JP6049302B2 - 光学機能部材 - Google Patents
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図1は、本発明の実施の形態に係る光学機能部材を示す側面図である。この光学機能部材は、光学機能体であるワイヤグリッド偏光板と、ワイヤグリッド偏光板を剛性のある基板に貼り合わせる接着層とから主に構成されている。ワイヤグリッド偏光板は、基材101と、この基材101の一方の主面上に設けられ、格子状凹凸部を有するパタン層102と、パタン層102の格子状凹凸部の凸部上に形成された金属層103と、から構成されている。
光学機能体は、偏光分離特性や、反射防止特性、複屈折特性を有するものを指し、付随的に他の光学特性を有していても良い。すなわち、光学機能体とは、一つ又は複数の光学的機能を有するものであり、例えば、偏光分離特性を有する偏光子や、反射防止特性を有する反射防止層付き偏光子、複屈折特性を有する位相差板と反射型偏光子とを組み合わせたもの等をさす。ここで、光学機能体は、自立性を考慮すると厚さが180μm以上であることが好ましい。本明細書においては、光学機能体がワイヤグリッド偏光板である場合について説明する。なお、ワイヤグリッド偏光板についての説明は後述する。
光学機能体を単体で使用する場合において、温度変化によって反りなどが生じ自立性が問題となる用途がある。このような場合、光学機能体を剛性のある基板に保持させるために、接着層を介して両者を貼り合わせて使用する。光学機能体を剛性のある基板に保持させる際、写像性を保持する観点から、貼り合わせする際に用いる接着剤(接着層201を構成する接着剤)の物性としては、損失弾性率(G’’)と貯蔵弾性率(G‘)の比率Tanδ(=G’’/G‘)が大きいことが重要である。Tanδが大きいと、光学機能体を貼り合わせる時に基板への応力を粘性成分として、熱として放出させることができる。これにより、基板の変形を抑制し、写像性を保持することができる。
(2−1)基材
基材101は、屈曲性を有するフィルムであれば良い。基材101としては、例えば、無機基板、特に薄いガラス基板や樹脂基板、これらを組み合わせてを用いることができる。樹脂材料を用いた基板は、ロールプロセスが可能になる、ワイヤグリッド偏光板にフレキシブル性(屈曲性)を持たすことができる、等のメリットがあるため好ましい。
基材101上に設けられたパタン層102は、基材101上に設けられ、その表面に格子状凹凸部102aを有する。この格子状凹凸部102aの凸部は、所定の間隔をおいて設けられており、所定の方向(図1の紙面向かって手前側から奥側に向かう方向)に延在している。この格子状凹凸部102aは、パタン層102に格子状凹凸形状を有するスタンパを押圧して転写することにより形成する。具体的には、基材101上に紫外線硬化樹脂を塗布し、その紫外線硬化樹脂に、格子状凹凸形状を有するスタンパを押圧して転写した後に紫外線硬化樹脂を光硬化させることにより、格子状凹凸部102aを有するパタン層102を形成する。
本発明においてパタン層102を構成する材料と金属ワイヤ103との密着性向上のため、両者の間に両者と密着性が高い誘電体材料を被着することが好ましい。例えば、珪素(Si)の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体またはその複合物(誘電体単体に他の元素、単体または化合物が混合した誘電体)や、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、イットリウム(Y)、ジルコニア(Zr)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、バリウム(Ba)、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、セリウム(Ce)、銅(Cu)などの金属の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体またはそれらの複合物を用いることができる。誘電体材料は、透過偏光性能を得ようとする波長領域において実質的に透明であればよい。
金属ワイヤ103を構成する金属としては、アルミニウムや銀の他、対象とする光の波長領域に応じて、銅、白金、金又はこれらの各金属を主成分とする合金を使用することもできる。
偏光分離特性を有する光学機能体を偏光ビームスプリッターとして使用する場合、透過、反射の光の入射角度は光学系により自由に設計されるが、使用する角度における入射時の偏光特性として、透過コントラストが5:1以上、もしくは、反射コントラストが5:1以上であると表示装置などに好適に作用する。透過、もしくは反射のコントラストが10:1以上であるとより好ましい。
偏光分離特性を有する光学機能体を偏光ビームスプリッターとして用いる場合、型枠などに保持した状態で使用される。反射光が正しく鏡面反射される条件を満たしていれば、十分な自立性が得られているとする。
写像性は、写像性試験機によって評価する。写像性は、SUGA試験機(ICM−1T)を用いて、接着剤を介して貼り合わされたワイヤグリッド偏光板の写像性を評価した。
写像性は以下の式で評価される。
C(n)=(M−m)/(M+m)×100
ここで、nはスリットの幅であり、Mは受光側スリットの透過光量であり、mは受光側スリット遮光部の漏れ光量である。
<格子状凹凸形状を有する金型の作製>
紫外線硬化樹脂を用いて格子状凹凸形状の転写フィルムを作製した。格子状凹凸形状転写フィルムの作製には、Ni製金型を用いた。Ni金型は格子状凹凸形状がピッチ100nmで形成され、格子状凹凸部の断面形状は矩形であった。
厚み190μmのARTON(JSR製 FEKP190)(以下、COPフィルム)のロール(フィルム長250m)に連続的に紫外線硬化性樹脂を約0.01mm塗布し、塗布面を上記100nmピッチの微細凹凸格子を表面に有するロールスタンパ上に接触させ、フィルム側から中心波長365nmの紫外線ランプを用いて紫外線を1000mJ/cm2照射し、ロールスタンパの微細凹凸格子を連続的に転写した後、ロール状に巻き取った。以下、このロールを原反ロールと呼ぶことにする。
以上のようにして得られた原反ロールに含まれる水分を乾燥するために、原反ロールを200Wの赤外線ヒーターが3台設けられた真空槽に移し、フィルムを真空中でほどきながら2m/分で走行させ、加熱後、ロール状に巻き取った。フィルム走行停止時の真空度は0.03Pa、フィルム走行中(乾燥中)の真空度は0.15Paであった。また、ヒーター通過後のTACフィルムの表面温度を知るためにTACフィルム上には予めサーモラベルを貼っておいた。ヒーター通過後のTACフィルムの表面温度は60℃から70℃の間であった。
乾燥後の原反ロールを乾燥機の真空槽中に12時間放置したところ、フィルムの温度は23℃まで下がった。その後、原反ロールの格子状凸部転写面を誘電体形成用及び金属ワイヤ形成用の真空チャンバへと移した。誘電体形成には反応性ACマグネトロンスパッタリング法を用いた。ターゲットサイズ127mm×750mm×10mmtのシリコンターゲットを2枚並べ、基板からターゲットの距離80mm、アルゴンガス流量200sccm、窒素ガス流量300sccm、出力11kW、周波数37.5kHz、走行速度5m/分で原反ロールをほどきながらフィルム搬送用ロール(メインローラー)で巻取ロール側に送りながら窒化珪素層を設け、その後ロール状に巻き取った。スパッタリングの際の張力は30N、メインローラー温度は30℃、スパッタリング開始前のバックグラウンドの真空度は0.005Pa、スパッタリング中の真空度は0.38Paであった。同じ条件でSiチップに窒化珪素を成膜し、エリプソメーターにて窒化珪素層の厚みを算出したところ、3nmであった。
原反ロールの格子状凸部転写面に誘電体層として窒化珪素をスパッタリング法にて形成した後、フィルムをスパッタリング時と逆方向にメインローラーで送り、抵抗加熱蒸着法にて格子状凸部転写面に金属ワイヤを形成し、ロール状に巻き取った。本実施例では、金属としてアルミニウム(Al)を用いた場合について説明する。このとき、蒸着ボート加熱前の真空度は0.005Paであった。また、アルミニウムの蒸着には斜め蒸着法を用い、格子の立設方向と垂直に交わる平面内において基材面の法線蒸着源とのなす角が32°(θs)からはじまり15°(θd)で終わるようにマスクを配置して行った。
実施例に記載された方法で作製された、窒化珪素及びアルミニウムが成膜された格子状凸部転写フィルムロールを、フィルムをほどきながら温度23℃の0.5重量%のNaOHaq槽内を50秒間走行させ、次いで、これを水洗・風乾し、目的とするワイヤグリッドフィルムのロールを得た(以下、偏光板Aとする)。
図2Aに示す幅5mm、厚み2mmのアルミ製フレーム(型枠)301を準備する。偏光板Aを30mm角に切り出し、図2Bに示すように、偏光板Aを一対のアルミ製フレーム301で挟んだのち、200mm離れた位置からレーザーポインターを照射した状態で、45度反射位置を確認した。ここでは、偏光板Aから200m離れた正反射の位置における光の中心位置ずれが10mm以内であるものを、フィルムの自立性があると判定した。
偏光板Aを80mm×80mmサイズに切り抜き、80mm×80mmサイズに切り抜いた日東電工株式会社接着剤(品名 HJ−9150W 50μm)(X)とを、HALTECを用いて貼り合わせた。なお、接着剤のTanδについては、ARES(ティー・エイ・インスツルメント製)を用いて、測定温度25℃、測定モードについては周波数分散(100〜0.1(rad/sec))、25mmφパラレルプレート使用にて測定を実施した。ここでは、周波数が1.0rad/secの値を適用した。このとき、HJ−9150WのTanδの値は0.44であった。また、粘着力(対ガラス板)は12N/25mmであった。
次に、上記接着剤を有するワイヤグリッド偏光板と剛性を有する基板であるガラス板(SchotB270)とを三共株式会社製自動貼合装置(HAL−650)(以下、HALTECH)を用いて貼り合わせた。
SUGA試験機(ICM−1T)を用いて、貼り合わせ後のワイヤグリッド偏光板の写像性を評価した。なお、写像性は以下の式で評価した。
C(n)=(M−m)/(M+m)×100
ここで、nはスリットの幅であり、Mは受光側スリットの透過光量であり、mは受光側スリット遮光部の漏れ光量である。
上記偏光板Aを80mm×80mmサイズに切り抜き、80mm×80mmサイズに切り抜いた日栄化研工業株式会社粘着剤(品名 SR30 38μm)(Y)とを、HALTECHを用いて貼り合わせた。なお、接着剤のTanδについては、ARES(ティー・エイ・インスツルメント製)を用いて、測定温度25℃、測定モードについては周波数分散(100〜0.1(rad/sec))、25mmφパラレルプレート使用にて測定を実施した。ここでは、周波数が1.0rad/secの値を適用した。このとき、SR30のTanδの値は0.32であった。また、粘着力(対ガラス板)は10N/25mmであった。
偏光板Aを80mm×80mmサイズに切り抜き、80mm×80mmサイズに切り抜いた積水化学工業株式会社粘着剤(品名 WT#5402A 25μm)(Z)とを、HALTECを用いて貼り合わせた。なお、接着剤のTanδについては、ARES(ティー・エイ・インスツルメント製)を用いて、測定温度25℃、測定モードについては周波数分散(100〜0.1(rad/sec))、25mmφパラレルプレート使用にて測定を実施した。ここでは、周波数が1.0rad/secの値を適用した。このとき、WT#5402AのTanδの値は0.29であった。また、粘着力(対ガラス板)は8.4N/25mmであった。
偏光板Aを80mm×80mmサイズに切り抜き、80mm×80mmサイズに切り抜いた日東電工株式会社粘着剤(品名 HJ−9150W 50μm)(X)とを、HALTECを用いて貼り合わせた。
偏光板Aを80mm×80mmサイズに切り抜き、80mm×80mmサイズに切り抜いた日栄化研工業株式会社粘着剤(品名 SR30 38μm)(Y)とを、HALTECを用いて貼り合わせた。
偏光板Aを80mm×80mmサイズに切り抜き、80mm×80mmサイズに切り抜いた積水化学工業株式会社粘着剤(品名 WT#5402A 25μm)(Z)とを、HALTECを用いて貼り合わせた。
以下、実施例1と同―の手順にて、厚み188μmのPET(東洋紡製 A4300)(以下、COPフィルム)のロール(フィルム長250m)に連続的に紫外線硬化性樹脂を約0.01mm塗布し、塗布面を上記100nmピッチの微細凹凸格子を表面に有するロールスタンパ上に接触させ、フィルム側から中心波長365nmの紫外線ランプを用いて紫外線を1000mJ/cm2照射し、ロールスタンパの微細凹凸格子を連続的に転写した後、ロール状に巻き取った。以下、このロールを原反ロールと呼ぶことにする。得られた格子状凸部転写フィルムをFE−SEMにより観察し、その断面形状が矩形で、上面からの形状が縞状格子状となっていることを確認した。また、格子状凸部の凸部高さ/凸部の半値幅の値が2.9であり、格子状凸部の半値幅は、ピッチの0.35倍であった。アルミニウム蒸着、エッチングを実施し、目的とするワイヤグリッドフィルムのロールを得た(以下、偏光板Bとする)。
偏光板Bを80mm×80mmサイズに切り抜き、80mm×80mmサイズに切り抜いた日栄化研工業株式会社粘着剤(品名 SR30 38μm)(Y)とを、HALTECHを用いて貼り合わせた。次に、上記接着剤を有するワイヤグリッド偏光板と剛性を有する基板であるガラス板(SchotB270)とをHALTECHを用いて貼り合わせた。実施例1と同様の手順で、貼り合わせ後のワイヤグリッド偏光板の写像性を評価した。実施例6のワイヤグリッド偏光板の写像性は85%であった。また、オレンジピール模様の偏光反射面の変形を外観目視で評価した。
偏光板Bを80mm×80mmサイズに切り抜き、80mm×80mmサイズに切り抜いた積水化学工業株式会社粘着剤(品名 WT#5402A 25μm)(Z)とを、HALTECを用いて貼り合わせた。次に、上記接着剤を有するワイヤグリッド偏光板と剛性を有する基板であるガラス板(SchotB270)とをHALTECHを用いて貼り合わせた。実施例1と同様の手順で、貼り合わせ後のワイヤグリッド偏光板の写像性を評価した。比較例3のワイヤグリッド偏光板の写像性は68%であった。また、オレンジピール模様の偏光反射面の変形を外観目視で評価した。
以下、実施例1と同―の手順にて、厚み200μmのPMMA板(日東樹脂 クラレックス)(以下、PMMA板)にバーコータを用いて紫外線硬化性樹脂を約0.01mm塗布し、塗布面を上記100nmピッチの微細凹凸格子を表面に有するスタンパ上に接触させ、フィルム側から中心波長365nmの紫外線ランプを用いて紫外線を1000mJ/cm2照射し、スタンパの微細凹凸格子を転写した。得られた格子状凸部転写フィルムをFE−SEMにより観察し、その断面形状が矩形で、上面からの形状が縞状格子状となっていることを確認した。また、格子状凸部の凸部高さ/凸部の半値幅の値が2.9であり、格子状凸部の半値幅は、ピッチの0.35倍であった。アルミニウム蒸着、エッチングを実施し、目的とするワイヤグリッドフィルムを得た(以下、偏光板Cとする)。
偏光板Cを80mm×80mmサイズに切り抜き、80mm×80mmサイズに切り抜いた日栄化研工業株式会社粘着剤(品名 SR30 38μm)(Y)とを、HALTECHを用いて貼り合わせた。次に、上記接着剤を有するワイヤグリッド偏光板と剛性を有する基板であるガラス板(SchotB270)とをHALTECHを用いて貼り合わせた。実施例1と同様の手順で、貼り合わせ後のワイヤグリッド偏光板の写像性を評価した。実施例8のワイヤグリッド偏光板の写像性は88%であった。また、オレンジピール模様の偏光反射面の変形を外観目視で評価した。
偏光板Cを80mm×80mmサイズに切り抜き、80mm×80mmサイズに切り抜いた積水化学工業株式会社粘着剤(品名 WT#5402A 25μm)(Z)とを、HALTECを用いて貼り合わせた。次に、上記接着剤を有するワイヤグリッド偏光板と剛性を有する基板であるガラス板(SchotB270)とをHALTECHを用いて貼り合わせた。実施例1と同様の手順で、貼り合わせ後のワイヤグリッド偏光板の写像性を評価した。比較例4のワイヤグリッド偏光板の写像性は70%であった。また、オレンジピール模様の偏光反射面の変形を外観目視で評価した。
以下、実施例1と同―の手順にて、厚み80μmのTACフィルム(富士フィルム フジタック)(以下、TACフィルム)のロール(フィルム長250m)に連続的に紫外線硬化性樹脂を約0.01mm塗布し、塗布面を上記100nmピッチの微細凹凸格子を表面に有するロールスタンパ上に接触させ、フィルム側から中心波長365nmの紫外線ランプを用いて紫外線を1000mJ/cm2照射し、ロールスタンパの微細凹凸格子を連続的に転写した後、ロール状に巻き取った。以下、このロールを原反ロールと呼ぶことにする。得られた格子状凸部転写フィルムをFE−SEMにより観察し、その断面形状が矩形で、上面からの形状が縞状格子状となっていることを確認した。また、格子状凸部の凸部高さ/凸部の半値幅の値が2.9であり、格子状凸部の半値幅は、ピッチの0.35倍であった。アルミニウム蒸着、エッチングを実施し、目的とするワイヤグリッドフィルムのロールを得た(以下、偏光板Dとする)。
偏光板Dを80mm×80mmサイズに切り抜き、80mm×80mmサイズに切り抜いた日栄化研工業株式会社粘着剤(品名 SR30 38μm)(Y)とを、HALTECHを用いて貼り合わせた。次に、上記接着剤を有するワイヤグリッド偏光板と剛性を有する基板であるガラス板(SchotB270)とをHALTECHを用いて貼り合わせた。実施例1と同様の手順で、貼り合わせ後のワイヤグリッド偏光板の写像性を評価した。比較例6のワイヤグリッド偏光板の写像性は77%であった。また、オレンジピール模様の偏光反射面の変形を外観目視で評価した。
偏光板Dを80mm×80mmサイズに切り抜き、80mm×80mmサイズに切り抜いた積水化学工業株式会社粘着剤(品名 WT#5402A 25μm)(Z)とを、HALTECを用いて貼り合せた。次に、上記接着剤を有するワイヤグリッド偏光板と剛性を有する基板であるガラス板(SchotB270)とをHALTECHを用いて貼り合わせた。実施例1と同様の手順で、貼り合わせ後のワイヤグリッド偏光板の写像性を評価した。比較例7のワイヤグリッド偏光板の写像性は57%であった。また、オレンジピール模様の偏光反射面の変形を外観目視で評価した。
以下、実施例1と同―の手順にて、厚み100μmのPET(日東樹脂 クラレックス)(以下、COPフィルム)のロール(フィルム長250m)に連続的に紫外線硬化性樹脂を約0.01mm塗布し、塗布面を上記100nmピッチの微細凹凸格子を表面に有するロールスタンパ上に接触させ、フィルム側から中心波長365nmの紫外線ランプを用いて紫外線を1000mJ/cm2照射し、ロールスタンパの微細凹凸格子を連続的に転写した後、ロール状に巻き取った。以下、このロールを原反ロールと呼ぶことにする。得られた格子状凸部転写フィルムをFE−SEMにより観察し、その断面形状が矩形で、上面からの形状が縞状格子状となっていることを確認した。また、格子状凸部の凸部高さ/凸部の半値幅の値が2.9であり、格子状凸部の半値幅は、ピッチの0.35倍であった。アルミニウム蒸着、エッチングを実施し、目的とするワイヤグリッドフィルムのロールを得た(以下、偏光板Eとする)。
以下、実施例1と同―の手順にて、厚み100μmのCOP(JSR製R−50)(以下、COPフィルム)のロール(フィルム長250m)に連続的に紫外線硬化性樹脂を約0.01mm塗布し、塗布面を上記100nmピッチの微細凹凸格子を表面に有するロールスタンパ上に接触させ、フィルム側から中心波長365nmの紫外線ランプを用いて紫外線を1000mJ/cm2照射し、ロールスタンパの微細凹凸格子を連続的に転写した後、ロール状に巻き取った。以下、このロールを原反ロールと呼ぶことにする。得られた格子状凸部転写フィルムをFE−SEMにより観察し、その断面形状が矩形で、上面からの形状が縞状格子状となっていることを確認した。また、格子状凸部の凸部高さ/凸部の半値幅の値が2.9であり、格子状凸部の半値幅は、ピッチの0.35倍であった。アルミニウム蒸着、エッチングを実施し、目的とするワイヤグリッドフィルムのロールを得た(以下、偏光板Fとする)。
102 パタン層
103 金属層
201 接着層
301 型枠
401 剛性のある基板
H1 基材厚さ
H2 接着層厚さ
Claims (6)
- 光学機能体と、前記光学機能体の表面に設けられ、損失弾性率(G’’)と貯蔵弾性率(G’)との比率Tanδ(G’’/G’)の値が0.3以上1.0以下である接着層と、を具備し、
前記光学機能体が、反射型偏光子であり、
前記光学機能体の厚さは、180μm以上であり、
写像性が85%以上であることを特徴とする光学機能部材。 - 前記接着層を構成する接着剤の粘着力が対ガラス板で8(N/25mm)以上25(N/25mm)以下であることを特徴とする請求項1に記載の光学機能部材。
- 前記接着層が30μm以上の厚さを有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光学機能部材。
- 前記反射型偏光子がワイヤグリッド偏光板であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の光学機能部材。
- 前記ワイヤグリッド偏光板は、基材と、前記基材に設けられた金属ワイヤとを有し、
前記基材の厚さは、150μm以上500μm以下であることを特徴とする請求項4に記載の光学機能部材。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の光学機能部材と、前記光学機能部材の前記接着層と一方の主面で貼り合わされた基板と、を具備することを特徴とする複合光学部材。
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