线栅型偏振器及其制造方法

专利名称：线栅型偏振器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及线栅(wire grid)型偏振器及其制造方法。
背景技术：
作为液晶显示装置、背面投影型电视机、正面投影型投影仪等图像显示装置中所 用的在可见光范围内显示出偏振光分离能力的偏振器(也称为偏振光分离元件)，有吸收 型偏振器和反射型偏振器。吸收型偏振器是例如使碘等二色性染料在树脂膜中取向而得的偏振器。但是，吸 收型偏振器由于吸收一方的偏振光，因此光的利用效率低。另一方面，反射型偏振器通过使未入射偏振器而反射的光再次入射偏振器，可以 提高光的利用效率。因此，为了液晶显示装置等的高亮度化，反射型偏振器的需求正在增长。作为反射型偏振器，有由双折射树脂层叠体形成的线偏振器、由胆留醇型液晶形 成的圆偏振器、线栅型偏振器。但是，线偏振器和圆偏振器的偏振光分离能力低。因此，显示出高偏振光分离能力 的线栅型偏振器受到注目。线栅型偏振器具有在透光性基板上多条金属细线相互平行地排列的结构。金属细 线的间距与入射光的波长相比足够短的情况下，入射光中具有与金属细线垂直的电场矢量 的成分(即，P偏振光)透射，具有与金属细线平行的电场矢量的成分(即，s偏振光)被反 射。作为在可见光范围内显示出偏振光分离能力的线栅型偏振器，已知以下的偏振 器(1)在透光性基板上以规定的间距形成有金属细线的线栅型偏振器(专利文献 1)；(2)以规定的间距形成于透光性基板表面的多条凸条的上表面和侧面被由金属或 金属化合物形成的材料膜被覆而形成金属细线的线栅型偏振器(专利文献2)。但是，(1)、(2)的线栅型偏振器中，在形成有金属细线的面侧(以下记作正面侧) 的反面侧(以下记作背面侧)也发生S偏振光的反射。如果是液晶显示装置，则在线栅型 偏振器的背面侧配置有液晶面板，因此如果在线栅型偏振器的背面侧发生了反射的S偏振 光入射液晶面板，则液晶面板所显示的图像的对比度下降。专利文献1 日本专利特开2005-070456号公报专利文献2 日本专利特开2006-003447号公报发明的概要本发明提供在可见光范围内对从正面侧入射的光显示出高偏振度、高ρ偏振光透 射率和高s偏振光反射率，并且对从背面侧入射的光显示出低s偏振光反射率的线栅型偏 振器及其制造方法。
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本发明具有以下要点。(1) 一种线栅型偏振器，包括透光性基板，在该透光性基板的表面以相互平行且 隔开规定的间距(Pp)的方式形成有多条凸条；由金属或金属化合物形成的金属细线，该金 属细线共计被覆3个面，即所述透光性基板的凸条的上表面以及沿该凸条的长度方向延伸 的第一侧面和第二侧面这2个侧面；其特征在于，满足下述条件(a) (C)(a)被覆所述凸条的第一侧面的金属细线的厚度Dml和被覆所述凸条的第二侧面 的金属细线的厚度Dm2分别满足下式(1-1)和下式(1-2)Onm < Dml ( 20nm... (1-1)Onm < Dm2 ( 20nm... (1-2)；(b)被覆所述凸条的上表面的金属细线的厚度Hm和所述凸条的高度Hp满足下式 ⑵40nm ^ Hm ^ 0. 5 X Hp…(2)；(c)所述Dml、所述Dm2、所述Pp和所述凸条的宽度Dp满足下式(3)Dml+Dm2 彡 0. 4 X (Pp-Dp)…(3)。(2)如上述(1)所述的线栅型偏振器，其特征在于，还满足下述条件(d)(d)被覆所述凸条的上表面的金属细线的最大宽度Dm、所述Pp和所述凸条的宽度 Dp满足下式(4)Dm-Dp 彡 0. 4 X (Pp-Dp)…(4)。(3)如上述(1)或(2)所述的线栅型偏振器，其特征在于，还满足下述条件(e)(e)被覆所述凸条的第一侧面的金属细线的宽度、即从凸条的上表面到沟的深度 方向的长度Hml，被覆所述凸条的第二侧面的金属细线的宽度、即从凸条的上表面到沟的深 度方向的长度Hm2和所述凸条的高度Hp分别满足下式(5-1)和(5_2)Hml 彡 0. 5 X Hp…(5-1)Hm2>0.5XHp (5-2)。(4)如上述(1) (3)中的任一项所述的线栅型偏振器，其特征在于，在可见光范 围内，对于从形成有所述金属细线的面的一侧入射的光，偏振度在99. 5%以上，ρ偏振光透 射率在70%以上，s偏振光反射率在80%以上，并且对于从未形成所述金属细线的面的一 侧入射的光，s偏振光反射率低于40%。(5)如上述⑴ (4)中的任一项所述的线栅型偏振器，其特征在于，所述金属细 线由银、铝、铬、镁、TiN、TaN或TiSi2形成。(6) 一种线栅型偏振器的制造方法，该方法是制造线栅型偏振器的方法，所述线栅 型偏振器包括透光性基板，在该透光性基板的表面以相互平行且隔开规定的间距(Pp)的 方式形成有多条凸条；由金属或金属化合物形成的金属细线，该金属细线共计被覆3个面， 即所述透光性基板的凸条的上表面以及沿该凸条的长度方向延伸的第一侧面和第二侧面 这2个侧面；其特征在于，通过满足下述条件(A) (F)的蒸镀法形成所述金属细线(A)从与所述凸条的长度方向大致垂直且朝第一侧面侧与所述凸条的高度方向成 角度θ Ε的方向对所述凸条的上表面和第一侧面蒸镀金属或金属化合物；
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(B)从与所述凸条的长度方向大致垂直且朝第二侧面侧与所述凸条的高度方向成 角度θ L的方向对所述凸条的上表面和第二侧面蒸镀金属或金属化合物；(C)交替进行采用所述条件(A)的蒸镀和采用所述条件(B)的蒸镀，采用所述条件 (A)的蒸镀进行m次，m在1以上，采用所述条件(B)的蒸镀进行η次，η在1以上，合计次 数m+n在3次以上；(D)采用所述条件(A)的m次蒸镀中的第一次蒸镀的角度θ κ满足下式(I)，采用 所述条件(B)的η次蒸镀中的第一次蒸镀的角度θ M薛足下式(II)15° ^ θ E ^ 45° ... (I)15° ^ θ L ^ 45° …(II)；(E)所述m在2以上时，第m次的θ \和第(m-l)次的θ k^1)满足下式(III)，所 述η在2以上时，第η次的θ \和第(η-1)次的θ Y1)满足下式(IV):θ Km 彡 θ V1)- (III)0L(n-l)- (IV)；(F)采用所述条件(A)的m次蒸镀中的第一次蒸镀和采用所述条件(B)的η次蒸 镀中的第一次蒸镀中，通过1次蒸镀而形成于所述凸条的上表面的金属细线的厚度Hm’在 IOnm以下。(7)如上述(6)所述的线栅型偏振器的制造方法，其特征在于，所述线栅型偏振器 满足下述条件(a) (c)(a)被覆所述凸条的第一侧面的金属细线的厚度Dml和被覆所述凸条的第二侧面 的金属细线的厚度Dm2分别满足下式(1-1)和下式(1-2)Onm < Dml ( 20nm... (1-1)Onm < Dm2 ( 20nm... (1-2)；(b)被覆所述凸条的上表面的金属细线的厚度Hm和所述凸条的高度Hp满足下式 ⑵40nm ^ Hm ^ 0. 5 X Hp…(2)；(c)所述Dml、所述Dm2、所述Pp和所述凸条的宽度Dp满足下式(3)Dml+Dm2 彡 0. 4 X (Pp-Dp)…(3)。本发明的线栅型偏振器在可见光范围内对从正面侧入射的光显示出高偏振度、高 P偏振光透射率和高S偏振光反射率，并且对从背面侧入射的光显示出低S偏振光反射率。通过本发明的线栅型偏振器的制造方法，可制造在可见光范围内对从正面侧入射 的光显示出高偏振度、高P偏振光透射率和高S偏振光反射率，并且对从背面侧入射的光显 示出低s偏振光反射率的线栅型偏振器。附图的简单说明

图1为表示本发明的线栅型偏振器的一例的立体图。图2为表示本发明的线栅型偏振器的另一例的剖视图。图3为表示透光性基板的一例的立体图。实施发明的最佳方式<线栅型偏振器>图1为表示本发明的线栅型偏振器的一例的立体图。线栅型偏振器10包括透光
6性基板14，在该透光性基板14的表面以相互平行且隔开规定的间距(Pp)的方式形成有多 条凸条12 ；由金属或金属化合物形成的金属细线22，该金属细线22共计被覆3个面，即透 光性基板14的凸条12的上表面16以及沿凸条12的长度方向延伸的第一侧面18和第二 侧面20这2个侧面。Pp为凸条12的宽度Dp和形成于凸条12间的沟的宽度的总和。Pp较好是在300nm 以下，更好是50 200nm。通过使Pp在300nm以下，对从线栅型偏振器10的正面侧入射的 光显示出更高的s偏振光反射率，并且在400nm左右的短波长范围内也对从线栅型偏振器 10的正面侧入射的光显示出更高的偏振度。此外，衍射产生的着色现象得到抑制。此外，从容易通过蒸镀形成金属细线22的角度来看，Pp特好是100 200nm。Dp和Pp的比值(Dp/Pp)较好是0. 1 0. 55，更好是0. 25 0. 45。通过使Dp/Pp 在0. 1以上，对从线栅型偏振器10的正面侧入射的光显示出更高的偏振度。通过使Dp/Pp 在0. 55以下，干涉引起的透射光的着色得到抑制。此外，从容易通过蒸镀形成金属细线22的角度来看，Dp特好是30 80nm，更好是 40 70nmo凸条12的高度Hp较好是50 500nm，更好是80 300nm。通过使Hp在50nm以 上，金属细线22向凸条12表面上的选择性形成变得容易。通过使Hp在500nm以下，线栅 型偏振器10的偏振度的入射角依赖性减小。此外，从容易通过蒸镀形成金属细线22的角度来看，Hp特好是100 270nm。(透光性基板)透光性基板14是在线栅型偏振器10的使用波长范围内具有透光性的基板。透光 性是指使光透过，使用波长范围具体是400nm SOOnm的范围。透光性基板14的厚度Hs较好是0. 5 1000 μ m,更好是1 40 μ m。作为透光性基板14的材料，可例举光固化树脂、热塑性树脂、玻璃等，从可通过后 述的压印法形成凸条12的角度来看，优选光固化树脂或热塑性树脂，从可通过光压印法形 成凸条12以及耐热性和耐久性良好的角度来看，特优选光固化树脂。作为光固化树脂，从生产性的角度来看，较好是通过光固化性组合物的光引发自 由基聚合而形成的树脂。作为光固化性组合物，优选光固化后的固化膜对水的接触角在90°以上的组合 物。如果该固化膜对水的接触角在90°以上，则通过光压印法形成凸条12时，与模具的脱 模性变好，可以实现高精度的转印，所得的线栅型偏振器10可以充分发挥目标性能。(金属细线)金属细线22形成于凸条12的上表面16、第一侧面18和第二侧面20这共计3个 面，几乎不形成于凸条12间的沟的底面，金属细线22在凸条12间的沟的底面上彼此不连 接。但是，形成于第一侧面18或第二侧面20的金属细线22也可以与沟的底面接触。金属细线22形成为满足下述条件(a) (c)(a)被覆凸条12的第一侧面18的金属细线22的厚度Dml和被覆凸条12的第二 侧面20的金属细线22的厚度Dm2分别满足下式(1_1)和下式(1_2)Onm < Dml ( 20nm... (1-1)Onm < Dm2 彡 20nm... (1-2)；
(b)被覆凸条12的上表面16的金属细线22的厚度Hm和凸条12的高度Hp满足 下式⑵40nm ^ Hm ^ 0. 5 X Hp…(2)；(c)Dml、Dm2、凸条12的间距Pp和凸条12的宽度Dp满足下式(3)Dml+Dm2 彡 0. 4 X (Pp-Dp)…(3)。条件(a)Dml是指在凸条12的上表面16的高度范围内被覆凸条12的第一侧面18的金属 细线22的厚度。Dm2是指在凸条12的上表面16的高度范围内被覆凸条12的第二侧面20 的金属细线22的厚度。如果Dml和Dm2分别在20nm以下，则凸条12间的沟的空间变大，对从正面侧入射 的光显示出高P偏振光透射率。此外，如果Dml和Dm2分别在20nm以下，则从线栅型偏振 器10的背面侧入射的s偏振光的大部分被被覆第一侧面18的金属细线22和被覆第二侧 面20的金属细线22吸收，因此对从背面侧入射的光显示出低s偏振光反射率。Dml和Dm2 分别较好是在15nm以下，更好是在IOnm以下。如果Dml和Dm2分别超过Onm，则从线栅型偏振器10的背面侧入射的s偏振光被 被覆第一侧面18的金属细线22和被覆第二侧面20的金属细线22吸收，因此对从背面侧 入射的光显示出低s偏振光反射率。Dml和Dm2分别较好是在3nm以上，更好是在5nm以上。条件(b)如果Hm在40nm以上，则对从线栅型偏振器10的正面侧入射的光显示出高偏振度 和s偏振光反射率。如果Hm在Hp的一半以下，则光的利用效率提高。Hm较好是50nm以 上。此外，Hm较好是在Hp的0. 4倍以下或150nm以下，更好是在120nm以下。条件(c)如果Dml和Dm2的总厚度在(Pp-Dp)、即凸条12问的沟的宽度的40%以下，则能 留出凸条12间的沟的宽度的60 %以上的空间，因此对从正面侧入射的光显示出高ρ偏振光 透射率。Dml和Dm2的总厚度较好是在(Pp-Dp)的35%以下，更好是在30%以下。条件(d)金属细线22较好是还满足下述条件(d)(d)被覆凸条12的上表面16的金属细线22的最大宽度Dm、凸条12的间距Pp和 凸条12的宽度Dp满足下式(4):Dm-Dp 彡 0. 4 X (Pp-Dp)…(4)。Dm-Dp在Pp-Dp (即凸条12间的沟的宽度)的40 %以下，则凸条12间的沟的宽度 的60%以上的空间未被Dm遮蔽，因此对从正面侧入射的光显示出高ρ偏振光透射率。如图2所示，根据蒸镀条件的不同，被覆上表面16的金属细线22可能会比被覆第 一侧面18的金属细线22和被覆第二侧面20的金属细线22更大幅度地横向膨胀。即，Dm 有时会比Dml、Dm2和Dp的总厚度更大。另外，如图1所示，如果Dm与Dml、Dm2和Dp的总 厚度相同，则条件(d)与条件(C)相同。条件(e)金属细线22较好是还满足下述条件(e)
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(e)被覆凸条12的第一侧面18的金属细线22的宽度、即从凸条12的上表面16 到沟的深度方向的长度Hml，被覆凸条12的第二侧面20的金属细线22的宽度、即从凸条 12的上表面16到沟的深度方向的长度Hm2和凸条12的高度Hp分别满足下式(5_1)和 (5-2)Hml ≥ 0. 5 X Hp…(5-1)Hm2≥0.5XHp (5-2)。如果Hml和Hm2分别在Hp的50%以上，则被覆第一侧面18的金属细线22和被覆 第二侧面20的金属细线22的面积增大，从线栅型偏振器10的背面侧入射的s偏振光被高 效地吸收，因此对从背面侧入射的光显示出更低的s偏振光反射率。Hml和Hm2分别较好是 在Hp的60%以上，更好是在65%以上。此外，Hml和Hm2也可以分别是Hp的100%。本发明中的所述凸条12和金属细线22的各尺寸是如下所述的值测定线栅型偏 振器10的截面的扫描型电子显微镜图像或透射型电子显微镜图像中的5处的凸条12和金 属细线22的各尺寸的最大值(这里，Dml和Dm2是上述定义的值)，将5处的该值平均而 得。作为金属细线22的材料，可例举金属(银、铝、铬、镁等)或金属化合物(TiN、TaN、 TiSi2等)，从对可见光的反射率高、可见光的吸收少且具有高电导率的角度来看，优选银、 铝、铬、镁，特优选铝。(保护层)因为金属细线22的厚度非常微小，所以金属细线22只要受到轻微的损伤，就会影 响线栅型偏振器10的性能。此外，有时金属细线22的电导率由于生锈而下降，则线栅型偏 振器10的性能会下降。因此，为了抑制金属细线22的损伤和生锈，可以用保护层被覆金属 细线22。作为保护层，可以例举树脂、金属氧化物、玻璃等。例如，金属使用铝的情况下，在 空气中被氧化而在表面形成氧化铝。金属氧化膜起到金属细线22的保护层的作用。本发 明中，铝在空气中被氧化而变成氧化铝的情况下，将铝和氧化铝的尺寸之和作为金属细线 22的尺寸。为了使透光性基板14和保护层的界面上的ρ偏振光的反射减少，较好是使保护层 的折射率和透光性基板的折射率实质上一致。作为保护层，较好是具有耐热性、可见光透射性的保护层，从在宽频带范围内获得 高偏振光分离能力的角度来看，更好是折射率低的保护层。保护层由于存在于线栅型偏振器10的最表层，因此较好是具有铅笔硬度H以上的 硬度，也较好是具有防污性。为了提高光的利用效率，保护层或透光性基板14可以在表面具有防反射结构。为了提高循环光的利用效率，对从线栅型偏振器10的正面侧入射的光的s偏振光 反射率最好尽可能地高，较好是在80%以上，更好是在82%以上。为了提高对比度，对从线 栅型偏振器10的背面侧入射的光的s偏振光反射率最好尽可能地低，较好是低于40%，更 好是低于30%。为了提高透射光的利用效率，对从线栅型偏振器10的正面侧入射的光的ρ偏振光 透射率最好尽可能地高，较好是在70%以上，更好是在80%以上。为了提高透射光的利用效率，对从线栅型偏振器10的背面侧入射的光的ρ偏振光透射率最好尽可能地高，较好是 在70%以上，更好是在80%以上。此外，对从线栅型偏振器10的正面侧入射的光的偏振度通过下式计算。偏振度=((Tp-Ts)/ (Tp+Ts)) XlOO这里，Tp是正面侧的ρ偏振光透射率，Ts是正面侧的s偏振光透射率。为了提高 对比度，对从正面侧入射的光的偏振度较好是在99. 5%以上，更好是在99. 7%以上。上述的线栅型偏振器10包括表面以相互平行且隔开规定的间距(Pp)的方式形成 有多条凸条12的透光性基板14以及被覆透光性基板14的凸条12的上表面16、第一侧面 18和第二侧面20这共计3个面的由金属或金属化合物形成的金属细线22，并且满足上述 条件(a) (c)，因此对从正面侧入射的光显示出高偏振度、高ρ偏振光透射率和高s偏振 光反射率，并且对从背面侧入射的光显示出低s偏振光反射率。<线栅型偏振器的制造方法>线栅型偏振器10可通过如下方法制造制作表面以相互平行且隔开规定的间距 (Pp)的方式形成有多条凸条12的透光性基板14，在该透光性基板14的凸条12的上表面 16、第一侧面18和第二侧面20这共计3个面上形成金属细线22。(透光性基板的制作方法)作为透光性基板14的制作方法，可例举压印法(光压印法、热压印法)、光刻法等， 从能以良好的生产性形成凸条12以及能使透光性基板14大面积化的角度来看，优选压印 法，从能以更好的生产性形成凸条12以及能以良好的精度转印模具的沟的角度来看，特优 选光压印法。光压印法例如是如下方法通过电子束曝光和蚀刻的组合来制作以相互平行且隔 开规定的间距(Pp)的方式形成有多条沟的模具，将该模具的沟转印至涂布于任意基材的 表面的光固化性组合物，并同时使该光固化性组合物光固化。基于光压印法的透光性基板14的制作具体而言通过下述工序⑴ (ν)来进行。(i)将光固化性组合物涂布于基材的表面的工序。(ii)将形成有多条相互平行且具有规定的间距的沟的模具挤压于光固化性组合 物，使得沟与光固化性组合物接触的工序。(iii)在将模具挤压于光固化性组合物的状态下照射放射线(紫外线、电子射线 等)以使光固化性组合物固化，制成具有对应于模具的沟的多条凸条12的透光性基板14 的工序。(iv)将模具从透光性基板14分离的工序。(ν)在透光性基板14的凸条12的3个面上形成金属细线22之前或之后根据需要 将基材从透光性基板14分离的工序。基于热压印法的透光性基板14的制作具体而言通过下述工序(i) (iv)来进 行。(i)在基材的表面形成热塑性树脂的被转印膜的工序，或制作热塑性树脂的被转 印薄膜的工序。(ii)将形成有多条相互平行且具有一定的间距的沟的模具挤压于已加热至热塑 性树脂的玻璃化温度(Tg)或熔点(Tm)以上的被转印膜或被转印薄膜，使得沟与被转印膜或被转印薄膜接触，制成具有对应于模具的沟的多条凸条12的透光性基板14的工序。(iii)将透光性基板14冷却至低于Tg或Tm的温度，将模具从透光性基板14分离 的工序。(iv)在透光性基板14的凸条12的3个面上形成金属细线22之前或之后根据需 要将基材从透光性基板14分离的工序。(金属细线的形成方法)金属细线22通过从透光性基板14的形成有凸条12的面的斜上方蒸镀金属或金 属化合物的斜向蒸镀法而形成。作为蒸镀法，可例举真空蒸镀法、溅射法、离子电镀法等物 理蒸镀法。金属细线22具体而言通过满足下述条件(A) (F)的蒸镀法而形成(A)从图3所示的与凸条12的长度方向L大致垂直且朝第一侧面18侧与凸条12 的高度方向H成角度θ Ε的方向Vl对凸条12的上表面16和第一侧面18蒸镀金属或金属 化合物；(B)从图3所示的与凸条12的长度方向L大致垂直且朝第二侧面20侧与凸条12 的高度方向H成角度θ ι的方向V2对凸条12的上表面16和第二侧面20蒸镀金属或金属 化合物；(C)交替进行采用所述条件(A)的蒸镀和采用所述条件(B)的蒸镀，采用所述条件 (A)的蒸镀进行m次，m在1以上，采用所述条件(B)的蒸镀进行η次，η在1以上，合计次 数m+n在3次以上；(D)采用所述条件(A)的m次蒸镀中的第一次蒸镀的角度θ κ满足下式(I)，采用 所述条件(B)的η次蒸镀中的第一次蒸镀的角度θ M薛足下式(II)15° ^ θ E ^ 45° ... (I)15° ^ θ L ^ 45° ... (II)；(E)所述m在2以上时，第m次的θ \和第(m-l)次的θ ^⑷)满足下式(III)，所 述η在2以上时，第η次的θ \和第(η-1)次的θ \η1)满足下式(IV):θΕω^ θ V1)- (ΠΙ)0L(n-l)- (IV)；条件(F)蒸镀法较好是还满足下述条件(F)(F)采用所述条件㈧的m次蒸镀中的第一次蒸镀和采用所述条件⑶的η次蒸 镀中的第一次蒸镀中，通过1次蒸镀而形成于所述凸条的上表面的金属细线的厚度Hm’在 IOnm以下。条件(A)、(B):不满足条件㈧、⑶的情况下，无法在透光性基板14的凸条12的3个面上形成 金属细线22。本说明书中，“大致垂直”是指方向L和方向Vl或方向V2所成的角度在85 95度的范围内。条件(C)不满足条件(C)的情况下，被覆凸条12的上表面16的金属细线22的厚度Hm变 薄。即，如果欲从与凸条12的长度方向L大致垂直且朝第一侧面18侧与凸条12的高度方向H成角度θ κ的方向Vl (即第一侧面18侧)以及与凸条12的长度方向L大致垂直且朝 第二侧面20侧与凸条12的高度方向H成角度θ L的方向V2(即第二侧面20侧)进行蒸 镀，分别使得被覆凸条12的第一侧面18的金属细线22的厚度Dml和被覆凸条12的第二 侧面20的金属细线22的厚度Dm2通过1次蒸镀就达到所要的厚度，则需要增大角度θ ^和 角度θ S其结果是，蒸镀于上表面16的金属或金属化合物的量减少。此外，通过交替进行从第一侧面18侧实施的蒸镀和从第二侧面20侧实施的蒸镀， 金属或金属化合物不会不均勻地蒸镀，被覆凸条12的第一侧面18的金属细线22的厚度 Dml和被覆凸条12的第二侧面20的金属细线22的厚度Dm2大致相同。条件(D)对间距在光的波长以下的凸条12进行蒸镀的情况下，金属细线22的形状根据蒸 镀的角度θκ或角度而变化，因此根据角度θκ或角度θ 4勺不同，有时无法形成合适的 形状的金属细线22。m次蒸镀中的第一次蒸镀的角度θ ^和n次蒸镀中的第一次蒸镀的角 度θ L如果小于15°，则凸条12间的沟的底面也蒸镀有金属或金属化合物，金属细线22连 结，无法使入射的光透过。m次蒸镀中的第一次蒸镀的角度θ ^和n次蒸镀中的第一次蒸镀 的角度θ In果超过45°，则金属或金属化合物不均勻地蒸镀，形成朝斜向倾斜的金属斜向 22。此外，如果该角度过大，则有时会形成连续膜。更好是采用所述条件(A)的m次蒸镀中的第二次蒸镀的角度θ ^满足上式(I)，采 用所述条件(B)的η次蒸镀中的第二次蒸镀的角度θ L满足上式(II)。条件(E)不满足条件(E)的情况下，将被覆凸条12的第一侧面18的金属细线22的厚度Dml 和被覆凸条12的第二侧面20的金属细线22的厚度Dm2设定在规定的厚度以下时，被覆凸 条12的上表面16的金属细线22的厚度Hm过薄。此外，将被覆凸条12的上表面16的金 属细线22的厚度Hm设定在40nm以上时，被覆凸条12的第一侧面18的金属细线22的厚 度Dml和被覆凸条12的第二侧面20的金属细线22的厚度Dm2过厚。更好是所述m在2以上时，第m次的θ Km和第(m-l)次的θ k^1)满足下式(V)，所 述η在2以上时，第η次的θ \和第(η-1)次的θ Y1)满足下式(VI):θΕω< QW(V)9Ln< eLfo-f (VI)。通过满足式(V)、式(VI)，随着被覆凸条12的上表面16的金属细线22的厚度Hm 的增加而逐渐减小角度θκ或角度θ ι来进行蒸镀，因此相对于Hm的增力卩，Dml和Dm2不会过厚。条件(F)初期的蒸镀中，如果将被覆凸条12的上表面16的金属细线22的厚度Hm设定得 较厚，则被覆凸条12的第一侧面18的金属细线22的厚度Dml和被覆凸条12的第二侧面 20的金属细线22的厚度Dm2有时会过厚。角度θ Ε和角度θ L例如可通过使用下述蒸镀装置来调整能改变与蒸镀源相向地配置的透光性基板14的倾斜度，以使得蒸镀源位于与凸 条12的长度方向L大致垂直且朝第一侧面18侧与凸条12的高度方向H成角度θ Ε的方 向Vl或朝第二侧面20侧与凸条12的高度方向H成角度θ L的方向V2的延长线上的蒸镀
12直ο作为蒸镀源，可例举金属(银、铝、铬、镁等)或金属化合物(1^1~鄉、11312等)， 从对可见光的反射率高、可见光的吸收少且具有高导电率的角度来看，优选银、铝、铬、镁， 特优选铝。上述的线栅型偏振器10的制造方法中，因为通过满足上述条件(A) (F)的蒸镀 法形成金属细线22，所以可形成满足上述条件(a) (c)的金属细线22，其结果是，可获得 对从正面侧入射的光显示出高偏振度、高P偏振光透射率和高s偏振光反射率，并且对从背 面侧入射的光显示出低s偏振光反射率的线栅型偏振器10。
实施例以下，通过实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不局限于这些实施例。例1 7是实施例，例8 15是比较例。(金属细线的各尺寸)如下所述求出金属细线的各尺寸测定线栅型偏振器的截面的透射型电子显微镜 图像中的5处的金属细线的各尺寸的最大值(这里，Dml和Dm2是上述定义的值)，将5处 的该值平均而求得。(透射率)从线栅型偏振器的正面侧(形成有金属细线的面侧)或背面侧(未形成金属细线 的面侧)使波长405nm的固体激光和波长635nm的半导体激光与线栅型偏振器的正面或背 面垂直地入射，测定ρ偏振光透射率和s偏振光透射率。正面侧的ρ偏振光透射率在70%以上的记作〇，低于70%的记作X。被面侧的ρ偏振光透射率在70%以上的记作〇，低于70%的记作X。(反射率)从线栅型偏振器的正面侧或背面侧(未形成金属细线的面侧)使波长405nm的固 体激光和波长635nm的半导体激光相对于线栅型偏振器的正面或背面以5°的角度入射， 测定s偏振光反射率。正面侧的s偏振光反射率在80%以上的记作〇，低于80%的记作X。被面侧的s偏振光反射率在低于40%的记作〇，在40%以上的记作X。(偏振度)对从线栅型偏振器的正面侧入射的光的偏振度通过下式计算。偏振度=((Tp-Ts)/ (Tp+Ts)) X 100这里，Tp是正面侧的ρ偏振光透射率，Ts是正面侧的s偏振光透射率。偏振度在99. 5%以上的记作〇，低于99. 5%的记作X。(角度依赖性)对于使光从与凸条的长度方向L垂直且朝第一侧面侧与凸条的高度方向H成45° 的角度的方向Vi向线栅型偏振器的正面侧入射时的偏振度以及使光从与凸条的长度方向 L垂直且朝第二侧面侧与凸条的高度方向H成45°的角度的方向V2向线栅型偏振器的正 面侧入射时的偏振度，(较高的值的偏振度)/(较低的值的偏振度)的值在1.5以下的记 作〇，超过1.5的记作X。
(光固化性组合物的调制)在安装有搅拌机和冷却管的IOOOmL的4 口烧瓶中加入单体1(新中村化学工业株式会社(新中村化学工業社)制，NK ESTERA-DPH，二季 戊四醇六丙烯酸酯)60g、单体2 (新中村化学工业株式会社制，NK ESTER A-NPG，新戊二醇二丙烯酸酯)40g、光聚合引发剂(汽巴精化株式会社(f A 7 * Y U〒〃一》S力X社)制， IRGACURE 907)4. 0g、含氟表面活性剂(旭硝子株式会社(旭硝子社)制，氟代丙烯酸酯(CH2 = CHCOO(CH2)2(CF2)8F)和丙烯酸丁酯的共聚物，氟含量约30质量％，质均分子量约 3000)0. lg、阻聚剂(和光纯药株式会社(和光純薬社)制，Q1301)1.0g、以及环己酮 65. 0g。在使烧瓶内处于常温和避光的状态下搅拌1小时使其均勻化。接着，一边对烧瓶 内进行搅拌一边缓慢添加IOOg胶态二氧化硅(固体成分30g)，再在使烧瓶内处于常温和 避光的状态下搅拌1小时使其均勻化。接着，添加340g环己酮，在使烧瓶内处于常温和避 光的状态下搅拌1小时，得到光固化性组合物1的溶液。〔例1〕(透光性基板的制作)在厚100 μ m的高透射聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜(帝人杜邦株式会社(帝 〒工>社)制，Teijin Tetoron 03, IOOmmX 100mm)的表面通过旋涂法涂布光固化性
组合物1，形成厚1 μ m的光固化性组合物1的涂膜。将以相互平行且隔开规定的间距的方式形成有多条沟的石英制模具 (50mmX50mm,沟的间距Pp :150nm，沟的宽度Dp :50nm，沟的深度Hp :200nm，沟的长度 50mm，沟的截面形状矩形)于25°C、0. 5MPa(表压)的条件下挤压于光固化性组合物1的 涂膜，使得沟与光固化性组合物1的涂膜接触。在保持该状态的情况下，从石英制模具侧照射高压汞灯(频率1. 5kHz 2. OkHz, 主波长光255nm、315nm和365nm，365nm时的照射能量1000mJ)的光15秒，使光固化性组 合物1固化，形成具有对应于石英制模具的沟的多条凸条的透光性基板(凸条的间距Pp 150nm,凸条的宽度Dp :50nm,凸条的高度Hp :200nm)。将石英制模具慢慢地从透光性基板分罔。(金属细线的形成)使用能改变与蒸镀源相向的透光性基板的倾斜度的真空蒸镀装置(昭和真空株 式会社(昭和真空社)制，SEC-16CM)，通过斜向蒸镀法对透光性基板的凸条蒸镀铝，形成 金属细线，得到背面粘附有PET薄膜的线栅型偏振器。此时，交替进行从与凸条的长度方向 L大致垂直且朝第一侧面侧与凸条的高度方向H成角度θ κ的方向Vl (即第一侧面侧)实 施的蒸镀以及从与凸条的长度方向L大致垂直且朝第二侧面侧与凸条的高度方向H成角度 01的方向￥2(即第二侧面侧)实施的蒸镀，并且将各次蒸镀的角度θκ或角度θ L和通过 1次蒸镀而形成的金属细线的厚度Hm’设定为表1所示的角度和厚度。Hm’利用以晶体振 子作为膜厚传感器的膜厚监控仪测定。
14
对于所得的线栅型偏振器，测定金属细线的各尺寸。结果示于表2。此外，对于所得的线栅型偏振器，测定透射率、反射率、偏振度、角度依赖性。结果 不于表3。〔例2〕(透光性基板的制作)除了使用以相互平行且隔开规定的间距的方式形成有多条沟的镍制模具 (IOOmmX 100mm，沟的间距Pp :120nm，沟的宽度Dp :40nm，沟的深度Hp :120nm，沟的长度 80mm，沟的截面形状矩形)作为模具以外，与例1同样地制作具有对应于镍制模具的沟 的多条凸条的透光性基板(凸条的间距Pp :120nm,凸条的宽度Dp :40nm,凸条的高度Hp 120nm)。(金属细线的形成)除了将各次蒸镀的角度θ Ε或角度θ L和通过1次蒸镀而形成的金属细线的厚度 Hm'设定为表1所示的角度和厚度以外，与例1同样地操作，得到线栅型偏振器。对于所得的线栅型偏振器，测定金属细线的各尺寸。结果示于表2。此外，对于所得的线栅型偏振器，测定透射率、反射率、偏振度、角度依赖性。结果 不于表3。〔例3〕(透光性基板的制作)除了使用以相互平行且隔开规定的间距的方式形成有多条沟的镍制模具 (IOOmmX 100mm,沟的间距Pp :200nm,沟的宽度Dp :80nm，沟的深度Hp :200nm，沟的长度 50mm，沟的截面形状矩形)作为模具以外，与例1同样地制作具有对应于镍制模具的沟 的多条凸条的透光性基板(凸条的间距Pp :200nm,凸条的宽度Dp :80nm,凸条的高度Hp 200nm)。(金属细线的形成)除了将各次蒸镀的角度θ Ε或角度θ L和通过1次蒸镀而形成的金属细线的厚度 Hm'设定为表1所示的角度和厚度以外，与例1同样地操作，得到线栅型偏振器。对于所得的线栅型偏振器，测定金属细线的各尺寸。结果示于表2。此外，对于所得的线栅型偏振器，测定透射率、反射率、偏振度、角度依赖性。结果 不于表3。〔例 4 14〕与例1同样地制成透光性基板后，除了将蒸镀的次数、各次蒸镀的角度θ Ε或角度 θ L和通过1次蒸镀而形成的金属细线的厚度Hm’设定为表1所示的角度和厚度以外，与例 1同样地操作，得到线栅型偏振器。对于所得的线栅型偏振器，测定金属细线的各尺寸。结果示于表2。此外，对于所得的线栅型偏振器，测定透射率、反射率、偏振度、角度依赖性。结果 不于表3。〔例15〕(透光性基板的制作)除了使用以相互平行且隔开规定的间距的方式形成有多条沟的硅制模具
15(20mmX 20mm,沟的间距Pp :200nm，沟的宽度Dp :60nm，沟的深度Hp IOOnm，沟的长度 10mm，沟的截面形状矩形)作为模具以外，与例1同样地制作具有对应于硅制模具的沟 的多条凸条的透光性基板(凸条的间距Pp :200nm,凸条的宽度Dp :60nm,凸条的高度Hp IOOnm)。(金属细线的形成)除了将各次蒸镀的角度θ Ε或角度θ L和通过1次蒸镀而形成的金属细线的厚度 Hm'设定为表1所示的角度和厚度以外，与例1同样地操作，得到线栅型偏振器。对于所得的线栅型偏振器，测定金属细线的各尺寸。结果示于表2。此外，对于所得的线栅型偏振器，测定透射率、反射率、偏振度、角度依赖性。结果 不于表3。[表1]
蒸镀次数1 (m=1)2 (n = l)3 (m = 2)4 (η = 2)5 (m = 3)蒸镀方向VlV2VlV2Vl例1角度Γ)3030252520厚度(nm)66121214例2角度η2020151510厚度(nm)6δ111515例3角度( 4545404035厚度(nm)8815159例4角度Γ)35353030厚度(nm)881514例5角度Γ)3030252020厚度(nm)6615158例6角度( 30302525厚度(nm)10101520例7角度Γ)30302520厚度(nm)761819例8角度Γ)5050厚度(nm)1510例9角度Γ)858540厚度(nm)151515例10角度Γ)20204045厚度(nm)30305060例1 1角度( 552025厚度(nm)10101520例12角度( 8070151515厚度(nm)5515205例13角度Γ)404035厚度(nm)152015例14角度Γ)3535厚度(nm)1025例15角度( 6060厚度(nm)1817 [表 2]
1权利要求
一种线栅型偏振器，包括透光性基板，在该透光性基板的表面以相互平行且隔开规定的间距(Pp)的方式形成有多条凸条；由金属或金属化合物形成的金属细线，该金属细线共计被覆3个面，即所述透光性基板的凸条的上表面以及沿该凸条的长度方向延伸的第一侧面和第二侧面这2个侧面；其特征在于，满足下述条件(a)～(c)(a)被覆所述凸条的第一侧面的金属细线的厚度Dm1和被覆所述凸条的第二侧面的金属细线的厚度Dm2分别满足下式(1 1)和下式(1 2)0nm＜Dm1≤20nm…(1 1)0nm＜Dm2≤20nm…(1 2)；(b)被覆所述凸条的上表面的金属细线的厚度Hm和所述凸条的高度Hp满足下式(2)40nm≤Hm≤0.5×Hp…(2)；(c)所述Dm1、所述Dm2、所述Pp和所述凸条的宽度Dp满足下式(3)Dm1+Dm2≤0.4×(Pp Dp)…(3)。
2.如权利要求1所述的线栅型偏振器，其特征在于，还满足下述条件(d)(d)被覆所述凸条的上表面的金属细线的最大宽度Dm、所述Pp和所述凸条的宽度Dp 满足下式⑷Dm-Dp 彡 0. 4X (Pp-Dp)... (4)。
3.如权利要求1或2所述的线栅型偏振器，其特征在于，还满足下述条件(e)(e)被覆所述凸条的第一侧面的金属细线的宽度、即从凸条的上表面到沟的深度方向 的长度Hml，被覆所述凸条的第二侧面的金属细线的宽度、即从凸条的上表面到沟的深度方 向的长度Hm2和所述凸条的高度Hp分别满足下式(5-1)和(5_2)Hml 彡 0. 5XHp." (5-1)Hm2 彡 0. 5 X Hp…(5-2)。
4.如权利要求1 3中的任一项所述的线栅型偏振器，其特征在于，在可见光范围内， 对于从形成有所述金属细线的面的一侧入射的光，偏振度在99. 5%以上，ρ偏振光透射率 在70%以上，s偏振光反射率在80%以上，并且对于从未形成所述金属细线的面的一侧入 射的光，s偏振光反射率低于40%。
5.如权利要求1 4中的任一项所述的线栅型偏振器，其特征在于，所述金属细线由 银、铝、铬、镁、TiN, TaN或TiSi2形成。
6.一种线栅型偏振器的制造方法，该方法是制造线栅型偏振器的方法，所述线栅型偏 振器包括透光性基板，在该透光性基板的表面以相互平行且隔开规定的间距(Pp)的方式 形成有多条凸条；由金属或金属化合物形成的金属细线，该金属细线共计被覆3个面，即所 述透光性基板的凸条的上表面以及沿该凸条的长度方向延伸的第一侧面和第二侧面这2 个侧面；其特征在于，通过满足下述条件(A) (F)的蒸镀法形成所述金属细线(A)从与所述凸条的长度方向大致垂直且朝第一侧面侧与所述凸条的高度方向成角度 θΕ的方向对所述凸条的上表面和第一侧面蒸镀金属或金属化合物；(B)从与所述凸条的长度方向大致垂直且朝第二侧面侧与所述凸条的高度方向成角度 θL的方向对所述凸条的上表面和第二侧面蒸镀金属或金属化合物；(C)交替进行采用所述条件(A)的蒸镀和采用所述条件(B)的蒸镀，采用所述条件(A) 的蒸镀进行m次，m在1以上，采用所述条件(B)的蒸镀进行η次，η在1以上，合计次数m+n 在3次以上；(D)采用所述条件(A)的m次蒸镀中的第一次蒸镀的角度θ^满足下式(I)，采用所述 条件(B)的η次蒸镀中的第一次蒸镀的角度θ M薛足下式(II)15° ≤ θ E ≤ 45° …(I)15° ≤ θ L ≤ 45° …(II)；(E)所述m在2以上时，第m次的θKm和第(m_l)次的θ ≤1)满足下式(III)，所述η 在2以上时，第η次的θ \和第(η-l)次的θ L(n_1}满足下式(IV)QVd-(HI) Θ Ln ≤ Θ V^(IV)；(F)采用所述条件(A)的m次蒸镀中的第一次蒸镀和采用所述条件(B)的η次蒸镀中 的第一次蒸镀中，通过1次蒸镀而形成于所述凸条的上表面的金属细线的厚度Hm’在IOnm 以下。
7.如权利要求6所述的线栅型偏振器的制造方法，其特征在于，所述线栅型偏振器满 足下述条件(a) (c)(a)被覆所述凸条的第一侧面的金属细线的厚度Dml和被覆所述凸条的第二侧面的金 属细线的厚度Dm2分别满足下式(1-1)和下式(1-2)Onm < Dml ≤ 20nm... (1-1)Onm < Dm2 ≤ 20nm... (1-2)；(b)被覆所述凸条的上表面的金属细线的厚度Hm和所述凸条的高度Hp满足下式(2)40nm ≤ Hm ≤ 0. 5 X Hp…(2)；(c)所述Dml、所述Dm2、所述Pp和所述凸条的宽度Dp满足下式(3):Dml+Dm2 ≤ 0. 4 X (Pp-Dp)…(3)。
全文摘要
本发明提供在可见光范围内对从正面侧入射的光显示出高偏振度、高p偏振光透射率和高s偏振光反射率，并且对从背面侧入射的光显示出低s偏振光反射率的线栅型偏振器及其制造方法。该线栅型偏振器(10)具有以间距(Pp)形成于透光性基板(14)的表面的凸条(12)，凸条(12)的上表面(16)、第一侧面(18)、第二侧面(20)这共计3个面被金属细线(22)被覆，满足下述条件(a)被覆第一侧面(18)的金属细线(22)的厚度Dm1和被覆第二侧面(20)的金属细线(22)的厚度Dm2在20以下；(b)被覆上表面(16)的金属细线(22)的厚度Hm和凸条(12)的高度Hp满足40nm≤Hm≤0.5×Hp；(c)Dm1、Dm2、Pp和凸条(12)的宽度Dp满足Dm1+Dm2≤0.4×(Pp-Dp)。
文档编号G02B5/30GK101981479SQ20098011250
公开日2011年2月23日 申请日期2009年4月2日 优先权日2008年4月3日
发明者坂本宽, 川本昌子, 志堂寺荣治, 樱井宏巳, 池田康宏, 海田由里子, 见矢木崇平 申请人:旭硝子株式会社