JP6433895B2 - 光回折格子 - Google Patents

Description

本発明は、一般に光回折格子に関する。

従来ガラス基板上に作製される、金属回折格子を備えるナノワイヤグリッド偏光子は、プラスチックフィルム上でも作製することができることが実証されている。ガラスと比べて、プラスチックは、安価であり、高スループット（high throughput）で大面積上に作製することを可能にし、軽量且つ可撓性であることが必要な用途（例えば、プリントされた電子装置、着用可能な電子装置）に使用される。

例えば、“Large flexible nanowire grid visible polarizer made by nanoimprint lithography” (by Chen, L., Wang, J. J., Walters, F., Deng, X. G., Buonanno, M., Tai, S. & Liu, X. M. (2007) Applied Physics Letters, 90)及び“Direct imprinting on a polycarbonate substrate with a compressed air press for polarizer applications” (by Lin, C. H., Lin, H. H., Chen, W. Y. & Cheng, T. C. (2011), Microelectronic Engineering, 88, 2026-2029)といった出版物は、可視波長範囲にわたる光のフラットでないスペクトル応答を有する光学素子構造を開示している。このフラットでないスペクトル応答は、透過モードで動作するプラスチックナノワイヤグリッド偏光子に関し、望ましくない赤色調のアーティファクト（artifact）をもたらす。ナノワイヤグリッド偏光子の動作原理についてのさらなる議論は、図１０Ａを参照して、下でさらに記載される。

"Large flexible nanowire grid visible polarizer made by nanoimprint lithography" (by Chen, L., Wang, J. J., Walters, F., Deng, X. G., Buonanno, M., Tai, S. & Liu, X. M. (2007) Applied Physics Letters, 90) "Direct imprinting on a polycarbonate substrate with a compressed air press for polarizer applications" (by Lin, C. H., Lin, H. H., Chen, W. Y. & Cheng, T. C. (2011), Microelectronic Engineering, 88, 2026-2029)

したがって、既存のプラスチックナノワイヤグリッド偏光子から作製される光学素子構造の、関連する赤色調のアーティファクトなどの望ましくない属性に対処することができる、光学素子及び光学素子の作製方法を提供する必要がある。

本発明の一態様によれば、基板を備え、この基板が、任意の２個の隣接する突起間に空間を有する複数の突起と、基板から最も遠位にある端部において複数の突起のうちの少なくとも１個の上に設けられるキャップであって、キャップが基板の材料と比べてより大きな光減衰度を有し、各突起とその上の対応するキャップの組合せが概して対称な断面形状を有するキャップとを備える、光回折格子が提供される。

本発明の別の態様によれば、光回折格子を形成する方法が提供され、方法は、基板を用意するステップと、任意の２個の隣接する突起間に空間を有する、基板上の複数の突起を形成するステップと、基板から最も遠位にある端部において複数の突起のうちの少なくとも１個の上にキャップを設けるステップであって、キャップが基板の材料と比べてより大きな光減衰度を有し、各突起とその上の対応するキャップの組合せが概して対称な断面形状を有する、ステップとを含む。

本発明の例示的な実施形態は、例示にすぎない以下に書かれた記載から、また図面と組み合わせて、当業者により良好に理解され、容易に明らかとなるであろう。図面は必ずしも原寸に比例せず、代わりに、本発明の原理を説明するのに、一般的に強調がなされている。
第１の実施形態による、光回折格子の断面構造を示す図である。 非対称な断面形状を有する、光回折格子の断面構造を示す図である。 好ましい実施形態による、光回折格子の断面構造を示す図である。 図２に示される第１の実施形態による光回折格子を作製する方法を示す流れ図である。 基板上に直接光回折格子の好ましい実施形態を作製する例示的なプロセスを示す図である。 作製された光回折格子の概略図である。 図４Ａ〜図４Ｃに関して記載される方法を使用して作製される光回折格子の構造の断面を示す図である。 従来型の光回折格子の断面を示す図である。 図５Ａに示される好ましい実施形態にしたがい作製される光回折格子及び図５Ｃに示される従来型の光回折格子についての、４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視光波長範囲に対する、ＴＭ偏光の測定された透過スペクトル（Ｔ_ＴＭ）を示すプロットである。 好ましい実施形態にしたがい作製される光回折格子及び従来型の光回折格子についての、４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視光波長範囲に対する、透過ＴＥ偏光と透過ＴＭ偏光間のコントラスト比（Ｔ_ＴＭ／Ｔ_ＴＥ）を示すプロットである。 図５Ａの構造から作製される光学フィルムを通して見た文書を示す写真である。 図５Ｃに示される従来型のナノワイヤグリッド偏光子から作製される光学フィルムを通して見た文書を示す写真である。 ２００３〜２０１２年の間のサブピクセルサイズ（sub-pixel size）の傾向を示す図である。 好ましい実施形態にしたがう光回折格子についての、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの光波長範囲に対する、ＴＭ偏光の測定された透過スペクトル（Ｔ_ＴＭ）のプロットのシミュレーション結果を示す図である。 好ましい実施形態にしたがう光回折格子についての、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの光波長範囲に対する、透過ＴＥ偏光と透過ＴＭ偏光間のコントラスト比（Ｔ_ＴＭ／Ｔ_ＴＥ）のプロットのシミュレーション結果を示す図である。 各々は、ナノワイヤグリッド偏光子及び視差バリアの動作原理をそれぞれ図示する図である。

以下は、本明細書に開示される様々な実施形態を通して使用される表現についての、例示的ではあるが網羅的でない定義を提供する。

「光回折格子」という語句は、光学素子を通過する光に対して作用する光学素子を意味することができる。光学素子の例としては、レンズ、鏡、プリズム、ナノワイヤグリッド偏光子及び視差バリアが挙げられ、それによって、本明細書に開示される光回折格子の様々な実施形態が、ナノワイヤグリッド偏光子（nanowire grid polarizers）又は視差バリア（parallax barriers）として機能する。したがって、「光回折格子」と「光学素子」という語句は、本明細書全体にわたって交換可能に使用することができる。

ナノワイヤグリッド偏光子及び視差バリアの動作原理は、それぞれ図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して記載される。図１０Ａは、ナノワイヤグリッド偏光子１０００を示す。ナノワイヤグリッド偏光子１０００は、透明基板１００２（例えば、ガラス、プラスチック）上に、サブ波長金属回折格子１００４を有する。サブミクロンサイズの金属回折格子１００４は、一連の交互の不透明スリット及び透明スリットを設ける。原理的には、偏光子１０００の光学特性によって、金属回折格子に平行な偏光（ＴＥと示されるＴＥ偏光）を有する入射光が反射され（Ｒ_ＴＥと示される）、この入射ＴＥ偏光はほとんどが偏光子を通して透過されない（透過ＴＥ偏光はＴ_ＴＥと示される）ことが可能となり、一方垂直な偏光（ＴＭと示されるＴＭ偏光）を有する入射光が、偏光子を通して透過されること（透過ＴＭ偏光はＴ_ＴＭと示される）が可能となる。偏光子１０００のＴ_ＴＭ及びＴ_ＴＥのスペクトルは、４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視波長範囲にわたって、ＵＶ可視顕微分光光度計（CRAIC社製QDI 2010など）を使用して測定することができる。コントラスト比は、（Ｔ_ＴＭ／Ｔ_ＴＥ）の比から計算される。透過スペクトル（Ｔ_ＴＭ）及びコントラスト比（Ｔ_ＴＭ／Ｔ_ＴＥ）は、偏光子の２つの主要な光学性能パラメータである。図１０Ｂは、視差バリアを作るためのシステム１０５０を示す。視差バリアは、画像ソース（液晶ディスプレイ１０５４など）の前に光学素子１０４０を配置することにより作られ、その結果、各眼１０４２は、光学素子１０４０によってもたらされる視差を通して異なる組のピクセルを見、それにより、３Ｄ画像化に必要な奥行きの感覚を作る。光学素子１０４０は、ミクロンサイズの回折格子の、一連の交互の不透明スリット及び透明スリットを設ける。

「突起」という用語は、基板の表面から延びる構造を意味することができる。様々な実施形態では、光回折格子が光学素子と呼ばれ、「回折格子」という用語は、「突起」を指すために使用することができる。したがって、「回折格子」と「突起」という用語は、本明細書全体にわたって交換可能に使用することができる。

「断面円弧形状」という語句は、顕微鏡レベルで実施される作製プロセスの文脈で理解されるべきであり、それによって、そのような「断面円弧形状」は、作製プロセスに起因する、故意に作製した湾曲を有する形状を指すことができる。

以下の記載において、様々な実施形態は、図面を参照して記載され、ここで、同様の参照記号は、全体的に、異なる図を通して同じ部分を指す。

図１Ａは、第１の実施形態による、光回折格子１００の断面構造を示す。

光回折格子１００は、複数の突起１０４を備える基板１０２を含む。任意の２個の隣接する突起１０４間に空間１０６が存在する。基板１０２から最も遠位にある端部１０３において複数の突起１０４のうちの少なくとも１個の上にキャップ１１８が設けられる。キャップ１１８は、基板１０２の材料と比べてより大きな光減衰度を有する。各突起１０４とその上の対応するキャップ１１８の組合せは、概して対称な断面形状を有する。

各突起１０４とその上の対応するキャップ１１８の組合せは、中心に沿って延び対応する突起１０４の基部１１６と交差する長手軸（longitudinal axis）１１４に関して概して対称である。この対称性によって、平坦な光学的スペクトル応答を有する光回折格子１００が実現する。したがって、全く同じ対称性は要求されておらず、むしろ、光回折格子１００が平坦な光学的スペクトル応答を実現することが可能な程度の対称性が要求される。

各突起１０４の断面円弧形状１１２により提示されるものなどの、対称な形状によって、各突起１０４が非対称な構造（例えば、断面が直線形状を有するまっすぐな側壁、図１Ｂ参照）を有する場合と比べて、より平坦なスペクトル応答を実現することが見いだされた。円弧状の断面形状が図１Ａに示されているが、キャップ１１８及び対応する突起１０４の断面形状全体が対称性を有する限り、方形又は円形などの他の形状が可能である。

キャップ１１８は、好ましくは不透明である。そのような不透明なオーバーキャップは、金属又は光吸収性添加物分子を有する誘電体を使用して作ることができる。金属の不透明度（すなわち、光減衰度）は、金属の厚さにより制御される。キャップ１１８を具現化するため金属を使用することによって、反射特性を有するキャップ１１８が実現する。誘電体の不透明度（すなわち、光減衰度）は、誘電体内に存在する光吸収性添加物分子（例えば、顔料、染料、着色剤及び感光乳剤など）の量により制御される。キャップ１１８を具現化するため誘電体を使用することによって、非反射特性を有するキャップ１１８が実現する。

キャップ１１８を作製するために使用される材料により付与されるキャップ１１８の物理特性が、光回折格子１００が視差バリアとして機能するか、又はナノワイヤグリッド偏光子として機能するかを決定する。非反射性のオーバーキャップがＴＥ偏光を反射しないものとすれば、不透明で反射性のオーバーキャップによって、光回折格子１００がナノワイヤグリッド偏光子として機能することが可能になる。不透明で反射性のオーバーキャップ、又は不透明で非反射性のオーバーキャップによって、光回折格子１００が視差バリアとして機能することが可能になる。キャップ１１８が不透明で反射性である場合、光回折格子１００が視差バリアとして機能することを可能にする条件下で光回折格子１００が使用されるとき、光回折格子１００は視差バリアとして機能することになり、又は、光回折格子１００が視差バリアとして機能することを可能にする条件下で光回折格子１００が使用されるとき、光回折格子１００はナノワイヤグリッド偏光子として機能することになる。光回折格子１００は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ, liquid crystal display）などの画像ソースの前に配置されたとき、視差バリアとして機能することになる。光回折格子１００は、可撓性ＬＣＤ又は光学フィルタなどの、任意の直線偏光が要求される機器又は技法で使用されたとき、ナノワイヤグリッド偏光子として機能することになる。

キャップ１１８は、複数の突起１０４の各々の両方の側壁１０８、１１０が、これらの側壁１０８、１００の両方の少なくとも一部に沿って断面円弧形状１１２を有するような形を有する。

複数の突起１０４は、基板１０２と同時に作製され、したがって、基板１０２と一体であり、基板１０２と同じ材料で作られる。複数の突起１０４は、アレイ（array）状に配置されてよい。そのようなアレイを達成するため、一実施形態では、任意の２個の隣接する突起１０４を、ほぼ等しく離間させる（すなわち、任意の２個の隣接する突起１０４間の空間１０６は、ほぼ同じである）。各突起１０４は、１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲の幅を有し、好適な幅は、例えば７０ｎｍであってよい。空間１０６の距離は、１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲であり、好適な距離は、例えば７０ｎｍであってよい。別の実施形態では、アレイは、繰り返しパターンを有する光回折格子１００により具現化され、このことにより、２個の隣接する突起１０４は、第１の距離に離間１０６され、別の２個の隣接する突起１０４は、第２の距離に離間１０６され、第１の距離のサイズは、第２の距離のサイズと異なってよい。

図１Ａに示されるように、断面円弧形状１１２は、側壁１０８、１１０全体の一部に沿って存在する。しかし、図示されないが、断面円弧形状１１２は、側壁１０８、１１０の全面にわたって延在することもできる。また、図示されないが、断面円弧形状１１２は、それぞれの基部１１６に隣接する、側壁１０８、１１０両方の部分から始まることができる。むしろ、断面円弧形状１１２を有する、側壁１０８、１１０両方の部分は、基板１０２から最も遠位にある複数の突起１０４の各々の端部１０３に近接する。

図２は、好ましい実施形態による、光回折格子２００の断面構造を示す。

図２の光回折格子２００は、複数の突起２０４を備える基板２０２を含む。任意の２個の隣接する突起２０４間に空間２０６が存在する。側壁２０８、２１０の各々の断面形状２１２は、中心に沿って延び対応する突起２０４の基部２１６と交差する長手軸２１４に対して凸形状を有する。

図１Ａの光回折格子１００と同様に、複数の突起２０４及びその対応するキャップ２１８の各々の全体構造は、中心に沿って延び各対応する突起１０４の基部２１６と交差する長手軸２１４に関して概して対称である、組み合わされた断面形状を有する。キャップ２１８は、やはり、基板２０２の材料と比べてより大きな光減衰度を有する。しかし、図１Ａの光回折格子１００は、選択された数の複数の突起１０４上にのみ設けられるキャップ１１８を有する一方、図２の光回折格子２００は、基板２０２から最も遠位にある端部２０３において複数の突起２０４の各々の上に設けられるキャップ２１８を有する。

図１Ａの光回折格子１００と同様に、複数の突起２０４は、アレイ状に配置されてよい。複数の突起２０４は、やはり、基板２０２と同時に作製され、したがって、基板２０２と一体であり、基板２０２と同じ材料で作られる。基板２０２は、基板２０２が可撓性であるように、（例えば、ポリカーボネート（ＰＣ, polycarbonate）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ, polymethylmethacrylate）及びポリエチレンといった全てのタイプの熱可塑性フィルムを含むプラスチックシート上への直接インプリンティングで作られてよい。

キャップ２１８は、基板２０２の材料と比べてより大きな光減衰度を有する材料を含んでよい。様々な実施形態では、キャップ２１８は、不透明であってよい。キャップ２１８は、図１Ａのキャップ１１８と同じ材料で作られてよい。したがって、キャップ２１８は、不透明で反射性の両方である材料（例えば、金属）で作られてよく、それにより、キャップ２１８は、以下の材料、すなわち、アルミニウム、金、及びクロムのうちの１又は２以上を含んでよい。或いは、キャップ２１８は、不透明で非反射性の両方である材料で作られてよく、それにより、キャップ２１８は、光吸収性添加物分子（例えば、顔料、染料、着色剤及び感光乳剤など）を有する誘電体を含んでよい。

図３は、図２に示される第１の実施形態による光回折格子を作製する方法の流れ図３００を示す。

ステップ３０２で、基板が用意される。

ステップ３０４で、基板上に複数の突起が、任意の２個の隣接する突起間に空間を有して形成される。

ステップ３０６で、基板から最も遠位にある端部において複数の突起のうちの少なくとも１個の上にキャップが設けられ、ここでキャップが基板の材料と比べてより大きな光減衰度を有し、各突起とその上の対応するキャップの組合せが概して対称な断面形状を有する。

好ましい実施形態により光回折格子を作製するための図３の方法の一実装形態では（図２参照）、キャップが、複数の突起の各々に、側壁の少なくとも一部に沿って断面円弧形状を有する側壁を設ける。キャップは、基板とは異なる材料を含んでよい。キャップは、好ましくは不透明である。キャップは、不透明で反射性の両方である材料で作られてよい。キャップを、不透明で非反射性である材料で作ることも可能である。キャップは、各突起の一方の側壁にキャップの一部を形成し、他方の側壁、すなわち同じ突起の反対側の側壁にキャップの残りの部分を形成するプロセスにより設けることができる。このプロセスは、図４Ａ〜図４Ｃを参照して下でより詳細に記載される。

図４Ａ〜図４Ｃは、２ステップのプロセスを通して、市販されている自立ポリカーボネート（ＰＣ, polycarbonate）（Innox社製PC2151、厚さ０．２５ｍｍ）シートなどの基板４０２上に、光回折格子４００の好ましい実施形態（図４Ｄ参照）を直接作製するための、この実装形態の例示的なプロセスを示す。プラスチック、ポリカーボネート及びポリメチルメタクリレートなどの他の材料も使用可能である。

図４Ａに示されるナノインプリントプロセスを実施する前に、基板４０２上に突起パターンを設けるように設計された、（７０ｎｍのライン、７０ｎｍの空間、３００ｎｍの高さの回折格子などの）トポグラフィを有するシリコンモールド４２０が作製された。モールド４２０は、酸素プラズマを使用して清浄化され、抗吸着単分子層（ＦＤＴＳ、（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ）−ペルフルオロデシルトリクロロシラン）でシラン処理された。シラン処理は、モールド４２０の表面エネルギを減少させて、基板４０２からのモールド４２０の容易な離型を円滑にするために使用された。

図４Ａに示される第１のステップ４７０では、（Obducat AB社製Nanoimprinterなどの）ナノインプリンタを使用した熱ナノインプリンティングが採用されて、シリコンモールド４２０から基板４０２に、所望の回折格子の特徴を直接パターン形成した。熱ナノインプリンティングについては、バッチプロセス又はロールツーロールプロセスを使用することができる。シリコンモールド４２０は、１８０℃のインプリンティング温度及び６０バールの圧力で１０分間、基板４０２と直接接触して配置された。この後、システムの温度は、２５℃に冷却され、この温度で離型が実施された。こうして、シリコンモールドからの回折格子パターンの特徴が基板４０２上にインプリントされた。

図４Ｂ及び図４Ｃに示される第２のステップ４７２では、基板４０２上のインプリントされた回折格子から形成される突起４０４は、突起４０４の各々にキャップ４１８を形成する「両サイド被覆」法を受ける。突起４０４をキャップ４１８で被覆するために使用することができる機器としては、（Edwards社製Auto306 Ebeam Evaporation Systemなどの）金属蒸着装置／コーティング装置／スパッタリング装置が挙げられる。金属蒸着装置／コーティング装置／スパッタリング装置は、上に記載されたナノインプリンタと、単一のシステムに一体化することができる。したがって、複数の突起４０４の形成及びキャップ４１８の提供は、インプリンティング及び金属蒸着／コーティング／スパッタリングが起こる一体化システム中で実施することができる。

キャップ４１８の一部は、基板４０２を第１の方向４２２にθ傾け、一方の側壁にキャップ４１８の一部を形成することにより、各突起４０４の両方の側壁の一方に形成される。キャップ４１８の残りの部分は、基板４０２を第１の方向と反対である第２の方向４２４にθ傾け、他方の側壁にキャップ４１８の残りの部分を形成することにより、両方の側壁の他方に形成される。

基板４０２が第１の方向４２２に傾けられる角度θは、基板が第２の方向４２４に傾けられる角度θとほぼ同じであってよい。角度θは、１°〜８９°の範囲であってよく、例示的な傾斜角度θは、約５〜３０°である。キャップ形成中の傾斜角度θは、結果として得られる光回折格子４００の光透過率に影響を及ぼすことになる（図４Ｄ参照）。（θ＝１°などの）より小さい傾斜角度におけるキャップ４１８の形成では、光回折格子４００は、（θ＝１０°などの）より大きい傾斜角度で行われるキャップ４１８の形成と比べて、光透過がより大きく、光遮蔽がより少ない。図４Ｂ及び図４Ｃで、基板４０２上にアルミニウムが蒸着される場合、アルミニウム金属は、回折格子４００の頂部、すなわち、回折格子４００の各突起４０４の２個の側壁に堆積されることになる。図４Ｄは、この「両サイド被覆」にしたがい、結果として得られる光回折格子４００の概略図を示す。

２ステップのプロセス及びこの２ステップのプロセスを実装するために使用される２つの機器は（両方とも上に記載されているが）、本発明の実施形態にしたがう光回折格子を作製するための、簡単なやり方を提供する。（（１）“Fabrication of a 50 nm half-pitch wire grid polarizer using nanoimprint lithography” by Ahn, S. W., Lee, K. D., Kim, J. S., Kim, S. H., Park, J. D., Lee, S. H. and Yoon, P. W. (2005). Nanotechnology, 16, 1874-1877、及び（２）“Wire Grid Polarizer and Manufacturing Method Thereof” by Ahn, S. W., Lee, K. D., Kim, J. S., Kim, S. H., Park, J. D., Lee, S. H. and Yoon, P. W. (2006)などの）４つの処理機器を使用して実施される少なくとも５〜６の処理ステップを必要とする他の光回折格子と比べて、本発明の実施形態にしたがう光回折格子を作製するのは、より簡単で、より安価である。そのような他の光回折格子を製造する４つの処理機器としては、金属蒸着装置、スピンコータ、ナノインプリントシステム、及び金属エッチングのための反応性イオンエッチング装置／レジストエッチングのための反応性イオンエッチング装置が挙げられる。例示的な６つのステッププロセスとしては、（１）ガラス基板上への金属堆積、（２）ガラス基板の上の金属上へのレジストのスピンコーティング、（３）モールドからレジスト上にパターンを転写するナノインプリンティング、（４）残留層を除去するための反応性イオンエッチング、（５）金属をエッチングするための反応性イオンエッチング、及び（６）反応性イオンエッチングによるレジスト剥離が挙げられる。例示的な５つのステッププロセスとしては、（１）ガラス基板上へのレジストのスピンコーティング、（２）モールドからレジスト上にパターンを転写するナノインプリンティング、（３）残留層レジストをエッチングするための反応性イオンエッチング、（４）金属蒸着、及び（５）アセトン溶液を使用するリフトオフプロセスが挙げられる。

図５Ａは、図４Ａ〜図４Ｃに関して記載される「両サイド被覆」法を使用して作製される光回折格子の構造５００の断面を示す。断面図は、Phillips社製CM300によるなどの、透過型放射顕微鏡法を使用して得られる。

構造５００は、それぞれが約７０ｎｍの厚さを有し、プラスチック基板５０２上にパターン形成された、複数の突起５０４を有する回折格子を備える。隣接する突起５０４は、約１４０ｎｍのピッチ間隔５０６で、約７０ｎｍ離間される。各突起５０４は、（各突起５０４の頂部から測定された）約５０ｎｍの頂部厚さ５２０及び（各突起５０４の側壁から測定された）約２０ｎｍ厚の側部厚さ５２２などの、不均一な厚さの金属オーバーキャップ５１８を有する。金属オーバーキャップ５２０によって、複数の突起５０４の各々の両方の側壁の少なくとも一部に、断面円弧形状が実現する。理想的には、金属堆積は、各突起５０４の両側で対称であることが求められる。しかし、このことは、回折格子の高いアスペクト比のための回折格子の僅かな傾斜、したがって、作製された構造５００上の僅かな陰影堆積効果に起因して、作製された構造５００では達成されない。

図６Ａは、４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視光波長範囲に対する、ＴＭ偏光の測定された透過スペクトル（Ｔ_ＴＭ）のプロットを示す。図６Ｂは、４００ｎｍ〜８００ｎｍの同じ可視光波長範囲に対する、透過ＴＥ偏光と透過ＴＭ偏光間のコントラスト比（Ｔ_ＴＭ／Ｔ_ＴＥ）のプロットを示す。

図６Ａ及び図６Ｂの両方で、各曲線６００は、図５Ａの構造５００について得られた結果を表し、一方、各曲線６５０は、図５Ｂに概略的に示され、図５Ｃに透過型放射顕微鏡画像（transmission emission microscopic image）が示される、従来型ナノワイヤグリッド偏光子５４０について得られた結果を表す。この結果は、従来型の構造と比べて、構造５００（すなわち、好ましい実施形態にしたがう光回折格子）によって、より平坦なスペクトル応答が達成されることを示す。構造５００と従来型ナノワイヤグリッド偏光子の両方についてのコントラスト比が比較可能である。

図７Ａは、図５Ａの構造５００から作製される光学フィルム７００を通して見た文書７３０の写真を示す。図７Ｂは、図５Ｃのナノワイヤグリッド偏光子から作製される光学フィルム７５０を通して見た文書７３０の写真を示す。こうして、図７Ａ及び図７Ｂの両方で、光学フィルム７００及び７５０が透過モードで動作される、すなわち、対応する光学フィルム７００、７５０を通して文書７３０を閲覧する。

図７Ｂは、光学フィルム７５０を通して見た文書７３０についての赤色調のアーティファクトを示す。赤色調のアーティファクトは、（図６Ａで曲線６５０によりグラフィカルに表される）可視波長範囲にわたって一定でない透過強度スペクトルにより引き起こされ、ユーザにとって望ましくない。一方、光学フィルム７００を通して見た文書７３０については、そのような赤色調のアーティファクトは存在しない。可視波長（４００〜８００ｎｍ）にわたる（図６Ａで曲線６００によりグラフィカルに表される）より平坦なスペクトル応答は、透過モードにおいて動作する従来型ナノワイヤグリッド偏光子で観察される赤色調のアーティファクトを解消し、ナノワイヤグリッド偏光子を必要とする用途で構造５００が使用されることを可能にする。

図５Ａの構造５００は、ミクロンサイズの回折格子の、一連の交互の不透明スリット及び透明スリットを設ける。構造５００が（７０ｎｍの幅を有する各突起５０４によりもたらされる）高解像度であり、（図１０の光学素子１０４０と比べて）視差バリアの構造と同様の構造を共有することに起因して、構造５００は、１μｍ未満のサブピクセル解像度を有するオートステレオスコピックディスプレイ（auto-stereoscopic display）用に適用される、高解像度プラスチック視差バリアフィルムとしても機能する。現在の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）技術は、依然としてマイクロメートルスケールのサブピクセル解像度を使用しているが、ＬＣＤサブピクセル解像度を改善する２００３〜２０１２年の間の傾向（図８参照）は、マイクロメートルスケール未満にサブピクセルサイズを減少させることである。したがって、図７Ａに示される光学フィルム７００は、１μｍ未満のサブピクセル解像度を有する将来のディスプレイのためのオートステレオスコピックディスプレイ用の視差バリアとして機能することができる。

上記から、様々な実施形態にしたがう光回折格子が、ナノワイヤグリッド偏光子又はオートステレオスコピックディスプレイのための高解像度視差バリア（ＰＢ, parallax barrier）フィルムのいずれかとして機能するために、基板上に作製された構造を有する光学素子を可能にする。そのような光回折格子の用途としては、オートステレオスコピックディスプレイ及び光学フィルム中への配置が挙げられる。

図９Ａは、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの光波長範囲に対する、ＴＭ偏光のシミュレートされた透過スペクトル（Ｔ_ＴＭ）のプロットを示す。図９Ｂは、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの同じ光波長範囲に対する、透過ＴＥ偏光と透過ＴＭ偏光間のコントラスト比（Ｔ_ＴＭ／Ｔ_ＴＥ）のシミュレートされた曲線のプロットを示す。

図９Ａ及び図９Ｂの両方で、各曲線９００は、図２の光回折格子２００を使用して得られたシミュレーション結果を表す。シミュレーション結果は、FDTD Solutions（商標）からのソフトウェアを使用して生成された。作製された図５Ａの構造５００から得られた結果は、図６Ａ及び図６Ｂに示される曲線６００を図９Ａ及び図９Ｂに示される曲線９００に対して比較することからわかるように、シミュレーション結果を実証している。

広く説明されるような本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、多数の変形形態及び／又は修正形態が、実施形態に示されるような本発明になされうることが、当業者には理解されよう。したがって、本実施形態は、全ての点で、例示的であって限定的でないと考えるべきである。

Claims (16)

1. 基板を備え、前記基板が、
   複数の突起のうち任意の２個の隣接する突起間に空間を有する前記複数の突起と、
   前記基板から最も遠位にある端部において前記複数の突起のうちの少なくとも１個の上に設けられ、前記基板の材料と比べてより大きな光減衰度を有するキャップとを備える光回折格子であって、
   前記キャップが前記複数の突起の各々の各側面に側壁を形成し、前記キャップが、前記複数の突起の各々の各側面に形成された前記側壁の各々の少なくとも一部に沿って断面円弧形状を有し、各突起とその上の対応する前記キャップの組合せが、対応する前記突起の中心に沿って前記キャップから延び、かつ対応する前記突起の基部と交差する長手軸に対して概して対称な断面形状を有し、前記側壁の各々の前記断面円弧形状が、前記長手軸に対して凸形状を有し、
   前記キャップが、光吸収性添加物分子を有する誘電体材料で作られ、かつ視差バリアとなるように不透明かつ非反射性である、前記光回折格子。
2. 基板が可撓性であるように、プラスチックシート上への直接インプリンティングで作られる、請求項１に記載の光回折格子。
3. キャップが、基板とは異なる材料を含み、任意の２個の隣接する突起間の空間が７０ｎｍである、請求項１又は２に記載の光回折格子。
4. 基板が、ポリカーボネートを含むプラスチックである、請求項１〜３のいずれかに記載の光回折格子。
5. 光回折格子を形成する方法であって、
   基板を用意するステップと、
   複数の突起のうち任意の２個の隣接する突起間に空間を有する前記複数の突起を、前記基板上に形成するステップと、
   前記基板から最も遠位にある端部において前記複数の突起のうちの少なくとも１個の上にキャップを形成するステップであって、前記キャップが前記基板の材料と比べてより大きな光減衰度を有し、
   前記複数の突起の各々に対して、前記キャップの一部が第１の側壁に形成され、前記キャップの一部が頂部に形成され、前記キャップの残りの部分が反対側の側壁に形成され、かつ
   各突起とその上の対応する前記キャップの組合せが、対応する前記突起の中心に沿って前記キャップから延び、かつ対応する前記突起の基部と交差する長手軸に対して概して対称な断面形状を有し、それにより前記複数の突起の各々に、前記側壁の各々の少なくとも一部に沿って断面円弧形状を有する側壁を設けるステップと
   を含み、
   前記側壁の各々の前記断面円弧形状が、前記長手軸に対して凸形状を有し、
   前記キャップが、光吸収性添加物分子を有する誘電体材料で作られ、かつ視差バリアとなるように不透明かつ非反射性である、前記方法。
6. 基板が可撓性であるように、プラスチックシート上への直接インプリンティングで前記基板を形成するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 側壁にキャップを形成するステップが、
   基板を第１の方向に傾けるステップと、
   一方の側壁に前記キャップの一部を形成するステップと
   を含み、
   反対側の側壁に前記キャップの残りの部分を形成するステップが、
   前記基板を前記第１の方向と反対である第２の方向に傾けるステップと、
   前記反対側の側壁に前記キャップの前記残りの部分を形成するステップと
   を含む、請求項５又は６に記載の方法。
8. 基板が第１の方向に傾けられる角度が、前記基板が第２の方向に傾けられる角度とほぼ同じである、請求項７に記載の方法。
9. キャップが、以下の技法、すなわち蒸着、堆積及びスパッタのうちの任意の１又は２以上により形成される、請求項５〜８のいずれかに記載の方法。
10. 傾きの角度が１°〜８９°の範囲である、請求項８又は９に記載の方法。
11. 基板が可撓性材料から作製される、請求項５〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 基板が、以下の材料、すなわちプラスチック、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート及びポリエチレンのうちの任意の１又は２以上を含む、請求項５〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 複数の突起が、以下の技法、すなわちインプリンティング及びナノパターニングのうちの任意の１又は２以上により形成される、請求項５〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 複数の突起の形成及びキャップの提供が一体化システムで実施される、請求項５〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 請求項１〜４のいずれかに記載の光回折格子を備えるオートステレオスコピックディスプレイ。
16. 請求項１〜４のいずれかに記載の光回折格子を備える光学フィルム。