JP5021357B2

JP5021357B2 - 薄型偏光板

Info

Publication number: JP5021357B2
Application number: JP2007107540A
Authority: JP
Inventors: 宏山木
Original assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-04-16
Also published as: JP2008268297A

Description

本発明は、厚さが極めて薄い状態で優れた光学特性を示す薄型偏光板に関する。

近年、携帯電話のような携帯端末装置においては、薄型化・軽量化が要求されてきており、できるだけ各部材の厚さを薄くすることが要求されている。携帯端末装置の一部品である偏光板についても同様であり、必要となる光学特性を維持した状態で、できるだけ薄くすることが望まれている。

偏光板の代表的なものとしては、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）樹脂にヨウ素を加えてなる吸収型偏光板がある。この吸収型偏光板は、ＰＶＡにヨウ素を加えた偏光フィルムの両側にＴＡＣ（トリアセチルセルロース）樹脂の保護フィルムを積層して構成されている。偏光フィルムにおいては、その光吸収性能を発揮させるために、ヨウ素原子が３層〜５層配置されるだけの厚さが必要であり、少なくとも厚さ２０μｍとなる。また、ＴＡＣフィルムについては、通常厚さ４０μｍである。したがって、この吸収型偏光板の厚さは全体で約１００μｍとなる。

また、特許文献１ではコレステリック液晶の選択反射やフィルムの積層による屈折率差を利用した反射偏光型の偏光板が示されているが、この偏光板についても、全体の厚さが約１００μｍである。
特開平０４−２６８５０５号公報

このように、従来の吸収型又は反射型の偏光板は、いずれも厚さが１００μｍ以上のものであり、優れた光学特性を発揮して、しかも厚さが１００μｍ未満のものは存在し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、優れた光学特性を発揮して、しかも厚さが１００μｍ未満である薄型偏光板を提供することを目的とする。

本発明の薄型偏光板は、表面に格子状凸部を有する基材と、前記格子状凸部の一方の側面に偏って選択積層された金属ワイヤと、前記基材と前記金属ワイヤとの間に設けられ、前記基材を構成する材料及び前記金属ワイヤを構成する金属との間の密着性が強い誘電体材料で構成された誘電体層と、を具備し、厚さが４１μｍ以下であり、偏光度が９９．９％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。
本発明の薄型偏光板においては、前記格子状凸部のピッチが８０ｎｍから１２０ｎｍであることが好ましい。

本発明の薄型偏光板においては、前記格子状凸部、前記誘電体層及び金属ワイヤを合わせた厚みが１μｍ以下であることが好ましい。
本発明の薄型偏光板においては、前記誘電体層が、珪素の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体若しくはその複合物、又はアルミニウム、クロム、イットリウム、ジルコニア、タンタル、チタン、バリウム、インジウム、錫、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、セリウム、銅などの金属の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体若しくはそれらの複合物を含んだ誘電体材料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薄型偏光板と、を具備することを特徴とする。

本発明の薄型偏光板によれば、表面に格子状凸部を有する基材と、前記格子状凸部の一方の側面に偏って選択積層された金属ワイヤと、前記基材と前記金属ワイヤとの間に設けられ、前記基材を構成する材料及び前記金属ワイヤを構成する金属との間の密着性が強い誘電体材料で構成された誘電体層と、を具備し、厚さが４１μｍ以下であり、偏光度が９９．９％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、優れた光学特性を発揮して、しかも厚さが１００μｍ未満である薄型偏光板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薄型偏光板の一部を示す断面図である。この薄型偏光板は、表面に格子状凸部１ａを有する基材１と、基材１上に設けられた誘電体層２と、誘電体層２上に立設された金属ワイヤ３とから主に構成されている。なお、誘電体層２は必ずしも設けなくても良い。

基材１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１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１の格子状凸部１ａ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１の格子状凸部１ａのピッチｐと、誘電体層２のピッチと、金属ワイヤ３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１の格子状凸部１ａ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１の格子状凸部１ａ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１と誘電体層２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１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２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１を構成する材料及び金属ワイヤ３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２を、格子状凸部１ａを有する基材１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２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３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２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３を形成するために金属を基材１又は誘電体層２上に被着する方法としては、基材１又は誘電体層２を構成する材料と金属ワイヤ３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。

上記構成を有する薄型偏光板においては、ベース領域と、このベース領域上に設けられた偏光領域とを有する。ベース領域の厚さＨは、基本的に基材１の厚さとなるので、約５μｍ〜約８０μｍ程度である。また、偏光領域の厚さｈは、格子状凸部１ａ、誘電体層２及び金属ワイヤ３を合わせて１μｍ以下である。したがって、この薄型偏光板の全体の厚さは８０μｍ以下となる。

上記構成を有する薄型偏光板においては、ワイヤグリッド偏光板の偏光領域を有するので、偏光度が９９．９％以上、透過率が３５％以上、反射率が３０％以上である。

次に、本発明に係る薄型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２は、本発明の実施の形態に係る薄型偏光板を用いた液晶表示装置を示す図である。

図２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１１と、この照明装置１１上に配置された薄型偏光板１２と、薄型偏光板１２上に配置された液晶パネル１３２及び偏光板１３３とから主に構成される。すなわち、本発明に係る薄型偏光板１２は、液晶パネル１３２と照明装置１１との間に配置される。

液晶パネル１３２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２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１１から出射された光が薄型偏光板１２の基材１の基部側から入射し、ワイヤ側から液晶パネル１３２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、薄型偏光板１２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、さらに高いコントラストが要求される場合には、偏光板１３３の外側、すなわち照明装置１１と反対の方向から入射する（外）光が、液晶パネル１３２を透過して薄型偏光板１２により反射され、再び液晶パネル１３２の外側に戻るのを防止するために、薄型偏光板１２と液晶パネル１３２との間に、ヨウ素や液晶などの二色性偏光素材を用いた吸収型の偏光板１３１を、薄型偏光板１２と偏光軸を合わせて挿入することが好ましい。この場合、吸収型の偏光板は透過率が高いものが好ましく、偏光度は低いものであっても良い。

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。
（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４０μｍ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１μｍ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薄型偏光板を得た。フィルムの厚さは４１μｍであった。

（分光光度計による偏光性能評価）
得られた実施例の薄型偏光板について、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、９０秒エッチング処理をした薄型偏光板の偏光度は９９．９１％であり、光線透過率は４１．９％であった。

（反射率評価）
得られた実施例の薄型偏光板について、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。

（薄型偏光板の作製：比較例１）
ヨウ素含有ＰＶＡフィルムを薄層化して厚さ１０μｍとし、この両側に厚さ２０μｍのＴＡＣフィルムを積層して吸収型偏光板を作製した。この吸収型偏光板について、上記のようにして、偏光度、光線透過率を調べた。その結果、偏光度が９６．５％であり、光線透過率が４６．８％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。特に、偏光度については、偏光性能を発揮するために十分なヨウ素量がないために低い値になったと考えられる。

（薄型偏光板の作製：比較例２）
輝度向上フィルム（積層型反射偏光フィルム：ＤＢＥＦ）を半分の厚みの部分で積層を剥がすことで薄層化して厚さ５０μｍとした。この反射型偏光板について、上記のようにして、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９０．２％であり、光線透過率が５３．１％であり、反射率が４５．２％であった。このため、十分な光学性能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。

本発明の実施の形態に係る薄型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薄型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基材
１ａ格子状凸部
２誘電体層
３金属ワイヤ
１１照明装置
１２薄型偏光板
１３１，１３３偏光板
１３２液晶パネル

Claims

表面に格子状凸部を有する基材と、前記格子状凸部の一方の側面に偏って選択積層された金属ワイヤと、前記基材と前記金属ワイヤとの間に設けられ、前記基材を構成する材料及び前記金属ワイヤを構成する金属との間の密着性が強い誘電体材料で構成された誘電体層と、を具備し、厚さが４１μｍ以下であり、偏光度が９９．９％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薄型偏光板。
前記格子状凸部のピッチが８０ｎｍから１２０ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の薄型偏光板。
前記格子状凸部、前記誘電体層及び金属ワイヤを合わせた厚みが１μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄型偏光板。
前記誘電体層が、珪素の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体若しくはその複合物、又はアルミニウム、クロム、イットリウム、ジルコニア、タンタル、チタン、バリウム、インジウム、錫、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、セリウム、銅などの金属の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体若しくはそれらの複合物を含んだ誘電体材料で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の薄型偏光板。
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から請求項４のいずれか記載の薄型偏光板と、を具備することを特徴とする液晶表示装置。