグリッドパターンを形成するステップと
を含み、
前記吸収膜層を成膜するステップは、同一のスパッタターゲットを用いて、第1の成膜条件と、第1の成膜条件とは異なる第2の成膜条件とにより2段階に分けてスパッタリングにより行い、
前記第1の成膜条件と前記第2の成膜条件とは、前記第2の成膜条件により形成される吸収膜層の屈折率と、前記第1の成膜条件により形成される吸収膜層の屈折率との差が、前記第1の成膜条件により形成される吸収膜層の屈折率の2%以内であり、前記第2の成膜条件により形成される吸収膜層の消衰係数が、前記第1の成膜条件により形成される吸収膜層の消衰係数よりも、前記第1の成膜条件により形成される吸収膜層の3%から7%大きくなるように選択される無機偏光板の製造方法。 - 前記第1の成膜条件と前記第2の成膜条件とは、前記第2の成膜条件により形成される吸収膜層の消衰係数が、前記第1の成膜条件により形成される吸収膜層の消衰係数よりも大きくなるように選択されることを特徴とする請求項4に記載の無機偏光板の製造方法。
- 前記第1の成膜条件と前記第2の成膜条件とは、設定するパラメータとして前記スパッタリングにおける放電パワーを含み、前記第2の成膜条件の放電パワーは前記第1の成膜条件の放電パワーよりも大きいことを特徴とする請求項4または5に記載の無機偏光板の製造方法。
- 前記第1の成膜条件と前記第2の成膜条件とは、設定するパラメータとして前記スパッタリングにおける不活性ガスの流量を含み、前記第2の成膜条件の不活性ガスの流量は前記第1の成膜条件の不活性ガスの流量よりも小さいことを特徴とする請求項4から6の何れか一項に記載の無機偏光板の製造方法。
- 前記第1の成膜条件と前記第2の成膜条件とは、設定するパラメータとして前記スパッタリングにおけるガス圧を含み、前記第2の成膜条件のガス圧は前記第1の成膜条件のガス圧よりも小さいことを特徴とする請求項4から7の何れか一項に記載の無機偏光板の製造方法。
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