JP2008083656A - ワイヤグリッド偏光板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】今まで実現できなかった１２０ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子を有するワイヤグリッド偏光板を得ること。
【解決手段】表面に８０ｎｍ〜１２０ｎｍピッチの格子状凸部１ａを有する樹脂基材１の格子状凸部１ａを含む領域上に誘電体層２を形成し、その誘電体層２上に金属ワイヤ３を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細凹凸格子を有するワイヤグリッド偏光板の製造方法に関する。

近年のフォトリソグラフィー技術の発達により、光の波長レベルのピッチを有する微細構造パターンを形成することができるようになってきた。この様に非常に狭いピッチのパターンを有する部材や製品は、半導体分野だけでなく、光学分野において利用範囲が広く有用である。

例えば、基板上に金属などの導電体線が特定のピッチで格子状に配列したワイヤグリッドは、そのピッチが入射光（例えば、可視光の波長４００ｎｍから８００ｎｍ）に比べてかなり小さい場合（例えば、２分の１以下）であれば、導電体線に対して平行に振動する電場ベクトル成分をほとんど反射し、垂直な電場ベクトル成分をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出すワイヤグリッド偏光板として使用できる。このようなワイヤグリッド偏光板は、透過しない光を反射して再利用することができるので、光の有効利用の観点からも望ましいものである。しかしながら、既存のフォトリソグラフィー技術では、ピッチが１２０ｎｍレベル又はそれ以下のワイヤグリッドを製造することが実現できないのが現状であった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、今まで実現できなかった１２０ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子を有するワイヤグリッド偏光板を得ることができるワイヤグリッド偏光板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法は、表面に格子状凸部を有する樹脂基材の、前記格子状凸部を含む領域上に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に金属ワイヤを形成する工程と、を具備することを特徴とする。

本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法においては、前記誘電体層を形成する工程において、前記樹脂基材の格子状凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように誘電体層を形成することが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法においては、前記樹脂基材の表面の格子状凸部のピッチが１２０ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法においては、前記樹脂基材は、表面に１００ｎｍから１００μｍピッチの凹凸格子を有する被延伸部材を、前記凹凸格子の長手方向と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で、前記長手方向と略平行な方向に一軸延伸することにより作製することが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法においては、前記樹脂基材の格子状凸部形状は、表面に１００ｎｍから１００μｍピッチの凹凸格子を有する被延伸部材を、前記凹凸格子の長手方向と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で、前記長手方向と略平行な方向に一軸延伸したものから作製した微細凹凸格子を有する型を用いて、微細凹凸格子を転写により樹脂基材に賦形することが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法においては、前記樹脂基材は、表面に格子状凸部を有する型を用いて成型されてなることが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法においては、前記格子状凸部は、格子状凸部ピッチの０．５倍から２．０倍の高さを有することが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法においては、前記誘電体層は、２ｎｍから２００ｎｍの厚さを有することが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法においては、前記金属ワイヤは、１２０ｎｍから２２０ｎｍの高さを有することが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法においては、前記金属ワイヤを形成する工程において、前記格子状凸部の格子の長手方向と垂直に交わる平面内で、基材面の法線方向と蒸着源とのなす角度が３０°以下の方向から金属を積層して金属ワイヤを形成することが好ましい。

本発明によれば、表面に格子状凸部を有する樹脂基材の前記格子状凸部を含む領域上に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に金属ワイヤを形成する工程と、を具備するので、今まで実現できなかった１２０ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子を有するワイヤグリッド偏光板を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係るワイヤグリッド偏光板の製造方法は、表面に格子状凸部を有する樹脂基材の、前記格子状凸部を含む領域上に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に金属ワイヤを形成する工程と、を具備することを特徴とする。

・本発明に用いる樹脂基材、誘電体、金属ワイヤに関する説明
図１は本発明の製造方法で得られるワイヤグリッド偏光板の一部を示す概略断面図である。樹脂基材１に用いる樹脂は、可視光領域で実質的に透明な樹脂であればよい。例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、基材として樹脂基材１である紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と、ガラスなどの無機基板、上記熱可塑性樹脂、トリアセテート樹脂とを組み合わせた構成とすることもできる。

樹脂基材１の格子状凸部１ａのピッチは、可視光領域の広帯域にわたる偏光特性を考慮すると、１２０ｎｍ以下であり、好ましくは８０ｎｍから１２０ｎｍである。ピッチが小さくなるほど偏光特性が良くなるが、可視光に対しては８０ｎｍから１２０ｎｍのピッチで十分な偏光特性が得られる。４００ｎｍ近傍の短波長光の偏光特性を重視しない場合は、ピッチを１５０ｎｍ程度まで大きくすることもできる。
格子状凸部のピッチは、熱可塑性樹脂を樹脂基材に用いた場合、樹脂基材に格子状凸部形状を付与した後に施す延伸加工の条件を調整することにより制御することもできる。なお、本発明において、樹脂基材の格子状凸部のピッチｐと、誘電体層のピッチと、金属ワイヤのピッチとは、本発明のワイヤグリッドのピッチとほぼ等しく、同じピッチｐをとるとしてよい。

また、樹脂基材の格子状凸部１ａの高さＨ₁は、良好な光学特性を得たり、基材と誘電体層との密着性を高め、誘電体層を格子状凸部１ａ上に選択的に高く積層することを考慮すると、格子状凸部１ａのピッチの０．５倍から２．０倍、特に、更には１．０倍から２．０倍であることが好ましい。

樹脂基材１の格子状凸部１ａや複数の格子状凸部によって形成される微細凹凸格子の凹部１ｃの断面形状に制限はない。これらの断面形状は、台形、矩形、方形、プリズム状や、半円状などの正弦波状であってもよい。ここで、正弦波状とは凹部と凸部の繰り返しからなる曲線部をもつことを意味する。なお、曲線部は湾曲した曲線であればよく、例えば、凸部にくびれがある形状も正弦波状に含める。また、前記樹脂基材の凸部及びその側面の少なくとも一部を誘電体が覆いやすくする観点から、前記形状の端部又は頂点、谷は緩やかな曲率をもって湾曲していることが好ましい。また、樹脂基材と誘電体層との密着強度を高くする観点から、これらの断面形状は正弦波状であることがより好ましい。

誘電体層２を構成する誘電体は、可視光領域で実質的に透明な誘電体であれば良い。樹脂基材１を構成する材料及び金属ワイヤ３を構成する金属との間の密着性が強い誘電体材料を好適に用いることができる。例えば、珪素（Ｓｉ）の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体又はその複合物や、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニア（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バリウム（Ｂａ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、セリウム（Ｃｅ）、銅（Ｃｕ）などの金属の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体又はそれらの複合物（誘電体単体に他の元素、単体又は化合物が混ざった誘電体）を用いることができる。

本発明において、樹脂基材１と金属ワイヤ３との間の十分な密着強度を得るために、誘電体層２が樹脂基材の格子状凸部１ａ及びその側面１ｂの少なくとも一部を覆うように設けられていることが好ましい。格子状凸部と誘電体層との間の密着性を向上するという観点と、樹脂基材から発生する低分子量揮発物を抑制するという観点から、誘電体層が微細凹凸格子全体を被覆することがより好ましい。なお、本発明では微細凹凸格子形状において、その凸部の側面１ｂや凹部１ｃに比べ、主にその凸部の上に誘電体や金属が厚く被覆又は高く積層されることを選択積層と呼ぶ。

樹脂基材の格子状凸部に被覆する誘電体層２の厚み（以下、誘電体層の高さという）は、光学特性及び樹脂基材や金属ワイヤとの間の密着強度、ワイヤグリッドの構造強度、被覆に要する時間や金属ワイヤの選択積層性などの観点から、２ｎｍから２００ｎｍであることが好ましい。特に、樹脂基材の格子状凸部の上における誘電体層の高さは５ｎｍから１５０ｎｍが好ましい。また、誘電体層２が樹脂基材の格子状凸部１ａを被覆して形成される凹凸格子の、凸部山と凹部谷との高低差Ｈ₂（以下、高低差Ｈ₂という）は、金属ワイヤの台座としての構造強度、光学特性を考慮すると１００ｎｍから３００ｎｍであることが好ましく、１５０ｎｍから２５０ｎｍがさらに好ましい。

高低差Ｈ₂の２分の１の高さにおける、誘電体が樹脂基材の格子状凸部１ａを被覆して形成される凹凸格子の凸部の幅を誘電体層の幅ｗ₂（以下、誘電体層の幅という）とする。誘電体層の幅ｗ₂は、光学特性及びワイヤグリッドの構造強度の観点から、樹脂基材の格子状凸部のピッチの０．３倍から０．６倍となるようにすることが好ましいが、金属の積層時に後述する斜め積層法を用いる場合、誘電体層の幅ｗ₂は樹脂基材の格子状凸部のピッチの０．１倍から０．５倍が好ましい。

誘電体層を、前記格子状凸部を有する樹脂基材の格子状凸部を含んだ領域上に形成する方法としては、誘電体層を構成する材料により適宜選択する。例えば、スパッタリング法、真空蒸着法などの物理的蒸着法を好適に用いることができる。密着強度の観点からスパッタリング法が好ましい。

本発明で用いる金属ワイヤ３を構成する金属としては、可視光領域で光の反射率が高く、誘電体層を構成する材料との間の密着性のよいものであることが好ましい。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀又はそれらの合金で構成されていることが好ましい。コストの観点から、Ａｌ又はその合金で構成されていることがさらに好ましい。

金属ワイヤの幅ｗ₃は、偏光度や透過率などの光学特性及びワイヤグリッドの構造強度の観点から樹脂基材の格子状凸部のピッチの０．３倍から０．６倍であることが好ましい。

樹脂基材の格子状凸部を被覆した誘電体層が形成する凹凸格子の、凸部の上に形成した金属ワイヤの厚みＨ₃（以下、金属ワイヤの高さという）は、光学特性や金属ワイヤと誘電体層との密着強度、ワイヤグリッド偏光板の構造強度、積層に要する処理時間を考慮すると、１２０ｎｍ〜２２０ｎｍ、好ましくは１４０ｎｍから２００ｎｍである。また、金属ワイヤの幅ｗ₃に対する金属ワイヤの高さＨ₃の比Ｈ₃／ｗ₃（アスペクト比）は、２〜５が好ましく、さらに好ましくは２〜４である。

金属ワイヤを形成するために金属を誘電体層上に積層する方法としては、誘電体層を構成する材料と金属ワイヤとを構成する金属との間で十分な密着性が得られる方法であれば特に限定されない。例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理的蒸着法を好適に用いることができる。中でも、金属を誘電体層の凸部に選択的に、又は誘電体層の凸部の一方の側面に偏って選択積層できるような方法が好ましい。そのような方法として、例えば、真空蒸着法が挙げられる。

また、光学特性の観点から、微細凹凸格子の凹部底及びその付近に積層する金属量は少ないほど良い。したがって、これらの部分に金属が堆積するのを避けるため、更には、堆積した場合に、後述するエッチング（による洗浄）を容易にすることを考慮すると、斜め積層法を用いて金属を積層することが好ましい。本発明でいう斜め積層法とは、微細凹凸格子の格子長手方向と垂直に交わる平面内で、基材面の法線と蒸着源とのなす角度（入射角度）θが３０°以下、好ましくは１０°から２０°の方向から金属を積層する方法である。

・本発明の格子状凸部を有する樹脂基材を得る方法
本発明の格子状凸部を有する樹脂基材を得る方法に特に限定はないが、本出願人の特願２００６−２１００号に記載の方法（本発明では、方法Iと方法IIとに分けてその概要を説明する）を用いることが好ましい。

具体的には、本発明のピッチが１２０ｎｍ以下の格子状凸部を有する樹脂基材を得る方法Iとして、表面に１００ｎｍ〜１００μｍピッチの凹凸格子を有する被延伸部材を、前記凹凸格子の長手方向（格子状凸部の格子と平行な方向）と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で前記長手方向と略平行な方向に自由端一軸延伸加工することにより作製することが好ましい。この結果、前記被延伸部材の凹凸格子の凸部のピッチが縮小され、ピッチが１２０ｎｍ以下の微細凹凸格子を有する樹脂基材（延伸済み部材）が得られる。凹凸格子のピッチは、１００ｎｍ〜１００μｍの範囲に設定するが、要求する微細凹凸格子のピッチや延伸倍率に応じて適宜変更することができる。

ここで、被延伸部材とは、本発明に用いる樹脂基材として前記した非晶性熱可塑性樹脂や結晶性熱可塑性樹脂で構成された板状体、フィルム状体、シート状体などの透明な樹脂基材を挙げることができる。この被延伸部材の厚さや大きさなどについては、一軸延伸処理が可能な範囲であれば特に制限はない。

また、表面に１００ｎｍから１００μｍピッチの凹凸格子を有する被延伸部材を得るには、レーザ光を用いた干渉露光法や切削法などで形成した、１００ｎｍから１００μｍピッチの凹凸格子を有する型を用いて、被延伸部材にその凹凸格子形状を熱プレスなどの方法で転写すれば良い。なお、干渉露光法とは、特定の波長のレーザ光を角度θ’の２つの方向から照射して形成される干渉縞を利用した露光法であり、角度θ’を変化させることで使用するレーザの波長で制限される範囲内で色々なピッチを有する凹凸格子の構造を得ることができる。干渉露光に使用できるレーザとしては、ＴＥＭ_００モードのレーザに限定され、ＴＥＭ_００モードのレーザ発振できる紫外光レーザとしては、アルゴンレーザ（波長３６４ｎｍ，３５１ｎｍ，３３３ｎｍ）や、ＹＡＧレーザの４倍波（波長２６６ｎｍ）などが挙げられる。

本発明における一軸延伸処理は、先ず前記被延伸部材の幅方向（凹凸格子の長手方向と直交する方向）は自由にした状態で、前記被延伸部材の凹凸格子の長手方向を一軸延伸処理装置に固定する。続いて、被延伸部材が軟化する適当な温度まで加熱し、その状態で適当な時間保持した後、前記長手方向と略平行な一方向に適当な延伸速度で、目標とする微細凹凸格子のピッチに対応する延伸倍率まで延伸処理する。最後に、延伸状態を保持した状態で材料が硬化する温度まで被延伸部材を冷却することにより、ピッチが１２０ｎｍ以下の格子状凸部を有する樹脂基材を得る方法である。この一軸延伸処理を行う装置としては、通常の一軸延伸処理を行う装置を用いることができる。また、加熱条件や冷却条件については被延伸部材を構成する材料に応じて適宜決定する。

また、本発明のピッチが１２０ｎｍ以下の格子状凸部を有する樹脂基材を得る方法IIは、表面にピッチが１２０ｎｍ以下の微細凹凸格子を有する型を用いて、本発明で用いる前記樹脂基材の表面に微細凹凸格子を転写し、成型する方法である。ここで表面にピッチが１２０ｎｍ以下の微細凹凸格子を有する型は、前記方法Iにより得た、ピッチが１２０ｎｍ以下の格子状凸部を有する樹脂基材を、順に導電化処理、メッキ処理、樹脂基材の除去処理を施すことで作製することができる。

この方法によれば、既にピッチが１２０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型を用いるので、複雑な延伸工程を経ることなく、本発明で用いるピッチが１２０ｎｍ以下の格子状凸部を有する樹脂基材を量産することが可能となる。更に、方法I、方法IIを適当に組み合わせ、繰り返し用いることで、比較的大きなピッチを持つ凹凸格子から、より微細な凹凸格子を作製することも可能となる。

・本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法
ここで、上記方法I及び方法IIにより本発明のワイヤグリッド偏光板を製造する方法について、図を用いて説明する。図２（ａ）から（ｃ）は本発明に係わる前記凹凸格子を有する被延伸部材を得るための方法を説明するための断面図であり、図３（ａ），（ｂ）は本発明に係わる前記凹凸格子を有する被延伸部材の自由端一軸延伸前後の上面から見た図である。また、図４（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光板の製造方法を説明するための断面図である。図１は、本発明の製造方法によって得られるワイヤグリッド偏光板の一部を示す概略断面図であり、図４（ｇ）の拡大図である。

・本発明で用いる格子状凸部を有する樹脂基材を得る工程
まず、図２（ａ）に示す表面に１００ｎｍ〜１００μｍピッチの凹凸格子４ａを有する型（スタンパ）４を準備する。このスタンパ４は、ガラス基板上にレジスト材料をスピンコートにより塗布してレジスト層を形成し、そのレジスト層に対して干渉露光法を用いて露光を行い、レジスト層を現像する。これにより１００ｎｍ〜１００μｍピッチの凹凸格子を有するレジスト層が得られる。次いで、レジスト層上にニッケルや金をスパッタリングしてレジスト層を導電化する。更に、スパッタリングした金属上にニッケルの電気メッキを行ってニッケル板を形成する。最後に、ニッケル板をガラス板から剥離し、ニッケル板からレジスト層を除去することにより、表面に１００ｎｍ〜１００μｍピッチの凹凸格子を有するスタンパ４を作製することができる。なお、スタンパ４の作製方法としては、上記方法に限定されず、他の方法を用いても良い。

次いで、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、被延伸部材５にスタンパ４の凹凸格子４ａ側を熱プレスなどの処理により押圧して、被延伸部材５に凹凸格子４ａのパターンを転写する。なお、被延伸部材５は、構成材料が熱可塑性樹脂である場合には、射出成形や押出成形などにより作製することができる。そして、スタンパ４を外すと、図２（ｃ）に示すように、スタンパ４の凹凸格子４ａが転写された凹凸格子５ａを有する被延伸部材５が得られる。

次いで、この被延伸部材５に対して幅方向を自由にした自由端一軸延伸処理を施す。すなわち、図３（ａ）に示す被延伸部材５を矢印方向（凹凸格子５ａの長手方向に略平行な方向）に自由端一軸延伸する。このとき、被延伸部材５を構成する材料が軟化する温度まで加熱し、微細凹凸格子５ａの長手方向と略平行な方向に被延伸部材５を一軸延伸し、延伸状態を保持したまま前記材料が硬化する温度まで被延伸部材５を冷却する。なお、これらの加熱温度や冷却温度は、被延伸部材５を構成する材料により適宜設定する。

この自由端一軸延伸処理により、被延伸部材５は、矢印方向に長さが長くなり、それに応じて幅方向が縮小する。これにより、図３（ｂ）に示すように、１２０ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの格子状凸部５ａ’を有する被延伸部材（延伸済み部材）５’が得られる（図４（ａ））。なお、延伸倍率については、準備する被延伸部材の凹凸格子のピッチと必要とする延伸済み部材の微細凹凸格子のピッチに基づいて適宜設定する。

次いで、この延伸済み部材５’を用いて金型６を得る。具体的には、まず、図４（ａ）に示す延伸済み部材５’の格子状凸部５ａ’を有する側の表面に、例えば、蒸着法、スパッタリング法、無電解メッキ法などにより金属膜を形成し、導電化する。次いで、その導電化された面上に電気メッキ法などにより金属層を形成することで、図４（ｂ）に示すように、延伸済み部材５’上に金型６が形成される。金属層の厚さは、特に制限はなく、金型６の用途に応じて適宜設定される。

最後に、金型６から延伸済み部材５’を除去することにより、図４（ｃ）に示すように、１２０ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの格子状凸部６ａを有する金型６を得ることができる。金型６から延伸済み部材５’を除去する方法としては、金型６を延伸済み部材５’から物理的に剥離する方法や、延伸済み部材５’を構成する材料だけが溶解する溶剤を用いて、化学的に剥離する方法などを用いることができる。

このようにして得られた金型６は、１２０ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの格子状凸部６ａを有するので、これを前記方法IIの型（マスター型）として、図４（ｄ）に示すように、この金型６（マスター型）を、例えば、樹脂基材に押圧し、格子状凸部を転写することで、本発明で用いる、１２０ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの格子状凸部７ａを有する樹脂基材７を得ることができる。樹脂基材の表面への格子状凸部を有する構造の形成しやすさを考慮すると、紫外線硬化性樹脂をマスター型に塗布した後、紫外線を照射して硬化させて離型する、あるいは熱硬化性樹脂をマスター型に塗布した後、加熱硬化させて離型することにより、格子状凸部を転写することが好ましい。

・格子状凸部を有する樹脂基材に誘電体層を形成する工程
次いで、図４（ｅ）に示すように、誘電体で樹脂基材７の格子状凸部７ａ及びその側面の少なくとも一部を被覆し、誘電体層８を形成する。例えば、酸化珪素をスパッタリング法により厚さ２ｎｍ〜２００ｎｍで樹脂基材７の格子状凸部７ａ及びその側面の少なくとも一部に被覆すればよい。このとき、誘電体層は、格子状凸部の側面や格子状凸部間の凹部に比べ、格子状凸部７aの凸部の上に厚く形成される。誘電体層の形成においては、格子状凸部の上部の幅が下部よりも広いアンダーカット形状のような形状に補正されることが好ましい。これにより、金属ワイヤを効率良く誘電体層８に形成することができる。このような形状補正の方法としては、逆スパッタリング法などを用いることができる。

・誘電体層上に金属を積層する工程
次いで、図４（ｆ）に示すように、格子状凸部を有する樹脂基材７上に被覆した誘電体層８上に金属９を積層する。例えば、Ａｌを真空蒸着法により平均厚みが１２０ｎｍ〜２２０ｎｍになるように積層すればよい。このとき、Ａｌ９は、誘電体で被覆された格子状凸部の側面や格子状凸部間の凹部に比べ、主に格子状凸部の上に選択積層される。また、斜め積層法を用いて、誘電体で被覆された格子状凸部７ａ間の凹部や凸部の片側側面の領域に金属を堆積させないようにしても良い。この斜め積層法においては、特に格子状凸部７ａ間の領域の深さを考慮し、この部分に付着するＡｌ量を減らし、エッチングを容易にすることを考慮すると、前記格子状凸部の格子の長手方向と垂直に交わる平面内で、基材面の法線とのなす角度が３０°以下（例えば、１０°〜２０°）の方向から金属を積層して金属ワイヤを形成することが好ましい。

・微細凹凸格子に付着した不要金属の除去工程
次いで、必要に応じて、例えば酸又はアルカリのエッチャントを用いて湿式エッチングを行う。前記格子状凸部間の凹部領域のＡｌ９などの付着物を除去したり、金属ワイヤの凸部同士の接触を解消したり、金属ワイヤの断面形状を前記適正範囲に修正することができる。

このような工程により、図４（ｇ）あるいは図１に示すような、今まで実現できなかった１２０ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子を有するワイヤグリッド偏光板を得ることができる。このワイヤグリッド偏光板は、樹脂基材と金属ワイヤとの間に、これらと密着性の高い誘電体層を設けることで樹脂基材と金属ワイヤを強固に結合できるため、金属ワイヤの高さを比較的高くすることができる。この結果、樹脂基材上に形成された非常に微細なピッチを持つ金属ワイヤグリッドにより、被偏光光の領域である可視光領域のほぼ全領域にわたって９９．９％以上の偏光度を発揮することができる。

更に、本発明のワイヤグリッド偏光板の製造方法によれば、樹脂基材上に格子状凸部を転写し、その上に誘電体層を被覆及び金属ワイヤを積層するという、フォトリソグラフィーを用いて製作する方法に比べ、シンプルな工程で作製可能であることから、その単位寸法が１００ｃｍ²以上である比較的大きいワイヤグリッド偏光板を得ることができる。この場合において、それぞれのワイヤが実質的に約１０ｃｍ以上の長さを有し、ワイヤの幅方向に６×１０⁴本／ｃｍ以上等ピッチで光学的にほぼ平行に配列されていることが好ましい。単位寸法が大きいワイヤグリッド偏光板を得られることで、大画面のディスプレイに使用する場合においても接合部分の数を少なくすることができる。なお、本ワイヤグリッド偏光板を接合する場合、接合部分の接合線を１００ｎｍ〜１００μｍの線幅で、光を透過しない構造とすることが好ましい。

次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
（格子状凸部を有する樹脂基材の作製）
・凹凸格子形状が転写されたＣＯＰ板の作製
ピッチが２３０ｎｍで、凹凸格子の高さが２３０ｎｍである凹凸格子を表面に有するニッケルスタンパを準備した。この凹凸格子は、レーザ干渉露光法を用いたパターニングにより作製されたものであり、その断面形状は正弦波状で、上面からの形状は縞状格子形状であった。また、その平面寸法は縦横ともに５００ｍｍであった。このニッケルスタンパを用いて、熱プレス法により厚さ０．５ｍｍ、縦横がそれぞれ５２０ｍｍのシクロオレフィン樹脂（以下、ＣＯＰと略す）板の表面に凹凸格子形状を転写し、凹凸格子形状を転写したＣＯＰ板を作製した。このＣＯＰのガラス転移温度（Ｔｇ）は１０５℃であった。

具体的に、熱プレスは次のように行った。まず、プレス機の系内を真空排気し、ニッケルスタンパ及びＣＯＰ板を１９０℃まで加熱した。ニッケルスタンパ及びＣＯＰ板が１９０℃に達した後、プレス圧２ＭＰａ、プレス時間４分でニッケルスタンパの微細凹凸格子をＣＯＰ板に転写した。さらに、プレス圧を２ＭＰａに保持したままニッケルスタンパ及びＣＯＰ板を４０℃まで冷却した後、真空開放し、続けてプレス圧を開放した。このとき、ニッケルスタンパ及びＣＯＰ板は、プレス圧を開放したときに容易に離型した。電界放出型走査型電子顕微鏡（以下、ＦＥ−ＳＥＭと略す）で、ＣＯＰ板の表面形状を観察したところ、ニッケルスタンパに形成された凹凸格子形状が忠実に転写されたことが確認された。

・延伸によるピッチの縮小
次いで、この凹凸格子形状が転写されたＣＯＰ板を５２０ｍｍ×４６０ｍｍの長方形に切り出し、被延伸部材としての延伸用ＣＯＰ板とした。このとき、５２０ｍｍ×４６０ｍｍの長手方向（５２０ｍｍ）と凹凸格子の長手方向とが互いに略平行になるように切り出した。

次いで、この延伸用ＣＯＰ板の表面に、スプレーによりシリコーンオイルを塗布し、約８０℃の循環式空気オーブン中に３０分放置した。次いで、延伸用ＣＯＰ板の長手方向の両端１０ｍｍを延伸機のチャックで固定し、その状態で１１３±１℃に温度調節された循環式空気オーブン中に延伸用ＣＯＰ板を１０分間放置した。その後、２５０ｍｍ／分の速度でチャック間の距離が５倍延伸したところで延伸を終え、２０秒後に延伸したＣＯＰ板（延伸済みＣＯＰ板）を室温雰囲気下に取り出し、チャック間の距離を維持したまま冷却した。この延伸済みＣＯＰ板の中央部分約４０％は、ほぼ均一にくびれており、最も幅が縮小されている部分は２００ｍｍになっていた。同様にして、チャック間の距離のみを３．５倍、２．５倍に変えて延伸したところ、それぞれ延伸済みＣＯＰ板中央部の最小幅は、２４０ｍｍ、２８０ｍｍになっていた。

この延伸済みＣＯＰ板３種の表面と断面を、ＦＥ−ＳＥＭにて観察したところ、微細凹凸格子のピッチと高さがそれぞれ、１００ｎｍ／９５ｎｍ（ピッチ／高さ）、１２０ｎｍ／１１３ｎｍ、１４０ｎｍ／１３３ｎｍであり、その断面形状が正弦波状で、上面からの形状が縞状格子状となっており、実質的に延伸前の凹凸格子形状と相似で縮小されていたことが分かった。

・ニッケルスタンパ作製
得られた、１００ｎｍピッチ、１２０ｎｍピッチ及び１４０ｎｍピッチの延伸済みＣＯＰ板表面に、それぞれ導電化処理として金をスパッタリングにより３０ｎｍ被覆した後、それぞれニッケルを電気メッキし、厚さ０．３ｍｍ、縦３００ｍｍ、横１８０ｍｍの微細凹凸格子を表面に有するニッケルスタンパを作製した。

・紫外線硬化性樹脂を用いた格子状凸部転写フィルムの作製
厚み０．１ｍｍのポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム（以下、ＰＥＴフィルム）に紫外線硬化性樹脂（スリーボンド社製ＴＢ３０７８Ｄ、屈折率１．４１）を約０．０３ｍｍ塗布し、塗布面を下にして上記１００ｎｍピッチ、１２０ｎｍピッチ、及び１４０ｎｍピッチの微細凹凸格子を表面に有するニッケルスタンパ上に、それぞれ端部からニッケルスタンパとＰＥＴフィルムとの間に空気が入らないように載せ、ＰＥＴフィルム側から中心波長３６５ｎｍの紫外線ランプを用いて紫外線を１０００ｍＪ／ｃｍ²照射し、ニッケルスタンパの微細凹凸格子を転写した。続いて、ニッケルスタンパからＰＥＴフィルムを剥離した後、更に窒素雰囲気下でＰＥＴフィルムに紫外線を５００ｍＪ／ｃｍ²照射し、紫外線硬化性樹脂の未硬化成分を硬化させて、縦３００ｍｍ、横１８０ｍｍの格子状凸部転写フィルムを作製した。得られた格子状凸部転写フィルムをＦＥ−ＳＥＭにより観察し、その断面形状が正弦波状で、上面からの形状が縞状格子状となっていることを確認し、格子状凸部転写フィルムの樹脂基材凸部の高さＨ₁を求めた。その結果を表１に示す。図５（ａ）はその代表的なＳＥＭ像である。

（ワイヤグリッド偏光板の作製：実施例１〜６）
・スパッタリング法を用いた誘電体層の形成
上記のように紫外線硬化性樹脂を用いて作製した３種類のピッチを持つ格子状凸部転写フィルムに、スパッタリング法を用い誘電体を被覆した。本実施例では、誘電体として酸化珪素又は窒化珪素を用いた場合について説明する。Ａｒガス圧力０．６７Ｐａ、スパッタリングパワー４Ｗ／ｃｍ²、被覆速度０．２２ｎｍ／ｓにて誘電体の被覆を行った。層厚み比較用サンプルとして表面が平滑なガラス基板を格子状凸部転写フィルムと同時に装置に挿入し、平滑ガラス基板への誘電体積層厚みが２０ｎｍとなるように成膜を行った。誘電体を被覆した格子状凸部転写フィルム（以下、誘電体積層格子状凸部転写フィルム）の断面を、ＦＥ−ＳＥＭにより観察し、格子状凸部の高さＨ₂を求めた。その結果を表１に示す。図５（ｂ）はその代表的なＳＥＭ像である。

・真空蒸着法を用いた金属の蒸着
３種類のピッチを持つ格子状凸部転写フィルムに誘電体を積層した後、電子ビーム真空蒸着法（ＥＢ蒸着法）を用いて金属の積層を行った。本実施例では、金属としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた場合について説明する。真空度２．５×１０^-3Ｐａ、蒸着速度４ｎｍ／ｓ、常温下においてアルミニウムの蒸着を行った。層厚み比較用サンプルとして表面が平滑なガラス基板を誘電体積層格子状凸部転写フィルムと同時に装置に挿入し、平滑基板へのアルミニウム蒸着厚みが２００ｎｍとなるように蒸着を行った。このときアルミニウムの蒸着は、斜め蒸着法を用い、微細凹凸格子の格子長手方向と垂直に交わる平面内で、基材面の法線と蒸着源のなす入射角度θを実施例１から実施例５では１０°とし、実施例６のみ２０°とした。

・エッチングによる不要金属の除去
３種類のピッチを持つ格子状凸部転写フィルムに誘電体及びＡｌを積層した後、フィルムを室温下の０．１重量％水酸化ナトリウム水溶液中で、処理時間を３０〜９０秒の間で１０秒間隔で変えながら洗浄（エッチング）し、すぐに水洗してエッチングを停止させた。フィルムを乾燥させ、本発明のワイヤグリッド偏光板を得た。ワイヤグリッド偏光板の大きさは、縦３００ｍｍ、横１８０ｍｍであった。これらの３種のピッチを持つワイヤグリッド偏光板の断面を、ＦＥ−ＳＥＭにて観察し、格子状凸部のピッチ、積層したアルミニウムの高さＨ₃及び幅ｗ₃を計測した。その結果を表１に併記する。図５（ｃ）は得られたワイヤグリッド偏光板の断面の代表的なＳＥＭ像である。図５（ｃ）から分かるように、樹脂基材（紫外線硬化性樹脂）Ａ上に誘電体層Ｂが形成され、誘電体層Ｂ上に金属ワイヤ（Ａｌ）Ｃが形成されている。作製した実施例１から実施例６のワイヤグリッド偏光板について光学特性の評価を行った。その結果を表１、図７、図８に示す。

比較例１として、格子状凸部転写フィルム上に、誘電体の積層を行わないこと以外は上記の実施例と同様にして格子状凸部転写フィルムの紫外線硬化性樹脂上にアルミニウムの蒸着を行い、０．１重量％水酸化ナトリウム水溶液中で、６０秒洗浄した。偏光性能を発揮するのに必要なＡｌのワイヤが格子状凸部から部分的に剥離し、評価できるワイヤグリッド偏光板を作製することはできなかった。

比較例２として、市販のガラス基板を基材としたワイヤグリッド偏光板（ＭＯＸＴＥＫ Ｉｎｃ．製 ＰｒｏＦｌｕｘ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ ＰＰＬ０３Ｃ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ））を使用した。

比較例３として、比較例２と同じ市販のガラス基板を基材としたワイヤグリッド偏光板を、０．１重量％水酸化ナトリウム水溶液中で２０秒エッチングし、すぐに水洗してエッチングを停止させ、乾燥させた。

これらのワイヤグリッド偏光板の断面を、ＦＥ−ＳＥＭにて観察し、格子状凸部のピッチ、積層したアルミニウムの高さ、及び幅を測定した。その結果を表１に併記する。比較例２のワイヤグリッド偏光板の断面のＳＥＭ像を図６に示す。図６から分かるように、ガラス基板上に金属ワイヤ（Ａｌ）が形成されている。このワイヤグリッド偏光板について、実施例と同様にして光学特性の評価を行った。その結果を表１、図７、図８に併記する。

（分光光度計による光学特性評価）
得られた実施例、比較例のワイヤグリッド偏光板について、分光光度計を用い偏光度及び光線透過率を測定した。ここでは、直線偏光に対する平行ニコル、直交ニコル状態での透過光強度を測定し、偏光度、光線透過率は下記式より算出した。また、測定波長域は可視光として４００ｎｍ〜８００ｎｍとした。図７には、４００ｎｍ〜８００ｎｍにわたる偏光度の変化を示し、図８には、４００ｎｍ〜８００ｎｍにわたる光線透過率の変化を示した。
偏光度＝[（Ｉmax−Ｉmin）／（Ｉmax＋Ｉmin）]×１００ ％
光線透過率＝[（Ｉmax＋Ｉmin）／２] ×１００ ％
ここで、Ｉmaxは平行ニコル時の透過光強度であり、Ｉminは直交ニコル時の透過光強度である。

図７から分かるように、本発明に係るワイヤグリッド偏光板（実施例１、２、３、５）は、可視光領域のほぼ全領域にわたって優れた偏光度を示した。また、図８から分かるように、本発明に係るワイヤグリッド偏光板は、可視光領域のほぼ全領域にわたって優れた透過率を示した。一方、比較例のワイヤグリッド偏光板は、図７に示すように、可視光領域の短波長側において、偏光度が低いものであった。このように、本発明の製造方法により作製したワイヤグリッド偏光板は、１２０ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子を有し、しかも可視光領域の広帯域にわたって優れた偏光度を発揮するものであることが分かった。

本発明によれば、表面に格子状凸部を有する樹脂基材の前記格子状凸部を含む領域上に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に金属ワイヤを形成する工程と、を具備するので、今まで実現できなかった１２０ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子を有するワイヤグリッド偏光板を得ることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態における寸法、材質などは例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態における偏光板については、板状の部材である必要はなく、必要に応じてシート状、フィルム状であっても良い。上記実施の形態においては、ワイヤグリッド偏光板を液晶表示装置に適用した場合について説明しているが、本発明は偏光が必要とされる液晶表示装置以外のデバイスなどに同様に適用することができる。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光板の一部を示す概略断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光板の製造方法を説明するための、凹凸格子を有する被延伸部材を得るための方法を説明するための断面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光板の製造方法を説明するための、自由端一軸延伸前後の被延伸部材を上面図である。 本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光板の製造方法を説明するための断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る格子状凸部転写フィルムの断面の代表的なＳＥＭ像であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る誘電体積層格子状凸部転写フィルムの断面の代表的なＳＥＭ像であり、（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光板の断面の代表的なＳＥＭ像である。 比較例２のワイヤグリッド偏光板の断面の代表的なＳＥＭ像である。 本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光板及び比較例のワイヤグリッド偏光板の偏光特性を示す特性図である。 本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光板及び比較例のワイヤグリッド偏光板の光線透過率特性を示す特性図である。

符号の説明

１，７ 樹脂基材
２，８ 誘電体層
３，９ 金属ワイヤ
４，スタンパ
４ａ 凹凸格子
５ａ 微細凹凸格子
５ 被延伸部材
５ａ’，６ａ，７ａ 格子状凸部
６ 金型
Ｈ₁ 格子状凸部の高さ
Ｈ₂ 誘電体層で被覆された微細凹凸格子の凸部山と凹部谷との高低差
ｗ₂ 誘電体層の幅

Claims (10)

1. 表面に格子状凸部を有する樹脂基材の、前記格子状凸部を含む領域上に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に金属ワイヤを形成する工程と、を具備することを特徴とするワイヤグリッド偏光板の製造方法。
2. 前記誘電体層を形成する工程において、前記樹脂基材の格子状凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように誘電体層を形成することを特徴とする請求項１記載のワイヤグリッド偏光板の製造方法。
3. 前記樹脂基材の表面の格子状凸部のピッチが１２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のワイヤグリッド偏光板の製造方法。
4. 前記樹脂基材は、表面に１００ｎｍから１００μｍピッチの凹凸格子を有する被延伸部材を、前記凹凸格子の長手方向と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で、前記長手方向と略平行な方向に一軸延伸することにより作製することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光板の製造方法。
5. 前記樹脂基材の格子状凸部形状は、表面に１００ｎｍから１００μｍピッチの凹凸格子を有する被延伸部材を、前記凹凸格子の長手方向と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で、前記長手方向と略平行な方向に一軸延伸したものから作製した微細凹凸格子を有する型を用いて、微細凹凸格子を転写により樹脂基材に賦形することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光板の製造方法。
6. 前記樹脂基材は、表面に格子状凸部を有する型を用いて成型されてなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光板の製造方法。
7. 前記格子状凸部は、格子状凸部ピッチの０．５倍から２．０倍の高さを有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光板の製造方法。
8. 前記誘電体層は、２ｎｍから２００ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光板の製造方法。
9. 前記金属ワイヤは、１２０ｎｍから２２０ｎｍの高さを有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光板の製造方法。
10. 前記金属ワイヤを形成する工程において、前記格子状凸部の格子の長手方向と垂直に交わる平面内で、基材面の法線方向と蒸着源とのなす角度が３０°以下の方向から金属を積層して金属ワイヤを形成することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光板の製造方法。