JP6903470B2 - Optical retardation member and projector - Google Patents
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Description
本発明は、光学位相差部材及びそれを用いたプロジェクタに関する。 The present invention relates to an optical retardation member and a projector using the same.
光学位相差板は、非常に多くの用途を有しており、プロジェクタ(投影型表示装置)、反射型液晶表示装置、半透過型液晶表示装置、光ディスク用ピックアップ、PS変換素子など、種々の用途に使用されている。 Optical retardation plates have numerous uses, such as projectors (projection-type display devices), reflective liquid crystal display devices, semi-transmissive liquid crystal display devices, optical disk pickups, and PS conversion elements. Is used for.
光学位相差板には、方解石、雲母、水晶のような自然界に存在する複屈折結晶により形成されたものや、複屈折ポリマーにより形成されたもの、人工的に使用波長より短い周期構造を設けることにより形成されたものなどがある。 The optical retardation plate shall be provided with one formed of naturally occurring birefringent crystals such as calcite, mica, and quartz, one formed of birefringent polymer, and artificially provided with a periodic structure shorter than the wavelength used. Some are formed by.
人工的に周期構造を設けて形成された光学位相差板としては、透明基板上に凹凸構造が設けられたものがある。光学位相差板に用いられる凹凸構造は使用波長より短い周期を有し、例えば図10に示すようなストライプ状のパターンを有する。このような凹凸構造は屈折率異方性を有し、図10の光学位相差板400の基板420に対して垂直に光Lが入射すると、凹凸構造内において、凹凸構造の周期方向に平行な偏光成分と、凹凸構造の周期方向に垂直な偏光成分が異なる速度で伝播するので、両偏光成分間で位相差が生じる。この位相差は凹凸構造の高さ(深さ)、凸部を構成する材料と凸部の間の材料(空気)の屈折率差等を調整することによって制御することができる。上記のプロジェクタ等のデバイスに用いる光学位相差板は、使用波長λに対してλ/4又はλ/2の位相差を生じさせる必要があるが、そのような十分な位相差を生じさせることができる光学位相差板を形成するためには、凸部を構成する材料の屈折率と凸部間の材料(空気)の屈折率の差や凹凸構造の高さ(深さ)を十分に大きくする必要がある。このような光学位相差板として、特許文献1では、凹凸構造の表面を高屈折率材料で被覆したものが提案されている。
As an optical retardation plate formed by artificially providing a periodic structure, there is one having an uneven structure provided on a transparent substrate. The uneven structure used for the optical retardation plate has a period shorter than the wavelength used, and has, for example, a striped pattern as shown in FIG. Such a concavo-convex structure has refractive index anisotropy, and when light L is incident perpendicularly to the
特許文献2では、光学位相差板の透過率を向上させるために、凹凸構造上に形成した高屈折率膜上に高屈折率膜よりも低い屈折率を有する低屈折率膜を形成することが記載されている。
In
特に光学位相差部材をプロジェクタ等に用いる場合、光学位相差部材は、広い波長範囲で高い透過率を有することが望まれる。上記特許文献1に開示されている位相差板では高屈折率層が空気と接しているために当該位相差板に入射した光の多くは高屈折率層と空気の界面で反射されるため、位相差板の透過率が低い。また、特許文献2では、凹凸構造上に形成した高屈折率膜上に高屈折率膜よりも低い屈折率を有する低屈折率膜を形成することにより光学位相差板の透過率を向上させているが、光学位相差板の透過率を一層向上させることが要望されている。
In particular, when the optical retardation member is used for a projector or the like, it is desired that the optical retardation member has a high transmittance in a wide wavelength range. In the retardation plate disclosed in Patent Document 1, since the high refractive index layer is in contact with air, most of the light incident on the retardation plate is reflected at the interface between the high refractive index layer and air. The transmittance of the retardation plate is low. Further, in
また、特許文献2に記載の光学位相差板は、凹凸構造の凸部の断面形状が矩形であることから機械強度特性が十分でない。さらに、特許文献2に記載されているような、凹凸構造の凸部の上面及び凹部の底面のみに高屈折率膜及び低屈折率膜が積層されて基板の凹凸構造(格子パターン)が維持されている構造は、一般的な蒸着法、スパッタリング法等の成膜法では形成が困難である。
Further, the optical retardation plate described in
そこで、本発明の目的は、広い波長範囲で高透過率を示し且つ所望の位相差を生じることができるとともに、通常の成膜法で形成することが可能で機械強度の高い光学位相差部材、及びそれを用いたプロジェクタを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is an optical retardation member which can exhibit high transmittance in a wide wavelength range, can generate a desired phase difference, and can be formed by a normal film forming method and has high mechanical strength. And to provide a projector using the same.
本発明の第1の態様に従えば、入射光に位相差を発生させる光学位相差部材であって、
一方向に延在するとともに延在方向に垂直な面における断面が略台形状である複数の凸部から構成された凹凸パターンを有する透明基体と、
前記透明基体の前記凸部の上面及び側面に形成され、前記凸部よりも高い屈折率を有する高屈折率層と、
前記凸部の上面の前記高屈折率層上に形成された2n+1個(nは正の整数)の層から構成される積層体とを備え、
隣り合う前記凸部の対向する前記側面に形成された前記高屈折率層の間に空気層が存在し、
前記積層体は、前記高屈折率層上に形成された第1層と、第2k−1層(kは1〜nの整数)上に形成された第2k層と、前記第2k層上に形成された第2k+1層を備え、
前記第1層の屈折率が前記高屈折率層の屈折率よりも低く、
前記第2k+1層の屈折率が前記第2k層の屈折率よりも低い光学位相差部材が提供される。
According to the first aspect of the present invention, it is an optical retardation member that generates a phase difference in incident light.
A transparent substrate having a concavo-convex pattern composed of a plurality of convex portions extending in one direction and having a substantially trapezoidal cross section on a plane perpendicular to the extending direction.
A high-refractive index layer formed on the upper surface and the side surface of the convex portion of the transparent substrate and having a higher refractive index than the convex portion.
A laminate composed of 2n + 1 (n is a positive integer) layers formed on the high refractive index layer on the upper surface of the convex portion is provided.
An air layer exists between the high refractive index layers formed on the opposite side surfaces of the adjacent convex portions.
The laminate is formed on the first layer formed on the high refractive index layer, the second k layer formed on the second k-1 layer (k is an integer of 1 to n), and the second k layer. With the formed second k + 1 layer,
The refractive index of the first layer is lower than that of the high refractive index layer.
An optical retardation member having a refractive index of the second k + 1 layer lower than that of the second k layer is provided.
前記光学位相差部材において、前記第2k−1層(kは1〜nの整数)の屈折率が、前記第2k層の屈折率よりも低くてよい。 In the optical retardation member, the refractive index of the second k-1 layer (k is an integer of 1 to n) may be lower than the refractive index of the second k layer.
前記光学位相差部材において、前記第2k層と前記高屈折率層が同じ材料から構成されてよい。 In the optical retardation member, the second k layer and the high refractive index layer may be made of the same material.
前記光学位相差部材において、前記第2k+1層と前記第2k−1層が同じ材料から構成されてよい。 In the optical retardation member, the second k + 1 layer and the second k-1 layer may be made of the same material.
前記光学位相差部材において、nが1であってよい。この場合、第2層の屈折率は2.1〜2.6の範囲内であってよく、第1層及び第3層の屈折率は1.3〜1.55の範囲内であってよい。 In the optical retardation member, n may be 1. In this case, the refractive index of the second layer may be in the range of 2.1 to 2.6, and the refractive index of the first layer and the third layer may be in the range of 1.3 to 1.55. ..
前記光学位相差部材において、前記積層体が、前記透明基体の前記凸部の上面及び側面の前記高屈折率層上に形成されてよい。 In the optical retardation member, the laminate may be formed on the high refractive index layer on the upper surface and the side surface of the convex portion of the transparent substrate.
前記光学位相差部材は、波長430nm〜680nmの範囲内における透過率の平均が97%以上であってよい。 The optical retardation member may have an average transmittance of 97% or more in the wavelength range of 430 nm to 680 nm.
前記光学位相差部材において、前記凸部を構成する材料がゾルゲル材料であってよい。 In the optical retardation member, the material constituting the convex portion may be a sol-gel material.
本発明の第2の態様に従えば、第1の態様の光学位相差部材を備えるプロジェクタが提供される。 According to the second aspect of the present invention, a projector including the optical retardation member of the first aspect is provided.
本発明の第3の態様に従えば、直線偏光の光を生成する光生成機構と、
第1の態様の光学位相差部材から構成され、前記光生成機構から射出された前記光を円偏光に変換する入射側波長板と、
円偏光に変換された前記光を変調する画像表示素子と、
第1の態様の光学位相差部材から構成され、前記画像表示素子により変調された前記光を直線偏光に変換する出射側波長板と、
前記画像表示素子により変調された前記光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタが提供される。
According to the third aspect of the present invention, a light generation mechanism for generating linearly polarized light and
An incident-side wave plate composed of the optical retardation member of the first aspect and converting the light emitted from the light generation mechanism into circularly polarized light.
An image display element that modulates the light converted to circularly polarized light,
An emission side wave plate composed of the optical retardation member of the first aspect and converting the light modulated by the image display element into linearly polarized light.
A projector including a projection optical system for projecting the light modulated by the image display element is provided.
本発明の第4の態様に従えば、直線偏光の光を生成する光生成機構と、
第1の態様の光学位相差部材から構成され、前記光生成機構から射出された前記光を円偏光に変換する波長板と、
円偏光に変換された前記光を拡散する拡散素子と、
前記拡散素子で拡散された前記光を変調する画像表示素子と、
前記画像表示素子により変調された前記光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタが提供される。
According to the fourth aspect of the present invention, a light generation mechanism for generating linearly polarized light and
A wave plate composed of the optical retardation member of the first aspect and converting the light emitted from the light generation mechanism into circularly polarized light,
A diffusing element that diffuses the light converted to circularly polarized light,
An image display element that modulates the light diffused by the diffusion element, and
A projector including a projection optical system for projecting the light modulated by the image display element is provided.
本発明の光学位相差部材は、断面形状が略台形状である凸部から構成された凹凸パターンを有する透明基体を用いているため、機械強度が高い。また、透明基体の凸部の側面に高屈折率層が形成され、隣り合う凸部の対向する側面に形成された高屈折率層の間に空気層が存在するため、本発明の光学位相差部材を透過した光に所望の位相差を与えることができる。さらに、本発明の光学位相差部材は、透明基体の凸部の上面に形成された高屈折率層上に3以上の奇数個の層から構成される積層体が形成され、積層体の各層の屈折率が所定の大小関係を満たすことにより、広い波長範囲で高い透過率を有することができる。それゆえ、本発明の光学位相差部材は、プロジェクタ等の各種用途に好適な特性を有する。 Since the optical retardation member of the present invention uses a transparent substrate having a concavo-convex pattern composed of convex portions having a substantially trapezoidal cross-sectional shape, the mechanical strength is high. Further, since the high refractive index layer is formed on the side surface of the convex portion of the transparent substrate and the air layer exists between the high refractive index layers formed on the opposite side surfaces of the adjacent convex portions, the optical phase difference of the present invention is obtained. The desired phase difference can be given to the light transmitted through the member. Further, in the optical retardation member of the present invention, a laminated body composed of three or more odd layers is formed on a high refractive index layer formed on the upper surface of the convex portion of the transparent substrate, and each layer of the laminated body is formed. When the refractive index satisfies a predetermined magnitude relationship, it is possible to have a high transmittance in a wide wavelength range. Therefore, the optical retardation member of the present invention has characteristics suitable for various uses such as a projector.
以下、本発明の光学位相差部材及びその製造方法、並びにそれを用いたプロジェクタについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the optical retardation member of the present invention, a method for manufacturing the same, and a projector using the same will be described with reference to the drawings.
[光学位相差部材]
実施形態の光学位相差部材100は、図1(a)に示すように、断面が略台形状である凸部60から構成された凹凸パターン80を有する透明基体40と、凸部60の上面60t及び側面60sに形成された高屈折率層30と、凸部60の上面60t上の高屈折率層30上に形成された積層体20とを備える。隣り合う凸部60の対向する側面60s上に形成された高屈折率層30の間には、空気層90が存在する。
[Optical retardation member]
As shown in FIG. 1A, the
<透明基体>
図1(a)に示した実施形態の光学位相差部材100において、透明基体40は平板状の基材42と、凹凸構造層50から構成されている。
<Transparent substrate>
In the
基材42としては特に制限されず、可視光を透過する公知の基材を適宜利用することができる。例えば、ガラス等の透明無機材料からなる基材;ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート等)、アクリル系樹脂(ポリメチルメタクリレート等)、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、スチレン系樹脂(ABS樹脂等)、セルロース系樹脂(トリアセチルセルロース等)、ポリイミド系樹脂(ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂等)、シクロオレフィンポリマー等の樹脂からなる基材などを利用することができる。光学位相差部材100をプロジェクタにおいて用いる場合、光学位相差部材100は高耐光性及び高耐熱性を有することが求められるため、基材42は耐光性及び耐熱性の高い基材であることが望ましい。この点で、無機材料からなる基材が好ましい。基材42上には密着性を向上させるために、表面処理や易接着層を設けるなどをしてもよい。また、基材42の表面の突起を埋めるために、平滑化層を設けるなどをしてもよい。基材42の厚みは、1μm〜20mmの範囲内であることが好ましい。基材42の凹凸構造層50が形成された面の反対側の面に透過率を改善するために反射防止層44(図1(f)参照)が設けられていてもよい。反射防止層44は、単一若しくは複数の層から構成されてよく、又は反射防止効果を有するサブ波長微細構造を有していてもよい。また、別の光学部材を基材40の凹凸構造層50が形成された面の反対側の面に接合(貼合)する場合、別の光学部材と基材40の界面での反射が小さくなるように、適当な屈折率を持つ接着剤、粘着剤、屈折液等で基材40と別の光学部材を接合してもよい。
The
凹凸構造層50は複数の凸部60及び凹部70を有し、それにより凹凸構造層50の表面が凹凸パターン80を画成する。凹凸構造層50は、波長550nmにおける屈折率(以下、適宜「屈折率」という)が1.2〜1.8の範囲内である材料から構成されることが好ましい。凹凸構造層50を構成する材料としては、例えば、シリカ、SiN、SiON等のSi系の材料、TiO2等のTi系の材料、ITO(インジウム・スズ・オキサイド)系の材料、ZnO、ZnS、ZrO2、Al2O3、BaTiO3、Cu2O、MgS、AgBr、CuBr、BaO、Nb2O5、SrTiO2等の無機材料を用いることができる。これらの無機材料は、ゾルゲル法等によって形成した材料(ゾルゲル材料)であってよい。上記無機材料のほか、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、AS樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ガラス強化ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂;フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂等の熱硬化性樹脂;紫外線硬化型(メタ)アクリレート系樹脂、紫外線硬化型アクリルウレタン系樹脂、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート系樹脂、紫外線硬化型エポキシアクリレート樹脂、紫外線硬化型ポリオールアクリレート樹脂、紫外線硬化型エポキシ樹脂等の紫外線硬化型樹脂;これらを2種以上ブレンドした材料等の樹脂材料も用いることができる。さらに、上記樹脂材料に上記無機材料をコンポジット化した材料を用いてもよい。また、上記無機材料、上記樹脂材料ともに、ハードコート性等を得るために、公知の微粒子やフィラーを含んでいてもよい。さらに、上記の材料に紫外線吸収材料を含有させたものが用いられていてもよい。紫外線吸収材料は、紫外線を吸収し光エネルギーを熱のような無害な形に変換することにより、凹凸構造層50の劣化を抑制する作用がある。紫外線吸収剤としては、従来から公知のものが使用でき、例えば、ベンゾトリアゾール系吸収剤、トリアジン系吸収剤、サリチル酸誘導体系吸収剤、ベンゾフェノン系吸収剤等を使用できる。光学位相差部材100をプロジェクタにおいて用いる場合、凹凸構造層50は高い耐光性及び耐熱性を有することが望ましい。この点で、凹凸構造層50は無機材料から構成されることが好ましい。
The concavo-
凹凸構造層50の各凸部60は、図1(a)のY方向(奥行き方向)に延在しており、複数の凸部60は、設計波長(光学位相差部材100により位相差を生じさせる光の波長)より短い周期で配列されている。各凸部60の延在方向と直交するZX平面における断面は略台形状である。本願において「略台形状」とは、基材42の表面に略平行な一組の対辺を有し、該対辺のうち基材42の表面に近い辺(下底)が他方の辺(上底)よりも長く、下底と2つの斜辺のなす角がいずれも鋭角である略四角形を意味する。略四角形の各辺は湾曲していてよい。すなわち、各凸部60は、基材42の表面から上方(基材42の表面から離れる方向)に向かって幅(凸部60の延在方向に垂直な方向の長さ、すなわち図1(a)のx方向の長さ)が小さくなっていればよい。また、各頂点が丸みを帯びていてもよい。また、上底の長さが0であってもよい。つまり本願において「略台形状」は「略三角形状」も含む概念である。なお、上底の長さは0より大きいことが好ましい。上底が0より大きい略台形状の断面を有する凸部は、略三角形状の断面を有する凸部と比べて次のような利点がある。すなわち、凸部をインプリント法により形成するために用いるモールドの形成が容易であること、及び凸部の面押耐性などの機械強度が高いことである。
Each
凸部60の高さ(凹凸高さ)は100〜2000nmの範囲内であることが望ましい。凸部60の高さが100nm未満であると、光学位相差部材100に可視光が入射した場合に所望の位相差を生じることが困難となる。凸部60の高さが2000nmを超える場合、凸部60のアスペクト比(凸部幅に対する凸部高さの比)が大きいため、凹凸パターンの形成が困難となる。凸部60の上面60tの幅(凸部60の延在方向と直交する面における略台形状の断面の上底の長さ)は50nm以下であることが好ましい。凸部60の上面60tの幅が50nm以下であることにより、光学位相差部材100の透過率をより高くすることが容易になる。また、凹凸パターン80の凹凸ピッチは、50〜1000nmの範囲内であることが好ましい。ピッチが50nm未満である凹凸パターンは、ナノインプリント法による形成が困難である。ピッチが1000nmを超える場合、光学位相差部材として十分な無色透明性の確保が難しくなる。
The height of the convex portion 60 (unevenness height) is preferably in the range of 100 to 2000 nm. If the height of the
なお、図1(a)に示す光学位相差部材100においては、隣り合う凸部60が凸部60の底面(又は凸部60の裾)において互いに接しているが、図1(b)に示す光学位相差部材100aのように、隣り合う凸部60aの底面(又は隣り合う凸部60aの裾)同士が所定の距離を隔てていてもよい。この場合、凹部70aとその上に形成された後述する高屈折率層30aの界面において光学位相差部材100aを通過する光の一部が反射されるため、図1(b)に示すような光学位相差部材100aは、図1(a)のような光学位相差部材100と比べて透過率が低くなる傾向がある。ゆえに、光学位相差部材100aを高透過率にするという観点から、隣り合う凸部60aの底面同士の間隔、すなわち、凹凸構造層50aの表面において隣り合う凸部60aに挟まれた領域(凹部)70aの幅がより小さいことが好ましく、特に凹凸パターンのピッチの0〜0.2倍の範囲内であることが好ましい。言い換えると、凸部60aの底面の幅は、凹凸パターンのピッチの0.8〜1倍の範囲内であることが好ましい。凹凸パターンのピッチに対する凹部70aの幅の比が0.2以下、すなわち、凹凸パターンのピッチに対する凸部60aの底面の幅の比が0.8以上であることにより、光学位相差部材100の透過率をより高くすることが容易になる。
In the
<高屈折率層>
高屈折率層30は、透明基体40の凹凸構造層50よりも高い屈折率を有する層である。高屈折率層30は、屈折率が2.3以上である材料から構成されることが好ましい。高屈折率層30を構成する材料としては、例えば、Ti、In、Zr、Ta、Nb、Zn等の金属、それら金属の酸化物、窒化物、硫化物、酸窒化物、ハロゲン化物等の無機材料を用いることができる。
<High refractive index layer>
The high
高屈折率層30は、凸部60を被覆している。すなわち、高屈折率層30は凸部60の上面60t及び側面60sを被覆している。凸部60が高屈折率層30で被覆されることにより、凸部60と後述する空気層90の周期配列により生じる位相差が大きくなる。そのため、凸部60の高さを小さく、すなわち、凸部60のアスペクト比を小さくすることができるため、凹凸パターン80の形成が容易になる。凸部60の上面60t上に形成された高屈折率層30の厚みThtは50〜250nmの範囲内であることが好ましい。
The high
また、凸部60の側面60s上に形成された高屈折率層30の厚みThsは、光学位相差部材100を特定の波長λの光に位相差を与える目的で用いる場合、0.03λ〜0.11λであることが好ましい。たとえば、波長470nmの光に位相差を与える目的で光学位相差部材100を用いる場合、凸部60の側面60s上の高屈折率層30の厚みThsは15〜50nmの範囲内であることが好ましい。高屈折率層30の厚みThsが上記範囲内であることにより、高い透過率を有しつつ、λ/4位相差板として必要な位相差を確保することが出来る。なお、本願において「凸部60の側面60s上の高屈折率層30の厚みThs」とは、凸部60の底面から後述する積層体20の最上部までの高さをHとすると、凸部60の底面からH/2の高さの位置における高屈折率層30の厚みを意味する。
The thickness T hs of the high
<積層体>
積層体20は、2n+1個(nは正の整数)の層、すなわち、3以上の奇数個の層から構成される。積層体20は、凸部60の上面60t上の高屈折率層30上に形成されている。図1(a)に示す光学位相差部材100においては、積層体20は第1層22、第2層24及び第3層26の3個の層から構成される。第1層22は高屈折率層30の上に直接形成され、第2層24は第1層上に直接形成され、第3層26は第2層24上に直接形成される。
<Laminated body>
The laminate 20 is composed of 2n + 1 layers (n is a positive integer), that is, 3 or more odd-numbered layers. The
第1層22の屈折率は高屈折率層30よりも低く、第3層26の屈折率は第2層24の屈折率よりも低い。それにより、後述する実施例で示すように、光学位相差部材100は広い波長範囲において高い透過率を有することができる。
The refractive index of the
第2層24の屈折率は第1層22の屈折率よりも高くてよく、あるいは、第2層24の屈折率が第1層22の屈折率よりも低くてもよい。
The refractive index of the
第2層24の屈折率が第1層22の屈折率よりも高い場合、積層体20は相対的に高い屈折率を有する層と相対的に低い屈折率を有する層とが交互に積層された構造を有する。この場合、第1層22及び第3層26の屈折率は1.3〜1.55の範囲内であってよい。第1層22又は第3層26の屈折率が1.55を超える場合、後述の実施例で示すように、光学位相差部材100の平均透過率(波長430nm〜680nmにおける光の透過率の平均)が低い傾向がある。屈折率が1.3未満の材料は、安定性が低い傾向がある。また、第2層24の屈折率は2.1以上であってよく、好ましくは2.1〜2.6の範囲内であってよい。第2層24の屈折率が2.1未満の場合、後述の実施例で示すように、光学位相差部材100の平均透過率が低い傾向がある。屈折率が2.6を超える材料は、その材料自体の可視光領域における透明性が低い傾向がある。また、第1層22及び第3層26は同じ材料から形成されていてよく、第2層24は高屈折率層30と同じ材料から形成されていてよい。それにより、光学位相差部材100を少ない種類の材料で製造できるため、製造コストを低減できる。
When the refractive index of the
第2層24の屈折率が第1層22の屈折率よりも低い場合、積層体20において、高屈折率層30から遠い層ほど低い屈折率を有する。この場合、積層体20の最表層(最上層)である第3層26の屈折率は1.3〜1.4の範囲内であってよい。
When the refractive index of the
第1層22及び第3層26を構成する材料としては、例えばSiO2、MgF2のようなSi、Al、Li、Mg、Ca、Kの酸化物、フッ化物が挙げられる。第2層24を構成する材料としては、例えばTi、In、Zr、Ta、Nb、Zn等の金属、それら金属の酸化物、窒化物、硫化物、酸窒化物、ハロゲン化物等の無機材料が挙げられる。
Examples of the material constituting the
凸部60の上面60t上の高屈折率層30上に形成されている第1層22の厚みTst1は20〜40nmの範囲内であってよく、その上の第2層24の厚みTst2は35〜55nmの範囲内であってよく、さらにその上の第3層26の厚みTst3は100〜140nmの範囲内であってよく、第1層22、第2層24、第3層26の厚みの合計である積層体20の厚みTstは155〜210nmの範囲内であってよい。この場合、光学位相差部材100の平均透過率が高い傾向がある。また、第1層22の厚みTst1が25〜35nmの範囲内であってよく、第2層24の厚みTst2が35〜45nmの範囲内であってよく、第3層26の厚みTst3が115〜125nmの範囲内であってよく、積層体20の厚みTstが185〜195nmの範囲内であってよい。この場合、光学位相差部材100の平均透過率がより高い傾向がある。
The thickness T st1 of the
なお、図1(c)に示す光学位相差部材100bのように、積層体20bが凸部60bの側面60bs上の高屈折率層30b上にも形成されていてもよい。凸部60bの側面60bs上の高屈折率層30b上に形成された積層体20bの厚み(凸部60bの側面60bsにおける積層体20bの厚み)Tssは、小さいほうが好ましく、5〜40nmの範囲内であることが好ましい。積層体20bの厚みTssが上記範囲内であることにより、積層体20bが側面60bsに成膜されることによる位相差の低減を押さえながら光学位相差部材100bの透過率を高めることが出来る。また、第2層24bの屈折率を大きくすると側面に形成される第2層24bによっても構造複屈折による位相差が発生するため、積層体20bが側面に形成されることによる位相差の低下を抑えることが出来る。なお、本願において「凸部60bの側面60bsにおける積層体20bの厚みTss」とは、凸部60bの底面から積層体20bの最上部までの高さをHbとすると、凸部60の底面からHb/2の高さの位置における積層体20bの厚みを意味する。
The
積層体が5以上の奇数個の層からなる場合、すなわち、積層体の層数が、2n+1(nは2以上の整数)である場合、積層体は、高屈折率層の上に直接形成された第1層と、第2k−1層(kは1〜nの整数)上に直接形成された第2k層と、第2k層上に直接形成された第2k+1層を備え、積層体の最表層は第2n+1層となる。第1層の屈折率は高屈折率層よりも低く、第2k+1層の屈折率は第2k層の屈折率よりも低い。それにより、実施形態の光学位相差部材は広い波長範囲において高い透過率を有することができる。第2k層の屈折率は第2k−1層の屈折率よりも高くてよく、あるいは、第2k層の屈折率が第2k−1層の屈折率よりも低くてもよい。第2k層の屈折率が第2k−1層の屈折率よりも高い場合、積層体は、その層が接する層に対して相対的に高い屈折率を有する層と相対的に低い屈折率を有する層とが交互に積層された構造を有する。この場合において、第2k−1層及び第2k+1層は同じ材料から形成されていてよく、第2k層は高屈折率層と同じ材料から形成されていてよい。それにより、光学位相差部材を少ない種類の材料で製造できるため、製造コストを低減できる。 When the laminate consists of an odd number of layers of 5 or more, that is, when the number of layers of the laminate is 2n + 1 (n is an integer of 2 or more), the laminate is formed directly on the high refractive index layer. The first layer, the second k layer directly formed on the second k-1 layer (k is an integer of 1 to n), and the second k + 1 layer directly formed on the second k layer are provided, and the most of the laminated body. The surface layer is the second n + 1 layer. The refractive index of the first layer is lower than that of the high refractive index layer, and the refractive index of the second k + 1 layer is lower than that of the second k layer. Thereby, the optical retardation member of the embodiment can have high transmittance in a wide wavelength range. The refractive index of the second k-1 layer may be higher than the refractive index of the second k-1 layer, or the refractive index of the second k layer may be lower than the refractive index of the second k-1 layer. When the refractive index of the second k layer is higher than the refractive index of the second k-1 layer, the laminate has a relatively low refractive index with a layer having a relatively high refractive index with respect to the layer in contact with the layer. It has a structure in which layers are alternately laminated. In this case, the second k-1 layer and the second k + 1 layer may be formed of the same material, and the second k layer may be formed of the same material as the high refractive index layer. As a result, the optical retardation member can be manufactured with a small number of materials, so that the manufacturing cost can be reduced.
<空気層>
隣り合う凸部60の対向する側面60s上に形成された高屈折率層30の間の空間(隙間)に空気層90が存在する。光学位相差部材100において、空気層90と凸部60を被覆する高屈折率層30が周期的に配列されていることにより、光学位相差部材100を透過した光に位相差を生じさせることができる。空気層90の幅Wは、35〜100nmの範囲内であることが好ましい。空気層90の幅Wが上記範囲内であることにより、低い凹凸高さでも大きな位相差を確保することが出来る。このような光学位相差部材100は、1/4波長板として好適に用いることができる。なお、本願において「空気層90の幅W」とは、凸部60の底面から積層体20の最上部までの高さをHとすると、凸部60の底面からH/2の高さの位置における空気層90の厚み(隣り合う凸部60の対向する側面60s上に形成された高屈折率層30の表面の間の距離)を意味する。
<Air layer>
The
なお、図1(a)に示される光学位相差部材100は基材42上に凹凸構造層50が形成された透明基体40を備えているが、それに代えて、図1(d)に示す光学位相差部材100cのように基材42c上に凸部60cをなす構造体が複数形成された透明基体40cを備えていてもよい。図1(d)に示すように隣り合う凸部60cの底面(又は凸部60cの裾)同士が接していてもよいし、あるいは、隣り合う凸部60cの底面同士が所定の距離を隔てて設けられ、基材42cの表面が露出していてもよい。基材42cとしては、図1(a)に示した光学位相差部材100の基材42と同様の基材を用いることができる。凸部60cは、図1(a)に示した光学位相差部材100の凹凸構造層50を構成する材料と同様の材料で構成されてよい。
The
また、図1(e)に示す光学位相差部材100dのように、基材の表面自体が凸部60dからなる凹凸パターン80dを構成するように形状化された基材によって透明基体40dが構成されていてもよい。この場合、透明基体40dは、図1(e)のような凹凸パターン80dを有するように基材を成形することにより製造され得る。
Further, as in the
[光学位相差部材の製造方法]
上記のような光学位相差部材を製造する方法について説明する。光学位相差部材の製造方法は、図2に示すように、主に、凹凸パターンを有する透明基体を形成する工程S1と、高屈折率層を形成する工程S2と、積層体を形成する工程S3と有する。透明基体を形成する工程S1は、無機材料の前駆体溶液を調製する溶液調製工程、調製された前駆体溶液を基材に塗布する塗布工程、基材に塗布された前駆体溶液の塗膜を乾燥する乾燥工程、転写パターンが形成されたモールドを塗膜に押し付ける押圧工程、モールドが押し付けられた塗膜を仮焼成する仮焼成工程、モールドを塗膜から剥離する剥離工程、及び塗膜を硬化させる硬化工程を有する。なお、押圧工程、仮焼成工程及び剥離工程を合わせて転写工程ともいう。以下、各工程について順に説明する。
[Manufacturing method of optical retardation member]
A method for manufacturing the above-mentioned optical retardation member will be described. As shown in FIG. 2, the method for manufacturing the optical retardation member is mainly a step S1 for forming a transparent substrate having a concavo-convex pattern, a step S2 for forming a high refractive index layer, and a step S3 for forming a laminate. And have. The step S1 for forming the transparent substrate is a solution preparation step of preparing a precursor solution of an inorganic material, a coating step of applying the prepared precursor solution to the substrate, and a coating film of the precursor solution applied to the substrate. A drying step of drying, a pressing step of pressing a mold having a transfer pattern formed on the coating film, a temporary firing step of temporarily firing the coating film on which the mold is pressed, a peeling step of peeling the mold from the coating film, and curing of the coating film. It has a curing step to make it. The pressing step, the temporary firing step, and the peeling step are collectively referred to as a transfer step. Hereinafter, each step will be described in order.
<溶液調整工程>
最初に無機材料の前駆体の溶液を調製する。ゾルゲル法を用いて無機材料からなる凹凸構造層を形成する場合、無機材料の前駆体として金属アルコキシドを調製する。例えば、シリカからなる凹凸構造層を形成する場合は、シリカの前駆体として、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラ−i−プロポキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−i−ブトキシシラン、テトラ−n−ブトキシシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−t−ブトキシシラン等のテトラアルコキシシランに代表されるテトラアルコキシドモノマーや、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン(MTES)、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、プロピルトリプロポキシシラン、イソプロピルトリプロポキシシラン、フェニルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、プロピルトリイソプロポキシシラン、イソプロピルトリイソプロポキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン、トリルトリエトキシシラン等のトリアルコキシシランに代表されるトリアルコキシドモノマー、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジメチルジイソプロポキシシラン、ジメチルジ−n−ブトキシシラン、ジメチルジ−i−ブトキシシラン、ジメチルジ−sec−ブトキシシラン、ジメチルジ−t−ブトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジエチルジイソプロポキシシラン、ジエチルジ−n−ブトキシシラン、ジエチルジ−i−ブトキシシラン、ジエチルジ−sec−ブトキシシラン、ジエチルジ−t−ブトキシシラン、ジプロピルジメトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジプロピルジプロポキシシラン、ジプロピルジイソプロポキシシラン、ジプロピルジ−n−ブトキシシラン、ジプロピルジ−i−ブトキシシラン、ジプロピルジ−sec−ブトキシシラン、ジプロピルジ−t−ブトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソプロピルジエトキシシラン、ジイソプロピルジプロポキシシラン、ジイソプロピルジイソプロポキシシラン、ジイソプロピルジ−n−ブトキシシラン、ジイソプロピルジ−i−ブトキシシラン、ジイソプロピルジ−sec−ブトキシシラン、ジイソプロピルジ−t−ブトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジプロポキシシラン、ジフェニルジイソプロポキシシラン、ジフェニルジ−n−ブトキシシラン、ジフェニルジ−i−ブトキシシラン、ジフェニルジ−sec−ブトキシシラン、ジフェニルジ−t−ブトキシシラン等のジアルコキシシランに代表されるジアルコキシドモノマーを用いることができる。さらに、アルキル基の炭素数がC4〜C18であるアルキルトリアルコキシシランやジアルキルジアルコキシシランを用いることもできる。ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニル基を有するモノマー、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシ基を有するモノマー、p−スチリルトリメトキシシラン等のスチリル基を有するモノマー、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等のメタクリル基を有するモノマー、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のアクリル基を有するモノマー、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ基を有するモノマー、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のウレイド基を有するモノマー、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト基を有するモノマー、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド等のスルフィド基を有するモノマー、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート基を有するモノマー、これらモノマーを少量重合したポリマー、前記材料の一部に官能基やポリマーを導入したことを特徴とする複合材料などの金属アルコキシドを用いてもよい。また、これらの化合物のアルキル基やフェニル基の一部、あるいは全部がフッ素で置換されていてもよい。さらに、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート、オキシ塩化物、塩化物や、それらの混合物などが挙げられるが、これらに限定されない。金属種としては、Si以外にTi、Sn、Al、Zn、Zr、Inなどや、これらの混合物などが挙げられるが、これらに限定されない。上記酸化金属の前駆体を適宜混合したものを用いることもできる。また、これらの材料中に界面活性剤を加えることで、メソポーラス化された凹凸構造層を形成してもよい。さらに、シリカの前駆体として、分子中にシリカと親和性、反応性を有する加水分解基および撥水性を有する有機官能基を有するシランカップリング剤を用いることができる。例えば、n−オクチルトリエトキシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン等のシランモノマー、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルメチルジメトキシシラン等のビニルシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のメタクリルシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等のメルカプトシラン、3−オクタノイルチオ−1−プロピルトリエトキシシラン等のサルファーシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−(N−フェニル)アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン、これらモノマーを重合したポリマー等が挙げられる。
<Solution adjustment process>
First, a solution of the precursor of the inorganic material is prepared. When forming a concavo-convex structural layer made of an inorganic material by using the sol-gel method, a metal alkoxide is prepared as a precursor of the inorganic material. For example, when forming a concavo-convex structural layer made of silica, tetramethoxysilane (TMS), tetraethoxysilane (TEOS), tetra-i-propoxysilane, tetra-n-propoxysilane, and tetra- are used as silica precursors. Tetraalkoxide monomers typified by tetraalkoxysilanes such as i-butoxysilane, tetra-n-butoxysilane, tetra-sec-butoxysilane, and tetra-t-butoxysilane, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, and propyl. Trimethoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane (METES), ethyltriethoxysilane, propyltriethoxysilane, isopropyltriethoxysilane, phenyltriethoxysilane, methyltripropoxysilane, ethyltripropoxy Silane, propyltriisopropoxysilane, isopropyltripropoxysilane, phenyltripropoxysilane, methyltriisopropoxysilane, ethyltriisopropoxysilane, propyltriisopropoxysilane, isopropyltriisopropoxysilane, phenyltriisopropoxysilane, triltriethoxy Trialkoxide monomers typified by trialkoxysilanes such as silane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldipropoxysilane, dimethyldiisopropoxysilane, dimethyldi-n-butoxysilane, dimethyldi-i-butoxysilane, dimethyldi- sec-butoxysilane, dimethyldi-t-butoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, diethyldipropoxysilane, diethyldiisopropoxysilane, diethyldi-n-butoxysilane, diethyldi-i-butoxysilane, diethyldi-sec- Butoxysilane, diethyldi-t-butoxysilane, dipropyldimethoxysilane, dipropyldiethoxysilane, dipropyldipropoxysilane, dipropyldiisopropoxysilane, dipropyldi-n-butoxysilane, dipropyldi-i-butoxysilane, dipropyldi- sec-butoxysilane, dipropyldi-t-butoxysilane, diisopropyldimethoxysilane, diisopropyldiethoxysilane, diisopropyldipropoxysilane, diisopropyldiisopropoxysilane, diisopropyldi-n-butoxysilane , Diisopropyldi-i-butoxysilane, diisopropyldi-sec-butoxysilane, diisopropyldi-t-butoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, diphenyldipropoxysilane, diphenyldiisopropoxysilane, diphenyldi-n- Dialkoxide monomers typified by dialkoxysilanes such as butoxysilane, diphenyldi-i-butoxysilane, diphenyldi-sec-butoxysilane, and diphenyldi-t-butoxysilane can be used. Further, alkyltrialkoxysilanes and dialkyldialkoxysilanes having an alkyl group having C4 to C18 carbon atoms can also be used. Monomers having a vinyl group such as vinyltrimethoxysilane and vinyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxy Monopoly having an epoxy group such as silane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, monomer having a styryl group such as p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyl Monomer having a methacryl group such as dimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, acrylic group such as 3-acryloxypropyltrimethoxysilane N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyl 3-Ureidopropyltriethoxysilane, a monomer having an amino group such as triethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N- (1,3-dimethyl-butylidene) propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane Propyl groups such as 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane and other mercapto groups, bis (triethoxysilylpropyl) tetrasulfide and other sulfide groups, 3- Metal alkoxides such as a monomer having an isocyanate group such as isocyanate propyltriethoxysilane, a polymer obtained by polymerizing a small amount of these monomers, and a composite material characterized by introducing a functional group or a polymer into a part of the material may be used. .. Further, a part or all of the alkyl group and the phenyl group of these compounds may be substituted with fluorine. Further, examples thereof include, but are not limited to, metal acetylacetonate, metal carboxylate, oxychloride, chloride, and mixtures thereof. Examples of the metal species include, but are not limited to, Ti, Sn, Al, Zn, Zr, In, and the like, and mixtures thereof, in addition to Si. It is also possible to use a mixture of the precursors of the metal oxide as appropriate. Further, a mesoporous concavo-convex structure layer may be formed by adding a surfactant to these materials. Further, as a precursor of silica, a silane coupling agent having a hydrolyzing group having affinity and reactivity with silica and an organic functional group having water repellency in the molecule can be used. For example, silane monomers such as n-octyltriethoxylane, methyltriethoxysilane, and methyltrimethoxysilane, vinylsilanes such as vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltris (2-methoxyethoxy) silane, and vinylmethyldimethoxysilane, Methacrylic silanes such as 3-methacryloxypropyltriethoxysilane and 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glyceride Epoxysilanes such as sidoxypropyltriethoxysilane, mercaptosilanes such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, sulfasilanes such as 3-octanoylthio-1-propyltriethoxysilane, 3-aminopropyl Triethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3- (N) -Phenyl) Aminosilanes such as aminopropyltrimethoxysilane, polymers obtained by polymerizing these monomers, and the like can be mentioned.
無機材料の前駆体としてTEOSとMTESの混合物を用いる場合には、それらの混合比は、例えばモル比で1:1にすることができる。この前駆体は、加水分解及び重縮合反応を行わせることによって非晶質シリカを生成する。合成条件として溶液のpHを調整するために、塩酸等の酸またはアンモニア等のアルカリを添加する。pHは4以下もしくは10以上が好ましい。また、加水分解を行うために水を加えてもよい。加える水の量は、金属アルコキシド種に対してモル比で1.5倍以上にすることができる。 When a mixture of TEOS and MTES is used as a precursor of the inorganic material, their mixing ratio can be, for example, 1: 1 in molar ratio. This precursor produces amorphous silica by subjecting it to hydrolysis and polycondensation reactions. In order to adjust the pH of the solution as a synthetic condition, an acid such as hydrochloric acid or an alkali such as ammonia is added. The pH is preferably 4 or less or 10 or more. Water may also be added to carry out hydrolysis. The amount of water added can be 1.5 times or more in molar ratio with respect to the metal alkoxide species.
前駆体溶液の溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール(IPA)、ブタノール等のアルコール類、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、イソホロン、シクロヘキサノン等のケトン類、ブトキシエチルエーテル、ヘキシルオキシエチルアルコール、メトキシ−2−プロパノール、ベンジルオキシエタノール等のエーテルアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールエーテル類、酢酸エチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン等のエステル類、フェノール、クロロフェノール等のフェノール類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類、クロロホルム、塩化メチレン、テトラクロロエタン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒、二硫化炭素等の含ヘテロ元素化合物、水、およびこれらの混合溶媒が挙げられる。特に、エタノールおよびイソプロピルアルコールが好ましく、またそれらに水を混合したものも好ましい。 Examples of the solvent for the precursor solution include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA) and butanol, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, decane and cyclohexane, benzene, toluene, xylene and mesityrene. Aromatic hydrocarbons, ethers such as diethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, isophorone, cyclohexanone, butoxyethyl ether, hexyloxyethyl alcohol, methoxy-2-propanol, benzyloxyethanol and the like. Ether alcohols, glycols such as ethylene glycol and propylene glycol, glycol ethers such as ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether and propylene glycol monomethyl ether acetate, esters such as ethyl acetate, ethyl lactate and γ-butyrolactone, phenol and chlorophenol. Phenols such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, amides such as N-methylpyrrolidone, halogen-based solvents such as chloroform, methylene chloride, tetrachloroethane, monochlorobenzene, dichlorobenzene, carbon disulfide Etc., hetero-element compounds such as water, water, and a mixed solvent thereof. In particular, ethanol and isopropyl alcohol are preferable, and water mixed with them is also preferable.
前駆体溶液の添加物としては、粘度調整のためのポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコールや、溶液安定剤であるトリエタノールアミンなどのアルカノールアミン、アセチルアセトンなどのβジケトン、βケトエステル、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキサンなどを用いることが出来る。また、前駆体溶液の添加物として、エキシマUV光等紫外線に代表されるエネルギー線などの光を照射することによって酸やアルカリを発生する材料を用いることができる。このような材料を添加することにより、光を照射することよって前駆体溶液を硬化(ゲル化)させて無機材料を形成することができるようになる。 Additives for the precursor solution include polyethylene glycol, polyethylene oxide, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol for adjusting viscosity, alkanolamines such as triethanolamine as a solution stabilizer, β-diketone such as acetylacetone, and β-ketoester. Formamide, dimethylformamide, dioxane and the like can be used. Further, as an additive of the precursor solution, a material that generates an acid or an alkali by irradiating light such as an energy ray typified by ultraviolet rays such as excimer UV light can be used. By adding such a material, the precursor solution can be cured (gelled) by irradiating with light to form an inorganic material.
また、無機材料の前駆体としてポリシラザンを用いてもよい。ポリシラザンは、加熱またはエキシマなどのエネルギー線を照射することで酸化してセラミックス化(シリカ改質)し、シリカ、SiNまたはSiONを形成する。なお、「ポリシラザン」とは、珪素−窒素結合を持つポリマーで、Si−N、Si−H、N−H等からなるSiO2、Si3N4及び両方の中間固溶体SiOXNY等のセラミック前駆体無機ポリマーである。特開平8−112879号公報に記載されている下記の一般式(1)で表されるような比較的低温でセラミック化してシリカ等に変性する化合物がより好ましい。
Moreover, polysilazane may be used as a precursor of an inorganic material. Polysilazane is oxidized by heating or irradiation with energy rays such as excimer to form ceramics (silica modification) to form silica, SiN or SiON. Note that the "polysilazane", silicon - a polymer with a nitrogen bonds, Si-N, Si-H ,
一般式(1):
−Si(R1)(R2)−N(R3)−
式中、R1、R2、R3は、各々水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基またはアルコキシ基を表す。
General formula (1):
-Si (R1) (R2) -N (R3)-
In the formula, R1, R2, and R3 represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an alkylsilyl group, an alkylamino group, or an alkoxy group, respectively.
上記一般式(1)で表される化合物の中で、R1、R2及びR3のすべてが水素原子であるパーヒドロポリシラザン(PHPSともいう)や、Siと結合する水素部分が一部アルキル基等で置換されたオルガノポリシラザンが特に好ましい。 Among the compounds represented by the general formula (1), perhydropolysilazane (also referred to as PHPS) in which all of R1, R2 and R3 are hydrogen atoms, and the hydrogen moiety bonded to Si is partially an alkyl group or the like. Substituted organopolysilazane is particularly preferred.
低温でセラミック化するポリシラザンの別の例としては、ポリシラザンにケイ素アルコキシドを反応させて得られるケイ素アルコキシド付加ポリシラザン(例えば、特開平5−238827号公報)、グリシドールを反応させて得られるグリシドール付加ポリシラザン(例えば、特開平6−122852号公報)、アルコールを反応させて得られるアルコール付加ポリシラザン(例えば、特開平6−240208号公報)、金属カルボン酸塩を反応させて得られる金属カルボン酸塩付加ポリシラザン(例えば、特開平6−299118号公報)、金属を含むアセチルアセトナート錯体を反応させて得られるアセチルアセトナート錯体付加ポリシラザン(例えば、特開平6−306329号公報)、金属微粒子を添加して得られる金属微粒子添加ポリシラザン(例えば、特開平7−196986号公報)等を用いることもできる。 As another example of polysilazane that is ceramicized at low temperature, silicon alkoxide-added polysilazane obtained by reacting polysilazane with silicon alkoxide (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-238827) and glycidol-added polysilazane obtained by reacting glycidol (Japanese Patent Laid-Open No. 5-238827). For example, JP-A-6-122852), alcohol-added polysilazane obtained by reacting alcohol (for example, JP-A-6-240208), and metal carboxylate-added polysilazane obtained by reacting metal carboxylate (Japanese Patent Laid-Open No. 6-240208). For example, JP-A-6-299118), acetylacetonate complex-added polysilazane obtained by reacting an acetylacetonate complex containing a metal (for example, JP-A-6-306329), and obtained by adding metal fine particles. Polysilazane to which metal fine particles are added (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-196986) and the like can also be used.
ポリシラザン溶液の溶媒としては、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素等の炭化水素溶媒、ハロゲン化炭化水素溶媒、脂肪族エーテル、脂環式エーテル等のエーテル類が使用できる。酸化珪素化合物への改質を促進するために、アミンや金属の触媒を添加してもよい。 As the solvent for the polysilazane solution, hydrocarbon solvents such as aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons, and ethers such as halogenated hydrocarbon solvents, aliphatic ethers and alicyclic ethers can be used. Amine or metal catalyst may be added to facilitate modification to the silicon oxide compound.
無機材料の前駆体としてポリシラザンを用いる場合、加熱又はエキシマなどのエネルギー線の照射により前駆体溶液を硬化させて無機材料を形成してよい。 When polysilazane is used as the precursor of the inorganic material, the precursor solution may be cured by heating or irradiation with energy rays such as excimer to form the inorganic material.
<塗布工程>
上記のように調製した無機材料の前駆体溶液を基材上に塗布する。基材上には密着性を向上させるために、表面処理や易接着層を設けるなどをしてもよい。前駆体溶液の塗布方法として、バーコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ダイコート法、インクジェット法などの任意の塗布方法を使用することができるが、比較的大面積の基材に前駆体溶液を均一に塗布可能であること、前駆体溶液が硬化する前に素早く塗布を完了させることができることからすれば、バーコート法、ダイコート法及びスピンコート法が好ましい。
<Applying process>
The precursor solution of the inorganic material prepared as described above is applied onto the substrate. A surface treatment or an easy-adhesion layer may be provided on the base material in order to improve the adhesion. As a method for applying the precursor solution, any application method such as a bar coating method, a spin coating method, a spray coating method, a dip coating method, a die coating method, or an inkjet method can be used, but a relatively large area substrate can be used. The bar coating method, the die coating method and the spin coating method are preferable because the precursor solution can be uniformly applied to the surface and the application can be completed quickly before the precursor solution is cured.
<乾燥工程>
前駆体溶液の塗布後、塗膜(前駆体膜)中の溶媒を蒸発させるために基材を大気中もしくは減圧下で保持してもよい。凹凸パターン形成の安定性の観点から、パターン転写が良好にできる乾燥時間範囲が十分広いことが望ましく、これは乾燥温度(保持温度)、乾燥圧力、前駆体の材料種、前駆体の材料種の混合比、前駆体溶液調製時に使用する溶媒量(前駆体の濃度)等によって調整することができる。なお、基材をそのまま保持するだけでも塗膜中の溶媒が蒸発するので、必ずしも加熱や送風などの積極的な乾燥操作を行う必要はなく、塗膜を形成した基材をそのまま所定時間だけ放置したり、後続の工程を行うために所定時間の間に搬送したりするだけでもよい。
<Drying process>
After coating the precursor solution, the substrate may be held in the air or under reduced pressure to evaporate the solvent in the coating (precursor film). From the viewpoint of stability of uneven pattern formation, it is desirable that the drying time range in which pattern transfer can be performed is sufficiently wide, which includes drying temperature (holding temperature), drying pressure, precursor material type, and precursor material type. It can be adjusted by the mixing ratio, the amount of solvent used when preparing the precursor solution (precursor concentration), and the like. Since the solvent in the coating film evaporates just by holding the base material as it is, it is not always necessary to perform an active drying operation such as heating or blowing air, and the base material on which the coating film is formed is left as it is for a predetermined time. Or just transport within a predetermined time to perform subsequent steps.
<押圧工程>
次いで、凹凸パターン転写用のモールドを用いて、モールドの凹凸パターンを塗膜に転写することで、凹凸構造層を形成する。モールドとして、後述するような方法で製造することができるフィルム状モールドや金属モールドを用いることができるが、柔軟性または可撓性のあるフィルム状モールドを用いることが望ましい。フィルム状モールドを用いる場合、押圧ロールを用いてモールドを前駆体膜に押し付けてもよい。押圧ロールを用いたロールプロセスでは、プレス式と比較して、モールドと塗膜とが接する時間が短いため、モールドや基材及び基材を設置するステージなどの熱膨張係数の差によるパターンくずれを防ぐことができること、前駆体膜中の溶媒の突沸によってパターン中にガスの気泡が発生したり、ガス痕が残ったりすることを防止することができること、前駆体膜と線接触するため、転写圧力及び剥離力を小さくでき、大面積化に対応し易いこと、押圧時に気泡をかみ込むことがないことなどの利点を有する。また、モールドを押し付けながら基材を加熱してもよい。押圧ロールを用いてモールドを前駆体膜に押し付ける例として、図3に示すように押圧ロール122とその直下に搬送されている基材42との間にフィルム状モールド140を送り込むことでフィルム状モールド140の凹凸パターンを基材42上の塗膜(前駆体膜)64に転写することができる。すなわち、フィルム状モールド142を押圧ロール122により塗膜64に押し付ける際に、フィルム状モールド140と基材42を同期して搬送しながら、基材42上の塗膜64の表面をフィルム状モールド140で被覆する。この際、押圧ロール122をフィルム状モールド140の裏面(凹凸パターンが形成された面と反対側の面)に押しつけながら回転させることで、フィルム状モールド140と基材42が進行しながら密着する。なお、長尺のフィルム状モールド140を押圧ロール122に向かって送り込むには、長尺のフィルム状モールド140が巻き付けられたフィルムロールからそのままフィルム状モールド140を繰り出して用いるのが便利である。
<Pressing process>
Next, the concave-convex structure layer is formed by transferring the concave-convex pattern of the mold to the coating film using a mold for transferring the concave-convex pattern. As the mold, a film-like mold or a metal mold that can be manufactured by a method described later can be used, but it is desirable to use a flexible or flexible film-like mold. When a film-like mold is used, the mold may be pressed against the precursor film using a pressing roll. In the roll process using a pressing roll, the contact time between the mold and the coating film is shorter than that of the press type, so the pattern collapse due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the mold, the base material, and the stage on which the base material is placed is prevented. It can be prevented, gas bubbles can be prevented from being generated in the pattern due to the sudden boiling of the solvent in the precursor membrane, and gas marks can be prevented from remaining. In addition, it has the advantages that the peeling force can be reduced, it is easy to cope with a large area, and air bubbles are not caught when pressed. Alternatively, the base material may be heated while pressing the mold. As an example of pressing the mold against the precursor film using the pressing roll, the film-
<仮焼成工程>
前駆体膜にモールドを押し付けた後、前駆体膜を仮焼成してもよい。仮焼成することにより前駆体が無機材料に転化して塗膜が硬化し、凹凸パターンが固化し、剥離の際に崩れにくくなる。仮焼成を行う場合は、大気中で室温〜300℃の温度で加熱することが好ましい。なお、仮焼成は必ずしも行う必要はない。また、前駆体溶液に紫外線などの光を照射することによって酸やアルカリを発生する材料を添加した場合には、前駆体膜を仮焼成する代わりに、例えばエキシマUV光等の紫外線に代表されるエネルギー線を照射することによって塗膜を硬化してもよい。
<Temporary firing process>
After pressing the mold against the precursor film, the precursor film may be calcined. By tentative firing, the precursor is converted into an inorganic material, the coating film is hardened, the uneven pattern is solidified, and it is difficult to collapse during peeling. When performing calcination, it is preferable to heat in the air at a temperature of room temperature to 300 ° C. It is not always necessary to perform temporary firing. Further, when a material that generates an acid or an alkali is added to the precursor solution by irradiating it with light such as ultraviolet light, instead of temporarily firing the precursor film, it is represented by ultraviolet light such as Exima UV light. The coating film may be cured by irradiating with energy rays.
<剥離工程>
モールドの押圧または前駆体膜の仮焼成の後、塗膜(前駆体膜又は前駆体膜を転化することにより形成された無機材料膜)からモールドを剥離する。モールドの剥離方法として公知の剥離方法を採用することができる。モールドの凹凸パターンの凸部及び凹部は一様な方向に延在して配列されているため、離形性がよい。モールドの剥離方向は凸部及び凹部の延在方向と平行な方向にしてよい。それによりモールドの離形性をさらに向上することができる。塗膜を加熱しながらモールドを剥離してもよく、それにより塗膜から発生するガスを逃がし、塗膜内に気泡が発生することを防ぐことができる。ロールプロセスを使用する場合、プレス式で用いるプレート状モールドに比べて剥離力は小さくてよく、塗膜がモールドに残留することなく容易にモールドを塗膜から剥離することができる。特に、塗膜を加熱しながら押圧するので反応が進行し易く、押圧直後にモールドは塗膜から剥離し易くなる。さらに、モールドの剥離性の向上のために、剥離ロールを使用してもよい。図3に示すように剥離ロール123を押圧ロール122の下流側に設け、剥離ロール123によりフィルム状モールド140を塗膜64に付勢しながら回転支持することで、フィルム状モールド140が塗膜64に付着された状態を押圧ロール122と剥離ロール123の間の距離だけ(一定時間)維持することができる。そして、剥離ロール123の下流側でフィルム状モールド140を剥離ロール123の上方に引き上げるようにフィルム状モールド140の進路を変更することでフィルム状モールド140は凹凸パターン80が形成された塗膜(凹凸構造層)50から引き剥がされる。なお、フィルム状モールド140が塗膜64に付着されている期間に前述の塗膜64の仮焼成や加熱を行ってもよい。なお、剥離ロール123を使用する場合には、例えば室温〜300℃に加熱しながら剥離することによりモールド140の剥離を一層容易にすることができる。
<Peeling process>
After pressing the mold or pre-baking the precursor film, the mold is peeled off from the coating film (the precursor film or the inorganic material film formed by converting the precursor film). A known peeling method can be adopted as the mold peeling method. Since the convex portions and concave portions of the concave-convex pattern of the mold are arranged so as to extend in a uniform direction, the releasability is good. The peeling direction of the mold may be a direction parallel to the extending direction of the convex portion and the concave portion. Thereby, the releasability of the mold can be further improved. The mold may be peeled off while heating the coating film, whereby the gas generated from the coating film can be released and bubbles can be prevented from being generated in the coating film. When the roll process is used, the peeling force may be smaller than that of the plate-shaped mold used in the press type, and the mold can be easily peeled from the coating film without the coating film remaining on the mold. In particular, since the coating film is pressed while being heated, the reaction easily proceeds, and the mold is easily peeled off from the coating film immediately after pressing. Further, a peeling roll may be used to improve the peelability of the mold. As shown in FIG. 3, the peeling
<硬化工程>
塗膜(凹凸構造層)からモールドを剥離した後、凹凸構造層を本硬化してもよい。本焼成により凹凸構造層を本硬化させることができる。ゾルゲル法によりシリカに転化する前駆体を用いた場合、凹凸構造層を構成するシリカ(アモルファスシリカ)中に含まれている水酸基などが本焼成により脱離して凹凸構造層がより強固となる。本焼成は、200〜1200℃の温度で、5分〜6時間程度行うのが良い。この時、凹凸構造層がシリカからなる場合、焼成温度、焼成時間に応じて非晶質または結晶質、または非晶質と結晶質の混合状態となる。なお、硬化工程は必ずしも行う必要はない。また、前駆体溶液に紫外線などの光を照射することによって酸やアルカリを発生する材料を添加した場合には、凹凸構造層を焼成する代わりに、例えばエキシマUV光等の紫外線に代表されるエネルギー線を照射することによって、凹凸構造層を本硬化することができる。
<Curing process>
After peeling the mold from the coating film (concavo-convex structure layer), the concavo-convex structure layer may be main-cured. The concave-convex structure layer can be main-cured by the main firing. When a precursor that is converted to silica by the sol-gel method is used, the hydroxyl groups and the like contained in the silica (amorphous silica) constituting the concave-convex structure layer are desorbed by the main firing, and the uneven structure layer becomes stronger. This firing is preferably carried out at a temperature of 200 to 1200 ° C. for about 5 minutes to 6 hours. At this time, when the concave-convex structure layer is made of silica, it becomes amorphous or crystalline, or a mixed state of amorphous and crystalline, depending on the firing temperature and firing time. The curing step does not necessarily have to be performed. Further, when a material that generates an acid or an alkali is added to the precursor solution by irradiating the precursor solution with light such as ultraviolet light, instead of firing the concave-convex structure layer, energy typified by ultraviolet light such as excimer UV light is used. By irradiating the line, the concave-convex structure layer can be mainly cured.
以上のようにして、図1(a)、(b)、(c)に示すような基材42、42a、42b及び凹凸構造層50、50a、50bから構成される透明基体40、40a、40bを得ることができる。
As described above, the
なお、凹凸構造層の形成に用いる無機材料の前駆体としては、上記シリカの前駆体に代えて、TiO2、ZnO、ZnS、ZrO2、Al2O3、BaTiO3、SrTiO2、ITO等の前駆体を用いてもよい。 As the precursor of the inorganic material used for forming the concavo-convex structure layer, instead of the precursor of silica, TiO 2 , ZnO, ZnS, ZrO 2 , Al 2 O 3 , BaTIO 3 , SrTiO 2 , ITO and the like can be used. Precursors may be used.
またゾルゲル法のほか、無機材料の微粒子の分散液を用いる方法、液相堆積法(LPD:Liquid Phase Deposition)などを用いて凹凸構造層を形成してもよい。 Further, in addition to the sol-gel method, a concavo-convex structure layer may be formed by using a method using a dispersion of fine particles of an inorganic material, a liquid phase deposition method (LPD: Liquid Phase Deposition), or the like.
また、上述の無機材料のほか、硬化性樹脂材料を用いて凹凸構造層を形成してもよい。硬化性樹脂を用いて凹凸構造層を形成する場合、例えば、硬化性樹脂を基材に塗布した後、塗布した硬化性樹脂層に凹凸パターンを有するモールドを押し付けつつ塗膜を硬化させることによって、硬化性樹脂層にモールドの凹凸パターンを転写することができる。硬化性樹脂は有機溶剤で希釈してから塗布してもよい。この場合に用いる有機溶剤としては硬化前の樹脂を溶解するものを選択して使用することができる。例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール(IPA)などのアルコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、などのケトン系溶剤等の公知のものから選択できる。硬化性樹脂を塗布する方法としては、例えば、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、滴下法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、ダイコート法、カーテンコート法、インクジェット法、スパッタ法等の各種コート方法を採用することができる。凹凸パターンを有するモールドとしては、例えばフィルム状モールド、金属モールドなど所望のモールドを用いることができる。さらに、硬化性樹脂を硬化させる条件としては、使用する樹脂の種類により異なるが、例えば、硬化温度が室温〜250℃の範囲内であり、硬化時間が0.5分〜3時間の範囲内であることが好ましい。また、紫外線や電子線のようなエネルギー線を照射することで硬化させる方法でもよく、その場合には、照射量は20mJ/cm2〜10J/cm2の範囲内であることが好ましい。 Further, in addition to the above-mentioned inorganic material, a curable resin material may be used to form a concavo-convex structural layer. When forming a concavo-convex structure layer using a curable resin, for example, after applying the curable resin to a base material, the coating film is cured while pressing a mold having an concavo-convex pattern against the applied curable resin layer. The uneven pattern of the mold can be transferred to the curable resin layer. The curable resin may be diluted with an organic solvent before being applied. As the organic solvent used in this case, a solvent that dissolves the resin before curing can be selected and used. For example, it can be selected from known ones such as alcohol solvents such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol (IPA), and ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone (MIBK). Examples of the method for applying the curable resin include spin coating method, spray coating method, dip coating method, dropping method, gravure printing method, screen printing method, letterpress printing method, die coating method, curtain coating method, inkjet method, and spatter. Various coating methods such as the law can be adopted. As the mold having the uneven pattern, a desired mold such as a film mold or a metal mold can be used. Further, the conditions for curing the curable resin vary depending on the type of resin used, but for example, the curing temperature is in the range of room temperature to 250 ° C., and the curing time is in the range of 0.5 minutes to 3 hours. It is preferable to have. Further, a method of curing by irradiating an energy ray such as an ultraviolet ray or an electron beam may be used, and in that case, the irradiation amount is preferably in the range of 20 mJ / cm 2 to 10 J / cm 2.
なお、図1(d)に示すような、基材42c上に凸部60cをなす構造体が形成されている透明基体40cは、例えば次のようにして製造することができる。上述した製造方法において基材上に無機材料の前駆体溶液を塗布する代わりに、凹凸パターン転写用モールドの凹部のみ又は凸部のみに前駆体溶液を塗布する。上記押圧工程において、モールドに塗布した前駆体溶液を基材に密着させ、前駆体溶液を基材に転写する。それによってモールドの凹部又は凸部の形状に対応する形状を有する凸部が基材上に形成される。
The
また、図1(e)に示すような、基材の表面自体が凸部60dからなる凹凸パターン80dを構成するように形状化された基材によって構成された透明基体40dは、例えば、次のようにして製造することができる。公知のナノインプリントやフォトリソグラフィ等の技術により、基材上に凹凸パターンを有するレジスト層を形成する。レジスト層の凹部をエッチングして基材表面を露出させた後、残存するレジスト層をマスクとして基材をエッチングする。エッチング後、残ったマスク(レジスト)を薬液で除去する。以上のような操作により、基材表面自体に凹凸パターン80dを形成することができる。
Further, as shown in FIG. 1 (e), the
<高屈折率層形成工程>
次いで、凹凸パターンが形成された透明基体上に高屈折率層を形成する(図2の工程S2)。上述のような膜厚を有する高屈折率層を凹凸パターンの凸部の上面及び側面に形成するためには、高屈折率層を付き回り性(カバレッジ性)の高い成膜方法で形成することが好ましく、例えば、メッキ法、原子層堆積法、化学気相成長法、スパッタ法、蒸着法等により形成することができる。
<High refractive index layer forming process>
Next, a high refractive index layer is formed on the transparent substrate on which the uneven pattern is formed (step S2 in FIG. 2). In order to form the high refractive index layer having the above-mentioned film thickness on the upper surface and the side surface of the convex portion of the concave-convex pattern, the high refractive index layer is formed by a film forming method having high coverage. Is preferable, and for example, it can be formed by a plating method, an atomic layer deposition method, a chemical vapor deposition method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.
<積層体形成工程>
次いで、高屈折率層上に積層体を構成する2n+1個(nは正の整数)の各層を順に形成する(図2の工程S3)。各層は、付き回り性の低い成膜方法、例えば、スパッタ法、蒸着法等により形成することが好ましい。それにより、凸部の側面の高屈折率層上に積層体を構成する材料が堆積されないようにしながら、あるいは凸部の側面の高屈折率層上に形成される積層体の膜厚を上述のような範囲内に制御しながら、凹凸パターンの凸部の上面の高屈折率層上に積層体を形成することができる。
<Laminate body forming process>
Next, 2n + 1 (n is a positive integer) layers forming the laminated body are sequentially formed on the high refractive index layer (step S3 in FIG. 2). It is preferable that each layer is formed by a film forming method having low turnability, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. As a result, the thickness of the laminate formed on the high-refractive index layer on the side surface of the convex portion is increased while preventing the material constituting the laminate from being deposited on the high-refractive index layer on the side surface of the convex portion. It is possible to form a laminated body on the high refractive index layer on the upper surface of the convex portion of the concave-convex pattern while controlling within such a range.
以上のようにして図1(a)〜(e)に示すような光学位相差部材100、100a、100b、100c、100dを製造することができる。
As described above, the
なお、基材の裏面(凹凸構造層を形成した面の反対側の面)に反射防止層を形成してもよい。それにより、図1(f)に示すような光学位相差部材100eを製造することができる。反射防止層の形成のタイミングは特に限定されないが、例えば透明基体を形成する工程S1の前に行ってもよく、又は積層体を形成する工程S3の後に行ってもよい。特に、以下の理由により、工程S3の後に反射防止層を形成することが好ましい。
An antireflection layer may be formed on the back surface of the base material (the surface opposite to the surface on which the uneven structure layer is formed). Thereby, the
工程S1の前に反射防止層を形成する場合、その後の工程において自動的に基材を搬送しながら当該基材を処理する装置(例えば自動インプリント装置)を用いることが困難になる傾向がある。反射防止層を形成した基材は光を反射しないため、レーザー光等の光によって基材を検出することが困難だからである。この場合、反射防止層を一部除去する等の処理を行ったり、光以外の検出方法(例えば接触式センサーを用いた検出方法)を用いたりすることによって、基材の検出が可能になる。このような方法は工数及びコストの増加につながるおそれがある。また、反射防止層並びに高屈折率層及び積層体の形成が真空プロセスで行われる場合、常圧で行われる透明基体の形成工程S1の前後の2回に分けて真空プロセスを行うことになるため、工数及びコストが増加する傾向がある。 When the antireflection layer is formed before the step S1, it tends to be difficult to use an apparatus (for example, an automatic imprint apparatus) that processes the substrate while automatically transporting the substrate in the subsequent steps. .. This is because the base material on which the antireflection layer is formed does not reflect light, so it is difficult to detect the base material by light such as laser light. In this case, the base material can be detected by performing a process such as removing a part of the antireflection layer or using a detection method other than light (for example, a detection method using a contact sensor). Such a method may lead to an increase in man-hours and costs. Further, when the antireflection layer, the high refractive index layer and the laminated body are formed by the vacuum process, the vacuum process is performed in two steps before and after the transparent substrate forming step S1 performed at normal pressure. , Man-hours and costs tend to increase.
工程S1の後、工程S2の前に反射防止層を形成する場合、反射防止層形成時に透明基体を載置する支持台(サセプタ)に透明基体が擦れたりすることにより、透明基体の凸部が倒れて凹凸パターンが変形するおそれがある。 When the antireflection layer is formed after the step S1 and before the step S2, the convex portion of the transparent substrate is formed by rubbing the transparent substrate against the support (susceptor) on which the transparent substrate is placed when the antireflection layer is formed. It may fall over and the uneven pattern may be deformed.
工程S3の後に反射防止層を形成する場合、反射防止層形成前に透明基体の凸部は高屈折率層により被覆されており、それにより後述の参考実験1,2で示すように凸部の機械強度がより向上する。そのため、反射防止層形成時に透明基体を載置する支持台に透明基体が擦れたりしても凸部が倒れて凹凸パターンが変形することが抑制され、歩留りが向上する。また、反射防止層並びに高屈折率層及び積層体の形成が真空プロセスで行われる場合、常圧で行われる透明基体の形成工程S1の後にまとめて真空プロセスを行うことができるので、工数及びコストが抑制される。
When the antireflection layer is formed after the step S3, the convex portion of the transparent substrate is covered with the high refractive index layer before the antireflection layer is formed, whereby the convex portion of the convex portion is covered as shown in
<凹凸パターン転写用モールド>
上記光学位相差部材の製造方法で用いられる凹凸パターン転写用のモールドとしては、例えば、以下の方法で製造される金属モールド又はフィルム状の樹脂モールド等が含まれる。樹脂モールドを構成する樹脂には、天然ゴム又は合成ゴムのようなゴムも含まれる。モールドは表面に凹凸パターンを有する。
<Mold for uneven pattern transfer>
Examples of the mold for transferring the uneven pattern used in the method for manufacturing the optical retardation member include a metal mold or a film-shaped resin mold manufactured by the following method. The resin constituting the resin mold also includes rubber such as natural rubber or synthetic rubber. The mold has an uneven pattern on the surface.
凹凸パターン転写用のモールドの製造方法の例について説明する。最初に、フォトリソグラフィ法、切削加工法、電子線直接描画法、粒子線ビーム加工法、操作プローブ加工法等の微細加工法によってシリコン、金属、石英、樹脂等の基板に凹凸パターンを形成することにより母型を作製する。母型は、均一な方向に直線的に延在する凸部及び凹部からなる凹凸パターンを有する。 An example of a method for manufacturing a mold for transferring an uneven pattern will be described. First, a concavo-convex pattern is formed on a substrate such as silicon, metal, quartz, or resin by a microfabrication method such as a photolithography method, a cutting method, an electron beam direct drawing method, a particle beam beam processing method, or an operation probe processing method. To make a mother mold. The master mold has an uneven pattern consisting of convex portions and concave portions extending linearly in a uniform direction.
母型を形成した後、以下のようにして電鋳法などにより、母型の凹凸パターンを転写したモールドを形成することができる。最初に、電鋳処理のための導電層となるシード層を、無電解めっき、スパッタまたは蒸着等により凹凸パターンを有する母型上に形成することができる。シード層は、後続の電鋳工程における電流密度を均一にして後続の電鋳工程により堆積される金属層の厚みを一定にするために10nm以上が好ましい。シード層の材料として、例えば、ニッケル、銅、金、銀、白金、チタン、コバルト、錫、亜鉛、クロム、金・コバルト合金、金・ニッケル合金、ホウ素・ニッケル合金、はんだ、銅・ニッケル・クロム合金、錫ニッケル合金、ニッケル・パラジウム合金、ニッケル・コバルト・リン合金、またはそれらの合金などを用いることができる。次に、シード層上に電鋳(電界めっき)により金属層を堆積させる。金属層の厚みは、例えば、シード層の厚みを含めて全体で10〜30000μmの厚みにすることができる。電鋳により堆積させる金属層の材料として、シード層として用いることができる上記金属種のいずれかを用いることができる。形成した金属層は、後続のモールドの形成のための樹脂層の押し付け、剥離及び洗浄などの処理の容易性からすれば、適度な硬度及び厚みを有することが望ましい。 After forming the master mold, a mold to which the uneven pattern of the master mold is transferred can be formed by an electroforming method or the like as follows. First, a seed layer to be a conductive layer for electroforming can be formed on a master mold having a concavo-convex pattern by electroless plating, sputtering, vapor deposition, or the like. The seed layer is preferably 10 nm or more in order to make the current density in the subsequent electroplating process uniform and to make the thickness of the metal layer deposited in the subsequent electroforming process constant. Seed layer materials include, for example, nickel, copper, gold, silver, platinum, titanium, cobalt, tin, zinc, chromium, gold / cobalt alloy, gold / nickel alloy, boron / nickel alloy, solder, copper / nickel / chromium. Alloys, tin-nickel alloys, nickel-palladium alloys, nickel-cobalt-phosphorus alloys, or alloys thereof can be used. Next, a metal layer is deposited on the seed layer by electrotyping (electrotyping). The thickness of the metal layer can be, for example, a total thickness of 10 to 30,000 μm including the thickness of the seed layer. As the material of the metal layer to be deposited by electroforming, any of the above metal species that can be used as a seed layer can be used. It is desirable that the formed metal layer has an appropriate hardness and thickness from the viewpoint of ease of processing such as pressing, peeling, and cleaning of the resin layer for the subsequent formation of the mold.
上記のようにして得られたシード層を含む金属層を、凹凸パターンを有する母型から剥離して金属基板を得る。剥離方法としては、物理的に剥がしても構わないし、母型の凹凸パターンを形成する材料を、それらを溶解する有機溶媒や酸、アルカリ等用いて溶解して除去することによって剥離してもよい。金属基板を母型から剥離するときに、残留している材料成分を洗浄にて除去することができる。洗浄方法としては、界面活性剤などを用いた湿式洗浄や紫外線やプラズマを使用した乾式洗浄を用いることができる。また、例えば、粘着剤や接着剤を用いて残留している材料成分を付着除去するなどしてもよい。こうして得られる、母型からパターンが転写された金属基板(金属モールド)は、実施形態の光学位相差部材の製造に用いられる凹凸パターン転写用のモールドとして用いられ得る。 The metal layer including the seed layer obtained as described above is peeled off from the master mold having the uneven pattern to obtain a metal substrate. As a peeling method, it may be physically peeled off, or it may be peeled off by dissolving and removing the material forming the uneven pattern of the mother mold with an organic solvent, an acid, an alkali or the like that dissolves them. .. When the metal substrate is peeled from the master mold, the remaining material components can be removed by cleaning. As a cleaning method, wet cleaning using a surfactant or the like or dry cleaning using ultraviolet rays or plasma can be used. Further, for example, a pressure-sensitive adhesive or an adhesive may be used to adhere and remove the remaining material components. The metal substrate (metal mold) in which the pattern is transferred from the master mold thus obtained can be used as a mold for transferring the uneven pattern used in the production of the optical retardation member of the embodiment.
さらに、得られた金属基板を用いて、金属基板の凹凸パターンをフィルム状の支持基板に転写することでフィルム状モールドのように可撓性のあるモールドを作製することができる。例えば、硬化性樹脂を支持基板に塗布した後、金属基板の凹凸パターンを樹脂層に押し付けつつ樹脂層を硬化させる。支持基板として、例えば、ガラス、石英、シリコン等の無機材料からなる基材;シリコーン樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリスチレン(PS)、ポリイミド(PI)、ポリアリレート等の有機材料からなる基材、ニッケル、銅、アルミ等の金属材料が挙げられる。また、支持基板の厚みは、1〜500μmの範囲にし得る。 Further, by using the obtained metal substrate and transferring the uneven pattern of the metal substrate to the film-shaped support substrate, a flexible mold such as a film-shaped mold can be produced. For example, after applying the curable resin to the support substrate, the resin layer is cured while pressing the uneven pattern of the metal substrate against the resin layer. As the support substrate, for example, a base material made of an inorganic material such as glass, quartz, silicon; silicone resin, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), cycloolefin polymer (COP), polymethyl Examples thereof include a base material made of an organic material such as methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polyimide (PI), and polyarylate, and a metal material such as nickel, copper, and aluminum. Further, the thickness of the support substrate can be in the range of 1 to 500 μm.
硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ系、アクリル系、メタクリル系、ビニルエーテル系、オキセタン系、ウレタン系、メラミン系、ウレア系、ポリエステル系、ポリオレフィン系、フェノール系、架橋型液晶系、フッ素系、シリコーン系、ポリアミド系等のモノマー、オリゴマー、ポリマー等の各種樹脂が挙げられる。硬化性樹脂の厚みは0.5〜500μmの範囲内であることが好ましい。厚みが前記下限未満では、硬化樹脂層の表面に形成される凹凸の高さが不十分となり易く、前記上限を超えると、硬化時に生じる樹脂の体積変化の影響が大きくなり凹凸形状が良好に形成できなくなる可能性がある。 Examples of the curable resin include epoxy-based, acrylic-based, methacrylic-based, vinyl ether-based, oxetane-based, urethane-based, melamine-based, urea-based, polyester-based, polyolefin-based, phenol-based, crosslinked liquid crystal-based, fluorine-based, and silicone. Examples thereof include various resins such as monomers such as systems and polyamides, oligomers and polymers. The thickness of the curable resin is preferably in the range of 0.5 to 500 μm. If the thickness is less than the lower limit, the height of the unevenness formed on the surface of the cured resin layer tends to be insufficient, and if the thickness exceeds the upper limit, the influence of the volume change of the resin that occurs during curing becomes large and the uneven shape is formed satisfactorily. It may not be possible.
硬化性樹脂を塗布する方法としては、例えば、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、滴下法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、ダイコート法、カーテンコート法、インクジェット法、スパッタ法等の各種コート方法を採用することができる。さらに、硬化性樹脂を硬化させる条件としては、使用する樹脂の種類により異なるが、例えば、硬化温度が室温〜250℃の範囲内であり、硬化時間が0.5分〜24時間の範囲内であることが好ましい。また、紫外線や電子線のようなエネルギー線を照射することで硬化させる方法でもよく、その場合には、照射量は20mJ/cm2〜10J/cm2の範囲内であることが好ましい。 Examples of the method for applying the curable resin include spin coating method, spray coating method, dip coating method, dropping method, gravure printing method, screen printing method, letterpress printing method, die coating method, curtain coating method, inkjet method, and spatter. Various coating methods such as the law can be adopted. Further, the conditions for curing the curable resin vary depending on the type of resin used, but for example, the curing temperature is in the range of room temperature to 250 ° C., and the curing time is in the range of 0.5 minutes to 24 hours. It is preferable to have. Further, a method of curing by irradiating an energy ray such as an ultraviolet ray or an electron beam may be used, and in that case, the irradiation amount is preferably in the range of 20 mJ / cm 2 to 10 J / cm 2.
次いで、硬化後の硬化樹脂層から金属基板を取り外す。金属基板を取り外す方法としては、機械的な剥離法に限定されず、公知の方法を採用することができる。こうして得ることができる支持基板上に凹凸が形成された硬化樹脂層を有するフィルム状の樹脂モールドは、実施形態の光学位相差部材の製造に用いられる凹凸パターン転写用のモールドとして用いられ得る。 Next, the metal substrate is removed from the cured resin layer after curing. The method for removing the metal substrate is not limited to the mechanical peeling method, and a known method can be adopted. The film-shaped resin mold having a cured resin layer having irregularities formed on the support substrate thus obtained can be used as a mold for transferring an concave-convex pattern used for manufacturing the optical retardation member of the embodiment.
また、上述の方法で得られた金属基板の凹凸パターン上にゴム系の樹脂材料を塗布し、塗布した樹脂材料を硬化させ、金属基板から剥離することにより、金属基板の凹凸パターンが転写されたゴムモールドを作製することができる。得られたゴムモールドは実施形態の光学位相差部材の製造に用いられる凹凸パターン転写用のモールドとして用いられ得る。ゴム系の樹脂材料として、天然ゴム及び合成ゴムを用いることができ、特に、シリコーンゴム、またはシリコーンゴムと他の材料との混合物もしくは共重合体が好ましい。シリコーンゴムとしては、例えば、ポリオルガノシロキサン、架橋型ポリオルガノシロキサン、ポリオルガノシロキサン/ポリカーボネート共重合体、ポリオルガノシロキサン/ポリフェニレン共重合体、ポリオルガノシロキサン/ポリスチレン共重合体、ポリトリメチルシリルプロピン、ポリ4メチルペンテンなどが用いられる。シリコーンゴムは、他の樹脂材料と比べて安価で、耐熱性に優れ、熱伝導性が高く、弾性があり、高温条件下でも変形しにくいことから、凹凸パターン転写プロセスを高温条件下で行う場合には好適である。さらに、シリコーンゴム系の材料は、ガスや水蒸気透過性が高いため、被転写材の溶媒や水蒸気を容易に透過することができる。そのため、後述するような樹脂材料または無機材料の前駆体溶液の膜に凹凸パターンを転写する目的でゴムモールドを用いる場合には、シリコーンゴム系の材料が好適である。また、ゴム系材料の表面自由エネルギーは25mN/m以下が好ましい。これによりゴムモールドの凹凸パターンを基材上の塗膜に転写するときの離形性が良好となり、転写不良を防ぐことができる。ゴムモールドは、例えば、長さ50〜1000mm、幅50〜3000mm、厚み1〜50mmにし得る。また、必要に応じて、ゴムモールドの凹凸パターン面上に離型処理を施してもよい。 Further, the uneven pattern of the metal substrate was transferred by applying a rubber-based resin material on the uneven pattern of the metal substrate obtained by the above method, curing the applied resin material, and peeling it from the metal substrate. A rubber mold can be produced. The obtained rubber mold can be used as a mold for transferring an uneven pattern used in manufacturing the optical retardation member of the embodiment. Natural rubber and synthetic rubber can be used as the rubber-based resin material, and silicone rubber, or a mixture or copolymer of silicone rubber and other materials is particularly preferable. Examples of the silicone rubber include polyorganosiloxane, crosslinked polyorganosiloxane, polyorganosiloxane / polycarbonate copolymer, polyorganosiloxane / polyphenylene copolymer, polyorganosiloxane / polystyrene copolymer, polytrimethylsilylpropine, and poly. 4 Methylpentene or the like is used. Silicone rubber is cheaper than other resin materials, has excellent heat resistance, has high thermal conductivity, is elastic, and is not easily deformed even under high temperature conditions. Therefore, when the uneven pattern transfer process is performed under high temperature conditions. Is suitable for. Further, since the silicone rubber-based material has high gas and water vapor permeability, the solvent and water vapor of the material to be transferred can be easily permeated. Therefore, when a rubber mold is used for the purpose of transferring the uneven pattern to the film of the precursor solution of the resin material or the inorganic material as described later, a silicone rubber-based material is suitable. The surface free energy of the rubber-based material is preferably 25 mN / m or less. As a result, the releasability when the uneven pattern of the rubber mold is transferred to the coating film on the base material is improved, and transfer failure can be prevented. The rubber mold can be, for example, 50 to 1000 mm in length, 50 to 3000 mm in width, and 1 to 50 mm in thickness. Further, if necessary, a mold release treatment may be performed on the uneven pattern surface of the rubber mold.
以上のようにして得られた金属モールド、フィルム状モールド又はゴムモールドを円柱状の基体ロールの外周面に巻き付けて固定することで、ロール状のモールドを形成してもよい。ロール状のモールドは、上記の方法のほか、例えば、金属ロールなどのロール表面に直接電子線描画法や切削加工等により凹凸パターンを形成したり、凹凸パターンを有する円筒状の基板を作製し、これをロールにはめ込んで固定したりすることによって形成することもできる。 A roll-shaped mold may be formed by winding the metal mold, the film-shaped mold, or the rubber mold obtained as described above around the outer peripheral surface of the cylindrical substrate roll and fixing the mold. In addition to the above methods, the roll-shaped mold can form a concavo-convex pattern directly on the surface of a roll such as a metal roll by an electron beam drawing method or cutting, or prepare a cylindrical substrate having the concavo-convex pattern. It can also be formed by fitting it into a roll and fixing it.
[プロジェクタ]
上記実施形態の光学位相差部材100、100a、100b、100c、100dを用いたプロジェクタの一例を図4に基づいて説明する。図4に示すプロジェクタ301は、プロジェクタ301の外部の装置、例えばPCやDVDプレイヤー等から供給される画像データに基づいて、画像データに規定されたフルカラーの画像をスクリーン等の投写面に表示することができる。
[projector]
An example of a projector using the
プロジェクタ301は、出射する光の波長が互いに異なる3系統の照明系302〜304と、互いに異なる色の画像を形成する3系統の画像形成系305〜307と、複数の画像形成系305〜307により形成された複数色の画像を合成する画像合成部308と、画像合成部308により合成された画像(光)を投写する投写光学系309とを備える。
The
第1の照明系302は赤色の光L1(例えば中心波長が630nm)を出射可能であって、第2の照明系303は緑色の光L2(例えば中心波長が530nm)を出射可能であり、第3の照明系304は青色の光L3(例えば中心波長が440nm)を出射可能である。
The
3系統の画像形成系305〜307の画像形成系は、3系統の照明系302〜304の各照明系にそれぞれ対応して設けられている。
The image forming systems of the three
画像合成部308は、ダイクロイックプリズム等によって構成される。このダイクロイックプリズムは、赤色の光L1が反射するとともに緑色の光L2及び青色の光L3が透過する特性の波長選択膜と、青色の光L3が反射するとともに赤色の光L1及び緑色の光L2が透過する特性の波長選択膜とが、互いに直交して設けられた構造である。3系統の照明系302〜304から出射されて3系統の画像形成系305〜307を経由した光L1〜L3は、画像合成部308の2種類の波長選択面で透過あるいは反射することによって、いずれも同じ方向に進行し、投写面で互いに重なるように合成される。互いに重ね合わされた光L1〜L3は、全体としてフルカラーの画像を示す光になる。この光が投写光学系309により投写面上に結像することによって、投写面上にフルカラーの画像が表示される。
The
第1の照明系302は、光生成機構310と、集光レンズ311と、ロッドレンズ312とを有する。光生成機構310は、レーザーダイオード(LD)を含んでよい。このレーザーダイオードは、ドライバーから供給される電流により光を発する活性層、及び活性層から発せられた光をレーザー発振可能な共振器を有する。あるいは、光生成機構310は、非偏光光源、及び偏光ビームスプリッタ等の非偏光光から直線偏光を作り出す偏光子を有してよい。それにより、光生成機構310は、赤色の光L1として、ほぼ直線偏光の光を生成可能である。ロッドレンズ312は、その内部を通った光の光強度分布を均一化することができる。集光レンズ311は、光生成機構310から出射された光L1のスポットがロッドレンズ312の軸方向の一端面に収まるように、光L1を集光する。
The
第2の照明系303及び第3の照明系304は、いずれも光生成機構、集光レンズ及びロッドレンズを含んで構成されており、光生成機構から出射される光の波長が互いに異なる点を除いて、第1の照明系302と同様の構成である。なお、緑色の光L2を生成可能な光生成機構は、例えば赤外光を発する活性層及び共振器を有するレーザーダイオードと、共振器の内部又は外部に設けられたPPLNのような波長変換素子とを有してよい。
The
第1の照明系302から出射された光L1は、反射ミラー313で反射した後に第1の画像形成系305へ入射する。第2の照明系303から出射された光L2は、第2の画像形成系306へ入射し、第3の照明系304から出射された光L3は、反射ミラー314で反射した後に第3の画像形成系307へ入射する。
The light L1 emitted from the
3系統の画像形成系305〜307は、それぞれ、画像表示素子としての透過型の液晶パネルと、液晶パネルの光入射側に配置された入射側波長板と、液晶パネルの光出射側に配置された出射側波長板とを有する。各画像形成系の入射側波長板は、対応する照明系から出射される光の中心波長の四分の一にリタデーションが設定されている。各画像形成系の出射側波長板は、この画像形成系の入射側波長板とリタデーションが同じ値に設定されている。リタデーションは、遅相軸に平行な方向の屈折率と進相軸に平行な方向の屈折率の差分に、波長板の厚みを乗算した値である。
The three
詳しくは、第1の画像形成系305の入射側波長板320及び出射側波長板321は、第1の照明系302から出射される赤色の光L1の中心波長の四分の一にリタデーションが設定されている。第2の画像形成系306の入射側波長板322及び出射側波長板323は、第2の照明系303から出射される緑色の光L2の中心波長の四分の一にリタデーションが設定されている。第3の画像形成系307の入射側波長板324及び出射側波長板325は、第3の照明系304から出射される青色の光L3の中心波長の四分の一にリタデーションが設定されている。このように、入射側波長板及び出射側波長板のリタデーションは、3系統の画像形成系305〜307で互いに異なっている。
Specifically, the incident
画像形成系305〜307は、それぞれ、入射側波長板及び出射側波長板の他に、入射側偏光板と、光学補償板と、液晶パネルと、出射側偏光板とを有する。3系統の画像形成系305〜307は、入射側波長板のリタデーションが3系統の画像形成系305〜307で互いに異なっている点、及び出射側波長板のリタデーションが3系統の画像形成系305〜307で互いに異なっている点を除くと、いずれも同様の構成である。ここでは、第1の画像形成系305の構成を代表的に説明する。
The image forming system 305-307 includes an incident-side polarizing plate, an optical compensation plate, a liquid crystal panel, and an emitting-side polarizing plate, respectively, in addition to the incident-side wave plate and the exit-side wave plate. The three
第1の照明系302から第1の画像形成系305へ入射した赤色の光L1は、入射側偏光板326を通って入射側波長板320へ入射し、入射側波長板320によって円偏光へ変換される。入射側波長板320から出射された円偏光は、光学補償板327を通って液晶パネル328へ入射し、液晶パネル328によって位相変調される。液晶パネル328により変調された光L1は、出射側波長板321へ入射して直線偏光へ変換された後に、出射側偏光板329へ入射する。
The red light L1 incident on the first
図5は、第1の画像形成系を構成する各構成要素の光学的な軸の相対関係を示す図である。図5中の符号AXは、第1の照明系302から合成部308までの光軸を示す。
FIG. 5 is a diagram showing the relative relationship of the optical axes of each component constituting the first image forming system. Reference numeral AX in FIG. 5 indicates an optical axis from the
入射側偏光板326及び出射側偏光板329は、それぞれ、透過軸に平行な直線偏光が透過する特性の偏光板である。入射側偏光板326の透過軸は、第1の照明系302から出射された光L1(ほぼ直線偏光)のほぼ全部が透過するように、透過軸が設定されている。光軸AXから見た入射側偏光板326の透過軸は、出射側偏光板329の透過軸と直交している。
The incident
入射側波長板320及び出射側波長板321は、上記実施形態の光学位相差部材100、100a、100b、100c、100dによって構成される。入射側波長板320の遅相軸は、光軸AXから見て入射側偏光板326の透過軸を反時計回りに45°回転した方向と平行である。出射側波長板323の遅相軸は、光軸AXから見て入射側偏光板326の透過軸を反時計回りに135°回転した方向と平行であり、入射側波長板320の遅相軸と直交している。
The incident
入射側波長板320及び出射側波長板321は、それぞれ、第1の照明系302から出射された光L1が入射する光入射面が空隙(空気層)に隣接しており、かつ、光L1が出射される光出射面も空隙に隣接している。すなわち、入射側波長板320は、入射側偏光板326との間に空隙を有し、かつ光学補償板327との間にも空隙を有するように、取り付けられている。また、出射側波長板321は、液晶パネル328との間に空隙を有し、かつ出射側偏光板329との間に空隙を有するように、取り付けられている。
In the incident
プロジェクタ301は、複数系統の照明系のそれぞれと液晶パネルとの間の各光路に、各照明系と1対1で対応する波長板が設けられており、各波長板は対応する照明系から出射される光の中心波長の四分の一にリタデーションが設定されているので、液晶パネルに入射する光を円偏光へ高精度に変換することができる。結果として、コントラスト比を向上させることもできる。
The
なお、図4に示したプロジェクタ301では、照明系302〜304において赤、緑、青の異なる色の光を生成する光生成機構310を用いたが、これに代えて、単一の白色光源及び反射帯域波長の異なる2つのダイクロックミラーを用いて白色光源からの光を赤、緑、青の三色に分離してもよい。
In the
次に、上記実施形態の光学位相差部材100、100a、100b、100c、100dを用いたプロジェクタの別の例を図6に基づいて説明する。
Next, another example of the projector using the
図6のプロジェクタ501は、出射する光の波長が互いに異なる3系統の照明系502、503、504と、液晶パネル528と、画像合成部508と、投写光学系509とを備えている。
The
3系統の照明系502、503、504のうち、第1の照明系502は赤色の光L1を出射可能であり、第2の照明系503は緑色の光L2を出射可能であり、第3の照明系504は青色の光L3を出射可能である。
Of the three
液晶パネル528は、第1の照明系502から射出された光を画像情報に応じて光変調する2次元の赤色用液晶パネル528Rと、第2の照明系503から射出された光を画像情報に応じて光変調する2次元の緑色用液晶パネル528Gと、第3の照明系504から射出された光を画像情報に応じて光変調する2次元の青色用液晶パネル528Bとからなる。
The
画像合成部508は、ダイクロイックプリズム等によって構成され、各液晶パネル528R、528G、528Bにより変調された各色光を合成する。
The
投写光学系509は、画像合成部508で合成された光をスクリーン550上に投写するものである。
The projection
3系統の照明系502〜504は、光生成機構510から射出される光の光路に沿って見ると、光生成機構510、波長板534、拡散素子(散乱素子)532、集光レンズ511がこの順に配置された構成となっている。3系統の照明系502〜504において、各拡散素子532には、駆動装置515が取り付けられている。
When viewed along the optical path of the light emitted from the
各光生成機構510は、図示略のレーザーダイオード(LD)を含んでよい。このレーザーダイオードは、図示略のドライバーから供給される電流により光を発する活性層、及び活性層から発せられた光をレーザー発振可能な共振器を有する。あるいは、光生成機構510は、非偏光光源、及び偏光ビームスプリッタ等の非偏光光から直線偏光を作り出す偏光子を有してよい。それにより、各光生成機構510は、赤色の光L1、緑色の光L2、青色の光L3として、ほぼ直線偏光の光を生成可能である。
Each
波長板534として、λ/4の位相差を生じさせるように設計した上記実施形態の位相差部材100、100a、100b、100c、100dが用いられる。波長板534は、光生成機構510から射出された直線偏光の光を円偏光の光に変換することができる。
As the
拡散素子532は、波長板534から射出された光を所定のスポットサイズを持った光線束に広げる機能を有する。拡散素子532として例えばすりガラスやホログラム素子など任意の素子を用いることができる。拡散素子としては例えば特開平6−208089号に開示された拡散素子や特開2010−197916号に開示されたホログラム記録媒体等を使用することができる。
The diffusing
駆動装置515は、拡散素子532の光が照射される領域を時間的に変動させるものである。駆動装置515は、拡散素子532を所定の回転軸の周りに回転させるモーターを含む。
The
集光レンズ511は、拡散素子532から射出された光を液晶パネル528に集光させる。
The condensing lens 511 condenses the light emitted from the diffusing
各液晶パネル528(赤色用液晶パネル528R、緑色用液晶パネル528G、青色用液晶パネル528B)は、画像情報を含んだ画像信号を供給するPC等の信号源(図示略)と電気的に接続されており、供給された画像信号に基づき入射光を画素ごとに空間変調して、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を形成する。赤色用液晶パネル子528R、緑色用液晶パネル528G、青色用液晶パネル528Bにより変調された光(形成された画像)は、画像合成部508に入射する。
Each liquid crystal panel 528 (red
画像合成部508のダイクロイックプリズムは、4つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光Rが反射し緑色光Gが透過するミラー面と、青色光Bが反射し緑色光Gが透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光Gは、ミラー面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光R、青色光Bは、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光Gの射出方向と同じ方向に射出される。このようにして3つの色光(画像)が重ね合わされて合成され、合成された色光が投写光学系509によってスクリーン550に拡大投写される。
The dichroic prism of the
レーザー光源は、高出力であること、色再現性に優れること、瞬時点灯が容易であること、長寿命であること等の長所を有しているが、レーザー光はコヒーレントであるため、レーザー光源を光源として用いたプロジェクタは、干渉によりスクリーン上にスペックルと呼ばれる干渉パターンが生じるという問題がある。この点、図6のプロジェクタ501においては、回転駆動された拡散素子532により光生成機構510から射出された光の偏光・位相・角度・時間といったモードが多重化され、スペックルの発生を低減できる。さらに、プロジェクタ501においては、λ/4波長板534を光生成機構510と拡散素子532の間に設けることで、光生成機構510から出射した直線偏光光を波長板534により円偏光光に変換した上で拡散素子532に入射させることができる。それにより、散板532を通った後の多重度を、拡散板532を設けない場合の倍にすることができ、スペックルを1/√2倍に低減することが出来る。
The laser light source has advantages such as high output, excellent color reproducibility, easy instantaneous lighting, and long life. However, since the laser light is coherent, it is a laser light source. A projector using the above as a light source has a problem that an interference pattern called a speckle is generated on the screen due to interference. In this regard, in the
以下、本発明の光学位相差部材を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the optical retardation member of the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
実施例1
屈折率1.52の白板ガラス基板の一方の面(裏面)に白板ガラス基板側から順に酸化ニオブ(厚さ13nm)、二酸化ケイ素(厚さ34nm)、酸化ニオブ(厚さ115nm)及び二酸化ケイ素(厚さ89nm)から構成される反射防止層を形成し、さらに白板ガラス基板の前記一方の面の反対面(表面)に周期が180nm、凸部上面の幅が20nm、凸部下面の幅が180nm、凸部高さが330nm、凸部の屈折率が1.41である凹凸パターンを形成することにより、凹凸パターンを有する透明基体を作製し、この透明基体上に、屈折率が2.37である材料を60nmの厚みで堆積して高屈折率層を形成し、その上に第1層、第2層、第3層を順に形成した場合の光学位相差部材の構造をシミュレーションにより求めた。第1層及び第3層の材料は波長550nmにおける屈折率が1.46であるSiO2とし、第2層の波長550nmにおける屈折率は2.0、2.1、2.2、2.3、2.4又は2.6とした。第1層、第2層、第3層の厚みは、それぞれ、15〜40nm(5nm間隔)、30〜50nm(5nm間隔)、70〜110nm(10nm間隔)とした。
Example 1
Niobide oxide (thickness 13 nm), silicon dioxide (thickness 34 nm), niobium oxide (
上記計算により求めた構造を有する各光学位相差部材について、シミュレーションにより、照射光の波長を430〜680nmの範囲においてける透過率を10nm間隔で求め、それら透過率の値の算術平均(平均透過率)を計算した。なお、ここで求めた透過率は、透明基体裏面(白板ガラス基板裏面)における反射ロスも含めた光学位相差部材全体の透過率である。 For each optical retardation member having the structure obtained by the above calculation, the transmittance at intervals of 10 nm for the wavelength of the irradiation light in the range of 430 to 680 nm was obtained by simulation, and the arithmetic mean (average transmittance) of the values of the transmittance was obtained. ) Was calculated. The transmittance obtained here is the transmittance of the entire optical retardation member including the reflection loss on the back surface of the transparent substrate (the back surface of the white plate glass substrate).
第2層の屈折率が2.0である光学位相差部材について、平均透過率が最大になるときの第1層、第2層、第3層のそれぞれの厚み、及びこのときの平均透過率(最大平均透過率)を求めた。第2層の屈折率が2.1、2.2、2.3、2.4、2.6である光学位相差部材についても同様にして、平均透過率が最大になる第1層、第2層、第3層のそれぞれの厚み、及び最大平均透過率を求めた。すなわち、第2層の屈折率の各値に対して、光学位相差部の平均透過率を最大にする第1層、第2層、第3層のそれぞれの厚みを求め、このときの平均透過率を最大平均透過率として求めた。 For the optical retardation member having a refractive index of 2.0 in the second layer, the thicknesses of the first layer, the second layer, and the third layer when the average transmittance is maximized, and the average transmittance at this time. (Maximum average transmittance) was calculated. Similarly for the optical retardation member having the refractive index of the second layer of 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, and 2.6, the first layer and the first layer have the maximum average transmittance. The thickness of each of the second layer and the third layer, and the maximum average transmittance were determined. That is, for each value of the refractive index of the second layer, the thicknesses of the first layer, the second layer, and the third layer that maximize the average transmittance of the optical retardation portion are obtained, and the average transmittance at this time is obtained. The rate was calculated as the maximum average transmittance.
図7(a)に示すグラフは、第2層の屈折率に対する最大平均透過率の値を示している。第2層の屈折率が2.1以上である場合、最大平均透過率が98%以上となり、平均透過率の高い光学位相差部材を得ることができることが分かった。 The graph shown in FIG. 7A shows the value of the maximum average transmittance with respect to the refractive index of the second layer. It was found that when the refractive index of the second layer is 2.1 or more, the maximum average transmittance is 98% or more, and an optical retardation member having a high average transmittance can be obtained.
実施例2
第1層及び第3層の波長550nmにおける屈折率を1.3、1.4、1.5、1.55、1.6とし、第2層の材料を波長550nmにおける屈折率が2.37であるTiO2とした以外は実施例1と同様にして、光学位相差部材の平均透過率を求めた。
Example 2
The refractive index of the first layer and the third layer at a wavelength of 550 nm is 1.3, 1.4, 1.5, 1.55, 1.6, and the material of the second layer has a refractive index of 2.37 at a wavelength of 550 nm. The average transmittance of the optical retardation member was determined in the same manner as in Example 1 except that TiO 2 was used.
第1層及び第3層の屈折率が1.3である光学位相差部材について、平均透過率が最大になるときの第1層、第2層、第3層のそれぞれの厚み、及びこのときの平均透過率(最大平均透過率)を求めた。第1層及び第3層の屈折率が1.4、1.5、1.55、1.6である光学位相差部材についても同様にして、平均透過率が最大になる第1層、第2層、第3層のそれぞれの厚み、及び最大平均透過率を求めた。すなわち、第1層及び第3層の屈折率の各値に対して、光学位相差部の平均透過率を最大にする第1層、第2層、第3層のそれぞれの厚みを求め、このときの平均透過率を最大平均透過率として求めた。 For the optical retardation members having a refractive index of 1.3 in the first layer and the third layer, the thicknesses of the first layer, the second layer, and the third layer when the average transmittance is maximized, and at this time, The average transmittance (maximum average transmittance) of Similarly for the optical retardation members having the refractive indexes of the first layer and the third layer of 1.4, 1.5, 1.55, and 1.6, the first layer and the first layer have the maximum average transmittance. The thickness of each of the second layer and the third layer, and the maximum average transmittance were determined. That is, the thicknesses of the first layer, the second layer, and the third layer that maximize the average transmittance of the optical retardation portion are obtained for each value of the refractive index of the first layer and the third layer. The average transmittance at that time was calculated as the maximum average transmittance.
図7(b)に示すグラフは、第1層及び第3層の屈折率に対する最大平均透過率の値を示している。第1層及び第3層の屈折率が1.55以下である場合、最大平均透過率が98%以上となり、平均透過率の高い光学位相差部材を得ることができることが分かった。 The graph shown in FIG. 7B shows the value of the maximum average transmittance with respect to the refractive index of the first layer and the third layer. It was found that when the refractive indexes of the first layer and the third layer were 1.55 or less, the maximum average transmittance was 98% or more, and an optical retardation member having a high average transmittance could be obtained.
実施例3、4
第1層、第2層及び第3層の屈折率及び厚みを図8の表に記載した値とした以外は実施例1と同様の構造を有する光学位相差部材について、光学位相差部材により生じる波長550nmにおける位相差と、波長400〜700nmにおける透過率と、平均透過率(波長430〜680nmの範囲における透過率の平均値)を求めた。なお、実施例3の第1層及び第3層、並びに実施例4の第3層の材料はSiO2であり、実施例3及び実施例4の第2層の材料はTiO2であり、実施例4の第1層の材料はNS−LR−C3J(JX金属製、屈折率1.71)である。
Examples 3 and 4
An optical retardation member having the same structure as that of the first embodiment except that the refractive indexes and thicknesses of the first layer, the second layer, and the third layer are set to the values shown in the table of FIG. 8 is generated by the optical retardation member. The phase difference at a wavelength of 550 nm, the transmittance at a wavelength of 400 to 700 nm, and the average transmittance (the average value of the transmittance in the wavelength range of 430 to 680 nm) were determined. The material of the first layer and the third layer of Example 3 and the material of the third layer of Example 4 is SiO 2 , and the material of the second layer of Examples 3 and 4 is TiO 2. The material of the first layer of Example 4 is NS-LR-C3J (made of JX Nippon Mining & Metals, refractive index 1.71).
比較例1、2
実施例3、4と比較するために、第1層の屈折率及び厚みを図8の表に記載した値とし、第2層及び第3層を設けなかった以外は実施例3と同様にして、光学位相差部材の位相差、透過率及び平均透過率を求めた。なお、比較例2の光学位相差部材の第1層の厚みは、実施例3の光学位相差部材の第1層、第2層及び第3層の厚みの合計(すなわち、積層体の厚み)と同じとした。
Comparative Examples 1 and 2
In order to compare with Examples 3 and 4, the refractive index and the thickness of the first layer were set to the values shown in the table of FIG. 8, and the same as in Example 3 except that the second layer and the third layer were not provided. , The phase difference, transmittance and average transmittance of the optical retardation member were determined. The thickness of the first layer of the optical retardation member of Comparative Example 2 is the total thickness of the first layer, the second layer, and the third layer of the optical retardation member of Example 3 (that is, the thickness of the laminated body). Same as.
比較例3
実施例3、4と比較するために、第1層及び第2層の屈折率及び厚みを図8の表に記載した値とし、第3層を設けなかった以外は実施例3と同様にして、光学位相差部材の位相差、透過率及び平均透過率を求めた。なお、比較例3の光学位相差部材の第1層及び第2層の厚みの合計は、実施例3の光学位相差部材の積層体の厚みと同じとした。
Comparative Example 3
In order to compare with Examples 3 and 4, the refractive indexes and thicknesses of the first layer and the second layer were set to the values shown in the table of FIG. 8, and the same as in Example 3 except that the third layer was not provided. , The phase difference, transmittance and average transmittance of the optical retardation member were determined. The total thickness of the first layer and the second layer of the optical retardation member of Comparative Example 3 was set to be the same as the thickness of the laminated body of the optical retardation member of Example 3.
比較例4
実施例3、4と比較するために、第1層、第2層及び第3層の屈折率及び厚みを図8の表に記載した値とした以外は実施例4と同様にして、光学位相差部材の位相差、透過率及び平均透過率を求めた。なお、比較例4の光学位相差部材の積層体の厚みの合計は、実施例4の光学位相差部材の積層体の厚みと同じとした。
Comparative Example 4
In order to compare with Examples 3 and 4, the optical positions are the same as in Example 4 except that the refractive indexes and thicknesses of the first layer, the second layer and the third layer are set to the values shown in the table of FIG. The phase difference, transmittance and average transmittance of the phase difference member were determined. The total thickness of the laminated body of the optical retardation members of Comparative Example 4 was set to be the same as the thickness of the laminated body of the optical retardation members of Example 4.
比較例5
実施例3と比較するために、第3層を設けなかった以外は実施例3と同様にして、光学位相差部材の平均透過率を求めた。
Comparative Example 5
In order to compare with Example 3, the average transmittance of the optical retardation member was obtained in the same manner as in Example 3 except that the third layer was not provided.
実施例3、4及び比較例1〜5の光学位相差部材の平均透過率の値を図8の表中に示す。また、実施例3、4及び比較例1〜4の光学位相差部材により生じる波長550nmにおける位相差を図8の表中に示し、波長400〜700nmにおける透過スペクトルを図9に示す。 The values of the average transmittances of the optical retardation members of Examples 3 and 4 and Comparative Examples 1 to 5 are shown in the table of FIG. Further, the phase difference at a wavelength of 550 nm caused by the optical retardation members of Examples 3 and 4 and Comparative Examples 1 to 4 is shown in the table of FIG. 8, and the transmission spectrum at a wavelength of 400 to 700 nm is shown in FIG.
高屈折率層上に第1層、第2層及び第3層の3つの層が形成され、第1層の屈折率が高屈折率層よりも低く、第3層の屈折率が第2層よりも低い実施例3、4の光学位相差部材は、図9に示されるように430〜680nmの範囲内で97%以上の透過率を有し、平均透過率は98%以上であった。なお、実施例3、4の光学位相差部材において、第1層の屈折率は第2層の屈折率よりも低くなっている。 Three layers, a first layer, a second layer, and a third layer, are formed on the high refractive index layer, the refractive index of the first layer is lower than that of the high refractive index layer, and the refractive index of the third layer is the second layer. The lower optical retardation members of Examples 3 and 4 had a transmittance of 97% or more in the range of 430 to 680 nm and an average transmittance of 98% or more as shown in FIG. In the optical retardation members of Examples 3 and 4, the refractive index of the first layer is lower than the refractive index of the second layer.
一方、高屈折率層上に第1層のみが形成されている比較例1の光学位相差部材は、干渉の影響により、図9に示されるように透過率が波長に対して波打つように変化しており、波長430〜680nmの範囲内において実施例3、4と比べて透過率が低い領域があった。それゆえ、比較例1の光学位相差部材の平均透過率は実施例3、4と比べて低く、97%未満であった。同様に、積層体が第1層のみから構成されている比較例2の光学位相差部材も、図9に示されるように実施例3、4と比べて波長430〜680nmの範囲内における透過率が低く、平均透過率も92.1%と低かった。 On the other hand, in the optical retardation member of Comparative Example 1 in which only the first layer is formed on the high refractive index layer, the transmittance changes so as to undulate with respect to the wavelength as shown in FIG. 9 due to the influence of interference. In the wavelength range of 430 to 680 nm, there was a region where the transmittance was lower than that of Examples 3 and 4. Therefore, the average transmittance of the optical retardation member of Comparative Example 1 was lower than that of Examples 3 and 4, and was less than 97%. Similarly, the optical retardation member of Comparative Example 2 in which the laminated body is composed of only the first layer also has a transmittance in the wavelength range of 430 to 680 nm as compared with Examples 3 and 4 as shown in FIG. Was low, and the average transmittance was as low as 92.1%.
高屈折率層上に第1層及び第2層の2つの層が形成されている比較例3の光学位相差部材も、図9に示されるように実施例3、4と比べて波長430〜680nmの範囲内における透過率が低く、平均透過率も84.6%と低かった。同様に、高屈折率層上に第1層及び第2層の2つの層が形成されている比較例5の光学位相差部材も、平均透過率が95.1%と低かった。 As shown in FIG. 9, the optical retardation member of Comparative Example 3 in which the two layers of the first layer and the second layer are formed on the high refractive index layer also has a wavelength of 430 to 430 to that of Examples 3 and 4. The transmittance in the range of 680 nm was low, and the average transmittance was as low as 84.6%. Similarly, the optical retardation member of Comparative Example 5 in which the two layers of the first layer and the second layer are formed on the high refractive index layer also had a low average transmittance of 95.1%.
比較例4の光学位相差部材は、実施例3、4と同様に高屈折率層上に第1層、第2層及び第3層の3つの層が形成されているが、第3層の屈折率が第2層の屈折率よりも高いという点で実施例3、4と異なる。本比較例の光学位相差部材は、図9に示されるように実施例3、4と比べて波長430〜680nmの範囲内における透過率が低く、平均透過率も82.5%と低かった。 In the optical retardation member of Comparative Example 4, three layers, a first layer, a second layer, and a third layer, are formed on the high refractive index layer as in Examples 3 and 4, but the third layer It differs from Examples 3 and 4 in that the refractive index is higher than the refractive index of the second layer. As shown in FIG. 9, the optical retardation member of this comparative example had a lower transmittance in the wavelength range of 430 to 680 nm and a lower average transmittance of 82.5% as compared with Examples 3 and 4.
実施例5〜15
第1層、第2層及び第3層の厚みを図8の表に記載した値とした以外は実施例3と同様にして、光学位相差部材の平均透過率を求めた。各実施例の光学位相差部材の平均透過率の値を図8の表中に示す。
Examples 5-15
The average transmittance of the optical retardation member was determined in the same manner as in Example 3 except that the thicknesses of the first layer, the second layer, and the third layer were set to the values shown in the table of FIG. The values of the average transmittance of the optical retardation members of each embodiment are shown in the table of FIG.
高屈折率層上に第1層、第2層及び第3層の3つの層が形成され、第1層の屈折率が高屈折率層よりも低く、第3層の屈折率が第2層よりも低い実施例5〜15の光学位相差部材はいずれも、97%以上の高い平均透過率を有していた。第1層の厚み、第2層の厚み、第3層の厚み及び積層体の厚みそれぞれ20〜40nm、35〜55nm、100〜140nm、155〜210nmの範囲内である実施例5〜9の光学位相差部材は、平均透過率が98%以上であり、特に高透過率であった。 Three layers, a first layer, a second layer, and a third layer, are formed on the high refractive index layer, the refractive index of the first layer is lower than that of the high refractive index layer, and the refractive index of the third layer is the second layer. All of the lower optical retardation members of Examples 5 to 15 had a high average transmittance of 97% or more. Optics of Examples 5-9, which are in the range of 20 to 40 nm, 35 to 55 nm, 100 to 140 nm, and 155 to 210 nm, respectively, of the thickness of the first layer, the thickness of the second layer, the thickness of the third layer, and the thickness of the laminate. The retardation member had an average transmittance of 98% or more, and had a particularly high transmittance.
参考実験1
ガラス基板の一方の面にシリカの前駆体溶液を塗布して塗膜を形成した。次いで、塗膜にインプリント用のモールドを押し付けながら塗膜を硬化させたあと、モールドを剥離した。それにより、シリカから構成された凹凸構造層を有する透明基体を得た。凹凸構造層の表面には、一方向に延在する凸部が180nmピッチで配列しており、凸部の延在方向に垂直な面における断面が、上底20nm、下底180nm、高さ330nmの略等脚台形である凹凸パターンが形成されていた。
Reference experiment 1
A silica precursor solution was applied to one surface of the glass substrate to form a coating film. Next, the coating film was cured while pressing the imprinting mold against the coating film, and then the mold was peeled off. As a result, a transparent substrate having a concavo-convex structure layer made of silica was obtained. On the surface of the concavo-convex structure layer, convex portions extending in one direction are arranged at a pitch of 180 nm, and the cross sections on the plane perpendicular to the extending direction of the convex portions are an upper base of 20 nm, a lower base of 180 nm, and a height of 330 nm. An uneven pattern, which is a trapezoidal shape, was formed.
ガラス基板に対して45度の角度に傾斜させた綿棒を凹凸構造層の表面に接触させ、3kgの荷重を印加しながら凹凸構造層の表面を3回スクラッチした。次いで、2枚の偏光板をクロスニコル状態に対向させて配置し、当該2枚の偏光板の間にスクラッチ後の透明基体を載置した。このとき、各偏光板の光軸と透明基体の凸部の延在方向が45度の角度をなすように配置した。次いで、一方の偏光板側から透明基体に向けて光を照射し、他方の偏光板から透過した光を目視により観察したところ、スクラッチした部分が暗く見えた。これは、スクラッチにより凹凸パターンが変形して位相差特性が変化したことを示している。 A cotton swab inclined at an angle of 45 degrees with respect to the glass substrate was brought into contact with the surface of the concave-convex structure layer, and the surface of the concave-convex structure layer was scratched three times while applying a load of 3 kg. Next, the two polarizing plates were arranged so as to face each other in the cross Nicol state, and the transparent substrate after scratching was placed between the two polarizing plates. At this time, the optical axis of each polarizing plate and the extending direction of the convex portion of the transparent substrate were arranged so as to form an angle of 45 degrees. Next, when light was irradiated from one polarizing plate side toward the transparent substrate and the light transmitted from the other polarizing plate was visually observed, the scratched portion appeared dark. This indicates that the uneven pattern was deformed by scratching and the phase difference characteristic changed.
参考実験2
参考実験1と同様にして作製した透明基体上に、酸化チタンをスパッタ成膜して高屈折率層を形成した。成膜は透明基体の凸部の上面に形成された高屈折率層の厚みが73nmとなるまで行った。次いで、二酸化ケイ素、酸化チタン、二酸化ケイ素を順にスパッタ成膜して第1層、第2層、第3層からなる積層体を形成した。凸部の上面の高屈折率層の上に形成された第1層、第2層、第3層はそれぞれ18nm、36nm、110nmであった。それにより、光学位相差部材を得た。
Titanium oxide was sputter-deposited on a transparent substrate prepared in the same manner as in Reference Experiment 1 to form a high refractive index layer. The film formation was carried out until the thickness of the high refractive index layer formed on the upper surface of the convex portion of the transparent substrate became 73 nm. Next, silicon dioxide, titanium oxide, and silicon dioxide were sputter-deposited in this order to form a laminate composed of a first layer, a second layer, and a third layer. The first layer, the second layer, and the third layer formed on the high refractive index layer on the upper surface of the convex portion were 18 nm, 36 nm, and 110 nm, respectively. As a result, an optical retardation member was obtained.
参考実験1と同様にして、光学位相差部材の積層体の表面をスクラッチした後、2枚の偏光板の間に光学位相差部材を載置して目視観察した。スクラッチされた部分はそれ以外の部分と同じ輝度に見えた。これは、スクラッチした部分においても凹凸構造層の凹凸パターンの形状が維持されていたことを示している。 In the same manner as in Reference Experiment 1, after scratching the surface of the laminated body of the optical retardation members, the optical retardation members were placed between the two polarizing plates and visually observed. The scratched part appeared to have the same brightness as the other parts. This indicates that the shape of the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure layer was maintained even in the scratched portion.
参考実験1、2の結果から、透明基体上に高屈折率層及び積層体を形成したことにより、凹凸パターンの機械強度が向上したと考えられる。
From the results of
以上、本発明を実施形態及び実施例により説明してきたが、本発明の光学位相差部材及びプロジェクタは上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で適宜改変することができる。例えば、実施例で用いた材料は一例にすぎず、特許請求の範囲に記載した屈折率の関係を満たす材料であれば、任意の材料を使用し得る。上記プロジェクタの実施形態において、本発明の光学位相差部材を特定の位置や配置で設けた例を示したが、それに限らず、任意の位置や配置で設けることができる。また上記プロジェクタの実施形態では、画像表示素子として3つの液晶パネルを用いて液晶パネルを透過した光を投影するタイプ(3LCD)のプロジェクタを例に挙げて説明したが、液晶パネルから反射した光を投影させるタイプ(LCOS)のプロジェクタにも適用することができる。また、画像表示素子としてデジタルミラーデバイスを用いたデジタル・ライト・プロセッシング(DLP)式プロジェクタなど任意のタイプのプロジェクタにも本発明を適用可能である。 Although the present invention has been described above with reference to the embodiments and examples, the optical retardation member and the projector of the present invention are not limited to the above embodiments, and are appropriately modified within the scope of the technical idea described in the claims. can do. For example, the material used in the examples is only one example, and any material can be used as long as it satisfies the relationship of the refractive index described in the claims. In the embodiment of the above projector, an example in which the optical retardation member of the present invention is provided at a specific position or arrangement is shown, but the present invention is not limited to this, and the optical retardation member can be provided at any position or arrangement. Further, in the embodiment of the above projector, a projector of a type (3LCD) that projects light transmitted through the liquid crystal panel by using three liquid crystal panels as image display elements has been described as an example, but the light reflected from the liquid crystal panel is used as an example. It can also be applied to a projector of the type to project (LCOS). Further, the present invention can be applied to any type of projector such as a digital light processing (DLP) type projector using a digital mirror device as an image display element.
本発明の光学位相差部材は、広い波長範囲で高透過率を示し、且つ所望の位相差特性を生じることができるとともに、通常の成膜法で形成することが可能であり、また、機械強度が高い。それゆえ、本発明の光学位相差部材は、プロジェクタ(投影型表示装置)のみならず、反射型あるいは半透過型液晶表示装置、光ディスク用ピックアップ装置、偏光変換素子等の各種デバイス等に好適に用いることができる。 The optical retardation member of the present invention can exhibit high transmittance in a wide wavelength range, can produce desired retardation characteristics, can be formed by a normal film forming method, and has mechanical strength. Is high. Therefore, the optical retardation member of the present invention is suitably used not only for projectors (projection type display devices) but also for various devices such as reflective or semi-transmissive liquid crystal display devices, optical disk pickup devices, and polarization conversion elements. be able to.
20 積層体、 22 第1層、 24 第2層、 26 第3層
30 高屈折率層、 40 透明基体、 42 基材
50 凹凸構造層、 60 凸部、 90 空気層、 80 凹凸パターン
100 光学位相差部材
301、501 プロジェクタ、320 入射側波長板
321 出射側波長板
328、528 液晶パネル、532 拡散素子、534 波長板
20 Laminate, 22 1st layer, 24 2nd layer, 26
Claims (13)
一方向に延在するとともに延在方向に垂直な面における断面が略台形状である複数の凸部から構成された凹凸パターンを有する透明基体と、
前記透明基体の前記凸部の上面及び側面に形成され、前記凸部よりも高い屈折率を有する高屈折率層と、
前記凸部の上面の前記高屈折率層上に形成された2n+1個(nは正の整数)の層から構成される積層体とを備え、
前記積層体が、前記透明基体の前記凸部の上面及び側面の前記高屈折率層上に形成されており、
隣り合う前記凸部の対向する前記側面に形成された前記高屈折率層の間に空気層が存在し、
前記積層体は、前記高屈折率層上に形成された第1層と、第2k−1層(kは1〜nの整数)上に形成された第2k層と、前記第2k層上に形成された第2k+1層を備え、
前記第1層の屈折率が前記高屈折率層の屈折率よりも低く、
前記第2k+1層の屈折率が前記第2k層の屈折率よりも低い光学位相差部材。 An optical phase difference member that generates a phase difference in incident light.
A transparent substrate having a concavo-convex pattern composed of a plurality of convex portions extending in one direction and having a substantially trapezoidal cross section on a plane perpendicular to the extending direction.
A high-refractive index layer formed on the upper surface and the side surface of the convex portion of the transparent substrate and having a higher refractive index than the convex portion.
A laminate composed of 2n + 1 (n is a positive integer) layers formed on the high refractive index layer on the upper surface of the convex portion is provided.
The laminate is formed on the high refractive index layer on the upper surface and the side surface of the convex portion of the transparent substrate.
An air layer exists between the high refractive index layers formed on the opposite side surfaces of the adjacent convex portions.
The laminate is formed on the first layer formed on the high refractive index layer, the second k layer formed on the second k-1 layer (k is an integer of 1 to n), and the second k layer. With the formed second k + 1 layer,
The refractive index of the first layer is lower than that of the high refractive index layer.
An optical retardation member having a refractive index of the second k + 1 layer lower than that of the second k layer.
請求項1〜10のいずれか一項に記載の光学位相差部材から構成され、前記光生成機構から射出された前記光を円偏光に変換する入射側波長板と、
円偏光に変換された前記光を変調する画像表示素子と、
請求項1〜10のいずれか一項に記載の光学位相差部材から構成され、前記画像表示素子により変調された前記光を直線偏光に変換する出射側波長板と、
前記画像表示素子により変調された前記光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタ。 A light generation mechanism that generates linearly polarized light,
An incident side wave plate composed of the optical retardation member according to any one of claims 1 to 10 and converting the light emitted from the light generation mechanism into circularly polarized light.
An image display element that modulates the light converted to circularly polarized light,
An emission side wave plate composed of the optical retardation member according to any one of claims 1 to 10 and converting the light modulated by the image display element into linearly polarized light.
A projector including a projection optical system that projects the light modulated by the image display element.
請求項1〜10のいずれか一項に記載の光学位相差部材から構成され、前記光生成機構から射出された前記光を円偏光に変換する波長板と、
円偏光に変換された前記光を拡散する拡散素子と、
前記拡散素子で拡散された前記光を変調する画像表示素子と、
前記画像表示素子により変調された前記光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタ。 A light generation mechanism that generates linearly polarized light,
A wave plate composed of the optical retardation member according to any one of claims 1 to 10 and converting the light emitted from the light generation mechanism into circularly polarized light.
A diffusing element that diffuses the light converted to circularly polarized light,
An image display element that modulates the light diffused by the diffusion element, and
A projector including a projection optical system that projects the light modulated by the image display element.
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