1.前言

在5月份舉行的顯示領域全球最大規模學會“SID 2016”的研討會上，日東電工就超薄偏光板發表了題為“A novel ultra-thin polarizer to achieve thinner and more-flexible display”的論文（發表序號：40.1）。該論文在“2016年顯示行業獎”（Display Industry Awards 2016）中獲得了“年度顯示元件獎”（Display Component of the Year Award），下面就來介紹一下其中的內容。

2.偏光板的技術動向與課題

偏光板主要用于液晶顯示器和有機EL顯示器，是顯示影像不可或缺的元件。智能手機和平板電腦等終端的屏幕越來越薄，不過，要想實現更薄、更具柔性的顯示屏，偏光板的薄型化和低收縮化是一大課題。

偏光板的制造工序如圖1所示。聚乙烯醇（PVA：Polyvinyl Alcohol）是很多工業領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，通過吸附碘并進行配向來制造具有高偏光性能的偏光板。

圖1：偏光板的制造工序

不過，在延展工序產生的收縮力成為偏光板的一項課題。尤其是高溫下的偏光板，會因為這種收縮力，造成面板曲翹、顯示屏失真等可靠性方面的問題（圖2）。

圖2：偏光板收縮力的主要課題

3.偏光板的收縮對策

在液晶面板的薄型化方面，這種收縮力就更成一個問題。要想減薄顯示面板的厚度，就要控制偏光板的收縮力。為了解決偏光板的收縮問題，此前采取過一些對策，具體可以分為以下3類。

第一，采用更薄的保護膜（圖3）。這種方法雖然能減薄偏光板的厚度，但起偏器的厚度沒有變化，收縮力也沒有變化。

圖3：對策（1）保護薄膜的薄型化

第二，采用更薄的起偏器（圖4）。獲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薄膜本身非常柔軟，超薄的PVA薄膜在水中延展時吸收水分后會變得非常脆，生產效率驟減。利用目前的技術，很難采用10μm以下PVA薄膜量產偏光板�，F在，偏光板的標準厚度在25μm左右，實際應用中的最小厚度為12μm。

圖4：對策（2）起偏器的薄型化

日東電工提供的資料。

第三，采用名為“PVA-層壓板延展及染色”的新工藝（圖5）。這種方法在制作PVA-塑料層壓板時，要延展在熱可塑性薄膜上涂布PVA制成的“PVA-塑料層壓板”。利用這種方法可以制作厚度不到10μm的偏光板。采用該工藝降低了偏光板的收縮力，不過，旨在實現優異光學特性的“PVA-絡合碘”的配向性不夠好。

圖5：對策（3）PVA層壓后延展

綜上所述，具備高生產效率和光學特性的偏光板的收縮力控制可以說是偏光板的薄型化以及顯示器進一步實現柔性化的重要課題。

4.具備高光學特性的極薄偏光板開發

為了同時實現高光學特性和低收縮力，研究人員還開發了新的偏光板。首先，調查了通過PVA層壓板延展工藝制作的偏光板光學特性非常低的原因。在PVA-層壓板延展工藝中，為了獲得熱可塑性薄膜的高延展特性，需要“空中延展工藝”。另外，為了防止在空中延展過程中碘因高溫而升華，需要先延展PVA-塑料層壓板，然后再利用碘染色。

一般來說，為了獲得PVA-絡合碘的高配向性，需要“帶著碘”延展PVA層壓板。但PVA層壓板延展工藝是在“無碘”的情況下延展PVA-塑料層壓板的（圖6）。另外，在碘溶液中稍微浸泡PVA-塑料層壓板后，破壞了PVA的高配向性。因此不能獲得出色的光學特性。原因在于PVA-絡合碘的低配向性。

圖6：空中延展工序

為了解決這個問題，研究人員研究了PVA-層壓板延展工藝能否采用“水中延展工藝”。這樣的話，碘在低溫的延展工藝中不會升華，因此能在“帶著碘”的情況下進行延展。利用該方法后，如圖7所示，碘會在延展的PVA上進行出色的配向。

圖7：水中延展工序

為了實現該工藝，研究人員研究了作為基膜的塑料材料。不過，塑料材料大部分都太硬或者太軟，無法在水中進行延展。

因此，利用圖8所示的最新技術，確立了水中延展工藝。由此開發出了超薄型且具備高光學特性的偏光板。

圖8：超薄型偏光板的開發方法

5.兼顧超薄型和高光學特性

利用上述方法開發的兼顧超薄型和高光學特性的偏光板特點如下。

·偏光板的厚度較標準品削減80％，實現了5μm的超薄偏光板

·偏光板的收縮力驟減，加熱后的尺寸變化比標準品削減60％

·光學特性與標準品為同等水平（參考圖9）

圖9：超薄型偏光板的光學特性

另外，如圖10所示，這種新的超薄型偏光板還能改善面板加熱后的曲翹問題（圖10）。而且，能消除屏幕失真現象。開發的制造工藝的生產效率方面，實現了與原來的標準偏光板同等水平的高效率（圖11）。圖12為特性的雷達圖�？梢钥闯鲂麻_發的超薄型偏光板各項特性都非常出色。圖13為超薄型偏光板的第1批產品。

圖10：改善面板的曲翹

圖11：偏光板的厚度和生產效率走勢

圖12：偏光板特性的雷達圖

圖13：超薄型偏光板的第一批產品

6.結束語

此前的偏光板薄型化研發中，一直未能確立可同時實現高光學特性和低收縮力的生產工序。此次的開發和實用化是材料及工藝等是創新性技術開發的成果，受到了極大的好評。采用該偏光板的液晶顯示器在催生柔性顯示器等新產品方面被寄予厚望。

筆者推測，進行水中延展時，利用兵庫縣播磨科學公園都市內的大型同步輻射設施“Spring-8”現場觀察的結果對開發起到了作用。因為在檢索水中延展的論文時，出現了相關論文。另外，前年（2014年）設施公開時，Spring-8還為利用聚酰亞胺分析液晶配向機制發揮了作用。這讓筆者切身感覺到，Spring-8對身邊的研究主題做出了貢獻。

筆者十幾年前從事過偏光板In-cell化的研究開發，不過現在還沒有實現實用化。偏光板要想進一步實現薄型化，應該離不開In-cell化。