(57)【要約】【課題】優れた偏光特性を示すワイヤグリッド偏光素子及びその製造方法、並びに該ワイヤグリッド偏光素子を用いた画像表示性能に優れる液晶ディスプレイを提供する。【解決手段】一次元格子状の凹凸構造を有する透明の基板１１上のグリッド構造層１２の凹凸構造表面に対してドライプロセスにより斜め方向から粒子を入射させて、該凹凸構造の凸部１２ａにＡｌ−Ｓｉ合金層１３を形成するワイヤグリッド偏光素子１０の製造方法であって、Ａｌ−Ｓｉ合金層１３のＳｉ含有率を０．０５〜１．５ｗｔ％とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次元格子状の凹凸構造を有する透明基板の凹凸構造表面に対してドライプロセスにより斜め方向から粒子を入射させて、該凹凸構造の凸部にＡｌ−Ｓｉ合金層を形成するワイヤグリッド偏光素子の製造方法であって、
前記Ａｌ−Ｓｉ合金層のＳｉ含有率は、０．０５〜１．５ｗｔ％であることを特徴とするワイヤグリッド偏光素子の製造方法。
【請求項２】
前記ドライプロセスは、Ｓｉ含有率が０．０５〜１．５ｗｔ％のＡｌ−Ｓｉ合金ターゲットを用いた斜めスパッタである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素子の製造方法。
【請求項３】
一次元格子状の凹凸構造を有する透明基板の凹凸構造表面に対してドライプロセスにより斜め方向から粒子を入射させて、該凹凸構造の凸部にＳｉ含有率０．０５〜１．５ｗｔ％のＡｌ−Ｓｉ合金層を形成してなることを特徴とするワイヤグリッド偏光素子。
【請求項４】
請求項３に記載のワイヤグリッド偏光素子と、液晶セルと、バックライトユニットと、を備えることを特徴とする液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤグリッド構造により偏光特性を有するワイヤグリッド偏光素子及びその製造方法、並びに液晶ディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（液晶ディスプレイ）は従来の陰極線管（ＣＲＴ）を用いた表示装置に比べて、低消費電力、低電圧動作、軽量、薄型といった特徴を有しており、テレビ、コンピューター、携帯をはじめとする様々な表示装置として急速に普及してきている。
【０００３】
しかしながら、液晶ディスプレイの問題点として、光の利用効率の悪さが指摘されている。これを改善すべく、利用効率向上技術として、アメリカ３Ｍ社製のＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ）と呼ばれる反射型偏光フィルムが上市されているが、光学的に異方性である高分子膜と、等方性である高分子膜を交差させることによって多層構造に製造されるのでそのコストが高く、製造工程が煩雑であった。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、ワイヤグリッド反射型偏光フィルムに関する技術が提案されている。これには、偏光フィルムを、基板層と、グリッド構造層と、グリッド構造層の一側面に積層される金属膜とから構成されるものとすることにより、大面積の偏光フィルムの大量高速製造を可能にするとしている。しかしながら、特許文献１のワイヤグリッド反射型偏光フィルムでは、目標とするワイヤグリッド特性が得られない問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０１７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、優れた偏光特性を示すワイヤグリッド偏光素子及びその製造方法、並びに該ワイヤグリッド偏光素子を用いた画像表示性能に優れる液晶ディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために提供する請求項１の発明に係るワイヤグリッド偏光素子の製造方法は、一次元格子状の凹凸構造を有する透明基板（基板１１、グリッド構造層１２）の凹凸構造表面に対してドライプロセスにより斜め方向から粒子を入射させて、該凹凸構造の凸部（凸部１２ａ）にＡｌ−Ｓｉ合金層（Ａｌ−Ｓｉ合金層１３）を形成するワイヤグリッド偏光素子（ワイヤグリッド偏光フィルム１０）の製造方法であって、前記Ａｌ−Ｓｉ合金層のＳｉ含有率は、０．０５〜１．５ｗｔ％であることを特徴とする（図２）。
ここで、前記ドライプロセスは、Ｓｉ含有率が０．０５〜１．５ｗｔ％のＡｌ−Ｓｉ合金ターゲット（ターゲット３）を用いた斜めスパッタであることが好ましい（図３）。
【０００８】
前記課題を解決するために提供する請求項３の発明に係るワイヤグリッド偏光素子（ワイヤグリッド偏光フィルム１０）は、一次元格子状の凹凸構造を有する透明基板（基板１１、グリッド構造層１２）の凹凸構造表面に対してドライプロセスにより斜め方向から粒子を入射させて、該凹凸構造の凸部（凸部１２ａ）にＳｉ含有率０．０５〜１．５ｗｔ％のＡｌ−Ｓｉ合金層を形成してなることを特徴とする（図１）。
【０００９】
前記課題を解決するために提供する請求項４の発明に係る液晶ディスプレイ（液晶ディスプレイ１００）は、請求項３に記載のワイヤグリッド偏光素子（ワイヤグリッド偏光フィルム１０）と、液晶セル（液晶セル４０）と、バックライトユニット（バックライとユニット５０）と、を備えることを特徴とする（図４）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のワイヤグリッド偏光素子の製造方法によれば、偏光特性の優れたワイヤグリッド偏光素子を簡便な方法で再現性よく製造することができる。
また、本発明のワイヤグリッド偏光素子によれば、従来のワイヤグリッド偏光素子におけるＡｌ層よりもＡｌ−Ｓｉ合金層が理想的なワイヤグリッド構造となるので、優れた偏光特性が得られる。
また、本発明の液晶ディスプレイによれば、偏光特性に優れた本発明のワイヤグリッド偏光素子を用いるので、画像表示性能に優れたものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係るワイヤグリッド偏光素子の製造方法の一実施の形態における構成について図面を参照して説明する。なお、本発明を図面に示した実施形態をもって説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、実施の態様に応じて適宜変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【００１２】
図１は、本発明に係るワイヤグリッド偏光素子の構成を示す断面図である。
図１に示すように、本発明に係るワイヤグリッド偏光素子がフィルム状となったワイヤグリッド偏光フィルム１０は、フィルム状の透明な基板１１と、基板１１上に設けられる一次元格子状（微細ストライプパターン）の凹凸を有するグリッド構造層１２と、グリッド構造層１２の凸部１２ａに設けられるＡｌ−Ｓｉ合金膜１３と、を備えるワイヤグリッド偏光フィルムである。
【００１３】
ここで、基板１１は、使用帯域の光（可視光域）に対して透明な板状のガラス、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）,ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）,ポリカーボネート（ＰＣ）,ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）,トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）のいずれかの樹脂からなる樹脂フィルムである。あるいは、吸水率がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）,ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）,ポリカーボネート（ＰＣ）,ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）,トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）よりも小さい非晶性ポリオレフィンからなる高分子プラスチックフィルムとしてもよい。
【００１４】
この非晶性ポリオレフィンとは、脂環族構造を入れて耐熱性を高め非晶性にしたポリオレフィンであり、透明性が高くまた吸水率が低い。また、非晶性ポリオレフィンは、構造上大きく２つに分類することができ、一つは環状オレフィンを開環重合した後、生成した主鎖の二重結合を水素添加することにより得られるもので、日本ゼオン（株）製の商品名「ＺＥＯＮＥＸ」、「ＺＥＯＮＯＲ」、ＪＳＲ（株）製の商品名「ＡＲＴＯＮ」等の樹脂がある。もう一つは環状オレフィンをエチレンとビニル型共重合させて得られるものであり、商業化されているものとして三井化学（株）製の商品名「ＡＰＥＬ」、ＴＩＣＯＮＡ社製の商品名「ＴＯＰＡＳ」等がある。
【００１５】
本発明では、これらのうち、とくに吸水率（ＡＳＴＭ  Ｄ５７０規格、４０℃，９０％ＲＨ）がＰＥＴ；０．４％、ＰＥＮ；０．３％、ＰＣ；０．４％、ＰＥＳ；１．４％、ＴＡＣ；２．６％よりも小さくなるように改善された材料を用いるとよい。すなわち基板１１を構成する樹脂は、吸水率（ＡＳＴＭ  Ｄ５７０規格、４０℃，９０％ＲＨ）が０．０１％未満であることが好ましく、日本ゼオン（株）製の商品名「ＺＥＯＮＯＲ」が好適である。これにより、基板１１から水分が発生することがないので、グリッド構造層１２上に形成されるＡｌ−Ｓｉ合金膜１３が水分と反応することはなく、所期のワイヤグリッド特性を得ることができる。
【００１６】
グリッド構造層１２は、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂を用いてその表面に一次元格子状の凹凸形状が成型されてなるものであり、アクリル、ポリカーボネート、ポリウレタンのいずれかの樹脂からなることが好ましい。熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂は、微細パターンの成型が可能な樹脂が好ましく、例えば東洋合成製ＰＡＫ−０１（紫外線硬化性アクリル樹脂）が挙げられる。
【００１７】
グリッド構造層１２の凹凸形状は、基板１１の主面と平行な一方向（吸収軸Ｙ方向）に延びるように基板１１の主面上に形成された断面形状が矩形の凸部１２ａが、基板１１の吸収軸Ｙ方向と直交する方向（透過軸Ｘ方向）に可視光域の波長よりも小さいピッチで周期的に形成されてなるものである。また、この凹凸形状は、Ａｌ−Ｓｉ合金膜１３をワイヤグリッド状に形成するために設けられるものであり、凹凸の加工サイズやパターン形状によってＡｌ−Ｓｉ合金膜１３のワイヤグリッド構造が決定され、ワイヤグリッド偏光フィルム１０の所期の偏光特性を得るために重要である。すなわち、凹凸形状の加工サイズ、パターン形状は、目的とする偏光特性（消光比）や対象とする可視光波長領域に応じて適宜設定される。ここでは、グリッド構造層１２の凹凸形状は四角形や台形などの矩形状、あるいは鋸歯形状、三角形状に形成することができるが、このうち四角形が好ましい。
【００１８】
なお、グリッド構造層１２の凹凸形状のピッチ、ライン幅／ピッチ、凹部１２ｂ深さ（凸部１２ａ高さ）、凸部１２ａ長さ、上部ライン幅／底部ライン幅は、それぞれ以下の範囲とするのが好ましい。
０．０５μｍ＜ピッチ＜０．８μｍ、
０．１＜（ライン幅／ピッチ）＜０．９、
０．０１μｍ＜凹部１２ｂ深さ＜０．２μｍ、
０．０５μｍ＜凸部１２ａ長さ、
１．０≦（上部ライン幅／底部ライン幅）
【００１９】
Ａｌ−Ｓｉ合金膜１３は、グリッド構造層１２の凸部１２ａの頂部または少なくとも一方の側壁部にＡｌ−Ｓｉ合金粒子をスパッタや真空蒸着などのドライプロセスによって付着させること（詳細は後述）により、基板１１の主面と平行な一方向（吸収軸Ｙ方向）に該Ａｌ−Ｓｉ合金膜が線状（あるいは帯状）に配列されてなるものである。グリッド構造層１２において一定間隔で規則的に設けられた複数の凸部１２ａそれぞれにＡｌ−Ｓｉ合金膜１３が形成されることにより、Ａｌ−Ｓｉ合金膜１３の形成パターンが縞状（一次格子状）となりワイヤグリッド構造を呈する。Ａｌ−Ｓｉ合金膜１３の形成パターン（微細ストライプパターン）としては、可視光領域を４００ｎｍ〜７００ｎｍとすると、Ａｌ−Ｓｉ合金膜１３の線あるいは帯（グリッド）の周期が少なくとも２００ｎｍ以下であるときに、ある程度の偏光特性を期待することができる。このとき、既存の偏光フィルムと同一、あるいはより優秀な性能を得るためには、１００ｎｍ台（１００〜１９９ｎｍ）の周期を有する金属グリッドであることが望ましい。
【００２０】
また、Ａｌ−Ｓｉ合金膜１３のＳｉ含有率は、０．０５〜５０ｗｔ％とし、より好ましくは０．０５〜１．５ｗｔ％、さらに好ましくは０．０５〜１ｗｔ％とする。これにより、ワイヤグリッドを構成する金属を純Ａｌとするよりも、後述するＡｌ−Ｓｉ合金膜１３の形成過程において凸部１２ａ上に形成される粒子が微細となり、凸部１２ａの頂部に沿ったワイヤグリッドとなるため、設計通りの偏光特性を得ることができる。
【００２１】
以上の構成とすることにより、ワイヤグリッド偏光フィルム１０は、可視光域で所望のワイヤグリッド特性を従来よりも安定して示すものとなる。
【００２２】
このようなワイヤグリッド偏光フィルム１０は、例えばつぎのようにして製造する（図２）。ここでは、基板１１として日本ゼオン（株）製「ＺＥＯＮＯＲ」からなる高分子プラスチックフィルム１１ａを用いる場合を説明する。
（Ｓ１１）高分子プラスチックフィルム１１ａの表面をコロナ放電で処理し、ついでその表面に易接着剤としてポリエステルウレタン樹脂（東洋紡績（株）製バイロンＵＲ−１４４０）を１０μｍ程度塗布して基板１１とする（図２（ａ））。
（Ｓ１２）ステップＳ１１の処理済みの基板１１の表面上に、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂を塗布する。塗膜１２ｊの厚みに特に制約はないが、例えば５００ｎｍ〜１０μｍ程度の厚みとする（図２（ｂ））。
（Ｓ１３）一次格子状の凹凸を有するモールドｍをステップＳ１２の塗膜１２ｊに押し当てる（図２（ｃ））。
（Ｓ１４）ステップＳ１３の塗膜１２ｊについて、加熱または紫外線照射して硬化させ、モールドｍの凹凸を転写する。これにより、表面に一次格子状の凹凸を有するワイヤグリッド構造層１２となる（図２（ｄ））。
（Ｓ１５）ワイヤグリッド構造層１２の凹凸面に対して、Ａｌ−Ｓｉ合金粒子が斜めに入射する斜めスパッタ成膜あるいは真空蒸着を行い（図２（ｅ）））、Ａｌ−Ｓｉ合金膜１３を形成する。これにより、ワイヤグリッド構造層１２の凸部１２ａにＡｌ−Ｓｉ合金膜１３が形成されることになり、ワイヤグリッド構造のＡｌ−Ｓｉ合金膜１３となる（ワイヤグリッド偏光フィルム１０の完成（図２（ｆ）））。
なお、基板１１がガラス基板の場合には、ステップＳ１１をできる。
【００２３】
ここで、Ａｌ−Ｓｉ合金層１３の成膜方法としては、斜めスパッタ成膜、例えば基板１１の表面に対して斜め方向から成膜するイオンビームスパッタ法等が有効である。なお、Ａｌ−Ｓｉ合金層１３は、ワイヤグリッド構造層１２の一次元格子方向に平行に長軸方向を有するとともに格子方向に垂直に短軸方向を有する長楕円形状の島状のＡｌ−Ｓｉ合金微粒子が基板１１の主面と平行な一方向（一次元格子方向）に線状に配列されて構成されたものである。このとき、Ａｌ−Ｓｉ合金微粒子は完全な島状に形成されている必要はなく、粒界が形成されていればよい。
【００２４】
本発明のＡｌ−Ｓｉ合金層１３を形成するための斜めスパッタ成膜の様子を図３に示す。なお、ここではイオンビームスパッタの例を示しているが、これに限定されるものではなく、スパッタリング法であればいずれの方式のものでもよい。
【００２５】
図３において、１は基板１１を支持するステージ、２はＡｌ−Ｓｉ合金（Ｓｉ含有率：０．０５〜５０ｗｔ％）からなるターゲット、３はビームソース（イオン源）、４は制御板である。ステージ１は、ターゲット２の法線方向に対して所定角度θ傾斜しており、基板１１はワイヤグリッド構造層１２の凸部１２ａの長手方向がターゲット２からの無機微粒子の入射方向に対して直交する向きに配置されている。角度θは、例えば０°から２０°である。ビームソース３から引き出されたイオンは、ターゲット２へ照射される。イオンビームの照射によりターゲット２から叩き出されたＡｌ−Ｓｉ合金微粒子は、基板１１の表面に斜め方向から入射して付着する。このとき、基板１１上に一定間隔（例えば５０ｍｍ）で平板状の制御板４を配置すれば基板１１表面への入射粒子の方向を制御し、凹凸部１４の側壁部にのみ粒子を堆積させることができる。このときのＡｌ−Ｓｉ合金層１３の膜厚は、２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
またＡｌ−Ｓｉ合金層１３は、Ａｌ−Ｓｉ合金微粒子の配列方向と、Ａｌ−Ｓｉ合金微粒子の配列方向と直交する方向とで光学異方性を有する。なお、Ａｌ−Ｓｉ合金層１３が上記のような長楕円形状の集合体とならず一様な膜の状態になっていたとしても、斜め方向からのイオンビームスパッタ等の方法で成膜した場合には層としての光学異方性を強めることができるので、本発明のＡｌ−Ｓｉ合金層１３としては有効である。
【００２７】
次に、本発明に係る液晶ディスプレイについて以下に説明する。
図４は、本発明に係る液晶ディスプレイの構成を示す概略断面図である。
図４に示すように、液晶ディスプレイ１００は、構造は従来公知のものであり、偏光フィルムとして２つの本発明のワイヤグリッド偏光フィルム１０を用いるものである。すなわち、第１のワイヤグリッド偏光フィルム１０と、液晶セル４０と、第２のワイヤグリッド偏光フィルム１０と、バックライトユニット５０と、をこの順番で配置したものである。
【００２８】
ここで、液晶セル４０は、液晶シャッターとして機能するものであれば特に限定されず、使用可能なものを適宜用いる。例えば、対向配置された少なくとも一方の内面に透明電極を有する一対の基板と該基板間に挟持された液晶層とからなるものが挙げられる。液晶層としては例えばツイストネマチック液晶やスーパーツイストネマチック液晶を用いうるが、非ツイスト系の液晶や二色性染料を液晶中に分散させたゲストホスト系の液晶あるいは強誘電性液晶を用いてもよい。また、液晶の駆動方式については特に限定しない。
【００２９】
バックライトユニット５０は、液晶ディスプレイの光源として従来公知のものでよく、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ（ＬＥＤ）やＣｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐｓ（ＣＣＦＬ）の光源５１と拡散板５２を組み合わせたもの、あるいは導光板を用いたサイドライトやＥＬランプなどの面光源となる照明装置であればよい。
【００３０】
液晶ディスプレイ１００では、ワイヤグリッド特性に優れるワイヤグリッド偏光フィルム１０を用いているので、画像表示性能に優れる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明のワイヤグリッド偏光素子の製造方法を実施した例を示す。
（試験例１）
以下の条件で、図２に示す手順に従い、図１に示す構成のワイヤグリッド偏光フィルム１０（実施例サンプル１）を作製した。なお、前記ステップＳ１５におけるＡｌ−Ｓｉ合金膜１３は、図３に示すイオンビームスパッタ装置においてＡｌ−０．０５ｗｔ％Ｓｉ合金ターゲットを用いて斜めスパッタを行なうことにより形成した。
・基板１１：ガラス基板（可視光域に対して透明）
・ワイヤグリッド構造層１２の材料：東洋合成製ＰＡＫ−０１（紫外線硬化性アクリル樹脂）
・ワイヤグリッド構造層１２の凹凸形状
凸部１２ａピッチ；  ０．２  μｍ
ライン幅／ピッチ；    １  
凹部１２ｂ深さ；    ０．２  μｍ
凸部１２ａ長さ；    ０．１  μｍ
上部ライン幅／底部ライン幅；１
・Ａｌ−Ｓｉ合金膜１３
組成；Ａｌ−０．０５ｗｔ％Ｓｉ
膜厚；  １５０ｎｍ
このときのＡｌ−Ｓｉ合金膜１３を構成する微粒子の平均粒径は５０ｎｍであった。
【００３２】
また、Ａｌ−Ｓｉ合金膜１３に代えてＡｌ膜とし、それ以外は本試験例の条件としてワイヤグリッド偏光フィルムの比較例サンプル１を作製した。このときのＡｌ膜を構成する微粒子の粒径は１００〜１５０ｎｍであった。
【００３３】
得られたサンプルについて、可視光波長領域におけるＰ偏光透過率Ｔｐ、Ｓ偏光透過率Ｔｓを測定し、下記の式（１）に従って偏光度を求めた。実施例サンプル１の結果を図５に、比較例サンプル１の結果を図６に示す。
偏光度=(（（Ｔｐ−Ｔｓ）／（Ｔｐ＋Ｔｓ））^０．５)×１００  ・・・  （１）
【００３４】
実施例サンプル１のほうが、比較例サンプル１よりも可視光波長領域において偏光度が向上していた。これは、Ａｌ層を構成する微粒子の粒径が大きく、グリッド構造層１２の凸部１２ａをはみ出して該凸部１２ａに付着して偏光特性を劣化させているのに対して、Ａｌ−Ｓｉ合金層１３を構成する微粒子は微細化されて凸部１２ａの頂部に適切に付着して理想的なワイヤグリッド構造を呈することにより、偏光特性に優れるためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るワイヤグリッド偏光素子の構成を示す断面概略図である。
【図２】本発明に係るワイヤグリッド偏光素子の製造手順を示す工程図である。
【図３】斜めスパッタ成膜の構成を示す概略図である。
【図４】本発明に係る液晶ディスプレイの構成を示す断面概略図である。
【図５】実施例サンプル１の偏光度を示す図である。
【図６】比較例サンプル１の偏光度を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・ステージ、２・・・ターゲット、３・・・ビームソース、４・・・制御板、１０・・・ワイヤグリッド偏光フィルム、１１・・・基板、１１ａ・・・高分子プラスチックフィルム、１２・・・グリッド構造層、１２ｊ・・・塗膜、１２ａ・・・凸部、１２ｂ・・・凹部、１３・・・Ａｌ−Ｓｉ合金膜、４０・・・液晶セル、５０・・・バックライトユニット、５１・・・光源、５２・・・拡散板、１００・・・液晶ディスプレイ、ｍ・・・モールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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