JP2007017641A - ワイヤーグリッド偏光子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 たとえ大面積のものであっても簡便で、しかも容易な方法でワイヤーグリッド偏光子を製造することができるワイヤーグリッド偏光子の製造方法を提供する。
【解決手段】 らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂溶液を調製する溶液調製工程と、前記金属含有樹脂溶液を塗工、乾燥してフィルムを調製する成膜工程と、前記フィルムを延伸する延伸工程とを有するワイヤーグリッド偏光子の製造方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、大面積のものであっても簡便かつ容易な方法でワイヤーグリッド偏光子を製造することができるワイヤーグリッド偏光子の製造方法に関する。

偏光板は、一定方向の偏波面の光だけを通す材料であり、液晶表示素子においては電界による液晶の配向の変化を可視化させる役割を有する重要な部材である。
液晶表示素子に用いられる偏光板としては、一般に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の水溶液を製膜し、これにヨウ素等の二色性染料を吸着させた後一軸延伸したものを偏光子としたものが用いられている（例えば、特許文献１等）。このような偏光板では、偏光板に入射した光のうち二色性染料の吸収軸に平行な光を吸収し、それと直交する成分の光を透過することにより直線偏光を得ている。このような吸収型の偏光板では原理的に自然光に対する透過率は５０％を超えることができないため、光の利用効率が悪いという問題があった。

これに対して、細い金属線を平行に並べたワイヤーグリッド偏光子が提案されている。ワイヤーグリッド偏光子では、金属線に垂直に振動する電気ベクトルを持つような偏光を透過し、金属に平行に振動する電気ベクトルを持つ偏光を反射することにより、直線偏光を得ている。ワイヤーグリッド偏光板では、金属線部分で光の反射が起こることから、反射された偏光成分を光源の前後に配置されたλ／４板と反射板によりワイヤーグリッド偏光板の透過偏光に変換したり、ワイヤーグリッド偏光板により反射された偏光成分を拡散板によりランダム偏光にした後再度ワイヤーグリッド偏光板を透過させたりすることで、光の利用効率を大幅に向上することができる（例えば、特許文献２）。

ワイヤーグリッド偏光板は、例えば、透明基板上にレジストを塗布した後、電子線（ＥＢ）リソグラフィー又はＸ線リソグラフィーでレジストにパターニングを行い、リフトオフ法を用いて金属細線を透明基板上に残す方法により製造されている。これは、主に半導体の製造工程で用いられる手法である。しかしながら、このような方法では、大面積のワイヤーグリッド偏光板を製造することは困難であり、また、大面積ワイヤーグリッド偏光板を製造するための特別な設備を導入することはコスト面でも折り合わないという問題があった。

特許文献３には、透明で柔軟な基板上に金属膜を形成し、金属膜の融点以下で基板と金属膜とを延伸することにより、異方的な形状を有する金属部分と誘電体部分とからなる構造を形成させるワイヤーグリッド偏光板の製造方法が開示されている。しかしながら、この方法では、金属を規則正しく配列させるのが困難であり、充分な偏光性能が得られないという問題があった。
また、特許文献４には、基体上に少なくとも下地層及び疎水性樹脂薄膜層を順次形成する第１工程と、所望の微細周期構造に対応する突堤が形成された型により当該微細周期構造を前記疎水性樹脂薄膜層に賦形し、当該微細周期構造通りに前記下地層が露出する金属細線形成用溝を形成する第２工程と、前記金属細線形成用溝内に金属細線を成長させる第３工程とを備えるワイヤーグリッド偏光子の製造方法が開示されている。しかしながら、この方法も、工程が複雑で、大面積のワイヤーグリッド偏光板を大量に生産するのには適さないという問題があった。
特許第３３７３４９２号公報 特開昭６３−１６８６２６号公報 特開２００１−７４９３５号公報 特開２００５−７０４５６号公報

本発明は、大面積のものであっても簡便かつ容易な方法でワイヤーグリッド偏光子を製造することができるワイヤーグリッド偏光子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂溶液を調製する溶液調製工程と、前記金属含有樹脂溶液を塗工、乾燥してフィルムを調製する成膜工程と、前記フィルムを延伸する延伸工程とを有するワイヤーグリッド偏光子の製造方法である。
以下に本発明を詳述する。

本発明者らは、鋭意検討の結果、らせん状の分子構造を有する樹脂が金属粒子や金属化合物をらせん構造中に包接することができる性質を有することを利用することにより、大面積のものであっても簡便かつ容易な方法でワイヤーグリッド偏光子を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法では、まず、らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂溶液を調製する溶液調製工程を行う。
上記らせん状の分子構造を有する樹脂としては特に限定されないが、金属化合物等を用いる場合には水溶性樹脂であることが好ましい。このようならせん状の分子構造を有する樹脂としては特に限定されず、例えば、アミロース、ポリビニルアルコール等が挙げられる。
アミロースについては、近年、酵素を用いてアミロースを合成する技術が開発され、この技術によれば、分子量の制御が容易で、しかも、分岐構造が少ない酵素合成アミロースを製造することができる。とりわけ、重量平均分子量１５万〜１５００万、直線性の分子構造を有するアミロース酵素合成アミロースは、らせん状の主骨格が金属粒子や金属化合物をらせん構造中に包接することができ、成膜が容易であり、極めて延伸性が高く配向しやすい性質を有するフィルムが得られる。従って、上記らせん状の分子構造を有する樹脂として酵素合成アミロースが好適である。

上記溶液調製工程においては、成膜性を改善する等の目的で、らせん状の分子構造を有する樹脂に加えて、他の樹脂成分を併用してもよい。例えば、ポリビニルアルコールを併用した場合には、アミロースとの相溶性にも優れることから、高い成膜性を付与することができる。その他、ＴＡＣ、ノルボルネン樹脂、ポリカーボネート樹脂等が考えられるが、特に限定はされない。

上記金属粒子としては特に限定されず、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、チタン、タングステン、クロム等、若しくはこれらの合金等を用いることができる。
上記金属粒子の粒子径としては特に限定されないが、好ましい上限は１００ｎｍである。１００ｎｍを超えると、上記らせん状の分子構造を有する樹脂に包接させることが困難となることがある。下限については特に限定されないが、金属粒子の製造方法等を考慮すると、実質的な下限は１ｎｍである。
上記金属化合物としては特に限定されず、例えば、塩化金酸、硝酸銀、酢酸銀、過塩素酸銀、塩化白金酸、塩化白金酸カリウム、塩化銅(ＩＩ)、酢酸銅(Ｉ)、硫酸銅(ＩＩ）等が挙げられる。
上記金属化合物を用いる場合には、上記らせん状の分子構造を有する樹脂に容易に包接させることができるが、フィルム形成後に適当な還元方法により金属を析出させることが必要となる。上記還元方法としては特に限定されず、例えば、化合物を添加して化学的に還元する方法や高圧水銀灯を用いて光照射する方法を挙げることができる。化学的な還元に用いる化合物としては特に限定されず、例えば、シュウ酸、硫化水素、過酸化水素、水素化ホウ素ナトリウム、クエン酸又はその塩、コハク酸又はその塩、アミン（特に限定されず、例えば、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、ジメチルメチルアミン等の脂肪族アミン；ピペリジン、Ｎ−メチルピペリジン、ピペラジン等の脂環式アミン；アニリン、Ｎ−メチルアニリン、トルイジン等の芳香族アミン；ベンジルアミン、Ｎ−メチルベンジルアミン、フェネチルアミン等のアラルキルアミン；メチルアミノエタノール、ジメチルアミノエタノール、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン等が挙げられる）等が挙げられる。

上記金属含有樹脂溶液を調製する方法としては特に限定されず、例えば、上記らせん状の分子構造を有する樹脂、金属粒子又は金属化合物、必要に応じて添加する成分を水や有機溶剤等の適当な溶剤に溶解する方法が挙げられる。特に有機溶剤を用いる場合には、乾燥に要する時間を短縮できる等の利点がある。

本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法では、次いで、上記金属含有樹脂溶液を塗工、乾燥してフィルムを調製する成膜工程を行う。
上記塗工方法としては特に限定されず、例えば、スピンコーターやバーコーターを用いる方法方法等の従来公知の方法が挙げられる。上記塗工は、例えば、ガラス板やフッ素系樹脂フィルム、ポリエチレンテレフタレート等の離型性の優れた板上に行うことが好ましい。
塗工後、一定時間乾燥させることによりフィルムを得ることができる。乾燥に際しては、乾燥時間を短縮する為に加熱等を行ってもよい。

本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法では、次いで、得られたフィルムを延伸する延伸工程を行う。延伸することにより、フィルム中に含有された金属が平行線状に配置される。
本発明において平行線状に配置とは、金属からなる線状体が一定の間隔で平行に配置されていることを意味し、また、金属粒子が線状に連なっているものであっても構わない。

上記平行線状に配置された金属の線幅としては特に限定はされないが、可視光の範囲で機能を発現させようとした場合には２００ｎｍ以下が好ましい。２００ｎｍを超えると、可視光の範囲で幅方向に振動方向を持つ偏光に対して反射が発生することがある。より好ましくは１００ｎｍ以下である。１００ｎｍ以下であると、可視光の全範囲で機能を発現させることができる。
上記平行線状に配置された金属の間隔としては特に限定はされないが、可視光の範囲で機能を発現させようとした場合には２００ｎｍ以下が好ましい。２００ｎｍを超えると、可視光の範囲で幅方向と直交方向に振動方向を持つ偏光に対して透過が発生することがある。より好ましくは１００ｎｍ以下である。１００ｎｍ以下であると、可視光の全範囲で機能を発現させることができる。

上記延伸の方法としては特に限定されず、例えば、フィルムを加熱しながら応力を加える等の従来公知の方法を用いることができる。
上記延伸を行う場合の倍率としては特に限定されないが、好ましい下限は１．１倍である。１．１倍未満であると、充分な配向性が発現せずに金属の配置が不充分となり、充分な偏光性能が得られないことがある。上限については特に限定されないが、通常は４倍程度の延伸で充分な配向性が得られる。ただし、特に高い配向性が必要な場合には、４倍を超えて延伸してもよい。また、上記平行線状に配置された金属の線幅や間隔は、延伸倍率を選択することにより調整することができる。

別の態様の本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法では、得られた延伸フィルムをガラス基板上にラミネートして積層体を形成し、更にこの積層体に含まれる樹脂成分を分解して除去する。
らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂溶液を調製する溶液調製工程と、前記金属含有樹脂溶液を塗工、乾燥してフィルムを調製する成膜工程と、前記フィルムを延伸する延伸工程と、延伸したフィルムをガラス基板上にラミネートして積層体を形成するラミネート工程と、前記積層体に含まれる樹脂成分を分解して除去する脱脂工程とを有するワイヤーグリッド偏光子の製造方法（以下、第２の態様の本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法ともいう）もまた、本発明の１つである。

第２の態様の本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法では、延伸したフィルムをガラス基板上にラミネートして積層体を形成するラミネート工程を行う。
上記ラミネートの方法としては特に限定されず、例えば、低融点のヒートシール剤を用いる方法や接着剤を用いる方法、粘着剤を用いる方法等が挙げられる。

第２の態様の本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法では、次いで、積層体に含まれる樹脂成分を分解して除去する脱脂工程を行う。樹脂成分を分解除去することにより、ガラス基板上に平行線状に配置された金属のみが残り、ワイヤーグリッド偏光子が完成する。
上記樹脂成分を分解除去するとしては特に限定されず、樹脂の分解温度以上の温度に加熱する方法、紫外線を照射することにより樹脂を分解する方法等が挙げられる。
なかでも加熱による方法が簡便であることから好ましい。また、加熱温度を上記金属の溶融温度以上に設定した場合には、上記金属が点状に配置されている場合でも、溶融した金属同士が結合して連続した線状となることから好ましい。

上記の態様の本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法では、別に成型したフィルムをガラス基板上にラミネートしたが、別の態様としては、ガラス基板上に上記金属含有樹脂溶液を直接塗工して塗膜を形成してもよい。
らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂溶液を調製する溶液調製工程と、前記金属含有樹脂溶液をガラス基板上に塗工、乾燥して、前記ガラス基板上に塗膜が形成された積層体を得る成膜工程とを有するワイヤーグリッド偏光子の製造方法もまた、本発明の１つである（以下、第３の態様の本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法ともいう）。

第３の態様の本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法においては、上記金属含有樹脂溶液をガラス基板上に塗工、乾燥して、上記ガラス基板上に塗膜が形成された積層体を得る。このとき、金属が平行線状に配置されるように剪断をかけながら塗工を行うことが好ましい。

更に、第２の態様の本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法と同様に、第３の態様の本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法により得られた積層体に含まれる樹脂成分を分解して除去してもよい。
らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂溶液を調製する溶液調製工程と、前記金属含有樹脂溶液をガラス基板上に塗工、乾燥して、前記ガラス基板上に塗膜が形成された積層体を得る成膜工程と、前記積層体に含まれる樹脂成分を分解して除去する脱脂工程とを有するワイヤーグリッド偏光子の製造方法もまた、本発明の１つである（以下、第４の態様の本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法ともいう）。

本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法は、らせん状の分子構造を有する樹脂が金属粒子や金属化合物をらせん構造中に包接することができる性質を利用することにより、簡便な方法で確実に金属を平行線状に配列させることができ、高い偏光性能を有するワイヤーグリッド偏光子を製造することができる。また、本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法は、大面積のものであっても容易に製造することができる。

本発明によれば、大面積のものであっても簡便かつ容易な方法でワイヤーグリッド偏光子を製造することができるワイヤーグリッド偏光子の製造方法を提供することができる。

以下に実施例を挙げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。

（実施例１）
（１）酵素合成アミロースの調製
ブドウ糖を原料として、グルコースホスホリラーゼ及びグルカンホスホリラーゼの２種の酵素を作用させることにより酵素合成アミロースを得た。
得られた酵素合成アミロースの重量平均分子量は９０万であった。

（２）ワイヤーグリッド偏光子の製造
得られた酵素合成アミロースを蒸留水に溶解して、５重量％アミロース水溶液を調製した。この水溶液中に、アミロースに対して１０重量％となるように銀粒子（日本ペイント社製、平均粒子径５０ｎｍ）を加え、ホモディスパーを用いて充分に攪拌して銀粒子を懸濁させて、銀粒子懸濁アミロース水溶液を調整した。
得られた銀粒子懸濁アミロース水溶液を、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にコーターを用いて塗工した後、室温にて１日放置した後、８０℃で１時間乾燥して、厚さ約２５μｍのフィルムを得た。
得られたフィルムを、６０℃の温度をかけながら２倍延伸して、厚さ約１８μｍのフィルム状ワイヤーグリッド偏光子を得た。

（実施例２）
実施例１で得られたフィルム状ワイヤーグリッド偏光子を、厚さ１ｍｍのガラス基板上にラミネートして積層体を形成した。
この積層体を３００℃、１０時間加熱してアミロース成分を分解除去したところ、ガラス基板上に金属が平行線状に配置されたワイヤーグリッド偏光子が得られた。

（実施例３）
実施例１で得られた酵素合成アミロースと硝酸銀（銀化合物）を蒸留水に溶解して、アミロースに対して１０重量％銀化合物−５％アミロース水溶液を調製した。得られた水溶液を、ガラス板上にコーターを用いて塗工した後、室温にて１日放置後、８０℃で１時間乾燥して、厚さ約２５μｍのフィルムを得た。次いで、このフィルムをトリエタノールアミン（還元剤）を用いて還元して、フィルム中に銀を析出させた。
得られたフィルムを、６０℃の温度をかけながら２倍延伸して、厚さ約１８μｍのフィルム状ワイヤーグリッド偏光子を得た。

（実施例４）
実施例４で得られたフィルム状ワイヤーグリッド偏光子を、厚さ１ｍｍのガラス基板上にラミネートして積層体を形成した。
この積層体を３００℃、１０時間加熱してアミロース成分を分解除去したところ、ガラス基板上に金属が平行線状に配置されたワイヤーグリッド偏光子が得られた。

実施例１、３で得られたフィルム状ワイヤーグリッド偏光子及び実施例２、４で得られたワイヤーグリッド偏光子について、偏光度を測定したところ９９％、また、ＪＩＳ Ｒ ３１０６に準拠した方法により可視光透過率を測定したところ４０％であった。

本発明によれば、大面積のものであっても簡便かつ容易な方法でワイヤーグリッド偏光子を製造することができるワイヤーグリッド偏光子の製造方法を提供することができる。

Claims (5)

1. らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂溶液を調製する溶液調製工程と、前記金属含有樹脂溶液を塗工、乾燥してフィルムを調製する成膜工程と、前記フィルムを延伸する延伸工程とを有することを特徴とするワイヤーグリッド偏光子の製造方法。
2. らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂溶液を調製する溶液調製工程と、前記金属含有樹脂溶液を塗工、乾燥してフィルムを調製する成膜工程と、前記フィルムを延伸する延伸工程と、延伸したフィルムをガラス基板上にラミネートして積層体を形成するラミネート工程と、前記積層体に含まれる樹脂成分を分解して除去する脱脂工程とを有することを特徴とするワイヤーグリッド偏光子の製造方法。
3. らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂溶液を調製する溶液調製工程と、前記金属含有樹脂溶液をガラス基板上に塗工、乾燥して、前記ガラス基板上に塗膜が形成された積層体を得る成膜工程とを有することを特徴とするワイヤーグリッド偏光子の製造方法。
4. らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂溶液を調製する溶液調製工程と、前記金属含有樹脂溶液をガラス基板上に塗工、乾燥して、前記ガラス基板上に塗膜が形成された積層体を得る成膜工程と、前記積層体に含まれる樹脂成分を分解して除去する脱脂工程とを有することを特徴とするワイヤーグリッド偏光子の製造方法。
5. らせん状の分子構造を有する樹脂は、重量平均分子量１５万〜１５００万、直線性の分子構造を有するアミロースであることを特徴とする請求項１又は２記載のワイヤーグリッド偏光子の製造方法。