JP2022001890A - Wire grid type polarizer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワイヤグリッド型偏光子に関する。 The present invention relates to a wire grid type polarizing element.
ワイヤグリッド型偏光子は、光透過性基板上に複数の金属細線が互いに平行に配列した構造を有する。金属細線のピッチが入射光の波長よりも充分に短い場合、入射光のうち、金属細線に直交する電場ベクトルを有する成分(すなわちp偏光)は透過し、金属細線と平行な電場ベクトルを有する成分(すなわちs偏光)は反射する。
特許文献1には、基材表面に凸条と凹溝を交互に設け、凸条の倒れを防止するために、凹溝に低屈折材料からなる支持部を設けた偏光子が記載されている。
The wire grid type polarizing element has a structure in which a plurality of fine metal wires are arranged in parallel with each other on a light transmissive substrate. When the pitch of the thin metal wire is sufficiently shorter than the wavelength of the incident light, the component of the incident light having an electric field vector orthogonal to the thin metal wire (that is, p-polarized light) is transmitted, and the component having an electric field vector parallel to the thin metal wire is transmitted. (That is, s-polarized light) is reflected.
例えば偏光ビームスプリッタなど、ワイヤグリッド型偏光子の使い方によっては、(s偏光の反射率Rs)/(p偏光の反射率Rp)の比が高いことが求められる場合がある。
本発明は、s偏光の反射率Rsの低下を抑えつつ、p偏光の反射率Rpを低減できるワイヤグリッド型偏光子の提供を目的とする。
Depending on how the wire grid type splitter is used, for example, a polarizing beam splitter, it may be required that the ratio of (reflectance Rs of s-polarized light Rs) / (reflectance Rp of p-polarized light) is high.
An object of the present invention is to provide a wire grid type polarizing element capable of reducing the reflectance Rp of p-polarized light while suppressing the decrease of the reflectance Rs of s-polarized light.
本発明は、下記の態様を有する。
[1]表面に、互いに平行な凸条と凹溝が所定のピッチで交互に形成された光透過性基板と、前記凸条の表面上に設けられた、金属又は金属化合物からなる金属層とを有し、
前記凹溝の底面上に、色素又は顔料を含む吸収層が設けられており、
前記凹溝の底面から前記吸収層の上面までの高さが、前記凹溝の底面から前記金属層の上端までの高さ以下である、ワイヤグリッド型偏光子。
[2]前記光透過性基板、前記金属層及び前記吸収層を覆う樹脂層を有する、[1]のワイヤグリッド型偏光子。
The present invention has the following aspects.
[1] A light-transmitting substrate in which ridges and grooves parallel to each other are alternately formed at a predetermined pitch on the surface, and a metal layer made of a metal or a metal compound provided on the surface of the ridges. Have,
An absorption layer containing a dye or a pigment is provided on the bottom surface of the concave groove.
A wire grid type polarizing element in which the height from the bottom surface of the concave groove to the upper surface of the absorption layer is equal to or less than the height from the bottom surface of the concave groove to the upper end of the metal layer.
[2] The wire grid type polarizing element according to [1], which has a light-transmitting substrate, a metal layer, and a resin layer covering the absorption layer.
本発明によれば、s偏光の反射率Rsの低下を抑えつつ、p偏光の反射率Rpを低減できるワイヤグリッド型偏光子が得られる。 According to the present invention, a wire grid type splitter capable of reducing the reflectance Rp of p-polarized light while suppressing the decrease of the reflectance Rs of s-polarized light can be obtained.
以下の用語の定義は、本明細書及び特許請求の範囲にわたって適用される。
「〜」で表される数値範囲は、〜の前後の数値を下限値及び上限値とする数値範囲を意味する。
「屈折率」は、波長589.3nmの光に対する屈折率を意味する。
The definitions of the following terms apply throughout the specification and claims.
The numerical range represented by "~" means a numerical range in which the numerical values before and after ~ are the lower limit value and the upper limit value.
"Refractive index" means the refractive index for light having a wavelength of 589.3 nm.
<第1の実施形態>
図1は、本発明のワイヤグリッド型偏光子の第1の実施形態を模式的に示す断面図である。図中符号1は光透過性基板、2は金属層、3は吸収層、11は凸条、12は凹溝である。以下、凸条11の長さ方向をZ方向、Z方向に直交する面内における凸条11の幅方向をX方向、X方向とZ方向に直交する方向をY方向という。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a first embodiment of the wire grid type polarizing element of the present invention. In the figure,
なお、図1は設計値に基づく模式図であり、実際のワイヤグリッド型偏光子には、製造上不可避の形状の崩れや金属層の厚みの不均一が生じている。本明細書においてワイヤグリッド型偏光子の各部の寸法は、Z方向に直交する断面の走査型電子顕微鏡像又は透過型電子顕微鏡像における、任意の5箇所の測定値の平均値とする。 Note that FIG. 1 is a schematic diagram based on the design values, and the actual wire grid type polarizing element has a shape collapse that is unavoidable in manufacturing and a non-uniform thickness of the metal layer. In the present specification, the dimensions of each part of the wire grid type extruder are taken as the average value of the measured values at any five points in the scanning electron microscope image or the transmission electron microscope image of the cross section orthogonal to the Z direction.
光透過性基板1は、ワイヤグリッド型偏光子の使用波長範囲において光透過性である。光透過性とは、透過率が80%以上を意味する。
ワイヤグリッド型偏光子の使用波長範囲は、300〜1000nmの範囲内が好ましく、400〜800nmの範囲内がより好ましく、420〜680nmがさらに好ましい。
光透過性基板1の屈折率は1.35〜1.6が好ましく、1.4〜1.58がより好ましく、1.45〜1.55がさらに好ましい。
The light
The wavelength range of the wire grid type polarizing element is preferably in the range of 300 to 1000 nm, more preferably in the range of 400 to 800 nm, and even more preferably in the range of 420 to 680 nm.
The refractive index of the light
光透過性基板1の材料としては、光硬化樹脂、熱硬化樹脂、熱可塑性樹脂、ガラスが例示できる。インプリント法で凸条11及び凹溝12を形成できる点から、光硬化樹脂又は熱硬化樹脂が好ましい。特に加工性、耐熱性及び耐久性に優れる点から光硬化樹脂が好ましい。
Examples of the material of the light
光硬化樹脂としては、生産性の点から、光ラジカル重合により光硬化しうる光硬化性組成物を光硬化した硬化物が好ましい。
光硬化性組成物は、例えば、単量体、光重合開始剤、溶剤、及び必要に応じた添加剤(例えば界面活性剤、重合禁止剤)を含む組成物である。例えば特許第5978761号公報の段落0028〜0060に記載されている光硬化性組成物を使用できる。
As the photocurable resin, a cured product obtained by photocuring a photocurable composition that can be photocured by photoradical polymerization is preferable from the viewpoint of productivity.
The photocurable composition is, for example, a composition containing a monomer, a photopolymerization initiator, a solvent, and an optional additive (for example, a surfactant, a polymerization inhibitor). For example, the photocurable composition described in paragraphs 0028 to 0060 of Japanese Patent No. 5978761 can be used.
金属層2の材料は、導電性の金属材料であればよく、耐蝕性の材料が好ましい。金属又は金属化合物が例示できる。
例えば、金属単体、合金、ドーパント又は不純物を含む金属が挙げられる。具体的には、アルミニウム、銀、クロム、マグネシウム、アルミニウム系合金、銀系合金が例示できる。
金属層2の材料は、可視光に対する反射率が高く、可視光の吸収が少なく、かつ導電率が高い点から、アルミニウム、アルミニウム系合金、銀、クロム、マグネシウム、銀系合金が好ましく、アルミニウム、アルミニウム系合金、銀系合金がより好ましい。
The material of the
Examples include simple metals, alloys, dopants or metals containing impurities. Specifically, aluminum, silver, chromium, magnesium, aluminum alloys, and silver alloys can be exemplified.
The material of the
吸収層3は、光透過性樹脂中に色素又は顔料を含む材料で形成される。吸収層3を構成する前記光透過性樹脂の屈折率は、光透過性基板1の屈折率より高くてもよく、低くてもよい。両者の屈折率の差の絶対値は0.5以下が好ましく、0.3以下がより好ましい。前記光透過性樹脂の屈折率が光透過性基板1の屈折率より低いことがより好ましい。
吸収層3を構成する光透過性樹脂は、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂が好ましく、凹溝へ充填しやすい点から、光硬化樹脂又は熱硬化性樹脂が好ましい。例えば特許第5978761号公報の段落0028〜0060に記載されている光硬化性樹脂を使用できる。
The
The light-transmitting resin constituting the
吸収層3は光吸収材として色素又は顔料を含む。ワイヤグリッド型偏光子の使用波長の光の一部またはすべてを吸収する色素又は顔料を用いる。Rpを下げたい波長帯に吸収をもつ光吸収材を適宜選択することが好ましい。色素又は顔料は1種でもよく、2種以上を併用してもよい。例えば、1種単独で黒色を呈する光吸収材が好適であるほか、2種以上を混合して黒色を呈する混合物も好適である。色素と顔料を併用してもよい。
色素の例としてはアゾ系、アントラキノン系、ペリノン系、メチン系、キノリン系、アジン系、オキサジン系、フタロシアニン系が挙げられる。
顔料の例としてはカーボンブラック、チタンブラック、ペリレン系顔料、金属酸化物が挙げられる。
吸収層3に対して、色素及び顔料の合計の含有量(以下、光吸収材濃度ともいう。)は1〜80質量%が好ましく、5〜50質量%がより好ましく、10〜30質量%がより好ましい。光吸収材濃度が上記範囲の下限値以上であると、Rsの低下を抑えつつRpを低減させる効果が充分に得られやすく、上限値以下であるとワイヤグリッド型偏光子を折り曲げたり3次元形状に成型したときに吸収層3が変形しやすい。
The
Examples of dyes include azo-based, anthraquinone-based, perinone-based, methine-based, quinoline-based, azine-based, oxazine-based, and phthalocyanine-based dyes.
Examples of pigments include carbon black, titanium black, perylene-based pigments, and metal oxides.
The total content of the dye and the pigment (hereinafter, also referred to as the light absorber concentration) is preferably 1 to 80% by mass, more preferably 5 to 50% by mass, and 10 to 30% by mass with respect to the
また吸収層3を構成する材料からなる厚さ100nmの硬化膜の透過率をA%、光吸収材を加えないほかは同じ材料からなる厚さ100nmの硬化膜の透過率をB%とするとき、(B−A)/B×100で算出される透過光低減率は、1〜20%が好ましく、3〜15%がより好ましい。なお、前記透過率A、Bは400〜700nmにおける平均透過率である。
透過光低減率が上記範囲の下限値以上であるとRsの低下を抑えつつRpを低減させる効果が充分に得られやすく、上限値以下であるとTpの低減が充分に抑えられる。
When the transmittance of the cured film having a thickness of 100 nm made of the material constituting the
When the transmitted light reduction rate is not less than the lower limit of the above range, the effect of reducing Rp while suppressing the decrease of Rs can be sufficiently obtained, and when it is not more than the upper limit, the reduction of Tp can be sufficiently suppressed.
本実施形態において、光透過性基板1の表面には、複数の凸条11と複数の凹溝12が交互に形成されている。複数の凸条11はZ方向に延在し互いに平行である。複数の凹溝12はZ方向に延在し互いに平行である。
In the present embodiment, a plurality of
本実施形態において、凸条11の、Z方向に直交する断面における形状(断面形状)は、頂部11aに向かって幅が漸次縮小する略三角形である。
凸条11の頂部11aは、Y方向の高さが最も高い部分であり、Z方向に連なって線をなしている。頂部11aを含む頂角は鋭角でもよく、丸みのある角でもよい。
In the present embodiment, the shape (cross-sectional shape) of the
The
前記凸条11は、断面形状において接線の傾きが一定である主側面11bを有する。主側面11bの下端を凸条11の下端11cとする。
複数の凸条11の断面形状は均一である。前記凸条11の下端11cを通りY方向に直交する面を基準面とする。前記基準面における凸条11のX方向の幅a、前記基準面における凸条11のX方向のピッチb、及び基準面から凸条11の頂部11aまでのY方向の高さcはそれぞれ均一である。
The
The cross-sectional shape of the plurality of
凸条11の下端11cより下の部分が凹溝12である。
本実施形態において、凹溝12のZ方向に直交する断面における形状(断面形状)は、底部12aに向かって溝幅が漸次縮小するテーパ面12bを有する。Y方向における位置が最も低い部分が底部12aである。凹溝12の底部12aから前記基準面までのY方向の高さを、凹溝の深さdとする。
本実施形態において、凹溝12の前記断面形状は、テーパ面12bの接線の傾きが一定であるV字状である。底部12aは鋭角でもよく、丸みを有する角でもよい。本実施形態において底部12aはZ方向に連なって線をなしている。
複数の凹溝12の断面形状は均一であり凹溝12の深さdは均一である。
The portion below the
In the present embodiment, the shape (cross-sectional shape) of the
In the present embodiment, the cross-sectional shape of the
The cross-sectional shape of the plurality of
凸条11の下端11cから凸条11の頂部11aまでの面を、凸条11の側面とする。凸条11の頂部11aを挟む2つの側面を、第1の側面及び第2の側面とする。
金属層2は、凸条11の第1の側面及び第2の側面のうち、少なくとも第1の側面の全面を被覆するように設けられる。第2の側面の一部、及び凹溝12の底面の一部が金属層2で被覆されてもよい。
凸条11の第2の側面は、全面が金属層2で被覆されることはなく、光透過性基板1が露出している露出面が存在する。
The surface from the
The
The entire surface of the second side surface of the
凹溝12の底面(テーパ面12b)上に吸収層3が設けられている。凹溝12の底面から吸収層3の上面までの高さfは、凹溝12の底面から金属層2の上端までの高さg以下である。
また、前記高さfは、凹溝12の底面から凸条11の頂部11aまでの高さ(c+d)以下である。
本実施形態において、前記吸収層3の高さfは、凹溝12の最も深い底部12aから吸収層3の上面までの高さとする。
The
Further, the height f is equal to or less than the height (c + d) from the bottom surface of the
In the present embodiment, the height f of the
本実施形態のワイヤグリッド型偏光子は以下の方法で製造できる。
まず、光透過性の基材の表面に光硬化性組成物を塗布し、光インプリント法を用いて、前記光硬化性組成物の層に凸条及び凹溝を形成して光透過性基板を作製する。光インプリント法の後に、必要に応じてエッチングを行ってもよい。
光インプリント法は、例えば、電子線描画とエッチングとの組み合わせにより、複数の溝が互いに平行にかつ所定のピッチで形成されたモールドを作製し、前記モールドの溝を、基材の表面に塗布された光硬化性組成物に転写し、同時に前記光硬化性組成物を光硬化させる方法である。
例えば電子線描画及びエッチングにより作製したモールドを親モールド(マスターモールド)として、光インプリント法で複製した子モールドや孫モールドを、前記光硬化性組成物への転写に使用してもよい。
The wire grid type polarizing element of the present embodiment can be manufactured by the following method.
First, a photocurable composition is applied to the surface of a light-transmitting substrate, and ridges and grooves are formed in the layer of the photo-curable composition by using a photoimprint method to form a light-transmitting substrate. To make. Etching may be performed after the optical imprint method, if necessary.
In the optical imprint method, for example, a mold in which a plurality of grooves are formed in parallel with each other and at a predetermined pitch is produced by a combination of electron beam drawing and etching, and the grooves of the mold are applied to the surface of the base material. It is a method of transferring to the obtained photocurable composition and at the same time photocuring the photocurable composition.
For example, a mold produced by electron beam drawing and etching may be used as a parent mold (master mold), and a child mold or a grandchild mold duplicated by an optical imprint method may be used for transfer to the photocurable composition.
光透過性の基材としては、ガラス板(例えば、石英ガラス板、無アルカリガラス板)、樹脂(環状オレフィン樹脂、トリアセチルセルロース樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリジメチルシロキサン、透明フッ素樹脂)からなるフィルムが例示できる。 Examples of the light-transmitting base material include glass plates (for example, quartz glass plates and non-alkali glass plates), resins (cyclic olefin resin, triacetyl cellulose resin, acrylic resin, polyimide resin, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyethylene na). A film made of phthalate, polydimethylsiloxane, transparent fluororesin) can be exemplified.
例えば、まず、図2(A)に示すように、基材21の表面に、未硬化の光硬化性組成物22を塗布し、得ようとする凸条11及び凹溝12に対応する形状の凹凸が形成されたモールド23を、光硬化性組成物22に押しつける。この状態で放射線(例えば紫外線、電子線)を照射して光硬化性組成物を硬化させた後、図2(B)に示すように、モールド23を離型して、光透過性基板1を得る。
光透過性基板1は基材21と一体のまま金属層を形成できる。基材21を後述の支持体としてもよい。必要により金属層の形成前又は形成後に、光透過性基板1と基材21を分離してもよい。
For example, first, as shown in FIG. 2A, the surface of the
The
又は、図3(A)、(B)に示すように、前記モールド23とは形状が異なるモールド24を用いる方法でも光透過性基板1を製造できる。具体的には、まず、基材21上の光硬化性組成物22にモールド24を押し付けて光硬化させることにより、得ようとする凸条11よりも大きい矩形の凸条25が形成された硬化物を得る。この後、図3(C)に示すように、硬化物の凸条25をエッチングして、目的の形状の凸条11に加工して光透過性基板1を得る。
Alternatively, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
このようにして作製した光透過性基板1に金属層2を設け、さらに凹溝12内に吸収層3を設けることにより、本実施形態のワイヤグリッド型偏光子が得られる。
金属層2の形成方法は蒸着法が好ましい。蒸着法としては、物理蒸着法(PVD)又は化学蒸着法(CVD)が挙げられる。真空蒸着法、スパッタ法、又はイオンプレーティング法が好ましい。特に、付着させる微粒子の光透過性基板に対する入射方向の制御が容易である点で、真空蒸着法が好ましい。
By providing the
A thin-film deposition method is preferable as the method for forming the
本実施形態では、真空蒸着法による斜方蒸着法を用いて、凸条11の第1の側面の全面とその近傍に、金属層2を蒸着させることが好ましい。
具体的には、図1に示すように、Z方向に対して略直交し、かつY方向に対して第1の側面の側にθ(単位は「°」)の角度(蒸着角度)をなす方向(蒸着方向)から金属又は金属化合物を蒸着して金属層2を形成する。
蒸着量は、所定の金属層2の厚みが得られるように制御する。具体的には、光透過性基板1と同じ成膜環境下にテストピースを置き、テストピース上に成膜される金属層の厚みが目標値となるように蒸着量を制御する。テストピースとしては例えばガラス基板を使用する。膜厚は例えば触針式接触膜厚計で測定する。
In the present embodiment, it is preferable to deposit the
Specifically, as shown in FIG. 1, it is substantially orthogonal to the Z direction and forms an angle (deposited angle) of θ (unit is “°”) on the side of the first side surface with respect to the Y direction. A metal or a metal compound is vapor-deposited from the direction (deposited direction) to form the
The amount of thin-film deposition is controlled so that a predetermined thickness of the
吸収層3は、光透過性樹脂、色素又は顔料、及び溶剤を含む未硬化の樹脂組成物を凹溝12内に塗布した後、硬化させる方法で形成できる。樹脂組成物は界面活性剤等の任意成分を含んでもよい。硬化前に、加熱乾燥して溶剤の一部又は全部を除去してもよい。
光透過性樹脂が、光硬化性樹脂である場合、樹脂組成物に光硬化開始剤を添加し、放射線(例えば紫外線、電子線)を照射して硬化させる。
樹脂組成物の塗布は、例えばバーコーター、ダイコーター、スピンコーター、グラビアコーター、スプレーコーター、インクジェットコーターを用いて行うことができる。樹脂組成物の塗布量によって、凹溝の底面から吸収層の上面までの高さfを調整できる。
The
When the light-transmitting resin is a photo-curable resin, a photo-curing initiator is added to the resin composition, and the resin is cured by irradiating it with radiation (for example, ultraviolet rays or electron beams).
The resin composition can be applied using, for example, a bar coater, a die coater, a spin coater, a gravure coater, a spray coater, or an inkjet coater. The height f from the bottom surface of the concave groove to the top surface of the absorption layer can be adjusted by the amount of the resin composition applied.
本実施形態において、凸条11のX方向の幅aは10〜150nmが好ましく、20〜100nmがより好ましく、30〜60nmがさらに好ましい。
X方向における凸条11のピッチbは30〜200nmが好ましく、50〜150nmがより好ましく、80〜100nmがさらに好ましい。
前記ピッチbに対する前記幅aの比を表すa/bは、0.2〜0.8が好ましく、0.3〜0.7がより好ましく、0.4〜0.6がさらに好ましい。
凸条11のY方向の高さcは50〜250nmが好ましく、70〜200nmがより好ましく、90〜150nmがさらに好ましい。
前記幅aに対する前記高さcの比(アスペクト比)を表すc/aは、1〜10が好ましく、1.5〜5がより好ましく、2〜4がさらに好ましい。
凹溝12の深さdは1〜50nmが好ましく、3〜30nmがより好ましく、5〜10nmがさらに好ましい。
斜方蒸着法で金属層2を形成する際の、蒸着角度θは5〜65°が好ましく、10〜50°がより好ましく、20〜40°がさらに好ましい。
前記高さ(c+d)の1/2の位置における、金属層2のX方向の厚みeは15〜100nmが好ましく、20〜80nmがより好ましく、25〜50nmがさらに好ましい。
In the present embodiment, the width a of the
The pitch b of the
The a / b representing the ratio of the width a to the pitch b is preferably 0.2 to 0.8, more preferably 0.3 to 0.7, and even more preferably 0.4 to 0.6.
The height c of the
The c / a representing the ratio (aspect ratio) of the height c to the width a is preferably 1 to 10, more preferably 1.5 to 5, and even more preferably 2 to 4.
The depth d of the
When the
The thickness e of the
凹溝12の底面から金属層2の上端までの高さgに対する凹溝12の底面から吸収層3の上面までの高さfの比を表すf/gは、1以下であり、1未満が好ましく、0.8以下がより好ましく、0.5以下がさらに好ましい。f/gが前記範囲であると、s偏光の反射率Rsの低下を抑制しやすく、p偏光の反射率Rpを下げやすい。
吸収層3は、凹溝12の底面の全面を覆うことが好ましい。凹溝12の底面から吸収層3の上面までの高さfは、凹溝12の深さd以上が好ましい。(f−d)は0nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、30nm以上がさらに好ましい。凹溝12の底面の全面を吸収層3で覆うと、p偏光の反射率Rpを低減しやすい。
F / g representing the ratio of the height f from the bottom surface of the
The
また、吸収層3を構成する材料からなり、厚さが前記吸収層3の高さfと同じである硬化膜の吸光度は0.002〜0.3が好ましく、0.005〜0.05がより好ましく、0.008〜0.025がさらに好ましい。前記範囲の下限値以上であるとRsの低下を抑えつつRpを低減させる効果が充分に得られやすく、上限値以下であるとTpの低減が充分に抑えられる。
本明細書において、吸光度は波長400〜700nmにおける値であり、分光光度計を用いて測定できる。
Further, the absorbance of the cured film made of the material constituting the
In the present specification, the absorbance is a value at a wavelength of 400 to 700 nm and can be measured using a spectrophotometer.
<第2の実施形態>
図4は、ワイヤグリッド型偏光子の第2の実施形態を模式的に示す断面図である。図1と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、光透過性基板1、金属層2、及び吸収層3を一括的に覆う樹脂層4を設けた点である。
樹脂層4を設けると入射光側(透過性基板1の凸条及び凹溝が設けられている表面側))に機能層を積層する際に、形状を維持しやすい。
<Second embodiment>
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a second embodiment of the wire grid type polarizing element. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
The second embodiment differs from the first embodiment in that the resin layer 4 that collectively covers the light-transmitting
When the resin layer 4 is provided, it is easy to maintain the shape when laminating the functional layer on the incident light side (the surface side where the ridges and grooves of the
樹脂層4は光透過性である。樹脂層4は、色素及び顔料をいずれも含まない。樹脂層4の屈折率は1.10〜1.50が好ましく、1.15〜1.40がより好ましく、1.18〜1.36がさらに好ましい。樹脂層4の屈折率は、光透過性基板1の屈折率より低いことが好ましい。その差は0.05以上が好ましく、0.1〜0.4がより好ましく、0.12〜0.35がさらに好ましい。また、樹脂層4の屈折率は、吸収層3の屈折率より低いことが好ましい。その差は0.05以上が好ましく、0.1〜0.4がより好ましく、0.12〜0.35がさらに好ましい。
金属層2の上端から樹脂層4の上面までの高さhは、5nm以上が好ましく、50nm以上がより好ましい。前記高さhの上限は可撓性の点からは、50μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。
本実施形態のワイヤグリッド型偏光子は、光透過性基板1を作製し、金属層2及び吸収層3を設けた後、これらを覆うように樹脂層4の材料を塗布し、硬化させる方法で製造できる。
The resin layer 4 is light transmissive. The resin layer 4 does not contain any dye or pigment. The refractive index of the resin layer 4 is preferably 1.10 to 1.50, more preferably 1.15 to 1.40, and even more preferably 1.18 to 1.36. The refractive index of the resin layer 4 is preferably lower than that of the
The height h from the upper end of the
The wire grid type polarizing element of the present embodiment is a method in which a
<変形例>
第1、2の実施形態において、凸条11の断面形状は略三角形であるが、頂部11aがY方向に直交する平坦面である台形でもよい。
第1、2の実施形態において、凹溝12の底面の断面形状はV字状であるが、テーパ面12bとテーパ面12bの間の底部にY方向に直交する平坦面が存在してもよい。また、テーパ面12bが無い平坦面(d=0)であってもよい。
第1、2の実施形態において、金属層2の下端が吸収層3の上面より下方にあり、金属層2の一部が吸収層3で覆われているが、金属層2の下端が吸収層3の上面より上方にあってもよい。
第1、2の実施形態において、光透過性基板1の裏面(凸条及び凹溝が設けられている表面とは反対側の面)に、熱可塑性樹脂、ガラス等からなる支持体(図示略)を有していてもよい。ワイヤグリッド型偏光子の光学特性の点から、光透過性基板1の裏面上に支持体(以下、第1の支持体ともいう。)を有することが好ましい。支持体と光透過性基板1との屈折率の差(絶対値)は、0.1以下が好ましく、0.05以下がより好ましい。支持体と光透過性基板1との屈折率の差が0.1以下であれば、p偏光透過率の低下、s偏光反射率の低下が抑えられる。さらに樹脂層4を設ける場合には、樹脂層の表面(光透過性基板1側とは反対側の面)上に支持体(以下、第2の支持体ともいう。)を設けてもよい。樹脂層と支持体(第2の支持体)は粘着剤で一体化されていることが好ましい。第1の支持体と第2の支持体は、材質が同じであってもよく、異なってもよい。
<Modification example>
In the first and second embodiments, the cross-sectional shape of the
In the first and second embodiments, the cross-sectional shape of the bottom surface of the
In the first and second embodiments, the lower end of the
In the first and second embodiments, a support made of a thermoplastic resin, glass, or the like is formed on the back surface of the light transmissive substrate 1 (the surface opposite to the surface on which the ridges and grooves are provided) (not shown). ) May have. From the viewpoint of the optical characteristics of the wire grid type polarizing element, it is preferable to have a support (hereinafter, also referred to as a first support) on the back surface of the
前記実施形態によれば、吸収層3で凹溝12の底面を覆い、金属層2の上端を覆わない構成により、後述の例に示されるように、Rsの低下を抑えつつRpを低減できる。例えば、吸収層3を設けない場合と比べて、Rsの低下の幅が使用波長範囲の平均で5%以下、かつRpの低下の幅が使用波長範囲の平均で0.1%以上を実現できる。
また吸収層3は、色素又は顔料を含む樹脂層であるため曲げ変形への追従性に優れる。特に、凹溝の幅が狭い場合にも、吸収層3の材料を凹溝内へ充填しやすい点、及びワイヤグリッド型偏光子を折り曲げたり3次元形状に成型したときに吸収層3が変形しやすい点で、吸収層3が色素を含有することがより好ましい。
According to the above embodiment, the
Further, since the
前記実施形態のワイヤグリッド型偏光子の用途の例としては、偏光ビームスプリッター、ディスプレイ用偏光板、偏光レンズ、ミラーディスプレイが挙げられる。 Examples of applications of the wire grid type polarizing element of the above embodiment include a polarizing beam splitter, a polarizing plate for a display, a polarizing lens, and a mirror display.
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
<測定方法>
以下の測定方法を用いた。
[p偏光透過率(Tp)の測定方法]
p偏光透過率は、紫外可視分光光度計(日立分光社製、UH−4150)を用いて測定した。具体的には、測定対象のワイヤグリッド型偏光子と光源との間に、付属の偏光子を、ワイヤグリッド型偏光子の金属細線の長軸方向(Z方向)と、付属の偏光子の吸収軸が並行となる向きにセットした。ワイヤグリッド型偏光子の表面側(凸条が形成された側)から、入射角度0°で偏光を入射して、p偏光透過率を測定した。測定波長は、420nm〜680nmとした。
[s偏光反射率(Rs)の測定方法]
前記p偏光透過率の測定方法において、付属の偏光子の向きを、ワイヤグリッド型偏光子の金属細線の長軸方向(Z方向)と、付属の偏光子の吸収軸が直交する向きに変更した。ワイヤグリッド型偏光子の表面側(凸条が形成された側)から、入射角度5°で偏光を入射して、s偏光反射率を測定した。測定波長は、420nm〜680nmとした。
[p偏光反射率(Rp)の測定方法]
前記p偏光透過率の測定方法において、偏光の入射方向を、入射角度5°に変えてp偏光反射率を測定した。測定波長は420nm〜680nmとした。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
<Measurement method>
The following measurement method was used.
[Measurement method of p-polarized light transmittance (Tp)]
The p-polarized light transmittance was measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer (UH-4150, manufactured by Hitachi Spectroscopy Co., Ltd.). Specifically, the attached polarizing element is inserted between the wire grid type polarizing element to be measured and the light source in the long axis direction (Z direction) of the metal wire of the wire grid type polarizing element and the absorption of the attached polarizing element. The axes were set so that they were parallel to each other. Polarized light was incident at an incident angle of 0 ° from the surface side (the side where the ridges were formed) of the wire grid type polarizing element, and the p-polarized light transmittance was measured. The measurement wavelength was 420 nm to 680 nm.
[Measurement method of s polarization reflectance (Rs)]
In the method for measuring the p-polarization transmittance, the direction of the attached polarizing element is changed to the direction in which the long axis direction (Z direction) of the metal wire of the wire grid type polarizing element and the absorption axis of the attached polarizing element are orthogonal to each other. .. Polarized light was incident at an incident angle of 5 ° from the surface side (the side where the ridges were formed) of the wire grid type polarizing element, and the s polarization reflectance was measured. The measurement wavelength was 420 nm to 680 nm.
[Measurement method of p-polarized reflectance (Rp)]
In the method for measuring the p-polarized light transmittance, the incident direction of polarized light was changed to an incident angle of 5 °, and the p-polarized light reflectance was measured. The measurement wavelength was 420 nm to 680 nm.
<材料>
単量体1:新中村化学工業社製品名「NKエステル A−DPH」、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート。
単量体2:新中村化学工業社製品名「NKエステル A−HD−N」、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート。
単量体3:新中村化学工業社製品名「NKエステル A−TMM−3LM−N」。
単量体4:ソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社製品名「MD700」、フッ素系ジメタクリレート。
アゾ系色素1:オリエント化学工業社製品名「Oliblack860」。
アジン系色素2:オリエント化学工業社製品名「VALIFAST1821」。
光重合開始剤1:チバスペシャリティーケミカルズ社製品名「IRGACURE907」。
光重合開始剤2:チバスペシャリティーケミカルズ社製品名「DR1173」。
含フッ素界面活性剤1:旭硝子社製、フルオロアクリレート(CH2=CHCOO(CH2)2(CF2)8F)とブチルアクリレートとのコオリゴマー、フッ素含有量約30質量%、質量平均分子量約3000。
溶剤1:イソプロピルアルコール。
<Material>
Monomer 1: Shin-Nakamura Chemical Industry Co., Ltd. Product name "NK ester A-DPH", dipentaerythritol hexaacrylate.
Monomer 2: Shin-Nakamura Chemical Industry Co., Ltd. Product name "NK ester A-HD-N", 1,6-hexanediol diacrylate.
Monomer 3: Shin Nakamura Chemical Industry Co., Ltd. Product name "NK Ester A-TMM-3LM-N".
Monomer 4: Solvay Specialty Polymers Japan Co., Ltd. Product name "MD700", Fluorine-based dimethacrylate.
Azo dye 1: Orient Chemical Industry Co., Ltd. Product name "Oliblack 860".
Adin-based dye 2: Orient Chemical Industry Co., Ltd. Product name "VALUESTAT 1821".
Photopolymerization Initiator 1: Chivas Specialty Chemicals Co., Ltd. Product name "IRGACURE907".
Photopolymerization Initiator 2: Product name "DR1173" manufactured by Ciba Specialty Chemicals.
Fluorine-containing surfactant 1: Co-oligomer of fluoroacrylate (CH 2 = CHCOO (CH 2 ) 2 (CF 2 ) 8 F) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., fluorine content of about 30% by mass, mass average molecular weight of about 3000.
Solvent 1: Isopropyl alcohol.
<調製例1:光硬化性組成物の調製>
単量体1の40g、単量体2の60g、光重合開始剤1の4.0g、及び含フッ素界面活性剤1の0.1gを混合して光硬化性組成物を調製した。
<Preparation Example 1: Preparation of photocurable composition>
A photocurable composition was prepared by mixing 40 g of the
<調製例2:吸収層の樹脂組成物の調製>
単量体2の1g、アゾ系色素1の0.25g、光重合開始剤1の0.04g、及び含フッ素界面活性剤1の0.01gを混合し、得られた混合物を、固形分濃度1質量%となるように、溶剤1で希釈して、吸収層の樹脂組成物1を得た。
本例で用いる単量体2の単独重合体の屈折率は1.51である。
樹脂組成物1の、光吸収材濃度(色素の濃度)は19質量%、厚さ100nmの硬化膜における透過光低減率は10%、厚さ30nmの硬化膜の吸光度は0.01であった。
<Preparation Example 2: Preparation of Resin Composition for Absorption Layer>
1 g of the
The refractive index of the homopolymer of the
The concentration of the light absorber (concentration of the dye) of the
<調製例3:吸収層の樹脂組成物調製>
単量体3の1g、アジン系色素2の0.2g、及び光重合開始剤1の0.04gを混合し、得られた混合物を、固形分濃度1質量%となるように、溶剤1で希釈して、吸収層の樹脂組成物2を得た。
本例で用いる単量体3の単独重合体の屈折率は1.52である。
樹脂組成物2の、光吸収材濃度は17質量%、厚さ100nmの硬化膜における透過光低減率は7%、厚さ80nmの硬化膜の吸光度は0.02であった。
<Preparation Example 3: Preparation of resin composition for absorption layer>
1 g of the
The refractive index of the homopolymer of the
The concentration of the light absorber of the
<調製例4:吸収層の樹脂組成物の調製>
調製例3において、色素の配合量および固形分濃度を変更した。
単量体3の1g、アジン系色素2の0.1g、及び光重合開始剤1の0.04gを混合し、得られた混合物を、固形分濃度2質量%となるように、溶剤1で希釈して、吸収層の樹脂組成物3を得た。
樹脂組成物3の、光吸収材濃度は9質量%、厚さ100nmの硬化膜における透過光低減率は1%、厚さ160nmの硬化膜の吸光度は0.02であった。
<Preparation Example 4: Preparation of Resin Composition for Absorption Layer>
In Preparation Example 3, the blending amount of the dye and the solid content concentration were changed.
1 g of the
The concentration of the light absorber of the
<調製例5:樹脂層の樹脂組成物の調製>
単量体4の1g、光重合開始剤2の0.04g、及び光重合開始剤1の0.005gを混合して樹脂層の樹脂組成物を得た。
<Preparation Example 5: Preparation of Resin Composition of Resin Layer>
A resin composition of a resin layer was obtained by mixing 1 g of the monomer 4, 0.04 g of the
<製造例1:ワイヤグリッド型偏光子の製造>
本例では、図2に示す製造方法で光透過性基板を作製し、金属層を形成した。
[光透過性基板の作製]
基材21として、厚さ100μmの環状ポリオレフィンフィルム(日本ゼオン社製、ゼオノアフィルム、100mm×100mm)を用いた。
基材21の表面に、調製例1で得た光硬化性組成物22をスピンコート法により塗布し、厚さ5μmの塗膜を形成した。
図2に示す形状の凹凸が形成されたシリコン製モールド23を、凹部の全面が光硬化性組成物22に接するように、25℃にて0.5MPa(ゲージ圧)の押圧力で、光硬化性組成物22の塗膜に押しつけた。
この状態を保持したまま、基材21側から高圧水銀灯(周波数:1.5kHz〜2.0kHz、主波長光:255nm、315nm及び365nm、365nmにおける照射エネルギー:1000mJ。)の光を15秒間照射し、光硬化性組成物22を硬化させた後、シリコン製モールドをゆっくり分離して、基材21上に光透過性基板1を作製した。
光透過性基板1の屈折率は1.52である。
[金属層の形成]
前記で得た光透過性基板1に下記の方法で金属層を形成した。
蒸着源に対向する光透過性基板1の傾きを変更可能な真空蒸着装置(昭和真空社製、SEC−16CM)を用い、光透過性基板1の凸条に斜方蒸着法にてアルミニウムを蒸着させ、金属層を形成した。蒸着角度θは27°とした。
<Manufacturing Example 1: Manufacture of Wire Grid Type Polarizer>
In this example, a light-transmitting substrate was produced by the manufacturing method shown in FIG. 2 to form a metal layer.
[Manufacturing of light transmissive substrate]
As the
The
The
While maintaining this state, the light of a high-pressure mercury lamp (frequency: 1.5 kHz to 2.0 kHz, main wavelength light: 255 nm, 315 nm and 365 nm, irradiation energy at 365 nm: 1000 mJ) is irradiated from the
The refractive index of the
[Formation of metal layer]
A metal layer was formed on the
Using a vacuum vapor deposition device (SEC-16CM, manufactured by Showa Vacuum Co., Ltd.) that can change the inclination of the
<実施例1>
[吸収層の形成]
製造例1の方法で光透過性基板を作製し金属層を形成した後、調製例2で得た樹脂組成物を、バーコーターを用いて凹溝12内に塗布し、80℃で3分間乾燥させた。樹脂組成物の塗布量は乾燥膜厚(吸収層の高さf)が30nmとなるように設定した。
窒素雰囲気中で高圧水銀灯から紫外線を2000mJ/cm2で照射し、樹脂組成物を硬化させてワイヤグリッド型偏光子を作製した。得られたワイヤグリッド型偏光子の断面の走査型電子顕微鏡像を図5に示す。
本例において凸条の幅aは45nm、ピッチbは90nm、凸条の高さcは110nm、凹溝の深さdは10nm、金属層の厚みeは40nm、吸収層の高さfは30nm、f/gは0.19である。
得られたワイヤグリッド型偏光子の、Tp、Rs及びRpの測定結果(波長420〜680nmの平均値)、Rs/Rpの算出結果、及び主な製造条件を表1に示す(以下、同様)。
また、Tp、Rs及びRpのスペクトルを、図7、図8、図9にそれぞれ実線で示す。
<比較例1>
本例は、吸収層を設けないほかは、実施例1と同じである。得られたワイヤグリッド型偏光子の断面の走査型電子顕微鏡像を図6に示す。
Tp、Rs及びRpのスペクトルを、図7、図8、図9にそれぞれ破線で示す。
<Example 1>
[Formation of absorption layer]
After preparing a light-transmitting substrate by the method of Production Example 1 and forming a metal layer, the resin composition obtained in Preparation Example 2 is applied into the
The resin composition was cured by irradiating ultraviolet rays at 2000 mJ / cm 2 from a high-pressure mercury lamp in a nitrogen atmosphere to prepare a wire grid type polarizing element. A scanning electron microscope image of a cross section of the obtained wire grid type polarizing element is shown in FIG.
In this example, the width a of the ridges a is 45 nm, the pitch b is 90 nm, the height c of the ridges is 110 nm, the depth d of the concave groove is 10 nm, the thickness e of the metal layer is 40 nm, and the height f of the absorption layer is 30 nm. , F / g is 0.19.
Table 1 shows the measurement results of Tp, Rs and Rp (average value at wavelengths of 420 to 680 nm), the calculation results of Rs / Rp, and the main manufacturing conditions of the obtained wire grid type polarizing element (hereinafter, the same applies). ..
The spectra of Tp, Rs and Rp are shown by solid lines in FIGS. 7, 8 and 9, respectively.
<Comparative Example 1>
This example is the same as that of the first embodiment except that the absorption layer is not provided. A scanning electron microscope image of a cross section of the obtained wire grid type polarizing element is shown in FIG.
The spectra of Tp, Rs and Rp are shown by broken lines in FIGS. 7, 8 and 9, respectively.
<実施例2>
本例では、調製例3で得た樹脂組成物を用いて吸収層を形成した。また、吸収層の高さfが80nmとなるように設定した。f/gは0.5であった。その他は実施例1と同じである。得られたワイヤグリッド型偏光子の断面の走査型電子顕微鏡像を図10に示す。
<Example 2>
In this example, an absorption layer was formed using the resin composition obtained in Preparation Example 3. Further, the height f of the absorption layer was set to be 80 nm. f / g was 0.5. Others are the same as in Example 1. A scanning electron microscope image of a cross section of the obtained wire grid type polarizing element is shown in FIG.
<比較例2>
本例では、調製例4で得た樹脂組成物を用いて吸収層を形成した。また、吸収層の高さfが160nmとなるように設定した。f/gは1.01であった。その他は実施例1と同じである。得られたワイヤグリッド型偏光子の断面の走査型電子顕微鏡像を図11に示す。
<Comparative Example 2>
In this example, an absorption layer was formed using the resin composition obtained in Preparation Example 4. Further, the height f of the absorption layer was set to be 160 nm. f / g was 1.01. Others are the same as in Example 1. A scanning electron microscope image of a cross section of the obtained wire grid type polarizing element is shown in FIG.
<実施例3>
本例では、図4に示す構成のワイヤグリッド型偏光子を作製した。
製造例1の方法で光透過性基板を作製し金属層を形成した後、実施例2と同様にして吸収層を形成した。
本例において凸条の幅aは45nm、ピッチbは90nm、凸条の高さcは115nm、凹溝の深さdは10nm、金属層の厚みeは40nm、吸収層の高さfは80nm、f/gは0.5である。
[樹脂層の形成]
吸収層を形成した後、調製例5で得た樹脂組成物を、バーコーターを用いて光透過性基板1の表面側の全面に塗布した。樹脂組成物の塗布量は、金属層の上端から樹脂層の上面までの高さhが10μmとなるように設定した。窒素雰囲気中で高圧水銀灯から紫外線を4000mJ/cm2で照射し、樹脂組成物を硬化させて樹脂層を形成し、ワイヤグリッド型偏光子を得た。樹脂層の屈折率は1.36である。
<Example 3>
In this example, a wire grid type polarizing element having the configuration shown in FIG. 4 was produced.
A light-transmitting substrate was produced by the method of Production Example 1 to form a metal layer, and then an absorption layer was formed in the same manner as in Example 2.
In this example, the width a of the ridges a is 45 nm, the pitch b is 90 nm, the height c of the ridges is 115 nm, the depth d of the concave groove is 10 nm, the thickness e of the metal layer is 40 nm, and the height f of the absorption layer is 80 nm. , F / g is 0.5.
[Formation of resin layer]
After forming the absorption layer, the resin composition obtained in Preparation Example 5 was applied to the entire surface side of the
<比較例3>
本例は、吸収層を設けないほかは、実施例3と同じである。すなわち隣り合う凸条11間の空間の全部に樹脂層(h=10μm)が充填されている。
<Comparative Example 3>
This example is the same as that of the third embodiment except that the absorption layer is not provided. That is, the entire space between the
表1の結果に示されるように、f/gが1以下となるように、凹溝の底面上に吸収層を設けた実施例1、2は、比較例1と比べて、Rsをほぼ同等に維持しつつRpを低くでき、Rs/Rpが向上した。一方、f/gが1を超えた比較例2は、比較例1と比べてRs/Rpが低下した。
樹脂層を設けた場合も同様の効果が得られた。すなわち、f/gが1以下となるように、凹溝の底面上に吸収層を設けた実施例3は、比較例3と比べて、Rsをほぼ同等に維持しつつRpを低くでき、Rs/Rpが向上した。
As shown in the results of Table 1, Examples 1 and 2 in which the absorption layer is provided on the bottom surface of the concave groove so that f / g is 1 or less have substantially the same Rs as those of Comparative Example 1. Rp could be lowered while maintaining the value, and Rs / Rp was improved. On the other hand, in Comparative Example 2 in which f / g exceeded 1, Rs / Rp was lower than that in Comparative Example 1.
The same effect was obtained when the resin layer was provided. That is, in Example 3 in which the absorption layer is provided on the bottom surface of the concave groove so that f / g is 1 or less, Rs can be lowered while maintaining almost the same Rs as in Comparative Example 3, and Rs. / Rp improved.
1 光透過性基板
2 金属層
3 吸収層
4 樹脂層
11 凸条
11a 頂部
11b 主側面
11c 凸条の下端
12 凹溝
12a 底部
12b テーパ面(底面)
1 Light-transmitting
Claims (2)
前記凹溝の底面上に、色素又は顔料を含む吸収層が設けられており、
前記凹溝の底面から前記吸収層の上面までの高さが、前記凹溝の底面から前記金属層の上端までの高さ以下である、ワイヤグリッド型偏光子。 It has a light-transmitting substrate in which ridges and grooves parallel to each other are alternately formed at a predetermined pitch on the surface, and a metal layer made of a metal or a metal compound provided on the surface of the ridges. ,
An absorption layer containing a dye or a pigment is provided on the bottom surface of the concave groove.
A wire grid type polarizing element in which the height from the bottom surface of the concave groove to the upper surface of the absorption layer is equal to or less than the height from the bottom surface of the concave groove to the upper end of the metal layer.
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