JP2017138464A - 光学位相差部材、光学位相差部材を備える複合光学部材、及び光学位相差部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学位相差部材100は、凹凸パターン80を有する透明基体40と、前記凹凸パターン80の凹部70及び凸部60の表面に形成された位相差調整層35と、前記位相差調整層35を被覆する被覆層30と、前記位相差調整層35及び被覆層30が形成された前記凹凸パターン80の前記凸部60間に区画された間隙部90と、前記凹凸パターン80の前記凸部60の頂部60tを連結し且つ前記間隙部90を密閉するように前記凹凸パターン80の上部に設けられた密閉層20とを備え、前記凸部60の屈折率n1、前記位相差調整層35の屈折率n2、前記被覆層30の屈折率n3が、n1<n2<n3を満たす。
【選択図】図1
Description
前記凹凸パターンの凹部及び凸部の表面に形成された位相差調整層と、
前記位相差調整層を被覆する被覆層と、
前記位相差調整層及び前記被覆層が形成された前記凹凸パターンの前記凸部間に区画された間隙部と、
前記凹凸パターンの前記凸部の頂部を連結し且つ前記間隙部を密閉するように前記凹凸パターンの上部に設けられた密閉層とを備え、
前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、n1<n2<n3を満たすことを特徴とする光学位相差部材が提供される。
前記透明基体の前記凹凸パターンが形成された面の反対側の面または前記密閉層に貼り付けられた偏光板とを備えることを特徴とする複合光学部材が提供される。
前記透明基体の前記凹凸パターンが形成された面の反対側の面または前記密閉層に貼り付けられた表示素子とを備えることを特徴とする表示装置が提供される。
前記凹凸パターンの凹部及び凸部の表面を被覆する位相差調整層を形成する工程と、
前記位相差調整層を被覆する被覆層を形成する工程と、
前記位相差調整層及び前記被覆層が形成された前記凹凸パターンの隣接する凸部を連結し且つ前記凸部間に区画された間隙部が密閉されるように前記凹凸パターン上に密閉層を形成する工程とを有し、
前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、n1<n2<n3を満たすことを特徴とする光学位相差部材の製造方法が提供される。
実施形態の光学位相差部材100は、図1(a)に示すように、凹凸パターン80を有する透明基体40と、凹凸パターン80の隣接する凸部60の間に区画された間隙部90と、隣接する凸部60を連結すると共に凸部60及び間隙部90を覆うように凸部60及び間隙部90の上方(凹凸パターンの上方)に設けられた密閉層20を備える。間隙部90は、凹凸パターン80及び密閉層20によって囲まれ、密閉されている。また、透明基体40の凹凸パターン80の凹部及び凸部の表面上に位相差調整層35が形成されており、位相差調整層35は被覆層30に被覆されている。
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、基材42上に形成された凹凸構造層50から構成されている。
位相差調整層35は、凹凸パターン80に沿って透明基体40を被覆している。すなわち、位相差調整層35は凹凸パターン80の凸部60及び凹部70の表面を被覆している。位相差調整層35の厚みTpは、10〜200nmの範囲内であってよい。位相差調整層35の厚みTpは、光学位相差部材100により発生する位相差が所望の値となるように設定する。位相差調整層35の厚みTpが10nm未満又は200nmを超えると、後述する実施例で示すように、光学位相差部材100により発生する位相差を調整する効果が小さくなる。なお、本願において「位相差調整層35の厚みTp」とは、凸部60の頂部における位相差調整層35の基材42の表面に垂直な方向(すなわち、図1(a)のZ方向)の厚さを意味する。凸部60の(特に凸部60の底面からHc/2の高さの位置における)側面に形成される位相差調整層の厚みは、凸部60の形状、成膜方法等に依存するが、0.05Tp〜0.2Tp程度となる。
被覆層30は、凹凸パターン80に沿って位相差調整層35を被覆している。すなわち、被覆層30と凹凸パターン80の凸部60及び凹部70の間に位相差調整層35が挟まれている。被覆層30の厚みは、凸部60及び後述する間隙部90を覆う密閉層20が形成されうる厚みに設定され、この場合、被覆層30は、後述する間隙部90と隣接する凸部60の間に形成できる厚みを有する。被覆層が厚すぎて被覆層30と密閉層20の間に間隙部90が形成されない場合、被覆層30と間隙部90に存在する空気等との間の屈折率差を利用できなくなるため、光学位相差部材100が所望の位相差を生じることが難しくなる。また、被覆層30の厚みTcは10nm以上であってよい。なお、本願において「被覆層30の厚みTc」とは、凸部60の高さをHcとすると、凸部60の底面からHc/2の高さの位置における、位相差調整層35に被覆された凸部60の側面に形成されている被覆層30の厚みを意味する。
間隙部90は、隣接する凸部60の間に区画されている。間隙部90は、被覆層30及び後述する密閉層20に囲まれて密閉されている。間隙部90は空気で満たされていてもよいし、N2、Ar、He等の不活性ガス、他の低屈折率媒体等でみたされていてもよい。また、媒質が存在せず真空であってもよい。間隙部90の高さHaは、凸部60の高さHc以上であることが望ましい。光学位相差部材100において、間隙部90と被覆層30とが周期的に配列していることにより、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が、間隙部90の高さHaが凸部60の高さHcより小さい場合、間隙部90と被覆層30の周期配列構造の高さが小さくなるため、光学位相差基板100により発生する位相差が小さくなる。
密閉層20は、凸部60及び間隙部90の上部にそれらを覆うように形成されている。密閉層20は、被覆層30とともに間隙部90を取り囲んで密閉している。それにより、本実施形態の光学位相差部材100をデバイスに組み込むために粘着剤を用いて他の部材に接合する場合に、隣接する凸部60の間(間隙部90)に粘着剤が入り込むことがない。そのため、光学位相差部材100により生じる位相差が、粘着剤の凸部間への入り込みによって減少することが防止される。それゆえ、実施形態の光学位相差部材100を他の部材と接合して用いる場合でも、光学位相差部材100は所望の位相差を生じることができる。
光学位相差部材を製造するための装置の一例として、ロールプロセス装置200を図2に示す。以下に、ロールプロセス装置200の構造について説明する。
上記のようなロールプロセス装置200を用いて図1(a)に示す光学位相差部材100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3に示すように、主に、凹凸パターンを有する透明基体を用意する工程S1と、凹凸パターンの凹部及び凸部の表面に位相差調整層を形成する工程S2と、位相差調整層を被覆する被覆層を形成する工程S3と、透明基体の凹凸パターン上に密閉層を形成する工程S4と有する。
実施形態の光学位相差部材の製造方法において、以下のようにして凹凸パターンが形成された透明基体を用意する(図3の工程S1)。図2に示したロールプロセス装置200において、フィルム繰り出しロール172に巻き付けられたフィルム状の基材42をフィルム繰り出しロール172の回転により下流側に繰り出す。フィルム状基材42は塗布部140に搬送され、ダイコータ182によりフィルム状基材42上にUV硬化性樹脂50aが所定の厚みで塗布される。
次いで、凹凸パターンが形成された透明基体40を成膜部180へ搬送し、透明基体40の凹凸パターンの凹部及び凸部の表面上に位相差調整層35(図1(a)参照)を形成する(図3の工程S2)。図2に示すロールプロセス装置200において、転写ロール170から剥離した透明基体40を、ガイドロール175を介して直接スパッタリング装置10内へ搬送しているが、透明基体40を転写ロール170から剥離した後ロールに巻き取り、得られたロール状の透明基体40をスパッタリング装置10内へ搬送してもよい。
次いで、位相差調整層35を被覆する被覆層30(図1(a)参照)を形成する(図3の工程S3)。被覆層30の形成は、上記位相差調整層形成工程S2で用いたスパッタリング装置10を用いて、位相差調整層35の形成に引き続いて行うことができる。例えば金属酸化物からなる被覆層30を形成する方法を説明する。位相差調整層形成後、引き続き真空チャンバー11内にAr等の希ガスと酸素ガスを導入しながら、透明基体40をスパッタリングターゲット18に対向する位置に搬送し、DCプラズマや高周波プラズマによってスパッタリングターゲット18の金属原子(及び酸素原子)を叩き出す。透明基体40が真空チャンバー11内で搬送されている間に、位相差調整層35上でスパッタリングターゲット18から叩き出された金属原子と酸素が反応して金属酸化物が堆積される。それにより凹凸パターン80に沿って位相差調整層35を被覆する被覆層30(図1(a)参照)が形成される。
次いで、透明基体40上に密閉層20(図1(a)参照)を形成する(図3の工程S4)。密閉層20の形成は、上記被覆層形成工程S3で用いたスパッタリング装置10を用いて、被覆層30の形成に引き続いて行うことができる。密閉層20を被覆層30と同じ金属酸化物で形成する場合、被覆層30の形成後も継続してターゲット18のスパッタリングを行うことで、透明基体40上にさらに金属酸化物が堆積される。このとき、スパッタされた金属原子のうち、透明基体40の凹凸パターン80の隣接する凸部60(図1(a)参照)の間、特に凸部60の下部(基材42側)側面に到達するものは少なく、金属原子の多くは凸部60の上面60t及び上部側面に付着する。ゆえに、凹部70上や凸部60の下部側面上よりも、凸部60の上部(上面60t及び上部側面上)のほうが金属酸化物の堆積量が多くなる。そのため、スパッタリングを継続することで、隣接する凸部60の間が金属酸化物の堆積物で満たされる前に、隣接する凸部60の上部に堆積した金属酸化物が連結して密閉層となり、隣接する凸部60の間に間隙部90が形成される。この間隙部90は、被覆層30と密閉層20によって密閉されている。特に、各凸部60の頂部(上面)60tが基材42に平行な平面すなわちスパッタリングターゲット18に対して平行な平面である場合(例えば、各凸部60の延在方向と直交する面における断面構造が台形状の場合)、凸部60の上面60tに特に優先的に金属酸化物が堆積されるため、隣接する凸部60の上部に堆積した金属酸化物が連結して密閉層20が形成されるために必要な成膜時間を短縮することができ、且つ材料(ターゲット)の消費を抑制することができる。
−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。
上記光学位相差部材100、100a、100bを用いて形成される複合光学部材について説明する。図4に示すように、複合光学部材300は、上記実施形態の光学位相差部材100と、光学位相差部材100に接合された光学部材320a、320bから構成される。複合光学部材300において、光学部材320aは光学位相差部材100の密閉層20に接合(貼合)され、光学部材320bは透明基体40の凹凸パターンが形成された面の反対側の面に接合されている。なお、本発明に従う複合光学部材は、光学部材320a、320bの両方を備えていなくてもよく、どちらか一方のみを備えていてもよい。例えば、光学位相差部材100に光学部材320aまたは320bとして偏光板を貼り合わせた複合光学部材は、反射防止フィルムとして用いることができる。また、このような反射防止フィルムの光学位相差部材側を有機EL素子、液晶素子等の表示素子に貼り合わせることで、表示素子の配線電極の反射が防止された表示装置(例えば有機ELディスプレイ、液晶ディスプレイ等)を得ることができる。
凹凸パターンの周期が240nm、凸部上面の幅が0nm、隣り合う凸部の底面間の距離が48nm、凸部高さが350nm、凸部の屈折率n1が1.68である透明基体上に、屈折率n2が1.93である材料(中屈折率材料)を0〜290nmの範囲内の成膜厚さで堆積し、さらに、屈折率n3が2.37である材料(高屈折率材料)を600nmの成膜厚さで堆積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計算した。なお、ここで「成膜厚さ」とは、凸部の頂部(上面)に形成された膜の、透明基体表面(凹凸パターン面)に垂直な方向における厚さを意味する。この「成膜厚さ」は、透明基体表面において形成された膜の透明基体表面に垂直な方向における厚さの最大値となる。また、「成膜厚さ」は、平坦な基板上に各材料を同じ条件で堆積した場合に形成される膜の厚さともほぼ等しい。光学位相差部材は、中屈折率材料からなり凹凸パターンを被覆する位相差調整層、高屈折率材料からなり位相差調整層を被覆する被覆層、及び高屈折率材料からなり隣接する凸部の上面(頂部)を連結する密閉層を有していた。
実施例1と同様の凹凸パターンを有し凸部の屈折率n1が1.68である透明基体上に、中屈折率材料として屈折率n2が1.5〜2.3の範囲内である材料を50nmの膜厚さで堆積し、さらに、実施例1と同様の高屈折率材料を実施例1と同様の成膜厚さで堆積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計算した。光学位相差部材は、中屈折率材料からなり凹凸パターンを被覆する位相差調整層、高屈折率材料からなり位相差調整層を被覆する被覆層、及び高屈折率材料からなり隣接する凸部の上面(頂部)を連結する密閉層を有していた。なお、本実施例において、凸部の屈折率n1と高屈折率材料の屈折率n3の相乗平均naveは1.99であった。
凸部の屈折率n1を1.52とした以外は実施例2と同様にして、位相差調整層による位相差の変化量を求めた。なお、本実施例において、凸部の屈折率n1と高屈折率材料の屈折率n3の相乗平均naveは1.90であった。
高屈折率材料の屈折率n3を2.47とした以外は実施例2と同様にして、位相差調整層による位相差の変化量を求めた。なお、本実施例において、凸部の屈折率n1と高屈折率材料の屈折率n3の相乗平均naveは2.04であった。
高屈折率材料の屈折率n3を2.47とした以外は実施例3と同様にして、位相差調整層による位相差の変化量を求めた。なお、本実施例において、凸部の屈折率n1と高屈折率材料の屈折率n3の相乗平均naveは1.93であった。
実施例1と同様の構造の透明基体上に、中屈折率層を堆積せずに、実施例1と同様の高屈折率材料を100〜1000nmの範囲内の成膜厚さで堆積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計算した。高屈折率材料の成膜厚さが600nm未満では、凹凸パターンを被覆する被覆層は形成されたものの、隣接する凸部の上面(頂部)を連結する密閉層が形成されなかった。一方、高屈折率材料の成膜厚さが600nm以上で密閉層が形成された。
42 基材、 50 凹凸構造層、 60 凸部、 70 凹部
90 間隙部、100 光学位相差部材、120 搬送系、140 塗布部
160 転写部、170 転写ロール、180 成膜部
200 ロールプロセス装置、320 光学部材、340 粘着剤
300 複合光学部材
Claims (14)
- 凹凸パターンを有する透明基体と、
前記凹凸パターンの凹部及び凸部の表面に形成された位相差調整層と、
前記位相差調整層を被覆する被覆層と、
前記位相差調整層及び前記被覆層が形成された前記凹凸パターンの前記凸部間に区画された間隙部と、
前記凹凸パターンの前記凸部の頂部を連結し且つ前記間隙部を密閉するように前記凹凸パターンの上部に設けられた密閉層とを備え、
前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、n1<n2<n3を満たすことを特徴とする光学位相差部材。 - 前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、0.8√(n1・n3)≦n2≦1.05√(n1・n3)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光学位相差部材。
- 前記位相差調整層の厚みが10〜200nmの範囲内である請求項1または2に記載の光学位相差部材。
- 前記凹凸パターンの前記凸部の断面が略台形状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 前記間隙部が、前記凹凸パターンの前記凸部の高さ以上の高さを有する請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 前記位相差調整層が、ZnO、BaO、MgO、TiO2、もしくはNb2O5、またはこれらの混合物から構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 前記被覆層及び前記密閉層が、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属硫化物、金属酸窒化物または金属ハロゲン化物から構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 前記凹凸パターンを構成する材料が光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 前記凹凸パターンを構成する材料がゾルゲル材料であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 前記間隙部に空気が存在することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の光学位相差部材と、
前記透明基体の前記凹凸パターンが形成された面の反対側の面または前記密閉層に貼り付けられた偏光板とを備えることを特徴とする複合光学部材。 - 請求項11に記載の複合光学部材と、
前記透明基体の前記凹凸パターンが形成された面の反対側の面または前記密閉層に貼り付けられた表示素子とを備えることを特徴とする表示装置。 - 凹凸パターンを有する透明基体を用意する工程と、
前記凹凸パターンの凹部及び凸部の表面を被覆する位相差調整層を形成する工程と、
前記位相差調整層を被覆する被覆層を形成する工程と、
前記位相差調整層及び前記被覆層が形成された前記凹凸パターンの隣接する凸部を連結し且つ前記凸部間に区画された間隙部が密閉されるように前記凹凸パターン上に密閉層を形成する工程とを有し、
前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、n1<n2<n3を満たすことを特徴とする光学位相差部材の製造方法。 - 前記位相差調整層形成工程、前記被覆層形成工程及び前記密閉層形成工程において、スパッタ、CVD又は蒸着により前記位相差調整層、前記被覆層及び前記密閉層を形成することを特徴とする請求項13に記載の光学位相差部材の製造方法。
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