CN100572479C

CN100572479C - 胶材、利用此胶材贴合的偏振板及其制造方法

Info

Publication number: CN100572479C
Application number: CNB2006100908375A
Authority: CN
Inventors: 蔡政欣
Original assignee: Daxon Technology Inc
Current assignee: BenQ Materials Corp
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2026-06-26
Also published as: HK1114119A1; CN101096579A

Abstract

本发明提供一种用于贴合偏振板的胶材，包括聚乙烯醇水溶液，以及二羧酸，该二羧酸溶解于该聚乙烯醇水溶液中。本发明还提供一种利用上述胶材贴合的偏振板及其制造方法。

Description

胶材、利用此胶材贴合的偏振板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种胶材，特别地，涉及一种用于贴合偏振板的胶材及利用此胶材贴合的偏振板及其制造方法。

背景技术

在液晶显示器中，偏振片是不可或缺的构成组件之一，其用途是将原本不具偏振性的光线，使其产生偏振化，而转变成偏振光。液晶显示器就是利用该偏极光，加上液晶分子本身的扭转特性达到光线控制及色彩信号的呈现。近年来，随着液晶显示组件广泛应用在诸如文字处理器(word processor)、计算机屏幕、手机或液晶电视等各种电子设备中，偏振片的需求量也越来越大。

图1是通常的偏振板结构剖面示意图。偏振板10主要包含脱模膜12、感压胶层14、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)偏振基体层18、三醋酸纤维素(triacetyl cellulose，TAC)支撑膜16和20以及保护膜22。另外，为防止反射现象，偏振板表面会再进行特殊处理，例如加上一层抗眩(anti-glare)层或抗反射(anti-reflective)层。

目前，市场上的偏振板以碘类偏振板为主，该偏振板具有高光穿透性、高对比度及较广域波长的偏振特性，并且制造容易，价格也比较便宜。

以往制作碘类偏振板的方法是将聚乙烯醇(PVA)原料先经过泡水膨胀(swelling)、浸碘染色(dyeing)、再拉伸(re-stretching)等前处理步骤，形成上述具有偏振特性的PVA偏振基体层18。然后，使用经过特殊调配的接着剂将PVA偏振基体层18上下两面与经过碱液(氢氧化钠或氢氧化钾)皂化处理过的三醋酸纤维素(TAC)支撑膜16和20贴合。干燥后，在三醋酸纤维素(TAC)支撑膜16和20上贴合保护膜22，并通过涂布的感压胶层14贴合脱模膜12。

然而，前述聚乙烯醇(PVA)偏振基体层18为亲水性聚合物，并且需要通过拉伸制成，故在加湿条件下特别容易收缩，因此，必须通过接着剂贴合三醋酸纤维素(TAC)支撑膜16和20，以增加偏振板10的强度。近年来，由于越来越多的液晶显示器被应用在例如大型户外显示广告板、车辆、航空器、航海仪器以及卫星等方面，因此，使用者对偏振片在环境中的耐温性及耐湿性要求也日益严格，因此，要求偏振板即使在水汽凝结的加湿条件下，其特性、形状也不会变化，并具有优异的耐久性。

目前，用于贴合上述偏振基体层18和三醋酸纤维素(TAC)支撑膜16和20的接着剂，优选水性接着剂，例如由聚乙烯醇树脂溶解于水所得的水胶(hydrogel)。但聚乙烯醇水胶(polyvinyl alcohol，PVA)由于树脂本身为亲水性聚合物，故在加湿条件下，会在偏振基体层18和三醋酸纤维素(TAC)支撑膜16和20之间产生剥离，造成耐水性变差。

实际操作中，改善上述聚乙烯醇水胶耐水性的方式大致可以分为两种，第一种方式是对聚乙烯醇树脂进行化学修饰，以改善树脂本身的耐水性，例如对聚乙烯醇进行缩醛化、氨基甲酸酯化、醚化或接枝等方式。第二种则是添加具有官能基团的交联剂，来增加聚乙烯醇水凝胶和偏振基体层及三乙酸纤维素(TAC)支撑膜间的接着力，以增加耐水性。可以使用的交联剂，可以举出，例如：甲醛、乙醛、丙醛等单醛类，乙二醛、丙二醛、丁二醛等二醛类，乙二胺、六亚甲基二胺等二胺类，以及乙二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚等环氧类。

另外，也可以混合使用上述两种方式，例如日本专利2003-147358及台湾专利申请号93114753中公开的发明。首先，将聚乙烯醇树脂进行乙酰乙酰化，再配合使用交联剂(例如羧甲基三聚氰胺或乙二醛)改善水胶的耐水性。上述发明提供的方式虽然可改善水胶耐水性，但首先必须使聚乙烯醇树脂与乙酰基乙烯酮发生反应，以合成乙酰乙酰基聚乙烯醇，该工序会增加水胶制备的困难，其次，配制的水胶从调制到使用必须于最长4小时内使用完毕，否则容易凝胶化，造成储存及使用上的不便。

己二酸(adipic acid)为一种工业原料，主要用于尼龙(nylon)的制造，其结构中包含两末端的亲水性羧基，以及中央的疏水性碳链，结构式为HOOC(CH₂)₄COOH，可将其归类为二羧酸(dicarboxylic acid)的一种。其它常见的二羧酸例如草酸(oxalic acid)、丙二酸(malonic acid)、丁二酸(succinicacid)、戊二酸(glutaric acid)、己二酸(adipic acid)或庚二酸(pimelic acid)。

羧酸类化合物可以与醇类化合物反应，脱水后形成共价性酯键，此反应称为酯化反应，而形成的酯键从性质上来看是疏水性结构。二羧酸，特别是己二酸由于兼具亲水性羧基及疏水性碳链，因此经常被用于开发药用凝胶，或作为一般的热融胶或乳胶接着剂使用。由于己二酸带有碳原子数为4的中央疏水性碳链，在室温下不易溶解于纯水中，限制了其在水性接着剂中的应用，故一般以共聚物单体的形式使用，或应用于油性接着剂及乳胶接着剂中。

美国专利号4,172,824中公开了以对苯二甲酸(terephathalic acid)、己二酸(adipic acid)、乙二醇(ethyleneglycol)及1，4-丁二醇(1，4-butanediol)的共聚物作为热融胶(hot melt adhesive)的发明。美国专利号6,255,443中也公开了使用对苯二甲酸、己二酸及脂肪族二醇类(aliphatic diols)聚合物作为低熔点热融胶的发明。另外，美国专利号5,091,458公开了使用草酸(oxalic acid)作为添加剂掺杂于聚醋酸乙烯酯(polyvinyl acetate)中，作为木料接着用的“木胶”(wood glue)的发明，其中该木胶即为乳胶(emulsion)。

上述发明中，二羧酸用作共聚物的单体或用作乳胶的添加剂，且均存在于非水性环境中。综上所述，现有技术中并未公开使用二羧酸作为水性接着剂的添加剂，特别是作为聚乙烯醇水胶添加剂。

如背景技术所示，以往用于偏振板中的水性接着剂例如聚乙烯醇水胶，其耐水性差，因此必须通过修饰聚乙烯醇树脂本身或使用添加剂的方式来改善偏振板耐水性，但修饰聚乙烯醇树脂需要额外的工序，且保存时间短，故在使用上有诸多限制。

因此，有必要开发一种配制简便、耐水性优异、储存时间长且不易凝胶化的水性接着剂，用以制造耐水性优异的偏振板。

发明内容

本发明提供一种用于贴合偏振板的胶材，包括聚乙烯醇水溶液以及二羧酸，该二羧酸溶于该聚乙烯醇水溶液中。

本发明还提供一种偏振板，包括聚乙烯醇偏振基体层，以及至少一层保护层，并利用上述胶材将保护层贴合于该聚乙烯醇偏振基体层上。

本发明还提供一种偏振板的制造方法，包括提供聚乙烯醇偏振基体层，以及利用上述胶材将至少一层保护层贴合于该聚乙烯醇偏振基体层上。

下面，举出优选实施例，更为详细地说明本发明的目的和特征。

附图说明

图1是以往的偏振板结构的剖面示意图。

图2是本发明胶材与偏振基体及保护膜间形成共价酯键的情形。

符号说明

图1：

10～偏振板；

12～脱模膜；

14～感压胶层；

16、20～三醋酸纤维支撑膜；

18～聚乙烯醇偏振基体层；

22～保护膜。

图2：

30～聚乙烯醇偏振基体层；

32、34～三醋酸纤维保护层；

36～聚乙烯醇树脂；

38～己二酸；

40、42、44～同一表面上的酯键；

46、48～膜间的酯键。

具体实施方式

本发明提供一种用于贴合偏振板的胶材，包括聚乙烯醇水溶液以及二羧酸，并将该二羧酸溶解于该聚乙烯醇水溶液中。

上述聚乙烯醇在胶材中的重量百分比大致为1～10％，优选3～7％，最为优选4～6％。

上述二羧酸(dicarboxylic acid)并不限定于未取代或取代的二羧酸，也不限制碳原子数的多少，只要是可以通过醇类溶剂溶解于聚乙烯醇溶液的二羧酸即可。例如碳原子数为2～7的包括草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸或庚二酸等的二羧酸，优选己二酸。二羧酸的用量可根据聚乙烯醇的用量进行调整，以求平衡。当聚乙烯醇为100重量份时，二羧酸可以是20～60重量份，优选30～50重量份，最为优选40～50重量份。

上述胶材还可以含有醇类溶剂。使用醇类溶剂，可以克服碳原子数较高的二羧酸不易溶解的问题，同时，利用沸点较低的醇类溶剂与水互溶后会降低水沸点的特性，使水胶的溶剂系统沸点降低，从而使偏振板贴合后的烘干工序更容易去除水分，提供酯化反应的驱动力(driving force)。

上述醇类溶剂并不限于未取代或取代的醇类，也不限制碳原子数的多少，更不限制羟基数目，可以使用的醇类溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或异丁醇等。醇类溶剂在胶材中的比例没有特别的限定，通常为1～50wt％，优选20～40wt％，可以根据二羧酸种类及浓度的不同进行调整。

本发明胶材中还可以含有强质子酸。使用强质子酸的目的在于进一步提供酯化反应所需的催化剂，从而加速反应进行。可以使用的强质子酸没有特别的限定，通常使用盐酸、硝酸或硫酸等强酸。且强质子酸用量可以根据实际需求进行调整，通常为可以使胶材水溶液呈现pH值为1～5的使用量。

本发明还提供一种偏振板，包括聚乙烯醇偏振基体层以及至少一层保护层，利用上述胶材将保护层贴合于聚乙烯醇偏振基体层上。

上述保护层可由例如三醋酸纤维(triacetyl cellulose，TAC)、聚酯(polyester)、聚环烯烃聚合物(cycloolefin polymer，COP)、聚环烯烃共聚物(cycloolefin copolymer，COC)或聚冰片烯(polynorbomene)中的一种或多种等材质构成。另外，可以在保护层上进行涂布以形成具有特殊光学效果(例如广视角、抗眩、抗反射)的光学膜，还可以利用如感压胶等接着剂贴合单层或多层光学膜，例如脱模膜、补偿膜、增亮膜、抗反射膜或其组合。

本发明使用二羧酸作为交联剂以增进聚乙烯醇水胶的耐水性。其利用二羧酸两末端羧基，同时与偏振基体和保护层表面的羟基反应，在强质子酸催化下进行酯化反应，并用烘干工序去除水份而产生驱动力(driving force)，促使原本在水溶液中不易发生的酯化反应由于反应产物(水)被去除而迅速进行。

本发明与现有技术最大不同之处在于现有技术利用添加剂与聚乙烯醇树脂间的分子间作用力(一般为氢键)，或利用添加剂使聚乙烯醇树脂上的羟基形成半缩醛(hemiacetal)结构的方式来改进耐水性，而本发明则利用二羧酸分别在偏振基体及保护膜表面形成相对较强且不可逆的共价性酯键，增加疏水性，以提高偏振片耐水性。

图2说明胶材与偏振基体及保护膜间形成共价酯键的情形。图中以己二酸38作为交联剂。偏振基体层30、三醋酸纤维(TAC)保护层32和34及聚乙烯醇树脂链36表面皆带有可供己二酸38形成酯键的羟基，因此，己二酸38可形成四种类型的双酯键结构。为简洁起见，图中在各膜之间仅以一条聚乙烯醇树脂链36表示，实际上应为多条互相纠缠的聚乙烯醇树脂链。

由于双酯键结构40、42及44仅形成在同一表面上，因为对提升胶材的接着力并无帮助。图中可增加接着力并改善胶材耐水性的有效键合包括双酯键结构46及48。本发明中，二羧酸直接参与键合而提供接着力，并通过键合产生的酯键特性改善耐水性，这与以往添加交联剂的原理并不相同。

本发明还提供一种偏振板的制造方法，包括下列步骤：首先，提供聚乙烯醇偏振基体层，然后，利用上述胶材将至少一层保护层贴合在聚乙烯醇偏振基体层上，从而制作完成偏振板。

上述聚乙烯醇偏振基体层在贴合之前，可先经历数个加工步骤，例如先将聚乙烯醇膜置于水槽中进行膨润，的后，以含碘溶液对聚乙烯醇膜进行染色，然后，将聚乙烯醇膜置于含交联剂的拉伸槽中进行拉伸，然后，利用烘箱将其干燥。

上述含碘溶液以是包含碘分子和碘离子的水溶液，其中碘分子的重量百分比约为0.01～0.1％之间，碘离子的重量百分比约为0.1～10％之间。

上述交联剂可以是硼酸或四硼酸钠，其在拉伸槽药液中的重量百分比约为1～10％，优选2～5％。上述拉伸槽药液中除包含交联剂外，还可以含有碘化钾，其重量百分浓度约为1～10％，优选2～5％。

实施例

比较例1

首先，称取足量的聚乙烯醇粉末(商品名Z-2000，日本合成化学公司生产)，加热溶解于水中，制成9wt％的聚乙烯醇水溶液。于室温下缓慢冷却至50～60摄氏度后，添加足量纯水和甲醇并搅拌，配制成含4wt％聚乙烯醇树脂及30wt％甲醇的聚乙烯醇水溶液。接着，在搅拌状态下添加适量盐酸(1M)，以pH测定仪监控并持续添加至溶液pH值达到3为止。最后，将溶液冷却至室温，并用滤网滤除胶块，即制成含4％聚乙烯醇的水胶。

将聚乙烯醇膜置于水槽中进行膨润，接着，用含碘溶液对聚乙烯醇膜进行染色，然后，将聚乙烯醇膜置于含4％硼酸和4％碘化钾的拉伸槽中进行拉伸，从而制作完成拉伸的聚乙烯醇偏振基体层。

此偏振基体层经干燥后，利用上述制备的水胶与上、下两层经过皂化处理的三醋酸纤维素(TAC)薄膜贴合。待干燥(70摄氏度，6分钟)后，即制作完成偏振板。

实施例1

首先，称取足量的聚乙烯醇粉末(商品名Z-2000，日本合成化学公司生产)，加热溶解于水中，制成9wt％的聚乙烯醇水溶液。于室温下缓慢冷却至50～60摄氏度后，添加足量纯水和甲醇并搅拌，配制成含4wt％聚乙烯醇树脂及30wt％甲醇的聚乙烯醇水溶液。接着，在搅拌状态下添加适量盐酸(1M)，以pH测定仪监控并持续添加至溶液pH值达到3为止。然后，将溶液冷却至室温，并用滤网滤除胶块，制成4％的聚乙烯醇母液。

接着，称取适量的聚乙烯醇母液置于样品瓶中，然后，将与聚乙烯醇树脂相对重量比为100∶38的适量己二酸加入样品瓶中，于搅拌溶解后，即制成聚乙烯醇水胶。

此偏振基体层经干燥后，利用上述制备的水胶与上、下两层经过皂化处理的三醋酸纤维素(TAC)薄膜贴合。待烘干(70摄氏度，6分钟)后，即制作完成偏振板。

实施例2

接着，称取适量的聚乙烯醇母液置于样品瓶中，然后，将与聚乙烯醇树脂相对重量比为100∶50的适量庚二酸加入样品瓶中，于搅拌溶解后，即制成聚乙烯醇水胶。

实施例3

接着，称取适量的聚乙烯醇母液置于样品瓶中，然后，将与聚乙烯醇树脂相对重量比为100∶50的适量戊二酸加入样品瓶中，于搅拌溶解后，即制成聚乙烯醇水胶。

实施例4

接着，称取适量的聚乙烯醇母液置于样品瓶中，然后，将与聚乙烯醇树脂相对重量比为100∶50的适量丁二酸加入样品瓶中，于搅拌溶解后，即制成聚乙烯醇水胶。

实施例5

接着，称取适量的聚乙烯醇母液置于样品瓶中，然后，将与聚乙烯醇树脂相对重量比为100∶20的适量己二酸加入样品瓶中，于搅拌溶解后，即制成聚乙烯醇水胶。

实施例6

接着，称取适量的聚乙烯醇母液置于样品瓶中，然后，将与聚乙烯醇树脂相对重量比为100∶45的适量己二酸加入样品瓶中，于搅拌溶解后，即制成聚乙烯醇水胶。

实施例7

接着，称取适量的聚乙烯醇母液置于样品瓶中，然后，将与聚乙烯醇树脂相对重量比为100∶50的适量己二酸加入样品瓶中，于搅拌溶解后，即制成聚乙烯醇水胶。

实施例8

接着，称取适量的聚乙烯醇母液置于样品瓶中，然后，将与聚乙烯醇树脂相对重量比为100∶60的适量己二酸加入样品瓶中，于搅拌溶解后，即制成聚乙烯醇水胶。

耐水性测试

首先，将实施例1～8和比较例制作的偏振板中央部位切割成在偏振板吸收轴方向为50mm及在垂直于吸收轴方向为25mm的长方形测试片，并分别标号为测试片1～8及比较片。接着，将测试片1～8及比较片浸入60摄氏度的温水中进行耐水性测试。分别在1、2、3小时测定测试片端部的剥离量(mm)，结果记录于表1。

表1

如表1所示，在浸渍于60摄氏度的温水中后，由端部的剥离量可明显看出测试片1～8的耐水性优于比较片，显示本发明通过添加二羧酸形成酯键来增加偏振板耐水性的方式效果显著。另外，虽然测试片8出现有不规则剥离现象，然而，它在耐水性测试中的表现仍远优于比较片。

本发明的另一优点是，当采用碳原子数较少的二羧酸时，例如丙二酸(malonic acid)、丁二酸(succinic acid)或戊二酸(glutaric acid)，该二羧酸可以容易地被细菌降解，对环境不会造成污染，符合环保要求。

本发明利用二羧酸两个羧基分别与需要接着两表面的羟基反应产生酯键，以增加接着力并改善耐水性，故只要具有多个羟基的胶材及表面，皆可利用本发明来改善其界面间的接着力及耐水性，并不限于上述具体实施例。其它可举例的胶材如部分皂化的聚醋酸乙烯醇(partial saponofied polyvinylacetate)、直链淀粉(amylase)或多糖(oligosaccharide)，可以举出的表面如纸面、木质面、玻璃面或皮肤表面。

虽然本发明举出了优选的实施例来说明，然这些实施例并不能限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可以对本发明做适当的更改和改进，因此本发明的保护范围以权利要求中规定的保护范围为准。

Claims

1.一种用于贴合包括聚乙烯醇偏振基体层和至少一层三醋酸纤维素保护层的偏振板的胶材，该胶材包括：

聚乙烯醇水溶液；以及

二羧酸，所述二羧酸溶解于所述聚乙烯醇水溶液中。

2.按照权利要求1所述的用于贴合偏振板的胶材，其中所述聚乙烯醇的重量百分比为1～10％。

3.按照权利要求1所述的用于贴合偏振板的胶材，其中所述二羧酸的碳原子数为2～7。

4.按照权利要求1所述的用于贴合偏振板的胶材，其中所述二羧酸选自草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸或庚二酸中的一种或多种。

5.按照权利要求1所述的用于贴合偏振板的胶材，其中所述聚乙烯醇与二羧酸的重量比例为100∶20～100∶60。

6.按照权利要求1所述的用于贴合偏振板的胶材，其中所述聚乙烯醇与二羧酸的重量比例为100∶30～100∶50。

7.按照权利要求1所述的用于贴合偏振板的胶材，其中，所述胶材还包括醇类溶剂。

8.按照权利要求7所述的用于贴合偏振板的胶材，其中所述醇类溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或异丁醇中的一种或多种。

9.按照权利要求7所述的用子贴合偏振板的胶材，其中所述醇类溶剂的重量百分比为1～50％。

10.按照权利要求1所述的用于贴合偏振板的胶材，所述胶材中还含有强质子酸。

11.按照权利要求10所述的用于贴合偏振板的胶材，其中所述强质子酸选自盐酸、硝酸或硫酸中的一种或多种。

12.一种偏振板，包括：

聚乙烯醇偏振基体层；以及

至少一层三醋酸纤维素保护层，其特征在于，利用权利要求1～10中任一项所述的胶材将至少一层三醋酸纤维素保护层贴合于该聚乙烯醇偏振基体层上。

13.一种偏振板的制造方法，包括：

提供聚乙烯醇偏振基体层；以及

利用权利要求1～10中任一项所述的胶材将至少一层三醋酸纤维素保护层贴合于所述聚乙烯醇偏振基体层上。

14.按照权利要求13所述的偏振板的制造方法，其中所述聚乙烯醇偏振基体层为经过膨润、染色及拉伸后所形成的干燥薄膜。

15.按照权利要求14所述的偏振板的制造方法，其中所述薄膜用包含碘分子和碘离子的溶液进行染色。

16.按照权利要求15所述的偏振板的制造方法，其中所述薄膜在含有交联剂的拉伸槽中进行拉伸。

17.按照权利要求16所述的偏振板的制造方法，其中所述交联剂选自硼酸和/或四硼酸钠。