JP3870449B2

JP3870449B2 - 反射防止層付き偏光板

Info

Publication number: JP3870449B2
Application number: JP21858096A
Authority: JP
Inventors: 英三郎渡辺; 俊郎長瀬
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1996-08-20
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JPH1062622A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に使用される偏光板に関し、特に透過率調整層を設けて液晶表示装置の表示性能を向上させることができる反射防止層付き偏光板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、各種モニター、ＯＡ機器用表示装置、薄型ＴＶとして使用される薄型、軽量を特徴とするディスプレイである。その構造は、透明電極を形成し、さらに配向膜を形成した２枚の基板の間に液晶を封入したものであり、２枚の基板の外側には偏光板が貼り付けられている。
また、カラー液晶表示装置では上記基板の片側に赤、緑、青色のパターンを形成したカラーフィルタが形成されており、さらにこれらの色パターンの境界には遮光パターンとしてブラックマトリクスが形成されている。
【０００３】
この様なカラー液晶表示装置は、偏光板を透過した偏光光が液晶層を通過する際に、液晶層に電圧が印加されているか否かによって、偏光光の偏光方向が変化し、光が上部の偏光板を通過するか、遮断されるかが決まり画像表示が行われる。そして、カラーフィルタを通過する際に赤、緑、青の光のいずれかのみが通過することでカラー表示が行われる。
【０００４】
液晶表示装置では、表示容量の拡大とともに表示品質の向上が進展し、表示色数の増加、コントラストの向上等が進んでいる。液晶自体動作電圧、コントラスト、視野角、中間調表示などの表示性能が向上した結果、表示色数の増加や中間調の表示が可能となったが、液晶表示装置の反射によって室内の蛍光灯などの周辺光の映り込みが発生することで生じる表示性能の低下が問題視されるようになってきた。
【０００５】
液晶表示装置の反射の原因は、表面に貼り付けられている偏光板の反射とカラーフィルタに付けられているブラックマトリクスによる反射が挙げられる。
【０００６】
従来、カラーフィルタのブラックマトリクスには基板に金属Ｃｒの薄膜を形成して、これをフォトリソグラフィーの手法によってパターン化したものが用いられており、金属Ｃｒの高い反射率（通常可視光の波長領域では４０％以上）が液晶表示装置の反射の第一の原因であった。
【０００７】
そこで、このブラックマトリクスの反射率を低減する方法として、以下に記すような二つの方法が考案されている。
【０００８】
第一の方法は、ガラス基板上にＣｒＯ膜を形成したのちＣｒ膜を形成したいわゆる二層Ｃｒ膜をパターン化してブラックマトリクスとする方法である。この方法では、ＣｒＯ膜が反射率が小さいという特性を利用して反射率を低減すると共にその上に積層したＣｒ膜の高い遮光性から、０．１μｍ前後の薄膜で光学濃度（ＯＤ）４以上の高い遮光性を持ち、反射率も可視光域で１０％以下になる。（この方式を以下二層Ｃｒと称する。）
【０００９】
第二の方法は、遮光の為の材料として黒色色素を使用する方法であり、黒色顔料を分散した感光性樹脂を使用してブラックマトリクスを形成する方法、黒色顔料を分散した樹脂を基板に塗布し、この上に感光性樹脂を塗布、感光性樹脂をパターン化した後、このパターンをマスクにしてエッチングしてブラックマトリクスを形成する方法が用いられている。黒色色素としては、カーボンブラック、チタンブラック、鉄黒等の黒色顔料が使用されるが、複数の有機顔料を混合して黒色として使用することも可能である（このタイプを以下顔料ブラックと称する）。
この顔料ブラックでは、反射率は１％以下と現在最も優れているが、十分な遮光性を得る為には、膜厚を１μｍ以上にしなければならない。
【００１０】
以上の二つの低反射ブラックマトリクスでは、遮光性の点では二層Ｃｒが優れており、低反射率という点では顔料ブラックが優れている。
【００１１】
最近では、液晶表示装置の低消費電力化が求められており、この為に液晶表示装置の光利用率の向上の目的からパネル透過率を高くする、即ち、ブラックマトリクスを細くすることが求められており、ブラックマトリクスの線幅は１０μｍ以下になってきている。このような線幅の細いブラックマトリクスを形成する場合には、顔料ブラックの使用は困難であり二層Ｃｒが使用されている。
【００１２】
液晶表示装置に使用される偏光板は、トリアセチルセルロースを基材とし、沃素や染料を含浸させたポリビニルアルコール等を延伸して偏光膜としたものを挟持したものであり、さらにその表面にはハードコート層と呼ばれる保護層が形成される。
【００１３】
偏光板の反射は、偏光板の表面（偏光板と空気の界面）での反射が原因であり、反射を低減する方法には、多層干渉膜からなる反射防止層を形成する方法、表面に微粒子を含んだ散乱膜を形成して光散乱層とする方法がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
二層Ｃｒを使用したブラックマトリクスの反射率を図３の（１）に示す。線幅は１０μｍ以下のブラックマトリクスを精度良く形成することが可能であるが、反射率は可視光域では１０％以下とＣｒ膜に比べれば低反射率であるとはいえ十分とは言い難い。また、その反射率は照射する光源の波長によって変化し、特に４５０ｎｍ以下の低波長領域で高くなる傾向を有する。
【００１５】
従って、例えば室内の蛍光灯のような白色の外光照明下での使用に際して、その反射光は青色成分が強くなる。つまり、液晶表示装置は青みががった反射を生じる事になり、表示も青みのある背景になるため十分な表示性能が発揮できない。
【００１６】
本発明は、二層Ｃｒを使用したブラックマトリクス付きのカラー液晶表示装置に組み込んで使用する場合に室内光による反射や映り込みを無くすと同時に二層Ｃｒの反射により生じる青みがかった色付きを無くして優れた色表示性能を発揮することが可能となる反射防止層付き偏光板を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決する手段】
本発明に於いて上記課題を解決するために、まず請求項１においては、それぞれ外側に偏光板が貼り付けられている、ブラックマトリクスを有するカラーフィルタが設けられた表面側基板と、他の基板からなる２枚の基板の間に液晶を封入した液晶表示装置の、前記表面側基板に設ける、透明基材間に偏光膜が挟持された前記偏光板の表面側にハードコート層を介して反射防止層を設けた反射防止層付き偏光板において、前記ハードコート層を、４６０ｎｍから６１０ｎｍの波長で８０％以上の透過率、４４０ｎｍ以下の波長で５０％以下の透過率をそれぞれ示すよう調整された透過率調整層としたことを特徴とする反射防止層付き偏光板としたものである。
【００１８】
また、請求項２においては、それぞれ外側に偏光板が貼り付けられている、ブラックマトリクスを有するカラーフィルタが設けられた表面側基板と、他の基板からなる２枚の基板の間に液晶を封入した液晶表示装置の、前記表面側基板に設ける、透明基材間に偏光膜が挟持された前記偏光板の表面側に、ハードコート層及び光散乱層を介して反射防止層を設けた反射防止層付き偏光板において、前記ハードコート層又は光散乱層を、４６０ｎｍから６１０ｎｍの波長で８０％以上の透過率、４４０ｎｍ以下の波長で５０％以下の透過率をそれぞれ示すよう調整された透過率調整層としたことを特徴とする反射防止層付き偏光板としたものである。
請求項３においては、前記透過率調整層は、黄色の着色剤を含むことを特徴とする請求項１記載の反射防止層付き偏光板としたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき説明する。
図１（ａ）に反射防止層付き偏光板の基本構成を示す模式断面図を、図１（ｂ）〜（ｃ）乃至図２（ａ）〜（ｂ）には本発明の反射防止層付き偏光板の一実施例を模式断面図で示したものである。
反射防止層付き偏光板の基本構成はトリアセチルセルロースを透明基材１１とし、沃素や染料を含浸させたポリビニルアルコール等を延伸して形成した偏光膜１２を透明基材１１で挟持した偏光板１３にハードコート層１４、光散乱層１５及び反射防止層１６を順次積層してなる（図１（ａ）参照）。
【００２０】
ここで、ハードコート層１４としては、各種アクリル系、シリコン系の紫外線硬化型のコーティング材の中から透明性、ガスバリアー性が良好で、耐摩耗性が高いものを選択して使用出来る。光散乱層１５としてはハードコート層１４と同一のコーティング材に粒径１乃至５０μｍの無機系、有機系微粒子を分散したものが一般的である。このハードコート層１４と光散乱層１５は積層して形成しても良いし、ハードコート層１４と光散乱層１５を一層で兼用することも可能である。
【００２１】
本発明の反射防止層付き偏光板は偏光板１３と反射防止層１６の間に透過率調整層を設けたものである。透過率調整層は、ハードコート層１４、光散乱層１５もしくは透明基材１７のいずれかに着色剤を添加し、４６０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長域での透過率が８０％以上で、且つ４４０ｎｍ以下の波長域での透過率が５０％以下となるようにしたものである。
【００２２】
具体的な層構成の事例を図１（ｂ）〜（ｃ）及び図２（ａ）〜（ｂ）に示す。図１（ｂ）は透過率調整層の役目を透過率が調整されたハードコート層１４ａに、図１（ｃ）は透過率調整層の役目を透過率が調整された光散乱層１５ａに、図２（ａ）は透過率調整層の役目を透過率が調整されたハードコート層１４ａに、図２（ｂ）は透過率調整層の役目を着色基材１７ａにそれぞれ持たせたものである。その際の透過率調整層の分光透過率は４６０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長域での透過率が８０％以上で、且つ４４０ｎｍ以下の波長域での透過率が５０％以下となるように着色剤を選定し、添加量を調整する。
【００２３】
着色剤としては、黄色の染料、顔料が使用できる。黄色の染料としては、ＫａｙａｓｅｔＦｌａｖｉｎＦＮ、ＫａｙａｓｅｔＦｌａｖｉｎＦＧ、ＫａｙａｓｅｔＦｌａｖｉｎＳＦ−Ｇ、ＫａｙａｓｅｔＹｅｌｌｏｗＧ、ＫａｙａｓｅｔＹｅｌｌｏｗＧＮ、ＫａｙａｓｅｔＹｅｌｌｏｗ２Ｇ、ＫａｙａｓｅｔＯｒａｎｇｅＧ（以上日本化薬株式会社製商品名）など、黄色の顔料としてはＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ３４、ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ３７、ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ５３、ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ８１、ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ８３、ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ９３、ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ１３８などが使用出来る。
【００２４】
着色基材１７ａは透明基材１７の樹脂ペレットに着色剤を添加しシート状に成形して得られる。透明基材１７としては、アクリル、ＰＥＴ、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルサルホン等の透明樹脂が使用できる。着色剤としては、黄色の染料、顔料が使用できるほか近紫外域に吸収を持つような紫外線吸収剤を添加したものが使用出来る。
【００２５】
最後に、最上層に反射防止層１６として多層干渉膜を形成して本発明の反射防止層付き偏光板が完成する。この多層干渉膜としては、酸化チタンと酸化珪素の薄膜を２乃至４層積層して形成したものが一般的であり、成膜方法としては電子ビーム加熱の真空蒸着やスパッタ蒸着、イオンプレーティングなどが使用される。
【００２６】
反射防止層１６の材料としては上記以外にも酸化マグネシウムや酸化ジルコニウム、フッ化カルシウムなどの無機材料薄膜が使用できる他、ポリイミドやアクリル、フルオロカーボン等の有機薄膜も使用できる。
【００２７】
以上説明したように、本発明の反射防止層付き偏光板は、偏光板１３上に透過率が調整されたハードコート層１４ａ、光散乱層１５、反射防止層１６を順次積層して（図１（ｂ）参照）、または偏光板１３上にハードコート層１４、透過率が調整された光散乱層１５ａ、反射防止層１６を順次積層して（図１（ｃ）参照）、作製する。この他に、アクリル、ＰＥＴ、ポリエチレン、ポリエステル、ポリエーテルサルホン等からなる透明基材１７上に透過率調整されたハードコート層１４ａ、光散乱層１５、反射防止層１６を順次積層した反射防止積層基材１９を作製し、この反射防止積層基材１９と偏光板１３とを接着層８を介して貼り合わせて作製する（図２（ａ）参照）か、アクリル、ＰＥＴ、ポリエチレン、ポリエステル、ポリエーテルサルホン等の透明樹脂に着色剤を添加してシート成形して得られた透過率が調整された着色基材１７ａにハードコート層１４、光散乱層１５、反射防止層１６を順次積層した反射防止積層基材２０を作製し、この反射防止積層基材２０と偏光板１３とを接着層１８を介して貼り合わせて作製する（図２（ｂ）参照）。
【００２８】
尚、本発明の反射防止層付き偏光板には、表面に指紋や油分の付着を防止する目的で防汚処理を施したり、帯電防止機能を付加することも可能である。
【００２９】
本発明の反射防止層付き偏光板を液晶表示装置に使用した場合、液晶表示装置に入射した室内光は透過率調整層にて減衰した後ブラックマトリクスで反射され、再び透過率調整層にて減衰する。この結果、図３の（２）に示すように、ブラックマトリクスによる反射光は４４０ｎｍ以下において３％以下に低減する。４６０ｎｍ以上の波長ではブラックマトリクス自体の反射率が６％以下であり、透過率調整層によって減衰した結果４％以下に低減する。
【００３０】
カラー液晶表示装置においては、バックライトユニットを光源とし、この上に赤、緑、青の画素からなる液晶表示パネルを重ねて赤色、緑色、青色の組み合わせでカラー表示を行っている。ここで使用されているバックライトユニットは光源として三波長タイプの蛍光灯を使用しており、主発光ピーク波長が４６０、５４０、６１０ｎｍにある。本発明の反射防止層付き偏光板では、透過率調整層の透過率は４６０ｎｍから６１０ｎｍの範囲では８０％以上であるから、表示光の強度低下を及ぼす影響はほとんどない。
【００３１】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
＜実施例１＞
トリアセチルセルロースを透明基材１１とし、沃素を含浸させたポリビニルアルコールを延伸して作製した偏光膜１２を透明基材１１にて挟持した偏光板１３を作製した。アクリル系樹脂ＵＲ６３５０（三菱レーヨン株式会社製、商品名）に黄色顔料ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ８３を分散した塗液を作製し、偏光板１３の透明基材１１上に塗布し透過率が調整されたハードコート層１４ａを形成した。
【００３２】
次に、アクリル系樹脂ＵＲ６３５０に酸化ケイ素微粒子（富士シリシア化学株式会社製、商品名サイシリア）を分散した塗液を作製し、透過率が調整されたハードコート層１４ａ上に塗布して光散乱層１５を形成した。透過率が調整されたハードコート層１４ａ、光散乱層１５の膜厚は共に５μｍであった。この時の透過率が調整されたハードコート層１４ａの透過率は４６０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長域で８０％以上を、４４０ｎｍ以下波長域では５０％以下を示し、満足出来るものであった。
【００３３】
次に、光散乱層１５上に酸化チタン、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ケイ素の順で真空蒸着して反射防止層１６を形成して本発明の反射防止層付き偏光板を得た（図１（ｂ）参照）。
【００３４】
＜実施例２＞
実施例１と同様の偏光板１３を作製し、アクリル系樹脂ＵＲ６３５０（三菱レーヨン株式会社製、商品名）からなる塗液を偏光板１３の透明基材１１上に塗布しハードコート層１４を形成した。ついでアクリル系樹脂ＵＲ６３５０に酸化ケイ素微粒子（富士シリシア化学株式会社製、商品名サイシリア）と黄色染料ＫａｙａｓｅｔＹｅｌｌｏｗＧＮを分散、溶解した塗液を作製し、ハードコート層１４上に塗布して透過率が調整された光散乱層１５ａを形成した。この時のハードコート層１４の膜厚は５μｍ、透過率が調整された光散乱層１５ａの膜厚は１０μｍであった。さらに、透過率が調整された光散乱層１５ａの透過率は４６０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長域で８５％以上、４４０ｎｍ以下波長域で４５％以下であった。
【００３５】
次に、透過率が調整された光散乱層１５ａ上に酸化チタン、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ケイ素の順で真空蒸着して反射防止層１６を形成して本発明の反射防止層付き偏光板を得た（図１（ｃ）参照）。
【００３６】
＜実施例３＞
透明基材１７として市販のポリカーボネートフィルム（三菱瓦斯化学株式会社製、商品名ユーピロンシート、厚み２ｍｍ）を使用し、アクリル系樹脂ＵＲ６３５０（三菱レーヨン株式会社製、商品名）に黄色顔料ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ１３８を分散した塗液を作製し、透明基材１７上に塗布し透過率が調整されたハードコート層１４ａを形成した。
【００３７】
次に、アクリル系樹脂ＵＲ６３５０に酸化ケイ素微粒子（富士シリシア化学株式会社製、商品名サイシリア）を分散した塗液を作製し、透過率が調整されたハードコート層１４ａ上に塗布して光散乱層１５を形成した。透過率が調整されたハードコート層１４ａ、光散乱層１５の膜厚は共に５μｍであった。この時の透過率が調整されたハードコート層１４ａの透過率は４６０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長域で８０％以上を、４４０ｎｍ以下波長域では５０％以下を示し、満足出来るものであった。
【００３８】
次に、光散乱層１５上に酸化チタン、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ケイ素の順で真空蒸着して反射防止層１６を形成して反射防止積層基材１９を作製した。この反射防止積層基材１９の透明基材１７面に光硬化性樹脂ＵＶＸ−ＳＳ１２０（スリーボンド株式会社製、商品名）を塗布して接着層１８を形成し、偏光板１３と貼り合わせて反射防止層付き偏光板を得た（図２（ａ）参照）。
【００３９】
＜参項例＞ポリカーボネイト樹脂に黄色顔料ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ８３を分散した後、厚さ２ｍｍのフィルム状に成形した着色基材１７ａを作製した。ここで、着色基材１７の透過率が４６０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長域で８０％以上、４４０ｎｍ以下の波長域で５０％以下となるように黄色顔料の添加量を調整した。この着色基材１７にアクリル系樹脂ＵＲ６３５０（三菱レーヨン株式会社製、商品名）を溶媒に溶解した塗液を塗布しハードコート層１４を形成した。
【００４０】
次に、アクリル系樹脂ＵＲ６３５０に酸化ケイ素微粒子（日本アエロジル株式会社製、商品名アエロジルＲ９７２）を分散した塗液を作製し、ハードコート層１４上に塗布して光散乱層１５を形成した。ハードコート層１４、光散乱層１５の膜厚は共に５μｍであった。
【００４１】
次に、光散乱層１５上に酸化チタン、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ケイ素の順で真空蒸着して反射防止層１６を形成して反射防止積層基材２０を作製した。この反射防止積層基材２０の着色基材１７ａ面に光硬化性樹脂ＵＶＸ−ＳＳ１２０（スリーボンド株式会社製、商品名）を塗布して接着層１８を形成し、偏光板１３と貼り合わせて反射防止層付き偏光板を得た（図２（ｂ）参照）。
【００４２】
上記、実施例１〜実施例３の反射防止層付き偏光板を、ブラックマトリクスとして二層Ｃｒを使用しているカラー液晶基板の観察者側の偏光板に使用してカラー液晶表示装置を作製した。完成したカラー液晶表示装置の反射率を測定したところ４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲において４％以下の反射率であった。また、白色蛍光灯下で観察した結果、両面への観察者や周囲の映り込みはほとんど見られず良好な表示性能が確認出来た。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の反射防止層付き偏光板を二層Ｃｒからなるブラックマトリクスを有するカラー液晶基板の観察者側に使用した場合、二層Ｃｒ膜の反射特性に起因する４５０ｎｍ以下の波長の外光の反射率を４％以下に低減でき、二層Ｃｒ膜の反射により生じる青みがかった色付きを無くして優れた色表示性能を発揮することができるという効果を有する。併せて、光散乱層、反射防止層を有することから、反射の少ない視認性に優れたカラー液晶表示装置が実現できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、反射防止層付き偏光板の基本構成を示す摸式断面図である。
（ｂ）〜（ｃ）は、本発明の反射防止層付き偏光板の一実施例を示す摸式断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の反射防止層付き偏光板の他の実施例を示す摸式断面図である。
【図３】（１）は、二層Ｃｒからなるブラックマトリクスの分光反射率特性の一例を示すグラフである。
（２）は、本発明の反射防止層付き偏光板を二層Ｃｒからなるブラックマトリクスを使用したカラー液晶基板の観察者側に使用した場合の二層Ｃｒからなるブラックマトリクスの分光反射率特性の一例を示すグラフである。
（３）は、本発明の反射防止層付き偏光板の透過率調整層の分光透過率特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１１………透明基材
１２………偏光膜
１３………偏光板
１４………ハードコート層
１４ａ……透過率が調整されたハードコート層
１５………光散乱層
１５ａ……透過率が調整された光散乱層
１６………反射防止層
１７………透明基材
１７ａ……着色基材
１８………接着層
１９、２０……反射防止積層基材

Claims

それぞれ外側に偏光板が貼り付けられている、ブラックマトリクスを有するカラーフィルタが設けられた表面側基板と、他の基板からなる２枚の基板の間に液晶を封入した液晶表示装置の、前記表面側基板に設ける、透明基材間に偏光膜が挟持された前記偏光板の表面側にハードコート層を介して反射防止層を設けた反射防止層付き偏光板において、前記ハードコート層を、４６０ｎｍから６１０ｎｍの波長で８０％以上の透過率、４４０ｎｍ以下の波長で５０％以下の透過率をそれぞれ示すよう調整された透過率調整層としたことを特徴とする反射防止層付き偏光板。
それぞれ外側に偏光板が貼り付けられている、ブラックマトリクスを有するカラーフィルタが設けられた表面側基板と、他の基板からなる２枚の基板の間に液晶を封入した液晶表示装置の、前記表面側基板に設ける、透明基材間に偏光膜が挟持された前記偏光板の表面側に、ハードコート層及び光散乱層を介して反射防止層を設けた反射防止層付き偏光板において、前記ハードコート層又は光散乱層を、４６０ｎｍから６１０ｎｍの波長で８０％以上の透過率、４４０ｎｍ以下の波長で５０％以下の透過率をそれぞれ示すよう調整された透過率調整層としたことを特徴とする反射防止層付き偏光板。
前記透過率調整層は、黄色の着色剤を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の反射防止層付き偏光板。