JP5183284B2 - 導光板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤーグリッド偏光子を備えた導光板及びその製造方法に関する。

従来のエッジライト型のバックライトとして、導光板上に直接ワイヤーグリッド偏光子を作製し、偏光方向を液晶パネルの偏光子の方向に揃え輝度を向上させる方法が、例えば特許文献１に提案されている。しかし、導光板の最表面に形成されているワイヤーグリッド偏光子を保護する方法については記載がない。

特許文献１のような光の出射表面にワイヤーグリッドを形成した導光板について、表面側に他の光学部材を設置すると、他の光学部材とこすれることによってワイヤーグリッドが破損し、導光板の性能が劣化する問題がある。

一方、ワイヤーグリッド偏光子を液晶表示装置の光学部材として用いる手段における、ワイヤーグリッドを保護する方法が特許文献２に提案されている。特許文献２によれば透明な第一の層上にワイヤーグリッド偏光子を形成後、透明な第二の層を上面に貼り合わせて保護する構造を形成する。

特開２００５−２５９６８６号公報 特開２００７−０３３５６０号公報

しかしながら、特許文献２の方法では第一の層とワイヤーグリッド偏光子との熱膨張率の差および第二の層とワイヤーグリッド偏光子との素材の違いによる熱膨張率の差に起因して、温度変化による圧縮・引っ張り応力が上下２箇所にかかることになる。また、パターン形成後に第２の層を形成する必要があり、層間に閉じ込めた空気が温度により膨張・収縮を繰り返した場合、剥離の問題が生じる。さらに、端部の切断処理により、第一の層と透明な第二の層との間に空気が封じ込められるような場合も、温度変化による空気の収縮・膨張による力が加わることが考えられる。液晶ディスプレイの電源をオンオフするたびにこれら応力が発生することとなり、長期使用時においてワイヤーグリッド偏光子としての機能劣化が考えられる。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ワイヤーグリッド偏光子を用いた導光板について、温度変化のために導光板に応力が発生しワイヤーグリッド偏光子が劣化するのを抑制し、かつ耐擦傷性の高い導光板およびその製造方法を得ることを目的としている。

本発明に係る導光板は、基材上の光出射面に設置された凸部と、凸部を除く凸部の頂点より低い光出射面に設置されたワイヤーグリッド偏光子と、凸部の底部に形成された反射ミラーと、を備えて構成される。

導光板の光出射面に凸部を設け、凸部を除く凸部の頂点より低い光出射面にワイヤーグリッド偏光子を設けることにより、擦傷によるワイヤーグリッド偏光子の破損を防止することが可能である。また、特許文献２のようにワイヤーグリッド偏光子を覆うことにより保護する層を用いないため、温度変化により応力が発生しワイヤーグリッド偏光子が劣化するのを抑制する。また、凸部の底部には反射ミラーが形成されるので、偏光されていない光が出射することを防ぐことが可能である。

以下、この発明をその実施の形態および参考形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜参考形態１＞
（構成）
図１は、参考形態１による、ワイヤーグリッド偏光子を備える導光板を用いたバックライトの構成図である。

バックライト９は、光出射面にワイヤーグリッド偏光子４を備えた、略直方形上の導光板３を有し、導光板３の底面にはプリズム８が形成され、導光板３の上面側には液晶パネル７が配置される。また、導光板３の光出射面と略直交する一端面の近傍に、光源１と光源１の光を集光するリフレクタ２が設置される。光出射面と略直交するその他の端面の近傍には、λ／４位相差板６とその外側に反射板５が備えられる。

ここで光の経路について、リフレクタ２により集光された光源１からの光は、導光板３の一端面から導光板３内に導入される。導光板３の底面に形成されたプリズム８は光の進行方向を変え、ワイヤーグリッド偏光子４を配置した面から光が出射し、液晶パネル７を照明する。ワイヤーグリッド偏光子４は、ワイヤーに沿った電場成分を持つ光は反射し、ワイヤーと直交する電場成分を持つ光を透過する機能を持つ。ワイヤーグリッド偏光子４の向きは、取り出される光が液晶パネル７の偏光子を通過するように配置される。

また、ワイヤーグリッド偏光子４で反射された光は、λ／４位相差板６を介して反射板５で再びワイヤーグリッド偏光子４へと到達するが、このようにλ／４位相差板６を２回通過することにより、理想的には電場成分の向きを９０°回転させることができ、ワイヤーグリッド偏光子４を通過できるようになる。

図２は、光取り出し面の断面図である。図において、導光板３の光出射面をブロックに区切る凸部３１が形成され、凸部３１よりも一段低い平面には微細構造体３２が形成され、微細構造体３２の側壁にワイヤーグリッド４１が形成される。すなわち、導光板３は、導光板３の基材の光出射面に設置された凸部３１と、凸部を除く凸部の頂点より低い光出射面に設置されたワイヤーグリッド偏光子４を備える。微細構造体３２は片面がほぼ垂直、他方が傾斜面とされ、傾斜面にワイヤーグリッド４１が形成される。凸部３１の間隔は十数ミクロン〜数百ミクロン、微細構造体３２の間隔は１ミクロン以下とする。

図４は分割した１つのブロックの１例を示す上面図である。図では簡単のため、ブロックを正方形とし、ワイヤーグリッド４１を形成する領域と凸部３１を形成する領域の面積比を示している。ブロックの一辺の長さをＡとし、凸部３１の幅をＢとすると、例えばＡが１００ミクロンの場合、Ｂは５．５ミクロン以下とし、ブロックの中でワイヤーグリッド４１を形成する領域が９０％以上とすることが好ましい。

図５は導光板３全体を導光板３の光取り出し面から見た図である。分割したブロックを全面に敷き詰めることにより、ほぼ９０％の領域から偏光した光を取り出すことができる。

（製法）
次に、本参考形態に係る導光板３の、特に光出射面の製法について説明する。

導光板３の基材としては、一般に導光板材料として用いられているアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などである。このため、ナノインプリント等の型押しによる加熱成型により、一括でパターンを形成可能である。型押し法を用い、光出射面の表面に凸部と微細構造体とを同時に形成することにより、簡便かつ安価な方法で耐擦傷性を向上させた導光板を得ることができる。

上述したように凸部３１と微細構造体３２を同時形成した後、図３に示すように、斜めからスパッタリングあるいは蒸着を行い、微細構造体の表面にワイヤーグリッド４１を薄膜形成させる。ワイヤーグリッド４１の材料としては金属の他、シリコン、ゲルマニウム等の半導体材料でもよい。中でも、可視光領域で吸収端を持たない、また融点が比較的低い、という点でアルミニウムが最適である。

また、図３ではマスク４２を介して、ワイヤーグリッド材料４３を斜めに成膜している。マスク４２を用いることにより、ワイヤーグリッド４１を微細構造体の領域に選択的に薄膜形成させ、ワイヤーグリッド４１が凸部３１の最表面に積層することを防ぐ。このようにすることで、手や他の光学部材が当たった場合の擦傷によりワイヤーグリッド材料が剥離し、微細なゴミとなって付着することにより、光学的な機能低下を招くことを防止できる。

またワイヤーグリッド偏光子４としては、ワイヤーの周囲は屈折率１の空気層であることが一番効率がよく、微細構造体３２に埋め込む形ではあまり効果を発揮しない。微細構造体３２の片面のみにワイヤーグリッド４１を形成することで、片側が空気層となり、ワイヤーグリッド偏光子４としての機能を著しく低下させることはない。よって、効率の低下を抑制できるため、省エネルギーの効果もある。

（効果）
このように凸部３１を形成し、ワイヤーグリッド４１を一段奥まった位置に配置することにより、擦傷によるワイヤーグリッド４１の剥離等の損傷を防止することが可能である。また、ワイヤーグリッド偏光子を覆うことにより保護する層を用いないため、温度変化により応力が発生しワイヤーグリッド偏光子が劣化するのを抑制する。ワイヤーグリッド４１の領域をブロックに分割していることにより、仮にあるブロックのワイヤーグリッド４１が剥離したとしても、他のブロックのワイヤーグリッド４１へ波及することがなく、欠陥領域を数百ミクロン以下とすることが可能である。

＜参考形態２＞
（構成）
図６は、参考形態２に係る導光板の、光取り出し面の断面図である。図のようにワイヤーグリッド４１は、光取り出し面の表面に凸形状で形成される。また、ワイヤーグリッド４１を含む形で、導光板表面をブロックに分割する凸部３１が形成される。

その他の構成は参考形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

（製法）
次に、本参考形態に係る導光板３の、特に光出射面の製法について、図６を基に説明する。

本参考形態においては、参考形態１と異なり、ワイヤーグリッド４１を先に形成し、その後光硬化樹脂を用いて凸部３１を形成する。

まずＵＶナノインプリント等の光リソグラフィー的な方法で、光硬化樹脂により導光板３の光出射面の表面に凹形の溝状の微細構造体を形成する。光硬化樹脂の残渣が残らないように、酸素プラズマによる表面処理をした後、該微細構造体の溝にスパッタあるいは蒸着によりワイヤーグリッド材料を埋め込み、微細構造体の表面に埋め込まれた状態のワイヤーグリッド偏光子を形成する。次に、リフトオフにより光硬化樹脂と光硬化樹脂上のワイヤーグリッド材料を除去し、図のような凸形状のワイヤーグリッド４１が光取り出し面の表面に形成される。

その後、さらに光リソグラフィー的な方法で、光硬化樹脂により凸部３１を形成する。

（効果）
上述のような構成にすることにより、ワイヤーグリッド４１の側壁に空気層を形成することができ、効率のよいワイヤーグリッド偏光子４を形成することが可能である。なお、凸部３１に埋め込まれたワイヤーグリッド４１は、ほとんど偏光機能を失うが、他に悪影響を及ぼすことは無い。

また光硬化樹脂で形成される凸部３１は、四角いパッドやドット状の突起としてもよい。例えば図７のように四角いパッドを凸部３１として均等に散りばめることにより、ワイヤーグリッド４１を形成する領域の有効エリアをより広くすることが可能である。

＜実施の形態１＞
（構成）
図８は、実施の形態１に係る導光板３の、光取り出し面の断面図である。図において、導光板表面をブロックに分割する凸部３１が形成され、凸部３１よりも一段低い平面には微細構造体３２が形成され、微細構造体３２の側壁にワイヤーグリッド４１が形成される。微細構造体３２は片面がほぼ垂直、他方が傾斜面とされ、傾斜面にワイヤーグリッド４１が形成される。また、本実施の形態においては、凸部３１の底部等のワイヤーグリッドを形成していない部分に反射ミラー４４を備える。凸部３１は遮光性を有するように形成してもよい。

その他の構成は参考形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

（製法）
次に、本実施の形態に係る導光板３の、特に光出射面の製法について説明する。

ナノインプリント等の手法を用いて、導光板３の光出射面の表面に微細構造体を形成した後、図９に示すようにマスク無しで蒸着し、平坦部にも金属膜を形成する。平坦部の金属膜は上述した反射ミラーの機能を果たす。従って、微細構造体３２の表面にワイヤーグリッド偏光子４を形成すると同時に、微細構造体３２を除く領域に反射ミラー４４を形成する。その後、光リソグラフィー的な手法で、反射ミラー４４を含む平坦部の領域に凸部３１を形成し、図８に示す構成となる。凸部３１に遮光性をもたせる場合は、凸部３１を形成する際、遮光性の材料で形成する。

（効果）
本実施の形態において、凸部３１の底部を含む微細構造体３２を除く領域には、導光板３内からの光を再度導光板内側（図８の下側）に反射する反射ミラー４４が形成されるので、偏光されていない光が出射することを防ぐことが可能である。導光板内側に反射された光は再び導光板３内を伝搬して、底面側で反射され、ワイヤーグリッド４１が形成された表面から偏光されて出射するので、導光板３に入射した光を有効に利用できる。

また、凸部３１を遮光性の材料で形成した場合、光出射面側から導光板３に入射した外光が凸部３１の底部等の反射ミラーによって再び光出射面側に反射することを防止でき、導光板３から出射する偏光光に外光が混じることで、偏光の品質が劣化することを防止できる。

＜実施の形態２＞
（構成）
本実施の形態に係る導光板の構成を説明する。参考形態１においては、図５に示したように凸部３１によって分割された複数のブロックを一定の面積かつ一定の周期で配置したが、本実施の形態においては複数のブロックは不規則なサイズよりなり、それに伴いブロックの配置についてもランダムになるように配置する。

その他の構成は参考形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

（製法）
次に、本実施の形態に係る導光板３の、特に光出射面の製法について説明する。

まずナノインプリント等の手法を用いて、図２に示すように微細構造体３２と凸部３１を同時に形成する。このとき、凸部３１によって分割された各ブロックの面積は不規則なサイズになるようにし、ブロックの配置もランダムになるように配置される。凸部３１と微細構造体３２を同時形成した後、図３に示すように、斜めからスパッタリングあるいは蒸着を行い、微細構造体の表面にワイヤーグリッド４１を薄膜形成させる。

その他の製法は参考形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

（効果）
各ブロックの面積を一定とせず、ブロックの配置についてもランダムになるように配置することにより、液晶パネルを配置した場合に、導光板３の表面をブロック化したことによるモアレの発生を抑制することが可能である。

参考形態１によるワイヤーグリッド偏光子を備えた導光板を用いたバックライトの構成図である。 参考形態１による導光板のワイヤーグリッド偏光子配置面の断面図である。 参考形態１によるワイヤーグリッドの作製方法を示す断面図である。 参考形態１による分割したワイヤーグリッド偏光子領域の一つのブロックを示す図である。 参考形態１による導光板のワイヤーグリッド偏光子配置面の上面図である。 参考形態２による導光板のワイヤーグリッド偏光子配置面の断面図である。 参考形態２による導光板のワイヤーグリッド偏光子領域の一つのブロックを示す図である。 本発明の実施の形態１による導光板のワイヤーグリッド偏光子配置面の断面図である。 本発明の実施の形態１によるワイヤーグリッド作製方法を示す断面図である。

符号の説明

１ 光源、２ リフレクタ、３ 導光板、４ ワイヤーグリッド偏光子、５ 反射板、６ λ／４位相差板、７ 液晶パネル、８ プリズム、９ バックライト、３１ 凸部、３２ 微細構造体、４１ ワイヤーグリッド、４２ マスク、４３ ワイヤーグリッド材料、 ４４ 反射ミラー。

Claims (6)

1. 基材上の光出射面に設置された凸部と、
   前記凸部を除く前記凸部の頂点より低い前記光出射面に設置されたワイヤーグリッド偏光子と、
   前記凸部の底部に形成された反射ミラーと、を備える、
   導光板。
2. 請求項１に記載の導光板の製造方法であって、
   （ａ）前記光出射面の表面に微細構造体を形成する工程と、
   （ｂ）前記微細構造体の表面に前記ワイヤーグリッド偏光子を形成すると同時に前記微細構造体を除く領域に前記反射ミラーを形成する工程と、
   （ｃ）前記反射ミラーの形成後に前記反射ミラーを含む領域に前記凸部を形成する工程と、
   を備える、導光板の製造方法。
3. 前記凸部は遮光性を有する、
   請求項１に記載の導光板。
4. 請求項３に記載の導光板の製造方法であって、
   （ａ）前記光出射面の表面に微細構造体を形成する工程と、
   （ｂ）前記微細構造体に前記ワイヤーグリッド偏光子を形成すると同時に前記微細構造体を除く領域に前記反射ミラーを形成する工程と、
   （ｃ）前記反射ミラーの形成後に前記反射ミラーを含む領域に遮光性を有する前記凸部を形成する工程と、
   を備える、導光板の製造方法。
5. 前記凸部は前記光出射面の表面を複数のブロックに区切る、
   請求項１または請求項３に記載の導光板。
6. 前記複数のブロックは不規則なサイズよりなる、
   請求項５に記載の導光板。

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