JPH08122523A - 位相差板 - Google Patents

位相差板

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JPH08122523A
JPH08122523A JP26532694A JP26532694A JPH08122523A JP H08122523 A JPH08122523 A JP H08122523A JP 26532694 A JP26532694 A JP 26532694A JP 26532694 A JP26532694 A JP 26532694A JP H08122523 A JPH08122523 A JP H08122523A
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JP
Japan
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film
substrate
films
columnar structure
phase difference
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Pending
Application number
JP26532694A
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English (en)
Inventor
Tsuguhiro Korenaga
継博 是永
Shinji Uchida
真司 内田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来、斜め柱状構造膜を用いた位相差板にて
大きな課題であった膜剥離を解決し、実用レベルの信頼
性をもつ低コストな位相差板を提供する。 【構成】 ニオブ酸リチウム基板11の両面に、斜め柱
状構造を有する複屈折膜(Ta25膜)12を形成す
る。この場合、各面に形成する複屈折膜12の厚みは、
片面に形成する場合の1/2とする。 【効果】 上記構成によれば、片面での膜厚を薄くでき
るので、複屈折膜の内部応力を低減でき、基板と複屈折
膜との付着の信頼性を向上できる。光学特性は、片面に
一括して膜を形成した場合と同等である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複屈折性をもつ斜め柱
状構造膜を用いた波長板に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、1/4波長板、1/2波長板のほ
とんどは無機光学単結晶、あるいは有機フィルムにより
作られている。
【0003】しかし、無機光学単結晶は波長板としての
性能や信頼性に優れるものの、原材料費、およびリタ−
デ−ション調整のための加工研磨費とも高く、大きさも
限定される。
【0004】また、有機フィルムは大きさの制限は比較
的ないものの、熱や紫外光にて劣化し製造コストも高い
という欠点を有する。
【0005】一方、基板の法線方向に対し、斜め方向か
ら飛来する粒子にて形成した斜め柱状構造膜が基板に垂
直に入射する光線に対し複屈折性を有することは古くか
ら知られている(例えば、文献:応用物理学会誌、第3
2巻、第2号 参照)。
【0006】このような斜め柱状構造膜を用いると膜厚
によってリタ−デ−ションを自由に設定でき、大面積化
できるとともに、大量に生産することにより低コスト化
がみこまれる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、斜め柱
状構造膜は現在のところ光学部品として実用化された例
はほとんどない。斜め柱状構造膜は傾斜した柱状構造を
持つため、膜密度が疎であり、基板あるいは他の隣接層
との付着性が低い。
【0008】すなわち、例えば1/4波長板としての機
能を得るには、少なくとも2〜3μm程度の厚膜にする
必要があり、膜自身の内部応力によって、隣接界面で比
較的簡単に剥離するという課題を有していた。
【0009】以下、従来の課題について詳細に説明す
る。図9を用いて、基板として屈折率の高い基板、例え
ばニオブ酸リチウムに応用した例について説明する。
【0010】図9に示すようにニオブ酸リチウム91の
基板上に高屈折率の異方性薄膜としてTa25膜92を
形成する。形成方法は、図10のように真空蒸着法を用
いて、真空チャンバ−内101に斜めに設定されたニオ
ブ酸リチウム基板102に形成する。
【0011】蒸着条件の一例としては、基板温度300
℃、到達真空度2×10-6torr、蒸着スヒ゜-ト゛3nm/s程
度である。
【0012】以下、真空蒸着法による説明を行うが、斜
め柱状構造であればその形成方法は限定するものではな
く、例えばスパッタ法であっても何等、問題はない。
【0013】形成された薄膜107は、斜め柱状構造の
薄膜となり、入射する光の偏光状態により屈折率が変化
する、いわゆる異方性の薄膜となる。
【0014】本薄膜を、紙面に対して垂直方向(Ne)
と水平方向(No)の屈折率を測定すると、Ne=1.
8、No=1.88であった。
【0015】この薄膜を用いて位相差板として、例えば
λ/4波長板(波長λ=780nm)を作成する場合を
例にとり説明する。
【0016】λ/4波長板の特性を実現するためには、 d=λ/4/(No−Ne) だけの膜厚を形成すればよいことが知られているため、
本薄膜も上記式にあてはめて計算すると、2.4μmと
なる。
【0017】この膜厚量を基板上に形成し、λ/4波長
板としての性能を評価したところ、ほぼ計算値通りの9
0度の位相差を実現できた。
【0018】しかし、このようなTa25膜を2.4μ
m形成した時の分光特性は図11に示したような分光特
性となり、77%程度に透過特性が劣化するとともに、
光学部品の一般的な信頼性試験である60℃、−30℃
保持各1時間、10サイクルのヒ−トショック試験を行
ったところ、Ta25膜がニオブ酸リチウム基板から一
部剥離という大きな課題を有している。分光特性の課題
は両面に反射防止膜を形成することで、解決されてい
る。しかし、信頼性については有効な手段がないのが現
状である。
【0019】また、図12の構成のようにTa25膜を
基板法線に対し、第1層122、第2層123のように
互いに対称な斜め柱状構造をもった2層構成とすること
によって、位相差板に入る入射光の角度制限を緩和でき
る。
【0020】しかしながら、この構成においても、上記
同様のヒ−トショック試験を行ったところ、Ta25
の第1層122、第2層123間で全面剥離という大き
な課題を有している。
【0021】特に、斜め柱状構造膜の上に、基板法線に
対称な傾きをもつ斜め柱状構造膜を形成するとその界面
で剥がれ易いことがわかった。
【0022】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、信頼性に優れ、高性能、低価格な位相差板を提供す
ることを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本願の第1の発明の位相差板は、基板の向かい合う二
面に、各々少なくとも一層、複屈折性をもつ斜め柱状構
造膜を形成したものである。
【0024】また、本願の第2の発明の位相差板は、基
板の片面に少なくとも一層、複屈折性をもつ斜め柱状構
造膜を設け、これをふたつ、それぞれの膜面を向い合わ
せて接着した構造をもつものである。
【0025】
【作用】第1の発明の位相差板は従来の課題であった斜
め柱状構造膜の厚膜化による剥離を、基板両面に斜め柱
状構造膜を振り分けて形成することで解決するものであ
る。
【0026】また第2の発明の位相差板は基板の片面に
斜め柱状構造を形成し、これを二つ一組として膜面を向
かい合わせて接着することにより、斜め柱状構造膜を厚
膜化させることなく、信頼性を向上させる。
【0027】両発明とも斜め柱状構造膜の間に異なる材
料を挟み込んだ構成となるが、このような構成であって
も位相差板としての性能は劣化しないことを、新たに実
験的に確認した。
【0028】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明
する。本発明は、一層あたりのTa25膜厚を減らして
膜の内部応力を低減するとともに、特に基板法線に対
し、第1層121、第2層122のように互いに対称な
斜め柱状構造をもった2層が互いに隣合わない構成とし
て信頼性を向上しようとするものである。
【0029】図1は本発明の第1実施例の位相差板の構
成を示すもので、ニオブ酸リチウム基板11の両面に、
Ta25膜12を各1.2μm形成したものである。各
Ta25膜は基板に対し、互いに対称な斜め柱状構造
をもっている。
【0030】図1の位相差板の分光特性を図2に示す。
波長λ=780nmにて透過特性がほぼ92%の良好な
光学特性が実現できていることがわかる。
【0031】また、λ/4波長板としての性能を評価し
たところ、90度の位相差を実現できていることが新た
に判明した。
【0032】すなわち、 d=λ/4/(No−Ne) の関係が、斜め柱状構造膜を分割して配置しても成立す
ることを、実験的に新たに見いだした。
【0033】さらに、上記同様のヒ−トショック試験を
行ったところ、全く剥離や膜面にクラックは見られず、
透過特性、位相差特性とも変化なしであった。
【0034】高屈折率の異方性の薄膜としてTa25
外の、TiO2、Bi35、CeO2膜についても同様の
結果が得られた。
【0035】また、基板についても、たとえばBK7の
ような低屈折率基板に対しては、透過特性は波長λ=7
80nmにて約77%の透過率で、改善されないもの
の、ヒ−トショック試験などによって実用レベルの信頼
性を確認でき、実用上、基板材質への制限がないことが
判明した。
【0036】先述したように、従来から透過特性を改善
するために基板両面に反射防止膜を形成する必要があっ
たため、本発明の膜構成は量産上、従来例に対し何等劣
るものではない。
【0037】従って本発明は、基板の両面に光学的に異
方性である斜め柱状構造膜のTa25膜を設けることで
基板との付着性を強くし、信頼性の高い位相差板を提供
することを可能とするもので非常に有効である。
【0038】(実施例2)以下、本発明の第2の実施例
について説明する。
【0039】図3は第2の実施例の位相差板の構成を示
すもので、ニオブ酸リチウム基板31の両面に斜め柱状
構造膜のTa25膜32を各1.2μm形成し、その上
に両面にMgF233を各0.17μmを形成したもので
ある。
【0040】図3の位相差板の分光特性を図4に示す。
透過特性がほぼ98%のきわめて良好な光学特性が実現
できていることがわかる。また、実施例1と同様、λ/
4波長板として評価したところ、90度の位相差を実現
することができた。
【0041】さらに、上記同様のヒ−トショック試験を
行ったところ、全く剥離や膜面にクラックは見られず、
透過特性、位相差特性とも試験前後で変化なしであっ
た。
【0042】MgF2膜にかわりSiO2膜についても同
様の検討を行ったところ良好な信頼性、光学特性が実現
できた。
【0043】従って本発明は、ニオブ酸リチウム基板上
の両面に光学的に異方性である斜め柱状構造膜のTa2
5膜とMgF2膜もしくはSiO2膜からなる2層膜を
形成することにより、実用レベルの信頼性をもち、反射
防止効果とλ/4波長板の機能を兼ね備えた位相差板を
提供することができる。
【0044】高屈折率の異方性の薄膜としてTa25
ついて述べたが、本発明は特に、この材料に限定するも
のではなく、TiO2、Bi35、CeO2膜であっても
かまわない。
【0045】(実施例3)以下、本発明の第3の実施例
として、基板として屈折率の低い基板、例えばBK7に
応用した例について図5を用いて説明する。
【0046】BK7基板51の両面に中屈折率の薄膜と
してAl23膜52を用い、真空蒸着法により膜厚を約
126nm形成する。その上に高屈折率の異方性薄膜と
して斜め柱状構造のTa25膜53を用い、膜厚1.2
μm形成する。その上にSiO2膜54を約131nm
形成する。
【0047】この時、分光特性は図6に示すように、透
過率が99%以上のきわめて良好な反射防止効果が実現
できる。実施例1、2と同様、λ/4波長板として評価
したところ、計算どおりの90度の位相差を実現するこ
とができた。
【0048】さらに、上記同様のヒ−トショック試験を
行ったところ、全く剥離や膜面にクラックは見られず、
透過特性、位相差特性とも試験前後で変化なしであっ
た。
【0049】また、SiO2膜について述べたが、Mg
2膜でも同様の効果が得られるのはいうまでもない。
【0050】従って本発明は、BK7基板上の両面にA
23膜などの中屈折率の薄膜を形成し、その上に光学
的に異方性である斜め柱状構造膜のTa25膜を、さら
にその上にMgF2膜もしくはSiO2膜からなる3層膜
を形成することにより、実用レベルの信頼性をもち、反
射防止効果とλ/4波長板の機能を兼ね備えた位相差板
を提供することができる。
【0051】(実施例4)次に、本発明の第4の実施例
について説明する。
【0052】図7(a)のように、ニオブ酸リチウム基
板71の片面にSiO2膜72を131nm形成し、そ
の逆面に斜め柱状構造膜であるTa25膜73を1.2
μm形成する。これを2つ用意し、図7(b)のように
Ta25膜を向い合わせにして、市販されている屈折率
が1.5程度のUV接着材74にて貼り合わせる。
【0053】このような構成をもつ位相差板の特性を図
8に示す。このように透過率が99%以上のきわめて良
好な反射防止効果が実現できる。実施例1、2と同様、
λ/4波長板として評価したところ、計算どおりの90
度の位相差を実現することができた。
【0054】なお、検討の結果、接着層の厚みは10μ
m程度であり、ばらつきが±5μm以上あっても光学特
性にほとんど影響しないことが確認できた。
【0055】さらに、上記同様のヒ−トショック試験を
行ったところ、全く剥離や膜面にクラックは見られず、
透過特性、位相差特性とも試験前後で変化なしであっ
た。特に耐湿性に優れ、60℃、90%RH試験100
0時間後も変化なしであった。
【0056】斜め蒸着膜が接着層によって密閉され、水
分の侵入を妨げていると考えられる。
【0057】なお、本実施例では、その製造方法の一例
について述べたがこれに限るものではない。例えば、ニ
オブ酸リチウム基板の片面に斜め柱状構造膜であるTa
25膜を形成したものを2つ用意し、Ta25膜を向い
合わせにして、UV接着材にて貼り合わせた後、両面に
SiO2膜を形成してもよい。あるいはUV接着材にて
貼り合わす前に熱処理工程を入れてもよい。あるいは、
UV接着剤を使わなくとも、ガラスで高温溶着させても
よい。
【0058】また、基板はニオブ酸リチウムに限るもの
でなく、例えばBK7などでもよい。
【0059】SiO2膜についてもこれに限るものでは
なく、基板にあわせて反射防止効果のでる適当な材料を
用いればよい。
【0060】また、構成についても同一の構成のものを
貼り合わす必要はなく、要は斜め柱状構造膜が形成され
ている面で貼り合わせてあればよい。
【0061】本発明の構成は一層あたりのTa25膜厚
を減らして膜の内部応力を低減するとともに、斜め柱状
構造をもった2層が互いに隣合わない構成として信頼性
を向上しようとするものである。
【0062】従って本発明を用いれば、基板上の片面に
少なくとも一層、光学的に異方性である斜め柱状構造膜
のTa25膜を成膜し、二つ一組として、斜め柱状構造
面を向かい合わせて貼り合わせることにより、きわめて
信頼性の高い位相差板を提供することができる。
【0063】高屈折率の異方性の薄膜としてTa25
ついて述べたが、本発明は特に、この材料に限定するも
のではなく、TiO2、Bi35、CeO2膜であっても
かまわない。
【0064】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば複屈折性
をもつ斜め柱状構造膜を分離させて形成することによっ
て、位相差板としての機能を維持しながらも、従来の課
題であった膜の付着性を実用レベルまで向上させること
ができる。
【0065】これにより、従来実用されている無機光学
単結晶、あるいは有機フィルムによる位相差板に対し、
低コスト、小型、軽量な位相差板を提供することがで
き、きわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の位相差板の膜構成の概略断
面図
【図2】同実施例の位相差板の光学特性図
【図3】本発明の実施例2の位相差板の膜構成の概略断
面図
【図4】同実施例の位相差板の光学特性図
【図5】本発明の実施例3の位相差板の膜構成の概略断
面図
【図6】同実施例の位相差板の光学特性図
【図7】本発明の実施例4の位相差板の製作方法と膜構
成の概略断面図
【図8】同実施例の位相差板の光学特性図
【図9】従来の位相差板の概略断面図
【図10】斜め蒸着膜の形成方法を示す図
【図11】図9に示す従来の位相差板の光学特性図
【図12】入射光の角度制限を緩和した位相差板の概略
断面図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所望の膜厚の斜め柱状構造の膜を、基板の
    対向する二面に、分割して形成したことを特徴とする位
    相差板。
  2. 【請求項2】基板の対向する二面に形成された斜め柱状
    構造膜各々が、前記基板に対し、互いに対称な斜め構造
    をもつことを特徴とする請求項1記載の位相差板。
  3. 【請求項3】基板上に、少なくとも一層が斜め柱状構造
    膜からなる単層もしくは多層膜が形成された光学部材二
    つを、それぞれ前記単層もしくは多層膜を向かい合わせ
    に接着してなる位相差板。
  4. 【請求項4】斜め柱状構造膜各々が接着面に対し、互い
    に対称な斜め構造をもつことを特徴とする請求項3記載
    の位相差板。
JP26532694A 1994-10-28 1994-10-28 位相差板 Pending JPH08122523A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004234757A (ja) * 2003-01-30 2004-08-19 Asahi Glass Co Ltd 光ヘッド装置
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