JPWO2016060170A1

JPWO2016060170A1 - 偏光板及びその製造方法、媒体

Info

Publication number: JPWO2016060170A1
Application number: JP2016554105A
Authority: JP
Inventors: 須藤　康夫; 康夫須藤
Original assignee: Soken Chemical and Engineering Co Ltd
Current assignee: Soken Chemical and Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-07-27
Also published as: TW201621362A; US20170315281A1; EP3208641A4; KR20170069196A; CN106796320A; WO2016060170A1; EP3208641A1

Abstract

偏光板の面内に設けられた領域毎に異なる偏光成分を透過させることができる偏光板を提供する。本発明によれば、透明基材と、その上に形成され且つ凹凸パターンを有する透明樹脂層と、前記透明樹脂層上に形成された偏光層を備え、前記透明樹脂層は、前記凹凸パターンが延びる方向が互いに異なる複数の凹凸領域を有する、偏光板が提供される。

Description

本発明は、偏光板及びその製造方法、及び偏光板を用いたホログラム機能を有する媒体に関する。

特許文献１には、樹脂基材上の樹脂皮膜に非常に周期が短い凹凸パターンを形成し、その上に金属膜を蒸着することによってワイヤグリッド偏光板を製造する技術が開示されている。

特許第４８２４０６８号公報

特許文献１では、凹凸パターンは、同一面内で一定の方向に延びるように形成されているために、特許文献１の偏光板を透過する偏光成分は、偏光板の全面において同じになってしまう。しかし、偏光板の面内に設けられた領域毎に異なる偏光成分を透過させることができれば、偏光板が従来よりも幅広い用途に利用可能となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、偏光板の面内に設けられた領域毎に異なる偏光成分を透過させることができる偏光板を提供するものである。

本発明によれば、透明基材と、その上に形成され且つ凹凸パターンを有する透明樹脂層と、前記透明樹脂層上に形成された偏光層を備え、前記透明樹脂層は、前記凹凸パターンが延びる方向が互いに異なる複数の凹凸領域を有する、偏光板が提供される。

本発明の偏光板は、凹凸パターンが延びる方向が互いに異なる複数の凹凸領域を有するので、偏光板の面内に設けられた領域毎に異なる偏光成分を透過させることができる。

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は、互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記複数の凹凸領域は、互いに異なる高さ位置に設けられる。
好ましくは、前記凹凸パターンは、ラインアンドスペース形状である。
好ましくは、前記偏光層は、導電性の金属又は金属酸化物からなる。
好ましくは、前記透明樹脂層は、光硬化性樹脂組成物を硬化させて形成される。

本発明の別の観点によれば、上記記載の偏光板を用いたホログラム機能を有する媒体が提供される。

本発明のさらに別の観点によれば、透明基材上に光硬化性樹脂組成物を塗布して被転写樹脂層を形成し、前記被転写樹脂層に対して、前記被転写樹脂層に転写する凹凸パターンの反転パターンを有するモールドを押し付けた状態で前記被転写樹脂層に活性エネルギー線を照射して前記被転写樹脂層を硬化させて透明樹脂層を形成し、前記透明樹脂層上に導電性の金属又は金属酸化物からなる偏光層を形成する工程を備え、前記モールドは、前記反転パターンが延びる方向が互いに異なる複数の反転パターン領域を有する、偏光板の製造方法が提供される。
好ましくは、前記複数の反転パターン領域は、互いに異なる高さ位置に設けられる。
好ましくは、前記モールドは、樹脂製モールドである。

本発明の一実施形態の偏光板１の斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は、図１中のＩ−Ｉ断面に対応する図面であり、透明樹脂層７上に偏光層９が形成されている状態を示す。（ａ）〜（ｃ）は、偏光板１の製造工程を示す，図１中のＩＩ−ＩＩ断面に対応する断面図である。但し、図示の便宜上、凹凸パターン５及び反転パターン１５の形状は、模式的に表示している。図４〜図７も同様。図３から続く、偏光板１の製造工程を示す断面図である。偏光板１の製造に用いるモールド１３の製造工程を示す断面図である。図５から続く、偏光板１の製造に用いるモールド１３の製造工程を示す断面図である。図６から続く、偏光板１の製造に用いるモールド１３の製造工程を示す断面図である。実施例で作製した転写体のＳＥＭ像であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について具体的に説明する。

１．偏光板
本発明の一実施形態の偏光板１は、透明基材３と、その上に形成され且つ凹凸パターン５を有する透明樹脂層７と、透明樹脂層７に形成された偏光層９を備え、透明樹脂層７は、凹凸パターン５が延びる方向が互いに異なる複数の凹凸領域１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有する。

＜透明基材＞
透明基材３は、樹脂基材、石英基材などの透明材料で形成され、その材質は、特に限定されないが、樹脂基材であることが好ましい。樹脂基材を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、環状ポリオレフィンおよびポリエチレンナフタレートからなる群から選ばれる１種からなるものである。また、透明基材３は可撓性を有するフィルム状であることが好ましく、その厚さは２５〜５００μｍの範囲であることが好ましい。

＜透明樹脂層、凹凸パターン、凹凸領域＞
図１に示すように、透明樹脂層７には凹凸パターン５が形成されている。凹凸パターン５は、細長い形状の凹凸パターンであり、第１〜第３凹凸領域１１ａ〜１１ｃでは、凹凸パターン５が延びる方向が互いに異なっている。具体的には、第１凹凸領域１１ａでは凹凸パターン５は、矢印Ａ方向に延びており、第２凹凸領域１１ｂでは凹凸パターン５は、矢印Ｂ方向に延びており、第３凹凸領域１１ｃでは凹凸パターン５は、矢印Ｃ方向に延びている。矢印Ｂ方向は、矢印Ａ方向に直交する方向であり、矢印Ｃ方向は、矢印Ａ方向に対して４５度ずれた方向である。第１〜第３凹凸領域１１ａ〜１１ｃでの凹凸パターン５の形状やピッチは、同一であってもよく、異なっていてもよい。

凹凸パターン５の周期は、例えば１０ｎｍ〜１μｍであり、３０〜５００ｎｍが好ましく、５０〜２００ｎｍがさらに好ましい。凹凸パターン５は、好ましくは、ラインアンドスペース形状である。（スペースの幅）／（ラインの幅）の値は、特に限定されないが、例えば０．２〜５であり、０．５〜４が好ましく、１〜３がさらに好ましい。小さすぎるとライン幅が広く、大きすぎるとスペース幅が広くなるために、ラインアンドスペースの延びる方向に垂直、平行な偏光成分いずれもがその電場が金属内自由電子と相互作用することで、反射して偏光層として機能しなくなる。

第１〜第３凹凸領域１１ａ〜１１ｃは、高さ位置が同じになるように形成してもよいが、図１に示すように、高さ位置が互いに異なるように形成することが好ましい。この場合、隣接する凹凸領域の境界が明瞭になるという利点が得られる。

透明樹脂層７は、光硬化性樹脂組成物を硬化させて形成することができる。その工程の詳細は、後述する。

＜偏光層＞
偏光層９は図２に示すように、透明樹脂層７上に形成される。偏光層９は、入射光を偏光させる機能を有するように形成すればよく、その材料、厚さ、形状などは限定されない。偏光層９は、例えば、導電性の金属（Ｎｉ，Ａｌなど）又は金属酸化物（ＩＴＯなど）で形成することができる。偏光層９は、図２（ａ）に示すように、凹凸パターン５の形状に沿うように形成してもよく、図２（ｂ）に示すように、凹凸パターン５の凸部７ａの上部にのみ形成してもよく、図２（ｃ）に示すように、凹凸パターン５の凸部７ａの側面にのみ形成してもよい。つまり、偏光層９は、図２（ａ）に示すように、膜状に形成してもよく、図２（ｂ）〜（ｃ）に示すように細線状に形成してもよい。

＜本実施形態の偏光板の作用・用途＞

偏光板１は、ワイヤグリッド偏光板であり、凹凸パターン５の延びる方向に垂直な振動面（振動する電場によって形成される面）を有する偏光成分を透過する性質を有する。従って、偏光板１に対して、無偏光の入射光Ｌが入射すると、第１凹凸領域１１ａでは矢印Ａに垂直な振動面を有する偏光成分が透過し、第２凹凸領域１１ｂでは矢印Ｂに垂直な振動面を有する偏光成分が透過し、第３凹凸領域１１ｃでは矢印Ｃに垂直な振動面を有する偏光成分が透過する。このため、無偏光の入射光Ｌを偏光板１に入射させると、一度に、複数種類（本実施形態では３種類）の偏光成分を取り出すことが可能になる。

また、矢印Ａに垂直な振動面を有する偏光Ｐを偏光板１に入射させると、偏光Ｐは、第１凹凸領域１１ａではほぼ全てが透過され、第３凹凸領域１１ｃでは一部（矢印Ｃに垂直な振動面を有する偏光成分）のみが透過され、第２凹凸領域１１ｂでは、ほぼ全てが遮断される。偏光Ｐの振動面の方向を変えずに偏光板１を４５度回転させると、偏光Ｐは、第３凹凸領域１１ｃではほぼ全てが透過され、第１及び第２凹凸領域１１ａ，１１ｂでは一部のみが透過されるようになる。偏光Ｐの振動面の方向を変えずに偏光板１をさらに４５度回転させると、偏光Ｐは、第２凹凸領域１１ｂではほぼ全てが透過され、第３凹凸領域１１ｃでは一部のみが透過され、第１凹凸領域１１ａでは、ほぼ全てが遮断されるようになる。このように、本実施形態によれば、偏光板１を回転させるだけで、領域毎の偏光Ｐの透過状態を変化させることができる。

本実施形態の偏光板１は、後述するようにナノインプリント法によって、効率的に製造することができ、偏光機能を持たせるための凹凸パターンを形成する際に、偏光機能以外の機能（構造色による加飾性など）を持たせるための凹凸パターンを同時に形成することが可能である。また、本実施形態の偏光板１にホログラム機能を付与するための凹凸パターンを形成することによって、ホログラム機能を有する媒体を形成することも可能である。

２．偏光板の製造方法
次に、偏光板１の製造方法について説明する。本実施形態の偏光板１の製造方法は、被転写樹脂層形成工程、転写及び硬化工程、及び偏光層形成工程を備える。
以下、図３〜図４を用いて、各工程について詳細に説明する。

（１）被転写樹脂層形成工程
まず、図３（ａ）に示すように、透明基材３上に光硬化性樹脂組成物を塗布して被転写樹脂層１９を形成する。
被転写樹脂層１９を構成する光硬化性樹脂組成物は、モノマーと、光開始剤を含有し、活性エネルギー線の照射によって硬化する性質を有する。「活性エネルギー線」は、ＵＶ光、可視光、電子線などの、光硬化性樹脂組成物を硬化可能なエネルギー線の総称である。

モノマーとしては、（メタ）アクリル樹脂、スチレン樹脂、オレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を形成するための光重合性のモノマーが挙げられ、光重合性の（メタ）アクリル系モノマーが好ましい。なお、本明細書において、（メタ）アクリルとは、メタクリルおよび／またはアクリルを意味し、（メタ）アクリレートはメタクリレートおよび／またはアクリレートを意味する。

光開始剤は、モノマーの重合を促進するために添加される成分であり、前記モノマー１００質量部に対して０．１質量部以上含有されることが好ましい。光開始剤の含有量の上限は、特に規定されないが、例えば前記モノマー１００質量部に対して２０質量部である。

光硬化性樹脂組成物は、溶剤、重合禁止剤、連鎖移動剤、酸化防止剤、光増感剤、充填剤、レベリング剤等の成分を光硬化性樹脂組成物の性質に影響を与えない範囲で含んでいてもよい。

光硬化性樹脂組成物は、上記成分を公知の方法で混合することにより製造することができる。光硬化性樹脂組成物は、スピンコート、スプレーコート、バーコート、ディップコート、ダイコートおよびスリットコート等の方法で透明基材３上に塗布して被転写樹脂層１９を形成することが可能である。

（２）転写及び硬化工程
次に、図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、被転写樹脂層１９に対して、被転写樹脂層１９に転写する凹凸パターン５の反転パターン１５を有するモールド１３を押し付けた状態で被転写樹脂層１９に活性エネルギー線２１を照射して被転写樹脂層１９を硬化させて透明樹脂層を形成する。

モールド１３は、透明基材２３上の樹脂層３１に反転パターン１５を有する。透明基材２３は、樹脂基材、石英基材、シリコーン基材などからなり、樹脂基材が好ましい。モールド１３は、樹脂製モールドであることが好ましい。モールド１３の製造方法の詳細は、後述する。

反転パターン１５は、図１に示す凹凸パターン５が反転した形状を有しているので、第１〜第３凹凸領域１１ａ〜１１ｃに対応するように、反転パターン１５が延びる方向が互いに異なる複数の反転パターン領域（第１〜第３反転パターン領域）１７ａ〜１７ｃを有する。第１〜第３反転パターン領域１７ａ〜１７ｃは、第１〜第３凹凸領域１１ａ〜１１ｃと同様に、互いに異なる高さ位置に設けられる。モールド１３を被転写樹脂層１９に押し付ける圧力は、反転パターン１５の形状を被転写樹脂層１９に転写可能な圧力であればよい。

被転写樹脂層１９へ照射する活性エネルギー線２１は、被転写樹脂層１９が十分に硬化する程度の積算光量で照射すればよく、積算光量は、例えば１００〜１００００ｍＪ／ｃｍ^２である。活性エネルギー線２１の照射によって、被転写樹脂層１９が硬化される。本実施形態では、モールド１３の透明基材２３に遮光パターン２５が形成されているので、透明基材３側から活性エネルギー線２１の照射を行っているが、凹凸パターン５を形成する領域に遮光パターンを有さないモールドを用いる場合には、モールド側から活性エネルギー線２１の照射を行ってもよい。

次に、モールド１３を取り外し、未硬化の光硬化性樹脂組成物を溶剤で洗い流すことによって、図３（ｃ）に示すように、透明基材３上に凹凸パターン５を有する透明樹脂層７が形成された構造が得られる。

次に、図４に示すように、透明樹脂層７上に偏光層９を形成して、偏光板１の製造が完了する。偏光層９は、例えば、材料となる導電性の金属又は金属酸化物をスパッタリングによって透明樹脂層７上に付着させることによって形成することができる。

３．モールドの製造方法
本実施形態の偏光板１の製造に好適に用いられるモールド１３の製造方法について説明する。モールド１３は、被転写樹脂層の形成とパターンの転写及び硬化工程を複数回繰り返すことによって形成することができる。被転写樹脂層の形成とパターンの転写及び硬化工程の説明は、「偏光板の製造方法」について上述したものと同様であり、説明は、適宜省略する。

＜１層目＞
まず、図５（ａ）に示すように、遮光パターン２５が形成された透明基材２３上に光硬化性樹脂組成物を塗布して被転写樹脂層２７を形成する。
次に、図５（ａ）〜（ｂ）に示すように、凹凸パターン５ｃを有するモールド２９を被転写樹脂層２７に押し付けた状態で被転写樹脂層２７に活性エネルギー線２１を照射して被転写樹脂層２７を硬化させて、図５（ｃ）に示すように、反転パターン１５ｃを有する透明樹脂層３１ａを形成する。活性エネルギー線２１は、モールド２９側から照射して、被転写樹脂層２７の全面を硬化させる。

凹凸パターン５ｃは、第３凹凸領域１１ｃに形成されている凹凸パターン５と同じ形状を有し、反転パターン１５ｃは、第３反転パターン領域１７ｃに形成されている反転パターン１５と同じ形状を有する。

＜２層目＞
次に、図６（ａ）に示すように、透明樹脂層３１ａ上に光硬化性樹脂組成物を塗布して被転写樹脂層３３を形成する。
次に、図６（ａ）〜（ｂ）に示すように、凹凸パターン５ｂを有するモールド３５を被転写樹脂層３３に押し付けた状態で被転写樹脂層３３に活性エネルギー線２１を照射して被転写樹脂層３３を硬化させて、図６（ｃ）に示すように、反転パターン１５ｂ，１５ｃを有する透明樹脂層３１ｂを形成する。

凹凸パターン５ｂは、第２凹凸領域１１ｂに形成されている凹凸パターン５と同じ形状を有し、反転パターン１５ｂは、第２反転パターン領域１７ｂに形成されている反転パターン１５と同じ形状を有する。

活性エネルギー線２１は、透明基材２３側から遮光パターン２５を通じて被転写樹脂層３３に照射されるので、被転写樹脂層３３のうち、遮光パターン２５で覆われていない領域のみが硬化される。遮光パターン２５は、第３反転パターン領域１７ｃと同じ形状を有しているので、図６（ｃ）に示すように、第３反転パターン領域１７ｃでは反転パターン１５ｃがそのまま残り、その他の領域では第３反転パターン領域１７ｃよりも高い位置に反転パターン１５ｂが形成された透明樹脂層３１ｂが形成される。

なお、遮光パターン２５を有する透明基材２３を用いる代わりに、遮光パターン２５を有する別の透明基材を、透明基材２３に重ねた状態で、遮光パターン２５を通じて活性エネルギー線２１の照射を行ってもよい。この場合、遮光パターン２５を有さないモールド１３を形成することができる。

＜３層目＞
次に、図７（ａ）に示すように、透明樹脂層３１ｂ上に光硬化性樹脂組成物を塗布して被転写樹脂層３７を形成する。
次に、図７（ａ）〜（ｂ）に示すように、凹凸パターン５ａを有するモールド３９を被転写樹脂層３７に押し付けた状態で被転写樹脂層３７に活性エネルギー線２１を照射して被転写樹脂層３７を硬化させて、図７（ｃ）に示すように、反転パターン１５ａ，１５ｂ，１５ｃを有する透明樹脂層３１を形成する。

凹凸パターン５ａは、第１凹凸領域１１ａに形成されている凹凸パターン５と同じ形状を有し、反転パターン１５ａは、第１反転パターン領域１７ａに形成されている反転パターン１５と同じ形状を有する。

活性エネルギー線２１は、遮光パターン４３を有する別の透明基材４１を、透明基材２３に重ねた状態で、透明基材４１側から遮光パターン４３，２５を通じて被転写樹脂層３３に照射されるので、被転写樹脂層３３のうち、遮光パターン４３，２５で覆われていない領域のみが硬化される。遮光パターン４３は、第２反転パターン領域１７ｂと同じ形状を有しているので、図７（ｃ）に示すように、第２及び第３反転パターン領域１７ｂ，１７ｃでは反転パターン１５ｂ，１５ｃがそのまま残り、その他の領域では第２反転パターン領域１７ｂよりも高い位置に反転パターン１５ａが形成された透明樹脂層３１が形成される。反転パターン１５ａが形成された領域が第１反転パターン領域１７ａとなる。

以上の工程によって、モールド１３の製造が完了する。なお、反転パターン１５ａ〜１５ｃの凹凸形状は同一であっても異なっていてもよい。反転パターン１５ａ〜１５ｃの凹凸形状が同一である場合は、１つのモールドを回転させることによって、モールド２９，３５，３９として利用することができる。

上記実施形態では、三段構成の反転パターン１５を有するモールド１３の製造方法について説明を行ったが、反転パターン１５の段数をさらに増やしたい場合には、上記の３層目と同様に、被転写樹脂層を形成し、所望の反転パターンを転写し、所望領域のみを硬化させるという工程を繰り返せばよい。

１．偏光板の製造
「３．モールドの製造方法」で説明した方法でモールド１３を作製した。第１〜第３反転パターン領域１７ａ〜１７ｃには、同一のラインアンドスペース形状からなる反転パターン１５を互いに４５度ずつずらして形成した。
作製したモールド１３を用いて「２．偏光板の製造方法」で説明した方法で、ＵＶナノインプリントにより転写品を作製した。得られた転写品のＳＥＭ像を図８（ａ）〜（ｂ）に示す。図８（ａ）〜（ｂ）に示すように、ラインアンドスペース形状の適切な転写が確認された。図８（ａ）の断面図において、ラインアンドスペース形状の周期、ライン幅、及び形状高さを測定したところ、それぞれ、１１７．０ｎｍ、３３．５ｎｍ、１４２．９ｎｍであった。

次に、得られた転写品のパターン表面にスパッタリング装置を用いてニッケルの薄膜（２０ｎｍ）を製膜した。

２．偏光板の機能の観察
直線偏光された偏光を発する偏光光源として、液晶ディスプレイを用意した。偏光光源が無い場合とある場合での面内で回転したときの外観像を観察した。なお、偏光を偏光板１の裏面（凹凸パターン５がない面）から照射した。偏光板１を面内で回転させると、第１〜第３凹凸領域１１ａ〜１１ｃの外観の変化が観察された。これは、偏光板１の回転により各凹凸領域でのワイヤグリッドパターンの向きの変化に応じて、各凹凸領域での偏光の透過性が変わったためであると考えられる。この結果により、同一面内の任意の位置と向きで偏光子を配置したナノインプリント用モールドとその転写品から作製した偏光板の開発に成功したと考える。

１：偏光板、３，２３，４１：透明基材、５：凹凸パターン、７：透明樹脂層、９：偏光層、１１ａ〜１１ｃ：第１〜第３凹凸領域、１３、２９，３５，３９：モールド、１５：反転パターン、１７ａ〜１７ｃ：第１〜第３反転パターン領域、１９、２７，３３，３７：被転写樹脂層、２１：活性エネルギー線、２５，４３：遮光パターン、３１：透明樹脂層

Claims

透明基材と、その上に形成され且つ凹凸パターンを有する透明樹脂層と、前記透明樹脂層上に形成された偏光層を備え、
前記透明樹脂層は、前記凹凸パターンが延びる方向が互いに異なる複数の凹凸領域を有する、偏光板。
前記複数の凹凸領域は、互いに異なる高さ位置に設けられる、請求項１に記載の偏光板。
前記凹凸パターンは、ラインアンドスペース形状である、請求項１又は請求項２に記載の偏光板。
前記偏光層は、導電性の金属又は金属酸化物からなる、請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の偏光板。
前記透明樹脂層は、光硬化性樹脂組成物を硬化させて形成される、請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の偏光板。
請求項１〜請求項５の何れか１つに記載の偏光板を用いたホログラム機能を有する媒体。
透明基材上に光硬化性樹脂組成物を塗布して被転写樹脂層を形成し、
前記被転写樹脂層に対して、前記被転写樹脂層に転写する凹凸パターンの反転パターンを有するモールドを押し付けた状態で前記被転写樹脂層に活性エネルギー線を照射して前記被転写樹脂層を硬化させて透明樹脂層を形成し、
前記透明樹脂層上に導電性の金属又は金属酸化物からなる偏光層を形成する工程を備え、
前記モールドは、前記反転パターンが延びる方向が互いに異なる複数の反転パターン領域を有する、偏光板の製造方法。
前記複数の反転パターン領域は、互いに異なる高さ位置に設けられる、請求項７に記載の偏光板の製造方法。
前記モールドは、樹脂製モールドである、請求項７又は請求項８に記載の偏光板の製造方法。