CN113906337B - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

液晶显示装置(10)具备：聚光型的背光源(1)；液晶面板(2)，其具有供来自背光源(1)的光入射的第一线性偏光器(21)和出射该光的第二线偏光器(23)；光散射膜(3)，其与第二线性偏光器(23)相对；以及第三线性偏光器(4)，其与光散射膜(3)相对，光散射膜(3)具备功能层(30)，该功能层(30)包含有机高分子化合物(32)和有机高分子化合物(32)所含有的光散射粒子(31)，第三线性偏光器(4)具有与第二线性偏光器(23)的偏光轴的方向相同的方向的偏光轴。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示装置。
背景技术
目前，作为普及的液晶显示装置的显示模式，有VA(Vertical Alignment：垂直取向)方式和IPS(In-Plane Switching：面内开关)方式。VA方式的液晶显示装置与IPS方式的液晶显示装置相比，在从正面观察液晶显示装置的“正面视”中，与从偏离正面的位置观察液晶显示装置的“斜视”的情况相比，对比度(正面对比度)高，斜视时的颜色及亮度从正面视时的颜色及亮度大幅变化，其结果是，画质降低。
在专利文献1中，公开了使用聚光的光源作为背光源，使透射液晶面板后的光散射，由此扩大VA方式的液晶显示装置的视角。在专利文献1所记载的技术中，使背光源的光会聚成不扩散后使光入射液晶面板。然后，透射液晶面板的光被光扩散层扩展。
该光扩散层具有在透光性聚合物中包含散射子的构成，入射的光被散射子散射。由于透射光扩散层的光已经透射液晶面板，因此在光扩散层中，不产生与液晶面板中的相邻的像素的混色而是生成向倾斜方向的光，其结果，能够得到宽视角。
但是，由于这样的光扩散层从观看者侧进入液晶面板的外部光向观看者侧返回，因此产生显示画面的观看变难、亮处的正面对比度降低这样的问题。因此，在专利文献1中，为了减少这样的外部光的返回，提出了在光扩散层中添加着色剂，或者共同设置在透光性聚合物中添加了着色剂的着色层与光散射膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5323190号公报
发明内容
发明要解决的问题
如果使用专利文献1所记载的技术，则能够减少光散射膜中的外部光的返回。但是，添加有着色剂的光扩散层或着色层在吸收外部光的同时也吸收液晶面板的透射光，因此使光透射率降低，其结果，产生正面亮度降低的问题。
这样，作为在抑制正面亮度的降低的同时降低由光散射膜导致的外部光的返回的技术并未实用化。
本公开是为了解决这种问题而完成的，其目的在于提供几乎不降低正面亮度而降低光散射膜处的外部光的返回的液晶显示装置。
用于解决问题的方案
本公开的一个实施方式所涉及的液晶显示装置构成为其具备：聚光型的背光源；液晶面板，其具有供来自所述背光源的光入射的第一线性偏光器和出射所述光的第二线性偏光器；光散射膜，其与所述第二线性偏光器相对；以及第三线性偏光器，其与所述光散射膜相对，所述光散射膜具备功能层，所述功能层包含有机高分子化合物和该有机高分子化合物所含有的光散射粒子，所述第三线性偏光器具有与所述第二线性偏光器的偏光轴的方向相同方向的偏光轴。
发明效果
根据本公开的一个实施方式的液晶显示装置，扩大视场角，并且几乎不降低显示画面的正面亮度而抑制外部光的返回，由此能够得到视觉辨认特性优异的液晶显示装置。
附图说明
图1A是示出本公开的一实施方式涉及的液晶显示装置的构成的图。
图1B是示出图1A的变形例的图。
图2A是示出本公开的一实施方式中的光散射膜的图。
图2B是示出本公开的一实施方式中的光散射膜的图。
图3是示出本公开的一实施方式背光源的构成的图。
图4A是示出本公开的一实施方式中的角度(极角和方位角)的定义的示意图。
图4B是示出本公开的一实施方式中的角度(极角)的定义的图。
具体实施方式
参照附图说明本公开的一实施方式的涉及的液晶显示装置。
图1A是示出本公开的一实施方式涉及的液晶显示装置的截面图。如图1A所示，本实施方式涉及的液晶显示装置10具备背光源1、液晶面板2和光散射膜3，该些部件被配置成来自背光源1的光按照液晶面板2和光散射膜3的顺序透射。
在液晶显示装置的液晶面板上，通常粘贴有两片偏光板，前方的(靠近观看者)也称作正面偏光板，后方的(靠近背光源)也称作背面偏光板。本实施方式涉及的液晶显示装置10中，液晶面板2具有作为背面偏光板的第一偏光器21和作为表面偏光板的第二偏光器23，含有液晶组合物的液晶层22保持在第一偏光器21与第二偏光器23之间。
液晶面板2为了使来自背光源的光透射，以其背面2a与背光源1的出光面1a相对的方式配置(图1A)。虽然在图1A中进行了简化，但是液晶面板2具有与一般的液晶显示面板相同的构成，由未图示的一对透明基板夹持液晶层22，在该一对透明基板的各自的外表面设置有第一偏光器21与第二偏光器23。在一对透明基板上形成有未图示的电极，通过形成于一个透明基板上的TFT，控制液晶层22所含的液晶组合物的指向矢。
背光源1向第一偏光器21出射白色光，透射第一偏光器21的光进入液晶层22，接着，透射第二偏光器23。在液晶层22中，通过使液晶组合物的指向矢变化，来控制来自背光源1的白色光的透射度。
液晶层22所含的液晶组合物的指向矢被控制成：在不施加电压时相对于液晶面板2的显示面大致垂直，在施加电压时相对于液晶面板2的显示面大幅倾斜(常黑)。
另外，在本实施方式中，“液晶组合物的指向矢大致垂直”的表现包含液晶组合物的指向矢以相对于垂直于基板的方向具有一定的倾斜(预倾角)的状态排列。
液晶组合物的指向矢可以在不施加电压时在与基板垂直的方向之间以0.5°以上且5°以下预倾的状态排列。
背光源1与液晶面板2的第一偏光器21相对地配置，具有向第一偏光器21出射白色光的出射面1a。背光源1例如如图3所示那样具备LED或冷阴极管那样的发光部11、使该发光部11的光均匀化的扩散板12以及使光会聚的棱镜13。在发光部11为多个LED的情况下，在背光源1中存在LED的部分和不存在LED的部分之间可能产生亮度差异。为了消除这种差异，在背光源1上设置有扩散板12。从该扩散板12出射的光的路径被扩大。在扩散板的表面的极角大于32°的背光源是非会聚光源。因此，通过在扩散板12的表面配置棱镜13，将背光源1作为会聚光源。即，在本发明所涉及的液晶显示装置中使用聚光型的背光源。
背光源1优选为出射面状的白色光的面状光源，是在关于光的出射方向的方位角φ为0度或180度的出射光的亮度分布中，呈现0.5以上的标准化亮度(以最大亮度为1的标准化后的亮度)的光仅在极角(θ)-32°～+32°的范围内检测的聚光光源。这样，背光源1优选白色光被聚光，使其光轴接近光源的出射面的法线，优选构成为入射角为32°以下入射从背光源1入射到液晶面板2的光中的标准化亮度0.5以上的光，更优选构成为入射角为12.5°以下入射。但，并不限于此。
如果是仅以极角(θ)-32°～+32°的范围内检测呈现上述0.5以上的标准化亮度的光的光源，则几乎不会出射斜着横穿液晶组合物的光。将这样的光源称为聚光光源，将呈现0.5以上的标准化亮度的光作为具有小于极角-32°或者超过+32°的角度的极角(θ)的光而检测的光源称为非聚光光源。
作为用于聚光的构件，可举出棱镜片、导光板、微透镜片、百叶窗膜等，但并不限于这些。
LED既可以是白色LED，也可以使蓝色LED的光透射荧光体层而成为白色，也可以配置红、绿、蓝三原色的LED而生成白色。
在本说明书中，术语“极角”的意思是，从观察者观察，以由液晶显示装置的前后方向(液晶面板的左右方向(X方向)和上下方向(y方向)规定的与xy平面垂直的z方向)为基准，表示斜视的状态的指向矢朝向上述xy平面倾斜的角度θ。即，液晶面板的法线方向为极角0°。
另外，术语“方位角”意指将上述指向矢投影到上述xy平面上的像从x轴正方向旋转后的角度φ，x轴正方向是方位角0°。另外，关于光源提到方位角的情况下，意图是在与液晶面板平行的状态下组装入液晶显示装置中的光源的出射面上的方位。
在图4A及图4B中表示在本说明书中意图的极角及方位角。在此，以极角θ＝0°为基准，用+(正)θ规定φ°方向上的极角，用-(负)θ规定φ+180°方向上的极角。
来自背光源1的光被第一偏光器21转换为线性偏光，其线性偏光的方向被液晶层22控制，其透射/不透射被第二偏光器23控制。由此，实现期望的显示。作为液晶层22的控制方法，有TN方式、VA方式、IPS方式等，可以为任何方式，特别是在VA方式的情况下，本发明的效果大。
VA方式的液晶显示装置具有对比度高、响应快、图像中的着色少这样的优点，作为液晶组合物使用介电各向异性显示负值的液晶组合物。这样的液晶组合物也可以是介电各向异性显示负值的化合物与介电各向异性为中性的化合物的混合物。
作为介电各向异性显示负值的化合物，例如，
[化1]
这样的，可举出在分子骨架的中央导入有F原子这样的电负性大的原子在分子短轴方向上取代的官能团的化合物。
介电各向异性为中性的化合物优选用于降低粘度或提高低温下的液晶性。作为这样的化合物的例子，可举出下述构成式。
[化2]
式中，R、R’为-CnH2n+1(烷基)或-O-CnH2n+1(烷氧基)。
上述的化合物只是作为介电各向异性显示负值的化合物的一例，本公开中的液晶组合物中使用的化合物不限定于此。
光散射膜3具有与第二偏光器23相对的受光面3a和作为该受光面3a的相反面的出光面3b。光散射膜3将在受光面3a接收到的光在内部转换为散射光，接着将该散射光从出光面3b向外部(朝向位于液晶显示装置10的前方的观察者)出射。
例如如图2A以及2B所示，光散射膜3具有作为功能层30的透光性组合物，该透光性组合物含有光散射粒子31和作为介质的有机高分子化合物32。功能层30具有接受从液晶面板2出射的光的受光面和在内部生成的各向同性的散射光向外部放出的出光面，这些分别相当于不具有基材的光散射膜3的受光面3a和出光面3b。
在功能层30中，只要各向同性地使光散射，则光散射粒子31既可以均匀地分散于有机高分子化合物32，也可以浓缩在特定的位置，但为了避免外部光的返回(返回光)，功能层30优选具备沿着受光面扩展的粒子层，粒子层浓缩在功能层30整体厚度的1～80％，优选为10～80％，更优选为30～80％，进一步优选为50～80％的区域内。
光散射膜3可以具有保持功能层30的透光性的聚合物膜33作为基材(图2A以及图2B)。已知若将如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)那样使用具有双折射性的树脂作为基材的膜配置于相比液晶面板更靠近观察者侧，则会因双折射而产生虹状不均匀(干涉色)，从而降低显示质量。当双折射性高时，聚合物膜33可能在倾斜方向上产生干涉色，因此优选双折射性低。另外，聚合物膜33优选为在x轴方向与y轴方向之间不产生相位差的零相位差膜。作为这样的聚合物膜33，例如可列举由三乙酰纤维素(TAC)系树脂形成的膜，但不限于此。如图1A所示，仅将该功能层30作为光散射膜3直接粘贴于液晶面板2的第二偏光器23。另外，如图1B所示，功能层30及粘贴有聚合物膜33而成的光散射膜3也可以贴附于第二偏光器23，在该情况下，聚合物膜33或功能层30中的任一个也可以贴附于第二偏光器23。
这样，上述的零相位差薄膜适用于将具有光散射功能的薄膜配置在比液晶面板更靠近观察者侧的基材。但是，这样的薄膜在大型化时的操作困难并且价格高。
在本发明中，如果使用具有上述构成的功能层的光散射膜，则即使在将PET等用于基材的情况下，也能够抑制起因于双折射的虹状不均匀的发生。具体而言，如图1A和图2A所示，如果在比双折射性高的薄膜(例如PET基材)更靠近观察者侧配置本公开的功能层，则能够避免由双折射引起的虹状不均匀。
这样，光散射膜3具有使入光在内部散射、使内部产生的各向同性的散射光向外部射出的功能，具备承担其功能的功能层30。功能层30是包含有机高分子化合物32和该有机高分子化合物32所含有的光散射粒子31的透光性组合物。另外，功能层30是各向同性地使光散射的层，光散射膜3不具备各向异性地使光散射的层(各向异性的光散射层)。
作为光散射粒子31的材料，例如可列举氧化铝(氧化铝)、中空二氧化硅、铝、硫酸钡、氧化硅、氧化钛、铅白(碱性碳酸铅)、氧化锌、锌、三聚氰胺树脂、丙烯酸系树脂、聚苯乙烯系树脂等，但不限于这些。
作为有机高分子化合物32的材料，使用与其折射率是光散射粒子31的材料不同的材料，例如可列举聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、有机硅(SI)、尿素(UF)、环氧(EP)、聚丙烯(PP)、醋酸纤维素(CA)、聚偏氯乙烯(PVdC)等有机高分子化合物，但并不限于这些。
在本发明的光散射膜3中，有机高分子化合物32的折射率与光散射粒子31的折射率之差优选为0.15以上且1.0以下，更优选为0.15以上且0.30以下，进一步优选为0.20以上且0.30以下。此外，有机高分子化合物32的折射率既可以比光散射粒子31的折射率大也可以比光散射粒子31的折射率小，折射率差的绝对值满足上述范围即可。如果折射率差的绝对值过小，则难以得到宽视角，如果折射率差的绝对值过大，则需要降低粒子浓度、使光散射膜3变薄。
例如，在使用氧化铝作为光散射粒子31的情况下，有机高分子化合物32优选为PMMA、PVA、PVC、PC、PB、PP、CA，更优选为PMMA、PVA、PVC、PB、PP、CA。在作为光散射粒子31而使用中空二氧化硅的情况下，有机高分子化合物32优选为PMMA、PVA、PVC、PC、PB、PP、CA，更优选为PVA、PVC、PC、PB。在使用三聚氰胺树脂作为光散射粒子31的情况下，有机高分子化合物32优选为PMMA、PVA、PP、CA，更优选为CA。
光散射粒子31的平均粒子尺寸优选为1.5μm以上且6.0μm以下，更优选为1.5μm以上且4.5μm以下，进一步优选为1.5μm以上且3.5μm以下，更进一步优选为2.0μm以上且3.0μm以下。而且，光散射粒子31的粒子尺寸的最频值优选为1.75μm以上且3.5μm以下，更优选为1.75μm以上且3.0μm以下，进一步优选为2.0μm以上且3.0μm以下，更进一步优选为2.25μm以上且2.75μm以下。另外，粒子层的厚度优选为光散射粒子的上述平均粒子尺寸的1.0～5.0倍，更优选为1.0～4.0倍，进一步优选为1.0～3.0倍。
例如，在光散射膜中包含的光散射粒子的平均粒子尺寸为约2.0μm的情况下，在光散射膜中形成的粒子层的厚度优选为约2.0～10.0μm，更优选为约2.0～8.0μm，进一步优选为约2.0～6.0μm。
粒子层可以形成在光散射膜3的受光面3a的附近(图1A)，形成在出光面3b的附近(图2B)，也可以形成在与受光面3a和出光面3b的任一个都远离的位置，但为了降低返回光，优选不与出光面3b接触。
这样的粒子层中含有的光散射粒子中具有上述平均粒子尺寸的划分优选其容积为光散射膜3中含有的光散射粒子整体的容积的60％以上且96％以下，更优选为65％以上且96％以下，进一步优选为75％以上且96％以下，还可以为80％以上且92％以下。
另外，这样的粒子层中含有的光散射粒子中，平均粒子尺寸为0.1μm以上且1.5μm以下的划分优选其容积为功能层30中含有的光散射粒子31整体的容积的4％以上且40％以下，更优选为4％以上且35％以下，进一步优选为4％以上且25％以下，也可以为8％以上且20％以下。
在一个实施方式中，光散射粒子的粒子尺寸的最频值为1.75μm以上且2.5μm以下，其中，具有1.5μm以上且3.5μm以下的粒子尺寸的划分为75容积％以上，具有0.1μm以上且小于1.5μm的粒子尺寸的划分为25％以下。
在本实施方式的液晶显示装置10中，优选光散射膜3使正面亮度几乎不降低。另外，优选光散射膜3减少来自观察者侧的外部光中的返回观察者侧的光(返回光)。特别是，优选不仅抑制外部光的反射光，还抑制起因于光散射膜3中包含的光散射粒子31的外部光的散射光向观察者侧返回。此外，术语“正面亮度”是指相对于液晶显示装置从极角0°观察时的亮度。
为了避免正面亮度的降低，已知优选增加光散射膜的前方散射而减少后方散射，如果使用具有与光的波长(400nm～800nm)相同程度以上的尺寸的光散射粒子，则可以增加前方散射而减少后方散射。这在使用了进行前方散射的粒子的专利文献1的实施例中，由于使用平均粒径为1μm左右的微粒，所以也可以容易地理解。但是，根据这样的见解，不容易想到本公开的构成。
光散射膜是通过将含有光散射粒子的液状的有机高分子化合物涂布在基材的主面上之后使其干燥而形成的。作为本发明中的光散射膜的制作中优选的基材，可举出TAC、PET、COP等，但并不限于这些。
作为向基材上的涂布方法，只要是能够以所期望的厚度精度良好地成膜的方法即可，没有特别限定，例如可列举凹版涂布法、反向涂布法、刮刀涂布法、浸渍涂布法、喷涂法、气刀涂布法、旋涂法、辊涂法、印刷法、浸渍提拉法、幕涂法、模涂法、流延法、棒涂法、挤压涂布法、E型涂布方法等。
光散射粒子的涂布量优选每1cm2基材为0.01～2.0mg，更优选为0.015～1.75mg，进一步优选为0.03～1.0mg。另外，光散射膜的平均膜厚优选为4～220μm，更优选为4～50μm，进一步优选为4～15μm。如果过薄，则无法得到充分的硬度，如果过厚则加工变得困难。
基于这样的涂布量，光散射粒子31相对于干燥后的光散射膜3的比例优选为10～50％容积，更优选为10～30％容积。如果干燥后的光散射膜3中包含的光散射粒子31过少，则光散射膜3中的散射过少，无法得到广的视角。另外，如果干燥后的光散射膜3中包含的光散射粒子31过多，则散射度过高，其结果，正面亮度下降并且返回光增加。
另外，在光散射粒子31相对于干燥的光散射膜3的比例、光散射膜3的平均膜厚为上述范围的情况下，与干燥的光散射膜3的与第二偏光器23接触的接触面1m2对应的粒子层中含有的光散射粒子31的总体积优选为4.5×10-7m3～3.6×10-6m3，更优选为6.0×10-7m3～2.3×10-6m3，进一步优选为7.5×10-7m3～1.5×10-6m3。
术语“粒子”的意思是具有0.1μm以上且20μm以下的粒子尺寸(也称为粒子的尺寸)的元件。粒子的形状可以是球形，也可以是非球形。在本说明书中，“球形”意指粒子的三维空间中的最长尺寸与最短尺寸之比小于1.2的形状，“非球形”意指粒子的三维空间中的最长尺寸与最短尺寸之比超过1.2的形状。此外，在本说明书中用语“粒径”与“粒子尺寸”等价地使用，对于球形的粒子意思是粒径，对于非球形的粒子意思是粒子的三维空间中的最长尺寸或最短尺寸。
另外，“粒子尺寸”通过以下的方法测定。首先，使用显微镜，在暗视野中从散射膜的表面(受光面或出光面)的法线方向拍摄散射膜(的内部)后，将拍摄图像存储在个人计算机(以下，称为“PC”)中。此时，在拍摄图像中还一并保存实际的标度。接着，使用安装于PC的软件(微软公司的POWERPOINT(注册商标)等)，跟踪拍摄图像中的粒子的外缘。在追踪的粒子区域重叠的情况下，通过错开各粒子区域的位置，得到消除了重叠的对象。接着，通过在图像解析软件(美国国立卫生研究所公布的ImageJ等)读入包含上述对象的电子文件，输出对象的最大尺寸以及最小尺寸等。
另外，在本发明中，光散射粒子优选为透光性的，但只要几乎不改变透射光散射膜的光的偏光面，其尺寸就可以均匀或不均匀，其形状可以是例如球形、椭圆球形、平板形、多边形立方体等，最优选为球形。
此外，光散射粒子的形状和平均粒子尺寸可以通过控制包含光散射粒子、有机高分子化合物和溶剂的混合物的搅拌速度和时间来适当变更。例如，为了得到球形的粒子，需要凝集的粒子不被破碎而是使各个粒子头尾良好地分离。为此，在使用粒子磨机的分散中，实现抑制了粒子的运动能量的稳定的分散即可。在该稳定的分散中，例如使用微小的稳定的作为投入混合物的稳定的，或只要以低周速搅拌混合物(包含粒子)即可，更优选以低周速搅拌投入了微小粒子的混合物，更优选适当添加分散剂以使固体粒子均匀地分散于粘合剂溶液。
在一实施方式中，光散射膜是通过进行以下的工序而生成的：
(i)在溶剂中添加光散射粒子及有机高分子化合物；
(ii)搅拌所得到的混合物而执行稳定的分散，调制均匀的分散液；
(iii)将得到的分散液涂布在基材上，并扩展到整个面上；
(iv)将涂布后的基材配置于恒温槽(例如60℃下20分钟)。
通过这样的步骤，包含由球形的光扩散粒子形成的粒子层的光散射膜能够在使基材上干燥的状态下得到。需要说明的是，在执行分散时，也可以在分散液中添加少量的分散剂。
为了在头尾良好地形成上述的粒子层(沉淀层)，需要在干燥完成之前使光散射粒子沉淀。为此，能够基于它们的比重(密度)适当选择能够迅速完成沉淀的粒子及溶剂。
另外，优选在分散液中不含有抑制沉淀的无机填料(例如二氧化硅)。
干燥在室温下进行即可，但在高于室温的环境下进行干燥时，为了避免基材(例如聚合物膜)的变形，优选将干燥温度设定得比基材材料的熔点低。
另外，为了在这样的温度范围内进行干燥，在本公开中优选使用具有比基材材料的熔点低的沸点的溶剂。在使用PMMA作为基材的情况下，具有比PMMA的熔点低的沸点的溶剂在该领域是公知的。例如，在作为基材和溶剂分别使用PMMA和水系溶剂的情况下，优选干燥温度低于100℃，更优选室温～80℃，进一步优选室温～60℃。
在本公开中，通过使用具有这样的粒子层的光散射膜，从而不仅抑制了正面亮度的降低，而且减少了返回光。这样的效果并不是仅从前方散射及后方散射的观点导出。
如上所述，粒子层可以形成在光散射膜3的受光面3a的附近，也可以形成在出光面3b的附近，也可以形成在与受光面3a和出光面3b的任一个都远离的位置。为了使粒子层形成于光散射膜的所期望的位置，只要在基材上尽可能薄地制作包含浓缩的粒子层的光散射膜之后，从基材取下，并层叠在另外制作的聚合物层(例如，由构成光散射膜的有机高分子化合物构成的层)上即可。另外，从基材拆下的光散射膜也可以安装于其它部件(例如粘贴于液晶面板的偏光膜)。或者，光散射膜也可以直接制作在偏光膜上。
关于生成光散射膜时使用的基材，在作为光散射膜的一部分而用于液晶显示装置的情况下，只要将透光性的聚合物薄膜用作基材即可，在将从基材卸下的光散射膜用于液晶显示装置的情况下，也可以采用玻璃基板、金属板等作为基材。
在使用聚合物膜作为基材的情况下，为了将光散射膜从基材取下，也可以在光散射膜与基材之间设置剥离层，但来自基材的光散射膜的分离方法并不限定于此。在使用玻璃基板作为基材的情况下，为了从基材剥离光散射膜，优选使用激光剥离法，但不限于此。特别是在光散射膜形成于基材上后可以立即(不经过其他工序)剥离的情况下，光散射膜与基材的密合力也可以不强。在光散射膜与基材的密合力不强的情况下，也可以使用刀刃等机械地剥离。这样的机械剥离顺序无论基材是玻璃，还是金属，都能够适用于聚合物膜。光散射膜与基材的密合力能够通过调整光散射膜的形成条件、或对基材进行表面处理(防水处理等)来调整。
本公开所涉及的液晶显示装置通过具有上述构成，视角(颜色视角以及亮度视角)宽。另外，在本说明书中，颜色视角和亮度视角均如下定义。
颜色视角是用色差Δu‘v’评价相对于显示装置从极角0°观察的情况(正面观察)的颜色和从相对于显示装置倾斜的方向(极角θ≠0°)观察的情况(斜向观察)的颜色的差异(颜色变化量)的。具体而言，颜色视角可以使用二维傅里叶变换式光学测角仪(ELDIM(株)制，产品编号：Ezcontrast)，以由来自测定部分以外的光不入射这一条件下的测定值算出的色差Δu‘v’进行评价。本公开中的颜色视角优选满足参考文献(S.Ochi，etal.，Developmentof Wide Viewing VA-LCD Systemby Utilizing Microstructure Film″IDW16，42472-475(2016))的值(Δu‘v’＝0.020)，其角度极角为32±3.5°。另外，色差Δu'v'由以下的式子规定。
[数学式1]
亮度视角是用色差Δu‘v’评价相对于显示装置从极角0°观察的情况(正面观察)的亮度和从相对于显示装置倾斜的方向(极角θ≠0°)观察的情况(斜向观察)的亮度的差异。具体而言，亮度视角可以使用二维傅里叶变换式光学测角仪(ELDIM(株)制，产品编号：Ezcontrast)，在测量部分以外的光不入射的条件下，通过测量成为在正面(0°)测量的亮度的1/3的亮度的斜视的角度(极角)来评价。本公开中的亮度视角优选为参考上述文献的值(呈现1/3的亮度的上述角度为±42.5°以上)。
当聚光光源用作背光源1时，在从背光源1出射的光中，基本上不会倾斜地横穿液晶面板2中包含的液晶组合物。因此，液晶组合物均不使光透射，其结果，显示为正面观察中完全的黑。此外，如果使用聚光型的背光源，则视角变窄，但本公开所涉及的液晶显示装置具备光散射膜3，所以即使使用聚光型的背光源，也能够得到广的视角。
如图1A所示，光散射膜3以其背面(受光面)3a与液晶面板对置的方式配置。在与光散射膜3的受光面3a平行的每平面1m2的粒子层30中9.0×10-7m3容积的氧化铝粒子作为光散射粒子31分散。制造设置有这种光散射膜3的VA方式的液晶显示装置，从位于正面的视觉观察者来看，在以液晶面板的右方向为基准的方位角为0°或45°时，一边使极角从-90°变化到90°一边测定黑色亮度。无论方位角是0°还是45°，黑色亮度是恒定的。
另一方面，在未设置光散射膜3的液晶显示装置中，同样地测量了黑色亮度。方位角为45°时黑色亮度的变化显著。
另外，即使在彩色显示的情况下，由于基本上不存在倾斜地横穿液晶面板2所包含的液晶组合物的光，因此颜色变化被抑制。
这样，通过组合使用聚光型的背光源1和光散射膜3，能够降低黑色亮度和颜色变化。即，应采用的背光源只要以使透射液晶面板2中包含的液晶组合物的光不会产生黑色亮度和颜色变化的程度聚光即可，本申请发明人等确认如果极角在-32°～+32°的范围内，则排除了倾斜地横穿液晶面板2中包含的液晶组合物的光的影响。
在本实施方式的液晶显示装置10中，在比第二偏光器23靠前方(观察者侧)还具备偏光板(第三偏光器4)，光散射膜3设置于第二偏光器23与第三偏光器4之间。即，涉及本实施方式的液晶显示装置10还具有第三偏光器4，构成为来自背光源1的光在透射液晶面板2和光散射膜3后透射第三偏光器4。另外，在本发明中，第一偏光器～第三偏光器都是线性偏光器。另外，光散射膜3是各向同性地使光散射的层，在第二偏光器23与第三偏光器4之间不具备各向异性地使光散射的层。
第三偏光器4接收从光散射膜3的出光面3b出射的光，并朝向位于液晶显示装置10的前方的观察者出射。
本申请发明人反复基于独自的观点进行研究，发现实现了在来自背光源1的光透射光散射膜3时光的偏光特性(偏光轴的方向)几乎不变化，即透射光散射膜前的线性偏光的特性在透射光散射膜后也大致被维持。即，在本公开的液晶显示装置10中，透射液晶面板2之后的线性偏光在透射光散射膜3后也维持其振动方向。由此，即使将具有与第二偏光器23的透射轴的朝向大致一致的透射轴的偏光器配置在光散射膜3的正面侧，也能够使透射液晶面板2的光几乎不衰减地从上述第三偏光器出射。
已知有使色素(二色性色素)取向的偏光膜，该色素具有在介质中取向时的来自某方向的颜色与来自垂直方向的颜色不同的性质(例如，参考日本特开2011-43685号)。二色性色素有有机系色素和非有机系色素(所谓的碘系色素)。
二色性色素是通过其自身或者集合体沿一定方向排列而显示偏光性的化合物，作为这样的二色性色素，例如可列举出偶氮系色素、芪系色素、吡唑啉酮系色素、三苯基甲烷系色素、喹啉系色素、噁嗪系色素、噻嗪系色素、蒽醌系色素等色素系化合物等。在第三偏光器中，二色性色素可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。
在一实施方式中，第三偏光器具备作为基材的树脂片和形成于其表面上的二色性色素的色素层。在本实施方式中，第三偏光器通过使含有二色性色素的色素组合物吸附取向于树脂片来制作。例如，对树脂片进行拉伸及色素组合物的染色。拉伸可以在对色素组合物的浸渍处理前进行，也可以在进行浸渍处理的同时进行，还可以在浸渍处理后进行，也可以将它们组合而进行。拉伸通常通过单轴拉伸进行，其方法没有特别限定，可以为湿式拉伸或干式拉伸。通过对吸附取向有色素的树脂片进行硼酸处理、水洗、干燥而得到期望的第三偏光器(偏光膜)。
在一实施方式中，第三偏光器是含有二色性色素的树脂片。这种情况下，含有二色性色素的树脂片为色素层。在本实施方式中，第三偏光器通过使色素组合物含浸于溶胀的树脂片后进行拉伸而制作的。
溶胀工序中，浸渍在10～50℃的水中使树脂片溶胀。水的温度优选为20℃以上，优选为40℃以下。通过浸渍在这样的温度范围内的溶液中，能够有效地使树脂片均匀地溶胀。在溶胀工序之后提供的染色工序中，例如，浸渍在含有二色性色素的10～50℃的溶液中，使二色性色素含浸在树脂片材中，同时以总拉伸倍率为2～3倍的方式进行单轴拉伸。由此，使树脂片包含二色性色素，并且使片中的二色性色素的分子链取向。通过对取向有色素的树脂片进行水洗、干燥而得到期望的偏光膜。
使用二色性色素的第三偏光器4的色素层贴合在光散射膜3的出光面3b上。此时，优选光散射膜3具有由功能层30构成的构成(图1A)。即，优选由功能层构成的光散射膜直接粘贴于第三线性偏光器的色素层。在这样的构成中，由于在第二偏光器23与第三偏光器4的色素层之间不存在PET等基材，因此在将光散射膜3与第三偏光器4贴合的多层膜中可能产生的翘曲的可能性大幅降低。这样的翘曲减少的效果在上述文献中既未记载也没有暗示。
另外，即使在光散射膜3具备基材33的情况下(例如，图1B)，如果与使用了二色性色素的第三偏光器4组合，则能够减少存在于第二偏光器23与第三偏光器4之间的基材的量，因此，能够减少起因于基材的吸湿性而产生的多层膜的翘曲。因此，树脂片所使用的树脂没有特别的限定，例如，可以是TAC，也可以是PET。
为了得到偏光特性优异的偏光器，上述色素层的厚度例如优选为0.001～10μm，更优选为0.05～2μm。另外，为了得到这样的色素层，基于上述色素组合物的涂布膜的厚度例如优选为2～10μm，更优选为3～5μm。另外涂布可以使用与光散射膜的涂布相同的步骤。
构成色素组合物的溶剂只要是能够溶解二色性色素即可，并无特别限定，可列举出例如水和各种有机溶剂(例如醇类、醚类、吡啶、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基咪唑啉(DMI)等)。色素组合物中，可以仅包含这些溶剂的一种，也可以包含多种。特别是在使用水溶性的二色性色素的情况下，优选水或水与所述有机溶剂的混合溶剂。
在一实施方式中，构成树脂片的有机高分子化合物与光散射膜(功能层)所包含的有机高分子化合物不同。
第三偏光器可以是由基材和色素层构成的层叠体，也可以是在色素层的表面进一步层叠有保护膜等的层叠体。作为保护膜，例如可列举聚酯类膜、乙酸纤维素类膜、丙烯酸类膜、具有降冰片烯构成的环状聚烯烃的膜、聚碳酸酯类膜、聚芳酯类膜、聚醚砜类膜等。
通过使用上述那样的偏光器，能够高效地防止因返回光引起的显示品质的降低。
在本实施方式的液晶显示装置10中，其透射轴与第二偏光器23的透射轴为大致相同的方向的第三偏光器4以覆盖光散射膜3的受光面3a的方式构成。此外，液晶显示装置10在第二偏光器23与第三偏光器4之间不具备各向异性地使光散射的构成(例如棱镜)。
通过具有这样的构成，在本实施方式涉及的液晶显示装置10中，来自前方的外部光减半，其结果，返回光也减半。另外，这样的构成不降低对于液晶显示装置10从极角0°观察时的亮度(以下也称为正面亮度)。
作为抑制起因于来自观察者侧的外部光的反射而导致的观察性降低的技术，已知在比表偏光板更前方设置进一步的偏光板，在这两个偏光板之间配置两个1/4波长板来形成圆偏光板的构成(例如，特开平5-281538号公报)。
与此相对，在本实施方式涉及的液晶显示装置10中，不使用圆偏光板而实现返回光(包括外部光的反射光)的降低。在本领域中，在不产生圆偏光的情况下保持线性偏光的特性的同时降低光散射膜中的返回光的构成是未知的。
已知为了减少滤色器中的外部光反射和提高对比度，在滤色器和表偏光板之间设置扩散层的构成(例如，日本特开2006-208647号公报)。该文献仅公开了在面板的观察侧使用一片偏光板的构成。在文献中描述的技术中，使用了透射光的偏光面通过设置的扩散层而变化的技术。
另一方面，根据本实施方式涉及的液晶显示装置10在液晶面板2的观察侧使用两片偏光板，并且采用不改变透射光的偏光面的光散射膜。在本领域中为了减少光散射膜中的返回光而采用这样的构成是未知的。
还已知为了减少由配置于液晶面板的观察者侧的光扩散元件引起的显示模糊，作为这样的光扩散元件，采用了设置有像棱镜那样各向异性地散射光的构成的装置(例如，日本特开2007-71916号公报)。在该文献中公开的技术中，对于光扩散特性具有三维各向异性的光扩散元件是不可缺少的。
与此相对，液晶显示装置10配置于液晶面板的观察者侧不具备各向异性地散射光的构成。当然，本实施方式中的光散射膜3不具备各向异性的光散射层。这样的构成在上述文献中既没有记载也没有暗示。
由于第三偏光器4的透射轴的方向与第二偏光器23的透射轴的方向几乎一致，所以无论是否存在第三偏光器4，检测到的光量几乎没有变化。这可以通过在液晶显示装置10的观察侧配置光量检测照相机，用光量检测照相机检测透射液晶面板2和光散射膜3(以及第三偏光器4)的光的光量(亮度)来确认。
可以根据第二偏光器23适当地选择第三偏光器4。即使第二偏光器23的透射轴是未知的，也可以根据需要旋转代替第三偏光器4布置的线性偏光器，并且基于由光量检测照相机检测的光量最大的位置来确定要使用的第三偏光器4。
在根据本实施例的液晶显示设备10中，光散射膜3布置在液晶面板2和第三偏光器4之间，并且具备光散射粒子31和用于内包光散射粒子31的有机高分子化合物32。从光源1出射的光在透射液晶面板2之后，从受光面3a输入到光散射膜3的内部，比透射液晶面板2时的角度分布更扩大，从出光面3b输出到光散射膜3的外部。
第三偏光器4被配置成与光散射膜3的出光面3b相对。第三偏光器4透射具有与透射第二偏光器23的光相同的偏光轴的光。换言之，第二偏光器23和第三偏光器4具有相同方向的透射轴。透射第二偏光器23的光在穿过光散射膜3之后通过第三偏光器4而几乎不降低其强度。
另一方面，当外部光进入第三偏光器4时，第三偏光器4将其转换为通过透射轴的线性偏光，并且通过第三偏光器4吸收所入射的外部光的1/2。因此，来自观察者侧的外部光的一半透射第三偏光器4，其返回光朝向观察者侧。
例如，将含有氧化铝粉末的液体有机高分子化合物(丙烯酸树脂的前驱体)32以30μm的厚度涂布并干燥，干燥后形成为膜厚6μm粒子浓度为15～18％容积的功能层30。在根据一实施方式的液晶显示装置10中，这样的功能层30直接粘贴在液晶面板2的第二偏光器23上，并且第三偏光器4设置在光散射膜3的出光面3b上。在这样的液晶显示装置10中，返回光被显著抑制，其结果，明亮处的正面对比度比非常良好。而且，该液晶显示装置具有宽的视场角。
在本公开中，通过使用具有这样的粒子层的光散射膜，从而不仅抑制了正面亮度的降低，而且减少了返回光。而且，通过使用具有这种构成的光散射膜，能够将其透射轴与第二偏光器23的透射轴大致相同的方向上的第三偏光器4配置在光散射膜3的出光面3b的前方，在不降低正面亮度的情况下实现了返回光的抑制。这样的效果并不是仅从前方散射及后方散射的观点导出。
(总结)
(1)本发明的一个实施方式所涉及的液晶显示装置构成为具备：聚光型的背光源；液晶面板，其具有来自所述背光源的光入射的第一线性偏光器和所述光射出的第二线性偏光器；光散射膜，其与所述第二线性偏光器相对；以及第三线性偏光器，其与所述光散射膜相对，所述光散射膜具备功能层，所述功能层包含有机高分子化合物和该有机高分子化合物所含有的光散射粒子，所述第三线性偏光器具有与所述第二线性偏光器的偏光轴的方向相同方向的偏光轴。
根据本公开的一个实施方式，由于与液晶面板的第二线性偏光器相对地设置有光散射膜，因此能够得到广视角。而且，由于使用聚光型的背光源，因此倾斜地横穿液晶面板所含的液晶组合物的光几乎不存在，其结果是，正面观察和斜向观察之间黑色亮度和颜色几乎不变化。而且，作为使透射光散射膜的光透射的第三线性偏光器，设置有具有与第二线性偏光器的偏光轴的方向相同方向的偏光轴的偏光器，因此，能够不用第三线性偏光器使来自液晶面板的光衰减地向前方出射。而且，即使来自前方的外部光经由第三线性偏光器向液晶面板入射，由于该外部光由第三线性偏光器衰减为一半，所以也能够抑制由返回光引起的在明亮处的正面对比度的降低。
(2)在上述液晶显示装置中，优选所述光散射粒子的平均粒子尺寸为1.5μm以上且6.0μm以下。
(3)在上述液晶显示装置中，优选所述光散射膜的厚度为4μm以上且220μm以下。这是因为，如果过薄，则光的扩散不充分，如果过厚，则有可能使透射光衰减。
(4)在上述液晶显示装置中，优选所述光散射粒子中的具有1.5μm以上且4.5μm以下的粒子尺寸的划分的容积为所述功能层所包含的光散射粒子整体的容积的60％以上且96％以下。
(5)在上述液晶显示装置中，优选所述光散射粒子中的具有0.1μm以上且小于1.5μm的粒子尺寸的划分的容积为所述功能层中包含的光散射粒子全体的容积的4％以上且40％以下。
(6)在上述液晶显示装置中，优选所述光散射膜的与所述第二线性偏光器的接触面1cm2对应的所述功能层所包含的所述光散射粒子的总体积在0.5cm3以上且10.0cm3以下。
(7)在上述液晶显示装置中，优选所述光散射粒子的折射率与所述有机高分子化合物的折射率之差为0.15以上且1.0以下。
(8)在上述液晶显示装置中，优选所述功能层具有粒子层，所述粒子层沿着接受从液晶面板发出的光的面扩散该功能层中包含的所述光散射粒子的60容积％以上且100容积％以下，所述粒子层在与所述接触面垂直的方向上浓缩到所述功能层整体厚度的1～80％的区域。
(9)在上述液晶显示装置中，所述有机高分子化合物优选为选自由聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、硅酮、尿素、环氧、聚丙烯、醋酸纤维素和聚偏氯乙烯组成的组中的至少一种，所述光散射粒子优选为选自由氧化铝、三聚氰胺树脂和中空二氧化硅组成的组中的至少一种。
(10)在上述液晶显示装置中，优选地，所述背光源构成为使入射所述第一线性偏光器的光中的标准化亮度0.5以上的光以入射角32°以下入射。从这样的背光源出射的光几乎不会倾斜地横穿液晶组合物，因此不会带来黑色亮度和颜色的变化。
附图标记说明
1 光源
2 液晶面板
21 第一偏光器
22 液晶层
21a 液晶组合物
23 第二偏光器
3 光散射膜
30 功能层
31 光散射粒子
32 有机高分子化合物
4 第三偏光器

Claims (14)

1.一种液晶显示装置，其特征在于，其具备：
聚光型的背光源；
液晶面板，其具有供来自所述背光源的光入射的第一线性偏光器和出射所述光的第二线性偏光器；
光散射膜，其与所述第二线性偏光器相对；以及
第三线性偏光器，其与所述光散射膜相对，
所述光散射膜具备功能层，所述功能层包含有机高分子化合物和所述有机高分子化合物所含有的光散射粒子，
所述第三线性偏光器具有与所述第二线性偏光器的偏光轴的方向相同方向的偏光轴，
所述功能层具有粒子层，所述粒子层设置为所述功能层中包含的所述光散射粒子的容积的60％以上且容积的100％以下的部分沿着接受从所述液晶面板发出的光的面扩展，
所述粒子层在与所述第二线性偏光器垂直的方向上浓缩到所述功能层整体厚度的1～80％的区域。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光散射粒子的平均粒子尺寸为1.5μm以上且6.0μm以下。
3.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光散射膜的厚度为4μm以上且220μm以下。
4.如权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光散射粒子中的具有1.5μm以上且4.5μm以下的粒子尺寸的划分的容积为所述功能层所包含的光散射粒子整体的容积的60％以上且96％以下。
5.如权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光散射粒子中的具有0.1μm以上且小于1.5μm的粒子尺寸的划分的容积为所述功能层所包含的光散射粒子整体的容积的4％以上且40％以下。
6.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光散射膜的与所述第二线性偏光器的接触面1cm2对应的所述功能层所包含的所述光散射粒子的总体积在0.5cm3以上且10.0cm3以下。
7.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光散射粒子的折射率与所述有机高分子化合物的折射率之差为0.15以上且1.0以下。
8.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述粒子层不与所述光散射膜的出光侧的面接触。
9.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述有机高分子化合物为选自由聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、硅酮、尿素、环氧、聚丙烯、醋酸纤维素和聚偏氯乙烯组成的组中的至少一种，
所述光散射粒子为选自由氧化铝、三聚氰胺树脂和中空二氧化硅组成的组中的至少一种。
10.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述背光源构成为使入射到所述第一线性偏光器的光中的标准化亮度0.5以上的光以入射角32°以下入射。
11.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，在所述第二线性偏光器与所述第三线性偏光器之间，不具备各向异性地使光散射的构成。
12.如权利要求11所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光散射膜由各向同性地使光散射的所述功能层构成。
13.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第三线性偏光器具备二色性色素取向的色素层。
14.如权利要求12所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第三线性偏光器具备二色性色素取向的色素层，
所述功能层直接粘贴在所述色素层上。
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