光学补偿板.pdf

本发明提供一种灰和尘不容易附着的光学补偿板。光学补偿板(10)具备：基板(11)、相位差补偿层(12)和反射防止层(14)。基板(11)例如为玻璃基板。相位差补偿层(12)是在基板(11)的表面将无机材料斜向蒸镀而形成的，具有相对于基板(11)的表面倾斜的柱状结构体林立的精细结构。反射防止层(14)被设置在相位差补偿层(12)的上侧，并且在一面上同样地形成了凹凸结构。

权利要求书
1.  一种光学补偿板，具备：
相位差补偿层，其是在基板的表面斜向蒸镀无机材料而形成的，并且 具有相对于所述基板的表面倾斜的柱状结构林立的精细结构；和
反射防止层，其设置在所述相位差补偿层的上侧，并且在一面上同样 地形成了凹凸结构。

2.  根据权利要求1所述的光学补偿板，其中，
所述反射防止层由氧化锌形成。

3.  根据权利要求1所述的光学补偿板，其中，
所述反射防止层是网状多孔结构。

4.  根据权利要求1所述的光学补偿板，其中，
在所述相位差补偿层与所述反射防止层之间，具备由稠密膜形成的中 间层。

5.  根据权利要求1所述的光学补偿板，其中，
将至少两种以上的折射率不同的电介质薄膜交替层叠而形成的第1电 介质多层膜层，设置在所述基板与所述相位差补偿层之间。

6.  根据权利要求4所述的光学补偿板，其中，
在所述中间层由一个膜形成的情况下，所述中间层由与所述相位差补 偿层或者所述反射防止层相同的材料形成。

7.  根据权利要求4所述的光学补偿板，其中，
所述中间层具备：由与所述相位差补偿层相同的材料形成的第1稠密 膜、和由与所述反射防止层相同的材料形成的第2稠密膜，
所述第1稠密膜设置在所述中间层的最靠近所述相位差补偿层一侧，
所述第2稠密膜设置在所述中间层的最靠近所述反射防止层一侧。

8.  根据权利要求7所述的光学补偿板，其中，
所述中间层在所述第1稠密膜与所述第2稠密膜之间具备：将折射率 相互不同的两种以上的电介质薄膜层叠而形成的第2电介质多层膜层。

9.  根据权利要求7所述的光学补偿板，其中，
在所述反射防止层的上侧，具备耐油性涂层。

10.  根据权利要求10所述的光学补偿板，其中，
所述耐油性涂层由氟化镁形成。

11.  根据权利要求3所述的光学补偿板，其中，
所述反射防止层具有：棒状或者针状的结晶相对于表面垂直地林立的 蛾眼结构。

说明书光学补偿板
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置等中使用的对光的相位差进行补偿的 光学补偿板。
背景技术
将显示于液晶显示装置(LCD)的图像等放大投影在屏幕(screen) 的液晶投影仪正在普及。如公知那样，液晶显示装置具有在液晶面板的两 侧正交尼科尔配置了偏光板的结构，通过按照每个像素来对液晶分子的取 向状态进行控制并对光的透过率进行调节，来显示图像等。此外，由于液 晶面板按照能够利用垂直入射的光来正确地显示白色以及黑色的方式来 调节液晶层的厚度等，因此若存在斜着穿过液晶层的光，即使在显示黑色 的情况下也产生从出射侧偏光板漏出的成分。
在液晶投影仪的情况下，由于若存在倾斜入射所导致的光的漏出，则 投影像的对比度降低，因此通过利用光学补偿板来对倾斜入射的光的相位 差进行补偿，从而提高对比度。作为光学补偿板，例如已知：通过在玻璃 基板上将折射率不同的两种电介质薄膜交替层叠多层而成的电介质多层 膜层来形成相位差补偿层的补偿板(所谓的负C板(negative C-plate))、 和通过从倾斜方向对无机材料进行蒸镀而形成的斜向蒸镀膜来形成相位 差补偿层的补偿板(所谓的O板)(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2008/078764号小册子
发明内容
发明要解决的课题
在光学元件的表面，通常，为了抑制表面反射而设置有反射防止层。 光学补偿板也不例外，优选在其表面设置反射防止层。作为反射防止层， 例如，使用由电介质多层膜构成的电介质多层膜层，其中，该电介质多层 膜是将折射率不同的电介质薄膜交替层叠多层而成的。在这样通过电介质 多层膜层来形成相位差补偿层的光学补偿板，进一步形成由电介质多层膜 层构成的反射防止层的情况下，几乎不产生异常。此外，也能够使相位差 补偿层本身具有反射防止特性。
另一方面，在通过斜向蒸镀膜来形成相位差补偿层的光学补偿板的情 况下，若在斜向蒸镀膜上形成电介质多层膜层，则存在光学补偿板带电， 变得容易吸附灰和尘的异常。若在光学补偿板的表面附着灰和尘，当然显 示图像的画质降低。即使在附着的灰和尘具有透光性的情况下，由于在灰 和尘的附着部分，相位差没有被正确地补偿，因此对比度性能恶化。特别 是在用于液晶投影仪的光学补偿板的情况下，由于像被放大投影，因此即 使是精细的灰和尘，投影画质的降低也容易很明显。
本发明的目的在于提供一种能够对由于灰和尘的附着而导致的画质 降低进行防止的光学补偿板。
用于解决课题的手段
本发明的光学补偿板从基板侧起依次具备：相位差补偿层和反射防止 层。相位差补偿层是在基板的表面斜向蒸镀无机材料而形成的，并且具有 相对于基板的表面倾斜的柱状结构林立的精细结构。反射防止层设置在相 位差补偿层的上侧，并且在一面上具有多个凹凸。另外，在以下的说明中， 将各层的基板侧设为下侧，将远离基板的一侧设为上侧。
优选在相位差补偿层与反射防止层之间具备中间层。中间层被设置在 相位差补偿层上，由稠密膜形成。
进一步地，优选将至少两种以上的折射率不同的电介质薄膜交替层叠 而形成的第1电介质多层膜层，设置在基板与相位差补偿层之间。
在中间层由一个膜形成的情况下，优选中间层由与相位差补偿层或者 反射防止层相同的材料形成。
优选中间层具备：由与所述相位差补偿层相同的材料形成的第1稠密 膜、和由与所述反射防止层相同的材料形成的第2稠密膜。在该情况下， 第1稠密膜被设置在中间层的最靠近相位差补偿层一侧，第2稠密膜被设 置在中间层的最靠近反射防止层一侧。
此外，中间层也可以在第1稠密膜与第2稠密膜之间具备：将相互折 射率不同的两种以上的电介质薄膜层叠而形成的第2电介质多层膜层。
优选在反射防止层的上侧具备耐油性涂层。优选该耐油性涂层由氟化 镁形成。
反射防止层例如由氧化锌形成。此外，反射防止层可以是类似于蛾眼 结构的网状多孔结构，也可以是棒状或者针状的结晶相对于表面垂直地林 立的蛾眼结构本身。
发明效果
本发明的光学补偿板通过与蛾眼结构类似的结构的反射防止层来防 止灰和尘的附着，不会导致由此引起的画质恶化。
附图说明
图1是表示光学补偿板的层结构的剖视图。
图2是表示光学补偿板的特别优选的层结构的剖视图。
图3是一体地设置了负C板的光学补偿板的剖视图。
图4是在基板与相位差补偿层之间设置了负C板的光学补偿板的剖视 图。
图5是在基板的背面侧设置了负C板的光学补偿板的剖视图。
图6是实施了耐油性涂层(coating)的光学补偿板的剖视图。
具体实施方式
[第1实施方式]
如图1所示，光学补偿板10是在基板11上依次层叠相位差补偿层12、 中间层13、反射防止层14而形成的。
基板11例如为玻璃基板。对于基板11，虽然也可以使用TAC、PET 等的薄膜、丙烯树脂、聚碳酸酯等的有机玻璃，但优选使用无机玻璃。其 原因是即使在液晶投影仪等苛刻的环境下使用也几乎不会老化。另外，虽 未图示，但在基板11的背面(设置有相位差补偿层12的面的相反一侧的 面)形成有反射防止层。该反射防止层例如由电介质多层膜形成。
相位差补偿层12是由斜向蒸镀膜构成的层，具有相对于基板11的表 面而倾斜的、柱状结构体林立的精细结构，其中，该斜向蒸镀膜是从相对 于基板11倾斜的方向蒸镀无机材料而形成的。通过基于该倾斜的柱状结 构的结构性双折射，对透过相位差补偿层12的光赋予规定的相位差。由 此，光学补偿板10作为对由于VA型液晶面板的液晶分子的预倾斜 (pre-tilt)而产生的相位差进行补偿的O板而起作用。
另外，形成相位差补偿层12的各个柱状结构体例如为几nm～几百nm 级(order)，柱状结构体的倾斜角度、林立密度、相位差补偿层12的厚 度等参数是根据由光学补偿板10补偿的相位差的大小和制造适合性而定 的。形成相位差补偿层12的斜向蒸镀膜的无机材料是任意的，例如，能 够使用五氧化钽(Ta2O5)、五氧化铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、二 氧化硅(SiO2)等。
中间层13在由一种材料形成的情况下，由与相位差补偿层12或者反 射防止层14的任意一个相同的材料、或者具有相位差补偿层12与反射防 止层14的中间折射率的材料形成。但是，中间层13是不具有相位差补偿 层12和反射防止层14那样精细的内部结构的稠密的膜(所谓的固态膜)。 也就是说，中间层13是通过使材料粒子从与基板11表面几乎垂直的方向 均匀地堆积的通常的真空蒸镀法、CVD等来形成的。
例如，在将中间层13由与相位差补偿层12相同的材料(Ta2O5等) 形成的情况下，在基板11的表面形成了相位差补偿层12之后，使相位差 补偿层12的表面正对蒸镀源，旋转基板11的同时进行蒸镀，由此能够形 成中间层13。此外，在将中间层13由与反射防止层14相同的材料(ZnO 等)形成的情况下，若在用于形成相位差补偿层12的蒸镀装置内，预先 准备了与反射防止层14相同的材料的蒸镀源，则与上述同样地，通过使 相位差补偿层12的表面正对该蒸镀源来进行蒸镀，从而能够形成由与反 射防止层14相同的材料构成的中间层13。
反射防止层14由例如氧化锌(ZnO)、氧化铝(Al2O3)等形成，具 有棒状(或者针状)结晶复杂地相互缠绕并结合而成的网状的多孔结构。 该网状多孔结构至少通过表面的网部分和孔部分，来在一面同样地形成可 见光的波长程度级(几nm～几百nm)的凹凸结构，是类似于蛾眼那种精 细的凹凸结构(所谓的蛾眼结构)的精细结构。因此，反射防止层14也 通过与蛾眼结构同样的原理，通过一面的凹凸结构来表示反射防止作用。
在通过氧化锌来形成网状多孔结构的情况下，例如，将包含硝酸锌和 乙二胺的溶液涂敷在中间层13的表面，使溶剂等蒸发并析出氧化锌即可。 也可以将设置有相位差补偿层12和中间层13的基板11浸渍在包含硝酸 锌和乙二胺的溶液，加温并使氧化锌析出。此外，在使用氧化铝的情况下， 在中间层13上形成了氧化铝薄膜之后，通过进行温水处理，能够设为网 状多孔结构。
如上所述，光学补偿板10通过相位差补偿层12作为O板而起作用， 由于设置有反射防止层14，因此表面反射也被抑制。
若在相位差补偿层12上直接形成反射防止层14，则由于相位差补偿 层12和反射防止层14都具有精细的内部结构，因此这种精细结构露出的 表面彼此的密接性不好。因此，制造变难，即使能够制造也变得高成本。 此外，为了在液晶投影仪这种苛刻的环境下使用，在耐久性方面也存在困 难。但是，在光学补偿板10中，通过在相位差补偿层12与反射防止层14 之间设置稠密的中间层13，从而分别提高了相位差补偿层12与中间层13 的密接性、和中间层13与反射防止层14的密接性。也就是说，由于光学 补偿板10通过中间层13，使得相位差补偿层12与反射防止层14的密接 性较好，因此制造适合性优良，也能够耐得住在液晶投影仪等苛刻的环境 下的使用。
进一步地，光学补偿板10由于基于反射防止层14的网状多孔结构的 凹凸在表面露出，因此灰和尘难以附着。由于氧化锌具有导电性，因此若 对反射防止层14使用氧化锌，则光学补偿板10的带电被防止，并难以吸 附灰和尘，因此特别是防尘性能较好。
为了防尘性的评价，制造了光学补偿板10(防反射膜层14中使用 ZnO)、和在相位差补偿层12上设置了由电介质多层膜构成的反射防止层 的比较用的光学补偿板。然后，在用布来擦各个反射防止层的表面从而使 其带电之后，放上防尘试验用珠子(beads)()，掸掉未被吸附的 多余的珠子，对3×3mm的区域内的吸附数进行计数。此外，反复进行多 次该防尘性评价。这样，在光学补偿板10的情况下，珠子的附着数大概 为300个以下，而比较用的光学补偿板中大概为500个以上。由此也可知， 光学补偿板10与现有的光学补偿板相比，提高了防尘性。
[第2实施方式]
在第1实施方式的光学补偿板10中，由一个膜形成中间层13，该膜 由与相位差补偿层12或者反射防止层14的任意一个相同的材料构成，而 如图2所示的光学补偿板20那样，优选将中间层21由第1薄膜21a和第 2薄膜22b这2个薄膜形成。在该情况下，与相位差补偿层12相接的第1 薄膜21a是由与相位差补偿层12相同的材料构成的稠密膜，与反射防止 层14相接的第2薄膜21b是由与反射防止层14相同的材料构成的稠密膜。
这样，由于相位差补偿层12与第1薄膜21a、第2薄膜21b与反射防 止层14分别由相同的材料形成，因此密接性比由其他材料形成的情况好。 此外，即使在相位差补偿层12和反射防止层14存在精细的内部结构，由 于第1薄膜21a与第2薄膜21b都是稠密膜，因此中间层21与相位差补 偿层12之间能够得到良好的密接性，并且，中间层21与反射防止层14 之间能够得到良好的密接性。由此，若如光学补偿板20那样，将中间层 21设为第1薄膜21a和第2薄膜21b的二膜结构，则与第1实施方式的光 学补偿板10相比，相位差补偿层12与防反射膜层14的密接性进一步提 高。
[第3实施方式]
在第2实施方式的光学补偿板20中，将中间层21设为第1薄膜21a 和第2薄膜21b的二膜结构，但是也可以将中间层21由三膜结构的电介 质多层膜层(第1电介质多层膜层)构成。在该情况下，如图3所示的光 学补偿板26的中间层27那样，在第1薄膜21a与第2薄膜21b之间加上 第3薄膜28。并且，该第3薄膜28按照成为第1薄膜21a与第2薄膜21b 的中间折射率的方式来决定材料、膜数，优选缓和第1薄膜21a与第2薄 膜21b的折射率差。这样，中间层27能够良好地维持与相位差补偿层12 的密接性以及与防反射膜层14的密接性，并且也能够抑制光学补偿板20 的第1薄膜21a与第2薄膜21b的界面处的反射。在将中间层21由四膜 以上构成的情况下，增加设置在第1薄膜21a与第2薄膜21b之间的薄膜 数即可。
另外，在将中间层21设为三膜以上的膜数的情况下，例如也可以取 代第3薄膜27，而在第1薄膜21a与第2薄膜21b之间设置作为负C板 而起作用的由电介质多层膜构成的层(第2电介质多层膜层)。负C板通 过将至少两种以上的折射率不同的电介质薄膜交替层叠而形成。
在第1薄膜21a与第2薄膜21b之间设置负C板的情况下，由于与仅 通过相位差补偿层12来进行相位差补偿的情况相比，设计的自由度提高， 因此能够进行更高精度的相位差补偿。此外，与如以往那样将负C板相对 于光轴倾斜配置来进行相位差补偿的情况相比，能够提高相位差补偿的精 度，并且能够减少将负C板相对于光轴倾斜配置的情况下的空间，使液晶 投影仪小型化或者薄型化。但是，由于若在相位差补偿层12上设置电介 质多层膜层，则光学补偿板20带电并容易吸附灰和尘，因此在第1薄膜 21a与第2薄膜21b之间设置负C板的情况下，为了防止光学补偿板20 的带电，优选将反射防止层14由具有导电性的氧化锌形成。当然，也可 以在中间层21整体，即在第1薄膜21a、第2薄膜21b、和设置在其间的 电介质多层膜整体形成作为负C板而起作用的电介质多层膜层。
在使如第1实施方式的光学补偿板10那样将中间层13由一个膜形成 的光学补偿板10具备负C板功能的情况下，例如，如图4所示的光学补 偿板30那样，形成负C板的电介质多层膜层31设置在基板11与相位差 补偿层12之间即可。
此外，如图5所示的光学补偿板33那样，也可以将作为负C板而起 作用的电介质多层膜层31设置在基板11的背面(与设置有相位差补偿层 12的面相反的一侧的面)。在电介质多层膜层31的上侧(基板11的相反 一侧)设置反射防止层32。反射防止层32可以是与第1、第2实施方式 的各个光学补偿板10、20、26、30中设置在背面侧的层同样的层，也可 以是具有蛾眼结构(或者类似于蛾眼结构的结构)的层。在图5中，使反 射防止层32具有与反射防止层14同样的网状多孔结构。
在这种在基板11的背面设置电介质多层膜层31的情况下，可以与第 1实施方式的光学补偿板10同样地，将中间层13通过由与相位差补偿层 12或者反射防止层14的任意一个相同的材料构成的一个膜形成，也可以 如第2实施方式的光学补偿板20那样，设为第1薄膜21a与第2薄膜21b 的二膜结构。进一步地，也可以如光学补偿板26的中间层27那样，在第 1薄膜21a与第2薄膜21b之间增加第3薄膜28(参照图3)，对第1薄 膜21a与第2薄膜21b的界面处的反射进行抑制。
[第4实施方式]
在第1～第3实施方式的各个相位差补偿板10、20、26、30、33中， 网状多孔结构的反射防止层14在表面露出，而如图6所示的光学补偿板 40那样，优选在反射防止层14实施耐油性涂层41。例如，耐油性涂层41 由氟化镁(MgF2)形成。此外，耐油性涂层41也可以是氟树脂。
光学补偿板10、20、26、30、33通常被用于人们不直接接触的位置， 但是例如在液晶投影仪的维护时，服务人员可能错误地接触光学补偿板 10、20、26、30、33导致油脂等附着。在该情况下，难以完全拭去油脂等， 由于残留的油脂等，导致不能得到正常的相位差补偿效果。此外，若残留 的油脂等浸透相位差补偿层12，则相位差补偿性能进一步恶化。因此，在 将光学补偿板10、20、26、30、33用于液晶投影仪的情况下，对比度性 能恶化。但是，若设置耐油性涂层41，则即使错误地接触相位差补偿元件 40，油脂等附着，也容易拭去，残留的油脂等也变少，因此能够将相位差 补偿性能的恶化抑制在最小限。此外，在将光学补偿板40组装到液晶投 影仪的情况下也可能错误地接触光学补偿板10、20、26、30、33，在该情 况下也能够同样地将相位差补偿性能的恶化抑制在最小限，因此通过使用 设置了耐油性涂层41的光学补偿板40，能够提高成品率，降低组装成本。
虽然在图6中，将耐油性涂层41描绘得较厚，但优选按照网状多孔 结构引起的表面的凹凸不消失的方式，将耐油性涂层41设计为较薄。其 原因是如前所述，通过表面的凹凸也提高防尘性。但是，即使将耐油性涂 层41形成为厚至表面变得平坦的程度，只要耐油性涂层41的材料没有浸 透反射防止层14，则反射防止层14的反射防止性能就几乎不变。
另外，虽然在图6的光学补偿板40中，在第1实施方式的光学补偿 板10中设置了耐油性涂层41，但在第2、第3实施方式的各个光学补偿 板20、26、30、33的情况下也是同样的，优选在反射防止层14上设置耐 油性涂层41。
另外，虽然在第1～第4实施方式的各个光学补偿板10、20、26、30、 33、40中，将反射防止层14设为类似于蛾眼结构的网状多孔结构，但反 射防止层14可以是氧化锌等的棒状结晶在表面几乎垂直地林立的蛾眼结 构本身。
另外，虽然在第1～第4实施方式的各个光学补偿板10、20、26、30、 33、40中，在基板11的背面侧设置了由电介质多层膜构成的反射防止层 (未图示)，但设置在基板11的背面的反射防止层也可以与表面的反射 防止层14同样地，是类似于蛾眼结构的网状多孔结构的反射防止层。此 外，也可以是蛾眼结构的防反射膜层。进一步地，在基板11的背面侧， 也可以不仅仅设置反射防止层，例如，也可以形成负C板。
另外，光学补偿板10、20、26、30、33、40特别适合于使用VA型 液晶面板的液晶投影仪。只要是在对入射到液晶面板的光的偏振状态进行 限制的偏光板(偏振镜)与对从液晶面板出射的光的偏振状态进行限制的 偏光板(检偏镜)之间，则在液晶投影仪内的配置任意。液晶面板可以是 透射型，也可以是反射型。
此外，也可以将光学补偿板10、20、26、30、33、40用于直接观察 显示图像的液晶显示器。若在液晶显示器中使用光学补偿板10、20、26、 30、33、40，则能够提高可视角度。
符号说明
10、20、26、30、33、40 光学补偿板
11 基板
12 相位差补偿层
13、21 中间层
14 反射防止层
31 电介质多层膜层
41 耐油性涂层