JP4619977B2 - Polarizer - Google Patents

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  • Polarising Elements (AREA)

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。   The present invention relates to a polarizing plate in which polarizers that transmit only a specific polarization component are arranged on a glass plate.

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。   The polarizing plate is usually made of a crystal having directionality, and transmits only the polarization component of light that vibrates in one direction. Usually, this polarizing plate is applied to a liquid crystal display device such as a so-called projector.

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。   When producing a polarizing plate, a polarizer is produced by first drying a polyvinyl alcohol (PVA) film through a dyeing process, a crosslinking process, and a stretching process. On top of that, a polarizer protective film such as a triacetyl cellulose (TAC) film is bonded. Furthermore, a protective layer, an optical layer, an adhesive layer, and the like for the purpose of protecting the polarizing plate, imparting functions, or convenience for lamination are appropriately laminated on both surfaces.

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。   As a polarizing plate, a so-called wire grid type in which a wire grid is used as a polarizer has been proposed in addition to a technique for separating a polarized light component using a dye as described above.

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。   This wire grid type polarizing plate embeds micron-sized fine metal wires in a glass plate. As a result, when a polarization component parallel to the long axis direction of the metal thin wire is incident, electrons in the metal thin wire vibrate according to the light of the polarization component. Since the polarization direction of the light coincides with the vibration direction of the electrons in the fine metal wire, the light whose polarization direction is the same as the major axis direction of the fine metal wire is gradually attenuated by the vibration of the electrons. . As a result, the transmission of the polarization component parallel to the major axis direction of the fine metal wire is suppressed, and only the polarization component of the light orthogonal to the major axis direction is transmitted.

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 In recent years, for example, a wire grid polarizer as shown in Patent Document 1 has been proposed.
JP 2002-328234 A

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。   However, many of the above-mentioned conventional polarizing plates focus on the production cost and the polarization efficiency, and it is only necessary to be able to arrange them in the liquid crystal back panel. . However, many of the above-mentioned conventional polarizing plates focus on the production cost and the polarization efficiency, and it is only necessary to be able to arrange them in the liquid crystal back panel. . However, in recent years, with the progress of ultra-miniaturization of various devices including notebook computers and the like, it is necessary to make the polarizing plate ultra-miniaturized to a nanometer size. In particular, it is considered that future applications can be expanded by forming a polarizing plate that can be bent by configuring the thickness to a nanometer size.

また超小型化する際には、より緻密なプロセスが必要となるところ、製造コストが著しく増加してしまうのが一般的である。このため、このようなナノメータサイズまで小型化させる際には、製造コストを極力低減させる要請が依然として高かった。   Further, when miniaturization is required, a more precise process is required, but the manufacturing cost is generally increased remarkably. For this reason, when downsizing to such a nanometer size, there is still a high demand for reducing the manufacturing cost as much as possible.

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低コスト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。   Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a polarizing plate that can be downsized to a nanometer size at low cost.

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、入射された光の偏光方向を略垂直に回転させる偏光回転部と、上記偏光回転部により偏光方向が回転させられた光を伝播光に変換してこれを放出する長さ１μｍ以下の金属細線からなる光放出部とを有し、上記偏光回転部は、長さ１μｍ以下の金属細線が入射側から出射側にかけて、近接場−光相互作用が生じる間隔で複数段に亘り形成され、その長軸方向が、入射側に近づくにつれて上記光放出部の長軸方向に対して略垂直となるように、また出射側に近づくにつれて上記光放出部の長軸方向に対して略平行となるように配向してなることを特徴とする。   The invention according to claim 1 is a polarizing plate in which a polarizer that transmits only a specific polarization component is arranged in a glass plate, and the polarizer rotates the polarization direction of incident light substantially vertically. And a light emitting portion made of a fine metal wire having a length of 1 μm or less for converting the light whose polarization direction has been rotated by the polarization rotating portion into propagating light and emitting it, and the polarization rotating portion, A thin metal wire having a length of 1 μm or less is formed from the incident side to the outgoing side in a plurality of stages at intervals where near-field-light interaction occurs, and the major axis direction of the light emitting part increases as the major axis direction approaches the incident side. It is characterized by being oriented so as to be substantially perpendicular to the direction and to be substantially parallel to the major axis direction of the light emitting portion as it approaches the emission side.

また、請求項２に係る発明では、請求項１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、上記偏光回転部を構成する金属細線は、長軸方向の長さＬi（＜λ／４）からなり、上記光放出部を構成する金属細線は、長軸方向の長さＬd（＜λ／２）からなり、さらに上記偏光回転部と上記光放出部との間隔Ｌsは、λとほぼ同等であることを特徴とする。   Further, in the invention according to claim 2, in the invention according to claim 1, when the wavelength of incident light is λ, the metal thin wire constituting the polarization rotating part has a length Li (< λ / 4), and the thin metal wire constituting the light emitting portion has a length Ld in the major axis direction (<λ / 2), and the distance Ls between the polarization rotating portion and the light emitting portion is: It is characterized by being approximately equal to λ.

また、請求項３に係る発明では、上記偏光子は、上記光放出部の長軸方向に複数配置されていることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is characterized in that a plurality of the polarizers are arranged in the major axis direction of the light emitting portion .

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低コスト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。   In the present invention having the above-described configuration, it is possible to reduce the size to a nanometer size at low cost. For this reason, it becomes possible to cope with the progress of ultra-miniaturization of various devices such as notebook personal computers and the like, and since it can be a foldable polarizing plate, it can be used for various applications. .

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。   Hereinafter, as a best mode for carrying out the present invention, a polarizing plate in which a polarizer that transmits only a specific polarization component is arranged on a glass plate will be described in detail with reference to the drawings.

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。   A polarizing plate 1 to which the present invention is applied includes, for example, as shown in FIG. 1, a glass plate 11 and a polarizer 12 arranged in the glass plate 11.

ガラス板１１は、第１層５と、第２層６に区分されている。この第１層５は光の入射側に配置されてなり、また第２層６は、この偏光板１を透過した光の出射側に配置されている。これら第１層５、第２層６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２段に区分する際の一指標としてこれら第１層５〜第２層６を定義したのである。ちなみに、これら第１層５〜第２層６は、互いに別々に作製した上でこれらを貼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。特にこの第１層５に関しては、これをさらに細かく板厚方向に分離した上でこれらを互いに貼り合わせるようにしてもよい。   The glass plate 11 is divided into a first layer 5 and a second layer 6. The first layer 5 is disposed on the light incident side, and the second layer 6 is disposed on the light emission side transmitted through the polarizing plate 1. The first layer 5 and the second layer 6 are made of the same material, and are not separated from each other. That is, the first layer 5 to the second layer 6 are defined as one index when dividing one glass plate into two stages in the thickness direction. Incidentally, the first layer 5 to the second layer 6 may be produced separately from each other and then bonded together to constitute a single glass plate 11. In particular, the first layer 5 may be further finely separated in the thickness direction and then bonded together.

偏光子１２は、入射された光の偏光方向を略垂直に回転させる偏光回転部１３と、偏光回転部１３により偏光方向が回転させられた光を伝播光に変換してこれを放出する光放出部１４とを有している。偏光回転部１３は第１層５に配置されてなり、また光放出部１４は、第２層６に配置されている。以下の説明においては、偏光方向ｘの光をこの偏光子１２により、偏光方向ｙへと変換する場合を例にとり説明をする。   The polarizer 12 includes a polarization rotation unit 13 that rotates the polarization direction of incident light substantially perpendicularly, and a light emission that converts the light whose polarization direction is rotated by the polarization rotation unit 13 into propagating light and emits the light. Part 14. The polarization rotation unit 13 is disposed on the first layer 5, and the light emitting unit 14 is disposed on the second layer 6. In the following description, the case where light in the polarization direction x is converted into the polarization direction y by the polarizer 12 will be described as an example.

偏光回転部１３は、図２に示すように、金属細線２１ａ〜２１ｃが入射側から出射側にかけて３段に亘り形成されている。この金属細線２１ａ〜２１ｃは、長軸方向において複数個配列されていてもよい。これにより作製の自由度を向上させることができ、さらには偏光効率をも向上させることが可能となるからである。これら金属細線２１ａ〜２１ｃのうち、方向ｘの向きに最も近いのは、金属細線２１ｃであり、方向ｙの向きに最も近いのは金属細線２１ａである。即ち、これら金属細線２１ａ〜２１ｃは、入射側に近づくにつれてその長軸方向が方向ｙに近づくように、また出射側に近づくにつれて、その長軸方向が方向ｘに近づくように配向していることになる。   As illustrated in FIG. 2, the polarization rotating unit 13 includes three thin metal wires 21 a to 21 c extending from the incident side to the emission side. A plurality of the fine metal wires 21a to 21c may be arranged in the major axis direction. This is because the degree of freedom of production can be improved, and further, the polarization efficiency can be improved. Among these fine metal wires 21a to 21c, the metal wire 21c is closest to the direction x, and the metal wire 21a is closest to the direction y. That is, the fine metal wires 21a to 21c are oriented so that the major axis direction approaches the direction y as it approaches the incident side, and the major axis direction approaches the direction x as it approaches the exit side. become.

なお、この偏光回転部１３を構成する金属細線２１ａ〜２１ｃの間隔は、近接場−光相互作用が生じえる間隔とされている。この近接場−光相互作用を起こさせるためには、具体的にはこれら金属細線２１ａ〜２１ｃの間隔を、λ／４以下で構成することが望ましい。ここでλは、入射される光の波長である。   In addition, the space | interval of the metal fine wires 21a-21c which comprise this polarization rotation part 13 is made into the space | interval which can produce a near-field-light interaction. In order to cause this near-field-light interaction, specifically, it is desirable that the distance between the thin metal wires 21a to 21c be set to λ / 4 or less. Here, λ is the wavelength of incident light.

また、この偏光回転部１３を構成する金属細線２１ａ〜２１ｃの長軸方向の長さは、１μｍ以下とされている。具体的には、偏光回転部１３を形成する金属細線の長さＬiは、Ｌi＜λ／４で表される関係にある。   Moreover, the length of the major axis direction of the thin metal wires 21a to 21c constituting the polarization rotating unit 13 is set to 1 μm or less. Specifically, the length Li of the fine metal wire forming the polarization rotating portion 13 has a relationship represented by Li <λ / 4.

なお、この図１の例においては、金属細線２１ａ〜２１ｃの３段で構成する場合を例にとり説明をしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数段で構成されていればよい。   In the example of FIG. 1, the case where the metal thin wires 21a to 21c are configured in three stages is described as an example. However, the present invention is not limited to this and is configured in a plurality of stages. Just do it.

光放出部１４は、偏光回転部１３と同様に長さ１μｍ以下の金属細線により構成されている。この光放出部１４は、その長軸方向がほぼ方向ｘとなるように配向している。その結果、偏光回転部１３を構成する金属細線２１ａ〜２１ｃは、入射側に近づくにつれて、光放出部１４の長軸方向に対して略垂直となるように、また出射側に近づくにつれて光放出部１４の長軸方向に対して略平行となるように配向することになる。光放出部１４の長さＬdは、Ｌd＜λ／２として表される。また、この偏光回転部１３と光放出部１４との間隔、より厳密には、偏光回転部１３における金属細線２１ｃの底面と、光放出部１４の上面との間隔Ｌsは、λとほぼ同等である。   The light emitting unit 14 is configured by a thin metal wire having a length of 1 μm or less, like the polarization rotating unit 13. The light emitting portion 14 is oriented so that the major axis direction is substantially the direction x. As a result, the thin metal wires 21a to 21c constituting the polarization rotating unit 13 become substantially perpendicular to the long axis direction of the light emitting unit 14 as it approaches the incident side, and the light emitting unit as it approaches the emitting side. The orientation is such that it is substantially parallel to the major axis direction of 14. The length Ld of the light emitting portion 14 is expressed as Ld <λ / 2. Further, the interval between the polarization rotating unit 13 and the light emitting unit 14, more precisely, the interval Ls between the bottom surface of the thin metal wire 21c and the upper surface of the light emitting unit 14 in the polarization rotating unit 13 is substantially equal to λ. is there.

このような構成からなる偏光板１に対して例えば、偏光方向ｙの光が入射された場合には、そのほとんどは金属細線２１ａに吸収され、金属細線２１ａの両端に分極を生じる。この分極の作る電場は、金属細線２１ｂにも近接場光相互作用により分極を誘起するが、その電界方向は金属細線２１ｂが回転させて配置されているためその方向、即ち偏光方向も僅かに変化することになる。さらに金属細線２１ｂの分極が作る電場は金属細線２１ｃにも分極を作り出し、その電界方向、即ち偏光方向は金属細線２１ｃに至る段階で入射光とほぼ直交することになる。金属細線２１ｃに対し、光放出部１４は、光放出を誘起するためのアンテナとして働くため、金属細線２１ｃに誘起された分極は、光放出部１４の長軸方向すなわちｘ軸方向の偏光として出射面より放出される。   For example, when light having a polarization direction y is incident on the polarizing plate 1 having such a configuration, most of the light is absorbed by the metal thin wire 21a, and polarization occurs at both ends of the metal thin wire 21a. The electric field generated by the polarization induces polarization in the fine metal wire 21b by the near-field light interaction, but the direction of the electric field is slightly changed because the metal fine wire 21b is rotated. Will do. Furthermore, the electric field generated by the polarization of the fine metal wire 21b also creates a polarization in the fine metal wire 21c, and the direction of the electric field, that is, the polarization direction, becomes almost orthogonal to the incident light when reaching the fine metal wire 21c. Since the light emitting portion 14 functions as an antenna for inducing light emission with respect to the thin metal wire 21c, the polarization induced in the thin metal wire 21c is emitted as polarized light in the long axis direction of the light emitting portion 14, that is, the x-axis direction. Released from the surface.

また、このような構成からなる偏光板１に対して、例えば偏光方向ｘの光が入射された場合には、その一部は金属細線２１ｂに、また大部分は金属細線２１ｃに吸収される。これらは偏光方向ｙの光の入射時と同様に金属細線２１ａも含めたすべてに分極を生じるが、金属細線２１ｃのみに対して、光放出用のアンテナとして機能する光放出部１４が近接するため、偏光方向ｙの光入射の場合と同様に光放出部１４の長軸方向、即ちｘ軸方向の偏光として出射面より放出される。   Further, for example, when light having a polarization direction x is incident on the polarizing plate 1 having such a configuration, a part of the light is absorbed by the fine metal wire 21b and most of the light is absorbed by the fine metal wire 21c. As in the case of the incidence of light in the polarization direction y, the polarization occurs in all of the thin metal wires 21a including the thin metal wires 21a, but the light emitting portion 14 that functions as a light emitting antenna is close to only the thin metal wires 21c. As in the case of light incidence in the polarization direction y, the light is emitted from the exit surface as polarized light in the long axis direction of the light emitting portion 14, that is, in the x-axis direction.

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ｘ方向から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。   That is, in this polarizer 12, the polarization direction of the light incident by the polarization rotating unit 13 can be rotated from the x direction to the y direction, and in the light emitting unit 14, these can be converted into propagating light and emitted. The so-called polarizing plate 1 can be made to function.

なお、上述の如く、金属細線２１の長さＬiを、Ｌi（＜λ／４）で構成しているため、この金属細線２１に対していわゆるアンテナとしての機能を担わせることが可能となり、偏光効率、消光比ともに向上させることが可能となる。   As described above, since the length Li of the thin metal wire 21 is composed of Li (<λ / 4), the thin metal wire 21 can have a function as a so-called antenna. Both efficiency and extinction ratio can be improved.

また、光放出部１４の長さＬdを、Ｌd＜λ／２で構成しているため、これをアンテナとして機能させる場合に、位相整合の観点において有利となる。   Further, since the length Ld of the light emitting portion 14 is configured as Ld <λ / 2, when this is functioned as an antenna, it is advantageous in terms of phase matching.

さらに、間隔Ｌsをλで構成しているため、出射面方向へ向けて光を出射させることが可能となる。   Furthermore, since the interval Ls is constituted by λ, light can be emitted toward the emission surface direction.

上述の如き構成からなる偏光板１では、金属細線２１ａを埋め込んだ層と、金属細線２１ｂを埋め込んだ層と、金属細線２１ｃを埋め込んだ層をそれぞれ個別に作製し、これらを互いに貼り合わせて第１層５として仕上げることが可能となる。また、第２層も同様に光放出部１４を埋め込んで仕上げることができる。この第１層５と第２層６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。仮に、金属細線の配向方向が鉛直とされている箇所が存在する場合には、ナノインプリント技術を適用する必要が生じ、製造コストが著しく増大してしまうことになるが、本発明はかかる箇所が存在せず、偏光回転部１３、光放出部１４を構成する全ての金属細線の長軸方向はいずれも水平方向に配向している。   In the polarizing plate 1 having the above-described configuration, a layer in which the fine metal wire 21a is embedded, a layer in which the fine metal wire 21b is embedded, and a layer in which the fine metal wire 21c is embedded are individually manufactured and bonded together. It is possible to finish as one layer 5. Further, the second layer can be similarly finished by embedding the light emitting portion 14. The first layer 5 and the second layer 6 can be manufactured using general photolithography, processing by an electron beam, or the like, and a specific process is not necessary. If there is a place where the orientation direction of the fine metal wire is vertical, it will be necessary to apply the nanoimprint technology and the manufacturing cost will be significantly increased, but the present invention has such a place. The major axis directions of all the thin metal wires constituting the polarization rotating unit 13 and the light emitting unit 14 are all oriented in the horizontal direction.

即ち、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可能な本発明では、製造コストを低減させることが可能となる。   That is, in the present invention that can be manufactured by using general photolithography, processing by an electron beam, or the like, the manufacturing cost can be reduced.

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。It is a perspective view for demonstrating the structure of the polarizing plate to which this invention is applied. 偏光子の構成の模式図である。It is a schematic diagram of a structure of a polarizer.

符号の説明Explanation of symbols

１ 偏光板
５ 第１層
６ 第２層
１１ ガラス板
１２ 偏光子
１３ 偏光回転部
１４ 光放出部
２１ 金属細線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polarizing plate 5 1st layer 6 2nd layer 11 Glass plate 12 Polarizer 13 Polarization rotation part 14 Light emission part 21 Metal fine wire

Claims (3)

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、入射された光の偏光方向を略垂直に回転させる偏光回転部と、上記偏光回転部により偏光方向が回転させられた光を伝播光に変換してこれを放出する長さ１μｍ以下の金属細線からなる光放出部とを有し、
上記偏光回転部は、長さ１μｍ以下の金属細線が入射側から出射側にかけて、近接場−光相互作用が生じる間隔で複数段に亘り形成され、その長軸方向が、入射側に近づくにつれて上記光放出部の長軸方向に対して略垂直となるように、また出射側に近づくにつれて 上記光放出部の長軸方向に対して略平行となるように配向してなること
を特徴とする偏光板。 In a polarizing plate in which polarizers that transmit only a specific polarization component are arranged in a glass plate,
The polarizer has a polarization rotating unit that rotates the polarization direction of incident light substantially perpendicularly, and a length of 1 μm that converts the light whose polarization direction is rotated by the polarization rotating unit into propagating light and emits it. It has a light emission part consisting of the following fine metal wires,
The polarization rotator is formed in a plurality of stages at intervals where near-field-light interaction occurs from the incident side to the emission side of a thin metal wire having a length of 1 μm or less. Polarized light characterized by being oriented so as to be substantially perpendicular to the long axis direction of the light emitting portion and to be substantially parallel to the long axis direction of the light emitting portion as approaching the emission side Board. 入射される光の波長をλとしたとき、
上記偏光回転部を構成する金属細線は、長軸方向の長さＬi（＜λ／４）からなり、
上記光放出部を構成する金属細線は、長軸方向の長さＬd（＜λ／２）からなり、
さらに上記偏光回転部と上記光放出部との間隔Ｌsは、λとほぼ同等であること
を特徴とする請求項１記載の偏光板。 When the wavelength of incident light is λ,
The fine metal wire constituting the polarization rotating part is composed of a length Li (<λ / 4) in the major axis direction,
The thin metal wire constituting the light emitting part is composed of a length Ld (<λ / 2) in the major axis direction,
The polarizing plate according to claim 1, wherein a distance Ls between the polarization rotating part and the light emitting part is substantially equal to λ. 上記偏光子は、上記光放出部の長軸方向に複数配置されていること
を特徴とする請求項１又は２記載の偏光板。 The polarizing plate according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the polarizers are arranged in a major axis direction of the light emitting portion .
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