- 世界上唯一无需粘合即可以组件形式制造偏光元件的技术
- 偏光片在85℃的温度和85%的湿度下表现出超过2000小时的高耐久性
- 现在可以控制元件平面内的偏振度和偏振轴，我们期待光学传感和成像技术的发展
采用独特的纳米结构和不需要粘合过程的偏光组件的偏光片
米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）制造技术研究部首席研究员 Ryohei Hokari 和研究主任 Kazuma Kurihara 与三菱瓦斯化学贸易株式会社、住友电木株式会社、伊藤光学工业株式会社、东海精密工业株式会社合作开发了采用独特纳米结构的高性能偏光片，是世界上第一个这样做的。注塑和作证只需几个步骤即可制作线栅偏振器
现在，利用我们独特的三角波纳米结构，我们不仅成功地制造了传统薄膜或片材形式的偏振元件，而且还成功地制造了无需粘合工艺即可以组件形式安装的元件。纳米压印成型制造的偏光片轻松实现单片透过率41%，接近偏光片50%的理论极限。该偏光片可承受车载设备所需的高温高湿测试（温度85摄氏度，湿度85%）2000小时以上。此外，利用其独特结构带来的高制造性，不仅可以加工为反射型偏光板，还可以加工为吸收型偏光板，因此可以用于传统偏光板难以应用的应用。
另一方面，通过注射成型制造可以在表面形成纳米结构，然后直接成型为产品形状，从而无需粘合过程，并且可以生产小型偏光元件。注塑模具嵌套通过使用这种结构，可以在同一平面内改变偏振轴，从而可以以以前不可能的方式使用偏振元件。该技术保持了线栅偏光片优异的光学性能，同时大幅提高了形貌方面的自由度，为光学技术行业的发展做出了贡献。
这项技术将在 2022 年 12 月 7 日至 9 日在幕张展览馆举办的高功能材料周上展出。
偏振元件是支持需要偏振控制的光学系统的关键光学元件。常用的材料包括显示器、投影仪和偏光太阳镜。近年来，它不仅开始用于平视显示器等可见光控制，还开始用于近红外传感系统。未来，随着自动驾驶技术、无人机、机器人和虚拟现实等传感和成像技术的进步，将需要可用于这些应用的偏光元件。然而，为了将传统的线栅偏光器应用到产品中，需要后处理工艺，例如偏光板的嵌件成型以及偏光板和组件的粘合。因此，制造小型零件或形状复杂的零件尤其困难。此外，在性能方面，在保持优异的偏光度和透射率的同时，已经很难满足诸如更高的温度/湿度耐受性和反射率控制等多样化需求。传统的线栅偏振器表现出优异的宽带光学特性。然而，由于是反射型偏光元件，因此其用途受到限制，进一步降低成本也成为课题。
9976_10098AIST 新闻稿）。这种偏光片的问题在于其单片可见光透过率低至10%左右。此外，在注塑模具中难以形成纳米结构，并且在注塑过程中脱模和在模制品上成膜方面存在问题，因此迄今为止还不可能通过注塑来制造线栅偏光器。
不过，我们现在开发了一种技术，可以将这种单一透过率提高到41%，相当于市售的高透过率线栅偏光片。我们还开发了可用于注塑成型的模具技术，并且是世界上第一个以组件形式制造出仅使用注塑成型和薄膜成型工艺即可安装的偏光元件的公司。
通过设计具有三角波横截面的独特纳米结构，我们开发了一种线栅偏振元件，该元件具有偏振元件所需的光学特性，并且比传统元件更容易制造。与矩形结构相比，三角波纳米结构具有优异的脱模性和模具耐久性，因此我们在世界上第一个证明它不仅可以通过热纳米压印成型（热压花）而且可以通过注射成型来制造。使用注射成型的优点不仅包括批量生产，还包括基材材料的选择性和成型产品形状的高自由度。与下一代传感和成像系统所需的光学系统兼容，现在可以轻松制造使用传统粘合工艺难以生产的小型偏振元件。此外，还可以同时获得用于安装的零件形状和偏振函数。
图1显示了所开发的不需要粘合过程的偏光片和偏光部件的制造过程的示例。到目前为止，我们已经确认可以使用环烯烃聚合物（COP）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制造偏光部件，并且可以使用热塑性树脂制作原型，并且在未来回流工艺的树脂来实现这一点。真空蒸镀工艺不需要任何特殊机构，可以使用通用设备进行，成膜后无需任何后处理即可获得偏光功能。
图1 所开发的偏光片及偏光部件的制造工艺示例
图2显示了所开发的偏光片和偏光组件的透射率光谱。对于偏光片，在可见光范围内波长550 nm处偏光度为99%以上单次透过率41%，在近红外区波长1550nm处，得到单一透过率47%，接近理论极限。偏光组件的光学性能虽然略逊于偏光片，但实现了99%以上的高偏光度，在1550 nm波长下单次透过率达到44%。未来，通过使注塑成型用模具表面的纳米结构更接近设计形状，有望获得与偏光片同等的光学特性。
图3显示了车载设备所需的高温/高湿测试（温度85°C，湿度85%）中偏振度相对于处理时间的变化。通常，评价项目为1000小时后的耐久性，但新开发的偏光片即使在2000小时后仍继续保持99％以上的偏光度，并且未观察到外观变化。这被认为是由于三角波状纳米结构使成膜材料具有良好的覆盖性，与现有的树脂基偏光板相比，其耐用性无与伦比，并且表明它对于恶劣环境下的应用是有效的。
表1显示了所开发的偏光元件的特性。该技术在世界上具有独一无二的特点，即能够仅使用注射成型和成膜工艺来制造偏光元件，并且可以通过设计模具以可直接融入产品的形式制造偏光元件。另一个特点是利用纳米结构的形状来控制反射率，虽然普通线栅偏光板的反射率约为50%，但即使使用相同的材料，背面反射率也可以降低到10%以下，使其可以像吸收型偏光板一样使用。特别是在近红外区域，对传感系统的需求不断增加，需要新的低反射率偏振元件，我们正在进行技术开发来满足这一需求。
图2 所开发的偏光片和偏光组件的光学特性
图3 85℃温度85%湿度下耐久性测试结果
表1 所开发的偏光元件的特性
由于传统偏光板的制造工艺，难以改变元件面内的偏光轴或偏光度。新开发的技术使得在创建热纳米压印模具和注射成型模具嵌件时，通过设计线栅结构的轴向和形状，可以自由控制器件平面内的偏振轴和偏振度。例如，图4所示的偏振部件在平面的左半部分具有水平方向的偏振轴，在右半部分具有垂直方向的偏振轴，从而能够根据位置获得不同的偏振信息并控制光。通过根据应用设计面内分布，可以扩大光学设计的范围。
图4 平面内不同偏振轴的偏振分量的提议
我们将根据应用，继续研究和开发“薄膜/片材”和“注塑件”形式的偏光元件。我们的目标是进一步发展现有的联合研究结构，促进公司之间的合作和联合研究以开发新的应用，并将该技术应用于社会。