CN108603974B - 偏振膜和其制造方法 - Google Patents
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Abstract
在对聚乙烯醇膜按顺序至少实施溶胀步骤、染色步骤、第1交联拉伸步骤、第2交联拉伸步骤的偏振膜的制造方法中；前述聚乙烯醇膜中包含的聚乙烯醇的平均聚合度为2500~3500；在前述第1交联拉伸步骤中，在包含1~5质量%的硼酸的40~55℃的水溶液中，以该步骤中的拉伸倍率达到1.1~1.3倍且总拉伸倍率达到2.5~3.5倍的方式进行单轴拉伸；在前述第2交联拉伸步骤中，在包含1~5质量%的硼酸的60~70℃的水溶液中，以该步骤中的拉伸倍率达到1.8~3.0倍且总拉伸倍率达到6~8倍的方式进行单轴拉伸。由此，能够制造具有优异的偏振性能、而且收缩应力低的偏振膜。
Description
技术领域
本发明涉及由包含碘系二色性色素的聚乙烯醇膜形成的偏振膜和其制造方法。
背景技术
具有光的透射和遮蔽功能的偏振板与使光的偏振状态发生变化的液晶一起是液晶显示器(LCD)的基本构成要素。许多偏振板具有在偏振膜的表面上贴合有三乙酸纤维素(TAC)膜等保护膜的结构。作为偏振膜，主流是在将聚乙烯醇膜(以下有时将“聚乙烯醇”简称为“PVA”)进行单轴拉伸而得到的基质(单轴拉伸而取向的拉伸膜)上吸附碘系色素(I3 -、I5 -等)的物质。这样的偏振膜通过将预先含有二色性色素的PVA膜进行单轴拉伸、或在与PVA膜的单轴拉伸的同时吸附二色性色素、或在将PVA膜进行单轴拉伸后吸附二色性色素等，从而制造。
LCD正变得在计算器和手表等小型设备、笔记本电脑、液晶显示器、液晶彩色投影仪、液晶电视、车载用导航系统、移动电话、在室内外使用的测量设备等广泛用途中使用。应对近年的显示器的高性能化，要求具有优异的光学性能的偏振膜。
为了得到具有优异的光学性能的偏振膜，提出了各种制造方法。专利文献1~4中，记载了在将PVA膜在水中浸渍从而进行溶胀处理、并用碘系二色性色素染色、其后在硼酸水溶液中使其交联并进行拉伸处理的偏振膜的制造方法中，通过在条件不同的多个槽中进行溶胀处理，可以得到具有优异的偏振特性、均匀的光学特性、优异的外观等的偏振膜。这些专利文献中，针对在硼酸水溶液中使其交联并进行拉伸处理的步骤，记载了各种手段。专利文献1的实施例中，记载了浸渍于50℃的硼酸水溶液中并拉伸至1.5倍的方法。专利文献2的实施例中，记载了浸渍于55℃的硼酸水溶液中并拉伸至2.5倍的方法。专利文献3的实施例中，记载了浸渍于40℃的硼酸水溶液中后、在55℃的硼酸水溶液中进行拉伸的方法。此外，专利文献4的实施例中，记载了在30℃的硼酸水溶液中拉伸至1.33倍后、在60℃的硼酸水溶液中拉伸至1.5倍的方法。
此外，专利文献5中，记载了能够减少暴露于高温条件时的TD方向(与长度方向垂直的方向)的收缩率的偏振膜的制造方法。具体而言，在将PVA膜浸渍于水中从而进行溶胀处理、用碘系二色性色素染色、其后在硼酸水溶液中使其交联并进行拉伸处理的方法中，通过在溶胀处理时以总拉伸倍率的50%以上的倍率进行拉伸，能够减少TD方向的收缩率。专利文献5的实施例中，记载了浸渍于56.5℃的硼酸水溶液中的步骤，但该水溶液中，未实施拉伸。此外，针对MD方向(膜的长度方向)的收缩率，没有测定。
近年来，LCD在笔记本电脑、移动电話等移动用途中使用的情况变多。这样的移动用途的LCD在多种多样的环境下使用，因此要求及时在高温下尺寸稳定性也优异的偏振膜。因此，期望高温下中的收缩应力小的偏振膜。然而，通过上述专利文献1~5中记载那样的方法，无法得到能够充分兼顾优异的偏振性能和小的收缩应力的偏振膜。其原因在于，如果提高偏振性能，则收缩应力变大，如果减小收缩应力，则偏振性能降低。因此，制造偏振性能高、而且收缩应力小的偏振膜是难以解决的课题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-65309号公报
专利文献2：日本特开2014-197050号公报
专利文献3：日本特开2006-267153号公报
专利文献4：日本特开2013-140324号公报
专利文献5：日本特开2012-3173号公报。
发明内容
发明要解决的课题
本发明为了解决上述课题而进行，目的在于，提供具有优异的偏振性能、而且收缩应力低的偏振膜和其制造方法。
用于解决课题的手段
上述课题通过提供偏振膜的制造方法而解决，所述偏振膜的制造方法中，对聚乙烯醇膜按顺序至少实施溶胀步骤、染色步骤、第1交联拉伸步骤、第2交联拉伸步骤，其特征在于，
前述聚乙烯醇膜的厚度为5~100μm，
前述聚乙烯醇膜中包含的聚乙烯醇的平均聚合度为2500~3500，
前述溶胀步骤中，浸渍于10~50℃的水中从而使前述聚乙烯醇膜溶胀，
前述染色步骤中，浸渍于包含总计0.5~3质量%的碘和碘化钾的10~50℃的水溶液中，将碘系二色性色素浸渗于前述聚乙烯醇膜中，并且以总拉伸倍率达到2~3倍的方式进行单轴拉伸，
在前述第1交联拉伸步骤中，在包含1~5质量%的硼酸的40~55℃的水溶液中，以该步骤中的拉伸倍率达到1.1~1.3倍且总拉伸倍率达到2.5~3.5倍的方式进行单轴拉伸，
接着，在前述第2交联拉伸步骤中，在包含1~5质量%的硼酸的60~70℃的水溶液中，以该步骤中的拉伸倍率达到1.8~3.0倍且总拉伸倍率达到6~8倍的方式进行单轴拉伸。
此时，前述第2交联拉伸步骤中，最大拉伸应力优选为15N/mm2以下。还优选得到单独透射率为42~45%、且偏振度为99.980%以上的偏振膜。此外，还优选得到收缩应力为45N/mm2以下的偏振膜。
上述课题还通过提供偏振膜而解决，所述偏振膜由包含碘系二色性色素的聚乙烯醇膜形成，其特征在于，
单独透射率为43.5%时的偏振度为99.990%以上，且
广角X射线衍射测定中的结构因子A的含有率(CA)为3~4.5%，结构因子B的含有率(CB)为2.0~8.5%，且比(CA/CB)为0.4以上。
此外，上述课题还通过提供偏振膜而解决，所述偏振膜由包含碘系二色性色素的聚乙烯醇膜形成，其特征在于，
单独透射率为42~45%，
偏振度为99.980%以上，且
广角X射线衍射测定中的结构因子A的含有率(CA)为3~4.5%，结构因子B的含有率(CB)为2.0~8.5%，且比(CA/CB)为0.4以上。
上述各拉伸膜中，结构因子A是源自聚乙烯醇-硼凝集结构的高取向性的结构因子，结构因子B是源自非晶聚乙烯醇的高取向性的结构因子。此外，上述各拉伸膜中包含的聚乙烯醇的聚合度优选为2500~3500。上述偏振膜的收缩应力还优选为45N/mm2以下。
发明的效果
本发明的偏振膜具有优异的偏振性能，且收缩应力低。因此，能够适合用于高性能液晶显示器、特别是有时在高温下使用的液晶显示器。此外，根据本发明的制造方法，能够制造这样的偏振膜。
附图说明
图1是偏振膜制造装置的示意图。
图2是将实施例1和比较例1~4、7和8中得到的偏振膜的单独透射率为43.5%时的偏振度相对于收缩应力进行描点而得到的图。
图3是在I(2θ)轮廓中画出基线直线而得到的图。
图4是将经补正的I(2θ)轮廓分离为“PVA非晶”、“PVA晶体”、“PVA-硼酸凝集结构”而得到的图。
图5是将通过波形分离分析而得到的“PVA非晶”、“PVA晶体”、“PVA-硼酸凝集结构”的积分强度值(A)相对于方位角进行描点而得到的图。
图6是将积分强度值(A)分离为取向成分和非取向成分而得到的图。
图7是将结构因子A的含有率(CA)和结构因子B的含有率(CB)相对于收缩应力进行描点而得到的图。
图8是将比(CA/CB)相对于收缩应力进行描点而得到的图。
具体实施方式
本发明的偏振膜是由包含碘系二色性色素的聚乙烯醇膜形成的，其具有优异的偏振性能，而且收缩应力小。这样的偏振膜可以在对聚乙烯醇膜(PVA膜)按顺序至少实施溶胀步骤、染色步骤、第1交联拉伸步骤、第2交联拉伸步骤时，通过应用特定的制造条件而制造。以下，针对本发明的偏振膜的制造方法，进行详细说明。
本发明的偏振膜的制造中使用的PVA膜中包含的PVA能够使用通过对将1种或2种以上的乙烯基酯进行聚合而得到的聚乙烯基酯进行皂化而得到的物质。作为该乙烯基酯，可以例示出乙酸乙烯酯、甲酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、特戊酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、乙酸异丙烯酯等，这些之中，从PVA的制造的容易性、获取容易性、成本等观点出发，优选为乙酸乙烯酯。
聚乙烯基酯可以为作为单体而仅使用1种或2种以上的乙烯基酯而得到的物质，只要在不损害本发明的效果范围内，则也可以为1种或2种以上的乙烯基酯和能够与其共聚的其他单体的共聚物。
作为乙烯基酯和能够共聚的其他单体，可以举出例如乙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯等碳原子数为2~30的α-烯烃；(甲基)丙烯酸或其盐；(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯等(甲基)丙烯酸酯；(甲基)丙烯酰胺、N-甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、双丙酮(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰胺基丙磺酸或其盐、(甲基)丙烯酰胺基丙基二甲基胺或其盐、N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺或其衍生物等(甲基)丙烯酰胺衍生物；N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮等N-乙烯基酰胺；甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、正丙基乙烯基醚、异丙基乙烯基醚、正丁基乙烯基醚、异丁基乙烯基醚、叔丁基乙烯基醚、十二烷基乙烯基醚、硬脂基乙烯基醚等乙烯基醚；(甲基)丙烯腈等氰乙烯；氯乙烯、偏二氯乙烯、氟乙烯、偏二氟乙烯等卤乙烯；乙酸烯丙酯、烯丙基氯等烯丙基化合物；马来酸或其盐、酯或酸酐；衣康酸或其盐、酯或酸酐；乙烯基三甲氧基硅烷等乙烯基甲硅烷基化合物；不饱和磺酸等。上述的聚乙烯基酯能够具有源自前述1种或2种以上的其他单体的结构单元。
源自其他单体的结构单元占聚乙烯基酯的比例基于构成聚乙烯基酯的全部结构单元的摩尔数优选为15摩尔%以下、更优选为10摩尔%以下、进一步优选为5摩尔%以下。
特别地，该其他单体如(甲基)丙烯酸、不饱和磺酸等那样，为有可能促进所得PVA的水溶性的单体时，在偏振膜的制造过程中防止PVA溶解，因此聚乙烯基酯中的源自这些单体的结构单元的比例基于构成聚乙烯基酯的全部结构单元的摩尔数优选为5摩尔%以下、更优选为3摩尔%以下。
本发明中使用的PVA只要在不损害本发明的效果范围内，则也可以为通过1种或2种以上的能够接枝共聚的单体进行改性而得到的物质。作为该能够接枝共聚的单体，可以举出例如不饱和羧酸或其衍生物；不饱和磺酸或其衍生物；碳原子数为2~30的α-烯烃等。PVA中的源自能够接枝共聚的单体的结构单元(接枝改性部分中的结构单元)的比例基于构成PVA的全部结构单元的摩尔数优选为5摩尔%以下。
PVA中，其羟基中的一部分可以交联，也可以不交联。此外，上述PVA中，其羟基中的一部分可以与乙醛、丁醛等醛化合物等反应从而形成缩醛结构，也可以不与这些化合物反应而不形成缩醛结构。
PVA的平均聚合度优选为2500~3500。该平均聚合度更优选为2600以上，也更优选为3300以下。通过使平均聚合度为2500以上，第2交联拉伸步骤中即使在高温下进行拉伸，也能够容易地得到具有优异的偏振性能的偏振膜。另一方面，平均聚合度大于3500时，有时难以减小所得偏振膜的收缩应力。在此，PVA的平均聚合度是指按照JIS K 6726-1994的记载测定的平均聚合度。应予说明，偏振膜中的PVA包含基于硼酸的交联结构，但如果将硼酸酯水解而使其脱离，则在PVA的平均聚合度方面本身实质上没有变化。
PVA的皂化度从偏振膜的偏振性能等观点出发，优选为98摩尔%以上、更优选为98.5摩尔%以上、进一步优选为99摩尔%以上。如果皂化度低于98摩尔%，则在偏振膜的制造过程中PVA容易溶出，溶出的PVA附着于膜上从而有时降低偏振膜的偏振性能。应予说明，本说明书中的PVA的皂化度是指PVA所具有的相对于通过皂化而能够变换为乙烯醇单元的结构单元(典型而言为乙烯基酯单元)与乙烯醇单元的总计摩尔数而言该乙烯醇单元的摩尔数所占的比例(摩尔%)。皂化度可以按照JIS K 6726-1994的记载而测定。
本发明中使用的PVA膜中的PVA的含有率从制造期望的偏振膜的容易性等出发，优选为50~99质量%的范围内。该含有率更优选为75质量%以上、进一步优选为80质量%以上、特别优选为85质量%以上。此外，更优选为98质量%以下、进一步优选为96质量%以下、特别优选为95质量%以下。
PVA膜从提高将其进行拉伸时的拉伸性的观点出发，优选包含增塑剂。作为该增塑剂，可以举出例如乙二醇、丙三醇、丙二醇、二乙二醇、二丙三醇、三乙二醇、四乙二醇、三羟甲基丙烷等多元醇等，PVA膜可以包含1种或2种以上的这些增塑剂。这些之中，从拉伸性的提高效果的观点出发，优选为丙三醇。
PVA膜中的增塑剂的含量相对于其中包含的PVA100质量份，优选为1~20质量份的范围内。通过使该含量为1质量份以上，能够进一步提高PVA膜的拉伸性。另一方面，通过使该含量为20质量份以下，能够防止PVA膜变得过度柔软而处理性降低。PVA膜中的增塑剂的含量相对于PVA100质量份，更优选为2质量份以上、进一步优选为4质量份以上、特别优选为5质量份以上。此外，增塑剂的含量更优选为15质量份以下、进一步优选为12质量份以下。应予说明，还根据偏振膜的制造条件等而不同，但PVA膜中包含的增塑剂在制造偏振膜时溶出，因此其总量不限于残存于偏振膜中。
PVA膜根据需要，还可以包含抗氧化剂、防冻结剂、pH调节剂、遮蔽剂、防着色剂、油剂、表面活性剂等成分。
本发明的制造方法中使用的PVA膜的厚度为5~100μm。通过使厚度为100μm以下，可以容易地得到薄型的偏振膜。PVA膜的厚度优选为60μm以下。另一方面，厚度低于5μm时，除了难以制造偏振膜之外，还容易产生染色不均匀。PVA膜的厚度优选为7μm以上。在此所称的厚度在多层膜的情况中是指PVA层的厚度。
PVA膜可以为单层膜，可以使用具有PVA层和基材树脂层的多层膜。单层膜的情况中，为了确保操作性，膜的厚度优选为20μm以上、更优选为30μm以上。另一方面，多层膜的情况中，还能够将PVA层的厚度制成20μm以下，还能够制成15μm以下。多层膜中的基材树脂层的厚度通常为20~500μm。
作为PVA膜，使用具有PVA层和基材树脂层的多层膜的情况中，基材树脂必须是能够与PVA一起进行拉伸处理的树脂。可以使用聚酯、聚烯烃树脂等。其中，优选为非晶聚酯树脂，适合使用聚邻苯二甲酸乙二醇酯、对其共聚间苯二甲酸、1,4-环己烷二甲醇等共聚成分而得到的非晶聚酯树脂。通过将PVA溶液涂布于基材树脂膜上，优选制造多层膜。此时，为了改善PVA层与基材树脂层之间的粘接性，可以将基材树脂膜的表面进行改质、或者在两层间形成粘接剂层。
PVA膜的形状没有特别限制，由于在制造偏振膜时能够连续供给，因此优选为长条的PVA膜。长条的PVA膜的长度(长条方向的长度)没有特别限制，能够根据所制造的偏振膜的用途等而适当设定，例如可以设为5~20,000m的范围内。
PVA膜的宽度没有特别限制，能够根据所制造的偏振膜的用途等而适当设定。近年来，推进了液晶电视、液晶显示器的大画面化，因此如果将PVA膜的宽度设为0.5m以上、更优选1.0m以上，则适合于这些用途。另一方面，如果PVA膜的宽度过宽，则在用实用化的装置制造偏振膜时存在难以均匀拉伸的倾向，因此PVA膜的宽度优选为7m以下。
将以上说明的PVA膜用作原材料，制造本发明的偏振膜。具体而言，按顺序至少实施溶胀步骤、染色步骤、第1交联拉伸步骤、第2交联拉伸步骤，从而制造偏振膜。在前述第2交联拉伸步骤之后，还优选实施洗涤步骤、干燥步骤。以下，针对各步骤进行详细说明。
本发明的制造方法中，首先将PVA膜供于溶胀步骤。溶胀步骤中，在10~50℃的水中浸渍，从而使PVA膜溶胀。水的温度优选为20℃以上，优选为40℃以下。通过在这样的温度范围内的水中浸渍，能够以良好的效率使PVA膜均匀地溶胀。将PVA膜在水中浸渍的时间优选为0.1~5分钟的范围内、更优选为0.5~3分钟的范围内。通过设为这样的浸渍时间，能够以良好的效率使PVA膜均匀地溶胀。应予说明，浸渍PVA膜的水不限定于纯水，可以为溶解有各种成分的水溶液，也可以为水与水溶性有机溶剂的混合物。溶胀步骤中，优选对PVA膜实施单轴拉伸。此时的拉伸倍率没有特别限定，优选为1.2~2.8倍。该拉伸倍率更优选为1.5倍以上，也更优选为2.5倍以下。
本发明的制造方法中，在前述溶胀步骤之后，供于染色步骤。染色步骤中，浸渍于包含总计0.5~3质量%的碘和碘化钾的10~50℃的水溶液中，将碘系二色性色素浸渗于PVA膜中，并且以总拉伸倍率达到2~3倍的方式进行单轴拉伸。由此，将PVA膜用碘系二色性色素染色，并且使膜中的PVA的分子链取向，使碘系二色性色素也取向。
染色通过在包含碘系色素的染色浴中浸渍PVA膜而进行。染色浴通过将碘(I2)和碘化钾(KI)与水混合而制备。通过将碘和碘化钾与水混合，能够产生I3 -、I5 -等碘系色素。染色浴中的碘和碘化钾的总计含量以它们的总计计为0.5~3质量%。碘和碘化钾的总计含量优选为0.8质量%以上，也优选为2.5质量%以下。通过在这样的浓度范围内染色，能够以良好的效率均匀地染色。碘化钾相对于碘的质量比(KI/I2)优选为10~200、更优选为15~150。在染色浴中，可以包含硼酸、硼砂等硼酸盐等硼化合物，其含量通常以硼酸换算计低于5质量%、适合为1质量%以下。
染色浴的温度为10~50℃。该温度优选为15℃以上、更优选为20℃以上。此外，该温度优选为40℃以下、更优选为30℃以下。通过在这样的温度范围内染色，能够以良好的效率将PVA膜均匀地染色。此外，作为将PVA膜在染色浴中浸渍的时间，优选为0.1~10分钟的范围内、更优选为0.2~5分钟的范围内。通过设为这样的时间的范围，能够将PVA膜进行染色而不存在不均匀。
染色步骤中，将PVA膜染色并进行单轴拉伸，以总拉伸倍率达到2~3倍的方式进行。对具有这样的总拉伸倍率的PVA膜，接着，通过实施2个阶段的交联拉伸步骤，能够得到具有优异的偏振性能、而且收缩应力低的偏振膜。以经过包括溶胀步骤和染色步骤的至此为止的步骤的总拉伸倍率达到2~3倍的方式进行即可。染色步骤中的拉伸倍率大于1倍即可，更优选为1.05倍以上。
本发明的制造方法中，在前述染色步骤之后，供于第1交联拉伸步骤和第2交联拉伸步骤。通过实施条件不同的2个阶段的交联拉伸步骤，能够控制所得偏振膜的结晶状况和取向状态，能够得到具有优异的偏振性能、而且收缩应力低的偏振膜。以下，针对这2个交联拉伸步骤进行说明。
第1交联拉伸步骤中，在包含1~5质量%的硼酸的40~55℃的水溶液中，以该步骤中的拉伸倍率达到1.1~1.3倍且总拉伸倍率达到2.5~3.5倍的方式进行单轴拉伸。浸渍PVA膜的硼酸水溶液包含1~5质量%的硼酸。硼酸的浓度优选为1.5质量%以上，也优选为4质量%以下。通过设为这样的浓度，能够以适当的速度使基于硼酸的分子间交联反应进行。应予说明，硼酸只要能够在水溶液中形成硼酸或硼酸离子即可，也可以使用硼酸、硼酸盐中任一者，但适合为硼酸。使用硼酸盐时的浓度以硼酸(H3BO3)的质量换算计来计算。硼酸水溶液可以含有碘化钾，此时的浓度优选为0.01~10质量%的范围内。通过含有碘化钾，能够调整所得偏振膜的偏振性能。可以在第1交联拉伸步骤中包含碘化钾，也可以在后述的第2交联拉伸步骤中包含碘化钾，还可以在两个步骤中包含。
第1交联拉伸步骤中的硼酸水溶液的温度为40~55℃。该温度优选为42℃以上，也优选为53℃以下。该温度过低时，基于硼酸的交联反应的进行不充分，所得偏振膜的偏振特性降低。另一方面，该温度过高时，PVA有可能从膜中溶出。并且，在这样的温度条件下，以拉伸倍率达到1.1~1.3倍且总拉伸倍率达到2.5~3.5倍的方式进行单轴拉伸。总拉伸倍率优选为2.6倍以上，也优选为3.4倍以下。像这样，第1交联拉伸步骤中，在稍微进行单轴拉伸从而使其适度取向的同时，进行硼酸交联反应。由此，即使在后续的第2交联拉伸步骤中浸渍于高温的硼酸水溶液中时，不会发生PVA从膜中溶出至硼酸水溶液中、或膜的强度显著降低，能够进一步拉伸为高倍率。
接着，第2交联拉伸步骤中，在包含1~5质量%的硼酸的60~70℃的水溶液中，以该步骤中的拉伸倍率达到1.8~3.0倍且总拉伸倍率达到6~8倍的方式进行单轴拉伸。所使用的硼酸水溶液的组成可以使用与第1交联拉伸步骤中使用的范围相同的物质。
第2交联拉伸步骤中，硼酸水溶液的温度为60~70℃。该温度优选为62℃以上，也优选为68℃以下。如果温度过低，则收缩应力变大。另一方面，如果温度过高，则PVA从膜中溶出至硼酸水溶液中、或者偏振度降低。并且，前述温度范围中，以达到1.8~3.0倍且总拉伸倍率达到6~8倍的方式进行单轴拉伸。第2交联拉伸步骤中的拉伸倍率优选为2倍以上，也优选为2.8倍以下。此外，总拉伸倍率优选为6.2倍以上，也优选为7.8倍以下。即，在高温的硼酸水溶液中，在拉伸至较高倍率的同时进行硼酸交联反应，其结果是，在干燥步骤中促进了取向的PVA的结晶化以及固定化。由此，能够制造偏振性能高、而且收缩应力小的偏振膜。
第2交联拉伸步骤中的最大拉伸应力优选为15N/mm2以下。在此，最大拉伸应力是指在第2交联拉伸步骤中，将在相邻的辊间施加的拉伸力除以原料的PVA膜的截面积而得到的值。使用3根以上的辊时，采用其中最大的拉伸力。通过减小最大拉伸应力，能够得到收缩应力小的偏振膜。最大拉伸应力更适合为10N/mm2以下。此外，通常最大拉伸应力为1N/mm2以上。
前述第1和第2交联拉伸步骤中，将PVA膜进行单轴拉伸时，可以使用在水浴内具备彼此平行的多个辊的拉伸装置，通过改变各辊间的圆周速度，从而进行。
在前述第2交联拉伸步骤之后，优选供于洗涤步骤。洗涤步骤中，去除膜表面的不需要的药品类、异物、或者调节最终得到的偏振膜的光学的性能。洗涤步骤可以通过使PVA膜浸渍于洗涤浴中、或者在PVA膜上散布洗涤液从而进行。作为洗涤液，可以使用水，但其中也可以含有碘化钾。含有碘化钾时，能够调整偏振膜的色调。碘化钾的含量优选为0.1~10质量%。洗涤液的温度通常为10~40℃，适合为15~30℃。洗涤浴可以不仅使用1个槽，而可以使用多个槽。此外，使用多个槽时的各槽中的洗涤液的组成可以根据目的而分别调整。
接着前述洗涤步骤之后，优选供于干燥步骤。干燥步骤中的温度没有特别限制，优选为30~150℃、更优选为50~130℃。通过在上述范围内的温度下进行干燥，容易得到尺寸稳定性优异的偏振膜。
以这样的方式得到的本发明的偏振膜的厚度优选为1~30μm。厚度低于1μm时，有时难以以高速度生产，更适合为3μm以上。另一方面，厚度大于30μm时，拉伸加工时的拉伸张力变高，有时装置破损，更适合为25μm以下。在此所称的厚度在多层膜的情况中是指PVA层的厚度。
所得偏振膜为PVA的单层膜时，为了确保操作性，偏振膜的厚度优选为5μm以上、更优选为7μm以上。另一方面，由多层膜形成的偏振膜的情况中，还能够将PVA层的厚度制成5μm以下，还能够制成3μm以下。多层膜中的基材树脂层的厚度通常为10~250μm。
本发明的偏振膜的单独透射率优选为42~45%。单独透射率低于42%时，液晶显示器的亮度降低。单独透射率更适合为42.5%以上。另一方面，单独透射率大于45%的偏振膜的情况中，难以得到高偏振度的偏振膜，单独透射率更适合为44.5%以下。此外，本发明的偏振膜的偏振度优选为99.980%以上。通过使偏振度为99.980%以上，液晶显示器的画质变得优异。偏振度更适合为99.982%以上。
本发明的偏振膜的收缩应力优选为45N/mm2以下。通过使收缩应力小，即使在高温下使用时，尺寸稳定性也变得优异。收缩应力更适合为40N/mm2以下。在此，收缩应力是指将形成试样的偏振膜固定并在80℃下维持4小时时的张力除以试样的截面积而得到的值。
此外，本发明的偏振膜优选“单独透射率为43.5%时的偏振度”为99.990%以上。该在偏振膜的单独透射率(T)并非43.5%的情况中，算出假定为43.5%时的偏振度。单独透射率为43.5%时的偏振度更优选为99.991%以上、进一步优选为99.992%以上。
“单独透射率为43.5%时的偏振度”的算出方法如下所述。首先，排除表面反射的透射率(T')与单独透射率(T)的关系为式(1)所示。此时，PVA的折射率为1.5，表面处的反射率为4%。透射率(T')与偏振度(V)与二色性比(R)的关系为式(2)所示，将式(2)进行变形得到式(3)。在此，二色性比(R)在单独透射率(T)不会大幅变动的范围、例如42~45%的范围内，几乎不会根据染料浓度而发生变动，因此能够作为常数处理。因此，在测量单独透射率(T)和偏振度(V)的基础上，使用这些值而解出式(1)和(2)，由此能够以常数算出偏振膜的二色性比(R)。由代入了该R的式(3)和式(1)，能够求出T=43.5(%)时的偏振度(V)。
T'=T/(1-0.04)2(1)
R={-ln[T'(1-V)]}/{-ln[T'(1＋V)]}(2)
T'=[1-V]1/(R-1)/[1＋V]R/(R-1)(3)
此外，本发明的偏振膜通过广角X射线衍射(WAXD)测定进行结构分析时，发现具有与以往的偏振膜不同的结构特征。以下进行说明。
对本发明的偏振膜进行WAXD测定，由此制作X射线强度相对于衍射角(2θ)的轮廓。并且，按照后述实施例中记载的方法，进行分峰。首先，分割为“PVA晶体”、“PVA非晶”、“PVA-硼酸凝集结构”的3个成分。在此，“PVA晶体”为处于结晶状态的PVA链，“PVA非晶”是指未处于结晶状态的无序状态的PVA链。此外，源自“PVA-硼酸凝集结构”的峰是已知向PVA添加硼酸时出现的峰，可以认为是来自PVA与硼酸相互作用而形成的结构的衍射信号。
接着，针对通过上述方法分割的3个成分，制作X射线强度相对于方位角φ的轮廓。将其进一步分别分割为非取向成分、低取向成分和高取向成分的3成分，由此分割为全部9个成分。以这样的方式，能够求出以9个成分整体作为100%时的各成分的比例(%)。并且，将“PVA-硼酸凝集结构”的高取向成分记作结构因子A，将“PVA非晶”的高取向成分记作结构因子B。此时可知，结构因子A是为了提高偏振性能而必要的结构，结构因子B是收缩应力的原因结构。
对于结构因子A，硼酸将取向的PVA链在分子内或分子间交联而稳定化得到的结构通过D. Fujiwara等人，Polymer Preprints, Japan, 59, 2, 3043, 2010；D. Fujiwara等人，Polymer Preprints, Japan, 60, 2, 3393, 2011；K. Ohishi等人，Polymer, 51,687-693, 2010等而示出。为了实现高偏振性能，必须在膜中保持更多的多碘离子。高度取向的“PVA-硼酸凝集结构”中，硼酸抑制了PVA链的热运动、取向弛豫，因此具有使多碘离子稳定化的效果，其结果是，能够稳定地保持大量的多碘离子。
对于结构因子B是PVA链通过拉伸而高度取向、并直接冻结的结构。其由未结晶化的PVA链而得到，在PVA的玻璃化转变温度以上的温度下，因热运动而导致分子运动性提高，此外不受结晶、硼酸的约束，因此容易发生取向弛豫。结构因子B由于高度取向，因此取向弛豫时的力大。
结构因子A和结构因子B可以通过控制由PVA膜制造偏振膜时的各种各样的条件而控制。例如，结构因子A依赖于包含硼酸的交联槽的硼酸浓度，硼酸浓度越高则结构因子A越多。此外，例如结构因子B依赖于拉伸倍率，通过减小拉伸倍率，抑制了PVA链的取向，能够减少结构因子B。
然而，如果提高硼酸浓度，则存在加工中的拉伸性降低、或者结构因子B增加等问题。另一方面，如果减小拉伸倍率，则结构因子A变少，存在无法得到高偏振性能的膜的问题。即，难以得到同时满足高偏振性能且低收缩应力的偏振膜。
此时，通过采用前述那样的制造方法，能够制造与以往的偏振膜相比结构因子A的含有率高、且结构因子B的含有率低的偏振膜。由此，能够得到迄今难以制造的具有优异的偏振性能、且收缩应力低的偏振膜。具体而言，能够得到广角X射线衍射测定中的结构因子A的含有率(CA)为3~4.5%、结构因子B的含有率(CB)为2.0~8.5%、且比(CA/CB)为0.4以上的偏振膜。
结构因子A的含有率(CA)优选为3~4.5%。通过使含有率(CA)为3%以上，能够具有优异的偏振性能。另一方面，结构因子B的含有率(CB)优选为2.0~8.5%、更优选为2.5~8.5%、进一步更优选为3.0~8.5%、特别优选为4.5~8.5%。通过使含有率(CB)为8.5%以下，能够减小收缩应力。并且，其两者的比(CA/CB)优选为0.4以上。通过采用比(CA/CB)大的值，能够得到具有优异的偏振性能、且收缩应力低的偏振膜。
本发明的偏振膜的适合方式是偏振膜，其由包含碘系二色性色素的聚乙烯醇膜形成；单独透射率为43.5%时的偏振度为99.990%以上；并且，广角X射线衍射测定中的结构因子A的含有率(CA)为3~4.5%，结构因子B的含有率(CB)为2.0~8.5%，且比(CA/CB)为0.4以上。
本发明的偏振膜的另一适合方式是偏振膜，其由包含碘系二色性色素的聚乙烯醇膜形成；单独透射率为42~45%；偏振度为99.980%以上；并且，广角X射线衍射测定中的结构因子A的含有率(CA)为3~4.5%，结构因子B的含有率(CB)为2.0~8.5%，且比(CA/CB)为0.4以上。
本发明的偏振膜的另一适合方式为偏振膜，其由包含碘系二色性色素的聚乙烯醇膜形成；单独透射率为43.5%时的偏振度为99.990%以上；并且，收缩应力为45N/mm2以下。
本发明的偏振膜的另一适合方式为偏振膜，其由包含碘系二色性色素的聚乙烯醇膜形成；单独透射率为42~45%；偏振度为99.980%以上；并且，收缩应力为45N/mm2以下。
本发明的偏振膜通常在其两面或单面上贴合保护膜从而制成偏振板使用。作为保护膜，可以举出光学透明且具有机械强度的膜，具体而言，可以使用例如三乙酸纤维素(TAC)膜、乙酸・丁酸纤维素(CAB)膜、丙烯酸系膜、聚酯系膜等。此外，作为用于贴合的粘接剂，可以举出PVA系粘接剂、氨基甲酸酯系粘接剂、或紫外线固化型粘接剂等。
以这样的方式得到的偏振板能够用于高性能的液晶显示器(LCD)。能够提供明亮、偏振特性良好、而且即使在高温条件下使用尺寸稳定性也优异的偏振板。因此，能够适合用作各种的高性能LCD、特别是移动用途的LCD用的偏振板。
实施例
以下，通过实施例具体说明本发明，但本发明不因这些实施例而受到任何限定。以下的实施例和比较例中采用的分析方法和评价方法按照以下所示的方法进行。
[偏振膜的光学特性]
由以下的实施例和比较例中得到的偏振膜的宽度方向的中央部，采集沿着偏振膜的长度方向3cm、沿着其垂直方向1.5cm的长方形的样品，使用带积分球的分光光度计(日本分光株式会社制“V7100”)，按照JIS Z 8722(物体颜色的测定方法)，在进行视觉灵敏度补正的基础上，测量单独透射率(T)和偏振度(V)。
由以这样的方式得到的T和V的值，解出以下的式(1)和(2)，由此算出偏振膜的二色性比(R)，通过计算代入该R的式(3)和式(1)，求出T=43.5%时的偏振度。在此，PVA的折射率为1.5，表面处的反射率为4%。在此，二色性比(R)在单独透射率不会大幅变动的范围、例如42~45%的范围内，能够作为不会根据染料浓度而发生变动的常数处理。
T'=T/(1-0.04)2(1)
R={-ln[T'(1-V)]}/{-ln[T'(1＋V)]}(2)
T'=[1-V]1/(R-1)/[1＋V]R/(R-1)(3)
“偏振膜的广角X射线衍射(WAXD)测定”
广角X射线衍射(Wide Angle X-ray Diffraction：WAXD)测定使用Bruker AXS制的D8 Discover装置而实施。入射X射线波长设为0.154nm(Cu靶)。检测器使用位置敏感型二维气体检测器的Hi-STAR，照相机距离(试样与检测器间的距离)设定为大约150mm。使用X射线产生装置的灯丝电流设为110mA、电压设为45kV、准直器直径为0.5mm的装置。
将偏振膜裁切为短边5mm、长边20mm的长方形。此时长边方向与偏振膜的拉伸方向一致。在装置付属的样品台贴附双面胶带，固定裁切的偏振膜。本测定中，不将多张偏振膜重叠，将1张偏振膜贴附于样品台上。事前确认了与背底散射、检测器的电噪音等相比，偏振膜的信号充分强。但是，来自偏振膜的衍射信号强度弱时，也可以重叠多张膜进行测定。此时，必须以各个偏振膜的拉伸方向完全一致的方式贴附偏振膜。
偏振膜的拉伸方向以与带有GADDS的D8 Discover(D8 Discover with GADDS)装置的Y轴方向一致的方式，将样品台安装于X射线装置的工作台上。此时，相对于偏振膜表面的法线与X射线入射的方向一致。以X射线从前述入射方向向偏振膜照射的方式，调整装置的X轴、Y轴、Z轴。
WAXD测定在下述条件下实施。将试样的ω轴(以相对于偏振膜表面的法线与X射线入射方向所成的角度达到ω的方式设定的轴；一般而言多称为θ轴)设定为11°，作为检测器位置的2θ轴(以相对于检测器表面的法线与入射X射线方向所成的角度达到2θ的方式设定的轴)设定为22°，相当于偏振膜面内的旋转的φ轴设定为90°或0°。φ轴与偏振膜面内的方位角方向一致。将偏振膜的拉伸方向设为子午线方向、在面内与其垂直的方向设为赤道线方向时，如果φ轴为90°则能够获取赤道线方向的衍射信息，如果φ轴为0°则能够获取子午线方向的衍射信息。用检测器观测的衍射或散射满足Bragg的条件。本测定条件的情况中，例如来自被检测的PVA晶体的110衍射的信号是由与偏振膜的厚度方向大约一致的(110)产生的衍射。将φ轴设为90°或0°，分别将X射线曝光时间设为60分钟而进行测定。
[偏振膜的WAXD测定数据分析]
将获取的WAXD的二维照片使用GADDS(General Area Detector DiffractionSystem，通用区域检测器衍射系统)软件，变换为X射线强度I(2θ)相对于2θ的一维轮廓。2θ范围设为5°至35°。取样的梯级设为0.05°间隔。与方位角方向一致的φ轴范围如-5°至5°、5°至15°、15°至25°、25°至35°、35°至45°、45°至55°、55°至65°、65°至75°、75°至85°、85°至95°、95°至105°、105°至115°、115°至125°、125°至135°、135°至145°、145°至155°、155°至165°、165°至175°、175°至185°那样，在方位角方向上在10°的方位角范围内进行分割，分别得到I(2θ)轮廓。偏振膜的拉伸方向对应于0°，其垂直方向对应于90°。还将相同操作应用于背底散射数据(不安装偏振膜而在相同条件下测定的数据)。
按照下述流程实施I(2θ)轮廓的分析。首先，从偏振膜的测定中得到的I(2θ)轮廓中，扣除背底测定中得到的同方位角范围的I(2θ)轮廓。对扣除了背底散射的I(2θ)轮廓，如图3那样，制作连接2θ位置为6.5°处的强度值I(6.5)和2θ位置为30.5°处的强度值I(30.5)的基线直线，进一步从扣除了背底散射的I(2θ)轮廓中扣除。基线直线在I(2θ)-2θ坐标上，为穿过(6.5,I(6.5))与(30.5,I(30.5))2点的一次函数。应予说明，为了抑制实测数据的偏差对基线直线的影响，I(6.5)设为I(6.0)至I(7.0)的算数平均值，I(30.5)设为I(30.0)至I(31.0)的算数平均值。在此，子午线方向、即方位角为0°附近的I(2θ)轮廓中，在2θ位置处大约28°附近观测到基于沿着拉伸方向取向的多碘离子的衍射峰，因此I(30.5)受到基于多碘离子的衍射峰的影响。因此，观测到基于多碘离子的衍射峰时，预先去除该衍射峰。衍射峰形状视为能够用高斯函数来表达，以不对I(2θ)轮廓造成影响的方式，调整高斯函数的峰顶位置x、峰高度h、峰的宽度(正态分布的标准偏差σ)，从I(2θ)轮廓中适当扣除高斯函数。对全部的各方位角的I(2θ)轮廓实施这样的操作。扣除基线直线而得到的轮廓以下称为补正I(2θ)轮廓。
图4中示出在用偏振膜和聚乙烯醇初始膜的测定中得到的补正I(2θ)轮廓。2θ中，从10°至30°的范围观测到宽且弥散的散射成分主要由于PVA的非晶而产生。2θ中，从19°至21°的范围观测到的峰状的成分由于基于PVA晶体的(1-10)和(110)的衍射而产生。另一方面，2θ中，从21°至23°的范围观测到的峰状的成分已知在向PVA添加硼酸时出现，可以认为是来自PVA与硼酸相互作用而形成的结构的衍射信号。该PVA与硼酸相互作用而形成的结构称为“PVA-硼酸凝集结构”。即，测定偏振膜而得到的补正I(2θ)轮廓可以被分离为“PVA非晶”、“PVA晶体”、“PVA-硼酸凝集结构”3个成分。因此，对补正I(2θ)轮廓，应用波形分离分析。
来自“PVA非晶”、“PVA晶体”、“PVA-硼酸凝集结构”的散射或衍射信号假定能够用高斯函数表达。分别记作高斯函数A、高斯函数B、高斯函数C。定义高斯函数的形状的参数记作峰顶位置x、峰高度h、峰的宽度(在此是指正态分布的标准偏差σ)。以表达各成分的3个高斯函数之和、即calculated-I(2θ)轮廓与补正I(2θ)轮廓一致的方式，将3个高斯函数的峰顶位置x、峰高度h、峰的宽度作为可变参数，通过最小二乘法拟合而将所有参数进行最优化。其结果示于图4中。本波形分离分析中，calculated-I(2θ)轮廓不会受到测定数据的偏差、由分析导致的误差、拟合的系统误差的影响，必须以反映偏振膜的结构的方式用3个高斯函数适当表达。因此，本试验中，在波形分离分析中导入下述(a)至(f)那样的约束，从而实施。
(a)2θ中，13°至16°和25°至28°的范围中的信号视为由“PVA非晶”产生的散射，因此在该2θ范围中仅用高斯函数A重现补正I(2θ)轮廓。
(b)2θ中，大约17°至21°的范围中的信号为由“PVA非晶”和“PVA晶体”产生的散射和衍射，特别是“PVA晶体”的贡献大。由晶体导致的衍射峰位置是已知的，因此，固定高斯函数B的峰顶位置x。
(c)2θ中，大约20°至23°的范围中的信号为由“PVA非晶”和“PVA-硼酸凝集结构”产生的散射和衍射。特别地，“PVA-硼酸凝集结构”的贡献大。因此，固定高斯函数C的峰顶位置x。
(d)为了将“PVA晶体”和“PVA-硼酸凝集结构”适当分离，将高斯函数B和高斯函数C的峰的宽度设为相同值。其理由在于，即使测定任何偏振膜，17°至21°和20°至23°中的衍射强度大约相等，基于“PVA晶体”的衍射峰和基于“PVA-硼酸凝集结构”的衍射峰的形状中预期不存在显著差异。
(e)按照上述(a)~(d)，探索使得全部补正I(2θ)轮廓被3个高斯函数之和、即calculated-I(2θ)轮廓良好重现的3个高斯函数各自的峰顶位置x、峰的宽度σ的最佳值。其结果是可知，对高斯函数A采用x=20.0和σ=4.0，对高斯函数B采用x=19.7和σ=1.3，对高斯函数C采用x=22.0和σ=1.3时，能够不矛盾地良好地将全部补正I(2θ)轮廓进行波形分离。峰顶位置x和峰的宽度σ固定为上述的最佳值。
(f)对全部补正I(2θ)轮廓，仅以3个高斯函数的峰高度h作为可变参数进行最小二乘法拟合。拟合范围设为6.5°至30.5°。
应予说明，赤道线方向、即方位角为90°附近的I(2θ)轮廓中，在2θ位置中大约11°附近处观测到基于沿着拉伸方向取向的PVA晶体的100衍射峰。观测到100衍射峰时，衍射峰形状视为能够用高斯函数表达，包括在对I(2θ)轮廓的波形分离分析中。即，适当调整高斯函数的峰顶位置x、峰高度h、峰的宽度σ，进行最小二乘法拟合。
最小二乘法拟合之后，计算3个高斯函数的面积，分别视为由“PVA非晶”、“PVA晶体”、“PVA-硼酸凝集结构”产生的信号的积分强度值(A)。观测到100衍射峰时，将100衍射峰的积分强度值包括在“PVA晶体”中。对全部各方位角的补正I(2θ)轮廓实施上述波形分离分析，算出“PVA非晶”、“PVA晶体”、“PVA-硼酸凝集结构”各自的积分强度值(A)。应予说明，这些分析中，使用Microsoft制的Excel软件。
将波形分离分析中得到的“PVA非晶”、“PVA晶体”、“PVA-硼酸凝集结构”的积分强度值(A)相对于方位角进行描点而得到的图为图5。在此，方位角如下定义。例如，将-5°至5°的方位角范围的补正I(2θ)轮廓的分析结果相对于方位角0°进行描点，将85°至95°的方位角范围的补正I(2θ)轮廓的分析结果相对于方位角90°进行描点。
各成分的积分强度值的方位角分散描点A(φ)反映了偏振膜的各成分相对于拉伸方向的取向状态。分析的2θ范围中观测到的散射或衍射的信号主要视为由PVA分子链间的干涉而导致的信号时，方位角为90°处观测到的信号的比例大约与PVA分子链沿着拉伸方向排列的成分的比例大约相等。方位角为0°处观测到的信号的比例大约与PVA分子链沿着与拉伸方向垂直的方向排列的成分的比例大约相等。即，图5与各成分的取向状态的分布函数f(φ)大约相等。PVA为完全非取向状态时，不存在分布函数的方位角依赖性。另一方面，如果PVA沿着拉伸方向伴随某种分布而取向，则将分布函数表示为以90°作为最大强度的峰形状。
因此，将积分强度值的方位角分散描点A(φ)分离为取向成分的分布函数f1(φ)与非取向成分的分布函数f2(φ)。非取向成分的分布函数不存在方位角依赖性，因此记作f2(φ)=C(C为常数)。如图6所示那样，在任意方位角达到恒定的常数C的成分为f2(φ)，在特定的方位角具备概率分布的成分为f1(φ)。可知，对任一偏振膜，为了从方位角分散描点A(φ)中以良好的精度得到f1(φ)，均按照下述流程进行数据处理即可。“PVA晶体”与“PVA-硼酸凝集结构”的取向成分的分布函数f1(φ)假定能够用洛伦兹函数表达，将峰顶位置设为90°，将峰高度h、峰的半峰宽度设为可变参数。“PVA非晶”的取向成分的分布函数f1(φ)假定能够用2个高斯函数的线性和表达，将峰顶位置设为90°，将各个函数的峰高度h、峰的半峰宽度设为可变参数。以A(φ)良好地被f1(φ)和f2(φ)之和重现的方式进行最小二乘法拟合，得到常数C、峰高度h、峰的半峰宽度的最优解。拟合在0°至180°的方位角范围实施。
在此，通过上述拟合而得到的取向成分的分布函数f1(φ)之中，方位角φ为80°至100°的范围、即高取向的成分的比例如下所述地求出。首先，在0°至180°的方位角范围中，求出取向成分的分布函数f1(φ)的积分值。将其记作F1。接着，计算取向成分的分布函数f1(φ)中的方位角φ为80°至100°的范围的积分值，将其记作F1a。F1-F1a为0°至80°和100°至180°的积分值，将其记作F1b。F1b为取向度小的取向成分。0°至180°的方位角范围中，计算非取向成分的分布函数f2(φ)的积分值F2。对“PVA非晶”、“PVA晶体”、“PVA-硼酸凝集结构”各自得到F1a、F1b、F2的值。F1a为与高取向成分成比例的量，F1b为与低取向成分成比例的量，F2为与非取向成分成比例的量。
“PVA非晶”、“PVA晶体”、“PVA-硼酸凝集结构”各自的高取向成分、低取向成分、非取向成分、即9成分的存在比例如下述式那样，视为各成分相对于各成分的积分值的总和的比例。将其记作F1a-PVA非晶、F1b-PVA非晶、F2-PVA非晶、F1a-PVA晶体、F1b-PVA晶体、F2-PVA晶体、F1a-PVA-硼酸凝集结构、F1b-PVA-硼酸凝集结构、F2-PVA-硼酸凝集结构。
其中，“PVA-硼酸凝集结构”的高取向成分F1a-PVA-硼酸凝集结构如上述那样，已知与偏振膜的偏振性能存在高度关联。其理由在于，通过拉伸而高度取向并且拉伸失弹的PVA链与硼酸相互作用而稳定化，由此促进多碘离子的形成和保持。“PVA-硼酸凝集结构”的高取向成分记作结构因子A。另一方面，“PVA非晶”的高取向成分F1a-PVA非晶已知与偏振膜的收缩应力存在高度关联。其理由在于，通过拉伸而高度取向并拉伸失弹的PVA链通过提高温度而容易热运动，取向弛豫的力强，因此成为收缩的原因。“PVA非晶”的高取向成分记作结构因子B。
针对在各种条件下制造的偏振膜的试样，按照上述方法，将结构因子A的含有率(CA)和结构因子B的含有率(CB)相对于收缩应力进行描点而得到的图示于图7。此外，将比(CA/CB)相对于收缩应力进行描点而得到的图示于图8。可知，收缩应力与结构因子A的含有率(CA)、结构因子B的含有率(CB)和比(CA/CB)显著相关。
[偏振膜的收缩应力]
收缩应力使用岛津制作所制的带恒温槽的AUTOGRAPH AG-X和视频式拉伸仪TRViewX 120S，进行测定。测定中，使用在20℃/20%RH下进行18小时调湿的偏振膜。将AUTOGRAPH AG-X的恒温槽设为20℃后，将偏振膜(长度方向为15cm，宽度方向为1.5cm)安装于夹具(夹具间隔为5cm)上，与拉伸开始同时，开始至80℃恒温槽的升温。以1mm/分钟的速度拉伸偏振膜，在张力到达2N的时点停止拉伸，在该状态下测定至4小时后的张力。此时，由于热膨胀而导致夹具间的距离发生变化，因此在夹具上粘贴标线标签，使用视频式拉伸仪TR ViewX 120S，以能够仅以在夹具上贴附的标线标签移动的程度修正夹具间的距离的方式，进行测定。应予说明，将从4小时后的张力的测定值中扣除初始张力2N而得到的值记作偏振膜的收缩力，将该值除以样品截面积而得到的值定义为收缩应力(N/mm2)。
[第2交联拉伸步骤中的最大拉伸应力]
第2交联拉伸步骤中的最大拉伸应力为将在第2交联拉伸步骤中对相邻辊间施加的拉伸张力通过设置于其间的张力辊测量、并除以原料的PVA膜的截面积而得到的值。使用3根以上的辊时，采用其中最大的拉伸力。
[实施例1]
使用包含PVA(乙酸乙烯酯聚合物的皂化物，聚合度为3000，皂化度为99.9摩尔%)100质量份、作为增塑剂的丙三醇10质量份、作为表面活性剂的聚氧乙烯月桂基醚硫酸钠：0.1质量份和水的制膜原液，通过流延制膜，得到厚度为45μm的PVA膜的辊。对该PVA膜，按顺序进行溶胀步骤、染色步骤、第1交联拉伸步骤、第2交联拉伸步骤、洗涤步骤和干燥步骤，由此制造偏振膜。偏振膜制造装置的示意图示于图1。
具体而言，以下述方式制造偏振膜。首先，溶胀步骤中，将上述PVA膜在温度为30℃的水中浸渍1分钟的过程中，沿着长度方向(MD)单轴拉伸至原来的长度的2倍(第1阶段拉伸)。接着，染色步骤中，在包含0.06质量%的碘和1.4质量%的碘化钾的温度为30℃的水溶液中浸渍1分钟的过程中，沿着长度方向(MD)单轴拉伸至原来的长度的2.4倍(第2阶段拉伸)。接着，第1交联拉伸步骤中，在以2.6质量%的浓度含有硼酸的温度为50℃的水溶液中浸渍2分钟的过程中，沿着长度方向(MD)单轴拉伸至原来的长度的3倍(第3阶段拉伸)。接着，第2交联拉伸步骤中，在以2.8质量%的浓度含有硼酸且以5质量%的浓度含有碘化钾的温度为65℃的水溶液中浸渍的过程中，沿着长度方向(MD)单轴拉伸至原来的长度的7倍(第4阶段拉伸)。第2交联拉伸步骤中的最大拉伸应力为5.5N/mm2。接着，洗涤步骤中，在以1.5质量%的浓度含有硼酸且以5质量%的浓度含有碘化钾的温度为22℃的水溶液中，通过浸渍10秒，洗涤膜。接着，干燥步骤中，用80℃的干燥机进行90秒干燥，由此制造厚度为13.9μm的偏振膜。
使用所得偏振膜，通过上述方法，测定结构因子A和B、单独透射率、偏振度、单独透射率为43.5%时的偏振度和收缩应力。PVA晶体的高取向成分、低取向成分和非取向成分的含有率分别为5.4%、2.8%和15.1%。PVA-硼酸凝集结构的高取向成分、低取向成分和非取向成分的含有率分别为3.2%、1.4%和4.6%。PVA非晶的高取向成分、低取向成分和非取向成分的含有率分别为8.0%、10.3%和49.3%。即，结构因子A的含有率(CA)为3.2%，结构因子B的含有率(CB)为8.0%，比(CA/CB)为0.4。单独透射率为43.73%，偏振度为99.982%，单独透射率为43.5%时的偏振度为99.993%，收缩应力为34.5N/mm2。其评价结果示于表2。
[比较例1~8]
将PVA膜的厚度和聚合度、第1交联拉伸步骤中的硼酸水溶液的温度、第1交联拉伸步骤后的总拉伸倍率、第2交联拉伸步骤中的硼酸水溶液的温度、第2交联拉伸步骤后的总拉伸倍率以表1所示那样进行变更，除此之外，以与实施例1相同的方式，制造偏振膜。第2交联拉伸步骤中的最大拉伸应力的值示于表1。
使用所得偏振膜，以与实施例1相同的方式，测定单独透射率、偏振度、单独透射率为43.5%时的偏振度、收缩应力、结构因子A的含有率(CA)和结构因子B的含有率(CB)。其评价结果总结示于表2。此外，将实施例1和比较例2~4、7和8中得到的偏振膜的单独透射率为43.5%时的偏振度相对于收缩应力进行描点而得到的图示于图2。根据图2，可知以下内容。即，比较例1~8中，如果想要提高单独透射率为43.5%时的偏振度，则收缩应力变大。与此相对，实施例1中，与比较例1~8显著不同，即使提高单独透射率为43.5%时的偏振度，也能够减小收缩应力。应予说明，比较例1、5和6的单独透射率为43.5%时的偏振度低于99.950%，向下方偏离图的表示范围。
附图标记说明
1 偏振膜制造装置的示意图
2 PVA膜辊
3 溶胀步骤
4 染色步骤
5 第1交联拉伸步骤
6 第2交联拉伸步骤
7 洗涤步骤
8 干燥步骤
9 偏振膜辊。
Claims (2)
1.偏振膜的制造方法，对聚乙烯醇膜按顺序至少实施溶胀步骤、染色步骤、第1交联拉伸步骤、第2交联拉伸步骤，其特征在于，
所述聚乙烯醇膜的厚度为5~100μm，
所述聚乙烯醇膜中包含的聚乙烯醇的平均聚合度为2600~3500，
所述溶胀步骤中，浸渍于10~50℃的水中从而使所述聚乙烯醇膜溶胀，
所述染色步骤中，浸渍于包含总计0.5~3质量%的碘和碘化钾的10~50℃的水溶液中，将碘系二色性色素浸渗于所述聚乙烯醇膜中，并且以总拉伸倍率达到2~3倍的方式进行单轴拉伸，
在所述第1交联拉伸步骤中，在包含1~5质量%的硼酸的40~55℃的水溶液中，以该步骤中的拉伸倍率达到1.1~1.3倍且总拉伸倍率达到2.5~3.5倍的方式进行单轴拉伸，
接着，在所述第2交联拉伸步骤中，在包含1~5质量%的硼酸的60~70℃的水溶液中，以该步骤中的拉伸倍率达到1.8~3.0倍且总拉伸倍率达到6~8倍的方式进行单轴拉伸，
得到单独透射率为42~45%、偏振度为99.980%以上、且收缩应力为45N/mm2以下的偏振膜。
2.根据权利要求1所述的偏振膜的制造方法，其中，在所述第2交联拉伸步骤中，最大拉伸应力为15N/mm2以下。
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