JP4547641B2 - 位相差板の製造方法 - Google Patents
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Description
フェムト秒レーザを用いて直線偏光のレーザ光を金属材料からなる基材の表面に照射すると共に走査することにより、レーザ光の偏光方向と直交する方向であって、かつ走査方向と交差する方向に延在する複数の凹凸を有する帯状パターンが描画された金属型を形成する工程と、
金属型を用いて、基板表面に、特定の方向に延在する複数の溝を形成する工程と、
複数の溝を形成した基板の表面に接して、重合性を有する液晶材料を塗布する工程と、
液晶材料を重合させる工程と
を含むものである。
1.実施の形態(位相差領域の光学軸がストライプ方向と+45°,−45°をなす例)
2.変形例1(位相差領域の光学軸がストライプ方向と0°,+90°をなす例)
3.変形例2(位相差領域のリタデーションを液晶材料により変化させる例)
4.変形例3(位相差領域のリタデーションを液晶材料・厚みにより変化させる例)
5.変形例4(基板表面の部分的な領域にのみ位相差層を形成する例)
6.変形例5(位相差領域の光学軸が基板面内の一方向にのみ形成されている例)
7.変形例6(転写用型の溝を、端面に研削加工痕を有する金属薄板を重ね合わせることにより形成する例)
8.変形例7(転写用型の溝を、傾けて回転させた砥石による加工により形成する例)
9.変形例8(転写用型の溝を、バイトによる加工により形成する例)
10.変形例9(転写用型の溝を、溝の圧力転写により形成する例)
11.変形例10(転写用型の溝を、超短パルスレーザを用いて形成する例)
12.適用例1(3Dディスプレイ)
13.適用例2(2次元表示用のディスプレイ)
14.適用例3(半透過型の2次元表示用のディスプレイ)
15.実施例1(電子線描画にて形成したレジスト層を用いて溝を形成した例)
16.実施例2(超短パルスレーザにて形成した平板型を用いて溝を形成した例)
17.実施例3(実施例2とは異なる材料の基板を用いて溝を形成した例)
18.実施例4(超短パルスレーザにて形成した型ロールを用いて溝を形成した例)
19.実施例5(実施例2とは異なる材料の基板を用いて溝を形成した例)
図1(A)は、本発明の一実施の形態に係る位相差板10の断面構成の一例を表すものである。図1(B)は、図1(A)の基板11を表面側からみたものである。位相差板10では、基板11の表面に溝領域11A,11Bがパターニングされており、この基板11の表面に接して位相差層12が形成されている。
次いで、上記位相差板10の製造方法について説明する。最初に、熱転写法により基板11を製造する場合について説明し、続いて、いわゆる2P成型法(Photo Polymerization:光硬化を利用した成型法)により基板11を製造する場合について説明する。その後、これらの方法により製造された基板11を利用して位相差板10を製造する方法について説明する。
位相差板10では、基板11の裏面側もしくは位相差層12の表面側から、位相差領域12a,12bに光が入射すると、位相差領域12a,12bのそれぞれの位相差特性に基づいて偏光状態が変化した出射光が得られる。このとき、位相差領域12a,12bは、互いに同一の材料および厚みにより構成され、各領域における液晶分子120はそれぞれ、溝111a,111bの延在方向d1,d2に沿って配向している。よって、位相差領域12a,12bでは、光学軸をそれぞれ方向d1,d2とし、かつリタデーション値が互いに等しい位相差特性が発揮される。
また、位相差板10の製造方法では、溝領域11A,11Bを形成した基板11の表面に、液晶層12−1を塗布形成することにより、液晶性モノマーは、基板11の表面との界面における作用により、溝111a,111bの延在方向に沿って配向する。その後、上記液晶層12−1を重合させることにより、液晶分子の配向状態が固定される。
図13は、変形例1に係る位相差板の基板13を表面側からみたものである。本変形例では、この基板13の表面に形成された溝領域13A,13Bの構成以外は、上記実施の形態の位相差板10と同様の構成となっている。
図14は、変形例2に係る位相差板の断面構造を表すものである。本変形例では、位相差層14の構成以外は、上記実施の形態の位相差板10と同様の構成となっている。
図17は、変形例3に係る位相差板の断面構造を表すものである。本変形例では、位相差層15の構成以外は、上記実施の形態の位相差板10と同様の構成となっている。
図19は、変形例4に係る位相差板の断面構造を表すものである。本変形例では、位相差層16の構成以外は、上記実施の形態の位相差板10と同様の構成となっている。
図20(A)は、変形例5に係る位相差板20の断面構造を表すものである。図20(B)は、基板17を表面側からみたものである。位相差板20では、基板17の表面に溝領域17Aがパターニングされており、この基板17の表面に接して位相差層18が形成されている。但し、本変形例では、基板17の全面に渡って溝領域17Aが形成されている。溝領域17Aは、一の方向d1に沿って延在する複数の溝170aによって構成されている。
図21は、変形例6に係る位相差板の製造方法において、各溝領域のパターンを基板へ転写する際に用いる型210の平面構成を模式的に表したものである。型210の表面には、例えばパターン領域210A,210Bが交互に配列している。パターン領域210A,210Bにはそれぞれ、位相差板10の溝領域11A,11Bの反転パターンとなる凹凸が形成されており、この凸(凹)部の延在方向d1,d2が互いに直交している。本変形例では、このような型210のパターン領域210A,210Bを、分割した型の組み合わせにより形成する。
変形例7に係る位相差板の製造方法では、図21に示した型210のパターン領域210A,210Bを、固定砥粒や遊離砥粒による加工時の加工痕を用いて形成する。
変形例8に係る位相差板の製造方法では、図21に示した型210のパターン領域210A,210Bを、バイトによる切削加工を用いて形成する。金型材料の表面をバイトで切削することにより、サブミクロンオーダーの微細な溝を加工する。パターン形成のためには、金型材料の表面のうちパターン領域210A,210Bに対応する領域に対して、それぞれ角度の異なる溝を形成する。例えば、Ni−Pめっき面にピッチ250nmで断面がV字形状となる溝を形成する。このようにして作製した型210を用いて、位相差板10を製造したところ、液晶分子120が溝の方向に配向することを確認することができた。
変形例9に係る位相差板の製造方法では、図21に示した型210のパターン領域210A,210Bを、パターン領域210A,210Bの凹凸と同一の凹凸形状を有する溝が形成された型の圧力転写によって形成する。
変形例10に係る位相差板の製造方法では、図21に示した型210のパターン領域210A,210Bを、例えば、SUS、Ni、Cu、Al、Feなどの金属等に、パルス幅が1ピコ秒(10-12秒)以下の超短パルスレーザ、いわゆるフェムト秒レーザを用いてパターンを描画することにより形成する。
型の材料としてSUS304を用い、ビームサイズLxを530μmとし、ビームサイズLyを30μmとし、パワーを156mWとし、ステージ速度を3mm/sとした。パターン領域210Aを走査する際には、レーザの偏光方向をd1の方向にし、パターン領域210Bを走査する際には、レーザの偏光方向をd2の方向とした。d1方向は、パターン領域210A,210Bの延在方向に対して−45°とし、d2方向は、パターン領域210A,210Bの延在方向に対して+45°とした。
型の材料としてSUS304を用い、ビームサイズLxを270μmとし、ビームサイズLyを220μmとし、パワーを200mWとし、ステージ速度を6mm/sとした。パターン領域210Aを走査する際には、レーザの偏光方向をd1の方向にし、パターン領域210Bを走査する際には、レーザの偏光方向をd2の方向とした。d1方向は、パターン領域210A,210Bの延在方向に対して−45°とし、d2方向は、パターン領域210A,210Bの延在方向に対して+45°とした。
図44は、適用例1に係る表示装置1の断面構造を表すものである。図45は、表示装置1の積層構造を表す模式図である。この表示装置1は、例えば、右眼用の画像信号と左眼用の画像信号とのそれぞれに基づいて2次元画像を表示するものであり、これらの2次元画像を偏光めがねを用いて観察することにより、立体視を実現する3Dディスプレイである。
図47は、適用例2に係る表示装置2の断面構造を表すものである。図48は、表示装置2の積層構造を表す模式図である。この表示装置2は、例えば、液晶テレビやパーソナルコンピュータなどの2次元表示用のディスプレイであり、位相差板20を視野角補償フィルムとして用いたものである。この表示装置2は、バックライト21の側から順に、偏光子22、駆動基板23、液晶層24、対向基板25、偏光子26を備えたものであり、偏光子22の光出射側に変形例5に係る位相差板20が配置されたものである。位相差板20は、上述したように、位相差層18における重合性液晶を溝の延在方向に一様に配向させたもの(Aプレート)である。この場合、位相差板20の溝の延在方向すなわち光学軸方向と偏光子22の透過軸方向とのなす角が0°となるように配置される。
図49は、適用例3に係る表示装置3の断面構造を表すものである。表示装置3は、例えば半透過型の2次元表示ディスプレイである。この表示装置3では、駆動基板23と対向基板25との間に、視野角補償フィルムとしての位相差板20が表示変調用の液晶層33A,33Bと共に形成されている。具体的には、駆動基板23上の選択的な領域に、反射層34が設けられており、対向基板25側の反射層34に対向する領域に位相差板20が形成されている。駆動基板23と位相差板20との間には、液晶層33Bが封止されている。一方、駆動基板23と対向基板25との間の他の領域には液晶層33Aが封止されている。液晶層33A,33Bは、電圧印加により光を変調するようになっており、それぞれ位相差がλ/2,λ/4となっている。なお、駆動基板23の下方にはバックライト21と偏光子22、対向基板25の上方には、偏光子26(いずれも図49には図示せず)が配置されている。
次に、上記実施の形態の位相差板10の実施例について説明する。位相差板10を、以下のような条件下で実際に作製した。まず、シリコン基板上に、溝領域11A,11Bに対応する形状を、電子線レジストを用いた電子線描画にて、ストライプ幅1mmで形成した。各溝領域における溝のピッチは200nmとした。このようにして形成したレジストパターンを用いて、電鋳法にてNi原盤を作成した。このNi原盤に離型処理を行い、非晶質シクロオレフィンポリマーフィルムを基板11として、Ni原盤と基板11を160℃に加熱しながら、基板11の表面に溝領域11A,11Bを転写した。
また、実施例2として、変形例10で説明したフェムト秒レーザを利用して形成した型210を用いて位相差板60を作製した。このとき、型210としては、鏡面加工された厚み1mmのSUSを使用し、基材としてはゼオノアフィルム(ZF14:日本ゼオン(株)製)を用いた。また、基材に溝パターンを転写する際には、まず、型210に離型処理を施した後、UV硬化アクリル樹脂液(TB3042:スリーボンド(株)製)を展開し、ゼオノアフィルムよりなる基材で封止して、基材側からUV照射してアクリル樹脂を硬化させた。こののち、微細な溝が転写された基材を型210から剥離し、形成された溝の表面をAFM(Atomic Force Microscope:原子間力顕微鏡)を用いて観察したところ、サブミクロンオーダーの溝が形成されていることを確認した。図50に、実際に形成したパターン領域の一部を拡大したものを示す。次いで、この溝が形成された基材上にスピンコート法により液晶モノマー溶液(RMS03−001C:メルク(株)製)を塗布した後、55℃下において2分間加熱し、更に窒素雰囲気下でUV照射することにより位相差板60を得た。
また、実施例3として、実施例2において用いた基材とは異なる基材を用いて位相差板61を作製した。基材としてはトリアセチルセルロース(TAC)フィルム(FT−80SZ、パナック(株)製)を用いた。なお、基材以外の材料や型については、実施例2で使用したものと同一のものを用いた。また、製造製法についても、実施例2で実施した方法と同一の方法を用いた。実施例3において、基材上に形成された溝の表面を、AFMを用いて観察したところ、サブミクロンオーダーの溝が形成されていることを確認した。
実施例4として、変形例11で説明したフェムト秒レーザを利用して形成した型ロール112を用いて図7、図51のロールプロセスによって位相差板62を作製した。このとき、型ロール112としては、鏡面加工されたΦ100mm、幅150mmのSUSロールを使用し、基材としては140mm幅のゼオノアロールフィルム(ZF14:日本ゼオン(株)製)を用いた。基材に溝パターンを転写する際には、まず、型ロール112に離型処理を施した後、UV硬化アクリル樹脂液(TB3042:スリーボンド(株)製)を展開した。続いて、成膜速度0.6m/minの速度で、ゼオノアフィルムよりなる基材でUV硬化アクリル樹脂液を封止しながら、基材面より1500mJ/cm2(波長365nm)のエネルギーでUV照射を行った。こののち、微細な溝が転写された基材を型ロール112から剥離し、巻きとった。基材上に形成された溝の表面をAFMを用いて観察したところ、サブミクロンオーダーの溝が形成されていることを確認した。次いで、図51に示したように、この溝が形成された基材(基板11)を巻き出しロール400から送り出した。続いて、ロールダイコーティング方式により、基材上に、ドライ膜厚が約0.8μmになるように液晶モノマー溶液410(RMS03−001C:メルク(株)製、30wt%)を吐出機420から吐出し、塗布した。こののち、製膜速度を1.0m/minに保った状態で、基材を乾燥機430に通し、乾燥温度100℃、乾燥ゾーン1mの条件で液晶モノマー溶液410を乾燥させた。そして、1500mJ/cm2(波長365nm)のエネルギー、窒素雰囲気の条件で紫外線照射機440から液晶モノマー溶液410に向けてUV照射を行ったのち、基材を巻き取りロール450で巻き取る。このようにして、位相差板62を得た。
また、実施例5として、実施例4において用いた基材とは異なる基材を用いて位相差板63を作製した。基材としてはトリアセチルセルロース(TAC)フィルム(FT−80SZ、パナック(株)製)を用いた。なお、基材以外の材料や型については、実施例2で使用したものと同一のものを用いた。また、製造製法についても、実施例4で実施した方法と同一の方法を用いた。実施例5において、基材上に形成された溝の表面を、AFMを用いて観察したところ、サブミクロンオーダーの溝が形成されていることを確認した。
Claims (8)
- フェムト秒レーザを用いて直線偏光のレーザ光を金属材料からなる基材の表面に照射すると共に走査することにより、前記レーザ光の偏光方向と直交する方向であって、かつ走査方向と交差する方向に延在する複数の凹凸を有する帯状パターンが描画された金属型を形成する工程と、
前記金属型を用いて、基板表面に、特定の方向に延在する複数の溝を形成する工程と、
前記複数の溝を形成した基板の表面に接して、重合性を有する液晶材料を塗布する工程と、
前記液晶材料を重合させる工程と
を含む位相差板の製造方法。 - 前記複数の溝によって形成されたパターンは、周期構造を有し、
前記周期構造は、凹凸のピッチにおいて2〜10%の広がりを有し、凹凸の角度において3〜8°の広がりを有する
請求項1に記載の位相差板の製造方法。 - 前記金属型は、SUS、またはNiPからなる
請求項1または請求項2に記載の位相差板の製造方法。 - 前記金属型を用いた前記複数の溝の形成は、熱転写、または2P成型法を用いた転写により行う
請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の位相差板の製造方法。 - 前記金属型は、第1の方向に延在した複数の第1の溝と、前記第1の方向に直交する第2の方向に延在した複数の第2の溝とを含み、
前記複数の第1の溝からなる第1の溝領域と、前記複数の第2の溝からなる第2の溝領域とは、それぞれストライプ状であると共に交互に配置されている
請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の位相差板の製造方法。 - 前記基板は、プラスチック材料により構成されている
請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の位相差板の製造方法。 - 前記基板は、表面に樹脂層が形成された基材により構成されている
請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の位相差板の製造方法。 - 前記複数の溝を形成した基板の表面に前記液晶材料を塗布したのち、前記液晶材料の液晶相−等方相間の相転移温度以上の温度下で加熱処理を行う
請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の位相差板の製造方法。
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