KR20080036995A - 그리드 편광자 및 그 제조법 - Google Patents

그리드 편광자 및 그 제조법 Download PDF

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KR20080036995A
KR20080036995A KR1020087001627A KR20087001627A KR20080036995A KR 20080036995 A KR20080036995 A KR 20080036995A KR 1020087001627 A KR1020087001627 A KR 1020087001627A KR 20087001627 A KR20087001627 A KR 20087001627A KR 20080036995 A KR20080036995 A KR 20080036995A
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도시히데 무라카미
아키요시 시부야
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니폰 제온 가부시키가이샤
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Abstract

투명 재료로 이루어지는 제1층과, 투명 재료로 이루어지는 제3층과, 제1층 및 제3층 사이에 제2층을 가지며, 제2층은 가늘고 길게 선형으로 뻗은 복수의 A층과, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 복수의 B층을 가지며, 이들 A층 및 B층이 교대로 복수 나란히 배치되고, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 A층은 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하고, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 B층은 기체를 포함하고, 제3층은 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물을 통하여 A층과 결합되어 있거나, 투명한 무기 산화물 또는 무기 질화물로 이루어지는 것이거나, 또는 다공질 물질로 이루어지는 것인, 그리드 편광자.

Description

그리드 편광자 및 그 제조법{GRID POLARIZER AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 광통신, 광기록, 센서, 화상 표시 장치 등에 사용되는 그리드 편광자 및 그 제조법에 관한 것으로서, 상세하게는, 내찰상성, 방오성을 가지면서 충분한 가요성과 강도를 갖는 그리드 편광자 및 그 제조법에 관한 것이다.
편광면을 자유로이 설정할 수 있는 편광자로서 그리드 편광자가 알려져 있다. 이는 다수의 선형 금속(와이어)을 일정한 주기로 평행하게 배열한 그리드 구조를 갖는 광학 부재이다. 이러한 금속의 그리드 구조를 형성하면, 그리드의 주기가 입사광의 파장보다 짧은 경우에, 그리드 구조를 형성하고 있는 선형 금속에 대하여 평행한 편광 성분은 반사하고, 수직한 편광 성분은 투과하기 때문에 단일 편광을 만들어 내는 편광자로서 기능한다. 이 그리드 편광자는 광통신에서는 아이솔레이터의 광부품으로서, 액정 표시 장치에서는 광의 이용률을 높여 휘도를 향상시키기 위한 부품으로서 이용하는 것이 제안된 바 있다.
특허 문헌 1에는, 도 31에 도시한 바와 같이, 가시 스펙트럼용 매립형 와이 어 그리드 편광자로서, 어떤 굴절률을 갖는 제1층(410)과, 제1층으로부터 분리되며 어떤 굴절률을 갖는 제2층(413)과, 제1층과 제2층 사이에 끼이며 요소 사이에 복수의 갭(412)을 형성한, 평행하게 이간된 가늘고 긴 요소의 어레이(411)로서, 갭이 제1층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 제공하는, 어레이를 포함하는 편광자가 제안되어 있다. 특허 문헌 1에서는 이 갭(412)에는 공기, 진공, 물, 불화마그네슘, 기름, 탄화수소를 포함할 수 있다고 개시하고 있다. 특허 문헌 1의 그리드 편광자는 제1층(411) 및 제2층(413)과 어레이(411)가 불화마그네슘 등의 저굴절률 물질을 통하여 결합되어 있다.
특허 문헌 2에는, 도 32에 도시한 바와 같이, 입사된 광 빔을 편광하는 매립식 와이어 그리드 편광자로서, 하나의 표면을 갖는 기재(414)와, 상기 표면 상에 배치된 상기 입사광의 파장보다 작은 그리드 간격으로 이격되는 복합 와이어(418)의 열을 가지고 있으며, 복합 와이어(418) 사이의 고랑부(415) 각각이 광학적인 유전 재료로 충전되고, 상기 복합 와이어 각각이 교대로 된 가늘고 긴 금속층(416) 및 가늘고 긴 유전층(417)으로 이루어지는 와이어 내 하부 구조를 가지며, 또한 교대로 된 가늘고 긴 금속 와이어(416)와 가늘고 긴 유전층(417)으로 이루어지는 상기 와이어 내 하부 구조가 적어도 2개의 상기 가늘고 긴 금속 와이어(416)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 매립식 와이어 그리드 편광자가 개시되어 있다. 특허 문헌 2에는 고랑부(415)에 충전되는 광학적 유전 재료로서 공기, 광학적으로 투명한 액체, 접착제 또는 젤을 들고 있다. 그리고, 복합 와이어 상에 유전 부재(419)가 적층되어 있다. 유전 부재(419)와 복합 와이어는 별도의 유전 부재를 통하여 결합하고 있다.
특허 문헌 3에는, 도 33에 도시한 바와 같이, 편광자를 갖는 편광 디바이스로서, 상기 편광자는, 광투과 기판(420), 상기 기판 상에 배치되는 주위 환경에 민감한 그리드 와이어(421) 및 상기 편광자를 포위하는 밀봉 포위 부재(423)를 가지며, 상기 포위 부재는 상기 편광 소자를 주위 환경으로부터 보호하기 위하여 불활성 분위기를 갖는 것을 특징으로 하는 편광 디바이스가 개시되어 있다. 이 불활성 분위기로서 진공, 불활성 가스가 개시되어 있다. 이 밀봉 포위 부재는 편광자의 측부에 부착된 스페이서(424)를 통하여 그리드 와이어에 접하지 않도록 설치되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 2003-519818호 공보(미국 특허 제6,288,840호 공보)
특허 문헌 2: 일본 특허 공개 2004-280050호 공보(미국 특허 제6,665,119호 공보)
특허 문헌 3: 일본 특허 공개 2005-513547호 공보(미국 공개 공보 2003-117708호 공보)
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명의 목적은 내찰상성, 방오성을 가지면서 충분한 가요성과 강도를 갖는 그리드 편광자를 제공하는 것에 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 검토한 결과, 투명 재료로 이루어지는 제1층과, 제1층에 적층된 제2층을 구비하고, 제2층이 가늘고 길게 선형으로 뻗은 A층과 가늘고 길게 선형으로 뻗은 B층을 가지며, 이들 A층 및 B층이 교대로 복수 나란히 배치되고, A층이 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하고, B층이 다공질 물질을 포함함으로써 내찰상성, 방오성을 가지면서 충분한 가요성과 강도를 갖는 그리드 편광자를 얻을 수 있음을 발견하였다.
또한 투명 재료로 이루어지는 제1층의 주면에 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하는 A층을 가늘고 길게 선형으로 뻗으면서 이간시켜 복수 나란히 형성하고, 이어서 제1층의 주면에 대하여 비스듬한 방향에서 증착하여, A층의 정상부 쌍방을 가교하면서 A층 사이에 있는 고랑부의 입구를 막는 제3층을 형성함으로써 제1층과 A층과 제3층에 둘러싸인 공간에 공기 또는 불활성 가스가 포함되고, 내찰상성, 방오성을 가지면서 충분한 가요성과 강도를 갖는 그리드 편광자를 얻을 수 있음을 발견하였다.
나아가 A층을 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물을 통하여 제1층 및/또는 제3층과 결합시킴으로써 내찰상성, 방오성을 가지면서 충분한 가요성과 강도를 갖는 그리드 편광자를 얻을 수 있음을 발견하였다.
본 발명은 이들 깨달음에 기초하여 더욱 검토를 거듭한 결과 완성되기에 이른 것이다.
이리하여 본 발명에는 이하의 것이 포함된다.
(1)투명 재료로 이루어지는 제1층과, 투명 재료로 이루어지는 제3층과, 제1층 및 제3층 사이에 제2층을 가지며, 제2층은, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 복수의 A층과, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 복수의 B층을 가지며, 이들 A층 및 B층이 교대로 나란히 배치되고, 상기 A층은 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하고, 상기 B층은 기체를 포함하고, 제3층은 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물을 통하여 A층과 결합되어 있거나, 투명한 무기 산화물 또는 무기 질화물로 이루어지는 것이거나, 또는 다공질 물질로 이루어지는 것인, 그리드 편광자.
(2)투명 재료로 이루어지는 제1층과, 투명 재료로 이루어지는 제3층과, 제1층 및 제3층 사이에 제2층을 가지며, 제1층은, 그 표면에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부가 서로 이간된 상태에서 복수 나란히 형성되고, 제2층은 상기 두둑부의 각각의 정상면 상에 이 두둑부를 따라 가늘고 길게 선형으로 뻗은 A층과, 서로 이웃하는 A층 및 두둑부 사이에 형성된 고랑부에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 B층을 가지며, 이들 A층 및 B층이 교대로 복수 나란히 배치되고, 상기 A층은 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하고, 상기 B층은 기체를 포함하고, 제3층은 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물을 통하여 A층과 결합되어 있거나, 투명한 무기 산화물 또는 무기 질화물로 이루어지는 것이거나, 또는 다공질 물질로 이루어지는 것인, 그리드 편광자.
(3)가늘고 길게 선형으로 뻗은 A'층이 상기 고랑부의 바닥면 상에 더 형성되어 있고, 이 A'층은 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하는 (2)에 기재된 그리드 편광자.
(4)B층이 기체를 포함하는 구멍을 갖는 다공질 물질을 포함하여 된 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 그리드 편광자.
(5)제3층이 다공질 물질로 이루어지고, 제3층은 상기 B층과 경계 없이 연속되어 있는 (4)에 기재된 그리드 편광자.
(6)제3층이 수지로 된 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 그리드 편광자.
(7)수지로 이루어지는 제4층을 더 가지며, 제1층, 제2층, 제3층, 제4층의 순서로 적층되어 있는 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 그리드 편광자.
(8)B층이 제1층, A층 및 제3층에 의해 둘러싸인 공간에 있는 공기 또는 불활성 가스로 이루어지는 층인 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 그리드 편광자.
(9)제3층이 무기 산화물 또는 무기 질화물로 이루어지는 (8)에 기재된 그리드 편광자.
(10)A층은 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물을 통하여 제1층 및/또는 제3층과 결합되어 있는 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 그리드 편광자.
(11)제1층이 수지로 이루어지는 것인 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 그리드 편광자.
(12)상기한 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 그리드 편광자와 다른 편광 광학 부재를 서로 중첩시킨 편광 소자.
(13)다른 편광 광학 부재가 흡수형 편광자이고, 그리드 편광자의 편광 투과축과 흡수형 편광자의 편광 투과축이 대략 평행한 (12)에 기재된 편광 소자.
(14)상기한 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 그리드 편광자를 구비하는 액정 표시 장치.
(15)투명 재료로 이루어지는 제1층의 주면에 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하는 A층을 가늘고 길게 선형으로 뻗으면서 이간시켜 복수 나란히 형성하고, 제1층의 주면에 대하여 비스듬한 방향에서 무기 산화물 또는 무기 질화물을 증착함으로써 이간된 상태에서 인접하는 A층의 정상부 사이에 걸쳐 해당 이간 부분을 막는 제3층을 형성하여 된, 제1층과 A층과 제3층에 둘러싸인 공간에 공기 또는 불활성 가스가 포함되어 있는 그리드 편광자의 제조법.
(16)가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부가 복수 나란히 이간된 상태에서 표면에 형성된 투명 재료로 이루어지는 제1층의 두둑부의 정상면 상에 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하는 A층을 이 두둑부를 따라 가늘고 길게 선형으로 뻗어 형성하고, 제1층의 주면에 대하여 비스듬한 방향에서 무기 산화물 또는 무기 질화물을 증착함으로써 이간된 상태에서 인접하는 A층의 정상부 사이에 걸쳐 해당 이간 부분을 막는 제3층을 형성하여 된, 제1층과 A층과 제3층에 둘러싸인 공간에 공기 또는 불활성 가스가 포함되어 있는 그리드 편광자의 제조법.
(17)투명 재료로 이루어지는 제1층과, 제1층 상에 적층된 제2층을 가지며, 제2층은, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 A층과, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 B층을 가지며, 이들 A층 및 B층이 교대로 복수 나란히 배치되고, 상기 A층은 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하고, 상기 B층은 다공질 물질을 포함하는, 그리드 편광자.
(18)투명 재료로 이루어지는 제1층과, 제1층 상에 적층된 제2층을 가지며, 제1층은, 그 표면에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부가 서로 이간된 상태에서 복수 나란히 형성되고, 제2층은, 상기 두둑부의 각각의 정상면 상에 이 두둑부를 따라 가늘고 길게 선형으로 뻗은 A층과, 서로 이웃하는 A층 및 두둑부 사이에 형성된 고랑부에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 B층을 가지며, 이들 A층 및 B층이 교대로 나란히 배치되고, 상기 A층은 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하고, 상기 B층은 다공질 물질을 포함하는, 그리드 편광자.
(19)가늘고 길게 선형으로 뻗은 A'층이 상기 고랑부의 바닥면 상에 더 형성되어 있고, 이 A'층은 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하는 (18)에 기재된 그리드 편광자.
(20)다공질 물질로 이루어지는 제3층을 더 가지며, 제1층, 제2층, 제3층의 순서로 적층되고, 이 제3층은 가늘고 길게 선형으로 뻗은 B층과 경계 없이 연속된 (17) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 그리드 편광자.
(21)수지로 이루어지는 제4층을 더 가지며, 제1층, 제2층, 제3층, 제4층의 순서로 적층되어 있는 (17) 내지 (20) 중 어느 하나에 기재된 그리드 편광자.
또한 본 명세서에서 "이상" "이하"라고 나타냈을 때에는 그 경계값을 포함한다. "미만" "초과"라고 나타냈을 때에는 그 경계값을 포함하지 않는다. 또한 " 내지 "로 표시된 범위의 경계값은 그 범위에 포함한다.
본 발명의 그리드 편광자를 구성하는 제1층 및 제3층은 투명 재료로 이루어지는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
투명 재료로는 유리, 무기 산화물, 무기 질화물, 다공질 물질, 투명 수지 등을 들 수 있으며, 제1층은 가요성을 고려하면 투명 수지가 바람직하다. 투명 수지는 가공성의 관점에서 수지의 유리 전이 온도가 60 내지 200℃인 것이 바람직하고, 100 내지 180℃인 것이 보다 바람직하다. 또한, 유리 전이 온도는 시차 주사 열량 분석(DSC)에 의해 측정할 수 있다.
투명 수지의 구체적인 예로는 폴리카보네이트 수지, 폴리에터설폰 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리이미드 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리설폰 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리염화바이닐 수지, 2아세트산 셀룰로스, 3아세트산 셀룰로스, 지환식 올레핀 폴리머 등을 들 수 있다. 이들 중 투명성, 저흡습성, 치수 안정성, 가공성의 관점에서 지환식 올레핀 폴리머가 적합하다. 지환식 올레핀 폴리머로는 일본 특허 공개 평 05-310845호 공보에 기재되어 있는 환상 올레핀 랜덤 다원 공중합체, 일본 특허 공개 평 05-97978호 공보에 기재되어 있는 수소 첨가 중합체, 일본 특허 공개 평 11-124429호 공보(미국 특허 제6,511,756호 공보)에 기재되어 있는 열가소성 다이사이클로펜타다이엔계 개환 중합체 및 그 수소 첨가물 등을 들 수 있다.
본 발명에 사용하는 투명 수지는 안료나 염료와 같은 착색제, 형광 증백제, 분산제, 열안정제, 광안정제, 자외선 흡수제, 내전 방지제, 산화 방지제, 윤활제, 용제 등의 배합제가 적당히 배합된 것일 수도 있다.
투명 수지로 이루어지는 제1층은 상기 투명 수지를 공지의 방법으로 성형함으로써 얻을 수 있다. 성형법으로는 예컨대 캐스트 성형법, 압출 성형법, 인플레이션 성형법 등을 들 수 있다.
제1층 및 제3층이 시트 또는 필름형의 투명 수지로 구성되어 있는 경우, 제1층 및 제3층의 평균 두께는 취급성의 관점에서 통상 5μm 내지 1mm, 바람직하게는 20 내지 200μm이다. 제1층 및 제3층은 400 내지 700nm의 가시 영역의 광의 투과율이 80% 이상이고, 평활한 면을 갖는 것이 바람직하다.
또한 제1층 및 제3층이 시트 또는 필름형의 투명 수지로 구성되어 있는 경우, 제1층 및/또는 제3층은 그 파장 550nm에서 측정한 리타데이션(Re)(Re=d×(nx-ny)로 정의되는 값, nx, ny는 제1층 또는 제3층의 면내 주굴절률(nx≥ny); d는 제1층 또는 제3층의 평균 두께임)에 의해 특별히 제한되지 않는다. 면내의 임의 2점의 리타데이션(Re)의 차(리타데이션 편차)은 바람직하게는 10nm 이하이고, 보다 바람직하게는 5nm 이하이다. 리타데이션 편차가 크면 액정 표시 장치에 사용한 경우에 표시면의 밝기에 불균일이 발생하기 쉬워진다.
본 발명의 그리드 편광자의 일 태양은, 제3층이 무기 산화물 또는 무기 질화물로 이루어지는 것이며, 무기 산화물 또는 무기 질화물은 저굴절률인 것이 바람직하다.
무기 산화물 또는 무기 질화물의 구체적인 예로는, 산화규소, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화타이타늄, 산화아연, 산화지르코늄, 질화규소, 질화알루미늄 등을 들 수 있다.
제3층을 구성하는 투명 재료로서 무기 산화물 또는 무기 질화물을 사용하는 경우에 있어서, 제3층의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 5 내지 500nm, 보다 바람직하게는 10 내지 300nm이다.
본 발명의 그리드 편광자의 다른 일 태양은, 제3층이 다공질 물질로 이루어지는 것이다.
다공질 물질의 구체적인 예로는, 후술하는 B층의 구체적인 예로서 기재되어 있는 다공질 물질과 동일한 것을 들 수 있다.
제3층을 구성하는 투명 재료로서 다공질 물질을 이용하는 경우에 있어서, 제3층의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 5 내지 500nm, 보다 바람직하게는 10 내지 300nm이다.
본 발명의 그리드 편광자를 구성하는 제2층은 가늘고 길게 선형으로 뻗은 A층과, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 B층을 가지며, 이들 A층 및 B층이 교대로 복수 나란히 배치되어 제1층에 적층되어 있다.
가늘고 길게 선형으로 뻗은 A층은 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함한다. 이 재료는 복소 굴절률의 실부와 허부 중 어느 하나가 크고, 그 차의 절대값이 1.0 이상인 재료 중에서 적당히 선택할 수 있다. 복소 굴절률의 실부와 허부의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료의 구체적인 예로는, 금속; 실리콘, 저마늄 등의 무기 반도체; 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리싸이오펜, 폴리-p-페닐렌 등의 도전성 폴리머, 및 이들 도전성 수지를 아이오딘, 3불화붕소, 5불화비소, 과염소산 등의 도펀트를 이용하여 도핑한 유기계 도전성 재료; 절연성 수지에 금, 은 등의 도전성 금속 미립자를 분산한 용액을 건조하여 얻어지는 유기-무기 복합계 도전성 재료 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 그리드 편광자의 생산성, 내구성의 관점에서는 금속 재료가 바람직하다. 가시 영역의 광을 효율적으로 편광 분리하기 위해서는 온도 25℃, 파장 550nm에서의 복소 굴절률의 실부(n) 및 허부(κ) 각각은 바람직하게는 n이 4.0 이하이고 κ가 3.0 이상이면서 그 차의 절대값 ｜n-κ｜이 1.0 이상인 것이고, 보다 바람직하게는 n이 2.0 이하이고 κ가 4.5 이상이면서 ｜n-κ｜가 3.0 이상인 것이다. 상기 바람직한 범위에 있는 것으로는, 은, 알루미늄, 크롬, 인듐, 이리듐, 마그네슘, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 안티몬, 주석 등을 들 수 있고, 상기 보다 바람직한 범위에 있는 것으로는 알루미늄, 인듐, 마그네슘, 로듐, 주석 등을 들 수 있다. 또한 상기 이외에, n이 3.0 이상이면서 κ가 2.0 이하의 범위에 있는 재료, 바람직하게는 n이 4.0 이상이면서 κ가 1.0 이하의 범위에 있는 재료도 적합하게 사용할 수 있다. 이러한 재료로는 실리콘 등을 들 수 있다. 복소 굴절률(N)은 전자파의 이론적 관 계식이며, 실부의 굴절률(n)과 허부의 소쇄 계수(κ)를 이용하여, N=n-iκ로 표현되는 것이다.
상세한 것은 분명하지 않으나, ｜n-κ｜의 값은 다음과 같은 의의를 갖는다. 먼저, n＜κ인 경우에 있어서는, κ가 보다 크고, n이 보다 작은 것일수록 바람직하다는 것을 나타내고 있다. κ가 큰 것일수록 도전성이 크고, A층의 방향으로 진동할 수 있는 자유 전자가 많아지기 때문에, 편광(A층에 (전장이) 평행한 방향의 편광)의 입사에 의해 발생하는 전계가 세지고, 상기 편광에 대한 반사율이 높아진다. A층의 폭이 작으므로, A층과 직교하는 방향으로는 전자는 움직일 수 없고, A층과 직교하는 방향의 편광에 대해서는 상기한 효과는 발생하지 않고 투과한다. 또한 n이 작은 쪽이 입사한 광의 매질 중에서의 파장이 커지기 때문에, 상대적으로 미세 요철 구조의 사이즈(선폭, 피치 등)가 작아져, 산란, 회절 등의 영향을 잘 받지 않게 되어, 광의 투과율(A층에 직교하는 방향의 편광), 반사율(A층에 평행한 방향의 편광)이 높아진다. 여기서 ｜n-κ｜가 1.0 이상이라는 것은, κ가 보다 크고, n이 보다 작은 것일수록 바람직하다는 것을 나타내고 있다.
한편 n＞κ인 경우에 있어서는, n이 보다 크고, κ가 보다 작은 것일수록 바람직하다는 것을 나타내고 있다. n이 큰 것일수록 A층과 그에 인접하는 부분(도 1에서는 다공질 물질)과의 굴절률(n)의 차가 커지고, 구조 복굴절이 발현되기 쉬워진다. 한편 κ가 크면 광의 흡수가 커지기 때문에 광의 손실을 막는 의미에서 κ는 작을수록 바람직하다. 여기서 ｜n-κ｜가 1.0 이상이라는 것은, n이 보다 크고, κ가 보다 작은 것일수록 바람직하다는 것을 나타내고 있다.
A층은 가늘고 길게 선형으로 뻗어 있으며, 이간되어 복수 나란히 형성되어 있다. 예컨대, 도 6 및 도 16에 도시한 바와 같이, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부가 복수 이간된 상태에서 나란한 표면 형상을 갖는 투명 재료로 이루어지는 제1층(310)의 두둑부의 정상면 상에 A층(311)이 적층된 구조를 이루고 있다. A층의 피치는 사용하는 광의 파장의 1/2 이하로 되어 있다. A층의 폭 및 높이는 가늘수록 투과 방향의 편광 성분의 흡수가 작아져 특성상 바람직하다. 가시 광선에 사용하는 그리드 편광자에서는 A층의 피치가 통상 50 내지 600nm이고, A층의 폭이 통상 25 내지 300nm, A층의 높이는 10 내지 500nm이다. A층은 통상 광의 파장보다 길게 뻗어 있으며, 바람직하게는 800nm 이상 뻗어 있다.
가늘고 길게 선형으로 뻗은 B층은 기체를 포함한다. B층은 제1층이 A층과 제3층에 의해 둘러싸이는 공간에 있는 공기 또는 불활성 가스로 이루어지는 층일 수도 있고, 기체를 포함하는 구멍을 갖는 다공질 물질을 포함하여 된 것일 수도 있다.
B층을 구성하는 다공질 물질은 미소한 공공을 다수 갖는 재료이며, 예컨대, 에어로젤을 들 수 있다. 에어로젤은 매트릭스 중에 미소한 공공이 분산된 투명성 다공질체이다. 공공의 크기는 대부분이 200nm 이하이며, 공공의 함유량은 통상 10 내지 60부피%, 바람직하게는 20 내지 40부피%이다. 에어로젤에는 실리카에어로젤과 중공 입자를 매트릭스 중에 분산시킨 다공질체가 있다.
실리카에어로젤은 미국 특허 제4,402,927호 공보, 미국 특허 제4,432,956호 공보 및 미국 특허 제4,610,863호 공보 등에 개시되어 있는 바와 같이, 알콕시실레 인의 가수분해 중합 반응에 의해 얻어진 실리카 골격으로 이루어지는 젤형 화합물을 알코올 또는 이산화탄소 등의 용매(분산매)로 습윤 상태로 만들고, 그리고 이 용매를 초임계 건조로 제거함으로써 제조할 수 있다. 또한 실리카에어로젤은 미국 특허 제5,137,279호 공보, 미국 특허 5,124,364호 공보 등에 개시되어 있는 바와 같이, 규산 나트륨을 원료로 하여 상기와 동일한 방법으로 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 일본 특허 공개 평 5-279011호 공보 및 일본 특허 공개 평 7-138375호 공보(미국 특허 제5,496,527호 공보)에 개시되어 있는 바와 같이, 알콕시실레인의 가수분해, 중합 반응에 의해 얻어진 젤형 화합물을 소수화 처리하여 실리카에어로젤에 소수성을 부여하는 것이 바람직하다. 이 소수성 실리카에어로젤은 습기나 물 등이 잘 침입하지 않게 되어 실리카에어로젤의 굴절률이나 광 투과성 등의 성능이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
중공 미립자가 매트릭스 중에 분산된 다공질체로는 일본 특허 공개 2001-233611호 공보 및 일본 특허 공개 2003-149642호 공보에 개시되어 있는 다공질체를 들 수 있다.
매트릭스에 사용하는 재료는 중공 미립자의 분산성, 다공질체의 투명성, 다공질체의 강도 등의 조건에 적합한 재료로부터 선택된다. 예컨대, 폴리에스터 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 염화바이닐 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 불소 수지, 실리콘 수지, 뷰티랄 수지, 페놀 수지, 아세트산 바이닐 수지, 알콕시실레인 등의 가수분해성 유기 규소 화합물 및 그 가수분해물 등을 들 수 있다.
이들 중에서도 중공 미립자의 분산성, 다공질체의 강도에서 아크릴 수지, 에 폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지, 가수분해성 유기 규소 화합물 및 그 가수분해물이 바람직하다.
중공 미립자는 특별히 제한되지 않으나, 무기 중공 미립자가 바람직하고, 특히 실리카계 중공 미립자가 바람직하다. 무기 중공 미립자를 구성하는 무기 화합물로는 SiO2, Al2O3, B2O3, TiO2, ZrO2, SnO2, Ce2O3, P2O5, Sb2O3, MoO3, ZnO2, WO3, TiO2-Al2O3, TiO2-ZrO2, In2O3-SnO2, Sb2O3-SnO2 등을 예시할 수 있다.
중공 미립자의 외각은 세공을 갖는 다공질의 것일 수도 있고, 또는 세공이 막혀 공동이 외각의 외측에 대하여 밀봉되어 있는 것일 수도 있다. 외각은 내측층과 외측층 등으로 이루어지는 다층 구조인 것이 바람직하다. 외측층의 형성에 불소 함유 유기 규소 화합물을 사용한 경우에는 중공 미립자의 굴절률이 낮아짐과 아울러 매트릭스에의 분산성도 양호해지며, 나아가 방오성을 부여하는 효과도 발생한다. 이 불소 함유 유기 규소 화합물의 구체적인 예로는, 3,3,3-트라이플루오로프로필트라이메톡시실레인, 메틸-3,3,3-트라이플루오로프로필다이메톡시실레인, 헵타데카플루오로데실메틸다이메톡시실레인, 헵타데카플루오로데실트라이클로로실레인, 헵타데카플루오로데실트라이메톡시실레인, 트라이데카플루오로옥틸트라이메톡시실레인 등을 들 수 있다.
외각의 두께는 통상 1 내지 50nm, 바람직하게는 5 내지 20nm이다. 또한 외각의 두께는 무기 중공 미립자의 평균 입자 지름의 1/50 내지 1/5의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한 공동에는 중공 미립자를 조제할 때 사용한 용매 및/또는 건조시에 침입하는 기체가 존재할 수도 있고, 공동을 형성하기 위한 전구체 물질이 공동에 잔존해 있을 수도 있다.
중공 미립자의 평균 입자 직경은 특별히 제한되지 않으나, 5 내지 2,000nm의 범위가 바람직하고, 20 내지 100nm가 보다 바람직하다. 여기서, 평균 입자 직경은 투과형 전자 현미경 관찰에 의한 수 평균 입자 지름이다.
본 발명의 B층에 포함되는 다공질 물질은 그 굴절률이 작은 것일수록 편광 분리 특성이 높아져 바람직한데, 굴절률이 작은 것은 기계적 강도가 떨어지기 때문에 광학 특성과 기계적 강도를 밸런싱시키는 것으로부터 선택하는 것이 바람직하다. 굴절률의 바람직한 범위는 1.03 내지 1.45, 보다 바람직하게는 1.10 내지 1.40인 것이다.
A층 및 B층은 각각 가늘고 길게 선형으로 뻗어 있으며, 그들이 교대로 복수 나란히 늘어서 있다. 예컨대, 도 21 및 도 22에 도시한 바와 같이, 투명 재료로 이루어지는 제1층(310) 상에 A층(311) 및 B층(312)이 각각 적층된 구조를 이루고 있다. A층과 B층은 대략 평행하게 나란히 늘어서 있다. 여기서 대략 평행이란, 예컨대, A층과 B층이 교차하지 않고, A층간의 피치가 넓어지거나 좁아진 경우라도, 예컨대 평균 피치의 ±5% 정도 이내에 들어가 있는 것을 말한다. A층의 피치는 사용하는 광의 파장의 1/2 이하로 되어 있다. A층의 폭 및 높이는 가늘수록 투과 방향의 편광 성분의 흡수가 작아져 특성상 바람직하다. 가시 광선에 사용하는 그리드 편광자에서는 A층의 피치가 통상 50 내지 600nm이고, A층의 폭이 통상 25 내지 300nm, A층의 높이는 10 내지 500nm이다. A층 및 B층은 통상 광의 파장보다 길게 뻗어 있으며, 바람직하게는 800nm 이상 뻗어 있다.
B층이, 제1층이 A층과 제3층에 둘러싸인 공간에 있는 공기 또는 불활성 가스로 이루어지는 것인 경우, B층을 구성하는 불활성 가스로는 질소, 아르곤 등을 들 수 있다.
A층은 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물을 통하여 제1층 및/또는 제3층과 결합되어 있다.
A층과, 제1층 및/또는 제3층과의 결합에 개재되는 화합물은, 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
이 화합물의 무기 재료에 결합하는 반응기는, A층에 포함되는 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료와의 친화력이 강하다. 한편, 유기 재료에 결합하는 반응기는 제1층 및/또는 제3층을 구성하는 투명 재료, 특히 투명 수지와의 친화력이 강하다. A층과, 제1층 및/또는 제3층과의 결합력은 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물에 의해 세진다. 따라서, A층과, 제1층 및/또는 제3층을 결합시키기 위하여 통상 행해지는 가열 압착 공정에 있어서, 가열 온도를 낮게 그리고 압착 압력을 낮게 할 수 있다. 그 결과, 제1층과 A층과 제3층에 둘러싸인 공간이 찌그러져 좁아지는 것을 방지할 수 있다. 제1층과 A층과 제3층에 둘러싸인 공간(B층)에는 후술하는 바와 같이 저굴절률의 물질인 공기 또는 불활성 가스가 포함되어 있으므로, 이 공간이 설계값대로 넓게 충분히 확보되면 그리드 편광자의 편광률이 높아지는 것이다.
무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물로는 실레인 커플링제, 타이타네이트 커플링제, 알루미늄 커플링제가 알려져 있다. 그 중에서도 무기 재료와 유기 재료와의 결합력이 큰 점에서 실레인 커플링제가 바람직하다.
커플링제의 구체적인 예로서 N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트라이메톡시실레인, γ-아미노프로필트라이메톡시실레인, γ-아미노프로필트라이에톡시실레인 등의 아미노기 함유 알콕시실레인; γ-글리시독시프로필트라이에톡시실레인, γ-글리시독시프로필트라이메톡시실레인, γ-글리시독시프로필메틸다이메톡시실레인, β-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트라이메톡시실레인 등의 에폭시기 함유 알콕시실레인; γ-아크릴옥시프로필트라이메톡시실레인, γ-메타크릴옥시프로필트라이메톡시실레인, γ-아크릴옥시프로필트라이에톡시실레인, γ-메타크릴옥시프로필트라이에톡시실레인, γ-메타크릴옥시프로필트리스(β-메톡시에톡시)실레인 등의 아크릴옥시기 함유 알콕시실레인 또는 메타크릴옥시기 함유 알콕시실레인; γ-머캅토프로필트라이메톡시실레인, γ-머캅토프로필트라이메톡시실레인, γ-머캅토메틸트라이메톡시실레인, γ-머캅토메틸트라이에톡시실레인, γ-머캅토헥사메틸다이실라잔 등의 머캅토기 함유 알콕시실레인; 바이닐트라이메톡시실레인, 바이닐트라이에톡시실레인, 바이닐트리스(β-메톡시에톡시)실레인, 바이닐트라이클로로실레인, 바이닐트라이아세톡시실레인 등의 바이닐기 함유 알콕시실레인; 아이소프로필트라이아이소 스테아로일타이타네이트, 아이소프로필트리스(다이옥틸파이로포스페이트)타이타네이트, 아이소프로필트라이(N-아미노에틸-아미노에틸)타이타네이트, 비스(다이옥틸파이로포스페이트)옥시아세테이트타이타네이트 등을 들 수 있다.
본 발명의 그리드 편광자의 제조법은, 제1층의 주면에 대하여 비스듬한 방향에서 무기 산화물 또는 무기 질화물을 증착함으로써 이간되어 나란한 A층의 정상부 쌍방을 가교하고, A층 사이에 있는 고랑부의 입구를 막는 제3층을 형성하는 공정을 포함하는 것이다.
증착은 제1층의 주면에 대하여 비스듬한 방향에서 증착한다. 도 12 내지 도 14는 제3층을 형성하는 공정의 일례를 도시한 도면이다.
먼저, 이간되어 나란한 A층(311)에 대하여, 도면의 지면 우상 방향으로부터의 각도로 비스듬한 증착을 행하면, 무기 산화물 또는 무기 질화물이 A층의 정상부 우상측에 퇴적하고, 도 12에 도시한 바와 같이 증착막(314-1)이 우상 방향을 향하여 성장해 간다. 다음, 지면 좌상 방향으로부터의 각도로 비스듬한 증착을 행하면, 무기 산화물 또는 무기 질화물이 A층의 정상부 좌상측에 퇴적하고, 도 13에 도시한 바와 같이 증착막(314-2)이 좌상 방향을 향하여 성장해 간다. 그리고, 우상 방향에서의 증착으로 성장한 증착막(314-1)과 좌상 방향에서의 증착으로 성장한 증착막(314-2)이 접근하고, 이간된 상태에서 인접하는 A층의 정상부 사이에 걸쳐 해당 이간 부분을 막게 된다. 그리고, 이간 부분이 막히면, 도 14에 도시한 바와 같이, 증착막(314-1) 및 증착막(314-2) 상에 증착막(314-3)을 성장시킬 수 있다. 이 비스듬한 증착 공정에 의해 제3층이 형성되고, 제1층과 A층과 제3층에 둘러싸인 공 간(B층)에 공기 또는 불활성 가스가 포함되어 있는 그리드 편광자를 용이하게 얻을 수 있다.
발명의 효과
본 발명의 그리드 편광자는 내찰상성, 방오성을 가지면서 충분한 가요성과 강도를 가지므로, 그리드 편광자를 액정 표시 장치 등에 부착할 때의 취급이 편해진다. 또한 본 발명의 그리드 편광자를 액정 표시 장치의 액정 패널과 백라이트 장치 사이에 배치하면, 백라이트로부터의 출광을 효과적으로 이용할 수 있고, 표시 화면의 휘도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 그리드 편광자의 제1 실시 태양에 제3층을 적층하기 전의 상태를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 그리드 편광자의 제1 실시 태양에 제3층을 적층하기 전의 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 그리드 편광자의 제1 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 그리드 편광자의 제2 실시 태양에 제3층을 적층하기 전의 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 그리드 편광자의 제2 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 그리드 편광자의 제3 실시 태양에 제3층을 적층하기 전의 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 그리드 편광자의 제3 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 8은 그리드 편광층의 제조법에 사용하는 전사롤을 제조하기 위하여 사용되는 연삭 공구의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 전사롤로 수지 필름 표면에 요철 형상을 형성하는 공정의 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 연속 스파터링 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 11은 절삭 공구의 선단 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 그리드 편광자의 제3층이 비스듬한 증착에 의해 퇴적된 상태를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 그리드 편광자의 제3층이 비스듬한 증착에 의해 퇴적된 상태를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 그리드 편광자의 제3층이 비스듬한 증착에 의해 퇴적한 상태를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 그리드 편광자의 제3층 상에 제4층을 적층한 상태를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 그리드 편광자의 제4 실시 태양에 제3층을 적층하기 전의 상태를 도시한 사시도이다.
도 17은 본 발명의 그리드 편광자의 제4 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 18은 본 발명의 그리드 편광자의 제5 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 19는 본 발명의 그리드 편광자의 제6 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 20은 본 발명의 그리드 편광자의 제7 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 21은 본 발명의 그리드 편광자의 제8 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 22는 본 발명의 그리드 편광자의 제8 실시 태양을 도시한 사시도이다.
도 23은 본 발명의 그리드 편광자의 제9 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 24는 본 발명의 그리드 편광자의 제10 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 25는 본 발명의 그리드 편광자의 제11 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 26은 본 발명의 그리드 편광자의 제12 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 27은 본 발명의 그리드 편광자의 제13 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 28은 본 발명의 그리드 편광자의 제14 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 29는 본 발명의 그리드 편광자의 제15 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 30은 본 발명의 그리드 편광자의 제16 실시 태양을 도시한 단면도이다.
도 31은 종래의 매립형 와이어 그리드 편광자를 도시한 도면이다.
도 32는 종래의 매립식 와이어 그리드 편광자를 도시한 도면이다.
도 33은 종래의 그리드 편광자를 도시한 도면이다.
<부호의 설명>
310: 제1층
311: A층
311': A'층
312: B층
314: 제3층
315: 결합층
317: 제4층
다음, 본 발명의 실시 태양을 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 그리드 편광자의 제1 실시 태양을 도시한 단면도이다. 도 1 및 도 2는 도 3에 도시한 그리드 편광자의 제3층(314)을 적층하기 전의 상태의 단면도 및 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 그리드 편광자는, 투명 수지 등의 투명한 재료로 이루어지는 필름형의 제1층(310) 상에 알루미늄이나 실리콘 등의 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하는 A층(311)이 적층되어 있다. A층(311)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1층(310)의 면 상에 가늘고 길게 선형으로 뻗도록 형성되어 있다. A층(311)을 제1층(310) 상에 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예컨대, 포토리소그래프법에 의해 얻을 수 있다. 포토리소그래프법의 예로서, (1)제1층(310) 상에 금속막을 증착, 도금 등의 방법으로 적층하고, 그 금속막 상에 감광성 레지스트막을 형성하고, 선형 패턴의 광을 조사하고 레지스트막을 패턴에 맞추어 경화시키고, 미경화 부분을 제거하고, 나아가 레지스트가 제거된 금속막 부분을 식각하고, 마지막으로 경화된 레지스트를 제거하는 방법이나, (2)제1층(310) 상에 감광성 레지스트막을 형성하고, 선형 패턴의 광을 조사하고 레지스트막을 패턴에 맞추어 경화시키고, 미경화 부분을 제거하고, 그 패턴이 형성된 레지스트 상에 증착, 스파터 등의 방법으로 금속막을 형성하고, 마지막으로 경화된 레지스트를 제거하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 제1층 상에 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물의 층을 형성하고, 그 층 상에 A층을 형성할 수도 있다.
제1 실시 태양의 그리드 편광자에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, A층(311)의 정상면에 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물로 이루어지는 결합층(315)이 형성되고, 결합층(315) 상에 투명 재료로 이루어지는 제3층(314)이 적층되어 있다. 결합층(315)는, A층(311)의 정상면에 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물을 포함하는 도포액을 도포하는 등의 방법에 의해, 또는 제3층(314)의 내면에 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물을 포함하는 도포액을 도포하는 등의 방법에 의해 얻을 수 있다. 또한, 제3층(314)의 내면에는 접착층(도시하지 않음)이 적층되어 있을 수도 있으며, 접착층이 있는 경우에는 이 접착층과 결합층(315)을 접하게 하여 제3층(314)과 A층(311)을 결합시킬 수 있다.
결합층(315)을 통하여 A층(311)과 제3층(314)을 결합하기 위하여, 바람직하게는 가열 압착한다. 가열 온도는 제3층(314) 자체 또는 제3층 내면에 형성한 접착층이 용융되는 온도 이하인 것이 바람직하다. 압착하는 압력은 A층의 구조가 변형하지 않는 압력이면 특별히 제한은 없다.
제1 실시 태양의 그리드 편광자에서는, 제1층, A층 및 제3층 사이에 공간(B층)(312)이 형성되어 있다. B층(312)에는 공기 또는 불활성 가스가 포함되어 있다.
도 5는 본 발명 그리드 편광자의 제2 실시 태양을 도시한 단면도이다. 도 4는 도 5에 도시한 그리드 편광자의 제3층(314)을 적층하기 전의 상태의 단면도이다.
도 4, 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 실시 태양의 그리드 편광자는, 제1층(310)의 표면에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부가 이간된 상태에서 복수 나란히 형성되어 있고, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 A층(311)이 상기 제1층의 두둑부의 각각의 정상면 상에 두둑부를 따라 형성되어 있다.
도 7은 본 발명 그리드 편광자의 제3 실시 태양을 도시한 단면도이다. 도 6은 도 7에 도시한 그리드 편광자의 제3층(314)을 적층하기 전의 상태의 단면도이다.
도 6, 도 7에 도시한 바와 같이, 제3 실시 태양의 그리드 편광자는, 제2 실시 태양의 그리드 편광자에 있어서, 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하는 A'층(311')이 제1층의 두둑부 사이의 고랑부의 바닥면 상에 고랑부를 따라 가늘고 길게 선형으로 뻗어 형성되어 있는 것이다.
제2 실시 태양 및 제3 실시 태양에 있어서, A층(311), 제3층(314) 및 결합층(315)은 제1 실시 태양에서 설명한 것과 동일한 것이다.
이들 실시 태양에 있어서 제1층은 그 표면에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부가 있는 것 이외에는 제1 실시 태양에서 설명한 것과 동일한 것이다.
제1층의 표면에 형성된 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부의 피치는, 바람직하게는 50 내지 600nm이고, 두둑부의 폭은 통상 광의 파장보다 짧고, 바람직하게는 25 내지 300nm이며, 두둑부의 높이는 바람직하게는 50 내지 500nm이다. 두둑부는 선형으로 뻗어 있으며, 그 길이는 광의 파장보다 길고, 통상 800nm 이상이다.
가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부가 형성된 제1층은 그 제조법에 의해 특별히 제한되지 않는다. 이 제1층의 적합한 제조법은 선형으로 뻗은 고랑부를 갖는 전사용 틀, 적합하게는 전사롤을 이용하여 길다란 수지 필름 표면에 선형으로 뻗은 두둑부를 전사하는 것을 포함하는 것이다.
이 적합한 제조법에 사용되는 전사용 틀 또는 전사롤은 전사면에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 고랑부를 갖는 것이면 그 제조법에 의해 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 모스 경도 9이상의 재료를 고에너지선을 이용하여 가공하고, 선단에 폭 600nm 이하의 돌기를 형성하여 된 공구를 제작하고, 이 공구를 이용하여 틀 부재 또는 롤 부재의 표면에 피치가 바람직하게는 50 내지 600nm이고, 고랑부의 폭이 바람직하게는 25 내지 300nm이고, 고랑부의 깊이가 바람직하게는 50 내지 500nm인, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 고랑부를 형성하는 방법을 들 수 있다.
도 8은 공구(10)의 일례를 도시한 도면이다. 모스 경도 9이상의 직육면체를 고에너지선으로 가공하고, 선단의 면에 홈을 파넣고, 선단에 폭 300nm 이하, 바람직하게는 200nm 이하의 직선형의 돌기(33)를 형성하였다. 도 8에서는 직선형 돌기가 일정한 피치로 복수 개 평행하게 나란히 늘어서 있다.
선단에 형성되는 돌기의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 직선형 돌기의 긴쪽에 수직한 면에서 절단한 단면이 직사각형, 삼각형, 반원형, 사다리꼴 또는 이들 형상을 약간 변형시킨 형상 등을 들 수 있다. 이들 중에서 단면이 직사각형인 것이 복소 굴절률의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료의 A층을 용이하게 형성할 수 있으므로 적합하다.
공구의 선단에 형성되는 돌기의 산술 평균 거칠기(Ra)는 바람직하게는 10nm 이하, 보다 바람직하게는 3nm 이하이다.
공구의 돌기(두둑부)가 틀 부재 또는 롤 부재의 표면에서는 고랑부가 되고, 공구의 고랑부가 틀 부재 또는 롤 부재의 표면에서는 두둑부가 되어 형성된다. 돌기 단면 형상이 직사각형인 절삭 공구(10)(도 11; 폭(W1), 피치(P1), 높이(H1))를 이용한 경우, 틀 부재 또는 롤 부재의 표면의 돌기(11)의 폭(W2)은 P1-W1, 돌기(11)의 피치(P2)는 P1, 돌기(11)의 높이(H2)는 H1 이하가 된다. 이 관계와 전사시의 열팽창 등을 고려하여, 틀 부재 또는 롤 부재의 표면에 형성하고자 하는 고랑부 형상에 대응하는 공구 형상을 결정할 수 있다. 공구의 양측단의 돌기의 폭(e)은 W1-25 ＜e＜W1+25(단위 nm) 또는 e=0인 것이, 가공 이음매 부분의 피치를 설정대로의 값으로 할 수 있으므로 바람직하다.
공구에 사용되는 모스 경도 9 이상의 재료로는, 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 커런덤 등을 들 수 있다. 이들 재료는 단결정 또는 소결체인 것이 바람직하다. 단결정이면, 가공 정밀도와 공구 수명의 면에서 바람직하고, 단결정 다이아몬드 또는 입방정 질화붕소가 경도가 높기 때문에 보다 바람직하고, 단결정 다이아몬드가 특히 바람직하다. 소결체로는 예컨대, 코발트, 스틸, 텅스텐, 니켈, 브론즈 등을 소결 재료로 하는 메탈 본드; 장석, 가용성 점토, 내화 점토, 프릿(frit) 등을 소결 재료로 하는 비트리파인드 본드 등을 들 수 있다. 이들 중에서 다이아몬드 메탈 본드가 적합하다.
공구의 제작에 사용되는 고에너지선으로는 예컨대, 레이저 빔, 이온 빔, 전자 빔 등을 들 수 있다. 이들 중에서 이온 빔과 전자 빔이 적합하다. 이온 빔에 의한 가공에서는 재료의 표면에 프레온, 염소 등의 활성 가스를 분사하면서 이온 빔을 조사하는 방법(이온 빔 원용 화학 가공이라 함.)이 바람직하다. 전자 빔 가공에서는 재료의 표면에 산소 가스 등의 활성 가스를 분사하면서 전자 빔을 조사하는 방법(전자 빔 원용 화학 가공이라고 함.)이 바람직하다. 이들 빔 원용 화학 가공에 의해 식각 속도를 빠르게 하고, 스파터링된 물질의 재부착을 방지하며, 나노 오더의 고정밀도로 미세 가공을 효율적으로 행할 수 있다.
상기에서 얻어진 공구(10)를 이용하여 롤 부재의 둘레면을 따라 가늘고 길게 선형으로 뻗은 고랑부를 형성한다. 공구(10)의 직선형 돌기(11)를 롤 부재 둘레면에 꽉 누르고, 롤 부재를 회전시켜 롤 부재 둘레면을 절삭 또는 연삭한다.
틀 부재 또는 롤 부재의 절삭 또는 연삭은 정밀 미세 가공기를 이용하여 행하는 것이 바람직하다. 정밀 미세 가공기는 X, Y, Z축의 이동 정밀도가 바람직하게는 100nm 이하, 보다 바람직하게는 50nm 이하, 특히 바람직하게는 10nm 이하인 것이다. 정밀 미세 가공기는 바람직하게는 0.5Hz 이상의 진동의 변위가 50μm 이하로 관리된 실내, 보다 바람직하게는 0.5Hz 이상의 진동의 변위가 10μm 이하로 관리된 실내에 설치하여 상기 가공을 행한다. 또한 틀 부재 또는 롤 부재의 절삭 또는 연삭은 바람직하게는 온도가 ±0.5℃ 이내로 관리된 항온실, 보다 바람직하게는 ±0.3℃ 이내로 관리된 항온실에서 행한다.
미세 가공에 사용되는 틀 부재 또는 롤 부재는 특별히 제한은 없으나, 틀 부재 또는 롤 부재의 표면은 적당한 경도가 있는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예컨대, 전착 또는 무전해 도금에 의해 형성된 금속막으로 형성된다. 금속막을 구성하는 재료로는 비커스 경도가 바람직하게는 40 내지 350, 보다 바람직하게는 200 내지 300인 금속막을 얻을 수 있는 것이 좋으며, 구체적으로는, 구리, 니켈, 니켈-인 합금, 팔라듐 등을 들 수 있고, 이들 중 구리, 니켈, 니켈-인 합금이 바람직하다.
롤 부재에 직접 공구(10)를 꽉 눌러 가늘고 길게 선형으로 뻗은 고랑부를 형성시킬 수도 있으나, 금형에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부를 형성시키고, 그 금형 상에 전기 주조 등으로 금속판을 제작하고, 금속판을 금형에서 벗기고, 그 금속판을 롤 부재 둘레면에 붙이는 방법으로 전사롤을 제작할 수도 있다.
상기한 방법 등으로 얻어진 전사용 틀 또는 전사롤을 이용하여 수지 필름 표면에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부를 형성한다. 도 9는 전사롤로 수지 필름(30) 표면에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부를 형성하는 공정의 일례를 도시한 도면이다. 도 9에서는 전사롤(20)과 수지 필름을 사이에 두고 반대측에 있는 롤(21)로 수지 필름(30)을 눌러 끼우고, 전사롤 둘레면에 따라 가늘고 길게 선형으로 뻗은 고랑부 형상을 수지 필름에 전사하고 있다. 전사롤과 그 반대측에 있는 롤에 의한 끼움 압력은 바람직하게는 수 MPa 내지 수십 MPa이다. 또한 전사시의 온도는 수지 필름을 구성하고 있는 투명 수지의 유리 전이 온도를 Tg라 하면, 바람직하게는 Tg 내지 (Tg+100)℃이다. 수지 필름과 전사롤과의 접촉 시간은 수지 필름의 이송 속도, 즉 롤 회전 속도에 의해 조정할 수 있고, 바람직하게는 5 내지 600초이다.
수지 필름 표면에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부를 형성하는 다른 방법으로는, 전사용 틀 또는 전사롤에 감광성 투명 수지를 꽉 눌러 노광하여, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부를 전사하는 방법을 들 수 있다. 구체적으로는 감광성 투명 수지 용액을 유연하여 용매를 제거하고, 이어서 상기 전사롤을 꽉누름과 동시에 광을 조사하여 감광성 투명 수지를 경화시켜 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부를 형성하는 방법이다.
다음, 수지 필름 표면에 형성된 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부의 정상면에 A층(311)을 형성한다. 도 6에 도시한 바와 같이 두둑부의 정상면에 A층 및 두둑부 사이의 고랑부의 바닥면에 A'층을 형성시킬 수도 있고, 도 4에 도시한 바와 같이 두둑부 정상면에 A층만 형성시킬 수도 있다.
이 A층 및 A'층을 형성시키는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 사용하는 재료에 따라 진공 증착법, 스파터링법, 이온 플래이팅법 등의 진공 성막 프로세스나, 마이크로 그라비아법, 스크린 코팅법, 딥 코팅법, 무전해 도금, 전해 도금 등의 습식 프로세스에 의한 각종 코팅법을 이용할 수 있다. 이들 중 그리드 구조의 균일성의 관점에서, 진공 증착법, 스파터링법이 바람직하다.
이하, A층 및 A'층을 스파터링법으로 형성하는 경우를 예시한다. 도 10은 연속 스파터링 장치의 일례를 도시한 도면이다. 도 10의 장치(500)는 권출 롤(501)에 상기 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부를 형성시킨 수지 필름을 장전할 수 있고, 타겟(506)에 증착하고자 하는 금속을 장전할 수 있도록 된 직류 마그네트론 스파터링 장치이다. 진공실을 진공으로 하여, 권출 롤(501)로부터 필름을 권출하고, 청정한 성막 롤(503)에 필름을 둘러감고, 타겟(506)으로부터의 스파터링에 의해 필름 표면에 금속막을 형성시킨다. 금속막을 형성시킨 필름은 권취 롤(504)에 권취한다.
금속을 스파터링이나 증착할 때의 방향을 필름에 형성된 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부에 대하여 기울임으로써 금속막이 형성되는 부분과 금속막이 형성되지 않는 부분이 생긴다. 예컨대, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부가 형성된 수지 필름에 있어서, 수지 필름 법선 방향에서 스파터링 등을 행하면 두둑부의 정상면과 두둑부 사이의 고랑부의 바닥면에 금속막이 형성되는데, 두둑부 측면에는 금속막이 형성되지 않는다. 또한 동일한 수지 필름에서 두둑부가 뻗는 방향에 대략 직각인 방향으로서 필름면에 대하여 비스듬한 방향에서 스파터링 등을 행하면, 두둑부의 정상면과 두둑부의 한쪽면의 상반분의 면에 금속막이 형성되는데, 두둑부 사이의 고랑부의 바닥면, 두둑부의 한쪽면의 하반분 및 나머지 한쪽면에는 금속막이 형성되지 않는다. 이러한 스파터링에 의해 날아오는 금속의 직선성과 두둑부 및 두둑부 사이의 고랑부를 이용하여, 서로 대략 평행하게 배치된 A층 및 A'층을 용이하게 얻을 수 있다.
도 17은 본 발명의 그리드 편광자의 제4 실시 태양을 도시한 단면도이다. 도 16 및 도 6은 도 17에 도시한 그리드 편광자의 제3층(316)을 적층하기 전의 상태의 사시도 및 단면도이다.
도 17에 도시한 그리드 편광자는 제1층의 표면에 가늘고 길게 선형으로 뻗는 두둑부가 복수 나란히 형성되어 있다. 이 두둑부의 각각의 정상면 상에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 A층(311)이 이 두둑부를 따라 형성되어 있다. 또한 두둑부 사이의 고랑부의 바닥면에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 A'층(311')이 이 고랑부를 따라 형성되어 있으며, 그 A층의 정상면 상에 무기 산화물 또는 무기 질화물로 이루어지는 제3층(314)이 더 형성되어 있다.
제1층의 표면에 형성된 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부는, 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같은 구조를 이루고 있다. 제1층의 표면에 나란히 늘어서 있는 두둑부의 피치는, 바람직하게는 50 내지 600nm이고, 두둑부의 폭은 통상 광의 파장보다 짧고, 바람직하게는 25 내지 300nm이며, 두둑부의 높이는 바람직하게는 50 내지 500nm이다. 두둑부는 선형으로 뻗어 있으며, 그 길이는 광의 파장보다 길고, 통상 800nm 이상이다.
가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부를 갖는 제1층은, 제2 또는 제3 실시 태양의 설명에서 한 바와 같은 제조법에 의해 얻을 수 있다.
다음, 수지 필름 표면에 형성된 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부의 정상면에 알루미늄이나 실리콘 등의 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하는 A층(311)을 형성한다. 도 6에 도시한 바와 같이 두둑부의 정상면에 A층 및 두둑부 사이의 고랑부의 바닥면에 A'층을 형성시킬 수도 있고, 도 4에 도시한 바와 같이 두둑부 정상면에 A층만 형성시킬 수도 있다. 이 A층 및 A'층을 형성시키는 방법은 제2 또는 제3 실시 태양에서 설명한 바와 같다.
다음, A층(311) 상에 제3층을 형성한다. 제3층은, 도 12 내지 도 14에 도시한 공정을 거쳐 얻을 수 있다.
먼저, 이간되어 나란한 A층(311)에 대하여 도면의 지면 우상 방향으로부터의 각도에서 비스듬한 증착을 행하면, 무기 산화물 또는 무기 질화물이, A층의 정상부 우상측에 퇴적하고, 도 12에 도시한 바와 같이 증착막(314-1)이 우상 방향을 향하여 성장해 간다. 다음, 지면 좌상 방향으로부터의 각도로 비스듬한 증착을 행하면, 무기 산화물 또는 무기 질화물이 A층의 정상부 좌상측에 퇴적하고, 도 13에 도시한 바와 같이 증착막(314-2)이 좌상 방향을 향하여 성장해 간다. 그리고, 우상 방향에서의 증착으로 성장한 증착막(314-1)과 좌상 방향에서의 증착으로 성장한 증착막(314-2)이 접근하고, 이간된 상태에서 인접하는 A층의 정상부 사이에 걸쳐 해당 이간 부분을 막게 된다. 그리고, 이간 부분이 막히면, 도 14에 도시한 바와 같이, 증착막(314-1) 및 증착막(314-2) 상에 증착막(314-3)을 성장시킬 수 있다. 이 비스듬한 증착 공정에 의해, 무기 산화물 또는 무기 질화물로 이루어지는 제3층이 형성되고, 제1층과 A층과 제3층에 둘러싸인 공간(B층)에 공기 또는 불활성 가스가 포함되어 있는 그리드 편광자를 용이하게 얻을 수 있다.
도 18은 본 발명의 그리드 편광자의 제5 실시 태양을 도시한 단면도이다. 제5 실시 태양의 그리드 편광자는 제4 실시 태양의 그리드 편광자의 제3층 상에 제4층(317)이 적층되어 있는 것이다. 도 15는 비스듬한 증착에 의해 얻어진 무기 산화물 또는 무기 질화물로 이루어지는 제3층 상에 제4층이 적층된 상태를 도시한 도면이다.
제4층(317)은 시트 또는 필름형을 이루고 있는 것이 바람직하다. 제4층(317)은 도 18의 구조에 한정되지 않으며, 투명한 재료로 이루어지는 층이면 된다.
제4층은 광을 투과할 수 있는 층인 것이 바람직하고, 그것을 구성하는 재료로는 예컨대, 셀룰로스아세테이트, 셀룰로스아세테이트뷰틸레이트, 셀룰로스프로피오네이트 등의 셀룰로스에스터류, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리스타이렌, 폴리에스터 등으로 이루어지는 투명 수지로 이루어지는 층; 오가노알콕시실레인, 무기 미립자 분산 아크릴 등으로 이루어지는 유기·무기 복합층; 질화규소, 질화알루미늄, 산화규소 등으로 이루어지는 무기층 등을 들 수 있다. 제4층은 가요성의 관점에서 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
제4층을 적층하는 방법으로는 특별히 한정은 없으나, 필름형의 제4층을 맞붙여 적층하는 방법, 제4층을 형성하는 조성물을 함유하는 코팅제를 도포하고, 건조나 열 또는 광에 의해 경화함으로써 제4층을 형성하는 방법, 진공 증착법, 이온 플래이팅법, 스파터링법 등의 방법에 의해 제4층을 형성하는 방법 등을 들 수 있다. 제4층의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는 50nm 내지 500μm이다.
도 19는 본 발명의 그리드 편광자의 제6 실시 태양을 도시한 도면이다. 도 1은 도 19에 도시한 그리드 편광자에 제3층을 적층하기 전의 상태를 도시한 도면이다. 도 1에 도시한 구조의 것은 제1 실시 태양에서 설명한 바와 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, 그리드 편광자는, 투명 수지 등의 투명한 재료로 이루어지는 필름형의 제1층(310) 상에 A층(311)이 적층되어 있다. A층(311)은 제1층(310)의 면 상에 가늘고 길게 선형으로 뻗어 있다.
제6 실시 태양의 그리드 편광자에서는 A층(311)의 정상면에 제3층(314)이 형성되어 있다. 무기 산화물 또는 무기 질화물로 이루어지는 제3층(314)은 제4 실시 태양에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 형성할 수 있다. 제1층, A층 및 제3층 사이에 공간(B층)(312)이 형성되어 있다. B층(312)에는 공기 또는 불활성 가스가 포함되어 있다.
도 20은 본 발명 그리드 편광자의 제7 실시 태양을 도시한 단면도이다. 제7 실시 태양의 그리드 편광자는, 제6 실시 태양의 그리드 편광자의 제3층 상에 제4층(317)이 적층되어 있는 것이다. 제4층은 제5 실시 태양의 설명에서 나타낸 것과 동일한 것이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 그리드 편광자의 제8 실시 태양을 도시한 도면이다. 도 22는 그리드 편광자의 사시도이며, 도 21은 도 22에 도시한 그리드 편광자의 단면도이다.
도 21 및 도 22에 도시한 그리드 편광자는, 투명 수지 등의 투명한 재료로 이루어지는 필름(310) 상에 알루미늄이나 실리콘 등의 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하는 A층(311)이 적층되어 있다. A층은, 도 22에 도시한 바와 같이, 필름(310)의 면 상에 가늘고 길게 선형으로 뻗어 있다. A층(311)을 필름(310) 상에 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예컨대, 포토리소그래프법에 의해 얻을 수 있다. 포토리소그래프법의 예로서, (1)필름 상에 금속막을 증착, 도금 등의 방법으로 적층하고, 그 금속막 상에 감광성 레지스트막을 형성하고, 선형 패턴의 광을 조사하여 레지스트막을 패턴에 맞추어 경화시키고, 미경화 부분을 제거하고, 나아가 레지스트가 제거된 금속막 부분을 식각하고, 마지막으로 경화된 레지스트를 제거하는 방법이나, (2)필름 상에 감광성 레지스트막을 형성하고, 선형 패턴의 광을 조사하고 레지스트막을 패턴에 맞추어 경화시키고, 미경화 부분을 제거하고, 그 패턴이 형성된 레지스트 상에 증착, 스파터 등의 방법으로 금속막을 형성하고, 마지막으로 경화된 레지스트를 제거하는 방법 등을 들 수 있다.
제8 실시 태양의 그리드 편광자에서는 A층 사이의 고랑부에 B층(312)이 형성되어 있다. B층은 다공질 물질을 포함하고 있다. 다공질 물질의 구체적인 예로는 실리카에어로젤이나 중공 입자를 매트릭스 중에 분산시킨 다공질 물질 등을 들 수 있다. 다공질 물질의 구멍 속에는 통상 기체가 포함되어 있다.
B층(312)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 예컨대, 중공 실리카 미립자의 아이소프로판올 분산 졸을 실리콘 레진의 메탄올 용액에 첨가하여 도포액을 조제하고, 그 도포액을 와이어 바 코터 등을 이용하여 A층 사이의 고랑부에 도포액을 흘려넣고, 건조시키고, 이어서 산소 분위기 하에서 열처리함으로써 B층을 형성할 수 있다.
도 23은 본 발명의 그리드 편광자의 제9 실시 태양을 도시한 도면이다. 제9 실시 태양의 그리드 편광자는, 상기 제8 실시 태양의 그리드 편광자의 B층(312)에 경계 없이 연속된 다공질 물질로 이루어지는 층(제3층)(314B)이 적층된 구조를 이루는 것이다. 제3층을 구성하는 다공질 물질은 B층에 포함되는 다공질 물질로서 예시한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다. 또한, 제9 실시 태양에서는 제3층으로서 다공질 물질로 이루어지는 층을 사용하였으나, 제3층으로서 저복굴절률의 물질로 이루어지는 층을 사용하여도 무방하다. 제3층(314B)은 B층을 형성하는 방법과 동일한 방법으로 형성할 수 있다. 예컨대, B층을 형성하기 위하여 A층 사이의 고랑부에 흘려넣은 상기 도포액을 A층에 덮도록 도공함으로써 제3층을 얻을 수 있다.
도 24는 본 발명 그리드 편광자의 제10 실시 태양을 도시한 도면이다. 제10 실시 태양의 그리드 편광자는, 상기 제8 실시 태양의 그리드 편광자의 A층(311) 및 B층(312)을 제1층의 필름(310) 및 제3층(314)의 필름으로 끼운 구조를 이루고 있다.
이 제3층은 투명한 재료로 이루어지는 층이면 된다. 제3층(314)은 광을 투과할 수 있는 층인 것이 바람직하고, 그것을 구성하는 재료로는 예컨대, 셀룰로스아세테이트, 셀룰로스아세테이트뷰틸레이트, 셀룰로스프로피오네이트 등의 셀룰로스에스터류, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리스타이렌, 폴리에스터 등으로 이루어지는 투명 수지로 이루어지는 층; 오가노알콕시실레인, 무기 미립자 분산 아크릴 등으로 이루어지는 유기·무기 복합층; 질화규소, 질화알루미늄, 산화규소 등으로 이루어지는 무기층 등을 들 수 있다.
제3층은 가요성의 관점에서 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 제3층은 광을 투과할 수 있는 층인 것이 바람직하다. 제3층을 적층하는 방법은 특별히 한정은 없으나, 필름형의 제3층을 맞붙여 적층하는 방법, 제3층을 형성하는 조성물을 함유하는 코팅제를 도포하고, 건조나 열 또는 광에 의해 경화함으로써 제3층을 형성하는 방법, 진공 증착법, 이온 플래이팅법, 스파터링법 등의 방법에 의해 제3층을 형성하는 방법 등을 들 수 있다. 제10 실시 태양에 있어서는 제3층의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는 0.1μm 내지 500μm이다.
도 25는 본 발명 그리드 편광자의 제11 실시 태양을 도시한 도면이다. 제11 실시 태양의 그리드 편광자는, 상기 제9 실시 태양의 그리드 편광자의 제3층(314B) 상에 제4층(317)을 더 적층시킨 구조를 이루고 있다. 제4층은 상기 제5 실시 태양에서 설명한 것과 동일한 것이다.
도 26은 본 발명 그리드 편광자의 제12 실시 태양을 도시한 도면이다. 제12 실시 태양의 그리드 편광자는, 제1층(310)의 표면에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부가 서로 이간된 상태에서 복수 나란히 형성되고, 상기 두둑부의 각각의 정상면 상에 두둑부를 따라 가늘고 길게 선형으로 뻗은 A층이 형성되고, 서로 이웃하는 A층 및 두둑부 사이에 형성된 고랑부에 해당 고랑부를 메우도록 가늘고 길게 선형으로 뻗은 B층(312)이 배치되어 있다.
도 27은 본 발명 그리드 편광자의 제13 실시 태양을 도시한 도면이다. 제13 실시 태양의 그리드 편광자는, 제12 실시 태양에 있어서, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 A'층(311')이 상기 고랑부의 바닥면 상에 더 형성되어 있는 것이다. A'층(311')은 A층(311)과 동일한 것이다.
제12 실시 태양 및 제13 실시 태양에 있어서, 제1층(310), A층(311), 및 A'층(311')은 제3 실시 태양에서 설명한 것과 동일한 것이다. 또한 B층은 제8 실시 태양에서 설명한 것과 동일한 것이다.
도 28은 본 발명 그리드 편광자의 제14 실시 태양을 도시한 도면이다. 제14 실시 태양의 그리드 편광자는, 상기 제13 실시 태양의 그리드 편광자의 B층에 경계 없이 연속된 다공질 물질로 이루어지는 제3층(314B)이 적층된 구조를 이루는 것이다. 다공질 물질로 이루어지는 제3층은 제9 실시 태양의 설명에서 한 것과 동일한 것이다.
도 29는 본 발명 그리드 편광자의 제15 실시 태양을 도시한 도면이다. 제15 실시 태양의 그리드 편광자는, 상기 제13 실시 태양의 그리드 편광자의 A층 및 B층 상에 제3층(314)을 적층한 구조를 이루고 있는 것이다. 제3층은 제10 실시 태양에서 설명한 것과 동일한 것이다.
도 30은 본 발명 그리드 편광자의 제16 실시 태양을 도시한 도면이다. 제16 실시 태양의 그리드 편광자는, 상기 제14 실시 태양의 그리드 편광자의 제3층(314) 상에 제4층(317)을 더 적층시킨 구조를 이루고 있다. 제4층은 상기 제5 실시 태양에서 설명한 것과 동일한 것이다.
본 발명의 편광 소자는, 상기 그리드 편광자와 다른 편광 광학 부재를 서로 중첩시켜 된 것이다. 다른 편광 광학 부재로는, 흡수형 편광자, 위상차 소자, 편광 회절 소자 등을 들 수 있다. 특히, 본 발명의 편광 소자를 액정 표시 장치의 휘도 향상 소자로서 사용하는 경우에는, 다른 편광 광학 부재가 흡수형 편광자인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 흡수형 편광자는, 직각으로 교차하는 2개의 직선 편광의 하나를 투과하고 다른 하나를 흡수하는 것이다. 예컨대, 폴리바이닐알코올 필름이나 에틸렌아세트산 바이닐 부분 비누화 필름 등의 친수성 고분자 필름에 아이오딘이나 2색성 염료 등의 2색성 물질을 흡착시켜 일축 연신시킨 것, 상기 친수성 고분자 필름을 일축 연신하여 2색성 물질을 흡착시킨 것, 폴리바이닐알코올의 탈수 처리물이나 폴리염화바이닐의 탈염산 처리물 등의 폴리엔 배향 필름 등을 들 수 있다. 흡수형 편광자의 두께는 통상 5 내지 80μm이다.
그리드 편광자와 흡수형 편광자는 그리드 편광자의 편광 투과축과 흡수형 편광자의 편광 투과축이 대략 평행해지도록 서로 중첩시키는 것이 바람직하다. 이러한 배치로 함으로써 자연광을 효율적으로 직선 편광으로 변환할 수 있다. 여기서 대략 평행이란 평행 방향으로부터 ±5°의 범위 내에 있는 것을 말한다.
본 발명의 편광 소자는 그 제조법에 의해 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 롤 형태로 감긴 상기한 길다란 그리드 편광자 및 롤 형태로 감긴 다른 길다란 편광 광학 부재를 동시에 롤로부터 권출하면서 이 그리드 편광자와 이 다른 편광 광학 부재를 밀착시키는 것을 포함하는 방법을 들 수 있다. 그리드 편광자와 다른 편광 광학 부재와의 밀착면에는 접착제를 개재시킬 수 있다. 그리드 편광자와 다른 편광 광학 부재를 밀착시키는 방법으로는, 2개의 평행하게 정렬된 롤의 닙에 그리드 편광자와 다른 편광 광학 부재를 함께 통과시키고 눌러 끼우는 방법을 들 수 있다.
본 발명의 액정 표시 장치는 상기한 그리드 편광자 또는 편광 소자를 구비하는 것이다. 액정 표시 장치는 편광 투과축을 전압의 조정으로 변화시킬 수 있는 액정 패널과 그것을 끼우도록 배치되는 2장의 흡수형 편광자로 구성된다. 그리고, 이 액정 패널에 광을 들여보내기 위하여 표시면의 뒷쪽에 투과형 액정 표시 장치에서는 백라이트 장치가, 반사형 액정 표시 장치에서는 반사판이 구비된다.
본 발명의 그리드 편광자는 직교하는 직선 편광 중 하나를 투과하고, 다른 하나를 반사하는 성질을 가지고 있다. 또한 본 발명의 편광 소자는 그리드 편광자 측으로부터 광을 투과시킨 경우에, 직교하는 직선 편광 중 하나를 투과하고, 다른 하나를 반사하는 성질을 가지고 있다. 본 발명의 투과형 액정 표시 장치에 있어서, 본 발명의 그리드 편광자 및 편광 소자(편광 소자의 그리드 편광자가 백라이트측이 되도록 배치함)를 백라이트 장치와 액정 패널 사이에 배치하면, 백라이트 장치에서 발광한 광이 그리드 편광자에 의해 2개의 직선 편광으로 분리되고, 하나의 직선 편광은 액정 패널의 방향으로 진행하고, 다른 하나의 직선 편광은 백라이트 장치의 방향으로 되돌아온다. 백라이트 장치에는 반사판이 통상 구비되어 있으며, 백라이트 장치의 방향으로 되돌아온 직선 편광은 그 반사판에 의해 반사되고, 다시 그리드 편광자로 되돌아온다. 되돌아온 광은 그리드 편광자에서 다시 2개의 편광으로 분리된다. 이것을 반복함으로써 백라이트 장치에서 발광한 광이 효율적으로 이용되게 된다. 그 결과, 백라이트 등의 광을 효율적으로 액정 표시 장치의 화상 표시에 사용할 수 있고, 화면을 밝게 할 수 있다. 또한 반사형 액정 표시 장치에 있어서 동일한 원리로 화면을 밝게 할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되지 않는다. 또한 부 및 %는 특별히 기재가 없는 한 중량 기준이다.
(절삭 공구)
8mm×8mm×60mm의 SUS제 생크에 납땜된 치수 0.2mm×1mm×1mm의 직육면체 단결정 다이아몬드의 0.2mm×1mm의 면에 아르곤 이온 빔을 조사하여 절삭 가공을 행하고, 길이 1mm의 변에 평행한 폭 70nm, 깊이 130nm의 홈을 피치 150nm로 파넣고, 폭 80nm, 높이 130nm의 직선형의 돌기 약 1300개를 피치 150nm로 형성하고, 절삭 공구를 얻었다.
(전사롤)
직경 200mm이고 길이 150mm인 스테인리스강 SUS430제 롤의 둘레면에 두께 100μm의 니켈-인 무전해 도금을 실시하였다. 이어서, 앞에서 제작한 직선형 돌기를 형성한 절삭 공구를 정밀 원통 연삭반에 부착하고, 이 연삭반으로 상기 롤의 니켈-인 무전해 도금면에 롤 둘레 방향으로 뻗는 폭 70nm, 높이 130nm, 피치 150nm의 직선형의 두둑부를 형성하고, 전사롤을 얻었다.
또한, 집속 이온 빔 가공에 의한 절삭 공구의 제작과 니켈-인 무전해 도금면의 절삭 가공은 온도 20.0±0.2℃, 진동 제어 시스템에 의해 0.5Hz 이상의 진동의 변위가 10μm 이하로 관리된 항온 저진동실 내에서 행하였다.
비교예 1(그리드 편광자(0))
직경 70mm의 고무제 롤로 이루어지는 닙 롤 및 상기 전사롤을 구비한 전사 장치를 이용하여, 전사롤의 표면 온도 170℃, 닙 롤의 표면 온도 100℃, 필름의 반송 텐션 1MPa 및 닙압 15MPa의 조건으로 두께 100μm의 사이클로올레핀 폴리머 필름(상품명: 제오노아 필름 ZF-14, 주식회사 옵테스 제품) 표면 상에 전사롤 표면의 요철 형상을 전사함으로써 필름의 흐름 방향과 평행하게 폭 75nm, 높이 120mm 및 피치 150nm의 직선형으로 뻗은 두둑부를 갖는 필름을 제작하였다.
이어서, 필름의 두둑부를 형성한 면에 법선 방향에서 알루미늄을 진공 증착함으로써 두둑부의 정상면 및 두둑부 사이의 고랑부의 바닥면에 두께 50nm의 알루미늄으로 이루어지는 A층 및 A'층을 형성하였다. 이 그리드 편광자를 소정의 형상으로 재단하여, 도 6 및 도 16에 도시한 바와 같은 낱장의 그리드 편광자(0)를 3장 얻었다.
이어서, 도광판, 광확산 시트 및 그리드 편광자를 차례대로 적층하고, 선형 광원을 편광판의 단면에 설치하여 편광 광원 장치를 얻었다. 이 편광 광원 장치 상에 흡수형 편광판(A)을 그 편광 투과축이 그리드 편광자의 편광 투과축과 평행해지도록 올려놓고, 투과형의 TN 액정 패널을 더 올리고, 그 위에 별도의 흡수형 편광판(B)을 (편광 투과축이 상기 흡수형 편광판(A)의 것과 직교하도록) 올려 액정 표시 장치를 얻었다. 얻어진 액정 표시 장치의 초기 정면 휘도를 휘도계(상품명: BM-7, 탑콘사 제품)를 이용하여 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
또한 2장째의 그리드 편광자의 한쪽 단을 고정 지그에, 다른쪽 단을 가동 지 그에 세팅하고, 그리드 편광자를 ±150도(그리드 편광자가 반듯한 상태를 0도)의 각도로 구부러지도록 가동 지그를 움직이고, -150도 절곡 및 +150도 절곡 동작 1회를 1사이클(동작 속도는 2초/사이클)로 하여 200사이클 행하였다. 200사이클의 절곡 후에도 그리드 편광자에 벗겨짐 등의 이상은 육안으로는 관찰되지 않았다. 이 200사이클의 절곡을 행한 후의 그리드 편광자를 이용하여 상기와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 조립하고, 굴곡 후 정면 휘도를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
다음 3장째의 그리드 편광자의 A층을 형성한 면에 스틸 울 #0000을 하중 0.02MPa로 접촉시켜 표면 전체를 20왕복시키고 그리드 편광자의 전체면을 문질렀다. 스틸 울로 문지른 후의 그리드 편광자에는 자잘한 흠집 등의 이상이 육안으로 관찰되었고, 반사율 또는 투과율이 면 내에서 고르지 못하였다. 스틸 울로 문지른 후의 그리드 편광자를 이용하여 상기와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 조립하고, 마찰 후 정면 휘도를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
(하드 코팅제)
6작용 우레탄아크릴레이트 올리고머(상품명: NK 올리고 U-6HA, 신나카무라 화학사 제품) 30부, 뷰틸아크릴레이트 40부, 이소보닐메타크릴레이트 30부 및 2,2-다이메톡시-1,2-다이페닐에탄-1-온 10부를 호모지나이저로 혼합하여 자외선 경화성의 하드 코팅제를 얻었다.
실시예 1
비교예 1과 동일한 방법으로 그리드 편광자(0)를 얻었다. 그리드 편광자(0) 의 A층을 형성한 면에, A층이 뻗는 방향으로 직각이면서 그리드 편광자(0)의 법선에 대하여 +75° 기울인 방향(도 6의 지면 우상 방향)에서 SiO2를 증착하였다. SiO2의 증착막은 A층의 측면 및 정상면에 퇴적하고, 도 12와 같이 지면 우상 방향으로 성장해 있었다.
다음, A층이 뻗는 방향으로 직각이면서 그리드 편광자(0)의 법선에 대하여 -60° 기울인 방향(도 12의 지면 좌상 방향)에서 SiO2를 증착하였다. SiO2의 증착막은 A층의 측면 및 정상면에 퇴적하고, 도 13과 같이 지면 좌상 방향으로 성장해 있었다. 마지막으로 그리드 편광자(0)의 법선 방향(도 13의 지면 바로 윗 방향)에서 SiO2를 증착하였다. 도 14와 같이 SiO2의 증착막이 A층 정상면으로부터 60nm의 평균 두께로 퇴적하고, A층 정상부 쌍방을 가교하면서 A층 사이에 있는 고랑부의 입구를 막고 있는 것을 투과형 전자 현미경으로 확인하였다. SiO2의 증착막은 A층의 측면에도 퇴적되어 있으며, 그 양은 그리드 편광자(0)의 A층 사이에 있던 고랑부 용적의 15%를 차지하고 있었다. SiO2의 증착막에 의해 폐쇄된 공간(고랑부 용적의 85%: B층)은 공기가 차지하고 있었다.
다음, SiO2 증착막을 형성한 측의 표면에 상기 하드 코팅제를 경화후의 막 두께가 5μm가 되도록 바 코터를 이용하여 도포하였다. 이어서 80℃에서 5분간 건조시키고, 자외선을 조사(적산 광량 300mJ/cm2)하고, 하드 코팅제를 경화시켜, 그리 드 편광자(1)를 얻었다.
200사이클의 절곡 후 및 스틸 울로 문지른 후의 그리드 편광자(1)에는 박리나 흠집 등의 이상이 육안으로는 관찰되지 않았다. 이들 그리드 편광자(1)를 이용하여 비교예 1과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 조립하여 휘도를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 2
비교예 1과 동일한 방법으로 그리드 편광자(0)를 얻었다. 우레탄아크릴레이트계 접착제(굴절률 1.48)가 도포되어 있는, 두께 80μm의 지환식 올레핀 중합체로 이루어지는 투명 열가소성 수지 필름(주식회사 옵테스 제품, 상품명: 제오노아 필름)을 그리드 편광자(0)의 A층을 형성한 면에 진공 처리 15초, 열압착 온도 80℃, 압착 압력 1MPa, 유지 시간 300초간의 조건으로 가열 압착하고, 3장의 그리드 편광자(2)를 만들었다.
그리드 편광자(0) 표면의 고랑부에는 우레탄아크릴레이트계 접착제가 채워져 있었다. 200사이클의 절곡 후의 그리드 편광자(2)에는 실시예 1과 마찬가지로 박리 등의 이상이 육안으로는 관찰되지 않았다. 스틸 울로 문지른 후의 그리드 편광자(2)에는 자잘한 흠집이 나 있는 것이 육안으로 관찰되었다. 이들 그리드 편광자(2)를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 조립하여 휘도를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 3
실시예 1에 있어서, 그리드 편광자(1)를 배치하지 않은 상태에서 액정 표시 장치의 정면 휘도를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure 112008004849614-PCT00001
표 안의 약호는 Al=알루미늄, HD=하드 코팅층, UA=우레탄아크릴레이트계 접착제, Air=공기, SiO2=증착막이다.
이상의 결과에서,
1)기재가 수지 필름이므로, 어느 경우도(비교예 포함하여) 굴곡 내성이 있으며, 가공에서의 "굽힘"의 공정에서 성능이 열화되지 않음을 알 수 있다.
2)실시예에서는 제1층, A층 및 제3층에 둘러싸인 공간(B층)이 유지되고, 그 공간(B층)이 공기로 채워져 있다. 그리드 편광자를 사용하지 않는 경우(비교예 3)의 정면 휘도와 비교하여 휘도가 높아졌다. 또한 스틸 울로 문지른 후라 하더라도 정면 휘도가 거의 저하하지 않는다. 액정 표시 장치에의 내장 작업 시 등에 부주의하게 발생하는 마찰 등으로 성능이 열화되는 일이 없어지는 것을 알 수 있다.
3)비교예 1은 초기의 휘도가 가장 크다. 그러나, 마찰 후에 정면 휘도가 대폭으로 저하됨을 알 수 있다.
4)비교예 2에서는 미세 구조의 고랑부가 굴절률이 큰 물질로 채워져 있다. 초기의 휘도가 낮다. 또한 스틸 울로 마찰한 후의 휘도 저하가 큰 것을 알 수 있다.
(접착제층용 수지)
냉각관, 질소 가스 도입관 및 적하 로트를 구비한 반응기에 9-메틸-테트라 사이클로[6.2.1.13,6.02,7]도데카-3-엔의 개환 중합체의 수소 첨가물(Tg=140℃, 수소 첨가율=약 100%, Mn=약 28000) 201g, 무수 말레산 6.37g, 및 t-뷰틸벤젠 470.4g을 넣고, N2 가스 분위기 하 135℃로 가열하여 개환 중합체 수소 첨가물을 용해하였다. 이 용액에 135℃로 유지한 상태에서 다이쿠밀퍼옥사이드 1.76g을 사이클로헥산온 33.4g에 용해한 용액을 2시간에 걸쳐 적하하였다. 나아가 3시간, 135℃를 유지하여 말레인화 변성 반응시켰다. 반응액을 실온까지 냉각하고, 그 반응액에 톨루엔 2리터를 가하여 희석하였다. 이어서, 아이소프로필알코올 7용적부 및 아세톤 2용적부의 혼합액에 상기에서 희석한 용액을 적하하고, 수지를 응고시키고, 여과하고, 분취하였다. 분취한 수지를 105℃에서 12시간 진공 건조하여 접착제층용 수지를 얻었다.
(제3층용 필름)
상기 접착제층용 수지 20g을 사이클로펜틸메틸에터(CPME, 끓는점 106℃) 80g에 용해하고, 1μm 필터로 여과하고, 점도 130cP의 수지 용액을 얻었다. 이 수지용액을 막 두께 80μm의 투명 열가소성 수지 필름(주식회사 옵테스 제품, 상품명: 제오노아 필름)에 닥터 블레이드(100μm 막두께용)를 사용하여 도공하였다. 이어서 질소 기류하 110℃에서 15분간 건조하고, 두께 5μm의 접착제층을 갖는 필름을 얻었다.
실시예 2
비교예 1과 동일한 방법으로 그리드 편광자(0)를 얻었다. 그리드 편광자(0)의 A층을 형성한 면에, 아미노프로필트라이에톡시실레인 0.2% 용액(에탄올:물=4:1 중량비)을 도포하고, 150℃에서 2분간 건조하였다. 이어서 상기 제3층용 필름의 접착제층이 그리드 편광자(0)의 A층에 접하도록 그리드 편광자(0)와 제3층용 필름을 중첩시키고, 그들을 진공 라미네이터(산키 공업사 제품)를 이용하여 열압착하고, 그리드 편광자(3)를 3장 만들었다. 열압착시의 조건은 진공 처리 15초, 열압착 온도 80℃, 압착 압력 1MPa, 유지 시간 300초간으로 하였다.
그리드 편광자(0)의 두둑부 정상면에 형성된 알루미늄 박막층(A층)만이 제3층용 필름의 접착제층과 접한 상태에서 적층되어 있고, 제1층, A층 및 제3층에 둘러싸이는 공간(B층)은 접착제로 메워지지 않고 대략 100% 설계대로의 공간(B층)이 확보되어 있는 것이, 투과형 전자 현미경에 의한 그리드 편광자(3)의 단면 관찰로 확인되었다. 또한 공간(B층)은 외기와 연통되어 있었다.
200사이클 절곡 후의 그리드 편광자(3)에는 박리 등의 이상이 육안으로는 관찰되지 않았다. 스틸 울로 문지른 후의 그리드 편광자(3)에는 자잘한 흠집이 나 있는 것이 육안으로 관찰되었다. 이들 그리드 편광자(3)를 이용하여 비교예 1과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 조립하여 휘도를 측정하였다. 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예 3
실시예 2와 동일한 방법으로 그리드 편광자(3)를 얻었다. 다음, 그리드 편광자(3)의 제3층용 필름 상에 상기 하드 코팅제를 경화 후의 막두께가 5μm가 되도록 바 코터를 이용하여 도포하였다. 이어서 80℃에서 5분간 건조시키고, 자외선을 조사(적산 광량 300mJ/cm2)하고, 하드 코팅제를 경화시켜, 그리드 편광자(4)를 얻었다.
200사이클의 절곡 후 및 스틸 울로 문지른 후의 그리드 편광자(4)에는 박리나 흠집 등의 이상이 육안으로는 관찰되지 않았다. 이들 그리드 편광자(4)를 이용하여 실시예 2와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 조립하여 휘도를 측정하였다. 결과를 표 2에 나타내었다.
Figure 112008004849614-PCT00002
표 안의 약호는 Al=알루미늄, HD=하드 코팅층, UA=우레탄아크릴레이트계 접착제, Air=공기이다.
이상의 결과에서,
본 발명의 실시예에서는 제1층, A층 및 제3층에 둘러싸인 공간(B층)이 유지되고, 그 공간(B층)이 공기로 채워져 있다. 그리드 편광자를 사용하지 않는 경우(비교예 3)의 정면 휘도와 비교하여 휘도가 높아졌다. 또한 스틸 울로 문지른 후라 하더라도 정면 휘도가 거의 저하하지 않는다. 실시예에 따라서는 스틸 울로 마찰하였을 때 흠집이 생기는 것도 있지만, 그래도 충분한 휘도를 유지하고 있으며, 액정 표시 장치에의 내장 작업시 등에 부주의하게 발생하는 마찰 등으로 성능이 열화되는 일이 없어지는 것을 알 수 있다.
(실리콘알콕사이드 용액 Ⅰ)
테트라메톡시실레인의 올리고머(상품명: 메틸실리케이트 51, 콜코트사 제품)와 메탄올을 질량비 47:78로 혼합하여 A액을 조제하였다. 또한 물, 암모니아수(28중량%), 메탄올을 중량비 60:1.2:97.2로 혼합하여 B액을 조제하였다. 그리고 A액과 B액을 16:17의 질량비로 혼합하여 실리콘알콕사이드 용액 Ⅰ을 조제하였다.
(실리콘알콕사이드 용액 Ⅱ)
테트라메톡시실레인의 올리고머와 메탄올과의 질량비를 47:71로 바꾼 것 이외에는 상기 실리콘알콕사이드 용액 Ⅰ과 동일한 방법으로 실리콘알콕사이드 용액 Ⅱ를 조제하였다.
실시예 4
그리드 편광자(0)의 A층을 형성한 면에 상기 실리콘알콕사이드 용액 Ⅰ을 메탄올 분위기 중에서 회전수 500rpm, 5초간의 조건으로 스핀 코팅하였다. 코팅 후, 그대로 1분 15초간 방치하여 젤화된 실리콘알콕사이드의 박막을 형성하였다. 이 젤형 박막을 물과 28% 암모니아수와 메탄올을 질량비로 162:4:640으로 혼합한 조성의 양생 용액 중에 침지하고, 실온에서 24시간 방치하였다. 이 박막을 헥사메틸다이실라잔의 10% 아이소프로판올 용액 중에 침지하고, 박막을 소수화하였다. 다음, 이 소수화한 박막을 아이소프로판올에 침지하여 세정하였다.
나아가, 박막을 고압 용기에 넣고, 용기 안을 액화 이산화탄소로 채우고, 80℃, 16MPa, 2시간의 조건으로 초임계 건조하고, 실리카젤의 그물코 구조 중에 다수의 공공을 갖는 구조의 실리카에어로젤 박막 Ⅰ(B층 및 제3층)을 형성시켜, 3장의 그리드 편광자(5)를 얻었다. 이 실리카에어로젤 박막 Ⅰ의 굴절률은 1.39이었다. 또한, 굴절률은 고속 분광 엘립소메트리(모델 번호: M-2000U, J.A, Woollam사 제품)를 이용하여, 측정 파장 589mm, 입사 각도 55, 60 및 65도로 각각 측정하고, 이들 측정값으로부터 산출하였다. 실리카에어로젤 박막 Ⅰ은 가늘고 길게 선형으로 뻗는 두둑부의 정상면에 형성한 A층으로부터 240nm의 두께가 있고, 서로 이웃하는 A층 및 두둑부 사이에 형성된 고랑부는 실리카에어로젤 Ⅰ로 채워져 있었다.
200사이클의 절곡 후 및 스틸 울로 문지른 후의 그리드 편광자에는 박리나 흠집 등의 이상이 육안으로는 관찰되지 않았다. 이들 그리드 편광자(5)를 이용하여 비교예 1과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 조립하여 휘도를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.
실시예 5
실시예 4에서 사용한 실리콘알콕사이드 용액 Ⅰ 대신 실리콘알콕사이드 용액Ⅱ를 사용한 것 이외에는 실시예 4와 동일한 방법으로 3장의 그리드 편광자(6)를 얻었다. 실리카에어로젤 박막 Ⅱ는 실리카겔의 그물코 구조 중에 다수의 공공을 갖는 구조를 이루고 있으며, 그 굴절률은 1.22이었다. 실리카에어로젤 박막 Ⅱ는 가늘고 길게 선형으로 뻗는 두둑부의 정상면에 형성한 A층으로부터 220nm의 두께가 있으며, 서로 이웃하는 A층 및 두둑부 사이에 형성된 고랑부는 실리카에어로젤 Ⅱ로 채워져 있었다. 200사이클의 절곡 후의 그리드 편광자에는 실시예 4와 마찬가지로 박리 등의 이상이 육안으로는 관찰되지 않았다. 스틸 울로 문지른 후의 그리드 편광자에는 자잘한 흠집이 나 있는 것이 육안으로 관찰되었다. 이들 그리드 편광자(6)를 이용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 조립하여 휘도를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.
실시예 6
실시예 5와 동일한 방법으로 그리드 편광자(6)를 얻고, 나아가 그들 실리카에어로젤박막 Ⅱ 상에 실시예 4와 동일한 방법으로 실리카에어로젤 박막 Ⅰ을 형성하고, 3장의 그리드 편광자(7)를 만들었다. 실리카에어로젤 박막 Ⅰ과 실리카에어로젤 박막 Ⅱ와의 경계는 판별할 수 없었다. 실리카에어로젤 박막 Ⅰ 및 실리카에어로젤 박막 Ⅱ를 합한 층은 가늘고 길게 선형으로 뻗는 두둑부의 정상면에 형성한 A층으로부터 370nm의 두께가 있으며, 서로 이웃하는 A층 및 두둑부 사이에 형성된 고랑부는 실리카에어로젤 Ⅱ로 채워져 있었다. 200사이클의 절곡 후 및 스틸 울로 문지른 후의 그리드 편광자에는 실시예 4와 동일하게 박리나 흠집 등의 이상이 육안으로는 관찰되지 않았다. 이들 그리드 편광자(7)를 이용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 조립하여 휘도를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.
실시예 7
실시예 5와 동일한 방법으로 그리드 편광자(6)를 얻고, 나아가 그들 실리카에어로젤 박막 Ⅱ 상에 상기 하드 코팅제를 경화 후의 막 두께가 5μm가 되도록 바 코터를 이용하여 도포하였다. 80℃에서 5분간 건조시키고, 이어서 자외선을 조사(적산 광량 300mJ/cm2)하여 하드 코팅제를 경화시켜, 3장의 하드 코트층 있는 그리드 편광자(8)를 만들었다.
하드 코팅제는 실리카에어로젤 박막 Ⅱ의 표면에서 내부로 약 130nm 침투한 상태에서 경화되어 있으며, 하드 코트층은 상기 침투부도 포함하여 약 5μm이었다. 그리드 편광자(8)의 서로 이웃하는 A층 및 두둑부 사이에 형성된 고랑부는 실리카에어로젤 Ⅱ로 채워져 있었다. 200사이클의 절곡 후 및 스틸 울로 문지른 후의 그리드 편광자에는 실시예 4와 마찬가지로 박리나 흠집 등의 이상이 육안으로는 관찰되지 않았다. 이들 그리드 편광자(4)를 이용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 조립하여 휘도를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.
실시예 8
실시예 5와 동일한 방법으로 그리드 편광자(6)를 얻고, 나아가 그들 실리카에어로젤 박막 Ⅱ 상에 우레탄아크릴레이트계 접착제(굴절률 1.48)를 통하여 두께 80μm의 트라이아세틸셀룰로스 필름을 맞붙여 3장의 그리드 편광자(9)를 만들었다.
우레탄아크릴레이트계 접착제는 실리카에어로젤 박막 Ⅱ의 표면에서 내부로 약 40nm 침투해 있었다. 그리드 편광자(9)의 서로 이웃하는 A층 및 두둑부 사이에 형성된 고랑부는 실리카에어로젤 Ⅱ로 채워져 있었다. 200사이클의 절곡 후의 그리드 편광자에는 실시예 4와 마찬가지로 박리 등의 이상이 육안으로는 관찰되지 않았다. 스틸 울로 문지른 후의 그리드 편광자에는 자잘한 흠집이 나 있는 것이 육안으로 관찰되었다. 이들 그리드 편광자(9)를 이용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 조립하여 휘도를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.
비교예 4
그리드 편광자(0)의 A층을 형성한 면에 우레탄아크릴레이트계 접착제(굴절률 1.48)을 통하여 두께 80μm의 트라이아세틸셀룰로스 필름을 맞붙여 3장의 그리드 편광자(10)를 만들었다.
그리드 편광자(10)의 서로 이웃하는 A층 및 두둑부 사이에 형성된 고랑부에는 우레탄아크릴레이트계 접착제가 채워져 있었다. 200사이클의 절곡 후의 그리드 편광자(10)에는 실시예 4와 마찬가지로 박리 등의 이상이 육안으로는 관찰되지 않았다. 스틸 울로 문지른 후의 그리드 편광자에는 자잘한 흠집이 나 있는 것이 육안으로 관찰되었다. 이들 그리드 편광자(10)를 이용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 조립하여 휘도를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.
Figure 112008004849614-PCT00003
표 안의 약호는, Al=알루미늄, Si1=실리카에어로젤 Ⅰ, Si2=실리카에어로젤 Ⅱ, HD=하드 코팅층, TAC=트라이아세틸셀룰로스, UA=우레탄아크릴레이트, Air=공기이다.
이상의 결과에서,
본 발명의 실시예에서는 표면의 미세 구조의 고랑부가 굴절률이 작은 다공질 물질(실리카에어로젤)로 채워져 있다. 그리드 편광자를 사용하지 않는 경우(비교예 3)에 비하여 휘도가 대폭으로 향상되었다. 또한 스틸 울로 마찰한 후의 휘도 저하도 억제된다. 실시예에 따라서는 스틸 울로 마찰하였을 때 흠집이 생기는 것도 있지만, 그래도 충분한 휘도를 유지하고 있으며, 액정 표시 장치에의 내장 작업시 등에 부주의하게 발생하는 마찰 등으로 성능이 열화되는 일이 없어지는 것을 알 수 있다.
비교예 4는 미세 구조의 고랑부가 굴절률이 큰 물질로 채워져 있다. 초기의 휘도가 낮다. 또한 스틸 울로 마찰한 후의 휘도 저하가 큰 것을 알 수 있다.

Claims (16)

  1. 투명 재료로 이루어지는 제1층과, 투명 재료로 이루어지는 제3층과, 제1층 및 제3층 사이에 제2층을 가지며,
    제2층은,
    가늘고 길게 선형으로 뻗은 복수의 A층과, 가늘고 길게 선형으로 뻗은 복수의 B층을 가지며,
    이들 A층 및 B층이 교대로 나란히 배치되고,
    상기 A층은
    복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하고,
    상기 B층은
    기체를 포함하고,
    제3층은, 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물을 통하여 A층과 결합되어 있거나, 투명한 무기 산화물 또는 무기 질화물로 이루어지는 것이거나, 또는 다공질 물질로 이루어지는 것인,
    그리드 편광자.
  2. 투명 재료로 이루어지는 제1층과, 투명 재료로 이루어지는 제3층과, 제1층 및 제3층 사이에 제2층을 가지며,
    제1층은,
    그 표면에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부가 서로 이간된 상태에서 복수 나란히 형성되고,
    제2층은,
    상기 두둑부의 각각의 정상면 상에 이 두둑부를 따라 가늘고 길게 선형으로 뻗은 A층과, 서로 이웃하는 A층 및 두둑부 사이에 형성된 고랑부에 가늘고 길게 선형으로 뻗은 B층을 가지며,
    이들 A층 및 B층이 교대로 나란히 배치되고,
    상기 A층은
    복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하고,
    상기 B층은
    기체를 포함하고,
    제3층은, 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물을 통하여 A층과 결합되어 있거나, 투명한 무기 산화물 또는 무기 질화물로 이루어지는 것이거나, 또는 다공질 물질로 이루어지는 것인,
    그리드 편광자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    가늘고 길게 선형으로 뻗은 A'층이 상기 고랑부의 바닥면 상에 더 형성되어 있고, 이 A'층은 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하는 그리드 편광자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    B층이 기체를 포함하는 구멍을 갖는 다공질 물질을 포함하여 된 그리드 편광자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제3층이 다공질 물질로 이루어지고, 제3층은 상기 B층과 경계 없이 연속된 그리드 편광자.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3층이 수지로 이루어지는 그리드 편광자.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수지로 이루어지는 제4층을 더 가지며, 제1층, 제2층, 제3층, 제4층의 순서로 적층되어 있는 그리드 편광자.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    B층이, 제1층, A층 및 제3층에 의해 둘러싸인 공간에 있는 공기 또는 불활성 가스로 이루어지는 층인 그리드 편광자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제3층이 무기 산화물 또는 무기 질화물로 이루어지는 그리드 편광자.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    A층은 무기 재료에 결합하는 반응기 및 유기 재료에 결합하는 반응기를 갖는 화합물을 통하여 제1층 및/또는 제3층과 결합되어 있는 그리드 편광자.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1층이 수지로 이루어지는 것인 그리드 편광자.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 그리드 편광자와 다른 편광 광학 부재를 서로 중첩시킨 편광 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    다른 편광 광학 부재가 흡수형 편광자이고, 그리드 편광자의 편광 투과축과 흡수형 편광자의 편광 투과축이 대략 평행한 편광 소자.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 그리드 편광자를 구비하는 액정 표시 장치.
  15. 투명 재료로 이루어지는 제1층의 주면에 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하는 A층을 가늘고 길게 선형으로 뻗으면서 이간시켜 복수 나란히 형성하고,
    제1층의 주면에 대하여 비스듬한 방향에서 무기 산화물 또는 무기 질화물을 증착함으로써 이간된 상태에서 인접하는 A층의 정상부 사이에 걸쳐 해당 이간 부분을 막는 제3층을 형성하여 된,
    제1층과 A층과 제3층에 둘러싸인 공간에 공기 또는 불활성 가스가 포함되어 있는 그리드 편광자의 제조법.
  16. 가늘고 길게 선형으로 뻗은 두둑부가 복수개 나란히 이간된 상태에서 표면에 형성된 투명 재료로 이루어지는 제1층의 두둑부의 정상면 상에 복소 굴절률(N=n-iκ)의 실부(n)와 허부(κ)의 차의 절대값이 1.0 이상인 재료를 포함하는 A층을 이 두둑부를 따라 가늘고 길게 선형으로 뻗어 형성하고,
    제1층의 주면에 대하여 비스듬한 방향에서 무기 산화물 또는 무기 질화물을 증착함으로써 이간된 상태에서 인접하는 A층의 정상부 사이에 걸쳐 해당 이간 부분을 막는 제3층을 형성하여 된,
    제1층과 A층과 제3층에 둘러싸인 공간에 공기 또는 불활성 가스가 포함되어 있는 그리드 편광자의 제조법.
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