JP4559998B2

JP4559998B2 - 偏光板

Info

Publication number: JP4559998B2
Application number: JP2006098763A
Authority: JP
Inventors: 元一大津; 忠川添
Original assignee: 財団法人光産業技術振興協会
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007272017A

Description

本発明は、ガラス板上に特定の偏光成分のみを透過させる偏光子を配列させた偏光板に関する。

偏光板は、通常、方向性を持つ結晶で構成され、一の方向に振動する光の偏光成分のみを透過させる。通常、この偏光板は、いわゆるプロジェクタ等の液晶表示装置に適用される。

偏光板を作製する場合には、先ずポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムを染色工程、架橋工程、及び延伸工程を経て乾燥することにより偏光子を作製する。その上に、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム等の偏光子保護フィルムを貼り合わせる。さらにその両面に偏光板の保護、機能付与、または積層時の利便性を目的とした保護層、光学層、および粘着層等を適宜積層する。

また、偏光板としては、上述の如き色素を利用して偏光成分を分離する技術以外に、偏光子としてワイヤグリッドを利用した、いわゆるワイヤグリッド型も提案されている。

このワイヤグリッド型の偏光板は、ガラス板にミクロンサイズの金属細線を埋め込む。その結果、金属細線の長軸方向と平行な偏光成分が入射された場合には、この金属細線中の電子が当該偏光成分の光に応じて振動することになる。上記光の偏光方向は、この金属細線中の電子の振動方向と一致するため、偏光方向がこの金属細線の長軸方向と同一の光は、電子の振動によって徐々に減衰していくことになる。その結果、金属細線の長軸方向と平行な偏光成分の透過が抑制され、その長軸方向と直交する光の偏光成分のみ透過することになる。

なお近年においては、例えば特許文献１に示すようなワイヤグリッド偏光子が提案されている。
特開２００２−３２８２３４号公報

しかしながら、上記従来の偏光板は、いずれも作製コストや偏光効率に焦点をあてたものが多く、また用途に関しても液晶バックパネル内に配置することができれば足りるため、超小型化するメリットに乏しかった。但し、近年においては、特にノートパソコン等を初めとした各種デバイスの超小型化の進展に伴い、偏光板もナノメータサイズまで超小型化させる必要が生じている。特に、厚さをナノメータサイズで構成することにより、折り曲げ可能な偏光板とすることで、将来的な用途の拡大も図ることができると考えられている。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ナノメータサイズまで小型化させることが可能な偏光板を提供することにある。

本発明者は、上述した課題を解決するために、第２の金属細線に連結される第１の金属細線並びに第３の金属細線の始端と終端とを互いに離間させることにより、第１の金属細線と第３の金属視線との間で電界を作り出すことができ、これによって電界方向を回転させることができ、ひいては偏光子に入射させた光の偏光方向を回転させることができることに着目し、以下の構成からなる偏光板を発明した。

即ち、請求項１に係る偏光板は、ガラス板中に特定の偏光成分のみを透過させる偏光子を配列させた偏光板において、出射側から入射側にかけて板厚方向に第１層、第２層、第３層に区分されたガラス板と、上記ガラス板中に配設される偏光子とを備え、上記偏光子は、上記ガラス板の第１層を始端として延長されている第１の金属細線と、一端が上記第１の金属細線に上記第２層を介して連結されて上記第３層中に配設される第２の金属細線と、一端が上記第２の金属細線の他端に上記第２層を介して連結されて上記第１層中において終端まで延長されている第３の金属細線とを有し、上記第１の金属細線〜第３の金属細線は、長軸方向が１μｍ以下のサイズで構成されるとともに互いに略平行とされ、さらに上記始端及び終端は、上記長軸方向に対して垂直方向へ離間していることを特徴とする。

また、請求項２に係る偏光板は、請求項１に係る偏光板において、上記第２の金属細線は、これに略平行な偏光方向の光の磁場成分を電流として取り出し、上記第１の金属細線と上記第３の金属細線との間で、上記第２の金属細線により取り出された電流に基づいて電界を作り出し、この作り出した電界に基づいて上記第２の金属細線に対して略垂直な偏光方向の光を出射させることを特徴とする。

上述した構成からなる本発明では、ナノメータサイズまで小型化させることが可能な偏光板を提供することが可能となる。このためノートパソコン等を初めとした各種デバイスの超小型化の進展に対応することが可能となり、また、折り曲げ可能な偏光板とすることができることから、様々な用途に利用することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、ガラス板上に特定の偏光成分のみを透過させる偏光子を配列させた偏光板に関し、図面を参照しながら詳細に説明をする。

本発明を適用した偏光板１は、例えば図１に示すように、ガラス板１１と、このガラス板１１中に配列させた偏光子１２とを備えている。

ガラス板１１は、出射側から入射側にかけて板厚方向に第１層１３、第２層１４、第３層１５に区分されている。第１層１３〜第３層１５はそれぞれ同一の材料で構成されており、これら各層間が離間されているものではない。即ち、一のガラス板を板厚方向に３段に区分する際の一指標としてこれら第１層１３〜第３層１５を定義したものである。ちなみに、これら第１層１３〜第３層１５は、互いに別々に作製した上でこれらを張り合わせて一枚のガラス板１１として構成するようにしてもよい。

偏光子１２は、金属細線で構成されている。この偏光子１２は、ナノレベルでの微視的観察では、図１に示すように複数の直方体ブロックが互いに連結されて、螺旋状に一回転するように構成されている。即ち、この偏光子１２は、いわゆるヘルムホルツコイル類似の形状とされている。この偏光子１２を構成する金属の材質は、例えば、金、銀、アルミニウムまたは銅等である。因みに、ガラス板１１上には、この偏光子１２が縦横方向へ周期的に又はある程度ランダムに配列されている。各偏光子１２の間隔は、入射される光の波長λ以上とされている。

偏光子１２は、ガラス板１１の第１層１３を始端３０として端部３１まで延長されている第１の金属細線２１と、端部３２が第１の金属細線２１の端部３１に第２層１４を介して連結されて第３層１５中に配設される第２の金属細線２２と、端部３４が第２の金属細線２２の端部３３に第２層１４を介して連結されて第１層１３中において終端３５まで延長されている第３の金属細線２３とを有している。

第１の金属細線２１〜第３の金属細線２３は、互いに略平行とされ、また光の一の偏光方向ｘに対して略平行とされている。また始端３０及び終端３５は、偏光方向ｘに対して垂直方向ｙへ互いに離間している。即ち、第１の金属細線２１、第２の金属細線２２、第３の金属細線２３の順に方向ｙへシフトさせて形成されていることになる。

また、第１の金属細線２１の端部３１と第２の金属細線２２の端部３２に至るまでには、第４の金属細線２４と、第５の金属細線２５とが介装されていてもよい。

第４の金属細線２４は、第１の金属細線２１に連結されてなり、第１層１３から第３層１５に至るまで鉛直方向に向けて立設されている。また第５の金属細線２５は、第３層１３中において方向ｙへ向けて延長され、第２の金属細線２２における端部３２へと連結されていることになる。

また、第２の金属細線２２の端部３３と第３の金属細線２３の端部３４に至るまでには、第６の金属細線２６と、第７の金属細線２７とが介装されていてもよい。

第６の金属細線２６は、第３層１３中において方向ｙへ向けて延長されている。また第７の金属細線２７は、第３層１３から第１層１１にかけて鉛直方向に向けて立設されている。

なお、これら第４の金属細線２４〜第７の金属細線２７は、上述した行程を経ることに限定されるものではなく、いかなる行程をとるようにしてもよい。例えば、第１の金属細線２１の端部３１と第２の金属細線２２の端部３２に至るまで直線状に連結されていてもよいし、カーブを描いて連結されていてもよい。

各金属細線２１〜２７は、長軸方向がいずれもナノメータサイズ（１μｍ以下）で構成される。金属細線２１〜２７は互いに別々に作製されていても、また同時に作製されていてもよいが、いずれにしてもこれらは互いに連結してひとつのコイル線を形成するものである。金属細線２１〜２７の長軸方向の長さの上限値は、波長λとされている。

このような構成からなる偏光板１に対して、例えば図２に示すように偏光方向ｙ（光の電場方向はｙであり、光の磁場方向がｘとなる）の光が入射された場合には、その殆どがこの偏光板１を透過していくことになる。

これに対して、偏光方向ｘの光（光の電場方向はｘであり、光の磁場方向がｙとなる）が入射された場合には、偏光子１２はいわゆるコイルとして機能することになる。即ち、磁場方向ｙの光が入射された場合には、このコイルとしての偏光子１２により磁場成分が電流へと変換されることになる。即ち、第２の金属細線２２は、その長軸方向に垂直な磁場方向ｙの光から電流を取り出す。

この第２の金属細線２２により取り出された電流に基づいて、第１の金属細線２１〜第３の金属細線２３に沿って電流が流れることになる。その結果、第１の金属細線２１と上記第３の金属細線２３との間に電位が生じ、矢印方向の電界ｗが作り出されることになる。この電界ｗによって光が出射されることになり、この出射される光の偏光方向は、ｙ方向であり、入射される光の偏光方向ｘに対して垂直となる。即ち、入射される光の偏光方向ｘと略垂直の偏光方向ｙの光が、この偏光子１２から出射されることになる。

即ち、この偏光子１２では、第２の金属細線２２に連結される第１の金属細線２１並びに第３の金属細線２３の始端３０と終端３５とを互いに離間させている。このため、第１の金属細線２１と第３の金属視線２３との間で電界を作り出すことができ、これによって電界方向を回転させることができ、ひいては偏光子１２に入射させた光の偏光方向ｘを偏光方向ｙへと変換することが可能となる。

このように、本発明においては、偏光方向ｘの光が入射された場合には、これをそのまま透過させるとともに、偏光方向ｙの光が入射された場合には、コイルとしての偏光子１２を利用してその偏光方向をｘ方向へ回転させることにより、いわゆる偏光板としての機能を担うことが可能となる。

また、本発明では、偏光子１２そのものをナノメータサイズで構成することができることから、超小型化させることが可能となり、ノートパソコン等を初めとした各種デバイスの超小型化の進展に対応することが可能となる。また、折り曲げ可能な偏光板とすることができることから、様々な用途に利用することが可能となる。

なお、この第１の金属細線２１における始端３０と、上記第３の金属細線２３における終端３５との、方向ｘにおける間隔は、λ／４の範囲内であることが望ましい。即ち、この第１の金属細線２１と、第３の金属細線２３との間で上記方向ｘにおいてある程度重なり領域を持たせることにより、磁界ｚを効果的に発生させることが可能となるからである。

最初に第１の金属細線２１と、第３の金属細線２３とを埋め込んだ第１層１３と、第２の金属細線２３、第５の金属細線２５、第６の金属細線２６とを埋め込んだ第３層１５を作製した。この第１層１３と第３層１５については、一般的なフォトリソグラフィ、あるいは電子ビームによる加工等を利用して作製できるものであり、特有のプロセスは必要とはならない。

次に第４の金属細線２４と第７の金属細線２７とを埋め込んだ第２層１４を作製した。この第２層１４は、いわゆるナノインプリント技術を利用して作製した。なお、各の金属細線２１〜２７を構成する金属は、アルミニウムとした。

次に、これら第１層１３〜第３層１５を互いに張り合わせて一枚のガラス板１１を構成し、偏光板１を完成させた。本実施例において作製した各の金属細線２１〜２７のサイズを図１に示すとおりとする。

偏光方向ｙの光をこの作製した偏光板１に入射させたところ、透過率は９０％であった。次に偏光方向ｘの光をこの作製した偏光板１に入射させたところ、偏光方向ｙの光に変換され、その透過率は３０％であった。即ち、無偏光の光が入射された場合に、偏光方向ｙへの変換効率は、（９０％＋３０％）／２＝６０％になると考えられる。また、消光比は、３ｄＢになる。

本発明を適用した偏光板の構成について説明するための斜視図である。偏光方向ｙの光が入射された場合の例について示す図である。

符号の説明

１偏光板
１１ガラス板
１２偏光子
２１第１の金属細線
２２第２の金属細線
２３第３の金属細線

Claims

ガラス板中に特定の偏光成分のみを透過させる偏光子を配列させた偏光板において、
出射側から入射側にかけて板厚方向に第１層、第２層、第３層に区分されたガラス板と、
上記ガラス板中に配設される偏光子とを備え、
上記偏光子は、
上記ガラス板の第１層を始端として延長されている第１の金属細線と、
一端が上記第１の金属細線に上記第２層を介して連結されて上記第３層中に配設される第２の金属細線と、
一端が上記第２の金属細線の他端に上記第２層を介して連結されて上記第１層中において終端まで延長されている第３の金属細線とを有し、
上記第１の金属細線〜第３の金属細線は、長軸方向が１μｍ以下のサイズで構成されるとともに互いに略平行とされ、さらに上記始端及び終端は、上記長軸方向に対して垂直方向へ離間していること
を特徴とする偏光板。
上記第２の金属細線は、これに略平行な偏光方向の光の磁場成分を電流として取り出し、
上記第１の金属細線と上記第３の金属細線との間で、上記第２の金属細線により取り出された電流に基づいて電界を作り出し、
この作り出した電界に基づいて上記第２の金属細線に対して略垂直な偏光方向の光を出射させること
を特徴とする請求項１記載の偏光板。