JP2009156885A - ワイヤグリッド偏光フィルム及びその製造方法、並びに液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】モールドに高スペックを必要とすることなく、単純な工程で製造可能となるワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法、及び該ワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法で製造されるワイヤグリッド偏光フィルムを提供し、さらに該ワイヤグリッド偏光フィルムを用いた液晶ディスプレイを提供する。
【解決手段】基板１１の表面は、金属薄膜１３Ｌとの密着力がグリッド構造層１２と金属薄膜１３Ｌとの密着力よりも弱くなっており、基板１１上に、凹部１２ｂの底面を基板１１の表面が露出した状態としたグリッド構造層１２を形成し、ついでグリッド構造層１２の凹凸面に金属薄膜１３Ｌを形成した後、凹部１２ｂの金属薄膜１３Ｌを剥離させて、透明な基板１１上にワイヤグリッド構造の金属層１３を備えるワイヤグリッド偏光フィルム１０とする。
【選択図】図２

Description

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フィルム及びその製造方法、並びに液晶ディスプレイに関するものである。

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。

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。

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。本ワイヤグリッド反射型偏光フィルムは、ＰＥＴフィルムを使用し、斜め成膜を行うことで金属膜のパターニングを行っているが、斜め成膜の角度条件は周期、グリッド幅およびグリッド深さから構成されるアスペクト比等のグリッド形状に大きく左右され、特に、短い周期で高アスペクト比のモールド作製には非常に高い技術やコストが必要であることや、成膜プロセスが複雑化すること、また金属膜を厚く成膜する際には、グリッドサイズに対し金属膜が大きく成長してしまうこと等、様々な欠点がある。

また、特許文献２には、金属のパターニング手法に関する技術が提案されている。この技術では、インプリントを行った凹凸上にマスキング層を付加した後、凸部のマスキング層のみを選択的に除去することでパターニングを行うが、基材にパターン形成→全体にマスキング層形成→凸部のみ選択除去→金属膜形成→マスキング層上金属膜除去とする必要があって工程が非常に多く複雑であるとともに、マスキング層の選択除去には凹凸形状での深さを大きくとる必要があり、こちらも上記と同様に、モールド作製に非常に高い技術やコストが必要となることや、金属膜を厚く成膜する際にはグリッドサイズに対し金属膜が大きく成長してしまうという欠点がある。

特開２００６−２０１７８２号公報 特開２００６−０４７８１３号公報

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、モールドに高スペックを必要とすることなく、単純な工程で製造可能となるワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法、及び該ワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法で製造されるワイヤグリッド偏光フィルムを提供し、さらに該ワイヤグリッド偏光フィルムを用いた液晶ディスプレイを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、透明な基板（基板１１）と、該基板上に設けられ一次元格子状の凹凸を有するグリッド構造層（グリッド構造層１２）と、該グリッド構造層の凸部（凸部１２ａ）に設けられる金属層（金属層１３）と、を備えるワイヤグリッド偏光フィルム（ワイヤグリッド偏光フィルム１０）の製造方法であって、前記基板の表面は、金属薄膜との密着力が前記グリッド構造層と該金属薄膜との密着力よりも弱くなっており、前記基板上に、凹部の底面を該基板表面が露出した状態とした前記グリッド構造層を形成し、ついで該グリッド構造層の凹凸面に金属薄膜（金属薄膜１３Ｌ）を形成した後、前記グリッド構造層の凹部（凹部１２ｂ）の金属薄膜を剥離させることにより該金属薄膜のパターニングを行い、ワイヤグリッド構造の前記金属層とすることを特徴とするワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法である（図１，図２）。
ここで、前記基板は、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であることが好ましく、あるい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）のいずれかからなる高分子プラスチックフィルム表面にフッ素樹脂コーティングされてなるものであることが好ましい。
また、前記グリッド構造層は、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂の接着剤を用いて成型されてなることが好ましく、アクリル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエステルウレタンのいずれかの樹脂からなることが好適である。
また、前記グリッド構造層の凹凸形状は矩形であるとよい。
また、前記金属薄膜は、前記グリッド構造層の凹凸面に対して正面から金属粒子が入射するドライプロセスにより成膜されることが好ましい。

また前記課題を解決するために提供する本発明は、上述したワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法により製造されてなり、透明な基板と、該基板上に設けられ一次元格子状の凹凸を有するグリッド構造層と、該グリッド構造層の凸部に設けられる金属層と、を備えることを特徴とするワイヤグリッド偏光フィルムである。

また前記課題を解決するために提供する本発明は、本発明のワイヤグリッド偏光フィルム（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（バックライトユニット５０）と、を備えることを特徴とする液晶ディスプレイである（図３）。

本発明のワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法によれば、ワイヤグリッド構造層の凹部（基板表面露出部）の金属薄膜を簡単に剥離することができるので、金属膜のパターニングが簡便となる。また、ワイヤグリッド構造層の凹凸形状を斜め成膜に対応した形状とする必要がなくなるので、モールドの深さを浅くすることができるなど形状の制約が軽減され、モールドの大型化が可能になる。
また、本発明のワイヤグリッド偏光フィルムによれば、本発明のワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法により製造されるので、金属膜のパターニングの信頼性が向上し、大型化できる。
また、本発明の液晶ディスプレイによれば、本発明のワイヤグリッド偏光フィルムを用いるので大型化が可能となる。

以下に、本発明に係るワイヤグリッド偏光フィルム及びその製造方法、並びに液晶ディスプレイ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。

図１は、本発明に係るワイヤグリッド偏光フィルム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に設けられるワイヤグリッド状の金属層１３と、を備えるものである。

ここで、基板１１は、その表面における金属層１３を構成する金属薄膜１３Ｌとの密着力がグリッド構造層１２と金属薄膜１３Ｌとの密着力よりも弱くなっているものである。更に言えば、基板１１の表面に金属薄膜１３Ｌを形成しても、その密着性が悪いため、容易に剥離するようなものとなっている。

このような基板１１としては、一般的に種々の材料との接着性が悪い材料を用いることができ、例えば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を用いることができる。

ここで、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。

本発明では、これらのうち、とくに不純物含有が少なく、吸水率がとくに小さくなるように改善された材料を用いる。すなわち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は、吸水率（ＡＳＴＭ Ｄ５７０規格、４０℃，９０％ＲＨ）が０．０１％未満とされた、日本ゼオン（株）製の商品名「ＺＥＯＮＯＲ」フィルムが好適である。

あるいは、基板１１として、使用帯域の光（可視光域）に対して透明な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高分子プラスチックフィルムの表面について金属層１３（後述する金属薄膜）との密着力を低下させる処理を施したものとする。その処理としては、例えばフッ素樹脂のコーティング処理である。この場合のフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）、ビニリデンフルオライド樹脂（ＰＶＤＦ）、ビニルフルオライド樹脂（ＰＶＦ）及びエチレン−クロロトリフルオロエチレン樹脂（ＥＣＴＦＥ）等が挙げられる。

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の接着剤を用いてその表面に一次元格子状の凹凸形状が成型及び残渣除去処理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、ポリエステルウレタンのいずれかの樹脂からなることが好ましい。また、基板１１と接着性の相性のよい高分子材料であるとよい。さらに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い。このような要件を満たす材料としては、例えば東洋紡績（株）製バイロンＵＲ−１４００（ポリエステルウレタン樹脂）が挙げられる。

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。同時にこれに伴い、凹部１２ｂも断面形状が矩形となり、基板１１の主面と平行な一方向（吸収軸Ｙ方向）に延びる溝となる。なお、凹部１２ｂの底面は基板１１の表面が露出した状態となっている。この凹凸形状は、金属層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。

以下に、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）、上部ライン幅／底部ライン幅の例を示す。
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、
１．０≦（上部ライン幅／底部ライン幅）

金属層１３は、グリッド構造層１２の凸部１２ａに設けられ、基板１１の主面と平行な一方向（吸収軸Ｙ方向）に該金属層がワイヤグリッド状（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それぞれに金属層１３が形成されることにより、金属層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。金属層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、金属層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。

また、金属層１３を構成する材料としては、ワイヤグリッド偏光フィルム１０として使用帯域に応じて適切な材料が選択される必要がある。すなわち、金属材料がこれを満たす材料であり、具体的には金属材料として、Ａｌ,Ａｇ,Ｃｕ,Ａｕ,Ｍｏ,Ｃｒ,Ｔｉ,Ｗ,Ｎｉ,Ｆｅ,Ｓｉ,Ｇｅ,Ｔｅ,Ｓｎ単体もしくはこれらを含む合金が挙げられる。このうち、ＡｌやＡｇなど、可視光の全波長領域にわたって反射率の優れる金属材料が望ましい。

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。

図２は、本発明に係るワイヤグリッド偏光フィルムの製造工程を示す概略図である。
以下、図２の工程図に従い、本発明に係るワイヤグリッド偏光フィルム１０の製造方法を説明する。
（Ｓ１１）基板１１の表面をコロナ放電で処理し、ついでその表面に熱硬化性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）を塗布する（図２（ａ））。このとき、後に行なう残渣除去工程を考慮するとなるべく残渣を少なくすることが好ましいことから、なるべく薄く塗布するようにして可能な限り塗膜１２ｊの厚みを抑えることが好ましい。厚みの均一性を考慮しながら１μｍ以下とすることが好ましい。なお、基板１１がフッ素樹脂を表面コーティングした高分子プラスチックフィルムの場合、前記コロナ放電処理は省略していもよい。
（Ｓ１２）一次格子状の凹凸パターン（微細ストライプパターン）を有するモールドｍを塗膜１２ｊに押し当てる（図２（ｂ））。このとき、モールドｍでの加工深さが深いほどモールドｍの凹み部分に塗膜１２ｊがなじみにくくなり、モールドｍの凹凸形状に沿った成型が難しくなるため、なるべくモールドｍの加工深さは浅いほうが望ましい。このことは、モールド成型にかかる技術レベルを下げ、コスト削減に有用である。
（Ｓ１３）ステップＳ１２の塗膜１２ｊについて、加熱（接着剤の種類によっては紫外線照射）して硬化させ、モールドｍの凹凸を転写する（ナノインプリント）。これにより、表面に一次格子状の凹凸を有する硬化膜１２ｋとなる（図２（ｃ））。
（Ｓ１４）つぎに、モールドｍで成型された凹凸形状の凹部の底面部分の硬化膜１２ｋを残渣として除去して、基板１１の表面を露出させる（図２（ｄ））。残渣除去処理としては、ＡｒやＯ₂ガスを使用したプラズマ処理が好ましく、時間制御により凹部のみを選択的に除去し、凸部を残すように処理して、凸部１２ａ、凹部１２ｂからなる凹凸形状とする。
（Ｓ１５）ワイヤグリッド構造層１２の凹凸面に対して、金属粒子が正面から入射するスパッタ成膜あるいは真空蒸着を行い（図２（ｅ）））、金属薄膜１３Ｌを形成する。このとき、ワイヤグリッド構造層１２の凸部１２ａの頂部及び凹部１２ｂの底面それぞれに金属薄膜１３Ｌが形成されている（図２（ｆ））。正面からの成膜であるため、金属薄膜１３Ｌの膜厚コントロールが容易である。
（Ｓ１６）最後に、凹部１２ｂの金属薄膜１３Ｌを除去する。凸部１２ａは接着性のよい材料からなる部分であるために金属薄膜１３Ｌは剥がれにくくなっているのに対して、凹部１２ｂは接着性の悪い材料からなる部分であるために金属薄膜１３Ｌは剥がれ易い状態となっている。そのため、超音波洗浄することや粘着テープなどの粘着剤を凹凸面に貼り付けた後引き剥がすことにより、凹部１２ｂの金属薄膜１３Ｌのみを剥離させることができる。この金属薄膜１３Ｌのパターニング加工により、凸部１２ａ上に金属薄膜１３Ｌが残ることになって、ワイヤグリッド構造の金属層１３となる（ワイヤグリッド偏光フィルム１０の完成（図２（ｇ）））。

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３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３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。

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。

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。

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、信頼性が高く、大型化が可能となる。

本発明に係るワイヤグリッド偏光フィルムの構成を示す断面概略図である。 本発明のワイヤグリッド偏光フィルムの製造手順を示す工程図である。 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。

符号の説明

１０・・・ワイヤグリッド偏光フィルム、１１・・・基板、１２・・・グリッド構造層、１２ａ・・・凸部、１２ｂ・・・凹部、１２ｊ・・・塗膜、１２ｋ…硬化膜、１３・・・金属層、１３Ｌ・・・金属薄膜、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

Claims (9)

1. 透明な基板と、該基板上に設けられ一次元格子状の凹凸を有するグリッド構造層と、該グリッド構造層の凸部に設けられる金属層と、を備えるワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法であって、
   前記基板の表面は、金属薄膜との密着力が前記グリッド構造層と該金属薄膜との密着力よりも弱くなっており、
   前記基板上に、凹部の底面を該基板表面が露出した状態とした前記グリッド構造層を形成し、ついで該グリッド構造層の凹凸面に金属薄膜を形成した後、前記グリッド構造層の凹部の金属薄膜を剥離させることにより該金属薄膜のパターニングを行い、ワイヤグリッド構造の前記金属層とすることを特徴とするワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法。
2. 前記基板は、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フィルムの製造方法。
3. 前記基板は、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）のいずれかからなる高分子プラスチックフィルム表面にフッ素樹脂コーティングされてなるもの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フィルムの製造方法。
4. 前記グリッド構造層は、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂の接着剤を用いて成型されてな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フィルムの製造方法。
5. 前記グリッド構造層は、アクリル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエステルウレタンのいずれかの樹脂からな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フィルムの製造方法。
6. 前記グリッド構造層の凹凸形状は矩形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フィルムの製造方法。
7. 前記金属薄膜は、前記グリッド構造層の凹凸面に対して正面から金属粒子が入射するドライプロセスにより成膜され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フィルムの製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法により製造されてなり、
   透明な基板と、該基板上に設けられ一次元格子状の凹凸を有するグリッド構造層と、該グリッド構造層の凸部に設けられる金属層と、を備えることを特徴とするワイヤグリッド偏光フィルム。
9. 請求項８に記載のワイヤグリッド偏光フィルムと、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。

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