(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の同一面上に２種類の誘電体領域を交互に有すことにより回折格子構造をなし、少なくとも一方の前記誘電体領域が複屈折性を有する誘電体材料により構成され、前記基板上に積層した複屈折性を有する前記誘電体材料と他方の前記誘電体領域の誘電体材料との界面に、これらの誘電体材料とは組成又は構造の異なる中間層を少なくとも１層以上挿入してなる回折格子型偏光素子の製造方法であって、
複屈折性を有する誘電体材料の表面を処理することにより中間層を形成するようにしたことを特徴とする回折格子型偏光素子の製造方法。
【請求項２】
前記中間層が少なくとも高分子材料を含有することを特徴とする請求項１記載の回折格子型偏光素子の製造方法。
【請求項３】
前記高分子材料が少なくとも分子鎖の配向していない高分子材料を含有することを特徴とする請求項２記載の回折格子型偏光素子の製造方法。
【請求項４】
複屈折性を有する前記誘電体材料の表面処理に、熱処理を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折格子型偏光素子の製造方法。
【請求項５】
複屈折性を有する前記誘電体材料の表面処理に、プラズマ処理を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折格子型偏光素子の製造方法。
【請求項６】
複屈折性を有する前記誘電体材料の表面処理に、紫外線照射を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折格子型偏光素子の製造方法。
【請求項７】
複屈折性を有する前記誘電体材料の表面処理に、赤外線照射を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折格子型偏光素子の製造方法。
【請求項８】
複屈折性を有する前記誘電体材料の表面処理に、イオン注入を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折格子型偏光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折格子型偏光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回折格子型偏光素子として、例えばＬｉＮｂＯ3にプロトン交換を利用して製造するようにした回折格子型偏光素子が提案されている（例えば、特開昭６３−５５５０１号公報参照）。しかしながら、この偏光素子は高価な単結晶基板を用いる必要がある。
【０００３】
この問題を解決するために、例えば、基板上に斜め蒸着法を用いて複屈折膜を形成し、さらに格子状にした偏光素子が提案されている（例えば、特開平５−２８９０２７号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
格子状としたこの偏光素子の場合、高価な単結晶基板を用いる必要はないが、基板上に斜め蒸着法を用いて複屈折膜を形成後、エッチング等により複屈折膜を格子状に加工し、さらに誘電体材料を充填するというプロセスを経る必要があり、この誘電体材料の充填に際して空隙や欠陥が生じやすい。また、複屈折性誘電体材料と充填する誘電体材料との構造や組成の違いから残留応力や歪みが生じてしまう。さらには、充填した誘電体材料が剥離するという現象も生ずる等、種々の問題を抱えているのが現状である。
【０００５】
そこで、本発明は、複屈折性を有する誘電体材料に誘電体材料（オーバーコート材料）を充填する際に生ずる残留応力や歪みを緩和し、充填した誘電体材料の剥離をも防止することができる回折格子型偏光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
請求項１記載の発明は、基板上の同一面上に２種類の誘電体領域を交互に有すことにより回折格子構造をなし、少なくとも一方の前記誘電体領域が複屈折性を有する誘電体材料により構成され、前記基板上に積層した複屈折性を有する前記誘電体材料と他方の前記誘電体領域の誘電体材料との界面に、これらの誘電体材料とは組成又は構造の異なる中間層を少なくとも１層以上挿入してなる回折格子型偏光素子の製造方法であって、複屈折性を有する誘電体材料の表面を処理することにより中間層を形成するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
従って、複屈折性を有する誘電体材料の表面を処理することにより複屈折性を有する誘電体材料と他方の誘電体領域の誘電体材料（オーバーコート材料）との界面に中間層を形成することで、残留応力もなく極めて剥離しにくい中間層を形成でき、より一層空隙や欠陥が生じにくく優れた特性を有する回折格子型偏光素子の製造方法を提供できる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回折格子型偏光素子において、前記中間層が少なくとも高分子材料を含有することを特徴とする。
【０００９】
従って、複屈折性を有する誘電体材料と他方の誘電体領域の誘電体材料（オーバーコート材料）との界面に中間層として高分子材料を挿入することにより、より一層空隙や欠陥が生じにくく優れた特性を有する回折格子型偏光素子を提供できる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の回折格子型偏光素子において、前記高分子材料が少なくとも分子鎖の配向していない高分子材料を含有することを特徴とする。
【００１１】
従って、複屈折性を有する誘電体材料と他方の誘電体領域の誘電体材料（オーバーコート材料）との界面に中間層として分子鎖の配向していない高分子材料を挿入することにより、より一層空隙や欠陥が生じにくく優れた特性を有する回折格子型偏光素子を提供できる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、複屈折性を有する前記誘電体材料の表面処理に、熱処理を用いることを特徴とする
【００１７】
従って、簡単で低コストな熱処理により請求項５記載の発明を容易に実現できる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、複屈折性を有する前記誘電体材料の表面処理に、プラズマ処理を用いることを特徴とする。
【００１９】
従って、中間層の寸法精度、膜厚制御、生産性に優れたプラズマ処理により請求項５記載の発明を容易に実現できる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、複屈折性を有する前記誘電体材料の表面処理に、紫外線照射を用いることを特徴とする。
【００２１】
従って、中間層の寸法精度、膜厚制御、生産性に優れた紫外線照射により請求項５記載の発明を容易に実現できる。
【００２２】
請求項７記載の発明は、複屈折性を有する前記誘電体材料の表面処理に、赤外線照射を用いることを特徴とする。
【００２３】
従って、中間層の寸法精度、膜厚制御、生産性に優れた赤外線照射により請求項５記載の発明を容易に実現できる。
【００２４】
請求項８記載の発明は、複屈折性を有する前記誘電体材料の表面処理に、イオン注入を用いることを特徴とする。
【００２５】
従って、中間層内部での組成及び構造の制御や傾斜制御等に適したイオン注入により請求項５記載の発明を容易に実現できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１に基づいて説明する。
図１（ａ）は、光学的に等方性な基板１上に複屈折性を有する誘電体材料２を積層した場合の断面概略図を示したものである。
【００２７】
基板１上に積層する複屈折を有する誘電体材料２としては、有機物・無機物を問わず複屈折性を有するものが種々用いられているが、安定性及び量産性並びに製造コストを考慮した場合には高分子材料が好ましく、中でも、分子鎖の配向した高分子材料を用いるのが、中間層を形成する場合には有利である。分子鎖の配向した高分子材料としては、特にその分子量が限定されるわけでなく、複屈折性を有していれば問題ない。延伸、ラビング等を用いて分子鎖を配向し複屈折性を付与することができるが、分子鎖の配向に関してはこれらの方法に限ったわけではなく、他の方法を用いても差し支えない。
【００２８】
図１（ｂ）は、複屈折性を有する誘電体材料２を格子状に加工した場合の模式図である。格子状への加工は、公知の微細加工プロセス（例えば、フォトリソプロセス等）を用いることができるが、特にこの方法に限るわけではなく、他の方法を用いても差し支えない。また、格子状への加工は、図１（ｃ）に示したような断面を有する場合、即ち、複屈折性を有する誘電体材料２を部分的に基板１に達するまで取り去ってしまう場合でも問題ない。
【００２９】
ちなみに、従来にあっては、回折格子型偏光素子を形成するためには、この複屈折性を有する誘電体材料を上記のように格子状に加工した後、等方性の（複屈折性を有していない）誘電体材料（オーバーコート材料）を充填するというプロセスを経ていた。しかしながら、オーバーコート材料を、例えば、スパッタ法、蒸着法或いは塗布法といった方法を用いて充填する際には、空隙或いは欠陥等が生じやすく、格子の間隙を良好な状態で充填することが極めて困難であった。また、複屈折性を有する誘電体材料と充填するオーバーコート材料との構造や組成の違いから残留応力や歪みが生じていた。その結果、充填したオーバーコート材料が剥離するという現象も生じていた。また、オーバーコート材料として液体の樹脂等を塗布し、それを固化して充填する場合には、基板とオーバーコート材料或いは複屈折性を有する誘電体材料とオーバーコート材料との濡れ性を良好にするのが困難で、濡れ性を良好にできた場合にも、その屈折率が所望の値に調整できない等の問題が生じていたものである。
【００３０】
この点、本実施の形態では、これらの問題を解決するために、複屈折性を有する誘電体材料２として分子鎖の配向した高分子材料を用い、この複屈折性を有する誘電体材料２とオーバーコート材料との界面に、両材料とは組成又は構造の異なる中間層３を少なくとも１層以上挿入するもので、特に好ましい中間層３及びその製造方法を提案するものである。この中間層３を適切に存在させることにより、欠陥の生成を防止し、残留応力や歪みを緩和でき、充填したオーバーコート材料の剥離等も防止することができる。
【００３１】
図１（ｄ）は、その一例の概略を示すもので、図１（ａ）（又は、図１（ｃ））で示した複屈折性を有する誘電体材料２の表面に中間層３を構成した様子を模式的に示している。本実施の形態のように複屈折性を有する誘電体材料２として分子鎖の配向した高分子材料を用いる場合には、この中間層３は、少なくともその成分として高分子材料を含有する場合は残留応力等もなく剥離等も生じないため、好ましい。また、この高分子材料としては、少なくとも分子鎖の配向していない高分子材料をその成分として含有する場合はオーバーコート材料との間に残留応力等もなくオーバーコート材料の剥離等を抑制できるため、好ましい。
【００３２】
ここで、中間層３は複屈折性を有する誘電体材料２上に積層或いは接着することにより形成できる。この場合、スパッタ或いは蒸着等の真空プロセスを用いることもできるし、塗布法等を用いてもよい。これ以外の方法を用いても問題なく、特に、複屈折性を有する誘電体材料２の表面を処理することにより、中間層３を形成する場合には、残留応力等もなく極めて剥離しにくい中間層３が形成できる。即ち、図１（ａ）で示した複屈折性を有する誘電体材料２の表面を処理することにより、図１（ｄ）に示すような中間層３を形成するわけである。
【００３３】
表面を処理する方法としては、方法の簡便さ並びに低コスト性を考慮した場合、熱処理が適切である。また、複屈折性を有する誘電体材料２として何を選択するかにもよるが、中間層３の寸法精度の向上及び膜厚制御性並びに生産性等を考慮した場合、プラズマ処理、紫外線照射、赤外線照射が適切である。また、中間層３の内部での組成及び構造の制御並びに傾斜等が必要な場合にはイオン注入が適切である。
【００３４】
以上のような方法を用いて中間層３を形成した後、図１（ｅ）示すようにオーバーコート材料（他の誘電体材料）４にてその表面を充填することにより、従来のようにオーバーコート材料４と複屈折性を有する誘電体材料２との界面に空隙及び各種欠陥を生じることなく、良好な回折格子型偏光素子を形成することができる。
【００３５】
【実施例】
［実施例１］
１ｍｍ厚のガラス基板（コーニング７０５９）１上に膜厚３０μｍの延伸により分子鎖を配向させ複屈折性を有するポリイミド系樹脂膜（誘電体材料）２を接着した。さらにこの上に中間層３として、膜厚１０μｍの延伸を行わない分子鎖の配向していないポリイミド系樹脂膜を積層した。さらにオーバーコート材料（他の誘電体材料）４としてアクリル系樹脂をスピンコート法を用いて塗布し、光硬化させた。その断面構造は、図２に示した構成とした（試料Ａ）。試料Ａの断面を電子顕微鏡により観察したところ、中間層３とオーバーコート材料４であるアクリル系樹脂との界面に空隙等は生じていなかったものである。
【００３６】
［比較例１］
実施例１において中間層３を形成しない以外は、実施例１と同様に試料を作製し、図２において中間層３のない構成とした（試料Ｂ）。試料Ｂの断面を電子顕微鏡により観察したところ複屈折性を有するポリイミド系樹脂膜（誘電体材料）２とオーバーコート材料４であるアクリル系樹脂との界面に空隙が観察されたものである。
【００３７】
［実施例２］
１ｍｍ厚のガラス基板（コーニング７０５９）１上に膜厚１０μｍの複屈折性を有するポリイミド系樹脂膜（誘電体材料）２なる延伸膜を接着した。これにフォトリソグラフィー技術等を用いて格子状のマスクを積層し、エッチングによりポリイミド系樹脂膜２を格子状に加工した。これを４００℃にて１０分間熱処理することにより、格子状のポリイミド系樹脂膜２の表面に中間層３を形成した。さらにオーバーコート材料４としてアクリル系樹脂をスピンコート法を用いて塗布し、光硬化させることによりオーバーコート材料４をポリイミド系樹脂膜２の格子の溝に充填した。その断面構造は、図１（ｅ）に示した構成とした（試料Ｃ）。試料Ｃの断面を電子顕微鏡により観察したところ中間層３とオーバーコート材料４との界面に空隙等は生じていなかったものである。また、偏光素子としての特性も良好であった。
【００３８】
［比較例２］
実施例２において中間層３を形成しない（熱処理を行わない）以外は、実施例２と同様に図１（ｅ）に示した構造の試料を作製した（試料Ｄ）。試料Ｄの断面を電子顕微鏡により観察したところ格子状のポリイミド系樹脂膜２とオーバーコート材料４であるアクリル系樹脂との界面に空隙が観察されたものである。
【００３９】
［実施例３］
実施例２の中間層形成方法としてプラズマ処理を用いた以外は、実施例２と同様に図１（ｅ）に示した構造の試料を作製した。ガスとしては酸素を用い、プラズマ電力は８００Ｗとし、バイアス電力は１００〜３００Ｗまで変化させた（試料Ｅ）。試料Ｅの断面を電子顕微鏡により観察したところ中間層３とオーバーコート材料４との界面に空隙等は生じていなかった。比較例である試料Ｄと共に偏光素子としての特性を測定したところ、試料Ｅの方が良好となったものである。
【００４０】
［実施例４］
１ｍｍ厚のガラス基板（コーニング７０５９）１上に膜厚２０μｍの複屈折性を有するポリエステル系樹脂膜２なる延伸膜を接着した。これにフォトリソグラフィー技術等を用いて格子状のマスクを積層し、エッチングによりポリエステル系樹脂膜２を格子状に加工した。これに紫外線を照射することにより、格子状のポリエステル系樹脂膜２の表面に中間層３を形成した。光源としては、３０８ｎｍＸｅＣｌエキシマレーザを使用し、エネルギー密度は０．０２Ｊ／ｃｍ2とした。さらにオーバーコート材料４としてアクリル系樹脂をスピンコート法を用いて塗布し、光硬化させることによりオーバーコート材料４をポリエステル系樹脂膜２の格子の溝に充填した。その断面構造は、図１（ｅ）に示した構成とした（試料Ｆ）。試料Ｆの断面を電子顕微鏡により観察したところ中間層３とオーバーコート材料４との界面に空隙等は生じていなかったものである。また、偏光素子としての特性も良好となったものである。
【００４１】
［比較例３］
実施例４において中間層３を形成しない（紫外線照射を行わない）以外は、実施例４と同様に図１（ｅ）に示した構造の試料を作製した（試料Ｇ）。試料Ｇの断面を電子顕微鏡により観察したところ比較例２と同様に格子状のポリエステル系樹脂膜２とオーバーコート材料４であるアクリル系樹脂との界面に空隙が観察されたものである。
【００４２】
［比較例４］
試料Ｆと試料Ｇを恒温槽に入れ、温度を−２０〜５０℃で繰り返し変化させた。その結果、試料Ｇは、一部オーバーコート材料４であるアクリル系樹脂が剥離したが、試料Ｆにおいては樹脂の剥離が確認されなかったものである。
【００４３】
［実施例５］
実施例４の中間層形成方法としてイオン注入を用いた以外は、実施例４と同様に図１（ｅ）に示した構造の試料を作製した。イオン種としては酸素イオンを選択し、ドーズ量は１０15〜１０17／ｃｍ2で変化させ、加速エネルギーは５０〜２００ｋｅＶまで変化させた（試料Ｈ）。試料Ｈの断面を電子顕微鏡により観察したところ中間層３とオーバーコート材料４との界面に空隙等は生じていなかったものである。比較例である試料Ｇと共に偏光素子としての特性を測定したところ、試料Ｈの方が良好となったものである。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、複屈折性を有する誘電体材料の表面を処理することにより複屈折性を有する前記誘電体材料とオーバーコート材料との界面に中間層を形成するようにしたので、残留応力もなく極めて剥離しにくい中間層を形成でき、より一層空隙や欠陥が生じにくく優れた特性を有する回折格子型偏光素子の製造方法を提供することができる。
【００４５】
請求項２記載の発明によれば、複屈折性を有する誘電体材料と他方の誘電体領域の誘電体材料（オーバーコート材料）との界面に中間層として高分子材料を挿入するようにしたので、より一層空隙や欠陥が生じにくく優れた特性を有する回折格子型偏光素子を提供することができる。
【００４６】
請求項３記載の発明によれば、複屈折性を有する誘電体材料と他方の誘電体領域の誘電体材料（オーバーコート材料）との界面に中間層として分子鎖の配向していない高分子材料を挿入するようにしたので、より一層空隙や欠陥が生じにくく優れた特性を有する回折格子型偏光素子を提供することができる。
【００４９】
請求項４記載の発明によれば、簡単で低コストな熱処理により請求項５記載の発明を容易に実現することができる。
【００５０】
請求項５記載の発明によれば、中間層の寸法精度、膜厚制御、生産性に優れたプラズマ処理により請求項５記載の発明を容易に実現することができる。
【００５１】
請求項６記載の発明によれば、中間層の寸法精度、膜厚制御、生産性に優れた紫外線照射により請求項５記載の発明を容易に実現することができる。
【００５２】
請求項７記載の発明によれば、中間層の寸法精度、膜厚制御、生産性に優れた赤外線照射により請求項５記載の発明を容易に実現することができる。
【００５３】
請求項８記載の発明によれば、中間層内部での組成及び構造の制御や傾斜制御等に適したイオン注入により請求項５記載の発明を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による偏光素子の製造過程を順に示す概略断面図である。
【図２】本発明の偏光素子の一実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１      基板
２      複屈折性を有する誘電体材料
３      中間層
４      他方の誘電体材料
【図１】
0004170579.tif 000002
【図２】
0004170579.tif 000003