JPWO2011132649A1 - ワイヤグリッド型偏光子の製造方法および液晶表示装置 - Google Patents

ワイヤグリッド型偏光子の製造方法および液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

偏光度およびp偏光透過率が高く、また、一方の面のs偏光反射率が高く、かつ他方の面のs偏光反射率が低いワイヤグリッド型偏光子を製造できる方法、および輝度が高く、コントラストの低下が抑えられた液晶表示装置を提供する。複数の凸条12が平坦部13を介して互いに平行に所定のピッチで表面に形成された光透過性基板14と、凸条12の第1の側面16を被覆する金属層22および金属酸化物層21からなる第1の被覆層20とを有し、第1の被覆層20が凸条12の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条12の高さの半分の位置から頂部19までの被覆厚さの最大値よりも小さいワイヤグリッド型偏光子10を製造する方法であって、アルミニウムを蒸着して金属層22を形成し、金属酸化物層21に酸素欠陥が生じるように酸素の存在下にアルミニウムを蒸着して金属酸化物層21を形成する。

Description

本発明は、ワイヤグリッド型偏光子の製造方法および該製造方法で得られたワイヤグリッド型偏光子を有する液晶表示装置に関する。
液晶表示装置等に用いられる、可視光領域で偏光分離能を示す偏光子(偏光分離素子ともいう。)としては、ワイヤグリッド型偏光子がある。
ワイヤグリッド型偏光子は、光透過性基板上に複数の金属細線が互いに平行に配列した構造を有する。金属細線のピッチが入射光の波長よりも充分に短い場合、入射光のうち、金属細線に直交する電場ベクトルを有する成分(すなわちp偏光)は透過し、金属細線と平行な電場ベクトルを有する成分(すなわちs偏光)は反射される。
バックライトユニットからの入射光のうち、ワイヤグリッド型偏光子に入射せずに反射した光を、バックライトユニットにて再反射させてワイヤグリッド型偏光子に再入射させることによって、光の利用効率を上げることができるため、液晶表示装置の高輝度化を目的としてワイヤグリッド型偏光子のニーズが高まっている。
可視光領域で偏光分離能を示すワイヤグリッド型偏光子としては、下記のものが知られている。(1)光透過性基板上に所定のピッチで金属細線が形成されたワイヤグリッド型偏光子(特許文献1参照)。(2)光透過性基板の表面に所定のピッチで形成された複数の凸条の上面および側面が、金属または金属化合物からなる材料膜で被覆されて金属細線をなしているワイヤグリッド型偏光子(特許文献2参照)。(3)表面に複数の凸条が所定のピッチで形成された光透過性基板の凸条に金属の板状体を形成し、金属細線としたワイヤグリッド型偏光子(特許文献4参照)。(4)表面に複数の凸条が所定のピッチで形成された光透過性基板の凸条に金属層を形成し、金属細線としたワイヤグリッド型偏光子(特許文献3の図3参照)。
しかし、(1)のワイヤグリッド型偏光子は、金属細線をリソグラフィで形成しているため生産性が低い。(2)、(3)、および(4)のワイヤグリッド型偏光子においては、バックライトユニット側だけではなく、液晶パネル側(液晶表示装置の視認側)においてもs偏光の反射が起こるため、ワイヤグリッド型偏光子の液晶パネル側で反射したs偏光が液晶パネルに再入射し、液晶パネルから視認側に表示される画像のコントラストが低下する。
液晶パネル側での反射が抑えられたワイヤグリッド型偏光子としては、酸化アルミニウム等からなる吸収層を金属細線よりも液晶パネル側に設けたものが提案されている(特許文献5参照)。
しかし、酸化アルミニウム(Al)は、透明な材料、すなわち透過率が極めて高い材料であり、光をほとんど吸収しないため、液晶パネル側におけるs偏光の反射を充分に抑えることはできない。
特開2005−070456号公報 特開2006−003447号公報 特開2005−181990号公報 国際公開第2006/064693号パンフレット 特開2009−186929号公報
本発明は、偏光度およびp偏光透過率が高く、また、一方の面のs偏光反射率が高く、かつ他方の面のs偏光反射率が低いワイヤグリッド型偏光子を製造できる方法、および輝度が高く、コントラストの低下が抑えられた液晶表示装置を提供する。
本発明のワイヤグリッド型偏光子の製造方法は、複数の凸条が、該凸条間に形成される平坦部を介して互いに平行に、かつ所定のピッチで表面に形成された光透過性基板と、前記凸条の少なくとも一方の側面を被覆する、金属層および金属酸化物層からなる被覆層とを有し、前記被覆層において、前記凸条の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が前記凸条の高さの半分の位置から頂部までの被覆厚さの最大値よりも小さくされた、ワイヤグリッド型偏光子を製造する方法であって、前記金属層を、該金属層に酸化物が形成されないようにアルミニウムを蒸着して形成し、前記金属酸化物層を、該金属酸化物層に酸素欠陥が生じるように、酸素の存在下にアルミニウムを蒸着して形成することを特徴とする。
本発明のワイヤグリッド型偏光子の製造方法においては、前記凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ前記凸条の高さ方向に対して第1の側面の側に下式(a)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを蒸着して、前記金属酸化物層または前記金属層を形成する工程(1R1)と、前記工程(1R1)の後、前記凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ前記凸条の高さ方向に対して第1の側面の側に下式(b)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを、工程(1R1)より多い蒸着量となる条件で蒸着して、前記金属層または前記金属酸化物層を形成する工程(1R2)とを有することが好ましい。
tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(a)、
θ +3≦θ ≦θ +30 ・・・(b)。
ただし、Ppは凸条間のピッチであり、Dpbは凸条の底部の幅であり、Hpは凸条の高さである。
また、前記工程(1R1)を、蒸着量が4〜25nmとなる条件で行い、前記工程(1R2)を、蒸着量が25〜70nmとなる条件で行うことがより好ましい。
本発明のワイヤグリッド型偏光子の製造方法は、前記被覆層が、前記凸条の2つの側面を被覆し、かつ2つの側面において前記凸条の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が前記凸条の高さの半分の位置から頂部までの被覆厚さの最大値よりも小さくされた、ワイヤグリッド型偏光子を製造する方法であってもよい。
前記被覆層が前記凸条の2つの側面を被覆する場合、前記凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ前記凸条の高さ方向に対して第1の側面の側に下式(c)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを蒸着して、前記金属酸化物層または前記金属層を形成する工程(2R1)と、前記凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ前記凸条の高さ方向に対して第2の側面の側に下式(d)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを蒸着して、前記金属酸化物層または前記金属層を形成する工程(2L1)と、前記工程(2R1)の後、前記凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ前記凸条の高さ方向に対して第1の側面の側に下式(e)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを、工程(2R1)より多い蒸着量となる条件で蒸着して、前記金属層または前記金属酸化物層を形成する工程(2R2)と、前記工程(2L1)の後、前記凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ前記凸条の高さ方向に対して第2の側面の側に下式(f)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを、工程(2L1)より多い蒸着量となる条件で蒸着して、前記金属層または前記金属酸化物層を形成する工程(2L2)とを有することが好ましい。
tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(c)、
tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(d)、
θ +3≦θ ≦θ +20 ・・・(e)、
θ +1≦θ ≦θ +20 ・・・(f)。
ただし、Ppは凸条間のピッチであり、Dpbは凸条の底部の幅であり、Hpは凸条の高さである。
また、前記工程(2R1)および前記工程(2L1)を、蒸着量が4〜25nmとなる条件で行い、前記工程(2R2)および前記工程(2L2)を、蒸着量が10〜25nmとなる条件で行うことがより好ましい。
本発明のワイヤグリッド型偏光子の製造方法においては、蒸着量が20nmとなるように平坦な部分にアルミニウムを蒸着させた際に透過率T(%)および反射率R(%)が下式(j)〜(m)を満足する薄膜が形成されるような蒸着条件にて、前記金属酸化物層を形成することが好ましい。
3≦T≦90 ・・・(j)、
5≦R≦90 ・・・(k)、
50≦T+R≦97 ・・・(l)、
90≦T+2R ・・・(m)。
本発明のワイヤグリッド型偏光子の製造方法は、前記凸条の長さ方向に直交する断面形状が、底部から頂部に向かうにしたがって幅がしだいに狭くなる形状であるようなワイヤグリッド型偏光子を製造する方法であることが好ましい。
前記凸条の長さ方向に直交する断面形状は、三角形または台形であることがより好ましい。
前記凸条は、光硬化樹脂または熱可塑性樹脂からなり、インプリント法で形成されることが好ましい。
本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持した液晶パネルと、バックライトユニットと、前記凸条が形成された側の面が前記バックライトユニット側となり、前記凸条が形成されていない側の面が前記液晶表示装置の視認側となるように配置された本発明の製造方法で得られたワイヤグリッド型偏光子と、を有することを特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、吸収型偏光子をさらに有し、前記ワイヤグリッド型偏光子が、前記液晶パネルの一方の表面に配置され、前記吸収型偏光子が、前記ワイヤグリッド型偏光子が配置された側とは反対側の前記液晶パネルの表面に配置されているものであることが好ましい。
また、前記ワイヤグリッド型偏光子は、前記バックライトユニット側の前記液晶パネルの表面に配置され、前記吸収型偏光子が、前記バックライトユニット側とは反対側の前記液晶パネルの表面に配置されていることがより好ましい。
本発明の液晶表示装置は、吸収型偏光子をさらに有し、前記ワイヤグリッド型偏光子が、前記液晶パネルの前記一対の基板のうちの一方の基板と一体化され、前記吸収型偏光子が、前記ワイヤグリッド型偏光子が一体化された側とは反対側の前記液晶パネルの基板の表面に配置されているものであることが好ましい。
また、前記ワイヤグリッド型偏光子が、前記バックライトユニット側の前記液晶パネルの前記基板と一体化され、前記吸収型偏光子が、前記バックライトユニット側とは反対側の前記液晶パネルの表面に配置されていることがより好ましい。
本発明の液晶表示装置は、吸収型偏光子をさらに有し、前記ワイヤグリッド型偏光子が、前記液晶パネルの前記一対の基板のうちの一方の基板の液晶層側に配置され、前記吸収型偏光子が、前記ワイヤグリッド型偏光子が配置された側とは反対側の前記液晶パネルの基板の表面に配置されているものであることが好ましい。
また、前記ワイヤグリッド型偏光子が、前記液晶パネルの前記一対の基板のうちの前記バックライトユニット側の基板の液晶層側に配置され、前記吸収型偏光子が、前記バックライトユニット側とは反対側の前記液晶パネルの表面に配置されていることがより好ましい。
本発明のワイヤグリッド型偏光子の製造方法によれば、偏光度およびp偏光透過率が高く、また、一方の面のs偏光反射率が高く、かつ他方の面のs偏光反射率が低いワイヤグリッド型偏光子を生産性よく製造できる。
本発明の液晶表示装置は、輝度が高く、コントラストの低下が抑えられる。
ワイヤグリッド型偏光子の一例を示す斜視図である。 ワイヤグリッド型偏光子の他の例を示す斜視図である。 ワイヤグリッド型偏光子の他の例を示す斜視図である。 ワイヤグリッド型偏光子の他の例を示す斜視図である。 ワイヤグリッド型偏光子の他の例を示す斜視図である。 ワイヤグリッド型偏光子の他の例を示す斜視図である。 光透過性基板の一例を示す斜視図である。 式(a)で表されるθ を示す図である。 本発明の液晶表示装置の一例を示す断面図である。 蒸着速度の違いによる酸素導入量と透過率(T)との関係を示すグラフである。 蒸着速度の違いによる酸素導入量と反射率(R)との関係を示すグラフである。 蒸着速度の違いによる酸素導入量と吸収率(A)との関係を示すグラフである。 蒸着速度の違いによる透過率(T)と反射率(R)と吸収率(A)との関係を示す三角図である。
本明細書においては、ワイヤグリッド型偏光子の凸条が形成された側の面を「表面」と記し、凸条が形成されていない側の面を「裏面」と記す。
本明細書における光透過性とは、光を透過することを意味する。
本明細書における「θ±10」は、(θ−10)以上(θ+10)以下の範囲を示す。その他同様の記載においても同じである。
本明細書における「略直交」とは、方向Lと方向V1(または方向V2)のなす角度が85〜95度の範囲にあることを意味する。
本明細書における「蒸着量」とは、凸条に金属層または金属酸化物層を形成する際に、光透過性基板において凸条が形成されていない平坦な部分にアルミニウムを蒸着して形成される金属層または金属酸化物層の厚さ;または蒸着条件の条件出しの際に平坦な基板(ガラス基板等)の平坦な部分にアルミニウムを蒸着して形成される金属層または金属酸化物層の厚さを意味する。
本明細書における透過率、反射率、および吸収率は、特に指定のない限り、測定波長550nmでの値とする。
<ワイヤグリッド型偏光子>
本発明の製造方法で得られるワイヤグリッド型偏光子は、複数の凸条が、該凸条間に形成される平坦部を介して互いに平行に、かつ所定のピッチで表面に形成された光透過性基板と、凸条の少なくとも一方の側面を被覆する、金属層および金属酸化物層からなる被覆層を有し、該被覆層において、凸条の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条の高さの半分の位置から頂部までの被覆厚さの最大値よりも小さくされたものである。
(光透過性基板)
光透過性基板は、ワイヤグリッド型偏光子の使用波長範囲において光透過性を有する基板である。光透過性とは、光を透過することを意味し、使用波長範囲は、具体的には、400nm〜800nmの範囲である。400nm〜800nmの範囲における平均光透過率が、好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上の光透過性基板である。
凸条は、光透過性基板の主表面(平坦部)から立ち上がり、かつその立ち上がりが一方向に伸びている部分である。凸条は光透過性基板の主表面と一体で光透過性基板の主表面部分と同じ材料からなっていてもよく、光透過性基板の主表面部分と異なる光透過性材料からなっていてもよい。凸条は光透過性基板の主表面と一体で、かつ光透過性基板の主表面部分と同じ材料からなっていることが好ましく、光透過性基板の少なくとも主表面部分を成形することにより形成された凸条であることが好ましい。
複数の凸条は、凸条毎の対応する側面が実質的に平行に形成されていればよく、完全に平行に形成されてなくてもよい。また、各凸条は、面内において光学的な異方性を最も発現しやすい直線が好ましいが、隣接する凸条が接触しない範囲で曲線または折れ線であってもよい。
凸条は、その長さ方向と光透過性基板の主表面とに直交する方向の断面の形状が長さ方向にわたってほぼ一定であり、複数の凸条においてもそれらの断面形状はすべてほぼ一定であることが好ましい。凸条の断面形状は、底部(光透過性基板の主表面)から頂部に向かうにしたがって幅がしだいに狭くなる形状であることが好ましい。凸条が矩形状である場合に比べて、被覆層を形成した後の凸条の間隔を充分に確保でき、p偏光の高透過率を実現できる。具体的な断面形状としては、たとえば、三角形、台形等が挙げられる。該断面形状は、角や辺(側面)が曲線状であってもよい。
凸条の頂部は、前記断面形状の最も高い部分が長さ方向に連なった部分である。凸条の頂部は面であっても線であってもよい。たとえば、断面形状が台形の場合には頂部は面をなし、断面形状が三角形の場合には頂部は線をなす。本発明において、凸条の頂部以外の表面を凸条の側面という。なお、隣接する2つの凸条間の平坦部は凸条の表面ではなく、光透過性基板の主表面とみなす。
光透過性基板の材料としては、光硬化樹脂、熱可塑性樹脂、ガラス等が挙げられ、後述するインプリント法にて凸条を形成できる点から、光硬化樹脂または熱可塑性樹脂が好ましく、光インプリント法にて凸条を形成できる点および耐熱性および耐久性に優れる点から、光硬化樹脂が特に好ましい。光硬化樹脂としては、生産性の点から、光ラジカル重合により光硬化しうる光硬化性組成物を光硬化して得られる光硬化樹脂が好ましい。光硬化樹脂を構成する光硬化性組成物としては、国際公開第2007/116972号パンフレットの明細書段落[0029]〜[0074]に記載の光硬化性組成物等、公知の光硬化性組成物を用いることができる。
光硬化性組成物としては、光硬化後の硬化膜の水に対する接触角が90°以上となるものが好ましい。該硬化膜の水に対する接触角が90°以上であれば、光インプリント法により凸条を形成する際、モールドとの離型性がよくなり、精度の高い転写が可能となり、得られるワイヤグリッド型偏光子が、目的とする性能を充分に発揮できる。また、該接触角が高くても被覆層の付着には支障がない。
(被覆層)
凸条を被覆する被覆層は、金属層および金属酸化物層からなる。金属層および金属酸化物層は、通常、積層された状態とされるが、後述する実施形態のように、凸条の表面の一部において金属層または金属酸化物層が単層の状態で存在していてもよいし、同種の層が積層されていてもよい。
被覆層は、凸条の長さ方向に延びる線状をなしており、ワイヤグリッド型偏光子を構成する金属細線に相当する。
被覆層は、凸条の少なくとも一方の側面を被覆し、凸条の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条の高さの半分の位置から頂部までの被覆厚さの最大値よりも小さい。凸条の高さの半分の位置から頂部までを被覆する被覆層が表面s偏光反射率の向上に寄与し、凸条の高さの半分の位置から底部までを被覆する被覆層が裏面s偏光反射率の低下に寄与すると考えられる。
被覆層は、裏面s偏光反射率がより低くなる点から、凸条の少なくとも一方の側面の全部を被覆することが好ましい。被覆層は、凸条の頂部の一部もしくは全部を被覆してもよい。また、被覆層は、凸条の少なくとも一方の側面に隣接する平坦部の一部を被覆してもよい。
被覆層は、s偏光の透過率が抑制され、偏光度を向上できる点から、凸条の2つの側面を被覆し、かつ2つの側面において凸条の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条の高さの半分の位置から頂部までの被覆厚さの最大値よりも小さいことが好ましい。
凸条の側面を被覆する被覆層は、連続しているのが通例である。凸条の少なくとも一方の側面は、被覆層によって連続的に被覆されていることが好ましく、製造上の問題等によりごく一部の側面が被覆層によって被覆されない場合もある。前記のような場合であっても、少なくとも一方の側面が被覆層によってほぼ連続的に被覆されていれば、少なくとも一方の側面が被覆層によって連続的に被覆されているとみなす。
(金属層)
被覆層の一部を構成する金属層は、該金属層に酸化物が形成されないようにアルミニウムを蒸着して形成される層である。ここで「金属層に酸化物が形成されないように」とは、真空蒸着装置等においてアルミニウムを蒸着する際に、金属層に酸化物が形成されない条件とすることを意味するのであって、真空蒸着装置等からワイヤグリッド型偏光子を取り出した後、金属層が空気に触れることによって自然酸化して金属層の表面に薄い酸化皮膜が形成されるのを抑制することを意味するものではない。
金属層は、表面s偏光反射率がより高くなる点から、金属酸化物層よりも表面側に形成されることが好ましく、凸条の高さの半分の位置よりも頂部側に選択的に形成されることがより好ましい。
(金属酸化物層)
被覆層の一部を構成する金属酸化物層は、該金属酸化物層に酸素欠陥が生じるように、酸素の存在下にアルミニウムを蒸着して形成される層である。
金属酸化物層は、酸素欠陥を有するアルミニウム酸化物(Al3−x、0<x<3)からなる層であり、アルミニウム(Al)よりも透過率(T)が高い。また、従来の吸収層を構成する酸素欠陥のない酸化アルミニウム(Al)よりも透過率(T)は低く、吸収率(A)は高い。
金属酸化物層は、裏面s偏光反射率がより低くなる点から、金属層よりも裏面側に形成されることが好ましく、凸条の少なくとも一方の側面の全部を被覆することがより好ましい。
<ワイヤグリッド型偏光子の製造方法>
本発明におけるワイヤグリッド型偏光子は、表面に複数の凸条が互いに平行にかつ所定のピッチで形成された光透過性基板を作製した後、凸条の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条の高さの半分の位置から頂部までの被覆厚さの最大値よりも小さい被覆層を形成することによって製造される。
(光透過性基板の作製)
光透過性基板の作製方法としては、インプリント法(光インプリント法または熱インプリント法)、リソグラフィ法等が挙げられ、凸条を生産性よく形成できる点および光透過性基板を大面積化できる点から、インプリント法が好ましく、凸条をより生産性よく形成できる点およびモールドの溝を精度よく転写できる点から、光インプリント法が特に好ましい。
光インプリント法は、たとえば、電子線描画とエッチングとの組み合わせにより、複数の溝が互いに平行にかつ所定のピッチで形成されたモールドを作製し、該モールドの溝を、任意の基材の表面に塗布された光硬化性組成物に転写し、同時に該光硬化性組成物を光硬化させる方法である。
光インプリント法による光透過性基板の作製は、具体的には下記の工程(i)〜(iv)を経て行われることが好ましい。(i)光硬化性組成物を基材の表面に塗布する工程。(ii)複数の溝が互いに平行にかつ所定のピッチで形成されたモールドを、溝が光硬化性組成物に接するように、光硬化性組成物に押しつける工程。(iii)モールドを光硬化性組成物に押しつけた状態で放射線(紫外線、電子線等)を照射して光硬化性組成物を硬化させて、モールドの溝に対応する複数の凸条を有する光透過性基板を作製する工程。(iv)光透過性基板からモールドを分離する工程。なお、得られた、基材上の光透過性基板は、基材と一体のまま後述の被覆層の形成を行うことができる。また必要により被覆層の形成後に光透過性基板と基材を分離することができる。さらに、基材上に作製された光透過性基板を基材から分離した後、後述の被覆層の形成を行うことができる。
熱インプリント法による光透過性基板の作製は、具体的には下記の工程(i)〜(iii)を経て行われることが好ましい。(i)基材の表面に熱可塑性樹脂の被転写膜を形成する工程、または熱可塑性樹脂の被転写フィルムを作製する工程。(ii)複数の溝が互いに平行にかつ一定のピッチで形成されたモールドを、溝が被転写膜または被転写フィルムに接するように、熱可塑性樹脂のガラス転移温度(Tg)または融点(Tm)以上に加熱した被転写膜または被転写フィルムに押しつけ、モールドの溝に対応する複数の凸条を有する光透過性基板を作製する工程。(iii)光透過性基板をTgまたはTmより低い温度に冷却して光透過性基板からモールドを分離する工程。なお、得られた、基材上の光透過性基板は、基材と一体のまま後述の被覆層の形成を行うことができる。また必要により被覆層の形成後に光透過性基板と基材を分離することができる。さらに、基材上に作製された光透過性基板を基材から分離した後、後述の被覆層の形成を行うことができる。
インプリント法に用いられるモールドの材料としては、シリコン、ニッケル、石英、樹脂等が挙げられ、転写精度の点から、樹脂が好ましい。樹脂としては、フッ素系樹脂(エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等)、環状オレフィン、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。モールドの精度の点から、光硬化性のアクリル樹脂が好ましい。樹脂モールドは、転写の繰り返し耐久性の点から、表面に厚さ2〜10nmの無機膜を有することが好ましい。無機膜としては、SiO、TiO、Al等の酸化膜が好ましい。
(被覆層の形成)
被覆層は、蒸着法で形成されることが好ましい。蒸着法としては、物理蒸着法(PVD)または化学蒸着法(CVD)が挙げられ、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法が好ましく、真空蒸着法が特に好ましい。真空蒸着法は、付着させる微粒子の光透過性基板に対する入射方向を制御することが容易であり、後述の斜方蒸着法を行うことが容易である。被覆層の形成は、凸条の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条の高さの半分の位置から頂部までの被覆厚さの最大値よりも小さくなるように選択的にアルミニウムを蒸着して形成する必要があるため、蒸着法としては、真空蒸着法による斜方蒸着法が最も好ましい。
具体的には、凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ凸条の高さ方向に対して第1の側面の側に下式(a)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを蒸着して、金属酸化物層または金属層を形成する工程(1R1)と、工程(1R1)の後、凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ凸条の高さ方向に対して第1の側面の側に下式(b)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを、工程(1R1)より多い蒸着量となる条件で蒸着して、金属層または金属酸化物層を形成する工程(1R2)を採用することによって、目的の被覆層を形成できる。ただし、工程(1R1)と工程(1R2)のうち、少なくとも一の工程において金属酸化物層を形成し、少なくとも一の工程において金属層を形成する。
tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(a)、
θ +3≦θ ≦θ +30 ・・・(b)。
ただし、Ppは凸条間のピッチであり、Dpbは凸条の底部の幅であり、Hpは凸条の高さである。
また、凸条の2つの側面を被覆する被覆層を形成する場合には、凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ凸条の高さ方向に対して第1の側面の側に下式(c)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを蒸着して、金属酸化物層または金属層を形成する工程(2R1)と、凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ凸条の高さ方向に対して第2の側面の側に下式(d)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを蒸着して、金属酸化物層または金属層を形成する工程(2L1)と、工程(2R1)の後、凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ凸条の高さ方向に対して第1の側面の側に下式(e)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを、工程(2R1)より多い蒸着量となる条件で蒸着して、金属層または金属酸化物層を形成する工程(2R2)と、工程(2L1)の後、凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ凸条の高さ方向に対して第2の側面の側に下記式(f)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを、工程(2L1)より多い蒸着量となる条件で蒸着して、金属層または金属酸化物層を形成する工程(2L)を採用することにより、目的の被覆層を形成できる。ただし、工程(2R1)、工程(2L1)、工程(2R2)、工程(2L2)のうち、少なくとも一の工程において金属酸化物層を形成し、少なくとも一の工程において金属層を形成する。
tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(c)、
tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(d)、
θ +3≦θ ≦θ +20 ・・・(e)、
θ +1≦θ ≦θ +20 ・・・(f)。
ただし、Ppは凸条間のピッチであり、Dpbは凸条の底部の幅であり、Hpは凸条の高さである。
(金属層の形成)
本発明のワイヤグリッド型偏光子の製造方法においては、金属層にアルミニウム酸化物が形成されないように、凸条、金属酸化物層、または他の金属層にアルミニウムを蒸着して、被覆層の一部を構成する金属層を形成する。ここで「金属層に酸化物が形成されないように」とは、真空蒸着装置等においてアルミニウムを蒸着する際に、金属層に酸化物が形成されない条件とすることを意味するのであって、真空蒸着装置等からワイヤグリッド型偏光子を取り出した後、金属層が空気に触れることによって自然酸化して金属層の表面に薄い酸化皮膜が形成されるのを抑制することを意味するのではない。
本発明のワイヤグリッド型偏光子の製造方法においては、蒸着量が20nmとなるように平坦な部分にアルミニウムを蒸着させた際に透過率T(%)が3%未満であり、かつ反射率R(%)が85%を超えるアルミニウムの薄膜が形成されるような蒸着条件にて、金属層を形成することが好ましい。
具体的には、真空蒸着装置に酸素を導入することなく、比較的速い蒸着速度(好ましくは1.3nm/sec以上、より好ましくは1.5nm/sec以上、さらに好ましくは1.8nm/sec以上。また、膜厚を精度良く制御するという観点から蒸着速度は、20nm/sec以下が好ましい。)にてアルミニウムをすばやく蒸着して金属層を形成する。
(金属酸化物層の形成)
本発明のワイヤグリッド型偏光子の製造方法においては、金属酸化物層に酸素欠陥が生じるように、酸素の存在下、凸条、金属層、または他の金属酸化物層にアルミニウムを蒸着して、被覆層の一部を構成する金属酸化物層を形成する。
本発明のワイヤグリッド型偏光子の製造方法においては、蒸着量が20nmとなるように平坦な部分にアルミニウムを蒸着させた際に透過率T(%)および反射率R(%)が下式(j)〜(m)を満足するアルミニウム酸化物からなる薄膜が形成されるような蒸着条件にて、金属酸化物層を形成することが好ましい。
3≦T≦90 ・・・(j)、
5≦R≦90 ・・・(k)、
50≦T+R≦97 ・・・(l)、
90≦T+2R ・・・(m)。
透過率(T)が3%以上であれば、たとえば、後述する実施例における図13に示すように、アルミニウム(Al)ではなく、酸素欠陥を有するアルミニウム酸化物(Al3−x)、または酸素欠陥のない酸化アルミニウム(Al)が形成されたことになる。
さらに、透過率(T)が90%以下であり、かつ透過率(T)と反射率(R)との合計が97%以下(すなわち、吸収率(A)が3%以上)であれば、たとえば、後述する実施例における図13に示すように、酸素欠陥のない酸化アルミニウム(Al)ではなく、酸素欠陥を有するアルミニウム酸化物(Al3−x)が形成されたことになる。
ちなみに、T+2Rが90%よりも小さくなるような(すなわち、A=R+10で表わされる図13中の破線よりも下側の領域を満足するような)透過率(T)および反射率(R)を有するアルミニウム酸化物は、本発明者らの実験において形成することは非常に困難であったため、本発明においては除外する。
このように、式(j)〜(m)を満足する金属酸化物からなる薄膜が形成されるような蒸着条件によれば、現実的な、酸素欠陥を有するアルミニウム酸化物(Al3−x)からなる金属酸化物層が形成されることになる。
具体的には、真空蒸着装置に酸素を導入しない場合には、比較的遅い蒸着速度(好ましくは1.2nm/sec以下、より好ましくは1.1nm/sec以下、さらに好ましくは1.0nm/sec以下で、所定の時間内に製膜を行うという観点から好ましくは、0.05nm/sec以上)にてアルミニウムをゆっくり蒸着して金属酸化物層を形成する。また、真空蒸着装置に酸素を導入する場合には、適度な酸素導入量(好ましくは1〜50sccm、より好ましくは5〜40sccm)、かつ適度な蒸着速度(好ましくは0.1〜3.0nm/sec、より好ましくは0.3〜2.0nm/sec)にてアルミニウムを蒸着して金属酸化物層を形成する。ただし、蒸着速度を遅くしすぎたり、酸素導入量を多くしすぎたりすると、酸素欠陥のない酸化アルミニウム(Al)が形成されるおそれがある。
透過率(T)は、80%以下がより好ましく、75%以下がさらに好ましい。
反射率(R)は、10%以上がより好ましく、15%以上がさらに好ましい。
透過率(T)と反射率(R)との合計は、95%以下がより好ましく、90%以下がさらに好ましい。また、55%以上がより好ましく、60%以上がさらに好ましい。
(蒸着条件の条件出し)
式(j)〜(m)を満足する金属酸化物からなる薄膜が形成されるような蒸着条件は、蒸着速度および酸素導入量を振って、蒸着量が20nmとなるように平坦な部分にアルミニウムを蒸着させて、アルミニウム酸化物からなる薄膜を繰り返し形成し、それぞれの透過率(T)および反射率(R)を測定し、後述する実施例にて示す図10〜図13のようにグラフ化することによって、当業者であれば適宜決定できる。
具体的には、下記の手順にて蒸着条件の条件出しを行うことができる。
(i)真空蒸着装置内において、特定の加熱条件にて蒸着源(アルミニウム)を加熱することによって、平坦な基板(ガラス基板等)に、適当な蒸着時間にてアルミニウムを蒸着して薄膜を形成する。
(ii)薄膜の厚さを測定し、これを蒸着時間で除して蒸着速度を算出する。
(iii)真空蒸着装置内において、手順(i)と同じ加熱条件にて蒸着源(アルミニウム)を加熱することによって、平坦な基板(ガラス基板等)に、蒸着量が20nmとなるような蒸着時間にてアルミニウムを蒸着して薄膜を形成する。
(iv)薄膜の透過率(T)および反射率(R)を、紫外可視分光光度計を用いて測定する。
(v)酸素導入量を変更しながら、手順(iii)〜(iv)を繰り返し行う。
(vi)蒸着源(アルミニウム)の加熱条件を変更しながら、手順(i)〜(v)を繰り返し行う。
また、特開2008−038198号公報に記載されたような蒸着装置を用いて、巻出ロールから巻き出された光透過性基板に連続的に蒸着を行う場合は、蒸着源(アルミニウム)の加熱条件や酸素導入量を変化させながら、光透過性基板の平坦な部分に蒸着量が20nmとなるように蒸着された薄膜の透過率(T)および反射率(R)を、蒸着装置内に設けられた透過率センサおよび反射率センサによって測定してもよい。
<ワイヤグリッド型偏光子の実施形態>
以下、本発明の製造方法で得られるワイヤグリッド型偏光子の実施形態を、図を用いて説明する。以下の図は模式図であり、実際のワイヤグリッド型偏光子は、図示したような理論的かつ理想的形状を有するものではない。たとえば、実際のワイヤグリッド型偏光子においては、凸条等の形状の崩れが多少あり、被覆層の厚さの不均一も少なからず生じている。なお、本発明における凸条および被覆層の各寸法は、ワイヤグリッド型偏光子の断面の透過型電子顕微鏡像において、5つ凸条および該凸条上の被覆層における各寸法を測定し、5つの値を平均したものとする。
〔第1の実施形態〕
図1は、本発明の製造方法で得られるワイヤグリッド型偏光子の第1の実施形態を示す斜視図である。ワイヤグリッド型偏光子10は、断面形状が台形である複数の凸条12が、該凸条12間に形成される溝の平坦部13を介して互いに平行にかつ所定のピッチPpで表面に形成された光透過性基板14と、凸条12の第1の側面16の全部を被覆する金属酸化物層21と、凸条12の高さの半分の位置よりも頂部19側の金属酸化物層21の表面および凸条12の頂部19に形成された金属層22とを有する。
被覆層は、第1の被覆層20からなる。
第1の被覆層20は、金属酸化物層21および金属層22からなり、凸条12の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条12の高さの半分の位置から頂部19までの被覆厚さの最大値よりも小さい。
被覆層は、凸条12の長さ方向に伸びて金属細線を構成する。
(光透過性基板)
Ppは、凸条12の底部の幅Dpbと、凸条12間に形成される平坦部13の幅との合計である。Ppは、300nm以下が好ましく、50〜250nmがより好ましい。Ppが300nm以下であれば、高い表面s偏光反射率を示し、かつ400nm程度の短波長領域においても高い偏光度を示す。また、回折による着色現象が抑えられる。また、Ppが50〜200nmであれば、蒸着によって各層を形成しやすい。
DpbとPpの比(Dpb/Pp)は、0.1〜0.7が好ましく、0.25〜0.55がより好ましい。Dpb/Ppが0.1以上であれば、高い偏光度を示す。Dpb/Ppを0.7以下とすることにより、干渉による透過光の着色が抑えられる。Dpbは、蒸着によって各層を形成しやすい点から、30〜100nmが好ましい。
凸条12の頂部19の幅Dptは、Dpbの半分以下が好ましく、40nm以下がより好ましく、20nm以下がさらに好ましい。DptがDpbの半分以下であれば、p偏光透過率がより高くなり、角度依存性が充分に低くなる。
凸条12の高さHpは、120〜300nmが好ましく、80〜270nmがより好ましい。Hpが120nm以上であれば、偏光分離能が充分に高くなる。Hpが300nm以下であれば、波長分散が小さくなる。また、Hpが80〜270nmであれば、蒸着によって第1の被覆層20を形成しやすい。
第1の側面16の傾斜角θ1および第2の側面18の傾斜角θ2は、30〜80°が好ましい。θ1とθ2は、同じであってもよく、異なってもよい。より好ましくは、θ1とθ2のそれぞれの角度は45〜80°である。光透過性基板14の厚さHsは、0.5〜1000μmが好ましく、1〜40μmがより好ましい。
(第1の被覆層)
第1の被覆層20の、凸条12の高さの半分の位置から頂部19まで(凸条の上半分)の被覆厚さ(凸条の幅方向の厚さ)の最大値Dr1は、80nm以下が好ましい。20〜75nmが好ましく、35〜55nmがより好ましく、40〜50nmが特に好ましい。Dr1が20nm以上であれば、表面s偏光反射率が充分に高くなる。Dr1が80nm以下であれば、p偏光透過率が充分に高くなる。
第1の被覆層20の、凸条12の高さの半分の位置から底部まで(凸条の下半分)の被覆厚さ(凸条の幅方向の厚さ)の最大値Da1は、4〜25nmが好ましく、5〜22nmがより好ましい。Da1が4nm以上であれば、裏面s偏光反射率が充分に低くなる。Da1が25nm以下であれば、p偏光透過率が充分に高くなる。
凸条12の高さの半分の位置から頂部19まで(凸条の上半分)の被覆厚さの最大値Dr1は、下式(i)を満足することが好ましい。
0.2×(Pp−Dpb)≦Dr1≦0.95×(Pp−Dpb) ・・・(i)。
Dr1が0.2×(Pp−Dpb)以上であれば、s偏光透過率が低くなって偏光分離能が充分に高くなり、かつ波長分散が小さい。Dr1が0.95×(Pp−Dpb)以下であれば、高いp偏光透過率を示す。
凸条12の高さの半分の位置から頂部19まで(凸条の上半分)の被覆厚さの最大値Dr1と凸条12の高さの半分の位置から底部まで(凸条の下半分)の被覆厚さの最大値Da1との比(Dr1/Da1)は、2.5〜10が好ましく、3〜8がより好ましい。Dr1/Da1が2.5以上であれば、偏光分離能が充分に高くなり、かつ波長分散が小さい。Dr1/Da1が10以下であれば、高いp偏光透過率を示す。
凸条12の頂部19より下方(光透過性基板側)に位置する第1の被覆層20の高さH2に関して、H2/Hpは、0.8〜1が好ましく、0.9〜1がより好ましい。H2/Hpが1以下であれば、偏光分離能が向上する。H2/Hpが0.8以上であれば、裏面s偏光反射率が充分に低くなる。
凸条12の頂部19より上方(光透過性基板と逆側)に位置する第1の被覆層20の高さH1に関して、H1/Hpは、0.05〜0.7が好ましく、0.1〜0.5がより好ましい。H1/Hpが0.7以下であれば、裏面s偏光反射率が充分に低くなる。H1/Hpが0.05以上であれば、表面s偏光反射率が充分に高くなる。
〔第2の実施形態〕
図2は、本発明の製造方法で得られるワイヤグリッド型偏光子の第2の実施形態を示す斜視図である。ワイヤグリッド型偏光子10は、断面形状が台形である複数の凸条12が、該凸条12間に形成される溝の平坦部13を介して互いに平行にかつ所定のピッチPpで表面に形成された光透過性基板14と、凸条12の第1の側面16の全部を被覆する金属層22と、凸条12の高さの半分の位置よりも頂部19側の金属酸化物層21の表面および凸条12の頂部19に形成された金属酸化物層21とを有する。
被覆層は、第1の被覆層20からなる。
第1の被覆層20は、金属層22および金属酸化物層21からなり、凸条12の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条12の高さの半分の位置から頂部19までの被覆厚さの最大値よりも小さい。
被覆層は、凸条12の長さ方向に伸びて金属細線を構成する。
第2の実施形態において、第1の実施形態のワイヤグリッド型偏光子10と同じ構成については、説明を省略する。
〔第3の実施形態〕
図3は、本発明の製造方法で得られるワイヤグリッド型偏光子の第3の実施形態を示す斜視図である。ワイヤグリッド型偏光子10は、断面形状が台形である複数の凸条12が、該凸条12間に形成される溝の平坦部13を介して互いに平行にかつ所定のピッチPpで表面に形成された光透過性基板14と、凸条12の第1の側面16の全部を被覆する金属酸化物層21と、凸条12の高さの半分の位置よりも頂部19側の金属酸化物層21の表面および凸条12の頂部19に形成された金属層22と、凸条12の第2の側面18の全部を被覆する金属酸化物層26と、凸条12の高さの半分の位置よりも頂部19側の金属酸化物層26の表面および凸条12の頂部19に形成された金属層27を有する。
被覆層は、第1の被覆層20および第2の被覆層25からなる。
第1の被覆層20は、金属酸化物層21および金属層22からなり、凸条12の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条12の高さの半分の位置から頂部19までの被覆厚さの最大値よりも小さい。
第2の被覆層25は、金属酸化物層26および金属層27からなり、凸条12の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条12の高さの半分の位置から頂部19までの被覆厚さの最大値よりも小さい。
被覆層は、凸条12の長さ方向に伸びて金属細線を構成する。
第3の実施形態は、第1、2および4〜6の実施形態よりも、裏面s偏光反射率が低くなる。第3の実施形態において、第1の実施形態のワイヤグリッド型偏光子10と同じ構成については、説明を省略する。
(第1の被覆層)
第1の被覆層20の、凸条12の高さの半分の位置から頂部19まで(凸条の上半分)の被覆厚さ(凸条の幅方向の厚さ)の最大値Dr1は、50nm以下が好ましい。10〜45nmが好ましく、15〜35nmがより好ましい。Dr1が10nm以上であれば、表面s偏光反射率が充分に高くなる。Dr1が50nm以下であれば、p偏光透過率が充分に高くなる。
第1の被覆層20の、凸条12の高さの半分の位置から底部まで(凸条の下半分)の被覆厚さ(凸条の幅方向の厚さ)の最大値Da1について好ましい態様は、第1の実施形態と同様である。
凸条12の高さの半分の位置から頂部19まで(凸条の上半分)の被覆厚さの最大値Dr1と凸条12の高さの半分の位置から底部まで(凸条の下半分)の被覆厚さの最大値Da1との比(Dr1/Da1)は、1.5〜6が好ましく、2〜4がより好ましい。Dr1/Da1が1.5以上であれば、偏光分離能が充分に高くなり、かつ波長分散が小さい。Dr1/Da1が6以下であれば、高いp偏光透過率を示す。
凸条12の頂部より下方に位置する第1の被覆層20の高さH2に関して、H2/Hpは、0.8〜1が好ましく、0.9〜1がより好ましい。H2/Hpが1以下であれば、偏光分離能が向上する。H2/Hpが0.8以上であれば、裏面s偏光反射率が充分に低くなる。
第2の被覆層25の好ましい態様は、第1の被覆層20の好ましい態様と同様である。
凸条12の頂部より上方は第1の被覆層20と第2の被覆層25が重なった状態となっている。この凸条12の頂部より上方に位置する高さH1に関して、H1/Hpは、0.05〜0.7が好ましく、0.1〜0.5がより好ましい。H1/Hpが0.7以下であれば、裏面s偏光反射率が充分に低くなる。H1/Hpが0.05以上であれば、表面s偏光反射率が充分に高くなる。
〔第4の実施形態〕
図4は、本発明の製造方法で得られるワイヤグリッド型偏光子の第4の実施形態を示す斜視図である。ワイヤグリッド型偏光子10は、断面形状が台形である複数の凸条12が、該凸条12間に形成される溝の平坦部13を介して互いに平行にかつ所定のピッチPpで表面に形成された光透過性基板14と、凸条12の第1の側面16の全部を被覆する金属酸化物層21と、凸条12の高さの半分の位置よりも頂部19側の金属酸化物層21の表面および凸条12の頂部19に形成された金属層22と、凸条12の第2の側面18の全部を被覆する金属層27を有する。
被覆層は、第1の被覆層20および第2の被覆層25からなる。
第1の被覆層20は、金属酸化物層21および金属層22からなり、凸条12の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条12の高さの半分の位置から頂部19までの被覆厚さの最大値よりも小さい。
第2の被覆層25は、金属層27のみからなる。
被覆層は、凸条12の長さ方向に伸びて金属細線を構成する。
第4の実施形態は第1、および2の実施形態よりも、裏面s偏光反射率が低くなる。
第4の実施形態において、第1、および3の実施形態のワイヤグリッド型偏光子10と同じ構成については、説明を省略する。
(第2の被覆層)
第2の被覆層25の、凸条12の幅方向の厚さの最大値Da2は、4〜25nmが好ましく、5〜22nmがより好ましい。Da2が4nm以上であれば、裏面s偏光反射率が充分に低くなる。Da2が25nm以下であれば、p偏光透過率が充分に高くなる。
凸条12の頂部19より下方に位置する第2の被覆層25の高さH3(図4中には、表示していない。)に関して、H3/Hpは、0.8〜1が好ましく、0.9〜1がより好ましい。H3/Hpが1以下であれば、偏光分離能が向上する。H3/Hpが0.8以上であれば、裏面s偏光反射率が充分に低くなる。
〔第5の実施形態〕
図5は、本発明の製造方法で得られるワイヤグリッド型偏光子の第5の実施形態を示す斜視図である。ワイヤグリッド型偏光子10は、断面形状が台形である複数の凸条12が、該凸条12間に形成される溝の平坦部13を介して互いに平行にかつ所定のピッチPpで表面に形成された光透過性基板14と、凸条12の第1の側面16の全部を被覆する金属層22と、凸条12の高さの半分の位置よりも頂部19側の金属層22の表面および凸条12の頂部に形成された金属層22と、凸条12の第2の側面18の全部を被覆する金属酸化物層26を有する。
被覆層は、第1の被覆層20および第2の被覆層25からなる。
第1の被覆層20は、2つの金属層22からなり、凸条12の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条12の高さの半分の位置から頂部19までの被覆厚さの最大値よりも小さい。
第2の被覆層25は、金属酸化物層26のみからなる。
被覆層は、凸条12の長さ方向に伸びて金属細線を構成する。
第5の実施形態は第1、および2の実施形態よりも、裏面s偏光反射率が低くなる。
第5の実施形態において、第1、および4の実施形態のワイヤグリッド型偏光子10と同じ構成については、説明を省略する。
〔第6の実施形態〕
図6は、本発明の製造方法で得られるワイヤグリッド型偏光子の第6の実施形態を示す斜視図である。ワイヤグリッド型偏光子10は、断面形状が台形である複数の凸条12が、該凸条12間に形成される溝の平坦部13を介して互いに平行にかつ所定のピッチPpで表面に形成された光透過性基板14と、凸条12の第1の側面16の全部を被覆する金属酸化物層21と、凸条12の高さの半分の位置よりも頂部19側の金属酸化物層21の表面および凸条12の頂部19に形成された金属層22と、凸条12の第2の側面18の全部を被覆する金属酸化物層26を有する。
被覆層は、第1の被覆層20および第2の被覆層25からなる。
第1の被覆層20は、金属酸化物層21および金属層22からなり、凸条12の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条12の高さの半分の位置から頂部19までの被覆厚さの最大値よりも小さい。
第2の被覆層25は、金属酸化物層26のみからなる。
被覆層は、凸条12の長さ方向に伸びて金属細線を構成する。
第6の実施形態は第1、および2の実施形態よりも、裏面s偏光反射率が低くなる。
第6の実施形態において、第1、および4の実施形態のワイヤグリッド型偏光子10と同じ構成については、説明を省略する。
<各実施形態のワイヤグリッド型偏光子の製造方法>
〔第1の実施形態のワイヤグリッド型偏光子の製造方法〕
第1の実施形態のワイヤグリッド型偏光子10は、光透過性基板14の凸条12の第1の側面16の表面に金属酸化物層21を形成する工程(1R1)と、工程(1R1)の後、金属酸化物層21の表面に金属層22を形成する工程(1R2)とを実施することによって製造できる。
(金属酸化物層の形成)
金属酸化物層21は、図7に示すように、凸条12の長さ方向Lに対して略直交し、かつ凸条12の高さ方向Hに対して第1の側面16の側に下式(a)を満たす角度θ (°)をなす方向V1からアルミニウムを蒸着する工程(1R1)を実施することにより形成できる。
tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(a)。
式(a)の角度θ (°)は、隣の凸条12に遮られることなく、凸条12の底部側の表面までアルミニウムを蒸着するための角度を表わし、図8に示すように、凸条12の底部の表面から隣の凸条12の底部の中心までの距離(Pp−Dpb/2)と隣の凸条12の頂部の高さHpとから決まる。「±10」は振れ幅である。
角度θ (°)は、tan(θ ±7)=(Pp−Dpb/2)/Hpを満たすことが好ましく、tan(θ ±5)=(Pp−Dpb/2)/Hpを満たすことがより好ましい。
蒸着は、蒸着量が4〜25nmとなる条件で行うのが好ましく、5〜22nmとなる条件で行うのがより好ましい。トータルの蒸着量が4〜25nmとなる条件で、式(a)を満たす範囲で角度θ (°)を連続的に変化させて蒸着を行ってもよい。角度θ (°)を連続的に変化させる場合、角度を小さくする方向に変化させることが好ましい。蒸着量が4〜25nmとなる条件とは、凸条に被覆層を形成する際に、凸条が形成されていない平坦な部分の表面にアルミニウムを蒸着して形成される被覆層の厚さtが、4〜25nmとなるような条件である。
金属酸化物層21は、金属酸化物層21に酸素欠陥が生じるように、酸素の存在下にアルミニウムを蒸着して形成する。具体的には、蒸着量が20nmとなるように平坦な部分にアルミニウムを蒸着させた際に透過率T(%)および反射率R(%)が、上述の式(j)〜(m)を満足するアルミニウム酸化物からなる薄膜が形成されるような蒸着条件にて形成することが好ましい。
(金属層の形成)
金属層22は、工程(1R1)の後、図7に示すように、凸条12の長さ方向Lに対して略直交し、かつ凸条12の高さ方向Hに対して第1の側面16の側に下式(b)を満たす角度θ (°)をなす方向V1からアルミニウムを、工程(1R1)より多い蒸着量となる条件で蒸着する工程(1R2)を実施することにより形成できる。
θ +3≦θ ≦θ +30 ・・・(b)。
角度θ (°)は、θ +6≦θ ≦θ +25を満たすことが好ましく、θ +10≦θ ≦θ +20を満たすことがより好ましい。
蒸着は、工程(1R1)より多い蒸着量となる条件かつ蒸着量が25〜70nmとなる条件で行うのが好ましく、30〜60nmとなる条件で行うのがより好ましい。トータルの蒸着量が25〜70nmとなる条件で、式(b)を満たす範囲で、角度θ (°)を連続的に変化させて蒸着を行ってもよい。角度θ (°)を連続的に変化させる場合、角度を小さくする方向に変化させることが好ましい。
金属層22は、金属層22にアルミニウム酸化物が形成されないようにアルミニウムを蒸着して形成する。具体的には、蒸着量が20nmとなるように平坦な部分にアルミニウムを蒸着させた際に透過率T(%)が3%未満であり、かつ反射率R(%)が85%を超えるアルミニウムの薄膜が形成されるような蒸着条件にて、金属層を形成することが好ましい。
〔第2の実施形態のワイヤグリッド型偏光子の製造方法〕
第2の実施形態のワイヤグリッド型偏光子10は、第1の実施形態の製造方法において、工程(1R1)で形成される金属酸化物層21を金属層22に変更し、工程(1R2)で形成される金属層22を金属酸化物層21に変更する以外は、第1の実施形態の製造方法と同様にして製造できる。
〔第3の実施形態のワイヤグリッド型偏光子の製造方法〕
第3の実施形態のワイヤグリッド型偏光子10は、光透過性基板14の凸条12の第1の側面16の表面に金属酸化物層21を形成する工程(2R1)と、光透過性基板14の凸条12の第2の側面18の表面に金属酸化物層26を形成する工程(2L1)と、工程(2R1)の後、金属酸化物層21の表面に金属層22を形成する工程(2R2)と、工程(2L1)の後、金属酸化物層26の表面に金属層27を形成する工程(2L2)とを実施することによって製造できる。工程(2R1)、工程(2L1)、工程(2R2)、工程(2L2)の順に行うのが好ましく、工程(2R1)、工程(2R2)、工程(2L1)、工程(2L2)の順に行ってもよく、工程(2R1)、工程(2L1)、工程(2L2)、工程(2R2)の順に行ってもよい。第3の実施形態の製造方法において、第1の実施形態の製造方法と同じ内容については、説明を省略する。
(第1の被覆層側の金属酸化物層の形成)
金属酸化物層21は、図7に示すように、凸条12の長さ方向Lに対して略直交し、かつ凸条12の高さ方向Hに対して第1の側面16の側に下式(c)を満たす角度θ (°)をなす方向V1からアルミニウムを蒸着する工程(2R1)を実施することにより形成できる。
tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(c)。
角度θ (°)は、tan(θ ±7)=(Pp−Dpb/2)/Hpを満たすことが好ましく、tan(θ ±5)=(Pp−Dpb/2)/Hpを満たすことがより好ましい。
蒸着は、蒸着量が4〜25nmとなる条件で行うのが好ましく、5〜22nmとなる条件で行うのがより好ましい。トータルの蒸着量が4〜25nmとなる条件で、式(c)を満たす範囲で角度θ (°)を連続的に変化させて蒸着を行ってもよい。角度θ (°)を連続的に変化させる場合、角度を小さくする方向に変化させることが好ましい。
(第2の被覆層側の金属酸化物層の形成)
金属酸化物層26は、図7に示すように、凸条12の長さ方向Lに対して略直交し、かつ凸条12の高さ方向Hに対して第2の側面18の側に下式(d)を満たす角度θ (°)をなす方向V2からアルミニウムを蒸着する工程(2L1)を実施することにより形成できる。
tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(d)。
角度θ (°)は、tan(θ ±7)=(Pp−Dpb/2)/Hpを満たすことが好ましく、tan(θ ±5)=(Pp−Dpb/2)/Hpを満たすことがより好ましい。
蒸着は、蒸着量が4〜25nmとなる条件で行うのが好ましく、5〜22nmとなる条件で行うのがより好ましい。トータルの蒸着量が4〜25nmとなる条件で、式(d)を満たす範囲で角度θ (°)を連続的に変化させて蒸着を行ってもよい。工程(2R1)の後に工程(2L1)を行い、かつ角度θ (°)を連続的に変化させる場合は、角度を大きくする方向に変化させることが好ましい。
金属酸化物層26は、金属酸化物層26に酸素欠陥が生じるように、酸素の存在下にアルミニウムを蒸着して形成する。具体的には、蒸着量が20nmとなるように平坦な部分にアルミニウムを蒸着させた際に透過率T(%)および反射率R(%)が、上述の式(j)〜(m)を満足するアルミニウム酸化物からなる薄膜が形成されるような蒸着条件にて形成することが好ましい。
(第1の被覆層側の金属層の形成)
金属層22は、工程(2R1)の後、図7に示すように、凸条12の長さ方向Lに対して略直交し、かつ凸条12の高さ方向Hに対して第1の側面16の側に下記式(e)を満たす角度θ (°)をなす方向V1からアルミニウムを、工程(2R1)より多い蒸着量となる条件で蒸着する工程(2R2)を実施することにより形成できる。
θ +3≦θ ≦θ +20 ・・・(e)。
角度θ (°)は、θ +8≦θ ≦θ +18を満たすことが好ましく、θ +10≦θ ≦θ +15を満たすことがより好ましい。
蒸着は、工程(2R1)より多い蒸着量となる条件かつ蒸着量が10〜25nmとなる条件で行うのが好ましく、15〜20nmとなる条件で行うのがより好ましい。トータルの蒸着量が10〜25nmとなる条件で、式(e)を満たす範囲で角度θ (°)を連続的に変化させて蒸着を行ってもよい。工程(2R1)の後に、後述する工程(2L2)を行い、かつ角度θ (°)を連続的に変化させる場合、角度を小さくする方向に変化させることが好ましい。
(第2の被覆層側の金属層の形成)
金属層27は、工程(2L1)の後、図7に示すように、凸条12の長さ方向Lに対して略直交し、かつ凸条12の高さ方向Hに対して第2の側面18の側に下式(f)を満たす角度θ (°)をなす方向V2からアルミニウムを、工程(2L1)より多い蒸着量となる条件で蒸着する工程(2L2)を実施することにより形成できる。
θ +1≦θ ≦θ +20 ・・・(f)。
角度θ (°)は、θ +3≦θ ≦θ +18を満たすことが好ましく、θ +5≦θ ≦θ +15を満たすことがより好ましい。
蒸着は、工程(2L1)より多い蒸着量となる条件、かつ蒸着量が10〜25nmとなる条件で行うのが好ましく、15〜20nmとなる条件で行うのがより好ましい。トータルの蒸着量が10〜25nmとなる条件で、式(f)を満たす範囲で角度θ (°)を連続的に変化させて蒸着を行ってもよい。工程(2R2)の後に工程(2L2)を行い、角度θ (°)を連続的に変化させる場合は、角度を大きくする方向に変化させることが好ましい。
金属層27は、金属層27にアルミニウム酸化物が形成されないようにアルミニウムを蒸着して形成する。具体的には、蒸着量が20nmとなるように平坦な部分にアルミニウムを蒸着させた際に透過率T(%)が3%未満であり、かつ反射率R(%)が85%を超えるアルミニウムの薄膜が形成されるような蒸着条件にて、金属層を形成することが好ましい。
〔第4の実施形態のワイヤグリッド型偏光子の製造方法〕
第4の実施形態のワイヤグリッド型偏光子10は、第1の実施形態の製造方法に、下記の工程を加えることによって製造できる。任意の段階で、光透過性基板14の凸条12の第2の側面18の表面に金属層27を形成する工程(1L1)である。
第4の実施形態の製造方法において、第1の実施形態の製造方法と同じ内容については、説明を省略する。
(第2の被覆層側の金属層の形成)
金属層27は、図7に示すように、凸条12の長さ方向Lに対して略直交し、かつ凸条12の高さ方向Hに対して第2の側面18の側に下式(g)を満たす角度θ (°)をなす方向V2からアルミニウムを蒸着する工程(1L1)を実施することにより形成するのが好ましい。
tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(g)。
角度θ (°)は、tan(θ ±5)=(Pp−Dpb/2)/Hpを満たすことが好ましい。
蒸着は、蒸着量が4〜25nmとなる条件で行うのが好ましく、5〜22nmとなる条件で行うのがより好ましい。トータルの蒸着量が4〜25nmとなる条件で、式(g)を満たす範囲で角度θ (°)を連続的に変化させて蒸着を行ってもよい。
〔第5の実施形態のワイヤグリッド型偏光子の製造方法〕
第5の実施形態のワイヤグリッド型偏光子10は、第4の実施形態の製造方法において、工程(1R1)で形成される金属酸化物層21を金属層22に変更し、工程(1L1)で形成される金属層27を金属酸化物層26に変更する以外は、第4の実施形態の製造方法と同様にして製造できる。
〔第6の実施形態のワイヤグリッド型偏光子の製造方法〕
第6の実施形態のワイヤグリッド型偏光子10は、第1の実施形態の製造方法に、下記の工程を加えることによって製造できる。任意の段階で、光透過性基板14の凸条12の第2の側面18の表面に金属酸化物層26を形成する工程(1L1)である。
第6の実施形態の製造方法において、第1の実施形態の製造方法と同じ内容については、説明を省略する。
(第2の被覆層側の金属酸化物層の形成)
金属酸化物層26は、図7に示すように、凸条12の長さ方向Lに対して略直交し、かつ凸条12の高さ方向Hに対して第2の側面18の側に下式(h)を満たす角度θ (°)をなす方向V2からアルミニウムを蒸着する工程(1L1)を実施することにより形成するのが好ましい。
tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(h)。
角度θ (°)は、tan(θ ±5)=(Pp−Dpb/2)/Hpを満たすことが好ましい。
蒸着は、蒸着量が4〜25nmとなる条件で行うのが好ましく、5〜22nmとなる条件で行うのがより好ましい。トータルの蒸着量が4〜25nmとなる条件で、式(h)を満たす範囲で角度θ (°)を連続的に変化させて蒸着を行ってもよい。
第1〜6の実施形態の製造方法における角度θ(θ)は、たとえば、下記の蒸着装置を用いることによって調整できる。凸条12の長さ方向Lに対して略直交し、かつ凸条12の高さ方向Hに対して第1の側面16(第2の側面18)の側に角度θ(θ)をなす方向V1(V2)の延長線上に蒸着源が位置するように、蒸着源に対向して配置された光透過性基板14の傾きを変更できる蒸着装置である。
(作用効果)
以上説明した本発明のワイヤグリッド型偏光子の製造方法にあっては、複数の凸条が、該凸条間に形成される平坦部を介して互いに平行に、かつ所定のピッチで表面に形成された光透過性基板の、凸条の少なくとも一方の側面を被覆するように、金属層および金属酸化物層からなる被覆層を形成しているため、偏光度およびp偏光透過率が高いワイヤグリッド型偏光子を製造できる。
また、本発明のワイヤグリッド型偏光子の製造方法にあっては、凸条の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が凸条の高さの半分の位置から頂部までの被覆厚さの最大値よりも小さくなるように被覆層を形成し、かつ被覆層の一部を構成する金属酸化物層を、該金属酸化物層に酸素欠陥が生じるように、酸素の存在下にアルミニウムを蒸着して形成しているため、一方の面(凸条が形成された側の面、すなわち表面)のs偏光反射率が高く、かつ他方の面(凸条が形成されていない側の面、すなわち裏面)のs偏光反射率が低いワイヤグリッド型偏光子を製造できる。
<液晶表示装置>
本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持した液晶パネルと、バックライトユニットと、凸条が形成された側の面がバックライトユニット側となり、凸条が形成されていない側の面が液晶表示装置の視認側となるように配置された、本発明の製造方法で得られたワイヤグリッド型偏光子とを有するものである。
ワイヤグリッド型偏光子は、液晶パネルの一方の表面に配置されていてもよく、バックライトユニット側の液晶パネルの表面に配置されていることが好ましい。
また、ワイヤグリッド型偏光子は、特開2006−139283号公報の図15等に記載されているように、液晶パネルの一対の基板のうちの一方の基板と、一体化された状態で配置されていてもよく、バックライトユニット側の液晶パネルの前記基板と一体化されていることが好ましい。
また、ワイヤグリッド型偏光子は、特許第4412388号公報の図14等に記載されているように、液晶パネルの一対の基板のうちの一方の基板の液晶層側、すなわち液晶パネルの内部に配置されていてもよく、液晶パネルの一対の基板のうちのバックライトユニット側の基板の液晶層側に配置されていることが好ましい。
本発明の液晶表示装置は、薄型化の点から、ワイヤグリッド型偏光子が配置された側とは反対側の液晶パネルの表面に、吸収型偏光子を有することが好ましい。
吸収型偏光子は、バックライトユニット側とは反対側の液晶パネルの表面に配置されていることがより好ましい。
図9は、本発明の液晶表示装置の一例を示す断面図である。液晶表示装置30は、一対の基板31、基板32間に液晶層33を挟持した液晶パネル34と、バックライトユニット35と、バックライトユニット35側の液晶パネル34の表面に貼着された本発明の製造方法で得られたワイヤグリッド型偏光子10と、バックライトユニット35側とは反対側の液晶パネル34の表面に貼着された吸収型偏光子36とを有する。
以上説明した本発明の液晶表示装置にあっては、本発明の製造方法で得られた、偏光度およびp偏光透過率が高いワイヤグリッド型偏光子を有するため、輝度が高い。
また、本発明の液晶表示装置にあっては、本発明の製造方法で得られた、一方の面(凸条が形成された側の面、すなわち表面)のs偏光反射率が高く、かつ他方の面(凸条が形成されていない側の面、すなわち裏面)のs偏光反射率が低いワイヤグリッド型偏光子が、凸条が形成された側の面がバックライトユニット側となり、凸条が形成されていない側の面が液晶表示装置の視認側となるように配置されているため、コントラストの低下が抑えられる。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。例1〜19は実施例であり、例20は比較例である。
(凸条および各層の各寸法)
凸条および各層の各寸法は、ワイヤグリッド型偏光子の断面の透過型電子顕微鏡像において、5つの凸条および該凸条上の各層における各寸法を測定し、5つの値を平均して求めた。
(p偏光透過率)
p偏光透過率は、紫外可視分光光度計(JASCO社製、V−7200)を用いて測定した。測定は、付属の偏光子を、光源とワイヤグリッド型偏光子との間に、ワイヤグリッド型偏光子の金属細線の長軸に吸収軸が平行な向きにセットし、ワイヤグリッド型偏光子の表面側(凸条が形成された側)または裏面側(凸条が形成されていない側)から偏光を入射して行った。測定波長は、450nm、550nm、および700nmとした。
p偏光透過率が、70%以上をSとし、60%以上70%未満をAとし、50%以上65%未満をBとし、50%未満をXとした。
(s偏光反射率)
s偏光反射率は、紫外可視分光光度計(JASCO社製、V−7200)を用いて測定した。測定は、付属の偏光子を、光源とワイヤグリッド型偏光子との間に、ワイヤグリッド型偏光子の金属細線の長軸に吸収軸が直行する向きにセットし、ワイヤグリッド型偏光子の表面または裏面に対し、5度の角度で偏光を入射して行った。測定波長は、450nm、550nm、および700nmとした。表面s偏光反射率が、80%以上をSとし、70%以上80%未満をAとした。また、裏面s偏光反射率が、20%未満をSとし、20%以上40%未満をAとし、40%以上50%未満をBとし、50%以上をXとした。
(偏光度)
偏光度は、下式(n)から計算した。
偏光度=((Tp−Ts)/(Tp+Ts))0.5 ×100・・・(n)。
ただし、Tpは、表面p偏光透過率であり、Tsは、表面s偏光透過率である。
偏光度が99.5%以上をSとし、99.0%以上99.5%未満をAとし、98.0%以上99.0%未満をBとし、98.0%未満をXとした。
(輝度)
輝度は、下記の方法で測定した。
2インチサイズのLEDサイドライト型バックライトユニット上に、ワイヤグリッド型偏光子、および液晶パネルを順に重ねた。ワイヤグリッド型偏光子は、裏面側(凸条が形成されていない側)が液晶パネル側になるように設置した。液晶パネルとしては、上側にのみヨウ素系偏光板を備えたものを用いた。暗室内でバックライトユニットおよび液晶パネルを立ち上げた。液晶パネルの全面の表示を白色表示とし、点灯10分後の中心輝度B31を、色彩輝度計(トプコン社製、BM−5AS)を用いて視野角0.1°で測定した。次いで、液晶パネルの全面の表示を黒表示とし、そのときの輝度B32を測定した。
同じバックライトユニットを用い、この上に上側および下側にヨウ素系偏光板を備えた液晶パネルを重ねた。暗室内でバックライトユニットおよび液晶パネルを立ち上げ、同様に液晶パネルの全面の表示を白色表示としたときの中心輝度B21を測定した。上記測定で得られた値を用いて、下式(o)から輝度向上率を求めた。
輝度向上率=(B31−B21)/B21×100 ・・・(o)。
輝度向上率が25%以上をSとし、20%以上25%未満をAとし、15%以上20%未満をBとし、15%未満をXとした。
(コントラスト)
上記測定で得られた値を用いて、下式(p)からコントラストを求めた。
コントラスト=B31/B32 ・・・(p)。
コントラストが500以上をSとし、300以上500未満をAとし、100以上300未満をBとし、100未満をXとした。
(光硬化性組成物の調製)
撹拌機および冷却管を装着した1000mLの4つ口フラスコに、
単量体1(新中村化学工業社製、NK エステル A−DPH、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート)の60g、単量体2(新中村化学工業社製、NK エステル A−NPG、ネオペンチルグリコールジアクリレート)の40g、光重合開始剤(チバスペシャリティーケミカルズ社製、IRGACURE907)の4.0g、含フッ素界面活性剤(旭硝子社製、フルオロアクリレート(CH=CHCOO(CH(CFF)とブチルアクリレートとのコオリゴマー、フッ素含有量:約30質量%、質量平均分子量:約3000)の0.1g、重合禁止剤(和光純薬社製、Q1301)の1.0g、およびシクロヘキサノンの65.0gを入れた。
フラスコ内を常温および遮光にした状態で、1時間撹拌して均一化した。次いで、フラスコ内を撹拌しながら、コロイド状シリカの100g(固形分:30g)をゆっくりと加え、さらにフラスコ内を常温および遮光にした状態で、1時間撹拌して均一化した。次いで、シクロヘキサノンの340gを加え、フラスコ内を常温および遮光にした状態で、1時間撹拌して光硬化性組成物1の溶液を得た。
(光透過性基板の作製)
厚さ100μmの高透過ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(帝人デュポン社製、帝人テトロンO3、100mm×100mm)の表面に、光硬化性組成物1をスピンコート法により塗布し、厚さ5μmの光硬化性組成物1の塗膜を形成した。複数の溝が、該溝間に形成される平坦部を介して互いに平行にかつ所定のピッチで形成された石英製モールド(面積:150mm×150mm、パターン面積:100mm×100mm、溝のピッチPp:140nm、溝の上部の幅Dpb:60nm、溝の底部の幅Dpt:20nm、溝の深さHp:200nm、溝の長さ:100mm、溝の断面形状:略台形)を、溝が光硬化性組成物1の塗膜に接するように、25℃にて0.5MPa(ゲージ圧)で光硬化性組成物1の塗膜に押しつけた。
前記した石英製モールドを光硬化性組成物1の塗膜に押しつけた状態を保持したまま、PETフィルム側から高圧水銀灯(周波数:1.5kHz〜2.0kHz、主波長光:255nm、315nmおよび365nm、365nmにおける照射エネルギー:1000mJ)の光を15秒間照射し、光硬化性組成物1を硬化させ、次いで、光透過性基板1から石英製モールドをゆっくり分離した。このようにして、石英製モールドの溝に対応する複数の凸条および該凸条間の平坦部を有する光透過性基板1(凸条のピッチPp:140nm、凸条の底部の幅Dpb:60nm、凸条の頂部の幅Dpt:20nm、凸条の高さHp:200nm、θ1およびθ2:84°)を作製した。
(蒸着条件の条件出し)
(i)真空蒸着装置(昭和真空社製、SEC−16CM)内において、蒸着源(アルミニウム)を加熱することによって、平坦な無アルカリガラス基板に、アルミニウムを20秒間蒸着して薄膜を形成した。
(ii)水晶振動子を膜厚センサとする膜厚モニタによって薄膜の厚さを測定し、これを蒸着時間で除して蒸着速度を算出したところ1.8nm/secであった。
(iii)手順(i)と同じ真空蒸着装置内において、酸素導入量:0sccmの条件にて、手順(i)と同じ加熱条件にて蒸着源(アルミニウム)を加熱することによって、平坦な無アルカリガラス基板に、蒸着量が20nmとなるような蒸着時間にてアルミニウムを蒸着して薄膜を形成した。
(iv)薄膜の透過率(T)および反射率(R)を、紫外可視分光光度計を用いて測定した。T:2.9%、R:86%のアルミニウム(Al)の薄膜が形成されていることが確認された。結果を表1に示す。
(v)酸素導入量を表1に示す値に変更しながら、手順(iii)〜(iv)を繰り返し行った。式(j)〜(m)を満足する酸素欠陥を有するアルミニウム酸化物(Al3−x)からなる薄膜が形成されていることが確認された。
(vi)蒸着源(アルミニウム)の加熱条件を変更しながら、手順(i)〜(v)を繰り返し行った。蒸着速度:1.0nm/secならびに0.3nm/secのそれぞれについて、酸素導入量が表1に示す値のときの結果を表1に示す。蒸着速度:0.3nm/sec、および酸素導入量:10sccmのとき、T:91%であり、R:8%の酸素欠陥のない酸化アルミニウム(Al)の薄膜が形成されていることが確認された。また、これ以外のとき、式(j)〜(m)を満足する酸素欠陥を有するアルミニウム酸化物(Al3−x)からなる薄膜が形成されていることが確認された。
蒸着速度ごとの酸素導入量と透過率(T)との関係を図10のグラフに示す。
蒸着速度ごとの酸素導入量と反射率(R)との関係を図11のグラフに示す。
蒸着速度ごとの酸素導入量と吸収率(A)との関係を図12のグラフに示す。
蒸着速度ごとの透過率(T)と反射率(R)と吸収率(A)との関係を図13の三角図に示す。
〔例1〕
(被覆層の形成)
蒸着源に対向する光透過性基板1の傾きを変更可能な真空蒸着装置(昭和真空社製、SEC−16CM)を用い、光透過性基板の凸条に斜方蒸着法にてアルミニウムを蒸着させて被覆層を形成し、裏面にPETフィルムが貼着された、第1の実施形態(図1)に示すようなワイヤグリッド型偏光子を得た。なお、1回目の蒸着は、表1に示す蒸着条件(蒸着速度と酸素供給量)と、表2に示す方向V、角度θR(L)、および蒸着量tとで行い、2回目の蒸着は、表1に示す蒸着条件(蒸着速度と酸素供給量)と、表2に示す方向V、角度θR(L)、および蒸着量tとで行なった。蒸着量tは、蒸着により凸条が形成されていない平坦な部分に形成される金属層または金属酸化物層の厚さであり、水晶振動子を膜厚センサとする膜厚モニタによって測定した。
〔例2〕
1回目の蒸着および2回目の蒸着を、表1に示す蒸着条件(蒸着速度と酸素供給量)と、表2に示す方向V、角度θR(L)、および蒸着量tに変更した以外は、例1と同様にして、第2の実施形態(図2)に示すようなワイヤグリッド型偏光子を得た。
〔例3〜6〕
1回目の蒸着および2回目の蒸着を、表1に示す蒸着条件(蒸着速度と酸素供給量)と、表2に示す方向V、角度θR(L)、および蒸着量tに変更した以外は、例1と同様にして、第1の実施形態(図1)に示すようなワイヤグリッド型偏光子を得た。
〔例7〜11〕
蒸着の回数を表2に示す回数に変更し、各回の蒸着における蒸着条件(蒸着速度と酸素供給量)、方向V、角度θR(L)、および蒸着量tを表2に示すように変更した以外は、例1と同様にして、第3の実施形態(図3)に示すようなワイヤグリッド型偏光子を得た。
〔例12〕
蒸着の回数を表2に示す回数に変更し、各回の蒸着を、表1に示す蒸着条件(蒸着速度と酸素供給量)と、表2に示す方向V、角度θR(L)、および蒸着量tに変更した以外は、例1と同様にして、第4の実施形態(図4)に示すようなワイヤグリッド型偏光子を得た。
〔例13〕
蒸着の回数を表2に示す回数に変更し、各回の蒸着を、表1に示す蒸着条件(蒸着速度と酸素供給量)と、表2に示す方向V、角度θR(L)、および蒸着量tに変更した以外は、例1と同様にして、第5の実施形態(図5)に示すようなワイヤグリッド型偏光子を得た。
〔例14〕
蒸着の回数を表2に示す回数に変更し、各回の蒸着を、表1に示す蒸着条件(蒸着速度と酸素供給量)と、表2に示す方向V、角度θR(L)、および蒸着量tに変更した以外は、例1と同様にして、第6の実施形態(図6)に示すようなワイヤグリッド型偏光子を得た。
〔例15〜19〕
各回の蒸着を、表1に示す蒸着条件(蒸着速度と酸素供給量)と、表2に示す方向V、角度θR(L)、および蒸着量tに変更した以外は、例11と同様にして、第3の実施形態(図3)に示すようなワイヤグリッド型偏光子を得た。
〔例20〕
蒸着の回数を表2に示す回数に変更し、各回の蒸着を、表1に示す蒸着条件(蒸着速度と酸素供給量)と、表2に示す方向V、角度θR(L)、および蒸着量tに変更した以外は、例1と同様にして、第3の実施形態(図3)に示すようなワイヤグリッド型偏光子(ただし、金属酸化物層は式(j)を満足しない。)を得た。
〔測定、評価〕
例1〜20のワイヤグリッド型偏光子について、被覆層の各寸法を測定した。結果を表3に示す。また、例1〜20のワイヤグリッド型偏光子について、透過率、反射率、偏光度、輝度、およびコントラストを測定した。結果を表4に示す。
Figure 2011132649
Figure 2011132649
Figure 2011132649
Figure 2011132649
本発明の製造方法で得られたワイヤグリッド型偏光子は、液晶表示装置、リアプロジェクションテレビ、フロントプロジェクター等の画像表示装置の偏光子、偏光メガネ等として有用である。
なお、2010年4月19日に出願された日本特許出願2010−095847号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
10 ワイヤグリッド型偏光子
12 凸条
13 平坦部
14 光透過性基板
16 第1の側面
18 第2の側面
19 頂部
20 第1の被覆層
21 金属酸化物層
22 金属層
25 第2の被覆層
26 金属酸化物層
27 金属層
30 液晶表示装置
31 基板
32 基板
33 液晶層
34 液晶パネル
35 バックライトユニット
36 吸収型偏光子

Claims (17)

  1. 複数の凸条が、該凸条間に形成される平坦部を介して互いに平行に、かつ所定のピッチで表面に形成された光透過性基板と、
    前記凸条の少なくとも一方の側面を被覆する、金属層および金属酸化物層からなる被覆層とを有し、
    前記被覆層において、前記凸条の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が前記凸条の高さの半分の位置から頂部までの被覆厚さの最大値よりも小さい、
    ワイヤグリッド型偏光子を製造する方法であって、
    前記金属層を、該金属層に酸化物が形成されないようにアルミニウムを蒸着して形成し、
    前記金属酸化物層を、該金属酸化物層に酸素欠陥が生じるように、酸素の存在下にアルミニウムを蒸着して形成する、ワイヤグリッド型偏光子の製造方法。
  2. 前記凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ前記凸条の高さ方向に対して第1の側面の側に下式(a)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを蒸着して、前記金属酸化物層または前記金属層を形成する工程(1R1)と、
    前記工程(1R1)の後、前記凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ前記凸条の高さ方向に対して第1の側面の側に下式(b)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを、工程(1R1)より多い蒸着量となる条件で蒸着して、前記金属層または前記金属酸化物層を形成する工程(1R2)とを有する、請求項1に記載のワイヤグリッド型偏光子の製造方法。
    tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(a)、
    θ +3≦θ ≦θ +30 ・・・(b)。
    ただし、Ppは凸条間のピッチであり、Dpbは凸条の底部の幅であり、Hpは凸条の高さである。
  3. 前記工程(1R1)を、蒸着量が4〜25nmとなる条件で行い、
    前記工程(1R2)を、蒸着量が25〜70nmとなる条件で行う、請求項2に記載のワイヤグリッド型偏光子の製造方法。
  4. 前記被覆層が、前記凸条の2つの側面を被覆し、かつ2つの側面において前記凸条の高さの半分の位置から底部までの被覆厚さの最大値が前記凸条の高さの半分の位置から頂部までの被覆厚さの最大値よりも小さい、請求項1に記載のワイヤグリッド型偏光子の製造方法。
  5. 前記凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ前記凸条の高さ方向に対して第1の側面の側に下式(c)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを蒸着して、前記金属酸化物層または前記金属層を形成する工程(2R1)と、
    前記凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ前記凸条の高さ方向に対して第2の側面の側に下式(d)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを蒸着して、前記金属酸化物層または前記金属層を形成する工程(2L1)と、
    前記工程(2R1)の後、前記凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ前記凸条の高さ方向に対して第1の側面の側に下式(e)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを、工程(2R1)より多い蒸着量となる条件で蒸着して、前記金属層または前記金属酸化物層を形成する工程(2R2)と、
    前記工程(2L1)の後、前記凸条の長さ方向に対して略直交し、かつ前記凸条の高さ方向に対して第2の側面の側に下式(f)を満たす角度θ (°)をなす方向からアルミニウムを、工程(2L1)より多い蒸着量となる条件で蒸着して、前記金属層または前記金属酸化物層を形成する工程(2L2)とを有する、請求項4に記載のワイヤグリッド型偏光子の製造方法。
    tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(c)、
    tan(θ ±10)=(Pp−Dpb/2)/Hp ・・・(d)、
    θ +3≦θ ≦θ +20 ・・・(e)、
    θ +1≦θ ≦θ +20 ・・・(f)。
    ただし、Ppは凸条間のピッチであり、Dpbは凸条の底部の幅であり、Hpは凸条の高さである。
  6. 前記工程(2R1)および前記工程(2L1)を、蒸着量が4〜25nmとなる条件で行い、
    前記工程(2R2)および前記工程(2L2)を、蒸着量が10〜25nmとなる条件で行う、請求項5に記載のワイヤグリッド型偏光子の製造方法。
  7. 蒸着量が20nmとなるように平坦な部分にアルミニウムを蒸着させた際に透過率T(%)および反射率R(%)が下式(j)〜(m)を満足する薄膜が形成されるような蒸着条件にて、前記金属酸化物層を形成する、請求項1〜6のいずれかに記載のワイヤグリッド型偏光子の製造方法。
    3≦T≦90 ・・・(j)、
    5≦R≦90 ・・・(k)、
    50≦T+R≦97 ・・・(l)、
    90≦T+2R ・・・(m)。
  8. 前記凸条の長さ方向に直交する断面形状が、底部から頂部に向かうにしたがって幅がしだいに狭くなる形状である、請求項1〜7のいずれかに記載のワイヤグリッド型偏光子の製造方法。
  9. 前記凸条の長さ方向に直交する断面形状が、三角形または台形である、請求項8に記載のワイヤグリッド型偏光子の製造方法。
  10. 前記凸条が、光硬化樹脂または熱可塑性樹脂からなり、インプリント法で形成される、請求項1〜9のいずれかに記載のワイヤグリッド型偏光子の製造方法。
  11. 一対の基板間に液晶層を挟持した液晶パネルと、
    バックライトユニットと、
    凸条が形成された側の面が前記バックライトユニット側となり、凸条が形成されていない側の面が液晶表示装置の視認側となるように配置された、請求項1〜10のいずれかに記載の製造方法で得られたワイヤグリッド型偏光子と、
    を有する液晶表示装置。
  12. 吸収型偏光子をさらに有し、
    前記ワイヤグリッド型偏光子が、前記液晶パネルの一方の表面に配置され、
    前記吸収型偏光子が、前記ワイヤグリッド型偏光子が配置された側とは反対側の前記液晶パネルの表面に配置されている、請求項11に記載の液晶表示装置。
  13. 前記ワイヤグリッド型偏光子が、前記バックライトユニット側の前記液晶パネルの表面に配置され、
    前記吸収型偏光子が、前記バックライトユニット側とは反対側の前記液晶パネルの表面に配置されている、請求項12に記載の液晶表示装置。
  14. 吸収型偏光子をさらに有し、
    前記ワイヤグリッド型偏光子が、前記液晶パネルの前記一対の基板のうちの一方の基板と一体化され、
    前記吸収型偏光子が、前記ワイヤグリッド型偏光子が一体化された側とは反対側の前記液晶パネルの基板の表面に配置されている、請求項11に記載の液晶表示装置。
  15. 前記ワイヤグリッド型偏光子が、前記バックライトユニット側の前記液晶パネルの前記基板と一体化され、
    前記吸収型偏光子が、前記バックライトユニット側とは反対側の前記液晶パネルの表面に配置されている、請求項14に記載の液晶表示装置。
  16. 吸収型偏光子をさらに有し、
    前記ワイヤグリッド型偏光子が、前記液晶パネルの前記一対の基板のうちの一方の基板の液晶層側に配置され、
    前記吸収型偏光子が、前記ワイヤグリッド型偏光子が配置された側とは反対側の前記液晶パネルの基板の表面に配置されている、請求項11に記載の液晶表示装置。
  17. 前記ワイヤグリッド型偏光子が、前記液晶パネルの前記一対の基板のうちの前記バックライトユニット側の基板の液晶層側に配置され、
    前記吸収型偏光子が、前記バックライトユニット側とは反対側の前記液晶パネルの表面に配置されている、請求項16に記載の液晶表示装置。
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