TWI743316B - 光學相位差構件、偏光變換元件、模板及光學相位差構件的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種低成本的光學相位差構件，其可容易地製造偏光變換元件。本發明的光學相位差構件10A包括：相位差部7A，其藉由在一方向上延伸存在的多個凸部以及鄰接的該凸部之間的凹部週期性地排列的凹凸結構來產生相位差；以及非相位差部9A，其不產生相位差；並且上述相位差部7A與上述非相位差部9A在同一面上交替配置。
Description
本發明係關於一種光學相位差構件、使用其之偏光變換元件、光學相位差構件製造用的模板(模具)、以及光學相位差構件的製造方法。
液晶投影機是以展示等用途為目的而廣泛普及。液晶投影機中，為了僅使某一偏光(s偏光成分或p偏光成分)的光射入液晶面板而使用偏光變換元件。可利用偏光變換元件，將來自光源的非偏光的光變換為其中一種偏光的光，因此可效率良好地利用光能。
圖10中表示以往的偏光變換元件的例子。偏光變換元件1具備：由在斜面上成膜有光學薄膜2的多個稜鏡構成的稜鏡陣列3、以及設置於稜鏡陣列3的特定位置上的1/2波長板4。偏光變換元件1例如以如下方式發揮功能。包含由鹵素燈等光源所發射的s偏光成分(圖10中以「○」表示)與p偏光成分(圖10中以雙向箭頭表示)的光射入稜鏡陣列3中。入射光的p偏光成分穿透光學薄膜2而射入1/2波長板4中，且通過該1/2波長板4，藉此，偏光面旋轉90度，作為s偏光成分而射出。另一方面，射入稜鏡陣列3中的光的s偏光成分在光學薄膜2反射，並且不通過1/2波長板4，作為s偏光成分而射出。如上所述，由偏光變換元件1射出的光一致成為s偏光，光能的損耗也少。
專利文獻1、2中記載了使用延伸的樹脂膜或石英板來作為如上所述的偏光變換元件的1/2波長板。
[專利文獻1]日本特開2003-302523號公報
[專利文獻2]日本特開2004-170853號公報
為了製造如上所述的偏光變換元件，必須從延伸的樹脂膜或石英板上切割出多個長條狀的小片來作為1/2波長板，將各小片貼附於稜鏡陣列的特定位置上，需要大量的工時。另外，由石英板構成的波長板價格高。
因此，本發明的目的在於提供一種消除上述以往技術的缺點、可容易地製造偏光變換元件的低成本的光學相位差構件(波長板)及其製造方法，以及使用該光學相位差構件的偏光變換元件。
依據本發明的第1態樣，提供一種光學相位差構件，其具有：相位差部，其藉由在一方向上延伸存在的多個凸部以及鄰接的該凸部之間的凹部週期性地排列的凹凸結構來產生相位差；以及非相位差部，其不產生相位差；並且上述相位差部與上述非相位差部在同一面上交替配置。
上述光學相位差構件具有如下結構，即，將分別具有交替配置的雙折射部及非雙折射部的第1相位差構件及第2相位差構件重疊的結構，上述相位差部由上述第1相位差構件的上述雙折射部以及上述第2相位差構件的上述雙折射部構成，並且上述非相位差部可由上述第1相位差構件的上述非雙折射部以及上述第2相 位差構件的上述非雙折射部構成。
上述光學相位差構件具有如下結構，即，將具有交替配置的第1雙折射部及第2雙折射部的第1相位差構件、與具有第3雙折射部的第2相位差構件重疊的結構，上述相位差部由上述第1相位差構件的上述第1雙折射部以及上述第2相位差構件的上述第3雙折射部構成，並且上述非相位差部由上述第1相位差構件的上述第2雙折射部以及上述第2相位差構件的上述第3雙折射部構成。
上述光學相位差構件中，由上述相位差部產生的相位差可為λ/4或λ/2。
上述光學相位差構件的上述相位差部具備：透明基體，其具有與上述多個凸部的延伸方向垂直的面中的剖面為大致梯形形狀的上述凹凸結構；高折射率層，其形成於上述透明基體的上述凸部的上表面及側面，且具有比上述凸部高的折射率；以及中折射率層，其形成於上述凸部的上表面的上述高折射率層上，且由具有比上述高折射率層低的折射率的層構成；並且在形成於相鄰的上述凸部的對向的上述側面上的上述高折射率層之間存在空氣層。
上述光學相位差構件中，上述中折射率層可形成於上述凸部的上表面及側面的上述高折射率層上。
上述光學相位差構件的上述相位差部具備：透明基體，其具有與上述多個凸部的延伸方向垂直的面中的剖面為大致梯形形狀的上述凹凸結構； 高折射率層，其形成於上述透明基體的上述凸部的上表面及側面，且具有比上述凸部高的折射率；以及積層體，其形成於上述凸部的上表面的上述高折射率層上，且由2n+1個(n為正整數)層構成；並且在形成於相鄰的上述凸部的對向的上述側面上的上述高折射率層之間存在空氣層，上述積層體具備：形成於上述高折射率層上的第1層、形成於第2k-1層(k為1~n的整數)上的第2k層、以及形成於上述第2k層上的第2k+1層，上述第1層的折射率低於上述高折射率層的折射率，上述第2k+1層的折射率低於上述第2k層的折射率。
上述光學相位差構件可用於偏光變換元件。
依據本發明的第2態樣，提供一種偏光變換元件，其具備：第1態樣的光學相位差構件、以及偏光分光鏡陣列；上述偏光分光鏡陣列具備：多個偏光膜，其使來自光源的入射光中第1偏光方向的光穿透，且使與上述第1偏光方向正交的第2偏光方向的光反射；以及多個反射膜，其使由上述偏光膜反射的上述第2偏光方向的光反射；並且上述偏光膜及上述反射膜相互平行，且以特定的間隔交替設置；在上述偏光分光鏡陣列的上述第1偏光方向的光及上述第2偏光方向的光的其中一個出射面上，定位上述光學相位差構件的相位差部；在上述偏光分光鏡陣列的上述第1偏光方向的光及上述第2偏光方向的光的另一個出射面上，定位上述光學相位差構件的非相位差部。
依據本發明的第3態樣，提供一種光學相位差構件製造用的模 板，其具備：由在第1方向上延伸存在的多個凸部及凹部構成的凹凸部、以及非凹凸部；並且上述凹凸部及上述非凹凸部具有在第2方向上延伸存在的矩形形狀，且在與上述第2方向正交的方向上鄰接並交替配置；上述第1方向與上述第2方向所形成的角度為20度~70度或者110度~160度。
依據本發明的第4態樣，提供一種光學相位差構件的製造方法，其具有如下步驟：製作樹脂結構體，上述樹脂結構體具有由在一方向上延伸存在的凹部及凸部構成的凹凸圖案面；在上述樹脂結構體的凹凸圖案面上，配置開口部與遮蔽部交替配置的掩模；對位於上述開口部的上述樹脂結構體的凸部進行蝕刻，獲得具有凹凸部與非凹凸部交替配置的表面的模板；以及將上述模板的上述表面的形狀轉印至被轉印材料上，獲得透明基體。
本發明的光學相位差構件由於相位差部與非相位差部在同一面上交替配置，因此可藉由將該光學相位差構件貼合於偏光分光鏡陣列(稜鏡陣列)上來製造偏光變換元件。即，不需要從光學相位差構件上切割出多個小片而貼附於偏光分光鏡陣列上。因此，可減輕偏光變換元件的製造所需要的工時。另外，本發明的光學相位差構件不使用石英板，因此成本低。
1、100‧‧‧偏光變換元件
2‧‧‧光學薄膜
3‧‧‧稜鏡陣列
4‧‧‧1/2波長板
7、7A、7B、7C‧‧‧相位差部
9、9A、9B、9C‧‧‧非相位差部
10、10A、10B、10C‧‧‧光學相位差構件
110a‧‧‧第1相位差構件
110b‧‧‧第2相位差構件
11、11a、11b、11c、111a、111b‧‧‧雙折射部
13、113a、113b‧‧‧非雙折射部
20‧‧‧中折射率層
25‧‧‧積層體
22‧‧‧第1層
24‧‧‧第2層
26‧‧‧第3層
30‧‧‧高折射率層
40‧‧‧透明基體
42‧‧‧基材
50‧‧‧凹凸結構層
52‧‧‧塗膜
60‧‧‧凸部
60t‧‧‧凸部60的上表面
60s‧‧‧凸部60的側面
70‧‧‧凹部
90‧‧‧空氣層
80‧‧‧凹凸圖案
82‧‧‧第2凹凸圖案
84‧‧‧第1凹凸圖案
100‧‧‧偏光變換元件
101‧‧‧偏光分光鏡陣列
102a‧‧‧偏光膜
102b‧‧‧反射膜
104a、104b‧‧‧透明構件
106a、106b‧‧‧區塊
130‧‧‧第1相位差構件
131‧‧‧第1雙折射部
133‧‧‧第2雙折射部
140‧‧‧樹脂結構體
142‧‧‧支持基板
144‧‧‧樹脂層
150‧‧‧第2相位差構件
151‧‧‧第3雙折射部
160‧‧‧掩模
162‧‧‧開口部
164‧‧‧遮蔽部
180‧‧‧模板
181‧‧‧凹凸部
183‧‧‧非凹凸部
186‧‧‧凸部
187‧‧‧凹部
240‧‧‧母模
Wa‧‧‧空氣層90的寬度
Wb‧‧‧空氣層90的寬度
Wc‧‧‧空氣層90的寬度
Ha‧‧‧從凸部60的底面至上表面為止的高度
Hb‧‧‧從凸部60的底面至中折射率層20的最上部為止的高度
Hc‧‧‧從凸部60的底面至積層體25的最上部為止的高度
Tmt‧‧‧中折射率層20的厚度
Tht‧‧‧高折射率層30的厚度
Tbhs‧‧‧凸部60的側面60s上的高折射率層30的厚度
Tchs‧‧‧凸部60的側面60s上的高折射率層30的厚度
Tst‧‧‧積層體25的厚度
Tst1‧‧‧第1層22的厚度
Tst2‧‧‧第2層24的厚度
Tst3‧‧‧第3層26的厚度
AX‧‧‧入射光軸
圖1是第1實施形態的光學相位差構件的概略俯視圖。
圖2(a)~(c)是表示第1實施形態的光學相位差構件的雙折射部的剖面結構的例子的概略圖。
圖3是概念性地表示第2實施形態的光學相位差構件的剖面結構的圖。
圖4是表示以往的光學相位差構件與第2實施形態的光學相位差構件的相位差的波長依存性的圖。
圖5(a)是概念性地表示第3實施形態的光學相位差構件的剖面結構的圖。圖5(b)是表示圖5(a)所示的光學相位差構件中使用的第1相位差構件的平面結構的概略圖。圖5(c)是表示圖5(a)所示的光學相位差構件中使用的第2相位差構件的平面結構的概略圖。
圖6是表示偏光變換元件的剖面結構與作用的概略圖。
圖7是表示光學相位差構件的製造方法的流程圖。
圖8(a)~(h)是概念性地表示光學相位差構件的製造方法的各步驟的圖。
圖9(a)是光學相位差構件的製造方法中所形成的樹脂結構體的概略俯視圖，圖9(b)是配置有掩模的樹脂結構體的概略俯視圖。
圖10是表示以往的偏光變換元件的剖面結構的概略圖。
以下，參照圖式，對光學相位差構件及使用其之偏光變換元件、以及光學相位差構件的製造方法進行說明。
圖1所示的光學相位差構件10A具有：在正交的偏光成分之間產生相位差的相位差部7A；以及不產生相位差的非相位差部9A。相位差部7A及非相位差部9A均為在一方向(圖1中由箭頭A1所表示)上延伸存在的矩形的形狀，且在同一面上，在與它們的延伸方向正交的方向上鄰接並交替排列。為了將光學相位差構件10A用於製造偏光變換元件，相位差部7A及非相位差部9A較佳為延伸方向的長度為0.1mm~100mm，寬度方向的長度為0.1mm~50mm。相位差部7A中產生的相位差可為任意的大小，較佳為λ/4或λ/2(λ表示入射光的波長)，更佳為λ/2。
<相位差部>
光學相位差構件10A的相位差部7A由形成有週期性的凹凸圖案80的雙折射部11構成。雙折射部11的凹凸圖案80為多個凸部以及鄰接的凸部之間的凹部週期性地排列而成的一維週期圖案，上述多個凸部不僅在一方向上延伸存在，而且與延伸方向垂直的面中的剖面為梯形形狀(大致梯形形狀)。即，雙折射部11具有一維週期凹凸結構。藉此，雙折射部11具有雙折射性(折射率的各向異性)。凸部及凹部可在相對於相位差部7A及非相位差部9A的延伸方向而形成20度~70度、或者110度~160度的角度的方向上延伸存在，也可在形成45度或者135度的角度的方向上延伸存在。
列舉圖2(a)~(c)所示的雙折射部11a、11b、11c為例，對由與凸部及凹部的延伸方向正交的面所切斷的雙折射部11的剖面結構進行說明。
圖2(a)所示的雙折射部11a具備具有凹凸圖案80的透明基體40，上述凹凸圖案80由剖面為大致梯形形狀的凸部60以及鄰接的凸部60之間的凹部70構成。在相鄰的凸部60的側面60s之間存在空氣層90。
透明基體40由平板狀的基材42、及凹凸結構層50構成。
基材42並無特別限制，可適當利用穿透可見光的公知基材。例如可利用：由玻璃等透明無機材料構成的基材；由聚酯(聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚芳酯等)、丙烯酸系樹脂(聚甲基丙烯酸甲酯等)、聚碳酸酯、聚氯乙烯、苯乙烯系樹脂(ABS樹脂等)、纖維素系樹脂(三乙醯基纖維素等)、聚醯亞胺系樹脂(聚醯亞胺樹脂、聚醯亞胺醯胺樹脂等)、環烯烴聚合物等樹脂構成的基材等。在將光學相位差構件10A用於投影機的情況下，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42較理想為耐光性及耐熱性高的基材。就該方面而言，較佳為由無機材料構成的基材。在基材42上，為了提高密接性，也可進行表面處理或設置易接著層等。另外，為了掩埋基材42的表面的突起，也可設置平滑化層等。基材42的厚度較佳為1μm~20mm的範圍內。在基材42的與形成有凹凸結構層50的面的相反側的面上，為了改善穿透率，也可設置由單層或多層構成的抗反射層。另外，也可設置用以抗反射的亞波長微細結構。另外，在將偏光分光鏡等其他光學構件接合(貼合)於基材40的與形成有凹凸結構層50的面的相反側的面上的情況下，為了使其他光學構件與基材40的介面的反射減小，也可利用具有適當折射率的接著劑、黏著劑、折射液等，將基材40與其他光學構件接合。
凹凸結構層50具有多個凸部60及凹部70，藉此，凹凸結構層50的表面形成凹凸圖案80。凹凸結構層50較佳為由波長550nm的折射率(以下，適當稱為「折射率」)為1.2~1.8的範圍內的材料所構成。構成凹凸結構層50的材料例如可使用：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。這些無機材料也可以是利用 溶膠凝膠法等，使無機材料的前驅物(溶膠凝膠材料)硬化而成者。除了上述無機材料以外，還可使用：聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚偏二氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、AS樹脂、丙烯酸樹脂、聚醯胺、聚縮醛、聚對苯二甲酸丁二酯、玻璃強化聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、改質聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮、氟樹脂、聚芳酯、聚碸、聚醚碸、聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺、熱塑性聚醯亞胺等熱塑性樹脂；酚樹脂、三聚氰胺樹脂、脲樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂、聚矽氧樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂等熱硬化性樹脂；紫外線硬化型(甲基)丙烯酸酯系樹脂、紫外線硬化型丙烯酸胺酯系樹脂、紫外線硬化型聚酯丙烯酸酯系樹脂、紫外線硬化型環氧丙烯酸酯樹脂、紫外線硬化型多元醇丙烯酸酯樹脂、紫外線硬化型環氧樹脂等紫外線硬化型樹脂；將該等摻合2種以上而成的材料等樹脂材料。進而，也可使用在上述樹脂材料中複合化有上述無機材料的材料。另外，為了獲得硬塗布性等，也可與上述無機材料、上述樹脂材料一併包含公知的微粒子或填料。進而，也可使用在上述材料中含有紫外線吸收材料者。紫外線吸收材料具有如下的作用：藉由吸收紫外線，將光能變換為如熱之類的無害形式，從而抑制凹凸結構層50的劣化。紫外線吸收劑可使用以往公知者，例如可使用：苯并三唑系吸收劑、三
系吸收劑、水楊酸衍生物系吸收劑、二苯甲酮系吸收劑等。在將光學相位差構件10A用於投影機的情況下，凹凸結構層50較理想為具有高的耐光性及耐熱性。就這方面而言，凹凸結構層50較佳為由無機材料構成。
凹凸結構層50的各凸部60在圖2(a)的Y方向(縱深方向)上延伸存在，多個凸部60是以短於設計波長(由光學相位差構件10A產生相位差的光的波長)的週期來排列。與各凸部60的延伸方向正交的ZX平面中的剖面可為大致梯形形狀。本申請案中所謂「大致梯形形狀」是指如下的大致四邊形，其具有與基材42的表面大致平行的一組對邊，且該對邊中與基材42的表面接近 的邊(下底)比另一邊(上底)長，下底與2個斜邊所形成的角均為銳角。大致四邊形的各邊也可彎曲。即，各凸部60只要從基材42的表面朝向上方(從基材42的表面離開的方向)，寬度(與凸部60的延伸方向垂直的方向的長度，即圖2(a)的x方向的長度)變小即可。另外，各頂點也可帶有圓形。另外，上底的長度也可為0。即，本申請案中「大致梯形形狀」是也包含「大致三角形狀」的概念。此外，上底的長度較佳為大於0。具有上底大於0的大致梯形形狀的剖面的凸部與具有大致三角形狀的剖面的凸部相比，具有如下所述的優點。即，容易形成用於利用壓印法來形成凸部的模板，以及凸部的面押耐性等機械強度高。
凸部60的高度(凹凸高度)較理想為100~2000nm的範圍內。若凸部60的高度未達100nm，則在可見光射入光學相位差構件10A中的情況下，難以產生所需的相位差。在凸部60的高度超過2000nm的情況下，由於凸部60的縱橫比(凸部高度相對於凸部寬度的比)大，故而難以形成凹凸圖案80。凸部60的上表面60t的寬度(與凸部60的延伸方向正交的面中的大致梯形形狀的剖面的上底的長度)較佳為50nm以下。藉由凸部60的上表面60t的寬度為50nm以下，容易進一步提高雙折射部11a的穿透率。另外，凹凸圖案80的凹凸間距較佳為50~1000nm的範圍內。間距未達50nm的凹凸圖案難以利用奈米壓印法來形成。在間距超過1000nm的情況下，難以確保作為光學相位差構件而言充分的無色透明性。
在相鄰的凸部60的對向的側面60s之間的空間(間隙)中存在空氣層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的寬度Wa較佳為35~100nm的範圍內。此外，若將從凸部60的底面至上表面為止的高度設為Ha，則雙折射部11a中的所謂「空氣層90的寬度Wa」是指從凸部60的底面起Ha/2的高度的位置上的空氣層90的厚度(相鄰的凸 部60的對向的側面60s之間的距離)。
繼而，對圖2(b)所示的雙折射部11b進行說明。雙折射部11b具備：與圖2(a)的雙折射部11a同樣的透明基體40、形成於透明基體40的凸部60的上表面60t及側面60s上的高折射率層30、以及形成於凸部60的上表面60t上的高折射率層30上的中折射率層20。在形成於相鄰的凸部60的對向的側面60s上的高折射率層30之間存在空氣層90。
高折射率層30是具有比透明基體40的凹凸結構層50高的折射率的層。高折射率層30較佳為由折射率為2.3以上的材料所構成。構成高折射率層30的材料例如可使用：Ti、In、Zr、Ta、Nb、Zn等金屬、該等金屬的氧化物、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的上表面60t及側面60s。藉由凸部60由高折射率層30所被覆，則藉由凸部60與空氣層90的週期排列而產生的雙折射性變大。因此，可減小凸部60的高度，即，減小凸部60的縱橫比，故而容易形成凹凸圖案80。形成於凸部60的上表面60t上的高折射率層30的厚度Tht較佳為50~250nm的範圍內。
另外，在出於對特定的波長λ的光賦予相位差的目的而使用光學相位差構件10A的情況下，形成於凸部60的側面60s上的高折射率層30的厚度Tbhs較佳為0.03λ~0.11λ。藉由高折射率層30的厚度Tbhs為上述範圍內，容易進一步提高雙折射部11b的穿透率。此外，若將從凸部60的底面至中折射率層20的最上部為止的高度設為Hb，則雙折射部11b中的所謂「凸部60的側面60s上的高折射率層30的厚度Tbhs」是指從凸部60的底面起Hb/2的高度的位置上的高折射率層30的厚度。
中折射率層20是具有比高折射率層30低的折射率的層。中折射率層20較佳為由折射率為1.5~1.7的範圍內的材料所構成。構成中折射率層20 的材料的折射率更佳為1.55~1.65。構成中折射率層20的材料例如可列舉；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的上表面60t上的高折射率層30上。藉此，光的反射得到抑制，因此雙折射部11b可具有高穿透率。在出於對特定的波長λ的光賦予相位差的目的而使用光學相位差構件10A的情況下，形成於凸部60的上表面60t上的高折射率層30上的中折射率層20的厚度Tmt較佳為0.9λ/4n~1.3λ/4n(n表示中折射率層20的折射率)的範圍內。藉由中折射率層20的厚度Tmt為上述範圍內，容易進一步提高雙折射部11b的穿透率。
此外，中折射率層20也可形成於凸部60的側面60s上的高折射率層30上。在出於對特定的波長λ的光賦予相位差的目的而使用光學相位差構件10A的情況下，在凸部60的側面60s上的高折射率層30上形成的中折射率層20的厚度(凸部60的側面60s上的中折射率層20的厚度)較佳為0.03λ以下。若凸部60的側面60s上的中折射率層20的厚度超過0.03λ，則存在由雙折射部11b產生的相位差變小的傾向。此外，雙折射部11b中的所謂「凸部60的側面60s上的中折射率層20的厚度」，是指從凸部60的底面至中折射率層20的最上部為止的高度的1/2的高度的位置上的中折射率層20的厚度。
在形成於相鄰的凸部60的對向的側面60s上的高折射率層30之間的空間(間隙)中存在空氣層90。藉由空氣層90與被覆凸部60的高折射率層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90的寬度Wb較佳為上述入射光的波長的0.08~0.18倍的範圍內。藉由空氣層90的寬度Wb為上述範圍內，容易進一步提高雙折射部11b的穿透率，另外，可產生充分大小的相位差。此外，若將從凸部60的底面至中折射率層20的最上部為止的高度設為Hb，則雙折射部11b中的所謂「空氣層90的寬度Wb」是指從凸部60的底面起Hb/2的高度的位置上的空氣層90的厚度(形成於相鄰的凸部60的對向的側面60s 上的高折射率層30的表面之間的距離)。
繼而，對圖2(c)所示的雙折射部11c進行說明。雙折射部11c具備：與圖2(b)的雙折射部11a相同的透明基體40及高折射率層30、以及在凸部60的上表面60t上的高折射率層30上形成的積層體25。在形成於相鄰的凸部60的對向的側面60s上的高折射率層30之間存在空氣層90。
高折射率層30是以與圖2(b)的雙折射部11b的高折射率層30相同的方式構成。在出於對特定的波長λ的光賦予相位差的目的而使用光學相位差構件10A的情況下，形成於凸部60的側面60s上的高折射率層30的厚度Tchs較佳為0.03λ~0.11λ。藉由高折射率層30的厚度Tchs為上述範圍內，不僅具有更高的穿透率，而且可確保所需的相位差。此外，若將從凸部60的底面至積層體25的最上部為止的高度設為Hc，則雙折射部11c中的所謂「凸部60的側面60s上的高折射率層30的厚度Tchs」是指從凸部60的底面起Hc/2的高度的位置上的高折射率層30的厚度。
積層體25形成於凸部60的上表面60t上的高折射率層30上。積層體25可由2n+1個(n為正整數)層，即，3以上的奇數個層構成。圖2(c)中，積層體25由第1層22、第2層24及第3層26的3個層構成。第1層22直接形成於高折射率層30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的折射率低於高折射率層30，第3層26的折射率低於第2層24的折射率。藉此，雙折射部11c可於廣波長範圍內具有高穿透率。
第2層24的折射率可高於第1層22的折射率，或者第2層24的折射率可低於第1層22的折射率。
在第2層24的折射率高於第1層22的折射率的情況下，積層體25具有如下結構，即，具有相對較高的折射率的層與具有相對較低的折射率的層 交替積層的結構。該情況下，第1層22及第3層26的折射率可為1.3~1.55的範圍內。在第1層22或第3層26的折射率超過1.55的情況下，存在雙折射部11c的平均穿透率(波長430nm~680nm的光的穿透率的平均)低的傾向。折射率未達1.3的材料存在穩定性低的傾向。另外，第2層24的折射率可為2.1以上，較佳為2.1~2.6的範圍內。在第2層24的折射率未達2.1的情況下，存在光學相位差構件100的平均穿透率低的傾向。折射率超過2.6的材料存在該材料自身的可見光區域中的透明性低的傾向。另外，第1層22及第3層26可由相同材料形成，第2層24可由與高折射率層30相同的材料形成。藉此，可利用種類少的材料來製造光學相位差構件10A，因此可降低製造成本。
在第2層24的折射率低於第1層22的折射率的情況下，積層體25中，距離高折射率層30越遠的層具有越低的折射率。該情況下，積層體25的最表層(最上層)的第3層26的折射率可為1.3~1.4的範圍內。
構成第1層22及第3層26的材料例如可列舉：如SiO2、MgF2之類的Si、Al、Li、Mg、Ca、K的氧化物、氟化物。作為構成第2層74的材料，例如可列舉：Ti、In、Zr、Ta、Nb、Zn等金屬、這些金屬的氧化物、氮化物、硫化物、氮氧化物、鹵化物等無機材料。
在凸部60的上表面60t上的高折射率層30上形成的第1層22的厚度Tst1可為20~40nm的範圍內，其上的第2層24的厚度Tst2可為20~55nm的範圍內，進而其上的第3層26的厚度Tst3可為70~140nm的範圍內，第1層22、第2層24、第3層26的厚度的合計即積層體25的厚度Tst可為110~235nm的範圍內。該情況下，存在雙折射部11c的平均穿透率高的傾向。另外，第1層22的厚度Tst1可為20~35nm的範圍內，第2層24的厚度Tst2可為20~45nm的範圍內，第3層26的厚度Tst3可為70~125nm的範圍內，積層體25的厚度Tst可為110~205nm的範圍內。該情況下，存在雙折射部11c的平均穿透率更高的傾向。
此外，積層體25也可形成於凸部60的側面60s上的高折射率層30上。在凸部60的側面60s上的高折射率層30上形成的積層體25的厚度(凸部60的側面60s上的積層體25的厚度)較佳為5~40nm的範圍內。藉由積層體25的厚度為上述範圍內，可一邊抑制由於積層體25成膜於側面60s上而引起的相位差的降低，一邊提高雙折射部11c的穿透率。另外，若增大第2層24的折射率，則即使藉由形成於側面的第2層24，也產生由結構雙折射引起的相位差，因此可抑制由於積層體25形成於側面而引起的相位差的下降。此外，若將從凸部60的底面至積層體25的最上部為止的高度設為Hc，則雙折射部11c中的所謂「凸部60的側面60s上的積層體25的厚度」是指從凸部60的底面起Hc/2的高度的位置上的積層體25的厚度。
在積層體由5以上的奇數個層構成的情況下，即，在積層體的層數為2n+1(n為2以上的整數)的情況下，積層體具備：直接形成於高折射率層上的第1層、直接形成於第2k-1層(k為1~n的整數)上的第2k層、以及直接形成於第2k層上的第2k+1層，且積層體的最表層成為第2n+1層。第1層的折射率低於高折射率層，第2k+1層的折射率低於第2k層的折射率。由此，雙折射部10c可在廣波長範圍內具有高穿透率。第2k層的折射率可高於第2k-1層的折射率，或者第2k層的折射率可低於第2k-1層的折射率。在第2k層的折射率高於第2k-1層的折射率的情況下，積層體具有如下結構，即，相對於該層所接觸的層而具有相對較高的折射率的層與具有相對較低的折射率的層交替積層的結構。該情況下，第2k-1層及第2k+1層可由相同材料形成，第2k層也可由與高折射率層相同的材料形成。藉此，可利用種類少的材料來製造光學相位差構件10A，因此可降低製造成本。
在形成於相鄰的凸部60的對向的側面60s上的高折射率層30之間的空間(間隙)中存在空氣層90。藉由空氣層90與被覆凸部60的高折射率層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90的寬度Wc較佳為35~100nm的範圍內。藉由空氣層90的寬度Wc為上述範圍內，則即便是低的凹凸高度，也可確保大的相位差。此外，若將從凸部60的底面至積層體25的最上部為止的高度設為Hc，則雙折射部11c中的所謂「空氣層90的寬度Wc」是指從凸部60的底面起Hc/2的高度的位置上的空氣層90的厚度(形成於相鄰的凸部60的對向的側面60s上的高折射率層30的表面之間的距離)。
此外，圖2(a)~(c)中，相鄰的凸部60在凸部60的底面(或者凸部60的下擺)上相互連接，相鄰的凸部的底面(或者相鄰的凸部的下擺)彼此也可隔開特定的距離。該情況下，圖2(b)、(c)所示的雙折射部11b、11c中，在凹部與形成於其上的高折射率層的介面，通過雙折射部11b、11c的光的一部分反射，因此存在穿透率降低的傾向。因此，就使雙折射部成為高穿透率的觀點而言，相鄰的凸部的底面彼此的間隔，即，在凹凸結構層50的表面上相鄰的凸部中所夾持的區域(凹部)的寬度較佳為凹凸圖案的間距的0~0.2倍的範圍內。換言之，凸部的底面的寬度較佳為凹凸圖案的間距的0.8~1倍的範圍內。藉由凹部的寬度相對於凹凸圖案的間距的比為0.2以下，即，凸部的底面的寬度相對於凹凸圖案的間距的比為0.8以上，容易進一步提高雙折射部的穿透率。
此外，圖2(a)~(c)中所示的雙折射部11a、11b、11c具備透明基體40，其在基材42上形成有具有凹部70及凸部60的凹凸結構層50，除此以外，也可具備由基材與形成於基材上的獨立的多個凸部所構成的透明基體。相鄰的凸部底面(或者凸部的下擺)彼此可連接，或者，相鄰的凸部的底面也可彼此隔開特定的距離而設置，基材的表面在凸部間露出。獨立的凸部可由與構成上述凹凸結構層50的材料相同的材料所構成。
另外，透明基體也可由如下基材所構成，該基材以基材的表面 自身構成由凹部及凸部構成的凹凸圖案的方式進行形狀化。
<非相位差部>
光學相位差構件10A的非相位差部9A是由不具有雙折射性的非雙折射部13所構成。非雙折射部13若不具有雙折射性，則可具有任意的表面形狀(結構)，例如可具有無凹凸的平坦結構，也可具有無各向異性的凹凸、間距比可見光長的凹凸等。
圖3所示的光學相位差構件10B是與第1實施形態的光學相位差構件10A同樣地，具有使正交的偏光成分之間產生相位差的相位差部7B、以及不產生相位差的非相位差部9B。相位差部7B及非相位差部9B的排列、形狀及相位差特性與第1實施形態的光學相位差構件10A的相位差部7A及非相位差部9A相同。
光學相位差構件10B具備第1相位差構件110a及第2相位差構件110b。第1相位差構件110a具有雙折射部111a及非雙折射部113a，第2相位差構件110b具有雙折射部111b及非雙折射部113b。雙折射部111a、111b以及非雙折射部113a、113b均具有在一方向上延伸存在的矩形的形狀，且在同一面上，在與該等的延伸方向正交的方向上鄰接並交替排列。雙折射部111a、111b具有一維週期凹凸結構(一維週期凹凸圖案)，藉此具有雙折射性。另一方面，非雙折射部113a、113b不具有雙折射性。可使用第1實施形態的光學相位差構件10A來作為第1相位差構件110a及第2相位差構件110b。
相位差部7B由第1相位差構件110a的雙折射部111a以及第2相位差構件110b的雙折射部111b構成。非相位差部9B由第1相位差構件110a的非雙折射部113a以及第2相位差構件110b的非雙折射部113b構成。即，第1相位差構 件110a及第2相位差構件110b是以雙折射部111a、111b在相位差部7B中重疊，且非雙折射部113a、113b在非相位差部9B中重疊的方式而重疊。例如，藉由使用2個第1實施形態的光學相位差構件10A來作為第1相位差構件110a及第2相位差構件110b，以雙折射部11彼此、非雙折射部13彼此重疊的方式來貼合，而獲得第2實施形態的光學相位差構件10B。
由相位差部7B產生的相位差的大小成為由第1相位差構件110a的雙折射部111a產生的相位差與由第2相位差構件110b的雙折射部111b產生的相位差的總計大小。因此，可由相位差部7B來產生大的相位差。由相位差部7B產生的相位差可為任意的大小，較佳為λ/4或λ/2(λ表示入射光的波長)，更佳為λ/2。例如，藉由使用具有產生λ/4的相位差的雙折射部111a、111b的相位差構件110a、110b，可由相位差部7B來產生λ/2的相位差。非相位差部9B由於是由非雙折射部113a、113b所構成，故而不產生相位差。
通常，為了利用結構雙折射來產生λ/2等的大相位差，必須使凹凸結構的高度(深度)足夠大，但此種縱橫比的大凹凸結構由於脫模性或機械強度低，故而難以形成。但是，本實施形態的光學相位差構件10B藉由將2個相位差構件110a、110b重疊，不僅可產生大的相位差，而且可容易製造。
另外，要求液晶投影機的偏光變換元件可在可見區域全域中使光的偏光一致。因此，理想而言，要求液晶投影機的偏光變換元件中使用的1/2波長板具有可在可見區域的寬頻帶中產生1/2波長的相位差的特性(本申請案中，將這種相位差特性稱為「理想分散」)。石英的雙折射依存於光的波長，波長越短則石英的雙折射越大。因此，以往的使用石英板的1/2波長板如圖4中由點劃線所示，具有在短波長下相位差大的相位差特性(將此種相位差特性稱為「通常分散」)。另一方面，本實施形態的光學相位差構件10B的相位差部7B如圖4中由虛線所示，具有與理想分散接近的特性，即，具有入射光的波長λ 越短，所產生的相位差越小(入射光的波長λ越長，所產生的相位差越大)的特性(將此種相位差特性稱為「逆分散」)。因此，本實施形態的光學相位差構件10B可適合用於偏光變換元件。此外，圖4中，將理想分散的相位差特性以實線表示。
此外，作為本實施形態的變形，光學相位差構件也可為3個以上的相位差構件重疊而成者。例如，準備3個在雙折射部11中產生1/6波長的相位差的第1實施形態的光學相位差構件10A，將該等作為第1相位差構件、第2相位差構件、第3相位差構件而重疊，由此可獲得在相位差部產生1/2波長的相位差的光學相位差構件。
圖5(a)所示的光學相位差構件10C與第1實施形態的光學相位差構件10A同樣，具有：在正交的偏光成分之間產生相位差的相位差部7C、以及不產生相位差的非相位差部9C。相位差部7C及非相位差部9C的排列、形狀及相位差特性與第1實施形態的光學相位差構件10A的相位差部7A及非相位差部9A相同。
光學相位差構件10C具備第1相位差構件130及第2相位差構件150。
第1相位差構件130如圖5(b)所示，具有第1雙折射部131及第2雙折射部133。第1雙折射部131及第2雙折射部133均為在一方向(圖5(b)中由箭頭A2所表示)上延伸存在的矩形形狀，且在同一面上，在與該等的延伸方向正交的方向上鄰接並交替排列。第1雙折射部131與第2雙折射部133均具有與第1實施形態的光學相位差構件10A的雙折射部11相同的一維週期凹凸結構(一維週期凹凸圖案)。藉此，第1雙折射部131及第2雙折射部133具有雙折射性。第1雙折射部131的凹凸結構的凹部及凸部的延伸方向與後述第2相位差構件150 的第3雙折射部151的凹凸結構的凹部及凸部的延伸方向大致平行。第2雙折射部133的凹凸結構的凹部及凸部的延伸方向與第2相位差構件150的第3雙折射部151的凹凸結構的凹部及凸部的延伸方向大致正交。因此，第1雙折射部131與第2雙折射部133的凹凸結構的凹部及凸部的延伸方向相互大致正交。即，第1雙折射部131與第2雙折射部133的慢軸大致正交。例如，第1雙折射部131中，可在相對於第1雙折射部131的延伸方向而形成45度角度的方向上延伸存在凹部及凸部，第2雙折射部133中，可在相對於第2雙折射部133的延伸方向而形成135度角度的方向上延伸存在凹部及凸部。即，第1雙折射部131與第2雙折射部133的慢軸角度可分別相對於第1雙折射部131及第2雙折射部133的延伸方向而為45度、135度。此外，本申請案中所謂「大致平行」，不僅包括延伸方向或慢軸一致的情況，也包括延伸方向或慢軸所形成的角度為-10°~10°的範圍內的情況。所謂「大致正交」及「大致垂直」，不僅包括延伸方向或慢軸所形成的角度為90°的情況，也包括延伸方向或慢軸所形成的角度為80°~100°的範圍內的情況。
第2相位差構件150如圖5(c)所示，具有第3雙折射部151。第3雙折射部151形成在與第1相位差構件130的第1雙折射部131及第2雙折射部133重疊的區域整體上。即，第2相位差構件在與第1相位差構件130的第1雙折射部131及第2雙折射部133重疊的區域中，具有均勻的雙折射性。第3雙折射部151具有與第1實施形態的光學相位差構件10A的雙折射部11相同的凹凸結構(凹凸圖案)。第3雙折射部151的凹凸結構的凹部及凸部的延伸方向與第1相位差構件130的第1雙折射部131的凹凸結構的凹部及凸部的延伸方向大致平行，且與第1相位差構件130的第2雙折射部133的凹凸結構的凹部及凸部的延伸方向大致正交。即，第3雙折射部151的慢軸與第1雙折射部131的慢軸大致平行，且與第2雙折射部133的慢軸大致垂直。另外，第3雙折射部151的相位差的絕對值與第 2雙折射部133的相位差的絕對值實質上相等。例如，藉由除了凹部及凸部的延伸方向以外，使第3雙折射部151與第2雙折射部133的結構相同，可使第3雙折射部151與第2雙折射部133的相位差的絕對值實質上相同。此外，所謂「相位差的絕對值實質上相等」，不僅包括相位差的絕對值一致的情況，也包括相位差的絕對值的差小於10nm的情況。
相位差部7C由第1相位差構件130的第1雙折射部131及第2相位差構件150的第3雙折射部151構成。非相位差部9C由第1相位差構件130的第2雙折射部133及第2相位差構件150的第3雙折射部151構成。即，第1相位差構件130及第2相位差構件150是以第1雙折射部131與第3雙折射部151在相位差部7C中重疊，且第2雙折射部133與第3雙折射部151在非相位差部9C中重疊的方式來重疊。
由相位差部7C產生的相位差的大小成為由第1雙折射部131與第3雙折射部151所產生的相位差的總計大小。藉由第1雙折射部131與第3雙折射部151的慢軸大致平行，可在相位差部7C中產生更大的相位差。由相位差部7C產生的相位差可為任意的大小，較佳為λ/4或λ/2，更佳為λ/2。例如，藉由第1雙折射部131與第3雙折射部151產生λ/4的相位差，可由相位差部7C來產生λ/2的相位差。
另一方面，非相位差部9C中，第2雙折射部133與第3雙折射部151由於慢軸大致正交，且相位差的絕對值實質上相等，因此第2雙折射部133的相位差與第3雙折射部151的相位差相抵消。即，第2雙折射部133的相位差與第3雙折射部151的相位差的合計成為0(也包括相位差未達10nm，實質上為0的情況)。因此，非相位差部9C不產生相位差。
以上的第1~3實施形態的光學相位差構件由於交替形成有相位差部與非相位差部，故而可藉由將光學相位差構件直接貼合於偏光分光鏡陣列 上來製造偏光變換元件。在使用以往的由延伸樹脂膜或石英板構成的光學相位差構件來製造偏光變換元件的情況下，必須切割出多個長條狀的小片，將各小片逐個貼合於偏光分光鏡陣列上，與此相對，第1~3實施形態的光學相位差構件不需要切割出小片，因此容易製造偏光變換元件。
另外，第1~3實施形態的光學相位差構件與以往的由石英板構成的相位差構件相比而言價廉。進而，利用由無機材料等耐熱性高的材料來形成第1~3實施形態的光學相位差構件，也具有獲得與以往的延伸樹脂膜相比耐熱性高的光學相位差構件的優點。
參照圖6，對使用上述光學相位差構件的偏光變換元件進行說明。偏光變換元件100具備光學相位差構件10、及偏光分光鏡陣列101。
偏光分光鏡陣列101具備：相對於入射光軸AX而形成45°角度的相互平行的偏光膜102a及反射膜102b；以及夾入偏光膜102a或反射膜102b的透明構件104a、104b。作為透明構件104a、104b，例如使用玻璃。由偏光膜102a以及夾入其的透明構件104a所構成的區塊106a、與由反射膜102b以及夾入其的透明構件104b所構成的區塊106b交替配設。藉此，偏光膜102a及反射膜102b以特定的間隔而交替設置。偏光膜102a使特定的偏光方向的偏光光穿透，且使與其正交的偏光方向的偏光光反射。反射膜102b只要將入射光反射即可，因此也可代替反射膜而設置偏光膜，僅使用其反射功能。
作為光學相位差構件10，可使用上述的光學相位差構件10A、10B、10C。光學相位差構件10的相位差部7使入射光產生λ/2(λ表示入射光的波長)的相位差。光學相位差構件10配置於偏光分光鏡陣列101的光出射面上，且貼附於透明構件104a、104b上。光學相位差構件10的相位差部7位於具 備偏光膜102a的區塊106a上，光學相位差構件10的非相位差部9位於具備反射膜102b的區塊106b上。
繼而，對偏光變換元件100的作用進行說明。來自光源(未圖示)的波長λ的光L經過透鏡陣列(未圖示)等而射入區塊106a中。相對於偏光膜102a，光L包含s偏光成分(圖6中由「○」所表示)與p偏光成分(圖6中由雙向箭頭所表示)。光L射入偏光膜102a中，s偏光的成分反射，p偏光的成分穿透。反射的s偏光成分由相鄰的反射膜102b再次反射，從偏光分光鏡陣列101射出，射入光學相位差構件10的非相位差部9。由於非相位差部9不產生相位差，故而s偏光成分直接從光學相位差構件10中射出。另一方面，穿透偏光膜102a的p偏光成分從偏光分光鏡陣列101中射出，射入光學相位差構件10的相位差部7。由於由相位差部7產生λ/2的相位差，故而p偏光光變換為s偏光光而從光學相位差構件10中射出。因此，射出偏光變換元件100的光全部成為s偏光。
此外，光學相位差構件10的相位差部7可位於具備反射膜102b的區塊106b上，光學相位差構件10的非相位差部9可位於具備偏光膜102a的區塊106a上。該情況下，從偏光變換元件100中射出的光全部成為p偏光。另外，也可使用反射p偏光成分、且穿透s偏光成分的偏光膜來作為偏光膜102a。該情況下，從偏光變換元件100中射出的光全部成為p偏光。即，只要光學相位差構件10的相位差部7設置於偏光分光鏡陣列101的p偏光成分及s偏光成分的其中一個出射面上，且非相位差部9設置於偏光分光鏡陣列101的p偏光成分及s偏光成分的另一個出射面上即可。
如上所述，偏光變換元件100具有使入射光一致成為特定的偏光方向的作用。此種偏光變換元件100用於投影機(投影型顯示裝置)、反射型或半穿透型液晶顯示裝置等各種裝置等。
關於光學相位差構件的製造方法，列舉依據第1實施形態的光學相位差構件10A的製造方法為例來進行說明。光學相位差構件10A的製造方法如圖7所示，主要具有如下步驟：步驟S1，製作樹脂結構體，上述樹脂結構體具有由在一方向上延伸存在的凹部及凸部構成的凹凸圖案面；步驟S2，在上述樹脂結構體的凹凸圖案面上，配置開口部與遮蔽部在同一面上鄰接並交替配置的掩模；步驟S3，對位於上述開口部的上述樹脂結構體的凸部進行蝕刻，獲得具備凹凸部與非凹凸部在同一面上鄰接並交替配置的表面的模板(轉印用的模具)；步驟S4，將上述模板的上述表面的形狀轉印至被轉印材料上，獲得透明基體；步驟S5，形成高折射率層；以及步驟S6，形成中折射率層或積層體。此外，S5、S6為任意的步驟。參照圖8(a)~(h)，對各步驟進行說明。
<樹脂結構體的製作>
具有由在一方向上延伸存在的凹部及凸部構成的凹凸圖案面的樹脂結構體可利用任意方法來製作，例如可以如下方式來製造。
如圖8(a)所示，準備具有凹凸圖案(第1凹凸圖案)84的母模240。第1凹凸圖案84是在一方向上延伸存在的凸部及凹部週期性地排列的一維週期圖案。以下對母模240的製造方法的例子進行說明。
首先，在矽、金屬、石英、樹脂等的基板上塗布抗蝕劑。利用照相平版印刷法、電子束平版印刷法等來形成抗蝕圖案。將抗蝕圖案作為掩模，利用乾式蝕刻法對基板進行蝕刻，在基板的表面形成第1凹凸圖案。然後將殘存的抗蝕圖案去除。藉此，獲得具有凹凸圖案的母模。
也可代替上述方法，而利用以下方法來製造具有凹凸圖案的母模。首先，在附熱氧化膜的矽基板上塗布抗蝕劑。利用平版印刷法來形成抗蝕 圖案。將抗蝕圖案作為掩模，藉由乾式蝕刻或濕式蝕刻來對熱氧化膜進行蝕刻，形成熱氧化膜圖案。然後將殘存的抗蝕圖案去除。繼而，將熱氧化膜圖案作為掩模，利用乾式蝕刻法對矽基板進行蝕刻。藉此，獲得具有凹凸圖案的母模。
此外，母模中，凹凸圖案可形成於基板的表面整體上。其原因在於，在形成具有未形成有凹凸圖案的區域的母模的情況下，由於圖案密度的不同，該區域附近的乾式蝕刻的速率與其他區域不同，其結果為，母模的凹凸圖案的凹凸深度或凸部的側面的傾斜度等變得不均勻。
繼而，藉由將母模240的第1凹凸圖案84轉印至樹脂材料上，可製作具有與第1凹凸圖案對應的第2凹凸圖案82的樹脂結構體140。
具體而言，例如，如圖8(b)所示，將硬化性樹脂塗布於支持基板142上而形成樹脂層144後，將母模240的凹凸圖案84按壓於樹脂層144上，並且使樹脂層144硬化。作為支持基板142，例如可列舉：由玻璃、石英、矽等無機材料構成的基材；由聚矽氧樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、環烯烴聚合物(COP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚醯亞胺(PI)、聚芳酯等有機材料構成的基材；鎳、銅、鋁等金屬材料。另外，支持基板142的厚度可設為1~500μm的範圍。
作為硬化性樹脂，例如可列舉：環氧系、丙烯酸系、甲基丙烯酸系、乙烯醚系、氧環丁烷系、胺酯系、三聚氰胺系、脲系、聚酯系、聚烯烴系、酚系、交聯型液晶系、氟系、聚矽氧系、聚醯胺系等單體、寡聚物、聚合物等各種樹脂。硬化性樹脂的厚度較佳為0.5~500μm的範圍內。若厚度未達上述下限，則形成於樹脂層144的表面上的凹凸的高度容易變得不充分，若超過上述上限，則硬化時所產生的樹脂層144的體積變化的影響變大，存在無法良 好地形成凹凸形狀的可能性。
作為塗布硬化性樹脂的方法，例如可採用：旋轉塗布法、噴射塗布法、浸漬塗布法、滴加法、凹版印刷法、網版印刷法、凸版印刷法、模塗布法、簾式塗布法、噴墨法、濺鍍法等各種塗布方法。進而，作為使硬化性樹脂硬化的條件，根據所使用的樹脂的種類而不同，例如，較佳為硬化溫度為室溫~250℃的範圍內，硬化時間為0.5分鐘~24小時的範圍內。另外，也可以是藉由照射如紫外線或電子束之類的能量線而使其硬化的方法，該情況下，照射量較佳為20mJ/cm2~10J/cm2的範圍內。
繼而，從硬化後的樹脂層144上卸載母模240。作為卸載母模的方法，並不限定於機械性的剝離法，可採用公知的方法。藉此，如圖8(c)所示，母模240的第1凹凸圖案84轉印至樹脂層144上，獲得與第1凹凸圖案84對應的第2凹凸圖案82形成於表面(凹凸圖案面)的樹脂結構體140。
此外，卸載母模後，也可使用將樹脂結構體的第2凹凸圖案轉印1次以上而製作的其他樹脂結構體，來進行後續的掩模配置步驟以後的步驟。例如，可藉由對樹脂結構體進行電鑄處理來製作金屬模具，將該金屬模具的凹凸圖案轉印至其他樹脂層上，從而製作其他樹脂結構體。
具體而言，藉由無電鍍敷、濺鍍或蒸鍍等，將成為用以進行電鑄處理的導電層的晶種層形成於樹脂結構體上。為了使後續的電鑄步驟中的電流密度均勻，使藉由後續的電鑄步驟而沉積的金屬層的厚度固定，晶種層較佳為10nm以上。作為晶種層的材料，例如可使用：鎳、銅、金、銀、鉑、鈦、鈷、錫、鋅、鉻、金-鈷合金、金-鎳合金、硼-鎳合金、焊料、銅-鎳-鉻合金、錫鎳合金、鎳-鈀合金、鎳-鈷-磷合金、或者該等的合金等。接著，藉由電鑄(電場鍍敷)，在晶種層上沉積金屬層。關於金屬層的厚度，例如可包含晶種層的厚度在內，整體設為10~30000μm的厚度。作為藉由電鑄而沉積的金屬層 的材料，可使用能夠用作晶種層的上述金屬種類的任一種。就後續的樹脂層的按壓、剝離及洗滌等處理的容易性而言，所形成的金屬層較理想為具有適度的硬度及厚度。
將以上述方式獲得的包含晶種層的金屬層，從具有凹凸圖案的第1模具上剝離而獲得金屬模具。作為剝離方法，可以物理方式來剝離，也可藉由將樹脂結構體的樹脂層，使用將該等溶解的有機溶劑或酸、鹼等來溶解去除而剝離。當將金屬模具從樹脂結構體上剝離時，可藉由洗滌而去除殘留的材料成分。作為洗滌方法，可使用利用表面活性劑等的濕式洗滌或利用紫外線或等離子體的乾式洗滌。另外，例如，也可使用黏著劑或接著劑，將殘留的材料成分附著去除等。
繼而，可藉由將金屬模具的凹凸圖案轉印至樹脂材料上，來製作新的樹脂結構體(其他樹脂結構體)。例如，將硬化性樹脂塗布於支持基板上後，將金屬模具的凹凸圖案按壓於樹脂層上，並且使樹脂層硬化。支持基板的材料及厚度、硬化性樹脂及其厚度、硬化性樹脂的塗布方法、硬化性樹脂的硬化條件可設為與上述樹脂結構體的製作相同。
繼而，從硬化後的樹脂層上卸載金屬模具。作為卸載金屬模具的方法，並不限定於機械性的剝離法，可採用公知的方法。
另外，也可藉由在上述金屬模具的凹凸圖案上塗布橡膠系的樹脂材料，使所塗布的樹脂材料硬化，從金屬模具上剝離，從而製作轉印有金屬模具的凹凸圖案的橡膠模具，將其用作樹脂結構體來進行後續的步驟。可使用天然橡膠及合成橡膠來作為橡膠系的樹脂材料，尤其較佳為聚矽氧橡膠、或者聚矽氧橡膠與其他材料的混合物或共聚物。作為聚矽氧橡膠，例如使用：聚有機矽氧烷、交聯型聚有機矽氧烷、聚有機矽氧烷/聚碳酸酯共聚物、聚有機矽氧烷/聚亞苯基共聚物、聚有機矽氧烷/聚苯乙烯共聚物、聚三甲基矽烷基丙炔、 聚4-甲基戊烯等。聚矽氧橡膠與其他的樹脂材料相比價廉，耐熱性優異，導熱性高，具有彈性，在高溫條件下也難以變形，因此適合於在高溫條件下進行凹凸圖案轉印步驟的情況。進而，聚矽氧橡膠系的材料由於氣體或水蒸氣穿透性高，故而可容易穿透被轉印材料的溶劑或水蒸氣。因此，在出於將凹凸圖案轉印至如後述的樹脂材料或無機材料的前驅物溶液的膜上的目的而使用橡膠模具的情況下，較佳為聚矽氧橡膠系的材料。另外，橡膠系材料的表面自由能較佳為25mN/m以下。藉此，將橡膠模具的凹凸圖案轉印至基材上的塗膜上時的脫模性變得良好，可防止轉印不良。橡膠模具例如可設為長度50~1000mm、寬度50~3000mm、厚度1~50mm。另外，視需要，可在橡膠模具的凹凸圖案面上實施脫模處理。
<掩模的配置>
如圖8(d)所示，在樹脂結構體140的凹凸圖案面(形成有第2凹凸圖案82的表面)上，配置具有開口部162及遮蔽部164的掩模160。作為掩模160，可使用金屬製掩模等。開口部162及遮蔽部164均具有在一方向上延伸存在的矩形的形狀，且在與開口部162及遮蔽部164的延伸方向正交的方向上鄰接並交替排列。此外，樹脂結構體140在表面上具有由在一方向上延伸存在的凹部及凸部構成的凹凸圖案82(參照圖9(a))，但也可以掩模160的開口部162及遮蔽部164的延伸方向相對於凹凸圖案82的凹部及凸部的延伸方向而形成20度~70度或者110度~160度的角度、特別是45度或135度的角度的方式，來配置掩模160(參照圖9(b))。
<蝕刻>
接著，隔著掩模160，對樹脂結構體140照射由準分子UV光等紫外線所代 表的能量線。藉此，位於掩模160的開口部162之下的樹脂結構體140的凸部被蝕刻，如圖8(e)所示獲得模板180。模板180具有形成有由在一方向上延伸存在的多個凸部186及凹部187構成的凹凸部181以及非凹凸部183的表面。凹凸部181及非凹凸部183均為在一方向上延伸存在的矩形形狀，且在同一面上，在與它們的延伸方向正交的方向上鄰接並交替排列。凹凸部181的凸部186及凹部187也可在相對於凹凸部181與非凹凸部183的延伸方向而形成20度~70度或者110度~160度的角度、特別是45度或135度的角度的方向上延伸存在。此外，非凹凸部183可為平坦，也可在不產生相位差的程度上具有充分低(淺)的凹凸。
<轉印>
繼而，將模板180的表面形狀轉印至被轉印材料(凹凸結構層材料)上，形成透明基體。在使用無機材料作為被轉印材料的情況下，可藉由以下步驟來形成透明基體：溶液製備步驟，製備無機材料的前驅物溶液；塗布步驟，將所製備的前驅物溶液塗布於基材上而形成塗膜；乾燥步驟，將塗膜乾燥；按壓步驟，將模板按壓於塗膜上；預煅燒步驟，將按壓有模板的塗膜進行預煅燒；剝離步驟，將模板從塗膜上剝離；以及硬化步驟，使塗膜硬化。
(1)溶液製備步驟
首先製備無機材料的前驅物的溶液。在使用溶膠凝膠法來形成由無機材料構成的凹凸結構層的情況下，製備Si、Ti、Sn、Al、Zn、Zr、In等的烷氧化物(金屬烷氧化物)的溶液來作為無機材料的前驅物的溶液。例如可使用WO2016/056277號中記載的無機材料的前驅物。前驅物溶液的溶劑可使用WO2016/056277號中記載的溶劑。前驅物溶液中，也可添加WO2016/056277號 中記載的添加物。另外，也可使用WO2016/056277號中記載的聚矽氮烷作為無機材料的前驅物。
(2)塗布步驟
將以上述方式製備的無機材料的前驅物溶液塗布於基材上而形成塗膜。在基材上為了提高密接性，也可進行表面處理或設置易接著層等。作為前驅物溶液的塗布方法，可使用：棒式塗布法、旋轉塗布法、噴射塗布法、浸漬塗布法、模塗布法、噴墨法等任意的塗布方法，但從可在比較大面積的基材上均勻地塗布前驅物溶液、以及可在前驅物溶液硬化之前快速完成塗布的方面考慮，較佳為棒式塗布法、模塗布法及旋轉塗布法。
(3)乾燥步驟
塗布前驅物溶液後，為了使塗膜(前驅物膜)中的溶劑蒸發，可將基材保持在大氣中或減壓下。就圖案形成的穩定性的觀點而言，較理想為可良好地進行圖案轉印的乾燥時間範圍充分廣，其可藉由乾燥溫度(保持溫度)、乾燥壓力、前驅物的材料種類、前驅物的材料種類的混合比、前驅物溶液製備時所使用的溶劑量(前驅物的濃度)等來調整。此外，僅將基材直接保持，塗膜中的溶劑也會蒸發，因此並非必須進行加熱或送風等積極的乾燥操作，可將形成有塗膜的基材僅直接放置特定時間，或為了進行後續的步驟而僅在特定時間之間搬送。
(4)按壓步驟
繼而，如圖8(f)所示，將模板180按壓於基材42上的塗膜(前驅物膜)52上，將模板180的表面的形狀轉印至塗膜52上。也可將模板180捲繞為卷體來製 作卷狀模具，藉由軋壓步驟來轉印模板180的表面形狀。使用卷狀模具的軋壓步驟與使用平板狀模具的壓製式步驟相比較，模具與塗膜接觸的時間短，因此具有以下優點：可防止由模具、基材以及設置基材的平臺等的熱膨脹係數的差所引起的圖案崩塌；可防止由於塗膜中的溶劑的爆沸而在圖案中產生氣體的氣泡、或氣體痕跡殘留；由於塗膜與模具進行線接觸，故而可減小轉印壓力及剝離力，容易對應大面積化；以及在按壓時不會夾入氣泡等。另外，也可一邊將模板180按壓於塗膜52上，一邊對塗膜52進行加熱。
(5)預煅燒步驟
也可在塗膜(前驅物膜)上按壓模板後，對塗膜進行預煅燒。藉由進行預煅燒，前驅物轉化為無機材料，塗膜硬化，在剝離時變得難以崩塌。在進行預煅燒的情況下，較佳為在大氣中以室溫~300℃的溫度進行加熱。此外，並不一定要進行預煅燒。另外，在添加藉由對前驅物溶液照射紫外線等光而產生酸或鹼的材料的情況下，也可代替對前驅物膜進行預煅燒，藉由照射例如由準分子UV光等紫外線所代表的能量線，使塗膜硬化。
(6)剝離步驟
在模板的按壓或者前驅物膜的預煅燒之後，從塗膜(前驅物膜或者藉由將前驅物膜轉化而形成的無機材料膜)上剝離模板。藉此，獲得轉印有模板的表面形狀的凹凸結構層。作為模板的剝離方法，可採用公知的剝離方法。模板的凹凸部的凸部及凹部由於在同樣的方向上延伸存在而排列，因此脫模性良好。模板的剝離方向可設為與凸部及凹部的延伸方向平行的方向。藉此可進一步提高模板的脫模性。可一邊對塗膜加熱一邊剝離模板，藉此釋放出由塗膜產生的氣體，可防止塗膜內產生氣泡。在使用軋壓步驟的情況下，與壓製式相比，剝 離力可小，塗膜不會殘留於模板上，可容易將模具從塗膜上剝離。尤其是藉由一邊對塗膜加熱一邊按壓，則反應容易進行，容易在按壓後立即將模具從塗膜上剝離。
(7)硬化步驟
從塗膜(凹凸結構層)上剝離模板後，也可將凹凸結構層進行正式硬化。可藉由正式煅燒而使凹凸結構層正式硬化。在使用利用溶膠凝膠法而轉化為二氧化矽的前驅物的情況下，構成凹凸結構層的二氧化矽(非晶二氧化矽)中所包含的羥基等藉由正式煅燒而脫離，凹凸結構層變得更牢固。正式煅燒可在200~1200℃的溫度進行5分鐘~6小時左右。此時，在凹凸結構層由二氧化矽構成的情況下，與煅燒溫度、煅燒時間相應而成為非晶質或結晶質、或者非晶質與結晶質的混合狀態。此外，並不一定要進行硬化步驟。另外，在添加藉由對前驅物溶液照射紫外線等光而產生酸或鹼的材料的情況下，可代替對凹凸結構層進行煅燒，而是藉由照射例如由準分子UV光等紫外線所代表的能量線，將凹凸結構層進行正式硬化。
如以上所述，如圖8(g)所示，形成轉印有模板的表面形狀的凹凸結構層50，獲得由基材42及凹凸結構層50構成的透明基體40。透明基體40具備相位差部7與非相位差部9在同一面上鄰接並交替配置的表面。相位差部7由形成有週期性的凹凸圖案80的雙折射部11構成，非相位差部9由不具有雙折射性的非雙折射部13構成。
另外，除了溶膠凝膠法之外，也可使用利用無機材料的微粒子的分散液的方法、液相沉積法(LPD：Liquid Phase Deposition)等來形成凹凸結構層。
另外，作為被轉印材料(凹凸結構層材料)，也可代替上述無 機材料而使用硬化性樹脂材料來形成凹凸結構層。在使用硬化性樹脂來形成凹凸結構層的情況下，例如可藉由將硬化性樹脂塗布於基材上後，對所塗布的硬化性樹脂層按壓模板，並且使塗膜硬化，從而在硬化性樹脂層上轉印模板的表面形狀。硬化性樹脂也可利用有機溶劑加以稀釋後塗布。作為該情況下使用的有機溶劑，可選擇將硬化前的樹脂溶解的溶劑來使用。例如可從甲醇、乙醇、異丙醇(IPA)等醇系溶劑，丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮(MIBK)等酮系溶劑等公知溶劑中選擇。作為塗布硬化性樹脂的方法，例如可採用：旋轉塗布法、噴射塗布法、浸漬塗布法、滴加法、凹版印刷法、網版印刷法、凸版印刷法、模塗布法、簾式塗布法、噴墨法、濺鍍法等各種塗布方法。作為使硬化性樹脂硬化的條件，根據所使用的樹脂的種類而不同，例如較佳為硬化溫度為室溫~250℃的範圍內，硬化時間為0.5分鐘~3小時的範圍內。另外，也可以是藉由照射如紫外線或電子束之類的能量線而使其硬化的方法，在該情況下，照射量較佳為20mJ/cm2~10J/cm2的範圍內。
<高折射率層的形成>
繼而，如圖8(h)所示，可在透明基體40上形成高折射率層30。為了在雙折射部11的凸部的上表面及側面上形成具有上述膜厚的高折射率層30，較佳為利用附著性(覆蓋性)高的成膜方法來形成高折射率層30，例如可利用鍍敷法、原子層沉積法、化學氣相沉積法、濺鍍法、蒸鍍法等來形成。
<中折射率層或積層體的形成>
進而，也可在高折射率層30上形成中折射率層20。中折射率層20較佳為利用附著性低的成膜方法，例如濺鍍法、蒸鍍法等來形成。藉此，可在凸部的側面的高折射率層30上不形成中折射率層20，或者可將形成於凸部的側面的高折 射率層30上的中折射率層20的膜厚控制在如上所述的範圍內，並且在凸部的上表面的高折射率層30上形成中折射率層20。
或者可在高折射率層30上依次形成構成積層體25的2n+1個(n為正整數)的各層。各層較佳為利用附著性低的成膜方法，例如濺鍍法、蒸鍍法等來形成。藉此，可在凸部的側面的高折射率層30上不沉積構成積層體25的材料，或者可將形成於凸部的側面的高折射率層30上的積層體25的膜厚控制在如上所述的範圍內，並且在凸部的上表面的高折射率層30上形成積層體25。
此外，當將母模的凹凸圖案轉印至樹脂層上時，也可藉由使用具有在一方向上延伸存在的矩形形狀的開口部及遮蔽部的掩模，對樹脂層照射能量線，使樹脂層部分性地硬化，從而製作具有凹凸部與非凹凸部的模板。另外，將樹脂結構體的凹凸圖案轉印至凹凸結構層材料上後，也可藉由將所形成的凹凸結構層的凹部進行部分性地填埋，來製作具有凹凸部(雙折射部)及非凹凸部(非雙折射部)的透明基體。
以上，已藉由實施形態對本發明進行了說明，但本發明的光學相位差構件的製造方法並不限定於上述實施形態，可在申請專利範圍內記載的技術性思想的範圍內加以適當改變。
本發明的光學相位差構件不僅成本低，而且可減輕偏光變換元件的製造所需要的工時。因此，本發明的光學相位差構件可適合用於製造投影機(投影型顯示裝置)、反射型或半穿透型液晶顯示裝置等中使用的偏光變換元件。
7A‧‧‧相位差部
9A‧‧‧非相位差部
10A‧‧‧光學相位差構件
11‧‧‧雙折射部
13‧‧‧非雙折射部
80‧‧‧凹凸圖案
Claims (7)
- 一種光學相位差構件，其包括：相位差部，其藉由在一方向上延伸存在的多個凸部以及鄰接的該凸部之間的凹部週期性地排列的凹凸結構來產生相位差；以及非相位差部，其不產生相位差；並且上述相位差部與上述非相位差部在同一面上交替配置，上述光學相位差構件具有如下結構，即，將具有交替配置的第1雙折射部及第2雙折射部的第1相位差構件、與具有第3雙折射部的第2相位差構件重疊的結構，上述相位差部由上述第1相位差構件的上述第1雙折射部以及上述第2相位差構件的上述第3雙折射部構成，並且上述非相位差部由上述第1相位差構件的上述第2雙折射部以及上述第2相位差構件的上述第3雙折射部構成，上述第2雙折射部與上述第3雙折射部的慢軸相互大致正交且相位差的絕對值實質上相等。
- 如申請專利範圍第1項之光學相位差構件，其中，由上述相位差部產生的相位差為λ/4或λ/2。
- 如申請專利範圍第1或2項之光學相位差構件，其中，上述光學相位差構件的上述相位差部具備：透明基體，其具有與上述多個凸部的延伸方向垂直的面中的剖面為大致梯形形狀的上述凹凸結構；高折射率層，其形成於上述透明基體的上述凸部的上表面及側面，且具有比上述凸部高的折射率；以及中折射率層，其形成於上述凸部的上表面的上述高折射率層上，且由具有 比上述高折射率層低的折射率的層構成；並且在形成於相鄰的上述凸部的對向的上述側面上的上述高折射率層之間存在空氣層。
- 如申請專利範圍第3項之光學相位差構件，其中，上述中折射率層形成於上述凸部的上表面及側面的上述高折射率層上。
- 如申請專利範圍第1或2項之光學相位差構件，其中，上述光學相位差構件的上述相位差部具備：透明基體，其具有與上述多個凸部的延伸方向垂直的面中的剖面為大致梯形形狀的上述凹凸結構；高折射率層，其形成於上述透明基體的上述凸部的上表面及側面，且具有比上述凸部高的折射率；以及積層體，其形成於上述凸部的上表面的上述高折射率層上，且由2n+1個(n為正整數)層構成；並且在形成於相鄰的上述凸部的對向的上述側面上的上述高折射率層之間存在空氣層，上述積層體具備：形成於上述高折射率層上的第1層、形成於第2k-1層(k為1~n的整數)上的第2k層、以及形成於上述第2k層上的第2k+1層，上述第1層的折射率低於上述高折射率層的折射率，上述第2k+1層的折射率低於上述第2k層的折射率。
- 如申請專利範圍第1或2項之光學相位差構件，其用於偏光變換元件。
- 一種偏光變換元件，其具備：申請專利範圍第1至6項中任一項之光學相位差構件、以及偏光分光鏡陣列； 上述偏光分光鏡陣列具備：多個偏光膜，其使來自光源的入射光中第1偏光方向的光穿透，且使與上述第1偏光方向正交的第2偏光方向的光反射；以及多個反射膜，其使由上述偏光膜反射的上述第2偏光方向的光反射；並且上述偏光膜及上述反射膜相互平行，且以特定的間隔交替設置，在上述偏光分光鏡陣列的上述第1偏光方向的光及上述第2偏光方向的光的其中一個出射面上，定位上述光學相位差構件的相位差部，在上述偏光分光鏡陣列的上述第1偏光方向的光及上述第2偏光方向的光的另一個出射面上，定位上述光學相位差構件的非相位差部。
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