JP2011164269A - 表示装置および表示装置に用いられる偏光層 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示装置のコントラスト比を向上させる。
【解決手段】 第１の基板３と、第２の基板４と、を有し、前記第２の基板４に対して前記第１の基板３が配置された側とは反対側の面に偏光層７が直接形成されており、前記偏光層７は、偏光子膜９と、前記第２の基板４から見て前記偏光子膜９の上に積層された保護膜１０ａとを有し、前記偏光子膜９は、配向させたリオトロピック液晶材料でなり、前記保護膜１０ａは、屈折率が前記偏光子膜９の透過軸方向の屈折率よりも小さい材料でなり、かつ、前記偏光子膜９よりも薄い表示装置。

【選択図】 図５

Description

本発明は、表示装置および表示装置に用いられる偏光層に関するものである。

表示装置は、情報を視覚的に人間に伝えるデバイスであり、高度な情報社会となった現代では、人間、社会にとって重要な存在となっている。特に、液晶表示装置（LCD）は、近年、性能が著しく向上しており、携帯電話からパーソナルコンピューター、さらには大画面テレビ等の表示装置として採用されている。

液晶表示装置の多くは、一対の基板の間に液晶層を設けた液晶表示パネルと、バックライトユニットとを有し、バックライトユニットからの面状光線を液晶表示パネルで変調することにより、映像や画像などの情報を視覚的に人間に伝える。このようなバックライトユニットを有する液晶表示装置の液晶表示パネルは、液晶層を挟んで配置される一対の偏光層を有する。従来の液晶表示パネルでは、偏光層としてフィルム状の偏光板（以下、フィルム偏光板と呼ぶ。）を用いることが多く、一対の基板および液晶層を挟んで配置される。また、このフィルム偏光板は、接着材（粘着材を含む。）を用いて基板に貼り付けている。

ところで、フィルム偏光板は、たとえば、光の透過量を制御する偏光層を一対の保護フィルムで挟んだ構成になっている。また、フィルム偏光板は、上記のように、接着材を用いて基板に貼り付ける必要がある。そのため、フィルム偏光板を貼り付ける液晶表示パネルの製造方法は、工程数が多く、たとえば、製造コストの低減に不利である。

したがって、近年の液晶表示パネルの製造方法では、たとえば、液晶層を挟む前記基板の表面に偏光子膜（偏光子層）を直接形成する方法が提案されている。前記基板の表面に偏光子膜を直接形成するときに使用する材料や形成方法は、たとえば、特許文献１などに記載されている。

また、本明細書で参照する先行技術文献は、下記の通りである。

特開2009-132748号公報 特開2009-199075号公報

SID2009, Digest. P-113

ところで、液晶表示パネルに用いられるフィルム偏光板は、屈折率が約1.5であり、透明なガラス基板、ポリエチレンテレフタレート（PET）樹脂などの基板の屈折率と同等である。そのため、フィルム偏光板をガラス基板に貼り付けた液晶表示パネルの場合、フィルム偏光板とガラス基板との界面における光の反射が小さい。

しかしながら、フィルム偏光板の代替として用いる偏光子膜に含まれる色素の面内屈折率は1.6〜1.9であり、ガラス基板やフィルム偏光板の屈折率（1.5）と比べて大きい。そのため、偏光子膜とガラス基板との界面における光の反射は、フィルム偏光板とガラス基板との界面における反射よりも大きくなる。また、空気の屈折率は約1.0であり、偏光子膜と空気との屈折率差は、フィルム偏光板と空気との屈折率差よりも大きい。したがって、偏光子膜と空気との界面における光の反射は、フィルム偏光板と空気との界面における反射よりも大きい。そのため、基板の表面に偏光子膜を直接形成した従来の液晶表示パネルでは、たとえば、偏光子膜の透過率および二色比の低下が大きくなる。その結果、たとえば、液晶表示装置のコントラストが低下し、視認性を低下させてしまう問題が生じる。

また、偏光子膜に入射した光は、ガラス基板と偏光子膜との界面、および偏光子膜と空気層との界面で反射と透過を繰り返し、干渉する。偏光子膜の屈折率は面内で異なることから、偏光子膜における吸収軸方向とその直交方向（透過軸方向）で光の干渉条件が異なる。そのため、偏光子膜の膜厚が変動すると、吸収軸と透過軸の光の干渉条件が異なり、偏光層の透過率はそれぞれ変動する。したがって、偏光子膜の膜厚が変動するとコントラスト比が変化する問題が生じる。またさらに、偏光子膜は色素材料によって吸収が異なることから、偏光子膜を形成するときには、必要な透過率およびコントラスト比が得られる膜厚を選択する必要がある。しかしながら、偏光子膜の膜厚を光の干渉条件に合わせながら、必要な膜厚を選択することは困難である。このようなことから、基板の表面に偏光子膜を直接形成する従来の液晶表示パネルでは、偏光子本来の特性を著しく低下させてしまうと言える。

また、基板の表面に偏光子膜を直接形成する場合、当該偏光子膜は、溶液状態の材料を基板に塗布した後、乾燥させることで形成される。このとき、偏光子膜では、色素分子がπ電子相互作用によって積層し、積層した色素の構造体が形成される。しかしながら、このとき形成される構造体の膜は、基板との結合力およびその構造体同士の相互の結合力が弱いので、偏光子膜は物理的強度が弱い。そのため、偏光子膜をフィルム偏光板の代替として適用する場合には、偏光子膜の上に保護膜を設け、物理的強度を上げる必要がある。

偏光子膜に通常用いられる有機色素等の異方性化合物は、形成時に溶媒として好適に用いられる水に対して通常可溶である。そのため、保護膜の形成時に、溶媒として、水に可溶な材料を用いると、たとえば、その溶媒が偏光子膜に侵入して色素の配向性を乱すという問題がある。このような偏光子膜の配向性の乱れも、透過率および二色比の低下につながり、その結果として、液晶表示装置のコントラストが低下し、視認性を低下させてしまう。以上の議論は、基板の上に１／４波長板を形成し、１／４波長板の上に偏光子膜を設けた表示装置においても成り立つ。

本発明の目的は、たとえば、液晶層を封入する基板に偏光子膜を直接形成した液晶表示パネルを有する液晶表示装置の透過率およびコントラスト比を向上させることが可能な技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概略を説明すれば、以下の通りである。

（１）第１の基板と、第２の基板と、を有し、前記第２の基板に対して前記第１の基板が配置された側とは反対側の面に偏光層が直接形成されており、前記偏光層は、偏光子膜と、前記基板から見て前記偏光子膜の上に積層された保護膜とを有し、前記偏光子膜は、配向させたリオトロピック液晶材料でなり、前記保護膜は、屈折率が前記偏光子膜の透過軸方向の屈折率よりも小さい材料でなり、かつ、前記偏光子膜よりも薄いことを特徴とする表示装置。

（２）前記（１）の表示装置において、前記偏光層は、前記偏光子膜と前記基板との間に介在する下地膜を有し、前記下地膜は、配向性を有し、かつ、配向方向が前記リオトロピック液晶材料の配向方向と概ね平行である表示装置。

（３）第１の基板と、第２の基板と、を有し、前記第２の基板に対して前記第１の基板が配置された側とは反対側の面に偏光層が直接形成されており、前記偏光層は、偏光子膜と、前記基板から見て前記偏光子膜の上に積層された保護膜とを有し、前記偏光子膜は、配向させたリオトロピック液晶材料でなり、前記保護膜は、前記偏光子膜の透過軸と平行な第１の方向の屈折率が前記偏光子膜の透過軸方向の屈折率よりも小さく、かつ、前記偏光子膜の吸収軸方向と平行な第２の方向の屈折率が前記第１の方向の屈折率よりも大きい表示装置。

本発明の表示装置によれば、透過率およびコントラスト比を向上させることができる。

液晶表示装置における主要部の断面構成の一例を示す模式断面図である。 液晶表示パネルにおける画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。 本発明による実施例１の偏光層の断面構成の一例を示す模式断面図である。 実施例１の偏光層における偏光子膜の適切な膜厚を説明するためのグラフ図である。 実施例１の偏光層を適用した液晶表示パネルの断面構成の一例を示す模式断面図である。 第１の基板における画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。 図６のＢ−Ｂ’線の位置における液晶表示パネルの断面構成の一例を示す模式断面図である。 液晶層の配向の変化の様子を説明するための模式平面図である。 偏光層の吸収軸と配向膜の配向方向との関係の一例を示す模式図である。 実施例１の偏光層における偏光子膜の膜厚と相対反射率および相対透過率との関係を示すグラフ図である。 本発明による実施例２の偏光層の断面構成の一例を示す模式断面図である。 実施例２の偏光層における下地膜の適切な膜厚を説明するためのグラフ図である。 実施例２の偏光層を適用した液晶表示パネルの断面構成の一例を示す模式断面図である。 本発明による実施例３の偏光層の概略構成の一例を示す模式分解斜視図である。 異方膜の遅相軸方向の屈折率と相対反射率との関係を示すグラフ図である。 異方膜の遅相軸方向の屈折率と平行透過率および直交透過率との関係を示すグラフ図である。 遅相軸方向の屈折率および進相軸方向の屈折率とコントラスト比との関係を示すグラフ図である。

以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１および図２は、本発明に関わる液晶表示装置における主要部の概略構成の一例を説明するための模式図である。
図１は、液晶表示装置における主要部の断面構成の一例を示す模式断面図である。図２は、液晶表示パネルにおける画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。
なお、図１に示した液晶表示パネル１の断面は、図２に示したＡ−Ａ’線の位置における断面に相当する。

本発明に関わる液晶表示装置は、たとえば、図１に示すように、液晶表示パネル１とバックライトユニット２とを有する。

液晶表示パネル１は、第１の基板３、第２の基板４、液晶層５、第１の偏光層６、および第２の偏光層７を有する。

第１の基板３は、ＴＦＴ基板などと呼ばれている基板であり、第２の基板４は、対向基板またはＣＦ基板などと呼ばれている基板である。第１の基板３および第２の基板４の構成については周知であり、種々の構成が知られている。また、第１の基板３および第２の基板４の構成と、液晶層５として用いる液晶材料との組み合わせについても周知であり、種々の組み合わせが知られている。またさらに、本発明は、第１の偏光層６および第２の偏光層７に関するものであり、第１の基板３および第２の基板４の構成や、液晶層５として用いる液晶材料などは適宜変更可能である。そのため、本明細書では、第１の基板３および第２の基板４の構成や、液晶層５として用いる液晶材料に関する詳細な説明を省略する。

第１の偏光層６および第２の偏光層７は、従来の液晶表示パネルに用いているフィルム偏光板と同等の機能を有する層である。また、本発明の液晶表示装置における第１の偏光層６および第２の偏光層７は、それぞれ、第１の基板３の表面および第２の基板４の表面に直接形成されたものである。このとき、第１の偏光層６は第１の基板３に対して第２の基板４が配置された側とは反対側に配置される。また、第２の偏光層７は第２の基板４に対して第１の基板３が配置された側とは反対側に配置される。この第１の偏光層６および第２の偏光層７に関する説明は、後述する。なお、本明細書における直接形成された偏光層というのは、フィルム偏光板のようにあらかじめ作成された偏光部材を接着材などで基板に貼り付けたものではなく、基板の表面に所定の材料を塗布して形成されたものを意味する。

バックライトユニット２は、蛍光管または発光ダイオードなどの光源が発した光を面状光線に変換して液晶表示パネル１に入射させる照明装置である。本発明の液晶表示装置におけるバックライトユニット２の構成は、適宜変更可能である。そのため、本明細書では、バックライトユニット２の構成に関する詳細な説明を省略する。

本発明に関わる液晶表示装置では、バックライトユニット２から出射した面状光線を、液晶表示パネル１で変調することにより、映像や画像などの情報を視覚的に観察者（人間）に伝える。

このとき、バックライトユニット２から液晶表示パネル１に向けて出射した光８ｗは、まず、第１の偏光層６に入射する。この光８ｗは、通常白色光であり、たとえば、ある方向と平行な直線偏光を主とする光である。そのため、第１の偏光層６の吸収軸方向を、光８ｗの偏光方向と概ね直交するようにしておくと、光８ｗの大部分が第１の偏光層６を透過し、第１の基板３および液晶層５を通過して、第２の基板４に設けられたカラーフィルタに入射する。第２の基板４には、カラーフィルタとして、たとえば、赤色系の光８ｒのみが通過する赤色フィルタＦＲ、緑色系の光８ｇのみが通過する緑色フィルタＦＧ、および青色系の光８ｂのみが通過する青色フィルタＦＢが設けられている。

この第２の基板４に設けられたカラーフィルタを通過した赤色系の光８ｒ、緑色系の光８ｇ、および青色系の光８ｂは、第２の偏光層７に入射する。この第２の偏光層７に入射する光８ｒ，８ｇ，８ｂの偏光状態は、それぞれ、通過した液晶層４の配向状態によって変化する。また、第２の偏光層７に入射した光８ｒ，８ｇ，８ｂの透過量は、これらの光の偏光状態と第２の偏光層７の吸収軸方向との関係によって変化する。

さて、第１の偏光層６を第１の基板３に直接形成し、第２の偏光層７を第２の基板４に直接形成する場合、通常、これらの偏光層の物理的強度を上げるために、偏光子膜の上に保護膜を形成する。しかしながら、第１の基板３や第２の基板４に偏光子膜および保護膜を直接形成する場合、従来の形成方法だと、前述のように、偏光子の特性（透過率や二色比）の低下によりコントラスト比が低下し、液晶表示装置の視認性が低下するなどの問題が生じる。

本発明は、このような問題を解決することを目的としており、保護膜を以下に説明するような構成にすることで、第１の偏光層６および第２の偏光層７の透過率や二色比の低下を抑制し、液晶表示装置のコントラスト比を向上させる。

図３は、本発明による実施例１の偏光層の断面構成の一例を示す模式断面図である。

実施例１では、図１に示した液晶表示パネル１に設けられた第１の偏光層６および第２の偏光層７のうちの第２の偏光層７、すなわちバックライトユニット２から遠いほうの偏光層に着目する。第２の偏光層７は観察者側を向いており、外光が入射する。このとき、第２の偏光層７における外光の反射率が高いと、反射した外光の影響により液晶表示装置の視認性が低下する。そのため、第２の偏光層７は、たとえば、図３に示すように、第２の基板４から見て偏光子膜９の上に、外光の反射を抑制する機能を有する保護膜１０ａを形成することが望ましい。以下、この外光の反射を抑制する機能を有する保護膜１０ａを、反射防止膜と呼ぶ。

第２の基板４は、前述のように、対向基板などと呼ばれる基板であり、たとえば、ガラス基板などの透明な基板の表面のうちの、液晶層５と対向する面に、カラーフィルタなどを有する第２の薄膜積層体が形成されている。このとき、偏光子膜９は、基板の表面のうちの、液晶層５と対向する面とは反対側の面に直接形成される。この偏光子膜９は、たとえば、以下のような方法で形成する。

まず、基板の表面に対して前処理を行う。この前処理は、偏光子膜９が均一に付着するようにするための処理であり、基板表面の洗浄と、濡れ性を向上させるための処理が行われる。

基板表面の洗浄は、基板に付着している汚れを良く溶かす、あるいは良く除去できる溶媒、洗浄剤等を用いる。ただし、基板が樹脂（たとえば、アクリルやポリカーボネート）の場合は、表面を溶解することによる曇りを発生させるような溶媒（たとえば、テトラヒドロフラン、ジオキサン等）よりもメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒が望ましい。また、基板がガラスの場合は、塩基性の溶液（たとえば、水酸化ナトリウム水溶液等）に浸漬して表面を薄くエッチングすることで汚れも一緒に除去することも可能であり、浸漬時に加熱を併用するとエッチングが敏速に進行し好適である。しかしながら、長時間これを行うとエッチングが進行しすぎて表面に曇りを生じることもあるので、注意を要する。

基板表面の濡れ性を向上させるための処理は、塗料が均一に塗布されて膜厚のばらつきが少なくなり、良好な光学特性が得られるようにするために行う。基板表面の濡れ性を向上させる方法としては、たとえば、プラズマ照射装置等の機器による表面改質方法と、酸または塩基溶液等を用いて表面を化学的に改質する方法が挙げられる。

機器による表面改質方法としては、たとえば、酸素プラズマ照射、オゾン雰囲気に放置、UV照射等の方法が挙げられる。いずれも活性な酸素が基板表面に作用し、水酸基やカルボキシル基等を生成する。これらの基は親水性なので、これらの基が生成した表面は濡れ性が向上する。そのため、塗布により均一な厚さの膜を得やすくなる。なお、UV照射はUVによって空気中の酸素が活性な状態に変化し、これが表面を改質するものであるから、酸素プラズマ照射、オゾン雰囲気に放置と類似の効果が得られるものである。これ以外の方法としては、たとえば、アルゴンプラズマを照射する方法が挙げられる。アルゴンプラズマを照射しても濡れ性は向上する。ただし、プラズマ発生装置の高周波電源の出力が同じ場合は、酸素プラズマより照射時間を長めにする必要がある。

また、化学的に改質する方法としては、たとえば、ガラス基板を水酸化ナトリウム水溶液に浸漬する方法が挙げられる。ガラスは、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬すると表面のケイ素−酸素の結合が切断し水酸基を生成するため濡れ性が向上する。また、アクリル板もガラスと同様塩基に浸漬すると濡れ性が向上するが、この原理は表面のエステル基が加水分解し、水酸基、あるいはカルボキシル基が露出することによって親水性が向上するというものである。

上記の前処理が済んだら、次に、基板の表面に偏光子膜９を形成する。この偏光子膜９の形成に用いる材料（以下、偏光子材料と呼ぶ。）は、リオトロピック液晶材料の一種であり、溶媒として好適に用いられる水に対して通常可溶である。また、この偏光子材料には、可視光波長領域に吸収を有する有機色素を使用することができる。可視光波長領域に吸収を有する有機色素の具体例としては、C.I.Direct Yellow 12 、C.I.Direct Yellow 34 、C.I.Direct Yellow 86 、C.I.Direct Yellow 142 、C.I.Direct Yellow 132 、C.I.Acid Yellow 25 、C.I.Direct Orange 39 、C.I.Direct Orange 72 、C.I.Direct Orange 79 、C.I.Acid Orange 28 、C.I.Direct Red 39 、C.I.Direct Red 79 、C.I.Direct Red 81 、C.I.Direct Red 83 、C.I.Direct Red 89 、C.I.Acid Red 37 、C.I.Direct Violet 9 、C.I.Direct Violet 35 、C.I.Direct Violet 48 、C.I.Direct Violet 57 、C.I.Direct Blue 1 、C.I.Direct Blue 67 、C.I.Direct Blue 83 、C.I.Direct Blue 90 、C.I.Direct Green 42 、C.I.Direct Green 51 、C.I.Direct Green 59 等が挙げられる。

なお、これらの有機色素は、１種が単独で含まれていてもよく、２種以上が任意の比率および組み合わせで含まれていてもよい。

偏光子膜９の形成には、たとえば、スリットダイコータ、バーコータ、アプリケータなどを用いるとよく、特に、スリットダイコータを用いることが望ましい。スリットダイコータは、基板とスリットの先端部分の間隔が数十μmであり、偏光子膜９の表面に傷ができにくい。また、スリットダイコータは、溶液状態の偏光子材料を塗布面に供給しつつ、当該材料へ圧力を加えながら塗布方向に引き伸ばすことができる。そのため、偏光子材料を塗布する段階で色素が配向し、その後、乾燥することで偏光子膜９が形成される。この場合、偏光子膜９の透過軸は塗布方向になり、吸収軸は塗布方向と直交する方向になる。

上記の手順で偏光子膜９を形成したら、次に、偏光子膜９の上に反射防止膜１０ａを形成する。この反射防止膜１０ａは、偏光子膜９と同様に、溶液状態の塗膜材料を塗布した後、乾燥して形成する。反射防止膜１０ａの形成に用いる塗膜材料は、バインダー、無機の微粒子、および溶媒からなる。

反射防止膜１０ａの形成に用いるバインダーとしては、たとえば、透明性の高い有機系もしくは無機系の高分子材料、または高分子化可能な材料が挙げられる。塗膜材料を用いて反射防止膜１０ａを形成する場合、用いる溶媒によっては偏光子膜９が溶解し、色素の配向性を乱すことがある。そのため、溶媒は、水や水酸基を持たないケトン系が望ましい。この溶媒に溶解するバインダーとしては、たとえば、熱可塑性の高分子材料があり、具体的にはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。なお、当該バインダーは、たとえば、水に可溶な有機色素などの異方性膜の上に形成する保護膜などにも同様に適用できる。

また、反射防止膜１０ａの形成に用いる無機の微粒子としては、たとえば、フッ化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン等の無色、あるいは白色の微粒子が挙げられる。この微粒子の大きさは、膜の平坦性を高める点で、粒子の短軸が平均膜厚以下になることが望ましい。また、上記の微粒子の中では、低屈折率の膜が得やすいという点で、比較的屈折率の低いフッ化マグネシウム（屈折率は約1.38）、酸化ケイ素（屈折率は約1.5〜1.7）、酸化アルミニウム（屈折率は約1.7〜1.9）等が好適である。特に、フッ化マグネシウムは、酸化ケイ素や酸化アルミニウムよりも低屈折率材料であり、バインダーの中に分散させると、比較的空隙の割合が少なくても物理的強度の大きい膜が形成できる。そのため、無機の微粒子にはフッ化マグネシウムを用いることが好ましい。フッ化マグネシウムは、たとえば、CIKナノテック社製 MFMIBK15WT%-P26（フッ化マグネシウム（重量15WT%）、溶媒：メチルイソブチルケトン（重量：85WT%））が挙げられる。

またさらに、フッ化マグネシウムの微粒子は、形成された反射防止膜１０ａに入射した可視光（波長としては380nm〜760nm）が散乱しないよう、平均粒子径を190nm以下にするのが望ましい。これ以上になると入射した光が散乱するため膜が濁って見え、ディスプレイ関係への適用に不具合を生じる場合がある。

また、反射防止膜１０ａの形成に用いる溶媒は、バインダーを溶解、あるいは一様に分散できるものが有効である。また、水や水酸基を持つ溶媒を偏光子膜９に浸すと、溶媒が偏光子膜９に侵入し、色素の配向性を劣化させてしまう。このことから、水や水酸基を持つ溶媒を選択すると偏光子膜９の特性を著しく劣化させてしまう。

前述のバインダーとして好適のポリカーボネート樹脂と、無機の微粒子として好適であるフッ化マグネシウム微粒子を有する塗膜材料の場合、溶媒は、ケトン系、エーテル系などが好適である。具体的には、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等が挙げられる。

上記のようなバインダー、無機の微粒子、および溶媒からなる塗膜材料を用いて反射防止膜１０ａを形成するときには、偏光子膜９の上に当該塗膜材料を塗布した後、加熱して形成する。またこのとき、たとえば、加熱後に、反射防止膜１０ａの耐擦性を向上させるための後処理を行ってもよい。

塗膜材料の塗布方法としては、たとえば、スピンコート、ディップコート、バーコート、アプリケータによるコート、スプレーコート、フローコート等が挙げられるが、特に限定は無く、所定の厚さに均一に塗布することができればよい。すなわち、塗布方法自体は任意であるが、適切な膜厚に制御するために塗膜材料の濃度、およびそれぞれ個別の塗布方法の条件を適正化する必要がある。たとえば、スピンコートの場合は、回転数と回転時間が膜厚に影響を与え、特に回転数の影響が大きく、回転数を高めるほど膜は薄くなる傾向がある。また、ディップコートの場合は、浸漬時間と引き上げ速度が膜厚に影響を与え、特に引き上げ速度の影響が大きく、引き上げ速度を小さくするほど膜は薄くなる傾向がある。また、バーコートの場合は適切な番数、アプリケータによるコートの場合はギャップの大きさ、スプレーコートの場合はスプレーの移動速度、フローコートの場合は基板を保持する際の角度と用いる塗料の使用量などが個別の塗布条件である。

塗膜材料を塗布するときの目標膜厚は、60nm〜190nmが望ましい。理論的には、膜厚をｄ_R、入射する光の波長をλ、光が入射する媒体（透明基板、および本発明の反射防止膜１０ａの屈折率）をｎとしたとき、ｄ_R＝λ／４ｎとなる場合に反射率が最小になる。

入射する光が可視光領域（380nm〜760nm）で、媒体の屈折率が空気（屈折率が約1.0）から比較的高屈折率の透明ガラス基板（屈折率が約1.7）までを部材の使用範囲と考えた場合、望ましい最小膜厚は380／（4×1.7）＝56nmである。すなわち、膜厚が56nm未満であると、可視光領域の光が入射したときに、十分に反射率に影響を与えることができなくなる。そのため、塗膜を加熱して成膜したときの膜厚分布も考慮すると、最小膜厚は56nmよりやや大きめの60nmを狙うことが望ましい。一方、最大膜厚は760／(4×1.0)＝190より、190nmが望ましい。以上の条件より、実施例１の偏光層における反射防止膜１０ａの膜厚ｄ_Rは、60nm〜190nmが適切と考えられる。

塗膜材料を塗布した後は、溶媒を揮発させるために加熱を行う。加熱温度を溶媒の沸点以上にすることで塗膜内に気泡が発生し、最終的に空隙として膜中に残り、結果として膜の屈折率を低減させる。なお、このときの加熱温度は、偏光子膜９（偏光子材料）の耐熱温度以下にする必要がある。たとえば、特許文献１に記載の偏光子材料を用いる場合、好適な偏光子膜９の乾燥温度は120℃以下である。また、特許文献１の偏光子材料を用いた場合、反射防止膜１０ａを形成に用いる塗膜材料の溶媒としてはメチルイソブチルケトンが好適であり、その沸点は約116℃である。したがって、この組み合わせであれば、塗膜材料の溶媒を揮発させて反射防止膜１０ａを形成する際の偏光子膜９の劣化を抑制することができる。また、加熱温度は、偏光子膜９の耐熱温度および溶媒の沸点だけでなく、基板の耐熱温度以下にする必要があることはもちろんである。そのため、実施例１の偏光層を有する液晶表示パネル１を製造するときには、これら要求を満たすように溶媒、基板、およびバインダーの選定を行う必要がある。

上記の加熱により、実施例１の偏光層における反射防止膜１０ａは形成されるが、たとえば、この反射防止膜１０ａの表面に撥液性を有する含フッ素化合物からなる層を形成することによって、表面の防汚性が向上する。ただし、撥液性を有する含フッ素化合物からなる層の厚さは形成された反射防止膜１０ａの反射防止効果を低下させることがないよう、極めて薄く成膜する必要がある。また、撥液性を有する含フッ素化合物からなる層の形成方法としては、たとえば、撥液性を有する含フッ素化合物からなる塗膜を形成する方法が挙げられる。しかしながら、反射防止膜１０ａが低抵抗の場合、その表面を撥液性の含フッ素化合物で被覆することにより表面抵抗が高まり、結果的にチリ等の埃を付着しやすくなる。

この含フッ素化合物からなる層（塗膜）の形成に用いられる材料としては、たとえば、サイトップ（旭硝子社製）、INT304VC（INTスクリーン社製）等が挙げられる。これらを溶媒で希釈後、塗布し、加熱することにより溶媒を揮発させ、場合によっては熱硬化させることにより成膜することで反射防止膜１０ａの表面の撥液性が高まり、防汚性が向上する。

上記のような手順で基板の表面に偏光子膜９および反射防止膜１０ａを直接形成する場合、反射防止膜１０ａの膜厚ｄ_Rについては、前述のように、60nm〜190nmが適切であることがわかった。そこで次に、偏光子膜９の膜厚ｄ_Pの適切な値について考えてみる。

偏光子膜９の膜厚ｄ_Pの適切な値を調べるために、本願発明者らは、ガラス基板の表面に膜厚ｄ_Pが異なる偏光子膜９を形成し、偏光子膜９の膜厚ｄ_Pとコントラスト比との関係、および偏光子膜９の膜厚ｄ_Pと透過率との関係について調べた。なお、偏光子膜９は、いずれも、以下の手順で形成している。

まず、縦100mm、横100mm、厚さ0.7mm、屈折率1.5のガラス基板の表面に、前処理として、低圧水銀ランプにより紫外光を照射した。なお、照射光量は10mW、照射時間は5分間とした。これにより、紫外光を照射した基板表面は、水との接触角が10度以下になった。なお、紫外光を照射する前の基板表面は、水との接触角が30度〜35度であった。

次に、ガラス基板の表面に偏光子膜９を形成した。この偏光子膜９は、透過軸方向の屈折率が1.6、吸収軸方向の屈折率が1.9になるように形成した。

上記の手順で形成した偏光子膜９を有するガラス基板を用いて偏光子膜９の膜厚ｄ_Pとコントラスト比との関係、および偏光子膜９の膜厚ｄ_Pと透過率との関係について調べたところ、図４に示すような結果が得られた。

図４は、実施例１の偏光層における偏光子膜の適切な膜厚を説明するためのグラフ図である。
なお、図４のグラフにおいて、横軸は偏光子膜９の膜厚ｄ_P（nm）、左側の縦軸はコントラスト比ＣＲ、右側の縦軸は白透過率ＴＲ_w（％）である。
また、コントラスト比ＣＲは、白透過率ＴＲ_wと黒透過率の比で表される。白透過率ＴＲ_wは、２枚の偏光子膜９の吸収軸を平行にしたときの透過率であり、黒透過率は２枚の偏光子膜９の吸収軸を直交させたときの透過率である。

図４からわかるように、偏光子膜９の膜厚ｄ_Pに対して、白透過率ＴＲ_wとコントラスト比ＣＲとの間にはトレードオフの関係があり、偏光子膜９の膜厚ｄ_Pが厚くなると、コントラスト比ＣＲは増加し、白透過率ＴＲ_wは低下する。

現在の中小型と呼ばれる液晶表示パネル（たとえば、携帯電話端末などの携帯型電子機器に用いられる液晶表示パネル）のコントラスト比ＣＲは、200〜1000である。また、液晶表示パネル１に入射した光の一部は、たとえば、第１の基板３や第２の基板４などで吸収または反射する。そのため、偏光子膜９のコントラスト比ＣＲは1000以上必要である。一方、輝度の観点では、偏光子膜９の白透過率ＴＲ_wは少なくとも40％以上必要である。図４を見ると、この両方の条件を満たす偏光子膜９の膜厚ｄ_Pは、約690nmである。したがって、偏光子膜９の膜厚ｄ_Pは、690nmとするのが望ましい。

さて、実施例１の偏光層のように、偏光子膜９と反射防止膜１０ａが積層された構成である場合、当該偏光層の反射率ＲＲは、下記数式１で与えられる。

なお、数式１において、ｎ₀は空気の屈折率、ｎ_sは基板の屈折率、ｎ₁は反射防止膜１０ａの屈折率、ｎ₂は基板と反射防止膜１０ａとの間に配置された偏光子膜９の屈折率である。

またこのとき、数式１に用いられている４つの屈折率の関係が、無反射条件と呼ばれる関係、すなわち（ｎ₂／ｎ₁）²＝ｎ_s／ｎ₀を満たすようにすると、偏光層の反射率ＲＲが非常に小さくなる。ガラス基板の屈折率ｎ_sが1.5、偏光子膜９の透過軸方向の屈折率ｎ₂が1.6の場合、無反射条件を満たす反射防止膜１０ａの屈折率ｎ₁は約1.3である。そのため、屈折率が約1.3になるような材料を用いて反射防止膜１０ａを形成すれば、偏光層による外光の反射を非常に小さくすることができる。

またこのとき、反射防止膜１０ａの膜厚ｄ_Rは、たとえば、視感度の高い光の波長550nmの1/4ｎ₁であることが望ましい。これは、反射防止膜１０ａと偏光子膜９との界面で反射する光の位相が反射防止膜１０ａと空気との界面で反射した光の位相から１／２波長ずれるため、波が互いに打ち消しあい、結果として反射光が消滅するからである。550nmの1/4ｎ₁は、107.3nmであり、この値は、前述の反射防止膜１０ａの膜厚ｄ_Rとして適切な範囲（60nm〜190nm）にある。

以上のような結果から、ガラス基板の表面に膜厚ｄ_Pが約690nmの偏光子膜９と、膜厚ｄ_Rが約137.5nmの反射防止膜１０ａを積層し、反射防止膜１０ａ側から光を照射したときの相対反射率を調べたところ、下記表１のような結果が得られた。

なお、表１において、ＣＯＭ１はガラス基板の表面に膜厚ｄ_Pが約690nmの偏光子膜のみを形成した比較例１の偏光層であり、ＰＲＡＣ１は実施例１の偏光層、すなわちガラス基板の表面に膜厚ｄ_Pが約690nmの偏光子膜９および膜厚ｄ_Rが約107.3nmの反射防止膜１０ａを積層した偏光層である。また、ＲＲ_RELは比較例１の偏光層における反射率を1としたときの相対反射率を意味しており、表１には波長550nmの光の反射率を示している。また、‖ＡＸ２は入射面が偏光子膜９の透過軸方向と平行な光の相対反射率であり、‖ＡＸ１は入射面が偏光子膜９の吸収軸方向と平行な光の相対反射率である。なお、前記入射面は、偏光層に入射する光の入射方向と、当該偏光層の法線方向とを含む平面のことである。

また、反射防止膜１０ａの形成に用いる塗膜材料は、バインダーとしてポリカーボネート樹脂、無機の微粒子としてフッ化マグネシウムの分散液（CIKナノテック：MFMIBK15WT%-P26、メチルイソブチルケトン85％）を調整した。そして、偏光子膜９の上にこの塗膜材料をスピンコートにより塗布した後、加熱して反射防止膜１０ａとしている。またこのとき、反射防止膜１０ａの形成に用いる塗膜材料は、形成される反射防止膜１０ａの屈折率が1.30になるように調整した。

表１からわかるように、反射防止膜１０ａを設けたときの偏光層の相対反射率は約0.09、0.16となり、反射防止膜１０ａを設けない場合の反射率よりも大幅に抑制できた。これにより、実施例１の偏光層は、外光の反射を抑制する効果を有し、かつ、その効果が非常に高いことが確認された。

また、上記の偏光層に光を照射したときの相対透過率および二色比を調べたところ、下記表２のような結果が得られた。

なお、表２においても、ＣＯＭ１はガラス基板の表面に膜厚ｄ_Pが約690nmの偏光子膜９のみを形成した比較例１の偏光層であり、ＰＲＡＣ１は実施例１の偏光層、すなわちガラス基板の表面に膜厚ｄ_Pが約690nmの偏光子膜９および膜厚ｄ_Rが約107.3nmの反射防止膜１０ａを積層した偏光層である。また、ＴＲ_RELは比較例１の偏光層における透過率を１としたときの相対透過率を意味しており、表２には波長550nmの光の透過率を示している。また、ＴＲ_‖は偏光子膜９の透過軸方向と平行な直線偏光を入射させたときの相対透過率（以下、平行透過率と呼ぶ。）であり、ＴＲ_⊥は偏光子膜９の吸収軸方向と平行な直線偏光を入射させたときの相対透過率（以下、直交透過率と呼ぶ。）である。また、二色比ＤＲ_RELは、下記数式２で表される値である。

表２からわかるように、実施例１の偏光層は、比較例１の偏光層と比べて、平行透過率ＴＲ_‖が約4％高くなり、二色比ＤＲ_RELが32％向上している。そのため、実施例１の偏光層は、平行透過率および実効的な二色比を向上させることができたと言える。

ところで、実施例１の偏光層に関する上記の説明は、透明な基板の表面に直接形成された偏光層のみで考えている。しかしながら、実施例１の偏光層を液晶表示パネル１に適用した場合、その液晶表示パネル１における光の透過率は、偏光層のみで決まるものではなく、液晶表示パネル１が有する種々の構成部材の影響を受ける。そこで次に、実施例１の偏光層を液晶表示パネル１に適用したときの光の透過率などについて説明する。

図５乃至図９は、実施例１の偏光層を適用した液晶表示パネルの概略構成の一例を説明するための模式図である。
図５は、実施例１の偏光層を適用した液晶表示パネルの断面構成の一例を示す模式断面図である。図６は、第１の基板における画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。図７は、図６のＢ−Ｂ’線の位置における液晶表示パネルの断面構成の一例を示す模式断面図である。図８は、液晶層の配向の変化の様子を説明するための模式平面図である。図９は、偏光層の吸収軸と配向膜の配向方向との関係の一例を示す模式図である。

実施例１の偏光層を液晶表示パネル１に適用した場合、その断面構成は、たとえば、図５に示すような構成になる。

第１の基板３は、ガラス基板などの透明な第１の絶縁基板３０１と、当該第１の絶縁基板３０１の一主面に形成された第１の薄膜積層体３０２とを有する。この第１の基板３は、前述のようにＴＦＴ基板などと呼ばれている基板であり、第１の薄膜積層体３０２は、たとえば、走査信号線、映像信号線、ＴＦＴ素子、画素電極、複数の絶縁層、および配向膜などを有する。また、第１の基板３は、第１の絶縁基板３０１と液晶層５との間に第１の薄膜積層体３０２がくるように配置される。そして、第１の絶縁基板３０１の液晶層５と対向する主面とは反対側の主面には、第１の偏光層６（偏光子膜９および反射防止膜１０ａ）が直接形成されている。

第２の基板４は、ガラス基板などの透明な第２の絶縁基板４０１と、当該第２の絶縁基板４０１の一主面に形成された第２の薄膜積層体４０２とを有する。この第２の基板４は、前述のように対向基板などと呼ばれている基板であり、第２の薄膜積層体４０２は、たとえば、ブラックマトリクス、カラーフィルタ、平坦化層、および配向膜などを有する。また、第２の基板４は、第２の絶縁基板４０１と液晶層５との間に第２の薄膜積層体４０２がくるように配置される。そして、第２の絶縁基板４０１の液晶層５と対向する主面とは反対側の主面には、第２の偏光層７（偏光子膜９および反射防止膜１０ａ）が直接形成されている。

実施例１の偏光層は、前述のように、液晶表示パネル１の画素の構成、言い換えると第１の薄膜積層体３０２および第２の薄膜積層体４０２の構成に関係なく適用することができる。そこで、実施例１では、画素の構成の一例として、図６および図７に示すような構成を挙げる。

なお、図６および図７に示した構成は、IPS（In-Plane Switching）方式と呼ばれる液晶駆動方式の画素構成の一例であり、液晶層５の駆動（配向の制御）に使用する画素電極１１および共通電極１２が第１の基板３（第１の薄膜積層体３０２）に設けられている。このとき、第１の薄膜積層体３０２は、下地層１３、ＴＦＴ素子の半導体層１４、第１の絶縁層１５、走査信号線１６、第２の絶縁層１７、映像信号線１８およびＴＦＴ素子のソース-ドレイン電極１９、第３の絶縁層２０、共通電極１２、第４の絶縁層２１、画素電極１１、ならびに第１の配向膜２２などを有する。またこのとき、共通電極１２と画素電極１１とは、第４の絶縁層２１を介して積層されており、液晶層５に近いほうの画素電極１１は、平面形状が櫛歯状になっている。

また、第２の基板４が有する第２の薄膜積層体４０２は、ブラックマトリクス２３（遮光膜）、カラーフィルタＦＲ，ＦＧ，ＦＢ、平坦化層２４、および第２の配向膜２５などを有する。

液晶層５は、たとえば、誘電異方性が正のネマチック液晶であり、電界無印加時、すなわち画素電極１１と共通電極１２とが同電位のときの配向がホモジニアス配向になるように封入される。櫛歯状の画素電極１１の歯の部分が、図６に示したように映像信号線１８の延びる方向（ｙ方向）に延びている場合、電界無印加時の液晶層５の配向は、たとえば、図８の（ａ）に示すように、液晶分子５ｍの長軸方向が、画素電極１１の歯の部分の延びる方向に対して数度（たとえば、7度から15度）傾くようにする。また、このような画素の画素電極１１と共通電極１２との間に電位差を与えると、液晶層５にフリンジ電界と呼ばれるアーチ状の電界Ｅが印加される。このとき、フリンジ電界Ｅは、基板平面で見ると、たとえば、図８の（ｂ）に示すように、画素電極１１の歯の部分の延びるｙ方向と垂直な方向（ｘ方向）に印加される。そのため、液晶分子５ｍは、印加されたフリンジ電界Ｅの方向と平行になるように回転する。IPS方式の画素では、この液晶分子５ｍの回転により生じる液晶層５の配向状態の変化を利用して、各画素における光の透過率（輝度）を制御する。

なお、櫛歯状の画素電極１１の平面形状としては、種々の形状が知られており、歯の部分の延びる方向もさまざまである。歯の部分の延びる方向が図６に示したｙ方向とは異なる場合、電界無印加時の液晶分子５ｍの長軸方向は、平面で見たときのフリンジ電界Ｅの方向とは直交せず、かつ、フリンジ電界Ｅの方向とのなす角が大きくなるよう方向にする。

またこのとき、液晶層５の厚さｄは、使用する液晶材料の屈折率異方性をΔｎとしたときのリタデーションΔｎ・ｄが１／２波長、すなわち波長550nmの光に対してはΔｎ・ｄが275nmになる値を選択することが望ましい。ただし、実際の液晶表示パネル１では、液晶分子５ｍが一様な配向変化をしないので、より明るい表示を得るためにはリタデーションΔｎ・ｄが１／２波長よりも多少大きな値、たとえば、波長550nmの光に対しては275nm≦Δｎ・ｄ≦400nmの範囲内の適切な値になるように液晶層５の厚さｄを選択することが望ましい。

ところで、電界無印加時の液晶層５の配向は、第１の配向膜２２および第２の配向膜２５の配向方向によって制御される。図６乃至図８に示したような構成の画素を有する液晶表示パネル１の場合、第１の配向膜２２および第２の配向膜２５の配向方向ＡＸＲ１，ＡＸＲ２は、たとえば、図９に示すように、平面で見たときのフリンジ電界Ｅの方向と直交する方向に対して角度αだけ傾いた方向にする。この角度αは、一般に5度から30度の範囲内に設定されるが、配向の安定性や表示の明るさを考慮すると、7度から15度の範囲内に設定することが望ましい。

また、IPS方式では、電界無印加時を暗表示（いわゆるノーマリブラックモード）とする場合、第１の偏光層６の吸収軸方向ＡＸ１と第２の偏光層７の吸収軸方向ＡＸ１とを直交させる。またこのとき、第１の偏光層６の吸収軸ＡＸ１または第２の偏光層７の吸収軸ＡＸ１のいずれかが、第１の配向膜２２および第２の配向膜２５の配向方向ＡＸＲ１，ＡＸＲ２、すなわち電界無印加時の液晶分子５ｍの長軸方向と平行になるようにする。したがって、図９に示した例では、第１の偏光層６の吸収軸ＡＸ１を第１の配向膜２２および第２の配向膜２５の配向方向ＡＸＲ１，ＡＸＲ２と平行にしているが、これに限らず、第２の偏光層７の吸収軸ＡＸ１が第１の配向膜２２および第２の配向膜２５の配向方向ＡＸＲ１，ＡＸＲ２と平行になるようにしてもよい。なお、バックライトユニット２からの光の利用効率をよくするためには、第１の偏光層６の吸収軸ＡＸ１の方向を、バックライトユニット２からの光の透過量が大きくなる方向にすることがよいことは、もちろんである。

上記のような構成の液晶表示パネル１において、第１の偏光層６および第２の偏光層７として実施例１の偏光層を用いた場合と、偏光層として偏光子膜９のみを形成した場合とで、同じ条件で駆動させたときの白透過率ＴＲ_wを測定したところ、反射防止膜１０ａを有する実施例１の偏光層を用いた場合の白透過率は、偏光子膜９のみを形成した場合よりも8％高かった。そのため、実施例１の偏光層を液晶表示パネル１に適用することで、液晶表示装置の透過率を向上させることができると言える。

以上説明したように、実施例１の偏光層を液晶表示パネル１に適用することで、バックライトユニットを有する液晶表示装置における外光の反射を抑制することができる。なお、実施例１で説明した偏光層は、液晶表示パネルのような偏光層を必要とする表示パネルに限らず、たとえば、プラズマディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの偏光層が不要な自発光型の表示装置における外光の反射（映り込み）を抑制するためにも用いることができる。

また、実施例１の偏光層を液晶表示パネル１に適用することで、バックライトユニット２を有する液晶表示装置のコントラスト比を向上させることができる。

図１０は、実施例１の偏光層における偏光子膜の膜厚と相対反射率および相対透過率との関係を示すグラフ図である。
なお、図１０のグラフは、横軸が偏光子膜９の膜厚ｄ_P（nm）、左側の縦軸が相対反射率ＲＲ_REL、右側の縦軸が相対透過率ＴＲ_RELである。
また、図１０に示した相対反射率ＲＲ_RELおよび相対透過率ＴＲ_RELは、それぞれ、人間の視感度が最も高い波長550nmの光における値である。また、偏光子膜９における光の吸収量は、膜厚ｄ_Pによらず一定としている。

実施例１の偏光層における偏光子膜９の相対反射率ＲＲ_RELおよび相対透過率ＴＲ_RELは、それぞれ、図１０に示したように、偏光子膜９の膜厚ｄ_Pに依存しており、かつ、周期的に変化する。そして、実施例１で説明した偏光子膜９の膜厚ｄ_Pの望ましい値、すなわちｄ_P＝690nmの付近における相対反射率ＲＲ_RELおよび相対透過率ＴＲ_RELを見ると、相対反射率ＲＲ_RELが高く、相対透過率ＴＲ_RELが小さくなっている。これは、実施例１で説明した偏光層における偏光子膜９の膜厚ｄ_P（＝690nm）が、光が強めあう条件でないためである。すなわち、偏光子膜９が最大の平行透過率を得るためには、偏光子膜９の最適な膜厚ｄ_Pと光が強めあう干渉条件とを一致させる必要がある。これに対する解決策を以下に述べる。

図１１は、本発明による実施例２の偏光層の断面構成の一例を示す模式断面図である。

実施例２でも、図１に示した液晶表示パネル１に設けられた第１の偏光層６および第２の偏光層７のうちの第２の偏光層７、すなわちバックライトユニット２から遠いほうの偏光層に着目する。実施例２の偏光層７は、たとえば、図１１に示すように、偏光子膜９および反射防止膜１０ａに加え、第２の基板４と偏光子膜９との間に介在する下地膜２６を有する。

下地膜２６には、膜厚ｄ_Bを変えることで、偏光子膜９の膜厚ｄ_Pがある値（たとえば、690nm）に決まっている偏光層７における、光が強めあう干渉条件を制御することができる材料を用いる。また、下地膜２６は、たとえば、偏光子膜９の透過軸方向の屈折率と同等の屈折率を有する膜であることが望ましい。これは、下地膜２６の透過率と偏光子膜９の透過軸方向の屈折率が異なると、下地膜２６と偏光子膜９との界面で不要な反射が起こり、偏光層７の透過率低下に繋がるためである。

実施例１で挙げた偏光子膜９は、透過軸方向の屈折率が1.6であった。そのため、実施例２の偏光層における偏光子膜９としてこれを用いる場合、下地膜２６の屈折率は1.6であることが望ましい。

またこのとき、下地膜２６には、たとえば、配向処理を行うことができる材料を用いることが望ましい。配向処理の方法には、たとえば、基板表面に均一性の薄膜を形成後、方向性を付与する方法や、基板表面に方向性を付与しながら薄膜を形成する方法等がある。

これらの配向処理の方法のうちの、前者の方法は、たとえば、第１の配向膜２２および第２の配向膜２５の形成時に行う方法を適用することができる。この方法では、まず、たとえば、ポリイミドの前駆体モノマーであるポリアミック酸モノマー、光硬化性樹脂モノマー、ポリエステル等のポリマーを溶液状にて塗布し、乾燥等の後処理を行なって均一性の薄膜を形成する。その後、たとえば、この薄膜をレーヨン布等でラビングする、紫外線または電子線等の電磁線を照射する、等の方法で薄膜表面の全体または一部に方向性を付与する。

より具体的には、たとえば、ガラス基板上に、まず、ポリアミック酸（たとえば、日産化学製サンエバー６１０等）をスピンコート法またはスロットダイコート法等により塗布して得られる塗膜（例えば、厚さ500nm〜2000nm）を100℃〜150℃で予備加熱した後、200℃〜300℃で脱水縮合反応させてポリイミド膜を得る。その後、このポリイミド膜が形成されたガラス基板を固定し、当該基板に一定の押し込み量（たとえば、0.2mm〜1mm）でラビング布（たとえば、ポリエチレン、レーヨン、コットン等）を巻いたロール（たとえば、直径30mm〜100mm）を押し付け、ガラス基板を所定の速度（たとえば、3mm／秒〜500mm／秒）で移動させながら、ロールを所定の回転速度（たとえば、100rpm〜5000rpm）で回転させることにより、ポリイミド膜に配向処理を施す。なお、下地膜の材料としては、ポリイミドの他に、たとえば、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアセテート等を用いることも可能である。

また、後者の方法としては、たとえば、基板表面に酸化ケイ素の斜方蒸着を施す、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂片を基板表面に一方向へ擦って基板表面に樹脂薄膜を転写させる、ポリマー製基板を一軸方向に延伸する、等の方法が挙げられる。

図１２は、実施例２の偏光層における下地膜の適切な膜厚を説明するためのグラフ図である。
なお、図１２のグラフにおいて、横軸は下地膜２６の膜厚ｄ_B（nm）、左側の縦軸は相対反射率ＲＲ_REL、右側の縦軸は相対透過率ＴＲ_RELである。
また、図１２のグラフは、偏光子膜９の膜厚ｄ_Pおよび透過軸方向の屈折率をそれぞれ690nmおよび1.6、反射防止膜１０ａの膜厚ｄ_Rおよび屈折率をそれぞれ137.5nm（550nmの1/4）および1.3、基板の屈折率を1.5とし、下地膜２６の屈折率を1.6としたときの相対反射率および相対透過率を示している。

図１２からわかるように、実施例２の偏光層の構成（膜厚および屈折率）を上記の条件にした場合、偏光層の相対反射率ＲＲ_RELおよび相対透過率ＴＲ_RELは、それぞれ、下地膜２６の膜厚ｄ_Bに依存している。そして、下地膜２６の膜厚ｄ_Bが約90nmのときに、偏光層の相対反射率ＲＲ_RELが最も小さくなり、相対透過率ＴＲ_RELが最も大きくなる。したがって、実施例２の偏光層の構成（膜厚および屈折率）を上記の条件にした場合、下地膜２６の膜厚ｄ_Bを約90nmにすることで、偏光子膜９の最適な膜厚ｄ_P（＝690nm）と光が強めあう干渉条件とを一致させることができる。

また、膜厚および透過率を上記の条件にした実施例２の偏光層に、反射防止膜１０ａ側から光を照射したときの相対反射率を調べたところ、下記表３のような結果が得られた。

なお、表３において、ＣＯＭ１はガラス基板の表面に膜厚ｄ_Pが約690nmの偏光子膜９のみを形成した比較例１の偏光層であり、ＰＲＡＣ２は実施例２の偏光層、すなわちガラス基板の表面に膜厚ｄ_Bが約90nmの下地膜２６（屈折率は1.6）、膜厚ｄ_Pが約690nmの偏光子膜９（透過軸方向の屈折率は1.6、吸収軸方向の屈折率は1.9）、および膜厚ｄ_Rが約137.5nmの反射防止膜１０ａ（屈折率は1.3）を積層した偏光層である。また、ＲＲ_RELは比較例１の偏光層における反射率を1としたときの相対反射率を意味しており、表１には波長550nmの光の反射率を示している。また、‖ＡＸ２は入射面が偏光子膜９の透過軸方向と平行な光の相対反射率であり、‖ＡＸ１は入射面が偏光子膜９の吸収軸方向と平行な光の相対反射率である。

表３からわかるように、実施例２の偏光層は、透過軸方向の相対反射率がほぼ0％となり、実施例１の偏光層よりも光の反射を抑制できた。

また、この偏光層にガラス基板側から光を照射したときの相対透過率および二色比を調べたところ、下記表４のような結果が得られた。

なお、表４においても、ＣＯＭ１は比較例１の偏光層であり、ＰＲＡＣ２は実施例２の偏光層である。また、ＴＲ_RELは比較例１の偏光層における透過率を1としたときの相対透過率を意味しており、表４には波長550nmの光の透過率を示している。また、ＴＲ_‖は平行透過率であり、ＴＲ_⊥は直交透過率である。また、二色比ＤＲ_RELは、前述の数式２で表される値である。

表４からわかるように、実施例２の偏光層は、比較例１の偏光層と比べて、平行透過率ＴＲ_‖が約4％高くなり、二色比ＤＲ_RELが37％向上している。そのため、実施例２の偏光層は、平行透過率および実効的な二色比を向上させることができると言える。

ところで、実施例２の偏光層に関する上記の説明は、透明な基板の表面に直接形成された偏光層のみで考えている。しかしながら、実施例２の偏光層を液晶表示パネル１に適用した場合、その液晶表示パネル１における光の透過率は、偏光層のみで決まるものではなく、液晶表示パネル１が有する種々の構成部材の影響を受ける。そこで次に、実施例２の偏光層を液晶表示パネル１に適用したときの光の透過率などについて説明する。

図１３は、実施例２の偏光層を適用した液晶表示パネルの断面構成の一例を示す模式断面図である。

実施例２の偏光層を液晶表示パネル１に適用した場合、その断面構成は、たとえば、図１３に示すような構成になる。

第１の基板３は、ガラス基板などの透明な第１の絶縁基板３０１と、当該第１の絶縁基板の一主面に形成された第１の薄膜積層体３０２とを有する。このとき、第１の薄膜積層体３０２は、第１の絶縁基板３０１と液晶層５との間に配置される。そして、第１の絶縁基板３０１の液晶層５と対向する主面とは反対側の主面には、第１の偏光層６（下地膜２６、偏光子膜９、および反射防止膜１０ａ）が直接形成されている。

第２の基板４は、ガラス基板などの透明な第２の絶縁基板４０１と、当該第２の絶縁基板４０１の一主面に形成された第２の薄膜積層体４０２とを有する。このとき、第２の薄膜積層体４０２は、第２の絶縁基板４０１と液晶層５との間に配置される。そして、第２の絶縁基板４０１の液晶層５と対向する主面とは反対側の主面には、第２の偏光層７（下地膜２６、偏光子膜９、および反射防止膜１０ａ）が直接形成されている。

このような液晶表示パネルにおいて、画素の構成を図６乃至図８に示したような構成にし、第１の偏光層６および第２の偏光層７の構成（膜厚および屈折率）を上記の条件にした場合と、偏光層として偏光子膜９のみを形成した場合とで、同じ条件で駆動させたときの白透過率ＴＲ_wを測定したところ、実施例２の偏光層を用いた場合の白透過率は、偏光子膜９のみを形成した場合よりも9％高かった。そのため、実施例２の偏光層を液晶表示パネル１に適用することで、液晶表示装置の透過率を向上させることができると言える。

以上説明したように、実施例２の偏光層を液晶表示パネル１に適用することで、液晶表示装置における外光の反射をさらに抑制することができる。

また、実施例２の偏光層を液晶表示パネル１に適用することで、バックライトユニット２を有する液晶表示装置のコントラスト比を向上させることができる。

実施例１および実施例２では、偏光子膜９の上に形成する保護膜として、バインダーにフッ化マグネシウムなどの屈折率の低い無機の微粒子を分散させた反射防止膜１０ａを用いることで、液晶表示装置における外光の反射を抑制するとともに、コントラスト比を向上させている。

偏光層のコントラスト比は、平行透過率を上げ、直交透過率を下げることによって向上する。平行透過率を上げるためには透過軸方向の反射率を抑制すればよく、直交透過率を下げるためには吸収軸方向の反射率を増加させればよい。そして、これを実現するには、たとえば、偏光子膜９の上に形成する保護膜として、面内で屈折率が異なる膜（以下、異方膜と呼ぶ。）を用いることが好適である。偏光子膜９の上に面内屈折率が異なる異方膜を用いれば、偏光層の透過軸方向の反射率を小さくする条件と、吸収軸方向の反射率を増加させる条件を両立できる。

図１４は、本発明による実施例３の偏光層の概略構成の一例を示す模式分解斜視図である。

実施例３でも、図１に示した液晶表示パネル１に設けられた第１の偏光層６および第２の偏光層７のうちの第２の偏光層７、すなわちバックライトユニット２から遠いほうの偏光層に着目する。実施例３の偏光層７は、たとえば、図１４に示すように、第２の基板４の上に直接形成された偏光子膜９、およびその上に形成された異方膜１０ｂからなる。なお、図１４において、ＡＸ１およびＡＸ２はそれぞれ偏光子膜９の吸収軸方向および透過軸方向であり、ＡＸ３およびＡＸ４はそれぞれ異方膜１０ｂの遅相軸方向および進相軸方向である。

偏光子膜９は、実施例１で説明したような構成であればよいので、詳細な説明は省略する。

異方膜１０ｂは、前述のように面内で屈折率が異なる膜であり、遅相軸方向ＡＸ３が偏光子膜９の吸収軸方向ＡＸ１と平行になるように形成する。遅相軸方向ＡＸ３は、異方膜の面内において屈折率が大きい方向である。このとき、遅相軸方向ＡＸ３と直交する方向ＡＸ４は、遅相軸方向ＡＸ３よりも屈折率が小さい方向であり、以下の説明では進相軸方向と呼ぶ。

図１５乃至図１７は、実施例３の偏光層における異方膜の屈折率の設定方法の一例を説明するためのグラフ図である。
図１５は、異方膜の遅相軸方向の屈折率と相対反射率との関係を示すグラフ図である。図１６は、異方膜の遅相軸方向の屈折率と平行透過率および直交透過率との関係を示すグラフ図である。図１７は、遅相軸方向の屈折率および進相軸方向の屈折率とコントラスト比との関係を示すグラフ図である。

実施例３の偏光層における異方膜１０ｂの進相軸方向ＡＸ４は、偏光子膜９の透過軸方向ＡＸ２と概ね平行である。そのため、偏光子膜９の透過軸方向ＡＸ２の屈折率が1.6の場合、異方膜１０ｂの進相軸方向ＡＸ４の屈折率ｎ_AX4は、数式１から導かれる無反射条件を満たす1.3にすることが望ましい。そうすると、偏光子膜９の透過軸方向ＡＸ２の光の反射率が小さくなるので、平行透過率を上げることができる。

一方、直交透過率を下げるには、たとえば、偏光子膜９の吸収軸方向ＡＸ１と概ね平行な方向である異方膜１０ｂの遅相軸方向ＡＸ３の屈折率ｎ_AX3を大きくすればよい。そこで、まず、異方膜１０ｂの進相軸方向ＡＸ４の屈折率ｎ_AX4を1.3に固定し、遅相軸方向ＡＸ３の屈折率ｎ_AX3を変えながら反射率を調べたところ、図１５に示すような結果が得られた。

なお、図１５のグラフは、横軸が異方膜１０ｂの遅相軸方向ＡＸ３の屈折率ｎ_AX3、縦軸が波長550nmの光の反射率ＲＲ（％）である。また、図１５のグラフには、偏光子膜９の透過軸方向ＡＸ２（すなわち異方膜１０ｂにおける進相軸方向ＡＸ４）の反射率と、偏光子膜９の吸収軸方向ＡＸ１（すなわち異方膜１０ｂにおける遅相軸方向ＡＸ３）の反射率を示している。また、偏光子膜９は、実施例１で説明した構成であり、屈折率を1.6、膜厚ｄ_Pを690nmにしている。また、異方膜１０ｂの膜厚は、偏光層の平行透過率の低下を抑制できる膜厚、言い換えると異方膜１０ｂの進相軸方向ＡＸ１が反射防止条件となる膜厚になるようにしており、たとえば、人間の視感度が最も高い光の波長550nmの（1／４ｎ_AX4）倍にしている。

図１５からわかるように、偏光子膜９の透過軸方向ＡＸ２の反射率ＲＲは、異方膜１０ｂの遅相軸方向ＡＸ３の屈折率ｎ_AX3の大きさによらず概ね一定であり、かつ、非常に小さい。これに対し、偏光子膜９の吸収軸方向ＡＸ１の反射率ＲＲは、異方膜１０ｂの遅相軸方向ＡＸ３の屈折率ｎ_AX3が2.1〜2.2の付近に極大値を有する。このように、異方膜１０ｂの遅相軸方向ＡＸ３の屈折率ｎ_AX3を大きくすると、偏光子膜９の吸収軸方向ＡＸ１の反射率が大きくなるので直交透過率が下がると考えられる。

そこで次に、異方膜１０ｂの遅相軸方向ＡＸ３の屈折率ｎ_AX3と偏光層の平行透過率および直交透過率との関係を調べると、たとえば、図１６に示したような結果が得られた。

なお、図１６のグラフは、横軸が異方膜１０ｂの遅相軸方向ＡＸ３の屈折率ｎ_AX3、左側の縦軸が平行透過率ＴＲ_‖（％）、右側の縦軸が直交透過率ＴＲ_⊥（％）である。また、偏光層の構成は、図１５に示した反射率を測定したときと同じ構成である。

また、図１６に示した平行透過率ＴＲ_‖および直交透過率ＴＲ_⊥は、それぞれ、反射率を0％と仮定したときに得られる値が90％および0.1％（すなわちコントラスト比が900）であるとし、この透過率から光の反射率分を差し引いた値である。

図１６からわかるように、平行透過率ＴＲ_‖（偏光子膜９の透過軸方向ＡＸ２の透過率）は、異方膜１０ｂの遅相軸方向ＡＸ３の屈折率_AX3の大きさによらず概ね一定であり、かつ、90％程度と大きい。これに対し、直交透過率ＴＲ_⊥（偏光子膜９の吸収軸方向ＡＸ１の透過率）は、異方膜１０ｂの遅相軸方向ＡＸ３の屈折率ｎ_AX3が2.1〜2.2の付近に極小値を有する。そのため、実施例３の偏光層は、平行透過率の低下を抑制しつつ、直交透過率を小さくすることができると言える。したがって、実施例３の偏光層は、コントラスト比の向上を期待できる。

そこで次に、異方膜１０ｂにおける遅相軸方向ＡＸ３の屈折率および進相軸方向ＡＸ４の屈折率とコントラスト比との関係を調べたところ、たとえば、図１７に示すような結果が得られた。

なお、図１７のグラフは、横軸が異方膜１０ｂの遅相軸方向ＡＸ３の屈折率ｎ_AX3、縦軸が相対コントラスト比ＣＲ_RELである。また、相対コントラスト比ＣＲ_RELは、反射がない場合に得られる平行透過率および直交透過率から算出したコントラスト比（900）を1とした。また、図１７には、進相軸方向ＡＸ４の屈折率ｎ_AX4を1.3にした場合、1.5にした場合、および1.6にした場合の関係を示している。

図１７からわかるように、いずれの場合も、遅相軸方向ＡＸ３の屈折率ｎ_AX3を大きくしていくと偏光層の相対コントラスト比ＣＲ_RELは、約1.2倍まで向上する。したがって、実施例３の偏光層は、コントラスト比を向上させることができる。

異方膜１０ｂの材料には、たとえば、非特許文献１に記載されているような塗布型の異方性材料を用いる。なお、非特許文献１に記載された材料はリオトロピック液晶材料であり、水溶性であるため、偏光子膜９の上に形成する際に、偏光子膜９が溶解してしまう可能性がある。この偏光子膜９の溶解を抑制するためには、不溶化処理を施すことが効果的である。不溶化処理は、たとえば、特許文献２に記載されているような材料を用いるとよい。不溶化処理を行うことで、偏光子膜９は水に溶解しなくなり、耐久性、品質保持性を十分に有することができるようになる。

非特許文献１および特許文献２を参照して形成した異方膜１０ｂは、たとえば、進相軸方向ＡＸ４の屈折率が1.5であり、遅相軸方向ＡＸ３の屈折率が1.83であった。そして、このような異方膜１０ｂを有する実施例３の偏光層におけるコントラスト比を求めた結果、反射がない場合に得られるコントラスト比と比べて約8％増加した。そのため、偏光子膜９の上に異方膜１０ｂを設けた偏光層は、コントラスト比を向上させることができる。したがって、実施例３の偏光層を液晶表示パネル１に適用すれば、液晶表示装置のコントラスト比を向上させることができる。

以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。

たとえば、実施例１で説明した反射防止膜１０ａは、水に可溶である偏光子膜などの上だけでなく、ポリカーボネート樹脂基板やアクリル樹脂基板などの透明な樹脂基板の上にも形成することができる。そのため、実施例１で説明した反射防止膜１０ａは、液晶表示パネルのような偏光層を必要とする表示パネルに限らず、たとえば、プラズマディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの偏光層が不要な自発光型の表示装置における外光の反射（映り込み）を抑制するためにも用いることができる。

１ 液晶表示パネル
２ バックライトユニット
３ 第１の基板
３０１ 第１の絶縁基板
３０２ 第１の薄膜積層体
４ 第２の基板
４０１ 第２の絶縁基板
４０２ 第２の薄膜積層体
５ 液晶層
５ｍ 液晶分子
６ 第１の偏光層
７ 第２の偏光層
８ｗ，８ｒ，８ｇ，８ｂ 光
９ 偏光子膜
１０ａ 反射防止膜
１０ｂ 異方膜
１１ 画素電極
１２ 共通電極
１３ 下地層
１４ 半導体層
１５ 第１の絶縁層
１６ 走査信号線
１７ 第２の絶縁層
１８ 映像信号線
１９ ソース-ドレイン電極
２０ 第３の絶縁層
２１ 第４の絶縁層
２２ 第１の配向膜
２３ ブラックマトリクス
２４ 平坦化層
２５ 第２の配向膜
２６ 下地膜

Claims (10)

1. 第１の基板と、
   第２の基板と、を有し、
   前記第２の基板に対して前記第１の基板が配置された側とは反対側の面に偏光層が直接形成されており、
   前記偏光層は、偏光子膜と、前記基板から見て前記偏光子膜の上に積層された保護膜とを有し、
   前記偏光子膜は、配向させたリオトロピック液晶材料でなり、
   前記保護膜は、屈折率が前記偏光子膜の透過軸方向の屈折率よりも小さい材料でなり、かつ、前記偏光子膜よりも薄いことを特徴とする表示装置。
2. 前記保護膜の厚さは、60nm以上、190nm以下であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記偏光層は、前記偏光子膜と前記基板との間に介在する下地膜を有し、
   前記下地膜は、配向性を有し、かつ、配向方向が前記リオトロピック液晶材料の配向方向と概ね平行であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記下地膜の屈折率と前記偏光子の透過軸方向の屈折率との差が、±0.2以下であることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記リオトロピック液晶材料は、アゾ系色素、アントラキノン系色素、ペリレン系色素、インダンスロン系色素、およびイミダゾール系色素のいずれか、またはこれらの色素の混合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 前記第１の基板に対して前記第２の基板が配置された側とは反対側の面に偏光層が直接形成されており、
   前記第１の基板に形成された偏光層は、前記第２の基板に形成された偏光層と同じ構成であり、
   前記第１の基板に形成された前記偏光子膜の透過軸方向と、前記第２の基板に形成された前記偏光子膜の透過軸方向とは、概ね直交していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
7. 第１の基板と、
   第２の基板と、を有し、
   前記第２の基板に対して前記第１の基板が配置された側とは反対側の面に偏光層が直接形成されており、
   前記偏光層は、偏光子膜と、前記基板から見て前記偏光子膜の上に積層された保護膜とを有し、
   前記偏光子膜は、配向させたリオトロピック液晶材料でなり、
   前記保護膜は、前記偏光子膜の透過軸と平行な第１の方向の屈折率が前記偏光子膜の透過軸方向の屈折率よりも小さく、かつ、前記偏光子膜の吸収軸方向と平行な第２の方向の屈折率が前記第１の方向の屈折率よりも大きいことを特徴とする表示装置。
8. 前記第１の基板に対して前記第２の基板が配置された側とは反対側の面に偏光層が直接形成されており、
   前記第１の基板に形成された偏光層は、前記第２の基板に形成された前記偏光層と同じ構成であり、
   前記第１の基板に形成された前記偏光子膜の透過軸方向と、前記第２の基板に形成された前記偏光子膜の透過軸方向とは、概ね直交していることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. 前記第１の基板および前記第２の基板の間に液晶層が挟持された液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの背面側に配置されたバックライトユニットとを有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
10. 請求項１または請求項７に記載の表示装置に用いられる偏光層であって、
    前記偏光層は前記偏光子膜および前記保護膜を有することを特徴とする偏光層。

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