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CN112789552B - 使用偏振层的显示装置 - Google Patents

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CN112789552B CN201980052657.3A CN201980052657A CN112789552B CN 112789552 B CN112789552 B CN 112789552B CN 201980052657 A CN201980052657 A CN 201980052657A CN 112789552 B CN112789552 B CN 112789552B
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Abstract

一种显示装置，包括染料类偏振层和背光源，所述染料类偏振层的正交透射波长范围在380nm以上780nm以下的可见光范围内的正交透射率(Tc)为1％以上，在该正交透射波长范围内，所述背光源的发光强度为0.03以下，所述发光强度是根据380nm以上780nm以下可见光范围内的最大发光强度归一化后的发光强度。

Description

使用偏振层的显示装置
技术领域
本公开内容涉及一种使用偏振层的显示装置。
背景技术
使用具有二向色性的偶氮染料等物的染料类偏振层与使用碘的碘类偏振层相比，在高温及高湿高热环境下具有更高的耐久性，适合用于提供在此类环境下长时间工作而不会发生显示性能下降的显示装置。染料类偏振层尤其适用于在严苛使用环境下工作的机动车及户外用途显示装置。
近年来，随着二向色性染料的光学性能逐渐提升，染料类偏振层的光学特性得到改善，而且液晶显示装置等显示装置的对比度等显示性能也持续升高。
发明内容
本发明所要解决的问题
然而，对于染料类偏振层，要想在可见光范围内获得所需的偏振特性，必须配合使用多种染料。其中，每种染料通常都在可见光范围中分别具有呈现主要偏振特性的波长范围(主吸收谱带)以及不具有偏振特性的波长范围(次吸收谱带)。当多种染料配合使用时，会发生某种染料的次吸收谱带与其他染料的主吸收谱带重叠的状况，从而成为导致染料类偏振层整体偏振特性下降的主要因素。
举例而言，为了确保显示装置的白色显示亮度，有时会进行掺入染料的处理，以提高染料类偏振层在整个可见光范围内的单一透射率。然而，当为了提高在整个可见光范围内的单一透射率而掺入染料时，正交态下的透射率(正交透射率)有时也会随之增大，并尤其使700nm以上波长范围内的正交透射率大于采用碘类偏振层情形下的值。具体而言，例如，当为了提高380nm～700nm波长范围内的单一透射率而减少所掺入的染料当中次吸收谱带处于这一波长范围的染料种类时，将会导致该染料主吸收谱带所包含的700nm～780nm下的吸光率降低，从而使得该波长范围内的正交透射率增大。
另外，偏振层的光学特性通常基于CIE1931色彩空间且利用以天然光(太阳光)为标准光的光源获得的值进行评价。此外，显示装置的光源所使用的背光源一般为白色LED，与天然光具有不同的发光亮度特性。因此，当根据前述方法对包含具有上述特征的染料类偏振层的显示装置进行评价时，所得的光学特性值与目视评价结果之间缺乏相关性，上述特征的染料类偏振层还需要同时具有在长波长一侧具有偏振特性的光学设计。另外，由于现有用于显示装置用途的碘类偏振层在380nm～780nm的可见光范围的较宽区域内具有偏振特性，因此显示装置的光学设计中并未针对该偏振层的偏振特性，将背光源的发光特性考虑在内。
因此，本公开内容的目的在于提供一种显示装置，该显示装置将染料类偏振层的偏振特性纳入考虑，从而使得包括染料类偏振层和背光源在内的整个装置获得所需的光学特性。
解决问题的技术手段
本发明的一个方面为一种包括染料类偏振层和背光源的显示装置，其特征在于，所述染料类偏振层的正交透射波长范围在380nm以上780nm以下的可见光范围内的正交透射率(Tc)为1％以上，在所述正交透射波长范围内，所述背光源的发光强度为0.03以下，所述发光强度是根据380nm以上780nm以下可见光范围内的最大发光强度归一化后的发光强度。
其中，所述染料类偏振层可具有在700nm以上且小于750nm的整个波长范围内的正交透射率(Tc)为1％以上的正交透射波长范围。
此外，所述染料类偏振层可在420nm以上780nm以下的可见光范围的整个波长范围内的单一透射率(Ts)为33％以上，在400nm以上至700nm的波长范围内的视觉灵敏度修正后正交透射率(Yc)为0.01％以下。
此外，还可包括液晶层。
本公开内容的效果
根据本公开内容，采用染料类偏振层的显示装置可以获得所需的光学特性。
附图说明
图1为本公开内容实施方式显示装置结构图。
图2为本公开内容实施方式偏振层结构图。
图3所示为光源发光特性示例。
图4所示为偏振层的单一透射率。
图5所示为偏振层的正交透射率。
图6为实施光学设计模拟时的结构示意图。
具体实施方式
如图1截面示意图所示，本公开内容实施方式显示装置100的结构包括偏振层10、第一衬底12、滤色片14、对电极16、取向膜18、液晶层20、取向膜22、显示电极24、层间绝缘膜26、第二衬底28、偏振层30以及背光源32。如箭头所示，显示装置100的工作原理在于，从背光源32发出的光通过滤色片14后，从偏振层10一侧输出，从而显示图像。此外，图1为示意图，各组成器件的大小和厚度并不反映实际值。
在本实施方式中，显示装置100虽以液晶显示装置为例进行说明，但是只要是将偏振层与背光源组合使用的显示装置，任何显示装置均可适用于本公开内容。
在本实施方式中，显示装置100虽以有源矩阵液晶显示装置为例进行说明，但是本公开内容的适用范围不限于此，只要是将偏振层与背光源组合使用的显示装置，任何显示装置均可适用于本公开内容。
第一衬底12为玻璃等透明衬底。第一衬底12除了为显示装置100提供机械支撑之外，还用于通过使光透射而过而实现图像显示。第一衬底12也可以为环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂等树脂形成的柔性衬底。
偏振层10形成于第一衬底12的显示表面一侧。偏振层10以覆盖第一衬底12的衬底表面的方式形成。偏振层10含有以二向色性染料对PVA(聚乙烯醇)类树脂染色后获得的染色类偏振物。偏振层10通常通过粘合层叠加于第一衬底12表面上。
常用的偏振物为由以碘和碘化合物对树脂染色后获得的材料形成的碘类偏振物。然而，碘和碘化合物不耐热，在100℃左右的加热条件下便会改性。相较之下，采用染料(二向色性染料)的偏振物更加耐热。而且，此类偏振物在高温状态下使用时不易随时间发生变化，具有良好的耐久性。
滤色片14形成于第一衬底12上。滤色片14可与像素一一对应地在第一衬底12表面排列成矩阵。滤色片14接收下述背光源32发出的光，并仅允许特定波长范围的光透过。具体而言，针对每一像素，均设置允许红(R)、绿(G)、蓝(B)当中任一种光透射的滤色片14。
对电极16形成于滤色片14上。对电极16例如为由ITO(氧化铟锡)等制成的透明电极。
取向膜18形成于对电极16上。取向膜18由聚酰亚胺等树脂材料构成。取向膜18可例如通过如下方式形成：将可形成聚酰亚胺树脂的N-甲基-2-吡咯烷酮的5wt％溶液印涂在对电极16上；在110℃～280℃左右下加热硬化后，以摩擦(Rubbing)布进行摩擦取向处理。取向膜18的取向方向与下述取向膜22的取向方向正交。
以下，对第二衬底28一侧的结构和制造方法进行说明。第二衬底28除了为显示装置100提供机械支撑以外，还用于使来自背光源32的光透射而过后入射至滤色片14等部件上。第二衬底28可采用玻璃等透明衬底。此外，第二衬底28还可以为环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂等树脂形成的柔性衬底。
偏振层30形成于第二衬底28上。偏振层30含有以二向色性染料对PVA(聚乙烯醇)类树脂染色后获得的染色类偏振物。染料类材料例如含有偶氮化合物和/或其盐。偏振层30通常通过粘合层叠加于第二衬底28表面上。
如上所述，采用染料(二向色性染料)的偏振物相较之下更为耐热。而且，此类偏振物在高温状态下使用时不易随时间发生变化，具有良好的耐久性。
背光源32设于偏振层30上。背光源32构造为含有输出光的光源。光源可例如为白色LED。
第二衬底28上可与像素一一对应地设置TFT等开关元件。图1中示出两个TFT。TFT的大致中央位置的下方(衬底上)设有与栅极线连接的栅电极28a。栅电极28a上形成覆盖该栅电极28a的栅极绝缘膜28b，栅极绝缘膜28b上形成覆盖该栅极绝缘膜28b的半导体层28c。栅极绝缘膜28b例如由SiO2等绝缘体形成。此外，半导体层28c由非晶硅或多晶硅形成，栅电极28a的正上方为几乎无掺杂物的沟道区域，两侧为因掺杂而具有导电性的源区和漏区。TFT的漏区上方形成接触孔，其中设置(电连接)金属(如铝)漏电极。源区上方形成接触孔，其中设置(电连接)金属(如铝)源电极。漏电极与供有数据电压的数据线连接。
第二衬底28的形成TFT一侧的表面上经由层间绝缘膜26设置有显示电极24。显示电极24为与像素一一对应相互分离的单独电极，并且为例如由ITO(氧化铟锡)等制成的透明电极。显示电极24与形成在第二衬底28上的源电极连接。
显示电极24上形成覆盖该显示电极24的取向膜22。取向膜22由聚酰亚胺等树脂材料构成。取向膜22可例如通过如下方式形成：将可形成聚酰亚胺树脂的N-甲基-2-吡咯烷酮的5wt％溶液印涂在显示电极24上；在180℃～280℃左右下加热硬化后，以摩擦布进行摩擦取向处理。
另外，取向膜18与取向膜22彼此面对，取向膜18与取向膜22之间封入液晶层20。液晶层20通过如下方式形成：在取向膜18与取向膜22之间设置间隔物(未图示)；在取向膜18与取向膜22之间注入液晶；以密封材料(未图示)封堵四周。
液晶层20的取向由取向膜18和取向膜22控制，液晶层20的液晶初始(未施加电场时)取向状态由取向膜18和取向膜22确定。当在显示电极24和对电极16之间施加电压时，显示电极24与对电极16之间将产生电场，从而对液晶层20的取向以及光的透射/不透射进行控制。
以下，将对显示装置100中的偏振层10、偏振层30以及背光源32之间的关系进行说明。此外，虽然下文将描述偏振层10和偏振层30的结构以及波长范围数值，但是本公开内容不限于此。
如上所述，为了在可见光范围内获得所需偏振特性，作为染料类偏振层的偏振层10和偏振层30配合使用多种染料。也就是说，为了获得不逊色于碘类偏振片的偏振特性和波形频带，染料类偏振层通常通过配合使用具有不同色调的多种二向色性染料而在可见光范围的较宽区域内具有偏振特性。
其中的各染料都在380nm以上780nm以下的可见光范围中分别具有呈现主要偏振特性的波长范围(主吸收谱带)以及不具有偏振特性的波长范围(次吸收谱带)。因此，当将多种染料混合时，某种染料的次吸收谱带可能会与其他染料的主吸收谱带重叠，从而成为导致染料类偏振层整体偏振特性下降的主要因素。对于较为重视具有高视觉灵敏度的550nm下偏振特性的设计而言，尤其难于获得与碘类偏振片同等的波形频带。有基于此，通过将染料类偏振层具有偏振特性的波长范围缩窄于380～780nm，可以增多光学设计中可选择的二向色性染料的种类，从而使得通过染料的配合使用更加容易获得高性能。举例而言，偏振层的偏振特性优选设计为至少覆盖400～700nm波长范围，更加优选覆盖具有下述背光源32发光光谱亮度的范围。
以下，对作为染料类偏振层的偏振层10和偏振层30的制作进行说明。此两偏振层可具有在用作偏振物的偏振膜的单面或双面贴合承托膜42(在图2中，分别为第一承托膜42a和第二承托膜42b)的结构。虽然也可单纯使用偏振膜40，但是优选使用以第一承托膜42a和第二承托膜42b双面包夹偏振膜40而获得的偏振片。原因在于，偏振膜40通常通过对以二向色性着色剂染色的聚乙烯醇类树脂(PVA)膜进行单轴拉伸的方式获得，而且为薄膜状之物，因此如果不以第一承托膜42a和第二承托膜42b包夹，其将易于在热量和水分的影响下变形，进而有可能损害其偏振特性。
偏振膜40为具有将天然光转换为直线偏振光的功能的膜，也可以为将二向色性着色剂吸附于PVA膜上并使其取向后所得之物。作为该二向色性着色剂，当使用偶氮类化合物、蒽醌类化合物或四嗪类等二向色性染料时，可在高温条件或高温高湿条件下获得良好的光学特性耐久性，而且易于进行色调调整。
从光学特性及耐久性的角度出发，偏振膜40中使用的二向色性染料优选偶氮化合物类染料。偶氮类化合物染料可例如为下述各染料。
(1)公开号为WO2009/057676(A1)的日本国际专利申请的公开文本所公开的化学式(1)所示偶氮化合物或其盐。
(化学式1)
(该式中，R1表示氢原子、低级烷基、低级烷氧基、羟基、磺酸基或羧基，R2～R5分别独立表示氢原子、低级烷基、低级烷氧基或乙酰氨基，X表示可具有取代基的苯甲酰氨基、可具有取代基的苯氨基、可具有取代基的苯偶氮基或可具有取代基的萘并三唑基，其中，m为1或2，n为0或1。)
(2)公开号为WO2007/145210(A1)的日本国际专利申请的公开文本所公开的化学式(2)所示偶氮化合物或其盐。
(化学式2)
(该式中，A表示具有取代基的苯基或具有1～3个磺酸基的萘基，X表示-N＝N-或-NHCO-，R1～R4分别独立表示氢原子、低级烷基或低级烷氧基，其中m＝1～3，n＝0或1。)
(3)公开号为WO2006/057214(A1)的日本国际专利申请的公开文本所公开的化学式(3)所示三偶氮染料。
(化学式3)
(该式中，R1表示磺酸基、羧基或低级烷氧基，R2表示磺酸基、羧基、低级烷基或低级烷氧基。然而，R1和R2不同时为磺酸基。R3～R6分别独立表示氢原子、低级烷基或低级烷氧基，R7和R8分别独立表示氢原子、氨基、羟基、磺酸基或羧基。)
(4)公开号为2004-251963的日本专利申请所公开的化学式(4)所示含金属双偶氮化合物或其盐。
(化学式4)
(该式中，M表示选自铜、镍、锌、铁的过渡金属；A1表示可取代的苯基或可取代的萘基；B1表示可取代的1-萘酚基或2-萘酚基，该萘酚基中的羟基位于偶氮基的邻位，并与M表示的过渡金属络合；R1和R2分别独立表示氢、低级烷基、低级烷氧基、羧基、磺基、氨磺酰基、N-烷基氨磺酰基、氨基、酰氨基、硝基或卤素。)
(5)化学式(5)所示三偶氮化合物。
(化学式5)
(该式中，A2和B2分别独立表示可取代的苯基或可取代的萘基，R3和R4分别独立表示氢、低级烷基、低级烷氧基、羧基、磺基、氨磺酰基、N-烷基氨磺酰基、氨基、酰氨基、硝基或卤素，其中，m为0或1。)
(6)公开号为JPH03-12606的日本专利申请公开的化学式(6)所示水溶性化合物或其铜络合盐化合物。
(化学式6)
(该式中，A表示甲基取代的苯基或萘基，R表示氨基、甲氨基、乙氨基或苯氨基。)
(7)公开号为JPH02-61988的日本专利申请公开的化学式(7)所示水溶性双偶氮化合物或其铜络合盐化合物。
(化学式7)
(8)其他染料，例如C.I.直接黄12、C.I.直接黄28、C.I.直接黄44、C.I.直接黄142、C.I.直接橙26、C.I.直接橙39、C.I.直接橙71、C.I.直接橙107、C.I.直接红2、C.I.直接红31、C.I.直接红79、C.I.直接红81、C.I.直接红117、C.I.直接红247、C.I.直接绿80、C.I.直接绿59、C.I.直接蓝71、C.I.直接蓝78、C.I.直接蓝168、C.I.直接蓝202、C.I.直接紫9、C.I.直接紫51、C.I.直接棕106、C.I.直接棕223等。另外，为了增补可见光范围各波长下的偏振特性，优选配合使用以上两种、三种或更多种染料对PVA进行染色，从而实现呈中性灰的色调。如此，可以获得在高对比度方面具有优异显示性能的液晶显示装置。另外，当配合使用包括蓝色系二向色性染料在内的三种以上染料时，通过调节蓝色系二向色性染料的使用量，可在将偏振膜设于显示装置上时，可尤其将泛黄程度调至最合适的程度。此外，通过使用无色偏振片所用的二向色性染料，可以使中性灰色的调节更加容易。
此外，市售染料当中例如可使用Kayafect Violet P Liquid(日本化药株式会社)、Kayafect Yellow Y、Kayafect Orange G、Kayafect Blue KW及Kayafect BlueLiquid 400等。
另外，通过获得在400～700nm波长范围内均等具有33％以上的单一透射率以及0.01％以下的正交透射率的偏振层，可以获得具有优异对比度的显示装置。上述偏振层所用的染料例如在(1)400～500nm，(2)500～590nm以及(3)590～660nm当中的任何一个波长区段下具有最大吸收波长(主吸收波长)以及较高的二向色性，而且在最大吸收波长所在波长区段之外的波长区段下具有不存在次吸收(或次吸收较小)的光学特性，而且优选通过配合使用具有这些特性的染料而使其相互组合。
具有与上述(1)相关特性的染料可例如为下述橙色系染料：
公开号为WO2007/138980的国际专利申请中公开的化学式(8)所表示的偶氮化合物或偶氮化合物盐，
(化学式8)
(该式中，R1和R2分别独立表示氢原子、碳原子数为1～4的烷基或碳原子数为1～4的烷氧基，n为1或2。)
具有与上述(2)相关特性的染料可例如为下述红色系染料：
公开号为WO2016/186196的国际专利申请中公开的化学式(9)所表示的偶氮化合物或其盐，
(化学式9)
(该式中，A为具有氢原子、羟基、磺基的碳原子数为1～5烷氧基和/或具有磺基的萘基；R1～R4中的至少一个分别独立表示具有磺基的碳原子数为1～4的烷基或碳原子数为1～4的烷氧基。)
具有与上述(3)相关特性的染料可例如为下述蓝色系染料：
公开号为WO2012/108169的国际专利申请中公开的化学式(10)所表示的偶氮化合物和/或其盐，
(化学式10)
(该式中，A表示可具有取代基的苯基；R1～R6分别独立表示氢原子、碳原子数为1～5的烷基、碳原子数为1～5的烷氧基、具有磺基的碳原子数为1～5的烷氧基、可具有取代基的苯甲酰氨基、可具有取代基的苯氨基、可具有取代基的苯偶氮基或可具有取代基的萘并三唑基。)
当偏振片采用承托膜42时，承托膜42通过粘合层贴在偏振膜40的单面或双面。承托膜42(第一承托膜42a和第二承托膜42b)可使用环烯烃类树脂膜、聚酯类树脂膜、丙烯酸类树脂膜、聚碳酸酯类树脂膜、聚砜类树脂膜、脂环族聚酰亚胺类树脂膜、醋酸纤维素类树脂膜等。从易于与偏振膜粘合而获得偏振片的角度出发，优选醋酸纤维素类树脂，更优选三醋酸纤维素(TAC)。
另外，承托膜粘合表面的相反一面上可通过粘合剂等设置相位差层和视野角补偿层，或者也可将这些层直接用作承托膜。此外，显示装置的观视一侧的承托膜表面上可适当设置防眩层、抗反射层、硬涂层等表面功能层44。
粘合层46用于将偏振层贴于显示装置的第一衬底12和第二衬底28上。粘合层46设置于第一承托膜42a的与偏振膜40相反的一面上。粘合层46例如通过将以甲苯或甲乙酮(MEK)等溶剂将丙烯酸类或聚酯类粘合剂固态成分稀释后形成的粘合物涂于离型膜上后将其干燥的方式形成。粘合剂只要是丙烯酸类或聚酯类即可，并无具体限制，除此之外，也可使用其他的粘合剂。另外，粘合剂中可掺入固化剂或硅烷耦合剂等添加剂，以调节与粘合对象的紧密度，或在耐久性方面获得减少剥离或起泡的特性。
随后，将上述配制的粘合剂涂在离型膜上，并通过干燥步骤使溶剂挥发。在干燥步骤中，可使用分别设定于40℃～100℃温度范围的多个干燥炉，以使得溶剂从涂有粘合剂的离型膜上挥发而去。
其中，涂布量调节为使得干燥后粘合剂的厚度为1μm以上30μm以下，更优选5μm以上25μm以下。在此之后，使涂有粘合剂的一侧朝向第一承托膜42a，并进行贴合。
偏振层的光学特性通常通过以分光光度计在380～780nm波长范围中每隔5nm或10nm的各波长下测量透射率的方式进行评价。其中，可见光范围内的透射率等值以根据JISZ8719(CIE1931色彩空间)进行视觉灵敏度修正后的值表示。单一偏振层情况下的上述透射率(Ys，下称单一透射率，单位为％)根据以下数学式(1)计算获得。其中，S为标准光，y为2度视场颜色匹配方程，t为各波长下的透射率。数学式(1)通常由市售分光光度计配备的程序自动计算。此外，标准光S为以与太阳光光谱相近的C光源或D65光源等作为天然光源进行透射或照射时所用的光。
(数学式1)
以下，对其他偏振层光学特性评价方法进行说明。对比度(C)表示为两组偏振层的偏振轴平行时的透射率(Yp，下称平行透射率，单位为％)与两组偏振层的偏振轴正交时的透射率(Yc，下称正交透射率，单位为％)之比(数学式(2))，其中的各透射率通过数学式(1)获得。C为将偏振层设于液晶显示装置上时的显示性能评价指标，Yp对应于显示装置的白色显示状态，Yc对应于显示装置的黑色显示状态。
(数学式2)
C＝Yp/Yc···(2)
表示偏振层偏振特性的偏振度P(单位为％)可根据数学式(3)获得。其中，Py取决于偏振层的透射率，透射率越低，所得偏振度越高。
(数学式3)
此外，偏振层中着色剂的取向性和偏振性能可通过二向色比Rd进行评价。Rd表示为以绝对偏振光入射偏振层时分别根据与偏振片的吸收轴平行时所得的绝对平行透射率Kz和与偏振片的吸收轴正交时所得的绝对正交透射率Ky求得的吸光度之比(数学式(4))。其中，A0根据数学式(5)获得，A90根据数学式(6)获得。通常，碘类偏振片的二向色比Rd为50～60以上，染料类偏振片的二向色比Rd为30～40以上。
(数学式4)
Rd＝A0/A90···(4)
(数学式5)
A0＝-log(Kz/100)···(5)
(数学式6)
A90＝-log(Ky/100)···(6)
Ky和Kz可分别以Ys和Yc根据数学式(7)和数学式(8)求得。
(数学式7)
(数学式8)
此外，有时还例如根据数学式(9)进行400～700nm波长范围内的计算。由于人眼通常几乎无法感觉到400nm以下和700nm以上波长范围的颜色和光，因此可在低精度分光光度计情形下，或在不追求精度的简易评价情形下，采用此类计算，但其前提在于，与按照数学式(1)计算时的评价结果几乎不存在差异。
(数学式9)
液晶显示装置等使用的LED背光源通常为在蓝色发光元件上涂布发黄光的荧光剂后所得的所谓准白色发光元件，在700nm以上波长范围内几乎无亮度。因此，在偏振片设于显示装置上的状态下对显示亮度或显示对比度进行实际评价时，其条件可认为为，在700nm以上波长范围内几乎无亮度。例如，对于在700nm以上波长范围内不具有有效偏振特性的染料类偏振层的光学特性而言，当根据数学式(1)进行视觉灵敏度修正计算时，该计算所得光学特性值有可能会与将该偏振层实际设于显示装置上时的光学评价结果存在差异。在这种情况下，可通过将所述视觉灵敏度修正计算的范围例如缩窄至380nm以上700nm以下或400nm以上700nm以下波长范围的方式方便地消除上述差异。
另外，数学式(1)中的y成分(颜色匹配方程)以将750nm以上至780nm的波长范围内的值相对于555nm波长下的值近似为0的方式进行处理。因此，在本公开内容的染料类偏振层的光学设计中，可以不考虑在750nm以上波长下是否具有偏振特性这一点。
此外，对染料类偏振层以及设置该染料类偏振层的液晶显示装置的光学特性进行评价时的视觉灵敏度修正计算优选将实际使用的背光源32的波形频带设为标准光。如此，可使得实际设置于显示装置后的结构能够获得与仅对膜进行评价时相比毫不逊色的光学特性评价结果。在该情形中，数学式(1)的S可使用将实际所用背光源的发光光谱归一化之后的值。另外，虽然上述为了方便消除差异而将计算范围缩窄的做法存在使所得色调等值缺乏准确性的可能性，但是通过这一方法，能够获得准确反映背光源条件的评价结果。上述S为将背光源发光光谱中380～780nm波长范围内的最大亮度(最大发光强度)波长下的亮度设为1时通过归一化求得的值。
对于设有在可见光范围内具有优异偏振特性的染料类偏振片的液晶显示装置，其所使用的背光源32的亮度波长范围优选为在可见光范围内为具有亮度的白色光，而且在700nm以上波长范围内不具有亮度。具体而言，700～780nm波长范围内的最大亮度优选为0.03以下，更优选为0.01以下。
图3所示为以白色LED为背光源32且以C光源为标准光源(图中点状虚线所示)时对380nm以上780nm以下波长范围进行归一化后的发光亮度波形。其中，背光源32b(图中虚线所示)为日亚化学工业株式会社所制NS2W364G，作为普通液晶显示装置所用的白色LED发光光谱示例。此外，背光源32a(图中实线所示)为日亚化学工业株式会社所制NS2W364G-HG，作为高显色性白色LED发光光谱示例。背光源32a和32b的长波长一侧(660nm以上740nm以下)的归一化发光亮度值示于表1。
液晶显示装置的高显色性是指，通过令各RGB滤色片的光谱与背光源的发光光谱相对应，提高各滤色片的透射效率，从而使得显示再现的色彩较为丰富。
(表1)
背光源 660nm 680nm 700nm 720nm 740nm
32a 0.016 0.005 0.003 0.001 0.001
32b 0.076 0.049 0.030 0.017 0.011
如图3所示，在标准光源情形中，整个可见光波长范围内均具有发光强度，而在背光源32情形中，长波长一侧下几乎无发光强度。此外，如表1所示，在680～740nm波长范围内，背光源32a的亮度值约为背光源32b亮度值的十分之一，说明背光源32a在该波长范围内的亮度足够小。由于本实施方式的背光源32在700nm以上780nm以下波长范围内的归一化亮度值如上所述优选为0.03以下，更优选为0.01，因此优选使用背光源32a。尤其而言，在使用700nm以上780nm以下波长下的亮度值为0.01以下的背光源时，即使是在700nm以上波长下不具有偏振特性的染料类偏振片，也能获得即使在黑色显示状态下也不会发生白点浮现或杂色的高对比度液晶显示装置。
(实施例1)
[偏振片的制作]
将聚乙烯醇树脂膜(可乐丽化学株式会社所制VF-PE(厚度60μm))在30℃的水中溶胀5分钟后，将其在公开号为WO2007/138980的国际专利申请实施例1所述染料的30℃染色液(相对于重量为1000份的水以及重量为1份的三聚磷酸钠，重量为0.1～0.3份)中浸渍5分钟，以进行染料染色处理。随后，将染色后的膜在50℃的重量百分比为3％的硼酸水溶液中拉伸4～6倍，以使其具有最大的偏振特性，从而获得拉伸膜。拉伸处理后，将拉伸膜在50℃的重量百分比为5％的硼酸水溶液中浸没2分钟，以水洗涤后，再在30～80℃的空气中干燥，从而获得橙色系偏振膜。所得偏振膜的厚度为20μm。皂化处理后的TAC膜(厚度60μm，含紫外线吸收剂)通过含聚乙烯醇(PVA)的水基粘合剂叠加于所得偏振膜的两面。之后，在70℃下干燥5分种，以获得偏振层A。
按照与实施例1同样的方式，以公开号为WO2016/186196的国际专利申请实施例1所述染料，获得红色系偏振膜。所得偏振膜的厚度为20μm。在此之后，按照同样方式，获得附加TAC膜的偏振层B。
按照与实施例1同样的方式，以公开号为WO2012/108169的国际专利申请实施例36所述染料，获得蓝色偏振膜。所得偏振膜的厚度为20μm。在此之后，按照同样方式，获得附加TAC膜的偏振层C。
针对偏振层A、偏振层B以及偏振层C，以分光光度计(株式会社日立制作所所制U-4100)测量380nm以上780nm以下可见光范围中各波长下的单一透射率(Ts)、平行透射率(Tp)、正交透射率(Tc)。表2所示为最大吸收波长(λmax)下的上述测量结果及二向色比(Rd)测量结果。
(表2)
λmax(nm) Ts(％) Tc(％) Rd
偏振层A 465 43.92 0.32 42
偏振层B 520 43.96 0.36 41
偏振层C 630 43.80 0.30 42
具有本公开内容特征的染料类偏振层的光学特性通过下述方法获得。根据偏振层A、偏振层B以及偏振层C的单色分光测量结果，通过下述波形合成方法进行计算机计算，并通过模拟进行使偏振膜实现中性灰色的光学设计。通过优化偏振层A、偏振层B以及偏振层C对波形的贡献率，获得在整个400～700nm波长的可见光范围内具有高偏振特性的染料类偏振层D。
图4和图5所示分别为偏振层D的单一透射率和正交透射率波形。表3所示为偏振层D的光学特性。在偏振层D的实际制造过程中，可先以能够获得偏振层D波形的方式，对上述使用的染料进行优化配制，以获得染色液，然后对PVA染色并拉伸，从而直接获得与偏振层D同等的偏振层。
偏振层D具有在380nm以上780nm以下可见光范围内的正交透射率(Tc)为1％以上的正交透射波长范围。偏振层D还具有在整个700nm以上740nm以下波长范围内的正交透射率(Tc)为1％以上的上述正交透射波长范围。此外，偏振层D在整个420nm以上780nm以下可见光波长范围内的单一透射率(Ts)为33％以上，在400nm以上至700nm波长范围内的视觉灵敏度修正正交透射率(Yc)为0.01％以下。
[波形合成方法]
(1)根据各波长下的透射率(Ts，Tp，Tc)，求得各波长下与偏振片吸收轴正交时的绝对正交透射率Ky以及与偏振片吸收轴平行时的绝对平行透射率Kz；
(2)假设偏振层的表面和内部反射率的贡献度均为约4％，分别计算Ky和Kz与0.96-2的乘积；
(3)将(2)中求得的Ky和Kz转换为吸光度，并乘以任意浓度值；
(4)针对偏振层A～C，分别进行以上的(1)～(3)，并将所得各值的和作为合成偏振层D的吸光度。通过调整(3)中的任意浓度值，可以将偏振层D的波形平衡状况最优化。在此，调节至使得400～700nm波长范围内的二向色比最大；
(5)将(4)中获得的偏振层D吸光度转换为Ky和Kz，并根据(2)，分别求取Ky和Kz与0.962的乘积；
(6)根据(5)的结果，求得偏振层D的透射率(Ts，Tp，Tc)，并根据上式，求得偏振层的单一透射率(Ys，Yc)和偏振度Py。
(表3)
[黑色显示时的亮度特性评价]
通过光学设计模拟软件(Shintech,Inc.所制LCD master)对暗色状态的正面亮度(黑色显示亮度)进行模拟。图6为用于进行本项评价的模拟的结构示意图。将偏振层50(正面一侧)、液晶单元52以及偏振层54(背面一侧)依此顺序设置，并将偏振层50和偏振层54设置为具有偏振层D的光学特性。其中，偏振层50与偏振层54的偏振轴关系为正交关系，而且液晶单元52内的液晶52设置为在平面内水平取向。液晶52的材料为从该软件的数据库中选择的默克专利股份有限公司所制ZLI-4792。亮度计算采用以上获得的正交透射率波形以及图3中作为标准光所示归一化后的背光源32a发光强度波形(日亚化学工业株式会社所制NS2W364G-HG)。表4所示为该项评价结果。
(表4)
(实施例2)
除了标准光的LED背光源使用日亚化学工业株式会社所制NS2W364G(背光源32a)的归一化发光光谱之外，其他与实施例1记述内容一致。该项评价结果示于表4。
(比较例1)
除了使用市售高对比度染料类偏振片SHC-13U(宝来技术有限公司)分光测量所得光学数据之外，其他与实施例1记述内容一致。该项评价结果示于表4。
(比较例2)
除了使用市售高对比度染料类偏振片SHC-13U(宝来技术有限公司)分光测量所得光学数据之外，其他与实施例2记述内容一致。该项评价结果示于表4。
(比较例3)
除了使用市售高对比度染料类偏振片VHC-128U(宝来技术有限公司)分光测量所得光学数据之外，其他与实施例1记述内容一致。该项评价结果示于表4。
(比较例4)
除了使用市售高对比度染料类偏振片VHC-128U(宝来技术有限公司)分光测量所得光学数据之外，其他与实施例2记述内容一致。该项评价结果示于表4。
(比较例5)
除了使用市售碘类偏振片SKN-18243T(宝来技术有限公司)分光测量所得光学数据之外，其他与实施例1记述内容一致。该项评价结果示于表4。
(比较例6)
除了使用市售碘类偏振片SKN-18243T(宝来技术有限公司)分光测量所得光学数据之外，其他与实施例2记述内容一致。该项评价结果示于表4。
以下，对表3结果进行说明。在偏振层D的C光源2度视场的视觉灵敏度修正计算中，波长范围设为380～780nm的计算情形(情形1)和波长范围设为400～700nm的计算情形(情形2)的计算结果之间产生差异。该差异尤其反映于透射率Yc值上，即偏振层D的Yc比值(情形1/情形2)大于其他偏振层。相应地，所得二向色比Rd的值也产生差异。究其原因在于，在以C光源(天然光)为标准光源的计算方法中，由于偏振层D在700nm以上波长下几乎无偏振特性，因此无法阻挡标准光中700nm以上波长的光。与此相比，从情形2的计算结果可知，偏振层D具有优于现有染料类偏振层的光学特性。这表明，在偏振层D正交透射波形的构造中，需要将光源亮度的波形特性考虑在内。因此，在实际采用偏振层D的显示装置设计中，通过使用在700nm以上波长下几乎不具有亮度的光源，即使在采用染料类偏振层时，仍能实现高显示性能。
与偏振层D相比，在现有染料类偏振层(SHC-13U和VHC-128U)及碘类偏振层(SKN-18243T)的情形1和情形2计算中，两者的计算值之间几乎未呈现任何光学特性方面的差异。其中，尤其在SHC-13U的情况下，情形1和情形2的值之间几乎无任何差异。其原因在于，在所有染料类偏振层当中，该偏振层具有最低的700nm以上波长下正交透射率。因此，在染料类偏振层的光学设计中，通过设置此类正交透射波形构造，可以获得不逊色于碘类偏振层的偏振波长范围。
以下，对表4结果进行说明。与使用现有染料类偏振层(比较例1～4)和碘类偏振层(比较例5和6)的情形相比，实施例1和实施例2具有更低的黑色显示亮度。也就是说，在采用背光源32a或背光源32b的LED光源的显示装置中，偏振层D能够实现不逊色于碘类偏振层的黑色显示效果。其中，优选将表3中情形2的计算结果作为偏振层D的光学特性。此外，从使用背光源32a的实施例1的结果可知，通过将700nm以上波长下的归一化发光亮度为0.01以下这一特性与偏振层D相组合，可以实现比背光源32b低36％的黑色显示亮度。也就是说，可以提高显示装置的黑色显示性能。
与此相比，在比较例1～6中，与使用背光源32b的情形相比，使用背光源32a时的黑色显示亮度值改善效果仅止于2～17％，几乎未产生如实施例1和2一样的黑色显示性能改善效果。
从以上结果可知，根据本发明，在改善使用染料类偏振层的显示装置的显示性能时，除了从通过配合使用染料而优化光学特性的角度出发之外，通过进一步着眼于显示装置所用的背光源发光光谱，可以获得与使用碘类偏振层时相媲美的显示性能。也就是说，即使是700nm以上波长范围内的正交透射率(Tc)为1.0％以上的染料类偏振层，通过将其与700nm以上波长范围内的归一化发光亮度为0.03以下，更优选为0.01以下的背光源组合使用，可以降低黑色显示时的亮度，提高显示对比度。
此外，在本实施方式染料类偏振层的光学设计中，由于无需在700nm以上波长范围内具有偏振特性，因此与现有技术相比，可以减少所掺入染料的种类。如此，可以降低400nm以上700nm以下波长范围内染料固有次吸收的影响，实现比现有染料类偏振层更高的单一透射率。因此，本实施方式不但可以改善黑色显示效果，而且还能提高白色显示时的亮度，从而进一步提高显示装置的显示对比度。
(变形例)
在本公开内容实施方式显示装置的结构中，通过使从背光源32出射一侧至偏振层10的各层当中的任何一个层含有吸收700nm以上波长的光的材料，或者追加设置吸收该波长范围的光的层，可以消除背光源32发出的700nm以上的光。通过这种方式，即使在使用上述偏振层D之类的染料类偏振层时，也能在无论背光源32的发光特性如何的情况下，获得显示性能优异的液晶显示装置。
其中，例如可以使用在入射光当中只允许具有特定性质的光透射但不允许其他光透射的市售“滤光器”。更具体而言，优选使用只允许波长短于某一波长的光透射的短通滤光器。在本实施方式中，可例如使用对650～700nm附近波长范围具有波长选择能力的短通滤光器。
除此之外，还例如可以使用最大吸收波长处于700nm以上780nm以下的花青类着色剂。在使用该材料的情形中，其可含于偏振层10的粘合层中，或者通过涂于从背光源32出射一侧至偏振层10的各层当中的任何一个层上等方式进行设置。

Claims (4)

1.一种显示装置，其特征在于，包括
染料类偏振层和背光源，所述染料类偏振层通过配合使用具有如下特性的染料而形成：(1)在400～500nm，500～590nm以及590～660nm当中的任何一个波长区段下具有最大吸收波长以及二向色性，以及(2)在所述最大吸收波长所在波长区段之外的波长区段下具有不影响偏振特性的波长范围，
其中，所述染料类偏振层的正交透射波长范围在700nm以上780nm以下的可见光范围内的正交透射率(Tc)为1％以上，且所述染料类偏振层在420nm以上780nm以下的可见光范围的整个波长范围内的单一透射率(Ts)为33％以上，在400nm以上至700nm的波长范围内的视觉灵敏度修正后正交透射率(Yc)为0.01％以下，
在所述正交透射波长范围内，所述背光源的发光强度为0.03以下，所述发光强度是根据700nm以上780nm以下可见光范围内的最大发光强度归一化后的发光强度。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述染料类偏振层的正交透射波长范围在700nm以上且小于750nm的整个波长范围内的正交透射率(Tc)为1％以上。
3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，包括液晶层。
4.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，包括液晶层。
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