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を含む複数の粒子を配置した後、ガラス基板を加熱延伸することで粒子を伸長させ、ガラス基板上に針状粒子を形成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を含む複数の粒子を配置した後、ガラス基板を加熱延伸することで粒子を伸長させ、ガラス基板上に針状粒子を形成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し、偏光素子の透過率を低下させる原因となる。
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が、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。そのため、環境負荷が高く、省エネルギー化や生産性の点で課題がある。
【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を含む複数の粒子と分散媒とを含む液体材料を塗布する工程と、前記分散媒を除去して、前記ガラス基板上に前記複数の粒子からなる第１の粒子層を形成する工程と、前記ガラス基板を加熱延伸することで、前記複数の粒子を伸長させて複数の針状粒子とする工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
この製造方法によれば、液相法を用いて粒子をガラス基板上に配置するので、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り、環境負荷が小さく、生産性に優れた製造方法となる。
またガラス基板の表面上でプロセスが実行されるので、針状粒子の形状や配置密度の制御が容易であり、製造する偏光素子の光学特性の制御も容易に行うことができる。
【００１０】
前記ガラス基板上に前記第１の粒子層を形成した後、前記ガラス基板を延伸する前に、前記第１の粒子層上に絶縁膜を形成し、さらに該絶縁膜の上に、前記複数の粒子からなる第２の粒子層を形成する工程を有する製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、ガラス基板上における粒子の配置密度を極めて容易に制御することができる。また粒子層を形成する毎に絶縁膜を形成するので、粒子層間で粒子が凝集してしまうことがなく、粒子の粒径制御を正確かつ容易に行うことができる。
【００１１】
前記複数の粒子のうち一の粒子が金属粒子であり、前記第１の粒子層を形成した後、前記ガラス基板を延伸する前に、前記金属をハロゲン化して金属ハロゲン化物とする工程と、前記複数の粒子を前記複数の針状粒子とした後、前記金属ハロゲン化物を還元処理する製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、金属ハロゲン化物粒子を形成した後で延伸処理を行うので、粒子の伸長を円滑に実行することができる。
【００１２】
前記複数の粒子のうち一の粒子が金属ハロゲン化物を含み、前記複数の粒子を前記複数の針状粒子とした後、前記金属ハロゲン化物を還元処理する製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、ハロゲン化工程が不要であるため、金属粒子を用いる場合と比較してより簡便な製造方法となる。
【００１３】
前記第１の粒子層を形成する工程において、前記複数の粒子を軟化又は溶融させことで、前記複数の粒子のうち一の粒子を前記ガラス基板に面で接触させる製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、ガラス基板への粒子の固着性を向上させることができ、ガラス基板を延伸したときに粒子が脱離するのを抑え、歩留まりよく偏光素子を製造することができる。
【００１４】
前記金属粒子が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｄ、Ａｌから選ばれる１種又は２種類以上の金属からな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。
【００１５】
前記絶縁膜がシリコン酸化膜である製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、ガラス基板と共通の成分を有する絶縁膜とすることができるので、ガラス基板を延伸させる工程を円滑に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の偏光素子の製造方法を示す図。
【図２】第１実施形態の偏光素子の製造方法を示す図。
【図３】第２の焼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４】第２実施形態の偏光素子の製造方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施形態］
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。
【００１８】
図１及び図２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及び図２に示すように、第１の塗布工程Ｓ１と、第１の焼成工程Ｓ２と、第１のハロゲン化工程Ｓ３と、第１の絶縁膜形成工程Ｓ４と、第２の塗布工程Ｓ５と、第２の焼成工程Ｓ６と、第２のハロゲン化工程Ｓ７と、第２の絶縁膜形成工程Ｓ８と、延伸工程Ｓ９と、還元工程Ｓ１０と、を有する。
【００１９】
まず、図１（ａ）に示す第１の塗布工程Ｓ１では、ガラス基板１０上に液体材料Ｌが塗布される。
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。
【００２０】
液体材料Ｌは、金属粒子１１を分散媒ｄｍに分散させた分散液である。
金属粒子１１としては、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粒子を用いることができる。金属粒子１１は、分散性を向上させるために表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。金属粒子１１の粒径は１ｎｍ〜０．１μｍ程度であることが好ましい。０．１μｍより大きいと、良好な偏光分離特性を得られなくなるおそれがある。一方、粒径が１ｎｍより小さいと、金属粒子１１が液体材料Ｌ中やガラス基板１０上で凝集しやすくなり、コスト面、取り扱いの容易さの点でも好ましくない。
【００２１】
分散媒としては、上記の導電性微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサンなどのエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を例示できる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性等の点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、より好ましい分散媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。
【００２２】
液体材料Ｌの塗布方法は、ガラス基板１０上に所定の厚さで液体材料Ｌを塗布することができる方法であれば特に限定されず、スピンコート法、スプレーコート法、スリットコート法、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、液体噴射法等、公知の塗布方法から適宜選択して用いることができる。
【００２３】
液体材料Ｌを塗布した後、分散媒ｄｍの除去のため、必要に応じて乾燥処理を行う。乾燥処理は、ホットプレート、電気炉などによる加熱処理や、真空乾燥処理によって行うことができる。例えば、真空容器内にガラス基板１０を収容し、１０〜６０分程度の排気を行うことで、分散媒ｄｍを除去することができる。また加熱による乾燥処理を行う場合には、大気中で行ってもよく、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。
【００２４】
また、乾燥処理は、ランプアニールによって行うこともできる。ランプアニールに使用する光の光源としては、特に限定されないが、赤外線ランプ、キセノンランプ、ＹＡＧレーザ、アルゴンレーザ、炭酸ガスレーザ、ＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＢｒ、ＫｒＦ、ＫｒＣｌ、ＡｒＦ、ＡｒＣｌなどのエキシマレーザなどを光源として使用することができる。
【００２５】
次に、図１（ｂ）に示す第１の焼成工程Ｓ２では、金属粒子１１の表面に残存する分散媒ｄｍやコーティング剤を除去するとともに、金属粒子１１を軟化又は溶融させることで、ガラス基板１０の表面に固着させる。これにより、第１の粒子層１２が形成される。また、第１の焼成工程Ｓ２では、加熱処理条件により金属粒子１１の凝集の程度を制御することができ、これによりガラス基板１０上に配置された金属粒子１１の粒径を調整することができる。
【００２６】
第１の焼成工程Ｓ２は、熱処理及び光処理のいずれか又は両方により実施することができる。熱処理及び光処理の具体的手法は、上記乾燥処理と同様である。これらの熱処理及び光処理は通常大気中で行われるが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。熱処理及び光処理の処理温度や処理時間は、分散媒の沸点（蒸気圧）、雰囲気ガスの種類や圧力、微粒子の分散性や凝集性等の挙動、コーティング剤の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して適宜決定される。例えば、液体材料ＬがＡｇナノ粒子の金属粒子１１を炭化水素系の分散媒ｄｍに分散させたものである場合には、１５０℃、６０分間程度の加熱処理を行えばよい。
【００２７】
第１の焼成工程Ｓ２では、図１（ｂ）に示すように、焼成処理後の金属粒子１１を、ガラス基板１０との接触面が平坦面となるように略半球状に変形させることが好ましい。このように金属粒子１１とガラス基板１０とを面で接触させることで、金属粒子１１の固着性を高めることができる。
【００２８】
第１の焼成工程Ｓ２が終了したならば、ガラス基板１０上の金属粒子１１をハロゲン化処理する第１のハロゲン化工程Ｓ３が実行される。第１のハロゲン化工程Ｓ３により、金属粒子１１が含む金属が金属ハロゲン化物となり、金属粒子１１は金属ハロゲン化物粒子１２ａとなる。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。
【００２９】
第１のハロゲン化工程Ｓ３では、金属粒子１１をハロゲン又はハロゲン化合物を含む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、金属粒子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。あるいは、金属粒子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し、ハロゲンラジカルを金属と反応させることで金属ハロゲン化物を形成するプラズマ処理であってもよい。
【００３０】
上記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。
【００３１】
なお、第１のハロゲン化工程Ｓ３は、必要に応じて設ければよい。金属粒子１１のハロゲン化は、後段の延伸工程Ｓ９において粒子を円滑に伸長させることができるようにするために実施されるものであり、金属粒子１１が十分な延伸加工性を備えている場合にはハロゲン化を行わなくてもよい。また例えば、第１の焼成工程Ｓ２をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガス雰囲気中で実施し、焼成と同時にハロゲン化を実行する場合には、第１のハロゲン化工程Ｓ３は不要である。
【００３２】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１の粒子層１２上に第１の絶縁膜１３ａを形成する第１の絶縁膜形成工程Ｓ４が実行される。
第１の絶縁膜１３ａの材質は、透明な被膜を形成可能であり、後段の延伸工程Ｓ９における加熱温度に耐えるものあれば特に限定されない。例えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物、チタン酸化物やジルコニウム酸化物などを用いることができる。本実施形態では、基材がガラス基板であるため、成分が共通するシリコン酸化物を用いることが好ましい。
【００３３】
第１の絶縁膜１３ａの成膜方法は、所望の厚さの被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。物理蒸着法としては、蒸発系、スパッタ系のいずれであってもよい。蒸発系の物理蒸着法としては、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を挙げることができる。スパッタ系の物理蒸着法としては、コンベンショナルスパッタリング、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挙げることができる。化学蒸着法としては、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤなどを挙げることができる。
また液相法としては、スピンコート法、スプレーコート法、スリットコート法、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、液体噴射法などにより塗布し、これを焼成する方法を挙げることができる。
【００３４】
第１の絶縁膜１３ａは、主に金属ハロゲン化物粒子１２ａの凝集を防止するために設けられる層であるため、その厚さは上記目的を達成できる範囲で薄くすることができる。例えば、シリコン酸化物からなる第１の絶縁膜１３ａであれば、１００ｎｍ以下の厚さとすることができる。
【００３５】
次に、図１（ｄ）に示すように、第１の絶縁膜１３ａ上に金属粒子１１を配置する第２の塗布工程Ｓ５が実行される。
第２の塗布工程Ｓ５の具体的実施手順は、第１の塗布工程Ｓ１と同様とすることができる。すなわち、金属粒子１１を分散媒ｄｍに分散させた液体材料Ｌを、スピンコート法などにより第１の絶縁膜１３ａ上に塗布する。塗布後は、必要に応じて乾燥処理を実行する。なお、液体材料Ｌ中の金属粒子１１の含有量や分散媒ｄｍの種類、乾燥処理の条件等を、第１の塗布工程Ｓ１と異なるものとしてもよいのはもちろんである。
【００３６】
次に、図２（ａ）に示すように、第１の絶縁膜１３ａ上の金属粒子１１を焼成する第２の焼成工程Ｓ６が実行される。
第２の焼成工程Ｓ６によって、第２の粒子層２２が形成される。第２の焼成工程Ｓ６の具体的実施手順は、第１の焼成工程Ｓ２と同様とすることができる。すなわち、熱処理や光処理により金属粒子１１を加熱し、金属粒子１１に含まれる分散媒やコーティング剤を除去するとともに、加熱に伴う金属粒子１１の凝集の度合いを制御することで、金属粒子１１の粒径制御を行う。
【００３７】
このとき、本実施形態の製造方法では、下層側の第１の粒子層１２を覆って第１の絶縁膜１３ａが形成されているため、第２の焼成工程Ｓ６において軟化又は溶融した金属粒子１１が、第１の粒子層１２の金属ハロゲン化物粒子１２ａと凝着してしまうことはない。したがって、第２の焼成工程Ｓ６において、金属粒子１１の粒径は容易に制御することができる。
また、第１の絶縁膜１３ａが形成されていることにより、金属ハロゲン化物粒子１２ａを構成する金属ハロゲン化物が気化したり、ハロゲンが脱離したりすることも抑制される。
【００３８】
第２の焼成工程Ｓ６においても、金属粒子１１が第１の絶縁膜１３ａ上で略半球状となるように加熱条件等を設定することが好ましい。このように金属粒子１１と絶縁膜１３ａとを面で接触させることにより、金属粒子１１の固着性を高めることができる。
なお、加熱方法や加熱処理の条件等を第１の焼成工程Ｓ２と異ならせてもよいのはもちろんである。
【００３９】
続いて、第２のハロゲン化工程Ｓ７が実行される。
第２のハロゲン化工程Ｓ７の具体的手順は、第１のハロゲン化工程Ｓ３と同様とすることができる。すなわち、ハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスを直接又はプラズマ化した状態で金属粒子１１に接触させ、金属粒子１１を構成する金属をハロゲン化させることで、金属粒子１１を金属ハロゲン化物粒子２２ａとする
【００４０】
なお、第２のハロゲン化工程Ｓ７についても、必要に応じて設ければよい。すなわち、金属粒子１１の状態でも延伸可能である場合や、第２の塗布工程Ｓ５において、金属粒子１１ではなく、金属ハロゲン化物粒子を分散媒に分散させた液体材料を用いる場合、あるいは、第２の焼成工程Ｓ６をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガス雰囲気中で実施し、焼成と同時にハロゲン化を実行する場合には、第２のハロゲン化工程Ｓ７は不要である。
【００４１】
次に、図２（ｂ）に示すように、第２の粒子層２２上に第２の絶縁膜１３ｂを形成する第２の絶縁膜形成工程Ｓ８が実行される。
第２の絶縁膜形成工程Ｓ８の具体的実施手順は、第１の絶縁膜形成工程Ｓ４と同様とすることができる。すなわち、スパッタ法やＣＶＤ法を用いて、シリコン酸化物やシリコン窒化物からなる第２の絶縁膜１３ｂを形成する。第２の絶縁膜１３ｂも、ガラス基板１０と成分が共通するシリコン酸化物からなるものとすることが好ましい。
【００４２】
ここで図３（ａ）は、第２の絶縁膜形成工程Ｓ８後のガラス基板の模式平面図である。図３（ａ）に示すように、上記した工程により、ガラス基板１０上に、例えば平面視で粒径２０ｎｍの金属ハロゲン化物粒子１２ａ及び金属ハロゲン化物粒子２２ａが平面配置される。金属ハロゲン化物粒子１２ａと金属ハロゲン化物粒子２２ａがいずれも設けられていない領域には、ガラス基板１０上に第１の絶縁膜１３ａと第２の絶縁膜１３ｂのみが積層された光透過領域１０ａが形成されている。
【００４３】
次に、図２（ｃ）に示すように、延伸工程Ｓ９が実行される。延伸工程Ｓ９では、加熱して軟化させたガラス基板１０を、第１の粒子層１２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Ｓ９における加熱温度は特に限定されず、ガラス基板１０を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。
【００４４】
延伸工程Ｓ９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上の金属ハロゲン化物粒子１２ａ、２２ａも延伸方向に引き延ばされ、図２（ｃ）及び図３（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、２２ｂとなる。針状粒子１２ｂ、２２ｂは、アスペクト比が５以上の細長い形状であり、例えば、幅１〜５ｎｍ、長さ５〜４０ｎｍ程度の大きさである。
【００４５】
また、針状粒子１２ｂ、２２ｂの間の領域においても、図３（ａ）に示した光透過領域１０ａが引き延ばされ、細長いスリット状の光透過領域１０ｂが形成される。このスリット状の光透過領域１０ｂの大きさは、金属ハロゲン化物粒子１２ａ、２２ａの形成密度により変化するが、幅１〜２０ｎｍ、長さ３〜１００ｎｍ程度である。
【００４６】
なお、本実施形態の場合、第１の粒子層１２を覆って第１の絶縁膜１３ａが形成され、第２の粒子層２２を覆って第２の絶縁膜１３ｂが形成されているが、これらは延伸工程Ｓ９にほとんど影響を与えない。
まず、第１の絶縁膜１３ａのうち、ガラス基板１０上に直接形成されている部分については、延伸工程Ｓ９ではガラス基板１０とほとんど一体化され、ガラス基板１０とともに伸長される。
次に、第２の絶縁膜１３ｂのうち、光透過領域１０ａに位置する部分は、下層の第１の絶縁膜１３ａとともにガラス基板１０と一体化され、ガラス基板１０とともに伸長される。
一方、第２の絶縁膜１３ｂのうち、金属ハロゲン化物粒子１２ａ上、又は金属ハロゲン化物粒子２２ａ上に位置する部分については、ガラス基板１０とは一体化されず、割れたり、穴が空いたりすると推定されるが、このように金属ハロゲン化物粒子１２ａ、２２ａ（針状粒子１２ｂ、２２ｂ）上の絶縁膜が部分的にでも除去されていれば、後段の還元工程Ｓ１０における還元効率が高まるため、工程上有利に作用する。
【００４７】
次に、図２（ｄ）に示すように、還元工程Ｓ１０が実行される。
還元工程Ｓ１０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、２２ｂ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、２２ｃが形成される。例えば、針状粒子１２ｂ、２２ｂ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、２２ｃとなり、針状粒子１２ｂ、２２ｂ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、２２ｃとなる。
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、２２ｃがスリット状の光透過領域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。
【００４８】
本実施形態の製造方法により製造される偏光素子１００は、平面視において可視光の波長よりも狭い幅の針状金属粒子１２ｃ、２２ｃ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、２２ｃ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。
【００４９】
以上に詳細に説明した本実施形態の製造方法によれば、液相法を用いてガラス基板１０の表面に金属粒子１１を配置した後、ハロゲン化して金属ハロゲン化物粒子１２ａ、２２ａとし、これを延伸、還元して針状金属粒子を形成する。このようにガラス基板１０の表面上でプロセスが実行されるので、最終の還元工程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、２２ｃ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して光学特性を劣化させることがない。
また、液相法を用いて金属粒子１１をガラス基板１０上に配置するので、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り、環境負荷が小さく、生産性に優れた製造方法となる。
【００５０】
また、塗布工程と焼成工程と絶縁膜形成工程とを必要に応じて１回又は複数回繰り返して実行することにより、ガラス基板１０上における金属ハロゲン化物粒子１２ａ、２２ａの配置密度を、容易かつ高精度に制御することができる。これにより、偏光素子１００を構成する針状金属粒子１２ｃ、２２ｃ及びスリット状の光透過領域１０ｂの形成密度、面積率を容易に制御することができるので、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。
【００５１】
また本実施形態の製造方法では、多様な材質の金属粒子１１を用いることができ、ハロゲン化する際のハロゲン元素も任意のものを用いることができる。したがって、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。
【００５２】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では、第１の粒子層１２の上に第１の絶縁膜１３ａを介して第２の粒子層２２を設けた場合を説明したが、第２の実施形態では、粒子層として第１の粒子層１２のみを設ける場合について説明する。
【００５３】
まず、図４（ａ）に示す第１の塗布工程Ｓ３１で、金属ハロゲン化物ＡｌＦを含む金属ハロゲン化物粒子３１ａが分散された液体材料Ｌａをガラス基板１０上に塗布する。
次に、図４（ｂ）に示す焼成工程Ｓ３２では、第１の実施形態と同様に、金属ハロゲン化物粒子３１ａの表面に残存する分散媒ｄｍやコーティング剤を除去するとともに、金属ハロゲン化物粒子３１ａを軟化又は溶融させることで、金属ハロゲン化物粒子３１ａをガラス基板１０の表面に面で固着させる。これによって、複数の金属ハロゲン化物粒子３１ａからなる粒子層３２が形成される。
次に、図４（ｃ）に示した延伸工程Ｓ３３によって、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３１ｂを形成する。
最後に、図４（ｄ）に示した還元工程Ｓ３４によって、ＡｌＦからなる針状粒子３１ｂはＡｌからなる針状金属粒子３１ｃになる。
以上の工程により、偏光素子２００を製造することができる。
【００５４】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様、光学特性に優れた偏光素子を簡便に製造することができる。
【符号の説明】
【００５５】
Ｌ，Ｌａ…液体材料、１０…ガラス基板、１１…金属粒子、１２…第１の粒子層、１２ａ，２２ａ，３１ａ…金属ハロゲン化物粒子、１２ｂ，２２ｂ，３１ｂ…針状粒子、１２ｃ，２２ｃ，３１ｃ…針状金属粒子、１３ａ…第１の絶縁膜、１３ｂ…第２の絶縁膜、２２…第２の粒子層、３２…粒子層、１００，２００…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し、偏光素子の透過率を低下させる原因となる。
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が、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。そのため、環境負荷が高く、省エネルギー化や生産性の点で課題がある。
【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を含む複数の粒子と分散媒とを含む液体材料を塗布する工程と、前記分散媒を除去して、前記ガラス基板上に前記複数の粒子からなる第１の粒子層を形成する工程と、前記ガラス基板を加熱延伸することで、前記複数の粒子を伸長させて複数の針状粒子とする工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
この製造方法によれば、液相法を用いて粒子をガラス基板上に配置するので、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り、環境負荷が小さく、生産性に優れた製造方法となる。
またガラス基板の表面上でプロセスが実行されるので、針状粒子の形状や配置密度の制御が容易であり、製造する偏光素子の光学特性の制御も容易に行うことができる。
【００１０】
前記ガラス基板上に前記第１の粒子層を形成した後、前記ガラス基板を延伸する前に、前記第１の粒子層上に絶縁膜を形成し、さらに該絶縁膜の上に、前記複数の粒子からなる第２の粒子層を形成する工程を有する製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、ガラス基板上における粒子の配置密度を極めて容易に制御することができる。また粒子層を形成する毎に絶縁膜を形成するので、粒子層間で粒子が凝集してしまうことがなく、粒子の粒径制御を正確かつ容易に行うことができる。
【００１１】
前記複数の粒子のうち一の粒子が金属粒子であり、前記第１の粒子層を形成した後、前記ガラス基板を延伸する前に、前記金属をハロゲン化して金属ハロゲン化物とする工程と、前記複数の粒子を前記複数の針状粒子とした後、前記金属ハロゲン化物を還元処理する製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、金属ハロゲン化物粒子を形成した後で延伸処理を行うので、粒子の伸長を円滑に実行することができる。
【００１２】
前記複数の粒子のうち一の粒子が金属ハロゲン化物を含み、前記複数の粒子を前記複数の針状粒子とした後、前記金属ハロゲン化物を還元処理する製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、ハロゲン化工程が不要であるため、金属粒子を用いる場合と比較してより簡便な製造方法となる。
【００１３】
前記第１の粒子層を形成する工程において、前記複数の粒子を軟化又は溶融させことで、前記複数の粒子のうち一の粒子を前記ガラス基板に面で接触させる製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、ガラス基板への粒子の固着性を向上させることができ、ガラス基板を延伸したときに粒子が脱離するのを抑え、歩留まりよく偏光素子を製造することができる。
【００１４】
前記金属粒子が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｄ、Ａｌから選ばれる１種又は２種類以上の金属からな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。
【００１５】
前記絶縁膜がシリコン酸化膜である製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、ガラス基板と共通の成分を有する絶縁膜とすることができるので、ガラス基板を延伸させる工程を円滑に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の偏光素子の製造方法を示す図。
【図２】第１実施形態の偏光素子の製造方法を示す図。
【図３】第２の焼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４】第２実施形態の偏光素子の製造方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施形態］
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。
【００１８】
図１及び図２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及び図２に示すように、第１の塗布工程Ｓ１と、第１の焼成工程Ｓ２と、第１のハロゲン化工程Ｓ３と、第１の絶縁膜形成工程Ｓ４と、第２の塗布工程Ｓ５と、第２の焼成工程Ｓ６と、第２のハロゲン化工程Ｓ７と、第２の絶縁膜形成工程Ｓ８と、延伸工程Ｓ９と、還元工程Ｓ１０と、を有する。
【００１９】
まず、図１（ａ）に示す第１の塗布工程Ｓ１では、ガラス基板１０上に液体材料Ｌが塗布される。
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。
【００２０】
液体材料Ｌは、金属粒子１１を分散媒ｄｍに分散させた分散液である。
金属粒子１１としては、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粒子を用いることができる。金属粒子１１は、分散性を向上させるために表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。金属粒子１１の粒径は１ｎｍ〜０．１μｍ程度であることが好ましい。０．１μｍより大きいと、良好な偏光分離特性を得られなくなるおそれがある。一方、粒径が１ｎｍより小さいと、金属粒子１１が液体材料Ｌ中やガラス基板１０上で凝集しやすくなり、コスト面、取り扱いの容易さの点でも好ましくない。
【００２１】
分散媒としては、上記の導電性微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサンなどのエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を例示できる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性等の点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、より好ましい分散媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。
【００２２】
液体材料Ｌの塗布方法は、ガラス基板１０上に所定の厚さで液体材料Ｌを塗布することができる方法であれば特に限定されず、スピンコート法、スプレーコート法、スリットコート法、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、液体噴射法等、公知の塗布方法から適宜選択して用いることができる。
【００２３】
液体材料Ｌを塗布した後、分散媒ｄｍの除去のため、必要に応じて乾燥処理を行う。乾燥処理は、ホットプレート、電気炉などによる加熱処理や、真空乾燥処理によって行うことができる。例えば、真空容器内にガラス基板１０を収容し、１０〜６０分程度の排気を行うことで、分散媒ｄｍを除去することができる。また加熱による乾燥処理を行う場合には、大気中で行ってもよく、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。
【００２４】
また、乾燥処理は、ランプアニールによって行うこともできる。ランプアニールに使用する光の光源としては、特に限定されないが、赤外線ランプ、キセノンランプ、ＹＡＧレーザ、アルゴンレーザ、炭酸ガスレーザ、ＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＢｒ、ＫｒＦ、ＫｒＣｌ、ＡｒＦ、ＡｒＣｌなどのエキシマレーザなどを光源として使用することができる。
【００２５】
次に、図１（ｂ）に示す第１の焼成工程Ｓ２では、金属粒子１１の表面に残存する分散媒ｄｍやコーティング剤を除去するとともに、金属粒子１１を軟化又は溶融させることで、ガラス基板１０の表面に固着させる。これにより、第１の粒子層１２が形成される。また、第１の焼成工程Ｓ２では、加熱処理条件により金属粒子１１の凝集の程度を制御することができ、これによりガラス基板１０上に配置された金属粒子１１の粒径を調整することができる。
【００２６】
第１の焼成工程Ｓ２は、熱処理及び光処理のいずれか又は両方により実施することができる。熱処理及び光処理の具体的手法は、上記乾燥処理と同様である。これらの熱処理及び光処理は通常大気中で行われるが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。熱処理及び光処理の処理温度や処理時間は、分散媒の沸点（蒸気圧）、雰囲気ガスの種類や圧力、微粒子の分散性や凝集性等の挙動、コーティング剤の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して適宜決定される。例えば、液体材料ＬがＡｇナノ粒子の金属粒子１１を炭化水素系の分散媒ｄｍに分散させたものである場合には、１５０℃、６０分間程度の加熱処理を行えばよい。
【００２７】
第１の焼成工程Ｓ２では、図１（ｂ）に示すように、焼成処理後の金属粒子１１を、ガラス基板１０との接触面が平坦面となるように略半球状に変形させることが好ましい。このように金属粒子１１とガラス基板１０とを面で接触させることで、金属粒子１１の固着性を高めることができる。
【００２８】
第１の焼成工程Ｓ２が終了したならば、ガラス基板１０上の金属粒子１１をハロゲン化処理する第１のハロゲン化工程Ｓ３が実行される。第１のハロゲン化工程Ｓ３により、金属粒子１１が含む金属が金属ハロゲン化物となり、金属粒子１１は金属ハロゲン化物粒子１２ａとなる。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。
【００２９】
第１のハロゲン化工程Ｓ３では、金属粒子１１をハロゲン又はハロゲン化合物を含む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、金属粒子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。あるいは、金属粒子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し、ハロゲンラジカルを金属と反応させることで金属ハロゲン化物を形成するプラズマ処理であってもよい。
【００３０】
上記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。
【００３１】
なお、第１のハロゲン化工程Ｓ３は、必要に応じて設ければよい。金属粒子１１のハロゲン化は、後段の延伸工程Ｓ９において粒子を円滑に伸長させることができるようにするために実施されるものであり、金属粒子１１が十分な延伸加工性を備えている場合にはハロゲン化を行わなくてもよい。また例えば、第１の焼成工程Ｓ２をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガス雰囲気中で実施し、焼成と同時にハロゲン化を実行する場合には、第１のハロゲン化工程Ｓ３は不要である。
【００３２】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１の粒子層１２上に第１の絶縁膜１３ａを形成する第１の絶縁膜形成工程Ｓ４が実行される。
第１の絶縁膜１３ａの材質は、透明な被膜を形成可能であり、後段の延伸工程Ｓ９における加熱温度に耐えるものあれば特に限定されない。例えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物、チタン酸化物やジルコニウム酸化物などを用いることができる。本実施形態では、基材がガラス基板であるため、成分が共通するシリコン酸化物を用いることが好ましい。
【００３３】
第１の絶縁膜１３ａの成膜方法は、所望の厚さの被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。物理蒸着法としては、蒸発系、スパッタ系のいずれであってもよい。蒸発系の物理蒸着法としては、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を挙げることができる。スパッタ系の物理蒸着法としては、コンベンショナルスパッタリング、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挙げることができる。化学蒸着法としては、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤなどを挙げることができる。
また液相法としては、スピンコート法、スプレーコート法、スリットコート法、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、液体噴射法などにより塗布し、これを焼成する方法を挙げることができる。
【００３４】
第１の絶縁膜１３ａは、主に金属ハロゲン化物粒子１２ａの凝集を防止するために設けられる層であるため、その厚さは上記目的を達成できる範囲で薄くすることができる。例えば、シリコン酸化物からなる第１の絶縁膜１３ａであれば、１００ｎｍ以下の厚さとすることができる。
【００３５】
次に、図１（ｄ）に示すように、第１の絶縁膜１３ａ上に金属粒子１１を配置する第２の塗布工程Ｓ５が実行される。
第２の塗布工程Ｓ５の具体的実施手順は、第１の塗布工程Ｓ１と同様とすることができる。すなわち、金属粒子１１を分散媒ｄｍに分散させた液体材料Ｌを、スピンコート法などにより第１の絶縁膜１３ａ上に塗布する。塗布後は、必要に応じて乾燥処理を実行する。なお、液体材料Ｌ中の金属粒子１１の含有量や分散媒ｄｍの種類、乾燥処理の条件等を、第１の塗布工程Ｓ１と異なるものとしてもよいのはもちろんである。
【００３６】
次に、図２（ａ）に示すように、第１の絶縁膜１３ａ上の金属粒子１１を焼成する第２の焼成工程Ｓ６が実行される。
第２の焼成工程Ｓ６によって、第２の粒子層２２が形成される。第２の焼成工程Ｓ６の具体的実施手順は、第１の焼成工程Ｓ２と同様とすることができる。すなわち、熱処理や光処理により金属粒子１１を加熱し、金属粒子１１に含まれる分散媒やコーティング剤を除去するとともに、加熱に伴う金属粒子１１の凝集の度合いを制御することで、金属粒子１１の粒径制御を行う。
【００３７】
このとき、本実施形態の製造方法では、下層側の第１の粒子層１２を覆って第１の絶縁膜１３ａが形成されているため、第２の焼成工程Ｓ６において軟化又は溶融した金属粒子１１が、第１の粒子層１２の金属ハロゲン化物粒子１２ａと凝着してしまうことはない。したがって、第２の焼成工程Ｓ６において、金属粒子１１の粒径は容易に制御することができる。
また、第１の絶縁膜１３ａが形成されていることにより、金属ハロゲン化物粒子１２ａを構成する金属ハロゲン化物が気化したり、ハロゲンが脱離したりすることも抑制される。
【００３８】
第２の焼成工程Ｓ６においても、金属粒子１１が第１の絶縁膜１３ａ上で略半球状となるように加熱条件等を設定することが好ましい。このように金属粒子１１と絶縁膜１３ａとを面で接触させることにより、金属粒子１１の固着性を高めることができる。
なお、加熱方法や加熱処理の条件等を第１の焼成工程Ｓ２と異ならせてもよいのはもちろんである。
【００３９】
続いて、第２のハロゲン化工程Ｓ７が実行される。
第２のハロゲン化工程Ｓ７の具体的手順は、第１のハロゲン化工程Ｓ３と同様とすることができる。すなわち、ハロゲン又はハロゲン化合物を含むガスを直接又はプラズマ化した状態で金属粒子１１に接触させ、金属粒子１１を構成する金属をハロゲン化させることで、金属粒子１１を金属ハロゲン化物粒子２２ａとする
【００４０】
なお、第２のハロゲン化工程Ｓ７についても、必要に応じて設ければよい。すなわち、金属粒子１１の状態でも延伸可能である場合や、第２の塗布工程Ｓ５において、金属粒子１１ではなく、金属ハロゲン化物粒子を分散媒に分散させた液体材料を用いる場合、あるいは、第２の焼成工程Ｓ６をハロゲン又はハロゲン化合物を含むガス雰囲気中で実施し、焼成と同時にハロゲン化を実行する場合には、第２のハロゲン化工程Ｓ７は不要である。
【００４１】
次に、図２（ｂ）に示すように、第２の粒子層２２上に第２の絶縁膜１３ｂを形成する第２の絶縁膜形成工程Ｓ８が実行される。
第２の絶縁膜形成工程Ｓ８の具体的実施手順は、第１の絶縁膜形成工程Ｓ４と同様とすることができる。すなわち、スパッタ法やＣＶＤ法を用いて、シリコン酸化物やシリコン窒化物からなる第２の絶縁膜１３ｂを形成する。第２の絶縁膜１３ｂも、ガラス基板１０と成分が共通するシリコン酸化物からなるものとすることが好ましい。
【００４２】
ここで図３（ａ）は、第２の絶縁膜形成工程Ｓ８後のガラス基板の模式平面図である。図３（ａ）に示すように、上記した工程により、ガラス基板１０上に、例えば平面視で粒径２０ｎｍの金属ハロゲン化物粒子１２ａ及び金属ハロゲン化物粒子２２ａが平面配置される。金属ハロゲン化物粒子１２ａと金属ハロゲン化物粒子２２ａがいずれも設けられていない領域には、ガラス基板１０上に第１の絶縁膜１３ａと第２の絶縁膜１３ｂのみが積層された光透過領域１０ａが形成されている。
【００４３】
次に、図２（ｃ）に示すように、延伸工程Ｓ９が実行される。延伸工程Ｓ９では、加熱して軟化させたガラス基板１０を、第１の粒子層１２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Ｓ９における加熱温度は特に限定されず、ガラス基板１０を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。
【００４４】
延伸工程Ｓ９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上の金属ハロゲン化物粒子１２ａ、２２ａも延伸方向に引き延ばされ、図２（ｃ）及び図３（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、２２ｂとなる。針状粒子１２ｂ、２２ｂは、アスペクト比が５以上の細長い形状であり、例えば、幅１〜５ｎｍ、長さ５〜４０ｎｍ程度の大きさである。
【００４５】
また、針状粒子１２ｂ、２２ｂの間の領域においても、図３（ａ）に示した光透過領域１０ａが引き延ばされ、細長いスリット状の光透過領域１０ｂが形成される。このスリット状の光透過領域１０ｂの大きさは、金属ハロゲン化物粒子１２ａ、２２ａの形成密度により変化するが、幅１〜２０ｎｍ、長さ３〜１００ｎｍ程度である。
【００４６】
なお、本実施形態の場合、第１の粒子層１２を覆って第１の絶縁膜１３ａが形成され、第２の粒子層２２を覆って第２の絶縁膜１３ｂが形成されているが、これらは延伸工程Ｓ９にほとんど影響を与えない。
まず、第１の絶縁膜１３ａのうち、ガラス基板１０上に直接形成されている部分については、延伸工程Ｓ９ではガラス基板１０とほとんど一体化され、ガラス基板１０とともに伸長される。
次に、第２の絶縁膜１３ｂのうち、光透過領域１０ａに位置する部分は、下層の第１の絶縁膜１３ａとともにガラス基板１０と一体化され、ガラス基板１０とともに伸長される。
一方、第２の絶縁膜１３ｂのうち、金属ハロゲン化物粒子１２ａ上、又は金属ハロゲン化物粒子２２ａ上に位置する部分については、ガラス基板１０とは一体化されず、割れたり、穴が空いたりすると推定されるが、このように金属ハロゲン化物粒子１２ａ、２２ａ（針状粒子１２ｂ、２２ｂ）上の絶縁膜が部分的にでも除去されていれば、後段の還元工程Ｓ１０における還元効率が高まるため、工程上有利に作用する。
【００４７】
次に、図２（ｄ）に示すように、還元工程Ｓ１０が実行される。
還元工程Ｓ１０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、２２ｂ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、２２ｃが形成される。例えば、針状粒子１２ｂ、２２ｂ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、２２ｃとなり、針状粒子１２ｂ、２２ｂ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、２２ｃとなる。
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、２２ｃがスリット状の光透過領域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。
【００４８】
本実施形態の製造方法により製造される偏光素子１００は、平面視において可視光の波長よりも狭い幅の針状金属粒子１２ｃ、２２ｃ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、２２ｃ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。
【００４９】
以上に詳細に説明した本実施形態の製造方法によれば、液相法を用いてガラス基板１０の表面に金属粒子１１を配置した後、ハロゲン化して金属ハロゲン化物粒子１２ａ、２２ａとし、これを延伸、還元して針状金属粒子を形成する。このようにガラス基板１０の表面上でプロセスが実行されるので、最終の還元工程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、２２ｃ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して光学特性を劣化させることがない。
また、液相法を用いて金属粒子１１をガラス基板１０上に配置するので、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り、環境負荷が小さく、生産性に優れた製造方法となる。
【００５０】
また、塗布工程と焼成工程と絶縁膜形成工程とを必要に応じて１回又は複数回繰り返して実行することにより、ガラス基板１０上における金属ハロゲン化物粒子１２ａ、２２ａの配置密度を、容易かつ高精度に制御することができる。これにより、偏光素子１００を構成する針状金属粒子１２ｃ、２２ｃ及びスリット状の光透過領域１０ｂの形成密度、面積率を容易に制御することができるので、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。
【００５１】
また本実施形態の製造方法では、多様な材質の金属粒子１１を用いることができ、ハロゲン化する際のハロゲン元素も任意のものを用いることができる。したがって、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。
【００５２】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では、第１の粒子層１２の上に第１の絶縁膜１３ａを介して第２の粒子層２２を設けた場合を説明したが、第２の実施形態では、粒子層として第１の粒子層１２のみを設ける場合について説明する。
【００５３】
まず、図４（ａ）に示す第１の塗布工程Ｓ３１で、金属ハロゲン化物ＡｌＦを含む金属ハロゲン化物粒子３１ａが分散された液体材料Ｌａをガラス基板１０上に塗布する。
次に、図４（ｂ）に示す焼成工程Ｓ３２では、第１の実施形態と同様に、金属ハロゲン化物粒子３１ａの表面に残存する分散媒ｄｍやコーティング剤を除去するとともに、金属ハロゲン化物粒子３１ａを軟化又は溶融させることで、金属ハロゲン化物粒子３１ａをガラス基板１０の表面に面で固着させる。これによって、複数の金属ハロゲン化物粒子３１ａからなる粒子層３２が形成される。
次に、図４（ｃ）に示した延伸工程Ｓ３３によって、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３１ｂを形成する。
最後に、図４（ｄ）に示した還元工程Ｓ３４によって、ＡｌＦからなる針状粒子３１ｂはＡｌからなる針状金属粒子３１ｃになる。
以上の工程により、偏光素子２００を製造することができる。
【００５４】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様、光学特性に優れた偏光素子を簡便に製造することができる。
【符号の説明】
【００５５】
Ｌ，Ｌａ…液体材料、１０…ガラス基板、１１…金属粒子、１２…第１の粒子層、１２ａ，２２ａ，３１ａ…金属ハロゲン化物粒子、１２ｂ，２２ｂ，３１ｂ…針状粒子、１２ｃ，２２ｃ，３１ｃ…針状金属粒子、１３ａ…第１の絶縁膜、１３ｂ…第２の絶縁膜、２２…第２の粒子層、３２…粒子層、１００，２００…偏光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に金属を含む複数の粒子と分散媒とを含む液体材料を塗布する工程と、
前記分散媒を除去して、前記ガラス基板上に前記複数の粒子からなる第１の粒子層を形成する工程と、
前記ガラス基板を加熱延伸することで、前記複数の粒子を伸長させて複数の針状粒子とする工程と、
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】
前記ガラス基板上に前記第１の粒子層を形成した後、前記ガラス基板を延伸する前に、前記第１の粒子層上に絶縁膜を形成し、さらに該絶縁膜の上に、前記複数の粒子からなる第２の粒子層を形成する工程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】
前記複数の粒子のうち一の粒子が金属粒子であり、
前記第１の粒子層を形成した後、前記ガラス基板を延伸する前に、前記金属をハロゲン化して金属ハロゲン化物とする工程と、
前記複数の粒子を前記複数の針状粒子とした後、前記金属ハロゲン化物を還元処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項４】
前記複数の粒子のうち一の粒子が金属ハロゲン化物を含み、
前記複数の粒子を前記複数の針状粒子とした後、前記金属ハロゲン化物を還元処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１の粒子層を形成する工程において、前記複数の粒子を軟化又は溶融させことで、前記複数の粒子のうち一の粒子を前記ガラス基板に面で接触させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項６】
前記金属が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｄ、Ａｌから選ばれる１種又は２種類以上の金属からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項７】
前記絶縁膜がシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１から６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を含む複数の粒子と分散媒とを含む液体材料を塗布する工程と、
前記分散媒を除去して、前記ガラス基板上に前記複数の粒子からなる第１の粒子層を形成する工程と、
前記ガラス基板を加熱延伸することで、前記複数の粒子を伸長させて複数の針状粒子とする工程と、
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】
前記ガラス基板上に前記第１の粒子層を形成した後、前記ガラス基板を延伸する前に、前記第１の粒子層上に絶縁膜を形成し、さらに該絶縁膜の上に、前記複数の粒子からなる第２の粒子層を形成する工程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】
前記複数の粒子のうち一の粒子が金属粒子であり、
前記第１の粒子層を形成した後、前記ガラス基板を延伸する前に、前記金属をハロゲン化して金属ハロゲン化物とする工程と、
前記複数の粒子を前記複数の針状粒子とした後、前記金属ハロゲン化物を還元処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項４】
前記複数の粒子のうち一の粒子が金属ハロゲン化物を含み、
前記複数の粒子を前記複数の針状粒子とした後、前記金属ハロゲン化物を還元処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１の粒子層を形成する工程において、前記複数の粒子を軟化又は溶融させことで、前記複数の粒子のうち一の粒子を前記ガラス基板に面で接触させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項６】
前記金属が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｄ、Ａｌから選ばれる１種又は２種類以上の金属からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項７】
前記絶縁膜がシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１から６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２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１９８３０９（Ｐ２０１２−１９８３０９Ａ）
【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２０１１−６１０５２（Ｐ２０１１−６１０５２）
【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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