JP2012113264A

JP2012113264A - 液晶パネルの製造方法および液晶パネル

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Publication number: JP2012113264A
Application number: JP2010264517A
Authority: JP
Inventors: Takuji Kamijo; 卓史上条; Minoru Miyatake; 宮武　　稔; Joji Kitagawa; 丈治喜多川; Satoshi Kunikata; 智國方; Hiroaki Sawada; 浩明澤田
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-06-14

Abstract

【課題】反射型液晶パネルは裏面側偏光素子の厚みが厚いため、液晶層から直接視認者に届く光と、反射層で反射して視認者に届く光との視差を低減する。また、ヨウ素を含有するポリビニルアルコール系樹脂膜を延伸して薄型偏光膜を作製し、その薄型偏光膜とアルミニウム反射層を液晶セルの裏面側基板の内向面に形成した液晶パネルでは、配向膜の焼成時の熱により薄型偏光膜が劣化することを防止する。
【解決手段】液晶セルと液晶セルの裏面側に配置された反射層と薄型偏光膜とを備えた液晶パネルの製造方法である。ポリビニルアルコール系樹脂膜を、ヨウ素を含む水溶液で染色した後、ホウ酸水溶液中で延伸して、厚み１μｍ以上、７μｍ以下の薄型偏光膜を得る工程と、薄型偏光膜を液晶セルの裏面側の外向面に貼着する工程を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶セルの裏面側に反射層が配置された液晶パネル（反射型液晶パネルまたは半反射半透過型液晶パネル）、および、その製造方法に関する。

図４に、一般的な反射型液晶パネル２０の断面構造を模式的に示す。液晶層２１が２枚の基板２２の間に挟持されて、液晶セル２３が形成される。液晶層２１と基板２２との間には、電極や配向膜があるが、図４では省略されている。液晶セルの主面には、表面側偏光素子２４と裏面側偏光素子２５が積層される。裏面側偏光素子２５には、更に反射層２６が積層される。

通常、ヨウ素を含有するポリビニルアルコール系樹脂膜を延伸して作られた偏光膜が、裏面側偏光素子２５として用いられる。この種の偏光膜は、厚みが４０μｍ程度あり、かなり厚い。

図４に示すように、反射型液晶パネル２０では、液晶層２１から直接視認者２７に届く光Ｌｄと、液晶層２１から一度反射層２６で反射して視認者２７に届く光Ｌｒとが合成されて、文字や画像を表示する。一般的な反射型液晶パネル２０は、裏面側偏光素子２５の厚みが厚いため、液晶層２１から直接視認者２７に届く光Ｌｄと、反射層２６で反射して視認者２７に届く光Ｌｒとの視差Ｐ２が大きい。そのため、鮮明な文字や画像を表示することが難しい。

これとは別に、ヨウ素を含有するポリビニルアルコール系樹脂膜を延伸して薄型偏光膜を作製し、その薄型偏光膜とアルミニウム反射層を液晶セルの裏面側基板の内向面に形成して、液晶パネルを製造する方法が、従来から知られている（特許文献１）。

図５に、この種の液晶パネルの製造方法の工程の概要を示す。
（ａ）ポリビニルアルコール系樹脂膜を、ヨウ素を含む水溶液で染色する。染色しただけでは、ポリビニルアルコール系樹脂膜は偏光機能を有しない。
（ｂ）染色の完了したポリビニルアルコール系樹脂膜を、延伸ローラーを用いて、高温雰囲気で空中延伸する。これにより、ヨウ素を含む分子が延伸方向に整列して、ポリビニルアルコール系樹脂膜が偏光機能を得る。そこで、以後、ポリビニルアルコール系薄膜を薄型偏光膜と称する。
（ｃ）液晶パネルの２枚の基板に、薄型偏光膜を貼着する。
（ｄ）薄型偏光膜の表面に配向膜を形成する。配向膜は、通常、ポリイミドなどの塗布層を１５０℃以上で焼成して形成される。これによって、配向膜／薄型偏光膜／基板の構造が形成される。２枚の基板間（厳密には配向膜間）に液晶分子を注入して液晶層を形成し、液晶セルを作製する。
（ｅ）以上の工程を経て、液晶セルの内向面に薄型偏光膜を有する液晶パネルが完成する。

この種の液晶パネルは、液晶層から直接視認者に届く光と、反射層で反射して視認者に届く光との視差は小さいと考えられる。しかし、上述したように、この種の液晶パネルにおいては、液晶分子を配列させる配向膜が薄型偏光膜表面に形成される。配向膜は、通常、ポリイミドなどの塗布層を１５０℃以上で焼成して形成されるため、焼成時の熱により薄型偏光膜が劣化するという問題がある。

特開昭６２−５８２２０号公報

一般的な反射型液晶パネル２０（図４）においては、裏面側偏光素子２５の厚みが厚いため、液晶層２１から直接視認者２７に届く光Ｌｄと、反射層２６で反射して視認者２７に届く光Ｌｒとの視差Ｐ２が大きい。そのため、鮮明な文字や画像を表示することが難しい。

また、ヨウ素を含有するポリビニルアルコール系樹脂膜を延伸して薄型偏光膜を作製し、その薄型偏光膜とアルミニウム反射層を液晶セルの裏面側基板の内向面に形成した液晶パネル（図５）においては、配向膜の焼成時の熱により薄型偏光膜が劣化するという問題がある。

本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明は、液晶セルと、液晶セルの裏面側に配置された反射層と、液晶セルと反射層との間に配置された薄型偏光膜とを備えた液晶パネルの製造方法である。本発明の液晶パネルの製造方法は、ポリビニルアルコール系樹脂膜を、ヨウ素を含む水溶液で染色した後、ホウ酸水溶液中で延伸して、厚み１μｍ以上、７μｍ以下の薄型偏光膜を得る工程Ａと、薄型偏光膜を液晶セルの裏面側の外向面に貼着する工程Ｂを含む。
（２）本発明の液晶パネルの製造方法においては、ポリビニルアルコール系樹脂膜の延伸の際のホウ酸水溶液の温度が、３０℃〜８５℃である。
（３）本発明の液晶パネルの製造方法においては、ポリビニルアルコール系樹脂膜を元長の５．０倍〜６．５倍になるように延伸する。
（４）本発明の液晶パネルの製造方法においては、ポリビニルアルコール系樹脂膜の一面あるいは両面に支持体を設け、ポリビニルアルコール系樹脂膜を支持体と共に延伸する。
（５）本発明の液晶パネルは、上記に記載の製造方法によって製造された液晶パネルである。

図１に本発明の液晶パネルの製造方法の工程の概要を示す。
（ａ）ポリビニルアルコール系樹脂膜を、ヨウ素を含む水溶液で染色する。染色しただけでは、ポリビニルアルコール系樹脂膜は偏光機能を有しない。
（ｂ）染色の完了したポリビニルアルコール系樹脂膜を、延伸ローラーを用いて、ホウ酸水溶液中で延伸する。これにより、ヨウ素を含む分子が延伸方向に整列して、ポリビニルアルコール系樹脂膜が偏光機能を得る。そこで、以後、ポリビニルアルコール系薄膜を薄型偏光膜と称する。後述するように、ホウ酸水溶液中で延伸することにより、従来の空中延伸よりも偏光特性の優れた薄型偏光膜を得ることができる。
（ｃ）液晶パネルの２枚の基板の表面に配向膜を焼成し、基板間（厳密には配向膜間）に液晶分子を注入して、液晶セルを作製する。
（ｄ）液晶セルの外側（基板の配向膜側とは反対側）に薄型偏光膜を貼着する。薄型偏光膜は配向膜焼成の熱履歴を受けることがないため、熱による劣化が生じない。
（ｅ）以上の工程を経て、液晶セルの裏面側外向面に薄型偏光膜を有する液晶パネルが完成する。

本発明の反射型液晶パネルにおいては、裏面側偏光素子の厚みが薄いため、液晶層から直接視認者に届く光と、反射層で反射して視認者に届く光との視差Ｐ１が小さい。そのため、鮮明な文字や画像を表示することができる。

本発明の反射型液晶パネルにおいては、薄型偏光膜を液晶セルの裏面側の外向面に貼着するため、配向膜を薄型偏光膜の表面上で焼成する必要がなく、薄型偏光膜が高温にさらされることがない。その結果、薄型偏光膜の偏光特性が劣化するのを防ぐことができる。

本発明の液晶パネルの製造方法の工程説明図本発明の液晶パネルの模式的断面図本発明の液晶パネルにおける光線の進路説明図従来の液晶パネルにおける光線の進路説明図従来の液晶パネルの製造方法の工程説明図

［液晶パネルの製造方法］
本発明は、液晶セルと、液晶セルの裏面側に配置された反射層と、液晶セルと反射層との間に配置された薄型偏光膜とを備えた液晶パネルの製造方法である。本発明の製造方法は、後述する工程Ａと工程Ｂを含む。本発明の製造方法は、工程Ａと工程Ｂ以外の工程を含んでもよい。

［工程Ａ］
工程Ａは、図１の（ａ）、（ｂ）に相当する。本発明に用いられる工程Ａでは、ポリビニルアルコール系樹脂膜をヨウ素を含む水溶液で染色した後、ホウ酸水溶液中で延伸して、厚みが１μｍ以上、７μｍ以下、好ましくは１μｍ〜５μｍの薄型偏光膜を得る。本明細書において「薄型」とは、厚みが１μｍ以上、７μｍ以下の膜をいう。

ポリビニルアルコール系樹脂は、代表的には、ポリ酢酸ビニル系樹脂を鹸化することにより得られる。ポリビニルアルコール系樹脂は、通常、鹸化度が８５モル％〜１００モル％であり、重合度が１，０００〜１０，０００である。ポリビニルアルコール系樹脂は、例えば、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体である。

ポリビニルアルコール系樹脂膜は、ヨウ素を含む水溶液で染色される。このとき、ヨウ素はＩ^３−やＩ^５−などのポリヨウ素イオンとして、ポリビニルアルコール系樹脂膜中に吸着される。

染色方法は、ヨウ素を含む水溶液をポリビニルアルコール系樹脂膜に接触させることができれば、任意の方法が採用できる。代表的な染色方法は、ヨウ素を含む水溶液（染色液）中にポリビニルアルコール系樹脂膜を浸漬する方法である。

ヨウ素を吸着したポリビニルアルコール系樹脂膜は、ホウ酸水溶液中で延伸される。延伸の際のホウ酸水溶液の温度（延伸温度）は、好ましくは３０℃〜８５℃であり、さらに好ましくは４０℃〜６５℃である。

延伸温度が３０℃未満であると、ポリビニルアルコール系樹脂膜が十分に軟化しないため、５．０倍以上に延伸することが難しい場合がある。延伸温度が８５℃を超えると、ポリビニルアルコール系樹脂膜に吸着させたヨウ素の溶出が進みやすく、かつ、ポリビニルアルコール系樹脂膜も溶出される場合もあり、製造される薄型偏光膜の偏光度が低下する場合がある。

ポリビニルアルコール系樹脂膜の総延伸倍率は、偏光特性と生産性とを考慮すると、好ましくは５．０倍〜６．５倍であり、さらに好ましくは５．５倍〜６．５倍である。

上記の延伸条件により、ポリビニルアルコール系樹脂膜中で、ポリヨウ素イオンが高次に一方向に配向して、優れた偏光特性の薄型偏光膜が得られる。

延伸前の、ヨウ素を吸着したポリビニルアルコール系樹脂膜の厚みは、延伸後の薄型偏光膜の厚みが１μｍ以上、７μｍ以下（好ましくは１μｍ〜５μｍ）となるように、適宜設定される。延伸前の、ヨウ素を吸着したポリビニルアルコール系樹脂膜の厚みは、通常、２μｍ〜１５μｍである。

厚みの薄い（例えば１５μｍ以下の）ポリビニルアルコール系樹脂膜を水中で延伸するためには、延伸中にポリビニルアルコール系樹脂膜が水に溶解しないような耐水性が必要である。ポリビニルアルコール系樹脂膜をホウ酸水溶液中で延伸すれば、化学式（１）に示すように、ホウ酸イオンとポリビニルアルコール系樹脂（ＰＶＡ）が水素結合するため（化学式中の破線の結合）、ＰＶＡを架橋させて、ＰＶＡ膜に耐水性を付与させることができる。

ヨウ素を吸着したポリビニルアルコール系樹脂膜は、ホウ酸水溶液中（好ましくは８５℃以下）で延伸することによって、ポリビニルアルコール系樹脂の結晶化を防ぎながら、非晶質部分の配向性を高めることができる。その結果、ポリビニルアルコール系樹脂膜中のポリヨウ素イオンを高次に一方向に並べて、偏光特性の優れた薄型偏光膜を得ることができる。

なお、ポリビニルアルコール系樹脂膜の機械的強度が乏しく、単独での延伸が困難な場合は、ポリビニルアルコール系樹脂膜の一面あるいは両面に支持体を設け、ポリビニルアルコール系樹脂膜を支持体と共に延伸することもできる。支持体としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、イソフタル酸共重合ＰＥＴフィルム、ＰＥＴ−エチレン共重合体フィルム、ＰＥＴ−プロピレン共重合体フィルム、ＰＥＴ−イソプロピレン共重合体フィルム、ＰＰ（ポリプロピレン）フィルムなどが挙げられる。

［工程Ｂ］
工程Ｂは図１の（ｄ）、（ｅ）に相当する。本発明に用いられる工程Ｂは、薄型偏光膜を液晶セルの裏面側の外向面に貼着する工程である。従来法においては、配向膜を焼成する際に薄型偏光膜が劣化するという問題があった。本発明のように、薄型偏光膜を液晶セルの裏面側の外向面に貼着すれば、配向膜を薄型偏光膜の表面上で焼成する必要がなくなり、薄型偏光膜が高温にさらされることがなくなる。その結果、薄型偏光膜の偏光特性が劣化するのを防ぐことができる。

液晶セルは、通常、２枚の基板と、その基板間に挟持された液晶層を備える。液晶層は、電圧印加により配向方向の変化する液晶分子を含む。通常、一方の基板には、カラーフィルターと対向電極と配向膜が形成され、他の基板には、液晶駆動電極と配線パターンと薄膜トランジスタ素子と配向膜が形成される。

薄型偏光膜を液晶セルに貼着する方法は、特に制限はなく、例えば、接着剤を用いて積層する方法が挙げられる。接着剤の種類や接着条件には、特に制限はなく、薄型偏光膜と液晶セルが密着するように適宜設定される。

［液晶パネル］
図２に示すように、本発明の液晶パネル１０は、液晶層１１および液晶層１１を挟持する２枚の基板１２からなる液晶セル１３と、液晶セル１３の裏面側に配置された反射層１４と、液晶セル１３と反射層１４との間に配置された薄型偏光膜１５とを備える。液晶パネル１０は、通常、液晶セル１３の表面側（＝視認側）に任意の偏光素子１６をさらに備える。

図３に示すように、本発明の液晶パネル１０は、液晶セル１３の裏面側に反射層１４が配置された液晶パネル１０（反射型液晶パネルまたは半反射半透過型液晶パネル）である。このため、液晶層１１から直接視認者１７に届く光Ｌｄと、一度反射層１４で反射してから視認者１７に届く光Ｌｒとが合成されて、文字や画像が表示される。

本発明の液晶パネル１０では、薄型偏光膜１５の厚みが薄い（１μｍ以上、７μｍ以下）ため、光Ｌｄと光Ｌｒの視差Ｐ１が、従来の液晶パネルの視差Ｐ２より小さい。このため、本発明の液晶パネル１０では、従来の液晶パネル２０よりも鮮明な文字や画像を表示することができる。

＜薄型偏光膜の作製＞
厚み１００μｍの非晶質ポリエチレンテレフタレートフィルム（三菱樹脂社製ノバクリアー、ガラス転移温度８０℃）からなる支持体の表面に、ポリビニルアルコール樹脂（日本合成化学社製ＮＨ２６）の水溶液を塗布し、乾燥して、厚み１０μｍのポリビニルアルコール樹脂膜を成膜した。

この積層体を、ヨウ素とヨウ化カリウムを含む染色液（液温３０℃）に３０秒浸漬し、ポリビニルアルコール樹脂膜にヨウ素を吸着させた。

次いで、この積層体を、ホウ酸とヨウ化カリウムを含むホウ酸水溶液（液温６０℃）中で、周速の異なるロール間に通して、積層体が破断する直前まで、縦一軸延伸した。このときの延伸倍率は５倍であった。

ホウ酸水溶液から取り出した積層体を、６０℃の温風で乾燥した。支持体上に形成された薄型偏光膜の厚みは３μｍであった。薄型偏光膜の偏光度は９９．９５％であった。

染色液のヨウ素含有量は、水１００重量部に対して０．１重量部であり、ヨウ化カリウム含有量は、水１００重量部に対して０．７重量部である。

また、延伸に用いたホウ酸水溶液のヨウ化カリウム含有量は、水１００重量部に対して５重量部であり、ホウ酸含有量は、水１００重量部に対して４重量部である。

＜液晶パネルの作製＞
市販の反射型液晶パネル（ＶＡＲＩＴＲＯＮＩＸ社製反射型液晶パネル）から液晶セルを取り出した。この液晶セルでは、液晶層を挟持する２つの基板の各内向面に、配向膜が形成されている。

薄型偏光膜を、支持体から剥離しながら、液晶セルの裏面側の外向面に、感圧接着剤を介して貼着し、さらに薄型偏光膜の裏面側に反射層を積層した。また、液晶セルの表面側の外向面に、市販の偏光板（日東電工社製ＮＰＦ−ＳＥＧ１２２４ＤＵ）を貼着し、液晶パネルを作製した。

この液晶パネルを用いて、反射型液晶表示装置を作製したところ、従来の反射型液晶表示装置よりも鮮明な文字や画像を表示することができた。その理由は、この液晶パネルでは、薄型偏光膜の厚みが薄い（３μｍ）ため、光の視差Ｐ１が、従来の液晶パネルの視差Ｐ２より小さいためである。

本発明の液晶パネルは、透過型液晶パネルの画像認識が困難な外光の強い環境、つまり、反射型液晶パネルまたは半反射半透過型液晶パネルが用いられる環境（屋外や車内）で広く用いられる。特に、本発明の液晶パネルは、従来よりも高精細な文字、画像の望まれる携帯電話やカーナビゲーションの表示パネルとして好適である。

１０液晶パネル
１１液晶層
１２基板
１３液晶セル
１４反射層
１５薄型偏光膜
１６偏光素子
１７視認者
２０反射型液晶パネル
２１液晶層
２２基板
２３液晶セル
２４表面側偏光素子
２５裏面側偏光素子
２６反射層
２７視認者

Claims

液晶セルと、前記液晶セルの裏面側に配置された反射層と、前記液晶セルと反射層との間に配置された薄型偏光膜とを備えた液晶パネルの製造方法であって、
ポリビニルアルコール系樹脂膜を、ヨウ素を含む水溶液で染色した後、ホウ酸水溶液中で延伸して、厚み１μｍ以上、７μｍ以下の薄型偏光膜を得る工程Ａと、
前記薄型偏光膜を液晶セルの裏面側の外向面に貼着する工程Ｂを含むことを特徴とする、液晶パネルの製造方法。
前記延伸の際のホウ酸水溶液の温度が、３０℃〜８５℃であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの製造方法。
前記延伸により、前記ポリビニルアルコール系樹脂膜を元長の５．０倍〜６．５倍にすることを特徴とする、請求項１または２に記載の液晶パネルの製造方法。
前記ポリビニルアルコール系樹脂膜の一面あるいは両面に支持体を設け、前記ポリビニルアルコール系樹脂膜を前記支持体と共に延伸することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の液晶パネルの製造方法。
請求項１から４のいずれかに記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする、液晶パネル。