JP6453354B2 - 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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Description
前記凹凸パターンの凸部間に区画された間隙部と、
前記凹凸パターンの凸部を連結し且つ前記間隙部が密閉されるように前記凹凸パターン上に設けられた密閉層とを備える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光学部材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。前記光学部材が偏光板であってもよい。
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、前記透明基体の前記凹凸パターン上に密閉層を形成する工程とを有する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、凹凸パターン80の凸部60及び間隙部90の上方(凹凸パターンの上方)に隣接する凸部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は被覆層30で被覆されている。
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は平板状の基板42と、凹凸構造層50から構成されている。基板42としては特に制限されず、可視光を透過する公知の基板を適宜利用することができる。例えば、ガラス等の透明無機材料からなる基板;ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート等)、アクリル系樹脂(ポリメチルメタクリレート等)、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、スチレン系樹脂(ABS樹脂等)、セルロース系樹脂(トリアセチルセルロース等)、ポリイミド系樹脂(ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂等)、シクロオレフィンポリマー等の樹脂からなる基板などを利用することができる。光学位相差部材100を有機ELディスプレイの反射防止フィルムに用いる場合、基板42は可撓性のある基板であることが望ましい。この点で、樹脂からなる基板が好ましい。基板42上には密着性を向上させるために、表面処理や易接着層を設けるなどをしてもよい。また、基板42の表面の突起を埋めるために、平滑化層を設けるなどをしてもよい。基板42の厚みは、1μm〜20mmの範囲内であることが好ましい。
被覆層30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、被覆層30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。被覆層30の厚みは10nm以上であることが好ましい。被覆層30の厚みは、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。この場合、被覆層30は、後述する間隙部90を隣接する凸部60の間に形成できる膜厚であることが好ましい。被覆層が厚すぎると、被覆層30と密閉層20の間に間隙部90が形成できなくなり、被覆層30と間隙部90に含まれる空気等との間の屈折率差を利用できなくなるため、所望の位相差を得ることが難しくなる。被覆層30は、屈折率が1.8〜2.6の範囲内である材料から構成されることが好ましい。屈折率が1.8以上の被覆層30で凹凸パターン80が被覆されることにより、凸部60と後述する間隙部90の周期配列により生じる位相差が大きくなる。そのため、凸部60の高さを小さく、すなわち、凸部60のアスペクト比を小さくすることができ、凹凸パターン80の形成が容易になる。また、屈折率が2.6を超える物質は、入手が困難、もしくは基板42が変形を生じない温度での成膜が困難である。被覆層30を構成する材料としては、例えば、Ti、In、Zr、Ta、Nb、Zn等の金属、それら金属の酸化物、窒化物、硫化物、酸窒化物、ハロゲン化物等の無機材料を用いることができる。被覆層30としてこれらの材料を含有する部材を用いてもよい。なお、本発明に従う光学位相差部材は被覆層30を有さなくてもよい。すなわち、本発明に従う光学位相差部材において、被覆層30は必須の構成要素ではない。
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、凸部60、凹部70、及び後述する密閉層20に囲まれて密閉されている。即ち、凹凸パターン80及び密閉層20により密閉されている。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は間隙部90と凸部60が周期的に配列していることにより位相差を生じさせるが、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と凸部60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、凸部60及び凹部70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3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2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を被覆する被覆層を形成する工程S2と、透明基体の凹凸パターン上に密閉層を形成する工程S3と有する。なお、本発明に従う光学位相差部材の製造方法は、被覆層を形成する工程S2を有さなくてもよい。すなわち、本発明に従う光学位相差部材の製造方法において、被覆層形成工程S2は必須の構成要素ではない。
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2の工程S1)。図3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板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。フィルム状基板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板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を被覆する被覆層30(図1(a)参照)を形成する(図2の工程S2)。図3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、透明基体40上に密閉層20(図1(a)参照)を形成する(図2の工程S3)。密閉層20の形成は、上記被覆層形成工程S2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スパッタリング行うことで、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上の凹凸パターン80の隣接する凸部60(図1(a)参照)の間、特に凸部60の下部(基板側)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、凹凸パターン80と密閉層20によって密閉されている。特に、各凸部60の上面が基板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。
凹凸パターン転写用のモールドとして、Siウエハを電子線加工することによって得たモールドを用意した。このモールドにおいて、延在方向に直交する面における断面形状が底辺180nm、高さ420nmの略二等辺三角形であり、延在長さが15mmである直線状に延在する凸部が、270nmピッチで配列した凹凸パターンが形成されていた。
TiO2の堆積膜厚を200nmとし、さらにTiO2膜上にITO膜を積層した以外は実施例1と同様にして、光学位相差部材を作製した。ITO膜はDCスパッタにより積層した。DC電力は1000Wとした。スパッタリングガスとしてArに2vol%のO2を混合した混合ガスを用い、混合ガスを流量50sccmでスパッタリングチャンバに導入してチャンバー内のガス圧を0.5Paとした。また、成膜時の透明基体の温度は25度とした。ITOの成膜速度はおよそ50nm/分であった。スパッタ成膜はITOの堆積膜厚が250nmとなるまで行った。なお、ここでITO膜の堆積膜厚とは、透明基体の凸部の上面に堆積したTiO2膜の上に堆積されたITOの膜厚を指す。
凹凸パターン転写用のモールドとして、Siウエハを電子線加工することによって得たモールドを用意した。このモールドにおいて、延在方向に直交する面における断面形状が上部幅90nm、下部幅270nm、高さ420nm、延在長さが15mmの直線状に延在する凸部が、270nmピッチで配列した凹凸パターンが形成されていた。モールドの凸部の長さ方向に対して直交する面における断面の形状は、上底90nm、下底270nm、高さ420nmの略等脚台形であった。
TiO2の堆積膜厚を50nmとした以外は実施例1と同様にして、光学位相差部材を作製した。こうして得られた光学位相差部材において、透明基体の凸部の側面に、被覆層として厚み5〜30nmのTiO2膜が形成された。透明基体の凸部上にもTiO2膜が形成されたが、隣接する凸部上のTiO2膜は離間しており、隣接する凸部の間の間隙部は密閉されていなかった。
TiO2の堆積膜厚を120nmとした以外は実施例1と同様にして、光学位相差部材を作製した。こうして得られた光学位相差部材において、透明基体の凸部の側面に、被覆層として厚み10〜50nmのTiO2膜が形成された。透明基体の凸部上にもTiO2膜が形成されたが、隣接する凸部上のTiO2膜は離間しており、隣接する凸部の間の間隙部は密閉されていなかった。
実施例1〜3及び比較例1、2で作製した光学位相差部材の耐荷重性を以下のようにして測定した。実施例1、3及び比較例1、2の光学位相差部材のTiO2膜側、及び実施例2の光学位相差部材のITO膜側に12mmφの金属製端子を用いて10kgの荷重を印加した。次いで、2枚の偏光板をクロスニコル状態に対向させて配置し、2枚の偏光板の間に荷重印加後の光学位相差部材を設置した。このとき、各偏光板の光軸と光学位相差部材の凸部の延在方向が45度の角度をなすように配置した。次いで、一方の偏光板側から光学位相差部材に向けて光を照射し、他方の偏光板から透過した光を目視により観察した。このとき、透過光の明るさが均一であったものを合格、明るさが均一でなかったものを不合格とした。結果を図5の表中に、合格を〇、不合格を×と表記して示す。実施例1〜3の光学位相差部材は、全面が均一に明るく見えたが、比較例1、2の光学位相差部材は、荷重を印加した部分が暗く見え、透過光の明るさが不均一であった。このことから、実施例1〜3の光学位相差部材は荷重印加後も凹凸パターンの形状が維持されたが、比較例1、2の光学位相差部材は荷重を印加した部分の凹凸パターンが変形して位相差特性が変化したと考えられる。
実施例1〜3及び比較例1、2で作製した光学位相差部材により生じる位相差を位相差測定装置(Axometrics製Axoscan)を用いて測定した。測定結果を図5の表中に示す。実施例1〜3、比較例1、2の各光学位相差部材により生じた位相差は、それぞれ154nm、135nm、140nm、143nm、107nmであった。次いでシクロオレフィンポリマーフィルムに屈折率が1.5の粘着剤を塗布し、実施例1、3、比較例1、2の各光学位相差部材のTiO2膜側、及び実施例2の光学位相差部材のITO膜側に貼り合わせた。シクロオレフィンポリマーフィルムと貼り合わせた各光学位相差部材の位相差を上記位相差測定装置により測定した。測定結果を図5の表中に示す。実施例1〜3、比較例1、2の各光学位相差部材により生じた位相差は、それぞれ153nm、135nm、138nm、104nm、48nmであった。また、実施例1〜3、比較例1、2の各光学位相差部材の、貼合による位相差の変化率を図5の表中に示す。実施例1〜3の光学位相差部材では、貼合による位相差の減少率はそれぞれ1%、0%、1%であったが、比較例1、2の光学位相差部材はそれぞれ27%、55%であり、位相差の変化率(減少率)が大きかった。
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 (12)
- 基板及び該基板上に設けられた表面に凹凸パターンを有する凹凸構造層から構成された透明基体と、
前記凹凸構造層の凹部及び凸部の表面を被覆する被覆層と、
前記被覆層に被覆された前記凸部間に区画された間隙部と、
前記被覆層に被覆された前記凸部を連結し且つ前記間隙部を密閉するように前記被覆層の上部に設けられた密閉層とを備え、
前記被覆層及び前記密閉層が、同一材料から構成されるとともに、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、
前記被覆層の屈折率が1.8〜2.6であり、
前記密閉層の屈折率が1.8〜2.6であり、
前記被覆層の屈折率が、前記凹凸構造層の前記凸部の屈折率よりも大きく、
前記密閉層が、接着剤を介して他の部材と接合される層であり、
前記凸部、前記被覆層、及び前記間隙部の屈折率差により位相差を生じることを特徴とする光学位相差部材。 - 前記凹凸構造層の前記凸部の断面形状が台形状であることを特徴とする請求項1に記載の光学位相差部材。
- 前記間隙部が、前記凹凸構造層の前記凸部の高さ以上の高さを有する請求項1または2に記載の光学位相差部材。
- 前記凹凸構造層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1〜3のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 前記凹凸構造層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1〜3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1〜5のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 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及び/又は前記密閉層に貼り付けられた保護部材をさらに備え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。
- 請求項1〜7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光学部材とを備えることを特徴とする複合光学部材。 - 前記光学部材が偏光板であることを特徴とする請求項8に記載の複合光学部材。
- 請求項8または9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。 - 基板上に凹凸パターンを有する凹凸構造層を形成して透明基体を用意する工程と、
前記凹凸構造層の凹部及び凸部の表面を被覆する被覆層を形成する工程と、
前記被覆層が形成された前記凹凸構造層の隣接する前記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被覆層上に密閉層を形成する工程とを有し、
前記被覆層及び前記密閉層が、同一材料から構成されるとともに、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、
前記被覆層の屈折率が1.8〜2.6であり、
前記密閉層の屈折率が1.8〜2.6であり、
前記被覆層の屈折率が、前記凹凸構造層の前記凸部の屈折率よりも大きく、
前記密閉層が、接着剤を介して他の部材と接合される層であり、
前記光学位相差部材は、前記凸部、前記被覆層、及び前記間隙部の屈折率差により位相差を生じることを特徴とする光学位相差部材の製造方法。 - 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11に記載の光学位相差部材の製造方法。
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