偏光分離素子およびその製造方法
【課題】偏光分離素子およびその製造方法において、高コントラストであり、大面積であっても製造効率、信頼性が良好となるようにする。
【解決手段】入射光を偏光方向に応じて透過もしくは反射することにより偏光成分を分離する偏光フィルム１０が、一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部１ｂを有する透光性基材１と、グリッド部１ｂの凸面上に、入射光の入射側で入射光に対して相対的な高反射率となり、入射光の透過方向に向けて、蒸着材料の組織が漸次的に変化することにより、相対的な低反射率となるように形成された蒸着層２とを備えるようにする。
【解決手段】入射光を偏光方向に応じて透過もしくは反射することにより偏光成分を分離する偏光フィルム１０が、一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部１ｂを有する透光性基材１と、グリッド部１ｂの凸面上に、入射光の入射側で入射光に対して相対的な高反射率となり、入射光の透過方向に向けて、蒸着材料の組織が漸次的に変化することにより、相対的な低反射率となるように形成された蒸着層２とを備えるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤーグリッド方式の偏光分離素子およびその製造方法に関する。例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ノートＰＣ、ＰＣモニター、液晶テレビなどの機器の液晶表示部に好適に用いることができる偏光分離素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ＰＤＡ、ノートＰＣ、ＰＣモニター、液晶テレビなどの機器に用いられる液晶表示部は、液晶を偏光分離素子である偏光フィルムで挟持して、背後からバックライト光を照射する構成が一般的である。
従来、この偏光フィルムに二色性偏光フィルムを用いることが多いが、二色性偏光フィルムは、透過軸と直交方向の偏光を吸収してしまうため、理論的に光の利用効率が５０％を超えることができないという問題があった。
そのため、吸収される偏光成分を反射してバックライト側に戻して再利用することにより光の利用効率を向上することができる反射型の偏光分離素子が注目されている。このような反射型偏光分離素子として、例えば、入射光の波長よりも小さな格子ピッチで形成されたワイヤーグリッドにより格子に直交する偏光成分を透過し、格子と平行な偏光成分を反射することでワイヤーグリッド方式の偏光分離素子が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、光透過性の基板の表面に回折格子を構成する凹凸パターンが設けられ、その凸部の少なくとも２面以上の面が金属あるいは金属化合物よりなる材料膜で被覆された偏光分離素子およびその製造方法が記載されている。
また、特許文献２には、ガラス基板上に所定方向に延びる複数のストライプ部分を有する第１グレーティング層と第２グレーティング層とが、それぞれ光の波長より短いピッチで設けられ、第１グレーティング層が反射性を示す第１材料からなり、第２グレーティング層が第１グレーティング層による光の反射を抑制する第２材料から形成されている偏光光学素子が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−３４４７号公報（図１、２）
【特許文献２】特開２００５−３７９００号公報（図１−４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の偏光分離素子およびその製造方法には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、光透過性の基板をインプリント法によるプラスチックフィルムで形成し、ワイヤーグリッドに相当する反射部を基板に形成された凸部に金属あるいは金属化合物を蒸着して形成するので、薄型フィルム状の偏光分離素子を比較的容易に製造することができるものの、偏光成分を反射して入射側に戻す反射部が、光が透過していく外部側からの光を外部側に反射してしまうため、この反射光のために低コントラストとなってしまうという問題がある。このため、高コントラストが求められる液晶表示部に適用することができないという問題がある。
一方、特許文献２に記載の技術では、偏光成分を反射するグレーティング層を反射性の第１材料と反射を抑制する第２材料とを重ねて設けることで、光が透過していく外部側での外光の反射を抑制することができるものの、これらグレーティング層は、フォトリソグラフおよびエッチング技術を用いて形成するため、あまり大型の素子を製作することができず、製作できたとしても製造コストが高価なものとなってしまうという問題がある。そのため、大型化、低コスト化の要求が強い液晶表示部の偏光分離素子には適用できないという問題がある。
特許文献１の技術において、反射部の上面に反射を抑制する層膜を蒸着して、特許文献２の偏光光学素子の構成を実現することも考えられるが、通常の蒸着加工と異なり、偏光分離作用を有するワイヤーグリッドの格子ピッチは、光の波長以下の微細なものであるため、異種材料の蒸着層の境界面の強度が十分に確保できないという問題があった。そのため、製造不良を起こしやすく、また製品の信頼性も低くなってしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、高コントラストであり、大面積であっても製造効率、信頼性が良好となる偏光分離素子およびその製造方法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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の偏光分離素子は、入射光を偏光方向に応じて透過もしくは反射することにより偏光成分を分離する偏光分離素子であって、一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部を有する光透過性のベース部材と、前記グリッド部の凸面上に、前記入射光の入射側で前記入射光に対して相対的な高反射率となり、前記入射光の透過方向に向けて、蒸着材料の材質、組成および組織の少なくともいずれかが漸次的に変化することにより、相対的な低反射率となるように形成された蒸着層とを備える構成とする。
この発明によれば、グリッド部の凸面上に、入射光の入射側で、入射光に対して相対的な高反射率となり、入射光の透過方向側で相対的な低反射率となる蒸着層を備えるので、入射光は、偏光成分に応じて透過し、高反射率部分で偏光成分に応じて反射され、反射光が再利用される。また、入射光が透過していく方向から来る光は、蒸着層の低反射部分で吸収され、入射光の透過方向への反射が抑制される。そのため、入射光の透過方向におけるコントラストが向上する。
また、蒸着層は、このような反射率変化が、蒸着材料の組成および組織の少なくともいずれかが漸次的に変化するように形成されるので、異なる条件で形成された高反射率層と低反射率層とが１つの境界面で接合された場合に比べて、高強度が得られる。
ここで、漸次的に変化するとは、漸次変化する場合と、漸次変化する層を含む場合と、中間の反射率特性を有する少なくとも１層以上の層を介することで３層以上にわたって多段階的に変化する場合とを含むものとする。
【０００６】
また、本発明の偏光分離素子の製造方法は、入射光を偏光方向に応じて透過もしくは反射することにより偏光成分を分離する偏光分離素子の製造方法であって、一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部が形成された光透過性のベース部材の前記グリッド部の凸面上に、前記入射光の入射側で前記入射光に対して相対的な高反射率となり、前記入射光の透過方向に向けて、蒸着材料の材質、組成および組織の少なくともいずれかを漸次変化させることにより、相対的な低反射率となる蒸着層を形成する蒸着工程を備える方法とする。
この発明によれば、本発明の偏光分離素子を製造する方法となっているので、本発明の偏光分離素子と同様の作用効果を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の偏光分離素子およびその製造方法によれば、グリッド部上に、蒸着材料の組成および組織の少なくともいずれかが漸次変化させて、入射光の入射側で入射光に対して相対的な高反射率となり、入射光の透過方向に向けて相対的な低反射率となる蒸着層を備えるので高コントラストであり、蒸着層が高強度に形成できるため大面積であっても製造効率、信頼性が良好となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【０００９】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子の模式的な斜視外観図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。なお、図１、２は、模式図であり、簡単のため形状や寸法関係は誇張されている（以下、他の図面も同様である）。
【００１０】
本実施形態の偏光フィルム１０は、入射光を偏光方向に応じて透過もしくは反射することにより偏光成分を分離するもので、入射光の波長よりも狭いピッチを有する回折格子により構成されたワイヤーグリッド偏光子（Wire Grid Polarizer、以下、ＷＧＰと略称する）である。
偏光フィルム１０は、図１、２に示すように、表面に微細な凹凸形状を有するフィルム状の透光性基材１と、透光性基材１の凸部の先端側に形成された蒸着層２とからなる。
透光性基材１は、フィルム状のベース部１ａ上に、幅Ｗを有する凸部である複数のグリッド部１ｂが格子ピッチＰで平行に形成されてなる。ここで、格子ピッチＰは、入射光の波長よりも狭いような微細な間隔とされる。
例えば、液晶表示部に用いる場合、可視光の範囲で偏光分離特性を備えていればよい。その場合、格子ピッチＰは可視光波長の半分以下が好ましい。例えば、２００ｎｍ以下、より好ましくは１５０ｎｍ以下とするのがよい。可視光波長の１／５以下であれば、さらに望ましい。
また格子ピッチＰとグリッド部１ｂの幅Ｗの比率はＷ／Ｐ＝０．５を中心に、求める効果により±０．３以内の範囲で適宜調整するのがよい。例えば、０．５より小さいと、偏光度が若干低下するかわりに、透過率が上昇するといったことなどを考慮して適宜設定する。すなわち、グリッド部１ｂの幅Ｗと格子ピッチＰとの関係は次式を満足することが好ましい。
０．２≦Ｗ／Ｐ≦０．８ ・・・（Ａ）
透光性基材１の材質は、光透過性を有する適宜の合成樹脂材料を採用することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの材質を採用することができる。
また、透光性基材１の表面は必ずしも平坦である必要はなく、光の透過を過剰に妨げる形状でなければ特に制限されるものではない。
【００１１】
蒸着層２は、本実施形態では、蒸着の下層から上層に向けて、反射率が漸次、高反射率から低反射率に変化するように形成されている。そのため、グリッド部１ｂの凸部先端面（以下、凸面と称する）の近傍には、高反射率要素２ａが形成され、蒸着層２の最上面側には、低反射率要素２ｂが形成され、それらの中間部では中間の反射率となるような蒸着膜構成を有するグラデーション層２ｃが形成されている。ここで、高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂは、巨視的または幾何光学的には、光の反射、吸収を起こす反射面と言ってもよいが、微視的には、それぞれ、反射、吸収機能が発揮される層厚範囲に形成された層状部分を指す。
ここでの低反射率は、ある程度、光透過性があってもよいが、蒸着層２内に透過した光が、再び低反射率要素２ｂ側から出射されないようにするために光吸収性を備えることが必須である。そのため、光透過性の保護膜コートなどが形成されていてもよいが、その部分は低反射率要素２ｂには含めないものとする。
これらの反射率変化は、蒸着材料の材質、組成および組織の少なくともいずれかを漸次変化させて形成することができるが、本実施形態では、蒸着材料としてアルミ（Ａｌ）を採用し、蒸着角度を変えてその組織を稠密な状態からポーラスな状態に変化させることで実現している。アルミは、このような反射率変化が顕著であるが、可視光波長域において所望の反射率が得られる場合には、他の金属材料、例えば銀（Ａｇ）などを採用してもよい。
【００１２】
グラデーション層２ｃの蒸着膜構成の変化のさせ方は、高反射率要素２ａ側、低反射率要素２ｂ側の反射率がそれぞれ良好な値となれば、特に限定されず、材質、組成、組織が蒸着層２の強度に及ぼす影響を考慮して、適宜設定することができる。
例えば、単調に変化させてもよいし、高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂがそれぞれ反射、吸収機能を発揮する最低限の層厚よりも厚い層厚で形成され、その中間で蒸着膜構成が滑らかに変化する３層構造としてもよい。また、層の境界面で強度が急峻に変化しないようにすれば、階段状の変化を示す多層構造としてもよい。
【００１３】
高反射率要素２ａの反射率は、偏光フィルム１０の光利用効率を向上するためにできるかぎり高いことが好ましく、低反射率要素２ｂの反射率は、偏光フィルム１０のコントラストを向上するためにできるだけ低いことが好ましい。例えば、４０％を超えない反射率とすることが好ましく、３０％を超えないことがより好ましい。
【００１４】
このような偏光フィルム１０によれば、透光性基材１のグリッド部１ｂの裏面側の表面から光を入射することにより、略一方向の偏光成分のみを透過させ、それ以外の偏光成分を入射側に戻すことができる。
例えば、図２の図示下方側にバックライト装置などの光源が設けられ図示上方に光が照射される場合、電界の振動方向が偏光フィルム１０の格子方向（図２の紙面垂直方向）に直交するＴＭ波であるＴＭ波成分３Ｍは、グリッド部１ｂを通して、図示上方に透過する。
一方、電界の振動方向が格子方向に平行なＴＥ波であるＴＥ波成分３Ｅは、透過することができず、高反射率要素２ａにより反射され、反射光３Ｒとして光源側に戻り、適宜装置内部での反射を繰り返して偏光フィルム１０に再入射する。このようにして反射光３Ｒが再利用されるため光利用効率が向上する。
【００１５】
また、図２の上方からの光は、ＴＭ波成分４Ｍが透過し、透過できないＴＥ波成分４Ｅが低反射率要素２ｂで反射される。低反射率要素２ｂは、低反射率に設定されているので、一部が吸収されて減衰した光が図示上方に反射される。
したがって、蒸着層２側では、ＴＭ波成分３Ｍを良好なコントラストで観察することができる。ＴＭ波成分４Ｍ、ＴＥ波成分４Ｅは、偏光フィルム１０が液晶表示部に用いられる場合、外光に相当する。
【００１６】
次に、このような偏光フィルム１０の製造方法および製造装置について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子の製造装置の主要部を示す概略構成図である。図４は、図３のａ部の部分拡大図である。図５は、図３のｂ部の部分拡大図である。図６は、図３のｃ部の部分拡大図である。図７は、本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子の製造方法に採用した蒸着角度と反射率との関係について示すグラフである。横軸は蒸着角度（°）を示し、縦軸は波長５５０ｎｍにおける反射率（％）を示す。
【００１７】
図３に示す偏光フィルム製造装置１００は、本実施形態の偏光フィルム１０の製造を行うためのものであり、主要部として、冷却ドラム５、ガイドローラ６、７、蒸着源９、および蒸着マスク８を備え、これらが真空槽に収容されたものである。
冷却ドラム５は、透光性基材１の温度が安定するように一定の冷却を行いつつ、透光性基材１を円周方向に搬送する搬送機構を構成するもので、不図示のモータにより図示時計回りに一定速度で回転駆動される。冷却ドラム５の回転軸は、図３の紙面垂直方向に沿って設けられている。
ガイドローラ６は、冷却ドラム５に透光性基材１を巻き付ける位置で、透光性基材１の搬送をガイドするローラ部材である。
透光性基材１は、図４に示すように、グリッド部１ｂにより形成される凹凸形状が冷却ドラム５の回転軸方向と同方向に配置されるとともに、グリッド部１ｂの裏面側のベース部１ａが、冷却ドラム５に巻き付られた状態で搬送される。
ガイドローラ７は、冷却ドラム５の回転とともに回転し、蒸着層２が形成された透光性基材１を冷却ドラム５から離脱させる位置において透光性基材１の搬送をガイドするローラ部材である。
【００１８】
蒸着源９は、蒸着材料を加熱して蒸着成分１１を放射するもので、本実施形態では、冷却ドラム５の下方の搬送路中間部に対向して配置されている。そのため、蒸着成分１１は、上方に拡散するにつれ放射状に拡がるようになっている。蒸着成分１１の放射中心軸は、本実施形態では、図示上下方向に略一致している。
【００１９】
蒸着マスク８は、蒸着源９と冷却ドラム５との間で、冷却ドラム５を覆うように設けられている。そして、蒸着成分１１の透過位置を規制するために、一定幅で紙面奥行き方向に延ばされた開口８ａ、８ｂが搬送方向上流側から順次設けられている。
【００２０】
開口８ａは、蒸着成分１１の放射中心軸に対して搬送方向上流側よりに設けることで、図５に示すように、冷却ドラム５上を搬送される透光性基材１の法線に対する蒸着角度が、搬送方向下流側に傾斜し、その大きさが搬送方向上流側のθ１から搬送方向上流側のθ２（ただし、θ１＞θ２）まで変化するようになっている。
ここで、θ１、θ２は、次式を満足することが好ましい。
４０°≦θ１≦７０° ・・・（１）
２０°≦θ２≦５０° ・・・（２）
【００２１】
開口８ｂは、蒸着成分１１の放射中心軸に対して搬送方向下流側よりに設けることで、図６に示すように、冷却ドラム５上を搬送される透光性基材１の法線に対する蒸着角度が、搬送方向上流側に傾斜し、その大きさが搬送方向上流側のθ３から搬送方向上流側のθ４（ただし、θ３＜θ４）まで変化するようになっている。
ここで、θ３、θ４は、次式を満足することが好ましい。
６０°≦θ３＜９０° ・・・（３）
６０°≦θ４＜９０° ・・・（４）
【００２２】
次に、偏光フィルム製造装置１００を用いた偏光フィルム１０の製造方法について説明する。
透光性基材１は、適宜の方法により製造することができるが、例えば、インプリント法で製造することが好ましい。インプリント法は、例えば電子線描画とエッチングとの組み合わせにより、微細構造を有する金型を形成し、その金型形状をプラスチックフィルムなどの転写する工法である。そのため、フィルムをパターニングして、フォトリソグラフおよびエッチング技術を用いて凹凸形状を形成する場合に比べて、大型化、低コスト化が可能である。
【００２３】
ガイドローラ６でガイドされた透光性基材１は、グリッド部１ｂを冷却ドラム５の径方向外側に向けて冷却ドラム５に巻き付けられ、冷却ドラム５の円周方向に搬送される。
透光性基材１が、開口８ａを通して、蒸着成分１１が放射される領域（図５の点Ｖ１）に到達すると、蒸着層２の下層を形成する第１の蒸着サブ工程が開始される。
すなわち、開口８ａから角度θ１で入射する蒸着成分１１により、グリッド部１ｂの凸面が蒸着され、搬送が進むにつれて、蒸着角度がθ２まで連続的に変化しつつ蒸着が進行される。そして透光性基材１が、蒸着成分１１がマスクされる位置（図５の点Ｖ２）まで移動すると第１の蒸着サブ工程が終了する。
【００２４】
そして、透光性基材１が、開口８ｂを通して、蒸着成分１１が放射される領域（図６の点Ｖ３）に到達すると、蒸着層２の上層を形成する第２の蒸着サブ工程が開始される。
すなわち、開口８ｂから角度θ３で入射する蒸着成分１１により、第１の蒸着サブ工程で形成された蒸着層２の下層の上面が蒸着され、搬送が進むにつれて、蒸着角度がθ４まで連続的に変化しつつ蒸着が進行する。そして透光性基材１が、蒸着成分１１がマスクされる位置（図６の点Ｖ４）まで移動すると第２の蒸着サブ工程が終了する
以上で蒸着工程が終了し、蒸着層２が形成された透光性基材１は、ガイドローラ７によって、装置外部に向けて搬送される。
【００２５】
本実施形態では、蒸着材料として金属あるいは金属化合物を用いる場合、反射率が蒸着角度に依存することに着眼し、蒸着角度を変えることで、蒸着層２の反射率を変化させている。
図７に示す実験例は、透光性基材１と同材質のプラスチックフィルムに、蒸着角度を振ってアルミ蒸着膜を形成し、反射率を測定した結果である。反射率は、直線２００で精度よく近似される変化を示すことが分かる。すなわち、反射率は、蒸着面の法線方向（蒸着角度０°）で最大となり、法線に対する傾きに比例して減少している。
これは、蒸着角度が小さい状態では薄膜が稠密かつ均一な状態で形成されるが、蒸着角度が大きい状態では、薄膜がポーラスな状態に形成され、薄膜の微細な組織構造が変化するためである。実際、蒸着角度が大きいサンプルは、アルミを用いても黒味がかっており、光沢も低下した状態となる。
【００２６】
このため、第１蒸着サブ工程によりグリッド部１ｂの凸面側に高反射率要素２ａが形成され、その上層側に反射率が漸次低下するグラデーション層２ｃの一部が形成される。そして、第２蒸着サブ工程により漸次反射率が低下するグラデーション層２ｃの一部が形成され、最上層部に低反射率要素２ｂが形成される。
このように、本実施形態の蒸着源９と蒸着マスク８との位置関係によれば、開口８ａは高反射率蒸着部を構成し、開口８ｂは低反射率蒸着部を構成している。
【００２７】
ここで、θ２＝θ３とすれば、グラデーション層２ｃは、反射率が漸次変化する構成が得られる。
また、θ２＜θ３とすれば、高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂの反射率差に比べて小さい反射率差を有する不連続面を含んで漸次的に変化する構成が得られる。
この場合、不連続面は、材質としては連続しており、またその組織の違いも高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂの組織を直接接合した場合に比べて小さくなるので、脆化を引き起こすことなく、層間の密着性も良好となり、製造も容易である。
【００２８】
このように、本実施形態は、蒸着工程が、蒸着層の層高さに応じて蒸着角度を変化させて蒸着を行う工程になっている。そのため、蒸着層を略同一の蒸着材料から構成して反射率が漸次的に変化する蒸着層を形成することができる。
また、本実施形態では、蒸着工程が、蒸着角度範囲がそれぞれ異なる複数の蒸着サブ工程に分割されている。そのため、１つの連続する蒸着工程で、反射率を漸次変化させる場合に比べて、より大きな反射率変化する蒸着層をより容易に形成することができる。
また、本実施形態は、蒸着層が、略同一の蒸着材料から構成されているため、第１蒸着サブ工程と第２蒸着サブ工程とに分けて蒸着層が形成されても、境界面でのなじみがよくなり、蒸着角度が不連続的に変化しても異材質により不連続面が形成される場合に比べて高強度が得られる。そのため、グリッドの倒れなどの製造不良を低減するとともに信頼性の高いＷＧＰを形成することができる。
なお、各蒸着サブ工程の蒸着角度範囲は、必要に応じて共通の角度範囲を含んでいてもよい。
【００２９】
ここで、蒸着角度がグリッド形状に及ぼす影響について説明する。
本実施形態のように、光の波長以下のピッチで微細な凹凸形状を形成するグリッド部１ｂの凸面に蒸着を行う場合、蒸着角度に応じて蒸着層の形状が変化するため適切なグリッド形状が形成できなくなる場合がある。
蒸着角度が小さすぎると、隣接するグリッド部１ｂ上の蒸着層が連結してしまい、入射光が透過する凹部がふさがれてしまう。蒸着角度が大きすぎると、蒸着膜に偏りが生じ、斜めに傾いたグリッドが形成されてしまう。
そのため、蒸着角度は、グリッド形状との関係で必要に応じて適切な範囲に設定する必要がある。
表１に、透光性基材１に対して、蒸着角度固定して同一の層厚の蒸着を行い、その反射率とグリッド形状とを観察した結果を示す。グリッド形状の評価は、良好を○、可を△、不可を×とし、具体的な観察結果を現象欄に記載した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１の結果によれば、グリッド形状が形成可能な蒸着角度範囲は、３０°から６０°であり、図７を参照すれば、約６７％から約４０％の反射率に対応する。この結果は、層厚方向に蒸着角度を一定にした場合の結果である。
蒸着角度が変化する場合、蒸着材料が蒸着面全体を隙間なく覆って反射面を形成するためには、蒸着条件に応じて薄膜形成時間が必要となる。したがって、薄膜形成時間の初期または最後の段階での蒸着角度は、薄膜の特性にあまり寄与しないことになる。
そのため、本実施形態のように蒸着角度を変化させる場合には、グリッド形状が形成可能な蒸着角度範囲は、２０°から７０°程度である。
また、７０°を超えたときのグリッド形状の問題は蒸着膜の偏りによる傾斜であるが、これは蒸着膜の厚さが薄い場合には問題とならない。本実施形態では、グリッドの傾きが生じない範囲で第１蒸着サブ工程を行ってから、蒸着角度の大きい第２蒸着サブ工程を行うため、蒸着角度が大きい範囲での層高さが低くなり、図７の実験結果より広い角度範囲でも良好な結果を得ることが可能である。例えば、後述する実施例に示すように、θ４＝９０°の設定でも良好なグリッド形状が得られる。
したがって、各蒸着サブ工程の蒸着角度の上下限値としては、上記式（１）〜（４）の値を採用することができる。
【００３２】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図８は、本発明の第１実施形態に係る偏光分離素子の変形例を示す模式的な断面図である。
本変形例の偏光フィルム２０は、図８に示すように、上記第１の実施形態の偏光フィルム１０の蒸着層２が、上下反転した位置関係でグリッド部１ｂの凸面に形成されたものである。
そのため、蒸着層２が形成された側から光を入射すると、そのＴＭ波成分３Ｍが透過されＴＥ波成分３Ｅが高反射率要素２ａにより反射光３Ｒとして反射されようなＷＧＰが構成されている。したがって、蒸着層２側にバックライト装置などの光源を配置することで、液晶表示部に用いることができる。偏光分離特性に関しては、偏光フィルム１０と同等の作用効果を有する。蒸着層２を外側に配置したくない場合には、偏光フィルム２０の構成が好都合となる。
ただし、このようにＷＧＰの外側に透光性基材１が配置される場合、透光性基材１の材質としては、複屈折性が小さく、延伸等の加工を加えても偏光を乱さない性質のものを選択し、ＷＧＰの機能により整えられた偏光を再び乱さないようにすることが好ましい。
【００３３】
偏光フィルム２０は、偏光フィルム製造装置１００において、上記第１の実施形態の第１蒸着サブ工程と第２蒸着サブ工程との蒸着角度の条件を逆転することで容易に製造することができる。例えば、蒸着マスク８の配置を調整することにより、本変形例におけるθ１、θ２、θ３、θ４が、それぞれ上記第１の実施形態で採用した、θ４、θ３、θ２、θ１の値をとるような配置とすればよい。
これは、図３において、冷却ドラム５における透光性基材１の搬送方向を反時計回りに変えても実現できるし、蒸着マスク８の配置位置を図示左右で反転して配置しても実現することができる。
このようにして形成される蒸着層２の高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂ、グラデーション層２ｃは、透光性基材１に対する上下の位置関係が異なるだけなので、上記第１の実施形態の説明と同様な作用効果を有する。
【００３４】
また、このような変形例の製造方法に特有の作用効果として、蒸着層２の上層（図８の下側）を形成する際の蒸着角度が偏光フィルム１０を形成する場合に比べて小さくなるため、蒸着層２の上層側でのグリッド形状の傾きが発生しにくくなることが挙げられる。
【００３５】
このように、本実施形態および変形例では、蒸着工程が、一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部を有する光透過性のベース部材を、グリッド部の裏面側で保持して一方向と直交する方向に連続的に搬送しつつ蒸着を行う工程からなり、ベース部材に対向して配置された少なくとも１つの蒸着源と、その少なくとも１つの蒸着源とベース部材との間に配置され、ベース部材の搬送方向に沿って蒸着源ごとに少なくとも１つの開口を有する蒸着角度規制部材とによって、ベース部材の法線に対する蒸着角度が、ベース部材の搬送方向に沿って相対的に小さい角度から相対的に大きい角度、または相対的に大きい角度から相対的に小さい角度になるようにし、蒸着工程を行う偏光分離素子の製造方法であって、１つの蒸着源とその１つの蒸着源に対応して２つの開口を有する蒸着角度規制部材によって、蒸着角度が、相対的に小さい角度からなる高反射率蒸着部と、相対的に大きい角度からなる低反射率蒸着部とを形成し、高反射率蒸着部および低反射率蒸着部を、反射率の高低の順、または低高の順に沿って前記ベース部材の搬送経路上に配列することにより、蒸着工程を、ベース部材の搬送方向に沿う順に、高反射率から低反射率に向かう蒸着を行う複数工程、または低反射率から高反射率に向かう蒸着を行う複数工程として行うようにした方法となっている。
このため、本発明の偏光分離素子をベース部材の搬送方向に沿って連続的に形成することができる製造方法となっている。
ここで、「蒸着源ごとに」開口を有するとは、蒸着源のそれぞれに対応して蒸着材料を透過するように開口が形成もしくは配置されたことを意味し、必要に応じて、１つの開口が複数の蒸着源に対応する開口を兼用してもよい。
【００３６】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る偏光分離素子について説明する。
本実施形態の偏光フィルム３０は、図２に示すように、上記第１の実施形態の偏光フィルム１０の蒸着層２の高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂ、グラデーション層２ｃに代えて、それぞれ高反射率要素２Ａ、低反射率要素２Ｂ、グラデーション層２Ｃを備えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３７】
本実施形態では、蒸着層２内の漸次的な反射率変化を、蒸着材料の材質または組成を変えることで実現している。
高反射率要素２Ａの蒸着材料の材質は、可視光波長域において必要な高反射率が得られる金属材料、例えばアルミや銀などを採用することができる。
低反射率要素２Ｂの蒸着材料の材質は、高反射率要素２Ａに比べて低反射率が得られる材質または光吸収性を有する材質を用いる。例えば、高反射率要素２Ａの材質に比べて低反射率の金属、金属酸化物や、カーボン、あるいはそれらの混合物などを採用することができる。
グラデーション層２Ｃは、高反射率要素２Ａと低反射率要素２Ｂとの蒸着材料が混合された層で形成される。そのため、グラデーション層２Ｃは、高反射率要素２Ａの反射率と低反射率要素２Ｂの反射率との間の反射率を有する構成とされる。
【００３８】
一般に異なる材質を積層すると、層間の密着性が悪化するため、強度面での脆化、作製面での難易度が上がるなどの問題が発生するが、本実施形態によれば、高反射率要素２Ａと低反射率要素２Ｂとの間に、それぞれの材質の含有比率が漸次的に変化するグラデーション層２Ｃを設けているので、層間の密着性の悪化を防ぐことができる。
【００３９】
このように本実施形態は、蒸着層が、上層部および下層部がそれぞれ異なる材質または組成を有する蒸着材料からなり、前記上層部および前記下層部の間の中間部に、前記異なる材質または組成の蒸着材料が混合された中間層部が形成された場合の例になっている。
この場合、上層部と下層部とを形成する蒸着材料の異なる材質または組成であっても、これらの蒸着材料が混合された中間層部が備えるため、材質が異なる不連続面が形成されない。そのため、上層部と下層部とが材質または組成の不連続面を有する場合に比べて高強度が得られる。その結果、グリッドの倒れなどの製造不良を低減するとともに信頼性の高いＷＧＰを形成することができる。
【００４０】
次に、このような偏光フィルム３０の製造方法および製造装置について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態に係る偏光分離素子の製造装置の主要部を示す概略構成図である。
【００４１】
図９に示す偏光フィルム製造装置１１０は、本実施形態の偏光フィルム２０の製造を行うためのものであり、その主要部が、上記第１の実施形態の偏光フィルム製造装置１００の蒸着源９に代えて、高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６を備え、同じく蒸着マスク８に代えて、蒸着マスク１２とマスク板１４とを備えるものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４２】
高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６は、それぞれ高反射率要素２Ａ、低反射率要素２Ｂを形成する蒸着材料を加熱して、それぞれに対応する蒸着成分１７、１８を放射するもので、冷却ドラム５の下方側で、それぞれ搬送方向上流側、下流側の位置に対向して配置されている。そのため、蒸着成分１７は、搬送方向上流側で、図示左斜め上方向に拡散するにつれ放射状に拡がるようになっている。また、蒸着成分１８は、搬送方向下流側で、図示右斜め上方向に拡散するにつれ放射状に拡がるようになっている。それぞれの位置は必ずしも左右対称である必要はないが、本実施形態では、略対称な位置に配置されている。
【００４３】
蒸着マスク１２は、高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６と冷却ドラム５との間で、冷却ドラム５を覆うように設けられ、蒸着成分１７、１８の透過位置を規制するために、一定幅で紙面奥行き方向に延ばされた開口１２ａ、１２ｂ、１２ｃが搬送方向上流側から順次設けられている。
開口１２ａは、蒸着成分１７の放射中心軸に対して搬送方向上流側に位置し、開口１２ｃは、蒸着成分１８の放射中心軸に対して搬送方向下流側に位置している。また、開口１２ｂは、蒸着成分１７の放射中心軸の搬送方向下流側かつ蒸着成分１８の放射中心軸の搬送方向上流側の位置に設けられている。
マスク板１４は、開口１２ｂを中間部で図示左右方向に分割し、搬送方向上流側の上流側開口１２Ａと、搬送方向下流側の下流側開口１２Ｂとを形成するために立てられた平板である。すなわち、開口１２ｂの開口端部を上流側から、エッジＳ１、Ｓ３とし、マスク板１４の冷却ドラム５側の端部をエッジＳ２とすると、上流側開口１２Ａは、エッジＳ１、Ｓ２によって形成される開口であり、下流側開口１２Ｂは、エッジＳ２、Ｓ３によって形成される開口である。
また、マスク板１３、１３は、それぞれ開口１２ａ、開口１２ｃの外側に拡散する蒸着成分１７、１８をマスクして拡散を抑制するための部材である。
【００４４】
本実施形態の偏光分離素子の製造方法は、蒸着源をベース材料の搬送方向に沿って複数設け、蒸着角度規制部材の開口を、蒸着源のうち互いに隣接する蒸着源の間で、その蒸着源の各蒸着材料が混合されるように設けることにより、複数工程の中間部の工程が、互いに隣接する蒸着源の蒸着材料を混合して蒸着する工程を含むようにした方法となっている。
そのため、隣り合う蒸着源が混合した中間層部を形成することが容易となる。
【００４５】
偏光フィルム製造装置１１０では、蒸着工程を、開口１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対応する位置で、それぞれ第１蒸着サブ工程、第２蒸着サブ工程、第３蒸着サブ工程に分けて行うことができる。
まず、本実施形態の第１蒸着サブ工程では、開口１２ａを蒸着成分１７が透過する範囲で、上記第１の実施形態の第１蒸着サブ工程に相当する蒸着が行われ、高反射材料により高反射率要素２Ａが形成される。
【００４６】
次に、本実施形態の第２蒸着サブ工程は、上流側開口１２Ａを通して蒸着成分１７が、下流側開口１２Ｂを通して蒸着成分１８が、それぞれ同時に放射されるため、蒸着成分１７と蒸着成分１８とが混合した状態で蒸着が進行し、グラデーション層２Ｃが形成される。
その際、それぞれの蒸着角度や開口幅によって、蒸着成分の到達位置や到達量が変わるため、上流側開口１２Ａ、下流側開口１２Ｂの開口幅や位置を調整することにより、蒸着成分１７と蒸着成分１８とが混合する割合を搬送方向に沿って適宜設定することができる。この設定により、グラデーション層２Ｃの漸次的な組成の変化の割合を制御することができる。
この組成変化は、グラデーション層２Ｃに強度に影響する組成の不連続面が形成されないようにすれば、適宜設定することができるが、上流側から下流側に向かって、蒸着成分１７が減衰し、蒸着成分１８が増大するように漸次的に変化することが好ましい。
【００４７】
続いて、本実施形態の第３蒸着サブ工程では、開口１２ｃを蒸着成分１８が透過する範囲で、上記第１の実施形態の第２蒸着サブ工程に相当する蒸着が行われ、蒸着成分１８が優勢な第２蒸着サブ工程の蒸着層の上層に、低反射材料である蒸着成分１８により低反射率要素２Ｂが形成される。
ここで、低反射材料が、アルミなどのように、蒸着角度に応じて反射率が顕著に変化する場合、第１の実施形態の第２蒸着サブ工程と同様に反射率が漸次低反射率となる低反射率要素２Ｂが形成される。材質そのものが、低反射率であり、蒸着角度による反射率の依存性が少ない場合には、反射率が略一定の低反射率要素２Ｂが形成される。
以上、第１〜３蒸着サブ工程により、偏光フィルム３０が製造される。
【００４８】
本実施形態では、反射率の漸次的な変化を、材質とその組成を変えることで実現しているが、蒸着角度により反射率の変化を起こしやすい材質では、第１の実施形態と同様に、蒸着角度範囲を調整する必要がある。そのため、開口１２ａおよび下流側開口１２Ｂにおける蒸着角度は、上記第１の実施形態の開口８ａにおける蒸着角度と同等とすることが好ましく、開口１２ｃおよび上流側開口１２Ａにおける蒸着角度は、上記第１の実施形態の開口８ａにおける蒸着角度と同等とすることが好ましい。
各開口と蒸着角度との好ましい関係を示すために、図５、６に、対応する符号を記載した。ただし、図面の簡略化のため、蒸着マスク１２、マスク板１３の図示は省略している。
【００４９】
次に本実施形態の変形例について説明する。
本変形例の偏光フィルム４０は、図８に示すように、上記第２の実施形態の偏光フィルム３０の蒸着層２が、上下反転した位置関係でグリッド部１ｂの凸面に形成されたものである。すなわち、上記第１の実施形態の変形例の偏光フィルム２０の蒸着層２の高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂ、グラデーション層２ｃを、上記第２の実施形態の蒸着層２の高反射率要素２Ａ、低反射率要素２Ｂ、グラデーション層２Ｃに置き換えたものである。
したがって、上記第２の実施形態の作用効果を有し、外部側に対して、グリッド部１ｂの裏面側のベース部１ａを向けた形態のＷＧＰが得られる。
【００５０】
偏光フィルム４０の製造方法は、偏光フィルム製造装置１１０において、図９で冷却ドラム５における透光性基材１の搬送方向を反時計回りに変えた状態を実現するか、あるいは、高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６、蒸着マスク１２、マスク板１４の配置位置をそれぞれ図示左右で反転する位置関係とすることで容易に実現できる。また、単に図９で高反射材料蒸着源１５と低反射材料蒸着源１６とを入れ替えるだけでもよい。
【００５１】
なお、上記の第１の実施形態の説明では、１つの蒸着源に対応して２つの開口が設けられ、１つの蒸着源で２つの蒸着工程を行う場合の例で説明したが、本発明は、蒸着角度規制部材によって蒸着角度が変化させることで、反射率が漸次的に変化する構成の蒸着層を形成することができるようにしたものであり、１つの蒸着源に対する開口の数は２つに限定されるものではない。例えば、必要となる反射率の大きさによっては、１つの蒸着源と１つの開口と、またはそれらを複数組み合わせた構成により蒸着層を形成してもよい。
すなわち、蒸着工程が、一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部を有する光透過性のベース部材を、グリッド部の裏面側で保持して一方向と直交する方向に連続的に搬送しつつ蒸着を行う工程からなり、ベース部材に対向して配置された少なくとも１つの蒸着源と、その少なくとも１つの蒸着源とベース部材との間に配置され、ベース部材の搬送方向に沿って蒸着源ごとに少なくとも１つの開口を有する蒸着角度規制部材とによって、ベース部材の法線に対する蒸着角度が、ベース部材の搬送方向に沿って相対的に小さい角度から相対的に大きい角度、または相対的に大きい角度から相対的に小さい角度になるように蒸着工程を行うようにした偏光分離素子の製造方法としてもよい。
この場合、反射率が蒸着角度の変化に応じて漸次変化する蒸着層を形成することができる。
このとき、蒸着角度は、上記に説明したような反射率とグリッド形状との関係から好ましい角度範囲に設定することができる。
【００５２】
また、上記の説明では、偏光分離素子を製造するのに、蒸着源の個数が１個または２個用いる場合の例で説明したが、３個以上の蒸着源を用いて、反射率が多層にわたって漸次的に変化する偏光分離素子を製造してもよい。
【００５３】
また、上記の第２の実施形態の説明では、マスク板１４により、開口１２ｂを上流側開口１２Ａと下流側開口１２Ｂとに分割する場合の例で説明したが、開口１２ｂで、蒸着成分１７、１８を必要な割合に混合することができれば、マスク板１４を省略して、開口１２ｂが高反射材料蒸着源１５、１６の開口を兼用するようにしてもよい。
【００５４】
また、上記の説明では、透光性基材１を冷却ドラム５上で搬送する場合の例で説明したが、搬送経路は、円周上とは限らず円以外の曲線や、直線、折れ線などに沿う経路を形成し、その搬送経路上に蒸着マスク、蒸着源を設けた構成でもよい。
【００５５】
また、上記の説明では、蒸着成分の放射範囲を透光性基材１が移動することにより、蒸着角度が変化するようにした場合の例で説明したが、透光性基材１に対して蒸着マスクや蒸着源の位置を移動したり、蒸着成分の放射方向を変化させたりして、蒸着角度を変化させてもよい。
【００５６】
また、上記の各実施形態、各変形例に記載された構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。
【００５７】
ここで、上記各実施形態の用語と特許請求の範囲の用語との対応関係について名称が異なる場合について説明する。
偏光フィルム１０、２０、３０、４０は、それぞれ偏光分離素子の一実施形態である。透光性基材１は、ベース部材の一実施形態である。グラデーション層２Ｃは、中間層部の一実施形態である。蒸着マスク８、１２、および蒸着マスク１２とマスク板１４との組み合わせは、それぞれ蒸着角度規制部材の一実施形態である。冷却ドラム５は、搬送機構の一実施形態である。高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６は、それぞれ蒸着源の一実施形態である。
【実施例】
【００５８】
以下に、本発明の偏光分離素子およびその製造方法の実施例を比較例とともに説明する。
［実施例１］
透光性基材１としてＰＥＴフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、本発明の第１の実施形態の偏光分離素子の製造方法によってＷＧＰを作製した。
まず、蒸着前に透光性基材１上にストライプ状のグリッド部１ｂを、格子ピッチＰ＝１５０ｎｍ、幅Ｗ＝７５ｎｍ、高さ１５０ｎｍで設けた。このグリッド部１ｂの形状は、以下の実施例２〜４も共通である。
そして、蒸着源９の蒸着材料としてＡｌを用いて蒸着を行った。図５、６におけるθ１〜θ４をそれぞれ−６０°、−３０°、６０°、９０°に設定することによって、図２に示す偏光フィルム１０のようなＷＧＰを得た。ここで、角度の符号は、法線から反時計回りの角度を正、時計回りの角度を負とした（以下、同じ）。
すなわち、蒸着初期は高反射率要素２ａで始まり、高反射率要素２ａから低反射率要素２ｂへ蒸着角度の変化に応じて漸次的に組織が変わっていくグラデーション層２ｃを経て、蒸着後期は低反射率要素２ｂになるような蒸着層２を持つＷＧＰである。蒸着層２の厚さは１５０ｎｍである。
このＷＧＰを液晶テレビの液晶表示部の下側偏光板として用いてコントラスト比を測定したところ、明室（３００Ｌｘ）条件下で、コントラスト比は、１０００：１であった。
【００５９】
［実施例２］
透光性基材１としてＰＣフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、本発明の第１の実施形態の変形例の偏光分離素子の製造方法によってＷＧＰを作製した。
蒸着源９の蒸着材料としてＡｌを用い、図５、６におけるθ１〜θ４をそれぞれ−９０°、−６０°、３０°、６０°に設定することによって、図８に示す偏光フィルム２０のようなＷＧＰを得た。
すなわち、蒸着初期は低反射率要素２ｂで始まり、低反射率要素２ｂから高反射率要素２ａへ蒸着角度の変化に応じて漸次的に組織が変わっていくグラデーション層２ｃを経て、蒸着後期は高反射率要素２ａになるような蒸着層２を持つＷＧＰである。蒸着層２の高さは１５０ｎｍである。
このＷＧＰを作製した後、上下反転して液晶テレビの液晶表示部の下側偏光板として用いてコントラスト比を測定したところ、明室（３００Ｌｘ）条件下で、コントラスト比は、１０００：１であった。
【００６０】
［実施例３］
透光性基材１としてＰＥＴフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、本発明の第２の実施形態の偏光分離素子の製造方法によってＷＧＰを作製した。
高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６の蒸着材料には、それぞれＡｌ、カーボンを用い、高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６側ともにθ１〜θ４をそれぞれ−６０°、−３０°、６０°、９０°に設定することで、図２に示す偏光フィルム３０のようなＷＧＰを得た。
すなわち、蒸着初期はＡｌからなる高反射率要素２Ａで始まり、高反射率要素２Ａから低反射率要素２Ｂへ漸次的に組成比率が変わる状態でＡｌとカーボンが混在するグラデーション層２Ｃを経て、蒸着後期はカーボンからなる低反射率要素２Ｂになるような蒸着層２を持つＷＧＰである。この蒸着層２の高さは１５０ｎｍである。
このＷＧＰを液晶テレビの液晶表示部の下側偏光板として用いてコントラスト比を測定したところ、明室（３００Ｌｘ）条件下で、コントラスト比は、１０００：１であった。
【００６１】
［実施例４］
透光性基材１としてＰＣフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、本発明の第２の実施形態の変形例の偏光分離素子の製造方法によってＷＧＰを作製した。
その際、図９の構成において、高反射材料蒸着源１５と低反射材料蒸着源１６との位置を入れ替え、入れ替えた高反射材料蒸着源１５側ではθ１〜θ４をそれぞれ−６０°、−３０°、６０°、９０°に設定し、入れ替えられた低反射材料蒸着源１６側ではθ１〜θ４をそれぞれ−６０°、−３０°、６０°、９０°に設定して蒸着を行った。高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６の蒸着材料は、それぞれＡｌ、カーボンを用いた。
これにより図８に示す偏光フィルム４０のようなＷＧＰを得た。
すなわち、蒸着初期はカーボンからなる低反射率要素２Ｂで始まり、低反射率要素２Ｂから高反射率要素２Ａへ漸次的に組成比率が変わる状態でカーボンとＡｌが混在するグラデーション層２Ｃを経て、蒸着後期はＡｌからなる高反射率要素２Ａになるような蒸着層２を持つＷＧＰである。この蒸着層２の高さは１５０ｎｍである。
このＷＧＰを作製した後、上下反転して液晶テレビの下側偏光板として用いてコントラスト比を測定したところ、明室（３００Ｌｘ）条件下で、コントラスト比は、１０００：１であった。
【００６２】
［比較例１］
透光性基材としてＰＥＴフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、以下のような手順で図１０（ａ）に示すようなＷＧＰを得た。
１．ＰＥＴフィルム５０の表面にＡｌ、カーボンを各１００ｎｍずつ蒸着・積層する。
２．上部へレジストを塗布してリソグラフィー、エッチングによってレジストのライン＆スペースを形成する。
３．レジストをマスクとして１．のＡｌ、カーボン層をそれぞれエッチングする。
４．蒸着層上部に残ったレジストを剥離する。
以上の工程で作製されたＷＧＰは格子ピッチＰ＝１５０ｎｍで、格子幅Ｗ＝７５ｎｍである。格子高さの合計は２００ｎｍで、Ａｌ部５１の厚みが１００ｎｍ、カーボン部５２の厚みが１００ｎｍである。
このＷＧＰを液晶テレビの液晶表示部の下側偏光板として用いてコントラスト比を測定したところ、明室（３００Ｌｘ）条件下で、コントラスト比は、１０００：１であった。
【００６３】
［比較例２］
透光性基材としてＰＥＴフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、以下のような手順で図１０（ｂ）に示したようなＷＧＰを得た。
１．ＰＥＴフィルム５０の表面にＡｌを１５０ｎｍ蒸着する。
２．上部へレジストを塗布してリソグラフィー、エッチングによってレジストのライン＆スペースを形成する。
３．レジストをマスクとして１．のＡｌ層をエッチングする。
４．蒸着層上部に残ったレジストを剥離する。
以上の工程で作製されたＷＧＰのＡｌ層５３による格子形状は、格子ピッチＰ＝１５０ｎｍで、格子幅Ｗ＝７５ｎｍである。格子高さは１５０ｎｍである。
このＷＧＰを液晶テレビの液晶表示部の下側偏光板として用いてコントラスト比を測定したところ、明室（３００Ｌｘ）条件下で、コントラスト比は、５００：１であった。
【００６４】
表２に、以上の実施例１〜４と比較例１、２との評価結果について簡潔にまとめた。
【００６５】
【表２】
【００６６】
比較例１との比較では、実施例１〜４のＷＧＰはいずれも容易な製造プロセスによって同等のコントラスト性能を示すことが可能であり、蒸着層の高さを低く抑え、かつ高反射率要素と低反射率要素との間にグラデーション層を形成することにより、グリッド強度を保つことが可能であった。
また、比較例２との比較では、実施例１〜４のＷＧＰはいずれも容易な製造プロセスであり、かつ高いコントラスト比を示すことが可能であった。
すなわち、本発明の偏光分離素子の製造方法により、反射型偏光素子としての効果を有しつつ、高コントラスト効果をも併せ持つ、パフォーマンスの高い偏光分離素子を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子の模式的な斜視外観図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子の製造装置の主要部を示す概略構成図である。
【図４】図３のａ部の部分拡大図である。
【図５】図３のｂ部の部分拡大図である。
【図６】図３のｃ部の部分拡大図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子の製造方法に採用した蒸着角度と反射率との関係について示すグラフである。
【図８】本発明の第１実施形態に係る偏光分離素子の変形例を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る偏光分離素子の製造装置の主要部を示す概略構成図である。
【図１０】比較例に係る偏光分離素子の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 透光性基材（ベース部材）
１ｂ グリッド部
２ 蒸着層
２ａ、２Ａ 高反射率要素
２ｂ、２Ｂ 低反射率要素
２ｃ グラデーション層
２Ｃ グラデーション層（中間層部）
３Ｍ ＴＭ波成分（入射光）
３Ｅ ＴＥ波成分（入射光）
５ 冷却ドラム（搬送機構）
８、１２ 蒸着マスク（蒸着角度規制部材）
８ａ、８ｂ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 開口
９ 蒸着源
１０、２０、３０、４０ 偏光フィルム（偏光分離素子）
１１、１７、１８ 蒸着成分
１２Ａ 上流側開口（開口）
１２Ｂ 下流側開口（開口）
１４ マスク板（蒸着角度規制部材）
１５ 高反射材料蒸着源（蒸着源）
１６ 低反射材料蒸着源（蒸着源）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤーグリッド方式の偏光分離素子およびその製造方法に関する。例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ノートＰＣ、ＰＣモニター、液晶テレビなどの機器の液晶表示部に好適に用いることができる偏光分離素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ＰＤＡ、ノートＰＣ、ＰＣモニター、液晶テレビなどの機器に用いられる液晶表示部は、液晶を偏光分離素子である偏光フィルムで挟持して、背後からバックライト光を照射する構成が一般的である。
従来、この偏光フィルムに二色性偏光フィルムを用いることが多いが、二色性偏光フィルムは、透過軸と直交方向の偏光を吸収してしまうため、理論的に光の利用効率が５０％を超えることができないという問題があった。
そのため、吸収される偏光成分を反射してバックライト側に戻して再利用することにより光の利用効率を向上することができる反射型の偏光分離素子が注目されている。このような反射型偏光分離素子として、例えば、入射光の波長よりも小さな格子ピッチで形成されたワイヤーグリッドにより格子に直交する偏光成分を透過し、格子と平行な偏光成分を反射することでワイヤーグリッド方式の偏光分離素子が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、光透過性の基板の表面に回折格子を構成する凹凸パターンが設けられ、その凸部の少なくとも２面以上の面が金属あるいは金属化合物よりなる材料膜で被覆された偏光分離素子およびその製造方法が記載されている。
また、特許文献２には、ガラス基板上に所定方向に延びる複数のストライプ部分を有する第１グレーティング層と第２グレーティング層とが、それぞれ光の波長より短いピッチで設けられ、第１グレーティング層が反射性を示す第１材料からなり、第２グレーティング層が第１グレーティング層による光の反射を抑制する第２材料から形成されている偏光光学素子が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−３４４７号公報（図１、２）
【特許文献２】特開２００５−３７９００号公報（図１−４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の偏光分離素子およびその製造方法には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、光透過性の基板をインプリント法によるプラスチックフィルムで形成し、ワイヤーグリッドに相当する反射部を基板に形成された凸部に金属あるいは金属化合物を蒸着して形成するので、薄型フィルム状の偏光分離素子を比較的容易に製造することができるものの、偏光成分を反射して入射側に戻す反射部が、光が透過していく外部側からの光を外部側に反射してしまうため、この反射光のために低コントラストとなってしまうという問題がある。このため、高コントラストが求められる液晶表示部に適用することができないという問題がある。
一方、特許文献２に記載の技術では、偏光成分を反射するグレーティング層を反射性の第１材料と反射を抑制する第２材料とを重ねて設けることで、光が透過していく外部側での外光の反射を抑制することができるものの、これらグレーティング層は、フォトリソグラフおよびエッチング技術を用いて形成するため、あまり大型の素子を製作することができず、製作できたとしても製造コストが高価なものとなってしまうという問題がある。そのため、大型化、低コスト化の要求が強い液晶表示部の偏光分離素子には適用できないという問題がある。
特許文献１の技術において、反射部の上面に反射を抑制する層膜を蒸着して、特許文献２の偏光光学素子の構成を実現することも考えられるが、通常の蒸着加工と異なり、偏光分離作用を有するワイヤーグリッドの格子ピッチは、光の波長以下の微細なものであるため、異種材料の蒸着層の境界面の強度が十分に確保できないという問題があった。そのため、製造不良を起こしやすく、また製品の信頼性も低くなってしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、高コントラストであり、大面積であっても製造効率、信頼性が良好となる偏光分離素子およびその製造方法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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の偏光分離素子は、入射光を偏光方向に応じて透過もしくは反射することにより偏光成分を分離する偏光分離素子であって、一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部を有する光透過性のベース部材と、前記グリッド部の凸面上に、前記入射光の入射側で前記入射光に対して相対的な高反射率となり、前記入射光の透過方向に向けて、蒸着材料の材質、組成および組織の少なくともいずれかが漸次的に変化することにより、相対的な低反射率となるように形成された蒸着層とを備える構成とする。
この発明によれば、グリッド部の凸面上に、入射光の入射側で、入射光に対して相対的な高反射率となり、入射光の透過方向側で相対的な低反射率となる蒸着層を備えるので、入射光は、偏光成分に応じて透過し、高反射率部分で偏光成分に応じて反射され、反射光が再利用される。また、入射光が透過していく方向から来る光は、蒸着層の低反射部分で吸収され、入射光の透過方向への反射が抑制される。そのため、入射光の透過方向におけるコントラストが向上する。
また、蒸着層は、このような反射率変化が、蒸着材料の組成および組織の少なくともいずれかが漸次的に変化するように形成されるので、異なる条件で形成された高反射率層と低反射率層とが１つの境界面で接合された場合に比べて、高強度が得られる。
ここで、漸次的に変化するとは、漸次変化する場合と、漸次変化する層を含む場合と、中間の反射率特性を有する少なくとも１層以上の層を介することで３層以上にわたって多段階的に変化する場合とを含むものとする。
【０００６】
また、本発明の偏光分離素子の製造方法は、入射光を偏光方向に応じて透過もしくは反射することにより偏光成分を分離する偏光分離素子の製造方法であって、一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部が形成された光透過性のベース部材の前記グリッド部の凸面上に、前記入射光の入射側で前記入射光に対して相対的な高反射率となり、前記入射光の透過方向に向けて、蒸着材料の材質、組成および組織の少なくともいずれかを漸次変化させることにより、相対的な低反射率となる蒸着層を形成する蒸着工程を備える方法とする。
この発明によれば、本発明の偏光分離素子を製造する方法となっているので、本発明の偏光分離素子と同様の作用効果を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の偏光分離素子およびその製造方法によれば、グリッド部上に、蒸着材料の組成および組織の少なくともいずれかが漸次変化させて、入射光の入射側で入射光に対して相対的な高反射率となり、入射光の透過方向に向けて相対的な低反射率となる蒸着層を備えるので高コントラストであり、蒸着層が高強度に形成できるため大面積であっても製造効率、信頼性が良好となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【０００９】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子の模式的な斜視外観図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。なお、図１、２は、模式図であり、簡単のため形状や寸法関係は誇張されている（以下、他の図面も同様である）。
【００１０】
本実施形態の偏光フィルム１０は、入射光を偏光方向に応じて透過もしくは反射することにより偏光成分を分離するもので、入射光の波長よりも狭いピッチを有する回折格子により構成されたワイヤーグリッド偏光子（Wire Grid Polarizer、以下、ＷＧＰと略称する）である。
偏光フィルム１０は、図１、２に示すように、表面に微細な凹凸形状を有するフィルム状の透光性基材１と、透光性基材１の凸部の先端側に形成された蒸着層２とからなる。
透光性基材１は、フィルム状のベース部１ａ上に、幅Ｗを有する凸部である複数のグリッド部１ｂが格子ピッチＰで平行に形成されてなる。ここで、格子ピッチＰは、入射光の波長よりも狭いような微細な間隔とされる。
例えば、液晶表示部に用いる場合、可視光の範囲で偏光分離特性を備えていればよい。その場合、格子ピッチＰは可視光波長の半分以下が好ましい。例えば、２００ｎｍ以下、より好ましくは１５０ｎｍ以下とするのがよい。可視光波長の１／５以下であれば、さらに望ましい。
また格子ピッチＰとグリッド部１ｂの幅Ｗの比率はＷ／Ｐ＝０．５を中心に、求める効果により±０．３以内の範囲で適宜調整するのがよい。例えば、０．５より小さいと、偏光度が若干低下するかわりに、透過率が上昇するといったことなどを考慮して適宜設定する。すなわち、グリッド部１ｂの幅Ｗと格子ピッチＰとの関係は次式を満足することが好ましい。
０．２≦Ｗ／Ｐ≦０．８ ・・・（Ａ）
透光性基材１の材質は、光透過性を有する適宜の合成樹脂材料を採用することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの材質を採用することができる。
また、透光性基材１の表面は必ずしも平坦である必要はなく、光の透過を過剰に妨げる形状でなければ特に制限されるものではない。
【００１１】
蒸着層２は、本実施形態では、蒸着の下層から上層に向けて、反射率が漸次、高反射率から低反射率に変化するように形成されている。そのため、グリッド部１ｂの凸部先端面（以下、凸面と称する）の近傍には、高反射率要素２ａが形成され、蒸着層２の最上面側には、低反射率要素２ｂが形成され、それらの中間部では中間の反射率となるような蒸着膜構成を有するグラデーション層２ｃが形成されている。ここで、高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂは、巨視的または幾何光学的には、光の反射、吸収を起こす反射面と言ってもよいが、微視的には、それぞれ、反射、吸収機能が発揮される層厚範囲に形成された層状部分を指す。
ここでの低反射率は、ある程度、光透過性があってもよいが、蒸着層２内に透過した光が、再び低反射率要素２ｂ側から出射されないようにするために光吸収性を備えることが必須である。そのため、光透過性の保護膜コートなどが形成されていてもよいが、その部分は低反射率要素２ｂには含めないものとする。
これらの反射率変化は、蒸着材料の材質、組成および組織の少なくともいずれかを漸次変化させて形成することができるが、本実施形態では、蒸着材料としてアルミ（Ａｌ）を採用し、蒸着角度を変えてその組織を稠密な状態からポーラスな状態に変化させることで実現している。アルミは、このような反射率変化が顕著であるが、可視光波長域において所望の反射率が得られる場合には、他の金属材料、例えば銀（Ａｇ）などを採用してもよい。
【００１２】
グラデーション層２ｃの蒸着膜構成の変化のさせ方は、高反射率要素２ａ側、低反射率要素２ｂ側の反射率がそれぞれ良好な値となれば、特に限定されず、材質、組成、組織が蒸着層２の強度に及ぼす影響を考慮して、適宜設定することができる。
例えば、単調に変化させてもよいし、高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂがそれぞれ反射、吸収機能を発揮する最低限の層厚よりも厚い層厚で形成され、その中間で蒸着膜構成が滑らかに変化する３層構造としてもよい。また、層の境界面で強度が急峻に変化しないようにすれば、階段状の変化を示す多層構造としてもよい。
【００１３】
高反射率要素２ａの反射率は、偏光フィルム１０の光利用効率を向上するためにできるかぎり高いことが好ましく、低反射率要素２ｂの反射率は、偏光フィルム１０のコントラストを向上するためにできるだけ低いことが好ましい。例えば、４０％を超えない反射率とすることが好ましく、３０％を超えないことがより好ましい。
【００１４】
このような偏光フィルム１０によれば、透光性基材１のグリッド部１ｂの裏面側の表面から光を入射することにより、略一方向の偏光成分のみを透過させ、それ以外の偏光成分を入射側に戻すことができる。
例えば、図２の図示下方側にバックライト装置などの光源が設けられ図示上方に光が照射される場合、電界の振動方向が偏光フィルム１０の格子方向（図２の紙面垂直方向）に直交するＴＭ波であるＴＭ波成分３Ｍは、グリッド部１ｂを通して、図示上方に透過する。
一方、電界の振動方向が格子方向に平行なＴＥ波であるＴＥ波成分３Ｅは、透過することができず、高反射率要素２ａにより反射され、反射光３Ｒとして光源側に戻り、適宜装置内部での反射を繰り返して偏光フィルム１０に再入射する。このようにして反射光３Ｒが再利用されるため光利用効率が向上する。
【００１５】
また、図２の上方からの光は、ＴＭ波成分４Ｍが透過し、透過できないＴＥ波成分４Ｅが低反射率要素２ｂで反射される。低反射率要素２ｂは、低反射率に設定されているので、一部が吸収されて減衰した光が図示上方に反射される。
したがって、蒸着層２側では、ＴＭ波成分３Ｍを良好なコントラストで観察することができる。ＴＭ波成分４Ｍ、ＴＥ波成分４Ｅは、偏光フィルム１０が液晶表示部に用いられる場合、外光に相当する。
【００１６】
次に、このような偏光フィルム１０の製造方法および製造装置について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子の製造装置の主要部を示す概略構成図である。図４は、図３のａ部の部分拡大図である。図５は、図３のｂ部の部分拡大図である。図６は、図３のｃ部の部分拡大図である。図７は、本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子の製造方法に採用した蒸着角度と反射率との関係について示すグラフである。横軸は蒸着角度（°）を示し、縦軸は波長５５０ｎｍにおける反射率（％）を示す。
【００１７】
図３に示す偏光フィルム製造装置１００は、本実施形態の偏光フィルム１０の製造を行うためのものであり、主要部として、冷却ドラム５、ガイドローラ６、７、蒸着源９、および蒸着マスク８を備え、これらが真空槽に収容されたものである。
冷却ドラム５は、透光性基材１の温度が安定するように一定の冷却を行いつつ、透光性基材１を円周方向に搬送する搬送機構を構成するもので、不図示のモータにより図示時計回りに一定速度で回転駆動される。冷却ドラム５の回転軸は、図３の紙面垂直方向に沿って設けられている。
ガイドローラ６は、冷却ドラム５に透光性基材１を巻き付ける位置で、透光性基材１の搬送をガイドするローラ部材である。
透光性基材１は、図４に示すように、グリッド部１ｂにより形成される凹凸形状が冷却ドラム５の回転軸方向と同方向に配置されるとともに、グリッド部１ｂの裏面側のベース部１ａが、冷却ドラム５に巻き付られた状態で搬送される。
ガイドローラ７は、冷却ドラム５の回転とともに回転し、蒸着層２が形成された透光性基材１を冷却ドラム５から離脱させる位置において透光性基材１の搬送をガイドするローラ部材である。
【００１８】
蒸着源９は、蒸着材料を加熱して蒸着成分１１を放射するもので、本実施形態では、冷却ドラム５の下方の搬送路中間部に対向して配置されている。そのため、蒸着成分１１は、上方に拡散するにつれ放射状に拡がるようになっている。蒸着成分１１の放射中心軸は、本実施形態では、図示上下方向に略一致している。
【００１９】
蒸着マスク８は、蒸着源９と冷却ドラム５との間で、冷却ドラム５を覆うように設けられている。そして、蒸着成分１１の透過位置を規制するために、一定幅で紙面奥行き方向に延ばされた開口８ａ、８ｂが搬送方向上流側から順次設けられている。
【００２０】
開口８ａは、蒸着成分１１の放射中心軸に対して搬送方向上流側よりに設けることで、図５に示すように、冷却ドラム５上を搬送される透光性基材１の法線に対する蒸着角度が、搬送方向下流側に傾斜し、その大きさが搬送方向上流側のθ１から搬送方向上流側のθ２（ただし、θ１＞θ２）まで変化するようになっている。
ここで、θ１、θ２は、次式を満足することが好ましい。
４０°≦θ１≦７０° ・・・（１）
２０°≦θ２≦５０° ・・・（２）
【００２１】
開口８ｂは、蒸着成分１１の放射中心軸に対して搬送方向下流側よりに設けることで、図６に示すように、冷却ドラム５上を搬送される透光性基材１の法線に対する蒸着角度が、搬送方向上流側に傾斜し、その大きさが搬送方向上流側のθ３から搬送方向上流側のθ４（ただし、θ３＜θ４）まで変化するようになっている。
ここで、θ３、θ４は、次式を満足することが好ましい。
６０°≦θ３＜９０° ・・・（３）
６０°≦θ４＜９０° ・・・（４）
【００２２】
次に、偏光フィルム製造装置１００を用いた偏光フィルム１０の製造方法について説明する。
透光性基材１は、適宜の方法により製造することができるが、例えば、インプリント法で製造することが好ましい。インプリント法は、例えば電子線描画とエッチングとの組み合わせにより、微細構造を有する金型を形成し、その金型形状をプラスチックフィルムなどの転写する工法である。そのため、フィルムをパターニングして、フォトリソグラフおよびエッチング技術を用いて凹凸形状を形成する場合に比べて、大型化、低コスト化が可能である。
【００２３】
ガイドローラ６でガイドされた透光性基材１は、グリッド部１ｂを冷却ドラム５の径方向外側に向けて冷却ドラム５に巻き付けられ、冷却ドラム５の円周方向に搬送される。
透光性基材１が、開口８ａを通して、蒸着成分１１が放射される領域（図５の点Ｖ１）に到達すると、蒸着層２の下層を形成する第１の蒸着サブ工程が開始される。
すなわち、開口８ａから角度θ１で入射する蒸着成分１１により、グリッド部１ｂの凸面が蒸着され、搬送が進むにつれて、蒸着角度がθ２まで連続的に変化しつつ蒸着が進行される。そして透光性基材１が、蒸着成分１１がマスクされる位置（図５の点Ｖ２）まで移動すると第１の蒸着サブ工程が終了する。
【００２４】
そして、透光性基材１が、開口８ｂを通して、蒸着成分１１が放射される領域（図６の点Ｖ３）に到達すると、蒸着層２の上層を形成する第２の蒸着サブ工程が開始される。
すなわち、開口８ｂから角度θ３で入射する蒸着成分１１により、第１の蒸着サブ工程で形成された蒸着層２の下層の上面が蒸着され、搬送が進むにつれて、蒸着角度がθ４まで連続的に変化しつつ蒸着が進行する。そして透光性基材１が、蒸着成分１１がマスクされる位置（図６の点Ｖ４）まで移動すると第２の蒸着サブ工程が終了する
以上で蒸着工程が終了し、蒸着層２が形成された透光性基材１は、ガイドローラ７によって、装置外部に向けて搬送される。
【００２５】
本実施形態では、蒸着材料として金属あるいは金属化合物を用いる場合、反射率が蒸着角度に依存することに着眼し、蒸着角度を変えることで、蒸着層２の反射率を変化させている。
図７に示す実験例は、透光性基材１と同材質のプラスチックフィルムに、蒸着角度を振ってアルミ蒸着膜を形成し、反射率を測定した結果である。反射率は、直線２００で精度よく近似される変化を示すことが分かる。すなわち、反射率は、蒸着面の法線方向（蒸着角度０°）で最大となり、法線に対する傾きに比例して減少している。
これは、蒸着角度が小さい状態では薄膜が稠密かつ均一な状態で形成されるが、蒸着角度が大きい状態では、薄膜がポーラスな状態に形成され、薄膜の微細な組織構造が変化するためである。実際、蒸着角度が大きいサンプルは、アルミを用いても黒味がかっており、光沢も低下した状態となる。
【００２６】
このため、第１蒸着サブ工程によりグリッド部１ｂの凸面側に高反射率要素２ａが形成され、その上層側に反射率が漸次低下するグラデーション層２ｃの一部が形成される。そして、第２蒸着サブ工程により漸次反射率が低下するグラデーション層２ｃの一部が形成され、最上層部に低反射率要素２ｂが形成される。
このように、本実施形態の蒸着源９と蒸着マスク８との位置関係によれば、開口８ａは高反射率蒸着部を構成し、開口８ｂは低反射率蒸着部を構成している。
【００２７】
ここで、θ２＝θ３とすれば、グラデーション層２ｃは、反射率が漸次変化する構成が得られる。
また、θ２＜θ３とすれば、高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂの反射率差に比べて小さい反射率差を有する不連続面を含んで漸次的に変化する構成が得られる。
この場合、不連続面は、材質としては連続しており、またその組織の違いも高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂの組織を直接接合した場合に比べて小さくなるので、脆化を引き起こすことなく、層間の密着性も良好となり、製造も容易である。
【００２８】
このように、本実施形態は、蒸着工程が、蒸着層の層高さに応じて蒸着角度を変化させて蒸着を行う工程になっている。そのため、蒸着層を略同一の蒸着材料から構成して反射率が漸次的に変化する蒸着層を形成することができる。
また、本実施形態では、蒸着工程が、蒸着角度範囲がそれぞれ異なる複数の蒸着サブ工程に分割されている。そのため、１つの連続する蒸着工程で、反射率を漸次変化させる場合に比べて、より大きな反射率変化する蒸着層をより容易に形成することができる。
また、本実施形態は、蒸着層が、略同一の蒸着材料から構成されているため、第１蒸着サブ工程と第２蒸着サブ工程とに分けて蒸着層が形成されても、境界面でのなじみがよくなり、蒸着角度が不連続的に変化しても異材質により不連続面が形成される場合に比べて高強度が得られる。そのため、グリッドの倒れなどの製造不良を低減するとともに信頼性の高いＷＧＰを形成することができる。
なお、各蒸着サブ工程の蒸着角度範囲は、必要に応じて共通の角度範囲を含んでいてもよい。
【００２９】
ここで、蒸着角度がグリッド形状に及ぼす影響について説明する。
本実施形態のように、光の波長以下のピッチで微細な凹凸形状を形成するグリッド部１ｂの凸面に蒸着を行う場合、蒸着角度に応じて蒸着層の形状が変化するため適切なグリッド形状が形成できなくなる場合がある。
蒸着角度が小さすぎると、隣接するグリッド部１ｂ上の蒸着層が連結してしまい、入射光が透過する凹部がふさがれてしまう。蒸着角度が大きすぎると、蒸着膜に偏りが生じ、斜めに傾いたグリッドが形成されてしまう。
そのため、蒸着角度は、グリッド形状との関係で必要に応じて適切な範囲に設定する必要がある。
表１に、透光性基材１に対して、蒸着角度固定して同一の層厚の蒸着を行い、その反射率とグリッド形状とを観察した結果を示す。グリッド形状の評価は、良好を○、可を△、不可を×とし、具体的な観察結果を現象欄に記載した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１の結果によれば、グリッド形状が形成可能な蒸着角度範囲は、３０°から６０°であり、図７を参照すれば、約６７％から約４０％の反射率に対応する。この結果は、層厚方向に蒸着角度を一定にした場合の結果である。
蒸着角度が変化する場合、蒸着材料が蒸着面全体を隙間なく覆って反射面を形成するためには、蒸着条件に応じて薄膜形成時間が必要となる。したがって、薄膜形成時間の初期または最後の段階での蒸着角度は、薄膜の特性にあまり寄与しないことになる。
そのため、本実施形態のように蒸着角度を変化させる場合には、グリッド形状が形成可能な蒸着角度範囲は、２０°から７０°程度である。
また、７０°を超えたときのグリッド形状の問題は蒸着膜の偏りによる傾斜であるが、これは蒸着膜の厚さが薄い場合には問題とならない。本実施形態では、グリッドの傾きが生じない範囲で第１蒸着サブ工程を行ってから、蒸着角度の大きい第２蒸着サブ工程を行うため、蒸着角度が大きい範囲での層高さが低くなり、図７の実験結果より広い角度範囲でも良好な結果を得ることが可能である。例えば、後述する実施例に示すように、θ４＝９０°の設定でも良好なグリッド形状が得られる。
したがって、各蒸着サブ工程の蒸着角度の上下限値としては、上記式（１）〜（４）の値を採用することができる。
【００３２】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図８は、本発明の第１実施形態に係る偏光分離素子の変形例を示す模式的な断面図である。
本変形例の偏光フィルム２０は、図８に示すように、上記第１の実施形態の偏光フィルム１０の蒸着層２が、上下反転した位置関係でグリッド部１ｂの凸面に形成されたものである。
そのため、蒸着層２が形成された側から光を入射すると、そのＴＭ波成分３Ｍが透過されＴＥ波成分３Ｅが高反射率要素２ａにより反射光３Ｒとして反射されようなＷＧＰが構成されている。したがって、蒸着層２側にバックライト装置などの光源を配置することで、液晶表示部に用いることができる。偏光分離特性に関しては、偏光フィルム１０と同等の作用効果を有する。蒸着層２を外側に配置したくない場合には、偏光フィルム２０の構成が好都合となる。
ただし、このようにＷＧＰの外側に透光性基材１が配置される場合、透光性基材１の材質としては、複屈折性が小さく、延伸等の加工を加えても偏光を乱さない性質のものを選択し、ＷＧＰの機能により整えられた偏光を再び乱さないようにすることが好ましい。
【００３３】
偏光フィルム２０は、偏光フィルム製造装置１００において、上記第１の実施形態の第１蒸着サブ工程と第２蒸着サブ工程との蒸着角度の条件を逆転することで容易に製造することができる。例えば、蒸着マスク８の配置を調整することにより、本変形例におけるθ１、θ２、θ３、θ４が、それぞれ上記第１の実施形態で採用した、θ４、θ３、θ２、θ１の値をとるような配置とすればよい。
これは、図３において、冷却ドラム５における透光性基材１の搬送方向を反時計回りに変えても実現できるし、蒸着マスク８の配置位置を図示左右で反転して配置しても実現することができる。
このようにして形成される蒸着層２の高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂ、グラデーション層２ｃは、透光性基材１に対する上下の位置関係が異なるだけなので、上記第１の実施形態の説明と同様な作用効果を有する。
【００３４】
また、このような変形例の製造方法に特有の作用効果として、蒸着層２の上層（図８の下側）を形成する際の蒸着角度が偏光フィルム１０を形成する場合に比べて小さくなるため、蒸着層２の上層側でのグリッド形状の傾きが発生しにくくなることが挙げられる。
【００３５】
このように、本実施形態および変形例では、蒸着工程が、一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部を有する光透過性のベース部材を、グリッド部の裏面側で保持して一方向と直交する方向に連続的に搬送しつつ蒸着を行う工程からなり、ベース部材に対向して配置された少なくとも１つの蒸着源と、その少なくとも１つの蒸着源とベース部材との間に配置され、ベース部材の搬送方向に沿って蒸着源ごとに少なくとも１つの開口を有する蒸着角度規制部材とによって、ベース部材の法線に対する蒸着角度が、ベース部材の搬送方向に沿って相対的に小さい角度から相対的に大きい角度、または相対的に大きい角度から相対的に小さい角度になるようにし、蒸着工程を行う偏光分離素子の製造方法であって、１つの蒸着源とその１つの蒸着源に対応して２つの開口を有する蒸着角度規制部材によって、蒸着角度が、相対的に小さい角度からなる高反射率蒸着部と、相対的に大きい角度からなる低反射率蒸着部とを形成し、高反射率蒸着部および低反射率蒸着部を、反射率の高低の順、または低高の順に沿って前記ベース部材の搬送経路上に配列することにより、蒸着工程を、ベース部材の搬送方向に沿う順に、高反射率から低反射率に向かう蒸着を行う複数工程、または低反射率から高反射率に向かう蒸着を行う複数工程として行うようにした方法となっている。
このため、本発明の偏光分離素子をベース部材の搬送方向に沿って連続的に形成することができる製造方法となっている。
ここで、「蒸着源ごとに」開口を有するとは、蒸着源のそれぞれに対応して蒸着材料を透過するように開口が形成もしくは配置されたことを意味し、必要に応じて、１つの開口が複数の蒸着源に対応する開口を兼用してもよい。
【００３６】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る偏光分離素子について説明する。
本実施形態の偏光フィルム３０は、図２に示すように、上記第１の実施形態の偏光フィルム１０の蒸着層２の高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂ、グラデーション層２ｃに代えて、それぞれ高反射率要素２Ａ、低反射率要素２Ｂ、グラデーション層２Ｃを備えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３７】
本実施形態では、蒸着層２内の漸次的な反射率変化を、蒸着材料の材質または組成を変えることで実現している。
高反射率要素２Ａの蒸着材料の材質は、可視光波長域において必要な高反射率が得られる金属材料、例えばアルミや銀などを採用することができる。
低反射率要素２Ｂの蒸着材料の材質は、高反射率要素２Ａに比べて低反射率が得られる材質または光吸収性を有する材質を用いる。例えば、高反射率要素２Ａの材質に比べて低反射率の金属、金属酸化物や、カーボン、あるいはそれらの混合物などを採用することができる。
グラデーション層２Ｃは、高反射率要素２Ａと低反射率要素２Ｂとの蒸着材料が混合された層で形成される。そのため、グラデーション層２Ｃは、高反射率要素２Ａの反射率と低反射率要素２Ｂの反射率との間の反射率を有する構成とされる。
【００３８】
一般に異なる材質を積層すると、層間の密着性が悪化するため、強度面での脆化、作製面での難易度が上がるなどの問題が発生するが、本実施形態によれば、高反射率要素２Ａと低反射率要素２Ｂとの間に、それぞれの材質の含有比率が漸次的に変化するグラデーション層２Ｃを設けているので、層間の密着性の悪化を防ぐことができる。
【００３９】
このように本実施形態は、蒸着層が、上層部および下層部がそれぞれ異なる材質または組成を有する蒸着材料からなり、前記上層部および前記下層部の間の中間部に、前記異なる材質または組成の蒸着材料が混合された中間層部が形成された場合の例になっている。
この場合、上層部と下層部とを形成する蒸着材料の異なる材質または組成であっても、これらの蒸着材料が混合された中間層部が備えるため、材質が異なる不連続面が形成されない。そのため、上層部と下層部とが材質または組成の不連続面を有する場合に比べて高強度が得られる。その結果、グリッドの倒れなどの製造不良を低減するとともに信頼性の高いＷＧＰを形成することができる。
【００４０】
次に、このような偏光フィルム３０の製造方法および製造装置について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態に係る偏光分離素子の製造装置の主要部を示す概略構成図である。
【００４１】
図９に示す偏光フィルム製造装置１１０は、本実施形態の偏光フィルム２０の製造を行うためのものであり、その主要部が、上記第１の実施形態の偏光フィルム製造装置１００の蒸着源９に代えて、高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６を備え、同じく蒸着マスク８に代えて、蒸着マスク１２とマスク板１４とを備えるものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４２】
高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６は、それぞれ高反射率要素２Ａ、低反射率要素２Ｂを形成する蒸着材料を加熱して、それぞれに対応する蒸着成分１７、１８を放射するもので、冷却ドラム５の下方側で、それぞれ搬送方向上流側、下流側の位置に対向して配置されている。そのため、蒸着成分１７は、搬送方向上流側で、図示左斜め上方向に拡散するにつれ放射状に拡がるようになっている。また、蒸着成分１８は、搬送方向下流側で、図示右斜め上方向に拡散するにつれ放射状に拡がるようになっている。それぞれの位置は必ずしも左右対称である必要はないが、本実施形態では、略対称な位置に配置されている。
【００４３】
蒸着マスク１２は、高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６と冷却ドラム５との間で、冷却ドラム５を覆うように設けられ、蒸着成分１７、１８の透過位置を規制するために、一定幅で紙面奥行き方向に延ばされた開口１２ａ、１２ｂ、１２ｃが搬送方向上流側から順次設けられている。
開口１２ａは、蒸着成分１７の放射中心軸に対して搬送方向上流側に位置し、開口１２ｃは、蒸着成分１８の放射中心軸に対して搬送方向下流側に位置している。また、開口１２ｂは、蒸着成分１７の放射中心軸の搬送方向下流側かつ蒸着成分１８の放射中心軸の搬送方向上流側の位置に設けられている。
マスク板１４は、開口１２ｂを中間部で図示左右方向に分割し、搬送方向上流側の上流側開口１２Ａと、搬送方向下流側の下流側開口１２Ｂとを形成するために立てられた平板である。すなわち、開口１２ｂの開口端部を上流側から、エッジＳ１、Ｓ３とし、マスク板１４の冷却ドラム５側の端部をエッジＳ２とすると、上流側開口１２Ａは、エッジＳ１、Ｓ２によって形成される開口であり、下流側開口１２Ｂは、エッジＳ２、Ｓ３によって形成される開口である。
また、マスク板１３、１３は、それぞれ開口１２ａ、開口１２ｃの外側に拡散する蒸着成分１７、１８をマスクして拡散を抑制するための部材である。
【００４４】
本実施形態の偏光分離素子の製造方法は、蒸着源をベース材料の搬送方向に沿って複数設け、蒸着角度規制部材の開口を、蒸着源のうち互いに隣接する蒸着源の間で、その蒸着源の各蒸着材料が混合されるように設けることにより、複数工程の中間部の工程が、互いに隣接する蒸着源の蒸着材料を混合して蒸着する工程を含むようにした方法となっている。
そのため、隣り合う蒸着源が混合した中間層部を形成することが容易となる。
【００４５】
偏光フィルム製造装置１１０では、蒸着工程を、開口１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対応する位置で、それぞれ第１蒸着サブ工程、第２蒸着サブ工程、第３蒸着サブ工程に分けて行うことができる。
まず、本実施形態の第１蒸着サブ工程では、開口１２ａを蒸着成分１７が透過する範囲で、上記第１の実施形態の第１蒸着サブ工程に相当する蒸着が行われ、高反射材料により高反射率要素２Ａが形成される。
【００４６】
次に、本実施形態の第２蒸着サブ工程は、上流側開口１２Ａを通して蒸着成分１７が、下流側開口１２Ｂを通して蒸着成分１８が、それぞれ同時に放射されるため、蒸着成分１７と蒸着成分１８とが混合した状態で蒸着が進行し、グラデーション層２Ｃが形成される。
その際、それぞれの蒸着角度や開口幅によって、蒸着成分の到達位置や到達量が変わるため、上流側開口１２Ａ、下流側開口１２Ｂの開口幅や位置を調整することにより、蒸着成分１７と蒸着成分１８とが混合する割合を搬送方向に沿って適宜設定することができる。この設定により、グラデーション層２Ｃの漸次的な組成の変化の割合を制御することができる。
この組成変化は、グラデーション層２Ｃに強度に影響する組成の不連続面が形成されないようにすれば、適宜設定することができるが、上流側から下流側に向かって、蒸着成分１７が減衰し、蒸着成分１８が増大するように漸次的に変化することが好ましい。
【００４７】
続いて、本実施形態の第３蒸着サブ工程では、開口１２ｃを蒸着成分１８が透過する範囲で、上記第１の実施形態の第２蒸着サブ工程に相当する蒸着が行われ、蒸着成分１８が優勢な第２蒸着サブ工程の蒸着層の上層に、低反射材料である蒸着成分１８により低反射率要素２Ｂが形成される。
ここで、低反射材料が、アルミなどのように、蒸着角度に応じて反射率が顕著に変化する場合、第１の実施形態の第２蒸着サブ工程と同様に反射率が漸次低反射率となる低反射率要素２Ｂが形成される。材質そのものが、低反射率であり、蒸着角度による反射率の依存性が少ない場合には、反射率が略一定の低反射率要素２Ｂが形成される。
以上、第１〜３蒸着サブ工程により、偏光フィルム３０が製造される。
【００４８】
本実施形態では、反射率の漸次的な変化を、材質とその組成を変えることで実現しているが、蒸着角度により反射率の変化を起こしやすい材質では、第１の実施形態と同様に、蒸着角度範囲を調整する必要がある。そのため、開口１２ａおよび下流側開口１２Ｂにおける蒸着角度は、上記第１の実施形態の開口８ａにおける蒸着角度と同等とすることが好ましく、開口１２ｃおよび上流側開口１２Ａにおける蒸着角度は、上記第１の実施形態の開口８ａにおける蒸着角度と同等とすることが好ましい。
各開口と蒸着角度との好ましい関係を示すために、図５、６に、対応する符号を記載した。ただし、図面の簡略化のため、蒸着マスク１２、マスク板１３の図示は省略している。
【００４９】
次に本実施形態の変形例について説明する。
本変形例の偏光フィルム４０は、図８に示すように、上記第２の実施形態の偏光フィルム３０の蒸着層２が、上下反転した位置関係でグリッド部１ｂの凸面に形成されたものである。すなわち、上記第１の実施形態の変形例の偏光フィルム２０の蒸着層２の高反射率要素２ａ、低反射率要素２ｂ、グラデーション層２ｃを、上記第２の実施形態の蒸着層２の高反射率要素２Ａ、低反射率要素２Ｂ、グラデーション層２Ｃに置き換えたものである。
したがって、上記第２の実施形態の作用効果を有し、外部側に対して、グリッド部１ｂの裏面側のベース部１ａを向けた形態のＷＧＰが得られる。
【００５０】
偏光フィルム４０の製造方法は、偏光フィルム製造装置１１０において、図９で冷却ドラム５における透光性基材１の搬送方向を反時計回りに変えた状態を実現するか、あるいは、高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６、蒸着マスク１２、マスク板１４の配置位置をそれぞれ図示左右で反転する位置関係とすることで容易に実現できる。また、単に図９で高反射材料蒸着源１５と低反射材料蒸着源１６とを入れ替えるだけでもよい。
【００５１】
なお、上記の第１の実施形態の説明では、１つの蒸着源に対応して２つの開口が設けられ、１つの蒸着源で２つの蒸着工程を行う場合の例で説明したが、本発明は、蒸着角度規制部材によって蒸着角度が変化させることで、反射率が漸次的に変化する構成の蒸着層を形成することができるようにしたものであり、１つの蒸着源に対する開口の数は２つに限定されるものではない。例えば、必要となる反射率の大きさによっては、１つの蒸着源と１つの開口と、またはそれらを複数組み合わせた構成により蒸着層を形成してもよい。
すなわち、蒸着工程が、一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部を有する光透過性のベース部材を、グリッド部の裏面側で保持して一方向と直交する方向に連続的に搬送しつつ蒸着を行う工程からなり、ベース部材に対向して配置された少なくとも１つの蒸着源と、その少なくとも１つの蒸着源とベース部材との間に配置され、ベース部材の搬送方向に沿って蒸着源ごとに少なくとも１つの開口を有する蒸着角度規制部材とによって、ベース部材の法線に対する蒸着角度が、ベース部材の搬送方向に沿って相対的に小さい角度から相対的に大きい角度、または相対的に大きい角度から相対的に小さい角度になるように蒸着工程を行うようにした偏光分離素子の製造方法としてもよい。
この場合、反射率が蒸着角度の変化に応じて漸次変化する蒸着層を形成することができる。
このとき、蒸着角度は、上記に説明したような反射率とグリッド形状との関係から好ましい角度範囲に設定することができる。
【００５２】
また、上記の説明では、偏光分離素子を製造するのに、蒸着源の個数が１個または２個用いる場合の例で説明したが、３個以上の蒸着源を用いて、反射率が多層にわたって漸次的に変化する偏光分離素子を製造してもよい。
【００５３】
また、上記の第２の実施形態の説明では、マスク板１４により、開口１２ｂを上流側開口１２Ａと下流側開口１２Ｂとに分割する場合の例で説明したが、開口１２ｂで、蒸着成分１７、１８を必要な割合に混合することができれば、マスク板１４を省略して、開口１２ｂが高反射材料蒸着源１５、１６の開口を兼用するようにしてもよい。
【００５４】
また、上記の説明では、透光性基材１を冷却ドラム５上で搬送する場合の例で説明したが、搬送経路は、円周上とは限らず円以外の曲線や、直線、折れ線などに沿う経路を形成し、その搬送経路上に蒸着マスク、蒸着源を設けた構成でもよい。
【００５５】
また、上記の説明では、蒸着成分の放射範囲を透光性基材１が移動することにより、蒸着角度が変化するようにした場合の例で説明したが、透光性基材１に対して蒸着マスクや蒸着源の位置を移動したり、蒸着成分の放射方向を変化させたりして、蒸着角度を変化させてもよい。
【００５６】
また、上記の各実施形態、各変形例に記載された構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。
【００５７】
ここで、上記各実施形態の用語と特許請求の範囲の用語との対応関係について名称が異なる場合について説明する。
偏光フィルム１０、２０、３０、４０は、それぞれ偏光分離素子の一実施形態である。透光性基材１は、ベース部材の一実施形態である。グラデーション層２Ｃは、中間層部の一実施形態である。蒸着マスク８、１２、および蒸着マスク１２とマスク板１４との組み合わせは、それぞれ蒸着角度規制部材の一実施形態である。冷却ドラム５は、搬送機構の一実施形態である。高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６は、それぞれ蒸着源の一実施形態である。
【実施例】
【００５８】
以下に、本発明の偏光分離素子およびその製造方法の実施例を比較例とともに説明する。
［実施例１］
透光性基材１としてＰＥＴフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、本発明の第１の実施形態の偏光分離素子の製造方法によってＷＧＰを作製した。
まず、蒸着前に透光性基材１上にストライプ状のグリッド部１ｂを、格子ピッチＰ＝１５０ｎｍ、幅Ｗ＝７５ｎｍ、高さ１５０ｎｍで設けた。このグリッド部１ｂの形状は、以下の実施例２〜４も共通である。
そして、蒸着源９の蒸着材料としてＡｌを用いて蒸着を行った。図５、６におけるθ１〜θ４をそれぞれ−６０°、−３０°、６０°、９０°に設定することによって、図２に示す偏光フィルム１０のようなＷＧＰを得た。ここで、角度の符号は、法線から反時計回りの角度を正、時計回りの角度を負とした（以下、同じ）。
すなわち、蒸着初期は高反射率要素２ａで始まり、高反射率要素２ａから低反射率要素２ｂへ蒸着角度の変化に応じて漸次的に組織が変わっていくグラデーション層２ｃを経て、蒸着後期は低反射率要素２ｂになるような蒸着層２を持つＷＧＰである。蒸着層２の厚さは１５０ｎｍである。
このＷＧＰを液晶テレビの液晶表示部の下側偏光板として用いてコントラスト比を測定したところ、明室（３００Ｌｘ）条件下で、コントラスト比は、１０００：１であった。
【００５９】
［実施例２］
透光性基材１としてＰＣフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、本発明の第１の実施形態の変形例の偏光分離素子の製造方法によってＷＧＰを作製した。
蒸着源９の蒸着材料としてＡｌを用い、図５、６におけるθ１〜θ４をそれぞれ−９０°、−６０°、３０°、６０°に設定することによって、図８に示す偏光フィルム２０のようなＷＧＰを得た。
すなわち、蒸着初期は低反射率要素２ｂで始まり、低反射率要素２ｂから高反射率要素２ａへ蒸着角度の変化に応じて漸次的に組織が変わっていくグラデーション層２ｃを経て、蒸着後期は高反射率要素２ａになるような蒸着層２を持つＷＧＰである。蒸着層２の高さは１５０ｎｍである。
このＷＧＰを作製した後、上下反転して液晶テレビの液晶表示部の下側偏光板として用いてコントラスト比を測定したところ、明室（３００Ｌｘ）条件下で、コントラスト比は、１０００：１であった。
【００６０】
［実施例３］
透光性基材１としてＰＥＴフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、本発明の第２の実施形態の偏光分離素子の製造方法によってＷＧＰを作製した。
高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６の蒸着材料には、それぞれＡｌ、カーボンを用い、高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６側ともにθ１〜θ４をそれぞれ−６０°、−３０°、６０°、９０°に設定することで、図２に示す偏光フィルム３０のようなＷＧＰを得た。
すなわち、蒸着初期はＡｌからなる高反射率要素２Ａで始まり、高反射率要素２Ａから低反射率要素２Ｂへ漸次的に組成比率が変わる状態でＡｌとカーボンが混在するグラデーション層２Ｃを経て、蒸着後期はカーボンからなる低反射率要素２Ｂになるような蒸着層２を持つＷＧＰである。この蒸着層２の高さは１５０ｎｍである。
このＷＧＰを液晶テレビの液晶表示部の下側偏光板として用いてコントラスト比を測定したところ、明室（３００Ｌｘ）条件下で、コントラスト比は、１０００：１であった。
【００６１】
［実施例４］
透光性基材１としてＰＣフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、本発明の第２の実施形態の変形例の偏光分離素子の製造方法によってＷＧＰを作製した。
その際、図９の構成において、高反射材料蒸着源１５と低反射材料蒸着源１６との位置を入れ替え、入れ替えた高反射材料蒸着源１５側ではθ１〜θ４をそれぞれ−６０°、−３０°、６０°、９０°に設定し、入れ替えられた低反射材料蒸着源１６側ではθ１〜θ４をそれぞれ−６０°、−３０°、６０°、９０°に設定して蒸着を行った。高反射材料蒸着源１５、低反射材料蒸着源１６の蒸着材料は、それぞれＡｌ、カーボンを用いた。
これにより図８に示す偏光フィルム４０のようなＷＧＰを得た。
すなわち、蒸着初期はカーボンからなる低反射率要素２Ｂで始まり、低反射率要素２Ｂから高反射率要素２Ａへ漸次的に組成比率が変わる状態でカーボンとＡｌが混在するグラデーション層２Ｃを経て、蒸着後期はＡｌからなる高反射率要素２Ａになるような蒸着層２を持つＷＧＰである。この蒸着層２の高さは１５０ｎｍである。
このＷＧＰを作製した後、上下反転して液晶テレビの下側偏光板として用いてコントラスト比を測定したところ、明室（３００Ｌｘ）条件下で、コントラスト比は、１０００：１であった。
【００６２】
［比較例１］
透光性基材としてＰＥＴフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、以下のような手順で図１０（ａ）に示すようなＷＧＰを得た。
１．ＰＥＴフィルム５０の表面にＡｌ、カーボンを各１００ｎｍずつ蒸着・積層する。
２．上部へレジストを塗布してリソグラフィー、エッチングによってレジストのライン＆スペースを形成する。
３．レジストをマスクとして１．のＡｌ、カーボン層をそれぞれエッチングする。
４．蒸着層上部に残ったレジストを剥離する。
以上の工程で作製されたＷＧＰは格子ピッチＰ＝１５０ｎｍで、格子幅Ｗ＝７５ｎｍである。格子高さの合計は２００ｎｍで、Ａｌ部５１の厚みが１００ｎｍ、カーボン部５２の厚みが１００ｎｍである。
このＷＧＰを液晶テレビの液晶表示部の下側偏光板として用いてコントラスト比を測定したところ、明室（３００Ｌｘ）条件下で、コントラスト比は、１０００：１であった。
【００６３】
［比較例２］
透光性基材としてＰＥＴフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、以下のような手順で図１０（ｂ）に示したようなＷＧＰを得た。
１．ＰＥＴフィルム５０の表面にＡｌを１５０ｎｍ蒸着する。
２．上部へレジストを塗布してリソグラフィー、エッチングによってレジストのライン＆スペースを形成する。
３．レジストをマスクとして１．のＡｌ層をエッチングする。
４．蒸着層上部に残ったレジストを剥離する。
以上の工程で作製されたＷＧＰのＡｌ層５３による格子形状は、格子ピッチＰ＝１５０ｎｍで、格子幅Ｗ＝７５ｎｍである。格子高さは１５０ｎｍである。
このＷＧＰを液晶テレビの液晶表示部の下側偏光板として用いてコントラスト比を測定したところ、明室（３００Ｌｘ）条件下で、コントラスト比は、５００：１であった。
【００６４】
表２に、以上の実施例１〜４と比較例１、２との評価結果について簡潔にまとめた。
【００６５】
【表２】
【００６６】
比較例１との比較では、実施例１〜４のＷＧＰはいずれも容易な製造プロセスによって同等のコントラスト性能を示すことが可能であり、蒸着層の高さを低く抑え、かつ高反射率要素と低反射率要素との間にグラデーション層を形成することにより、グリッド強度を保つことが可能であった。
また、比較例２との比較では、実施例１〜４のＷＧＰはいずれも容易な製造プロセスであり、かつ高いコントラスト比を示すことが可能であった。
すなわち、本発明の偏光分離素子の製造方法により、反射型偏光素子としての効果を有しつつ、高コントラスト効果をも併せ持つ、パフォーマンスの高い偏光分離素子を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子の模式的な斜視外観図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子の製造装置の主要部を示す概略構成図である。
【図４】図３のａ部の部分拡大図である。
【図５】図３のｂ部の部分拡大図である。
【図６】図３のｃ部の部分拡大図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る偏光分離素子の製造方法に採用した蒸着角度と反射率との関係について示すグラフである。
【図８】本発明の第１実施形態に係る偏光分離素子の変形例を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る偏光分離素子の製造装置の主要部を示す概略構成図である。
【図１０】比較例に係る偏光分離素子の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 透光性基材（ベース部材）
１ｂ グリッド部
２ 蒸着層
２ａ、２Ａ 高反射率要素
２ｂ、２Ｂ 低反射率要素
２ｃ グラデーション層
２Ｃ グラデーション層（中間層部）
３Ｍ ＴＭ波成分（入射光）
３Ｅ ＴＥ波成分（入射光）
５ 冷却ドラム（搬送機構）
８、１２ 蒸着マスク（蒸着角度規制部材）
８ａ、８ｂ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 開口
９ 蒸着源
１０、２０、３０、４０ 偏光フィルム（偏光分離素子）
１１、１７、１８ 蒸着成分
１２Ａ 上流側開口（開口）
１２Ｂ 下流側開口（開口）
１４ マスク板（蒸着角度規制部材）
１５ 高反射材料蒸着源（蒸着源）
１６ 低反射材料蒸着源（蒸着源）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を偏光方向に応じて透過もしくは反射することにより偏光成分を分離する偏光分離素子であって、
一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部を有する光透過性のベース部材と、
前記グリッド部の凸面上に、前記入射光の入射側で前記入射光に対して相対的な高反射率となり、前記入射光の透過方向に向けて、蒸着材料の材質、組成および組織の少なくともいずれかが漸次的に変化することにより、相対的な低反射率となるように形成された蒸着層とを備えることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項２】
前記蒸着層が、略同一の蒸着材料から構成されたことを特徴とする請求項１に記載の偏光分離素子。
【請求項３】
前記蒸着層が、上層部および下層部がそれぞれ異なる材質または組成を有する蒸着材料からなり、前記上層部および前記下層部の間の中間部に、前記異なる材質または組成の蒸着材料が混合された中間層部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の偏光分離素子。
【請求項４】
入射光を偏光方向に応じて透過もしくは反射することにより偏光成分を分離する偏光分離素子の製造方法であって、
一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部が形成された光透過性のベース部材の前記グリッド部の凸面上に、
前記入射光の入射側で前記入射光に対して相対的な高反射率となり、前記入射光の透過方向に向けて、蒸着材料の材質、組成および組織の少なくともいずれかを漸次変化させることにより、相対的な低反射率となる蒸着層を形成する蒸着工程を備えることを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【請求項５】
前記蒸着工程が、前記蒸着層の層高さに応じて蒸着角度を変化させて蒸着を行う工程であることを特徴とする請求項４に記載の偏光分離素子の製造方法。
【請求項６】
前記蒸着工程が、蒸着角度範囲がそれぞれ異なる複数の蒸着サブ工程に分割されていることを特徴とする請求項５に記載の偏光分離素子の製造方法。
【請求項７】
前記蒸着角度を蒸着面の法線に対する角度で表し、
前記蒸着サブ工程のうち、相対的高反射率の蒸着層部分を形成する工程の蒸着角度θＨが、θ２≦｜θＨ｜≦θ１（ただし、θ２＜θ１）の角度範囲を有し、
前記蒸着サブ工程のうち、相対的低反射率の蒸着層部分を形成する工程の蒸着角度θＬが、θ３≦｜θＬ｜≦θ４（ただし、θ３＜θ４）の角度範囲を有するとき、
θ１、θ２、θ３、θ４が、次式を満足することを特徴とする請求項６に記載の偏光分離素子の製造方法。
４０°≦θ１≦７０° ・・・（１）
２０°≦θ２≦５０° ・・・（２）
６０°≦θ３＜９０° ・・・（３）
６０°≦θ４＜９０° ・・・（４）
【請求項８】
前記蒸着工程が、一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部を有する光透過性のベース部材を、前記グリッド部の裏面側で保持して前記一方向と直交する方向に連続的に搬送しつつ蒸着を行う工程からなり、
前記ベース部材に対向して配置された少なくとも１つの蒸着源と、該少なくとも１つの蒸着源と前記ベース部材との間に配置され、前記ベース部材の搬送方向に沿って前記蒸着源ごとに少なくとも１つの開口を有する蒸着角度規制部材とによって、
前記ベース部材の法線に対する蒸着角度が、前記ベース部材の搬送方向に沿って相対的に小さい角度から相対的に大きい角度、または相対的に大きい角度から相対的に小さい角度になるようにして、前記蒸着工程を行うことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の偏光分離素子の製造方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの蒸着源と、該少なくとも１つの蒸着源ごとに少なくとも２つの開口を有する蒸着角度規制部材とによって、前記ベース部材の法線に対する蒸着角度が、相対的に小さい角度からなる高反射率蒸着部と、相対的に大きい角度からなる低反射率蒸着部とを形成し、前記高反射率蒸着部および前記低反射率蒸着部を、反射率の高低の順、または低高の順に沿って前記ベース部材の搬送経路上に配列することにより、
前記蒸着工程を、
前記ベース部材の搬送方向に沿う順に、高反射率から低反射率に向かう蒸着を行う複数工程、または低反射率から高反射率に向かう蒸着を行う複数工程として行うようにしたことを特徴とする請求項８に記載の偏光分離素子の製造方法。
【請求項１０】
前記蒸着源を前記ベース材料の搬送方向に沿って複数設け、
前記蒸着角度規制部材の開口を、前記蒸着源のうち互いに隣接する蒸着源の間で、該蒸着源の各蒸着材料が混合されるように設けることにより、
前記複数工程の中間部の工程が、前記互いに隣接する蒸着源の蒸着材料を混合して蒸着する工程を含むようにしたことを特徴とする請求項９に記載の偏光分離素子の製造方法。
【請求項１】
入射光を偏光方向に応じて透過もしくは反射することにより偏光成分を分離する偏光分離素子であって、
一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部を有する光透過性のベース部材と、
前記グリッド部の凸面上に、前記入射光の入射側で前記入射光に対して相対的な高反射率となり、前記入射光の透過方向に向けて、蒸着材料の材質、組成および組織の少なくともいずれかが漸次的に変化することにより、相対的な低反射率となるように形成された蒸着層とを備えることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項２】
前記蒸着層が、略同一の蒸着材料から構成されたことを特徴とする請求項１に記載の偏光分離素子。
【請求項３】
前記蒸着層が、上層部および下層部がそれぞれ異なる材質または組成を有する蒸着材料からなり、前記上層部および前記下層部の間の中間部に、前記異なる材質または組成の蒸着材料が混合された中間層部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の偏光分離素子。
【請求項４】
入射光を偏光方向に応じて透過もしくは反射することにより偏光成分を分離する偏光分離素子の製造方法であって、
一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部が形成された光透過性のベース部材の前記グリッド部の凸面上に、
前記入射光の入射側で前記入射光に対して相対的な高反射率となり、前記入射光の透過方向に向けて、蒸着材料の材質、組成および組織の少なくともいずれかを漸次変化させることにより、相対的な低反射率となる蒸着層を形成する蒸着工程を備えることを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【請求項５】
前記蒸着工程が、前記蒸着層の層高さに応じて蒸着角度を変化させて蒸着を行う工程であることを特徴とする請求項４に記載の偏光分離素子の製造方法。
【請求項６】
前記蒸着工程が、蒸着角度範囲がそれぞれ異なる複数の蒸着サブ工程に分割されていることを特徴とする請求項５に記載の偏光分離素子の製造方法。
【請求項７】
前記蒸着角度を蒸着面の法線に対する角度で表し、
前記蒸着サブ工程のうち、相対的高反射率の蒸着層部分を形成する工程の蒸着角度θＨが、θ２≦｜θＨ｜≦θ１（ただし、θ２＜θ１）の角度範囲を有し、
前記蒸着サブ工程のうち、相対的低反射率の蒸着層部分を形成する工程の蒸着角度θＬが、θ３≦｜θＬ｜≦θ４（ただし、θ３＜θ４）の角度範囲を有するとき、
θ１、θ２、θ３、θ４が、次式を満足することを特徴とする請求項６に記載の偏光分離素子の製造方法。
４０°≦θ１≦７０° ・・・（１）
２０°≦θ２≦５０° ・・・（２）
６０°≦θ３＜９０° ・・・（３）
６０°≦θ４＜９０° ・・・（４）
【請求項８】
前記蒸着工程が、一方向に延びる微細な凹凸形状からなるグリッド部を有する光透過性のベース部材を、前記グリッド部の裏面側で保持して前記一方向と直交する方向に連続的に搬送しつつ蒸着を行う工程からなり、
前記ベース部材に対向して配置された少なくとも１つの蒸着源と、該少なくとも１つの蒸着源と前記ベース部材との間に配置され、前記ベース部材の搬送方向に沿って前記蒸着源ごとに少なくとも１つの開口を有する蒸着角度規制部材とによって、
前記ベース部材の法線に対する蒸着角度が、前記ベース部材の搬送方向に沿って相対的に小さい角度から相対的に大きい角度、または相対的に大きい角度から相対的に小さい角度になるようにして、前記蒸着工程を行うことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の偏光分離素子の製造方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの蒸着源と、該少なくとも１つの蒸着源ごとに少なくとも２つの開口を有する蒸着角度規制部材とによって、前記ベース部材の法線に対する蒸着角度が、相対的に小さい角度からなる高反射率蒸着部と、相対的に大きい角度からなる低反射率蒸着部とを形成し、前記高反射率蒸着部および前記低反射率蒸着部を、反射率の高低の順、または低高の順に沿って前記ベース部材の搬送経路上に配列することにより、
前記蒸着工程を、
前記ベース部材の搬送方向に沿う順に、高反射率から低反射率に向かう蒸着を行う複数工程、または低反射率から高反射率に向かう蒸着を行う複数工程として行うようにしたことを特徴とする請求項８に記載の偏光分離素子の製造方法。
【請求項１０】
前記蒸着源を前記ベース材料の搬送方向に沿って複数設け、
前記蒸着角度規制部材の開口を、前記蒸着源のうち互いに隣接する蒸着源の間で、該蒸着源の各蒸着材料が混合されるように設けることにより、
前記複数工程の中間部の工程が、前記互いに隣接する蒸着源の蒸着材料を混合して蒸着する工程を含むようにしたことを特徴とする請求項９に記載の偏光分離素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−９０６９（Ｐ２００８−９０６９Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７８４１５（Ｐ２００６−１７８４１５）
【出願日】平成１８年６月２８日（２００６．６．２８）
【出願人】（５００００５０６６）チェイル インダストリーズ インコーポレイテッド (263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２８日（２００６．６．２８）
【出願人】（５００００５０６６）チェイル インダストリーズ インコーポレイテッド (263)
【Ｆターム（参考）】
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