(57)【要約】【課題】フィルム基材に対する金属ワイヤの密着性が高いワイヤグリッド型偏光素子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明のワイヤグリッド型偏光素子は、所定の間隔をおいて並設した格子状凸部１ａを有する基材１と、前記基材１の格子状凸部１ａ及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた金属ワイヤ２と、を具備し、前記金属ワイヤ２は、スパッタリング膜で構成されていることを特徴する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔をおいて並設した格子状凸部を有する基材と、前記基材の格子状凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた金属ワイヤと、を具備し、前記金属ワイヤは、スパッタリング膜で構成されていることを特徴するワイヤグリッド型偏光素子。
【請求項２】
前記金属ワイヤの金属がアルミニウム、アルミニウム合金、銀及び銀合金からなる群より選ばれたものであることを特徴とする請求項１記載のワイヤグリッド型偏光素子。
【請求項３】
所定の間隔をおいて並設した格子状凸部を有する基材を準備する工程と、前記基材の格子状凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うようにスパッタリングにより金属ワイヤを形成する工程と、を具備することを特徴とするワイヤグリッド型偏光素子の製造方法。
【請求項４】
前記金属ワイヤの横断面において鉛直方向に対して９０°以下の角度を持って上方から成膜して前記金属ワイヤを形成することを特徴とする請求項１記載のワイヤグリッド型偏光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤグリッド型偏光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のフォトリソグラフィー技術の発達により、光の波長レベルのピッチを有する微細構造パターンを形成することができるようになってきた。この様に非常に小さいピッチのパターンを有する部材や製品は、半導体分野だけでなく、光学分野において利用範囲が広く有用である。
【０００３】
例えば、金属などで構成された導電体線が特定のピッチで格子状に配列してなるワイヤグリッドは、そのピッチが入射光（例えば、可視光の波長４００ｎｍから８００ｎｍ）に比べてかなり小さいピッチ（例えば、２分の１以下）であれば、導電体線に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射し、導電体線に対して垂直な電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光板として使用できる。ワイヤグリッド型偏光素子は、透過しない光を反射し再利用することができるので、光の有効利用の観点からも望ましいものである。
【０００４】
このようなワイヤグリッド型偏光素子としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。このワイヤグリッド偏光素子は、入射光の波長より小さいグリッド周期で間隔が置かれた金属ワイヤを備えている。
【特許文献１】特開２００２−３２８２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ワイヤグリッド型偏光素子においては、非常に狭いピッチで金属ワイヤが設けられており、この金属ワイヤが偏光作用を発揮するので、金属ワイヤが所定のピッチを保った状態で基材上に配設されていなければならない。このため、基材に対する金属ワイヤの密着性が高いことが望ましい。特に、フィルム上に金属ワイヤを形成する場合、金属ワイヤの密着性が悪いという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、フィルム基材に対する金属ワイヤの密着性が高いワイヤグリッド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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のワイヤグリッド型偏光素子は、所定の間隔をおいて並設した格子状凸部を有する基材と、前記基材の格子状凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた金属ワイヤと、を具備し、前記金属ワイヤは、スパッタリング膜で構成されていることを特徴する。
【０００８】
本発明のワイヤグリッド型偏光素子においては、前記金属ワイヤの金属がアルミニウム、アルミニウム合金、銀及び銀合金からなる群より選ばれたものであることが好ましい。
【０００９】
本発明のワイヤグリッド型偏光素子の製造方法は、所定の間隔をおいて並設した格子状凸部を有する基材を準備する工程と、前記基材の格子状凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うようにスパッタリングにより金属ワイヤを形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明のワイヤグリッド型偏光素子の製造方法においては、前記金属ワイヤの横断面において鉛直方向に対して９０°以下の角度を持って上方から成膜して前記金属ワイヤを形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のワイヤグリッド型偏光素子は、所定の間隔をおいて並設した格子状凸部を有する基材と、前記基材の格子状凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた金属ワイヤと、を具備し、前記金属ワイヤは、プラズマガス成分を含むスパッタリング膜で構成されているので、フィルム基材に対する金属ワイヤの密着性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド型偏光素子の一部を示す概略図である。図１に示すワイヤグリッド型偏光素子は、所定の間隔で格子状凸部１ａが並設されてなる基材１と、基材１の格子状凸部１ａ上に設けられた金属ワイヤ２と、から主に構成されている。なお、格子状凸部１ａ上に設けられる金属ワイヤ２は、格子状凸部１ａの側面の少なくとも一部を覆うように設けられていても良い。なお、ワイヤグリッド型偏光素子の形態は、フィルム状体でも良く、板状体でも良い。
【００１３】
基材１を構成する材料としては、可視光領域で実質的に透明な樹脂であればよい。例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、基材として樹脂基材１である紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と、ガラスなどの無機基板、上記熱可塑性樹脂、トリアセテート樹脂とを組み合せた構成とすることもできる。
【００１４】
基材１の格子状凸部１ａのピッチは、可視光領域の広帯域にわたる偏光特性を考慮すると、１２０ｎｍ以下であり、好ましくは８０ｎｍ〜１２０ｎｍである。ピッチが小さくなるほど偏光特性が良くなるが、可視光に対しては８０ｎｍ〜１２０ｎｍのピッチで十分な偏光特性が得られる。また、４００ｎｍ近傍の短波長光の偏光特性を重視しない場合は、ピッチを１５０ｎｍ程度まで大きくすることもできる。
【００１５】
格子状凸部１ａや、複数の格子状凸部によって形成される微細凹凸格子の凹部の断面形状に制限はない。例えば、これらの断面形状は、台形、矩形、方形、プリズム状や、半円状などの正弦波状であってもよい。ここで、正弦波状とは凹部と凸部の繰り返しからなる曲線部をもつことを意味する。なお、曲線部は湾曲した曲線であればよく、例えば、凸部にくびれがある形状も正弦波状に含める。
【００１６】
本発明の格子状凸部を有する基材を得る方法に特に限定はないが、本出願人の特開２００６−２２４６５９号公報に記載の方法を用いることが好ましい。
【００１７】
具体的には、本発明において、格子状凸部を有する基材を得る方法Iとして、表面に１００ｎｍ〜１００μｍピッチの凹凸格子を有する被延伸部材を、前記凹凸格子の長手方向（格子状凸部の格子と平行な方向）と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で前記長手方向と略平行な方向に自由端一軸延伸加工することにより作製することが好ましい。この結果、前記被延伸部材の凹凸格子の凸部のピッチが縮小され、微細凹凸格子を有する基材（延伸済み部材）が得られる。凹凸格子のピッチは、１００ｎｍ〜１００μｍの範囲に設定するが、要求する微細凹凸格子のピッチや延伸倍率に応じて適宜変更することができる。
【００１８】
ここで、被延伸部材とは、本発明に用いる基材として非晶性熱可塑性樹脂や結晶性熱可塑性樹脂で構成された板状体、フィルム状体、シート状体などの透明な基材を挙げることができる。この被延伸部材の厚さや大きさなどについては、一軸延伸処理が可能な範囲であれば特に制限はない。
【００１９】
また、表面に１００ｎｍから１００μｍピッチの凹凸格子を有する被延伸部材を得るには、レーザ光を用いた干渉露光法や切削法などで形成した、１００ｎｍから１００μｍピッチの凹凸格子を有する型を用いて、被延伸部材にその凹凸格子形状を熱プレスなどの方法で転写すれば良い。なお、干渉露光法とは、特定の波長のレーザ光を角度θ’の２つの方向から照射して形成される干渉縞を利用した露光法であり、角度θ’を変化させることで、使用するレーザの波長の範囲内で色々なピッチを有する凹凸格子の構造を得ることができる。干渉露光に使用できるレーザとしては、ＴＥＭ００モードのレーザに限定され、ＴＥＭ００モードのレーザ発振できる紫外光レーザとしては、アルゴンレーザ（波長３６４ｎｍ，３５１ｎｍ，３３３ｎｍ）や、ＹＡＧレーザの４倍波（波長２６６ｎｍ）などが挙げられる。
【００２０】
本発明において、一軸延伸処理は、先ず前記被延伸部材の幅方向（凹凸格子の長手方向と直交する方向）は自由にした状態で、前記被延伸部材の凹凸格子の長手方向を一軸延伸処理装置に固定する。続いて、被延伸部材が軟化する適当な温度まで加熱し、その状態で適当な時間保持した後、前記長手方向と略平行な一方向に適当な延伸速度で、目標とする微細凹凸格子のピッチに対応する延伸倍率まで延伸処理する。最後に、延伸状態を保持した状態で材料が硬化する温度まで被延伸部材を冷却することにより格子状凸部を有する基材を得る方法である。この一軸延伸処理を行う装置としては、通常の一軸延伸処理を行う装置を用いることができる。また、加熱条件や冷却条件については被延伸部材を構成する材料に応じて適宜決定する。
【００２１】
また、本発明において、格子状凸部を有する基材を得る方法IIは、表面に微細凹凸格子を有する型を用いて、本発明で用いる前記基材の表面に微細凹凸格子を転写し、成型する方法である。ここで表面に微細凹凸格子を有する型は、前記方法Iにより得た、格子状凸部を有する基材を、順に導電化処理、メッキ処理、樹脂基材の除去処理を施すことで作製することができる。
【００２２】
この方法によれば、既に格子状凸部を有する型を用いるので、複雑な延伸工程を経ることなく、本発明で用いる格子状凸部を有する基材を量産することが可能となる。更に、方法I、方法IIを適当に組み合わせ、繰り返し用いることで、比較的大きなピッチを持つ凹凸格子から、より微細な凹凸格子を作製することも可能となる。
【００２３】
金属ワイヤ２を構成する金属は、可視光領域で光の反射率が高く、基材１を構成する材料との間の密着性の高いものであることが好ましい。例えば、アルミニウム、銀又はそれらの合金で構成されていることが好ましい。コストの観点から、アルミニウム又はその合金で構成されていることがさらに好ましい。
【００２４】
金属ワイヤ２はプラズマガス成分を含むスパッタリング膜で構成されている。すなわち、本発明のワイヤグリッド型偏光素子の製造方法においては、上述したような方法で所定の間隔をおいて並設した格子状凸部１ａを有する基材１を準備し、この基材１の格子状凸部１ａ及びその側面の少なくとも一部を覆うようにスパッタリングにより金属ワイヤ２を形成する。
【００２５】
このように、スパッタリングで形成された金属ワイヤ２は、基材１に対する密着性が向上している。特に、蒸着によりフィルム基材上に形成された金属ワイヤに比べて密着性が向上する。
【００２６】
このように本発明の金属ワイヤ２が基材１に対して密着性が向上する理由については以下のように推察している。スパッタリングは、プラズマガス成分（例えば、アルゴン）をイオン化して所望のターゲット粒子をはじき出し基板上に成膜をするため、蒸着膜に比べて運動エネルギーが数十倍以上と非常に高く、その為、基材１に対する密着性は高くなると推察している。加えて、プラズマ中の電子により基板がボンバードされ表面がクリーニングされることも一因と推察している。
【００２７】
以上のように、本発明のスパッタリング膜で構成された金属ワイヤを具備するワイヤグリッド型偏光素子は基材１に対する密着性が従来の蒸着膜で構成された金属ワイヤに比較して高いことに特徴があり、その他にも、蒸着膜では成膜可能な材料が限られており、合金の蒸着に至っては成膜を行うと組成比が蒸着前後で安定化しないという問題があるが、スパッタリングではこのような問題が生じない点にも特徴がある。さらに、スパッタリング法によれば、成膜レートを一定に保つことができるので、膜厚管理の観点からも優れている。
【００２８】
図２は、螢光Ｘ線により求められた膜中のＡｒ量を示す図であり、図２（ａ），（ｂ）はスパッタリング膜中のＡｒ量を示し、図２（ｃ）は、蒸着膜中のＡｒ量を示す。図２（ａ），（ｂ）から分かるように、スパッタリング膜には、Ａｒが含まれていることが分かる。特に、スパッタリング圧力が低い方（図２（ａ））が多くのＡｒが検出されている。これは、圧力が低いために分子衝突が少なくなり、運動エネルギーが増加してＡｒが膜中に取り込まれ易くなったためであると考えられる。一方、図２（ｃ）に示すように、蒸着膜にはＡｒが検出されない。
【００２９】
スパッタリングにおいては、基板に衝突するスパッタリング粒子の数よりも放電ガスの原子の数の方がはるかに多く、さらにはスパッタリング粒子のエネルギーも大きいことから、成膜時にガスを取り込み易い。このことは、本発明の偏光素子を構成する金属ワイヤの組成を分析すると、放電ガスの原子であるプラズマガス成分（例えば、アルゴン）が含まれることからも実証できる。
【００３０】
本発明の金属ワイヤ中に含まれるプラズマガス成分の値は、蛍光Ｘ線法で測定した場合、０．０１原子％〜３０原子％であり、好ましくは０．０２原子％〜１０原子％である。このように、スパッタリング膜で構成された金属ワイヤであって、プラズマガス成分を上記の量を含有する場合、基材１と金属ワイヤの密着性が高いと言える。
【００３１】
一方、プラズマガス成分以外のガス、例えば真空雰囲気中の酸素や窒素、あるいは吸水した樹脂基板中から出てくる水が多いと、スパッタリング粒子と化合して本来意図していない酸化物や窒化物などが膜形成され好ましくない。そのため、本発明では、バックプレッシャーの影響を低くするように、成膜前に充分な乾燥、排気を行って、その上で成膜時に取り込まれるガスの影響を極力少なくすることが望ましい。
【００３２】
また、スパッタリングは蒸着に比べると成膜時の真空度が低いため、蒸着と比べて飛来する粒子の基材への平均自由行程が短くなる。飛来するターゲット粒子の自由行程が短くなると、基板表面に飛来する粒子の角度分布が広くなり、その結果、基板の凹部にも多くの粒子が飛来して膜形成されてしまう。このように基板の凹部に膜が厚く形成されてしまうと、金属がワイヤ状ではなく全面に形成された状態となり、光の透過率が激減してしまい実用上好ましくない。そこで、飛来するターゲット粒子の平均自由行程を長くするために、放電のためのプラズマガス（Ａｒガス）の流量を制御して放電できる限界まで少なくすることによって成膜時の圧力を低めることが望ましい。
【００３３】
上記の観点で、スパッタリングにおいて、成膜前の真空度を１．０×１０-3Ｐａ以下とし、成膜中の真空度を２．０Ｐａ以下とすることが好ましい。特に、成膜前の真空度を１．０×１０-4Ｐａ以下とし、成膜中の真空度を０．５Ｐａ以下とすることが好ましい。また、スパッタリングにおける電力は２．２Ｗ／ｃｍ2以上であることが好ましい。
【００３４】
ここで、図３に示す装置において、成膜時の真空度を変えたときの金属ワイヤの成膜について説明する。図３は、スパッタリング装置の概略構成を示す図である。図３において、真空チャンバ１１内の底部に基材載置台１２が設けられており、その基材載置台１２上に基材１３が載置されている。真空チャンバ１１内の上面には、ターゲット載置台１４が設けられており、そのターゲット載置台１４上にスパッタリングターゲット１５が搭載されている。真空チャンバ１１の側面には、ガス供給管１６及びガス排気管１７が取り付けられており、基材載置台１２には高周波電源１８が接続されている。図３に示す装置においては、基材１３がその法線方向（鉛直方向）に対してθだけ傾くように基材載置台１２が形成されており、角度θで成膜が行われるようになっている。これにより、格子状凸部１ａに対して充分な遮蔽効果を得ることができ、異方成膜を実現することができる。
【００３５】
図３に示すスパッタリング装置を用いて、成膜中の真空度を０．２Ｐａ、０．６Ｐａ、２．０Ｐａに変えて、プラズマガスをＡｒガスとしてアルミニウムを基材上に成膜した。なお、スパッタリングにおけるその他の条件は以下の通りである。
基材−ターゲット距離：１０５ｍｍ
傾斜角（θ）        ：６０°
電力                ：２００Ｗ（ターゲットサイズ：３インチφ）
成膜前真空度        ：４．０×１０-4Ｐａ
【００３６】
このようにして得られたワイヤグリッド型偏光素子を図４（ａ）〜（ｃ）に示す。また、これらのワイヤグリッド型偏光素子について抵抗率及び偏光度を調べた。抵抗率は、抵抗率測定器により測定し、偏光度は、分光光度計を用いて測定した。ここでは、直線偏光に対する平行ニコル、直交ニコル状態での透過光強度を測定し、偏光度は下記式より算出した。これらの結果を下記表１に示す。
偏光度＝（Ｉmax−Ｉmin）／（Ｉmax＋Ｉmin）×１００  ％
【表１】
2009210672.tif 000003
【００３７】
また、成膜中の真空度が高いほど、スパッタリングにおいて拡散する粒子の割合が減少して、格子状凸部に対する遮蔽効果が発揮された。すなわち、図４から分かるように、成膜中の真空度が高いほど、凹部に成膜がない状態でアルミニウムが被着されていた。
【００３８】
また、ターゲットから基材までの距離については、粒子の拡散が少ない距離にすることが好ましい。具体的には、スパッタリングターゲットとの間の距離を１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることが好ましい。また、金属ワイヤの横断面において鉛直方向に対して９０°以下の角度（θ）を持って上方から成膜して金属ワイヤを形成することが好ましい。スパッタリングにおいて、このようにすることにより、基材の格子状凸部に対して充分な遮蔽効果を得ることができ、異方性成膜を行うことができる。
【００３９】
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
（実施例）
上述した方法により、ＴＡＣ（Triacetylcellulose）基材の片面上にＵＶ転写で微細凹凸格子を設けた型を用意し、この微細凹凸格子の格子状凸部上にＤＣマグネトロンスパッタ法によりアルミニウムを厚さ１２０ｎｍ程度成膜して金属ワイヤを形成した。このときの成膜前真空度を４．０×１０-4Ｐａとし、成膜中真空度を０．２Ｐａ、スパッタリング電力を２００Ｗとした。成膜後、水酸化ナトリウム水溶液を用いて格子状凸部間のアルミニウムをエッチングした。このようにして実施例のワイヤグリッド偏光素子を作製した。
【００４０】
得られた実施例のワイヤグリッド型偏光素子は、上記エッチング処理によっても金属ワイヤが基材から剥がれることがなかった。また、実施例のワイヤグリッド型偏光素子について、上述したようにして分光光度計を用いて偏光度を測定したところ、９９．９％であって、高い偏光度を有していた。
【００４１】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態においては、所定の間隔で格子状凸部が並設されてなる基材の格子状凸部上に金属ワイヤを形成した場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、格子状凸部を設けない基材上に所定の間隔で金属ワイヤを形成した場合にも同様に適用することができる。また、上記実施の形態における寸法、材質などは例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド型偏光素子を示す図である。
【図２】螢光Ｘ線により求められた膜中のＡｒ量を示す図であり、図２（ａ），（ｂ）はスパッタリング膜中のＡｒ量を示し、図２（ｃ）は、蒸着膜中のＡｒ量を示す。
【図３】スパッタリング装置の一例を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、金属ワイヤの成膜状態を示す図である
【符号の説明】
【００４３】
１，１３  基材
１ａ  格子状凸部
２  金属ワイヤ
１１  真空チャンバ
１２  基材載置台
１４  ターゲット載置台
１５  スパッタリングターゲット
１６  ガス供給管
１７  ガス排気管
１８  高周波電源
【図１】
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【図２】
2009210672.tif 000005
【図３】
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【図４】
2009210672.tif 000007