CN101868510A - 包括抗静电涂层的偏光膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包括抗静电涂层的偏光膜。所述涂层包含掺杂有聚苯乙烯磺酸酯(PSS)的聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)、可固化树脂、羟基丙酸酯化合物、纤维素化合物和光聚合引发剂。所述涂层与三乙酰纤维素膜和压敏粘合剂(PSA)层具有良好的粘合。偏光膜在透光度、表面电阻和抗湿性方面是有利的。使用偏光膜可防止液晶显示器(LCD)与静电相关的故障。

Description

包括抗静电涂层的偏光膜
技术领域
本发明涉及包括抗静电涂层(本文也简称为“抗静电层”或“涂层”)的偏光膜，更具体地，涉及包括能够有效地防止静电产生且与作为树脂基膜的三乙酰纤维素膜和压敏粘合剂(PSA)层的粘合良好的抗静电涂层的偏光膜，其中抗静电涂层形成在三乙酰纤维素膜的与作为偏光片的聚乙烯醇(PVA)膜结合的表面相反的表面上，即形成在涂布压敏粘合剂的表面上。
背景技术
常规偏光膜基本上包括由聚乙烯醇构成的膜状偏光片和结合到此偏光片两个表面上的纤维素树脂膜，且通常具有多层结构，其中保护膜粘附到其中一个树脂膜上以保护树脂膜的表面在运输期间免受损坏，且压敏粘合剂层和离型膜依次层压在另一树脂膜上。此偏光膜被用作液晶显示器(LCD)的重要元件。
偏光膜在各种环境条件下的高可靠性和耐久性通过偏光片和树脂膜间的牢固粘合来实现。为了更好的粘合性，首先用碱溶液使作为树脂膜的三乙酰纤维素膜的表面经历皂化，且将偏光片通过如聚乙烯醇粘合剂等适合的粘合剂粘合到树脂膜之间。
然而，在运行安全性和环境保护方面，用高浓度碱溶液进行皂化并不令人满意。此外，碱处理使得树脂表面亲水，大大降低了树脂膜的接触角。而且，具有疏水树脂的树脂膜的表面处理导致膜的粘合强度降低。
在皂化前可对树脂膜表面进行抗静电处理或涂布硬膜，以对偏光膜提供功能性。在此情况下，树脂膜的表面在皂化期间被碱溶液溶解，或者抗静电或涂覆效果微乎其微。
另一方面，当从偏光膜中去除离型膜以通过压敏粘合剂层将偏光膜与LCD表面附着时，或者当从偏光膜上剥离保护膜时，会产生损害偏光膜的静电。而且，存在于偏光膜组成层中的杂质会在LCD屏幕上留下污点，阻碍LCD的正常功能或在驱动期间引起LCD的故障。特别是在驱动期间，LCD多层组成层的任何一层中产生静电或存在杂质都会增加损坏LCD整体结构的风险。
已提出的防止偏光膜中产生静电的一些技术是关于在三乙酰纤维素膜上形成导电层，使用导电压敏粘合剂或导电粘合剂，形成导电保护层。然而，基于这些技术的偏光膜具有不够令人满意的光学性质(如低透光度)和较差的粘合性。而且，热和湿气会不利地影响偏光膜的性能，或者造成偏光膜发泡。出于这些原因，这些偏光膜尚未投入实际应用。已提出了另一建议，当在三乙酰纤维素膜上形成导电层时，将表面活性剂涂布在三乙酰纤维素膜上。然而，此方法的问题在于，抗静电性质充分取决于湿度，且在低湿度下不能胜任。
发明内容
本发明针对现有技术的问题而做出，且本发明的目的是提供一种包括抗静电涂层高质量偏光膜，所述抗静电涂层与作为树脂基膜的皂化或未皂化的三乙酰纤维素膜和压敏粘合剂(PSA)层具有良好的粘合，还具有高透光度、低表面电阻和高抗湿性，其中所述涂层形成在所述三乙酰纤维素膜的与作为偏光片的聚乙烯醇(PVA)膜结合的表面相反的表面上，以解决在与LCD附着时或LCD驱动期间由静电产生所引起的各种问题。
根据本发明的一个方面，提供一种偏光膜，包括偏光片、作为基膜的树脂膜和抗静电涂层，其中所述抗静电涂层包含导电聚合物、可固化树脂、羟基丙酸酯化合物、纤维素化合物和光聚合引发剂。
在一个实施方式中，所述抗静电涂层包含0.001～20wt％的导电聚合物、1～80wt％的可固化树脂、1～60wt％的羟基丙酸酯化合物、0.1～40wt％的纤维素化合物和0.1～20wt％的光聚合引发剂。
在一个实施方式中，所述抗静电涂层形成在与作为偏光片的聚乙烯醇(PVA)膜结合表面相对的作为树脂膜的三乙酰纤维素膜的表面上，即形成在涂布压敏粘合剂的三乙酰纤维素膜的表面上。
根据本发明偏光膜的抗静电涂层与作为基膜的三乙酰纤维素膜和压敏粘合剂(PSA)层具有良好的粘合。
此外，本发明的偏光膜在透光度、表面电阻和抗湿性方面是有利的，因此适用于大屏幕TV的LCD。
此外，当去除附着到压敏粘合剂涂布到抗静电涂层上形成的PSA层的离型膜以将偏光膜与LCD附着时，以及从偏光膜上去除附着到未经抗静电处理的三乙酰纤维素膜相对的保护层时，本发明的偏光膜不产生静电。因此，本发明的偏光膜解决了与静电有关的问题。例如，本发明的偏光膜不在LCD屏幕上留下污点，且不会在驱动期间引起LCD故障。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的偏光膜的截面示意图。
具体实施方式
现将更详细地描述本发明的示例性实施方式。
本发明提供了一种包括偏光片、作为基膜的树脂膜和抗静电涂层的偏光膜，其中抗静电涂层包含导电聚合物、可固化树脂、羟基丙酸酯化合物、纤维素化合物和光聚合引发剂。
以下将说明抗静电涂层的各组分。
导电聚合物
导电聚合物优选为将水溶性聚乙烯二氧噻吩作为噻吩聚合物。更优选地，导电聚合物为具有150,000～2000,000分子量且掺杂有掺杂剂聚苯乙烯磺酸酯(PSS)的聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)。聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)易溶于水且对热、湿气和紫外线高度稳定。本文所用术语“PEDOT”是指掺杂有PSS的一类。
基于用于形成抗静电涂层的组合物(下文简称为“抗静电涂层组合物”)中全部组分的总重量，PEDOT的含量是0.001～20wt％，优选0.1～10wt％。使用含量小于0.001wt％的PEDOT会不合乎需要地增加涂层的表面电阻率超过1014Ω/□，该值对应于商购导电薄膜所允许的最低导电率。使用含量大于20wt％的PEDOT会使涂层充分导电，但会增加涂层厚度，从而导致在亮度和颜色方面较差的光学性质，降低涂层与三乙酰纤维素基膜的粘合，且难以获得均匀的涂层厚度。
在涂层形成中，加入水溶液形式的PEDOT。优选将PEDOT水溶液的固含量调节至1.2～1.5wt％，以保持PEDOT在水中的溶解度为最佳标准。为了易于涂覆，可将PEDOT水溶液分散在如水和/或醇等与PEDOT水溶液高度混溶的高介电常数溶剂中。
PEDOT分散的代表性实例为目前可从德国H.C.Starck公司商购的Baytron PH，等级500(1.3～1.5wt％水溶液)。
可固化树脂
作为可固化树脂，可使用分子量相对较低的具有丙烯酸酯基团的树脂，如聚酯树脂、聚醚树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、烷基树脂、螺缩醛树脂(spiroacetal resin)、聚丁二烯树脂、聚硫醇多烯树脂(polythiolpolyene resin)或多官能化合物(如多元醇)的(甲基)丙烯酸酯树脂。
适用于本发明的可固化树脂的具体实例包括但不限于乙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，6-己二醇(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、多元醇聚(甲基)丙烯酸酯、双酚A-二缩水甘油醚的二(甲基)丙烯酸酯、可通过多元醇、多元羧酸和/或其酸酐以及丙烯酸的酯化获得的聚酯(甲基)丙烯酸酯、聚硅氧烷聚丙烯酸酯、聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四甲基丙烯酸酯和丙三醇三甲基丙烯酸酯。氟化的环氧丙烯酸酯或氟化的烷氧基硅烷也可用作可固化树脂，其具体实例包括甲基丙烯酸-2-(全氟癸基)乙基酯、3-全氟辛基-2-羟丙基丙烯酸酯、3-(全氟-9-甲基癸基)-1，2-环氧丙烷、(甲基)丙烯酸-2，2，2-三氟乙基酯、(甲基)丙烯酸-2，2，2-三氟甲酯和(甲基)丙烯酸-3，3，3-三氟丙酯。这些化合物可单独使用，或作为其两种或更多种的混合物使用。
基于抗静电涂层组合物的总重量，可固化树脂的含量优选为1～80wt％。如果可固化树脂的含量小于1wt％，涂层易于破裂。如果可固化树脂的含量大于80wt％，存在抗静电涂层组合物粘度会增加的风险。
羟基丙烯酸酯化合物
抗静电涂层组合物包括至少一种羟基丙烯酸酯化合物以改进涂层与树脂基膜的粘合强度。羟基丙烯酸酯化合物的具体实例包括：低聚物，如丙烯酸-2-羟乙酯低聚物、丙烯酸-2-羟丙酯低聚物和季戊四醇三丙烯酸酯低聚物；和单体，如甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、叔碳酸缩水甘油酯(Cardura)丙烯酸酯、叔碳酸缩水甘油酯甲基丙烯酸酯、己内酯丙烯酸酯、己内酯甲基丙烯酸酯、2，3-二羟丙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸-2，3-二羟丙酯、丙烯酸-4-羟甲基环己基甲酯和甲基丙烯酸-4-羟甲基环己基甲酯。
基于抗静电涂层组合物的总重量，羟基丙烯酸酯化合物的含量为1～60wt％，优选为2～15wt％。使用小于1wt％的丙烯酸酯化合物会降低抗静电涂层组合物的可固化性，从而导致涂层硬度降低，涂层厚度不均匀和涂层与树脂基膜粘合较差。使用大于60wt％的丙烯酸酯化合物会增加涂层的厚度，但因厚度增加而引起涂层光学性质改变，而且会增加涂层的接触角，从而导致涂层和压敏粘合剂层之间的粘合强度降低。
纤维素化合物
纤维素化合物因其良好的耐热性和可涂布性(coatability)，所以可用于在膜或塑料支持物上形成坚硬的涂层。耐热纤维素衍生物的具体实例包括纤维素的酯化产物，如乙酸丁酸纤维素(CAB)、乙酸丙酸纤维素(CAP)和乙酸纤维素(CA)。此类纤维素衍生物因分子中存在酯基，所以易于合成且具有在膜或塑料支持物上形成涂层的能力。
乙酸丁酸纤维素(CAB)、乙酸丙酸纤维素(CAP)或它们的混合物优选用于改进涂层与三乙酰纤维素膜的粘合强度，并改进抗静电涂层组合物的可涂布性和耐热性。
乙酸丁酸纤维素(CAB)在抗静电涂层组合物的UV可固化树脂或至少一种溶剂中的溶解特性取决于CAB结构中的乙酰基和丁基的含量而变化。CAB中乙酰基的含量在1和80wt％之间，优选在2和30wt％之间。CAB中丁基的含量在10和90wt％之间，优选在20和60wt％之间。
乙酸丙酸纤维素(CAP)在抗静电涂层组合物的可固化树脂或至少一种溶剂中的溶解特性取决于CAP结构中乙酰基和丙酰基的含量而变化。CAP中乙酰基的含量在0.5和5wt％之间，优选在0.6和3wt％之间。CAP中丙酰基的含量在30和60wt％之间，优选在40和50wt％之间。
基于抗静电涂层组合物的总重量，纤维素化合物的含量为0.1～40wt％，优选为0.5～15wt％。使用小于0.1wt％的纤维素化合物会降低涂层与基膜的粘合以及涂层的耐热性。同时，使用大于40wt％的纤维素化合物会增加涂层的粘度，导致组合物可涂布性变差以及涂层硬度降低。
光聚合引发剂
抗静电涂层组合物中可不受限制地使用现有技术中已知的任何光聚合引发剂，且其具体实例包括但不限于苯乙酮、二苯甲酮，如1-羟基环己基苯基酮、米氏苯甲酰苯甲酸酯(Michler′s benzoylbenzoate)、α-戊基肟酯(α-amyloxime ester)和噻吨酮。
基于抗静电涂层组合物的总重量，固化剂的用量优选为0.1～20wt％。如果光聚合引发剂的含量小于0.1wt％，固化反应不发生或需要很长时间，这不适于实际应用，且不能获得足够的涂层硬度。同时，如果光聚合引发剂的含量大于20wt％，一部分光聚合引发剂未反应，导致膜硬度降低。
其它组分
抗静电涂层可进一步包含至少一种选自光敏剂、聚合抑制剂、流平剂、润湿性改进剂、表面活性剂、增塑剂、UV吸收剂、抗氧化剂、抗静电剂、硅烷偶联剂、无机填料和消泡剂的添加剂。
抗静电涂层组合物优选通过以下步骤制备。首先，将醇和醚作为溶剂依次加入到预定体积的容器中，并将PEDOT的水溶液作为导电聚合物加入其中。将混合物在室温下剧烈搅拌约5～约30分钟以制备“溶液A”。同时，将醇和醚作为溶剂依次加入到预定体积的容器中，并将UV可固化树脂、羟基丙烯酸酯化合物、乙酸丁酸纤维素(CAB)或乙酸丙酸纤维素(CAP)树脂、以及光聚合引发剂加入其中。将混合物在室温下剧烈搅拌约5～约30分钟以制备溶液“溶液B”，将溶液A和溶液B以适当的比例混合在一起。搅拌所得混合物30分钟～2小时以制备用于形成抗静电涂层的最终组合物。优选地，可使组合物通过过滤器(1.0～10微米)以去除其中所含的杂质。如果可能，优选在无外部压力时的重力下进行过滤。
将抗静电涂层组合物涂覆在树脂基膜的与偏光片结合的表面相反的表面上，即在涂布压敏粘合剂的表面上，以形成抗静电涂层。图1是根据本发明的偏光膜的截面图。
在本发明的偏光膜中，其上涂布抗静电涂层组合物的树脂基膜起到保护/支持下层偏光片的作用。适用于树脂基膜的材料包括纤维素酯、聚酯、聚碳酸酯、降冰片烯、多芳基化合物和聚砜树脂。其中，在透光度和耐久性方面，三乙酰纤维素膜和双轴拉伸的聚酯和降冰片烯树脂膜更令人满意。特别优选三乙酰纤维素膜。在耐久性和机械强度方面，也优选使用聚碳酸酯膜。可选择将三乙酰纤维素膜皂化。
用于偏光片的材料无特别限制。例如，偏光片可为由聚乙烯醇树脂和尿素或二色性染料组成的膜。可进行诸如清洁和干燥等前工序以去除偏光片中的杂质。优选地，将聚乙烯醇膜连续拉伸为偏光片。随后，将偏光片与树脂基膜结合。
形成在树脂基膜上的抗静电涂层的优选厚度在50和400nm之间。如果涂层比50nm薄，组合物的可固化性降低，从而难以获得均匀的厚度涂层，且涂层的抗静电性质不够令人满意。如果涂层比400nm厚，则过量使用组合物是不经济的，涂层的透光度受损，且涂层的接触角增加，导致涂层与压敏粘合剂层的粘合强度降低。因此，将涂层的厚度限制在上述范围内很重要。
以下将说明用于形成抗静电涂层的方法。
将抗静电涂层组合物通过如棒式涂布、刮刀涂布、凹版涂敷、微凹版涂布或冲模涂布等适合的涂覆技术涂布在树脂基膜上。在将组合物干燥去除溶剂后，在UV固化系统中用UV照射涂层进行固化以形成抗静电涂层。UV照射使用诸如高压汞灯、金属卤化物灯、氙灯或微波无电极灯等UV灯来进行。由灯产生的用于固化涂层的UV光的波长范围和曝光能量通常分别为300～400nm和100～1,000mJ/m2。
此时，将抗静电涂层组合物涂覆在与偏光片结合的表面相对的树脂基膜的表面上，即在涂布压敏粘合剂的表面上。
通常，偏光膜在各种环境条件下的高可靠性和耐久性通过构成偏光膜的偏光片和树脂膜之间的牢固粘合来实现。为了更好的粘合性，之前将作为树脂膜的三乙酰纤维素膜的表面用碱溶液皂化，并将偏光片通过如聚乙烯醇粘合剂等适合的粘合剂粘合到树脂膜之间。当将抗静电涂层组合物涂覆在偏光片结合的基膜的一个表面上以形成抗静电涂层时，必须考虑抗静电涂层与聚乙烯醇粘合剂的粘合强度。然而，目前可利用的粘合剂不能确保与抗静电涂层的充分的粘合强度。在LCD生产过程中的偏光膜再加工测试(rework test)或使用期间，抗静电涂层和粘合剂之间弱的粘合强度造成偏光膜从树脂膜剥落。根据本发明，通过将抗静电涂层组合物涂覆在压敏粘合剂涂布的树脂膜的表面上可解决此问题。
下文中，通过参考以下实施例来更详细地说明本发明。然而，提供这些实施例是用于说明，而不是用于限制本发明。
实施例
<实施例1>
将5g聚乙烯二氧噻吩(Baytron PH，Starck)分散剂分散在40g乙醇和乙氧基乙醇(1∶1)的溶液中10分钟以制备“溶液A”。将3.2g二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、0.5g甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、0.6g乙酸丁酸纤维素和作为聚合引发剂的0.7g Irgacure 184(Ciba-Geigy)分散在50g乙醇和乙氧基乙醇(1∶1)的溶液中10分钟以制备“溶液B”。
将溶液A与溶液B混合并搅拌30分钟以制备抗静电涂层组合物。在40℃下将三乙酰纤维素膜用15wt％NaOH水溶液皂化40秒，充分清洁并干燥。用#4棒式涂布机将组合物涂布在三乙酰纤维素膜上，在80℃下干燥2分钟，并使用500mJ/cm2曝光能量的UV光照射进行固化以形成膜。根据JIS标准测定膜的表面电阻率、横切(cross-cut)、透射率、混浊度和接触角。结果示于表1中。
使用干净的室内擦刷工具(250g，5往复)在膜上进行摩擦测试。使用抗静电处理后的三乙酰纤维素膜制备偏光膜，随后将压敏粘合剂(PSA)涂布在偏光膜上。偏光膜的再使用测试在裸LCD玻璃上进行。结果示于表1中。
*再使用测试
在将抗静电组合物涂覆在三乙酰纤维素膜的一个表面上后，将偏光片层压在三乙酰纤维素膜的另一个表面上以制备偏光膜。之后，涂布约25μm厚度的丙烯酸压敏粘合剂，并在其上层压离型膜。将层压体在恒定的温度(23±2℃)和湿度(55±5％)条件下老化约7天。从叠层上去除离型膜，并在恒定载荷下将所得结构附着于裸LCD玻璃。将样品在40℃下老化约72小时，并在室温下放置1小时。在将膜从裸玻璃上剥离后，观察残留在玻璃上的压敏粘合剂的量，并根据以下标准对结果分级：
合格：没有压敏粘合剂留在玻璃上
NG：少量压敏粘合剂留在玻璃上
<实施例2>
重复实施例1的步骤，除了使用乙酸丙酸纤维素(CAP)代替乙酸丁酸纤维素(CAB)。
<比较例1>
重复实施例1的步骤，除了使用4.3g二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)代替甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和乙酸丁酸纤维素(CAB)。
表1
  性质   实施例1   实施例2   比较例1
  表面电阻率(Ω/□)   5×108   8×107   3×109
  横切   100/100   100/100   50/100(NG)
  透射率(％)   92.56   92.56   92.32
  混浊度(％)   0.75   0.71   0.76
  接触角(°)   54   45   32
  摩擦测试   合格   合格   NG
  再使用测试   合格   合格   NG
从表1的结果可见，在实施例1和2的每个偏光膜中，因为存在羟基丙烯酸化合物和纤维素化合物，所以抗静电涂层表现出与树脂基膜和压敏粘合剂(PSA)层良好的粘合强度，然而，在比较例1的偏光膜中，抗静电涂层表现出与树脂基膜和压敏粘合剂(PSA)层较差的粘合强度。

Claims (8)

1.一种偏光膜，包括偏光片、作为基膜的树脂膜和抗静电涂层，其中所述抗静电涂层包含导电聚合物、可固化树脂、羟基丙酸酯化合物、纤维素化合物和光聚合引发剂。
2.如权利要求1所述的偏光膜，其中所述抗静电涂层包含0.001～20wt％的所述导电聚合物、1～80wt％的所述可固化树脂、1～60wt％的所述羟基丙酸酯化合物、0.1～40wt％的所述纤维素化合物和0.1～20wt％的所述光聚合引发剂。
3.如权利要求1所述的偏光膜，其中所述导电聚合物为掺杂有聚苯乙烯磺酸酯(PSS)的聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)。
4.如权利要求1所述的偏光膜，其中所述羟基丙烯酸酯化合物选自以下组中：低聚物，包括2-羟乙基丙烯酸酯低聚物、2-羟丙基丙烯酸酯低聚物和季戊四醇三丙烯酸酯低聚物；和单体，包括甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、叔碳酸缩水甘油酯丙烯酸酯、叔碳酸缩水甘油酯甲基丙烯酸酯、己内酯丙烯酸酯、己内酯甲基丙烯酸酯、丙烯酸-2，3-二羟丙酯、甲基丙烯酸-2，3-二羟丙酯、丙烯酸-4-羟甲基环己基甲酯和甲基丙烯酸-4-羟甲基环己基甲酯。
5.如权利要求1所述的偏光膜，其中所述纤维素化合物为乙酸丁酸纤维素(CAB)、乙酸丙酸纤维素(CAP)或它们的混合物。
6.如权利要求1所述的偏光膜，其中所述光聚合引发剂选自由苯乙酮、二苯甲酮、米氏苯甲酰苯甲酸酯、α-戊基肟酯、噻吨酮和它们的混合物组成的组中。
7.如权利要求1所述的偏光膜，其中所述抗静电涂层形成在所述树脂膜的与所述偏光片结合的表面相反的表面上，即形成在涂布压敏粘合剂的所述树脂膜的表面上。
8.如权利要求1所述的偏光膜，其中所述抗静电涂层具有在50和400nm之间的厚度。
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