波長板の製造方法
【課題】高耐湿性を保持して耐久性及び安定性に優れた波長板を製造する。
【解決手段】基板上に誘電体材料を斜め蒸着し、誘電体材料の微粒子が柱状に積層された柱状部１２とこの柱状部間に設けられた間隙部１３とを有する複屈折層１４を形成し、複屈折層１４を１００℃以上３００℃以下の温度でアニール処理する。そして、アニール処理された複屈折層１４上に無機化合物を高密度に形成することにより低湿度透過性の保護膜１５を成膜する。
【解決手段】基板上に誘電体材料を斜め蒸着し、誘電体材料の微粒子が柱状に積層された柱状部１２とこの柱状部間に設けられた間隙部１３とを有する複屈折層１４を形成し、複屈折層１４を１００℃以上３００℃以下の温度でアニール処理する。そして、アニール処理された複屈折層１４上に無機化合物を高密度に形成することにより低湿度透過性の保護膜１５を成膜する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜め蒸着によって形成された複屈折層による複屈折率を有する波長板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長板は、水晶などの無機化学単結晶や高分子延伸フィルムにより作られていることがほとんどであった。しかしながら、無機光学単結晶は、波長板として、性能、耐久性、信頼性に優れるものの、原材料費、加工コストが高い。また、高分子延伸フィルムは、熱やＵＶ光線に対して劣化し易く、耐久性に難がある。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１〜４に記載されているように、基板面に対して斜め方向から粒子を蒸着して斜め柱状構造を形成し、この基板面に対して垂直に入射する光線に対して複屈折性を有する光学素子が提案されている。この斜め柱状構造を有する斜方蒸着膜が形成された斜方蒸着波長板は、原理的に膜厚を調整することによって任意の位相差を設定できる。また、大面積化が比較的可能であり、大量生産によって低コスト化の可能性がある。
【０００４】
特許文献１には、位相差において高波長分散を示す材料と低波長分散を示す材料とを斜め蒸着した、少なくとも２層からなり、可視光線の広帯域での波長板に適用される斜方蒸着膜が記載されている。この特許文献１の斜方蒸着膜は、位相差において高波長分散を示す材料と低波長分散を示す材料とをそれぞれ用い、各層の誘電体材料の基板に対する蒸着方向が異なり、該蒸着膜の遅相軸が直交するように各層が積層されているものである。
【０００５】
また、特許文献２には、斜方蒸着により稠密構造の複屈折層を備えることで高耐久性及び高安定性を有する光学リターダーが記載されている。また、特許文献３には、一次元格子上に高屈折材料を斜め蒸着して作製した光ピックアップ用のホログラム用偏光素子が記載されている。また、特許文献４には、周期的な凹凸形状を有する高屈折率媒質層と低屈折率媒質層との交互多層膜により、広い動作波長を設定可能としたフォトニック結晶型波長板が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２３８４０号公報
【特許文献２】特開平２００７−１８８０６０号公報
【特許文献３】特開平１１−２５０４８３号公報
【特許文献４】ＷＯ２００４／１１３９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような斜方蒸着膜が成膜された波長板は、高耐久性及び高安定性を得るために高耐湿性を有することが要請されている。しかしながら、斜方蒸着膜が成膜された波長板は、柱状組織を備えるため、材料の隙間に水分が入り込みやすく耐湿性を悪化させるといった課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、斜め蒸着によって形成された複屈折層による複屈折率を有する波長板において、高耐湿性を有し、耐久性及び安定性に優れた波長板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、種々の検討を重ねた結果、斜め蒸着によって基板上に蒸着された微粒子上に低湿度透過性の保護膜を成膜することにより、高耐湿性を有し、耐久性及び安定性に優れた波長板を製造できることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明に係る波長板の製造方法は、基板上に誘電体材料を斜め蒸着し、誘電体材料の微粒子が柱状に積層された柱状部と柱状部間に設けられた間隙部とを有する複屈折層を形成する複屈折層形成工程と、複屈折層を１００℃以上３００℃以下の温度でアニール処理するアニール処理工程と、アニール処理された複屈折層上に無機化合物を高密度に形成することにより保護膜を成膜する保護膜成膜工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の波長板の製造方法によれば、高耐湿性を有し、耐久性及び安定性に優れた波長板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】誘電体材料の微粒子の形状異方性を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施の形態における波長板の概略断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における波長板の概略断面図である。
【図４】基板の構成例を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態における波長板の概略断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における波長板の概略断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における波長板の要部を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における波長板の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】斜め蒸着の概要を説明するための図である。
【図１０】実施例１における波長板のサンプルについての完成直後の透過率、耐湿負荷試験において１００時間保持させた後の透過率を示す図である。
【図１１】アニール温度を変化させた波長板の透過率を示す図である。
【図１２】比較例１における波長板のサンプルについての完成直後の透過率、耐湿負荷試験において１００時間保持させた後の透過率を示す図である。
【図１３】比較例２における波長板のサンプルについての完成直後の透過率、耐湿負荷試験において１００時間保持させた後の透過率を示す図である。
【図１４】一次元格子基板を用いた波長板と平坦基板を用いた波長板との複屈折量の比較を示す図である。
【図１５】一次元格子基板を用いた波長板の断面のＳＥＭ像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態（以下、「本実施の形態」という。）について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．波長板の製造方法
２．変形例
２−１．変形例１
２−２．変形例２
２−３．変形例３
３．処理工程
４．実施例
【００１４】
＜１．波長板の製造方法＞
本実施の形態における波長板の製造方法は、斜め蒸着による微粒子の複屈折を利用して複屈折量を増大させる波長板を製造するものであって、透明基板上に誘電体材料を斜め蒸着して複屈折層（斜方蒸着膜）を形成した後、複屈折層内部の水分をアニール処理によって蒸発させ、その後、複屈折層上に無機化合物を高密度に形成することにより低湿度透過性の保護膜を成膜するものである。この斜め蒸着による微粒子の複屈折は、例えば図１に示すように、誘電体材料の微粒子の形状異方性によって長軸方向ｎ１と短軸方向ｎ２とで屈折率に差が生じることにより発現される。
【００１５】
本実施の形態における波長板の製造方法では、例えば図２の断面図に示す波長板を製造する。この図２に示す波長板は、基板１１上に、誘電体材料を１方向から斜め蒸着させて柱状部１２を形成する。これにより、複数の柱部１２間には間隙部１３が形成される。この柱状部１２と間隙部１３とからなる複屈折層１４に対してアニール処理を行い、間隙部１３内の水分を蒸発させる。その後、複屈折層１４に無機化合物を高密度に形成することにより保護膜１５を成膜する。
【００１６】
基板１１には、ガラス基板、シリコン基板、プラスチック基板等の透明基板を使用することが可能である。中でも、可視光領域（波長範囲：３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の吸収が少ない石英ガラス（ＳｉＯ２）基板が好ましい。
【００１７】
基板としては、ガラス基板、シリコン基板、プラスチック基板等の透明基板が使用され、その中でも、可視光領域（波長範囲：３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の吸収が少ない石英ガラス（ＳｉＯ２）基板が好適に用いられる。また、基板の片面に反射防止膜が成膜された基板を用いるようにしてもよい。この場合、反射防止膜として、例えば一般的な高屈折膜と低屈折膜とからなる多層薄膜を成膜することができる。
【００１８】
柱状部１２は、誘電体材料の斜め蒸着によって微粒子を積層することにより形成される。誘電体材料としては、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＭａＦ２等を含有する高屈折材料を使用することが可能である。中でも、屈折率が２．２５のＴａ２Ｏ５を含有する高屈折材料が好ましい。
【００１９】
柱状部１２は、ｘ、ｙ、ｚ直交座標におけるｘｙ平面を基板面としたとき、ｘｙ平面において誘電体材料を斜め蒸着させることにより形成される。この斜め蒸着は、ｚ軸に対して例えば６０°〜８０°の蒸着角度で行い、ｚ軸方向に微粒子の層を形成する。
【００２０】
間隙部１３は、柱状部１２間に設けられた空気層である。この間隙部１３は、誘電体材料の微粒子が斜め方向から飛来してくために誘電体材料が直接付着できない陰ができる、いわゆるセルフ・シャドーイング効果によって形成されたものである。この間隙部１３は、斜め方向に設けられた空気層であるため、従来の斜め蒸着により複屈折層が形成された波長板では、例えば柱状部１２側面に吸着した水分等、間隙部１３内部の水分が複屈折層１４外部に蒸発しにくく、湿度耐性が低いという問題があった。
【００２１】
そこで、本実施の形態では、複屈折層１４をアニール処理して間隙部１３内部に存在する水分を蒸発させ、その後、複屈折層１４上に低湿度透過性の保護膜１５を成膜する。これにより、外部の湿度に対して優れた耐性を発揮する波長板を実現する。
【００２２】
アニール処理は、水分が蒸発する１００℃以上の温度で行うことが好ましい。また、アニール処理の温度が高すぎると、柱状組織同士が成長してコラム状となり、複屈折量の低下、透過率の低下等が生じるおそれがあるため、３００℃以下であることが好ましい。
【００２３】
保護膜１５の材料としては、湿度透過性が低い、例えばＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＬａＯ、ＭｇＦ２等の無機化合物を使用することが好ましい。なお、高分子材料は、耐熱性に劣るため、保護膜１５の材料としては好ましくない。
【００２４】
保護膜１５の成膜方法は、このような無機化合物を高密度に形成することとで低湿度透過性の保護膜を成膜することが可能な方法を採用する。このような保護膜１５の成膜方法としては、例えば化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法を挙げることができる。ＣＶＤ法により保護膜１５を成膜する場合、大気圧〜中真空（１００〜１０−１Ｐａ）とした容器内に複屈折層１４が形成された基板を設置し、保護膜１５の材料であるガス状の無機化合物をこの容器内に送り込み、熱、プラズマ、光等のエネルギーを与えてガス状の無機化合物と複屈折層１４とを化学反応させる。このようなＣＶＤ法によれば、複屈折層１４上に無機化合物を高密度に形成して低湿度透過性の保護膜１５とすることができる。
【００２５】
保護膜１５の成膜方法は、このようなＣＶＤ法に替えて、例えばプラズマアシスト蒸着法、スパッタ法等、無機化合物を高密度に形成することが可能な何れの方法を採用するようにしてもよい。
【００２６】
製造された波長板１は、斜め蒸着によって基板１１上に蒸着された微粒子により複屈折量を増大させるとともに、微粒子上に低湿度透過性の保護膜１５が成膜されることにより、高耐湿性を有し、優れた耐久性及び安定性を実現する。
【００２７】
＜２．変形例＞
本実施の形態では、図２に示す構成に替え、例えば図３、５、６に示す構成の波長板を製造することも可能である。図３、５、６に示す構成において、図２と同様の構成については説明を省略する。
【００２８】
（２−１．変形例１）
図３に示す波長板２は、斜め蒸着による微粒子の複屈折を利用するとともに、微細構造による複屈折をも利用して複屈折量を増大させるものである。この微細構造による複屈折は、例えば、誘電体の基板上に形成された周期的な凹凸の微細パターンの形状異方性によって複屈折を発現させるものである。
【００２９】
波長板２の製造においては、利用光の波長以下の周期的な凸部２４及び凹部２５からなる微細パターンを基板２１上に形成する。そして、誘電体材料の１方向からの斜め蒸着により凸部２４上に誘電体材料の微粒子を柱状に積層して柱状部２２を形成する。これにより、凹部２５上且つ柱状部２２間に間隙部２３が形成される。そして、柱状部２２及び間隙部２３からなる複屈折層２６に対し、上述の条件でアニール処理を行い、間隙部２３内部に存在する水分を蒸発させる。その後、ＣＶＤ法等により複屈折層２６上に無機化合物を高密度に形成することにより低湿度透過性の保護膜２７を成膜する。
【００３０】
このように、基板２１の凸部２４上に柱状部２２を形成し、基板２の凹部２５上に間隙部２３を形成した波長板２によれば、誘電体材料の微粒子による複屈折と基板２１の凹凸による複屈折により、複屈折量をさらに増大させることができる。また、誘電体材料としてＴａ２Ｏ５を含有する高屈折材料を使用することにより、可視光領域における複屈折量が０．１３以上である波長板とすることができる。
【００３１】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ基板２１の構成例を示す上面図及び断面図である。基板２１には、ｘ、ｙ、ｚ直交座標におけるｘｙ平面を基板面としたとき、ｘ軸方向に利用光の波長以下の周期（ピッチ）及び所定の深さで凸部２４及び凹部２５をパターン形成される。すなわち、基板２１には、凹凸構造の行路差により長軸方向ｎ１と短軸方向ｎ２とで屈折率に差が生じる一次元格子（グリッド）が形成される。
【００３２】
ピッチが波長以下の微細パターンを構成する凸部２４上に、格子ラインと垂直で且つ基板面法線方向に対して蒸着源を所定角度とした斜め蒸着により誘電体材料を蒸着させる。これにより、微細パターンが形成されていない平坦な基板（以下、「平坦基板」ともいう。）上に直接誘電体材料を蒸着させた場合よりも波長板の複屈折量を増大させることができる。
【００３３】
このように、微細パターンと斜め蒸着により形成された複屈折膜とを組み合わせることで、複屈折量が増大されて所望の位相特性を得ることが可能な波長板の薄膜化を実現することが可能となる。薄膜化は、生産工程の高速化及び効率化、成膜に使用する材料費の抑制等、多くの利点を有する。このように、微細パターン上に複屈折膜を成膜することで複屈折量が増大するのは、一次格子間に間隔ができることで構造複屈折の効果が加味されたことによると考えられる。
【００３４】
なお、微細パターンの形成方法としては、ピッチが波長以下の微細パターンを形成できればよく、上述の一次元格子の他に、ランダムパターン、非特許文献１（東芝レビューｖｏｌ６０ Ｎｏ１０ ２００５）に記載のブロックコポリマーを用いたパターン形成方法等が挙げられる。この非特許文献１のパターン形成方法は、ガラス基板上に例えばＣＶＤ法によってＳｉＯ２膜を成膜し、ブロックコポリマーによってパターン形成を行い、ＳｉＯ２膜にブロックコポリマーのパターンを転写するものである。
【００３５】
なお、ガラス基板上にＳｉＯ２膜を成膜せずに、直接微細パターンを形成してもよい。このように微細パターンが形成された波長板においても、蒸着膜上に低湿度透過性の保護膜を成膜することで、高耐湿性を有し安定性に優れた波長板とすることが可能となる。
【００３６】
（２−２．変形例２）
図５に示す波長板３は、異なる２方向からの斜め蒸着による微粒子の複屈折を利用し、複屈折量を増大させるものである。波長板３の製造においては、異なる２方向からの斜め蒸着により基板３１上に誘電体材料の微粒子を積層して微粒子層３２ａ，３２ｂからなる柱状部３２を形成する。これにより、柱状部３２間は間隙部３３が形成される。そして、柱状部３２及び間隙部３３からなる複屈折層３４に対し、上述の条件でアニール処理を行い、間隙部３３内部に存在する水分を蒸発させる。その後、ＣＶＤ法等により複屈折層３４上に無機化合物を高密度に形成することにより低湿度透過性の保護膜３５を成膜する。
【００３７】
柱状部３２は、ｘ、ｙ、ｚ直交座標におけるｘｙ平面を基板面としたとき、ｘｙ平面において１８０°異なる２方向から誘電体材料を順に斜め蒸着させる。すなわち、柱状部３２は、基板３１上に微粒子層３２ａ，３２ｂが順に積層されてなるものである。この斜め蒸着は、１８０°異なる２方向から順にｚ軸に対して例えば６０°〜８０°の蒸着角度で行われ、ｚ軸方向に微粒子の層を形成する。ここで、一方の方向から斜め蒸着させた後、基板３１を１８０°回転させることにより他方の方向から斜め蒸着させる作業を１サイクルとする。このサイクルを複数回行うことにより、２方向から蒸着された多層膜を得ることができる。
【００３８】
柱状部３２の各層（微粒子層３２ａ，３２ｂ）の厚さは、５０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。このように、微粒子層３２ａ，３２ｂの厚さを薄くすることにより、微粒子層の層数をさらに増加した場合であっても、ｚ軸方向に真っ直ぐに伸びた柱状形状を得ることができ、複屈折量をさらに増大させることができる。
【００３９】
（２−３．変形例３）
図６に示す波長板４は、異なる２方向からの斜め蒸着による微粒子の複屈折を利用し、複屈折量を増大させるとともに、微細構造による複屈折をも利用して複屈折量を増大させるものである。この微細構造による複屈折は、例えば、誘電体の基板上に形成された凹凸による形状異方性によって、複屈折を発現させるものである。
【００４０】
波長板４の製造においては、利用光の波長以下の周期的な凸部４４及び凹部４５を基板４１に形成する。そして、異なる２方向からの斜め蒸着により凸部４４上に誘電体材料の微粒子を積層して微粒子層４２ａ，４２ｂからなる柱状部４２を形成する。これにより、凹部４５上且つ柱状部４２間に間隙部４３が形成される。そして、柱状部４２及び間隙部４３からなる複屈折層４６に対し、上述の条件でアニール処理を行い、間隙部４３内部に存在する水分を蒸発させる。その後、ＣＶＤ法等により複屈折層４６上に無機化合物を高密度に形成することにより低湿度透過性の保護膜４７を成膜する。
【００４１】
このように基板４１の凸部４４上に柱状部４６が基板面に対して垂直方向に形成され、基板４１の凹部４５上に間隙部４３が形成された波長板４によれば、異なる２方向からの斜め蒸着による微粒子の複屈折を利用し、複屈折量を増大させるとともに、基板４１の凹凸状の微細構造による複屈折をも利用して複屈折量を増大させることができる。また、誘電体材料としてＴａ２Ｏ５を含有する高屈折材料を使用することにより、可視光領域における複屈折量が０．１３以上であるとともに、可視光領域の任意の２波長における複屈折量の差が、０．０２以下である優れた波長分散性（波長依存性）を有する波長板とすることができる。
【００４２】
なお、図５、６に示す例では、説明を簡単にするために、１８０°異なる２方向から誘電体材料を順に斜め蒸着させる斜め蒸着を１サイクル行うことで２層の微粒子層からなる柱状部を形成させたものについて述べたが、微粒子層の数は、これに限定されず数〜数百層とする可能である。微粒子層数を増加させるにつれて波長板の複屈折量をより増大させることができる。例えば図７に示すように、基板４１に形成された凸部４４上に、１８０°異なる２方向から誘電体材料を順に斜め蒸着させる斜め蒸着を４サイクル行うことにより、凸部４４上に８層の微粒子層が基板に対して垂直方向に積層された柱状部４８を形成し、この柱状部４８と間隙部４３とからなる複屈折層４９を形成する。これにより、微粒子層数がこれよりも少ない波長板よりも複屈折量がより増大された波長板とすることができる。
【００４３】
このように、微細パターンと複数層の微粒子層からなる複屈折層（斜方蒸着膜）とを組み合わせることにより、膜厚を薄くしながらも複屈折量をさらに増大させることができる。このようにして製造された波長板においても、斜方蒸着膜上に低湿度透過性の保護膜を成膜することで、高耐湿性を発揮し優れた安定性を有する波長板とすることが可能となる。
【００４４】
特に、１８０°異なる２方向から誘電体材料が順に斜め蒸着されて微粒子層数が増加するにつれて、間隙部の構造は複雑化され、柱状部側面に吸着している水分が一段と蒸発されにくくなる。上述のアニール処理は、このように構造が複雑化された間隙部内の水分を蒸発させる方法として非常に有効である。
【００４５】
なお、波長板の基板には、その両面又は片面に反射防止膜（ＡＲ：Anti Reflection）を設けるようにしてもよい。一般的に、ガラス基板上に斜め蒸着法により微粒子が蒸着されてなる波長板には、透過率向上の目的で反射防止膜が成膜される。反射防止膜としては、例えば一般的に用いられる高屈折膜と低屈折膜とからなる多層薄膜を挙げることができる。基板に反射防止膜を設けることで、基板の表面反射を軽減し、透過率を増加させることができる。なお、透過率を向上させるために、保護膜が、多層薄膜からなる反射防止膜の少なくとも一部を兼ねる構成としてもよい。
【００４６】
例えば、保護膜としてＳｉＯ２（屈折率１．５）が成膜された場合、反射防止膜が高屈折膜と低屈折膜とからなる多層薄膜において、この保護膜は、低屈折膜として機能することができる。そして、これよりも屈折率が高いＴｉＯ２（屈折率２．４）等の高屈折の無機化合物が、ＳｉＯ２保護膜からなる低屈折膜上に成膜されて高屈折膜として機能する。
【００４７】
＜３．処理工程＞
図８は、本実施の形態における波長板の製造方法の処理工程の一例を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ１において、基板上に、利用光の波長以下の周期的な凸部及び凹部の微細パターンを形成する。具体的には、ｘ、ｙ、ｚ直交座標におけるｘｙ平面を基板面としたとき、ｘ軸方向に利用光の波長以下の周期（ピッチ）で凸部及び凹部からなる微細パターン、すなわち凹凸により行路差が生じる一次元格子（グリッド）を形成する。
【００４８】
微細パターンの形成方法としては、ＣＶＤ法により基板上にＳｉＯ２を堆積し、その後フォトリソグラフィによりフォトレジストピッチパターンを形成する。そして、ＣＦ４を反応性ガスとして用いた真空エッチングによりＳｉＯ２の微細パターンを形成する。なお、上述の図２、図５に示す微細パターンを形成しない波長板を製造する場合には、このステップＳ１は省略される。
【００４９】
次に、ステップＳ２において、利用光の波長以下の周期的な凸部及び凹部が形成された基板上に誘電体材料を例えば６０°〜８０°の蒸着角度で斜め蒸着して複屈折膜を形成する。
【００５０】
図９は、斜め蒸着の概要を説明するための図である。斜め蒸着は、基板面５１の法線方向に対して蒸着角度αの方向に蒸着源６を設置して行われ、蒸着角度αを変更することにより堆積される膜の複屈折量を制御する。例えば、誘電体材料としてＴａ２Ｏ５を含有する高屈折材料を用いた場合、蒸着角度αを６０°〜８０°に設定することにより複屈折量を増大させることができる。
【００５１】
また、誘電体材料は、基板５１上の周期的な凸部及び凹部のライン、すなわち一次元格子のラインに対して垂直方向から蒸着させることにより、複屈折量を増大させることができる。
【００５２】
また、複数層の蒸着の際は、ｘ、ｙ、ｚ直交座標におけるｘｙ平面を基板面としたとき、ｘｙ平面において１８０°異なる２方向から誘電体材料を斜め蒸着させて、先の図５、６に示すような複数層の微粒子層を製造するようにしてもよい。例えば、一方の方向から斜め蒸着させた後、基板を１８０°回転させることにより他方の方向から斜め蒸着させる作業を複数サイクル行うことにより、２方向から蒸着された多層膜を得ることができる。
【００５３】
さらに、各層の厚さを５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下として蒸着を複数サイクル行うことにより、ｚ軸方向に伸びた柱状形状を得ることができ、複屈折量を増大させることができる。
【００５４】
ステップＳ３では、ステップＳ２で複屈折膜が形成された基板を所定のサイズに切断する。切断には、ガラススクライパーなどの切断装置を用いる。
【００５５】
ステップＳ４では、ステップＳ３で切断された、複屈折膜が形成された基板に対し、ＣＶＤ法によって複屈折膜上に保護膜を成膜する。なお、このステップＳ４では、複屈折膜上に成膜した保護膜上にさらに反射防止膜を成膜させてもよい。反射防止膜を高屈折膜と低屈折膜とからなる多層薄膜とした場合、複屈折膜上に成膜された保護膜は、反射防止膜の一部、すなわち高屈折膜又は低屈折膜として機能する。
【００５６】
例えば、保護膜としてＳｉＯ２（屈折率１．５）を成膜した場合、高屈折膜と低屈折膜とからなる反射防止膜において、保護膜は、低屈折膜として機能する。この場合、このステップＳ４において、ＳｉＯ２よりも屈折率が高いＴｉＯ２（屈折率２．４）等の高屈折の無機化合物をＳｉＯ２保護膜からなる低屈折膜上に成膜する。
【００５７】
このように、斜め蒸着により柱状に積層された柱状部と間隙部とを有する複屈折膜を成膜し、複屈折層を１００℃以上３００℃以下の温度でアニール処理した後、この複屈折層上に無機化合物を高密度に形成してなる保護膜を成膜することで、複屈折量を増大させることができるとともに、従来よりも高耐湿性を発揮し優れた安定性を有する波長板とすることが可能となる。
【００５８】
このようにして作製された本実施の形態における波長板は、液晶プロジェクタ等の光学機器に用いた場合、高い光密度に対応することができるため、光学ユニット部の小型化も実現することができる。
【００５９】
以上、本実施の形態について説明してきたが、本発明が前述の実施の形態に限定されるものでないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【実施例】
【００６０】
＜４．実施例＞
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００６１】
＜実施例１＞
ガラス基板上に、誘電体材料としてＴａ２Ｏ５をガラス基板面の法線方向に対して蒸着源が７０°になるように蒸着して柱状部を形成した。次に、２００℃の温度でアニール処理を行い、柱状部と柱状部との間（間隙部）に吸着している水分を蒸発させた。ガラス基板上に形成した柱状部及び間隙部からなる複屈折膜上に、保護膜としてＳｉＯ２をＣＶＤ法により成膜し、実施例１の波長板のサンプルを作製した。
【００６２】
作製した波長板のサンプルの安全性を調べるために、耐湿負荷試験として、温度６０℃、湿度９０％の環境下に１００時間（ｈ）保持した。図１０に、実施例１における波長板のサンプルについて、サンプル完成直後の透過率（曲線（Ａ））、及び、耐湿負荷試験において１００時間保持させた後の透過率（曲線（Ｂ））を示す。この図１０に示すように、実施例１における波長板のサンプルでは、サンプル完成直後と耐湿負荷試験後とで透過率に差が生じなかった。
【００６３】
図１１は、実施例１の波長板のサンプル、及び、アニール温度を２５℃、１００℃、３００℃、４００℃と変化させた以外は実施例１と同様に行って作製した波長板のサンプルにおける波長５５０ｎｍでの透過率を示す図である。一般に、波長板の特性上、透過率が９０％以上であることが要請されるが、この図１１に示すように、実施例１の波長板のサンプルは、これらのサンプルの中で最も高い透過率（９２％以上）を達成できた。
【００６４】
実施例１では、２００℃の温度でアニール処理を行った後、ＣＶＤ法によってＳｉＯ２が高密度に形成されてなる低湿度透過性の保護膜を成膜することで、製造された波長板は、高耐湿性を有し、耐久性及び安定性に優れたものとなった。
【００６５】
＜比較例１＞
ガラス基板上に形成した柱状部及び間隙部からなる複屈折層上に、保護膜としてＳｉＯ２を抵抗加熱蒸着法により成膜した以外は、実施例１と同様に行い、波長板のサンプルを作製した。具体的には、発熱した抵抗体にＳｉＯ２を供給して加熱及び蒸発させて基板上の複屈折層表面に蒸発したＳｉＯ２粒子を付着させて保護膜を形成し、比較例１の波長板のサンプルを作製した。
【００６６】
この比較例１の波長板のサンプルを用いて実施例１と同様の耐湿負荷試験（温度６０℃、湿度９０％の環境下に１００時間（ｈ）保持）を行った。図１２に、比較例１における波長板のサンプルについての完成直後の透過率（曲線（Ａ））、及び、耐湿負荷試験において１００時間保持させた後の透過率（曲線（Ｂ））を示す。この図１２に示すように、比較例１における波長板のサンプルでは、波長約４００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の領域で耐湿負荷試験後の透過率がサンプル完成直後の透過率よりも減少した。
【００６７】
比較例１では、抵抗加熱蒸着法によって保護膜を成膜したため、ＳｉＯ２を高密度に形成できず保護膜を低湿度透過性とすることができなかった。このため、製造された波長板は、耐湿性が低く耐久性及び安定性に劣るものとなった。
【００６８】
＜比較例２＞
ガラス基板上に形成した柱状部及び間隙部からなる複屈折膜上に、保護膜を成膜しない以外は、実施例１と同様に行い、波長板のサンプルを作製した。
【００６９】
実施例１と同様の耐湿負荷試験（温度６０℃、湿度９０％の環境下に１００時間（ｈ）保持）を行った。図１３に、比較例２における波長板のサンプルについての完成直後の透過率（曲線（Ａ））、及び、耐湿負荷試験において１００時間保持させた後の透過率（曲線（Ｂ））を示す。図１３に示すように、比較例２における波長板のサンプルでは、波長約３５０ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の殆どの領域において耐湿負荷試験後の透過率がサンプル完成直後の透過率よりも減少した。また、比較例１の波長板のサンプルでは、柱状部の微粒子にクラックが生じていた。
【００７０】
比較例２では、保護膜を成膜しなかったため、製造された波長板は、耐湿性が低く耐久性及び安定性に劣るものとなった。
【００７１】
＜応用例１＞
ピッチ１５０ｎｍ、深さ５０ｎｍの一次元格子を設けたガラス基板上に、微細パターンを形成した波長板を作製した。そして、この微細パターンの効果について評価した。一次元格子のラインと垂直方向、且つ、ガラス基板面の法線方向に対する蒸着角度を７０°とし、誘電体材料としてＴａ２Ｏ５を斜め蒸着させ、複屈折膜を１層形成した。複屈折膜の膜厚は、１．２μｍとした。また、これと同様にして、微細パターンが形成されていない平坦基板を使用し、この平坦基板上に複屈折膜を形成した。
【００７２】
図１４は、一次元格子基板を用いた波長板と平坦基板を用いた波長板との複屈折量の比較を示すグラフである。また、図１５は、一次元格子基板を用いた波長板の断面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像である。
【００７３】
一次元格子基板を用いた波長板は、従来の平坦基板を用いた斜め蒸着に比べ複屈折量が２．８倍となった。これは、一次元格子基板上に成膜することにより、格子間に間隔ができ、構造複屈折の効果が加味されたものと考えられる。
【００７４】
このように一次元格子基板を用いた波長板によれば、所望の位相特性を得るのに従来よりも薄膜化することができる。また、薄膜化により、生産工程の高速化及び効率化、成膜に使用する材料費の抑制等の多くのメリットを得ることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 波長板、１１ 基板、１２ 柱状部、１３ 間隙部、１４ 複屈折層、１５ 保護膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜め蒸着によって形成された複屈折層による複屈折率を有する波長板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長板は、水晶などの無機化学単結晶や高分子延伸フィルムにより作られていることがほとんどであった。しかしながら、無機光学単結晶は、波長板として、性能、耐久性、信頼性に優れるものの、原材料費、加工コストが高い。また、高分子延伸フィルムは、熱やＵＶ光線に対して劣化し易く、耐久性に難がある。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１〜４に記載されているように、基板面に対して斜め方向から粒子を蒸着して斜め柱状構造を形成し、この基板面に対して垂直に入射する光線に対して複屈折性を有する光学素子が提案されている。この斜め柱状構造を有する斜方蒸着膜が形成された斜方蒸着波長板は、原理的に膜厚を調整することによって任意の位相差を設定できる。また、大面積化が比較的可能であり、大量生産によって低コスト化の可能性がある。
【０００４】
特許文献１には、位相差において高波長分散を示す材料と低波長分散を示す材料とを斜め蒸着した、少なくとも２層からなり、可視光線の広帯域での波長板に適用される斜方蒸着膜が記載されている。この特許文献１の斜方蒸着膜は、位相差において高波長分散を示す材料と低波長分散を示す材料とをそれぞれ用い、各層の誘電体材料の基板に対する蒸着方向が異なり、該蒸着膜の遅相軸が直交するように各層が積層されているものである。
【０００５】
また、特許文献２には、斜方蒸着により稠密構造の複屈折層を備えることで高耐久性及び高安定性を有する光学リターダーが記載されている。また、特許文献３には、一次元格子上に高屈折材料を斜め蒸着して作製した光ピックアップ用のホログラム用偏光素子が記載されている。また、特許文献４には、周期的な凹凸形状を有する高屈折率媒質層と低屈折率媒質層との交互多層膜により、広い動作波長を設定可能としたフォトニック結晶型波長板が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２３８４０号公報
【特許文献２】特開平２００７−１８８０６０号公報
【特許文献３】特開平１１−２５０４８３号公報
【特許文献４】ＷＯ２００４／１１３９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような斜方蒸着膜が成膜された波長板は、高耐久性及び高安定性を得るために高耐湿性を有することが要請されている。しかしながら、斜方蒸着膜が成膜された波長板は、柱状組織を備えるため、材料の隙間に水分が入り込みやすく耐湿性を悪化させるといった課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、斜め蒸着によって形成された複屈折層による複屈折率を有する波長板において、高耐湿性を有し、耐久性及び安定性に優れた波長板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、種々の検討を重ねた結果、斜め蒸着によって基板上に蒸着された微粒子上に低湿度透過性の保護膜を成膜することにより、高耐湿性を有し、耐久性及び安定性に優れた波長板を製造できることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明に係る波長板の製造方法は、基板上に誘電体材料を斜め蒸着し、誘電体材料の微粒子が柱状に積層された柱状部と柱状部間に設けられた間隙部とを有する複屈折層を形成する複屈折層形成工程と、複屈折層を１００℃以上３００℃以下の温度でアニール処理するアニール処理工程と、アニール処理された複屈折層上に無機化合物を高密度に形成することにより保護膜を成膜する保護膜成膜工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の波長板の製造方法によれば、高耐湿性を有し、耐久性及び安定性に優れた波長板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】誘電体材料の微粒子の形状異方性を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施の形態における波長板の概略断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における波長板の概略断面図である。
【図４】基板の構成例を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態における波長板の概略断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における波長板の概略断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における波長板の要部を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における波長板の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】斜め蒸着の概要を説明するための図である。
【図１０】実施例１における波長板のサンプルについての完成直後の透過率、耐湿負荷試験において１００時間保持させた後の透過率を示す図である。
【図１１】アニール温度を変化させた波長板の透過率を示す図である。
【図１２】比較例１における波長板のサンプルについての完成直後の透過率、耐湿負荷試験において１００時間保持させた後の透過率を示す図である。
【図１３】比較例２における波長板のサンプルについての完成直後の透過率、耐湿負荷試験において１００時間保持させた後の透過率を示す図である。
【図１４】一次元格子基板を用いた波長板と平坦基板を用いた波長板との複屈折量の比較を示す図である。
【図１５】一次元格子基板を用いた波長板の断面のＳＥＭ像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態（以下、「本実施の形態」という。）について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．波長板の製造方法
２．変形例
２−１．変形例１
２−２．変形例２
２−３．変形例３
３．処理工程
４．実施例
【００１４】
＜１．波長板の製造方法＞
本実施の形態における波長板の製造方法は、斜め蒸着による微粒子の複屈折を利用して複屈折量を増大させる波長板を製造するものであって、透明基板上に誘電体材料を斜め蒸着して複屈折層（斜方蒸着膜）を形成した後、複屈折層内部の水分をアニール処理によって蒸発させ、その後、複屈折層上に無機化合物を高密度に形成することにより低湿度透過性の保護膜を成膜するものである。この斜め蒸着による微粒子の複屈折は、例えば図１に示すように、誘電体材料の微粒子の形状異方性によって長軸方向ｎ１と短軸方向ｎ２とで屈折率に差が生じることにより発現される。
【００１５】
本実施の形態における波長板の製造方法では、例えば図２の断面図に示す波長板を製造する。この図２に示す波長板は、基板１１上に、誘電体材料を１方向から斜め蒸着させて柱状部１２を形成する。これにより、複数の柱部１２間には間隙部１３が形成される。この柱状部１２と間隙部１３とからなる複屈折層１４に対してアニール処理を行い、間隙部１３内の水分を蒸発させる。その後、複屈折層１４に無機化合物を高密度に形成することにより保護膜１５を成膜する。
【００１６】
基板１１には、ガラス基板、シリコン基板、プラスチック基板等の透明基板を使用することが可能である。中でも、可視光領域（波長範囲：３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の吸収が少ない石英ガラス（ＳｉＯ２）基板が好ましい。
【００１７】
基板としては、ガラス基板、シリコン基板、プラスチック基板等の透明基板が使用され、その中でも、可視光領域（波長範囲：３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の吸収が少ない石英ガラス（ＳｉＯ２）基板が好適に用いられる。また、基板の片面に反射防止膜が成膜された基板を用いるようにしてもよい。この場合、反射防止膜として、例えば一般的な高屈折膜と低屈折膜とからなる多層薄膜を成膜することができる。
【００１８】
柱状部１２は、誘電体材料の斜め蒸着によって微粒子を積層することにより形成される。誘電体材料としては、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＭａＦ２等を含有する高屈折材料を使用することが可能である。中でも、屈折率が２．２５のＴａ２Ｏ５を含有する高屈折材料が好ましい。
【００１９】
柱状部１２は、ｘ、ｙ、ｚ直交座標におけるｘｙ平面を基板面としたとき、ｘｙ平面において誘電体材料を斜め蒸着させることにより形成される。この斜め蒸着は、ｚ軸に対して例えば６０°〜８０°の蒸着角度で行い、ｚ軸方向に微粒子の層を形成する。
【００２０】
間隙部１３は、柱状部１２間に設けられた空気層である。この間隙部１３は、誘電体材料の微粒子が斜め方向から飛来してくために誘電体材料が直接付着できない陰ができる、いわゆるセルフ・シャドーイング効果によって形成されたものである。この間隙部１３は、斜め方向に設けられた空気層であるため、従来の斜め蒸着により複屈折層が形成された波長板では、例えば柱状部１２側面に吸着した水分等、間隙部１３内部の水分が複屈折層１４外部に蒸発しにくく、湿度耐性が低いという問題があった。
【００２１】
そこで、本実施の形態では、複屈折層１４をアニール処理して間隙部１３内部に存在する水分を蒸発させ、その後、複屈折層１４上に低湿度透過性の保護膜１５を成膜する。これにより、外部の湿度に対して優れた耐性を発揮する波長板を実現する。
【００２２】
アニール処理は、水分が蒸発する１００℃以上の温度で行うことが好ましい。また、アニール処理の温度が高すぎると、柱状組織同士が成長してコラム状となり、複屈折量の低下、透過率の低下等が生じるおそれがあるため、３００℃以下であることが好ましい。
【００２３】
保護膜１５の材料としては、湿度透過性が低い、例えばＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＬａＯ、ＭｇＦ２等の無機化合物を使用することが好ましい。なお、高分子材料は、耐熱性に劣るため、保護膜１５の材料としては好ましくない。
【００２４】
保護膜１５の成膜方法は、このような無機化合物を高密度に形成することとで低湿度透過性の保護膜を成膜することが可能な方法を採用する。このような保護膜１５の成膜方法としては、例えば化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法を挙げることができる。ＣＶＤ法により保護膜１５を成膜する場合、大気圧〜中真空（１００〜１０−１Ｐａ）とした容器内に複屈折層１４が形成された基板を設置し、保護膜１５の材料であるガス状の無機化合物をこの容器内に送り込み、熱、プラズマ、光等のエネルギーを与えてガス状の無機化合物と複屈折層１４とを化学反応させる。このようなＣＶＤ法によれば、複屈折層１４上に無機化合物を高密度に形成して低湿度透過性の保護膜１５とすることができる。
【００２５】
保護膜１５の成膜方法は、このようなＣＶＤ法に替えて、例えばプラズマアシスト蒸着法、スパッタ法等、無機化合物を高密度に形成することが可能な何れの方法を採用するようにしてもよい。
【００２６】
製造された波長板１は、斜め蒸着によって基板１１上に蒸着された微粒子により複屈折量を増大させるとともに、微粒子上に低湿度透過性の保護膜１５が成膜されることにより、高耐湿性を有し、優れた耐久性及び安定性を実現する。
【００２７】
＜２．変形例＞
本実施の形態では、図２に示す構成に替え、例えば図３、５、６に示す構成の波長板を製造することも可能である。図３、５、６に示す構成において、図２と同様の構成については説明を省略する。
【００２８】
（２−１．変形例１）
図３に示す波長板２は、斜め蒸着による微粒子の複屈折を利用するとともに、微細構造による複屈折をも利用して複屈折量を増大させるものである。この微細構造による複屈折は、例えば、誘電体の基板上に形成された周期的な凹凸の微細パターンの形状異方性によって複屈折を発現させるものである。
【００２９】
波長板２の製造においては、利用光の波長以下の周期的な凸部２４及び凹部２５からなる微細パターンを基板２１上に形成する。そして、誘電体材料の１方向からの斜め蒸着により凸部２４上に誘電体材料の微粒子を柱状に積層して柱状部２２を形成する。これにより、凹部２５上且つ柱状部２２間に間隙部２３が形成される。そして、柱状部２２及び間隙部２３からなる複屈折層２６に対し、上述の条件でアニール処理を行い、間隙部２３内部に存在する水分を蒸発させる。その後、ＣＶＤ法等により複屈折層２６上に無機化合物を高密度に形成することにより低湿度透過性の保護膜２７を成膜する。
【００３０】
このように、基板２１の凸部２４上に柱状部２２を形成し、基板２の凹部２５上に間隙部２３を形成した波長板２によれば、誘電体材料の微粒子による複屈折と基板２１の凹凸による複屈折により、複屈折量をさらに増大させることができる。また、誘電体材料としてＴａ２Ｏ５を含有する高屈折材料を使用することにより、可視光領域における複屈折量が０．１３以上である波長板とすることができる。
【００３１】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ基板２１の構成例を示す上面図及び断面図である。基板２１には、ｘ、ｙ、ｚ直交座標におけるｘｙ平面を基板面としたとき、ｘ軸方向に利用光の波長以下の周期（ピッチ）及び所定の深さで凸部２４及び凹部２５をパターン形成される。すなわち、基板２１には、凹凸構造の行路差により長軸方向ｎ１と短軸方向ｎ２とで屈折率に差が生じる一次元格子（グリッド）が形成される。
【００３２】
ピッチが波長以下の微細パターンを構成する凸部２４上に、格子ラインと垂直で且つ基板面法線方向に対して蒸着源を所定角度とした斜め蒸着により誘電体材料を蒸着させる。これにより、微細パターンが形成されていない平坦な基板（以下、「平坦基板」ともいう。）上に直接誘電体材料を蒸着させた場合よりも波長板の複屈折量を増大させることができる。
【００３３】
このように、微細パターンと斜め蒸着により形成された複屈折膜とを組み合わせることで、複屈折量が増大されて所望の位相特性を得ることが可能な波長板の薄膜化を実現することが可能となる。薄膜化は、生産工程の高速化及び効率化、成膜に使用する材料費の抑制等、多くの利点を有する。このように、微細パターン上に複屈折膜を成膜することで複屈折量が増大するのは、一次格子間に間隔ができることで構造複屈折の効果が加味されたことによると考えられる。
【００３４】
なお、微細パターンの形成方法としては、ピッチが波長以下の微細パターンを形成できればよく、上述の一次元格子の他に、ランダムパターン、非特許文献１（東芝レビューｖｏｌ６０ Ｎｏ１０ ２００５）に記載のブロックコポリマーを用いたパターン形成方法等が挙げられる。この非特許文献１のパターン形成方法は、ガラス基板上に例えばＣＶＤ法によってＳｉＯ２膜を成膜し、ブロックコポリマーによってパターン形成を行い、ＳｉＯ２膜にブロックコポリマーのパターンを転写するものである。
【００３５】
なお、ガラス基板上にＳｉＯ２膜を成膜せずに、直接微細パターンを形成してもよい。このように微細パターンが形成された波長板においても、蒸着膜上に低湿度透過性の保護膜を成膜することで、高耐湿性を有し安定性に優れた波長板とすることが可能となる。
【００３６】
（２−２．変形例２）
図５に示す波長板３は、異なる２方向からの斜め蒸着による微粒子の複屈折を利用し、複屈折量を増大させるものである。波長板３の製造においては、異なる２方向からの斜め蒸着により基板３１上に誘電体材料の微粒子を積層して微粒子層３２ａ，３２ｂからなる柱状部３２を形成する。これにより、柱状部３２間は間隙部３３が形成される。そして、柱状部３２及び間隙部３３からなる複屈折層３４に対し、上述の条件でアニール処理を行い、間隙部３３内部に存在する水分を蒸発させる。その後、ＣＶＤ法等により複屈折層３４上に無機化合物を高密度に形成することにより低湿度透過性の保護膜３５を成膜する。
【００３７】
柱状部３２は、ｘ、ｙ、ｚ直交座標におけるｘｙ平面を基板面としたとき、ｘｙ平面において１８０°異なる２方向から誘電体材料を順に斜め蒸着させる。すなわち、柱状部３２は、基板３１上に微粒子層３２ａ，３２ｂが順に積層されてなるものである。この斜め蒸着は、１８０°異なる２方向から順にｚ軸に対して例えば６０°〜８０°の蒸着角度で行われ、ｚ軸方向に微粒子の層を形成する。ここで、一方の方向から斜め蒸着させた後、基板３１を１８０°回転させることにより他方の方向から斜め蒸着させる作業を１サイクルとする。このサイクルを複数回行うことにより、２方向から蒸着された多層膜を得ることができる。
【００３８】
柱状部３２の各層（微粒子層３２ａ，３２ｂ）の厚さは、５０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。このように、微粒子層３２ａ，３２ｂの厚さを薄くすることにより、微粒子層の層数をさらに増加した場合であっても、ｚ軸方向に真っ直ぐに伸びた柱状形状を得ることができ、複屈折量をさらに増大させることができる。
【００３９】
（２−３．変形例３）
図６に示す波長板４は、異なる２方向からの斜め蒸着による微粒子の複屈折を利用し、複屈折量を増大させるとともに、微細構造による複屈折をも利用して複屈折量を増大させるものである。この微細構造による複屈折は、例えば、誘電体の基板上に形成された凹凸による形状異方性によって、複屈折を発現させるものである。
【００４０】
波長板４の製造においては、利用光の波長以下の周期的な凸部４４及び凹部４５を基板４１に形成する。そして、異なる２方向からの斜め蒸着により凸部４４上に誘電体材料の微粒子を積層して微粒子層４２ａ，４２ｂからなる柱状部４２を形成する。これにより、凹部４５上且つ柱状部４２間に間隙部４３が形成される。そして、柱状部４２及び間隙部４３からなる複屈折層４６に対し、上述の条件でアニール処理を行い、間隙部４３内部に存在する水分を蒸発させる。その後、ＣＶＤ法等により複屈折層４６上に無機化合物を高密度に形成することにより低湿度透過性の保護膜４７を成膜する。
【００４１】
このように基板４１の凸部４４上に柱状部４６が基板面に対して垂直方向に形成され、基板４１の凹部４５上に間隙部４３が形成された波長板４によれば、異なる２方向からの斜め蒸着による微粒子の複屈折を利用し、複屈折量を増大させるとともに、基板４１の凹凸状の微細構造による複屈折をも利用して複屈折量を増大させることができる。また、誘電体材料としてＴａ２Ｏ５を含有する高屈折材料を使用することにより、可視光領域における複屈折量が０．１３以上であるとともに、可視光領域の任意の２波長における複屈折量の差が、０．０２以下である優れた波長分散性（波長依存性）を有する波長板とすることができる。
【００４２】
なお、図５、６に示す例では、説明を簡単にするために、１８０°異なる２方向から誘電体材料を順に斜め蒸着させる斜め蒸着を１サイクル行うことで２層の微粒子層からなる柱状部を形成させたものについて述べたが、微粒子層の数は、これに限定されず数〜数百層とする可能である。微粒子層数を増加させるにつれて波長板の複屈折量をより増大させることができる。例えば図７に示すように、基板４１に形成された凸部４４上に、１８０°異なる２方向から誘電体材料を順に斜め蒸着させる斜め蒸着を４サイクル行うことにより、凸部４４上に８層の微粒子層が基板に対して垂直方向に積層された柱状部４８を形成し、この柱状部４８と間隙部４３とからなる複屈折層４９を形成する。これにより、微粒子層数がこれよりも少ない波長板よりも複屈折量がより増大された波長板とすることができる。
【００４３】
このように、微細パターンと複数層の微粒子層からなる複屈折層（斜方蒸着膜）とを組み合わせることにより、膜厚を薄くしながらも複屈折量をさらに増大させることができる。このようにして製造された波長板においても、斜方蒸着膜上に低湿度透過性の保護膜を成膜することで、高耐湿性を発揮し優れた安定性を有する波長板とすることが可能となる。
【００４４】
特に、１８０°異なる２方向から誘電体材料が順に斜め蒸着されて微粒子層数が増加するにつれて、間隙部の構造は複雑化され、柱状部側面に吸着している水分が一段と蒸発されにくくなる。上述のアニール処理は、このように構造が複雑化された間隙部内の水分を蒸発させる方法として非常に有効である。
【００４５】
なお、波長板の基板には、その両面又は片面に反射防止膜（ＡＲ：Anti Reflection）を設けるようにしてもよい。一般的に、ガラス基板上に斜め蒸着法により微粒子が蒸着されてなる波長板には、透過率向上の目的で反射防止膜が成膜される。反射防止膜としては、例えば一般的に用いられる高屈折膜と低屈折膜とからなる多層薄膜を挙げることができる。基板に反射防止膜を設けることで、基板の表面反射を軽減し、透過率を増加させることができる。なお、透過率を向上させるために、保護膜が、多層薄膜からなる反射防止膜の少なくとも一部を兼ねる構成としてもよい。
【００４６】
例えば、保護膜としてＳｉＯ２（屈折率１．５）が成膜された場合、反射防止膜が高屈折膜と低屈折膜とからなる多層薄膜において、この保護膜は、低屈折膜として機能することができる。そして、これよりも屈折率が高いＴｉＯ２（屈折率２．４）等の高屈折の無機化合物が、ＳｉＯ２保護膜からなる低屈折膜上に成膜されて高屈折膜として機能する。
【００４７】
＜３．処理工程＞
図８は、本実施の形態における波長板の製造方法の処理工程の一例を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ１において、基板上に、利用光の波長以下の周期的な凸部及び凹部の微細パターンを形成する。具体的には、ｘ、ｙ、ｚ直交座標におけるｘｙ平面を基板面としたとき、ｘ軸方向に利用光の波長以下の周期（ピッチ）で凸部及び凹部からなる微細パターン、すなわち凹凸により行路差が生じる一次元格子（グリッド）を形成する。
【００４８】
微細パターンの形成方法としては、ＣＶＤ法により基板上にＳｉＯ２を堆積し、その後フォトリソグラフィによりフォトレジストピッチパターンを形成する。そして、ＣＦ４を反応性ガスとして用いた真空エッチングによりＳｉＯ２の微細パターンを形成する。なお、上述の図２、図５に示す微細パターンを形成しない波長板を製造する場合には、このステップＳ１は省略される。
【００４９】
次に、ステップＳ２において、利用光の波長以下の周期的な凸部及び凹部が形成された基板上に誘電体材料を例えば６０°〜８０°の蒸着角度で斜め蒸着して複屈折膜を形成する。
【００５０】
図９は、斜め蒸着の概要を説明するための図である。斜め蒸着は、基板面５１の法線方向に対して蒸着角度αの方向に蒸着源６を設置して行われ、蒸着角度αを変更することにより堆積される膜の複屈折量を制御する。例えば、誘電体材料としてＴａ２Ｏ５を含有する高屈折材料を用いた場合、蒸着角度αを６０°〜８０°に設定することにより複屈折量を増大させることができる。
【００５１】
また、誘電体材料は、基板５１上の周期的な凸部及び凹部のライン、すなわち一次元格子のラインに対して垂直方向から蒸着させることにより、複屈折量を増大させることができる。
【００５２】
また、複数層の蒸着の際は、ｘ、ｙ、ｚ直交座標におけるｘｙ平面を基板面としたとき、ｘｙ平面において１８０°異なる２方向から誘電体材料を斜め蒸着させて、先の図５、６に示すような複数層の微粒子層を製造するようにしてもよい。例えば、一方の方向から斜め蒸着させた後、基板を１８０°回転させることにより他方の方向から斜め蒸着させる作業を複数サイクル行うことにより、２方向から蒸着された多層膜を得ることができる。
【００５３】
さらに、各層の厚さを５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下として蒸着を複数サイクル行うことにより、ｚ軸方向に伸びた柱状形状を得ることができ、複屈折量を増大させることができる。
【００５４】
ステップＳ３では、ステップＳ２で複屈折膜が形成された基板を所定のサイズに切断する。切断には、ガラススクライパーなどの切断装置を用いる。
【００５５】
ステップＳ４では、ステップＳ３で切断された、複屈折膜が形成された基板に対し、ＣＶＤ法によって複屈折膜上に保護膜を成膜する。なお、このステップＳ４では、複屈折膜上に成膜した保護膜上にさらに反射防止膜を成膜させてもよい。反射防止膜を高屈折膜と低屈折膜とからなる多層薄膜とした場合、複屈折膜上に成膜された保護膜は、反射防止膜の一部、すなわち高屈折膜又は低屈折膜として機能する。
【００５６】
例えば、保護膜としてＳｉＯ２（屈折率１．５）を成膜した場合、高屈折膜と低屈折膜とからなる反射防止膜において、保護膜は、低屈折膜として機能する。この場合、このステップＳ４において、ＳｉＯ２よりも屈折率が高いＴｉＯ２（屈折率２．４）等の高屈折の無機化合物をＳｉＯ２保護膜からなる低屈折膜上に成膜する。
【００５７】
このように、斜め蒸着により柱状に積層された柱状部と間隙部とを有する複屈折膜を成膜し、複屈折層を１００℃以上３００℃以下の温度でアニール処理した後、この複屈折層上に無機化合物を高密度に形成してなる保護膜を成膜することで、複屈折量を増大させることができるとともに、従来よりも高耐湿性を発揮し優れた安定性を有する波長板とすることが可能となる。
【００５８】
このようにして作製された本実施の形態における波長板は、液晶プロジェクタ等の光学機器に用いた場合、高い光密度に対応することができるため、光学ユニット部の小型化も実現することができる。
【００５９】
以上、本実施の形態について説明してきたが、本発明が前述の実施の形態に限定されるものでないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【実施例】
【００６０】
＜４．実施例＞
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００６１】
＜実施例１＞
ガラス基板上に、誘電体材料としてＴａ２Ｏ５をガラス基板面の法線方向に対して蒸着源が７０°になるように蒸着して柱状部を形成した。次に、２００℃の温度でアニール処理を行い、柱状部と柱状部との間（間隙部）に吸着している水分を蒸発させた。ガラス基板上に形成した柱状部及び間隙部からなる複屈折膜上に、保護膜としてＳｉＯ２をＣＶＤ法により成膜し、実施例１の波長板のサンプルを作製した。
【００６２】
作製した波長板のサンプルの安全性を調べるために、耐湿負荷試験として、温度６０℃、湿度９０％の環境下に１００時間（ｈ）保持した。図１０に、実施例１における波長板のサンプルについて、サンプル完成直後の透過率（曲線（Ａ））、及び、耐湿負荷試験において１００時間保持させた後の透過率（曲線（Ｂ））を示す。この図１０に示すように、実施例１における波長板のサンプルでは、サンプル完成直後と耐湿負荷試験後とで透過率に差が生じなかった。
【００６３】
図１１は、実施例１の波長板のサンプル、及び、アニール温度を２５℃、１００℃、３００℃、４００℃と変化させた以外は実施例１と同様に行って作製した波長板のサンプルにおける波長５５０ｎｍでの透過率を示す図である。一般に、波長板の特性上、透過率が９０％以上であることが要請されるが、この図１１に示すように、実施例１の波長板のサンプルは、これらのサンプルの中で最も高い透過率（９２％以上）を達成できた。
【００６４】
実施例１では、２００℃の温度でアニール処理を行った後、ＣＶＤ法によってＳｉＯ２が高密度に形成されてなる低湿度透過性の保護膜を成膜することで、製造された波長板は、高耐湿性を有し、耐久性及び安定性に優れたものとなった。
【００６５】
＜比較例１＞
ガラス基板上に形成した柱状部及び間隙部からなる複屈折層上に、保護膜としてＳｉＯ２を抵抗加熱蒸着法により成膜した以外は、実施例１と同様に行い、波長板のサンプルを作製した。具体的には、発熱した抵抗体にＳｉＯ２を供給して加熱及び蒸発させて基板上の複屈折層表面に蒸発したＳｉＯ２粒子を付着させて保護膜を形成し、比較例１の波長板のサンプルを作製した。
【００６６】
この比較例１の波長板のサンプルを用いて実施例１と同様の耐湿負荷試験（温度６０℃、湿度９０％の環境下に１００時間（ｈ）保持）を行った。図１２に、比較例１における波長板のサンプルについての完成直後の透過率（曲線（Ａ））、及び、耐湿負荷試験において１００時間保持させた後の透過率（曲線（Ｂ））を示す。この図１２に示すように、比較例１における波長板のサンプルでは、波長約４００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の領域で耐湿負荷試験後の透過率がサンプル完成直後の透過率よりも減少した。
【００６７】
比較例１では、抵抗加熱蒸着法によって保護膜を成膜したため、ＳｉＯ２を高密度に形成できず保護膜を低湿度透過性とすることができなかった。このため、製造された波長板は、耐湿性が低く耐久性及び安定性に劣るものとなった。
【００６８】
＜比較例２＞
ガラス基板上に形成した柱状部及び間隙部からなる複屈折膜上に、保護膜を成膜しない以外は、実施例１と同様に行い、波長板のサンプルを作製した。
【００６９】
実施例１と同様の耐湿負荷試験（温度６０℃、湿度９０％の環境下に１００時間（ｈ）保持）を行った。図１３に、比較例２における波長板のサンプルについての完成直後の透過率（曲線（Ａ））、及び、耐湿負荷試験において１００時間保持させた後の透過率（曲線（Ｂ））を示す。図１３に示すように、比較例２における波長板のサンプルでは、波長約３５０ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の殆どの領域において耐湿負荷試験後の透過率がサンプル完成直後の透過率よりも減少した。また、比較例１の波長板のサンプルでは、柱状部の微粒子にクラックが生じていた。
【００７０】
比較例２では、保護膜を成膜しなかったため、製造された波長板は、耐湿性が低く耐久性及び安定性に劣るものとなった。
【００７１】
＜応用例１＞
ピッチ１５０ｎｍ、深さ５０ｎｍの一次元格子を設けたガラス基板上に、微細パターンを形成した波長板を作製した。そして、この微細パターンの効果について評価した。一次元格子のラインと垂直方向、且つ、ガラス基板面の法線方向に対する蒸着角度を７０°とし、誘電体材料としてＴａ２Ｏ５を斜め蒸着させ、複屈折膜を１層形成した。複屈折膜の膜厚は、１．２μｍとした。また、これと同様にして、微細パターンが形成されていない平坦基板を使用し、この平坦基板上に複屈折膜を形成した。
【００７２】
図１４は、一次元格子基板を用いた波長板と平坦基板を用いた波長板との複屈折量の比較を示すグラフである。また、図１５は、一次元格子基板を用いた波長板の断面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像である。
【００７３】
一次元格子基板を用いた波長板は、従来の平坦基板を用いた斜め蒸着に比べ複屈折量が２．８倍となった。これは、一次元格子基板上に成膜することにより、格子間に間隔ができ、構造複屈折の効果が加味されたものと考えられる。
【００７４】
このように一次元格子基板を用いた波長板によれば、所望の位相特性を得るのに従来よりも薄膜化することができる。また、薄膜化により、生産工程の高速化及び効率化、成膜に使用する材料費の抑制等の多くのメリットを得ることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 波長板、１１ 基板、１２ 柱状部、１３ 間隙部、１４ 複屈折層、１５ 保護膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に誘電体材料を斜め蒸着し、該誘電体材料の微粒子が柱状に積層された柱状部と該柱状部間に設けられた間隙部とを有する複屈折層を形成する複屈折層形成工程と、
前記複屈折層を１００℃以上３００℃以下の温度でアニール処理するアニール処理工程と、
前記アニール処理された複屈折層上に無機化合物を高密度に形成することにより保護膜を成膜する保護膜成膜工程と
を有することを特徴とする波長板の製造方法。
【請求項２】
前記保護膜形成工程では、化学蒸着法、プラズマアシスト法、スパッタ法の何れか１つの方法によって前記複屈折層上に前記保護膜を形成することを特徴とする請求項１記載の波長板の製造方法。
【請求項３】
前記保護膜上に、該保護膜よりも屈折率が高い高屈折膜を成膜する高屈折膜成膜工程をさらに有し、
前記保護膜と前記高屈折膜とからなる反射防止膜を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の波長板の製造方法。
【請求項４】
前記無機化合物は、ＳｉＯ２であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の波長板の製造方法。
【請求項５】
前記誘電体材料は、Ｔａ２Ｏ５であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の波長板の製造方法。
【請求項６】
前記基板は、利用光の波長以下の周期的な凹部及び凸部が形成されており、前記複屈折層形成工程では、該凸部上に前記誘電体材料を斜め蒸着させることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の波長板の製造方法。
【請求項７】
前記複屈折層形成工程では、順に積層方向を１８０°反転させた前記複屈折層を少なくとも２以上積層させることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の波長板の製造方法。
【請求項１】
基板上に誘電体材料を斜め蒸着し、該誘電体材料の微粒子が柱状に積層された柱状部と該柱状部間に設けられた間隙部とを有する複屈折層を形成する複屈折層形成工程と、
前記複屈折層を１００℃以上３００℃以下の温度でアニール処理するアニール処理工程と、
前記アニール処理された複屈折層上に無機化合物を高密度に形成することにより保護膜を成膜する保護膜成膜工程と
を有することを特徴とする波長板の製造方法。
【請求項２】
前記保護膜形成工程では、化学蒸着法、プラズマアシスト法、スパッタ法の何れか１つの方法によって前記複屈折層上に前記保護膜を形成することを特徴とする請求項１記載の波長板の製造方法。
【請求項３】
前記保護膜上に、該保護膜よりも屈折率が高い高屈折膜を成膜する高屈折膜成膜工程をさらに有し、
前記保護膜と前記高屈折膜とからなる反射防止膜を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の波長板の製造方法。
【請求項４】
前記無機化合物は、ＳｉＯ２であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の波長板の製造方法。
【請求項５】
前記誘電体材料は、Ｔａ２Ｏ５であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の波長板の製造方法。
【請求項６】
前記基板は、利用光の波長以下の周期的な凹部及び凸部が形成されており、前記複屈折層形成工程では、該凸部上に前記誘電体材料を斜め蒸着させることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の波長板の製造方法。
【請求項７】
前記複屈折層形成工程では、順に積層方向を１８０°反転させた前記複屈折層を少なくとも２以上積層させることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の波長板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−８３６３（Ｐ２０１２−８３６３Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４４５５９（Ｐ２０１０−１４４５５９）
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００１０８４１０）ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 (595)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００１０８４１０）ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 (595)
【Ｆターム（参考）】
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