JP2020144291A - Phase difference element and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液晶ディスプレイ等に使用される構造性の2軸位相差素子とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a structural biaxial retardation element used in a liquid crystal display or the like and a method for manufacturing the same.
近年、液晶表示装置は、薄型・軽量、低消費電力化が可能という特長があり、電卓や電子辞書、テレビ、デジタルカメラのディスプレイ、カーナビゲーションシステムのモニタ、携帯電話やコンピュータのモニタ、プロジェクタの表示素子など、様々な電子機器のディスプレイとして用いられている。 In recent years, liquid crystal display devices have the features of being thin, lightweight, and capable of reducing power consumption, such as calculators, electronic dictionaries, televisions, digital camera displays, car navigation system monitors, mobile phone and computer monitors, and projector displays. It is used as a display for various electronic devices such as elements.
ここで液晶ディスプレイは、液晶層の動作モードの違いによりいくつかの種類に分類することができる。例えば、TN液晶、VA液晶、IPS液晶、OCB液晶などが知られている。これらの液晶ディスプレイのうち、何れの動作モードのものが用いられるかは、電子機器の使用環境や必要とする性能に応じて選択される。 Here, the liquid crystal display can be classified into several types according to the difference in the operation mode of the liquid crystal layer. For example, TN liquid crystal, VA liquid crystal, IPS liquid crystal, OCB liquid crystal and the like are known. Which of these liquid crystal displays is used in an operation mode is selected according to the usage environment of the electronic device and the required performance.
これらの液晶ディスプレイはクロスニコルに配置した一対の偏光版の間に液晶を配置し透明電極に印加する電界で液晶の配向を制御する。液晶が位相差に影響を与えない方向に並んだ場合、光をシャットしディスプレイは黒表示となる。また、液晶が位相差を与える方向に並んだ場合、光を透過しディスプレイは白表示になる。しかし、実際の系では黒表示のときでも液晶材料の屈折率の異方性の影響で、実際は光の位相が影響を受けて漏れ光が生じる。特に偏光版の吸収軸から45°の方位で視野角を傾けていくと位相の変化が大きくなり、黒表示を維持できなくなる。 In these liquid crystal displays, the liquid crystal is arranged between a pair of polarizing plates arranged on the cross Nicol, and the orientation of the liquid crystal is controlled by the electric field applied to the transparent electrode. When the liquid crystals are lined up in a direction that does not affect the phase difference, the light is shut off and the display becomes black. Further, when the liquid crystals are arranged in a direction that gives a phase difference, light is transmitted and the display becomes white. However, in an actual system, even when the display is black, the phase of light is actually affected by the anisotropy of the refractive index of the liquid crystal material, and leakage light occurs. In particular, if the viewing angle is tilted at an orientation of 45 ° from the absorption axis of the polarizing plate, the phase change becomes large and the black display cannot be maintained.
このような液晶の複屈折の影響により生じた位相差を補正して改善するために複屈折性を有する位相差素子を用いて、液晶層を斜めに通過する光の位相差を補償することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。これによって広い視野角範囲でディスプレイの黒表示を保つことができる。 In order to correct and improve the phase difference caused by the influence of the birefringence of the liquid crystal, it is possible to compensate for the phase difference of light passing diagonally through the liquid crystal layer by using a phase difference element having birefringence. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1). This makes it possible to keep the display black over a wide viewing angle range.
位相差素子としては延伸した樹脂が広く用いられているが高密度の光が集中するプロジェクタや高温や低温の過酷な環境で使用する車載のヘッドマウントディスプレイなどでは無機材料を用いた位相差素子が望ましい。 Stretched resin is widely used as a retardation element, but a retardation element using an inorganic material is used in projectors where high-density light is concentrated and in-vehicle head-mounted displays used in harsh environments of high and low temperatures. desirable.
無機の位相差素子としては複屈折性をもった結晶を用いた位相差素子、Ta2O5の斜め蒸着で形成した配向した多結晶膜を用いた位相差素子、さらに波長よりも短い周期で加工した構造性の位相差素子がある。 As the inorganic retardation element, a retardation element using a crystal having birefringence, a retardation element using an oriented polycrystalline film formed by oblique vapor deposition of Ta 2 O 5 , and a period shorter than the wavelength. There is a processed structural phase difference element.
このなかでも構造性の位相差素子は、加工パターンのサイズによって光学特性が決定され、位相差補償に要求される所望の光学特性を容易にシミュレーションによって設計できることから、複数のディスプレイの機種に対して柔軟に対応できるというメリットがある。 Among these, the structural phase difference element has optical characteristics determined by the size of the processing pattern, and the desired optical characteristics required for phase difference compensation can be easily designed by simulation. Therefore, it is suitable for a plurality of display models. It has the advantage of being able to respond flexibly.
構造性の位相差素子としては、互いに垂直なX、Y、Z方向の屈折率をそれぞれnx、ny、nzとすると、負のCプレート(nz<nx=ny)として、屈折率の異なる膜を積層する技術が報告されている(例えば、特許文献2参照)
また、Aプレート(nx>ny)としては、誘電体に一次元の格子構造を取った位相差素子が報告されている(例えば、特許文献3、特許文献4参照)。
As a structural retardation element, if the refractive indexes in the X, Y, and Z directions perpendicular to each other are nx, ny, and nz, respectively, a negative C plate (nz <nx = ny) is used, and films having different refractive indexes are formed. A technique for laminating has been reported (see, for example, Patent Document 2).
Further, as the A plate (nx> ny), a retardation element having a one-dimensional lattice structure on a dielectric has been reported (see, for example,
これらは、誘電体基板上に波長より小さい凹凸のラインアンドスペースを形成し面内の屈折率を変化させ位相差素子を形成したものである。 In these, a retardation element is formed by forming uneven lines and spaces smaller than the wavelength on the dielectric substrate and changing the in-plane refractive index.
ここで、TN液晶の場合、暗時には液晶の中央部では分子は垂直で屈折率はZ方向のnzが面方向の屈折率nx、nyより大きく正のCプレート(nz>nx=ny)となっているため、これを補正するには負のCプレート(nz<nx=ny)が必要となる。また、電極付近の液晶分子は寝ており面内でx方向とy方向で複屈折を示すため、これを補正するにはこれと補完的なAプレートが必要となる。 Here, in the case of a TN liquid crystal, in the dark, the molecules are vertical at the center of the liquid crystal, and the refractive index is a positive C plate (nz> nx = ny) in which nz in the Z direction is larger than the refractive index nx in the plane direction and ny. Therefore, a negative C plate (nz <nx = ny) is required to correct this. Further, since the liquid crystal molecules near the electrodes are sleeping and exhibit birefringence in the x-direction and the y-direction in the plane, an A plate complementary to this is required to correct this.
また、VA液晶の場合、暗時には液晶の分子は垂直に配置しZ方向の屈折率が大きい正のCプレート(nz>nx=ny)であるため、これを補正するためには縦方向の屈折率が低い負のCプレート(nz<nx=ny)が必要となる。また、場合によっては偏光板の入射角による偏光軸のずれを補償するAプレートも必要となる。 Further, in the case of VA liquid crystal, the molecules of the liquid crystal are arranged vertically in the dark and are a positive C plate (nz> nx = ny) having a large refractive index in the Z direction. Therefore, in order to correct this, refraction in the vertical direction is required. A negative C plate with a low rate (nz <nx = ny) is required. Further, in some cases, an A plate that compensates for the deviation of the polarization axis due to the incident angle of the polarizing plate is also required.
したがって、CプレートとAプレートの二つのプレートを独立に設計できれば、多くの液晶ディスプレイに対応できる高い自由度を有し、位相差を最適に補正可能な位相差素子を実現できる。 Therefore, if the two plates, the C plate and the A plate, can be designed independently, it is possible to realize a phase difference element having a high degree of freedom corresponding to many liquid crystal displays and capable of optimally correcting the phase difference.
そこで、本発明では、二つのプレートを独立に設計可能な構造性の2軸位相差素子およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a biaxial retardation element having a structure capable of independently designing two plates and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するために、本発明の位相差素子は、対象の影響により生じた位相差が小さくなるように補正するためのものであって、第1層と、前記第1層より屈折率が低い第2層とを使用帯域の光の波長より短い周期で積層したCプレート部と、一方向に延在する凸部を使用帯域の光の波長より短い周期で形成された凹凸構造からなるAプレート部と、を具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the phase difference element of the present invention is for correcting the phase difference caused by the influence of the object so as to be small, and has a refractive index higher than that of the first layer and the first layer. It consists of a C-plate portion in which a second layer having a low frequency is laminated at a period shorter than the wavelength of light in the used band, and an uneven structure in which a convex portion extending in one direction is formed at a period shorter than the wavelength of light in the used band. It is characterized by including an A plate portion.
ここで、前記凸部は、第3層と、前記第3層より屈折率が低い第4層とを使用帯域の光の波長より短い周期で積層したものであってもよい。 Here, the convex portion may be formed by laminating a third layer and a fourth layer having a refractive index lower than that of the third layer at a period shorter than the wavelength of light in the use band.
また、前記第1層のうちの最表面側の層の厚さは、その他の層の厚さの0.4倍以上0.7倍以下である方が好ましい。 Further, the thickness of the outermost surface side of the first layer is preferably 0.4 times or more and 0.7 times or less the thickness of the other layers.
また、前記凸部のピッチPに対する幅Dは0.3倍以上0.7倍以下である方が好ましい。 Further, the width D of the convex portion with respect to the pitch P is preferably 0.3 times or more and 0.7 times or less.
また、前記Aプレート部と前記Cプレート部の間に、一部が前記凹凸構造の凹部に露出するストップ層が形成されていてもよい。 Further, a stop layer may be formed between the A plate portion and the C plate portion so that a part of the stop layer is exposed in the concave portion of the uneven structure.
また、前記第1層と前記第3層は同一の材料からなり、前記第2層と前記第4層は同一の材料からなってもよい。 Further, the first layer and the third layer may be made of the same material, and the second layer and the fourth layer may be made of the same material.
また、前記Aプレート部の凹凸構造の凹部は、凸部とは異なる屈折率の材料が充填されていてもよい。 Further, the concave portion of the concave-convex structure of the A plate portion may be filled with a material having a refractive index different from that of the convex portion.
また、本発明の位相差素子製造方法は、対象の影響により生じた位相差が小さくなるように補正するための位相差素子の製造方法であって、Cプレート部として、第1層と、前記第1層より屈折率が低い第2層とを使用帯域の光の波長より短い周期で積層し、更に当該Cプレート部上にAプレート層を形成する成膜工程と、一方向に延在する凸部を使用帯域の光の波長より短い周期で配列した凹凸構造のレジストパターンを前記Aプレート層上に形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンを用いて前記Aプレート層をエッチングし、一方向に延在する凸部を使用帯域の光の波長より短い周期で配列した凹凸構造からなるAプレート部を形成するエッチング工程と、を有することを特徴とする。 Further, the method for manufacturing a phase difference element of the present invention is a method for manufacturing a phase difference element for correcting the phase difference caused by the influence of a target so that the phase difference is reduced, and the C plate portion includes a first layer and the above. A film forming step of laminating a second layer having a refractive index lower than that of the first layer at a period shorter than the wavelength of light in the used band and further forming an A plate layer on the C plate portion extends in one direction. A resist pattern forming step of forming a resist pattern having a concavo-convex structure in which convex portions are arranged in a period shorter than the wavelength of light in the use band on the A plate layer, and the A plate layer being etched using the resist pattern, one It is characterized by having an etching step of forming an A plate portion having a concavo-convex structure in which convex portions extending in a direction are arranged at a period shorter than the wavelength of light in the working band.
この場合、前記成膜工程は、前記Aプレート層として、第3層と、前記第3層より屈折率が低い第4層とを使用帯域の光の波長より短い周期で積層するものであっても良い。 In this case, in the film forming step, the third layer and the fourth layer having a refractive index lower than that of the third layer are laminated as the A plate layer at a period shorter than the wavelength of light in the working band. Is also good.
また、前記成膜工程は、前記Aプレート層と前記Cプレート部の間に前記Aプレート層よりエッチングレートの低いストップ層を形成するものであっても良い。 Further, in the film forming step, a stop layer having an etching rate lower than that of the A plate layer may be formed between the A plate layer and the C plate portion.
また、前記成膜工程は、前記第1層のうちの最表面側の層の厚さを、その他の層の厚さの0.4倍以上0.7倍以下に形成するものである方が好ましい。 Further, in the film forming step, it is preferable that the thickness of the outermost surface side of the first layer is formed to be 0.4 times or more and 0.7 times or less the thickness of the other layers. preferable.
また、前記レジストパターン形成工程は、前記レジストパターンの前記凸部のピッチPに対する幅Dが0.3倍以上0.7倍以下となるように形成する方が好ましい。 Further, in the resist pattern forming step, it is preferable to form the resist pattern so that the width D of the convex portion with respect to the pitch P is 0.3 times or more and 0.7 times or less.
また、前記成膜工程は、前記第1層と前記第3層を同一の材料とし、前記第2層と前記第4層を同一の材料とするものであっても良い。 Further, in the film forming step, the first layer and the third layer may be made of the same material, and the second layer and the fourth layer may be made of the same material.
また、前記Aプレート部の凹凸構造の凹部に、前記凸部とは異なる屈折率の材料を充填する充填工程を有していてもよい。 Further, the concave portion of the concave-convex structure of the A plate portion may have a filling step of filling a material having a refractive index different from that of the convex portion.
本発明の2軸位相差素子は、2軸の位相差素子を同一表面に形成することでさまざまな液晶ディスプレイの位相補償を高精度に実現し、さらに部品点数を減らし、装置の小型化、低コスト化を実現できる。 The two-axis phase difference element of the present invention realizes phase compensation of various liquid crystal displays with high accuracy by forming the two-axis phase difference elements on the same surface, further reduces the number of parts, miniaturizes the device, and reduces the cost. Cost reduction can be realized.
本発明の位相差素子について、図1を用いて説明する。本発明の位相差素子は、対象の影響により生じた位相差が小さくなるように補正するためのもので、Cプレート部1と当該Cプレート部1上に形成されたAプレート部2で主に構成される。なお、本明細書中で、Cプレート部1とAプレート部2の境界面に対して平行で互いに垂直な方向をX方向およびY方向とし、境界面に垂直な方向をZ方向とする。また、本発明の位相差素子のCプレート部1のX、Y、Z方向の屈折率をそれぞれnxC、nyC、nzC、Aプレート部2のX、Y、Z方向の屈折率をそれぞれnxA、nyA、nzAとする。また、本発明の位相差素子が位相差を補正する対象のX、Y、Z方向の屈折率をそれぞれnxO、nyO、nzOとする。
The retardation element of the present invention will be described with reference to FIG. The phase difference element of the present invention is for correcting so that the phase difference caused by the influence of the object becomes small, and is mainly composed of the
ここで、対象とは例えば液晶のような光学素子であって、複屈折の影響により位相差が生じるものを指す。 Here, the target refers to an optical element such as a liquid crystal, in which a phase difference occurs due to the influence of birefringence.
Cプレート部1は、対象の影響により生じたX方向(又はY方向)に対するZ方向の位相差が小さくなるように補正するためのものである。例えば、当該対象が正のCプレート(nzO>nxO=nyO)である場合には、Cプレート部1を、そのX方向およびY方向に対するZ方向の位相差が小さくなるように補正できる負のCプレート(nzC<nxC=nyC)とすれば良い。
The
Cプレート部1を負のCプレートとするためには、第1層11と、第1層11より屈折率が低い第2層12とを使用帯域の光の波長より短い周期で積層すれば良い。
In order to make the C plate portion 1 a negative C plate, the
第1層11は、第2層12と交互に積層される層であり、第2層12より屈折率が高ければどのような材料を用いてもよいが、例えば、酸化チタン(TiO2)、五酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ハフニウム(HfO2)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、窒化ケイ素(SiN)などが挙げられる。
The
第2層12は、第1層11と交互に積層される層であり、第1層11より屈折率が低ければどのような材料を用いてもよいが、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)やフッ化マグネシウム(MgF2)などが挙げられる。
The
もちろん、第1層11と第2層12の材料の組み合わせはどのようなものでもよく、所望の位相差素子の性能に合わせて決定すればよい。
Of course, any combination of materials for the
また、図2に示すように、第1層11と第2層12は、その周期(第1層11の膜厚d1と第2層12の膜厚d2の合計)をPCd、入射光の波長をλ、Cプレート部1の平均屈折率をnCとすると、PCd<λ/nC、好ましくはPCd<λ/2nC、更に好ましくはPCd<λ/2.8nCを満たすように積層すればよい。例えば、第1層11と第2層12の組み合わせがTiO2とSiO2であり、入射光が可視光の場合、PCdは100nm以下が好ましい。
Further, as shown in FIG. 2, the
Aプレート部2は、対象の影響により生じたZ方向に対するX方向(又はY方向)の位相差が小さくなるように補正するためのものである。例えば、当該対象が正のAプレート(nxO>nyO=nzO)である場合には、Aプレート部2を、そのZ方向に対するX方向(又はY方向)の位相差が小さくなるように補正できる負のAプレート(nxA<nyA=nzA)とすれば良い。また、位相差を補正する対象が負のAプレート(nyO<nxO=nzO)である場合には、Aプレート部2を、そのZ方向に対するX方向(又はY方向)の位相差が小さくなるように補正できる正のAプレート(nxA>nyA=nzA)とすれば良い。なお、位相差は2nπ(nは整数)で0になるため、Aプレート部2は、対象のZ方向に対するX方向(又はY方向)の位相差が2nπに近づくように補正するものであっても良い。したがって、Aプレート部2は、位相差を補正する対象が正のAプレートである場合にそのZ方向に対するX方向(又はY方向)の位相差が2nπに近づくように補正する正のAプレートであっても良いし、逆に、当該対象が負のAプレートである場合にそのZ方向に対するX方向(又はY方向)の位相差が2nπに近づくように補正する負のAプレートであっても良い。
The
Aプレート部2を負のAプレートとするためには、図1に示すように、一方向に延在する凸部21を使用帯域の光の波長より短い周期で形成された凹凸構造とすれば良い。
In order to make the A plate portion 2 a negative A plate, as shown in FIG. 1, if the
Aプレート部2の凸部21は凹部22と異なる屈折率の材料であればどのような材料を用いてもよく、例えばSiO2やMgF2、TiO2,Ta2O5などが挙げられる。
Any material may be used for the
また、Aプレート部2の凹凸構造は、図2に示すように、その周期(凸部21の幅w1と凹部22の幅w2の合計)をPAw、入射光の光をλ、凹凸構造の平均屈折率をnAwとすると、PAw<λ/nAw、好ましくは、PAw<λ/2nAw、更に好ましくはPAw<λ/2.8nAwを満たすように形成すれば良い。例えば、凸部21がSiO2、凹部22が空気であり、入射光が可視光の場合、PAwは200nm以下が好ましい。
Further, as shown in FIG. 2, the uneven structure of the
また、リタデーションを大きくするためには、ピッチPAwに対する幅w1の比であるフィルファクターFAdは0.3以上0.7以下が良く、好ましくは0.4以上0.6以下が良い。 Further, in order to increase the retardation, the fill factor F Ad, which is the ratio of the width w 1 to the pitch PA w, is preferably 0.3 or more and 0.7 or less, preferably 0.4 or more and 0.6 or less.
また、Aプレート部2を正のAプレートとするためには、上述した負のAプレートと同一の条件の他に、図3に示すように、凸部21を、第3層23と、当該第3層23より屈折率が低い第4層24とを使用帯域の光の波長より短い周期で積層する必要がある。
Further, in order to make the A plate portion 2 a positive A plate, in addition to the same conditions as the negative A plate described above, as shown in FIG. 3, the
第3層23は、第4層24と交互に積層される層であり、第4層24より屈折率が高ければどのような材料を用いてもよいが、例えば、TiO2、Ta2O5、HfO2、ZrO2、SiNなどが挙げられる。
The
第4層24は、第3層23と交互に積層される層であり、第3層23より屈折率が低ければどのような材料を用いてもよいが、例えば、SiO2やMgF2などが挙げられる。
The
もちろん、第3層23と第4層24の材料の組み合わせはどのようなものでもよく、所望の位相差素子の性能に合わせて決定すればよい。
Of course, any combination of materials for the
また、図3に示すように、第3層23と第4層24は、その周期(第3層23の膜厚d3と第4層24の膜厚d4の合計)をPAd、入射光の波長をλ、第3層23と第4層24の平均屈折率をnAdとすると、PAd<λ/nAd、好ましくはPAd<λ/2nAd、更に好ましくはPAd<λ/2.8nAdを満たすように積層すればよい。例えば、第3層23と第4層24の組み合わせがTiO2とSiO2であり、入射光が可視光の場合、PAdは100nm以下が好ましい。
Further, as shown in FIG. 3, the
また、凸部21の第3層23と第4層24は、その周期(第1層11の膜厚d1と第2層12の膜厚d2の合計)をPCd、入射光の波長をλ、Cプレート部1の平均屈折率をnCとすると、PCd<λ/nC、好ましくはPCd<λ/2nC、更に好ましくはPCd<λ/2.8nCを満たすように積層すればよい。例えば、第1層11と第2層12の組み合わせがTiO2とSiO2であり、入射光が可視光の場合、PCは100nm以下が好ましい。
Further, the
また、Cプレートにおける反射を抑えるためには、図4に示すように、第1層11のうちのCプレート部1の最表面側の層111(最上層および最下層の2層)の厚さxは、第1層11の他の層の厚さyの0.4倍以上0.7倍以下とするのが好ましい。
Further, in order to suppress reflection in the C plate, as shown in FIG. 4, the thickness of the outermost surface side layer 111 (two layers of the uppermost layer and the lowermost layer) of the
また、図4に示すように、Aプレート部2とCプレート部1の間には、一部が凹凸構造の凹部22に露出するストップ層3が形成されていてもよい。これはAプレートを加工する際に、高さを均一にするために、ドライエッチングのストッパーとして、凹凸構造の形状が均一なAプレート部2を形成するためである。ストップ層3の材料としては、Aプレート部2よりエッチングレートが低ければどんなものでも良いが、例えば、Aプレート部2の材料がSiO2である場合はAl2O3等を用いればよい。
Further, as shown in FIG. 4, a
また、第1層11と第3層23は同一の材料であってもよく、第2層12と第4層24は同一の材料であってもよい。
Further, the
また、上記説明では、Aプレート部2の凹凸構造の凹部22は空隙となっており当該空隙には空気が充満していることを想定しているが、当該凹部22は、図5(d)に示すように、凸部21とは屈折率の異なる別の材料29が充填されているものであっても良い。これにより、Aプレート部の凹凸構造を補強できる点でメリットがある。また、図5(d)のように、当該材料29で凸部21の上部側を覆う保護膜とすることも可能である。更に、図6に示すように、当該材料29として光学接着剤を用い、本発明の位相差素子をガラス基板9等に接着することも可能である。この場合、凸部21と材料29の屈折率に差をつける必要がある。光学接着剤の屈折率は約1.5であるため、当該屈折率と差をつけるには、凸部21に屈折率が2以上の光屈折率材料を用いることが好ましい。
Further, in the above description, it is assumed that the
次に、本発明の位相差素子製造方法を、図5を用いて説明する。本発明の位相差素子製造方法は、成膜工程と、レジストパターン形成工程と、エッチング工程と、を有する Next, the method for manufacturing a retardation element of the present invention will be described with reference to FIG. The retardation element manufacturing method of the present invention includes a film forming step, a resist pattern forming step, and an etching step.
成膜工程とは、図5(a)に示すように、Cプレート部1として、第1層11と、第1層11より屈折率が低い第2層12とを使用帯域の光の波長より短い周期で積層し、更に当該Cプレート部1上にAプレート層4を形成するものである。
In the film forming step, as shown in FIG. 5A, the
ここで、位相差素子のAプレート部2を負のAプレートとする場合には、成膜工程で、Aプレート層4として、単一の材料を成膜すればよい。また、位相差素子のAプレート部2を正のAプレートとする場合には、成膜工程で、Aプレート層4として、第3層23と、第3層23より屈折率が低い第4層24とを使用帯域の光の波長より短い周期で積層すればよい。
Here, when the
また、成膜工程は、Aプレート部2を加工する際に、高さを均一にするために、Aプレート層4とCプレート部1の間にAプレート層4よりエッチングレートの低いストップ層3を形成してもよい。
Further, in the film forming step, in order to make the height uniform when processing the
また、位相差素子の反射率を小さくするために、成膜工程は、第1層11のうちの最表面側の層111(最上層および最下層の2層)の厚さを、その他の層の厚さの0.4倍以上0.7倍以下に形成する方が好ましい。
Further, in order to reduce the reflectance of the retardation element, in the film forming process, the thickness of the outermost surface side layer 111 (two layers of the uppermost layer and the lowermost layer) of the
また、成膜工程では、前記第1層11と前記第3層23を同一の材料とし、前記第2層12と前記第4層24を同一の材料としてもよい。
Further, in the film forming step, the
成膜工程において、Cプレート部1の第1層11と第2層12およびAプレート層4の形成はどのような方法で行ってもよく、例えば、公知の成膜技術を用いればよい。
In the film forming step, the
レジストパターン形成工程とは、図5(b)に示すように、一方向に延在する凸51部を使用帯域の光の波長より短い周期で配列した凹凸構造のレジストパターン5をAプレート層4上に形成するものである。レジストパターン5の形成はどのような方法で行っても良いが、例えば、Aプレート層4上にレジスト膜を形成し、当該レジスト膜にインプリント法やフォトリソグラフィーを用いてレジストパターン5を形成すればよい。
In the resist pattern forming step, as shown in FIG. 5B, a resist pattern 5 having a concavo-convex structure in which convex 51 portions extending in one direction are arranged in a period shorter than the wavelength of light in the used band is formed in the
また、レジストパターン形成工程は、レジストパターン5の凸部51のピッチに対する幅(Fill Factor)は0.3倍以上0.7倍以下となるように形成する方が好ましい。 Further, in the resist pattern forming step, it is preferable to form the resist pattern 5 so that the width (Fill Factor) of the convex portion 51 with respect to the pitch is 0.3 times or more and 0.7 times or less.
また、エッチング工程とは、図5(c)に示すように、レジストパターン5を用いてAプレート層4をエッチングし、一方向に延在する凸部21を使用帯域の光の波長より短い周期で配列した凹凸構造からなるAプレート部2を形成するための工程である。エッチングは所望の形状にエッチングできればどのような方法でもよいが、例えば反応性イオンエッチング(RIE)で行えばよい。
Further, in the etching step, as shown in FIG. 5C, the
また、本発明の位相差素子製造方法は、Aプレート部2の凹凸構造の凹部22に、凸部21とは異なる屈折率の材料29を充填する充填工程を有していてもよい。当該充填はどのよう方法でもよく、例えばCVD等の公知の技術を用いればよい。
Further, the phase difference element manufacturing method of the present invention may include a filling step of filling the
◎シミュレーション
次に、シミュレーションを用いて、本発明の位相差素子の光学特性を計算した。シミュレーションには、シノプシス社(synopsys, Inc)製のソフトDiffractMODを用いた。
⊚ Simulation Next, the optical characteristics of the retardation element of the present invention were calculated using simulation. The software Diffract MOD manufactured by Synopsys, Inc. was used for the simulation.
[シミュレーション1]
位相差素子のAプレート部2における凹凸構造のフィルファクターFAd(ピッチPAwと、凸部21の幅w1の比)のリタデーションへの影響についてシミュレーションした。位相差素子のAプレート部2としては、図7に示すように、凸部21をSiO2(屈折率:1.45)、凹部22を空気(屈折率:1.0)とするラインアンドスペース状の凹凸構造(モデル1)を想定した。
[Simulation 1]
The influence of the fill factor F Ad (ratio of the pitch PAw and the width w1 of the convex portion 21) of the uneven structure in the
フィルファクターFAdに対する入射光の波長とリタデーションの関係を図8に示す。図8に示すように、フィルファクターFAdが0.3以上0.7以下、特に0.4以上0.6以下のときにリタデーションが大きいことがわかった。また、フィルファクターFAdが0.4以上0.6以下の間であれば、フィルファクターFAdに誤差が生じても、リタデーションの変動が小さいことがわかった。 The relationship between the wavelength and the retardation of light incident on the fill factor F Ad shown in Fig. As shown in FIG. 8, it was found that the retardation was large when the fill factor FAd was 0.3 or more and 0.7 or less, particularly 0.4 or more and 0.6 or less. Further, it was found that when the fill factor F Ad was between 0.4 and more and 0.6 or less, the fluctuation of retardation was small even if an error occurred in the fill factor F Ad .
[シミュレーション2]
Cプレート部1の第1層11と第2層12のピッチPCdの回折への影響についてシミュレーションした。Cプレート部1としては、図9に示すように、第1層11をTiO2(屈折率:2.3)、第2層12をSiO2(屈折率:1.45)とした。また、第1層11と第2層12の膜厚の比は1:1とし、ピッチPCdを(a)60nm、(b)80nm、(c)100nmとした。また、第1層11の最表面側の層の厚さは、どちらも13nmとした。Aプレート部2としては、凸部21の幅を56nm、高さを60nm、ピッチを140nmとした。
[Simulation 2]
The influence of the pitch PCd of the
ピッチPCdに対する入射光の波長と回折効率の関係を図10に示す。図10(a)に示すようにピッチPCdが小さいと回折の影響は小さいが、図10(b)、(c)に示すように、ピッチPCdが大きくなると短波長側で回折の影響が大きくなり、入射光の透過が阻害されることが分かる。 The relationship between the wavelength of the incident light and the diffraction efficiency with respect to the pitch CCD is shown in FIG. As shown in FIG. 10A, the effect of diffraction is small when the pitch PCd is small, but as shown in FIGS. 10B and 10C, the effect of diffraction is large on the short wavelength side as the pitch PCd is large. It can be seen that the size increases and the transmission of incident light is hindered.
[シミュレーション3]
Cプレート部1の第1層11のうち最表面側の層111の厚さの透過率への影響についてシミュレーションした。Cプレート部1は、図11に示すように、第1層11をTiO2(屈折率:2.3)、第2層12をSiO2(屈折率:1.45)とした。また、最表面側を除く第1層11の膜厚を27nm、第2層12の膜厚を27nmとした。
[Simulation 3]
The effect of the thickness of the
第1層11の最表面側の層111の厚さxを変えた時の入射光の波長と透過率の関係を図12に示す。第1層の最表面側以外の層と最表面側の層の厚さの比をTRAとすると、図12に示すように、TRA(=x/27)が0.40以上0.74以下のときに透過率が高く、反射率が低いことがわかる。
FIG. 12 shows the relationship between the wavelength of the incident light and the transmittance when the thickness x of the
[実施例1]
次に、本発明の位相差素子の実施例を図13に示す。当該位相差素子は、Cプレート部1の第1層11としてTiO2を、第2層12としてSiO2を用いている。第1層11と第2層12の周期は54nmであり、第1層11と第2層12の膜厚は同じ27nmとした。ただし、最表面側の層は、第1層11を13nm、第2層を41nmとした。また、Aプレート部2はSiO2を用い、凸部21の高さを140nm、幅を120nm、凹凸構造のピッチを200nmとした。また、ストップ層3としてはAl2O3を用い、当該膜厚は10nmとした。このように構成された位相差素子は、Z方向のリタデーション(Rth)が50nm、x方向のリタデーション(Re)が10nmであった。
[Example 1]
Next, an embodiment of the retardation element of the present invention is shown in FIG. The retardation element uses TiO 2 as the
[実施例2]
また、本発明の別の位相差素子の実施例を図14に示す。本発明の位相差素子を図6に示すように光学接着剤でガラスに接着した場合の構造である。当該位相差素子は、Cプレート部1の第1層11としてTiO2を、第2層12としてSiO2を用いている。第1層11と第2層12の周期は54nmであり、第1層11と第2層12の膜厚は同じ27nmとした。ただし、最表面側の層は、第1層11を21nm、第2層を33nmとした。また、Aプレート部2はSiO2を用い、凸部21の高さを60nm、幅を56nm、凹凸構造のピッチを140nmとした。また、光学接着剤は、屈折率が1.5のものを用いた。
[Example 2]
Further, an embodiment of another retardation element of the present invention is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the retardation element of the present invention has a structure when it is adhered to glass with an optical adhesive. The retardation element uses TiO 2 as the
入射光の入射角度を変えた時の入射光の方位角とリタデーションの関係を図15に示す。図15において、入射角度が0度のときは、位相差素子のAプレート部のリタデーションのみが現れる。また、入射角度が大きくなるにつれてCプレート部の影響が現れ、入射光の方位角によってリタデーションが変化する。この位相変化が、液晶の透過による位相変化と同じで正負が逆であれば、位相の補正ができ、高視野角の画像を実現できる。 FIG. 15 shows the relationship between the azimuth angle of the incident light and the retardation when the incident angle of the incident light is changed. In FIG. 15, when the incident angle is 0 degrees, only the retardation of the A plate portion of the retardation element appears. Further, as the incident angle increases, the influence of the C plate portion appears, and the retardation changes depending on the azimuth angle of the incident light. If this phase change is the same as the phase change due to the transmission of the liquid crystal and the positive and negative are opposite, the phase can be corrected and an image with a high viewing angle can be realized.
1 Cプレート部
2 Aプレート部
3 ストップ層
4 Aプレート層
5 レジストパターン
11 第1層
12 第2層
21 凸部
22 凹部
23 第3層
24 第4層
29 材料
111 第1層11のうちの最表面側の層
1 C plate part 2 A
11 1st layer
12 2nd layer
21 Convex part
22 Recess
23 3rd layer
24 4th layer
29 material
111 The outermost layer of the
Claims (14)
第1層と、前記第1層より屈折率が低い第2層とを使用帯域の光の波長より短い周期で積層したCプレート部と、
一方向に延在する凸部を使用帯域の光の波長より短い周期で形成された凹凸構造からなるAプレート部と、
を具備することを特徴とする位相差素子。 A phase difference element for correcting the phase difference caused by the influence of a target so as to be small.
A C plate portion in which a first layer and a second layer having a refractive index lower than that of the first layer are laminated at a period shorter than the wavelength of light in the use band, and
An A plate portion having a concavo-convex structure in which a convex portion extending in one direction is formed with a period shorter than the wavelength of light in the used band,
A phase difference element comprising.
Cプレート部として、第1層と、前記第1層より屈折率が低い第2層とを使用帯域の光の波長より短い周期で積層し、更に当該Cプレート部上にAプレート層を形成する成膜工程と、
一方向に延在する凸部を使用帯域の光の波長より短い周期で配列した凹凸構造のレジストパターンを前記Aプレート層上に形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンを用いて前記Aプレート層をエッチングし、一方向に延在する凸部を使用帯域の光の波長より短い周期で配列した凹凸構造からなるAプレート部を形成するエッチング工程と、
を有することを特徴とする位相差素子製造方法。 It is a manufacturing method of a phase difference element for correcting the phase difference caused by the influence of a target so as to be small.
As the C plate portion, the first layer and the second layer having a refractive index lower than that of the first layer are laminated at a period shorter than the wavelength of light in the used band, and an A plate layer is further formed on the C plate portion. The film formation process and
A resist pattern forming step of forming a resist pattern having a concavo-convex structure in which convex portions extending in one direction are arranged in a period shorter than the wavelength of light in the used band on the A plate layer.
An etching step of etching the A plate layer using the resist pattern to form an A plate portion having a concavo-convex structure in which convex portions extending in one direction are arranged at a period shorter than the wavelength of light in the use band.
A method for manufacturing a phase difference element, which comprises.
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