科學研究 - 日本利用印刷技術實施偏振度99％以上、反射率低於5％的耐久性偏光玻璃

日本產業技術綜合研究所（產綜研）與菱江化學公司、東海精密工業公司和伊藤光學工業公司合作，開發出了具備低反射率和高耐久性的線柵偏光玻璃，採用的線柵偏光透鏡與目前主流的二向色性染料偏光玻璃相比，耐久性和透明性更高、反射率由以往的51％降至1/10以下。

研究小組透過用金屬墨水形成線柵偏光透鏡的結構並適當進行燒製，全球率先實施了偏振度達到99％以上、反射率低於5％的低反射率線柵偏光玻璃。以往的線柵偏光透鏡雖然具有偏振度高、透射率高及厚度薄等優點，但因採用精密成膜的金屬，反射率比較高，用途僅限於液晶投影機等。而採用新開發的技術不但保留了以往的線柵偏光透鏡的特點，還降低了反射率。另外，新開發的線柵偏光玻璃還具備耐熱性、耐溼性、耐光性和耐刮擦性，因此還有望應用於此前難以利用的眼鏡行業和汽車行業等。

圖1：新開發的具備低反射率和高耐久性的線柵偏光玻璃

研究小組透過降低高耐久性金屬線柵偏光透鏡的反射率，實施了具有低反射率和高耐久性的可見光用偏光玻璃。可見光用線柵偏光透鏡的線結構要求線寬遠遠小於可見光的波長（400nm~800nm），透過使線結構變得更細、更厚，可以提高偏振特性，因此需要實施線寬比此前驗證的80nm還要細的線結構。研究小組透過充分融合奈米壓模印技術、溼度控制技術和印刷技術，開發出了能形成線寬在50nm以下、寬高比達到10以上的金屬墨水圖案的厚膜奈米印刷技術，並全球首次利用金屬墨水實施了可見光用線柵偏光玻璃。

圖2是新開發的線柵偏光玻璃的製作方法。首先，使用具有條紋狀凸起結構的模具，透過奈米壓模印技術在樹脂片上形成凹槽。然後，利用刀片向凹槽部分填充金屬墨水。最後用烘箱進行燒製，製作線柵偏光玻璃。現已確立形成75mm見方偏光玻璃的技術，透過使用更大面積的模具，還有望進一步擴大面積。

圖2：具備低反射率和高耐久性的線柵偏光玻璃的製作方法

以往的線柵偏光透鏡採用透過真空沉積物技術精密沉積物的金屬膜形成線柵結構，與線的方向平行的偏光入射光透過鏡面反射，反射率比較高。而新開發的偏光玻璃透過用銀奈米粒子墨水的低溫燒製體形成的線柵結構來發揮偏振功能，爲降低反射率，線上的表面和背面形成了凹凸形狀，並形成了錐形（圖3（上）模式圖、（下）電子顯微鏡影像（SEM）的照片）。表面一側的凹凸形狀透過控制燒製條件形成。背面一側的凹凸同樣能透過控制燒製條件形成，不過從模具的截面電子線顯微鏡影像（圖3下）可以看出，將模具頂端製成了錐形，同時形成凹凸形狀，這種形狀體現在了樹脂片的凹槽形狀中。此次，透過靈活控制凹凸形狀，實施了低於5％的反射率。

圖3：線柵偏光玻璃及開發時使用的模具的結構

表1比較了新開發的低反射率線柵偏光玻璃與以往的二向色性染料偏光玻璃和線柵偏光玻璃的性能。表中的透射率和反射率分別爲光透射率和光反射率。新開發的偏光玻璃的特性可以透過線柵結構和燒製條件調整，作爲示例，表中列出了2種開發品（A、B）。研究小組根據可靠性耐久性試驗標準，類比嚴酷的車載環境和高輝度光照射環境，對開發品實施了耐久性試驗。開發品透過以燒製工藝形成的金屬燒製體發揮偏光透鏡功能，另外，由於金屬燒製體嵌在偏光玻璃表面的深凹槽中，所以對高溫、高溼和光的耐性較強，試驗前和試驗後光學特性的變化非常小，從這個結果來看，可以說耐久性比較高。

另一方面，二向色性染料偏光玻璃由於使用了染料，耐熱性比較低，在嚴酷的條件下出現變色現象。另外，以往的線柵偏光玻璃雖然金屬層本身耐熱且耐光，但由於堆疊了金屬層和基材，在嚴苛的條件下觀察到捲曲和發暗現象。在開發品的光學特性中，雖然偏振度和透射率不如以往的線柵偏光玻璃，但反射率可降至1/10以下。與二向色性染料偏光玻璃相比的話，二者的光學特性基本相同，開發品在耐久性方面更佔優勢。今後，光學特性的目標是偏振度達到99.9％以上，透射率達到40％以上，反射率降至5％以下，不過從目前具備的高耐久性和耐刮擦性等優點來看，應該也存在滿足產品性能要求的用途。研究小組已經發現提高光學特性和控制反射率的方法，準備根據用途推進研發。