JP2008268298A

JP2008268298A - 高偏光度を持つ偏光板

Info

Publication number: JP2008268298A
Application number: JP2007107541A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamaki; 宏山木
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-04-16
Also published as: JP5069036B2

Abstract

【課題】液晶表示装置に用いた際に、暗い環境における黒表示を黒く視認させるだけのコントラストを示す高偏光度を持つ偏光板を提供すること。
【解決手段】本発明の高偏光度を持つ偏光板は、入射した光を吸収して偏光する吸収型偏光板２と、前記吸収型偏光板２上に配設され、前記入射した光を反射して偏光する反射型偏光板１と、を具備し、前記反射型偏光板１は、表面に格子状凸部１１ａを有する基材１１と、前記格子状凸部１１ａを含む領域上に設けられた誘電体層１２と、前記誘電体層１２上に設けられた金属ワイヤ１３とで構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、極めて高い偏光度を持つ偏光板に関する。

近年、液晶表示装置がテレビジョン装置に用いられてきており、かなり普及してきている。しかしながら、液晶表示装置は、コントラストが十分ではないために、暗い環境において黒表示が黒く視認されずに、グレーに視認されてしまうという問題がある。このため、放送局などの暗い環境下で用いるモニタなどには液晶表示装置は採用されていない。

このように、従来の液晶表示装置においては、暗い環境における黒表示を黒く視認させるだけのコントラストが取れていないのが現状である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、液晶表示装置に用いた際に、暗い環境における黒表示を黒く視認させるだけのコントラストを示す高偏光度を持つ偏光板を提供することを目的とする。

本発明の高偏光度を持つ偏光板は、入射した光の透過しない偏光成分を吸収して偏光を作る吸収型偏光板と、前記吸収型偏光板上に配設され、前記入射した光の透過しない偏光成分を反射して偏光を作る反射型偏光板と、を具備し、偏光度が９９．９９９９％以上であり、透過率が３５％以上であり、反射率が３０％以上であることを特徴とする。

本発明の高偏光度を持つ偏光板においては、前記反射型偏光板は、表面に格子状凸部を有する基材と、前記格子状凸部を含む領域上に設けられた金属ワイヤと、で構成されていることが好ましい。

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高偏光度を持つ偏光板と、を具備することを特徴とする。

本発明の高偏光度を持つ偏光板によれば、入射した光の透過しない偏光成分を吸収して偏光を作る吸収型偏光板と、前記吸収型偏光板上に配設され、前記入射した光の透過しない偏光成分を反射して偏光を作る反射型偏光板と、を具備し、偏光度が９９．９９９９％以上であり、透過率が３５％以上であり、反射率が３０％以上であるので、液晶表示装置に用いた際に、暗い環境における黒表示を黒く視認させるだけのコントラストを示すことが可能となり、光を有効に利用することができる。

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高偏光度を持つ偏光板を示す断面図である。この偏光板は、入射した光を吸収して偏光する吸収型偏光板２と、吸収型偏光板２上に配設され、前記入射した光を反射して偏光する反射型偏光板１とから主に構成されている。

吸収型偏光板２は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）樹脂にヨウ素を加えた偏光フィルム２１と、偏光フィルム２１の両側に積層されたＴＡＣ（トリアセチルセルロース）樹脂の保護フィルム２２，２３とから構成されている。なお、本実施の形態においては、吸収型偏光板２がＰＶＡ樹脂にヨウ素を加えてなる吸収型偏光板を用いた場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、他の構成の吸収型偏光板を用いた場合にも適用することができる。

本発明においては、反射型偏光板１はワイヤグリッド偏光板である。図２は、本発明の実施の形態に係る高偏光度を持つ偏光板のワイヤグリッド偏光板の一部を示す断面図である。このワイヤグリッド偏光板は、表面に格子状凸部１１ａを有する基材１１と、基材１１上に設けられた誘電体層１２と、誘電体層１２上に立設された金属ワイヤ１３とから主に構成されている。なお、誘電体層１２は必ずしも設けなくても良い。

基材１１に用いる素材は、可視光領域で実質的に透明な素材であれば良いが、加工性に優れた樹脂であることが好ましい。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樹脂（ＰＥＴ）、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硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、基材１１として、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わせた複合基材を用いても良い。

基材１１の格子状凸部１１ａのピッチｐは、可視光領域の広帯域にわたる偏光特性を考慮すると、１５０ｎｍ以下であり、好ましくは８０ｎｍから１２０ｎｍである。ピッチｐ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から１２０ｎｍのピッチｐで十分な偏光特性が得られる。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ｐを１５０ｎｍ程度まで大きくしても良い。

本発明において、基材１１の格子状凸部１１ａのピッチｐと、誘電体層１２のピッチと、金属ワイヤ１３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、同じピッチをとることができる。

基材１１の格子状凸部１１ａの断面形状に制限はない。これらの断面形状は、例えば、台形、矩形、方形、プリズム状や、半円状などの正弦波状を挙げることができる。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。また、基材１１の格子状凸部１１ａ及びその側面の少なくとも一部を誘電体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、基材１１と誘電体層１２との密着強度を高くする観点から、これらの断面形状は正弦波状であることがより好ましい。

基材１１に格子状凸部を設ける方法としては、表面にピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型を用いて、基材の表面に格子状凸部を転写して成型する方法が挙げられる。ここで、表面にピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型は、電子線ビーム描画法や干渉露光法により得た、ピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有するレジストパタンを、順に導電化処理、メッキ処理、基材の除去処理を施すことで作製することができる。

誘電体層１２を構成する誘電体は、可視光領域で実質的に透明な誘電体であれば良い。基材１１を構成する材料及び金属ワイヤ１３を構成する金属との間の密着性が強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（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）を用いることができる。

誘電体層１２を、格子状凸部１１ａを有する基材１１の格子状凸部を含んだ領域上に形成する方法としては、誘電体層１２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。

金属ワイヤ１３を構成する金属としては、可視光領域で光の反射率が高く、誘電体層１２を構成する材料との間の密着性のよいものであることが好ましい。例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）又はそ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、Ａｌ又はＡｌ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１３を形成するために金属を基材１１又は誘電体層１２上に被着する方法としては、基材１１又は誘電体層１２を構成する材料と金属ワイヤ１３とを構成する金属との間で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１２の凸部に選択的に、又は誘電体層１２の凸部の一方の側面に偏って選択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。

上記構成を有する高偏光度を持つ偏光板においては、吸収型偏光板上に反射型偏光板としてワイヤグリッド偏光板を有するので、ワイヤグリッド偏光板の持つ非透過軸の光の反射と高い偏光度を生かして、光の利用効率を高めながら、吸収型偏光板を組み合わせることで、透過光の偏光度を著しく高めることができ、しかも少ない構成でこれらを実現可能となる。高い偏光度は、吸収型偏光板を複数枚重ねることでも得られるが、吸収型偏光板自身の光の吸収損失が大きく、透過光量が減少してしまう。画像として十分な輝度を得るためには、高い透過率と反射率が必要で、高いコントラストを得るためには高い偏光度が必要であり、具体的な性能としては、偏光度９９．９９９９％以上、透過率３５％以上、反射率３０％以上が好ましい。これらを満たすことで、高輝度、超高コントラストの画像を実現することができる。

次に、本発明に係る高偏光度を持つ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３は、本発明の実施の形態に係る高偏光度を持つ偏光板を用いた液晶表示装置を示す図である。

図３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３１と、この照明装置３１上に配置された高偏光度を持つ偏光板３２（ワイヤグリッド偏光板＋吸収型偏光板）と、偏光板３２上に配置された液晶パネル３３及び偏光板３４とから主に構成される。本発明に係る偏光板３２は、液晶パネル３３と照明装置３１との間にワイヤグリッド偏光板を照明装置３１側に向けて配置される。

液晶パネル３３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３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、カラーフィルター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３１から出射された光が高偏光度を持つ偏光板３２のワイヤグリッド偏光板１側から入射し、吸収型偏光板２側から液晶パネル３３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、偏光板３２が可視光領域において優れた偏光度を発揮するので、極めて高いコントラストの高い表示を得ることが可能となる。また、ワイヤグリッド偏光板１を通らない光は照明装置３１に向けて反射され、再利用されることで高い輝度を得ることができる。

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基材の作製）
・微細凹凸格子形状の作成
ガラス上にフォトレジストを塗布した基板に、電子線ビーム描画法を用いて、微細凹凸格子を形成した。このレジストパタンの表面と断面を、電界放出型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）にて観察したところ、微細凹凸格子のピッチと高さがそれぞれ、１１５ｎｍ／１３０ｎｍ（ピッチ／高さ）であり、その断面形状がほぼ台形形状で、上面からの形状が縞状格子状となっており凸部の幅が４５ｎｍで谷部の幅が７０ｎｍであることが分かった。

・ニッケルスタンパ作製
得られた、１１５ｎｍピッチのレジストパタン表面に、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、ニッケルを電気メッキし、厚さ０．３ｍｍの微細凹凸格子を表面に有するニッケルスタンパを作製した。

・紫外線硬化性樹脂を用いた格子状凸部転写フィルムの作製
厚さ０．１ｍｍのポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム（以下、ＰＥＴフィルム）に紫外線硬化性樹脂（東洋合成株式会社製ＰＡＫ０１）を約０．０３ｍｍ塗布し、塗布面を下にして上記１１５ｎｍピッチの微細凹凸格子を表面に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ＰＥＴフィルムとの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。得られた格子状凸部転写フィルムをＦＥ−ＳＥＭにより観察し、その断面形状がほぼ台形形状で、上面からの形状が縞状格子状となっていることを確認した。

（高偏光度を持つ偏光板の作製：実施例）
・スパッタリング法を用いた誘電体層の形成
上記のように紫外線硬化性樹脂を用いて作製した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を被覆した。本実施例では、誘電体として窒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／ｃｍ²、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５ｎｍとなるように成膜を行った。

・真空蒸着法を用いた金属の蒸着
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。真空度２．５×１０^-3Ｐａ、蒸着速度２０ｎｍ／ｓ、基板温度は常温として蒸着を行った。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１７０ｎｍとなるように蒸着を行った。なお、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は２０°とした。

・エッチングによる不要金属の除去
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秒〜１２０秒の間において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てワイヤグリッド偏光板を得た。下記の偏光性能評価から、９０秒エッチングをしたワイヤグリッド偏光板を選定した。

（吸収型偏光板の張り合わせ）
得られたワイヤグリッド偏光板の基材１１側に、透明な粘着剤を用いてヨウ素系吸収型偏光板を、偏光軸をあわせて張り合わせた。偏光軸のずれは０．１度以内になるようにした。

（偏光性能評価）
得られた実施例の高偏光度を持つ偏光板および張り合わせる前のワイヤグリッド偏光板、吸収型偏光板について、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〜７００ｎｍとした。
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。
その結果、高偏光度を持つ偏光板の偏光度は、９９．９９９９５％であり、光線透過率は、３５．４％であった。また、ワイヤグリッド偏光板および吸収型偏光板単体の偏光度は、それぞれ９９．９１％、９９．９３％であり、光線透過率は、４１．９％、４２．1％であった。

（反射率評価）
得られた実施例の高偏光度を持つ偏光板について、分光光度計を用いワイヤグリッド面に入射角度８度で入光したときの反射率を測定したところ、４１．３％であった。

（液晶表示装置での評価）
得られた実施例の高偏光度を持つ偏光板を図３に示す偏光板３２として配置し、白および黒表示における正面輝度を測定しコントラストを算出したところ、白表示における正面輝度は３６８ｃｄ／ｍ^２で、コントラストは８００００であった。

（比較例１）
実施例のワイヤグリッド偏光板のかわりにヨウ素系吸収型偏光板を用いて、偏光度、光線透過率を調べた。その結果、偏光度が９９．９９９９５％であり、光線透過率が３５．５％であった。液晶表示装置での評価では、正面輝度は３１０ｃｄ／ｍ^２で、コントラストは８００００で、十分な輝度を発揮していなかった。

（比較例２）
比較例１に輝度向上フィルム（積層型反射偏光フィルム：ＤＢＥＦ）を貼り合せ、同様にして、偏光度、光線透過率及び反射率を調べた。その結果、偏光度が９９．９９９９７％であり、光線透過率が３３．３％であり、反射率が４６．７％であった。このため、この吸収型偏光板は、十分な光学性能を発揮していなかった。液晶表示装置での評価では、正面輝度は３３６ｃｄ／ｍ^２で、コントラストは８５０００で、十分な輝度を発揮していなかった。

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。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。

本発明に係る高偏光度を持つ偏光板は、超高コントラスト用の偏光板や高輝度用の偏光板に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る高偏光度を持つ偏光板を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る高偏光度を持つ偏光板のワイヤグリッド偏光板の一部を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る高偏光度を持つ偏光板を用いた液晶表示装置を示す図である。

符号の説明

１ワイヤグリッド偏光板
２吸収型偏光板
２１ＰＶＡフィルム
２２，２３ＴＡＣフィルム
１１基材
１１ａ格子状凸部
１２誘電体層
１３金属ワイヤ
３１照明装置
３２高偏光度を持つ偏光板
３３液晶パネル
３４偏光板

Claims

入射した光の透過しない偏光成分を吸収して偏光を作る吸収型偏光板と、前記吸収型偏光板上に配設され、前記入射した光の透過しない偏光成分を反射して偏光を作る反射型偏光板と、を具備し、偏光度が９９．９９９９％以上であり、透過率が３５％以上であり、反射率が３０％以上であることを特徴とする高偏光度を持つ偏光板。
前記反射型偏光板は、表面に格子状凸部を有する基材と、前記格子状凸部を含む領域上に設けられた金属ワイヤと、で構成されていることを特徴とする請求項１記載の高偏光度を持つ偏光板。
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又は請求項２記載の高偏光度を持つ偏光板と、を具備することを特徴とする液晶表示装置。