JP5420859B2 - 複合型ワイヤグリッド偏光子及びその製造方法 - Google Patents
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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
本発明の複合型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は、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が50%以下であり、反射率が40%以下であり、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が80%以上であり、反射率が10%以下であることが好ましい。
本発明の複合型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、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が1%以下であり、反射率が40%以上であり、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が70%以上であり、反射率が20%以下であることが好ましい。
本発明の複合型ワイヤグリッド偏光子の製造方法は、第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第1基材と、前記第1基材の凸部上に形成され、消衰係数が0.2以上4.0未満である不定比酸化物、またはW、V、Cr、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、もしくは該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からなる吸収型偏光成分で構成された層と、を有し、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が50%以下であり、反射率が40%以下であり、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が80%以上であり、反射率が10%以下である吸収型ワイヤグリッド偏光子と、第2基材上に反射型偏光成分を格子状に配置し、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が1%以下であり、反射率が40%以上であり、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が70%以上であり、反射率が20%以下である反射型ワイヤグリッド偏光子と、を前記吸収型ワイヤグリッド偏光子の偏光軸と前記反射型ワイヤグリッド偏光子の偏光軸とが平行になるようにして前記吸収型ワイヤグリッド偏光子と前記反射型ワイヤグリッド偏光子とを一体化する複合型ワイヤグリッド偏光子の製造方法であって、前記複合型ワイヤグリッド偏光子は、前記吸収型ワイヤグリッド偏光子側からの入射光について、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が0.1%以下であり、反射率が30%以下であり、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が70%以上であり、反射率が20%以下であって、前記反射型ワイヤグリッド偏光子側からの入射光について、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が0.1%以下であり、反射率が60%以上であり、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が70%以上であり、反射率が20%以下であることが好ましい。
本発明の複合型ワイヤグリッド偏光子の製造方法においては、前記吸収型ワイヤグリッド偏光子の偏光軸と前記反射型ワイヤグリッド偏光子の偏光軸とが平行になるようにして前記吸収型ワイヤグリッド偏光子と前記反射型ワイヤグリッド偏光子とを接着して一体化することを特徴とする。
本発明の複合型ワイヤグリッド偏光子の製造方法においては、ベースに固定された既存の偏光子を透過した直線偏光を前記吸収型ワイヤグリッド偏光子に透過させ、透過光の光量が最小になるように前記吸収型ワイヤグリッド偏光子を前記直線偏光の光軸を中心に回転させ、前記ベースにあわせて前記吸収型ワイヤグリッド偏光子を切断して第1の辺を得る第1切断工程、及び、前記ベースに固定された既存の偏光子を透過した直線偏光を前記反射型ワイヤグリッド偏光子に透過させ、透過光の光量が最小になるように前記反射型ワイヤグリッド偏光子を前記直線偏光の光軸を中心に回転させ、前記ベースにあわせて前記反射型ワイヤグリッド偏光子を切断して第2の辺を得る第2切断工程、を有し、前記第1の辺と前記第2の辺とを合わせることにより前記吸収型ワイヤグリッド偏光子の偏光軸と前記反射型ワイヤグリッド偏光子の偏光軸とを平行にすることが好ましい。
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と吸収型ワイヤグリッド偏光子1と、基材1b、基材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。
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。
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。
(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。
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。
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/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。
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/cm2、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おこなった。
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0.145Pa、酸素ガス圧力0.025Pa、ターゲット印加電圧200Vとし、製膜速度40nm/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100nmとなるように蒸着をおこなった。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30度とした。得られた不定比酸化アルミニウムの550nmにおける消衰係数kは0.36であった。
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辺を機械的にあわせながら、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。
・吸収型ワイヤグリッド偏光子の作成
実施例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、ターゲット印加電圧366V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12nmとなるように蒸着をおこなった。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。
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偏光子側のTE波反射率4.2%、TM波反射率17.1%、全光反射率10.7%。反射型ワイヤグリッド偏光子側のTE波反射率4.9%、TM波反射率77.8%、全光反射率41.4%、偏光度99.97%であった。
・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/cm2照射し、ニッケルスタンパの微細凹凸格子を転写した。その後、ニッケルスタンパの微細凹凸格子に平行な回転軸で180度回転し、裏面側に同様に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の表裏面をFE−SEMにより観察し、各々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と格子が互いに平行であることを確認した。
実施例1と同様にして表裏格子状凸部転写フィルムの片面に窒化ケイ素を形成した後、真空蒸着法でアルミニウムワイヤを形成した。その後、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型偏光子を得た。偏光性能評価から、80秒エッチングをした反射型ワイヤグリッド型偏光子を選定した。
1a,1d 吸収型偏光成分ワイヤ
1a−t 吸収型偏光成分ワイヤの垂線方向の高さ
1b,2b,8 基材
1c,2c 格子状凸部
1d 吸収型偏光成分ワイヤ
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 ワイヤグリッド偏光子
4,5 入射光
7 接着層
10 偏光軸
11a 偏光軸と一致した辺
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 (11)
- 第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、第2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第1基材と、前記第1基材の凸部上に形成され、消衰係数が0.2以上4.0未満である不定比酸化物、またはW、V、Cr、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、もしくは該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からなる吸収型偏光成分で構成された層と、を具備し、
前記吸収型ワイヤグリッド偏光子側からの入射光について、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が0.1%以下であり、反射率が30%以下であり、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が70%以上であり、反射率が20%以下であって、前記反射型ワイヤグリッド偏光子側からの入射光について、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が0.1%以下であり、反射率が60%以上であり、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が70%以上であり、反射率が20%以下であることを特徴とする複合型ワイヤグリッド偏光子。 - 前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が50%以下であり、反射率が40%以下であり、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が80%以上であり、反射率が10%以下であることを特徴とする請求項1記載の複合型ワイヤグリッド偏光子。
- 前記反射型ワイヤグリッド偏光子は、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が1%以下であり、反射率が40%以上であり、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が70%以上であり、反射率が20%以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の複合型ワイヤグリッド偏光子。
- 前記層が、前記第1基材の格子状凸部の断面斜面部の片側にのみ形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の複合型ワイヤグリッド偏光子。
- 前記層が、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化銅、酸化バナジウム及び酸化クロムからなる群より選ばれた酸化物で構成された層であり、前記第1基材の格子状凸部からの垂線方向の高さが、8nm以上、250nm以下であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の複合型ワイヤグリッド偏光子。
- 前記層がW、V、Cr、Co、Mo、Ge、Ir、Ni、Os、Ti、Fe、Nb、Hf、Mn、Ta及びこれらのうち少なくとも一つを主成分とする合金からなる群から選ばれた少なくとも一つの金属で構成され、前記層が5nm以上30nm以下の厚さで形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の複合型ワイヤグリッド偏光子。
- 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第2基材と、前記第2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から請求項6のいずれかに記載の複合型ワイヤグリッド偏光子。
- 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7のいずれかに記載の複合型ワイヤグリッド偏光子と、を具備し、前記複合型ワイヤグリッド偏光子は、前記照明手段から出射された光が前記反射型ワイヤグリッド偏光子から入射し、前記吸収型ワイヤグリッド偏光子から出射するように配置されることを特徴とする表示装置。
- 第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第1基材と、前記第1基材の凸部上に形成され、消衰係数が0.2以上4.0未満である不定比酸化物、またはW、V、Cr、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、もしくは該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からなる吸収型偏光成分で構成された層と、を有し、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が50%以下であり、反射率が40%以下であり、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が80%以上であり、反射率が10%以下である吸収型ワイヤグリッド偏光子と、
第2基材上に反射型偏光成分を格子状に配置し、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が1%以下であり、反射率が40%以上であり、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が70%以上であり、反射率が20%以下である反射型ワイヤグリッド偏光子と、
を前記吸収型ワイヤグリッド偏光子の偏光軸と前記反射型ワイヤグリッド偏光子の偏光軸とが平行になるようにして前記吸収型ワイヤグリッド偏光子と前記反射型ワイヤグリッド偏光子とを一体化する複合型ワイヤグリッド偏光子の製造方法であって、
前記複合型ワイヤグリッド偏光子は、前記吸収型ワイヤグリッド偏光子側からの入射光について、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が0.1%以下であり、反射率が30%以下であり、電場成分が前記吸収型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が70%以上であり、反射率が20%以下であって、前記反射型ワイヤグリッド偏光子側からの入射光について、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と平行な偏光成分の透過率が0.1%以下であり、反射率が60%以上であり、電場成分が前記反射型偏光成分の格子の方向と垂直な偏光成分の透過率が70%以上であり、反射率が20%以下であることを特徴とする複合型ワイヤグリッド偏光子の製造方法。 - 前記吸収型ワイヤグリッド偏光子の偏光軸と前記反射型ワイヤグリッド偏光子の偏光軸とが平行になるようにして前記吸収型ワイヤグリッド偏光子と前記反射型ワイヤグリッド偏光子とを接着して一体化することを特徴とする請求項9記載の複合型ワイヤグリッド偏光子の製造方法。
- ベースに固定された既存の偏光子を透過した直線偏光を前記吸収型ワイヤグリッド偏光子に透過させ、透過光の光量が最小になるように前記吸収型ワイヤグリッド偏光子を前記直線偏光の光軸を中心に回転させ、前記ベースにあわせて前記吸収型ワイヤグリッド偏光子を切断して第1の辺を得る第1切断工程、及び、前記ベースに固定された既存の偏光子を透過した直線偏光を前記反射型ワイヤグリッド偏光子に透過させ、透過光の光量が最小になるように前記反射型ワイヤグリッド偏光子を前記直線偏光の光軸を中心に回転させ、前記ベースにあわせて前記反射型ワイヤグリッド偏光子を切断して第2の辺を得る第2切断工程、を有し、前記第1の辺と前記第2の辺とを合わせることにより前記吸収型ワイヤグリッド偏光子の偏光軸と前記反射型ワイヤグリッド偏光子の偏光軸とを平行にすることを特徴とする請求項10記載の複合型ワイヤグリッド偏光子の製造方法。
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