JP2008209484A - Method for producing polarizer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、液晶プロジェクタ、液晶表示装置等の偏光を利用した光学機器に用いられ、入射光のある特定方向の直線偏波成分のみを透過させる機能を有する多層構造体である偏光子に関するものである。 The present invention relates to a polarizer which is a multilayer structure having a function of transmitting only a linearly polarized component in a specific direction of incident light, which is used in, for example, an optical apparatus using polarized light such as a liquid crystal projector and a liquid crystal display device. Is.
偏光子は、複数の偏光を含む光から特定方向の直線偏光を取り出すための光学素子であり、各種の構成、形態のものが広く利用されている。特に、液晶表示技術の分野では、小型化、軽量化、高輝度化等の技術革新が進み、各種用途に偏光子を用いた液晶表示装置が急速に普及している。 A polarizer is an optical element for extracting linearly polarized light in a specific direction from light including a plurality of polarized light, and various configurations and forms are widely used. In particular, in the field of liquid crystal display technology, technological innovations such as miniaturization, weight reduction, and high brightness have advanced, and liquid crystal display devices using polarizers for various applications are rapidly spreading.
その中でも近年、超小型の光導回路として、あるいはレーザーやセンサーの基板材料といった発光デバイスの高性能化を実現する素材として、フォトニック結晶が注目を集めている。フォトニック結晶は、基板表面に微細な凹凸構造を形成しておき、その上に高屈折率の材料及び低屈折率材料を周期的に配置させることにより、周期的な屈折率分布を有するナノ構造デバイスである。前記周期構造によって、フォトニックバンドギャップと呼ばれる人為的な欠陥を形成することができ、空孔径や前記材料の配列の周期性を変えることにより光伝搬の特性も制御することが可能となるため、光通信や光情報処理などの分野で数多くの応用が期待される偏光子である。 Among them, in recent years, photonic crystals have attracted attention as ultra-compact optical circuits or as materials for realizing high-performance light-emitting devices such as laser and sensor substrate materials. A photonic crystal is a nanostructure having a periodic refractive index distribution by forming a fine concavo-convex structure on a substrate surface and periodically arranging a high refractive index material and a low refractive index material thereon. It is a device. By the periodic structure, an artificial defect called a photonic band gap can be formed, and the light propagation characteristics can be controlled by changing the hole diameter and the periodicity of the arrangement of the materials. This polarizer is expected to have many applications in fields such as optical communication and optical information processing.
前記基板表面に周期的凹凸構造を形成する方法としては、例えば、特許文献1に示すように、エッチングにより基板に凹部を形成する方法がある。ガラスやシリコンの基板においては、その表面にフォトリソグラフィ技術により、周期パターンをもつマスクを形成し、このマスクを介してイオンビームエッチング等の気相エッチングにより凹部を形成する方法である。 As a method of forming the periodic uneven structure on the substrate surface, for example, as shown in Patent Document 1, there is a method of forming a recess in the substrate by etching. In a glass or silicon substrate, a mask having a periodic pattern is formed on the surface by a photolithography technique, and a recess is formed by vapor phase etching such as ion beam etching through the mask.
しかし、特許文献1の方法では、周期構造部分が薄膜の成膜のみで形成されるのに対して、基板加工にフォトリソグラフィとエッチングを必要とする一品製作品であるため、基板作製に要するコスト及び時間が大きくなるという問題があった。 However, in the method of Patent Document 1, since the periodic structure portion is formed only by forming a thin film, it is a one-piece product that requires photolithography and etching for substrate processing. In addition, there is a problem that time is increased.
上記問題を解決する方法として、例えば特許文献2に記載されているように、基板表面に所定のゾル液を塗布し、前記ゾル液が変化したゲル膜に、凹凸形状を有する原型を押し当てて、ゲル膜を加熱・硬化させることにより、凹凸構造を有した基板を形成する偏光子の製造方法がある。 As a method for solving the above problem, for example, as described in Patent Document 2, a predetermined sol solution is applied to the substrate surface, and a prototype having an uneven shape is pressed against the gel film in which the sol solution has changed. There is a method for producing a polarizer that forms a substrate having a concavo-convex structure by heating and curing a gel film.
特許文献2の方法は、同一形状の表面凹凸形状をもつ偏光子を量産できる点では有効な手段であるものの、製品のモデルチェンジなどによりクライアントから要求される偏光子のサイズや周期的な凹凸形状の方向などの設計変更が生じた場合に、前記原型を新たに作製しなければならず、日々変化していくニーズへの対応性においては、改良が必要であった。また、特許文献2の方法は、表面の微細な凹凸構造の形成を前記基板1個ごとに作製する必要があり、加えて、前記基板の表面全体に凹凸を形成するのは、原型を押し当てる方法では困難であるため、基板の端部には表面凹凸が形成されない非有効領域が存在することになり、係る非有効領域の存在が、偏光子の設置位置がずれる場合等、所望の偏光子機能が得られないという問題を引き起こしていた。
本発明の目的は、基板の表面全体に有効領域を形成でき、従来のフォトニック結晶の製造方法に比べ、要求に応じた寸法や凹凸の方向に対する角度で、所望個数の偏光子を安価に得ることが可能な偏光子の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to form an effective region on the entire surface of a substrate, and to obtain a desired number of polarizers at a low cost with an angle with respect to dimensions and uneven directions according to requirements, compared to a conventional photonic crystal manufacturing method. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a polarizer that can be used.
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
(1)透光無機材料からなる第1基材の表面全体にわたって所定のゾル液を塗布し、所定の塗膜を形成する工程と、前記第1基材の塗膜に原型を押し当てた状態で加熱保持して前記塗膜を硬化させて、前記塗膜に特定方向の周期的な凹凸形状が付与された表面を形成する工程と、前記塗膜上に、高屈折率透光材料の第1層と低屈折透光材料の第2層からなる1ユニットの複層膜を、多数ユニット積層して多層構造体を形成し、全面が有効領域となる400mm2以上の大面積の偏光子原板を得る工程とを具えることを特徴とする偏光子の製造方法。
In order to achieve the above object, the gist of the present invention is as follows.
(1) A step of applying a predetermined sol solution over the entire surface of the first base material made of a translucent inorganic material to form a predetermined coating film, and a state in which the prototype is pressed against the coating film of the first base material Heating and holding to cure the coating film to form a surface having a periodic concavo-convex shape in a specific direction on the coating film, and a high refractive index translucent material on the coating film. the first layer and the multilayer film of one unit of a second layer of low refractive translucent material, to form a multilayer structure with multiple units stacked polarizers original plate 400 mm 2 or more large area entirely becomes effective area A process for obtaining a polarizer.
(2)さらに、前記偏光子原板から、要求に応じた寸法や前記特定方向に対する角度で、所望個数の偏光子を切り出す工程とを具えることを特徴とする上記(1)記載の偏光子の製造方法。 (2) The polarizer according to (1), further comprising: a step of cutting out a desired number of polarizers from the polarizer original plate at a required size and an angle with respect to the specific direction. Production method.
(3)前記塗膜は、Si(OC2H5)4、Si(OCH3)4およびSiCl4で表される少なくとも1種の化合物と酸水溶液とポリエチレングリコールとで主として構成されるゾル液を用いて形成することを特徴とする上記(1)または(2)記載の偏光子の製造方法。 (3) The coating film is a sol solution mainly composed of at least one compound represented by Si (OC 2 H 5 ) 4 , Si (OCH 3 ) 4 and SiCl 4 , an aqueous acid solution and polyethylene glycol. The method for producing a polarizer according to the above (1) or (2), wherein the polarizer is formed by using the method.
(4)前記塗膜は、RSi(OC2H5)3、RSi(OCH3)3およびRSiCl3(Rは官能基)で表される少なくとも1種の化合物と酸水溶液とで主として構成されるゾル液を用いて形成してなることを特徴とする上記(1)または(2)記載の偏光子の製造方法。 (4) The coating film is mainly composed of at least one compound represented by RSi (OC 2 H 5 ) 3 , RSi (OCH 3 ) 3 and RSiCl 3 (R is a functional group) and an aqueous acid solution. The method for producing a polarizer according to the above (1) or (2), which is formed using a sol solution.
この発明によれば、透光無機材料からなる第1基材の表面全体にわたって所定のゾル液を塗布し、所定の塗膜を形成する工程と、前記第1基材の塗膜に原型を押し当てた状態で加熱保持して前記塗膜を硬化させて、前記塗膜に特定方向の周期的な凹凸形状が付与された表面を形成する工程と、前記塗膜上に、高屈折率透光材料の第1層と低屈折透光材料の第2層からなる1ユニットの複層膜を、多数ユニット積層して多層構造体を形成し、全面が有効領域となる400mm2以上の大面積の偏光子原板を得る工程とを具えることで、該偏光子原版から種々の偏光子を自由に切り出すことが可能となるため、従来のフォトニック結晶の製造方法に比べ、要求に応じた寸法や凹凸の方向に対する角度で、所望個数の偏光子を安価に得ることが可能となり、また、偏光子原板から、基板の端部に存在している非有効領域を含まないように偏光子を切り出すことができるため、基板の表面全体に有効領域を形成した偏光子の製造方法を提供することが可能となった。 According to this invention, a predetermined sol solution is applied over the entire surface of the first base material made of a light-transmitting inorganic material to form a predetermined coating film, and a prototype is pushed onto the coating film of the first base material. Heating and holding in the applied state to cure the coating film, forming a surface with a periodic uneven shape in a specific direction on the coating film, and a high refractive index translucent light on the coating film A multi-layer structure is formed by laminating a multi-layered structure of one unit consisting of a first layer of material and a second layer of low refractive translucent material to form a multi-layered structure, with a large area of 400 mm 2 or more where the entire surface becomes an effective area. And a step of obtaining a polarizer original plate, so that various polarizers can be freely cut out from the polarizer original plate. Therefore, compared with a conventional photonic crystal manufacturing method, It becomes possible to obtain a desired number of polarizers at an angle with respect to the direction of the unevenness, In addition, since the polarizer can be cut out from the polarizer original plate so as not to include the ineffective area existing at the edge of the substrate, a method for manufacturing a polarizer in which the effective area is formed on the entire surface of the substrate is provided. It became possible to do.
次に、この発明に従う偏光子の製造方法について図面を参照しながら説明する。 Next, a method for manufacturing a polarizer according to the present invention will be described with reference to the drawings.
この発明の製造方法は、いわゆるフォトニック結晶タイプ偏光子の製造方法である。前記フォトニック結晶タイプの偏光子は、表面の少なくとも一方向に周期的な凹凸を有する基板上に、高屈折率透光材料の第1層と低屈折率透光材料の第2層からなる1ユニットの複層膜を、多数ユニット積層して第1多層構造体を形成してなる偏光子である。 The manufacturing method of the present invention is a so-called photonic crystal type polarizer manufacturing method. The photonic crystal type polarizer includes a first layer of a high refractive index light-transmitting material and a second layer of a low refractive index light-transmitting material on a substrate having periodic irregularities in at least one direction of the surface. This is a polarizer formed by laminating a plurality of unit multilayer films to form a first multilayer structure.
本発明者らは、従来のフォトニック結晶の製造方法では、基板の作製にリソグラフィ技術やエッチング技術という高度な技術を必要とする一品製作品であるため、偏光子の製造コストが高くなること、またゾルゲル技術を用いて基板を作製する製造方法では、大量に同一形状の偏光子を作製することはできるものの、モデルチェンジ等により偏光子のサイズや凹凸の方向が変わった場合に対応することができないこと、加えて、前記基板の表面全体に凹凸を形成するのは困難であるため、基板の端部には表面凹凸が形成されない非有効領域が存在することに着目し、要求に応じた寸法や凹凸の方向に対する角度で、所望個数の偏光子を安価に得ることができ、しかも全面が有効領域となる偏光子の製造方法について鋭意研究を行った。
その結果、透光無機材料からなる第1基材の表面全体にわたって所定のゾル液を塗布し、所定の塗膜を形成する工程と、前記第1基材の塗膜に原型を押し当てた状態で加熱保持して前記塗膜を硬化させて、前記塗膜に特定方向の周期的な凹凸形状が付与された表面を形成する工程と、前記塗膜上に、高屈折率透光材料の第1層と低屈折透光材料の第2層からなる1ユニットの複層膜を、多数ユニット積層して多層構造体を形成し、全面が有効領域となる400mm2以上の大面積の偏光子原板から要求に応じた寸法及び凹凸方向に対する角度を有した所望個数の偏光子を切り出すことが可能となること、大面積の偏光子原板から基板の端部に存在している非有効領域を含まないよう偏光子を切り出すことができること、さらに、基板作製はゾルゲル法を用いることで安価に偏光子を製造できることを見出した。
In the conventional photonic crystal manufacturing method, the manufacturing cost of the polarizer increases because the conventional photonic crystal manufacturing method is a one-piece product that requires advanced technology such as lithography technology and etching technology to manufacture the substrate. In addition, the manufacturing method of manufacturing a substrate using sol-gel technology can manufacture a large number of polarizers of the same shape, but it can cope with changes in the size of the polarizer and the direction of unevenness due to model changes, etc. In addition, since it is difficult to form irregularities on the entire surface of the substrate, it is difficult to form irregularities on the entire surface of the substrate. We have earnestly researched a method for manufacturing a polarizer in which a desired number of polarizers can be obtained at an inexpensive angle with respect to the direction of the projections and depressions, and the entire surface is an effective region.
As a result, a predetermined sol solution is applied over the entire surface of the first base material made of a light-transmitting inorganic material to form a predetermined coating film, and the prototype is pressed against the coating film on the first base material. Heating and holding to cure the coating film to form a surface having a periodic concavo-convex shape in a specific direction on the coating film, and a high refractive index translucent material on the coating film. the first layer and the multilayer film of one unit of a second layer of low refractive translucent material, to form a multilayer structure with multiple units stacked polarizers original plate 400 mm 2 or more large area entirely becomes effective area It is possible to cut out a desired number of polarizers having a size and an angle with respect to the concave / convex direction according to the demand, and do not include an ineffective region existing at the edge of the substrate from a large-area polarizer original plate The polarizer can be cut out, and the substrate is made by the sol-gel method It has been found that a polarizer can be produced at low cost by using.
図1は、本発明による偏光子の製造方法の工程を説明するためのフローチャートである。
本発明の具体的な製造方法は、図1に示すように、透光無機材料からなる第1基材11(図1(a))に、所定のゾル液を塗布し、所定の塗膜12を形成する(図1(b))工程と、原型13を押し当てた状態(図1(c))で、40〜200℃程度で加熱保持して塗膜14を硬化させて、特定方向に周期的な凹凸形状が付与された表面15を形成する(図1(d))工程と、前記塗膜14上に、高屈折率透光材料の第1層16と低屈折透光材料の第2層17からなる1ユニットの複層膜18を、多数ユニット積層して多層構造体19を形成し、全面が有効領域となる400mm2以上の大面積の偏光子原板20を形成する(図1(e))工程とを具えることを特徴とする偏光子の製造方法である。
FIG. 1 is a flowchart for explaining the steps of a method for producing a polarizer according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the specific manufacturing method of the present invention is to apply a predetermined sol solution to a first base material 11 (FIG. 1 (a)) made of a translucent inorganic material, and to form a predetermined
なお、前記無機偏光子の基材11としては、結晶質材料、非晶質材料または結晶化ガラス材料からなることが好ましい。前記結晶質材料としては、例えば、シリコンが挙げられ、前記非晶質材料としては、例えば、石英ガラス、ソーダライムガラスもしくはボロシリケートガラスが挙げられ、前記結晶化ガラス材料としては、例えば、β−石英固溶体結晶もしくはβ−ユークリプタイト固溶体を主たる成分として含む結晶化ガラス材料が挙げられる。
The
また、前記塗膜は、Si(OC2H5)4、Si(OCH3)4およびSiCl4で表される少なくとも1種の化合物と酸水溶液とポリエチレングリコールとで主として構成されるゾル液を用いて形成することが好ましい。さらに、ゾル溶液中には、ポリエチレングリコールを5〜20質量%含有させることが好ましい。5質量%未満であると膜硬度が高すぎて成形できない恐れがあり、20質量%超えではゾル液が硬化しにくくなる恐れがあるためである。また、ポリエチレングリコールの分子量は400〜2000であることが好ましい。分子量が400未満であると膜硬度が高すぎて成形できない恐れがあり、2000超えではゾル液が硬化しにくくなる恐れがあるためである。また、ゾル液中にはアルコールを含有させることが好ましい。アルコールは、エタノール、メタノール及びイソプロピルアルコールの群から選択された液を主として含むことが成形時のゲル膜中にアルコールが残留し過ぎて気泡欠陥など発生しないために好ましい。ゾル溶液中のアルコール含有量は10〜40質量部であることが好ましい。10質量部未満であるとゾル液の均一攪拌が困難となり、40質量部超えであると表面被覆層の十分な塗布膜厚が得られない恐れがあるためである。 Further, the coating film uses a sol liquid mainly composed of at least one compound represented by Si (OC 2 H 5 ) 4 , Si (OCH 3 ) 4 and SiCl 4 , an acid aqueous solution and polyethylene glycol. It is preferable to form them. Furthermore, it is preferable to contain 5 to 20% by mass of polyethylene glycol in the sol solution. If it is less than 5% by mass, the film hardness may be too high to be molded, and if it exceeds 20% by mass, the sol solution may be difficult to cure. The molecular weight of polyethylene glycol is preferably 400 to 2000. If the molecular weight is less than 400, the film hardness may be too high to be molded, and if it exceeds 2000, the sol solution may be difficult to cure. Moreover, it is preferable to contain alcohol in a sol liquid. It is preferable that the alcohol mainly contains a liquid selected from the group consisting of ethanol, methanol, and isopropyl alcohol because the alcohol remains excessively in the gel film at the time of molding so that bubble defects do not occur. The alcohol content in the sol solution is preferably 10 to 40 parts by mass. This is because when the amount is less than 10 parts by mass, uniform stirring of the sol solution becomes difficult, and when it exceeds 40 parts by mass, a sufficient coating thickness of the surface coating layer may not be obtained.
また、前記凹凸形状が付与された表面15は、例えば、図2に示すように、台形状(図2(a))または三角形状(図2(b))などが挙げられるが、特に限定はなく、前記原型13の形によって決められる。なお、凹凸の配設ピッチWは、通常、175〜300nmの範囲である。また、前記原型13は、石英、ボロシリケートまたはシリコン等からなる基板上にレジストを塗布し、電子線描画またはリソグラフィ技術を用いてパターニングした後に、ドライエッチング技術等を用いて表面形状を転写することにより作製することができる。
In addition, as shown in FIG. 2, for example, the
なお、本発明において、特定方向に周期的な凹凸形状が付与された表面15は、400mm2以上の面積を有する。周期的な凹凸形状は、前記ゾル液12を塗布後、400mm2以上の大面積を有す原型13、または25〜300mm2の面積の小さな原型13を角度ズレが1°未満、位置ズレが0.5mm未満となるように留意して、400mm2以上の面積を有するように配列させたもののいずれかを押し当て加熱保持することで凹凸形状を転写成形することができる。角度ズレ及び位置ズレに留意する理由としては、1°以上の角度ズレが発生するとダイサー切断時に素子間で外形に対して溝の角度ズレが1°以上発生し、実装時の調整が困難になるためであり、0.5mm以上の位置ズレが発生すると、ダイサーの切断ステージの角度出しを行う際に角度ズレを与える要因になり、切断品の外周に非有効領域が存在する可能性があるためである。また、面精度(平坦度)が悪いと転写ムラが発生しやすくなるため、大面積の転写を実現するためには、転写時の面精度を10μm以内とすることが好ましく、ゾル液の塗布厚みがある場合には転写後の膜厚分布を発生しやすいためゾル液の塗布厚み分布を1μm以内とし、面内の圧力分布が大きい場合には転写ムラが発生しやすいため面内の圧力分布は、±10%以内とすることが好ましい。さらに、温度分布が存在する場合には、硬化不良が生じやすいため転写時の温度分布は±20%とすることが好ましい。
In the present invention, the
また、前記無機偏光子の第1層16に用いられる高屈折率透光材料は、例えば、Nb2O5、TiO2、Ta2O5、Al2O5、HfO2またはこれらの合成材料が挙げられ、前記第2層17に用いられる低屈折率透光材料は、SiO2、MgF2またはこれらの合成材料等が挙げられる。前記材料を用いれば、十分な耐熱性を確保でき、光学的な損失の少ない偏光子を、低コストで作製することができる点で好ましい。
The high refractive index light-transmitting material used for the
また、前記複層膜18は、市販の成膜装置を用い、塗膜上に前記高屈折材料もしくは低屈折材料のスパッタリング、ならびにエッチングによる成形を交互に施し、特定の一方向に周期的な凹凸、または波型の形状を保持した第1層16及び第2層17を交互に積層することにより形成することができる。
In addition, the
さらに本発明による偏光子の製造方法は、前記偏光子原版20から、要求に応じた寸法や前記特定方向に対する角度で、所望個数の偏光子を切り出す工程(図1(f))を有することが好ましい。偏光子原版20の面積を400mm2以上と大面積にすることで、図3に示すように大面積の偏光子原板20から偏光子21〜24を必要な個数切り出すことが可能となり、また、表面の凹凸の方向や大きさが異なる偏光子25を切り出すことも可能となる。さらにまた、多層構造体の全てが偏光子としての有効領域であるため、従来の製造方法において発生していた、切り出しの際の切断位置ズレが原因の寸法不良を防止することができる。
Furthermore, the method for manufacturing a polarizer according to the present invention may include a step (FIG. 1 (f)) of cutting out a desired number of polarizers from the polarizer
前記偏光子の切り出しは、ダイシングソーまたはスライサー等を用いて切断することが、正確な切断寸法をとることができる点で好ましい。また、前記偏光子を切り出す際の表面には、レジスト等の保護フィルムを貼ることが、表面の汚れを防止できる点で好ましい。さらにまた、切断後の偏光子は、製品として使用できるように、端部及び角の面取りを行うことが好ましい。 The polarizer is preferably cut out by using a dicing saw or a slicer from the viewpoint that an accurate cutting dimension can be obtained. Moreover, it is preferable that a protective film such as a resist is pasted on the surface when the polarizer is cut out from the viewpoint of preventing contamination of the surface. Furthermore, it is preferable to chamfer edges and corners so that the polarizer after cutting can be used as a product.
なお、本発明では、特定の色光を生成するための手段(図示せず)と、上記した本発明の製造方法により製造した偏光子とを具える直線偏光生成装置(図示せず)を製造することが可能である。特定の色光を生成するための手段とは、例えば、色光が青色の場合は、水銀ランプと特定のフィルタとで構成すればよい。直線偏光生成装置は、直線偏光を作り出す装置であれば特に限定するものではなく、例えば、プロジェクタや液晶テレビ等が挙げられる。 In the present invention, a linearly polarized light generating device (not shown) including means (not shown) for generating specific color light and a polarizer manufactured by the manufacturing method of the present invention described above is manufactured. It is possible. For example, when the color light is blue, the means for generating the specific color light may be constituted by a mercury lamp and a specific filter. The linearly polarized light generating device is not particularly limited as long as it is a device that generates linearly polarized light, and examples thereof include a projector and a liquid crystal television.
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。 The above description is merely an example of the embodiment of the present invention, and various modifications can be made within the scope of the claims.
次に、本発明に従う偏光子を試作し、評価したので以下に説明する。
(実施例)
実施例は、まず原型をガラス基板上にレジストを塗布し、EB描画で200nmの周期の凹凸パターン転写を施すことにより、75mm×75mmのサイズの原型を作製した。原型作製後、ガラスからなる第1基材上に、テトラエトキシシラン、ポリエチレングリコール、エタノール、酸水溶液を主原料とするゾルゲル液を塗布し、原型を押し当てることで凹凸形状を転写成形して塗膜を形成した。その後、作製した基板を300℃で焼成後、成膜装置を用いて、高屈折透光材料(屈折率2.22)であるTa2O5からなる第1層と、低屈折透光材料(屈折率1.48)であるSiO2からなる第2層とを、スパッタ及びイオンエッチングを施すことにより交互に施すことにより、サイズ75mm×75mmの偏光子原版を形成した。得られた多層構造体をワックスでガラス板に貼り付け、ダイサーを用いてサイズ20mm×24mmの偏光子9枚を図4に示すうに、X軸及びY軸に沿った方向で切断し、切り出した。なお、図4は模式図であるため、偏光子の非有効領域の記載はしていない。
Next, a polarizer according to the present invention was prototyped and evaluated, which will be described below.
(Example)
In the example, first, a resist was coated on a glass substrate, and a concavo-convex pattern transfer with a period of 200 nm was performed by EB drawing, thereby producing a prototype having a size of 75 mm × 75 mm. After making the prototype, apply a sol-gel solution mainly composed of tetraethoxysilane, polyethylene glycol, ethanol, and acid aqueous solution on the first substrate made of glass, and press the prototype to transfer the uneven shape. A film was formed. Then, after firing the produced substrate at 300 ° C., using a film forming apparatus, a first layer made of Ta 2 O 5 which is a high refractive light transmitting material (refractive index 2.22) and a low refractive light transmitting material (refractive index). A polarizer original plate having a size of 75 mm × 75 mm was formed by alternately applying the second layer made of SiO 2, which is 1.48), by performing sputtering and ion etching. The obtained multilayer structure was attached to a glass plate with wax, and nine polarizers having a size of 20 mm × 24 mm were cut using a dicer in the direction along the X axis and the Y axis as shown in FIG. . Since FIG. 4 is a schematic diagram, the ineffective area of the polarizer is not described.
(比較例)
比較例は、特許文献2の方法により、まず原型を石英基板上にレジストを塗布し、EB描画で200nmの周期の凹凸パターン転写を施すことにより、20mm×24mmのサイズの原型を作製した。原型作製後、ガラスからなる第1基材上に、テトラエトキシシラン、ポリエチレングリコール、エタノール、酸水溶液を主原料とするゾルゲル液を塗布し、原型を押し当てることで凹凸形状を転写成形して塗膜を形成した。その後、作製した基板を350℃で焼成後、成膜装置を用いて、高屈折透光材料(屈折率2.22)であるTa2O5からなる第1層と、低屈折透光材料(屈折率1.48)であるSiO2からなる第2層とを、スパッタ及びイオンエッチングを施すことにより交互に施すことにより、サイズ20mm×24mmの偏光子を作製した。
(Comparative example)
In the comparative example, by using the method of Patent Document 2, first, a resist was coated on a quartz substrate, and a concavo-convex pattern transfer with a period of 200 nm was performed by EB drawing, thereby producing a prototype having a size of 20 mm × 24 mm. After making the prototype, apply a sol-gel solution mainly composed of tetraethoxysilane, polyethylene glycol, ethanol, and acid aqueous solution on the first substrate made of glass, and press the prototype to transfer the uneven shape. A film was formed. After that, the fabricated substrate is baked at 350 ° C., and then a first layer made of Ta 2 O 5 which is a high refractive light transmissive material (refractive index 2.22) and a low refractive light transmissive material (refractive index) are formed using a film forming apparatus. A polarizer having a size of 20 mm × 24 mm was manufactured by alternately applying the second layer made of SiO 2, which is 1.48), by performing sputtering and ion etching.
上記実施例及び比較例で作製した各偏光子について各種試験を行った。本実施例で行った試験の評価方法を以下に示す。 Various tests were performed on the polarizers produced in the above Examples and Comparative Examples. The evaluation method of the test conducted in this example is shown below.
(評価方法)
(1)量産性
実施例及び比較例で作製した偏光子の、量産性について、以下の評価基準に従って評価した。評価結果を表1に示す。
○:1つの多層構造体から2以上の偏光子を作製できる。
×:1つの多層構造体から2以上の偏光子を作製できない。
(Evaluation methods)
(1) Mass productivity The mass productivity of the polarizers produced in Examples and Comparative Examples was evaluated according to the following evaluation criteria. The evaluation results are shown in Table 1.
○: Two or more polarizers can be produced from one multilayer structure.
X: Two or more polarizers cannot be produced from one multilayer structure.
(2)偏光子有効領域
実施例及び比較例で作製した偏光子の偏光子有効領域を計測した。具体的には、分光光度計に光束径を1mmφに絞った状態で偏光子の面内を走査しながら、TM透過率とTE透過率の透過率差を測定し、TE透過率とTE透過率の透過率比をdB換算することで偏光特性を評価し、偏光特性が20dB以上である部分を有効領域、偏光特性が20dB未満である部分を非有効領域とした。なお、実施例については、得られた9つの偏光子の有効領域についての平均値とした。結果を表1に示す。
(2) Polarizer effective area | region The polarizer effective area | region of the polarizer produced in the Example and the comparative example was measured. Specifically, the transmittance difference between the TM transmittance and the TE transmittance is measured while scanning the surface of the polarizer with the light beam diameter reduced to 1 mmφ in the spectrophotometer, and the TE transmittance and the TE transmittance are measured. The polarization characteristics were evaluated by converting the transmittance ratio to dB, and a portion where the polarization characteristics were 20 dB or more was regarded as an effective region, and a portion where the polarization properties were less than 20 dB was regarded as a non-effective region. In addition, about the Example, it was set as the average value about the effective area | region of nine obtained polarizers. The results are shown in Table 1.
表1の結果から、実施例は比較例に比べ、量産性を有しており、偏光子の有効領域についても優れていることがわかる。また、作製した偏光子原板は、75mm×75mmの面積を有しているため、要求に応じた寸法及び凹凸の方向に対する角度で切り出すことが可能であり、要求に対する対応性を有していることがわかる。 From the results shown in Table 1, it can be seen that the example has higher productivity than the comparative example, and is excellent in the effective region of the polarizer. In addition, since the produced polarizer original plate has an area of 75 mm x 75 mm, it can be cut out at an angle with respect to the dimension and the direction of the unevenness according to the request, and has a response to the request. I understand.
本発明によれば、透光無機材料からなる第1基材の表面全体にわたって所定のゾル液を塗布し、所定の塗膜を形成する工程と、前記第1基材の塗膜に原型を押し当てた状態で加熱保持して前記塗膜を硬化させて、前記塗膜に特定方向の周期的な凹凸形状が付与された表面を形成する工程と、前記塗膜上に、高屈折率透光材料の第1層と低屈折透光材料の第2層からなる1ユニットの複層膜を、多数ユニット積層して多層構造体を形成し、全面が有効領域となる400mm2以上の大面積の偏光子原板を得る工程とを具えることで、基板の表面全体に有効領域を形成でき、従来のフォトニック結晶の製造方法に比べ、要求に応じた寸法や凹凸の方向に対する角度で、所望個数の偏光子を安価に得ることができる偏光子の製造方法を提供することが可能となった。 According to the present invention, a predetermined sol solution is applied over the entire surface of the first base material made of a translucent inorganic material to form a predetermined coating film, and a prototype is pressed onto the coating film of the first base material. Heating and holding in the applied state to cure the coating film, forming a surface with a periodic uneven shape in a specific direction on the coating film, and a high refractive index translucent light on the coating film A multi-layer structure is formed by laminating a multi-layered structure of one unit consisting of a first layer of material and a second layer of low refractive translucent material to form a multi-layered structure, with a large area of 400 mm 2 or more where the entire surface becomes an effective area. The step of obtaining the polarizer original plate enables an effective area to be formed on the entire surface of the substrate, and compared with the conventional photonic crystal manufacturing method, the desired number of pieces can be formed at an angle with respect to the required dimensions and the direction of the irregularities. It is possible to provide a manufacturing method of a polarizer that can obtain a polarizer of a low cost became.
11 第1基材
12 ゾル液
13 原型
14 ゲル層
15 塗膜
16 第1層
17 第2層
18 複層膜
19 多層構造体
20 偏光子原板
21〜25 偏光子
W 凹凸の配設ピッチ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1基材の塗膜に原型を押し当てた状態で加熱保持して前記塗膜を硬化させて、前記塗膜に特定方向に周期的な凹凸形状が付与された表面を形成する工程と、
前記塗膜上に、高屈折率透光材料の第1層と低屈折透光材料の第2層からなる1ユニットの複層膜を、多数ユニット積層して多層構造体を形成し、全面が有効領域となる400m
m2以上の大面積の偏光子原板を得る工程とを具えることを特徴とする偏光子の製造方法。 Applying a predetermined sol solution over the entire surface of the first base material made of a translucent inorganic material, and forming a predetermined coating film;
Heating and holding in a state in which the prototype is pressed against the coating film of the first base material to cure the coating film, and forming a surface with a periodic uneven shape imparted to the coating film in a specific direction; ,
On the coating film, a multi-layered structure is formed by laminating a multi-layer of one unit consisting of a first layer of a high refractive index translucent material and a second layer of a low refractive translucent material to form a multilayer structure. 400m effective area
and a step of obtaining a polarizer original plate having a large area of m 2 or more.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP2014164263A (en) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | Optical element having sub-wavelength structure and method for manufacturing the same |
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- 2007-02-23 JP JP2007043907A patent/JP2008209484A/en not_active Withdrawn
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