TW201945805A - 液晶顯示裝置 - Google Patents

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TW201945805A
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平井真理子
武本博之
吉川仁
大塚雅德
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日商日東電工股份有限公司
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Abstract

本發明可提供一種液晶顯示裝置，其不用格柵薄膜即可切換廣視角與窄視角，並可在窄視角設定時於實用上充分縮窄與光源之配列方向平行之方向上的視角。本發明之液晶顯示裝置自視辨側起依序具備：液晶面板，具備液晶單元、配置在該液晶單元之視辨側的視辨側偏光板、與配置在該液晶單元之與視辨側為相反側的背面側偏光板；調光層，其可改變透射光之散射狀態；及面光源裝置，具備光源部與導光板，該導光板可使來自該光源部之光從與該光源部相對向之側面入射並從與該調光層相對向之視辨側表面射出；該面光源裝置係射出於該視辨側表面之大致法線方向上具有指向性之光，且該光以高比率含有在與導光板之光之導光方向大致平行的面內振動之直線偏光成分；並且該直線偏光成分之振動方向與該背面側偏光板之透射軸大致平行。

Description

液晶顯示裝置
本發明涉及一種液晶顯示裝置。
發明背景
通常，液晶顯示裝置在視辨者位置不固定而可從各個角度視辨的狀態(譬如電子廣告、一般使用的電視機、個人電腦等)下使用時，多要求廣視角。為了實現廣視角，已有各種技術使用擴散片、稜鏡片、廣視角液晶面板、廣視角偏光板等進行研討。另一方面，當視辨者位置被限定在狹窄範圍時，為了預防窺視等情況，可在窄視角顯示影像的液晶顯示裝置(譬如，行動電話、在公共場所使用之筆記型個人電腦、自動櫃員機、交通工具之座前螢幕(seat monitor)等使用的液晶顯示裝置)亦有其需求在。
此外，近幾年伴隨顯示畫面之窄邊框化及薄型化，沿著顯示畫面之一邊(譬如沿著長邊方向)配置LED光源之構成已成為主流，並且要求在窄視角設定時充分縮窄與LED光源之配列方向平行之方向上的視角。
針對上述需求，針對可切換廣視角與窄視角且可在窄視角設定時縮窄與LED光源之配列方向平行之方向上之視角的液晶顯示裝置，已有文獻提出一種朝視辨側依序具備包含稜鏡片之背光部、格柵薄膜(louver film)、透明/散射切換元件及液晶面板的液晶顯示裝置(譬如專利文獻1)。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利第4311366號
發明概要
發明欲解決之課題
上述格柵薄膜可藉由遮斷部分入射光(尤其是入射角大的光)來控制視角。然而，若使用格柵薄膜，正面方向的透光率也會降低，因此在低耗電的觀點上不佳。而且，格柵薄膜與畫素之間有時會發生干涉不均。此外，所有液晶顯示裝置共同的課題有薄型化問題。
本發明係為了解決上述習知課題所進行，其目的在於提供一種液晶顯示裝置，其不用格柵薄膜即可切換廣視角與窄視角，而且可在窄視角設定時於實用上充分縮窄與光源之配列方向平行之方向上的視角。
用以解決課題之手段
根據本發明之一實施形態可提供一種液晶顯示裝置，其自視辨側起依序具備：液晶面板，具備液晶單元、配置在該液晶單元之視辨側的視辨側偏光板、與配置在該液晶單元之與視辨側為相反側的背面側偏光板；調光層，其可改變透射光之散射狀態；及面光源裝置，具備光源部與導光板，該導光板可使來自該光源部之光從與該光源部相對向之側面入射並從與該調光層相對向之視辨側表面射出。在該液晶顯示裝置中，該面光源裝置係射出於該視辨側表面之大致法線方向上具有指向性之光，且該光以高比率含有在與導光板之光之導光方向大致平行的面內振動之直線偏光成分，並且該直線偏光成分之振動方向與該背面側偏光板之透射軸大致平行。
在一實施形態中，上述液晶單元之驅動模式為IPS模式或FFS模式。
在一實施形態中，上述調光層依序具備：第1透明基材；第1透明電極層；高分子基質與液晶化合物之複合物層；第2透明電極層；及第2透明基材；並且，該第1透明基材及第2透明基材之形成材料含有環烯烴系樹脂。
在一實施形態中，上述導光板之主面形狀為略長方形，上述導光板之與上述光源部相對向的側面為長邊側的側面。
在一實施形態中，上述調光層依序具備：第1透明基材；第1透明電極層；高分子基質與液晶化合物之複合物層；第2透明電極層；及第2透明基材；並且，該第1透明基材之正面相位差為50nm以下，該第2透明基材之正面相位差為50nm以下。
在一實施形態中，上述調光層依序具備：第1透明基材；第1透明電極層；高分子基質與液晶化合物之複合物層；第2透明電極層；及第2透明基材；該第1透明基材之正面相位差大於50nm，並且該第1透明基材之慢軸與上述視辨側偏光板之透射軸實質上正交或平行。
在一實施形態中，上述調光層依序具備：第1透明基材；第1透明電極層；高分子基質與液晶化合物之複合物層；第2透明電極層；及第2透明基材；該第2透明基材之正面相位差大於50nm，並且該第2透明基材之慢軸與上述視辨側偏光板之透射軸實質上正交或平行。
在一實施形態中，上述第1透明基材之正面相位差大於50nm，上述第2透明基材之正面相位差大於50nm，並且上述第1透明基材之慢軸與上述第2透明基材之慢軸實質上正交或平行。
發明效果
根據本發明之液晶顯示裝置，使用射出具有指向性與偏光性之光的光源裝置、可改變來自光源裝置之光之散射狀態的調光層與液晶面板，來適當設定來自該光源裝置之光的偏光方向與液晶面板之背面側偏光板之透射軸方向的關係，藉此即使不用格柵薄膜，也可良好切換廣視角與窄視角，並且可在窄視角設定時於實用上充分縮窄與光源之配列方向平行之方向上的視角。
用以實施發明之形態
以下參照圖式說明本發明之實施形態，惟本發明不受該等實施形態限定。另，在本說明書中，有時會將第1透明基材及第2透明基材統稱為透明基材，及將第1透明電極層及第2透明電極層統稱為透明電極層。另，包含透明基材與透明電極層之積層體有時會稱為透明導電性薄膜。
(用語及符號之定義)
本說明書中之用語及符號之定義如下。
(1)折射率(nx、ny、nz)
「nx」為面內之折射率呈最大值之方向(即，慢軸方向)的折射率，「ny」為在面內與慢軸正交之方向的折射率，「nz」為厚度方向之折射率。
(2)正面相位差值
正面相位差值(Re[λ])係指在23℃、波長λ(nm)下之薄膜的面內相位差值。Re[λ]可於令薄膜之厚度為d(nm)時，藉由Re[λ]＝(nx-ny)×d求得。
(3)在本說明書中，「實質上平行」或「大致平行」在未特別記載之前提下，包含0°±20°之情況，且宜為0°±10°，更宜為0°±5°。
(4)在本說明書中，「實質上正交」或「大致正交」在未特別記載之前提下，包含90°±20°之情況，且宜為90°±10°，更宜為90°±5°。
(5)在本說明書中，僅稱「正交」或「平行」時，可包含實質上正交或實質上平行的狀態。
A.液晶顯示裝置的整體構成
圖1係本發明之一實施形態之液晶顯示裝置1的說明圖。本實施形態之液晶顯示裝置1從視辨側起依序具備：液晶面板200，其具備液晶單元210、配置在液晶單元210之視辨側的視辨側偏光板220、及配置在液晶單元210之與視辨側為相反側(背面側)的背面側偏光板230；調光層100，其可改變透射光之散射狀態；及面光源裝置300，其具備光源部320與導光板310，該導光板310可使來自光源部320之光從與光源部320相對向之側面入射並從與調光層100相對向之視辨側表面射出。在圖示例中，面光源裝置300更具備稜鏡片330與配置在導光板310之背面側的反射板340，該稜鏡片330係配置在導光板310之視辨側且於背面側具有凸部。另，於液晶顯示裝置1還備有其他作為液晶顯示裝置動作所需之一般配線、電路、構件等機器，惟該等省略說明等。
在上述圖示例中，液晶面板200、調光層100、面光源裝置300在俯視下呈略長方形，且在彼此正交之X方向及Y方向分別具有平行邊。此時，液晶顯示裝置1之出射面(顯示面)係與XY平面平行之平面，與XY平面垂直之方向(Z方向)則為厚度方向。
如D項說明，上述面光源裝置300係射出於視辨側表面之大致法線方向上具有指向性之光，且該光以高比率含有在與導光板之光之導光方向大致平行的面內振動之直線偏光成分。在液晶顯示裝置1中，如圖2所示，視辨側偏光板220及背面側偏光板230係配置成各自之透射軸方向(箭頭a方向及箭頭b方向)所夾角度代表上為90°±3.0°，宜為90°±1.0°，較宜為90°±0.5°，並且配置成從面光源裝置300射出之光中以高比率所含直線偏光成分的振動方向(箭頭c方向)與背面側偏光板之透射軸(箭頭b方向)大致平行。藉由所述構成，可透過控制使用調光層100之光的散射狀態而良好地切換廣視角與窄視角，此外可在窄視角設定時於實用上充分縮窄與光源之配列方向平行之方向(X方向)上的視角。另，有別於圖示例，視辨側偏光板220及背面側偏光板230亦可配置成各透射軸方向(箭頭a方向及箭頭b方向)所夾角度代表上為0°±3.0°，宜為0°±1.0°，較宜為0°±0.5°。
B.液晶面板
如上述，液晶面板代表上具備液晶單元、配置在該液晶單元之視辨側的視辨側偏光板與配置在該液晶單元之背面側的背面側偏光板。
液晶單元具有一對基板與被包夾在該基板間作為顯示媒體的液晶層。在一般的構成中，係於其中一基板設有彩色濾光片及黑矩陣，而於另一基板設有：控制液晶之電光學特性的切換元件、賦予該切換元件閘控訊號之掃瞄線及賦予該切換元件來源訊號之訊號線、畫素電極及對向電極。上述基板之間隔(單元間隙)可透過分隔件等來控制。在上述基板之與液晶層相接之側，舉例而言可設置由聚醯亞胺構成之定向膜等。
在一實施形態中，液晶層包含在電場不存在之狀態下定向成沿面排列之液晶分子。所述液晶層(結果為液晶單元)在代表上展現nx＞ny＝nz之3維折射率。另，本說明書中，所謂ny＝nz不只包含ny與nz完全相同之情形，亦包含ny與nz在實質上相同之情形。使用展現所述3維折射率之液晶層的驅動模式之代表例可舉如平面內切換(IPS)模式、邊緣電場切換(FFS)模式等。另，上述IPS模式包含採用了V字型電極或鋸齒形電極等之超級平面內切換(S-IPS)模式、進階超級平面內切換(AS-IPS)模式。又，上述FFS模式包含採用了V字型電極或鋸齒形電極等之進階邊緣電場切換(A-FFS)模式、極端邊緣電場切換(U-FFS)模式。
在另一實施形態中，液晶層包含在電場不存在之狀態下定向成垂面排列之液晶分子。所述液晶層(結果為液晶單元)在代表上展現nz＞nx＝ny之3維折射率。使用在電場不存在之狀態下定向成垂面排列之液晶分子的驅動模式可舉例如垂直定向(VA)模式。VA模式包含多域VA(MVA)模式。
視辨側偏光板及背面側偏光板代表上各具有偏光件與配置在其至少單側之保護層。偏光件代表上為吸收型偏光件。
上述吸收型偏光件之波長589nm的透射率(亦稱單體透射率)宜為41%以上，更宜為42%以上。另，單體透射率的理論上限為50%。而且偏光度宜為99.5%~100%，更宜為99.9%~100%。若在上述範圍內，用於液晶顯示裝置時可進一步提高正面方向的對比。
上述偏光件可採用任意且適當的偏光件。作為偏光件，可舉如使聚乙烯醇系薄膜、部分縮甲醛化聚乙烯醇系薄膜、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物系部分皂化薄膜等親水性高分子薄膜吸附碘或二色性染料等之二色性物質並進行單軸延伸者，以及聚乙烯醇之脫水處理物或聚氯乙烯之脫鹽酸處理物等多烯系定向薄膜等。該等之中，使聚乙烯醇系薄膜吸附碘等二色性物質並經單軸延伸之偏光件的偏光二色比高，故尤佳。偏光件之厚度宜為0.5μm~80μm。
使聚乙烯醇系薄膜吸附碘並經單軸延伸的偏光件代表上係藉由將聚乙烯醇浸漬於碘的水溶液中來進行染色，並延伸成原長的3倍~7倍來製成。延伸可在染色後進行，亦可邊染色邊進行延伸，又亦可進行延伸之後再染色。除延伸、染色外，亦可施行例如膨潤、交聯、調整、水洗、乾燥等處理來製作。
上述保護層可採用任意且適當的薄膜。作為所述薄膜之主成分的材料之具體例，可舉出三乙醯纖維素(TAC)等之纖維素系樹脂、(甲基)丙烯酸系、聚酯系、聚乙烯醇系、聚碳酸酯系、聚醯胺系、聚醯亞胺系、聚醚碸系、聚碸系、聚苯乙烯系、聚降莰烯系、聚烯烴系及乙酸酯系等之透明樹脂等。又，亦可舉出丙烯酸系、胺甲酸酯系、丙烯酸胺甲酸酯系、環氧系、聚矽氧系等熱硬化型樹脂或紫外線硬化型樹脂等。其他亦可舉出例如矽氧烷系聚合物等之玻璃質系聚合物。並且，亦可使用日本專利特開2001-343529號公報(WO01/37007)所記載之聚合物薄膜。作為該薄膜之材料，例如可以使用含有在側鏈具有取代或非取代之醯亞胺基的熱塑性樹脂與在側鏈具有取代或非取代之苯基及腈基的熱塑性樹脂之樹脂組成物，且例如可舉出具有由異丁烯與N-甲基馬來醯亞胺構成之交替共聚物及丙烯腈-苯乙烯共聚物之樹脂組成物。上述聚合物薄膜例如可為前述樹脂組成物之擠製成形物。
C.調光層
圖3係本發明一實施形態之液晶顯示裝置所用調光層的概略截面圖。調光層100自視辨側起依序具備第1透明基材10a、第1透明電極層20a、複合物層30、第2透明電極層20b及第2透明基材10b。雖未圖示，不過在第1透明基材10a與第1透明電極層20a之間及第2透明基材10b與第2透明電極層20b之間可分別設置折射率調整層。同樣地，亦可於第1透明基材10a之外側(換言之，與配置第1透明電極層20a之側為相反側)及/或第2透明基材10b之外側(換言之，與配置第2透明電極層20b之側為相反側)設置抗反射層。藉由設置折射率調整層及/或抗反射層，可獲得具有高透射率的調光層。
調光層在光穿透狀態下宜具有15%以下之霧度，更宜具有10%以下之霧度。在光穿透狀態下之霧度若在上述範圍內，從背面側入射之具有指向性之光可維持其指向性而直接透射，因此可適當實現窄視角。
調光層在光散射狀態下宜具有30%以上之霧度，更宜具有50%~99%之霧度。在光散射狀態下之霧度若在上述範圍內，從背面側入射之具有指向性之光便會散射，故可適當實現廣視角。
誠如後述，穿透調光層之光的散射狀態(就結果論為霧度)會隨施加電壓而改變。在本說明書中，可將調光層之霧度在預定值以上(譬如30%以上，且宜為50%以上)之情況視為光散射狀態，並將該霧度低於預定值(譬如15%以下，且宜為10%以下)之情況視為光穿透狀態。
調光層在光穿透狀態下，宜具有80%~99%之平行光透射率，更宜具有83%~99%之平行光透射率。在光穿透狀態下之平行光線透射率若在上述範圍內，從背面側入射之具有指向性之光即可維持其指向性而直接透射，因此可適當實現窄視角。
調光層代表上在光穿透狀態下具有85%~99%之全光線透射率。而且，調光層在光穿透狀態及光散射狀態的兩狀態下，皆宜具有85%~99%之全光線透射率，更宜具有88%~99%之全光線透射率。全光線透射率若在上述範圍內，即使將調光層安裝在高解析度(譬如解析度150ppi以上)之液晶顯示裝置中，仍可抑制亮度降低之情況，同時可切換廣視角與窄視角。
調光層的整體厚度譬如為50μm~250μm，宜為80μm~200μm。
在一實施形態中，透明基材10a、10b在波長590nm下之正面相位差Re[590]可為50nm以下，宜為0nm~30nm，較宜為0nm~20nm。透明基材之Re[590]若在50nm以下，除了顯示顏色少有不均，且可在窄視角設定時縮窄視角。
在另一實施形態中，透明基材10a、10b在波長590nm下之正面相位差Re[590]大於50nm，譬如可大於50nm且在50000nm以下。透明基材之Re[590]大於50nm時，從窄視角且顯示顏色不均的觀點來看，透明基材之慢軸方向與液晶面板之偏光板(譬如，視辨側偏光板)之透射軸方向宜配置成實質上正交或實質上平行。另，第1透明基材及第2透明基材之Re[590]皆大於50nm時，第1透明基材之慢軸與第2透明基材之慢軸宜配置成實質上正交或平行。
構成透明基材之材料代表上係以熱塑性樹脂為主成分之高分子薄膜。熱塑性樹脂可舉如聚酯系樹脂；聚降莰烯等環烯烴系樹脂；丙烯酸系樹脂；聚碳酸酯樹脂；纖維素系樹脂等。其中又以聚酯系樹脂、環烯烴系樹脂或丙烯酸系樹脂為佳。該等樹脂具優異的透明性、機械強度、熱穩定性、水分隔絕性等。而且，環烯烴系樹脂適宜作為正面相位差為50nm以下之透明基材的材料。上述熱塑性樹脂可單獨或可將2種以上組合使用。而且，可用於偏光板的光學薄膜譬如亦可使用低相位差基材、高相位差基材、相位差板、亮度提升薄膜等。
透明基材之厚度宜為150μm以下，較宜為5μm~100μm，更宜為20μm~80μm。
上述透明電極層譬如可用銦錫氧化物(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2 )等金屬氧化物形成。或是，透明電極層可藉由銀奈米線(AgNW)等金屬奈米線、奈米碳管(CNT)、有機導電膜、金屬層或該等之積層體形成。透明電極層可因應目的圖案化成期望的形狀。
透明電極層代表上可用濺鍍法形成。
上述複合物層代表上含有高分子基質分散在該基質中之液晶化合物。在該複合物層中，可透過液晶化合物之定向度因應電壓施加量的變化來改變透射光的散射狀態，藉此切換光穿透狀態與光散射狀態。
在一實施形態中，複合物層係藉由施加電壓而成為光穿透狀態，且在未施加電壓之狀態下為光散射狀態(常態模式)。在本實施形態中，在未施加電壓時，由於液晶化合物無定向，所以為光散射狀態，透過施加電壓使液晶化合物定向讓液晶化合物之折射率與高分子基質之折射率一致而成為光穿透狀態。
在另一實施形態中，複合物層係藉由施加電壓而成為光散射狀態，且在未施加電壓之狀態下為光穿透狀態(逆向模式)。在本實施形態中係藉由設置在透明電極層表面之定向膜，於未施加電壓時使液晶化合物定向而成為光穿透狀態，並透過施加電壓打亂液晶化合物之定向而成為光散射狀態。
如上述之複合物層，可舉含有高分子分散型液晶的複合物層、含有高分子網狀物型液晶的複合物層等。高分子分散型液晶具有於高分子基質中分散有液滴狀液晶化合物之結構。高分子網狀物型液晶具有於高分子網狀物中分散有液晶化合物之結構，且高分子網狀物中的液晶具有連續相。
上述液晶化合物可使用任意且適當的非聚合型液晶化合物。液晶化合物之介電各向異性可為正亦可為負。液晶化合物譬如可為向列型、層列型、膽固醇型液晶化合物。從可在光穿透狀態下實現優異透明性的觀點來看，宜使用向列型液晶化合物。上述向列型液晶化合物可舉聯苯系化合物、苯甲酸苯酯系化合物、環己基苯系化合物、氧偶氮苯系化合物、偶氮苯系化合物、甲亞胺系化合物、三苯系化合物、聯苯苯甲酸酯系化合物、環己基聯苯系化合物、苯基吡啶系化合物、環己基嘧啶系化合物、膽固醇系化合物、氟系化合物等。
形成高分子基質之樹脂可因應透光率、上述液晶化合物之折射率等適當選擇。可為光各向同性樹脂，亦可為光各向異性樹脂。在一實施形態中，該樹脂為活性能量線硬化型樹脂，譬如可適當使用藉由聚合型液晶化合物硬化而製得的液晶聚合物、(甲基)丙烯酸系樹脂、聚矽氧系樹脂、環氧系樹脂、氟系樹脂、聚酯系樹脂、聚醯亞胺樹脂等。
上述調光層可利用任意且適當的方法形成。舉例而言，準備一對透明導電性薄膜，該透明導電性薄膜具有透明基材、設在其單側之透明電極層及視需求的折射率調整層及/或抗反射層，然後於其一透明導電性薄膜之透明電極層面塗佈複合物層形成用組成物形成塗佈層，再於該塗佈層上以透明電極層與塗佈層相對向的方式積層另一個透明導電性薄膜而形成積層體後，利用活性能量線或熱使塗佈層硬化，即可製得調光層。此時，複合物層形成用組成物含有譬如用以形成高分子基質之單體(宜為活性能量線硬化型單體)及液晶化合物。
或者，將成為高分子基質之樹脂與液晶化合物溶解於同一溶劑中，做出複合物層形成用溶液後，將該複合物層形成用溶液塗佈至與上述相同的透明導電性薄膜之透明電極層面上，藉由乾燥去除溶劑後使高分子基質與液晶相分離(溶劑乾燥相分離)而形成複合物層，然後於該複合物層上以透明電極層與複合物層相對向的方式積層另一個透明導電性薄膜，即可製得調光層。另，作為上述複合物層形成用溶液之替代物，亦可使用將高分子基質樹脂溶解至溶劑中的樹脂溶液，或是使高分子基質乳化而成之水系樹脂乳液中分散有液晶化合物的液晶乳液。
D.面光源裝置
面光源裝置具備光源部與導光板，該導光板係使來自該光源部之光從與該光源部相對向之側面入射並從與該調光層相對向之視辨側表面射出。該面光源裝置可射出於該視辨側表面之大致法線方向上具有指向性之光，且該光以高比率含有在與導光板之光之導光方向大致平行的面內振動之直線偏光成分。如所述使具有指向性之偏光或部分偏光以其振動方向(電場之振動方向)與背面側偏光板之透射軸平行的方式入射液晶面板，可提升光的利用效率，同時可進一步縮窄窄視角設定時的視角。此處的「大致法線方向」包含自法線方向起預定角度內的方向，譬如包含自法線方向起±10°範圍內的方向。另，「於大致法線方向上具有指向性」之光意指該光在與出光面正交之一平面上，具有亮度強度分布的最大強度尖峰相對於該出光面位於大致法線方向的強度分布，譬如，極角40°以上之亮度宜相對於法線方向(極角0°)之亮度為2%以下，極角50°以上之亮度相對於法線方向(極角0°)之亮度為1%以下更佳。另，極角意指液晶顯示裝置之法線方向(正面方向)與來自液晶顯示裝置之出射光所構成的夾角。
從面光源裝置射出之光宜含有52%以上之上述在與導光板之光之導光方向大致平行的面內振動的直線偏光成分，且較宜含有55%以上。該直線偏光成分之比率上限理想上為100%，在一實施形態中為60%，在另一實施形態中可為57%。另，從面光源裝置射出之光中的上述直線偏光成分比率譬如可依照日本專利特開2013-190778號公報中記載之方法求算。
圖4係說明本發明一實施形態之液晶顯示裝置可使用之面光源裝置的概略圖。圖4中例示之面光源裝置300具備：導光板310，係使光從側面入射並從視辨側表面射出；光源部320，其包含多個沿著導光板310之側面(入光面)以預定間隔配置的點光源321；稜鏡片330，係配置在導光板310之視辨側且於背面側具有凸部；及反射板340，係配置在導光板310之背面側。在上述面光源裝置300中，導光板310可使來自橫向之光偏向厚度方向，並且射出以高比率含有沿特定方向振動之直線偏光成分的光；於背面側具有凸部之稜鏡片330則可在該光之偏光狀態實質不變的情況下，使其行進方向接近出光面之法線方向。
在圖4中，若令與導光板之光之導光方向正交的方向(光源之配列方向)為X方向、導光板之光之導光方向為Y方向、出光面之法線方向為Z方向，面光源裝置300係射出以高比率含有在YZ面內振動之直線偏光成分(P偏光成分)之光。使上述具有指向性且以高比率含有在YZ面內振動之直線偏光成分的光與該直線偏光成分之振動方向(Y方向)及背面側偏光板之透射軸方向一致而入射液晶面板，比起使用對YZ面垂直振動之直線偏光成分(S偏光成分)的情況更能縮窄窄視角設定時的視角。
導光板310譬如係構成為可使來自光源部320之光從與光源部320相對向之側面(入光面)入射，並從視辨側表面(出光面)射出第1指向性光，該第1指向性光係在與光之導光方向大致平行的面內對與該出光面之法線方向構成預定角度的第1方向具有最大強度之指向性，且在該面內振動之偏光成分比率高的偏光光。另，在圖示例中，於導光板之背面側及視辨側形成有柱狀透鏡圖案，而在可射出期望之光的前提下，亦可僅在其任一側形成透鏡圖案。而且透鏡圖案也不限於柱狀，譬如可為柱狀、錐體狀、半球狀等之突起散布的圖案。另，導光板之形狀也無特別限定，譬如可如圖2所例示，具有略長方形之主面形狀，且其長邊側之側面與光源部相對向。
光源部320譬如係由多個沿著導光板之側面配列的點光源321構成。點光源宜為可射出指向性高之光的光源，譬如可用LED。
稜鏡片330係構成為譬如可使上述第1指向性光在實質上維持其偏光狀態的情況下，作為於稜鏡片330之出光面之大致法線方向上具有指向性的第2指向性光射出。
在圖4及圖5中例示之實施形態中，稜鏡片330具有基材部331與稜鏡部332，該稜鏡部332配列有多個於導光板310側呈凸起之柱狀單元稜鏡333。另，基材部331可因應鄰接之構件加以省略。
稜鏡片330可透過任意且適當的接著層(譬如，接著劑層、黏著劑層：未圖示)而貼合至鄰接之構件。
誠如上述，稜鏡部332可多個單元稜鏡333並列在與視辨側為相反之側(背面側)呈凸起而構成。藉由將單元稜鏡333配置成朝背面側，更容易收集可穿透稜鏡片330之光。而且，將單元稜鏡333配置成朝背面側，比起配置成朝視辨側之情況，未入射稜鏡片330而反射之光較少，可獲得亮度高的液晶顯示裝置。
單元稜鏡宜為柱狀。圖示例之稜鏡片係由多個柱狀單元稜鏡所構成，該單元稜鏡具有向X方向延伸之稜線且配列在Y方向上。該稜鏡片係在單元稜鏡之配列方向Y上，也就是與單元稜鏡之長邊方向(稜線方向)X實質上正交之方向上，收集透射光。單元稜鏡之截面形狀可在可獲得本發明效果之前提下，採用任意且適當的形狀。單元稜鏡在與其配列方向平行且與厚度方向平行之截面，其截面形狀可為三角形(亦即，單元稜鏡為三角柱狀)，亦可為其他形狀(譬如，三角形之其一或其二斜面的傾角不同之具有多面平坦面的形狀)。三角形可以是相對於通過單元稜鏡之頂點與底面正交之直線呈非對稱的形狀(譬如，不等邊三角形)，亦可為相對於該直線呈對稱之形狀(例如，等腰三角形)。此外，單元稜鏡之頂點可以是經倒角之曲面狀，亦可為使前端呈平坦面而被裁切使截面呈梯形。單元稜鏡的詳細形狀可視目的適當設定。譬如，單元稜鏡可採用日本專利特開平11-84111號公報中記載之構成。在上述單元稜鏡之說明中，「實質上正交」及「大致正交」的表現包含兩方向所夾角度為90°±10°的情況，宜為90°±7°，更宜為90°±5°。「實質上平行」及「大致平行」的表現包含兩方向所夾角度為0°±10°的情況，宜為0°±7°，更宜為0°±5°。
理想上，單元稜鏡之長邊方向(稜線方向)係朝向與背面側偏光板之透射軸大致正交方向。另，稜鏡片亦可配置成單元稜鏡之稜線方向與背面側偏光板之透射軸形成預定角度(所謂的傾斜配置)。傾斜配置之範圍宜為20°以下，較宜為15°以下。
於稜鏡片設置基材部時，可將單一材料進行擠製成型等以使基材部與稜鏡部一體形成，或可於基材部用薄膜上成型稜鏡部。基材部之厚度宜為25μm~150μm。
構成基材部之材料可視目的及稜鏡片之構成採用任意且適當的材料。於基材部用薄膜上成型稜鏡部時，基材部用薄膜之具體例可舉藉由三酢酸纖維素(TAC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等(甲基)丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯(PC)樹脂、降莰烯樹脂所形成之薄膜。該薄膜宜為未延伸薄膜。
以單一材料將基材部與稜鏡部一體形成時，該材料可使用於基材部用薄膜上成型稜鏡部時之稜鏡部形成用材料相同的材料。稜鏡部形成用材料可舉如環氧丙烯酸酯系或胺甲酸乙酯丙烯酸酯系之反應性樹脂(譬如，游離輻射硬化性樹脂)。形成一體構成之稜鏡片時，可使用PC、PET等聚酯樹脂、PMMA、MS等丙烯酸系樹脂、環狀聚烯烴等透光性的熱塑性樹脂。
基材部宜實質上具有光學的各向同性。在本說明書中，「實質上具有光學的各向同性」意指相位差值小到實質上不會影響液晶顯示裝置之光學特性的程度。舉例而言，基材部之正面相位差Re[590]宜為20nm以下，較宜為10nm以下。
在另一實施形態中，基材部之正面相位差Re[590]大於20nm，譬如可為20nm~50000nm以下。基材部之Re[590]大於20nm時，從窄視角且顯示顏色不均的觀點來看，基材部之慢軸方向與液晶面板之偏光板之透射軸方向宜配置成實質上正交或實質上平行。
此外，基材部之光彈性係數宜為-10×10-12 m2 /N~10×10-12 m2 /N，較宜為-5×10-12 m2 /N~5×10-12 m2 /N，更宜為-3×10-12 m2 /N~3×10-12 m2 /N。
反射板340具有反射從導光板之背面側等釋放之光，並使其折返回導光板內的功能。反射板譬如可使用：由金屬等具有高反射率之材料形成的片材(譬如，正反射性之銀箔片、於薄的金屬板上蒸鍍有鋁等之物)、包含由具有高反射率之材料形成之薄膜(譬如金屬薄膜)作為表面層的片材(譬如於PET基材蒸鍍有銀之物)、藉由積層多層折射率不同之2種以上薄膜而具有鏡面反射性的片材、擴散反射性之白色發泡PET(聚對苯二甲酸乙二酯)片材等。反射板若從提升集光性或光之利用效率的觀點來看，宜使用可進行所謂的鏡面反射之反射板。
關於導光板310、光源部320及稜鏡片330之詳細，可參閱例如日本專利特開2013-190778號公報及日本專利特開2013-190779號公報之記載。本說明書中援用該公報之其整體的記載作為參考。
另外，一種具備光源部與導光板的面光源裝置，該導光板可使來自該光源部之光從與該光源部相對向之側面入射並從與該調光層相對向之視辨側表面射出，並且該面光源裝置可射出於該視辨側表面之大致法線方向上具有指向性且以高比率含有在與導光板之光之導光方向大致平行的面內振動之直線偏光成分之光；所述面光源裝置不限於上述圖示例，可使用任意且適當的面光源裝置。譬如，可使用日本專利特開平9-54556號公報中記載之面光源裝置、使用偏光分束器(polarization beam splitter)、偏光轉換元件等之面光源裝置(譬如日本專利特開2013-164434號公報、日本專利特開2005-11539號公報、日本專利特開2005-128363號公報、日本專利特開平07-261122號公報、日本專利特開平07-270792號公報、日本專利特開平09-138406號公報、日本專利特開2001-332115號公報等中所載)等。
E.液晶顯示裝置之製作方法
上述液晶顯示裝置譬如可將液晶面板、調光層、面光源裝置等光學構件以預定構成配置在殼體內來製得。代表上，可射出於視辨側表面之大致法線方向上具有指向性且以高比率含有在與導光板之光之導光方向大致平行的面內振動之直線偏光成分的光的面光源裝置，係配置成該直線偏光成分之振動方向與液晶面板之背面側偏光板之透射軸平行。藉此可提升光利用效率及實現更佳的窄視角顯示。具體而言，圖4中例示之面光源裝置宜配置成導光板之光的導光方向(Y方向)與液晶表示面板之背面側偏光板的透射軸平行。
另，在製作液晶顯示裝置時，各光學構件不用透過接著層彼此貼合，相互近接或接觸配置即可。或者，鄰接之光學構件可視需求透過接著層貼合著。接著層代表上為接著劑層或黏著劑層。
在一實施形態中，可藉由預先於面光源裝置之視辨側配置調光層而製作背光單元，並於該背光單元之視辨側(調光層側)配置液晶面板，而獲得液晶顯示裝置。
在另一實施形態中，則可藉由預先於液晶面板之背面側貼合調光層使該等一體化，然後於該調光層一體型液晶面板之背面側(調光層側)配置面光源裝置，而獲得液晶顯示裝置。
F.液晶顯示裝置之顯示特性
在一實施形態中，上述液晶顯示裝置在窄視角設定時，斜角方向亮度相對於正面方向之亮度宜低於3%，較宜低於2%，更宜低於1%。舉例而言，針對液晶顯示裝置之出射面(顯示畫面)，令與導光板之光之導光方向平行的方向(圖1之Y方向)為垂直方向、與導光板之光之導光方向正交之方向(圖1之X方向)為水平方向時，在出射面內之水平、垂直方向之任一方向或兩方向上，極角40°以上之亮度宜相對於正面方向(極角0°)之亮度為2%以下；在出射面內之水平方向上，極角50°以上之亮度相對於正面方向(極角0°)之亮度為1%以下較佳。另一方面，在廣視角設定時，在極角40°之亮度宜相對於正面方向之亮度在5%以上，更宜為窄視角設定時之2倍以上且20倍以下。廣視角設定時的亮度若在所述範圍內，可在無需考慮窺視等之狀況下確保實用上可容許的視辨性及廣視角特性。
G.背光單元
背光單元包含上述面光源裝置。在一實施形態中，背光單元更包含調光層，具有於面光源裝置之出光面側配置有調光層的構成。此時，調光層亦可透過接著層貼合在面光源裝置之出光面(譬如，稜鏡片之視辨側表面)上。
實施例
以下，以實施例來具體說明本發明，惟本發明不受該等實施例限定。實施例中之試驗及評估方法如下。又，只要無特別註記，實施例中之「份」及「%」即為重量基準。
(1)亮度
於實施例及比較例中所得液晶顯示裝置顯示白映像，並用亮度計(AUTRONIC-MELCHERS公司製，商品名「Conoscope」)進行測定。
(2)正面相位差
使用Axometrics公司製之製品名「Axoscan」，在波長590nm且23℃下進行測定。
(3)厚度
使用數位測微器(Anritsu公司製，產品名「KC-351C」)測定。
[實施例1]
(調光層)
於環烯烴系透明基材(降莰烯系樹脂薄膜(日本ZEON公司製，製品名「ZF-16」)，厚度：40μm，Re[590]：5nm)之一面利用濺鍍法形成透明電極層(ITO層)，而獲得具有[COP基材/透明電極層]之構成的透明導電性薄膜。
於第1透明導電性薄膜之透明電極層側表面塗佈含有液晶化合物(HCCH公司製，製品名「HPC854600-100」)40份與UV硬化型樹脂(Norland公司製，製品名「NOA65」)60份(固體成分)之塗敷液，形成塗佈層。接著於塗佈層上以透明電極層與塗佈層相對向的方式積層第2透明導電性薄膜。對所得積層體照射紫外線使UV硬化型樹脂硬化，藉此獲得具有約90μm之厚度的常態模式之調光層A(構成：第1COP基材/第1透明電極層/複合物層/第2透明電極層/第2COP基材)。
(液晶面板)
使用筆記型個人電腦(Dell公司製，製品名「inspiron13 7000」)中搭載的液晶面板(構成：視辨側偏光板/IPS模式之液晶單元/背面側偏光板)。
(面光源裝置)
從筆記型個人電腦(HP公司製，製品名「EliteBook x360」)拆下導光板、沿著該導光板之長邊方向之一側面以預定間隔配置的多個LED光源、及配置在導光板之背面側的反射板後，於該導光板之視辨側將稜鏡片配置稜鏡形狀朝向背面側(換言之，導光板側)呈凸起，而製作出如圖4所示之面光源裝置。稜鏡片係使用PET薄膜(東洋紡公司製，「A4300」，厚度：100μm、)之延伸薄膜(Re[590]：6000nm)作為基材部薄膜，於預定模具中充填作為稜鏡用材料之紫外線硬化型胺甲酸乙酯丙烯酸酯樹脂後，照射紫外線在該基材部薄膜之單面上使稜鏡用材料硬化，而製作出如圖4及圖5所示之稜鏡片。單元稜鏡為三角柱稜鏡，與配列方向平行且與厚度方向平行的截面形狀為不等邊三角形，稜鏡之稜線與基材部薄膜之慢軸所夾角度為80°。
所得面光源裝置從出光面(稜鏡片之視辨側表面)射出了於該出光面之大致法線方向上具有指向性且以56%以上之比率含有直線偏光成分(P偏光成分)之光，且該直線偏光成分在與導光板之光之導光方向(與LED光源之配列方向正交的方向)平行的面內振動。
(液晶顯示裝置)
從視辨側依序配置上述液晶面板、調光層與面光源裝置而製作出液晶顯示裝置A。此時，將各構件配置成液晶面板之背面側偏光板的透射軸與以56%以上之比率含在來自面光源裝置之出射光中的直線偏光成分之振動方向相互平行。
[比較例1]
將各構件配置成液晶面板之背面側偏光板的透射軸方向與以56%以上之比率含在來自面光源裝置之出射光中的直線偏光成分之振動方向相互正交，除此以外以與實施例1同樣方式，從視辨側起依序配置液晶面板、調光層與面光源裝置，而製作出液晶顯示裝置B。在液晶顯示裝置B中，S偏光成分之振動方向與液晶面板之背面側偏光板的透射軸方向相互平行。
針對實施例及比較例中所得液晶顯示裝置，測定液晶顯示裝置在窄視角設定時之顯示畫面的亮度。具體上，於圖6顯示在施加100V電壓時，令正面方向(極角0°)之亮度為100%時，在垂直方向(圖1之Y方向)上的亮度之極角依存性。並且，於圖7顯示在施加100V電壓時，令正面方向(極角0°)之亮度為100%，在水平方向(圖1之X方向)上的亮度之極角依存性。另，在圖6及圖7中，(b)為(a)之主要部位的放大圖。
如圖6及圖7所示，實施例1之液晶顯示裝置在窄視角設定時比比較例1之液晶顯示裝置更能達成窄視角。尤其，在與LED光源之配列方向平行之方向(水平方向)上的視角顯示為以往無法達成的等級。
1‧‧‧液晶顯示裝置
10a‧‧‧第1透明基材
10b‧‧‧第2透明基材
20a‧‧‧第1透明電極層
20b‧‧‧第2透明電極層
30‧‧‧複合物層
100‧‧‧調光層
200‧‧‧液晶面板
210‧‧‧液晶單元
220‧‧‧視辨側偏光板
230‧‧‧背面側偏光板
300‧‧‧面光源裝置
310‧‧‧導光板
320‧‧‧光源部
321‧‧‧點光源
330‧‧‧稜鏡片
331‧‧‧基材部
332‧‧‧稜鏡部
333‧‧‧單元稜鏡
340‧‧‧反射板
a‧‧‧視辨側偏光板之透射軸方向
b‧‧‧背面側偏光板之透射軸方向
c‧‧‧直線偏光成分之振動方向
X、Y、Z‧‧‧方向
圖1係本發明之一實施形態之液晶顯示裝置的概略截面圖。
圖2為概略圖，係說明從法線方向(Z方向)觀察圖1所示液晶顯示裝置時，視辨側偏光板之透射軸方向(a)、背面側偏光板之透射軸方向(b)及從面光源裝置300射出之光中以高比率所含直線偏光成分之振動方向(c)的關係。
圖3係說明本發明一實施形態之液晶顯示裝置可使用之調光層的概略截面圖。
圖4係說明本發明一實施形態之液晶顯示裝置可使用之面光源裝置的概略圖。
圖5係說明本發明一實施形態之液晶顯示裝置可使用之稜鏡片的概略立體圖。
圖6係顯示在實施例1及比較例1之液晶顯示裝置中，垂直方向之亮度的極角依存性(業經規格化)的圖表。
圖7係顯示在實施例1及比較例1之液晶顯示裝置中，水平方向之亮度的極角依存性(業經規格化)的圖表。

Claims (8)

  1. 一種液晶顯示裝置，自視辨側起依序具備： 液晶面板，具備液晶單元、配置在該液晶單元之視辨側的視辨側偏光板、與配置在該液晶單元之與視辨側為相反側的背面側偏光板； 調光層，其可改變透射光之散射狀態；及 面光源裝置，具備光源部與導光板，該導光板可使來自該光源部之光從與該光源部相對向之側面入射並從與該調光層相對向之視辨側表面射出； 該面光源裝置係射出於該視辨側表面之大致法線方向上具有指向性之光，且該光以高比率含有在與導光板之光之導光方向大致平行的面內振動之直線偏光成分；並且 該直線偏光成分之振動方向與該背面側偏光板之透射軸大致平行。
  2. 如請求項1之液晶顯示裝置，其中前述液晶單元之驅動模式為IPS模式或FFS模式。
  3. 如請求項1或2之液晶顯示裝置，其中前述調光層依序具備：第1透明基材；第1透明電極層；高分子基質與液晶化合物之複合物層；第2透明電極層；及第2透明基材；並且 該第1透明基材及第2透明基材之形成材料含有環烯烴系樹脂。
  4. 如請求項1至3中任一項之液晶顯示裝置，其中前述導光板之主面形狀為略長方形， 前述導光板之與前述光源部相對向的側面為長邊側的側面。
  5. 如請求項1至4中任一項之液晶顯示裝置，其中前述調光層依序具備：第1透明基材；第1透明電極層；高分子基質與液晶化合物之複合物層；第2透明電極層；及第2透明基材；並且 該第1透明基材之正面相位差為50nm以下， 該第2透明基材之正面相位差為50nm以下。
  6. 如請求項1至4中任一項之液晶顯示裝置，其中前述調光層依序具備：第1透明基材；第1透明電極層；高分子基質與液晶化合物之複合物層；第2透明電極層；及第2透明基材； 該第1透明基材之正面相位差大於50nm，並且 該第1透明基材之慢軸與前述視辨側偏光板之透射軸實質上正交或平行。
  7. 如請求項6中之液晶顯示裝置，其中前述調光層依序具備：第1透明基材；第1透明電極層；高分子基質與液晶化合物之複合物層；第2透明電極層；及第2透明基材； 該第2透明基材之正面相位差大於50nm，並且 該第2透明基材之慢軸與前述視辨側偏光板之透射軸實質上正交或平行。
  8. 如請求項6或7之液晶顯示裝置，其中前述第1透明基材之正面相位差大於50nm， 前述第2透明基材之正面相位差大於50nm，並且 前述第1透明基材之慢軸與前述第2透明基材之慢軸實質上正交或平行。
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