JP6737472B2 - 光学位相差部材及びプロジェクタ - Google Patents
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Description
一方向に延在するとともに延在方向に垂直な面における断面が略台形状である複数の凸部から構成された凹凸パターンを有する透明基体と、
前記透明基体の前記凸部の上面及び側面に形成された第1層と、
前記凸部の上面の前記第1層上に形成された第2層とを備え、
隣り合う前記凸部の対向する前記側面に形成された前記第1層の間に空気層が存在し、
前記第1層の屈折率は、前記凸部の屈折率及び前記第2層の屈折率のいずれよりも高い光学位相差部材が提供される。
第1の態様の光学位相差部材から構成され、前記光生成機構から射出された前記光を円偏光に変換する入射側波長板と、
円偏光に変換された前記光を変調する画像表示素子と、
第1の態様の光学位相差部材から構成され、前記画像表示素子により変調された前記光を直線偏光に変換する出射側波長板と、
前記画像表示素子により変調された前記光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタが提供される。
第1の態様の光学位相差部材から構成され、前記光生成機構から射出された前記光を円偏光に変換する波長板と、
円偏光に変換された前記光を拡散する拡散素子と、
前記拡散素子で拡散された前記光を変調する画像表示素子と、
前記画像表示素子により変調された前記光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタが提供される。
実施形態の光学位相差部材100は、図1(a)に示すように、断面が略台形状である凸部60から構成された凹凸パターン80を有する透明基体40と、凸部60の上面60t及び側面60sに形成された高屈折率層(第1層)30と、凸部60の上面60t上の高屈折率層30上に形成された中屈折率層(第2層)20とを備える。隣り合う凸部60の対向する側面60s上に形成された高屈折率層30の間には、空気層90が存在する。
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、凹凸構造層50から構成されている。
高屈折率層30は、透明基体40の凹凸構造層50よりも高い屈折率を有する層である。高屈折率層30は、屈折率が2.3以上である材料から構成されることが好ましい。高屈折率層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。
中屈折率層20は、高屈折率層30よりも低い屈折率を有する層である。中屈折率層20は、屈折率が1.5〜1.7の範囲内である材料から構成されることが好ましい。中屈折率層20を構成する材料の屈折率は1.6であることがより好ましい。中屈折率層20を構成する材料としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化窒化ケイ素、フッ化ランタン、酸化ケイ素、酸化ゲルマニウム等が挙げられる。
隣り合う凸部60の対向する側面60s上に形成された高屈折率層30の間の空間(隙間)に空気層90が存在する。光学位相差部材100において、空気層90と凸部60を被覆する高屈折率層30が周期的に配列されていることにより、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。空気層90の幅Wは、前記入射光の波長の0.08〜0.18倍の範囲内であることが好ましい。例えば、波長470nmの光に位相差を与える目的で光学位相差部材100を用いる場合、空気層90の幅Wは40〜82nmの範囲内であることが好ましい。空気層90の幅Wが上記範囲内であることにより、光学位相差部材100の透過率を99%にすることが容易になり、また、光学位相差部材100により0.225λ〜0.275λの位相差を生じさせることが可能となる。このような光学位相差部材は、1/4波長板として好適に用いることができる。なお、本願において「空気層90の幅W」とは、凸部60の底面から中屈折率層20の最上部までの高さをHとすると、凸部60の底面からH/2の高さの位置における空気層90の厚み(隣り合う凸部60の対向する側面60s上に形成された高屈折率層30の表面の間の距離)を意味する。
上記のような光学位相差部材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形成する工程S1と、高屈折率層を形成する工程S2と、中屈折率層を形成する工程S3と有する。透明基体を形成する工程S1は、無機材料の前駆体溶液を調製する溶液調製工程、調製された前駆体溶液を基材に塗布する塗布工程、基材に塗布された前駆体溶液の塗膜を乾燥する乾燥工程、転写パターンが形成されたモールドを塗膜に押し付ける押圧工程、モールドが押し付けられた塗膜を仮焼成する仮焼成工程、モールドを塗膜から剥離する剥離工程、及び塗膜を硬化させる硬化工程を有する。なお、押圧工程、仮焼成工程及び剥離工程を合わせて転写工程ともいう。以下、各工程について順に説明する。
最初に無機材料の前駆体の溶液を調製する。ゾルゲル法を用いて無機材料からなる凹凸構造層を形成する場合、無機材料の前駆体として金属アルコキシドを調製する。例えば、例えば、シリカからなる凹凸構造層を形成する場合は、シリカの前駆体として、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラ−i−プロポキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−i−ブトキシシラン、テトラ−n−ブトキシシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−t−ブトキシシラン等のテトラアルコキシシランに代表されるテトラアルコキシドモノマーや、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン(MTES)、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、プロピルトリプロポキシシラン、イソプロピルトリプロポキシシラン、フェニルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、プロピルトリイソプロポキシシラン、イソプロピルトリイソプロポキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン、トリルトリエトキシシラン等のトリアルコキシシランに代表されるトリアルコキシドモノマー、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジメチルジイソプロポキシシラン、ジメチルジ−n−ブトキシシラン、ジメチルジ−i−ブトキシシラン、ジメチルジ−sec−ブトキシシラン、ジメチルジ−t−ブトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジエチルジイソプロポキシシラン、ジエチルジ−n−ブトキシシラン、ジエチルジ−i−ブトキシシラン、ジエチルジ−sec−ブトキシシラン、ジエチルジ−t−ブトキシシラン、ジプロピルジメトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジプロピルジプロポキシシラン、ジプロピルジイソプロポキシシラン、ジプロピルジ−n−ブトキシシラン、ジプロピルジ−i−ブトキシシラン、ジプロピルジ−sec−ブトキシシラン、ジプロピルジ−t−ブトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソプロピルジエトキシシラン、ジイソプロピルジプロポキシシラン、ジイソプロピルジイソプロポキシシラン、ジイソプロピルジ−n−ブトキシシラン、ジイソプロピルジ−i−ブトキシシラン、ジイソプロピルジ−sec−ブトキシシラン、ジイソプロピルジ−t−ブトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジプロポキシシラン、ジフェニルジイソプロポキシシラン、ジフェニルジ−n−ブトキシシラン、ジフェニルジ−i−ブトキシシラン、ジフェニルジ−sec−ブトキシシラン、ジフェニルジ−t−ブトキシシラン等のジアルコキシシランに代表されるジアルコキシドモノマーを用いることができる。さらに、アルキル基の炭素数がC4〜C18であるアルキルトリアルコキシシランやジアルキルジアルコキシシランを用いることもできる。ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニル基を有するモノマー、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシ基を有するモノマー、p−スチリルトリメトキシシラン等のスチリル基を有するモノマー、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等のメタクリル基を有するモノマー、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のアクリル基を有するモノマー、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ基を有するモノマー、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のウレイド基を有するモノマー、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト基を有するモノマー、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド等のスルフィド基を有するモノマー、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート基を有するモノマー、これらモノマーを少量重合したポリマー、前記材料の一部に官能基やポリマーを導入したことを特徴とする複合材料などの金属アルコキシドを用いてもよい。また、これらの化合物のアルキル基やフェニル基の一部、あるいは全部がフッ素で置換されていてもよい。さらに、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート、オキシ塩化物、塩化物や、それらの混合物などが挙げられるが、これらに限定されない。金属種としては、Si以外にTi、Sn、Al、Zn、Zr、Inなどや、これらの混合物などが挙げられるが、これらに限定されない。上記酸化金属の前駆体を適宜混合したものを用いることもできる。また、これらの材料中に界面活性剤を加えることで、メソポーラス化された凹凸構造層を形成してもよい。さらに、シリカの前駆体として、分子中にシリカと親和性、反応性を有する加水分解基および撥水性を有する有機官能基を有するシランカップリング剤を用いることができる。例えば、n−オクチルトリエトキシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン等のシランモノマー、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルメチルジメトキシシラン等のビニルシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のメタクリルシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等のメルカプトシラン、3−オクタノイルチオ−1−プロピルトリエトキシシラン等のサルファーシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−(N−フェニル)アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン、これらモノマーを重合したポリマー等が挙げられる。
−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。
上記のように調製した無機材料の前駆体溶液を基材上に塗布する。基材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。前駆体溶液の塗布方法として、バーコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ダイコート法、インクジェット法などの任意の塗布方法を使用することができるが、比較的大面積の基材に前駆体溶液を均一に塗布可能であること、前駆体溶液が硬化する前に素早く塗布を完了させることができることからすれば、バーコート法、ダイコート法及びスピンコート法が好ましい。
前駆体溶液の塗布後、塗膜(前駆体膜)中の溶媒を蒸発させるために基材を大気中もしくは減圧下で保持してもよい。凹凸パターン形成の安定性の観点から、パターン転写が良好にできる乾燥時間範囲が十分広いことが望ましく、これは乾燥温度(保持温度)、乾燥圧力、前駆体の材料種、前駆体の材料種の混合比、前駆体溶液調製時に使用する溶媒量(前駆体の濃度)等によって調整することができる。なお、基材をそのまま保持するだけでも塗膜中の溶媒が蒸発するので、必ずしも加熱や送風などの積極的な乾燥操作を行う必要はなく、塗膜を形成した基材をそのまま所定時間だけ放置したり、後続の工程を行うために所定時間の間に搬送したりするだけでもよい。
次いで、凹凸パターン転写用のモールドを用いて、モールドの凹凸パターンを塗膜に転写することで、凹凸構造層を形成する。モールドとして、後述するような方法で製造することができるフィルム状モールドや金属モールドを用いることができるが、柔軟性または可撓性のあるフィルム状モールドを用いることが望ましい。フィルム状モールドを用いる場合、押圧ロールを用いてモールドを前駆体膜に押し付けてもよい。押圧ロールを用いたロールプロセスでは、プレス式と比較して、モールドと塗膜とが接する時間が短いため、モールドや基材及び基材を設置するステージなどの熱膨張係数の差によるパターンくずれを防ぐことができること、前駆体膜中の溶媒の突沸によってパターン中にガスの気泡が発生したり、ガス痕が残ったりすることを防止することができること、前駆体膜と線接触するため、転写圧力及び剥離力を小さくでき、大面積化に対応し易いこと、押圧時に気泡をかみ込むことがないことなどの利点を有する。また、モールドを押し付けながら基材を加熱してもよい。押圧ロールを用いてモールドを前駆体膜に押し付ける例として、図3に示すように押圧ロール122とその直下に搬送されている基材42との間にフィルム状モールド140を送り込むことでフィルム状モールド140の凹凸パターンを基材42上の塗膜(前駆体膜)64に転写することができる。すなわち、フィルム状モールド142を押圧ロール122により塗膜64に押し付ける際に、フィルム状モールド140と基材42を同期して搬送しながら、基材42上の塗膜64の表面をフィルム状モールド140で被覆する。この際、押圧ロール122をフィルム状モールド140の裏面(凹凸パターンが形成された面と反対側の面)に押しつけながら回転させることで、フィルム状モールド140と基材42が進行しながら密着する。なお、長尺のフィルム状モールド140を押圧ロール122に向かって送り込むには、長尺のフィルム状モールド140が巻き付けられたフィルムロールからそのままフィルム状モールド140を繰り出して用いるのが便利である。
前駆体膜にモールドを押し付けた後、前駆体膜を仮焼成してもよい。仮焼成することにより前駆体が無機材料に転化して塗膜が硬化し、凹凸パターンが固化し、剥離の際に崩れにくくなる。仮焼成を行う場合は、大気中で室温〜300℃の温度で加熱することが好ましい。なお、仮焼成は必ずしも行う必要はない。また、前駆体溶液に紫外線などの光を照射することによって酸やアルカリを発生する材料を添加した場合には、前駆体膜を仮焼成する代わりに、例えばエキシマUV光等の紫外線に代表されるエネルギー線を照射することによって塗膜を硬化してもよい。
モールドの押圧または前駆体膜の仮焼成の後、塗膜(前駆体膜又は前駆体膜を転化することにより形成された無機材料膜)からモールドを剥離する。モールドの剥離方法として公知の剥離方法を採用することができる。モールドの凹凸パターンの凸部及び凹部は一様な方向に延在して配列されているため、離形性がよい。モールドの剥離方向は凸部及び凹部の延在方向と平行な方向にしてよい。それによりモールドの離形性をさらに向上することができる。塗膜を加熱しながらモールドを剥離してもよく、それにより塗膜から発生するガスを逃がし、塗膜内に気泡が発生することを防ぐことができる。ロールプロセスを使用する場合、プレス式で用いるプレート状モールドに比べて剥離力は小さくてよく、塗膜がモールドに残留することなく容易にモールドを塗膜から剥離することができる。特に、塗膜を加熱しながら押圧するので反応が進行し易く、押圧直後にモールドは塗膜から剥離し易くなる。さらに、モールドの剥離性の向上のために、剥離ロールを使用してもよい。図3に示すように剥離ロール123を押圧ロール122の下流側に設け、剥離ロール123によりフィルム状モールド140を塗膜64に付勢しながら回転支持することで、フィルム状モールド140が塗膜64に付着された状態を押圧ロール122と剥離ロール123の間の距離だけ(一定時間)維持することができる。そして、剥離ロール123の下流側でフィルム状モールド140を剥離ロール123の上方に引き上げるようにフィルム状モールド140の進路を変更することでフィルム状モールド140は凹凸パターン80が形成された塗膜(凹凸構造層)50から引き剥がされる。なお、フィルム状モールド140が塗膜64に付着されている期間に前述の塗膜64の仮焼成や加熱を行ってもよい。なお、剥離ロール123を使用する場合には、例えば室温〜300℃に加熱しながら剥離することによりモールド140の剥離を一層容易にすることができる。
塗膜(凹凸構造層)からモールドを剥離した後、凹凸構造層を本硬化してもよい。本焼成により凹凸構造層を本硬化させることができる。ゾルゲル法によりシリカに転化する前駆体を用いた場合、凹凸構造層を構成するシリカ(アモルファスシリカ)中に含まれている水酸基などが本焼成により脱離して凹凸構造層がより強固となる。本焼成は、200〜1200℃の温度で、5分〜6時間程度行うのが良い。この時、凹凸構造層がシリカからなる場合、焼成温度、焼成時間に応じて非晶質または結晶質、または非晶質と結晶質の混合状態となる。なお、硬化工程は必ずしも行う必要はない。また、前駆体溶液に紫外線などの光を照射することによって酸やアルカリを発生する材料を添加した場合には、凹凸構造層を焼成する代わりに、例えばエキシマUV光等の紫外線に代表されるエネルギー線を照射することによって、凹凸構造層を本硬化することができる。
次いで、凹凸パターンが形成された透明基体上に高屈折率層を形成する(図2の工程S2)。上述のような膜厚を有する高屈折率層を凹凸パターンの凸部の上面及び側面に形成するためには、高屈折率層を付き回り性(カバレッジ性)の高い成膜方法で形成することが好ましく、例えば、メッキ法、原子層堆積法、化学気相成長法、スパッタ法、蒸着法等により形成することができる。
次いで、高屈折率層上に中屈折率層を形成する(図2の工程S3)。中屈折率層は、付き回り性の低い成膜方法、例えば、スパッタ法、蒸着法等により形成することが好ましい。それにより、凸部の側面の高屈折率層上に中屈折率層が形成されないようにしながら、あるいは凸部の側面の高屈折率層上に形成される中屈折率層の膜厚を上述のような範囲内に制御しながら、凹凸パターンの凸部の上面の高屈折率層上に中屈折率層を形成することができる。
上記光学位相差部材の製造方法で用いられる凹凸パターン転写用のモールドとしては、例えば、以下の方法で製造される金属モールド又はフィルム状の樹脂モールド等が含まれる。樹脂モールドを構成する樹脂には、天然ゴム又は合成ゴムのようなゴムも含まれる。モールドは表面に凹凸パターンを有する。
上記実施形態の光学位相差部材100、100a、100b、100c、100dを用いたプロジェクタの一例を図4に基づいて説明する。図4に示すプロジェクタ301は、プロジェクタ301の外部の装置、例えばPCやDVDプレイヤー等から供給される画像データに基づいて、画像データに規定されたフルカラーの画像をスクリーン等の投写面に表示することができる。
一方の面(裏面)に反射防止処理をしたガラス基板を用意した。このガラス基板の波長430nm〜510nmにおける透過率は95.9%であった。ガラス基板の反射防止処理されていない面(表面)にシリカの前駆体溶液を塗布して塗膜を形成した。次いで、塗膜にインプリント用のモールドを押し付けながら塗膜を硬化させたあと、モールドを剥離した。それにより、シリカから構成された凹凸構造層を有する透明基体を得た。なお、シリカの前駆体溶液から形成されたシリカの屈折率は、波長640nmで1.424、波長550nmで1.428、波長470nmで1.434であった。
実施例1と比較するために、透明基体の凸部の上面の高屈折率層の厚みが170nmとなるように高屈折率層を形成し、中屈折率層を形成しなかった以外は実施例1と同様にして光学位相差部材を作製した。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おける高屈折率層の厚みThsは22.3nm、隣り合う凸部の間の空気層の幅Wは57.4nmであり、それぞれ後述する光学特性評価に用いた光の波長λの0.05倍、0.12倍であった。
透明基体の一方向に延在する凸部の延在方向に垂直な面における断面が、上底30nm、下底180nm、高さ300nmの略等脚台形であった以外は実施例1と同様にして光学位相差部材を作製した。こうして図1(c)に示すような構造の光学位相差部材を得た。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おける高屈折率層の厚みThsは44.9nm、透明基体の凸部の側面における中屈折率層の厚みTmsは1.1nm、隣り合う凸部の間の空気層の幅Wは52.5nmであり、それぞれ後述する光学特性評価に用いた光の波長λの0.10倍、0.002倍、0.11倍であった。
透明基体の一方向に延在する凸部の延在方向に垂直な面における断面が、上底40nm、下底180nm、高さ375nmの略等脚台形であった以外は実施例2と同様にして光学位相差部材を作製した。こうして図1(c)に示すような構造の光学位相差部材を得た。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おける高屈折率層の厚みThsは31.0nm、透明基体の凸部の側面における中屈折率層の厚みTmsは0.6nm、隣り合う凸部の間の空気層の幅Wは58.7nmであり、それぞれ後述する光学特性評価に用いた光の波長λの0.07倍、0.001倍、0.12倍であった。
透明基体の一方向に延在する凸部の延在方向に垂直な面における断面が、上底50nm、下底180nm、高さ425nmの略等脚台形であった以外は実施例2と同様にして光学位相差部材を作製した。こうして図1(c)に示すような構造の光学位相差部材を得た。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おける高屈折率層の厚みThsは23.1nm、透明基体の凸部の側面における中屈折率層の厚みTmsは0.4nm、隣り合う凸部の間の空気層の幅Wは60.6nmであり、それぞれ後述する光学特性評価に用いた光の波長λの0.05倍、0.001倍、0.13倍であった。
透明基体の一方向に延在する凸部の延在方向に垂直な面における断面が、上底60nm、下底180nm、高さ550nmの略等脚台形であったこと、及び透明基体の凸部の上面の高屈折率層の厚みが190nmとなるように高屈折率層を形成したこと以外は実施例2と同様にして光学位相差部材を作製した。こうして図1(c)に示すような構造の光学位相差部材を得た。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おける高屈折率層の厚みThsは12.5nm、透明基体の凸部の側面における中屈折率層の厚みTmsは0.3nm、隣り合う凸部の間の空気層Wの幅は64.1nmであり、それぞれ後述する光学特性評価に用いた光の波長λの0.03倍、0.001倍、0.14倍であった。
透明基体において一方向に延在する凸部が220nmピッチで配列しており、透明基体の一方向に延在する凸部の延在方向に垂直な面における断面が、上底30nm、下底220nm、高さ350nmの略等脚台形であったこと、及び透明基体の凸部の上面の高屈折率層の厚みが110nmとなるように高屈折率層を形成したこと以外は実施例1と同様にして光学位相差部材を作製した。こうして図1(c)に示すような構造の光学位相差部材を得た。本実施例において、隣り合う凸部の底面の間の距離は0nmであった。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おける高屈折率層の厚みThsは31.1nm、透明基体の凸部の側面における中屈折率層の厚みTmsは8.1nm、隣り合う凸部の間の空気層の幅Wは82.1nmであり、それぞれ後述する光学特性評価に用いた光の波長λの0.07倍、0.017倍、0.17倍であった。
透明基体の一方向に延在する凸部の延在方向に垂直な面における断面が、上底30nm、下底198nm、高さ325nmの略等脚台形であったこと以外は実施例6と同様にして光学位相差部材を作製した。こうして図1(b)に示すような構造の光学位相差部材を得た。本実施例において、隣り合う凸部の底面の間の距離は22nmであり、凹凸ピッチに対する凸部底面間の距離の比は0.1であった。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おける高屈折率層の厚みThsは32.8nm、透明基体の凸部の側面における中屈折率層の厚みTmsは8.6nm、隣り合う凸部の間の空気層の幅Wは87.5nmであり、それぞれ後述する光学特性評価に用いた光の波長λの0.07倍、0.018倍、0.19倍であった。
透明基体の一方向に延在する凸部の延在方向に垂直な面における断面が、上底30nm、下底176nm、高さ300nmの略等脚台形であったこと以外は実施例6と同様にして光学位相差部材を作製した。こうして図1(b)に示すような構造の光学位相差部材を得た。本実施例において、隣り合う凸部の底面の間の距離は44nmであり、凹凸ピッチに対する凸部底面間の距離の比は0.2であった。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おける高屈折率層の厚みThsは34.3nm、透明基体の凸部の側面における中屈折率層の厚みTmsは9.1nm、隣り合う凸部の間の空気層の幅Wは92.7nmであり、それぞれ後述する光学特性評価に用いた光の波長λの0.07倍、0.019倍、0.20倍であった。
透明基体の一方向に延在する凸部の延在方向に垂直な面における断面が、上底30nm、下底154nm、高さ300nmの略等脚台形であったこと以外は実施例6と同様にして光学位相差部材を作製した。こうして図1(b)に示すような構造の光学位相差部材を得た。本実施例において、隣り合う凸部の底面の間の距離は66nmであり、凹凸ピッチに対する凸部底面間の距離の比は0.3であった。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おける高屈折率層の厚みThsは32.8nm、透明基体の凸部の側面における中屈折率層の厚みTmsは8.9nm、隣り合う凸部の間の空気層の幅Wは99.9nmであり、それぞれ後述する光学特性評価に用いた光の波長λの0.07倍、0.019倍、0.21倍であった。
透明基体の一方向に延在する凸部の延在方向に垂直な面における断面が、上底30nm、下底132nm、高さ275nmの略等脚台形であったこと、及び透明基体の凸部の上面の高屈折率層の厚みが120nmとなるように高屈折率層を形成したこと以外は実施例6と同様にして光学位相差部材を作製した。こうして図1(b)に示すような構造の光学位相差部材を得た。本実施例において、隣り合う凸部の底面の間の距離は88nmであり、凹凸ピッチに対する凸部底面間の距離の比は0.4であった。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おける高屈折率層の厚みThsは36.6nm、透明基体の凸部の側面における中屈折率層の厚みTmsは8.5nm、隣り合う凸部の間の空気層の幅Wは101.3nmであり、それぞれ後述する光学特性評価に用いた光の波長λの0.08倍、0.018倍、0.22倍であった。
実施例1〜10及び比較例1の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社製Axsoscan)を用いて測定した。波長470nmの光が各光学位相差部材を透過した場合に生じる位相差δを図7の表中に示す。実施例1〜10及び比較例1の光学位相差部材はいずれも、光の波長λ(470nm)のほぼ1/4(約0.25倍)の位相差を生じた。
実施例1〜10及び比較例1の光学位相差部材の透過率を分光測色計(コニカミノルタ社製CM3500d)を用いて測定した。各光学位相差部材について、波長430nm〜510nmにおける透過率を相加平均した値を図7の表中に示す。
本実施例においては、光学位相差部材の構造(凸部の側面における高屈折率層の厚み及び中屈折率層の厚み、空気層の幅等)をシミュレーションにより計算した。各パラメータを以下の範囲及び間隔で変更しながら計算を行った。
凹凸パターンの周期:180〜220nm(20nm間隔)
凸部上面の幅:30〜60nm(10nm間隔)
隣り合う凸部の底面間の距離/凹凸パターン周期:0.5〜1.0(0.1間隔)
凸部高さ:300〜550nm(25nm間隔)
凸部上面上の高屈折率層の厚み:150〜200nm(10nm間隔)
凸部上面上の中屈折率層の厚み:80nm
本実施例において、凸部の上面の高屈折率層上に形成されている中屈折率層の厚みを0〜150nmの範囲内で変えて、光学位相差部材の波長430〜510nm、520〜590nm、600〜680nmにおける透過率の平均値(平均透過率)、及び光学位相差部材により波長470nm、550nm、640nmの光に生じる位相差をシミュレーションにより求めた。なお、中屈折率層の屈折率nは1.6とした。計算結果をそれぞれ図11(a)〜(c)に示す。図11(a)のグラフは波長430〜510nmにおける平均透過率及び波長470nmの光に生じる位相差を示し、図11(b)のグラフは波長520〜590nmにおける平均透過率及び波長550nmの光に生じる位相差を示し、図11(c)のグラフは波長600〜680nmにおける平均透過率及び波長640nmの光に生じる位相差を示している。図11(a)のグラフから、波長430〜510nmの青色光の透過率を99%にするためには、中屈折率層の厚みを70〜90nmの範囲内、すなわち0.95λ/4n〜1.22λ/4nの範囲内にする必要があることが分かった。図11(b)のグラフから、波長520〜590nmの緑色光の透過率を99%にするためには、中屈折率層の厚みを90〜110nmの範囲内、すなわち1.05λ/4n〜1.28λ/4nの範囲内にする必要があることが分かった。図11(c)のグラフから、波長600〜680nmの赤色光の透過率を99%にするためには、中屈折率層の厚みを90〜120nmの範囲内、すなわち0.9λ/4n〜1.2λ/4nの範囲内にする必要があることが分かった。
50 凹凸構造層、 60 凸部、 90 空気層、 80 凹凸パターン
100 光学位相差部材
301、501 プロジェクタ、320 入射側波長板
321 出射側波長板
328、528 液晶パネル、532 拡散素子、534 波長板
Claims (11)
- 入射光に位相差を発生させる光学位相差部材であって、
一方向に延在するとともに延在方向に垂直な面における断面が略台形状である複数の凸部から構成された凹凸パターンを有する透明基体と、
前記透明基体の前記凸部の上面及び側面に形成された第1層と、
前記凸部の上面の前記第1層上に形成された第2層とを備え、
隣り合う前記凸部の対向する前記側面に形成された前記第1層の間に空気層が存在し、
前記第1層の屈折率は、前記凸部の屈折率及び前記第2層の屈折率のいずれよりも高く、
前記第2層が、前記透明基体の前記凸部の上面及び側面の前記第1層上に形成されている光学位相差部材。 - 前記凸部の側面における前記第2層の厚みが前記入射光の波長の0.03倍以下である請求項1に記載の光学位相差部材。
- 前記入射光の波長をλ、前記第2層の屈折率をnとすると、前記凸部の上面の前記第1層上に形成されている前記第2層が、λ/4nの0.9〜1.3倍の厚みを有する請求項1または2に記載の光学位相差部材。
- 前記空気層の幅が、前記入射光の波長の0.08〜0.18倍である請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 前記凸部の前記断面が上底の長さが50nm以下の略台形状である請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 前記凹凸パターンのピッチに対する、隣り合う前記凸部の底面の間の距離の比が0〜0.2の範囲内である請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 前記入射光の透過率が99%以上である請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 前記凸部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。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の光学位相差部材を備えるプロジェクタ。
- 直線偏光の光を生成する光生成機構と、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の光学位相差部材から構成され、前記光生成機構から射出された前記光を円偏光に変換する入射側波長板と、
円偏光に変換された前記光を変調する画像表示素子と、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の光学位相差部材から構成され、前記画像表示素子により変調された前記光を直線偏光に変換する出射側波長板と、
前記画像表示素子により変調された前記光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタ。 - 直線偏光の光を生成する光生成機構と、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の光学位相差部材から構成され、前記光生成機構から射出された前記光を円偏光に変換する波長板と、
円偏光に変換された前記光を拡散する拡散素子と、
前記拡散素子で拡散された前記光を変調する画像表示素子と、
前記画像表示素子により変調された前記光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタ。
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