超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

1. 前言

在5月份举行的显示领域全球最大规模学会“SID 2016”的研讨会上,日东电工就超薄偏光板发表了题为“A novel ultra-thin polarizer to achieve thinner and more-flexible display”的论文(发表序号:40.1)。该论文在“2016年显示行业奖”(Display Industry Awards 2016)中获得了“年度显示元件奖”(Display Component of the Year Award),下面就来介绍一下其中的内容。

2. 偏光板的技术动向与课题

偏光板主要用于液晶显示器和有机EL显示器,是显示影像不可或缺的元件。智能手机和平板电脑等终端的屏幕越来越薄,不过,要想实现更薄、更具柔性的显示屏,偏光板的薄型化和低收缩化是一大课题。

偏光板的制造工序如图1所示。聚乙烯醇(PVA:Polyvinyl Alcohol)是很多工业领域都在使用的代表性合成高分子材料之一。使PVA薄膜在碘溶液中染色,并在水中延展,通过吸附碘并进行配向来制造具有高偏光性能的偏光板。

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图1:偏光板的制造工序

不过,在延展工序产生的收缩力成为偏光板的一项课题。尤其是高温下的偏光板,会因为这种收缩力,造成面板曲翘、显示屏失真等可靠性方面的问题(图2)。

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图2:偏光板收缩力的主要课题

3. 偏光板的收缩对策

在液晶面板的薄型化方面,这种收缩力就更成一个问题。要想减薄显示面板的厚度,就要控制偏光板的收缩力。为了解决偏光板的收缩问题,此前采取过一些对策,具体可以分为以下3类。

第一,采用更薄的保护膜(图3)。这种方法虽然能减薄偏光板的厚度,但起偏器的厚度没有变化,收缩力也没有变化。

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图3:对策(1)保护薄膜的薄型化

第二,采用更薄的起偏器(图4)。获得更薄的起偏器的方法是使用更薄的材料,也就是使用更薄的PVA薄膜。PVA薄膜本身非常柔软,超薄的PVA薄膜在水中延展时吸收水分后会变得非常脆,生产效率骤减。利用目前的技术,很难采用10μm以下PVA薄膜量产偏光板。现在,偏光板的标准厚度在25μm左右,实际应用中的最小厚度为12μm。

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图4:对策(2)起偏器的薄型化

第三,采用名为“PVA-层压板延展及染色”的新工艺(图5)。这种方法在制作PVA-塑料层压板时,要延展在热可塑性薄膜上涂布PVA制成的“PVA-塑料层压板”。利用这种方法可以制作厚度不到10μm的偏光板。采用该工艺降低了偏光板的收缩力,不过,旨在实现优异光学特性的“PVA-络合碘”的配向性不够好。

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图5:对策(3)PVA层压后延展

综上所述,具备高生产效率和光学特性的偏光板的收缩力控制可以说是偏光板的薄型化以及显示器进一步实现柔性化的重要课题。

4. 具备高光学特性的极薄偏光板开发

为了同时实现高光学特性和低收缩力,研究人员还开发了新的偏光板。首先,调查了通过PVA层压板延展工艺制作的偏光板光学特性非常低的原因。在PVA-层压板延展工艺中,为了获得热可塑性薄膜的高延展特性,需要“空中延展工艺”。另外,为了防止在空中延展过程中碘因高温而升华,需要先延展PVA-塑料层压板,然后再利用碘染色。

一般来说,为了获得PVA-络合碘的高配向性,需要“带着碘”延展PVA层压板。但PVA层压板延展工艺是在“无碘”的情况下延展PVA-塑料层压板的(图6)。另外,在碘溶液中稍微浸泡PVA-塑料层压板后,破坏了PVA的高配向性。因此不能获得出色的光学特性。原因在于PVA-络合碘的低配向性。

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图6:空中延展工序

为了解决这个问题,研究人员研究了PVA-层压板延展工艺能否采用“水中延展工艺”。这样的话,碘在低温的延展工艺中不会升华,因此能在“带着碘”的情况下进行延展。利用该方法后,如图7所示,碘会在延展的PVA上进行出色的配向。

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图7:水中延展工序

为了实现该工艺,研究人员研究了作为基膜的塑料材料。不过,塑料材料大部分都太硬或者太软,无法在水中进行延展。

因此,利用图8所示的最新技术,确立了水中延展工艺。由此开发出了超薄型且具备高光学特性的偏光板。

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图8:超薄型偏光板的开发方法

5. 兼顾超薄型和高光学特性

利用上述方法开发的兼顾超薄型和高光学特性的偏光板特点如下。

·偏光板的厚度较标准品削减80%,实现了5μm的超薄偏光板

·偏光板的收缩力骤减,加热后的尺寸变化比标准品削减60%

·光学特性与标准品为同等水平(参考图9)

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图9:超薄型偏光板的光学特性

另外,如图10所示,这种新的超薄型偏光板还能改善面板加热后的曲翘问题(图10)。而且,能消除屏幕失真现象。开发的制造工艺的生产效率方面,实现了与原来的标准偏光板同等水平的高效率(图11)。图12为特性的雷达图。可以看出新开发的超薄型偏光板各项特性都非常出色。图13为超薄型偏光板的第1批产品。

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图10:改善面板的曲翘

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图11:偏光板的厚度和生产效率走势

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图12:偏光板特性的雷达图

超薄偏光板:拓展柔性液晶之路

图13:超薄型偏光板的第一批产品

6. 结束语

此前的偏光板薄型化研发中,一直未能确立可同时实现高光学特性和低收缩力的生产工序。此次的开发和实用化是材料及工艺等是创新性技术开发的成果,受到了极大的好评。采用该偏光板的液晶显示器在催生柔性显示器等新产品方面被寄予厚望。

笔者推测,进行水中延展时,利用兵库县播磨科学公园都市内的大型同步辐射设施“Spring-8”现场观察的结果对开发起到了作用。因为在检索水中延展的论文时,出现了相关论文。另外,前年(2014年)设施公开时,Spring-8还为利用聚酰亚胺分析液晶配向机制发挥了作用。这让笔者切身感觉到,Spring-8对身边的研究主题做出了贡献。

笔者十几年前从事过偏光板In-cell化的研究开发,不过现在还没有实现实用化。偏光板要想进一步实现薄型化,应该离不开In-cell化。

发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
表情:
用户名: 验证码:点击我更换图片