KR20070042079A

KR20070042079A - 와이어 그리드 편광판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20070042079A
Application number: KR1020060100128A
Authority: KR
Inventors: 히로시 야마끼; 유스께 사또오; 다꾸지 나마따메; 야스유끼 가와즈
Original assignee: 아사히 가세이 가부시키가이샤
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2007-04-20
Also published as: KR20080101833A; KR100894939B1; CN1952700A; EP2090909A8; TWI321663B; EP2090909A1; KR100888303B1; EP1775607A1; EP2090909B1; TW200728786A; CN1952700B

Abstract

본 발명의 와이어 그리드 편광판은 격자형 볼록부(1a)를 갖는 수지 기재(1)와, 상기 수지 기재(1)의 볼록부(1a) 및 그 측면(1b) 중 적어도 일부를 덮도록 설치된 유전층(2)과, 상기 유전체층 상에 설치된 금속 와이어(3)로 주로 구성되어 있다. 이 와이어 그리드 편광판에 따르면, 격자형 볼록부를 갖는 미세 요철 격자 구조를 갖고, 구성상의 제약이 없고, 게다가 가시광 영역의 광대역에 걸쳐서 우수한 편광도와 투과율을 양립할 수 있다.

와이어 그리드 편광판, 수지 기재, 유전체층, 금속 와이어, 요철 격자

Description

와이어 그리드 편광판 및 그 제조 방법{WIRE GRID POLARIZER AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 와이어 그리드 편광판의 일부를 도시하는 개략 단면도.

도2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시 형태에 관한 와이어 그리드 편광판의 제조 방법에 관련된, 요철 격자를 갖는 피연신 부재를 얻기 위한 방법을 설명한 단면도.

도3의 (a), (b)는 본 발명의 실시 형태에 관한 와이어 그리드 편광판의 제조 방법에 관련된, 자유단 1축 연신 전후의 피연신 부재의 상면도.

도4의 (a) 내지 (g)는 본 발명의 실시 형태에 관한 와이어 그리드 편광판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.

도5는 본 발명의 실시 형태에 관한 와이어 그리드 편광판을 이용한 액정 표시 장치를 도시하는 도면.

도6의 (a)는 본 발명의 실시 형태에 관한 격자형 볼록부 전사 필름의 단면의 대표적인 SEM상.

도6의 (b)는 본 발명의 실시 형태에 관한 유전체 적층 격자형 볼록부 전사 필름의 단면의 대표적인 SEM상.

도6의 (c)는 본 발명의 실시 형태에 관한 와이어 그리드 편광판의 단면의 대표적인 SEM상.

도7은 제2 비교예의 와이어 그리드 편광판의 단면의 대표적인 SEM상.

도8은 본 발명의 실시 형태에 관한 와이어 그리드 편광판 및 비교예의 와이어 그리드 편광판의 편광 특성을 나타내는 특성도.

도9는 본 발명의 실시 형태에 관한 와이어 그리드 편광판 및 비교예의 와이어 그리드 편광판의 광선 투과율 특성을 나타내는 특성도.

도10은 와이어 그리드 편광자를 도시하는 개략 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 수지 기재

2 : 유전체층

3 : 금속 와이어

4 : 스탬퍼

5 : 피연신 부재

11 : 조명 장치

12 : 편광판

101 : 유리 기판

102 : 유전체막

103 : 도전 소자

[문헌 1] 일본 특허 공표 제2003-502708호 공보

본 발명은 와이어 그리드 편광판과 그 제조 방법 및 그것을 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.

최근의 포토리소그래피 기술의 발달에 의해 광의 파장 레벨의 피치를 갖는 미세 구조 패턴을 형성할 수 있도록 되었다. 이와 같이 매우 작은 피치의 패턴을 갖는 부재나 제품은 반도체 분야뿐만 아니라, 광학 분야에 있어서 이용 범위가 넓어 유용하다.

예를 들어, 금속 등으로 구성된 도전체 선이 특정한 피치로 격자형으로 배열하여 이루어지는 와이어 그리드는 그 피치가 입사광(예를 들어, 가시광의 파장 400 ㎚ 내지 800 ㎚)에 비해 매우 작은 피치(예를 들어, 2분의 1 이하)이면, 도전체 선에 대해 평행하게 진동하는 전장(電場) 벡터 성분의 광을 대부분 반사하고, 도전체 선에 대해 수직인 전장 벡터 성분의 광을 대부분 투과시키기 때문에, 단일 편광을 만들어내는 편광판으로서 사용할 수 있다. 와이어 그리드 편광판은 투과하지 않은 광을 반사하여 재이용할 수 있으므로, 광의 유효 이용의 관점으로부터도 바람직한 것이다. 그러나, 기존의 포토리소그래피 기술에서는 100 ㎠ 이상의 대면적이고 120 ㎚ 레벨 또는 그 이하의 피치인 미세 요철 격자를 실현하는 것이 어려운 것이 현실이었다.

최근, 작은 피치의 미세 요철 격자를 갖는 와이어 그리드 편광자가 개발되어 있다(일본 특허 공표 제2003-502708호 공보). 이 와이어 그리드 편광자는, 도10에 도시한 바와 같이 유리 기판(101)의 격자형 볼록부(101a) 상에 유전체막(102)을 거쳐서 도전 소자(103)가 형성된 구성으로 되어 있다. 이 와이어 그리드 편광자는 유리 기판(101)의 베이스부(X)의 굴절률보다도 격자형 볼록부(101a)와 유전체막(102)을 맞춘 두께의 영역(Y)의 굴절률이 낮게 설정되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 광의 투과, 반사 특성이 급격하게 변화되는 공명 현상이 일어나는 공명 포인트를 단파장측으로 시프트 시켜 투과와 반사의 효율을 높게 할 수 있다.

그러나, 상술한 와이어 그리드 편광자는 회절 격자로서 이용하는 경우의 가시광 스펙트럼 내의 공명을 고려해야만 해, 가시광의 저파장 영역에 있어서 충분한 편광도를 얻을 수 없다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 가시광 영역의 광대역에 걸쳐서 우수한 편광도와 투과율을 양립하는 와이어 그리드 편광판 및 그 제조 방법 및 그 와이어 그리드 편광판을 이용한 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판은 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재(基材)와, 상기 수지 기재의 격자형 볼록부 및 그 측면 중 적어도 일부를 덮도록 설치된 유전체층과, 상기 유전체층 상에 설치된 금속 와이어를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판에 있어서는, 상기 격자형 볼록부의 정상부보다 상방의 유전체층을 포함하는 영역의 굴절률이 상기 수지 기재의 굴절률보다도 높은 것이 바람직하다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판에 있어서는, 상기 유전체층의 굴절률이 상기 수지 기재의 굴절률보다도 높은 것이 바람직하다.

본 발명의 편광판에 있어서는, 상기 수지 기재의 격자형 볼록부의 피치가 120 ㎚ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판에 있어서는, 상기 유전체층은 산화티탄, 산화셀륨, 산화지르코늄, 산화알루미늄, 산화이트륨, 산화규소, 질화규소, 질화알루미늄 또는 이들 복합물로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판에 있어서는, 상기 금속 와이어는 알루미늄, 또는 그 합금으로 이루어지는 금속으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판에 있어서는, 상기 금속 와이어가 상기 유전체층의 한쪽 측면에 치우쳐 설치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판에 있어서는, 단위 치수가 100 ㎠ 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 액정 표시 장치는 액정 패널과, 상기 액정 패널에 광을 조사하는 조명 수단과, 상기 액정 패널과 상기 조명 수단 사이에 배치된 상기 와이어 그리드 편광판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액정 표시 장치에 있어서는 상기 액정 패널이 투과형 액정 패널인 것이 바람직하다.

본 발명의 액정 표시 장치는 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 편광 분리하는 상기 와이어 그리드 편광판과, 상기 편광판에 의해 편광된 광을 투과 또는 반사하는 액정 표시 소자와, 상기 액정 표시 소자를 투과 또는 반사한 광을 스크린에 투사하는 투사 광학계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판의 제조 방법은 표면에 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재의, 상기 격자형 볼록부를 포함하는 영역 상에 유전체층을 형성하는 공정과, 상기 유전체층 상에 금속 와이어를 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판의 제조 방법에 있어서는, 상기 표면에 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재는 표면에 100 ㎚ 내지 100 ㎛ 피치의 요철 격자를 갖는 피연신 부재를, 상기 요철 격자의 길이 방향과 대략 직교하는 방향의 상기 피연신 부재의 폭을 자유자재로 한 상태에서, 상기 길이 방향과 대략 평행한 방향으로 1축 연신함으로써 제작하는 것이 바람직하다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판의 제조 방법에 있어서, 상기 수지 기재의 격자형 볼록부 형상은 표면에 100 ㎚ 내지 100 ㎛ 피치의 요철 격자를 갖는 피연신 부재를, 상기 요철 격자의 길이 방향과 대략 직교하는 방향의 상기 피연신 부재의 폭을 자유자재로 한 상태에서, 상기 길이 방향과 대략 평행한 방향으로 1축 연신한 것으로 제작한 미세 요철 격자를 갖는 형을 이용하여 미세 요철 격자를 전사에 의해 수지 기재에 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판의 제조 방법에 있어서는, 상기 금속 와이어를 형성하는 공정에 있어서, 상기 격자형 볼록부의 격자의 길이 방향과 수직으로 교차하는 평면 내에서 수지 기재면의 법선과 증착원이 이루는 각도가 30 °이하인 방향으로부터 금속을 적층하여 금속 와이어를 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 특징을 나타내는 수많은 새로운 점은 이 명세서에 첨부한 특허청구 범위 중에 상세하게 지적하고 있다. 본 발명과, 그 작동상의 이익과, 실시함으로써 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 예시하여 설명하고 있는 첨부 도면 및 기사를 참조해야 한다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, (1) 본 발명의 와이어 그리드 편광판, (2) 본 발명의 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재를 얻는 방법, (3) 본 발명의 와이어 그리드 편광판의 제조 방법의 순으로 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

(1) 본 발명의 와이어 그리드 편광판

도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 와이어 그리드 편광판의 일부를 도시하는 개략 단면도이다. 도1에 도시하는 와이어 그리드 편광판은 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재(1)[이하, 수지 기재(1)라고도 함]와, 상기 수지 기재의 격자형 볼록부(1a)[이하, 볼록부(1a)라고도 함] 및 그 측면(1b) 중 적어도 일부를 덮도록 설치된 유전체층(2)과, 상기 유전체층(2) 상에 설치된 금속 와이어(3)로 주로 구성되어 있다.

수지 기재(1)에 이용하는 수지는 가시광 영역이고 실질적으로 투명한 수지이 면 된다. 예를 들어, 폴리메타크릴산메틸 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스틸렌 수지, 시클로올레핀 수지(COP), 가교 폴리에틸렌 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 변성 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리에테르 술폰 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르케톤 수지 등의 비정질 열가소성 수지나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 방향족 폴리에스테르 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지 등의 결정성 열가소성 수지나, 아크릴계, 에폭시계, 우레탄계 등의 자외선(UV) 경화성 수지나 열경화성 수지를 들 수 있다. 또한, 기재로서 수지 기재(1)인 자외선 경화성 수지나 열경화성 수지와, 유리 등의 무기 기판, 상기 열가소성 수지, 트리아세테이트 수지를 조합한 구성으로 할 수도 있다.

본 발명의 수지 기재의 격자형 볼록부(1a)의 피치는 가시광 영역의 광대역에 걸치는 편광 특성을 고려하면, 120 ㎚ 이하이고, 바람직하게는 80 ㎚ 내지 120 ㎚이다. 피치가 작아질수록 편광 특성이 양호해지지만, 가시광에 대해서는 80 ㎚ 내지 120 ㎚의 피치로 충분한 편광 특성을 얻을 수 있다. 또한, 400 ㎚ 근방의 단파장 광의 편광 특성을 중시하지 않은 경우에는 피치를 150 ㎚ 정도까지 크게 할 수도 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 수지 기재의 격자형 볼록부(1a)의 피치와, 유전체층의 피치와, 금속 와이어의 피치는 본 발명의 와이어 그리드의 피치와 대략 동등하고, 도1에 있어서 p로 나타낸다.

또한, 수지 기재(1)의 볼록부(1a)의 마루와 오목부(1c)의 골의 높이의 차(H₁)[이하, 볼록부(1a)의 높이라 함]는 양호한 광학 특성을 얻기 위해, 기재와 유전체층(2)의 높은 밀착 강도를 얻기 위해, 또한 볼록부(1a) 상에 유전체층을 선택적으로 높게 피복하기 위해, 격자형 볼록부(1a)의 피치(p)의 0.5배 내지 2.0배이고, 1.0배 내지 2.0배인 것이 바람직하다.

볼록부(1a)의 높이의 2분의 1의 높이에 있어서의 볼록부(1a)의 폭[이하, 볼록부(1a)의 폭이라 함]은 격자형 볼록부(1a)의 측면으로의 유전체층의 피복 및 유전체층을 경유한 금속 와이어의 적층을 고려하여 와이어 그리드 피치의 0.3배 내지 0.6배인 것이 바람직하다.

격자형 볼록부(1a)나, 복수의 격자형 볼록부에 의해 형성되는 미세 요철 격자의 오목부(1c)의 단면 형상에 제한은 없다. 예를 들어, 이들 단면 형상은 사다리꼴형, 직사각형, 사각형, 프리즘형이나, 반원형 등의 정현파형이라도 좋다. 여기서, 정현파형이라 함은, 오목부와 볼록부의 반복으로 이루어지는 곡선부를 갖는 것을 의미한다. 또한, 곡선부는 만곡된 곡선이면 좋고, 예를 들어 볼록부에 잘록함이 있는 형상도 정현파형에 포함한다. 상기 수지 기재의 격자형 볼록부 및 그 측면 중 적어도 일부를 유전체층이 덮기 쉽게 하는 관점으로부터, 상기 형상의 단부 또는 정상점, 마루는 완만한 곡률을 갖고 만곡되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 수지 기재와 유전체층 사이의 밀착 강도를 높게 하는 관점으로부터 상기 단면 형상은 정현파형인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재를 얻는 방법에 특별히 한정은 없 지만, 본 출원인의 일본 특허 출원 제2006-2100호에 기재된 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 상세한 것은 후술한다.

본 발명에 있어서 유전체층(2)을 구성하는 유전체는 가시광 영역에서 실질적으로 투명하면 된다. 수지 기재(1)를 구성하는 재료 및 금속 와이어(3)를 구성하는 금속 사이의 밀착성이 높은 유전체 재료를 적절하게 이용할 수 있다. 예를 들어, 규소(Si)의 산화물, 질화물, 할로겐화물, 탄화물의 단일물 또는 그 복합물(유전체 단일물에 다른 원소, 단일물 또는 화합물이 혼합된 유전체)이나, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 이트륨(Y), 지르코니아(Zr), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 바륨(Ba), 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 셀륨(Ce), 구리(Cu) 등의 금속의 산화물, 질화물, 할로겐화물, 탄화물의 단일물 또는 이들 복합물을 이용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 격자형 볼록부의 정상부보다 상방의 유전체층을 포함하는 영역의 굴절률이 상기 수지 기재의 굴절률보다도 높은 것이 바람직하다. 여기서, 격자형 볼록부의 정상부보다 상방의 유전체층을 포함하는 영역이라 함은, 도1의 B영역을 나타내고, 유전체층을 포함하는 영역이며, 수지 기재면과 대략 평행인 특정한 두께를 갖는 영역을 의미한다. 즉, 이 B영역은 수지 기재(1)의 격자형 볼록부(1a) 상의 유전체층을 포함하는 영역이다. 수지 기재의 굴절률은 도1의 A영역, 즉 수지 기재(1)의 격자형 볼록부(1a)를 포함하지 않는 영역의 굴절률이다. 또한, 본 발명에 있어서, 상기 유전체층의 굴절률이 상기 수지 기재의 굴절률보다도 높은 것이 바람직하다.

수지 기재보다 굴절률이 높아지도록 선택된 유전체로서는, 예를 들어 규소 또는 상기 금속의 산화물, 질화물의 단일물 또는 그 복합물이 바람직하다. 이들 중에서 산화규소, 산화티탄, 산화셀륨, 산화알루미늄, 산화이트륨, 산화지르코늄, 질화규소, 질화알루미늄 또는 이들 복합물이 더 바람직하다.

본 발명에 있어서, 수지 기재(1)와 금속 와이어(3) 사이의 충분한 밀착 강도를 얻기 위해, 유전체층(2)이 수지 기재의 격자형 볼록부(1a) 및 그 측면부(1b) 중 적어도 일부를 덮도록 설치되어 있다. 또한, 수지 기재(1)의 격자형 볼록부(1a)의 측면(1b)은 유전체층(2)에 의해 덮여 있는 것이 바람직하다. 격자형 볼록부(1a)와 유전체층(2) 사이의 밀착성을 향상시킨다는 관점과, 수지 기재로부터 발생하는 저분자량 휘발물을 억제한다는 관점으로부터, 유전체층(2)이 미세 요철 격자 전체를 피복하는 것이 보다 바람직하다. 격자형 볼록부(1a)와 유전체층(2) 사이의 밀착성이 향상됨으로써, 수지 기재와 유전체층 사이의 충분한 밀착 강도를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에서는 미세 요철 격자 형상에 있어서, 그 볼록부의 측면이나 오목부에 비해, 주로 그 볼록부 상에 유전체나 금속이 적층되는 것을 선택 적층이라 한다.

유전체층(2)의, 수지 기재의 격자형 볼록부(1a)로의 피복의 두께(이하, 유전체층의 높이라 함)는 광학 특성 및 수지 기재나 금속 와이어 사이의 밀착 강도, 와이어 그리드의 강도, 피복에 필요로 하는 시간, 금속 와이어를 유전체층의 볼록부에 선택적으로 또는 유전체층의 볼록부의 한쪽 측면에 치우쳐 선택적으로 적층 하는 것 등의 관점으로부터 2 ㎚ 내지 200 ㎚인 것이 바람직하다. 특히, 수지 기재 의 격자형 볼록부(1a)의 마루에 있어서의 유전체층의 높이는 5 ㎚ 내지 150 ㎚가 바람직하다. 또한, 유전체가 수지 기재의 격자형 볼록부(1a)를 피복하여 형성되는 요철 격자의 볼록부 마루와 오목부 골의 고저차(H₂)[이하, 고저차(H₂)라 함]는 금속 와이어의 다이 시트로서의 강도, 광학 특성 등을 고려하면 100 ㎚ 내지 300 ㎚인 것이 바람직하고, 150 ㎚ 내지 250 ㎚가 더 바람직하다.

고저차(H₂)의 2분의 1의 높이에 있어서의 유전체가 수지 기재의 격자형 볼록부(1a)를 피복하여 형성되는 요철 격자의 볼록부의 폭을 유전체층의 폭(w₂)(이하, 유전체층의 폭이라 함)이라 한다. 광학 특성 및 와이어 그리드의 구조 강도의 관점으로부터 유전체층의 폭(w₂)은 수지 기재의 격자형 볼록부의 피치의 0.3배 내지 0.6배가 되도록 하는 것이 바람직하지만, 금속의 적층 시에 후술하는 경사 적층법을 이용하는 경우, 유전체층의 폭(w₂)은 수지 기재의 격자형 볼록부의 피치의 0.1배 내지 0.5배가 바람직하다.

수지 기재의 격자형 볼록부 및 그 측면 중 적어도 일부에 유전체를 피복시키는 방법으로서는, 유전체층(2)을 구성하는 재료에 의해 적절하게 선택한다. 예를 들어, 스패터링법, 진공 증착법 등의 물리적 증착법을 적절하게 이용할 수 있다. 밀착 강도의 관점으로부터 스패터링법이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 금속 와이어(3)를 구성하는 금속은 가시광 영역에서 광의 반사율이 높고, 유전체층(2)을 구성하는 재료 사이의 밀착성이 높은 것이 바람직하 다. 예를 들어, 알루미늄, 은 또는 이들 합금으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 비용의 관점으로부터 알루미늄 또는 그 합금으로 구성되어 있는 것이 더 바람직하다.

금속 와이어(3)의 폭(w₃)은 편광도나 투과율 등의 광학 특성 및 와이어 그리드의 구조 강도의 관점으로부터 수지 기재의 격자형 볼록부의 피치의 0.3배 내지 0.6배인 것이 바람직하다.

수지 기재의 격자형 볼록부(1a)의 마루를 피복한 유전체층(2)의 볼록부 상에 적층한 금속 와이어(3)의 두께(H₃)(이하, 금속 와이어의 높이라 함)는 광학 특성이나 금속 와이어(3)와 유전체층(2)의 볼록부 사이의 밀착 강도, 와이어 그리드 편광판의 구조 강도, 적층에 필요로 하는 처리 시간을 고려하면, 120 ㎚ 내지 220 ㎚, 바람직하게는 140 ㎚ 내지 200 ㎚인 것이 바람직하다. 또한, 금속 와이어의 폭에 대한 금속 와이어의 높이의 비(H₃/w₃)(어스펙트비)는 2 내지 5가 바람직하고, 더 바람직하게는 2 내지 4이다.

금속 와이어를 형성하기 위해 금속을 유전체층 상에 적층하는 방법으로서는, 유전체층(2)을 구성하는 재료와 금속 와이어(3)를 구성하는 금속 사이에 충분한 밀착성을 얻을 수 있는 방법이면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 진공 증착법, 스패터링법, 이온 플레이팅법 등의 물리적 증착법을 적절하게 이용할 수 있다. 그 중에서도 금속을 유전체층(2)의 볼록부에 선택적으로, 또는 유전체층(2)의 볼록부의 한쪽 측면에 치우쳐 선택적으로 적층할 수 있는 방법이 바람직하다. 그와 같 은 방법으로서, 예를 들어 진공 증착법을 들 수 있다.

또한, 광학 특성의 관점으로부터 미세 요철 격자의 오목부의 바닥부 및 그 부근에 적층하는 금속의 양은 적을수록 좋다. 따라서, 이들 부분에 금속이 퇴적되는 것을 피하기 위해, 또는 퇴적된 경우에, 후술하는 에칭(에 의한 세정)을 용이하게 하는 것을 고려하면, 경사 적층법을 이용하여 금속을 적층하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 말하는 경사 적층법이라 함은, 미세 요철 격자의 격자 길이 방향과 수직으로 교차하는 평면 내에서 수지 기재면의 법선과의 이루는 각도(입사 각도)(θ)가 30°이하, 바람직하게는 10°내지 20°의 방향으로부터 금속을 적층하는 방법이다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판은 단위 치수가 100 ㎠ 이상인 것이 바람직하다. 본 발명의 와이어 그리드 편광판에 따르면, 수지 기재(1) 상에 격자형 볼록부를 전사에 의해 형성하고, 그 위에 유전체층(2) 및 금속 와이어(3)를 적층함으로써 제작 가능한 것이므로, 이와 같이 단위 치수가 100 ㎠ 이상인 비교적 큰 판형체를 얻을 수 있다. 이로 인해, 예를 들어 대화면의 디스플레이에 사용하는 경우에 있어서도 접합 부분의 수를 가능한 한 적게 할 수 있다. 이 경우, 접합 부분의 접합선을 100 ㎚ 내지 100 ㎛의 선 폭이고, 광을 투과하지 않는 구조로 하는 것이 바람직하다.

상기에 서술한 바와 같이, 본 발명의 와이어 그리드 편광판은 수지 기재(1)와 금속 와이어(3) 사이에 이들과 밀착성이 높은 유전체층(2)을 설치하고 있다. 이로 인해, 수지 기재(1)가 확실하게 유전체층(2)을 지지하여 유전체층(2)을 수직 설치할 수 있다. 그 결과, 금속 와이어의 높이를 비교적 높게 할 수 있다. 수지 기재 상에 형성된 매우 미세한 피치를 갖는 금속 와이어 그리드에 의해 피편광 광의 영역인 가시광 영역의 대략 전체 영역에 걸쳐서 99.9 ％ 이상의 편광도를 발휘할 수 있다. 이 경우에 있어서, 각각의 금속 와이어가 실질적으로 약 10 ㎝ 이상의 길이를 갖고, 금속 와이어의 폭방향에 6 × 10⁴개/㎝ 이상 동일 간격의 피치이고 광학적으로 대략 평행하게 배열되어 있는 것이 바람직하다.

(2) 본 발명의 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재를 얻는 방법

본 발명의 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재를 얻는 방법에 특별히 한정은 없지만, 본 출원인의 일본 특허 출원 제2006-2100호에 기재된 방법(본 발명에서는, 방법 Ⅰ과 방법 Ⅱ로 나누어 그 개요를 설명함)을 이용하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 본 발명의 피치가 120 ㎚ 이하인 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재를 얻는 방법 Ⅰ로서, 표면에 100 ㎚ 내지 100 ㎛ 피치의 요철 격자를 갖는 피연신 부재를 상기 요철 격자의 길이 방향(격자형 볼록부의 격자와 평행한 방향)과 대략 직교하는 방향의 상기 피연신 부재의 폭을 자유자재로 한 상태에서 상기 길이 방향과 대략 평행한 방향으로 자유단 1축 연신 가공함으로써 제작하는 것이 바람직하다. 이 결과, 상기 피연신 부재의 요철 격자의 볼록부의 피치가 축소되어 피치가 120 ㎚ 이하인 미세 요철 격자를 갖는 수지 기재(연신 종료된 부재)를 얻을 수 있다. 요철 격자의 피치는 100 ㎚ 내지 100 ㎛의 범위로 설정하지만, 요구하는 미세 요철 격자의 피치나 연신 배율에 따라서 적절하게 변경할 수 있다.

여기서, 피연신 부재라 함은, 본 발명에 이용하는 수지 기재로서 상기한 비정질 열가소성 수지나 결정성 열가소성 수지로 구성된 판형체, 필름형체, 시트형체 등의 투명한 수지 기재를 예로 들 수 있다. 이 피연신 부재의 두께나 크기 등에 대해서는 1축 연신 처리가 가능한 범위이면 특별히 제한은 없다.

또한, 표면에 100 ㎚ 내지 100 ㎛ 피치의 요철 격자를 갖는 피연신 부재를 얻기 위해서는, 레이저광을 이용한 간섭 노광법이나 절삭법 등으로 형성한 100 ㎚ 내지 100 ㎛ 피치의 요철 격자를 갖는 형을 이용하여 피연신 부재에 그 요철 격자 형상을 열프레스 등의 방법으로 전사하면 된다. 또한, 간섭 노광법이라 함은, 특정한 파장의 레이저광을 각도(θ')의 2개의 방향으로부터 조사하여 형성되는 간섭 무늬를 이용한 노광법이고, 각도(θ')를 변화시킴으로써 사용하는 레이저의 파장의 범위 내에서 다양한 피치를 갖는 요철 격자의 구조를 얻을 수 있다. 간섭 노광에 사용할 수 있는 레이저로서는, TEM₀₀ 모드의 레이저로 한정되고, TEM₀₀ 모드의 레이저를 발진할 수 있는 자외광 레이저로서는, 아르곤 레이저(파장 364 ㎚, 351 ㎚, 333 ㎚)나, YAG 레이저의 4배파(파장 266 ㎚) 등을 들 수 있다.

본 발명에 있어서의 1축 연신 처리는, 우선 상기 피연신 부재의 폭방향(요철 격자의 길이 방향과 직교하는 방향)은 자유자재로 한 상태에서, 상기 피연신 부재의 요철 격자의 길이 방향을 1축 연신 처리 장치에 고정한다. 계속해서, 피연신 부재가 연화되는 적당한 온도까지 가열하고, 그 상태에서 적당한 시간 유지한 후, 상기 길이 방향과 대략 평행한 일방향으로 적당한 연신 속도이고, 목표로 하는 미 세 요철 격자의 피치에 대응하는 연신 배율까지 연신 처리한다. 마지막으로, 연신 상태를 유지한 상태에서 재료가 경화되는 온도까지 피연신 부재를 냉각함으로써, 피치가 120 ㎚ 이하인 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재를 얻는 방법이다. 이 1축 연신 처리를 행하는 장치로서는, 통상의 1축 연신 처리를 행하는 장치를 이용할 수 있다. 또한, 가열 조건이나 냉각 조건에 대해서는 피연신 부재를 구성하는 재료에 따라서 적절하게 결정한다.

또한, 본 발명의 피치가 120 ㎚ 이하인 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재를 얻는 방법 Ⅱ는 표면에 피치가 120 ㎚ 이하인 미세 요철 격자를 갖는 형을 이용하여, 본 발명에서 이용하는 상기 수지 기재의 표면에 미세 요철 격자를 전사하여 성형하는 방법이다. 여기서, 표면에 피치가 120 ㎚ 이하인 미세 요철 격자를 갖는 형은 상기 방법 Ⅰ에 의해 얻은, 피치가 120 ㎚ 이하인 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재를 차례로 도전화 처리, 도금 처리, 수지 기재의 제거 처리를 실시함으로써 제작할 수 있다.

이 방법에 따르면, 이미 피치가 120 ㎚ 이하인 격자형 볼록부를 갖는 형을 이용하므로, 복잡한 연신 공정을 거치지 않고 본 발명에서 이용하는 피치가 120 ㎚ 이하인 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재를 양산하는 것이 가능해진다. 또한, 방법 Ⅰ, 방법 Ⅱ를 적당히 조합, 반복하여 이용함으로써 비교적 큰 피치를 갖는 요철 격자로부터 보다 미세한 요철 격자를 제작하는 것도 가능해진다.

(3) 본 발명의 와이어 그리드 편광판의 제조 방법

여기서, 상기 방법 Ⅰ 및 방법 Ⅱ에 의해 본 발명의 와이어 그리드 편광판을 제조하는 방법에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 도2의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 관한 상기 요철 격자를 갖는 피연신 부재를 얻기 위한 방법을 설명하기 위한 단면도이고, 도3의 (a), (b)는 본 발명에 관한 상기 요철 격자를 갖는 피연신 부재의, 자유단 1축 연신 전후의 상면에서 본 도면이다. 또한, 도4의 (a) 내지 (g)는 본 발명의 실시 형태에 관한 와이어 그리드 편광판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도1은 본 발명의 제조 방법에 의해 얻게 되는 와이어 그리드 편광판의 일부를 도시하는 개략 단면도이고, 도4의 (g)의 확대도이다.

ㆍ본 발명에서 이용하는 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재를 얻는 공정

우선, 도2의 (a)에 도시하는 표면에 100 ㎚ 내지 100 ㎛ 피치의 요철 격자(4a)를 갖는 형(스탬퍼)(4)을 준비한다. 이 스탬퍼(4)는 유리 기판 상에 레지스트 재료를 스핀 코팅에 의해 도포하여 레지스트층을 형성하고, 그 레지스트층에 대해 간섭 노광법을 이용하여 노광을 행하여 레지스트층을 현상한다. 이에 의해, 100 ㎚ 내지 100 ㎛ 피치의 요철 격자를 갖는 레지스트층을 얻을 수 있다. 계속해서, 레지스트층 상에 니켈이나 금을 스패터링하여 레지스트층을 도전화한다. 또한, 스패터링한 금속 상에 니켈의 전기 도금을 행하여 니켈판을 형성한다. 마지막으로, 니켈판을 유리판으로부터 박리하고, 니켈판으로부터 레지스트층을 제거함으로써 표면에 100 ㎚ 내지 100 ㎛ 피치의 요철 격자를 갖는 스탬퍼(4)를 제작할 수 있다. 또한, 스탬퍼(4)의 제작 방법으로서는, 상기 방법으로 한정되지 않고, 다른 방법을 이용해도 좋다.

계속해서, 도2의 (a) 및 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 피연신 부재(5)에 스 탬퍼(4)의 요철 격자(4a)측을 열프레스 등의 처리에 의해 압박하고, 피연신 부재(5)에 요철 격자(4a)의 패턴을 전사한다. 또한, 피연신 부재(5)는 구성 재료가 열가소성 수지인 경우에는 사출 성형이나 압출 성형 등에 의해 제작할 수 있다. 그리고, 스탬퍼(4)를 제거하면, 도2의 (c)에 도시한 바와 같이 스탬퍼(4)의 요철 격자(4a)가 전사된 요철 격자(5a)를 갖는 피연신 부재(5)를 얻을 수 있다.

계속해서, 이 피연신 부재(5)에 대해 폭방향을 자유자재로 한 자유단 1축 연신 처리를 실시한다. 즉, 도3의 (a)에 도시하는 피연신 부재(5)를 화살표 방향[요철 격자(5a)의 길이 방향에 대략 평행한 방향]으로 자유단 1축 연신한다. 이때, 피연신 부재(5)를 구성하는 재료가 연화되는 온도까지 가열하여 미세 요철 격자(5a)의 길이 방향과 대략 평행한 방향으로 피연신 부재(5)를 1축 연신하고, 연신 상태를 유지한 상태에서 상기 재료가 경화되는 온도까지 피연신 부재(5)를 냉각한다. 또한, 이들 가열 온도나 냉각 온도는 피연신 부재(2)를 구성하는 재료에 의해 적절하게 설정한다.

이 자유단 1축 연신 처리에 의해, 피연신 부재(5)는 화살표 방향으로 길이가 길어지고, 그것에 따라서 폭방향이 축소된다. 이에 의해, 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 120 ㎚ 레벨 또는 그 이하의 피치의 격자형 볼록부(5a')를 갖는 피연신 부재(연신 종료된 부재)(5')를 얻을 수 있다[도4의 (a)]. 또한, 연신 배율에 대해서는 준비하는 피연신 부재의 요철 격자의 피치와 필요로 하는 연신 종료된 부재의 미세 요철 격자의 피치를 기초로 하여 적절하게 설정한다.

계속해서, 이 연신 종료된 부재(5')를 이용하여 금형(6)을 얻는다. 구체적 으로는, 우선 도4의 (a)에 도시하는 연신 종료된 부재(5')의 격자형 볼록부(5a')를 갖는 측의 표면에, 예를 들어 증착법, 스패터링법, 무전해 도금법 등에 의해 금속막을 형성하여 도전화된다. 계속해서, 그 도전화된 면 상에 전기 도금법 등에 의해 금속층을 형성함으로써, 도4의 (b)에 도시한 바와 같이 연신 종료된 부재(5') 상에 금형(6)이 형성된다. 금속층의 두께는 특별히 제한은 없고, 금형(6)의 용도에 따라서 적절하게 설정된다.

마지막으로, 금형(6)으로부터 연신 종료된 부재(5')를 제거함으로써, 도4의 (c)에 도시한 바와 같이 120 ㎚ 레벨 또는 그 이하의 피치의 격자형 볼록부(6a)를 갖는 금형(6)을 얻을 수 있다. 금형(6)으로부터 연신 종료된 부재(5')를 제거하는 방법으로서는, 금형(6)을 연신 종료된 부재(5')로부터 물리적으로 박리하는 방법이나, 연신 종료된 부재(5')를 구성하는 재료만이 용해하는 용제를 이용하여 화학적으로 박리하는 방법 등을 이용할 수 있다.

이와 같이 하여 얻게 된 금형(6)은 120 ㎚ 레벨 또는 그 이하의 피치의 격자형 볼록부(6a)를 가지므로, 이를 상기 방법 Ⅱ의 형(마스터형)으로 하고, 도4의 (d)에 도시한 바와 같이 이 금형(6)(마스터형)을, 예를 들어 수지 기재로 압박하여 격자형 볼록부를 전사함으로써 본 발명에서 이용하는 120 ㎚ 레벨 또는 그 이하의 피치의 격자형 볼록부(1a)를 갖는 수지 기재(1)를 얻을 수 있다. 수지 기재의 표면으로의 격자형 볼록부를 갖는 구조의 형성 용이를 고려하면, 자외선 경화성 수지를 마스터형으로 도포한 후, 자외선을 조사하여 경화시켜 이형하거나, 혹은 열경화성 수지를 마스터형으로 도포한 후, 가열 경화시켜 이형함으로써, 격자형 볼록부를 전사하는 것이 바람직하다.

ㆍ격자형 볼록부를 갖는 수지 기재에 유전체층을 형성하는 공정

계속해서, 도4의 (e)에 도시한 바와 같이 유전체에서 수지 기재(1)의 격자형 볼록부(1a) 및 그 측면 중 적어도 일부를 피복하여 유전체층(2)을 형성한다. 예를 들어, 산화규소를 스패터링법에 의해 두께 2 ㎚ 내지 200 ㎚로 수지 기재(1)의 격자형 볼록부(1a) 및 그 측면 중 적어도 일부에 피복하면 된다. 이때, 유전체층은 격자형 볼록부의 측면이나 격자형 볼록부 사이의 오목부에 비해, 격자형 볼록부(1a)의 볼록부 상에 두껍게 형성된다. 유전체층의 형성에 있어서는, 격자형 볼록부의 상부의 폭이 하부보다도 넓은 언더컷 형상과 같은 형상으로 보정되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 금속 와이어를 효율적으로 유전체층(2) 상에 형성할 수 있다. 이와 같은 형상 보정의 방법으로서는, 역스패터링법 등을 이용할 수 있다.

ㆍ유전체층 상에 금속 와이어를 적층하는 공정

계속해서, 도4의 (f)에 도시한 바와 같이 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재(1) 상에 피복한 유전체층(2) 상에 금속을 적층한다. 예를 들어, Al 9를 진공 증착법에 의해 평균 두께가 120 ㎚ 내지 220 ㎚가 되도록 적층하면 된다. 이때, Al 9는 유전체로 피복된 격자형 볼록부의 측면이나 격자형 볼록부 사이의 오목부에 비해, 주로 격자형 볼록부 상에 선택 적층된다. 또한, 경사 적층법을 이용하여 유전체로 피복된 격자형 볼록부(1a) 사이의 오목부나, 볼록부의 편측 측면의 영역에 금속을 퇴적시키지 않도록 해도 좋다. 이 경사 적층법에 있어서는, 특히 격자형 볼록부(1a) 사이의 영역의 깊이를 고려하여 이 부분에 부착되는 Al량을 줄이고, 에 칭을 용이하게 하는 것을 고려하면, 상기 격자형 볼록부의 격자의 길이 방향과 수직으로 교차하는 평면 내에서 수지 기재면의 법선과의 이루는 각도가 30°이하(예를 들어, 10°내지 20°)의 방향으로부터 금속을 적층하여 금속 와이어를 형성하는 것이 바람직하다.

ㆍ미세 요철 격자에 부착된 불필요 금속의 제거 공정

계속해서, 필요에 따라서, 예를 들어 산 또는 알칼리의 에칭제를 이용하여 습식 에칭을 행한다. 상기 격자형 볼록부 사이의 오목부 영역의 Al 9 등의 부착물을 제거하거나, 금속 와이어의 볼록부끼리의 접촉을 해소하거나, 금속 와이어의 단면 형상을 상기 적정 범위로 수정할 수 있다.

이와 같은 공정에 의해, 도4의 (g) 혹은 도1에 도시한 바와 같이 지금까지 실현할 수 없었던 120 ㎚ 레벨 또는 그 이하의 피치의 미세 요철 격자를 갖는 와이어 그리드 편광판을 얻을 수 있다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판의 제조 방법에 따르면, 수지 기재 상에 격자형 볼록부를 전사하고, 그 위에 유전체층을 피복 및 금속 와이어를 적층한다는 포토리소그래피를 이용하여 제작하는 방법에 비해, 심플한 공정에서 제작 가능한 것이므로, 그 단위 치수가 100 ㎠ 이상인 비교적 큰 와이어 그리드 편광판을 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명에 관한 와이어 그리드 편광판을 액정 표시 장치에 이용한 경우에 대해 설명한다. 도5에 본 발명의 실시 형태에 관한 와이어 그리드 편광판을 이용한 액정 표시 장치의 일 형태를 나타낸다.

도5에 도시하는 액정 표시 장치는 광을 발광하는 백라이트와 같은 조명 장치(11)와, 이 조명 장치(11) 상에 배치된 와이어 그리드 편광판(12)과, 와이어 그리드 편광판(12) 상에 배치된 액정 패널(132) 및 편광판(133)으로 주로 구성된다. 즉, 본 발명에 관한 와이어 그리드 편광판(12)은 액정 패널(132)과 조명 장치(11) 사이에 배치된다.

액정 패널(132)은 투과형 액정 패널이고, 유리나 투명 수지 기판 사이에 액정 재료 등을 끼움 지지하여 구성되어 있다. 또한, 도5의 액정 표시 장치 중에 있어서, 통상 사용되고 있는 편광판 보호 필름, 위상차 필름, 확산판, 배향막, 투명 전극, 컬러 필터 등의 각종 광학 소자에 대해서는 설명을 생략한다.

이와 같은 구성의 액정 표시 장치에 있어서는 조명 장치(11)로부터 출사된 광이 와이어 그리드 편광판(12)의 수지 기재(1)의 기초부측으로부터 입사하고, 와이어측으로부터 액정 패널(132)을 통과하여 외계로 출사된다(도면 중 화살표 방향). 이 경우에 있어서, 와이어 그리드 편광판(12)이 가시광 영역에 있어서 우수한 편광도를 발휘하므로, 콘트라스트가 높은 표시를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 더 높은 콘트라스트가 요구되는 경우에는, 편광판(133)의 외측, 즉 조명 장치(11)와 반대의 방향으로부터 입사하는 (외)광이 액정 패널(132)을 투과하여 와이어 그리드 편광판(12)에 의해 반사되고, 다시 액정 패널(132)의 외측으로 복귀되는 것을 방지하기 위해, 와이어 그리드 편광판(12)과 액정 패널(132) 사이에 요오드 등의 2색성 색소를 이용한 흡수형의 편광판(131)을, 와이어 그리드 편광판(12)과 편광축을 맞추어 삽입하는 것이 바람직하다. 이 경우, 흡수형의 편광판은 투과율이 높은 것이 바람직하고, 편광도는 낮은 것이라도 좋다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판을 투사형 액정 표시 장치의 편광판에 이용할 수도 있다. 투사형 액정 표시 장치는 광원과, 그 광원으로부터의 광을 편광 분리하는 와이어 그리드 편광판과, 그 편광판에 의해 편광된 광을 투과 또는 반사하는 액정 표시 소자와, 그 액정 표시 소자를 투과 또는 반사한 광을 스크린에 투사하는 투사 광학계로 주로 구성된다. 즉, 본 발명에 관한 와이어 그리드 편광판은 광원과 액정 표시 소자 사이에 배치된다.

다음에, 본 발명의 효과를 명확하게 하기 위해 행한 실시예에 대해 설명한다.

(격자형 볼록부를 갖는 수지 기재의 제작)

ㆍ요철 격자 형상이 전사된 COP판의 제작

피치가 230 ㎚이고, 요철 격자의 높이가 230 ㎚인 요철 격자를 표면에 갖는 니켈 스탬퍼를 준비하였다. 이 요철 격자는 레이저 간섭 노광법을 이용한 패터닝에 의해 제작된 것이고, 그 단면 형상은 정현파형이고, 상면으로부터의 형상은 줄무늬형 격자 형상이었다. 또한, 그 평면 치수는 종횡 모두 500 ㎜였다. 이 니켈 스탬퍼를 이용하여 열프레스법에 의해 두께 0.5 ㎜, 종횡이 각각 520 ㎜인 시클로올레핀 수지(이하, COP라 약기함)판의 표면에 요철 격자 형상을 전사하고, 요철 격자 형상이 전사된 COP판을 제작하였다. 이 COP의 유리 전이 온도(Tg)는 105 ℃였다.

구체적으로, 열프레스는 다음과 같이 행하였다. 우선, 프레스기의 시스템 내를 진공 배기하고, 니켈 스탬퍼 및 COP판을 190 ℃까지 가열하였다. 니켈 스탬퍼 및 COP판이 190 ℃에 도달한 후, 프레스압 2 ㎫, 프레스 시간 4분으로 니켈 스탬퍼의 요철 격자를 COP판에 전사하였다. 또한, 프레스압을 2 ㎫로 유지한 상태에서 니켈 스탬퍼 및 COP판을 40 ℃까지 냉각한 후, 진공 개방하고, 계속해서 프레스압을 개방하였다. 프레스압을 개방하였을 때, 니켈 스탬퍼 및 COP판은 용이하게 이형하였다. 전계 방출형 주사형 전자 현미경(이하, FE-SEM이라 약기함)으로 요철 격자 형상이 전사된 COP판의 표면 형상을 관찰한 바, 니켈 스탬퍼의 요철 격자 형상이 충실하게 전사된 것이 확인되었다.

ㆍ연신에 의한 피치 축소

계속해서, 이 요철 격자 형상이 전사된 COP판을 520 ㎜ × 460 ㎜의 직사각형으로 잘라내고, 피연신 부재로서의 연신용 COP판으로 하였다. 이때, 520 ㎜ × 460 ㎜의 길이 방향(520 ㎜)과 요철 격자의 길이 방향이 서로 대략 평행해지도록 잘라냈다.

계속해서, 이 연신용 COP판의 표면에 스프레이에 의해 실리콘 오일을 도포하고, 약 80 ℃의 순환식 공기 오븐 중에 30분 방치하였다. 계속해서, 연신용 COP판의 길이 방향의 양단부 10 ㎜를 연신기의 척으로 고정하고, 그 상태에서 113 ±1 ℃로 온도 조절된 순환식 공기 오븐 중에 연신용 COP판을 10분간 방치하였다. 그 후, 250 ㎜/분의 속도로 척 사이의 거리가 5배 연신된 곳에서 연신을 종료하고, 20초 후에 연신된 COP판(연신 종료된 COP판)을 실온 분위기 하로 취출하여 척 사이의 거리를 유지한 상태로 냉각하였다. 이 연신 종료된 COP판의 중앙 부분 약 40 ％는 대략 균일하게 축소되어 있고, 가장 폭이 축소되어 있는 부분은 200 ㎜로 되어 있었다. 마찬가지로 하여, 척 사이의 거리만을 3.5배, 2.5배로 바꾸어 연신한 바, 연신 종료된 COP판 중앙부의 최소폭은 각각 240 ㎜, 280 ㎜로 되어 있었다.

이 연신 종료된 COP판 3종의 표면과 단면을 FE-SEM으로 관찰한 바, 미세 요철 격자의 피치와 높이는 각각 100 ㎚/95 ㎚(피치/높이), 120 ㎚ /113 ㎚, 140 ㎚/133 ㎚이고, 그 단면 형상은 정현파형이고, 상면으로부터의 형상은 줄무늬형 격자형으로 되어 있고, 실질적으로 연신 전의 요철 격자 형상과 유사하게 축소되어 있었던 것을 알 수 있었다.

ㆍ니켈 스탬퍼 제작

이렇게 하여 얻게 된 100 ㎚ 피치, 120 ㎚ 피치 및 140 ㎚ 피치의 연신 종료된 COP판 표면에 각각 도전화 처리로서 금을 스패터링에 의해 30 ㎚ 피복한 후, 각각 니켈을 전기 도금하여, 두께 0.3 ㎜, 격자의 길이 방향(이하, 세로라 함) 300 ㎜, 격자의 길이 방향과 수직인 방향(이하, 가로라 함) 180 ㎜의 니켈 스탬퍼를 제작하였다.

ㆍ자외선 경화 수지를 이용한 격자형 볼록부 전사 필름의 제작

두께 0.1 ㎜의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 필름(이하, PET 필름)에 자외선 경화 수지(스리본드사제 TB3078D, 굴절률 1.41)를 약 0.03 ㎜ 도포하고, 도포면을 아래로 하여 상기 100 ㎚ 피치, 120 ㎚ 피치 및 140 ㎚ 피치의 미세 요철 격자를 갖는 니켈 스탬퍼 상에 각각 단부로부터 니켈 스탬퍼와 필름 사이에 공기가 들어가지 않도록 적재하고, PET 필름측으로부터 중심 파장 365 ㎚의 자외선 램프를 이용하여 자외선을 1000 mJ/㎠ 조사하여 니켈 스탬퍼의 미세 요철 격자를 전사하였다. 계속해서, 니켈 스탬퍼로부터 PET 필름을 박리한 후, 질소 분위기 하에서 PET 필름에 자외선을 500 mJ/㎠ 조사하고 PET 필름 상의 자외선 경화 수지의 미경화 성분을 경화시켜 세로 300 ㎜, 가로 180 ㎜의 미세 격자가 전사된 필름(이하, 격자형 볼록부 전사 필름이라 함)을 제작하였다. 격자형 볼록부 전사 필름의 단면을 FE-SEM으로 관찰하여 격자형 볼록부 전사 필름의 볼록부의 높이(H₁)를 구하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다. 도6의 (a)는 격자형 볼록부 전사 필름의 단면의 대표적인 SEM상이다.

상술한 방법으로 얻게 된 격자형 볼록부 전사 필름을 본 발명의 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재로서 이용한다.

(와이어 그리드 편광판의 제작 : 제1 내지 제6 실시예)

ㆍ스패터링법을 이용한 유전체층의 형성

상기한 방법으로 제작한 3종류의 피치를 갖는 격자형 볼록부 전사 필름에 스패터링법을 이용하여 유전체층을 형성하였다. 본 실시예에서는 유전체로서 질화규소 또는 산화규소를 이용한 경우에 대해 설명한다. Ar 가스 압력 0.67 ㎩, 스패터링 파워 4 W/㎠, 피복 속도 0.22 ㎚/s로 유전체의 피복을 행하였다. 층두께 비교용 샘플로서 표면이 평활한 유리 기판을 격자형 볼록부 전사 필름과 동시에 장치에 삽입하여 평활 유리 기판(1)의 유전체 적층 두께가 20 ㎚가 되도록 성막을 행하였다. 유전체를 피복한 격자형 볼록부 전사 필름의 단면을 FE-SEM으로 관찰하여 고 저차(H₂)를 구하였다. 또한, 분광 엘립소메터(ellipsometer)를 이용하여 유전체 및 B 영역의 굴절률을 구하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다. 도6의 (b)는 유전체층 형성 후의 격자형 볼록부 전사 필름(이하, 유전체 적층 격자형 볼록부 전사 필름이라 함)의 단면의 대표적인 SEM상이다.

ㆍ진공 증착법을 이용한 금속의 증착

3종류의 피치를 갖는 격자형 볼록부 전사 필름에 유전체층을 형성한 후, 전자빔 진공 증착법(EB 증착법)을 이용하여 금속 와이어를 형성하였다. 본 실시예에서는 금속으로서 알루미늄(Al)을 이용한 경우에 대해 설명한다. 진공도 2.5 × 10^-3 ㎩, 증착 속도 4 ㎚/s, 상온 하에 있어서 Al의 증착을 행하였다. 층두께 비교용 샘플로서 표면이 평활한 유리 기판을 유전체 적층 격자형 볼록부 전사 필름과 동시에 장치에 삽입하여 평활 기판으로의 Al 증착 두께가 200 ㎚가 되도록 증착을 행하였다. 제1 내지 제5 실시예에서는 격자의 길이 방향과 수직으로 교차하는 평면 내에 있어서 기재면의 법선과 증착원이 이루는 각도(θ)를 10°로 하고, 제6 실시예만 20°로 하였다.

ㆍ에칭에 의한 불필요 금속의 제거

3종류의 피치를 갖는 격자형 볼록부 전사 필름에 유전체 및 Al을 적층한 후, 필름을 실온 하의 0.1 중량 ％ 수산화나트륨 수용액 중에서 처리 시간을 30 내지 90초 사이에서 10초 간격으로 바꾸면서 세정(에칭)하고, 곧 물세정하여 에칭을 정지시켰다. 필름을 건조시킨 후, 파장 550 ㎚의 광에 대한 편광도와 광선 투과율을 측정하여 편광도가 99.95 ％ 이상이고, 최대의 투과율을 나타내는 것(단, 제2 실시예에 대해서는 편광도가 99.99 ％ 이상이고, 최대의 투과율을 나타내는 것)을 선택하여 본 발명의 와이어 그리드 편광판으로 하였다. 와이어 그리드 편광판의 크기는 세로 300 ㎜, 가로 180 ㎜였다. 3종의 와이어 그리드 편광판의 단면을 FE-SEM으로 관찰하여 격자형 볼록부의 피치, 적층한 알루미늄의 높이 및 폭을 측정하였다. 그 결과를 표1에 병기한다. 도6의 (c)는 이렇게 하여 얻게 된 와이어 그리드 편광판의 단면의 대표적인 SEM상이다. 도6의 (c)로부터 알 수 있는 바와 같이, 수지 기재(자외선 경화 수지)(1) 상에 유전체층(2)이 형성되고, 유전체층(2) 상에 금속 와이어(Al)(3)가 형성되어 있다. 제작한 와이어 그리드 편광판에 대해 편광 성능 평가를 행하였다. 그 결과를 표1, 도8, 도9에 나타낸다.

제1 비교예로서, 격자형 볼록부 전사 필름 상에 유전체의 적층을 행하지 않은 것 이외에는 상기한 실시예와 마찬가지로 알루미늄의 증착을 행하여 0.1 중량 ％ 수산화나트륨 수용액 중에서 60초 세정하였다. 이 경우, 편광 성능을 발휘하는 데 필요한 Al의 와이어가 존재하지만, Al의 와이어가 기재의 격자형 볼록부로부터 부분적으로 박리되어, 평가할 수 있는 와이어 그리드 편광판을 제작하는 것은 불가능했다.

제2 비교예로서, 시판의 유리 기판을 기재로 한 와이어 그리드 편광판[MOXTEK Inc.제 ProFlux Polarizer PPLO3C(General Purpose)]을 사용하였다.

제3 비교예로서, 제2 비교예와 동일한 시판의 유리 기판을 기재로 한 와이어 그리드 편광판을 0.1 중량 ％ 수산화나트륨 수용액 중에서 20초 에칭하고, 곧 물세 정하여 에칭을 정지시켜 건조시켰다.

이들 와이어 그리드 편광판의 단면을 FE-SEM으로 관찰하여 격자형 볼록부의 피치, 금속 와이어의 높이 및 폭을 측정하였다. 그 결과를 표1에 병기한다. 제2 비교예의 와이어 그리드 편광판의 단면의 SEM상을 도7에 도시한다. 도7로부터 알 수 있는 바와 같이, 유리 기판 상에 금속 와이어(Al)가 형성되어 있다. 이들 와이어 그리드 편광판에 대해 실시예와 마찬가지로 하여 편광 성능 평가를 행하였다. 그 결과를 표1, 도8, 도9에 병기한다.

(분광 광도계에 의한 편광 성능 평가)

이렇게 하여 얻게 된 실시예 및 비교예의 와이어 그리드 편광판에 대해 분광 광도계를 이용하여 편광도 및 광선 투과율을 측정하였다. 여기서는, 직선 편광에 대한 평행 니콜, 직교 니콜 상태에서의 투과광 강도를 측정하고, 편광도, 광선 투과율은 하기식으로부터 산출하였다. 또한, 측정 파장 영역은 가시광으로서 400 ㎚ 내지 800 ㎚로 하였다. 도8에는 400 ㎚ 내지 800 ㎚에 걸치는 편광도의 변화를 나타내고, 도9에는 400 ㎚ 내지 800 ㎚에 걸치는 광선 투과율의 변화를 나타냈다.

편광도 ＝ [(Imax － Imin)/(Imax ＋ Imin)] × 100 ％

광선 투과율 ＝ [(Imax ＋ Imin)/2] × 100 ％

여기서, Imax는 평행 니콜 시의 투과광 강도이고, Imin은 직교 니콜 시의 투과광 강도이다.

도8로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 관한 와이어 그리드 편광판(제1, 제2, 제3, 제5 실시예)은 가시광 영역의 대략 전체 영역에 걸쳐서 우수한 편광 도를 나타냈다. 또한, 도9로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 관한 와이어 그리드 편광판은 가시광 영역의 대략 전체 영역에 걸쳐서 우수한 광선 투과율을 나타냈다. 한편, 비교예의 와이어 그리드 편광판은, 도8에 도시한 바와 같이 가시광 영역의 단파장측에 있어서, 편광도가 낮은 것이었다. 이와 같이, 본 발명에 관한 와이어 그리드 편광판은 미세 요철 격자를 갖고, 구성상의 제약이 없고, 게다가 가시광 영역의 광대역에 걸쳐서 우수한 편광도와 투과율을 양립하는 것을 알 수 있었다.

[표1]

	유전체 재료 *1	B영역의 평균 굴절률	P [nm]	H1 [nm]	H2 [nm]	H3 [nm]	W3 [nm]	편광도 [%] *2	투과율 [%] *2
제1 실시예	질화규소	1.59	140	128	165	153	67	99.96	42
제2 실시예	질화규소	1.59	140	128	165	180	69	99.99	38
제3 실시예	질화규소	1.56	120	110	141	151	54	99.97	43
제4 실시예	산화규소	1.24	120	110	155	153	54	99.97	41
제5 실시예	질화규소	1.56	100	92	128	145	45	99.99	43
제6 실시예	질화규소	1.56 *3	120	110	144	152	54	99.97	41
제1 비교예	없음		120	110	-	형성되지 않음	형성되지 않음	-	-
제2 비교예	-		144	-	-	180	70	99.89	44
제3 비교예			144	-	-	150	68	99.40	47

*1 산화규소의 굴절률: 1.49

질화규소의 굴절률: 2.05

*2 550 nm의 파장을 가진 빛의 광투과율 및 편광도의 값

*3 볼록부에 층착된 알루미늄으로 인한 알루미늄의 증착 전의 B 영역의 굴절률

본 발명에 따르면, 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재와, 상기 수지 기재의 격 자형 볼록부 및 그 측면 중 적어도 일부를 덮도록 설치된 유전체층과, 상기 유전체층 상에 설치된 금속 와이어를 구비하므로, 수지 기재와 유전체층과 금속 와이어 사이에서 충분한 밀착력이 있고, 가시광 영역의 광대역에 걸쳐서 우수한 편광도 및 투과율을 양립하는 와이어 그리드 편광판을 얻을 수 있다. 또한, 피치가 120 ㎚ 이하인 와이어 그리드 편광판을 얻을 수 있어, 더 우수한 편광도 및 투과율을 달성할 수 있다. 또한, 100 ㎠ 이상의 대면적의 와이어 그리드 편광판을 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않고, 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에 있어서의 치수, 재질 등은 예시적인 것이고, 적절하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 또한, 상기 실시 형태에 있어서의 편광판에 대해서는 판형의 부재일 필요는 없고, 필요에 따라서 시트형, 필름형이라도 좋다. 상기 실시 형태에 있어서는 와이어 그리드 편광판을 액정 표시 장치에 적용한 경우에 대해 설명하고 있지만, 본 발명은 편광이 필요해지는 액정 표시 장치 이외의 디바이스 등에 마찬가지로 적용할 수 있다. 그 밖의, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한, 적절하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다.

본 출원은 2005년 10월 17일 출원의 일본 특허 출원 제2005-301883호, 2005년 10월 17일 출원의 일본 특허 출원 제2005-301884호, 2006년 8월 30일 출원의 일본 특허 출원 제2006-232968호 및 2006년 8월 30일 출원의 일본 특허 출원 제2006-232968호를 기초로 하는 것이다. 이들 내용은 모두 여기에 포함해 둔다.

본 발명은 가시광 영역의 광대역에 걸쳐서 우수한 편광도와 투과율을 양립하는 와이어 그리드 편광판 및 그 제조 방법 및 그 와이어 그리드 편광판을 이용한 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

Claims

격자형 볼록부를 갖는 수지 기재와, 상기 수지 기재의 격자형 볼록부 및 그 측면 중 적어도 일부를 덮도록 설치된 유전체층과, 상기 유전체층 상에 설치된 금속 와이어를 구비하는 와이어 그리드 편광판.
제1항에 있어서, 상기 격자형 볼록부의 정상부로부터 상방의 유전체층을 포함하는 영역의 굴절률이 상기 수지 기재의 굴절률보다도 높은 와이어 그리드 편광판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유전체층의 굴절률이 상기 수지 기재의 굴절률보다도 높은 와이어 그리드 편광판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수지 기재의 격자형 볼록부의 피치가 120 ㎚ 이하인 와이어 그리드 편광판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유전체층은 산화티탄, 산화셀륨, 산화지르코늄, 산화알루미늄, 산화이트륨, 산화규소, 질화규소, 질화알루미늄 또는 이들의 복합물로 구성되어 있는 와이어 그리드 편광판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 와이어는 알루미늄 또는 그 합금으로 이루어지는 금속으로 구성되어 있는 와이어 그리드 편광판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 와이어가 상기 유전체층의 한쪽 측면에 치우쳐 설치된 와이어 그리드 편광판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 단위 치수가 100 ㎠ 이상인 와이어 그리드 편광판.
액정 패널과, 상기 액정 패널에 광을 조사하는 조명 수단과, 상기 액정 패널과 상기 조명 수단 사이에 배치된 제1항 또는 제2항에 기재된 와이어 그리드 편광판을 구비하는 액정 표시 장치.
제9항에 있어서, 상기 액정 패널이 투과형 액정 패널인 액정 표시 장치.
광원과, 상기 광원으로부터의 광을 편광 분리하는 제1항 또는 제2항에 기재된 와이어 그리드 편광판과, 상기 편광판에 의해 편광된 광을 투과 또는 반사하는 액정 표시 소자와, 상기 액정 표시 소자를 투과 또는 반사한 광을 스크린에 투사하는 투사 광학계를 구비하는 투사형 액정 표시 장치.
표면에 격자형 볼록부를 갖는 수지 기재의, 상기 격자형 볼록부를 포함하는 영역 상에 유전체층을 형성하는 공정과, 상기 유전체층 상에 금속 와이어를 형성하는 공정을 구비하는 와이어 그리드 편광판의 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 수지 기재의 격자형 볼록부 형상은 표면에 100 ㎚ 내지 100 ㎛ 피치의 요철 격자를 갖는 피연신 부재를, 상기 요철 격자의 길이 방향과 대략 직교하는 방향의 상기 피연신 부재의 폭을 자유자재로 한 상태에서, 상기 길이 방향과 대략 평행한 방향으로 1축 연신함으로써 제작하는 와이어 그리드 편광판의 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 수지 기재의 격자형 볼록부 형상은 표면에 100 ㎚ 내지 100 ㎛ 피치의 요철 격자를 갖는 피연신 부재를 상기 요철 격자의 길이 방향과 대략 직교하는 방향의 상기 피연신 부재의 폭을 자유자재로 한 상태에서, 상기 길이 방향과 대략 평행한 방향으로 1축 연신함으로써 제작한 미세 요철 격자를 갖는 형틀을 이용하여 미세 요철 격자를 전사에 의해 수지 기재에 형성하는 와이어 그리드 편광판의 제조 방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 와이어를 형성하는 공정에 있어서, 상기 격자형 볼록부의 격자의 길이 방향과 수직으로 교차하는 평면 내에서 수지 기재면의 법선과 증착원이 이루는 각도가 30°이하인 방향으로부터 금 속을 적층하여 금속 와이어를 형성하는 와이어 그리드 편광판의 제조 방법.