米乐m6官方网站[会长：中钵良二]（以下简称“AIST”）集成微系统研究中心[研究中心主任 Sohei Matsumoto] 研究员 Ryohei Hokari，光学微纳系统研究团队，制造技术研究部[研究部部长市川直树]表面功能设计研究组首席研究员栗原一马与久江化学工业株式会社[代表董事筑地英二]、东海精密工业株式会社[代表董事伊藤博]、伊藤光学工业株式会社[代表董事伊藤博]合作。二色性染料偏光片比传统产品更高的耐用性、更高的透明度和更低的反射率线栅偏振器8720_8771线栅偏光片
这一次，金属墨水形成线栅偏光元件结构，通过适当烧成，世界首创偏振度实现了具有99％以上的低反射率和5％以下的反射率的线栅偏振片。传统的线栅偏振片具有高偏振、高透过率、薄型等特点，但由于采用致密沉积的金属薄膜，因此具有高反射率，其用途仅限于液晶投影仪等。利用开发的技术，我们能够利用传统线栅偏振器的特性，同时降低反射率。它还具有耐热性、防潮性、耐光性和耐刮擦性，因此有望用于眼镜和汽车工业等过去难以应用的行业。
这项技术的详细信息将于 2019 年 7 月 4 日至 5 日在东京工业大学大仓前馆（东京目黑区）举行的日本应用物理学会下一代光刻研讨会 (NGL2019) 上公布。
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| 开发出低反射率、高耐久性的线栅偏光片 |
偏光元件不仅用于液晶显示器，还用于液晶投影仪等光学设备、平视显示器等车载设备以及液晶曝光设备等制造设备。偏光太阳镜等广泛领域中必不可少。车载设备和液晶投影仪预计会在高温、高湿环境或经常暴露在高亮度光线的环境下使用，因此构成产品的偏光元件也要求具有高耐久性（耐热性、防潮性和耐光性）。另一方面，在液晶投影仪和显示器等光学系统中，杂散光仍然是一个问题，并且需要具有低反射率的偏振元件。然而，迄今为止，还没有兼具高耐久性和低反射率的薄型偏光元件，如果能够实现这样的偏光元件，则可以将其应用到过去难以应用的领域，预计偏光元件将进入一个新阶段。
AIST一直致力于开发利用表面微结构的高清印刷技术，旨在实现传统加工技术难以实现的纳米级高深宽比结构，并由此创造新功能。2016 年 9 月 12 日 AIST 新闻稿）。其结果是，我们展示了世界上最小线宽为 80 nm 的印刷图案的形成。此外，通过利用形成精细和厚的墨水图案的能力，我们已经验证了不仅适用于电子设备而且适用于光学设备的可能性。
线栅偏光元件兼具高偏光度和高透过率，但其高反射率使其难以应用于偏光太阳镜。此次，产业技术总院与良江化学工业株式会社、东海精密工业株式会社、伊藤光学工业株式会社合作，开发了可利用印刷技术轻松制造的低反射率、高耐久性的可见光用线栅偏光片以及使用该偏光太阳镜的偏光太阳镜。
这项研究和开发得到了 A-STEP 功能验证阶段的部分支持，这是日本科学技术振兴机构优化部署研究成果的支持计划。
这次，我们决定通过使用高度耐用的金属来降低线栅偏振元件的反射率，从而制造出具有低反射率和高耐用性的可见光偏振片。用于可见光的线栅偏振器需要线结构的宽度比可见光的波长（400nm至800nm）足够窄。可以通过使线结构更薄和更厚来改善偏振性能，并且需要线宽比迄今为止已经证明的80nm更窄的线结构。新纳米压印通过巧妙地将技术、润湿控制技术和印刷技术相结合，我们开发了厚膜纳米印刷技术，可以形成线宽为50纳米以下、长宽比为10以上的金属油墨图案，并实现了世界上第一个使用金属油墨的可见光线栅偏光片。图1显示了所开发的线栅偏光片的制造方法。首先，它具有条纹凸结构模具纳米压印技术在树脂片上形成凹槽。接下来，使用刀片仅向槽部填充金属墨水。最后在烘箱中烘烤，制成线栅偏光片。我们已经建立了形成75毫米见方的偏光片的技术，但通过使用更大面积的模具，可以将其做得更大。
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| 图1低反射率、高耐久性的线栅偏光片的制造方法 |
传统的线栅偏振元件采用真空沉积技术致密沉积的金属薄膜形成线栅结构，平行于线方向偏振的入射光以高反射率反射，就好像在镜面上反射一样。另一方面，所开发的偏光片具有由银纳米粒子墨水的低温烧成体制成的线栅结构，表现出其偏光功能，但为了降低反射率，线的正面和背面被纹理化和锥形化（图2（上排）示意图，（下排）电子显微镜图像（SEM）照片）。表面侧的凹凸形状是通过控制烧成条件而形成的。背面的凹凸也可以通过以同样的方式控制烧成条件来形成，但从模具的截面电子显微镜图像（图2的底部）可以看出，模具的尖端呈锥形，并且增加了凹凸，这反映在树脂片材中的凹槽的形状上。这次，通过巧妙地控制凹凸形状，我们实现了低于 5% 的反射率。
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| 图2 线栅偏光片及开发用模具的结构 |
表1显示了所开发的低反射率线栅偏振片与传统二色性染料偏振片和线栅偏振片的性能比较。这里，透射率和反射率分别为光透过率和发光反射率所开发的偏光片的性能可以通过改变线栅结构和烧成条件来调节。以两种开发产品（A 和 B）为例。根据可靠性和耐久性测试标准，假设恶劣的车内环境和暴露于高强度光的环境下进行耐久性测试。所开发的产品由于在烧制过程中形成的烧制金属体而具有偏光元件功能，并且由于烧制金属体嵌入片材表面的深槽中，因此耐高温、高湿和光，并且在测试前后光学性能仅存在轻微变化，表明其具有高度耐用性。另一方面，二色性染料偏光片由于使用染料，因此耐热性低，在严酷的条件下观察到变色。另外，在传统的线栅偏光片中，尽管金属层本身具有耐热性和耐光性，但由于金属层和基材是层压的，因此在恶劣条件下观察到卷曲和变暗。所开发产品的光学性能在偏光度和透过率方面均逊于传统的线栅偏光片，但反射率已降至1/10以下。而且，与二色性染料偏光片相比，光学性能已经获得了可比的值，并且在耐久性方面具有优势。未来光学特性的目标是偏光度为999%以上、透过率为40%以上、反射率为5%以下，但我们相信，即使以目前的特性，由于其高耐久性和耐刮擦性，可能会有满足产品规格的应用。此外，我们已经找到了改善光学性能和控制反射率的指南，并准备继续针对应用进行定制的研究和开发。
| 表1 开发产品与传统产品性能对比 |
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传统二色性染料偏光片单轴拉伸控制二色性染料的取向以充当偏振元件，但很难在元件的平面内创建偏振度的分布。开发的技术是单晶圆工艺可用于小批量、多品种生产，面内偏振分布可通过模具设计自由控制，除模具制作工艺外采用相同工艺即可轻松实现。图3显示了渐变偏光片的原型。传统的渐变膜仅限于透射率的渐变，但通过该技术，还可以控制偏振度的渐变，因此有望应用于兼具可视性和显示功能的平视显示器、通过先进的偏振控制防止周围窥探等安全措施、3D电视眼镜等娱乐设施以及设计和功能的扩展。
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| 图3 原型渐变偏光片（面内偏光分布可自由控制） |
这次我们通过应用印刷技术实现了线栅偏光片的低反射率，但未来我们将继续研发以实现高偏光度和透过率。为了将开发的技术应用于多个工业领域，我们将促进与企业的合作，例如提供样品和联合研究，并专注于技术的进步。