JP2009036880A - 汚れ防止膜及びそれを備えた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示装置の表示品質を向上させ、しかも観察面の汚れを防ぐ。
【解決手段】液晶表示素子１の観察面に配置されたタッチ入力パネル１１の上に、単層膜または互いに屈折率が異なる複数の薄膜の積層膜からなる反射防止層１８と、前記反射防止層１８の上に形成され、シリコンの層を原子数で２０層以下の層数に積層してなる防汚層１９とからなる汚れ防止膜１７を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、汚れ防止膜及びそれを備えた表示装置に関する。

液晶表示装置等の表示装置として、前記観察面に、アモルファスカーボン膜からなる膜を設け、耐傷性を向上させたものがある。（特許文献１参照）
特開２００５−１３４５４２号公報

しかし、従来のアモルファスカーボン膜は、耐傷性が改善されるものの、その膜の表面における反射率を低くすることが困難であった。

この発明は、光の反射防止効果と汚れ防止効果とを得ることができる汚れ防止膜を提供すること、及び、表面反射を低減して表示品質を向上させ、しかも観察面の汚れを防ぐことができる表示装置を提供することを目的としたものである。

この発明の請求項１に記載の表示装置の汚れ防止膜は、基材の表面に形成され、この基材と屈折率が異なる単層膜、または互いに屈折率が異なる複数の薄膜の積層膜からなる反射防止層と、前記反射防止層の上に形成され、シリコンの層を原子数で２０層以下の層数に積層してなる防汚層とからなることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の表示装置の汚れ防止膜において、前記防汚層は、シリコンの層を原子数で３〜１０層に積層してなることを特徴とする。

この発明の請求項３に記載の表示装置は、
画像を表示する表示素子と、
前記表示素子の観察面を覆って設けられ、前記表示素子の観察面を形成する部材と屈折率が異なる単層膜、または互いに屈折率が異なる複数の薄膜を積層してなる反射防止層と、前記反射防止層の上に形成され、シリコンの層を原子数で２０層以下の層数に積層してなる防汚層とからなる汚れ防止膜と、
を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記載の表示装置において、前記表示素子の観察面にタッチ入力パネルが配置されており、前記汚れ防止膜は、前記タッチ入力パネルの上に形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記請求項３に記載の表示装置において、前記表示素子は、予め定めた間隙を設けて対向配置された観察側とその反対側の一対の基板と、前記一対の基板間の間隙に封入された液晶層と、前記一対の基板の前記液晶層に対向する内面の少なくとも一方に設けられ、前記液晶層に液晶分子の配向状態を制御するための電界を印加する複数の電極と、前記一対の基板のうちの少なくとも前記観察側の基板の外面に配置された偏光板とからなる液晶表示素子であり、前記汚れ防止膜は、前記観察側の偏光板の上に形成されていることを特徴とする。

この発明の汚れ防止膜によれば、光の反射防止効果と汚れ防止効果とを得ることができる。

また、この発明の表示装置によれば、表示品質が向上し、しかも観察面の汚れを防ぐことができる。

（第１の実施形態）
図１はこの発明の第１の実施例を示す汚れ防止膜を備えた表示装置の断面図である。

この実施例の表示装置は、液晶表示装置であり、画像を表示する液晶表示素子１と、前記液晶表示素子１の観察面（図１において上面）を覆って設けられた汚れ防止膜１７と、前記液晶表示素子１の観察面とは反対側の面に対向させて配置され、前記液晶表示素子１に向けて照明光を照射する面光源２０とを備えている。

前記液晶表示素子１は、予め定めた間隙を設けて対向配置された観察側とその反対側の一対の透明基板２，３と、前記一対の基板２，３間の間隙に封入された液晶層４と、前記一対の基板２，３の前記液晶層４に対向する内面にそれぞれ設けられ、前記液晶層４に液晶分子の配向状態を制御するための電界を印加する複数の透明電極５，６と、前記一対の基板２，３の外面にそれぞれ配置された一対の偏光板９，１０とからなっている。

この液晶表示素子１は、観察側とは反対側の基板３の内面に、複数の画素電極６をマトリックス状に配列させて形成し、観察側の基板２の内面に、前記複数の画素電極６の配列領域に対応する一枚膜状の対向電極５を形成したアクティブマトリックス液晶表示素子であり、図では省略しているが、前記反対側の基板３の内面に、前記複数の画素電極６にそれぞれ対応させて配置され、これらの画素電極６にそれぞれ接続されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、各行のＴＦＴにゲート信号を供給するための複数の走査線と、各列のＴＦＴにデータ信号を供給するための複数の信号線とが設けられている。なお、図では前記複数の画素電極６を大きく誇張しているが、前記複数の画素電極６は、例えば５０〜１００μｍのピッチで配列されている。

また、前記観察側の基板２の内面には、前記複数の画素電極６と前記対向電極５とが互いに対向する領域からなる複数の画素にそれぞれ対応させて、赤、緑、青の３色のカラーフィルタ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂが設けられており、前記対向電極５は、前記カラーフィルタ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂの上に形成されている。

前記一対の基板２，３は、複数の画素の配列領域からなる画面エリアを囲む枠状のシール材８を介して接合されており、これらの基板２，３間の間隙の前記シール材８で囲まれた領域に液晶層４が封入されている。

また、図では省略しているが、前記一対の基板２，３の内面にはそれぞれ、前記電極５，６を覆って配向膜が設けられており、前記液晶層４の液晶分子は、前記一対の基板２，３間において、前記配向膜により規定される配向状態に配向している。

この液晶表示素子１は、液晶分子をツイスト配向させたＴＮまたはＳＴＮ型、液晶分子を基板２，３面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型、液晶分子をツイストさせることなく基板２，３面に対して実質的に平行に配向させた水平配向型、液晶分子をベンド配向させるベンド配向型のいずれか、あるいは強誘電性または反強誘電性液晶表示素子であり、前記一対の偏光板９，１０は、それぞれの透過軸の向きを、良好なコントラストが得られるように設定して配置されている。

なお、この実施例の液晶表示素子１は、一対の基板２，３の内面それぞれに設けられた電極５，６間に電界を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させるものであるが、それに限らず、一対の基板のいずれか一方の内面に複数の画素を形成する例えば櫛状の第１と第２の電極を設け、これらの電極間に横電界（基板面に沿う方向の電界）を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させる横電界制御型のものでもよい。

前記液晶表示素子１は、観察面にタッチ入力パネル１１が配置されたタッチ入力パネル付き表示素子であり、前記汚れ防止膜１７は、前記タッチ入力パネル１１の上に形成されている。

前記タッチ入力パネル１１は、例えば抵抗型のものであり、予め定めた間隙を設けて対向配置され、前記液晶表示素子１の画面エリアを囲む大きさの枠状スペーサ１４を介して接合されたガラスまたはアクリル樹脂等からなる一対の基板１２，１３と、これらの基板１２，１３の互いに対向する内面にそれぞれ前記画面エリアの略全域に対応する面積に形成されたＩＴＯからなる一対の透明抵抗膜１５，１６とにより構成されている。

なお、図では省略しているが、前記一対の抵抗膜１５，１６のいずれか一方の膜面上には、これらの抵抗膜１５，１６間の間隔を規定する複数の柱状スペーサが行方向及び列方向に予め定めたピッチで設けられている。

このタッチ入力パネル１１は、前記液晶表示素子１の観察面に、一方の基板１２の外面を前記液晶表示素子１の観察側偏光板９の外面に対向させて配置されている。以下、このタッチ入力パネル１１の液晶表示素子１側の基板１２を後基板、観察側の基板１３を前基板という。

このタッチ入力パネル１１は、その上（前基板１３の上）に形成された前記汚れ防止膜１７の外面をタッチ面としたものであり、前記タッチ面の任意の位置をタッチペン（図示せず）等によりタッチすると、前記汚れ防止膜１７及び前基板１３のタッチ位置に対応する部分が後側に撓み変形し、前記前基板１３の内面の抵抗膜１６が局部的に前記後基板１２の内面の抵抗膜１５に接触する。

そのため、前記一対の抵抗膜１５，１６のうち、一方の抵抗膜１５の一方の方向、例えばＸ軸方向の両端間と、他方の抵抗膜１６の前記Ｘ軸方向に対して直交するＹ軸方向の両端間とに一定値の電圧を交互に印加し、前記一方の抵抗膜１５に前記Ｘ軸方向の電圧を印加したときの他方の抵抗膜１６の前記Ｙ軸方向の一端の電圧値と、前記他方の抵抗膜１６に前記Ｙ軸方向の電圧を印加したときの前記一方の抵抗膜１５の前記Ｘ軸方向の一端の電圧値とを測定することにより、これらの電圧値に基づいて、タッチ位置の前記Ｘ軸方向とＹ軸方向の座標を検出することができる。

一方、前記汚れ防止膜１７は、前記タッチ入力パネル１１の前基板１３の上に形成された透明な反射防止層１８と、前記反射防止層１８の上に形成された透明な防汚層１９とからなっている。

前記反射防止層１８は、図では簡略化しているが、互いに屈折率が異なる複数の薄膜、例えば、フッ化ニオブまたは酸化チタンからなる薄膜と、ＳｉＯ_２（酸化シリコン）からなる薄膜とを、交互に、且つ各層の薄膜の膜厚を互いに異ならせて多層に積層した積層膜からなっている。

すなわち、この反射防止層１８は、前記積層膜の各層を形成する薄膜の屈折率とその膜厚を適宜に設定することにより、積層膜全体で、可視光帯域の波長光の反射を低減し、前記可視光帯域の波長光を高い透過率で透過させる反射防止膜である。

この反射防止層１８の厚さ積層膜の厚さ、つまり前記フッ化ニオブまたは酸化チタンからなる薄膜と前記ＳｉＯ_２からなる薄膜とを複数積層した膜の膜厚の合計値は、例えば数十〜１５０ｎｍの範囲である。

前記反射防止層１８の最上層には、前記ＳｉＯ_２膜が形成されており、この反射防止層１８の最上層のＳｉＯ_２膜上に、酸化しないＳｉ（シリコン）を原子数で２０層以下の層数に積層した１００ｎｍ程度以下の厚さのＳｉ層からなる防汚層１９が形成されている。

前記反射防止層１８の最上層のＳｉＯ_２膜は、Ｓｉの成膜と、そのＳｉ膜の酸化処理とにより形成し、前記防汚層１９は、Ｓｉの成膜により形成する。

その場合、前記ＳｉＯ_２膜は、スパッタ装置により、Ｓｉをターゲットとし、０．２〜６ＰａのＡｒ雰囲気中において、被成膜基板（タッチ入力パネル１１の第２の基板）１３を、１００〜８００ｒｐｍ程度の回転速度で前記ターゲット周りに回転させ、パワー密度１〜８Ｗ／ｃｍ^２程度の直流プラズマ条件で、略１原子層の厚さ（約０．３ｎｍ）に成膜し、前記ターゲットが存在する領域とは別の他の領域において、前記成膜されたＳｉの略１原子層を０．２〜６Ｐａ程度のＡｒ＋Ｏ_２プラズマ雰囲気にさらして酸化することにより形成する。

そして、前記反射防止層１８の各ＳｉＯ_２膜は、前記略１原子層のＳｉの成膜と、そのＳｉ膜の酸化処理とを、必要とする膜厚に対応した回数繰り返して形成する。また、前記反射防止層１８の最上層のＳｉＯ_２膜上に形成する前記防汚層１９は、前記略１原子層のＳｉの成膜を、酸化させることなく２０回以下の回数繰り返して形成する。

前記Ｓｉ層からなる防汚層１９は、前記反射防止層１８の最上層のＳｉＯ_２膜に比べて、水との接触角を高く保つため、ＳｉＯ_２膜よりも優れた防汚性を有しており、また、耐磨耗性、耐薬品性も高い。

しかも、前記防汚層１９は、Ｓｉの層を原子数で２０層以下の層数に積層したものであり、その厚さが可視光の波長に対して極く薄いため、前記反射防止層１８の反射防止特性に影響を及ぼすことは無い。

この防汚層１９は、前記Ｓｉの層を原子数で３〜１０層に積層したＳｉ膜が好ましく、この範囲の層数にすることにより、前記反射防止層１８の反射防止特性への影響をより効果的に無くすことができる。

また、前記液晶表示素子１の観察面とは反対側の面に対向させて配置された面光源２０は、板状の透明部材からなり、その一端面に光を入射させる入射端面２１ａが形成され、２つの板面の一方に前記入射端面２１ａから入射した光の出射面２１ｂが形成され、他方の板面に前記入射端面２１ａから入射した光を前記出射面２１ｂに向けて内面反射する反射面２１ｃが形成された導光板２１と、この導光板２１の入射端面２１ａに対向させて配置されたＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる複数の発光素子２２とにより構成されており、前記導光板２１の出射面２１ｂを前記液晶表示素子１の観察面とは反対側の面に対向させて配置されている。

前記表示装置は、前記液晶表示素子１の観察面に配置されたタッチ入力パネル１１の上に前記汚れ防止膜１７を設けたものであるため、表示品質を向上させ、しかも観察面、つまり前記タッチ入力パネル１１のタッチ面の汚れを防ぐことができる。

すなわち、汚れ防止膜１７は、互いに屈折率が異なる複数の薄膜（フッ化ニオブまたは酸化チタンからなる薄膜と、ＳｉＯ_２からなる薄膜）の積層膜からなる反射防止層１８の上に、Ｓｉの層を原子数で２０層以下の層数に積層してなり、水との接触角が大きく、且つ可視光の波長に比べて十分薄い防汚層１９を形成したものであるため、前記反射防止層１８による光の反射防止効果と、前記防汚層１９による汚れ防止効果とを得ることができる。

したがって、この表示装置は、その観察面による反射が低減して視認性が向上し、且つ前記液晶表示素子１の観察面の汚れを防ぐことができる。

しかも、前記汚れ防止膜１７の表面層である前記防汚層１９は、高い耐磨耗性及び耐薬品性を有しており、この防汚層１９により前記タッチ入力パネル１１に対するタッチ入力のためのタッチ面が形成されているため、タッチ入力の繰り返しによる前記タッチ面の損傷や、薬品類による前記タッチ面の剥離を防ぐことができる。

なお、上記実施例では、前記汚れ防止膜１７の反射防止層１８を、互いに屈折率が異なる複数の薄膜の積層膜により形成しているが、前記反射防止層１８は、前記タッチ入力パネル１１の前基板１３よりも低屈折率の透明材料、例えばＭｇＦ（フッ化マグネシウム）の単層膜でもよい。

また、前記汚れ防止膜１７の防汚層１９は、上記Ｓｉ膜に限らず、イオンプレーティング法等により成膜されたＣＳＬ（ダイヤモンドライクカーボン）の層を原子数で２０層以下（好ましくは３〜１０層）の層数に積層したものでもよく、その場合も、上記実施例と同等の効果を得ることができる。

さらに、上記実施例では、液晶表示素子１の観察面に配置するタッチ入力パネル１１を、対向配置された一対の基板１２，１３と、これらの基板１２，１３の内面にそれぞれ形成された抵抗膜１５，１６とにより構成しているが、前記タッチ入力パネル１１の後基板１２を省略し、前記抵抗膜１５，１６のうちの後側の抵抗膜１５を前記液晶表示素子１の観察側偏光板９の外面に形成してもよい。

また、タッチ入力パネル１１は、前記液晶表示素子１の観察側基板２と観察側偏光板９を利用して構成してもよく、その場合は、前記観察側偏光板９を前記観察側基板２との間に間隙を設けて配置し、前記観察側基板２と観察側偏光板９の互いに対向する面にそれぞれ抵抗膜１５，１６を形成すればよい。

さらにまた、液晶表示素子１の観察面に配置するタッチ入力パネルは、上記実施例の抵抗型タッチ入力パネルに限らず、低容量型または磁場検出型等の他の型式のタッチ入力パネルでもよい。

（第２の実施形態）
図２はこの発明の第２の実施例を示す汚れ防止膜を備えた表示装置の断面図である。なお、この実施例において、上記第１の実施例に対応するものには同符号を付し、実質的に同じのものについてはその説明を省略する。

この実施例の表示装置は、上記第１の実施例の表示装置において、液晶表示素子１の観察面に配置した抵抗型タッチ入力パネル１１の前基板１３の内面に、前記タッチ入力パネル１１の上に形成された汚れ防止膜１７の反射防止層１８と実質的に同じ膜からなる他の反射防止層１８ａを形成したものであり、他の構成は第１の実施例と同じである。

この実施例の表示装置は、液晶表示素子１の観察面に配置したタッチ入力パネル１１の上に、反射防止層１８とその上に形成された防汚層１９とからなる汚れ防止膜１７を設け、さらに前記タッチ入力パネル１１の前基板１３の内面にも反射防止層１８ａを形成しているため、面光源２０から照射され、前記液晶表示素子１を透過した光を、高い透過率で観察側に出射させ、表示の明るさ及びコントラストを、より高くすることができる。

（第３の実施形態）
図３はこの発明の第３の実施例を示す汚れ防止膜を備えた表示装置の断面図である。なお、この実施例において、上記第１の実施例に対応するものには同符号を付し、実質的に同じのものについてはその説明を省略する。

この実施例の表示装置は、上記第１の実施例の表示装置において液晶表示素子１の観察面に配置した抵抗型タッチ入力パネル１１を省略し、前記液晶表示素子１の観察側偏光板９の上に、反射防止層１８とその上に形成された防汚層１９とからなる汚れ防止膜１７を設けたものであり、他の構成は第１の実施例と同じである。

（他の実施形態）
なお、上述した各実施例の表示装置は、透過型の液晶表示素子１を備え、この液晶表示素子１の観察側とは反対側に面光源２０を配置したものであるが、液晶表示素子として、観察側とは反対側の基板の内面または外面に反射膜を設け、観察側の基板の外面に１枚の偏光板を配置した反射型の液晶表示素子を備え、前記面光源２０を省略してもよい。

さらに、画像を表示する表示素子は、液晶表示素子に限らず、プラズマ表示素子や、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示素子等でもよい。

また、前記汚れ防止膜１７は、表示装置に限らず、他の光学装置等にも利用することができる。

この発明の第１の実施例を示す汚れ防止膜を備えた表示装置の断面図。 この発明の第２の実施例を示す汚れ防止膜を備えた表示装置の断面図。 この発明の第３の実施例を示す汚れ防止膜を備えた表示装置の断面図。

符号の説明

１…液晶表示素子、２，３…基板、４…液晶層、５，６…電極、７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ…カラーフィルタ、９，１０…偏光板、１１…タッチ入力パネル、１２，１３…基板、１５，１６…抵抗膜、１７…汚れ防止膜、１８，１８ａ…反射防止層、１９…防汚層、２０…面光源。

Claims (5)

1. 基材の表面に形成され、この基材と屈折率が異なる単層膜、または互いに屈折率が異なる複数の薄膜の積層膜からなる反射防止層と、前記反射防止層の上に形成され、シリコンの層を原子数で２０層以下の層数に積層してなる防汚層とからなることを特徴とする汚れ防止膜。
2. 防汚層は、シリコンの層を原子数で３〜１０層に積層してなることを特徴とする請求項１に記載の汚れ防止膜。
3. 画像を表示する表示素子と、
   前記表示素子の観察面を覆って設けられ、前記表示素子の観察面を形成する部材と屈折率が異なる単層膜、または互いに屈折率が異なる複数の薄膜を積層してなる反射防止層と、前記反射防止層の上に形成され、シリコンの層を原子数で２０層以下の層数に積層してなる防汚層とからなる汚れ防止膜と、
   を備えることを特徴とする表示装置。
4. 表示素子の観察面にタッチ入力パネルが配置されており、汚れ防止膜は、前記タッチ入力パネルの上に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 表示素子は、予め定めた間隙を設けて対向配置された観察側とその反対側の一対の基板と、前記一対の基板間の間隙に封入された液晶層と、前記一対の基板の前記液晶層に対向する内面の少なくとも一方に設けられ、前記液晶層に液晶分子の配向状態を制御するための電界を印加する複数の電極と、前記一対の基板のうちの少なくとも前記観察側の基板の外面に配置された偏光板とからなる液晶表示素子であり、汚れ防止膜は、前記観察側の偏光板の上に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。

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