JP4275692B2

JP4275692B2 - ワイヤグリッド偏光板及びそれを用いた液晶表示装置

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Publication number: JP4275692B2
Application number: JP2006272801A
Authority: JP
Inventors: 宏山木; 祐輔佐藤; 卓治生田目; 泰幸河津
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2006-10-04
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2026-10-04
Also published as: JP2008083657A; US7605883B2; US20070242187A1

Description

本発明は、ワイヤグリッド偏光板及びそれを用いた液晶表示装置に関する。

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。この様に非常に小さ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、金属などで構成された導電体線が特定のピッチで格子状に配列してなるワイヤグリッドは、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ピッチ（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の光をほとんど反射し、導電体線に対して垂直な電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光板として使用できる。ワイヤグリッド偏光板は、透過しない光を反射し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、１００ｃｍ²以上の大面積で１２０ｎｍレベル又はそれ以下のピッチの微細凹凸格子を実現することが難しいのが現状であった。

近年、小さなピッチの微細凹凸格子を有するワイヤグリッド偏光子が開発されている（特許文献１）。このワイヤグリッド偏光子は、図７に示すように、ガラス基板１０１の格子状凸部１０１ａ上に、誘電体膜１０２を介して導電素子１０３が形成された構成となっている。このワイヤグリッド偏光子は、ガラス基板１０１の基台部Ｘの屈折率よりも、格子状凸部１０１ａと誘電体膜１０２とを合わせた厚さの領域Ｙの屈折率が低く設定されている。このような構成にすることにより、光の透過、反射特性が急激に変化する共鳴現象の起きる共鳴ポイントを短波長側へシフトさせ、透過と反射の効率を高くすることができる。
特表２００３−５０２７０８号公報

しかしながら、上述したワイヤグリッド偏光子は、回折格子として用いる場合の可視光スペクトル内の共鳴を考慮しなければならず、可視光の低波長域において十分な偏光度が得られないという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、可視光領域の広帯域にわたって優れた偏光度と透過率を両立するワイヤグリッド偏光板及びそれを用いた液晶表示装置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は、格子状凸部を有する樹脂基材と、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設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた金属ワイヤと、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においては、前記樹脂基材の格子状凸部の高さが前記格子状凸部のピッチの０．５倍〜２倍であることが好ましい。また、本発明のワイヤグリッド偏光板においては、前記誘電体層が前記樹脂基材の前記格子状凸部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は１００ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。また、本発明のワイヤグリッド偏光板においては、前記金属ワイヤが、前記樹脂基材の格子状凸部を前記誘電体層で被覆して形成される凹凸格子の凸部の頂部よりも少なくとも上方に存在することが好ましい。また、本発明のワイヤグリッド偏光板においては、前記金属ワイヤが前記誘電体層の一方の側面に偏って設けられたことが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光板においては、前記誘電体層の屈折率が、前記樹脂基材の屈折率よりも高いことが好ましい。また、本発明のワイヤグリッド偏光板においては、前記格子状凸部の頂部より上方の誘電体層を含む領域の屈折率が、前記樹脂基材の屈折率よりも高いことが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光板においては、前記樹脂基材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においては、前記誘電体層は、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム又はそれらの複合物で構成されていることが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光板においては、前記金属ワイヤは、アルミニウム、又はその合金で構成されていることが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光板においては、単位寸法が１００ｃｍ²以上であることが好ましい。

本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、前記液晶パネルに光を照射する照明手段と、前記液晶パネルと前記照明手段との間に配置された上記ワイヤグリッド偏光板と、を具備することを特徴とする。本発明の液晶表示装置においては、前記液晶パネルが透過型液晶パネルであることが好ましい。

本発明の液晶表示装置は、光源と、前記光源からの光を偏光分離する上記ワイヤグリッド偏光板と、前記偏光板により偏光された光を透過又は反射する液晶表示素子と、前記液晶表示素子を透過又は反射した光をスクリーンに投射する投射光学系と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、格子状凸部を有する樹脂基材と、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設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた金属ワイヤと、を具備するので、樹脂基材と誘電体層と金属ワイヤとの間で十分な密着力があり、可視光領域の広帯域にわたって優れた偏光度及び透過率を両立するワイヤグリッド偏光板を得ることができる。また、ピッチが１２０ｎｍ以下のワイヤグリッド偏光板を得ることができ、さらに優れた偏光度及び透過率を達成することができる。また、１００ｃｍ²以上の大面積のワイヤグリッド偏光板を容易に製造することができる。

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。
図１は、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。図１に示すワイヤグリッド偏光板は、格子状凸部を有する樹脂基材１（以下、樹脂基材１ともいう）と、前記樹脂基材の格子状凸部１ａ（以下、凸部１ａともいう）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た誘電体層２と、前記誘電体層上に設けられた金属ワイヤ３とから主に構成されている。

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（ＰＥＴ）樹脂、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（ＵＶ）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せた構成とすることもできる。

本発明の樹脂基材上の格子状凸部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〜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〜１２０ｎｍのピッチで十分な偏光特性が得られる。また、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。なお、本発明において、樹脂基材の格子状凸部１ａのピッチと、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、図１においてｐで示される。

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。例えば、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。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誘電体層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間の密着強度を高くする観点から、前記断面形状は正弦波状であることがより好ましい。

また、樹脂基材１の凸部１ａの山と凹部１ｃの谷との高さの差Ｈ₁（以下、凸部１ａの高さという）は、良好な光学特性を得るため、基材と誘電体層２との高い密着強度を得るため、また、凸部１ａ上に誘電体層を選択的に高く被覆するために、格子状凸部１ａのピッチｐの０．５倍から２．０倍であり、１．０倍から２．０倍であることが好ましい。

凸部１ａの高さの２分の１の高さにおける凸部１ａの幅（以下、凸部１ａの幅という）は、格子状凸部１ａの側面への誘電体層の被覆及び誘電体層を介した金属ワイヤの積層を考慮して、ワイヤグリッドピッチの０．３倍から０．６倍であることが好ましい。

本発明に用いる格子状凸部を有する樹脂基材を得る方法は特に限定されない。例えば、本出願人の特願２００６−２１００号に記載の方法を挙げることができる。特願２００６−２１００号によれば、干渉露光法を用いて作製したピッチ２３０ｎｍから２５０ｎｍの格子状凸部がつくる凹凸格子を有する金属スタンパを用いて、凹凸格子を熱可塑性樹脂に熱転写し、凹凸格子を付与した熱可塑性樹脂を格子の長手方向と平行な方向に、延伸倍率が４から６倍の自由端一軸延伸加工を施す。その結果、前記熱可塑性樹脂に転写された凹凸格子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）が得られる。続いて、得られた微細凹凸格子を有する樹脂基材（延伸済み）から、電解メッキ法などを用いて微細凹凸格子を有する金属スタンパを作製する。この金属スタンパを用いて、樹脂基材の表面にその微細凹凸格子を転写、形成することで、ピッチが１２０ｎｍ以下の格子状凸部を有する樹脂基材を得ることが可能となる。

本発明において誘電体層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高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（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）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を用いることができる。

本発明において、格子状凸部の頂部より上方の誘電体層を含む領域の屈折率が、前記樹脂基材の屈折率よりも高いことが好ましい。ここで、格子状凸部の頂部より上方の誘電体層を含む領域とは、図１のＢ領域を示し、誘電体層を含む領域であって、樹脂基材面と略平行である特定の厚みを有する領域を意味する。すなわち、このＢ領域は、樹脂基材１の格子状凸部１ａ上の誘電体層を含む領域である。樹脂基材の屈折率は、図１のＡ領域、すなわち樹脂基材１の格子状凸部１ａを含まない領域の屈折率である。また、本発明において、前記誘電体層の屈折率が、前記樹脂基材の屈折率よりも高いことが好ましい。

樹脂基材より屈折率が高くなるように選ばれた誘電体としては、例えば、珪素又は上記金属の酸化物、窒化物の単体又はその複合物が好ましい。これらの中で、酸化珪素、酸化チタン、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム又はそれらの複合物がさらに好ましい。

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及びその側面部１ｂの少なくとも一部を覆うように設けられている。また、樹脂基材１の格子状凸部１ａの側面１ｂは、誘電体層２により覆われていることが好ましい。格子状凸部１ａと誘電体層２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２が微細凹凸格子全体を被覆することがより好ましい。格子状凸部１ａと誘電体層２との間の密着性が向上することにより、樹脂基材と誘電体層との間の十分な密着強度が得られる。

樹脂基材の格子状凸部１ａに被覆される誘電体層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、ワイヤグリッドの強度、被覆に要する時間、金属ワイヤ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的に積層すること、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１ａの山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強度、光学特性などを考慮すると１００ｎｍから３００ｎｍであることが好ましく、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍがさらに好ましい。

高低差Ｈ₂の２分の１の高さにおける幅を誘電体層の幅ｗ₂（以下、誘電体層の幅という）とすると、光学特性及びワイヤグリッドの構造強度の観点から、誘電体層の幅ｗ₂は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。

樹脂基材の格子状凸部及びその側面の少なくとも一部に誘電体を被覆させる方法としては、誘電体層２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。

本発明において、金属ワイヤ３を構成する金属は、可視光領域で光の反射率が高く、誘電体層２を構成する材料との間の密着性の高いものであることが好ましい。例えば、アルミニウム、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、アルミニウム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３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１ａの山を被覆した誘電体層２の凸部の上に積層した金属ワイヤ３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３と誘電体層２の凸部との間の密着強度、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であることが好ましい。また、金属ワイヤの幅に対する金属ワイヤの高さの比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３を形成するために金属を誘電体層２に積層する方法としては、誘電体層２を構成する材料と金属ワイヤ３を構成する金属との間に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２の凸部に選択的に、又は誘電体層２の凸部の一方の側面に偏って選択的に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。

なお、光学特性の観点から、微細凹凸格子の凹部の底部及びその付近に積層する金属の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、樹脂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。

本発明のワイヤグリッド偏光板は、単位寸法が１００ｃｍ²以上であることが好ましい。本発明のワイヤグリッド偏光板によれば、樹脂基材１上に格子状凸部を転写により形成し、その上に誘電体層２及び金属ワイヤ３を積層することで作製可能であることから、このように単位寸法が１００ｃｍ²以上である比較的大きい板状体を得ることができる。このため、例えば、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できるだけ少なくすることができる。この場合、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。

上記に述べたように本発明のワイヤグリッド偏光板は、樹脂基材１と金属ワイヤ３との間にこれらと密着性の高い誘電体層２を設けている。このため、樹脂基材１が確実に誘電体層２を支え、誘電体層２を立設することができる。その結果、金属ワイヤの高さを比較的高くすることができる。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。この場合において、それぞれの金属ワイヤが実質的に約１０ｃｍ以上の長さを有し、金属ワイヤの幅方向に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。

次に、本発明に係るワイヤグリッド偏光板を液晶表示装置に用いた場合について説明する。図２に、本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光板を用いた液晶表示装置の一形態を示す。

図２に示す液晶表示装置は、光を発光するバックライトのような照明装置１１と、この照明装置１１上に配置されたワイヤグリッド偏光板１２と、ワイヤグリッド偏光板１２上に配置された液晶パネル１３２および偏光板１３３とから主に構成される。すなわち、本発明に係るワイヤグリッド偏光板１２は、液晶パネル１３２と照明装置１１との間に配置される。

液晶パネル１３２は、透過型液晶パネルであり、ガラスや透明樹脂基板間に液晶材料などを挟持して構成されている。なお、図２の液晶表示装置中において、通常使用されている偏光板保護フィルム、位相差フィルム、拡散板、配向膜、透明電極、カラーフィルタなどの各種光学素子については説明を省略する。

このような構成の液晶表示装置においては、照明装置１１から出射された光がワイヤグリッド偏光板１２の樹脂基材１の基部側から入射し、ワイヤ側から液晶パネル１３２を通過して外界に出射される（図中の矢印方向）。この場合において、ワイヤグリッド偏光板１２が可視光領域において優れた偏光度を発揮するので、コントラストの高い表示を得ることが可能となる。また、さらに高いコントラストが要求される場合には、偏光板１３３の外側、すなわち照明装置１１と反対の方向から入射する（外）光が、液晶パネル１３２を透過してワイヤグリッド偏光板１２により反射され、再び液晶パネル１３２の外側に戻るのを防止するために、ワイヤグリッド偏光板１２と液晶パネル１３２との間に、ヨウ素などの二色性色素を用いた吸収型の偏光板１３１を、ワイヤグリッド偏光板１２と偏光軸を合わせて挿入することが好ましい。この場合、吸収型の偏光板は透過率が高いものが好ましく、偏光度は低いものであっても良い。

本発明のワイヤグリッド偏光板を投射型液晶表示装置の偏光板に用いることもできる。投射型液晶表示装置は、光源と、その光源からの光を偏光分離するワイヤグリッド偏光板と、そのワイヤグリッド偏光板により偏光された光を透過又は反射する液晶表示素子と、その液晶表示素子を透過又は反射した光をスクリーンに投射する投射光学系とから主に構成される。すなわち、本発明に係るワイヤグリッド偏光板は、光源と液晶表示素子との間に配置される。

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、凹凸格子形状が転写された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。プレス圧を開放したとき、ニッケルスタンパ及びＣＯＰ板は容易に離型した。電界放出型走査型電子顕微鏡（以下、ＦＥ−ＳＥＭと略す）で、凹凸格子形状が転写されたＣＯＰ板の表面形状を観察したところ、ニッケルスタンパの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、延伸済みＣＯＰ板中央部の最小幅は、それぞれ、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はそれぞれ、１００ｎｍ／９５ｎｍ（ピッチ／高さ）、１２０ｎｍ／１１３ｎｍ、１４０ｎｍ／１３３ｎｍ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、格子の長手方向（以下、縦という）３００ｍｍ、格子の長手方向と垂直な方向（以下、横という）１８０ｍｍのニッケルスタンパを作製した。

・紫外線硬化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（以下、ＰＥＴと略す）フィルムに紫外線硬化樹脂（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フィルム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、窒素雰囲気下でＰＥＴフィルムに紫外線を５００ｍＪ／ｃｍ²照射し、ＰＥＴフィルム上の紫外線硬化樹脂を硬化させて、縦３００ｍｍ、横１８０ｍｍの微細格子が転写されたフィルム（以下、格子状凸部転写フィルムという）を作製した。格子状凸部転写フィルムの断面をＦＥ−ＳＥＭで観察し、格子状凸部転写フィルムの凸部の高さＨ₁を求めた。その結果を表１に示す。図３（ａ）は格子状凸部転写フィルムの断面の代表的なＳＥＭ像である。上述の方法で得られた格子状凸部転写フィルムを、格子状凸部を有する樹脂基材として用いる。

（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
上記の方法で作製した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層を形成した。本実施例では、誘電体として窒化珪素又は酸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／ｃｍ^２、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の断面を、ＦＥ−ＳＥＭで観察し、高低差Ｈ₂を求めた。また、分光エリプソメータを用いて、誘電体及びＢ領域の屈折率を求めた。その結果を表１に併記する。図３（ｂ）は誘電体層形成後の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という）の断面の代表的な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層を形成した後、電子ビーム真空蒸着法（ＥＢ蒸着法）を用いて金属ワイヤを形成した。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Ａｌ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Ａｌ蒸着厚みが２００ｎｍとなるように蒸着を行った。実施例１〜５では、格子の長手方向と垂直に交わる平面内において基材面の法線と蒸着源とのなす角度θを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た後、波長５５０ｎｍの光に対する偏光度と光線透過率を測定し、偏光度が９９．９５％以上で、最大の透過率を示すもの（ただし、実施例２については偏光度が９９．９９％以上で、最大の透過率を示すもの）を選択し、本発明のワイヤグリッド偏光板とした。ワイヤグリッド偏光板の大きさは、縦３００ｍｍ、横１８０ｍｍであった。３種のワイヤグリッド偏光板の断面を、ＦＥ−ＳＥＭで観察し、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。図３（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３（ｃ）から分かるように、樹脂基材（紫外線硬化樹脂）１上に誘電体層２が形成され、誘電体層２上に金属ワイヤ（Ａｌ）３が形成されている。作製したワイヤグリッド偏光板について偏光性能評価を行った。その結果を表１、図５、図６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。この場合、偏光性能を発揮するのに必要なＡｌのワイヤが存在するものの、Ａｌのワイヤが基材の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（ＭＯＸＴＥＫＩｎｃ．製ＰｒｏＦｌｕｘＰｏｌａｒｉｚｅｒＰＰＬ０３Ｃ（ＧｅｎｅｒａｌＰｕｒｐｏｓｅ））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で観察し、格子状凸部のピッチ、金属ワイヤの高さ、及び幅を測定した。その結果を表１に併記する。また、比較例２のワイヤグリッド偏光板の断面のＳＥＭ像を図４に示す。図４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。これらのワイヤグリッド偏光板について、実施例と同様にして偏光性能評価を行った。その結果を表１、図５、図６に併記する。

（分光光度計による偏光性能評価）
得られた実施例及び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５には、４００ｎｍ〜８００ｎｍにわたる偏光度の変化を示し、図６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５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６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光線透過率を示した。一方、比較例のワイヤグリッド偏光板は、図５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、本発明に係るワイヤグリッド偏光板は、微細凹凸格子を有し、構成上の制約がなく、しかも可視光領域の広帯域にわたって優れた偏光度と透過率を両立するものであることが分かった。

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。本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光板を用いた液晶表示装置を示す図である。（ａ）は、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、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度を示す図である。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を示す図である。ワイヤグリッド偏光子を示す概略断面図である。

符号の説明

１樹脂基材
１ａ格子状凸部
１ｂ側面
１ｃ凹部
２誘電体層
３金属ワイヤ
１１バックライト
１２ワイヤグリッド偏光板
１３１，１３３偏光板
１３２液晶パネル

Claims

格子状凸部を有する樹脂基材と、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設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた金属ワイヤと、を具備することを特徴とするワイヤグリッド偏光板。
前記樹脂基材の格子状凸部の高さが前記格子状凸部のピッチの０．５倍〜２倍であ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。
前記誘電体層が前記樹脂基材の前記格子状凸部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は１００ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワイヤグリッド偏光板。
前記金属ワイヤが、前記樹脂基材の格子状凸部を前記誘電体層で被覆して形成される凹凸格子の凸部の頂部よりも少なくとも上方に存在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１項に記載のワイヤグリッド偏光板。
前記金属ワイヤが前記誘電体層の一方の側面に偏って設けられたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のワイヤグリッド偏光板。
前記誘電体層の屈折率が、前記樹脂基材の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のワイヤグリッド偏光板。
前記格子状凸部の頂部より上方の誘電体層を含む領域の屈折率が、前記樹脂基材の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のワイヤグリッド偏光板。
前記樹脂基材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から請求項７のいずれか１項に記載のワイヤグリッド偏光板。
前記誘電体層は、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム又はそれらの複合物で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のワイヤグリッド偏光板。
前記金属ワイヤは、アルミニウム又はその合金で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のワイヤグリッド偏光板。
単位寸法が１００ｃｍ²以上であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のワイヤグリッド偏光板。
液晶パネルと、前記液晶パネルに光を照射する照明手段と、前記液晶パネルと前記照明手段との間に配置された請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のワイヤグリッド偏光板と、を具備することを特徴とする液晶表示装置。
前記液晶パネルが透過型液晶パネルであることを特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
光源と、前記光源からの光を偏光分離する請求項１から請求項１１のいずれか記載のワイヤグリッド偏光板と、前記偏光板により偏光された光を透過又は反射する液晶表示素子と、前記液晶表示素子を透過又は反射した光をスクリーンに投射する投射光学系と、を具備することを特徴とする投射型液晶表示装置。