JP2007128042A - 偏光性液晶フィルムとその製造方法、偏光性液晶フィルム一体型導光板及びこれを含むバックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】配向膜を使用しない偏光性液晶フィルムとその製造方法、偏光性液晶フィルム一体型導光板及びこれを含むバックライトユニットを提供する。
【解決手段】接着層と、接着層の一方の面に配向された液晶層及び液晶層を保護するために、接着層の他方の面に配置される保護フィルムとを含むことを特徴とする偏光性液晶フィルム、液晶配向フィルムを用意する段階と、液晶配向フィルムの上に液晶を配向する段階と、配向された液晶の上に接着層を取り付ける段階と、液晶を保護するための保護フィルムを接着層の他方の面に取り付ける段階及び液晶配向フィルムを剥離する段階を含む偏光性液晶フィルムの製造方法、並びに、これを含む偏光性液晶フィルム一体型導光板とバックライトユニット。
【選択図】図５

Description

本発明は偏光性液晶フィルムとその製造方法に係り、さらに詳しくは、配向膜を使用しない偏光性液晶フィルムとその製造方法、偏光性液晶フィルム一体型導光板及びこれを含むバックライトユニットに関する。

通常、液晶表示装置（Liquid Crystal Display；ＬＣＤ）は、軽量、薄型、低電力駆動、フルカラー、高解像度の実現などの特徴を持つことから、近年ではその応用範囲が拡大されつつある。現在のところ、液晶表示装置は、コンピュータ、ノート型パソコン、ＰＤＡ、電話機、ＴＶ、オーディオ／ビデオ機器などに広く用いられている。この種の液晶表示装置は、マトリックス状に配列された多数の制御用のスイッチに加えられる映像信号に基づいて透光量が調節され、液晶表示装置のパネルに目的とする画像が表示される。このような液晶表示装置は、それ自体が発光しないことから、バックライトユニットなどの光源が必要となる。

図１は、通常の液晶表示装置用のバックライトユニットの分解斜視図であり、エッジ方式のバックライトユニットである。図１に示すように、バックライトユニットは、ランプ１と、反射板２と、導光板３と、拡散板４と、第１のプリズムシート５と、第２のプリズムシート６及び輝度上昇フィルム７により構成され、バックライトユニットの上部には、ＬＣＤパネル８が配置される。ランプ１からの可視光は、斜めの下部面を有する導光板３へ進むが、導光板３を介して光を上部面側に導く。このとき、導光板３の上部面を通過する光には、上部面に対して垂直に出射する光だけではなく、種々の角度から斜めに出射する光が存在する。拡散板４は、導光板３から入射する光を分散することにより、光が部分的に密集することを防ぐ。第１のプリズムシート５と第２のプリズムシート６は、それぞれ上部面に三角形状のプリズムが一定の配列パターンをもって形成されており、これらは互いに交差するように配置される。これらの第１のプリズムシート５と第２のプリズムシート６は、拡散板４から拡散されてきた光をＬＣＤパネル８の平面に垂直な方向にまとめる役割を果たす。

輝度上昇フィルム７は、プリズムシートからの出射光の損失を低減して輝度を高めると共に、広視野角を与えるためのものであり、ＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Film）シートやＤＲＰＦ（Diffuse Reflective Polarizer Film）シートから形成される。ＤＢＥＦシートやＤＲＰＦシートは、薄いフィルム状の反射型偏光フィルムであり、光がＬＣＤパネル８の下部偏光板に吸収されることを防ぐ。すなわち、ＤＢＥＦシートやＤＲＰＦシートは、この吸収されて消失する光を再利用できるようにして、ディスプレイの明るさを高める役割を果たす。

従来の技術によるバックライトユニットの場合、多数の光学シートが導光板の上部に配置されているため、全体としてバックライトユニットが厚くなることを余儀なくされていた。また、光源から発せられた光は、多数の光学シートを通った後にＬＣＤパネルへ出射するため、光損失が生じるという不都合がある。さらに、ＤＢＥＦシートやＤＲＰＦシートは非常に高価なフィルムであり、製造コストが上がるという不都合もある。

図２Ａは、従来の技術による偏光性液晶フィルムの断面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す偏光性液晶フィルム付き導光板の断面図である。
図２Ａに示すように、偏光効果をもたらす高い屈折率の液晶ポリマー（ＬＣＰ；Liquid Crystal Polymer）を導光板の上に配向することで、高価な輝度上昇フィルムを用いることなく、ディスプレイの明るさを高めることが可能になる。

図２Ａを参照すると、偏光性液晶フィルム２０は、保護フィルムとしてのトリアセチルセルロース（ＴＡＣ：TriAcetyl Cellulose、以下、「ＴＡＣ」と称する）シート２２と、ＴＡＣシートの上に配置された配向膜２４及び配向膜の上に配向された液晶２６により構成される。図２Ｂには、図２Ａに示す偏光性液晶フィルム２０が導光板３０の上に取り付けられて一体に形成された偏光性液晶フィルム一体型導光板が示されている。このとき、偏光性液晶フィルム２０の液晶２６が導光板の出射面の上に配置される。このような偏光性液晶フィルム２０は、消滅する所定の光成分を偏光することにより、光がＬＣＤパネルの下部偏光板に吸収されることを防ぐ。

図３Ａから図３Ｄは、従来の技術による偏光性液晶フィルム及び偏光性液晶フィルム一体型導光板の製造工程断面図である。以下、図３Ａから図３Ｄに示す従来の技術による偏光性液晶フィルムの製造工程を説明する。先ず、保護フィルムとしてのＴＡＣシート２２を用意する（図３Ａ）。次いで、ＴＡＣシート２２の上に液晶を配向するための微細配向膜２４を形成する（図３Ｂ）。ＴＡＣシート２２は表面摩擦力のために液晶配向が破れ易いことから、液晶を直接配向することが出来ないため、上記のように微細配向膜２４を形成する。また、微細配向膜２４は、数Å程度と極めて薄く形成される。このとき、微細配向膜２４は、主としてポリイミドから形成される。その後、この微細配向膜２４を一方向にラビングして、液晶が配向膜の表面において一定の方向に配列されるようにする。次いで、微細配向膜２４の上に液晶２６を塗布することにより、偏光性液晶フィルムが得られる（図３Ｃ）。

このようにして得られた偏光性液晶フィルム２０を導光板３０の上に配置した後、圧着工程を行うことで、偏光性液晶フィルム一体型導光板が形成される（図３Ｄ）。このとき、偏光性液晶フィルム２０の液晶２６が導光板３０の上に配置される。
前述したように、偏光性液晶フィルムを製造するためには、ＴＡＣシートの上に微細配向膜を形成する工程が必要となるが、これは、極めて複雑な各種の工程を経なければならないため、製造コストが上がると共に、生産効率が低下するという不都合がある。

本発明は上述した如き従来の問題点を克服するために案出されたものであり、その目的は、配向膜の形成工程を省くことにより、製造工程が容易になると共に、製造コストを節減可能な偏光性液晶フィルムとその製造方法、偏光性液晶フィルム一体型導光板及びこれを含むバックライトユニットを提供するところにある。

前記本発明の目的を達成するために、本発明の一側面によれば、偏光性液晶フィルムであって、接着層と、前記接着層の一方の面に配向された液晶層と、前記液晶層を保護するために、前記接着層の他方の面に配置される保護フィルムとを含むことを特徴とする偏光性液晶フィルムを提供する。
前記接着層は接着シートであり、前記液晶層は前記接着層の一方の面に配向され、前記保護フィルムは前記接着シートの他方の面に配置される。

前記液晶層は、液晶ポリマーを含むことが好ましい。
前記接着層は、両面接着シートであることが好ましい。
前記接着層は、等方性物質を含むことが好ましい。
前記接着層は、透明性物質を含むことが好ましい。
前記保護フィルムは、ＴＡＣを含むことが好ましい。

前記本発明の目的を達成するために、本発明の他の側面によれば、偏光性液晶フィルムの製造方法であって、液晶配向フィルムを用意する段階と、前記液晶配向フィルムの上に液晶を配向する段階と、前記配向された液晶の上に接着層を設ける段階と、前記液晶を保護するための保護フィルムを前記接着層の他方の面に取り付ける段階と、前記液晶配向フィルムを剥離する段階とを含むことを特徴とする偏光性液晶フィルムの製造方法を提供する。

前記液晶配向フィルムを用意する段階は、前記液晶配向フィルムをラビングする段階をさらに含むことが好ましい。
前記液晶配向フィルムの上に液晶を配向する段階は、前記液晶配向フィルムの上に液晶を塗布する段階と、熱処理を施す段階とを含むことが好ましい。
前記本発明の目的を達成するために、本発明のさらに他の側面によれば、偏光性液晶フィルム一体型導光板であって、前記偏光性液晶フィルムは、接着層と、前記接着層の一方の面に配向された液晶層と、前記液晶層を保護するために、前記接着層の他方の面に配置される保護フィルムとを含み、前記偏光性液晶フィルムは、前記導光板の光出射面の上に配置されることを特徴とする偏光性液晶フィルム一体型導光板を提供する。

前記偏光性液晶フィルムは、前記導光板の光出射面の上に圧着されて一体に形成されることが好ましい。
前記導光板の光出射面の上には、出射される光を集光するための多数のプリズムが形成されることが好ましい。
前記本発明の目的を達成するために、本発明のさらに他の側面によれば、偏光性液晶フィルム一体型導光板と、前記導光板の少なくとも一方の面に配置された少なくとも１つの光源とを含み、前記偏光性液晶フィルムは、接着層と、前記接着層の一方の面に配向された液晶層及び前記液晶層を保護するために、前記接着層の他方の面に配置される保護フィルムとを含み、前記偏光性液晶フィルムは、前記導光板の光出射面の上に配置されることを特徴とするバックライトユニットを提供する。

本発明によれば、先ず、液晶配向フィルムに液晶を配向し、液晶フィルムを製造した後、最後に液晶配向フィルムを剥離することにより、製造工程が複雑な配向膜の形成工程を省くことができ、その結果、製造工程を単純化でき、製造コストを節減できる他、偏光性能に優れた偏光性液晶フィルムを製造することが可能になる。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図４Ａは、本発明に係る偏光性液晶フィルムの断面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示す偏光性液晶フィルム付き偏光性液晶フィルム一体型導光板の断面図である。
図４Ａに示すように、偏光性液晶フィルム１００は、保護フィルムとしてのＴＡＣシート１４０と、ＴＡＣシート１４０の上に配置された接着層１３０及び接着層１３０の上に配向された液晶層１２０を含む。

液晶層を保護するための保護フィルムとして、この実施の形態においてはＴＡＣシート１４０を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、透光率が高く、複屈折率が比較的に低い他、表面改質による親水化が容易なために偏光素子と積層し易い材料であれば、いかなるものもＴＡＣシート１４０として使用可能である。
接着層１３０は、好ましくは、両面接着シートであり、この両面接着シートは、液晶層１２０とＴＡＣシート１４０を取り付けて固定する支持体の役割を果たす。そして、両面接着シートとしては、液晶層の偏光性に影響しないように、等方性物質を用いることが好ましい。この実施の形態においては、接着層として両面接着シートを用いているが、たとえ接着層として他の材料が用いられるとしても、本発明の範疇に属する。

液晶層１２０としては、液晶ポリマー（ＬＣＰ）を用いる。この液晶ポリマーとは、溶液若しくは溶解状態で液晶性を示す高分子を意味する。この液晶ポリマーは、硬くて棒状や円板状の分子の動きで特徴付けられ、剪断変形に対して容易に配向され、加工中における伸張性が良い。さらに、配向状態を有する層よりなる独特な物理的な構造は、高強度、高弾性率、そして高い耐熱性とセラミックにほぼ同じ小さな膨張係数値を示し、さらに、その化学的な構造によって良好な耐化学的特性を示す場合もある。

このとき、液晶ポリマーとしては、主鎖型液晶ポリマー、側鎖型液晶ポリマー及びこれらの混合物を用いることができる。主鎖型液晶ポリマーとしては、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリカーボネート系、ポリイミド系、ポリウレタン系、ポリベンズイミダゾール系などが挙げられる。また、側鎖型液晶ポリマーとしては、ポリアクリレート系、ポリメタクリレート系、ポリビニル系及びポリシロキサン系などの直鎖型または環状骨格鎖を有する物質に、側鎖としてメソゲン基が結合された液晶ポリマー及びこれらの混合物を用いることができる。

したがって、液晶表示装置の光学特性を補償する目的で、特定な配向方向を与えうる液晶ポリマー（ＬＣＰ）を用いることで、工程上の不要な合着を低減することができ、工程が簡素化するほか、ＬＣＤパネルを薄型化できる。
図４Ｂには、図４Ａに示す偏光性液晶フィルム１００が、導光板２００上に取り付けられて一体に形成された偏光性液晶フィルム一体型導光板が示されている。導光板２００の出射面の上には液晶層１２０が配置され、その上部に両面接着シートなどの接着層１３０及びＴＡＣシート１４０の順番で、偏光性液晶フィルム１００を導光板２００の上に取り付ける。このとき、偏光性液晶フィルム１００は、圧着により導光板２００の上に取り付けられて一体に形成される。偏光性液晶フィルム１００を導光板２００の上に取り付ける方法はこれに限定されることなく、接着剤または粘着剤などを用いて取り付けても良い。

前述したように、偏光性液晶フィルム１００と導光板２００が一体に形成されると、消滅する所定の光成分が偏光性液晶フィルム１００により偏光されて、光がＬＣＤパネルの下部偏光板に吸収されることを防ぐことが出来る。その結果、輝度が高くなるという効果が得られる。
図５は、本発明に係る偏光性液晶フィルムの製造方法を示すフローチャートである。

図５に基づき、本発明に係る偏光性液晶フィルムの製造方法を説明する。先ず、液晶配向フィルムを用意（Ｓ５１０）し、この用意された液晶配向フィルムの上に液晶を配向する（Ｓ５２０）。このとき、液晶配向フィルムとしては、液晶を配向し易いフィルムを用い、この実施の形態においては、ポリエステル（ＰＥＴ）シートを用いている。しかしながら、液晶配向フィルムとして用いられる材料は、ポリエステルに限定されるものではなく、液晶配向を破らないで、後に配向される液晶との剥離を容易にすることが出来る材料であれば、いかなるものも液晶配向フィルムとして使用可能である。

このとき、液晶配向フィルムの上に配向される液晶としては、前述したように、特定の配向方向を与え易い液晶ポリマー（ＬＣＰ）を用いる。一方、なお一層容易な液晶の配向のために、液晶配向フィルム、すなわち、ポリエステルシートをラビングしても良い。
ステップＳ５２０において、液晶配向フィルムの上に液晶を配向するために、液晶を液晶配向フィルムの上に塗布した後、熱処理を施すことで、液晶の配向を固定することができる。

その後、配向された液晶の上に両面接着シートなどの接着層を取り付ける（Ｓ５３０）。次いで、液晶を保護するための保護フィルムを両面接着シートなどの接着層の他方の面に取り付ける（Ｓ５４０）。
このとき、保護フィルムとしては、前述したように、透光率が高く、複屈折率が比較的に低い他、表面改質による親水化が容易なために偏光素子と積層し易いＴＡＣシートを用いる。さらに、接着層１３０としては、液晶層の偏光性に影響しないように、等方性物質よりなる両面接着シートを用いることが好ましい。

それから、液晶配向フィルム、すなわち、ポリエステルシートを液晶から剥離する（Ｓ５５０）。
これらの過程を通じて偏光性液晶フィルムを製造することで、製造工程が複雑な微細配向膜を形成することなく、偏光性液晶フィルムを容易に製造することが可能になる。
図６Ａから図６Ｅは、本発明に係る偏光性液晶フィルムの製造工程断面図である。

図６Ａから図６Ｅに基づき、本発明に係る偏光性液晶フィルムの製造工程を説明する。先ず、前述したように、液晶を配向するためのフィルムとしてのポリエステルシート１１０を用意する（図６Ａ）。次いで、ポリエステルシート１１０の上に液晶を配向して液晶層１２０を形成する（図６Ｂ）。このとき、液晶としては、特定な配向方向を与え易い液晶ポリマー（ＬＣＰ）を用いる。

この後、液晶層１２０の上に両面接着シート１３０を取り付ける（図６Ｃ）。次いで、両面接着シート１３０の上に保護フィルムとしてのＴＡＣシート１４０を取り付ける（図６Ｄ）。
最後に、ポリエステルシート１１０を液晶層１２０から剥離して偏光性液晶フィルムを製造する（図６Ｅ）。

図７は、本発明に係る偏光性液晶フィルム一体型導光板を含むバックライトユニットの概略断面図である。
図７に示すバックライトユニットは、ランプなどの光源３１０と、反射板３２０及び偏光性液晶フィルム一体型導光板を含み、一体型導光板は、導光板２００と、導光板の上に一体に形成された偏光性液晶フィルム１００とにより構成されている。

偏光性液晶フィルム１００は、保護フィルムとしてのＴＡＣシート１４０、ＴＡＣシート１４０の上に配置され、接着層としての両面接着シート１３０及び両面接着シートの上に配向された液晶層１２０を含む。液晶層１２０が導光板２００の光出射面、すなわち、上部面に取り付けられる。
このとき、導光板の上部面には多数のプリズムよりなるプリズム部２１０が形成可能であり、プリズム部２１０は、出射光がＬＣＤパネルに向かう以外の方向に出射することを防ぐことで、輝度を高める。

導光板２００の少なくとも一方の側には光源３１０が形成され、光源３１０の一方の側には反射板３２０が形成される。反射板３２０の内面は、反射率を高める目的で金属コート処理が施されており、導光板の光入射面の方向とは逆方向に進む光を反射して、導光板の入射面に光を入射させる。
以上、本発明に係る偏光性液晶フィルムとその製造方法、偏光性液晶フィルム一体型導光板及びこれを含むバックライトユニットの実施の形態を例示的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明が属する技術分野における通常の知識をもった者であれば、本発明の要旨を逸脱しない限り、だれでも種々な変更実施が可能であろう。よって、これらの変更例も本発明の真の技術的な範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。

通常の液晶表示装置用のバックライトユニットの分解斜視図である。 従来の技術による偏光性液晶フィルムの断面図である。 偏光性液晶フィルム付き導光板の断面図である。 従来の技術による偏光性液晶フィルム及び偏光性液晶フィルム一体型導光板の製造工程断面図である。 従来の技術による偏光性液晶フィルム及び偏光性液晶フィルム一体型導光板の製造工程断面図である。 従来の技術による偏光性液晶フィルム及び偏光性液晶フィルム一体型導光板の製造工程断面図である。 従来の技術による偏光性液晶フィルム及び偏光性液晶フィルム一体型導光板の製造工程断面図である。 本発明に係る偏光性液晶フィルムの断面図である。 偏光性液晶フィルム付き偏光性液晶フィルム一体型導光板の断面図である。 本発明に係る偏光性液晶フィルムの製造方法を示すフローチャートである。 本発明に係る偏光性液晶フィルムの製造工程断面図である。 本発明に係る偏光性液晶フィルムの製造工程断面図である。 本発明に係る偏光性液晶フィルムの製造工程断面図である。 本発明に係る偏光性液晶フィルムの製造工程断面図である。 本発明に係る偏光性液晶フィルムの製造工程断面図である。 本発明に係る偏光性液晶フィルム一体型導光板を含むバックライトユニットの概略断面図である。

符号の説明

１１０：ＰＥＴシート
１２０：液晶層
１３０：両面接着シート
１４０：ＴＡＣシート
２００：導光板
２１０：プリズム部
３１０：ランプ
３２０：反射板

Claims (23)

1. 偏光性液晶フィルムにおいて、
   接着層と、
   前記接着層の一方の面に配向された液晶層と、
   前記液晶層を保護するために、前記接着層の他方の面に配置される保護フィルムと、
   を含むことを特徴とする偏光性液晶フィルム。
2. 前記接着層は接着シートであり、前記液晶層は前記接着層の一方の面に配向され、前記保護フィルムは前記接着シートの他方の面に配置されることを特徴とする請求項１に記載の偏光性液晶フィルム。
3. 前記液晶層は、液晶ポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載の偏光性液晶フィルム。
4. 前記接着層は、両面接着シートであることを特徴とする請求項１に記載の偏光性液晶フィルム。
5. 前記接着層は、等方性物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の偏光性液晶フィルム。
6. 前記接着層は、透明性物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の偏光性液晶フィルム。
7. 前記保護フィルムは、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の偏光性液晶フィルム。
8. 偏光性液晶フィルムの製造方法において、
   液晶配向フィルムを用意する段階と、
   前記液晶配向フィルムの上に液晶を配向する段階と、
   前記配向された液晶の上に接着層を設ける段階と、
   前記液晶を保護するための保護フィルムを前記接着層の他方の面に取り付ける段階と、
   前記液晶配向フィルムを剥離する段階と、
   を含むことを特徴とする偏光性液晶フィルムの製造方法。
9. 前記液晶配向フィルムを用意する段階は、
   前記液晶配向フィルムをラビングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の偏光性液晶フィルムの製造方法。
10. 前記液晶配向フィルムは、ポリエステル（ＰＥＴ）を含むことを特徴とする請求項８に記載の偏光性液晶フィルムの製造方法。
11. 前記液晶配向フィルムの上に液晶を配向する段階は、
    前記液晶配向フィルムの上に液晶を塗布する段階と、
    熱処理を施す段階と、
    を含むことを特徴とする請求項８に記載の偏光性液晶フィルムの製造方法。
12. 前記液晶は、液晶ポリマーを含むことを特徴とする請求項８に記載の偏光性液晶フィルムの製造方法。
13. 前記配向された液晶の上に接着層を設ける段階は、
    前記液晶層の上に接着シートを取り付ける段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の偏光性液晶フィルムの製造方法。
14. 前記接着シートは、両面接着シートであることを特徴とする請求項１３に記載の偏光性液晶フィルムの製造方法。
15. 前記接着シートは、等方性物質を含むことを特徴とする請求項１３に記載の偏光性液晶フィルムの製造方法。
16. 前記接着シートは、透明性物質を含むことを特徴とする請求項１３に記載の偏光性液晶フィルムの製造方法。
17. 前記保護フィルムは、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）を含むことを特徴とする請求項８に記載の偏光性液晶フィルムの製造方法。
18. 偏光性液晶フィルム一体型導光板において、
    前記偏光性液晶フィルムは、
    接着層と、
    前記接着層の一方の面に配向された液晶層と、
    前記液晶層を保護するために、前記接着層の他方の面に配置される保護フィルムと、
    を含み、前記偏光性液晶フィルムは、前記導光板の光出射面の上に配置されることを特徴とする偏光性液晶フィルム一体型導光板。
19. 前記接着層は接着シートであり、前記液晶層は前記接着層の一方の面に配向され、前記保護フィルムは前記接着シートの他方の面に配置されることを特徴とする請求項１８に記載の偏光性液晶フィルム一体型導光板。
20. 前記偏光性液晶フィルムは、前記導光板の光出射面の上に圧着されて一体に形成されることを特徴とする請求項１８に記載の偏光性液晶フィルム一体型導光板。
21. 前記導光板の光出射面の上には、出射光を集光するための多数のプリズムが形成されることを特徴とする請求項１８に記載の偏光性液晶フィルム一体型導光板。
22. 前記液晶層は、液晶ポリマーを含むことを特徴とする請求項１８に記載の偏光性液晶フィルム一体型導光板。
23. 偏光性液晶フィルム一体型導光板と、
    前記導光板の少なくとも一方の面に配置された少なくとも１つの光源と、
    を含み、
    前記偏光性液晶フィルムは、接着層と、前記接着層の一方の面に配向された液晶層及び前記液晶層を保護するために、前記接着層の他方の面に配置される保護フィルムとを含み、
    前記偏光性液晶フィルムは、前記導光板の光出射面の上に配置されることを特徴とするバックライトユニット。

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