TW201837552A - 光學相位差構件及光學相位差構件的製造方法 - Google Patents

Abstract

提供一種具有高透射率、可產生所期望之相位差且機械強度及耐濕性高之光學相位差構件。

本發明之光學相位差構件10A具備：基材40：具有第1面41及位於該第1面41相反側的第2面42，第1凹凸結構體50，形成於上述第1面41上，由第1無機材料構成，及第2凹凸結構體52：形成於上述第2面42上，由第2無機材料構成；上述第1凹凸結構體50具備多個凸部60，該等多個凸部60係於與上述第1面41平行之第1方向上延伸，並且寬度朝向自上述基材40之上述第1面41遠離的方向變小，上述第2凹凸結構體52具備多個凸部62，該等多個凸部62係於上述第1方向上延伸，並且寬度朝向自上述基材40之上述第2面42遠離的方向變小。

Description

光學相位差構件及光學相位差構件的製造方法

本發明係關於一種光學相位差構件及其製造方法。

光學相位差板具有非常多之用途，被用於投影機(投影型顯示裝置)、反射型液晶顯示裝置、半透射型液晶顯示裝置、光碟用拾取器、PS轉換元件等各種用途。

於光學相位差板中，存在藉由如方解石、雲母、水晶般之存在於自然界之雙折射結晶而形成者、或藉由雙折射聚合物而形成者、藉由人工地設置短於使用波長之週期結構而形成者、使用斜柱狀結構膜者等。

作為人工地設置週期結構而形成之光學相位差板，有於透明基板上設置有凹凸結構者。用於光學相位差板之凹凸結構具有短於使用波長之週期，具有例如圖3所示般之條紋狀之圖案。此種凹凸結構具有折射率各向異性，若光L相對於圖3之光學相位差板400之基板420垂直地入射，則於凹凸結構內，平行於凹凸結構之週期方向之偏光成分、與垂直於凹凸結構之週期方向之偏光成分以不同之速度傳播，因此於兩偏光成分間產生相位差。該相位差可藉由調整凹凸結構之高度(深度)、構成凸部之材 料與凸部之間之材料(空氣)之折射率差等而控制。用於上述投影機等裝置之光學相位差板必須相對於使用波長λ而產生λ/4或λ/2之相位差，但為了形成此種可產生足夠之相位差之光學相位差板，必須使構成凸部之材料的折射率與凸部間之材料(空氣)之折射率之差或凹凸結構之高度(深度)足夠大。作為此種光學相位差板，於專利文獻1中，提出有藉由高折射率材料被覆凹凸結構之表面者。

作為使用斜柱狀結構膜之光學相位差板，於專利文獻2中，記載有將Ta₂O₃膜設置於鈮酸鋰基板之兩面而成者，該Ta₂O₃膜具有藉由自斜方向之蒸鍍或濺鍍等而形成之膜密度低之斜柱狀結構。於專利文獻2中記載有：「藉由在基板之兩面設置斜柱狀結構膜，而與僅於單面設置之情形相比，可減小斜柱狀結構膜之厚度，因此可防止斜柱狀結構膜因內部應力而自基板剝離」；以及「於基板之兩面設置有斜柱狀結構膜之光學相位差板相較於僅於單面設置有斜柱狀結構膜之光學相位差板，透射率較高」。

[專利文獻1]日本專利特公平7-99402號公報

[專利文獻2]日本專利特開平8-122523號公報

如上述般，為了使光學相位差構件產生足夠之相位差，必須使凹凸結構之高度足夠大，但此種凹凸結構有難以形成且機械強度亦低之傾向。又，於將光學相位差構件用於投影機等之情形時，光學相位差構件 被期望於廣波長範圍內具有高透射率，但於上述專利文獻1中所揭示之相位差板中，由於高折射率層與空氣接觸，故而入射至該相位差板之光之大部分於高折射率層與空氣之界面被反射，因此相位差板之透射率低。又，於透明基板之形成有凹凸結構之面相反側的面，光之一部分亦被反射，因此透射率進而降低。

專利文獻2中記載之光學相位差板之斜柱狀結構膜係膜密度低之空疏之膜，因此普遍認為機械強度低，於高濕環境下容易劣化。

因此，本發明之目的在於提供一種具有高透射率、可產生所期望之相位差且機械強度及耐濕性高之光學相位差構件，及其製造方法。

根據本發明之第1態樣，可提供一種光學相位差構件，其具備：基材：具有第1面及位於該第1面相反側的第2面；第1凹凸結構體：形成於上述第1面上，由第1無機材料構成，及第2凹凸結構體：形成於上述第2面上，由第2無機材料構成；上述第1凹凸結構體具備多個凸部，該等多個凸部係於與第1面平行之第1方向上延伸，並且寬度朝向自上述基材之上述第1面遠離之方向變小；上述第2凹凸結構體具備多個凸部，該等多個凸部係於上述第1方向上延伸，並且寬度朝向自上述基材之上述第2面遠離之方向變小。

根據本發明之第2態樣，可提供一種光學相位差構件之製造方法，其係製造第1態樣之光學相位差構件之方法，包括如下步驟：於基材之第1面上，形成由第1無機材料構成之第1凹凸結構體，及 於上述基材之位於上述第1面相反側的第2面上，形成由第2無機材料構成之第2凹凸結構體。

本發明之光學相位差構件可藉由在基材之兩面形成凹凸結構體，而具有高透射率並且產生所期望之相位差。又，凹凸結構體之機械強度及耐濕性高。因此，本發明之光學相位差構件適於投影機等各種用途。

10、10A、10B、10C‧‧‧光學相位差構件

20‧‧‧中折射率層

22‧‧‧第1層

24‧‧‧第2層

25‧‧‧積層體

26‧‧‧第3層

30‧‧‧高折射率層

40‧‧‧基材

50‧‧‧第1凹凸結構體

52‧‧‧第2凹凸結構體

60、62‧‧‧凸部

70、72‧‧‧凹部

90‧‧‧空氣層

80、82‧‧‧凹凸圖案

圖1A係概念性地表示第1實施形態之光學相位差構件之剖面結構之圖。

圖1B係概念性地表示第2實施形態之光學相位差構件之剖面結構之圖。

圖1C係概念性地表示第3實施形態之光學相位差構件之剖面結構之圖。

圖2係表示光學相位差構件之製造方法之流程圖。

圖3係概念性地表示習知技術之光學相位差構件一例之圖。

以下，一面參照圖式，一面對光學相位差構件及其製造方法進行說明。

[光學相位差構件]

(1)光學相位差構件10A(第1實施形態)

圖1A所示之光學相位差構件10A具備：板狀基材40：具有第1面41及位於該第1面41相反側的第2面42，第1凹凸結構體50：形成於第1面41上，及第2凹凸結構體52：形成於第2面42上。

第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52均露出表面。即，於第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52之任一者之上均未形成其他層，第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52為最表層。

<基材>

作為基材40並無特別限制，可適當利用波長550nm時之折射率(以下適當稱為「折射率」)為1.4~1.8之範圍內，且會透射可見光之公知的板狀(平板狀)基材。例如，可利用由石英、玻璃等透明無機材料構成之基材；及由任意之透明樹脂材料構成之基材等。於將光學相位差構件10A用於投影機之情形時，要求光學相位差構件10A具有高耐光性及高耐熱性，因此，基材40較理想為耐光性及耐熱性高之基材。於該方面，較佳為由無機材料構成之基材。基材40之厚度較佳為1μm~20mm之範圍內。

<第1凹凸結構體>

第1凹凸結構體50具有多個凸部60及相鄰凸部之間的凹部70，藉此於第1凹凸結構體50之表面劃分形成有凹凸圖案80。

第1凹凸結構體50可由折射率為1.6~1.9之範圍內之材料構成。又，若將第1凹凸結構體50之折射率設為n₁，將基材40之折射率設為n₀，則n₁-n₀之值可為-0.4~0.4之範圍內。於n₁-n₀之值為-0.4~0.4之範圍內之情形時，凹凸結構體50與基材40之折射率差足夠小，因此， 凹凸結構體50與基材40之界面之反射率變低，光學相位差構件10A之透射率變得更高。又，n₁-n₀之值可為-0.1~0.4之範圍內，可為0.1~0.4之範圍內。於n₁-n₀之值為-0.1以上、尤其是0.1以上之情形時，凸部60與下述之空氣層90之折射率差足夠大，因此，光學相位差構件10A變得易於產生所期望之相位差。作為構成第1凹凸結構體50之材料，例如可使用二氧化矽、SiN、SiON等Si系材料、TiO₂等Ti系材料、ITO(銦-錫-氧化物)系材料、ZnO、ZnS、ZrO₂、Al₂O₃、BaTiO₃、Cu₂O、MgS、AgBr、CuBr、BaO、Nb₂O₅、SrTiO₂等無機材料。該等無機材料可為藉由利用溶膠-凝膠法使該等無機材料之前驅物(溶膠)硬化而獲得之乾凝膠。乾凝膠具有由Si-O鍵等牢固之共價鍵構成之三維網狀結構，具有足夠之機械強度。又，上述無機材料亦可使用將WO2016/056277號所記載般之熱塑性樹脂、紫外線硬化型樹脂等複合化而成之材料。為了折射率之調整、高硬度化等，亦可使上述無機材料包含公知之微粒子或填料。進而，亦可使用使上述材料含有紫外線吸收材料而成者。紫外線吸收材料具有藉由吸收紫外線並將光能轉換為如熱般之無害之形式而抑制第1凹凸結構體50之劣化之作用。作為紫外線吸收劑，可使用WO2016/056277號中例示之紫外線吸收劑等任意者。於將光學相位差構件10A用於投影機之情形時，第1凹凸結構體50較理想為具有高耐光性及耐熱性。於該方面，由於第1凹凸結構體50係由無機材料構成，故而耐光性及耐熱性優異。

第1凹凸結構體50之各凸部60及各凹部70係於與第1面41平行之圖1A之Y方向(深度方向)上延伸，多個凸部60及凹部70係以較設計波長(藉由光學相位差構件10A產生相位差之光之波長)短之週 期排列。

各凸部60具有自基材40之第1面41起朝向上方(自第1面41遠離之方向、即圖1A之Z方向)而寬度(圖1A之X方向之長度)變小般之前端變細之形狀。即，與各凸部60之延伸方向正交之ZX平面中之剖面可為大致梯形。於本申請案中，所謂「大致梯形」意指下述之大致四邊形：具有與基材40之第1面41大致平行之一組對邊，該對邊中靠近基材40之第1面41之邊(下底)較另一邊(上底)長，下底與2條斜邊所成之角均為銳角。大致四邊形之各邊可彎曲，各頂點亦可帶弧度。藉由使凸部60具有此種前端變細之形狀，朝向自第1面41遠離之方向而平均折射率連續變低。因此，可抑制於空氣與第1凹凸結構體50之界面之光之反射，因此，光學相位差構件10A之透射率提高。又，上底之長度亦可為0。亦即，於本申請案中，「大致梯形」係亦包含「大致三角形狀」之概念。再者，上底之長度較佳為大於0。具有上底大於0之大致梯形之剖面之凸部係與具有大致三角形狀之剖面之凸部相比具有如下之優點。即，用以利用壓印法形成凸部之模板之形成較為容易，且凸部之耐面壓性等機械強度高。

凸部60之高度(凹凸高度)較理想為100~2000nm之範圍內。若凸部60之高度未達100nm，則有如下傾向：於可見光入射至光學相位差構件10A之情形時難以產生所期望之相位差。於凸部60之高度超過2000nm之情形時，凸部60之縱橫比(aspect ratio)大，因此有難以形成凹凸圖案80之傾向。凸部60之縱橫比可設為1~5之範圍內。藉由使凸部60之縱橫比為1以上，可藉由光學相位差構件產生足夠之相位差。藉由使凸部60之縱橫比為5以下，可使凸部60具有足夠之機械強度，並且凹凸結 構體50之形成變得容易。再者，於本申請案中，所謂「凸部之縱橫比」意指凸部高度Ha相對於凸部寬度W之比，所謂「凸部高度Ha」意指自凸部60之底面至上表面為止之距離，所謂「凸部寬度W」意指自凸部60之底面起Ha/2之高度之位置處之凸部60之厚度(參照圖1A)。凸部60之上表面60t之寬度(與凸部60之延伸方向正交之面中之大致梯形之剖面之上底之長度)較佳為50nm以下。藉由使凸部60之上表面60t之寬度為50nm以下，而變得易於更加提高光學相位差構件10A之透射率。又，凹凸圖案80之凹凸間距較佳為50~1000nm之範圍內。間距未達50nm之凹凸圖案存在難以藉由奈米壓印法形成之傾向。於間距超過1000nm之情形時，有作為光學相位差構件難以確保足夠之無色透明性的傾向。

於相鄰之凸部60相對向之側面60s之間的空間(間隙)存在空氣層90。藉由空氣層90與凸部60週期性地排列而產生雙折射性，藉此可產生相位差。空氣層90之寬度Wa較佳為20~200nm之範圍內。再者，所謂「空氣層90之寬度Wa」意指自凸部60之底面起Ha/2之高度之位置處之空氣層90之厚度(相鄰之凸部60相對向之側面60s之間之距離)。

<第2凹凸結構體>

第2凹凸結構體52可由可用作第1凹凸結構體50之材料的上述材料構成。又，第2凹凸結構體52係與第1凹凸結構體50同樣地具有多個凸部62及相鄰之凸部之間之凹部72，藉此於第2凹凸結構體52之表面劃分形成有凹凸圖案82。第2凹凸結構體52之各凸部62之形狀及大小以及凹凸圖案82之凹凸間距等可與針對第1凹凸結構體50而於上文敍述之各凸部60形狀及大小以及凹凸圖案80之凹凸間距等相同。第2凹凸結構體52 之凹凸圖案82可為與第1凹凸結構體50之凹凸圖案80相同之圖案。於該情形時，可根據共通之原型製作第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52，因此無需針對第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52之各者準備原型，可抑制光學相位差構件之製造成本。

於相鄰之凸部62相對向之側面62s之間的空間(間隙)存在空氣層92。藉由空氣層92與凸部62週期性地排列而產生雙折射性，藉此可產生相位差。空氣層92之寬度Ws較佳為20~200nm之範圍內。再者，所謂「空氣層92之寬度Ws」係若將自凸部62之底面至上表面為止之高度設為Hs，則意指自凸部62之底面起Hs/2之高度之位置處之空氣層92之厚度(相鄰之凸部62相對向之側面62s之間之距離)。

藉由光學相位差構件10A而產生之相位差之大小成為將藉由第1凹凸結構體50而產生之相位差與藉由第2凹凸結構體52而產生之相位差相加所得之大小。因此，光學相位差構件10A可產生大的相位差。藉由光學相位差構件10A而產生之相位差可為任意之大小，但較佳為λ/4或λ/2(λ表示入射光之波長)。例如，藉由第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52分別產生λ/4之相位差，從而光學相位差構件10A可產生λ/2之相位差。

通常，為了利用基於凹凸之結構雙折射而產生λ/2等之大的相位差，必須使凹凸之高度(深度)足夠大，但此種縱橫比大之凹凸因脫模性或機械強度低而難以形成。但是，由於光學相位差構件10A產生將藉由第1凹凸結構體50而產生之相位差與藉由第2凹凸結構體52而產生之相位差相加所得之大小之相位差，故而可降低第1凹凸結構體50及第2凹 凸結構體52之凹凸高度(例如設為於光學相位差構件僅具有一個凹凸結構體之情形時之一半之凹凸高度)。因此，本實施形態之光學相位差構件10A易於製造並且可產生大的相位差。

(2)光學相位差構件10B(第2實施形態)

圖1B所示之光學相位差構件10B具備與圖1A所示之光學相位差構件10A相同之板狀基材40、第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52，且進而具備：高折射率層30：形成於第1凹凸結構體50之凸部60之上表面60t及側面60s，及中折射率層20：形成於凸部60之上表面60t上之高折射率層30上。

由於基材40、第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52與上述光學相位差構件10A(第1實施形態)相同，故而省略說明。再者，光學相位差構件10B之第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52之折射率可為1.2~1.9之範圍內。

<高折射率層>

高折射率層30係具有較第1凹凸結構體50高之折射率之層。高折射率層30較佳由折射率為2.3以上之材料構成。作為構成高折射率層30之材料，例如可使用Ti、In、Zr、Ta、Nb、Zn等金屬、該等金屬之氧化物、氮化物、硫化物、氮氧化物、鹵化物等無機材料。

高折射率層30被覆凸部60。即，高折射率層30被覆凸部60之上表面60t及側面60s。藉由凸部60由高折射率層30被覆，因凸部60與下述之空氣層90b之週期排列而產生之雙折射性變大。因此，可減小 凸部60之高度，即減小凸部60之縱橫比，因此，第1凹凸結構體50之形成變得容易。形成於凸部60之上表面60t上的高折射率層30之厚度T_ht較佳為50~250nm之範圍內。

又，於以對特定之波長λ之光賦予相位差之目的使用光學相位差構件10B之情形時，形成於凸部60之側面60s上之高折射率層30之厚度T_hs較佳為0.03λ~0.11λ。藉由高折射率層30之厚度T_hs為上述範圍內，而變得易於更加提高光學相位差構件10B之透射率。再者，光學相位差構件10B中之所謂「凸部60之側面60s上的高折射率層30之厚度T_hs」係若將自凸部60之底面至中折射率層20之最上部為止之高度設為Hb，則意指自凸部60之底面起Hb/2之高度之位置處之高折射率層30之厚度。

<中折射率層>

中折射率層20係具有較高折射率層30低之折射率之層。中折射率層20較佳由折射率為1.5~1.7之範圍內之材料構成。構成中折射率層20之材料的折射率更佳為1.6。作為構成中折射率層20之材料，例如可列舉氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氮氧化矽、氟化鑭、氧化矽、氧化鍺等。

中折射率層20形成於凸部60之上表面60t上之高折射率層30上。藉此可抑制光之反射，因此光學相位差構件10B可具有高透射率。於以對特定之波長λ之光賦予相位差之目的使用光學相位差構件10A之情形時，形成於凸部60之上表面60t上的高折射率層30上之中折射率層20之厚度T_mt較佳為0.9λ/4n~1.3λ/4n(n表示中折射率層20之折射率)之範圍內。藉由中折射率層20之厚度T_mt為上述範圍內，而變得易於更加提高光學相位差構件10B之透射率。

再者，亦可使中折射率層20亦形成於凸部60之側面60s上之高折射率層30上。形成於凸部60之側面60s上之高折射率層30上之中折射率層20厚度(凸部60之側面60s處的中折射率層20之厚度)係於以對特定之波長λ之光賦予相位差之目的使用光學相位差構件10A之情形時，較佳為0.03λ以下。若凸部60之側面60s處的中折射率層20之厚度超過0.03λ，則有藉由光學相位差構件10B產生之相位差變小的傾向。再者，光學相位差構件10B中之所謂「凸部60之側面60s處的中折射率層20厚度」，意指自凸部60之底面至中折射率層20最上部為止的高度之1/2之高度之位置處的中折射率層20厚度。

在形成於相鄰之凸部60相對向之側面60s上的高折射率層30之間之空間(間隙)存在空氣層90b。藉由空氣層90b與被覆凸部60之高折射率層30週期性地排列而產生雙折射性，藉此可產生相位差。空氣層90b之寬度Wb較佳為上述入射光之波長之0.08~0.18倍之範圍內。藉由空氣層90b之寬度Wb為上述範圍內，變得易於更加提高光學相位差構件10B之透射率，又，變得可產生足夠之大小之相位差。再者，光學相位差構件10B中之所謂「空氣層90b之寬度Wb」係若將自凸部60之底面至中折射率層20之最上部為止之高度設為Hb，則意指自凸部60之底面起Hb/2之高度之位置處之空氣層90b之厚度(形成於相鄰之凸部60相對向之側面60s上的高折射率層30之表面之間之距離)。

(3)光學相位差構件10C(第3實施形態)

圖1C所示之光學相位差構件10C具備與圖1A所示之光學相位差構件10A相同之板狀基材40、第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52，且進 而具備：高折射率層30：形成於第1凹凸結構體50之凸部60的上表面60t及側面60s，及積層體25：形成於凸部60之上表面60t上的高折射率層30上。

由於基材40、第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52與上述光學相位差構件10A(第1實施形態)相同，高折射率層30與上述光學相位差構件10B(第2實施形態)相同，故而省略說明。再者，光學相位差構件10C之第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52之折射率可為1.2~1.9之範圍內。

<積層體>

積層體25形成於凸部60之上表面60t上之高折射率層30上。積層體25可由2n+1個(n為正整數)層即3以上之奇數個層構成。於圖1C中，積層體25係由第1層22、第2層24及第3層26之3個層構成。第1層22直接形成於高折射率層30之上，第2層24直接形成於第1層22上，第3層26直接形成於第2層24上。

第1層22之折射率較高折射率層30低，第3層26之折射率較第2層24之折射率低。藉此，可使光學相位差構件10C於廣波長範圍內具有高透射率。

第2層24之折射率可較第1層22之折射率高，或者，第2層24之折射率亦可較第1層22之折射率低。

於第2層24之折射率較第1層22之折射率高之情形時，積層體25具有將具有相對較高之折射率之層與具有相對較低之折射率之層交替地積層而成之結構。於該情形時，第1層22及第3層26之折射率可為 1.3~1.55之範圍內。於第1層22或第3層26之折射率超過1.55之情形時，有光學相位差構件10C之平均透射率(波長430nm~680nm時之光之透射率之平均)低的傾向。折射率未達1.3之材料有穩定性低之傾向。又，第2層24之折射率可為2.1以上，較佳為2.1~2.6之範圍內。於第2層24之折射率未達2.1之情形時，有光學相位差構件100之平均透射率低的傾向。折射率超過2.6之材料有該材料本身之可見光區域內之透明性低的傾向。又，第1層22及第3層26可由相同之材料形成，第2層24可由與高折射率層30相同之材料形成。藉此，可藉由較少之種類之材料製造光學相位差構件10C，因此可降低製造成本。

於第2層24之折射率較第1層22之折射率低之情形時，於積層體25中，距高折射率層30越遠之層具有越低之折射率。於該情形時，作為積層體25之最表層(最上層)之第3層26之折射率可為1.3~1.4之範圍內。

作為構成第1層22及第3層26之材料，例如可列舉如SiO₂、MgF₂般之Si、Al、Li、Mg、Ca、K之氧化物、氟化物。作為構成第2層24之材料，例如可列舉Ti、In、Zr、Ta、Nb、Zn等金屬、該等金屬之氧化物、氮化物、硫化物、氮氧化物、鹵化物等無機材料。

形成於凸部60之上表面60t上之高折射率層30上的第1層22之厚度T_st1可為20~40nm之範圍內，其上之第2層24之厚度T_st2可為35~55nm之範圍內，進而其上之第3層26之厚度T_st3可為100~140nm之範圍內，作為第1層22、第2層24、第3層26之厚度之合計之積層體25之厚度T_st可為155~210nm之範圍內。於該情形時，有光學相位差構件 10C之平均透射率高的傾向。又，第1層22之厚度T_st1可為25~35nm之範圍內，第2層24之厚度T_st2可為35~45nm之範圍內，第3層26之厚度T_st3可為115~125nm之範圍內，積層體25之厚度T_st可為185~195nm之範圍內。於該情形時，有光學相位差構件10C之平均透射率更高的傾向。

再者，亦可使積層體25亦形成於凸部60之側面60s上之高折射率層30上。形成於凸部60之側面60s上之高折射率層30上的積層體25之厚度(凸部60之側面60s處之積層體25之厚度)T_ss較佳為5~40nm之範圍內。藉由積層體25之厚度T_ss為上述範圍內，可一面抑制因積層體25成膜於側面60s而產生之相位差之降低，一面提高光學相位差構件10C之透射率。又，若增大第2層24之折射率，則藉由形成於側面之第2層24亦產生因結構雙折射而引起之相位差，因此可抑制因積層體25形成於側面而引起之相位差之降低。再者，光學相位差構件10C中之所謂「凸部60之側面60s處之積層體25之厚度T_ss」係若將自凸部60之底面至積層體25之最上部為止之高度設為Hc，則意指自凸部60之底面起Hc/2之高度之位置處之積層體25之厚度。

於積層體由5以上之奇數個層構成之情形時，即於積層體之層數為2n+1(n為2以上之整數)之情形時，積層體具備：第1層：直接形成於高折射率層之上，第2k層：直接形成於第2k-1層(k為1~n之整數)上，及第2k+1層：直接形成於第2k層上；積層體之最表層成為第2n+1層。第1層之折射率較高折射率層低，第2k+1層之折射率較第2k層之折射率低。藉此，光學相位差構件10C可 於較廣之波長範圍內具有高透射率。第2k層之折射率可較第2k-1層之折射率高，或者，第2k層之折射率亦可較第2k-1層之折射率低。於第2k層之折射率較第2k-1層之折射率高之情形時，積層體具有相對於該層相接之層具有相對較高之折射率之層與具有相對較低之折射率之層交替地積層而成之結構。於該情形時，第2k-1層及第2k+1層可由相同之材料形成，第2k層可由與高折射率層相同之材料形成。藉此，可藉由較少之種類之材料製造光學相位差構件10C，因此可降低製造成本。

在形成於相鄰之凸部60相對向之側面60s上的高折射率層30之間之空間(間隙)存在空氣層90c。藉由空氣層90c與被覆凸部60之高折射率層30週期性地排列而產生雙折射性，藉此可產生相位差。空氣層90c之寬度Wc較佳為35~100nm之範圍內。藉由空氣層90c之寬度Wc為上述範圍內，即便於低的凹凸高度亦可確保大的相位差。再者，光學相位差構件10C中之所謂「空氣層90c之寬度Wc」係若將自凸部60之底面至積層體25之最上部為止之高度設為Hc，則意指自凸部60之底面起Hc/2之高度之位置處之空氣層90c之厚度(形成於相鄰之凸部60相對向之側面60s上的高折射率層30之表面之間之距離)。

再者，於圖1A~1C中，第1凹凸結構體50之相鄰之凸部60係於凸部60之底面(或凸部60之下端)相互相接，但相鄰之凸部60之底面(或相鄰之凸部60之下端)彼此亦可隔開特定之距離。於該情形時，於凹部70與空氣層90之界面、或凹部70與形成於其上之高折射率層30之界面，光之一部分被反射，因此有透射率變低之傾向。因此，就將光學相位差構件設為高透射率之觀點而言，第1凹凸結構體50之相鄰之凸部60 之底面彼此之間隔(即凹部70之寬度)較佳為凹凸圖案80之間距之0~0.2倍之範圍內。換言之，凸部60之底面之寬度較佳為凹凸圖案80之間距之0.8~1倍之範圍內。藉由凹部70之寬度相對於凹凸圖案80之間距之比為0.2以下，即凸部60之底面之寬度相對於凹凸圖案80之間距之比為0.8以上，變得易於更加提高光學相位差構件10A~10C之透射率。同樣地，於圖1A~1C中，第2凹凸結構體52之相鄰之凸部62於凸部62之底面(或凸部62之下端)相互相接，但相鄰之凸部62之底面(或相鄰之凸部62之下端)彼此亦可隔開特定之距離。就將光學相位差構件10A~10C設為高透射率之觀點而言，第2凹凸結構體52之相鄰之凸部62之底面彼此之間隔(即，凹部72之寬度)較佳為凹凸圖案82之間距之0~0.2倍之範圍內。

再者，於圖1A~1C中，凹部70、72分別形成於第1凹凸結構體50、第2凹凸結構體52之表面，但於凹部70、72亦可露出基材40之表面。即，第1凹凸結構體50及第2凹凸結構體52均可為如圖1A~1C所示般之連續之1個層，亦可代替其而為多個獨立之凸部之集合體。

[光學相位差構件之製造方法]

對光學相位差構件之製造方法進行說明。光學相位差構件之製造方法係如圖2所示般主要具有：步驟S1：於板狀基材之第1面上形成第1凹凸結構體，步驟S2：於基材位於第1面相反側的第2面上形成第2凹凸結構體，步驟S3：形成高折射率層，及步驟S4：形成中折射率層或積層體。

再者，S3、S4係任意之步驟。以下，對各步驟進行說明。

(1)第1凹凸結構體之形成S1

形成第1凹凸結構體之步驟S1具有：溶液製備步驟：製備無機材料之前驅物溶液，塗佈步驟：於基材或形成有轉印圖案之模具，塗佈所製備之前驅物溶液而形成塗膜，按壓步驟：將塗膜夾於基材與轉印圖案之間並按壓，預燒製步驟：對塗膜進行預燒製，剝離步驟：將模具自塗膜剝離，及硬化步驟：使塗膜硬化。

亦將按壓步驟、預燒製步驟及剝離步驟合稱為轉印步驟。

i)溶液製備步驟

首先，製備無機材料之前驅物之溶液。於使用溶膠-凝膠法形成由無機材料構成之第1凹凸結構體之情形時，可使用Si、Ti、Sn、Al、Zn、Zr、In等之烷氧化物(金屬烷氧化物)作為無機材料之前驅物。例如，可使用WO2016/056277號中記載之無機材料之前驅物。作為前驅物溶液之溶劑，可使用WO2016/056277號中記載之溶劑。於前驅物溶液中，可添加WO2016/056277號中記載之添加物。又，亦可使用WO2016/056277號中記載之聚矽氮烷作為無機材料之前驅物。

ii)塗佈步驟

將如上述般製備之無機材料之前驅物溶液塗佈於板狀基材之第1面上或凹凸圖案轉印用模具之凹凸面上而形成塗膜。於基材上，為了提高密接性，亦可進行表面處理或設置易黏著層等。作為前驅物溶液之塗佈方法， 可使用棒式塗佈法、旋轉塗佈法、噴塗法、浸漬塗佈法、模嘴塗佈法、噴墨法等任意之塗佈方法，但就可於相對大面積之基材或模具均勻地塗佈前驅物溶液，及可於前驅物溶液硬化之前迅速地完成塗佈之方面而言，較佳為棒式塗佈法、模嘴塗佈法及旋轉塗佈法。

凹凸圖案轉印用模具可藉由例如WO2016/056277號中記載之方法而製造。模具可為於外周面具有凹凸圖案之滾筒狀(圓柱狀、圓筒狀)，亦可為平板狀(片狀)。

於將前驅物溶液塗佈於基材上之情形時，為了使塗膜中之溶劑蒸發，亦可將基材於大氣中或減壓下保持(乾燥步驟)。就圖案形成之穩定性之觀點而言，較理想為可良好地進行圖案轉印之乾燥時間範圍足夠廣，其可藉由乾燥溫度(保持溫度)、乾燥壓力、前驅物之材料種類、前驅物之材料種類之混合比、前驅物溶液製備時所使用之溶劑量(前驅物之濃度)等而進行調整。再者，由於即便僅將基材保持原樣，塗膜中之溶劑亦會蒸發，故而未必需要進行加熱或送風等積極之乾燥操作，亦可僅將形成有塗膜之基材按原樣放置特定時間、或為了進行後續之步驟而於特定時間之內進行搬送。

iii)按壓步驟

繼而，將塗膜夾於基材與凹凸圖案轉印用之模具之間，並將模具按壓至塗膜。亦可一面按壓，一面加熱塗膜。

iv)預燒製步驟

亦可於將模具壓抵於塗膜之後，對塗膜進行預燒製。藉由進行預燒製而塗膜硬化，於剝離時不易崩壞。於進行預燒製之情形時，較佳為於大氣 中以室溫~300℃之溫度進行加熱。再者，未必需要進行預燒製。又，於在前驅物溶液中添加有藉由照射紫外線等光而產生酸或鹼之材料的情形時，亦可代替預燒製而藉由照射能量線使塗膜硬化。

v)剝離步驟

於按壓步驟或預燒製步驟之後，自塗膜將模具剝離。藉此，可獲得轉印有模具之表面形狀(凹凸圖案)之第1凹凸結構體。作為模具之剝離方法，可採用公知之剝離方法。由於模具之凹凸圖案之凸部及凹部係於相同之方向上延伸地排列，故而脫模性較佳。模具之剝離方向可設為與凸部及凹部之延伸方向平行之方向。藉此，可進而提高模具之脫模性。亦可一面加熱塗膜，一面將模具剝離，藉此放出自塗膜產生之氣體，可防止於塗膜內產生氣泡。

vi)硬化步驟

亦可於自塗膜將模具剝離而獲得第1凹凸結構體之後，對第1凹凸結構體進行正式硬化。可藉由正式燒製而使第1凹凸結構體正式硬化。再者，未必需要進行硬化步驟。又，於在前驅物溶液中添加有藉由照射紫外線等光而產生酸或鹼之材料的情形時，可代替燒製，而藉由能量線之照射使第1凹凸結構體正式硬化。

(2)第2凹凸結構體之形成S2

繼而，於基材之第2面(第1面之背面)形成第2凹凸結構體。第2凹凸結構體可與第1凹凸結構體同樣方式形成。再者，第2凹凸結構體之形成亦可於第1凹凸結構體之形成之前，或與第1凹凸結構體之形成同時進行。

(3)高折射率層之形成S3

繼而，可於第1凹凸結構體之上形成高折射率層。為了將具有如上述般之膜厚之高折射率層形成於第1凹凸結構體之凸部之上表面及側面，較佳藉由均鍍性(覆蓋性)高之成膜方法形成高折射率層，例如可藉由鍍覆法、原子層沈積法、化學氣相沈積法、濺鍍法、蒸鍍法等形成。

(4)中折射率層或積層體之形成S4

進而，可於高折射率層上形成中折射率層。中折射率層較佳藉由均鍍性低之成膜方法例如濺鍍法、蒸鍍法等而形成。藉此，可一面設為於凸部側面之高折射率層上不形成中折射率層，或者一面將形成於凸部側面之高折射率層上的中折射率層之膜厚控制於如上述般之範圍內，一面於凸部之上表面之高折射率層上形成中折射率層。

或者，可於高折射率層上依序形成構成積層體之2n+1個(n為正整數)之各層。各層較佳藉由均鍍性低之成膜方法例如濺鍍法、蒸鍍法等而形成。藉此，可一面設為於凸部側面之高折射率層上不沈積構成積層體之材料，或者一面將形成於凸部側面之高折射率層上的積層體之膜厚控制於如上述般之範圍內，一面於凸部之上表面之高折射率層上形成積層體。

以上，藉由實施形態對本發明進行了說明，但本發明之光學相位差構件及其製造方法並不限定於上述實施形態，可於申請專利範圍所記載之技術性思想之範圍內適當改變。

[實施例]

以下，藉由實施例對本發明之光學相位差構件具體地進行說 明，但本發明並非限定於該等實施例。

實施例1

藉由模擬而求出如下之情形時之光學相位差構件之結構，即：於折射率為1.5之玻璃基板之正面(第1面)及背面(第2面)之各者形成折射率為1.43之凹凸結構體，於第1面上之凹凸結構體(第1凹凸結構體)上以110nm之厚度沈積折射率為2.42之材料而形成高折射率層，並於其上依序分別以32nm、23nm、109nm之厚度沈積第1層、第2層、第3層。第1層及第3層之材料係設為折射率為1.46之材料，第2層之材料係設為折射率為2.42之材料。各凹凸結構體具有於一方向上延伸之多個凸部及凹部，將各凸部之上表面之寬度設為15nm，將下表面之寬度設為160nm，將高度設為308nm，將凹凸間距設為180nm。針對該光學相位差構件，藉由模擬而求出波長450nm時之透射率及相位差。光學相位差構件之波長450nm時之透射率為98.5%，相位差為114nm。

實施例2

藉由模擬而求出如下情形時之光學相位差構件之結構，即：於折射率為1.5之玻璃基板之正面(第1面)形成折射率為1.43之凹凸結構體(第1凹凸結構體)，於背面(第2面)形成折射率為1.8之凹凸結構體(第2凹凸結構體)，於第1凹凸結構體上以55nm之厚度沈積折射率為2.42之材料而形成高折射率層，並於其上依序分別以32nm、27nm、118nm之厚度沈積第1層、第2層、第3層。第1層及第3層之材料係設為折射率為1.46之材料，第2層之材料係設為折射率為2.42之材料。第1及第2凹凸結構體之凹凸圖案(凹凸結構)係設為與實施例1相同。針對該光學相位差構 件，藉由模擬而求出波長450nm時之透射率及相位差。透射率為98.9%，相位差為119nm。

比較例1

針對如下之光學相位差構件，藉由模擬而求出波長450nm時之透射率及相位差，該光學相位差構件係僅於玻璃基板之第1面，形成除了凸部高度為385nm以外與實施例1相同之凹凸結構體，於第1面上之凹凸結構體上以145nm之厚度沈積與實施例1相同之折射率之高折射率層，並於其上依序分別以32nm、40nm、100nm之厚度沈積實施例1之折射率之第1層、第2層、第3層，於玻璃基板之第2面依序積層折射率分別為2.33、1.46、2.33、1.46、且厚度分別為13nm、34nm、115nm、88nm之膜而形成抗反射層。透射率為98.3%，相位差為114nm。

根據上述模擬結果，已知實施例1、2之光學相位差構件具有與比較例1之光學相位差構件同等之透射率及相位差特性。其表示以下情況。第一，藉由如實施例1、2般於玻璃基板之兩面形成凹凸結構體，能以較如比較例1般僅於玻璃基板之單面形成有凹凸結構體之情形更低之凸部高度，達成同等之相位差特性。第二，藉由如實施例1、2般於玻璃基板之兩面形成凹凸結構體，可達成與如比較例1般形成有抗反射層之情形同等之高透射率。

實施例3

準備折射率為1.5之玻璃基板(日本電氣硝子公司製造之OA-10G)。於該玻璃基板之正面(第1面)，塗佈二氧化矽之前驅物溶液而形成塗膜。繼而，一面將壓印用之模具壓抵於塗膜，一面使塗膜硬化，其後將模具剝 離。藉此，於玻璃基板之第1面上形成由二氧化矽構成之第1凹凸結構體。同樣地，於玻璃基板之背面(第2面)上形成第2凹凸結構體。再者，由二氧化矽之前驅物溶液形成之二氧化矽之折射率為1.43。又，第1凹凸結構體及第2凹凸結構體具有於一方向上延伸之多個凸部及凹部，各凸部之上表面之寬度為15nm，下表面之寬度為160nm，高度為380nm，凹凸間距為180nm。

於第1凹凸結構體上，藉由濺鍍而形成氧化鈦膜以作為高折射率層。濺鍍係進行至形成於第1凹凸結構體之凸部之上表面之高折射率層之厚度成為145nm為止。再者，此處，形成於凸部之上表面之高折射率層之厚度係藉由如下方法而求出：於試樣附近設置平坦基板並進行濺鍍成膜，求出形成於平坦基板上之膜之厚度。所形成之高折射率層之折射率為2.42。

繼而，藉由濺鍍依序形成二氧化矽層(第1層)、氧化鈦層(第2層)及二氧化矽層(第3層)，而於高折射率層上形成積層體。形成於凸部之上表面之高折射率層之上之第1層、第2層、第3層之厚度分別為20nm、36nm、85nm。再者，此處，各層之厚度係藉由如下方法而求出：於試樣附近設置平坦基板並進行濺鍍成膜，求出形成於平坦基板上之膜之厚度。第1層、第2層、第3層之折射率分別為1.46、2.42、1.46。

再者，二氧化矽、高折射率層及積層體之各層之折射率係藉由如下方法而求出：於結晶矽基板上形成各材料之平坦之膜，使用分光橢圓偏光法(Horiba-Scientific公司製造之AutoSE)測定各膜之折射率。

將以此方式獲得之光學相位差構件置於溫度60℃、濕度 90%之高溫高濕環境下，使用偏光計(Axometrix公司製造之Axoscan)測定0小時、24小時、120小時、240小時後之波長400nm~800nm時之透射率及相位差。於所測定之全部波長範圍內，透射率及相位差之變化率未達±2.5%，基本未劣化。其表示實施例3之光學相位差構件具有高耐濕性。

Claims (12)

1. 一種光學相位差構件，其具備：基材：具有第1面及位於該第1面相反側的第2面，第1凹凸結構體：形成於該第1面上，由第1無機材料構成，及第2凹凸結構體：形成於該第2面上，由第2無機材料構成；該第1凹凸結構體具備多個凸部，該等多個凸部係於與該第1面平行之第1方向上延伸，並且寬度朝向自該基材之該第1面遠離的方向變小；該第2凹凸結構體具備多個凸部，該等多個凸部係於該第1方向上延伸，並且寬度朝向自該基材之該第2面遠離的方向變小。
2. 如申請專利範圍第1項之光學相位差構件，其中，該第1凹凸結構體及該第2凹凸結構體之各凸部的縱橫比(aspect ratio)為1~5之範圍內。
3. 如申請專利範圍第1項之光學相位差構件，其中，該第1無機材料及該第2無機材料為溶膠-凝膠材料之硬化物。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之光學相位差構件，其中，若將該基材之折射率設為n ₀，將構成該第1凹凸結構體之材料的折射率設為n ₁，將構成該第2凹凸結構體之材料的折射率設為n ₂，則n ₁-n ₀之值及n ₂-n ₀之值為-0.4~0.4之範圍內。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之光學相位差構件，其具備：高折射率層：形成於該第1凹凸結構體之該凸部的上表面及側面，具有較該第1凹凸結構體之該凸部高的折射率，及 中折射率層：形成於該第1凹凸結構體之該凸部上表面的該高折射率層上，由具有較該高折射率層低之折射率的層構成；在形成於該第1凹凸結構體相鄰之該凸部相對向之該側面的該高折射率層之間存在空氣層。
6. 如申請專利範圍第5項之光學相位差構件，其中，該中折射率層形成於該第1凹凸結構體之該凸部之上表面及側面之該高折射率層上。
7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之光學相位差構件，其具備：高折射率層：形成於該第1凹凸結構體之該凸部之上表面及側面，具有較該第1凹凸結構體之該凸部高之折射率，及積層體：形成於該第1凹凸結構體之該凸部之上表面之該高折射率層上，由2n+1個(n為正整數)之層之積層體構成；在形成於該第1凹凸結構體相鄰之該凸部相對向之該側面的該高折射率層之間存在空氣層；該積層體具備：第1層：形成於該高折射率層上，第2k層：形成於第2k-1層(k為1~n之整數)上，及第2k+1層：形成於該第2k層上；該第1層之折射率較該高折射率層之折射率低；該第2k+1層之折射率較該第2k層之折射率低。
8. 如申請專利範圍第7項之光學相位差構件，其中，該第2k-1層(k為1~n之整數)之折射率較該第2k層之折射率低。
9. 如申請專利範圍第7項之光學相位差構件，其中，該積層體形成於該 第1凹凸結構體之該凸部之上表面及側面之該高折射率層上。
10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之光學相位差構件，其中，該第1凹凸結構體及該第2凹凸結構體均露出表面。
11. 一種投影機，其具備申請專利範圍第1至10項中任一項之光學相位差構件。
12. 一種光學相位差構件之製造方法，其係製造申請專利範圍第1至10項中任一項之光學相位差構件之方法，包括如下步驟：於基材之第1面上，形成由第1無機材料構成之第1凹凸結構體；及於該基材之位於該第1面相反側的第2面上，形成由第2無機材料構成之第2凹凸結構體。