(57)【要約】【課題】優れた光学特性を維持しつつ耐久性を向上できる偏光板及び光学機器を提供すること。【解決手段】ワイヤグリッド構造を有する偏光板１であって、透明基板１０と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチＰで透明基板１０上に配列されて所定方向に延在し、光反射性材料からなる反射層１２を有する格子状凸部１１と、を備え、格子状凸部１１の表面及び格子状凸部１１間に形成される溝の底面部の表面には、これら表面を覆う保護膜２０が形成され、保護膜２０は、有機材料からなる有機膜を含む２種類以上の保護膜で構成される偏光板１である。【選択図】図１
2020064326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、
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て所定方向に延在し、光反射性材料からなる反射層を有する格子状凸部と、を備え、
前記格子状凸部の表面及び前記格子状凸部間に形成される溝の底面部の表面には、これら表面を覆う保護膜が形成され、
前記保護膜は、有機材料からなる有機膜を含む２種類以上の保護膜で構成される偏光板。
【請求項２】
前記保護膜は、前記反射層の表面を覆うように形成される第１保護膜と、前記溝の底面部の表面を覆うように形成され且つ前記有機膜からなる第２保護膜と、を有する請求項１に記載の偏光板。
【請求項３】
前記格子状凸部は、前記透明基板側から順に、前記反射層と、光吸収性材料を含む吸収層と、を有し、
前記保護膜は、前記吸収層の表面を覆うように形成され且つ前記有機膜からなる第３保護膜をさらに有する請求項２に記載の偏光板。
【請求項４】
前記吸収層は、誘電材料をさらに含み且つ前記光吸収性材料と前記誘電材料の混合層からなる請求項３に記載の偏光板。
【請求項５】
前記吸収層は、前記反射層上に形成され且つ誘電材料からなる誘電体層と、前記誘電体層上に形成され且つ前記光吸収性材料からなる光吸収層と、からなる請求項３に記載の偏光板。
【請求項６】
前記第１保護膜は、ホスホン酸系撥水膜からなる請求項３から５いずれかに記載の偏光板。
【請求項７】
前記第１保護膜は、アルミニウム系酸化膜からなる請求項３から５いずれかに記載の偏光板。
【請求項８】
前記第２保護膜は、有機シラン系撥水膜からなる請求項３から７いずれかに記載の偏光板。
【請求項９】
前記第２保護膜と前記第３保護膜は、同一材料からなる請求項３から８いずれかに記載の偏光板。
【請求項１０】
請求項１から９いずれかに記載の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、偏光板及びこれを備える光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光板は、吸収軸方向の偏光を吸収し、該吸収軸方向と直交する透過軸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】
中でも、透明基板側から順に、反射層、誘電体層及び吸収層を有して構成される吸収型の無機偏光板は、高い耐久性を有するため、光密度が大きい液晶プロジェクタ用途で多く使用されている。これらの各無機層は物理成膜法等により形成され、フォトリソ・ドライエッチング技術等により、サブミクロンオーダーのワイヤグリッド型偏光子パターンが形成される。
【０００４】
上記偏光板は、光学特性上、低反射であることが重要であり、反射率が高いと、液晶パネルの誤動作の原因や迷光による画質劣化の原因となる。近年では、液晶プロジェクタの高輝度化や高精細化により、より低反射な偏光板が望まれている。
【０００５】
また、偏光板は、実使用上、高湿の環境下に晒される場合がある。この場合には、偏光板の酸化や腐食が生じて光学特性に悪影響を及ぼし、表示画像の２次元的歪や色の歪等が生じるおそれがある。そのため、高い耐久性を有する偏光板が求められている。
【０００６】
例えば、反射層上に誘電層と吸収層を備え、グリッドが延在する方向に平行な電界成分をもつ偏光波（ＴＥ波（Ｓ波）の反射率を吸収効果と干渉効果により抑制する偏光板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この偏光板では、さらに最外層に保護層を形成することで、耐久性が向上することも開示されている。また、ワイヤグリッド型偏光板の最外層にＳｉを含有する有機保護膜や、この有機保護膜の下にＳｉ酸化膜等のバリア膜が形成された偏光板が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
また、撥水膜等の保護膜を電子デバイス上に形成する技術として、種々の技術が提案されている。例えば、撥水膜の形成領域を制御する技術として、撥水膜形成用溶液の塗布領域と溶剤の塗布領域とを調整する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、基板表面に濃度の異なる撥水膜を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５３３３６１５号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１６−０２９１２２７号明細書
【特許文献３】特許第３３６７５７２号公報
【特許文献４】特開２０１５−４７８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１や２に開示されている偏光板では、十分な耐久性が得られていないのが現状である。また、特許文献３の技術は自動車のウインドーガラスやミラー等を対象とした技術であり、特許文献４の技術はインクジェット等を対象とした技術であり、ワイヤグリッド型偏光板のようなサブミクロンオーダーの小さなパターンに適用するのは困難である。
【００１０】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた光学特性を維持しつつ耐久性を向上できる偏光板及び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】
【００１１】
（１）  上記目的を達成するため本発明は、ワイヤグリッド構造を有する偏光板であって、透明基板（例えば、後述の透明基板１０）と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチ（例えば、後述のピッチＰ）で前記透明基板上に配列されて所定方向に延在し、光反射性材料からなる反射層（例えば、後述の反射層１２）を有する格子状凸部（例えば、後述の格子状凸部１１）と、を備え、前記格子状凸部の表面及び前記格子状凸部間に形成される溝の底面部の表面には、これら表面を覆う保護膜（例えば、後述の保護膜２０）が形成され、前記保護膜は、有機材料からなる有機膜を含む２種類以上の保護膜で構成される偏光板（例えば、後述の偏光板１）を提供する。
【００１２】
（２）  （１）の偏光板において、前記保護膜は、前記反射層の表面を覆うように形成される第１保護膜（例えば、後述の第１保護膜２１）と、前記溝の底面部の表面を覆うように形成され且つ前記有機膜からなる第２保護膜（例えば、後述の第２保護膜２２）と、を有してもよい。
【００１３】
（３）  （２）の偏光板において、前記格子状凸部は、前記透明基板側から順に、前記反射層と、光吸収性材料を含む吸収層（例えば、後述の吸収層１３）と、を有し、前記保護膜は、前記吸収層の表面を覆うように形成され且つ前記有機膜からなる第３保護膜（例えば、後述の第３保護膜２３）をさらに有してもよい。
【００１４】
（４）  （３）の偏光板において、前記吸収層は、誘電材料をさらに含み且つ前記光吸収性材料と前記誘電材料の混合層からなるものでもよい。
【００１５】
（５）  （３）の偏光板において、前記吸収層は、前記反射層上に形成され且つ誘電材料からなる誘電体層と、前記誘電体層上に形成され且つ前記光吸収性材料からなる光吸収層と、からなるものでもよい。
【００１６】
（６）  （３）から（５）いずれかの偏光板において、前記第１保護膜は、ホスホン酸系撥水膜からなるものでもよい。
【００１７】
（７）  （３）から（５）いずれかの偏光板において、前記第１保護膜は、アルミニウム系酸化膜からなるものでもよい。
【００１８】
（８）  （３）から（７）いずれかの偏光板において、前記第２保護膜は、有機シラン系撥水膜からなるものでもよい。
【００１９】
（９）  （３）から（８）いずれかの偏光板において、前記第２保護膜と前記第３保護膜は、同一材料からなるものでもよい。
【００２０】
（１０）  また本発明は、（１）から（９）いずれかの偏光板を備える光学機器を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、優れた光学特性を維持しつつ耐久性を向上できる偏光板及び光学機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る偏光板を示す断面模式図である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態に係る偏光板の製造方法を説明するための図である。
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態に係る偏光板の製造方法を説明するための図である。
【図２Ｃ】本発明の第１実施形態に係る偏光板の製造方法を説明するための図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る偏光板を示す断面模式図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る偏光板を示す断面模式図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る偏光板を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。なお、第２実施形態以降の説明において、第１実施形態と共通する構成については同一又は対応する符号を付し、その説明を省略する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
［偏光板］
本発明の第１実施形態に係る偏光板は、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（周期）で透明基板上に配列されて所定方向に延在する格子状凸部と、を備える。格子状凸部は、透明基板側から順に、反射層と、吸収層と、を有する。また、第１実施形態に係る偏光板は、格子状凸部の表面及び格子状凸部間に形成される溝の底面部の表面を覆う保護膜を備える。
【００２５】
図１は、第１実施形態に係る偏光板１を示す断面模式図である。図１に示すように、偏光板１は、使用帯域の光に透明な透明基板１０と、透明基板１０の一方の面上に使用帯域の光の波長よりも短いピッチＰで配列された格子状凸部１１と、を備える。格子状凸部１１は、透明基板１０側から順に、反射層１２と、吸収層１３と、を有する。即ち、偏光板１は、反射層１２、吸収層１３が透明基板１０側からこの順に積層されて形成された格子状凸部１１が、透明基板１０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。
【００２６】
ここで、図１に示すように格子状凸部１１の延在する方向（所定方向）を、Ｙ軸方向と称する。また、Ｙ軸方向に直交し、透明基板１０の主面に沿って格子状凸部１１が配列する方向を、Ｘ軸方向と称する。この場合、偏光板１に入射する光は、透明基板１０の格子状凸部１１が形成されている側において、好適にはＸ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向から入射する。
【００２７】
偏光板１は、透過、反射、干渉及び光学異方性による偏光波の選択的光吸収の４つ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波（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波（ＴＭ波（Ｐ波））を透過させる。従って、Ｙ軸方向が偏光板１の吸収軸の方向であり、Ｘ軸方向が偏光板１の透過軸の方向である。
【００２８】
偏光板１の格子状凸部１１が形成された側から入射した光は、吸収層１３を通過する際に一部が吸収されて減衰する。吸収層１３を透過した光のうち、偏光波（ＴＭ波（Ｐ波））は高い透過率で反射層１２を透過する。一方、吸収層１３を透過した光のうち、偏光波（ＴＥ波（Ｓ波））は反射層１２で反射される。反射層１２で反射されたＴＥ波は、吸収層１３を通過する際に一部は吸収され、一部は反射して反射層１２に戻る。また、反射層１２で反射されたＴＥ波は、吸収層１３を通過する際に干渉して減衰する。以上のようにして、偏光板１は、ＴＥ波の選択的減衰を行うことにより、所望の偏光特性が得られる。
【００２９】
格子状凸部１１は、図１に示すように各一次元格子の延在するＹ軸方向（所定方向）から見たとき、つまり所定方向に直交する断面視で、矩形状に形成される。本実施形態の偏光板１では、グリッド先端部は矩形状の吸収層１３で構成され、グリッド脚部は矩形状の反射層１２で構成される。
【００３０】
ここで、偏光板１を格子状凸部１１の延びる方向に沿うＹ軸方向から見たときに、格子状凸部１１のＸ軸方向の繰り返し間隔をピッチＰと称する。格子状凸部１１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１１のピッチＰは、例えば、１００ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。この格子状凸部１１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Ｐを測定し、その算術平均値を格子状凸部１１のピッチＰとすることができる。
【００３１】
透明基板１０としては、使用帯域の光に対して透光性を示す基板であれば特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。「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、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。
【００３２】
透明基板１０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１０の平均厚みは、例えば、０．３ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。
【００３３】
透明基板１０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。コスト及び透光率の観点からは、ガラス、特に石英ガラス（屈折率１．４６）やソーダ石灰ガラス（屈折率１．５１）を用いることが好ましい。ガラス材料の成分組成は特に制限されず、例えば光学ガラスとして広く流通しているケイ酸塩ガラス等の安価なガラス材料を用いることができる。
【００３４】
また、熱伝導性の観点からは、熱伝導性が高い水晶やサファイアを用いることが好ましい。これにより、強い光に対して高い耐光性が得られ、発熱量の多いプロジェクタの光学エンジン用の偏光板として好ましく用いられる。
【００３５】
なお、水晶等の光学活性の結晶からなる透明基板を用いる場合には、結晶の光学軸に対して平行方向又は垂直方向に格子状凸部１１を配置することが好ましい。これにより、優れた光学特性が得られる。ここで、光学軸とは、その方向に進む光のＯ（常光線）とＥ（異常光線）の屈折率の差が最小となる方向軸である。
【００３６】
反射層１２は、透明基板１０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。より詳しくは、反射層１２は、透明基板１０から垂直に延びている。この反射層１２は、ワイヤグリッド型偏光子としての機能を有し、反射層１２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１２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。
【００３７】
反射層１２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光反射性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１２は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されることが好ましい。なお、これらの金属材料以外にも、例えば着色等により表面の反射率が高く形成された金属以外の無機膜や樹脂膜で反射層１２を構成してもよい。反射層１２の膜厚は、特に制限されず、例えば、１００ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。本実施形態では、反射層１２の幅は吸収層１３の幅と同一に設定されている。
【００３８】
吸収層１３は、反射層１２上に形成され、吸収軸であるＹ軸方向に帯状に延びて配列されたものである。吸収層１３の構成材料としては、金属材料や半導体材料等の光学定数の消衰定数が零でない、光吸収作用を持つ光吸収性材料の１種以上が挙げられ、適用される光の波長範囲によって適宜選択される。金属材料としては、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ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。また、半導体材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、ＺｎＯ、シリサイド材料（β−ＦｅＳｉ２、ＭｇＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＢａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＴａＳｉ等）が挙げられる。これらの材料を用いることにより、偏光板１は、適用される可視光域に対して高い消光比が得られる。中でも、吸収層１３は、Ｆｅ又はＴａを含むとともに、Ｓｉを含んで構成されることが好ましい。
【００３９】
吸収層１３として半導体材料を用いる場合には、吸収作用に半導体のバンドギャップエネルギーが関与するため、バンドギャップエネルギーが使用帯域以下であることが必要である。例えば、可視光で使用する場合、波長４００ｎｍ以上での吸収、即ち、バンドギャップとしては３．１ｅｖ以下の材料を使用する必要がある。
【００４０】
吸収層１３の膜厚は、特に制限されず、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。吸収層１３は、蒸着法やスパッタ法により、高密度の膜として形成可能である。
【００４１】
また、吸収層１３は、光吸収性材料と誘電材料の混合層からなるものでもよい。光吸収性材料と誘電材料の混合比を変更することにより光吸収性を変更できるため、光反射率の抑制が可能である。光吸収性材料と誘電材料は、膜厚方向に均一に混合されていてもよく、両者の混合比（含有比率）が膜厚方向に変化するように構成してもよい。このときの組成勾配は、線形的に変化するものであってもよく、非線形的（例えば、ステップ式）に変化するものであってもよい。光吸収性材料の含有比率が反射層１２から離隔するに従って増加するように吸収層１３を構成するのが好ましく、これにより、偏光板１の吸収軸反射率Ｒｓを低下させて透過軸透過率Ｔｐを高めることができる。
【００４２】
光吸収性材料としては上述のものが挙げられ、誘電材料としては、ＳｉＯ２等のＳｉ酸化物、Ａｌ２Ｏ３、酸化ベリリウム、酸化ビスマス、等の金属酸化物、ＭｇＦ２、氷晶石、ゲルマニウム、二酸化チタン、ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ボロン、酸化ボロン、酸化タンタル、炭素、又はこれらの組み合わせ等の一般的な材料が挙げられる。中でも、誘電材料としてはＳｉ酸化物が好ましく用いられる。
【００４３】
偏光板１は、上述のような微細なワイヤグリッド構造を有する無機偏光板であるため、使用環境の影響を受け易く、耐酸化性や耐湿性等の高い耐久性が求められる。そのため偏光板１は、耐久性向上のため、格子状凸部１１の表面及び格子状凸部１１間に形成される溝の底面部の表面を覆う保護膜２０を備える。保護膜２０は、有機材料からなる有機膜を含む２種類以上の保護膜で構成される。具体的には図１に示すように、保護膜２０は、第１保護膜２１と、第２保護膜２２と、第３保護膜２３と、を備える。
【００４４】
第１保護膜２１は、反射層１２の表面を覆うように形成される。より詳しくは、第１保護膜２１は、格子状凸部１１間に形成される溝の側面部を構成する反射層１２の側面を覆うように形成される。この第１保護膜２１は、有機材料又は無機材料からなる膜で構成される。具体的には、第１保護膜２１としては、ホスホン酸系撥水膜又はアルミニウム系酸化膜からなるものが好ましく用いられる。
【００４５】
ホスホン酸系撥水膜としては、ＦＯＰＡ（perfluoro−n−octylphosphonic  acid）からなる撥水膜やＯＤＰＡ（Octadecylphosphonic  acid）からなる撥水膜が好ましく例示される。ホスホン酸系撥水膜は、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）やＡＬＤ（Atomic  Layer  Deposition）、ディッピング等により形成可能である。
【００４６】
また、アルミニウム系酸化膜としては、アルミナ膜が好ましく例示される。アルミニウム系酸化膜は、アルミニウムからなる反射層１２を熱処理することで、その表面にアルミナ膜を形成可能である。このアルミニウム系酸化膜は、撥水性は無いが反射層１２表面の酸化を防止して保護する機能を有する。
【００４７】
第２保護膜２２は、格子状凸部１１間に形成される溝の底面部の表面を覆うように形成される。より詳しくは、上記溝の底面部を構成する透明基板１０の表面と、反射層１２の透明基板１０側の端部における側面を覆うように形成される。この第２保護膜２２は、有機材料からなる有機膜で構成される。具体的には、第２保護膜２２としては、有機シラン系材料からなる有機シラン系撥水膜が好ましく用いられる。中でも、フッ素系シラン化合物のＦＤＴＳ（パーフルオロデシルトリエトキシシラン）や非フッ素系シラン化合物のＯＴＳ（オクタデシルトリクロロシラン）が好ましく用いられる。
【００４８】
溝の底面部を構成する透明基板１０としてガラスを用いた場合、上記有機シラン系撥水膜はＳｉとＯが結合して自己組織化することで、ガラス表面に強固に密着して形成される。例えば、ＦＤＴＳは可視光での屈折率が１．４程度でガラスの屈折率に近いため、光学特性上、悪影響を及ぼすことがない。この第２保護膜２２は、ＣＶＤやＡＬＤ、ディッピング等により形成可能である。
【００４９】
第３保護膜２３は、吸収層１３の表面を覆うように形成される。より詳しくは、グリッド先端部を構成する吸収層１３の上面及び側面を覆うように形成される。この第３保護膜２３は、有機材料からなる有機膜で構成される。具体的には、第３保護膜２３としては、上述の第２保護膜２２と同様に、有機シラン系材料からなる有機シラン系撥水膜が好ましく用いられ、中でも、フッ素系シラン化合物のＦＤＴＳや非フッ素系シラン化合物のＯＴＳが好ましく用いられる。この第３保護膜２３は、ＣＶＤやＡＬＤ、ディッピング等により形成可能である。本実施形態の第３保護膜２３は、第２保護膜２２と同一の材料で構成されることが好ましい。
【００５０】
ここで、アルミニウムからなる反射層１２と、（Ｆｅ５％）Ｓｉからなる吸収層１３と、ＳｉＯ２からなる透明基板１０（即ち、溝の底面部）の各表面に対して、ＦＤＴＳ膜を形成したときの撥水性について説明する。具体的には、これらの各表面にＣＶＤ法によりＦＤＴＳ膜を形成したときの撥水性について、以下の測定条件により接触角を測定して評価した。評価結果を表１に示す。
［接触角測定条件］
測定機器：共和界面科学株式会社製接触角測定器「ＤＭ７００Ｒ」
測定条件：液滴法（液体：水、液量：２〜３μｌ、測定までの待ち時間：１秒）
解析方法：θ／２法
【００５１】
【表１】
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【００５２】
表１中、「ＦＤＴＳ処理前」とはＦＤＴＳ膜を形成する前のものを意味し、「ＦＤＴＳ処理後」とはＦＤＴＳ膜を形成した後のものを意味し、「３００℃アニール後」とはＦＤＴＳ膜を形成した後に３００℃のアニール熱処理を実施したものを意味する。また、表１中の接触角（°）は、上述の接触角測定条件による測定結果を示している。
【００５３】
表１の結果から明らかであるように、アルミニウム、（Ｆｅ５％）Ｓｉ及びＳｉＯ２いずれにおいても、表面にＦＤＴＳ膜を形成することにより接触角が飛躍的に大きくなり、撥水性が大きく向上することが分かる。また、（Ｆｅ５％）Ｓｉ及びＳｉＯ２いずれにおいても、高温での熱処理後も高い撥水性が維持されており、高い耐久性（耐熱性）を有することが確認できる。
【００５４】
これに対してアルミニウムにおいては、ＦＤＴＳ膜形成直後は高い撥水性を示すが、高温で熱処理すると撥水性は極端に低下し、ＦＤＴＳ処理前よりも撥水性が低下することが分かる。これは、アルミニウム表面とＦＤＴＳ膜との密着性が低いため、高温での熱処理によりＦＤＴＳ膜が剥離してアルミニウム表面が酸化し、アルミナ膜が形成されているものと考えられる。この結果から、アルミニウムからなる反射層１２の表面にＦＤＴＳ膜を形成しても、高い耐久性が得られないことが確認できる。この対応策として、ＦＤＴＳ膜を形成する前に偏光板上にシリカ膜をコートすることが考えられるが、この場合には偏光板自体の膜厚が増すことになり、光散乱等により偏光板の光学性能が低下する原因になるため好ましい対応策とは言えない。
【００５５】
そこで本実施形態では、保護膜２０を形成する対象の構成材料に応じて、保護膜２０の種類を変更し、少なくとも２種類以上の保護膜を偏光板１の最外層に形成することを特徴とする。より詳しくは、上述したように、例えばアルミニウムからなる反射層１２の表面には第１保護膜２１としてＦＯＰＡ膜やＯＤＰＡ膜を形成し、例えばガラスからなる溝の底面部（透明基板１０）の表面やＦｅＳｉとＳｉＯ２の混合物からなる吸収層１３の表面には第２、第３保護膜２２，２３として有機膜のＦＤＴＳ膜を形成する。これにより、熱処理後も良好な撥水機能や酸化防止機能を維持でき、高い耐久性を有する偏光板１が実現可能となっている。なお、保護膜２０の形成方法については、後段で詳述する。
【００５６】
［偏光板の製造方法］
本実施形態に係る偏光板１の製造方法は、反射層形成工程と、吸収層形成工程と、エッチング工程と、保護層形成工程と、を有する。
【００５７】
反射層形成工程では、透明基板１０上に反射層１２を形成する。吸収層形成工程では、反射層形成工程で形成された反射層１２上に、吸収層１３を形成する。これらの各層形成工程では、例えばスパッタリング法や蒸着法により、各層を形成可能である。
【００５８】
エッチング工程では、上述の各層形成工程を経て形成された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１０上に配列される格子状凸部１１を形成する。具体的には、例えばフォトリソグラフィ法やナノインプリント法により、一次元格子状のマスクパターンを形成する。そして、上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透明基板１０上に配列される格子状凸部１１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。
【００５９】
ここで、図２Ａ〜図２Ｃは、本実施形態に係る偏光板１の製造方法を説明するための図である。より詳しくは、これら図２Ａ〜図２Ｃは、本実施形態に係る偏光板１の製造方法における保護膜形成工程を示している。これら図２Ａ〜図２Ｃを参照して、以下、本実施形態の保護膜形成工程を説明する。
【００６０】
保護膜形成工程では、先ず、図２Ａに示すように、ＣＶＤやＡＬＤにより第２保護膜２２を格子状凸部１１間の溝の底面部の表面に形成する。次いで、図２Ｂに示すように、反射層１２及び吸収層１３の表面を酸素プラズマやＡｒイオンエッチング等でクリーニングした後に、ＣＶＤやＡＬＤにより第１保護膜２１を反射層１２の表面に形成する。次いで、図２Ｃに示すように、吸収層１３の表面を酸素プラズマやＡｒイオンエッチング等でクリーニングした後に、ＣＶＤやＡＬＤにより、第３保護膜２３を吸収層１３の表面に形成する。これにより、残膜の影響を最小限化できる。
【００６１】
また、例えば第１保護膜２１としてアルミナ膜を形成する場合には、先ず、偏光板作製後に酸素含有雰囲気で加熱することにより、反射層１２の表面にアルミナ膜を形成する。次いで、ＣＶＤやＡＬＤにより、第２保護膜２２を格子状凸部１１間の溝の底面部の表面に形成する。そして、吸収層１３の表面を酸素プラズマやＡｒイオンエッチング等でクリーニングした後に、ＣＶＤやＡＬＤにより、第３保護膜２３を吸収層１３の表面に形成する。
【００６２】
以上の各工程を経ることにより、本実施形態に係る偏光板１が製造可能である。
【００６３】
［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偏光板１を備える。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。本実施形態に係る偏光板１は、有機偏光板に比べて耐熱性に優れる無機偏光板であるため、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。
【００６４】
本実施形態に係る光学機器が複数の偏光板を備える場合、複数の偏光板の少なくとも１つが本実施形態に係る偏光板１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偏光板の少なくとも一方が本実施形態に係る偏光板１であればよい。
【００６５】
＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態に係る偏光板１Ａを示す断面模式図である。図３に示すように、第２実施形態に係る偏光板１Ａは、吸収層１３Ａの形状が先細形状である点と、透明基板１０上に台座１０ａを備える点と、第２保護膜２２Ａと第３保護膜２３Ａの構成材料が異なる点が、第１実施形態と相違し、これら相違点以外は第１実施形態と同一の構成である。
【００６６】
具体的には、本実施形態の吸収層１３Ａは、図３に示すようにＹ軸方向（所定方向）から見たとき、つまり所定方向に直交する断面視で、先細形状を有する。即ち、グリッド先端部を構成する吸収層１３Ａは、所定方向から見たときに、先端側（透明基板１０の反対側）ほど幅が狭くなる方向に側面が傾斜した先細形状を有する。より詳しくは、本実施形態の吸収層１３Ａは、等脚台形状を有する。この吸収層１３Ａの構成材料は、第１実施形態と同様であり、光吸収性材料から構成してもよく、光吸収性材料と誘電材料の混合層（均一又は組成勾配あり）で構成してもよい。あるいは、後述する第３実施形態のように光吸収層と誘電体層の２層構造としてもよい。
【００６７】
グリッド先端部を構成する吸収層１３Ａを先細形状とすることにより、ＴＭ波の透過率を高めることができる。このようにＴＭ波の透過率が高まる理由としては、グリッド先端部を先細形状とすることにより、角度バラツキを持って入射してくる光に対して散乱を抑制する効果があるためと考えられる。
【００６８】
台座１０ａは、図３に示すようにＹ軸方向（所定方向）から見たとき、つまり所定方向に直交する断面視で、反射層１２と幅が略同一の矩形状を有する。ただし、これに限定されず、例えば所定方向から見たときに、透明基板１０側から反射層１２側に向かうに従い幅が狭まるように側面が傾斜した台形状を有していてもよい。このときの台座１０ａの最小幅は反射層１２の幅以上に設定される。台座１０ａの膜厚は、特に制限されず、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。
【００６９】
台座１０ａは、吸収軸であるＹ軸方向に帯状に延びた誘電体膜が透明基板１０上に配列されてなるものである。台座１０ａの構成材料としては、使用帯域の光に対して透明であり、透明基板１０よりも屈折率の小さい材料が好ましく、中でも、ＳｉＯ２等のＳｉ酸化物が好ましい。
【００７０】
台座１０ａは、例えば、透明基板１０上に形成された上記の誘電体からなる下地層（不図示）に対して、ドライエッチングによる等方性エッチングと異方性エッチングとのバランスを段階的に変化させ、エッチング残りを出さないようにオーバーエッチング処理することによって形成可能である。この場合、台座１０ａは透明基板１０上に形成された下地層上に配置される。
【００７１】
また、本実施形態では、第２保護膜２２Ａと第３保護膜２３Ａの構成材料が異なっている。具体的には、第３保護膜２３Ａは第１実施形態の第３保護膜２３Ａと同様の構成であるのに対して、第２保護膜２２ＡはＳＯＧ（Spin  on  Glass）膜で構成されている。即ち、本実施形態の偏光板１Ａは、その表面が３種類の保護膜により保護されており、各層の構成材料により適した保護膜を採用でき、耐久性をより高めることが可能となっている。
【００７２】
本実施形態の偏光板１Ａは、エッチング工程と保護膜形成工程の一部が相違する以外は、第１実施形態の製造方法と同様の製造方法により製造可能である。
具体的には、エッチング工程において、エッチング条件（ガス流量、ガス圧、出力、透明基板の冷却温度）を最適化することにより、吸収層１３Ａの側面に傾斜を持たせた先細形状を形成可能である。
また、保護膜形成工程において、まず、偏光板作製後にＳＯＧをスピンコートによりコーティングした後、全体を酸素プラズマやＦ系プラズマでエッチングする。溝の底面部のＳＯＧ膜が最も厚くなるため、先にグリッド先端側のＳＯＧ膜がエッチングされ、溝の底面部にのみＳＯＧ膜を残存させることができる。次いで、第１保護膜２１Ａ、第３保護膜２３Ａを第１実施形態と同様に形成することで、３種類の保護膜を形成可能である。
【００７３】
本実施形態の偏光板１Ａによれば、第１実施形態の偏光板１と同様の効果が奏される。また、本実施形態の偏光板１Ａは、第１実施形態の偏光板１と同様に種々の光学機器に適用可能である。
【００７４】
＜第３実施形態＞
図４は、第３実施形態に係る偏光板１Ｂを示す断面模式図である。図４に示すように、第３実施形態に係る偏光板１Ｂは、吸収層１３Ｂの構成が第１実施形態と相違する。具体的には、第３実施形態に係る偏光板１Ｂの吸収層１３Ｂは、反射層１２上に形成され且つ誘電材料からなる誘電体層１３１と、この誘電体層１３１上に形成され且つ光吸収性材料からなる光吸収層１３２と、からなる。
【００７５】
誘電体層１３１は、反射層１２上に形成され、吸収軸であるＹ軸方向に帯状に延びた誘電体膜が配列されてなるものである。誘電体層１３１は、光吸収層１３２で反射した偏光に対して、光吸収層１３２を透過して反射層１２で反射した偏光の位相が半波長ずれる膜厚で形成される。具体的には、誘電体層１３１の膜厚は、偏光の位相を調整して干渉効果を高めることが可能な１〜５００ｎｍの範囲で適宜設定される。
【００７６】
誘電体層１３１を構成する誘電材料としては、ＳｉＯ２等のＳｉ酸化物、Ａｌ２Ｏ３、酸化ベリリウム、酸化ビスマス、等の金属酸化物、ＭｇＦ２、氷晶石、ゲルマニウム、二酸化チタン、ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ボロン、酸化ボロン、酸化タンタル、炭素、又はこれらの組み合わせ等の一般的な材料が挙げられる。中でも、誘電体層１３１は、Ｓｉ酸化物で構成されることが好ましい。
【００７７】
誘電体層１３１の屈折率は、１．０より大きく、２．５以下であることが好ましい。反射層１２の光学特性は、周囲の屈折率によっても影響を受けるため、誘電体層１３１の材料を選択することで、偏光板特性を制御することができる。また、誘電体層１３１の膜厚や屈折率を適宜調整することにより、反射層１２で反射したＴＥ波について、光吸収層１３２を透過する際に一部を反射して反射層１２に戻すことができ、光吸収層１３２を通過した光を干渉により減衰させることができる。このようにしてＴＥ波の選択的減衰を行うことにより、所望の偏光特性を得ることができる。
【００７８】
光吸収層１３２は、上述の光吸収性材料からなる。この光吸収層１３２は、従来公知の製膜方法により形成可能である。
【００７９】
偏光板１Ｂは、誘電体層１３１と光吸収層１３２との間に、拡散バリア層を有していてもよい。即ちこの場合には、格子状凸部１１Ｂは、透明基板１０側から順に、反射層１２と、誘電体層１３１と、拡散バリア層と、光吸収層１３２と、を有する。拡散バリア層を有することにより、光吸収層１３２における光の拡散が防止される。この拡散バリア層は、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔｉ等の金属膜で構成される。
【００８０】
本実施形態の偏光板１Ｂは、吸収層形成工程が相違する以外は第１実施形態と同様の製造方法により製造可能である。
本実施形態の吸収層形成工程では、従来公知の製膜法により、誘電体層を形成した後に、光吸収層を形成する。これにより、偏光板１Ｂが製造可能である。
【００８１】
本実施形態の偏光板１Ｂによれば、第１実施形態の偏光板１と同様の効果が奏される。また、本実施形態の偏光板１Ｂは、第１実施形態の偏光板１と同様に種々の光学機器に適用可能である。
【００８２】
＜第４実施形態＞
図５は、第４実施形態に係る偏光板１Ｃを示す断面模式図である。図５に示すように、第４実施形態に係る偏光板１Ｃは、吸収層及び第３保護膜を備えていない点が１実施形態と相違する以外は、第１実施形態と同様の構成である。
【００８３】
本実施形態の偏光板１Ｃによれば、第１実施形態の偏光板１と同様の効果が奏される。また、本実施形態の偏光板１Ｃは、第１実施形態の偏光板１と同様に種々の光学機器に適用可能である。
【００８４】
なお、本発明は上述の各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。
例えば本発明の偏光板の用途は、液晶プロジェクタに限られない。透過軸方向の偏光の透過率力が高い偏光板として、種々の用途に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  偏光板
１０  透明基板
１０ａ  台座
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ  格子状凸部
１２  反射層
１３、１３Ａ、１３Ｂ  吸収層
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ  保護膜
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ  第１保護膜
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ  第２保護膜
２３、２３Ａ、２３Ｂ  第３保護膜
１３１  誘電体層
１３２  光吸収層
Ｐ    格子状凸部のピッチ
【図１】
2020064326.tif 000004
【図２Ａ】
2020064326.tif 000005
【図２Ｂ】
2020064326.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図３】
2020064326.tif 000008
【図４】
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【図５】
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