KR100616392B1

KR100616392B1 - 편광 광학 소자, 및 그것을 포함한 표시 장치

Info

Publication number: KR100616392B1
Application number: KR1020040048282A
Authority: KR
Inventors: 우에끼순; 다구찌도끼오; 시바따사또시; 미노우라기요시; 시미즈마사히로
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-08-29
Also published as: CN1576907A; JP2005037900A; TW200500688A; JP4425059B2; KR20050001471A; CN1281985C; TWI257494B; US20040264350A1; US7233563B2

Abstract

입사광의 편광 상태에 따라 광의 반사율 및/또는 투과율을 변경하는 편광 광학 소자를 개시한다. 이 광학 소자는, 소정 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 부분을 갖는 제1 격자층과, 소정 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 부분을 갖는 제2 격자층을 구비한다. 제1 격자층의 평균 격자 피치 및 제2 격자층의 평균 격자 피치는 모두 입사광의 파장보다 짧게 설정된다. 제1 격자층은 입사광에 대하여 반사성을 나타내는 제1 재료로 형성되고, 제2 격자층은 제1 격자층으로부터의 입사광의 반사를 줄이는 제2 재료로 형성된다.

편광 광학 소자, 광흡수성, 격자층, 스트라이프

Description

편광 광학 소자, 및 그것을 포함한 표시 장치{POLARIZING OPTICAL ELEMENT AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}

도 1a 및 1b는, 기판의 한쪽 면 상에 형성된 반사성 격자층, 및 다른 면 상에 형성된 흡수성 격자층을 포함하는 편광 광학 소자의 동작 원리를 설명하기 위한 단면 모식도.

도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 편광 광학 소자를 도시하는 단면 모식도.

도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 편광 광학 소자를 도시하는 단면 모식도.

도 4는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 편광 광학 소자를 도시하는 단면 모식도.

도 5는 본 발명의 제3 실시 형태의 편광 광학 소자에 있어서 보호층의 상측으로부터 입사하는 TE파에 대한 광학 특성을 도시하는 그래프.

도 6은 본 발명의 실시 형태3의 편광 광학 소자에 있어서의, 적층체가 형성된 기판의 배면으로부터 입사하는 TE파에 대한 광학 특성을 도시하는 그래프.

도 7은 본 발명의 실시 형태3의 편광 광학 소자에 있어서의, TM파에 대한 광학 특성을 도시하는 그래프.

도 8a 내지 8f는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 편광 광학 소자의 제작 공정을 설명하기 위한 단면 모식도.

도 9는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 반 투과형(transflective) 액정 표시 장치를 도시하는 단면 모식도.

도 10a는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 반 투과형 액정 표시 장치에서 액정층에 전계를 인가하지 않은 경우 편광 광학 소자의 동작을 설명하기 위한 도면.

도 10b는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 반 투과형 액정 표시 장치에서 액정층에 전계를 인가한 경우 편광 광학 소자의 동작을 설명하기 위한 도면.

도 11은 종래의 반 투과형 액정 표시 장치를 도시하는 단면 모식도.

도 12는 흡수형 편광자와 반사형 편광자를 접합함으로써 얻어지는 종래의 편광자 유닛을 나타내는 도면.

도 13은 도 12의 편광자 유닛을 구비한, 종래의 반 투과형 액정 표시 장치를 도시하는 단면 모식도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 기판 1a, 1b 기판의 표면

2 제1 격자층 3 제2 격자층

4, 5 보호층 6, 7 유전체층

8 레지스트 10 적층체

11 투명 전극 12 배향막

20 편광 광학 소자 21 제1 기판

22 제2 기판 23 액정층

24 액정 셀 25 흡수형 편광자

26 백라이트

본 발명은, 편광 광학 소자 및 그것을 포함한 표시 장치에 관한 것이다.

현재 가장 널리 이용되고 있는 타입의 편광자는, 흡수형 이색성(dichroic) 편광자이다. 흡수형 이색성 편광자는, 연신된 고분자 필름에, 광 흡수 이방성을 갖는 화합물(요오드나 이색성 색소등)을 흡착 및 배향함으로써 제작된다. 이 편광자는, 편광자에 입사광을 직교하는 편광 성분으로 분해하여, 이색성 색소의 흡수축에 평행한 편광 성분을 흡수하고, 흡수축에 직교하는 편광 성분을 투과한다. 따라서, 편광자를 투과한 광은 선형 편광으로 된다. 그러나, 이러한 흡수형의 편광자를 표시 장치에 이용하면, 자연광에 대한 투과율은 원리적으로 50%를 넘을 수 없기 때문에, 광의 이용 효율이 낮다고 하는 과제가 있었다.

이러한 흡수형 이색성 편광자의 광흡수에 의한 손실을 최소화하기 위해, 특정 방향의 선형 편광을 반사하고 다른 쪽의 편광을 투과하는 선형 편광 반사형 편광자가 개발되어, 실용화에 이르고 있다. 선형 편광 반사형 편광자는, (예를 들면, 2종의 서로 다른 폴리머 재료 A 및 B가 교대로 적층(ABABA···)된) 비흡수성 유전체의 적층물이다. 이러한 편광자는, 2종의 재료 A 및 B를 교대로 적층한 후 함께 압출함으로써 제작되기 때문에, 적층된 재료는 한축(이하, x축이라 함)를 따라서 연신되지만, 다른 축(이하, y축이라 함)를 따라서는 거의 연신되지 않는다. 그 때문에, x축 방향의 선형 편광에 대해서는 높은 반사율을 나타내고, y축 방향의 선형 편광에 대해서는 높은 투과율을 나타낸다. 각 적층물의 층두께를 서로 다르게 제작하면, 광대역의 가시광에 대하여 높은 반사율을 나타내는 반사형 편광자를 얻을 수 있다.

또한, 다른 선형 편광 반사형 편광자로서, 미세 금속 격자(와이어 격자)에 의한 편광자가 알려져 있다(예를 들면, 일본 특개평 9-90122호 공보 참조). 편광자는, 단일 금속으로 형성된 금속선을 평행하게 배열한 구성을 갖고 있고, 각 금속선의 직경은 광의 파장보다 충분히 작다. 이 와이어 격자 편광자는, 금속선과 평행한 편광 성분(즉, TE파)를 반사하고, 금속선과 직교하는 편광 성분(즉, TM파)를 투과하는 편광 특성을 갖는다.

반사형 편광자를 표시 장치에 이용하면, 편광자는, 편광자의 상면 및 하면에 각각 입사하는 동일 편광에 대하여 동일한 반사율을 나타내기 때문에, 광 이용 효율은 향상한다. 그러나, 이 편광자를 단독으로 표시 장치에 이용하는 경우에는, 광감쇠성이 작기 때문에 암표시가 얻어지지 않고, 그 결과, 표시(標示)의 콘트라스트(contrast)가 저하(低下)한다. 암표시를 얻기 위해서는, 표시 장치에 있어서, 반사형 편광자와 상술한 흡수 편광자를 조합하여 사용할 필요가 있지만, 조합하여 이용하면, 부재의 수나 비용이 증대한다. 또한, 흡수 편광자의 두께(대략 100㎛) 만큼 표시 장치의 두께가 증대한다는 문제도 있다.

본 발명은, 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 목적은, 단독으로 표시 장치에 적용해도 높은 콘트라스트를 갖는 표시를 실현할 수 있는, 박형으로 광 이용 효율에 우수한 편광 광학 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 편광 광학 소자는, 입사하는 광의 편광에 대응하여 광의 반사율 및/또는 투과율이 변화하는 편광 광학 소자로서, 소정 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 부분(striped portion)을 갖는 제1 격자층과, 상기 소정 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 부분을 갖는 제2 격자층을 구비하며, 상기 제1 격자층의 평균 격자 피치 및 상기 제2 격자층의 평균 격자 피치는, 어느것이나, 상기 광의 파장보다도 짧게 설정되어 있고, 상기 제1 격자층은, 상기 광에 대하여 반사성을 나타내는 제1 재료로 형성된다. 상기 제2 격자층은, 상기 제1 격자층에 의한 상기 광의 반사를 억제하는 제2 재료로 형성되어 있다.

바람직한 일실시 형태에 있어서, 상기 제2 재료는 광흡수성을 나타낸다.

다른 실시 형태에서, 상기 광에 대한 상기 제2 재료의 반사율은, 상기 광에 대한 상기 제1 재료의 반사율보다도 작은 것이 바람직하다.

또다른 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 제1 격자층의 상기 복수의 스트라이프 부분과, 상기 제2 격자층의 상기 복수의 스트라이프 부분과는, 동일한 형상을 갖고 또한 중첩되어 있다.

또다른 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 제1 격자층의 각 스트라이프 부분은, 상기 제2 격자층의 대응하는 스트라이프 부분과 적층 구조를 형성하고 있고, 상기 적층 구조는, 기판에 지지되어 있다.

이 실시예에서, 상기 적층 구조는, 상기 소정 방향으로 연장되는 축에 대한 180도의 회전에 대하여 비대칭인 것이 바람직하다.

다른 방법으로 또는 추가하여, 상기 적층 구조의 최하층 또는 최상층은 상기 제1 격자층이어도 된다.

또다른 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 제1 격자층은 상기 기판의 한쪽의 면에 형성되고, 상기 제2 격자층은 상기 기판의 다른 쪽의 면에 형성되어 있다.

또다른 바람직한 실시 형태에서, 가시광선의 선형 편광에 대한 상기 1 격자층의 반사율은 50%보다 큰 것이 바람직하다.

또다른 어느 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 복수의 스트라이프 부분을 피복하는 투명층을 더 구비하고, 상기 투명층의 표면은 대략 평탄하다.

바람직하게는, 상기 투명층은 유전체 재료로 형성된다.

본 발명의 표시 장치는, 상기 바람직한 실시 형태중 어느 하나의 편광 광학 소자를 이용하고 있다.

본 발명의 액정 표시 장치는, 제1 기판과, 제2 기판과, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 협지된 액정층을 구비하며, 상기 액정층에 전압을 인가하는 것에 의해 표시를 행하는 액정 표시 장치에서, 상기 제1 기판과 상기 액정층과의 사이에 배치되어, 입사하는 광의 편광에 대응하여 광의 반사율 및/또는 투과율이 변화하는 편광 광학 소자를 더 구비한다. 상기 편광 광학 소자는, 상기 제1 기판 위에 형성되어, 소정 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 부분을 갖는 적층 구조를 갖고, 상기 적층 구조의 평균 격자 피치는, 상기 광의 파장보다도 짧게 설정되어 있고, 상기 적층 구조는, 상기 광에 대하여 반사성을 나타내는 제1 재료로 형성된 제1 격자층과, 상기 제1 격자층보다도 상기 액정층측에 형성되고, 상기 제1 격자층에 의한 상기 광의 반사를 억제하는 제2 재료로 형성되어 있는 제2 격자층을 포함한다.

본 발명의 다양한 바람직한 실시예는 편광 광학소자를 제공하며, 이것은 박막이며 뛰어난 광 효율을 갖는다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라 편광 광학 소자를 표시 장치에 이용함으로써, 높은 콘트라스트 화상을 표시할 수 있다.

본 발명의 다른 특성, 소자, 프로세스, 단계, 특징, 및 이점은, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태의 다음의 상세한 설명에 따라 자명해질 것이다.

본 발명의 편광 광학 소자가 바람직한 실시 형태에서는, 기판 위에, 반사 방지 효과를 나타내는 격자 형상의 막과 광 반사성을 나타내는 격자 형상의 막(이하, 「광 반사성막」이라고도 칭함)를 포함하는 다층막을 형성한다. 이 다층 구조는 금속, 유전체, 반도체를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 편광 광학 소자는, 소정 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 부분(striped portion)을 갖는 제1 격자층과, 제1 격자층의 스트라이프 부분과 동일한 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 부분을 갖는 제2 격자층을 구비하고 있다. 이들 격자층의 평균 격자 피치는 모두, 광학 소자에 입사하는 광의 파장보다도 짧다. 본 명세서에서는, "평균 격자 피치"란, 격자층에서, 상호 인접하는 스트라이프 부분의 폭의 중심선 사이의 거리를 말한다. 제1 격자층은, 입사하는 광에 대하여 반사성을 나타내는 제1 재료로 형성되어 있다. 예를 들면, 가시광선의 선형 편광에 대한 제1 격자층의 반사율은 50%보다 크다. 반면에, 제2 격자층은 제1 격자층에 의한 광의 반사를 억제하는 제2 재료로 형성되어 있다.

반사 방지 효과를 갖는 막(제2 격자층)을 이용하여 광 반사성막(제1 격자층)에 의한 반사를 최소화하기 위해, A) 금속 등의 광 반사성막의 광 입사측에, 비 간섭성의 광흡수성을 나타내는 막을 설치하는 것에 의한 반사 방지 방법, 및 B) 박막의 간섭이나 흡수를 이용하여, 광 반사성막과 그 위의 다층막의 광학 어드미턴스(optical admittance)를 제어하는 것에 의한 반사 방지 방법이 생각된다. 후자의 반사 방지 방법 B)에는, (B1) 투명막에 의한(광 반사성막의 광 입사측에 투명막을 설치하는 것에 의한) 반사 방지, (B2) 광흡수성을 나타내는 막에 의한(광 반사성막의 광 입사측에 광흡수성의 막을 설치하는 것에 의한) 반사 방지, (B3) 광 반사성막에 간섭 필터형의 다층 코팅을 실시하는 것에 의한 반사 방지가 포함된다. 상기 B의 방법에서는, 반사 방지 효과를 갖는 막을 1층 설치하면, 특정 파장의 단색광에 대하여 완전 반사 방지의 조건이 성립한다. 또한, 이들의 반사 방지 효과를 갖는 막을 복수 이용하면, 광대역에서 반사 방지가 가능하게 된다. 예를 들면, 반사 방지 효과를 갖는 막을, 2층, 3층으로 중첩한 다층 구조로 하여, 각층의 재료나 두께를 적절하게 선택하는 것에 의해, 가시 스펙트럼 전역에 걸쳐서 반사 방지 가능한 편광 광학 소자를 구성할 수 있다. 광대역에서 반사 방지가 가능해지면, (예를 들어, 직시형의 다색 표시 장치에 적합하게 적용할 수 있는 등) 편광 광학 소자의 용도가 넓어진다.

본 발명의 편광 광학 소자는, 상기 구성을 갖고 있기 때문에, 입사하는 광의 편광에 대응하여 광의 반사율 및/또는 투과율을 변화시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 스트라이프 부분의 방향으로 진동하는 선형 편광 TE가 제1 격자층에 입사하면, 선형 편광 TE의 대부분은 반사되지만, 상기 선형 편광 TE가 제2 격자층에 입사하면, 선형 편광의 대부분은 흡수 등 된다. 한편, 상기 스트라이프 부분과 직교하는 방향으로 진동하는 선형 편광 TM의 대부분은, 제1 및 제2 격자층을 투과한다. 따라서, 광학 소자의 한쪽의 표면(즉, Ⅰ면)에 입사하는 광의 반사율을 제1 격자층에 의해서 제어하고, 다른 쪽의 면(즉, Ⅱ면)에 입사하는 광의 반사율을 제2 격자층에 의해서 제어할 수 있다. 제2 격자층의 제2 재료가 광흡수성을 나타내는 재료이면, 이 광학 소자를 표시 장치에 적용한 경우에 콘트라스트가 높은 표시가 가능하게 되기 때문에 유리하다. 또한, 제2 재료는, 제1 재료의 반사율보다도 작은 반사율을 갖고 있어도 된다. 제1 재료 또는 제2 재료로서, 금속, 유전체, 반도체 등을 이용할 수 있다.

이러한 방식으로, 본 발명의 편광 광학 소자는, 흡수형 편광자나 반사형 편광자로서만이 아니고, 이들 2종의 편광자를 조합한 편광자 유닛으로 해도 기능할 수 있다. 아직, 표시 장치에 적용되면, 제1 및 제2 재료의 선택에 의해, 표시의 콘트라스트를 향상할 수 있다. 또한, 종래의 흡수형 편광자 또는 반사형 편광자의 두께(예를 들어, 약 100㎛)와 비교하여, 본 발명의 편광 광학 소자의 두께(0.2㎛ 정도, 보호층으로 피복하는 경우에는 1㎛ 정도)는 작기 때문에, 광학 소자 및 그것 을 이용한 표시 장치의 박형화가 가능하게 된다. 특히, 종래의 표시 장치에서 이용하는, 흡수형 편광자와 반사형 편광자를 조합한 편광자 유닛과 비교하면, 1/100 정도의 두께로 광학 소자를 형성할 수 있기 때문에 유리하다.

제1 격자층의 복수의 스트라이프 부분과, 제2 격자층의 복수의 스트라이프 부분과는, 동일한 형상을 갖고 또한 중첩되어 있어도 된다. 이러한 제1 및 제2 격자층은, 예를 들면, 제1 재료 및 제2 재료를 기판의 동일한 면에 동일 패턴으로 퇴적시킴으로써 적층막을 형성한 후, 상기 복수의 스트라이프 부분을 갖도록, 상기 적층막을 패터닝함으로써 얻어진다. 이와 같이, 2층 동시에 패터닝할 수 있기 때문에, 제조 프로세스가 경감된다.

본 발명의 편광 광학 소자는, 제1 격자층 및 제2 격자층을 포함하는 2층 이상의 적층 구조를 가져도 된다. 이 적층 구조는, 소정 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 부분을 갖도록 패터닝되어 있다. 스트라이프 부분의 각각이, 소정 방향으로 연장되는 축에 대한 180도의 회전에 대하여 비대칭이면, 적층 구조의 상면과 하면에서 반사율을 다르게 할 수 있다. 예를 들면, 제1 격자층을 적층 구조의 최상층으로서 이용하고, 제1 격자층보다도 반사율이 낮은 (및/또는 광흡수성의) 격자층을 최하층으로서 이용하여도 된다. 또한, 이 적층 구조는 기판 위에 형성할 수 있다. 이러한 적층 구조를 갖는 광학 소자를 표시 장치에 이용하면, 높은 광 이용 효율을 유지하면서, 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 이 적층 구조의 두께는 0.05㎛ 내지 1㎛ 로서, 종래의 편광자의 두께보다도 매우 얇다.

그 대신에, 제1 격자층을 기판의 한쪽의 표면(즉, Ⅰ면)에 형성하여, 제2 격자층을 기판의 다른 표면(Ⅱ면)에 형성할 수도 있다. 이에 의해, 기판의 Ⅰ면과 Ⅱ면에서 광 반사율을 독립적으로 제어할 수 있다. 이러한 광학 소자는, 기판의 Ⅰ면 및 Ⅱ면에 제1 및 제2 재료를 각각 퇴적하여 박막을 형성한 후, 각 박막을 별개로 패터닝함으로써 얻어진다. 패터닝은 한 면씩 행하기 때문에, 패터닝 정밀도(patterning precision)가 향상하여, 광학 설계 시에 계산된 값에 가까운 고성능인 광학 특성이 얻어지기 쉽다. 아직, 제1 격자층의 스트라이프 부분과 제2 격자층의 스트라이프 부분을 위치 정렬할 필요가 없기 때문에, 제조 프로세스에 있어서의 부담이 경감된다.

이하, 도면을 참조하여 제1 격자층의 스트라이프 부분과 제2 격자층의 스트라이프 부분과의 사이에서 위치 정렬을 행할 필요가 없는 이유를 설명한다. 도 1A 및 도 1B는, 기판(31)의 Ⅰ면(31a)에 반사성의 금속을 이용하여 제1 격자층(32)이 형성되고, 기판(31)의 Ⅱ면(31b)에 광흡수 재료를 이용하여 격자층(33)이 형성된 편광 광학 소자를 도시한다. 이 예에서, 제1 격자층(32)의 스트라이프 부분과 제2 격자층(33)의 스트라이프 부분과의 사이에서 위치 정렬은 행해져 있지 않다. 단, 이들 격자층(32, 33)에 있어서의 스트라이프 부분은 동일한 방향으로 연장되어 있다. 또, 제1 및 제2 격자층(32, 33)의 선 폭은 가시광보다도 충분히 작은 것으로 한다(예를 들어, 가시광선의 파장의 1/4 이하, 즉 100㎚ 이하).

우선, 도 1A를 참조하면서, 기판(31)의 Ⅰ면(31a)의 측으로부터 광이 입사하는 경우에 대해 설명한다.

제1 및 제2 격자층(32, 33)의 스트라이프 부분과 평행하게 진동하는 전기 벡터를 갖는 편광 가시광(TE파; 36)가 기판(1)의 Ⅰ면측으로부터 편광 광학 소자에 입사하면, TE파(36)의 대부분은 기판 Ⅰ면(31a)의 제1 격자층(32)에서 반사되기 때문에, 기판 Ⅱ면(31b)에는 달하지 않는다. 한편, 제1 및 제2 격자층(32, 33)의 스트라이프 부분과 수직으로 진동하는 전기 벡터를 갖는 TM파(35)가 기판(31)의 Ⅰ면(31a)의 측으로부터 입사하면, TM파(35)는 제1 격자층(32)을 인식하지 않고서 제1격자층(32)을 투과하고 또한 기판(31)을 투과하여 기판(31)의 Ⅱ면(31b)에 도달한다. 여기서, TM파(35)는 제2 격자층(33)의 스트라이프 부분에 대해서도 평행한 선형 편광이기 때문에, 제2 격자층(33)을 인식하지 않고서 제2 격자층(33)을 투과한다. 따라서, 제1 격자층(32)의 스트라이프 부분의 위치와 제2 격자층(33)의 스트라이프 부분의 위치가 정합하고 있는지 여부에 관계없이, TM파(35)의 대부분은 편광 광학 소자를 투과한다.

다음으로, 도 1B를 참조하면서, 기판(31)의 Ⅱ면(31b)의 측으로부터 광이 입사하는 경우에 대하여 설명한다.

제1 및 제2 격자층(32, 33)의 스트라이프 부분과 평행하게 진동하는 전기 벡터를 갖는 편광 가시광(TE파)38가 기판(31)의 Ⅱ면(31b)의 측으로부터 편광 광학 소자에 입사하면, TE파(38)의 대부분은 제2 격자층(33)에서 흡수되지만, TE파(38)의 일부는 제2 격자층(33)에서 흡수되지 않고서 기판(31)의 Ⅰ면(31a)에 달한다. 이후, 기판(31)의 Ⅰ면(31a)에 달한 TE파(38)의 대부분은 제1 격자층(32)에서 반사되어, 재차 기판(31)의 Ⅱ면(31b)의 제2 격자층(33)에서 흡수된다. 한편, 제1 및 제2 격자층(32, 33)의 스트라이프 부분과 수직으로 진동하는 전기 벡터를 갖는 편광 가시광(TM파)37가 기판(31)의 Ⅱ면(31b)의 측으로부터 입사하면, TM파37는 제2 격자층(33)을 인식하지 않고서 제2 격자층(33)을 투과하고, 또한 기판(31)을 투과하여 기판(31)의 Ⅰ면(31a)에 달한다. 여기서, TM파(37)는 제1 격자층(32)의 스트라이프 부분에 대하여도 평행한 선형 편광이기 때문에, 제1 격자층(32)을 인식하지 않고서 제1 격자층(32)을 투과한다. 따라서, 제1 격자층(32)의 스트라이프 부분의 위치와 제2 격자층(33)의 스트라이프 부분의 위치가 정합해 있는지 여부에 관계없이, TM파(37)의 대부분은 편광 광학 소자를 투과한다.

이러한 방식으로, 기판(31)의 Ⅰ면(31a)에 형성된 반사성의 제1 격자층(32)과 Ⅱ면(31b)에 형성된 흡수성의 제2 격자층(33)은 상호 독립하여 기능하기 때문에, 이들의 격자층(32, 33)의 스트라이프 부분의 위치를 맞출 필요는 없다.

상기한 예에서는, 단순한 스트라이프 형상을 갖는 제1 및 제2 격자층(32, 33)을 예로서 설명했지만, 이들의 격자층(32, 33)은, 기판(31)의 면 내에서 이방성을 나타내는 구조를 갖고 있으면 된다. 예를 들면, 일정한 방향(즉, 길이축 방향)으로 광의 파장 이상의 길이를 갖고 길이축 방향과 직교하는 단축 방향으로 광의 파장보다도 충분히 짧은 폭을 갖는 단위 구조로 구성되어 있으면 된다. 또한, 격자층(32, 33)의 구조는 상호 달라도 된다. 또, 격자층(32, 33)의 구조에 의존하지 않고, 상술한 이유에 의해, 이들의 격자층(32, 33)에 있어서의 격자 위치는 기판(31)을 개재하여 정합되어 있을 필요는 없다.

또한, 격자층을 형성한 기판의 표면에, 스트라이프 부분을 피복하는 투명층을 더 형성함으로써, 기판의 표면을 평탄화해도 된다. 투명층은, 예를 들면 유전체 재료로 형성된다. 이에 의해, 대략 평탄한 표면을 갖는 편광 광학 소자를 구성 할 수 있기 때문에, 편광 광학 소자의 위에 전극이나 배향막 등의 막을 형성하기 쉽게 된다. 또한, 이 투명층은 격자층층 표면의 손상을 방지하는 보호막으로서도 기능하기 때문에, 편광 광학 소자의 광학 특성의 열화를 억제할 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태를 설명하며, 여기서 여러 도면에 걸쳐 보이는 여러 부재가 실질적으로 동일한 기능을 갖는 것이라면 동일한 참조 부호를 붙이고 있다. 다음의 설명에서, 실시 형태 1, 2, 3, 4는, 반사 방지 기술(A, B(2), B(3), 및 B(1))을 각각 이용하는 편광 광학 소자에 관한 것이다.

실시 형태 1

도 2는, 본 발명에 따른 편광 광학 소자의 실시 형태1를 도시한다.

본 실시 형태의 편광 광학 소자는, 기판(1)과, 기판(1)의 한쪽의 표면(1a)에 형성된 광 반사성의 제1 격자층(2)과, 기판(1)의 다른 쪽의 표면(1b)에 형성된 제2 격자층(3)과, 이들의 격자층(2, 3)을 각각 피복하는 보호층(4 및 5)을 구비하고 있다.

기판(1)은, 예를 들면 광학적으로 등방인 유리로 형성될 수 있다. 제1 격자층(2)은, 예를 들면, 광 반사성이 높고 150㎚ 두께의 은 알루미늄 막으로 형성될 수 있으며, 격자 형상의 선 및 스페이스로 패터닝된다. 선 폭, 스페이스 폭 및 평균 격자 피치(2p)는, 각각 80㎚, 70㎚ 및 150㎚로 설정될 수 있다.

제2 격자층(3)은, 예를 들면, 광흡수성을 나타내는 텅스텐막(두께: 150㎚)으로 형성되고, 제1 격자층(2)과 마찬가지의 방향으로 연장되는 격자 형상의 선/스페이스로 패터닝되어 있다. 선 폭, 스페이스 폭 및 평균 격자 피치(3p)는, 각각 예 를 들면 80㎚, 70㎚ 및 150㎚이다.

본 실시 형태에서는, 제2 격자층(3)의 스트라이프 부분과, 제1 격자층(2)의 스트라이프 부분이 완전하게 중첩하도록 위치 정렬을 행할 필요는 없다.

제1 격자층(2)을 피복하는 보호층(4) 및 제2 격자층(3)을 피복하는 보호층(5)은, 각각, 예를 들면 투과성을 갖는 광경화성 수지로 형성되어 있다. 보호층(4 및 5)의 두께는, 기판에 입사하는 광이 박막 간섭하지 않도록 충분히 큰 것이 바람직하다. 보호층(4 및 5)의 적합한 두께는 500㎚ 이상 5000㎚ 이하이다 (예를 들어, 본 실시 형태에서는, 1000㎚ 정도이다). 이와 같이 보호층(4 및 5)을 설치하면, 미세 격자 패턴을 갖는 격자층의 열화나 손상이 방지할 수 있기 때문에, 수명이 긴 편광 광학 소자를 얻을 수 있다.

이하, 이 편광 광학 소자의 제작 방법을 설명한다.

우선, 기판(1)의 표면(1a)에, 예를 들면 알루미늄막 등의 광 반사성의 막을 형성한다. 계속해서, 광 반사성의 막의 표면에 포토레지스트를 도포하고, 포토리소그래프 및 에칭 기술을 이용하여 광 반사성의 막을 상기 선/스페이스로 되도록 패터닝한다. 본 실시 형태에서는, 홀로그래프에 의한 간섭 포토리소그래프법을 이용하여, 미세한 레지스트 패턴을 형성한 후, Ar 이온을 이용한 이온 빔 에칭을 행하여, 광 반사성의 막중 레지스트 패턴으로부터 노출하고 있는 부분을 제거한다. 이와 같이 하여, 미세한 격자 피치(예를 들면 100㎚ 정도)를 갖는 제1 격자층(2)이 얻어진다.

계속해서, 레지스트를 박리하여, 기판(1)의 표면(1a) 전면에 투명한 광경화 성 수지를 도포한 후, 노광에 의해 광경화성 수지를 경화시킨다. 이에 의해, 제1 격자층(2)의 미세 패턴을 보호하는 보호층(4)을 형성할 수 있다.

이 후, 기판(1)의 다른 쪽 표면(1b)에 텅스텐막 등의 광흡수성의 막을 형성한다. 다음으로, 상기의 광 반사성의 막의 패터닝 방법과 마찬가지의 방법으로, 광흡수성의 막을 패터닝한다. 광흡수성의 막은, 제1 격자층의 격자와 같은 방향으로 연장되는 격자 형상으로 패터닝된다. 이에 의해, 기판(1)의 표면1b에 제2 격자층(3)이 형성된다. 또, 제2 격자층(3)의 패턴은, 가시광선의 파장보다 충분히 작은 평균 격자 피치를 갖는 것과, 제1 격자층(2)의 패턴과 격자의 방향이 동일한 것이 필요하고, 제1 격자층(2)의 패턴과 엄밀히 동일한 선 폭 및 동일한 간격을 갖고 있을 필요는 없다. 즉, 제2 격자층(3)은, 제1 격자층(2)과 위치를 맞추도록 패터닝하지 않아도 된다.

마지막으로, 제2 격자층(3)의 위에도, 보호층(4)을 형성한 방법과 마찬가지의 방법으로, 보호층(5)을 형성하면, 편광 광학 소자가 완성된다.

본 실시 형태에서는, 제1 격자층(2)은 광 반사성을 나타내는 막으로 형성되어 있다. 광 반사성의 막의 재료로서, 도전성이 양호한 알루미늄의 다른, 은, 니켈, 백금 및 이들의 합금 등을 이용할 수 있다. 본 명세서에 있어서, "광 반사성의 막" 또는 "광 반사성을 갖는 막"이라는 문언은, 적어도 광 반사성을 갖고 있는 것을 의미하고 있어, 그 막이 광 반사성이라는 성질 이외에 광 투과성이나 광흡수성을 갖고 있어도 된다.

반면, 제2 격자층(3)은, 광흡수성 막으로 형성되어 있다. 광흡수성 막의 바 람직한 재료로서, 텅스텐 뿐만 아니라, 크롬, 몰리브덴, 크롬 및 몰리브텐의 합금, 카본 블랙, 요오드 착체, 염료, 안료 등을 이용할 수 있다. 또한, 광흡수성 막은 이들 재료중 1 이상을 포함하는 박막이어도 된다.

제1 격자층(2) 및 제2 격자층(3)의 평균 격자 피치는, 가시광선의 파장보다도 충분히 작으면 되고, 바람직하게는 5㎚ 내지 200㎚이다. 격자 피치는, 각 격자층 내에서 균일한 필요는 없고, 분포를 갖고 있어도 된다.

또한, 제1 격자층(2) 및 제2 격자층의 선 폭은, 모두 입사광의 파장의 1/4 정도 이하인 것이 바람직하다.

제1 격자층(2)에 있어서의 가시광선의 선형 편광에 대한 반사율은 50%보다 큰 것이 바람직하다. 반사율이 50%보다 크면, 이 편광 광학 소자를 표시 장치에 이용한 경우에, 높은 콘트라스트가 실현할 수 있다.

또한, 제2 격자층(3)은, 광흡수성과 동시에 광 반사성을 갖고 있어도 된다. 그러나, 이 경우, 제2 격자층(3)의 반사율은, 제1 격자층(2)의 반사율보다도 작은 것이 바람직하다.

이방성 격자 패턴의 형성 방법은, 상기의 이온 빔 에칭 뿐만 아니라, 공지의 미세 가공 기술을 적용할 수 있다. 구체적으로는, 가공되는(patterned) 막의 위에 광 반응성 레지스트층을 도포한 후, 포토리소그래피 공정으로 원하는 패턴(즉, 잠상)을 레지스트층에 형성한 후, 현상 공정을 행함으로써, 에칭 마스크로서 기능하는 레지스트 마스크를 형성한다. 그 후, 광 반사성의 막 중, 레지스트 마스크로 피복되어 있지 않은 부분을, 여러가지의 웨트 에칭 및/또는 드라이 에칭에 의해서 제거하여, 기판을 노출시키면 된다. 다른 방법으로, 이러한 포토리소그래피 기술을 이용하는 대신에, 전자빔 리소그래피법에 의해서 원하는 패턴으로 직접 가공된 레지스트 마스크를 이용하여도 되고, 혹은, 레지스트 마스크를 이용하는 일없이, 전자나 레이저 빔에 의한 직접 묘화법에 의한 패터닝을 행하여도 된다. 또한, 레플리카(replica)법이나 광학 홀로그래프 등을 이용할 수도 있다.

본 실시 형태에서는, 제1 격자층 및 제2 격자층은 금속의 단층막으로 형성되지만, 원하는 성질(즉, 광 반사성, 광흡수성)을 나타내는 막으로 형성되면 되고, 금속 재료, 반도체 재료, 유전체 재료등으로 형성된 단층막 혹은 다층막을 이용하여 형성할 수 있다. 따라서, 이들 막의 패터닝 방법도, 광 반사성의 막 또는 광흡수성의 막의 재질이나 두께 등에 의해 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명의 발명자는 상기한 방법에 의해 제조된 편광 광학 소자의 광학 특성을 측정하였다. 그 결과는 다음과 같다. 편광 광학 소자의 제1 격자층(즉, 알루미늄막; 2)측의 표면(4a)에 광(파장: 1000㎚)을 입사하면, 입사한 광 중, TE파의 반사율은 87%이고, TM파의 투과율은 80%였다. 반면, 편광 광학 소자의 격자층(즉, 텅스텐막; 3)측의 표면(5b)에 광(파장: 1000㎚)을 입사하면, 입사한 광 중, TE파의 반사율은 31%이고, TM파의 투과율은 80%였다. 이 결과로부터, 본 실시 형태의 편광 광학 소자에 파장이 1000㎚인 광을 입사하면, 표면(4a)으로부터 입사한 TE파의 대부분은 알루미늄막에서 반사되지만, 표면(5b)으로부터 입사한 TE파의 대부분은 텅스텐막에 의해서 흡수되는 것을 알 수 있다. 즉, 알루미늄 박으로부터 표면(5b)을 통해 광학 소자에 입사한 TE파의 반사는, 텅스텐막에 의해 상당히 감소되었다. 또한, 어느 표면(4a 및 5b)으로부터 입사하는 지에 상관없이, 입사광의 TM파의 대부분은, 격자층(2, 3)의 격자를 투과하는 것도 알 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 편광 광학 소자는, 가시광선만이 아니고, 적외선 영역의 광선에 대하여도 적용할 수 있다.

실시 형태 2

도 3은 본 발명에 따른 편광 광학 소자의 실시 형태2를 도시한다. 본 실시 형태의 편광 광학 소자는, 기판(1)과, 기판(1)의 한쪽의 표면1a에 형성된 제2 격자층(3)과, 제2 격자층(3)의 위에 형성된 광 반사성의 제1 격자층(2)과, 이들의 격자층을 피복하는 보호층(4)을 구비하고 있다. 기판(1)은, 예를 들면 광학적으로 등방인 유리 기판이다. 제1 격자층(2)은, 예를 들면 광 반사성이 높은 알루미늄의 막(두께: 150㎚)이고, 제2 격자층(3)은, 예를 들면, 광흡수성을 나타내는 카본 블랙막(두께: 150㎚)이다. 제1 격자층(2) 및 제2 격자층(3)은, 동일한 격자 형상의 선 및 스페이스를 갖도록 에칭된다. 선 폭, 스페이스 폭 및 평균 격자 피치2p는, 각각 80㎚, 70㎚ 및 150㎚이다. 제1 격자층(2) 및 제2 격자층(3)을 피복하는 보호층(4)은, 예를 들면 투과성을 갖는 광경화성 수지로 형성되어 있다. 보호층(4)의 두께는, 기판에 입사하는 광이 박막 간섭하지 않도록 충분히 큰 것이 바람직하며, 예를 들면 1000㎚ 정도이다.

이하, 이 편광 광학 소자의 제작 방법을 설명한다.

우선, 기판(1)의 표면1a에, 예를 들면 카본 블랙막 등의 광흡수성의 막, 및 알루미늄막 등의 광 반사성 막을 이 순서대로 적층한다. 계속해서, 광 반사성의 막의 표면에 레지스트를 도포하여, 전자묘화법을 이용하여, 이들 막을 격자 형상(평균 격자 피치: 약150㎚)에 패터닝하는 것에 의해, 광흡수성을 갖는 제2 격자층(3)과, 광 반사성을 갖는 제1 격자층(2)이 얻어진다. 본 실시 형태에서는, 적층된 광 반사성의 막 및 광흡수성의 막은, 동일한 레지스트 패턴을 이용하여 동시에 에칭된다. 다른 방법으로, 광 반사성 및 광 흡수성 막을 각 재료에 의해 결정되는 최상의 방법에 의해 개별적으로 패터닝할 수 있다.

후속하여, 레지스트 패턴을 박리하여, 기판(1)의 표면(1a) 전면에 투명한 광경화성 수지를 도포한 후, 노광에 의해 광경화성 수지를 경화시킨다. 이러한 방식으로, 제1 및 제2 격자층(2, 3)의 미세 패턴을 보호하는 보호층(4)이 형성되어, 편광 광학 소자가 완성된다.

바람직한 본 실시 형태에 있어서도, 광 반사성 막 및 광흡수성 막으로서, 상기에 한하지 않고, 실시 형태1로 예시했던 것과 같은 여러가지의 막을 이용할 수 있다. 또한, 이들의 막의 패터닝 방법도 상기에 한하지 않고, 실시 형태1와 같이, 적절하게 선택할 수 있다.

다음으로, 상기 방법에 의해 제작된 편광 광학 소자의 광학 특성을 측정한 결과를 설명한다. 편광 광학 소자의 제1 격자층(알루미늄막; 2)측의 표면(4a)에 광(파장: 1000㎚)을 입사하면, 입사한 광 중, TE파의 반사율은 80%이고, TM파의 투과율은 78%였다. 한편, 편광 광학 소자의 격자층(카본 블랙막; 3)측의 표면(1b)에 광(파장: 1000㎚)을 입사하면, 입사한 광 중, TE파의 반사율은 35%이고, TM파의 투과율은 78%였다. 이 결과로부터, 도 3의 편광 광학 소자에 파장이 1000㎚인 광을 입사하면, 표면(4a)을 통해 편광 광학 소자에 입사한 TE파의 대부분은 알루미늄막에서 반사되지만, 표면(1b)을 통해 입사한 TE파의 대부분은, 기판(1)을 투과한 후 카본 블랙막에 의해서 흡수되는 것을 알 수 있다. 즉, 표면(1b)으로부터 입사한 TE파의 알루미늄막에 의한 반사는, 카본 블랙막에 의해서 억제되어 있다. 또한, 어느 표면(4a 및 1b)으로부터 입사하는 지에 상관없이, 입사광의 TM파의 대부분은, 격자층(2, 3)의 격자를 투과하는 것도 알 수 있다.

실시 형태 3

도 4는 본 발명에 따른 편광 광학 소자의 실시 형태3를 도시한다. 본 실시 형태의 편광 광학 소자는, 기판(1)과, 기판(1)의 한쪽의 표면1a에 형성된 적층체10와, 적층체10을 피복하는 보호층(4)을 구비하고 있다. 기판(1)은, 예를 들면 광학적으로 등방인 유리 기판으로 형성될 수 있다. 적층체10는, 바람직하게 기판의 표면(1a)에 순차 적층된 광 반사성의 제1 격자층(2)과, 제1 유전체층(6)과, 제2 격자층(3)과, 제2 유전체층(7)을 갖고 있다. 제1 격자층(2)은, 예를 들면 광 반사성이 높고 150nm 두께의 은(Ag)막이고, 제2 격자층(3)은, 예를 들면, 광흡수성을 나타내며 12.8nm 두께의 텅스텐막이다. 제1 유전체층6은, 예를 들면 66.4nm 두께의 SiO₂막이고, 제2 유전체층7은, 예를 들어 114.1nm 두께의 ZrO₂막이다. 적층체(10)는, 격자 형상의 선 및 스페이스를 갖도록 에칭된다. 선 폭, 스페이스 폭 및 평균 격자 피치(2p)는, 각각 예를 들면 80㎚, 70㎚ 및 150㎚이다. 적층체10를 피복하는 보호층(4)은 예를 들어 투과성을 갖는 광경화성 수지로 형성되어 있다. 보호층(4) 의 두께는, 기판에 입사하는 광이 박막 간섭하지 않도록 충분히 큰 것이 바람직하다. 이 보호층의 두께는 예를 들면 약 1000㎚이다.

본 실시 형태에서는, 제2 격자층(3) 및 유전체층6, 7이 반사 방지 효과를 갖고 있다. 이와 같이, 제2 격자층(3)에 의한 광흡수만이 아니고, 유전체층6, 7에 의한 박막 간섭도 이용하는 것에 의해, 보다 넓은 대역의 광에 대하여 반사를 방지할 수 있다.

이하, 도 8a 내지 도 8e를 참조하여 도 4의 편광 광학 소자의 제작 방법을 설명한다.

우선, 도 8a에 도시한 바와 같이, 기판(1)의 표면(1a)에, 광 반사성의 막(Ag막; 2A), 유전체의 막(SiO₂막; 6A), 광흡수성의 막(W막; 3A) 및 유전체의 막(ZrO₂막; 7A)을 순차 적층하여, 적층막을 형성한다. 다음으로, 도 8b에 도시한 바와 같이, 최상면인 ZrO₂막의 표면에 레지스트8를 도포하고, 전자빔 리소그래피법에 의해, 도 8c에 도시한 바와 같이 상술한 선 및 스페이스를 갖도록 적층막을 에칭한다. 이 후, 레지스트 패턴(8)을 박리하는 것에 의해, 도 8d에 도시한 바와 같은 적층체(두께: 약 0.2㎛; 10)가 얻어진다. 필요에 따라, 기판의 표면(1a) 전면에 투명한 유전체(n= 1.5)인 광경화성 수지를 도포한 후, 노광에 의해 그 수지를 경화시킨다. 이러한 방식으로, 도 8e에 도시한 바와 같이, 미세 격자 패턴을 보호하는 보호층(4)이 형성된다. 보호층(4)의 두께는, 박막 간섭하지 않도록 충분히 큰 것이 바람직하여, 예를 들면 1000㎚ 정도이다. 이에 의해, 기판(1)에 지지된 편광 광학 소자(20)가 완성된다.

적층체10에 포함되는 각 층의 재료 및 두께는 상기에 한정되지 않는다. 각층의 굴절율 또는 두께를 바꾸는 것에 의해, 표면(4a)을 통해 입사하는 (즉, 적층체(10)에 걸쳐 입사하는) 광 반사율, 편광 광학 소자의 기판(1)측의 표면(1b)에 입사하는 광 반사율, 반사율 이색비 등을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 격자층(2)의 두께를 크게 함으로써, 제1 격자층(2)의 광 반사율을 높게 할 수 있고, 그 결과, 편광 광학 소자의 표면(1b)으로부터 (즉, 적층체(10)의 제1 격자층(2) 아래에서부터) 입사한 TE파의 반사율을 높게 할 수 있다. 구체적으로는, Ag의 광 반사성이 충분히 얻어지도록, Ag막의 두께는 50㎚ 이상인 것이 바람직하다. Ag막의 두께가 50㎚ 이상이면, 편광 광학 소자의 표면(1b)에서 광을 입사했을 때의 TE파의 반사율을 높일 수 있음과 함께, 표면(1b)으로부터 입사하는 광의 반사율 이색비를 향상할 수 있다. 또한, 편광 광학 소자의 표면(4a)을 통해 입사하는 광의 콘트라스트 비(또는 반사 비)를 향상할 수 있다. 필요시, 적층체(10)의 각 층은, 용도에 따라 복굴절성을 갖는 재료를 이용하여 형성해도 된다. 또, 적층체(10)의 적층 수도 상기에 한정되지 않고, 5층 이상의 적층 구조를 갖고 있어도 된다.

본 실시 형태에서, 적층체(10)의 두께는 0.05㎛ 내지 1㎛인 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 편광 광학 소자의 두께를 종래의 편광자의 두께와 비교하여 매우 작게 할 수 있다.

본 발명의 발명자는, 상기한 방법에 따라 제조된 편광 광학 소자로 입력되는 각 편광된 광선의 반사 및 투과 스텍트럼을 얻었다. 보호층(4)을 형성하기 전에 각 편광의 광의 반사율 및 투과율의 스펙트럼을 측정했다. 그 결과는 도 5, 6, 7에 도시한 바와 같다.

도 5는, 기판의 표면(1b) 측으로부터 입사하는 TE파의 파장과, 반사율과의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 5에 있어서의 TE파의 반사율은, 주로 제1 격자층(2)에 의해서 제어되어 있다. 도 6은, 기판의 표면(1a) 측으로부터 입사하는 TE파의 파장과 반사율 및 투과율과의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 6으로부터 알 수 있듯이, TE파의 반사는 광대역에서 억제되어 있다. 또한 투과율도 대략 제로이기 때문에, 입사한 TE파의 대부분은 제2 격자층(3)에 흡수되어 있다고 생각된다. 이와 같이 적층체(10)가 반사 방지 작용을 갖는 이유를 이하에 설명한다. 반사 방지 작용은, 일반적으로, 반사층과 흡수층을 포함하는 다층막에 있어서, 이들 층의 광학 어드미턴스를 조정함으로써 얻어진다. 본 실시 형태에서는, 제1 격자층(Ag; 2)이 반사층, 제2 격자(W)층이 흡수층에 각각 상당한다. 또한, 유전체층(SiO₂; 6)은 반사층과 흡수층과의 광학 어드미턴스를 조정하는 역할을 완수하여, 유전체층(ZrO₂; 7)은 흡수층과 공기와의 광학 어드미턴스를 조정하는 역할을 해내고 있기 때문이다. 도 7은, 표면(1a 및 1b)으로부터 입사하는 TM파의 파장과 투과율을 도시하는 그래프이다. 이들의 스펙트럼에 기초하여 편광 광학 소자의 광학 특성을 계산하면, 이하의 값이 얻어진다.

편광 광학 소자의 기판(1)의 표면(1b) 측으로부터 단일 파장의 광(파장: 539 ㎚)을 입사하면, 입사한 광 중, TE파의 반사율은 94%이고, TM파의 투과율은 82%였다. 반면, 기판(1)의 표면(1a)측으로부터 (즉, 적층체(10)에 걸쳐) 광(파장: 539㎚)을 입사하면, 입사한 광 중, TE파의 반사율은 1%이고, TM파의 투과율은 82%였다. 이 결과로부터, 편광 광학 소자에 파장이 539㎚의 광이 입사하는 경우, 표면(1b) 측으로부터 입사한 TE파의 대부분은, 기판(1)을 투과한 후, 제1 격자층(Ag막; 2)에 의해서 반사되고, 한편, 표면(1a) 측으로부터 입사한 TE파의 대부분은 ZrO₂막을 투과한 후, 제2 격자층(3)에 의해 흡수되는 것을 알 수 있다. 즉, 표면(1a) 측으로부터 입사한 TE파의 Ag막에 의한 반사는 텅스텐막에 의해 상당히 감소된다. 또한, 어느 표면(1a 및 1b) 측으로부터 입사하는 지에 상관없이, 입사광의 TM파의 대부분은, 적층체(10)의 격자를 투과하는 것도 알 수 있다.

또한, 380㎚ 내지 780㎚의 파장을 갖는 가시광을 편광 광학 소자에 입사하면, 기판(1)의 표면(1b) 측으로부터 입사한 TE파의 평균 반사율은 91%이고, TM파의 평균 투과율은 75%였다. 한편, 기판(1)의 표면(1a) 측으로부터 입사한 TE파의 평균 반사율은 3%이고, TM파의 평균 투과율은 75%였다. 이 결과로부터, 본 실시 형태의 편광 광학 소자는, 특정 파장에 있어서만이 아니고 380㎚∼780㎚인 가시 파장의 광대역에 있어서도 우수한 광학 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

실시 형태 4

본 발명의 실시 형태 4에 따른 편광 광학 소자는, 도 3에 도시하는 실시 형태2의 편광 광학 소자와 마찬가지의 구성을 갖지만, 제2 격자층(3)으로서, 투명한 유전체막을 이용하는 점에서 다르다.

본 실시 형태의 편광 광학 소자에 있어서의 제2 격자층(3)은, 유전체이고, 또한 감쇠 계수 k=0의 투명층이다. 투명층은 예를 들면 25nm 두께의 산화 티탄막이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제1 격자층(2)은, 실시 형태2와 같이, 도전성을 나타내는 광 반사성의 금속막(예를 들면, 두께가 150㎚의 텅스텐막)으로 형성되어 있다. 이들의 격자층(2, 3)은, 예를 들면, 선 폭이 100㎚, 스페이스 폭이 100㎚, 격자 피치가 200㎚의 격자 형상으로 패터닝되어 있다. 이들의 격자층은, 약 1000nm 두께의 보호층(4)으로 피복되어 있다.

본 실시 형태의 편광 광학 소자는, 실시 형태 2의 편광 광학 소자의 제작 방법과 마찬가지의 방법에 의해 제작된다.

우선, 기판(1)의 표면(1a)에, 예를 들면 산화 티탄막 등의 투명막, 및 텅스텐막 등의 광 반사성의 막을 이 순으로 적층한다. 계속해서, 포토리소그래프법에 의해 광 반사성의 막의 표면에 레지스트를 도포하고, Ar 스퍼터법에 의해, 이들 막을 (약 200㎚의 평균 격자 피치를 갖는) 격자 패턴으로 에칭하여, 투명한 제2 격자층(3)과, 광 반사성을 갖는 제1 격자층(2)이 얻어진다. 계속해서, 레지스트 패턴을 박리하여, 실시 형태2로 설명한 방법과 마찬가지의 방법으로, 기판(1)의 표면(1a) 전면에 보호층(4)을 형성한다.

바람직한 본 실시 형태에 있어서, 광 반사성 막 및 투명막으로서, 상기에 한하지 않고, 실시 형태1로 예시했던 것 같은 여러가지의 막을 이용할 수 있다. 또한, 이들 막의 패터닝 방법도 상기에 한하지 않고, 실시 형태1와 같이, 적절하게 선택할 수 있다.

본 발명의 발명자는 상기한 방법에 의해 편광 광학 소자의 광학 특성을 평가하였다. 그 결과는 다음과 같다. 편광 광학 소자의 제1 격자층(즉, 텅스텐막; 2)측의 표면(4a)에 광(파장: 530㎚)을 입사하면, 입사한 광 중, TE파의 반사율은 37%이고, TM파의 투과율은 87%였다. 한편, 편광 광학 소자의 제2 격자층(산화 티탄막; 3)측의 표면(1b)에 광(파장: 530㎚)을 입사하면, 입사한 광 중, TE파의 반사율은 2%이고, TM파의 투과율은 87%였다. 본 실시 형태에서는, 표면(1b)으로부터 입사한 TE파는 기판(1)과 산화 티탄막을 투과하여, 일부는 텅스텐막으로 흡수되고, 나머지는 텅스텐막에서 반사된다. 반사된 광은, 산화 티탄막에 의한 텅스텐막과의 박막 간섭에 의해서 약하게 되고, 표면(1b)으로부터 출사되지 않는다. 즉, 표면(1b)으로부터 입사한 TE파의 텅스텐막에 의한 반사는, 산화 티탄막에 의해 상당히 감소된다. 또한, 어느 표면(4a 및 1b)으로부터 입사하는 가에 상관없이, 입사광의 TM파의 대부분은, 격자층(2, 3)의 격자를 투과하는 것도 알 수 있다.

실시 형태 5

본 발명에 따른 실시 형태5는, 실시 형태3의 편광 광학 소자를 구비한 반 투과형 액정 표시 장치이다. 상술한 바와 같이, 실시 형태3의 편광 광학 소자는, 단일 파장의 광에 적용하는 경우와 비교하여 콘트라스트는 약간 낮게 된다. 그러나, 광학 설계에 따라서는 가시 파장의 광대역에서도, 단일 파장에 대한 광학 특성과 마찬가지의 우수한 광학 특성을 나타낸다. 따라서, 이 편광 광학 소자를 표시 장치에 있어서의 편광판으로서 이용할 수 있다.

이하, 실시 형태 3의 편광 광학 소자를 이용하여 반 투과형 액정 표시 장치의 제조 방법 및 구성을 설명한다.

도 8a 내지 8e를 참조하면서 실시 형태3로 설명한 방법으로, 편광 광학 소자(20)를 제작한다. 편광 광학 소자20는 투명한 절연성 보호층(4)(즉, 패시베이션 막)으로 피복된 상태이다.

우선, 도 8f에 도시한 바와 같이, 편광 광학 소자(20)의 보호층(4)상에 투명 전극(11)을 형성한 후, 투명 전극11의 표면에 배향막(12)을 도포한다. 배향막(12)에는, 러빙에 의한 배향 처리를 실시하고, 이에 따라 액정 표시 장치의 제1 기판(21)이 얻어진다.

후속하여, 제1 기판(21)과 대향하는 제2 기판(22)을 제작한다. 제1 기판(21)과 같이, 제2 기판(22)은, 배향막(12)가 액정층을 향하도록 투명 기판의 표면 상에 투명 전극(11)과 배향막(12)을 제공하고 이후 배향막(12)을 러빙 처리함으로써 제작된다.

제1 기판(21)과 제2 기판(22)과의 사이에 수㎛의 갭 유지용 스페이서를 담지하고, 각 배향막(12)의 러빙 방향이 상호 직교하도록 제1 및 제2 기판(21, 22)을 접합하여 셀을 형성한다. 그 후, 셀의 주위를 밀봉제(sealing agent)로 접착한다. 이 셀 내에 액정 재료를 주입하는 것에 의해, 액정층(23)을 갖는 액정 셀(24)이 얻어진다. 액정층(23) 내에서는, 액정 분자는 TN 배향하고 있다.

도 9는, 액정 셀(24)을 구비한 반사/투과 양용 액정 표시 장치의 구성의 일례를 도시하는 단면 모식도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 액정 셀(24)의 관찰자측에는, 흡수 편광판(25)이 설치되어 있다. 흡수 편광판(25)은, 그 투과축이 제1 기판21에 형성된 편광 광학 소자(20)의 투과축과 직교하도록 접합되어 있다. 또한, 액정 셀24의 배면측에는 백라이트(26) 및 도광체(27)가 설치되어 있다.

여기서, 도 9에 도시하는 표시 장치의 표시 원리를 설명한다. 도 10a는 전계가 액정층(23)에 인가되지 않을 때 표시 장치가 명표시 상태를 생성하는 방식을 개략적으로 도시한다. 반면, 도 10b는 전계가 액정층(23)에 인가될 때 표시 장치가 암표시 상태를 생성하는 방식을 개략적으로 도시한다.

우선, 도 10a를 참조하면서, 전계 무인가 시에 명상태가 실현되는 원리에 대하여 설명한다.

투과 표시 모드인 경우, 광원은 백라이트(26)이고, 백라이트(26)로부터는 모든 편광 상태의 광이 액정 셀(24)에 입사한다. 입사광 중, 제1 기판(21)측의 편광 광학 소자(20)의 투과축과 일치하는 선형 편광 B1는, 편광 광학 소자(20)를 투과하여, TN 액정층(23)으로 90도 선광(旋光)된다(rotated). 그 후, 관찰자측의 흡수 편광판(25)도 투과하여 관찰자측으로 출사하기 때문에, 투과 모드에 있어서 명상태가 얻어진다. 백라이트(26)로부터 출사된 광 중, 선형 편광 B1과 직교하는 선형 편광 B2는, 편광 광학 소자(20)(의 제1 격자층), 및 도광체(27)의 배면에 배치된 반사층(30)에 의해서 반복하여 반사된다. 반사된 후, 경우에 따라서는 리사이클된다(recycled).

반면, 반사 표시 모드인 경우, 광원은 외광이고, 투과 표시인 경우와 같이, 모든 편광 상태를 갖는 광이 액정 셀(24)에 입사한다. 입사광중 제2 기판(22)측의 흡수 편광판(25)의 투과축과 일치하는 선형 편광 F1는, 흡수 편광판(25)을 투과하여, TN 액정층(23)으로 90도 선광된다. 그 후, 제1 기판(21)측의 편광 광학 소자(20)를 투과하여, 도광체(27)의 배면의 반사층(30)에서 반사된다. 반사된 선형 편광 F1은, 왕로와 같이, 편광 광학 소자(20)를 투과하여, TN 액정층에서 선광되고, 또한 흡수 편광판(25)을 투과하여 관찰자측으로 출사한다. 그 결과, 반사 모드에 있어서도 명상태가 얻어진다. 또한, 외부로부터 입사하는 광 중, 선형 편광 F1와 직교하는 선형 편광 F2는, 제2 기판(22)측의 흡수 편광판(25)으로 흡수되기 때문에, 표시에는 기여하지 않는다.

다음으로, 도 10B를 참조하면서, 전계 인가 시에 암상태가 실현되는 원리에 대하여 설명한다.

투과 표시 모드인 경우, 광원인 백라이트(26)로부터 입사하는 광 중, 제1 기판(21)측의 편광 광학 소자(20)의 투과축과 일치하는 선형 편광 B1는, 편광 광학 소자(20)를 투과하지만, 전계 인가 시의 액정층(23)으로서는 입사광의 편광 상태가 유지되기 때문에, 관찰자측의 흡수 편광판(25)을 투과할 수 없다. 그 때문에, 투과 모드에 있어서 암상태가 얻어진다. 백라이트(26)로부터 출사된 광 중, 선형 편광 B1와 직교하는 선형 편광 B2는, 편광 광학 소자(20)로 반사되기 때문에, 직접적으로는 표시에는 기여하지 않는다.

반면, 반사 표시 모드인 경우, 광원인 외광으로부터 입사하는 광 중, 제2 기판(22)측의 흡수 편광판(25)의 투과축과 일치하는 선형 편광 F1는, 흡수 편광판(25) 및 액정층(23)을 투과하여, 제1 기판(21)측의 편광 광학 소자(20)에서 흡수된다. 그 때문에, 반사 모드에 있어서도 암상태가 얻어진다. 또한, 외부로부터 입사하는 광 중, 선형 편광 F1와 직교하는 선형 편광 F2는, 제2 기판(22)측의 흡수 편광판(25)으로 흡수되기 때문에, 직접적으로 표시에는 기여하지 않는다.

상기에 진술한 바와 같이, 실시 형태3의 편광 광학 소자(20)를 액정 표시 장치의 편광판으로서 이용하면, 표시의 콘트라스트를 유지 가능함과 함께, 백라이트(26)로부터 출사되는 광 또는 외광을 유효하게 이용할 수 있기 때문에, 밝고, 고 콘트라스트의 표시가 얻어진다.

또한, 종래의 액정 표시 장치에서는, 제1 기판(21)과 백라이트(26)와의 사이에 편광판(두께: 예를 들면 100㎛) 또는 편광자 유닛(두께: 예를 들면 300㎛)이 설치되어 있었다. 이것에 대하여, 본 실시 형태에서는, 편광 광학 소자(20)는, 액정 표시 장치의 제1 기판21 상에 형성할 수 있기 때문에, 제1 기판21측의 편광판으로서 필요한 두께는, 실질적으로 적층체10의 두께(약0.2㎛)만이다. 적층체(10)를 피복하는 보호층(4)을 설치한 경우라도, 필요한 두께는 보호층(4)의 두께(예를 들면 1㎛)만이다. 그 결과, 본 실시 형태의 액정 표시 장치의 두께를, 종래의 액정 표시 장치의 두께보다도 대폭 작게 할 수 있다.

또, 상기에서 도 10a 및 도 10b를 참조하면서 표시 장치의 원리를 설명했지만, 이 설명은, 도광체(27)의 배면의 반사층(30)에서 반사되더라도, 광의 편광 상태가 보존된다고 하는 전제로 행한것이다. 따라서, 액정층과 반사층의 사이에 위상차 필름류를 배치하거나, 반사층(30)에 의해서 강하게 광 확산시키거나 하는 것 등에 의해, 반사층(30)에서 반사되면 광의 편광 상태가 변하도록 표시 장치를 구성하면, 반사층(30)에서 반사된 선형 편광 B2의 일부는 제1 기판(21)측의 편광 광학 소자(20)를 투과할 수 있게 된다. 따라서, 백라이트(26)로부터의 선형 편광 B2의 리사이클 효율을 증가시킬 수 있다. 한편, 이와 같이 반사층(30)을 구성하면, 외광의 선형 편광 F1의 일부는, 반사층(30)에서 반사된 후에 편광 광학 소자(20)를 투과하지 않고, 표시에 기여할 수 없게 된다. 즉, 선형 편광 F1의 손실이 발생하게 된다. 이들을 고려하면서 반사층(30)의 편광 보존성을 제어하는 것에 의해, 투과 모드 및 반사 모드의 밝기의 비율을 패널의 용도에 적합하도록 설정할 수 있다.

바람직한 본 실시 형태에서는, 실시 형태3의 편광 광학 소자(20)를, 액정 표시 장치의 제1 기판(21)에 조립하는 것에 의해, 액정 표시 장치를 구성하고 있지만, 본 발명의 액정 표시 장치는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 편광 광학 소자(20)를 그대로 종래의 액정 표시 장치의 제1 기판과 백라이트와의 사이에 배치할 수도 있다. 그러나, 박형, 고 콘트라스트라고 한 본 발명의 편광 광학 소자의 특징을 효과적으로 발휘시키기 위해서는, 편광 광학 소자(20)를 표시 장치의 내부에 조립하는 구성이 바람직하다. 특히, 본 실시 형태와 같이, 편광 광학 소자(20)의 적층체(10)를 액정 표시 장치의 기판 위에 형성하면, 편광 광학 소자(20)의 기판(1)을 생략할 수 있기 때문에, 표시 장치의 박형화뿐만 아니라, 제조 비용의 면에서도 유리하다.

바람직한 본 실시 형태에 따르면, 표시 장치의 두께를 작게 억제하면서, 광을 효율적으로 이용할 수 있다. 이하에, 본 실시 형태의 반 투과형 액정 표시 장치에서의 이들의 장점을, 종래의 반 투과형 액정 표시 장치와 비교하여 자세히 설명한다.

이 예에서, 도 11에 도시하는 표시 장치를 종래의 반 투과형 액정 표시 장치 로서 이용한다. 이 장치에서는, 제1 기판(210)측의 편광판으로서, 제2 기판(22)측의 흡수 편광판(25)과 마찬가지의 흡수 편광판(200)을 이용하고 있다. 흡수 편광판(200)은, 제1 기판(210)과 백라이트(26)와의 사이에 배치되어 있다. 흡수 편광판(200)의 흡수축은, 제2 기판(22)측의 흡수 편광판(25)의 흡수축과 직교하도록 배치된다.

도 11의 반 투과형 액정 표시 장치에서, 투과 표시 모드인 경우에는, 백라이트(26)로부터의 광량 B 중 표시에 이용되는 광량은, 흡수 편광판(200)의 투과축으로 평행한 편광 B1만이기 때문에, 최대로도 0.5B이다. 반면, 백라이트(26)로부터의 광량 B 중 흡수 편광판(200)의 흡수축으로 평행한 편광 B2는, 흡수 편광판(200)에 의해서 흡수되기 때문에 표시에 이용되지는 않는다.

한편, 반사 표시 모드인 경우, 외부로부터 표시 장치에 입사하는 광 중 흡수 편광판(25)의 흡수축으로 평행한 편광 F1는, 흡수 편광판(25)에 의해서 흡수되기 때문에 표시에 이용되지 않지만, 편광 F1와 직교하는 편광 F2는, 액정층(23)을 선광하면서 통과한 후, 흡수 편광판(200)을 통과하여 도광체(27) 배면의 반사층30에서 반사된다. 반사후, 다시 흡수 편광판(200) 및 액정층(23)을 통과하여 관찰자에게 돌아간다. 이 때, 도광체(27) 및 반사층(30)에 의해 발생되는 편광 해소도를α(0<α<1)로 하면, 외부로부터 표시 장치에 입사하는 광량 F 중 관측자에게 돌아가는 광량은 0.5αF라고 표현할 수 있다.

따라서, 도 11에 도시한 바와 같은 종래의 반 투과형 표시 장치에 있어서, 백라이트(26)로부터 출사되는 광량 B 및 외부로부터 표시 장치에 입사하는 광량 F 중, 표시용으로 이용할 수 있는 광량은 이상적으로는 0.5B+ 0.5αF가 된다.

한편, 도 9에 도시하는 본 실시 형태의 반 투과형 액정 표시 장치에서는, 백라이트(26)로부터의 광(광량: B)중 편광 광학 소자(20)의 투과축으로 평행한 편광(TM파) B1(광량: 0.5B)이 표시에 이용되는 것 뿐만 아니라, 백라이트(26)로부터의 광중 편광 B1와 직교하는 TE파 B2도 부분적으로 리사이클되어, 표시에 이용될 수 있다. TE파 B2는, 편광 광학 소자(20)에서 흡수되지 않고서 반사되고, 그 후에도, 도광체 배면의 반사층30 및 편광)칠학 소자(20)에 의해서 반복하여 반사된다. 이때, TE파 B2의 일부는, 도광체나 반사층(30)에 의해 편광이 해소되기 때문에, 편광 광학 소자(20)를 통과하여 표시에 이용된다. 따라서, 백라이트(26)로부터의 광량 B 중 표시에 이용되는 광량은, 도광체 및 반사층30에 의해 발생되는 편광 해소도를 α(0<α<1)로 하면, 이상적으로는 0.5B+ Q.5αB+ 0.5(1-α)αB+···이 된다.

한편, 외부로부터의 광(광량: F) 중, 흡수 편광판25의 흡수축으로 평행한 편광 F1는 흡수되기 때문에 표시에 이용되지 않지만, 편광 F1와 직교하는 편광 F2(광량: 0.5 F)은 액정층(23)에 입사하여, 액정층(23)을 선광하면서 통과한다. 그 후, 편광 광학 소자(20)를 통과하여 도광체(27) 배면의 반사층(30)에서 반사된다. 반사후, 다시 편광 광학 소자(20) 및 액정층(23)을 통과하여 관찰자에게 돌아간다(즉, 외부로부터의 광량 F 중 표시에 이용되는 광량은, 도광체(27) 및 반사층(30)에 의해 발생되는 편광 해소도를 α(0<α<1)로 하면, 이상적으로는 0.5αF+ 0.5(1-α)αF+···라고 표현할 수 있다.

따라서, 본 실시 형태의 반 투과형 표시 장치에 있어서, 백라이트(26)로부터 출사되는 광량 B 및 외부로부터 표시 장치에 입사하는 광량 F 중, 표시에 이용할 수 있는 광량은, 0.5B+ 0.5αB+ 0.5(1-α)αB+ 0.5αF+ 0.5(1-α)αF보다도 커진다. 이 광량은, 상술의 종래의 반 투과형 표시 장치에 있어서의 표시에 이용되는 광량(0.5B+ 0.5αF)보다도 크다. 이로부터, 본 실시 형태에 따르면, 광의 이용 효율을 향상할 수 있는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 11에 도시하는 종래의 반 투과형 액정 표시 장치에서는, 광의 이용 효율이 낮기 때문에, 표시가 어둡다고 하는 문제가 있다. 그래서, 광의 이용 효율을 향상시키기 위해서, 흡수형 편광자와 아울러 선형 편광 반사형 편광자를 이용하는 반 투과형 액정 표시 장치가 특허 문헌1 등에 의해 제안되어 있다. 이 표시 장치에서는, 제1 기판측의 편광판으로서, 도 12에 도시한 바와 같이, 흡수 편광판(200)(두께: 예를 들면 100㎛)과 반사형 편광자201(두께: 예를 들면 200㎛)을 조합하여 구성되어, 입사 방향에 의해서 TE파의 반사율이 서로 다른 편광자 유닛(두께: 예를 들면 300㎛)을 구비하고 있다.

이하, 도 12의 편광자 유닛을 구비하는 종래의 반 투과형 액정 표시 장치와 비교한 경우의, 본 실시 형태의 반 투과형 액정 표시 장치의 장점에 대하여 설명한다.

도 13은, 도 12의 편광자 유닛을 구비하는 반 투과형 액정 표시 장치의 단면 모식도를 도시한다. 이 표시 장치는, 제1 기판(210)측의 흡수 편광자(200)(두께: 예를 들면 0.10㎜)과 백라이트(26)와의 사이에 선형 편광 반사형 편광판(201)(두께: 예를 들면 0.20㎜)을 구비하고 있다. 이 반사형 편광판(201)은, 특정 방향의 선형 편광을 반사하고, 이것과 직교하는 편광을 투과한다. 선형 편광 반사형 편광자(201)는, 예를 들면, 2종의 서로 다른 폴리머 재료(A 와 B)를 교대로 적층(ABABABA···)함으로써 제작되는 비흡수성 유전체의 적층물이다.

도 13의 반 투과형 액정 표시 장치에서는, 흡수 편광판(200)과 반사 편광판(201)을 병용하고 있기 때문에, 본 실시 형태의 표시 장치와 같이, 백라이트광 및 주위광을 부분적으로 리사이클할 수 있다. 도 13의 표시 장치에 따르면, 본 실시 형태의 표시 장치에 있어서의 리사이클 효율 및 광 이용 효율과 각각 같은 정도의 리사이클 효율 및 광 이용 효율을 실현할 수 있다. 그러나, 도 13의 표시 장치는, 편광자 유닛을 구비하고 있기 때문에, 표시 장치의 두께가 크다. 구체적으로는, 관찰자측 흡수 편광판의 두께를 0.1㎜, 액정 패널의 두께를 1.4㎜, 배면측 편광자 유닛의 두께를 0.3㎜, 백라이트 유닛의 두께를 1.5㎜으로 하면, 도 13의 표시 장치의 두께는 3.3㎜이다. 이것에 대하여, 도 9에 도시하는 본 실시 형태의 표시 장치의 두께는 3.0㎜로서, 본 실시 형태의 표시 장치쪽이 도 13의 표시 장치보다도 대략 0.3㎜ 얇은 것을 알 수 있다. 이 두께 차인 0.3㎜는, 표시 장치의 두께의 대략 10%에 상당한다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 흡수 편광자200(두께: 0.10㎜) 및 반사 편광자(201)(두께: 0.20㎜)에 대신하여, 편광 광학 소자(20)(적층체10의 두께: 0.2㎛)를 이용함으로써, 높은 광 이용 효율을 유지하면서, 표시 장치의 대폭적인 박형화가 가능하다.

단독으로 표시 장치에 적용해도 높은 콘트라스트를 갖는 표시를 실현할 수 있고, 또한 박형으로 광 이용 효율에 우수한 편광 광학 소자를 제공할 수 있다.

본 발명의 편광 광학 소자는, 투과형, 반사형, 반 투과형 표시 장치의 편광판으로서 적합하게 적용된다.

바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였으며, 본 발명이 다양한 방식으로 수정될 수 있고 상기한 실시예가 아닌 많은 실시예를 가정할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 청구범위에 의해 본 발명의 모든 수정을 커버할 수 있다.

본 발명에 따라, 박형으로 광 이용 효율에 우수한 편광 광학 소자를 제공 가능하다. 본 발명의 편광 광학 소자를 표시 장치에 적용하면, 높은 콘트라스트를 갖는 표시를 실현할 수 있다.

Claims

입사광의 편광 상태에 따라 광 반사율 및/또는 투과율이 변화하는 편광 광학 소자에 있어서,

소정 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 부분을 갖는 제1 격자층과,

상기 소정 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 부분을 갖는 제2 격자층을 포함하며,

상기 제1 격자층의 평균 격자 피치 및 상기 제2 격자층의 평균 격자 피치는 모두 상기 입사광의 파장보다 짧게 설정되고,

상기 제1 격자층은, 상기 입사광에 대하여 반사성을 나타내는 제1 재료로 형성되고,

상기 제2 격자층은, 상기 제1 격자층으로부터의 입사광의 반사를 줄이는 제2 재료로 형성되어 있는 편광 광학 소자.
제1항에 있어서,

상기 제2 재료는 광흡수성을 나타내는 편광 광학 소자.
제1항에 있어서,

상기 입사광에 대한 상기 제2 재료의 반사율은, 상기 입사광에 대한 상기 제1 재료의 반사율보다 작은 편광 광학 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1 격자층의 상기 복수의 스트라이프 부분은, 상기 제2 격자층의 상기 복수의 스트라이프 부분과 동일한 형상을 갖고 또한 중첩되는 편광 광학 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1 격자층의 각 스트라이프 부분과 상기 제2 격자층의 대응하는 스트라이프 부분은, 기판 상에서 지지되는 적층 구조를 형성하는 편광 광학 소자.
제5항에 있어서,

상기 적층 구조는, 상기 소정 방향으로 규정된 축에 대한 180도의 회전에 대하여 비대칭인 편광 광학 소자.
제5항에 있어서,

상기 제1 격자층은 상기 적층 구조의 최하층 또는 최상층인 편광 광학 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1 격자층은 상기 기판의 한쪽 면 상에 형성되고, 상기 제2 격자층은 상기 기판의 다른 쪽 면 상에 형성되어 있는 편광 광학 소자.
제1항에 있어서,

상기 1 격자층의 반사율은 가시광선의 선형 편광에 대하여 50%보다 큰 편광 광학 소자.
제1항에 있어서,

상기 복수의 스트라이프 부분을 피복하며 대략 평탄한 표면을 갖는 투명층을 더 구비하는 편광 광학 소자.
제10항에 있어서,

상기 투명층은 유전체 재료로 형성되는 편광 광학 소자.
제1항에 기재된 편광 광학 소자를 포함하는 표시 장치.
제1 기판과, 제2 기판과, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 협지된 액정층을 구비하며, 상기 액정층에 전압을 인가하여 표시를 행하는 액정 표시 장치에 있어서,

상기 제1 기판과 상기 액정층과의 사이에 배치되어, 입사광의 편광에 따라 광 반사율 및/또는 투과율이 변화하는 편광 광학 소자를 더 포함하고,

상기 편광 광학 소자는, 소정 방향으로 연장되도록 상기 제1 기판 상에 형성된 복수의 스트라이프 부분을 갖는 적층 구조를 구비하며,

상기 적층 구조의 평균 격자 피치는 상기 입사광의 파장보다 짧게 설정되고,

상기 적층 구조는,

상기 입사광에 대하여 반사성을 나타내는 제1 재료로 형성된 제1 격자층과,

상기 제1 격자층보다 상기 액정층에 가깝게 형성되고, 상기 제1 격자층으로부터의 입사광의 반사를 줄이는 제2 재료로 형성된 제2 격자층을 포함하는 액정 표시 장치.