CN112041737A - 调光膜及液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种调光膜，其依次具备第1透明基材、第1透明电极层、调光层、第2透明电极层及第2透明基材，该调光层含有液晶化合物，且能够根据所施加电压来切换光透射状态及光散射状态；其中，该第1透明基材的正面相位差为50nm以下，该第2透明基材的正面相位差为50nm以下，而且该调光膜在光透射状态下具有85％～99％的总光线透射率。
Description
技术领域
本发明涉及一种调光膜及使用了该调光膜且能够切换广视角与窄视角的液晶显示装置。
背景技术
通常，液晶显示装置在观看者位置不固定而可从各个角度观看的状态(例如电子广告、一般使用的电视机、个人计算机等)下使用时，要求广视角。为了实现广视角，使用了扩散片、棱镜片、广视角液晶面板、广视角偏振板等的各种技术进行着研究。另一方面，当观看者位置被限定在狭窄范围时，为了预防窥视等情况，能够在窄视角显示图像的液晶显示装置(例如，移动电话、在公共场所使用的笔记本型个人计算机、自动柜员机、交通工具的座前屏幕(seat monitor)等使用的液晶显示装置)亦有其需求在。
就能够切换广视角及窄视角的液晶显示装置而言，专利文献1中提议一种液晶显示装置，其自可视侧依次具备液晶面板、视角控制机构、棱镜片及导光板。在专利文献1的液晶显示装置中，通过棱镜片将自导光板输出的光汇集至视角控制机构，并以视角控制机构改变光透射状态，来控制视角的广窄。
然而，近几年随着对隐私、信息管理意识高涨，进一步限缩窄视角显示时的视角需求越来越高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-310085号公报
发明内容
发明欲解决的课题
本发明为了解决上述现有课题所进行，其目的在于提供一种能够切换广视角及窄视角的液晶显示装置，且该液晶显示装置能够在窄视角显示时实现更狭窄的视角。
用以解决课题的手段
根据本发明的一个方式可提供一种调光膜，其依次具备第1透明基材、第1透明电极层、调光层、第2透明电极层及第2透明基材，该调光层含有液晶化合物，且能够根据所施加电压来切换光透射状态及光散射状态。该第1透明基材的正面相位差为50nm以下，该第2透明基材的正面相位差为50nm以下；而且该调光膜在光透射状态下具有85％～99％的总光线透射率。
在一个实施方式中，在上述第1透明基材与上述第1透明电极层之间和/或在上述第2透明基材与上述第2透明电极层之间设有折射率调整层。
在一个实施方式中，在上述第1透明基材的与配置上述第1透明电极层的一侧相反的一侧、和/或在上述第2透明基材的与配置上述第2透明电极层的一侧相反的一侧设有防反射层。
在一个实施方式中，上述第1透明基材及上述第2透明基材含有环烯烃系树脂。
在一个实施方式中，在光透射状态下的雾度为15％以下。
在一个实施方式中，在光透射状态下的总光线透射率及在光散射状态下的总光线透射率均为85％～99％。
根据本发明的另一个方式，提供一种液晶显示装置。该液晶显示装置自可视侧起依次具备：液晶面板，其具备液晶单元、配置在该液晶单元的可视侧的可视侧偏振板、及配置在该液晶单元的与可视侧相反的一侧的背面侧偏振板；上述调光膜；及面光源装置，从与上述调光膜相对向的出光面射出于大致法线方向上具有指向性的光。
在一个实施方式中，上述面光源装置射出如下的光，即，于与上述调光膜相对向的出光面的大致法线方向上具有指向性、且该光以高比率含有沿特定方向振动的直线偏振光成分，该直线偏振光成分的振动方向与上述背面侧偏振板的透射轴大致平行。
在一个实施方式中，上述面光源装置具备光源部及导光板，该导光板使来自该光源部的光从与该光源部相对向的侧面入射并从可视侧表面射出；上述直线偏振光成分在与该导光板的光的导光方向大致平行的面内振动。
发明效果
通过使用本发明的调光膜，在具有广视角与窄视角的切换性能的液晶显示装置中，能够在窄视角显示时实现更狭窄的视角。而且根据本发明的一个实施方式，在具有高分辨率的液晶显示装置中，能够在维持高亮度的同时切换广视角与窄视角。
附图说明
图1为本发明的一个实施方式的调光膜的示意截面图。
图2为本发明的一个实施方式的液晶显示装置的示意截面图。
图3为说明本发明的一个实施方式的液晶显示装置所用面光源装置的示意图。
图4为显示在未施加电压时及施加电压时，在液晶显示装置A的显示画面的水平方向(a)及垂直方向(b)上的亮度的极角依赖性的图表。
图5为针对液晶显示装置A及B在窄视角设定时，显示在显示画面的水平方向上的亮度的极角依赖性的图表(a)及其主要部位放大图(c)，以及显示在显示画面的垂直方向上的亮度的极角依赖性的图表(b)及其主要部位放大图(d)。
图6为显示在施加各电压时，相对于正面方向(极角0°)的亮度为低于1、2、3、5或10％的亮度的角度(极角)与此时调光膜的雾度的关系的图表。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式，但本发明不受这些实施方式限定。另外，在本说明书中，有时会将第1透明基材及第2透明基材统称为透明基材，及将第1透明电极层及第2透明电极层统称为透明电极层。另外，包含透明基材与透明电极层的层叠体有时会称为透明导电性膜。而且，在本说明书中仅称“正交”的情况，实质上可包含正交或大致正交的状态。具体而言，在本说明书中，“正交”、“实质上正交”及“大致正交”的表述包含两方向所夹角度为90°±10°的情况，优选为90°±7°，更优选为90°±5°。同样地，在本说明书中仅称“平行”的情况，实质上可包含平行或大致平行的状态。具体而言，在本说明书中，“平行”、“实质上平行”及“大致平行”的表述包含两方向所夹角度为0°±10°的情况，优选为0°±7°，更优选为0°±5°。
A.调光膜
A-1.调光膜的整体构成
图1为本发明的一个实施方式的调光膜的示意截面图。调光膜100依次具备第1透明基材10a、第1透明电极层20a、调光层30、第2透明电极层20b与第2透明基材10b。在第1透明基材10a与第1透明电极层20a之间及在第2透明基材10b与第2透明电极层20b之间分别设有折射率调整层40a、40b。折射率调整层40a和/或40b在可获得本发明效果的前提下，可加以省略。另外虽未图示，不过亦可于第1透明基材10a的外侧(换言之，与配置第1透明电极层20a的一侧相反的一侧)和/或第2透明基材10b的外侧(换言之，与配置第2透明电极层20b的一侧相反的一侧)设置防反射层。
调光膜的整体厚度例如为50μm～250μm，优选为80μm～200μm。
调光膜在光透射状态下，优选具有80％～99％的平行光线透射率，更优选具有83％～99％的平行光线透射率。在光透射状态下的平行光线透射率在上述范围内时，当调光膜安装在液晶显示装置时，能够使从背光侧入射的具有指向性的光以维持其指向性的状态透射，故能够实现更狭窄的视角。
调光膜代表性地在光透射状态下具有85％～99％的总光线透射率。而且，调光膜在光透射状态及光散射状态的两状态下，优选具有85％～99％的总光线透射率，更优选具有88％～95％的总光线透射率。总光线透射率在上述范围内时，即使将调光膜安装在高画质(例如分辨率150ppi以上)的液晶显示装置中，仍可抑制亮度降低的情况，同时能够切换广视角与窄视角。
调光膜在光透射状态下优选具有15％以下的雾度，更优选具有10％以下的雾度。在光透射状态下的雾度在上述范围内时，当调光膜被安装至液晶显示装置时，能够实现更狭窄的视角显示。
调光膜在光散射状态下优选具有30％以上的雾度，更优选具有50％～99％的雾度。在光散射状态的雾度在上述范围内时，当调光膜被安装至液晶显示装置时，能够使从背光侧入射的具有指向性的光散射，故能够适合地实现广视角。
诚如后述，调光膜的光扩散程度(就结果论为雾度)会随施加电压而改变。在一个实施方式中，可将调光膜的雾度为规定值以上(例如30％以上，且优选为50％以上)的情况视为光散射状态，并将该雾度低于规定值(例如15％以下，且优选为10％以下)的情况视为光透射状态。为了控制光的透射状态(散射状态)，施加于调光膜的电压(驱动电压)例如在100V以下，优选为50V以下。
A-2.第1透明基材
第1透明基材具有50nm以下的正面相位差，且优选0nm～30nm，更优选0nm～10nm。相位差值在上述范围内时，诚如后述B项中记载，用在能够切换广视角与窄视角的液晶显示装置时，能够实现更狭窄的视角显示。另外，在本说明书中，正面相位差(R0)是将在23℃下面内折射率最大的方向(即，慢轴方向)的折射率设为nx、面内与慢轴正交的方向(即，快轴方向)的折射率设为ny且相位差膜的厚度设为d(nm)时，以R0＝(nx-ny)×d求得的值，在未特别明记的前提下，指在波长590nm处的值。
第1透明基材代表性地为以热塑性树脂为主成分的高分子膜。高分子膜具有优异的平滑性及对透明电极层形成用组合物的润湿性，而且可通过辊进行的连续生产大幅提升生产率。
从获得期望的正面相位差的观点来看，上述热塑性树脂优选使用聚降冰片烯等环烯烃系树脂、聚碳酸酯系树脂、丙烯酸系树脂等。其中又以耐热性优异的环烯烃系树脂为优选。
上述聚降冰片烯是指使用具有降冰片烯环的降冰片烯系单体作为一部分或全部起始原料(单体)而制得的(共)聚合物。该降冰片烯系单体可举例如：降冰片烯、及其烷基和/或亚烷基取代物，例如5-甲基-2-降冰片烯、5-二甲基-2-降冰片烯、5-乙基-2-降冰片烯、5-丁基-2-降冰片烯、5-亚乙基-2-降冰片烯等、它们的卤素等极性基取代物；双环戊二烯(dicyclopentadiene)、2,3-二氢双环戊二烯等；二甲桥八氢萘、其烷基和/或亚烷基取代物、及卤素等极性基取代物，例如6-甲基-1,4:5,8-二甲桥-1,4,4a,5,6,7,8,8a-八氢萘、6-乙基-1,4:5,8-二甲桥-1,4,4a,5,6,7,8,8a-八氢萘、6-亚乙基-1,4:5,8-二甲桥-1,4,4a,5,6,7,8,8a-八氢萘、6-氯-1,4:5,8-二甲桥-1,4,4a,5,6,7,8,8a-八氢萘、6-氰基-1,4:5,8-二甲桥-1,4,4a,5,6,7,8,8a-八氢萘、6-吡啶基-1,4:5,8-二甲桥-1,4,4a,5,6,7,8,8a-八氢萘、6-甲氧基羰基-1,4:5,8-二甲桥-1,4,4a,5,6,7,8,8a-八氢萘等；环戊二烯的三～四聚物，例如4,9:5,8-二甲桥-3a,4,4a,5,8,8a,9,9a-八氢-1H-苯并茚(4,9:5,8-dimethano-3a,4,4a,5,8,8a,9,9a-octahydro-1H-benzoindene)、4,11:5,10:6,9-三甲桥-3a,4,4a,5,5a,6,9,9a,10,10a,11,11a-十二氢-1H-环戊蒽(4,11:5,10:6,9-trimethano-3a,4,4a,5,5a,6,9,9a,10,10a,11,11a-dodecahydro-1H-cyclopentaanth racene)等。
上述聚降冰片烯在市面上贩卖有各种制品。具体例来说可举如日本ZEON公司制商品名“ZEONEX”、“ZEONOR”、JSR公司制商品名“Arton”、TICONA公司制商品名“TOPAS”、三井化学公司制商品名“APEL”。
第1透明基材的厚度优选为150μm以下，更优选为5μm～100μm，进一步优选为20μm～80μm。
A-3.第1透明电极层
第1透明电极层例如可用铟锡氧化物(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)等金属氧化物形成。或是，第1透明电极层可通过银纳米线(AgNW)等金属纳米线、纳米碳管(CNT)、有机导电膜、金属层或它们的层叠体形成。第1透明电极层可根据目的图案化成期望的形状。
第1透明电极层的总光线透射率优选为85％以上，更优选为90％以上。
第1透明电极层的表面电阻值优选为0.1Ω/□～1000Ω/□，更优选为0.5Ω/□～500Ω/□，进一步优选为1Ω/□～250Ω/□。
第1透明电极层的厚度例如为0.01μm～0.10μm，优选为0.01μm～0.06μm，更优选为0.01μm～0.045μm。若为所述范围，即可制得导电性及透光性优异的电极层。
第1透明电极层可用溅射等方法，视需求直接设置在形成有折射率调整层的第1透明基材上。以替代方案而言，第1透明电极层亦可用溅射等方法形成于支承基材上并隔着该支承基材配置在第1透明基材的单侧。
A-4.调光层
调光层含有液晶化合物。含有液晶化合物的调光层代表性地使液晶化合物分散至高分子基质中而构成。在该调光层中，通过电压施加状态来改变液晶化合物的取向度，由此改变光的散射程度，由此能够切换光透射状态与光散射状态。
在一个实施方式中，调光层在施加电压的状态下为光透射状态，且在未施加电压的状态下为光散射状态(常态模式)。在该实施方式中，在未施加电压时，由于液晶化合物无取向，所以为光散射状态，通过施加电压使液晶化合物取向让液晶化合物的折射率与高分子基质的折射率一致而成为光透射状态。
在另一个实施方式中，调光层在施加电压的状态下为光散射状态，且在未施加电压的状态下为光透射状态(逆向模式)。在该实施方式中通过设置在透明电极层表面的取向膜，于未施加电压时使液晶化合物取向而成为光透射状态，并通过施加电压打乱液晶化合物的取向而成为光散射状态。
如上述的调光层，可举含有高分子分散型液晶的调光层、含有高分子网状物型液晶的调光层等。高分子分散型液晶具有于高分子基质中分散有液滴状液晶化合物的结构。高分子网状物型液晶具有于高分子网状物中分散有液晶化合物的结构，且高分子网状物中的液晶具有连续相。
在高分子分散型液晶的情况下，液晶化合物的液滴平均粒径例如可为2μm～10μm。在高分子网状物型液晶的情况下，通过高分子网状物形成的液晶域的平均直径例如为3μm～10μm。该平均直径若太小，于广视角显示时长波长侧的散射性可能会变不足而产生无法展现中性色调的问题。另一方面，该平均直径若太大，朝后方的反射散射会变大，结果可能降低透光率。
在可获得本发明效果的前提下，上述液晶化合物可使用任意且适当的非聚合型液晶化合物。举例而言，可优选使用在波长589nm处具有0.05～0.30的双折射Δn(＝ne-no；ne为液晶化合物分子的长轴方向的折射率，no为液晶化合物分子的短轴方向的折射率)的非聚合型液晶化合物。液晶化合物的双折射若太小，于广视角显示时可能会产生无法获得充分的散射性的问题。另外，液晶化合物的双折射若太大，朝后方的反射散射会变大，结果可能降低透光率。液晶化合物的双折射Δn优选为0.05～0.12。
上述液晶化合物的介电各向异性可为正亦可为负。液晶化合物例如可为向列型、近晶型、胆甾醇型液晶化合物。从能够在光透射状态下实现优异透明性的观点来看，优选使用向列型液晶化合物。上述向列型液晶化合物可举联苯系化合物、苯甲酸苯酯系化合物、环己基苯系化合物、氧化偶氮苯系化合物、偶氮苯系化合物、偶氮甲碱系化合物、三联苯系化合物、苯甲酸联苯酯系化合物、环己基联苯系化合物、苯基吡啶系化合物、环己基嘧啶系化合物、胆甾醇系化合物、氟系化合物等。
调光层中的液晶化合物含量例如为30重量％～95重量％，优选为35重量％～95重量％，更优选为40重量％～90重量％。
形成高分子基质的树脂可根据透光率、上述液晶化合物的折射率等适当选择。可为光各向同性树脂，亦可为光各向异性树脂。在一个实施方式中，该树脂为活性能量射线固化型树脂，例如能够优选使用通过聚合型液晶化合物固化而制得的液晶聚合物、(甲基)丙烯酸系树脂、硅酮系树脂、环氧系树脂、氟系树脂、聚酯系树脂、聚酰亚胺树脂等。
调光层中的高分子基质含量优选为1重量％～60重量％，更优选为5重量％～50重量％。高分子基质含量若低于1重量％，可能产生与透明导电性膜的密合性降低等问题。另一方面，高分子基质含量若超过60重量％，可能产生驱动电压变高、调光功能降低等问题。
A-5.第2透明基材
关于第2透明基材，可适用与第1透明基材相同的说明。第2透明基材可与第1透明基材为相同构成，亦可为不同构成。
A-6.第2透明电极层
关于第2透明电极层，可适用与第1透明电极层相同的说明。第2透明电极层可与第1透明电极层为相同构成，亦可为不同构成。
A-7.折射率调整层
在本发明中，可于透明基材与透明电极层之间设置折射率调整层。通过设置折射率调整层，可抑制透明基材-透明电极层间的界面反射，因此装至液晶显示装置时，可有助于降低朝背光侧的反射散射(就结果而言可提升透光率)。折射率调整层可由单层构成，亦可为2层以上的层叠体。
折射率调整层的折射率优选为1.3～1.8，且1.35～1.7更优选，1.40～1.65进一步优选。由此能够适当降低透明基材-透明电极层间的界面反射。
折射率调整层可利用无机物、有机物或无机物与有机物的混合物来形成。形成折射率调整层的材料可举NaF、Na3AlF6、LiF、MgF2、CaF2、SiO2、LaF3、CeF3、Al2O3、TiO2、Ta2O5、ZrO2、ZnO、ZnS、SiOx(x为1.5以上且小于2)等无机物，丙烯酸类树脂、环氧树脂、氨基甲酸酯树脂、三聚氰胺树脂、醇酸树脂、硅氧烷系聚合物等有机物。就有机物而言，尤优选使用包含三聚氰胺树脂、醇酸树脂与有机硅烷缩合物的混合物的热固化型树脂。
折射率调整层可含有平均粒径1nm～100nm的纳米微粒。通过在折射率调整层中含有纳米微粒，便可容易地调整折射率调整层本身的折射率。折射率调整层所用纳米微粒的平均粒径优选为5nm～30nm。
折射率调整层中的纳米微粒含量优选为0.1重量％～90重量％。另外，折射率调整层中纳米微粒的含量以10重量％～80重量％更优选，20重量％～70重量％进一步优选。
形成纳米微粒的无机氧化物可举例如氧化硅(二氧化硅)、中空纳米二氧化硅、氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化锡、氧化锆、氧化铌等。它们之中以氧化硅(二氧化硅)、氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化锡、氧化锆、氧化铌为优选。这些可单独使用1种亦可将2种以上并用。
折射率调整层的厚度以10nm～200nm为优选，20nm～150nm更优选，30nm～130nm进一步优选。若折射率调整层的厚度过小就难以形成连续被膜。另外，若折射率调整层的厚度过大，会有调光层在光透射状态下透明性降低、或易生裂纹的倾向。
折射率调整层可使用上述材料并利用湿式法、凹版涂布法或棒涂法等涂布法、真空蒸镀法、溅射法、离子镀法等而形成。
A-8.防反射层
在本发明中，可于调光膜表面、即于透明基材的与设置透明电极层的一侧相反的一侧设置防反射层。通过设置防反射层，在装至液晶显示装置时可有助于降低朝背光侧的反射散射(就结果而言可提升透光率)。防反射层能够在不大幅影响反射率的范围内，于其表面具有含有含氟基的硅烷系化合物、含氟基的有机化合物等的防污层。
防反射层的波长550nm的光的反射率优选为0.1％～1.0％，更优选为0.1％～0.5％。
在形成防反射层时，一般调整薄膜的光学膜厚(折射率与厚度的积)以使入射光与反射光的相反的相位互相抵消。防反射层可由单层薄膜构成，亦可为2层以上的薄膜的层叠体。通过将防反射层做成折射率不同的2层以上的薄膜的层叠体，能够在可见光的宽光带的波长范围内缩小反射率。
构成防反射层的薄膜的材料可举金属的氧化物、氮化物、氟化物、氟树脂、分散有中空二氧化硅的树脂等。举例而言，折射率1.25～1.55左右的低折射率材料可举中空纳米二氧化硅分散氟树脂、氧化硅、氟化镁等；折射率1.80～2.40左右的高折射材料可举氧化钛、氧化铌、氧化锆、锡掺杂氧化铟(ITO)、锑掺杂氧化锡(ATO)等。另外，除了低折射率层与高折射率层以外，作为折射率1.50～1.85左右的中折射率层，例如可形成包含氧化钛、上述低折射率材料与高折射材料的混合物(氧化钛与氧化硅的混合物等)的薄膜。
防反射层的层叠构成可举：光学膜厚240nm～260nm左右的高折射率层与光学膜厚120nm～140nm左右的低折射率层的2层构成；光学膜厚170nm～180nm左右的中折射率层、光学膜厚60nm～70nm左右的高折射率层与光学膜厚135nm～145nm左右的低折射率层的3层构成；光学膜厚25nm～55nm左右的高折射率层、光学膜厚35nm～55nm左右的低折射率层、光学膜厚80nm～240nm左右的高折射率层与光学膜厚120nm～150nm左右的低折射率层的4层构成；光学膜厚15nm～30nm左右的低折射率层、光学膜厚20nm～40nm左右的高折射率层、光学膜厚20nm～40nm左右的低折射率层、光学膜厚240nm～290nm左右的高折射率层与光学膜厚100nm～200nm左右的低折射率层的5层构成等。构成防反射层的薄膜的折射率或膜厚范围不受上述例示限定。另外，防反射层亦可为6层以上薄膜的层叠体。
防反射层的形成方法并无特别限定，可为湿式涂布法、干式涂布法中的任意方法。由可形成膜厚均匀的薄膜及膜厚易调整的观点来看，优选为真空蒸镀、CVD、溅射、电子束蒸镀等干式涂布法。
A-9.调光膜的制作方法
上述调光膜可利用任意且适当的方法形成。举例而言，准备一对透明导电性膜，该透明导电性膜具有透明基材、以及设在其单侧的透明电极层及视需求的折射率调整层和/或防反射层，然后于一个透明导电性膜的透明电极层面涂布调光层形成用组合物形成涂布层，再于该涂布层上以透明电极层与涂布层相对向的方式层叠另一个透明导电性膜而形成层叠体，利用活性能量射线或热使涂布层固化，由此可制得调光膜。此时，调光层形成用组合物含有例如用以形成高分子基质的单体(优选为活性能量射线固化型单体)及液晶化合物。
或者，将成为高分子基质的树脂与液晶化合物溶解于同一溶剂中，做出调光层形成用溶液后，将该调光层形成用溶液涂布至与上述相同的透明导电性膜的透明电极层面上，通过干燥去除溶剂后使高分子基质与液晶相分离(溶剂干燥相分离)而形成调光层，然后于该调光层上以透明电极层与调光层相对向的方式层叠另一个透明导电性膜，由此可制得调光膜。另外，作为上述调光层形成用溶液的替代物，亦可使用将高分子基质树脂溶解至溶剂中的树脂溶液、或是使高分子基质乳化而成的水系树脂乳液中分散有液晶化合物的液晶乳液。
B.液晶显示装置
B-1.液晶显示装置的整体构成
图2为本发明的一个实施方式的液晶显示装置1的说明图。本实施方式的液晶显示装置1自可视侧起依次具备：液晶面板200，其具备液晶单元210、配置在液晶单元210的可视侧的可视侧偏振板220、及配置在液晶单元210的与可视侧相反的一侧的背面侧偏振板230；调光膜100；及面光源装置300，可射出于与调光膜100相对向的出光面的大致法线方向上具有指向性的光。此处的“大致法线方向”包含自法线方向起规定角度内的方向，例如包含自法线方向起±10°范围内的方向。另外，“于大致法线方向上具有指向性的光”是指该光在与出光面正交的一个平面中，具有亮度强度分布的最大强度峰相对于该出光面位于大致法线方向的强度分布，例如，极角40°以上的亮度优选相对于法线方向(极角0°)的亮度为2％以下，极角50°以上的亮度相对于法线方向(极角0°)的亮度为1％以下进一步优选。在此，极角是指液晶显示装置的法线方向(正面方向)与来自液晶显示装置的出射光所构成的夹角。另外，于液晶显示装置1还具备其他作为液晶显示装置工作所需的一般布线、电路、构件等设备，但这些省略说明等。
在上述液晶显示装置1中，调光膜100为A项中记载的调光膜。通过组合使用可射出于出光面的大致法线方向上具有指向性的光的面光源装置300与具有高透射率的调光膜100，调光膜在光透射状态下可使具有指向性的光以维持其指向性的状态透射调光膜，结果，能够适合地实现窄视角显示。而且通过将调光膜设为光散射状态，能够使透射光散射而切换成广视角显示。
B-2.液晶面板
液晶面板代表性地具备液晶单元、配置在该液晶单元的可视侧的可视侧偏振板及配置在该液晶单元的背面侧的背面侧偏振板。可视侧偏振板及背面侧偏振板可配置成各自的吸收轴实质上正交或平行。
液晶单元具有一对基板、及被夹持在该基板间作为显示介质的液晶层。在一般的构成中，于一个基板设有彩色滤光片及黑矩阵，而于另一基板设有：控制液晶的电光学特性的切换元件、赋予该切换元件闸控信号的扫瞄线及赋予该切换元件源信号的信号线、以及像素电极及对置电极。上述基板的间隔(单元间隙)可通过间隔件等来控制。在上述基板的与液晶层接触的一侧，举例而言可设置包含聚酰亚胺的取向膜等。
在一个实施方式中，液晶层包含在电场不存在的状态下取向成沿面排列的液晶分子。所述液晶层(结果为液晶单元)代表性地展现nx＞ny＝nz的三维折射率。另外，本说明书中，所谓ny＝nz不只包含ny与nz完全相同的情形，亦包含ny与nz在实质上相同的情形。使用展现所述三维折射率的液晶层的驱动模式的代表例可举如平面内切换(IPS)模式、边缘电场切换(FFS)模式等。另外，上述IPS模式包含采用了V字型电极或锯齿形电极等的超级平面内切换(S-IPS)模式、进阶超级平面内切换(AS-IPS)模式。另外，上述FFS模式包含采用了V字型电极或锯齿形电极等的进阶边缘电场切换(A-FFS)模式、极端边缘电场切换(U-FFS)模式。
在另一个实施方式中，液晶层包含在电场不存在的状态下取向成垂面排列的液晶分子。所述液晶层(结果为液晶单元)代表性地展现nz＞nx＝ny的三维折射率。使用在电场不存在的状态下取向成垂面排列的液晶分子的驱动模式可举例如垂直取向(VA)模式。VA模式包含多域VA(MVA)模式。
可视侧偏振板及背面侧偏振板代表性地各自具有偏振片及配置在其至少单侧的保护层。偏振片代表性地为吸收型偏振片。
上述吸收型偏振片的波长589nm的透射率(亦称单体透射率)优选为41％以上，更优选为42％以上。另外，单体透射率的理论上限为50％。而且偏振度优选为99.5％～100％，更优选为99.9％～100％。在上述范围内时，用于液晶显示装置时可进一步提高正面方向的对比度。
上述偏振片可采用任意且适当的偏振片。作为偏振片，可举如使聚乙烯醇系膜、部分缩甲醛化聚乙烯醇系膜、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物系部分皂化膜等亲水性高分子膜吸附碘或二色性染料等二色性物质并进行单轴拉伸者；聚乙烯醇的脱水处理物、聚氯乙烯的脱盐酸处理物等多烯系取向膜等。它们中，使聚乙烯醇系膜吸附碘等二色性物质并经单轴拉伸的偏振片的偏振二向色性比高，特别优选。偏振片的厚度优选为0.5μm～80μm。
上述保护层可采用任意且适当的膜。作为所述膜的主成分的材料的具体例，可举出三乙酰纤维素(TAC)等纤维素系树脂、(甲基)丙烯酸系、聚酯系、聚乙烯醇系、聚碳酸酯系、聚酰胺系、聚酰亚胺系、聚醚砜系、聚砜系、聚苯乙烯系、聚降冰片烯系、聚烯烃系及乙酸酯系等的透明树脂等。另外，亦可举出丙烯酸系、氨基甲酸酯系、丙烯酸氨基甲酸酯系、环氧系、硅酮系等热固化型树脂或紫外线固化型树脂等。其他亦可举出例如硅氧烷系聚合物等的玻璃质系聚合物。并且，亦可使用日本特开2001-343529号公报(WO01/37007)所记载的聚合物膜。作为该膜的材料，例如可以使用含有在侧链具有取代或非取代的酰亚胺基的热塑性树脂、及在侧链具有取代或非取代的苯基及腈基的热塑性树脂的树脂组合物，且例如可举出具有包含异丁烯与N-甲基马来酰亚胺的交替共聚物及丙烯腈-苯乙烯共聚物的树脂组合物。上述聚合物膜例如可为所述树脂组合物的挤出成形物。
B-3.面光源装置
以可射出于出光面的大致法线方向上具有指向性的光的面光源装置而言，基于薄型化观点优选使用侧光式面光源装置，其具备光源部及导光板，该导光板使来自该光源部的光从与该光源部相对向的侧面(入光面)入射并从可视侧表面(出光面)射出。侧光式面光源装置可为沿着导光板的一侧面配置有光源部的所谓1灯式的面光源装置，亦可为沿着导光板的相对向的两个侧面分别配置有光源部的所谓2灯式的面光源装置。
光源部由沿着导光板的侧面排列而成的多个点光源构成。点光源优选为可射出指向性高的光的光源，例如可用LED。
导光板可具有能够射出上述具有指向性的光的构成。所述导光板例如可使用日本特开2000-171798号公报、日本特开2005-128363号公报等中所记载的导光板。或者，导光板亦可如美国专利第5396350号、美国专利第5555329号、日本特开2001-305306号公报、日本专利3071538号等所示，做成能够与棱镜片、栅片(louver sheet)等其他光学构件协作射出上述具有指向性的光的构成。
为了提升亮度等，面光源装置可还包含反射板等任意且适当的光学构件。
在一个实施方式中，上述面光源装置从出光面射出如下的光，即，于该出光面的大致法线方向上具有指向性、且以高比率含有沿特定方向振动的直线偏振光成分。如所述使具有指向性的偏振光或部分偏振光以其振动方向与背面侧偏振板的透射轴平行的方式入射液晶面板，由此可提升光的利用效率，同时可进一步缩窄窄视角设定时的视角。
上述沿特定方向振动的直线偏振光成分例如可为在与导光板的光的导光方向大致平行的面内振动的偏振光成分(例如P偏振光成分)，或沿与该面垂直的方向振动的偏振光成分(例如S偏振光成分)，且以P偏振光成分进一步优选。使具有上述指向性且以高比率含有P偏振光成分的光以使P偏振光成分的振动方向与背面侧偏振板的透射轴方向一致地入射液晶面板，由此比起使用以高比率含有S偏振光成分的光的情况，更能缩窄窄视角设定时的视角。而且，在本发明中由于使用用正面相位差小的透明基材构成且具有高透射率的调光膜，能够使从面光源装置射出的光在不实质改变其指向性及偏振状态的情况下入射液晶面板。由此，能够合适地获得本发明效果。
从面光源装置射出的光优选含有52％以上的上述沿特定方向振动的直线偏振光成分，且更优选含有55％以上。该直线偏振光成分的比率上限理想上为100％，在一个实施方式中为60％，在另一个实施方式中可为57％。另外，从面光源装置射出的光中的上述直线偏振光成分比率例如可依照日本特开2013-190778号公报中记载的方法求算。
图3为说明面光源装置一例的示意图，该面光源装置可从出光面射出于该出光面的大致法线方向上具有指向性、且以高比率含有沿特定方向振动的直线偏振光成分(代表性地为P偏振光成分)的光。图3中例示的面光源装置300具备：导光板310，使光从侧面入射并从可视侧表面射出；光源部320，其包含多个沿着导光板310的侧面(入光面)以规定间隔配置的点光源321；棱镜片330，配置在导光板310的可视侧且于背面侧具有凸部；及反射板340，配置在导光板310的背面侧。在上述面光源装置300中，导光板310可使来自横向的光偏向厚度方向，并且作为以高比率含有沿特定方向振动的直线偏振光成分(代表性地为P偏振光成分)的光射出；于背面侧具有凸部的棱镜片330能够在该光的偏振状态实质不变的情况下，使其行进方向接近出光面的法线方向。
另外，在图3中，与导光板的光的导光方向正交的方向(点光源的排列方向)设为X方向，导光板的光的导光方向设为Y方向，出光面的法线方向设为Z方向，则在YZ面内振动的偏振光成分可称为P偏振光成分，沿与YZ面垂直方向振动的偏振光成分可称为S偏振光成分。
导光板310构成为可使来自光源部320的光从与光源部320相对向的侧面(入光面)入射，并从可视侧表面(出光面)射出第1指向性光，该第1指向性光为在与光的导光方向大致平行的面内对与该出光面的法线方向构成规定角度的第1方向具有最大强度的指向性，且在该面内振动的偏振光成分比率高的偏振光。另外，在图示例中，于导光板的背面侧及可视侧形成有线状的透镜图案，但在可射出期望的光的前提下，亦可仅在其任一侧形成透镜图案。而且透镜图案也不限于线状，例如可为柱体状或锥体状突起散布的图案。
棱镜片330在导光板310侧具备棱镜部，该棱镜部中排列有多个呈凸起的柱状单元棱镜，并且，该棱镜片330构成为使上述第1指向性光实质维持其偏振状态的同时作为第2指向性光射出，该第2指向性光于棱镜片330的出光面的大致法线方向上具有指向性。
反射板340构成为可反射从导光板310的背面侧等释放的光使其折返回导光板310内。
导光板310、棱镜片330及反射板340的详细例如记载于日本特开2013-190778号公报及日本特开2013-190779号公报。本说明书中援用该公报的其整体的记载作为参考。
另外，从出光面射出于该出光面的大致法线方向上具有指向性且以高比率含有沿特定方向振动的直线偏振光成分的光的面光源装置，不限于上述图示例，能够使用任意且适当的面光源装置。例如，能够使用日本特开平9-54556号公报中记载的面光源装置、使用了偏振分束器(polarization beam splitter)、偏振转换元件等的面光源装置(例如日本特开2013-164434号公报、日本特开2005-11539号公报、日本特开2005-128363号公报、日本特开平07-261122号公报、日本特开平07-270792号公报、日本特开平09-138406号公报、日本特开2001-332115号公报等中记载的装置)等。
B-4.液晶显示装置的制作方法
上述液晶显示装置例如可通过将液晶面板、调光膜、面光源装置等光学构件以规定构成配置在壳体内来制得。例如，在使用从出光面射出于该出光面的大致法线方向上具有指向性且以高比率含有沿特定方向振动的直线偏振光成分的光的面光源装置时，该面光源装置配置成该直线偏振光成分(优选为P偏振光成分)的振动方向与液晶面板的背面侧偏振板的透射轴平行。由此可提升光利用效率及实现进一步的窄视角显示。具体而言，图3中例示的面光源装置优选配置成导光板的光的导光方向(换言之，射出的P偏振光成分的振动方向或Y方向)与液晶显示面板的背面侧偏振板的透射轴平行。
另外，在制作液晶显示装置时，各光学构件不用通过粘接层彼此贴合，相互近接或接触配置即可。或者，相邻的光学构件可视需求通过粘接层贴合。粘接层代表性地为粘接剂层或粘合剂层。
在一个实施方式中，可通过预先于面光源装置的可视侧配置调光膜而制作背光单元，并于该背光单元的可视侧(调光膜侧)配置液晶面板，而获得液晶显示装置。
在另一个实施方式中，则可通过预先于液晶面板的背面侧贴合调光膜而一体化，然后于该调光膜一体型液晶面板的背面侧(调光膜侧)配置面光源装置，而获得液晶显示装置。
B-5.液晶显示装置的视角特性
在一个实施方式中，上述液晶显示装置在窄视角设定时，斜角方向亮度相对于正面方向的亮度优选低于3％，更优选低于2％，进一步优选低于1％。举例而言，针对液晶显示装置的出射面(显示画面)，令与导光板的光的导光方向平行的方向为垂直方向、与导光板的光的导光方向正交的方向为水平方向时，在出射面内的水平、垂直方向的任一方向或两方向上，极角40°以上的亮度优选相对于正面方向(极角0°)的亮度在2％以下；在出射面内的水平方向上，极角50°以上的亮度更优选相对于正面方向(极角0°)的亮度在1％以下。另一方面，在广视角设定时，在极角40°的亮度优选相对于正面方向的亮度在5％以上，更优选为窄视角设定时的2倍以上且20倍以下。广视角设定时的亮度若在所述范围内，能够在无需考虑窥视等的状况下确保实用上能够允许的可视性及广视角特性。
C.背光单元
背光单元包含上述B项记载的面光源装置。在一个实施方式中，背光单元还包含A项记载的调光膜，具有于面光源装置的出光面侧配置有调光膜的构成。此时，调光膜亦可通过粘接层贴合在面光源装置的出光面(例如，棱镜片的可视侧表面)上。
实施例
以下，以实施例来具体说明本发明，但本发明不受这些实施例限定。实施例中的试验及评价方法如下。另外，只要无特别注记，实施例中的“份”及“％”即为重量基准。
(1)亮度
于实施例及比较例中所得液晶显示装置显示白画面，并用亮度计(AUTRONIC-MELCHERS公司制，商品名“Conoscope”)进行测定。
(2)平行光线透射率
测定下述总光线透射率、雾度时，用平行光线透射率＝总光线透射率×(1-雾度)计算。
(3)总光线透射率
使用日本电色公司制的制品名“MDH-4000”，根据JIS K 7361进行测定。
(4)正面相位差
使用Axometrics公司制的制品名“Axoscan”，在波长590nm且23℃下进行测定。
(5)雾度
使用日本电色公司制的制品名“MDH-4000”，根据JIS K 7136进行测定。
(6)厚度
使用数字测微器(Anritsu公司制，产品名“KC-351C”)测定。
[实施例1]
(第1透明导电性膜)
于透明基材(降冰片烯系树脂膜(日本Zeon公司制，制品名“ZF-16”)，厚度：40μm，正面相位差：5nm)的一面利用溅射法依次形成厚度3nm的SiOx(x＝1.5)层与形成在SiOx层上的厚度17nm的SiO2层，设置折射率调整层。接着利用溅射法于该折射率调整层上形成厚度0.08μm的透明电极层(ITO层)后，在150℃下进行退火使其结晶化。如此可获得具有[COP基材/折射率调整层/透明电极层]的构成的透明导电性膜A。
(第2透明导电性膜)
使用上述透明导电性膜A作为第2透明导电性膜。
(调光层)
于第1透明导电性膜的透明电极层侧表面涂布含有液晶化合物(HCCH公司制，制品名“HPC854600-100”，双折射Δn＝0.232)40份与UV固化型树脂(Norland公司制，制品名“NOA65”)60份(固体成分)的涂敷液，形成涂布层。接着于涂布层上以透明电极层与涂布层相对向的方式层叠第2透明导电性膜。对所得层叠体照射紫外线使UV固化型树脂固化，由此形成具有10μm厚度的调光层(常态模式)。以上述方式制得调光膜A。
使用NF CORPORATION制造的交流电源“EC750SA”，对调光膜A施加交流电压并同时升压至20V，观察施加各种电压时的雾度、平行光线透射率及总光线透射率。结果列于表1。
[表1]
[比较例1]
(第1透明导电性膜)
利用溅射法，于作为透明基材的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(东洋纺公司制，制品名“A4300”，厚度：188μm，正面相位差12000nm)的一面形成厚度0.08μm的透明电极层(ITO层)，而获得具有[PET基材/透明电极层]的构成的透明导电性膜B。
(第2透明导电性膜)
使用上述透明导电性膜B作为第2透明导电性膜。
(调光层)
以与实施例1同样的方式形成调光层。以上述方式制得调光膜B。
使用NF CORPORATION制造的交流电源“EC750SA”，对调光膜B施加交流电压并同时升压至20V，以观察施加各种电压时的雾度、平行光线透射率及总光线透射率。结果列于表2。
[表2]
[实施例2]
(液晶面板)
从笔记本型个人计算机(Dell公司制，制品名“Inspiron137000”)中搭载的具有[可视侧偏振板/IPS模式的液晶单元(分辨率167ppi)/背面侧偏振板]的构成的13.3英寸液晶面板，拆下可视侧偏振板及背面侧偏振板，并改将日东电工公司制造的偏振板(制品名“CVT1764FCUHC”)以可视侧偏振板的透射轴与面板长边轴平行且背面侧偏振板的透射轴与面板的短边轴平行的方式粘贴上去而获得液晶面板。
(调光膜)
使用实施例1中所制造的调光膜A。
(面光源装置)
从笔记本型个人计算机(HP公司制，制品名“EliteBook x360”)拔出面光源装置。拔出的面光源装置具备：光源部，其包含导光板与多个LED光源，这些LED光源以规定间隔沿着导光板的一个长边侧侧面配置；棱镜片，配置在导光板的可视侧且朝向背面侧具有凸起的棱镜形状，而且可视侧表面经过消光处理；及反射板，配置在导光板的背面侧。对原本安装在该面光源装置的棱镜片以溶剂去除最表面的消光处理后，重新配置到导光板上而获得面光源装置。所得面光源装置便构成为可从出光面(棱镜片的可视侧表面)射出于该出光面的大致法线方向上具有指向性、且以高比率含有沿与导光板的光的导光方向(导光板的短边轴方向)平行的方向振动的直线偏振光成分的光。
(液晶显示装置)
从可视侧依次配置上述液晶面板、调光膜A与上述面光源装置而制作出液晶显示装置A。在所得液晶显示装置中，液晶面板的背面侧偏振板的透射轴与来自面光源装置的出射光中所含直线偏振光成分的振动方向相互平行。
[比较例2]
除了使用调光膜B替代调光膜A以外，以与实施例2同样方式制作出液晶显示装置B。
[比较例3]
除了未配置调光膜以外，以与实施例2同样方式制作出液晶显示装置C。
<显示特性评价>
在所得液晶显示装置A及B中，对调光膜施加电压并同时升压至100V，测定施加各种电压时显示画面的亮度。
于图4(a)及(b)显示液晶显示装置A在未施加电压时(广视角设定时)及施加100V电压时(窄视角设定时)显示画面的亮度的视角特性。具体而言，图4(a)显示在与导光板的光的导光方向正交的方向(换言之，与LED光源的排列方向平行的方向，以下称作“水平方向”)上的亮度的极角依赖性；图4(b)显示在与导光板的光的导光方向平行的方向(换言之，与LED光源的排列方向正交的方向，以下称作“垂直方向”)上的亮度的极角依赖性。
根据图4(a)及(b)可知，液晶显示装置A能够通过改变电压的施加状态来切换广视角显示与窄视角显示。
并且于图5(a)～(d)列出显示液晶显示装置A及B在施加100V电压时(即，窄视角设定时)显示画面的亮度的视角依赖性的图表。具体而言，图5(a)为显示在水平方向上的亮度的极角依赖性的图表，图5(c)是将其主要部位放大的图表。而且，图5(b)为显示在垂直方向上的亮度的极角依赖性的图表，图5(d)是将其主要部位放大的图表。
如图5(a)～(d)所示，通过液晶显示装置A，能够比液晶显示装置B实现更狭窄的视角显示。
并且，针对在施加各电压时的液晶显示装置A及B，于水平方向及垂直方向上求出相对于正面方向(极角0°)的亮度为低于1％、低于2％、低于3％、低于5％及低于10％的亮度的角度(极角)，并于图表中显示该角度与施加各电压时的调光膜A及B的雾度的关系。将结果显示于图6(图中，“●”表示液晶显示装置A的结果，“■”表示液晶显示装置B的结果)。另外，图中，对于雾度0％的极角(以“×”表示)为液晶显示装置C中相对于正面方向(极角0°)的亮度为上述规定亮度的角度(极角)。
一般而言，为了防止从斜角方向窥视显示器画面，优选使斜角方向的亮度相对于正面方向的亮度低于3％，更优选低于2％，进一步优选低于1％，但关于亮度低于10％的角度及亮度低于5％的角度，液晶显示装置A(调光膜A)与液晶显示装置B(调光膜B)之间并未观察到太大差异。另一方面，关于亮度低于3％的角度、亮度低于2％的角度及亮度低于1％的角度，即使调光膜A具有比调光膜B更大的雾度，液晶显示装置A仍能够实现比液晶显示装置B更狭窄的窄视角。
此外，于表3显示液晶显示装置A及B在光透射状态(施加电压：50V)及光散射状态(施加电压：0V)下的正面亮度(cd/m2)。如表3所示，液晶显示装置A能够实现比液晶显示装置B更高的正面亮度。另外，在光散射状态下的亮度增大率((液晶显示装置A施加0V时的亮度-液晶显示装置B施加0V时的亮度)/液晶显示装置B施加0V时的亮度×100＝21.4(％))的效果为调光膜的透射率增大率((调光膜A施加0V时的总光线透射率-调光膜B施加0V时的总光线透射率)/调光膜B施加0V时的总光线透射率×100＝13.9(％))以上。
[表3]
产业上的可利用性
本发明能够适当使用在移动电话、笔记本型个人计算机等液晶显示装置。
符号说明
1…液晶显示装置
10…透明基材
20…透明电极层
30…调光层
40…折射率调整层
100…调光膜
200…液晶面板
300…面光源装置
310…导光板
320…光源部
330…棱镜片
340…反射板
Claims (9)
1.一种调光膜，依次具备第1透明基材、第1透明电极层、调光层、第2透明电极层及第2透明基材，
所述调光层含有液晶化合物，且能够根据所施加电压来切换光透射状态及光散射状态；
该第1透明基材的正面相位差为50nm以下，
该第2透明基材的正面相位差为50nm以下，
所述调光膜在光透射状态下具有85％～99％的总光线透射率。
2.如权利要求1所述的调光膜，其中，
在所述第1透明基材与所述第1透明电极层之间、和/或在所述第2透明基材与所述第2透明电极层之间设有折射率调整层。
3.如权利要求1或2所述的调光膜，其中，
在所述第1透明基材的与配置所述第1透明电极层的一侧相反的一侧、和/或在所述第2透明基材的与配置所述第2透明电极层的一侧相反的一侧设有防反射层。
4.如权利要求1至3中任一项所述的调光膜，其中，
所述第1透明基材及所述第2透明基材含有环烯烃系树脂。
5.如权利要求1至4中任一项所述的调光膜，其在光透射状态下的雾度为15％以下。
6.如权利要求1至5中任一项所述的调光膜，其在光透射状态下的总光线透射率及在光散射状态下的总光线透射率均为85％～99％。
7.一种液晶显示装置，自可视侧起依次具备：
液晶面板，具备液晶单元、配置在该液晶单元的可视侧的可视侧偏振板、及配置在该液晶单元的与可视侧相反的一侧的背面侧偏振板；
权利要求1至6中任一项所述的调光膜；及
面光源装置，从与该调光膜相对向的出光面射出于大致法线方向上具有指向性的光。
8.如权利要求7所述的液晶显示装置，其中，
所述面光源装置射出如下的光，即，于与所述调光膜相对向的出光面的大致法线方向上具有指向性、且以高比率含有沿特定方向振动的直线偏振光成分，
该直线偏振光成分的振动方向与所述背面侧偏振板的透射轴大致平行。
9.如权利要求8所述的液晶显示装置，其中，
所述面光源装置具备光源部及导光板，
该导光板使来自该光源部的光从与该光源部相对向的侧面入射并从可视侧表面射出；
所述直线偏振光成分在与该导光板的光的导光方向大致平行的面内振动。
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