JPH0497104A

JPH0497104A - 無機偏光薄膜

Info

Publication number: JPH0497104A
Application number: JP2212125A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Taga; 康訓多賀; Motofumi Suzuki; 基史鈴木; Tadayoshi Ito; 忠義伊藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1990-08-09
Filing date: 1990-08-09
Publication date: 1992-03-30
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: US5305143A; JP2902456B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、偏光特性を有する無機偏光薄膜に関し、さら
に詳しくは、無機質材料偏光薄膜基部と該基部を構成す
る柱状のコラムの表面に形成された光吸収部とからなり
耐候性および耐熱性に優れた無機偏光薄膜に関するもの
である。

〔従来技術およびその問題点〕

現在、活発に研究・開発か行われている新規素材の一つ
として、偏光膜かある。この偏光膜は、例えば、膜偏光
子として液晶と組合わせて薄型ＬＣＤ　（Ｌｉｑｕｉｄ
　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶表示素子）に
適用され、低消費電力、低電圧駆動、薄型化、大型化の
特徴を活かして電卓や腕時計の液晶表示装置として用い
られ、最近ではエレクトロニクスの進展に伴って従来の
ＣＲＴデイスプレィに代わってテレビやパソコン、ワー
プロの表示装置として用いられている。さらに、偏光解
消・円偏先板、立体画像処理（Ｘ線、映画等）、ＯＡ機
器、偏光レンズ、部分検出装置、防眩、調光、カメラ分
野などへの用途開発か活発に行われている。

ところでこの偏光膜は、ある特定の方向に振動する光の
成分を透過し、これと直交する方向に振動する光の成分
を吸収または分散する能力を持つ偏光子をフィルム状に
したものである。すなわち、振動方向に異方性のない自
然光から直線偏光を取り出したり、偏光の軸とは異なる
方向に振動する光の成分を消光する機能を有したフィル
ムである。

この偏光膜としては、従来より、ポリビニルアルコール
（ＰＶＡ）やポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の有機材料を
延伸し、これに二色性を持つ分子である沃素や染料を吸
着させ、または脱水、脱塩素反応によって分子自体に二
色性をもたせ、両面を基材（トリアセチルセルロース、
ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタアクリレ
ート等）でサンドウィッチ状に貼り合わせたり、コーテ
ィングする二とにより製造されている。しかしながら、
この偏光膜は、有機物を主成分としているため、紫外線
、熱、水分、ある種の有機溶媒によって分解または変質
しやすく、機械的強度も低いという欠点を有していた。

また、これらの偏光膜はシート状のフィルムとして供給
されるため、例えば表示装置等に組み込むためには、裁
断、張り合わせという工程を必要とし、複雑な形状のも
のや曲面を有するもの、および非常に小さいものへの応
用か困難であるという問題を有していた。

また、この従来技術の有機偏光膜の上記問題点を解決す
る方法として、ガラス基板に９０度の蒸着角で導電材料
からなる平坦な層を形成し、該形成層に適当な適当な入
射角で粒子線を照射して多数の互いに平行な微細帯を掘
り込むことにより、ガラス基板上に光波長の約１／１０
の格子間隔をもって平行に並ぶ多数の導電帯からなる偏
光子を製造する方法「偏光子の製造方法」　（特開昭５
４−１４３６５８号公報）かある。この方法により、寿
命が長く、再現性のよい、低コストの偏光子か製造でき
るとしている。しかしなから、この方法で得られた偏光
子は、光吸収部に金属などの導電性物質を用いており、
これが偏光子表面に露出した構造をしている。この金属
などの導電性物質は、一般に柔らかく耐摩耗性に劣るも
のか多いため、この従来技術の偏光子は耐摩耗性を向上
させるために保護膜か必要であるという問題があった。

また、粒子線照射の必要性から基板はガラスに限定され
、有機偏光膜のような柔軟性を有した偏光子を作製する
ことは困難であるという問題があった。さらに、この従
来技術の偏光子の製造方法は、方向の揃った粒子線を大
面積に照射することは難しく、大面積の偏光子を製造す
ることか難しいという問題かあった。

そこで、本発明者らは、上述の如き従来技術の問題点を
解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験を重ねた結果
、本発明を成すに至ったものである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、耐候性および耐熱性に優れた無機偏光
薄膜を提供するにある。

本発明者らは、上述の従来技術の問題に関し、以下のこ
とに着眼した。すなわち、先ず、酸化物の斜め蒸着膜が
、膜形成方向に対して一定方向に傾斜して整列された微
細なコラム構造を形成し、このコラムの密度が面内で異
方性を有するため屈折率に面内異方性か生じ、複屈折性
を有することに着目し、さらにこのコラムを着色するこ
とにより、複屈折たけでなく、−２色性をも有する薄膜
かできると考えた。酸化物などの無機物質は、耐候性お
よび耐熱性に優れており、機械的強度も高い。

着色物質も無機物質であれば、耐候性および耐熱性に優
れ、機械的強度の高い２色性を有した薄膜を作製するこ
とかできる。さらに、これら物質の構造は真空蒸着やス
パッタリングにより製造できるので、基材の材質や形状
、および大きさなどの関係なく再現性のよい偏光子を低
コストで製造することかできる。従って、着色無機物質
の斜め蒸着膜の２色性を大きくすることができれば、前
記問題点を解決した無機偏光薄膜を得ることができる。

しかしながら、コラムか一様に着色している構造では、
複屈折の大きさから考えて２色性を充分大きくすること
は不可能であり、この構造で偏光子を作製すると全体の
透過率か著しく低下してしまう。そこで、本発明者らは
二の問題を解決するため、前記コラムを所望の波長領域
において透明な部分と光を吸収する部分の２相に分けた
新規な構造とすることにより、透過率を損なわずに充分
な偏光を得ることかできる偏光薄膜に到達した。

すなわち、所望の光の波長領域において透明な物質を斜
め蒸着なとしてコラム構造を形成し、このコラムの表面
に所望波長領域で光吸収係数か該コラムより大きな無機
質物質を形成することにより、従来技術の問題点を克服
するに至った。

〔第１発明の説明〕第１発明の構成本第１発明の無機偏光薄膜は、可視光域、紫外線域また
は赤外線域等の光の波長領域において透明な酸化物その
他の安定な無機物質であって、断面か円形状の微細なコ
ラムまたは該コラムの集合体が、基板に対して一定の角
度で傾斜しているとともに面内て密度の異方性を持って
並んで配設されてなる偏光薄膜基部と、該偏光薄膜基部
の前記コラムの表面に形成されてなり、偏光の波長領域
において前記コラムより光吸収係数か大きい無機物質か
らなる光吸収部とから成り、前記光吸収部を形成したコ
ラムまたはその集合体が、該コラムまたはその集合体の
太さ比で０．２〜２０の間隔を挟んで配設されてなるこ
とを特徴とする。

第１発明の作用本発明の無機偏光薄膜か優れた効果を発揮するメカニズ
ムについては、未だ必ずしも十分に明らかではないが、
次のように考えられる。

すなわち、本発明の無機偏光薄膜の偏光薄膜基部の単位
要素となるコラムは、可視光域、紫外線域または赤外線
域等の光の波長領域において透明な酸化物その他の安定
な無機物質で、断面の形状か円形状の微細なものである
。偏光薄膜基部は、このコラムまたは該コラムの集合体
が、基板に対して一定の角度で傾斜しているとともに、
コラムの太さ比で０．２〜２０の間隔を挟んで面内て密
度の異方性を持って並んで配設されてなる。この面内異
方性により、無機偏光薄膜の光学特性の面内異方性を付
与することかできる。

また、光吸収部は、前記偏光薄膜基部のコラムの表面に
形成されてなり、偏光の所望波長領域において前記コラ
ムより光吸収係数か大きい無機物質からなる。この光吸
収部は、コラムの表面部に存在しているので、光透過率
を極度に低下させるのを防ぐことかできる。これより、
前記偏光薄膜基部の光学特性の面内異方性を反映し、光
吸収の面内異方性を生じる。すなわち、光吸収部の密度
か密な方向に振動する光の吸収が大きく、該密度の疎な
方向に振動する光の吸収か小さくなり、光吸収の異方性
を生じる。

また、本発明の無機偏光薄膜は、膜の内部構造に特徴か
あり、偏光薄膜基部のコラムを所望の光の波長より充分
小さくすることかできるので光の散乱を起こすことなく
、また、光吸収部を形成した微細な柱状コラムまたはコ
ラムの集合体を所望数基板に対して一定の方向に傾斜す
るとともにコラムの太さ比で０．２〜２０の間隔を挟ん
で成る程度並んで配設されてなるので、光吸収部を一部
に集中させず適当に分散させて透明部分と光吸収部分を
分離することかてきるので、透過率を大きくし充分な偏
光特性か得られ、良好な偏光特性を示すことかできるも
のと考えられる。

また、前記光吸収部は、安定な偏光薄膜基部によって保
護されるのて、耐候性および耐熱性に優れ、機械的強度
か高いものとすることかできるものと考えられる。

発明の効果本発明の無機偏光薄膜は、良好な偏光特性を有する。

また、本発明の無機偏光薄膜は、耐候性および耐熱性に
優れている。

〔第２発明の説明〕以下に、前記第１発明をさらに具体的にした第２発明を
説明する。

偏光薄膜基部本発明の無機偏光薄膜の偏光薄膜基部は、コラムまたは
該コラムの集合体が、所望数基板に対して一定の角度で
傾斜して配設されている。ここで、本発明の偏光薄膜に
おいて用いる基板は、ガラスや珪素なとの無機材料や樹
脂なとの有機材料からなる可視光域、紫外線域または赤
外線域の少なくとも何れかの光の波長領域の所望領域に
おいて透明なものであり、異体的には、各種ガラス基板
、ＰＥＴ等の高分子フィルム、アクリル、スチロール等
のプラスチック類などが挙げられる。

また偏光薄膜基部は、可視光域、紫外線域、または赤外
線域の少なくとも何れかの光の波長領域の所望領域にお
いて透明な酸化物その他の安定な無機物質からなるコラ
ムを単位要素としてなる。

このコラムを構成する物質を具体的に例示すると、可視
および赤外域で用いるものとしては、酸化タンタル（Ｔ
　ａ　２０５）　、二酸化珪素（Ｓｉｎ、）、酸化マグ
ネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｆｆ２０３
　）　、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ□
）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ□）、酸化モリブデン（
Ｍｏ　ＣＬ　）　、酸化インジウム（Ｉｎ２０３）、酸
化スズ（ＳｎＯ□）、酸化タングステン（ＷＯ２）また
はこれら二種以上の化合物などが、赤外域で用いられる
ものとしては珪素（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）など
が、紫外域〜赤外域で用いられるものとしては二酸化珪
素（ＳｉＣ２）などの無機物質か挙げられる。このなか
ても５１０２、Ｔａ２０５の場合は、透過領域が広く、
化学的・熱的な安定性か高いのて好ましい。

該コラムは、横断面の形状か円形状の微細なものであり
、該横断面形状が第２図（ａ）に示すように真円でも、
第２図（ｂ）に示すように長径／短径く３の楕円ても、
第２図（Ｃ）のように外周部が多少凹凸を有してもよい
。

また、コラムの太さは、すなわち縦断面か真円てあれは
径、楕円であれば長径と短径との平均径、凹凸を有する
形状であれば平均径で、５〜１１００ｎであることか好
ましい。該太さか５ｎｍ未満の場合には、光の波長に比
べて小さな構造となり、光にとっては−様な物質となり
、異方性が生じなくなり、１１００ｎを超えると光の波
長と同じオーダーの構造となり、光か散乱して白濁化す
るのでともに好ましくない。

また、コラムは、一つを構成要素としても、該コラムを
複数束ねた集合体を構成要素としても、これらコラムお
よびその集合体の両者を構成要素としてもよい。なお、
コラムの集合体は、コラムか凝集あるいは凝着したもの
である。なお、該コラムの集合体は、太くなると白濁化
の原因となるので、該集合体は２００ｎｍ以下であるこ
とか好ましい。また、コラムまたは該コラムの集合体の
傾斜方向は、できるたけ垂直に近い方が好ましいが、コ
ラムの角度を垂直に近づけると密度の異方性か小さくな
る。従って、該傾斜方向は、密度の異方性を損なわない
範囲でてきるだけ垂直に近い方向であることが好ましい
。

また、コラム又は／及び該コラムの集合体の面内におけ
る配列構造は、並び方に方向性を有していることか望ま
しい。すなわち、コラムの傾斜方向に垂直な方向で密、
該傾斜方向に沿った方向で疎になるような方向性を有す
る配列構造をしていることが好ましい。これは、該構造
とすることにより、面内の密度の異方性が大きくなるた
めである。該異方性は、方向性か強くなるほど大きくな
るので、配列構造に強い方向性かあることか好ましい。

さらに、この配列構造について具体的−例を模式的に示
すと、第３図に示すようにコラム又は／及びその集合体
かやや方向性を有するもの、第４図に示すように並び方
に多少のばらつきかあるものの一方向に筋状に揃ってい
るもの、第５図に示すように並び方にばらつきが余りな
く一方向にほぼ整列されたものなどの構造か挙げられる
。なお、疎密の異方性の大きい順に、第５図、第４図、
第３図となり、偏光薄膜基部としてはこの順で好ましい
。しかしながら、第３図の場合は作製し易いというメリ
ットがある。

該偏光薄膜基部は、所望の波長領域で透明で、化学的、
熱的に安定であることが必要である。なお、該偏光薄膜
基部の透過率は、単独の場合で８０％以上であることが
好ましい。

偏光薄膜基部は、このコラムか基板に対して一定の方向
に傾斜し形成させるともとにコラムの太さ比で０．２〜
２０の間隔を挟んで前記配列構造で並んで配設されてな
るので、面内て密度の異方性を有する。このように形成
された偏光薄膜基部のコラムの占める体積は、薄膜の占
める体積の４０％以下となる。

無機偏光膜は、このコラムの表面に光吸収部か形成され
てなるが、光の透過率および偏光度はコラムの延びる方
向で最大となるので、該コラムは基板に対してできるだ
け垂直に近い方か好ましい。

また、コラムの太さは、偏光の所望の波長の光と充分な
相互作用をするだけの太さか必要である。

しかし、コラムか太くなって所望の光の波長と同等かそ
れ以上になると光か散乱してしまう。従って、該コラム
の太さは、所望の光の波長の１／１０程度であることか
好ましい。コラムの長さは、膜厚と同程度か好ましい。

すなわち、無機偏光薄膜の基板との界面から膜表面まで
途切れることなく伸びていたほうがよい、これは、途中
でコラムか切れるとそこに界面か生じ、光の散乱の中心
になるからである。従って、コラムの長さは無機偏光薄
膜の膜厚と同程度、すなわち０．１〜１０μｍ程度か好
ましい。

光吸収部本発明の光吸収部は、偏光の所望波長領域において前記
コラムより光吸収係数が大きい無機物質からなる光吸収
部とからなり、前記偏光薄膜基部のコラムの表面に形成
されてなる。

この光吸収部は、前記コラムより所望の波長領域で光吸
収係数か大きい無機材料であり、光吸収係数か大きく酸
化しにくい材料であることが好ましい。該光吸収部は、
具体的には、金属、半導体、還元酸化物、窒化物などが
挙げられる。金属としては銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、鉄
（Ｆ　ｅ）　、コバルト（ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、
金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、イ
リジウム（Ｉｒ）などが好適な物質として挙げられる。

これは、これら金属が、紫外〜赤外で吸収係数が大きく
、酸化しにくく、かつ融点が有機物に比べて高いからで
ある。また、半導体としては、５ｎＴｅ、Ｐｂ５ｅ、Ｐ
ｂＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅなどが挙げられる。これら半導体は
、可視光で光を吸収し易く、意匠性に富んだ偏光薄膜と
して好適である。

さらに、上記以外の物質としては、赤外域で吸収係数か
大きいＩＴＯｌＺｎＯなどの電気伝導性酸化物などがあ
り、赤外線遮蔽機能を有する偏光薄膜として有用である
。

該光吸収部は、偏光薄膜基部の透過率を必要以上に低下
させない配設置とすることか好ましく、該偏光薄膜基部
に対して必要な偏光特性を付与することができる程度の
ごく少量にすることか好ましい。

該光吸収部の具体的な形成構造を、第６図唾）〜第６図
（ｋ）、第７図（ａ）〜第７図（Ｃ）および第８図（ａ
）〜第８図（Ｃ）を用いて説明する。まず、光吸収部を
形成したコラムの横断面を模式的に第６図（ａ）〜第６
図（ｋ）に示す。

第６図（ａ＋〜第６図（ｄｌは、コラム表面に微粒子状
または島状の光吸収物質を形成した例である。第６図（
ａ）は、コラム表面に微粒子状の光吸収物質を一面に密
に該面と反対の面に疎（または無）に形成した例で、こ
の場合は密な方向に振動する光成分の透過率が低く、こ
れに垂直な方向の光成分の透過率か高い。すなわち、光
吸収部の異方性を光吸収部の被覆形態によって大きくす
ることができる。第６図（ｂ）は、コラム表面に微粒子
状の光吸収物質を外周全体に均一となるように形成形成
した例である。第６図（Ｃ）は、コラム表面に島状の光
吸収物質を一面に密に該面と反対の面に疎（または無）
に形成した例である。第６図（ｄ）は、コラム表面に島
状の光吸収物質を外周全体に均一となるように形成形成
した例である。

この第６図（ａ）〜第６図（ｄ）のように、コラム表面
に微粒子又は島状の光吸収物質を形成した場合、微粒子
、島状薄膜の光学特性はバルク状のものとは大きく異な
り、微粒子、島の間の距離によりその特性か左右される
。例えば、該距離か大きい場合、つまり分散した場合、
光透過率が大きくなる。

また該距離を小さくすると、粒子間に双極子−双極子相
互作用など様々な相互作用を生じ、光透過率が小さくな
る。従って、この第６図（ａｌ〜第６図（ｄ）のように
光吸収部を、微粒子または島状で形成すると、分散の仕
方を制御することにより光の透過率を変えることができ
るので好ましい。また、第６図（ａ）〜第６図（ｄ）の
うち、第６図（ｂ）および第６図（ｄ）は、偏光薄膜基
部の密度異方性のみを利用して、光吸収物質の微粒子、
島の分散の仕方に異方性をもたせ、偏光薄膜とするもの
で、また第６図（ａ）および第６図（Ｃ）は、コラム表
面での微粒子、島の分散に分布を持たせさらに偏光特性
の向上をねらったものである。

第６図（ｅ）〜第６図（ｉ）は、コラム表面の一部又は
全部に光吸収物質を被覆形成した例である。第６＠（ｅ
）は約５０％の部分を被覆形成した例、第６図げ）は５
０％以上の部分を被覆形成した例、第６図（釦は全周に
わたり被覆形成した例、第６図混は全周にわたり被覆形
成するとともに被覆厚さが厚い部分と薄い部分とがある
例、第６図（ｉ）はコラム表面の相対する位置に厚く（
密）になるようにかつ該位置と約９０℃の位置を薄く（
疎）または零となるように形成した例である。この構造
例の中で、第６図（ｅ）、げ）、（ｈ）、（ｉ）のよう
に被覆量に分布を持たせ、この方向を揃えると光学的異
方性か偏光薄膜基部によるものに加えてさらに大きくな
るため、偏光薄膜特性か向上する。これは、光は被覆量
か厚いところでより沢山吸収されるので、第６図（ｅｌ
、げ）、（社）、（ｉ）では、同図の上下方向に振動す
る光を左右方向に振動する光よりもより吸収するためで
ある。従って、第６図（ｅ）、げ）、■、（ｉ）の中で
も、第６図（ｅ）、（ｉ）の性能が最も良いと考えられ
る。ただ、連続的な被覆を施した場合、微粒子の時に比
べて光吸収か非常に大きくなるので、膜厚を薄くしなけ
ればならない。

第６図（ｊ）は、コラム表面から内部方向に島状の光吸
収物質を形成した例であり、この場合、光吸収物質は微
粒子状であっても、膜状であってもよい。

第６図（頂は、コラムの集合体に光吸収物質を被覆した
例であり、この場合には光吸収物質は該集合体の一面に
形成されても全面に形成されてもよい。なお、この被覆
形態は、前述の第６図（ａ）〜（ｊ）の形態か同様に採
りうる。

なお、光吸収物質の添加量をごく少量にすると、コラム
の表面積は非常に大きいので、コラム−本−本を一様に
被覆することが難しく、第６図（ａ）〜（ｄｌまたは□
□□のようになるものと考えられる。また、特に図示は
しなかったが、上記のコラム表面の一部に光吸収部を配
設した構造において、該コラムの表面の５０％未満の部
分に微粒子状、島状、薄膜状の光吸収部を設けても、光
測光特性を得ることができる。

次に、光吸収部を形成したコラム表面を模式的に第７図
（ａ）〜第７図（Ｃ）に示す。第７図（ａ）は微粒子状
の光吸収物質が長さ方向、円周方向に点在した例、第７
図（ｂ）は島状の光吸収物質が長さ方向、円周方向に点
在した例、第７図（Ｃ）は膜状の光吸収物質で被覆され
た例である。なお、第７図（Ｃ）の場合は、必要な面を
一様に被う形状でも、部分的に被う形状でもどちらでも
よい。また、第７図において、微粒子、島状薄膜で光吸
収部を形成した場合、光透過率を上げるためコラムの縦
方向にはできるだけ離散的に付着していた方かよい。

次に、光吸収部を形成したコラムの縦断面を模式的に第
８図（ａ）〜第８図（Ｃ）に示す。第８図（ａｌは微粒
子状、島状、または膜状の光吸収物質かコラム表面に稠
密に形成された形状、第８図（ｂ）は微粒子状、島状、
または膜状の光吸収物質かコラム表面に離散的に形成さ
れた形状、第８図（Ｃ）は微粒子状、島状、または膜状
の光吸収物質かコラム表面に連続的に形成された形状で
ある。

また、前記光吸収部を形成したコラム又は／及び光吸収
部を形成したコラムの集合体は、面内において該光吸収
部を形成したコラムまたはコラムの集合体の長径と短径
の平均径に対して（コラムの太さ比で）０．２〜２０程
度の間隔を挟んで密度の異方性を持って並んで配設され
てなる。該光吸収部を形成したコラム又は／及び光吸収
部を形成したコラムの集合体間の間隔が、前記太さ比の
０゜２未満の場合は、該間隔か光の波長に対して大変小
さいので−様な物質となり、異方性か生じなくなり、ま
た２０を超える場合は、該間隔か光の波長に対して大変
広くなりずぎ、光の波長と同じオーダーの構造となり、
光か散乱して白濁化するので共に好ましくない。

また、光吸収部は、前記偏光薄膜基部の前記コラムまた
は該コラムの集合体の表面の少なくとも５０％以上の表
面部に、微粒子状、島状または膜状の光吸収物質か点在
または被覆して形成されてなる。

また、前記偏光薄膜基部と光吸収部の容積比（体積比）
は、単独の膜厚に換算して１０：１以下であることか好
ましい。これは、自然光の透過率を必要以上に低下させ
ないためである。

また、光吸収部は、面内において疎の部分と密の部分と
を形成されてなり、密の部分か方向性を有していること
が好ましい。

光吸収部は、偏光薄膜基部の表面に形成することによっ
て、膜面内で平均した時に密度の疎密が生じる。これは
、基部の堆積方向（傾斜方向）に垂直方向で密になる。

従って、コラムに形成する形態は、この疎密をさらに大
きくする形態か好ましい。このようにすることにより、
密な方向に振動する光の成分をさらに吸収する。

本発明の無機偏光薄膜は、透過率４０％以下、偏光率７
０〜９５％のものを得ることができる。

該無機偏光薄膜は、コラムに沿った方向での透過率か大
きくて、それ以外の方向の透過率が著しく低い。そのた
め、コラムの傾き角をかえることにより、ある特定の方
向だけ光を透過としても使用することができる。

本発明の無機偏光薄膜は、良好な偏光特性を有するとと
もに、耐候性および耐熱性に優れている。

さらに、本発明の無機偏光薄膜は、偏光薄膜基部が安定
な無機物質で、紫外線や熱等の影響により分解・変質す
ることかなく、機械的強度が高い。

また、該無機偏光薄膜の表面に形成された光吸収部は、
該偏光薄膜基部によって外界から保護された構造となっ
ている。

また、本発明の無機偏光薄膜は、上記特徴を活かし、さ
らに偏光薄膜基部に紫外線吸収特性を付与したり、吸収
部に光クロミズム、熱クロミズム等の機能を持たせるこ
となどにより、多機能偏光膜とすることか可能である。

本発明の無機偏光薄膜は、ガラスなどの無機材料や樹脂
などの有機材料からなる透明基板に該膜を形成すること
により得られる。

以下に、本発明の無機偏光薄膜の製造方法について、そ
の具体的−例を簡単に説明する。

まず、ガラスや珪素などの無機材料や樹脂なとの有機材
料からなる紫外線域または可視光域および赤外線域の少
なくとも何れかの光の波長領域の所望領域において透明
な基板上に、所望の光の波長領域において透明な酸化物
なとの安定な無機物質を前記基板に対して一定の斜めの
方向から堆積させる。これより、該堆積物であるコラム
または該コラムの集合体を基板に対して一定の方向に傾
斜し、しかもコラムまたは該コラムの集合体をコラムの
太さ比で０．２〜２０の間隔を挟んで成る程度並んで状
態で配設することかでき、面内で密度の異方性を有する
偏光薄膜基部を形成する。

この偏光薄膜基部形成工程において、必要な密度の面内
異方性を有する柱状コラム構造を作製する方法としては
、該コラムの堆積方向を揃え、基板に対して斜めに入射
させることかできる方法であれば、何のような方法でも
適用することができる。具体的には、真空蒸着法、イオ
ンブレーティング法、スパッタリング法などか挙げられ
る。この場合、薄膜形成初期段階に島状構造かてきるの
て、入射してくる堆積物の方向を揃えることにより、島
の影になる部分の成長を遅くし、該高部を特定の方向に
成長させることにより、前記コラム構造とすることがで
きる。この時、同時に面内異方性か生じる。

次いで、該偏光薄膜基部の前記コラムの表面に、偏光の
所望波長領域において前記コラムより光吸収係数が大き
い安定な無機物質を偏光薄膜基部の形成と同時あるいは
形成後に被覆させて光吸収部を形成する。該光吸収部の
形成方法としては、真空蒸着法、イオンブレーティング
法、スパッタリレグ法等によって、偏光薄膜基部を作製
する際に偏光薄膜基部を堆積する方向とは異なる方向か
ら光吸収係数の大きな物質を入射させる方法かある。

他の方法としては、溶液浸漬法、電気化学的方法等の光
吸収物質を偏光薄膜基部作製後に染み込ませる方法や、
真空蒸着法、イオンブレーティング法、スパッタリング
法等により偏光薄膜基部を作製する際に光吸収部を構成
する物質を混ぜ込み、真空中、大気中あるいは適当なガ
ス雰囲気中で熱処理してコラム表面に析出させる方法か
ある。

これにより、薄膜の材質をすべて無機物質で容易に作製
できるので、耐熱性や耐候性に優れた無機偏光薄膜を基
板に対して特別な加工や後処理を要することなしに簡単
に製造することかできる。

また、得られる無機偏光薄膜は非常に薄い膜で充分な偏
光特性を得ることかできる。従って、基板かどのような
形状や大きさ、材質であっても容易に無機偏光薄膜を製
造することかできる。

ここで、本発明の無機偏光薄膜の好適な製造方法につい
て、以下に説明する。

まず、偏光薄膜基部の製造に適した物理的蒸着法につい
て説明する。この物理的蒸着法には、真空蒸着法、イオ
ンブレーティング法、スパッタリング法なとかある。こ
れらの方法は、先ず、真空槽内に予めよく洗浄した基板
をセットする。太さや方向の揃ったコラムを形成するた
め、蒸発物質か基板に入射する角度のばらつきを抑え、
できる限り一方向から蒸着できるように設定する。具体
的には、該基板は、偏光薄膜基部の蒸発源に対し、蒸着
角４５度〜８０度の範囲とすることか好ましい。また、
蒸発源と基板の距離は３０ｃｍ以上離しておくとよい。

蒸発源は、抵抗加熱タイプのバスケット、ポート、ＥＢ
ガン、スパッタガン等の何れでもよいが、蒸発物質の飛
び出す部分の面積は余り大きくないほうかよい。蒸着方
法は、真空蒸着法、イオンブレーティング法、スパッタ
リング法の何れでもよく、蒸着物質や作製したい偏光薄
膜基部の形状・構造などにより適切な方法を適宜選択す
る。例えば、蒸着物質が比較的低温で蒸気圧が高く分解
しにくい物質であれば真空蒸着法てよいが、分解・還元
する物質であればイオンブレーティング法が好適である
。高融点の物や蒸気圧か低いものは、スパッタリング法
か好適である。

次いて、真空槽を１０−’Ｔｏｒｒまで排気して蒸着の
準備をする。斜め蒸着によって生じる径や方向は、蒸着
物質、蒸着角度、蒸着中め真空度によって大きく影響さ
れるが、無機偏光薄膜に必要なコラムの径は所望の波長
の１７１０程度が好適であるので、必要に応じてコラム
の径や方向を調節するためにＡｒガスを導入してＩ　Ｏ
−’Ｔｏｒｒ　〜１０−３Ｔｏｒｒの間で適宜調節する
。但し、光吸収部と偏光薄膜基部を同時に蒸着する場合
は、光吸収部と反応して核部の光学的性質を変化させる
虞れのある反応性の高いガスは望ましくない。また、イ
オンブレーティング法、スパッタリング法の場合は、１
０−’Ｔｏｒｒ　〜１０−’Ｔｏｒｒのプラズマを安定
に保てるだけのガスが必要である。

次いで、蒸着を開始し、所望の膜厚になるまで成膜する
。

なお、これら物理的蒸着法において、薄膜と基板の密着
性向上のため、予め基板の脱脂、洗浄を行うことか好ま
しく、必要に応じて酸、アルカリによる化学的エツチン
グ法を施す。また、基板と薄膜の密着性向上のため、基
板加熱やイオンエツチングか好適な前処理工程として選
択される。しかしなから、これら工程は、基板の材質に
よっては基板に必要以上のダメージを与える恐れかあり
、これよりコラム形成に悪影響を及ぼす可能性があるの
で、十分注意する必要かある。

また、膜厚の制御は、スパッタリング法の場合、投入パ
ワーを制御することにより、堆積速度の制御が容易に可
能である。一方、真空蒸着法、イオンブレーティング法
の場合は、水晶振動子等により、膜厚をモニターしなか
ら成膜する。

次に、光吸収部形成工程は、真空蒸着法、イオンブレー
ティング法、スパッタリング法などの物理的蒸着法で行
う。この方法は、偏光薄膜基部を蒸着する方向と異なる
方向から光吸収部の原料を前記法で蒸着する方法である
。光吸収部を蒸着する方向は、偏光薄膜基部を蒸着する
方向と反対方向、例えば光吸収部の蒸着角ψか９０°−
〇（θ：基部の蒸着角）よりも大きな角度から蒸着する
ことか望ましい。また、蒸発源と基板の距離は２０ｃｍ
以上離し、光吸収部の蒸着角度を揃える方法であること
か望ましい。これは、コラムの影になる部分に光吸収部
か蒸着する量を減らすことによって、コラムの表面の光
吸収部の被覆・付着形態に分布を持たせ、光吸収部の面
内異方性をより増大させるためである。光吸収部を被覆
する量は、所望の充分な偏光が得られるたけ必要である
が、過剰に被覆すると全体の透過率か低下するとともに
、コラムの方向か乱れてしまう。従って、光吸収部を単
独で蒸着したときの膜厚が、偏光薄膜基部を単独で蒸着
したときのｌ／１０程度であることか好ましい。なお、
これら物理的蒸着法において、光吸収部を構成する物質
は、成膜時に酸化し光吸収係数か低下する虞れがある。

この場合、熱処理等により還元するものは、成膜後頁空
中または還元雰囲気中で熱処理して酸化した光吸収物質
を還元し、偏光特性を向上させることか望ましい。

また、光吸収物質はコラム表面のみならず該コラムの内
部にも多少混入することがある。この場合、真空中、大
気中あるいは適当なガス雰囲気中て熱処理をしてコラム
表面に析出させることかできるものもある。

本発明の無機偏光薄膜は、詰腹を被覆することにより偏
光か効果的に行え、しかも耐久性か大であるので、さら
に可視光の光透過性をも利用して自動車用窓ガラス、ス
カイルーフ、ミラー、住宅用窓ガラス、サンルーフ、眼
鏡用レンズといった材料や、主として偏光特性を活かし
て自動車用内装部品や薬品の容器なとの材料に利用する
ことかてきる。従来からのＬＣＤにも、透明電極上に直
接詰腹をつけることかでき、生産性やコスト面で有利で
ある。また、１／４波長板等と組み合わせた光学部品、
光エレクトロニクス部品への適用も可能である。

〔実施例〕

以下に、本発明の詳細な説明する。

第１実施例基板としてソーダ石灰ガラスを用い、蒸着源を五酸化タ
ンタル（Ｔ　ａ　２０．）または二酸化珪素（Ｓｉ０２
）と銀（Ａ　ｇ）または銅（Ｃｕ）として該基板上に無
機偏光薄膜を形成し、該薄膜の性能評価試験を実施した
。

先ず、基板１１として、厚さ１．０ｍｍのソーダ石灰ガ
ラスを用意し、該基板をアセトンで洗浄後十分に乾燥さ
せた。

次に、用意した基板１１をＥＢ蒸着とスパッタリングを
同時に行うことかできる複合成膜装置の真空槽１７内の
基板ホルダー１５に配設し、五酸化タンタル焼結体をＥ
Ｂ蒸着用ハースに装着し、銀または銅はスパッタリング
ターゲットとして装着して、装置内の配置状態か第９図
に示すようになるようにした。なお、ＥＢ蒸着用ハース
およびスパッタリングターゲットとガラス基板との距離
を、それぞれ５０ａｎ、３０ａｎとした。次いで、装置
内を１　、ＯＸ　Ｉ　Ｏ−’Ｔｏｒｒまて真空に引いて
ＥＢ蒸着源１２　（ＴａｚＯｓ、　Ｓ　ｉ　０２）の脱
ガスを行った後、アルゴンガスを３．ＯＸ　１０−’Ｔ
ｏｒｒまで導入し、スパッタリングターゲット１３　（
Ａｇ、Ｃｕ）のクリーニングを行った後、Ｔａ２Ｏ，ま
たはＳｉＯ□をＥＢ蒸着、ＡｇまたはＣｕをＲＦスパッ
タリング法で二元同時成膜を行った。このときの、蒸着
速度を、五酸化タンタルおよび二酸化珪素は単独の場合
に換算して２００　ｎｍ／ｍｉｎ、、銀および銅は第１
表に示す通りとした。また、成膜時間は試料番号１〜６
は５分間、試料番号７は２分３０秒とした。基板の加熱
は行っていない。これにより、本実施例の基板と膜厚が
試料番号１〜６は約１μｍ、試料番号か約０．５μｍの
無機偏光薄膜とからなる無機偏光板を得た（試料番号１
〜７）。なお、試料番号１．２．５および７の無機偏光
板について断面のコラム形状、すなわち繊維形状を高分
解能ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した結果を、試
料番号１は第１Ｏ図（倍率：２０００００倍）、試料番
号２は第１図（倍率：　ｔｏｏｏｏｏ倍）、試料番号５
は第１１図（倍率＋１０００００倍）および第１２図（
倍率：２０００００倍）、試料番号７は第１３図（倍率
：２０００００倍）にそれぞれ示す。なお、比較のため
に、上記においてスパッタリングターゲットを用いずに
ＥＢ蒸着（Ｔａ２０ｓ　、Ａ　ｒ　：　３　ｘ　１０−
’Ｔｏｒｒ）を行った結果を、第１４図（倍率・１００
０００倍）に併せて示す。第１図、第１０図〜第１４図
より明らかのように、第１４図に示された比較例のＴａ
２０５のみの斜め蒸着膜に比へ、本実施例ものはＴａ２
０５コラムの表面にＡｇ（第１図、第１０図、第１３図
）またはＣｕ（第１１図、第１２図）からなる光吸収部
が形成されていることか分かる。

得られた無機偏光板の性能評価試験を、可視光の分光透
過率測定試験、偏光度測定試験、耐久性試験および耐摩
耗性試験により行った。

先ず、可視光の分光透過率測定試験および偏光度測定試
験を行った。光源として、Ｄｇｓ光源（ＪＩＳ　Ｚ　８
７２０）を用い、分光透過率を測定し、視感度を補正し
、視感透過率を求めた。また、偏光度測定試験について
も同様の補正を行って、偏光度を求めた。その結果を、
第１表に示す。

この結果、試料番号２．　４．　５．　６．　７は、可
視光分光透過率か２８〜３５％、偏光度７５〜８０％で
、偏光膜として十分の性能を有する膜か得られているこ
とが分かる。なお、試料番号１はＡｇの量か少なすぎて
十分な偏光度を得ることかできず、また試料番号３はＡ
ｇの量か多過ぎたため透過率が低すぎ、ともに偏光膜と
して十分な機能を得ることかできなかった。

第１表そこで、この試料番号２．　４．　５．　６．　７の無
機偏光板について、耐久試験を第２表に示す条件で行っ
た（なお試験時間は１０００時間）。耐久試験後の試料
の視感透過率および偏光度（単位二％）の測定試験を、
上記と同様に行った。その結果を、第２表に示す。

第２表より明らかのごとく、何れの試験条件においても
透過率、偏光度の低下はほとんど認められず、耐久性に
優れていることか分かる。

また、試料番号２の無機偏光板について、耐摩耗性試験
を実施した。まず、−片２０ｒｒ１ｍのＦｅの立方体の
一つの面にネルの布をはりつけ、市販のコンパウンド入
り液体カーワックス（ウィルソン社製、主成分：樹脂＋
コンパウンド）２ｃｃを含浸させた。次いて、該このネ
ル布貼付Ｆｅ立方体を試料表面に当てて、全体で５００
ｇの荷重かかかるようにし、１０ｃｍの間を３０回／分
の速度で１０００回往復させた。その結果、目視観察で
はきずや剥離の発生は無く、また試験後の試料の偏光度
および透過率を前記と同様に測定した結果、殆ど低下は
みられなかった。

比較のために、前記と同様の基板に、真空蒸着法により
Ａ　ｇ　ｉ　Ｔ　ａ　２０５およびＴａ２０５　／　Ａ
　ｇの２層膜をそれぞれ形成し、比較用試料を作製した
（試料番号ＣＩ、Ｃ２）。前記同様に耐摩耗性試験を行
ったところ、Ａｇ／Ｔａ２０５のＡｇにきずかはいり、
一部が剥離した。

この結果より明らかのごとく、本実施例にかかる無機偏
光板は、コラムからなる無機偏光部と該部表面に形成し
た光吸収部とらなる構造的特徴により、耐摩耗性か向上
しているものと思われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例で得られた無機偏光薄膜（
試料番号２）の断面の繊維の形状を示す電子顕微鏡写真
図（倍率・１０００００倍）、第２図（ａ）〜第２図（
Ｃ）は本発明の無機偏光薄膜のコラムの横断面形状を模
式的に示す図、第３図〜第５図は本発明の無機偏光薄膜
の具体的配向構造の一例を模式的に示す図、第６図（ａ
ｌ〜第６図（ｋ）は本発明の無機偏光薄膜の光吸収部を
形成したコラム表面の横断面を模式的に示す図、第７図
（ａ）〜第７図（Ｃ）は本発明の無機偏光薄膜の光吸収
部を形成したコラム表面を模式的に示す図、第８図（ａ
）〜第８図（Ｃ）は本発明の無機偏光薄膜の光吸収部を
形成したコラムの縦断面を模式的に示す図、第９図は第
１実施例の無機偏光薄膜製造装置内の配置状態を模式的
に示す図、第１Ｏ図ないし第１３図は本発明の第１実施
例で得られた無機偏光薄膜の断面の繊維の形状を示す電
子顕微鏡写真図で、第１０図はその試料番号１の断面の
繊維の形状を示す電子顕微鏡写真図（倍率：２００００
０倍）、第１１図はその試料番号５の断面の繊維の形状
を示す電子顕微鏡写真図（倍率：　１ｏｏｏｏｏ倍）、
第１２図はその試料番号５の断面の繊維の形状を示す電
子顕微鏡写真図（倍率：２０００００倍）、第１３図は
その試料番号７の断面の繊維の形状を示す電子顕微鏡写
真図（倍率：２０００００倍）、第１４図は本発明の第
１実施例の比較用斜め蒸着膜膜の断面の繊維の形状を示
す電子顕微鏡写真図（倍率：　１０００００倍）である
。偏光薄膜基部光吸収部基板ＥＢ蒸着用蒸発源スパッタリングターゲラＡｒガス導入系基板ホルダーＥＢガン真空槽ト第７１′≦、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）可視光域、紫外線域または赤外線域等の光の波長
領域において透明な酸化物その他の安定な無機物質であ
って、断面が円形状の微細なコラムまたは該コラムの集
合体が、基板に対して一定の角度で傾斜しているととも
に面内で密度の異方性を持って並んで配設されてなる偏
光薄膜基部と、該偏光薄膜基部の前記コラムの表面に形成されてなり、
偏光の波長領域において前記コラムより光吸収係数が大
きい無機物質からなる光吸収部とからなり、前記光吸収部を形成したコラムまたはその集合体が、該
コラムまたはその集合体の太さ比で０．２〜２０の間隔
を挟んで配設されてなることを特徴とする無機偏光薄膜
。