(57)【要約】【課題】変形・倒壊が防止されるとともに、良好な偏光特性、すなわち高いＴＭ光透過率と消光比を維持することができるワイヤグリッド偏光板を提供すること。【解決手段】少なくとも３８０〜７８０ｎｍの可視光波長領域において透明な透明性基材と、前記透明性基材上に前記波長領域の波長よりも小さい周期で配列され、前記配列方向と直交する方向に延在する直線格子状の凸部を備え、前記凸部は芯材と、前記芯材を覆う金属膜とで構成されることを特徴とし、好ましくは前記芯材のヤング率は前記金属膜のヤング率よりも大きいワイヤグリッド偏光板とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３８０〜７８０ｎｍの可視光波長領域において透明な透明性基材と、前記透明性基材上に前記波長領域の波長よりも小さい周期で配列され、前記配列方向と直交する方向に延在する直線格子状の凸部を備えるワイヤグリッド偏光板であって、
前記凸部は芯材と、前記芯材を覆う金属膜とで構成されることを特徴とするワイヤグリッド偏光板。
【請求項２】
前記芯材のヤング率は前記金属膜のヤング率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のワイヤグリッド偏光板。
【請求項３】
前記芯材を形成する材料は、紫外線硬化性または熱硬化性を有することを特徴とする請求項１、または２に記載のワイヤグリッド偏光板。
【請求項４】
前記芯材を形成する材料は、シロキサン結合を有する樹脂を含む組成物からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のワイヤグリッド偏光板。
【請求項５】
前記芯材を形成する材料は、熱処理によってヤング率が増大することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のワイヤグリッド偏光板。
【請求項６】
前記金属膜は、アルミニウム、金、銀、銅からなる一群から選ばれる少なくとも１種類以上の元素を主原料とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のワイヤグリッド偏光板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、プロジェクター、測定装置、カメラ等の各種光学機器の部材として用いられるワイヤグリッド偏光板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像表示装置では、偏光板を使用する構成が種々提案されている。例えば、液晶表示装置では、透明電極を配置したガラス板により液晶材料を挟み込んだ液晶セルの両面側に直線偏光板が配置されて液晶表示パネルが形成される。また、液晶表示パネルのバックライト側に特定の偏光成分の反射率が高い直線偏光板を配置して、バックライトの利用効率を向上する工夫が図られている。さらに、有機ＥＬ表示装置などでは、直線偏光板と１／４波長板とを積層した円偏光板を画像表示パネルの視認面側に配置することにより、外光の反射防止の機能を付与している。
【０００３】
前記のような偏光板には、通常ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）にヨウ素等を含浸させた後、延伸させて一方向に引き延ばして形成される吸着配向型偏光板が用いられているが、耐熱性や厚み、及び光の利用効率の観点から、吸着配向型偏光板に代わる偏光板が検討されている。その例として、アルミニウムなどの金属膜をエッチング等で直線格子（グリッド）状にパターニングして形成されたワイヤグリッド偏光板を用いる表示装置が提案されている（例えば特許文献１、２）。  
【０００４】
図４に、従来のワイヤグリッド偏光板の鳥瞰図と、偏光特性を説明するための模式図を示す。ワイヤグリッド（ＷＧ）偏光板２００は、使用波長域に対して透明なガラスやフィルムなどの透明性基材２１上にアルミニウムなどの金属膜のグリッドパターン２２を形成した構造からなり、グリッド周期を波長よりも十分小さくすることで、電場の振動方向がグリッドの長手方向（延在方向）に垂直なＴＭ波成分（ＴＭ偏光）を透過し、平行なＴＥ波成分（ＴＥ偏光）を反射する偏光板となる。従って、ＴＭ光透過率が高く、
消光比＝ＴＭ光透過率／ＴＥ光透過率
が大きいことがワイヤグリッド偏光板に第一に必要な光学特性（偏光特性）である。
尚、図４では光はグリッドパターン２２側から入射しているが、透明性基材側２１から入射しても必要な偏光特性は同じである。
【０００５】
図５に、ワイヤグリッド偏光板３７、４７を備える従来の液晶表示装置３００の例を示す。液晶表示装置３００は、カラーフィルタ基板３０と、透明性基板４１の片面にＴＦＴアレイと画素電極を少なくとも含むＴＦＴアレイ部４２を具備したＴＦＴアレイ基板４０とが、液晶組成物を封入した液晶層５０を介して貼り合わせられている。さらにワイヤグリッド偏光板３７、４７がカラーフィルタ基板３０の視認面側、及びＴＦＴアレイ基板４０のバックライト側に、それぞれ接着層３６、及び４６を介して貼り合わせられている（尚、ワイヤグリッド偏光板３７、４７の透明性基材は図示を略している）。ワイヤグリッド偏光板４７はワイヤグリッド偏光板３７をＺ方向に反転し、さらにＸ−Ｙ平面で９０度回転したものである。
【０００６】
ワイヤグリッド偏光板は、耐熱性がヨウ素型偏光板に比べて高く、また透過しないＴＥ偏光を吸収ではなく反射する特性を利用した応用も可能である。すなわち、図５のような表示装置３００のバックライト側に形成するワイヤグリッド偏光板４７は、再帰反射により光取出し効率を向上することが望まれるため、ＴＥ偏光の反射率が高いことが望ましい。尚、再帰反射とは、入射光が再び光源へ向かって反射する現象である。
【０００７】
ところで近年、スマートフォンやタブレットなどの携帯機器で、表示装置の視認面側にタッチパネル機能を付加した構成が一般的になりつつある。タッチパネルは、指などのポインターの接触による入力手段として用いられ、タッチパネルのポインターの検出は、タッチ部分での静電容量変化により行われる方式が主流となっている。
【０００８】
前記のような携帯型の表示装置は、薄型化、軽量化することが求められており、各部材の一体化が進められている。例えば、タッチセンシング機能を液晶セル内に備えるインセル方式は近年積極的に採用されている。
【０００９】
さらなる薄型化、軽量化のために、カラーフィルタ基板及び／又はＴＦＴアレイ基板と、偏光板とを一体化する表示装置の提案がなされている（例えば特許文献３）。このように偏光板を一体化する表示装置においては、耐熱性が高く、液晶表示装置の成膜プロセスにも耐えることからワイヤグリッド偏光板が有力視されている。
【００１０】
上記のように、ワイヤグリッド偏光板は光の波長よりも短い周期で、金属膜のグリッドパターンが形成されるが、金属膜パターンの厚みは、偏光板として十分な特性を持たせるために、アクペクト比（＝パターン高さ／線幅）が大きい。そのため手で触れたり、空気や水の外圧が掛かった場合、非常に脆く、変形・倒壊しやすく、製造工程への導入やハンドリングが難しい問題がある。このため、従来のような構造の金属膜のグリッドパターンではないワイヤグリッド偏光板が提案されている（例えば特許文献４、５）。
【００１１】
特許文献４では金属膜のグリッドパターンを樹脂で被覆した構造としているが、樹脂で被覆したグリッドパターンを使用すると、樹脂の屈折率は従来の樹脂がない空間の１．０よりも大きいため、消光比が小さくなり偏光特性が低下する。また、グリッドパターンを被覆する樹脂によっては耐熱性が不足し、熱により変色または収縮してしまい、偏光特性が低下する問題がある。
【００１２】
特許文献５では、透明性基材に微細な凸状パターンを形成し、その表面に金属膜を成膜することでワイヤグリッド偏光板を作製している。透明性基材の材質の候補としてはサファイアなどの透明無機物結晶が挙げられており、実際にサファイアを採用する場合には外力に強いワイヤグリッド偏光板が得られると想定される。しかしながら、サファイア基材を採用した場合、サファイアはエッチング耐性が高いため、サファイア以上にエッチング耐性が高いエッチングマスク材のパターニングはさらに困難であり、サファイア基材への微細な凸状パターンの形成は困難となる。
【００１３】
また、特許文献５では、微細な凸状パターンを形成する基材として石英ガラスなどのガラス材料も候補に挙げられている。また、石英ガラスの利点として、微細加工に適していることが挙げられている。しかしながら、石英ガラスの剛性はアルミニウムと比較して大差ないため、変形・倒壊を防止する効果は小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−１０２１７４号公報
【特許文献２】特開２００７−１７５０１号公報
【特許文献３】特開２００９−４２３１９号公報
【特許文献４】特開２０１６−１９１８０５号公報
【特許文献５】特許第５２９１４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、変形・倒壊が防止されるとともに、良好な偏光特性、すなわち高いＴＭ光透過率と消光比を維持することができるワイヤグリッド偏光板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも３８０〜７８０ｎｍの可視光波長領域において透明な透明性基材と、前記透明性基材上に前記波長領域の波長よりも小さい周期で配列され、前記配列方向と直交する方向に延在する直線格子状の凸部を備えるワイヤグリッド偏光板であって、
前記凸部は芯材と、前記芯材を覆う金属膜とで構成されることを特徴とするワイヤグリッド偏光板としたものである。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記芯材のヤング率は前記金属膜のヤング率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のワイヤグリッド偏光板としたものである。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、前記芯材を形成する材料は、紫外線硬化性または熱硬化性を有することを特徴とする請求項１、または２に記載のワイヤグリッド偏光板としたものである。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、前記芯材を形成する材料は、シロキサン結合を有する樹脂を含む組成物からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のワイヤグリッド偏光板としたものである。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、前記芯材を形成する材料は、熱処理によってヤング率が増大することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のワイヤグリッド偏光板としたものである。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、前記金属膜は、アルミニウム、金、銀、銅からなる一群から選ばれる少なくとも１種類以上の元素を主原料とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のワイヤグリッド偏光板としたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、手で触れたり、空気や水の外圧が掛かった場合であっても変形・倒壊を防止することができ、良好な偏光特性、すなわち高いＴＭ光透過率と消光比を維持することができるワイヤグリッド偏光板が得られる。従って、製造工程への導入やハンドリング性が向上し、携帯型表示装置のさらなる薄型化、軽量化を推進する一助となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のワイヤグリッド偏光板に係る、実施形態を示す模式断面図である。
【図２】本発明のワイヤグリッド偏光板に係る、製造工程例の一部を示す模式断面図である。
【図３】図２に続く工程を示す模式断面図である。
【図４】従来のワイヤグリッド偏光板の鳥瞰図と、偏光特性を説明するための模式図である。
【図５】従来のワイヤグリッド偏光板を備える液晶表示装置の例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態に係るワイヤグリッド偏光板について図面を用いて説明する。同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付ける。各図面において
、見易さのため構成要素の厚さや比率は誇張されていることがあり、構成要素の数も減らして図示していることがある。また、本発明はその主旨を逸脱しない範囲で、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
図１は、本発明のワイヤグリッド偏光板に係る、実施形態を示す模式断面図である。本発明のワイヤグリッド偏光板１００は、少なくとも３８０〜７８０ｎｍの可視光波長領域において透明な透明性基材１と、透明性基材１上に前記波長領域の波長よりも小さい周期で配列され、配列方向と直交する方向に延在するグリッド状の凸部（グリッドパターン２）を備えている。
【００２６】
前記までの形態は従来のワイヤグリッド偏光板と同じであるが、本発明のワイヤグリッド偏光板１００は、グリッドパターン２は、芯材３と前記芯材を覆う金属膜４とで構成されている。グリッドパターンの倒れ易さの一因として、透明性基材とグリッドパターンの密着力が考えられる。従来構造でグリッドパターンとなるアルミニウムなどの金属膜と透明性基材との密着力は低いものであった。本発明では、透明性基材１との密着力がより高い芯材３を導入することでグリッドパターン２の倒れ易さを改善する。
【００２７】
芯材３のヤング率は金属膜４のヤング率よりも大きいことが好ましい。外力に対する強度を上げる方法として、グリッドパターンの剛性を上げる方法が考えられ、剛性の指標としてはヤング率（縦弾性率）が挙げられる。特に数十ｎｍの微細パターンにおいては、ヤング率が小さい材料をグリッドパターンに用いると、パターン強度が低下してパターン倒れの頻度が上がり、良好な構造物を得ることができないと考えられる。
【００２８】
従来のワイヤグリッド偏光板でグリッドパターン材料として一般的に使用される金属アルミニウムのヤング率は約７０ＧＰａであるので、本発明ではグリッドパターンに芯材３を導入し、芯材３として、例えばアルミニウムよりもヤング率の高い材料を使用し、該芯材３をアルミニウム膜で覆う構成とすることで、グリッドパターンの強度を向上する。
【００２９】
透明性基材として一般的な石英ガラスを加工して微細パターンを形成し、それを芯材３としてアルミニウム膜で覆うことも考えられるが、石英ガラスのヤング率はアルミニウムと比較して大差ないため、変形・倒壊を防止する効果は小さい。
【００３０】
アルミニウムよりもヤング率の大きい材料としては、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などの金属及びその化合物、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ジルコニア、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などの無機材料及びその化合物が例示される。これらの材料をスパッタリング法等により成膜し、その膜上に光や電子線によるリソグラフィ法またはインプリント法により有機材料のパターン形成を行い、該パターンをエッチングマスクとしてエッチングを行うことで芯材をパターニングすることができる。
【００３１】
芯材を形成する材料は、紫外線硬化性または熱硬化性を有することが好ましい。紫外線硬化性を有することで、芯材３のパターニングをフォトリソグラフィ法（フォトマスクを介したネガ型レジストに対する露光、現像）、または光（ＵＶ）インプリント法により直接実施することができる。または熱硬化性を有することで、熱インプリント法により直接実施することができる。これにより前記のエッチングマスク層は不要となり、生産性が向上するとともにコストが抑制される。
【００３２】
芯材を形成する材料はヤング率を高くするために、紫外線硬化性または熱硬化性を有する樹脂組成物に上記Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの金属及びその化合物、ＳｉＣ、ジルコニア、ＤＬＣなどの無機材料及びその化合物等の無機粒子を添加してもよい。
【００３３】
または、芯材を形成する材料は、シロキサン結合を有する樹脂を含む組成物としてもよい。従来からプラスチック材料の耐擦傷性を改良するために、基材表面にシロキサン結合を有する無機系高分子からなるハードコート層を形成する方法が知られている。シロキサン結合の結合エネルギーは、有機物ポリマーの基本骨格である炭素−炭素間結合や炭素−酸素間結合のそれより大きいため、シリコン系塗膜を用いたハードコート層は、より高い耐擦傷性と耐候性を付与することが可能となる。
【００３４】
さらに、芯材を形成する材料は、熱処理によってヤング率が増大することが好ましい。熱処理によってヤング率が増大する樹脂としては、例えばシロキサン化合物の一つである水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ＝Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｉｌｓｅｓ  Ｑｕｉｏｘａｎｅ）を挙げることができる。
【００３５】
ＨＳＱはインプリント法によりパターニングする際に、５０℃から１００℃までの温度でＨＳＱ溶液をプリベークし、プリベークしたＨＳＱに室温でモールドを押し当てることで、線幅５０ｎｍのパターンを転写できることが、室温インプリントとして、非特許文献：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．４１（２００２）ｐ．４１９８−ｐ．４２０２に開示されている。あるいは熱硬化性樹脂、もしくは紫外線硬化性樹脂としてパターニングすることもできる（特許４８７０８１０号、特許５２５８７８８号）。
【００３６】
また、非特許文献：姜有志、ＨＳＱのヤング率とアニール温度の関係、兵庫県立大学大学院博士論文、（２０１３）には、ＨＳＱのヤング率が６５０℃のアニーリングにより８０ＧＰａ以上に大きくなることが示されている。以上のようにインプリント法及びアニーリングの採用により、本発明のワイヤグリッド偏光板で導入する芯材の材料として、ＨＳＱを含む組成物を好適に使用することができる。
【００３７】
図２は本発明のワイヤグリッド偏光板に係る、製造工程例の一部を示す模式断面図であり、図３は、図２に続く工程を示す模式断面図である。以下、芯材を形成する材料としてＨＳＱを用いる例について記す。
【００３８】
まず、透明性基材１上に、芯材を形成するためのＨＳＱ及び溶剤を含有する組成物をスピンコート等により塗布し、必要に応じプリペークを行い、塗布膜３ａを形成する（図２（ａ））。
【００３９】
次に、インプリントモールド５を押し当てる（図２（ｂ））。ここで用いるインプリントモールド５は、公知のモールドが使用でき、熱インプリントを行う場合はシリコン及びＳｉＣなどのシリコン化合物、ニッケル、アルミなどの金属及びその化合物、光インプリントを行う場合は光透過性の石英、ガラス類、あるいはＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等の樹脂モールド、また室温インプリントを行う場合はそれらのいずれであってもよい。ＰＤＭＳモールドであれば、元のモールドをコピーしたレプリカモールドとして用いることができ、離型性に優れ特別な離型処理を必要としないのでコスト抑制の点から好ましい。また、離型時にかかる外力も小さくなるため、変形・倒壊のリスクも小さくなる。
【００４０】
次に、熱インプリントを行う場合は加熱冷却処理、光インプリントを行う場合はＵＶ処理を行った後、インプリントモールド５を離型し、芯材３となるパターンを形成する（図２（ｃ））。さらにＨＳＱのアニーリングによってヤング率を増大させる。
【００４１】
次に、芯材３の表面に、付着力等の膜特性が良いスパッタリング法等により金属膜４ａを成膜する（図３（ａ））。このとき、通常の成膜法では、金属膜４ａの膜厚は、凸部のトップ部（図３（ａ）中のＴ）が最も厚く、 ボトム部（同Ｂ）、 側壁部（同Ｓ）の順に薄くなる。本発明のワイヤグリッド偏光板では、少なくともトップ部と側壁部には金属膜
が必要であるので（ボトム部の金属膜は後述のように除去する）、成膜法はステップカバレッジ（段差被覆性）のよい成膜方法を採用することが好ましい。
【００４２】
ステップカバレッジの良いスパッタリング法としては、ロングスルースパッタ法、コリメータスパッタ法、イオン化金属プラズマスパッタ法が挙げられる。
【００４３】
ロングスルースパッタ法は、スパッタリングターゲットと被成膜基板との間の距離を長くとったスパッタリング法であり、スパッタリングターゲットと被成膜基板との間の距離が短い場合に比べて、スパッタリングターゲットから被成膜基板に到達するターゲット材粒子の指向性が強くなり、被成膜基板の主面に対して垂直な方向から堆積する成分が多くなるため、芯材パターンの微細なスペース部にもターゲット材粒子が入り込み、ステップカバレッジが改善される。
【００４４】
コリメータは、スパッタリングターゲットと被成膜基板の間に位置するフィルタプレートである。ターゲット材粒子は、スパッタリングターゲットと被成膜基板への経路中でコリメータを通過する必要があり、逆にコリメータは、所望の角度を超える角度で被成膜基板にぶつかるはずの粒子を除去する。フィルタリングの量は、コリメータを貫通する通路のアスペクト比に依存する。従って、アスペクト比の高い芯材パターンの微細なスペース部にもターゲット材粒子が入り込み、ステップカバレッジが改善される。
【００４５】
イオン化金属プラズマスパッタ法は、イオン化金属めっき（ＩＭＰ）と称される高密度プラズマ（ＨＤＰ）を使用するスパッタリングである。具体的には、ＲＦ電力をターゲットと基板との間のプラズマ源領域の周りに巻かれた電気コイルに誘導的に結合することにより、ターゲット材粒子のイオン化された割合を大幅に増加させる。イオンしたターゲット材粒子は、それらが負にバイアスされた基板に接近するにつれて、プラズマシースを横切って加速され、垂直性が向上する。その結果、芯材パターンの微細なスペース部にもターゲット材粒子が入り込み、ステップカバレッジが改善される。
【００４６】
高い消光比のために高いＴＭ光透過率（図４参照）を得るためには、図３（ａ）のボトム部Ｂの金属膜を除去する必要がある。従って、図３（ｂ）の工程では、エッチングにより、側壁部Ｓの金属膜を残しながら、ボトム部Ｂの金属膜を除去する。エッチングは異方性（垂直性）の高いドライエッチング、中でもＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）によることが好ましい。金属膜がアルミニウムであれば、塩素系のガスを用い、側壁部の膜減りが少なくなるよう、イオン性の高い条件に設定して行う。このとき、トップ部Ｔの金属膜も膜減りするので、膜減りした膜厚で良好な消光比となるよう、図３（ａ）の工程では金属膜を厚めに成膜しておく。
【００４７】
本発明のワイヤグリッド偏光板で用いる金属膜は、良好な偏光特性を得るためには、屈折率が小さく、屈折率を消衰係数で除した値（屈折率／消衰係数）が小さい金属が有利であるため、アルミニウム、金、銀、銅からなる一群から選ばれる少なくとも１種類以上の元素を主原料とすることが好ましい。さらにコストを考慮すれば、アルミニウムを主原料とすることがもっとも好ましい。
【符号の説明】
【００４８】
１、２１・・・・透明性基材
２、２２・・・・グリッドパターン
３・・・・・・・芯材
３ａ・・・・・・芯材形成用塗布膜
４・・・・・・・金属膜
４ａ・・・・・・金属膜（エッチング前）
５・・・・・・・インプリントモールド
３０・・・・・・カラーフィルタ基板
３１・・・・・・透明性基板
３２・・・・・・ブラックマトリクス
３３（Ｒ）・・・カラーフィルタ層（赤）
３３（Ｇ）・・・カラーフィルタ層（緑）
３３（Ｂ）・・・カラーフィルタ層（青）
３４・・・・・・平坦化層
３５、４５・・・配向膜
３６、４６・・・接着層
３７、４７・・・ワイヤグリッド偏光板
４０・・・・・・ＴＦＴアレイ基板
４１・・・・・・第２の透明性基板
４２・・・・・・ＴＦＴアレイ部
５０・・・・・・液晶層
１００・・・・・ワイヤグリッド偏光板（本発明）
２００・・・・・ワイヤグリッド偏光板
３００・・・・・液晶表示装置
【図１】
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【図２】
2019120825.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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