JP6850378B2 - Depolarizing plate, optical equipment and liquid crystal display device using it, and manufacturing method of depolarizing plate - Google Patents
Depolarizing plate, optical equipment and liquid crystal display device using it, and manufacturing method of depolarizing plate Download PDFInfo
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Description
本発明は、所定の偏光状態の光を入射した際に、その偏光を解消することのできる偏光解消板、それを用いた光学機器及び液晶表示装置、並びに偏光解消板の製造方法に関する。 The present invention relates to a depolarizing plate capable of depolarizing light when light in a predetermined polarized state is incident, an optical device and a liquid crystal display device using the depolarizing plate, and a method for manufacturing the depolarizing plate.
分光器、増幅器及び測定器等の光学機器に偏光依存性がある場合、これら光学機器に入射する光が所定の偏光状態にあると偏光依存性により出力低下等が発生し、光学機器の機能を十分に果たすことができない。そこで、偏光依存性のある光学機器に光が入射する前に、偏光状態を解消できる偏光解消板が利用されている。 When optical instruments such as spectroscopes, amplifiers, and measuring instruments have polarization dependence, if the light incident on these optical instruments is in a predetermined polarization state, the output will decrease due to the polarization dependence, and the functions of the optical equipment will be reduced. I can't do enough. Therefore, a depolarizing plate capable of eliminating the polarized state before light is incident on an optical device having a polarization dependence is used.
従来の偏光解消板では、複屈折性結晶の厚みを入射面内で変化させ、それにより面内でリタデーション量を変化させる偏光解消板が用いられてきた。ここで、複屈折性結晶を使用して偏光解消板を作製する場合には、作製可能な偏光解消板のサイズが結晶サイズに依存してしまう。また、複屈折層の厚みに変化があると、光の屈折による入射光の方向変化も不可避である。そこで、フォトリソグラフによるパターニングで入射面内の領域を分割させた偏光解消板が用いられるようになってきた。 In the conventional depolarizing plate, a depolarizing plate has been used in which the thickness of the birefringent crystal is changed in the incident plane, thereby changing the amount of retardation in the plane. Here, when a depolarizing plate is produced using a birefringent crystal, the size of the depolarizing plate that can be produced depends on the crystal size. Further, when the thickness of the birefringent layer changes, it is inevitable that the direction of the incident light changes due to the refraction of the light. Therefore, a depolarizing plate in which a region in the incident plane is divided by patterning by a photolithography has come to be used.
例えば、特許文献１には、基板の表層部に光の波長よりも短い周期で屈折率の異なる２種類の媒質を交互にストライプ状に設けることにより構造複屈折を呈するようにした複数の構造物をその光学軸が同一面内の異なる方向に向くように平面状に配置した偏光解消素子が開示されている。特許文献１によれば、斯かる偏光解消板を用いることで、入射光が特定の方向に偏光されたものであっても、入射光が各構造物を通過することにより出射光は各構造物の光学軸の向きに応じた異なる方向に偏光されたものが混在した状態となり、結果的に偏光が解消された状態となる。
For example, in
しかしながら、特許文献１に記載の偏光解消板では、同一面内の異なる方向に光学軸が向くようにストライプ状に設けた構造物を複数配置しており、各構造物が分割領域となるため、分割領域内での位相差は同じであり、偏光を十分に解消することができない。また、偏光をより解消するために分割領域（構造物）を小さくしようとすると、パターン形成も難しくなるし、各構造物をランダムに配置したとしても一定程度の規則性が残るため、限界がある。さらに、特許文献１に記載の偏光解消板では分割領域が直線状のラインによって形成されているため、ラインのピッチによっては回折光が生じて光学特性に悪影響を及ぼすことも懸念される。また、斯かる偏光解消板を液晶表示装置に用いた場合にはモアレや回折が生じる可能性があり、画質の低下を招きかねない。
However, in the depolarizing plate described in
そこで、本発明は、従来の偏光解消板よりも偏光解消度に優れた偏光解消板を提供することを目的とする。また、本発明は、この偏光解消板を用いた光学機器及び液晶表示装置、並びにこの偏光解消板の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a depolarization plate having a higher degree of depolarization than a conventional depolarization plate. Another object of the present invention is to provide an optical device and a liquid crystal display device using the depolarizing plate, and a method for manufacturing the depolarizing plate.
本発明者らは、前記諸目的を達成すべく鋭意検討を行った。偏光解消板の面内の領域を分割するのでは、パターン形成技術の限界もあり、面内全体でランダムな微細パターンを形成することは難しい。そこで、構造複屈折を呈するよう、光の波長以下のピッチで配置され、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンを偏光解消板の面内全体に設ければ、偏光解消度をより改善できることを本発明者らは知見し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have made diligent studies to achieve the above-mentioned objects. Dividing the in-plane region of the depolarizing plate has the limitation of the pattern forming technique, and it is difficult to form a random fine pattern in the entire in-plane. Therefore, if a fine pattern including a plurality of curves arranged at a pitch equal to or lower than the wavelength of light and randomly arranged so as to exhibit structural birefringence is provided in the entire in-plane of the depolarization plate, the degree of depolarization can be increased. The present inventors have found that further improvement can be achieved, and have completed the present invention.
本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、前記諸課題を解決するための手段としては以下の通りである。即ち、
＜１＞ 透光基板の表層部に光の波長以下のピッチで配置され、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンが設けられ、構造複屈折を呈することを特徴とする偏光解消板である。
該＜１＞に記載の偏光解消板は、面内全体にランダムな微細パターンが設けられているので、偏光解消度に優れた偏光解消板を提供することができる。
The present invention is based on the above-mentioned findings by the present inventors, and the means for solving the above-mentioned problems are as follows. That is,
<1> Polarization elimination characterized in that fine patterns including a plurality of curves arranged at a pitch equal to or lower than the wavelength of light and randomly arranged are provided on the surface layer portion of the translucent substrate to exhibit structural birefringence. It is a board.
Since the depolarization plate according to <1> is provided with a random fine pattern in the entire in-plane, it is possible to provide a depolarization plate having an excellent degree of depolarization.
＜２＞ 前記透光基板の表層部が保護膜によって覆われる、前記＜１＞に記載の偏光解消板。 <2> The depolarizing plate according to <1>, wherein the surface layer portion of the translucent substrate is covered with a protective film.
＜３＞ 透光基板と、
該透光基板表面に設けられた、前記透光基板と屈折率の異なる材料からなる薄膜と、を有し、
前記透光基板の表層部及び前記薄膜のうち、少なくとも前記薄膜に、光の波長以下のピッチで配置され、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンが設けられ、構造複屈折を呈することを特徴とする偏光解消板である。
該＜３＞に記載の偏光解消板は、面内全体にランダムな微細パターンが設けられているので、偏光解消度に優れた偏光解消板を提供することができる。
<3> With a translucent substrate
It has a thin film provided on the surface of the translucent substrate and made of a material having a different refractive index from the translucent substrate.
Of the surface layer portion of the translucent substrate and the thin film, at least the thin film is provided with a fine pattern including a plurality of curves arranged at a pitch equal to or lower than the wavelength of light and randomly arranged to cause structural birefringence. It is a depolarizing plate characterized by being presented.
Since the depolarization plate according to <3> is provided with a random fine pattern in the entire in-plane, it is possible to provide a depolarization plate having an excellent degree of depolarization.
＜４＞ 前記微細パターンが前記薄膜のみに設けられる、前記＜３＞に記載の偏光解消板である。 <4> The depolarization plate according to <3>, wherein the fine pattern is provided only on the thin film.
＜５＞ 前記微細パターンが前記薄膜及び前記透光基板の表層部に設けられる、前記＜３＞に記載の偏光解消板である。 <5> The depolarization plate according to <3>, wherein the fine pattern is provided on the surface layer of the thin film and the translucent substrate.
＜６＞ 前記薄膜が斜め蒸着法又は斜めスパッタ法により形成される、前記＜３＞〜＜５＞のいずれかに記載の偏光解消板である。 <6> The depolarizing plate according to any one of <3> to <5>, wherein the thin film is formed by an oblique vapor deposition method or an oblique sputtering method.
＜７＞ 前記薄膜が無機酸化物からなる、前記＜３＞〜＜６＞のいずれかに記載の偏光解消板である。 <7> The depolarizing plate according to any one of <3> to <6>, wherein the thin film is made of an inorganic oxide.
＜８＞ 前記薄膜がＳｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂのいずれかを含む、前記＜３＞〜＜７＞のいずれかに記載の偏光解消板である。 <8> The depolarizing plate according to any one of <3> to <7>, wherein the thin film contains any of Si, Al, Ta, Ti, and Nb.
＜９＞ 前記薄膜が保護膜によって覆われる、前記＜３＞〜＜８＞のいずれかに記載の偏光解消板である。 <9> The depolarizing plate according to any one of <3> to <8>, wherein the thin film is covered with a protective film.
＜１０＞ 前記保護膜がＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＬａＯ及びＭｇＦ2からなる群より選択された少なくとも１種を含む、前記＜２＞又は＜９＞に記載の偏光解消板である。 <10> The protective film contains at least one selected from the group consisting of SiO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Al 2 O 3 , Nb 2 O 5 , La O and Mg F 2, and the above <2> or The depolarizing plate according to <9>.
＜１１＞ 前記複数の曲線のうち、少なくとも一つの曲線がＵ字型の曲線部を含む、前記＜１＞〜＜１０＞のいずれかに記載の偏光解消板である。 <11> The depolarizing plate according to any one of <1> to <10>, wherein at least one of the plurality of curves includes a U-shaped curved portion.
＜１２＞ 前記複数の曲線のうち、少なくとも一つの曲線が分岐する、前記＜１＞〜＜１１＞のいずれかに記載の偏光解消板である。 <12> The depolarizing plate according to any one of <1> to <11>, wherein at least one of the plurality of curves branches.
＜１３＞ 前記構造複屈折によるリタデーションが、前記光の最大波長の１／４以上である、前記＜１＞〜＜１２＞のいずれかに記載の偏光解消板である。 <13> The depolarizing plate according to any one of <1> to <12>, wherein the retardation due to the structural birefringence is 1/4 or more of the maximum wavelength of the light.
＜１４＞ 前記リタデーションが前記透光基板の面内で連続的に変化する領域を少なくとも含む、前記＜１３＞に記載の偏光解消板である。 <14> The depolarizing plate according to <13>, wherein the retardation includes at least a region in which the retardation changes continuously in the plane of the translucent substrate.
＜１５＞ 前記微細パターンがブロックコポリマーのパターン転写により形成される、前記＜１＞〜＜１４＞のいずれかに記載の偏光解消板である。 <15> The depolarizing plate according to any one of <1> to <14>, wherein the fine pattern is formed by pattern transfer of a block copolymer.
＜１６＞ 前記＜１＞〜＜１５＞のいずれかに記載の偏光解消板を搭載することを特徴とする光学機器である。
該＜１６＞に記載の光学機器によれば、光学特性に優れた光学機器を提供することができる。
<16> An optical device characterized in that the depolarizing plate according to any one of <1> to <15> is mounted.
According to the optical device according to <16>, it is possible to provide an optical device having excellent optical characteristics.
＜１７＞ 前記＜１＞〜＜１５＞のいずれかに記載の偏光解消板を搭載することを特徴とする液晶表示装置である。
該＜１７＞に記載の液晶表示装置によれば、表示特性に優れた液晶表示装置を提供することができる。
<17> A liquid crystal display device characterized in that the depolarizing plate according to any one of <1> to <15> is mounted.
According to the liquid crystal display device according to <17>, it is possible to provide a liquid crystal display device having excellent display characteristics.
＜１８＞ 透光基板上に中性層を設ける工程と、
前記中性層表面にパターン形成層を設ける工程と、
前記パターン形成層を相分離して、前記透光基板の表面に対して垂直配向ラメラ構造の、光の波長以下のピッチで配置され、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンを形成する工程と、
前記中性層及び前記パターン形成層を除去すると共に、前記透光基板の表層部に前記微細パターンを転写する工程と、
を含むことを特徴とする偏光解消板の製造方法である。
該＜１８＞に記載の製造方法によれば、偏光解消度に優れた偏光解消板を簡易に製造することのできる方法を提供することができる。
<18> The process of providing a neutral layer on the translucent substrate and
The step of providing the pattern forming layer on the surface of the neutral layer and
The pattern-forming layer is phase-separated to form a fine pattern having a lamellar structure vertically oriented with respect to the surface of the translucent substrate, arranged at a pitch equal to or lower than the wavelength of light, and containing a plurality of randomly arranged curves. The process of forming and
A step of removing the neutral layer and the pattern forming layer and transferring the fine pattern to the surface layer portion of the translucent substrate.
It is a method for manufacturing a depolarizing plate, which comprises.
According to the manufacturing method according to <18>, it is possible to provide a method capable of easily manufacturing a depolarizing plate having an excellent degree of depolarization.
＜１９＞ 前記中性層を設ける工程に先立ち、前記透光基板表面にエッチングマスク層を設ける工程を更に含み、
前記転写する工程では、前記エッチングマスク層を更に前記除去する、前記＜１８＞に記載の偏光解消板の製造方法である。
<19> A step of providing an etching mask layer on the surface of the translucent substrate is further included prior to the step of providing the neutral layer.
The method for manufacturing a depolarizing plate according to <18>, wherein in the transfer step, the etching mask layer is further removed.
＜２０＞ 透光基板表面に、該透光基板と屈折率の異なる材料からなる薄膜を形成する工程と、
前記薄膜上に中性層を設ける工程と、
前記中性層表面にパターン形成層を設ける工程と、
前記パターン形成層を相分離して、前記透光基板表面に対して垂直配向ラメラ構造の、光の波長以下のピッチで配置され、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンを形成する工程と、
前記中性層及び前記パターン形成層を除去すると共に、前記透光基板の表層部及び前記薄膜のうち、少なくとも前記薄膜に、前記微細パターンを転写する工程と、
を含むことを特徴とする偏光解消板の製造方法である。
該＜２０＞に記載の製造方法によれば、偏光解消度に優れた偏光解消板を簡易に製造することのできる方法を提供することができる。
<20> A step of forming a thin film made of a material having a refractive index different from that of the translucent substrate on the surface of the translucent substrate.
The step of providing a neutral layer on the thin film and
The step of providing the pattern forming layer on the surface of the neutral layer and
The pattern forming layer is phase-separated to form a fine pattern having a vertically oriented lamellar structure with respect to the surface of the translucent substrate, arranged at a pitch equal to or less than the wavelength of light, and including a plurality of randomly arranged curves. And the process to do
A step of removing the neutral layer and the pattern forming layer and transferring the fine pattern to at least the thin film of the surface layer portion and the thin film of the translucent substrate.
It is a method for manufacturing a depolarizing plate, which comprises.
According to the manufacturing method according to <20>, it is possible to provide a method capable of easily manufacturing a depolarizing plate having an excellent degree of depolarization.
＜２１＞ 前記転写する工程において、前記薄膜のみに前記微細パターンを形成する、前記＜２０＞に記載の偏光解消板の製造方法である。 <21> The method for manufacturing a depolarizing plate according to <20>, wherein the fine pattern is formed only on the thin film in the transfer step.
＜２２＞ 前記転写する工程において、前記透光基板の表層部に、前記薄膜を貫通して前記透光基板の表層部及び前記薄膜に前記微細パターンを形成する、前記＜２０＞に記載の偏光解消板の製造方法である。 <22> The polarized light according to <20>, wherein in the transfer step, the thin film is penetrated through the surface layer portion of the translucent substrate to form the fine pattern on the surface layer portion of the translucent substrate and the thin film. This is a method for manufacturing a elimination plate.
＜２３＞ 前記中性層を設ける工程に先立ち、前記薄膜表面にエッチングマスク層を設ける工程を更に含み、
前記転写する工程では、前記エッチングマスク層を更に前記除去する、前記＜２０＞〜＜２２＞のいずれかに記載の偏光解消板の製造方法である。
<23> A step of providing an etching mask layer on the surface of the thin film is further included prior to the step of providing the neutral layer.
The method for manufacturing a depolarizing plate according to any one of <20> to <22>, wherein in the transfer step, the etching mask layer is further removed.
＜２４＞ 前記微細パターンがブロックコポリマーにより形成される、前記＜１８＞〜＜２３＞のいずれかに記載の偏光解消板の製造方法である。 <24> The method for producing a depolarizing plate according to any one of <18> to <23>, wherein the fine pattern is formed by a block copolymer.
本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、従来の偏光解消板よりも偏光解消度に優れた偏光解消板、それを用いた光学機器及び液晶表示装置、並びに偏光解消板の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, the conventional problems can be solved, the above object can be achieved, a depolarization plate having a higher degree of depolarization than the conventional depolarization plate, an optical device using the depolarization plate, and a liquid crystal display. An apparatus and a method for manufacturing a depolarizing plate can be provided.
以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。なお、図１及び図３〜図６では説明の便宜上、実際の各構成のサイズ並びに微細パターンのピッチ幅及び深さとは異なり、それらを誇張して示す。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. Note that, for convenience of explanation, FIGS. 1 and 3 to 6 are exaggerated, unlike the actual size of each configuration and the pitch width and depth of the fine pattern. In principle, the same components are given the same reference numbers, and the description thereof will be omitted.
（偏光解消板）
本発明に従う偏光解消板は、透光基板の表層部に微細パターンが設けられ、構造複屈折を呈する偏光解消板であり、さらに必要に応じて、その他の構成を含む。
(Polarizing plate)
The depolarizing plate according to the present invention is a depolarizing plate in which a fine pattern is provided on the surface layer portion of the translucent substrate and exhibits structural birefringence, and further includes other configurations, if necessary.
＜偏光解消板＞
図１（Ａ）に示すように、本発明の一実施形態に従う偏光解消板１００は、透光基板１０の表層部に微細パターン１０ａが設けられ、さらに、必要に応じて、その他の構成を含む。
ここで、前記微細パターン１０ａは、光の波長以下のピッチで配置され、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含み、構造複屈折を呈する。
<Polarizing plate>
As shown in FIG. 1A, the depolarizing
Here, the
＜＜透光基板＞＞
前記透光基板１０は、偏光解消する光を透過することのできる材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。係る透光基板の材料としては、石英、ガラス、水晶、サファイア、などが挙げられる。
<< Translucent substrate >>
The
＜＜微細パターン＞＞
ここで、図１（Ａ）は偏光解消板１００の微細パターン１０ａが設けられた側から見た上面図の模式図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図である。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、微細パターン１０ａは、透光基板１０の表層部に設けられ、光の波長以下のピッチＰで配置され、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含むことで、構造複屈折を呈することができる。なお、本明細書で言う曲線とは、線の一部に一次曲線（直線）が含まれていてもよく、線の全てが直線又は折れ線で構成されていないものを指す。また、図１（Ｂ）に示すとおり、微細パターン１０ａの凸状のランドの幅をＬ、隣接する凸間の空気層からなる凹部の溝の幅をＳとすると、Ｐ＝Ｌ＋Ｓである。ただし、ランダムな曲線であるため、すべてのピッチＰが一定になる訳ではない。なお、ｄは溝の深さである。
<< Fine pattern >>
Here, FIG. 1 (A) is a schematic view of a top view seen from the side where the
ここで、図１（Ａ）に示すように、前記微細パターン１０ａに含まれる前記複数の曲線のうち、任意の曲線がＵ字型の曲線部Ｕを含んでもよい。また、図１（Ａ）に示すように、前記複数の曲線のうち、任意の曲線が分岐していてもよい。このような分岐点を分岐Ｂとして図１（Ａ）に示す。さらに、前記微細パターン１０ａは、曲線以外に点状の部分Ｄを含んでいてもよい。前記微細パターン１０ａが透光基板１０の表層部の面内全域でランダムに設けられることにより、偏光解消板１００に入射する偏光した光の偏光を解消することができる。
Here, as shown in FIG. 1A, any of the plurality of curves included in the
前記微細パターン１０ａの一具体例を説明する。図２（Ａ）に示すＳＥＭ像は、ブロックコポリマーのパターンの上面写真であり、（Ｂ）はその断面写真である。製造方法の実施形態において詳細を後述するが、例えば透光基板１０上に設けたブロックコポリマーのパターンを透光基板１０の表層部にパターン転写することで、前記微細パターン１０ａを形成することができる。斯かる微細パターン１０ａであれば、面内全域で光学軸がランダムになるため、入射光の偏光を解消することができるのである。斯かる微細パターン１０ａの形成手段については、製造方法の実施形態に後述する。
A specific example of the
本発明による偏光解消板は、無機材料のみから構成されるため、従来の偏光解消板に比べ、耐熱、耐光性が求められるＬＣＤプロジェクター等の強い輝度の用途に供して好適である。また、基板面内でのリタデーションが連続的に変化するため、界面散乱等を防止することもできる。 Since the depolarization plate according to the present invention is composed of only an inorganic material, it is suitable for use in applications with high brightness such as LCD projectors, which are required to have heat resistance and light resistance as compared with conventional depolarization plates. Further, since the retardation in the substrate surface changes continuously, it is possible to prevent interfacial scattering and the like.
また、偏光解消板１００の構造複屈折によるリタデーションは、入射光の最大波長の１／４以上であることが好ましく、リタデーションが透光基板１０の面内で連続的に変化する領域を少なくとも含むように微細パターン１０ａを設けることが好ましく、面内で連続的に変化する領域が支配的となることがより好ましい。リタデーション量は、微細パターンの溝深さ、ピッチＰ及び透光基板材料を適宜選択することにより調整することができる。また、リタデーションの面内での連続変化は、後述の微細パターンを形成時における下地層（中性層）の選択、アニール条件、分子量、などを変化させることで調整することができる。
Further, the retardation due to the structural birefringence of the depolarizing
なお、本実施形態に従う偏光解消板のサイズ、微細パターン１０ａのピッチＰ、溝深さｄ等は、所望の入射光の偏光を解消できる限りは何ら制限されるものではなく、光学機器及び液晶表示装置、などへの適用にあたり適宜設計すべき事項である。なお、溝深さｄはリタデーション量を確保するために数１００ｎｍ程度とすることが一般的であるが、透光基板１０の材料を適宜選択して、所望の偏光解消度で偏光を解消できる限りは任意である。
The size of the depolarizing plate, the pitch P of the
＜＜薄膜＞＞
ここで、本発明に従う別の実施形態に従う偏光解消板２００は、図３（Ａ）に示すように、前記透光基板１０の表面に透光基板１０と異なる材料の薄膜２０'（薄膜由来部と称してもよい）を更に有していてもよい。すなわち、この実施形態に従う偏光解消板２００は、透光基板１０と、該透光基板表面に設けられた、前記透光基板と屈折率の異なる材料からなる薄膜２０'と、を有し、前記透光基板１０の表層部及び前記薄膜２０'のうち、少なくとも前記薄膜２０'に、光の波長以下のピッチで配置され、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンが設けられ、構造複屈折を呈するのである。なお、ここで言う微細パターンは、既述の偏光解消板１００と同様の形状を意味する。
<< Thin film >>
Here, as shown in FIG. 3A, the depolarizing
前記微細パターンは、前記薄膜２０’及び前記透光基板１０の表層部１０ａの両方に設けられてもよい（図３（Ａ））し、前記薄膜２０’のみに設けられても（図３（Ｂ））、いずれでもよい。いずれの偏光解消板２００、２１０も、既述の偏光解消板１００と同様に偏光を解消することができる。なお、前述の偏光解消板１００に比べて、本実施形態の方が薄膜２０'の厚みや材料などによって屈折率を調整し、リタデーション量を制御することができる点では好ましい。さらに、必要となるリタデーション量Ｒを実現するための膜厚を薄くすることもでき、好ましい。なお、図３（Ｂ）に示す偏光解消板２１０の薄膜２０'形状は、後述の転写する工程において、透光基板１０及び薄膜２０、並びにエッチング液等を適宜選択し、透光基板１０をいわゆるエッチングストップ層として機能させればよい。この場合、リタデーション量を正確に制御することができる点で好ましい。
The fine pattern may be provided on both the thin film 20'and the
リタデーション量Ｒに関し、Ｒ＞１７０ｎｍであれば、可視光のうち最も波長の長い赤色光の直線偏光の少なくとも一部を円偏光に変換することができる。屈折率１．４６程度のシリコン酸化物を薄膜材料として用いた場合の一例を用いて、薄膜２０'の厚みを具体的に説明する。この薄膜と、微細パターンの曲線間による溝に相当する空気層（屈折率１）との２種類の異種媒質の繰り返し構造を構造複屈折とした場合、複屈折量Δｎは０．０８程度となるため、その場合の必要な薄膜の厚さは２．０μｍ程度である。入射光の波長及び所望のリタデーション量Ｒに応じて、薄膜の材料及び厚さを適宜選択すればよい。 With respect to the retardation amount R, if R> 170 nm, at least a part of the linearly polarized light of red light having the longest wavelength of visible light can be converted into circularly polarized light. The thickness of the thin film 20'will be specifically described with reference to an example in which a silicon oxide having a refractive index of about 1.46 is used as the thin film material. When the repeating structure of two types of different media, that is, the thin film and the air layer (refractive index 1) corresponding to the groove between the curves of the fine pattern is structural birefringence, the birefringence amount Δn is about 0.08. Therefore, the required thin film thickness in that case is about 2.0 μm. The material and thickness of the thin film may be appropriately selected according to the wavelength of the incident light and the desired retardation amount R.
なお、前記薄膜２０’は、透光基板１０と屈折率が異なり、該透光基板１０よりも高屈折率の材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。斯かる薄膜は無機酸化物からなることが好ましく、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂのいずれかを含むことがより好ましく、例えば酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、などとすることができる。
The thin film 20'has a different refractive index from that of the
一方、別の好適実施形態として、偏光解消板３００が前記薄膜２０’を有し、この薄膜２０’は斜め蒸着法又は斜めスパッタ法により形成されることも好ましい。斜め蒸着法又は斜めスパッタ法により形成された薄膜は複屈折を呈し、高い複屈折を得るために高多孔質構造となる。また、この薄膜は低密度の柱状組織からなり、体積比にして２０〜３０％の空隙を有する。そのため、この薄膜は大気中の水分が吸着しやすく、透過率及び位相差などの光学特性が変動しやすくなる。斯かる薄膜の形成直後の空隙部は、空気（屈折率１．０）が主成分であるが、室温で大気中の水分（屈折率１．３）を取り込んで光学特性が変動する。また、１００℃以上の雰囲気に曝すと取り込んだ水分が蒸発して、再び空気が主成分となる。このように、温度によって斜め蒸着法または斜めスパッタ法により形成された薄膜中の水分量が変化すると、空隙部の屈折率が変化し、結果として複屈折も変化し、透過率及び位相差が変動する。そこで、図３（Ｃ）に示すように、斜め蒸着法又は斜めスパッタ法により形成された薄膜の上面及び側面は、緻密性の高い保護膜３０で覆うことが特に好ましい。保護膜３０を成膜することで、薄膜への大気中の水分の出入りを防止することができ、耐湿性を向上することができる。
On the other hand, as another preferred embodiment, it is also preferable that the depolarizing
かかる保護膜３０の材料としては、湿度透過性の低いＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＬａＯ及びＭｇＦ2、などの無機化合物を用いることができ、これらの中から選択された少なくとも１種を含むことが好ましく、これらのうちのいずれかであることが好ましい。なお、保護膜３０を成膜するには、これら無機化合物を高密度に形成することで低湿度透過性の保護膜を成膜することが可能な方法を採用すればよく、例えば、化学蒸着法（ＣＶＤ）を挙げることができる。ＣＶＤ法により保護膜を成膜する場合には、大気圧〜中真空（１００〜１０-1Ｐａ）とした容器内に複屈折層が形成された基板を設置し、保護膜の材料であるガス状の無機化合物をこの容器内に送り込み、熱、プラズマ、光等のエネルギーを与えてガス状の無機化合物と複屈折層とを化学反応させればよい。斯かるＣＶＤ法によれば、複屈折層上に無機化合物を高密度に形成して、低湿度透過性の保護膜を形成することができる。なお、保護膜の成膜方法は、上記ＣＶＤ法に替えて、例えばプラズマアシスト蒸着法、スパッタ法等、無機化合物を高密度に形成することが可能な任意の方法を用いてもよい。
As the material of the
なお、上記保護膜３０は、薄膜２０’が斜め蒸着法又は斜めスパッタ法により形成される場合に限らず、任意の方法により形成された場合にも適用して好適である。このような保護膜３０としては、トリエトキシカプリリルシラン（例えば大東化成工業株式会社（株）より市販のＯＴＳ）、フルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）、などの撥水膜が適用可能である。さらに、図３（Ｄ）の偏光解消板３１０に示すように、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などの透明材料からなる保護膜３０を蓋状に成膜して薄膜２０’を覆うこともできる。また、偏光解消板３００では薄膜２０’が保護膜３０によって覆われているが、これに替えて、前述の偏光解消板１００において、透光基板１０の表層部が保護膜３０によって（薄膜２０’等を介さずに）直接覆われることも好ましい。水分等の入り込みによる光学特性変化を防止することができるためである。
The
（光学機器）
本発明の光学機器は、少なくとも、本発明に従う偏光解消板を搭載し、さらに必要に応じて、その他の構成を有する。
(Optical equipment)
The optical instrument of the present invention is equipped with at least a depolarizing plate according to the present invention, and further has other configurations, if necessary.
（液晶表示装置）
本発明の液晶表示装置は、少なくとも、本発明に従う偏光解消板を搭載し、さらに必要に応じて、その他の構成を有する。
(Liquid crystal display device)
The liquid crystal display device of the present invention is equipped with at least a depolarizing plate according to the present invention, and further has other configurations, if necessary.
（偏光解消板の製造方法）
次に、本発明に従う偏光解消板の製造方法の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明に従う偏光解消板を製造するための方法の一実施形態に過ぎず、他の実施形態により本発明に従う偏光解消板が製造されてもよい。
(Manufacturing method of depolarizing plate)
Next, an embodiment of a method for manufacturing a depolarizing plate according to the present invention will be described. It should be noted that the embodiment described below is only one embodiment of the method for manufacturing a depolarizing plate according to the present invention, and the depolarizing plate according to the present invention may be manufactured by another embodiment.
図４を用いて、本発明に従う偏光解消板の製造方法の一実施形態を説明する。本実施形態は、中性層を設ける工程（図４（Ａ）〜（Ｂ））と、パターン形成層を設ける工程（図４（Ｂ）〜（Ｃ））と、微細パターンを形成する工程と（図４（Ｃ）〜（Ｄ））、転写する工程（図４（Ｄ）〜（Ｆ））とを含み、さらに、必要に応じて適宜選択した、その他の工程を含む。 An embodiment of a method for manufacturing a depolarizing plate according to the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment includes a step of providing a neutral layer (FIGS. 4 (A) to (B)), a step of providing a pattern forming layer (FIGS. 4 (B) to (C)), and a step of forming a fine pattern. (FIGS. 4 (C) to (D)), a step of transferring (FIGS. 4 (D) to (F)), and further includes other steps appropriately selected as necessary.
＜中性層を設ける工程＞
前記中性層を設ける工程（図４（Ｂ））は、透光基板１０上に中性層５０を設ける工程である。なお、既述の透光基板１０を予め用意しておく（図４（Ａ））。
<Process of providing a neutral layer>
The step of providing the neutral layer (FIG. 4B) is a step of providing the
＜＜中性層＞＞
前記中性層５０は、詳細を後述する微細パターンを形成する工程において、パターン形成層に垂直配向ラメラ構造を形成するための層となれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。中性層５０は、パターン形成層の材料にも依存するが、例えばポリスチレン（ＰＳ）と、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のランダム重合体であるＰＳ−ｒ−ＰＭＭＡとすることができる。例えば、０．５〜３．０質量％のトルエン溶液等の有機溶媒でＰＳ−ｒ−ＰＭＭＡを希釈し、透光基板１０表面にスピンキャストして塗布し、熱アニールを行うことで、中性層５０を形成することができる。有機溶媒はトルエンに何ら限定されるものではなく、他に例えばプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、シクロヘキサノン、などを用いてもよい。また、中性層５０を形成する際の各条件は特に限定されないが、スピンキャスト条件は３０００〜６０００ｒｐｍ程度、１５〜６０秒間程度とすることができ、熱アニール条件は１０ｋＰａ以下の真空条件、１５０〜２００℃の温度範囲、６〜１８時間程度の処理時間である。なお、形成された中性層５０は数ｎｍ程度の厚みとなる。また、透光基板１０との密着性を向上させるため、ＰＳ−ｒ−ＰＭＭＡにヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）もしくはグリシジルメタクリレート(ＧＭＡ)を数ｍｏｌ％添加したものを用いると、さらに好ましい。なお、透光基板と架橋反応しなかった残溶液については、熱アニール後にトルエン超音波洗浄等により除去すればよい。また、中性層としては、上記ＰＳ−ｒ−ＰＭＭＡの熱架橋性分子層の他にも、例えば自己組織化単分子膜、カーボンなどを用いることができる。
<< Neutral layer >>
The
＜パターン形成層を設ける工程＞
前記パターン形成層６０を設ける工程は、前記中性層５０を設ける工程の後、前記中性層５０表面にパターン形成層６０を設ける工程である。
<Step of providing a pattern forming layer>
The step of providing the
＜＜パターン形成層＞＞
パターン形成層６０は、例えば、ＰＳと、ＰＭＭＡとのブロックコポリマーであるＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡとすることができ、トルエン等の有機溶媒に希釈して、スピンキャスト等により前記中性層５０表面に塗布する。後述の垂直配向ラメラ構造を形成できる限りは、上記ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡに何ら限定されるものではなく、任意の材料を用いることができる。
<< Pattern formation layer >>
The
本工程におけるスピンキャスト条件は、先の工程と同様であり、同一条件としてもよいし、異なる条件としてもよい。有機溶媒の濃度、スピンキャスト条件等を調整することで、パターン形成層６０の膜厚を調整することができるが、パターン形成層６０の厚さをブロックコポリマーの分子量に応じて調整することが好ましい。例えば分子量１６０，０００程度のＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡは、周期長が約８０ｎｍであり、その周期長の半分程度である約４０ｎｍもしくは周期長の整数倍に相当する８０ｎｍ、１６０ｎｍとすることが好ましい。分子量に依存して、ブロックコポリマーの周期長は変化するなるため、適宜パターン形成層６０の厚さを調整すればよい。なお、パターン形成層６０にＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡを用いる場合、その分子量を５０，０００〜１，０００，０００程度とすることが好ましい。
The spin cast conditions in this step are the same as in the previous step, and may be the same conditions or different conditions. The film thickness of the
＜微細パターンを形成する工程＞
前記微細パターンを形成する工程は、前記パターン形成層６０を設ける工程の後、前記パターン形成層６０を相分離して、前記透光基板１０の表面に対して垂直配向ラメラ構造の、光の波長以下のピッチで配置され、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンを形成する工程である。
<Process of forming a fine pattern>
In the step of forming the fine pattern, after the step of providing the
＜＜相分離構造形成条件＞＞
相分離構造を形成する条件は、前記パターン形成層６０から、垂直配向ラメラ構造を形成できる限りは特に限定されず、任意であるが、例えば１０ｋＰａ以下程度の真空下で、２００〜４００℃、６〜１８時間程度の熱アニールを行なえばよい。熱アニールを行うことでパターン形成層６０は垂直配向ラメラ構造となり、パターン形成層６０を部分６０ａと部分６０ｂとに分離することができる。パターン形成層６０がＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡである場合、上記熱アニールを行うことで、ＰＭＭＡ（６０ａ）と、ＰＳ（６０ｂ）とに相分離される。実施例において後述するが、このときのパターン形成層６０が部分６０ａと部分６０ｂとに分離されたときの上面視したときの図は、例えば図７（Ａ）〜（Ｄ）に示されたようになり、光の波長以下のピッチで配置され、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンとなる。
<< Phase separation structure formation conditions >>
The conditions for forming the phase-separated structure are not particularly limited as long as the vertically oriented lamellar structure can be formed from the
＜転写する工程＞
前記転写する工程は、前記微細パターンを形成する工程の後、前記中性層５０及び前記パターン形成層６０を除去すると共に、前記透光基板１０の表層部に前記微細パターンを転写する工程である。
<Transfer process>
The transfer step is a step of removing the
＜＜部分６０ａの除去＞＞
まず、相分離した後のパターン形成層６０の部分６０ａをエッチング等により除去する（図４（Ｅ））。部分６０ａがＰＭＭＡである場合には、例えばＯ2エッチングによるＰＭＭＡの選択的除去を行えばよい。Ｏ2エッチングにあたっては、パターン形成層６０の厚さによっても異なるが、反応性プラズマエッチング装置に基板を投入し、Ｏ2流量５０〜２００ｓｃｃｍ程度、ガス圧１〜１０Ｐａ程度、エッチング時間を適時調整してエッチングを行えばよい。
<< Removal of
First, the
＜＜透光基板への転写＞＞
最後に、パターン形成層６０への選択的エッチングにより残った部分６０ｂの微細パターンを透光基板１０に転写すれば、微細パターン１０ａが透光基板１０の表層部に形成され、その結果偏光解消板１００を得ることができる（図４（Ｆ））。なお、転写にあたっては、ＣＦ4／Ａｒエッチング等により行うことができ、ＣＦ4流量１０〜１００ｓｃｃｍ程度、Ａｒ流量２〜２５ｓｃｃｍ程度、ガス圧０．５〜５Ｐａ程度、エッチング時間を適時調整してエッチングを行えばよい。
<< Transfer to a translucent substrate >>
Finally, when the fine pattern of the
なお、前述のとおり、偏光解消板のリタデーション量は、微細パターン１０ａにおける凸部のランド幅Ｌと、凹部の空隙幅Ｓとの比であるＤｕｔｙ比によって定まる。このＤｕｔｙ比を調整することで、偏光解消板のリタデーション量を調整することができ、リタデーション量を最大にするためには、Ｄｕｔｙ比を１：１とすることが最も好ましい。また、Ｄｕｔｙ比は、透光基板への転写の際のエッチング時間によって調整することができる（後述の参考実験例１を参照）。
As described above, the amount of retardation of the depolarizing plate is determined by the duty ratio, which is the ratio of the land width L of the convex portion to the void width S of the concave portion in the
以上の工程を経て製造された偏光解消板１００は、従来の偏光解消板に比べて優れた偏光解消度を有することができる。また、露光用マスクを用いずにパターン形成することができるため、作製可能な大きさに自由度がある。また、パターン形状、透光基板及びその上に堆積する薄膜等の無機材料により光学特性を調整できるため、その調整幅も大きい。
The
＜エッチングマスク層を設ける工程＞
本実施形態は、エッチングマスク層を設ける工程を更に含むことも好ましい。本工程は、前記中性層５０を設ける工程に先立ち、前記透光基板１０表面にエッチングマスク層を設ける工程である（図５（Ａ）〜（Ｂ））。なお、図４及び図５に関して、図４（Ａ）が図５（Ａ）に相当し、図４（Ｂ）が図５（Ｃ）に相当し、図４（Ｃ）が図５（Ｄ）に相当し、図４（Ｄ）が図５（Ｅ）に相当し、図４（Ｅ）が図５（Ｆ）に相当し、図４（Ｆ）が図５（Ｈ）に相当するため、重複する説明については省略する。
<Process of providing etching mask layer>
It is also preferable that the present embodiment further includes a step of providing an etching mask layer. This step is a step of providing an etching mask layer on the surface of the
＜＜エッチングマスク層＞＞
エッチングマスク層４０を設けることで、パターン形成層６０の部分６０ｂによって形成される前記微細パターンを透光基板１０に転写する際に、部分６０ｂが転写されたエッチングマスク層４０と、透光基板１０とのエッチング選択比を高めることができる。そのため、転写後の微細パターン１０ａの溝深さｄをより大きくすることができ、偏光解消板のリタデーション量をより大きくすることができる。このようなエッチングマスク層としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、シリコン（Ｓｉ）、ニッケル（Ｎｉ）などを用いることができる。なお、エッチングマスク層の種類、厚みによって、パターン形成層６０により形成される微細パターンも変化し、それに伴いＤｕｔｙ比も変化するため、種別及び厚さを適宜選択することが好ましい。なお、エッチングマスク層４０はスパッタリング法など、常法に従い形成することができる。
<< Etching mask layer >>
By providing the
エッチングマスク層４０を設ける場合には、パターン形成層６０の部分６０ｂによる微細パターンを一旦エッチングマスク層に転写し（図５（Ｆ）〜（Ｇ））、次いでエッチングマスク層４０に形成された微細パターンを透光基板１０の表層部に転写する。エッチングマスク層４０がＡｌである場合には、Ｃｌ2／ＢＣｌ3エッチング等を行えばよく、エッチングマスク層の材料に応じて適宜ガス種類を選択すればよい。
When the
また、既述の偏光解消板２００を作成する実施形態として、前記薄膜２０を透光基板１０表面に設ける工程を更に含むことも好ましい（図６）。すなわち、透光基板１０表面に、該透光基板１０と屈折率の異なる材料からなる薄膜２０を形成する工程と、前記薄膜２０上に中性層５０を設ける工程と、前記中性層５０表面にパターン形成層６０を設ける工程と、前記パターン形成層６０を相分離して、前記透光基板１０表面に対して垂直配向ラメラ構造の、光の波長以下のピッチで配置され、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンを形成する工程と、前記中性層５０及び前記パターン形成層６０を除去すると共に、前記透光基板１０の表層部及び前記薄膜２０のうち、少なくとも前記薄膜２０に、前記微細パターンを転写する工程（転写後に、薄膜２０は薄膜２０’となる）と、を含む偏光解消板２００の製造方法である。なお、図４及び図６に関して、図４（Ａ）が図６（Ａ）に相当し、図４（Ｂ）が図６（Ｃ）に相当し、図４（Ｃ）が図６（Ｄ）に相当し、図４（Ｄ）が図６（Ｅ）に相当し、図４（Ｅ）が図６（Ｆ）に相当し、図４（Ｆ）が図６（Ｈ）に相当するため、重複する説明については省略する。
Further, as an embodiment for producing the above-mentioned
この場合、前記透光基板１０の表層部に、前記薄膜２０を貫通して前記透光基板の表層部１０ａ及び前記薄膜２０'に前記微細パターンを形成してもよいし、前記薄膜２０のみに前記微細パターンを形成してもよい。後者の場合、前記転写する工程において、透光基板１０及び薄膜２０、並びにエッチング液等を適宜選択し、透光基板１０をいわゆるエッチングストップ層として機能させれば、前述の偏光解消板２１０を得ることもできる（図６（Ｉ））。また、図４、５を用いて既述の実施形態と同様、薄膜を設ける工程を行ってもよい。前述のとおり、屈折率の異なる材料を透光基板１０表面に形成することで、リタデーション量を調整することができる。
In this case, the fine pattern may be formed on the
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Is.
以下のとおり、本発明に従う偏光解消板として実施例１、２を作製し、微細パターンの形状を確認するため参考例１、２も作製した。
（実施例１）
石英基板を用意し、以下のポリマーを１．０質量％のトルエン溶液で希釈し、以下の条件でスピンキャスト塗布した後、熱アニールを行い、未反応溶液は１０分間のトルエン超音波洗浄により除去して中性層を形成した。
ポリマー
Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ社より市販のＰ６４１３Ｆ２−ＳＭＭＡＨＥＭＡranを用いた。ポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）とヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）からなるランダム重合体である。
数平均分子量（Ｍｎ）が３５６００、分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．２８、組成比がＰＳ:５７％、ＨＥＭＡ:２％(mol%)である。
スピンキャスト条件
回転数：４０００ｒｐｍ
回転時間：３０秒間
熱アニール条件
真空度：０．８ｋＰａ
温度：１７０℃
アニール時間：１２時間
As described below, Examples 1 and 2 were produced as depolarizing plates according to the present invention, and Reference Examples 1 and 2 were also produced to confirm the shape of the fine pattern.
(Example 1)
A quartz substrate is prepared, the following polymer is diluted with 1.0% by mass of toluene solution, spin-casted under the following conditions, then heat-annealed, and the unreacted solution is removed by toluene ultrasonic cleaning for 10 minutes. To form a neutral layer.
Polymer P6413F2-SMMAHEMAran, which is commercially available from Polymer Source, was used. It is a random polymer composed of polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA) and hydroxyethylmethacrylate (HEMA).
The number average molecular weight (Mn) is 35600, the dispersity (Mw / Mn) is 1.28, the composition ratio is PS: 57%, and HEMA: 2% (mol%).
Spin cast conditions Rotation speed: 4000 rpm
Rotation time: 30 seconds Thermal annealing conditions Vacuum degree: 0.8 kPa
Temperature: 170 ℃
Annealing time: 12 hours
次いで、以下のポリマーを０．９１質量％のトルエン溶液に希釈して、以下の条件で中性層表面にスピンキャスト塗布した。
ポリマー
Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ社より市販のＰ５５３９Ｆ２−ＳＭＭＡを用いた。ポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなるブロック重合体である。
数平均分子量（Ｍｎ）が１６００００（ＰＳ：８００００-ＰＭＭＡ：８００００）、分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．０９である。
スピンキャスト条件
回転数：４０００ｒｐｍ
回転時間：３０秒間
Next, the following polymer was diluted with a 0.91% by mass toluene solution and spin-cast coated on the surface of the neutral layer under the following conditions.
Polymer P5539F2-SMMA commercially available from Polymer Source was used. It is a block polymer composed of polystyrene (PS) and polymethylmethacrylate (PMMA).
The number average molecular weight (Mn) is 160000 (PS: 80000-PMMA: 80000), and the dispersity (Mw / Mn) is 1.09.
Spin cast conditions Rotation speed: 4000 rpm
Rotation time: 30 seconds
次に、以下の条件で熱アニールを行い、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡを垂直配向ラメラ構造に相分離した。
熱アニール条件
真空度：０．８ｋＰａ
温度：２４０℃
アニール時間：１２時間
相分離後のＰＳによる微細パターンをＡＦＭにより観察したところ、図７（Ａ）に示すとおりであった。
Next, thermal annealing was performed under the following conditions to phase-separate PS-b-PMMA into a vertically oriented lamellar structure.
Thermal annealing conditions Vacuum degree: 0.8 kPa
Temperature: 240 ° C
Annealing time: 12 hours When the fine pattern by PS after phase separation was observed by AFM, it was as shown in FIG. 7 (A).
その後、プラズマエッチング装置に基板を投入し、Ｏ2エッチングによりＰＭＭＡを選択的除去した。エッチング条件は以下のとおりである。
Ｏ2エッチング条件
放電パワー：１５０Ｗ
バイアスパワー：０Ｗ
Ｏ2流量：１００ｓｃｃｍ
ガス圧：２Ｐａ
エッチング時間：１００秒間
Then, the substrate was put into a plasma etching apparatus, and PMMA was selectively removed by O 2 etching. The etching conditions are as follows.
O 2 etching conditions Discharge power: 150W
Bias power: 0W
O 2 flow rate: 100 sccm
Gas pressure: 2Pa
Etching time: 100 seconds
最後に、ＣＦ4／ＡｒエッチングによりＰＳを除去するとともに、石英基板にＰＭＭＡの微細パターンを転写し、実施例１に係る偏光解消板を作製した。エッチング条件は以下のとおりである。
エッチング条件
放電パワー：２００Ｗ
バイアスパワー：６０Ｗ
ＣＦ4流量：２０ｓｃｃｍ
Ａｒ流量：５ｓｃｃｍ
ガス圧：２．０Ｐａ
エッチング時間：１００秒間
Finally, PS was removed by CF 4 / Ar etching, and a fine pattern of PMMA was transferred to a quartz substrate to prepare a depolarizing plate according to Example 1. The etching conditions are as follows.
Etching conditions Discharge power: 200W
Bias power: 60W
CF 4 flow rate: 20 sccm
Ar flow rate: 5 sccm
Gas pressure: 2.0 Pa
Etching time: 100 seconds
（実施例２）
実施例１において、中性層を形成するに先立ち、厚さ６０ｎｍのＡｌからなるエッチングマスク層を形成した。エッチングマスク層の形成にあたっては、スパッタリング法により形成した。相分離後のＰＳによる微細パターンをＡＦＭにより観察したところ、図７（Ｂ）に示すとおりであった。
また、ＰＭＭＡエッチングの後、石英基板に微細パターンを転写する前に、Ｃｌ2／ＢＣｌ3エッチングを行った。
このときのエッチング条件は以下のとおりである。
エッチング条件
放電パワー：３００Ｗ
バイアスパワー：６０Ｗ
Ｃｌ2流量：１０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ3流量：５ｓｃｃｍ
ガス圧：０．４Ｐａ
エッチング時間：１６秒間
その他の条件は、実施例１と同様にして、実施例２に係る偏光解消板を作製した。
(Example 2)
In Example 1, an etching mask layer made of Al having a thickness of 60 nm was formed prior to forming the neutral layer. The etching mask layer was formed by a sputtering method. When the fine pattern by PS after the phase separation was observed by AFM, it was as shown in FIG. 7 (B).
Further, after PMMA etching, Cl 2 / BCl 3 etching was performed before transferring the fine pattern to the quartz substrate.
The etching conditions at this time are as follows.
Etching conditions Discharge power: 300W
Bias power: 60W
Cl 2 flow rate: 10 sccm
BCl 3 flow rate: 5 sccm
Gas pressure: 0.4 Pa
Etching time: 16 seconds The depolarizing plate according to Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 under other conditions.
（参考例１）
実施例１において、中性層を形成するに先立ち、厚さ３５ｎｍのＴｉからなるエッチングマスク層を形成した。エッチングマスク層の形成にあたっては、スパッタリング法により形成した。その他の条件は、実施例１と同様にして相分離まで行い、相分離後のＰＳによる微細パターンをＡＦＭにより観察したところ、図７（Ｃ）に示すとおりであった。
(Reference example 1)
In Example 1, an etching mask layer made of Ti having a thickness of 35 nm was formed prior to forming the neutral layer. The etching mask layer was formed by a sputtering method. Other conditions were as shown in FIG. 7 (C) when the phase separation was performed in the same manner as in Example 1 and the fine pattern by PS after the phase separation was observed by AFM.
（参考例２）
実施例１において、中性層を形成するに先立ち、厚さ５０ｎｍのＣｒからなるエッチングマスク層を形成した。エッチングマスク層の形成にあたっては、スパッタリング法により形成した。その他の条件は、実施例１と同様にして相分離まで行い、相分離後のＰＳによる微細パターンをＡＦＭにより観察したところ、図７（Ｄ）に示すとおりであった。
(Reference example 2)
In Example 1, an etching mask layer made of Cr having a thickness of 50 nm was formed prior to forming the neutral layer. The etching mask layer was formed by a sputtering method. Other conditions were as shown in FIG. 7 (D) when the phase separation was performed in the same manner as in Example 1 and the fine pattern by PS after the phase separation was observed by AFM.
代表例として、実施例２の石英基板の表層部に微細パターンを転写する途中状態の断面図のＳＥＭ像を図８に示す。図８に示すとおり、この状態ではエッチングマスク層であるＡｌが４０ｎｍ残っている。このときの石英基板表層部の微細パターンの溝部の深さｄは平均１５０ｎｍであり、ピッチＰは７８ｎｍであり、凸部間の空隙幅Ｓと、石英基板による凸部の幅Ｌとの比（Ｄｕｔｙ比）は１：１であった。なお、この状態でからＡｌを除去すると、リタデーション量Ｒは１６ｎｍとなる。 As a typical example, FIG. 8 shows an SEM image of a cross-sectional view of a state in which a fine pattern is transferred to the surface layer portion of the quartz substrate of Example 2. As shown in FIG. 8, in this state, 40 nm of Al, which is an etching mask layer, remains. At this time, the depth d of the groove portion of the fine pattern on the surface layer of the quartz substrate is 150 nm on average, the pitch P is 78 nm, and the ratio of the void width S between the convex portions to the width L of the convex portion due to the quartz substrate ( Duty ratio) was 1: 1. If Al is removed from this state, the retardation amount R becomes 16 nm.
図７，８からも明らかなように、実施例１、２の偏光解消板は面内全域にわたり、微細パターンがランダムに形成されているため、従来よりも偏光解消板ではステップ的なリタデーションの変化であったものを、より連続的に滑らかにすることができる。参考例１、２についても、実施例１、２と同様に、ランダムな微細パターンを形成可能なことが確認できた。 As is clear from FIGS. 7 and 8, since the depolarizing plates of Examples 1 and 2 have fine patterns randomly formed over the entire in-plane area, the depolarizing plate has a stepwise change in retardation than before. What was was can be smoothed more continuously. It was confirmed that in Reference Examples 1 and 2, it is possible to form a random fine pattern as in Examples 1 and 2.
なお、実施例１、２及び参考例１、２において、中性層形成前の表面粗さＲａは順に０．３０２ｎｍ、０．８５２ｎｍ、１．３６８ｎｍ、０．４７５ｎｍであった。図７（Ａ）〜（Ｄ）と対比すると、相分離構造への影響は、表面粗度よりも材料物性に依存するものと考えられる。すなわち、融点が高く、熱膨張係数が低い（基板に近い）材料をエッチングマスク材料に用いることによって、熱アニールによる膜の変質や応力変化といった影響を小さくすることができ、理想的な相分離構造が得られると考えられる。 In Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 and 2, the surface roughness Ra before the formation of the neutral layer was 0.302 nm, 0.852 nm, 1.368 nm, and 0.475 nm, respectively. Compared with FIGS. 7A to 7D, it is considered that the influence on the phase-separated structure depends on the material properties rather than the surface roughness. That is, by using a material having a high melting point and a low coefficient of thermal expansion (close to the substrate) as the etching mask material, it is possible to reduce the influence of film deterioration and stress change due to thermal annealing, and an ideal phase separation structure. Is considered to be obtained.
（参考実験例１）
実施例１において、石英基板表層部への微細パターンの転写時におけるエッチング時間を１００秒間、２００秒間、３００秒間とし、それぞれ参考実験例１−１〜１−３とした。参考実験例１−１〜１−３の微細パターンのＳＥＭ像を図９（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示す。
図９（Ａ）〜（Ｃ）から明らかなように、エッチング時間を制御することで、Ｄｕｔｙ比を、ひいてはリタデーション量Ｒを調整できることが確認された。
なお、参考実験例１−１〜１−３のＤｕｔｙ比、ピッチＰ、リタデーション量Ｒの測定結果を下記の表１に示す。
(Reference experiment example 1)
In Example 1, the etching time at the time of transferring the fine pattern to the surface layer of the quartz substrate was 100 seconds, 200 seconds, and 300 seconds, which were set as Reference Experimental Examples 1-1 to 1-3, respectively. The SEM images of the fine patterns of Reference Experimental Examples 1-1 to 1-3 are shown in FIGS. 9 (A) to 9 (C), respectively.
As is clear from FIGS. 9A to 9C, it was confirmed that the duty ratio and thus the retardation amount R can be adjusted by controlling the etching time.
The measurement results of the duty ratio, pitch P, and retardation amount R of Reference Experimental Examples 1-1 to 1-3 are shown in Table 1 below.
（参考実験例２）
実施例１において、分子量６６，０００、１５２，０００のＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡを用い、その他の条件を同一にして、それぞれ参考実験例２−１、２−２とした。参考実験例２−１、２−２における相分離後の断面図のＳＥＭ像を図１０（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ示す。参考実験例２−１、２−２の平均周期長はそれぞれ４８ｎｍ、８０ｎｍであり、Sang Ouk Kim,NANOLETTERS 2009,Vol.9,No.6,2300-2305及びDu Yeol Ryu,ACSNANO 2010, Vol.4,No.9,5181-5186に記載の周期長と同様の傾向が見られることが確認された。
(Reference experiment example 2)
In Example 1, PS-b-PMMA having a molecular weight of 66,000 and 152,000 was used, and other conditions were made the same, and Reference Experimental Examples 2-1 and 2-2 were used, respectively. The SEM images of the cross-sectional views after phase separation in Reference Experimental Examples 2-1 and 2-2 are shown in FIGS. 10 (A) and 10 (B), respectively. The average period lengths of Reference Experimental Examples 2-1 and 2-2 are 48 nm and 80 nm, respectively, and Sang Ouk Kim, NANOLETTERS 2009, Vol.9, No.6, 2300-2305 and Du Yeol Ryu, ACSNANO 2010, Vol. It was confirmed that the same tendency as the cycle length described in 4, No. 9, 5181-5186 was observed.
本発明によれば、偏光解消度に優れた偏光解消板、それを用いた光学機器及び液晶表示装置、並びに偏光解消板の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a depolarization plate having an excellent degree of depolarization, an optical device and a liquid crystal display device using the depolarization plate, and a method for manufacturing the depolarization plate.
１０・・・透光基板
１０ａ・・・微細パターン
２０・・・薄膜
２０’・・・薄膜（微細パターン形成後）
３０・・・保護膜
４０・・・エッチングマスク層
５０・・・中性層
６０・・・パターン形成層
６０ａ，６０ｂ・・・パターン形成層の相分離後の部分
１００，２００，３００・・・偏光解消板
10 ...
30 ...
Claims (19)
該透光基板表面に設けられた、前記透光基板と屈折率の異なる材料からなる薄膜と、を有し、
前記透光基板の表層部及び前記薄膜のうち、少なくとも前記薄膜が、光の波長以下のピッチで、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンを有して配置され、前記微細パターンは基板の表面全体に設けられ、構造複屈折を呈することを特徴とする偏光解消板。 Translucent board and
It has a thin film provided on the surface of the translucent substrate and made of a material having a different refractive index from the translucent substrate.
Of the surface layer portion of the translucent substrate and the thin film, at least the thin film is arranged at a pitch equal to or less than the wavelength of light and has a fine pattern including a plurality of randomly arranged curves, and the fine pattern is provided. Is a depolarization plate provided on the entire surface of a substrate and exhibiting structural birefringence.
該透光基板表面に設けられた、前記透光基板と屈折率の異なる材料からなる薄膜と、を有し、
前記透光基板の表層部及び前記薄膜のうち、少なくとも前記薄膜が、光の波長以下のピッチで、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンを有して配置され、前記微細パターンは基板の表面全体に設けられ、構造複屈折を呈することを特徴とする偏光解消板であって、前記微細パターンが前記薄膜のみに設けられる、偏光解消板。 Translucent board and
It has a thin film provided on the surface of the translucent substrate and made of a material having a different refractive index from the translucent substrate.
Of the surface layer portion of the translucent substrate and the thin film, at least the thin film is arranged at a pitch equal to or lower than the wavelength of light and having a fine pattern including a plurality of randomly arranged curves, and the fine pattern is provided. Is a depolarization plate provided on the entire surface of the substrate and exhibiting structural birefringence, wherein the fine pattern is provided only on the thin film.
該透光基板表面に設けられた、前記透光基板と屈折率の異なる材料からなる薄膜と、を有し、
前記透光基板の表層部及び前記薄膜のうち、少なくとも前記薄膜が、光の波長以下のピッチで、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンを有して配置され、前記微細パターンは基板の表面全体に設けられ、構造複屈折を呈することを特徴とする偏光解消板であって、前記微細パターンが前記薄膜及び前記透光基板の表層部に設けられる、偏光解消板。 Translucent board and
It has a thin film provided on the surface of the translucent substrate and made of a material having a different refractive index from the translucent substrate.
Of the surface layer portion of the translucent substrate and the thin film, at least the thin film is arranged at a pitch equal to or lower than the wavelength of light and having a fine pattern including a plurality of randomly arranged curves, and the fine pattern is provided. Is a depolarization plate provided on the entire surface of the substrate and exhibiting structural birefringence, wherein the fine pattern is provided on the thin film and the surface layer portion of the translucent substrate.
微細パターンがブロックコポリマーのパターン転写により形成されることを含む偏光解消板の製造方法。 The method for manufacturing a depolarizing plate according to any one of claims 1 to 11.
A method for producing a depolarizing plate, which comprises forming a fine pattern by pattern transfer of a block copolymer.
前記薄膜上に下地層を設ける工程と、
前記下地層表面にパターン形成層を設ける工程と、
前記パターン形成層を相分離して、前記透光基板表面に対して垂直配向ラメラ構造の、光の波長以下のピッチで配置され、且つ、ランダムに配置された複数の曲線を含む微細パターンを形成する工程と、
前記下地層及び前記パターン形成層を除去すると共に、前記透光基板の表層部及び前記薄膜のうち、少なくとも前記薄膜が微細パターンを有するように、前記微細パターンを転写する工程と、
を含むことを特徴とする偏光解消板の製造方法。 A process of forming a thin film made of a material having a refractive index different from that of the translucent substrate on the surface of the translucent substrate.
The process of providing the base layer on the thin film and
The step of providing the pattern forming layer on the surface of the base layer and
The pattern forming layer is phase-separated to form a fine pattern having a vertically oriented lamellar structure with respect to the surface of the translucent substrate, arranged at a pitch equal to or less than the wavelength of light, and including a plurality of randomly arranged curves. And the process to do
A step of removing the base layer and the pattern forming layer, and transferring the fine pattern so that at least the thin film of the surface layer portion and the thin film of the translucent substrate has a fine pattern.
A method for manufacturing a depolarizing plate, which comprises.
前記転写する工程では、前記エッチングマスク層を更に除去する、請求項１５〜１７のいずれかに記載の偏光解消板の製造方法。 Prior to the step of providing the base layer, a step of providing an etching mask layer on the thin film surface is further included.
The method for manufacturing a depolarizing plate according to any one of claims 15 to 17, further removing the etching mask layer in the transfer step.
The method for producing a depolarizing plate according to any one of claims 15 to 18, wherein the fine pattern is formed by a block copolymer.
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