用于切割偏光板的方法以及使用该方法切割的偏光板
技术领域
本申请要求于2014年9月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0130819号的优先权与权益,该申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
本发明涉及一种使用激光切割偏光板的方法。
背景技术
由于液晶显示器装置与阴极射线显示器相比具有低功率消耗、体积小且轻,因此易于携带,所以液晶显示器已作为光学显示元件而快速分布。一般而言,液晶显示器(LCD)装置包含液晶层以及层叠在由透明玻璃基板或基于塑料的薄片材料构成的液晶单元的两个表面上的偏光板作为基础设置。
同时,偏光板通常包含由浸渍有二向色性染料或碘且被拉伸的基于聚乙烯醇(在下文中被称作“PVA”)的树脂构成的偏光元件,且具有多层结构,在该多层结构中,光学膜通过粘合剂等层叠在该偏光元件的一个表面或两个表面上,增粘剂层(其粘结至液晶单元)以及离型膜层叠于该光学膜的一个表面上,且保护膜层叠在该光学膜的另一表面上。
在此情形下,作为所述光学膜,以三乙酰纤维素(TAC)为代表的基于纤维素的光学膜通常用于相关技术中。然而,如上文所描述的基于纤维素的光学膜所具有的缺点在于该薄膜不具有足够的耐湿热性,且因此如偏振度的偏振性能以及颜色在高温且高湿的环境下容易劣化,且光学膜与偏光片之间的界面容易剥离。另外,由于相对于入射光产生倾斜方向上的相位差,所以存在的问题在于逐渐增大的液晶显示器装置的视角特性受到影响,且因此,近来已积极地采用在耐热性以及光学透明度方面优异的基于环烯烃的光学膜作为光学膜。
同时,需要将偏光板切割成预定尺寸以便将偏光板应用于液晶显示器装置。作为切割方法,在相关技术中,已提出如下方法:使用刀以切割偏光板且通过研磨工艺改善切割表面的质量,由此也改善最终切割的偏光板的质量。
然而,随着近来增大液晶显示器装置的趋势,对于用来获得切割成大尺寸的偏光板的切割与研磨工艺的需求已增加,但所存在的问题在于:因为通过使用刀切割具有大尺寸的偏光板的技术发展尚不足且需要额外工艺设施所以生产成本提高。另外,在使用刀切割的情况下,为了在刀的切割刀片上具有裂痕或磨损和划伤时仍保证切割表面的优异的品质,需要定期更换刀的切割刀片,因此导致生产成本增加的问题。
因此,作为其替代方案,近来,已积极地通过使用激光来进行偏光板的切割。一般而言,在使用激光切割偏光板的情况下,当根据薄膜的激光的吸收波长而选择激光时,形成优异的切割表面,且接着需要切割偏光板。然而,包含基于环烯烃的光学膜的偏光板的激光的吸收波长与通常用于相关技术中的基于纤维素的光学膜的激光的吸收波长不同,且因此发生的问题在于为了切割偏光板而将过量热施加至偏光板,偏光板的切割表面因而变形。如果如上文所述切割表面变形,则在层压切割表面与液晶单元时粘合性劣化,并且由于过量热而导致在靠近切割表面的层压表面上产生大量气泡以及产生的如灰尘的外来物质造成液晶显示器装置的外观缺陷,因此导致在生产工艺期间产生损耗而使生产率显著降低的问题。
发明内容
技术问题
本发明将解决前述问题,且意图提供一种使用激光切割偏光板的方法以及一种通过使用该方法切割的偏光板。
技术方案
一方面,本发明提供一种使用激光切割偏光板的方法,其中激光束的形状为椭圆形状且所述椭圆形状的长轴与切割方向平行。
另一方面,本发明提供一种通过前述方法切割的偏光板。
有益效果
根据本发明切割的偏光板的横截面质量优异,这是因为在切割表面上未产生变形且可最低限度地产生烟雾。另外,当将根据本发明切割的偏光板应用于液晶单元时,有可能通过显著地降低气泡产生率而获得在外观质量以及光学特性方面优异的液晶显示器装置。
同时,根据本发明的用于切割偏光板的方法易于应用于大偏光板的切割且可简化切割偏光板的工艺,并因此具有可提高生产率的优点。
附图说明
图1中的(a)至(c)用于解释锥度形成区域(taper formation region)。
图2示例性地说明用于根据本发明的用于切割偏光板的方法的激光束形状。
图3说明根据实施例1切割的偏光板的垂直截面。
图4说明根据实施例2切割的偏光板的垂直截面。
图5说明根据实施例3切割的偏光板的垂直截面。
图6说明根据比较实施例1切割的偏光板的垂直截面。
图7说明当根据实施例1切割的偏光板附着至玻璃基板时是否产生气泡以及产生烟雾。
图8说明当根据实施例2切割的偏光板附着至玻璃基板时是否产生气泡以及产生烟雾。
图9说明当根据比较实施例1切割的偏光板附着至玻璃基板时是否产生气泡。
图10说明当根据比较实施例2切割的偏光板附着至玻璃基板时是否产生气泡。
图11说明在根据比较实施例1切割的偏光板上是否产生烟雾。
具体实施方式
在下文中,将描述本发明的优选示例性实施方式。然而,本发明的示例性实施方式可被修改成各种其他形式,且本发明的范围不限于下文将描述的示例性实施方式。另外,提供本发明的示例性实施方式以向本领域普通技术人员更充分地解释本发明。
由于为了解决前述问题而进行广泛研究,本发明的发明人已发现,即使在使激光束的形状保持为椭圆形状且使所述椭圆形状的长轴与切割方向平行的同时执行切割工艺,来切割包含激光吸收波长不同的两个或更多个薄膜的偏光板时,也可以获得切割表面质量优异的偏光板,由此完成本发明。
更具体而言,本发明的特征在于一种使用激光切割偏光板的方法,其中激光束的形状为椭圆形状且该椭圆形状的长轴与切割方向平行。为了更好地理解,图2示例性地说明用于根据本发明的切割偏光板的方法所使用的激光束的形状。
在这种情况下,所述椭圆形状可具有1:0.8至1:0.2、1:0.6至1:0.2 或1:0.6至1:0.4的长轴(t1)对短轴(t2)的比率。当激光束形状的长轴(t1) 对短轴(t2)的比率满足该数值范围时,可防止偏光板的切割表面受到热损伤,这是因为在切割偏光板时有可能减小应用的激光的平均输出,且因此,该比率非常有利。另外,当用圆形激光束切割偏光板时,在切割表面周围产生过量烟雾,且可能产生未切割的部分,并因此所发生的问题在于切割质量快速地劣化,但如上文所描述,可通过适当地调整激光束形状的长轴(t1) 与短轴(t2)之间的比率差而防止发生该问题。
另外,为了在根据本发明的用于切割偏光板的方法中通过使用如上所述的具有椭圆形状的激光束来切割偏光板,使用组合透镜,而不像相关技术中一样使用单一透镜。在这种情况下,可生产组合透镜以便根据使用条件而改变通过透镜设计系统入射至发射透镜的光束直径。在这种情况下,可通过尽可能设置大且平行的激光束直径而使光束的质量优异。最终产生的透镜可由如下系统设置:此系统通过组合折射率与厚度以使得透镜具有适当的长轴以及短轴而产生椭圆。对于所述组合透镜中的每一个透镜,在必要时,可自由调整位置至光束的发射方向,且因此有可能调整上述椭圆形状中的长轴对短轴的比率。
在这种情况下,在所述切割偏光板的工艺中的激光束的切割速度可为 100毫米/秒至1,000毫米/秒,例如100毫米/秒至600毫米/秒、300毫米/秒至600毫米/秒,或600毫米/秒至1,000毫米/秒。根据切割偏光板的工艺条件可以适当速度切割偏光板,但当以高速度切割偏光板以便进一步改善切割表面的质量时通常可获得更有利的结果。然而,考虑到在偏光板的激光切割期间产生的热的转移效率以及切割所需要的激光的适当平均输出,当激光束的切割速度满足该数值范围时,可以在将经受切割工艺的偏光板附着至液晶面板时使气泡的产生以及烟雾的产生最小化。所述烟雾为在切割偏光板时产生的副产物,且指的是在使用激光切割偏光板的工艺中可能产生的如细尘等的外来物质。图10说明在根据比较实施例2切割的偏光板上产生所述烟雾的情形,且可确认,在切割期间形成的锥度(taper)周围形成细尘。
接下来,所述激光束的输出可取决于以下因素而变化:待切割偏光板的厚度;构成偏光板的光学膜、离型膜以及保护膜的类型;偏光片的厚度;执行切割工艺的方法等等。然而,当使用根据本发明的用于切割偏光板的方法时,当使用基于纤维素的光学膜情况,在使用基于环烯烃的光学膜作为光学膜的情况下(假定偏光板的厚度彼此相同)切割偏光板所需要的激光束的输出可为100%至130%或110%至120%。这是因为有可能在切割的偏光板附着至液晶面板时使气泡的产生最小化。
在这种情况下,所述激光束的脉冲能量可在1mJ至10mJ的范围内,更优选为5mJ至7mJ。另外,使用激光切割偏光板可由单一切割系统或多重切割系统执行,但不限于此。特别优选的是,本发明中的切割是由单一切割系统执行。所述单一切割系统是指切割工艺是通过在激光束移动一次时执行切割的方法来执行,而在激光束移动若干次时执行切割工艺的多重切割系统的情况下,只要激光束移动就可展现不同的切割特性,但当切割是由单一切割系统执行时,通过一次性工艺而执行所述切割,且因此可进一步提高切割表面的质量。
同时,根据本发明的用于切割偏光板的方法中的激光可为CO2激光或 UV激光。优选的是,考虑到偏光板的切割工艺条件以及生产率而适当地选择激光的种类。在这种情况下,当通过使用CO2激光执行切割偏光板的工艺时,振荡波长可为9.0微米至10.9微米,更具体而言,9.0微米至9.6微米、 10.1微米至10.9微米,或9.5微米至10.5微米。然而,考虑到切割的偏光板的横截面质量,更优选的是,使用UV激光,且在这种情况下,所使用的UV 激光的波长可在300纳米至400纳米的范围内,更优选为330纳米至370纳米,且最优选为350纳米至360纳米。
接下来,在通过使用本发明的切割方法切割的偏光板的切割表面上形成的锥度的尺寸可为50微米至150微米,更优选为80微米至120微米,且最优选为90微米至100微米。更具体而言,当偏光板的拉伸方向与其切割方向相同时,所述锥度的尺寸可为70微米至140微米或90微米至110微米,且当在垂直于偏光板的拉伸方向的方向上切割偏光板时,所述锥度的尺寸可为 70微米至140微米或90微米至110微米。本说明书中的锥度的尺寸为通过测量如下所述的部分的最大宽度t而获得的值:在该部分处,当通过使用激光来切割偏光板时在切割部分的垂直横截面上存在变形,如图1中的(a)至(c) 所说明。
同时,将描述可通过使用根据本发明的切割方法切割的偏光板。
在本发明中,偏光板可具有,例如,保护膜/光学膜/偏光片/光学膜/粘合剂层/离型膜以此次序层叠的结构,但所述结构不限于此。
在这种情况下,所述偏光片不受到特别限制,且可使用本领域中熟知的偏光片,例如,由包含碘或二向色性染料的聚乙烯醇(PVA)构成的薄膜。在本说明书中,所述偏光片是指不包含保护膜(透明膜)的状态,而偏光板是指包含保护膜(透明膜)的状态。
同时,根据本发明的偏光板可进一步包含在所述偏光片的一个表面或两个表面上的粘合剂层。在这种情况下,在形成所述粘合剂层时可使用的粘合剂可为通常在本领域中使用的水性或非水性粘合剂。
在这种情况下,作为所述水性粘合剂,可在无限制的情况下使用(例如) 基于聚乙烯醇的粘合剂、丙烯酸系粘合剂、基于环氧树脂的粘合剂、基于氨基甲酸酯的粘合剂(urethane-based adhesive)等。考虑到与所述偏光片的粘合强度等,这些粘合剂当中的基于聚乙烯醇的粘合剂是优选的,且当使用这些粘合剂当中的包含乙酰乙酰基等的基于改性的聚乙烯醇的粘合剂时,可进一步改善粘合性。作为所述基于聚乙烯醇的粘合剂的具体实例,可以使用由日本合成化学工业有限公司(Nippon Synthetic Chemical Industry Co.,Ltd.)制造的Gohsefimer(商标名)Z-100、Z-200、Z-200H、Z-210、Z-220、Z-320 等,但所述基于聚乙烯醇的粘合剂不限于此。
在此,使用所述水性粘合剂来粘合偏光片与光学膜可通过如下方法来执行:首先通过使用辊涂布机(roll coater)、凹版涂布机(gravure coater)、棒涂布机、刮刀涂布机或毛细管涂布机(capillary coater)等将粘合剂涂布在PVA 膜(其为用于偏光片的保护膜或偏光片)的表面上,且在所述粘合剂完全干燥之前通过使用层压辊(laminating roll)来热压或室温压保护膜以及偏振膜来层压所述保护膜与所述偏振膜。当使用热熔型粘合剂时,需要使用热压辊。
同时,所述非水性粘合剂可为可UV固化的粘合剂且不受到特别限制,但所述非水性粘合剂的实例包括:使用光自由基聚合反应的粘合剂,例如基于(甲基)丙烯酸酯的粘合剂、基于烯/硫醇的粘合剂以及基于不饱和聚酯的粘合剂;使用光阳离子聚合反应的粘合剂,例如基于环氧树脂的粘合剂、基于氧杂环丁烷的粘合剂、基于环氧树脂/氧杂环丁烷的粘合剂以及基于乙烯醚的粘合剂等。
在这种情况下,使用所述非水性粘合剂粘合所述偏光片与所述光学膜可通过如下方法执行:施加粘合剂组合物以形成粘合剂层,层压所述偏光片与所述光学膜,且接着通过光照射来固化所述粘合剂组合物。
在本发明中,所述光学膜通常是指执行光学功能的膜,且不仅包含狭义上的具有80%或更多的透光率的透明膜,而且包含具有50%或更低的透光率的光学膜,只要所述光学膜为执行特定光学功能的薄膜(例如偏光板)即可。
在这种情况下,所述光学膜可为(例如)选自以下各项中的一个或多个:聚烯烃薄膜(polyolefin film)、聚丙烯薄膜(polypropylene film)、聚氨酯薄膜(polyurethanefilm)、基于酯的薄膜(ester-based film)、聚乙烯薄膜 (polyethylene film)、基于环烯烃的薄膜(cyclo olefin-based film)、丙烯酸系薄膜(acrylic film)、基于聚乙烯醇的薄膜(polyvinyl alcohol-based film)以及基于纤维素的薄膜(cellulose-based film),但不限于此。
更具体而言,所述偏光板可包含基于聚烯烃的薄膜。当通过使用相关技术中的激光切割包含基于聚烯烃的薄膜的偏光板时,切割表面的质量劣化,且当将偏光板应用于液晶单元时,存在产生大量气泡的问题,且因此液晶显示器装置的外观质量劣化。然而,如在本发明中,当使椭圆的长轴与切割方向重合且通过使用具有椭圆形状的激光束来切割偏光板时,优点在于生产率优异,因为有可能获得具有优异质量的切割表面的偏光板,而且也非常易于将所述激光束应用于切割大偏光板的工艺。
接下来,所述光学膜的厚度可为(例如)10微米至80微米或10微米至 40微米,但不限于此。这是因为当所述光学膜的厚度满足该数值范围时,可以在符合液晶显示器装置的纤薄趋势的同时获得具有优异的光学性质的偏光板。另外,根据本发明人进行的研究,光学膜的厚度越薄且切割偏光板的工艺所需激光的能量(即,切割偏振膜所需要的最小脉冲能量)越小,则能量效率以及切割质量就越有利(参见下文将描述的实施例1以及实施例3)。
在必要时,在所述光学膜中,可对所述光学膜或基于聚乙烯醇的薄膜的一个表面或两个表面执行表面处理,以便进一步改善粘合强度。在这种情况下,可通过本领域中熟知的各种表面处理(例如,电晕处理、等离子处理、使用如NaOH或KOH的强碱水溶液的表面改性处理,或底漆处理等)来执行所述表面处理。
同时,作为所述光学膜,由相同材料构成的光学膜可用于偏光片的两个表面上,且由不同材料构成的光学膜也可用于偏光片的两个表面上。举例而言,作为所述光学膜,可在偏光片的一个表面上使用丙烯酸系薄膜且可在偏光片的另一表面上使用基于环烯烃的薄膜,或可在偏光片的一个表面上使用 TAC薄膜且可在偏光片的另一表面上使用基于环烯烃的薄膜,且所述光学膜不受特别限制。
同时,保护膜以及离型膜的种类不受到特别限制,只要这些薄膜是通常在本领域中使用的即可。其实例包括:基于聚烯烃的薄膜,例如聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、聚-4-甲基-1-戊烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-1-丁烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物以及乙烯-乙烯醇共聚物;基于聚酯的薄膜,例如聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯以及聚对苯二甲酸丁二酯;基于聚酰胺的薄膜,例如聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、尼龙6以及部分芳族聚酰胺;聚氯乙烯薄膜;聚偏二氯乙烯薄膜;或聚碳酸酯薄膜等。特别是,在离型膜的情况下,可通过基于硅酮的粉末、基于氟的粉末、硅石粉末等来适当地执行剥离处理(release treatment)。
另外,所述离型膜通过增粘剂附着至光学膜的一个表面。在这种情况下,增粘剂的材料不受到特别限制,且可在无限制的情况下使用本领域中所知的各种增粘剂。举例而言,可通过使用如以下各项的典型聚合物来形成所述增粘剂:丙烯酸系共聚物、天然橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯 (styrene-ethylene butylene-styrene;SEBS)嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚异丁烯、丁基橡胶、氯丁二烯橡胶以及硅酮橡胶。
具有如上文所描述设置的本发明的偏光板可具有50微米至250微米的厚度。当通过根据本发明的切割方法来切割偏光板时,所切割的偏光板在切割表面的质量方面优异,且所述锥度形成区域的尺寸显著地减小,且因而可以在移除布置在最外部分处的离型膜以及保护膜之后将偏光板应用于液晶单元时保证优异的粘合性。由于优异的粘合性而显著地减少气泡产生,因此可获得具有优异的外观特性的液晶显示器装置。
实施例1
通过使用具有长轴对短轴比率为1:0.5的椭圆形激光束在与偏光板的拉伸方向相同的方向上切割偏光板,在该偏光板中,PET薄膜/TAC薄膜/PVA 偏光元件/COP薄膜/增粘剂层/PET薄膜依次层叠。在这种情况下,所使用的 COP薄膜具有60微米的厚度,且偏光板具有250微米的厚度。此外,切割偏光板所需要的激光具有5.4mJ的最小脉冲能量,以及333毫米/秒的切割速度。
实施例2
除了在垂直于偏光板的拉伸方向的方向上切割偏光板以外,以与实施例 1中相同的方式切割偏光板。在这种情况下,切割偏光板所需要的激光具有 6.4mJ的最小脉冲能量,以及700毫米/秒的切割速度。
实施例3
除了使用具有40微米的厚度的COP薄膜且偏光板具有230微米的厚度以外,以与实施例1中相同的方式切割偏光板。在这种情况下,切割偏光板所需要的激光具有5mJ的最小脉冲能量,以及333毫米/秒的切割速度。
比较实施例1
通过使用具有圆形激光束切割偏光板,在该偏光板中,PET薄膜/TAC 薄膜/PVA偏光元件/COP薄膜/增粘剂层/PET薄膜依次层叠。在这种情况下,最小脉冲能量为6.2mJ,且切割速度为333毫米/秒。
图6中说明在激光切割之后的偏光板的横截面。将切割表面布置在左侧,且当通过使用相关技术中的激光灯来切割包含COP薄膜的偏光板时,发生部分COP薄膜熔融以及流动的现象,如由虚线表示的区域中所说明。因此,在切割端产生变形。
比较实施例2
通过使用具有圆形激光束在垂直于偏光板的拉伸方向的方向上切割偏光板,在该偏光板中,PET薄膜/TAC薄膜/PVA偏光元件/COP薄膜/增粘剂层/PET薄膜依次层叠。在这种情况下,最小脉冲能量为6.7mJ,且切割速度为 700毫米/秒。
实验实施例1-锥度尺寸测量
测量若干部分的尺寸,在这些部分中,在根据实施例1至实施例3与比较实施例1以及比较实施例2切割的偏光板的垂直横截面上形成锥度。通过使用显微镜(OLYMOUS STM6)来进行测量,且在以下表1中示出结果。
[表1]
分类 |
锥度的尺寸 |
实施例1 |
93微米 |
实施例2 |
101微米 |
实施例3 |
87微米 |
比较实施例1 |
125微米 |
比较实施例2 |
132微米 |
实验实施例2-切割表面存在与不存在变形
通过使用显微镜(OLYMOUS STM6)放大在根据实施例1至实施例3 与比较实施例1的激光切割之后的偏光板的横截面,且接着将切割表面布置在左侧并在图3至图6中说明该切割表面。
根据图3至图5,在实施例1至实施例3的情形中可观察到,除了布置在偏光板的最外部分的保护膜以及离型膜以外的其他层的横截面被干净利落地切割。
然而,如图6所说明,在通过使用圆形激光束切割包含COP薄膜的偏光板的比较实施例1的情形中,发生COP薄膜的部分熔融以及流动的现象,如由虚线表示的区域中所说明。因此,可看出,在切割端产生变形。
实验实施例3-存在与不存在气泡的产生以及存在与不存在烟雾的产生
在使用根据实施例1以及实施例2与比较实施例1以及比较实施例2切割的偏光板的形成有增粘剂层的一侧剥离PET薄膜(离型膜),附着至玻璃基板,接着通过使用显微镜(OLYMOUS STM6)放大12.5倍,且接着,肉眼观察是否产生气泡。另外,在根据实施例1以及实施例2与比较实施例1 的偏光板中,可产生烟雾的区域由虚线表示。
如图7以及图8所说明,可看出,在附着有根据实施例1以及实施例2 切割的偏光板的玻璃基板上很少产生气泡,且当查看所述虚线区域时也很少产生烟雾。
相比之下,如图9以及图10所说明,可看出,附着有根据比较实施例1 以及比较实施例2切割的偏光板的玻璃基板层压时,在形成厚层的同时产生了气泡。另外,参见图11,可确认,在根据比较实施例1切割的偏光板中,在锥度周围形成层的同时形成细尘,如虚线区域中所指示。即,可看出,在根据比较实施例1切割的偏光板中,因为外来物质(烟雾)等分散并附着在偏光板的切割表面周围,所以横截面质量显著地劣化。
即使已详细地描述本发明的示例性实施方式,本发明的真正范围并不限于此,且对于本领域具有普通技术的人员而言将显而易见的是在不脱离在权利要求书中所描述的本发明的技术精神的情况下,各种修改以及变更是可能的。
<附图标记和符号说明>
10:偏光片
15:增粘剂层
16:粘合剂层
20:COP薄膜
30:TAC薄膜
40:离型膜
50:保护膜
t1:光束形状的长轴
t2:光束形状的短轴