JP2010048999A - ワイヤグリッド偏光子及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成によって、耐久性に優れ、光利用効率が高く、液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に、十分な色再現性や黒表示を実現することができるワイヤグリッド偏光子を提供すること。
【解決手段】本発明のワイヤグリッド偏光子は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子１と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子２と、を積層してなる複合型ワイヤグリッド偏光子であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子１は、格子状に凸部を有する基材１ｂと、前記基材１ｂの凸部上に形成された吸収型偏光成分で構成された層１ａと、を具備し、吸収型偏光成分は、可視光の波長領域において、消衰係数ｋ及び屈折率ｎが所定の関係を満たす材料であり、かつ、吸収型偏光成分で構成された層が所定の厚さを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤグリッド偏光子及びそれを用いた表示装置に関する。

近年のフォトリソグラフィー技術の発達により、光の波長レベルのピッチを有する微細構造パターンを形成することができるようになってきた。この様に非常に小さいピッチのパターンを有する部材や製品は、半導体分野だけでなく、光学分野において利用範囲が広く有用である（非特許文献１）。

例えば、金属などで構成された導電体線が特定のピッチで格子状に配列してなるワイヤグリッドは、そのピッチが入射光（例えば、可視光の波長４００ｎｍから８００ｎｍ）に比べてかなり小さいピッチ（例えば、２分の１以下）であれば、導電体線に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射し、導電体線に対して垂直な電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光子として使用できる。このワイヤグリッド偏光子は、透過しない光を反射し再利用することができるので、光の有効利用の観点からも望ましいものである。

このようなワイヤグリッド偏光子としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。このワイヤグリッド偏光子は、入射光の波長より小さいグリッド周期で間隔が置かれた金属ワイヤを備えている。このワイヤグリッド偏光子は、電場成分が金属線と平行な偏光成分（ＴＭ波）を反射し、金属線と垂直な偏光成分（ＴＥ波）を透過する偏光特性を有し、ビームスプリッタとして多く使用されている。

しかし、反射により偏光成分を分離するために、反射される偏光成分が好ましくない用途への使用が難しい問題があり、ワイヤグリッド偏光子を液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に、特許文献１に開示されている構成では、金属ワイヤがバックライト側からの光だけでなく、外光側からの光も反射するので、十分な色再現性や黒表示を行なうことができないという問題があった。

また、他の偏光子として、吸収型二色性偏光子が広く使用されている。吸収型二色性偏光子は、光の吸収異方性を有する化合物（ヨウ素、二色性色素）を塗布した高分子フィルムを延伸することで得られる。この吸収型の偏光子を表示装置に用いると、透過率は原理的に５０％を超えないために、光の利用効率が低いという課題があった。さらに、高温高湿環境における耐久性に劣る問題もあった（非特許文献２）。

上記課題に対して、ワイヤグリッド偏光子と吸収型二色性偏光子を組み合わせた偏光子（特許文献２）や、反射型ワイヤグリッド偏光子と光吸収性材料を組み合わせた偏光子（特許文献３、特許文献４）が提案されている。
日本女子大学紀要 理学部 第１４号（２００６） ＦＰＤの光学材料 月刊ディスプレイ１０月号別冊（２００７） テクノタイムズ社 特表２００３−５０２７０８号公報 特開２００７−５７８７３号公報 特開２００５−３７９００号公報 特開２００８−４６６３７号公報

しかしながら、特許文献２に記載の構成では、偏光子の一部に吸収型二色性偏光子を用いているために、高温高湿環境における耐久性が劣りやすく、偏光度の経時変化が起きやすい問題があった。

また、特許文献３、４に記載されているように反射型ワイヤグリッド偏光子のワイヤグリッドに光吸収性材料を積層する構成では、誘電体、低反射金属、酸化物などの多層膜を真空蒸着などにより製膜、さらに、該多層膜を数百ｎｍのパターンでワイヤ形状に加工する必要があるため、多層膜の製膜及び加工に時間がかかってしまうという問題点を有している。

さらに、多層膜を構成している金属、誘電体、酸化物のワイヤ状への微細加工におけるドライエッチングに最適なガスの種類が金属層と酸化物層、誘電体層とで互いに異なるため、エッチングが困難である問題があり、ウェットエッチングにおいても、同様に最適なエッチング液の選定が困難である問題がある。

また、特許文献３に記載されているように、基材表裏に各々反射性材料、吸収性材料でストライプ状のグレーティング層を設ける構成においては、平板基板の表裏に光学的に平行な位置で設置されなければならないが、手順として、平板基板の片面にストライプ状のグレーティング層を設け、光学的な平行位置を保ちながら、もう片面の平面にストライプ状のグレーティング層を設ける、ことになり、光学的な平行を保ちながら基材両面にグレーティング層を設けることは、実際の製造においては困難という問題点がある。ここで、光学的な平行位置とは、偏光子を透過する偏光軸が互いに平行になる位置をいう。

さらに本発明者の検討により、特許文献３に記載の構成では、吸収性材料側からの入射において、ＴＭ波の反射率を抑制できるが、ＴＥ波の反射率も高く、結果として観察される自然光としての反射率を完全に抑制できないことがわかっている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成によって、耐久性に優れ、光利用効率が高く、液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に、十分な色再現性や黒表示を実現することができるワイヤグリッド偏光子を提供することを目的とする。

本発明のワイヤグリッド偏光子は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなる複合型ワイヤグリッド偏光子であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、前記基材の凸部上に形成された吸収型偏光成分で構成された層と、を具備し、前記吸収型偏光成分は、可視光の波長領域において、消衰係数ｋ及び屈折率ｎが下記（１）式を満たす材料であり、前記層の厚さが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする。
０．１０９２ｎ^４−１．３４８ｎ^３＋６．２４７ｎ^２−１３．１８ｎ＋１１．９１＜ｋ＜−０．００２２ｎ^４＋０．２０３６ｎ^３−１．９６７ｎ^２＋６．９１８ｎ−３．５９７
…（１）式

本発明のワイヤグリッド偏光子においては、前記吸収型ワイヤグリッド偏光子において、前記基材の格子状凸部の断面斜面部の片側にのみ吸収型偏光成分が形成されていることを特徴とする。

本発明のワイヤグリッド偏光子においては、前記反射型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、前記基材の凸部上に形成された反射型偏光成分で構成された層と、を具備することが好ましい。

本発明の表示装置は、表示デバイスと、前記表示デバイスに光を照射する照明手段と、上記ワイヤグリッド偏光子と、を具備し、前記反射型ワイヤグリッド偏光子が前記照明手段側に配置されることを特徴とする。

本発明のワイヤグリッド偏光子は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなる複合型ワイヤグリッド偏光子であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、前記基材の凸部上に形成された吸収型偏光成分で構成された層と、を具備し、吸収型偏光成分は、可視光の波長領域において、消衰係数ｋ及び屈折率ｎが所定の関係を満たす材料であり、かつ、吸収型偏光成分で構成された層が所定の厚さを有するので、簡易な構成によって、耐久性に優れ、光利用効率が高く、ＬＣＤのような表示装置に配設した場合に十分な色再現性と黒表示を実現することができる。

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ワイヤグリッド偏光子の一例を示す概略断面斜視図である。偏光子３は、入射光４を吸収する吸収型ワイヤグリッド偏光子１と、基板１ｂ、基板２ｂとを挟んで配設された反射型ワイヤグリッド偏光子２とから主に構成されており、反射型ワイヤグリッド偏光子２は前記した入射光４と偏光子３をはさんで１８０度逆側からの入射光５を反射して偏光する。

さらに図１に示したような吸収型ワイヤグリッド偏光子１と反射型ワイヤグリッド偏光子２の基材同士が接する態様の場合は、基材はあらかじめ一体化していても構わない。

本発明のワイヤグリッド偏光子において、本発明に係るワイヤグリッド型偏光子を液晶表示装置のような表示装置に配設した場合において、十分な色再現性や黒表示を実現するためには、入射光４について、ＴＭ波の透過率が０．１％以下であり、反射率が３０％以下であり、ＴＥ波の透過率が７０％以上であり、反射率が２０％以下であると好ましく、入射光５について、ＴＭ波の透過率が０．１％以下であり、反射率が６０％以上であり、ＴＥ波の透過率が７０％以上であり、反射率が２０％以下であると好ましい。このような光学特性であると、外光は反射せず、バックライト側のみ反射により偏光させるため、バックライトの光利用効率を高く維持したまま、十分な色再現性や黒表示を達成できる。ＴＭ波、ＴＥ波の透過率、反射率は、分光光度計を用いて測定される。

図２は図１の吸収型ワイヤグリッド偏光子１を拡大図示した概略断面斜視図である。図２に示す吸収型ワイヤグリッド型偏光子は、表面に格子状凸部１ｃを有する基材１ｂと、格子状凸部１ｃを含む基材１ｂ上の領域に立設された、吸収型偏光成分で構成された吸収型偏光成分ワイヤ１ａとから主に構成されている。

吸収型偏光成分ワイヤ１ａは、格子状凸部１ｃの横断面視において少なくとも一部を覆うことが必要である。特に、格子状凸部１ｃの断面視における斜面部のみを覆うと所定の光学性能を得ることができ好ましく、図２に示すように断面視における斜面部の片側のみを覆うと、高透過率、低反射率で透過率、反射率の波長分散を抑制でき、さらに好ましい。凸部の断面視における斜面部を片側のみを覆うと高透過率で光学特性の波長分散を抑制できる理由は不明だが、有効媒質理論より、光の入射方向に対する吸収型偏光成分ワイヤ１ａと凸部１ｃの断面変化により、光の入射方向に対して光学特性の急激な変化が抑制されるためであると推定される。

本発明における吸収型ワイヤグリッド偏光子において、ＴＭ波においては、透過率が５０％以下で、かつ、反射率が４０％以下であると好ましく、透過率が４０％以下で、かつ、反射率が２０％以下であるとより好ましい。ＴＥ波においては、透過率が８０％以上で、かつ、反射率が１０％以下であると好ましく、透過率が８５％以上で、かつ、反射率が８％以下であるとより好ましい。

基材１ｂ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（ＰＥＴ）樹脂、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（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、基材１ｂ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１ｂ上の格子状凸部１ｃのピッチは、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、ピッチを１５０ｎｍ程度まで大きくしてもよい。

本発明において、基材１ｂ上の格子状凸部１ｃのピッチと吸収型偏光成分ワイヤ１ａのピッチとは、ほぼ等しく、同じピッチをとることができる。

基材１ｂ上の格子状凸部１ｃ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１ｂ上の格子状凸部１ｃ及びその側面の少なくとも一部を吸収型偏光成分が覆いやすくする観点から、前記形状の端部又は頂部、谷部は穏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１ｂ、格子状凸部１ｃと吸収型偏光成分ワイヤ１ａ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。さらに、同様に基材１ｂ、格子状凸部１ｃと吸収型偏光成分ワイヤ１ａとの密着強度を高くする観点から、図示しない透明誘電体層の薄膜を設けることも好ましい。

基材１ｂに格子状凸部１ｃ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ーンを、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成できる。

図２における吸収型偏光成分ワイヤ１ａを構成する吸収型偏光成分としては、入射する光の垂直反射率を低下させる機能を発揮する材料を用いる。具体的には、吸収型偏光成分は、消衰係数ｋ及び屈折率ｎが下記（１）式を満たす、すなわち図３における斜線領域にある材料であると好ましく、かつ、吸収型偏光成分で構成された層は、ＴＭ透過率やＴＭ反射率を考慮すると、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下が好ましい。さらに好ましくは８ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。
０．１０９２ｎ^４−１．３４８ｎ^３＋６．２４７ｎ^２−１３．１８ｎ＋１１．９１＜ｋ＜−０．００２２ｎ^４＋０．２０３６ｎ^３−１．９６７ｎ^２＋６．９１８ｎ−３．５９７
…（１）式

本発明における吸収型偏光成分ワイヤ１ａは、図２に示すように断面視における斜面部の片側のみを覆うと、高透過率、低反射率で透過率、反射率の波長分散を抑制できる。この場合、消衰係数ｋと屈折率ｎが所定の範囲である必要がある。なんとなれば、消衰係数が小さいとＴＭ透過率が増え望ましい範囲を逸脱し、大きくなるとＴＭ反射率が増加し、望ましい範囲を逸脱する。さらに、その透過と反射への消衰係数ｋの寄与は屈折率ｎに大きく左右される。そこで、本発明者は、吸収型偏光成分が所定の層厚における、ＴＭ反射率が望ましい範囲になる消衰係数ｋと屈折率ｎの関係を調べ、（１）式を満足することにより、高透過率、低反射率で透過率、反射率の波長分散の抑制を実現した。

図３は、消衰係数ｋ及び屈折率ｎの関係を示す図であり、横軸が屈折率ｎを示し、縦軸が消衰係数ｋを示している。図３において、２つの曲線で囲まれた斜線で示した領域が（１）式で示された範囲である。特に、吸収型偏光成分が上記した、格子状凸部の断面視における斜面部の片側のみを覆った薄膜であり、屈折率ｎ、消衰係数ｋがこの領域であると、ワイヤグリッド偏光子であるにもかかわらずＴＭ波の反射率と透過率を低く抑え、吸収率を高めることができる。図示した領域のｎ、ｋにおいて薄膜である吸収型偏光成分ワイヤのＴＭ波の吸収率が高くなる詳細は明確でないが、吸収型偏光成分の侵入長と膜厚が同程度であるために吸収型偏光成分内部での吸収が高まるためと推定される。

このような屈折率ｎ、消衰係数ｋを有する具体的な材料としては、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｔａからなる群から選ばれた少なくとも一つの低反射金属、あるいは群から選ばれた少なくとも一つの材料を主成分とする合金などの低反射金属が挙げられる。あるいは、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化銅、酸化バナジウム、酸化クロムなども好ましい。なお、これらの酸化物においては、金属に対する酸素量が完全酸化状態よりも少ない不定比酸化物であると、ｎ、ｋを任意に変えることが可能となり好ましい。

本発明者らの検討により、基材の格子状凸部１ｃがなく、平坦な基材を用いた場合は吸収型偏光成分ワイヤの形状、膜厚によらず、ｉ）高透過率と低反射率は相反する特性を示すこと、ii）透過率、反射率の波長分散性が大きくなること、がわかっている。このことから、格子状凸部を有する基材に吸収型偏光成分ワイヤの薄膜を形成する本発明の構成の有効性がわかる。

吸収型偏光成分として、前記した薄膜材料を使用すると、後述する反射型ワイヤグリッド偏光子と一体化した時、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の反射率は低く、反射型ワイヤグリッド偏光子側からの入射光の反射率が増加するので、液晶などの表示デバイスに適用した場合、バックライト側の光利用効率が向上し特に好ましい。

吸収型偏光成分ワイヤ１ａを形成するために吸収型偏光成分を基材１ｂ，１ｃ上に形成する方法としては、吸収型偏光成分と基材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方法を好適に用いることができる。格子状凸部の一方の斜面部に偏って選択積層できる方法が好ましく、斜め蒸着法などを挙げることができる。

さらに、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの保護の観点から、図示しない透明誘電体層の薄膜を吸収型偏光成分ワイヤ１ａに積層して設けても良い。誘電体層を吸収型偏光成分ワイヤ１ａ上に形成する方法としては、誘電体層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。

次に本発明の偏光子における反射型偏光子について、図を用いて説明する。
図４は図１の反射型ワイヤグリッド偏光子２を拡大図示した概略断面斜視図である。図４に示す反射型ワイヤグリッド型偏光子は、表面に格子状凸部２ｃを有する基材２ｂと、格子状凸部２ｃを被覆し、格子状凸部２ｃを含む基材２ｂ上の領域に立設された、反射型偏光成分で構成された金属ワイヤ２ａとから主に構成されている。

本発明における反射型ワイヤグリッド偏光子においては、ＴＭ波においては、透過率が１％以下で、かつ、反射率が４０％以上であると好ましく、透過率が０．１％以下で、かつ、反射率が５０％以上であるとより好ましい。ＴＥ波においては、透過率が７０％以上で、かつ、反射率が２０％以下であると好ましく、透過率が７５％以上で、かつ、反射率が１０％以下であるとより好ましい。

基材２ｂ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（ＰＥＴ）樹脂、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（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、基材２ｂ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２ｂの格子状凸部２ｃのピッチは、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、ピッチを１５０ｎｍ程度まで大きくしてもよい。

本発明において、基材２ｂ上の格子状凸部２ｃのピッチと金属ワイヤ２ａのピッチとは、ほぼ等しく、同じピッチをとることができる。また、前記した吸収型ワイヤグリッド偏光子１とピッチを同一とする必要はなく、吸収型、反射型各々に最適なピッチを適宜、独立したピッチとすることができる。

基材２ｂ上の格子状凸部２ｃ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２ｂ上の格子状凸部２ｃ及びその側面の少なくとも一部を金属材料が覆いやすくする観点から、前記形状の端部又は頂部、谷部は穏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２ｂ、格子状凸部２ｃと金属ワイヤ２ａ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。さらに、同様に基材２ｂ、格子状凸部２ｃと金属ワイヤ２ａとの密着強度を高くする観点から、図示しない透明誘電体層の薄膜を設けることも好ましい。

基材２ｂに格子状凸部２ｃ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、機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ーンを、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成できる。

反射型偏光成分で構成された層である金属ワイヤ２ａ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、基材２ｂ、２ｃなどと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）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）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好ましい。

以上前記した吸収型ワイヤグリッド偏光子と反射型ワイヤグリッド偏光子を、光学的な平行位置で積層、固定し本発明の偏光子を得る。光学的な平行位置で積層、固定する方法としては、以下の方法が挙げられる。

図５において、既存の偏光子１２を透過した直線偏光を吸収型偏光子１１に透過させる。透過光１０の光量が最小になるように吸収型偏光子１１を、透過光１０の光軸を中心にして回転させる。図示しない偏光子１２を固定しているベースにあわせて、吸収型偏光子１１の辺１１ａを切断する。このような操作により辺１１ａは偏光子１２の偏光軸と平行となる。同様にして反射型偏光子についても、偏光子１２の偏光軸と平行な辺を得る。つぎに、この辺を機械的に合わせながら積層、固定することで、光学的な平行位置で吸収型偏光子と反射型偏光子が一体化した本発明のワイヤグリッド型偏光子を得る。

積層する方向は、反射型、吸収型各々のワイヤグリッドが入射光と１８０度相対した向きであってもよく、図６に示すように、吸収型ワイヤグリッド偏光子１のワイヤグリッドが反射型ワイヤグリッド偏光子２の背面に接着層７を介して積層されていてもよく、図示しない吸収型と反射型のワイヤグリッドが対面する位置で積層されても良い。ワイヤグリッドが対面する位置で積層する場合、接着層がワイヤグリッドのワイヤ間に充填されると光学特性が変わるので、接着層がワイヤ頂部のみに接している状態が好ましい。

以上のように簡便に光学的な平行位置でワイヤグリッド偏光子が揃ったワイヤグリッド偏光子を得られるために、簡便な装置で安価に製造することが可能である。さらに、各々の偏光子は接着するまで独立であるので、それぞれに最適で容易な製造方法を選択でき、生産効率、コストの点から鑑みて実際の工業生産において大きな利点を有する。

以上は、反射型、吸収型ワイヤグリッド偏光子を個別に作成して積層、固定する製造方法の例示であるが、本発明のワイヤグリッド偏光子を、一体化した基材の表裏に反射型、吸収型ワイヤグリッド偏光子を積層する方法でも得られる。

図７は前記した一体化した表裏に反射型、吸収型を積層するための、表裏に格子状凸部を有する基材８の一例を示す概略断面斜視図である。表裏の格子状凸部は、互いに平行な位置で形成されている。表裏に互いに平行な格子状凸部を形成する方法は、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する方法が挙げられ、基材表裏に転写する型の格子状凸部の平行位置を機械的に保持しながら転写する方法や、片面に転写した後、型の格子状凸部と平行な回転軸に沿って１８０度回転させもう片面に転写する方法、などが挙げられる。

本発明のワイヤグリッド型偏光子においては、偏光特性を具現化する金属ワイヤ、吸収型偏光成分ワイヤの方向は、基材表面の格子状凸部でその偏光方向が決定されるので、基材表裏の格子状凸部の平行を維持した基材を使用すれば、光学的な平行位置で表裏に反射型、吸収型ワイヤグリッド偏光子を有する本発明の偏光子を簡易に得ることができる。

さらに、得られる偏光子の特性は、前記したような反射型、吸収型ワイヤグリッド偏光子を個別に作成し積層固定して得られる偏光子と同等の性能を有するので、各面の製造条件は、単品ワイヤグリッド偏光子と同様で良く、基板表裏に形成されているので、表裏において最適で容易な製造方法を選択でき、生産効率、コストの点において実用上の工業生産において大きな利点を有する。

本発明のワイヤグリッド型偏光子においては、偏光機能を有しているのは、無機物であるので、熱や光に対する耐久性に優れている。

次に、本発明に係る液晶表示装置に用いた場合について、図面で説明する。
図８は、本発明の実施の形態にかかる偏光子を用いた液晶表示装置を示す断面外略図である。

図８に示す液晶表示装置は、発光するバックライトのような照明装置２０と、この照明装置上に配置された本発明の偏光子２１と偏光子２２に挟まれた液晶パネル２３とから主に構成される。本発明に係る偏光子２１、２２は、バックライト側に反射型偏光子２１ａ、２２ａを向けて配置される。液晶パネル２３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８の液晶表示装置中において、通常使用されている偏光子保護フィルム、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２０から出射された光がワイヤグリッド偏光子２１の反射型ワイヤグリッド偏光子２１ａから入射し、液晶セル２３を通過し、再びワイヤグリッド偏光子２２の反射型ワイヤグリッド偏光子２２ａから入射、外界に出射される（図中３０）。この場合において、ワイヤグリッド偏光子２１、２２が可視光領域において、優れた偏光度を発揮するので、コントラストの高い表示を得ることが可能となる。また、透過しない照明装置２０からの入射光は、照明装置側に向けて反射され、再利用されることで高い輝度を得ることができる。

一方、外光は、ワイヤグリッド偏光子２２の吸収型ワイヤグリッド偏光子２２ｂから入射し、液晶セル２３を通過し、再びワイヤグリッド偏光子２１の吸収型ワイヤグリッド偏光子２１ｂから入射、照明装置２０に出射される（図中３１）。この場合においては、透過しない外光は、本発明のワイヤグリッド偏光子により効率良く吸収される。以上、まとめると液晶表示装置において、十分な色再現性や黒表示を実現することができる。

次に、本発明の効果を明確にするために行なった実施例について説明する。なお、下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。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。

（実施例１）
（格子状凸部を有する基材の作成）
・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。このレジストパターンの表面と断面を、電界放出形走査電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察したところ、微細凹凸格子のピッチと高さがそれぞれ、１４５ｎｍ／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であることがわかった。

・ニッケルスタンパ作成
得られた１４５ｎｍピッチのレジストパターン表面に、導電化処理として金をスパッタ法により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成した。

・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成
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、塗布面を下にして前記１４５ｎｍ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／ｃｍ^２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ＳＴＥＭ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。

・反射型ワイヤグリッド偏光子の作成
前記した紫外線硬化性樹脂を用いて作成した格子状凸部転写フィルムに、スパッタ法を用いて誘電体を被覆した。本実施例では、誘電体として窒化ケイ素を用いた場合について、説明する。Ａｒガス圧力０．６７Ｐａ、スパッタパワー４Ｗ／ｃｍ^２、被覆速度０．２２ｎｍ／秒にて誘電体の被覆を行なった。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となるように製膜を行った。

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なった。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は２０度とした。

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。フィルムを乾燥して反射型ワイヤグリッド偏光子を得た。下記の偏光性能評価から、９０秒エッチングをした反射型ワイヤグリッド偏光子を選定した。

得られた反射型ワイヤグリッド偏光子について、分光光度計を用いて、直線偏光に対する平行ニコル、直交ニコルでの透過光強度、反射光強度を測定した。その結果、反射型ワイヤグリッド型偏光子のＴＥ波透過率８８．７％、ＴＭ波透過率０．０４％、ＴＥ波反射率３．４％、ＴＭ波反射率８４．８％、偏光度９９．９１％であった。

・吸収型ワイヤグリッド偏光子の作成
前記と同様に窒化ケイ素が表面に形成された格子状凸部転写フィルムにスパッタ法を用いて不定比酸化アルミニウムワイヤを形成した。本実施例では、アルミニウム（Ａｌ）を用いて、Ａｒガス圧力０．２４５Ｐａ、酸素ガス圧力０．０２６Ｐａ、スパッタパワー４Ｗ／ｃｍ^２とし、製膜速度４７ｎｍ／分で蒸着した。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、平滑基板への酸化アルミニウム蒸着厚みが１０ｎｍ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は５０度とした。得られた不定比酸化アルミニウムの５５０ｎｍにおける屈折率ｎは２．７１、消衰係数ｋは１．４１であった。したがって、図３における斜線領域内である、すなわち上記（１）式を満たすものであった。

格子状凸部転写フィルムに誘電体及び不定比酸化アルミニウムを積層した後、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、２０秒エッチングし、フィルムを乾燥して吸収型ワイヤグリッド型偏光子を得た。

得られた吸収型ワイヤグリッド型偏光子を、ＳＴＥＭにより観察したところ、不定比酸化アルミニウムワイヤが格子状凸部の断面斜面部の片側に垂線方向に高さ１４ｎｍで形成されていることが確認された。また、得られた吸収型ワイヤグリッド型偏光子について、分光光度計を用いて、直線偏光に対する平行ニコル、直交ニコルでの透過光強度、反射光強度を測定した。その結果、吸収型ワイヤグリッド型偏光子のＴＥ波透過率９４．１％、ＴＭ波透過率３４．９％、ＴＥ波反射率４．３％、ＴＭ波反射率７．７％、偏光度４５．９％であった。

・吸収型、反射型ワイヤグリッド偏光子の積層
前記した方法で、得られた吸収型、反射型ワイヤグリッド偏光子の周囲４辺のうち１辺について、既存偏光子を基準として偏光軸を合わせた。つづいて偏光軸をあわせた１辺を機械的に合わせながら、互いのワイヤグリッドの基板側を光学的に透明な粘着材を用いて接着、積層した。なお、接着には、日東電工（株）製透明両面接着テープＣＳ９６２１を使用した。

得られた偏光子について、分光光度計を用い、直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。ＴＥ波透過率８３．６％、ＴＭ波透過率０．０１４％、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率８．９％。反射型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率４１．３％、偏光度９９．９７％であった。

（実施例２〜実施例５、比較例１）
・吸収型ワイヤグリッド偏光子の作成
実施例１と同様に窒化ケイ素が表面に形成された格子状凸部転写フィルムを用い、スパッタ法により酸素分圧を変えて種々のｎ、ｋを有する不定比酸化アルミニウムを得た。ＳＴＥＭで観察したところ、いずれも１４ｎｍの膜厚であった。

・吸収型、反射型ワイヤグリッド偏光子の積層
実施例１に用いた反射型ワイヤグリッド偏光子を用いて、実施例１と同様の方法で接着積層した。得られた偏光子について、分光光度計を用い、直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。その結果を表１に示す。

（実施例６）
・吸収型ワイヤグリッド偏光子の作成
実施例１と同様に窒化ケイ素が表面に形成された格子状凸部転写フィルムにスパッタ法を用いてタングステンワイヤを形成した。本実施例では、タンスグステン（Ｗ）を用いて、Ａｒガス圧力０．２１Ｐａ、スパッタパワー４．４Ｗ／ｃｍ^２とし、製膜速度２０ｎｍ／分で蒸着した。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Ｗ蒸着厚みが１０ｎｍ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は５０度とした。なお、タングステンも図３における斜線領域内である、すなわち上記（１）式を満たすものであった。

得られた偏光子について、分光光度計を用い、直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。その結果、吸収型ワイヤグリッド型偏光子のＴＥ波透過率９１．６％、ＴＭ波透過率２３．２％、ＴＥ波反射率３．８％、ＴＭ波反射率１２．０％、偏光度５９．５６％であった。

・吸収型、反射型ワイヤグリッド偏光子の積層
実施例１に用いた反射型ワイヤグリッド偏光子を用いて、実施例１と同様の方法で接着積層した。得られた偏光子について、分光光度計を用い、直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。ＴＥ波透過率７９．２５％、ＴＭ波透過率０．０１２％、吸収型ワイヤグリッド側の全光反射率１０．７％。反射型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率４１．４％、偏光度９９．９７％であった。

（実施例７〜実施例１７、比較例２）
・吸収型ワイヤグリッド偏光子の作成
実施例６と同様に窒化ケイ素が表面に形成された格子状凸部転写フィルムを用い、スパッタ法により種々の金属薄膜によるワイヤグリッド偏光子を得た。各々の膜厚は、ＳＴＥＭで観察、測定した。なお、実施例７〜実施例１７で使用した材料も図３における斜線領域内である、すなわち上記（１）式を満たすものであった。

・吸収型、反射型ワイヤグリッド偏光子の積層
実施例１に用いた反射型ワイヤグリッド偏光子を用いて、実施例１と同様の方法で接着積層した。得られた偏光子について、分光光度計を用い、直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。その結果を表２にまとめて示す。

このように本発明にかかるワイヤグリッド偏光子は、簡易な構成で、外光を効率良く吸収し、かつ、バックライト側の高反射率のために光利用効率が高く、ＬＣＤのような表示装置に配設した場合に十分な色再現性と黒表示を実現できる。また、本発明にかかるワイヤグリッド偏光子は、偏光機能の発現を全て無機材料で構成しているために、耐久性に優れるものである。

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。上記実施の形態においては、ワイヤグリッド偏光板を液晶表示装置に適用した場合について説明しているが、本発明は偏光が必要とされる液晶表示装置以外のデバイスなどに同様に適用することができる。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。

本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の概略断面斜視図である。 本発明を構成する吸収型ワイヤグリッド偏光子を拡大図示した概略断面斜視図である。 本発明における吸収型ワイヤグリッド偏光子を構成する吸収偏光成分における（１）式の範囲を示した図である。 本発明を構成する反射型ワイヤグリッド偏光子を拡大図示した概略断面斜視図である。 本発明のワイヤグリッド偏光子を構成するための積層、固定する工程の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の、他の構成の一例を示す概略断面斜視図である。 本発明を構成する基材の一例を示す概略断面斜視図である。 本発明の実施の形態に係る偏光子を用いた液晶表示装置を示す断面概略図である。

符号の説明

１，１１，２１ｂ，２２ｂ 吸収型ワイヤグリッド偏光子
１ａ 吸収型偏光成分ワイヤ
１ｂ，２ｂ，８ 基材
１ｃ，２ｃ 格子状凸部
２，２１ａ，２２ａ 反射型ワイヤグリッド偏光子
２ａ 金属ワイヤ
３，２１，２２ 低反射ワイヤグリッド偏光子
４，５ 入射光
７ 接着層
１０ 偏光軸
１１ａ 変更軸と一致した辺
１２ 偏光子
２０ 照明装置
２３ 液晶セル
３０ バックライト入射光
３１ 外光入射光

Claims (4)

1. 基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなる複合型ワイヤグリッド偏光子であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、前記基材の凸部上に形成された吸収型偏光成分で構成された層と、を具備し、前記吸収型偏光成分は、可視光の波長領域において、消衰係数ｋ及び屈折率ｎが下記（１）式を満たす材料であり、前記層の厚さが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とするワイヤグリッド偏光子。
   ０．１０９２ｎ^４−１．３４８ｎ^３＋６．２４７ｎ^２−１３．１８ｎ＋１１．９１＜ｋ＜−０．００２２ｎ^４＋０．２０３６ｎ^３−１．９６７ｎ^２＋６．９１８ｎ−３．５９７
   …（１）式
2. 前記吸収型ワイヤグリッド偏光子において、前記基材の格子状凸部の断面斜面部の片側にのみ吸収型偏光成分が形成されてい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子。
3. 前記反射型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、前記基材の凸部上に形成された反射型偏光成分で構成された層と、を具備することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワイヤグリッド偏光子。
4. 表示デバイスと、前記表示デバイスに光を照射する照明手段と、請求項１から請求項３のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子と、を具備し、前記反射型ワイヤグリッド偏光子が前記照明手段側に配置されることを特徴とする表示装置。

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