KR20070093363A

KR20070093363A - 편광 분리 소자와 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20070093363A
Application number: KR1020070024393A
Authority: KR
Inventors: 다이키 후루사토
Original assignee: 엡슨 토요콤 가부시키 가이샤
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2007-09-18
Also published as: JP2007279692A; US20070211339A1

Abstract

(과제)본 발명은 프리즘과의 경계면에 있어서, 편광 분리막이 박리되거나, 혹은 크랙이 발생하는 일이 없는 편광 빔 스프리터를 제공한다.

(해결수단)2개의 직각 삼각기둥 형상의 프리즘(2, 3)의 경사면끼리를, 편광 분리막(10)을 사이에 두고 접합한 편광 빔 스프리터(1)로서, 편광 분리막(10)을, 압축 응력을 갖는 SiO₂막(12)과 란탄 티타네이트막(11)을 교대로 적층한 제1 편광 분리막층막(10a)과, 인장 응력을 갖는 MgF₂막(13)과 란탄 티타네이트막(11)을 교대로 적층한 제2 편광 분리막층(10b)에 의해 형성하였다.

Description

편광 분리 소자와 그 제조 방법{POLARIZED LIGHT SPLITTING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 편광 빔 스프리터의 구조를 도시한 도면,

도 2는 본 실시 형태에 따른 편광 빔 스프리터의 편광 분리막의 구조를 모식적으로 나타낸 도면,

도 3은 본 실시 형태의 편광 분리막에서의 막 응력의 작용을 나타낸 도면,

도 4는 본 실시 형태에 따른 편광 빔 스프리터의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도,

도 5는 본 실시 형태에 따른 편광 빔 스프리터의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도,

도 6은 도 4에 대응하는 제조 공정의 플로우차트,

도 7은 종래의 편광 빔 스프리터의 구조 및 사용 방법의 설명도,

도 8은 도 7에 도시한 편광 빔 스프리터의 편광 분리막의 구조를 모식적으로 나타낸 도면,

도 9는 종래의 편광 빔 스프리터의 문제점을 설명하는 설명도,

도 10은 종래의 편광 분리막에 있어서의 막 응력의 작용을 나타낸 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 편광 빔 스프리터 2, 3: 프리즘

10: 편광 분리막 11: 고굴절률막(란탄 티타네이트막)

12: 제1 저굴절률막(SiO₂막) 13: 제2 저굴절률막(MgF₂막)

14: 유리 평판 50: 유리 평판

51: 판유리 52: 편광 분리막

53: 매칭막 60: 지그

61: 적층체 62: UV경화형 접착제

64: 고정판 65: 적층 분할체

66: 고정 지그 67: 보조판

68: 파라핀 71: 적층체

75: 빔 스프리터 연결체

본 발명은 편광 분리 소자와 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 광디스크 기록 재생 장치의 광픽업에 적합한 것이다.

도 7은, 광디스크나 광학 자기 디스크의 기록 재생 장치의 광픽업에 이용되고 있는 종래의 편광 빔 스프리터(편광 분리 소자)의 구조 및 사용 방법의 설명도 이다.

이 도 7(a)에 도시한 편광 빔 스프리터(100)는, 2개의 삼각기둥 형상의 프리즘(101, 102)을, 편광 분리막(110)을 사이에 두고 접합함으로써 입방체로 구성한 것으로, 예를 들면 소정의 편광 성분(P편광광)을 투과하는 한편, 그 이외의 편광 성분(S편광광)을 반사하는 기능을 구비하고 있다. 이 때문에, 이와 같이 구성되는 편광 분리 소자(100)를 광픽업에 적용한 경우는, 도 7(b)에 도시하는 바와 같이 광원인 레이저 다이오드(121)로부터의 레이저광 중, P편광광의 편광 성분은 편광 분리막(110)을 투과한 후, 1/4 파장판(122)에 의해 원평광으로 변환되어 광디스크(123)의 디스크면에 조사(照射)된다. 광디스크(123)의 디스크면에서 반사된 광은, 원평광의 회전 방향이 입사시와는 반대의 회전이 되기 때문에 1/4 파장판(122)에 의해 S편광으로 변환되어서, 편광 분리막(110)에서 반사되어 수광 소자(124)에서 수광된다.

또한, 선행 문헌으로서, 특허 문헌 1에는 분할한 후의 번거로운 경면(鏡面) 가공을 행하지 않고, 경면 가공이 실시된 광학 디바이스의 제조 방법에 관한 기술이 개시되고, 특허문헌 2에는 광의 이용 효율을 높이도록 한 광학 소자가 개시되어 있다.

또 특허문헌 3에는 투명 기판에 적층된 유전체의 박막의 응력에 의한 기판의 휨폭을 보다 저감시킴으로써 광학적 변형을 방지한 광학 다층막 필터와 광학 다층막 필터의 제조 방법이 개시되고, 특허문헌 4에는 유전체 다층막의 막 수를 40층 이상으로 하더라도 종래의 광학 다층 필터에 비해 막의 응력이나 휨을 작게 할 수 있는 광학 다층막 필터가 개시되어 있다.

(특허문헌 1) 일본국 특개2000－143264 공보

(특허문헌 2) 일본국 특허 제3486516호

(특허문헌 3) 일본국 특개2005－43755 공보

(특허문헌 4) 일본국 특개 평7－209516호 공보

그런데, 최근, 광디스크 등의 기록 재생 장치에 이용되는 광픽업은, 780㎚대(帶)의 CD나 660㎚대의 DVD와 함께, 405㎚의 청자색 레이저를 이용한 Blu-ray Disc나 HD DVD로 대표되는 블루 레이저 디스크라는 복수 종류의 다른 광디스크에 대응하는 것이 요구되고 있다. 이 때문에, 광픽업에 이용되는 편광 빔 스프리터에 있어서도 파장의 광대역화가 요구되고 있었다. 광대역화에 대응한 편광 분리막(110)으로서는 도 8에 도시한 것이 있다.

도 8에 도시한 편광 분리막(110)은 프리즘(102)이 되는 유리 평판(113)상에 고굴절률 재료인 La(란탄)와 Al(알루미늄)의 혼합 산화물로 이루어진 란탄 알루미네이트막(111)과, 저굴절률 재료인 MgF₂막(112)을 교대로 복수 적층하여 구성하도록 한 것이 있다.

그렇지만, 상기한 바와 같은 편광 분리막(110)이 형성된 편광 빔 스프리터(100)에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이 프리즘(102)과 편광 분리막(110)의 경계면에서 편광 분리막이 박리되거나, 혹은 편광 분리막에 크랙이 발생하여 광학 특 성이 열화된다는 문제점이 있었다.

그래서, 본원 발명자는 상술한 문제점이 발생하는 요인을 파악하기 위해 예의 검토를 행한 결과, MgF₂막(112)의 막 응력에 의해 상기한 바와 같은 문제가 발생하고 있다는 것을 알 수 있었다.

도 10은, 상기한 편광 분리막(110)의 막 응력의 작용을 나타낸 도면이다.

도 10에서, F1은 프리즘(102)이 되는 유리 평판(113)의 탄성률에 의한 막을 인장하는 힘 혹은 막을 누르는 힘을 나타내고 있다. 또한, F1는 유리 평판(113)의 유리 재료에 의한 고유의 것이다. 또 본 명세서에서는 F1을 유리 탄성력이라고 부르기로 한다.

또 F2는 란탄 알루미네이트막(111)의 막 응력, F3은 MgF₂막(112)의 막 응력, F0는 총합 응력을 각각 나타내고 있다. 또한, 막 응력의 방향 및 크기는 증착 조건에 크게 좌우되기 때문에, 여기서의 막 응력 F2, F3의 방향 및 크기는, 실제로 란탄 알루미네이트막(111) 및 MgF₂막을 성막하여 구한 것이다. 또한, 성막 방법으로서는, 전자 빔(이하, EB라고 칭한다) 성막이나 스퍼터 성막, 나아가서는 이온 플레이팅법이나 이온 어시스트법 등의 어시스트 성막 등이 있으며, 편광 분리 소자의 요구 사양 등에 기초하여 설계자가 적절히, 성막 방법을 선정한다.

또, 이온 어시스트법의 특징으로서, 성막하는 재료를 이온으로 가속시켜 유리 평판의 표면에 성막시킴으로써, 막 재료를 유리 평판과의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

이 경우, 란탄 알루미네이트막(111)의 막 응력 F2는 유리 평판(113)에 대해 인장 방향으로 작용하고, MgF₂막(112)의 막 응력 F3도 유리 평판(113)에 대해 인장 방향으로 작용한다. 또, 막 응력 F2와 막 응력 F3의 크기를 비교하였을 때, 예를 들면 란탄 알루미네이트막(111)의 막 응력 F2는 약 0.15㎬인 것에 대해 MgF₂막(112)의 막 응력 F3은 약 0.31㎬로, 합계하면 유리 평판(113)에 대해 인장 방향으로 약 0.46㎬의 막 응력이 작용하게 된다. 이 결과, 유리 평판(113)의 탄성력 F1을 가미하였다 하더라도, 막의 총합 응력 F0이 유리 평판(113)에 대해 인장 방향으로 작용하여 유리 평판(113)과 편광 분리막(110)의 경계면에서 편광 분리막(110)의 박리나 크랙이 발생한다는 것을 알 수 있었다.

그래서, 본 발명은, 상기한 바와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로, 유리 평판과의 경계면에서 편광 분리막이 박리되거나, 혹은 크랙이 발생하는 일이 없는 편광 분리 소자와 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 2개의 직각 삼각기둥 형상의 프리즘의 경사면끼리를, 편광 분리막을 사이에 두고 접합한 편광 분리 소자로서, 편광 분리막은, 압축 응력을 갖는 제1 저굴절률 재료로 이루어진 제1 저굴절률막과 고굴절률 재료로 이루어진 고굴절률막을 교대로 적층한 제1 편광 분리막층과, 인장 응력을 갖는 제2 저굴절률 재료로 이루어진 제2 저굴절률막과 고굴절률막을 교대로 적층한 제2 편광 분리막층을 구비하도록 하였다. 이러한 본 발명에 있어서는, 편광 분리막을, 압축 응력을 갖는 제1 저굴절률막과 고굴절률막을 교대로 적층한 제1 편광 분리막층과, 인장 응력을 갖는 제2 저굴절률막과 고굴절률막을 교대로 적층한 제2 편광 분리막층에 의해 형성한 것으로, 프리즘에 대해 인장 방향으로 작용하는 제1 편광 분리막층의 막 응력을 프리즘에 대해 압축 방향으로 작용하는 제2 편광 분리막층의 막 응력에 의해 캔슬할 수 있으므로, 프리즘과 편광 분리막의 경계면에서 편광 분리막이 박리되거나, 혹은 편광 분리막에 크랙이 발생하는 일이 없다. 이에 따라, 편광 분리 소자의 광학 특성의 열화를 방지할 수 있다.

또 제1 저굴절률막을 SiO₂막, 제2 저굴절률막을 MgF₂막에 의해 형성하면, MgF₂막의 인장 응력을 SiO₂막의 압축 응력에 의해 캔슬할 수 있으므로, 프리즘과 편광 분리막의 경계면에서 편광 분리막이 박리되거나, 편광 분리막에 크랙이 발생하는 일이 없다. 이에 따라 편광 분리 소자의 광학 특성의 열화를 확실하게 방지할 수 있다.

또 본 발명은 2개의 직각 삼각기둥 형상의 프리즘의 경사면끼리를, 편광 분리막을 사이에 두고 접합한 편광 분리 소자의 제조 방법으로서, 압축 응력을 갖는 제1 저굴절률 재료로 이루어진 제1 저굴절률막과 고굴절률 재료로 이루어진 고굴절률막을 교대로 적층한 제1 편광 분리막층과, 인장 응력을 갖는 제2 저굴절률 재료로 이루어진 제2 저굴절률막과 고굴절률막을 교대로 적층한 제2 편광 분리막층을 구비한 편광 분리막을 상면에 가진 복수 매의 직사각형 유리 평판을, 접착제를 개재하여 적층함과 동시에, 각 유리 평판의 단부(端部) 가장자리를 연결하는 평면과 유리판면 사이의 형성 각도가 약 45도의 경사 각도가 되도록 각 유리 평판의 면방향 위치를 차례차례 비켜 놓아 계단 형상으로 적층하는 적층체 형성 공정과, 적층체 형성 공정에서 일체화된 적층체를, 약 45도의 경사 각도에 따른 소정 피치의 복수의 평행한 절단면에서 복수의 적층 분할체로 절단하는 절단 공정과, 절단 공정에 의해 형성된 각 적층 분할체의 절단면을 경면 가공하는 경면 가공 공정과, 절단 공정에 의해 분할된 복수의 적층 분할체의 경면끼리 대향하도록 정합(整合) 상태로 적층하여, 각 적층 분할체 사이를 가접합재로 가접합하는 가접합 공정과, 가접합재로 가접합된 복수의 적층 분할체를, 절단 공정에서의 절단면과 직교하는 절단면에서 절단하여 가접합 적층체를 형성하는 분단 공정과, 분단 공정에 의해 얻어진 가접합 적층체의 절단면을 경면 가공하는 경면 가공 공정과, 가접합 적층체를 절단면과 직교하는 방향으로 등간격으로 절단함으로써, 복수의 편광 분리 소자가 가접합재를 개재하여 직렬로 연결된 편광 분리 소자의 연결체를 형성하는 공정과, 편광 분리 소자 연결체를 구성하는 가접합재를 용해 제거하여 각각의 입방체 형상의 편광 분리 소자로 분리하는 분리 공정으로 이루어진다. 이러한 본 발명의 제조 방법에 의하면, 프리즘과 편광 분리막의 경계면에서 편광 분리막이 박리되거나, 혹은 편광 분리막에 크랙이 발생하지 않기 때문에, 편광 분리 소자의 수율을 향상시킬 수 있다.

(발명의 실시 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 편광 분리 소자의 구조를 나타낸 도면이 다.

이 도 1에 도시한 본 실시 형태의 편광 빔 스프리터(편광 분리 소자)(1)는, 2개의 삼각기둥 형상의 프리즘(2, 3)을, 편광 분리막(10)을 사이에 두고 접합함으로써 입방체로 구성한 것으로, 예를 들면 소정의 편광 성분(P편광광)을 투과하는 한편, 그 이외의 편광 성분(S편광광)을 반사하는 기능을 구비하고 있다.

편광 분리막(10)은, S편광광과 P편광광 중 어느 한쪽을 선택적으로 투과시키고, 다른 한쪽을 선택적으로 반사하는 성질을 갖는 막이다. 또한, 편광 분리막(10)에 대해서는 후술한다.

그리고, 이와 같이 구성되는 편광 빔 스프리터(1)에서는 편광 분리막(10)을 이하와 같이 형성한다는 특징이 있다.

도 2는 본 실시 형태에 따른 편광 빔 스프리터의 편광 분리막의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.

이 도 2에 도시한 본 실시 형태의 편광 빔 스프리터(1)의 편광 분리막(10)은, 프리즘(3)이 되는 유리 평판(14) 상에, 고굴절률 재료인 La(란탄)와 Ti(티탄)의 혼합 산화물로 이루어진 란탄 티타네이트막(고굴절률막)(11)과, 제1 저굴절률 재료인 이산화실리콘(SiO₂)으로 이루어진 SiO₂막(제1 저굴절률막)(12)을 교대로 복수층 적층한 제1 편광 분리막층(10a)을 형성한다. 또 제2 저굴절률 재료인 플루오르화 마그네슘(MgF₂)으로 이루어진 MgF₂막(제2 저굴절률막)(13)과 란탄 티타네이트막(고굴절률막)(11)을 교대로 복수 적층한 제2 편광 분리막층(10b)을 형성한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 고굴절률막(11)으로서, 란탄 티타네이트막을 예로 들어 설명하지만, 예를 들면 La와 Al(알루미늄)의 혼합 산화물로 이루어진 란탄 알루미네이트막 등의 각종 고굴절률막을 이용하는 것도 가능하다. 또, 제1 저굴절률막(12)으로서 SiO₂막을 예로 들어 설명하지만, 예를 들면 Ta₂O₅막, TiO₂막, Nb₂O₅막, Al₂O₃막, 등의 각종 저굴절률막을 이용하는 것도 가능하다.

　도 3은, 편광 분리막(10)의 막 응력의 작용을 나타낸 도면이다. 이 도 3에서, F1은 프리즘(3)이 되는 유리 평판(14)의 유리 탄성력, F2는 란탄 티타네이트막(11)의 막 응력, F3은 MgF₂막(13)의 막 응력, F4는 SiO₂막(12)의 막 응력, F0은 종합 응력을 각각 나타내고 있다. 또한, 막 응력의 방향 및 크기는, 증착 조건에 크게 좌우되기 때문에, 막 응력 F2, F3, F4의 방향 및 크기는, 실제로 유리 평판(14)에 란탄 티타네이트막(11), SiO₂막(12), 및 MgF₂막(13)을 EB 성막이나 스퍼터 성막, 어시스트 성막 등에 의해 성막하여 구한 것이다.

이 경우, 란탄 티타네이트막(11)의 막 응력 F2, 및 SiO₂막(12)의 막 응력 F4는, 유리 평판(14)에 대해 압축 방향으로 작용하는 것에 반해, MgF₂막(13)의 막 응력 F3은, 유리 평판(14)에 대해 인장 방향으로 작용한다.

또, 막 응력 F2와 막 응력 F4의 크기를 비교하였을 때, 예를 들면 란탄 티타네이트막(11)의 막 응력 F2는, 0.05㎬인 것에 대해, SiO₂막(12)의 막 응력 F4는, 0.3㎬가 된다. 또 MgF₂막(13)의 막 응력 F3은 0.31㎬가 된다. 따라서, 이들 막 응 력 F2, F3, F4를 비교하였을 때, MgF₂막(13)의 막 응력 F3과 SiO₂막(12)의 막 응력 F4는, 거의 동일한 크기인 것에 비해, 란탄 티타네이트막(11)의 막 응력 F2는, MgF₂막(13)의 막 응력 F3, 및 SiO₂막(12)의 막 응력 F4에 비해 충분히 작아 무시할 수 있을 정도의 응력이 된다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 유리 평판(14)에 대해 인장 응력을 갖는 MgF₂막(13)과 란탄 티타네이트막(11)으로 이루어진 제2 편광 분리막층(10b)과 함께, 유리 평판(14)에 대해 압축 응력을 갖는 SiO₂막(12)과 란탄 티타네이트막(11)으로 이루어진 제1 편광 분리막층(10a)을 형성함으로써, MgF₂막(13)의 인장 방향의 막 응력 F3은, SiO₂막(12)의 압축 방향의 막 응력 F4에 의해 캔슬되므로, SiO₂막(12)의 막 층수를 MgF₂막(13)의 막 층수와 거의 동일하게 설정하거나, 혹은 MgF₂막(13)의 막 층수를 SiO₂막(12)의 막 층수보다 늘리도록 하였다.

이에 따라, 본 실시 형태의 편광 분리막(10)의 종합 응력 F0를 균형 상태로 유지하거나, 혹은 유리 평판(14)에 대해 압축 방향으로 작용시킬 수 있기 때문에, 유리 평판(14)과 편광 분리막(10)의 경계면에 있어서 편광 분리막(10)의 박리나 크랙의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 제2 편광 분리막층(10b)에 있어서의 MgF₂막(13)의 막 층수, 및 제1 편광 분리막층(10a)에 있어서의 SiO₂막(12)의 막 층수는, 요구되는 광학 특성, MgF₂ 막(13)과 SiO₂막(12)의 막 응력, 및 프리즘(3)이 되는 유리 평판(14)의 유리 탄성력 등을 고려하여 적절히 설정하면 된다.

또, 편광 분리막(10)에서의 제1 편광 분리막층(10a)과 제2 편광 분리막층(10b)의 제작 순서는, 유리 평판(14)과 편광 분리막층의 경계면에서의 밀착성을 보다 확실히 하기 위해, 압축 응력을 갖는 막 재료로 이루어진 제1 편광 분리막층(10a)을 유리 평판(14) 측에 형성하는 편이 바람직하다.

다음에, 본 실시 형태의 편광 빔 스프리터의 제조 방법을 설명한다.

도 4(a) 내지(d), 및 도 5(a) 내지 도 5(g)는 본 실시 형태의 편광 빔 스프리터의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도로서, 각 도면의 좌측 도면은 정면 종단면도, 우측 도면은 우측면도이다. 또, 도 6은 도 4, 도 5에 대응하는 제조 공정의 플로우차트이다. 도 4(a)는, 본 실시 형태의 제조 방법에 사용하는 유리 평판의 구성을 나타낸 정면도, 및 우측면도이며, 이 유리 평판(평판 형상 광학 부재)(50)은 균일 두께의 직사각형 형상의 판유리(51)의 상면에 편광 분리막(52)을 형성함과 동시에, 하면에 매칭막(ML막)(53)을 형성한 구성을 구비하고 있다. 본 실시 형태의 제조 방법에서는, 이와 같이 완전히 동일한 구성을 구비한 유리 평판(50)을 복수 매 사용한다. 도 6 (1)(2)는 도 4(a)에 대응하고 있으며, 상하 양면을 폴리싱에 의해 경면 가공한 판유리(51)의 상하 양면에 대해 각각 도 6 (2)에 도시하는 바와 같이 편광 분리막(52)과 매칭막(53)을 형성하는 공정을 나타내고 있다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 이 편광 분리막(52)를 성막 할 때에, 이온 어 시스트법에 의해 도 2에 나타낸 구성의 편광 분리막을 형성하도록 하고 있다. 즉, 고굴절률 재료인 란탄 티타네이트막(고굴절률막)(11)과, 제1 저굴절률 재료인 SiO₂로 이루어진 SiO₂막(제1 저굴절률막)(12)을 교대로 복수층 적층한 제1 편광 분리막층(10a)을 형성함과 동시에, 제2 저굴절률 재료인 MgF₂로 이루어진 MgF₂막(제2 저굴절률막)(13)과 란탄 티타네이트막(고굴절률막)(11)을 교대로 복수 적층한 제2 편광 분리막층(10b)을 형성한다. 또한, 매칭막(53)이란, 복수의 유리 평판(50)을 접착제를 이용하여 접착할 때에, 접착제와 유리재의 굴절률의 차이에 의해 발생하는 광의 반사, 즉 유리 평판을 투과하는 광의 손실을 방지하기 위한 막이다.

도 4(b)는 적층체 형성 공정을 나타낸 도면으로, 지그(60)를 이용하여 약 45도의 경사 각도로 유리 평판을 적층하는 상태를 도시하고 있다. 즉, 지그(60)는, 수평인 판 형상의 베이스(60a)와, 이 베이스(60a)로부터 45도의 경사 각도로 상방으로 경사져 고정된 경사 측벽(60b) 등으로 이루어지며, 편광 분리막(52)을 상방향으로 한 유리 평판(50)을 베이스(60a)에 순차적으로 적층한다. 이때에, 각 유리 평판(50)의 일단(一端) 가장자리를 경사 측벽(60b)을 따라 정렬시킴으로써, 각 유리 평판(50)이 면방향으로 등거리씩 비켜 놓은 계단 형상의 적층체(61)가 된다. 바꾸어 말하면, 정면(正面) 형상이 대략 평행 사변형의 적층체가 된다. 또한, 적층 전에 각 유리 평판 사이에는 UV경화형 접착제(62)를 도포해 두고, 적층체를 가압하여 접착제를 균일하게 전개시킨 상태에서 도시하지 않은 자외선 광원으로부터 자외선을 적층체에 조사하고, 접착제(62)를 경화시켜 적층체를 접합시킨다. 도 6 (3)은 적층체 형성 및 접착 공정을 도시하고 있다. 이와 같이 적층체 형성 공정은, 동일 구성의 복수 매의 직사각형 유리 평판(50)을, UV접착제(62)를 개재하여 적층함과 동시에, 각 유리 평판의 단부 가장자리를 연결하는 평면과 유리 평판면 사이의 형성 각도가 45도의 경사 각도가 되도록 각 유리 평판의 면방향 위치를 차례차례 비켜 놓아 계단 형상으로 적층하는 공정이며, 접착 공정은 각 유리 평판 사이를 접착 고정하는 공정이다.

도 4(c)는 상기 접착 공정에 있어서 일체화된 적층체(61)를, 상기 45도의 경사 각도에 따른 소정 피치의 복수의 평행한 절단면에서 복수의 적층 분할체(65)로 절단하는 절단 공정을 나타내고 있으며, 도 6 (4)(5)에 대응하고 있다. 도 4(b)에 대해 작성된 적층체(61)를 지그(60)로부터 취출하여 도 4(c)의 고정판(64)에 적층체의 배면측의 측면을 박리 가능한 접착제 등에 의해 가고정하고, 이 가고정 상태에서 점선으로 나타내는 절단 라인(63)을 따라 와이어 쏘(wire saw)에 의해 적층체(61)를 등간격으로 절단한다. 도 4(d)는 적층체(61)를 절단함으로써 얻어진 적층 분할체(65)를 도시하고 있다. 각 절단 라인(63)은, 적층체를 구성하는 각 유리 평판(50)의 위치 어긋남 각도인 45도와 평행한 선(혹은 면)이며, 각 절단 라인 사이의 간격은 최종적으로 제조하고자 하는 편광 빔 스프리터의 치수, 형상에 따라 설정한다.

　다음에, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이 각각의 적층 분할체(65)의 상하 양면(절단면)을 경면 가공함과 동시에, 경면 가공 후의 각 면에 반사막을 코팅한다. 도 5(a)에 도시한 적층 분할체(65)는, 양단부가 예각 형상으로 돌출되어 있기 때문 에, 상기 경면 가공 시에 이 부분이 파손되어 유리 조각이 발생하고, 이 유리 조각이 연마 장치의 연마 부재에 들어가, 연마 대상인 적층 분할체를 손상시킬 우려가 있다. 그 때문에, 미리 경면 가공 전에 절단선(55)을 따라 절제(切除)해 두어도 된다. 절단 시에는, 도 6 (5)에 도시한 바와 같이 고정 지그(66)의 고정부(66a)에 중첩한 적층 분할체(65)를 고정한 다음, 각 적층 분할체(65)의 예각 형상의 단부를 일괄하여 절단한다. 그 후, 도 6 (6)에 도시한 바와 같이 양면을 경면 가공한 후에, 도 6 (7)에 도시한 바와 같이 양면에 반사 방지막을 형성한다. 또한, 적층 분할체(65)는, 유리 평판(50)을 접착제(62)를 이용하여 접합한 적층체를 절단한 것이기 때문에, 편광 분리막(52), 판유리(51), 매칭막(53), 접착제(62),‥‥의 순서로 적층된 구조를 갖는다. 계속해서, 도 5(b)의 가접합 공정에 도시하는 바와 같이 각 적층 분할체(65)를 정합 상태로 적층하고, 적층 분할체 사이에 미리 파라핀(68)을 도포해 둠으로써 가접합한다. 또한, 필요에 따라, 적층 분할체(65)를 적층한 것의 전후 양면에 평판 형상의 유리판으로 이루어진 보강판을 UV경화형 접착제에 의해 고정하여 적층 분할체(65)가 분리되지 않도록 한다.

도 5(c)는 파라핀(68)으로 가접합된 복수의 적층 분할체(65)를, 상기 절단 공정에 있어서의 절단면(63)과 직교하는 절단면(70)을 따라 와이어 쏘에 의해 절단하여 가접합 적층체(71)를 형성하는 분단 공정이며, 도 5(d)는 절단에 의한 분단 후의 상태를 나타내고 있다.

도 6 (8)(9)는 이 공정에 대응한 도면이다. 이 도면에 도시하는 바와 같이 절단 시에는 보조판(67)도 동시에 절단되므로, 각 가접합 적층체(71)의 양단부에는 보조판(67)의 일부가 고정되어 있다. 즉, 분단 공정은, 파라핀(68)으로 가접합된 복수의 적층 분할체(65)를, 상기 절단 공정에 있어서의 절단면과 직교하는 절단면(70)에서 절단하여 가접합 적층체(71)를 형성하는 공정으로, 절단 라인(70)에 따른 절단 후에 형성된 각 가접합 적층체(71)는 파라핀(68)을 개재하여 복수의 완성된 편광 빔 스프리터(1)를 막대 형상으로 연결한 구성으로 되어 있다. 도 5(e)는 상기 분단 공정에 의해 얻어진 가접합 적층체(71)의 절단면을 경면 가공하는 경면 가공 공정으로, 경면 가공 후에 반사 방지막을 가공면에 증착 형성한다. 반사 방지막의 도포를 받은 각 가접합 적층체(71)는 점선으로 나타내는 절단 라인(72)으로부터 와이어 쏘에 의해 절단된다. 이 절단 라인(72)은, 절단 라인(70)에 의해 형성된 절단면과 직교하는 방향의 절단 라인이다. 도 5(f)는 절단 라인(72)을 따라 절단 분리된 후의 편광 빔 스프리터인 빔 스프리터 연결체(75)를 도시하고 있다. 이 빔 스프리터 연결체(75)의 상태에서는, 여전히 파라핀(68)에 의해 각각의 편광 빔 스프리터(1)가 접속된 상태에 있다. 도 6 (10)(11)(12)는 이 공정을 나타내고 있다.

다음에, 도 5(g)는 (f)의 상태가 된 각각의 가접합 적층체(71)를 핫플레이트상에 올려놓고 가열함으로써 파라핀을 용해시켜, 각각의 편광 빔 스프리터(1)(도 6 (13))로 분리하는 분리 공정이다. 이렇게 하면, 도 1에 도시한 편광 빔 스프리터(1)의 수율을 향상시킬 수 있다. 또, 이 경우는 평판 형상의 유리를 복수 매 사용하여 편광 빔 스프리터를 제조할 때에, 조각 단위로 분할된 편광 빔 스프리터에 대해 경면 가공을 행할 필요가 없어지므로, 생산성이 높고, 실용성이 높은 편광 빔 스프리터의 제조 방법을 제공할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 유리 평판과의 경계면에서 편광 분리막이 박리되거나, 혹은 크랙이 발생하는 일이 없는 편광 분리 소자와 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims

2개의 직각 삼각기둥 형상의 프리즘의 경사면끼리를, 편광 분리막을 사이에 두고 접합한 편광 분리 소자로서,

상기 편광 분리막은, 압축 응력을 갖는 제1 저굴절률 재료로 이루어진 제1 저굴절률막과 고굴절률 재료로 이루어진 고굴절률막을 교대로 적층한 제1 편광 분리막층과, 인장 응력을 갖는 제2 저굴절률 재료로 이루어진 제2 저굴절률막과 상기 고굴절률막을 교대로 적층한 제2 편광 분리막층을 구비하는 것을 특징으로 하는 편광 분리 소자.
청구항 1에 있어서,

상기 제1 저굴절률막이 SiO₂막, 상기 제2 저굴절률막이 MgF₂막인 것을 특징으로 하는 편광 분리 소자.
2개의 직각 삼각기둥 형상의 프리즘의 경사면끼리를, 편광 분리막을 사이에 두고 접합한 편광 분리 소자의 제조 방법으로서,

압축 응력을 갖는 제1 저굴절률 재료로 이루어진 제1 저굴절률막과 고굴절률 재료로 이루어진 고굴절률막을 교대로 적층한 제1 편광 분리막층과, 인장 응력을 갖는 제2 저굴절률 재료로 이루어진 제2 저굴절률막과 상기 고굴절률막을 교대로 적층한 제2 편광 분리막층을 구비한 편광 분리막을 상면에 가진 복수 매의 직사각형 유리 평판을, 접착제를 개재하여 적층함과 동시에, 각 유리 평판의 단부 가장자리를 연결하는 평면과 유리판면 사이의 형성 각도가 약 45도의 경사 각도가 되도록 각 유리 평판의 면방향 위치를 차례차례 비켜 놓아 계단 형상으로 적층하는 적층체 형성 공정과,

상기 적층체 형성 공정에서 일체화된 적층체를, 상기 약 45도의 경사 각도에 따른 소정 피치의 복수의 평행한 절단면에서 복수의 적층 분할체로 절단하는 절단 공정과,

상기 절단 공정에 의해 형성된 각 적층 분할체의 절단면을 경면 가공하는 경면 가공 공정과,

상기 절단 공정에 의해 분할된 복수의 적층 분할체의 경면끼리 대향하도록 정합 상태로 적층하여, 각 적층 분할체 사이를 가접합재로 가접합하는 가접합 공정과,

가접합재로 가접합된 복수의 적층 분할체를, 상기 절단 공정에 있어서의 절단면과 직교하는 절단면에서 절단하여 가접합 적층체를 형성하는 분단 공정과,

상기 분단 공정에 의해 얻어진 가접합 적층체의 절단면을 경면 가공하는 경면 가공 공정과,

상기 가접합 적층체를 상기 절단면과 직교하는 방향으로 등간격으로 절단함으로써, 복수의 편광 분리 소자가 가접합재를 개재하여 직렬로 연결된 편광 분리 소자의 연결체를 형성하는 공정과,

상기 편광 분리 소자 연결체를 구성하는 가접합재를 용해 제거하여 각각의 입방체 형상의 편광 분리 소자로 분리하는 분리 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 편광 분리 소자의 제조 방법.