TWI321663B - Wire grid polarizer and manufacturing method of the same - Google Patents

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丄以1663 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於線柵偏光板及其製造方法以及使用其之液 晶顯示裝置。 【先前技術】 由於近年來之光微影技術之發達’以逐漸可形成且有光 波長位準之間距之微細構造圖案。具有如此非常小間距之 圖案之構件及製品不僅在半導體領域，在光學領域中，其 利用範圍也相當廣泛而有用。 例如，將金屬等構成之導電體線以特定之間距排列成格 子狀而成之線柵若其間距為比入射光（例如，由可見光之 波長400 nm至800 nm)相當小之間距（例如為2分之丨以下）， 則幾乎可大部分反射與導電體線平行地振動之電場向量成 分之光，並可使垂直於導電體線之電場向量成分之光幾乎 可大部分穿透，故可使用作為形成單一偏光之偏光板。線 拇偏光板由於可將不穿透之光反射而再利用，故從光之有 效利用之觀點言之，也甚屬理想。但在既存之光微影技術 中，在現狀下，難以實現100 cm2以上之大面積而12〇 nm 位準或期以下之間距之微細凹凸格子。 [發明所欲解決之問題] 近年來’已開發出具有小間距之微細凹凸格子之線柵偏 振器（日本特表2003-502708號公報）。此線柵偏振器如圖1〇 所不’係呈現在玻璃基板1〇1之格子狀凸部1〇1&上，介著 電介質膜102形成導電元件1〇3之構成。此線柵偏振器係將 114597.doc 1321663 格子狀凸部101 a與電介質膜102相加之厚度區域γ之折射率 設定成低於玻璃基板101之基台部X之折射率。採用此種構 成時’發生光之穿透、反射特性急遽變化之共振現象之共 振點會向短波長側移位，而可提高穿透與反射效率。 但’上述線柵偏振器必須顧慮到作為繞射光柵使用之情 形之可見光光譜内之共振，而有在可見光之低波長區域不 能獲得充分之偏光度之問題。 【發明内容】 本發明之目的在於提供可在可見光區域之寬帶中兼顧優 異之偏光度與穿透率之線柵偏光板及其製造方法、以及使 用該線栅偏光板之液晶顯示裝置。 本發明之線栅偏光板之特徵在於：包含具有格子狀凸部 之樹脂基材、設置成覆蓋前述樹脂基材之格子狀凸部及其 侧面之至少一部分之電介質層、及設於前述電介質層上之 金屬線。 在本發明之線柵偏光板中，最好包含前述格子狀凸部之 頂部之上方之電介質層之區域之折射率係高於前述樹脂基 材之折射率。 在本發明之線柵偏光板中，最好包含前述電介質層之折 射率係南於前述樹脂基材之折射率。 在本發明之線栅偏光板中，最好前述樹脂基材之格子狀 凸部之間距係在120 nm以下。 在本發明之線栅偏光板中，最好前述電介質層係以氧化 鈦、氧化鈽、氧化锆、氧化鋁、氧化釔、氧化矽、氮化 114597.doc 1321663 矽、氮化鋁或該等之複合物所構成。 在本發明之線栅偏光板中，最好前述金屬線係以包含鋁 或其合金之金屬所構成。 在本發明之線栅偏光板中，最好前述金屬線係偏設在前 述電介質層之一方側面。 在本發明之線柵偏光板中，最好偏光板之單位尺寸為 100 cm2以上。 本發明之液晶顯不裝置之特徵在於包含：液晶面板、對 前述液晶面板照射光之照明機構、及配置於前述液晶面板 與前述照明機構之間之上述線栅偏光板。 在本發明之液晶顯示裝置中，最好前述液晶面板係穿透 型液晶面板。 本發明之液晶顯示裝置之特徵在於包含：光源、偏光分 離來自前述光源之光之上述線柵偏光板、使被前述偏光板 偏光之光穿透或反射之液晶顯示元件、及將穿透或反射於 前述液晶顯示元件之光投射於螢幕之投射光學系統。 本發明之線柵偏光板之製造方法之特徵在於包含：在表 面具有格子狀凸部之樹脂基材之含前述格子狀凸部之區域 上形成之步驟、及在前述電介質層上形成金屬線之步驟。 在本發明之線拇偏光板之製造方法中，最好前述樹脂基 材之格子狀凸部形狀係藉由將表面具有1〇〇 11〇1至1〇〇 間 距之凹凸格子之被拉伸構件，在與前述凹凸格子之長側方 向略正交之方向之前述被拉伸構件之寬度保持自由之狀態 下，向與前述長側方向略正交之方向單軸拉伸所製作。 J14597.doc 1321663 在本發明之線柵偏光板之製造方法中，最好前述樹脂基 材之格子狀凸部形狀係藉由將表面具有1〇〇⑽至⑽㈣間 距之凹凸格子之被拉伸構件，在與前述凹凸格子之長侧方 向略正交之方向之前述被拉伸構件之寬度保持自由之狀態 下，利用具有向與前述長側方向略平行之方向單軸拉伸所 製作之微細凹凸格子之模具，藉轉印將微細凹凸格子賦形 於樹脂基材。 在本發明之線柵偏光板之製造方法中，最好在形成前述 金屬線之步驟中，在與前述格子狀凸部之格子之長侧方向 略正交之平面内，由樹脂基材面之法線與蒸鍍源之形成角 度為30。以下之方向積層金屬而形成金屬線。 【實施方式】 以下，就本發明之實施型態，依照（1)本發明之線柵偏 光板、（2)獲得具有本發明之格子狀凸部之樹脂基材之方 法、（3)本發明之線柵偏光板之製造方法之順序，參照附圖 詳細予以說明之。 (1)本發明之線柵偏光板 圖1係表示本發明之實施型態之線柵偏光板之一部分之 概略剖面圖。圖1所示之線柵偏光板主要係包含具有格子 狀凸部之樹脂基材1(以下又稱樹脂基材丨）、設置成覆蓋前 述樹脂基材之格子狀凸部la(以下又稱凸部u)及其側面lb 之至少一部分之電介質層2、及設於前述電介質層2上之金 屬線3。 使用於樹脂基材1之樹脂只要在可見光區域實質上透明 114597.doc 1321663 之樹月曰即彳。例如’可列舉聚甲基丙烯酸曱酯樹脂、聚碳 酸s曰樹知、聚笨乙烯樹脂、環烯烴樹脂（c〇p)、交聯聚乙 稀樹脂、聚氣乙稀樹脂、聚芳醋樹脂、聚苯醚樹脂、改性 聚苯喊樹脂、聚趟亞胺樹脂、聚醚砜樹脂、聚颯樹脂、聚 趟酮樹脂等之非晶性熱可塑性樹脂、及聚對苯二曱酸乙二 醇MPET)樹^》乙烯萘樹脂、聚乙稀樹脂、聚丙稀樹 月曰聚對苯一甲酸丁二醇酯樹脂、芳香族聚酯樹脂、聚縮 搭樹脂、》酿胺樹脂等之結晶性熱可塑性肖月旨、及丙稀酸 系、環氧系、聚氨酯系等之紫外線（uv)硬化性樹脂及熱硬 化性樹脂等。又，作為基材，也可採用組合樹脂基材i之 紫外線（UV)硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、玻璃等無機基 板、上述熱可塑性樹脂、及三醋酸酯之構成。 本發明之樹脂基材1之格子狀凸部i a之間距考慮在可見 光區域之寬帶中之偏光特性時，在12〇 nm以下，最好在8〇 nm〜120 nm。間距愈小時，偏光特性愈佳，但對可見光而 言’在80 nm〜120 nm，即可獲得充分之偏光特性。又不 重視400 nm附近之短波長光之偏光特性時，也可將間距擴 大至150 nm程度。又，在本發明中，樹脂基材之格子狀凸 部1 a之間距、電介質層之間距、及金屬線之間距大致等於 本發明之線柵偏光板之間距，在圖1中以p表示。 又，樹脂基材1之凸部la之山與凹部1(；之谷之高度之差 (以下稱凸部la之高度）為獲得良好之偏光特性，為獲得 基材與電介質層2之高密接強度，且為在凸部1&上選擇性 地高度覆蓋電介質層，設定於格子狀凸部la之間距卩之〇5 114597.doc -10· 倍至2.0倍，以1·0倍至2 0倍為宜。 凸部1&之高度之2分之1之高度之凸部U之寬度(以下， 又稱凸部la之寬度）考慮對格子狀凸部“之侧面之電介質 層之覆蓋及介著電介質層之金屬線之積層，最好設定為線 柵間距之0.3倍至0.6倍。 格子狀凸部la及複數格子狀凸部所形成之微細凹凸格子 之凹部1c之剖面形狀並無限制。例如，此等之剖面形狀也 可為梯形、矩形、方形、稜鏡狀、半圓狀等正弦波狀。在 此，所謂正弦波狀，係意味著具有由凹部與凸部之重複所 構成之曲線部之形狀。又，曲線部只要為彎曲之曲線即 可例如，凸部有蜂腰部之形狀也包含於正弦波狀中。從 電介質層容易覆蓋前述樹脂基材之格子狀凸部及其側面之 至）一部分之觀點，最好前述形狀之端部或頂點谷係以 平緩之曲率彎曲。又，從提高樹脂基材與電介質層間之密 接強度之觀點，前述剖面形狀為正弦波狀更佳。 獲得具有本發明之格子狀凸部之樹脂基材之方法並無特 別限疋，但以使用本申請人之日本特願2〇〇6_21〇〇號所載 之方法較為理想。詳見後述。 在本發明中，構成電介質層2之電介質只要在可見光區 域中實質上透明即可。可適合使用構成樹脂基材丨之材料 及構成金屬線3之金屬間之密接性較高之電介質材料。例 如，可使用砂（Si)之氧化物、氮化物、鹵化物、碳化物之 單體或其複合物（電介質單體中混入其他元素、單體或化 合物）、及叙（A1)、鉻（Cr)、釔（Y)、锆（Zr)、钽（Ta)、鈦 114597.doc ㈤、銷（Ba)、銦（In)、錫㈣、鋅㈣、鎖（Mg)、勞 心）、鈽（Ce)、鋼（Cu)等之金屬之氧化物、氮化物、鹵化 物、碳化物之單體或該等之複合物。 在本發明中，最好包含格子狀凸部之頂部之上方之電介 質層之區域之折射率係高於前述樹脂基材之折射率。在 此’所謂包含格子狀凸部之頂部之上方之電介質層之區 域’係指表示圖1之㈣域’含有電介質層而具有與樹脂基 材面略平行之特定厚度之區域之意。即，此B區域係包含 樹脂基材！之格子狀凸部la上之電介質層之區域。樹脂基 材之折射率係圖1之A區域，即不含樹脂基材1之格子狀凸 部la之區域之折射率。又，在本發明中，最好前述電介質 層之折射率係高於前述樹脂基材之折射率。 作為選定折射率高於樹脂基材之折射率之電介質，例 如’以石夕或上述金屬之氧化物、氮化物之單體或該等之複 合物為佳。此等之中’以氧切、氧化欽、氧化飾、氧化 鋁氧化纪、氧化錯、氮化秒、氮化鋁或該等之複合物更 佳。 在本發明中，為獲得樹脂基材丨與金屬線3間之充分之密 接強度，將電介質層2設置成覆蓋樹脂基材之格子狀凸部 la及其側面以之至少一部分。又，樹脂基材丨之格子狀凸 部la之侧面lb被電介質層2所覆蓋较為理想。從提高格子 狀凸部la與電介質層2間之密接性之觀點與抑制由樹脂基 材發生之低分子量揮發物之觀點，電介質層2覆蓋微細凹 凸格子全體更為理想。提高格子狀凸部“與電介質層2間 114597.doc -12- 之密接性時’可獲得樹脂基材與電介質層間之充分之密接 強度。又’在本發明中，在微細凹凸格子形狀上，與其凸 部之侧面及凹部相比，將主要在其凸部上積層電介質及金 屬之現象稱為選擇積層。 電介質層2對樹脂基材之格子狀凸部la之覆蓋厚度（以下 稱樹脂基材之高度）從光學特性及與樹脂基材或金屬線間 之密接強度、線柵之強度、覆蓋所需之時間、使金屬線選 擇地積層於電介質層之凸部或選擇地偏向電介質層之凸部 之一方側面積層等之觀點，以2 nm至200 nm為宜。尤其， 在秘脂基材之格子狀凸部la之山之電介質層之高度以5 nm 至150 nm為宜。又，電介質覆蓋樹脂基材之格子狀凸部“ 而形成之凹凸格子之凸部山與凹部谷之高低差h2(以下稱 兩低差H2)若考慮作為金屬線之台座之強度、光學特性等 時’以100 nm至300 nm為宜，以150 nm至250 nm更佳。 在高低差Η:之2分之1之高度之電介質覆蓋樹脂基材之格 子狀凸部la而形成之凹凸格子之凸部之寬度為電介質層之 寬度W2(以下稱電介質層之寬度）。從光學特性及線柵之構 造強度之觀點，電介質層之寬度％以樹脂基材之格子狀凸 部之間距之0.3倍至〇·6倍為宜，但在金屬之積層時使用後 述之斜積層法之情形’電介質層之寬度^以樹脂基材之格 子狀凸部之間距之0.1倍至〇.5倍為宜。 作為使電介質層覆蓋樹脂基材之格子狀凸部及其側面之 至少一部分之方法，可利用構成電介質層2之材料適宜地 加以選擇。例如，可適合使用濺射法、真空蒸鍍法等物理 114597.doc •13· 1321663 的蒸鍍法。從密接強度之觀點，以濺射法為佳。 在本發明中，構成金屬線3之金屬以在可見光區域之光 之反射率高’且與構成電介質層2之材料間之密接性高者 為宜。例如，以由鋁、銀或該等之合金所構成者為宜。從 成本之觀點’以由鋁或其合金所構成者尤佳。 金屬線3之寬度％從偏光度及穿透率等光 之構造強度之觀點，以樹脂基材之格子狀凸部之二 0.3倍至0.6倍為宜。

積層於覆蓋樹脂基材之格子狀凸部1&之山之電介質層2 之凸部上之金屬線3之厚度仏（以下稱金屬線之高度）若考 慮光學特性及金屬線3與電介質層2之凸部間之密接強度、 線拇偏光板之構造強度、積層所需之處理時間時，為120 nm〜220 nm ’以14。⑽至2⑽nm為宜。又對金屬線之寬 f之金屬線之高度之比h3/W3(寬高比）以2〜5為宜，^尤

作為在電介質層上積層金屬線以形成金屬線之方法，口 空蒸鑛法、_法、離;：r^。例如，可適合使用真 以可使金屬選二:子4=物理 電介質層2之凸部之：電介質層2之凸部或選擇地偏向 啰種, 方側面積層之方法較為理想。作為 。亥種方法，例如可列舉真空蒸鑛法。 乍為 又’從光學特性之顴 底部及其附近之金屬於微細凹凸格子之凹部之 4夕愈好。因此，為避免金屬堆積 H4597.doc 1321663 於此等部分，另外，在已堆積 月办考慮到容易進行後 述之蝕刻（藉以洗淨）之需要時，以利 〜用斜積層法積層金屬 較為理想。在本發明所謂之斜積層法，係在與微細凹凸格 子之格子長侧方向垂直相交之平面内，由與樹脂基材面之 法線形成之角度（入射角）Θ在30〇以下，备垃山ιλ〇 A r ’敢好由10°至20〇之 方向積層金屬之方法。

本發明之線柵偏光板之單位尺寸以在1〇〇 cm2以上為 宜。依據本發明之線柵偏光板，可藉轉印在樹脂基材1上 形成格子狀凸部，於其上積層電介質層2及金屬線3而製 成，如此，可獲得單位尺寸在100 cm2以上之較大板狀 體。因此，例如，在使用於大畫面之顯示器之情形，也可 盡量減少接合部分之數。此情形，最好將接合部分設定於 100 nm〜1〇〇 μπχ之線寬而成為不穿透光之構造。

如上所述，本發明之線柵偏光板係在樹脂基材1與金屬 線3之間設有與此等密接性較高之電介質層2。因此，樹脂 基材1可確實支持電介質層2，立設電介質層2。其結果， 可使金屬線3之高度變得比較高。可藉具有形成於樹脂基 材上之非常微細之金屬線之線柵偏光板，在被偏光之光之 區域之可見光區域之大致全區域中發揮99.9%以上之偏光 度。在此情形下’各金屬線最好實質上具有約丨〇 以上 之長度，且在金屬線之寬度方向以6xl04條/cm以上之等間 距被光學地大致平行排列。 (2)獲得具有本發明之格子狀凸部之樹脂基材之方法 獲得具有本發明之格子狀凸部之樹脂基材之方法並無特 114597.doc •15- 1321663 另J限制彳一以使用本申請人之日本特願2006_2100號所載 之方法(在本發明中’分為方法I與方法II說明其概要)較為 理想。 具體上M乍為獲得具有本發明之間距120 nm以下之格子 .狀凸部之樹脂基材之方法I，最好將表面具有100 nm〜100 μιη之凹凸格子之被拉伸構#，在使與前述凹凸格子之長 側方向（與凹凸格子略平行之方向）略正交之方向之前述被 拉伸構件之寬度保持自由之狀態下，向與前述長側方向略 平行之方向施行自由端單軸拉伸加工而加以製作。此結 果，可縮小前述被拉伸構件之凹凸格子之凸部之間距，獲 - #間距120 以下之微細凹凸格子之樹脂基材(已拉伸構 件）凹凸格子之間距雖設定於1 00 nm〜1 〇〇 μηι之範圍，但 可依照所要求之微細凹凸格子之間距及拉伸倍率適宜地加 以變更。 在此，所謂被拉伸構件’可列舉前述之非晶性熱可塑性 φ 樹脂或結晶性熱可塑性樹脂所構成之板狀體、膜狀體、片 狀體等透明之樹脂基材作為使用於本發明之樹脂基材。有 關此被拉伸構件之厚度及大小等，只要處於可施行單軸拉 伸處理之範圍，並無特別限定。 又，為獲得表面具有1〇〇 11111至100 μηι之凹凸格子之被拉 伸構件’只要使用利用雷射光之干涉曝光法或切削法所形 成之具有100 nm至100 μιη之凹凸格子之模具，以熱壓等之 方法將該凹凸格子形狀轉印於被拉伸構件即可。又所謂 干涉曝光法’係利用由角度Θ·之2方向照射特定波長範; 114597.doc -16- 1321663 内之雷射光而形成之干涉條紋之曝光法，藉改變角度θ·, 可獲得在使用之雷射光波長範圍内具有各種間距之凹凸格 子之構造。作為可使用於干涉曝光> 4 | 1 [fiVl〇〇 模態之雷射，作為可施行TEM⑽模態之雷射振盪之紫外線 雷射，可列舉氬雷射（波長364 nm，351 nm，333 nm)&

YAG雷射之4倍波（波長266 nm)等 本發明之單軸拉伸處理首先係在前述被拉伸構件之寬度 方向（與凹凸格子略正交之方向M呆持自由之狀態下，將前 述被拉伸構件之凹凸格子之長側方向固定於單軸拉伸處理 裝置。接著，加熱至使被拉伸構件軟化之適當溫度，以該 狀態保持適當時間後，向與前述長側方向略平行之一方向 以適當之拉伸速度，施行拉伸處理至對應於目標之微細凹 凸格子之間距之拉伸倍率。最後，在保持拉伸狀態之狀態 下將被拉伸構件冷卻至材料硬化之溫度，藉以獲得間距 120 nm以下之微細凹凸格子之樹脂基材之方法。作為施行 此單軸拉伸處理之裝置，可使用施行通常之單軸拉伸處理 之裝置。又，有關加熱條件及冷卻條件，可依照構成被拉 伸構件之材料適宜地加以決定。 又，獲得本發明之具有間距12〇 nm以下之微細格子狀凸 邻之树脂基材之方法II係使用表面具有丨2〇 nm以下之微細 凹凸格子之模具，將微細凹凸格子轉印於本發明所使用之 前述樹脂基材表面，並使其成形之方法。在此，表面具有 間距120 nm以下之微細凹凸格子之模具可利用將前述方法 I所得之具有間距120 nm#下之格子狀凸部之樹脂基材， H4597.doc •17· 1321663 依序施以導電化處理、電鍍處理、樹脂基材之除去處理而 製成。 依據此方法，由於使用表面已具有間距12〇 nm以下之微 細凹凸格子之模具，故不必經由複雜之拉伸步驟，即可量 產使用於本發明之具有間距120 nma下之格子狀凸部之樹 脂基材。另外，適當地組合方法丨、方法„而加以重複使用 時’也可由具有較大間距之凹凸格子，製作更複雜之凹凸 格子。 (3)本發明之線柵偏光板之製造方法 在此，利用圖說明有關藉上述方法I、方法„製造本發明 之線栅偏光板之方法。圖2(a)〜(c)係說明有關獲得具有本 發明之格子狀凸部之樹脂基材之方法之剖面圖，圖3(a)、 (b)係有關本發明之具有前述凹凸格子之被拉伸構件之自由 端-轴拉伸前後之由上面所視之圖。又，圖4(a)〜(g)係說明 有關本發明之實施型態之線柵偏光板之製造方法之剖面 圖。圖1係表示本發明之方法所得之線柵偏光板之概略剖 面圖’圖4(g)之擴大圖。 •獲付具有本發明所使用之格子狀凸部之樹脂基材之步驟 首先，準備在圖2(a)所示之表面具有1〇〇 nm〜1〇〇 ^爪間 距之凹凸格子4a之模具（壓模）4。此壓模4係在玻璃基板上 乂旋轉塗布法塗布抗姓劑材料而形成抗钱層’對該抗触層 利用干涉曝光法進行曝光，將抗㈣顯影，藉此獲得具有 100 run〜100㈣間距之凹凸格子之抗㈣。接著，在抗蝕 層上濺射錄或金而使抗钱層導電化。再於減射之金屬上施 114597.doc 1321663 行鎳之電鍍而形成鎳板。最後，由玻璃板將鎳板剝離，由 鎳板除去抗蝕層，以製作表面具有100 nm〜1〇〇 μιη間距之 凹凸格子之壓模4。X，作為壓模4之製作方法，並不限定 上述方法’也可利用其他之方法。

*接著，如圖2⑷及圖2(b)所示，在被拉伸構件5，藉熱廢 等之處理擠壓壓模4之凹凸格子4a側而將凹凸格子乜之圖 案轉印於被拉伸構件5。又’被拉伸構件5之構成材料為轨 可塑性樹脂之情形，可利用注塑成形或擠出成形等製作。 而’卸下壓模4時’如圖2⑷所示，即可獲得具有被轉印麗 模4之凹凸格子4a之微細凹凸格扣之被拉伸構件5。 接著，對此被拉伸構件5’施以寬度方向處於自由狀離 之自由端單軸拉伸處理。即，對圖3⑷所示之被拉伸構件$ =箭號方向（略平行於凹凸格子5a之長侧方向之方向）施以 ::單軸拉伸。此時’加熱至可使夠成被拉伸構件5之 ^ 之溫度，向略平行於凹凸格子5a之長側方向之方 構伸被拉伸構件5 ’保持拉伸狀態不變而將被拉伸 =1/至前述材料硬化之溫度。又，此等加熱溫度及 度’可依照構成被拉伸構件5之材料適宜地加以設 逯過此自由端單軸拉伸處 長，與此相應地，寬声方6舍/伸構件5之長度會變 示，可獲得具右Μ 因此，如圖3⑻所 5 a,之被拉㈣杜nm位準或其以下之間距之格子狀凸部 之被拉伸構件（已拉伸構件）5，(圖❿)）。又 率’可依據準備之祐知 有關拉伸倍 破拉伸構件之凹凸格子之間距所需之已 Ϊ M597.doc 拉件之微細凹凸袼子之間距適宜地加以設定。 者’利用此已拉伸構件5,獲得模具6。具體上，首先 在圖4 (a)戶 不之已拉伸構件5,之格子狀凸部5a，之表面，例 如矛]用泰链法、濺射法、無電解電鑛法等形成金屬膜， 使其導電化。姑 按者’在此導電化後之面上，利用電鍍等形 呈屬層，藉以如圖4(b)所示，在已拉伸構件5,上形成模 具6。金屬層之厚度並無特別限制，可依照模具6之用途適 宜地加以設定。 —最後由模具6除去已拉伸構件5,，藉以如圖4(c)所示， 獲付具有120 nm位準或其以下之間距之格子狀凸部6a之模 具6。作為由模具6除去已拉伸構件5,之方法，可使用以物 理方式由已拉伸構件5，剝離模具6之方法或利用僅溶解構成 已拉伸構件5'之材料之溶劑而利用化學方式加以剝離之方 法等。 如此所得之模具6因具有12〇 nm位準或其以下之間距之 格子狀凸部6a，故以此作為前述方法„之模具（主模具）而 如圖4(d)所示，將此模具6(主模具）例如擠壓在樹脂基材而 轉印格子狀凸部時，可獲得使用於本發明之具有12〇 準或其以下之間距之格子狀凸部丨a之樹脂基材丨。考慮對 樹脂基材表面之具有格子狀凸部之構造之容易形成度時， 將紫外線硬化性樹脂塗布於主模具後，照射紫外線使其硬 化而脫模’或將熱硬化性樹脂塗布於主模具後，加熱使其 硬化而脫模，藉以轉印格子狀凸部。 •在具有格子狀凸部之樹脂基材形成電介質層之步驟 114597.doc -20· 1321663 接著’如圖4(e)所示，以電介質覆蓋樹脂基材1之格子狀 凸部la及其側面之至少一部分，形成電介質層2 ^例如， 只要利用濺射法將氧化矽以厚度2 nm〜2〇〇 nm覆蓋樹脂基 材1之格子狀凸部1 a及其側面之至少一部分即可。此時， 電介質層形成在格子狀凸部la之凸部上部之寬度比格子狀 凸部之侧面及格子狀凸部間之凹部更厚。在變介質層之形 成中，最好補正成使格子狀凸部上部之寬度比下部寬之下 部有凹槽形狀之類之形狀。藉此，可將金屬線有效地形成 在電介質層2上。作為此種形狀補證之方法，可使用反濺 射法等。 •在電介質層上積層金屬線之步驟 接著，如圖4(f)所示，在覆蓋於具有格子狀凸部之樹脂 基材1上之電介質層2上積層金屬。例如，只要利用真空蒸 鍵法將A1積層成平均厚度12〇 nm〜22〇 nm即可，此時，與 被電介質覆蓋之格子狀凸部之側面及格子狀凸部間之凹部 相比，A1主要係被選擇積層於格子狀凸部之上。又，也可 利用斜積層法，使金屬不堆積於被電介質覆蓋之格子狀凸 部la間之凹部及凸部之單側側面之區域。在此斜積層法 中，尤其考慮格子狀凸部1 a間之區域之深度，並考慮減少 附著於此部分之A1量，期使蝕刻容易進行時，最好在與前 述格子狀凸部之格子之長側方向垂直相交之平面内，以由 與樹脂基材之法線之形成角度為3〇。以下（例如1〇。〜2〇。）之 方向積層金屬而形成金屬線。 •附著於微細凹凸格子之不要金屬之除去步驟 H4597.doc 接著，依照需要，例如利用酸或鹼之蝕刻劑進行濕式蝕 刻。可除去前述格子狀凸部間之凹部區域之A1等附著物， 或消除金屬線之凸部彼此之接觸，將金屬線之剖面形狀修 正於前述適當範圍。 ^ 藉由此種步驟，可獲得如圖4(g)或圖丨所示之以往迄未 能實現之具有120 nm位準或其以下之間距之微細凹凸格子 之線概偏光板。 依據本發明之線柵偏光板之製造方法，與在樹脂基材上 轉印格子狀凸部，於其上積層電介質層及金屬線之利用光 微影而製作之方法相比，由於可利用較簡單之步驟製作， 故可獲得其單位尺寸在100 cm2以上之較大之線柵偏光 板。 人說明有關在液晶顯示裝置使用本發明之線栅偏光 板之If形《圖5係表示使用本發明之實施型態之線柵偏光 板之液晶顯示農置之一型態。 圖5所示之液晶顯示裝置主要係由如發出光之背光源之 照明裝置11、配置於此照明裝置η上之線柵偏光板12、配 置於線柵偏光板12上之液晶面板132及偏光板133所構成。 即’本發明之線柵偏光板12係配置於液晶面板132與照明 裝置11之間。 液aa面板132係穿透型液晶面板，在玻璃及透明樹脂基 板間夾持液晶材料等而構成。又，在圖5之液晶顯示裝置 中，有關通常使用之偏光板保護膜、相位差膜、擴散板、 疋向膜、透明電極、彩色濾波器等各種光學元件，省略其 114597.doc -22- 1321663 說明。 在此種構成之液晶顯示裝置中，由照明裝置11出射之光 係由線柵偏光板12之樹脂基材1之基部側入射，由線側通 過液晶面板132而向外界出射（圖中之箭號方向在此情 形，線柵偏光板12在可見光區域中，可發揮優異之偏光 度，故可獲得高對比度之顯示。又，在要求更高對比度之 情形，為了防止由偏光板133之外側，即由與照明裝置11 相反之方向入射之（外）光穿透液晶面板13 2而被線柵偏光板 12反射，再向液晶面板13 2之外側回射，最好在線柵偏光 板12與液晶面板132之間，配合線柵偏光板12與偏光軸而 插入使用碘等二色性色素之吸收型之偏光板131。此情 形，吸收型之偏光板以高穿透率者為宜，也可使用偏光度 低之偏光板。 也可將本發明之線柵偏光板使用於投射型液晶顯示裝置 之偏光板。投射型液晶顯示裝置主要係由光源、偏光分離 來自該光源之光之線栅偏光板、穿透或反射被該偏光板所 偏光之光之液晶顯示元件、及將穿透或反射液晶顯示元件 之光投射在螢幕之投射光學元件所構成。即，本發明之線 栅偏光板係配置於光源與液晶顯示元件之間。 其次，說明有關使本發明之效果明碟化之實施例。 (具有格子狀凸部之樹脂基材之製作） •轉印凹凸格子形状之COP板之製作 準備表面具有間隔230 nm、凹凸格子之高度230 nm之凹 凸格子之鎳壓模。此凹凸格子係藉使用雷射干涉曝光法之 H4597.doc -23- 丄JZiOOj 圖案化所製成，其剖面形狀為正弦波狀，由上面看之形狀 為條紋狀格子形狀。又’其平面尺寸為縱橫均500 mm。利 用此錄壓^ ’藉熱壓法將凹凸格子形狀轉印於厚度0.5 mm、 縱搭夂ς〇Γν m 、谷520 mm之環烯烴樹脂（以下簡稱COP)板表 面，製作轉印凹凸格子形狀後之COP板。此COP之玻璃轉 移溫度（Tg)為1〇5。〇。 具體上，利用如下方式施行熱壓。首先，將壓機之系統 内真玉排氣，將鎳壓模及COP板加熱至達到190°C後，以 加壓壓力2 MPa、加壓時間4分鐘將鎳壓模之凹凸格子轉印 於匸0?板。再將加壓壓力保持於2 不變，將鎳壓模及 COP板冷卻至達到4〇它後，開放真空，繼續開放加壓壓 力。加壓壓力開放時，可使鎳壓模及C〇p板容易脫模。以 電場釋放型掃描型電子顯微鏡（以下簡稱FESEM)觀察轉印 鎳壓模之凹凸格子形狀後之c〇p板之表面形狀之結果，確 認已忠實地被轉印凹凸格子形狀。 •拉伸引起之間距縮小 接著，將被此凹凸格子形狀後之CC)P板切取52〇 mmx46〇 mm之長方形，以作為被拉伸構件之拉伸用c〇p板。此 時，係以使520 mmx460 mm之長側方向（520 mm)與凹凸格 子之長側方向互相略平行方式切取。 接著，在此拉伸用COP板表面，利用噴霧塗布矽油，在 約80°C之循環式空氣爐中放置30分鐘。接著，以壓延機之 夾頭固定拉伸用cop板之長側方向之兩端1〇 mm，在該狀 態下，將拉伸用COP板在被溫度調節於113 士 1。〇之循環式 114597.doc •24· 1321663 空氣爐中放置ίο分鐘。其後，以250 mm/分之速度在拉伸 至夾頭間距離5倍之處完成拉伸，2〇秒後，在室溫氣體環 境下取出拉伸後之COP板（拉伸畢之c〇p板），維持夾頭間 距離不變而將其冷卻。此拉伸畢之c〇p板之中央部份約 40%大致均勻地變成蜂腰狀，寬度縮小至最小之部份為 200 mm。同樣地，僅將夾頭間距離變成3 5倍、2 5倍而拉 伸之結果，拉伸畢之COP板之中央部之最小寬度分別為 240 mm、280 mm。 以FE-SEM觀察此3種拉伸畢之C0P板之表面與剖面之結 果’微細凹凸格子之間距與高度分別為丨〇〇 nm/95 nm(間距 /高度）、120 nm/113 nm、140 nm/133 nm，其剖面形狀為 正弦波狀，由上面看之形狀為條紋狀格子形狀，可知係以 相似於拉伸前之凹凸格子形狀之方式被縮小。 •鎳壓模之製作 在所付之1 00 nm間距、120 nm間距、及14〇 nm間距之拉 伸畢之cop板之表面，利用濺射法分別覆蓋3〇 nm之金作 為導電化處理後，分別電鑛鎳’以製作厚度〇 3 mm、格子 之長側方向（以下稱為縱）300 mm、與格子之長侧方向垂直 之方向（以下稱為橫）180 mm之鎳壓模。 •使用紫外線硬化性樹脂之格子狀凸部轉印膜之製作 在厚度0.1 mm之聚對苯二甲酸乙二醇醋樹脂膜（以下稱 PET膜）塗布紫外線硬化性樹脂（3B〇nd公司製TB3078D、折 射率1.41)約〇.〇3 mm，使塗布面向下而以不使空氣由端部 進入鎳壓模與膜間之方式分別載置於具有上述1〇〇 nm間 114597.doc -25· 1321663 距、120 nm間距、及140 nm間距之微細凹凸格子之錄壓模 上，由PET膜側，利用中心波長365 nm之紫外線燈照射紫 外線1000 mJ/cm2 ’轉印鎳壓模之微細凹凸格子。接著， 由鎳壓模剝離PET膜後，在含氮氣體環境下對pET膜照射 紫外線500 mJ/cm2，使PET膜上之紫外線硬化性樹脂之未 硬化成分硬化，而製作轉印縱300 mm、橫18〇 mm之微細 格子之膜（以下稱格子狀凸部轉印臈）β以FE_SEM觀察格子 狀凸部轉印膜之剖面，求出格子狀凸部轉印膜之高度。 將其結果顯示於表1。圖6(a)係格子狀凸部轉印膜之剖面之 代表性的SEM像。 使用上述方法所得之格子狀凸部轉印膜作為具有本發明 之格子狀凸部之樹脂基材。 (線柵偏光板之製作：實施例！〜6) •利用濺射法形成電介質層 在利用上述方法所製成之具有3種間距之格子狀凸部轉 印膜，利用濺射法形成電介質層。在本實施例中，說明使 用氮切或氧切作為電介質之情形1用域壓力〇67 Pa、減射功率4 W/cm2、覆蓋速度〇22 nm/s施行電介質之 覆蓋作為層彳比較用試才羡，將《面平滑之玻璃基板與格 子狀凸部轉印膜同時插入裝置中’施行成膜而使對玻璃基 板之電介質積層厚度成為2〇 nme以FE_SEM觀察覆蓋電介 質後之格子狀凸部轉印膜之剖面，求出高低差H2。又，利 用分光橢圓偏光計，求出電介質及8區域之折射率，將其 結果併記於表卜圖6(b)係電介質層形成後之格子狀凸部轉 114597.doc -26- 1321663 印膜（以下稱電介質積層格子狀凸部轉印膜）之剖面之代表 性的SEM像。 •利用真空蒸鍵法蒸鍍金屬 在具有3種間距之格子狀凸部轉印膜形成電介質層後， 利用電子束真空蒸鍍法（EB蒸鍍法）形成金屬線。在本實施 例中，說明有關使用鋁（A1)作為金屬之情形。以真空度 xlO 3 pa、蒸鍍速度4 nm/s、在常溫下進行八丨之蒸鍍。作為 層厚比較用試樣，將表面平滑之玻璃基板與電介質積層格 子狀凸部轉印膜同時插入裝置中，施行蒸鍍而使對平滑基 板之蒸鍍厚度成為200 nm。在實施例丨〜5中，在與格子之 長側方向垂直相交之平面内，基材面之法線與蒸鍍源之形 成角度為10。，僅實施例6為20。。 •利用蝕刻除去不要金屬 在具有3種間距之格子狀凸部轉印膜積層電介質及μ 後，在室溫下之〇. 1重量％氫氧化鈉水溶液中，一面在 30〜90秒之間以10秒間隔改變處理時間’ 一面將膜洗淨（蝕 刻），立即水洗而停止蝕刻。使膜乾燥後，測定對波長 nm之光之偏光度與光線穿透率，選擇偏光度99.%%以上 而顯示最大穿透率者（但在實施例2中，選擇偏光度99 99% 以上而顯示最大穿透率者），以作為本發明之線柵偏光 板。線柵偏光板之大小為縱300 mm、橫18〇 mm。以叩· SEM觀察線栅偏光板之剖面，測定格子狀凸部之間距、積 層之鋁之高度及寬度。將其結果併記於表丨。圖6(c)係所得 之線柵偏光板之剖面之代表性的犯]^像。由圖6(c)可知， 114597.doc -27- 1321663 2樹脂基材（紫外線硬化性樹脂）1上形成電介質層2，在電 介質層2上形成金屬線（A1)。就所製作之線柵偏光板進行偏 光性能之評估。將其結果顯示於表1、圖8、圖9。 作為比較例1，除了在格子狀凸部轉印膜上不施行電介 質之積層以外，利用與上述實施例同樣方式進行鋁之蒸 鍍，在〇.1重量％氫氧化鈉水溶液中洗淨60秒。此情形，雖 有發揮偏光性能所需之八丨線存在，但AI線會局部地由基材 之格子狀凸部剝離，不能製作可評估之線柵偏光板。 作為比較例2，使用以市售之玻璃基板為基材之線栅偏 光板（MOXTEK Inc·製 ProFlux Polarizer PPL03C(General

Purpose)) 〇 作為比較例3，使以相同於比較例2之市售之玻璃基板為 基材之線栅偏光板，在〇.1重量％氫氧化鈉水溶液中姓刻2〇 秒’立即水洗而停止蝕刻，使其乾燥。 以FE-SEM觀察此等之線栅偏光板之剖面，測定格子狀 凸部之間距、金屬線之高度及寬度。將其結果併記於表 1。圖7係比較例2之線栅偏光板之剖面之代表性的SEM 像。由圖7可知，在玻璃基板上形成有金屬線（Α1)β就此等 線柵偏光板與實施例同樣地進行偏光性能之評估。將其結 果併記於表1、圖8、圖9。 (利用分光光度計之偏光性能評估） 就所得之線概偏光板之實施例及比較例，利用分光光度 計測定偏光度及光線穿透率。在此，測定在對直線偏光之 平行尼科耳稜鏡、正交尼科耳稜鏡狀態之穿透光強度，偏 114597.doc •28· 光度、光線穿透率係利用下列式算出。又，測定波長區域 設定400 nm〜800 nm作為可見光。圖8係表示在4〇〇 nm〜8〇〇 nm之偏光度之變化，圖9係表示在4〇〇 nm〜8〇〇 nm之光線 穿透率之變化。 偏光度=[(Imax-Imin)/(Imax+imin)]xl00% 光線穿透率=[(Imax+Imin)/2]xl00% 在此’ Imax係使用平行尼科耳稜鏡之穿透光強度、Imin 係使用正交尼科耳稜鏡狀態之穿透光強度。 由圖8可知’本發明之線柵偏光板（實施例1、2、3、5) 在可見光區域之大致全域中顯示優異之偏光度。又，由圖 9可知’本發明之線栅偏光板在可見光區域之大致全域中 顯示優異之光線穿透率。另一方面，比較例之線柵偏光 板’如圖8所示，在可見光區域之短波長側，偏光度較 低。如此’可知：本發明之線柵偏光板具有微細凹凸格 子’並無構造上之限制，且可在可見光區域之寬帶中兼顧 優異之偏光度與穿透率。 114597.doc 1321663 [表i] \ 電介質 之材質 氺1 區域B 之平均 折射率 P _ H1 [nm] H2 _ H3 [nm] w3 [nm] 偏光度 [%]12 光線穿 透率[%] 氺2 實施例1 氮化矽 1.59 140 128 165 153 67 99.96 42 實施例2 氮化矽 1.59 140 128 165 180 69 99.99 38 實施例3 氮化矽 1.56 120 110 141 151 54 99.97 43 實施例4 氧化矽 1.24 120 110 155 153 54 99.97 41 實施例5 氮化矽 1.56 100 92 128 145 45 99.99 43 實施例6 氮化矽 1.5613 120 110 144 152 54 99.97 41 比較例1 無 120 110 - 不能製作 - 比較例2 144 - - 180 70 99.89 44 比較例3 - 144 - - 150 88 99.40 47

114597.doc -30- 1 1氧化矽之折射率：1.49、氮化矽之折射率：2.05 * 2偏光度、光線穿透率係對波長550 nm之值 * 3因在凸部單側有蒸鍍鋁，故採用鋁蒸鍍前之B區域之折 射率。 依據本發明，本發明之線柵偏光板係包含具有格子狀凸 部之樹脂基材、設置成覆蓋前述樹脂基材之格子狀凸部及 其側面之至少一部分之電介質層、及設於前述電介質層上 之金屬線，在樹脂基材、電介質層及金屬線之間具有充分 之密接力，故可獲得在可見光區域之寬帶中兼顧優異之偏 光度與穿透率之線栅偏光板。又，可獲得間距120 nm以下 之線栅偏光板，達成更優異之偏光度與穿透率。再者，可 容易製造⑽^以上之大面積之線柵偏光板。 本發月並不限疋於上述實施型態，可作種種變更而予以 實施。㈣’上述實施型態之尺寸、材質等僅係例示性， 可適宜地變更而予以實施。χ，在上述實施型態之偏光板 中並不需要使用板狀之構件，必要時，也可使用薄片 狀、膜狀。在上述實施型態中，雖說明將線柵偏光板適用 於液Ba顯示裝置之情形，但本發明也同樣可適用於需要偏 光之液晶顯示裝置以外之裝置等。此外，只要不脫離本發 明之範圍，均可適宜地變更而予以實施。 本申請案係依據日本特願2005-301 883號、特願2006-232967號、特願 2005_301884 號及特願2〇〇6 232968號。此 等之内容均完全包含於此。 【圖式簡單說明】 表現本發明之特徵之諸多新穎特點已詳細揭示於本專利 說明書所附之申請專利範圍中。為充分暸解本發明、其作 用上之利益 '及實施所達成之目的，應請參照例示地說明 本發明之實施型態之附圖及記載。 圖1係表示本發明之實施型態之線柵偏光板之一部分之 概略刮面圖； 圖2(a)〜(c)係說明有關本發明之實施型態之線柵偏光板 之製造方法之獲得具有凹凸格子之被拉伸構件用之方法剖 面圖； 圖3(a)、（b)係有關本發明之實施型態之線柵偏光板之製 造方法之自由端-轴拉伸前後之被拉伸構件之上面圖； 114597.doc •31 · 1321663 圖4(a)〜(g)係說明有關本發明之實施型態之線柵偏光板 之製造方法之刮面圖； 圖5係表示使用本發明之實施型態之線栅偏光板之液晶 顯示裝置之圖； 圖6(a)係本發明之實施型態之格子狀凸部轉印膜之剖面 之代表性的SEM像； 圖6(b)係本發明之實施型態之電介質積層格子狀凸部轉 印膜之剖面之代表性的SEM像； 圖6(c)係本發明之實施型態之線柵偏光板之剖面之代表 性的SEM像； 圖7係比較例2之線柵偏光板之剖面之代表性的SEM像； 圖8係表示本發明之實施型態之線柵偏光板及比較例之 線柵偏光板之偏光特性之特性圖； 圖9係表示本發明之實施型態之線柵偏光板及比較例之 線柵偏光板之光線穿透率特性之特性圖；以及 圖1 〇係表示線柵偏振器之概略剖面圖。 【主要元件符號說明】 1、7 樹脂基材 la 格子狀凸部 lb 側面 1 c 凹部 2、8 電介質層 3、9 金屬線 4 壓模 114597.doc 1321663

4a 凹凸格子 5 被拉伸構件 5a 微細凹凸格子 5a' ' 6a ' 7a 格子狀凸部 6 模具 7b 格子狀凸部之侧面 7c 格子狀凸部間之凹部 11 背光源 12 線柵偏光板 13 液晶顯不面板 131 、 133 偏光板 132 液晶胞 A 樹脂基材 B 電介質層 C 金屬線

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Claims (1)

1321663 $ 09^138286號專利申請案 f\j ‘ 中文申請專利範圍替換本(98年10月 十、申請專利範圍： …’ ·‘ .-1. 種線柵偏光板’其係包含含有格子狀凸部之樹脂基 材、设置成覆蓋前述樹脂基材之格子狀凸部及其側面之 夕°Ρ刀之電介質層、及设於則述電介質層上之金屬 線。 2.如請求項1之線柵偏光板，其中包含前述格子狀凸部之 頂部上方電介質層之區域之折射率，係高於前述樹脂基 材之折射率。 汝咕求項1或2之線柵偏光板，其中前述電介質層之折射 率係南於前述樹脂基材之折射率。 叫求項1或2之線柵偏光板，其中前述樹脂基材之格子 狀凸部之間距係在120 nm以下。 月求項1或2之線栅偏光板，其中前述電介質層係含氧 - 化鈦氧化铈、氧化鍅、氧化鋁、氧化釔、氧化矽、氮 化石夕氦化铭或該等之複合物。 6 ^吻求項1或2之線栅偏光板，其中前述金屬線係含包含 銘或其合金之金屬。 月求項1或2之線柵偏光板，其中前述金屬線係偏於前 述電介質層之一側面而設置。 月求項1或2之線柵偏光板，其中偏光板之單位尺寸為 100 cm2以上。 .9. -種液晶顯示裝置，其係包含液晶面板、對前述液b曰曰面 板 K?、射先 $ | k a月機構、及配置於前述液晶面板與前述照 明機構之間之如請求項1或2之線柵偏光板。 114597-981021.doc 1321663 1 0.如請求項9之液晶顯示裝置’其中前述液晶面板係穿透 型液晶面板。 11. 一種投射型液晶顯示裝置’其係包含光源、偏光分離來 自前述光源之光之如請求項1或2之線柵偏光板、使被前 述偏光板偏光之光穿透或反射之液晶顯示元件、及將穿 透或經前述液晶顯示元件反射之光投射於螢幕之投射光 學系統。 12. —種線柵偏光板之製造方法，其係包含：在表面含有格 子狀凸部之樹脂基材之含前述格子狀凸部之區域上形成 電介質層之步驟、及在前述電介質層上形成金屬線之步 驟。 13. 如請求項12之線栅偏光板之製造方法，其中前述樹脂基 材之格子狀凸部形狀之製作方式為：藉由將表面含有 100 nm至1〇〇 距之凹凸格子之被拉伸構件，在與前 述凹凸格子之長側方向正交之方向之前述被拉伸構件之 寬度保持自由之狀態下，向與前述長側方向平行之方向 單軸拉伸而得。 14. 如請求項12之線柵偏光板之製造方法，其中前述樹脂基 材之格子狀凸部形狀係：利用一含有微細凹凸格子之模 具，藉轉印將微細凹凸格子賦形於樹脂基材而得；該含 有微細凹凸格子之模具之製作方式為：藉由將表面含有 100 ηιη至1〇〇 μπι間距之凹凸格子之被拉伸構件，在與前 述凹凸格子之長側方向正交之方向之前述被拉伸構 寬度保持自由之狀態下，向與前述長側方向平行之 114597-981021.doc 15. 单轴拉伸而得。 如請求項12至14中任一瑁a ▲ $之線柵偏光板之製造方法，苴 中在形成前述金屬線之牛酿上^ t 八 <步驟中，在與前述格子狀凸部之 格子之長側方向垂直相交之平面内，由樹脂基材面之法 線與热錢源之形成角度為3〇。以下之方向’積層金屬而形 成金屬線。 114597-981021.doc 1321663 第095138286號專利申請案 中文圖式替換頁(98年10月） 十一、圖式：

圖 114597-fig-981021.doc 1321663 $ … 第095138286號專利申請案 中文圖式替換頁(98年10月） (a) 4a 4a α>> (ci 圖2 5a 5a

圖3 114597-fig-981021.doc ·2·