WO2020071256A1 - ワイヤグリッド型偏光子 - Google Patents

ワイヤグリッド型偏光子

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WO2020071256A1
WO2020071256A1 PCT/JP2019/038051 JP2019038051W WO2020071256A1 WO 2020071256 A1 WO2020071256 A1 WO 2020071256A1 JP 2019038051 W JP2019038051 W JP 2019038051W WO 2020071256 A1 WO2020071256 A1 WO 2020071256A1
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WO
WIPO (PCT)
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wire grid
grid polarizer
light
layer
groove
Prior art date
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Application number
PCT/JP2019/038051
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English (en)
French (fr)
Inventor
賢太 関川
総 石戸
康宏 池田
拓馬 西坂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/22—Absorbing filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements

Definitions

  • the present invention relates to a wire grid polarizer.
  • the present invention also relates to a polarizing beam splitter provided with a wire grid polarizer, a polarizing plate for display, a polarizing lens, or a mirror display.
  • the wire grid polarizer has a structure in which a plurality of fine metal wires are arranged parallel to each other on a light transmitting substrate.
  • Patent Document 1 describes a polarizing element in which convex portions and concave grooves are alternately provided on the surface of a base material, and a support portion made of a low refractive material is provided in the concave groove in order to prevent the convex portions from falling. .
  • a wire grid polarizer such as a polarizing beam splitter
  • a high ratio of (s-polarized light reflectance Rs) / (p-polarized light reflectance Rp) may be required.
  • the object of the present invention is to provide a wire grid polarizer that can reduce the reflectance Rp of p-polarized light while suppressing a decrease in the reflectance Rs of s-polarized light.
  • a light-transmitting substrate in which convexes and concave grooves parallel to each other are alternately formed at a predetermined pitch on a surface, and a metal layer made of a metal or a metal compound provided on the surface of the convexes.
  • An absorption layer containing a dye or pigment is provided on the bottom surface of the groove,
  • a wire grid polarizer wherein a height from a bottom surface of the groove to an upper surface of the absorbing layer is equal to or less than a height from a bottom surface of the groove to an upper end of the metal layer.
  • the wire grid polarizer according to [1] further comprising a resin layer covering the light transmitting substrate, the metal layer, and the absorbing layer.
  • the pigment or pigment is selected from azo, anthraquinone, perinone, methine, quinoline, azine, oxazine, phthalocyanine, carbon black, titanium black, perylene pigment, and metal oxide.
  • the wire grid polarizer according to any one of [1] to [5], which is a kind or two or more kinds.
  • a polarizing beam splitter, a polarizing plate for display, a polarizing lens, or a mirror display comprising the wire grid polarizer according to any one of [1] to [6].
  • a wire grid polarizer that can reduce the reflectance Rp of p-polarized light while suppressing the decrease in reflectance Rs of s-polarized light can be obtained.
  • 4 is a scanning electron microscope image of a cross section of the wire grid polarizer manufactured in Comparative Example 1.
  • 4 is a spectrum showing measurement results of Tp in Example 1 and Comparative Example 1.
  • 4 is a spectrum showing measurement results of Rs in Example 1 and Comparative Example 1.
  • 4 is a spectrum showing measurement results of Rp in Example 1 and Comparative Example 1.
  • 6 is a scanning electron microscope image of a cross section of the wire grid polarizer manufactured in Example 2.
  • 9 is a scanning electron microscope image of a cross section of the wire grid polarizer manufactured in Comparative Example 2.
  • FIG. 1 is a sectional view schematically showing a first embodiment of the wire grid polarizer of the present invention.
  • reference numeral 1 denotes a light transmitting substrate
  • 2 denotes a metal layer
  • 3 denotes an absorption layer
  • 11 denotes a ridge
  • 12 denotes a concave groove.
  • the length direction of the ridge 11 (the extending direction of the ridge) is defined as the Z direction
  • the width direction of the ridge 11 in a plane perpendicular to the Z direction is defined as the X direction
  • the X direction and the Z direction The direction perpendicular to the direction
  • the direction perpendicular to the direction is referred to as the Y direction (the height direction of the ridge).
  • the X direction and the Y direction are orthogonal.
  • FIG. 1 is a schematic diagram based on design values.
  • a shape unavoidable in manufacturing and a nonuniform thickness of a metal layer occur.
  • the dimension of each part of the wire grid polarizer is an average value of measured values at arbitrary five points in a scanning electron microscope image or a transmission electron microscope image of a cross section orthogonal to the Z direction.
  • the light-transmitting substrate 1 is light-transmitting in the wavelength range in which the wire grid polarizer is used.
  • the light transmittance means that the transmittance is 80% or more.
  • the working wavelength range of the wire grid polarizer is preferably in the range of 300 to 1000 nm, more preferably in the range of 400 to 800 nm, and even more preferably in the range of 420 to 680 nm.
  • the refractive index of the light transmissive substrate 1 is preferably from 1.35 to 1.6, more preferably from 1.4 to 1.58, even more preferably from 1.45 to 1.55.
  • Examples of the material of the light-transmitting substrate 1 include a light-curing resin, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and glass. From the viewpoint that the ridges 11 and the concave grooves 12 can be formed by the imprint method, a photocurable resin or a thermosetting resin is preferable. In particular, a photocurable resin is preferable in terms of excellent workability, heat resistance, and durability.
  • the photocurable resin a cured product obtained by photocuring a photocurable composition that can be photocured by photoradical polymerization is preferable from the viewpoint of productivity.
  • the photocurable composition is, for example, a composition containing a monomer, a photopolymerization initiator, a solvent, and optional additives (for example, a surfactant and a polymerization inhibitor).
  • a photocurable composition described in paragraphs 0028 to 0060 of Japanese Patent No. 5978761 can be used.
  • the material of the metal layer 2 may be a conductive metal material, and is preferably a corrosion-resistant material.
  • a metal or metal compound can be exemplified.
  • a simple substance of a metal, an alloy, a metal containing a dopant or an impurity may be mentioned.
  • aluminum, silver, chromium, magnesium, an aluminum alloy, and a silver alloy can be exemplified.
  • the material of the metal layer 2 is preferably aluminum, an aluminum-based alloy, silver, chromium, magnesium, or a silver-based alloy, from the viewpoint of high reflectance to visible light, low absorption of visible light, and high conductivity. Aluminum-based alloys and silver-based alloys are more preferred.
  • the absorption layer 3 is formed of a material containing a dye or a pigment in the light transmitting resin.
  • the refractive index of the light transmitting resin constituting the absorbing layer 3 may be higher or lower than the refractive index of the light transmitting substrate 1.
  • the absolute value of the difference between the two refractive indexes is preferably 0.5 or less, more preferably 0.3 or less. More preferably, the refractive index of the light transmitting resin is lower than the refractive index of the light transmitting substrate 1.
  • the light-transmitting resin constituting the absorption layer 3 is preferably a light-curable resin, a thermosetting resin, or a thermoplastic resin, and is preferably a light-curable resin or a thermosetting resin because it can be easily filled into the concave groove.
  • photocurable resins described in paragraphs 0028 to 0060 of Japanese Patent No. 5978761 can be used.
  • the absorbing layer 3 contains a dye or a pigment as a light absorbing material.
  • a dye or pigment that absorbs a part or all of the light having the wavelength used by the wire grid polarizer is used. It is preferable to appropriately select a light absorbing material having absorption in a wavelength band in which Rp is desired to be reduced.
  • One type of dye or pigment may be used, or two or more types may be used in combination. For example, a light absorbing material exhibiting black by itself alone is preferable, and a mixture exhibiting black by mixing two or more kinds is also preferable. You may use a pigment and a pigment together.
  • dyes examples include azo, anthraquinone, perinone, methine, quinoline, azine, oxazine and phthalocyanine. These can be used alone or in combination of two or more.
  • pigments examples include carbon black, titanium black, perylene pigments, and metal oxides. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the total content of the coloring matter and the pigment (hereinafter, also referred to as a light absorbing material concentration) with respect to the absorbing layer 3 is preferably 1 to 80% by mass, more preferably 5 to 50% by mass, and preferably 10 to 30% by mass. More preferred.
  • the concentration of the light absorbing material is equal to or more than the lower limit of the above range, the effect of reducing Rp while suppressing the decrease in Rs is likely to be sufficiently obtained.
  • the concentration of the light absorbing material is lower than the upper limit of the above range, the absorbing layer 3 is easily deformed when the wire grid polarizer is bent or molded into a three-dimensional shape.
  • the transmitted light reduction ratio is preferably 1 to 20%, more preferably 3 to 15%.
  • the transmittances A and B are average transmittances at 400 to 700 nm.
  • a plurality of ridges 11 and a plurality of concave grooves 12 are alternately formed on the surface of the light-transmitting substrate 1 at a predetermined pitch.
  • the plurality of ridges 11 extend in the Z direction and are parallel to each other.
  • the plurality of concave grooves 12 extend in the Z direction and are parallel to each other.
  • the shape (cross-sectional shape) of the ridge 11 in a cross section orthogonal to the Z direction is a triangle or a substantially triangle whose width gradually decreases toward the top 11a.
  • the top 11a of the ridge 11 is a portion having the highest height in the Y direction, and is continuous with the Z direction to form a line.
  • the vertex angle including the vertex 11a may be an acute angle or a rounded angle.
  • the ridge 11 has a main side surface 11b in the cross-sectional shape in the Z direction.
  • the inclination of the tangent is preferably substantially constant.
  • the lower end of the main side surface 11b is the lower end 11c of the ridge 11.
  • the cross-sectional shape of the plurality of ridges 11 is uniform.
  • a plane passing through the lower end 11c of the ridge 11 and orthogonal to the Y direction is defined as a reference plane H.
  • the width a in the X direction of the ridge 11 on the reference plane H, the pitch b in the X direction of the ridge 11 on the reference plane, and the height c in the Y direction from the reference plane to the top 11a of the ridge 11 are uniform. It is.
  • the term “uniform” includes a collapse of a shape inevitable in manufacturing. For example, a variation of several nm to a maximum of about 20 nm can occur.
  • the shape (cross-sectional shape) of the concave groove 12 in a cross section orthogonal to the Z direction has a tapered surface 12b whose groove width gradually decreases toward the bottom 12a.
  • the portion having the lowest position in the Y direction is the bottom portion 12a.
  • the height in the Y direction from the bottom 12a of the groove 12 to the reference plane is defined as the depth d of the groove.
  • the cross-sectional shape of the concave groove 12 is a V-shape in which the inclination of the tangent to the tapered surface 12b is constant or substantially constant.
  • the bottom 12a may be an acute angle or a rounded corner.
  • the bottom portion 12a extends in the Z direction to form a line.
  • the cross-sectional shape of the plurality of grooves 12 is uniform, and the depth d of the grooves 12 is uniform.
  • the surface from the lower end 11c of the ridge 11 to the top 11a of the ridge 11 is defined as the side surface of the ridge 11.
  • the two side surfaces sandwiching the top 11a of the ridge 11 are referred to as a first side surface 11b1 and a second side surface 11b2.
  • the metal layer 2 is provided so as to cover at least the entire first side surface 11b1 of the first side surface 11b1 and the second side surface 11b2 of the ridge 11. A part of the second side surface 11b2 and a part of the bottom surface of the concave groove 12 may be covered with the metal layer 2.
  • the second side surface 11b2 of the ridge 11 is not entirely covered with the metal layer 2, and has an exposed surface where the light-transmitting substrate 1 (the ridge 11) is exposed.
  • the absorbing layer 3 is provided on the bottom surface of the concave groove 12 (tapered surface 12b in the example of FIG. 1).
  • the height f from the bottom surface of the concave groove 12 to the upper surface of the absorbing layer 3 is equal to or less than the height g from the bottom surface of the concave groove 12 to the upper end of the metal layer 2.
  • the height f is equal to or less than the height (c + d) from the bottom surface of the concave groove 12 to the top 11a of the ridge 11.
  • the height f of the absorbing layer 3 is a height from the deepest bottom 12 a of the concave groove 12 to the upper surface of the absorbing layer 3.
  • the wire grid polarizer of this embodiment can be manufactured by the following method.
  • a light-curable composition is applied to the surface of a light-transmissive substrate, and the light-transmissible substrate is formed by forming ridges and grooves in the light-curable composition layer using a photo-imprinting method. Is prepared. After the optical imprint method, etching may be performed as necessary.
  • the optical imprint method for example, by combining electron beam drawing and etching, a mold in which a plurality of grooves are formed in parallel with each other and at a predetermined pitch is produced, and the grooves of the mold are applied to the surface of the base material. And transferring the photocurable composition to the cured photocurable composition and simultaneously photocuring the photocurable composition.
  • a mold prepared by electron beam drawing and etching may be used as a master mold (master mold), and a child mold or a grandchild mold replicated by a photo-imprint method may be used for transfer to the photocurable composition.
  • a glass plate for example, a quartz glass plate, a non-alkali glass plate
  • a resin cyclic olefin resin, triacetyl cellulose resin, acrylic resin, polyimide resin, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene na
  • films made of phthalate, polydimethylsiloxane, and transparent fluororesin include films made of phthalate, polydimethylsiloxane, and transparent fluororesin).
  • an uncured photocurable composition 22 is applied to the surface of a substrate 21, and irregularities having shapes corresponding to the ridges 11 and the grooves 12 to be obtained are formed.
  • the molded mold 23 is pressed against the photocurable composition 22.
  • the photocurable composition is cured by irradiating radiation (for example, ultraviolet rays or electron beams), and then, as shown in FIG. 2B, the mold 23 is released to obtain the light transmissive substrate 1.
  • a metal layer can be formed on the light transmitting substrate 1 while being integrated with the base material 21.
  • the substrate 21 may be a support described later. If necessary, the light transmissive substrate 1 and the base material 21 may be separated before or after the formation of the metal layer.
  • the light-transmitting substrate 1 can be manufactured by a method using a mold 24 having a different shape from the mold 23. Specifically, first, the mold 24 is pressed against the photocurable composition 22 on the base material 21 to perform photocuring, thereby forming a rectangular ridge 10 larger than the ridge 11 to be obtained. Get things. Thereafter, as shown in FIG. 3C, the ridges 10 of the cured product are etched and processed into ridges 11 having a desired shape to obtain the light-transmitting substrate 1.
  • the wire grid polarizer of the present embodiment can be obtained.
  • the metal layer 2 is preferably formed by vapor deposition.
  • the vapor deposition method include a physical vapor deposition method (PVD) and a chemical vapor deposition method (CVD).
  • PVD physical vapor deposition method
  • CVD chemical vapor deposition method
  • a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method is preferable.
  • the vacuum evaporation method is preferable because the incident direction of the fine particles to be attached to the light transmitting substrate can be easily controlled.
  • the metal layer 2 on the entire surface of the first side surface of the ridge 11 and in the vicinity thereof by using an oblique evaporation method by a vacuum evaporation method.
  • an angle of ⁇ (unit is “°”) (evaporation angle) is perpendicular or substantially perpendicular to the Z direction and is on the first side surface side with respect to the Y direction.
  • the metal layer 2 is formed by vapor-depositing a metal or a metal compound from the direction (deposition direction).
  • the deposition amount is controlled so that a predetermined thickness of the metal layer 2 is obtained.
  • the test piece is placed in the same film-forming environment as the light-transmitting substrate 1, and the deposition amount is controlled so that the thickness of the metal layer formed on the test piece becomes a target value.
  • a glass substrate is used as the test piece.
  • the film thickness is measured by, for example, a stylus type contact film thickness meter.
  • the absorption layer 3 can be formed by applying an uncured resin composition containing a light-transmitting resin, a dye or a pigment, and a solvent into the concave groove 12 and then curing the resin composition.
  • the resin composition may contain optional components such as a surfactant. Before the curing, a part or all of the solvent may be removed by heating and drying.
  • the light-transmitting resin is a light-curable resin
  • a light-curing initiator is added to the resin composition, and the resin composition is cured by irradiation with radiation (for example, ultraviolet rays or electron beams).
  • the application of the resin composition can be performed using, for example, a bar coater, a die coater, a spin coater, a gravure coater, a spray coater, or an inkjet coater.
  • the height f from the bottom surface of the concave groove to the upper surface of the absorbing layer can be adjusted by adjusting the amount of the resin composition applied.
  • the width a of the ridge 11 in the X direction is preferably from 10 to 150 nm, more preferably from 20 to 100 nm, and even more preferably from 30 to 60 nm.
  • the pitch b of the ridges 11 in the X direction is preferably 30 to 200 nm, more preferably 50 to 150 nm, and further preferably 80 to 100 nm.
  • a a / b representing the ratio of the width a to the pitch b is preferably 0.2 to 0.8, more preferably 0.3 to 0.7, and even more preferably 0.4 to 0.6.
  • the height c of the ridge 11 in the Y direction is preferably from 50 to 250 nm, more preferably from 70 to 200 nm, even more preferably from 90 to 150 nm.
  • Cc / a representing the ratio of the height c to the width a (aspect ratio) is preferably 1 to 10, more preferably 1.5 to 5, and even more preferably 2 to 4.
  • the depth d of the concave groove 12 may be 0 to 50 nm, 3 to 30 nm, or 5 to 10 nm.
  • the deposition angle ⁇ is preferably 5 to 65 °, more preferably 10 to 50 °, and further preferably 20 to 40 °.
  • the thickness e in the X direction of the metal layer 2 at a position corresponding to a half of the height (c + d) is preferably 15 to 100 nm, more preferably 20 to 80 nm, and further preferably 25 to 50 nm.
  • F / g representing the ratio of the height f from the bottom surface of the concave groove 12 to the upper surface of the absorbing layer 3 to the height g from the bottom surface of the concave groove 12 to the upper end of the metal layer 2 is 1 or less. Preferably, it is 0.8 or less, more preferably 0.5 or less.
  • f / g is within the above range, it is easy to suppress a decrease in the reflectance Rs of the s-polarized light, and it is easy to decrease the reflectance Rp of the p-polarized light.
  • the absorbing layer 3 covers the entire bottom surface of the concave groove 12.
  • the height f from the bottom surface of the concave groove 12 to the upper surface of the absorbing layer 3 is preferably equal to or greater than the depth d of the concave groove 12.
  • (Fd) is preferably larger than 0 nm, more preferably 10 nm or more, and still more preferably 30 nm or more.
  • the absorbance of the cured film made of the material constituting the absorbing layer 3 and having the same thickness as the height f of the absorbing layer 3 is preferably 0.002 to 0.3, more preferably 0.005 to 0.05. More preferably, it is more preferably 0.008 to 0.025.
  • the amount is not less than the lower limit of the above range, the effect of reducing Rp is easily obtained while suppressing the decrease of Rs, and when it is not more than the upper limit, the reduction of Tp is sufficiently suppressed.
  • the absorbance is a value at a wavelength of 400 to 700 nm and can be measured using a spectrophotometer.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a second embodiment of the wire grid polarizer.
  • the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that a resin layer 4 that covers the light-transmitting substrate 1, the metal layer 2, and the absorption layer 3 is provided.
  • the resin layer 4 is light transmissive.
  • the resin layer 4 contains neither pigment nor pigment.
  • the refractive index of the resin layer 4 is preferably 1.10 to 1.50, more preferably 1.15 to 1.40, and still more preferably 1.18 to 1.36.
  • the refractive index of the resin layer 4 is preferably lower than the refractive index of the light transmitting substrate 1.
  • the difference is preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 to 0.4, and even more preferably 0.12 to 0.35.
  • the refractive index of the resin layer 4 is preferably lower than the refractive index of the absorption layer 3.
  • the difference is preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 to 0.4, and even more preferably 0.12 to 0.35.
  • the height h from the upper end of the metal layer 2 to the upper surface of the resin layer 4 is preferably 5 nm or more, more preferably 50 nm or more. From the viewpoint of flexibility, the upper limit of the height h is preferably 50 ⁇ m or less, and more preferably 10 ⁇ m or less.
  • the wire grid polarizer of the present embodiment is obtained by manufacturing a light-transmitting substrate 1, providing a metal layer 2 and an absorption layer 3, and then applying a material for a resin layer 4 so as to cover these, and curing the resin layer. Can be manufactured.
  • the cross-sectional shape of the ridge 11 is triangular or substantially triangular, but may be a trapezoid in which the top 11a is a flat surface orthogonal to the Y direction.
  • the sectional shape of the bottom surface of the concave groove 12 is V-shaped, but a flat surface orthogonal to the Y direction may exist at the bottom between the tapered surfaces 12b.
  • the lower end of the metal layer 2 is below the upper surface of the absorbing layer 3 and a part of the metal layer 2 is covered with the absorbing layer 3. 3 may be above the upper surface.
  • a support made of a thermoplastic resin, glass, or the like (not shown) is provided on the back surface of the light-transmitting substrate 1 (the surface opposite to the surface provided with the ridges and grooves). ) May be included. From the viewpoint of the optical characteristics of the wire grid polarizer, it is preferable that a support (hereinafter, also referred to as a first support) is provided on the back surface of the light transmitting substrate 1.
  • the difference (absolute value) in the refractive index between the support and the light-transmitting substrate 1 is preferably 0.1 or less, more preferably 0.05 or less.
  • a decrease in p-polarized light transmittance and a decrease in s-polarized light reflectance can be suppressed.
  • a support hereinafter, also referred to as a second support
  • the resin layer and the support (second support) are integrated with an adhesive.
  • the materials of the first support and the second support may be the same or different.
  • the absorption layer 3 covers the bottom surface of the concave groove 12 and does not cover the upper end of the metal layer 2, so that Rp can be reduced while suppressing a decrease in Rs, as shown in an example described later.
  • the width of the decrease in Rs can be realized at 5% or less on the average in the use wavelength range, and the decrease in Rp can be 0.1% or more on the average in the use wavelength range. .
  • the absorbing layer 3 is a resin layer containing a dye or a pigment, the absorbing layer 3 is excellent in follow-up to bending deformation. In particular, even when the width of the groove is narrow, the material of the absorbing layer 3 is easily filled into the groove, and the absorbing layer 3 is deformed when the wire grid polarizer is bent or molded into a three-dimensional shape. It is more preferable that the absorbing layer 3 contains a dye from the viewpoint of easiness.
  • Examples of applications of the wire grid polarizer of the embodiment include a polarizing beam splitter, a polarizing plate for a display, a polarizing lens, and a mirror display.
  • the p-polarized light transmittance was measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer (UH-4150, manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation). Specifically, an attached polarizer is inserted between the wire grid polarizer to be measured and the light source, in the major axis direction (Z direction) of the metal wire of the wire grid polarizer, and the absorption of the attached polarizer. The axis was set to be parallel. Polarized light was incident at an incident angle of 0 ° from the surface side (the side on which the ridges were formed) of the wire grid polarizer, and the p-polarized light transmittance was measured. The measurement wavelength was 420 nm to 680 nm.
  • Monomer 1 Shin Nakamura Chemical Co., Ltd. product name "NK Ester A-DPH”, dipentaerythritol hexaacrylate.
  • Monomer 2 Shin Nakamura Chemical Co., Ltd. product name “NK Ester A-HD-N”, 1,6-hexanediol diacrylate.
  • Monomer 3 New Nakamura Chemical Co., Ltd. product name “NK Ester A-TMM-3LM-N”, pentaerythritol triacrylate (triester 57%).
  • Monomer 4 Solvay Specialty Polymers Japan Co., Ltd. product name “MD700”, fluorine-based dimethacrylate.
  • Azo-based dye 1 "Oliblack 860", a product name of Orient Chemical Industries.
  • Azine dye 2 “VALIFAST1821”, a product name of Orient Chemical Industry Co., Ltd.
  • Photopolymerization initiator 1 Ciba Specialty Chemicals, Inc. product name "IRGACURE907”.
  • Photopolymerization initiator 2 Product name “DR1173” of Ciba Specialty Chemicals.
  • Fluorinated surfactant 1 Co-oligomer of fluoroacrylate (CH 2 CHCHCOO (CH 2 ) 2 (CF 2 ) 8 F) and butyl acrylate, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., fluorine content about 30% by mass, mass average molecular weight about 3000.
  • Solvent 1 isopropyl alcohol.
  • ⁇ Preparation Example 1 Preparation of photocurable composition> 40 g of the monomer 1, 60 g of the monomer 2, 4.0 g of the photopolymerization initiator 1, and 0.1 g of the fluorinated surfactant 1 were mixed to prepare a photocurable composition.
  • ⁇ Preparation Example 2 Preparation of resin composition for absorption layer> 1 g of the monomer 2, 0.25 g of the azo dye 1, 0.04 g of the photopolymerization initiator 1, and 0.01 g of the fluorinated surfactant 1 were mixed, and the obtained mixture was subjected to solid concentration.
  • the resin composition was diluted with the solvent 1 so as to be 1% by mass to obtain a resin composition 1 for the absorption layer.
  • the refractive index of the homopolymer of the monomer 2 used in this example is 1.51.
  • the concentration of the light absorbing material (the concentration of the dye) was 19% by mass, the reduction ratio of the transmitted light in the cured film having a thickness of 100 nm was 10%, and the absorbance of the cured film having a thickness of 30 nm was 0.01. .
  • ⁇ Preparation Example 3 Preparation of resin composition for absorption layer> 1 g of the monomer 3, 0.2 g of the azine dye 2 and 0.04 g of the photopolymerization initiator 1 were mixed, and the resulting mixture was mixed with the solvent 1 so that the solid content concentration was 1% by mass. After dilution, a resin composition 2 for the absorption layer was obtained.
  • the homopolymer of the monomer 3 used in this example has a refractive index of 1.52.
  • the concentration of the light absorbing material was 17% by mass
  • the reduction ratio of the transmitted light in the cured film having a thickness of 100 nm was 7%
  • the absorbance of the cured film having a thickness of 80 nm was 0.02.
  • Preparation Example 4 Preparation of resin composition for absorption layer>
  • the amount of the dye and the solid content were changed. 1 g of the monomer 3, 0.1 g of the azine dye 2 and 0.04 g of the photopolymerization initiator 1 were mixed, and the resulting mixture was mixed with the solvent 1 so that the solid content concentration became 2% by mass. After dilution, a resin composition 3 for an absorbing layer was obtained. In the resin composition 3, the concentration of the light absorbing material was 9% by mass, the reduction ratio of transmitted light in a cured film having a thickness of 100 nm was 1%, and the absorbance of the cured film having a thickness of 160 nm was 0.02.
  • ⁇ Preparation Example 5 Preparation of resin composition for resin layer> 1 g of the monomer 4, 0.04 g of the photopolymerization initiator 2 and 0.005 g of the photopolymerization initiator 1 were mixed to obtain a resin composition of a resin layer.
  • ⁇ Production Example 1 Production of wire grid type polarizer>
  • a light transmitting substrate was manufactured by the manufacturing method shown in FIGS. 2A and 2B, and a metal layer was formed.
  • a cyclic polyolefin film having a thickness of 100 ⁇ m (Zeonor film, 100 mm ⁇ 100 mm, manufactured by Zeon Corporation) was used.
  • the photocurable composition 22 obtained in Preparation Example 1 was applied to the surface of the substrate 21 by spin coating to form a coating film having a thickness of 5 ⁇ m.
  • the silicon mold 23 having the irregularities of the shape shown in FIG. 2A is photocured at 25 ° C. with a pressing force of 0.5 MPa (gauge pressure) so that the entire surface of the concave portion is in contact with the photocurable composition 22. The composition was pressed against the coating composition 22.
  • a metal layer was formed on the light transmitting substrate 1 obtained as described above by the following method. Using a vacuum evaporation apparatus (SEC-16CM, manufactured by Showa Vacuum Co., Ltd.) capable of changing the inclination of the light transmitting substrate 1 facing the evaporation source, aluminum is evaporated on the ridges of the light transmitting substrate 1 by oblique evaporation. Then, a metal layer was formed. The deposition angle ⁇ was 27 °.
  • Example 1 [Formation of absorption layer] After forming a light-transmitting substrate by the method of Production Example 1 and forming a metal layer, the resin composition obtained in Preparation Example 2 was applied into the concave groove 12 using a bar coater, and dried at 80 ° C. for 3 minutes. I let it. The coating amount of the resin composition was set so that the dry film thickness (height f of the absorbing layer) was 30 nm. Ultraviolet rays were irradiated at 2,000 mJ / cm 2 from a high-pressure mercury lamp in a nitrogen atmosphere to cure the resin composition to produce a wire grid polarizer.
  • FIG. 5 shows a scanning electron microscope image of a cross section of the obtained wire grid polarizer.
  • the width a of the ridge is 45 nm
  • the pitch b is 90 nm
  • the height c of the ridge is 110 nm
  • the depth d of the concave groove is 10 nm
  • the thickness e of the metal layer is 40 nm
  • the height f of the absorption layer is 30 nm.
  • F / g is 0.19.
  • Table 1 shows the measurement results of Tp, Rs, and Rp (average values at wavelengths of 420 to 680 nm), the calculation results of Rs / Rp, and the main manufacturing conditions of the obtained wire grid polarizer (the same applies hereinafter). .
  • the spectra of Tp, Rs, and Rp are shown by solid lines in FIGS. 7, 8, and 9, respectively.
  • FIG. 6 shows a scanning electron microscope image of a cross section of the obtained wire grid polarizer.
  • the spectra of Tp, Rs and Rp are shown by broken lines in FIGS. 7, 8 and 9, respectively.
  • FIG. 10 shows a scanning electron microscope image of a cross section of the obtained wire grid polarizer.
  • FIG. 11 shows a scanning electron microscope image of a cross section of the obtained wire grid polarizer.
  • Example 3 a wire grid polarizer having the configuration shown in FIG. 4 was manufactured.
  • a light-transmitting substrate was produced by the method of Production Example 1 and a metal layer was formed, an absorption layer was formed in the same manner as in Example 2.
  • the width a of the ridge is 45 nm
  • the pitch b is 90 nm
  • the height c of the ridge is 115 nm
  • the depth d of the groove is 10 nm
  • the thickness e of the metal layer is 40 nm
  • the height f of the absorption layer is 80 nm.
  • F / g is 0.5.
  • the resin composition obtained in Preparation Example 5 was applied to the entire front surface of the light-transmitting substrate 1 using a bar coater.
  • the application amount of the resin composition was set such that the height h from the upper end of the metal layer to the upper surface of the resin layer was 10 ⁇ m.
  • Ultraviolet rays were irradiated at 4000 mJ / cm 2 from a high-pressure mercury lamp in a nitrogen atmosphere to cure the resin composition to form a resin layer, thereby obtaining a wire grid polarizer.
  • the refractive index of the resin layer is 1.36.

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Abstract

このワイヤグリッド型偏光子は、表面に、互いに平行な凸条（１１）と凹溝（１２）が所定のピッチで交互に形成された光透過性基板（１）と、凸条（１１）の表面上に設けられた、金属又は金属化合物からなる金属層（２）とを有し、凹溝（１２）の底面上に、色素又は顔料を含む吸収層（３）が設けられており、凹溝（１２）の底面から吸収層（３）の上面までの高さｆが、凹溝（１２）の底面から金属層（２）の上端までの高さｇ以下である。

Description

ワイヤグリッド型偏光子
　本発明は、ワイヤグリッド型偏光子に関する。また、本発明は、ワイヤグリッド型偏光子を備えた偏光ビームスプリッター、ディスプレイ用偏光板、偏光レンズ、またはミラーディスプレイに関する。
　ワイヤグリッド型偏光子は、光透過性基板上に複数の金属細線が互いに平行に配列した構造を有する。金属細線のピッチが入射光の波長よりも充分に短い場合、入射光のうち、金属細線に直交する電場ベクトルを有する成分（すなわちｐ偏光）は透過し、金属細線と平行な電場ベクトルを有する成分（すなわちｓ偏光）は反射する。
　特許文献１には、基材表面に凸条と凹溝を交互に設け、凸条の倒れを防止するために、凹溝に低屈折材料からなる支持部を設けた偏光素子が記載されている。
日本国特開２０１６－１８９０１４号公報
　例えば偏光ビームスプリッターなど、ワイヤグリッド型偏光子の使い方によっては、（ｓ偏光の反射率Ｒｓ）／（ｐ偏光の反射率Ｒｐ）の比が高いことが求められる場合がある。
　本発明は、ｓ偏光の反射率Ｒｓの低下を抑えつつ、ｐ偏光の反射率Ｒｐを低減できるワイヤグリッド型偏光子の提供を目的とする。
　本発明は、下記の態様を有する。
　［１］　表面に、互いに平行な凸条と凹溝が所定のピッチで交互に形成された光透過性基板と、前記凸条の表面上に設けられた、金属又は金属化合物からなる金属層とを有し、
　前記凹溝の底面上に、色素又は顔料を含む吸収層が設けられており、
　前記凹溝の底面から前記吸収層の上面までの高さが、前記凹溝の底面から前記金属層の上端までの高さ以下である、ワイヤグリッド型偏光子。
　［２］　前記光透過性基板、前記金属層及び前記吸収層を覆う樹脂層を有する、［１］のワイヤグリッド型偏光子。
　［３］　前記凹溝の底面から前記金属層の上端までの高さｇに対する前記凹溝の底面から前記吸収層の上面までの高さｆの比を表すｆ／ｇは、０．５以下である、［１］または［２］に記載のワイヤグリッド型偏光子。
　［４］　前記凹溝の、長さ方向に直交する断面形状は、底部に向かって溝幅が漸次縮小するテーパ面を有する、［１］乃至［３］のいずれかのワイヤグリッド型偏光子。
　［５］　前記凹溝の、長さ方向に直交する断面形状が、台形または矩形状である、［１］乃至［３］のいずれかのワイヤグリッド型偏光子。
　［６］　前記色素又は顔料が、アゾ系、アントラキノン系、ペリノン系、メチン系、キノリン系、アジン系、オキサジン系、フタロシアニン系、カーボンブラック、チタンブラック、ペリレン系顔料、金属酸化物から選ばれる１種又は２種以上である、［１］乃至［５］のいずれかのワイヤグリッド型偏光子。
　［７］　［１］乃至［６］のいずれかのワイヤグリッド型偏光子を備えた偏光ビームスプリッター、ディスプレイ用偏光板、偏光レンズ、またはミラーディスプレイ。
　本発明によれば、ｓ偏光の反射率Ｒｓの低下を抑えつつ、ｐ偏光の反射率Ｒｐを低減できるワイヤグリッド型偏光子が得られる。
ワイヤグリッド型偏光子の第１の実施形態を模式的に示す断面図である。 ワイヤグリッド型偏光子の製造工程の一例を示す断面図である。 ワイヤグリッド型偏光子の製造工程の一例を示す断面図である。 ワイヤグリッド型偏光子の製造工程の他の例を示す断面図である。 ワイヤグリッド型偏光子の製造工程の他の例を示す断面図である。 ワイヤグリッド型偏光子の製造工程の他の例を示す断面図である。 ワイヤグリッド型偏光子の第２の実施形態を模式的に示す断面図である。 実施例１で製造したワイヤグリッド型偏光子の断面の走査型電子顕微鏡像である。 比較例１で製造したワイヤグリッド型偏光子の断面の走査型電子顕微鏡像である。 実施例１及び比較例１におけるＴｐの測定結果を示すスペクトルである。 実施例１及び比較例１におけるＲｓの測定結果を示すスペクトルである。 実施例１及び比較例１におけるＲｐの測定結果を示すスペクトルである。 実施例２で製造したワイヤグリッド型偏光子の断面の走査型電子顕微鏡像である。 比較例２で製造したワイヤグリッド型偏光子の断面の走査型電子顕微鏡像である。
　以下の用語の定義は、本明細書及び特許請求の範囲にわたって適用される。
「～」で表される数値範囲は、～の前後の数値を下限値及び上限値とする数値範囲を意味する。
　「屈折率」は、波長５８９．３ｎｍの光に対する屈折率を意味する。
＜第１の実施形態＞
　図１は、本発明のワイヤグリッド型偏光子の第１の実施形態を模式的に示す断面図である。図１中符号１は光透過性基板、２は金属層、３は吸収層、１１は凸条、１２は凹溝である。以下、本明細書では、凸条１１の長さ方向（凸条の延在方向）をＺ方向、Ｚ方向に直交する面内における凸条１１の幅方向をＸ方向、Ｘ方向とＺ方向に直交する方向をＹ方向（凸条の高さ方向）という。Ｘ方向とＹ方向とは直交する。
　なお、図１は設計値に基づく模式図であり、実際のワイヤグリッド型偏光子には、製造上不可避の形状の崩れや金属層の厚みの不均一が生じている。本明細書においてワイヤグリッド型偏光子の各部の寸法は、Ｚ方向に直交する断面の走査型電子顕微鏡像又は透過型電子顕微鏡像における、任意の５箇所の測定値の平均値とする。
　光透過性基板１は、ワイヤグリッド型偏光子の使用波長範囲において光透過性である。光透過性とは、透過率が８０％以上を意味する。
　ワイヤグリッド型偏光子の使用波長範囲は、３００～１０００ｎｍの範囲内が好ましく、４００～８００ｎｍの範囲内がより好ましく、４２０～６８０ｎｍがさらに好ましい。
　光透過性基板１の屈折率は１．３５～１．６が好ましく、１．４～１．５８がより好ましく、１．４５～１．５５がさらに好ましい。
　光透過性基板１の材料としては、光硬化樹脂、熱硬化樹脂、熱可塑性樹脂、ガラスが例示できる。インプリント法で凸条１１及び凹溝１２を形成できる点から、光硬化樹脂又は熱硬化樹脂が好ましい。特に加工性、耐熱性及び耐久性に優れる点から光硬化樹脂が好ましい。
　光硬化樹脂としては、生産性の点から、光ラジカル重合により光硬化しうる光硬化性組成物を光硬化した硬化物が好ましい。
　光硬化性組成物は、例えば、単量体、光重合開始剤、溶剤、及び必要に応じた添加剤（例えば界面活性剤、重合禁止剤）を含む組成物である。例えば日本国特許第５９７８７６１号公報の段落００２８～００６０に記載されている光硬化性組成物を使用できる。
　金属層２の材料は、導電性の金属材料であればよく、耐蝕性の材料が好ましい。金属又は金属化合物が例示できる。
　例えば、金属単体、合金、ドーパント又は不純物を含む金属が挙げられる。具体的には、アルミニウム、銀、クロム、マグネシウム、アルミニウム系合金、銀系合金が例示できる。
　金属層２の材料は、可視光に対する反射率が高く、可視光の吸収が少なく、かつ導電率が高い点から、アルミニウム、アルミニウム系合金、銀、クロム、マグネシウム、銀系合金が好ましく、アルミニウム、アルミニウム系合金、銀系合金がより好ましい。
　吸収層３は、光透過性樹脂中に色素又は顔料を含む材料で形成される。吸収層３を構成する前記光透過性樹脂の屈折率は、光透過性基板１の屈折率より高くてもよく、低くてもよい。両者の屈折率の差の絶対値は０．５以下が好ましく、０．３以下がより好ましい。前記光透過性樹脂の屈折率が光透過性基板１の屈折率より低いことがより好ましい。
　吸収層３を構成する光透過性樹脂は、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂が好ましく、凹溝へ充填しやすい点から、光硬化樹脂又は熱硬化性樹脂が好ましい。例えば日本国特許第５９７８７６１号公報の段落００２８～００６０に記載されている光硬化性樹脂を使用できる。
　吸収層３は光吸収材として色素又は顔料を含む。ワイヤグリッド型偏光子の使用波長の光の一部またはすべてを吸収する色素又は顔料を用いる。Ｒｐを下げたい波長帯に吸収をもつ光吸収材を適宜選択することが好ましい。色素又は顔料は１種でもよく、２種以上を併用してもよい。例えば、１種単独で黒色を呈する光吸収材が好適であるほか、２種以上を混合して黒色を呈する混合物も好適である。色素と顔料を併用してもよい。
　色素の例としてはアゾ系、アントラキノン系、ペリノン系、メチン系、キノリン系、アジン系、オキサジン系、フタロシアニン系が挙げられる。これらは１種又は２種以上使用できる。
　顔料の例としてはカーボンブラック、チタンブラック、ペリレン系顔料、金属酸化物が挙げられる。これらは１種又は２種以上使用できる。
　吸収層３に対して、色素及び顔料の合計の含有量（以下、光吸収材濃度ともいう。）は１～８０質量％が好ましく、５～５０質量％がより好ましく、１０～３０質量％がさらに好ましい。光吸収材濃度が上記範囲の下限値以上であると、Ｒｓの低下を抑えつつＲｐを低減させる効果が充分に得られやすい。光吸収材濃度が上記範囲の上限値以下であるとワイヤグリッド型偏光子を折り曲げたり３次元形状に成型したときに吸収層３が変形しやすい。
　また吸収層３を構成する材料からなる厚さ１００ｎｍの硬化膜の透過率をＡ％、光吸収材を加えないほかは同じ材料からなる厚さ１００ｎｍの硬化膜の透過率をＢ％とするとき、（Ｂ－Ａ）／Ｂ×１００で算出される透過光低減率は、１～２０％が好ましく、３～１５％がより好ましい。なお、前記透過率Ａ、Ｂは４００～７００ｎｍにおける平均透過率である。
　透過光低減率が上記範囲の下限値以上であるとＲｓの低下を抑えつつＲｐを低減させる効果が充分に得られやすい。透過光低減率が上記範囲の上限値以下であるとＴｐの低減が充分に抑えられる。
　本実施形態において、光透過性基板１の表面には、複数の凸条１１と複数の凹溝１２が所定のピッチで交互に形成されている。複数の凸条１１はＺ方向に延在し互いに平行である。複数の凹溝１２はＺ方向に延在し互いに平行である。
　本実施形態において、凸条１１の、Ｚ方向に直交する断面における形状（断面形状）は、頂部１１ａに向かって幅が漸次縮小する三角形又は略三角形である。凸条１１の頂部１１ａは、Ｙ方向の高さが最も高い部分であり、Ｚ方向に連なって線をなしている。頂部１１ａを含む頂角は鋭角でもよく、丸みのある角でもよい。
　前記凸条１１は、Ｚ方向の断面形状において主側面１１ｂを有する。接線の傾きはほぼ一定が好ましい。主側面１１ｂの下端を凸条１１の下端１１ｃとする。
　複数の凸条１１の断面形状は均一である。前記凸条１１の下端１１ｃを通りＹ方向に直交する面を基準面Ｈとする。前記基準面Ｈにおける凸条１１のＸ方向の幅ａ、前記基準面における凸条１１のＸ方向のピッチｂ、及び基準面から凸条１１の頂部１１ａまでのＹ方向の高さｃはそれぞれ均一である。
　なお、本明細書において、均一とは、製造上不可避の形状の崩れは含むものとする。例えば、数ｎｍ～最大２０ｎｍ程度のばらつきは生じうる。
　凸条１１の下端１１ｃより下の部分が凹溝１２である。
　本実施形態において、凹溝１２のＺ方向に直交する断面における形状（断面形状）は、底部１２ａに向かって溝幅が漸次縮小するテーパ面１２ｂを有する。Ｙ方向における位置が最も低い部分が底部１２ａである。凹溝１２の底部１２ａから前記基準面までのＹ方向の高さを、凹溝の深さｄとする。
　本実施形態において、凹溝１２の前記断面形状は、テーパ面１２ｂの接線の傾きが一定又は略一定であるＶ字状である。底部１２ａは鋭角でもよく、丸みを有する角でもよい。本実施形態において底部１２ａはＺ方向に連なって線をなしている。
　複数の凹溝１２の断面形状は均一であり凹溝１２の深さｄは均一である。
　凸条１１の下端１１ｃから凸条１１の頂部１１ａまでの面を、凸条１１の側面とする。凸条１１の頂部１１ａを挟む２つの側面を、第１の側面１１ｂ１及び第２の側面１１ｂ２とする。
　金属層２は、凸条１１の第１の側面１１ｂ１及び第２の側面１１ｂ２のうち、少なくとも第１の側面１１ｂ１の全面を被覆するように設けられる。第２の側面１１ｂ２の一部、及び凹溝１２の底面の一部が金属層２で被覆されてもよい。
　凸条１１の第２の側面１１ｂ２は、全面が金属層２で被覆されることはなく、光透過性基板１（凸条１１）が露出している露出面が存在する。
　凹溝１２の底面（図１の例ではテーパ面１２ｂ）上に吸収層３が設けられている。凹溝１２の底面から吸収層３の上面までの高さｆは、凹溝１２の底面から金属層２の上端までの高さｇ以下である。
　また、前記高さｆは、凹溝１２の底面から凸条１１の頂部１１ａまでの高さ（ｃ＋ｄ）以下である。
　本実施形態において、前記吸収層３の高さｆは、凹溝１２の最も深い底部１２ａから吸収層３の上面までの高さとする。
　本実施形態のワイヤグリッド型偏光子は以下の方法で製造できる。
　まず、光透過性の基材の表面に光硬化性組成物を塗布し、光インプリント法を用いて、前記光硬化性組成物の層に凸条及び凹溝を形成して光透過性基板を作製する。光インプリント法の後に、必要に応じてエッチングを行ってもよい。
　光インプリント法は、例えば、電子線描画とエッチングとの組み合わせにより、複数の溝が互いに平行にかつ所定のピッチで形成されたモールドを作製し、前記モールドの溝を、基材の表面に塗布された光硬化性組成物に転写し、同時に前記光硬化性組成物を光硬化させる方法である。
　例えば電子線描画及びエッチングにより作製したモールドを親モールド（マスターモールド）として、光インプリント法で複製した子モールドや孫モールドを、前記光硬化性組成物への転写に使用してもよい。
　光透過性の基材としては、ガラス板（例えば、石英ガラス板、無アルカリガラス板）、樹脂（環状オレフィン樹脂、トリアセチルセルロース樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリジメチルシロキサン、透明フッ素樹脂）からなるフィルムが例示できる。
　例えば、まず、図２Ａに示すように、基材２１の表面に、未硬化の光硬化性組成物２２を塗布し、得ようとする凸条１１及び凹溝１２に対応する形状の凹凸が形成されたモールド２３を、光硬化性組成物２２に押しつける。この状態で放射線（例えば紫外線、電子線）を照射して光硬化性組成物を硬化させた後、図２Ｂに示すように、モールド２３を離型して、光透過性基板１を得る。
　光透過性基板１は基材２１と一体のまま金属層を形成できる。基材２１を後述の支持体としてもよい。必要により金属層の形成前又は形成後に、光透過性基板１と基材２１を分離してもよい。
　または、図３Ａ、図３Ｂに示すように、前記モールド２３とは形状が異なるモールド２４を用いる方法でも光透過性基板１を製造できる。具体的には、まず、基材２１上の光硬化性組成物２２にモールド２４を押し付けて光硬化させることにより、得ようとする凸条１１よりも大きい矩形の凸条１０が形成された硬化物を得る。この後、図３Ｃに示すように、硬化物の凸条１０をエッチングして、目的の形状の凸条１１に加工して光透過性基板１を得る。
　このようにして作製した光透過性基板１に金属層２を設け、さらに凹溝１２内に吸収層３を設けることにより、本実施形態のワイヤグリッド型偏光子が得られる。
　金属層２の形成方法は蒸着法が好ましい。蒸着法としては、物理蒸着法（ＰＶＤ）又は化学蒸着法（ＣＶＤ）が挙げられる。真空蒸着法、スパッタ法、又はイオンプレーティング法が好ましい。特に、付着させる微粒子の光透過性基板に対する入射方向の制御が容易である点で、真空蒸着法が好ましい。
　本実施形態では、真空蒸着法による斜方蒸着法を用いて、凸条１１の第１の側面の全面とその近傍に、金属層２を蒸着させることが好ましい。
　具体的には、図１に示すように、Ｚ方向に対して直行又は略直交し、かつＹ方向に対して第１の側面の側にθ（単位は「°」）の角度（蒸着角度）をなす方向（蒸着方向）から金属又は金属化合物を蒸着して金属層２を形成する。
　蒸着量は、所定の金属層２の厚みが得られるように制御する。具体的には、光透過性基板１と同じ成膜環境下にテストピースを置き、テストピース上に成膜される金属層の厚みが目標値となるように蒸着量を制御する。テストピースとしては例えばガラス基板を使用する。膜厚は例えば触針式接触膜厚計で測定する。
　吸収層３は、光透過性樹脂、色素又は顔料、及び溶剤を含む未硬化の樹脂組成物を凹溝１２内に塗布した後、硬化させる方法で形成できる。樹脂組成物は界面活性剤等の任意成分を含んでもよい。硬化前に、加熱乾燥して溶剤の一部又は全部を除去してもよい。
　光透過性樹脂が、光硬化性樹脂である場合、樹脂組成物に光硬化開始剤を添加し、放射線（例えば紫外線、電子線）を照射して硬化させる。
　樹脂組成物の塗布は、例えばバーコーター、ダイコーター、スピンコーター、グラビアコーター、スプレーコーター、インクジェットコーターを用いて行うことができる。樹脂組成物の塗布量によって、凹溝の底面から吸収層の上面までの高さｆを調整できる。
　本実施形態において、凸条１１のＸ方向の幅ａは１０～１５０ｎｍが好ましく、２０～１００ｎｍがより好ましく、３０～６０ｎｍがさらに好ましい。
　Ｘ方向における凸条１１のピッチｂは３０～２００ｎｍが好ましく、５０～１５０ｎｍがより好ましく、８０～１００ｎｍがさらに好ましい。
　前記ピッチｂに対する前記幅ａの比を表すａ／ｂは、０．２～０．８が好ましく、０．３～０．７がより好ましく、０．４～０．６がさらに好ましい。
　凸条１１のＹ方向の高さｃは５０～２５０ｎｍが好ましく、７０～２００ｎｍがより好ましく、９０～１５０ｎｍがさらに好ましい。
　前記幅ａに対する前記高さｃの比（アスペクト比）を表すｃ／ａは、１～１０が好ましく、１．５～５がより好ましく、２～４がさらに好ましい。
　凹溝１２の深さｄは０～５０ｎｍであってもよく、３～３０ｎｍであってもよく、５～１０ｎｍであってもよい。
　斜方蒸着法で金属層２を形成する際の、蒸着角度θは５～６５°が好ましく、１０～５０°がより好ましく、２０～４０°がさらに好ましい。
　前記高さ（ｃ＋ｄ）の１／２の位置における、金属層２のＸ方向の厚みｅは１５～１００ｎｍが好ましく、２０～８０ｎｍがより好ましく、２５～５０ｎｍがさらに好ましい。
　凹溝１２の底面から金属層２の上端までの高さｇに対する凹溝１２の底面から吸収層３の上面までの高さｆの比を表すｆ／ｇは、１以下であり、１未満が好ましく、０．８以下がより好ましく、０．５以下がさらに好ましい。ｆ／ｇが前記範囲であると、ｓ偏光の反射率Ｒｓの低下を抑制しやすく、ｐ偏光の反射率Ｒｐを下げやすい。
　吸収層３は、凹溝１２の底面の全面を覆うことが好ましい。凹溝１２の底面から吸収層３の上面までの高さｆは、凹溝１２の深さｄ以上が好ましい。（ｆ－ｄ）は０ｎｍより大きいことが好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましく、３０ｎｍ以上がさらに好ましい。凹溝１２の底面の全面を吸収層３で覆うと、ｐ偏光の反射率Ｒｐを低減しやすい。
　また、吸収層３を構成する材料からなり、厚さが前記吸収層３の高さｆと同じである硬化膜の吸光度は０．００２～０．３が好ましく、０．００５～０．０５がより好ましく、０．００８～０．０２５がさらに好ましい。前記範囲の下限値以上であるとＲｓの低下を抑えつつＲｐを低減させる効果が充分に得られやすく、上限値以下であるとＴｐの低減が充分に抑えられる。
　本明細書において、吸光度は波長４００～７００ｎｍにおける値であり、分光光度計を用いて測定できる。
＜第２の実施形態＞
　図４は、ワイヤグリッド型偏光子の第２の実施形態を模式的に示す断面図である。図１と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
　第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、光透過性基板１、金属層２、及び吸収層３を一括的に覆う樹脂層４を設けた点である。
　樹脂層４を設けると入射光側（透過性基板１の凸条及び凹溝が設けられている表面側）に機能層を積層する際に、形状を維持しやすい。
　樹脂層４は光透過性である。樹脂層４は、色素及び顔料をいずれも含まない。樹脂層４の屈折率は１．１０～１．５０が好ましく、１．１５～１．４０がより好ましく、１．１８～１．３６がさらに好ましい。樹脂層４の屈折率は、光透過性基板１の屈折率より低いことが好ましい。その差は０．０５以上が好ましく、０．１～０．４がより好ましく、０．１２～０．３５がさらに好ましい。また、樹脂層４の屈折率は、吸収層３の屈折率より低いことが好ましい。その差は０．０５以上が好ましく、０．１～０．４がより好ましく、０．１２～０．３５がさらに好ましい。
　金属層２の上端から樹脂層４の上面までの高さｈは、５ｎｍ以上が好ましく、５０ｎｍ以上がより好ましい。前記高さｈの上限は可撓性の点からは、５０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましい。
　本実施形態のワイヤグリッド型偏光子は、光透過性基板１を作製し、金属層２及び吸収層３を設けた後、これらを覆うように樹脂層４の材料を塗布し、硬化させる方法で製造できる。
＜変形例＞
　第１、２の実施形態において、凸条１１の断面形状は三角形又は略三角形であるが、頂部１１ａがＹ方向に直交する平坦面である台形でもよい。
　第１、２の実施形態において、凹溝１２の底面の断面形状はＶ字状であるが、テーパ面１２ｂとテーパ面１２ｂの間の底部にＹ方向に直交する平坦面が存在してもよい。また、凹溝１２の底面の断面形状はＵ字状であってもよい。また、テーパ面１２ｂが無い平坦面（ｄ＝０）（断面形状が台形又は矩形状若しくは略矩形状）であってもよい。
　第１、２の実施形態において、金属層２の下端が吸収層３の上面より下方にあり、金属層２の一部が吸収層３で覆われているが、金属層２の下端が吸収層３の上面より上方にあってもよい。
　第１、２の実施形態において、光透過性基板１の裏面（凸条及び凹溝が設けられている表面とは反対側の面）に、熱可塑性樹脂、ガラス等からなる支持体（図示略）を有していてもよい。ワイヤグリッド型偏光子の光学特性の点から、光透過性基板１の裏面上に支持体（以下、第１の支持体ともいう。）を有することが好ましい。
　支持体と光透過性基板１との屈折率の差（絶対値）は、０．１以下が好ましく、０．０５以下がより好ましい。支持体と光透過性基板１との屈折率の差が０．１以下であれば、ｐ偏光透過率の低下、ｓ偏光反射率の低下が抑えられる。さらに樹脂層４を設ける場合には、樹脂層の表面（光透過性基板１側とは反対側の面）上に支持体（以下、第２の支持体ともいう。）を設けてもよい。樹脂層と支持体（第２の支持体）は粘着剤で一体化されていることが好ましい。第１の支持体と第２の支持体は、材質が同じであってもよく、異なってもよい。
　前記実施形態によれば、吸収層３で凹溝１２の底面を覆い、金属層２の上端を覆わない構成により、後述の例に示されるように、Ｒｓの低下を抑えつつＲｐを低減できる。例えば、吸収層３を設けない場合と比べて、Ｒｓの低下の幅が使用波長範囲の平均で５％以下、かつＲｐの低下の幅が使用波長範囲の平均で０．１％以上を実現できる。
　また吸収層３は、色素又は顔料を含む樹脂層であるため曲げ変形への追従性に優れる。特に、凹溝の幅が狭い場合にも、吸収層３の材料を凹溝内へ充填しやすい点、及びワイヤグリッド型偏光子を折り曲げたり３次元形状に成型したときに吸収層３が変形しやすい点で、吸収層３が色素を含有することがより好ましい。
　前記実施形態のワイヤグリッド型偏光子の用途の例としては、偏光ビームスプリッター、ディスプレイ用偏光板、偏光レンズ、ミラーディスプレイが挙げられる。
　以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
＜測定方法＞
　以下の測定方法を用いた。
　［ｐ偏光透過率（Ｔｐ）の測定方法］
　ｐ偏光透過率は、紫外可視分光光度計（日立ハイテクサイエンス社製、ＵＨ－４１５０）を用いて測定した。具体的には、測定対象のワイヤグリッド型偏光子と光源との間に、付属の偏光子を、ワイヤグリッド型偏光子の金属細線の長軸方向（Ｚ方向）と、付属の偏光子の吸収軸が平行となる向きにセットした。ワイヤグリッド型偏光子の表面側（凸条が形成された側）から、入射角度０°で偏光を入射して、ｐ偏光透過率を測定した。測定波長は、４２０ｎｍ～６８０ｎｍとした。
　［ｓ偏光反射率（Ｒｓ）の測定方法］
　前記ｐ偏光透過率の測定方法において、付属の偏光子の向きを、ワイヤグリッド型偏光子の金属細線の長軸方向（Ｚ方向）と、付属の偏光子の吸収軸が直交する向きに変更した。ワイヤグリッド型偏光子の表面側（凸条が形成された側）から、入射角度５°で偏光を入射して、ｓ偏光反射率を測定した。測定波長は、４２０ｎｍ～６８０ｎｍとした。
　［ｐ偏光反射率（Ｒｐ）の測定方法］
　前記ｐ偏光透過率の測定方法において、偏光の入射方向を、入射角度５°に変えてｐ偏光反射率を測定した。測定波長は４２０ｎｍ～６８０ｎｍとした。
＜材料＞
　単量体１：新中村化学工業社製品名「ＮＫエステル　Ａ－ＤＰＨ」、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート。
　単量体２：新中村化学工業社製品名「ＮＫエステル　Ａ－ＨＤ－Ｎ」、１，６－ヘキサンジオールジアクリレート。
　単量体３：新中村化学工業社製品名「ＮＫエステル　Ａ－ＴＭＭ－３ＬＭ－Ｎ」、ペンタエリスリトールトリアクリレート(トリエステル５７％)。
　単量体４：ソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社製品名「ＭＤ７００」、フッ素系ジメタクリレート。
　アゾ系色素１：オリエント化学工業社製品名「Ｏｌｉｂｌａｃｋ８６０」。
　アジン系色素２：オリエント化学工業社製品名「ＶＡＬＩＦＡＳＴ１８２１」。
　光重合開始剤１：チバスペシャリティーケミカルズ社製品名「ＩＲＧＡＣＵＲＥ９０７」。
　光重合開始剤２：チバスペシャリティーケミカルズ社製品名「ＤＲ１１７３」。
　含フッ素界面活性剤１：旭硝子社製、フルオロアクリレート（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ（ＣＨ２）２（ＣＦ２）８Ｆ）とブチルアクリレートとのコオリゴマー、フッ素含有量約３０質量％、質量平均分子量約３０００。
　溶剤１：イソプロピルアルコール。
＜調製例１：光硬化性組成物の調製＞
　単量体１の４０ｇ、単量体２の６０ｇ、光重合開始剤１の４．０ｇ、及び含フッ素界面活性剤１の０．１ｇを混合して光硬化性組成物を調製した。
＜調製例２：吸収層の樹脂組成物の調製＞
　単量体２の１ｇ、アゾ系色素１の０．２５ｇ、光重合開始剤１の０．０４ｇ、及び含フッ素界面活性剤１の０．０１ｇを混合し、得られた混合物を、固形分濃度１質量％となるように、溶剤１で希釈して、吸収層の樹脂組成物１を得た。
　本例で用いる単量体２の単独重合体の屈折率は１．５１である。
　樹脂組成物１の、光吸収材濃度（色素の濃度）は１９質量％、厚さ１００ｎｍの硬化膜における透過光低減率は１０％、厚さ３０ｎｍの硬化膜の吸光度は０．０１であった。
＜調製例３：吸収層の樹脂組成物の調製＞
　単量体３の１ｇ、アジン系色素２の０．２ｇ、及び光重合開始剤１の０．０４ｇを混合し、得られた混合物を、固形分濃度１質量％となるように、溶剤１で希釈して、吸収層の樹脂組成物２を得た。
　本例で用いる単量体３の単独重合体の屈折率は１．５２である。
　樹脂組成物２の、光吸収材濃度は１７質量％、厚さ１００ｎｍの硬化膜における透過光低減率は７％、厚さ８０ｎｍの硬化膜の吸光度は０．０２であった。
＜調製例４：吸収層の樹脂組成物の調製＞
　調製例３において、色素の配合量および固形分濃度を変更した。
　単量体３の１ｇ、アジン系色素２の０．１ｇ、及び光重合開始剤１の０．０４ｇを混合し、得られた混合物を、固形分濃度２質量％となるように、溶剤１で希釈して、吸収層の樹脂組成物３を得た。
　樹脂組成物３の、光吸収材濃度は９質量％、厚さ１００ｎｍの硬化膜における透過光低減率は１％、厚さ１６０ｎｍの硬化膜の吸光度は０．０２であった。
＜調製例５：樹脂層の樹脂組成物の調製＞
　単量体４の１ｇ、光重合開始剤２の０．０４ｇ、及び光重合開始剤１の０．００５ｇを混合して樹脂層の樹脂組成物を得た。
＜製造例１：ワイヤグリッド型偏光子の製造＞
　本例では、図２Ａ及び図２Ｂに示す製造方法で光透過性基板を作製し、金属層を形成した。
　［光透過性基板の作製］
　基材２１として、厚さ１００μｍの環状ポリオレフィンフィルム（日本ゼオン社製、ゼオノアフィルム、１００ｍｍ×１００ｍｍ）を用いた。
　基材２１の表面に、調製例１で得た光硬化性組成物２２をスピンコート法により塗布し、厚さ５μｍの塗膜を形成した。
　図２Ａに示す形状の凹凸が形成されたシリコン製モールド２３を、凹部の全面が光硬化性組成物２２に接するように、２５℃にて０．５ＭＰａ（ゲージ圧）の押圧力で、光硬化性組成物２２の塗膜に押しつけた。
　この状態を保持したまま、基材２１側から高圧水銀灯（周波数：１．５ｋＨｚ～２．０ｋＨｚ、主波長光：２５５ｎｍ、３１５ｎｍ及び３６５ｎｍ、３６５ｎｍにおける照射エネルギー：１０００ｍＪ。）の光を１５秒間照射し、光硬化性組成物２２を硬化させた後、シリコン製モールドをゆっくり分離して、基材２１上に光透過性基板１を作製した。
　光透過性基板１の屈折率は１．５２である。
　［金属層の形成］
　前記で得た光透過性基板１に下記の方法で金属層を形成した。
　蒸着源に対向する光透過性基板１の傾きを変更可能な真空蒸着装置（昭和真空社製、ＳＥＣ－１６ＣＭ）を用い、光透過性基板１の凸条に斜方蒸着法にてアルミニウムを蒸着させ、金属層を形成した。蒸着角度θは２７°とした。
＜実施例１＞
［吸収層の形成］
　製造例１の方法で光透過性基板を作製し金属層を形成した後、調製例２で得た樹脂組成物を、バーコーターを用いて凹溝１２内に塗布し、８０℃で３分間乾燥させた。樹脂組成物の塗布量は乾燥膜厚（吸収層の高さｆ）が３０ｎｍとなるように設定した。
　窒素雰囲気中で高圧水銀灯から紫外線を２０００ｍＪ／ｃｍ２で照射し、樹脂組成物を硬化させてワイヤグリッド型偏光子を作製した。得られたワイヤグリッド型偏光子の断面の走査型電子顕微鏡像を図５に示す。
　本例において凸条の幅ａは４５ｎｍ、ピッチｂは９０ｎｍ、凸条の高さｃは１１０ｎｍ、凹溝の深さｄは１０ｎｍ、金属層の厚みｅは４０ｎｍ、吸収層の高さｆは３０ｎｍ、ｆ／ｇは０．１９である。
　得られたワイヤグリッド型偏光子の、Ｔｐ、Ｒｓ及びＲｐの測定結果（波長４２０～６８０ｎｍの平均値）、Ｒｓ／Ｒｐの算出結果、及び主な製造条件を表１に示す（以下、同様）。
　また、Ｔｐ、Ｒｓ及びＲｐのスペクトルを、図７、図８、図９にそれぞれ実線で示す。
＜比較例１＞
　本例は、吸収層を設けないほかは、実施例１と同じである。得られたワイヤグリッド型偏光子の断面の走査型電子顕微鏡像を図６に示す。
　Ｔｐ、Ｒｓ及びＲｐのスペクトルを、図７、図８、図９にそれぞれ破線で示す。
＜実施例２＞
　本例では、調製例３で得た樹脂組成物を用いて吸収層を形成した。また、吸収層の高さｆが８０ｎｍとなるように設定した。ｆ／ｇは０．５であった。その他は実施例１と同じである。得られたワイヤグリッド型偏光子の断面の走査型電子顕微鏡像を図１０に示す。
＜比較例２＞
　本例では、調製例４で得た樹脂組成物を用いて吸収層を形成した。また、吸収層の高さｆが１６０ｎｍとなるように設定した。ｆ／ｇは１．０１であった。その他は実施例１と同じである。得られたワイヤグリッド型偏光子の断面の走査型電子顕微鏡像を図１１に示す。
＜実施例３＞
　本例では、図４に示す構成のワイヤグリッド型偏光子を作製した。
　製造例１の方法で光透過性基板を作製し金属層を形成した後、実施例２と同様にして吸収層を形成した。
　本例において凸条の幅ａは４５ｎｍ、ピッチｂは９０ｎｍ、凸条の高さｃは１１５ｎｍ、凹溝の深さｄは１０ｎｍ、金属層の厚みｅは４０ｎｍ、吸収層の高さｆは８０ｎｍ、ｆ／ｇは０．５である。
　［樹脂層の形成］
　吸収層を形成した後、調製例５で得た樹脂組成物を、バーコーターを用いて光透過性基板１の表面側の全面に塗布した。樹脂組成物の塗布量は、金属層の上端から樹脂層の上面までの高さｈが１０μｍとなるように設定した。窒素雰囲気中で高圧水銀灯から紫外線を４０００ｍＪ／ｃｍ２で照射し、樹脂組成物を硬化させて樹脂層を形成し、ワイヤグリッド型偏光子を得た。樹脂層の屈折率は１．３６である。
＜比較例３＞
　本例は、吸収層を設けないほかは、実施例３と同じである。すなわち隣り合う凸条１１間の空間の全部に樹脂層（ｈ＝１０μｍ）が充填されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の結果に示されるように、ｆ／ｇが１以下となるように、凹溝の底面上に吸収層を設けた実施例１、２は、比較例１と比べて、Ｒｓをほぼ同等に維持しつつＲｐを低くでき、Ｒｓ／Ｒｐが向上した。一方、ｆ／ｇが１を超えた比較例２は、比較例１と比べてＲｓ／Ｒｐが低下した。
　樹脂層を設けた場合も同様の効果が得られた。すなわち、ｆ／ｇが１以下となるように、凹溝の底面上に吸収層を設けた実施例３は、比較例３と比べて、Ｒｓをほぼ同等に維持しつつＲｐを低くでき、Ｒｓ／Ｒｐが向上した。
　本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更及び変形が可能であることは、当業者にとって明らかである。なお本出願は、２０１８年１０月１日付で出願された日本特許出願（特願２０１８－１８６７８１）に基づいており、その全体が引用により援用される。
　１　光透過性基板
　２　金属層
　３　吸収層
　４　樹脂層
　１１　凸条
　１１ａ　頂部
　１１ｂ　主側面
　１１ｃ　凸条の下端
　１２　凹溝
　１２ａ　底部
　１２ｂ　テーパ面（底面）

Claims (7)

  1. 　表面に、互いに平行な凸条と凹溝が所定のピッチで交互に形成された光透過性基板と、前記凸条の表面上に設けられた、金属又は金属化合物からなる金属層とを有し、
    　前記凹溝の底面上に、色素又は顔料を含む吸収層が設けられており、
    　前記凹溝の底面から前記吸収層の上面までの高さが、前記凹溝の底面から前記金属層の上端までの高さ以下である、ワイヤグリッド型偏光子。
  2. 　前記光透過性基板、前記金属層及び前記吸収層を覆う樹脂層を有する、請求項１に記載のワイヤグリッド型偏光子。
  3. 　前記凹溝の底面から前記金属層の上端までの高さｇに対する前記凹溝の底面から前記吸収層の上面までの高さｆの比を表すｆ／ｇが、０．５以下である、請求項１または２に記載のワイヤグリッド型偏光子。
  4. 　前記凹溝の、長さ方向に直交する断面形状は、底部に向かって溝幅が漸次縮小するテーパ面を有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワイヤグリッド型偏光子。
  5. 　前記凹溝の、長さ方向に直交する断面形状が、台形または矩形状である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワイヤグリッド型偏光子。
  6. 　前記色素又は顔料が、アゾ系、アントラキノン系、ペリノン系、メチン系、キノリン系、アジン系、オキサジン系、フタロシアニン系、カーボンブラック、チタンブラック、ペリレン系顔料、金属酸化物から選ばれる１種又は２種以上である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のワイヤグリッド型偏光子。
  7. 　請求項１乃至６のいずれか１項に記載のワイヤグリッド型偏光子を備えた偏光ビームスプリッター、ディスプレイ用偏光板、偏光レンズ、またはミラーディスプレイ。
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