【手続補正書】
【提出日】平成24年3月26日(2012.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】光発電偏光素子、その製造方法及びそれを用いた液晶ディスプレイ
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は光発電偏光素子、その製造方法及びそれを用いた液晶ディスプレイに関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
例えば液晶ディスプレイにおけるエネルギー消費について説明する。液晶ディスプレイは、液晶層を２枚の偏光板で挟んだ構成を有する液晶パネルを含む。液晶ディスプレイは、光源であるバックライトから出た光のうち、当該２枚の偏光板を透過する光の量を制御することで画像の表示を行う。この様な液晶ディスプレイが白色を表示している場合において、バックライトから射出された光のうち液晶パネルを透過している光の割合は５％程度である。この場合、バックライトから射出された光を最も多く吸収しているのは、バックライト側にある偏光板である。このバックライト側の偏光板は、バックライトから射出された光のうち、およそ５５％〜６０％の光を吸収している。吸収された光のエネルギーの多くは、熱として消費されている。また、液晶ディスプレイ全体の消費電力のうち、大半はバックライトで消費されており、画面サイズが大きくなるほどこの傾向は強い。以上の様な状況を鑑みると、エネルギー損失の少ない偏光板が望まれる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
前記の通り、エネルギー損失の少ない偏光板が望まれている。前記特許文献１に開示されている様な色素増感型太陽電池において色素分子は、特定の配向方向を与えられておらず、光に対して等方的である。そこで、色素分子として特定の配向性を与えた二色性分子を用いることで、色素増感型太陽電池を偏光素子としても機能させることが課題である。そして、このような素子は、エネルギー損失の少ない偏光素子となることが期待される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
そこで本発明は、エネルギー損失の少ない偏光素子である光発電偏光素子、その製造方法及びそれを用いた液晶ディスプレイを提供することを目的とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記目的を果たすため、本発明の光発電偏光素子の一態様は、第１の透明基板上に形成されている第１の透明電極と、前記第１の透明電極上に形成されている電子捕集剤と、前記電子捕集剤上に配された一方向に配向している二色性色素と、一定の厚みを有した空間を形成して前記電子捕集剤を挟んで前記第１の透明電極と対峙する、第２の透明基板上に形成されている第２の透明電極と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の前記空間に配された電子供給剤と、を具備し、励起状態の前記二色性色素のエネルギー準位は前記電子捕集剤のエネルギー準位より高く、基底状態の前記二色性色素のエネルギー準位は前記電子供給剤のエネルギー準位より低い、ことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明の光発電偏光素子の製造方法の一態様は、第１の透明基板の表面に形成した第１の透明電極上に高分子化合物薄膜を形成する工程と、前記高分子化合物薄膜に配向処理を施す工程と、前記配向処理が施された高分子化合物薄膜に金属を含む界面活性剤水溶液を、前記配向処理を施した前記高分子化合物薄膜上に塗布する工程と、前記界面活性剤水溶液を塗布した前記第１の透明基板を焼成することで、前記第１の透明電極上に前記金属により構成される一方向に配向したチューブ形状の細孔を有する細孔膜を形成すると共に前記界面活性剤を除去する工程と、前記チューブ形状の細孔内に二色性色素を前記一方向に配向させて導入する工程と、前記チューブ状細孔内に二色性色素を導入した第１の透明電極と第２の透明電極を形成した第２の透明基板とを、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対峙し一定間隔の間隙を有する状態で貼り合せる工程と、前記間隙に電子供給剤を封入する工程と、を含むことを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明の液晶ディスプレイの一態様は、前記光発電偏光素子を偏光板として用い、液晶セルと組み合わせた液晶ディスプレイにおいて、前記光発電偏光素子が発電した電力は当該液晶ディスプレイの動作に用いられることを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明によれば、色素として特定方向に配向する二色性色素を用いることで、偏光素子と光発電素子との機能を兼ね備えることができ、エネルギー損失の少ない光発電偏光素子、その製造方法及びそれを用いた液晶ディスプレイを提供できる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る光発電偏光素子の構造の一例の概略を図１及び図２に示す。これらの図に示す様に、第１の透明基板１には、第１の透明導電膜２が形成されている。ここで、第１の透明基板１は、例えばガラス或いは耐熱性樹脂を含みうる。第１の透明導電膜２は、例えば酸化インジウム錫（ＩＴＯ）或いは酸化錫（ＳｎＯ２）を含みうる。第１の透明導電膜２の表面には、例えばポリイミド等の高分子薄膜からなる配向膜３が形成されている。そして、配向膜３上には、一方向に配向しているチューブ状の細孔を有する細孔膜４が形成されている。ここで、細孔膜４の材料としては酸化物半導体を用いることが望ましい。特に酸化物半導体の中でも、色素増感太陽電池に用いられる酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化インジウム及びその複合体等を用いることができる。特に色素増感太陽電池の材料として優れる酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いることが望ましい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
第２の透明基板６が、第１の透明基板１と対向して微小な間隙を保つように、シール部７が互いに接着されている。第２の透明基板６の第１の透明基板１と対向する面には、第２の透明導電膜８が形成されている。ここで、第２の透明基板６は、例えばガラス或いは耐熱性樹脂を含みうる。第２の透明導電膜８は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）或いは酸化錫（ＳｎＯ２）を含みうる。シール部７で囲まれた第１の透明基板１と第２の透明基板６との間隙には、電解質９が封入されている。電解質９の溶媒としては、例えばアセトニトリル、メトキシアセトニトリル、炭酸エチレン等を用いることができる。電解質９の溶質としては、例えば１，２−ジメチル−３−ｎ−プロピルイミダゾリウムアイオダイド（ＤＭＰＩｍＩ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、ヨウ素（Ｉ２）、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン（ＴＢＰ）等を用いることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
次に、本実施形態に係る光発電偏光素子の発電原理を図３を参照して説明する。まず、本光発電偏光素子に光が入射すると、その光は二色性色素５に吸収される。二色性色素５に吸収された光は二色性色素５を励起する（図３中の点線矢印）。ここで励起された二色性色素５の電子は、例えばワイドギャップ半導体である酸化チタン等で構成される細孔膜４に受け渡される。細孔膜４が受け取った電子は、第１の透明導電膜２に移動する。一方、電子を失った二色性色素５は、第２の透明導電膜８と接している電解質９の例えばＩ−から電子を供給される。３Ｉ−は電子を供給するとＩ３−となる。従って、電解質９の例えばＩ３−は、第２の透明導電膜８から電子を受け取ろうとする。この様に、第１の透明導電膜２と第２の透明導電膜８との間には、電位差が発生する。第１の透明導電膜２と第２の透明導電膜８との間に外部回路が接続されていれば、第１の透明導電膜２に移動した電子は、外部回路を介して第２の透明導電膜８に移動する。そして、この電子は電解質９の例えばＩ３−に移動し、Ｉ３−は３Ｉ−となる。電子を失った二色性色素５は、電解質９の例えばＩ−から電子を供給される。この様に、第１の透明導電膜２と第２の透明導電膜８とに、外部回路を接続することによって、外部回路は光を吸収した本実施形態に係る光発電偏光素子から、電流を取り出すことができる。即ち、本光発電偏光素子は電池として機能する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
次に、円柱状のミセルを形成する界面活性剤と例えば酸化チタン前駆体の水溶液１２とを基板上に塗布する（図４、３段目）。次に前記基板を焼成することによって一方向に配向したチューブ状細孔を有する細孔膜４を得る（図４、４段目）。酸化チタン前駆体としては例えばＴｉＯＳＯ４を用いれば、メソポーラス酸化チタン薄膜を形成することができる。また、円柱状のミセルを形成する界面活性剤としては、例えばカチオン性界面活性剤であるセチルトリメチルアンモニウムクロライドや非イオン性界面活性剤であるポリオキシエチレン１０ラウリルエーテルやポリオキシエチレン１０セチルエーテル等を用いることができる。尚、焼成により、界面活性剤は除去される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
尚、前記説明では電解質９は液体であるとして説明をした。しかしながら、電解質９の液漏れの恐れを排除するため、電解質９の代わりに可視光を透過するワイドギャップのＰ型半導体を、二色性色素５を吸着させた細孔膜４の上に形成し、その上に第２の透明導電膜８を形成した第２の基板６を接着しても良い。或いは第２の透明導電膜８を形成した第２の基板６上に可視光を透過するワイドギャップのＰ型半導体を形成し、それを二色性色素５を吸着させた細孔膜４の上に貼り合せても良い。電解質９は、二色性色素５が光励起によって失った電子を補充する役割を有している。これは二色性色素５の励起のため発生したホールを対向電極へ輸送するのと同等である。従って、可視光を透過するワイドギャップのＰ型半導体は、電解質９と同じ役割を担うことができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
従来の偏光板は、無偏光の光源から入射した光のうち直線偏光を透過させるため、入射した光の多くを熱エネルギーとして消費していた。これに対して本実施形態に係る光発電偏光素子は、これまで熱エネルギーとして消費され無駄になっていたエネルギーを電気エネルギーとして取り出す電池として機能し、かつ、直線偏光を透過させる偏光板として機能する。従って、エネルギー損失が少ない偏光板ということができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
次に本実施形態に係る光発電偏光素子を利用した、液晶ディスプレイについて図５を参照して説明する。本液晶ディスプレイにおいては、図５にその構造例の概略を示す様に、当該光発電偏光素子２０をバックライト側の偏光板として用いている。その他の構成は、一般的な液晶ディスプレイと同様である。即ち、本液晶ディスプレイは、光源としてのバックライト３１と、本実施形態に係る光発電偏光素子２０と、ＴＦＴ基板３２と、液晶層３３と、ＣＦ基板３４と、偏光板３５と、がこの順に積層された構造を有する。ＴＦＴ基板３２は、画素電極及びその駆動を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有する。液晶層３３は、光発電偏光素子２０を透過した偏光の振動方向を回転させる。ＣＦ基板３４は、対向電極としての透明電極と画像表示のカラー化のためのカラーフィルタ（ＣＦ）が形成されている。また、光発電偏光素子２０は、変圧回路３６に接続されている。変圧回路３６は、装置電源３７に接続されている。装置電源３７は、本液晶ディスプレイの動作のための電力を供給し、バックライト３１や、図示しないＴＦＴ用の駆動ドライバ等に接続している。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板上に形成されている第１の透明電極と、
前記第１の透明電極上に形成されている電子捕集剤と、
前記電子捕集剤上に配された一方向に配向している二色性色素と、
一定の厚みを有した空間を形成して前記電子捕集剤を挟んで前記第１の透明電極と対峙する、第２の透明基板上に形成されている第２の透明電極と、
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の前記空間に配された電子供給剤と、
を具備し、
励起状態の前記二色性色素のエネルギー準位は前記電子捕集剤のエネルギー準位より高く、基底状態の前記二色性色素のエネルギー準位は前記電子供給剤のエネルギー準位より低い、
ことを特徴とする光発電偏光素子。
【請求項２】
前記電子捕集剤は前記一方向に配向したチューブ形状の細孔を有する細孔膜形状であり、  前記二色性色素は前記細孔膜により前記チューブ形状の細孔内に、前記一方向に配向させられていることを特徴とする請求項１に記載の光発電偏光素子。
【請求項３】
前記電子捕集剤はメソポーラス酸化チタンであることを特徴とする請求項１及び請求項２のうち何れか１項に記載の光発電偏光素子。
【請求項４】
前記二色性色素はアゾ系色素であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の光発電偏光素子。
【請求項５】
前記電子供給剤はヨウ素溶液であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の光発電偏光素子。
【請求項６】
第１の透明基板の表面に形成した第１の透明電極上に高分子化合物薄膜を形成する工程と、
前記高分子化合物薄膜に配向処理を施す工程と、
前記配向処理が施された高分子化合物薄膜に金属を含む界面活性剤水溶液を、前記配向処理を施した前記高分子化合物薄膜上に塗布する工程と、
前記界面活性剤水溶液を塗布した前記第１の透明基板を焼成することで、前記第１の透明電極上に前記金属により構成される一方向に配向したチューブ形状の細孔を有する細孔膜を形成すると共に前記界面活性剤を除去する工程と、
前記チューブ形状の細孔内に二色性色素を前記一方向に配向させて導入する工程と、
前記チューブ状細孔内に二色性色素を導入した第１の透明電極と第２の透明電極を形成した第２の透明基板とを、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対峙し一定間隔の間隙を有する状態で貼り合せる工程と、
前記間隙に電子供給剤を封入する工程と、
を含むことを特徴とする光発電偏光素子の製造方法。
【請求項７】
前記高分子化合物薄膜はポリイミド高分子薄膜であることを特徴とする請求項６に記載の光発電偏光素子の製造方法。
【請求項８】
前記金属は酸化チタンであることを特徴とする請求項６及び請求項７のうち何れか１項に記載の光発電偏光素子の製造方法。
【請求項９】
前記二色性色素はアゾ系色素であることを特徴とする請求項６乃至請求項８のうち何れか１項に記載の光発電偏光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記電子供給剤はヨウ素溶液であることを特徴とする請求項６乃至請求項９のうち何れか１項に記載の光発電偏光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載の前記光発電偏光素子を偏光板として用い、液晶セルと組み合わせた液晶ディスプレイにおいて、前記光発電偏光素子が発電した電力は当該液晶ディスプレイの動作に用いられることを特徴とする液晶ディスプレイ。
【請求項１２】
前記光発電偏光素子は、バックライト側の偏光板として用いられ、変圧回路を経て前記液晶ディスプレイの電源に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の液晶ディスプレイ。