偏光元件的制造方法

專利名稱：偏光元件的制造方法
技術領域：
本發明涉及偏光元件的制造方法。
背景技術：
作為偏光兀件的一種已知偏光玻璃。由于偏光玻璃能夠僅由無機物構成，所以與含有機物的偏光板相比較，對光的劣化明顯少。由此，在近年來高亮度化一直發展的液晶投影儀中，偏光玻璃作為有效的光學器件受到關注。作為一般的偏光玻璃公知的有專利文獻I中記載的偏光玻璃，其制造方法如下所述。(I)由含有選自氯化物、溴化物及碘化物中的至少一種鹵化物及銀的組合物來制 作所希望形狀的玻璃制品。(2)將該玻璃制品經足夠在該玻璃制品中使AgCl、AgBr或AgI的結晶生成的時間，加熱到高于應變點但不高于玻璃軟化點約50°C的溫度而制作含有結晶的制品。(3)在高于退火點但低于玻璃呈現約108泊的粘度的溫度的溫度下，將該含有結晶的制品在應力下伸長以使結晶以至少5I的寬長比伸長。(4)將該制品經足夠在該制品上使化學還原表面層擴大的時間，暴露于比約250°C高但不高于玻璃退火點約25°C的溫度的還原氣氛中。由此伸長的鹵化銀粒子的至少一部分被還原成銀兀素。另一方面，已知用離子交換法將銀或銅向玻璃表層中導入后，使銀或銅的鹵化物的相析出，將其伸長，從而在玻璃制品的表層形成具有偏光分離功能的層的方法(參照專利文獻2) ο專利文獻I :日本特開昭56-169140號公報專利文獻2 :日本專利第4394355號公報

發明內容
專利文獻I記載的制造方法中，在玻璃制品中同樣有鹵化物析出，而另一方面還原工序中只還原玻璃制品表層的鹵化物，所以在玻璃制品的厚度方向的中央部分殘留鹵化物。因此，偏光元件的透過率下降，在用于液晶顯示裝置等中時，有可能無法得到足夠的亮度。另一方面，根據專利文獻2記載的方法，則僅在玻璃制品的表層部導入銀或銅，所以能夠防止由未被還原而殘留的鹵化物所致的上述的不良情況。但是，由于需要將玻璃制品浸潰在高溫(350°C 750°C )的熔融鹽中長達8小時左右，所以環境負荷高。換言之，制造時的消耗能量非常多且生產率差。本發明是鑒于上述現有技術的問題點完成的，目的之一在于提供一種簡便地制造光學特性優異的偏光元件的方法。本發明的偏光元件的制造方法的特征在于，具有以下工序在玻璃基板上形成金屬鹵化物的島狀膜的工序；通過加熱拉伸上述玻璃基板而使上述島狀膜伸長，形成上述金屬鹵化物的針狀粒子的工序；及通過還原上述針狀粒子上述金屬鹵化物而形成由金屬構成的針狀金屬粒子的工序；并且，上述金屬鹵化物是利用反應性物理蒸鍍法堆積在上述玻璃基板上的。根據該制造方法，在玻璃基板的表面形成島狀膜，拉伸該島狀膜形成針狀粒子后，利用還原處理形成針狀金屬粒子，所以能夠可靠地對金屬鹵化物進行還原處理。因此，不會產生由金屬鹵化物的殘留所致的光學特性的下降。并且，由于使用薄膜形成工序在玻璃基板上形成金屬鹵化物的島狀膜，所以能夠以與利用離子交換在玻璃的表層導入金屬這樣的以往的工序相比顯著簡便的工序進行制造。因此，能夠使制造時的消耗能量極其變少，而且還能提聞生廣率。可以是如下的制造方法，S卩，形成上述島狀膜的工序具有以下工序利用上述反應性物理蒸鍍法在上述玻璃基板上形成由上述金屬鹵化物構成的被膜的工序；和通過對上述被膜進行蝕刻處理而形成上述島狀膜的工序。根據該制造方法，能夠獨立于形成被膜的工序選擇對被膜進行蝕刻處理時的條 件，所以能夠容易地控制構成島狀膜的島狀粒子的配置密度，進而能夠容易地控制偏光元件的光學特性。上述蝕刻處理也可以為使用非活性氣體或反應性氣體的干式蝕刻處理的制造方法。根據該制造方法，能夠簡便地以高成品率形成金屬鹵化物的島狀膜。也可以是上述反應性物理蒸鍍法為使用由選自Au、Ag、Cu、Cd、Al中的I種或2種以上的金屬構成的靶和含鹵素氣體的工藝氣體的反應性濺射法的制造方法。根據該制造方法，能夠以高成品率快速將金屬鹵化物形成在玻璃基板上，所以能夠高效率制造偏光元件。


圖I是表示實施方式的偏光元件的制造方法的圖。圖2是表不蝕刻工序后及拉伸工序后的玻璃基板表面的俯視圖。
具體實施例方式以下，使用附圖對本發明的實施方式進行說明。應予說明，本發明的范圍不被以下的實施方式所限定，可以在本發明的技術思想的范圍內任意地變更。并且，在以下的附圖中，為了使各構成易于理解，存在各構造的比例尺、數量等與實際的構造不同的情況。圖I是表示本實施方式的偏光元件的制造方法的圖。如圖I所示，本實施方式的偏光元件的制造方法具有成膜工序SI、蝕刻工序S2、拉伸工序S3、還原工序S4。如圖I (a)所示，成膜工序SI是使用反應性物理蒸鍍法在玻璃基板10上形成由金屬鹵化物構成的被膜11的工序。作為玻璃基板10，沒有特別限定，可以使用公知的任何玻璃基板。這是由于在本實施方式的偏光元件的制造方法中，不需要在玻璃基板中使金屬鹵化物析出或在玻璃基板的表面利用離子交換導入金屬離子，只要可以形成金屬鹵化物的被膜11即可。具體地說，可以根據偏光元件的用途使用石英玻璃、鈉鈣玻璃、藍寶石玻璃、硼硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃等各種玻璃基板。反應性物理蒸鍍法是利用物理蒸鍍中的反應而形成化合物薄膜的成膜法。本實施方式的情況是通過由于物理蒸鍍法而飛散的金屬粒子與反應氣體中含有的鹵素之間的反應，在玻璃基板10上形成由金屬鹵化物構成的被膜11。作為物理蒸鍍法，沒有特別限定，蒸發系、濺射系中任一種均可。作為蒸發系的物理蒸鍍法，例如可以例示真空蒸鍍法、分子束蒸鍍法(MBE)、離子鍍法、離子束蒸鍍法等。作為濺射系的物理蒸鍍法，可以例示磁控濺射、離子束濺射、ECR濺射等。在成膜工序SI中，例如使用反應性濺射時，作為金屬靶可以使用由選自Au、Ag、Cu、Cd、Al中的I種或2種以上的金屬構成的靶。作為反應氣體使用鹵素(F、Cl、Br、I、At、Uus)的氣體或鹵素化合物的氣體。使用這些而形成的金屬鹵化物例如有AgClx、A1F、AgF、 AgBr、Agl、AlClx 等。作為鹵素化合物氣體沒有特別限定，但可以舉出BC13、BBr3> BF3等硼化合物氣體，CF4、C2F6等氟碳化合物，GeCl4^GeF4等鍺化合物，SiCl4^SiF4等硅化合物，SiHCl3^SiH2Cl2等硅烷化合物，NF3> PF3> SF6, SnCl4, TiCl4, WF6 等。其次，如圖I (b)所示，蝕刻工序S2是對成膜工序SI中形成的被膜11進行蝕刻處理，從而形成由多個島狀粒子12a構成的島狀膜12的工序。作為蝕刻處理，優選使用干式蝕刻處理。干式蝕刻處理中根據被膜11的材質選擇使用氣體源(gaseous species)即可。即，可以是使用非活性氣體(Ar等)的派射蝕刻處理，也可以是使用反應性氣體((12、8(13、耶1'、0 4、5 6等)的反應性干式蝕刻處理。圖2(a)是表示蝕刻工序后的玻璃基板表面的俯視圖。如圖2(a)所示，通過上述蝕刻處理，形成粒徑為2 8nm左右的由金屬鹵化物(例如AgClx、AlF等)構成的島狀粒子12a。在島狀粒子12a之間的區域形成有玻璃基板10的表面露出的區域10a。在本實施方式的蝕刻工序S2中，通過部分性除去被膜11而使被膜11形成為島狀膜12，所以優選使被膜11的蝕刻條件緩慢，在可以容易控制的狀態下進行處理。具體地說，還根據被膜11的膜厚，但優選將蝕刻速率設為10nm/min 100nm/min的范圍。應予說明，在本實施方式中，雖然在成膜工序SI中形成一樣的被膜11，通過之后的蝕刻工序S2將被膜11加工成島狀膜12，但利用成膜工序SI形成島狀膜12時，不需要蝕刻工序S2。在本實施方式的成膜工序SI中，雖然使用反應性物理蒸鍍法使金屬鹵化物成膜，但金屬鹵化物容易氣化，所以如果調整通過反應而生成的金屬鹵化物對玻璃基板10的附著和脫離的平衡，則能夠利用成膜工序SI形成如圖2(a)所示那樣的島狀膜12。接下來，在拉伸工序S3中，如圖1(c)所示將加熱而軟化的玻璃基板10向與設有島狀粒子12a的玻璃基板10的面平行的方向拉長。作為拉長的方法，可以是將玻璃基板10向與面平行的方向拉伸的拉伸處理，也可以是利用壓力變薄拉長的軋制處理。拉伸工序S3中的加熱溫度沒有特別限定，加熱到玻璃基板10不熔融但能夠軟化的溫度即可。通過拉伸工序S3，玻璃基板10在拉伸方向被拉長且被加工成變薄。并且，玻璃基板10的島狀粒子12a也在拉伸方向上被拉長，如圖2(b)所示成為在玻璃基板10上向拉伸方向(圖示左右方向)取向的多個針狀粒子12b。針狀粒子12b是寬長比為5以上的細長的形狀，例如是寬度為I 3nm、長度為5 20nm左右的大小。并且，在多個針狀粒子12b之間的區域上，通過拉長圖2(a)所示的區域10a，形成細長的狹縫狀的區域10b。該狹縫狀的區域IOb的大小隨島狀粒子12a的形成密度而變化，但寬度為I 10nm、長度為3 50nm左右。接下來，在還原工序S4中，如圖1(d)所示，通過將玻璃基板10配置在氫等還原氣氛中并加熱，從而對構成針狀粒子12b的金屬鹵化物進行還原。由此，在玻璃基板10上形成針狀金屬粒子12c。例如，在針狀粒子12b由AgClx構成的情況下，將形成由Ag構成的針狀金屬粒子12c。在針狀粒子12b由AlF構成的情況下，將形成由Al構成的針狀金屬粒子12c。通過以上的工序，能夠制造出取向于基板面內的一個方向的多個針狀金屬粒子12c隔著狹縫狀的區域IOb而排列在玻璃基板10上的偏光元件100。

利用本實施方式的制造方法而制造的偏光元件100，通過使比可見光的波長窄的寬度的針狀金屬粒子12c按細間距排列，能夠作為起到將透過光分離成規定的振動方向的直線偏光的功能的光學元件而使用。并且，以往的偏光玻璃中，針狀的金屬粒子的配置密度是每I μ Hi3為20根以下左右，所以為了得到高偏光分離特性，需要將針狀的金屬粒子廣泛地分布于玻璃基板的厚度方向。相對于此，本實施方式的偏光兀件中，由于針狀金屬粒子12c以高密度配置在玻璃基板10的表面，所以能夠使用任意厚度的玻璃基板10，也易于制作薄型的偏光元件。根據以上詳細說明的本實施方式的制造方法，則使用薄膜形成技術在玻璃基板10的表面形成金屬鹵化物的島狀粒子12a，將其拉伸、還原，所以能夠可靠地還原金屬鹵化物，能夠容易且可靠地得到僅由金屬構成的針狀金屬粒子12c。由此，不會像以往的偏光玻璃那樣在玻璃基板內部殘留金屬齒化物而使偏光兀件的透光率降低。并且，島狀粒子12a的形成中使用反應性濺射、干式蝕刻等薄膜形成技術，所以不需要像利用離子交換在玻璃基板的表層部導入金屬元素的工藝那樣長時間浸潰在高溫的熔融鹽中之類的制造工序。因此，能夠使制造時的消耗能量變得極少，能夠減小環境負荷。并且，本實施方式的制造方法的生產率比以往的制造方法更優異。另外，本實施方式的制造方法中，利用蝕刻工序S2部分性除去被膜11，從而形成島狀膜12，所以能夠極其容易地控制島狀粒子12a的配置密度。即，能夠極其容易地控制偏光元件的光學特性。應予說明，在成膜工序SI中形成島狀膜12時，可以通過調整成膜條件來調整島狀粒子12a和區域IOa之間的比率。另外，本實施方式的制造方法中，使用反應性物理蒸鍍法而形成金屬鹵化物的被膜11或島狀粒子12a，所以形成的金屬鹵化物的材質變更極其容易，即使是以往的偏光玻璃的制造工藝中不能使用的材質也可以使用。這樣，材質的選擇范圍廣泛，從而偏光元件的光學特性的控制變得較容易，也易于提高生產率。
實施例以下利用實施例進一步詳細地說明本發明，但本發明的技術范圍不限于下述的實施例。實施例I在安裝Ag靶(純度99. 99%，厚度5mm，圓盤狀)作為金屬靶的平行平板型濺射裝置的真空容器內配置玻璃基板(基板-靶間距離I IOmm)。接著，在將Ar氣(純度99. 999 %，流量40SCCm)和Cl氣(流量IOsccm)的混合氣體導入真空容器內以使壓力成為O. 4Pa的狀態下，向Ag靶輸入500W的交流電(振蕩頻率13. 56MHz)，進行10分鐘的成膜。由此，使濺射的Ag粒子飛到玻璃基板上，一邊與Cl發生反應一邊在玻璃基板上堆積，從而在玻璃基板上形成厚度32 Inm的AgClx膜。接下來，在ICP干法蝕刻裝置的真空容器內配置形成有AgClx膜 的玻璃基板。接著，在將Ar氣(流量lOOsccm)導入真空容器內以使壓力成為O. 4Pa的狀態下，向ICP天線接入300W、向基板偏置電路接入120W的交流電(振蕩頻率13. 56MHz)，利用Ar等離子體蝕刻被膜11。通過該蝕刻處理，能夠在玻璃基板上形成與圖2(a)所示相同的島狀膜。接下來，通過拉伸玻璃基板，使島狀膜與玻璃基板一起拉長，得到了圖2(b)所示的形狀的針狀粒子12b。進而，通過對構成針狀粒子12b的金屬鹵化物進行還原，形成了由Ag構成的針狀金屬粒子12c。實施例2在安裝Al靶(純度99. 99%，厚度5mm，圓盤狀)作為金屬靶的平行平板型濺射裝置的真空容器內配置玻璃基板(基板-靶間距離I IOmm)。然后，在將Ar氣(純度99. 999 %，流量45SCCm)和CF4氣體(流量5SCCm)的混合氣體導入真空容器內以使壓力成為O. 4Pa的狀態下，向Al靶輸入300W的交流電(振蕩頻率13. 56MHz)，進行10分鐘的成膜。由此，使濺射的Al粒子飛到玻璃基板上，一邊與F發生反應一邊在玻璃基板上堆積，從而在玻璃基板上形成厚度212nm的AlF膜。接下來，與實施例I同樣，進行使用ICP干法蝕刻裝置的干式蝕刻處理，蝕刻AlF膜。通過該蝕刻處理，在玻璃基板上形成與圖2(a)所示同樣的島狀膜。然后，通過拉伸玻璃基板，使島狀膜與玻璃基板一起拉長，得到了圖2(b)所示的形狀的針狀粒子12b。進而，通過對構成針狀粒子12b的金屬鹵化物進行還原，形成了由Al構成的針狀金屬粒子12c。實施例I和實施例2中在玻璃基板上形成單層的島狀膜，拉伸該玻璃基板，但如果僅形成單層島狀膜則作為偏光元件的性能不充分，那么也可以在玻璃基板上層疊多個島狀膜之后，拉伸玻璃基板。在這種情況下，在第I層的島狀膜之上形成透明的絕緣膜，在該絕緣膜上形成第2層的島狀膜。通過在第I層的島狀膜和第2層的島狀膜之間設置絕緣膜，防止相互層疊的二層島狀膜彼此融合。如果需要第3層的島狀膜，在第2層的島狀膜上進一步形成透明的絕緣膜，隔著該絕緣膜形成第3層的島狀膜即可。作為絕緣膜的材料，可以使用硅氧化物、硅氮化物、鈦氧化物、鋯氧化物等透明的材料。作為絕緣膜的厚度沒有特別限定，例如可以制成lOOnm。通過這樣層疊多層島狀膜后拉伸玻璃基板，從而使多層島狀膜與玻璃基板一起拉長，得到俯視圖為如圖2(b)所示的形狀的針狀粒子12b。進而，通過對構成針狀粒子12b的金屬鹵化物進行還原，能夠形成針狀金屬粒子12c。如上所說明，可確認對于多種材質而言，均能夠形成與圖2(a)所示的島狀膜12同樣的形狀的島狀膜。這些島狀膜是由AgClx或者AgF構成的島狀粒子的聚集體，所以通過對玻璃基板進行拉伸處理，與玻璃基板一起被拉長，能夠得到如圖2(b)所示的形狀的針狀粒子12b。這樣，根據本發明，能夠以比以往極其小的環境負荷簡便地制造光學特性優異的偏光兀件。符號說明 10…玻璃基板，1L···被膜，12…島狀膜，12b···針狀粒子，12c···針狀金屬粒子，100…偏光兀件。
權利要求
1.一種偏光元件的制造方法，其特征在于，具有以下工序 在玻璃基板上形成金屬鹵化物島狀膜的工序， 通過將所述玻璃基板加熱拉伸而使所述島狀膜伸長，形成所述金屬鹵化物的針狀粒子的工序，和 通過還原所述針狀粒子的所述金屬鹵化物而形成由金屬構成的針狀金屬粒子的工序; 并且，所述金屬鹵化物是利用反應性物理蒸鍍法堆積在所述玻璃基板上的。
2.根據權利要求I所述的偏光元件的制造方法，其特征在于，形成所述島狀膜的工序具有以下工序 利用所述反應性物理蒸鍍法在所述玻璃基板上形成由所述金屬鹵化物構成的被膜的工序；和 通過對所述被膜進行蝕刻處理而形成所述島狀膜的工序。
3.根據權利要求I或2所述的偏光元件的制造方法，其特征在于，所述蝕刻處理是使用非活性氣體或反應性氣體的干式蝕刻處理。
4.根據權利要求I 3中任I項所述的偏光元件的制造方法，其特征在于，所述反應性物理蒸鍍法是使用由選自Au、Ag、Cu、Cd、Al中的I種或2種以上的金屬構成的靶和含鹵素氣體的工藝氣體的反應性濺射法。
全文摘要
本發明提供一種能夠簡便地制造光學特性優異的偏光元件的方法。本發明的偏光元件的制造方法的特征在于具有以下工序在玻璃基板上形成金屬鹵化物的島狀膜的工序；通過將上述玻璃基板加熱拉伸而使上述島狀膜伸長，形成上述金屬鹵化物的針狀粒子的工序；通過還原上述針狀粒子的上述金屬鹵化物而形成由金屬構成的針狀金屬粒子的工序；并且，上述金屬鹵化物是利用反應性物理蒸鍍法堆積在上述玻璃基板上的。
文檔編號G02B1/10GK102681073SQ20121004134
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月21日 優先權日2011年3月18日
發明者熊井啟友 申請人:精工愛普生株式會社