无机偏光板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无机偏光板以及该无机偏光板的制造方法。
【背景技术】
[0002] 在液晶显示装置中，由于其成像原理，有必要在液晶面板的表面上设置偏光板。所 述偏光板的功能是用来吸收相互正交的偏振分量（即P波和S波）之一，并使另一偏振分 量通过。
[0003] 通常，将基于碘（iodine-based)或基于染料（dye-based)的有机高分子材料 (polymericorganicmaterial)包含在薄膜内的二向色性偏光板已经广泛地被用作上述 偏光板。关于这种使用材料的偏光板的典型的制造方法，包括将聚乙烯醇基薄膜用二向色 性材料（如碘）浸染，使用交联剂交联，并进行单向拉伸。由于所述二向色性偏光板是通过 上述拉伸方法制造的，因此该二向色性偏光板通常容易收缩。此外，由于在聚乙烯醇基薄膜 中采用亲水性聚合物，因此该聚乙烯醇基薄膜极易变形，尤其是在潮湿的环境下。此外，所 述偏光板基本上使用薄膜，导致装置的机械强度弱。为了避免这些情况，已经使用将透明保 护薄膜结合到偏光板的方法。
[0004] 近来，液晶显示装置的使用已有所增加，且其性能也有所改善。伴随着这一趋势， 这就要求构成液晶显示装置的每个装置具有高可靠性和耐久性。例如，如果是采用了高辐 射强度的光源的液晶显示装置，诸如透射式液晶投影仪，偏光板将接收到强辐射光线。因 此，用于上述用途的偏光板就需要具有极好的耐热性。由于上述基于薄膜（film-based)的 偏光板是有机物质，因此，这将对上述性能的改善有所限制。
[0005] 在美国，出自康宁股份有限公司（CorningIncorporated)产品名为Polarcor的 具有高耐热性的无机偏光板已经存在。该偏光板具有银粒子散布在玻璃中的结构，并且没 有使用有机材料，诸如薄膜。其原理是使用了岛状粒子的等离子体共振。具体地，当光射入 稀有金属或透射金属的岛状粒子时，利用了表面等离子体共振造成的光吸收，并且吸收的 波长受粒子形状或周边介电常数的影响。当岛状粒子的形状为椭圆形时，其长轴方向和短 轴方向之间的共振波长是不同的。因此，可以获得偏振特性。特别地，可以得到使平行于长 轴的偏振分量在长波长侧被吸收，而使平行于短轴的偏振分量穿过的偏振特性。然而，在 Polarcor的情况下，可以获得偏振特性的波长范围是红外光区附近的区域，而没有覆盖液 晶显示装置所需要的可见光区。据推测这是由于用于岛状粒子的银的物理特性。
[0006] 美国专利No. 6772608公开了一种使用上述原理的紫外（UV)偏光板，在该紫外偏 光板中，通过热还原法在玻璃中沉淀粒子，并公开了使用银作为金属粒子的具体例子。在 这种情况下，与上文所述Polarcor不同，假定利用了在短轴方向上的吸收。如该专利中图 1所示，该公开的偏光板甚至可以在400nm附近的范围内起到偏光板的作用，但是消光比小 且可吸收的光的波段（band)非常窄。因此，即使通过将Polarcor与美国专利No. 6772608 所公开的技术结合，依旧无法得到覆盖整个可见光范围的偏光板。
[0007] 此外，在J.Opt.Soc.Am.A,Vol. 8,No. 4, 619-624中公开了一种利用岛状金属粒子 的等离子体共振的无机偏光板的理论分析。根据该文献，铝粒子的共振波长约比银粒子短 200nm。该文献公开了有可能通过利用铝粒子来制造覆盖可见光范围的偏光板。
[0008] 此外，日本专利申请提前公开（Laid-Open) (JP-A)No. 2000-147253公开了几种使 用铝粒子的偏光板的制造方法。该专利文献描述了用硅酸盐玻璃做基底是不可取的，这是 由于铝和玻璃会发生反应，而钙-铝硼酸盐玻璃适合作为基底（第[0018]，[0019]段）。然 而，采用硅酸盐的玻璃已经被广泛用作光学玻璃，且能够以低成本获得其高可靠性的产品。 因此，如果这些产品不适合用作基底，从经济地角度来看其是不可取的。此外，其中还描述 了一种通过蚀刻抗蚀剂图案（resistpattern)来形成岛状粒子的方法（第[0037]，[0038] 段）。通常用于投影仪的偏光板要求大小约为几厘米，并且要求具有高消光比。在偏光板 作为用于可见光的偏光板的情况下，使用的光致抗蚀剂图案的大小需要充分小于可见光波 长，即几十纳米。此外，为了获得高消光比还需要形成高度密集的图案。在偏光板用于投影 仪的情况下，还需要形成大面积的图案。然而，为了获得上述图案，采用公开的光刻技术用 于高密度精细图案形成的方法需要使用电子束绘图（electronbeamdrawing)。电子束绘 图是用电子束绘制每个图案的方法，其生产效率低下，因此该方法是不实用的。
[0009] 此外，JP-ANo. 2000-147253公开了通过氯等离子体（chlorineplasma)来去除 铝。在以这种方式进行蚀刻的情况下，氯化物通常沉积在铝图案的侧壁上。可以用市售蚀 刻溶液（例如，東京応化工業株式会社的SST-A2)来去除所述氯化物，但是这种化学液体不 仅会和氯化铝发生化学反应，也会和铝发生化学反应，尽管其蚀刻速度缓慢。因此，使用所 公开的方法难以实现所需图案的形成。
[0010] 此外，JP-ANo. 2000-147253公开了另一种方法，该方法包括通过斜位片（oblique film)的形成在图案化的光致抗蚀剂上沉积铝，并去除光致抗蚀剂（第[0045]，[0047] 段）。然而，据推测，为了获得该方法中基底和铝之间的粘附性，需要在基底的表面上沉积一 定量的铝。这就意味着所沉积的铝膜的形状与第[0015]段中被描述成合适的形状的扁长 球体（包括扁长椭圆形）不同。此外，第[0047]段描述了通过垂直于表面的各向异性蚀刻 来除去过量的沉积物。为了起到偏光板的作用，铝的形状的各向异性是很重要的。因此，据 推测，为了获得所需的形状，需要调整沉积在抗蚀剂部分和基底表面上的铝的数量。然而， 如第[0047]段所述，在亚微米级或更小级别（如0.05μπι)的尺寸中进行控制是非常困难 的。因此，该方法是否适用于高生产率的生产方法仍然是一个疑问。关于偏光板的特性，要 求在透射轴（transmissionaxis)方向上具有高透过率（transmittance)。在玻璃作为基 底的情况下，通常无法避免在玻璃的分界面处有少量反射，因此很难获得高透过率。
[0011] 此外，JP-ANo. 2002-372620 公开了通过倾斜沉积（obliquedeposition)形成的 偏光板。该方法通过凭借材料的倾斜沉积产生精细的棱柱结构（prismaticstructure)来 获得偏光性能，所述材料对在供使用的波长范围内的光的波长是透明的或不透明的，并且 不同于JP-ANo. 2000-147253,该方法为具有高生产率的方法，这是由于通过使用简单的方 法获得精细图案。然而，该方法仍然存在问题。由对供使用的波长范围透明或不透明的材 料所形成的精细棱柱结构的纵横比（aspectratio)，在精细棱柱结构中单个棱柱之间的间 距，以及线性关系都是获得优良的偏振特性的重要因素，此外，鉴于特性的再现性，上述因 素应当特意进行控制。然而，在该方法中采用的是获得棱柱结构的现象，由于沉积粒子不会 沉积在由之前的沉积粒子形成的最初的沉积层的阴影区域中。因此，很难对上述因素进行 特意地控制。作为改善这一问题的方法，描述了在沉积前通过摩擦工艺在基底上形成抛光 痕迹的方法。然而，构成沉积膜的粒子直径通常约几十纳米，为了控制这些粒子的各向异 性，这就需要特意通过抛光来产生亚微米级或更小级别的间距。当使用典型的抛光片时，约 亚微米级的尺寸构成了限制。因此，要产生这种精细的抛光痕迹是不容易的。此外，正如前 面所述，A1粒子的共振波长主要取决于周边的折射率。在这种情况下，把透明材料和不透 明材料结合起来是很重要的。在JP-ANo. 2002-372620中没有公开用于在可见光区获得优 良的偏振特性的结合。类似于JP-ANo. 2000-147253,在将玻璃用作基底的情况下，不可避 免在玻璃分界面处有几个百分点的反射率。
[0012] 此外，应用光学（AppliedOptics),Vol. 25,No. 21986311-314 公开了一种被称作 Lamipol的用于红外透射的偏光板。该偏光板具有A1和Si02的层叠结构。根据该文献，该 偏光板表现出非常高的消光比。此外，J.LightwaveTec.，Vol. 15,No. 6, 1997, 1042-1050公 开了通过使用Ge代替被配置为吸收光的Lamipol中的Al，可以实现1μπι或小于1μπι的 波长的高消光比。根据文献图3,可以预料使用碲（Te)也可以得到高消光比。如上所述， Lamipol是一种能够获得高消光比的吸收偏光板。然而，该偏光板不适用于要求每边的尺寸 均为几厘米的投影仪的偏光板，这是由于光吸收材料以及透射材料的层叠的厚度变成光接 收表面的尺寸。
[0013] 此外，JP-ANo. 2008-216957公开了结合了线栅结构以及吸收薄膜的偏光板。在将 金属薄膜或半导体薄膜用作吸收薄膜的情况下，其很大程度上受材料光学特性的影响。因 此，在一定区域内可以通过调整材料、线栅结构和吸收膜之间介质材料的薄膜厚度来减少 光的反射率。然而，该偏光板很难实现在较宽的波长范围内减少反射率。
[0014] 此外，可通过使用具有高吸收率的Ta或Ge来扩宽带宽（bandwidth)。然而，在透 射轴方向上的吸收率也随之增加，从而降低了在透射轴方向上的透过率，这是该偏光板的 重要特性之一。
[0015] 此外，JP-ANo. 2011-113631 和JP-ANo. 2003-508813 各自公开了一种无机偏光 板，在该无机偏光板中，线栅层中金属丝（metalwire)的横截面形状为梯形。然而，在所提 出的技术中偏振特性仍然不足。
[0016] 因此，目前还需要提供一种具有优良偏振特性的无机偏光板及其制造方法。
【发明内容