ワイヤグリッド偏光子及びその製造方法
【課題】簡易な構成によって、耐久性に優れ、光利用効率が高く、液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に、十分な色再現性や黒表示を実現することができるワイヤグリッド偏光子を提供すること。
【解決手段】本発明のワイヤグリッド偏光子は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子１と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子２と、を積層してなる複合型ワイヤグリッド偏光子であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子１は、格子状に凸部を有する基材１ｃと、前記基材１ｃの凸部上に形成された吸収型偏光成分で構成された層１と、を具備し、該吸収型偏光成分が透明保護膜で断面周囲を覆われていることを特徴とする。
【解決手段】本発明のワイヤグリッド偏光子は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子１と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子２と、を積層してなる複合型ワイヤグリッド偏光子であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子１は、格子状に凸部を有する基材１ｃと、前記基材１ｃの凸部上に形成された吸収型偏光成分で構成された層１と、を具備し、該吸収型偏光成分が透明保護膜で断面周囲を覆われてい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、ワイヤグリッド偏光子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のフォトリソグラフィー技術の発達により、光の波長レベルのピッチを有する微細構造パターンを形成することができるようになってきた。この様に非常に小さいピッチのパターンを有する部材や製品は、半導体分野だけでなく、光学分野において利用範囲が広く有用である（非特許文献１）。
【０００３】
例えば、金属などで構成された導電体線が特定のピッチで格子状に配列してなるワイヤグリッドは、そのピッチが入射光（例えば、可視光の波長４００ｎｍから８００ｎｍ）に比べてかなり小さいピッチ（例えば、２分の１以下）であれば、導電体線に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射し、導電体線に対して垂直な電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光子として使用できる。このワイヤグリッド偏光子は、透過しない光を反射し再利用することができるので、光の有効利用の観点からも望ましいものである。
【０００４】
このようなワイヤグリッド偏光子としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。このワイヤグリッド偏光子は、入射光の波長より小さいグリッド周期で間隔が置かれた金属ワイヤを備えている。このワイヤグリッド偏光子は、電場成分が金属線と平行な偏光成分（ＴＥ波）を反射し、金属線と垂直な偏光成分（ＴＭ波）を透過する偏光特性を有し、ビームスプリッタとして多く使用されている。
【０００５】
しかし、反射により偏光成分を分離するために、反射される偏光成分が好ましくない用途への使用が難しい問題があり、ワイヤグリッド偏光子を液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に、特許文献１に開示されている構成では、金属ワイヤがバックライト側からの光だけでなく、外光側からの光も反射するので、十分な色再現性や黒表示を行なうことができないという問題があった。
【０００６】
また、他の偏光子として、吸収型二色性偏光子が広く使用されている。吸収型二色性偏光子は、光の吸収異方性を有する化合物（ヨウ素、二色性色素）を塗布した高分子フィルムを延伸することで得られる。この吸収型の偏光子を表示装置に用いると、透過率は原理的に５０％を超えないために、光の利用効率が低いという課題があった。さらに、高温高湿環境における耐久性に劣る問題もあった（非特許文献２）。
【０００７】
上記課題に対して、ワイヤグリッド偏光子と吸収型二色性偏光子を組み合わせた偏光子（特許文献２）や、反射型ワイヤグリッド偏光子と光吸収性材料を組み合わせた偏光子（特許文献３、特許文献４）が提案されている。
【０００８】
さらに、反射型ワイヤグリッド偏光子表面に保護膜を形成し、ワイヤグリッドを保護する方法も提案されている（特許文献５）
【非特許文献１】日本女子大学紀要 理学部 第１４号（２００６）
【非特許文献２】ＦＰＤの光学材料 月刊ディスプレイ１０月号別冊（２００７） テクノタイムズ社
【特許文献１】特表２００３−５０２７０８号公報
【特許文献２】特開２００７−５７８７３号公報
【特許文献３】特開２００５−３７９００号公報
【特許文献４】特開２００８−４６６３７号公報
【特許文献５】特開２００６−２０１７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載の構成では、偏光子の一部に吸収型二色性偏光子を用いているために、高温高湿環境における耐久性が劣りやすく、偏光度の経時変化が起きやすい問題があった。
【００１０】
また、特許文献３、４に記載されているように反射型ワイヤグリッド偏光子のワイヤグリッドに光吸収性材料を積層する構成では、誘電体、低反射金属、酸化物などの多層膜を真空蒸着などにより製膜、さらに、該多層膜を数百ｎｍのパターンでワイヤ形状に加工する必要があるため、多層膜の製膜及び加工に時間がかかってしまうという問題点を有している。
【００１１】
さらに、多層膜を構成している金属、誘電体、酸化物のワイヤ状への微細加工におけるドライエッチングに最適なガスの種類が金属層と酸化物層、誘電体層とで互いに異なるため、エッチングが困難である問題があり、ウェットエッチングにおいても、同様に最適なエッチング液の選定が困難である問題がある。
【００１２】
また、特許文献３に記載されているように、基材表裏に各々反射性材料、吸収性材料でストライプ状のグレーティング層を設ける構成においては、平板基板の表裏に光学的に平行な位置で設置されなければならないが、手順として、平板基板の片面にストライプ状のグレーティング層を設け、光学的な平行位置を保ちながら、もう片面の平面にストライプ状のグレーティング層を設ける、ことになり、光学的な平行を保ちながら基材両面にグレーティング層を設けることは、実際の製造においては困難という問題点がある。ここで、光学的な平行位置とは、偏光子を透過する偏光軸が互いに平行になる位置をいう。
【００１３】
さらに本発明者の検討により、特許文献３に記載の構成では、吸収性材料側からの入射において、ＴＥ波の反射率を抑制できるが、ＴＭ波の反射率も高く、結果として観察される自然光としての反射率を完全に抑制できないことがわかっている。
【００１４】
また、特許文献５に記載されているような構成でワイヤグリッド表面に保護膜を形成すると、保護膜の影響によりワイヤグリッドによるＴＥ波とＴＭ波の偏光分離機能が悪化し、透過率と偏向度の波長分散性が大きく低下する問題があった。これらは、透過光についての問題であるが、反射光においても、表面の保護膜による反射のため、偏光分離されていない表面反射光が増加し、反射偏光分離機能が低下する問題もあった。
【００１５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成によって、耐久性に優れ、光利用効率が高く、液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に、十分な色再現性や黒表示を実現することができるワイヤグリッド偏光子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のワイヤグリッド偏光子は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で設けられた透明保護膜と、前記透明保護膜内に埋設された吸収型偏光成分と、で構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明のワイヤグリッド偏光子においては、横断面視において前記吸収型偏光成分の厚さが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明のワイヤグリッド偏光子においては、前記吸収型偏光成分がＷ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｔａ及びこれらのうち少なくとも一つを主成分とする合金からなる群から選ばれた少なくとも一つであることが好ましい。
【００１９】
本発明のワイヤグリッド偏光子においては、横断面視において前記透明保護膜の厚さが５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明のワイヤグリッド偏光子においては、前記透明保護膜がＳｉＮｘを含む無機材料で構成されていることが好ましい。
【００２１】
本発明のワイヤグリッド偏光子においては、前記反射型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、この基材の凸部上に形成され、反射型偏光成分で構成された層と、を具備することが好ましい。
【００２２】
本発明の表示装置は、表示デバイスと、前記表示デバイスに光を照射する照明手段と、上記ワイヤグリッド偏光子と、を具備し、前記反射型ワイヤグリッド偏光子が前記照明手段側に配置されることを特徴とする。
【００２３】
本発明のワイヤグリッド偏光子の製造方法は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子の製造方法であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材を準備する工程と、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で透明保護膜を製膜する第１製膜工程と、前記透明保護膜上に吸収型偏光成分を製膜する第２製膜工程と、前記吸収型偏光成分を覆うように前記透明保護膜を製膜する第３製膜工程と、を具備して製造され、前記基材に対する製膜材料の入射角度が同一であり、前記第１製膜工程及び／又は前記第３製膜工程における製膜材料源−基材間距離（Ｔｓ）と平均自由工程（Λ）との間の比Ｎ（Ｔｓ／Λ）が、前記第２製膜工程における比Ｎの１．５倍以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のワイヤグリッド偏光子は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で設けられた透明保護膜と、前記透明保護膜内に埋設された吸収型偏光成分と、で構成されているので、簡易な構成によって、耐久性に優れ、光利用効率が高く、液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に十分な色再現性と黒表示を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の一例を示す概略断面斜視図である。ワイヤグリッド偏光子３は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子１と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子２と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子である。ワイヤグリッド偏光子３は、入射光４を吸収する吸収型ワイヤグリッド偏光子１と入射光５を反射する反射型ワイヤグリッド偏光子２とから主に構成されており、吸収型ワイヤグリッド偏光子１の基材１ｃと反射型ワイヤグリッド偏光子２の基材２ｃとが対面してそれぞれの格子状凸部が１ａ，２ａが外側を向くように組み合わせて複合化されている。したがって、このワイヤグリッド偏光子３においては、吸収型ワイヤグリッド偏光子１で入射光４を吸収すると共に、反射型ワイヤグリッド偏光子２でワイヤグリッド偏光子３をはさんで１８０度逆側からの入射光５を反射して偏光する。
【００２６】
さらに図１に示したような吸収型ワイヤグリッド偏光子１と反射型ワイヤグリッド偏光子２の基材同士が接する態様の場合は、基材はあらかじめ一体化していても構わない。
【００２７】
本発明のワイヤグリッド偏光子において、本発明に係るワイヤグリッド型偏光子を液晶表示装置のような表示装置に配設した場合において、十分な色再現性や黒表示を実現するためには、入射光４について、ＴＥ波の透過率が０．１％以下であり、反射率が３０％以下であり、ＴＭ波の透過率が７０％以上であり、反射率が２０％以下であると好ましく、入射光５について、ＴＥ波の透過率が０．１％以下であり、反射率が６０％以上であり、ＴＭ波の透過率が７０％以上であり、反射率が２０％以下であると好ましい。このような光学特性であると、外光は反射せず、バックライト側のみ反射により偏光させるため、バックライトの光利用効率を高く維持したまま、十分な色再現性や黒表示を達成できる。ＴＥ波、ＴＭ波の透過率、反射率は、分光光度計を用いて測定される。
【００２８】
図２は図１の吸収型ワイヤグリッド偏光子１を拡大図示した概略断面斜視図である。図２に示す吸収型ワイヤグリッド偏光子は、表面に格子状凸部１ｄを有する基材１ｃと、格子状凸部１ｄを含む基材１ｃ上の領域に立設された、吸収型偏光成分で構成された吸収型偏光成分ワイヤ１ａと透明保護膜１ｂとから主に構成されている。
【００２９】
吸収型ワイヤグリッド偏光子１においては、基材１ｃの格子状凸部１ｄ上に、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で透明保護膜１ｂが設けられており、その透明保護膜１ｂ内に吸収型偏光成分ワイヤ１ａが埋設されている。すなわち、吸収型偏光成分ワイヤ１ａは、透明保護膜１ｂで全体を被覆されており、透明保護膜１ｂを介して、格子状凸部１ｄ上に配置されている。特に、格子状凸部１ｄの側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で吸収型偏光成分ワイヤ１ａが設けられると、高透過率、低反射率で透過率、反射率の波長分散を抑制できるので好ましい。
【００３０】
ここで、片寄った状態とは、格子状凸部１ｄの頂部を通る仮想垂線（横断面視において基材１ｃの表面に対して略直交する垂線）Ｘ１と、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの頂部を通る仮想垂線Ｘ２とが揃わない状態をいう。図２においては、格子状凸部１ｄの頂部を通る仮想垂線Ｘ１と、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの頂部を通る仮想垂線Ｘ２とが揃わない状態で吸収型偏光成分ワイヤ１ａが格子状凸部１ｄ上に透明保護膜１ｂを介して形成されている。本発明においては、このような状態を、格子状凸部１ｄの側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で形成されている、という。
【００３１】
このような構成により、高透過率で光学特性の波長分散を抑制できる理由は不明だが、有効媒質理論より、光の入射方向に対する吸収型偏光成分ワイヤ１ａ、透明保護膜１ｂ、さらに基材凸部１ｄの断面変化により、光の入射方向に対して光学特性の急激な変化が抑制されるためであると推定される。さらに、上記した構成であると、反射、透過いずれにおいても、保護膜による偏光特性の低下を防止できる。
【００３２】
本発明における吸収型ワイヤグリッド偏光子において、ＴＥ波においては、透過率が５０％以下で、かつ、反射率が４０％以下であると好ましく、透過率が４０％以下で、かつ、反射率が２０％以下であるとより好ましい。ＴＭ波においては、透過率が８０％以上で、かつ、反射率が１０％以下であると好ましく、透過率が８５％以上で、かつ、反射率が８％以下であるとより好ましい。
【００３３】
基材１ｃに用いる素材は、可視光領域で実質的に透明な素材であれば良いが、加工性に優れた樹脂であることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、基材１ｂとして、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と、ガラスなどの無機基板、上記熱可塑性樹脂、トリアセテート樹脂とを組み合わせた複合基材を用いても良い。
【００３４】
基材１ｃ上の格子状凸部１ｄのピッチは、可視光領域の広帯域にわたる偏光特性を考慮すると、１５０ｎｍ以下であり、好ましくは８０ｎｍから１２０ｎｍである。ピッチが小さくなるほど偏光特性が良くなるが、可視光に対しては、８０ｎｍから１２０ｎｍのピッチで十分な偏光特性が得られる。４００ｎｍ近傍の短波長光の偏光特性を重視しない場合は、ピッチを１５０ｎｍ程度まで大きくしてもよい。
【００３５】
本発明において、基材１ｃ上の格子状凸部１ｄのピッチと吸収型偏光成分ワイヤ１ａのピッチとは、ほぼ等しく、同じピッチをとることができる。
【００３６】
基材１ｃ上の格子状凸部１ｄの断面形状に制限はない。これらの断面形状は、例えば、台形、矩形、方形、プリズム状や、半円状などの正弦波状を挙げることができる。ここで、正弦波状とは、凹部と凸部の繰り返しからなる曲線部をもつことを意味する。なお、曲線部は湾曲した曲線であれば、よく、例えば凸部にくびれがある形状も正弦波状に含める。また、基材１ｃ上の格子状凸部１ｄ及びその側面の少なくとも一部を吸収型偏光成分１ａと透明保護膜１ｂが覆いやすくする観点から、前記形状の端部又は頂部、谷部は穏やかな曲率をもって湾曲していることが好ましい。また、基材１ｃ、格子状凸部１ｄと透明保護膜１ｂとの密着強度を高くする観点から、これらの断面形状は正弦波状であることがより好ましい。
【００３７】
基材１ｃに格子状凸部１ｄを設ける方法としては、表面にピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型を用いて、基材の表面に格子状凸部を転写して成型する方法が挙げられる。ここで、表面にピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型は、電子線ビーム描画法や干渉露光法により得た、ピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有するレジストパターンを、順に導電化処理、メッキ処理、基材の除去処理を施すことで作成できる。
【００３８】
図２における吸収型偏光成分ワイヤ１ａを構成する吸収型偏光成分としては、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｔａからなる群から選ばれた少なくとも一つの低反射金属、あるいはその群から選ばれた少なくとも一つの材料を主成分とする合金などの低反射金属が挙げられる。これら低反射金属で吸収型偏光成分ワイヤ１ａを構成する。横断面視において吸収型偏光成分ワイヤ１ａの厚さｔ１は５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。この厚さは、より好ましくは８ｎｍ以上２５ｎｍ以下である。なお、本発明における吸収型偏光成分ワイヤ１ａの厚さｔ１とは、格子状凸部１ｄの頂部の高さからの垂線方向における最高部の高さまでの距離をいう。
【００３９】
吸収型偏光成分ワイヤ１ａは薄膜であるために、ワイヤグリッド偏光子であるにもかかわらずＴＥ波の反射率と透過率を低く抑え、吸収率を高めることができる。薄膜の低反射金属ワイヤでＴＥ波の吸収率が高くなる詳細は明確ではないが、低反射金属の侵入長と同程度であるために低反射金属内部での吸収が高まるためと推定される。
【００４０】
吸収型偏光成分として、前記した低反射金属の薄膜を使用すると、後述する反射型ワイヤグリッド偏光子と一体化した時、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の反射率は低く、反射型ワイヤグリッド偏光子側からの入射光の反射率が増加するので、液晶などの表示デバイスに適用した場合、バックライト側の光利用効率が向上し特に好ましい。
【００４１】
図２における透明保護膜１ｂを構成する成分としては、ＳｉＮｘを含む無機材料が挙げられる。なんとなれば、前記した吸収型偏光成分ワイヤ１ａは３０ｎｍ以下の薄膜が好ましく、この厚さであると、経年的に金属薄膜表面に極薄い酸化金属層が生成するため、吸収型偏光成分ワイヤの光学特性が変化し、偏光特性の変化を生じる。そこで、透明保護膜１ｄにより吸収型偏光成分ワイヤ１ａの全体を被覆することで偏光特性の経年変化を防止することができる。
【００４２】
図２に示すように、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの全体を透明保護膜１ｄで被覆することにより、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの酸化を抑制することができる。例えば、特許文献３に記載のような金属層と透明保護膜との単なる積層では、吸収型偏光成分ワイヤの経年変化を抑制することができない。これは、吸収型偏光成分ワイヤ１ａは、基材１ｄの斜面部の片側に設けられると幅も狭くなり、積層構造における側面部からの酸化の影響が大きいためであると推定されるからである。
【００４３】
透明保護膜として、ＳｉＮｘを含む無機材料を適用すると、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの酸化を防止でき好ましい。これは、ＳｉＮｘはその表面がわずかに酸化され、緻密なＳｉＯＮｘを生成するため、吸収型偏光成分ワイヤ１ａを保護して吸収型偏光成分ワイヤ１ａの酸化を抑制すると推定されるからである。
【００４４】
透明保護膜１ｂの厚さは、透明保護膜による金属層の酸化防止効果や、透明保護膜によって偏光特性を考慮すると、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが好ましい。本発明における透明保護膜の厚さとは、吸収型偏光成分ワイヤ１ａと、その全体を被覆する透明保護膜１ｂとの積層体における、格子状凸部１ｄの頂部の高さからの垂線方向における最高部の高さまでの距離ｔ２から、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの厚さｔ１を差し引き、２で除した値をいう。
【００４５】
本発明者らの検討により、基材の格子状凸部１ｄがなく、平坦な基材を用いた場合は吸収型偏光成分ワイヤの形状、膜厚、透明保護膜の有無によらず、ｉ）高透過率と低反射率は相反する特性を示すこと、ii）透過率、反射率の波長分散性が大きくなること、がわかっている。このことから、格子状凸部を有する基材に、透明保護膜で全体を被覆された吸収型偏光成分ワイヤの薄膜を形成する本発明の構成の有効性がわかる。
【００４６】
前記した構成の吸収型ワイヤグリッド偏光子であると、後述する反射型ワイヤグリッド偏光子と一体化した時、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の反射率は低く、反射型ワイヤグリッド偏光子側からの入射光の反射率が増加するので、液晶などの表示デバイスに適用した場合、バックライト側の光利用効率が向上し特に好ましい。
【００４７】
上記した吸収型ワイヤグリッド偏光子の製造方法について、つぎに説明する。
図３は本発明の製造方法の概略を示した図であり、格子状凸部を有する基材１７を物理的製膜装置１８内に設置し、基材１７の格子状凸部の格子方向と製膜材料源１５の入射方向との角度θを固定板１６で一定に保持し、格子状凸部の斜面上の片側に吸収型偏光成分と透明保護膜とを製膜する。基材に対する製膜材料の入射方向の角度θは、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの格子状凸部を覆う面積や、格子状凸部の斜面上の片側にのみ吸収型偏光成分と透明保護膜を形成することを考慮すると、２０度以上６０度以下が好ましい。また、角度θは２５度以上５０度以下の範囲であると、得られる吸収型ワイヤグリッドの光学特性が好ましい範囲になりやすくより好ましい。
【００４８】
また、製膜工程中の製膜装置内において、製膜原料源から放出された製膜原料は、製膜装置内の残留ガス分子などと衝突すると散乱されてしまい、基材へ直進しなくなってしまう。従って、前記斜面上の片側にのみに吸収型偏光成分ワイヤ１ａを配置する為には、可能な限り製膜原料を直進させることが必要となる。
【００４９】
ある単位体積内において、製膜原料源から放出された製膜原料が、存在するガス粒子と、衝突するまでに進むことのできる距離を統計学的に平均したものを、平均自由工程Λと呼ぶ。ここで、絶対温度をＴ（Ｋ）、製膜装置内圧力をＰ（Ｐａ）としたときの体積１ｃｍ３あたりの残留ガス分子の個数ｎは、
ｎ＝７．２５×１０１６・Ｐ／Ｔ
で与えられ、このとき、平均自由工程Λは、それぞれの分子の半径をｒ，ｒ´とすると、
Λ＝１／（√２・ｎπ・（ｒ＋ｒ´）２）
で与えられる。
【００５０】
例えば、２７℃における製膜装置内圧力が０．６Ｐａのとき、製膜原料タンタルの分子半径を０．１４ｎｍ、ガス粒子アルゴンの分子半径を０．１８ｎｍとすると、平均自由工程はおおよそ１５ｍｍとなる。
【００５１】
一般的なスパッタリング装置などの製膜装置では、製膜原料源から基材までの距離Ｔｓは、おおよそ１００ｍｍ程度であり、上記の例では、製膜原料タンタルが基材へ到達するまでの間に、ガス粒子アルゴンと７回程度の衝突を起こすことを意味し、衝突回数が増えるにつれて、放出された製膜原料の直進性は減少していく。衝突回数が増加するにつれ、製膜原料の入射方向に対する垂直方向の成分が増加する。本発明者は、この特性を利用し、鋭意検討した結果、本発明の製造方法を見出した。
【００５２】
すなわち、本発明の吸収型ワイヤグリッド偏光子の製造方法において、ＴｓとΛの比Ｎ＝Ｔｓ／Λを、前記透明保護膜の製膜におけるＮを吸収型偏光成分の製膜におけるＮの１．５倍以上とすると、上記した製膜原料の入射方向に対する垂直成分が増加するため、吸収型偏光成分ワイヤの断面周囲を透明保護膜で覆うことができ好ましい。
【００５３】
具体的には、まず基材を製膜装置に好ましい角度で設置し、透明保護膜を基材に所定厚み製膜する。つぎに、基材と製膜原料源との角度を同一に保持したまま、所定厚みの吸収型偏光成分を製膜する。このとき、ＴｓとΛの比Ｎを透明保護膜製膜時の１／１．５倍以下となるようＴｓや製膜圧力などの製膜条件を調整する。さらに続けて、基材と製膜原料源との角度を同一に保持したまま、再びＮ＝Ｔｓ／Λを、１層目の透明保護膜製膜条件に戻し、透明保護膜を所定厚み製膜する。
【００５４】
以上の手順により、格子状凸部の斜面上の片側に、透明保護膜で全体を被覆された吸収型偏光成分ワイヤを製膜でき、本発明のワイヤグリッド偏光子における吸収型ワイヤグリッド偏光子を得ることができる。
【００５５】
本発明における物理的製膜方法とは、スパッタリング法または真空蒸着法のいずれかを用いると、前記したＴｓと平均自由工程Λの比Ｎ＝Ｔｓ／Λを簡便に調整できるので好ましい。
【００５６】
したがって、本発明におけるワイヤグリッド偏光子の製造方法は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子の製造方法であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材を準備する工程と、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で透明保護膜を製膜する第１製膜工程と、前記透明保護膜上に吸収型偏光成分を製膜する第２製膜工程と、前記吸収型偏光成分を覆うように前記透明保護膜を製膜する第３製膜工程と、を具備して製造され、前記基材に対する製膜材料の入射角度が同一であり、前記第１製膜工程及び／又は前記第３製膜工程における製膜材料源−基材間距離（Ｔｓ）と平均自由工程（Λ）との間の比Ｎ（Ｔｓ／Λ）が、前記第２製膜工程における比Ｎの１．５倍以上であることを特徴とする。
【００５７】
次に本発明の偏光子における反射型偏光子について、図を用いて説明する。
図４は図１の反射型ワイヤグリッド偏光子２を拡大図示した概略断面斜視図である。図４に示す反射型ワイヤグリッド型偏光子は、表面に格子状凸部２ｄを有する基材２ｃと、格子状凸部２ｄを被覆し、格子状凸部２ｄを含む基材２ｃ上の領域に立設された、反射型偏光成分で構成された金属ワイヤ２ａとから主に構成されている。
【００５８】
本発明における反射型ワイヤグリッド偏光子においては、ＴＥ波においては、透過率が１％以下で、かつ、反射率が４０％以上であると好ましく、透過率が０．１％以下で、かつ、反射率が５０％以上であるとより好ましい。ＴＭ波においては、透過率が７０％以上で、かつ、反射率が２０％以下であると好ましく、透過率が７５％以上で、かつ、反射率が１０％以下であるとより好ましい。
【００５９】
基材２ｃに用いる素材は、可視光領域で実質的に透明な素材であれば良いが、加工性に優れた樹脂であることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、基材２ｃとして、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と、ガラスなどの無機基板、上記熱可塑性樹脂、トリアセテート樹脂とを組み合わせた複合基材を用いても良い。
【００６０】
基材２ｃの格子状凸部２ｄのピッチは、可視光領域の広帯域にわたる偏光特性を考慮すると、１５０ｎｍ以下であり、好ましくは８０ｎｍから１２０ｎｍである。ピッチが小さくなるほど偏光特性が良くなるが、可視光に対しては、８０ｎｍから１２０ｎｍのピッチで十分な偏光特性が得られる。４００ｎｍ近傍の短波長光の偏光特性を重視しない場合は、ピッチを１５０ｎｍ程度まで大きくしてもよい。
【００６１】
本発明において、基材２ｃ上の格子状凸部２ｄのピッチと金属ワイヤ２ａのピッチとは、ほぼ等しく、同じピッチをとることができる。また、前記した吸収型ワイヤグリッド偏光子１とピッチを同一とする必要はなく、吸収型、反射型各々に最適なピッチを適宜、独立したピッチとできる。
【００６２】
基材２ｃ上の格子状凸部２ｄの断面形状に制限はない。これらの断面形状は、例えば、台形、矩形、方形、プリズム状や、半円状などの正弦波状を挙げることができる。ここで、正弦波状とは、凹部と凸部の繰り返しからなる曲線部をもつことを意味する。なお、曲線部は湾曲した曲線であれば、よく、例えば凸部にくびれがある形状も正弦波状に含める。また、基材２ｃ上の格子状凸部２ｄ及びその側面の少なくとも一部を金属材料が覆いやすくする観点から、前記形状の端部又は頂部、谷部は穏やかな曲率をもって湾曲していることが好ましい。また、基材２ｃ、格子状凸部２ｄと金属ワイヤ２ａとの密着強度を高くする観点から、これらの断面形状は正弦波状であることがより好ましい。さらに、同様に基材２ｃ、格子状凸部２ｄと金属ワイヤ２ａとの密着強度を高くする観点から、図示しない透明誘電体層の薄膜を設けることも好ましい。
【００６３】
基材２ｃに格子状凸部２ｄを設ける方法としては、表面にピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型を用いて、機材の表面に格子状凸部を転写して成型する方法が挙げられる。ここで、表面にピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型は、電子線ビーム描画法や干渉露光法により得た、ピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有するレジストパターンを、順に導電化処理、メッキ処理、基材の除去処理を施すことで作成できる。
【００６４】
反射型偏光成分で構成された層である金属ワイヤ２ａを構成する金属としては、可視光領域で光の反射率が高く、基材２ｃ、２ｄなどとの密着性のよいものであることが好ましい。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）又は、その合金で構成されていることが好ましい。コストの観点から、Ａｌ又はＡｌ合金で構成されていることが好ましい。
【００６５】
以上前記した吸収型ワイヤグリッド偏光子と反射型ワイヤグリッド偏光子を、光学的な平行位置で積層、固定し本発明のワイヤグリッド偏光子を得る。光学的な平行位置で積層、固定する方法としては、以下の方法が挙げられる。
【００６６】
図５において、既存の偏光子１２を透過した直線偏光を吸収型ワイヤグリッド偏光子１１に透過させる。透過光１０の光量が最小になるように吸収型ワイヤグリッド偏光子１１を、透過光１０の光軸を中心にして回転させる。図示しない偏光子１２を固定しているベースにあわせて、吸収型ワイヤグリッド偏光子１１の辺１１ａを切断する。このような操作により辺１１ａは偏光子１２の偏光軸と平行となる。同様にして反射型ワイヤグリッド偏光子についても、偏光子１２の偏光軸と平行な辺を得る。つぎに、この辺を機械的に合わせながら積層、固定することで、光学的な平行位置で吸収型ワイヤグリッド偏光子と反射型ワイヤグリッド偏光子が一体化した本発明のワイヤグリッド型偏光子を得ることができる。
【００６７】
ワイヤグリッド偏光子を積層する態様については、図１に示すように、ワイヤグリッドをそれぞれ外側に向けて反射型ワイヤグリッドと、吸収型ワイヤグリッドとを組み合わせても良く、図６に示すように、吸収型ワイヤグリッド偏光子１のワイヤグリッドが反射型ワイヤグリッド偏光子２の基板の背面に接着層７で接着されるように積層されていてもよく、ワイヤグリッドをそれぞれ内側に向けて反射型ワイヤグリッドと、吸収型ワイヤグリッドとを組み合わせても良い（図示せず）。ワイヤグリッドが対面するように積層する場合、接着層がワイヤグリッドのワイヤ間に充填されると光学特性が変わるので、接着層がワイヤ頂部のみに接している状態が好ましい。
【００６８】
以上のように簡便に光学的な平行位置でワイヤグリッド偏光子が揃ったワイヤグリッド偏光子を得られるために、簡便な装置で安価に製造することが可能である。さらに、各々の偏光子は接着するまで独立であるので、それぞれに最適で容易な製造方法を選択でき、生産効率、コストの点から鑑みて実際の工業生産において大きな利点を有する。
【００６９】
上記説明は、反射型ワイヤグリッド偏光子及び吸収型ワイヤグリッド偏光子をそれぞれ個別に作成して、両者を積層、固定して本発明のワイヤグリッド偏光子を製造する方法についての説明であるが、本発明はこれに限定されず、基材の一方の主面に反射型ワイヤグリッド偏光子用のワイヤグリッドを設け、他方の主面に吸収型ワイヤグリッド用のワイヤグリッドを設けて本発明のワイヤグリッド偏光子を製造しても良い。
【００７０】
図７は前記した一体化した表裏に反射型、吸収型を積層するための、表裏に格子状凸部を有する基材８の一例を示す概略断面斜視図である。表裏の格子状凸部は、互いに平行な位置で形成されている。表裏に互いに平行な格子状凸部を形成する方法は、表面にピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型を用いて、基材の表面に格子状凸部を転写する方法が挙げられ、基材表裏に転写する型の格子状凸部の平行位置を機械的に保持しながら転写する方法や、片面に転写した後、型の格子状凸部と平行な回転軸に沿って１８０度回転させもう片面に転写する方法、などが挙げられる。
【００７１】
本発明のワイヤグリッド型偏光子においては、偏光特性を具現化する金属ワイヤ、吸収型偏光成分ワイヤの方向は、基材表面の格子状凸部でその偏光方向が決定されるので、基材表裏の格子状凸部の平行を維持した基材を使用すれば、光学的な平行位置で表裏に反射型、吸収型ワイヤグリッド偏光子を有する本発明の偏光子を簡易に得ることができる。
【００７２】
さらに、得られるワイヤグリッド偏光子の特性は、前記したような反射型ワイヤグリッド偏光子及び吸収型ワイヤグリッド偏光子をそれぞれ個別に作成し積層固定して得られるワイヤグリッド偏光子と同等の性能を有するので、各主面に設けるワイヤグリッドの製造条件は、単品ワイヤグリッド偏光子と同様で良い。また、ワイヤグリッドを基板表裏に形成するので、表裏において最適で容易な製造方法を選択でき、生産効率、コストの点において実用上の工業生産において大きな利点を有する。
【００７３】
本発明のワイヤグリッド型偏光子においては、ワイヤグリッドが無機物で構成されているので、熱や光に対する耐久性に優れており、これにより安定して偏光機能を発揮することができる。
【００７４】
次に、本発明に係る液晶表示装置に用いた場合について、図面で説明する。
図８は、本発明の実施の形態にかかる偏光子を用いた液晶表示装置を示す断面概略図である。
【００７５】
図８に示す液晶表示装置は、発光するバックライトのような照明装置２０と、この照明装置上に配置された本発明の偏光子２１及び偏光子２２に挟まれた液晶パネル２３と、から主に構成される。本発明に係る偏光子２１、２２は、バックライト側に反射型偏光子２１ａ、２２ａを向けて配置される。液晶パネル２３は透過型液晶パネルであり、ガラスや透明樹脂基板間に液晶材料などを挟持して構成されている。なお、図８の液晶表示装置中において、通常使用されている偏光子保護フィルム、位相差フィルム、拡散板、配向膜、透明電極、カラーフィルターなどの各種光学素子については、説明を省略する。
【００７６】
このような構成の液晶表示装置においては、照明装置２０から出射された光がワイヤグリッド偏光子２１の反射型ワイヤグリッド偏光子２１ａから入射し、液晶セル２３を通過し、再びワイヤグリッド偏光子２２の反射型ワイヤグリッド偏光子２２ａから入射、外界に出射される（図中３０）。この場合において、ワイヤグリッド偏光子２１、２２が可視光領域において、優れた偏光度を発揮するので、コントラストの高い表示を得ることが可能となる。また、透過しない照明装置２０からの入射光は、照明装置側に向けて反射され、再利用されることで高い輝度を得ることができる。
【００７７】
一方、外光は、ワイヤグリッド偏光子２２の吸収型ワイヤグリッド偏光子２２ｂから入射し、液晶セル２３を通過し、再びワイヤグリッド偏光子２１の吸収型ワイヤグリッド偏光子２１ｂから入射、照明装置２０に出射される（図中３１）。この場合においては、透過しない外光は、本発明のワイヤグリッド偏光子により効率良く吸収される。以上、まとめると液晶表示装置において、十分な色再現性や黒表示を実現することができる。
【００７８】
次に、本発明の効果を明確にするために行なった実施例について説明する。なお、下記実施の形態における寸法、材質などは例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、適宜変更して実施することが可能である。
【００７９】
（実施例１）
（格子状凸部を有する基材の作成）
・微細凹凸格子形状の作成
ガラス上にフォトレジストを塗布した基板に、電子線ビーム描画法を用いて、微細凹凸格子を形成した。このレジストパターンの表面と断面を、電界放出形走査電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察したところ、微細凹凸格子のピッチと高さがそれぞれ、１４５ｎｍ／１３０ｎｍ（ピッチ／高さ）であり、その断面形状がほぼ台形形状で、上面からの形状が縞状格子状となっており凸部の幅が４５ｎｍで谷部の幅が７０ｎｍであることがわかった。
【００８０】
・ニッケルスタンパ作成
得られた１４５ｎｍピッチのレジストパターン表面に、導電化処理として金をスパッタ法により３０ｎｍ被覆した後、ニッケルを電気メッキし、厚さ０．３ｍｍの微細凹凸格子を表面に有するニッケルスタンパを作成した。
【００８１】
・紫外線硬化性樹脂を用いた格子状凸部転写フィルムの作成
厚さ０．１ｍｍのポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム（以下、ＰＥＴフィルム）に紫外線硬化樹脂（東洋合成株式会社製ＰＡＫ０１）を約０．０３ｍｍ塗布し、塗布面を下にして前記１４５ｎｍピッチの微細凹凸格子を表面に有するニッケルスタンパ上に、それぞれ端部からニッケルスタンパとＰＥＴフィルムとの間に空気が入らないように載せ、ＰＥＴフィルム側から中心波長３６５ｎｍの紫外線ランプを用いて紫外線を１０００ｍＪ／ｃｍ２照射し、ニッケルスタンパの微細凹凸格子を転写した。得られた格子状凸部転写フィルムをＳＴＥＭにより観察し、その断面形状がほぼ台形形状で、上面からの形状が縞状格子状となっていることを確認した。
【００８２】
・反射型ワイヤグリッド偏光子の作成
前記した紫外線硬化性樹脂を用いて作成した格子状凸部転写フィルムに、スパッタ法を用いて誘電体を被覆した。本実施例では、誘電体として窒化ケイ素を用いた場合について、説明する。Ａｒガス圧力０．６７Ｐａ、スパッタパワー４Ｗ／ｃｍ２、被覆速度０．２２ｎｍ／秒にて誘電体の被覆を行なった。層厚み比較用サンプルとして表面が平滑なガラス基板を格子状凸部転写フィルムと同時に装置に挿入し、平滑ガラス基板への誘電体積層厚みが５ｎｍとなるように製膜を行った。
【００８３】
格子状凸部転写フィルムに誘電体層を形成した後、電子ビーム真空蒸着法（ＥＢ蒸着法）を用いて金属ワイヤを形成した。本実施例では、金属としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた。真空度２．５×１０−３Ｐａ、蒸着速度２０ｎｍ／ｓ、基板温度は常温として蒸着を行なった。層厚み比較用サンプルとして表面が平滑なガラス基板を誘電体積層格子状凸部転写フィルムと同時に装置に挿入し、平滑基板へのＡｌ蒸着厚みが１７０ｎｍとなるように蒸着を行った。なお、格子の長手方向と垂直に交わる平面内において基材面の法線と蒸着源とのなす角度は２０度とした。
【００８４】
格子状凸部転写フィルムに誘電体及びＡｌを積層した後、フィルムを室温下の０．１重量％水酸化ナトリウム水溶液中で、処理時間を３０秒〜１２０秒の間において１０秒間隔で変えながら洗浄（エッチング）し、すぐに水洗してエッチングを停止させた。フィルムを乾燥して反射型ワイヤグリッド偏光子を得た。下記の偏光性能評価から、９０秒エッチングをした反射型ワイヤグリッド偏光子を選定した。
【００８５】
得られた反射型ワイヤグリッド偏光子について、分光光度計を用いて、直線偏光に対する平行ニコル、直交ニコルでの透過光強度、反射光強度を測定した。その結果、反射型ワイヤグリッド型偏光子のＴＭ波透過率８８．７％、ＴＥ波透過率０．０４％、ＴＭ波反射率３．４％、ＴＥ波反射率８４．８％、偏光度９９．９１％であった。
【００８６】
・吸収型ワイヤグリッド偏光子の作成
前記と同様の手順で紫外線硬化性樹脂を用いて作成した格子状凸部転写フィルムに、スパッタ法を用いてＳｉＮｘを被覆した。本実施例ではシリコン（Ｓｉ）ターゲットを使用し、Ａｒガス圧力０．２５Ｐａ、Ｎ２ガス圧力０．１５Ｐａ、スパッタパワー４．４Ｗ／ｃｍ２とし、製膜速度１４ｎｍ／分で蒸着した。シリコンと格子状凸部転写フィルムとの間隔は１０５ｍｍであり、Λは２．７７ｃｍである。層厚み比較用サンプルとして表面が平滑なガラス基板を格子状凸部転写フィルムと同時に装置に挿入し、平滑基板へのＳｉＮｘ蒸着厚みが１０ｎｍとなるように蒸着をおこなった。なお、格子の長手方向と垂直に交わる平面内において基材面の法線と蒸着源とのなす角度は４０度とした。
【００８７】
つづいて、上記基材に、タンタル（Ｔａ）を用いて、Ａｒガス圧力０．１９Ｐａ、スパッタパワー４．４Ｗ／ｃｍ２とし、製膜速度３２ｎｍ／分で２７ｎｍ蒸着した。タンタルと基材との間隔、及び基材面の法線と蒸着源とのなす角度は同一とし、Λは４．６４ｃｍである。
【００８８】
さらにつづいて、再びシリコン（Ｓｉ）ターゲットを使用し、Ａｒガス圧力０．２５Ｐａ、Ｎ２ガス圧力０．１５Ｐａ、スパッタパワー４．４Ｗ／ｃｍ２とし、製膜速度１４ｎｍ／分で１０ｎｍ蒸着した。
【００８９】
得られた吸収型ワイヤグリッド型偏光子の断面を、ＳＴＥＭにより観察したところ、１０ｎｍ厚みのＳｉＮｘに周囲を囲まれた、タンタルワイヤが格子状凸部の斜面上の片側に厚さ２７ｎｍで形成されていることが確認された。また、得られた吸収型ワイヤグリッド型偏光子について、分光光度計を用いて、直線偏光に対する平行ニコル、直交ニコルでの透過光強度、反射光強度を測定した。その結果、吸収型ワイヤグリッド型偏光子のＴＥ波透過率１０．１％、ＴＭ波透過率８６．９％、ＴＭ波反射率４．３％、ＴＥ波反射率２１．０％、偏光度８０．４％であった。
【００９０】
・吸収型、反射型ワイヤグリッド偏光子の積層
前記した方法で、得られた吸収型、反射型ワイヤグリッド偏光子の周囲４辺のうち１辺について、既存偏光子を基準として偏光軸を合わせた。つづいて偏光軸をあわせた１辺を機械的に合わせながら、互いのワイヤグリッドの基板側を光学的に透明な粘着材を用いて接着、積層した。なお、接着には、日東電工（株）製透明両面接着テープＣＳ９６２１を使用した。
【００９１】
得られた偏光子について、分光光度計を用い、直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。ＴＭ波透過率７８．７％、ＴＥ波透過率０．０１１％、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率１３．９％。反射型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率４３．７％、偏光度９９．９７％であった。
【００９２】
得られたワイヤグリッド偏光子２枚を、反射型ワイヤグリッド面をバックライト側に向けて、バックライトユニット上にクロスニコルに配置した。室内照度を上げても、反射率１３．９％と低いために、外光反射光を抑えることができ、十分な黒表示を行う性能であることが確認された。
【００９３】
このワイヤグリッド偏光子を６０℃、９０ＲＨ％の条件で１０００ｈｒ暴露し、暴露後の直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。ＴＭ波透過率７９．１％、ＴＥ波透過率０．０１２％、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率１４．０％。反射型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率４４．０％、偏光度９９．９７％であり、湿熱試験による光学特性の劣化は認められなかった。
【００９４】
（比較例１）
・吸収型ワイヤグリッド偏光子の作成
ＳｉＮｘを設けない以外は、実施例１と同様の方法で厚さ２７のタンタルワイヤが格子状凸部の斜面上の片側に形成された吸収型ワイヤグリッド偏光子を得た。
【００９５】
得られた吸収型ワイヤグリッド型偏光子について、分光光度計を用いて、直線偏光に対する平行ニコル、直交ニコルでの透過光強度、反射光強度を測定した。その結果、吸収型ワイヤグリッド型偏光子のＴＥ波透過率１０．８％、ＴＭ波透過率８８．８％、ＴＭ波反射率３．８％、ＴＥ波反射率１２．３％、偏光度７８．３％であった。
【００９６】
・吸収型、反射型ワイヤグリッド偏光子の積層
実施例１に用いた反射型ワイヤグリッド偏光子を用いて、実施例１と同様の方法で接着積層した。得られた偏光子について、分光光度計を用い、直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。
【００９７】
ＴＭ波透過率７８．９％、ＴＥ波透過率０．０１１％、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率７．９％。反射型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率４３．６％、偏光度９９．９７％であった。
【００９８】
このワイヤグリッド偏光子を６０℃、９０ＲＨ％の条件で１０００ｈｒ暴露し、暴露後の直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。ＴＭ波透過率７８．７％、ＴＥ波透過率０．０１８％、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率１１．８％。反射型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率４４．０％、偏光度９９．９５％であり、湿熱試験によりＴＥ波透過率が約６４％増加したために、偏向度の低下が見られた。
【００９９】
このように本発明にかかるワイヤグリッド偏光子は、簡易な構成で、外光を効率良く吸収し、かつ、バックライト側の高反射率のために光利用効率が高く、ＬＣＤのような表示装置に配設した場合に十分な色再現性と黒表示を実現できる。また、本発明にかかるワイヤグリッド偏光子は、偏光機能の発現を全て無機材料で構成しているために、耐久性に優れるものである。
【０１００】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態における寸法、材質などは例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態における偏光板については、板状の部材である必要はなく、必要に応じてシート状、フィルム状であっても良い。上記実施の形態においては、ワイヤグリッド偏光板を液晶表示装置に適用した場合について説明しているが、本発明は偏光が必要とされる液晶表示装置以外のデバイスなどに同様に適用することができる。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の概略断面斜視図である。
【図２】本発明を構成する吸収型ワイヤグリッド偏光子を拡大図示した概略断面斜視図である。
【図３】本発明の製造方法における吸収型ワイヤグリッド偏光子の製造方法の一例を示した概略図である。
【図４】本発明を構成する反射型ワイヤグリッド偏光子を拡大図示した概略断面斜視図である。
【図５】本発明のワイヤグリッド偏光子を構成するための積層、固定する工程の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の、他の構成の一例を示す概略断面斜視図である。
【図７】本発明を構成する基材の一例を示す概略断面斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る偏光子を用いた液晶表示装置を示す断面概略図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１，２１ｂ，２２ｂ 吸収型ワイヤグリッド偏光子
１ａ 吸収型偏光成分ワイヤ
１ｂ 透明保護膜
１ｃ，２ｃ，８，１７ 基材
１ｄ，２ｄ 格子状凸部
２，２１ａ，２２ａ 反射型ワイヤグリッド偏光子
２ａ 金属ワイヤ
３，２１，２２ ワイヤグリッド偏光子
４，５ 入射光
７ 接着層
１０ 偏光軸
１１ａ 変更軸と一致した辺
１２ 偏光子
１５ 製膜材料源
１６ 固定板
１８ 物理的製膜装置
２０ 照明装置
２３ 液晶セル
３０ バックライト入射光
３１ 外光入射光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤグリッド偏光子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のフォトリソグラフィー技術の発達により、光の波長レベルのピッチを有する微細構造パターンを形成することができるようになってきた。この様に非常に小さいピッチのパターンを有する部材や製品は、半導体分野だけでなく、光学分野において利用範囲が広く有用である（非特許文献１）。
【０００３】
例えば、金属などで構成された導電体線が特定のピッチで格子状に配列してなるワイヤグリッドは、そのピッチが入射光（例えば、可視光の波長４００ｎｍから８００ｎｍ）に比べてかなり小さいピッチ（例えば、２分の１以下）であれば、導電体線に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射し、導電体線に対して垂直な電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光子として使用できる。このワイヤグリッド偏光子は、透過しない光を反射し再利用することができるので、光の有効利用の観点からも望ましいものである。
【０００４】
このようなワイヤグリッド偏光子としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。このワイヤグリッド偏光子は、入射光の波長より小さいグリッド周期で間隔が置かれた金属ワイヤを備えている。このワイヤグリッド偏光子は、電場成分が金属線と平行な偏光成分（ＴＥ波）を反射し、金属線と垂直な偏光成分（ＴＭ波）を透過する偏光特性を有し、ビームスプリッタとして多く使用されている。
【０００５】
しかし、反射により偏光成分を分離するために、反射される偏光成分が好ましくない用途への使用が難しい問題があり、ワイヤグリッド偏光子を液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に、特許文献１に開示されている構成では、金属ワイヤがバックライト側からの光だけでなく、外光側からの光も反射するので、十分な色再現性や黒表示を行なうことができないという問題があった。
【０００６】
また、他の偏光子として、吸収型二色性偏光子が広く使用されている。吸収型二色性偏光子は、光の吸収異方性を有する化合物（ヨウ素、二色性色素）を塗布した高分子フィルムを延伸することで得られる。この吸収型の偏光子を表示装置に用いると、透過率は原理的に５０％を超えないために、光の利用効率が低いという課題があった。さらに、高温高湿環境における耐久性に劣る問題もあった（非特許文献２）。
【０００７】
上記課題に対して、ワイヤグリッド偏光子と吸収型二色性偏光子を組み合わせた偏光子（特許文献２）や、反射型ワイヤグリッド偏光子と光吸収性材料を組み合わせた偏光子（特許文献３、特許文献４）が提案されている。
【０００８】
さらに、反射型ワイヤグリッド偏光子表面に保護膜を形成し、ワイヤグリッドを保護する方法も提案されている（特許文献５）
【非特許文献１】日本女子大学紀要 理学部 第１４号（２００６）
【非特許文献２】ＦＰＤの光学材料 月刊ディスプレイ１０月号別冊（２００７） テクノタイムズ社
【特許文献１】特表２００３−５０２７０８号公報
【特許文献２】特開２００７−５７８７３号公報
【特許文献３】特開２００５−３７９００号公報
【特許文献４】特開２００８−４６６３７号公報
【特許文献５】特開２００６−２０１７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載の構成では、偏光子の一部に吸収型二色性偏光子を用いているために、高温高湿環境における耐久性が劣りやすく、偏光度の経時変化が起きやすい問題があった。
【００１０】
また、特許文献３、４に記載されているように反射型ワイヤグリッド偏光子のワイヤグリッドに光吸収性材料を積層する構成では、誘電体、低反射金属、酸化物などの多層膜を真空蒸着などにより製膜、さらに、該多層膜を数百ｎｍのパターンでワイヤ形状に加工する必要があるため、多層膜の製膜及び加工に時間がかかってしまうという問題点を有している。
【００１１】
さらに、多層膜を構成している金属、誘電体、酸化物のワイヤ状への微細加工におけるドライエッチングに最適なガスの種類が金属層と酸化物層、誘電体層とで互いに異なるため、エッチングが困難である問題があり、ウェットエッチングにおいても、同様に最適なエッチング液の選定が困難である問題がある。
【００１２】
また、特許文献３に記載されているように、基材表裏に各々反射性材料、吸収性材料でストライプ状のグレーティング層を設ける構成においては、平板基板の表裏に光学的に平行な位置で設置されなければならないが、手順として、平板基板の片面にストライプ状のグレーティング層を設け、光学的な平行位置を保ちながら、もう片面の平面にストライプ状のグレーティング層を設ける、ことになり、光学的な平行を保ちながら基材両面にグレーティング層を設けることは、実際の製造においては困難という問題点がある。ここで、光学的な平行位置とは、偏光子を透過する偏光軸が互いに平行になる位置をいう。
【００１３】
さらに本発明者の検討により、特許文献３に記載の構成では、吸収性材料側からの入射において、ＴＥ波の反射率を抑制できるが、ＴＭ波の反射率も高く、結果として観察される自然光としての反射率を完全に抑制できないことがわかっている。
【００１４】
また、特許文献５に記載されているような構成でワイヤグリッド表面に保護膜を形成すると、保護膜の影響によりワイヤグリッドによるＴＥ波とＴＭ波の偏光分離機能が悪化し、透過率と偏向度の波長分散性が大きく低下する問題があった。これらは、透過光についての問題であるが、反射光においても、表面の保護膜による反射のため、偏光分離されていない表面反射光が増加し、反射偏光分離機能が低下する問題もあった。
【００１５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成によって、耐久性に優れ、光利用効率が高く、液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に、十分な色再現性や黒表示を実現することができるワイヤグリッド偏光子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のワイヤグリッド偏光子は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で設けられた透明保護膜と、前記透明保護膜内に埋設された吸収型偏光成分と、で構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明のワイヤグリッド偏光子においては、横断面視において前記吸収型偏光成分の厚さが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明のワイヤグリッド偏光子においては、前記吸収型偏光成分がＷ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｔａ及びこれらのうち少なくとも一つを主成分とする合金からなる群から選ばれた少なくとも一つであることが好ましい。
【００１９】
本発明のワイヤグリッド偏光子においては、横断面視において前記透明保護膜の厚さが５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明のワイヤグリッド偏光子においては、前記透明保護膜がＳｉＮｘを含む無機材料で構成されていることが好ましい。
【００２１】
本発明のワイヤグリッド偏光子においては、前記反射型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、この基材の凸部上に形成され、反射型偏光成分で構成された層と、を具備することが好ましい。
【００２２】
本発明の表示装置は、表示デバイスと、前記表示デバイスに光を照射する照明手段と、上記ワイヤグリッド偏光子と、を具備し、前記反射型ワイヤグリッド偏光子が前記照明手段側に配置されることを特徴とする。
【００２３】
本発明のワイヤグリッド偏光子の製造方法は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子の製造方法であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材を準備する工程と、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で透明保護膜を製膜する第１製膜工程と、前記透明保護膜上に吸収型偏光成分を製膜する第２製膜工程と、前記吸収型偏光成分を覆うように前記透明保護膜を製膜する第３製膜工程と、を具備して製造され、前記基材に対する製膜材料の入射角度が同一であり、前記第１製膜工程及び／又は前記第３製膜工程における製膜材料源−基材間距離（Ｔｓ）と平均自由工程（Λ）との間の比Ｎ（Ｔｓ／Λ）が、前記第２製膜工程における比Ｎの１．５倍以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のワイヤグリッド偏光子は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で設けられた透明保護膜と、前記透明保護膜内に埋設された吸収型偏光成分と、で構成されているので、簡易な構成によって、耐久性に優れ、光利用効率が高く、液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に十分な色再現性と黒表示を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の一例を示す概略断面斜視図である。ワイヤグリッド偏光子３は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子１と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子２と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子である。ワイヤグリッド偏光子３は、入射光４を吸収する吸収型ワイヤグリッド偏光子１と入射光５を反射する反射型ワイヤグリッド偏光子２とから主に構成されており、吸収型ワイヤグリッド偏光子１の基材１ｃと反射型ワイヤグリッド偏光子２の基材２ｃとが対面してそれぞれの格子状凸部が１ａ，２ａが外側を向くように組み合わせて複合化されている。したがって、このワイヤグリッド偏光子３においては、吸収型ワイヤグリッド偏光子１で入射光４を吸収すると共に、反射型ワイヤグリッド偏光子２でワイヤグリッド偏光子３をはさんで１８０度逆側からの入射光５を反射して偏光する。
【００２６】
さらに図１に示したような吸収型ワイヤグリッド偏光子１と反射型ワイヤグリッド偏光子２の基材同士が接する態様の場合は、基材はあらかじめ一体化していても構わない。
【００２７】
本発明のワイヤグリッド偏光子において、本発明に係るワイヤグリッド型偏光子を液晶表示装置のような表示装置に配設した場合において、十分な色再現性や黒表示を実現するためには、入射光４について、ＴＥ波の透過率が０．１％以下であり、反射率が３０％以下であり、ＴＭ波の透過率が７０％以上であり、反射率が２０％以下であると好ましく、入射光５について、ＴＥ波の透過率が０．１％以下であり、反射率が６０％以上であり、ＴＭ波の透過率が７０％以上であり、反射率が２０％以下であると好ましい。このような光学特性であると、外光は反射せず、バックライト側のみ反射により偏光させるため、バックライトの光利用効率を高く維持したまま、十分な色再現性や黒表示を達成できる。ＴＥ波、ＴＭ波の透過率、反射率は、分光光度計を用いて測定される。
【００２８】
図２は図１の吸収型ワイヤグリッド偏光子１を拡大図示した概略断面斜視図である。図２に示す吸収型ワイヤグリッド偏光子は、表面に格子状凸部１ｄを有する基材１ｃと、格子状凸部１ｄを含む基材１ｃ上の領域に立設された、吸収型偏光成分で構成された吸収型偏光成分ワイヤ１ａと透明保護膜１ｂとから主に構成されている。
【００２９】
吸収型ワイヤグリッド偏光子１においては、基材１ｃの格子状凸部１ｄ上に、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で透明保護膜１ｂが設けられており、その透明保護膜１ｂ内に吸収型偏光成分ワイヤ１ａが埋設されている。すなわち、吸収型偏光成分ワイヤ１ａは、透明保護膜１ｂで全体を被覆されており、透明保護膜１ｂを介して、格子状凸部１ｄ上に配置されている。特に、格子状凸部１ｄの側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で吸収型偏光成分ワイヤ１ａが設けられると、高透過率、低反射率で透過率、反射率の波長分散を抑制できるので好ましい。
【００３０】
ここで、片寄った状態とは、格子状凸部１ｄの頂部を通る仮想垂線（横断面視において基材１ｃの表面に対して略直交する垂線）Ｘ１と、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの頂部を通る仮想垂線Ｘ２とが揃わない状態をいう。図２においては、格子状凸部１ｄの頂部を通る仮想垂線Ｘ１と、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの頂部を通る仮想垂線Ｘ２とが揃わない状態で吸収型偏光成分ワイヤ１ａが格子状凸部１ｄ上に透明保護膜１ｂを介して形成されている。本発明においては、このような状態を、格子状凸部１ｄの側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で形成されている、という。
【００３１】
このような構成により、高透過率で光学特性の波長分散を抑制できる理由は不明だが、有効媒質理論より、光の入射方向に対する吸収型偏光成分ワイヤ１ａ、透明保護膜１ｂ、さらに基材凸部１ｄの断面変化により、光の入射方向に対して光学特性の急激な変化が抑制されるためであると推定される。さらに、上記した構成であると、反射、透過いずれにおいても、保護膜による偏光特性の低下を防止できる。
【００３２】
本発明における吸収型ワイヤグリッド偏光子において、ＴＥ波においては、透過率が５０％以下で、かつ、反射率が４０％以下であると好ましく、透過率が４０％以下で、かつ、反射率が２０％以下であるとより好ましい。ＴＭ波においては、透過率が８０％以上で、かつ、反射率が１０％以下であると好ましく、透過率が８５％以上で、かつ、反射率が８％以下であるとより好ましい。
【００３３】
基材１ｃに用いる素材は、可視光領域で実質的に透明な素材であれば良いが、加工性に優れた樹脂であることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、基材１ｂとして、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と、ガラスなどの無機基板、上記熱可塑性樹脂、トリアセテート樹脂とを組み合わせた複合基材を用いても良い。
【００３４】
基材１ｃ上の格子状凸部１ｄのピッチは、可視光領域の広帯域にわたる偏光特性を考慮すると、１５０ｎｍ以下であり、好ましくは８０ｎｍから１２０ｎｍである。ピッチが小さくなるほど偏光特性が良くなるが、可視光に対しては、８０ｎｍから１２０ｎｍのピッチで十分な偏光特性が得られる。４００ｎｍ近傍の短波長光の偏光特性を重視しない場合は、ピッチを１５０ｎｍ程度まで大きくしてもよい。
【００３５】
本発明において、基材１ｃ上の格子状凸部１ｄのピッチと吸収型偏光成分ワイヤ１ａのピッチとは、ほぼ等しく、同じピッチをとることができる。
【００３６】
基材１ｃ上の格子状凸部１ｄの断面形状に制限はない。これらの断面形状は、例えば、台形、矩形、方形、プリズム状や、半円状などの正弦波状を挙げることができる。ここで、正弦波状とは、凹部と凸部の繰り返しからなる曲線部をもつことを意味する。なお、曲線部は湾曲した曲線であれば、よく、例えば凸部にくびれがある形状も正弦波状に含める。また、基材１ｃ上の格子状凸部１ｄ及びその側面の少なくとも一部を吸収型偏光成分１ａと透明保護膜１ｂが覆いやすくする観点から、前記形状の端部又は頂部、谷部は穏やかな曲率をもって湾曲していることが好ましい。また、基材１ｃ、格子状凸部１ｄと透明保護膜１ｂとの密着強度を高くする観点から、これらの断面形状は正弦波状であることがより好ましい。
【００３７】
基材１ｃに格子状凸部１ｄを設ける方法としては、表面にピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型を用いて、基材の表面に格子状凸部を転写して成型する方法が挙げられる。ここで、表面にピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型は、電子線ビーム描画法や干渉露光法により得た、ピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有するレジストパターンを、順に導電化処理、メッキ処理、基材の除去処理を施すことで作成できる。
【００３８】
図２における吸収型偏光成分ワイヤ１ａを構成する吸収型偏光成分としては、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｔａからなる群から選ばれた少なくとも一つの低反射金属、あるいはその群から選ばれた少なくとも一つの材料を主成分とする合金などの低反射金属が挙げられる。これら低反射金属で吸収型偏光成分ワイヤ１ａを構成する。横断面視において吸収型偏光成分ワイヤ１ａの厚さｔ１は５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。この厚さは、より好ましくは８ｎｍ以上２５ｎｍ以下である。なお、本発明における吸収型偏光成分ワイヤ１ａの厚さｔ１とは、格子状凸部１ｄの頂部の高さからの垂線方向における最高部の高さまでの距離をいう。
【００３９】
吸収型偏光成分ワイヤ１ａは薄膜であるために、ワイヤグリッド偏光子であるにもかかわらずＴＥ波の反射率と透過率を低く抑え、吸収率を高めることができる。薄膜の低反射金属ワイヤでＴＥ波の吸収率が高くなる詳細は明確ではないが、低反射金属の侵入長と同程度であるために低反射金属内部での吸収が高まるためと推定される。
【００４０】
吸収型偏光成分として、前記した低反射金属の薄膜を使用すると、後述する反射型ワイヤグリッド偏光子と一体化した時、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の反射率は低く、反射型ワイヤグリッド偏光子側からの入射光の反射率が増加するので、液晶などの表示デバイスに適用した場合、バックライト側の光利用効率が向上し特に好ましい。
【００４１】
図２における透明保護膜１ｂを構成する成分としては、ＳｉＮｘを含む無機材料が挙げられる。なんとなれば、前記した吸収型偏光成分ワイヤ１ａは３０ｎｍ以下の薄膜が好ましく、この厚さであると、経年的に金属薄膜表面に極薄い酸化金属層が生成するため、吸収型偏光成分ワイヤの光学特性が変化し、偏光特性の変化を生じる。そこで、透明保護膜１ｄにより吸収型偏光成分ワイヤ１ａの全体を被覆することで偏光特性の経年変化を防止することができる。
【００４２】
図２に示すように、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの全体を透明保護膜１ｄで被覆することにより、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの酸化を抑制することができる。例えば、特許文献３に記載のような金属層と透明保護膜との単なる積層では、吸収型偏光成分ワイヤの経年変化を抑制することができない。これは、吸収型偏光成分ワイヤ１ａは、基材１ｄの斜面部の片側に設けられると幅も狭くなり、積層構造における側面部からの酸化の影響が大きいためであると推定されるからである。
【００４３】
透明保護膜として、ＳｉＮｘを含む無機材料を適用すると、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの酸化を防止でき好ましい。これは、ＳｉＮｘはその表面がわずかに酸化され、緻密なＳｉＯＮｘを生成するため、吸収型偏光成分ワイヤ１ａを保護して吸収型偏光成分ワイヤ１ａの酸化を抑制すると推定されるからである。
【００４４】
透明保護膜１ｂの厚さは、透明保護膜による金属層の酸化防止効果や、透明保護膜によって偏光特性を考慮すると、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが好ましい。本発明における透明保護膜の厚さとは、吸収型偏光成分ワイヤ１ａと、その全体を被覆する透明保護膜１ｂとの積層体における、格子状凸部１ｄの頂部の高さからの垂線方向における最高部の高さまでの距離ｔ２から、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの厚さｔ１を差し引き、２で除した値をいう。
【００４５】
本発明者らの検討により、基材の格子状凸部１ｄがなく、平坦な基材を用いた場合は吸収型偏光成分ワイヤの形状、膜厚、透明保護膜の有無によらず、ｉ）高透過率と低反射率は相反する特性を示すこと、ii）透過率、反射率の波長分散性が大きくなること、がわかっている。このことから、格子状凸部を有する基材に、透明保護膜で全体を被覆された吸収型偏光成分ワイヤの薄膜を形成する本発明の構成の有効性がわかる。
【００４６】
前記した構成の吸収型ワイヤグリッド偏光子であると、後述する反射型ワイヤグリッド偏光子と一体化した時、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の反射率は低く、反射型ワイヤグリッド偏光子側からの入射光の反射率が増加するので、液晶などの表示デバイスに適用した場合、バックライト側の光利用効率が向上し特に好ましい。
【００４７】
上記した吸収型ワイヤグリッド偏光子の製造方法について、つぎに説明する。
図３は本発明の製造方法の概略を示した図であり、格子状凸部を有する基材１７を物理的製膜装置１８内に設置し、基材１７の格子状凸部の格子方向と製膜材料源１５の入射方向との角度θを固定板１６で一定に保持し、格子状凸部の斜面上の片側に吸収型偏光成分と透明保護膜とを製膜する。基材に対する製膜材料の入射方向の角度θは、吸収型偏光成分ワイヤ１ａの格子状凸部を覆う面積や、格子状凸部の斜面上の片側にのみ吸収型偏光成分と透明保護膜を形成することを考慮すると、２０度以上６０度以下が好ましい。また、角度θは２５度以上５０度以下の範囲であると、得られる吸収型ワイヤグリッドの光学特性が好ましい範囲になりやすくより好ましい。
【００４８】
また、製膜工程中の製膜装置内において、製膜原料源から放出された製膜原料は、製膜装置内の残留ガス分子などと衝突すると散乱されてしまい、基材へ直進しなくなってしまう。従って、前記斜面上の片側にのみに吸収型偏光成分ワイヤ１ａを配置する為には、可能な限り製膜原料を直進させることが必要となる。
【００４９】
ある単位体積内において、製膜原料源から放出された製膜原料が、存在するガス粒子と、衝突するまでに進むことのできる距離を統計学的に平均したものを、平均自由工程Λと呼ぶ。ここで、絶対温度をＴ（Ｋ）、製膜装置内圧力をＰ（Ｐａ）としたときの体積１ｃｍ３あたりの残留ガス分子の個数ｎは、
ｎ＝７．２５×１０１６・Ｐ／Ｔ
で与えられ、このとき、平均自由工程Λは、それぞれの分子の半径をｒ，ｒ´とすると、
Λ＝１／（√２・ｎπ・（ｒ＋ｒ´）２）
で与えられる。
【００５０】
例えば、２７℃における製膜装置内圧力が０．６Ｐａのとき、製膜原料タンタルの分子半径を０．１４ｎｍ、ガス粒子アルゴンの分子半径を０．１８ｎｍとすると、平均自由工程はおおよそ１５ｍｍとなる。
【００５１】
一般的なスパッタリング装置などの製膜装置では、製膜原料源から基材までの距離Ｔｓは、おおよそ１００ｍｍ程度であり、上記の例では、製膜原料タンタルが基材へ到達するまでの間に、ガス粒子アルゴンと７回程度の衝突を起こすことを意味し、衝突回数が増えるにつれて、放出された製膜原料の直進性は減少していく。衝突回数が増加するにつれ、製膜原料の入射方向に対する垂直方向の成分が増加する。本発明者は、この特性を利用し、鋭意検討した結果、本発明の製造方法を見出した。
【００５２】
すなわち、本発明の吸収型ワイヤグリッド偏光子の製造方法において、ＴｓとΛの比Ｎ＝Ｔｓ／Λを、前記透明保護膜の製膜におけるＮを吸収型偏光成分の製膜におけるＮの１．５倍以上とすると、上記した製膜原料の入射方向に対する垂直成分が増加するため、吸収型偏光成分ワイヤの断面周囲を透明保護膜で覆うことができ好ましい。
【００５３】
具体的には、まず基材を製膜装置に好ましい角度で設置し、透明保護膜を基材に所定厚み製膜する。つぎに、基材と製膜原料源との角度を同一に保持したまま、所定厚みの吸収型偏光成分を製膜する。このとき、ＴｓとΛの比Ｎを透明保護膜製膜時の１／１．５倍以下となるようＴｓや製膜圧力などの製膜条件を調整する。さらに続けて、基材と製膜原料源との角度を同一に保持したまま、再びＮ＝Ｔｓ／Λを、１層目の透明保護膜製膜条件に戻し、透明保護膜を所定厚み製膜する。
【００５４】
以上の手順により、格子状凸部の斜面上の片側に、透明保護膜で全体を被覆された吸収型偏光成分ワイヤを製膜でき、本発明のワイヤグリッド偏光子における吸収型ワイヤグリッド偏光子を得ることができる。
【００５５】
本発明における物理的製膜方法とは、スパッタリング法または真空蒸着法のいずれかを用いると、前記したＴｓと平均自由工程Λの比Ｎ＝Ｔｓ／Λを簡便に調整できるので好ましい。
【００５６】
したがって、本発明におけるワイヤグリッド偏光子の製造方法は、基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子の製造方法であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材を準備する工程と、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で透明保護膜を製膜する第１製膜工程と、前記透明保護膜上に吸収型偏光成分を製膜する第２製膜工程と、前記吸収型偏光成分を覆うように前記透明保護膜を製膜する第３製膜工程と、を具備して製造され、前記基材に対する製膜材料の入射角度が同一であり、前記第１製膜工程及び／又は前記第３製膜工程における製膜材料源−基材間距離（Ｔｓ）と平均自由工程（Λ）との間の比Ｎ（Ｔｓ／Λ）が、前記第２製膜工程における比Ｎの１．５倍以上であることを特徴とする。
【００５７】
次に本発明の偏光子における反射型偏光子について、図を用いて説明する。
図４は図１の反射型ワイヤグリッド偏光子２を拡大図示した概略断面斜視図である。図４に示す反射型ワイヤグリッド型偏光子は、表面に格子状凸部２ｄを有する基材２ｃと、格子状凸部２ｄを被覆し、格子状凸部２ｄを含む基材２ｃ上の領域に立設された、反射型偏光成分で構成された金属ワイヤ２ａとから主に構成されている。
【００５８】
本発明における反射型ワイヤグリッド偏光子においては、ＴＥ波においては、透過率が１％以下で、かつ、反射率が４０％以上であると好ましく、透過率が０．１％以下で、かつ、反射率が５０％以上であるとより好ましい。ＴＭ波においては、透過率が７０％以上で、かつ、反射率が２０％以下であると好ましく、透過率が７５％以上で、かつ、反射率が１０％以下であるとより好ましい。
【００５９】
基材２ｃに用いる素材は、可視光領域で実質的に透明な素材であれば良いが、加工性に優れた樹脂であることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、基材２ｃとして、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と、ガラスなどの無機基板、上記熱可塑性樹脂、トリアセテート樹脂とを組み合わせた複合基材を用いても良い。
【００６０】
基材２ｃの格子状凸部２ｄのピッチは、可視光領域の広帯域にわたる偏光特性を考慮すると、１５０ｎｍ以下であり、好ましくは８０ｎｍから１２０ｎｍである。ピッチが小さくなるほど偏光特性が良くなるが、可視光に対しては、８０ｎｍから１２０ｎｍのピッチで十分な偏光特性が得られる。４００ｎｍ近傍の短波長光の偏光特性を重視しない場合は、ピッチを１５０ｎｍ程度まで大きくしてもよい。
【００６１】
本発明において、基材２ｃ上の格子状凸部２ｄのピッチと金属ワイヤ２ａのピッチとは、ほぼ等しく、同じピッチをとることができる。また、前記した吸収型ワイヤグリッド偏光子１とピッチを同一とする必要はなく、吸収型、反射型各々に最適なピッチを適宜、独立したピッチとできる。
【００６２】
基材２ｃ上の格子状凸部２ｄの断面形状に制限はない。これらの断面形状は、例えば、台形、矩形、方形、プリズム状や、半円状などの正弦波状を挙げることができる。ここで、正弦波状とは、凹部と凸部の繰り返しからなる曲線部をもつことを意味する。なお、曲線部は湾曲した曲線であれば、よく、例えば凸部にくびれがある形状も正弦波状に含める。また、基材２ｃ上の格子状凸部２ｄ及びその側面の少なくとも一部を金属材料が覆いやすくする観点から、前記形状の端部又は頂部、谷部は穏やかな曲率をもって湾曲していることが好ましい。また、基材２ｃ、格子状凸部２ｄと金属ワイヤ２ａとの密着強度を高くする観点から、これらの断面形状は正弦波状であることがより好ましい。さらに、同様に基材２ｃ、格子状凸部２ｄと金属ワイヤ２ａとの密着強度を高くする観点から、図示しない透明誘電体層の薄膜を設けることも好ましい。
【００６３】
基材２ｃに格子状凸部２ｄを設ける方法としては、表面にピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型を用いて、機材の表面に格子状凸部を転写して成型する方法が挙げられる。ここで、表面にピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型は、電子線ビーム描画法や干渉露光法により得た、ピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有するレジストパターンを、順に導電化処理、メッキ処理、基材の除去処理を施すことで作成できる。
【００６４】
反射型偏光成分で構成された層である金属ワイヤ２ａを構成する金属としては、可視光領域で光の反射率が高く、基材２ｃ、２ｄなどとの密着性のよいものであることが好ましい。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）又は、その合金で構成されていることが好ましい。コストの観点から、Ａｌ又はＡｌ合金で構成されていることが好ましい。
【００６５】
以上前記した吸収型ワイヤグリッド偏光子と反射型ワイヤグリッド偏光子を、光学的な平行位置で積層、固定し本発明のワイヤグリッド偏光子を得る。光学的な平行位置で積層、固定する方法としては、以下の方法が挙げられる。
【００６６】
図５において、既存の偏光子１２を透過した直線偏光を吸収型ワイヤグリッド偏光子１１に透過させる。透過光１０の光量が最小になるように吸収型ワイヤグリッド偏光子１１を、透過光１０の光軸を中心にして回転させる。図示しない偏光子１２を固定しているベースにあわせて、吸収型ワイヤグリッド偏光子１１の辺１１ａを切断する。このような操作により辺１１ａは偏光子１２の偏光軸と平行となる。同様にして反射型ワイヤグリッド偏光子についても、偏光子１２の偏光軸と平行な辺を得る。つぎに、この辺を機械的に合わせながら積層、固定することで、光学的な平行位置で吸収型ワイヤグリッド偏光子と反射型ワイヤグリッド偏光子が一体化した本発明のワイヤグリッド型偏光子を得ることができる。
【００６７】
ワイヤグリッド偏光子を積層する態様については、図１に示すように、ワイヤグリッドをそれぞれ外側に向けて反射型ワイヤグリッドと、吸収型ワイヤグリッドとを組み合わせても良く、図６に示すように、吸収型ワイヤグリッド偏光子１のワイヤグリッドが反射型ワイヤグリッド偏光子２の基板の背面に接着層７で接着されるように積層されていてもよく、ワイヤグリッドをそれぞれ内側に向けて反射型ワイヤグリッドと、吸収型ワイヤグリッドとを組み合わせても良い（図示せず）。ワイヤグリッドが対面するように積層する場合、接着層がワイヤグリッドのワイヤ間に充填されると光学特性が変わるので、接着層がワイヤ頂部のみに接している状態が好ましい。
【００６８】
以上のように簡便に光学的な平行位置でワイヤグリッド偏光子が揃ったワイヤグリッド偏光子を得られるために、簡便な装置で安価に製造することが可能である。さらに、各々の偏光子は接着するまで独立であるので、それぞれに最適で容易な製造方法を選択でき、生産効率、コストの点から鑑みて実際の工業生産において大きな利点を有する。
【００６９】
上記説明は、反射型ワイヤグリッド偏光子及び吸収型ワイヤグリッド偏光子をそれぞれ個別に作成して、両者を積層、固定して本発明のワイヤグリッド偏光子を製造する方法についての説明であるが、本発明はこれに限定されず、基材の一方の主面に反射型ワイヤグリッド偏光子用のワイヤグリッドを設け、他方の主面に吸収型ワイヤグリッド用のワイヤグリッドを設けて本発明のワイヤグリッド偏光子を製造しても良い。
【００７０】
図７は前記した一体化した表裏に反射型、吸収型を積層するための、表裏に格子状凸部を有する基材８の一例を示す概略断面斜視図である。表裏の格子状凸部は、互いに平行な位置で形成されている。表裏に互いに平行な格子状凸部を形成する方法は、表面にピッチが１５０ｎｍ以下の格子状凸部を有する型を用いて、基材の表面に格子状凸部を転写する方法が挙げられ、基材表裏に転写する型の格子状凸部の平行位置を機械的に保持しながら転写する方法や、片面に転写した後、型の格子状凸部と平行な回転軸に沿って１８０度回転させもう片面に転写する方法、などが挙げられる。
【００７１】
本発明のワイヤグリッド型偏光子においては、偏光特性を具現化する金属ワイヤ、吸収型偏光成分ワイヤの方向は、基材表面の格子状凸部でその偏光方向が決定されるので、基材表裏の格子状凸部の平行を維持した基材を使用すれば、光学的な平行位置で表裏に反射型、吸収型ワイヤグリッド偏光子を有する本発明の偏光子を簡易に得ることができる。
【００７２】
さらに、得られるワイヤグリッド偏光子の特性は、前記したような反射型ワイヤグリッド偏光子及び吸収型ワイヤグリッド偏光子をそれぞれ個別に作成し積層固定して得られるワイヤグリッド偏光子と同等の性能を有するので、各主面に設けるワイヤグリッドの製造条件は、単品ワイヤグリッド偏光子と同様で良い。また、ワイヤグリッドを基板表裏に形成するので、表裏において最適で容易な製造方法を選択でき、生産効率、コストの点において実用上の工業生産において大きな利点を有する。
【００７３】
本発明のワイヤグリッド型偏光子においては、ワイヤグリッドが無機物で構成されているので、熱や光に対する耐久性に優れており、これにより安定して偏光機能を発揮することができる。
【００７４】
次に、本発明に係る液晶表示装置に用いた場合について、図面で説明する。
図８は、本発明の実施の形態にかかる偏光子を用いた液晶表示装置を示す断面概略図である。
【００７５】
図８に示す液晶表示装置は、発光するバックライトのような照明装置２０と、この照明装置上に配置された本発明の偏光子２１及び偏光子２２に挟まれた液晶パネル２３と、から主に構成される。本発明に係る偏光子２１、２２は、バックライト側に反射型偏光子２１ａ、２２ａを向けて配置される。液晶パネル２３は透過型液晶パネルであり、ガラスや透明樹脂基板間に液晶材料などを挟持して構成されている。なお、図８の液晶表示装置中において、通常使用されている偏光子保護フィルム、位相差フィルム、拡散板、配向膜、透明電極、カラーフィルターなどの各種光学素子については、説明を省略する。
【００７６】
このような構成の液晶表示装置においては、照明装置２０から出射された光がワイヤグリッド偏光子２１の反射型ワイヤグリッド偏光子２１ａから入射し、液晶セル２３を通過し、再びワイヤグリッド偏光子２２の反射型ワイヤグリッド偏光子２２ａから入射、外界に出射される（図中３０）。この場合において、ワイヤグリッド偏光子２１、２２が可視光領域において、優れた偏光度を発揮するので、コントラストの高い表示を得ることが可能となる。また、透過しない照明装置２０からの入射光は、照明装置側に向けて反射され、再利用されることで高い輝度を得ることができる。
【００７７】
一方、外光は、ワイヤグリッド偏光子２２の吸収型ワイヤグリッド偏光子２２ｂから入射し、液晶セル２３を通過し、再びワイヤグリッド偏光子２１の吸収型ワイヤグリッド偏光子２１ｂから入射、照明装置２０に出射される（図中３１）。この場合においては、透過しない外光は、本発明のワイヤグリッド偏光子により効率良く吸収される。以上、まとめると液晶表示装置において、十分な色再現性や黒表示を実現することができる。
【００７８】
次に、本発明の効果を明確にするために行なった実施例について説明する。なお、下記実施の形態における寸法、材質などは例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、適宜変更して実施することが可能である。
【００７９】
（実施例１）
（格子状凸部を有する基材の作成）
・微細凹凸格子形状の作成
ガラス上にフォトレジストを塗布した基板に、電子線ビーム描画法を用いて、微細凹凸格子を形成した。このレジストパターンの表面と断面を、電界放出形走査電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察したところ、微細凹凸格子のピッチと高さがそれぞれ、１４５ｎｍ／１３０ｎｍ（ピッチ／高さ）であり、その断面形状がほぼ台形形状で、上面からの形状が縞状格子状となっており凸部の幅が４５ｎｍで谷部の幅が７０ｎｍであることがわかった。
【００８０】
・ニッケルスタンパ作成
得られた１４５ｎｍピッチのレジストパターン表面に、導電化処理として金をスパッタ法により３０ｎｍ被覆した後、ニッケルを電気メッキし、厚さ０．３ｍｍの微細凹凸格子を表面に有するニッケルスタンパを作成した。
【００８１】
・紫外線硬化性樹脂を用いた格子状凸部転写フィルムの作成
厚さ０．１ｍｍのポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム（以下、ＰＥＴフィルム）に紫外線硬化樹脂（東洋合成株式会社製ＰＡＫ０１）を約０．０３ｍｍ塗布し、塗布面を下にして前記１４５ｎｍピッチの微細凹凸格子を表面に有するニッケルスタンパ上に、それぞれ端部からニッケルスタンパとＰＥＴフィルムとの間に空気が入らないように載せ、ＰＥＴフィルム側から中心波長３６５ｎｍの紫外線ランプを用いて紫外線を１０００ｍＪ／ｃｍ２照射し、ニッケルスタンパの微細凹凸格子を転写した。得られた格子状凸部転写フィルムをＳＴＥＭにより観察し、その断面形状がほぼ台形形状で、上面からの形状が縞状格子状となっていることを確認した。
【００８２】
・反射型ワイヤグリッド偏光子の作成
前記した紫外線硬化性樹脂を用いて作成した格子状凸部転写フィルムに、スパッタ法を用いて誘電体を被覆した。本実施例では、誘電体として窒化ケイ素を用いた場合について、説明する。Ａｒガス圧力０．６７Ｐａ、スパッタパワー４Ｗ／ｃｍ２、被覆速度０．２２ｎｍ／秒にて誘電体の被覆を行なった。層厚み比較用サンプルとして表面が平滑なガラス基板を格子状凸部転写フィルムと同時に装置に挿入し、平滑ガラス基板への誘電体積層厚みが５ｎｍとなるように製膜を行った。
【００８３】
格子状凸部転写フィルムに誘電体層を形成した後、電子ビーム真空蒸着法（ＥＢ蒸着法）を用いて金属ワイヤを形成した。本実施例では、金属としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた。真空度２．５×１０−３Ｐａ、蒸着速度２０ｎｍ／ｓ、基板温度は常温として蒸着を行なった。層厚み比較用サンプルとして表面が平滑なガラス基板を誘電体積層格子状凸部転写フィルムと同時に装置に挿入し、平滑基板へのＡｌ蒸着厚みが１７０ｎｍとなるように蒸着を行った。なお、格子の長手方向と垂直に交わる平面内において基材面の法線と蒸着源とのなす角度は２０度とした。
【００８４】
格子状凸部転写フィルムに誘電体及びＡｌを積層した後、フィルムを室温下の０．１重量％水酸化ナトリウム水溶液中で、処理時間を３０秒〜１２０秒の間において１０秒間隔で変えながら洗浄（エッチング）し、すぐに水洗してエッチングを停止させた。フィルムを乾燥して反射型ワイヤグリッド偏光子を得た。下記の偏光性能評価から、９０秒エッチングをした反射型ワイヤグリッド偏光子を選定した。
【００８５】
得られた反射型ワイヤグリッド偏光子について、分光光度計を用いて、直線偏光に対する平行ニコル、直交ニコルでの透過光強度、反射光強度を測定した。その結果、反射型ワイヤグリッド型偏光子のＴＭ波透過率８８．７％、ＴＥ波透過率０．０４％、ＴＭ波反射率３．４％、ＴＥ波反射率８４．８％、偏光度９９．９１％であった。
【００８６】
・吸収型ワイヤグリッド偏光子の作成
前記と同様の手順で紫外線硬化性樹脂を用いて作成した格子状凸部転写フィルムに、スパッタ法を用いてＳｉＮｘを被覆した。本実施例ではシリコン（Ｓｉ）ターゲットを使用し、Ａｒガス圧力０．２５Ｐａ、Ｎ２ガス圧力０．１５Ｐａ、スパッタパワー４．４Ｗ／ｃｍ２とし、製膜速度１４ｎｍ／分で蒸着した。シリコンと格子状凸部転写フィルムとの間隔は１０５ｍｍであり、Λは２．７７ｃｍである。層厚み比較用サンプルとして表面が平滑なガラス基板を格子状凸部転写フィルムと同時に装置に挿入し、平滑基板へのＳｉＮｘ蒸着厚みが１０ｎｍとなるように蒸着をおこなった。なお、格子の長手方向と垂直に交わる平面内において基材面の法線と蒸着源とのなす角度は４０度とした。
【００８７】
つづいて、上記基材に、タンタル（Ｔａ）を用いて、Ａｒガス圧力０．１９Ｐａ、スパッタパワー４．４Ｗ／ｃｍ２とし、製膜速度３２ｎｍ／分で２７ｎｍ蒸着した。タンタルと基材との間隔、及び基材面の法線と蒸着源とのなす角度は同一とし、Λは４．６４ｃｍである。
【００８８】
さらにつづいて、再びシリコン（Ｓｉ）ターゲットを使用し、Ａｒガス圧力０．２５Ｐａ、Ｎ２ガス圧力０．１５Ｐａ、スパッタパワー４．４Ｗ／ｃｍ２とし、製膜速度１４ｎｍ／分で１０ｎｍ蒸着した。
【００８９】
得られた吸収型ワイヤグリッド型偏光子の断面を、ＳＴＥＭにより観察したところ、１０ｎｍ厚みのＳｉＮｘに周囲を囲まれた、タンタルワイヤが格子状凸部の斜面上の片側に厚さ２７ｎｍで形成されていることが確認された。また、得られた吸収型ワイヤグリッド型偏光子について、分光光度計を用いて、直線偏光に対する平行ニコル、直交ニコルでの透過光強度、反射光強度を測定した。その結果、吸収型ワイヤグリッド型偏光子のＴＥ波透過率１０．１％、ＴＭ波透過率８６．９％、ＴＭ波反射率４．３％、ＴＥ波反射率２１．０％、偏光度８０．４％であった。
【００９０】
・吸収型、反射型ワイヤグリッド偏光子の積層
前記した方法で、得られた吸収型、反射型ワイヤグリッド偏光子の周囲４辺のうち１辺について、既存偏光子を基準として偏光軸を合わせた。つづいて偏光軸をあわせた１辺を機械的に合わせながら、互いのワイヤグリッドの基板側を光学的に透明な粘着材を用いて接着、積層した。なお、接着には、日東電工（株）製透明両面接着テープＣＳ９６２１を使用した。
【００９１】
得られた偏光子について、分光光度計を用い、直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。ＴＭ波透過率７８．７％、ＴＥ波透過率０．０１１％、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率１３．９％。反射型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率４３．７％、偏光度９９．９７％であった。
【００９２】
得られたワイヤグリッド偏光子２枚を、反射型ワイヤグリッド面をバックライト側に向けて、バックライトユニット上にクロスニコルに配置した。室内照度を上げても、反射率１３．９％と低いために、外光反射光を抑えることができ、十分な黒表示を行う性能であることが確認された。
【００９３】
このワイヤグリッド偏光子を６０℃、９０ＲＨ％の条件で１０００ｈｒ暴露し、暴露後の直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。ＴＭ波透過率７９．１％、ＴＥ波透過率０．０１２％、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率１４．０％。反射型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率４４．０％、偏光度９９．９７％であり、湿熱試験による光学特性の劣化は認められなかった。
【００９４】
（比較例１）
・吸収型ワイヤグリッド偏光子の作成
ＳｉＮｘを設けない以外は、実施例１と同様の方法で厚さ２７のタンタルワイヤが格子状凸部の斜面上の片側に形成された吸収型ワイヤグリッド偏光子を得た。
【００９５】
得られた吸収型ワイヤグリッド型偏光子について、分光光度計を用いて、直線偏光に対する平行ニコル、直交ニコルでの透過光強度、反射光強度を測定した。その結果、吸収型ワイヤグリッド型偏光子のＴＥ波透過率１０．８％、ＴＭ波透過率８８．８％、ＴＭ波反射率３．８％、ＴＥ波反射率１２．３％、偏光度７８．３％であった。
【００９６】
・吸収型、反射型ワイヤグリッド偏光子の積層
実施例１に用いた反射型ワイヤグリッド偏光子を用いて、実施例１と同様の方法で接着積層した。得られた偏光子について、分光光度計を用い、直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。
【００９７】
ＴＭ波透過率７８．９％、ＴＥ波透過率０．０１１％、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率７．９％。反射型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率４３．６％、偏光度９９．９７％であった。
【００９８】
このワイヤグリッド偏光子を６０℃、９０ＲＨ％の条件で１０００ｈｒ暴露し、暴露後の直線偏光に対する透過光強度、反射光強度を測定した。ＴＭ波透過率７８．７％、ＴＥ波透過率０．０１８％、吸収型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率１１．８％。反射型ワイヤグリッド偏光子側の全光反射率４４．０％、偏光度９９．９５％であり、湿熱試験によりＴＥ波透過率が約６４％増加したために、偏向度の低下が見られた。
【００９９】
このように本発明にかかるワイヤグリッド偏光子は、簡易な構成で、外光を効率良く吸収し、かつ、バックライト側の高反射率のために光利用効率が高く、ＬＣＤのような表示装置に配設した場合に十分な色再現性と黒表示を実現できる。また、本発明にかかるワイヤグリッド偏光子は、偏光機能の発現を全て無機材料で構成しているために、耐久性に優れるものである。
【０１００】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態における寸法、材質などは例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態における偏光板については、板状の部材である必要はなく、必要に応じてシート状、フィルム状であっても良い。上記実施の形態においては、ワイヤグリッド偏光板を液晶表示装置に適用した場合について説明しているが、本発明は偏光が必要とされる液晶表示装置以外のデバイスなどに同様に適用することができる。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の概略断面斜視図である。
【図２】本発明を構成する吸収型ワイヤグリッド偏光子を拡大図示した概略断面斜視図である。
【図３】本発明の製造方法における吸収型ワイヤグリッド偏光子の製造方法の一例を示した概略図である。
【図４】本発明を構成する反射型ワイヤグリッド偏光子を拡大図示した概略断面斜視図である。
【図５】本発明のワイヤグリッド偏光子を構成するための積層、固定する工程の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の、他の構成の一例を示す概略断面斜視図である。
【図７】本発明を構成する基材の一例を示す概略断面斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る偏光子を用いた液晶表示装置を示す断面概略図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１，２１ｂ，２２ｂ 吸収型ワイヤグリッド偏光子
１ａ 吸収型偏光成分ワイヤ
１ｂ 透明保護膜
１ｃ，２ｃ，８，１７ 基材
１ｄ，２ｄ 格子状凸部
２，２１ａ，２２ａ 反射型ワイヤグリッド偏光子
２ａ 金属ワイヤ
３，２１，２２ ワイヤグリッド偏光子
４，５ 入射光
７ 接着層
１０ 偏光軸
１１ａ 変更軸と一致した辺
１２ 偏光子
１５ 製膜材料源
１６ 固定板
１８ 物理的製膜装置
２０ 照明装置
２３ 液晶セル
３０ バックライト入射光
３１ 外光入射光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で設けられた透明保護膜と、前記透明保護膜内に埋設された吸収型偏光成分と、で構成されていることを特徴とするワイヤグリッド偏光子。
【請求項２】
横断面視において前記吸収型偏光成分の厚さが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項３】
前記吸収型偏光成分がＷ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｔａ及びこれらのうち少なくとも一つを主成分とする合金からなる群から選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項４】
横断面視において前記透明保護膜の厚さが５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項５】
前記透明保護膜がＳｉＮｘを含む無機材料で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項６】
前記反射型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、この基材の凸部上に形成され、反射型偏光成分で構成された層と、を具備することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項７】
表示デバイスと、前記表示デバイスに光を照射する照明手段と、請求項１から請求項６のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子と、を具備し、前記反射型ワイヤグリッド偏光子が前記照明手段側に配置されることを特徴とする表示装置。
【請求項８】
基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子の製造方法であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材を準備する工程と、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で透明保護膜を製膜する第１製膜工程と、前記透明保護膜上に吸収型偏光成分を製膜する第２製膜工程と、前記吸収型偏光成分を覆うように前記透明保護膜を製膜する第３製膜工程と、を具備して製造され、前記基材に対する製膜材料の入射角度が同一であり、前記第１製膜工程及び／又は前記第３製膜工程における製膜材料源−基材間距離（Ｔｓ）と平均自由工程（Λ）との間の比Ｎ（Ｔｓ／Λ）が、前記第２製膜工程における比Ｎの１．５倍以上であることを特徴とするワイヤグリッド偏光子の製造方法。
【請求項１】
基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で設けられた透明保護膜と、前記透明保護膜内に埋設された吸収型偏光成分と、で構成されていることを特徴とするワイヤグリッド偏光子。
【請求項２】
横断面視において前記吸収型偏光成分の厚さが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項３】
前記吸収型偏光成分がＷ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｔａ及びこれらのうち少なくとも一つを主成分とする合金からなる群から選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項４】
横断面視において前記透明保護膜の厚さが５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項５】
前記透明保護膜がＳｉＮｘを含む無機材料で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項６】
前記反射型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材と、この基材の凸部上に形成され、反射型偏光成分で構成された層と、を具備することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項７】
表示デバイスと、前記表示デバイスに光を照射する照明手段と、請求項１から請求項６のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光子と、を具備し、前記反射型ワイヤグリッド偏光子が前記照明手段側に配置されることを特徴とする表示装置。
【請求項８】
基材上に吸収型偏光成分を格子状に配置した吸収型ワイヤグリッド偏光子と、基材上に反射型偏光成分を格子状に配置した反射型ワイヤグリッド偏光子と、を積層してなるワイヤグリッド偏光子の製造方法であって、少なくとも前記吸収型ワイヤグリッド偏光子は、格子状に凸部を有する基材を準備する工程と、横断面視において前記凸部の側面の一部を含む領域にわたって片寄った状態で透明保護膜を製膜する第１製膜工程と、前記透明保護膜上に吸収型偏光成分を製膜する第２製膜工程と、前記吸収型偏光成分を覆うように前記透明保護膜を製膜する第３製膜工程と、を具備して製造され、前記基材に対する製膜材料の入射角度が同一であり、前記第１製膜工程及び／又は前記第３製膜工程における製膜材料源−基材間距離（Ｔｓ）と平均自由工程（Λ）との間の比Ｎ（Ｔｓ／Λ）が、前記第２製膜工程における比Ｎの１．５倍以上であることを特徴とするワイヤグリッド偏光子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１０７９０３（Ｐ２０１０−１０７９０３Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８２２６１（Ｐ２００８−２８２２６１）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（３０９００２３２９）旭化成イーマテリアルズ株式会社 (771)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（３０９００２３２９）旭化成イーマテリアルズ株式会社 (771)
【Ｆターム（参考）】
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