CN100417957C - 有机发光二极管显示器用的染料系圆偏光片 - Google Patents

有机发光二极管显示器用的染料系圆偏光片 Download PDF

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Abstract

本发明涉及有机发光二极管显示器用的染料系圆偏光片，包括由聚乙烯醇基材的偏光膜和1/4波片，其特征为：偏光膜为彩色偏光膜，通过配制高二色性染料并进行染色及延伸，在吸收波长范围500～640nm中，主吸收波长带宽为80～120nm，可见光波长380～780nm中的平均单片透光率为53～59%。利用亮视觉现象和OLED三原色中绿光发光效率最高的特性，使用对波长(500～640nm)限制的彩色偏光膜，代替了限制可见光全波长的无反射膜，制造出对比度无明显降低的圆偏光片，外部量子效率可提高25～37%。贴合在偏光膜两面的三醋酸纤维素膜一面，使用防眩或低反射膜，或兼具两种功能的膜，改善了对比度。本发明可改善发光效率，减少耗电量，提高OLED寿命。

Description

有机发光二极管显示器用的染料系圆偏光片
技术领域
本发明涉及OLED(有机发光二极管显示器)中，在相同亮度下，可降低消耗电力(或在相同消耗电力条件下，可提高亮度)的圆偏光片及其制造方法
背景技术
现有技术中，作为有机发光二极管显示器中的抗反射偏光膜(Anti-Reflection polarizing film)，采用一种将透光率为42～43％的碘性中间灰色偏光子(偏光膜)和1/4波长板合而为一的抗反射膜(Anti-Reflection film)，即圆偏光片(Circularly polarizingfilm)。但是，此圆偏光片虽然可遮蔽来自外部的光线，而当有机发光层所产生的光子通过平均透光率为42～43％的偏光膜层时，只有42～43％通过，这样，就发生了圆偏光片降低外部量子效率，亮度也随之下降的问题。
在全世界范围内，显示器市场正以数字平板显示器为中心进行改编其中，有机发光二极管显示器以其反应速度快，自身发光的特点，并无需使用后面发射光线的背光模组和彩色滤光片，可使其厚度和重量分别为TFT-LCD的1/3左右，还可体现鲜明的画质和自然的动画，从而在移动显示在内的整个显示器领域，被誉为能克服LCD不足的划时代的显示器。但是，OLED需要进行切实研究来提高亮度。提高OLED元件的亮度具有比其他类型的显示器更加重要的意义。那是因为，可降低移动部件的耗电量，而且还可增加寿命。而在LCD等面发光元件，其发出的光线几乎全部能射出外部，故没有必要考虑外部量子效率等因素。
相比之下，以OLED为代表的点发光元件，因内部的一点所产生的光子通过不同折射率的多个层而射出外部，所以外部量子效率成为重要的指数。就OLED元件来说，只有约20％的光子射出至外部  因此，只要能将在内部被吸收的光子的一部分引导到外部，对改善亮度具有重要的意义。另外，OLED元件在移动电子产品的应用上具有重要的光学意义移动电子元件的光学特性中，外部光线引起的反射对显示器的画质影响很大，对比度(Contrast ratio)显得很重要。为了提高对比度，有机发光二极管显示器安装对可视光线全波长的单片透光率为42～43％的偏光子(偏光膜)以及1/4波长板组合而成的无反射膜，即圆偏光片，以遮蔽入射光线并形成无反射状态。
这时，外部光线引起的反射虽可得到抑制，但OLED发光元件所产生的光子在通过圆偏光片时，只有相当于该片的平均单片透光率即42～43％的量通过并射出到外部，这样，当通过圆偏光片时，外部量子效率相应降低。现有的有机发光二极管显示器中，为了控制从外部入射光线的反射光，以增大对比度，一般使用单片可见光透光率为42～43％左右的圆偏光片，故相应降低了在圆偏光片中的外部量子效率。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，其目的在于，在有机发光二极管显示器(以下简称为OLED)中，通过将外部量子效率(亮度比)提高25～37％，从而相应减少耗电量。
具体是，将现有的可见光单片透光率为42～43％的圆偏光片替换为，可对特定波长的可见光区域进行选择、吸收并遮蔽的圆偏光片，从而将可见光的单片平均透光率提高到53～59％，这样，在确保OLED的对比度无明显下降的前提下，将外部量子效率提高25～37％，从而有效降低了移动式有机发光二极管显示器的耗电量，并显著提高OLED的使用寿命。
本发明人发现，利用亮视觉(Photopic vision)现象和OLED的三原发光色，R、G、B中G(绿色)的发光效率特别高的特性，对入射至圆偏光片层的自然光中的特定波长区域进行选择吸收并遮蔽，这样，即使将可见光全波长的单片透光率提高至53～59％，对视觉上的对比度不产生明显的影响。这样，极大地改善了由OLED发光层产生的光线在偏光膜层被遮蔽的现象，并将外部量子效率(亮度上升效果)提高了25～37％。
即，本发明提供一种可遮蔽特定波长的高透光率圆偏光片，即通过由一种可对特定波长(500～640nm)进行处理，且可见光单片透光率为53～59％的圆偏光片来代替现有的有机发光二极管显示器上的可见光单片透光率为42～43％的圆偏光片，从而将外部量子效率提高25～37％，相应地降低了体现同一亮度所需的耗电量。
本发明之有机发光二极管显示器用的染料系圆偏光片，其由聚乙烯醇为基本材料的偏光膜和1/4波片形成，上述偏光膜为彩色偏光片，其通过配合高二色性染料并进行染色及延伸而成，其在吸收波长的范围500～640nm内的主吸收波长带宽为80～120nm，在可见光波长频带380～780nm中的平均单片透光率为53～59％
本发明安装在有机发光二极管显示器上，吸收并遮蔽未至外部的入射光，将对对比度起着决定性作用的圆偏光片由现有的在整个可见光波长(380～780nm)中进行吸收处理的圆偏光片，替换为本发明的对特定波长进行有效处理的圆偏光片，从而改善了外部发光效率(提高亮度)并相应地降低了耗电量，克服了现有有机发光显示品的最大缺陷，使用寿命短的问题。
具体是，现有的圆偏光片由吸收并遮蔽整个可见光波长(380～780nm)的碘性偏光子组成。在本发明中，如图1、2中的偏光子1使用染料系偏光子，其在可见光中，对500～640nm波长范围内的波长带宽为80～120nm的光线进行集中吸收和遮蔽，而对其余可见光区域则进行相当于上述特定波长的10％左右的细微调节，以使整个可见光平均透光率为53～59％。
另外，由具有防炫(Anti Glare)或低反射(Low Reflection)，或同时具有上述两功能的AG/LR(Anti Glare/Low Reflection)膜来代替贴合在上述偏光膜1一面的三醋酸纤维素(Triacetate cellulose)膜2A，然后再贴合对上述特定波长具有一定相位差的1/4波片3。这样，既具有很高的透光度，又补偿了略显不足的外部光线遮蔽效果，通过减少对比度差，解决了视觉对比度差问题，而且通过限制发光效率最高的G光波长区域，实现了三原色光线的发光效率的协调和白光的效率的提高。只是，画色略显紫色～绿色，但这一特性具有不同于其他商品的效果，可提高商品价值。
即，安装在有机发光二极管显示器上的圆偏光片，其对整个可见光波长的单片透光率为42～43％，且在整个可见光波长均相同。这样，在有机发光层产生的光子通过透光率为42～43％的圆偏光片时，只有约42～43％的光子射出到外部，而其余的57～58％则被遮蔽。
本发明人经过研究，发现了通过选择偏光膜染料来控制特定波段的吸收率，可将上述圆偏光片的平均透光率由原来的42％提高至53％～59％，从而增加了产生自有机发光层的光子射出到外部的光通量，提高了外部量子效率(改善亮度)，重点限制的特定波长，即主吸收波长带宽为500～640nm，该区域内的单片透光率为43～48％，整个可见光波长的平均单片透光率为53～59％。
这些效果基于以下两个原因。其一，根据人的视网膜中用于感知光线的锥状细胞的光视效率，即亮视觉原理。根据该原理，人的视觉在550nm波长的可见光中具有最大的光视效率，以此为中心，沿看短波长和长波长的两方向，其光视效率急剧下降。如将550nm波长的光视效率设为10，那么400～460nm以及660～700nm波长区域的光视效率为0.5以下，470～710nm以及620～660nm区域的光视效率为0.5～4.0左右。即，可见光全区域中(400～700nm)中，510～620nm区域为光视效率最大区域，其光视效率为其他波长区域的2.5倍至100倍。
本发明人与光视效率成反比地对光视效率很低或可忽略不计的波长区域，即对400～500nm以及640～700nm区域的透光率相应提高，从而将可见光全波长的透光率由42％提高至53％～59％，并通过用具有防炫和低反射两功能的AG/LR膜来代替贴合在上述偏光膜1两面的三醋酸纤维素膜中一面(外部自然光入射一侧)，使随之而来的亮度比降低影响减少到最小。
其二，该特定波长区域可将有机发光二极管的R、G、B光线中，发光效率高的G(绿色)光放长区域的透光率调节为适当值。即，将绿光的主波长区域500～580nm的透光率调节为40～48％，这样，使可见光全波长的外部量子效率更加均匀。具体来说，具有相对高的光效率的绿光在圆偏光片中的透光率等于或略高于现有技术中的透光率，而其他波长区域的透光率由现有透光率42～43％提高至49％以上
本发明的核心是，对特定波长500～640nm进行限制的由偏光膜1和三醋酸纤维素膜2A、2B以及1/4波片3贴合而成的圆偏光片，其使用于有机发光二极管显示器上，安装顺序如图2所示。
下面对图1中各个膜的特性及其构成进行详细说明。
图1中的偏光膜1以特定波长500～640nm为主吸收波长，该膜将1～2种，在特殊情况下3种高二色性染料作为偏光素，在聚乙烯醇(PVA)膜上染色，并将其延伸、配向而成。选择高二色性染料时，应考虑操作安全性、再现性、所需亮度上升率、对比度、有机发光体特性以及OLED结构特性等因素。制造该染料偏光膜时，为了尽可能提高偏光率，在延伸工艺中需要将延伸比设成500％以上。延伸方式可使用干法或湿法。上述特定波长限制用偏光子(偏光膜)用的高二色性染料的化学结构式和染料组如下。另外，以后说明相关染料时，使用化学结构式序号和染料组进行说明。
A组染料：
【化学式1】
【化学式2】
Figure C20061010396000122
B组染料：
【化学式3】
Figure C20061010396000123
【化学式4】
Figure C20061010396000124
【化学式5】
C组染料：
【化学式6】
Figure C20061010396000132
【化学式7】
Figure C20061010396000133
【化学式8】
Figure C20061010396000134
【化学式9】
Figure C20061010396000141
【化学式10】
Figure C20061010396000142
当使用A组染料时，为了对500～640nm波长进行限制，优选将化学式1及2之二色性染料混合使用。这时，主染料为化学式1之染料，将85～90重量％的化学式1之染料和10～15重量％的化学式2之染料进行混合，并染色到聚乙烯醇膜上，然后将此膜延伸500～600％后进行干燥，从而制造出偏光片(偏光膜)1。
这时，还可以从C组化学式7至10中的染料中选择一个，相对于主染料，以5～10重量％的比例混合，以对650～700nm波长的透光率进行调整。
B组的化学式3至5中的染料无需混合其他染料，使用单一染料即可制造具有本发明之目的和性能的染料型偏光子。也可以根据需要，使用10重量％以下的化学式1或C组化学式6之染料，对500～640nm范围内的波长进行少许调整，以变换色调。这时，C组染料中化学式7至10的用途如同上述例，即根据需要对650～700nm波长的透光率进行适当调整。
通过上述染料制造的染料系偏光子在主吸收波长区域500～640范围内，其单片透光率局限在一定范围内，而且偏光率要超过标准值。最好，在500～640nm区域的单片透光率(Tv，％)为43～48％，偏光率在88％以上。单片透光率由所选染料的主吸收波长而定，可见光全波长的单片透光率为53～59％。可见光全波长的光视偏光率最好为85％以上。
在本发明中，对应用于有机发光二极管显示器中的偏光片使用一种可对500～640nm波长范围的光线进行集中吸收和遮蔽的偏光片，以代替现有的380～780nm可见光中单片平均透光率为42～43％的圆偏光片，使其整个可见光平均透光率提高至53～59％，从而将发光层发出的光子通光量由原来的42～43％提高到53～59％
上述波长区域比起其他波长，其亮度因数高3～10倍，所述效果是通过如下手段达到的。即，对可见光全波长中对上述放长区域的反射光进行集中遮蔽，尽量降低相对对比度下降现象，同时对发光度高的绿色有机发光体光子的外部发光效果进行适当限制，并提高红色和蓝色有机发光体的波长透光率。
这样，在有机发光二级管(OLED)上安装本发明之圆偏光片，可提高25～37％d外部量子效率，或在相同亮度下可减少25～37％耗电量，从而可增大OLED的使用寿命。
附图说明
图1为本发明之圆偏光片的剖面图；
图2为安装有本发明之圆偏光片的有机发光二极管显示器的结构示意图。
具体实施方式
下面参考图1和图2，对本发明的结构关系进行详细说明
图1之2A及2B为贴合在PVA偏光膜1两面的三醋酸纤维素(TAC)膜，其厚度为50μm以下，且越薄越好其中，外部自然光210入射一侧的膜2A采用具有防炫(Anti Glare)或防眩/低反射(AntiGlare/Low Reflection)，或者低反射(Low Reflection)功能的TAC膜，以提高对比度
图1及图2中的3为1/4波片，即γ/4相位差膜。该膜使入射到染料系偏光膜1透过并偏光的光线220，在金属片(阴极)100处反射时，成为90度旋转的状态。具体来说，γ/4相位差膜使入射至偏光膜1并偏光的光线形成交叉(Cross)，从而在偏光膜层被遮蔽。这时，γ值为所使用的二色性染料的主吸收波长，其值一般为500～640nm  由位于玻璃基板上经过ITO膜处理的阳极板120和阴极板100之间的发光层110发光。
偏光膜1上方由经过防止带电处理的聚酯基材保护膜4所覆盖而底部形成离型膜(剥离膜)，并将这些膜用粘结剂6贴合，从而形成OLED用的特定波长控制用圆偏光片。
下面，通过实施例对本发明进行详细说明。
【实施例1】
实施例1之圆偏光片通过以下工序制造。
(1)水洗
在25000ml清洗槽内加入20000g常温水，将宽度为310mm的聚乙烯醇(PVA)(Kuraray公司产品，商品名VF-P#7500)充分清洗两分钟。
(2)膨润
30000ml的膨润槽中加入24000g水并升温至35度，将经过上述(1)水洗工序的PVA膜放置1分30秒，进行膨润。
(3)二色性染料(偏光素)染色
20000ml的溶解槽中，加入上述A组的化学式1之染料265g和化学式2之染料20g，并进行加热使其完全溶解。将该溶液移到90000ml染色槽中，并追加50000g温水。这里，加入700g硫酸钠使其完全溶解后冷却至42度。对经过上述工序膨润的膜放入该染色槽中染色3分钟。
(4)清洗
30000ml清洗槽中加满常温水，将上述经过染色槽染色的膜放入该清洗槽，清洗15秒，以把表面的染料清洗干净。
(5)定色
90000ml定色槽中放入80000g水和1700g硼酸并升温至40度，使硼酸完全溶解。将上述经过染色的膜放入该定色槽中浸泡3分钟，将染色的染料固定在PVA。
(6)延伸
制备与上述定色槽同样的溶液，在该溶液中延伸500％
(7)清洗
70000ml的第二清洗槽中加满常温水，将上述经过延伸的膜浸泡10秒。以清洗延伸膜。
(8)脱水及干燥
将上述经过清洗的膜通过脱水辊进行最大限度的脱水。然后使用95度热风干燥器对该膜进行40秒的干燥。
(9)贴合-1
将3％聚乙烯醇溶液作为粘结剂，上述经过染色延伸的PVA膜一面上贴合经过防眩处理(Haze 5％.)的TAC(三醋酸纤维素)膜(日本制纸产品AG-HL)，另一面上贴合未经处理的TAC膜。
(10)贴合-2
在上述膜的两面贴合保护膜，其中在具有防眩功能的TAC膜一侧贴合经过防止带电处理的保护膜(Masking Film)。在本实施例中，使用Fujimory公司产的TFB-4T3-367AS，得出宽度为160mm的偏光膜。
(11)切边(Edge Slitting)及斜切(Bias Cutting)
将经过上述工序(10)的偏光膜斜切成宽度160mm，并相对于膜长度方向成45度进行斜切，然后对切割的膜进行连接。
(12)贴合-3
去除防眩TAC膜另一侧的保护膜，在该面利用离型膜涂布丙烯醛基粘接剂(粘接力为1400g/25mm)，然后贴合日本帝人公司产品TT-1401/4波片(相位值为140nm)。
(13)贴合-4
去除上述膜上的相位膜的保护膜，通过丙烯醛基粘结剂(粘结力为500g/25mm)贴合DIA FOIL离型膜。
经过上述工序制作的圆偏光片的光特性如表1所示。
【表1】
Figure C20061010396000191
将该圆偏光片固定在白色色坐标(0.31，0.33)、亮度100nit，测定驱动电路(Driver IC)上的点电流值(dot current value)，其结果如表2所示。使用的电流测定装置为KEITHLEY Model 2400Source meter。
【表2】
Figure C20061010396000192
【实施例2】
用B组的化学式4之二色性染料260g，这一单一染料代替实施例1之染色工序(3)中的二色性染料，即A组的化学式1之二色性染料265g和化学式2之二色性染料20g，除此之外，使用相同于实施例1的方法，进行工序(1)至工序(14)，制造出圆偏光片。
对制造出的偏光片使用相同于实施例1的方法，测定其光特性以及耗电量。
【实施例3】
用B组的化学式4之二色性染料255g和C组的化学式6之染料4.5g的混合物代替实施例1之染色工序(3)中的二色性染料，即A组的化学式1之二色性染料265g和化学式2之二色性染料20g，除此之外，使用相同于实施例1的方法，进行工序(1)至工序(14)，制造出圆偏光片。
对制造出的偏光片使用相同于实施例1的方法，测定其光特性以及耗电量。
【实施例4】
用B组的化学式4之二色性染料245g和C组的化学式9之染料15g的混合物代替实施例1之染色工序(3)中的二色性染料，即A组的化学式1之二色性染料265g和化学式2之二色性染料20g，除此之外，使用相同于实施例1的方法，进行工序(1)至工序(14)，制造出圆偏光片。
对制造出的偏光片使用相同于实施例1的方法，测定其光特性以及耗电量。
【实施例5】
用B组的化学式3之二色性染料160g和C组的化学式8之染料10g的混合物代替实施例1之染色工序(3)中的二色性染料，即A组的化学式1之二色性染料265g和化学式2之二色性染料20g，除此之外，使用相同于实施例1的方法，制造出圆偏光片
【实施例6】
用B组的化学式5之二色性染料230g，这一单一染料代替实施例1之染色工序(3)中的二色性染料，即A组的化学式1之二色性染料265g和化学式2之二色性染料20g，除此之外，使用相同于实施例1的方法，制造出圆偏光片。
根据实施例2～6所制造的圆偏光片的光特性。如表3所示
【表3】
Figure C20061010396000211
将这些圆偏光片固定在白色色坐标(0.31，0.33)、亮度100nit，测定驱动电路(Driver IC)上的点电流值(dot current value)。使用的电流测定装置为KEITH LEY Model 2400Source meter。
【表4】
【实施例7】
用B组的化学式5之二色性染料150g和C组的化学式10之染料10g的混合物代替实施例1之染色工序(3)中的二色性染料，即A组的化学式1之二色性染料265g和化学式2之二色性染料20g，除此之外，使用相同于实施例1的方法，制造出限制525～640nm用的圆偏光片。
【实施例8】
用B组的化学式3之二色性染料150g和C组的化学式7之染料20g的混合物代替实施例1之染色工序(3)中的二色性染料，即A组的化学式1之二色性染料265g和化学式2之二色性染料20g，除此之外，使用相同于实施例1的方法，制造出限制515～600nm用的圆偏光片。
通过实施例7～8制造的圆偏光片的光特性，如表5所示。
【表5】
Figure C20061010396000231
通过实施例7～8所制造的圆偏光片，其耗电量降低效果如表6所示
将这些圆偏光片固定在白色色坐标(0.31，0.33)、亮度100nit，测定驱动电路(Driver IC)上的点电流值(dot current value)。使用的电流测定装置为KEITHLEY Model 2400 Source meter。
【表6】
Figure C20061010396000232
综上所述，对圆偏光片的高二色性染料混合比例进行调节，以使主吸收波长范围为500～640nm，主吸收波长带宽为80～120nm，主及收波长区域的单片平均透光率为43～48％，主吸收波长区域的偏光率为88～100％，在可见光波长频带380～780nm中的平均单片透光率为53～59％，可见光全波长区域中的光视偏光率为85％以上。这样，通过在光视效率低的区域，相应提高透光率，同时提高发光效率相对低的红、蓝区域的透光率，从而改善了整体的对比度，并可提高平均亮度，当吸收波长区域下限值低于500nm或可见光全波长的单片平均透光率超过59％时，偏光片的颜色变成红色(红偏移)，对比度下降，而且可读性(Readability)显著降低。而当吸收波长区域上限超过640nm或可见光全波长区域中的单片平均透光率低于53％时，虽然对比度提高，亮度上升效果却急剧下降。另外，吸收波长带宽低于80nm时，外部光线的吸收量降低导致对比度下降，而吸收波长带宽大于120nm时，亮度上升效果不太明显。

Claims (3)

1. 一种有机发光二极管显示器用的染料系圆偏光片，其包括1/4波片以及以聚乙烯醇为基本材料的偏光膜，所述圆偏光片，其特征在于：
上述偏光膜为彩色偏光膜，通过配制高二色性染料并进行染色及延伸而成，其在吸收波长范围500～640nm内的主吸收波长带宽为80～120nm，在可见光波长380～780nm中的平均单片透光率为53～59％。
2. 如权利要求1所述有机发光二极管显示器用的染料系圆偏光片，其特征在于：
上述高二色性染料是选自以下化学式所代表的染料组中的1至3种染料并进行混合而成，即
A组染料为，
【化学式1】
Figure C2006101039600002C1
【化学式2】
Figure C2006101039600002C2
B组染料为，
【化学式3】
Figure C2006101039600003C1
【化学式4】
Figure C2006101039600003C2
【化学式5】
Figure C2006101039600003C3
C组染料为，
【化学式6】
Figure C2006101039600003C4
【化学式7】
Figure C2006101039600004C1
【化学式8】
【化学式9】
Figure C2006101039600004C3
【化学式10】
3. 如权利要求1或2所述有机发光二极管显示器用的染料系圆偏光片，其特征在于：
在上述偏光膜的外部光线入射一侧，还贴合经过防眩处理或防眩及低反射处理的三醋酸纤维素膜。
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