(57)【要約】【課題】透過率および耐熱性に優れた偏光変換素子を提供すること。【解決手段】偏光変換素子１は、第１基材１１と第２基材１２とが偏光分離層１３または反射層１４を間に挟んで交互に配置された平板状部材であるブロック体２０を備え、このブロック体２０の光射出面側には選択的に位相差板１５が設けられている。ブロック体２０の位相差板１５が設けられる側の接合面２０Ａには一面に設けられた第１接合層１６１を有し、位相差板１５のブロック体２０と接合する側の接合面１５Ａに設けられた第２接合層１６２と分子接合することにより接合層１６が形成される。反射層１４は隣り合う偏光分離層１３の間の中間位置に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率ｎ１の第１光学部材と屈折率ｎ２（ｎ１≠ｎ２）の第２光学部材とを有する偏光変換素子であって、
プラズマ重合膜で形成され、前記第１光学部材と前記第２光学部材とを分子接合する接合層を備え、
前記接合層の屈折率ｎ３がｎ１とｎ２との間である
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光変換素子において、
前記プラズマ重合膜は、その主材料がポリオルガノシロキサンである
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の偏光変換素子において、
前記第１光学部材がガラス基材であり、前記第２光学部材が水晶からなる位相差板である
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の偏光変換素子において、
前記第１光学部材がガラス基材であり、前記第２光学部材が誘電体多層膜である
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の偏光変換素子において、
前記接合層は、前記第１光学部材および前記第２光学部材のうち少なくともいずれか一方の接合面全体に形成される
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の偏光変換素子において、
前記接合層は、多層で形成され、
前記接合層の各層は、前記第１光学部材と前記第２光学部材のうち屈折率の小さい側から屈折率の大きい側に向かって、屈折率の小さい順に積層される
ことを特徴とする偏光変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップや液晶プロジェクタ、その他の装置において、複数の光学部材の間に光学薄膜を挟んで形成された光学物品が用いられている。
このような光学物品として、それぞれ内部に反射膜が設けられた２つの光学部材の間に偏光分離膜を挟んで順次積層し、これらの光学部材の前記偏光分離膜の光射出面側に位相差板を設けた偏光変換素子（ＰＳ変換素子）がある。
【０００３】
これらの光学物品は種々の方法で製造されており、その一つとして、光学部材と偏光分離膜との間を接着剤で接着固定する従来例がある。例えば、偏光変換素子では、水晶を用いた位相差板を透明部材に接着するために紫外線硬化型接着剤を利用する従来例（特許文献１）がある。
また、シリコンとガラス等の接合に際して、被接合面を酸素プラズマで親水処理（活性化）し、この親水処理した光学部材同士を直接接合し、４００℃程度で高温加熱するものがある（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０２５２３号公報
【特許文献２】特許第３７５１９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１で示される従来例では、透明部材と位相差板とを接着剤で接合固定するため、各層の屈折率の相違により反射ロスが生じてしまい透過率が低下するという課題がある。また、接着剤からなる接着層は、その面内において接着剤の硬化状態が異なるため屈折率が異なり、精度が低下するという課題がある。
特許文献２で示される従来例では、被接合面が活性化された光学部材同士を直接接合するため、接合する２つの光学部材に屈折率の相違により反射ロスが生じてしまうという課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、透過率および耐熱性に優れた偏光変換素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［適用例１］
本適用例にかかる偏光変換素子は、屈折率ｎ１の第１光学部材と屈折率ｎ２（ｎ１≠ｎ２）の第２光学部材とを有する偏光変換素子であって、プラズマ重合膜で形成され、前記第１光学部材と前記第２光学部材とを分子接合する接合層を備え、前記接合層の屈折率ｎ３がｎ１とｎ２との間であることを特徴とする。
この構成の本適用例では、屈折率がｎ１である第１光学部材と屈折率がｎ２である第２光学部材との間に、屈折率がｎ１とｎ２の間の値であるｎ３のプラズマ重合膜で形成された接合層を設けている。したがって、第１光学部材と第２光学部材との屈折率の差が小さくなるため、界面における反射ロスを抑止することができる。すなわち、透過率に優れた偏光変換素子を提供することができる。また、接着剤を使用しないので、接合層の屈折率の精度に優れた偏光変換素子とすることができる。
【０００８】
［適用例２］
本適用例にかかる偏光変換素子は、前記プラズマ重合膜は、その主材料がポリオルガノシロキサンである。
この構成の本適用例では、プラズマ重合膜の主材料であるポリオルガノシロキサンが比較的に柔軟性に富んでいるので、線膨張係数が異なる第１光学部材と第２光学部材とを接合する際に、両光学部材の熱膨張に伴う応力を緩和することができる。そのため、第１光学部材と第２光学部材との剥離を確実に防止することができる。しかも、ポリオルガノシロキサンは、耐薬品性に優れているため、薬品等に長期に曝される光学物品に効果的に用いることができる。そして、ポリオルガノシロキサンの主成分をオクタメチルトリシロキサンの重合物とすれば、この重合物は取扱性に優れているだけでなく、当該重合物からなるプラズマ重合膜は密着性が優れているので、好適である。
【０００９】
［適用例３］
本適用例にかかる偏光変換素子は、前記第１光学部材がガラス基材であり、前記第２光学部材が水晶からなる位相差板である。
この構成の本適用例では、ガラス基材である第１光学部材と水晶である第２光学部材との間にプラズマ接合層が設けられる。ガラス基材と水晶の屈折率には差があるが、これらの間にガラス基材と水晶の屈折率の中間の屈折率を有するプラズマ接合層を設けることにより、各層の界面で発生する反射ロスを抑止することができる。すなわち、透過率に優れた偏光変換素子を提供することができる。
【００１０】
［適用例４］
本適用例にかかる偏光変換素子は、前記第１光学部材がガラス基材であり、前記第２光学部材が誘電体多層膜である。
この構成の本適用例では、ガラス基材である第１光学部材と誘電体多層膜からなる第２光学部材との間にプラズマ接合層が設けられる。誘電体多層膜は、最外層がＳｉＯ２で形成される偏光分離膜であり、それ全体で反射ロスが発生しないように設計されている。誘電体多層膜の最外層とガラス基材の屈折率に差があるが、これらの間にガラス基材とＳｉＯ２からなる最外層の屈折率の中間の屈折率を有するプラズマ接合層を設けることにより、各層の界面で発生する反射ロスを抑止することができる。すなわち、透過率に優れた偏光変換素子を提供することができる。
【００１１】
［適用例５］
本適用例にかかる偏光変換素子は、前記接合層は、前記第１光学部材および前記第２光学部材のうち少なくともいずれか一方の接合面全体に形成される。
この構成の本適用例では、接合面全体にプラズマ接合層が形成されるので、マスクなどの煩雑な処理が不要となり、容易に製造することができ、生産性の向上を図ることができる。
【００１２】
［適用例６］
本適用例にかかる偏光変換素子は、前記接合層は、多層で形成され、前記接合層の各層は、前記第１光学部材と前記第２光学部材のうち屈折率の小さい側から屈折率の大きい側に向かって、屈折率の小さい順に積層される。
この構成の本適用例では、第１光学部材と第２光学部材との間の接合層が多層で形成される。この場合、接合層の各層の屈折率を、小さいほうからｎ３１、ｎ３２、ｎ３３、・・・、ｎ３ｎとすると、第１光学部材と第２光学部材のうち屈折率の小さい側からｎ３１、ｎ３２、ｎ３３、・・・、ｎ３ｎの順で積層され、これらの屈折率ｎ３１、ｎ３２、ｎ３３、・・・、ｎ３ｎは、第１光学部材の屈折率ｎ１と第２光学部材の屈折率ｎ２の間の値となる。例えば、ｎ１＜ｎ２である場合は、ｎ１＜ｎ３１＜ｎ３２＜ｎ３３＜・・・＜ｎ３ｎ＜ｎ２となり、ｎ１＞ｎ２である場合は、ｎ１＞ｎ３１＞ｎ３２＞ｎ３３＞・・・＞ｎ３ｎ＞ｎ２となる。したがって、第１光学部材、接合層、第２光学部材の間の屈折率の差をより小さくすることができ、界面における反射ロスをより抑止することができる。その結果、より透過率に優れた偏光変換素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態を図１から図６に基づいて説明する。
図１は本実施形態にかかる偏光変換素子の端面を示す図であり、図２および図３は図１の要部を示す断面図である。ここで、偏光変換素子は、ＰＳ変換素子（または偏光ビームスプリッタ、Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ、ＰＢＳ）と称されるものである。この偏光変換素子は、例えば、液晶プロジェクタ装置に用いられている。
図１において、偏光変換素子１は、第１基材１１と第２基材１２とが偏光分離層１３または反射層１４を間に挟んで交互に配置された平板状部材であるブロック体２０を備え、このブロック体２０の光射出面側には選択的に位相差板１５が設けられている。ブロック体２０の位相差板１５が設けられる側の接合面２０Ａには一面に設けられた第１接合層１６１を有し、位相差板１５のブロック体２０と接合する側の接合面１５Ａに設けられた第２接合層１６２と分子接合することにより接合層１６が形成される。反射層１４は隣り合う偏光分離層１３の間の中間位置に配置されている。
第１基材１１及び第２基材１２は、その光入射側の平面と光出射側の平面とが平行とされ、これらの平面に対して４５°の角度をもって偏光分離層１３と反射層１４とが互いに平行に配置されている。本実施形態では、偏光変換素子１は左右対称構造とされる。
【００１４】
第１基材１１および第２基材１２は、光学部材であり、ＢＫ７等の光学ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラスをはじめとするガラスから成形されている。
偏光分離層１３は、図３に示される通り、第１接合層１３１Ａと第２接合層１３１Ｂとからなる接合層１３１と、偏光分離膜１３２と、を備えている。第１接合層１３１Ａおよび第２接合層１３１Ｂはプラズマ重合膜で形成され分子接合している。偏光分離膜１３２は、誘電体多層膜で形成された偏光分離膜であり、入射した光線束（Ｓ偏光光とＰ偏光光）を、Ｓ偏光の部分光束（Ｓ偏光光）とＰ偏光の部分光束（Ｐ偏光光）とに分離し、Ｓ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する機能を有する（図２参照）。偏光分離膜１３２は、異なる材質の層、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の層、ランタンアルミネートの層及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の層が積層されて構成される。これらの層は複数層で構成されるものであり、本実施形態では、例えば、５層で構成される。第２基材１２側から第１基材１１側に向かうに従って、第１層、第２層、第３層、第４層、第５層となり、第２基材１２に直接設けられる。これらの層のうち第１層、及び第５層が酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の層であり、第３層がフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の層であり、第２層及び第４層がランタンアルミネートの層である。
【００１５】
反射層１４は、誘電体多層膜又は金属膜で形成され、反射層１４に入射したＳ偏光光をそのまま反射する機能を有する。反射層１４を構成する多層膜は、例えば、二酸化ケイ素、酸化チタン等の物質を蒸着することで形成される。
位相差板１５は、光学部材であり、例えば、無機性結晶材料で成形される短冊状の１／２波長板を用いることができる。無機性結晶材料としては、例えば、ＳｉＯ２の単結晶からなる水晶が挙げられ、この水晶は人工水晶でも天然水晶でもよい。
接合層１６は、第１接合層１６１と第２接合層１６２からなり、第１接合層１６１および第２接合層１６２はプラズマ重合膜で形成される。
【００１６】
ここで、第２基材１２の屈折率をｎ１、位相差板１５の屈折率をｎ２（ｎ１≠ｎ２）とすると、接合層１６の屈折率ｎ３は、ｎ１とｎ２の間の値となる。すなわち、ｎ１＞ｎ２であればｎ１＞ｎ３＞ｎ２、ｎ１＜ｎ２であればｎ１＜ｎ３＜ｎ２となる。例えば、第２基材１２を白板ガラスとすると屈折率は１．５１８、位相差板１５を水晶とすると屈折率は１．５６１となるので、接合層１６の屈折率ｎ３は、１．５１８＜ｎ３＜１．５６１の範囲となる。
また、偏光分離膜１３２のＳｉＯ２で形成される最外層の屈折率をｎ１１（ｎ１１≠ｎ２）とすると、接合層１３１の屈折率ｎ１３は、ｎ１１とｎ２の間の値となる。すなわち、ｎ１１＞ｎ２であればｎ１１＞ｎ１３＞ｎ２、ｎ１１＜ｎ２であればｎ１１＜ｎ１３＜ｎ２となる。例えば、第２基材１２を白板ガラスとすると屈折率は１．５１８、偏光分離膜１３２の最外層はＳｉＯ２であるので屈折率は１．４６０となるので、接合層１３１の屈折率ｎ１３は、１．５１８＞ｎ１３＞１．４６０の範囲となる。なお、偏光分離膜１３２は、反射ロスが発生しないように設計されているので、偏光分離膜１３２における反射ロスは考慮する必要はない。
【００１７】
ここで、偏光分離層１３中の接合層１３１を形成する第１接合層１３１Ａ、第２接合層１３１Ｂ、および接合層１６を形成する第１接合層１６１、第２接合層１６２のプラズマ重合膜を形成する装置について説明する。
図４は、本実施形態で使用するプラズマ重合装置の概略図である。
図４において、プラズマ重合装置２００は、チャンバー２０１と、このチャンバー２０１の内部にそれぞれ設けられる第１電極２１１及び第２電極２１２と、これらの第１電極２１１と第２電極２１２との間に高周波電圧を印加する電源回路２２０と、チャンバー２０１の内部にガスを供給するガス供給部２４０と、チャンバー２０１の内部のガスを排出する排気ポンプ２５０を備えた構造である。
第１電極２１１は、基材として、第１基材１１や第２基材１２を支持するものであり、第１基材１１や第２基材１２を挟んで第１電極２１１と第２電極２１２とが対向配置されている。
【００１８】
電源回路２２０は、マッチングボックス２２１と高周波電源２２２とを備える。
ガス供給部２４０は、液状の膜材料（原料液）を貯蔵する貯液部２４１と、液状の膜材料を気化して原料ガスに変化させる気化装置２４２と、キャリアガスを貯留するガスボンベ２４３とを備えている。このガスボンベ２４３に貯留されるキャリアガスは、電界の作用によって放電し、この放電を維持するためにチャンバー２０１に導入するガスであって、例えば、アルゴンガスやヘリウムガスが該当する。
これらの貯液部２４１、気化装置２４２及びガスボンベ２４３とチャンバー２０１とが配管２０２で接続されており、ガス状の膜材料とキャリアガスとの混合ガスをチャンバー２０１の内部に供給するように構成されている。
貯液部２４１に貯留される膜材料は、プラズマ重合装置２００によって第１基材１１や第２基材１２に第１接合層１６１および第２接合層１６２を形成するための原材料であり、気化装置２４２で気化されて原料ガスとなる。
【００１９】
この原料ガスとしては、例えば、メチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、メチルフェニルシロキサン等のオルガノシロキサン、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、トリメチル亜鉛、トリエチル亜鉛のような有機金属系化合物、各種炭化水素系化合物、各種フッ素系化合物等が挙げられる。
このような原料ガスを用いて得られるプラズマ重合膜は、これらの原料が重合してなるもの（重合物）、つまり、ポリオルガノシロキサン、有機金属ポリマー、炭化水素系ポリマー、フッ素系ポリマー等で構成されることになる。
【００２０】
ポリオルガノシロキサンは、通常、撥水性を示すが、各種の活性化処理を施すことによって容易に有機基を脱離させることができ、親水性に変化することができる。つまり、ポリオルガノシロキサンは撥水性と親水性との制御を容易に行える材料である。
撥水性を示すポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜は、それ同士を接触させても、有機基によって接着が阻害されることになり、極めて接着し難い。一方、親水性を示すポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜は、それ同士を接触させると、特に容易に接着することができる。つまり、撥水性と親水性の制御を容易に行えるという利点は、接着性の制御を容易に行えるという利点につながるため、ポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜は、本実施形態では好適に用いられることになる。そして、ポリオルガノシロキサンは比較的柔軟性に富んでいるので、第１基材１１と第２基材１２との構成材質が相違して線膨張係数が異なっても、第１基材１１と第２基材１２との間に生じる熱膨張に伴う応力を緩和することができる。さらに、ポリオルガノシロキサンは耐薬品性に優れているため、薬品類等に長期にわたって曝されるような部材の接合に効果的に用いることができる。
【００２１】
ポリオルガノシロキサンの中でも、特に、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものが好ましい。オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするプラズマ重合膜は、接着性に優れていることから、本実施形態の接合方法で好適に用いられる。オクタメチルトリシロキサンの重合物は、常温で液状をなし、適度な粘度を有するため、取扱が容易である。
【００２２】
次に、偏光変換素子１の製造方法を説明する。
まず、第１基材１１、第２基材１２、偏光分離層１３および反射層１４が繰り返し積層されてなるブロック体２０の形成工程を説明する。
第１基材１１を形成するための短冊状光学ブロックと第２基材１２を形成するための短冊状光学ブロックとを用意する。これらの短冊状光学ブロックの材質は第１基材１１や第２基材１２と同じである。
【００２３】
第１基材１１を形成する短冊状光学ブロックの一方の面に偏光分離膜１３２、他方の面に反射層１４を形成する。偏光分離膜１３２および反射層１４の形成方法は、真空蒸着，イオンアシスト蒸着、イオンプレーティング法、スパッタ法等の従来の方法を用いて形成する。
次に、第２基材１２を形成する短冊状光学ブロックの一方の面、および第１基材１１を形成する短冊状光学ブロックの偏光分離膜１３２の面にプラズマ重合膜を形成する。プラズマ重合膜の形成方法は、前述の通りである。そして、プラズマ重合膜同士を貼り合わせた積層体を複数積層して複数積層体を形成する。そして、この複数積層体を、その平面に対して４５°の方向Ｌに沿って所定間隔毎に切断する。切断された１つのブロックは端面が平行四辺形とされる。そして、ブロックには偏光分離層１３と反射層１４とが所定間隔毎に配置された構造となる。その後、ブロックの所定位置をその平面に対して垂直な方向Ｖ１に沿って切断し、ブロック体２０を形成する。
【００２４】
次に、ブロック体２０に位相差板１５を形成する工程を、図５及び図６に基づいて説明する。
まず、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示される通り、第１基材１１、第２基材１２、偏光分離層１３および反射層１４からなるブロック体２０の接合面２０Ａにプラズマ重合膜を形成する（重合膜形成工程）。
この重合膜形成工程では、プラズマ重合装置２００のチャンバー２０１の第１電極２１１に、ブロック体２０を保持する。そして、チャンバー２０１の内部に酸素を所定量導入するとともに第１電極２１１と第２電極２１２との間に電源回路２２０から高周波電圧を印加して光学部材自体の活性化（基板活性化）を実施する。
その後、ガス供給部２４０を作動させると、チャンバー２０１の内部に原料ガスとキャリアガスとの混合ガスが供給される。供給された混合ガスはチャンバー２０１の内部に充填され、図５（Ａ）に示される通り、基材としてのブロック体２０に混合ガスが露出される。
【００２５】
混合ガスにおける原料ガスの割合（混合比）は、原料ガスやキャリアガスの種類や目的とする成膜速度等によって若干異なるが、例えば、混合ガス中の原料ガスの割合は２０％以上７０％以下程度に設定することが好ましく、３０％以上６０％以下程度に設定することがより好ましい。
第１電極２１１と第２電極２１２との間に印加する周波数は、特に限定されないが、１〜１００ＭＨｚ程度であるのが好ましく、１０〜６０ＭＨｚ程度がより好ましい。高周波の出力密度は特に限定されないが、０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２程度であることが好ましく、０．１〜１Ｗ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。
【００２６】
成膜時のチャンバー２０１の圧力は、１３３．３×１０−５〜１３３３Ｐａ（１×１０−５〜１０Ｔｏｒｒ）程度であるのが好ましく、１３３．３×１０−４〜１３３．３Ｐａ（１×１０−４〜１Ｔｏｒｒ）程度であるのがより好ましい。
原料ガス流量は、０．５〜２００ｓｃｃｍ程度が好ましく、１〜１００ｓｃｃｍ程度がより好ましい。
キャリアガス流量は、５〜７５０ｓｃｃｍ程度が好ましく、１０〜５００ｓｃｃｍ程度がより好ましい。
処理時間は１〜１０分程度であることが好ましく、４〜７分程度がより好ましい。
基材としてのブロック体２０の温度は、２５℃以上が好ましく、２５〜１００℃がより好ましい。
【００２７】
第１電極２１１と第２電極２１２との間に高周波電圧を印加することにより、これらの電極２１１，２１２の間に存在するガスの分子が電離し、プラズマが発生する。このプラズマのエネルギーにより原料ガス中の分子が重合し、図５（Ｂ）に示される通り、重合物がブロック体２０の表面に付着、堆積する。これにより、図５（Ｃ）に示される通り、ブロック体２０の接合面２０Ａにプラズマ重合膜である第１接合層１６１が形成される。
第１接合層１６１および第２接合層１６２は、その平均厚さが１０〜１０００ｎｍであり、５０〜５００ｎｍが好ましい。第１接合層１６１および第２接合層１６２の平均厚さが１０ｎｍを下回ると、十分な接合強度を得ることができず、１０００ｎｍを超えると、接合体の寸法精度が著しく低下する。
【００２８】
なお、第１接合層１６１および第２接合層１６２からなる接合層１６の屈折率は、成膜時の真空度によってその値が異なる。したがって、第２基材１２および位相差板１５に使用される材料の屈折率に応じて、第１接合層１６１および第２接合層１６２の成膜真空度を調整することにより、所望の屈折率を有する接合層１６を形成することができる。
【００２９】
その後、図６（Ａ）に示される通り、第１接合層１６１および第２接合層１６２を活性化して表面を活性化させる（表面活性化工程）。
表面活性化工程は、例えば、プラズマを照射する方法、オゾンガスに接触させる方法、オゾン水で処理する方法、あるいは、アルカリ処理する方法等を用いることができる。
ここで、活性化させる、とは、プラズマ重合膜の表面及び内部の分子結合が切断されて終端化されていない結合手が生じた状態や、その切断された結合手にＯＨ基が結合した状態、又は、これらの状態が混在した状態をいう。
この表面活性化工程では、プラズマ重合膜の表面を効率よく活性化させるためにプラズマを照射する方法が好ましい。プラズマ重合膜の表面に照射するとしたのは、プラズマ重合膜の分子構造を必要以上に、例えば、プラズマ重合膜とブロック体２０との境界に至るまで切断しないので、プラズマ重合膜の特性の低下を避けるためである。
【００３０】
本実施形態で使用されるプラズマとしては、例えば、酸素、アルゴン、チッソ、空気、水等を1種又は２種以上混合して用いることができる。これらの中で、酸素を使用することが好ましい。
このようなプラズマを使用することで、プラズマ重合膜の特性の著しい低下を防止するとともに、広範囲のムラをなくし、より短時間で処理することができる。そして、プラズマはプラズマ重合膜を形成する装置と同設備で発生させることができるから、製造コストが低減できるという利点もある。
プラズマを照射する時間は、プラズマ重合膜の表面付近の分子結合を切断し得る程度の時間であれば特に限定されるものではないが、５ｓｅｃ〜３０ｍｉｎ程度であるのが好ましく、１０〜６０ｓｅｃがより好ましい。
このようにして活性化されたプラズマ重合膜の表面には、ＯＨ基が導入される。
なお、本実施形態では、プラズマ重合膜形成工程と表面活性化工程との間にブロック体２０を洗浄する工程を設けてもよい。この洗浄工程は、薬品、水、その他の適宜な手段を用いて行われる。
【００３１】
プラズマ重合膜である第１接合層１６１の表面が活性化されたブロック体２０と、同様にプラズマ重合膜である第２接合層１６２の表面が活性化された位相差板１５とを貼り合わせて一体化する（貼合工程）。
つまり、図６（Ｂ）に示される通り、ブロック体２０と位相差板１５とをそれぞれプラズマ重合膜でなる第１接合層１６１および第２接合層１６２を対向させた状態で互いに押し付ける。
表面が活性化されたプラズマ重合膜は、その活性状態が経時的に緩和するので、表面活性化工程の後速やかに貼合工程に移行する。具体的には、表面活性化工程の後、６０分以内に貼合工程に移行するのが好ましく、５分以内に移行するのがより好ましい。この時間内であれば、プラズマ重合膜の表面が十分な活性状態を維持しているので、貼り合わせに際して十分な結合強度を得ることができる。
【００３２】
プラズマ重合膜同士を貼り合わせることで、これらの膜同士が結合する。この結合は、次の（１）又は（２）、あるいは、（１）及び（２）のメカニズムに基づくものと推測される。
（１）２つの基材同士、本実施形態では、ブロック体２０と位相差板１５とを貼り合わせると、各プラズマ重合膜の表面にそれぞれ存在するＯＨ基同士が隣接することになる。この隣接したＯＨ基同士は、水素結合によって互いに引き合い、ＯＨ基同士の間に引力が発生する。また、この水素結合によって互いに引き合うＯＨ基同士は温度条件によって脱水縮合を伴って表面から離脱する。その結果、２つのプラズマ重合膜同士の接触境界では、脱離したＯＨ基が結合していた結合手同士が結合する。つまり、各プラズマ重合膜を構成する第１接合層１６１および第２接合層１６２のそれぞれの母材同士が直接結合して一体化し、１層のプラズマ重合膜、つまり、接合層１６が形成される。（２）２つの基材同士を貼り合わせると、各プラズマ重合膜の表面や内部に生じた終端化されていない結合手同士が再結合する。この再結合は、互いに重なり合う（絡み合う）ように複雑に生じることから、接合界面にネットワーク状の結合が形成される。これにより、各プラズマ重合膜を構成するそれぞれの母材同士が直接接合して一体化し、一層のプラズマ重合膜、つまり、接合層１６が形成される。
【００３３】
本実施形態では、貼合工程の後に、必要に応じて、ブロック体２０と位相差板１５とを加圧する（加圧工程）。これにより、偏光変換素子１が製造される。
この加圧工程では、接合強度を大きくするために、ブロック体２０と位相差板１５とを大きな力で加圧することが好ましい。具体的には、加圧するための圧力は、ブロック体２０や位相差板１５の厚さ寸法や装置等の条件によって異なるものの、１〜１０ＭＰａ程度であるのが好ましく、１〜５ＭＰａがより好ましい。加圧時間は特に限定されないが、１０ｓｅｃ〜３０ｍｉｎ程度であるのが好ましい。
【００３４】
ブロック体２０や位相差板１５を加圧した後に、これらを加熱する（加熱工程）。偏光変換素子１を加熱することで、接合強度を高めることができる。
この加熱工程は必要に応じて設けられるものであり、その加熱温度は、２５〜１００℃であり、好ましくは、５０〜１００℃である。１００℃を超えると、偏光変換素子１が変質・劣化するおそれがある。加熱時間は１〜３０ｍｉｎ程度であることが好ましい。
なお、この加熱工程は加圧工程の後で単独に行ってもよいが、加圧工程と同時に行うことが接合強度を強める上で好ましい。
【００３５】
なお、本実施形態では、活性化されていない重合膜は化学的に安定しているため、それぞれプラズマ重合膜である第１接合層１６１が形成されたブロック体２０とプラズマ重合膜である第２接合層１６２が形成された位相差板１５とを重合膜形成工程で多数製造しておき、これを保管する。そして、最終的に必要な個数のみ表面活性化工程を経て、プラズマ重合膜を活性化し、速やかに、貼合工程に移行することで、偏光変換素子１の製造効率を向上させることができる。
【００３６】
ここで、接合層１６を以下の条件で形成した場合の屈折率と波長の関係を図７に示す。なお、この条件で形成したプラズマ重合膜の厚みは５ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であった。
（重合膜形成工程の条件）
原料ガス：シロキサンガス  １０ｓｃｃｍ
キャリアガス：アルゴンガス  １０ｓｃｃｍ
処理時間：２２０ｓｅｃ
（表面活性化工程の条件）
プラズマ：Ｏ２ガス  ２０ｓｃｃｍ
照射時間：６０ｓｅｃ
（加圧工程）
加圧力  １０ＭＰａ
【００３７】
図７に示すように、プラズマ重合膜の屈折率は波長によってその値が異なるため、これらの条件を選定することにより、所定の波長領域において所望の屈折率を有するプラズマ重合膜を形成することができる。
【００３８】
従って、第１実施形態では、以下の作用効果を奏することができる。
（１）第２基材１２と位相差板１５との間に接合層１６を設け、接合層１６の屈折率ｎ３が、第２基材１２の屈折率ｎ１と位相差板１５の屈折率ｎ２の間の値となるようにプラズマ重合膜が形成されている。すなわち、第２基材１２の屈折率ｎ１が位相差板１５の屈折率ｎ２よりも大きいので、ｎ１＞ｎ３＞ｎ２の関係を満たしている。このように、各層間の屈折率の差が小さいため、界面における反射ロスを小さくすることができる。したがって、透過率に優れたＰＢＳを提供することができる。
また、プラズマ重合膜で形成される接合層１６は、比較的軟性であるため、熱による基材（第１基材１１、第２基材１２および位相差板１５）の膨張割れを抑止することができる。すなわち、耐熱性に優れている。
【００３９】
（２）また、接合層１６としてプラズマ重合膜を用い、プラズマ重合膜の原料にはポリオルガノシロキサン、有機金属ポリマー、炭化水素系ポリマー、フッ素系ポリマー等の無機材料が使用されるので、無機材料で形成される第２基材１２および位相差板１５との接着性に優れ、耐久性が向上する。
（３）さらに、接着剤を使用した場合と異なり、接着剤がはみ出すことがないので良好な外観を維持することができる。
（４）また、プラズマ重合膜は、ブロック体２０の接合面２０Ａ全体に形成されるので、マスクなどの煩雑な処理が不要となり、容易に製造することができる。すなわち、生産性の向上を図ることができる。
【００４０】
（５）そして、偏光変換素子１は、第１接合層１３１Ａおよび第２接合層１３１Ｂにプラズマ重合膜を用い、第１接合層１３１Ａおよび第２接合層１３１Ｂを貼り合わせて形成される接合層１３１の屈折率ｎ１３を、偏光分離膜１３２の最外層の屈折率ｎ１１と第２基材１２の屈折率ｎ２との間の値となるように形成されている。したがって、偏光分離膜１３２の最外層と第２基材１２との界面で反射ロスを抑止することができ、より透過率に優れた偏光変換素子１を提供することができる。
また、接合層１３１は、接合層１６と同様に比較的軟性であるため、熱による基材（第２基材１２および第１基材１１）の膨張割れを抑止することができる。さらに、接合層１３１を形成するプラズマ重合膜には無機材料が使用されるので、無機材料で規制される第２基材１２および偏光分離膜１３２との接着性に優れ、耐久性が向上する。
【００４１】
なお、本発明は前述の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、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、接合層１６は第１接合層１６１と第２接合層１６２とを貼り合わせて１層とする構成としたが、接合層１６を多層で形成し、接合層１６と隣接する２つの層のうち屈折率の小さい層側から屈折率の小さい順に接合層１６の各層を積層する構成としてもよい。この場合、接合層１６の各層の屈折率は、接合層１６に隣接する２つの層のそれぞれの屈折率の間の値となる。このように、接合層１６の屈折率を徐々に変化させることによって、接合層１６に隣接する２つの層の屈折率の差が小さくなるため、反射ロスを抑止することができる。したがって、透過率に優れる。
【実施例】
【００４２】
以下、本実施形態の効果を確認するために、実施例について説明する。
実施例１〜３および比較例１〜３に示す構成の偏光変換素子について、各波長における透過率を測定した。
［実施例１］
前述の実施形態における製造方法にしたがって、屈折率ｎ＝１．５１８の白板（ショット社製、商品名「Ｂ２７０」）、プラズマ重合層（屈折率ｎ＝１．５４０、厚みｔ＝０．３μｍ）、屈折率ｎ＝１．５６１の水晶（人工水晶）の順に積層された構造を持つ偏光変換素子を作成した。なお、各屈折率は、設計波長６００ｎｍにおけるものである。
【００４３】
［実施例２］
プラズマ重合層の厚みをｔ＝０．２６μｍとした以外は実施例１と同様にして偏光変換素子を作成した。
【００４４】
［実施例３］
プラズマ重合層の厚みをｔ＝０．２２μｍとした以外は実施例１と同様にして偏光変換素子を作成した。
【００４５】
［比較例１］
屈折率ｎ＝１．５１８の白板（ショット社製、商品名「Ｂ２７０」）、硬化不十分の接着剤（サンライズＭＳＩ社製、商品名「ＰＨＯＴＯボンド３００」、屈折率ｎ＝１．４７８、厚みｔ＝５μｍ）からなる接着層、屈折率ｎ＝１．５６１の水晶（人工水晶）の順に積層された構造を持つ偏光変換素子を作成した。なお、各屈折率は、設計波長６００ｎｍにおけるものである。
【００４６】
［比較例２］
比較例１において、接着剤を十分に硬化させた。このときの接着層の屈折率はｎ＝１．５０２であった。
【００４７】
［比較例３］
屈折率ｎ＝１．５１８の白板（ショット社製、商品名「Ｂ２７０」）、屈折率ｎ＝１．５６１の水晶（人工水晶）をプラズマ重合により直接接合した。なお、各屈折率は、設計波長６００ｎｍにおけるものである。
【００４８】
これらの偏光変換素子について、各波長における透過率を分光光度計（日立社製Ｕ４１００）を用いて測定した。測定結果を図８および図９に示す。
【００４９】
図８からわかるように、実施例１は、界面反射のロスを０．０２％以下に抑えることができ、比較例１、２および３に比べて透過率が安定して高くなっている。一方、比較例１および２は、接着剤を用いているため、界面反射ロスにより透過率が低下し、干渉縞もみられる。比較例３は、干渉縞はみられないものの、０．０２％程度の界面反射があり、特に５００ｎｍ以上の範囲では、実施例１に比べて、透過率が低下している。したがって、本実施例では、設計波長６００ｎｍにおけるプラズマ重合層の屈折率を１．５１９以上１．５５５以下の範囲内とすることで優れた透過率を維持することができる。
【００５０】
また、図９からわかるように、接着層の厚みに応じてピーク波長がシフトする。すなわち、接着層の厚みに応じて透過率特性がシフトする。図８では、実施例１は赤色領域（波長６００ｎｍ付近）において高透過率を示し、実施例２は緑色領域（波長５５０ｎｍ付近）において高透過率を示し、実施例３は青色領域（波長５００ｎｍ付近）において高透過率を示す。このように、接着層の厚みを調整することによって、透過率特性を調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、液晶プロジェクタ、その他の装置に用いられる偏光変換素子に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態の偏光変換素子を示す端面図。
【図２】図１の要部拡大断面図。
【図３】図１の要部拡大断面図。
【図４】前記実施形態におけるプラズマ重合装置の概略図
【図５】前記実施形態におけるプラズマ重合膜形成工程を説明する概略図。
【図６】前記実施形態における貼合工程を説明する概略図。
【図７】本発明の実施例における屈折率と波長の関係を示すグラフ。
【図８】本発明の実施例における透過率と波長の関係を示すグラフ。
【図９】本発明の実施例における透過率と波長の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５３】
１…偏光変換素子、１１…第１基材、１２…第２基材、１３…偏光分離層、１４…反射層、１３１…接合層、１３１Ａ…第１接合層、１３１Ｂ…第２接合層、１３２…偏光分離膜、１５…位相差板、１６…接合層、１６１…第１接合層、１６２…第２接合層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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