JP2010256553A

JP2010256553A - ワイヤグリッド偏光フィルム

Info

Publication number: JP2010256553A
Application number: JP2009105275A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yokoyama; 宏横山; Shuhei Fujimoto; 修平藤本; Masaru Sugiyama; 大杉山
Original assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】簡易な製造工程で、反射スペクトルの波長依存性と角度依存性の極めて少なく、軽量かつ耐衝撃性に優れたワイヤグリッド偏光フィルムを提供すること。
【解決手段】本発明のワイヤグリッド偏光フィルムは、特定方向に延在する格子状凹凸部を有する基板と、前記基板の格子状凹凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた金属ワイヤと、を具備し、可視光領域内におけるＲ_Ｓ（λ）_４５°の最大値をＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）とし、前記Ｒ_Ｓ（λ）_４５°の最小値をＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）とした場合に、下記式（１）で表される式を満たすことを特徴とする。
ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）≦１５％式（１）
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤグリッド偏光フィルムに関する。

近年、透過軸方向の光の電場成分を透過させ、透過軸方向と直交する方向の電場成分を反射させる、いわゆる反射型偏光分離素子の開発が進んでいる。そして、反射型偏光分離素子は偏光ビームスプリッターとしてプロジェクター、光ピックアップ装置、検査用装置など様々な光学機器に使用されている。偏光ビームスプリッターとして用いられている反射型偏光分離素子としては、例えば、誘電体多層膜構造の偏光ビームスプリッター（特許文献１）や、誘電体薄膜と金属薄膜層とのハイブリッド積層構造による偏光ビームスプリッター（特許文献２）、相互に異なる複屈折性フィルムを積層した積層体フィルム（特許文献３）やワイヤグリッド型偏光板（特許文献４）などが挙げられる。

特開２００８−１８１０７４号公報特開平１０−２０１１６号公報特許第３８０３３７０号公報特表２００３−５０２７０８号公報

しかしながら、誘電体多層膜構造の偏光ビームスプリッターやハイブリッド積層構造による偏光ビームスプリッター、相互に異なる複屈折性フィルムを積層した積層体フィルムは、薄膜の多層構造による反射光の干渉が生じてしまうため、反射スペクトルの波長依存性と角度依存性が大きい。そのため、該偏光ビームスプリッターをプロジェクターや検査用装置等の光学システムに利用した場合、設置角度と使用波長の範囲が小さくなり、結果、設計の自由度が小さくなってしまうという問題点がある。

ワイヤグリッド型偏光板はその原理から、可視光領域において偏光ビームスプリッターとして使用するためには、使用する波長の約２分の１以下の非常に小さなグリッド周期が必要であるため、その製造工程は簡易なものではなかった。また特許文献４のようなガラス基材上にワイヤグリッド構造を有したワイヤグリッド型偏光板は、ガラス基材の重さと衝撃による割れや欠けの発生のし易さを考慮すると、携帯することを想定した光学機器での使用は不適となる。また、反射スペクトルの角度依存性においても十分なものではなく、偏光ビームスプリッターとして使用した場合、その設置角度は大きく制限されていた。つまり、携帯型の光学機器に好適な、軽量かつ耐衝撃性に優れ、反射スペクトルの波長依存性と角度依存性の極めて少ない反射型偏光板は今まで存在していなかった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な製造工程で、反射スペクトルの波長依存性と角度依存性の極めて少なく、軽量かつ耐衝撃性に優れたワイヤグリッド偏光フィルム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フィルムは、特定方向に延在する格子状凹凸部を有する基板と、前記基板の格子状凹凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた金属ワイヤと、を具備するワイヤグリッド偏光フィルムであって、可視光領域内におけるＲ_Ｓ（λ）_４５°の最大値をＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）とし、前記Ｒ_Ｓ（λ）_４５°の最小値をＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）とした場合に、下記式（１）で表される式を満たすことを特徴とする。
ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）≦１５％式（１）
ただし、λは波長を表し、可視光領域とは波長が３８０ｎｍから８００ｎｍの領域であるとする。また、Ｒ_Ｓ（λ）_４５°は波長λの光であって、金属ワイヤの延在方向に垂直な面内で基板の法線軸に対してワイヤグリッド偏光フィルムの金属ワイヤ側から４５°の角度で入射する光の正反射光の金属ワイヤ延在方向成分の反射率を表す。

本発明のワイヤグリッド偏光フィルムは、特定方向に延在する格子状凹凸部を有する基板と、前記基板の格子状凹凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた金属ワイヤと、を具備するワイヤグリッド偏光フィルムであって、可視光領域内におけるＲ_Ｓ（λ）_２０°の最大値をＭＡＸ（Ｒ_Ｓ２０°）とし、前記Ｒ_Ｓ（λ）_２０°の最小値をＭＩＮ（Ｒ_Ｓ２０°）とした場合に、下記式（２）で表される式を満たすことを特徴とする。
ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ２０°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ２０°）≦１５％式（２）
ただし、λは波長を表し、可視光領域とは波長が３８０ｎｍから８００ｎｍの領域であるとする。また、Ｒ_Ｓ（λ）_２０°は波長λの光であって、金属ワイヤの延在方向に垂直な面内で基板の法線軸に対してワイヤグリッド偏光フィルムの金属ワイヤ側から２０°の角度で入射する光の正反射光の金属ワイヤ延在方向成分の反射率を表す。

本発明のワイヤグリッド偏光フィルムは、特定方向に延在する格子状凹凸部を有する基板と、前記基板の格子状凹凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた金属ワイヤと、を具備するワイヤグリッド偏光フィルムであって、可視光領域内において下記式（３）で表される式を満たすことを特徴とする。
｜Ｒ_Ｓ（λ）_４５°／Ｒ_Ｓ（λ）_２０°−Ｒ_{ＳＡＶＥ}｜≦５％式（３）
ただし、Ｒ_{ＳＡＶＥ}はＲ_Ｓ（λ）_４５°／Ｒ_Ｓ（λ）_２０°の可視光領域での平均値を表す。

本発明によれば、簡易な製造工程で、反射スペクトルの波長依存性と角度依存性の極めて少なく、軽量かつ耐衝撃性に優れたワイヤグリッド偏光フィルムを実現することができる。

本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光フィルムの一部を示す概略断面図である。本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光フィルム、及び、比較例に係る反射型偏光板の２０°入射光と４５°入射光の反射スペクトルを表す図である。本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光フィルム、及び、比較例に係る反射型偏光板の４５°入射光と２０°入射光の反射スペクトル比を表す図である。

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フィルムの、金属ワイヤ延在方向に垂直な面内における断面概略図である。本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光フィルムは、特定方向に延在する格子状凹凸部１ａを有する樹脂フィルム基板１と、前記樹脂フィルム基板１の格子状凹凸部１ａ及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた誘電体層２と、前記誘電体層２上に設けられた金属ワイヤ３と、を具備するワイヤグリッド偏光フィルムであって、可視光領域内におけるＲ_Ｓ（λ）_４５°の最大値をＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）とし、前記Ｒ_Ｓ（λ）_４５°の最小値をＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）とした場合に、下記式（１）で表される式を満たすことを特徴とする。
ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）≦１５％式（１）
ただし、λは波長を表し、可視光領域とは波長が３８０ｎｍから８００ｎｍの領域であるとする。また、Ｒ_Ｓ（λ）_４５°は波長λの光であって、金属ワイヤ３の延在方向に垂直な面内で樹脂フィルム基板１の法線軸４に対してワイヤグリッド偏光フィルムの金属ワイヤ側から４５°の角度で入射する光の正反射光の金属ワイヤ延在方向成分の反射率を表す。

樹脂フィルム基板１に用いる樹脂は、可視光領域で実質的に透明な樹脂であればよい。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、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と、上記熱可塑性樹脂やトリアセテート樹脂とを組み合わせて用いたり、これらを単独で用いたりすることもできる。さらに、可視光領域で実質的に透明であれば、紫外線吸収剤や光安定剤等の添加剤を含有することもできる。基板が樹脂フィルム基板であると、軽量かつ耐衝撃性に優れるだけでなく、ロールプロセスでワイヤグリッド偏光フィルムの製造が可能となるなど、製造上のメリットもある。

格子状凸部１ａの断面形状に制限はない。例えば、これらの断面形状は、台形、矩形、方形、プリズム状や、半円状などの正弦波状であってもよい。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。前記基板の格子状凸部及びその側面の少なくとも一部を誘電体層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、偏光透過性能や基板と誘電体層との間の密着強度を高くするという観点から、前記断面形状は正弦波状であることがより好ましい。

本発明において、格子状凸部１ａと金属ワイヤ３との密着性向上のために、誘電体層２が格子状凸部１ａ及びその側面部１ｂの少なくとも一部を覆うように設けられている。格子状凸部と誘電体層との間の密着性を向上するという観点と、基板から発生する低分子量揮発物を抑制するという観点から、誘電体層が格子状凹凸部全体を被覆することがより好ましい。また、用いる誘電体材料は、透過偏光性能を得ようとする波長領域において実質的に透明であることが好ましい。好適な誘電体としては、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（誘電体単体に他の元素、単体又は化合物が混じった誘電体）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を好適に用いることが出来る。

本発明において、格子状凸部１ａの頂部より上方の誘電体層２を含む領域の屈折率が、前記樹脂フィルム基板１の屈折率よりも高いことが好ましい。ここで、格子状凸部１ａの頂部より上方の誘電体層２を含む領域とは、図１のＢ領域を示し、誘電体層２を含む領域であって、基板面と略平行である特定の厚みを有する領域を意味する。すなわち、このＢ領域は、樹脂フィルム基板１の格子状凸部１ａ上の誘電体層２を含む領域である。樹脂フィルム基板１の屈折率は、図１のＡ領域、すなわち樹脂フィルム基板１の格子状凸部１ａを含まない領域の屈折率である。また、本発明において、前記誘電体層２の屈折率が、前記樹脂フィルム基板１の屈折率よりも高いことが好ましい。

樹脂フィルム基板１より屈折率が高くなるように選ばれた誘電体材料としては、例えば、珪素又は上記金属の酸化物、窒化物の単体又はその複合物が好ましい。これらの中で、酸化珪素、酸化チタン、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム又はそれらの複合物がさらに好ましい。誘電体材料の積層方法には特に限定は無く、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。

本発明において格子状凸部１ａのピッチ幅Ｐは狭ければ狭いほど幅広い帯域で偏光特性を示すことが出来るが、近赤外〜赤外領域のみの偏光特性を考慮する場合は、ピッチ幅Ｐは３００ｎｍ程度以下であればよく、４００ｎｍ近傍以下の短波長領域の偏光特性を重視しない場合は、ピッチ幅Ｐは約１５０ｎｍ以下でもよい。また、可視光領域全体に渡って十分な偏光特性を得ることができる、反射スペクトルの波長依存性や角度依存性が少なくなる、等の利点があるため、ピッチ幅Ｐはおおよそ１２０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは８０ｎｍ〜１２０ｎｍ程度である。

また、樹脂フィルム基板１の格子状凸部１ａの山と凹部１ｃの谷との高さの差Ｈ_１（以下、格子状凸部１ａの高さという）は、良好な光学特性を得るため、また、誘電体層２と樹脂フィルム基板１の高い密着強度を得るためや、格子状凸部１ａ上に誘電体層を選択的に高く被覆するために、格子状凸部１ａのピッチｐの０．５倍から２．０倍であることが好ましい。特に、０．５倍から１．０倍であれば反射スペクトルの波長依存性や角度依存性が少なくなり特に好ましい。

格子状凸部１ａの高さの２分の１の高さにおける格子状凸部１ａの幅（以下、格子状凸部１ａの幅という）は、ピッチ幅Ｐの０．３倍から０．６倍であることが反射スペクトルの波長依存性や角度依存性が少なくなるため、好ましい。

本発明に用いる格子状凹凸部を有する基板を得る方法は特に限定されない。例えば、本出願人の特許第４１４７２４７号公報に記載の方法を挙げることができる。特許第４１４７２４７号公報によれば、干渉露光法を用いて作製したピッチ２３０ｎｍから２５０ｎｍの格子状凸部がつくる凹凸格子を有する金属スタンパを用いて、凹凸格子を熱可塑性樹脂に熱転写し、凹凸格子を付与した熱可塑性樹脂を格子の長手方向と平行な方向に、延伸倍率が４から６倍の自由端一軸延伸加工を施す。その結果、前記熱可塑性樹脂に転写された凹凸格子のピッチが縮小され、ピッチが１２０ｎｍ以下の格子状凹凸部を有する基板（延伸済み）が得られる。続いて、得られた格子状凹凸部を有する基板（延伸済み）から、電解メッキ法などを用いて格子状凹凸部を有する金属スタンパを作製する。この金属スタンパを用いて、基板の表面にその格子状凹凸部を転写、形成することで、ピッチが１２０ｎｍ以下の格子状凸部を有する基板を得ることが可能となる。

基板の格子状凸部１ａに被覆される誘電体層２の厚み（以下、誘電体層２の高さという）は、光学特性及び樹脂フィルム基板１や金属ワイヤ３との間の密着強度、ワイヤグリッドの強度、被覆に要する時間、金属ワイヤ３を誘電体層２の凸部に選択的に又は誘電体層２の凸部の一方の側面に偏って選択的に積層すること、などの観点から、２ｎｍから２００ｎｍであることが好ましい。特に、基板の格子状凸部１ａの山における誘電体層２の高さは５ｎｍから１５０ｎｍが好ましい。また、誘電体２が樹脂フィルム基板１の格子状凸部１ａを被覆して形成される凹凸格子の凸部山と凹部谷との高低差Ｈ_２（以下、高低差Ｈ_２という）は、金属ワイヤ３の台座としての強度、光学特性などを考慮すると１００ｎｍから３００ｎｍであることが好ましく、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍがさらに好ましい。

高低差Ｈ_２の２分の１の高さにおける幅を誘電体層２の幅ｗ_２（以下、誘電体層２の幅という）とすると、光学特性及びワイヤグリッドの構造強度の観点から、誘電体層２の幅ｗ_２は樹脂フィルム基板１の格子状凸部１ａのピッチの０．３倍から０．６倍となるようにすることが好ましいが、金属の積層時に後述する斜め積層法を用いる場合、誘電体層２の幅ｗ_２は樹脂フィルム基板１の格子状凸部１ａのピッチの０．１倍から０．５倍が好ましい。

本発明において、金属ワイヤ３を構成する金属は、可視光領域で光の反射率が高く、誘電体層２を構成する材料との間の密着性の高いものであることが好ましい。例えば、アルミニウム、銀、銅、白金、金またはこれらの各金属を主成分とする合金などが挙げられるが、特にアルミニウムもしくは銀は可視域での吸収損失が小さいことから好ましい。さらにコストの観点から、アルミニウム又はその合金で構成されていることが好ましい。

金属ワイヤ３の幅ｗ_３は、反射スペクトルの波長依存性や角度依存性が少なくなるとの観点から基板の格子状凹凸部のピッチの０．３倍から０．６倍であることが好ましい。

基板の格子状凸部１ａの山を被覆した誘電体層２の凸部の上に積層した金属ワイヤ３の厚みＨ_３（以下、金属ワイヤ３の高さという）は、光学特性や金属ワイヤ３と誘電体層２の凸部との間の密着強度、ワイヤグリッド偏光フィルムの構造強度、積層に要する処理時間を考慮すると、１２０ｎｍ〜２２０ｎｍ、好ましくは１４０ｎｍから２００ｎｍであることが好ましい。また、金属ワイヤの幅に対する金属ワイヤの高さの比Ｈ_３／ｗ_３（アスペクト比）は、反射スペクトルの波長依存性や角度依存性を少なくするとの観点から２〜５が好ましく、さらに好ましくは２〜４である。

金属ワイヤ３を形成するために金属を誘電体層２に積層する方法としては、誘電体層２を構成する材料と金属ワイヤ３を構成する金属との間に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２の凸部に選択的に、又は誘電体層２の凸部の一方の側面に偏って選択的に積層でき、かつ、製造コストや生産性が優れるとして、真空蒸着法が好ましい。

なお、光学特性の観点から、凹部の底部及びその付近に積層する金属の量は少ないほど良い。したがって、これらの部分に金属が堆積するのを避けるため、更には、堆積した場合に、後述するエッチング（による洗浄）を容易にすることを考慮すると、斜め蒸着法を用いて金属を積層することが好ましい。本発明でいう斜め蒸着法とは、微細凹凸格子の格子長手方向と垂直に交わる平面内で、基板面の法線と蒸着源とのなす角度（入射角度）θが３０°以下、好ましくは１０°から２０°の方向から金属を積層する方法である。

本発明のワイヤグリッド偏光フィルムは、単位寸法が１００ｃｍ^２以上であることが好ましい。本発明のワイヤグリッド偏光フィルムによれば、樹脂フィルム基板１上に格子状凸部を転写により形成し、その上に誘電体層２及び金属ワイヤ３を積層することで作製可能であることから、このように単位寸法が１００ｃｍ^２以上である比較的大きい板状体を得ることができる。このため、例えば、大画面のディスプレイに使用する場合においても接合部分の数をできるだけ少なくすることができる。この場合、接合部分の接合線を１００ｎｍ〜１００μｍの線幅で、光を透過しない構造とすることが好ましい。

上記に述べたように本発明のワイヤグリッド偏光フィルムは、樹脂フィルム基板１と金属ワイヤ３との間にこれらと密着性の高い誘電体層２を設けている。このため、樹脂フィルム基板１が確実に誘電体層２を支え、誘電体層２を立設することができる。その結果、金属ワイヤ３の高さを比較的高くすることができる。基板上に形成された非常に微細なピッチを持つ金属ワイヤグリッドにより被偏光光の領域である可視光領域のほぼ全領域にわたって９９．９％以上の偏光度を発揮することができる。この場合において、それぞれの金属ワイヤ３が実質的に約１０ｃｍ以上の長さを有し、金属ワイヤ３の幅方向に６×１０^４本／ｃｍ以上等ピッチで光学的にほぼ平行に配列されていることが好ましい。

本発明のワイヤグリッド偏光フィルムは、可視光領域内でのＲ_Ｓ（λ）_４５°の最大値をＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）とし、最小値をＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）とし、可視光領域内でのＲ_Ｓ（λ）_２０°の最大値をＭＡＸ（Ｒ_Ｓ２０°）とし、最小値をＭＩＮ（Ｒ_Ｓ２０°）とした時に、ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）≦１５％、ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ２０°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ２０°）≦１５％であるため、映像表示面を鏡として使用する液晶表示装置や広範な入光角度を有した偏光ビームスプリッター等に好適に用いることが出来る。特に、ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）≦１０％、ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ２０°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ２０°）≦１０％であると工業上の利用可能性の面でさらに好ましい。

また、可視光領域内において｜Ｒ_Ｓ（λ）_４５°／Ｒ_Ｓ（λ）_２０°−Ｒ_{ＳＡＶＥ}｜≦５％であると、反射スペクトルの角度依存性が十分に低いと見なせ、例えば、映像表示面を鏡として使用する液晶表示装置において、鏡機能発現時に広範な領域を目視観察した場合、色再現性が良好な反射映像が得られる。また、広範な入光角度を有した偏光ビームスプリッターにおいては、入光角度に依存した反射光の強弱が無くなり、結果として良好な映像品位を与える。特に、｜Ｒ_Ｓ（λ）_４５°／Ｒ_Ｓ（λ）_２０°−Ｒ_{ＳＡＶＥ}｜≦３％であると工業上の利用可能性の面でより好ましい。

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。
（実施例１）
（格子状凸部を有する基板の作製）
・凹凸格子形状が転写されたＣＯＰ板の作製
ピッチが２３０ｎｍで、凹凸格子の高さが２３０ｎｍである凹凸格子を表面に有するニッケルスタンパを準備した。この凹凸格子は、レーザ干渉露光法を用いたパターニングにより作製されたものであり、その断面形状は正弦波状で、上面からの形状は縞状格子形状であった。また、その平面寸法は縦横ともに５００ｍｍであった。このニッケルスタンパを用いて、熱プレス法により厚さ０．５ｍｍ、縦横がそれぞれ５２０ｍｍのシクロオレフィン樹脂（以下、ＣＯＰと略す）板の表面に凹凸格子形状を転写し、格子状凹凸部が転写されたＣＯＰ板を作製した。このＣＯＰのガラス転移温度（Ｔｇ）は１０５℃であった。

具体的に、熱プレスは次のように行った。まず、プレス機の系内を真空排気し、ニッケルスタンパ及びＣＯＰ板を１９０℃まで加熱した。ニッケルスタンパ及びＣＯＰ板が１９０℃に達した後、プレス圧２ＭＰａ、プレス時間４分でニッケルスタンパの凹凸格子をＣＯＰ板に転写した。さらに、プレス圧を２ＭＰａに保持したままニッケルスタンパ及びＣＯＰ板を４０℃まで冷却した後、真空開放し、続けてプレス圧を開放した。プレス圧を開放したとき、ニッケルスタンパ及びＣＯＰ板は容易に離型した。電界放出型走査型電子顕微鏡（以下、ＦＥ−ＳＥＭと略す）で、凹凸格子形状が転写されたＣＯＰ板の表面形状を観察したところ、ニッケルスタンパの凹凸格子形状が忠実に転写されたことが確認された。

・延伸によるピッチ縮小
次いで、この凹凸格子形状が転写されたＣＯＰ板を５２０ｍｍ×４６０ｍｍの長方形に切り出し、被延伸部材としての延伸用ＣＯＰ板とした。このとき、５２０ｍｍ×４６０ｍｍの長手方向（５２０ｍｍ）と凹凸格子の長手方向とが互いに略平行になるように切り出した。

次いで、この延伸用ＣＯＰ板の表面に、スプレーによりシリコーンオイルを塗布し、約８０℃の循環式空気オーブン中に３０分放置した。次いで、延伸用ＣＯＰ板の長手方向の両端１０ｍｍを延伸機のチャックで固定し、その状態で１１３±１℃に温度調節された循環式空気オーブン中に延伸用ＣＯＰ板を１０分間放置した。その後、２５０ｍｍ／分の速度で求めるピッチと高さになるまで延伸し、延伸後ＣＯＰ板（延伸済みＣＯＰ板）を室温雰囲気下に取り出し、チャック間の距離を維持したまま冷却した。この延伸済みＣＯＰ板の表面と断面を、ＦＥ−ＳＥＭにて観察したところ、微細凹凸格子のピッチと高さは、１５０ｎｍ／１１０ｎｍ（ピッチ／高さ）であり、その断面形状は正弦波状で、上面からの形状は縞状格子状となっており、実質的に延伸前の凹凸格子形状と相似で縮小されていたことが分かった。

・ニッケルスタンパ作製
得られた、１５０ｎｍピッチの延伸済みＣＯＰ板表面に、それぞれ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、それぞれニッケルを電気メッキし、厚さ０．３ｍｍ、格子の長手方向（以下、縦という）３００ｍｍ、格子の長手方向と垂直な方向（以下、横という）１８０ｍｍのニッケルスタンパを作製した。

・紫外線硬化樹脂を用いた格子状凸部転写フィルムの作製
厚み８０μｍのトリアセチルセルロース樹脂（以下、ＴＡＣと略す）フィルム（富士写真フィルム製ＴＤ８０ＵＬ−Ｈ）にアクリル系紫外線硬化樹脂（屈折率１．５２）を約３μｍ塗布し、塗布面を下にして上記１５０ｎｍ／１１０ｎｍ（ピッチ／高さ）の格子状凹凸部を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フィルム間に空気が入らないように載せ、ＴＡＣ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で照射し、ニッケルスタンパの微細凹凸格子を転写した。続いて、ニッケルスタンパからＴＡＣフィルムを剥離した後、窒素雰囲気下でＴＡＣフィルムに紫外線を５００ｍＪ／ｃｍ^２で照射し、ＴＡＣフィルム上の紫外線硬化樹脂を硬化させて、縦３００ｍｍ、横１８０ｍｍの微細格子が転写されたフィルム（以下、格子状凹凸部転写フィルムという）を作製した。この格子状凹凸部転写フィルムを、格子状凹凸部を有する基板として用いる。格子状凹凸部転写フィルムの断面をＦＥ−ＳＥＭで観察したところ、格子状凹凸部のピッチＰは１５０ｎｍ、凸部と凹部の高さの差Ｈ_１は１０７ｎｍであり、その断面形状は正弦波状で、上面からの形状が縞状格子状であった。

（誘電体層の形成）
・スパッタリング法を用いた誘電体層の形成
上記の方法で作製した格子状凹凸部転写フィルムに、スパッタリング法を用い誘電体層を形成した。本実施例では、誘電体として窒化珪素又は酸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／ｃｍ^２、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凹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２０ｎｍとなるように成膜を行った。誘電体を被覆した格子状凹凸部転写フィルムの断面をＦＥ−ＳＥＭで観察したところ、高低差Ｈ_２は１５０ｎｍであった。また、分光エリプソメータを用いて誘電体及びＢ領域の屈折率を求めたところ、その屈折率は１．５９であった。

（金属ワイヤの形成）
・真空蒸着法を用いた金属の蒸着
格子状凹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）を用いた場合について説明する。真空度２．５×１０^−３Ｐａ、蒸着速度４ｎｍ／ｓ、常温下においてＡｌの蒸着を行った。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凹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２００ｎｍとなるように蒸着を行った。実施例１では、格子状凹凸部延在方向に垂直な面内において基板の法線軸と蒸着源とのなす角度θを１０°とした。

・エッチングによる不要金属の除去
格子状凹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〜９０秒の間で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た後、波長５５０ｎｍの光に対する偏光度Ｐと光線透過率Ｔを測定し、偏光度Ｐが９９．９５％以上で、かつ、最大の光線透過率Ｔを示すものを選択し、実施例１のワイヤグリッド偏光フィルムとした。ここで、波長５５０ｎｍの光に対する偏光度Ｐと光線透過率Ｔとは、以下の式を満たすものとする。また、偏光度Ｐと光線透過率Ｔの測定は日本分光社製偏光フィルム評価装置Ｖ７０００を用い、２３℃６５％ＲＨの条件で行った。
Ｔ＝[（Ｉmax＋Ｉmin）／２］×１００％
Ｐ＝[（Ｉmax−Ｉmin）／（Ｉmax＋Ｉmin）］×１００％
（Ｉmaxは波長５５０ｎｍでの直線偏光に対する平行ニコル、Ｉminは各波長での直交ニコル状態での透過光強度）

実施例１に係るワイヤグリッド偏光フィルムの、波長５５０ｎｍの光に対する偏光度Ｐと光線透過率Ｔはそれぞれ９９．９８％、４２％であった。また、偏光板の大きさは、縦３００ｍｍ、横１８０ｍｍであった。この実施例１に係るワイヤグリッド偏光フィルムの断面を、ＦＥ−ＳＥＭで観察したところ、積層したアルミニウムの高さＨ_３は１５３ｎｍ、幅ｗ_２は５１ｎｍであることがわかった。

（比較例１）
誘電体多層膜型の反射型偏光板（３Ｍ社製、Dual Brightness Enhancement Film）を比較例１とした。該フィルムの測定面は光学的に平滑であった。

（光学性能評価）
実施例１及び比較例１の光学性能評価を行った。実施例１に関しては、金属ワイヤの延在方向に垂直な面内で、基板の法線軸に対してワイヤグリッド偏光フィルムの金属ワイヤ側から２０°、もしくは、４５°の角度で入射し、正反射する可視光領域の光の金属ワイヤ延在方向成分の各反射率を測定した。以降、実施例１の入射角２０°、もしくは、４５°における前記金属ワイヤ延在方向成分の反射率を順にＲ_Ｓ（λ）_２０°、Ｒ_Ｓ（λ）_４５°とした。ただし、λは可視光領域の波長とする。比較例１に関しても同様に、基板の法線軸に対して２０°、もしくは、４５°の角度で入射し、正反射する可視光領域の光の反射軸方向成分の反射率を測定した。以降、比較例１の入射角２０°、もしくは、４５°における前記反射率を順にＲ_Ｓ’（λ）_２０°、Ｒ_Ｓ’（λ）_４５°とした。反射率の測定には株式会社日立ハイテクノロジーズ社製分光光度計Ｕ−４１００を使用し、２３℃６５％ＲＨの条件で行った。

図２は可視光領域におけるＲ_Ｓ（λ）_２０°、Ｒ_Ｓ（λ）_４５°、Ｒ_Ｓ’（λ）_２０°、Ｒ_Ｓ’（λ）_４５°の値を示している。図２に示すように、可視光領域内におけるＲ_Ｓ（λ）_２０°、Ｒ_Ｓ（λ）_４５°、Ｒ_Ｓ’（λ）_２０°、Ｒ_Ｓ’（λ）_４５°の最大値をそれぞれＭＡＸ（Ｒ_Ｓ２０°）、ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）、ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ’_２０°）、ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ’_４５°）とし、最小値をそれぞれＭＩＮ（Ｒ_Ｓ２０°）、ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）、ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ’_２０°）、ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ’_４５°）とした時に、比較例１がＭＡＸ（Ｒ_Ｓ’_２０°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ’_２０°）＝４２．６％、ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ’_４５°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ’_４５°）＝４０．４％であったのに対し、実施例１はＭＡＸ（Ｒ_Ｓ２０°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ２０°）＝７．２％、ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）＝５．６％となり、非常にばらつきが少ないことが分かった。このことは、実施例１が例えば広帯域の偏光ビームスプリッターとして好適に用いることが出来ることを示している。

図３は可視光領域におけるＲ_Ｓ（λ）_４５°／Ｒ_Ｓ（λ）_２０°とＲ_Ｓ’（λ）_４５°／Ｒ_Ｓ’（λ）_２０°の値を表している。図３に示すように、可視光領域におけるＲ_Ｓ（λ）_４５°／Ｒ_Ｓ（λ）_２０°の平均値をＲ_{ＳＡＶＥ}とし、可視光領域におけるＲ_Ｓ’（λ）_４５°／Ｒ_Ｓ’（λ）_２０°の平均値をＲ_Ｓ’_ＡＶＥとした時、比較例１では｜Ｒ_Ｓ’（λ）_４５°／Ｒ_Ｓ’（λ）_２０°−Ｒ_Ｓ’_ＡＶＥ｜の値が最大で１１．８％であるのに対し、実施例１では｜Ｒ_Ｓ（λ）_４５°／Ｒ_Ｓ（λ）_２０°−Ｒ_{ＳＡＶＥ}｜の値は最大でも２．１％であり、非常にばらつきが少ないことが分かった。このことは実施例１が、例えば広帯域で設置角度を自由に設定できる偏光ビームスプリッターとして好適に用いることが出来ることを示している。

このように、本発明のワイヤグリッド偏光フィルムは、一段階の斜め蒸着法などの極めて簡易的な工程で、反射スペクトルの波長依存性と角度依存性の極めて少ないワイヤグリッド偏光フィルムを作製することが可能となる。

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部材の材質、配置、形状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。

本発明のワイヤグリッド偏光フィルムは、広範な入光角度を有した偏光ビームスプリッターだけでなく、映像表示面を鏡として使用する液晶表示装置等に好適に用いることが出来る。

１樹脂フィルム基板
１ａ格子状凸部
１ｂ側面
１ｃ凹部
２誘電体層
３金属ワイヤ
４樹脂フィルム基板の法線軸

Claims

特定方向に延在する格子状凹凸部を有する基板と、前記基板の格子状凹凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた金属ワイヤと、を具備するワイヤグリッド偏光フィルムであって、可視光領域内におけるＲ_Ｓ（λ）_４５°の最大値をＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）とし、前記Ｒ_Ｓ（λ）_４５°の最小値をＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）とした場合に、下記式（１）で表される式を満たすことを特徴とするワイヤグリッド偏光フィルム。
ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ４５°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ４５°）≦１５％式（１）
ただし、λは波長を表し、可視光領域とは波長が３８０ｎｍから８００ｎｍの領域であるとする。また、Ｒ_Ｓ（λ）_４５°は波長λの光であって、金属ワイヤの延在方向に垂直な面内で基板の法線軸に対してワイヤグリッド偏光フィルムの金属ワイヤ側から４５°の角度で入射する光の正反射光の金属ワイヤ延在方向成分の反射率を表す。
特定方向に延在する格子状凹凸部を有する基板と、前記基板の格子状凹凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた金属ワイヤと、を具備するワイヤグリッド偏光フィルムであって、可視光領域内におけるＲ_Ｓ（λ）_２０°の最大値をＭＡＸ（Ｒ_Ｓ２０°）とし、前記Ｒ_Ｓ（λ）_２０°の最小値をＭＩＮ（Ｒ_Ｓ２０°）とした場合に、下記式（２）で表される式を満たすことを特徴とするワイヤグリッド偏光フィルム。
ＭＡＸ（Ｒ_Ｓ２０°）−ＭＩＮ（Ｒ_Ｓ２０°）≦１５％式（２）
ただし、λは波長を表し、可視光領域とは波長が３８０ｎｍから８００ｎｍの領域であるとする。また、Ｒ_Ｓ（λ）_２０°は波長λの光であって、金属ワイヤの延在方向に垂直な面内で基板の法線軸に対してワイヤグリッド偏光フィルムの金属ワイヤ側から２０°の角度で入射する光の正反射光の金属ワイヤ延在方向成分の反射率を表す。
特定方向に延在する格子状凹凸部を有する基板と、前記基板の格子状凹凸部及びその側面の少なくとも一部を覆うように設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた金属ワイヤと、を具備するワイヤグリッド偏光フィルムであって、可視光領域内において下記式（３）で表される式を満たすことを特徴とするワイヤグリッド偏光フィルム。
｜Ｒ_Ｓ（λ）_４５°／Ｒ_Ｓ（λ）_２０°−Ｒ_{ＳＡＶＥ}｜≦５％式（３）
ただし、Ｒ_{ＳＡＶＥ}はＲ_Ｓ（λ）_４５°／Ｒ_Ｓ（λ）_２０°の可視光領域での平均値を表す。