CN101003712A - 粘合剂组合物、支撑片材的前处理方法、及使用其所得的偏光板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粘合剂组合物，包括50至99重量份的水性溶剂、0.5至10重量份的聚乙烯醇、及0.01至2重量份的R¹Si(OR²)₃及其衍生物，其中R¹为具有交联性官能团的烃基，及各R²相同或不相同，为氢原子或烃基。本发明还涉及一种支撑片材的前处理方法，该方法使支撑片材表面具有硅氧基，可配合粘合剂组合物用于偏光板的制造。

Description

粘合剂组合物、支撑片材的前处理方法、及使用其所得的偏光板

技术领域

本发明涉及一种粘合剂组合物，特别是涉及一种使用于偏光板制程的粘合剂组合物、支撑片材的前处理方法、使用其所制得的偏光板。

背景技术

在液晶显示器中，往往在液晶面板的两侧玻璃基板外侧表面上配置偏光板。一般而言，偏光板以使用碘系偏光膜与染料系偏光膜为主，例如，由聚乙烯醇薄膜浸染碘或是二色性高分子所构成。

图1显示现有的偏光板10的剖面结构，其主要包含有离形膜12、感压胶层14、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，以下简称为PVA)偏光基体层18、三醋酸纤维素(tri-acetyl cellulose，以下简称为TAC)支撑膜16与20，以及保护膜22。有时候，为了防止反射现象，偏光板表面还会再予以特殊处理，例如加上一层抗炫(anti-glare)层、抗反射(anti-reflection)层，或者硬化(hard-coating)层。目前，市场上的偏光板仍以碘系偏光板为主流，这是因为碘系偏光板具有高透光性、高对比，且具有较广区域波长的偏光特性，而且其制造上较为容易，相对也使其价格较为便宜。

现有技术制作碘系偏光板的方法乃是先将聚乙烯醇(PVA)膜片原料先经过泡水膨胀(swelling)、浸碘染色(dyeing)、再延伸(re-stretching)等前处理步骤，形成前述具有偏光特性的PVA偏光基体层18之后，再使用以聚乙烯醇为主剂的粘合剂，添加交联剂进行交联，形成粘着层，将PVA偏光基体层18的上、下两面与经过碱液(氢氧化钠或氢氧化钾)皂化处理过的TAC支撑膜16及20层合(lamination)，经过干燥后，再于TAC支撑膜16上涂布感压胶14并贴以离形膜12，成为偏光板。另外为了避免偏光板表面的刮伤，会在TAC支撑膜20上贴附保护膜22等。如图2所示，在PVA偏光基体层18与TAC支撑膜16或20之间，通过与粘着层24彼此以氢键键结，互相粘着。然而，此现有的粘着方式，不具耐水性与耐高温性。

因此，由于现有使用碘系偏光膜的偏光板不具耐高温及高湿特性，对于一些特殊的液晶显示器，例如航空器、航海、车用液晶显示器、及大型户外液晶显示器，并不适用。所以这些须耐高温与高湿的特殊用途的液晶显示器，大多使用价格昂贵的二色性高分子的偏光薄膜。

因此，研发一种具有更佳耐水性的偏光板，尤其是使用碘系偏光膜的偏光板是有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种粘合剂组合物，其能够有效层合偏光板中的偏光子与支撑片材，使具有良好的耐湿性与耐高温性。

本发明的另一目的是提供一种支撑片材的前处理方法，搭配本发明的粘合剂组合物使用，能有效地与偏光子层合，制得具有良好耐湿性与耐高温性的偏光板。

本发明的粘合剂组合物包括50至99重量份的水性溶剂、0.5至10重量份的聚乙烯醇、及0.01至2重量份的R¹Si(OR²)₃或其含硅衍生物，其中R¹为具有交联性官能团的烃基，及各R²相同或不相同，为氢原子或烃基。

本发明支撑片材的前处理方法包括将支撑片材置于40至70℃下的强碱溶液(如氢氧化钠或氢氧化钾)中进行皂化处理；将支撑片材置于10至90℃下的硅酸盐(如硅酸钠或硅酸钾)或其相关的含硅衍生物溶液中进行反应，由此在支撑片材表面生成硅氧键结；及将支撑片材上的上述溶液中的溶剂去除的步骤。

可依据本发明的粘合剂组合物或支撑片材的前处理方法的具体实施例，进一步制得粘合片或偏光板，这些亦在本发明的范畴中。

本文中所称的“偏光子”，指偏光板各层中具有偏光功能的膜层，例如碘系偏光薄膜或二色性高分子偏光薄膜。

利用本发明进行偏光板的制造，可具有下列优点及功效：减少现有水分散型粘合剂的聚乙烯醇粉粒的用量、能够增加制得的偏光板的耐水特性、并不会增加前处理制程的困难性、支撑片材的接触角与现有的前处理制程后的接触角相同。

附图说明

图1显示现有的偏光板10的剖面结构示意图。

图2显示现有在PVA偏光基体层与TAC支撑膜之间以粘着层彼此粘着的示意图。

图3显示依据本发明的一具体实施例的支撑片材前处理的流程示意图。

图4显示经过前处理的TAC表面具有硅氧键与硅醇(R¹Si(OH)₃)形成网状硅氧共价键的示意图。

图5显示PVA偏光基体层及经皂化处理与表面改性的TAC膜分别与本发明的粘合剂组合物互相键结而粘合的示意图。

图6显示利用本发明的粘合剂组合物及支撑片材的前处理方法进行偏光板的制造流程示意图。

附图标记说明

10：现有的偏光板

12：离型膜

14：感压胶层

16：TAC支撑膜

18：PVC偏光基体层

20：TAC支撑膜

22：保护膜

24：现有的粘着层

30：支撑片材

31：皂化步骤

32：强碱溶液

33：与硅酸盐进行作用

34：硅酸盐溶液

35：干燥步骤

36：含硅的皂化支撑片材

38：本发明的粘合剂组合物所形成的层

50：未延伸PVA膜

52：纯水

53：泡水膨胀处理后的PVA膜

54：含碘溶液配方

55：浸染处理过的PVA膜

56：交联剂配方

57：经过延伸制程的PVA膜

58：含硅的皂化TAC膜

59：层合的TAC薄膜-PVA膜-TAC薄膜

60：偏光板

102：泡水步骤

104：浸染步骤

106：延伸步骤

108：层合步骤

110：干燥步骤

具体实施方式

本发明的粘合剂组合物，包括约50至99重量份的水性溶剂、约0.5至10重量份的聚乙烯醇、及约0.01至2重量份的R¹Si(OR²)₃或其含硅衍生物，其中R¹为具有交联性官能团的烃基，及各R²相同或不相同，为氢原子或烃基。因此，本发明的粘合剂组合物的主要特征是包括含硅成分。

本发明的粘合剂组合物为水分散型，使用水性溶剂，可列举有：水或醇类等水性溶剂。

可使用的聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)可为在现有水分散型粘合剂中使用的聚乙烯醇，例如，重均分子量为50,000至150,000，优选70,000至110,000的聚乙烯醇。聚乙烯醇可为粉末状原料，在制造本发明的粘合剂组合物时，再使其溶解于水性溶剂中。

可使用的R¹Si(OR²)₃，为一种三烷氧基硅烷。其中，R¹为具有交联性官能团的烃基，例如优选为具有2至4个碳原子的烷基、烯基或炔基。交联性官能团可列举有环氧基、乙烯基、炔基、甲基丙烯基、胺基或卤基(例如氯、碘、及溴基)。各个R²可相同或不相同，为氢原子或烃基，例如具有1至4个碳原子的烷基、具有2至4个碳原子的烯基或炔基。各烃基并不局限于碳原子个数，只要是市售可得或可制得的，碳链长度不致使得所得的粘着层性质不堪使用，均可采用。

本发明的粘合剂组合物，可作为偏光板制程中将偏光子与支撑片材粘着时所使用的粘合剂。值得注意的是，在使用本发明的粘合剂组合物粘合偏光子与支撑片材时，支撑片材必须事先进行皂化的前处理程序，使表面改性，如此有更佳的层合效果。偏光子可列举有PVA偏光基体层或二色性高分子偏光膜。支撑片材可列举有TAC支撑膜。

在本发明中，使用TAC膜做为支撑片材时，其皂化前处理程序的步骤与现有的TAC皂化技术大致相同。但是，现有的TAC皂化技术仅使用强碱溶液(例如氢氧化钠或氢氧化钾溶液)使TAC表面具氢氧基，而为亲水性，促使TAC膜与经过浸染拉伸过的PVA薄膜利用PVA水凝胶而层合。而在本发明中，则在支撑片材的强碱皂化过程后，在另外添加硅酸盐的溶液中，对经过强碱溶液皂化处理后的支撑片材TAC表面进行进一步地改性。使用的硅酸盐例如，硅酸钠(俗称水玻璃)或硅酸钾。水玻璃通常是硅石(SiO₂)溶解于浓氢氧化钠溶液中的形式。

皂化的温度可在40至70℃之间，与硅酸盐作用的温度可在10至90℃之间。

硅酸盐浓度太高时，自然形成沉淀，浓度太低时，支撑片材表面获得改性的面积有限，优选在0.1至3重量％范围内，更优选为1重量％，基于处理液的重量，以100重量％计。

请参考图3的支撑片材前处理的流程示意图。使支撑片材30在强碱溶液32中进行皂化步骤31，再经过硅酸盐溶液34，使支撑片材表面与硅酸盐进行作用33，然后进行去除溶剂的干燥步骤35，制得含硅的皂化支撑片材36。

图3显示使用位于不同反应槽的强碱溶液与硅酸盐溶液。但是，优选使支撑片材表面与硅酸盐的作用在强碱皂化的同时进行，因此所使用的强碱溶液与硅酸盐溶液可同时存在于一反应槽，均可达到使支撑片材表面形成硅氧键结的目的，如图4中箭头左方的TAC膜表面的示意图，以便后续使用本发明粘合剂组合物的层合制程。

在使用本发明的粘合剂组合物作为粘合剂以进行偏光子(例如PVA偏光基体层)与支撑片材(TAC膜)层合时，步骤如下所述：

首先，调制本发明的粘合剂组合物，即，将聚乙烯醇粉粒溶于水中后，加入三烷氧基硅烷(R¹Si(OR²)₃)。接着，在室温下加入添加剂(例如交联剂，用量为约0.01至2重量％)，及调整pH值，例如添加盐酸，使pH值为微酸性，例如为约2至5，优选介于约3.5至4.5之间。三烷氧基硅烷在微酸环境中会水解产生硅醇，如下列式(I)所示：

R¹Si(OR²)₃+H₂O→R¹Si(OH)₃+3R²OH    式(I)

然后，使用本发明的粘合剂组合物将经过前处理的支撑片材(例如TAC膜)与偏光子(例如浸染拉伸后的PVA膜)层合。因为经过前处理的TAC膜表面具有硅氧键，所以能够与硅醇(R¹Si(OH)₃)形成网状硅氧共价键，如图4中箭头右方的TAC膜表面所示。再经过粘合剂中少量的PVA水凝胶、交联剂、与R¹基上的交联性官能团的作用，使TAC膜与PVA膜形成极佳的粘合，而提高耐水性与耐高温性。层迭的部分结构如图5所示，其显示PVA偏光基体层18及含硅的皂化TAC膜36分别与粘着层38互相键结而粘合。

下列叙述利用本发明的粘合剂组合物及支撑片材的前处理方法进行偏光板的制造，如图6所示。首先，进行步骤102的泡水膨胀(swelling)，先将未延伸(un-stretched)PVA膜50浸泡在纯水52中，前述的未延伸PVA膜50可以购自Kuraray公司。

经过泡水膨胀处理后的PVA膜53随即进行步骤104的浸染(dyeing)，在含碘溶液配方54中浸泡，使PVA膜53吸附碘。含碘溶液配方54包含有分子碘(iodine)以及碘化钾(potassium iodide)，其中碘的重量百分比浓度约为0.01重量％至0.5重量％左右。

经过浸柒处理过的PVA膜55随即进行步骤106的延伸(stretching)，也就是PVA膜的延伸制程。一般会使PVA膜55在含有硼酸(boric acid)以及碘化钾的交联剂配方56中进行膜的单轴性延伸(uniaxially stretching)。其中，硼酸的重量百分比浓度约为1重量％至10重量％左右。根据本发明的优选实施例，PVA膜的总延伸率(total stretching ratio)约为4倍到7倍之间。

接着，进行步骤108的层合(lamination)，使经过延伸制程的PVA膜57与经过硅酸盐及强碱皂化前处理过的TAC薄膜58，利用本发明的粘合剂组合物层合，形成三层膜(TAC-PVA-TAC)层合结构。

最后，进行步骤110的干燥，将层合的TAC薄膜-PVA膜-TAC薄膜59施以干燥处理，例如使用80℃的温度干燥，制得偏光板60。

此外，为了增加偏光板的功能性，可在TAC薄膜上涂布例如液晶配向层、保护层、抗炫层、抗反射层或者是耐刮伤防污处理层等等。

以下，特列举多个实施例，详细说明本发明的粘合剂组合物的制造及使用于偏光板的情形。各组成成分皆可以一般方法配制或市售产品购得。

实施例

实施例1

在浓度为10重量％的氢氧化钠溶液中添加硅酸钠水溶液，使硅酸钠浓度为1重量％，形成前处理液。将TAC膜放置于50℃的前处理液中，进行皂化处理后烘干。

另外，调制水分散型添加剂，以重均分子量为50,000至110,000的PVA粉粒溶于水，浓度为2.5重量％，添加3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane，Dow Corning公司制造，产品编号：Z-6040)(使浓度为0.6重量％)。在室温下添加交联剂(使浓度为1.5重量％)及0.1N盐酸(使浓度为1％)。搅拌至少15分钟。

进行偏光板层合制程，将TAC膜与浸染拉伸后的PVA膜经由上述水分散型粘合剂层合，形成TAC膜-PVA膜-TAC膜，以80℃烘干，获得偏光板。

实施例2

如实施例1的相同方式制造偏光板，但以3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(3-methacryloxypropyltrimethoxysilane，Dow Corning公司制造，产品编号：Z-6030)取代产品编号：Z-6040的使用。

比较例1

以浓度为10重量％的氢氧化钠溶液做为前处理液。将TAC膜放置于50℃的前处理液中，进行皂化处理后烘干。

另外，调制水分散型添加剂，以重均分子量为50,000至110,000的PVA粉粒溶于水，浓度为2.5重量％，添加3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(glycidoxypropyltrimethoxysilane，Dow Corning公司制造，产品编号：Z-6040)(使浓度为0.6重量％)。在室温下添加交联剂(使浓度为1.5重量％)及0.1N盐酸(使浓度为1％)。搅拌至少15分钟。

进行偏光板层合制程，将TAC膜与浸染拉伸后的PVA膜经由上述水分散型粘合剂层合，形成TAC膜-PVA膜-TAC膜，以80℃烘干。

比较例2

如比较例1的相同方式制造偏光板，但不使用3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷，并且，将PVA粉粒用量增加为溶于水后浓度为4.5重量％。

将上述实施例1至2及比较例1至2所得的偏光板进行耐湿性测验，使偏光板浸入50℃的纯水中观察剥离的状况，结果如下列表1显示。

表1

	实施例1	实施例2	比较例1	比较例2
					50℃浸水测试	＞72小时O.K.	＞72小时O.K.	1小时剥离	4至5小时边缘轻微剥离

由表1可知，依据本发明的实施例1及2所获得的偏光板在50℃下浸水72小时以上，仍未剥离。反之，比较例1未依据本发明进行TAC的前处理，比较例2为现有的制程，未依据本发明进行TAC的前处理，且未使用本发明的粘合剂组合物，可知比较例1及2所获得的偏光板的耐水性均差。

与现有技术比较，本发明所披露的含硅水分散型粘合剂组合物及含硅相关前处理制程，可达到下列功效：

1.减少现有水分散型粘合剂的聚乙烯醇粉粒的用量。从比较例2可知，即便使用聚乙烯醇粉粒量达4.5重量％，效果仍比不上实施例1和实施例2。

2.由比较例1可得知，单独使用本发明的含硅水分散型粘合剂，而未进行TAC的含硅的前处理，效果不如预期，并不能增加偏光板的耐水特性。

3.在含硅的前处理制程中，仅须在现有的强碱槽中加入硅酸钠水溶液，并不会增加前处理制程的困难性。

4.用含硅的前处理制程所产生的TAC膜的接触角与现有的前处理制程后的接触角相同，均小于20°。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依照本发明权利要求范围所做的等同变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种粘合剂组合物，包括：

50至99重量份的水性溶剂；

0.5至10重量份的聚乙烯醇；及

0.01至2重量份的R¹Si(OR²)₃或其衍生物，其中R¹为具有交联性官能团的烃基，且各R²相同或不相同，为氢原子或烃基。

2.如权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述交联性官能团为环氧基、乙烯基、甲基丙烯基、胺基或卤基。

3.如权利要求1所述的粘合剂组合物，进一步包括0.01至2重量份的交联剂。

4.如权利要求1所述的粘合剂组合物，在使用时，进一步包括酸，其量使得该粘合剂组合物的pH值为2至5。

5.一种粘着片，其特征为在基材片的至少一面上设有如权利要求1所述的粘合剂组合物所形成的层。

6.一种偏光板，其特征为：在片板状光学构件的至少一面上设有如权利要求1所述的粘合剂组合物所形成的层。

7.一种支撑片材的前处理方法，包括：

(a)将支撑片材置于40至70℃下的强碱溶液中进行皂化处理；

(b)将该支撑片材置于10至90℃下的硅酸盐或其相关的含硅衍生物溶液中进行反应，由此在该支撑片材表面生成硅氧键结；及

(c)将该支撑片材上的上述溶液中的溶剂去除。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述强碱溶液与所述硅酸盐或其相关的含硅衍生物溶液可存在于相同或相异的反应槽中。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述支撑片材包括三醋酸纤维素膜。

10.一种偏光板，包括：

偏光子；及

设于该偏光子的至少一面上的支撑片材，该支撑片材通过如权利要求7所述的方法进行前处理。

11.如权利要求10所述的偏光板，进一步包括如权利要求1所述的粘合剂组合物所形成的层，该层设于支撑片材与偏光子之间。

12.如权利要求10所述的偏光板，其中，所述偏光子包括碘系偏光薄膜或二色性高分子偏光薄膜。

Images