メタルワイヤーパタンの製造方法、バックライトシステム及びそれらを用いた液晶ディスプレイ
【課題】サブミクロンオーダーの金属膜を透明基板上に確実に形成することができるメタルワイヤーパタンの製造方法、バックライトシステム及びそれらを用いた液晶ディスプレイを提供する。
【解決手段】モールド２０ａにナノインプリント法により凹凸部１１を形成する凹凸部形成工程と、モールド２０ａの凹凸部１１上に真空成膜法またはめっき法により金属膜１３を堆積させる金属膜形成工程と、凹凸部１１上に堆積した金属膜１３のうち、凸部１５上に堆積した金属膜１３を透明基板３０に転写してメタルワイヤー層３２を形成する転写工程と、を有することを特徴とする。
【解決手段】モールド２０ａにナノインプリント法により凹凸部１１を形成する凹凸部形成工程と、モールド２０ａの凹凸部１１上に真空成膜法またはめっき法により金属膜１３を堆積させる金属膜形成工程と、凹凸部１１上に堆積した金属膜１３のうち、凸部１５上に堆積した金属膜１３を透明基板３０に転写してメタルワイヤー層３２を形成する転写工程と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶ディスプレイ用のメタルワイヤー型偏光板に用いるサブミクロンオーダーのメタルワイヤーパタンの製造方法、液晶ディスプレイ用のバックライトシステム及びそれらを用いた液晶ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイは自発光でないため蛍光灯や発光ダイオードからなるバックライトが必要である。さらに、液晶セルには直線偏光を入射させるため、バックライトから出た無偏光な光は偏光板を通す必要がある。
【０００３】
この種の偏光板の中には、ヨウ素を延伸して高度に配向させたポリビニルアルコール樹脂に分散させたものや、ヨウ素の代わりに２色性色素を用いたものがある。この偏光板の偏光度は９９．９９％以上もあり、光学的には非常に高性能である。
【０００４】
しかしながら、上述の偏光板は、有機物で形成されているため、紫外線や熱に対する耐性が低いという問題がある。したがって、光源から発光される光に紫外線が含まれると、また光の強度が強いと偏光板としての寿命が短くなる。さらに、この偏光板は入射光の半分がヨウ素に吸収される吸収型の偏光板であり、光の利用効率が５０％以下であるという問題がある。液晶プロジェクターでは投射光強度を上げると、それに応じて吸収量も増え偏光板品質が低下する。このように、吸収型であることは決定的に不利な点であって、吸収型の偏光板である限り改善は不可能である。また、上述の偏光板では反射型ができないという問題もある。例えば、３Ｍ社のＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）は利用効率が６０％であるが、交互多層膜であり価格が高いという問題がある。
【０００５】
上述した吸収型の偏光板に対し、金属細線を使ったワイヤーグリッド型偏光板技術も知られている（例えば、特許文献１）。このワイヤーグリッド型偏光板は、主として赤外線など波長の長い電磁波（波長はミクロンオーダー）に対して使用されている。
【０００６】
ここで、図４は、ワイヤーグリッド型偏光板の概略構成図である。
図４に示すように、ワイヤーグリッド型偏光板の原理は、メタルワイヤー層３００間の隙間の電磁場透過性に基づくものである。電場ベクトルＥ３０１が基板３０３の面内にあり、かつメタルワイヤー層３００の延長方向に垂直で、磁場ベクトルＨ３０２が電場ベクトルＥ３０１に対して垂直の場合（ＴＥ波；ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）、電磁場はメタルワイヤー層３００間で境界条件を自然に満たすので抵抗無く透過することができる（図４中左側）。一方、電場ベクトルＥ３０１と磁場ベクトルＨ３０２を入れ替えた場合（ＴＭ波;ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）には、境界条件を満たさず、電磁場はメタルワイヤー層３００間で大きな変形を余儀なくされ、透過のインピーダンスが増加する（図４中右側）。また、メタルワイヤー層３００間を透過できなかった電磁波は、メタルワイヤー層３００の高さｈとピッチｐが適切であると、押し戻されて反射することになる。この場合、メタルワイヤー層３００間を透過できなかった電磁波は、メタルワイヤー層３００における損失を無視すれば、ほぼ１００％反射される。このように、ワイヤーグリッド型偏光板では透過光も反射光も偏光するため、透過型だけでなく反射型偏光板としても使用することができる。
【０００７】
ところで、メタルワイヤー層３００の幅Ｗがピッチｐより十分薄い場合は、上述した損失を無視することができるが、現実には有限の厚みがある。また、電磁波はメタルワイヤー層３００の表面から有限な距離だけ浸透する。したがって、メタルワイヤー層３００の高さｈ（厚み）が薄すぎると、電磁波がメタルワイヤー層３００から染み出し偏光消光比が低下する。また、メタルワイヤー層３００の表面には、境界条件を満たすように電流が流れるので、メタルワイヤー層３００の表面に凹凸があったり、導電率が低かったりする場合には、損失が大きくなるため、透過率及び反射率が低下する。
【０００８】
ＴＭ波とＴＥ波で透過性に大きな違いが出るのは、メタルワイヤー間のピッチｐが入射電磁場の波長λに比べて短い場合（ｐ≪λ）、好ましくは１／３から１／４以下の場合である。ミリ波、サブミリ波にかけては波長がμｍからｍｍにあるので、メタルワイヤー層３００の製造もサブミリ程度、せいぜいマイクロメーターのオーダーの加工であって、製作にそれほどの困難性はなかった。一方、可視光及び紫外光の波長はサブミクロンオーダー（赤で０．６０μｍ、青で０．４５μｍ程度）であり、これに対応したピッチ（０．１５〜０．２０μｍ以下程度）の金属加工は極めて困難である。これが、特性的に優れているにもかかわらずメタルワイヤー型偏光板が液晶ディスプレイ使用されない理由である。
【特許文献１】米国特許第６１２２１０３号明細書
【特許文献２】特開２００７−１２８０８６号公報
【非特許文献１】谷口淳著 “はじめてのナノインプリント技術”、工業調査会、２００５年
【非特許文献２】Ｖ．Ｐｅｌｌｅｔｅｒ、Ｋ．Ａｓａｋａｗａ、Ｍ．Ｗ、Ｄ．Ｈ．Ａｄａｍｓｏｎ、Ｒ．Ａ．Ｒｅｇｉｓｔｅｒ ａｎｄ Ｐ．Ｍ．Ｃｈａｉｋｉｎ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、８８、２１１１１４（２００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年、エッチング法や、リフトオフ法、ナノインプリント法（例えば、非特許文献１参照）といった、サブミクロンオーダーの微細な凹凸パタンの形成技術の進展が著しい。
エッチング法とは、まず基板上にメタルワイヤー層となる金属膜を形成した後、この金属膜に対して微細加工を施す方法である。具体的には、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法等のドライ成膜法により基板全面に金属を飛散堆積させる。その後、定法のフォトリソグラフィーでストライプ状のレジストパタンを形成し、ドライエッチングで金属膜をエッチングする（例えば、非特許文献２参照）。サブミクロンのレジストパタン形成にはＥＵＶ露光、ＥＢ露光、２光束干渉露光等を行って現像することが可能である。
【００１０】
次に、リフトオフ法とは、まず基板上にフォトリソグラフィーでストライプ状のレジストパタンを形成する。その後、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法等により、基板全面に金属を飛散堆積させる。すると、一般にはレジストパタンの凸部上面と基板表面が露出した凹部内に金属膜が形成され、２段のメタルワイヤー層が形成される。
【００１１】
ここで、金属の堆積は凸部の上方向以外に横方向にも進行するため、横方向に堆積した金属膜によって凹部の開口部が狭くなる。その結果、凹部内に金属が入り込まなくなってしまい、凸部上面と凹部内とで金属膜の厚さが異なるという問題がある。反射型偏光板としては、この状態でも使用することができるが、メタルワイヤー層の形状不良のため、偏光消光比が低く、また透過型偏光板では透過率が低いという問題がある。
そこで、凹凸部上に金属膜を堆積させた後、レジストパタンを剥離して、凹部内に残存した金属膜のみを利用することが考えられる。しかしながら、レジストパタンのピッチが狭くなると、凹部の開口部が塞がってしまい、凹部内の金属膜が十分な高さ（厚み）を確保することができないという問題がある。類似の方法としては、金属を基板に対して斜め方向から飛散堆積させるのもある。この場合、金属が主としてレジストパタンの凸部に堆積するが、金属が不均一に堆積されるため、高品質なメタルワイヤー層の形成は困難である。
【００１２】
ところで、上記のエッチング法やリフトオフ法では、個々のメタルワイヤー層に対し、レジストパタンを個別に形成しなければならない。この場合の最大の問題は、これらの方法に用いるレジストパタンの形成が容易ではなく、量産に向いていないことである。特に、現像や洗浄後の乾燥時にレジストパタンが表面張力により倒れたり、接触したりする。これは、レジストパタンのストライプピッチが狭くなればなるほど、起こりやすく生産性が大きく低下する。レジストパタンを金属支持層として残すと、機械的強度、熱安定性に不安が残る。
【００１３】
これらの方法に対し、ナノインプリント法は、微細なレジストパタンを基板上に繰り返して形成する必要がない。要約すると、まずモールドと呼ばれる金型を作製し、この金型によりスタンプすることにより、複製品を多数製造するものである。このように、ナノインプリント法は、モールドが磨耗しない限り、繰り返して複製することが可能である。
【００１４】
ナノインプリント法によりスタンプされ、凹凸パタンが形成された基板にメタルワイヤー層を形成する場合も、上述したリフトオフ法と同様の手順でメタルワイヤー層を形成することができる。つまり、上述したエッチング法、リフトオフ法と同様に、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法等により全面に金属を飛散堆積することで、パタン内にメタルワイヤー層を形成する。しかしながら、上述したように、金属膜を形成する際、隣接する凸部上面に形成された金属膜がブリッジしたり、金属膜が不均一に形成されたりする。したがって、ナノインプリント法を用いた場合でも、メタルワイヤー層の狭ピッチ化は難しいという問題がある。
【００１５】
さらに、インクジェット法や印刷法でメタルワイヤー層を形成しても良いが、微細化と生産性、コストの点で現実的でない。さらに別の方法として、２成分系樹脂を相分離させ、各樹脂における溶解性の違いを利用して凹凸部を形成し、これをテンプレートとしてメタルワイヤー層を形成する技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）しかしながら、実際問題としてサブミクロン以下のパタンを大面積で簡便に複製する量産技術はないといってよい状況である。
【００１６】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであって、サブミクロンオーダーの金属膜を透明基板上に確実に形成することができるメタルワイヤーパタンの製造方法、バックライトシステム及びそれらを用いた液晶ディスプレイを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第一の発明は、基板上にナノインプリント法により凹凸部を形成する凹凸部形成工程と、 前記基板の凹凸部上に真空成膜法またはめっき法により金属膜を堆積させる金属膜形成工程と、前記凹凸部上に堆積した前記金属膜のうち、凸部上に堆積した前記金属膜を透明基板に転写する転写工程と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、ナノインプリント法により凹凸部を形成することで、生産性を向上させた上で、サブミクロンオーダーの微細なパタンを確実に形成することができる。
さらに、凹凸部に堆積した金属膜のうち、凸部に堆積した金属膜を別の透明基板に転写することで、メタルワイヤーパタンを形成することができる。つまり、基板の凹凸部上に堆積した金属膜のうち凸部に形成された金属膜を利用してメタルワイヤーパタンを形成することで、真空成膜法やめっき法により金属膜を簡単に形成することができるので、製造工程の簡素化が可能になる。また、凸部に積極的に金属膜を堆積させることで、金属膜の所望の厚みや幅を確保することができるため、所望の幾何学的形状を有するメタルワイヤーパタンを形成することができる。
【００１８】
第二の発明は、前記転写工程の後、前記透明基板に転写された前記金属膜に対してエッチングを行うエッチング工程を有することを特徴とする。
この構成によれば、透明基板に転写された金属膜に対してエッチングを行うことで、金属膜を微細に形成することができるとともに、整形することができるため、金属膜の高精細化が可能になる。
【００１９】
第三の発明は、前記凹凸部はストライプ状に形成され、前記凹凸部のピッチが１５０ｎｍ以下に設定されるとともに、前記凹凸部の凸部の高さが１００ｎｍ以上に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、凹凸部のピッチを１５０ｎｍ以下に設定することで、可視光や紫外光を確実に偏光させることができる。さらに、凸部の高さを１００ｎｍ以上に設定することで、ＴＥ波以外の電磁波の透過を防ぐことができる。これにより、偏光消光比に優れ、低損失のメタルワイヤーパタンを形成することができる。
【００２０】
第四の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のメタルワイヤーパタンの製造方法により製造されたメタルワイヤー偏光板と、該メタルワイヤー偏光板からの反射光の偏光面を９０度回転させ、前記メタルワイヤー偏光板に再入射させる位相差板と、を備えることを特徴とするバックライトシステムである。
この構成によれば、メタルワイヤー偏光板を透過せずに反射されたＴＭ波成分の光の反射偏光面を偏光面回転機能により９０度回転させ、メタルワイヤー偏光板に再入射させることで、メタルワイヤー偏光板を透過させることができるため、光の利用効率を向上させることができる。これにより、省電力で明るいバックライトシステムを提供することができる。
【００２１】
第五の発明は、請求項５記載のバックライトシステムを具備したことを特徴とする液晶ディスプレイである。
この構成によれば、光の利用効率に優れたバックライトシステムを具備しているため、高性能な液晶ディスプレイを提供することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、透明基板上に偏光消光比に優れ、低損失のメタルワイヤーパタンを形成することができる。
また、この工程をストライプ状のメタルワイヤーパタン形成に適用すれば、工程が単純容易であるので低コストのメタルワイヤー偏光板の提供ができる。また、非吸収型偏光板のため反射光の再利用ができ、光の利用効率が高くなるので、省電力で明るいバックライトが提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（メタルワイヤーパタンの製造方法）
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１，２は、本実施形態のメタルワイヤーパタンの製造工程を示す工程図である。
本実施形態では、メタルワイヤー偏光板を形成する際におけるメタルワイヤーパタンの製造方法について説明する。ここで、可視光波長は４００〜６００ｎｍなので、これを偏光するには１５０ｎｍ程度以下のピッチのメタルワイヤーパタンが好ましい。図２（ｃ）に示すように、メタルワイヤーパタンの厚みｈ２は、金属にもよるが８０ｎｍ程度以上で幅ｗ１は狭い方がより好ましい。そこで本実施形態ではピッチｐ２が１４０ｎｍ、厚みｈ２が９０ｎｍのメタルワイヤーパタンの製造方法について説明する。本実施形態のメタルワイヤーパタンの製造方法は、主としてモールド２０ａ上にナノインプリント法により凹凸部１１（凹部１２及び凸部１５）を形成する凹凸部形成工程（図１（ａ））と、モールド２０ａの凹凸部１１上にメタルワイヤー層３２（図２（ｃ）参照）となる金属膜１３を形成する金属膜形成工程（同（ｄ））と、凹凸部１１上に形成した金属膜１３のうち凸部１５上に堆積した金属膜１３を透明基板１４に転写する転写工程（図２（ａ））とを有するものである。
【００２４】
まず、図１（ａ）に示すように、メタルワイヤーパタンの母型となる石英モールド２０を形成する。石英モールド２０の形成材料としては、石英基板やシリコン基板を用いることが可能であり、本実施形態では石英基板を用いている。そして、この石英基板上にフォトリソグラフィー法でクロムパタンを形成する。具体的には、石英基板上にクロム膜を形成した後、ネガレジスト（例えば、富士フィルムエレクトロニクス製ＦＥＰ１７１）を１００ｎｍの厚さでコーチィングし、１２０℃で１０分間乾燥する。そして、電子ビーム（ＥＢ）露光装置で電子描画した後、２．３８ｗｔ％のＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）でスプレー現像し乾燥させる。これにより、例えばライン／スペース＝１００ｎｍ／４０ｎｍ、長さ２ｃｍ程度のクロムパタンが形成される。なお、レジストを描画する際、汎用の電子ビーム露光あるいはポイントビームの露光装置では、幅や径が１００ｎｍ〜２０ｎｍ程度の開口をレジストに形成することができる。
【００２５】
次いで、石英基板上のクロム膜をパターニングする。具体的には、乾燥させたレジストをマスクとして塩素系ガスでドライエッチングする。次に、エッチングされたクロムパタンをマスクとして、Ｃ２Ｆ６とＯ２との混合ガスを用いてＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）を行い、石英基板を７０〜８０秒間エッチングする。これにより、凹部深さが例えば１５０ｎｍ、アスペクト比が１５：７の石英モールド２０を形成することができる。
【００２６】
なお、この石英モールド２０で耐久性が不足する場合は、石英基板を使わずに本実施形態のように例えばアクリル系の紫外線硬化樹脂等からなる樹脂基板による複製版のモールド２０ａをナノインプリント法により製造してもよい。石英モールド２０を母型として樹脂基板で複製品を作るには、石英モールド２０上にフッ素系の剥離剤（不図示）をコーチィングし、樹脂基板に押圧しながら主波長３６５ｎｍの高圧水銀灯で例えば４００〜６００ｍＪで照射する。
【００２７】
そして、図１（ｂ）に示すように、石英モールド２０を剥離することで、石英モールド２０に対して反転したパタン、つまり凹部１２と凸部１５とを有する複製品のモールド２０ａを得ることができる。なお、凹凸部形成工程では樹脂基板自体が凹凸部を有する必要はなく、平坦な基板上にレジストを塗布して上述した工程と同様の工程により複製品を形成してもよい。また、コーチィングされた石英モールド２０上に紫外線硬化樹脂を載せて硬化させて剥離するか、もしくは熱硬化性の樹脂を載せて硬化させて剥離する、あるいは押し出し成型的な方法を採用する等で形成することも可能である。いずれにしても、ここでのモールド２０ａは、メタルワイヤーパタンを形成するための仮基板である。このように、ナノインプリント法によるモールド２０ａの形成は、数インチサイズの基板上では数十ｎｍの微細なパタン形成が可能である。
【００２８】
ここで、メタルワイヤー型偏光板のストライプパタンのピッチｐ１は波長に依存するが、概ね７０〜１５０ｎｍ程度で形成することが好ましい。具体的には、その凹凸部１１のピッチｐ１が１５０ｎｍ以下に設定されるとともに、凹凸部１１の凸部１５の高さｈ１が１００ｎｍ以上に設定されていることが好ましい。凹凸部１１のピッチを１５０ｎｍ以下に設定することで、可視光や紫外光を確実に偏光させることができる。また、凸部１５の高さを１００ｎｍ以上に設定することで、ＴＥ波以外の電磁波の透過を防ぐことができる。これにより、消光比の優れたメタルワイヤーパタンを形成することができる。
【００２９】
次に、凹凸部１１が形成されたモールド２０ａ上に金属膜１３（図１（ｄ）参照）を形成する（金属膜形成工程）。ところで、従来ではモールド上の凹凸部のうち凹部内に金属膜を選択的に形成することで、メタルワイヤーパタンを形成していたが、微細なストライプ状に形成された凹凸部のうち凹部内に選択的に金属膜を形成し、所望の厚みを確保することは難しい。そこで、本願の発明者は、ストライプパタンの高さとピッチとを適切に選択して、真空成膜法や電解めっき法による金属粒子の飛散方向等を工夫することで、凸部１５の上面から垂直方向に積極的に金属膜１３を堆積させた。
【００３０】
電解めっき法に関しては、図１（ｃ）に示すように、まずモールド２０ａ上に通電用の電極として、ニッケル等からなるシード層２１を形成する。具体的には、無電解めっき法により、モールド２０ａ上の凹凸部１１に沿って厚さが１０〜１５ｎｍのシード層２１を形成する。
【００３１】
続いて、図１（ｃ）に示すように、シード層２１が形成されたモールド２０ａの全面に対して、シード層２１をカソード（負極）として電解めっきを行う。電解めっきは、金属の拡散により堆積されるため、金属が凹部１２内に入り込み難く、主としてモールド２０ａの凸部１５上に形成される。なお、電解めっきが可能な金属として、銅、ニッケル、銀、錫、白金等、要求特性に応じて適宜選択することが可能である。銀めっきに関してはめっき液（例えば、（株）ジャパンエナジー製ＨＳ−Ｍ４００）を用い、浴温度６５℃、浴流速１ｍ／秒、５Ａ／ｄｍ２で約１分間めっきすることで１００ｎｍ程度の銀皮膜を形成できる。また、銅めっきに関しては、めっき液に硫酸銅溶液を用い、浴温度２５℃、浴流速１ｍ／秒、電流密度５Ａ／ｄｍ２で約１０秒間めっきすることで、１００ｎｍの銅皮膜を形成できる。このような条件で電解めっきを行うと、凸部１５上に垂直方向の堆積速度と水平方向の成長速度との比が、１：０．５程度で金属膜１３が形成される。電解めっき法では真空成膜法に比べ、横方向の成長が早く、真空成膜法により形成する金属膜と同じ厚みに形成するには、凹部間の開口を広く形成する必要がある。したがって、相対的に凸部１５の幅を狭くすることが好ましい。
【００３２】
なお、金属膜１３の形成はスパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法等の真空成膜法で形成することも可能である。蒸着法に関しては、モールド２０ａの全面に対して約１００ｎｍの金属膜を形成する。この時、金属のターゲットとモールドとの間に、金属の進行方向に向けて孔が形成されたグリッド（仕切り板）を配置することにより、金属の飛散の直進性を向上させ、金属が斜め方向に飛散することを防ぐことができる。これにより、凸部１５垂直方向の堆積速度と水平方向の成長速度との比を１：０．３５程度まで抑制することができる。例えば厚さ１００ｎｍの金属膜を形成した場合の凹部の開口幅は３０ｎｍ程度となる。
【００３３】
ここで、図２（ａ）に示すように、モールド２０ａの凸部１５に堆積した金属膜１３を別の透明基板３０に転写する（転写工程）。具体的には、まず透明基板３０上にエポキシ系またはシラン系からなる接着剤を薄く塗布して接着剤層３１を形成する。次に、接着剤層３１が形成された透明基板３０上に、モールド２０ａの凸部１５側を密着させることで、凸部１５に形成された金属膜１３が透明基板３０上に接着される。
【００３４】
その後、図２（ｂ）に示すように、接着剤層３１を硬化させ、モールド２０ａを剥離することにより、モールド２０ａの凸部１５に堆積した金属膜１３が転写され、透明基板３０上にメタルワイヤー層３２が形成される。なお、本実施形態に用いる透明基板としては、ＰＥＴ，ＰＥＮ，ＰＥＳ等の透明なフィルムや、ポリイミド、アクリル、ポリカーボネイト、ポリオレフィン等の樹脂、ガラス、石英等の透明基板を用いることができる。
【００３５】
次に、図２（ｃ）に示すように、メタルワイヤー層３２が形成された透明基板３０に対して、ソフトエッチングを行う。これにより、メタルワイヤー層３２の幅が狭くなり、メタルワイヤー層３２間のギャップがｌ（図２（ｂ）参照）からｌ’に広がるとともに、メタルワイヤー層３２の表側面を整形することができる。この時、メタルワイヤー層３２の厚みは若干薄くなるが、開口率を例えば５０％程度まで向上させることができるため、メタルワイヤー層３２の高精細化が可能になる。なお、前記開口率とは、透明基板３０上におけるメタルワイヤー層３２間の開口部の割合を示し、すなわちメタルワイヤー層３２の幅ｗ１と、メタルワイヤー層３２間のギャップｌ’の割合を示す。
【００３６】
これにより、透明基板３０上にメタルワイヤー層３２が微細なストライプ状に配列されたメタルワイヤー偏光板２０４が完成する。なお、本実施形態においては、転写工程後のメタルワイヤー層に対してソフトエッチングを行っていたが、転写工程に先立って金属膜形成工程後のモールドに対してソフトエッチングを行っても構わない。
【００３７】
したがって、上述の実施形態によれば、ナノインプリント法により凹凸部１１を形成することで、生産性を向上させた上で、サブミクロンオーダーの微細なパタンを確実に形成することができる。
さらに、凹凸部１１に堆積した金属膜１３のうち、凸部１５に堆積した金属膜１３を別の透明基板３０に転写することで、メタルワイヤー層３２を形成することができる。つまり、従来ではモールド上の凹部内に選択的に金属膜を形成していたが、上述のようにモールド２０ａの凹凸部１１上に堆積した金属膜１３のうち凸部１５に形成された金属膜１３を利用してメタルワイヤー層３２を形成することで、真空成膜法やめっき法により金属膜１３を簡単に形成することができるので、製造工程の簡素化が可能になる。また、凸部１５に積極的に金属膜１３を堆積させることで、金属膜１３の厚みや幅を確保することができるため、所望の幾何学的形状を有するメタルワイヤー層３２を形成することができる。したがって、製造コストを抑えた上で高精細なメタルワイヤーパタンを形成することができる。
そして、上述のようなメタルワイヤーパタンの製造方法により製造されたメタルワイヤー偏光板２０４は、偏光消光比に優れ、低損失を可能にすることができる。
【００３８】
（液晶ディスプレイ）
次に、上述のメタルワイヤーパタンの製造方法により製造されたメタルワイヤー偏光板を具備した液晶ディスプレイについて説明する。図３は、液晶ディスプレイの概略構成図である。また、図３においては、図中右側を前面、図中左側を背面とする。
図３に示すように、液晶ディスプレイは、バックライトシステム２００及び液晶表示パネル２０５が配置されており、液晶表示パネル２０５から前面側に向けて表示光を出射することで、例えば平面視矩形状の画像を表示するものである。
【００３９】
液晶表示パネル２０５は、例えば配向膜、透明電極が形成された２枚の封止基板の間に液晶を封入するなどして構成され、さらに上下を偏光板で挟むことにより、矩形格子状に形成された複数の画素領域ごとに、画像信号に応じて光の透過状態を制御する液晶シャッタを構成するものである。
【００４０】
バックライトシステム２００は、上下方向に離間して紙面奥行き方向に延びる複数のバックライト２０３と、バックライト２０３の背面側に配置されたアルミ等からなる反射板２０１と、メタルワイヤー偏光板２０４からの反射光の偏光面を９０度回転させ、メタルワイヤー偏光板２０４に再入射させる複屈折性フィルム２０２（位相差板）と、バックライト２０３の前面側に配置されたメタルワイヤー偏光板２０４とから構成されている。
【００４１】
バックライト２０３としては、例えば冷陰極管（ＣＣＦＬ）等を用いるが、複数のＬＥＤ素子を紙面奥行き方向に沿うライン上に配列したＬＥＤ光源等を採用してもよい。複屈折性フィルム２０２は、一軸延伸した有機物フィルムであって、波長分散の少ないものを用いることができる。メタルワイヤー偏光板２０４は、透明基板３０上にメタルワイヤー層３２がストライプ状に配列されたものである（図２（ｃ）参照）。なお、図３において拡散フィルム等の光学部材は省略したが、必要に応じて設置しても構わない。
【００４２】
次に作用を説明する。
まず、バックライト２０３から発光された光のうちＴＥ波成分の光は、メタルワイヤー偏光板２０４をほぼ１００％透過していく。
一方、バックライト２０３から発光された光のうちＴＭ波成分の光は、メタルワイヤー偏光板２０４を透過せずに、反射される。この時、本実施形態のメタルワイヤー偏光板２０４では、メタルワイヤー層３２（図２（ｃ）参照）の厚みが適切に設定されているため、ＴＭ波成分の光は損失を無視すればほぼ１００％反射されるとしてよい。そして、反射された光は複屈折性フィルム２０２を通過する際に、その偏光面を９０度回転させる。
【００４３】
偏光面を回転させるには公知の技術である複屈折効果を使う。具体的には、波長λの光は複屈折がΔｎ、厚さがｄの複屈折性フィルム２０２を透過すると２πΔｎ・ｄ/λだけ偏光面が回転する。本実施形態では、複屈折性フィルム２０２の厚さｄは、４５度偏光面が回転するように設定されている。そして、偏光面を４５度回転された光は、複屈折性フィルム２０２の背面側で反射板２０１により反射されることで、９０度偏光面が回転した光が取り出せる。そして、再びメタルワイヤー偏光板２０４に入射されることでメタルワイヤー偏光板２０４を透過していく。これが繰り返えされるのでバックライト２０３から発光された光をほぼ１００％利用することができる。
【００４４】
したがって、本実施形態によれば、上述のメタルワイヤーパタンの製造方法により形成されたメタルワイヤー偏光板２０４は、製造工程が単純容易であるので低コストのバックライトシステム２００を提供することができる。また、メタルワイヤー偏光板２０４は非吸収型偏光板のため、バックライト２０３から発光される光によって熱劣化することがない。また、反射光の再利用ができ、光の利用効率が高くなるので、省電力で明るいバックライトシステム２００を提供することができる。
【００４５】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、液晶ディスプレイでは表示画素以外の部分から光が射出されるとコントラストが低下するので、一般には非表示部にブラックマトリックスと言われる遮光層を設けている。そのため、非表示部に該当する部分にあるメタルワイヤー層３２は不要である。そこでメタルワイヤー層３２の幅（例えば、図２（ｃ）中ｗ１）を広く形成すれば、そのメタルワイヤー層３２を遮光層に転用できる。さらに、メタルワイヤー層３２の延長方向と直交する部分にもブリッジのようなメタル部分を形成して遮光層とすればより効率的である。この構成によれば、液晶表示パネル内に設けられているブラックマトリックスを除くことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は液晶ディスプレイに従来使用されているヨウ素を配向させた吸収型偏光板の代替として、より偏光能と耐久性に優れた偏光板を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態におけるメタルワイヤーパタンの製造工程を示す工程図である。
【図２】本発明の実施形態におけるメタルワイヤーパタンの製造工程を示す工程図である。
【図３】本発明の実施形態におけるバックライトシステムを具備した液晶ディスプレイの概略構成図である。
【図４】メタルワイヤーに対して電磁場の分極の違いが透過性に与える効果を説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
２０ａ・・・モールド（基板）
１１・・・凹凸部
１２・・・凹部
１３・・・金属膜
１５・・・凸部
３０・・・透明基板
３２・・・メタルワイヤー層
２００・・・バックライトシステム
２０２・・・複屈折性フィルム（位相差板）
２０４・・・メタルワイヤー偏光板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶ディスプレイ用のメタルワイヤー型偏光板に用いるサブミクロンオーダーのメタルワイヤーパタンの製造方法、液晶ディスプレイ用のバックライトシステム及びそれらを用いた液晶ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイは自発光でないため蛍光灯や発光ダイオードからなるバックライトが必要である。さらに、液晶セルには直線偏光を入射させるため、バックライトから出た無偏光な光は偏光板を通す必要がある。
【０００３】
この種の偏光板の中には、ヨウ素を延伸して高度に配向させたポリビニルアルコール樹脂に分散させたものや、ヨウ素の代わりに２色性色素を用いたものがある。この偏光板の偏光度は９９．９９％以上もあり、光学的には非常に高性能である。
【０００４】
しかしながら、上述の偏光板は、有機物で形成されているため、紫外線や熱に対する耐性が低いという問題がある。したがって、光源から発光される光に紫外線が含まれると、また光の強度が強いと偏光板としての寿命が短くなる。さらに、この偏光板は入射光の半分がヨウ素に吸収される吸収型の偏光板であり、光の利用効率が５０％以下であるという問題がある。液晶プロジェクターでは投射光強度を上げると、それに応じて吸収量も増え偏光板品質が低下する。このように、吸収型であることは決定的に不利な点であって、吸収型の偏光板である限り改善は不可能である。また、上述の偏光板では反射型ができないという問題もある。例えば、３Ｍ社のＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）は利用効率が６０％であるが、交互多層膜であり価格が高いという問題がある。
【０００５】
上述した吸収型の偏光板に対し、金属細線を使ったワイヤーグリッド型偏光板技術も知られている（例えば、特許文献１）。このワイヤーグリッド型偏光板は、主として赤外線など波長の長い電磁波（波長はミクロンオーダー）に対して使用されている。
【０００６】
ここで、図４は、ワイヤーグリッド型偏光板の概略構成図である。
図４に示すように、ワイヤーグリッド型偏光板の原理は、メタルワイヤー層３００間の隙間の電磁場透過性に基づくものである。電場ベクトルＥ３０１が基板３０３の面内にあり、かつメタルワイヤー層３００の延長方向に垂直で、磁場ベクトルＨ３０２が電場ベクトルＥ３０１に対して垂直の場合（ＴＥ波；ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）、電磁場はメタルワイヤー層３００間で境界条件を自然に満たすので抵抗無く透過することができる（図４中左側）。一方、電場ベクトルＥ３０１と磁場ベクトルＨ３０２を入れ替えた場合（ＴＭ波;ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）には、境界条件を満たさず、電磁場はメタルワイヤー層３００間で大きな変形を余儀なくされ、透過のインピーダンスが増加する（図４中右側）。また、メタルワイヤー層３００間を透過できなかった電磁波は、メタルワイヤー層３００の高さｈとピッチｐが適切であると、押し戻されて反射することになる。この場合、メタルワイヤー層３００間を透過できなかった電磁波は、メタルワイヤー層３００における損失を無視すれば、ほぼ１００％反射される。このように、ワイヤーグリッド型偏光板では透過光も反射光も偏光するため、透過型だけでなく反射型偏光板としても使用することができる。
【０００７】
ところで、メタルワイヤー層３００の幅Ｗがピッチｐより十分薄い場合は、上述した損失を無視することができるが、現実には有限の厚みがある。また、電磁波はメタルワイヤー層３００の表面から有限な距離だけ浸透する。したがって、メタルワイヤー層３００の高さｈ（厚み）が薄すぎると、電磁波がメタルワイヤー層３００から染み出し偏光消光比が低下する。また、メタルワイヤー層３００の表面には、境界条件を満たすように電流が流れるので、メタルワイヤー層３００の表面に凹凸があったり、導電率が低かったりする場合には、損失が大きくなるため、透過率及び反射率が低下する。
【０００８】
ＴＭ波とＴＥ波で透過性に大きな違いが出るのは、メタルワイヤー間のピッチｐが入射電磁場の波長λに比べて短い場合（ｐ≪λ）、好ましくは１／３から１／４以下の場合である。ミリ波、サブミリ波にかけては波長がμｍからｍｍにあるので、メタルワイヤー層３００の製造もサブミリ程度、せいぜいマイクロメーターのオーダーの加工であって、製作にそれほどの困難性はなかった。一方、可視光及び紫外光の波長はサブミクロンオーダー（赤で０．６０μｍ、青で０．４５μｍ程度）であり、これに対応したピッチ（０．１５〜０．２０μｍ以下程度）の金属加工は極めて困難である。これが、特性的に優れているにもかかわらずメタルワイヤー型偏光板が液晶ディスプレイ使用されない理由である。
【特許文献１】米国特許第６１２２１０３号明細書
【特許文献２】特開２００７−１２８０８６号公報
【非特許文献１】谷口淳著 “はじめてのナノインプリント技術”、工業調査会、２００５年
【非特許文献２】Ｖ．Ｐｅｌｌｅｔｅｒ、Ｋ．Ａｓａｋａｗａ、Ｍ．Ｗ、Ｄ．Ｈ．Ａｄａｍｓｏｎ、Ｒ．Ａ．Ｒｅｇｉｓｔｅｒ ａｎｄ Ｐ．Ｍ．Ｃｈａｉｋｉｎ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、８８、２１１１１４（２００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年、エッチング法や、リフトオフ法、ナノインプリント法（例えば、非特許文献１参照）といった、サブミクロンオーダーの微細な凹凸パタンの形成技術の進展が著しい。
エッチング法とは、まず基板上にメタルワイヤー層となる金属膜を形成した後、この金属膜に対して微細加工を施す方法である。具体的には、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法等のドライ成膜法により基板全面に金属を飛散堆積させる。その後、定法のフォトリソグラフィーでストライプ状のレジストパタンを形成し、ドライエッチングで金属膜をエッチングする（例えば、非特許文献２参照）。サブミクロンのレジストパタン形成にはＥＵＶ露光、ＥＢ露光、２光束干渉露光等を行って現像することが可能である。
【００１０】
次に、リフトオフ法とは、まず基板上にフォトリソグラフィーでストライプ状のレジストパタンを形成する。その後、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法等により、基板全面に金属を飛散堆積させる。すると、一般にはレジストパタンの凸部上面と基板表面が露出した凹部内に金属膜が形成され、２段のメタルワイヤー層が形成される。
【００１１】
ここで、金属の堆積は凸部の上方向以外に横方向にも進行するため、横方向に堆積した金属膜によって凹部の開口部が狭くなる。その結果、凹部内に金属が入り込まなくなってしまい、凸部上面と凹部内とで金属膜の厚さが異なるという問題がある。反射型偏光板としては、この状態でも使用することができるが、メタルワイヤー層の形状不良のため、偏光消光比が低く、また透過型偏光板では透過率が低いという問題がある。
そこで、凹凸部上に金属膜を堆積させた後、レジストパタンを剥離して、凹部内に残存した金属膜のみを利用することが考えられる。しかしながら、レジストパタンのピッチが狭くなると、凹部の開口部が塞がってしまい、凹部内の金属膜が十分な高さ（厚み）を確保することができないという問題がある。類似の方法としては、金属を基板に対して斜め方向から飛散堆積させるのもある。この場合、金属が主としてレジストパタンの凸部に堆積するが、金属が不均一に堆積されるため、高品質なメタルワイヤー層の形成は困難である。
【００１２】
ところで、上記のエッチング法やリフトオフ法では、個々のメタルワイヤー層に対し、レジストパタンを個別に形成しなければならない。この場合の最大の問題は、これらの方法に用いるレジストパタンの形成が容易ではなく、量産に向いていないことである。特に、現像や洗浄後の乾燥時にレジストパタンが表面張力により倒れたり、接触したりする。これは、レジストパタンのストライプピッチが狭くなればなるほど、起こりやすく生産性が大きく低下する。レジストパタンを金属支持層として残すと、機械的強度、熱安定性に不安が残る。
【００１３】
これらの方法に対し、ナノインプリント法は、微細なレジストパタンを基板上に繰り返して形成する必要がない。要約すると、まずモールドと呼ばれる金型を作製し、この金型によりスタンプすることにより、複製品を多数製造するものである。このように、ナノインプリント法は、モールドが磨耗しない限り、繰り返して複製することが可能である。
【００１４】
ナノインプリント法によりスタンプされ、凹凸パタンが形成された基板にメタルワイヤー層を形成する場合も、上述したリフトオフ法と同様の手順でメタルワイヤー層を形成することができる。つまり、上述したエッチング法、リフトオフ法と同様に、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法等により全面に金属を飛散堆積することで、パタン内にメタルワイヤー層を形成する。しかしながら、上述したように、金属膜を形成する際、隣接する凸部上面に形成された金属膜がブリッジしたり、金属膜が不均一に形成されたりする。したがって、ナノインプリント法を用いた場合でも、メタルワイヤー層の狭ピッチ化は難しいという問題がある。
【００１５】
さらに、インクジェット法や印刷法でメタルワイヤー層を形成しても良いが、微細化と生産性、コストの点で現実的でない。さらに別の方法として、２成分系樹脂を相分離させ、各樹脂における溶解性の違いを利用して凹凸部を形成し、これをテンプレートとしてメタルワイヤー層を形成する技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）しかしながら、実際問題としてサブミクロン以下のパタンを大面積で簡便に複製する量産技術はないといってよい状況である。
【００１６】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであって、サブミクロンオーダーの金属膜を透明基板上に確実に形成することができるメタルワイヤーパタンの製造方法、バックライトシステム及びそれらを用いた液晶ディスプレイを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第一の発明は、基板上にナノインプリント法により凹凸部を形成する凹凸部形成工程と、 前記基板の凹凸部上に真空成膜法またはめっき法により金属膜を堆積させる金属膜形成工程と、前記凹凸部上に堆積した前記金属膜のうち、凸部上に堆積した前記金属膜を透明基板に転写する転写工程と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、ナノインプリント法により凹凸部を形成することで、生産性を向上させた上で、サブミクロンオーダーの微細なパタンを確実に形成することができる。
さらに、凹凸部に堆積した金属膜のうち、凸部に堆積した金属膜を別の透明基板に転写することで、メタルワイヤーパタンを形成することができる。つまり、基板の凹凸部上に堆積した金属膜のうち凸部に形成された金属膜を利用してメタルワイヤーパタンを形成することで、真空成膜法やめっき法により金属膜を簡単に形成することができるので、製造工程の簡素化が可能になる。また、凸部に積極的に金属膜を堆積させることで、金属膜の所望の厚みや幅を確保することができるため、所望の幾何学的形状を有するメタルワイヤーパタンを形成することができる。
【００１８】
第二の発明は、前記転写工程の後、前記透明基板に転写された前記金属膜に対してエッチングを行うエッチング工程を有することを特徴とする。
この構成によれば、透明基板に転写された金属膜に対してエッチングを行うことで、金属膜を微細に形成することができるとともに、整形することができるため、金属膜の高精細化が可能になる。
【００１９】
第三の発明は、前記凹凸部はストライプ状に形成され、前記凹凸部のピッチが１５０ｎｍ以下に設定されるとともに、前記凹凸部の凸部の高さが１００ｎｍ以上に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、凹凸部のピッチを１５０ｎｍ以下に設定することで、可視光や紫外光を確実に偏光させることができる。さらに、凸部の高さを１００ｎｍ以上に設定することで、ＴＥ波以外の電磁波の透過を防ぐことができる。これにより、偏光消光比に優れ、低損失のメタルワイヤーパタンを形成することができる。
【００２０】
第四の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のメタルワイヤーパタンの製造方法により製造されたメタルワイヤー偏光板と、該メタルワイヤー偏光板からの反射光の偏光面を９０度回転させ、前記メタルワイヤー偏光板に再入射させる位相差板と、を備えることを特徴とするバックライトシステムである。
この構成によれば、メタルワイヤー偏光板を透過せずに反射されたＴＭ波成分の光の反射偏光面を偏光面回転機能により９０度回転させ、メタルワイヤー偏光板に再入射させることで、メタルワイヤー偏光板を透過させることができるため、光の利用効率を向上させることができる。これにより、省電力で明るいバックライトシステムを提供することができる。
【００２１】
第五の発明は、請求項５記載のバックライトシステムを具備したことを特徴とする液晶ディスプレイである。
この構成によれば、光の利用効率に優れたバックライトシステムを具備しているため、高性能な液晶ディスプレイを提供することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、透明基板上に偏光消光比に優れ、低損失のメタルワイヤーパタンを形成することができる。
また、この工程をストライプ状のメタルワイヤーパタン形成に適用すれば、工程が単純容易であるので低コストのメタルワイヤー偏光板の提供ができる。また、非吸収型偏光板のため反射光の再利用ができ、光の利用効率が高くなるので、省電力で明るいバックライトが提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（メタルワイヤーパタンの製造方法）
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１，２は、本実施形態のメタルワイヤーパタンの製造工程を示す工程図である。
本実施形態では、メタルワイヤー偏光板を形成する際におけるメタルワイヤーパタンの製造方法について説明する。ここで、可視光波長は４００〜６００ｎｍなので、これを偏光するには１５０ｎｍ程度以下のピッチのメタルワイヤーパタンが好ましい。図２（ｃ）に示すように、メタルワイヤーパタンの厚みｈ２は、金属にもよるが８０ｎｍ程度以上で幅ｗ１は狭い方がより好ましい。そこで本実施形態ではピッチｐ２が１４０ｎｍ、厚みｈ２が９０ｎｍのメタルワイヤーパタンの製造方法について説明する。本実施形態のメタルワイヤーパタンの製造方法は、主としてモールド２０ａ上にナノインプリント法により凹凸部１１（凹部１２及び凸部１５）を形成する凹凸部形成工程（図１（ａ））と、モールド２０ａの凹凸部１１上にメタルワイヤー層３２（図２（ｃ）参照）となる金属膜１３を形成する金属膜形成工程（同（ｄ））と、凹凸部１１上に形成した金属膜１３のうち凸部１５上に堆積した金属膜１３を透明基板１４に転写する転写工程（図２（ａ））とを有するものである。
【００２４】
まず、図１（ａ）に示すように、メタルワイヤーパタンの母型となる石英モールド２０を形成する。石英モールド２０の形成材料としては、石英基板やシリコン基板を用いることが可能であり、本実施形態では石英基板を用いている。そして、この石英基板上にフォトリソグラフィー法でクロムパタンを形成する。具体的には、石英基板上にクロム膜を形成した後、ネガレジスト（例えば、富士フィルムエレクトロニクス製ＦＥＰ１７１）を１００ｎｍの厚さでコーチィングし、１２０℃で１０分間乾燥する。そして、電子ビーム（ＥＢ）露光装置で電子描画した後、２．３８ｗｔ％のＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）でスプレー現像し乾燥させる。これにより、例えばライン／スペース＝１００ｎｍ／４０ｎｍ、長さ２ｃｍ程度のクロムパタンが形成される。なお、レジストを描画する際、汎用の電子ビーム露光あるいはポイントビームの露光装置では、幅や径が１００ｎｍ〜２０ｎｍ程度の開口をレジストに形成することができる。
【００２５】
次いで、石英基板上のクロム膜をパターニングする。具体的には、乾燥させたレジストをマスクとして塩素系ガスでドライエッチングする。次に、エッチングされたクロムパタンをマスクとして、Ｃ２Ｆ６とＯ２との混合ガスを用いてＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）を行い、石英基板を７０〜８０秒間エッチングする。これにより、凹部深さが例えば１５０ｎｍ、アスペクト比が１５：７の石英モールド２０を形成することができる。
【００２６】
なお、この石英モールド２０で耐久性が不足する場合は、石英基板を使わずに本実施形態のように例えばアクリル系の紫外線硬化樹脂等からなる樹脂基板による複製版のモールド２０ａをナノインプリント法により製造してもよい。石英モールド２０を母型として樹脂基板で複製品を作るには、石英モールド２０上にフッ素系の剥離剤（不図示）をコーチィングし、樹脂基板に押圧しながら主波長３６５ｎｍの高圧水銀灯で例えば４００〜６００ｍＪで照射する。
【００２７】
そして、図１（ｂ）に示すように、石英モールド２０を剥離することで、石英モールド２０に対して反転したパタン、つまり凹部１２と凸部１５とを有する複製品のモールド２０ａを得ることができる。なお、凹凸部形成工程では樹脂基板自体が凹凸部を有する必要はなく、平坦な基板上にレジストを塗布して上述した工程と同様の工程により複製品を形成してもよい。また、コーチィングされた石英モールド２０上に紫外線硬化樹脂を載せて硬化させて剥離するか、もしくは熱硬化性の樹脂を載せて硬化させて剥離する、あるいは押し出し成型的な方法を採用する等で形成することも可能である。いずれにしても、ここでのモールド２０ａは、メタルワイヤーパタンを形成するための仮基板である。このように、ナノインプリント法によるモールド２０ａの形成は、数インチサイズの基板上では数十ｎｍの微細なパタン形成が可能である。
【００２８】
ここで、メタルワイヤー型偏光板のストライプパタンのピッチｐ１は波長に依存するが、概ね７０〜１５０ｎｍ程度で形成することが好ましい。具体的には、その凹凸部１１のピッチｐ１が１５０ｎｍ以下に設定されるとともに、凹凸部１１の凸部１５の高さｈ１が１００ｎｍ以上に設定されていることが好ましい。凹凸部１１のピッチを１５０ｎｍ以下に設定することで、可視光や紫外光を確実に偏光させることができる。また、凸部１５の高さを１００ｎｍ以上に設定することで、ＴＥ波以外の電磁波の透過を防ぐことができる。これにより、消光比の優れたメタルワイヤーパタンを形成することができる。
【００２９】
次に、凹凸部１１が形成されたモールド２０ａ上に金属膜１３（図１（ｄ）参照）を形成する（金属膜形成工程）。ところで、従来ではモールド上の凹凸部のうち凹部内に金属膜を選択的に形成することで、メタルワイヤーパタンを形成していたが、微細なストライプ状に形成された凹凸部のうち凹部内に選択的に金属膜を形成し、所望の厚みを確保することは難しい。そこで、本願の発明者は、ストライプパタンの高さとピッチとを適切に選択して、真空成膜法や電解めっき法による金属粒子の飛散方向等を工夫することで、凸部１５の上面から垂直方向に積極的に金属膜１３を堆積させた。
【００３０】
電解めっき法に関しては、図１（ｃ）に示すように、まずモールド２０ａ上に通電用の電極として、ニッケル等からなるシード層２１を形成する。具体的には、無電解めっき法により、モールド２０ａ上の凹凸部１１に沿って厚さが１０〜１５ｎｍのシード層２１を形成する。
【００３１】
続いて、図１（ｃ）に示すように、シード層２１が形成されたモールド２０ａの全面に対して、シード層２１をカソード（負極）として電解めっきを行う。電解めっきは、金属の拡散により堆積されるため、金属が凹部１２内に入り込み難く、主としてモールド２０ａの凸部１５上に形成される。なお、電解めっきが可能な金属として、銅、ニッケル、銀、錫、白金等、要求特性に応じて適宜選択することが可能である。銀めっきに関してはめっき液（例えば、（株）ジャパンエナジー製ＨＳ−Ｍ４００）を用い、浴温度６５℃、浴流速１ｍ／秒、５Ａ／ｄｍ２で約１分間めっきすることで１００ｎｍ程度の銀皮膜を形成できる。また、銅めっきに関しては、めっき液に硫酸銅溶液を用い、浴温度２５℃、浴流速１ｍ／秒、電流密度５Ａ／ｄｍ２で約１０秒間めっきすることで、１００ｎｍの銅皮膜を形成できる。このような条件で電解めっきを行うと、凸部１５上に垂直方向の堆積速度と水平方向の成長速度との比が、１：０．５程度で金属膜１３が形成される。電解めっき法では真空成膜法に比べ、横方向の成長が早く、真空成膜法により形成する金属膜と同じ厚みに形成するには、凹部間の開口を広く形成する必要がある。したがって、相対的に凸部１５の幅を狭くすることが好ましい。
【００３２】
なお、金属膜１３の形成はスパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法等の真空成膜法で形成することも可能である。蒸着法に関しては、モールド２０ａの全面に対して約１００ｎｍの金属膜を形成する。この時、金属のターゲットとモールドとの間に、金属の進行方向に向けて孔が形成されたグリッド（仕切り板）を配置することにより、金属の飛散の直進性を向上させ、金属が斜め方向に飛散することを防ぐことができる。これにより、凸部１５垂直方向の堆積速度と水平方向の成長速度との比を１：０．３５程度まで抑制することができる。例えば厚さ１００ｎｍの金属膜を形成した場合の凹部の開口幅は３０ｎｍ程度となる。
【００３３】
ここで、図２（ａ）に示すように、モールド２０ａの凸部１５に堆積した金属膜１３を別の透明基板３０に転写する（転写工程）。具体的には、まず透明基板３０上にエポキシ系またはシラン系からなる接着剤を薄く塗布して接着剤層３１を形成する。次に、接着剤層３１が形成された透明基板３０上に、モールド２０ａの凸部１５側を密着させることで、凸部１５に形成された金属膜１３が透明基板３０上に接着される。
【００３４】
その後、図２（ｂ）に示すように、接着剤層３１を硬化させ、モールド２０ａを剥離することにより、モールド２０ａの凸部１５に堆積した金属膜１３が転写され、透明基板３０上にメタルワイヤー層３２が形成される。なお、本実施形態に用いる透明基板としては、ＰＥＴ，ＰＥＮ，ＰＥＳ等の透明なフィルムや、ポリイミド、アクリル、ポリカーボネイト、ポリオレフィン等の樹脂、ガラス、石英等の透明基板を用いることができる。
【００３５】
次に、図２（ｃ）に示すように、メタルワイヤー層３２が形成された透明基板３０に対して、ソフトエッチングを行う。これにより、メタルワイヤー層３２の幅が狭くなり、メタルワイヤー層３２間のギャップがｌ（図２（ｂ）参照）からｌ’に広がるとともに、メタルワイヤー層３２の表側面を整形することができる。この時、メタルワイヤー層３２の厚みは若干薄くなるが、開口率を例えば５０％程度まで向上させることができるため、メタルワイヤー層３２の高精細化が可能になる。なお、前記開口率とは、透明基板３０上におけるメタルワイヤー層３２間の開口部の割合を示し、すなわちメタルワイヤー層３２の幅ｗ１と、メタルワイヤー層３２間のギャップｌ’の割合を示す。
【００３６】
これにより、透明基板３０上にメタルワイヤー層３２が微細なストライプ状に配列されたメタルワイヤー偏光板２０４が完成する。なお、本実施形態においては、転写工程後のメタルワイヤー層に対してソフトエッチングを行っていたが、転写工程に先立って金属膜形成工程後のモールドに対してソフトエッチングを行っても構わない。
【００３７】
したがって、上述の実施形態によれば、ナノインプリント法により凹凸部１１を形成することで、生産性を向上させた上で、サブミクロンオーダーの微細なパタンを確実に形成することができる。
さらに、凹凸部１１に堆積した金属膜１３のうち、凸部１５に堆積した金属膜１３を別の透明基板３０に転写することで、メタルワイヤー層３２を形成することができる。つまり、従来ではモールド上の凹部内に選択的に金属膜を形成していたが、上述のようにモールド２０ａの凹凸部１１上に堆積した金属膜１３のうち凸部１５に形成された金属膜１３を利用してメタルワイヤー層３２を形成することで、真空成膜法やめっき法により金属膜１３を簡単に形成することができるので、製造工程の簡素化が可能になる。また、凸部１５に積極的に金属膜１３を堆積させることで、金属膜１３の厚みや幅を確保することができるため、所望の幾何学的形状を有するメタルワイヤー層３２を形成することができる。したがって、製造コストを抑えた上で高精細なメタルワイヤーパタンを形成することができる。
そして、上述のようなメタルワイヤーパタンの製造方法により製造されたメタルワイヤー偏光板２０４は、偏光消光比に優れ、低損失を可能にすることができる。
【００３８】
（液晶ディスプレイ）
次に、上述のメタルワイヤーパタンの製造方法により製造されたメタルワイヤー偏光板を具備した液晶ディスプレイについて説明する。図３は、液晶ディスプレイの概略構成図である。また、図３においては、図中右側を前面、図中左側を背面とする。
図３に示すように、液晶ディスプレイは、バックライトシステム２００及び液晶表示パネル２０５が配置されており、液晶表示パネル２０５から前面側に向けて表示光を出射することで、例えば平面視矩形状の画像を表示するものである。
【００３９】
液晶表示パネル２０５は、例えば配向膜、透明電極が形成された２枚の封止基板の間に液晶を封入するなどして構成され、さらに上下を偏光板で挟むことにより、矩形格子状に形成された複数の画素領域ごとに、画像信号に応じて光の透過状態を制御する液晶シャッタを構成するものである。
【００４０】
バックライトシステム２００は、上下方向に離間して紙面奥行き方向に延びる複数のバックライト２０３と、バックライト２０３の背面側に配置されたアルミ等からなる反射板２０１と、メタルワイヤー偏光板２０４からの反射光の偏光面を９０度回転させ、メタルワイヤー偏光板２０４に再入射させる複屈折性フィルム２０２（位相差板）と、バックライト２０３の前面側に配置されたメタルワイヤー偏光板２０４とから構成されている。
【００４１】
バックライト２０３としては、例えば冷陰極管（ＣＣＦＬ）等を用いるが、複数のＬＥＤ素子を紙面奥行き方向に沿うライン上に配列したＬＥＤ光源等を採用してもよい。複屈折性フィルム２０２は、一軸延伸した有機物フィルムであって、波長分散の少ないものを用いることができる。メタルワイヤー偏光板２０４は、透明基板３０上にメタルワイヤー層３２がストライプ状に配列されたものである（図２（ｃ）参照）。なお、図３において拡散フィルム等の光学部材は省略したが、必要に応じて設置しても構わない。
【００４２】
次に作用を説明する。
まず、バックライト２０３から発光された光のうちＴＥ波成分の光は、メタルワイヤー偏光板２０４をほぼ１００％透過していく。
一方、バックライト２０３から発光された光のうちＴＭ波成分の光は、メタルワイヤー偏光板２０４を透過せずに、反射される。この時、本実施形態のメタルワイヤー偏光板２０４では、メタルワイヤー層３２（図２（ｃ）参照）の厚みが適切に設定されているため、ＴＭ波成分の光は損失を無視すればほぼ１００％反射されるとしてよい。そして、反射された光は複屈折性フィルム２０２を通過する際に、その偏光面を９０度回転させる。
【００４３】
偏光面を回転させるには公知の技術である複屈折効果を使う。具体的には、波長λの光は複屈折がΔｎ、厚さがｄの複屈折性フィルム２０２を透過すると２πΔｎ・ｄ/λだけ偏光面が回転する。本実施形態では、複屈折性フィルム２０２の厚さｄは、４５度偏光面が回転するように設定されている。そして、偏光面を４５度回転された光は、複屈折性フィルム２０２の背面側で反射板２０１により反射されることで、９０度偏光面が回転した光が取り出せる。そして、再びメタルワイヤー偏光板２０４に入射されることでメタルワイヤー偏光板２０４を透過していく。これが繰り返えされるのでバックライト２０３から発光された光をほぼ１００％利用することができる。
【００４４】
したがって、本実施形態によれば、上述のメタルワイヤーパタンの製造方法により形成されたメタルワイヤー偏光板２０４は、製造工程が単純容易であるので低コストのバックライトシステム２００を提供することができる。また、メタルワイヤー偏光板２０４は非吸収型偏光板のため、バックライト２０３から発光される光によって熱劣化することがない。また、反射光の再利用ができ、光の利用効率が高くなるので、省電力で明るいバックライトシステム２００を提供することができる。
【００４５】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、液晶ディスプレイでは表示画素以外の部分から光が射出されるとコントラストが低下するので、一般には非表示部にブラックマトリックスと言われる遮光層を設けている。そのため、非表示部に該当する部分にあるメタルワイヤー層３２は不要である。そこでメタルワイヤー層３２の幅（例えば、図２（ｃ）中ｗ１）を広く形成すれば、そのメタルワイヤー層３２を遮光層に転用できる。さらに、メタルワイヤー層３２の延長方向と直交する部分にもブリッジのようなメタル部分を形成して遮光層とすればより効率的である。この構成によれば、液晶表示パネル内に設けられているブラックマトリックスを除くことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は液晶ディスプレイに従来使用されているヨウ素を配向させた吸収型偏光板の代替として、より偏光能と耐久性に優れた偏光板を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態におけるメタルワイヤーパタンの製造工程を示す工程図である。
【図２】本発明の実施形態におけるメタルワイヤーパタンの製造工程を示す工程図である。
【図３】本発明の実施形態におけるバックライトシステムを具備した液晶ディスプレイの概略構成図である。
【図４】メタルワイヤーに対して電磁場の分極の違いが透過性に与える効果を説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
２０ａ・・・モールド（基板）
１１・・・凹凸部
１２・・・凹部
１３・・・金属膜
１５・・・凸部
３０・・・透明基板
３２・・・メタルワイヤー層
２００・・・バックライトシステム
２０２・・・複屈折性フィルム（位相差板）
２０４・・・メタルワイヤー偏光板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にナノインプリント法により凹凸部を形成する凹凸部形成工程と、
前記基板の凹凸部上に真空成膜法またはめっき法により金属膜を堆積させる金属膜形成工程と、
前記凹凸部上に堆積した前記金属膜のうち、凸部上に堆積した前記金属膜を透明基板に転写する転写工程と、を有することを特徴とするメタルワイヤーパタンの製造方法。
【請求項２】
前記転写工程の後、前記透明基板に転写された前記金属膜に対してエッチングを行うエッチング工程を有することを特徴とする請求項１記載のメタルワイヤーパタンの製造方法。
【請求項３】
前記凹凸部はストライプ状に形成され、前記凹凸部のピッチが１５０ｎｍ以下に設定されるとともに、前記凹凸部の凸部の高さが１００ｎｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメタルワイヤーパタンの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のメタルワイヤーパタンの製造方法により製造されたメタルワイヤー偏光板と、
該メタルワイヤー偏光板からの反射光の偏光面を９０度回転させ、前記メタルワイヤー偏光板に再入射させる位相差板と、を備えることを特徴とするバックライトシステム。
【請求項５】
請求項４記載のバックライトシステムを具備したことを特徴とする液晶ディスプレイ。
【請求項１】
基板上にナノインプリント法により凹凸部を形成する凹凸部形成工程と、
前記基板の凹凸部上に真空成膜法またはめっき法により金属膜を堆積させる金属膜形成工程と、
前記凹凸部上に堆積した前記金属膜のうち、凸部上に堆積した前記金属膜を透明基板に転写する転写工程と、を有することを特徴とするメタルワイヤーパタンの製造方法。
【請求項２】
前記転写工程の後、前記透明基板に転写された前記金属膜に対してエッチングを行うエッチング工程を有することを特徴とする請求項１記載のメタルワイヤーパタンの製造方法。
【請求項３】
前記凹凸部はストライプ状に形成され、前記凹凸部のピッチが１５０ｎｍ以下に設定されるとともに、前記凹凸部の凸部の高さが１００ｎｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメタルワイヤーパタンの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のメタルワイヤーパタンの製造方法により製造されたメタルワイヤー偏光板と、
該メタルワイヤー偏光板からの反射光の偏光面を９０度回転させ、前記メタルワイヤー偏光板に再入射させる位相差板と、を備えることを特徴とするバックライトシステム。
【請求項５】
請求項４記載のバックライトシステムを具備したことを特徴とする液晶ディスプレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−６９２６８（Ｐ２００９−６９２６８Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３５２４２（Ｐ２００７−２３５２４２）
【出願日】平成１９年９月１１日（２００７．９．１１）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１１日（２００７．９．１１）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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