WO2017135220A1 - 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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- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/13363—Birefringent elements, e.g. for optical compensation
Definitions
- the present invention relates to an optical retardation member, a composite optical member including the optical retardation member, and a method for manufacturing the optical retardation member.
- Optical phase difference plates have a great variety of applications, such as reflective liquid crystal display devices, transflective liquid crystal display devices, optical disk pickups, PS conversion elements, projectors (projection display devices), and various other applications. Is used.
- the optical phase difference plate should be provided with a natural birefringent crystal such as calcite, mica and quartz, a birefringent polymer, and a periodical structure artificially shorter than the wavelength used. And so on.
- an optical retardation plate that is artificially provided with a periodic structure
- an uneven structure is provided on a transparent substrate.
- the concavo-convex structure used for the optical retardation plate has a period shorter than the wavelength used, and has, for example, a stripe pattern as shown in FIG.
- Such a concavo-convex structure has refractive index anisotropy, and when light enters perpendicularly to the substrate 420 of the optical phase difference plate 400 in FIG. 9, polarized light parallel to the periodic direction of the concavo-convex structure in the concavo-convex structure.
- phase difference occurs between both polarization components.
- This phase difference can be controlled by adjusting the height (depth) of the concavo-convex structure, the refractive index difference between the material constituting the convex portion and the material (air) between the convex portions, and the like.
- the optical retardation plate used for the display device or the like needs to generate a phase difference of ⁇ / 4 or ⁇ / 2 with respect to the wavelength ⁇ to be used. However, such a sufficient phase difference should be generated.
- Patent Documents 1 and 2 propose that the surface of the concavo-convex structure is coated with a high refractive index material.
- the optical retardation plate as described above has the following drawbacks.
- the optical retardation plate is used by being attached to another member.
- an adhesive is used to attach the optical retardation plate to another member.
- the adhesive 340 is interposed between the convex portions of the concavo-convex structure of the optical retardation plate 400.
- the difference between the refractive index of the material constituting the convex portion and the refractive index of the adhesive that has entered between the convex portions is the difference between the refractive index of the material constituting the convex portion and the air. Smaller than the difference in refractive index. Therefore, the optical phase difference plate 400 in which the adhesive enters between the convex portions is sufficient because the refractive index difference between the material constituting the convex portions and the material between the convex portions is small and the refractive index anisotropy is small. A phase difference cannot be generated.
- the uneven structure of the optical retardation plate needs to have a sufficient uneven height (depth) while having a periodic structure shorter than the wavelength used. is there. That is, the concavo-convex structure needs to have a high aspect ratio.
- the uneven structure of the optical retardation plate 400 is deformed, for example, as shown in FIG. May not occur.
- the optical phase difference plate is required to generate a phase difference according to its application.
- the phase difference generated by the optical phase difference plate can be usually adjusted by the shape of the concavo-convex structure such as the aspect ratio of the convex portion of the optical phase difference plate.
- the concavo-convex structure of the optical phase difference plate by the nanoimprint method, in order to adjust the shape of the concavo-convex structure, it is necessary to prepare a master having a concavo-convex structure corresponding to the shape of the concavo-convex structure of the optical phase difference plate. .
- the original mold is expensive and requires a long time. Therefore, for each application of the optical phase difference plate, it is not desirable from the economical viewpoint and the temporal viewpoint to produce a master having a concavo-convex structure corresponding thereto.
- the object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and can produce a desired phase difference even when bonded to another member or applying a load using an adhesive.
- An object of the present invention is to provide an optical phase difference member that can be manufactured at a low cost and in a short time, and a manufacturing method thereof.
- a transparent substrate having a concavo-convex pattern; A phase difference adjusting layer formed on the surface of the concave and convex portions of the concave-convex pattern; A coating layer for coating the retardation adjustment layer; A gap section defined between the projections of the concavo-convex pattern in which the retardation adjustment layer and the coating layer are formed; A sealing layer provided on the top of the concavo-convex pattern so as to connect the tops of the convex portions of the concavo-convex pattern and seal the gap portion; There is provided an optical retardation member in which the refractive index n 1 of the convex portion, the refractive index n 2 of the retardation adjusting layer, and the refractive index n 3 of the covering layer satisfy n 1 ⁇ n 2 ⁇ n 3 .
- the refractive index n 1 of the convex portion, the refractive index n 2 of the retardation adjustment layer, and the refractive index n 3 of the coating layer are 0.8 ⁇ (n 1 ⁇ n 3 ) ⁇ n 2 ⁇ 1.05 ⁇ (n 1 ⁇ n 3 ) may be satisfied.
- the thickness of the retardation adjustment layer may be in the range of 10 to 200 nm.
- a cross section of the convex portion of the concave / convex pattern may be substantially trapezoidal.
- the gap portion may have a height equal to or higher than the height of the convex portion of the concave / convex pattern.
- the retardation adjustment layer may be made of ZnO, BaO, MgO, TiO 2 , Nb 2 O 5 , or a mixture thereof.
- the covering layer and the sealing layer may be made of metal, metal oxide, metal nitride, metal sulfide, metal oxynitride, or metal halide.
- the material constituting the uneven pattern may be a photocurable resin or a thermosetting resin.
- corrugated pattern may be a sol-gel material.
- air may exist in the gap portion.
- the optical retardation member of the first aspect there is provided a composite optical member comprising a surface of the transparent substrate opposite to the surface on which the concave / convex pattern is formed or a polarizing plate attached to the sealing layer.
- the composite optical member of the second aspect there is provided a display device comprising a surface of the transparent substrate opposite to a surface on which the concave / convex pattern is formed or a display element attached to the sealing layer.
- a step of preparing a transparent substrate having a concavo-convex pattern comprising a phase difference adjusting layer that covers the surface of the concave and convex portions of the concave and convex pattern; and Forming a coating layer for coating the retardation adjustment layer;
- a sealing layer is formed on the concavo-convex pattern so that adjacent convex portions of the concavo-convex pattern on which the phase difference adjusting layer and the coating layer are formed are connected and a gap section between the convex portions is sealed.
- a process of Provided is a method for producing an optical phase difference member in which the refractive index n 1 of the convex portion, the refractive index n 2 of the retardation adjusting layer, and the refractive index n 3 of the covering layer satisfy n 1 ⁇ n 2 ⁇ n 3.
- the coating layer forming step, and the sealing layer forming step of the method for producing the optical phase difference member, the phase difference adjusting layer, the coating layer, and the sealing layer are formed by sputtering, CVD, or vapor deposition. It may be formed.
- the gap portion existing between adjacent convex portions of the concavo-convex pattern (concavo-convex structure) of the substrate is sealed by the sealing layer and the concavo-convex pattern.
- the refractive index anisotropy of the optical phase difference member is impaired by reducing the refractive index difference between the material forming the convex portion and the material between the convex portion due to the adhesive entering between the convex portions of the concave and convex pattern.
- the optical retardation member of the present invention can exhibit excellent retardation characteristics even when incorporated in a device.
- the sealing layer is formed on the convex and concave portions of the concave and convex pattern so as to connect (bridge) adjacent convex portions, the convex and concave portions of the concave and convex pattern are not easily deformed even when a load is applied. This prevents the desired phase difference from being obtained.
- the optical retardation member of the present invention can adjust the phase difference depending on the thickness of the retardation adjustment layer, etc., an optical retardation member that produces a different phase difference from the original mold of one kind of uneven pattern is manufactured. can do. Therefore, an optical phase difference member that generates various phase differences can be manufactured at a low cost and in a short time. Therefore, the optical retardation member of the present invention can be suitably used for various applications such as a display device.
- FIGS. 1A to 1C are schematic views showing examples of cross-sectional structures of the optical retardation member of the embodiment. It is the schematic of the manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the optical phase difference member of embodiment. It is a flowchart which shows the manufacturing method of the optical phase difference member of embodiment. It is a schematic sectional drawing of a display apparatus provided with the optical phase difference member of an embodiment.
- FIG. 5 shows a graph in which the phase difference obtained by simulation in Example 1 is plotted against the film thickness of the medium refractive index material.
- FIG. 6 is a graph in which the amount of change in phase difference due to the phase difference adjusting layer obtained by simulation in Example 2 is plotted against the refractive index of the medium refractive index material.
- FIG. 5 shows a graph in which the phase difference obtained by simulation in Example 1 is plotted against the film thickness of the medium refractive index material.
- FIG. 6 is a graph in which the amount of change in phase difference due to the phase difference adjusting layer obtained by simulation in Example 2 is plotted against
- FIG. 7 shows the optimum refractive index of the medium refractive index material obtained by simulation in Examples 2 to 5, and the refractive index of the medium refractive index material for the phase difference adjusting layer to have a sufficient phase difference adjusting function. It is a table
- FIG. 8 shows a graph in which the phase difference obtained by simulation in the comparative example is plotted against the film thickness of the high refractive index material. It is a figure which shows notionally an example of the optical phase difference member of a prior art.
- Fig.10 (a) is a schematic sectional drawing of the optical phase difference member of the prior art affixed on the other member with the adhesive.
- FIG.10 (b) is a schematic sectional drawing of the optical phase difference member of the prior art which applied the load.
- the optical phase difference member 100 includes a transparent substrate 40 having a concavo-convex pattern 80, and a gap portion 90 defined between adjacent convex portions 60 of the concavo-convex pattern 80,
- the sealing layer 20 provided above the convex part 60 and the gap
- the gap portion 90 is surrounded and sealed by the uneven pattern 80 and the sealing layer 20.
- the retardation adjustment layer 35 is formed on the concave and convex surfaces of the concave-convex pattern 80 of the transparent substrate 40, and the retardation adjustment layer 35 is covered with the coating layer 30.
- the transparent substrate 40 is composed of a flat substrate 42 and an uneven structure layer 50 formed on the substrate 42.
- the substrate 42 is not particularly limited, and a known substrate that transmits visible light can be used as appropriate.
- a transparent substrate described in WO2016 / 056277 such as a base material made of a transparent inorganic material such as glass or a base material made of a resin can be used.
- the front phase difference of the base material 42 be as small as possible.
- the base material 42 may be a flexible base material.
- the base material 42 may be a base material made of resin.
- a surface treatment or an easy adhesion layer may be provided on the base material 42 in order to improve the adhesion.
- a smoothing layer may be provided in order to fill the protrusions on the surface of the substrate 42.
- the thickness of the substrate 42 may be in the range of 1 ⁇ m to 20 mm.
- the concavo-convex structure layer 50 has a plurality of convex portions 60 and concave portions, whereby the surface of the concavo-convex structure layer 50 defines the concavo-convex pattern 80.
- the concavo-convex structure layer 50 may be made of a material having a refractive index in the range of 1.1 to 2.0, preferably in the range of 1.3 to 1.8. However, the refractive index of the material is smaller than the refractive index of the phase difference adjusting layer 35 described later, and the difference is larger than 0.8.
- Examples of the material constituting the concavo-convex structure layer 50 include Si-based materials such as silica, SiN, and SiON, Ti-based materials such as TiO 2 , ITO (indium tin oxide) -based materials, ZnO, ZnS, Inorganic materials such as ZrO 2 , Al 2 O 3 , BaTiO 3 , Cu 2 O, MgS, AgBr, CuBr, BaO, Nb 2 O 5 , and SrTiO 2 can be used. These inorganic materials may be materials formed by a sol-gel method or the like (sol-gel materials, that is, materials obtained by curing a precursor solution described later).
- thermoplastic resin an ultraviolet curable resin
- resin material such as a material obtained by blending two or more of these
- resin material a composite of the inorganic material with the resin material
- Materials Materials in which fine particles or fillers are included in the inorganic material and / or the resin material; those in which an ultraviolet absorbing material is included in the above materials may be used.
- Each convex part 60 of the concavo-convex structure layer 50 extends in the Y direction (depth direction) of FIG. 1A, and the plurality of convex parts 60 generate a phase difference by the design wavelength (the optical phase difference member 100). Are arranged with a shorter period than the wavelength of the light to be generated.
- the cross section in the ZX plane orthogonal to the extending direction of each convex part 60 may be substantially trapezoidal.
- the “substantially trapezoidal shape” means a pair of opposite sides that are substantially parallel to the surface of the base material 42, and the side (lower base) close to the surface of the base material 42 is the other side (upper base). ) And an angle formed by the lower base and the two hypotenuses is an acute rectangle.
- each side of the substantially rectangular shape may be curved. That is, each convex portion 60 has a width (a length in a direction perpendicular to the extending direction of the convex portion 60), that is, a length in a direction perpendicular to the extending direction of the convex portion 60, that is, FIG.
- the length in the X direction is only required to be small.
- Each vertex may be rounded. Further, the length of the upper base may be zero. That is, in the present application, “substantially trapezoidal shape” is a concept including “substantially triangular shape”.
- the height of the convex portion 60 necessary for generating a desired phase difference exceeds the length of the upper base. Since it is smaller than the case, there is an advantage that it is easy to form an uneven pattern. Note that the length of the upper base of the cross section of the convex portion 60 may exceed zero.
- a convex portion having a substantially trapezoidal cross section with an upper base larger than 0 has the following advantages over a convex portion having a substantially triangular cross section.
- the cross-sectional shape of the convex portion 60 may be various shapes such as a rectangular shape and a polygonal shape in addition to a substantially trapezoidal shape.
- the top portion 60 t of the convex portion 60 may be flat, that is, a flat shape parallel to the surface of the base material 42.
- the concave portion 70 is partitioned by the convex portion 60 and extends in the Y direction (depth direction) along the convex portion 60.
- the height (convex height) Hc of the convex portion 60 is preferably in the range of 100 to 2000 nm.
- the height Hc of the convex portion 60 is less than 100 nm, it becomes difficult to generate a desired phase difference when visible light is incident on the optical phase difference substrate 100.
- the height Hc of the convex portion 60 exceeds 2000 nm, it is difficult to form the concave / convex pattern because the aspect ratio of the convex portion 60 (ratio of the convex portion height to the convex portion width) is large.
- the width W of the convex portion 60 may be in the range of 10 to 500 nm.
- the width W of the convex portion 60 is less than 10 nm, it is difficult to form the concave / convex pattern because the aspect ratio of the convex portion 60 (the ratio of the convex portion height to the convex portion width) is large.
- the width W of the convex portion 60 exceeds 500 nm, the transmitted light is colored, and it is difficult to ensure sufficient colorless transparency as an optical phase difference member, and it is difficult to generate a desired phase difference. .
- interval of the upper part of the adjacent convex part 60 becomes wide, it becomes difficult to form the sealing layer 20 with high intensity
- the width W of the convex part 60 here means the value which averaged the width
- the uneven pitch of the uneven pattern 80 may be in the range of 100 to 1000 nm. When the pitch is less than 100 nm, it becomes difficult to generate a desired phase difference when visible light is incident on the optical phase difference substrate 100. When the pitch exceeds 1000 nm, it becomes difficult to ensure sufficient colorless transparency as an optical retardation member. Moreover, since the space
- the phase difference adjusting layer 35 covers the transparent substrate 40 along the uneven pattern 80. That is, the phase difference adjusting layer 35 covers the surfaces of the convex portions 60 and the concave portions 70 of the concave / convex pattern 80.
- the thickness Tp of the retardation adjustment layer 35 may be in the range of 10 to 200 nm.
- the thickness Tp of the phase difference adjusting layer 35 is set so that the phase difference generated by the optical phase difference member 100 becomes a desired value. When the thickness Tp of the phase difference adjusting layer 35 is less than 10 nm or exceeds 200 nm, the effect of adjusting the phase difference generated by the optical phase difference member 100 becomes small, as shown in examples described later.
- the “thickness Tp of the phase difference adjusting layer 35” is a direction perpendicular to the surface of the base material 42 of the phase difference adjusting layer 35 at the top of the convex portion 60 (that is, the Z direction in FIG. 1A). Means the thickness.
- the thickness of the phase difference adjusting layer formed on the side surface of the convex portion 60 depends on the shape of the convex portion 60, the film formation method, and the like. It is about 0.05 Tp to 0.2 Tp.
- the phase difference adjusting layer 35 is larger than the refractive index n 1 of the protrusion 60, having a refractive index n 3 smaller than the refractive index n 2 of the cover layer 30. That is, n 1 ⁇ n 2 ⁇ n 3 is satisfied. If n 2 ⁇ n 1 or n 2 ⁇ n 3 , the effect of adjusting the phase difference generated by the optical phase difference member 100 cannot be obtained.
- the refractive index n 2 of the phase difference adjusting layer 35 may satisfy 0.8 ⁇ (n 1 ⁇ n 3 ) ⁇ n 2 ⁇ 1.05 ⁇ (n 1 ⁇ n 3 ), and 0.82 ⁇ ( n 1 ⁇ n 3 ) ⁇ n 2 ⁇ 1.01 ⁇ (n 1 ⁇ n 3 ) may be satisfied.
- a material constituting the phase difference adjusting layer 35 for example, an oxide of Ti, Nb, Zn, Ba or Mg, or a mixture thereof can be used.
- the covering layer 30 covers the retardation adjustment layer 35 along the uneven pattern 80. That is, the phase difference adjusting layer 35 is sandwiched between the covering layer 30 and the protrusions 60 and the recesses 70 of the uneven pattern 80.
- the thickness of the covering layer 30 is set to a thickness at which the sealing layer 20 covering the convex portion 60 and the gap portion 90 described later can be formed. In this case, the covering layer 30 is formed on the convex portion 60 adjacent to the gap portion 90 described later. It has a thickness that can be formed between them. If the coating layer 30 is too thick and the gap 90 is not formed between the coating layer 30 and the sealing layer 20, the refractive index difference between the coating layer 30 and the air or the like existing in the gap 90 cannot be used.
- the thickness Tc of the coating layer 30 may be 10 nm or more.
- the “thickness Tc of the covering layer 30” means that the height of the convex portion 60 is Hc, and the phase difference adjusting layer 35 is covered at a position Hc / 2 from the bottom surface of the convex portion 60. It means the thickness of the covering layer 30 formed on the side surface of the convex portion 60.
- the covering layer 30 may be made of a material having a refractive index in the range of 1.8 to 2.6.
- the phase difference adjusting layer 35 and the convex portion 60 With the coating layer 30 having a refractive index of 1.8 or more, the phase difference caused by the periodic arrangement of the convex portion 60 and the gap portion 90 described later is increased. Therefore, the height of the convex portion 60 can be reduced, that is, the aspect ratio of the convex portion 60 can be reduced, and the concave / convex pattern 80 can be easily formed.
- Examples of the material constituting the coating layer 30 include metals such as Ti, In, Zr, Ta, Nb, and Zn, and inorganic materials such as oxides, nitrides, sulfides, oxynitrides, and halides of these metals. Can be used. A member containing these materials may be used as the covering layer 30.
- the gap 90 is partitioned between the adjacent protrusions 60.
- the gap 90 is enclosed and sealed by the covering layer 30 and a sealing layer 20 described later.
- the gap portion 90 may be filled with air, or may be seen with an inert gas such as N 2 , Ar, or He, or other low refractive index medium. Further, a vacuum may be used without a medium.
- the height Ha of the gap 90 is preferably equal to or higher than the height Hc of the protrusion 60.
- the gap 90 and the coating layer 30 are periodically arranged, so that a phase difference can be generated in the light transmitted through the optical phase difference member 100.
- the height Ha is smaller than the height Hc of the convex portion 60, the height of the periodic arrangement structure of the gap portion 90 and the coating layer 30 is small, so that the phase difference generated by the optical phase difference substrate 100 is small.
- the sealing layer 20 is formed on the upper portions of the convex portion 60 and the gap portion 90 so as to cover them.
- the sealing layer 20 surrounds the gap 90 together with the coating layer 30 and seals it. Accordingly, when the optical phase difference member 100 of the present embodiment is joined to another member using an adhesive in order to incorporate it into the device, the adhesive enters between the adjacent convex portions 60 (gap portion 90). There is no. Therefore, it is prevented that the phase difference generated by the optical phase difference member 100 is reduced due to the adhesive entering between the convex portions. Therefore, even when the optical retardation member 100 of the embodiment is used while being joined to another member, the optical retardation member 100 can generate a desired retardation.
- the sealing layer 20 is supported by the adjacent convex portions via the sealing layer 20 when a load is applied from the upper part (sealing layer 20 side) of the optical phase difference member 100. Moreover, since the applied force is disperse
- the sealing layer 20 may be formed of the same material as the covering layer 30.
- a layer made of a material constituting the sealing layer 20 is further formed on the covering layer 30 formed on the side surface of the protruding portion 60, so that the protruding portion
- the phase difference caused by the periodic arrangement of 60 and the gap 90 may be reduced or the control of the phase difference may be difficult.
- the sealing layer 20 may be light transmissive, for example, the transmittance at a wavelength of 550 nm may be 90% or more.
- the thickness T of the sealing layer 20 may be in the range of 10 to 1000 nm.
- the thickness T of the sealing layer 20 means the distance from the upper end of the gap 90 to the surface of the sealing layer 20 (see FIG. 1A).
- the sealing layer 20 and another member are joined via an adhesive. That is, the adhesion layer 20 is different from the pressure-sensitive adhesive used for joining with other members.
- the optical phase difference member can generate a phase difference in transmitted light by forming an interface between materials having a difference in refractive index substantially parallel to the traveling direction of the transmitted light.
- the optical phase difference member that does not have a phase difference adjustment layer, that is, the coating layer directly covers the transparent substrate along the concavo-convex pattern is the traveling direction of transmitted light.
- the interface between the gap portion and the coating layer and the interface between the coating layer and the convex portion cause a phase difference in the transmitted light.
- it is necessary to form the coating layer under film forming conditions that form a sealing layer that connects (bridges) the tops of the convex portions it is difficult to control the shape of these interfaces.
- the uneven pattern of the transparent substrate 40 80 needs to be changed.
- a high cost and a long time are required to newly manufacture the master.
- optical retardation member 100 of the present embodiment larger than the refractive index n 1 of the convex portion 60, the phase difference adjusting layer having a refractive index n 3 smaller than the refractive index n 2 of the cover layer 30 35 Is provided between the covering layer 30 and the convex portion 60.
- the effective refractive index difference of the interface between the coating layer 30 and the convex portion 60 can be reduced. For example, by changing the thickness of the phase difference adjusting layer 35, the coating layer 30 and the convex portion 60 It is possible to adjust the effective refractive index difference between the interfaces.
- the phase difference generated by the optical phase difference member can be controlled by changing the thickness of the phase difference adjusting layer 35.
- the optical retardation member 100 that generates different phase differences can be obtained using the transparent substrate 40 having the same uneven pattern 80, the original pattern of the uneven pattern 80 can be obtained without newly forming the original pattern.
- the phase difference can be changed and adjusted. Therefore, the optical phase difference member 100 of this embodiment is advantageous in terms of manufacturing cost and manufacturing time.
- the film thickness and the like of the retardation adjustment layer 35 are controlled. Therefore, the phase difference produced by the optical phase difference member 100 can be controlled, and the optical phase difference member 100 producing a desired phase difference can be manufactured.
- a structure having a convex portion 60a on the base material 42a such as an optical retardation member 100a shown in FIG.
- a transparent substrate 40a in which a plurality of layers are formed may be used.
- a concave portion (region where the surface of the base material 42a is exposed) 70a is defined between the convex portions 60a, and a concave / convex pattern 80a including the convex portions 60a and the concave portions 70a is formed.
- the base material 42a a base material similar to the base material 42 of the optical phase difference member 100 shown in FIG.
- the convex part 60a may be comprised with the material similar to the material which comprises the uneven
- the transparent substrate 40b is formed of a base material that is shaped so that the surface of the base material itself forms a concave / convex pattern 80b composed of convex portions 60b and concave portions 70b. May be configured.
- the transparent substrate 40b can be manufactured by molding the base material so as to have the uneven pattern 80b as shown in FIG.
- the optical retardation members 100, 100a, 100b are further bonded with a protective member such as a protective sheet on the surface opposite to the surface on which the concave / convex pattern 80 of the transparent bases 40, 40a, 40b is formed and / or the sealing layer. It may be. Thereby, it is possible to prevent the optical retardation members 100, 100a, 100b from being damaged such as scratches when the optical retardation members 100, 100a, 100b are transported, transported, or the like.
- Optical retardation member manufacturing apparatus As an example of an apparatus for manufacturing an optical retardation member, a roll process apparatus 200 is shown in FIG. Below, the structure of the roll process apparatus 200 is demonstrated.
- the roll process apparatus 200 mainly includes a transport system 120 that transports the film-like base material 42, a coating unit 140 that applies a UV curable resin to the base material 42 being transported, and an uneven pattern on the UV curable resin.
- the transfer part 160 to transfer and the film-forming part 180 which forms a phase difference adjustment layer, a coating layer, and a sealing layer on an uneven
- the conveyance system 120 is disposed on the upstream side and the downstream side of the feeding roll 172 that feeds the film-like base material 42 and the transfer roll 70 provided in the transfer unit 160, and biases the base material 42 toward the transfer roll 170. It has a nip roll 174 and a peeling roll 176 and a take-up roll 178 that winds up the obtained optical retardation member 100. Further, the transport system 120 includes a guide roll 175 for transporting the base material 42 to each of the above parts.
- the application unit 140 includes a die coater 182 for applying the UV curable resin 50 a to the base material 42.
- the transfer unit 160 is located on the downstream side of the coating unit 140 in the substrate transport direction, and a transfer roll 170 having a concavo-convex pattern, which will be described later, and an irradiation light source 185 provided to face the transfer roll 170 across the substrate 42.
- the film forming unit 180 includes a film forming apparatus such as the sputtering apparatus 10.
- the sputtering apparatus 10 includes a vacuum chamber 11.
- the vacuum chamber 11 is not particularly limited in shape, and is usually a rectangular parallelepiped shape, a cylindrical shape, or the like, as long as the inside of the vacuum chamber 11 is decompressed.
- sputtering targets 16 and 18 are arranged so as to face the surface on which the concave / convex pattern of the transparent substrate 40 being transported is formed.
- a retardation adjusting layer made of a metal oxide such as Ti, Nb, Zn, Ba, or Mg is formed on the concavo-convex pattern
- a target made of these metals or metal oxides can be used as the sputtering target 16.
- a coating layer and a sealing layer made of an inorganic material such as metal, metal oxide, metal nitride, metal sulfide, metal oxynitride, metal halide, etc.
- the sputtering target 18 A target made of an inorganic material such as metal, metal oxide, metal nitride, metal sulfide, metal oxynitride, or metal halide can be used.
- the transfer roll 170 is a roll-shaped (columnar or cylindrical) mold having an uneven pattern on the outer peripheral surface.
- the transfer roll 170 can be manufactured by a method described in, for example, WO2016 / 056277.
- the manufacturing method of the optical phase difference member mainly includes a step S1 of preparing a transparent substrate having a concavo-convex pattern, and a step of forming a phase difference adjusting layer on the concave and convex surfaces of the concavo-convex pattern. S2, a step S3 of forming a coating layer that covers the retardation adjustment layer, and a step S4 of forming a sealing layer on the concavo-convex pattern of the transparent substrate.
- a transparent substrate on which a concavo-convex pattern is formed is prepared as follows (step S1 in FIG. 3).
- the film-like base material 42 wound around the film feeding roll 172 is fed downstream by the rotation of the film feeding roll 172.
- the film-like base material 42 is conveyed to the application unit 140, and the UV curable resin 50 a is applied on the film-like base material 42 with a predetermined thickness by the die coater 182.
- a bar coating method, a spin coating method, a spray coating method, a dip coating method, a dripping method, a gravure printing method, a screen printing instead of the above-described die coating method.
- Various coating methods such as a printing method, a relief printing method, a die coating method, a curtain coating method, an ink jet method, and a sputtering method can be employed. If the UV curable resin 50a can be uniformly applied to a substrate having a relatively large area, a bar coating method, a die coating method, a gravure printing method, and a spin coating method can be employed.
- a surface modification layer may be formed on the base material 42 before the UV curable resin 50a is applied on the base material 42.
- a material of the surface modification layer for example, a material described as a material of the surface material layer in WO2016 / 056277 can be used.
- the plasma treatment to the surface of the substrate 42, a corona treatment, excimer irradiation treatment may be provided with surface modification layer by performing the processing by energy rays such as UV / O 3 treatment.
- the film-like base material 42 on which the UV curable resin 50a is applied in the application unit 140 as described above is conveyed toward the transfer unit 160.
- the film-like substrate 42 is pressed (biased) against the transfer roll 170 by the nip roll 174, and the uneven pattern of the transfer roll 170 is transferred to the UV curable resin 50a.
- the UV curable resin 50a is irradiated with UV light from an irradiation light source 185 provided facing the transfer roll 170 with the film-like substrate 42 interposed therebetween, and the UV curable resin 50a is cured. .
- the cured UV curable resin and the film-like substrate 42 are separated from the transfer roll 170 by the peeling roll 176.
- the transparent substrate 40 including the concavo-convex structure layer 50 (see FIG. 1A) to which the concavo-convex pattern of the transfer roll 170 is transferred is obtained.
- the transparent substrate on which the concave / convex pattern is formed may be manufactured by an apparatus other than the roll process apparatus shown in FIG. 2, or may not be manufactured by itself, but should be obtained through a manufacturer such as the market or a film manufacturer. May be prepared.
- the transparent substrate 40 on which the concavo-convex pattern is formed is conveyed to the film forming unit 180, and the phase difference adjusting layer 35 (see FIG. 1A) is formed on the concave and convex surfaces of the concavo-convex pattern of the transparent substrate 40.
- Step S2 in FIG. 3 the transparent substrate 40 peeled from the transfer roll 170 is conveyed directly into the sputtering apparatus 10 via the guide roll 175, but after the transparent substrate 40 is peeled from the transfer roll 170.
- the roll-shaped transparent substrate 40 wound up on a roll may be conveyed into the sputtering apparatus 10.
- a method of forming a retardation adjustment layer 35 (see FIG. 1A) made of, for example, a metal oxide using the sputtering apparatus 10 shown in FIG. 2 will be described.
- the inside of the vacuum chamber 11 is depressurized to a high vacuum.
- metal atoms (and oxygen atoms) of the sputtering target 16 are knocked out by DC plasma or high-frequency plasma.
- the transparent substrate 40 is being transported in the vacuum chamber 11, metal atoms knocked out of the sputtering target 16 on the surface of the transparent substrate 40 and oxygen react to deposit metal oxide.
- the phase difference adjusting layer 35 (see FIG. 1A) is formed on the surface of the convex portion 60 and the concave portion 70 of the concave / convex pattern 80 of the transparent base 40 along the concave / convex pattern 80.
- a coating layer 30 (see FIG. 1A) that covers the retardation adjustment layer 35 is formed (step S3 in FIG. 3).
- the coating layer 30 can be formed following the formation of the phase difference adjusting layer 35 by using the sputtering apparatus 10 used in the phase difference adjusting layer forming step S2.
- a method for forming the coating layer 30 made of a metal oxide will be described.
- the transparent substrate 40 is conveyed to a position facing the sputtering target 18 while introducing a rare gas such as Ar and oxygen gas into the vacuum chamber 11, and the sputtering target 18 is subjected to DC plasma or high frequency plasma. Knock out metal atoms (and oxygen atoms).
- the transparent substrate 40 While the transparent substrate 40 is being transported in the vacuum chamber 11, the metal atoms knocked out of the sputtering target 18 on the phase difference adjusting layer 35 and oxygen react to deposit metal oxide. Thereby, the coating layer 30 (see FIG. 1A) that covers the retardation adjustment layer 35 is formed along the uneven pattern 80.
- the sealing layer 20 (see FIG. 1A) is formed on the transparent substrate 40 (step S4 in FIG. 3).
- the sealing layer 20 can be formed following the formation of the coating layer 30 by using the sputtering apparatus 10 used in the coating layer forming step S3.
- the metal oxide is further deposited on the transparent substrate 40 by continuously sputtering the target 18 after the formation of the coating layer 30. At this time, among the sputtered metal atoms, it reaches between the adjacent convex portions 60 (see FIG.
- the deposition amount of the metal oxide is larger on the upper portion of the convex portion 60 (on the upper surface 60 t and the upper side surface) than on the concave portion 70 and the lower side surface of the convex portion 60.
- a gap 90 is formed between the adjacent protrusions 60.
- the gap 90 is sealed by the coating layer 30 and the sealing layer 20.
- the top (upper surface) 60t of each projection 60 is a plane parallel to the base material 42, that is, a plane parallel to the sputtering target 18 (for example, a cross section in a plane orthogonal to the extending direction of each projection 60).
- the metal oxide is particularly preferentially deposited on the upper surface 60t of the convex portion 60. Therefore, the metal oxide deposited on the upper portion of the adjacent convex portion 60 is connected to form the sealing layer 20. Therefore, it is possible to shorten the film formation time required for the production, and to suppress the consumption of the material (target).
- the covering layer is formed simultaneously with the formation of the sealing layer 30 until the metal oxide deposited on the adjacent convex portions 60 is connected in the sealing layer forming step.
- the formation of 30 also proceeds. That is, in this case, the covering layer forming step S3 and the sealing layer forming step S4 are not separate independent steps but are partially overlapping steps.
- the phase difference adjusting layer 35, the coating layer 30, and the sealing layer 20 are formed by a known dry process such as physical vapor deposition (PVD) method such as vapor deposition or chemical vapor deposition (CVD) method instead of the above sputtering. can do.
- PVD physical vapor deposition
- CVD chemical vapor deposition
- a metal oxide as the phase difference adjusting layer 35, the coating layer 30, and the sealing layer 20 on the transparent substrate 40 for example, a metal for forming the phase difference adjusting layer 35 Or a crucible containing a metal oxide, a crucible containing a metal or metal oxide for forming the coating layer 30 and the sealing layer 20, and evaporating the metal or metal oxide by irradiating each crucible with an electron beam
- an electron beam heating vapor deposition apparatus in which an electron gun for the purpose is provided in a vacuum chamber.
- Each crucible is installed so as to face the conveyance path of the transparent substrate 40, and the crucible for forming the coating layer 30 and the sealing layer 20 is in the conveyance direction of the transparent substrate 40 with respect to the crucible for forming the phase difference adjusting layer 35.
- the metal or metal oxide in each crucible is heated and evaporated by an electron beam while transporting the transparent substrate 40, and the metal oxide is deposited on the transparent substrate 40 being transported, so that the position on the transparent substrate 40 is increased.
- the phase difference adjusting layer 35, the coating layer 30, and the sealing layer 20 can be formed.
- oxygen gas may or may not flow depending on the degree of oxidation of the material put in the crucible and the degree of oxidation of the target phase difference adjusting layer 35, the coating layer and the sealing layer.
- a metal oxide is formed as the phase difference adjusting layer 35, the coating layer 30, and the sealing layer 20 on the transparent substrate 40 by atmospheric pressure plasma CVD
- An organic metal compound may be used as the raw material compound, and the raw material compound may be in a gas, liquid, or solid state at normal temperature and pressure.
- gas it can be introduced into the discharge space as it is, but in the case of liquid or solid, it is used after being vaporized by means such as heating, bubbling, decompression, ultrasonic irradiation and the like. From such a situation, for example, a metal alkoxide having a boiling point of 200 ° C. or lower is suitable as the organometallic compound.
- metal alkoxides examples include metal alkoxides described in WO2016 / 056277.
- a reactive gas is constituted by using a decomposition gas together.
- a metal oxide can be formed by using oxygen gas
- a metal nitride can be formed by using ammonia gas
- a metal oxynitride can be formed by using ammonia gas and nitrous oxide gas. Can be formed.
- a discharge gas that tends to be in a plasma state is mixed with these reactive gases.
- nitrogen gas Group 18 atom of the periodic table, specifically, a rare gas such as helium, neon, or argon is used.
- nitrogen gas may be used from the viewpoint of manufacturing cost.
- the film is formed by mixing the discharge gas and the reactive gas and supplying the mixed gas as a mixed gas to a plasma discharge generator (plasma generator).
- plasma discharge generator plasma generator
- the ratio of the discharge gas and the reactive gas varies depending on the properties of the target film, but the reactive gas is supplied with the ratio of the discharge gas being 50% or more with respect to the entire mixed gas.
- silicon alkoxide tetraalkoxysilane (TEOS)
- TEOS tetraalkoxysilane
- oxygen is used as a decomposition gas
- an inert gas such as a rare gas or nitrogen is used as a discharge gas.
- a film obtained by such a CVD method can be obtained by selecting metal carbide, metal nitride, metal oxide, metal sulfide, metal halogen, etc. by selecting conditions such as a metal compound, decomposition gas, decomposition temperature, and input power as raw materials. Further, it is preferable in that a compound or a mixture thereof (metal oxynitride, metal oxyhalide, metal nitride carbide, etc.) can be formed separately.
- an optical phase difference member 100 as shown in FIG. 1A is obtained.
- the obtained optical retardation member 100 may be wound up by a winding roll 178.
- the optical phase difference member 100 may pass through a guide roll 175 or the like as appropriate.
- a transfer roll is used as a mold used to transfer the concavo-convex pattern to the UV curable resin.
- a UV curable resin in which a long film mold, a plate mold, or the like is applied on the substrate.
- the uneven pattern may be formed by pressing against the resin.
- the concavo-convex structure layer 50 is formed using a UV curable resin.
- the concavo-convex structure layer 50 may be formed using a thermoplastic resin, a thermosetting resin, an inorganic material, or the like.
- a method in which a precursor of an inorganic material is applied on the mold and then cured, a method in which a fine particle dispersion is applied on the mold and the dispersion medium is dried, and a resin material is molded The transparent substrate 40 can be prepared by a method of coating and curing on the top, a liquid phase deposition (LPD), or the like.
- LPD liquid phase deposition
- materials described in WO2016 / 056277 can be used.
- an alkoxide (metal alkoxide) such as Si, Ti, Sn, Al, Zn, Zr, or In may be used (sol-gel method).
- a solvent for the precursor solution used in the sol-gel method a solvent described in WO2016 / 056277 can be used.
- Additives described in WO2016 / 056277 may be added to the precursor solution used in the sol-gel method.
- polysilazane described in WO2016 / 056277 may be used as a precursor of the inorganic material.
- the precursor coating film After applying the precursor solution of the inorganic material such as the metal alkoxide or polysilazane to the base material, the precursor coating film is heated while pressing the mold having the concavo-convex pattern against the precursor coating film. By irradiating the coating film with energy rays, it is possible to form a concavo-convex structure layer made of an inorganic material in which the coating film is gelled and the concavo-convex pattern of the mold is transferred.
- the precursor solution of the inorganic material such as the metal alkoxide or polysilazane
- the structure which makes the convex part 60a as shown in FIG.1 (b) is formed on the base material 42a, and the area
- the transparent substrate 40a can be manufactured as follows, for example. In the manufacturing method described above, instead of applying the UV curable resin 50a on the base material 42, the UV curable resin is applied only to the concave portions or only the convex portions of the concave / convex pattern transfer mold. The UV curable resin applied to the mold is brought into close contact with the substrate 42a, and the UV curable resin is transferred to the substrate 42a.
- the convex part 60a which has a shape corresponding to the shape of the concave part or convex part of a mold is formed on the base material 42a. Between the convex portions 60a thus formed, a concave portion (region where the surface of the base material 42a is exposed) 70a is defined.
- the transparent substrate 40b formed of a base material shaped so that the surface of the base material itself forms a concavo-convex pattern composed of convex portions 60b and concave portions 70b is, for example, In this way, it can be manufactured.
- a resist layer having a concavo-convex pattern is formed on a substrate by a known technique such as nanoimprinting or photolithography. After the recess of the resist layer is etched to expose the substrate surface, the substrate is etched using the remaining resist layer as a mask. After etching, the remaining mask (resist) is removed with a chemical solution. By the above operation, the uneven pattern 80b can be formed on the surface of the substrate itself.
- FIG. 1 By forming the retardation adjustment layer 35, the coating layer 30 and the sealing layer 20 on the transparent bases 40a and 40b manufactured as described above by the same method as in the above embodiment, FIG.
- the composite optical member 300 includes the optical phase difference member 100 according to the above embodiment and optical members 320 a and 320 b joined to the optical phase difference member 100.
- the optical member 320a is bonded (bonded) to the sealing layer 20 of the optical retardation member 100
- the optical member 320b is bonded to the surface of the transparent substrate 40 opposite to the surface on which the concavo-convex pattern is formed.
- the composite optical member according to the present invention may not include both of the optical members 320a and 320b, and may include only one of them.
- a composite optical member in which a polarizing plate is bonded as the optical member 320a or 320b to the optical retardation member 100 can be used as an antireflection film.
- a display element such as an organic EL element or a liquid crystal element
- a display device in which reflection of wiring electrodes of the display element is prevented for example, an organic EL display, A liquid crystal display or the like.
- an adhesive is used.
- known ones such as acrylic and silicone can be used.
- the adhesive since the gap between the convex portions is sealed by the sealing layer, the adhesive does not enter between the convex portions. Therefore, even after the optical phase difference member is bonded to the optical member, the phase difference generated by the optical phase difference member does not change, and a sufficient phase difference can be generated.
- optical phase difference member of the present invention will be specifically described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
- Example 1 On a transparent substrate in which the period of the concavo-convex pattern is 240 nm, the width of the top surface of the convex part is 0 nm, the distance between the bottom surfaces of adjacent convex parts is 48 nm, the convex part height is 350 nm, and the refractive index n 1 of the convex part is 1.68 Further, a material having a refractive index n 2 of 1.93 (medium refractive index material) is deposited with a film thickness within a range of 0 to 290 nm, and a material having a refractive index n 3 of 2.37 (high The structure of the optical phase difference member when the refractive index material was deposited with a film thickness of 600 nm was calculated by simulation.
- n 2 medium refractive index material
- the “film formation thickness” means the thickness of the film formed on the top (upper surface) of the convex portion in the direction perpendicular to the surface of the transparent substrate (uneven pattern surface).
- This “film thickness” is the maximum value of the thickness of the film formed on the transparent substrate surface in the direction perpendicular to the transparent substrate surface.
- the “film thickness” is substantially equal to the thickness of a film formed when each material is deposited on a flat substrate under the same conditions.
- the optical phase difference member is composed of a medium refractive index material and a phase difference adjusting layer that covers the uneven pattern, a high refractive index material that covers the phase difference adjusting layer, and a high refractive index material that is adjacent to the convex portion. It had a sealing layer connecting the top (top).
- FIG. 5 shows the calculation result of the phase difference generated in the transmitted light having a wavelength of 550 nm.
- the horizontal axis represents the film thickness of the medium refractive index material (that is, the thickness of the phase difference adjusting layer), and the vertical axis represents the value obtained by dividing the phase difference by the wavelength of light (550 nm).
- the thickness of the retardation adjustment layer is in the range of 200 nm or less, the rate of change of the retardation relative to the thickness of the retardation adjustment layer is large, and the retardation can be controlled by the thickness of the retardation adjustment layer. I understood.
- the thickness of the phase difference adjusting layer exceeds 200 nm, the rate of change of the phase difference with respect to the change in the thickness of the phase difference adjusting layer is small, and the effect of adjusting the phase difference is small. Further, when the thickness of the phase difference adjusting layer is less than 10 nm, the phase difference is hardly different from that when there is no phase difference adjusting layer, and therefore the thickness of the phase difference adjusting layer may be 10 nm or more.
- Example 2 On a transparent substrate having a concavo-convex pattern similar to that of Example 1 and having a refractive index n 1 of a convex portion of 1.68, the refractive index n 2 as a medium refractive index material is in the range of 1.5 to 2.3.
- the structure of the optical phase difference member is calculated by simulation when a certain material is deposited with a film thickness of 50 nm and the high refractive index material similar to that of Example 1 is deposited with the same film thickness as that of Example 1. did.
- the optical phase difference member is composed of a medium refractive index material and a phase difference adjusting layer that covers the uneven pattern, a high refractive index material that covers the phase difference adjusting layer, and a high refractive index material that is adjacent to the convex portion. It had a sealing layer connecting the top (top).
- the geometric mean n ave of the refractive index n 1 of the convex portion and the refractive index n 3 of the high refractive index material was 1.99.
- optical phase difference member produced in the same manner as the above optical phase difference member was calculated by simulation except that the medium refractive index material was not formed.
- This optical phase difference member does not have a phase difference adjustment layer, but is made of a high refractive index material, a coating layer covering the phase difference adjustment layer, and an upper surface (top) of an adjacent convex portion made of a high refractive index material. It had the sealing layer which connects.
- a phase difference generated in transmitted light having a wavelength of 550 nm is calculated, and the difference (that is, phase difference adjustment) is calculated.
- the amount of change in retardation by layer) was determined.
- FIG. 6 shows the calculation result of the change amount of the phase difference.
- the refractive index (that is, the optimum value of the refractive index) n 2opt of the medium refractive index material that maximizes the amount of change in phase difference was 1.80.
- the amount of change in the phase difference is 0.9 times or more the maximum value of the amount of change in the phase difference (that is, the amount of change in the phase difference when the refractive index n 2 of the medium refractive index material is n 2opt ).
- lower n 2min refractive index n 2 is 1.65
- the upper limit n 2max was 1.95.
- n 2opt, n 2min, n 2max respectively, 0.90 times the n ave, 0.83 times, 0.98 times.
- Example 3 The refractive index n 1 of the convex portion except for using 1.52 in the same manner as in Example 2, was determined the change of the phase difference by the phase difference adjusting layer.
- the geometric mean n ave of the refractive index n 1 of the convex portion and the refractive index n 3 of the high refractive index material was 1.90.
- the refractive index n 2opt of the medium refractive index material that maximizes the amount of change in phase difference was 1.70. Further, the refraction of the medium refractive index material in which the amount of change in the phase difference is 0.9 times or more of the maximum value (that is, the amount of change in the phase difference when the refractive index n 2 of the medium refractive index material is n 2opt ). lower n 2min rate n 2 is 1.55, the upper limit n 2max was 1.90. n 2opt, n 2min, n 2max, respectively, 0.90 times the n ave, 0.82-fold, was 1.00 times.
- the phase difference adjusting layer has a sufficient phase difference adjusting effect.
- Example 4 Except that the refractive index n 3 of the high refractive index material and 2.47 in the same manner as in Example 2, was determined the change of the phase difference by the phase difference adjusting layer.
- the geometric mean n ave of the refractive index n 1 of the convex portion and the refractive index n 3 of the high refractive index material was 2.04.
- the refractive index n 2opt of the medium refractive index material that maximizes the amount of change in phase difference was 1.85. Further, the refraction of the medium refractive index material in which the amount of change in the phase difference is 0.9 times or more of the maximum value (that is, the amount of change in the phase difference when the refractive index n 2 of the medium refractive index material is n 2opt ). lower n 2min rate and n 2, 1.70, the upper limit n 2max was 2.05. n 2opt, n 2min, n 2max, respectively, 0.91 times the n ave, 0.84-fold, was 1.01 times.
- Example 5 Except that the refractive index n 3 of the high refractive index material and 2.47 in the same manner as in Example 3, was determined the change of the phase difference by the phase difference adjusting layer.
- the geometric mean n ave of the refractive index n 1 of the convex portion and the refractive index n 3 of the high refractive index material was 1.93.
- the refractive index n 2opt of the medium refractive index material that maximizes the amount of change in phase difference was 1.75. Further, the refraction of the medium refractive index material in which the amount of change in the phase difference is 0.9 times or more of the maximum value (that is, the amount of change in the phase difference when the refractive index n 2 of the medium refractive index material is n 2opt ). lower n 2min rate n 2 is 1.60, the upper limit n 2max was 1.95. n 2opt, n 2min, n 2max, respectively, 0.90 times the n ave, 0.83-fold, was 1.01 times.
- the refractive index n 2 of the phase difference adjusting layer may satisfy the 0.8n ave ⁇ n 2 ⁇ 1.05n ave , satisfies 0.82n ave ⁇ n 2 ⁇ 1.01n ave It was found that 0.84 n ave ⁇ n 2 ⁇ 1.00 n ave may be satisfied, and thereby a sufficiently large phase difference adjusting effect can be obtained.
- Example 2 On a transparent substrate having the same structure as in Example 1, a high refractive index material similar to that in Example 1 was deposited with a film thickness in the range of 100 to 1000 nm without depositing a medium refractive index layer.
- the structure of the optical phase difference member was calculated by simulation.
- the film thickness of the high refractive index material was less than 600 nm, the coating layer covering the concavo-convex pattern was formed, but the sealing layer connecting the upper surfaces (tops) of the adjacent convex portions was not formed.
- the sealing layer was formed when the film thickness of the high refractive index material was 600 nm or more.
- FIG. 8 shows the calculation result of the phase difference generated in the transmitted light having a wavelength of 550 nm.
- the horizontal axis represents the film thickness of the high refractive index material
- the vertical axis represents the value obtained by dividing the phase difference by the wavelength of light (550 nm).
- the film thickness of the high refractive index material is 600 nm or more, that is, when the sealing layer is formed, the phase difference hardly changes even when the film thickness of the high refractive index material increases. It was. Therefore, when the high refractive index material is formed directly on the concavo-convex pattern as in this comparative example (that is, when the phase difference adjusting layer is not formed), it is difficult to control the phase difference while forming the sealing layer. I found out.
- optical phase difference member manufactured by the manufacturing method of this invention is not limited to the said embodiment, It is suitably in the range of the technical idea described in the claim. Can be modified.
- the optical retardation member of the present invention can maintain excellent retardation characteristics even when incorporated in a device. Further, it is possible to prevent the concavo-convex structure from being deformed by applying a load and a desired phase difference from being obtained. Therefore, the optical retardation member of the present invention includes various functional members such as an antireflection film, a display device such as a reflective or transflective liquid crystal display device, a touch panel, and an organic EL display device, a pickup device for an optical disc, a polarizing device. It can use suitably for various devices, such as a conversion element.
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Abstract
光学位相差部材100は、凹凸パターン80を有する透明基体40と、前記凹凸パターン80の凹部70及び凸部60の表面に形成された位相差調整層35と、前記位相差調整層35を被覆する被覆層30と、前記位相差調整層35及び被覆層30が形成された前記凹凸パターン80の前記凸部60間に区画された間隙部90と、前記凹凸パターン80の前記凸部60の頂部60tを連結し且つ前記間隙部90を密閉するように前記凹凸パターン80の上部に設けられた密閉層20とを備え、前記凸部60の屈折率n1、前記位相差調整層35の屈折率n2、前記被覆層30の屈折率n3が、n1<n2<n3を満たす。光学位相差部材100は、粘着剤を用いて他の部材と接合したり荷重が印加されたりしても所望の位相差を生じることができるとともに、低コスト且つ短時間で製造可能である。
Description
本発明は、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に関する。
光学位相差板は、非常に多くの用途を有しており、反射型液晶表示装置、半透過型液晶表示装置、光ディスク用ピックアップ、PS変換素子、プロジェクタ(投影型表示装置)など、種々の用途に使用されている。
光学位相差板には、方解石、雲母、水晶のような自然界に存在する複屈折結晶により形成されたものや、複屈折ポリマーにより形成されたもの、人工的に使用波長より短い周期構造を設けることにより形成されたものなどがある。
人工的に周期構造を設けて形成された光学位相差板としては、透明基板上に凹凸構造が設けられたものがある。光学位相差板に用いられる凹凸構造は使用波長より短い周期を有し、例えば図9に示すようなストライプ状のパターンを有する。このような凹凸構造は屈折率異方性を有し、図9の光学位相差板400の基板420に対して垂直に光が入射すると、凹凸構造内において、凹凸構造の周期方向に平行な偏光成分と、凹凸構造の周期方向に垂直な偏光成分が異なる速度で伝播するので、両偏光成分間で位相差が生じる。この位相差は凹凸構造の高さ(深さ)、凸部を構成する材料と凸部の間の材料(空気)の屈折率差等を調整することによって制御することができる。上記の表示装置等のデバイスに用いる光学位相差板は、使用波長λに対してλ/4又はλ/2の位相差を生じさせる必要があるが、そのような十分な位相差を生じさせることができる光学位相差板を形成するためには、凸部を構成する材料の屈折率と凸部間の材料(空気)の屈折率の差や凹凸構造の高さ(深さ)を十分に大きくする必要がある。このような光学位相差板として、特許文献1、2において、凹凸構造の表面を高屈折率材料で被覆したものが提案されている。
本発明者らが鋭意研究した結果、上記のような光学位相差板は、次のような欠点があることが分かった。上記の表示装置等のデバイスに用いる場合、光学位相差板は他の部材に貼り付けられて用いられることになる。例えば、光学位相差板を有機EL表示装置に用いる場合、光学位相差板の一方の面に偏光板を貼り付け(接合し)、もう一方の面に有機ELパネルを貼り付ける必要がある。通常、光学位相差板を他の部材へ貼り付けるには粘着剤が用いられる。しかし、図10(a)に示すように、粘着剤を用いて光学位相差板400を他の部材320に貼り付ける場合、光学位相差板400の凹凸構造の凸部の間に粘着剤340が入り込む。粘着剤は空気よりも屈折率が大きいため、凸部を構成する材料の屈折率と凸部の間に入り込んだ粘着剤の屈折率の差は、凸部を構成する材料の屈折率と空気の屈折率の差よりも小さい。それゆえに、凸部の間に粘着剤が入り込んだ光学位相差板400は、凸部を構成する材料と凸部の間の材料の屈折率差が小さく屈折率異方性が小さいため、十分な位相差を生じることができない。
また、光学位相差板が所望の位相差を生じるためには、光学位相差板の凹凸構造が、使用波長より短い周期構造を有しつつも十分な凹凸高さ(深さ)を有する必要がある。すなわち、凹凸構造が高アスペクト比を有する必要がある。しかし、このような光学位相差板に対して荷重がかかった場合、図10(b)に示すように、光学位相差板400の凹凸構造が倒れるなどして変形し、それにより所望の位相差が生じなくなることがある。
さらに、光学位相差板は、その用途に応じた位相差を生じさせることが要求される。光学位相差板により生じる位相差は、通常、光学位相差板の凸部のアスペクト比等の凹凸構造の形状により調整することができる。ナノインプリント法により光学位相差板の凹凸構造を形成する場合、凹凸構造の形状を調整するためには、光学位相差板の凹凸構造の形状に対応する凹凸構造を有する元型を用意する必要がある。しかし、元型の作製は高コストであり長時間を要する。それゆえ、光学位相差板の用途ごとに、それに応じた凹凸構造の元型を作製することは経済的観点及び時間的観点から望ましくない。
そこで、本発明の目的は、上記の従来技術の欠点を解消し、粘着剤を用いて他の部材と接合したり荷重を印加したりしても所望の位相差を生じることができるとともに、低コスト且つ短時間で製造可能な光学位相差部材及びその製造方法を提供することにある。
本発明の第1の態様に従えば、凹凸パターンを有する透明基体と、
前記凹凸パターンの凹部及び凸部の表面に形成された位相差調整層と、
前記位相差調整層を被覆する被覆層と、
前記位相差調整層及び前記被覆層が形成された前記凹凸パターンの前記凸部間に区画された間隙部と、
前記凹凸パターンの前記凸部の頂部を連結し且つ前記間隙部を密閉するように前記凹凸パターンの上部に設けられた密閉層とを備え、
前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、n1<n2<n3を満たす光学位相差部材が提供される。
前記凹凸パターンの凹部及び凸部の表面に形成された位相差調整層と、
前記位相差調整層を被覆する被覆層と、
前記位相差調整層及び前記被覆層が形成された前記凹凸パターンの前記凸部間に区画された間隙部と、
前記凹凸パターンの前記凸部の頂部を連結し且つ前記間隙部を密閉するように前記凹凸パターンの上部に設けられた密閉層とを備え、
前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、n1<n2<n3を満たす光学位相差部材が提供される。
前記光学位相差部材において、前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、0.8√(n1・n3)≦n2≦1.05√(n1・n3)を満たしてよい。
前記光学位相差部材において、前記位相差調整層の厚みが10~200nmの範囲内であってよい。
前記光学位相差部材において、前記凹凸パターンの前記凸部の断面が略台形状であってよい。
前記光学位相差部材において、前記間隙部が、前記凹凸パターンの前記凸部の高さ以上の高さを有してよい。
前記光学位相差部材において、前記位相差調整層が、ZnO、BaO、MgO、TiO2、もしくはNb2O5、またはこれらの混合物から構成されてよい。
前記光学位相差部材において、前記被覆層及び前記密閉層が、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てよい。
前記光学位相差部材において、前記凹凸パターン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ってよい。あるいは、前記凹凸パターンを構成する材料がゾルゲル材料であってよい。
前記光学位相差部材において、前記間隙部に空気が存在してよい。
本発明の第2の態様に従えば、第1の態様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偏光板とを備える複合光学部材が提供される。
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偏光板とを備える複合光学部材が提供される。
本発明の第3の態様に従えば、第2の態様の複合光学部材と、
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表示装置が提供される。
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表示素子とを備える表示装置が提供される。
本発明の第4の態様に従えば、凹凸パターンを有する透明基体を用意する工程と、
前記凹凸パターンの凹部及び凸部の表面を被覆する位相差調整層を形成する工程と、
前記位相差調整層を被覆する被覆層を形成する工程と、
前記位相差調整層及び前記被覆層が形成された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凹凸パターン上に密閉層を形成する工程とを有し、
前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、n1<n2<n3を満たす光学位相差部材の製造方法が提供される。
前記凹凸パターンの凹部及び凸部の表面を被覆する位相差調整層を形成する工程と、
前記位相差調整層を被覆する被覆層を形成する工程と、
前記位相差調整層及び前記被覆層が形成された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凹凸パターン上に密閉層を形成する工程とを有し、
前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、n1<n2<n3を満たす光学位相差部材の製造方法が提供される。
前記光学位相差部材の製造方法の前記位相差調整層形成工程、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位相差調整層、前記被覆層及び前記密閉層を形成してよい。
本発明の光学位相差部材は、基体の凹凸パターン(凹凸構造)の隣接する凸部間に存在する間隙部が、密閉層と凹凸パターンによって密閉されているため、光学位相差部材をデバイスに組み込む際に凹凸パターンの凸部の間に粘着剤が入り込んで凸部を構成する材料と凸部の間の材料の屈折率差が小さくなることにより光学位相差部材の屈折率異方性が損なわれることがない。ゆえに、本発明の光学位相差部材は、デバイスに組み込まれても優れた位相差特性を発揮することができる。また、凹凸パターンの凸部及び間隙部の上部に、隣接する凸部を連結する(橋架する)ように密閉層が形成されているため、荷重を加えても凹凸パターンの凸部が変形しにくく、所望の位相差が得られなくなることが防止される。また、本発明の光学位相差部材は位相差調整層の膜厚等により位相差の調整を行うことができるため、一種類の凹凸パターンの元型から異なる位相差を生じる光学位相差部材を製造することができる。そのため、種々の位相差を生じる光学位相差部材を、低コスト、短時間で製造可能である。それゆえ、本発明の光学位相差部材は、表示装置等の各種用途に好適に用いることができる。
以下、本発明の光学位相差部材、光学位相差部材の製造方法、及び光学位相差部材を備える複合光学部材の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
[光学位相差部材]
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、隣接する凸部60を連結すると共に凸部60及び間隙部90を覆うように凸部60及び間隙部90の上方(凹凸パターンの上方)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上に位相差調整層35が形成されており、位相差調整層35は被覆層30に被覆されている。
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、隣接する凸部60を連結すると共に凸部60及び間隙部90を覆うように凸部60及び間隙部90の上方(凹凸パターンの上方)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上に位相差調整層35が形成されており、位相差調整層35は被覆層30に被覆されている。
<透明基体>
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、基材42上に形成された凹凸構造層50から構成されている。
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は平板状の基材42と、基材42上に形成された凹凸構造層50から構成されている。
基材42としては特に制限されず、可視光を透過する公知の基材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材、樹脂からなる基材などのWO2016/056277号に記載される透過性基板を利用することができる。また、基材42の正面位相差は出来るだけ小さい方が望ましい。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、基材42は可撓性のある基材であってよい。この点で、基材42は樹脂からなる基材であってよい。基材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、基材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。基材42の厚みは、1μm~20mmの範囲内であってよい。
凹凸構造層50は複数の凸部60及び凹部を有し、それにより凹凸構造層50の表面が凹凸パターン80を画成する。凹凸構造層50は、屈折率が1.1~2.0の範囲内、好ましくは1.3~1.8の範囲内である材料から構成されてよい。但し、当該材料の屈折率は後述する位相差調整層35の屈折率よりも小さく、その差は0.8より大きい。凹凸構造層50を構成する材料としては、例えば、シリカ、SiN、SiON等のSi系の材料、TiO2等のTi系の材料、ITO(インジウム・スズ・オキサイド)系の材料、ZnO、ZnS、ZrO2、Al2O3、BaTiO3、Cu2O、MgS、AgBr、CuBr、BaO、Nb2O5、SrTiO2等の無機材料を用いることができる。これらの無機材料は、ゾルゲル法等によって形成した材料(ゾルゲル材料、すなわち後述する前駆体溶液を硬化させた材料)であってよい。上記無機材料のほか、WO2016/056277号に記載されるような、熱可塑性樹脂、紫外線硬化型樹脂、これらを2種以上ブレンドした材料等の樹脂材料;上記樹脂材料に上記無機材料をコンポジット化した材料;上記無機材料及び/又は上記樹脂材料に微粒子やフィラーを含ませた材料;上記の材料に紫外線吸収材料を含有させたものが用いられていてもよい。
凹凸構造層50の各凸部60は、図1(a)のY方向(奥行き方向)に延在しており、複数の凸部60は、設計波長(光学位相差部材100により位相差を生じさせる光の波長)より短い周期で配列されている。各凸部60の延在方向と直交するZX平面における断面は、略台形状であってよい。本願において「略台形状」とは、基材42の表面に略平行な一組の対辺を有し、該対辺のうち基材42の表面に近い辺(下底)が他方の辺(上底)よりも長く、下底と2つの斜辺のなす角がいずれも鋭角である略四角形を意味する。略四角形の各辺は湾曲していてよい。すなわち、各凸部60は、基材42の表面から上方(基材42の表面から離れる方向)に向かって幅(凸部60の延在方向に垂直な方向の長さ、すなわち図1(a)のX方向の長さ)が小さくなっていればよい。また、各頂点が丸みを帯びていてもよい。また、上底の長さが0であってもよい。つまり本願において「略台形状」は「略三角形状」も含む概念である。凸部60の断面が上底の長さが0である略三角形状である場合、所望の位相差を発生させるために必要な凸部60の高さが、上底の長さが0を超える場合より小さいため、凹凸パターンの形成が容易になるという利点がある。なお、凸部60の断面の上底の長さは0を超えていてもよい。上底が0より大きい略台形状の断面を有する凸部は、略三角形状の断面を有する凸部と比べて次のような利点がある。すなわち、凸部をインプリント法により形成するために用いるモールドの形成が容易であること、及び凸部の面押耐性などの機械強度が高いこと、後述する密閉層20の形成のために必要な成膜時間が短いことである。凸部60の断面形状は、略台形状のほか、矩形状、多角形状等の種々の形状にしてよい。後述するように、密閉層20の形成しやすさの観点から、凸部60の頂部60tは平坦、すなわち、基材42の表面に平行な平面状になっていてよい。凹部70は、凸部60によって区画され、凸部60に沿ってY方向(奥行き方向)に延在する。
凸部60の高さ(凹凸高さ)Hcは100~2000nmの範囲内であることが望ましい。凸部60の高さHcが100nm未満であると、光学位相差基板100に可視光が入射した場合に所望の位相差を生じることが困難となる。凸部60の高さHcが2000nmを超える場合、凸部60のアスペクト比(凸部幅に対する凸部高さの比)が大きいため、凹凸パターンの形成が困難となる。凸部60の幅Wは10~500nmの範囲内であってよい。凸部60の幅Wが10nm未満である場合、凸部60のアスペクト比(凸部幅に対する凸部高さの比)が大きいため、凹凸パターンの形成が困難となる。凸部60の幅Wが500nmを超える場合、透過光の色づきが発生し、光学位相差部材として十分な無色透明性の確保が難しくなり、また、所望の位相差を発生させることが困難となる。さらに、隣接する凸部60の上部の間隔が広くなることで、強度の高い密閉層20を形成することが難しくなる。なお、ここで凸部60の幅Wとは、各Z方向位置(高さ方向位置)における凸部60の幅を平均した値を意味する。また、凹凸パターン80の凹凸ピッチは、100~1000nmの範囲内であってよい。ピッチが100nm未満である場合、光学位相差基板100に可視光が入射した場合に所望の位相差を生じることが難しくなる。ピッチが1000nmを超える場合、光学位相差部材として十分な無色透明性の確保が難しくなる。また、隣接する凸部60の上部の間隔が広くなることで、強度の高い密閉層20を形成することが難しくなる。
<位相差調整層>
位相差調整層35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、位相差調整層35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。位相差調整層35の厚みTpは、10~200nmの範囲内であってよい。位相差調整層35の厚みTp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。位相差調整層35の厚みTpが10nm未満又は200nmを超えると、後述する実施例で示すように、光学位相差部材100により発生する位相差を調整する効果が小さくなる。なお、本願において「位相差調整層35の厚みTp」とは、凸部60の頂部における位相差調整層35の基材42の表面に垂直な方向(すなわち、図1(a)のZ方向)の厚さを意味する。凸部60の(特に凸部60の底面からHc/2の高さの位置における)側面に形成される位相差調整層の厚みは、凸部60の形状、成膜方法等に依存するが、0.05Tp~0.2Tp程度となる。
位相差調整層35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、位相差調整層35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。位相差調整層35の厚みTpは、10~200nmの範囲内であってよい。位相差調整層35の厚みTp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。位相差調整層35の厚みTpが10nm未満又は200nmを超えると、後述する実施例で示すように、光学位相差部材100により発生する位相差を調整する効果が小さくなる。なお、本願において「位相差調整層35の厚みTp」とは、凸部60の頂部における位相差調整層35の基材42の表面に垂直な方向(すなわち、図1(a)のZ方向)の厚さを意味する。凸部60の(特に凸部60の底面からHc/2の高さの位置における)側面に形成される位相差調整層の厚みは、凸部60の形状、成膜方法等に依存するが、0.05Tp~0.2Tp程度となる。
位相差調整層35は、凸部60の屈折率n1より大きく、被覆層30の屈折率n3より小さい屈折率n2を有する。すなわち、n1<n2<n3を満たす。n2≦n1又はn2≧n3であると、光学位相差部材100により発生する位相差を調整する効果が得られない。また、位相差調整層35の屈折率n2は、0.8√(n1・n3)≦n2≦1.05√(n1・n3)を満たしてよく、0.82√(n1・n3)≦n2≦1.01√(n1・n3)を満たしてよい。位相差調整層35を構成する材料としては、例えば、Ti、Nb、Zn、Ba若しくはMgの酸化物又はこれらの混合物を用いることができる。
<被覆層>
被覆層30は、凹凸パターン80に沿って位相差調整層35を被覆している。すなわち、被覆層30と凹凸パターン80の凸部60及び凹部70の間に位相差調整層35が挟まれている。被覆層30の厚みは、凸部60及び後述する間隙部90を覆う密閉層20が形成されうる厚みに設定され、この場合、被覆層30は、後述する間隙部90と隣接する凸部60の間に形成できる厚みを有する。被覆層が厚すぎて被覆層30と密閉層20の間に間隙部90が形成されない場合、被覆層30と間隙部90に存在する空気等との間の屈折率差を利用できなくなるため、光学位相差部材100が所望の位相差を生じることが難しくなる。また、被覆層30の厚みTcは10nm以上であってよい。なお、本願において「被覆層30の厚みTc」とは、凸部60の高さをHcとすると、凸部60の底面からHc/2の高さの位置における、位相差調整層35に被覆された凸部60の側面に形成されている被覆層30の厚みを意味する。
被覆層30は、凹凸パターン80に沿って位相差調整層35を被覆している。すなわち、被覆層30と凹凸パターン80の凸部60及び凹部70の間に位相差調整層35が挟まれている。被覆層30の厚みは、凸部60及び後述する間隙部90を覆う密閉層20が形成されうる厚みに設定され、この場合、被覆層30は、後述する間隙部90と隣接する凸部60の間に形成できる厚みを有する。被覆層が厚すぎて被覆層30と密閉層20の間に間隙部90が形成されない場合、被覆層30と間隙部90に存在する空気等との間の屈折率差を利用できなくなるため、光学位相差部材100が所望の位相差を生じることが難しくなる。また、被覆層30の厚みTcは10nm以上であってよい。なお、本願において「被覆層30の厚みTc」とは、凸部60の高さをHcとすると、凸部60の底面からHc/2の高さの位置における、位相差調整層35に被覆された凸部60の側面に形成されている被覆層30の厚みを意味する。
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てよい。屈折率が1.8以上の被覆層30により位相差調整層35及び凸部60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、もしくは基材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。
<間隙部>
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、被覆層30及び後述する密閉層20に囲まれて密閉されている。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において、間隙部90と被覆層30とが周期的に配列していることにより、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と被覆層30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。
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、被覆層30及び後述する密閉層20に囲まれて密閉されている。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において、間隙部90と被覆層30とが周期的に配列していることにより、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と被覆層30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>
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、被覆層30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。
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、被覆層30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。
また、密閉層20は、そのため、光学位相差部材100の上部(密閉層20側)から荷重を印加した場合に、各凸部60は隣接する凸部によって密閉層20を介して支えられる。また、密閉層20を介して各凸部が接合されていることにより、印加した力が分散されるため、各凸部60に加わる荷重が小さくなる。それゆえ、実施形態の光学位相差部材100に荷重を加えても凹凸パターン80の凸部60が変形しにくくなる。そのため、光学位相差部材100への荷重印加により所望の位相差が生じなくなることが防止される。
密閉層20は、被覆層30と同一の材料で形成されてよい。密閉層20と被覆層30が異なる材料で形成される場合、凸部60の側面に形成されている被覆層30上に密閉層20を構成する材料からなる層がさらに形成されるため、凸部60と間隙部90の周期配列により生じる位相差が小さくなったり位相差の制御が困難になったりすることがある。密閉層20は光透過性であってよく、例えば波長550nmにおける透過率が90%以上であってよい。密閉層20の厚みTは10~1000nmの範囲内であってよい。なお、ここで密閉層20の厚みTとは、間隙部90の上端から密閉層20表面までの距離を意味する(図1(a)参照)。なお、光学位相差部材100の密着層20側に他の部材を接合する場合、粘着剤を介して密閉層20と他の部材を接合する。すなわち、密着層20は他の部材との接合のために用いる粘着剤とは異なるものである。
光学位相差部材は、一般に、屈折率差のある材料間の界面が透過光の進行方向と略平行に形成されていることにより、透過光に位相差を生じさせることができる。本実施形態の光学位相差部材100と異なり位相差調整層を有していない、すなわち、被覆層が凹凸パターンに沿って透明基体を直接被覆している光学位相差部材は、透過光の進行方向と略平行な界面として、間隙部と被覆層の間の界面、及び被覆層と凸部の間の界面を有し、これらの界面によって透過光に位相差を生じさせる。ここで、被覆層は、凸部の頂部を連結(橋架)する密閉層が形成されるような成膜条件で形成する必要があるため、これらの界面の形状を制御することが困難である。そのため、このような光学位相差部材が透過光に生じさせる位相差を被覆層等の成膜条件により制御することは難しく、位相差の変更、調整をするためには、透明基体40の凹凸パターン80を変更する必要がある。凹凸パターン80を変更するためには、後述するように、凹凸パターン80の元型を新たに用意する必要があるが、元型を新たに作製するためには高いコストと長い時間を要する。
一方、本実施形態の光学位相差部材100は、上述のように、凸部60の屈折率n1より大きく、被覆層30の屈折率n3より小さい屈折率n2を有する位相差調整層35を、被覆層30と凸部60の間に備える。それにより、被覆層30と凸部60の間の界面の実効的な屈折率差を小さくすることができ、例えば、位相差調整層35の厚みを変えることによって、被覆層30と凸部60の間の界面の実効的な屈折率差を調整することができる。ゆえに、後述する実施例で示すように、位相差調整層35の厚みを変えることによって、光学位相差部材によって生じる位相差を制御することができる。本実施形態に従えば、同じ凹凸パターン80を有する透明基体40を用いて異なる位相差を生じる光学位相差部材100を得ることができるため、新たに凹凸パターン80の元型を作製することなく位相差の変更、調整をすることができる。そのため本実施形態の光学位相差部材100は、製造コスト及び製造時間の点で利点がある。
また、凹凸パターン80の元型形状や透明基体40の形成プロセスのばらつきによって設計形状と異なる凹凸パターン80を有する透明基体40が形成された場合も、位相差調整層35の膜厚等を制御することにより、光学位相差部材100によって生じる位相差を制御することができ、所望の位相差を生じる光学位相差部材100を製造することができる。
なお、基材42上に凹凸構造層50が形成された透明基体40の代わりに、図1(b)に示す光学位相差部材100aのように、基材42a上に凸部60aをなす構造体が複数形成された透明基体40aを用いてもよい。透明基体40aにおいて、凸部60aの間に凹部(基材42aの表面が露出した領域)70aが区画され、凸部60a及び凹部70aからなる凹凸パターン80aが形成される。基材42aとしては、図1(a)に示した光学位相差部材100の基材42と同様の基材を用いることができる。凸部60aは、図1(a)に示した光学位相差部材100の凹凸構造層50を構成する材料と同様の材料で構成されてよい。
また、図1(c)に示す光学位相差部材100bのように、基材の表面自体が凸部60b及び凹部70bからなる凹凸パターン80bを構成するように形状化された基材によって透明基体40bが構成されていてもよい。この場合、透明基体40bは、図1(c)のような凹凸パターン80bを有するように基材を成形することによって製造され得る。
光学位相差部材100、100a、100bはさらに、透明基体40、40a、40bの凹凸パターン80が形成された面の反対側の面及び/又は密閉層に、保護シート等の保護部材が貼り付けられていてもよい。それにより、光学位相差部材100、100a、100bを搬送、輸送等するときに光学位相差部材100、100a、100bに傷等のダメージが生じることを防止することができる。
[光学位相差部材の製造装置]
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2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。
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2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。
ロールプロセス装置200は、主に、フィルム状の基材42を搬送する搬送系120と、搬送中の基材42にUV硬化性樹脂を塗布する塗布部140と、UV硬化性樹脂に凹凸パターンを転写する転写部160と、凹凸パターン上に位相差調整層、被覆層及び密閉層を形成する成膜部180とを含む。
搬送系120は、フィルム状の基材42を繰り出す繰り出しロール172と、転写部160に設けられている転写ロール70の上流及び下流側にそれぞれ配置されて基材42を転写ロール170に付勢するニップロール174及び剥離ロール176と、得られた光学位相差部材100を巻き取る巻き取りロール178とを有する。さらに、搬送系120は基材42を上記各部に搬送するためのガイドロール175を備える。塗布部140は、基材42にUV硬化性樹脂50aを塗布するためのダイコータ182を備える。転写部160は、塗布部140の基材搬送方向の下流側に位置し、後述する凹凸パターンを有する転写ロール170と、基材42を挟んで転写ロール170と対向して設けられた照射光源185とを備える。成膜部180はスパッタリング装置10のような成膜装置を備える。スパッタリング装置10は、真空チャンバー11を備えている。真空チャンバー11は形状を問わず、通常は直方体状や円筒体状などであり、真空チャンバー11内が減圧された状態を保持できれば良い。真空チャンバー11の内部には、搬送中の透明基体40の凹凸パターンが形成された面に対向するようにスパッタリングターゲット16、18が配置されている。凹凸パターン上にTi、Nb、Zn、Ba、Mg等の金属の酸化物からなる位相差調整層を形成する場合、スパッタリングターゲット16として、これらの金属又は金属酸化物からなるターゲットを用いることができる。また、位相差調整層上に金属、金属酸化物、金属窒化物、金属硫化物、金属酸窒化物、金属ハロゲン化物等の無機材料からなる被覆層及び密閉層を形成する場合、スパッタリングターゲット18として、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属硫化物、金属酸窒化物、金属ハロゲン化物等の無機材料からなるターゲットを用いることができる。
転写ロール170は、外周面に凹凸パターンを有するロール状(円柱状、円筒状)のモールドである。転写ロール170は、例えばWO2016/056277号に記載される方法で製造することができる。
[光学位相差部材の製造方法]
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3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に位相差調整層を形成する工程S2と、位相差調整層を被覆する被覆層を形成する工程S3と、透明基体の凹凸パターン上に密閉層を形成する工程S4と有する。
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3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に位相差調整層を形成する工程S2と、位相差調整層を被覆する被覆層を形成する工程S3と、透明基体の凹凸パターン上に密閉層を形成する工程S4と有する。
<透明基体を用意する工程>
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3の工程S1)。図2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材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。フィルム状基材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材42上にUV硬化性樹脂50aが所定の厚みで塗布される。
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3の工程S1)。図2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材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。フィルム状基材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材42上にUV硬化性樹脂50aが所定の厚みで塗布される。
なお、UV硬化性樹脂50aを基材42に塗布する方法として、上記のダイコート法の代わりに、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、滴下法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、ダイコート法、カーテンコート法、インクジェット法、スパッタ法等の各種コート方法を採用することができる。比較的大面積の基材にUV硬化性樹脂50aを均一に塗布可能であることからすれば、バーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法及びスピンコート法を採用できる。
また、基材42とUV硬化性樹脂50aの密着性を向上させるために、基材42上にUV硬化性樹脂50aを塗布する前に、基材42状に表面改質層を形成してもよい。表面改質層の材料としては、例えば、WO2016/056277号に表面材質層の材料として記載されている材料を用いることができる。また、基材42の表面に対してプラズマ処理、コロナ処理、エキシマ照射処理、UV/O3処理等のエネルギー線による処理を行うことにより表面改質層を設けてもよい。
上記のようにして塗布部140においてUV硬化性樹脂50aが塗布されたフィルム状基材42は、転写部160に向かって搬送される。転写部160において、フィルム状基材42はニップロール174により転写ロール170に押し付けられて(付勢されて)、転写ロール170の凹凸パターンがUV硬化性樹脂50aに転写される。それと同時またはその直後に、フィルム状基材42を挟んで転写ロール170と対向して設けられた照射光源185からのUV光がUV硬化性樹脂50aに照射され、UV硬化性樹脂50aが硬化する。硬化したUV硬化性樹脂及びフィルム状基材42は剥離ロール176により転写ロール170から引き離される。こうして、転写ロール170の凹凸パターンが転写された凹凸構造層50(図1(a)参照)を備える透明基体40が得られる。
なお、凹凸パターンが形成された透明基体は、図2に示したロールプロセス装置以外の装置で製造してよく、あるいは、自ら製造する必要はなく、市場やフィルムメーカなどの製造業者を通じて入手することによって用意してもよい。
<位相差調整層形成工程>
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上に位相差調整層35(図1(a)参照)を形成する(図3の工程S2)。図2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、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上に位相差調整層35(図1(a)参照)を形成する(図3の工程S2)。図2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。
図2に示されたスパッタリング装置10を用いて、例えば金属酸化物からなる位相差調整層35(図1(a)参照)を成膜する方法を説明する。まず、真空チャンバー11内を高真空に減圧する。次いで真空チャンバー11内にAr等の希ガスと酸素ガスを導入しながら、DCプラズマや高周波プラズマによってスパッタリングターゲット16の金属原子(及び酸素原子)を叩き出す。透明基体40が真空チャンバー11内で搬送されている間に、透明基体40の表面上でスパッタリングターゲット16から叩き出された金属原子と酸素が反応して金属酸化物が堆積される。それにより透明基体40上に、凹凸パターン80に沿って透明基体40の凹凸パターン80の凸部60及び凹部70の表面上に位相差調整層35(図1(a)参照)が形成される。
<被覆層形成工程>
次いで、位相差調整層35を被覆する被覆層30(図1(a)参照)を形成する(図3の工程S3)。被覆層30の形成は、上記位相差調整層形成工程S2で用いたスパッタリング装置10を用いて、位相差調整層35の形成に引き続いて行うことができる。例えば金属酸化物からなる被覆層30を形成する方法を説明する。位相差調整層形成後、引き続き真空チャンバー11内にAr等の希ガスと酸素ガスを導入しながら、透明基体40をスパッタリングターゲット18に対向する位置に搬送し、DCプラズマや高周波プラズマによってスパッタリングターゲット18の金属原子(及び酸素原子)を叩き出す。透明基体40が真空チャンバー11内で搬送されている間に、位相差調整層35上でスパッタリングターゲット18から叩き出された金属原子と酸素が反応して金属酸化物が堆積される。それにより凹凸パターン80に沿って位相差調整層35を被覆する被覆層30(図1(a)参照)が形成される。
次いで、位相差調整層35を被覆する被覆層30(図1(a)参照)を形成する(図3の工程S3)。被覆層30の形成は、上記位相差調整層形成工程S2で用いたスパッタリング装置10を用いて、位相差調整層35の形成に引き続いて行うことができる。例えば金属酸化物からなる被覆層30を形成する方法を説明する。位相差調整層形成後、引き続き真空チャンバー11内にAr等の希ガスと酸素ガスを導入しながら、透明基体40をスパッタリングターゲット18に対向する位置に搬送し、DCプラズマや高周波プラズマによってスパッタリングターゲット18の金属原子(及び酸素原子)を叩き出す。透明基体40が真空チャンバー11内で搬送されている間に、位相差調整層35上でスパッタリングターゲット18から叩き出された金属原子と酸素が反応して金属酸化物が堆積される。それにより凹凸パターン80に沿って位相差調整層35を被覆する被覆層30(図1(a)参照)が形成される。
<密閉層形成工程>
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3の工程S4)。密閉層20の形成は、上記被覆層形成工程S3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ターゲット18のスパッタリングを行うことで、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(基材42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60t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60t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、被覆層30と密閉層20によって密閉されている。特に、各凸部60の頂部(上面)60tが基材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60t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。
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3の工程S4)。密閉層20の形成は、上記被覆層形成工程S3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ターゲット18のスパッタリングを行うことで、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(基材42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60t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60t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、被覆層30と密閉層20によって密閉されている。特に、各凸部60の頂部(上面)60tが基材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60t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。
なお、密閉層20と被覆層30を同じ材料で形成する場合、密閉層形成工程において隣接する凸部60の上部に堆積した金属酸化物が連結するまでは、密閉層30の形成と同時に被覆層30の形成も進行する。すなわち、この場合において、被覆層形成工程S3と密閉層形成工程S4は、別個の独立した工程ではなく、部分的に重複する工程となる。
位相差調整層35、被覆層30及び密閉層20は、上記のスパッタリングの代わりに、蒸着等の物理気相成長(PVD)法、化学気相成長(CVD)法等の公知のドライプロセスにより形成することができる。例えば、電子線加熱蒸着法により透明基体40上に位相差調整層35、被覆層30及び密閉層20として金属酸化物を成膜する場合は、例えば、位相差調整層35を形成するための金属又は金属酸化物の入った坩堝と、被覆層30及び密閉層20を形成するための金属又は金属酸化物の入った坩堝と、各坩堝内に電子線を照射して金属または金属酸化物を蒸発させるための電子銃とが真空チャンバー内に設けられた電子線加熱蒸着装置を用いることができる。各坩堝は、透明基体40の搬送路に対向するように設置され、被覆層30及び密閉層20の形成用の坩堝は、位相差調整層35形成用の坩堝に対して透明基体40の搬送方向下流側に設けられる。この場合、透明基体40を搬送しながら各坩堝内の金属または金属酸化物を電子線によって加熱蒸発させ、搬送中の透明基体40上に金属酸化物を堆積させることにより、透明基体40上に位相差調整層35、被覆層30及び密閉層20を形成することができる。また、坩堝に入れた材料の酸化度と目標とする位相差調整層35、被覆層及び密閉層の酸化度に応じて酸素ガスを流しても良いし流さなくても良い。
また、大気圧プラズマCVDにより透明基体40上に位相差調整層35、被覆層30及び密閉層20として金属酸化物を成膜する場合は、例えば、特開2004-52028号、特開2004-198902号等に記載される方法を用いることができる。原料化合物として有機金属化合物を用いてよく、原料化合物は常温常圧下で気体、液体、固体のいずれの状態であっても構わない。気体の場合にはそのまま放電空間に導入できるが、液体、固体の場合は、一度加熱、バブリング、減圧、超音波照射等の手段により気化させてから使用する。その様な状況から、有機金属化合物としては、例えば、沸点が200℃以下の金属アルコキシドが好適である。
このような金属アルコキシドとして、WO2016/056277号に記載される金属アルコキシドが挙げられる。
また、これらの有機金属化合物を含む原料ガスと共に、これらを分解して無機化合物を得るため、分解ガスを併用し、反応性ガスを構成する。この分解ガスとしては、WO2016/056277号に記載される分解ガスが挙げられる。例えば、酸素ガスを用いることで金属酸化物を形成することができ、アンモニアガスを用いることで金属窒化物を形成することができ、アンモニアガス及び亜酸化窒素ガスを用いることで金属酸窒化物を形成することができる。
プラズマCVD法においては、これらの反応性ガスに対して、主にプラズマ状態になりやすい放電ガスを混合する。放電ガスとしては、窒素ガス、周期表の第18族原子、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスが用いられる。特に、製造コストの観点から窒素ガスを用いてよい。
上記放電ガスと反応性ガスを混合し、混合ガスとしてプラズマ放電発生装置(プラズマ発生装置)に供給することで膜形成を行う。放電ガスと反応性ガスの割合は、目的とする膜の性質によって異なるが、混合ガス全体に対し、放電ガスの割合を50%以上として反応性ガスを供給する。
例えば、沸点が200℃以下の金属アルコキシドである珪素アルコキシド(テトラアルコキシシラン(TEOS))を原料化合物として用い、分解ガスに酸素を用い、放電ガスとして希ガス、或いは窒素等の不活性ガスを用いて、プラズマ放電させることにより、第1膜として酸化珪素膜を形成することができる。
このようなCVD法により得られる膜は、原料である金属化合物、分解ガス、分解温度、投入電力などの条件を選ぶことで、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物、金属硫化物、金属ハロゲン化物、またこれらの混合物(金属酸窒化物、金属酸化ハロゲン化物、金属窒化炭化物など)も作り分けることができる点で好ましい。
以上のようにして図1(a)に示すような光学位相差部材100が得られる。得られた光学位相差部材100は巻き取りロール178で巻き取ってよい。光学位相差部材100は途中適宜ガイドロール175等を経由してもよい。また、透明基体40の凹凸パターン80が形成された面の反対側の面及び/又は密閉層に、保護部材を貼り付けてもよい。それにより、得られた光学位相差部材100を搬送、輸送等するときに光学位相差部材100に傷等のダメージが生じることを防止することができる。
なお、上記実施形態ではUV硬化性樹脂に凹凸パターンを転写するために用いるモールドとして転写ロールを用いたが、長尺のフィルム状モールドやプレート状のモールド等を基材上に塗布したUV硬化性樹脂に押し付けて凹凸パターンを形成してもよい。
また、上記実施形態ではUV硬化性樹脂を用いて凹凸構造層50を形成したが、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、無機材料等で凹凸構造層50を形成してもよい。無機材料で凹凸構造層50を形成する場合は、無機材料の前駆体をモールド上に塗布した後硬化させる方法、微粒子分散液をモールド上に塗布して分散媒を乾燥させる方法、樹脂材料をモールド上に塗布して硬化させる方法、液相堆積法(LPD:Liquid Phase Deposition)等により透明基体40を用意することができる。
上記無機材料の前駆体としては、WO2016/056277号に記載される材料を用いることができる。例えばSi、Ti、Sn、Al、Zn、Zr、In等のアルコキシド(金属アルコキシド)等を用いてもよい(ゾルゲル法)。ゾルゲル法で用いる前駆体溶液の溶媒としては、WO2016/056277号に記載される溶媒を用いることができる。ゾルゲル法で用いる前駆体溶液には、WO2016/056277号に記載される添加物を添加してよい。
また、無機材料の前駆体としてWO2016/056277号に記載されるポリシラザンを用いてもよい。
上記の金属アルコキシドやポリシラザン等の無機材料の前駆体の溶液を基材に塗布したあと、凹凸パターンを有するモールドを前駆体の塗膜に押し付けながら、前駆体の塗膜を加熱するまたは前駆体の塗膜にエネルギー線を照射することにより、塗膜がゲル化して、モールドの凹凸パターンが転写された、無機材料からなる凹凸構造層を形成することができる。
なお、図1(b)に示すような、基材42a上に凸部60aをなす構造体が形成され、凸部60aの間に基材42aの表面が露出した領域(凹部70a)が区画されている透明基体40aは、例えば次のようにして製造することができる。上述した製造方法において、基材42上にUV硬化性樹脂50aを塗布する代わりに、凹凸パターン転写用モールドの凹部のみ又は凸部のみにUV硬化性樹脂を塗布する。モールドに塗布したUV硬化性樹脂を基材42aに密着させ、UV硬化性樹脂を基材42aに転写する。それによってモールドの凹部又は凸部の形状に対応する形状を有する凸部60aが基材42a上に形成される。そのようにして形成した凸部60aの間では、凹部(基材42aの表面が露出した領域)70aが区画されている。
図1(c)に示すような、基材の表面自体が凸部60b及び凹部70bからなる凹凸パターンを構成するように形状化された基材によって構成された透明基体40bは、例えば、次のようにして製造することができる。公知のナノインプリントやフォトリソグラフィ等の技術より、基材上に凹凸パターンを有するレジスト層を形成する。レジスト層の凹部をエッチングして基材表面を露出させた後、残存するレジスト層をマスクとして基材をエッチングする。エッチング後、残ったマスク(レジスト)を薬液で除去する。以上のような操作により、基材の表面自体に凹凸パターン80bを形成することができる。
上記のようにして製造した透明基体40a、40b上に、上記実施形態と同様の方法で位相差調整層35、被覆層30及び密閉層20を形成することにより、図1(b)、(c)に示す光学位相差部材100a、100bを形成することができる。
[複合光学部材]
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。
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。
光学位相差部材を偏光板や表示素子等の光学部材に接合するために、粘着剤を用いる。粘着剤としてはアクリル系やシリコーン系等の公知のものを用いることができる。実施形態の光学位相差部材は、凸部の間の間隙部が密閉層により密閉されているため、凸部の間に粘着剤が入り込むことがない。そのため、光学位相差部材を光学部材と接合したあとも、光学位相差部材により生じる位相差が変化することがなく、十分な位相差を生じることができる。
以下、本発明の光学位相差部材を実施例及び比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1
凹凸パターンの周期が240nm、凸部上面の幅が0nm、隣り合う凸部の底面間の距離が48nm、凸部高さが350nm、凸部の屈折率n1が1.68である透明基体上に、屈折率n2が1.93である材料(中屈折率材料)を0~290nmの範囲内の成膜厚さで堆積し、さらに、屈折率n3が2.37である材料(高屈折率材料)を600nmの成膜厚さで堆積した場合の光学位相差部材の構造をシミュレーションにより計算した。なお、ここで「成膜厚さ」とは、凸部の頂部(上面)に形成された膜の、透明基体表面(凹凸パターン面)に垂直な方向における厚さを意味する。この「成膜厚さ」は、透明基体表面において形成された膜の透明基体表面に垂直な方向における厚さの最大値となる。また、「成膜厚さ」は、平坦な基板上に各材料を同じ条件で堆積した場合に形成される膜の厚さともほぼ等しい。光学位相差部材は、中屈折率材料からなり凹凸パターンを被覆する位相差調整層、高屈折率材料からなり位相差調整層を被覆する被覆層、及び高屈折率材料からなり隣接する凸部の上面(頂部)を連結する密閉層を有していた。
凹凸パターンの周期が240nm、凸部上面の幅が0nm、隣り合う凸部の底面間の距離が48nm、凸部高さが350nm、凸部の屈折率n1が1.68である透明基体上に、屈折率n2が1.93である材料(中屈折率材料)を0~290nmの範囲内の成膜厚さで堆積し、さらに、屈折率n3が2.37である材料(高屈折率材料)を600nmの成膜厚さで堆積した場合の光学位相差部材の構造をシミュレーションにより計算した。なお、ここで「成膜厚さ」とは、凸部の頂部(上面)に形成された膜の、透明基体表面(凹凸パターン面)に垂直な方向における厚さを意味する。この「成膜厚さ」は、透明基体表面において形成された膜の透明基体表面に垂直な方向における厚さの最大値となる。また、「成膜厚さ」は、平坦な基板上に各材料を同じ条件で堆積した場合に形成される膜の厚さともほぼ等しい。光学位相差部材は、中屈折率材料からなり凹凸パターンを被覆する位相差調整層、高屈折率材料からなり位相差調整層を被覆する被覆層、及び高屈折率材料からなり隣接する凸部の上面(頂部)を連結する密閉層を有していた。
上記計算により求めた構造を有する光学位相差部材が、波長400~700nmの透過光に生じさせる位相差を計算した。図5に波長550nmの透過光に生じる位相差の計算結果を示す。図5において、横軸は中屈折率材料の成膜厚さ(すなわち位相差調整層の厚さ)、縦軸は位相差を光の波長(550nm)で割った値を示している。位相差調整層の厚さが200nm以下の範囲である場合、位相差調整層の厚さに対する位相差の変化率が大きく、位相差調整層の厚さよって位相差の制御をすることができることが分かった。位相差調整層の厚さが200nmを超えると、位相差調整層の厚さの変化に対する位相差の変化率が小さく、位相差を調整する効果が小さくなることが分かった。また、位相差調整層の厚さが10nm未満の場合、位相差調整層がない場合と位相差がほとんど変わらないことから、位相差調整層の厚さは10nm以上であってよい。
実施例2
実施例1と同様の凹凸パターンを有し凸部の屈折率n1が1.68である透明基体上に、中屈折率材料として屈折率n2が1.5~2.3の範囲内である材料を50nmの膜厚さで堆積し、さらに、実施例1と同様の高屈折率材料を実施例1と同様の成膜厚さで堆積した場合の光学位相差部材の構造をシミュレーションにより計算した。光学位相差部材は、中屈折率材料からなり凹凸パターンを被覆する位相差調整層、高屈折率材料からなり位相差調整層を被覆する被覆層、及び高屈折率材料からなり隣接する凸部の上面(頂部)を連結する密閉層を有していた。なお、本実施例において、凸部の屈折率n1と高屈折率材料の屈折率n3の相乗平均naveは1.99であった。
実施例1と同様の凹凸パターンを有し凸部の屈折率n1が1.68である透明基体上に、中屈折率材料として屈折率n2が1.5~2.3の範囲内である材料を50nmの膜厚さで堆積し、さらに、実施例1と同様の高屈折率材料を実施例1と同様の成膜厚さで堆積した場合の光学位相差部材の構造をシミュレーションにより計算した。光学位相差部材は、中屈折率材料からなり凹凸パターンを被覆する位相差調整層、高屈折率材料からなり位相差調整層を被覆する被覆層、及び高屈折率材料からなり隣接する凸部の上面(頂部)を連結する密閉層を有していた。なお、本実施例において、凸部の屈折率n1と高屈折率材料の屈折率n3の相乗平均naveは1.99であった。
さらに、中屈折率材料を成膜しなかった以外は上記の光学位相差部材と同様にして作製した光学位相差部材の構造をシミュレーションにより計算した。この光学位相差部材は、位相差調整層は有していないが、高屈折率材料からなり位相差調整層を被覆する被覆層、及び高屈折率材料からなり隣接する凸部の上面(頂部)を連結する密閉層を有していた。
上記位相差調整層を有する光学位相差部材及び位相差調整層を有さない光学位相差部材のそれぞれについて、波長550nmの透過光に生じさせる位相差を計算し、その差(すなわち、位相差調整層による位相差の変化量)を求めた。図6に、位相差の変化量の計算結果を示す。図7の表中に示すように、位相差の変化量が最大になる中屈折率材料の屈折率(すなわち、屈折率の最適値)n2optは、1.80であった。また、位相差の変化量が、位相差の変化量の最大値(すなわち、中屈折率材料の屈折率n2がn2optであるときの位相差の変化量)の0.9倍以上となる屈折率n2の下限n2minは、1.65、上限n2maxは1.95であった。また、n2opt、n2min、n2maxは、それぞれ、naveの0.90倍、0.83倍、0.98倍であった。したがって、中屈折率材料の屈折率n2が0.83nave≦n2≦0.98naveを満たせば、位相差調整層による位相差の変化量を十分に大きくすることができることがわかった。
実施例3
凸部の屈折率n1を1.52とした以外は実施例2と同様にして、位相差調整層による位相差の変化量を求めた。なお、本実施例において、凸部の屈折率n1と高屈折率材料の屈折率n3の相乗平均naveは1.90であった。
凸部の屈折率n1を1.52とした以外は実施例2と同様にして、位相差調整層による位相差の変化量を求めた。なお、本実施例において、凸部の屈折率n1と高屈折率材料の屈折率n3の相乗平均naveは1.90であった。
図7の表中に示すように、位相差の変化量が最大になる中屈折率材料の屈折率n2optは、1.70であった。また、位相差の変化量が、最大値(すなわち、中屈折率材料の屈折率n2がn2optであるときの位相差の変化量)の0.9倍以上となる中屈折率材料の屈折率n2の下限n2minは、1.55、上限n2maxは1.90であった。n2opt、n2min、n2maxは、それぞれ、naveの0.90倍、0.82倍、1.00倍であった。したがって、中屈折率材料の屈折率n2が0.82nave≦n2≦1.00naveを満たせば、位相差調整層による位相差の変化量を十分に大きくすることができる、すなわち、位相差調整層が十分な位相差調整効果を奏することがわかった。
実施例4
高屈折率材料の屈折率n3を2.47とした以外は実施例2と同様にして、位相差調整層による位相差の変化量を求めた。なお、本実施例において、凸部の屈折率n1と高屈折率材料の屈折率n3の相乗平均naveは2.04であった。
高屈折率材料の屈折率n3を2.47とした以外は実施例2と同様にして、位相差調整層による位相差の変化量を求めた。なお、本実施例において、凸部の屈折率n1と高屈折率材料の屈折率n3の相乗平均naveは2.04であった。
図7の表中に示すように、位相差の変化量が最大になる中屈折率材料の屈折率n2optは、1.85であった。また、位相差の変化量が、最大値(すなわち、中屈折率材料の屈折率n2がn2optであるときの位相差の変化量)の0.9倍以上となる中屈折率材料の屈折率n2の下限n2minは、1.70、上限n2maxは2.05であった。n2opt、n2min、n2maxは、それぞれ、naveの0.91倍、0.84倍、1.01倍であった。したがって、中屈折率材料の屈折率n2が0.84nave≦n2≦1.01naveを満たせば、位相差調整層による位相差の変化量を十分に大きくすることができることがわかった。
実施例5
高屈折率材料の屈折率n3を2.47とした以外は実施例3と同様にして、位相差調整層による位相差の変化量を求めた。なお、本実施例において、凸部の屈折率n1と高屈折率材料の屈折率n3の相乗平均naveは1.93であった。
高屈折率材料の屈折率n3を2.47とした以外は実施例3と同様にして、位相差調整層による位相差の変化量を求めた。なお、本実施例において、凸部の屈折率n1と高屈折率材料の屈折率n3の相乗平均naveは1.93であった。
図7の表中に示すように、位相差の変化量が最大になる中屈折率材料の屈折率n2optは、1.75であった。また、位相差の変化量が、最大値(すなわち、中屈折率材料の屈折率n2がn2optであるときの位相差の変化量)の0.9倍以上となる中屈折率材料の屈折率n2の下限n2minは、1.60、上限n2maxは1.95であった。n2opt、n2min、n2maxは、それぞれ、naveの0.90倍、0.83倍、1.01倍であった。したがって、中屈折率材料の屈折率n2が0.83nave≦n2≦1.01naveを満たせば、位相差調整層による位相差の変化量を十分に大きくすることができることがわかった。
実施例2~5より、位相差調整層の屈折率n2は、0.8nave≦n2≦1.05naveを満たしてよく、0.82nave≦n2≦1.01naveを満たしてよく、0.84nave≦n2≦1.00naveを満たしてよく、それにより、十分に大きな位相差調整効果が得られることがわかった。
比較例
実施例1と同様の構造の透明基体上に、中屈折率層を堆積せずに、実施例1と同様の高屈折率材料を100~1000nmの範囲内の成膜厚さで堆積した場合の光学位相差部材の構造をシミュレーションにより計算した。高屈折率材料の成膜厚さが600nm未満では、凹凸パターンを被覆する被覆層は形成されたものの、隣接する凸部の上面(頂部)を連結する密閉層が形成されなかった。一方、高屈折率材料の成膜厚さが600nm以上で密閉層が形成された。
実施例1と同様の構造の透明基体上に、中屈折率層を堆積せずに、実施例1と同様の高屈折率材料を100~1000nmの範囲内の成膜厚さで堆積した場合の光学位相差部材の構造をシミュレーションにより計算した。高屈折率材料の成膜厚さが600nm未満では、凹凸パターンを被覆する被覆層は形成されたものの、隣接する凸部の上面(頂部)を連結する密閉層が形成されなかった。一方、高屈折率材料の成膜厚さが600nm以上で密閉層が形成された。
上記計算により求めた構造を有する光学位相差部材が、波長400~700nmの透過光に生じさせる位相差を計算した。図8に波長550nmの透過光に生じる位相差の計算結果を示す。図8において、横軸は高屈折率材料の成膜厚さ、縦軸は位相差を光の波長(550nm)で割った値を示している。高屈折率材料の成膜厚さが600nm未満の場合、すなわち、密閉層が形成されていない場合、高屈折率材料の成膜厚さの増加に伴い位相差が大きくなった。一方、高屈折率材料の成膜厚さが600nm以上の場合、すなわち、密閉層が形成された場合、高屈折率材料の成膜厚さが増加しても位相差はほとんど変わらないことが分かった。ゆえに、本比較例のように凹凸パターンの上に直接高屈折率材料を成膜した場合(すなわち位相差調整層を形成しない場合)、密閉層を形成しつつ位相差を制御することは困難であることがわかった。
以上、本発明を実施形態により説明してきたが、本発明の製造方法により製造される光学位相差部材は上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で適宜改変することができる。
本発明の光学位相差部材は、デバイスに組み込まれても優れた位相差特性を維持することができる。また、荷重を印加することにより凹凸構造が変形して所望の位相差が得られなくなることが防止される。それゆえ、本発明の光学位相差部材は、反射防止フィルム等の各種機能性部材や、反射型あるいは半透過型液晶表示装置やタッチパネル、有機EL表示装置等の表示装置、光ディスク用ピックアップ装置、偏光変換素子等の各種デバイスに好適に用いることができる。
20 密閉層、 30 被覆層、35 位相差調整層、 40 透明基体
42 基材、 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
42 基材、 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 (14)
- 凹凸パターンを有する透明基体と、
前記凹凸パターンの凹部及び凸部の表面に形成された位相差調整層と、
前記位相差調整層を被覆する被覆層と、
前記位相差調整層及び前記被覆層が形成された前記凹凸パターンの前記凸部間に区画された間隙部と、
前記凹凸パターンの前記凸部の頂部を連結し且つ前記間隙部を密閉するように前記凹凸パターンの上部に設けられた密閉層とを備え、
前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、n1<n2<n3を満たす光学位相差部材。 - 前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、0.8√(n1・n3)≦n2≦1.05√(n1・n3)を満たす請求項1に記載の光学位相差部材。
- 前記位相差調整層の厚みが10~200nmの範囲内である請求項1に記載の光学位相差部材。
- 前記凹凸パターンの前記凸部の断面が略台形状である請求項1に記載の光学位相差部材。
- 前記間隙部が、前記凹凸パターンの前記凸部の高さ以上の高さを有する請求項1に記載の光学位相差部材。
- 前記位相差調整層が、ZnO、BaO、MgO、TiO2、もしくはNb2O5、またはこれらの混合物から構成されている請求項1に記載の光学位相差部材。
- 前記被覆層及び前記密閉層が、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ている請求項1に記載の光学位相差部材。
- 前記凹凸パターン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請求項1に記載の光学位相差部材。
- 前記凹凸パターンを構成する材料がゾルゲル材料である請求項1に記載の光学位相差部材。
- 前記間隙部に空気が存在する請求項1~9のいずれか一項に記載の光学位相差部材。
- 請求項1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偏光板とを備える複合光学部材。 - 請求項11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表示装置。 - 凹凸パターンを有する透明基体を用意する工程と、
前記凹凸パターンの凹部及び凸部の表面を被覆する位相差調整層を形成する工程と、
前記位相差調整層を被覆する被覆層を形成する工程と、
前記位相差調整層及び前記被覆層が形成された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凹凸パターン上に密閉層を形成する工程とを有し、
前記凸部の屈折率n1、前記位相差調整層の屈折率n2、前記被覆層の屈折率n3が、n1<n2<n3を満たす光学位相差部材の製造方法。 - 前記位相差調整層形成工程、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位相差調整層、前記被覆層及び前記密閉層を形成する請求項13に記載の光学位相差部材の製造方法。
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