偏光素子の製造方法
【課題】光学特性に優れた偏光素子を簡便に製造する方法を提供する。
【解決手段】本発明の偏光素子の製造方法は、ガラス基板上に金属の被膜を形成する工程と、被膜を部分的に除去するとともに金属をハロゲン化することでガラス基板上に金属のハロゲン化物からなる島状膜を形成する工程と、ガラス基板を加熱延伸することで島状膜を伸長させ、金属ハロゲン化物の針状粒子を形成する工程と、針状粒子の金属ハロゲン化物を還元することで金属からなる針状金属粒子を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明の偏光素子の製造方法は、ガラス基板上に金属の被膜を形成する工程と、被膜を部分的に除去するとともに金属をハロゲン化することでガラス基板上に金属のハロゲン化物からなる島状膜を形成する工程と、ガラス基板を加熱延伸することで島状膜を伸長させ、金属ハロゲン化物の針状粒子を形成する工程と、針状粒子の金属ハロゲン化物を還元することで金属からなる針状金属粒子を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
偏光素子の一種として、偏光ガラスが知られている。偏光ガラスは無機物のみで構成できるため、有機物を含む偏光板に比べ、光に対する劣化が著しく少ない。したがって、近年高輝度化が進んでいる液晶プロジェクターにおいて有効な光学デバイスとして注目されている。
【０００３】
一般的な偏光ガラスとしては、特許文献１に記載されたものが公知であり、その製造方法は以下の通りである。
（１）塩化物、臭化物、及びヨウ化物の群から選択した少なくとも１つのハロゲン化物及び銀を含有する組成物から、所望の形状のガラス製品を作製する。
（２）そのガラス製品を、該ガラス製品中にＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、又はＡｇＩの結晶を生成せしめるのに十分な期間にわたり、歪み点より高いが、ガラスの軟化点からは約５０℃は高くない温度にまで加熱し、結晶含有製品を作製する。
（３）この結晶含有製品を、結晶が少なくとも５：１のアスペクト比に伸長されるように、アニール点より高いが、ガラスが約１０８ポアズの粘度を示す温度より低い温度において応力下で伸長せしめる。
（４）その製品を、該製品上に化学的な還元表面層を発達せしめるのに十分な期間にわたり、約２５０℃より高いが、ガラスのアニール点からは約２５℃は高くない温度の還元雰囲気に暴露する。ここで伸長ハロゲン化銀粒子の少なくとも一部は銀元素に還元されている。
【０００４】
一方、イオン交換法で銀又は銅をガラス表層中へ導入した後、銀又は銅のハロゲン化物の相を析出させ、これを伸長することでガラス製品の表層に偏光分離機能を有する層を形成する方法も知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５６−１６９１４０号公報
【特許文献２】特許第４３９４３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の製造方法では、ガラス製品中に万遍なくハロゲン化物が析出する一方で、還元工程ではガラス製品表層のハロゲン化物しか還元できないため、ガラス製品の厚さ方向の中央部分にハロゲン化物が残存する。そのため、偏光素子の透過率が低下し、液晶表示装置などに適用した場合、十分な明るさが得られない虞がある。
一方、特許文献２記載の方法によれば、ガラス製品の表層部にのみ銀又は銅を導入するので、還元されずに残るハロゲン化物に起因する上記の不具合を防止することができる。しかし、ガラス製品を高温（３５０℃〜７５０℃）の溶融塩中に８時間程度も浸漬させる必要があるため、環境負荷が高い。つまり、製造時の消費エネルギーが非常に多く、かつ生産性が悪い。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、光学特性に優れた偏光素子を簡便に製造する方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の偏光素子の製造方法は、ガラス基板上に金属の被膜を形成する工程と、前記被膜を部分的に除去するとともに前記金属をハロゲン化することで、前記ガラス基板上に前記金属のハロゲン化物からなる島状膜を形成する工程と、前記ガラス基板を加熱延伸することで前記島状膜を伸長させ、前記金属ハロゲン化物の針状粒子を形成する工程と、前記針状粒子の前記金属ハロゲン化物を還元することで金属からなる針状金属粒子を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
この製造方法によれば、ガラス基板の表面に金属ハロゲン化物の島状膜を形成し、この島状膜を延伸して針状粒子とした後、還元処理により針状金属粒子を形成しているので、金属ハロゲン化物を確実に還元処理することができる。したがって、金属ハロゲン化物の残存による光学特性の低下が生じることはない。また、薄膜形成工程を用いてガラス基板上に金属ハロゲン化物の島状膜を形成するので、イオン交換によりガラスの表層に金属を導入する従来との工程と比較して著しく簡便な工程で製造することができる。そのため、製造時の消費エネルギーを極めて少なくすることができ、生産性も高めることができる。
【００１０】
前記金属ハロゲン化物からなる前記島状膜を形成する工程が、前記被膜をエッチング処理することにより前記島状膜を形成する工程と、前記ガラス基板をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスに曝すことによって前記金属をハロゲン化する工程と、を有する製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、被膜を島状に加工するエッチング処理と、島状膜を構成する金属のハロゲン化を別々の工程で行うので、それぞれの工程を最適化することができる。例えば、島状粒子の配置密度や形状を容易に制御することができる。またハロゲン化処理においては、生成する金属ハロゲン化物の物理的特性やハロゲン化の効率を優先してプロセスガスを選択することが可能となる。これらにより、偏光素子の光学特性の制御性を高めたり、製造効率を高めることが容易になる。
【００１１】
前記金属ハロゲン化物からなる前記島状膜を形成する工程が、前記被膜をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスのプラズマに曝すことで、前記被膜を部分的に除去しながら前記金属をハロゲン化する工程である製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、一工程で被膜の加工とハロゲン化を実施することができ、短時間に効率良く金属ハロゲン化物からなる島状膜を形成することができる。
【００１２】
前記金属が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ａｌから選ばれる１種又は２種類以上である製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、偏光素子に好適な針状金属粒子を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の偏光素子の製造方法を示す図。
【図２】島状膜形成工程後及び延伸工程後のガラス基板表面を示す平面図。
【図３】実施例１に係る島状膜のＳＥＭ写真。
【図４】実施例２に係る島状膜のＳＥＭ写真。
【図５】実施例３に係る島状膜のＳＥＭ写真。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
【００１５】
図１は、本実施形態の偏光素子の製造方法を示す図である。
本実施形態の偏光素子の製造方法は、図１に示すように、成膜工程Ｓ１と、島状膜形成工程Ｓ２と、延伸工程Ｓ３と、還元工程Ｓ４と、を有する。
【００１６】
成膜工程Ｓ１は、ガラス基板１０上に金属の被膜１１を形成する工程である。
ガラス基板１０としては、特に限定されず、公知のいかなるガラス基板も用いることができる。これは、本実施形態の偏光素子の製造方法では、ガラス基板中に金属ハロゲン化物を析出させたり、ガラス基板の表面にイオン交換により金属イオンを導入したりする必要がなく、金属ハロゲン化物の被膜１１を形成可能なものであればよいからである。具体的には、石英ガラス、ソーダライムガラス、サファイアガラス、ホウ珪酸ガラス、アルミノホウ珪酸ガラス等、偏光素子の用途に応じて種々のガラス基板を用いることができる。
【００１７】
被膜１１の成膜方法は、所望の厚さの金属薄膜を形成できる方法であれば特に限定されず、気相法、液相法のいずれであってもよい。気相法を用いる場合に、物理蒸着法、化学蒸着法のいずれであってもよい。成膜種が金属であることと、成膜厚さが数ｎｍ〜数十ｎｍ程度であることから、スパッタ系の物理蒸着法を用いるのが簡便である。スパッタ系の物理蒸着法としては、マグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング、ＥＣＲスパッタリングなどを例示することができる。
なお、上記スパッタ系の物理蒸着法に代えて、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ）、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法などの蒸発系の物理蒸着法を用いてもよいのはもちろんである。
【００１８】
成膜工程Ｓ１において、例えばスパッタ法を用いる場合、金属ターゲットとして、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ａｌから選ばれる１種又は２種以上の金属からなるターゲットを用い、Ａｒ等の典型的なプロセスガスを用いて被膜１１を成膜することができる。
【００１９】
次に、島状膜形成工程Ｓ２では、被膜１１をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスのプラズマに曝す処理が実行される。これにより、成膜工程Ｓ１で形成した被膜１１をエッチング処理して多数の島状粒子１２ａからなる島状膜１２を形成する過程と、被膜１１（島状膜１２）を構成する金属をハロゲン化する過程とが同時に行われる。かかる島状膜形成工程Ｓ２により、ガラス基板１０上に金属ハロゲン化物からなる島状粒子１２ａの集合体である島状膜１２が形成される。
【００２０】
プラズマ処理に用いるプロセスガスとしては、ハロゲンガス（Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２）、又はハロゲン化合物ガスを、単体又はＡｒ等の不活性ガスとともに用いることができる。ハロゲン化合物としては、特に限定されるものではないが、ＢＣｌ３、ＢＢｒ３、ＢＦ３等のホウ素化合物、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６等のフッ化炭素化合物、ＧｅＣｌ４、ＧｅＦ４等のゲルマニウム化合物、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４等のシリコン化合物、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２等のシラン化合物、ＮＦ３、ＰＦ３、ＳＦ６、ＳｎＣｌ４、ＴｉＣｌ４、ＷＦ６等を挙げることができる。
【００２１】
上記のプラズマ処理により、プラズマ中のハロゲンラジカルを被膜１１を構成する金属と反応させ、被膜１１を金属ハロゲン化物からなるものとする。形成される金属ハロゲン化物は、例えば、ＡｇＣｌｘ、ＡｌＦ、ＡｇＦ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩ、ＡｌＣｌｘ等である。
【００２２】
また、プラズマ処理中には、上記のハロゲン化反応とともに、イオンによるスパッタが生じるため、被膜１１が徐々にエッチングされる。この作用を利用して被膜１１を部分的に除去することで、多数の島状粒子１２ａが平面的に配置された島状膜１２を形成する。
【００２３】
ここで図２（ａ）は、島状膜形成工程Ｓ２後のガラス基板表面を示す平面図である。図２（ａ）に示すように、上記プラズマ処理により、平面視で粒径が２〜８ｎｍ程度の金属ハロゲン化物（例えばＡｇＣｌｘ、ＡｌＦ等）からなる島状粒子１２ａが形成される。島状粒子１２ａの間の領域には、ガラス基板１０の表面が露出した領域１０ａが形成される。
【００２４】
なお、本実施形態の島状膜形成工程Ｓ２では、被膜１１をハロゲン化しつつ島状に残存させる必要があるため、生成した金属ハロゲン化物が過度にエッチングされてしまうことは好ましくない。そこで、通常の反応性ドライエッチングよりも基板バイアスを低くする、あるいは基板バイアスを印加しないようにすることで、ガラス基板１０に入射するイオンの加速を緩やかにするとともに、ガラス基板１０に垂直に入射するイオンの割合を低く抑えることが好ましい。島状膜形成工程Ｓ２におけるエッチレートは、被膜１１の膜厚にもよるが、５ｎｍ／ｍｉｎ〜１００ｎｍ／ｍｉｎの範囲とすることが好ましい。
【００２５】
なお、本実施形態の島状膜形成工程Ｓ２では、被膜１１を構成する金属のハロゲン化と、島状粒子１２ａの形成を同時に行うこととしたが、これらを別々の工程で行うこととしてもよい。すなわち、島状膜形成工程として、被膜１１を部分的に除去して島状に形成するエッチング工程と、被膜１１を構成する金属をハロゲン化するハロゲン化工程と、を有する工程を実行してもよい。上記エッチング工程とハロゲン化工程の順序は入れ替えてもよい。
【００２６】
上記エッチング工程としては、ドライエッチング処理を用いることが好ましく、不活性ガス（Ａｒ等）を用いたスパッタエッチング処理が簡便であり、好適である。
また場合によっては、被膜１１の加工のみを目的として、反応性ガス（Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＢｒ、ＣＦ４、ＳＦ６等）を用いた反応性ドライエッチング処理を実施してもよい。この場合の反応性ドライエッチング処理では、被膜１１の金属をハロゲン化する必要はないため、島状粒子１２ａの全体がハロゲン化されない条件で加工したり、加工特性を優先して反応性ガスの種類を選択することができる。
【００２７】
上記ハロゲン化工程としては、ガラス基板１０をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスに曝して被膜１１を該ガスと接触させることで金属をハロゲン化する方法を用いることができる。例えば、Ｃｌ２ガスやＢｒ２ガスを含む雰囲気中でガラス基板１０を加熱することで、被膜１１の表面からハロゲン化を進行させる方法を用いることができる。
【００２８】
なお、ハロゲン化のみを目的としてハロゲンを含むプロセスガスを用いたプラズマ処理を実施してもよい。この場合には、被膜１１の加工性を考慮する必要がないため、生成する金属ハロゲン化物の物理的特性やハロゲン化の効率を優先してプロセスガスを選択することができる。
【００２９】
次に、延伸工程Ｓ３では、図１（ｃ）に示すように、加熱して軟化させたガラス基板１０を、島状粒子１２ａが設けられているガラス基板１０の面と平行な方向に引き延ばす。引き延ばす方法としては、ガラス基板１０を面と平行な方向に引っ張る延伸処理であってもよく、圧力により薄く延ばす圧延処理であってもよい。延伸工程Ｓ３における加熱温度は特に限定されず、ガラス基板１０が溶融させることなく軟化させることができる温度に加熱すればよい。
【００３０】
延伸工程Ｓ３により、ガラス基板１０は延伸方向に引き延ばされるとともに薄く加工される。また、ガラス基板１０上の島状粒子１２ａも延伸方向に引き延ばされ、図２（ｂ）に示すように、ガラス基板１０上で延伸方向（図示左右方向）に配向した多数の針状粒子１２ｂとなる。針状粒子１２ｂは、アスペクト比が５以上の細長い形状であり、例えば、幅１〜３ｎｍ、長さ５〜２０ｎｍ程度の大きさである。
【００３１】
また、複数の針状粒子１２ｂの間の領域には、図２（ａ）に示した領域１０ａが引き延ばされることによって、細長いスリット状の領域１０ｂが形成される。このスリット状の領域１０ｂの大きさは、島状粒子１２ａの形成密度により変化するが、幅１〜１０ｎｍ、長さ３〜５０ｎｍ程度である。
【００３２】
次に、還元工程Ｓ４では、ガラス基板１０を、水素等の還元雰囲気中に配置するとともに加熱することで、針状粒子１２ｂを構成する金属ハロゲン化物を還元する。これにより、ガラス基板１０上に針状金属粒子１２ｃが形成される。例えば、針状粒子１２ｂがＡｇＣｌｘからなるものである場合には、Ａｇからなる針状金属粒子１２ｃが形成される。針状粒子１２ｂがＡｌＦからなるものである場合には、Ａｌからなる針状金属粒子１２ｃが形成される。
以上の工程により、ガラス基板１０上に、基板面内の一方向に配向した多数の針状金属粒子１２ｃがスリット状の領域１０ｂを介して配列された偏光素子１００を製造することができる。
【００３３】
本実施形態の製造方法により製造される偏光素子１００は、可視光の波長よりも狭い幅の針状金属粒子１２ｃが狭ピッチで配列されていることにより、透過光を所定の振動方向の直線偏光に分離する機能を奏する光学素子として用いることができる。
また従来の偏光ガラスでは、針状の金属粒子の配置密度は１μｍ３あたり２０本以下程度であったため、高い偏光分離特性を得るためには、針状の金属粒子をガラス基板の厚さ方向に広く分布させる必要があった。これに対して本実施形態の偏光素子では、針状金属粒子１２ｃは、ガラス基板１０の表面に高密度で配置されているため、任意の厚さのガラス基板１０を用いることができ、薄型の偏光素子とすることも容易である。
【００３４】
以上に詳細に説明した本実施形態の製造方法によれば、薄膜形成技術を用いてガラス基板１０の表面に金属ハロゲン化物の島状粒子１２ａを形成し、これを延伸、還元するので、金属ハロゲン化物を確実に還元することができ、金属のみからなる針状金属粒子１２ｃを容易かつ確実に得ることができる。したがって、従来の偏光ガラスのようにガラス基板内部に金属ハロゲン化物が残留することによって、偏光素子の光透過率を低下させることがない。
また、島状粒子１２ａの形成に、スパッタやプラズマ処理などの薄膜形成技術を用いているため、イオン交換によりガラス基板の表層部に金属元素を導入するプロセスのように高温の溶融塩に長時間浸漬するといった製造工程が不要である。そのため、製造時の消費エネルギーを極めて少なくすることができ、環境負荷を小さくすることができる。また、本実施形態の製造方法は従来の製造方法よりも生産性に優れている。
【００３５】
また本実施形態の製造方法では、島状膜形成工程Ｓ２において被膜１１を部分的に除去することで島状膜１２を形成するので、島状粒子１２ａの配置密度を極めて容易に制御することができる。すなわち、偏光素子の光学特性を極めて容易に制御することが可能である。
【００３６】
また本実施形態の製造方法では、金属の被膜１１を形成した後、これを島状に加工するとともにハロゲン化することで金属ハロゲン化物からなる島状粒子１２ａを形成するので、形成する金属ハロゲン化物の材質変更が極めて容易であり、従来の偏光ガラスの製造プロセスでは使用することができなかった材質であっても用いることが可能である。このように材質の選択範囲が広がることで、偏光素子の光学特性の制御が容易になり、生産性を高めることも容易になる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の技術範囲は下記の実施例に限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
金属ターゲットとしてＡｇターゲット（純度９９．９９％、厚さ５ｍｍ、円盤状）が取り付けられた平行平板型のスパッタリング装置の真空容器内に、ガラス基板を配置した（基板−ターゲット間距離１１０ｍｍ）。次いで、Ａｒガス（純度９９．９９９％、流量１００ｓｃｃｍ）を圧力０．４Ｐａとなるように真空容器内に導入した状態で、Ａｇターゲットに１００Ｗの交流電力（発振周波数１３．５６ＭＨｚ）を入力し、１分間の成膜を行った。これにより、スパッタされたＡｇ粒子をガラス基板上に堆積させることで、厚さ１０ｎｍのＡｇ膜を形成した。
【００３９】
次に、ＩＣＰドライエッチャー装置の真空容器内に、上記のＡｇ膜が形成されたガラス基板を配置した。次いで、Ｃｌ２ガス（流量５０ｓｃｃｍ）を圧力５．０Ｐａとなるように真空容器内に導入した状態で、ＩＣＰアンテナに５００Ｗの交流電力（発振周波数１３．５６ＭＨｚ）を投入してＣｌ2プラズマを形成し、基板バイアス０Ｗの条件でＡｇ膜をプラズマ処理した。
上記のプラズマ処理により、島状膜をガラス基板上に形成することができた。図３に島状膜のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を示す。図３に示す島状膜は、ＡｇＣｌｘからなる粒径約５０〜２００ｎｍの島状粒子が平面配置されるとともに、島状粒子間に基板面が露出した領域を有するものであった。
次に、ガラス基板を延伸することにより、ＡｇＣｌｘからなる島状膜はガラス基板とともに引き延ばされ、図２（ｂ）に示すような形状のＡｇＣｌｘからなる針状粒子１２ｂを得ることができた。さらに、針状粒子１２ｂを構成する金属ハロゲン化物を還元することにより、Ａｇからなる針状金属粒子１２ｃが形成された。
【００４０】
（実施例２）
上記実施例１と同様の条件で、ガラス基板上に厚さ１０ｎｍのＡｇ膜を形成した。
次に、ＩＣＰドライエッチャー装置の真空容器内に、上記のＡｇ膜が形成されたガラス基板を配置した。次いで、ＣＦ４ガス（流量２０ｓｃｃｍ）とＣ２Ｆ６ガス（流量３０ｓｃｃｍ）を圧力５．０Ｐａとなるように真空容器内に導入した状態で、ＩＣＰアンテナに５００Ｗの交流電力（発振周波数１３．５６ＭＨｚ）を投入してフッ化炭素のプラズマを形成し、基板バイアス０Ｗの条件でＡｇ膜をプラズマ処理した。
上記のプラズマ処理により、島状膜をガラス基板上に形成することができた。図４に島状膜のＳＥＭ写真を示す。図４に示す島状膜は、ＡｇＦからなる粒径約５０ｎｍの島状粒子が平面配置されるとともに、島状粒子間に基板面が露出した領域を有するものであった。
次に、ガラス基板を延伸することにより、ＡｇＦからなる島状膜はガラス基板とともに引き延ばされ、図２（ｂ）に示すような形状のＡｇＦからなる針状粒子１２ｂを得ることができた。さらに、針状粒子１２ｂを構成する金属ハロゲン化物を還元することにより、Ａｇからなる針状金属粒子１２ｃが形成された。
【００４１】
（実施例３）
金属ターゲットとしてＡｌターゲット（純度９９．９９％、厚さ５ｍｍ、円盤状）が取り付けられた平行平板型のスパッタリング装置の真空容器内に、ガラス基板を配置した（基板−ターゲット間距離１１０ｍｍ）。次いで、Ａｒガス（純度９９．９９９％、流量１００ｓｃｃｍ）を圧力０．４Ｐａとなるように真空容器内に導入した状態で、Ａｌターゲットに１００Ｗの交流電力（発振周波数１３．５６ＭＨｚ）を入力し、１分間の成膜を行った。これにより、スパッタされたＡｌ粒子をガラス基板上に堆積させることで、厚さ１０ｎｍのＡｌ膜を形成した。
次に、実施例２と同様にして、ＩＣＰドライエッチャー装置を用いてＡｌ膜をプラズマ処理した。このプラズマ処理により、島状膜をガラス基板上に形成することができた。図５に島状膜のＳＥＭ写真を示す。図５に示す島状膜は、ＡｌＦからなる粒径約１０〜５０ｎｍの島状粒子が平面配置されるとともに、島状粒子間に基板面が露出した領域を有するものであった。
次に、ガラス基板を延伸することにより、ＡｌＦからなる島状膜はガラス基板とともに引き延ばされ、図２（ｂ）に示すような形状のＡｌＦからなる針状粒子１２ｂを得ることができた。さらに、針状粒子１２ｂを構成する金属ハロゲン化物を還元することにより、Ａｌからなる針状金属粒子１２ｃが形成された。
【００４２】
（実施例４）
上記の実施例１乃至実施例３では、被膜１１を構成する金属のハロゲン化と、島状粒子１２ａの形成とを同時に行ったが、実施例４では、これらを別々の工程で行った。具体的には、被膜を部分的に除去して島状膜を形成する島状膜形成工程と、形成された島状膜をハロゲン化するハロゲン化工程をこの順に実行した。
【００４３】
島状膜形成工程としては、ドライエッチング処理を用いることが好ましく、不活性ガス（Ａｒ等）を用いたスパッタエッチング処理が簡便であり、好適である。本実施例での島状膜形成工程では被膜の金属をハロゲン化する必要はないため、島状粒子の全体がハロゲン化されない条件で加工したり、加工特性を優先して反応性ガスの種類を選択することができる。
具体的には、ＩＣＰドライエッチャー装置の真空容器内に、Ａｇ薄膜が形成されたガラス基板を配置した。次いで、Ａｒガス（流量５０ｓｃｃｍ）を圧力５．０Ｐａとなるように真空容器内に導入した状態で、ＩＣＰアンテナに３００Ｗの交流電力（発振周波数１３．５６ＭＨｚ）を投入してＡｒプラズマを形成し、基板バイアス６０Ｗの条件でＡｇ膜をプラズマ処理した。上記のプラズマ処理により、島状膜（島状Ａｇ膜）をガラス基板上に形成することができた。この島状膜は、Ａｇからなる粒径約５０〜２００ｎｍの島状粒子が平面配置されるとともに、島状粒子間に基板面が露出した領域を有するものであった。
【００４４】
次に、ハロゲン化工程では被膜の加工性を考慮する必要がないため、生成する金属ハロゲン化物の物理的特性やハロゲン化の効率を優先してプロセスガスを選択することができる。
具体的には、ＩＣＰドライエッチャー装置の真空容器内に、島状Ａｇ膜が形成されたガラス基板を配置した。次いで、Ｃｌ２ガス（流量２０ｓｃｃｍ）とＢＣｌ３ガス（流量４０ｓｃｃｍ）の混合ガスを圧力０．７０Ｐａとなるように真空容器内に導入した状態で、ＩＣＰアンテナに３００Ｗの交流電力（発振周波数１３．５６ＭＨｚ）を投入してＣｌ２プラズマを形成し、基板バイアス０Ｗの条件でＡｇ膜をプラズマ処理した。上記のプラズマ処理により、ハロゲン化した島状ＡｇＣｌｘ膜をガラス基板上に形成することができた。この島状膜は、ＡｇＣｌｘからなる粒径約３０〜１５０ｎｍの島状粒子が平面配置されるとともに、島状粒子間に基板面が露出した領域を有するものであった。
次に、ガラス基板を延伸することにより、ＡｇＣｌｘからなる島状膜はガラス基板とともに引き延ばされ、図２（ｂ）に示すような形状のＡｇＣｌｘからなる針状粒子１２ｂを得ることができた。さらに、針状粒子１２ｂを構成する金属ハロゲン化物を還元することにより、Ａｇからなる針状金属粒子１２ｃが形成された。
【００４５】
実施例１乃至実施例４ではガラス基板上に金属のハロゲン化物からなる単層の島状膜を形成して、そのガラス基板を延伸した。しかし、金属のハロゲン化物からなる島状膜を単層形成しただけでは偏光素子としての性能が不十分であれば、ガラス基板上に金属のハロゲン化物からなる複数の島状膜を積層してからガラス基板を延伸してもよい。
この場合、１層目の金属のハロゲン化物からなる島状膜の上に透明な絶縁膜を形成し、その絶縁膜の上に２層目の金属のハロゲン化物からなる島状膜を形成する。１層目の金属のハロゲン化物からなる島状膜と２層目の金属のハロゲン化物からなる島状膜との間に絶縁膜を設けることにより、互いに積層された二つの島状膜同士が融合することが防止される。３層めの金属のハロゲン化物からなる島状膜が必要であれば、２層目の金属のハロゲン化物からなる島状膜の上に透明な絶縁膜をさらに形成し、該絶縁膜を介して３層めの金属のハロゲン化物からなる島状膜を形成すればよい。絶縁膜の材料としては、シリコン酸化物、シリコン窒化物、チタン酸化物やジルコニウム酸化物など透明な材料を用いることができる。絶縁膜の厚さとしては特に限定されないが、例えば１００ｎｍとすることができる。
このように複数の金属のハロゲン化物からなる島状膜を積層した後、ガラス基板を延伸することにより、複数の金属のハロゲン化物からなる島状膜はガラス基板とともに引き延ばされ、平面視で図２（ｂ）に示すような形状の金属のハロゲン化物からなる針状粒子１２ｂを得ることができる。さらに、針状粒子１２ｂを構成する金属ハロゲン化物を還元することにより、針状金属粒子１２ｃを形成することができる。
【００４６】
以上に説明したように、複数の材質を用いて図２（ａ）に示した島状膜１２と同様の形状の島状膜を形成できることが確認された。これらの島状膜は、ＡｇＣｌｘ、ＡｇＦ、あるいはＡｌＦからなる島状粒子の集合体であることから、ガラス基板を延伸処理することによりガラス基板とともに引き延ばされ、図２（ｂ）に示す形状の針状粒子１２ｂを得ることができる。このように、本発明によれば、光学特性に優れた偏光素子を、従来よりも極めて小さい環境負荷で簡便に製造することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…ガラス基板、１１…被膜、１２…島状膜、１２ｂ…針状粒子、１２ｃ…針状金属粒子、１００…偏光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
偏光素子の一種として、偏光ガラスが知られている。偏光ガラスは無機物のみで構成できるため、有機物を含む偏光板に比べ、光に対する劣化が著しく少ない。したがって、近年高輝度化が進んでいる液晶プロジェクターにおいて有効な光学デバイスとして注目されている。
【０００３】
一般的な偏光ガラスとしては、特許文献１に記載されたものが公知であり、その製造方法は以下の通りである。
（１）塩化物、臭化物、及びヨウ化物の群から選択した少なくとも１つのハロゲン化物及び銀を含有する組成物から、所望の形状のガラス製品を作製する。
（２）そのガラス製品を、該ガラス製品中にＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、又はＡｇＩの結晶を生成せしめるのに十分な期間にわたり、歪み点より高いが、ガラスの軟化点からは約５０℃は高くない温度にまで加熱し、結晶含有製品を作製する。
（３）この結晶含有製品を、結晶が少なくとも５：１のアスペクト比に伸長されるように、アニール点より高いが、ガラスが約１０８ポアズの粘度を示す温度より低い温度において応力下で伸長せしめる。
（４）その製品を、該製品上に化学的な還元表面層を発達せしめるのに十分な期間にわたり、約２５０℃より高いが、ガラスのアニール点からは約２５℃は高くない温度の還元雰囲気に暴露する。ここで伸長ハロゲン化銀粒子の少なくとも一部は銀元素に還元されている。
【０００４】
一方、イオン交換法で銀又は銅をガラス表層中へ導入した後、銀又は銅のハロゲン化物の相を析出させ、これを伸長することでガラス製品の表層に偏光分離機能を有する層を形成する方法も知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５６−１６９１４０号公報
【特許文献２】特許第４３９４３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の製造方法では、ガラス製品中に万遍なくハロゲン化物が析出する一方で、還元工程ではガラス製品表層のハロゲン化物しか還元できないため、ガラス製品の厚さ方向の中央部分にハロゲン化物が残存する。そのため、偏光素子の透過率が低下し、液晶表示装置などに適用した場合、十分な明るさが得られない虞がある。
一方、特許文献２記載の方法によれば、ガラス製品の表層部にのみ銀又は銅を導入するので、還元されずに残るハロゲン化物に起因する上記の不具合を防止することができる。しかし、ガラス製品を高温（３５０℃〜７５０℃）の溶融塩中に８時間程度も浸漬させる必要があるため、環境負荷が高い。つまり、製造時の消費エネルギーが非常に多く、かつ生産性が悪い。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、光学特性に優れた偏光素子を簡便に製造する方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の偏光素子の製造方法は、ガラス基板上に金属の被膜を形成する工程と、前記被膜を部分的に除去するとともに前記金属をハロゲン化することで、前記ガラス基板上に前記金属のハロゲン化物からなる島状膜を形成する工程と、前記ガラス基板を加熱延伸することで前記島状膜を伸長させ、前記金属ハロゲン化物の針状粒子を形成する工程と、前記針状粒子の前記金属ハロゲン化物を還元することで金属からなる針状金属粒子を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
この製造方法によれば、ガラス基板の表面に金属ハロゲン化物の島状膜を形成し、この島状膜を延伸して針状粒子とした後、還元処理により針状金属粒子を形成しているので、金属ハロゲン化物を確実に還元処理することができる。したがって、金属ハロゲン化物の残存による光学特性の低下が生じることはない。また、薄膜形成工程を用いてガラス基板上に金属ハロゲン化物の島状膜を形成するので、イオン交換によりガラスの表層に金属を導入する従来との工程と比較して著しく簡便な工程で製造することができる。そのため、製造時の消費エネルギーを極めて少なくすることができ、生産性も高めることができる。
【００１０】
前記金属ハロゲン化物からなる前記島状膜を形成する工程が、前記被膜をエッチング処理することにより前記島状膜を形成する工程と、前記ガラス基板をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスに曝すことによって前記金属をハロゲン化する工程と、を有する製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、被膜を島状に加工するエッチング処理と、島状膜を構成する金属のハロゲン化を別々の工程で行うので、それぞれの工程を最適化することができる。例えば、島状粒子の配置密度や形状を容易に制御することができる。またハロゲン化処理においては、生成する金属ハロゲン化物の物理的特性やハロゲン化の効率を優先してプロセスガスを選択することが可能となる。これらにより、偏光素子の光学特性の制御性を高めたり、製造効率を高めることが容易になる。
【００１１】
前記金属ハロゲン化物からなる前記島状膜を形成する工程が、前記被膜をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスのプラズマに曝すことで、前記被膜を部分的に除去しながら前記金属をハロゲン化する工程である製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、一工程で被膜の加工とハロゲン化を実施することができ、短時間に効率良く金属ハロゲン化物からなる島状膜を形成することができる。
【００１２】
前記金属が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ａｌから選ばれる１種又は２種類以上である製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、偏光素子に好適な針状金属粒子を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の偏光素子の製造方法を示す図。
【図２】島状膜形成工程後及び延伸工程後のガラス基板表面を示す平面図。
【図３】実施例１に係る島状膜のＳＥＭ写真。
【図４】実施例２に係る島状膜のＳＥＭ写真。
【図５】実施例３に係る島状膜のＳＥＭ写真。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
【００１５】
図１は、本実施形態の偏光素子の製造方法を示す図である。
本実施形態の偏光素子の製造方法は、図１に示すように、成膜工程Ｓ１と、島状膜形成工程Ｓ２と、延伸工程Ｓ３と、還元工程Ｓ４と、を有する。
【００１６】
成膜工程Ｓ１は、ガラス基板１０上に金属の被膜１１を形成する工程である。
ガラス基板１０としては、特に限定されず、公知のいかなるガラス基板も用いることができる。これは、本実施形態の偏光素子の製造方法では、ガラス基板中に金属ハロゲン化物を析出させたり、ガラス基板の表面にイオン交換により金属イオンを導入したりする必要がなく、金属ハロゲン化物の被膜１１を形成可能なものであればよいからである。具体的には、石英ガラス、ソーダライムガラス、サファイアガラス、ホウ珪酸ガラス、アルミノホウ珪酸ガラス等、偏光素子の用途に応じて種々のガラス基板を用いることができる。
【００１７】
被膜１１の成膜方法は、所望の厚さの金属薄膜を形成できる方法であれば特に限定されず、気相法、液相法のいずれであってもよい。気相法を用いる場合に、物理蒸着法、化学蒸着法のいずれであってもよい。成膜種が金属であることと、成膜厚さが数ｎｍ〜数十ｎｍ程度であることから、スパッタ系の物理蒸着法を用いるのが簡便である。スパッタ系の物理蒸着法としては、マグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング、ＥＣＲスパッタリングなどを例示することができる。
なお、上記スパッタ系の物理蒸着法に代えて、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ）、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法などの蒸発系の物理蒸着法を用いてもよいのはもちろんである。
【００１８】
成膜工程Ｓ１において、例えばスパッタ法を用いる場合、金属ターゲットとして、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ａｌから選ばれる１種又は２種以上の金属からなるターゲットを用い、Ａｒ等の典型的なプロセスガスを用いて被膜１１を成膜することができる。
【００１９】
次に、島状膜形成工程Ｓ２では、被膜１１をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスのプラズマに曝す処理が実行される。これにより、成膜工程Ｓ１で形成した被膜１１をエッチング処理して多数の島状粒子１２ａからなる島状膜１２を形成する過程と、被膜１１（島状膜１２）を構成する金属をハロゲン化する過程とが同時に行われる。かかる島状膜形成工程Ｓ２により、ガラス基板１０上に金属ハロゲン化物からなる島状粒子１２ａの集合体である島状膜１２が形成される。
【００２０】
プラズマ処理に用いるプロセスガスとしては、ハロゲンガス（Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２）、又はハロゲン化合物ガスを、単体又はＡｒ等の不活性ガスとともに用いることができる。ハロゲン化合物としては、特に限定されるものではないが、ＢＣｌ３、ＢＢｒ３、ＢＦ３等のホウ素化合物、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６等のフッ化炭素化合物、ＧｅＣｌ４、ＧｅＦ４等のゲルマニウム化合物、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４等のシリコン化合物、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２等のシラン化合物、ＮＦ３、ＰＦ３、ＳＦ６、ＳｎＣｌ４、ＴｉＣｌ４、ＷＦ６等を挙げることができる。
【００２１】
上記のプラズマ処理により、プラズマ中のハロゲンラジカルを被膜１１を構成する金属と反応させ、被膜１１を金属ハロゲン化物からなるものとする。形成される金属ハロゲン化物は、例えば、ＡｇＣｌｘ、ＡｌＦ、ＡｇＦ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩ、ＡｌＣｌｘ等である。
【００２２】
また、プラズマ処理中には、上記のハロゲン化反応とともに、イオンによるスパッタが生じるため、被膜１１が徐々にエッチングされる。この作用を利用して被膜１１を部分的に除去することで、多数の島状粒子１２ａが平面的に配置された島状膜１２を形成する。
【００２３】
ここで図２（ａ）は、島状膜形成工程Ｓ２後のガラス基板表面を示す平面図である。図２（ａ）に示すように、上記プラズマ処理により、平面視で粒径が２〜８ｎｍ程度の金属ハロゲン化物（例えばＡｇＣｌｘ、ＡｌＦ等）からなる島状粒子１２ａが形成される。島状粒子１２ａの間の領域には、ガラス基板１０の表面が露出した領域１０ａが形成される。
【００２４】
なお、本実施形態の島状膜形成工程Ｓ２では、被膜１１をハロゲン化しつつ島状に残存させる必要があるため、生成した金属ハロゲン化物が過度にエッチングされてしまうことは好ましくない。そこで、通常の反応性ドライエッチングよりも基板バイアスを低くする、あるいは基板バイアスを印加しないようにすることで、ガラス基板１０に入射するイオンの加速を緩やかにするとともに、ガラス基板１０に垂直に入射するイオンの割合を低く抑えることが好ましい。島状膜形成工程Ｓ２におけるエッチレートは、被膜１１の膜厚にもよるが、５ｎｍ／ｍｉｎ〜１００ｎｍ／ｍｉｎの範囲とすることが好ましい。
【００２５】
なお、本実施形態の島状膜形成工程Ｓ２では、被膜１１を構成する金属のハロゲン化と、島状粒子１２ａの形成を同時に行うこととしたが、これらを別々の工程で行うこととしてもよい。すなわち、島状膜形成工程として、被膜１１を部分的に除去して島状に形成するエッチング工程と、被膜１１を構成する金属をハロゲン化するハロゲン化工程と、を有する工程を実行してもよい。上記エッチング工程とハロゲン化工程の順序は入れ替えてもよい。
【００２６】
上記エッチング工程としては、ドライエッチング処理を用いることが好ましく、不活性ガス（Ａｒ等）を用いたスパッタエッチング処理が簡便であり、好適である。
また場合によっては、被膜１１の加工のみを目的として、反応性ガス（Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＢｒ、ＣＦ４、ＳＦ６等）を用いた反応性ドライエッチング処理を実施してもよい。この場合の反応性ドライエッチング処理では、被膜１１の金属をハロゲン化する必要はないため、島状粒子１２ａの全体がハロゲン化されない条件で加工したり、加工特性を優先して反応性ガスの種類を選択することができる。
【００２７】
上記ハロゲン化工程としては、ガラス基板１０をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスに曝して被膜１１を該ガスと接触させることで金属をハロゲン化する方法を用いることができる。例えば、Ｃｌ２ガスやＢｒ２ガスを含む雰囲気中でガラス基板１０を加熱することで、被膜１１の表面からハロゲン化を進行させる方法を用いることができる。
【００２８】
なお、ハロゲン化のみを目的としてハロゲンを含むプロセスガスを用いたプラズマ処理を実施してもよい。この場合には、被膜１１の加工性を考慮する必要がないため、生成する金属ハロゲン化物の物理的特性やハロゲン化の効率を優先してプロセスガスを選択することができる。
【００２９】
次に、延伸工程Ｓ３では、図１（ｃ）に示すように、加熱して軟化させたガラス基板１０を、島状粒子１２ａが設けられているガラス基板１０の面と平行な方向に引き延ばす。引き延ばす方法としては、ガラス基板１０を面と平行な方向に引っ張る延伸処理であってもよく、圧力により薄く延ばす圧延処理であってもよい。延伸工程Ｓ３における加熱温度は特に限定されず、ガラス基板１０が溶融させることなく軟化させることができる温度に加熱すればよい。
【００３０】
延伸工程Ｓ３により、ガラス基板１０は延伸方向に引き延ばされるとともに薄く加工される。また、ガラス基板１０上の島状粒子１２ａも延伸方向に引き延ばされ、図２（ｂ）に示すように、ガラス基板１０上で延伸方向（図示左右方向）に配向した多数の針状粒子１２ｂとなる。針状粒子１２ｂは、アスペクト比が５以上の細長い形状であり、例えば、幅１〜３ｎｍ、長さ５〜２０ｎｍ程度の大きさである。
【００３１】
また、複数の針状粒子１２ｂの間の領域には、図２（ａ）に示した領域１０ａが引き延ばされることによって、細長いスリット状の領域１０ｂが形成される。このスリット状の領域１０ｂの大きさは、島状粒子１２ａの形成密度により変化するが、幅１〜１０ｎｍ、長さ３〜５０ｎｍ程度である。
【００３２】
次に、還元工程Ｓ４では、ガラス基板１０を、水素等の還元雰囲気中に配置するとともに加熱することで、針状粒子１２ｂを構成する金属ハロゲン化物を還元する。これにより、ガラス基板１０上に針状金属粒子１２ｃが形成される。例えば、針状粒子１２ｂがＡｇＣｌｘからなるものである場合には、Ａｇからなる針状金属粒子１２ｃが形成される。針状粒子１２ｂがＡｌＦからなるものである場合には、Ａｌからなる針状金属粒子１２ｃが形成される。
以上の工程により、ガラス基板１０上に、基板面内の一方向に配向した多数の針状金属粒子１２ｃがスリット状の領域１０ｂを介して配列された偏光素子１００を製造することができる。
【００３３】
本実施形態の製造方法により製造される偏光素子１００は、可視光の波長よりも狭い幅の針状金属粒子１２ｃが狭ピッチで配列されていることにより、透過光を所定の振動方向の直線偏光に分離する機能を奏する光学素子として用いることができる。
また従来の偏光ガラスでは、針状の金属粒子の配置密度は１μｍ３あたり２０本以下程度であったため、高い偏光分離特性を得るためには、針状の金属粒子をガラス基板の厚さ方向に広く分布させる必要があった。これに対して本実施形態の偏光素子では、針状金属粒子１２ｃは、ガラス基板１０の表面に高密度で配置されているため、任意の厚さのガラス基板１０を用いることができ、薄型の偏光素子とすることも容易である。
【００３４】
以上に詳細に説明した本実施形態の製造方法によれば、薄膜形成技術を用いてガラス基板１０の表面に金属ハロゲン化物の島状粒子１２ａを形成し、これを延伸、還元するので、金属ハロゲン化物を確実に還元することができ、金属のみからなる針状金属粒子１２ｃを容易かつ確実に得ることができる。したがって、従来の偏光ガラスのようにガラス基板内部に金属ハロゲン化物が残留することによって、偏光素子の光透過率を低下させることがない。
また、島状粒子１２ａの形成に、スパッタやプラズマ処理などの薄膜形成技術を用いているため、イオン交換によりガラス基板の表層部に金属元素を導入するプロセスのように高温の溶融塩に長時間浸漬するといった製造工程が不要である。そのため、製造時の消費エネルギーを極めて少なくすることができ、環境負荷を小さくすることができる。また、本実施形態の製造方法は従来の製造方法よりも生産性に優れている。
【００３５】
また本実施形態の製造方法では、島状膜形成工程Ｓ２において被膜１１を部分的に除去することで島状膜１２を形成するので、島状粒子１２ａの配置密度を極めて容易に制御することができる。すなわち、偏光素子の光学特性を極めて容易に制御することが可能である。
【００３６】
また本実施形態の製造方法では、金属の被膜１１を形成した後、これを島状に加工するとともにハロゲン化することで金属ハロゲン化物からなる島状粒子１２ａを形成するので、形成する金属ハロゲン化物の材質変更が極めて容易であり、従来の偏光ガラスの製造プロセスでは使用することができなかった材質であっても用いることが可能である。このように材質の選択範囲が広がることで、偏光素子の光学特性の制御が容易になり、生産性を高めることも容易になる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の技術範囲は下記の実施例に限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
金属ターゲットとしてＡｇターゲット（純度９９．９９％、厚さ５ｍｍ、円盤状）が取り付けられた平行平板型のスパッタリング装置の真空容器内に、ガラス基板を配置した（基板−ターゲット間距離１１０ｍｍ）。次いで、Ａｒガス（純度９９．９９９％、流量１００ｓｃｃｍ）を圧力０．４Ｐａとなるように真空容器内に導入した状態で、Ａｇターゲットに１００Ｗの交流電力（発振周波数１３．５６ＭＨｚ）を入力し、１分間の成膜を行った。これにより、スパッタされたＡｇ粒子をガラス基板上に堆積させることで、厚さ１０ｎｍのＡｇ膜を形成した。
【００３９】
次に、ＩＣＰドライエッチャー装置の真空容器内に、上記のＡｇ膜が形成されたガラス基板を配置した。次いで、Ｃｌ２ガス（流量５０ｓｃｃｍ）を圧力５．０Ｐａとなるように真空容器内に導入した状態で、ＩＣＰアンテナに５００Ｗの交流電力（発振周波数１３．５６ＭＨｚ）を投入してＣｌ2プラズマを形成し、基板バイアス０Ｗの条件でＡｇ膜をプラズマ処理した。
上記のプラズマ処理により、島状膜をガラス基板上に形成することができた。図３に島状膜のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を示す。図３に示す島状膜は、ＡｇＣｌｘからなる粒径約５０〜２００ｎｍの島状粒子が平面配置されるとともに、島状粒子間に基板面が露出した領域を有するものであった。
次に、ガラス基板を延伸することにより、ＡｇＣｌｘからなる島状膜はガラス基板とともに引き延ばされ、図２（ｂ）に示すような形状のＡｇＣｌｘからなる針状粒子１２ｂを得ることができた。さらに、針状粒子１２ｂを構成する金属ハロゲン化物を還元することにより、Ａｇからなる針状金属粒子１２ｃが形成された。
【００４０】
（実施例２）
上記実施例１と同様の条件で、ガラス基板上に厚さ１０ｎｍのＡｇ膜を形成した。
次に、ＩＣＰドライエッチャー装置の真空容器内に、上記のＡｇ膜が形成されたガラス基板を配置した。次いで、ＣＦ４ガス（流量２０ｓｃｃｍ）とＣ２Ｆ６ガス（流量３０ｓｃｃｍ）を圧力５．０Ｐａとなるように真空容器内に導入した状態で、ＩＣＰアンテナに５００Ｗの交流電力（発振周波数１３．５６ＭＨｚ）を投入してフッ化炭素のプラズマを形成し、基板バイアス０Ｗの条件でＡｇ膜をプラズマ処理した。
上記のプラズマ処理により、島状膜をガラス基板上に形成することができた。図４に島状膜のＳＥＭ写真を示す。図４に示す島状膜は、ＡｇＦからなる粒径約５０ｎｍの島状粒子が平面配置されるとともに、島状粒子間に基板面が露出した領域を有するものであった。
次に、ガラス基板を延伸することにより、ＡｇＦからなる島状膜はガラス基板とともに引き延ばされ、図２（ｂ）に示すような形状のＡｇＦからなる針状粒子１２ｂを得ることができた。さらに、針状粒子１２ｂを構成する金属ハロゲン化物を還元することにより、Ａｇからなる針状金属粒子１２ｃが形成された。
【００４１】
（実施例３）
金属ターゲットとしてＡｌターゲット（純度９９．９９％、厚さ５ｍｍ、円盤状）が取り付けられた平行平板型のスパッタリング装置の真空容器内に、ガラス基板を配置した（基板−ターゲット間距離１１０ｍｍ）。次いで、Ａｒガス（純度９９．９９９％、流量１００ｓｃｃｍ）を圧力０．４Ｐａとなるように真空容器内に導入した状態で、Ａｌターゲットに１００Ｗの交流電力（発振周波数１３．５６ＭＨｚ）を入力し、１分間の成膜を行った。これにより、スパッタされたＡｌ粒子をガラス基板上に堆積させることで、厚さ１０ｎｍのＡｌ膜を形成した。
次に、実施例２と同様にして、ＩＣＰドライエッチャー装置を用いてＡｌ膜をプラズマ処理した。このプラズマ処理により、島状膜をガラス基板上に形成することができた。図５に島状膜のＳＥＭ写真を示す。図５に示す島状膜は、ＡｌＦからなる粒径約１０〜５０ｎｍの島状粒子が平面配置されるとともに、島状粒子間に基板面が露出した領域を有するものであった。
次に、ガラス基板を延伸することにより、ＡｌＦからなる島状膜はガラス基板とともに引き延ばされ、図２（ｂ）に示すような形状のＡｌＦからなる針状粒子１２ｂを得ることができた。さらに、針状粒子１２ｂを構成する金属ハロゲン化物を還元することにより、Ａｌからなる針状金属粒子１２ｃが形成された。
【００４２】
（実施例４）
上記の実施例１乃至実施例３では、被膜１１を構成する金属のハロゲン化と、島状粒子１２ａの形成とを同時に行ったが、実施例４では、これらを別々の工程で行った。具体的には、被膜を部分的に除去して島状膜を形成する島状膜形成工程と、形成された島状膜をハロゲン化するハロゲン化工程をこの順に実行した。
【００４３】
島状膜形成工程としては、ドライエッチング処理を用いることが好ましく、不活性ガス（Ａｒ等）を用いたスパッタエッチング処理が簡便であり、好適である。本実施例での島状膜形成工程では被膜の金属をハロゲン化する必要はないため、島状粒子の全体がハロゲン化されない条件で加工したり、加工特性を優先して反応性ガスの種類を選択することができる。
具体的には、ＩＣＰドライエッチャー装置の真空容器内に、Ａｇ薄膜が形成されたガラス基板を配置した。次いで、Ａｒガス（流量５０ｓｃｃｍ）を圧力５．０Ｐａとなるように真空容器内に導入した状態で、ＩＣＰアンテナに３００Ｗの交流電力（発振周波数１３．５６ＭＨｚ）を投入してＡｒプラズマを形成し、基板バイアス６０Ｗの条件でＡｇ膜をプラズマ処理した。上記のプラズマ処理により、島状膜（島状Ａｇ膜）をガラス基板上に形成することができた。この島状膜は、Ａｇからなる粒径約５０〜２００ｎｍの島状粒子が平面配置されるとともに、島状粒子間に基板面が露出した領域を有するものであった。
【００４４】
次に、ハロゲン化工程では被膜の加工性を考慮する必要がないため、生成する金属ハロゲン化物の物理的特性やハロゲン化の効率を優先してプロセスガスを選択することができる。
具体的には、ＩＣＰドライエッチャー装置の真空容器内に、島状Ａｇ膜が形成されたガラス基板を配置した。次いで、Ｃｌ２ガス（流量２０ｓｃｃｍ）とＢＣｌ３ガス（流量４０ｓｃｃｍ）の混合ガスを圧力０．７０Ｐａとなるように真空容器内に導入した状態で、ＩＣＰアンテナに３００Ｗの交流電力（発振周波数１３．５６ＭＨｚ）を投入してＣｌ２プラズマを形成し、基板バイアス０Ｗの条件でＡｇ膜をプラズマ処理した。上記のプラズマ処理により、ハロゲン化した島状ＡｇＣｌｘ膜をガラス基板上に形成することができた。この島状膜は、ＡｇＣｌｘからなる粒径約３０〜１５０ｎｍの島状粒子が平面配置されるとともに、島状粒子間に基板面が露出した領域を有するものであった。
次に、ガラス基板を延伸することにより、ＡｇＣｌｘからなる島状膜はガラス基板とともに引き延ばされ、図２（ｂ）に示すような形状のＡｇＣｌｘからなる針状粒子１２ｂを得ることができた。さらに、針状粒子１２ｂを構成する金属ハロゲン化物を還元することにより、Ａｇからなる針状金属粒子１２ｃが形成された。
【００４５】
実施例１乃至実施例４ではガラス基板上に金属のハロゲン化物からなる単層の島状膜を形成して、そのガラス基板を延伸した。しかし、金属のハロゲン化物からなる島状膜を単層形成しただけでは偏光素子としての性能が不十分であれば、ガラス基板上に金属のハロゲン化物からなる複数の島状膜を積層してからガラス基板を延伸してもよい。
この場合、１層目の金属のハロゲン化物からなる島状膜の上に透明な絶縁膜を形成し、その絶縁膜の上に２層目の金属のハロゲン化物からなる島状膜を形成する。１層目の金属のハロゲン化物からなる島状膜と２層目の金属のハロゲン化物からなる島状膜との間に絶縁膜を設けることにより、互いに積層された二つの島状膜同士が融合することが防止される。３層めの金属のハロゲン化物からなる島状膜が必要であれば、２層目の金属のハロゲン化物からなる島状膜の上に透明な絶縁膜をさらに形成し、該絶縁膜を介して３層めの金属のハロゲン化物からなる島状膜を形成すればよい。絶縁膜の材料としては、シリコン酸化物、シリコン窒化物、チタン酸化物やジルコニウム酸化物など透明な材料を用いることができる。絶縁膜の厚さとしては特に限定されないが、例えば１００ｎｍとすることができる。
このように複数の金属のハロゲン化物からなる島状膜を積層した後、ガラス基板を延伸することにより、複数の金属のハロゲン化物からなる島状膜はガラス基板とともに引き延ばされ、平面視で図２（ｂ）に示すような形状の金属のハロゲン化物からなる針状粒子１２ｂを得ることができる。さらに、針状粒子１２ｂを構成する金属ハロゲン化物を還元することにより、針状金属粒子１２ｃを形成することができる。
【００４６】
以上に説明したように、複数の材質を用いて図２（ａ）に示した島状膜１２と同様の形状の島状膜を形成できることが確認された。これらの島状膜は、ＡｇＣｌｘ、ＡｇＦ、あるいはＡｌＦからなる島状粒子の集合体であることから、ガラス基板を延伸処理することによりガラス基板とともに引き延ばされ、図２（ｂ）に示す形状の針状粒子１２ｂを得ることができる。このように、本発明によれば、光学特性に優れた偏光素子を、従来よりも極めて小さい環境負荷で簡便に製造することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…ガラス基板、１１…被膜、１２…島状膜、１２ｂ…針状粒子、１２ｃ…針状金属粒子、１００…偏光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に金属の被膜を形成する工程と、
前記被膜を部分的に除去するとともに前記金属をハロゲン化することで、前記ガラス基板上に前記金属のハロゲン化物からなる島状膜を形成する工程と、
前記ガラス基板を加熱延伸することで前記島状膜を伸長させ、前記金属ハロゲン化物の針状粒子を形成する工程と、
前記針状粒子の前記金属ハロゲン化物を還元することで金属からなる針状金属粒子を形成する工程と、
を有することを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項２】
前記金属ハロゲン化物からなる前記島状膜を形成する工程が、
前記被膜をエッチング処理することにより前記島状膜を形成する工程と、
前記ガラス基板をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスに曝すことによって前記金属をハロゲン化する工程と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項３】
前記金属ハロゲン化物からなる前記島状膜を形成する工程が、前記被膜をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスのプラズマに曝すことで、前記被膜を部分的に除去しながら前記金属をハロゲン化する工程であることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項４】
前記金属が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ａｌから選ばれる１種又は２種類以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項１】
ガラス基板上に金属の被膜を形成する工程と、
前記被膜を部分的に除去するとともに前記金属をハロゲン化することで、前記ガラス基板上に前記金属のハロゲン化物からなる島状膜を形成する工程と、
前記ガラス基板を加熱延伸することで前記島状膜を伸長させ、前記金属ハロゲン化物の針状粒子を形成する工程と、
前記針状粒子の前記金属ハロゲン化物を還元することで金属からなる針状金属粒子を形成する工程と、
を有することを特徴とする偏光素子の製造方法。
【請求項２】
前記金属ハロゲン化物からなる前記島状膜を形成する工程が、
前記被膜をエッチング処理することにより前記島状膜を形成する工程と、
前記ガラス基板をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスに曝すことによって前記金属をハロゲン化する工程と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項３】
前記金属ハロゲン化物からなる前記島状膜を形成する工程が、前記被膜をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスのプラズマに曝すことで、前記被膜を部分的に除去しながら前記金属をハロゲン化する工程であることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項４】
前記金属が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ａｌから選ばれる１種又は２種類以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の偏光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９８３０８（Ｐ２０１２−１９８３０８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６１０５１（Ｐ２０１１−６１０５１）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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