CN112248611A - 一种偏光片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种偏光片的制备方法，其包括对染色、拉伸、清洗后的PVA膜进行干燥，干燥的温度为40‑95℃，干燥的环境湿度为50‑100%RH，使得到的素膜的含湿率为2‑5wt%；在膜的表面设置保护层，得到偏振片。采用本发明的技术方案，在基本不改变现有偏光片制造工艺的前提下，通过对染色、拉伸、清洗后PVA膜的干燥条件进行优化，使素膜的表面相容性提升，有效地降低了裂点缺陷等的发生率，从而提升了产品的品质。

Description

一种偏光片的制备方法

技术领域

本发明属于偏光片制备技术领域，尤其涉及一种偏光片的制备方法。

背景技术

随着显示技术的“无处不在”，作为显示器的必备部分——偏光片(即偏振片)的用领域也日益拓展。但随之而来的，就是偏光片为适应千差万别的使用环境，其性能要求也日益严苛。

偏光片通常是使用聚乙烯醇系薄膜和二色性材料(如碘、特种染料等)进行染色之后，通过单向拉伸制膜而获得。由于是通过拉伸制作的，所以偏光片在热、湿等恶劣环境下(如环境温度高于60℃、接近结露的湿度环境等)，容易收缩、形变，进而使其光学性能(如偏振度下降等)和外观性能(如层叠结构发生开裂，甚至完全剥离等)遭受破坏。目前通常采用外表面贴合三醋酸纤维素膜等方法以提升偏光片耐候性能，但并不能完全杜绝偏光片受外界热、湿环境的影响。

从结构上分析，偏光片是由多层具有不同光学、机械性能的光学薄膜层叠而成。各层材料之间、材料与粘接剂之间，甚至粘接工艺之间是否能良好匹配，直接影响到偏光片的光学、外观性能指标的好坏。因此，在制作偏光片时，在各层光学薄膜与粘接胶之间(粘接界面)，容易产生裂点(裂点缺陷)的问题，表现为无规则分布的亮点、亮线，严重影响显示效果。

如上所述，偏光片是多层光学薄膜层叠而成，作为用于胶粘上述光学薄膜的胶粘剂，优选水系胶粘剂。但是水系胶粘剂在加湿条件下，有时会在粘接界面处产生剥离。针对上述问题，现有技术有提出含有含乙酰乙酰基的聚乙烯醇系树脂和交联剂的偏振片用胶粘剂，该方法虽然引入了疏水基团，可以有效地提升PVA水系胶在高湿环境下的稳定性，但也引入了粘接界面不相容的问题，对于解决裂点问题，并无明显的改进，表现为无规则分布的亮点、亮线，甚至会在粘接界面处产生剥离，严重的会影响显示效果。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种偏光片的制备方法，既能保证干燥效果，又能让贴合界面相容性良好，大大降低了“裂点、亮线”等缺陷等的发生概率，提升了产品的合格率和品质。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种偏光片的制备方法，其包括对染色、拉伸、清洗后的聚乙烯醇系树脂膜(以下简称PVA膜)进行干燥，干燥的温度为40-95℃，干燥的环境湿度为50-100％RH，使得到的素膜的含湿率为2-5wt％；在膜的表面设置保护层，得到偏振片。

经过研究发现，在偏振片中，裂缝产生的机制主要为：通常将聚乙烯醇类膜进行染色、拉伸来制造偏振片，但为了获得高的偏振特性，进行了程度非常高的拉伸。因此，聚乙烯醇类分子显示出在其拉伸方向(MD方向)上具有高的取向性，从而导致拉伸方向(MD方向)具有非常高的强度，但与其垂直的TD方向具有非常脆的机械特性。因此，在对偏振片施加外部的应力时，容易延MD方向产生裂缝。

另外，所谓的“亮点、亮线”，绝大多数情形下，并非PVA膜真正的发生了破裂，而只是在粘接界面，因两种材料收缩性的差异形成的局部的凹凸缺陷，光线在经过这些缺陷发生了折光的突变，从而给人以“裂开”的感觉。由于聚乙烯醇高分子本身单元链结构简单，有较好的对称性，易于取向和结晶，因此，聚乙烯醇膜在干燥过程中，干燥条件的不同(温度、湿度、时间等)，对膜表面的结构影响很大，而不同的表面结构，其粘接性能也差异很大。作为粘接剂，其主要成份也是聚乙烯醇，在干燥过程中，存在同样的现象。因此，在干燥过程中，由于聚乙烯醇本身特性带来的粘接界面相容性问题，就是形成“裂点、亮线”的直接原因之一。

采用此技术方案，通过控制干燥中的温度和湿度，并使得素膜的含湿率重量比为2-5wt％，从而控制干燥过程中聚乙烯醇材料的物理性能的变化，大大降低了无规则分布的裂点、亮线的发生概率，既能保证干燥效果，又能改善贴合界面的相容性。

作为本发明的进一步改进，所述干燥包括如下四段：

第一段，干燥温度为不超过45℃，干燥的环境湿度为50-100％RH；

第二段，干燥温度为40-60℃，干燥的环境湿度为50-100％RH；

第三段，干燥温度为50-95℃，干燥的环境湿度为60-90％RH；

第四段，降温段，降温出口温度为50℃以下，环境湿度为40-90％RH；

第一段～第三段，后一阶段的温度不低于前一段温度。

作为本发明的进一步改进，所述干燥的各段时间如下：

第一段，10-300秒；第二段，60-600秒；第三段，10-300秒；第四段，10-300秒。

作为本发明的进一步改进，所述干燥的四段温度和湿度控制如下：

第一段，干燥温度为35-45℃，干燥的环境湿度为65-95％RH；

第二段，干燥温度为45-55℃，干燥的环境湿度为75-95％RH；

第三段，干燥温度为60-85℃，干燥的环境湿度为70-85％RH；

第四段，降温段，降温出口的温度为50℃以下，干燥的环境湿度为45-85％RH。

作为本发明的进一步改进，第四段，所述降温出口的温度为40℃以下。

作为本发明的进一步改进，所述干燥的各段时间如下：

第一段，30-120秒；第二段，90-120秒；第三段，30-90秒；第四段，30-120秒。

作为本发明的进一步改进，在干燥前，所述PVA膜采用以下步骤进行制备：

步骤S1，对聚乙烯醇系树脂膜进行溶胀；

步骤S2，对步骤S1中溶胀后的聚乙烯醇系树脂膜进行染色，然后进行清洗；

步骤S3，使清洗后的膜含有交联剂和/或耐水化剂，然后进行拉伸、清洗。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中，将PVA膜浸渍于含有交联剂和/或耐水化剂中，或将交联剂和/或耐水化剂涂布或涂抹在聚乙烯醇系树脂膜上，该步骤处理时间为2～8分钟。

具体而言，所述PVA膜采用以下步骤进行制备：

(1)对PVA膜实施溶胀工序。溶胀工序是通过将PVA膜在20～50℃的溶液中浸渍30秒～10分钟而进行的，溶液优选为纯水，也可以添加诸如乙醇、丙三醇等的低级醇，添加量在0.1-20％范围内。

(2)在溶胀工序之后为染色工序。染色工序为将PVA膜浸渍于含有二色性物质的溶液中从而使染料渗入的工序。针对以碘作为二色性物质的碘系偏光片，该工序中的溶液温度优选为5～60℃、更优选为20～50℃、特别优选为25～45℃。针对于具有二色性的特殊染料，考虑到其活性较低，温度可适当提升5-10℃。浸渍于溶液中的时间可以适度调节，优选在30秒～20分钟的范围，更优选为1～10分钟。染色方法优选为浸渍于该溶液中，但也可以通过将该溶液涂布于PVA膜来进行。

二色性物质并无特别限定，只要可赋予PVA膜偏振性能、并适应常规偏光片生产工艺即可，如碘或具有二色性的特殊染料。含有二色性物质的溶液，也可以含有有助于提升偏光片稳定性的相关添加剂，对于二色性物质为碘，可以有碘化钾、碘化钠、碘化锌等，对于二色性物质为特殊染料，可以有硫酸钠、无水硫酸钠、三聚酸钠等。上述添加剂的含量可以0.01-25wt％、优选为0.1-10wt％，更优选为0.1～2wt％。

(3)染色工序后，进行清洗工序，以防止或减少二色性物质转移至后续工序中。清洗通常使用纯水。清洗方法优选为将PVA膜浸渍于纯水中,但也采用喷淋等方式进行。对于清洗时间没有特别限定,优选为1～300秒、更优选为1～60秒。清洗工序中的温度通常为5～40℃。

(4)清洗工序之后，进行使PVA膜含有交联剂和/或耐水化剂的工序。作为交联剂，可以使用例如硼酸、硼砂或硼酸铵等硼化合物；乙二醛或戊二醛等多元醛，缩二脲型、异氰脲酸酯型或嵌段型等的多元异氰酸酯系化合物；硫酸氧钛等钛系化合物等，除此之外，还可以使用乙二醇缩水甘油醚、聚酰胺环氧氯丙烷等。作为耐水化剂，可以采用过氧化琥珀酸、过硫酸铵、高氯酸钙、乙二醇二缩水甘油瞇、甘油二缩水甘油醚、氯化铵或氯化镁等，优选使用硼酸。使用以上所示的至少1种或多种的交联剂和/或耐水化剂来进行使PVA膜含有交联剂和/或耐水化剂。此时的溶剂并无限定，但优选为水。

在使其含有交联剂和/或耐水化剂的工序中，若以硼酸为示例来表示，则溶剂中的交联剂和/或耐水化剂的含有浓度相对于溶剂优选为0.5～10.0wt％的浓度，更优选为1.0～5.0wt％。该工序中的溶剂温度优选为25～70℃、更优选为25～50℃。使聚乙烯醇系树脂膜含有交联剂和/或耐水化剂的方法优选为使PVA膜浸渍于该溶液中，但也可以将该溶液涂布或涂抹在PVA膜上。该工序的处理时间优选为30秒～15分钟、更优选为2～8分钟。

(5)拉伸工序。拉伸工序是指对PVA膜进行单轴拉伸。实际上，PVA膜在整个加工过程中，都处于被“绷紧”的状态，即从一开始就被拉伸了。所以，拉伸并不局限于某一工序，而是可以贯穿于整个加工过程，只要PVA膜始终处于“绷紧”状态，并且总的拉伸比在3-9倍(优选4.5-6.5倍)之间，就可以满足偏光片的生产需求。

另外，拉伸的方式，可以采用干式拉伸法和湿式拉伸法，并无特别限定。

(6)拉伸工序之后，需要再次进行清洗，以除去在膜表面可能存在的交联剂和/或耐水化剂的析出或杂质等。本段清洗工序与之前的清洗工序要求基本一致。

清洗工序结束后，可以根据需要，进行补正工序。即对偏光片的色调和耐候性能进行最后的调整。

(7)膜的干燥工序，可以通过自然干燥来进行,但为了进一步提高干燥效率,可以通过基于辊的压缩或利用气刀、或吸水辊等来进行表面的水分去除，和/或也可以进行鼓风干燥，干燥的工艺要求采用如前所述的内容。

(8)完成干燥工序后，PVA膜通常称为素膜，在其单面或双面上设置透明保护层从而得到了偏振片。用作透明保护层的物质，可以采用例如三乙酰纤维素(以下称为TAC膜)或二乙酰纤维素之类的乙酸纤维素树脂或其膜，丙烯酸类树脂或其膜，聚氯乙烯树脂或其膜，尼龙树脂或其膜，聚酯树脂或其膜，聚芳酯树脂或其膜，以降冰片烯之类的环状烯烃作为单体的环状聚烯烃树脂或其膜膜，聚乙烯、聚丙烯、环系或具有降冰片烯骨架的聚烯烃或其共聚物，主链或支链为酰亚胺和/或酰胺的树脂或聚合物或其膜等。另外，作为透明保护层，也可以设置具有液晶性的树脂或其膜。保护膜的厚度例如为0.5～200μm左右。可以通过将1层或2层的上述示例中的相同种类或不同种类的树脂或膜设置于单面或双面上，从而制作得到偏光片。

进一步的，为了将透明保护层与素膜贴合，需要粘合剂。作为粘合剂没有特别限定，优选聚乙烯醇系粘合剂。作为聚乙烯醇系粘合剂。在粘合剂中可以添加已知的交联剂和/或耐水化剂，如乙二醛、戊二醛等。另外，作为聚乙烯醇系树脂以外的粘合剂，可以使用聚氨酯系、丙烯酸系、环氧系这样的公知粘合剂。利用粘合剂将透明保护层贴合后，以适当的温度进行干燥或热处理，从而得到偏光片。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

采用本发明的技术方案，在基本不改变现有偏光片制造工艺的前提下，通过对染色、拉伸、清洗后PVA膜的干燥条件进行优化，使素膜的表面相容性提升，有效地降低了裂点缺陷等的发生率，从而提升了产品的品质。采用本发明技术方案制备的偏光片，包括碘系及染料系，可用于LCD、3D、OLED等显示领域(如车载显示器、投影仪、工业控制仪表、室外用显示器等)，也适用于太阳眼镜的制造。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

本发明技术方案主要针对现有偏光片生产工序中，染色延伸后的聚乙烯醇膜(业内简称素膜)干燥工艺进行改良，可以有效解决现有工艺中偏光片产品的“裂点缺陷”。素膜干燥工序处于偏光片湿制程(补正水洗工序之后)和贴合内保护膜(如TAC膜等)之前；素膜干燥工序可分为低温段、中温段、高温段、降温段等四个阶段，在实际工艺实现时，可以根据需要进行合并，但至少需要可独立控制温度、湿度的两段。

具体而言，素膜干燥工序中，低温段控制温度为室温-45℃，优选35-45℃；中温段控制温度为40-60℃，优选45-55℃；高温段控制温度为50-95℃，优选60-85℃；且后一段的温度不低于前一段温度。降温段以出口温度为准，控制在50℃或以下，优选40℃或以下；

素膜干燥工序中，低温段停留时间为10-300秒，优选30-120秒；中温段停留时间为60-600秒，优选90-120秒；高温段停留时间为10-300秒，优选30-90秒；降温段停留时间为10-300秒，优选30-120秒。停留时间过短，本段干燥效果不充分，将增加后序工序的压力；停留时间过长，影响生产效率。

素膜干燥工序中，调整烘箱内湿度处于适当范围，是本发明技术的关键。因为素膜干燥环境湿度，会直接影响聚乙烯醇分子链的聚集态，特别是聚乙烯醇膜表面的分子聚集态，从而影响到与其他材料的粘接性能。当处于较适宜的湿度环境下，其表面相容性较好，使产品裂点缺陷的概率明显降低。在本发明中，素膜干燥箱中低温段，湿度控制在50-100％RH，优选为65-95％RH，中温段湿度控制在50-100％RH，优选为75-95％RH，高温段湿度控制在60-90％RH,优选70-85％RH；降温段湿度控制在40-90％RH，优选45-85％RH。湿度控制过低，素膜表面水份蒸发快于内部水份扩散，易形成“皮芯”结构，表层结构过于致密，不利于后续的粘接，另外也影响偏光片的耐候性能。湿度控制过高，干燥效果不充分。

采用上述干燥工艺，最终素膜在贴合保护膜之前，其含湿率为2-5％(重量比)，优选2.5-3.5％(重量比)。其他工艺要求可沿用以往技术。

下面通过具体是实施例进行说明。

实施例1

将厚度为75μm的聚乙烯醇树脂膜(PVA膜)，在30℃的去离子水中膨润2分钟，在含有0.08wt％的碘水溶液(其中含有KI，重量比碘：KI＝1:16)，30℃下中浸泡1分钟，以吸附二色性物质，然后经过15秒的纯水清洗，再浸泡于55℃、含有4wt％的硼酸，5wt％的KI混合水溶液中，同时进行延伸至原膜的5.5倍，接着在室温下用去离子水清洗10秒，进入素膜干燥。

素膜干燥分四段，低温段：温度40℃，湿度80％RH，停留时间45秒；中温段：温度48℃，湿度80％RH,停留时间100秒；高温段：温度78℃，湿度70％RH,停留时间30秒；降温段：温度40℃，湿度60％RH，停留时间45秒。干燥后，制得具有偏振功能的素膜。采用PVA系胶水将此素膜贴上经过皂化处理后的三醋酸纤维素膜(TAC膜，厚度80μm)，经75℃干燥10分钟，得到偏光片样品1。

将样品沿拉伸轴方向裁切成20mm×20mm的试样，根据国标GB/T 25275-2010规定的方法，用分光光度计测量的透过率及偏振度，以及a、b值(参照CIE1964之规定)，测试数据如表1所示。

裂点缺陷的检测方法为：将样品沿拉伸轴方向裁切成50mm×50mm的试样，经过A测试和B测试后，放置于荧光灯下，在黑光下观察偏光片正交状态下的漏光点(裂点缺陷)。

A测试：将样品放置于室温纯水中10分钟。

B测试：将样品投入到-40～80℃的冷热冲击各30分钟×100次的环境下。

含湿率的测定：参照国标GB/T 29249-2012规定的方法，用电子含水率测试仪。

实施例2-实验例4，对比例1-对比例3的具体干燥工艺如表1所示，试样制作、检测过程与实施例1的一致。

表1实施例和对比例的素膜干燥条件对比表

对实施例和对比例按照如实施例1中所述的检测内容和检测方法进行检测，结果如表2所示。

表2实施例和对比例的裂点缺陷检查结果对比表

	A测试	B测试	偏振度(％)	透过率(％)	含湿率(％)	备注
							实施例1	1	2	99.97	42.3	2.88
实施例2	0	1	99.92	42.5	2.54
							实施例3	1	2	99.93	42.4	2.21
实施例4	2	2	99.94	42.5	2.75
							对比例1	18	21	99.93	42.4	2.59
对比例2	22	19	99.92	42.3	1.35
							对比例3	2	3	99.75	42.5	7.25	光学衰减严重

通过上述表1和表2的对比可见，实施例1-实施例3的素膜干燥条件在本发明规定的范围内，其“裂点缺陷”得到了很好的控制。对比例1为常规工艺，可以看出，干燥过程中，温、湿度的控制超过了本发明的规定范围，“裂点缺陷”明显。对比例2中，只注意了对干燥过程中温度的控制，并没有对相应的湿度进行控制，因此效果也不好。对比例3中，虽然对温、湿度都进行了控制，但时间过短，虽然“裂点缺陷”得到了控制，但偏光片的耐候性能有明显下降。且在60℃/90％RH环境下放置500小时后，光学衰减明显(偏振度下降超过5％，通常要求不超过3％)，说明干燥效果不充分。而实施例1～实施例3在60℃/90％RH环境下放置500小时后，光学性能稳定，变化值在允许范围内。

从“含湿率”指标来看，实施例1～3均在本发明规定范围内，改善效果明显。对比例1虽然含湿率也在规定范围内，但效果并不好。对比例2含湿率偏低。对比例3含湿率偏高。效果均不理想。由此可知，常规生产中，仅仅通过控制“含湿率”这一指标，并不能充分表征素膜干燥的效果和对最终产品性能影响的真实情况。

通过上述实施例和对比例的对比可见，采用本发明的技术方案，基本不改变现有偏光片的制造工艺，仅仅通过对素膜的干燥条件进行优化，就使素膜表面相容性提升，有效地降低了“裂点缺陷”的发生率，从而提升了产品的品质。本发明技术方案制备得到的偏光片可以广泛用于及LCD、OLED、太阳眼镜、3D眼镜、仪器及仪表、车载、工业控制等领域。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种偏光片的制备方法，其特征在于：其包括对染色、拉伸、清洗后的PVA膜进行干燥，干燥的温度为40-95℃，干燥的环境湿度为50-100%RH，使得到的素膜的含湿率为2-5wt%；在膜的表面设置保护层，得到偏振片。

2.根据权利要求1所述的偏光片的制备方法，其特征在于：所述干燥包括如下四段：

第一段，干燥温度为不超过45℃，干燥的环境湿度为50-100%RH；

第二段，干燥温度为40-60℃，干燥的环境湿度为50-100%RH；

第三段，干燥温度为50-95℃，干燥的环境湿度为60-90%RH；

第四段，降温段，降温出口温度为50℃以下，环境湿度为40-90%RH；

第一段~第三段，后一阶段的温度不低于前一段温度。

3.根据权利要求2所述的偏光片的制备方法，其特征在于：所述干燥的各段时间如下：

第一段，10-300秒；第二段，60-600秒；第三段，10-300秒；第四段，10-300秒。

4.根据权利要求3所述的偏光片的制备方法，其特征在于：所述干燥的四段温度和湿度控制如下：

第一段，干燥温度为35-45℃，干燥的环境湿度为65-95%RH；

第二段，干燥温度为45-55℃，干燥的环境湿度为75-95%RH；

第三段，干燥温度为60-85℃，干燥的环境湿度为70-85%RH；

第四段，降温段，降温出口的温度为50℃以下，干燥的环境湿度为45-85%RH。

5.根据权利要求3所述的偏光片的制备方法，其特征在于：第四段，所述降温出口的温度为40℃以下。

6.根据权利要求4所述的偏光片的制备方法，其特征在于：所述干燥的各段时间如下：

第一段，30-120秒；第二段，90-120秒；第三段，30-90秒；第四段，30-120秒。

7.根据权利要求1~6任意一项所述的偏光片的制备方法，其特征在于：在干燥前，所述PVA膜采用以下步骤进行制备：

步骤S1，对聚乙烯醇系树脂膜进行溶胀；

步骤S2，对步骤S1中溶胀后的聚乙烯醇系树脂膜进行染色，然后进行清洗；

步骤S3，使清洗后的膜含有交联剂和/或耐水化剂，然后进行拉伸、清洗。

8. 根据权利要求7所述的偏光片的制备方法，其特征在于：步骤S3中，将PVA膜浸渍于含有交联剂和/或耐水化剂中，或将交联剂和/或耐水化剂涂布或涂抹在聚乙烯醇系树脂膜上，该步骤处理时间为2 ~8分钟。

9.根据权利要求8所述的偏光片的制备方法，其特征在于：所述交联剂为硼酸、硼砂、硼酸铵、乙二醛、戊二醛、缩二脲型、异氰脲酸酯型或嵌段型的多元异氰酸酯系化合物、硫酸氧钛、乙二醇缩水甘油醚或聚酰胺环氧氯丙烷；

所述耐水化剂为过氧化琥珀酸、过硫酸铵、高氯酸钙、乙二醇二缩水甘油瞇、甘油二缩水甘油醚、氯化铵或氯化镁。