(57)【要約】  【課題】  位相差素子として用いた場合に、光線透過率の低下、リターデイション値の変化など、品質の低下を引き起こすことがなく、しかも、極めて簡単にかつ効率良く製造することのできる斜め蒸着膜素子を提供する。  【解決手段】  斜め蒸着膜素子は、石英ガラス等からなる透明なガラス基板２１と、ガラス基板２１の上に形成された斜め蒸着膜層とを備える。前記斜め蒸着膜層は、急傾斜の第１種の斜め蒸着膜２２（傾斜角６０°以上）と緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜２３（傾斜角２５°以下）とが交互に形成されてなる多層膜からなる。緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜２３は、イオンアシスト蒸着によって形成される。【選択図】  図１
2006292784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、前記透明基板上に形成された斜め蒸着膜層とを備えた斜め蒸着膜素子であって、
前記斜め蒸着膜層が、傾斜角の異なる２種以上の斜め蒸着膜の多層膜からなることを特徴とする斜め蒸着膜素子。
【請求項２】
前記斜め蒸着膜層が、傾斜角６０°以上の第１種の斜め蒸着膜と傾斜角２５°以下の第２種の斜め蒸着膜との多層膜からなる請求項１に記載の斜め蒸着膜素子。
【請求項３】
前記第２種の斜め蒸着膜がイオンアシスト蒸着によって形成された請求項２に記載の斜め蒸着素子。
【請求項４】
前記第１種及び第２種の斜め蒸着膜が同一の蒸着物質を用いて形成された請求項２又は３に記載の斜め蒸着膜素子。
【請求項５】
前記第１種の斜め蒸着膜の屈折率と前記第２種の斜め蒸着膜の屈折率との差が０．３以上である請求項４に記載の斜め蒸着膜素子。
【請求項６】
前記第１種及び第２種の斜め蒸着膜のそれぞれが、タンタル酸化物、シリコン酸化物、チタン酸化物及びセリウム酸化物からなる群から選択されるいずれか１つの材料を用いて形成された請求項２〜５のいずれかに記載の斜め蒸着膜素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶プロジェクタの偏光変換素子や位相差素子などに、あるいは、ＣＤ−Ｒ（compact disk recordable）やＤＶＤ（digital versatile disk）のレコーダ等の光学ピックアップの重要な構成要素である偏光素子などに用いられる斜め蒸着膜素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタ、ＤＬＰ（Digital Light Processing）プロジェクタなどにおいては、光の分離、合成あるいは光の位相差の変換などが必須であり、そのためには光の位相を制御する必要があり、各種の位相制御素子が用いられている。
【０００３】
例えば、無偏光の光線をＰ偏光の光線とＳ偏光の光線とに分離した後、Ｐ偏光の光線をＳ偏光の光線に変換（あるいは、Ｓ偏光の光線をＰ偏光の光線に変換）する素子として、１／２波長板がある。現状、それらの素子には、高分子鎖が一方向に整列したポリカーボネイトなどからなるプラスチックフィルムが多用されている。これらの素子は、量産性に優れ、かつ、コスト的にも安価であるが、プラスチックフィルムは熱に弱いため、そのままでは高温となる場所に使用することができない。高温となる場所に使用する場合には、耐熱温度を超えないように、これらの素子を冷却する必要がある。また、これらの素子は、長時間にわたって紫外線の照射を受けると、黄褐色に変色する、などの欠点も有している。
【０００４】
最近のビデオプロジェクタは、小型・高輝度化が益々進展しており、各光学部品は、小型化された上に、高エネルギ密度の光線に晒される状況となっている。そして、このような状況下、偏光素子あるいは位相差素子には、より耐熱性、耐光性に優れたものが求められている。
【０００５】
さて、位相制御素子の１つとして、透明ガラス基板（被蒸着基板）の基板面に対し斜め方向から蒸着を行って薄膜（斜め蒸着膜）を形成した、いわゆる斜め蒸着膜素子が知られている。この場合、蒸着物質としては主に無機酸化物が使用されるため、高分子フィルムからなる位相差素子と比較して、耐熱性、耐光性の面では全く問題がないと言える。
【０００６】
斜め蒸着膜とは、蒸着物質が飛来する方向（蒸着源の方向）に対して、被蒸着基板を斜めに設置し、基板面の法線に対して蒸着物質を斜めに堆積形成させたものである。
【０００７】
図１０に、斜め蒸着膜の断面電子顕微鏡写真を示す。図１０に示すように、斜め蒸着膜は、蒸着物質が蒸着源の方向（蒸着物質の飛来方向）に向かって太さ数１０ｎｍの針状に成長したものの集合体である。当該斜め蒸着膜は、蒸着物質の飛来方向とその直角方向とで蒸着物質の密度が異なり、面内で異方的な微細構造を有している。そして、当該斜め蒸着膜は、このような異方的な微細構造により、光線に対しても異方的な物性を示す。
【０００８】
例えば、五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）を蒸着物質として用いた斜め蒸着膜（可視光域においてほぼ透明）は、被蒸着基板の基板面に垂直に入射した光線に対して複屈折特性を示す。これは、斜め蒸着膜の密度が方向によって異なり、屈折率に差が生じるためである。この特性を利用した斜め蒸着膜は、位相差板として有用である。
【０００９】
位相差板としては、１／４波長位相差板あるいは１／２波長位相差板がよく用いられている。例えば、波長５５０ｎｍの可視光で、１／２波長の位相差（以下「リターデイション（retardation）」と表記する）を得ようとすれば、膜厚のかなり厚い斜め蒸着膜を形成する必要がある。以下、このことについて説明する。
【００１０】
図１１に、斜め蒸着における被蒸着基板の姿勢と蒸着物質の飛来方向との関係を示す。
【００１１】
図１１に示すように、蒸着物質の飛来方向を被蒸着基板の基板面に投影した方向をＸ方向、基板面上の前記Ｘ方向と直交する方向をＹ方向とすると、Ｘ方向での屈折率ＮX とＹ方向での屈折率ＮY との大小関係は、ＮX ＜ＮY となる。斜め蒸着膜のリターデイション値Ｒｅは、Ｘ方向での屈折率ＮX とＹ方向での屈折率ＮY との差（屈折率差）をΔＮ、膜厚をｄとすると、次式で表わされる。
【００１２】
Ｒｅ＝ΔＮ・ｄ
波長５５０ｎｍの可視光を基準においたとき、１／２波長のリターデイション値Ｒｅは、Ｒｅ＝５５０ｎｍ／２＝２７５ｎｍとなる。いま仮に、ΔＮ＝０．１とした場合、斜め蒸着膜の膜厚ｄは、ｄ＝Ｒｅ／ΔＮ＝２７５ｎｍ／０．１＝２７５０ｎｍとなる。この膜厚は、一般的な多層反射防止膜の膜厚が１０００ｎｍ以下であることと比較しても、かなり厚いと言える。
【００１３】
斜め蒸着膜は、正面蒸着膜に比べて緻密性が低く、構造的にも脆いために構造変化を起こし易い。また、斜め蒸着膜は、被蒸着基板の基板面に対して蒸着物質が斜めに堆積成長したものであるため、機械的強度が弱く崩れ易い。
【００１４】
ある程度以上の膜厚(おおよそ５００ｎｍ)を有する斜め蒸着膜は、真空チャンバから取り出すと、短時間の内に空気中の水分を吸収して、膜の針状構造が不可逆な変化を起こす。そして、このように膜の針状構造が変化すると、膜の内部で光の散乱が増加して膜が薄く白濁化し、光線透過率の低下、リターデイション値の変化など、位相差素子としての品質の低下を引き起こす。
【００１５】
斜め蒸着膜の膜内の構造変化による白濁化を解消する方法としては、例えば、特許文献１に開示されているような方法が知られている。この方法は、一度に膜厚の厚い斜め蒸着膜を形成するのではなく、膜厚の薄い斜め蒸着膜と同じく膜厚の薄い正面蒸着膜との組を多数積層することにより、所望のレターデイション値を得るようにしたものである。この場合、斜め蒸着膜の膜厚を薄くすることにより、蒸着物質の針状構造の安定化を図り、斜め蒸着膜間に高密度の正面蒸着膜を配置することにより、膜の機械的強度を高めると共に、斜め蒸着膜への水分の浸透を防止するパッシベーション効果を得るようにされている。
【特許文献１】特開平１０−８１９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、上記のような膜構成の斜め蒸着膜素子を製造しようとすれば、斜め蒸着時と正面蒸着時とで蒸着源に対する被蒸着基板の載置角度を交互に変えなければならない。そして、１層蒸着するごとに真空チャンバを開いて被蒸着基板を置き直していたのでは、上記特許文献１に開示されているような４０層を超えるような斜め蒸着膜素子を製造するのに、真空引きの時間等を含めて膨大な時間を要してしまう。また、１層蒸着するごとに真空を破り、被蒸着基板を大気に晒すと、膜の内部に水分が浸透したり、膜の表面に水分子や微細な空中浮遊物が付着したりして蒸着膜が汚染され、斜め蒸着膜素子の品質に深刻な影響を与えてしまう。さらに、真空チャンバの開け閉めごとに当該真空チャンバ内の温度も変動し、また、真空引きした直後の蒸着は特性が極めて不安定となるため、１層蒸着するごとに真空チャンバを開閉しながら安定した蒸着を行うことは、事実上困難である。
【００１７】
以上のことを勘案すると、真空状態を保ったままで被蒸着基板の載置角度を変えることが必須となる。被蒸着基板あるいはそれを保持する基板ホルダの載置角度を変える駆動メカニズムを、真空チャンバ内に構築することは可能であるが、極めて難度が高く、安定した作動を確保するためには、頻繁にメンテナンスを行う必要がある。
【００１８】
さらに、高温蒸着（３００〜４００℃）にも対応できる仕様を考慮した場合、駆動メカニズムに用いる各部材は、その温度に耐え得るものでなければならない。また、高温下で高真空状態を保つためには、駆動部分に潤滑油等を使用することはできない。さらに、蒸着膜の総膜厚が２０００ｎｍを超えるような膜を形成するためには、３〜４時間以上の蒸着時間を必要とする。そして、このように蒸着時間が長くなると、蒸着源（溶融坩堝）からの輻射熱により、場所によっては３００℃以上に達する所もでてくる。従って、高温蒸着しない場合であっても、真空チャンバ内のあらゆる構成部材は耐熱性が保障されていなければならない。
【００１９】
また、真空チャンバ内の多くの部材には蒸着物質が付着し、駆動部分に蒸着物質が付着すると、駆動不良の原因となる。そして、動作の信頼性を確保するためには、適宜入念なメンテナンス（付着物の除去）を行うことが不可欠である。一連の蒸着作業において、メンテナンスに要する時間はかなりの割合を占め、駆動メカニズムを真空チャンバ内に構築した場合には、メンテナンスに要する時間がさらに増加してしまう。
【００２０】
以上説明したように、斜め蒸着膜と正面蒸着膜とを交互に多層形成する方法を採用した場合には、真空蒸着装置の構造の複雑化を招き、機構・構造の信頼性の確保、運用保守の負担増加など、多くの面で斜め蒸着膜素子を製造する際の難度が増加する。
【００２１】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、例えば、位相差素子として用いた場合に、光線透過率の低下、リターデイション値の変化など、品質の低下を引き起こすことがなく、しかも、極めて簡単にかつ効率良く製造することのできる斜め蒸着膜素子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】
【００２２】
前記目的を達成するため、本発明に係る斜め蒸着膜素子の構成は、透明基板と、前記透明基板上に形成された斜め蒸着膜層とを備えた斜め蒸着膜素子であって、前記斜め蒸着膜層が、傾斜角の異なる２種以上の斜め蒸着膜の多層膜からなることを特徴とする。ここで、“傾斜角”とは、透明基板の基板面の法線と蒸着物質が飛来する方向との間の角度（蒸着角度）のことである。
【００２３】
また、前記本発明の斜め蒸着膜素子の構成においては、前記斜め蒸着膜層が、傾斜角６０°以上の第１種の斜め蒸着膜と傾斜角２５°以下の第２種の斜め蒸着膜との多層膜からなるのが好ましい。
【００２４】
また、この場合には、前記第２種の斜め蒸着膜がイオンアシスト蒸着によって形成されているのが好ましい。この好ましい例によれば、膜の密度が向上すると共に、膜の機械的強度も向上する。傾斜角が２５°以下の第２種の斜め蒸着膜は、正面蒸着膜と比べても膜の密度はそれほど低下しないが、イオンアシスト蒸着によって形成することにより、当該緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜に正面蒸着膜と同等かそれ以上の膜密度と機械的強度を与えることができる。尚、この場合のイオンとしては、アルゴン（Ａｒ）イオン、窒素（Ｎ2 ）イオン、キセノン（Ｘｅ）イオン、酸素（Ｏ2 ）イオンなどを用いることができる。例えば、蒸着物質としてＴａ2 Ｏ5 を用い、イオンアシスト蒸着によって傾斜角が２５°以下の第２種の斜め蒸着膜を形成した場合、屈折率Ｎｄ＝２.１５〜２.２の膜が得られることが確認されている。
【００２５】
また、この場合には、前記第１種及び第２種の斜め蒸着膜が同一の蒸着物質を用いて形成されているのが好ましい。そして、この場合にはさらに、前記第１種の斜め蒸着膜の屈折率と前記第２種の斜め蒸着膜の屈折率との差が０．３以上であるのが好ましい。
【００２６】
また、この場合には、前記第１種及び第２種の斜め蒸着膜のそれぞれが、タンタル酸化物、シリコン酸化物、チタン酸化物及びセリウム酸化物からなる群から選択されるいずれか１つの材料を用いて形成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、斜め蒸着膜層が、傾斜角の異なる２種以上の斜め蒸着膜の多層膜からなることにより、急傾斜の斜め蒸着膜の膜厚を薄くして、蒸着物質の針状構造の安定化を図ることができると共に、急傾斜の斜め蒸着膜間の緻密で機械的強度の強い緩傾斜の斜め蒸着膜によって急傾斜の斜め蒸着膜への水分の浸透を防止するパッシベーション効果を得ることができる。従って、本発明によれば、膜内の構造変化による白濁化を防止して、光線透過率の低下やリターデイション値の変化を引き起こすことのない位相差素子を実現することができる。かかる構造の斜め蒸着膜素子は、真空蒸着装置の真空チャンバ内の離間した位置に複数の蒸着源を設け、そのうちの１つの蒸着源の上方に所定の角度で被蒸着基板を設置し、複数の蒸着源から交互に蒸着物質を飛ばすことにより、極めて簡単にかつ効率良く、しかも、安価に製造することができる。すなわち、かかる膜構成の斜め蒸着膜素子の製造に際しては、真空蒸着装置の構造が複雑化することがないと共に、メンテナンスに要する時間を抑えることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００２９】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態における斜め蒸着膜素子を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態の斜め蒸着膜素子は、石英ガラス等からなる透明なガラス基板２１と、ガラス基板２１の上に形成された斜め蒸着膜層とを備えている。前記斜め蒸着膜層は、急傾斜の第１種の斜め蒸着膜２２（傾斜角６０°以上）と緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜２３（傾斜角２５°以下）とが交互に形成されてなる多層膜からなる（第１種の斜め蒸着膜２２→第２種の斜め蒸着膜２３→第１種の斜め蒸着膜２２→第２種の斜め蒸着膜２３・・・の繰り返し）。ここで、“傾斜角”とは、ガラス基板２１の基板面の法線と蒸着物質が飛来する方向との間の角度（蒸着角度）のことである。尚、斜め蒸着膜を何層形成するかは、所望するレターデイションの値によって最適に決められる。また、各斜め蒸着膜の膜厚は、分光透過率特性等を勘案して決定される。また、図１においては、ガラス基板２１の上に急傾斜の第１種の斜め蒸着膜２２が形成され、当該急傾斜の第１種の斜め蒸着膜２２の上に緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜２３が形成された例を示しているが、ガラス基板２１の上に、緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜２３、急傾斜の第１種の斜め蒸着膜２２の順番で形成してもよい（第２種の斜め蒸着膜２３→第１種の斜め蒸着膜２２→第２種の斜め蒸着膜２３→第１種の斜め蒸着膜２２・・・の繰り返し）。
【００３０】
ここで重要なことは、緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜２３を形成する際に、イオンアシスト蒸着を行うことである。この場合のイオンとしては、アルゴン（Ａｒ）イオン、窒素（Ｎ2 ）イオン、キセノン（Ｘｅ）イオン、酸素（Ｏ2 ）イオンなどを用いることができる。イオンアシスト蒸着によって緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜２３を形成することにより、膜の密度が向上すると共に、膜の機械的強度も向上する。緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜２３は、蒸着角度（傾斜角）が２５°以下であるため、正面蒸着膜と比べても膜の密度はそれほど低下しないが、イオンアシスト蒸着によって形成することにより、当該緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜２３に正面蒸着膜と同等かそれ以上の膜密度と機械的強度を与えることができる。
【００３１】
以上のように、本実施の形態の斜め蒸着膜素子は、位相差素子の基本的機能を発揮する急傾斜の第１種の斜め蒸着膜２２と、緻密で機械的強度の強い緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜２３とが交互に形成されてなる多層膜を備えている。この場合、急傾斜の第１種の斜め蒸着膜２２の膜厚を薄くすることにより、蒸着物質の針状構造の安定化を図ることができる。また、急傾斜の第１種の斜め蒸着膜２２間に緻密で機械的強度の強い緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜２３が配置されているので、急傾斜の第１種の斜め蒸着膜２２への水分の浸透を防止するパッシベーション効果が得られる。従って、本実施の形態の斜め蒸着膜素子によれば、膜内の構造変化による白濁化を防止して、光線透過率の低下やリターデイション値の変化を引き起こすことのない位相差素子を実現することができる。
【００３２】
第１種及び第２種の斜め蒸着膜２２、２３のそれぞれを形成する蒸着物質としては、タンタル酸化物（例えば、Ｔａ2 Ｏ5 ）、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ2 ）、チタン酸化物（例えば、ＴｉＯ2 ）及びセリウム酸化物（例えば、ＣｅＯ2 ）からなる群から選択されるいずれか１つの材料を用いるのが望ましい。
【００３３】
また、第１種の斜め蒸着膜２２と第２種の斜め蒸着膜２３とは、同一の蒸着物質を用いて形成されるのが望ましい。そして、このように、急傾斜の第１種の斜め蒸着膜２２（傾斜角６０°以上）と緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜２３（傾斜角２５°以下）とが同一の蒸着物質を用いて形成される場合、第１種の斜め蒸着膜２２の屈折率と第２種の斜め蒸着膜２３の屈折率との差は０．３以上となる。
【００３４】
次に、以上のような膜構成を有する斜め蒸着膜素子の製造方法について、図２〜図４を参照しながら説明する。図２は本実施の形態における斜め蒸着膜素子の製造に用いられる真空蒸着装置を示す概略構成図、図３は本実施の形態における斜め蒸着膜素子の製造に用いられる被蒸着基板及び基板ホルダを示す斜視図（被蒸着基板が基板ホルダに収納される前の状態）、図４は当該被蒸着基板及び基板ホルダを示す断面図（被蒸着基板が基板ホルダに収納された状態）である。
【００３５】
図２に示すように、本実施の形態の真空蒸着装置は、真空チャンバ３１と、真空チャンバ３１内の下部の左右相対した位置に設けられた蒸着源３２、３３と、真空チャンバ３１内の上部に設けられ、被蒸着基板３６が収納された基板ホルダ３５（図４参照）を載置するための円形パレット３４とを備えている。ここで、円形パレット３４には、基板ホルダ３５を挿入して保持するための載置穴３４ａが形成されている。尚、被蒸着基板３６が収納された基板ホルダ３５は、円形パレット３４に保持された状態でちょうど蒸着源３２の真上に位置するようにされている。真空蒸着装置は、他に、排気ポンプ、電子銃及び基板加熱ヒータ等を備えているが、それらについては図示を省略している。また、イオンアシスト蒸着を行う際のイオンアシスト装置としてのイオン銃についても、図示を省略している。
【００３６】
図３、図４に示すように、基板ホルダ３５には、その上端にフランジ部３５ａが設けられている。これにより、基板ホルダ３５を円形パレット３４の載置穴３４ａに挿入したときに（図２参照）、フランジ部３５ａが載置穴３４ａの周りの面に係止され、基板ホルダ３５の落下が防止される。また、基板ホルダ３５には、基板収納部を兼ねた開口窓３５ｂが設けられており、当該開口窓３５ｂはフランジ部３５ａに対して所定の角度だけ傾いた状態となっている。このため、被蒸着基板３６が収納された基板ホルダ３５を円形パレット３４に保持すると、被蒸着基板３６の基板面の法線は所定の方向を向いた状態となる。
【００３７】
図２に示す配置関係において、蒸着源３２の概略中心と被蒸着基板３６の基板面の概略中心とを結ぶ直線ｍと、被蒸着基板３６の基板面の法線ｎとのなす角度αは６０°以上、蒸着源３３の概略中心と被蒸着基板３６の基板面の概略中心とを結ぶ直線ｐと、被蒸着基板３６の基板面の法線ｎとのなす角度βは２５°以下となっている。尚、急傾斜の第１種の斜め蒸着膜と緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜を形成するための蒸着物質としては、同一の蒸着物質、具体的には、シリコン酸化物であるＳｉＯ2 を用いた。
【００３８】
以上説明した配置関係の真空蒸着装置において、蒸着源３２から蒸着物質を飛ばすと、当該蒸着物質は、入射角α（６０°以上）で被蒸着基板３６の基板面に到達する。これにより、被蒸着基板３６の基板面に蒸着物質が堆積し、傾斜角６０°以上の急傾斜の第１種の斜め蒸着膜が形成される。
【００３９】
次に、蒸着源３３から蒸着物質を飛ばすと、当該蒸着物質は、入射角β（２５°以下）で、被蒸着基板３６の基板面に形成された急傾斜の第１種の斜め蒸着膜の膜面に到達する。これにより、急傾斜の第１種の斜め蒸着膜の膜面に蒸着物質が堆積し、傾斜角２５°以下の緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜が形成される。尚、蒸着源３３から蒸着物質を飛ばすときには、イオンアシスト蒸着を行う。イオンアシスト蒸着を行うと、膜の密度が向上して、十分な機械的強度を有する薄膜を形成することができる。そして、このようにイオンアシスト装置が装備されていると、蒸着開始前の被蒸着基板３６の基板面のイオンクリーニング処理も簡単に行うことができる。イオンクリーニング処理を行うと、被蒸着基板３６の基板面を高度に清浄化することができるので、膜の密着力を格段に高めることができる。
【００４０】
以後、蒸着源３２と蒸着源３３とから交互に蒸着物質を飛ばすことにより、被蒸着基板３６の基板面に急傾斜の第１種の斜め蒸着膜と緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜とが交互に形成されてなる斜め蒸着膜素子を得ることができる（図１参照）。
【００４１】
以上のように、真空蒸着装置の真空チャンバ３１内の離間した位置に２つの蒸着源３２、３３を設け、一方の蒸着源（ここでは、蒸着源３２）の上方に所定の角度で被蒸着基板３６を設置し、２つの蒸着源３２、３３から交互に蒸着物質を飛ばすことにより、傾斜角の異なる２種の斜め蒸着膜の多層膜からなる斜め蒸着膜層を備えた斜め蒸着膜素子を、極めて簡単にかつ効率良く、しかも、安価に製造することができる。すなわち、かかる膜構成の斜め蒸着膜素子の製造に際しては、真空蒸着装置の構造が複雑化することがないと共に、メンテナンスに要する時間を抑えることもできる。
【００４２】
図５に、本実施の形態における他の斜め蒸着膜素子の膜構成を示す。図５に示すように、この斜め蒸着膜素子においては、最上層（大気と接する層）がイオンアシスト蒸着によって形成された膜厚の厚い緩傾斜の斜め蒸着膜２４からなっている。この構成によれば、耐擦傷性を高め、かつ、パッシベーション効果をさらに上げることができる。
【００４３】
尚、本実施の形態においては、斜め蒸着膜層が傾斜角の異なる２種の斜め蒸着膜の多層膜からなる場合を例に挙げて説明しているが、本発明は、必ずしもかかる構成の斜め蒸着膜素子に限定されるものではない。斜め蒸着膜層が傾斜角の異なる３種以上の斜め蒸着膜の多層膜からなる場合であっても、所期の目的を達成することができる。そして、この場合には、真空蒸着装置の真空チャンバ内の離間した位置に３つ以上の蒸着源を設け、そのうちの１つの蒸着源の上方に所定の角度で被蒸着基板を設置し、複数の蒸着源から交互に蒸着物質を飛ばすことにより、傾斜角の異なる３種以上の斜め蒸着膜の多層膜からなる斜め蒸着膜層を備えた斜め蒸着膜素子を製造することができる。また、この場合には、３種以上の斜め蒸着膜のうち、最も緩やかな傾斜角を有する斜め蒸着膜が、イオンアシスト蒸着によって形成されのが望ましい。
【００４４】
［第２の実施の形態］
本実施の形態においては、上記第１の実施の形態の斜め蒸着膜素子を、液晶プロジェクタの偏光変換素子に応用した例について説明する。
【００４５】
液晶プロジェクタにおいては、水銀灯、メタルハライドランプ、ハロゲンランプなどが投写用光源として用いられている。そして、当該投写用光源からの出射光を集光して直線偏光素子を透過させ、これによって得られた直線偏光された光線が投写光として用いられている（Ｐ偏光あるいはＳ偏光のどちらか一方の光線）。従って、光線の半分は、利用されず、最終的に熱に変換されて放散されている。
【００４６】
液晶プロジェクタにおいては、液晶セル基板に形成された多数の液晶セルによって上記の直線偏光された光線の透過量を制御することにより、投写映像を生成するようにされているが、省電力高輝度化を図るためには、上記の利用されずに捨てられている光線を投写光として利用することが必須となる。例えば、Ｓ偏光の光線を投写光として利用しているのであれば、捨てられているＰ偏光の光線をＳ偏光の光線に変換して投写光として利用する必要がある。その目的で用いられるのが、“偏光変換素子”と言われるものである。
【００４７】
図８は従来の一般的な偏光変換素子の製造方法を示す断面図、図９は当該方法により製造された偏光変換素子を示す断面図である。
【００４８】
この従来の一般的な偏光変換素子４３は、片面に全反射ミラー４１ａが形成された透明ガラス板４１（図８（Ａ））と、片面に偏光（ＰＳ）分離ミラー４２ａが形成された透明ガラス板４２（図８（Ｂ））とを、図８（Ｃ）に示すように、複数枚交互に貼り合わせた後、接着面（貼り合わせ面）と切断面とが４５°の角度をなすように切断し、両方の切断面を鏡面に研磨したものである（図９参照）。また、図９に示すように、偏光変換素子４３の、光線出射面側の偏光分離ミラー４２ａが占める投影面積領域には、高分子フィルムからなる半波長位相差フィルム４４が接着されている。そして、偏光変換素子４３の入射面に投写用光源からの無偏光の光線４７が入射すると、Ｓ偏光成分４７ｓは偏光分離ミラー４２ａで反射され、Ｐ偏光成分４７ｐは偏光分離ミラー４２ａを透過する。偏光分離ミラー４２ａで反射されたＳ偏光成分４７ｓは、全反射ミラー４１ａで反射されて、偏光変換素子４３の出射面から出射する。一方、偏光分離ミラー４２ａを透過したＰ偏光成分４７ｐは、直進して出射面に至り、半波長位相差フィルム４４を透過して、Ｓ偏光の光線に変換される。このように、投写用光源からの無偏光の光線４７は、偏光変換素子４３を透過することにより、投写光として利用できるＳ偏光の光線に全て変換される（反射、透過、内部損失は除く）。
【００４９】
さて、ここで問題となるのは、偏光変換素子４３が、投写用光源の直後に配置され、高エネルギ密度の光線に晒されるということであり、そのため、偏光変換素子４３は１００℃以上の高温に達してしまう。高分子フィルムからなる半波長位相差フィルム４４は、そのような高温には耐えられないため、送風ファンなどによる強制冷却が必須となる。また、投写用光源からの光線は多くの紫外光を含むため、長時間の照射を浴びることによって半波長位相差フィルム４４が変色し、透過率の低下を招いてしまう。
【００５０】
プロジェクタの小型・高輝度化を図るために、光出力の大きい投写用光源が使用されるようになってきており、耐熱性・耐光性に優れた位相差素子が希求されている。
【００５１】
本発明は、そのような要望に応えるものであり、以下、本発明の斜め蒸着膜素子を偏光変換素子に応用した例を示す。
【００５２】
図６は本発明の第２の実施の形態における偏光変換素子の製造方法を示す断面図、図７は当該方法により製造された偏光変換素子を示す断面図である。
【００５３】
本実施の形態の偏光変換素子５５は、ガラス基板５１ａの一方の面に全反射ミラー５１ｂが形成され、他方の面に偏光（ＰＳ）分離ミラー５１ｃが形成された基板５１（図６（Ａ））と、ガラス基板５２ａの片面に上記第１の実施の形態で説明した斜め蒸着による半波長位相差膜５２ｂが形成された基板５２（図６（Ｂ））とを、図６（Ｃ）に示すように、複数枚交互に貼り合わせた後、接着面（貼り合わせ面）と切断面とが４５°の角度をなすように切断し、両方の切断面を鏡面に研磨したものである（図７参照）。尚、偏光変換素子５５の両面には、反射防止膜や赤外カット膜等の必要なコーティングが施されている。
【００５４】
次に、上記のように構成された偏光変換素子５５の作用について説明する。
【００５５】
図７において、偏光変換素子５５の入射面に投写用光源からの無偏光の光線６６が入射すると、Ｓ偏光成分６６ｓは偏光分離ミラー５１ｃで反射され、Ｐ偏光成分６６ｐは偏光分離ミラー５１ｃを透過する。偏光分離ミラー５１ｃで反射されたＳ偏光成分６６ｓは、全反射ミラー５１ｂで反射されて、偏光変換素子５５の出射面から出射する。一方、偏光分離ミラー５１ｃを透過したＰ偏光成分６６ｐは、半波長位相差膜５２ｂを透過することにより、Ｓ偏光の光線に変換されて、偏光変換素子５５の出射面から出射する。このように、投写用光源からの無偏光の光線６６は、偏光変換素子５５を透過することにより、投写光として利用できるＳ偏光の光線に全て変換される。
【００５６】
半波長位相差膜５２ｂは、Ｔａ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 などの無機物で形成されているので、高分子フィルムからなる半波長位相差フィルムと比較して、耐熱性、耐光性の面では全く問題がない。従って、本実施の形態の構成によれば、益々高輝度化するプロジェクタに求められている偏光変換素子を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明によれば、膜内の構造変化による白濁化を防止して、光線透過率の低下やリターデイション値の変化を引き起こすことのない斜め蒸着膜素子を安価に提供することができる。従って、本発明の斜め蒸着膜素子は、液晶プロジェクタの偏光変換素子に用いられる位相差素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態における斜め蒸着膜素子を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態における斜め蒸着膜素子の製造に用いられる真空蒸着装置を示す概略構成図
【図３】本発明の第１の実施の形態における斜め蒸着膜素子の製造に用いられる被蒸着基板及び基板ホルダを示す斜視図（被蒸着基板が基板ホルダに収納される前の状態）
【図４】本発明の第１の実施の形態における斜め蒸着膜素子の製造に用いられる被蒸着基板及び基板ホルダを示す断面図（被蒸着基板が基板ホルダに収納された状態）
【図５】本発明の第１の実施の形態における他の斜め蒸着膜素子を示す断面図
【図６】本発明の第２の実施の形態における偏光変換素子の製造方法を示す断面図
【図７】本発明の第２の実施の形態における偏光変換素子を示す断面図
【図８】従来の一般的な偏光変換素子の製造方法を示す断面図
【図９】従来の一般的な偏光変換素子を示す断面図
【図１０】斜め蒸着膜の断面電子顕微鏡写真
【図１１】斜め蒸着における被蒸着基板の姿勢と蒸着物質の飛来方向との関係を示す図
【符号の説明】
【００５９】
２１  ガラス基板
２２  急傾斜の第１種の斜め蒸着膜
２３  緩傾斜の第２種の斜め蒸着膜
２４  緩傾斜の斜め蒸着膜
３１  真空チャンバ
３２、３３  蒸着源
３４  円形パレット
３４ａ  載置穴
３５  基板ホルダ
３５ａ  フランジ部
３５ｂ  開口窓
３６  被蒸着基板
５１、５２  基板
５１ａ、５２ａ  ガラス基板
５１ｂ  全反射ミラー
５１ｃ  偏光（ＰＳ）分離ミラー
５２ｂ  半波長位相差膜
５５  偏光変換素子
６６  無偏光の光線
６６ｓ  Ｓ偏光成分
６６ｐ  Ｐ偏光成分
【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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【図１１】
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【図１０】
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