JP4219609B2 - Method for manufacturing polarization separating element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生産性が良く、信頼性の高い偏光分離素子とその製造方法に関し、特に接着に特徴を有する偏光分離素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
偏光分離素子に関する従来技術として、特開昭63−314502号公報、特開2000−75130号公報では、簡単な工程で安価に作製できる偏光分離素子として、透明基板上、同一平面に回折格子を有する複屈折膜と、その上に等方性のオーバーコート層が被覆あるいは装荷されている構造のものが提案されている。これらの中には良好な光学的特性を得るために両面の平坦性の向上を目的とした構成となっているものがある。これはガラスやプラスチック等の透明基板上の同一平面に回折格子を形成し、接着剤により接着され、その複屈折膜が等方性のオーバーコート層で覆われ、このオーバーコート層が接着層も兼ねて透明基板と接着しているために、素子として強度があり、かつ生産性の高い構成となっているものである。
【0003】
特開平9−90263号公報記載の発明では、ホログラムディスク表面を予め上方に反った形状にプラスチック基板を成形加工し、組み付けた後に、重力によりホログラムディスクが下方に撓み反りを打ち消すことで、回折レーザー光の回折角の変動を低減している。
また、特許第2639659号公報記載の発明では、ガラス基板上にフォトエッチングで凹凸(回折格子)を形成し、もうひとつの面に真空蒸着法でMgF2の無反射コーティングを施し、回折格子で反射されて直接に受光手段に入射したり、回折格子で反射された光が迷光となって受光手段に入射することを防止している。
【0004】
1993年第40回春季応用物理学会30a-B-1では、LiNbO3(ニオブ酸リチウム)を基板に用いた偏光分離素子を実現している。また、特開平10−335433号公報記載の発明では、真空中で貼り付けを行い、貼り付け時の気泡の巻き込みを防止している。この場合、予め粘着剤を塗布しておいたフィルムを用いているように、蒸気圧成分を含む接着剤の使用には制限がある。
【0005】
特開2000−47014号公報では、ニオブ酸リチウム基板の結晶のX面もしくはY面の所定の部分がプロトン交換されたプロトン交換層と、これによりニオブ酸リチウム基板に生じる応力を前記と同じ手法でプロトン交換されたプロトン交換層により応力を補正するプロトン交換層とを備えた光学素子の製造方法が記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
直交する2つの偏光成分を分離するため、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる有機複屈折膜を接着した構成の偏光分離素子では、前記有機複屈折膜の接着時において、有機複屈折膜が延伸した高分子材料であり、その後の微細加工プロセスにおけるフォトリソグラフィのレジスト硬化プロセスでかかる温度で、有機複屈折膜が熱収縮し、その結果、有機複屈折膜を接着した透明基板が、有機複屈折膜側に反るという問題がある。また、用いる接着剤も1〜10%程度の硬化収縮があり、基板の反りが発生する問題がある。この有機複屈折膜接着基板の反りはフォトリソグラフィプロセスにおける露光時の焦点位置変動による焦点合わせ不良や、波面収差の低下等の問題となる。
【0007】
また、有機複屈折膜のフィルム厚みは一般的に数十μm〜数百μmと薄く、他の部材に接着する際、自重や気圧等により容易に変形し、透明基板上の接着剤と有機複屈折膜の接触点が面で接触し、気泡を巻込む問題がある。
さらに接着剤硬化後は透明基板と同等の屈折率が必要であり、また、光の吸収がない特性が要求される等、制約が多いという問題がある。また、LiNbO3のような材料を基板に用いて偏光分離素子を作成する方法では、高価な光学結晶が必要となり、材料コストが高く、また、プロセスも複雑になり製造コストも高くなる。
【0008】
本発明は上記のような事情に鑑みなされたものであり、透明基板に有機複屈折膜を接着後、有機複屈折膜上への微細加工におけるプロセス時に発生する有機複屈折膜の熱収縮による基板の反りを低減することができる構成の偏光分離素子と、その製造方法を提供することを目的とする。
さらに本発明では、気泡の巻き込みの無い有機複屈折膜の接着を行なうことができ、これにより素子の信頼性向上を確保することのできる偏光分離素子の製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、本発明では以下に示すような構成の偏光分離素子及びその製造方法を採用した。
(1).直交する2つの偏光成分を分離するため、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる有機複屈折膜を接着し、この有機複屈折膜に周期的な凹凸格子(以下、回折格子と記述する)を形成し、この回折格子の凹み部分に等方性の接着剤を充填し、該回折格子上に対向透明基板を接着した構成の偏光分離素子において、前記有機複屈折膜を接着する透明基板に応力を有するコーティング膜を設けた構成とする。
(2).前記(1)に記載の偏光分離素子において、前記コーティング膜の応力は、引張り応力となるように構成する。
(3).前記(1)または(2)に記載の偏光分離素子において、前記コーティング膜は、透明基板の屈折率と同等もしくはそれより小さい屈折率を有する単層または多層のコーティング膜、あるいは単層または透明基板より小さい屈折率と大きい屈折率との多層の反射防止膜からなる構成とする。
(4).前記(1),(2)または(3)に記載の偏光分離素子において、前記透明基板のコーティング膜を設けた面とは反対側の面に有機複屈折膜を接着した構成とする。
(5).前記(4)に記載の偏光分離素子において、前記有機複屈折膜は、延伸により分子鎖を配向させた高分子膜からなる構成とする。
(6).前記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の偏光分離素子において、前記コーティング膜の応力を前記有機複屈折膜の熱収縮応力と均衡するよう制御した構成とする。
【0010】
(7).直交する2つの偏光成分を分離するため、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる有機複屈折膜を接着し、この有機複屈折膜に周期的な凹凸格子(以下、回折格子と記述する)を形成し、この回折格子の凹み部分に等方性の接着剤を充填し、該回折格子上に対向透明基板を接着し、前記有機複屈折膜を接着する透明基板に応力を有するコーティング膜を設けた偏光分離素子の製造方法において、前記有機複屈折膜をU字形状に変形する工程と、該有機複屈折膜を透明基板に接着する際、CCDレーザー変位計を用いて前記有機複屈折膜のU字形状及び透明基板上の接着剤の凸形状の頂点位置情報を取得する工程と、前記有機複屈折膜のU字形状の頂点を接着剤の凸形状の頂点に位置合わせを行い、前記有機複屈折膜のU字形状の頂点と接着剤の凸形状の頂点との一つの接触点において接触させる工程と、前記接触点から全体に接触面を広げることにより接着する工程と、を含むことを特徴とする(請求項1)。
(8).前記(7)に記載の偏光分離素子の製造方法において、前記コーティング膜の応力は引張り応力とし、該コーティング膜の応力により透明基板に反りを発生させる(請求項2)。
(9).前記(7)または(8)に記載の偏光分離素子の製造方法において、前記コーティング膜として、透明基板の屈折率と同等もしくはそれより小さい屈折率を有する単層または多層のコーティング膜、あるいは単層または透明基板より小さい屈折率と大きい屈折率との多層の反射防止膜を形成する(請求項3)。
(10).前記(7),(8)または(9)に記載の偏光分離素子の製造方法において、前記透明基板のコーティング膜を設けた面とは反対側の面に有機複屈折膜を接着する(請求項4)。
(11).前記(10)に記載の偏光分離素子の製造方法において、前記有機複屈折膜は、延伸により分子鎖を配向させた高分子膜とする(請求項5)。
(12).前記(7)〜(11)のいずれか一つに記載の偏光分離素子の製造方法において、前記コーティング膜の応力を前記有機複屈折膜の熱収縮応力と均衡するよう制御する(請求項6)。
(13).前記(7)〜(12)のいずれか一つに記載の偏光分離素子の製造方法において、前記有機複屈折膜を透明基板に接着する工程では、紫外線を有機複屈折膜側から照射する(請求項7)。
尚、有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着剤としては、光硬化型の接着剤(例えばアクリル系またはエポキシ系の光硬化型接着剤)などが好適に用いられる。
( 14 ).前記(7)〜(13)のいずれか一つに記載の偏光分離素子の製造方法において、前記有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着装置の透明基板を載置固定する装置形状を、透明基板のコーティング膜側表面形状と相似形とした(請求項8)。
(15).前記(7)〜(13)のいずれか一つに記載の偏光分離素子の製造方法において、前記有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着装置の有機複屈折膜を加圧する装置形状を、透明基板のコーティング膜とは反対側の表面形状と相似形とした(請求項9)。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例を示す偏光分離素子の概略断面図である。この偏光分離素子は、透明基板1上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる有機複屈折膜3を接着剤2により接着し、この有機複屈折膜3に周期的な凹凸格子(以下、回折格子と記述する)4を形成し、この回折格子4の凹み部分に等方性の接着剤5を充填し、該回折格子上に対向透明基板6を接着した構成であり、さらに、前記有機複屈折膜3を接着する透明基板1に引張り応力を有するコーティング膜7を設けた構成としたものである。
すなわち、この実施例では、透明基板1の片面に引張り応力を有する単層または多層の膜7をコーティングし、この透明基板1の反対の平面上に有機複屈折膜3を接着剤2で接着し、有機複屈折膜3に微細加工により回折格子4を形成し、その後、等方性接着剤5で対向透明基板6を接着し、偏光分離素子を構成している。以下、本発明の偏光分離素子とその製造方法の具体的な実施例を示す。
【0012】
[実施例1]
本発明の第1の実施例を図2〜5を参照して説明する。図2に第1の実施例の透明基板及びコーティング膜の断面図を示した。本実施例では、透明基板1として、直径φ100mm、板厚1.0mmの石英ガラス基板を用い、この石英ガラス基板1の片面にコーティング膜7として真空蒸着法でMgF2を1μmの膜厚で形成した。真空蒸着は薄膜を形成する一般的な手法と同じ方法で形成しているので詳細な説明は省略する。
【0013】
このようにしてMgF2コーティング膜7が形成された石英ガラス基板1は、MgF2コーティング膜7の引張り応力により、MgF2コーティング膜7側に反っている。
また、望ましくはMgF2コーティング膜7の引張り応力は1MPa〜10GPaになるように基板温度、膜厚、等のコーティング条件で応力を制御する。
尚、コーティング膜7の材質はMgF2に限定するものではなく、石英ガラス基板1と屈折率が同等もしくはそれ以下の屈折率の材料、例えばCaF2、LiF等の誘電体材料を用いてもよい。
【0014】
次に図3は裏面側にコーティング膜を設けた基板上に有機複屈折膜を接着する際に用いられる接着装置の概略構成を示す図である。図3に示すように、X,Y,Z軸が移動可能な移動ステージ8上に固定された基板ホルダ9上に、MgF2膜面を下に石英ガラス基板1が載置され、図示しない真空吸着機構により固定される。この基板ホルダ9はMgF2膜7をコーティングした石英ガラス基板1のコーティング膜側表面の反りとほぼ同じ形状を有する凸形状としている。基板ホルダ9及び石英ガラス基板1の上方には、図示しない接着剤滴下装置と、接着剤2の中心の特定と有機複屈折膜3の中心を測定するためのX,Y方向に移動可能な測定系を設けてある。本実施例では測定系として、接着剤2、石英ガラス基板1及び有機複屈折膜3の表面からの反射光を検出し、変位量を読み取るCCDレーザー変位計11と、CCDレーザー変位計11で位置検出し、位置情報をそれぞれの移動装置にフィードバックする回路(図示せず)と、有機複屈折膜3の両端部を保持するための保持装置10を、基板ホルダ9に対し平行に配置し、これに図示しないモーメント力Mを発生する装置を配置している。
【0015】
次に石英ガラス基板1の中心に、石英ガラス基板1とほぼ同じ屈折率1.58のアクリル樹脂系の紫外線(UV)硬化型接着剤2を0.2mL滴下し、この上方に有機複屈折膜3を載置する。有機複屈折膜3は厚み0.12mmで110mm×120mmの大きさに切断されており、保持装置10により有機複屈折膜3の両端部が真空吸着により保持されている。そして、有機複屈折膜3の略中心位置を石英ガラス基板1の略中心位置に載置した後、図示しないモーメント発生装置により有機複屈折膜3をU字形状に変形する。再び、CCDレーザー変位計11により有機複屈折膜3の表面形状を測定し、U字形状の中心位置を検出し、予め測定しておいた接着剤2の凸形状の頂点位置情報より移動量を演算し、X−Y移動装置により有機複屈折膜3のU字形状の中心を接着剤2の凸中心に位置合わせを行う。そして、石英ガラス基板1−接着剤2−有機複屈折膜3の位置合わせを完了した後、移動ステージ8で基板ホルダ9を上昇し、接着剤2と有機複屈折膜3のそれぞれの頂点で接触する位置で停止し、その後、有機複屈折膜3のモーメント力Mを緩やかに解除しながら有機複屈折膜3を石英ガラス基板1上に載置する。
【0016】
次に、図4に示すように、石英ガラス基板1のコーティング膜7とは反対側の面の反りとほぼ同じ凹み形状に加工した、直径φ110mm、厚み20mmの石英ガラス製押圧装置12を有機複屈折膜3上に載せ、有機複屈折膜3の全面を均等に加圧し、接着剤2が石英ガラス基板1の全面に広がった時点で加圧を停止した後、 押圧装置12を通して図示しない紫外線照射装置(UV装置)で光強度30mW/cm2の紫外線を200秒間照射し、接着剤2を硬化した。硬化後、直径φ100mmの外形に沿って、余分な有機複屈折膜3を切断した後、押圧装置12を上昇し、基板ホルダ9の真空吸着を解除して石英ガラス基板1を取り出し、有機複屈折膜付き石英ガラス基板とした。
【0017】
以上のように、接着工程時の位置合わせ方法として、有機複屈折膜3の中央から石英ガラス基板1に接触することで、面接触で接着する従来法では目視レベルで確認できる気泡の巻き込みが発生していたのに対し、本実施例の方法では気泡の巻き込みがない貼り合わせが実現できた。
【0018】
尚、接着工程時の位置合わせは本実施例の方法の他、CCDカメラと画像処理装置により石英ガラス基板1と接着剤2の形状を認識し、中心を割り出し、位置合わせする方法等も実施可能である。また、ここでは接着剤としてアクリル樹脂系の光硬化型の接着剤を用いて接着したが、エポキシ樹脂系の光硬化型の接着剤を用いてもよい。
また、有機複屈折膜3はハンドリング性を考慮すると、厚みは0.01mm以上が望ましいが、延伸により光学的特性を得ることを考慮すると、最大厚み0.5mmの範囲で用いるのが好ましい。より望ましくは0.05〜0.2mmの範囲がよい。本実施例では厚み0.12mmの有機複屈折膜を用いた。
【0019】
次に、石英ガラス基板1上に接着した有機複屈折膜3をイソプロピルアルコール等の有機溶媒と純水の順で洗浄する。その後、日本ゼオン化社製ZEP−520レジストをスピンコートにより0.5μm厚のレジスト膜を形成し、100℃で30分間ベークした。この時、有機複屈折膜3の熱収縮で石英ガラス基板1に引張り応力約7.5MPaが発生するが、石英ガラス基板1の裏面にコーティングしたコーティング膜7の応力と均衡するため、石英ガラス基板1は平面性を保っている。その後、ステッパ装置を用い、有機複屈折膜3上のレジスト膜にライン&スペース3μmのパターンを8mmピッチで300周期繰り返し形成し、レジスト膜に周期的な凹凸格子(回折格子)のパターンを形成した素子を形成した。この回折格子のパターンは素子外形8×8mmの中心に略形状1×2mmで形成している。
【0020】
この後、酸素ガスを主成分とするエッチングガス雰囲気中で、住友金属社製ECR(Electron Cyclotron Resonance:電子サイクロトロン共鳴)エッチング装置でエッチングし、有機複屈折膜3に幅3μm、深さ5μmのラインと3μm幅のスペースを300周期繰り返した回折格子4を形成した。
尚、他のフォトリソ工程は一般に知られているプロセスを採用しており、詳細な説明は省略する。
【0021】
次に、平面加工した直径φ200mm、厚み50mmのステンレス台上に、有機複屈折膜3に回折格子4を形成した石英ガラス基板1を載置し、この回折格子面にアクリル樹脂系の光硬化型の等方性接着剤5をマイクロシリンジで0.25mL計量滴下し、この等方性接着剤5を滴下した石英ガラス基板1の回折格子面に両面光学研磨した外径φ100mm、厚み0.5mmの対向透明基板6を載置し、さらにこの上に加圧部材として光学研磨した石英ガラスを載せ、対向透明基板6に100gf/cm2の圧力を印加し、等方性接着剤5を被接着面全面に広げた。尚、対向透明基板6の接着面と反対の面には入射波長の反射が最小となるよう反射防止膜を形成した。この状態で、図示しない紫外線照射装置で150mm上面から照射照度20mW/cm2の紫外光を対向透明基板6を通して10分間照射し硬化接着した。このようにして製造した偏光分離素子の要部断面を図5に示す。
【0022】
図5に示す偏光分離素子の等方性接着剤5は粘性や屈折率等の特性制御の容易さや接着力および透明性の点からアクリル系の接着剤を用いたが、エポキシ系でも同様なことが可能である。これらの接着剤は紫外線で硬化するので、加圧部材に石英ガラス等の透明部材を用いることにより加圧中硬化が可能であり、プロセスを簡略できる。
また、有機複屈折膜3としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の高分子膜を布で擦ってラビング処理して配向膜を形成し、この配向膜上にポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させた後、紫外光を照射してポリマー化して異方性膜とする方法(参考文献:J.Appl.phys.,72,No,3,P938-947)があるが、工程が複雑でコスト高となるため、ここでは、分子鎖が配向した高分子膜で、特性の均一性を考慮して延伸された有機複屈折膜を用いた。
【0023】
[実施例2]
次に本発明の第2の実施例について説明する。図6は本発明の第2の実施例を示す図であり、一方の面に多層コーティング膜を形成し、他方の面に有機複屈折膜を接着した透明基板の一例を示す要部断面図である。図中の符号21は透明基板、22は接着剤、23は有機複屈折膜、24は多層膜からなるコーティング膜である。尚、偏光分離素子の構成としては、図1、図5と同様に、有機複屈折膜23上に周期的な凹凸格子(回折格子)4が形成され、その回折格子4の凹み部分には等方性接着剤5が充填され、該等方性接着剤で回折格子上に対向透明基板6が接着されるが、これらの図示は省略している。
【0024】
本実施例では、透明基板21として、直径φ100mm、板厚0.5mmのBK−7基板を用い、このBK−7基板21の片面に、真空蒸着法でSiO2膜24a、TiO2膜24b、SiO2膜24cの3層からなる多層コーティング膜24を、SiO2/TiO2/SiO2がn1・t1=λ/4、n2・t2=λ/4もしくはn2・t2=λ/2をとるように膜厚を制御し、引っ張り応力となるよう形成した。ここでn1はSiO2の屈折率で、t1はSiO2の膜厚、n2はTiO2の屈折率で、t2はTiO2の膜厚、λは波長で660nmである。尚、真空蒸着は薄膜を形成する一般的な手法と同じ方法で形成しているので詳細な説明は省略する。
【0025】
このようにして多層コーティング膜24が形成されたBK−7基板21は、多層のコーティング膜24側からの入射光の反射率が0.5%以下と小さく、且つコーティング膜24の引張り応力で膜側に反っている。尚、コーティング膜24は、材質をCaF2やSiO2等の他の誘電体の単層もしくは多層膜として構成してもよい。
【0026】
次に図3と同様な構成の接着装置を用いた接着工程について説明するが、ここでは、図3の基板1、接着剤2、有機複屈折膜3を、本実施例のBK−7基板21、接着剤22、有機複屈折膜23に置き換えて説明する。X,Y,Z軸が移動可能な移動ステージ8上に固定された基板ホルダ9上に、本実施例のBK−7基板21をコーティング膜面を下にして載置し、図示しない真空吸着機構により固定する。この基板ホルダ9は多層コーティング膜24をコーティングしたBK−7基板21のコーティング膜側表面の反りとほぼ同じ形状を有する凸形状としている。基板ホルダ9及びBK−7基板21の上方には、図示しない接着剤滴下装置と、接着剤の中心の特定と有機複屈折膜23の中心を測定するためのX,Y方向に移動可能な測定系を設けてある。本実施例では、図3と同様に測定系として、接着剤22、BK−7基板21及び有機複屈折膜23の表面からの反射光を検出し、変位量を読み取るCCDレーザー変位計11と、CCDレーザー変位計11で位置検出し、位置情報をそれぞれの移動装置にフィードバックする回路(図示せず)と、有機複屈折膜23の両端部を保持するための保持装置10を、基板ホルダ9に対し平行に配置し、これに図示しないモーメント力Mを発生する装置を配置している。
【0027】
次に、BK−7基板21の中心に、BK−7基板とほぼ同じ屈折率1.58のアクリル樹脂系のUV硬化型接着剤22を0.2mL滴下し、この上方に有機複屈折膜23を載置する。有機複屈折膜23は厚み0.2mmで110mm×120mmの大きさに切断されており、図3と同様に保持装置10により有機複屈折膜23の両端部が真空吸着により保持されている。そして、有機複屈折膜23の略中心位置をBK−7基板の略中心位置に載置した後、図示しないモーメント発生装置により有機複屈折膜23をU字形状に変形する。そして、再びCCDレーザー変位計11により有機複屈折膜23の表面形状を測定し、U字形状の中心位置を検出し、予め測定しておいた接着剤22の凸形状の頂点位置情報より移動量を演算し、X−Y移動ステージ8により有機複屈折膜23のU字形状の中心を接着剤22の凸中心に位置合わせを行う。そして、BK−7基板−接着剤−有機複屈折膜の位置合わせを完了した後、移動ステージ8で基板ホルダを上昇し、接着剤22と有機複屈折膜23のそれぞれの頂点で接触する位置で停止し、その後、有機複屈折膜23のモーメント力Mを緩やかに解除しながら有機複屈折膜23をBK−7基板21上に載置する。
【0028】
次に、図4と同様に、BK−7基板21のコーティング膜とは反対側の面の反りとほぼ同じ形状を有する凹み形状に加工した、直径φ110mm、厚み20mmの石英ガラス製押圧装置12を有機複屈折膜23上に載せ、有機複屈折膜23の全面を均等に加圧し、接着剤22がBK−7基板21の全面に広がった時点で加圧を停止した後、押圧装置を通して紫外線照射装置(UV装置)で光強度30mW/cm2の紫外線を200秒間照射し、接着剤22を硬化した。硬化後、直径φ100mmの外形に沿って、余分な有機複屈折膜23を切断した後、押圧装置を上昇し、基板ホルダの真空吸着を解除してBK−7基板23を取り出し、図6に示すような有機複屈折膜付きBK−7基板とした。
【0029】
以上のように、接着工程時の位置合わせ方法として、有機複屈折膜23の中央から基板21に接触することで、面接触で接着する従来法では目視レベルで確認できる気泡の巻き込みが発生していたのに対し、本実施例の方法では気泡の巻き込みがない貼り合わせが実現できた。
また、下記の表1に、有機複屈折膜側とコーティング膜(SiO2/TiO2/SiO2膜)側から紫外線を照射した時の光強度比を示すが、表1に示した通り、有機複屈折膜側から紫外線を入射することで、効率良く接着剤へ光照射できる。
【0030】
【表1】
【0031】
尚、接着工程時の位置合わせは本実施例の他、CCDカメラと画像処理装置によりBK−7基板21と接着剤22の形状を認識し、中心を割り出し、位置合わせする方法等も実施可能である。また、ここではアクリル樹脂系の光硬化型の接着剤を用いて接着したが、エポキシ樹脂系の光硬化型の接着剤を用いてもよい。また、有機複屈折膜23はハンドリング性を考慮すると、厚みは0.01mm以上が望ましいが、延伸により光学的特性を得ることを考慮すると、最大厚み0.5mmの範囲で用いるのが好ましい。より望ましくは0.05〜0.2mmの範囲がよい。本実施例では厚み0.2mmの有機複屈折膜を用いた。
【0032】
次に、BK−7基板21上に接着した有機複屈折膜23をイソプロピルアルコール等の有機溶媒と純水の順で洗浄する。その後、日本ゼオン化社製ZEP−520レジストを用い、スピンコートにより有機複屈折膜23上に0.5μm厚のレジスト膜を形成し、100℃で30分間ベークした。この時、有機複屈折膜23の熱収縮でBK−7基板21に引張り応力が発生するが、BK−7基板21の裏面にコーティングしたコーティング膜24の応力と均衡するためBK−7基板21は平面性を保っている。その後、ステッパ装置を用い、ライン&スペース3μmのパターンを8mmピッチで300周期繰り返し形成し、レジスト膜に周期的な凹凸格子(回折格子)のパターンを形成した素子を形成した。この回折格子のパターンは素子外形8×8mmの中心に略形状1×2mmで形成している。
【0033】
この後、酸素ガスを主成分とするエッチングガス雰囲気中で、住友金属社製ECR(Electron Cyclotron Resonance:電子サイクロトロン共鳴)エッチング装置でエッチングし、有機複屈折膜23に幅3μm、深さ5μmのラインと3μm幅のスペースを300周期繰り返した回折格子を形成した。
尚、他のフォトリソ工程は一般に知られているプロセスを採用しており、詳細な説明は省略する。
【0034】
次に平面加工した直径φ200mm、厚み50mmのステンレス台上に、有機複屈折膜23に回折格子を形成したBK−7基板21を載置し、この回折格子面にアクリル樹脂系の光硬化型の等方性接着剤をマイクロシリンジで0.25mL計量滴下し、この等方性接着剤を滴下したBK−7基板21の回折格子面に両面光学研磨した外径φ100mm、厚み0.5mmの対向透明基板を載置し、さらにこの上に加圧部材として光学研磨した石英ガラスを載せ、対向透明基板に100gf/cm2の圧力を印加し、等方性接着剤を被接着面全面に広げた。尚、対向透明基板の接着面と反対の面には入射波長の反射が最小となるよう反射防止膜を形成した。この状態で、図示しない紫外線照射装置で150mm上面から照射照度20mW/cm2の紫外光を対向透明基板を通して10分間照射し硬化接着した。このようにして製造した偏光分離素子の断面構造は図1や図5と略同様である。
【0035】
以上のようにして製造された偏光分離素子の等方性接着剤は、粘性や屈折率等の特性制御の容易さや接着力および透明性の点からアクリル系の接着剤を用いたが、エポキシ系でも同様なことが可能である。これらの接着剤は紫外線で硬化するので、加圧部材に石英ガラス等の透明部材を用いることにより加圧中硬化が可能であり、プロセスを簡略できる。
また、有機複屈折膜23としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の高分子膜を布で擦ってラビング処理して配向膜を形成し、この配向膜上にポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させた後、紫外光を照射してポリマー化して異方性膜とする方法(参考文献:J.Appl.phys.,72,No,3,P938-947)があるが、工程が複雑でコスト高となるため、ここでは、分子鎖が配向した高分子膜で、特性の均一性を考慮して延伸された有機複屈折膜を用いた。
【0036】
[実施例3]
次に本発明の第3の実施例について説明する。図7は本発明の第3の実施例の説明図であって、透明基板上に有機複屈折膜を接着する際に用いられる接着装置の概略構成を示す図である。
本実施例では図7に示すように、X,Y,Z軸が移動可能な移動ステージ8上に固定された基板ホルダ9上に、透明基板31として、直径φ100mm、板厚1.0mmの透明なBK−7基板が載置され、図示しない真空吸着機構により固定される。基板ホルダ9及びBK−7基板31の上方には、図示しない接着剤滴下装置と、接着剤32の中心と有機複屈折膜33の中心を測定するためのX,Y方向に移動可能な測定系を設けてある。本実施例では、測定系として、接着剤32、BK−7基板31及び有機複屈折膜33の表面からの反射光を検出し、変位量を読み取るCCDレーザー変位計11と、CCDレーザー変位計11で位置検出し、位置情報をそれぞれの移動装置にフィードバックする回路(図示せず)と、有機複屈折膜33の両端部を保持するための保持装置10を、基板ホルダ9に対し平行に配置し、これに図示しないモーメント力Mを発生する装置を配置している。
【0037】
次に、BK−7基板31の中心に、BK−7基板31とほぼ同じ屈折率1.58のアクリル樹脂系のUV硬化型接着剤32を0.2mL滴下し、この上方に有機複屈折膜33を載置する。有機複屈折膜33は厚み0.2mmで110mm×120mmの大きさに切断されており、保持装置10により有機複屈折膜33の両端部が真空吸着により保持されている。そして、有機複屈折膜33の略中心位置をBK−7基板31の略中心位置に載置した後、図示しないモーメント発生装置により有機複屈折膜33をU字形状に変形する。そして、再びCCDレーザー変位計11により有機複屈折膜33の表面形状を測定し、U字形状の中心位置を検出し、予め測定しておいた接着剤32の凸形状の頂点位置情報より移動量を演算し、X−Y移動装置により有機複屈折膜33のU字形状の中心を接着剤32の凸中心に位置合わせを行う。そして、BK−7基板−接着剤−有機複屈折膜の位置合わせを完了した後、移動ステージ8で基板ホルダ9を上昇し、接着剤32と有機複屈折膜33のそれぞれの頂点で接触する位置で停止し、その後、有機複屈折膜33のモーメント力を緩やかに解除しながら有機複屈折膜33をBK−7基板31上に載置する。
【0038】
次に、BK−7基板31の反りとほぼ同じ形状を有する凹み形状に加工した、直径φ110mm、厚み20mmの石英ガラス製押圧装置(図示せず)を有機複屈折膜上に載せ、有機複屈折膜33の全面を均等に加圧し、接着剤32がBK−7基板33の全面に広がった時点で加圧を停止した後、押圧装置を通して図示しない紫外線照射装置(UV装置)で光強度30mW/cm2の紫外線を200秒間照射し、接着剤を硬化した。硬化後、直径φ100mmの外形に沿って、余分な有機複屈折膜33を切断した後、押圧装置を上昇し、基板ホルダ9の真空吸着を解除してBK−7基板31を取り出し、有機複屈折膜付きBK−7基板31とした。図8(a)は以上のようにして有機複屈折膜が接着されたBK−7基板の概略断面図である。
【0039】
以上のように、接着工程時の位置合わせ方法として、有機複屈折膜33の中央から基板31に接触することで、面接触で接着する従来法では目視レベルで確認できる気泡の巻き込みが発生していたのに対し、本実施例の方法では気泡の巻き込みがない貼り合わせが実現できた。
【0040】
尚、接着工程時の位置合わせは本実施例の他、CCDカメラと画像処理装置によりBK−7基板21と接着剤22の形状を認識し、中心を割り出し、位置合わせする方法等も実施可能である。また、ここではアクリル樹脂系の光硬化型の接着剤を用いて接着したが、エポキシ樹脂系の光硬化型の接着剤を用いてもよい。また、有機複屈折膜33はハンドリング性を考慮すると厚みは0.01mm以上が望ましいが、延伸により光学的特性を得ることを考慮すると、最大厚み0.5mmの範囲で用いるのが好ましい。より望ましくは0.05〜0.2mmの範囲がよい。本実施例では厚み0.2mmの有機複屈折膜を用いた。
【0041】
次に、図8(a)に示すBK−7基板31の有機複屈折膜33を接着していない側の面に、真空蒸着法でMgF2をn1・t1=λ/4、もしくはn1・t1=3λ/4となるように膜厚を制御してコーティング膜34を形成した。図8(b)はコーティング膜34を形成したBK−7基板の概略断面図である。ここでn1はMgF2の屈折率で、t1はMgF2の膜厚、λは波長で660nmを用いた。真空蒸着での基板温度は100℃で実施した。真空蒸着プロセスは薄膜を形成する一般的な手法と同じ方法で形成しているので詳細な説明は省略する。
【0042】
本実施例では、コーティング膜34の引張り応力を有機複屈折膜33の熱収縮による応力と均衡するよう0.1MPa〜10GPaで制御した。また、コーティング中の加熱により、有機複屈折膜33の収縮が安定するため、その後のプロセスでの有機複屈折膜33の収縮は極めて小さい。また、コーティング膜34の構成を、n1・t1=λ/4、もしくはn1・t1=3λ/4となるように膜厚を制御しているので、コーティング膜側からの入射光の反射率を低減できる。尚、コーティング膜34のその他の膜構成としては、単層構成のSiO2,CaF2や、多層構成のSiO2/TiO2/SiO2等でもよい。
【0043】
次に、図8(b)に示すBK−7基板31上の有機複屈折膜33をイソプロピルアルコール等の有機溶媒と純水の順で洗浄する。その後、日本ゼオン化社製ZEP−520レジストを用い、スピンコートにより有機複屈折膜33上に0.5μm厚のレジスト膜を形成し、100℃で30分間ベークした。この時、有機複屈折膜33の熱収縮で基板31に引張り応力が発生するが、BK−7基板31の裏面にコーティングしたコーティング膜34の引張り応力と均衡するためBK−7基板31は平面性を保っている。その後、ステッパ装置を用い、ライン&スペース3μmのパターンを8mmピッチで300周期繰り返し形成し、レジスト膜に周期的な凹凸格子(回折格子)のパターンを形成した素子を形成した。この回折格子のパターンは素子外形8×8mmの中心に略形状1×2mmで形成している。
【0044】
この後、酸素ガスを主成分とするエッチングガス雰囲気中で、住友金属社製ECR(Electron Cyclotron Resonance:電子サイクロトロン共鳴)エッチング装置でエッチングし、有機複屈折膜33に幅3μm、深さ5μmのラインと3μm幅のスペースを300周期繰り返した回折格子を形成した。
尚、他のフォトリソ工程は一般に知られているプロセスを採用しており、詳細な説明は省略する。
【0045】
次に、平面加工した直径φ200mm、厚み50mmのステンレス台上に、回折格子を形成したBK−7基板31を載置し、この回折格子面にアクリル樹脂系の光硬化型の等方性接着剤をマイクロシリンジで0.25mL計量滴下し、この等方性接着剤を滴下したBK−7基板31の回折格子面に両面光学研磨した外径φ100mm、厚み0.5mmの対向透明基板を載置し、さらにこの上に加圧部材として光学研磨した石英ガラスを載せ、対向透明基板に100gf/cm2の圧力を印加し、等方性接着剤5を被接着面全面に広げた。尚、対向透明基板の接着面と反対の面に入射波長の反射が最小となるよう反射防止膜を形成した。この状態で、図示しない紫外線照射装置で150mm上面から照射照度20mW/cm2の紫外光を対向透明基板を通して10分間照射し硬化接着した。このようにして製造した偏光分離素子の断面構造は図1や図5と略同様である。
【0046】
以上のようにして製造された偏光分離素子の等方性接着剤は、粘性や屈折率等の特性制御の容易さや接着力および透明性の点からアクリル系の接着剤を用いたが、エポキシ系でも同様なことが可能である。これらの接着剤は紫外線で硬化するので、加圧部材に石英ガラス等の透明部材を用いることにより加圧中硬化が可能であり、プロセスを簡略できる。
また、有機複屈折膜33としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の高分子膜を布で擦ってラビング処理して配向膜を形成し、この配向膜上にポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させた後、紫外光を照射してポリマー化して異方性膜とする方法(参考文献:J.Appl.phys.,72,No,3,P938-947)があるが、工程が複雑でコスト高となるため、ここでは、分子鎖が配向した高分子膜で、特性の均一性を考慮して延伸された有機複屈折膜を用いた。
【0047】
以上、本発明の実施例1〜3について説明したが、本発明で作製した偏光分離素子の直径φ100mmの透明基板(石英ガラス基板またはBK−7基板)の反りは30μm以下であり、従来の基板の反りの1/5から1/10と極めて小さい値であり、また、内包する気泡は従来は目視レベルで数個から数十個確認されていたのに対し、本発明の方法では気泡は確認できないほど低減できている。このように、本発明の偏光分離素子は、有機複屈折膜等を回折格子や位相差膜として用いた素子において、透明基板に有機複屈折膜を接着した有機複屈折膜の微細加工で発生する有機複屈折膜の収縮による基板の反りを、透明基板に形成したコーティング膜で相殺するので、露光時の焦点位置バラツキの低減による歩留まり向上と信頼性の高い偏光分離素子を実現することができる。
尚、実施例1〜3では、透明基板として石英ガラス基板またはBK−7基板を用いた例を示したが、透明基板としてはこれらに限られるものではなく、その他の光学ガラス基板や、透明樹脂基板等、種々のものを用いることができる。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、透明基板に引張り応力を有するコーティング膜を設け、透明基板のコーティング膜側とは反対側の面に有機複屈折膜を接着したことで、コーティング膜の応力を有機複屈折膜の熱収縮応力と均衡するように制御することにより、透明基板の反りを低減することができる。従って、基板の反りの発生を低減した偏光分離素子を実現することができる。
さらに本発明では、コーテイング膜を基板と同じ屈折率を有する単層または多層のコーテイング膜とすることにより、光学特性を低下することなく応力を発生することができ、また、コーテイング膜を単層または多層の反射防止膜とすることにより、光の入射効率を向上することができる。
さらに本発明では、有機複屈折膜を延伸により分子鎖を配向させた高分子膜とすることにより、低コスト化が達成できる。
さらに本発明では、有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着剤として、光硬化型の接着剤(例えばアクリル系またはエポキシ系の光硬化型接着剤)を用いることにより、プロセスの簡略化とプロセスの低コスト化ができ、また、紫外線を有機複屈折膜側から照射することで、光反射が少なく、紫外線硬化時間を短縮できる。
さらに本発明では、有機複屈折膜をU字形状に変形して透明基板に1つの接触点において接触させ、接触点から全体に接触面を広げることにより、気泡の巻き込みが防止でき、信頼性の高い接着を行なうことができ、信頼性の高い偏光分離素子を提供することができる。
さらに本発明では、有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着装置の透明基板を載置固定する装置形状を、透明基板のコーティング膜側表面形状と相似形としたことで、接着剤の厚みを均一にできる。
さらに本発明では、有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着装置の有機複屈折膜を加圧する装置形状を、透明基板のコーティング膜とは反対側の表面形状と相似形としたことで、接着剤の厚みを均一にできる。
さらに本発明では、回折格子を分子鎖が配向した高分子としたことで、偏光分離素子の小型化、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す偏光分離素子の概略断面図である。
【図2】引っ張り応力を有するコーティング膜を設けた透明基板の断面図である。
【図3】裏面側にコーティング膜を設けた基板上に有機複屈折膜を接着する際に用いられる接着装置の概略構成を示す図である。
【図4】図3に示す接着装置で基板上に有機複屈折膜を接着する際に用いられる押圧装置と接着断面の説明図である。
【図5】本発明の製造方法で作製された偏光分離素子の一例を示す要部断面図である。
【図6】一方の面に多層コーティング膜を形成し、他方の面に有機複屈折膜を接着した透明基板の一例を示す要部断面図である。
【図7】基板上に有機複屈折膜を接着する際に用いられる接着装置の概略構成を示す図である。
【図8】(a)は図7に示す接着装置で有機複屈折膜を接着した透明基板の一例を示す要部断面図であり、(b)は有機複屈折膜の接着後にコーティング膜を形成した透明基板の一例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
1:透明基板(石英ガラス基板)
2,22,32:接着剤
3,23,33:有機複屈折膜
4:回折格子
5:等方性接着剤
6:対向透明基板
7,34:コーティング膜(MgF2膜)
8:移動ステージ
9:基板ホルダ
10:保持装置
11:CCDレーザー変位計
12:押圧装置
21,31:透明基板(BK−7基板)
24:多層コーティング膜
M:モーメント力[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization separating element with good productivity and high reliability and a method for manufacturing the same, and in particular, a polarization separating element characterized by adhesion.ofIt relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique related to a polarization separation element, Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-314502 and 2000-75130 have a diffraction grating on a transparent substrate on the same plane as a polarization separation element that can be manufactured at low cost with a simple process. A structure in which a birefringent film and an isotropic overcoat layer are coated or loaded thereon has been proposed. Some of these are designed to improve the flatness of both sides in order to obtain good optical characteristics. This forms a diffraction grating on the same plane on a transparent substrate such as glass or plastic, and is bonded with an adhesive, and the birefringent film is covered with an isotropic overcoat layer. In addition, since it is bonded to the transparent substrate, the element has strength and high productivity.
[0003]
In the invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-90263, after a plastic substrate is molded into a shape in which the surface of the hologram disk is warped upward in advance and assembled, the hologram disk is bent downward by gravity to cancel the warpage, thereby diffracting laser. The fluctuation of the diffraction angle of light is reduced.
In the invention described in Japanese Patent No. 2639659, unevenness (diffraction grating) is formed on a glass substrate by photoetching, and MgF is formed on the other surface by vacuum deposition.2The non-reflective coating is applied to prevent the light reflected by the diffraction grating and directly incident on the light receiving means, or the light reflected by the diffraction grating from entering the light receiving means as stray light.
[0004]
In 1993, the 40th Spring Society of Applied Physics 30a-B-1, LiNbO3A polarization separation element using (lithium niobate) as a substrate is realized. Further, in the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-335433, pasting is performed in a vacuum to prevent entrainment of bubbles at the time of pasting. In this case, there is a limit to the use of an adhesive containing a vapor pressure component, as in the case of using a film that has been previously coated with a pressure-sensitive adhesive.
[0005]
In Japanese Patent Laid-Open No. 2000-47014, a proton exchange layer in which a predetermined portion of the X-plane or Y-plane of a lithium niobate substrate crystal is proton-exchanged, and stress generated thereby on the lithium niobate substrate by the same method as described above. A method of manufacturing an optical element including a proton exchange layer that corrects stress by a proton exchange layer subjected to proton exchange is described.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In order to separate two polarization components orthogonal to each other, a polarization separation element having a structure in which an organic birefringent film having a different refractive index is bonded to a vibration surface of a different incident light on a transparent substrate is used when the organic birefringent film is bonded. The organic birefringent film is a stretched polymer material, and the organic birefringent film is thermally shrunk at the temperature applied in the resist curing process of photolithography in the subsequent microfabrication process, and as a result, the organic birefringent film is adhered. There is a problem that the transparent substrate warps to the organic birefringent film side. Further, the adhesive used also has a curing shrinkage of about 1 to 10%, which causes a problem of warping of the substrate. This warpage of the organic birefringent film adhesive substrate causes problems such as poor focusing due to focal position fluctuations during exposure in the photolithography process, and a reduction in wavefront aberration.
[0007]
In addition, the film thickness of the organic birefringent film is generally as thin as several tens of μm to several hundreds of μm, and when it is bonded to other members, it easily deforms due to its own weight, atmospheric pressure, etc. There is a problem that the contact point of the refracting film comes into contact with the surface and entrains bubbles.
Furthermore, after the adhesive is cured, there is a problem that there are many restrictions such as a refractive index equivalent to that of the transparent substrate and a requirement that light is not absorbed. LiNbO3In the method of producing a polarization separation element using such a material for the substrate, an expensive optical crystal is required, the material cost is high, the process is complicated, and the manufacturing cost is also high.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a substrate due to thermal contraction of an organic birefringent film generated during a process in microfabrication on an organic birefringent film after the organic birefringent film is bonded to a transparent substrate. An object of the present invention is to provide a polarization beam splitting element having a configuration capable of reducing the warpage and a manufacturing method thereof.
Furthermore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a polarization separation element that can adhere an organic birefringent film without entrainment of bubbles, thereby ensuring improvement in element reliability.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As means for achieving the above object, the present invention employs a polarization separation element having the following configuration and a method for manufacturing the same.
(1). In order to separate two orthogonal polarization components, an organic birefringent film with a different refractive index is bonded to a transparent substrate with different vibration surfaces of incident light, and a periodic concavo-convex grating (hereinafter referred to as diffraction) is attached to the organic birefringent film. In the polarization separating element having a configuration in which a concave portion of the diffraction grating is filled with an isotropic adhesive, and a counter transparent substrate is bonded onto the diffraction grating, the organic birefringent film is The transparent substrate to be bonded is provided with a stressed coating film.The
(2). In the polarization separation element according to (1), the stress of the coating film is configured to be a tensile stress.The
(3). In the polarized light separating element according to (1) or (2), the coating film is a single layer or multilayer coating film having a refractive index equal to or smaller than the refractive index of the transparent substrate, or a single layer or transparent substrate. It is composed of a multilayer antireflection film with a lower refractive index and a higher refractive index.The
(4). In the polarized light separating element according to (1), (2) or (3), an organic birefringent film is bonded to the surface of the transparent substrate opposite to the surface provided with the coating film.The
(5). In the polarization separation element according to (4), the organic birefringent film is composed of a polymer film in which molecular chains are oriented by stretching.The
(6). In the polarization separation element according to any one of (1) to (5), the stress of the coating film is controlled to be balanced with the heat shrinkage stress of the organic birefringent film.The
[0010]
(7). In order to separate two orthogonal polarization components, an organic birefringent film with a different refractive index is bonded to a transparent substrate with different vibration surfaces of incident light, and a periodic concavo-convex grating (hereinafter referred to as diffraction) is attached to the organic birefringent film. And isotropic adhesive is filled in the dents of the diffraction grating, the transparent substrate is adhered on the diffraction grating, and stress is applied to the transparent substrate to which the organic birefringent film is adhered. In a method for manufacturing a polarization separation element provided with a coating film having a shape, a step of deforming the organic birefringent film into a U-shape, and when adhering the organic birefringent film to a transparent substrate, a CCD laser displacement meter is used. Obtaining the vertex position information of the U-shape of the organic birefringent film and the convex shape of the adhesive on the transparent substrate; and positioning the U-shaped vertex of the organic birefringent film at the vertex of the convex shape of the adhesive The U-shaped organic birefringent film Apex of the convex shape of the apex of the adhesiveAt one point of contact withA step of contacting;Adhering by expanding the contact surface from the contact point to the whole;(Claim 1).
(8). In the method for manufacturing a polarization separation element according to (7), the stress of the coating film is a tensile stress, and the transparent substrate is warped by the stress of the coating film.
(9). In the method for manufacturing a polarization beam splitting element according to (7) or (8), the coating film is a single-layer or multi-layer coating film having a refractive index equal to or smaller than the refractive index of the transparent substrate, or a single layer Alternatively, a multilayer antireflection film having a refractive index smaller than that of the transparent substrate and a larger refractive index is formed.
(10). In the method of manufacturing a polarization separation element according to (7), (8), or (9), an organic birefringent film is adhered to a surface of the transparent substrate opposite to the surface on which the coating film is provided. 4).
(11). In the method for manufacturing a polarization beam splitting element according to (10), the organic birefringent film is a polymer film in which molecular chains are oriented by stretching.
(12). In the method for manufacturing a polarization separating element according to any one of (7) to (11), the stress of the coating film is controlled to be balanced with the heat shrinkage stress of the organic birefringent film. .
(13). In the method for manufacturing a polarization separation element according to any one of (7) to (12), in the step of bonding the organic birefringent film to a transparent substrate, ultraviolet light is irradiated from the organic birefringent film side (invoice) Item 7).
As an adhesive for adhering the organic birefringent film and the transparent substrate, a photocurable adhesive (for example, an acrylic or epoxy photocurable adhesive) is preferably used.
( 14 ). (7) to (13), The device shape for mounting and fixing the transparent substrate of the bonding device for bonding the organic birefringent film and the transparent substrate is a coating film side surface of the transparent substrate. The shape is similar to the shape.8).
(15). (7) to (13In the method for manufacturing a polarization separating element according to any one of the above, the device shape for pressurizing the organic birefringent film of the bonding apparatus that bonds the organic birefringent film and the transparent substrate is the coating film of the transparent substrate. Similar to the surface shape on the opposite side.9).
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a polarization beam splitting element showing an embodiment of the present invention. In this polarization separation element, an organic
That is, in this embodiment, a single-layer or
[0012]
[Example 1]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a sectional view of the transparent substrate and the coating film of the first embodiment. In this embodiment, a quartz glass substrate having a diameter of 100 mm and a plate thickness of 1.0 mm is used as the
[0013]
In this way MgF2The
Desirably, MgF2The stress is controlled under the coating conditions such as the substrate temperature and the film thickness so that the tensile stress of the
The material of the
[0014]
Next, FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an adhesion apparatus used when an organic birefringent film is adhered on a substrate having a coating film on the back side. As shown in FIG. 3, on the substrate holder 9 fixed on the
[0015]
Next, 0.2 mL of an acrylic resin ultraviolet (UV)
[0016]
Next, as shown in FIG. 4, a quartz
[0017]
As described above, as an alignment method at the time of the bonding process, by contacting the
[0018]
In addition to the method of the present embodiment, the alignment in the bonding process can be performed by recognizing the shapes of the
The organic
[0019]
Next, the organic
[0020]
Thereafter, etching is performed with an ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching apparatus manufactured by Sumitomo Metals in an etching gas atmosphere mainly containing oxygen gas, and a line having a width of 3 μm and a depth of 5 μm is formed on the organic
The other photolithography process employs a generally known process, and a detailed description thereof is omitted.
[0021]
Next, the
[0022]
The
As the organic
[0023]
[Example 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view of the principal part showing an example of a transparent substrate in which a multilayer coating film is formed on one surface and an organic birefringence film is bonded to the other surface. is there. In the figure,
[0024]
In the present embodiment, a BK-7 substrate having a diameter of 100 mm and a thickness of 0.5 mm is used as the
[0025]
The BK-7
[0026]
Next, the bonding process using the bonding apparatus having the same configuration as in FIG. 3 will be described. Here, the
[0027]
Next, 0.2 mL of an acrylic resin-based UV
[0028]
Next, as in FIG. 4, a quartz
[0029]
As described above, as an alignment method at the time of the bonding process, by bringing the organic
Table 1 below shows the organic birefringent film side and the coating film (
[0030]
[Table 1]
[0031]
In addition to the present embodiment, the alignment in the bonding process can be performed by recognizing the shapes of the BK-7
[0032]
Next, the organic
[0033]
Thereafter, etching is performed with an ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching apparatus manufactured by Sumitomo Metals in an etching gas atmosphere mainly containing oxygen gas, and a line having a width of 3 μm and a depth of 5 μm is formed on the organic
The other photolithography process employs a generally known process, and a detailed description thereof is omitted.
[0034]
Next, a BK-7
[0035]
As for the isotropic adhesive of the polarization separation element manufactured as described above, an acrylic adhesive was used from the viewpoint of easy control of properties such as viscosity and refractive index, adhesive strength, and transparency. But the same thing is possible. Since these adhesives are cured by ultraviolet rays, curing during pressurization is possible by using a transparent member such as quartz glass as the pressurizing member, and the process can be simplified.
Further, as the organic
[0036]
[Example 3]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is an explanatory view of a third embodiment of the present invention, and is a view showing a schematic configuration of an adhesion apparatus used when an organic birefringent film is adhered on a transparent substrate.
In this embodiment, as shown in FIG. 7, a
[0037]
Next, 0.2 mL of an acrylic resin-based UV
[0038]
Next, a quartz glass pressing device (not shown) having a diameter of 110 mm and a thickness of 20 mm processed into a concave shape having substantially the same shape as the warp of the BK-7
[0039]
As described above, as an alignment method at the time of the bonding process, by bringing the organic
[0040]
In addition to the present embodiment, the alignment in the bonding process can be performed by recognizing the shapes of the BK-7
[0041]
Next, MgF is deposited on the surface of the BK-7
[0042]
In this example, the tensile stress of the
[0043]
Next, the organic
[0044]
Thereafter, etching is performed with an ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching apparatus manufactured by Sumitomo Metals in an etching gas atmosphere mainly containing oxygen gas, and a line having a width of 3 μm and a depth of 5 μm is formed on the organic
The other photolithography process employs a generally known process, and a detailed description thereof is omitted.
[0045]
Next, a BK-7
[0046]
As for the isotropic adhesive of the polarization separating element manufactured as described above, an acrylic adhesive is used from the viewpoint of easy control of properties such as viscosity and refractive index, adhesive strength, and transparency. But the same thing is possible. Since these adhesives are cured by ultraviolet rays, curing during pressurization is possible by using a transparent member such as quartz glass as the pressurizing member, and the process can be simplified.
Further, as the organic
[0047]
As mentioned above, although Examples 1-3 of this invention were demonstrated, the curvature of the transparent board | substrate (quartz glass board | substrate or BK-7 board | substrate) of diameter 100mm of the polarization separation element produced by this invention is 30 micrometers or less, and is a conventional board | substrate. In contrast, several to several tens of bubbles were included in the conventional visual inspection level, whereas in the method of the present invention, bubbles were confirmed. It can be reduced to the extent possible. As described above, the polarization separation element of the present invention is generated by microfabrication of an organic birefringent film in which an organic birefringent film is bonded to a transparent substrate in an element using an organic birefringent film or the like as a diffraction grating or a retardation film. Since the warpage of the substrate due to the shrinkage of the organic birefringent film is offset by the coating film formed on the transparent substrate, it is possible to realize a polarization separation element with improved yield and high reliability by reducing the focal position variation during exposure.
In Examples 1 to 3, an example using a quartz glass substrate or a BK-7 substrate as a transparent substrate was shown, but the transparent substrate is not limited to these, and other optical glass substrates and transparent resins are used. Various things, such as a board | substrate, can be used.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the coating film having a tensile stress is provided on the transparent substrate, and the organic birefringent film is adhered to the surface of the transparent substrate opposite to the coating film side, thereby reducing the stress of the coating film. By controlling the organic birefringent film so as to be balanced with the heat shrinkage stress, the warp of the transparent substrate can be reduced. Therefore, it is possible to realize a polarization separation element that reduces the occurrence of warping of the substrate.
Furthermore, in the present invention, by forming the coating film as a single layer or multilayer coating film having the same refractive index as that of the substrate, it is possible to generate stress without deteriorating the optical characteristics. By using a multilayer antireflection film, light incident efficiency can be improved.
Furthermore, in the present invention, cost reduction can be achieved by making the organic birefringent film a polymer film in which molecular chains are oriented by stretching.
Furthermore, in the present invention, by using a photocurable adhesive (for example, an acrylic or epoxy photocurable adhesive) as an adhesive for bonding the organic birefringent film and the transparent substrate, the process can be simplified. The cost of the process can be reduced, and by irradiating ultraviolet rays from the organic birefringent film side, light reflection is reduced and the ultraviolet curing time can be shortened.
Furthermore, in the present invention, the organic birefringent film is deformed into a U shape and brought into contact with the transparent substrate at one contact point, and the contact surface is expanded from the contact point to the whole, thereby preventing the entrainment of bubbles, and the reliability. It is possible to provide a highly reliable polarization separation element that can be bonded with a high degree of reliability.
Further, in the present invention, the thickness of the adhesive is obtained by changing the shape of the apparatus for mounting and fixing the transparent substrate of the bonding apparatus for bonding the organic birefringent film and the transparent substrate to the surface shape of the coating film side of the transparent substrate. Can be made uniform.
Furthermore, in the present invention, the device shape for pressing the organic birefringent film of the bonding apparatus for bonding the organic birefringent film and the transparent substrate is similar to the surface shape on the opposite side of the coating film of the transparent substrate, The thickness of the adhesive can be made uniform.
Furthermore, in the present invention, since the diffraction grating is made of a polymer in which molecular chains are oriented, the polarization separating element can be reduced in size and cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a polarization beam splitting element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a transparent substrate provided with a coating film having tensile stress.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an adhesion apparatus used when an organic birefringent film is adhered on a substrate having a coating film on the back side.
4 is an explanatory view of a pressing device and a bonding cross section used when an organic birefringent film is bonded on a substrate with the bonding apparatus shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a principal part showing an example of a polarization beam splitting element manufactured by the manufacturing method of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of a transparent substrate in which a multilayer coating film is formed on one surface and an organic birefringent film is bonded to the other surface.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a bonding apparatus used when bonding an organic birefringent film on a substrate.
8A is a cross-sectional view of the main part showing an example of a transparent substrate to which an organic birefringent film is bonded by the bonding apparatus shown in FIG. 7, and FIG. 8B is a diagram illustrating a coating film formed after the organic birefringent film is bonded. It is principal part sectional drawing which shows an example of the made transparent substrate.
[Explanation of symbols]
1: Transparent substrate (quartz glass substrate)
2, 22, 32: Adhesive
3, 23, 33: Organic birefringent film
4: Diffraction grating
5: Isotropic adhesive
6: Opposing transparent substrate
7, 34: Coating film (MgF2film)
8: Moving stage
9: Substrate holder
10: Holding device
11: CCD laser displacement meter
12: Pressing device
21, 31: Transparent substrate (BK-7 substrate)
24: Multilayer coating film
M: Moment force
Claims (9)
前記有機複屈折膜をU字形状に変形する工程と、
該有機複屈折膜を透明基板に接着する際、CCDレーザー変位計を用いて前記有機複屈折膜のU字形状及び透明基板上の接着剤の凸形状の頂点位置情報を取得する工程と、
前記有機複屈折膜のU字形状の頂点を接着剤の凸形状の頂点に位置合わせを行い、前記有機複屈折膜のU字形状の頂点と接着剤の凸形状の頂点との一つの接触点において接触させる工程と、
前記接触点から全体に接触面を広げることにより接着する工程と、
を含むことを特徴とする偏光分離素子の製造方法。In order to separate two orthogonal polarization components, an organic birefringent film with a different refractive index is bonded to a transparent substrate with different vibration surfaces of incident light, and a periodic concavo-convex grating (hereinafter referred to as diffraction) is attached to the organic birefringent film. And isotropic adhesive is filled in the dents of the diffraction grating, the transparent substrate is adhered on the diffraction grating, and stress is applied to the transparent substrate to which the organic birefringent film is adhered. In the method of manufacturing a polarization separation element provided with a coating film having
Transforming the organic birefringent film into a U-shape;
When adhering the organic birefringent film to the transparent substrate, obtaining a vertex position information of the U-shape of the organic birefringent film and the convex shape of the adhesive on the transparent substrate using a CCD laser displacement meter;
The U-shaped apex of the organic birefringent film is aligned with the convex apex of the adhesive, and one contact point between the U-shaped apex of the organic birefringent film and the convex apex of the adhesive a step of contacting at,
Adhering by expanding the contact surface from the contact point to the whole;
The manufacturing method of the polarization separation element characterized by including.
前記コーティング膜の応力は引張り応力とし、該コーティング膜の応力により透明基板に反りを発生させることを特徴とする偏光分離素子の製造方法。In the manufacturing method of the polarization splitting device according to claim 1,
The method of manufacturing a polarization separation element, wherein the stress of the coating film is a tensile stress, and the transparent substrate is warped by the stress of the coating film.
前記コーティング膜として、透明基板の屈折率と同等もしくはそれより小さい屈折率を有する単層または多層のコーティング膜、あるいは単層または透明基板より小さい屈折率と大きい屈折率との多層の反射防止膜を形成することを特徴とする偏光分離素子の製造方法。In the manufacturing method of the polarization separation element according to claim 1 or 2,
As the coating film, a single-layer or multilayer coating film having a refractive index equal to or smaller than that of the transparent substrate, or a multilayer antireflection film having a refractive index smaller than that of the single-layer or transparent substrate and a large refractive index. A method for manufacturing a polarization separation element, comprising: forming a polarization separation element.
前記透明基板のコーティング膜を設けた面とは反対側の面に有機複屈折膜を接着することを特徴とする偏光分離素子の製造方法。In the manufacturing method of the polarization separation element according to claim 1, 2, or 3,
An organic birefringent film is adhered to a surface of the transparent substrate opposite to the surface on which the coating film is provided.
前記有機複屈折膜は、延伸により分子鎖を配向させた高分子膜としたことを特徴とする偏光分離素子の製造方法。In the manufacturing method of the polarization separation element according to claim 4,
The method of manufacturing a polarization separation element, wherein the organic birefringent film is a polymer film in which molecular chains are oriented by stretching.
前記コーティング膜の応力を前記有機複屈折膜の熱収縮応力と均衡するよう制御することを特徴とする偏光分離素子の製造方法。In the manufacturing method of the polarization splitting device according to any one of claims 1 to 5,
A method of manufacturing a polarization separation element, wherein the stress of the coating film is controlled to balance with the heat shrinkage stress of the organic birefringent film.
前記有機複屈折膜を透明基板に接着する工程では、紫外線を有機複屈折膜側から照射することを特徴とする偏光分離素子の製造方法。In the manufacturing method of the polarization separation element according to any one of claims 1 to 6,
In the step of bonding the organic birefringent film to the transparent substrate, ultraviolet light is irradiated from the organic birefringent film side.
前記有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着装置の透明基板を載置固定する装置形状を、透明基板のコーティング膜側表面形状と相似形としたことを特徴とする偏光分離素子の製造方法。In the manufacturing method of the polarization separation element according to any one of claims 1 to 7,
A method of manufacturing a polarization separation element, wherein the device shape for mounting and fixing the transparent substrate of the bonding device for bonding the organic birefringent film and the transparent substrate is similar to the coating film side surface shape of the transparent substrate .
前記有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着装置の有機複屈折膜を加圧する装置形状を、透明基板のコーティング膜とは反対側の表面形状と相似形としたことを特徴とする偏光分離素子の製造方法。In the manufacturing method of the polarization splitting device according to any one of claims 1 to 7 ,
Polarization separation characterized in that the shape of the device that presses the organic birefringent film of the bonding device that bonds the organic birefringent film and the transparent substrate is similar to the surface shape of the transparent substrate opposite to the coating film Device manufacturing method.
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