JP5139830B2 - Wire grid type polarizing element - Google Patents
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Description
本発明は、ワイヤグリッド型偏光素子に関する。 The present invention relates to a wire grid type polarizing element.
近年のフォトリソグラフィー技術の発達により、光の波長レベルのピッチを有する微細構造パターンを形成することができるようになってきた。この様に非常に小さいピッチのパターンを有する部材や製品は、半導体分野だけでなく、光学分野において利用範囲が広く有用である。 With the recent development of photolithography technology, it has become possible to form a fine structure pattern having a pitch at the wavelength level of light. Such a member or product having a pattern with a very small pitch is useful in a wide range of applications not only in the semiconductor field but also in the optical field.
例えば、金属などで構成された導電体線が特定のピッチで格子状に配列してなるワイヤグリッドは、そのピッチが入射光(例えば、可視光の波長400nmから800nm)に比べてかなり小さいピッチ(例えば、2分の1以下)であれば、導電体線に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射し、導電体線に対して垂直な電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光板として使用できる。ワイヤグリッド型偏光素子は、透過しない光を反射し再利用することができるので、光の有効利用の観点からも望ましいものである。
For example, a wire grid in which conductor wires made of metal or the like are arranged in a lattice pattern at a specific pitch has a pitch that is considerably smaller than incident light (for example,
このようなワイヤグリッド型偏光素子としては、例えば、特許文献1に開示されているものがある。このワイヤグリッド偏光子は、入射光の波長より小さいグリッド周期で間隔が置かれた光反射材料ワイヤを備えている。
しかしながら、特許文献1に開示されている構成においては、光反射材料ワイヤがバックライト側からの光だけでなく、外光側からの光も反射するので、ワイヤグリッド偏光子を液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に、十分な色再現性や黒表示を行うことができないという問題がある。 However, in the configuration disclosed in Patent Document 1, the light reflecting material wire reflects not only the light from the backlight side but also the light from the outside light side, so that the wire grid polarizer is like a liquid crystal display device. When it is provided in a display device, there is a problem that sufficient color reproducibility and black display cannot be performed.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に、十分な色再現性や黒表示を実現できるワイヤグリッド型偏光素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a wire grid type polarizing element capable of realizing sufficient color reproducibility and black display when disposed in a display device such as a liquid crystal display device. Objective.
本発明のワイヤグリッド型偏光素子は、基材と、前記基材上に所定の間隔をおいて格子状に形成された光反射材料ワイヤと、前記光反射材料ワイヤ上及び前記光反射材料ワイヤの格子間に形成された中間層と、前記中間層を介して前記光反射材料ワイヤ上に形成され、光の一部を内部に透過させる半透過層と、を具備し、前記基材は、80nm〜150nmの間隔で格子状凸部が並設されてなり、前記光反射材料ワイヤ上に形成された前記中間層と前記光反射材料ワイヤの格子間に形成された前記中間層とが連続し、前記半透過層側から入射した光の反射光を減衰させることを特徴とする。
The wire grid type polarizing element of the present invention includes: a base material; a light reflecting material wire formed in a lattice shape on the base material at a predetermined interval; and the light reflecting material wire and the light reflecting material wire. an intermediate layer formed between the grid, through said intermediate layer is formed on the light reflective material on the wire, comprising a semi-transparent layer that transmits part of the light therein, wherein the substrate, 80 nm Lattice-like convex portions are arranged in parallel at intervals of ˜150 nm, the intermediate layer formed on the light reflecting material wire and the intermediate layer formed between the light reflecting material wire lattices are continuous, The reflected light of the light incident from the semi-transmissive layer side is attenuated.
本発明のワイヤグリッド型偏光素子は、基材と、前記基材上に所定の間隔をおいて格子状に形成され、光の一部を内部に透過させる半透過層と、前記半透過層上及び前記光透過層の格子間に形成された中間層と、前記中間層を介して前記光透過層上に形成された光反射材料ワイヤと、を具備し、前記基材は、80nm〜150nmの間隔で格子状凸部が並設されてなり、前記半透過層上に形成された前記中間層と前記半透過層の格子間に形成された前記中間層とが連続し、前記基材側から入射した光の反射光を減衰させることを特徴とする。
The wire grid type polarizing element of the present invention includes a base material, a semi-transmissive layer formed on the base material at a predetermined interval in a lattice shape and transmitting a part of light to the inside, and the semi-transmissive layer And an intermediate layer formed between the lattices of the light transmission layer, and a light reflecting material wire formed on the light transmission layer via the intermediate layer , and the substrate has a thickness of 80 nm to 150 nm. Lattice-like convex portions are juxtaposed at intervals, and the intermediate layer formed on the semi-transmissive layer and the intermediate layer formed between the lattices of the semi-transmissive layer are continuous, from the base material side The reflected light of the incident light is attenuated.
本発明のワイヤグリッド型偏光素子においては、フィルム状であることが好ましい。
In the wire grid type polarizing element of the present invention, a film shape is preferable.
本発明のワイヤグリッド型偏光素子においては、前記半透過層は、Ti、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Al、Si及びGeからなる群より選ばれた少なくとも一つ、又はこれらの元素の化合物を含むことが好ましい。 In the wire grid type polarizing element of the present invention, the semi-transmissive layer includes Ti, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Al, Si. And at least one selected from the group consisting of Ge and Ge, or a compound of these elements.
本発明のワイヤグリッド型偏光素子においては、前記中間層は、フッ化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛及び窒化アルミニウムからなる群より選ばれたものを含むことが好ましい。 In the wire grid type polarizing element of the present invention, the intermediate layer preferably contains a material selected from the group consisting of magnesium fluoride, silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zinc oxide, zinc sulfide and aluminum nitride. .
本発明のワイヤグリッド型偏光素子においては、前記中間層の屈折率及び消衰係数をそれぞれn1,k1とし、前記半透過層の屈折率及び消衰係数をそれぞれn2,k2としたときに、k2>k1、n2>0.5、k2>0.5を満足することが好ましい。 In the wire grid type polarizing element of the present invention, the refractive index and extinction coefficient of the intermediate layer are n 1 and k 1 , respectively, and the refractive index and extinction coefficient of the semi-transmissive layer are n 2 and k 2 , respectively. Sometimes it is preferable to satisfy k 2 > k 1 , n 2 > 0.5, and k 2 > 0.5.
本発明のワイヤグリッド型偏光素子においては、前記半透過層は、横断面視において前記光反射材料ワイヤの立設方向に対して所定の角度から成膜されてなることが好ましい。 In the wire grid type polarizing element of the present invention, it is preferable that the semi-transmissive layer is formed from a predetermined angle with respect to a standing direction of the light reflecting material wire in a cross sectional view.
本発明の表示装置は、表示デバイスと、前記表示デバイスを照光する照光手段と、上記ワイヤグリッド型偏光素子と、を具備し、前記ワイヤグリッド型偏光子は、前記光反射材料ワイヤ側が前記照明手段側に配置されることを特徴とする。 The display device of the present invention includes a display device, illumination means for illuminating the display device, and the wire grid type polarizing element, and the wire grid type polarizer has the light reflecting material wire side on the illumination means. It is arranged on the side.
本発明のワイヤグリッド型偏光素子は、基材と、前記基材上に所定の間隔をおいて格子状に形成された光反射材料ワイヤと、前記光反射材料ワイヤ上及び前記光反射材料ワイヤの格子間に形成された中間層と、前記中間層を介して前記光反射材料ワイヤ上に形成され、光の一部を内部に透過させる半透過層と、を具備し、前記基材は、80nm〜150nmの間隔で格子状凸部が並設されてなり、前記光反射材料ワイヤ上に形成された前記中間層と前記光反射材料ワイヤの格子間に形成された前記中間層とが連続し、前記半透過層側から入射した光の反射光を減衰させるので、液晶表示装置のような表示装置に配設した場合に、十分な色再現性や黒表示を実現することができる。
The wire grid type polarizing element of the present invention includes: a base material; a light reflecting material wire formed in a lattice shape on the base material at a predetermined interval; and the light reflecting material wire and the light reflecting material wire. an intermediate layer formed between the grid, through said intermediate layer is formed on the light reflective material on the wire, comprising a semi-transparent layer that transmits part of the light therein, wherein the substrate, 80 nm Lattice-like convex portions are arranged in parallel at intervals of ˜150 nm, the intermediate layer formed on the light reflecting material wire and the intermediate layer formed between the light reflecting material wire lattices are continuous, Since the reflected light of the light incident from the semi-transmissive layer side is attenuated, sufficient color reproducibility and black display can be realized when it is disposed in a display device such as a liquid crystal display device.
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド型偏光素子の一部を示す概略図である。図1に示すワイヤグリッド型偏光素子は、所定の間隔で格子状凸部1aが並設されてなる基材1と、光反射材料ワイヤ2上に形成された中間層3と、中間層3上に形成され、光の一部を内部に透過させる半透過層4と、から主に構成されている。なお、格子状凸部1a上に設けられる光反射材料ワイヤ2は、格子状凸部1aの上部のみに設けられていても良い。このワイヤグリッド型偏光素子は、バックライトのような照光手段を備えた表示装置に装着した場合に、半透過層4が外光側に位置し、基材1がバックライト側に位置するように配設される。これにより、バックライト側からの光Aを光反射材料ワイヤ2で反射させると共に、外光Bを半透過層4で部分的に内部に透過させて半透過層4、中間層3及び光反射材料ワイヤ2で光を減衰させる。なお、ワイヤグリッド型偏光素子の形態は、フィルム状体でも良く、板状体でも良い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing a part of a wire grid type polarizing element according to an embodiment of the present invention. A wire grid type polarizing element shown in FIG. 1 includes a base material 1 in which grid-like
基材1を構成する材料としては、対象とする光に対して実質的に透明であればよい。例えば、ガラスなどの無機材料や、樹脂などの有機材料として、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂(COP)、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線(UV)硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、基材として樹脂基材1である紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と、ガラスなどの無機基板、上記熱可塑性樹脂、トリアセテート樹脂とを組み合せた構成とすることもできる。 As a material which comprises the base material 1, what is necessary is just to be substantially transparent with respect to the light made into object. For example, inorganic materials such as glass and organic materials such as resins include polymethyl methacrylate resin, polycarbonate resin, polystyrene resin, cycloolefin resin (COP), cross-linked polyethylene resin, polyvinyl chloride resin, polyarylate resin, polyphenylene ether Amorphous thermoplastic resins such as resins, modified polyphenylene ether resins, polyetherimide resins, polyether sulfone resins, polysulfone resins, polyether ketone resins, polyethylene terephthalate (PET) resins, polyethylene naphthalate resins, polyethylene resins, Crystalline thermoplastic resins such as polypropylene resin, polybutylene terephthalate resin, aromatic polyester resin, polyacetal resin, polyamide resin, acrylic, epoxy, urethane, etc. They include ultraviolet (UV) curable resin or thermosetting resin. Moreover, it can also be set as the structure which combined the ultraviolet curable resin and thermosetting resin which are the resin base materials 1 as a base material, inorganic board | substrates, such as glass, the said thermoplastic resin, and a triacetate resin.
基材1の格子状凸部1aのピッチは、対象とする光の偏光特性から決まり、一般には光の波長の1/2以下である。ピッチが小さくなるほど偏光特性が良くなり、例えば可視光に対しては80nm〜150nmで良好な偏光特性が得られる。
The pitch of the grid-like
格子状凸部1aや、複数の格子状凸部によって形成される微細凹凸格子の凹部の断面形状に制限はない。例えば、これらの断面形状は、台形、矩形、方形、プリズム状や、半円状などの正弦波状であってもよい。ここで、正弦波状とは凹部と凸部の繰り返しからなる曲線部をもつことを意味する。なお、曲線部は湾曲した曲線であればよく、例えば、凸部にくびれがある形状も正弦波状に含める。
There is no limitation on the cross-sectional shape of the concave portions of the fine concavo-convex lattice formed by the lattice-like
本発明の格子状凸部を有する基材を得る方法に特に限定はないが、本出願人の特開2006−224659号公報に記載の方法を用いることが好ましい。 Although there is no particular limitation on the method for obtaining the substrate having the lattice-shaped convex portions of the present invention, it is preferable to use the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-224659 by the present applicant.
具体的には、本発明において、格子状凸部を有する基材を得る方法Iとして、表面に100nm〜100μmピッチの凹凸格子を有する被延伸部材を、前記凹凸格子の長手方向(格子状凸部の格子と平行な方向)と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で前記長手方向と略平行な方向に自由端一軸延伸加工することにより作製することが好ましい。この結果、前記被延伸部材の凹凸格子の凸部のピッチが縮小され、微細凹凸格子を有する基材(延伸済み部材)が得られる。凹凸格子のピッチは、100nm〜100μmの範囲に設定するが、要求する微細凹凸格子のピッチや延伸倍率に応じて適宜変更することができる。 Specifically, in the present invention, as a method I for obtaining a substrate having a lattice-shaped convex portion, a stretched member having a concave-convex lattice with a pitch of 100 nm to 100 μm on the surface is used as a longitudinal direction of the concave-convex lattice (lattice-shaped convex portion). It is preferable to fabricate the stretched member by free end uniaxial stretching in a direction substantially parallel to the longitudinal direction in a state in which the width of the stretched member in a direction substantially orthogonal to the lattice is free. As a result, the pitch of the convex portions of the concavo-convex lattice of the stretched member is reduced, and a base material (stretched member) having a fine concavo-convex lattice is obtained. The pitch of the concavo-convex grid is set in the range of 100 nm to 100 μm, but can be appropriately changed according to the required pitch of the fine concavo-convex grid and the draw ratio.
ここで、被延伸部材とは、本発明に用いる基材として非晶性熱可塑性樹脂や結晶性熱可塑性樹脂で構成された板状体、フィルム状体、シート状体などの透明な基材を挙げることができる。この被延伸部材の厚さや大きさなどについては、一軸延伸処理が可能な範囲であれば特に制限はない。 Here, the stretched member refers to a transparent substrate such as a plate-like body, a film-like body, or a sheet-like body composed of an amorphous thermoplastic resin or a crystalline thermoplastic resin as a base material used in the present invention. Can be mentioned. The thickness and size of the stretched member are not particularly limited as long as the uniaxial stretching process is possible.
また、表面に100nmから100μmピッチの凹凸格子を有する被延伸部材を得るには、レーザ光を用いた干渉露光法や切削法などで形成した、100nmから100μmピッチの凹凸格子を有する型を用いて、被延伸部材にその凹凸格子形状を熱プレスなどの方法で転写すれば良い。なお、干渉露光法とは、特定の波長のレーザ光を角度θ’の2つの方向から照射して形成される干渉縞を利用した露光法であり、角度θ’を変化させることで、使用するレーザの波長の範囲内で色々なピッチを有する凹凸格子の構造を得ることができる。干渉露光に使用できるレーザとしては、TEM00モードのレーザに限定され、TEM00モードのレーザ発振できる紫外光レーザとしては、アルゴンレーザ(波長364nm,351nm,333nm)や、YAGレーザの4倍波(波長266nm)などが挙げられる。 In addition, in order to obtain a stretched member having a concavo-convex lattice with a pitch of 100 nm to 100 μm on the surface, a mold having a concavo-convex lattice with a pitch of 100 nm to 100 μm formed by an interference exposure method using laser light or a cutting method is used. The concavo-convex lattice shape may be transferred to the stretched member by a method such as hot pressing. The interference exposure method is an exposure method using interference fringes formed by irradiating laser light of a specific wavelength from two directions of angle θ ′, and is used by changing the angle θ ′. It is possible to obtain an uneven grating structure having various pitches within the laser wavelength range. As the laser that can be used for the interference exposure, limited to laser TEM 00 mode, as the ultraviolet light laser capable lasing of TEM 00 mode, an argon laser (wavelength 364 nm, 351 nm, 333 nm) and, of YAG laser fourth harmonic ( Wavelength 266 nm).
本発明における一軸延伸処理は、先ず前記被延伸部材の幅方向(凹凸格子の長手方向と直交する方向)は自由にした状態で、前記被延伸部材の凹凸格子の長手方向を一軸延伸処理装置に固定する。続いて、被延伸部材が軟化する適当な温度まで加熱し、その状態で適当な時間保持した後、前記長手方向と略平行な一方向に適当な延伸速度で、目標とする微細凹凸格子のピッチに対応する延伸倍率まで延伸処理する。最後に、延伸状態を保持した状態で材料が硬化する温度まで被延伸部材を冷却することにより、格子状凸部を有する基材を得る方法である。この一軸延伸処理を行う装置としては、通常の一軸延伸処理を行う装置を用いることができる。また、加熱条件や冷却条件については被延伸部材を構成する材料に応じて適宜決定する。 In the uniaxial stretching treatment in the present invention, first, the width direction of the stretched member (direction perpendicular to the longitudinal direction of the concavo-convex lattice) is set free, and the longitudinal direction of the concavo-convex lattice of the stretched member is changed to a uniaxial stretch treatment apparatus. Fix it. Subsequently, after heating to an appropriate temperature at which the stretched member softens and holding it for an appropriate period of time, the pitch of the target fine concavo-convex lattice is set at an appropriate drawing speed in one direction substantially parallel to the longitudinal direction. Stretching is performed up to a stretching ratio corresponding to. Finally, the member to be stretched is cooled to a temperature at which the material is cured in a state where the stretched state is maintained, thereby obtaining a base material having lattice-shaped convex portions. As an apparatus for performing this uniaxial stretching process, an apparatus for performing a normal uniaxial stretching process can be used. Further, the heating condition and the cooling condition are appropriately determined according to the material constituting the stretched member.
また、本発明において、格子状凸部を有する基材を得る方法IIは、表面に微細凹凸格子を有する型を用いて、本発明で用いる前記基材の表面に微細凹凸格子を転写し、成型する方法である。ここで表面に微細凹凸格子を有する型は、前記方法Iにより得た、格子状凸部を有する基材を、順に導電化処理、メッキ処理、樹脂基材の除去処理を施すことで作製することができる。 Further, in the present invention, the method II for obtaining a substrate having a lattice-like convex portion is a method of transferring a fine concavo-convex lattice onto the surface of the substrate used in the present invention using a mold having a fine concavo-convex lattice on the surface, and molding It is a method to do. Here, a mold having a fine concavo-convex lattice on the surface is prepared by sequentially performing a conductive treatment, a plating treatment, and a resin base material removal treatment on a base material having a lattice-like convex portion obtained by Method I. Can do.
この方法によれば、既に格子状凸部を有する型を用いるので、複雑な延伸工程を経ることなく、本発明で用いる格子状凸部を有する基材を量産することが可能となる。更に、方法I、方法IIを適当に組み合わせ、繰り返し用いることで、比較的大きなピッチを持つ凹凸格子から、より微細な凹凸格子を作製することも可能となる。 According to this method, since the mold having the lattice-shaped convex portions is used, it is possible to mass-produce the substrate having the lattice-shaped convex portions used in the present invention without going through a complicated stretching process. Furthermore, by appropriately combining and repeatedly using Method I and Method II, it becomes possible to produce a finer concavo-convex grid from a concavo-convex grid having a relatively large pitch.
光反射材料ワイヤ2を構成する光反射材料は、対象とする光に対し反射率が高く、基材1を構成する材料との間の密着性の高いものであることが好ましい。例えば、アルミニウム、銀又はそれらの合金で構成されていることが好ましい。コストの観点から、アルミニウム又はその合金で構成されていることがさらに好ましい。
It is preferable that the light reflecting material constituting the light reflecting
光反射材料ワイヤ2を形成するために金属を基材1上に積層する方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理的蒸着法を好適に用いることができる。光反射材料ワイヤ2の厚さとしては、光が透過しないことなどを考慮して、50nm以上であることが好ましい。
As a method of laminating a metal on the base material 1 in order to form the light reflecting
中間層3は、光反射材料ワイヤ2と半透過層4との間で反射媒体として働き、光反射材料ワイヤ2及び半透過層4と共に入射した光を減衰させる。すなわち、光反射材料ワイヤ2と半透過層4との間に挟持された中間層3においては、内部に入射した光が反射を繰り返すことにより、半透過層4及び/又は光反射材料ワイヤ2に吸収され、これにより、半透過層4側から入射した光の反射光が減衰する。このため、中間層3から出射して半透過層4を透過して出射する光(外光の反射光)を弱くすることができる。この中間層3は、フッ化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、窒化アルミニウムなどを含むことが好ましい。また、中間層3の厚さとしては、半透過層4との間の光学的な関係から決定されるが、生産性などを考慮して、500nm以下であることが好ましい。より好ましくは、1nm〜300nmである。
The
中間層3を形成するために上記材料を光反射材料ワイヤ2上に積層する方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などの物理的蒸着法を好適に用いることができる。
As a method of laminating the above material on the light reflecting
半透過層4は、光の一部を透過させて中間層3に入射させる。この半透過層4は、Ti、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Al、Si及びGeからなる群より選ばれた少なくとも一つ、又はこれらの元素の化合物を含むことが好ましい。また、半透過層4の厚さとしては、中間層3との間の光学的な関係から決定されるが、生産性などを考慮して、500nm以下であることが好ましい。より好ましくは0.1nm〜100nmである。
The
半透過層4を形成するために上記材料を中間層3上に積層する方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などの物理的蒸着法を好適に用いることができる。この場合において、横断面視において光反射材料ワイヤ2の立設方向に対して所定の角度から成膜されることが好ましい。これにより、成膜時においてワイヤにより影となる領域への成膜が抑えられるので、ワイヤ間の領域(図3における3a)に半透過層4の材料が成膜されることを防止できる。これにより、ワイヤ間に成膜された材料の除去工程を省略することが可能となる。
As a method of laminating the above material on the
半透過層4及び中間層3について、本発明者は、波長400nm〜700nmの光に対する屈折率nと消衰係数kとの間の関係についてシミュレーションを行った。その結果、バックライト側からの光を十分に反射すると共に、外光の反射をできる限り抑えるためには、中間層3の屈折率及び消衰係数をそれぞれn1,k1とし、半透過層4の屈折率及び消衰係数をそれぞれn2,k2としたときに、k2>k1、n2>0.5、k2>0.5を満足することが好ましいことが分った。
For the
このように、上記構成を有するワイヤグリッド型偏光素子は、図2(a)に示すように、バックライトのような照光手段を備えた表示装置に配設した場合に、バックライト側からの光Aを光反射材料ワイヤ2で十分に反射すると共に、外光Bを半透過層4及び中間層3で減衰させて外光Bによる反射をできる限り抑えることができる。これにより、表示装置において十分な色再現性や黒表示を実現することができる。
As described above, when the wire grid type polarizing element having the above-described configuration is disposed in a display device having illumination means such as a backlight as shown in FIG. A can be sufficiently reflected by the light reflecting
図1及び図2(a)に示す構成においては、ワイヤグリッド型偏光素子を表示装置に装着した場合に、半透過層4が外光側に位置し、基材1がバックライト側に位置するように配設される場合について説明しているが、図2(b)に示すように、本発明はこの構成に限定されず、ワイヤグリッド型偏光素子を表示装置に装着した場合に、基材1が外光側に位置し、光反射材料ワイヤ2がバックライト側に位置するように配設される構成にも同様に適用することができる。すなわち、図2(b)に示すワイヤグリッド型偏光素子は、所定の間隔で格子状凸部1aが並設されてなる基材1と、格子状凸部1a上に形成され、光の一部を内部に入射すると共に光を反射する半透過層4と、半透過層4上に形成された中間層3と、中間層3上に形成された光反射材料ワイヤ2と、から構成される。この場合においても、光反射材料ワイヤ2と半透過層4との間に挟持された中間層3では、内部に入射した光が反射を繰り返すことにより、半透過層4及び/又は光反射材料ワイヤ2に吸収され、これにより、基材1側から入射した光の反射光が減衰する。このような図2(b)に示す構成によれば、基材1の外光側の主面に他の光学素子を配置することができると共に、ワイヤ状体(光反射材料ワイヤ、中間層、半透過層)を基材1で保護することができる。
In the configuration shown in FIGS. 1 and 2A, when the wire grid type polarizing element is mounted on the display device, the
また、中間層3については、図3(a),(b)に示すように、光反射材料ワイヤ2(図3(a))又は半透過層4(図3(b))の格子間にも形成されており、中間層3が連続していても良い。中間層が透明であればバックライトからの光を減衰することなく透過するため、あえて取り除く必要はなく、機能上の障害とはならないため、エッチングプロセスを省略し、より簡便に製造することができる。
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
上記構成を有するワイヤグリッド型偏光素子を製造する場合には、まず、上述した方法により作製した、微細凹凸格子を持つ基材1を準備し、図4(a)に示すように、その微細凹凸格子の格子状凸部1a上に光反射材料を成膜して光反射材料ワイヤ2を形成し、さらに、図4(b)に示すように、光反射材料ワイヤ2上に、上記中間層用の材料を成膜して中間層3を形成し、その後、図4(c)に示すように、光を一部透過させる半透過材料を成膜して半透過層4を形成する。この場合、横断面視において光反射材料ワイヤ2の立設方向(X)に対して所定の角度(θ)から成膜される(C方向)。
When manufacturing a wire grid type polarizing element having the above-described configuration, first, a substrate 1 having a fine concavo-convex lattice prepared by the above-described method is prepared, and as shown in FIG. A light reflecting material is formed on the lattice-shaped
次に、本発明に係るワイヤグリッド型偏光素子を表示装置である液晶表示装置に用いた場合について説明する。図5は、本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド型偏光素子を備えた液晶表示装置を示す図である。 Next, the case where the wire grid type polarizing element according to the present invention is used in a liquid crystal display device which is a display device will be described. FIG. 5 is a view showing a liquid crystal display device including the wire grid type polarizing element according to the embodiment of the present invention.
図5に示す液晶表示装置は、光を発光するバックライトのような照光装置11と、この照光装置11上に配置されたワイヤグリッド型偏光素子12と、ワイヤグリッド型偏光素子12上に配置された液晶セル(表示デバイス)13とから主に構成される。すなわち、本発明に係るワイヤグリッド型偏光素子12は、液晶セル13と照光装置11との間に配置される。液晶セル13は、一対の基板で液晶層を挟持して構成されている。液晶セル13は、透過型液晶セルであり、ガラスや透明樹脂基板間に液晶材料などを挟持して構成されている。なお、図5の液晶表示装置中において、通常使用されている偏光板保護フィルム、位相差フィルム、拡散板、配向膜、透明電極、カラーフィルターなどの各種光学素子については説明を省略する。
The liquid crystal display device shown in FIG. 5 is arranged on an
図5において、ワイヤグリッド型偏光素子12が図1、図2(a)に示す構成の場合、ワイヤグリッド型偏光素子12の基材1が照光装置11上に配置され、ワイヤグリッド型偏光素子12が図2(b)に示す構成の場合、ワイヤグリッド型偏光素子の光反射材料ワイヤ2が照光装置11上に配置される。
In FIG. 5, when the wire grid
このような構成の液晶表示装置(図1に示すワイヤグリッド型偏光素子を備える場合)においては、照光装置11から出射された光がワイヤグリッド型偏光素子12の基材1側から入射し、光反射材料ワイヤ側から液晶セル13を通過して外界に出射される(図中の矢印方向)。この場合において、ワイヤグリッド型偏光素子12が対象とする光において優れた偏光度を発揮するので、コントラストの高い表示を得ることが可能となる。一方、外光の一部は、液晶セル13を通過してワイヤグリッド型偏光素子12の半透過層4を介して中間層3に入射する。中間層3においては、入射した光が光反射材料ワイヤ2と半透過層4との間で反射を繰り返して光反射材料ワイヤ2及び/又は半透過層4で吸収され、これにより減衰する。このため、半透過層4で反射する光が弱くなる。したがって、このワイヤグリッド型偏光素子により、照光装置11からの光を効率良く反射させ、外光を効率良く吸収するので、液晶表示装置において、十分な色再現性や黒表示を実現することができる。
In the liquid crystal display device having such a configuration (when the wire grid type polarization element shown in FIG. 1 is provided), the light emitted from the
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
(実施例1)
上述した方法により、TAC(Triacetylcellulose)基材の片面上にUV転写でピッチ140nm、高さ約150nm、1/2高さにおける幅が約60nmで凸部先端が先細りになった波型断面形状を有する微細凹凸格子を設けたフィルムを用意し、この微細凹凸格子の格子状凸部上に、DCマグネトロンスパッタ法により、鉛直方向より30°傾けた上方からアルミニウムを厚さ150nm程度成膜して光反射材料ワイヤを形成し、その後、希釈した水酸化ナトリウム水溶液に基材を浸漬して、格子状凸部間に付着した余分なアルミニウムをウェットエッチングで除去した。
Next, examples performed for clarifying the effects of the present invention will be described.
Example 1
By the above-described method, a corrugated cross-sectional shape in which the convex tip is tapered on one side of a TAC (Triacetylcellulose) base material by UV transfer with a pitch of 140 nm, a height of about 150 nm, and a width at half height of about 60 nm. A film provided with a fine concavo-convex grid is prepared, and an aluminum film is formed on the grid-shaped convex part of the fine concavo-convex grid by a DC magnetron sputtering method from above at a thickness of about 150 nm by tilting 30 ° from the vertical direction. A reflective material wire was formed, and then the substrate was immersed in a dilute aqueous sodium hydroxide solution to remove excess aluminum adhering between the lattice-shaped convex portions by wet etching.
次いで、光反射材料ワイヤ上に、マグネトロンスパッタにより、上方からフッ化マグネシウムを厚さ70nmで成膜して中間層を形成した。次いで、光反射材料ワイヤの立設方向に対して20°傾けた上方(図4(c)においてθ=20°)からクロムを厚さ5nm蒸着して半透過層を形成した。このようにして実施例1のワイヤグリッド型偏光素子を作製した。このとき、クロムの屈折率がn2=3.1、クロムの消衰係数がk2=4.4であり、フッ化マグネシウムの屈折率がn1=1.4、フッ化マグネシウムの消衰係数がk1=0であるので、k2>k1、n2>0.5、k2>0.5を満足する。 Next, an intermediate layer was formed by depositing magnesium fluoride with a thickness of 70 nm on the light reflecting material wire from above by magnetron sputtering. Next, chromium was deposited to a thickness of 5 nm from above (θ = 20 ° in FIG. 4C) inclined by 20 ° with respect to the standing direction of the light reflecting material wire to form a semi-transmissive layer. Thus, the wire grid type polarizing element of Example 1 was produced. At this time, the refractive index of chromium is n 2 = 3.1, the extinction coefficient of chromium is k 2 = 4.4, the refractive index of magnesium fluoride is n 1 = 1.4, and the extinction of magnesium fluoride is Since the coefficient is k 1 = 0, k 2 > k 1 , n 2 > 0.5, and k 2 > 0.5 are satisfied.
得られた実施例1のワイヤグリッド型偏光素子について、バックライト側からの光に対する垂直反射率と、外光に対する垂直反射率とを調べた。なお、このときの垂直反射率とは入射光をワイヤグリッド型偏光素子に対して垂直に入射させた場合の反射率を指す。また、それぞれの垂直反射率は、分光光度計により測定した。その結果、バックライト側からの光に対する垂直反射率が60%程度であり、図6に示すように、外光(波長550nm)に対する垂直反射率は2%であった。 About the obtained wire grid type polarizing element of Example 1, the vertical reflectance with respect to the light from the backlight side and the vertical reflectance with respect to external light were investigated. Note that the vertical reflectance at this time refers to the reflectance when incident light is incident perpendicularly to the wire grid type polarizing element. Each vertical reflectance was measured with a spectrophotometer. As a result, the vertical reflectance for light from the backlight side was about 60%, and as shown in FIG. 6, the vertical reflectance for external light (wavelength 550 nm) was 2%.
また、得られた実施例1のワイヤグリッド型偏光素子について、分光光度計を用い偏光度及び透過率を測定した。ここでは、直線偏光に対する平行ニコル、直交ニコル状態での透過光強度を測定し、偏光度及び透過率は下記式より算出した。
偏光度=(Imax−Imin)/(Imax+Imin)×100 %
光線透過率=(Imax+Imin)/2 ×100 %
ここで、Imaxは平行ニコル時の透過光強度であり、Iminは直交ニコル時の透過光強度である。
その結果、偏光度が99.4%であり、透過率が30%であった。
Moreover, about the obtained wire grid type polarizing element of Example 1, the degree of polarization and the transmittance | permeability were measured using the spectrophotometer. Here, the transmitted light intensity in a parallel Nicols state and a crossed Nicols state with respect to linearly polarized light was measured, and the degree of polarization and the transmittance were calculated from the following equations.
Polarization degree = (Imax−Imin) / (Imax + Imin) × 100%
Light transmittance = (Imax + Imin) / 2 × 100%
Here, Imax is the transmitted light intensity at the time of parallel Nicols, and Imin is the transmitted light intensity at the time of crossed Nicols.
As a result, the degree of polarization was 99.4% and the transmittance was 30%.
(実施例2)
光反射材料ワイヤの立設方向に対して60°傾けた上方(図4(c)においてθ=60°)からクロムを厚さ5nm蒸着して半透過層を形成すること以外は実施例1と同様にして実施例2のワイヤグリッド型偏光素子を作製した。得られた実施例2のワイヤグリッド型偏光素子について、実施例1と同様にしてバックライト側からの光に対する垂直反射率と、外光に対する垂直反射率とを調べた。その結果、バックライト側からの光に対する垂直反射率が60%程度であり、外光(波長550nm)に対する垂直反射率は2%であった。また、実施例2のワイヤグリッド型偏光素子について、実施例1と同様にして偏光度及び透過率を測定した。その結果、偏光度が99.4%であり、透過率が32%であった。
(Example 2)
Example 1 except that a semi-transparent layer is formed by vapor-depositing chromium to a thickness of 5 nm from above (θ = 60 ° in FIG. 4C) inclined by 60 ° with respect to the standing direction of the light reflecting material wire. Similarly, a wire grid type polarizing element of Example 2 was produced. About the obtained wire grid type polarizing element of Example 2, the vertical reflectance with respect to the light from the backlight side and the vertical reflectance with respect to external light were examined in the same manner as in Example 1. As a result, the vertical reflectance for light from the backlight side was about 60%, and the vertical reflectance for external light (wavelength 550 nm) was 2%. Further, the degree of polarization and the transmittance of the wire grid type polarizing element of Example 2 were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the degree of polarization was 99.4% and the transmittance was 32%.
(実施例3)
光反射材料ワイヤ上に、マグネトロンスパッタにより、上方から硫化亜鉛を厚さ35nmで成膜して中間層を形成すること、及び光反射材料ワイヤの立設方向に対して60°傾けた上方(図4(c)においてθ=60°)からクロムを厚さ5nm蒸着して半透過層を形成すること以外は実施例1と同様にして実施例3のワイヤグリッド型偏光素子を作製した。このとき、クロムの屈折率がn2=3.1、クロムの消衰係数がk2=4.4であり、硫化亜鉛の屈折率がn1=2.4、硫化亜鉛の消衰係数がk1=0であるので、k2>k1、n2>0.5、k2>0.5を満足する。
(Example 3)
On the light-reflecting material wire, zinc sulfide is deposited from above with a thickness of 35 nm to form an intermediate layer by magnetron sputtering, and the upper direction inclined by 60 ° with respect to the standing direction of the light-reflecting material wire (see FIG. A wire grid type polarizing element of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that chromium was evaporated to a thickness of 5 nm from 4 (c) to form a semi-transmissive layer. At this time, the refractive index of chromium is n 2 = 3.1, the extinction coefficient of chromium is k 2 = 4.4, the refractive index of zinc sulfide is n 1 = 2.4, and the extinction coefficient of zinc sulfide is Since k 1 = 0, k 2 > k 1 , n 2 > 0.5, and k 2 > 0.5 are satisfied.
得られた実施例3のワイヤグリッド型偏光素子について、実施例1と同様にしてバックライト側からの光に対する垂直反射率と、外光に対する垂直反射率とを調べた。その結果、バックライト側からの光に対する垂直反射率が60%程度であり、外光(波長550nm)に対する垂直反射率は3%であった。また、実施例3のワイヤグリッド型偏光素子について、実施例1と同様にして偏光度及び透過率を測定した。その結果、偏光度が99.4%であり、透過率が33%であった。 About the obtained wire grid type polarizing element of Example 3, the vertical reflectance with respect to light from the backlight side and the vertical reflectance with respect to external light were examined in the same manner as in Example 1. As a result, the vertical reflectance for light from the backlight side was about 60%, and the vertical reflectance for external light (wavelength 550 nm) was 3%. Further, the degree of polarization and the transmittance of the wire grid type polarizing element of Example 3 were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the degree of polarization was 99.4% and the transmittance was 33%.
(比較例)
上述した方法により、TAC基材の片面上にUV転写で微細凹凸格子を設けたフィルムを用意し、この微細凹凸格子の格子状凸部上に、DCマグネトロンスパッタ法により、鉛直方向より30°傾けた上方からアルミニウムを厚さ150nm程度成膜して光反射材料ワイヤを形成し、その後、希釈した水酸化ナトリウム水溶液に基材を浸漬して、格子状凸部間に付着した余分なアルミニウムをウェットエッチングで除去した。このようにして比較例のワイヤグリッド型偏光素子を作製した。
(Comparative example)
By the above-described method, a film having a fine concavo-convex grid provided on one side of a TAC substrate by UV transfer is prepared, and the lattice-shaped convex part of the fine concavo-convex grid is inclined by 30 ° from the vertical direction by a DC magnetron sputtering method. From above, aluminum is deposited to a thickness of about 150 nm to form a light-reflective material wire, and then the base material is immersed in a diluted aqueous sodium hydroxide solution to wet excess aluminum adhering between the lattice-shaped protrusions. It was removed by etching. Thus, the wire grid type polarizing element of the comparative example was produced.
得られた比較例のワイヤグリッド型偏光素子について、実施例1と同様にしてバックライト側からの光に対する垂直反射率と、外光に対する垂直反射率とを調べた。その結果、バックライト側からの光に対する垂直反射率が60%程度であり、図6に示すように、外光(波長550nm)に対する垂直反射率も60%であった。これは、ワイヤグリッド型偏光素子に反射率を抑える層がないためであると考えられる。また、比較例のワイヤグリッド型偏光素子について、実施例1と同様にして偏光度及び透過率を測定した。その結果、偏光度が99.4%であり、透過率が38%であった。 About the obtained wire grid type polarizing element of the comparative example, the vertical reflectance with respect to the light from the backlight side and the vertical reflectance with respect to the external light were examined in the same manner as in Example 1. As a result, the vertical reflectance with respect to light from the backlight side was about 60%, and the vertical reflectance with respect to external light (wavelength 550 nm) was also 60% as shown in FIG. This is presumably because the wire grid type polarizing element does not have a layer for suppressing the reflectance. Further, the degree of polarization and the transmittance of the wire grid type polarizing element of the comparative example were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the degree of polarization was 99.4% and the transmittance was 38%.
このように本発明に係るワイヤグリッド偏光素子は、外光側に中間層及び半透過層を設けており、照光装置からの光を効率良く反射させ、外光を効率良く減衰させて反射を抑えるので、液晶表示装置において、十分な色再現性や黒表示を実現することができる。 As described above, the wire grid polarizing element according to the present invention is provided with the intermediate layer and the semi-transmissive layer on the outside light side, efficiently reflects the light from the illumination device, and attenuates the outside light efficiently to suppress the reflection. Therefore, sufficient color reproducibility and black display can be realized in the liquid crystal display device.
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態においては、所定の間隔で格子状凸部が並設されてなる基材の格子状凸部上に光反射材料ワイヤを形成した場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、格子状凸部を設けない基材上に所定の間隔で光反射材料ワイヤを形成した場合にも同様に適用することができる。また、上記実施の形態においては、ワイヤグリッド型偏光素子を液晶表示装置に適用した場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、(照光装置を備えた)他の表示装置にも同様に適用することができる。また、上記実施の形態における寸法、材質などは例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be implemented with various modifications. For example, in the above-described embodiment, the case where the light reflecting material wire is formed on the lattice-like convex portion of the base material in which the lattice-like convex portions are arranged in parallel at a predetermined interval is described. However, the present invention is not limited to this, and the same can be applied to the case where the light reflecting material wires are formed at predetermined intervals on a base material on which no grid-like convex portion is provided. In the above embodiment, the case where the wire grid type polarizing element is applied to a liquid crystal display device is described. However, the present invention is not limited to this, and other display devices (including an illumination device) are used. Can be applied similarly. In addition, the dimensions, materials, and the like in the above embodiment are illustrative, and can be implemented with appropriate changes. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 基材
1a 格子状凸部
2 光反射材料ワイヤ
3 中間層
4 半透過層
11 照光装置
12 ワイヤグリッド型偏光素子
13 液晶セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
A display device, an illuminating unit that illuminates the display device, and the wire grid type polarizing element according to any one of claims 1 to 7, wherein the wire grid type polarizer includes the light reflecting material. A display device, wherein a wire surface is arranged on the illumination means side.
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