JP2007024974A - ワイヤーグリッド偏光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 透過型の偏光板に比べて光の利用効率に優れ、薄型でも充分な偏光性能を発揮できることから液晶表示素子全体の薄型化に貢献でき、更に、保護フィルムを必要としないことから保護フィルムに起因する種々の問題点を解決することができる偏光板を提供する。
【解決手段】 らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子及び／又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂からなり、前記らせん状の分子構造を有する樹脂中に金属が平行線状に配置されているワイヤーグリッド偏光素子。
【選択図】 なし

Description

本発明は、光の利用効率に優れ、薄型でも充分な偏光性能を発揮でき、しかも光利用効率を向上させるワイヤーグリッド偏光素子に関する。

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。

また、ＰＶＡを用いた偏光板では、ＰＶＡが過乾燥して強度や柔軟性を失わないように、偏光子の少なくとも片面にトリアセチルセルロース等の保護フィルムを貼り合わせる必要があった。このような保護フィルムを貼り合わせる工程は煩雑なうえ、高温、高湿下で長時間放置されたときにＰＶＡが吸湿して、保護フィルムが剥離してしまうことがあるという問題があった。更に、一般にＰＶＡを用いた偏光子では、一定以上の厚さがなければ充分の偏光性能を発揮することができず、偏光板を薄型化することが困難であるという問題もあった。
特許第３３７３４９２号公報

本発明は、光の利用効率に優れ、薄型でも充分な偏光性能を発揮でき、しかも光利用効率を向上させるワイヤーグリッド偏光素子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、金属粒子及び／又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂からなり、前記らせん状の分子構造を有する樹脂中に金属が平行線状に配置されていることを特徴とするワイヤーグリッド偏光素子である。
以下に本発明を詳述する。

アミロースは、アミロペクチンとともにデンプンを構成する成分として知られており、ブドウ糖が直鎖状に連結してらせん状の分子構造を有する樹脂である。天然由来のアミロースは分子量分布が広く、また、分岐の多い分子構造であることから、強度等の諸性能の制御が困難であり、また、透明なフィルムが得られないという問題があった。しかしながら、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。

重量平均分子量が一定の範囲で、直線性の分子構造を有する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、また、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。本発明者らは、このような酵素合成アミロースの性質に着目して鋭意検討した結果、酵素合成アミロースに金属を包接した状態で形成したフィルムでは、容易に金属を平行線状に配列させることができ、このようなフィルムは良好な偏光特性を示すと同時に、金属部分で光の反射が起こることから、この反射光を再利用することにより高い光の利用効率を実現できることを見出し、本発明を完成するに至った。このような平行線状に配列した金属による偏光特性の発現の原理は、いわゆるワイヤーグリッド偏光子として知られているものであるが、従来は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等により製造されており、製造が煩雑でしかも大面積の偏光板を製造することが困難であったことから、特殊な用途にしか用いられていなかった。
更に、このようなアミロースをマトリックス樹脂とするフィルムは、ポリビニルアルコールフィルムに比べて乾燥しても柔軟性が高く、保護フィルムで保護しなくても充分な強度を発揮できることも見出した。
なお、本明細書において、直線性の分子構造を有するアミロースとは、らせん構造をなすブドウ糖が直鎖状に連結してなる主鎖を形成しており、分岐が少ないことを意味する。

本発明のワイヤーグリッド偏光素子は、らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子及び／又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂からなる。
上記らせん状の分子構造を有する樹脂としては、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が好適である。重量平均分子量が１５万未満であると、低濃度でしか透明な溶液が得られず、濃度を上げた場合にはゲルや粒子の為に透明性が確保できなくなる。１５００万を超えると、ゲル化が激しくなり、水等の媒体に溶解して溶液を調製することが困難となり、フィルムの製造が困難となる。好ましい下限は５０万、好ましい上限は５００万である。なお、重量平均分子量の異なる複数のアミロースを併用してもよい。

このような一定の分子量を有し、直線性の分子構造を有するアミロースとしては、例えば、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製造される酵素合成アミロース等が挙げられる。

上記アミロースは、化学的に変性されたものであってもよい。化学的に変性することにより、種々の性能を付与することができる。例えば、アミロースのＯＨ基の一部を光硬化性アクリル末端基に置換する変性を行った場合には、成膜後に光重合により架橋を施して、引張強度や表面の鉛筆硬度等の機械的な性能をより向上させることができる。
また、上記アミロースフィルムを成型後に、適当な架橋剤を作用させることによりアミロースに架橋を施してもよい。上記架橋剤としては特に限定されず、例えば、ホウ酸等が挙げられる。

上記金属含有樹脂は、本発明の目的を阻害しない範囲において、上記アミロース以外の樹脂成分を含有するものであってもよい。このような他の樹脂成分を含有することにより、耐水性や耐候性等を付与したり、他の機能を付与したり、より安価に製造できるようにすることができる。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、光学性能等に影響することなく高い成型性等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。

上記金属含有樹脂は、金属粒子及び／又は金属化合物を含有する。
上記金属粒子を構成する金属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が挙げられる。
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。

本発明のワイヤーグリッド偏光素子においては、らせん状の分子構造を有する樹脂中に金属が平行線状に配置されている。
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されないが、偏光分離しようとする光の波長の１／４以下であることが好ましい。可視光の範囲で機能を発現させようとした場合には、２００ｎｍ以下であることが好ましい。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。線幅の下限は特に限定されないが、上記らせん状の分子構造を有する樹脂としてアミロースを用いる場合には、金属粒子の製造方法などを考慮すると実質的な下限は１ｎｍである。
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されないが、偏光分離しようとする光の波長の１／４以下であることが好ましい。可視光の範囲で機能を発現させようとした場合には、２００ｎｍ以下であることが好ましい。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。

本発明のワイヤーグリッド偏光素子は、本発明の目的を阻害しない範囲において、紫外線吸収剤、酸化防止剤、帯電防止剤等の従来公知の添加剤を含有してもよい。特に、本発明のワイヤーグリッド偏光素子を、トリアセチルセルロース等の保護フィルムと併用せずに用いる場合には、紫外線吸収剤は必須となる。
なお、上記添加剤を含有することにより金属の配置が困難になる恐れがある場合には、例えば、２層構造として、一方の層にのみ上記配合剤を配合するようにしてもよい。

本発明のワイヤーグリッド偏光素子を製造する方法としては特に限定されず、例えば、上記金属含有樹脂、必要に応じて添加する成分を水、アルコール等の有機溶剤又はこれらの混合溶媒等に溶解して溶液を調製して、これを流延し、乾燥する方法等が挙げられる。特にアルコール等の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。

上記金属含有樹脂に金属粒子を用いる場合において、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、上記アミロース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。
上記金属含有樹脂に金属錯体を用いる場合には、フィルム形成後に適当な方法により金属化合物を還元して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。

上記ワイヤーグリッド偏光素子は、延伸されたものであることが好ましい。延伸されることにより高い配向性が発現し、上記金属を平行線状に配置させることが容易になる。また、延伸倍率により、平行線状に配置された金属の線幅や間隔を調整することもできる。
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。

上記延伸の方法としては特に限定されず、例えば、未延伸のフィルムに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。
また、本発明のワイヤーグリッド偏光素子が、後述するような支持体上に上記アミロースを含有する溶液を塗工、乾燥して、厚さ１〜１０μｍの薄膜を形成してなるである場合には、剪断をかけながら塗布を行う等の方法により配向を行うことも可能である。この場合、配向性を向上させるために、支持体の表面にラビング処理等を施していてもよい。

上記ワイヤーグリッド偏光素子は、プラズマ処理、コロナ処理等の表面改質処理が施されてもよい。このような表面改質処理を施すことにより、液晶表示素子を構成する他の部材との密着性を向上させることができる。

本発明のワイヤーグリッド偏光素子の態様としては、従来のＰＶＡからなる偏光子と同様に厚さ２０〜２５μｍのフィルム状であってもよいし、位相差板等の支持板の表面に、厚さ１〜１０μｍ程度に塗工して乾燥した塗工フィルム状であってもよい。本発明のワイヤーグリッド偏光素子は、高度な配向性で上記金属が平行線状に配置されていることから、極めて薄くとも充分な偏光性能を発揮でき、かつ、薄くとも割れ難いことから、このような塗工フィルム状であってもよく、液晶表示素子全体の薄型化にも貢献することができる。

本発明のワイヤーグリッド偏光素子は、特に保護フィルムを併用する必要がない。これにより、保護フィルムの貼り合わせ工程を省略することができ、歩留りも向上して、安価に製造することができる。また、保護フィルムに対する位相差補償必要性の問題、保護フィルムの耐久変化による光学特性劣化の問題等、保護フィルムに起因する液晶表示素子の問題点を解決することができる。

本発明のワイヤーグリッド偏光素子は、ＪＩＳ Ｒ ３１０６に準拠した方法により測定した可視光透過率の好ましい下限が３８％である。３８％未満であると、液晶表示素子の偏光板としての用途には用いることができないことがある。より好ましい下限は４０％である。
本発明の偏光板は、ＪＩＳ Ｋ ６７１４に準拠した方法により測定したヘイズ値の好ましい上限が５％である。５％を超えると、液晶表示素子の偏光板としての用途には用いることができないことがある。より好ましい上限は３％である。

本発明のワイヤーグリッド偏光素子は、特定の重量平均分子量、及び、直線性の分子構造を有するアミロースをマトリックス樹脂として用いたことから、含有する金属を容易に平行線状に配列させることができ、高い偏光性能を発揮することができる。このような金属を用いた構造により、吸収型の偏光素子に比べて、高い光の利用効率を達成することができる。また、極めて薄くしても偏光性能を発揮できることから、塗工フィルム状とすることにより、液晶表示素子全体の薄型化に貢献できる。更に、保護フィルムを必要としないことから、容易かつ安価に製造できることに加え、保護フィルムに起因する種々の問題点を解決することができる。

本発明によれば、光の利用効率に優れ、薄型でも充分な偏光性能を発揮でき、しかも光利用効率を向上させるワイヤーグリッド偏光素子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約８０万であった。

（２）ワイヤーグリッド偏光素子の製造
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、更に、アミロースに対し５０重量％となるように銀粒子（ハリマ社製、平均粒子径７ｎｍ）を加え、マグネチックスターラ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、ＰＥＴフィルム上にコーターを用いて塗工した後、室温にて１日放置後、６０℃で１０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のワイヤーグリッド偏光素子とした。

（実施例２）
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５０％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、６０℃で１０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のワイヤーグリッド偏光素子とした。

実施例１及び２で得られた偏光板について、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、光の利用効率に優れ、薄型でも充分な偏光性能を発揮でき、しかも光利用効率を向上させるワイヤーグリッド偏光素子を提供することができる。

Claims (3)

1. らせん状の分子構造を有する樹脂と、金属粒子及び／又は金属化合物とを含有する金属含有樹脂からなり、前記らせん状の分子構造を有する樹脂中に金属が平行線状に配置されていることを特徴とするワイヤーグリッド偏光素子。
2. 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記載のワイヤーグリッド偏光素子。
3. 平行線状に配置された金属の線幅が１〜３００ｎｍであり、かつ、間隔が１〜３００ｎｍ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素子。