JP4559999B2 - 偏光板 - Google Patents

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、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。

また超小型化する際には、偏光効率が著しく減少し、これが実用化への大きな障壁となっていた。

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、偏光効率を互いレベルで維持しつつ、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。

請求項１に係る発明は、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、上記偏光子は、入射された光を吸収する複数の量子ドットを配置させた量子ドットグループと、上記量子ドットグループの底部に対して近接配置され、長軸方向の長さが１μｍ以下である入射側の金属棒と、上記入射側の金属棒に対して略平行とされた上で、長軸方向の長さが上記入射側の金属棒よりも短く構成された出射側の金属棒とを備えることを特徴とする。

また請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、上記偏光子は、量子ドットグループは、各偏光成分の光を上記量子ドットを介して吸収し、上記量子ドットにより吸収された光に基づくエネルギーを上記入射側の金属棒へ遷移させ、さらに上記入射側の金属棒から放出される上記エネルギーを上記出射側の金属棒へと誘導させ、これを伝搬光として出射することを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、入射される光の波長をλとしたとき、上記入射側の金属棒は、長軸方向の長さＬi（＜λ／２）からなり、上記入射側の金属棒と上記出射側の金属棒との間隔Ｌsは、λとほぼ同等であることを特徴とする。

上述した構成からなる本発明では、偏光効率を高いレベルで維持しつつ、ナノメータサイズまで小型化させ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。

図２は、一の偏光子１２を拡大的に示している。偏光子１２は、入射側から出射側にかけて、量子ドットグループ２１、金属棒２３、金属棒２４が順に配設されている。

量子ドットグループ２１は、入射された光を吸収する複数の量子ドット２２ａ〜２２ｃにより構成される。この量子ドットグループ２１は、図中ｘ方向に向けて量子ドット２２が列状に形成されている。この量子ドットグループ２１は、１列以上に亘って配置されていればいかなる列数で構成されていてもよい。また一の量子ドットグループ２１を構成する量子ドット２２の個数は、３個である場合に限定されるものではなく、複数で構成されていればいかなる個数で構成されていてもよい。また、量子ドットグループ２１を構成する量子ドット２２は、規則的に並べられている場合に限定されるものではなく、不規則にランダムに配置されるものであってもよい。

量子ドット２２は、励起子を三次元的に閉じ込めることにより形成される離散的なエネルギー準位に基づき、単一電子（励起子）を制御する。これら量子ドット２２では、励起子の閉じ込め系によりキャリアのエネルギー準位が離散的になり、状態密度をデルタ関数的に尖鋭化させることができる。

この量子ドット２２は、赤色光を吸収させる場合には、ＡｌＧａＡｓ系の材料で、また青色光を吸収させる場合には、ＩｎＧａＮ系の材料で構成するようにしてもよい。

入射側の金属棒２３は、量子ドット列２１の底部に対して近接配置されている。この入射側の金属棒２３は、量子ドット列２１の伸びる方向ｘに対して垂直方向である方向ｙへ延長されている。この入射側の金属棒２３は、長軸方向の長さＬiが１μｍ以下とされているが、望ましくはＬi＜λ／２（λは入射される光の波長）とされていることが望ましい。この入射側の金属棒２３は、いわゆるアンテナとして機能するところになり、長軸方向の長さＬiがλ／２を超えてしまうと、光のロスが大きくなり、偏光変換効率が大幅に低下してしまうためである。

出射側の金属棒２４は、入射側の金属棒２３に対して略平行とされた上で、長軸方向の長さが入射側の金属棒２３よりも短く構成されている。入射側の金属棒２３と出射側の金属棒２４との間隔Ｌsは、λとほぼ同等で構成することが望ましい。出射側の金属棒２４も同様に、いわゆるアンテナとして機能するところになり、上述した範囲を逸脱すると、光のロスが大きくなり、偏光変換効率が大幅に低下してしまうためである。

なお、偏光板１に対して赤色光が入射されてくる場合において、この金属棒２３、２４の材質は、金、銅、銀等で構成するようにしてもよい。また、この偏光板１に対して青色光が入射されてくる場合において、この金属線２３、２４の材質は、Ａｌ、銀で構成するようにしてもよい。

このような構成からなる偏光板１に対して、各偏光方向ｘ、ｙの光が入射された場合には、量子ドットグループ２１を構成している量子ドット２２によりそれぞれ吸収されることになる。そして、この量子ドット２２により吸収された各偏光方向の光に基づくエネルギーは、入射側の金属棒２３へと遷移していくことになる。

因みに、この入射側の金属棒２３からは、ほぼ３６０°方向へ光が放出されるように働くが、本発明の如く入射側の金属棒２３と、出射側の金属棒２４との間隔Ｌsをλとほぼ同等としておくことにより、この出射側の金属棒２４がいわゆる誘導アンテナとして機能する。即ち、この入射側の金属棒２３から放出されるエネルギーを出射側の金属棒２４へと誘導させ、これを伝搬光として出射することになる。この出射される伝搬光の偏光方向は、この出射側の金属棒２４の配向（ｙ方向）に依存することになるため、ｙ方向となる。

即ち、この偏光子１２では、偏光回転部１３により入射された光の偏光方向をｙ方向へと回転させ、光放出部１４において、これらを伝搬光に変換して放出することができ、いわゆる偏光板１として機能させることが可能となる。

上述の如き構成からなる偏光板１では、光の波長以下の長さからなる出射側の金属棒２４を入射側の金属棒２３の近傍に設けることにより、吸収した光の偏光方向をｙ方向へと変換することが可能となる。特に量子ドット２２を利用して光を吸い上げる過程を設けることにより、光の偏光効率をより向上させることが可能となる。

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。 偏光子の構成の模式図である。

符号の説明

１ 偏光板
１１ ガラス板
１２ 偏光子
２１ 量子ドット列
２２ 量子ドット
２３、２４ 金属棒

Claims (3)

1. 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、
   上記偏光子は、
   入射された光を吸収する複数の量子ドットを配置させた量子ドットグループと、
   上記量子ドットグループの底部に対して近接配置され、長軸方向の長さが１μｍ以下である入射側の金属棒と、
   上記入射側の金属棒に対して略平行とされた上で、長軸方向の長さが上記入射側の金属棒よりも短く構成された出射側の金属棒とを備えること
   を特徴とする偏光板。
2. 上記偏光子は、
   量子ドットグループは、各偏光成分の光を上記量子ドットを介して吸収し、
   上記量子ドットにより吸収された光に基づくエネルギーを上記入射側の金属棒へ遷移させ、
   さらに上記入射側の金属棒から放出される上記エネルギーを上記出射側の金属棒へと誘導させ、これを伝搬光として出射すること
   を特徴とする請求項１記載の偏光板。
3. 入射される光の波長をλとしたとき、
   上記入射側の金属棒は、長軸方向の長さＬi（＜λ／２）からなり、
   上記入射側の金属棒と上記出射側の金属棒との間隔Ｌsは、λとほぼ同等であること
   を特徴とする請求項１又は２記載の偏光板。

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