(57)【要約】【課題】  格子構造体の高さが低く、格子構造体の凸部の断面におけるアスペクト比が低い位相板及びその製造方法を提供する。【解決手段】  屈折率異方性を有する一軸配向メソポーラス薄膜を有する位相板であり、前記一軸配向メソポーラス薄膜の表面に、可視光の波長よりも短い周期を有する格子構造体が形成され、前記一軸配向メソポーラス薄膜中におけるメソ細孔の配向方向と、前記格子構造体中における凸部の配向方向が平行または略平行である位相板。一軸配向メソポーラス薄膜を形成する材料がシリカ、チタニア、酸化スズ、またはそれらの少なくとも１種以上の複合物のいずれかである。格子構造体を形成する材料が無機酸化物である。【選択図】  図１
2012212070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率異方性を有する一軸配向メソポーラス薄膜を有する位相板であり、前記一軸配向メソポーラス薄膜の表面に、可視光の波長よりも短い周期を有する格子構造体が形成され、前記一軸配向メソポーラス薄膜中におけるメソ細孔の配向方向と、前記格子構造体中における凸部の配向方向が平行または略平行であることを特徴とする位相板。
【請求項２】
前記一軸配向メソポーラス薄膜を形成する材料が、シリカ、チタニア、酸化スズ、またはそれらの少なくとも１種以上の複合物のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の位相板。
【請求項３】
前記一軸配向メソポーラス薄膜の膜厚が１００ｎｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の位相板。
【請求項４】
前記格子構造体を形成する材料が、無機酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の位相板。
【請求項５】
前記格子構造を形成する材料が、チタニアであることを特徴とする請求項１または４に記載の位相板。
【請求項６】
屈折率異方性を有する一軸配向メソポーラス薄膜を含む位相板の製造方法であり、基材上に界面活性剤を含む一軸配向メソ構造体薄膜を形成する工程と、前記一軸配向メソ構造体薄膜から界面活性剤を除去して、メソ細孔を含む一軸配向メソポーラス薄膜を得る工程と、前記一軸配向メソポーラス薄膜の表面に可視光の波長よりも短い周期を有する格子構造体を、前記メソ細孔の配向方向と、前記格子構造体中における凸部の配向方向が平行または略平行になる様に形成する工程とを有することを特徴とする位相板の製造方法。
【請求項７】
屈折率異方性を有する一軸配向メソポーラス薄膜を含む位相板の製造方法であり、基材上に界面活性剤を含む一軸配向メソ構造体薄膜を形成する工程と、前記一軸配向メソ構造体薄膜の表面に、可視光の波長よりも短い周期を有する格子構造体を、前記一軸配向メソ構造体薄膜の配向方向と、前記格子構造体中における凸部の配向方向が平行または略平行になる様に形成する工程と、前記一軸配向メソ構造体薄膜から界面活性剤を除去して、メソ細孔を含む一軸配向メソポーラス薄膜を得る工程とを有することを特徴とする位相板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位相板及びその製造方法に関し、特に屈折率異方性を有する一軸配向メソポーラス薄膜を含む位相板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１／４波長板や１／２波長板に代表される位相板において、無機材料からなる位相板としては、水晶の結晶板を研磨し、常光と異常光の位相差を調整したものが製造されている。
【０００３】
このような結晶研磨による方法以外に、微細な凹凸構造からなる周期的格子構造により得られる屈折率異方性を利用した方法も提案されている。この方法を用いた位相板の提案と実験は、非特許文献１に記載されている。特に無機酸化物により形成された周期的格子構造からなる位相板は、耐熱性や光透過性に優れ、かつ構造制御や膜厚制御の自由度が高いため多彩な光学設計が可能である。また位相板全体としての膜厚も、従来の水晶結晶板からなる位相板に比べて薄く設計することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．”，４２（６），ｐ．４９２、１９８３年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の位相板においては、周期的格子構造を用いて１／４波長板や１／２波長板を形成する場合、回折や散乱の影響を少なくするためには、適用する波長に対して格子のピッチを十分に小さく、また十分な位相差を得るためには格子の高さを高くする必要がある。その結果、格子構造体中の個々の凸部の断面におけるアスペクト比（凸部の高さ／凸部の幅）が大きくなり、格子構造体の作製が困難になると同時に、外力に対する機械的強度が低下する課題があった。
【０００６】
本発明は、このような背景技術に鑑みてなされたものであり、格子構造体の高さが低く、格子構造体の凸部の断面におけるアスペクト比が低い位相板及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する本発明の位相板は、屈折率異方性を有する一軸配向メソポーラス薄膜を有する位相板であり、前記一軸配向メソポーラス薄膜の表面に、可視光の波長よりも短い周期を有する格子構造体が形成され、前記一軸配向メソポーラス薄膜中におけるメソ細孔の配向方向と、前記格子構造体中における凸部の配向方向が平行または略平行であることを特徴とする。
【０００８】
また、上記の課題を解決する本発明の位相板の製造方法は、屈折率異方性を有する一軸配向メソポーラス薄膜を含む位相板の製造方法であり、基材上に界面活性剤を含む一軸配向メソ構造体薄膜を形成する工程と、前記一軸配向メソ構造体薄膜から界面活性剤を除去して、メソ細孔を含む一軸配向メソポーラス薄膜を得る工程と、前記一軸配向メソポーラス薄膜の表面に可視光の波長よりも短い周期を有する格子構造体を、前記メソ細孔の配向方向と、前記格子構造体中における凸部の配向方向が平行または略平行になる様に形成する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、上記の課題を解決する本発明の位相板の製造方法は、屈折率異方性を有する一軸配向メソポーラス薄膜を含む位相板の製造方法であり、基材上に界面活性剤を含む一軸配向メソ構造体薄膜を形成する工程と、前記一軸配向メソ構造体薄膜の表面に、可視光の波長よりも短い周期を有する格子構造体を、前記一軸配向メソ構造体薄膜の配向方向と、前記格子構造体中における凸部の配向方向が平行または略平行になる様に形成する工程と、前記一軸配向メソ構造体薄膜から界面活性剤を除去して、メソ細孔を含む一軸配向メソポーラス薄膜を得る工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、格子構造体の高さが低く、格子構造体の凸部の断面におけるアスペクト比が低い位相板及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明における位相板の一実施様態を示す概略図である。
【図２】本発明における位相板の断面図である。
【図３】本発明における位相板の他の実施様態を示す概略図である。
【図４】メソ細孔の配向方向と、格子構造体の凸部の配向方向の平行または略平行を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
本発明に係る位相板は、屈折率異方性を有する一軸配向メソポーラス薄膜を有する位相板と、格子構造体とを有する位相板である。そして、一軸配向メソポーラス薄膜の表面に、可視光の波長よりも短い周期を有する格子構造体が形成され、一軸配向メソポーラス薄膜中におけるメソ細孔の配向方向と、前記格子構造体中における凸部の配向方向が平行または略平行であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の位相板は、無機酸化物からなり、十分な位相差を有する。また、本発明の位相板は、格子構造中の凸部の断面におけるアスペクト比が、周期的格子構造のみからなり同等の位相差を有するように設計された位相板と比較して低く抑えられ、機械的強度に優れた特徴を有する。
【００１５】
本発明の位相板の製造方法は２つの方法がある。
【００１６】
本発明の第１の位相板の製造方法は、下記の（１）から（３）の工程を有することを特徴とする。
（１）屈折率異方性を有する一軸配向メソポーラス薄膜を含む位相板の製造方法であり、基材上に界面活性剤を含む一軸配向メソ構造体薄膜を形成する工程。
（２）前記一軸配向メソ構造体薄膜から界面活性剤を除去して、メソ細孔を含む一軸配向メソポーラス薄膜を得る工程。
（３）前記一軸配向メソポーラス薄膜の表面に可視光の波長よりも短い周期を有する格子構造体を、前記メソ細孔の配向方向と、前記格子構造体中における凸部の配向方向が平行または略平行になる様に形成する工程。
【００１７】
本発明の第２の位相板の製造方法は、下記の（１）から（３）の工程を有することを特徴とする。
（１）屈折率異方性を有する一軸配向メソポーラス薄膜を含む位相板の製造方法であり、基材上に界面活性剤を含む一軸配向メソ構造体薄膜を形成する工程。
（２）前記一軸配向メソ構造体薄膜の表面に、可視光の波長よりも短い周期を有する格子構造体を、前記一軸配向メソ構造体薄膜の配向方向と、前記格子構造体中における凸部の配向方向が平行または略平行になる様に形成する工程。
（３）前記一軸配向メソ構造体薄膜から界面活性剤を除去して、メソ細孔を含む一軸配向メソポーラス薄膜を得る工程。
【００１８】
以下、図１を用いて、本発明における位相板の構成の概略およびその製造方法を説明する。
【００１９】
図１は本発明における位相板の一実施様態を示す概略図である。図中、１は一軸配向メソポーラス薄膜（「メソポーラス薄膜」とも記す。）、２はメソポーラス薄膜の壁部、３はメソポーラス薄膜のメソ細孔、４は格子構造体を示す。５は格子構造体中の凸部、６はメソポーラス薄膜におけるメソ細孔の配向方向、７は格子構造体における凸部の配向方向、８は基材、９はメソポーラス薄膜１と格子構造体４から構成される位相板を示す。
【００２０】
基材８は、表面に一軸配向メソポーラス薄膜１を形成する工程に対して十分な耐熱性・耐薬品性を持った材料で、かつ位相板として使用する波長に対して十分な透過性を有する材料であれば、材料に特に制限は無い。例えば石英や硼珪酸ガラスなどを含む各種ガラス材料から用途と性能・コストに応じて選ぶことができる。基材８は単一組成のものに限らず、あらかじめ基材８の表面に別の部材が形成されていても良い。
【００２１】
基材８上に、一軸配向メソポーラス薄膜１が形成されている。ここでいう一軸配向メソポーラス薄膜とは、細孔径が２乃至５０ｎｍのメソ細孔を多数含んだ多孔質材料からなり、特に筒状のメソ細孔３が面内で配向方向６に平行に配向した薄膜を指す。一軸配向メソポーラス薄膜中におけるメソ細孔の配向方向６とは、メソ細孔３の軸方向を表す。このような一軸配向メソポーラス薄膜の例としては、特許第３５８７３７３号公報に記載されている一軸配向メソポーラスシリカ薄膜などが挙げられる。
【００２２】
メソポーラス薄膜１を形成する材料としては、メソ細孔３の一軸配向性を有し、かつ位相板として使用する波長に対して十分な透過性を有する材料であれば、特に制限は無い。一軸配向メソポーラス薄膜を形成する材料が、シリカ、チタニア、酸化スズ、またはそれらの少なくとも１種以上の複合物のいずれかであることが好ましい。具体的には、メソポーラスシリカ、メソポーラスチタニア、メソポーラス酸化スズ、及びこれらの複合体などが用いられる。
【００２３】
一軸配向メソポーラス薄膜の作製方法に特に制限は無く、既存の手法を用いることができる。以下、メソポーラス薄膜１としてメソポーラスシリカを用いる場合を例として、例えばラビングを用いた手法を説明する。
【００２４】
十分に洗浄された基材８の表面に、例えば下記の化学式（１）で表されるポリイミドからなる高分子膜を形成する。
【００２５】
【化１】
2012212070.tif 000003
【００２６】
この高分子膜上にメソ細孔を一軸方向に配向させるための表面処理として、高分子膜表面に対してラビング処理を行う。ラビング処理は、布を巻きつけたローラーを用いて、回転するローラーを前記高分子膜表面に接触させて行う。これによりポリイミド配向膜が得られる。
【００２７】
ポリイミド配向膜上に、反応溶液を用いてメソ構造体薄膜を形成する。反応溶液の例として、界面活性剤水溶液に塩酸などの酸を混合し、ＳｉＯ２の等電点であるｐＨ＝２以下に調整したものに、テトラエトキシシランのようなケイ素のアルコキシドを混合したものが用いられる。界面活性剤は、４級アルキルアンモニウムのようなカチオン系界面活性剤、アルキルアミンやポリエチレンオキシドを親水基として含む界面活性剤のような非イオン性界面活性剤等の中から適宜選択される。使用する界面活性剤の長さは、目的のメソ構造の細孔径に応じて決められる。また、界面活性剤ミセルの径を大きくするために、メシチレンのような添加物を加えても良い。
【００２８】
メソ構造体薄膜の形成方法は特に制限は無く、例えば耐圧性を有する反応容器を用いて、反応溶液中に基材を保持することにより、ポリイミド配向膜上にメソ構造体薄膜を形成することができる。また、ポリイミド配向膜上に、前記反応溶液をディップコートやスピンコートなどにより展開し、メソ構造体薄膜を形成することもできる。これらの方法は、特許第３５８７３７３号公報に記載されている。この時、所望の膜厚や膜質を達成する目的で、各種アルコールなどを添加してもよい。メソ構造体薄膜を適切な条件で乾燥後、テンプレートである界面活性剤を除去することで、図１に示すような、筒状のメソ細孔３が配向方向６に沿って配向した、メソポーラス薄膜１が得られる。なお、テンプレートである界面活性剤の除去時に、ポリイミド配向膜も除去されていることが望ましい。
【００２９】
前記一軸配向メソポーラス薄膜の膜厚が、１００ｎｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。膜厚が１００ｎｍ未満の場合、メソポーラス薄膜でのレターデーション量が過少となる。一方膜厚が５μｍより大きい場合は、メソポーラス薄膜中においてメソ細孔の一軸配向制御が十分に達成されない。
【００３０】
本発明の位相板９は、上記で得られた一軸配向メソポーラス薄膜の表面に、可視光の波長よりも短い周期を有する格子構造体４が形成された構造からなる。
【００３１】
格子構造体４は、多数の凸部５がほぼ一定の周期で、一定の配向方向７に実質的に平行に並んだ周期的格子構造からなる。凸部５は、断面が四角形の板状の凸部が好ましい。凸部の配向方向７とは、板状の凸部５の長手方向を表す。
【００３２】
格子構造体を構成する材料は、位相板として使用する波長に対して十分な透過性を有するものであれば特に制限は無く、シリカ、チタニア、酸化スズ、ジルコニア、アルミナなどの各種無機酸化物などを用いることができる。それらの中でチタニアが好ましい。
【００３３】
前記格子構造体の膜厚が、１００ｎｍ以上１μｍ以下であることが望ましい。膜厚が１００ｎｍ未満の場合格子構造体において十分なレターデーション量が得られない。一方膜厚が１μｍより大きい場合は、格子構造体中の個々の凸部の断面におけるアスペクト比が大きくなりすぎるため、外力に対する機械的強度が十分に達成されない。
【００３４】
次に、格子構造体４中における凸部５の構造について、図２を用いて説明する。図２は、図１に示す本発明の位相板を、格子構造体の配向方向７と垂直な方向に切断した場合の断面図を示す。図２中、ａは凸部の幅、ｂは凸部と凸部の間のギャップ幅、Ｈｇｒａｔは凸部の高さ、Ｈｍｅｓｏはメソポーラス薄膜の厚さ、ｎ１は凸部の屈折率、ｎ２はギャップ部の屈折率、ｔはａ＋ｂの長さで、凸部の周期を示す。なお、一般的な位相板を想定した場合、ギャップ部は実質的には空気であるため、以下の説明中での計算ではｎ２は１として扱う。
【００３５】
非特許文献１に示されるように、格子構造体４が可視光の波長よりも短い周期を有する時、格子構造体４は可視光の波長を有する入射光の各偏光成分に対して、異なる有効屈折率を有する媒質として取り扱うことができる。入射光について、格子と平行な方向の偏光をＴＥ、格子と直交する方向の偏光をＴＭとする時、各偏光成分に対する格子構造体４の有効屈折率ｎＴＥ及びｎＴＭは、ｎ１、ｎ２、ａ、ｂを用いて以下の式（１）および（２）で表されることが知られている。
【００３６】
【数１】
2012212070.tif 000004
【００３７】
【数２】
2012212070.tif 000005
【００３８】
上記の有効屈折率ｎＴＥ及びｎＴＭは、ａ：ｂの比率によらずｎＴＥ＞ｎＴＭである。
【００３９】
格子構造体４において、凸部５の幅ａ及び凸部間ギャップｂは、後述する本発明における位相板としての機能を考慮した上で適切に設定する。格子構造体４の形成方法に特に制限は無く、例えばフォトリソグラフィーもしくは電子線描画によるパターニングとドライエッチングからなるプロセスなど、既存の手法を用いることができる。
【００４０】
以下、格子構造体４に注目した場合の、位相板としての機能に関して説明する。一般に、波長λｎｍの入射光に対して、直交する二つの偏光成分間での位相差Δφは以下の式（３）で表わされる。
【００４１】
【数３】
2012212070.tif 000006
【００４２】
ここでＲはレターデーションを表わし、格子構造体４におけるレターデーションＲｇｒａｔは以下の式（４）で示される。
【００４３】
【数４】
2012212070.tif 000007
【００４４】
Δｎｇｒａｔは、格子構造体４における偏光ＴＥ及びＴＭ間での屈折率差で、以下の式（５）で示される。
【００４５】
【数５】
2012212070.tif 000008
【００４６】
格子構造体４において、十分な位相差Δφを得るためにＲｇｒａｔを大きくする場合、式（４）に示すΔｎｇｒａｔ及び、又はＨｇｒａｔを大きくすればよい。
【００４７】
Δｎｇｒａｔをできる限り大きくする場合、格子構造体４において凸部を形成する材料の屈折率ｎ１に応じて、式（５）により導出されるΔｎｇｒａｔが最大となるように、式（１）（２）においてａ：ｂを設計すればよい。このとき、凸部５の周期を示すａ＋ｂは、可視光の波長よりも小さく、好ましくは位相板として使用する波長の１／２以下、より好ましくは波長の１／５以下であることが望ましい。それにより、格子構造体における入射光の散乱・回折の発生を抑制することができる。
【００４８】
具体的には、格子構造体４を形成する材料として屈折率が２．３のチタニアを用いて、入射光として波長６００ｎｍの光を想定した場合、ａ＋ｂは３００ｎｍ以下であることが望ましい。また式（１）、（２）、（５）より計算した結果、ａ：ｂの比率がほぼ１：１の時にΔｎｇｒａｔが最大となる。そのため、ａ＋ｂ＝３００ｎｍとして設計した場合、凸部５の格子幅ａ＝１５０ｎｍ、格子部間ギャップｂ＝１５０ｎｍとして、格子構造体４を形成すればよい。
【００４９】
格子構造体４においてΔｎｇｒａｔの値の増大には限度があるため、Ｒｇｒａｔを大きくするためには格子構造体中の凸部５の高さＨｇｒａｔを大きくする必要がある。しかしＨｇｒａｔを大きくするにつれて、個々の凸部の断面におけるアスペクト比Ｈｇｒａｔ／ａも大きくなる。その結果、格子構造の均一な形成が困難になるだけでなく、外力に対する機械的強度の観点からは脆くなる。よって、製造プロセス、製造コスト、製品の許容誤差、位相板の使用環境などの各種条件を考慮しつつ、Ｈｇｒａｔはできる限り小さくすることが望ましい。
【００５０】
一方、先述のメソポーラスシリカ層１に関しても、膜厚方向の周期構造に関して、各層を単一の格子構造体が積層した構造をモデルとして近似することにより、レターデーションＲｍｅｓｏを算出できる。具体的には、式（１）から式（５）を用いて近似的に一軸配向メソポーラスシリカ層におけるレターデーションＲｍｅｓｏを算出することができる。既報の一軸配向メソポーラスシリカ薄膜構造をもとにメソポーラスシリカ層１における偏光ＴＥ及びＴＭ間での屈折率差Δｎｍｅｓｏを近似計算すると、約０．０３が得られる。この時、メソ細孔の配向方向と平行な方向の偏光をＴＥ、直交する方向の偏光をＴＭとしている。
【００５１】
本発明の位相板は、メソポーラス薄膜１の上層に、先述の格子構造体４を設けた構造からなる。このとき最も重要なのは、一軸配向メソポーラス薄膜中におけるメソ細孔の配向方向と、格子構造体中における凸部の配向方向が平行または略平行であることである。これにより、入射光に対して、格子構造体４により生じるレターデーションＲｇｒａｔとメソポーラス薄膜１により生じるレターデーションＲｍｅｓｏの和として、位相板全体としての機能を設計することができる。その結果、格子構造体４単独で設計した場合の位相板構造と比較して、格子構造体４において必要とされる高さＨｇｒａｔが減少し、凸部５の断面におけるアスペクト比を低下させることができる。
【００５２】
以下、メソ細孔の配向方向６と、格子構造体の方向７が平行または略平行であるように、メソポーラス薄膜１の上に格子構造体４を形成する方法について説明する。
【００５３】
まず、基材８上に形成したメソポーラス薄膜１におけるメソ細孔の配向方向６を検出する。例えばメソポーラス薄膜１における配向制御手法として、ラビングにより形成された高分子薄膜上に反応液を展開する手法の場合、メソ細孔の配向方向６は、ラビング方向と平行か、もしくは垂直になることが報告されている。この時、ラビング方向と平行か垂直かは、材料条件や成膜条件に依存する。あらかじめ別の実験などにより、メソポーラス薄膜の配向方向がラビング方向と平行か垂直かの条件を把握する。その上で、さらに例えばＸ線回折装置を用いた面内配向方向の検出手法を組み合わせることで、より厳密にメソ細孔の配向方向６を決定することができる。
【００５４】
このようにしてメソ細孔の配向方向６を決定した上で、格子構造体４の形成を行う。格子構造体４の形成方法に特に制限は無く、例えばフォトリソグラフィーとエッチングからなるプロセスなど、既存の手法を用いることができる。まず、メソポーラス薄膜１上に格子構造体４を構成する材料からなる薄膜をＨｇｒａｔよりも大きい膜厚で形成する。格子構造体４を形成する上で必要な屈折率ｎ１を達成でき、かつＨｇｒａｔ以上の膜厚を達成できれば、成膜方法に特に制限は無く、スパッタ法や蒸着法などの一般的な成膜方法を用いることができる。
【００５５】
次に、格子構造体４を構成する材料の薄膜上にレジスト層を形成後、フォトマスクの格子状パターンの方向が、先の手法で求めたメソ細孔の配向方向６と平行または略平行になるようにフォトマスクを配置した上で、露光処理を行う。その後エッチング処理を施し、格子構造体４を構成する薄膜を凹凸状に加工し、周期的格子構造状にパターニングする。最後にレジスト層を除去することにより周期的格子構造からなる格子構造体４が得られる。一軸配向メソポーラス薄膜中におけるメソ細孔の配向方向６と、前記格子構造体中における凸部の配向方向７が平行または略平行になる様に配置された、周期的格子構造からなる格子構造体４が得られる。具体的には、図４において、凸部の配向方向７と、メソ細孔の配向方向６の法線１０との間の傾き角θが、平行の場合には９０度であり、略平行の場合には９０度−２０度から９０度＋２０度の範囲の角度であるのが好ましい。
【００５６】
本発明の位相板９では、位相板９全体として所望のレターデーションが得られる限り、格子構造体４における凸部間のギャップ部の底面が、メソポーラス薄膜１の表面と必ずしも一致している必要は無い。具体的には図３（ａ）に示すように格子構造体を形成する際に行うエッチング処理が、格子構造体の最下部まで到達していなくても良い。図３（ａ）に示す構造は、メソポーラス薄膜１を格子構造体４が実質的に封止しているため、メソポーラス薄膜１への水分吸着などを抑制することができる。または図３（ｂ）に示す構造のようにエッチング処理がメソポーラス薄膜１まで到達していても良い。一方、格子構造体４における凸部間のギャップ部の底面とメソポーラス薄膜１の表面を厳密に一致させる目的で、メソポーラス薄膜１と格子構造体４の間にエッチングストップ層が存在しても良い。
【００５７】
格子構造体４の形成は、必ずしも中空のメソポーラス薄膜上に行う必要は無く、メソ細孔中に界面活性剤を保持したメソ構造体薄膜上に形成しても良い。たとえば格子構造体４の形成プロセスにおいて、下地層が中空のメソポーラス薄膜だとメソ細孔中に異物質が混入して位相板としての機能が低下する恐れがある場合がある。この時は、下地層は界面活性剤をメソ細孔内に保持したメソ構造体膜の上に格子構造体４を形成し、最後にメソ構造体中の界面活性剤を焼成などにより除去しても良い。
【実施例】
【００５８】
（実施例１）
表面に溶媒洗浄及びＵＶオゾン洗浄を施した石英基板上に、前述の化学式１に示したポリイミドからなる高分子膜を形成した。この高分子膜にラビング処理を行い、ポリイミド配向膜を得た。
【００５９】
テトラエトキシシラン、界面活性剤、２−プロパノール、塩酸、水を混合して作成したゾル反応液を、ディップコート法により上記ポリイミド配向膜上に塗布し、一軸配向メソ構造体薄膜を得た。界面活性剤にはＢｒｉｊ５６（商品名、Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を用いた。混合比（モル比）は、テトラエトキシシラン：１．０、界面活性剤：０．０８０、２−プロパノール：１７、塩酸：０．００４０、水：５．０とした。反応時間は３時間とした。その後、マッフル炉を用いて４００℃で４時間焼成して界面活性剤とポリイミド配向膜を焼成除去し、一軸配向メソポーラスシリカ薄膜を得た。このメソポーラスシリカ薄膜は、Ｘ線回折装置による測定の結果、構造周期を示すｄ値が６ｎｍで、筒状のメソ細孔がラビング方向と垂直方向に一軸配向していた。また膜厚は８００ｎｍで、波長６００ｎｍに対するレターデーションは２５ｎｍであった。
【００６０】
次に、一軸配向メソポーラスシリカ層上にチタニア層をスパッタ法により２７０ｎｍの膜厚で形成した。この時、チタニア層の波長６００ｎｍにおける屈折率をエリプソメトリーにより評価した結果、２．３であった。その後、チタニア層の上にレジスト層を形成した上で、上記メソ細孔の配向方向と格子状パターンの凸部の配向方向が平行になるように、フォトマスクを設置し、格子状パターンをフォトリソグラフィーにより形成した。
【００６１】
レジストが格子状にパターニングされたチタニア層表面に対して、フッ素を含むエッチングガスを用いてＩＣＰ−ＲＩＥ処理を施すことにより、チタニアからなる格子構造体を形成した。このチタニア格子構造体は、凸部の幅が１５０ｎｍ、凸部間ギャップが１５０ｎｍ、凸部の高さが２６０ｎｍであった。
【００６２】
一軸配向メソポーラスシリカ層とチタニア格子構造体の複合体からなるこの位相板は全体としてレターデーションは１５０ｎｍとなり、波長６００ｎｍの入射光に対して１／４波長板として機能する。また、凸部の断面におけるアスペクト比は約１．７であった。
【００６３】
（実施例２）
実施例１と同様の手法により、一軸配向メソ構造体膜を得た。
【００６４】
界面活性剤を含む一軸配向メソ構造体薄膜上にチタニア層及びレジスト層を実施例１と同様に形成した。その後、上記メソ構造配向方向と格子状パターンが平行になるように、フォトマスクを設置し、格子状パターンをフォトリソグラフィーにより形成した。
【００６５】
レジストにより格子状にパターニングされたチタニア層表面に対して、フッ素を含むエッチングガスを用いてＩＣＰ−ＲＩＥ処理を施すことにより、チタニアからなる格子構造体を形成した。このチタニア格子構造体は、凸部の幅が１５０ｎｍ、凸部間ギャップが１５０ｎｍ、凸部の高さが２６０ｎｍであった。
【００６６】
その後、マッフル炉を用いて４００℃で４時間焼成して、メソ構造体薄膜中のテンプレートとポリイミド配向膜を焼成除去し、一軸配向メソポーラスシリカ層を得た。
【００６７】
一軸配向メソポーラスシリカ層とチタニア格子構造体の複合体からなるこの位相板は全体としてレターデーションは１５０ｎｍとなり、波長６００ｎｍの入射光に対して１／４波長板として機能する。また、凸部の断面におけるアスペクト比は約１．７であった。
【００６８】
（実施例３）
実施例１と同様の手法により、ポリイミド配向膜を得た。
【００６９】
チタン酸テトライソプロピル、界面活性剤、１−ブタノール、塩酸、水を混合して作成したゾル反応液をディップコート法により上記ポリイミド配向膜上に塗布し、一軸配向メソ構造体膜を得た。界面活性剤にはＢｒｉｊ５６（商品名、Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を用いた。混合比（モル比）は、チタン酸テトライソプロピル：１．０、界面活性剤：０．１５、１−ブタノール：２９、塩酸：１．５、水：５．５とし、反応時間は３時間とした。テトラエトキシシランの蒸気処理により一軸配向メソ構造体の壁部を補強した後、マッフル炉を用いて４００℃で４時間焼成して界面活性剤とポリイミド配向膜を焼成除去し、一軸配向メソポーラスチタニア薄膜を得た。このメソポーラスチタニア薄膜は、Ｘ線回折装置による測定の結果、構造周期を示すｄ値が４ｎｍで、筒状のメソ細孔がラビング方向と垂直方向に一軸配向していた。また膜厚は８００ｎｍで、波長６００ｎｍに対するレターデーションは８０ｎｍであった。
【００７０】
次に、一軸配向メソポーラスチタニア層上にチタニア層をスパッタ法により１６０ｎｍの膜厚で形成した。この時、チタニア層の波長６００ｎｍにおける屈折率をエリプソメトリーにより評価した結果、２．３であった。その後、チタニア層の上にレジスト層を形成した上で、上記メソ細孔配向方向と格子状パターンの凸部の配向方向が平行になるように、フォトマスクを設置し、格子状パターンをフォトリソグラフィーにより形成した。
【００７１】
レジストが格子状にパターニングされたチタニア層表面に対して、フッ素を含むエッチングガスを用いてＩＣＰ−ＲＩＥ処理を施すことにより、チタニアからなる格子構造体を形成した。このチタニア格子構造体は、凸部の幅が１５０ｎｍ、凸部間ギャップが１５０ｎｍ、凸部の高さが１５０ｎｍであった。
【００７２】
一軸配向メソポーラスチタニア層とチタニア格子構造体の複合体からなるこの位相板は全体としてレターデーションは１５０ｎｍとなり、波長６００ｎｍの入射光に対して１／４波長板として機能する。また、凸部の断面におけるアスペクト比は約１であった。
【００７３】
（実施例４）
実施例１と同様の手法により、ポリイミド配向膜を得た。
【００７４】
塩化スズ、界面活性剤、エタノール、水を混合して作成したゾル反応液をディップコート法により上記ポリイミド配向膜上に塗布し、一軸配向メソ構造体膜を得た。界面活性剤にはＢｒｉｊ７６（商品名、Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を用いた。混合比（モル比）は、塩化スズ：３．６、界面活性剤：１．０、エタノール：１２７、水：２０とし、反応時間は３０分とした。テトラエトキシシランの蒸気処理により一軸配向メソ構造体の壁部を補強した後、マッフル炉を用いて４００℃で４時間焼成して界面活性剤とポリイミド配向膜を焼成除去し、一軸配向メソポーラス酸化スズ薄膜を得た。このメソポーラス酸化スズ薄膜は、Ｘ線回折装置による測定の結果、構造周期を示すｄ値が４ｎｍで、筒状のメソ細孔がラビング方向と垂直方向に一軸配向していた。また膜厚は８００ｎｍで、波長６００ｎｍに対するレターデーションは６０ｎｍであった。
【００７５】
次に、一軸配向メソポーラス酸化スズ層上にチタニア層をスパッタ法により２００ｎｍの膜厚で形成した。この時、チタニア層の波長６００ｎｍにおける屈折率をエリプソメトリーにより評価した結果、１．７であった。その後、チタニア層の上にレジスト層を形成した上で、上記メソ細孔配向方向と格子状パターンの凸部の配向方向が平行になるように、フォトマスクを設置し、格子状パターンをフォトリソグラフィーにより形成した。
【００７６】
レジストが格子状にパターニングされたチタニア層表面に対して、フッ素を含むエッチングガスを用いてＩＣＰ−ＲＩＥ処理を施すことにより、チタニアからなる格子構造体を形成した。このチタニア格子構造体は、凸部の幅が１５０ｎｍ、凸部間ギャップが１５０ｎｍ、凸部の高さが１９０ｎｍであった。
【００７７】
一軸配向メソポーラス酸化スズ層とチタニア格子構造体の複合体からなるこの位相板は全体としてレターデーションは１５０ｎｍとなり、波長６００ｎｍの入射光に対して１／４波長板として機能する。また、凸部の断面におけるアスペクト比は約１．３であった。
【００７８】
（比較例１）
石英基板上に、実施例１に示すチタニア格子構造体のみからなる屈折率異方性構造を設計した。格子構造体における凸部の幅が１５０ｎｍ、凸部間ギャップが１５０ｎｍである。この実施例１と同様の凸部形状の条件において、同様に波長６００ｎｍの入射光に対して１／４波長板として機能するためには、凸部の高さは３１５ｎｍが必要となる。この時、凸部の断面におけるアスペクト比は約２．１となる。
【００７９】
（比較例２）
実施例１と同様の手法により、一軸配向メソポーラスシリカ薄膜を得た。
【００８０】
その後、一軸配向メソポーラスシリカ層上にチタニア層及びレジスト層を実施例１と同様に形成した。その後、上記メソ細孔配向方向と格子状パターンの凸部の配向方向が直交するように、フォトマスクを設置し、格子状パターンをフォトリソグラフィーにより形成した。
【００８１】
レジストにより格子状にパターニングされたチタニア層表面に対して、フッ素を含むエッチングガスを用いてＩＣＰ−ＲＩＥ処理を施すことにより、チタニアからなる格子構造体を形成した。このチタニア格子構造体は、凸部の幅が１５０ｎｍ、凸部間ギャップが１５０ｎｍ、凸部の高さが２６０ｎｍであった。
【００８２】
この位相板は、一軸配向メソポーラスシリカ層とチタニア格子構造体の複合体からなる。この位相板は、チタニア格子構造体の方向をＴＥとした場合、位相板全体としてのレターデーションは７５ｎｍとなり、波長５００ｎｍの入射光に対して１／４波長板として機能するために十分なレターデーションが得られなかった。これは、一軸配向メソポーラス薄膜におけるメソ細孔の配向方向と、格子構造体の方向が直交していることから、お互いの屈折率異方性を相殺することによる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の位相板は、格子構造体の高さが低く、格子構造体の凸部の断面におけるアスペクト比が低いので、表面の機械的強度に優れ、かつ厚さが１μｍ以下の薄膜状の位相板として、各種光学機器に利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１  メソポーラス薄膜
２  メソポーラス薄膜壁部
３  メソ細孔
４  格子構造体
５  格子構造体中の凸部
６  メソ細孔の配向方向
７  凸部の配向方向
８  基材
９  位相板
１０  法線
【図１】
2012212070.tif 000009
【図２】
2012212070.tif 000010
【図３】
2012212070.tif 000011
【図４】
2012212070.tif 000012