蒸着膜とこれを用いた光路偏向素子、空間光変調素子、及び投射型画像表示装置
【課題】蒸着膜の液晶配向性を制御し、液晶配向欠陥の低減化を図り、配向性を向上させ、光路偏向素子、液晶光変調素子、空間光変調素子として利用した場合の、各種画像表示装置におけるコントラスト比を向上させる。
【解決手段】無機材料を主成分とし、斜方蒸着法により作製された蒸着膜であって、柱状構造体３を具備しており、柱状構造体２は多孔性を有しているものとし、この蒸着膜を光路偏向素子として利用した液晶光変調素子、投射型画像表示装置、空間光変調素子、投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】無機材料を主成分とし、斜方蒸着法により作製された蒸着膜であって、柱状構造体３を具備しており、柱状構造体２は多孔性を有しているものとし、この蒸着膜を光路偏向素子として利用した液晶光変調素子、投射型画像表示装置、空間光変調素子、投射型画像表示装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜方蒸着による無機材料を主成分とする蒸着膜と、これを用いた光路偏向素子、空間光変調素子、及び投射型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、無機材料を斜方蒸着して形成した膜を、光学材料として利用する技術に関しては、多くの提案がなされている。
例えば、斜方蒸着膜を液晶配向膜及び位相差手段として用いた反射型空間光変調素子に関する提案がなされている（例えば、下記特許文献１参照。）。
また、無機酸化物の斜方蒸着膜を配向膜に用いて、さらには表面処理に特徴を有する技術についての提案もなされている（例えば、下記特許文献２参照。）。
【０００３】
斜方蒸着膜の応用範囲は多岐の分野にわたっているが、膜が低屈折率であるため、特に反射防止膜として有用であり、また複屈折性を有するため波長板としても利用可能であり、液晶の配向膜としての利用が進められている。
【０００４】
近年、液晶画像表示装置、特にプロジェクタに使われている空間光変調素子の液晶配向膜の無機化が行われている。既存の多くの製品には有機材料であるポリイミドが使われているが、プロジェクタが高輝度になるとともに、プロジェクタ内部において空間光変調素子はより強い光に長時間曝されることになっていき、また、製品の長期信頼性も確保しなければならない。従来用いられてきたポリイミドは、有機材料特有の劣化が生じるものであるが、この劣化は、遮断しきれなかった紫外線、或いは材料の吸収から生じる熱などによるものである。
【０００５】
これに対して、無機材料を適用することにより、上記劣化の問題はほぼ解決可能である。
特に、物理・化学的に安定な酸化珪素系の材料であれば、強い光に曝される環境下でも数千から数万時間以上の長期に渡り耐久性を発揮すると推測される。
【０００６】
但し、無機材料の場合には、平坦膜とすると液晶配向膜として使えないので、微細構造を有していることが必要となる。例えば、利用形態として、ナノメートルサイズの柱状構造体が集合した斜方蒸着膜が挙げられる。斜方蒸着は、所定の膜形成用基板を傾けた状態での成膜を行うものであり、柱状構造体はセルフシャドーイング（自己影づけ）効果による形成されるものである。
【０００７】
液晶分子の配向性を制御するパラメータとしては、柱状構造体の基板に対する傾きや柱状構造体のサイズ（高さ（膜厚）、幅（径））等がある。
また、制御パラメータは、上記のほか、材料自体にも依存している。例えば、ＳｉＯとＳｉＯ2とでは配向性が異なる。
実際には、酸素の欠損を考慮してＳｉＯxとなる。この場合、ｘは略１〜２の間となり、このｘの数値によって液晶配向が異なったものとなる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１８１９６５号公報
【特許文献２】特開２００６−１３９０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明においては、従来適用されていた斜方蒸着により形成した蒸着膜の液晶分子の配向性を制御するパラメータに関して、更に柱状構造体に関する検討を行い、液晶配向性の精密な制御を行うこととした。
そして、かかる蒸着膜の液晶配向の精密な制御を行い、これを空間光変調素子や光路偏向素子として利用するとき、配向欠陥の発生を防止し、界面反射や散乱等を抑制してコントラストの向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明においては、無機材料を主成分とし、斜方蒸着法により作製された蒸着膜であって、柱状構造体を具備しており、当該柱状構造体は、多孔性を有していることを特徴とする蒸着膜を提供する。
【００１１】
請求項２の発明においては、前記無機材料が、ＳｉＯxであることを特徴とする請求項１の蒸着膜を提供する。
【００１２】
請求項３の発明においては、出発材料がＳｉＯであり、蒸着中に酸素ガスを流し、当該酸素ガスの流量は、前記ＳｉＯxのxが略２となる量以上に設定されたものであることを特徴とする請求項２の蒸着膜を提供する。
【００１３】
請求項４の発明においては、請求項１乃至３のいずれか一項の蒸着膜を具備していることを特徴とする光路偏向素子を提供する。
【００１４】
請求項５の発明においては、請求項４の光路偏向素子を液晶光変調素子として用いたことを特徴とする投射型画像表示装置を提供する。
【００１５】
請求項６の発明においては、請求項１乃至３のいずれか一項の蒸着膜を具備していることを特徴とする空間光変調素子を提供する。
【００１６】
請求項７の発明においては、請求項６の空間光変調素子を用いたことを特徴とする投射型画像表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、多孔性の柱状構造体としたことにより、液晶配向性の効果的な制御が可能となった。これにより、液晶配向欠陥の低減化、配向性の向上が可能となり、コントラスト比を向上させることができた。
【００１８】
請求項２の発明によれば、前記液晶配向膜に安定なＳｉＯの材料を用いたことにより、耐久性の向上が図られた。
【００１９】
請求項３の発明によれば、斜方蒸着において酸素ガスを流すようにしたことにより、多孔性柱状体の集合体構成を有する膜が形成できた。
【００２０】
請求項４の発明によれば、上記多孔性柱状体の集合体構成による蒸着膜を、液晶配向膜として用いたことにより、光路偏向素子のコントラスト比の向上効果が得られた。
【００２１】
請求項５の発明によれば、前記光路偏向素子をプロジェクタに搭載したことにより、プロジェクタのコントラスト比の向上効果が得られた。
【００２２】
請求項６の発明によれば、多孔性柱状体からなる構造の斜方蒸着膜を位相差手段として用いたことにより、空間光変調素子内で生じる位相差の解消が図られ、コントラスト比の向上効果が得られた。
【００２３】
請求項７の発明によれば、上記空間光変調素子を用いたことにより、プロジェクタのコントラスト比の向上効果が得られた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、無機材料を主成分とし、斜方蒸着法により作製された蒸着膜であって、柱状構造体を具備しており、当該柱状構造体は、多孔性を有している蒸着膜と、この蒸着膜を用いた光路偏向素子、空間光変調素子、及び投射型画像表示装置を提供するものである。
【００２５】
本発明の多孔性柱状体構造を有する液晶配向膜の概略断面図を図１に示す。
基板１の上に、柱状構造体２を有し、それぞれの柱状構造体２が、複数の孔３を有している。
なお、基板１、柱状構造体２、孔３三者の大小は、誇張して表現されているものとし、実際のものとは異なる。
基板１の厚さは、数十μｍ〜数ｍｍであるものとする。
柱状構造体２の高さは、数十ｎｍ〜数百ｎｍであるものとし、幅は数ｎｍ〜数十ｎｍであるものとする。
孔３は、柱状構造体の幅以下であるものとし、数ｎｍ以下、あるいは１ｎｍ以下であることが好ましい。
図中、柱状構造体２は、全て同程度の大きさや形状で表現されているが、実際には、大きさや形状にバラツキがあってもよい。
また、孔３についても、形状は、丸、矩形、菱形、楕円等に限られず、種々の形態を採ることがある。
【００２６】
図２に従来公知の柱状構造体を有する液晶配向膜の模式的概略図を示す。
この例においては、柱状構造体が多数集まることによって全体として膜が形成されており、柱状構造体間で孔が形成されているので、膜全体としては多孔性であるといえる。
しかしながら、図１のように柱状構造体そのものが多孔性構造を有しているものとは明らかに区別されるものである。
【００２７】
図１に示すような柱状構造体の集合からなる膜は、斜方蒸着法により作製される。
斜方蒸着を行う真空蒸着装置の一例の模式的概略図を図３に示す。
この真空蒸着装置は、真空槽４の中に、基本的構成として、蒸発源５、シャッタ６、基板７、スリット部８、膜厚モニター１０を具備している。
蒸発源５としては、抵抗過熱の場合、高融点の金属のボートであるものとし、電子線加熱の場合、坩堝であり、所定の蒸発材料が配置されているものとする。
シャッタ６は蒸発源５からの蒸気を遮蔽する機能を有しており、加熱により蒸発源５から生じる蒸気が所望の量到達するようになされている。
蒸気には、蒸発源５からの垂直方向成分１２と、所定の角度を有している成分１４とがある。
基板７は、ガラス等の透光性材料や、シリコン等の半導体材料によりなるものとする。
基板７には、所望の形態に応じて透明電極を付加してもよいし、形状については、矩形、あるいはウェハ状等、種々の選択をすることができる。
また、基板７は、図中破線で示す矢印方向９に移動可能となされている。基板の移動は、例えばリニアモータ等を利用することにより行う。
基板７の近傍にはスリット部８が設けられており、蒸発源からの蒸着蒸気の入射角度を制御する機能を有している。これにより膜質の均質化が図られる。基板７のスライドはこのスリット部８の範囲内で行われるものとする。
また、蒸発源５からの垂線と基板面の法線との成す角度を、基板傾き角θと定義する。
この基板傾き角θを制御することにより、図１に示した柱状構造体２の形成角度を調製することができる。
但し、基板の傾き角θと柱状構造体２の傾き角は、等しくはならない。またθが小さすぎると柱状構造体２は形成されないことが確かめられた。
【００２８】
なお、図３の蒸着装置は、真空蒸着方式であるため、図示はしていないが、所定の真空ポンプにより真空槽内は、大気圧から数十Ｐａまではドライポンプで、それ以上の高真空引きにはクライオポンプで減圧できるようになされている。
【００２９】
下記に具体例として、２×１０-4Ｐａ程度に真空引きを行った後、斜方蒸着を行った。
蒸着源５から基板７の中心までの距離は１ｍとする。
基板７は、５２ｍｍ×６８ｍｍ×０．６ｍｍのガラス製板を適用した。なお、材料は、Corning Eagle2000である。
【００３０】
蒸発材料としては、一酸化珪素ＳｉＯもしくは二酸化珪素ＳｉＯ2を用いる。
これらのうち、ＳｉＯを蒸発材料として使用することにより、容易に多孔性の成膜物質が得られることが確かめられた。
なお、実証実験においては、粒状のＳｉＯを使用した（高純度化学99.99%，Grains 850〜2000μｍ）。
【００３１】
一般に、酸化物の真空蒸着による成膜においては、膜の酸素が欠損し、化学組成が変ることが知られている。
例えば、材料がＳｉＯ2であれば、ＳｉＯx(x＜２)となる。このような現象を防止するためには、蒸着中に酸素ガスを流すことが必要である。
【００３２】
図３の蒸着装置においては図示していないが、酸素ガスを導入する設備を具備しており、かかる酸素ガス量の調整は、マスフローメータで行うものとする。
【００３３】
蒸着レートは、０．２ｎｍ／秒程度とすることが好適である。
また、目標膜厚は１００ｎｍ程度とし、モニターにより観察、確認することができるようになされている。
後述するが、酸素ガスの流量を調節して成膜することができる。
なお、上記蒸着レートは安定しており、要した蒸着時間は酸素流量によらずほぼ一定となったことが確かめられた。従って、蒸発、及び基板に蒸着したＳｉＯはほぼ一定量である。
【００３４】
具体的に、実測値で３sccm（sccm: standard cc/min）から８０sccmの範囲、酸素ガスの流量を変えて蒸着を行った。
真空度は３sccmにしたとき、設定値で５×１０-4Ｐａ、８０sccmにしたとき、２×１０-2Ｐａであった。この両者の間には、ほぼ直線関係が成立する。
酸素ガスの流量は相対的なものである。これは蒸着装置の真空槽の大きさが異なれば、酸素の濃度が異なるものとなるからである。従って成膜条件は、真空槽の真空度と併せて設定することが必要である。
【００３５】
基板７の傾きの角度θは、６０°程度に設定すると、得られた膜の液晶配向性が、他の角度に設定した場合と比較して良好になったことが確かめられた。
但し、本発明においては、成膜条件において基板の傾き角を６０°に限定するものではない。
例えば６０°から±１０°前後させると膜の配向性は変化するが、±１°程度の前後では、さほどの差は確認されない。
また液晶材料によって基板傾き角θは変わるものであり、その液晶に適した値を設定すればよい。
【００３６】
酸素流量を制御して種々の条件を設定して成膜を行い、反射分光膜厚計（大塚電子製，FE-3000）により、膜厚及び屈折率を測定した。
図４に酸素流量と屈折率との関係を示し、図５に酸素流量と膜厚との関係を示す。
なお、図４中に示す屈折率ｎは、波長λ＝５５０ｎｍ付近のものである。図中、ＳｉＯxのプロットにおいて、酸素流量の増加とともに屈折率が低下していくことが示されている。また、図中、ＳｉＯ2の一点のプロットは、ＳｉＯ2を蒸発材料として成膜を行った結果によるものである。なお、このときの酸素流量は、約２０sccmとした。
【００３７】
予備実験として、ＳｉＯ2を蒸発材料として、基板の傾き角θ＝０°とし、酸素流量を２０sccm（５×１０-3Ｐａ）として、成膜を行ったところ、λ＝５５０ｎｍ付近で、屈折率ｎ＝１．４２となった。
この屈折率は一般的なＳｉＯ2の屈折率であり、酸素欠損はない。従って、θ＝６０°と設定した場合でも、この酸素流量であれば酸素欠陥は無いものと推測できる。また、θ＝６０°での屈折率がθ＝０°とした場合に比較して低いのは、主として柱状構造体の隙間により（図２参照）、これが密度を下げているためである．
【００３８】
上述したことから、図４においてＳｉＯxとして、酸素流量が０でx＝１、酸素流量がほぼ３０sccmでx＝２と考えられる。
【００３９】
なお、酸素流量が３０sccmを超えても、屈折率はさらに低下するため、膜の構造が変わるものと推測される。
次に、図５において、酸素流量が０から３０sccmまでは膜厚がほぼ一定であることがわかる。しかし酸素流量が３０sccmを超えると、急激に膜厚が厚くなることがわかった。
上述したように、材料の蒸発量はほぼ同じである。材料の蒸着量が同じで、膜厚が厚くなるのは、膜の密度が低下したためであると考えられる。これは、一つには柱状構造体が細長くなり、膜の密度が低下するためであり、もう一つには柱状構造体自体の密度が空孔等により低下したり、あるいはこれらの双方が原因になっているためと推測される。
【００４０】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立S-4500，倍率＝〜１０万倍、試料表面に白金パラジウムを設定値２ｎｍ厚にコート）を用いて、作製した膜の観察を行ったところ、ガラス基板に柱状構造体が林立した様子が観察できる断面観察においては、酸素流量が多いほど、柱状構造体は細く長く（膜厚が厚く）なることが確かめられた。他方において、その柱状構造体の林立密度が粗になることは観察されなかった。
また、柱状構造体の上部が密集した様子が観察できる上面観察においては、酸素流量が多いほど柱状構造体の密集の度合いが粗になることは確かめられなかった。これらのことから、柱状構造体自体の密度が低下しているものと考えられる。
【００４１】
酸素の流量が３０sccm近傍までは、ＳｉＯxのxを２まで増加させる。しかし、それ以上になると、蒸発源から飛び出したＳｉＯxと酸素との衝突が多くなり、柱状構造体の成長が阻害され、多孔質になると考えられる。
【００４２】
上述したようにして真空蒸着によって作製したＳｉＯx膜が形成されたガラス基板を、スペーサを含む接着剤を介して貼り合わせ、所定のセルを作製した。
このセル中に、液晶を毛管法を適用して注入し、形成された液晶組織とその配向性を観察した。これは直交ニコルにした偏光顕微鏡により行った。
【００４３】
上記スペーサは球形であり、平均直径は５０μｍである。すなわち、セルギャップが５０μｍである。
液晶は（１）Ｅ８（Merck社）、（２）ＭＬＣ−６８８４（Merck社）、（３）ＦＥＬＩＸ−０１６／１００（Clariant社）の三種を用いた。室温付近で（１）、（２）は、スメクチック相であり、（３）はスメクチックＣ相である。毛管法による注入の際には、基板を加熱して等方相にしてからセルに注入した。
【００４４】
液晶（１）は水平配向であった。配向欠陥である転傾があり、これは酸素流量に依存しなかった。
一方、液晶（２）は、垂直あるいはそれに近い配向（プレチルト）を示した。
また酸素流量が少ないときには、転傾及び粒状の配向欠陥が観察されたが、酸素流量が多くなるにつれてこれらの欠陥が低減した。また垂直配向であるため、コノスコープ像は、十字のアイソジャイアを示す。これが酸素流量の少ないときには、視野の中心からずれており、即ちプレチルトがあることを示し、また少しぼやけているようであった。しかし、酸素流量が多くなると、アイソジャイアは視野の中心にあり、また明瞭であった。したがって液晶配向性が向上していることが分かった。
【００４５】
上記のようにネマチック相の液晶であっても水平配向と垂直配向とを取り得るのは、誘電率異方性Δεの正負による。Δεについて、液晶（１）は正であり、液晶（２）は負である。
液晶（３）については、カイラルスメクチック相に特有な複数のドメインのある複雑な液晶組織を示す。その一つのドメイン内は水平配向であるが、ドメインとドメインとが平行でなく、傾いているため、全体的にみると均一な水平配向ではない。酸素流量が多くなると、この複数のドメインが互いに平行になるようであり、配向性が向上した。
【００４６】
酸素流量が８０sccmのとき、配向性は低下した。液晶（１）では、転傾などの配向欠陥は確認されなかった。しかし、水平配向が確認できず無配向であった。
また、液晶（２）では、垂直配向は確認できたものの配向欠陥が多かった。
また液晶（３）については、小さなドメインが無秩序に集合した複雑な液晶組織が出現し、配向性は確認されなかった。
【００４７】
上述した液晶（１）〜（３）の、酸素流量と配向性について、下記表１に示した。
上記液晶（２）と（３）について、配向欠陥の低減化、及び配向性の向上が確認された。
酸素流量の好適な範囲について、下限値は、柱状構造体に空孔が生じ始める４０sccm程度であり、上限は６０〜７０sccm程度であることが確かめられた。
但し、液晶の種類によって上記とは異なる数値範囲が好適なものとなることも考えられるので、液晶の種類に応じて、その都度、好適な酸素流量と基板の傾き角度θを選定することが必要となる。
膜の配向欠陥を低減し、配向性の向上を図ったことにより、液晶層における漏れ光及び散乱が効果的に低減でき、コントラスト比の向上が図られる。
【００４８】
【表１】
【００４９】
次に、本発明の蒸着膜を、光路偏向素子に適用した場合について、図６を参照して説明する。なお図６（ａ）は側面図を示し、図６（ｂ）は正面図を示す。
図６（ａ）中の符号は、それぞれ、透光性（ガラス）基板６１、透明電極６２、無機の斜方蒸着膜から成る配向膜６３、スペーサ６４、液晶層６５である。
図中、透明電極２は、ガラス基板１の内部にあるように表しているが、透明電極２をパターニングしたガラス基板に、光学用の接着剤を介してもう一枚のガラス（透明電極なし）基板を貼り合わせたものである。
このときガラス基板と接着剤の屈折率は整合させておくものとする。また透明電極はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）である。スペーサは球形のビーズであってもよい。またビーズを含有する接着剤であっても良い。
液晶６５は、スペーサ６４と、これと直交する方向では接着剤、あるいはシール剤（図示せず）により封入されているものとする。
また透明電極６２は、図６（ｂ）に示すように、ライン状（線状）の各透明電極が複数櫛状になった構成を有しているものとする。
図６（ｂ）においては、上下のガラス基板を重ねた状態となっており、それぞれの透明電極を黒と白とで、分けて豹変している。
上下の櫛状の透明電極は、重ならないよう半ピッチ（一枚の基板上にあるライン電極とライン電極との間隔）ずらした構成となっている。これは、ｘ方向に平行に、電界を効率よく発生させるためである。
また、電圧印加手段６７により、交流電界が、透明電極６２を介して液晶層６５にかけられる。
電圧印加手段６７は、櫛状電極と導電ライン６８により電気的に接続状態となっている。
ライン電極の幅は１０μｍ程度であり、ピッチは１００μｍであるものとする。ライン電極の数は一枚の基板で４００本程度であるものとする。
また基板の大きさは数十ｍｍ×数十ｍｍ程度の大きさである。
二枚のガラス基板間の距離、即ち液晶層６５の厚さ（セルギャップ）は、５０μｍ程度であることが好ましい。
ガラス基板の厚さは、片側（ガラス基板、光学接着剤、ライン電極、ガラス基板）で約１ｍｍである。
また複数のライン電極は、抵抗膜６６により電気的に接続されている。抵抗膜は、ｘ方向に電界の勾配を持たせるためのものである。電界は約１００Ｖ／ｍｍである。
また、ガラス基板６１は、空気と接している。
このガラス基板６１と空気との界面には、所定の反射防止膜が設けられているものとする（図示せず）。
また、図６（ａ）、（ｂ）のそれぞれの下側には座標を示してあるが、光軸はｚ軸と平行とする。
これは、後述する図７、図８においても同様とする。
また図には２軸のみ描いてあるが、残り１軸は紙面に垂直であるとする。
【００５０】
次に、光路の偏向について説明する。
ある電界をかけたときの状態図を図７（ａ）に示し、その電界の極性を反転させたときの状態図を図７（ｂ）に示す。
図７（ａ）、（ｂ）において、電界の極性を矢印７２、７２’で表した（方向のみで大きさは問題にしない）。これはｘ方向に平行であるものとする。この電界の極性に対応して液晶の分子は図７（ａ）、（ｂ）中に示すように配向する（６５ａ、６５ｂ）。この二つの状態の切り替えは、交流電界によって容易に行うことができる。
光路偏向素子には直線偏光が入射する（図７（ａ）、（ｂ）中の７０）。ｚ軸に平行な太い矢印は光路を示し、ｘ軸に平行な細い矢印は電場の振動方向を示すものとする。
直線偏光の光路が液晶層６５で変わるのは、液晶の複屈折性によるものである。
出射光は、図７（ａ）、（ｂ）中の７１ａ、７１ｂに示す。
液晶の分子配向の切り替えにより、光路の偏向方向も変わり二方向を取り得る。
電界の極性反転の周期は、６０Ｈｚ以上であることが好ましい。また、応答速度の観点から、高速応答が可能なカイラルスメクチックＣ相を成す液晶が好適である。
液晶の配向は、液晶分子長軸が、基板及び配向膜に対して垂直であるが、配向膜に接する、あるいはこれとの極近傍の液晶分子の分子長軸が傾いている。いわゆるプレチルト角がついていてもよい。
【００５１】
なお、図７（ａ）、（ｂ）において、スペーサの図示は省略した。
また、液晶分子の大きさや各層の厚さは誇張して表現されているものとする。
また液晶分子は、セルギャップ間に一個ではなく、数千〜数万の単位で連なって存在する。
カイラススメクチックＣ相は、これらの液晶分子が電圧を印加していないときには螺旋状になっており電圧を印加すると螺旋がほどける性質を有している。
【００５２】
次に、上述した本発明の光路偏向素子を具備する投射型画像表示装置の一例の概略構成図を図８に示す。
基本的な構成として、光源１００、偏光変換素子１０１、色分離素子１０２、１０４、反射鏡１０３、１０５、空間光変調素子（ＬＣｏＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｕｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）１０６、１０８、１０９、偏光分離素子１０７、１１０、１１１、空間光変調素子１０８、空間光変調素子１０９、色合成素子（Ｘプリズム）１１２、光路偏向素子１１３、１１５、１／２波長板１１４、投射レンズ１１６、スクリーン１１７、である。
光源１００は超高圧水銀ランプ等であり、非偏光の白色光を放射する。
偏光変換素子１０１は、非偏光光を直線偏光とする。
また図示していないが、光源の配光分布を均一にするための一対のフライアイレンズからなる、均一照明光学系が入る。
三枚のＬＣｏＳを用いた三板式であり、赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各色に一つのＬＣｏＳが対応する。
また、偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ：ＰＢＳ）も各色に対応している。
色分離素子１０２、１０４は、二枚で白色光からＲ、Ｇ、Ｂを分離する。
光路偏向素子は二枚用いる。これは四方向に偏向させたいためである。
図７に示した例においては、二方向のみであったため、これを二枚組み合わせて四方向の偏向とする。このとき二枚の光路偏向素子において、直線偏光の電場の振動方向を変える必要があり、１／２波長板１１４を間に設ける。１／２波長板により、第一の光路偏向素子を透過した直線偏光はその電場の振動方向を９０°回転させる。第一の光路偏向素子と第二の光路偏向素子とは、偏向方向が直交するように設置する。また１／２波長板も遅相軸をｘ軸、或いはｙ軸から４５°回転させて設置する。
【００５３】
図８中のスクリーン１１７は、リアプロジェクションの場合は別途設け、あるいは壁等を代用できるフロントプロジェクションの場合は設けなくてもよい。
【００５４】
ＬＣｏＳの画素数が、例えば、ＸＧＡで１０２４×７６８ドットである場合、光路偏向素子による四方向の偏向により、ＱＸＧＡ相当の２０４８×１５３６ドットとなる、四倍の画素数増大である。このとき光路偏向量はスクリーンで画素の半分のピッチとしておく。
【００５５】
次に、本発明の蒸着膜を適用した反射型空間光変調素子の一例の概略構成図を図９に示す。
反射型空間光変調素子２０１は、レンズアレイ基板２０２、蒸着膜２０３、液晶層２０４、画素電極２０５、スイッチング素子アレイ基板２０６、透明電極２０３１を具備している。
ここで、蒸着膜２０３は，液晶配向膜及び位相差手段を兼ねる。
マイクロレンズに入り、屈折され、透明電極を経た直線偏光は、マイクロレンズの曲線半径に応じて位相差を持つようになる。従って直線偏光でなくなる。これが液晶層において漏れ光を生じる原因となりコントラスト比の低下をひき起こす。
しかし液晶層に光が入るまでに本発明に係る蒸着膜を設けたことにより、位相差を低減化でき、コントラスト比を向上させることができる。
【００５６】
蒸着膜に用いる材料、膜厚、基板の傾き角は、生じる位相差により設計する。
この位相差は、マイクロレンズアレイの曲率半径による。
空間光変調素子は反射型に限られるものではなく透過型であってもよい。
【００５７】
次に、上述した空間光変調素子を適用したプロジェクタの一例の概略構成図を図１０に示す。
またこれに、前記光路偏向素子を用いた実施例を図１１に示す。
図１０、図１１において、光学素子、部品の番号は、上述した図８と共通のものを適用した。
但し、図１０には、光路偏向素子を含めていない。空間光変調素子は、図中の、１０６、１０８、１０９に示す。
コントラスト比を向上可能な空間光変調素子を用いたことにより、プロジェクタのコントラスト比の向上が図られた。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の多孔性柱状体構造を有する液晶配向膜の概略断面図を示す。
【図２】従来の柱状構造体を有する液晶配向膜の模式的概略図を示す。
【図３】斜方蒸着を行う真空蒸着装置の一例の模式的概略図を示す。
【図４】本発明の蒸着膜の、酸素流量と屈折率との関係を示す。
【図５】本発明の蒸着膜の、酸素流量と膜厚との関係を示す。
【図６】（ａ）本発明の蒸着膜を具備する光路偏向素子の概略側面図を示す。（ｂ）本発明の蒸着膜を具備する光路偏向素子の概略正面図を示す。
【図７】（ａ）所定の電界をかけた光路の偏向の状態図を示す。（ｂ）電界の極性を反転させたときの状態図を示す。
【図８】本発明の光路偏向素子を具備する投射型画像表示装置の一例の概略構成図を示す。
【図９】本発明の蒸着膜を適用した反射型空間光変調素子の一例の概略構成図を示す。
【図１０】本発明の空間光変調素子を適用したプロジェクタの一例の概略構成図を示す。
【図１１】図１０に示すプロジェクタに光路偏向素子を付加した実施例を示す。
【符号の説明】
【００５９】
１ 基板
２ 柱状構造体
３ 孔
４ 真空槽
５ 蒸発源
６ シャッタ
７ 基板
８ スリット部
１０ 膜厚モニター
１２ 蒸気の垂直方向成分
１４ 上記の所定の角度を有している成分
６１ 透光性（ガラス）基板
６２ 透明電極
６３ 配向膜
６４ スペーサ
６５ 液晶層
６６ 抵抗膜
６７ 電圧印加手段
６８ 導電ライン
７１ａ，７１ｂ 出射光
１００ 光源
１０１ 偏光変換素子
１０２，１０４ 色分離素子
１０３，１０５ 反射鏡
１０６，１０８，１０９ 空間光変調素子
１０７，１１０，１１１ 偏光分離素子
１０８ 空間光変調素子
１０９ 空間光変調素子
１１２ 色合成素子（Ｘプリズム）
１１３，１１５ 光路偏向素子
１１４ １／２波長板
１１６ 投射レンズ
１１７ スクリーン
２０１ 反射型空間光変調素子
２０２ レンズアレイ基板
２０３ 蒸着膜
２０４ 液晶層
２０５ 画素電極
２０６ スイッチング素子アレイ基板
２０３１ 透明電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜方蒸着による無機材料を主成分とする蒸着膜と、これを用いた光路偏向素子、空間光変調素子、及び投射型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、無機材料を斜方蒸着して形成した膜を、光学材料として利用する技術に関しては、多くの提案がなされている。
例えば、斜方蒸着膜を液晶配向膜及び位相差手段として用いた反射型空間光変調素子に関する提案がなされている（例えば、下記特許文献１参照。）。
また、無機酸化物の斜方蒸着膜を配向膜に用いて、さらには表面処理に特徴を有する技術についての提案もなされている（例えば、下記特許文献２参照。）。
【０００３】
斜方蒸着膜の応用範囲は多岐の分野にわたっているが、膜が低屈折率であるため、特に反射防止膜として有用であり、また複屈折性を有するため波長板としても利用可能であり、液晶の配向膜としての利用が進められている。
【０００４】
近年、液晶画像表示装置、特にプロジェクタに使われている空間光変調素子の液晶配向膜の無機化が行われている。既存の多くの製品には有機材料であるポリイミドが使われているが、プロジェクタが高輝度になるとともに、プロジェクタ内部において空間光変調素子はより強い光に長時間曝されることになっていき、また、製品の長期信頼性も確保しなければならない。従来用いられてきたポリイミドは、有機材料特有の劣化が生じるものであるが、この劣化は、遮断しきれなかった紫外線、或いは材料の吸収から生じる熱などによるものである。
【０００５】
これに対して、無機材料を適用することにより、上記劣化の問題はほぼ解決可能である。
特に、物理・化学的に安定な酸化珪素系の材料であれば、強い光に曝される環境下でも数千から数万時間以上の長期に渡り耐久性を発揮すると推測される。
【０００６】
但し、無機材料の場合には、平坦膜とすると液晶配向膜として使えないので、微細構造を有していることが必要となる。例えば、利用形態として、ナノメートルサイズの柱状構造体が集合した斜方蒸着膜が挙げられる。斜方蒸着は、所定の膜形成用基板を傾けた状態での成膜を行うものであり、柱状構造体はセルフシャドーイング（自己影づけ）効果による形成されるものである。
【０００７】
液晶分子の配向性を制御するパラメータとしては、柱状構造体の基板に対する傾きや柱状構造体のサイズ（高さ（膜厚）、幅（径））等がある。
また、制御パラメータは、上記のほか、材料自体にも依存している。例えば、ＳｉＯとＳｉＯ2とでは配向性が異なる。
実際には、酸素の欠損を考慮してＳｉＯxとなる。この場合、ｘは略１〜２の間となり、このｘの数値によって液晶配向が異なったものとなる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１８１９６５号公報
【特許文献２】特開２００６−１３９０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明においては、従来適用されていた斜方蒸着により形成した蒸着膜の液晶分子の配向性を制御するパラメータに関して、更に柱状構造体に関する検討を行い、液晶配向性の精密な制御を行うこととした。
そして、かかる蒸着膜の液晶配向の精密な制御を行い、これを空間光変調素子や光路偏向素子として利用するとき、配向欠陥の発生を防止し、界面反射や散乱等を抑制してコントラストの向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明においては、無機材料を主成分とし、斜方蒸着法により作製された蒸着膜であって、柱状構造体を具備しており、当該柱状構造体は、多孔性を有していることを特徴とする蒸着膜を提供する。
【００１１】
請求項２の発明においては、前記無機材料が、ＳｉＯxであることを特徴とする請求項１の蒸着膜を提供する。
【００１２】
請求項３の発明においては、出発材料がＳｉＯであり、蒸着中に酸素ガスを流し、当該酸素ガスの流量は、前記ＳｉＯxのxが略２となる量以上に設定されたものであることを特徴とする請求項２の蒸着膜を提供する。
【００１３】
請求項４の発明においては、請求項１乃至３のいずれか一項の蒸着膜を具備していることを特徴とする光路偏向素子を提供する。
【００１４】
請求項５の発明においては、請求項４の光路偏向素子を液晶光変調素子として用いたことを特徴とする投射型画像表示装置を提供する。
【００１５】
請求項６の発明においては、請求項１乃至３のいずれか一項の蒸着膜を具備していることを特徴とする空間光変調素子を提供する。
【００１６】
請求項７の発明においては、請求項６の空間光変調素子を用いたことを特徴とする投射型画像表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、多孔性の柱状構造体としたことにより、液晶配向性の効果的な制御が可能となった。これにより、液晶配向欠陥の低減化、配向性の向上が可能となり、コントラスト比を向上させることができた。
【００１８】
請求項２の発明によれば、前記液晶配向膜に安定なＳｉＯの材料を用いたことにより、耐久性の向上が図られた。
【００１９】
請求項３の発明によれば、斜方蒸着において酸素ガスを流すようにしたことにより、多孔性柱状体の集合体構成を有する膜が形成できた。
【００２０】
請求項４の発明によれば、上記多孔性柱状体の集合体構成による蒸着膜を、液晶配向膜として用いたことにより、光路偏向素子のコントラスト比の向上効果が得られた。
【００２１】
請求項５の発明によれば、前記光路偏向素子をプロジェクタに搭載したことにより、プロジェクタのコントラスト比の向上効果が得られた。
【００２２】
請求項６の発明によれば、多孔性柱状体からなる構造の斜方蒸着膜を位相差手段として用いたことにより、空間光変調素子内で生じる位相差の解消が図られ、コントラスト比の向上効果が得られた。
【００２３】
請求項７の発明によれば、上記空間光変調素子を用いたことにより、プロジェクタのコントラスト比の向上効果が得られた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、無機材料を主成分とし、斜方蒸着法により作製された蒸着膜であって、柱状構造体を具備しており、当該柱状構造体は、多孔性を有している蒸着膜と、この蒸着膜を用いた光路偏向素子、空間光変調素子、及び投射型画像表示装置を提供するものである。
【００２５】
本発明の多孔性柱状体構造を有する液晶配向膜の概略断面図を図１に示す。
基板１の上に、柱状構造体２を有し、それぞれの柱状構造体２が、複数の孔３を有している。
なお、基板１、柱状構造体２、孔３三者の大小は、誇張して表現されているものとし、実際のものとは異なる。
基板１の厚さは、数十μｍ〜数ｍｍであるものとする。
柱状構造体２の高さは、数十ｎｍ〜数百ｎｍであるものとし、幅は数ｎｍ〜数十ｎｍであるものとする。
孔３は、柱状構造体の幅以下であるものとし、数ｎｍ以下、あるいは１ｎｍ以下であることが好ましい。
図中、柱状構造体２は、全て同程度の大きさや形状で表現されているが、実際には、大きさや形状にバラツキがあってもよい。
また、孔３についても、形状は、丸、矩形、菱形、楕円等に限られず、種々の形態を採ることがある。
【００２６】
図２に従来公知の柱状構造体を有する液晶配向膜の模式的概略図を示す。
この例においては、柱状構造体が多数集まることによって全体として膜が形成されており、柱状構造体間で孔が形成されているので、膜全体としては多孔性であるといえる。
しかしながら、図１のように柱状構造体そのものが多孔性構造を有しているものとは明らかに区別されるものである。
【００２７】
図１に示すような柱状構造体の集合からなる膜は、斜方蒸着法により作製される。
斜方蒸着を行う真空蒸着装置の一例の模式的概略図を図３に示す。
この真空蒸着装置は、真空槽４の中に、基本的構成として、蒸発源５、シャッタ６、基板７、スリット部８、膜厚モニター１０を具備している。
蒸発源５としては、抵抗過熱の場合、高融点の金属のボートであるものとし、電子線加熱の場合、坩堝であり、所定の蒸発材料が配置されているものとする。
シャッタ６は蒸発源５からの蒸気を遮蔽する機能を有しており、加熱により蒸発源５から生じる蒸気が所望の量到達するようになされている。
蒸気には、蒸発源５からの垂直方向成分１２と、所定の角度を有している成分１４とがある。
基板７は、ガラス等の透光性材料や、シリコン等の半導体材料によりなるものとする。
基板７には、所望の形態に応じて透明電極を付加してもよいし、形状については、矩形、あるいはウェハ状等、種々の選択をすることができる。
また、基板７は、図中破線で示す矢印方向９に移動可能となされている。基板の移動は、例えばリニアモータ等を利用することにより行う。
基板７の近傍にはスリット部８が設けられており、蒸発源からの蒸着蒸気の入射角度を制御する機能を有している。これにより膜質の均質化が図られる。基板７のスライドはこのスリット部８の範囲内で行われるものとする。
また、蒸発源５からの垂線と基板面の法線との成す角度を、基板傾き角θと定義する。
この基板傾き角θを制御することにより、図１に示した柱状構造体２の形成角度を調製することができる。
但し、基板の傾き角θと柱状構造体２の傾き角は、等しくはならない。またθが小さすぎると柱状構造体２は形成されないことが確かめられた。
【００２８】
なお、図３の蒸着装置は、真空蒸着方式であるため、図示はしていないが、所定の真空ポンプにより真空槽内は、大気圧から数十Ｐａまではドライポンプで、それ以上の高真空引きにはクライオポンプで減圧できるようになされている。
【００２９】
下記に具体例として、２×１０-4Ｐａ程度に真空引きを行った後、斜方蒸着を行った。
蒸着源５から基板７の中心までの距離は１ｍとする。
基板７は、５２ｍｍ×６８ｍｍ×０．６ｍｍのガラス製板を適用した。なお、材料は、Corning Eagle2000である。
【００３０】
蒸発材料としては、一酸化珪素ＳｉＯもしくは二酸化珪素ＳｉＯ2を用いる。
これらのうち、ＳｉＯを蒸発材料として使用することにより、容易に多孔性の成膜物質が得られることが確かめられた。
なお、実証実験においては、粒状のＳｉＯを使用した（高純度化学99.99%，Grains 850〜2000μｍ）。
【００３１】
一般に、酸化物の真空蒸着による成膜においては、膜の酸素が欠損し、化学組成が変ることが知られている。
例えば、材料がＳｉＯ2であれば、ＳｉＯx(x＜２)となる。このような現象を防止するためには、蒸着中に酸素ガスを流すことが必要である。
【００３２】
図３の蒸着装置においては図示していないが、酸素ガスを導入する設備を具備しており、かかる酸素ガス量の調整は、マスフローメータで行うものとする。
【００３３】
蒸着レートは、０．２ｎｍ／秒程度とすることが好適である。
また、目標膜厚は１００ｎｍ程度とし、モニターにより観察、確認することができるようになされている。
後述するが、酸素ガスの流量を調節して成膜することができる。
なお、上記蒸着レートは安定しており、要した蒸着時間は酸素流量によらずほぼ一定となったことが確かめられた。従って、蒸発、及び基板に蒸着したＳｉＯはほぼ一定量である。
【００３４】
具体的に、実測値で３sccm（sccm: standard cc/min）から８０sccmの範囲、酸素ガスの流量を変えて蒸着を行った。
真空度は３sccmにしたとき、設定値で５×１０-4Ｐａ、８０sccmにしたとき、２×１０-2Ｐａであった。この両者の間には、ほぼ直線関係が成立する。
酸素ガスの流量は相対的なものである。これは蒸着装置の真空槽の大きさが異なれば、酸素の濃度が異なるものとなるからである。従って成膜条件は、真空槽の真空度と併せて設定することが必要である。
【００３５】
基板７の傾きの角度θは、６０°程度に設定すると、得られた膜の液晶配向性が、他の角度に設定した場合と比較して良好になったことが確かめられた。
但し、本発明においては、成膜条件において基板の傾き角を６０°に限定するものではない。
例えば６０°から±１０°前後させると膜の配向性は変化するが、±１°程度の前後では、さほどの差は確認されない。
また液晶材料によって基板傾き角θは変わるものであり、その液晶に適した値を設定すればよい。
【００３６】
酸素流量を制御して種々の条件を設定して成膜を行い、反射分光膜厚計（大塚電子製，FE-3000）により、膜厚及び屈折率を測定した。
図４に酸素流量と屈折率との関係を示し、図５に酸素流量と膜厚との関係を示す。
なお、図４中に示す屈折率ｎは、波長λ＝５５０ｎｍ付近のものである。図中、ＳｉＯxのプロットにおいて、酸素流量の増加とともに屈折率が低下していくことが示されている。また、図中、ＳｉＯ2の一点のプロットは、ＳｉＯ2を蒸発材料として成膜を行った結果によるものである。なお、このときの酸素流量は、約２０sccmとした。
【００３７】
予備実験として、ＳｉＯ2を蒸発材料として、基板の傾き角θ＝０°とし、酸素流量を２０sccm（５×１０-3Ｐａ）として、成膜を行ったところ、λ＝５５０ｎｍ付近で、屈折率ｎ＝１．４２となった。
この屈折率は一般的なＳｉＯ2の屈折率であり、酸素欠損はない。従って、θ＝６０°と設定した場合でも、この酸素流量であれば酸素欠陥は無いものと推測できる。また、θ＝６０°での屈折率がθ＝０°とした場合に比較して低いのは、主として柱状構造体の隙間により（図２参照）、これが密度を下げているためである．
【００３８】
上述したことから、図４においてＳｉＯxとして、酸素流量が０でx＝１、酸素流量がほぼ３０sccmでx＝２と考えられる。
【００３９】
なお、酸素流量が３０sccmを超えても、屈折率はさらに低下するため、膜の構造が変わるものと推測される。
次に、図５において、酸素流量が０から３０sccmまでは膜厚がほぼ一定であることがわかる。しかし酸素流量が３０sccmを超えると、急激に膜厚が厚くなることがわかった。
上述したように、材料の蒸発量はほぼ同じである。材料の蒸着量が同じで、膜厚が厚くなるのは、膜の密度が低下したためであると考えられる。これは、一つには柱状構造体が細長くなり、膜の密度が低下するためであり、もう一つには柱状構造体自体の密度が空孔等により低下したり、あるいはこれらの双方が原因になっているためと推測される。
【００４０】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立S-4500，倍率＝〜１０万倍、試料表面に白金パラジウムを設定値２ｎｍ厚にコート）を用いて、作製した膜の観察を行ったところ、ガラス基板に柱状構造体が林立した様子が観察できる断面観察においては、酸素流量が多いほど、柱状構造体は細く長く（膜厚が厚く）なることが確かめられた。他方において、その柱状構造体の林立密度が粗になることは観察されなかった。
また、柱状構造体の上部が密集した様子が観察できる上面観察においては、酸素流量が多いほど柱状構造体の密集の度合いが粗になることは確かめられなかった。これらのことから、柱状構造体自体の密度が低下しているものと考えられる。
【００４１】
酸素の流量が３０sccm近傍までは、ＳｉＯxのxを２まで増加させる。しかし、それ以上になると、蒸発源から飛び出したＳｉＯxと酸素との衝突が多くなり、柱状構造体の成長が阻害され、多孔質になると考えられる。
【００４２】
上述したようにして真空蒸着によって作製したＳｉＯx膜が形成されたガラス基板を、スペーサを含む接着剤を介して貼り合わせ、所定のセルを作製した。
このセル中に、液晶を毛管法を適用して注入し、形成された液晶組織とその配向性を観察した。これは直交ニコルにした偏光顕微鏡により行った。
【００４３】
上記スペーサは球形であり、平均直径は５０μｍである。すなわち、セルギャップが５０μｍである。
液晶は（１）Ｅ８（Merck社）、（２）ＭＬＣ−６８８４（Merck社）、（３）ＦＥＬＩＸ−０１６／１００（Clariant社）の三種を用いた。室温付近で（１）、（２）は、スメクチック相であり、（３）はスメクチックＣ相である。毛管法による注入の際には、基板を加熱して等方相にしてからセルに注入した。
【００４４】
液晶（１）は水平配向であった。配向欠陥である転傾があり、これは酸素流量に依存しなかった。
一方、液晶（２）は、垂直あるいはそれに近い配向（プレチルト）を示した。
また酸素流量が少ないときには、転傾及び粒状の配向欠陥が観察されたが、酸素流量が多くなるにつれてこれらの欠陥が低減した。また垂直配向であるため、コノスコープ像は、十字のアイソジャイアを示す。これが酸素流量の少ないときには、視野の中心からずれており、即ちプレチルトがあることを示し、また少しぼやけているようであった。しかし、酸素流量が多くなると、アイソジャイアは視野の中心にあり、また明瞭であった。したがって液晶配向性が向上していることが分かった。
【００４５】
上記のようにネマチック相の液晶であっても水平配向と垂直配向とを取り得るのは、誘電率異方性Δεの正負による。Δεについて、液晶（１）は正であり、液晶（２）は負である。
液晶（３）については、カイラルスメクチック相に特有な複数のドメインのある複雑な液晶組織を示す。その一つのドメイン内は水平配向であるが、ドメインとドメインとが平行でなく、傾いているため、全体的にみると均一な水平配向ではない。酸素流量が多くなると、この複数のドメインが互いに平行になるようであり、配向性が向上した。
【００４６】
酸素流量が８０sccmのとき、配向性は低下した。液晶（１）では、転傾などの配向欠陥は確認されなかった。しかし、水平配向が確認できず無配向であった。
また、液晶（２）では、垂直配向は確認できたものの配向欠陥が多かった。
また液晶（３）については、小さなドメインが無秩序に集合した複雑な液晶組織が出現し、配向性は確認されなかった。
【００４７】
上述した液晶（１）〜（３）の、酸素流量と配向性について、下記表１に示した。
上記液晶（２）と（３）について、配向欠陥の低減化、及び配向性の向上が確認された。
酸素流量の好適な範囲について、下限値は、柱状構造体に空孔が生じ始める４０sccm程度であり、上限は６０〜７０sccm程度であることが確かめられた。
但し、液晶の種類によって上記とは異なる数値範囲が好適なものとなることも考えられるので、液晶の種類に応じて、その都度、好適な酸素流量と基板の傾き角度θを選定することが必要となる。
膜の配向欠陥を低減し、配向性の向上を図ったことにより、液晶層における漏れ光及び散乱が効果的に低減でき、コントラスト比の向上が図られる。
【００４８】
【表１】
【００４９】
次に、本発明の蒸着膜を、光路偏向素子に適用した場合について、図６を参照して説明する。なお図６（ａ）は側面図を示し、図６（ｂ）は正面図を示す。
図６（ａ）中の符号は、それぞれ、透光性（ガラス）基板６１、透明電極６２、無機の斜方蒸着膜から成る配向膜６３、スペーサ６４、液晶層６５である。
図中、透明電極２は、ガラス基板１の内部にあるように表しているが、透明電極２をパターニングしたガラス基板に、光学用の接着剤を介してもう一枚のガラス（透明電極なし）基板を貼り合わせたものである。
このときガラス基板と接着剤の屈折率は整合させておくものとする。また透明電極はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）である。スペーサは球形のビーズであってもよい。またビーズを含有する接着剤であっても良い。
液晶６５は、スペーサ６４と、これと直交する方向では接着剤、あるいはシール剤（図示せず）により封入されているものとする。
また透明電極６２は、図６（ｂ）に示すように、ライン状（線状）の各透明電極が複数櫛状になった構成を有しているものとする。
図６（ｂ）においては、上下のガラス基板を重ねた状態となっており、それぞれの透明電極を黒と白とで、分けて豹変している。
上下の櫛状の透明電極は、重ならないよう半ピッチ（一枚の基板上にあるライン電極とライン電極との間隔）ずらした構成となっている。これは、ｘ方向に平行に、電界を効率よく発生させるためである。
また、電圧印加手段６７により、交流電界が、透明電極６２を介して液晶層６５にかけられる。
電圧印加手段６７は、櫛状電極と導電ライン６８により電気的に接続状態となっている。
ライン電極の幅は１０μｍ程度であり、ピッチは１００μｍであるものとする。ライン電極の数は一枚の基板で４００本程度であるものとする。
また基板の大きさは数十ｍｍ×数十ｍｍ程度の大きさである。
二枚のガラス基板間の距離、即ち液晶層６５の厚さ（セルギャップ）は、５０μｍ程度であることが好ましい。
ガラス基板の厚さは、片側（ガラス基板、光学接着剤、ライン電極、ガラス基板）で約１ｍｍである。
また複数のライン電極は、抵抗膜６６により電気的に接続されている。抵抗膜は、ｘ方向に電界の勾配を持たせるためのものである。電界は約１００Ｖ／ｍｍである。
また、ガラス基板６１は、空気と接している。
このガラス基板６１と空気との界面には、所定の反射防止膜が設けられているものとする（図示せず）。
また、図６（ａ）、（ｂ）のそれぞれの下側には座標を示してあるが、光軸はｚ軸と平行とする。
これは、後述する図７、図８においても同様とする。
また図には２軸のみ描いてあるが、残り１軸は紙面に垂直であるとする。
【００５０】
次に、光路の偏向について説明する。
ある電界をかけたときの状態図を図７（ａ）に示し、その電界の極性を反転させたときの状態図を図７（ｂ）に示す。
図７（ａ）、（ｂ）において、電界の極性を矢印７２、７２’で表した（方向のみで大きさは問題にしない）。これはｘ方向に平行であるものとする。この電界の極性に対応して液晶の分子は図７（ａ）、（ｂ）中に示すように配向する（６５ａ、６５ｂ）。この二つの状態の切り替えは、交流電界によって容易に行うことができる。
光路偏向素子には直線偏光が入射する（図７（ａ）、（ｂ）中の７０）。ｚ軸に平行な太い矢印は光路を示し、ｘ軸に平行な細い矢印は電場の振動方向を示すものとする。
直線偏光の光路が液晶層６５で変わるのは、液晶の複屈折性によるものである。
出射光は、図７（ａ）、（ｂ）中の７１ａ、７１ｂに示す。
液晶の分子配向の切り替えにより、光路の偏向方向も変わり二方向を取り得る。
電界の極性反転の周期は、６０Ｈｚ以上であることが好ましい。また、応答速度の観点から、高速応答が可能なカイラルスメクチックＣ相を成す液晶が好適である。
液晶の配向は、液晶分子長軸が、基板及び配向膜に対して垂直であるが、配向膜に接する、あるいはこれとの極近傍の液晶分子の分子長軸が傾いている。いわゆるプレチルト角がついていてもよい。
【００５１】
なお、図７（ａ）、（ｂ）において、スペーサの図示は省略した。
また、液晶分子の大きさや各層の厚さは誇張して表現されているものとする。
また液晶分子は、セルギャップ間に一個ではなく、数千〜数万の単位で連なって存在する。
カイラススメクチックＣ相は、これらの液晶分子が電圧を印加していないときには螺旋状になっており電圧を印加すると螺旋がほどける性質を有している。
【００５２】
次に、上述した本発明の光路偏向素子を具備する投射型画像表示装置の一例の概略構成図を図８に示す。
基本的な構成として、光源１００、偏光変換素子１０１、色分離素子１０２、１０４、反射鏡１０３、１０５、空間光変調素子（ＬＣｏＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｕｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）１０６、１０８、１０９、偏光分離素子１０７、１１０、１１１、空間光変調素子１０８、空間光変調素子１０９、色合成素子（Ｘプリズム）１１２、光路偏向素子１１３、１１５、１／２波長板１１４、投射レンズ１１６、スクリーン１１７、である。
光源１００は超高圧水銀ランプ等であり、非偏光の白色光を放射する。
偏光変換素子１０１は、非偏光光を直線偏光とする。
また図示していないが、光源の配光分布を均一にするための一対のフライアイレンズからなる、均一照明光学系が入る。
三枚のＬＣｏＳを用いた三板式であり、赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各色に一つのＬＣｏＳが対応する。
また、偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ：ＰＢＳ）も各色に対応している。
色分離素子１０２、１０４は、二枚で白色光からＲ、Ｇ、Ｂを分離する。
光路偏向素子は二枚用いる。これは四方向に偏向させたいためである。
図７に示した例においては、二方向のみであったため、これを二枚組み合わせて四方向の偏向とする。このとき二枚の光路偏向素子において、直線偏光の電場の振動方向を変える必要があり、１／２波長板１１４を間に設ける。１／２波長板により、第一の光路偏向素子を透過した直線偏光はその電場の振動方向を９０°回転させる。第一の光路偏向素子と第二の光路偏向素子とは、偏向方向が直交するように設置する。また１／２波長板も遅相軸をｘ軸、或いはｙ軸から４５°回転させて設置する。
【００５３】
図８中のスクリーン１１７は、リアプロジェクションの場合は別途設け、あるいは壁等を代用できるフロントプロジェクションの場合は設けなくてもよい。
【００５４】
ＬＣｏＳの画素数が、例えば、ＸＧＡで１０２４×７６８ドットである場合、光路偏向素子による四方向の偏向により、ＱＸＧＡ相当の２０４８×１５３６ドットとなる、四倍の画素数増大である。このとき光路偏向量はスクリーンで画素の半分のピッチとしておく。
【００５５】
次に、本発明の蒸着膜を適用した反射型空間光変調素子の一例の概略構成図を図９に示す。
反射型空間光変調素子２０１は、レンズアレイ基板２０２、蒸着膜２０３、液晶層２０４、画素電極２０５、スイッチング素子アレイ基板２０６、透明電極２０３１を具備している。
ここで、蒸着膜２０３は，液晶配向膜及び位相差手段を兼ねる。
マイクロレンズに入り、屈折され、透明電極を経た直線偏光は、マイクロレンズの曲線半径に応じて位相差を持つようになる。従って直線偏光でなくなる。これが液晶層において漏れ光を生じる原因となりコントラスト比の低下をひき起こす。
しかし液晶層に光が入るまでに本発明に係る蒸着膜を設けたことにより、位相差を低減化でき、コントラスト比を向上させることができる。
【００５６】
蒸着膜に用いる材料、膜厚、基板の傾き角は、生じる位相差により設計する。
この位相差は、マイクロレンズアレイの曲率半径による。
空間光変調素子は反射型に限られるものではなく透過型であってもよい。
【００５７】
次に、上述した空間光変調素子を適用したプロジェクタの一例の概略構成図を図１０に示す。
またこれに、前記光路偏向素子を用いた実施例を図１１に示す。
図１０、図１１において、光学素子、部品の番号は、上述した図８と共通のものを適用した。
但し、図１０には、光路偏向素子を含めていない。空間光変調素子は、図中の、１０６、１０８、１０９に示す。
コントラスト比を向上可能な空間光変調素子を用いたことにより、プロジェクタのコントラスト比の向上が図られた。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の多孔性柱状体構造を有する液晶配向膜の概略断面図を示す。
【図２】従来の柱状構造体を有する液晶配向膜の模式的概略図を示す。
【図３】斜方蒸着を行う真空蒸着装置の一例の模式的概略図を示す。
【図４】本発明の蒸着膜の、酸素流量と屈折率との関係を示す。
【図５】本発明の蒸着膜の、酸素流量と膜厚との関係を示す。
【図６】（ａ）本発明の蒸着膜を具備する光路偏向素子の概略側面図を示す。（ｂ）本発明の蒸着膜を具備する光路偏向素子の概略正面図を示す。
【図７】（ａ）所定の電界をかけた光路の偏向の状態図を示す。（ｂ）電界の極性を反転させたときの状態図を示す。
【図８】本発明の光路偏向素子を具備する投射型画像表示装置の一例の概略構成図を示す。
【図９】本発明の蒸着膜を適用した反射型空間光変調素子の一例の概略構成図を示す。
【図１０】本発明の空間光変調素子を適用したプロジェクタの一例の概略構成図を示す。
【図１１】図１０に示すプロジェクタに光路偏向素子を付加した実施例を示す。
【符号の説明】
【００５９】
１ 基板
２ 柱状構造体
３ 孔
４ 真空槽
５ 蒸発源
６ シャッタ
７ 基板
８ スリット部
１０ 膜厚モニター
１２ 蒸気の垂直方向成分
１４ 上記の所定の角度を有している成分
６１ 透光性（ガラス）基板
６２ 透明電極
６３ 配向膜
６４ スペーサ
６５ 液晶層
６６ 抵抗膜
６７ 電圧印加手段
６８ 導電ライン
７１ａ，７１ｂ 出射光
１００ 光源
１０１ 偏光変換素子
１０２，１０４ 色分離素子
１０３，１０５ 反射鏡
１０６，１０８，１０９ 空間光変調素子
１０７，１１０，１１１ 偏光分離素子
１０８ 空間光変調素子
１０９ 空間光変調素子
１１２ 色合成素子（Ｘプリズム）
１１３，１１５ 光路偏向素子
１１４ １／２波長板
１１６ 投射レンズ
１１７ スクリーン
２０１ 反射型空間光変調素子
２０２ レンズアレイ基板
２０３ 蒸着膜
２０４ 液晶層
２０５ 画素電極
２０６ スイッチング素子アレイ基板
２０３１ 透明電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機材料を主成分とし、斜方蒸着法により作製された蒸着膜であって、
柱状構造体を具備しており、当該柱状構造体は、多孔性を有していることを特徴とする蒸着膜。
【請求項２】
前記無機材料が、ＳｉＯxであることを特徴とする請求項１に記載の蒸着膜。
【請求項３】
出発材料がＳｉＯであり、蒸着中に酸素ガスを流し、当該酸素ガスの流量は、前記ＳｉＯxのxが、略２となる量以上に設定されたものであることを特徴とする請求項２に記載の蒸着膜。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蒸着膜を具備することを特徴とする光路偏向素子。
【請求項５】
請求項４の光路偏向素子を液晶光変調素子として用いたことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蒸着膜を具備することを特徴とする空間光変調素子。
【請求項７】
請求項６の空間光変調素子を用いたことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項１】
無機材料を主成分とし、斜方蒸着法により作製された蒸着膜であって、
柱状構造体を具備しており、当該柱状構造体は、多孔性を有していることを特徴とする蒸着膜。
【請求項２】
前記無機材料が、ＳｉＯxであることを特徴とする請求項１に記載の蒸着膜。
【請求項３】
出発材料がＳｉＯであり、蒸着中に酸素ガスを流し、当該酸素ガスの流量は、前記ＳｉＯxのxが、略２となる量以上に設定されたものであることを特徴とする請求項２に記載の蒸着膜。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蒸着膜を具備することを特徴とする光路偏向素子。
【請求項５】
請求項４の光路偏向素子を液晶光変調素子として用いたことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蒸着膜を具備することを特徴とする空間光変調素子。
【請求項７】
請求項６の空間光変調素子を用いたことを特徴とする投射型画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１６３３７５（Ｐ２００８−１６３３７５Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５２２９１（Ｐ２００６−３５２２９１）
【出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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