JPS63301905A - 位相制御素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は入射光に対する複屈折作用を有する位相制御素
子に関する。本発明の位相制御素子は、液晶防眩ミラー
などに利用することができる。

［従来の技術］ 従来より、基板表面に誘電体材料の斜め蒸着膜を形成し
た位相制御素子が知られている。例えば実開昭６０−４
１９２７号、特開昭６”ｌ−８４６２５号公報などには
、位相制御素子をもつ液晶防眩ミラーが開示されている
。

この従来の位相制御素子は、第４図に示すように基板１
００と、基板１００表面に斜め蒸着法により形成された
斜め蒸着膜２００とより構成されている。この斜め蒸着
膜２００は、蒸発源からの蒸着物質の飛来方向に対して
、基板１００表面を所定角度傾けて配回して蒸着するこ
とにより形成されたものである。この斜め蒸着膜２００
は、基板１００表面から斜め方向に成長づる柱状組織を
有し、以て入射光に対する複屈折作用を有している。そ
して斜め蒸着膜２００表面にポリイミドなどの配向膜を
形成し、ラビング法、または特開昭６１−１３８２３１
号公報に開示されている流体噴射法などにより渦状凹凸
面を形成した後、液晶を封入している。

［発明が解決しようとする問題点］ 斜め蒸着膜は、上記したように柱状組織から構成されて
いる。そのため機械的強度に劣るという不具合がある。

特に膜厚が大きくなるほどその不具合も大きくなる。例
えば酸化タンタルから斜め蒸着膜を形成すると、１／４
波長（λ）板を形成するためにはその膜厚は２．３μｍ
にもなり、通常の限度とされている２μｍよりはるかに
厚くなるため、強度に劣っていた。そのため、液晶素子
を形成する場合において配向膜に溝状凹凸面を形成する
際の摩擦、湿度変化などにＪ：す、剥離が生ずる不具合
があった。

このような不具合を防止するために、従来種々の提案が
なされている。例えば第５図に示すように、−の斜め蒸
着膜２０１を形成した後、基板１００の傾きを１８０度
逆にして二の斜め蒸着膜２０２を形成したものがある。

このようにして酸化タンタルから１／４波長（λ）板を
形成づれば、一度に厚く蒸着したものに比べて機械的強
度を向上させることができる。しかし−の斜め蒸着膜２
０１と二の斜め蒸着膜２０２との界面で剥離しやすいと
いう不具合がある。

また、特願昭６１−２６２５２０号には、斜め蒸着膜を
保護層で保護した液晶素子が開示され、特願昭６１−２
５５３１８号には、ラビング処理後に成膜する透明電極
で斜め蒸着膜を構成した液晶素子が開示されている。

本発明はこれらの提案と同様の観点からなされたもので
あり、機械的強度の向上した斜め蒸着膜をもつ位相制御
素子を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段１ 本発明の位相制御性能は、第１材料から斜め蒸着により
形成された第１層と、透明材料から第１層表面に形成さ
れ光学的に略等方性の中間層と、第２材料から中間層表
面に斜め蒸着により形成された第２層と、を有し、 第１層と中間層との間には第１材料および透明材料が混
在する第１拡散層が、第２層と中間層との間には第２材
料および透明材料が混在する第２拡散層が形成され、第
１層および第２層は中間層と一体的に結合していること
を特徴とする。

第１層は、第１材料を蒸発源として斜め蒸着により形成
された斜め蒸着膜から構成される。この第１材料には導
電性を有する複屈折異方性の大きな月利が用いられ、二
酸化スズ、酸化アンチモン、これらの複合酸化物、酸化
亜鉛とアルミナの複合酸化物、酸化亜鉛と酸化インジウ
ムの複合酸化物などを挙げることができる。

この第１層は、通常ガラス、プラスチックなどの透明基
板表面に形成される。また斜め蒸着の方法としては、真
空蒸着、電子ビーム蒸＠など公知の真空成膜法を用いる
ことができる。

中間層は透明材料から形成され、光学的に略等方性であ
る。このような材料としてはシリカ（Ｓｉ０２＞、アル
ミナ（Ａｌ２Ｏ２＞、ジルコニア〈／ｒ０２）などを挙
げることができる。

＝　　５　　− 中間層は斜め蒸着ではなく、通常の垂直蒸着法により形
成するのが望ましい。このようにすればその組織はアモ
ルファス状となり、機械的強度に一層優れるようになる
。そしてその膜厚は０．０５〜０．５μｍとするのが望
ましい。膜厚が０゜０５μｍより薄いと第１層と第２層
との接合強度が低下して剥離しやすくなり、０．５μｍ
より厚くなると入射光の位相制御性能などに悪影響が生
ずる場合がある。０．１〜０．３μｍが特に望ましい。

なお、中間層の蒸着方法は第１層と同様の方法を用いる
ことができるが、斜め蒸着膜はど厳密な光学的機能を付
与する必要がないので、付着力が強いスパッタリング、
イオンブレーティングなどの方法を用いるのが好ましい
。

第２層は、第２材料を蒸発源として斜め蒸着により形成
された斜め蒸着膜から構成される。第２材斜としては第
１材料と同様のものを用いることができ、第１材料と第
２材料とは同一材料でもよいし異なった材料を用いるこ
ともできる。またその蒸着方法は第１層と同様の方法を
用いることができる。なお、第１層の組織の配向方向と
第２層の組織の配向方向とは、基板表面に立てた垂線に
対して対称に構成されているのが好ましい。このように
づれば位相制御性能は良好に維持できるとともに、機械
的強度に一層優れるようになる。

本発明の最大の特徴は、第１層と中間層との間には第１
材料および透明材料が混在する第１拡散層が、第２層と
中間層との間には第２材料および透明月利が混在づる第
２拡散層が形成されているところにある。このように構
成することにより、第１層および第２層は中間層と一体
的に結合するため機械的強度に優れ、剥離などの不具合
を防止することができる。

第１拡散層および第２拡散層中の２つの材料の組成は特
に制限されない。厚さ方向に均一に混在していてもよい
し、濃度勾配を有していることも望ましい。例えば、第
１拡散層において、第１層に近い側はど第１材料が多く
、中間層に近いほど透明材料が多くなるように構成する
ことが望ましい。このようにすれば拡散層はその両側の
層との接合強度に優れ、以て位相制御素子の機械的強度
に優れるようになる。

第１拡ｌＢ！層および第２拡散層は、斜め蒸着によって
形成してもよいし、垂直蒸着によって形成することが望
ましい。なおこれらの拡散層は複屈折性を有り゛ること
が多いので、その膜厚は薄くすることが望ましい。好ま
しくは０．０２〜０．１μｍである。０．０２μｍより
薄いと、両側の層との接合強度の向上にほとんど寄与し
ない。

なお、第２層の表面に、さらに拡散層、中間層を介して
斜め蒸名膜を積層した多層構造とＪることもできる。

本発明の位相制御素子を形成覆るには、まず第１材斜か
ら斜め蒸着により第１層を成膜する。次に第１材利と透
明材料とを蒸発源として第１拡散層を成ＩＦＪ　Ｌ、次
に透明月利のみを蒸発源として中間層を成膜する。そし
て透明材料と第２材斜とを蒸発源として第２拡散層を成
膜し、最後に第２材料から斜め蒸着により第２層を成膜
する。このように連続的に各層を成１１！’ｌることで
位相制御素子を形成でき、生産性に優れている。

［発明の作用および効果］ 本発明の位相制御素子では、斜め蒸着膜である第１層と
第２層とは、第１拡散層および第２拡散層を介してそれ
ぞれ中間層と接合されている。そして中間層は等方性の
透明体であるので入射光に対する悪影響は少なく、第１
層と第２層とで位相制御の作用が奏される。すなわち第
１材料および第２材料の材質、第１層および第２層の膜
厚、それぞれの蒸着される角度によって、いかなる波長
の光を円偏光するかが規定される。また中間層は機械的
強度に優れるとともに、第１層および第２層と拡散層を
介して強固に接合されているので、層間の剥離も防止さ
れる。従って全体としての機械的強度に優れている。

従って本発明の位相ｌｌｌ１ｊｔＩＩ素子によれば、液
晶素子に適用した場合のラビングによる溝状凹凸面形成
時などに剥離するのが防止され、温度変化などに対する
耐久性にも優れている。

［実施例］ 以下実施例により具体的に説明する。

第１図に本実施例の位相制御素子１の断面図を示す。こ
の位相制御素子１は、ガラス基板１０と、酸化タンタル
から斜め蒸着により形成された第１層１１と、シリカか
ら第１層１１表面に形成され光学的に等方性の中間層１
３と、酸化タンタルから中間層１３表面に斜め蒸着にに
り形成された第２層１５と、を有し、 第１層１１と中間層１３との間には酸化タンタルおよび
シリカが混在Ｊる第１拡散層１２が、第２層１５と中間
層１３との間には酸化タンタルおよびシリカが混在する
第２拡散層１４が形成され、第１層１１および第２層１
５は中間層１３と一体的に結合している。

次にこの位相制御素子１の形成方法を説明する。

第２図に用いた蒸着装置の概略構成図を示す。

この装置は真空蒸着装置を示し、排気ポンプ３０Ｇによ
り真空状態に維持される真空槽３００と、真空槽３００
内に揺動可能に配置された基板ホルダ３０１と、基板ホ
ルダ３０１の下方でケース３００内に設けられた２つの
るつぼ３０２．３０３と、るつぼ３０２．３０３の上方
に配置されそれぞれのるつぼを開閉するシャッター３０
４．３０５と、より構成される。基板ホルダ３０１には
５０ｍｍｘ２５０ｍｍｘ１．１ｍｍの大キサツカラス基
板１０が保持され、ガラス基板１０はガラス基板１０の
表面中央から下方に向けて降ろした垂線に対して左右対
称に角度θ揺動するように構成されている。また、るつ
ぽ３０２．３０３中には、それぞれ酸化タンタル（Ｔａ
２０５）、シリカ（ＳｉＯｚ＞が入れられ、図示しない
電子銃により加熱される構成である。

（第１１！！ｉの形成） まず第２図に示１ようにガラス基板１０を角度θ−７０
度傾けた状態で、シャッター３０４を開けてシャッター
３０５を閉じ、るつぼ３０２中の酸化タンタルを蒸発さ
せて、ガラス基板１０表面に酸化タンタルからなる第１
層１１を斜め蒸着により成膜した。この第１層１１の厚
さは１．７６μｍである。

−１１＝ （拡散層、中間層の形成） 次に基板ホルダ３０１を揺動させて角度θ−〇度とし、
シャッター３０４とシャッター３０５の両方を聞けて、
酸化タンタルとシリカの両方を同時に蒸発させ、第１層
１１表面に酸化タンタルとシリカが混在した第１拡散層
１２を垂直蒸着により成膜した。この第１拡散層１２の
厚さは０．０５μｍである。

そしてシャッター３０４を閉じ、るつぼ３０３からシリ
カのみを蒸発させて第１拡散層１２表面にシリカからな
る中間層１３を垂直蒸着により成膜した。この中間層１
３は透明なアモルファス状であり、厚さは０．１μｍで
ある。

続いてシャッター３０４を開けて、酸化タンタルとシリ
カの両方を同時に蒸発させ、中間層１３表面に酸化タン
タルとシリカが混在した第２拡散層１４を垂直蒸着によ
り成膜した。この第２拡散層１４の厚さは０．０５μｍ
である。

（第２層の形成） 次にシャッター３０４を閉じ、基板ホルダ３０１を揺動
させて角度θ−−７０度傾けた状態で、るつぼ３０３中
のシリカを蒸発させて、第２拡散層表面にシリカからな
る第２層１５を斜め蒸着により成膜した。この第２層１
５の厚さは１．７６μｍである。

（試験） 上記のようにして形成された位相制御素子１の強度を、
テーバ摩耗試験および冷熱サイクル試験により評価した
。テーパ摩耗試験は摩耗輪に０８−ＩＯＦを用い、加重
５００ｇにて１００回転させて表面状態を目視で判定し
た。また冷熱サイクル試験は、−３０℃と＋８５℃の条
件下に各０゜５時間づつ放置するのを２００サイクル行
い、その後セロハンテープによる剥離試験を施して表面
状態を目視で判定した。それぞれの結果を表に示す。な
お、比較のために、第１拡散層、中間層および第２拡散
層をもたないこと以外は実施例と同様に形成された、す
なわも第１層と第２層のみが形成された位相制御素子を
従来例として同様に試験し、結果を合わせて表に示す。

表より、本実施例の位相制御素子は従来の位相制御素子
に比べて強度が向上していることが明らかである。

（液晶素子への応用） 上記実施例で得られた位相制御素子１を用いて、第３図
に示す液晶防眩ミラーを製造した。

位相制御素子１の第２層１５表面に１王０（１ｎｄｉｕ
ｍ　　Ｔｉｎ　　０ｘｉｄｅ）を１２００オングストロ
ームの厚さスパッタリングして、透明電極２を形成した
。またガラス基板１０の第１層１１と反対側表面には、
スパッタリングによりアルミニウム反射膜３を形成した
。

一方、ガラス基板１０と同形状の表層ガラス基板４の表
面にＩＴＯを１２００オングストロームの厚さで蒸着し
、透明電極５を形成した。

２つの透明電極２．５の表面にポリイミドを塗布し、３
００℃で焼成して配向膜６．７を形成した。そして配向
膜６．７表面に綿でラビング処理を施して溝状凹凸面を
形成した後、配向膜６．７の間に液晶８を封入して液晶
防眩ミラーを得た。

この液晶防眩ミラーでは、製造１稈中に位相υ」御素子
１に対してラビング処理を施したが、膜の剥離などの不
具合は生じず、良好な表示を与えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例の位相制御素子に関
するものであり、第１図はその説明断面図、第２図は用
いた蒸着装置の概略構成説明図、第３図はその位相制御
素子を応用した液晶防眩ミラーの断面図である。第４図
および第５図はそれぞれ従来の位相制御素子の説明断面
図である。 １・・・位相制御素子　　２．５・・・透明電極３・・
・反射膜　　　　　４．１０・・・ガラス基板６．７・
・・配向膜　　　８・・・液晶１１・・・第１層　　　
　１２・・・第１拡散層１３・・・中間層　　　　１４
・・・第２拡散層＝　　１５　− 第１ １５・・・第２層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１材料から斜め蒸着により形成された第１層と
   、 透明材料から該第１層表面に形成され光学的に略等方性
   の中間層と、 第２材料から該中間層表面に斜め蒸着により形成された
   第２層と、を有し、 該第１層と該中間層との間には該第１材料および該透明
   材料が混在する第１拡散層が、該第２層と該中間層との
   間には該第２材料および該透明材料が混在する第２拡散
   層が形成され、該第１層および該第２層は該中間層と一
   体的に結合していることを特徴とする位相制御素子。
2. （２）中間層は垂直蒸着により形成され、厚さ０．０５
   〜０．５μｍのアモルファス状である特許請求の範囲第
   １項記載の位相制御素子。