特開 2020-173333 光学素子用薄膜及びその製造方法、無機偏光板及びその製造方法、並びに光学素子及び光学機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-173333(P2020-173333A)

(43)【公開日】2020年10月22日

(54)【発明の名称】光学素子用薄膜及びその製造方法、無機偏光板及びその製造方法、並びに光学素子及び光学機器

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20200925BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20200925BHJP

   C23C 14/08 20060101ALI20200925BHJP

   C23C 14/10 20060101ALI20200925BHJP

   C23C 14/14 20060101ALI20200925BHJP

   G02F 1/1335 20060101ALI20200925BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/30

   C23C14/06 N

   C23C14/06 B

   C23C14/08 G

   C23C14/10

   C23C14/14 A

   G02F1/1335 510

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-74790(P2019-74790)

(22)【出願日】2019年4月10日

(71)【出願人】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】菅原 利明

(72)【発明者】

【氏名】高田 昭夫

【テーマコード（参考）】

2H149

2H291

4K029

【Ｆターム（参考）】

2H149AA17

2H149AB26

2H149BA04

2H149BA23

2H149BB28

2H149CB00

2H149FA41W

2H149FC07

2H291FA28X

2H291FA28Z

2H291LA40

2H291MA11

4K029AA09

4K029AA24

4K029BA35

4K029BA43

4K029BA46

4K029BA56

4K029BB02

4K029BC07

4K029CA06

4K029DA04

4K029DC03

4K029DC05

4K029DC16

4K029JA02

4K029JA06

4K029KA09

(57)【要約】

【課題】吸収型の無機偏光板等の光学素子に用いられる単層薄膜としての光学素子用薄膜及びその製造方法、その光学素子用薄膜を用いた無機偏光板及びその製造方法、その光学素子用薄膜を備える光学素子、並びにその無機偏光板を備える光学機器を提供する。
【解決手段】無機偏光板２０は、ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板であって、透明基板２１と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板２１上に配列された格子状凸部２２と、を備え、格子状凸部２２が、透明基板２１側から順に、反射層２２１と、本発明の光学素子用薄膜からなる反射抑制層２２２と、を有する。本発明の光学素子用薄膜は、Ｓｉ単体と、Ｓｉ化合物（但し、Ｓｉ合金を除く）と、金属又は金属化合物と、を含有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学素子に用いられる単層薄膜としての光学素子用薄膜であって、
Ｓｉ単体と、Ｓｉ化合物（但し、Ｓｉ合金を除く）と、金属又は金属化合物と、を含有する光学素子用薄膜。

【請求項2】

Ｓｉ単体、前記Ｓｉ化合物、及び前記金属又は金属化合物の混合比が膜厚方向に変化する請求項１に記載の光学素子用薄膜。

【請求項3】

前記Ｓｉ化合物がＳｉの炭化物及び酸化物である請求項１又は２に記載の光学素子用薄膜。

【請求項4】

前記金属又は金属化合物としてＮｂの酸化物を含有する請求項１から３のいずれかに記載の光学素子用薄膜。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載の光学素子用薄膜の製造方法であって、
Ｓｉの炭化物と金属又は金属化合物とをスパッタリングターゲットとし、酸化性ガスの存在下で反応性スパッタリングを行う工程を含む光学素子用薄膜の製造方法。

【請求項6】

ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板であって、
透明基板と、
使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列された格子状凸部と、を備え、
前記格子状凸部が、前記透明基板側から順に、反射層と、請求項１から４のいずれかに記載の光学素子用薄膜からなる反射抑制層と、を有する無機偏光板。

【請求項7】

前記反射抑制層の幅が前記反射層の幅よりも小さい請求項６に記載の無機偏光板。

【請求項8】

前記格子状凸部の表面を覆う保護膜をさらに備える請求項６又は７に記載の無機偏光板。

【請求項9】

前記保護膜が、無機酸化物膜及びフッ素系撥水膜の少なくとも一方を含む請求項８に記載の無機偏光板。

【請求項10】

ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板の製造方法であって、
透明基板上に、反射層と、請求項１から４のいずれかに記載の光学素子用薄膜からなる反射抑制層と、を前記透明基板側からこの順で有する積層体を形成する工程と、
前記積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列される格子状凸部を形成する工程と、を有する無機偏光板の製造方法。

【請求項11】

請求項１から４のいずれかに記載の光学素子用薄膜を備える光学素子。

【請求項12】

請求項６から９のいずれかに記載の無機偏光板を備える光学機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学素子用薄膜及びその製造方法、無機偏光板及びその製造方法、並びに光学素子及び光学機器に関する。

【背景技術】

【0002】

偏光板は、一方向の偏光を吸収又は反射し、これと直交する方向の偏光を透過させる光学素子である。近年、耐熱性が要求される液晶プロジェクタ等の光学機器において、有機偏光板に代わり、ワイヤグリッド型の無機偏光板が採用され始めている。

【0003】

ワイヤグリッド型の無機偏光板は、少なくとも反射層を含み、一方向に延在する格子状凸部を、使用帯域の光の波長よりも短いピッチ（数十ｎｍ〜数百ｎｍ）で透明基板上に多数並べて配置した構造を有する。この無機偏光板に光が入射すると、格子状凸部の延在方向に平行な電界成分をもつ偏光（ＴＥ波（Ｓ波））は透過することができず、格子状凸部の延在方向に垂直な電界成分をもつ偏光（ＴＭ波（Ｐ波））はそのまま透過する。

【0004】

無機偏光板には吸収型の無機偏光板と反射型の無機偏光板とが存在するが、吸収型の無機偏光板の場合、高コントラスト、すなわち低反射率であることが光学特性上の重要な要件とされる。無機偏光板の反射率が高い場合には、光学機器の誤動作の原因ともなる上、迷光により画質劣化が引き起こされる虞もある。そこで、従来、反射率を低く抑えるため、種々の構造の無機偏光板が提案されている。

【0005】

例えば、特許文献１には、図７に示すような構造の無機偏光板が開示されている。図７に示す無機偏光板５０は、透明基板５１と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板５１上に配列された格子状凸部５２と、を備え、格子状凸部５２が、透明基板５１側から順に、反射層５２１と、誘電体層５２２と、吸収層５２３と、を有する。

【0006】

また、特許文献２には、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列された格子状凸部と、を備え、格子状凸部が、透明基板側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、誘電体層と、を有する無機偏光板が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１５−３４９５９号公報

【特許文献2】米国特許第７９６１３９３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１、２のような構造の無機偏光板によれば、反射層、誘電体層、及び吸収層における吸収、干渉、反射等の作用により、ＴＥ波（Ｓ波）を減衰させ、ＴＭ波（Ｐ波）を透過させることができる。しかし、製造する際のコストや歩留まりを考慮すると、層の数は少ない方が好ましい。また、エッチングにより格子状凸部を形成する場合、層の数が多いと境界部で段差が生じ、光学特性に悪影響を与える虞がある。この点からも、層の数は少ない方が好ましい。

【0009】

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸収型の無機偏光板等の光学素子に用いられる単層薄膜としての光学素子用薄膜及びその製造方法、その光学素子用薄膜を用いた無機偏光板及びその製造方法、その光学素子用薄膜を備える光学素子、並びにその無機偏光板を備える光学機器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、本発明は、光学素子に用いられる単層薄膜としての光学素子用薄膜であって、Ｓｉと、Ｓｉ化合物（但し、Ｓｉ合金を除く）と、金属又は金属化合物と、を含有する光学素子用薄膜を提供する。

【0011】

前記光学素子用薄膜は、Ｓｉ、前記Ｓｉ化合物、及び前記金属又は金属化合物の組成比が膜厚方向に変化するものであってもよい。

【0012】

前記Ｓｉ化合物は、Ｓｉの炭化物及び酸化物であってもよい。

【0013】

また、前記光学素子用薄膜は、前記金属又は金属化合物としてＮｂの酸化物を含有するものであってもよい。

【0014】

また、本発明は、前記光学素子用薄膜の製造方法であって、Ｓｉの炭化物と金属又は金属化合物とをスパッタリングターゲットとし、酸化性ガスの存在下で反応性スパッタリングを行う工程を含む光学素子用薄膜の製造方法を提供する。

【0015】

また、本発明は、ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板であって、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列された格子状凸部と、を備え、前記格子状凸部が、前記透明基板側から順に、反射層と、前記光学素子用薄膜からなる反射抑制層と、を有する無機偏光板を提供する。

【0016】

前記反射抑制層の幅は、前記反射層の幅よりも小さくてもよい。

【0017】

また、前記無機偏光板は、前記格子状凸部の表面を覆う保護膜をさらに備えていてもよい。

【0018】

前記保護膜は、無機酸化物膜及びフッ素系撥水膜の少なくとも一方を含んでいてもよい。

【0019】

また、本発明は、ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板の製造方法であって、透明基板上に、反射層と、前記光学素子用薄膜からなる反射抑制層と、を前記透明基板側からこの順で有する積層体を形成する工程と、前記積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板上に配列される格子状凸部を形成する工程と、を有する無機偏光板の製造方法を提供する。

【0020】

また、本発明は、前記光学素子用薄膜を備える光学素子を提供する。

【0021】

また、本発明は、前記無機偏光板を備える光学機器を提供する。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、吸収型の無機偏光板等の光学素子に用いられる単層薄膜としての光学素子用薄膜及びその製造方法、その光学素子用薄膜を用いた無機偏光板及びその製造方法、その光学素子用薄膜を備える光学素子、並びにその無機偏光板を備える光学機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】反応性スパッタリング装置の一例を示す模式図である。

【図2】本実施形態に係る無機偏光板の一例を示す断面模式図である。

【図3】実施例１及び比較例１の試験板について反射率を測定した結果を示すグラフである。

【図4】実施例２、３の試験板について反射率を測定した結果を示すグラフである。

【図5A】実施例１の試験板について加熱試験前後で反射率を測定した結果を示すグラフである。

【図5B】比較例２の試験板について加熱試験前後で反射率を測定した結果を示すグラフである。

【図6A】実施例４の試験板について加熱試験前後で反射率を測定した結果を示すグラフである。

【図6B】実施例５の試験板について加熱試験前後で反射率を測定した結果を示すグラフである。

【図7】従来の無機偏光板の一例を示す断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。

【0025】

［光学素子用薄膜］
本実施形態に係る光学素子用薄膜は、光学素子に用いられる単層薄膜としての光学素子用薄膜であって、Ｓｉと、Ｓｉ化合物（但し、Ｓｉ合金を除く）と、金属又は金属化合物と、を含有する。

【0026】

本実施形態に係る光学素子用薄膜中のＳｉ及びＳｉ化合物は、例えば、Ｓｉ_ｘＣ（ｘ＝２．３±０．２）からなるスパッタリングターゲットを用い、酸化性ガスの存在下で反応性スパッタリングを行うことにより得られる。Ｓｉ_ｘＣ（ｘ＝２．３±０．２）からなるスパッタリングターゲットを用いて得られる薄膜中のＳｉ化合物の組成は、Ｓｉ_ａＯ_ｂＣ_ｃで表される。酸化性ガスの流量がゼロである所謂メタルモードでは、Ｓｉ単体、又はＣの組成比が多いＳｉＣ等の高屈折率成分が主となる。また、酸化性ガスの流量が比較的大きい所謂リアクティブモードでは、Ｏの組成比が多いＳｉＯ_ｙ（ｙ≦２）等の低屈折率成分が主となる。なお、酸化性ガスの流量が比較的大きい場合、ターゲット中のＣ成分は、成膜時に雰囲気中の酸化性ガスと反応してＣＯ_２又はＣＯとなり、真空ポンプ等で排気される。

【0027】

本実施形態に係る光学素子用薄膜中の金属又は金属化合物としては、例えば、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｏ、及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素の単体（但し、Ｓｉ単体を除く）、酸化物（但し、Ｓｉの酸化物を除く）、合金等が挙げられる。合金としては、ＮｂＳｉ合金、ＦｅＳｉ合金、ＴａＳｉ合金等が挙げられる。これらの金属材料は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、光学素子用薄膜の耐熱性及び消衰係数の観点から、ＮｂＯ_ｘ（ｘ≦２．５）等のＮｂの酸化物が好ましい。

【0028】

後述するように、光学素子用薄膜を成膜する際のスパッタ条件を調整し、Ｓｉ化合物におけるＣ及びＯの組成比、或いはＳｉ単体、Ｓｉ化合物、及び金属又は金属化合物の混合比を調整することにより、所望の光学特性を有する光学素子用薄膜を得ることができる。

【0029】

本実施形態に係る光学素子用薄膜中に含有され得る主な成分の波長５５０ｎｍにおける屈折率、及び消衰係数を下記表１に示す。

【0030】

【表1】

【0031】

本実施形態に係る光学素子用薄膜としては、例えば、ＮｂＯ_ｘ（ｘ≦２．５）の含有率が１ａｔｍ％〜２０ａｔｍ％、ＳｉＯ_ｙ（ｙ≦２）の含有率が０ａｔｍ％〜３０ａｔｍ％、Ｓｉ単体の含有率が１５ａｔｍ％〜８０ａｔｍ％、ＳｉＣの含有率が１５ａｔｍ％〜８０ａｔｍ％であるものが挙げられ、それぞれの含有率は所望とする光学特性に応じて調整される。

【0032】

本実施形態に係る光学素子用薄膜は、Ｓｉ単体、Ｓｉ化合物、及び金属又は金属化合物の混合比が膜厚方向に変化するものであってもよい。例えば、光学素子用薄膜が形成される基材側では低屈折率成分（Ｓｉの酸化物等）の割合が相対的に多く、基材と反対側では高屈折率成分（ＳｉＣ、ＮｂＯ_ｘ等）の割合が相対的に多くなるように成膜してもよい。或いは、低屈折率成分と高屈折成分との比率が連続的に変化し、それが繰り返されるように成膜してもよい。

【0033】

本実施形態に係る光学素子用薄膜の膜厚は、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍが挙げられ、目的とする用途などによって任意に選択される。後述する反応性スパッタリングにおけるスパッタ時間を調整することにより、光学素子用薄膜の膜厚を容易に調整することができる。

【0034】

なお、光学素子用薄膜の膜厚を調整することにより、反射率が最小となる中心波長を所望の波長にシフトさせることができる。しかも、本実施形態に係る光学素子用薄膜は、膜厚を変更することにより反射率の中心波長をシフトさせても、全体的な反射率のドリフトが生じ難い傾向にある。

【0035】

［光学素子用薄膜の製造方法］
上述した本実施形態に係る光学素子用薄膜は、例えば、Ｓｉの炭化物と金属又は金属化合物とをスパッタリングターゲットとし、酸化性ガスの存在下で反応性スパッタリングを行う工程を含む製造方法により製造することができる。

【0036】

スパッタリングターゲットであるＳｉの炭化物としては、Ｓｉ_ｘＣ（ｘ＝２．３±０．２）からなるものが好ましい。このようなスパッタリングターゲットを用いることで、Ｓｉの炭化物及び酸化物を含有する光学素子用薄膜を容易に得ることができる。なお、Ｓｉ_ｘＣ（ｘ＝２．３±０．２）からなるスパッタリングターゲットは、例えば、１質量部のＳｉＣ粉末と１．１質量部〜１．５質量部のＳｉ粉末とを混合して焼結することにより製造することができる。

【0037】

スパッタリングターゲットであるＳｉの炭化物をスパッタする場合、スパッタ電源の出力は、ＬＦパワーを５ｋＷ〜１０ｋＷとし、ＲＦパワーを０ｋＷ〜５ｋＷとすることが好ましい。

【0038】

スパッタリングターゲットである金属又は金属化合物は、光学素子用薄膜に含有される金属又は金属化合物の種類に応じて適宜選択される。例えば、光学素子用薄膜がＮｂＯ_ｘ（ｘ≦２．５）を含有する場合、Ｎｂ単体又はＮｂＯ_ｘ（１．０≦ｘ≦２．５）からなるスパッタリングターゲットを用いることができる。これらの中でも、成膜速度の観点から、ＮｂＯ_ｘ（１．０≦ｘ≦２．５）からなるスパッタリングターゲットを用いることが好ましい。

【0039】

スパッタリングターゲットである金属又は金属化合物をスパッタする場合、スパッタ電源の出力は、ＬＦパワーを０．４ｋＷ〜１０ｋＷとし、ＲＦパワーを０ｋＷ〜５ｋＷとすることが好ましい。

【0040】

反応性スパッタリングに用いられるプロセスガスとしては、酸化性ガスが含まれていれば特に制限されず、例えば、酸化性ガスと不活性ガスとの混合ガスが用いられる。酸化性ガスとしては、酸素、オゾン等のガスが挙げられる。また、不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等のガスが挙げられる。

【0041】

本実施形態に係る製造方法では、酸化性ガスのガス量を調整して酸化性ガスの濃度を制御することにより、薄膜中のＳｉ化合物の組成比を任意に制御することができる。例えば、単一のスパッタリングターゲットであるＳｉ_ｘＣ（ｘ＝２．３±０．２）を用い、低濃度の酸化性ガス雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことにより、ＳｉＣを主成分とする高屈折率成分を増加させることができ、高濃度の酸化性ガス雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことにより、ＳｉＯ_２を主成分とする低屈折率成分を増加させることができる。低濃度の酸化性ガス雰囲気としては、例えば、Ａｒガス流量が１００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガス流量が０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍの混合ガス雰囲気を挙げることができる。また、高濃度の酸化性ガス雰囲気としては、例えば、Ａｒガス流量が１００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガス流量が１２０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍの混合ガス雰囲気を挙げることができる。

【0042】

光学素子用薄膜の製造に用いられる反応性スパッタリング装置としては、二元同時反応性スパッタが可能な装置であれば特に制限されない。反応性スパッタの方法としては、ラジカルアシストスパッタ法、メタモード法等が挙げられる。

【0043】

反応性スパッタリング装置の一例を図１の模式図に示す。図１に示す反応性スパッタリング装置１０は、スパッタ電源１１ａ、１１ｂと、スパッタリングターゲット１２ａ、１２ｂと、排気ポンプ１３ａ、１３ｂと、円筒型基板ホルダー１４と、不活性ガス供給源１５と、酸化性ガス供給源１６と、ロードロック室１７とを備える。反応性スパッタリング装置１０は、ラジカル酸化源、酸化源用電源等（いずれも不図示）をさらに備えていてもよい。

【0044】

本実施形態に係る光学素子用薄膜を製造する場合、スパッタリングターゲット１２ａとしては、例えば、Ｓｉ_ｘＣ（ｘ＝２．３±０．２）が用いられる。また、スパッタリングターゲット１２ｂとしては、例えば、ＮｂＯ_ｘ（１．０≦ｘ≦２．５）が用いられる。そして、円筒型基板ホルダー１４に基材をセットし、１０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍ程度の速度で円筒型基板ホルダー１４を回転させながら反応性スパッタリングを行うことにより、基材上に本実施形態に係る光学素子用薄膜を成膜することができる。

【0045】

なお、光学素子用薄膜中におけるＳｉ単体、Ｓｉ化合物、及び金属又は金属化合物の混合比を膜厚方向に変化させる場合には、成膜中に、スパッタ電源１１ａ、１１ｂの出力、不活性ガスと酸化性ガスとの比率等を変化させればよい。

【0046】

［光学素子］
本実施形態に係る光学素子は、上述した本実施形態に係る光学素子用薄膜を備える。本実施形態に係る光学素子としては、無機偏光板、反射防止フィルム、カラーフィルター等が挙げられる。これらの中でも、無機偏光板であることが好ましい。

【0047】

［無機偏光板］
本実施形態に係る無機偏光板は、ワイヤグリッド構造を有する無機偏光板であって、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列された格子状凸部と、を備え、格子状凸部が、透明基板側から順に、反射層と、上述した本実施形態に係る光学素子用薄膜からなる反射抑制層と、を有する。

【0048】

図２は、本実施形態に係る無機偏光板の一例を示す断面模式図である。図２に示すように、無機偏光板２０は、透明基板２１と、透明基板２１の一方の面上に使用帯域の光の波長よりも短いピッチで配列され、所定方向に延在する格子状凸部２２と、を備える。格子状凸部２２は、透明基板２１側から順に、反射層２２１と、反射抑制層２２２と、を有する。すなわち、無機偏光板２０は、反射層２２１及び反射抑制層２２２が透明基板２１側からこの順に積層されて形成された格子状凸部２２が、透明基板２１上に一次元格子状に配列されたワイヤグリッド構造を有する。

【0049】

本明細書では、図２に示すように、格子状凸部２２の延在する方向をＹ軸方向と称する。また、Ｙ軸方向に直交し、透明基板２１の主面に沿って格子状凸部２２が配列する方向をＸ軸方向と称する。この場合、無機偏光板２０に入射する光は、好適には、透明基板２１の格子状凸部２２が形成されている側において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向から入射する。

【0050】

無機偏光板２０は、吸収、干渉、反射等の作用を利用することで、Ｙ軸方向に平行な電界成分をもつ偏光（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、Ｘ軸方向に平行な電界成分をもつ偏光（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させる。したがって、Ｙ軸方向が無機偏光板２０の吸収軸の方向であり、Ｘ軸方向が無機偏光板２０の透過軸の方向である。

【0051】

透明基板２１としては、使用帯域の光に対して透光性を示す基板が用いられる。「使用帯域の光に対して透光性を示す」とは、使用帯域の光の透過率が１００％であることを意味するものではなく、無機偏光板としての機能を保持可能な透光性を示せばよい。使用帯域の光としては、例えば、波長３８０ｎｍ〜８１０ｎｍ程度の可視光が挙げられる。

【0052】

透明基板２１の構成材料としては、屈折率が１．１〜２．２の材料が好ましく、ガラス、水晶、サファイア等が挙げられる。透明基板２１の構成材料としては、コスト及び透光性の観点から、ガラスがより好ましい。

【0053】

透明基板２１の主面形状は特に制限されず、目的に応じた形状（例えば、矩形形状）が適宜選択される。透明基板２１の平均厚みは、例えば、０．３ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。

【0054】

格子状凸部２２は、使用帯域の光の波長よりも短いピッチＰで透明基板２１上に配列される。格子状凸部２２のピッチＰは、使用帯域の光の波長よりも短ければ特に制限されない。作製の容易性及び安定性の観点から、格子状凸部２２のピッチＰは、例えば、１００ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。格子状凸部２２のピッチＰは、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。例えば、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて、任意の４箇所についてピッチを測定し、その算術平均値を格子状凸部２２のピッチとすることができる。以下、この測定方法を電子顕微鏡法と称する。

【0055】

格子状凸部２２の幅Ｗは特に制限されないが、エッチングにより格子状凸部２２を形成する際の再デポジションを抑える観点から、格子状凸部２２間の凹部の幅よりも小さいことが好ましい。具体的に、格子状凸部２２の幅Ｗは、例えば、３５ｎｍ〜４５ｎｍが好ましい。格子状凸部２２の幅Ｗは、格子状凸部２２の高さの中心位置において、上述の電子顕微鏡法により測定可能である。

【0056】

格子状凸部２２を構成する反射層２２１は、透明基板２１上に形成され、吸収軸であるＹ軸方向に帯状に延びた金属膜が配列されてなるものである。この反射層２２１は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、反射層２２１の長手方向に平行な方向に電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））を減衰させ、反射層２２１の長手方向に直交する方向に電界成分をもつ偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させる。

【0057】

反射層２２１の構成材料としては、使用帯域の光に対して反射性を有する材料であれば特に制限されず、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ等の元素単体又はこれらの１種以上の元素を含む合金が挙げられる。中でも、反射層２２１は、Ａｌ、Ａｌ合金、又はＡｇで構成されることが好ましい。

【0058】

反射層２２１の膜厚は、例えば、１００ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。反射層２２１の膜厚は、例えば、上述の電子顕微鏡法により測定可能である。

【0059】

格子状凸部２２を構成する反射抑制層２２２は、本実施形態に係る光学素子用薄膜からなり、反射層２２１上に積層される。光学素子用薄膜については上述したため、詳細な説明を省略する。

【0060】

反射抑制層２２２の膜厚は、反射層２２１の膜厚よりも薄ければ特に制限されず、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。反射抑制層２２２の膜厚は、例えば、上述の電子顕微鏡法により測定可能である。

【0061】

なお、図２では、反射層２２１の幅と反射抑制層２２２の幅とを略同寸法としたが、この構成に限定されるものではなく、反射抑制層２２２の幅を反射層２２１の幅よりも小さくてしてもよい。このような構成とすることにより、無機偏光板２０の透過性がより向上する傾向にある。

【0062】

無機偏光板２０は、必要に応じて、格子状凸部２２の表面を覆う保護膜（不図示）をさらに備えていてもよい。無機偏光板２０が保護膜を備えることにより、耐湿性等の信頼性がより向上する傾向にある。

【0063】

保護膜としては、例えば、無機酸化物膜及びフッ素系撥水膜の少なくとも一方を含むものが挙げられる。無機酸化物膜としては、Ｓｉ酸化物膜、Ｈｆ酸化物膜等が挙げられる。フッ素系撥水膜としては、パーフルオロデシルトリエトキシシラン（ＦＤＴＳ）等のフッ素系シラン化合物をコートして形成される膜が挙げられる。保護膜は、ＣＶＤ法（化学蒸着法）、ＡＬＤ法（原子層堆積法）等を利用することにより形成可能である。

【0064】

［無機偏光板の製造方法］
上述した本実施形態に係る無機偏光板は、透明基板上に、反射層と、上述した本実施形態に係る光学素子用薄膜からなる反射抑制層と、を透明基板側からこの順で有する積層体を形成する工程と、積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列される格子状凸部を形成する工程と、を有する製造方法により製造することができる。

【0065】

以下では一例として、図２のような構造を有する無機偏光板の製造方法について説明する。

【0066】

まず、透明基板上に反射層を形成する。反射層の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法等が挙げられる。

【0067】

次いで、反射層上に反射抑制層を形成する。反射抑制層の形成方法は、上述した本実施形態に係る光学素子用薄膜の製造方法と同様であるため、詳細な説明を省略する。

【0068】

次いで、フォトリソグラフィ法、ナノインプリント法等により、反射抑制層上に一次元格子状のマスクパターンを形成する。そして、反射層及び反射抑制層からなる積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで透明基板上に配列される格子状凸部を形成する。エッチング方法としては、例えば、エッチング対象に対応したエッチングガスを用いたドライエッチング法が挙げられる。

【0069】

以上の製造方法により、図２のような構造を有する無機偏光板を製造することができる。なお、本実施形態に係る無機偏光板の製造方法は、格子状凸部の表面を保護膜で被覆する工程をさらに有していてもよい。

【0070】

［光学機器］
本実施形態に係る光学機器は、上述した本実施形態に係る無機偏光板を備える。本実施形態に係る光学機器としては、液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、デジタルカメラ等が挙げられる。本実施形態に係る無機偏光板は、有機偏光板に比べて耐熱性に優れるため、耐熱性が要求される液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ等の用途に好適である。

【0071】

本実施形態に係る光学機器が複数の無機偏光板を備える場合、複数の無機偏光板の少なくとも１つが本実施形態に係る無機偏光板であればよい。例えば、本実施形態に係る光学機器が液晶プロジェクタである場合、液晶パネルの入射側及び出射側に配置される無機偏光板の少なくとも一方が本実施形態に係る無機偏光板であればよい。

【0072】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形及び改良は本発明に含まれる。

【実施例】

【0073】

次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【0074】

＜実施例１＞
まず、ガラス基板上に、スパッタ法により膜厚２５０ｎｍの反射層（Ａｌ膜）を成膜した。次いで、図１に示す構成の反応性スパッタリング装置１０を用いて、反射層上に膜厚５０ｎｍの反射抑制層を成膜することにより、実施例１の試験板を得た。

【0075】

反応性スパッタリングの詳細は以下のとおりである。スパッタリングターゲット１２ａとしては、Ｓｉ_ｘＣ（ｘ＝２．３±０．２）を用い、スパッタ電源１１ａの出力を６０００Ｗ、Ａｒガスの流量を１５０ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガスの流量を１０ｓｃｃｍに設定した。また、スパッタリングターゲット１２ｂとしては、ＮｂＯ_ｘ（１．０≦ｘ≦２．５）を用い、スパッタ電源１１ｂの出力を１０００Ｗ、Ａｒガスの流量を２００ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガスの流量を１０ｓｃｃｍに設定した。そして、Ａｌ膜が成膜されたガラス基板を円筒型基板ホルダー１４にセットし、３０ｒｐｍの速度で円筒型基板ホルダー１４を回転させながら反応性スパッタリングを行った。得られた反射抑制層は、ＳｉＣを２０ａｔｍ％〜３０ａｔｍ％、Ｓｉを２０ａｔｍ％〜３０ａｔｍ％、ＳｉＯ_２を主成分とするＳｉの酸化物を３０ａｔｍ％〜５０ａｔｍ％、ＮｂＯ_ｘ（ｘ≦２．５）を約１０ａｔｍ％含有するものであった。

【0076】

＜比較例１＞
まず、ガラス基板上に、スパッタ法により膜厚２５０ｎｍの反射層（Ａｌ膜）を成膜した。次いで、スパッタ法により、反射層上に膜厚２５ｎｍの誘電体層（ＳｉＯ_２膜）を成膜した。次いで、スパッタ法により、誘電体層上に膜厚２５ｎｍの吸収層（ＦｅＳｉ膜（Ｆｅ＝５ａｔｍ％））を成膜することにより、比較例１の試験板を得た。

【0077】

＜評価＞
実施例１及び比較例１の試験板について、成膜面側から光を照射したときの反射率を図３に示す。図３に示すように、単層薄膜である反射抑制層を成膜した実施例１の試験板は、誘電体層及び吸収層を成膜した比較例１の試験板に比べて、反射率を低く抑えることができた。

【0078】

＜実施例２＞
反応性スパッタリングのスパッタ時間を１５０秒間としたほかは実施例１と同様にして、実施例２の試験板を得た。得られた反射抑制層の膜厚は３０ｎｍであった。

【0079】

＜実施例３＞
反応性スパッタリングのスパッタ時間を２５０秒間としたほかは実施例１と同様にして、実施例３の試験板を得た。得られた反射抑制層の膜厚は６０ｎｍであった。

【0080】

＜評価＞
実施例２、３の試験板について、成膜面側から光を照射したときの反射率を図４に示す。図４に示すように、スパッタ時間を変更して膜厚を変更することにより、反射率が最小となる中心波長をシフトさせることができた。しかも、膜厚を変更することにより反射率の中心波長をシフトさせても、全体的な反射率のドリフトは生じなかった。

【0081】

＜比較例２＞
まず、ガラス基板上に、スパッタ法により膜厚２５ｎｍの誘電体層（ＳｉＯ_２膜）を成膜した。次いで、スパッタ法により、誘電体層上に膜厚２５ｎｍの吸収層（ＦｅＳｉ膜（Ｆｅ＝５ａｔｍ％））を成膜することにより、比較例２の試験板を得た。

【0082】

＜評価＞
実施例１及び比較例２の試験板について、成膜面側から光を照射したときの反射率を測定した。また、実施例１及び比較例２の試験板を３００℃で１５分間加熱した後、同様に反射率を測定した。実施例１の試験板の加熱試験前後における反射率を図５Ａに示し、比較例２の試験板の加熱試験前後における反射率を図５Ｂに示す。図５Ａ、図５Ｂに示すように、単層薄膜である反射抑制層を成膜した実施例１の試験板は、誘電体層及び吸収層を成膜した比較例２の試験板に比べて、加熱による反射率の変動が小さく、耐熱性に優れていた。

【0083】

＜実施例４＞
まず、ガラス基板上に、スパッタ法により膜厚２５０ｎｍの反射層（Ａｌ膜）を成膜した。次いで、図１に示す構成の反応性スパッタリング装置１０を用いて、反射層上に膜厚６４ｎｍの反射抑制層を成膜することにより、実施例４の試験板を得た。

【0084】

反応性スパッタリングの詳細は以下のとおりである。スパッタリングターゲット１２ａとしては、Ｓｉ_ｘＣ（ｘ＝２．３±０．２）を用い、下記表２に示す範囲でガス流量を調整した。ターゲット出力は、下記表２に示す下限値から上昇させ、上限値である最大出力に達した後に下限値まで下降させる設定とした。また、スパッタリングターゲット１２ｂとしては、ＮｂＯ_ｘ（１．０≦ｘ≦２．５）を用い、下記表２に示す範囲でガス流量を調整した。ターゲット出力は、下記表２に示す下限値から上昇させ、上限値である最大出力に達した後に下限値まで下降させる設定とした。Ａｌ膜が成膜されたガラス基板を円筒型基板ホルダー１４にセットし、３０ｒｐｍの速度で円筒型基板ホルダー１４を回転させながら反応性スパッタリングを行った。得られた反射抑制層は、基板側及び基板と反対側の両端において、ＳｉＯ_２を主成分とするＳｉの酸化物が全量となる一方、ガラス基板からの高さが約４０ｎｍの位置において、ＳｉＣを約２０ａｔｍ％〜３０ａｔｍ％、ＮｂＯｘ（ｘ≦２．５）を約２０ａｔｍ％含有するものとなった。

【0085】

【表2】

【0086】

＜実施例５＞
スパッタ電源１１ｂの最大出力を５００Ｗにするほかは実施例４と同様にして、実施例５の試験板を得た。得られた反射抑制層の組成は、基板側及び基板と反対側の両端において、ＳｉＯ_２を主成分とするＳｉの酸化物が全量となる一方、ガラス基板からの高さが約４０ｎｍの位置において、ＳｉＣを約２０ａｔｍ％〜３０ａｔｍ％、ＮｂＯｘ（ｘ≦２．５）を約４ａｔｍ％含有するものとなった。

【0087】

＜評価＞
実施例４、５の試験板について、成膜面側から光を照射したときの反射率を測定した。また、実施例４、５の試験板を３００℃で１５分間加熱した後、同様に反射率を測定した。実施例４の試験板の加熱試験前後における反射率を図６Ａに示し、実施例５の試験板の加熱試験前後における反射率を図６Ｂに示す。図６Ａ、図６Ｂに示すように、反射抑制層中のＮｂＯ_ｘの含有率が相対的に高い実施例４の試験板は、反射抑制層中のＮｂＯ_ｘの含有率が相対的に低い実施例５の試験板に比べて、加熱による反射率の変動が小さく、耐熱性に優れていた。

【符号の説明】

【0088】

１０ 反応性スパッタリング装置、１１ａ、１１ｂ スパッタ電源、１２ａ、１２ｂ スパッタリングターゲット、１３ａ、１３ｂ 排気ポンプ、１４ 円筒型基板ホルダー、１５ 不活性ガス供給源、１６ 酸化性ガス供給源、１７ ロードロック室、２０ 無機偏光板、２１ 透明基板、２２ 格子状凸部、２２１ 反射層、２２２ 反射抑制層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】