偏光分離フィルム、偏光分離フィルムの製造方法、および液晶表示装置
【課題】偏光分離性能に優れ、かつ、簡便なプロセスで製造できる偏光分離フィルム、偏光分離フィルムの製造方法、および液晶表示装置を提供する。
【解決手段】表面に、互いに略平行に伸びる複数列の溝部が形成された、透明で長尺な樹脂フィルムを含んでなる基板と、基板の表面に正対した位置から見た際に、溝部を含む基板の表面の全体を覆うように形成された吸光性薄膜層とを有し、垂直断面において下記条件（１）〜（５）を満たす偏光分離フィルム。（１）０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）、（２）ｎ1が２．５以上、または、ｋ1が１．５以上、（３）溝部の傾斜を表わすパラメータθが６０〜９０°、（４）ｄ＜（λ0／ｎ0）、（５）０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ。なお、ｈ0は溝部の深さを、ｈ1は吸光性薄膜層の厚さを、δは、計算値λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２をそれぞれ示す。
【解決手段】表面に、互いに略平行に伸びる複数列の溝部が形成された、透明で長尺な樹脂フィルムを含んでなる基板と、基板の表面に正対した位置から見た際に、溝部を含む基板の表面の全体を覆うように形成された吸光性薄膜層とを有し、垂直断面において下記条件（１）〜（５）を満たす偏光分離フィルム。（１）０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）、（２）ｎ1が２．５以上、または、ｋ1が１．５以上、（３）溝部の傾斜を表わすパラメータθが６０〜９０°、（４）ｄ＜（λ0／ｎ0）、（５）０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ。なお、ｈ0は溝部の深さを、ｈ1は吸光性薄膜層の厚さを、δは、計算値λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２をそれぞれ示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光分離フィルム、偏光分離フィルムの製造方法、および液晶表示装置に関し、特に、優れた偏光分離性能を有するとともに、簡便なプロセスで製造できる偏光分離フィルム、偏光分離フィルムの製造方法、および前記偏光分離フィルムを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型・薄型の偏光分離素子として、ワイヤグリッド偏光子が知られている（非特許文献１参照）。ワイヤグリッド偏光子は、偏光分離の対象となる電磁波の波長よりも小さな間隔で金属等からなる微細ワイヤを略平行に配列したものである。このような構成のワイヤグリッド偏光子は、ワイヤに平行な方向に振動する電磁波を反射するとともに、この振動方向と垂直な方向に振動する電磁波を透過する機能を有している。ワイヤグリッド偏光子は、他の偏光子に比べて、比較的簡単な構造でありながら、透過する偏光の透過率と透過しない偏光の透過率との比を示すコントラストが高く、かつ、透過する偏光の透過率を大きくできる利点を有し、偏光分離性能に優れている。
【０００３】
しかしながら、上述したように、ワイヤグリッド偏光子では、対象となる電磁波の波長よりも小さな間隔で微細ワイヤを配列させる必要があるため、特に、可視光のような波長の短い電磁波を偏光分離の対象とする場合には、微細ワイヤの間隔調整が困難である。また、このようなワイヤグリッド構造を形成するためには、一般的には、電子ビーム描画等のスループットの低いプロセスでワイヤグリッド形状に金属薄膜等をエッチングする必要があり製造に時間がかかる。従って、このようなワイヤグリッド偏光子の製造が煩雑であるという問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献１には、製作が容易なワイヤグリッド偏光子として、基板として樹脂フィルムを用いた偏光分離フィルムが提案されている。このような偏光分離フィルムは、透明な樹脂フィルム上に金属薄膜を形成した後、この樹脂フィルムを加熱、延伸することにより製造される。これにより、偏光分離フィルムは、延伸方向に直交する方向に沿って金属薄膜に割れが発生し、樹脂フィルム上に異方形状の金属部分（ワイヤグリッド構造）を形成することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０７４９３５号公報
【非特許文献１】Ｈ．Ｈｅｒｔｚ、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗａｖｅｓ」、Ｍａｃｍｉｌｌａｎ ＆ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄ．、Ｌｏｎｄｏｎ、１８９３、ｐ．１７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような方法で製造した偏光分離フィルムのワイヤグリッド構造では、微細ワイヤの周期、厚み、方向、長さなどの制御が難しく、高い偏光分離性能を発現させることが困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、偏光分離性能に優れ、かつ、簡単に製造できる偏光分離フィルム、偏光分離フィルムの製造方法、および、このような偏光分離フィルムを利用することにより、光の利用効率を高めることができる液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の偏光分離フィルムは、表面に、互いに略平行に伸びる複数列の溝部が形成された、透明で長尺な樹脂フィルムからなる基板と、この基板の表面に正対した位置から見た際に、前記溝部を含む基板の表面の全体を覆うように形成された吸光性薄膜層と、を有し、下記条件（１）と、当該偏光分離フィルムの垂直断面において、下記の条件（２）〜（５）を満たすことを特徴とする。
【０００９】
（１）ｎ1が２．５以上、または、ｋ1が１．５以上である。
【００１０】
（２）−０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）
【００１１】
ここで、ｈ0は、基板の表面に形成された溝部の深さを示す。ｈ1は、吸光性薄膜層の厚さを示す。δは、λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２を示す。ｎ1、ｋ1は、それぞれ、吸光性薄膜層での波長λ0での複素屈折率の実部および虚部を示す。λ0は、対象となる光の真空中の波長を示す。
【００１２】
（３）前記溝部の側面部分に対応する直線と、前記基板表面を表す直線とがなす前記溝部側の角度の、前記溝部の高さ方向に対する平均角度θが６０〜９０°である。なお、平均角度θを数式で表すと下記式（Ａ）となる。
【００１３】
【数３】
【００１４】
ここで、ｚは、溝部の底面を高さ０とした場合の高さ方向の距離（ｈ0が溝部の最上部となる）を示す。θ（ｚ）は、高さｚにおける前記角度を示す。つまり、式（Ａ）は、θをｚの関数として積分してｈ0で除することにより得られる角度の平均値を示している。
【００１５】
（４）ｄ＜（λ0／ｎ0）
【００１６】
ここで、ｄは、隣接する前記溝部の間隔を示す。
【００１７】
（５）０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ
ここで、ｔは、前記溝部の平均幅を示す。
【００１８】
本発明によれば、前記（１）〜（５）を満たすような形状の溝部を基板に形成することにより、偏光分離性能を高めることができる。
また、例えば、エンボス加工等の比較的単純なプロセスで、透明で長尺な樹脂フィルムに対して所定の溝部を連続的に形成し、この溝部が形成された基板に対して金属等の吸光性薄膜層を蒸着等により形成した簡単な構成であるため、偏光分離フィルムを簡単に製造できる。さらに、基板に正対した位置から見た際に、溝部を含む基板の表面の全体を覆うように基板の表面に対して正面から吸光性薄膜層を形成すればよいため、基板の表面に対して斜めから蒸着するような複雑なプロセスを行う必要がなく、製造効率を高めることができる。
【００１９】
このような偏光分離フィルムにおいて、前記吸光性薄膜層が、前記溝部の側面部分にも形成されていてもよい。このような構成によれば、基板の表面に形成する吸光性薄膜層の厚さを、従来のワイヤグリッド構造の場合に比べて１／２以下程度とすることができるため、偏光分離フィルムの製造効率を高めることができる。
【００２０】
この際、前記吸光性薄膜層が、前記基板の表面と前記溝部の側面部分とに亘って連続的に形成されていてもよい。このような構成によれば、基板と吸光性薄膜層との密着性が高まり、偏光分離性能を安定的に発揮できる。
【００２１】
以上の偏光分離フィルムにおいて、前記吸光性薄膜層の表面側に設けられた保護層をさらに有していてもよい。このような構成によれば、吸光性薄膜層が保護層により被覆されるため、吸光性薄膜層がむき出しにはならない。このため、偏光分離フィルムの取り扱い性が向上するとともに、基板から吸光性薄膜層が剥がれ落ちることによる偏光分離性能の低下を確実に防止できる。
【００２２】
以上の偏光分離フィルムにおいて、前記吸光性薄膜層がアルミニウムにより構成されていてもよく、この場合には、高性能の偏光分離フィルムを高効率に製造することができる。
【００２３】
本発明の偏光分離フィルムの製造方法は、互いに略平行に伸びる複数列の溝部が表面に形成された、透明で長尺な樹脂フィルムからなる基板と、この基板の表面に正対した位置から見た際に、前記溝部を含む基板の表面全体を覆うように形成された吸光性薄膜層とを有し、前記の条件（１）の条件と、垂直断面図において、（２）〜（５）を満たす偏光分離フィルムを、所定のパターンが形成された金型を押し当てて、前記基板の表面に前記溝部を形成するエンボス加工工程と、前記溝部が形成された基板の表面に前記吸光性薄膜層を形成する薄膜形成工程と、を経て製造することを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、例えば、所定パターンが形成された金型に相当するエンボスロールに、透明で長尺な樹脂フィルムを連続的に通して樹脂フィルムの表面に溝部を形成した後（エンボス加工工程）、蒸着等により基板の表面に吸光性薄膜層を連続的に形成することができる（吸光性薄膜層形成工程）。このため、偏光分離フィルムを効率よく製造できる。
【００２５】
本発明は、光源と、第一の吸収型偏光子と、液晶セルと、第二の吸収型偏光子とを、この順に備える液晶表示装置であって、前記光源と前記第一の吸収型偏光子との間に、前記偏光分離フィルムが設けられていることを特徴とする。本発明によれば、偏光分離フィルムにより光源から出射された光を有効に利用できるため、高輝度な液晶表示装置を提供できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、樹脂フィルムを含んでなり、かつ所定形状に加工された基材を用い、この基材の表面に吸光性薄膜層を設けることにより、偏光分離性能に優れ、かつ、簡便なプロセスで製造できるという効果がある。また、このような偏光分離フィルムを液晶表示装置に用いることにより、光の利用効率をより一層高めることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の偏光分離フィルムは、表面に、互いに略平行に伸びる複数列の溝部が形成された、透明で長尺な樹脂フィルムを含んでなる基板と、この基板の表面に正対した位置から見た際に、溝部を含む基板の表面の全体を覆うように形成された吸光性薄膜層とを有し、溝部の形状等が所定の条件を満たすものである。
【００２８】
基板は、透明で長尺な樹脂フィルムを含んで構成されている。基板の表面には、互いに略平行に伸びる一次元格子状の複数列の溝部が形成されている。樹脂フィルムとしては、光学特性（偏光子として使用する際の光の波長全てに対しての値）として、単体での光線透過率が８０％以上であり、８６％以上であることが好ましい。また、樹脂フィルムのヘイズは、２．０％以下であり、１．０％以下であることが好ましい。樹脂フィルムの複素屈折率は、実部ｎ０が１．４〜１．８、虚部ｋ０がほぼ０であることが好ましい。
【００２９】
また、基板は、ほぼ平面状に形成されていることが好ましく、全体として曲面状に形成されていてもよい。さらに、基板は、幅方向に対して少なくとも５倍程度以上の長さを有する長尺状に形成され、好ましくは、幅方向に対して１０倍以上の長さを有するものである。具体的には、基板は、ロール状に巻かれて、保管または運搬される程度の長さを有することが好ましい。
【００３０】
樹脂フィルムを構成する材料としては、脂環式構造を有する樹脂、ポリエチレンやポリプロピレン等の鎖状オレフィン重合体、トリアセチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、アモルファスポリオレフィン、変性アクリルポリマー、エポキシ樹脂等の各種透明プラスチックが挙げられる。これらは１種単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、脂環式構造を有する樹脂又は鎖状オレフィン重合体が好ましく、透明性、低吸湿性、寸法安定性、軽量性等の観点から、ノルボルネン重合体樹脂等の脂環式構造を有する樹脂がより好適である。また、基板としては、石英や光学ガラスに、前記樹脂フィルムを貼り合わせた積層体も用いることができる。
【００３１】
吸光性薄膜層は、基板の表面に正対した位置から見た際に、溝部を含む基板の表面の全体を覆うように形成されている。なお、溝部を含む基板の表面の全体とは、厳密な意味での全面でなく、基板の表面に平行な平面での平面図を考えた際に、吸光性薄膜層で被覆された領域が、基板表面の全面積のおよそ９５％以上である場合を含んでいる。被覆された領域がおよそ９５％よりも小さくなると、偏光分離性能を十分に発揮できなくなる場合がある。
【００３２】
吸光性薄膜層に用いられる材料としては、複素屈折率の実部と虚部の絶対値の差が大きく、少なくともそれらのうちどちらか一方の値が大きい材料が好ましい。具体的には、
金属や半導体が挙げられる。金属としては、マグネシウム、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、インジウム、スズ、アンチモン、タングステン、イリジウム、プラチナ、金、タリウム等が挙げられる。これらは１種単独で、あるいは２種以上を組み合わせて合金としても用いることができる。中でもマグネシウム、アルミニウム、クロム、ルテニウム、ロジウム、銀、インジウム、スズ、アンチモン、金が好適である。半導体としては、シリコン、ゲルマニウムといった単元素半導体や、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＧｅ、ＧａＴＺｎ３Ｐ２、Ｐｂ１−ｘＳｎｘＴｅなどといった化合物半導体が挙げられる。これらの中でもシリコン、ＳｉＧｅ、ＧａＴＺｎ３Ｐ２、Ｐｂ１―ｘＳｎｘＴｅが好適である。
【００３３】
本発明における溝部の形状や、吸光性薄膜層の厚さ、複素屈折率などには、特別な関係を満足する必要があり、具体的には、下記条件（１）〜（５）を満足する必要がある。
【００３４】
（１）ｎ1が２．５以上、または、ｋ1が１．５以上である。
【００３５】
（２）−０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）
【００３６】
（３）下記式（Ａ）により算出される平均角度θが６０〜９０°である。
【数４】
【００３７】
（４）ｄ＜（λ0／ｎ0）
【００３８】
（５）０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ
【００３９】
なお、ｈ0は、基板の表面に形成された溝部の深さを示す。ｈ1は、吸光性薄膜層の厚さを示す。δは、λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２を示す。ｎ1、ｋ1は、それぞれ、吸光性薄膜層での波長λ0での複素屈折率の実部および虚部を示す。λ0は、対象となる光の真空中の波長を示す。
【００４０】
また、ｚは、溝部の底面を高さ０とした場合の高さ方向の距離（ｈ0が溝部の最上部となる）を示す。θ（ｚ）は、高さｚにおける、溝部の側面部分に対応する直線と、基板表面を表す直線とがなす溝部側の角度を示す。平均角度θは、溝部の側面部分が直線でない場合に、側面部分を微小部分に分割し、各微小部分における接線と、その位置での基板表面を示す直線とのなす角度を、溝部の底面（高さ０）から溝部の最上部（高さｈ0）まで高さ方向に積分して、その平均値として算出した角度のことである。なお、溝部の側面部分がほぼ直線に近い形状となる場合には、平均角度θは、垂直断面形状において、側面部分の最下部および側面部分の最上部を結んだ直線と基板表面とのなす角度としてもよい。
【００４１】
また、ｄは、隣接する溝部の間隔を示し、ｔは、溝部の平均幅を示す。
【００４２】
なお、照射される光が複数の波長を含む場合には、全ての波長に対してこのような条件を満たすことにより、偏光分離フィルムの偏光分離性能、すなわち良好なコントラストを保つことができる。
【００４３】
また、本偏光分離フィルムの溝部としては、同じ形状の溝部が、厳密に平行に同じ間隔で並んでいることが偏光性能の均一性、安定性などの点から好ましいが、それぞれ１０〜２０％程度の形状誤差があってもよい。この場合、偏光分離フィルムの形状等を表す各符号ｈ0、ｈ1、θ、ｄ、ｔなどは平均値として表される。
【００４４】
ここで、これらの各符号の寸法について、図２を用いて簡単に説明する。
図２は、本発明の第一の実施形態に係る偏光分離フィルムの一部を示す垂直断面図である。図２に示すように、偏光分離フィルム１２は、表面に、互いに略平行に伸びる複数列の溝部Ｙが形成された基板ａと、基板ａの表面側に形成された吸光性薄膜層ｂとを有している。図２において、溝部Ｙは、下辺より上辺の方が大きな断面逆等脚台形状に形成されている。溝部Ｙが断面逆等脚台形状であるため、吸光性薄膜層ｂは、基板ａの表面に正対した位置から見た際に溝部Ｙを含む基板ａの表面全体を覆うように、すなわち、基板ａの表面および溝部Ｙの表面（側面部分および底面）に亘って連続的に形成されている。このような断面逆等脚台形状の溝部Ｙが基板ａに形成された場合には、各符号ｈ0，θ，ｄの値は、図２に示す各位置の寸法として示される。なお、吸光性薄膜層の厚さｈ1は、基板の表面での厚さと、溝部の底面での厚さとの平均値として求められる。
【００４５】
本発明の溝部の幅ｔは、溝部の高さ方向に対する溝部の幅の平均値である。数式として表せば下記式（Ｂ）で表される。
【００４６】
【数５】
【００４７】
ここで、ｔ（ｚ）は、前記位置ｚにおける溝部の幅を表す。例えば、図２に示すように、溝部の断面形状が逆等脚台形状である場合には、溝部の高さ方向の中間位置における溝部の幅が溝部の幅ｔとなる。
【００４８】
ここで、溝部の深さｈ0は、吸光性薄膜層の厚さｈ1より大きいことが好ましい。また、波長λ0での吸光性薄膜層の複素屈折率の虚部ｋ1は２以上であることが好ましく、３以上であることがより好ましい。ｈ0、ｈ1、ｋ1を、このような範囲とすることにより、偏光分離性能を高めることができる。
【００４９】
また、角度θ（ｚ）の積分平均角度を示す平均角度θは、７０〜９０度であることが好ましく、８０〜９０度であることがより好ましい。また、溝部の幅ｔは、０．２ｄ＜ｔ＜０．７ｄとすることが好ましく、０．２５ｄ＜ｔ＜０．６ｄとすることがより好ましい。平均角度θおよび幅ｔを前記範囲とすることにより、偏光分離性能の向上を図ることができるとともに、偏光分離フィルムの製造を容易にできる利点がある。
【００５０】
本発明では、例えば図２に示すように、吸光性薄膜層が、溝部の側面部分にも形成されていることが好ましく、基板の表面と溝部の側面部分とに亘って連続的に形成されていることがより好ましい。溝部の側面部分にも吸光性薄膜層を形成することにより、十分な偏光分離機能を有しつつ、吸光性薄膜層の全体としての厚さを薄くすることができる。このため、吸光性薄膜層の蒸着等にかかる手間を軽減でき、偏光分離フィルムの製造が容易となる。また、吸光性薄膜層を連続的に形成することにより、基板と吸光性薄膜層との密着性が向上し、偏光分離フィルムのどの領域でも同様の偏光分離性能を発揮でき、品質が安定する。また、吸光性薄膜層を大面積に均一に製膜することが容易になるため、製造上も好適である。
【００５１】
ただし、本発明の偏光分離フィルムとしては、図１に示すものであってもよい。
図１は、本発明の第二の実施形態に係る偏光分離フィルムの一部を示す垂直断面図である。図１に示すように、偏光分離フィルム１１は、図２に示す偏光分離フィルム２とは、溝部の垂直断面形状が相違している。すなわち、図１において、溝部Ｘは、断面矩形状に形成されている。この場合には、吸光性薄膜層ｂは、基板ａの表面に正対した位置から見た際に溝部Ｘを含む基板ａの表面全体を覆うように、すなわち、基板ａの表面および溝部Ｘの底面にのみ形成される。換言すれば、溝部Ｘの側面部分には、吸光性薄膜層ｂが形成されないことになる。このような断面矩形状の溝部Ｘが基板ａに形成された場合には、各符号ｈ0、ｈ1、d、t、は、図１に示す各位置の寸法を示す。
【００５２】
ところで、本発明においては、溝部の形状を維持する観点から、吸光性薄膜層の表面側に保護層が設けられていてもよい。保護層としては透明であればよく、具体的には脂環式構造を有する樹脂、ポリエチレンやポリプロピレン等の鎖状オレフィン重合体、トリアセチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、アモルファスポリオレフィン、変性アクリルポリマー、エポキシ樹脂等からなる透明プラスチック層や、石英、各種光学ガラスなどのからなる透明無機物層などが挙げられる。
【００５３】
透明保護膜を積層する手法としては特に限定はないが、ラミネーターを用いて保護フィルムを積層する方法や、市販されている各種光学用接着剤を塗布し硬化させる方法、物理蒸着法、化学蒸着法などを挙げることができる。
【００５４】
次に、本発明の偏光分離フィルムを製造する方法について説明する。
本発明の偏光分離フィルムは、所定のパターンが形成された金型である転写用型を押し当てて、基板の表面に溝部を複数列形成した後（エンボス加工工程）、溝部が形成された基板の表面に吸光性薄膜層を形成する（薄膜形成工程）ことにより製造される。
【００５５】
転写用型は、目的とする溝形状とは逆のパターンが表面に施された型であり、その形状は、平板であってもよいが、ロール形状の方が好ましい。
基板に溝部を転写する方法としては、例えば、ロール状転写型とゴムロールとの間に樹脂フィルムを通過させながら圧し挟み、転写型表面にある溝形状の逆パターン（目的の溝形状）を樹脂フィルム上に転写する方法が挙げられる。この際、挟み圧力や、転写型温度、ゴムロール温度、フィルム基板温度、フィルム送り速度等の転写条件は適宜選択すればよい。
【００５６】
なお、型に用いる材料としては、特に制限されないが、型表面は、適当な硬度を有するもので形成されていることが好ましく、例えば、電着又は無電解めっきにより形成された金属膜で銅、ニッケル、ニッケル-リン合金、パラジウムなどが好ましい。また、転写用型の製法は特に限定されないが、例えば、目的の溝形状と同じパターンの形状を先端にもった工具を作成し、該工具を用いて精密微細加工機で型部材の表面に形成する方法が挙げられる。
【００５７】
吸光性薄膜層を形成する方法としては、物理蒸着または化学蒸着などが挙げられる。蒸着条件は、吸光性薄膜を構成する材料や、その厚さに応じて適宜選択すればよい。このようにして吸光性薄膜層を形成することにより、図２に示すように、吸光性薄膜が溝部を含む基板の表面に沿って連続的に形成される。この際、側面に形成される膜厚は、基板の表面や溝部の底面に形成される膜厚に比べて小さくなり、具体的には、溝部の側面部分に形成される平均膜厚は、ほぼｃｏｓθに比例する。また、基板の表面に吸光性薄膜層を蒸着させることにより、図１に示すように、吸光性薄膜が、基板の表面と溝部の底面とに段違い格子状に形成される。
以上のようにして、本発明の偏光分離フィルムが製造される。
【００５８】
ここで、基板の裏面（すなわち、吸光性薄膜とは反対側の面）に反射防止膜が設けられていてもよい。反射防止膜としては、ＭｇＦ２膜、ＳｉＯ２膜及びＴｉＯ２膜が好適で、これらを複数層含む積層膜がより好ましく、光の波長４００〜７００ｎｍの範囲における光透過率が９９％以上であればさらに好ましい。
【００５９】
以上のような偏光分離フィルムでは、偏光分離フィルムに入射される光において、溝部の長手方向に平行な方向の偏光は、偏光分離フィルムをほぼ吸光性媒体としてみなし、溝部の長手方向に垂直な方向の偏光は、偏光分離フィルムをほぼ誘電体とみなす。このため、入射光のうち、一方の偏光を反射・吸収し、かつ他方の偏光を透過するような偏光分離の機能を発現できる。
【００６０】
以上のような偏光分離フィルムは、各種の用途に利用できるが、特に、液晶表示装置の輝度向上フィルムとして好適に利用できる。このような用途に利用すれば、各種波長の光に対する明るさや、コントラストの高さに優れた液晶表示装置を製造でき、パソコン、テレビジョンをはじめとする多くの表示装置に利用可能である。
【００６１】
ここで、本発明の偏光分離フィルムを備える液晶表示装置について説明する。
図３は、本発明の偏光分離フィルムを備える液晶表示装置を示す模式図である。図３に示すように、本液晶表示装置は、反射板Ｗと、光源Ｌと、拡散板Ｄと、偏光分離フィルムＩと、吸収型偏光子Ｐ１と、液晶セルＬＣと、吸収型偏光子Ｐ２とをこの順に備えて構成されている。つまり、偏光分離フィルムＩは、光源Ｌと吸収型偏光子Ｐ１との間の位置に設けられている。
【００６２】
偏光分離フィルムＩは、前述した本発明の偏光分離フィルムである。図３において、偏光分離フィルムＩに記載された矢印は、偏光分離フィルムＩの溝部の長手方向を表している。吸収型偏光子Ｐ１は、吸収軸が偏光分離フィルムＩの溝部の長手方向と平行になるように配置されている。また、吸収型偏光子Ｐ２は、吸収軸が吸収型偏光子Ｐ１の吸収軸と直交するように配置されている。
【００６３】
このような液晶表示装置において、拡散板Ｄを通して光源Ｌから出射した光が偏光分離フィルムＩに入射すると、偏光分離フィルムＩでは、溝部の長手方向に平行な偏光を反射し、溝部の長手方向に直交する偏光を透過する。さらに、偏光分離フィルムＩで反射された偏光は、光拡散板Ｄや反射板Ｗで多重反射されるなどして無偏光な光に変換される。この変換された光は、再度、偏光分離フィルムＩに入射する。この際、前述と同様に、入射した光は、溝部の長手方向に平行な偏光は反射され、溝部の長手方向に直交する偏光は透過する。このため、このような偏光分離を繰り返すことにより、吸収型偏光子Ｐ１を透過可能な偏光を増加させて、光の利用効率を高めることができる。
【実施例】
【００６４】
以下、本発明の偏光分離フィルムについて、実施例を用いてより詳細に説明する。なお、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【００６５】
＜実施例１＞
切削加工により表面に凸凹形状（所望の凸凹形状とは逆パターン）が形成された金型を用いて、透明で長尺な熱可塑性樹脂フィルムの表面をエンボス加工した後、この基板の表面に吸光性薄膜層であるアルミニウム層を積層して、偏光分離フィルムを作製した。
【００６６】
具体的には、８ｍｍ×８ｍｍ×６０ｍｍのＳＵＳ製シャンクにろう付けされた寸法０.２ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの直方体の単結晶ダイヤモンドの０.２ｍｍ×１ｍｍの面に、集束イオンビーム加工装置を用いてアルゴンイオンビームを用いた集束イオンビーム加工を行って、長さ１ｍｍの辺に平行な幅５０ｎｍ、深さ６０ｎｍの溝をピッチ１３０ｎｍで彫り込み、幅８０ｎｍ、高さ６０ｎｍの直線状の突起をピッチ１３０ｎｍで形成してなる切削工具を作製した。
【００６７】
次に、ステンレス鋼ＳＵＳ４３０でできた直径８０ｍｍ、高さ１２５ｍｍのロールの側面に、厚さ１００μｍのニッケル−リン無電解メッキを施し、精密微細加工機と上記の切削工具を用いて、ニッケル−リン無電解メッキ面に、平行な幅５０ｎｍ、高さ６０ｎｍ、ピッチ１３０ｎｍの直線状の突起を切削加工した。
【００６８】
表面温度を約２００℃に保った前記金型と、表面温度を約６０℃に保ったゴムロールとの間に、透明で長尺な樹脂フィルムとしての、ノルボルネン重合体からなる熱可塑性樹脂フィルム（日本ゼオン社製、商品名：ゼオノアフィルム■、光線透過率92％、ヘイズ＜０．１％、屈折率１．５３、厚さ約６０μm）をゴムロール側と接触するように連続的に通過させながら加圧し、フィルム表面に幅５０ｎｍ、高さ６０ｎｍのほぼ平行な複数列の溝部をピッチ（溝部の間隔）１３０ｎｍで形成した。
【００６９】
次に、スパッタリング装置を用いて、前記基板の溝部側の面に、吸光性薄膜層としてのアルミニウム層を厚み３０ｎｍで積層した。以上のようにして、図４に示すような偏光分離フィルムを作製した。また、作製した偏光分離フィルムの各寸法等を表１に示す。
【００７０】
【表１】
【００７１】
このようにして作製された偏光分離フィルムに対して、光源、偏光作成用偏光板、当該偏光分離フィルム、光検出器の順に光路上に配列した分光光度計（日本分光株式会社製）を用いて、この偏光分離フィルムに、波長４３０ｎｍ、５３０ｎｍ、６３０ｎｍの偏光を照射して、その性能を評価した。各測定波長における薄膜層の複素屈折率等を表２に示す。また、この偏光分離フィルムにおいて、最も透過しやすい偏光である、溝部の長手方向に垂直な方向に振動する光の透過率（偏光透過率）と、最も透過しにくい偏光である、溝部の長手方向に平行な方向に振動する光の透過率とを測定し、これらの比であるコントラストを求めた。偏光透過率およびコントラストの結果を表２に示す。
【００７２】
【表２】
【００７３】
各測定波長における偏光分離フィルムの各部の複素屈折率測定については、同様の材質で平板フィルム形状のものを別途用意し、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．ウーラム社製）を用いて測定したものを用いた。
また、偏光分離フィルムの形状測定については、偏光分離フィルムの一部分を断面が出るように薄壁状に集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で形状を測定した。１０周期分について、溝部の形状やアルミニウム膜厚をそれぞれ測定し、その平均値を測定値とした。
【００７４】
＜実施例２＞
実施例１と同様の方法にて、図５に示すような偏光分離フィルムを作製し、同様に評価した。この偏光分離フィルムは、実施例１の偏光分離フィルムとは溝部の形状が相違し、溝部の断面形状が逆等脚台形状である。このような偏光分離フィルムの各寸法等を表３に示す。また、その評価結果を表４に示す。
【００７５】
【表３】
【００７６】
【表４】
【００７７】
実施例１，２に示すように、上記（１）〜（５）の各条件を満足することにより、偏光透過率およびコントラストの値が十分に大きく、偏光透過率およびコントラストの点に優れていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第二の実施形態に係る偏光分離フィルムの一部を示す垂直断面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る偏光分離フィルムの一部を示す垂直断面図である。
【図３】本発明の偏光分離フィルムを備える液晶表示装置を示す模式図である。
【図４】実施例１で作製した偏光分離フィルムを示す図である。
【図５】実施例２で作製した偏光分離フィルムを示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 矢印
１１，１２ 偏光分離フィルム
ａ 基板
ｂ 吸光性薄膜層
Ｄ 拡散板
Ｉ 偏光分離フィルム
Ｌ 光源
ＬＣ 液晶セル
Ｐ１，Ｐ２ 吸収型偏光子
Ｘ，Ｙ 溝部
Ｗ 反射板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光分離フィルム、偏光分離フィルムの製造方法、および液晶表示装置に関し、特に、優れた偏光分離性能を有するとともに、簡便なプロセスで製造できる偏光分離フィルム、偏光分離フィルムの製造方法、および前記偏光分離フィルムを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型・薄型の偏光分離素子として、ワイヤグリッド偏光子が知られている（非特許文献１参照）。ワイヤグリッド偏光子は、偏光分離の対象となる電磁波の波長よりも小さな間隔で金属等からなる微細ワイヤを略平行に配列したものである。このような構成のワイヤグリッド偏光子は、ワイヤに平行な方向に振動する電磁波を反射するとともに、この振動方向と垂直な方向に振動する電磁波を透過する機能を有している。ワイヤグリッド偏光子は、他の偏光子に比べて、比較的簡単な構造でありながら、透過する偏光の透過率と透過しない偏光の透過率との比を示すコントラストが高く、かつ、透過する偏光の透過率を大きくできる利点を有し、偏光分離性能に優れている。
【０００３】
しかしながら、上述したように、ワイヤグリッド偏光子では、対象となる電磁波の波長よりも小さな間隔で微細ワイヤを配列させる必要があるため、特に、可視光のような波長の短い電磁波を偏光分離の対象とする場合には、微細ワイヤの間隔調整が困難である。また、このようなワイヤグリッド構造を形成するためには、一般的には、電子ビーム描画等のスループットの低いプロセスでワイヤグリッド形状に金属薄膜等をエッチングする必要があり製造に時間がかかる。従って、このようなワイヤグリッド偏光子の製造が煩雑であるという問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献１には、製作が容易なワイヤグリッド偏光子として、基板として樹脂フィルムを用いた偏光分離フィルムが提案されている。このような偏光分離フィルムは、透明な樹脂フィルム上に金属薄膜を形成した後、この樹脂フィルムを加熱、延伸することにより製造される。これにより、偏光分離フィルムは、延伸方向に直交する方向に沿って金属薄膜に割れが発生し、樹脂フィルム上に異方形状の金属部分（ワイヤグリッド構造）を形成することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０７４９３５号公報
【非特許文献１】Ｈ．Ｈｅｒｔｚ、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗａｖｅｓ」、Ｍａｃｍｉｌｌａｎ ＆ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄ．、Ｌｏｎｄｏｎ、１８９３、ｐ．１７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような方法で製造した偏光分離フィルムのワイヤグリッド構造では、微細ワイヤの周期、厚み、方向、長さなどの制御が難しく、高い偏光分離性能を発現させることが困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、偏光分離性能に優れ、かつ、簡単に製造できる偏光分離フィルム、偏光分離フィルムの製造方法、および、このような偏光分離フィルムを利用することにより、光の利用効率を高めることができる液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の偏光分離フィルムは、表面に、互いに略平行に伸びる複数列の溝部が形成された、透明で長尺な樹脂フィルムからなる基板と、この基板の表面に正対した位置から見た際に、前記溝部を含む基板の表面の全体を覆うように形成された吸光性薄膜層と、を有し、下記条件（１）と、当該偏光分離フィルムの垂直断面において、下記の条件（２）〜（５）を満たすことを特徴とする。
【０００９】
（１）ｎ1が２．５以上、または、ｋ1が１．５以上である。
【００１０】
（２）−０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）
【００１１】
ここで、ｈ0は、基板の表面に形成された溝部の深さを示す。ｈ1は、吸光性薄膜層の厚さを示す。δは、λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２を示す。ｎ1、ｋ1は、それぞれ、吸光性薄膜層での波長λ0での複素屈折率の実部および虚部を示す。λ0は、対象となる光の真空中の波長を示す。
【００１２】
（３）前記溝部の側面部分に対応する直線と、前記基板表面を表す直線とがなす前記溝部側の角度の、前記溝部の高さ方向に対する平均角度θが６０〜９０°である。なお、平均角度θを数式で表すと下記式（Ａ）となる。
【００１３】
【数３】
【００１４】
ここで、ｚは、溝部の底面を高さ０とした場合の高さ方向の距離（ｈ0が溝部の最上部となる）を示す。θ（ｚ）は、高さｚにおける前記角度を示す。つまり、式（Ａ）は、θをｚの関数として積分してｈ0で除することにより得られる角度の平均値を示している。
【００１５】
（４）ｄ＜（λ0／ｎ0）
【００１６】
ここで、ｄは、隣接する前記溝部の間隔を示す。
【００１７】
（５）０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ
ここで、ｔは、前記溝部の平均幅を示す。
【００１８】
本発明によれば、前記（１）〜（５）を満たすような形状の溝部を基板に形成することにより、偏光分離性能を高めることができる。
また、例えば、エンボス加工等の比較的単純なプロセスで、透明で長尺な樹脂フィルムに対して所定の溝部を連続的に形成し、この溝部が形成された基板に対して金属等の吸光性薄膜層を蒸着等により形成した簡単な構成であるため、偏光分離フィルムを簡単に製造できる。さらに、基板に正対した位置から見た際に、溝部を含む基板の表面の全体を覆うように基板の表面に対して正面から吸光性薄膜層を形成すればよいため、基板の表面に対して斜めから蒸着するような複雑なプロセスを行う必要がなく、製造効率を高めることができる。
【００１９】
このような偏光分離フィルムにおいて、前記吸光性薄膜層が、前記溝部の側面部分にも形成されていてもよい。このような構成によれば、基板の表面に形成する吸光性薄膜層の厚さを、従来のワイヤグリッド構造の場合に比べて１／２以下程度とすることができるため、偏光分離フィルムの製造効率を高めることができる。
【００２０】
この際、前記吸光性薄膜層が、前記基板の表面と前記溝部の側面部分とに亘って連続的に形成されていてもよい。このような構成によれば、基板と吸光性薄膜層との密着性が高まり、偏光分離性能を安定的に発揮できる。
【００２１】
以上の偏光分離フィルムにおいて、前記吸光性薄膜層の表面側に設けられた保護層をさらに有していてもよい。このような構成によれば、吸光性薄膜層が保護層により被覆されるため、吸光性薄膜層がむき出しにはならない。このため、偏光分離フィルムの取り扱い性が向上するとともに、基板から吸光性薄膜層が剥がれ落ちることによる偏光分離性能の低下を確実に防止できる。
【００２２】
以上の偏光分離フィルムにおいて、前記吸光性薄膜層がアルミニウムにより構成されていてもよく、この場合には、高性能の偏光分離フィルムを高効率に製造することができる。
【００２３】
本発明の偏光分離フィルムの製造方法は、互いに略平行に伸びる複数列の溝部が表面に形成された、透明で長尺な樹脂フィルムからなる基板と、この基板の表面に正対した位置から見た際に、前記溝部を含む基板の表面全体を覆うように形成された吸光性薄膜層とを有し、前記の条件（１）の条件と、垂直断面図において、（２）〜（５）を満たす偏光分離フィルムを、所定のパターンが形成された金型を押し当てて、前記基板の表面に前記溝部を形成するエンボス加工工程と、前記溝部が形成された基板の表面に前記吸光性薄膜層を形成する薄膜形成工程と、を経て製造することを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、例えば、所定パターンが形成された金型に相当するエンボスロールに、透明で長尺な樹脂フィルムを連続的に通して樹脂フィルムの表面に溝部を形成した後（エンボス加工工程）、蒸着等により基板の表面に吸光性薄膜層を連続的に形成することができる（吸光性薄膜層形成工程）。このため、偏光分離フィルムを効率よく製造できる。
【００２５】
本発明は、光源と、第一の吸収型偏光子と、液晶セルと、第二の吸収型偏光子とを、この順に備える液晶表示装置であって、前記光源と前記第一の吸収型偏光子との間に、前記偏光分離フィルムが設けられていることを特徴とする。本発明によれば、偏光分離フィルムにより光源から出射された光を有効に利用できるため、高輝度な液晶表示装置を提供できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、樹脂フィルムを含んでなり、かつ所定形状に加工された基材を用い、この基材の表面に吸光性薄膜層を設けることにより、偏光分離性能に優れ、かつ、簡便なプロセスで製造できるという効果がある。また、このような偏光分離フィルムを液晶表示装置に用いることにより、光の利用効率をより一層高めることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の偏光分離フィルムは、表面に、互いに略平行に伸びる複数列の溝部が形成された、透明で長尺な樹脂フィルムを含んでなる基板と、この基板の表面に正対した位置から見た際に、溝部を含む基板の表面の全体を覆うように形成された吸光性薄膜層とを有し、溝部の形状等が所定の条件を満たすものである。
【００２８】
基板は、透明で長尺な樹脂フィルムを含んで構成されている。基板の表面には、互いに略平行に伸びる一次元格子状の複数列の溝部が形成されている。樹脂フィルムとしては、光学特性（偏光子として使用する際の光の波長全てに対しての値）として、単体での光線透過率が８０％以上であり、８６％以上であることが好ましい。また、樹脂フィルムのヘイズは、２．０％以下であり、１．０％以下であることが好ましい。樹脂フィルムの複素屈折率は、実部ｎ０が１．４〜１．８、虚部ｋ０がほぼ０であることが好ましい。
【００２９】
また、基板は、ほぼ平面状に形成されていることが好ましく、全体として曲面状に形成されていてもよい。さらに、基板は、幅方向に対して少なくとも５倍程度以上の長さを有する長尺状に形成され、好ましくは、幅方向に対して１０倍以上の長さを有するものである。具体的には、基板は、ロール状に巻かれて、保管または運搬される程度の長さを有することが好ましい。
【００３０】
樹脂フィルムを構成する材料としては、脂環式構造を有する樹脂、ポリエチレンやポリプロピレン等の鎖状オレフィン重合体、トリアセチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、アモルファスポリオレフィン、変性アクリルポリマー、エポキシ樹脂等の各種透明プラスチックが挙げられる。これらは１種単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、脂環式構造を有する樹脂又は鎖状オレフィン重合体が好ましく、透明性、低吸湿性、寸法安定性、軽量性等の観点から、ノルボルネン重合体樹脂等の脂環式構造を有する樹脂がより好適である。また、基板としては、石英や光学ガラスに、前記樹脂フィルムを貼り合わせた積層体も用いることができる。
【００３１】
吸光性薄膜層は、基板の表面に正対した位置から見た際に、溝部を含む基板の表面の全体を覆うように形成されている。なお、溝部を含む基板の表面の全体とは、厳密な意味での全面でなく、基板の表面に平行な平面での平面図を考えた際に、吸光性薄膜層で被覆された領域が、基板表面の全面積のおよそ９５％以上である場合を含んでいる。被覆された領域がおよそ９５％よりも小さくなると、偏光分離性能を十分に発揮できなくなる場合がある。
【００３２】
吸光性薄膜層に用いられる材料としては、複素屈折率の実部と虚部の絶対値の差が大きく、少なくともそれらのうちどちらか一方の値が大きい材料が好ましい。具体的には、
金属や半導体が挙げられる。金属としては、マグネシウム、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、インジウム、スズ、アンチモン、タングステン、イリジウム、プラチナ、金、タリウム等が挙げられる。これらは１種単独で、あるいは２種以上を組み合わせて合金としても用いることができる。中でもマグネシウム、アルミニウム、クロム、ルテニウム、ロジウム、銀、インジウム、スズ、アンチモン、金が好適である。半導体としては、シリコン、ゲルマニウムといった単元素半導体や、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＧｅ、ＧａＴＺｎ３Ｐ２、Ｐｂ１−ｘＳｎｘＴｅなどといった化合物半導体が挙げられる。これらの中でもシリコン、ＳｉＧｅ、ＧａＴＺｎ３Ｐ２、Ｐｂ１―ｘＳｎｘＴｅが好適である。
【００３３】
本発明における溝部の形状や、吸光性薄膜層の厚さ、複素屈折率などには、特別な関係を満足する必要があり、具体的には、下記条件（１）〜（５）を満足する必要がある。
【００３４】
（１）ｎ1が２．５以上、または、ｋ1が１．５以上である。
【００３５】
（２）−０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）
【００３６】
（３）下記式（Ａ）により算出される平均角度θが６０〜９０°である。
【数４】
【００３７】
（４）ｄ＜（λ0／ｎ0）
【００３８】
（５）０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ
【００３９】
なお、ｈ0は、基板の表面に形成された溝部の深さを示す。ｈ1は、吸光性薄膜層の厚さを示す。δは、λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２を示す。ｎ1、ｋ1は、それぞれ、吸光性薄膜層での波長λ0での複素屈折率の実部および虚部を示す。λ0は、対象となる光の真空中の波長を示す。
【００４０】
また、ｚは、溝部の底面を高さ０とした場合の高さ方向の距離（ｈ0が溝部の最上部となる）を示す。θ（ｚ）は、高さｚにおける、溝部の側面部分に対応する直線と、基板表面を表す直線とがなす溝部側の角度を示す。平均角度θは、溝部の側面部分が直線でない場合に、側面部分を微小部分に分割し、各微小部分における接線と、その位置での基板表面を示す直線とのなす角度を、溝部の底面（高さ０）から溝部の最上部（高さｈ0）まで高さ方向に積分して、その平均値として算出した角度のことである。なお、溝部の側面部分がほぼ直線に近い形状となる場合には、平均角度θは、垂直断面形状において、側面部分の最下部および側面部分の最上部を結んだ直線と基板表面とのなす角度としてもよい。
【００４１】
また、ｄは、隣接する溝部の間隔を示し、ｔは、溝部の平均幅を示す。
【００４２】
なお、照射される光が複数の波長を含む場合には、全ての波長に対してこのような条件を満たすことにより、偏光分離フィルムの偏光分離性能、すなわち良好なコントラストを保つことができる。
【００４３】
また、本偏光分離フィルムの溝部としては、同じ形状の溝部が、厳密に平行に同じ間隔で並んでいることが偏光性能の均一性、安定性などの点から好ましいが、それぞれ１０〜２０％程度の形状誤差があってもよい。この場合、偏光分離フィルムの形状等を表す各符号ｈ0、ｈ1、θ、ｄ、ｔなどは平均値として表される。
【００４４】
ここで、これらの各符号の寸法について、図２を用いて簡単に説明する。
図２は、本発明の第一の実施形態に係る偏光分離フィルムの一部を示す垂直断面図である。図２に示すように、偏光分離フィルム１２は、表面に、互いに略平行に伸びる複数列の溝部Ｙが形成された基板ａと、基板ａの表面側に形成された吸光性薄膜層ｂとを有している。図２において、溝部Ｙは、下辺より上辺の方が大きな断面逆等脚台形状に形成されている。溝部Ｙが断面逆等脚台形状であるため、吸光性薄膜層ｂは、基板ａの表面に正対した位置から見た際に溝部Ｙを含む基板ａの表面全体を覆うように、すなわち、基板ａの表面および溝部Ｙの表面（側面部分および底面）に亘って連続的に形成されている。このような断面逆等脚台形状の溝部Ｙが基板ａに形成された場合には、各符号ｈ0，θ，ｄの値は、図２に示す各位置の寸法として示される。なお、吸光性薄膜層の厚さｈ1は、基板の表面での厚さと、溝部の底面での厚さとの平均値として求められる。
【００４５】
本発明の溝部の幅ｔは、溝部の高さ方向に対する溝部の幅の平均値である。数式として表せば下記式（Ｂ）で表される。
【００４６】
【数５】
【００４７】
ここで、ｔ（ｚ）は、前記位置ｚにおける溝部の幅を表す。例えば、図２に示すように、溝部の断面形状が逆等脚台形状である場合には、溝部の高さ方向の中間位置における溝部の幅が溝部の幅ｔとなる。
【００４８】
ここで、溝部の深さｈ0は、吸光性薄膜層の厚さｈ1より大きいことが好ましい。また、波長λ0での吸光性薄膜層の複素屈折率の虚部ｋ1は２以上であることが好ましく、３以上であることがより好ましい。ｈ0、ｈ1、ｋ1を、このような範囲とすることにより、偏光分離性能を高めることができる。
【００４９】
また、角度θ（ｚ）の積分平均角度を示す平均角度θは、７０〜９０度であることが好ましく、８０〜９０度であることがより好ましい。また、溝部の幅ｔは、０．２ｄ＜ｔ＜０．７ｄとすることが好ましく、０．２５ｄ＜ｔ＜０．６ｄとすることがより好ましい。平均角度θおよび幅ｔを前記範囲とすることにより、偏光分離性能の向上を図ることができるとともに、偏光分離フィルムの製造を容易にできる利点がある。
【００５０】
本発明では、例えば図２に示すように、吸光性薄膜層が、溝部の側面部分にも形成されていることが好ましく、基板の表面と溝部の側面部分とに亘って連続的に形成されていることがより好ましい。溝部の側面部分にも吸光性薄膜層を形成することにより、十分な偏光分離機能を有しつつ、吸光性薄膜層の全体としての厚さを薄くすることができる。このため、吸光性薄膜層の蒸着等にかかる手間を軽減でき、偏光分離フィルムの製造が容易となる。また、吸光性薄膜層を連続的に形成することにより、基板と吸光性薄膜層との密着性が向上し、偏光分離フィルムのどの領域でも同様の偏光分離性能を発揮でき、品質が安定する。また、吸光性薄膜層を大面積に均一に製膜することが容易になるため、製造上も好適である。
【００５１】
ただし、本発明の偏光分離フィルムとしては、図１に示すものであってもよい。
図１は、本発明の第二の実施形態に係る偏光分離フィルムの一部を示す垂直断面図である。図１に示すように、偏光分離フィルム１１は、図２に示す偏光分離フィルム２とは、溝部の垂直断面形状が相違している。すなわち、図１において、溝部Ｘは、断面矩形状に形成されている。この場合には、吸光性薄膜層ｂは、基板ａの表面に正対した位置から見た際に溝部Ｘを含む基板ａの表面全体を覆うように、すなわち、基板ａの表面および溝部Ｘの底面にのみ形成される。換言すれば、溝部Ｘの側面部分には、吸光性薄膜層ｂが形成されないことになる。このような断面矩形状の溝部Ｘが基板ａに形成された場合には、各符号ｈ0、ｈ1、d、t、は、図１に示す各位置の寸法を示す。
【００５２】
ところで、本発明においては、溝部の形状を維持する観点から、吸光性薄膜層の表面側に保護層が設けられていてもよい。保護層としては透明であればよく、具体的には脂環式構造を有する樹脂、ポリエチレンやポリプロピレン等の鎖状オレフィン重合体、トリアセチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、アモルファスポリオレフィン、変性アクリルポリマー、エポキシ樹脂等からなる透明プラスチック層や、石英、各種光学ガラスなどのからなる透明無機物層などが挙げられる。
【００５３】
透明保護膜を積層する手法としては特に限定はないが、ラミネーターを用いて保護フィルムを積層する方法や、市販されている各種光学用接着剤を塗布し硬化させる方法、物理蒸着法、化学蒸着法などを挙げることができる。
【００５４】
次に、本発明の偏光分離フィルムを製造する方法について説明する。
本発明の偏光分離フィルムは、所定のパターンが形成された金型である転写用型を押し当てて、基板の表面に溝部を複数列形成した後（エンボス加工工程）、溝部が形成された基板の表面に吸光性薄膜層を形成する（薄膜形成工程）ことにより製造される。
【００５５】
転写用型は、目的とする溝形状とは逆のパターンが表面に施された型であり、その形状は、平板であってもよいが、ロール形状の方が好ましい。
基板に溝部を転写する方法としては、例えば、ロール状転写型とゴムロールとの間に樹脂フィルムを通過させながら圧し挟み、転写型表面にある溝形状の逆パターン（目的の溝形状）を樹脂フィルム上に転写する方法が挙げられる。この際、挟み圧力や、転写型温度、ゴムロール温度、フィルム基板温度、フィルム送り速度等の転写条件は適宜選択すればよい。
【００５６】
なお、型に用いる材料としては、特に制限されないが、型表面は、適当な硬度を有するもので形成されていることが好ましく、例えば、電着又は無電解めっきにより形成された金属膜で銅、ニッケル、ニッケル-リン合金、パラジウムなどが好ましい。また、転写用型の製法は特に限定されないが、例えば、目的の溝形状と同じパターンの形状を先端にもった工具を作成し、該工具を用いて精密微細加工機で型部材の表面に形成する方法が挙げられる。
【００５７】
吸光性薄膜層を形成する方法としては、物理蒸着または化学蒸着などが挙げられる。蒸着条件は、吸光性薄膜を構成する材料や、その厚さに応じて適宜選択すればよい。このようにして吸光性薄膜層を形成することにより、図２に示すように、吸光性薄膜が溝部を含む基板の表面に沿って連続的に形成される。この際、側面に形成される膜厚は、基板の表面や溝部の底面に形成される膜厚に比べて小さくなり、具体的には、溝部の側面部分に形成される平均膜厚は、ほぼｃｏｓθに比例する。また、基板の表面に吸光性薄膜層を蒸着させることにより、図１に示すように、吸光性薄膜が、基板の表面と溝部の底面とに段違い格子状に形成される。
以上のようにして、本発明の偏光分離フィルムが製造される。
【００５８】
ここで、基板の裏面（すなわち、吸光性薄膜とは反対側の面）に反射防止膜が設けられていてもよい。反射防止膜としては、ＭｇＦ２膜、ＳｉＯ２膜及びＴｉＯ２膜が好適で、これらを複数層含む積層膜がより好ましく、光の波長４００〜７００ｎｍの範囲における光透過率が９９％以上であればさらに好ましい。
【００５９】
以上のような偏光分離フィルムでは、偏光分離フィルムに入射される光において、溝部の長手方向に平行な方向の偏光は、偏光分離フィルムをほぼ吸光性媒体としてみなし、溝部の長手方向に垂直な方向の偏光は、偏光分離フィルムをほぼ誘電体とみなす。このため、入射光のうち、一方の偏光を反射・吸収し、かつ他方の偏光を透過するような偏光分離の機能を発現できる。
【００６０】
以上のような偏光分離フィルムは、各種の用途に利用できるが、特に、液晶表示装置の輝度向上フィルムとして好適に利用できる。このような用途に利用すれば、各種波長の光に対する明るさや、コントラストの高さに優れた液晶表示装置を製造でき、パソコン、テレビジョンをはじめとする多くの表示装置に利用可能である。
【００６１】
ここで、本発明の偏光分離フィルムを備える液晶表示装置について説明する。
図３は、本発明の偏光分離フィルムを備える液晶表示装置を示す模式図である。図３に示すように、本液晶表示装置は、反射板Ｗと、光源Ｌと、拡散板Ｄと、偏光分離フィルムＩと、吸収型偏光子Ｐ１と、液晶セルＬＣと、吸収型偏光子Ｐ２とをこの順に備えて構成されている。つまり、偏光分離フィルムＩは、光源Ｌと吸収型偏光子Ｐ１との間の位置に設けられている。
【００６２】
偏光分離フィルムＩは、前述した本発明の偏光分離フィルムである。図３において、偏光分離フィルムＩに記載された矢印は、偏光分離フィルムＩの溝部の長手方向を表している。吸収型偏光子Ｐ１は、吸収軸が偏光分離フィルムＩの溝部の長手方向と平行になるように配置されている。また、吸収型偏光子Ｐ２は、吸収軸が吸収型偏光子Ｐ１の吸収軸と直交するように配置されている。
【００６３】
このような液晶表示装置において、拡散板Ｄを通して光源Ｌから出射した光が偏光分離フィルムＩに入射すると、偏光分離フィルムＩでは、溝部の長手方向に平行な偏光を反射し、溝部の長手方向に直交する偏光を透過する。さらに、偏光分離フィルムＩで反射された偏光は、光拡散板Ｄや反射板Ｗで多重反射されるなどして無偏光な光に変換される。この変換された光は、再度、偏光分離フィルムＩに入射する。この際、前述と同様に、入射した光は、溝部の長手方向に平行な偏光は反射され、溝部の長手方向に直交する偏光は透過する。このため、このような偏光分離を繰り返すことにより、吸収型偏光子Ｐ１を透過可能な偏光を増加させて、光の利用効率を高めることができる。
【実施例】
【００６４】
以下、本発明の偏光分離フィルムについて、実施例を用いてより詳細に説明する。なお、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【００６５】
＜実施例１＞
切削加工により表面に凸凹形状（所望の凸凹形状とは逆パターン）が形成された金型を用いて、透明で長尺な熱可塑性樹脂フィルムの表面をエンボス加工した後、この基板の表面に吸光性薄膜層であるアルミニウム層を積層して、偏光分離フィルムを作製した。
【００６６】
具体的には、８ｍｍ×８ｍｍ×６０ｍｍのＳＵＳ製シャンクにろう付けされた寸法０.２ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの直方体の単結晶ダイヤモンドの０.２ｍｍ×１ｍｍの面に、集束イオンビーム加工装置を用いてアルゴンイオンビームを用いた集束イオンビーム加工を行って、長さ１ｍｍの辺に平行な幅５０ｎｍ、深さ６０ｎｍの溝をピッチ１３０ｎｍで彫り込み、幅８０ｎｍ、高さ６０ｎｍの直線状の突起をピッチ１３０ｎｍで形成してなる切削工具を作製した。
【００６７】
次に、ステンレス鋼ＳＵＳ４３０でできた直径８０ｍｍ、高さ１２５ｍｍのロールの側面に、厚さ１００μｍのニッケル−リン無電解メッキを施し、精密微細加工機と上記の切削工具を用いて、ニッケル−リン無電解メッキ面に、平行な幅５０ｎｍ、高さ６０ｎｍ、ピッチ１３０ｎｍの直線状の突起を切削加工した。
【００６８】
表面温度を約２００℃に保った前記金型と、表面温度を約６０℃に保ったゴムロールとの間に、透明で長尺な樹脂フィルムとしての、ノルボルネン重合体からなる熱可塑性樹脂フィルム（日本ゼオン社製、商品名：ゼオノアフィルム■、光線透過率92％、ヘイズ＜０．１％、屈折率１．５３、厚さ約６０μm）をゴムロール側と接触するように連続的に通過させながら加圧し、フィルム表面に幅５０ｎｍ、高さ６０ｎｍのほぼ平行な複数列の溝部をピッチ（溝部の間隔）１３０ｎｍで形成した。
【００６９】
次に、スパッタリング装置を用いて、前記基板の溝部側の面に、吸光性薄膜層としてのアルミニウム層を厚み３０ｎｍで積層した。以上のようにして、図４に示すような偏光分離フィルムを作製した。また、作製した偏光分離フィルムの各寸法等を表１に示す。
【００７０】
【表１】
【００７１】
このようにして作製された偏光分離フィルムに対して、光源、偏光作成用偏光板、当該偏光分離フィルム、光検出器の順に光路上に配列した分光光度計（日本分光株式会社製）を用いて、この偏光分離フィルムに、波長４３０ｎｍ、５３０ｎｍ、６３０ｎｍの偏光を照射して、その性能を評価した。各測定波長における薄膜層の複素屈折率等を表２に示す。また、この偏光分離フィルムにおいて、最も透過しやすい偏光である、溝部の長手方向に垂直な方向に振動する光の透過率（偏光透過率）と、最も透過しにくい偏光である、溝部の長手方向に平行な方向に振動する光の透過率とを測定し、これらの比であるコントラストを求めた。偏光透過率およびコントラストの結果を表２に示す。
【００７２】
【表２】
【００７３】
各測定波長における偏光分離フィルムの各部の複素屈折率測定については、同様の材質で平板フィルム形状のものを別途用意し、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．ウーラム社製）を用いて測定したものを用いた。
また、偏光分離フィルムの形状測定については、偏光分離フィルムの一部分を断面が出るように薄壁状に集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で形状を測定した。１０周期分について、溝部の形状やアルミニウム膜厚をそれぞれ測定し、その平均値を測定値とした。
【００７４】
＜実施例２＞
実施例１と同様の方法にて、図５に示すような偏光分離フィルムを作製し、同様に評価した。この偏光分離フィルムは、実施例１の偏光分離フィルムとは溝部の形状が相違し、溝部の断面形状が逆等脚台形状である。このような偏光分離フィルムの各寸法等を表３に示す。また、その評価結果を表４に示す。
【００７５】
【表３】
【００７６】
【表４】
【００７７】
実施例１，２に示すように、上記（１）〜（５）の各条件を満足することにより、偏光透過率およびコントラストの値が十分に大きく、偏光透過率およびコントラストの点に優れていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第二の実施形態に係る偏光分離フィルムの一部を示す垂直断面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る偏光分離フィルムの一部を示す垂直断面図である。
【図３】本発明の偏光分離フィルムを備える液晶表示装置を示す模式図である。
【図４】実施例１で作製した偏光分離フィルムを示す図である。
【図５】実施例２で作製した偏光分離フィルムを示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 矢印
１１，１２ 偏光分離フィルム
ａ 基板
ｂ 吸光性薄膜層
Ｄ 拡散板
Ｉ 偏光分離フィルム
Ｌ 光源
ＬＣ 液晶セル
Ｐ１，Ｐ２ 吸収型偏光子
Ｘ，Ｙ 溝部
Ｗ 反射板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に、互いに略平行に伸びる複数列の溝部が形成された、透明で長尺な樹脂フィルムを含んでなる基板と、
この基板の表面に正対した位置から見た際に、前記溝部を含む基板の表面の全体を覆うように形成された吸光性薄膜層と、を有し、
下記条件（１）と、当該偏光分離フィルムの垂直断面において、下記の条件（２）〜（５）を満たすことを特徴とする偏光分離フィルム。
（１）ｎ1が２．５以上、または、ｋ1が１．５以上である。
（２）−０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）
（ここで、ｈ0は、基板の表面に形成された溝部の深さを示す。ｈ1は、吸光性薄膜層の厚さを示す。δは、λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２を示す。ｎ1、ｋ1は、それぞれ、吸光性薄膜層での波長λ0での複素屈折率の実部および虚部を示す。λ0は、対象となる光の真空中の波長を示す。）
（３）前記溝部の側面部分に対応する直線と、前記基板表面を表す直線とがなす前記溝部側の角度の、前記溝部の高さ方向に対する平均角度θが６０〜９０°である。なお、平均角度θを数式で表すと下記式（Ａ）となる。
【数１】
（ここで、ｚは、溝部の底面を高さ０とした場合の高さ方向の距離（ｈ0が溝部の最上部となる）を示す。θ（ｚ）は、高さｚにおける前記角度を示す。）
（４）ｄ＜（λ0／ｎ0）
（ここで、ｄは、隣接する前記溝部の間隔を示す。）
（５）０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ
（ここで、ｔは、前記溝部の平均幅を示す。）
【請求項２】
請求項１に記載の偏光分離フィルムにおいて、
前記吸光性薄膜層が、前記溝部の側面部分にも形成されていることを特徴とする偏光分離フィルム。
【請求項３】
請求項２に記載の偏光分離フィルムにおいて、
前記吸光性薄膜層が、前記基板の表面と前記溝部の側面部分とに亘って連続的に形成されていることを特徴とする偏光分離フィルム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光分離フィルムにおいて、
前記吸光性薄膜層の表面側に設けられた保護層をさらに有することを特徴とする偏光分離フィルム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏光分離フィルムにおいて、
前記吸光性薄膜層がアルミニウムからなることを特徴とする偏光分離フィルム。
【請求項６】
表面に、互いに略平行に伸びる複数列の溝部が形成された、透明で長尺な樹脂フィルムを含んでなる基板と、
この基板の表面に正対した位置から見た際に、前記溝部を含む基板の表面の全体を覆うように形成された吸光性薄膜層と、を有し、
下記条件（１）と、当該偏光分離フィルムの垂直断面において、下記の条件（２）〜（５）を満たす偏光分離フィルムを、
所定のパターンが形成された金型を押し当てて、前記基板の表面に前記溝部を形成するエンボス加工工程と、
前記溝部が形成された基板の表面に前記吸光性薄膜層を形成する薄膜形成工程と、
を経て製造する偏光分離フィルムの製造方法。
（１）ｎ1が２．５以上、または、ｋ1が１．５以上である。
（２）−０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）
（ここで、ｈ0は、基板の表面に形成された溝部の深さを示す。ｈ1は、吸光性薄膜層の厚さを示す。δは、λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２を示す。ｎ1、ｋ1は、それぞれ、吸光性薄膜層での波長λ0での複素屈折率の実部および虚部を示す。λ0は、対象となる光の真空中の波長を示す。）
（３）前記溝部の側面部分に対応する直線と、前記基板表面を表す直線とがなす前記溝部側の角度の、前記溝部の高さ方向に対する平均角度θが６０〜９０°である。なお、平均角度θを数式で表すと下記式（Ａ）となる。
【数２】
（ここで、ｚは、溝部の底面を高さ０とした場合の高さ方向の距離（ｈ0が溝部の最上部となる）を示す。θ（ｚ）は、高さｚにおける前記角度を示す。）
（４）ｄ＜（λ0／ｎ0）
（ここで、ｄは、隣接する前記溝部の間隔を示す。）
（５）０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ
（ここで、ｔは、前記溝部の平均幅を示す。）
【請求項７】
光源と、第一の吸収型偏光子と、液晶セルと、第二の吸収型偏光子とを、この順に備える液晶表示装置であって、
前記光源と前記第一の吸収型偏光子との間に、請求項１〜６のいずれか１項に記載の偏光分離フィルムが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
表面に、互いに略平行に伸びる複数列の溝部が形成された、透明で長尺な樹脂フィルムを含んでなる基板と、
この基板の表面に正対した位置から見た際に、前記溝部を含む基板の表面の全体を覆うように形成された吸光性薄膜層と、を有し、
下記条件（１）と、当該偏光分離フィルムの垂直断面において、下記の条件（２）〜（５）を満たすことを特徴とする偏光分離フィルム。
（１）ｎ1が２．５以上、または、ｋ1が１．５以上である。
（２）−０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）
（ここで、ｈ0は、基板の表面に形成された溝部の深さを示す。ｈ1は、吸光性薄膜層の厚さを示す。δは、λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２を示す。ｎ1、ｋ1は、それぞれ、吸光性薄膜層での波長λ0での複素屈折率の実部および虚部を示す。λ0は、対象となる光の真空中の波長を示す。）
（３）前記溝部の側面部分に対応する直線と、前記基板表面を表す直線とがなす前記溝部側の角度の、前記溝部の高さ方向に対する平均角度θが６０〜９０°である。なお、平均角度θを数式で表すと下記式（Ａ）となる。
【数１】
（ここで、ｚは、溝部の底面を高さ０とした場合の高さ方向の距離（ｈ0が溝部の最上部となる）を示す。θ（ｚ）は、高さｚにおける前記角度を示す。）
（４）ｄ＜（λ0／ｎ0）
（ここで、ｄは、隣接する前記溝部の間隔を示す。）
（５）０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ
（ここで、ｔは、前記溝部の平均幅を示す。）
【請求項２】
請求項１に記載の偏光分離フィルムにおいて、
前記吸光性薄膜層が、前記溝部の側面部分にも形成されていることを特徴とする偏光分離フィルム。
【請求項３】
請求項２に記載の偏光分離フィルムにおいて、
前記吸光性薄膜層が、前記基板の表面と前記溝部の側面部分とに亘って連続的に形成されていることを特徴とする偏光分離フィルム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光分離フィルムにおいて、
前記吸光性薄膜層の表面側に設けられた保護層をさらに有することを特徴とする偏光分離フィルム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏光分離フィルムにおいて、
前記吸光性薄膜層がアルミニウムからなることを特徴とする偏光分離フィルム。
【請求項６】
表面に、互いに略平行に伸びる複数列の溝部が形成された、透明で長尺な樹脂フィルムを含んでなる基板と、
この基板の表面に正対した位置から見た際に、前記溝部を含む基板の表面の全体を覆うように形成された吸光性薄膜層と、を有し、
下記条件（１）と、当該偏光分離フィルムの垂直断面において、下記の条件（２）〜（５）を満たす偏光分離フィルムを、
所定のパターンが形成された金型を押し当てて、前記基板の表面に前記溝部を形成するエンボス加工工程と、
前記溝部が形成された基板の表面に前記吸光性薄膜層を形成する薄膜形成工程と、
を経て製造する偏光分離フィルムの製造方法。
（１）ｎ1が２．５以上、または、ｋ1が１．５以上である。
（２）−０．１δ＜（ｈ0−ｈ1）
（ここで、ｈ0は、基板の表面に形成された溝部の深さを示す。ｈ1は、吸光性薄膜層の厚さを示す。δは、λ０／（２π２ｎ1２ｋ１）１／２を示す。ｎ1、ｋ1は、それぞれ、吸光性薄膜層での波長λ0での複素屈折率の実部および虚部を示す。λ0は、対象となる光の真空中の波長を示す。）
（３）前記溝部の側面部分に対応する直線と、前記基板表面を表す直線とがなす前記溝部側の角度の、前記溝部の高さ方向に対する平均角度θが６０〜９０°である。なお、平均角度θを数式で表すと下記式（Ａ）となる。
【数２】
（ここで、ｚは、溝部の底面を高さ０とした場合の高さ方向の距離（ｈ0が溝部の最上部となる）を示す。θ（ｚ）は、高さｚにおける前記角度を示す。）
（４）ｄ＜（λ0／ｎ0）
（ここで、ｄは、隣接する前記溝部の間隔を示す。）
（５）０．１ｄ＜ｔ＜０．８ｄ
（ここで、ｔは、前記溝部の平均幅を示す。）
【請求項７】
光源と、第一の吸収型偏光子と、液晶セルと、第二の吸収型偏光子とを、この順に備える液晶表示装置であって、
前記光源と前記第一の吸収型偏光子との間に、請求項１〜６のいずれか１項に記載の偏光分離フィルムが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−５８１０６（Ｐ２００７−５８１０６Ａ）
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４６４１４（Ｐ２００５−２４６４１４）
【出願日】平成１７年８月２６日（２００５．８．２６）
【出願人】（０００２２９１１７）日本ゼオン株式会社 (1,870)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２６日（２００５．８．２６）
【出願人】（０００２２９１１７）日本ゼオン株式会社 (1,870)
【Ｆターム（参考）】
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