(57)【要約】【課題】太陽電池の表示部への実装および配置をより実用的に行う。【解決手段】ソーラセル偏光板２１は、所定のピッチ以下の微細な複数の凹部および凸部が縞状に形成された格子状フィルム３１と、格子状フィルム３１の凹部の底面に沿って設けられた下層配線３３と、下層配線３３に接して配置され、格子状フィルム３１の凹部に沿った細長い形状の光電変換層３４とを備える。そして、ソーラセル偏光板２１は、表示装置の液晶パネルの表面および裏面の少なくとも一方に配置される。本発明は、例えば、透過型液晶表示装置に適用できる。【選択図】図２
2011164252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板により挟み込まれた液晶層により透過する光の偏光方向を制御して表示を行う表示制御手段と、
前記表示制御手段の表面および裏面に配置され、前記表示制御手段に入射して透過する光を偏光する偏光手段と
を備え、
前記表示制御手段の表面および裏面の少なくとも一方に配置される前記偏光手段が、
所定のピッチ以下の微細な複数の凹部および凸部が縞状に形成された基材部と、
前記基材部の凹部の底面に沿って設けられた配線部と、
前記配線部に接して配置され、前記凹部に沿った細長い形状の光電変換部と
を有する表示装置。
【請求項２】
前記基材部、前記配線部、および前記光電変換部を有する前記偏光手段が、前記表示制御手段の表面に配置されるとき、その偏光手段は、前記表示制御手段の表側から照射される光を前記光電変換部が受光する向きで配置される
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記偏光手段では、所定本数の前記光電変換部を並列に接続し、並列に接続された所定本数の前記光電変換部ごとに直列に接続する配線が行われる
請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記偏光手段では、前記配線部および前記光電変換部が、前記基材部に形成された複数の凹部の数箇所おきに設けられている
請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
所定のピッチ以下の微細な凹部および凸部が縞状に形成された基材部と、
前記基材部の凹部の底面に沿って設けられた配線部と、
前記配線部に接して配置され、前記凹部に沿った細長い形状の光電変換部と
を備える偏光板。
【請求項６】
所定のピッチ以下の微細な凹部および凸部が縞状に形成された基材部を作製し、
前記基材部の凹部の底面に沿って配線部を形成し、
前記配線部に接して配置されるように、前記凹部に沿った細長い形状の光電変換部を形成する
ステップを含む偏光板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、偏光板、および偏光板の製造方法に関し、特に、太陽電池の表示部への実装および配置をより実用的に行うことができるようにした表示装置、偏光板、および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フィルム基板を用いたフレキシブルな太陽光電池の技術革新が急激に発展している。例えば、フィルムなどの樹脂系の材料に、シリコン系ソーラセルなどの光電変換材料を実装する技術が開発されており、外壁や屋根などの建材にフレキシブルな太陽光電池が採用されている。
【０００３】
また、一般的に、ソーラセルは、光電変換機能を有する結晶材料が平面状に敷き詰められて構成されたデバイスであり、光吸収の効率を向上させるために黒色（または黒に近い色）とされていることが多い。そのため、モバイル機器やフラットパネル表示装置などの筐体にソーラセルを実装および配置することはデザイン的に不向きであり、例えば、表示装置の表示部にソーラセルを実装および配置させる技術が検討されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、バックライトユニットを有する透過型液晶表示装置であって、ＴＦＴ層の配線パターンに一致するようなパターンで形成された太陽電池が偏光板に接するように配置された表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６４８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示されている表示装置では、ＴＦＴ層の配線パターンと太陽電池のパターンとを一致させるような高精度なアライメントが必要となるので、歩留まりが低下するという懸念などがあり、実用的ではなかった。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、太陽電池の表示部への実装および配置をより実用的に行うことができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面の表示装置は、透明基板により挟み込まれた液晶層により透過する光の偏光方向を制御して表示を行う表示制御手段と、前記表示制御手段の表面および裏面に配置され、前記表示制御手段に入射して透過する光を偏光する偏光手段とを備え、前記表示制御手段の表面および裏面の少なくとも一方に配置される前記偏光手段が、所定のピッチ以下の微細な複数の凹部および凸部が縞状に形成された基材部と、前記基材部の凹部の底面に沿って設けられた配線部と、前記配線部に接して配置され、前記凹部に沿った細長い形状の光電変換部とを有する。
【０００９】
本発明の第２の側面の偏光板は、所定のピッチ以下の微細な凹部および凸部が縞状に形成された基材部と、前記基材部の凹部の底面に沿って設けられた配線部と、前記配線部に接して配置され、前記凹部に沿った細長い形状の光電変換部とを備える。
【００１０】
本発明の第３の側面の偏光板の製造方法は、所定のピッチ以下の微細な凹部および凸部が縞状に形成された基材部を作製し、前記基材部の凹部の底面に沿って配線部を形成し、前記配線部に接して配置されるように、前記凹部に沿った細長い形状の光電変換部を形成するステップを含む。
【００１１】
本発明の第１乃至第３の側面においては、基材部に所定のピッチ以下の微細な凹部および凸部が縞状に形成され、その基材部の凹部の底面に沿って配線部が設けられ、その配線部に接して配置されるように凹部に沿った細長い形状の光電変換部が形成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１乃至第３の側面によれば、太陽電池の表示部への実装および配置をより実用的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用した表示装置の一実施の形態の構成例を示す断面図である。
【図２】ソーラセル偏光板の構成および製造方法について説明する図である。
【図３】ソーラセル偏光板の配線について説明する図である。
【図４】ソーラセル偏光板の配線について説明する図である。
【図５】ソーラセル偏光板の最大発生起電力を示す図である。
【図６】電池を充電する際の特性を測定した例を示す図である。
【図７】ソーラセル偏光板の光線透過率の特性を示す図である。
【図８】ソーラセル偏光板の製造方法について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明を適用した表示装置の一実施の形態の構成例を示す断面図である。
【００１６】
図１に示すように、表示装置１１は、バックライトユニット１２および液晶パネル１３を備えて構成される、いわゆる透過型液晶表示装置である。
【００１７】
液晶パネル１３は、バックライトユニット１２側から順に、ソーラセル偏光板２１−１、ガラス基板２２、ＴＦＴ層２３、液晶層２４、保護膜２５、カラーフィルタ２６、ガラス基板２７、およびソーラセル偏光板２１−２が積層されて構成されている。
【００１８】
ソーラセル偏光板２１−１および２１−２は、バックライトユニット１２から照射される光を偏光し、ソーラセル偏光板２１と２８とでは、偏光方向が９０度で異なるように配置される。
【００１９】
ガラス基板２２および２７は、ＴＦＴ層２３および液晶層２４からなる表示制御手段を挟み込み、その強度を確保するための透明の基板である。ＴＦＴ層２３は、液晶層２４の各画素を構成する素子を制御するための薄型のトランジスタが設けられる層である。液晶層２４は、ＴＦＴ層２３による制御に従って、透過する光の偏光方向を制御する層である。保護膜２５は、カラーフィルタ２６を保護するための層であり、カラーフィルタ２６は、三原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光を透過させるフィルタである。
【００２０】
ここで、ソーラセル偏光板２１−１および２１−２は、ナノインクプリント技術を用いた凸版印刷方式で形成された樹脂に、スパッタなどで反射率の高い金属薄膜を封入することにより、樹脂内に微細なワイヤ（以下、適宜、ワイヤグリッドと称する）が狭ピッチで配置されて構成されている。このような偏光板は、ワイヤグリッド偏光板と称されており、例えば、一般的なヨウ素系偏光板よりも、高い透過率および反射率を実現している。
【００２１】
そして、ソーラセル偏光板２１−１および２１−２は、ワイヤグリッド部分に光電変換材料を封入することにより、液晶パネル１３に照射される光によって光電変換を行う機能を備えている。即ち、ソーラセル偏光板２１−１および２１−２は、バックライトユニット１２から照射される光を偏光する機能と、ソーラセルパネルとして発電する機能とを兼ね備えている。
【００２２】
液晶パネル１３の外側に配置されるソーラセル偏光板２１−２は、外光により光電変換を行うように、ワイヤグリッド部分の光電変換材料を外側に向けてガラス基板２７に直接的に固定される。一方、液晶パネル１３の内側（バックライトユニット１２側）に配置されるソーラセル偏光板２１−１は、バックライトユニット１２からの光、および、液晶パネル１３内部の迷光により発電を行うように、ワイヤグリッド部分の光電変換材料を内側に向けてガラス基板２２に直接的に固定される。なお、以下、適宜、ソーラセル偏光板２１−１と２１−２とを区別する必要がない場合、ソーラセル偏光板２１と称する。
【００２３】
次に、図２を参照して、ソーラセル偏光板２１の構成および製造方法について説明する。図２Ａには、不要な光電変換材料がリフトオフされる前の状態のソーラセル偏光板２１の断面図が示されており、図２Ｂには、不要な光電変換材料がリフトオフされた後の状態のソーラセル偏光板２１の断面図が示されている。
【００２４】
ソーラセル偏光板２１は、格子状フィルム３１を基材とし、誘電体層３２−１、下層配線３３、光電変換層３４、および誘電体層３２−２が積層されて構成される。格子状フィルム３１の上面には、上側から見て、所定のピッチ（凸部間または凹部間の一定間隔）以下の微細な凸部および凹部が縞状に形成された格子形状（以下、適宜、微細凹凸格子と称する）が形成されている。このピッチは、例えば、光を偏光させる効果を得るような寸法であればよく、例えば、200nm以下、好ましくは、50〜150nm程度とすることができる。
【００２５】
そして、ソーラセル偏光板２１は、その微細凹凸格子の凹部に下層配線３３および光電変換層３４が形成され、全面が誘電体層３２−１および３２−２により被覆されて構成されている。
【００２６】
格子状フィルム３１としては、PET（Polyethylene Terephthalate：ポリエチレンテレフタラート）フィルムおよび紫外線硬化性樹脂が用いられ、例えば、ニッケルスタンパを利用して、格子状フィルム３１の表面に微細凹凸格子が形成される。例えば、図２に示すように、ピッチが115nm（凸部の幅：45nm、凹部の幅：70nm）となり、高さが170nmとなる寸法で、凸部の断面形状が略台形となるように形成される。
【００２７】
誘電体層３２−１および３２−２としてはＳｉＯ２が用いられ、例えば、スパッタリング法により格子状フィルム３１の表面が誘電体層３２−１により被覆され、下層配線３３および光電変換層３４が形成された上に誘電体層３２−２が被覆される。
【００２８】
下層配線３３としては、チタン／金からなる金属層が用いられ、例えば、電子ビーム真空蒸着法により所定の厚みの金属層が形成された後、格子状フィルム３１の凸部に形成された金属層が除去されることにより、格子状フィルム３１の凹部にのみ下層配線３３が形成される。
【００２９】
光電変換層３４としては、CIGS系の光電変換材料から成るＰ型Cu(InGa)Se2が用いられ、例えば、電子ビーム真空蒸着法により格子状フィルム３１側から順に、ＣＩＧＳ層３５、ＺｎＳ層３６、およびＺｎＯ層３７が積層される。
【００３０】
このように、光電変換層３４が形成された後に、誘電体層３２−２が被覆されて、ソーラセル偏光板２１は、図２Ａに示すような状態（不要な光電変換材料がリフトオフされる前の状態）となる。その後、格子状フィルム３１の凸部の上側に形成されている光電変換層３４および誘電体層３２−２がエッチングにより除去（リフトオフ）されて、ソーラセル偏光板２１は、図２Ｂに示すような状態（不要な光電変換材料がリフトオフされた後の状態）となる。即ち、格子状フィルム３１の凹部にのみ、下層配線３３および光電変換層３４が設けられた状態となる。
【００３１】
このようなソーラセル偏光板２１に照射される光は、狭ピッチで配置されている下層配線３３の間を通過することにより偏光されるとともに、光電変換層３４が光を吸収することにより、起電力が発生する。ソーラセル偏光板２１に形成される光電変換層３４それぞれの表面積は小さいが、所定本数の光電変換層３４を並列に接続するとともに、そのように並列に接続された所定本数の光電変換層３４を直列に接続することにより必要な起電力を得ることができる。このように、ソーラセル偏光板２１では、所定本数の光電変換層３４がチェーンパタン状に直列に接続するように配線（タンデム配線）される。
【００３２】
次に、図３および図４を参照して、ソーラセル偏光板２１の配線について説明する。なお、図３および図４では、３本の光電変換層３４を並列に接続するとともに、その並列に接続された３本の光電変換層３４ごとに直列に接続する配線の例について説明する。
【００３３】
図３には、配線を行うために下層配線３３の一部を露出させた状態のソーラセル偏光板２１が示されており、図４には、配線が行われた状態のソーラセル偏光板２１が示されている。また、図３および４の中央には、誘電体層３２が形成された側から見たソーラセル偏光板２１が示されており、図３および４の下側には、ソーラセル偏光板２１のＡ−Ａ断面が示され、図３および４の上側には、ソーラセル偏光板２１のＢ−Ｂ断面が示されている。
【００３４】
図３に示すように、ソーラセル偏光板２１の端部近傍（光電変換層３４の長手方向の端となる部分）に露出部４１−１乃至４１−４が形成され、露出部４１−１乃至４１−４において、部分的に下層配線３３が露出される。上述したように、３本の光電変換層３４を並列に接続するために、露出部４１−１乃至４１−４は、それぞれ３本の光電変換層３４の一端が露出されるように形成される。
【００３５】
また、ソーラセル偏光板２１の一方の端部に、露出部４１−１および４１−３が形成されるとともに、他方の端部に、露出部４１−２および４１−４が形成される。また、露出部４１−１乃至４１−４は、光電変換層３４の長手方向に直交する方向に沿って交互に形成されている。つまり、露出部４１−１に対して露出部４１−２が反対側に形成され、露出部４１−２に対して露出部４１−３が反対側に形成され、露出部４１−３に対して露出部４１−４が反対側に形成されている。
【００３６】
このように露出部４１−１乃至４１−４を形成した後、図４に示すように、配線パッド４２−１乃至４２−５が形成される。配線パッド４２−１乃至４２−５は、露出部４１−１乃至４１−４において露出された３本の下層配線３３と、それらの３本の下層配線３３に隣接する３本の光電変換層３４の上面とが導通するように設けられる。
【００３７】
即ち、ソーラセル偏光板２１の一方の端部における露出部４１−１で配線パッド４２−１に接続される３本の下層配線３３上の光電変換層３４が、ソーラセル偏光板２１の他方の端部において配線パッド４２−２に接続される。また、配線パッド４２−２は、隣接する露出部４１−２で３本の下層配線３３に接続されており、それらの３本の下層配線３３上の光電変換層３４が、ソーラセル偏光板２１の一方の端部において配線パッド４２−３に接続される。このように、ソーラセル偏光板２１の両端において配線パッド４２により、下層配線３３と光電変換層３４とが交互に接続される。
【００３８】
従って、このように直列に配線される両端の配線パッド４２（図４の例では、配線パッド４２−１と配線パッド４２−５）から、ソーラセル偏光板２１に設けられる全ての光電変換層３４において発生する電力を取り出すことができる。そして、例えば、両端の配線パッド４２を、ＡＣＦなどの固着型配線ケーブルを接続して、ケーブルの端末を充電モジュール（図示せず）の陽極および陰極にそれぞれ接続することで、ソーラセル偏光板２１を表示装置１１に容易に実装することができる。また、ソーラセル偏光板２１が使用される表示装置１１の筐体のディプレイフレームに、ソーラセル偏光板２１を容易に収納することができ、表示装置１１の外観が損なわれることを回避することができる。
【００３９】
また、ソーラセル偏光板２１の製作後、ショートやダストによる劣化などから光電変換層３４を保護するために、保護用の樹脂を塗布して、１２０℃ベーキングにより樹脂を硬化させてもよい。なお、ソーラセル偏光板２１の実装ルールや表示装置１１の筐体内での環境などに応じて、この封止工程を適時変更したり、除外したりしてもよい。
【００４０】
ここで、ソーラセル偏光板２１が実装される表示装置１１が必要とする電圧（例えば、4.2Vなど）を満たすように、１本の光電変換層３４が発生する電圧に基づいて、光電変換層３４を直列配線するための本数を求めることができる。また、その直列配線する本数で、ソーラセル偏光板２１に設けられる光電変換層３４の本数を除算して求められる本数が、並列で接続される光電変換層３４の本数となる。そして、１本の光電変換層３４あたりの起電力から、ソーラセル偏光板２１全体の起電力を求めることができる。
【００４１】
次に、図５は、一般的な光電変換効率から求められるソーラセル偏光板２１の最大発生起電力を示す図である。
【００４２】
図５には、例えば、モバイル端末への用途としての3.3インチの大きさの表示装置１１と、テレビジョン受像機への用途としての５７インチの大きさの表示装置１１とについて求められた起電力が示されている。また、3.3インチの表示装置１１に対しては変換効率を１４％として起電力の算出を行い、５７インチの表示装置１１に対しては変換効率を１３％として起電力の算出を行った。
【００４３】
3.3インチの大きさの表示装置１１においては、１本の光電変換層３４が光を吸収する面積は2.35E-4cm２となり、ソーラセル偏光板２１に設けられる全ての光電変換層３４が光を吸収する面積は98.0cm２となる。また、起電力を比較するため、3.3インチの大きさの表示装置１１の表示部の全面を光電変換材料で被覆した場合、その表示部の全面（ソーラセル偏光板２１に対応する面積）が光を吸収する面積は４１cm２となる。ここで、ソーラセル偏光板２１に設けられる全ての光電変換層３４が光を吸収する面積が、表示装置１１の表示部の全面積よりも広いのは、光電変換層３４が、その上面だけでなく側面においても光を吸収することができるためである。
【００４４】
このような表示装置１１において、一般的なソーラパネルの評価に用いられるＡＭ１（100mW/cm２）を光源とした場合、１本の光電変換層３４の起電力は3.29E-3mWとなり、ソーラセル偏光板２１に設けられる全ての光電変換層３４の起電力は1372mWとなる。また、表示装置１１の表示部の全面を光電変換材料で被覆した例では、その起電力は573mWとなる。また、モバイル端末で使用されるバックライト（最高輝度時：4.50mW/cm２）を光源とした場合、１本の光電変換層３４の起電力は1.47E-4mWとなり、ソーラセル偏光板２１に設けられる全ての光電変換層３４の起電力は61.7mWとなる。また、表示装置１１の表示部の全面を光電変換材料で被覆した例では、その起電力は25.8mWとなる。
【００４５】
このように、3.3インチの大きさの表示装置１１にソーラセル偏光板２１を採用した場合、その表示部に照射される太陽光により、1372mWの起電力を得ることができるとともに、バックライト光により、61.7mWの起電力を得ることができる。また、表示装置１１の表示部の全面を光電変換材料で被覆した場合よりも、光電変換層３４の側面においても光が吸収されるため、スリット状に光電変換層３４が設けられたソーラセル偏光板２１の方が、高い起電力を得ることができる。
【００４６】
また、５７インチの大きさの表示装置１１においては、１本の光電変換層３４が光を吸収する面積は9.46E-4cm２となり、ソーラセル偏光板２１に設けられる全ての光電変換層３４が光を吸収する面積は21422cm２となる。また、起電力を比較するため、５７インチの大きさの表示装置１１の表示部の全面を光電変換材料で被覆した場合、その表示部の全面（ソーラセル偏光板２１に対応する面積）が光を吸収する面積は8958cm２となる。
【００４７】
このような表示装置１１において、ＡＭ１（100mW/cm２）を光源とした場合、１本の光電変換層３４の起電力は4.51E-4Wとなり、ソーラセル偏光板２１に設けられる全ての光電変換層３４の起電力は278Wとなる。また、表示装置１１の表示部の全面を光電変換材料で被覆した例では、その起電力は116Wとなる。また、テレビジョン受像機で使用されるバックライト（最高輝度時：2.81mW/cm２）を光源とした場合、１本の光電変換層３４の起電力は1.26E-6Wとなり、ソーラセル偏光板２１に設けられる全ての光電変換層３４の起電力は7.82Wとなる。また、表示装置１１の表示部の全面を光電変換材料で被覆した例では、その起電力は3.27mWとなる。
【００４８】
このように、５７インチの大きさの表示装置１１にソーラセル偏光板２１を採用した場合、その表示部に照射される太陽光により、278Wの起電力を得ることができるとともに、バックライト光により、7.82Wの起電力を得ることができる。また、3.3インチの大きさの表示装置１１と同様に、表示装置１１の表示部の全面を光電変換材料で被覆した場合よりも、スリット状に光電変換層３４が設けられたソーラセル偏光板２１の方が、高い起電力を得ることができる。
【００４９】
また、従来の偏光板は、バックライトからの光を遮蔽するだけであり、その遮蔽されたバックライト光は内部損失となっていたが、ソーラセル偏光板２１を採用して起電力を得ることにより、その損失を低減させることができる。
【００５０】
そして、上述のように3.3インチの表示装置１１は、モバイル端末への用途が期待され、3.3インチの表示装置１１が備えるソーラセル偏光板２１は、モバイル端末が備える電池の充電に使用される。これにより、モバイル端末の駆動時間を延長させることができる。
【００５１】
次に、図６には、3.3インチの表示装置１１により、電池を充電する際の特性を測定した例が示されている。
【００５２】
図６は、横軸が充電に要する時間（秒）を示し、左側の縦軸が電池電圧（Ｖ）を示し、右側の縦軸が電池電流（Ａ）を示している。そして、電圧3.7v、電流700mAhのリチウムイオン電池に対して、太陽光（ＡＭ１（100mW/cm２））により充電したときの充電特性の例と、コンセントを介して供給される商用電源により充電したときの充電特性の例とが示されている。また、ソーラセル偏光板２１の仕様は、光電変換層３４のピッチを115nm（凸部の幅：40nm、凹部の幅：75nm）とし、光電変換層３４の高さを170nmとした。
【００５３】
図６に示すように、ソーラセル偏光板２１を用いて太陽光により充電する場合には、商用電源により充電する場合よりも充電電流が低いため、時間の経過に対する電池電圧が上昇する割合は低く、電池が充電される速度は遅い。しかしながら、ソーラセル偏光板２１を用いて太陽光により充電する場合に要する充電時間（約6000秒）は、商用電源により充電する場合に要する充電時間（約2500秒）の２倍程度となっており、十分に実用の範囲内ということができる。
【００５４】
また、ソーラセル偏光板２１の偏光性能の評価について説明する。
【００５５】
ソーラセル偏光板２１の偏光性能としては、ヨウ素系吸収型偏光板の偏光軸と、ソーラセル偏光板２１の偏光軸とが一致するように、例えば、偏光軸のずれが0.1度以内となるように、透明な粘着剤を用いてソーラセル偏光板２１にヨウ素系吸収型偏光板を張り合わせたものに対する評価を行った。そして、分光光度計を用いて、直線偏光に対する平行ニコルおよび直交ニコル状態での透過光強度を測定し、偏光度（％）および光線透過率（％）を次の式（１）および式（２）により算出した。また、測定波長域は可視光（400〜700nm）とした。
【００５６】
偏光度＝[（Ｉmax−Ｉmin）／（Ｉmax＋Ｉmin）]×１００      ・・・（１）
光線透過率＝[（Ｉmax＋Ｉmin）／２]×１００                ・・・（２）
【００５７】
但し、式（１）および式（２）において、Ｉmaxは、平行ニコル時の透過光強度であり、Ｉminは、直交ニコル時の透過光強度である。このようにして求められるソーラセル偏光板２１の偏光性能は、従来のワイヤグリッド偏光板と同等の偏光性能を備えている。
【００５８】
また、光線追跡シミュレーションにより、ソーラセル偏光板２１の光線透過率を求めることができ、図７には、ソーラセル偏光板２１の光線透過率についての光電変換層３４の寸法ごとの特性が示されている。
【００５９】
図７において、横軸は光電変換層３４（ワイヤグリッド）のピッチと幅（光電変換層３４の幅／スリット部の幅）を示しており、縦軸は光線透過率および光線吸収率（％）を示している。また、図７には、光電変換層３４を備えたソーラセル偏光板２１（CIGSワイヤグリッド）の光線透過率および光線吸収率と、アルミニウム製のワイヤグリッドを備えた偏光板（Alワイヤグリッド）の光線透過率とが示されている。
【００６０】
図７に示すように、ソーラセル偏光板２１の光線透過率は、アルミニウム製のワイヤグリッドを備えた偏光板の光線透過率の半分程度であるが、ソーラセル偏光板２１の光線透過率は、ヨウ素系偏光板の光線透過率と同程度であり、十分に実用的である。また、ソーラセル偏光板２１の光線吸収率は、５０〜６０％であることが分かる。
【００６１】
次に、図８は、ソーラセル偏光板２１の製造方法について説明するフローチャートである。
【００６２】
ステップＳ１１において、格子状フィルム３１を作製する処理が行われる。格子状フィルム３１は、微細凹凸格子の作成工程、ニッケルスタンパの作製工程、および微細凹凸格子の転写工程を経て作製される。
【００６３】
微細凹凸格子の作成工程では、ガラス上にフォトレジストが塗布された基板に、電子線ビーム描画法を使用して、断面形状が略台形である凸部が縞状に形成される。これにより、微細凹凸格子のレジストパタンが形成される。
【００６４】
ニッケルスタンパの作製工程では、微細凹凸格子が形成されたレジストパタンの表面に、スパッタリングにより厚さ30 nmの金が被覆されることにより導電化処理が施される。その後、ニッケルを電気メッキすることにより厚さ0.3mmの微細凹凸格子を有するニッケルスタンパが作製される。
【００６５】
微細凹凸格子の転写工程では、厚さ0.1mmのPETフィルムに紫外線硬化性樹脂が0.03mmの厚みで塗布され、その塗布面を下側に向けたPETフィルムが、微細凹凸格子が形成された面を上側に向けたニッケルスタンパに載置される。このとき、PETフィルムとニッケルスタンパとの接触面に、それぞれの端部から空気が挿入されないように作業が行われる。その後、中心波長365nmの紫外線ランプを用いて、PETフィルム側から紫外線が1000mJ/cm２で照射される。これにより、PETフィルムに塗布された紫外線硬化性樹脂が硬化し、ニッケルスタンパの微細凹凸格子が転写された格子状フィルム３１が作製される。
【００６６】
ステップＳ１２において、ステップＳ１１で作製された格子状フィルム３１に、誘電体層３２−１を形成する処理が行われる。
【００６７】
誘電体層３２−１は、例えば、Arガス圧力が0.67Paとなり、スパッタリングパワーが４W/cm２となり、被覆速度が0.22nm/sとなるような条件でＳｉＯ２をスパッタリングすることで、格子状フィルム３１の表面に成膜される。このとき、誘電体層３２−１の厚みを比較するための比較用サンプルとして、表面が平滑なガラス基板が格子状フィルム３１と同時にスパッタリングされ、そのガラス基板に成膜される誘電体層の厚みが５nmとなるように処理が行われる。
【００６８】
ステップＳ１３において、ステップＳ１２で形成された誘電体層３２−１の凹部に下層配線３３を形成する処理が行われる。
【００６９】
下層配線３３は、例えば、真空度が2.5×10-3Paとなり、蒸着速度が１nmとなり、基板温度が常温となるような条件で、チタン／金の蒸着を行うことで形成される。このとき、平滑な基板上でのチタン／金の厚みがそれぞれ１０／２０nmとなるように処理が行われる。これにより、格子状フィルム３１上面の誘電体層３２−１全面にチタン／金からなる層が形成される。その後、室温下のSO-1（バッファ弗酸水溶液）中で超音波を付加しつつ３０秒間の処理時間でエッチングが行われる。そして、エッチングの直後、水洗いすることにより、格子状フィルム３１の凸部の上面に形成されたチタンの層が除去（リフトオフエッチング）され、乾燥させる処理が行われる。これにより、格子状フィルム３１の凹部に下層配線３３が形成される。
【００７０】
ステップＳ１４において、光電変換層３４を形成する処理が行われる。
【００７１】
光電変換層３４を形成する処理では、まず、電子ビーム真空蒸着法により、被覆速度が0.1nm/sとなる条件で、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａの各材料を各々積層することで、ＣＩＧＳ系の光電変換材料からなる厚さ９０nmのＰ型のＣＩＧＳ層３５が形成される。次に、バッファとしてＺｎＳ層３６を厚さ１０nmで積層し、次いで、Ｎ型のＺｎＯ層３７を厚さ２０nmで積層する処理が行われる。なお、ＺｎＯ層３７を形成する際のドーピング調整は、導入する酸素のマスフローをコントロールすることにより行われ、酸素量を減らすことでＮ型のＺｎＯ層３７が形成される。これにより、ＣＩＧＳ層３５、ＺｎＳ層３６、およびＺｎＯ層３７からなる光電変換層３４が形成され、その後、キャップ層としてＳｉＯ２からなる誘電体層３２−２を厚さ１０ｎｍで積層する。
【００７２】
ステップＳ１５において、不要な光電変換材料をリフトオフする処理が行われる。
【００７３】
不要な光電変換材料をリフトオフする処理では、例えば、室温下の０．１重量％水酸化ナトリウム水溶液中で、処理時間を３０秒〜１２０秒の間において１０秒間隔で変えながら洗浄（エッチング）が行われる。その後、水洗いを行ってエッチングを停止させ、ソーラセル偏光板２１を乾燥させる。これにより、不要な光電変換層３４および誘電体層３２−２が除去される。
【００７４】
ステップＳ１６において、配線パッド４２−１乃至４２−５を形成する処理が行われる。
【００７５】
配線パッド４２−１乃至４２−５を形成する処理では、まず、図３に示したような露出部４１−１乃至４１−４が、300μｍ程度のエッチングにより形成される。露出部４１−１乃至４１−４を形成するには、ソーラセル偏光板２１の誘電体層３２全面にレジストマスクを塗布した後にフォトリソグラフィによって、露出部４１−１乃至４１−４に対応するように開口したマスクを作製する。そして、酸系ウエットエッチングにより下層配線３３が露出されるように誘電体層３２および光電変換層３４を除去する処理が行われ、その後、レジストを除去して、水洗および乾燥させる処理が行われる。
【００７６】
これにより、ソーラセル偏光板２１は、図３に示すような状態（下層配線３３の一部を露出させた状態）となり、次に、図４に示す配線パッド４２−１乃至４２−５が形成される。
【００７７】
例えば、配線パッド４２−１乃至４２−５を形成するには、上述の水洗および乾燥させる処理が行われた後、配線パッド４２−１乃至４２−５に対応するように開口したレジストマスクを作製する。即ち、配線パッド４２−１乃至４２−５それぞれの下層配線３３と、隣り合う誘電体層３２とを導通させるように開口したマスクが作製される。その後、スパッタリング法を用いて、Ｔｉ／Ｃｕ（10nm/200nm）の金属層が厚さ210nmとなるように成膜形成し、レジストを除去することにより、マスクの開口部以外の金属層をリフトオフする処理が行われる。これにより、配線パッド４２−１乃至４２−５が形成される。
【００７８】
以上のような処理により、図２を参照して説明した断面構造で、図４を参照して説明したように配線されたソーラセル偏光板２１を製造することができる。即ち、バックライトユニット１２から照射される光を偏光する機能と、太陽光およびバックライト光により発電する機能とを兼ね備えたソーラセル偏光板２１を得ることができる。このようなソーラセル偏光板２１を表示装置１１に採用することで、表示装置１１の表示に必要な光の損失を回避して、その光を確実に透過させることができ、かつ、バックライトユニット１２側の内部の迷光、および、液晶パネル１３に照射する外光からの給電を行うことができる。
【００７９】
また、従来、ワイヤグリッド偏光板は、ヨウ素系偏光板では実現しなかった透過率と反射率を実現することができるが、コストの面で採算が合わないため採用されることが少なかった。これに対し、ソーラセル偏光板２１は、発電機能が付加されているため、従来のワイヤグリッド偏光板よりも表示装置１１への採用を促すことができる。また、ソーラセル偏光板２１は、従来のワイヤグリッド偏光板と同様に、高偏光度であり、かつ、高光透過率である。
【００８０】
また、ソーラセル偏光板２１では、所定本数の光電変換層３４を並列に接続するとともに、そのように並列に接続された所定本数の光電変換層３４を直列に接続するように配線することができるため、その本数を、実装される装置に合わせて適切に設計することで、各装置の規定電圧を得ることができる。また、ソーラセル偏光板２１が実装される装置の内蔵電池と組み合わせて、ソーラセル偏光板２１により充電を行うことで、外部からの電力の供給を受けることなく装置を駆動させることができる。
【００８１】
また、ソーラセル偏光板２１の両端に設けられる配線パッド４２から電力を取り出すことができるように配線が行われているため、表示装置１１に容易に実装することができるとともに、その外観を損なうこともない。
【００８２】
さらに、ソーラセル偏光板２１は、特許文献１で開示されていた透過型液晶表示装置のように、ＴＦＴ層の配線パターンと太陽電池のパターンとを一致させるような高精度なアライメントは必要とならない。そのため、ソーラセル偏光板２１は、表示装置１１に容易に実装および配置することができ、より実用的である。
【００８３】
なお、本実施の形態では、格子状フィルム３１に形成された全ての凹部に、下層配線３３および光電変換層３４が設けられているが、下層配線３３および光電変換層３４は、全ての凹部に設ける必要はなく、例えば、凹部の数箇所おきに、下層配線３３および光電変換層３４が設けられるようにしてもよい。これにより、下層配線３３および光電変換層３４の材料を節約するだけでなく、下層配線３３および光電変換層３４を直列に接続した際の両端の配線パッド４２間の電気抵抗を低減させることができる。また、この場合、下層配線３３および光電変換層３４が設けられない凹部には、例えば、アルミニウムなどからなるワイヤグリッドが設けられる。
【００８４】
また、光電変換層３４を構成する材料を適宜変更して光電変換効率の向上を図ることができ、例えば、これまでの文献に基づいたデータによれば、CIGS系の材料において最高で約17.4％の変換効率を得ることができる。それにより、より最大発生起電力の大きなソーラセル偏光板２１を作製することができる。
【００８５】
また、表示装置１１において、液晶パネル１３の表面および裏面にソーラセル偏光板２１を設ける必要はなく、表面および裏面の少なくともいずれか一方にソーラセル偏光板２１を採用し、他方は、通常のワイヤグリッド偏光板またはヨウ素系偏光板としてもよい。
【００８６】
なお、本実施の形態において、電子ビーム真空蒸着法により光電変換層３４を形成すると説明したが、以下に、低温でＣＩＧＳを合金化させる技術について説明する。
【００８７】
まず、下層配線３３上に厚さ２５nmのＣｕ層を堆積させた後、厚さ５５nmのＩｎ膜および厚さ１０nmのＧａ層を堆積させる。そして、Ｃｕ層、Ｉｎ膜、およびＧａ層を重ねた層を、１５０℃の温度で６００秒間のアニール（焼きなまし）を行うことで、Ｃｕ、ＩｎおよびＧａ間の合金化を促進する。その後、この合金層を、セレン化水素ガスまたはセレン蒸気中でセレン化して、Ｃｕ0.8 Ｉｎ0.8 Ｇａ0.2 Ｓｅ1.9 化合物を形成する。なお、セレン化は、合金層上にＳｅを堆積させ、この重ねた層を加熱し、Ｓｅ含有気体または液体雰囲気などの中で基材を５分間から６０分間の範囲内の時間で加熱することにより行われる。
【００８８】
ここで、堆積させる層のＩＢ／ＩＩＩＡ族モル比Ｃｕ／Ｉｎ、Ｃｕ／Ｇａ、Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）を慎重に選択することにより、プロセスの混合／合金化工程の間における液相の偏析を最小化することができる。
【００８９】
この原理については、Ｃｕ−Ｉｎについての二元系状態図、および、Ｃｕ−Ｇａについての二元系状態図を参照し、特表２００９−５１５３４３で説明されている。なお、Ｃｕ−Ｉｎについての二元系状態図は、非特許文献「Ｐ．Ｒ．Ｓｕｂｒａｍａｎｉａｎａｎｄ Ｄ．Ｅ．Ｌａｇｈｌｉｎ、Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｏｆ Ａｌｌｏｙ Ｐｈａｓｅ Ｄｉａｇｒａｍｓ、第１０巻、第５号、第５５４頁、１９８９年」に開示されており、Ｃｕ−Ｇａについての二元系状態図は、非特許文献「Ｍ．Ｈａｎｓｅｎ、Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｎａｒｙ Ａｌｌｏｙｓ、Ｍｃ．Ｇｒａｗ Ｈｉｌｌ、１９５８年、第５８３頁」に開示されている。
【００９０】
Ｃｕ−Ｉｎについての二元系状態図に示されているように、Ｃｕ11 Ｉｎ9 の安定な合金相の位置を含んでいる。即ち、１１／９（１．２２）未満のＣｕ／Ｉｎ比を有している膜を約１５６℃よりも高く加熱すると、Ｉｎリッチ溶液の液相が、Ｃｕ11 Ｉｎ9 のＣｕリッチ層及び／又は約３０〜３７％のＩｎを有するＣｕリッチのＣｕ−Ｉｎ合金から偏析する。従って、Ｃｕ−Ｉｎについての二元系状態図において、Ｃｕ／Ｉｎ比が１．２２以上であり、かつ、約１．７未満の領域（以下、適宜、領域Ａと称する）が存在し、温度が１５６〜３１０℃の範囲内にある場合、Ｃｕ11 Ｉｎ9 の固相及び約３７％に対応する固相のみが、平衡状態のもと、約５５０℃の温度まで存在することが分かる。即ち、Ｃｕ／Ｉｎ比が約１．７を超えると、Ｃｕリッチの固相のみが、平衡状態のもと約５５０℃の温度まで存在する。
【００９１】
同様に、Ｃｕ−Ｇａについての二元系状態図に示されているように、２を超えるＧａ／Ｃｕ比を有している組成は、約３０℃よりも高く加熱した場合にＧａリッチの液相を与える。そして、Ｃｕ−Ｇａについての二元系状態図において、Ｇａが約４０〜６７％であり、温度が２５４℃までの領域（以下、適宜、領域Ｂと称する）では、固相のみである。即ち、約４０％未満のＧａ含量については、５５０℃を超える高温でさえ固相のみが存在する。
【００９２】
従って、Ｃｕ−Ｉｎについての二元系状態図の領域Ａ内で１．２２を超えるようにより多くのＣｕ（或いは、より少ないＩｎ）を堆積させた合金化層は、Ｃｕ11 Ｉｎ9 の固相に加えて、Ｃｕ−Ｉｎについての二元系状態図においてＩｎ含量が３７％以下であり、領域Ａの左側の他の固相も含む。この場合、より多くのＩｎを堆積させて、合金化層のより高いＣｕ／Ｉｎ比を補償する必要がある。なお、合金化層におけるＣｕ／Ｉｎ比は、約３７％未満のＩｎ（領域Ａの左側）に対応してＣｕ及びＩｎ層の厚さを選択することによって更に高めてもよい。
【００９３】
また、一般的な高温処理によりＣＩＧＳ層３５を形成する処理について説明する。
【００９４】
まず、基板温度が３５０℃となり、Ｓｅの圧力が2.66×10−３Pa（２×10−５Torr）となり、Ｉｎの圧力が1.064×10−４Pa（８×10−７Torr）となり、Ｇａの圧力が3.99×10−５Pa（３×10−７Torr）となる条件で、それぞれの圧力を電離真空計により制御しながら、下層配線３３上にＩｎ、Ｇａ、Ｓｅを堆積する。その後、基板温度を600℃に上げ、Ｓｅの圧力が2.66×10−３Pa（２×10−５Torr）となり、Ｃｕの圧力が3.99×10−５Pa（３×10−７Torr）となる条件で、Ｓｅ、Ｃｕを堆積し、さらに、基板温度を600℃に保ったままＩｎ、Ｇａ、およびＳｅを堆積する。これにより、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２層が形成される。
【００９５】
次に、化学浴析出法によって、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の上にＣｄＳ層を形成し、これによってｐｎ接合が完成し、その後、スパッタリング法によってＺｎＯ層と、ＩＴＯ層を順次形成する。この構造でＡｉｒ Ｍａｓｓ特性を測定すると短絡電流密度が32.3mA/4cm２となり、開放端電圧が0.610Ｖとなり、曲線因子（Fill Factor）が0.750となり、変換効率が14.8％となる太陽電池が得られる。
【００９６】
また、ＺｎＯ膜の形成方法は、200℃以下の低圧熱ＣＶＤ法（あるいはＭＯＣＶＤ法とも呼ばれる）により、低温で凹凸を有する薄膜が形成される。このような低圧熱ＣＶＤ法により、常圧熱ＣＶＤに比べて、200℃以下の低温プロセスのため、低コスト化を図ることができる。また、低圧熱ＣＶＤ法は、スパッタ法に比べて１桁以上速い製膜速度にて製膜が可能であるとともに、原料の利用効率が高いことから、製造コストの面でも好ましい。
【００９７】
また、光電変換層３４の構造としては、裏面電極層、CISまたはCIGSのｐ型半導体の光吸収層、Ｚｎ１−ｘ Ｍｇｘ Ｏ（０＜ｘ＜１、略称ＺＭＯ）のｎ型窓層、ドーピング不純物を含むＺＭＯの透明電極層を順次積層した構造を採用することができる。透明電極層はドーピング元素としてＡｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれかを含むことが必須である。また、例えば、窓層と透明電極層を一般的なＺｎＯに代えて、ＺＭＯを用いることによって、光吸収層／窓層の界面、および窓層／透明電極層の界面それぞれの伝導帯のバンド不連続が小さくなり、光電変換層３４の特性を改善させることができる。Ｍｇ濃度の好ましい範囲は０．０５以上０．３５以下、ＺＭＯの窓層の抵抗率は１×１０１２ Ω・ｃｍ以下、好ましくは１×１０１１ Ω・ｃｍ以下である。ＺＭＯの透明電極層のシート抵抗は６０Ω／Ｓｑである。
【００９８】
このように、CIGS系の光電変換材料を光電変換層３４に用いることで、容易なスパッタリング法により光電変換層３４を形成することができるとともに、比較的に結晶欠陥に対して強い光電変換層３４を形成することができる。
【００９９】
なお、本実施の形態では、光電変換層３４としてCIGS系の光電変換材料を使用しているが、光電変換効率の高い光電変換材料の開発および実装技術の進化に伴って、CIGS系の光電変換材料以外の材料を採用することができる。例えば、光電変換材料として、シリコン系タンデム構造や、色素増感太陽電池などを採用することができる。
【０１００】
ここで、光電変換材料としてシリコン系タンデム構造（アモリファスＳｉ/マイクロクリスタルＳｉの二層タンデム構造）を採用する場合における光電変換層３４の作製方法について説明する。
【０１０１】
例えば、下層配線３３の上に、第１の光電変換層と第２の光電変換層とを積層する。第１の光電変換層はｐ型微結晶シリコン層（厚さ１０ｎｍ）およびのｐ型非晶質シリコンカーバイド層（厚さ１５ｎｍ）からなるＰ導電型層、真性非晶質シリコン層の光電変換層（厚さ３５０ｎｍ）、及びｎ型微結晶シリコン層の逆導電型層からなる。さらにバリアとなる非晶質光電変換層（厚さ１５ｎｍ）の次に第２の光電変換層を形成する。第２の光電変換層はｐ型微結晶シリコン層の一導電型層（厚さ１５ｎｍ）、真性結晶質シリコン層の光電変換層（厚さ１．５μｍ）、及び厚さ１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層の逆導電型層からなる。第１の光電変換層および第２の光電変換層は、順次プラズマＣＶＤ法により形成される。そして、電極層として厚さ９０ｎｍのＡｌドープされたＺｎＯの導電性酸化物層をスパッタ法にて形成することで、シリコン系タンデム構造による光電変換層３４を作製することができる。
【０１０２】
また、光電変換材料として色素増感太陽電池を採用する場合における光電変換層３４の作製方法については、例えば、本願出願人が先に出願した特開２００３−３０３６３０号公報に開示されている。
【０１０３】
さらに、上述したような光電変換材料の他に、光電変換効率が最も高いＧａＩｎＰ系の化合物半導体を用いたＰＩＮ多重量子構造を、光電変換層３４に採用してもよい。このように、ナノインプリント技術を使用することであらゆる光電変換材料を使用することが可能である。
【０１０４】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１１  表示装置，  １２  バックライトユニット，  １３  液晶パネル，  ２１−１および２１−２  ソーラセル偏光板，  ２２  ガラス基板，  ２３  ＴＦＴ層，  ２４  液晶層，  ２５  保護膜，  ２６  カラーフィルタ，  ２７  ガラス基板，  ３１  格子状フィルム，  ３２−１および３２−２  誘電体層，  ３３  下層配線，  ３４  光電変換層，  ３５  ＣＩＧＳ層，  ３６  ＺｎＳ層，  ３７  ＺｎＯ層，  ４１−１乃至４１−４  露出部，  ４２−１乃至４２−５  配線パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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