CN100399074C

CN100399074C - 偏光膜、偏光板及其制造方法

Info

Publication number: CN100399074C
Application number: CNB2006100050684A
Authority: CN
Inventors: 蔡政欣
Original assignee: Daxon Technology Inc
Current assignee: BenQ Materials Corp
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2026-01-17
Also published as: HK1106584A1; CN101004464A

Abstract

一种偏光膜的制造方法。首先，提供聚乙烯醇薄膜(PVA)在水中进行膨润；接下来，将聚乙烯醇薄膜置于染色溶液中进行染色及拉伸，其中该溶液包括碘、EDTA及钙离子。接着，将聚乙烯醇薄膜在延伸槽中进行延伸，其中延伸槽内含有交联剂；最后，经过烘干后可得到偏光膜，该偏光膜与至少一片保护层粘合后可得到偏光板。

Description

偏光膜、偏光板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种偏光膜及其制造方法，特别是涉及一种掺杂有碘的偏光膜及其制造方法，其中该偏光膜在染色时在染色液中添加EDTA及钙离子。

背景技术

当今，因为液晶显示器在许多应用方面的发展(例如：液晶监视器、行动电话、携带型计算机或液晶电视)，偏光膜的需求愈来愈大。但是，偏光膜仍然需要更进一步的改良，以得到较佳的偏光特性。并且，因为不同产品所需在不同环境的需求(例如GPS系统)，偏光膜需要更佳的耐环境特性。

偏光膜的制造方法包括：在未配向的聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，PVA)膜上吸附碘或双色性染料后实施拉伸的方法；或在聚乙烯醇膜事先实施拉伸配向之后，进行吸附碘或双色性染料的方法。在上述偏光膜中，在未配向的聚乙烯醇PVA膜上吸附碘是最常见的。其原因是未配向的聚乙烯醇PVA膜上吸附碘的偏光膜比较容易制造，且具有良好的光学特性。然而，所吸附的碘分子本身具有挥发特性，使偏光膜的表现很容易在热或湿的环境下衰退。

为了解决上述问题，Kokai在日本专利NO56-48601中提出一方法，其将吸附碘的偏光膜渗入钴离子。此外，Kokai在日本专利NO62-18030中将吸附碘的偏光膜渗入镍离子。美国专利第5071234号将吸附碘的偏光膜渗入锆和锰离子。上述方法均为在吸附碘的偏光膜渗入掺杂物，此方式对偏光膜对湿气及热的阻抗性有一定程度的改善，但是其无法改善偏光膜的光学特性及湿气和热的阻抗特性至预期程度。此外，在实际的制造过程中，很难精确地控制掺杂物的掺杂量，因此导致所生产的偏光膜质量不稳定。

发明内容

因此，根据上述问题，有鉴于此，本发明的目的在于提供偏光膜及其制造方法，其可改进偏光膜的偏光特性和对于湿和热的阻抗特性。

本发明提供一种偏光膜的制造方法。首先，提供聚乙烯醇薄膜(PVA)在水中进行膨润；接下来，将聚乙烯醇薄膜置于染色溶液中进行染色及拉伸，其中该溶液包括碘、EDTA及钙离子。接着，将聚乙烯醇薄膜在延伸槽中进行延伸，其中延伸槽内含有交联剂；最后，经过烘干后可得到偏光膜，该偏光膜与至少一片保护层粘合后可得到偏光板。

本发明提供一种偏光膜，包括聚乙烯醇PVA薄膜及位于PVA薄膜中的多个碘，其中微结构下较长多碘物链(polyiodide)的数目比较短多碘物链多。

本发明另提供一种偏光板。其结构包含聚乙烯醇PVA薄膜，以及位于聚乙烯醇PVA薄膜两面的两片三醋酸纤维素(TAC)薄膜，并通过粘合剂粘合成为三层膜结构的偏光板。其中聚乙烯醇PVA薄膜内包括多个碘，且微结构下较长多碘物链的数目比较短多碘物链多。

附图说明

图1绘示了本发明一实施例的偏光板的剖面图。

附图标记说明

102～偏光膜；104～三醋酸纤维素薄膜；

106～三醋酸纤维素薄膜。

具体实施方式

首先，将未配向的聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，PVA)膜置于水中膨润(swell)。之后，进行染色步骤，将膨润后的聚乙烯醇PVA膜置于包含[EDTA-钙离子]的碘溶液中。在此步骤中，聚乙烯醇PVA膜被拉伸，以吸附碘和配向。优选地，上述步骤的时间大于三分钟以得到较佳的染色效率。

准备上述包含[EDTA-钙离子]的碘溶液采用下列步骤：首先将EDTA粉末和适当钙盐溶解在碘化钾溶液中。接下来，进行搅拌以得到透明的溶液。之后，再将固体碘加入溶液中进行搅拌。此外，准备包含EDTA和钙盐的碘溶液亦可采用下列步骤：首先，将EDTA和钙盐溶解在水中以形成第一溶液。之后，将第一溶液和含碘分子的碘溶液混合，以形成第二溶液，其中该碘溶液另含有碘化钾。

在本发明一实施例所使用的螯合的EDTA可以为由游离态(freeform)EDTA、EDTA的单价金属盐类(monovalent metal salt)、EDTA的金属盐类水合物或EDTA的钙盐所提供。EDTA的单价金属盐类可例如为EDTA-4Na盐。在碘溶液中EDTA的浓度优选介于0.1wt％～5wt％。更优选地，EDTA的浓度优选介于0.5wt％～3wt％。

上述钙离子可以由EDTA的钙盐、含钙EDTA的钠盐或一般无机钙盐所提供。使用在本发明实施例的适当钙盐优选为水溶性的无机钙盐。举例来说，其可以为氯化钙、硝酸钙或碘化钙。优选地，本发明实施例使用的钙盐为硝酸钙。在本发明的一优选实施例中，调节溶液，使钙离子的摩尔浓度比EDTA的摩尔浓度大，以确保混合液可以有一致的[EDTA-Ca²⁺]络合物浓度。钙离子与EDTA的浓度并不限于孰大孰小。此外，钙离子的来源亦可以为EDTA的钙盐。将无机钙盐类直接溶解于碘溶液中，并且其后的添加亦可以采用相同方法。EDTA和钙离子浓度的络合滴定分析误差可低于1％。

本发明一实施例的方法与限于技术在吸附碘的偏光膜渗入金属离子的方式有所不同。现有技术的金属离子作为偏光膜的掺杂物，而本发明实施例的[EDTA-钙离子]络合物可作为多碘物链的载体。以下提供各离子的共价离子半径的比较数据：钙离子的共价半径为1.74埃；钴离子的共价半径为1.16埃；镍离子的共价半径为1.15埃；锰离子的共价半径为1.17埃；锆离子的共价半径为1.17埃。一般状况下，金属离子的离子半径与其共价半径不会有太大的差异，故可以其共价半径作为金属离子半径比较时的参考。因为EDTA对于二价金属离子具有很强的螯合能力，且钙离子具有相对较大的离子半径，故可减少钙离子掺杂入偏光膜中的几率。在碘溶液和[EDTA-钙离子]络合物混合之后，混合溶液所提供的多碘物(polyiodides)可渗入配向的PVA螺旋状结构中。并且，因为上述步骤的碘溶液和[EDTA-钙离子]络合物混合利用该络合物的结构增加多碘物链形成的机会(以下简称串接)，故可以得到较长多碘物链的微结构(例如可得到串接五个或是三个碘的多碘物链)，而此较长多碘物链的微结构渗入偏光膜中，其具有较强的附着及偏光能力。如此，在本发明的一优选实施例中，所形成的偏光膜中包括位于PVA薄膜中的多个碘，而其中微结构下较长多碘物链的数目比较短多碘物链多。微结构下较长多碘物链为三个或五个碘所串接的结构的碘。微结构下较短多碘物链为单个碘分子或碘离子。

由于本发明实施例所提供的[EDTA-钙离子]可将碘串接，形成较长多碘物链的微结构，而较长多碘物链的微结构在渗入偏光膜后，较不易渗出，可得到较佳的光学特性以及对湿和热的阻抗性，也因此可增加所形成的偏光膜的可靠度。此外，由于本发明实施例所提供的[EDTA-钙离子]络合物和含碘的PVA反应机制和现有技术不同，故本发明实施例所提供的偏光膜和制造方法，可通过调节EDTA及钙离子的量，以使掺入偏光膜的金属离子减少，而避免所产生的偏光膜质量不稳定的问题。

后续，进行再拉伸步骤，进一步拉伸染色后的聚乙烯醇PVA薄膜，并将染色后的聚乙烯醇PVA薄膜和交联剂反应。完成上述步骤后，最后拉伸后的聚乙烯醇PVA薄膜和最初未被拉伸后的聚乙烯醇PVA薄膜的拉伸比例约介于4～7，而交联剂优选为硼酸或四硼酸钠。最后经过干燥后完成本发明一实施例的偏光膜。

图1为本发明一实施例的偏光板的剖面图。请参照图1，经由上述实施例所制作的偏光膜102(聚乙烯醇PVA薄膜)，通过后续制程中使用的水胶(hydrogel)与经过皂化处理的三醋酸纤维素(TAC)薄膜104及106粘合，形成三层结构的偏光板。如此，形成本发明一实施例的偏光板。

该偏光板经由在三醋酸纤维素薄膜表面其中一面贴附保护膜(protective film)后，接着在三醋酸纤维素薄膜表面另外一面涂布感压胶(pressure sensitive adhesive)，并在感压胶面贴附离型膜(release film)，即成市售偏光板的标准结构。该偏光板另可通过适当的粘合剂(adhesive)或其它粘合方式与不同的光学膜粘合，例如延迟膜(retardation film)、反射板(reflective plate)及增亮膜(bright enhancement film)，而得到具有不同光学特性的偏光板。

以下提供一实施例及数个比较例，其中以光谱仪测量各例的光学特性，Y表示偏光膜的穿透率，而V表示偏光膜的偏光度。以下实施例和比较例除了用于染色的溶液(染色液)成分不同之外，其它步骤在相同的制程条件下进行，其中染色液中的金属离子浓度通过络合滴定方法，使各例溶液中的金属离子浓度调节到相似的摩尔浓度。其实验结果示于以下表一。

[实施例1]

首先，将PVA薄膜膨润，且之后在第一溶液中进行拉伸和染色，其中第一溶液包括碘溶液和1.0wt％的EDTA和0.5wt％的钙离子，其制程温度为25～35℃。EDTA和钙离子的来源为EDTA的钠盐和硝酸钙。之后，对染色的薄膜进行再拉伸，而其再拉伸倍率约为4.5倍。上述再拉伸的步骤在约5.5wt％的硼酸和约6.0wt％的碘化钾在约50℃下进行。接下来，将偏光膜烘干，并且通过水胶，将经过皂化处理的三醋酸纤维素(triacetyl cellulose，TAC)薄膜粘合在偏光膜的两面，以提供保护，由此形成三层结构的偏光板。之后，在75℃，90％的相对湿度下，进行8小时的可靠度测试。

[比较例1]

首先，将PVA薄膜膨润，且之后在第一溶液中进行拉伸和染色，其中第一溶液包括碘溶液和0.74wt％的钴离子，其制程温度为25～35℃。钴离子的来源为含六个结晶水的氯化钴。之后，对染色的薄膜进行再拉伸，而其再拉伸倍率约为4.5倍。上述再拉伸的步骤在约5.5wt％的硼酸和约6.0wt％的碘化钾在约50℃下进行。接下来，将偏光膜干燥，并且通过水胶，将经过皂化处理的三醋酸纤维素薄膜粘合偏光膜的两面，以提供保护，由此形成三层结构的偏光板。之后，在75℃，90％的相对湿度下，进行8小时的可靠度测试。

[比较例2]

首先，将PVA薄膜膨润，且之后在第一溶液中进行拉伸和染色，其中第一溶液包括碘溶液和0.68wt％的锰离子，其制程温度为25～35℃。锰离子的来源为含四个结晶水的氯化锰。之后，对染色的薄膜进行再拉伸，而其再拉伸倍率约为4.5倍。上述再拉伸的步骤在约5.5wt％的硼酸和约6.0wt％的碘化钾在约50℃下进行。接下来，将偏光膜干燥，并且通过水胶，将经过皂化处理的三醋酸纤维素薄膜粘合在偏光膜的两面，以提供保护，由此形成三层结构的偏光板。之后，在75℃，90％的相对湿度下，进行8小时的可靠度测试。

[比较例3]

首先，将PVA薄膜膨润，且之后在碘溶液中进行拉伸和染色。之后，对染色的薄膜进行再拉伸，而其再拉伸倍率约为4.5倍。上述再拉伸的步骤系在约5.5wt％的硼酸和约6.0wt％的碘化钾在约50℃下进行。接下来，将偏光膜干燥，并且通过水胶，将经过皂化处理的三醋酸纤维素薄膜粘合在偏光膜的两面，以提供保护，由此形成三层结构的偏光板。之后，在75℃，90％的相对湿度下，进行8小时的可靠度测试。

表1

由以上表1的实验结果可得到，本发明的实施例所形成的偏光膜及/或偏光板可得到较高的偏光度，亦即具有较佳的偏光特性。此外，本发明的实施例所形成的偏光膜在可靠度测试后具有较低的穿透率和偏光度变化(ΔY、ΔV)，亦即具有较佳的耐热和耐湿特性。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围应以所附权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种偏光膜的制造方法，包括：

提供聚乙烯醇PVA薄膜；

膨润该聚乙烯醇PVA薄膜；

将该聚乙烯醇PVA薄膜置于溶液中进行染色及拉伸，其中该溶液包括碘、碘化钾、EDTA及钙离子；及

进行再拉伸步骤，进一步拉伸染色后的聚乙烯醇PVA薄膜，并同时将染色后的聚乙烯醇PVA薄膜和交联剂反应。

2.如权利要求1所述的偏光膜的制造方法，其中所述EDTA由游离态EDTA、EDTA的单价金属螯合盐类、EDTA的金属盐类水合物或EDTA的钙盐所提供。

3.如权利要求1所述的偏光膜的制造方法，其中所述EDTA的浓度介于0.1wt％～5wt％。

4.如权利要求1所述的偏光膜的制造方法，其中所述钙离子由EDTA的钙盐、含钙EDTA的钠盐或一般无机钙盐所提供。

5.如权利要求4所述的偏光膜的制造方法，其中所述无机钙盐包括氯化钙、硝酸钙、碘化钙，以及其它水溶性无机钙盐。

6.如权利要求1所述的偏光膜的制造方法，其中再拉伸步骤后的聚乙烯醇PVA薄膜和在拉伸及再拉伸步骤之前、未被拉伸的聚乙烯醇PVA薄膜的拉伸比例介于4～7。

7.一种偏光膜，包括：

聚乙烯醇PVA薄膜；及

位于该PVA薄膜中的多个碘，其中该多个碘中，微结构下较长多碘物链的数目比较短多碘物链的数目多，其中所述微结构下较长多碘物链为三个或五个碘原子或碘离子所串接的结构，且所述微结构下较短多碘物链为单个碘分子或碘离子。