專利名稱：偏振光學(xué)元件和使用了該偏振光學(xué)元件的液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及偏振光學(xué)元件和使用了該偏振光學(xué)元件的液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
液晶顯示裝置是如下這樣的裝置，即，利用偏振鏡將來自背光源的光變?yōu)橹本€偏振光，使其與對液晶層的電壓施加相應(yīng)地旋光，通過利用檢偏鏡使之有選擇性地透過而調(diào)頻，由此進(jìn)行黑白顯示?，F(xiàn)在通過使用濾色片已經(jīng)實現(xiàn)了彩色顯示。
在此，現(xiàn)在最廣為使用的偏振鏡是將延伸了的PVA(聚乙烯醇)薄膜用具有光吸收各向異性的化合物(碘或二色性色素等)進(jìn)行了染色的二向色偏振鏡。
該偏振鏡吸收與二色性色素的吸收軸平行的偏振光成分，而使與吸收軸正交的偏振光成分透過，從而使透過了偏振鏡的光僅為直線偏振光。所以，此種二向色偏振鏡為吸收型，從原理上來說對自然光的透射率在50％以下，從而有光的利用效率低的問題。
出于防止由此種二向色偏振鏡的光吸收造成的損耗的目的，開發(fā)出了反射特定方向的直線偏振光而使其它方向的偏振光透過的反射型偏振鏡，并已經(jīng)達(dá)到了實用化。
該反射型偏振鏡例如可以列舉出利用微細(xì)金屬柵格(線柵)的偏振鏡(例如專利文獻(xiàn)1)。該偏振鏡具有平行地排列了直徑與光的波長相比足夠小的金屬線的結(jié)構(gòu)，具有反射與金屬線平行的偏振光成分(TE偏振光)而使與金屬線正交的偏振光成分(TM偏振光)透過的偏振特性。
當(dāng)將反射型偏振鏡用于液晶顯示裝置時，則只有來自背光源的非偏振光中的TM偏振光透過反射型偏振鏡，射入液晶層而用于顯示。
另一方面，TE偏振光由反射型偏振鏡反射而回到背光源側(cè)。該TE偏振光因在背光源筐體內(nèi)部等中漫反射而變?yōu)榉瞧窆?，并再次射入反射型偏振鏡，這樣的循環(huán)反復(fù)進(jìn)行。因此，可以將背光源的光的大部分變?yōu)門M偏振光并射入液晶層，因此光利用效率大幅地提高。
但是，當(dāng)液晶顯示裝置進(jìn)行暗顯示時，由于從顯示裝置外向顯示裝置射入的光(周邊光)當(dāng)中的TE偏振光成分被該反射型偏振鏡反射，因此顯示的對比度就會降低。
為此，在專利文獻(xiàn)2中，公開了將微細(xì)金屬柵格(線柵)和光吸收型微細(xì)柵格組合使用的技術(shù)。
日本特開平9-90122號公報[專利文獻(xiàn)2]日本特開2005-37900號公報但是，在專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)中，構(gòu)件數(shù)或工序數(shù)多且復(fù)雜，從而存在可以用于對角線在20英寸以上的大型液晶顯示裝置的尺寸難以實用化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于所述問題而做出的，其主要目的在于，提供一種偏振光學(xué)元件，其在應(yīng)用于液晶顯示裝置時可以實現(xiàn)具有高對比度的顯示，并且能夠大型化，而且光利用效率優(yōu)良。
本發(fā)明的偏振光學(xué)元件是具有第一和第二主平面的平板型偏振光學(xué)元件，在所述第一主平面上形成有沿規(guī)定方向排列的金屬微細(xì)柵格，所述微細(xì)柵格的表面因?qū)π纬稍撐⒓?xì)柵格的金屬表面進(jìn)行表面處理而成為由金屬化合物構(gòu)成的覆膜，對于從所述第一主平面?zhèn)热肷涞墓猓张c所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過，對于從所述第二主平面?zhèn)热肷涞墓?，反射與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過。
另外，本發(fā)明的其它方式的偏振光學(xué)元件是具有第一和第二主平面的平板型偏振光學(xué)元件，在所述第一主平面上，使朝向與規(guī)定方向一致地分散配置了多個單位構(gòu)造體，該多個單位構(gòu)造體的所述規(guī)定方向的長度尺寸在光的波長以上，與所述規(guī)定方向正交的方向的長度尺寸小于光的波長，所述單位構(gòu)造體的表面由金屬覆蓋，并且與所述第一主平面相對的一側(cè)的該金屬表面因表面處理而成為金屬化合物，對于從所述第一主平面?zhèn)热肷涞墓?，吸收與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過，對于從所述第二主平面?zhèn)热肷涞墓猓瓷渑c所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過。
而且，在所述偏振光學(xué)元件中，也可以是在所述第一主平面上還具備覆蓋所述金屬的透明層，所述透明層的表面是大致平坦的。在該情況下，也可以使所述透明層為具有粘著性的透明樹脂(所謂粘結(jié)劑)。
另外，為了提高與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光從所述第一主平面?zhèn)热肷鋾r的光吸收性，也可以是，在所述偏振光學(xué)元件中，所述金屬為鋁，所述表面處理為陽極氧化處理，使所述金屬化合物為陽極氧化覆膜(所謂防蝕鋁覆膜)。
另外，為了提高與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光從所述第一主平面?zhèn)热肷鋾r的光吸收性，也可以是，在所述偏振光學(xué)元件中，所述金屬化合物中浸滲有染料，或所述金屬化合物含有顏料，或向所述金屬化合物電化學(xué)析出了與所述金屬不同的金屬或金屬化合物。
本發(fā)明的液晶顯示裝置使用了所述的任意一個偏振光學(xué)元件。
具體來說，本發(fā)明的液晶顯示裝置包括具有由第一基板和第二基板夾持的液晶層的液晶板，以及從第二基板側(cè)對液晶層進(jìn)行照明的背光源組件，通過對所述液晶層施加電壓而進(jìn)行顯示，在所述第二基板與所述背光源組件之間，設(shè)置有所述的任意一個偏振光學(xué)元件，其中，使該偏振光學(xué)元件的第一主平面?zhèn)瘸蛩龅诙鍌?cè)，對于從所述第一主平面?zhèn)热肷涞墓?，所述偏振光學(xué)元件吸收與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過；對于從所述第二主平面?zhèn)热肷涞墓猓銎窆鈱W(xué)元件反射與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過。
另外，本發(fā)明的其它方式的液晶顯示裝置包括具有由第一基板和第二基板夾持的液晶層的液晶板，以及從第二基板側(cè)對液晶層進(jìn)行照明的背光源組件，通過對所述液晶層施加電壓而進(jìn)行顯示，在所述液晶層與所述第二基板之間，設(shè)置有所述的任意一個偏振光學(xué)元件，其中，使該偏振光學(xué)元件的第一主平面?zhèn)瘸蛩鲆壕觽?cè)，對于從所述第一主平面?zhèn)热肷涞墓?，所述偏振光學(xué)元件吸收與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過，對于從所述第二主平面?zhèn)热肷涞墓猓銎窆鈱W(xué)元件反射與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠大型化并且光利用效率優(yōu)良的偏振光學(xué)元件。另外，當(dāng)將本發(fā)明的偏振光學(xué)元件應(yīng)用于液晶顯示裝置時，則可以實現(xiàn)具有高對比度的顯示。


圖1是說明本發(fā)明實施方式一的偏振光學(xué)元件的構(gòu)造的俯視示意圖。
圖2是說明本發(fā)明實施方式二的偏振光學(xué)元件的構(gòu)造的俯視示意圖。
圖3是用于說明本發(fā)明實施方式三的偏振光學(xué)元件的構(gòu)造的圖，(A)是從上面看到的概略示意圖，(B)是截面的概略示意圖。
圖4是說明本發(fā)明實施方式四的液晶顯示裝置的構(gòu)造的截面示意圖。
圖5是說明本發(fā)明實施方式四的液晶顯示裝置的作用的截面示意圖。
圖6是說明本發(fā)明實施方式五的液晶顯示裝置的構(gòu)造的截面示意圖。
圖7是說明本發(fā)明實施方式五的液晶顯示裝置的作用的截面示意圖。
圖中，1-偏振光學(xué)元件，2-基板，2a-基板的表面，3-微細(xì)金屬柵格的一個單位，4-進(jìn)行了表面處理的微細(xì)金屬柵格的一個單位表面，5-保護層，6-偏振光學(xué)元件，7-基板，8-由鋁制成的微細(xì)柵格的一個單位，9-進(jìn)行了防蝕鋁膜處理的氧化鋁，10-保護層，11-液晶顯示裝置，12-第一基板，13-第二基板，14-液晶層，15-吸收型的二向色偏振鏡，16-背光源組件，17-從背光源射出的TM偏振光，18-從背光源射出的TE偏振光，19-從周邊入射的TE偏振光，20-從周邊入射的TM偏振光，21-第一基板，22-第二基板，23-液晶層，24-吸收型的二向色偏振鏡，25-保護層，26-微細(xì)金屬柵格的一個單位，27-進(jìn)行了表面處理的微細(xì)金屬柵格的一個單位表面，28-背光源組件，29-偏振光學(xué)元件，30-液晶顯示裝置，31-從背光源射出的TM偏振光，32-從背光源射出的TE偏振光，33-從周邊入射的TE偏振光，34-從周邊入射的TM偏振光，40-偏振光學(xué)元件，41-基板，42-單位構(gòu)造體，42a-碳納米管，42b-鋁，42c-氧化鋁覆膜，43-保護層具體實施方式
本發(fā)明的偏振光學(xué)元件具有在基板上平行地排列了直徑(或?qū)挾?與可見光的波長相比足夠小的金屬線的微細(xì)金屬柵格(線柵)構(gòu)造，另外，通過對不與基板接觸的一側(cè)的金屬線表面進(jìn)行表面處理，形成了金屬化合物的覆膜。構(gòu)成微細(xì)金屬柵格構(gòu)造的平行排列的金屬線的間隔小于可見光的波長，優(yōu)選200nm以下。
作為表面處理，除了浸漬于溶液中的浸漬處理法或陽極氧化法、磷酸鹽化法等化合物化成法等所謂化成處理以外，還可以利用等離子體處理，將金屬表面氧化、氫氧化、氮化、氟化。
更優(yōu)選的是，利用鋁來制作微細(xì)金屬柵格，通過對其進(jìn)行陽極氧化處理(防蝕鋁膜處理)而在各個微細(xì)金屬柵格表面形成陽極氧化覆膜，利用陽極氧化覆膜為多孔層這一點，形成將其染色或在孔中含有微粒的構(gòu)造。作為該微粒，可以考慮顏料、與鋁不同的金屬(例如鎳、銀、鐵等)或者氫氧化鋁或氮化鋁之類的金屬化合物等。
更優(yōu)選的是，也可以通過在形成有進(jìn)行了表面處理的微細(xì)金屬柵格的基板的整個表面上，進(jìn)一步設(shè)置覆蓋微細(xì)金屬柵格的透明層，將基板的表面平坦化。透明層由例如電介質(zhì)材料形成。這樣，由于起到防止微細(xì)金屬柵格表面損傷的保護膜的作用，因此可以抑制偏振光學(xué)元件的光學(xué)特性的劣化。另外，由于可以構(gòu)成使所述透明層具有大致平坦的表面的偏振光學(xué)元件，因此在偏振光學(xué)元件之上容易形成電極或取向膜等膜。
作為其它方式，也可以通過使所述透明層為粘結(jié)劑，而容易利用層壓處理與其它的平板狀元件貼合。作為該透明層，可以通過涂敷丙烯酸類樹脂等那樣的在透明性、強度、涂刷性方面優(yōu)良的樹脂等來形成。
由于是如上所述的構(gòu)造，因此本發(fā)明的偏振光學(xué)元件可以根據(jù)光向偏振鏡入射的面及偏振光來改變光的反射率及透射率。即，從基板側(cè)向偏振鏡入射的光當(dāng)中的在與金屬線平行的方向上振動的偏振光(TE偏振光)被反射，而與之垂直的方向的偏振光(TM偏振光)的大部分透射過去。
另一方面，從與基板相反的一側(cè)向偏振鏡入射的光，其TE偏振光被吸收，而TM偏振光的大部分透射過去。
所以，當(dāng)將本發(fā)明的偏振光學(xué)元件應(yīng)用于液晶顯示裝置時，可以使來自背光源的光當(dāng)中的TM偏振光透過，將TE偏振光反射而再利用，從而光的利用效率大幅地提高。
另外，由于從外部向液晶顯示裝置入射的光當(dāng)中的TM偏振光透射過去，而TE偏振光被吸收，因此不存在再次反射而回到外部的光，從而可以提高顯示的對比度。
另外，由于只要在基板上形成微細(xì)金屬細(xì)線構(gòu)造，對其進(jìn)行表面處理即可以制作，不需要精度優(yōu)良地制作以往那樣的兩種以上的微細(xì)柵格構(gòu)造，所以工序上的難度降低，可以制造對角線在20英寸以上的大型元件。
在所述說明中，雖然以微細(xì)柵格形狀為例進(jìn)行了說明，然而，不必一定為柵格狀，只要具有金屬呈現(xiàn)各向異性的構(gòu)造即可。例如，也可以由在規(guī)定方向具有光的波長以上的長度、在與規(guī)定方向正交的方向具有與光的波長相比足夠短的寬度的單位構(gòu)造來構(gòu)成。例如也可以是如下的構(gòu)造，即，將對碳納米纖維或碳納米管的表面實施了金屬鍍敷的材料分散地配置于無序的位置，且使它們向同一方向偏轉(zhuǎn)地進(jìn)行排列。
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。在所有的附圖中對相同的構(gòu)件使用相同的參照符號。
(實施方式一)將本發(fā)明的偏振光學(xué)元件的實施方式一表示于圖1中。本實施方式的偏振光學(xué)元件1具備基板2，在該基板2的一個表面2a上，形成有微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3。該微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3的表面因表面處理而成為金屬化合物覆膜4。
基板2例如由光學(xué)透明的玻璃或樹脂薄膜(例如PET、PC、PMMA薄膜)形成。微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3例如由反光性高的銀細(xì)線(高度300nm)形成，其線寬、間隔及平均柵格節(jié)距分別例如設(shè)定為50nm、100nm及150nm。
金屬化合物覆膜4是形成于細(xì)線表層部的氧化銀，對高300nm的銀細(xì)線的上部150nm進(jìn)行處理。這里，由于不是僅在銀細(xì)線的表面上淀積其它的物質(zhì)，而是將銀表面本身改性，因此該細(xì)線整體的高度基本上不變。
覆蓋微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3的保護層5例如由具有透射性的光固化性樹脂形成。保護層5的厚度最好足夠大，例如達(dá)到1μm以上程度，使得向基板入射的光不會發(fā)生薄膜干涉。
當(dāng)如此設(shè)置保護層5時，由于可以防止微細(xì)金屬柵格構(gòu)造2的劣化或損傷，因此可以獲得壽命長的偏振光學(xué)元件。
本發(fā)明的偏振光學(xué)元件1可以使用如下所示的工序來制作。
①在玻璃或透明樹脂薄膜等基板上蒸鍍金屬(例如銀)。
②使用光刻的方法在金屬蒸鍍層上用光致抗蝕劑制成細(xì)線圖案。
③對沒有光致抗蝕劑圖案的、金屬露出的部分進(jìn)行蝕刻處理。
④將光致抗蝕劑除去。
⑤進(jìn)行表面處理，使金屬細(xì)線圖案表面氧化。
⑥將丙烯酸類樹脂涂敷劑涂敷于表面上。
這里，作為利用光刻法的細(xì)線圖案的制作方法，可以進(jìn)行利用全息攝影的干涉光刻法或電子射線蝕刻法、或者利用電子束或激光束的直接描繪法的圖案處理。另外，也可以使用納米壓印法(nanoimprint)。
另外，作為金屬的蝕刻處理法，除了使用了Ar離子的離子束蝕刻等干式蝕刻法以外，也可以利用使用了溶液的濕式蝕刻法。
本實施方式中，微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3只要是具有反光性的金屬即可，作為其材料，除了銀以外，還可以使用鋁、鎳、鉑及它們的合金等。
微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3的平均柵格節(jié)距只要與可見光線的波長相比足夠小即可，優(yōu)選10nm以上200nm以下。柵格節(jié)距不必一定是均勻的，也可以具有分布。
本實施方式的偏振光學(xué)元件基本上由唯一的200nm以下的非常微細(xì)的細(xì)線構(gòu)造構(gòu)成，制作微細(xì)金屬柵格的次數(shù)基本上僅為一次。形成細(xì)線構(gòu)造的金屬層也只是利用真空蒸鍍法等在基板上控制厚度地形成，因此與以往技術(shù)相比制作更為容易，材料數(shù)、工序數(shù)可以很少。因此，即使是對角線在20英寸以上的大畫面尺寸的偏振光學(xué)元件，也可以用低成本容易地制作。
下面，對測定了利用所述方法制作的偏振光學(xué)元件1的光學(xué)特性的結(jié)果進(jìn)行說明。
當(dāng)從偏振光學(xué)元件1的基板2側(cè)射入波長532nm的光時，入射的光當(dāng)中的TE波的反射率為82％，TM波的透射率為80％。另一方面，當(dāng)從微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3側(cè)射入光時，TE波的反射率為27％，TM波的透射率為80％。
根據(jù)該結(jié)果可知，當(dāng)向本實施方式的偏振光學(xué)元件射入波長為532nm的光時，從基板側(cè)入射的TE波的大部分被微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3反射，而從微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3側(cè)入射的TE波的大部分被氧化覆膜4吸收。
另外可知，無論從哪一側(cè)入射，入射光的TM波的大部分都會透過偏振鏡1。
(實施方式二)將本發(fā)明的偏振光學(xué)元件6的實施方式二表示于圖2中。本實施方式的偏振光學(xué)元件6由基板7和形成于基板7的一個表面的由鋁制成的微細(xì)柵格構(gòu)造8構(gòu)成，微細(xì)柵格構(gòu)造8的表面因陽極氧化處理(防蝕鋁膜處理)而變?yōu)槎嗫讟?gòu)造的氧化鋁覆膜(所謂防蝕鋁覆膜)9，成為將該氧化鋁覆膜9進(jìn)行了著色的構(gòu)造。
基板7例如由光學(xué)透明的玻璃或樹脂薄膜(例如PET、PC、PMMA薄膜)形成。由鋁制成的微細(xì)柵格構(gòu)造8例如高度為300nm，其線寬、間隔及平均柵格節(jié)距分別例如設(shè)定為50nm、100nm及150nm。
多孔構(gòu)造的氧化鋁覆膜9是對高300nm的鋁細(xì)線的上部150nm進(jìn)行了處理的膜。這里，由于并非只是在鋁細(xì)線的表面上淀積其它的物質(zhì)，而是將鋁表面本身改性，因此該細(xì)線整體的高度基本上不會改變。但是，實際上，在由鋁變?yōu)檠趸X覆膜之時高度略有增加。
另外，多孔構(gòu)造的氧化鋁覆膜9通過在其孔之中浸透染料(例如碘)、顏料(例如碳納米粒子)、電化學(xué)地析出的異種金屬(例如鎳)微?；驓溲趸X之類的金屬化合物等而實施著色。通過這樣著色，可以降低對從微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3側(cè)入射的TE光的反射率。
覆蓋微細(xì)柵格構(gòu)造8的保護層10分別例如由具有透射性的光固化性樹脂形成。保護層10的厚度最好足夠大，例如達(dá)到1μm以上程度，使得向基板入射的光不會發(fā)生薄膜干涉。
當(dāng)如此設(shè)置保護層10時，由于可以防止微細(xì)柵格構(gòu)造8及9的劣化或損傷，因此可以獲得壽命長的偏振光學(xué)元件。
本發(fā)明的偏振光學(xué)元件可以使用如下所示的工序來制作。
①在玻璃或透明樹脂薄膜等基板7上蒸鍍鋁。
②使用光刻的方法在蒸鍍層上用光致抗蝕劑制成細(xì)線圖案。
③對沒有光致抗蝕劑圖案的、金屬露出的部分進(jìn)行蝕刻處理。
④將光致抗蝕劑除去。
⑤進(jìn)行表面防蝕鋁膜處理，將鋁細(xì)線圖案表面氧化。
⑥浸漬于混入了染料的溶液中，對氧化鋁層著色。
⑦將丙烯酸類樹脂涂敷劑涂敷于表面上。
這里，作為利用光刻法的細(xì)線圖案的制作方法，可以進(jìn)行利用全息攝影的干涉光刻法或電子射線蝕刻法、或者利用電子束或激光束的直接描繪法的圖案處理。另外，也可以使用納米壓印法。
另外，作為鋁的蝕刻處理法，除了使用了Ar離子的離子束蝕刻等干式蝕刻法以外，也可以利用使用了酸性溶液(磷酸、硝酸、乙酸的混合溶液等)或堿性溶液(氫氧化鈉、氫氧化鉀等)的濕式蝕刻法。
作為著色方法，除了染料以外，也可以浸漬于分散混入了碳納米粒子等微細(xì)顏料的溶液中，使微細(xì)孔內(nèi)含有碳納米粒子。
或者，也可以通過將不同的金屬(例如鎳)微?；驓溲趸c等金屬化合物電化學(xué)析出到氧化鋁層中來進(jìn)行著色。
微細(xì)柵格構(gòu)造8的平均柵格節(jié)距只要與可見光線的波長相比足夠小即可，優(yōu)選10nm以上200nm以下。柵格節(jié)距不必一定是均勻的，也可以具有分布。
本實施方式的偏振光學(xué)元件6基本上由唯一的200nm以下的非常微細(xì)的細(xì)線構(gòu)造構(gòu)成，制作微細(xì)金屬柵格的次數(shù)基本上僅為一次。形成細(xì)線構(gòu)造的鋁層也只是利用真空蒸鍍法等在基板上控制厚度地形成，因此與以往技術(shù)相比制作更為容易，材料數(shù)、工序數(shù)可以很少。由此，即使是對角線在20英寸以上的大畫面尺寸的偏振光學(xué)元件，也可以用低成本容易地制作。
下面，對測定了利用所述方法制作的偏振光學(xué)元件6的光學(xué)特性的結(jié)果進(jìn)行說明。
當(dāng)從偏振光學(xué)元件1的基板2側(cè)射入波長532nm的光時，入射的光當(dāng)中的TE波的反射率為82％，TM波的透射率為80％。另一方面，當(dāng)從微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3側(cè)射入光時，TE波的反射率為10％，TM波的透射率為80％。
根據(jù)該結(jié)果可知，當(dāng)向本實施方式的偏振光學(xué)元件1射入波長為532nm的光時，從基板2側(cè)入射的TE波的大部分被微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3反射，而從微細(xì)金屬柵格構(gòu)造3側(cè)入射的TE波的大部分被陽極氧化覆膜4吸收。
另外可知，無論從哪一側(cè)入射，入射光的TM波的大部分都會透過偏振鏡1。
(實施方式三)將本發(fā)明的偏振光學(xué)元件的實施方式三表示于圖3中。圖3(A)是從上面看到的本發(fā)明的偏振光學(xué)元件的概略示意圖，圖3(B)表示截面的概略示意圖。本實施方式的偏振光學(xué)元件40在基板41的一個表面上分散配置有多個單位構(gòu)造體42。該單位構(gòu)造體42是用鋁42b覆蓋了碳納米管42a的構(gòu)造體，碳納米管42a為向規(guī)定方向(圖3的箭頭K方向)偏轉(zhuǎn)了的構(gòu)造。另外，該碳納米管42a的暴露于空氣中的一側(cè)的面因陽極氧化處理(防蝕鋁膜處理)而成為多孔構(gòu)造的氧化鋁覆膜(所謂防蝕鋁覆膜)42c，另外，成為對該氧化鋁覆膜42c進(jìn)行了著色的構(gòu)造。
基板41例如由光學(xué)透明的玻璃或樹脂薄膜(例如PET、PC、PMMA薄膜)形成。被鋁42b覆蓋了的碳納米管42a例如規(guī)定方向(箭頭K方向)的平均長度尺寸為2μm，與該規(guī)定方向正交的方向的平均長度尺寸(平均直徑)為50nm，利用熔融鍍鋁將整個表面用100nm左右的鋁覆蓋。雖然其配置間隔也可以是無序的(隨機)，但是相鄰的碳納米管42a間的間隔優(yōu)選5nm以上200nm以下。
多孔構(gòu)造的氧化鋁覆膜42c是對形成于碳納米管的單側(cè)的面上的厚100nm的所有鋁進(jìn)行了處理的膜。這里，由于并非只是在覆蓋碳納米管的鋁的表面上淀積其它的物質(zhì)，而是將鋁表面本身改性，因此該碳納米管整體的直徑基本上不會改變。但是，實際上，在由鋁變?yōu)檠趸X覆膜之時直徑略有增加。
另外，多孔構(gòu)造的氧化鋁覆膜42c通過在其孔之中浸透染料(例如碘)、顏料(例如碳納米粒子)、電化學(xué)析出的異種金屬(例如鎳)微粒或氫氧化鋁之類的金屬化合物等而實施了著色。通過這樣著色，可以降低對從碳納米管42a側(cè)入射的TE光的反射率。
覆蓋分散配置了碳納米管的整個表面的保護層43分別例如由具有透射性的光固化性樹脂形成。保護層43的厚度最好足夠大，例如達(dá)到1μm以上程度，使得向基板入射的光不會發(fā)生薄膜干涉。
當(dāng)如此設(shè)置保護層43時，由于可以防止碳納米管分散面的劣化或損傷，因此可以獲得壽命長的偏振光學(xué)元件。
本發(fā)明的偏振光學(xué)元件可以使用如下所示的工序來制作。
①對碳納米管利用熔融鍍鋁法在管表面形成鋁。
②在乙醇溶液中分散①的覆蓋了鋁的碳納米管。
③在玻璃或透明樹脂薄膜等基板上涂刷②的分散液。
④在利用磁力使碳納米管的朝向一致后干燥，將碳納米管粘合在基材上。
⑤進(jìn)行防蝕鋁膜處理，將未與基材粘合的一側(cè)的碳納米管表面的鋁氧化。
⑥浸漬于混入了染料的溶液中，對氧化鋁層著色。
⑦將丙烯酸類樹脂涂敷劑涂敷于表面上。
這里，作為著色方法，除了染料以外，也可以浸漬于分散混入了碳納米粒子等微細(xì)顏料的溶液中，使微細(xì)孔內(nèi)含有碳納米粒子?；蛘?，也可以通過對氧化鋁層電化學(xué)析出不同的金屬(例如鎳)微?；驓溲趸c等金屬化合物來進(jìn)行著色。
而且，偏振光學(xué)元件40只要是使在規(guī)定方向(箭頭K方向)具有可見光的波長以上的長度、在與規(guī)定方向正交的方向上具有與可見光的波長相比足夠短的寬度的單位構(gòu)造體偏轉(zhuǎn)到一定方向來配置即可，作為單位構(gòu)造體除了本實施方式中所用的碳納米管以外，只要是具有針狀的形狀并可以進(jìn)行金屬覆蓋的物質(zhì)，就可以選擇，例如也可以利用針狀氧化鈦或針狀氧化鋅等來制作。而且，單位構(gòu)造體的規(guī)定方向的長度優(yōu)選1000nm以上，與規(guī)定方向正交的方向的長度為10nm以上200nm以下。
本實施方式的偏振光學(xué)元件40基本上是由使針狀的單位構(gòu)造體偏轉(zhuǎn)到一個方向來配置的構(gòu)造構(gòu)成的，與以往技術(shù)相比制作更為容易，材料數(shù)、工序數(shù)可以很少。由此，即使是對角線在20英寸以上的大畫面尺寸的偏振光學(xué)元件，也可以用低成本容易地制作。
(實施方式四)本發(fā)明的實施方式四是作為下側(cè)(背光源側(cè))偏振片具備了實施方式二的偏振光學(xué)元件6的液晶顯示裝置。
以下，使用圖4對使用了實施方式二的偏振光學(xué)元件的液晶顯示裝置11的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖4是概略地表示本發(fā)明的液晶顯示裝置11的截面的示意圖。
如圖4所示，具有由第一基板12和第二基板13(都為玻璃)夾持的液晶層14，在兩個基板的液晶層側(cè)表面設(shè)有用于對液晶層14施加電壓的透明電極(未圖示)。更具體來說，在透明電極和液晶層14之間，設(shè)有用于使液晶分子取向的取向膜(未圖示)，進(jìn)行與取向方向?qū)?yīng)的摩擦處理，構(gòu)成液晶層的液晶分子成為與該摩擦方向?qū)?yīng)地扭轉(zhuǎn)了的配置。
在第二基板13側(cè)，在其下部設(shè)有背光源組件16，光向圖中上方射出，對液晶層14進(jìn)行照明。
在第二基板13的背光源側(cè)表面，以其保護層10作為粘結(jié)劑，粘貼了實施方式二的偏振光學(xué)元件6。
在第一基板12的觀察者側(cè)，設(shè)有吸收偏振片15。吸收偏振片15被貼合成其透射軸與粘貼于第二基板13上的偏振光學(xué)元件6的透射軸正交。
這里，對圖4所示的液晶顯示裝置11的顯示原理進(jìn)行說明。圖5(A)及圖5(B)分別是用于說明在未對液晶層14施加電場時可以實現(xiàn)明狀態(tài)以及在施加了電場時可以實現(xiàn)暗狀態(tài)的顯示裝置的原理的示意圖。
首先，參照圖5(A)對在未施加電場時可以實現(xiàn)明狀態(tài)的原理進(jìn)行說明。
從背光源16向液晶層14射入所有偏振狀態(tài)的光。入射光當(dāng)中的與第二基板13側(cè)的偏振光學(xué)元件6的透射軸一致的TM偏振光17透過偏振光學(xué)元件6，被液晶層14旋光90度。其后，由于還透過觀察者側(cè)的吸收偏振片15而向觀察者側(cè)射出，因此可以獲得明狀態(tài)。
另一方面，從背光源組件16射出的光當(dāng)中的TE偏振光18被配置于偏振光學(xué)元件6和背光源組件16的內(nèi)部的散射反射層等反復(fù)反射。在反射之時，偏振方向被打亂，成為非偏振光而被循環(huán)利用。
另一方面，當(dāng)與顯示無關(guān)的來自外部的周邊光射入液晶顯示裝置11時，入射光當(dāng)中的與第一基板12側(cè)的吸收偏振片15的透射軸一致的偏振光19透過吸收偏振片15，被液晶層14旋光90度。其后，透過第二基板13側(cè)的偏振光學(xué)元件6，被背光源組件16內(nèi)的散射反射層等反射。在反射之時，成為非偏振光而用于顯示。
另外，由于從外部入射的光當(dāng)中的與偏振光19正交的偏振光20被第一基板12側(cè)的吸收偏振片15吸收，因此不參與顯示。
下面，參照圖5(B)對在施加電場時可以實現(xiàn)暗狀態(tài)的原理進(jìn)行說明。
雖然從作為光源的背光源組件16射入的光當(dāng)中的、與第二基板13側(cè)的偏振光學(xué)元件6的透射軸一致的TM偏振光17透過偏振光學(xué)元件6，然而，由于施加電場時的液晶層14保持入射光的偏振狀態(tài)，因此被觀察者側(cè)的吸收偏振片15吸收而獲得暗狀態(tài)。由于從背光源組件16射出的光當(dāng)中的與TM偏振光17正交的TE偏振光18被偏振光學(xué)元件6反射，因此也可以獲得暗狀態(tài)。
另一方面，當(dāng)與顯示無關(guān)的來自外部的周邊光射入液晶顯示裝置11時，與第一基板12側(cè)的吸收偏振片15的透射軸一致的偏振光19透過吸收偏振片15及液晶層14，被第二基板13側(cè)的偏振光學(xué)元件6吸收。因此，光不會回到觀察者側(cè)，可以保持高對比度。另外，由于從外部入射的光當(dāng)中的與偏振光19正交的偏振光20被第一基板12側(cè)的吸收偏振片15吸收，因此也可以保持高對比度。
如上所述，當(dāng)將實施方式二的偏振光學(xué)元件6作為液晶顯示裝置的下側(cè)偏振片使用時，可以維持顯示的對比度，并且可以將從背光源組件16射出的光幾乎全部轉(zhuǎn)換為一個偏振方向而有效地利用，因此可以獲得明亮、高對比度的顯示。
本實施方式中，雖然通過將實施方式二的偏振光學(xué)元件6粘貼于液晶顯示裝置的第二基板13上來構(gòu)成液晶顯示裝置，然而本發(fā)明的液晶顯示裝置不限于此。
例如，也可以是偏振光學(xué)元件6的保護層10沒有粘著性，而將其直接配置于以往的液晶顯示裝置的第二基板13與背光源16之間。此時，為了進(jìn)一步提高顯示的對比度，也可以將以往的二向色偏振鏡配置于本發(fā)明的偏振光學(xué)元件6和第二基板13之間。
(實施方式五)本發(fā)明的實施方式五是如下的液晶顯示裝置，即，在實施方式二的偏振光學(xué)元件6中，將其基板兼用作構(gòu)成液晶板的下側(cè)(背光源側(cè))基板，使之起到下側(cè)(背光源側(cè))偏振片的作用。
以下，使用圖6對實施方式五的液晶顯示裝置30的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖6是概略地表示本發(fā)明的液晶顯示裝置30的截面的示意圖。
如圖6所示，具有由第一基板21和第二基板22(都為玻璃)夾持的液晶層23，在第二基板22的液晶層23側(cè)表面上，形成有微細(xì)金屬柵格構(gòu)造26，微細(xì)金屬柵格構(gòu)造26的表面因表面處理而成為金屬化合物的覆膜27，形成對該金屬化合物的覆膜27進(jìn)行了著色的構(gòu)造。
另外，在整個第二基板22上，覆蓋微細(xì)金屬柵格構(gòu)造26及27地形成有透明樹脂，其作為保護層25。
在第一基板21的液晶層23側(cè)表面及保護層25的液晶層23側(cè)表面，設(shè)有用于對液晶層23施加電壓的透明電極(未圖示)。更具體來說，在透明電極和液晶層23之間，設(shè)有用于使液晶分子取向的取向膜(未圖示)，進(jìn)行與取向方向?qū)?yīng)的摩擦處理，構(gòu)成液晶層的液晶分子成為與該摩擦方向?qū)?yīng)地扭轉(zhuǎn)了的配置。
在第二基板22側(cè)，在其下部設(shè)有背光源組件28，光向圖中上方射出，從而對液晶層23進(jìn)行照明。
在第一基板21的觀察者側(cè)，設(shè)有吸收偏振片24。吸收偏振片24被貼合成其透射軸與制作于第二基板22上的偏振光學(xué)元件29的透射軸正交。
這里，對圖6所示的液晶顯示裝置30的顯示原理進(jìn)行說明。圖7(A)及圖7(B)分別是用于說明在未對液晶層23施加電場時可以實現(xiàn)明狀態(tài)以及在施加了電場時可以實現(xiàn)暗狀態(tài)的顯示裝置的原理的示意圖。
首先，參照圖7(A)對在未施加電場時可以實現(xiàn)明狀態(tài)的原理進(jìn)行說明。
此時，從背光源28向液晶層23射入所有偏振狀態(tài)的光。入射光當(dāng)中的與第二基板22側(cè)的偏振光學(xué)元件29的透射軸一致的TM偏振光31透過偏振光學(xué)元件29，被液晶層23旋光90度。其后，由于還透過觀察者側(cè)的吸收偏振片24而向觀察者側(cè)射出，因此可以獲得明狀態(tài)。
另一方面，從背光源組件28射出的光當(dāng)中的TE偏振光32被配置于偏振光學(xué)元件29和背光源組件28的內(nèi)部的散射反射層等反復(fù)反射。在反射之時，偏振方向被打亂，成為非偏振光而被循環(huán)利用。
另一方面，當(dāng)與顯示無關(guān)的來自外部的周邊光射入液晶顯示裝置30時，入射光當(dāng)中的與第一基板21側(cè)的吸收偏振片24的透射軸一致的偏振光33透過吸收偏振片24，被液晶層23旋光90度。其后，透過第二基板22側(cè)的偏振光學(xué)元件29，被背光源組件28內(nèi)的散射反射層等反射。在反射之時，成為非偏振光而用于顯示。
另外，由于從外部入射的光當(dāng)中的與偏振光33正交的偏振光34被第一基板21側(cè)的吸收偏振片24吸收，因此不參與顯示。
下面，參照圖7(B)對在施加電場時可以實現(xiàn)暗狀態(tài)的原理進(jìn)行說明。
雖然從作為光源的背光源組件28射入的光當(dāng)中的、與第二基板22側(cè)的偏振光學(xué)元件29的透射軸一致的TM偏振光31透過偏振光學(xué)元件29，然而，由于施加電場時的液晶層23保持入射光的偏振狀態(tài)，因此被觀察者側(cè)的吸收偏振片24吸收而獲得暗狀態(tài)。由于從背光源組件28射出的光當(dāng)中的與TM偏振光31正交的TE偏振光32被偏振光學(xué)元件29反射，因此也可以獲得暗狀態(tài)。
另一方面，當(dāng)與顯示無關(guān)的來自外部的周邊光射入液晶顯示裝置30時，與第一基板21側(cè)的吸收偏振片24的透射軸一致的偏振光33透過吸收偏振片24及液晶層23，被第二基板22側(cè)的偏振光學(xué)元件29吸收。由此，光不會回到觀察者側(cè)，可以保持高對比度。另外，由于從外部入射的光當(dāng)中的與偏振光33正交的偏振光34被第一基板21側(cè)的吸收偏振片24吸收，因此也可以保持高對比度。
如上所述，在本發(fā)明的液晶顯示裝置30中，由于可以維持顯示的對比度，并且可以將從背光源組件28射出的光幾乎全部轉(zhuǎn)換為一個偏振方向而有效地利用，因此可以獲得明亮、高對比度的顯示。
另外，實施方式四、五中，雖然以使用了實施方式二的偏振光學(xué)元件6的情況為例進(jìn)行了說明，然而，也可以取代實施方式二的偏振光學(xué)元件6，而使用實施方式一的偏振光學(xué)元件1或?qū)嵤┓绞饺钠窆鈱W(xué)元件40。
(產(chǎn)業(yè)可利用性)
可以提供如下的偏振光學(xué)元件，即，在應(yīng)用于液晶顯示裝置時，可以實現(xiàn)具有高對比度的顯示，并且可以大型化，而且在光利用效率方面優(yōu)良。本發(fā)明的偏振光學(xué)元件適于用作透射型、半透射型、投影型的液晶顯示裝置的偏振片。
權(quán)利要求
1.一種偏振光學(xué)元件，是具有第一和第二主平面的平板型偏振光學(xué)元件，其特征是，在所述第一主平面上形成有沿規(guī)定方向排列的金屬微細(xì)柵格，所述微細(xì)柵格的表面因?qū)π纬稍撐⒓?xì)柵格的金屬的表面進(jìn)行表面處理而成為由金屬化合物構(gòu)成的覆膜，對于從所述第一主平面?zhèn)热肷涞墓猓张c所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過，對于從所述第二主平面?zhèn)热肷涞墓猓瓷渑c所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過。
2.一種偏振光學(xué)元件，是具有第一和第二主平面的平板型偏振光學(xué)元件，其特征是，在所述第一主平面上，使朝向與規(guī)定方向一致地分散配置了多個單位構(gòu)造體，該多個單位構(gòu)造體的所述規(guī)定方向的長度尺寸在光的波長以上，與所述規(guī)定方向正交的方向的長度尺寸小于光的波長，所述單位構(gòu)造體的表面由金屬覆蓋，并且與所述第一主平面相對的一側(cè)的該金屬表面因表面處理而成為金屬化合物，對于從所述第一主平面?zhèn)热肷涞墓?，吸收與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過，對于從所述第二主平面?zhèn)热肷涞墓?，反射與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的偏振光學(xué)元件，其特征是，在所述第一主平面上還具備覆蓋所述金屬的透明層，所述透明層的表面是大致平坦的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏振光學(xué)元件，其特征是，所述透明層為具有粘著性的透明樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任意一項所述的偏振光學(xué)元件，其特征是，所述金屬為鋁，所述表面處理為陽極氧化處理，所述金屬化合物為陽極氧化覆膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項所述的偏振光學(xué)元件，其特征是，所述金屬化合物中浸滲有染料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項所述的偏振光學(xué)元件，其特征是，所述金屬化合物含有顏料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項所述的偏振光學(xué)元件，其特征是，對所述金屬化合物電化學(xué)析出了與所述金屬不同的金屬或金屬化合物。
9.一種使用了權(quán)利要求1至8中的任意一項所述的偏振光學(xué)元件的液晶顯示裝置。
10.一種液晶顯示裝置，包括具有由第一基板和第二基板夾持的液晶層的液晶板，以及從第二基板側(cè)對液晶層進(jìn)行照明的背光源組件，通過對所述液晶層施加電壓而進(jìn)行顯示，其特征是，在所述第二基板與所述背光源組件之間，設(shè)有權(quán)利要求1至8中的任意一項所述的偏振光學(xué)元件，其中，使該偏振光學(xué)元件的第一主平面?zhèn)瘸蛩龅诙鍌?cè)，對于從所述第一主平面?zhèn)热肷涞墓猓銎窆鈱W(xué)元件吸收與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過，對于從所述第二主平面?zhèn)热肷涞墓?，所述偏振光學(xué)元件反射與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過。
11.一種液晶顯示裝置，包括具有由第一基板和第二基板夾持的液晶層的液晶板；以及從第二基板側(cè)對液晶層進(jìn)行照明的背光源組件，通過對所述液晶層施加電壓而進(jìn)行顯示，其特征是，在所述液晶層與所述第二基板之間，設(shè)有權(quán)利要求1至8中的任意一項所述的偏振光學(xué)元件，其中，使該偏振光學(xué)元件的第一主平面?zhèn)瘸蛩鲆壕觽?cè)，對于從所述第一主平面?zhèn)热肷涞墓?，所述偏振光學(xué)元件吸收與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過，對于從所述第二主平面?zhèn)热肷涞墓?，所述偏振光學(xué)元件反射與所述規(guī)定方向平行的方向的偏振光，而使與所述規(guī)定方向正交的方向的偏振光透過。
全文摘要
本發(fā)明提供一種偏振光學(xué)元件，其在應(yīng)用于液晶顯示裝置時，可以實現(xiàn)具有高對比度的顯示，并且可以大型化，而且在光利用效率方面優(yōu)良。本發(fā)明是光的反射率及透射率與所入射的方向和偏振狀態(tài)對應(yīng)地變化的偏振光學(xué)元件，具備微細(xì)金屬柵格構(gòu)造，該金屬柵格表面因表面處理而成為金屬化合物的覆膜。金屬柵格的周期被設(shè)定為比光的波長短，進(jìn)一步優(yōu)選的是，金屬化合物部分含有染料、顏料、異種的金屬微?；虍惙N的金屬化合物等。
文檔編號G02F1/1335GK1996067SQ20061017321
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月6日
發(fā)明者佐藤敦, 永田佳秀, 金志優(yōu) 申請人:第一毛織株式會社