CN113478795B - 相位差补偿光学薄膜的制备方法 - Google Patents

相位差补偿光学薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相位差补偿光学薄膜的制备方法，包括以下步骤：取光学片材，依次进行预拉伸、预热、斜向拉伸和热定型处理。本方法制备的相位差薄膜，其薄膜的拉伸强度较高，光学性能优异，适合使用于液晶或者OELD面板中光学相位差的补偿，且光学补偿薄膜的光轴角度可控，可满足面板贴合Roll to Roll工艺的需要，同时本发明制备方法的生产成本较低，适合大规模产业化生产制造。

Description

相位差补偿光学薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及光电显示技术领域，具体是相位差补偿光学薄膜的制备方法。
背景技术
在显示领域，液晶(LCD)和有机电致发光(OELD)面板已经广泛应用各种工业领域，比如：手机、电脑、电视、车载显示、医疗等。由于LCD和OELD的双折射效应，当线偏振光通过时，在面板的平面(Ro)或者垂直面(Rth)会产生光线的光程差或者相位差，从而造成显示图像的清晰度不高、视角差、暗态漏光等问题，为弥补这些缺陷，通常会在面板内贴合一层或者多层相位差补偿光学薄膜，常用的有1/2λ、1/4λ或者1/2λ+1/4λ。同时，随着近年来显示面板领域的技术发展，为降低面板贴合的生产制造费用，提高耗材的使用效率， roll toroll工艺被开发并应用至显示面板的生产领域，在该种工艺的制造过程中，需要将光学补偿薄膜的光轴角预先设置在薄膜内，以便光学补偿薄膜可直接与偏光片或者其它module贴合。
目前，相位差补偿光学薄膜材料以及生产制造技术被欧美以及日本等头部企业垄断，其薄膜材质为主要为环状聚烯烃、嵌段共聚物、聚碳酸酯等，其采用的树脂材料的分子量较小、强度和模量较低，导致光学薄膜的物理机械性能较低；而且，在生产制造过程中，通常采用的工序是树脂共混、双阶挤出、三辊压延、以及同步拉伸的方式，生产制造过程较为复杂，设备的精度要求极高，导致薄膜的生产效率比较低下，成本也比较高昂。另外，在光学薄膜的制造过程中，挤出熔融树脂易在模头处产生“熔体拉伸”或者“弹性颈缩”现象，分子链间内应力会被部分保留至树脂内部，不能得到完全释放；同时，在三辊压延工艺中，片材树脂上下两面受到的热冲击以及机械应力不一致，这也会导致片材内部的部分分子链处于“非松弛”状态，从而致使线偏振光通过时，该缺陷区域出现暗纹、mura等光学问题。
另外，当片材在异步轨道中进行斜向拉伸时，先行侧的拉伸速率一直高于后行侧，这会导致片材左右两侧受到的拉伸应力不一致，而且在先行侧的分子链“取向”始终高于后行侧，从而出现光学薄膜两侧(操作侧、驱动侧)的相位差值、光学轴角度不稳定等问题，也会造成在光学薄膜膜面上随机出现暗纹、斜纹、mura等缺陷。
发明内容
本发明的目之一的在于克服现有技术的不足，提供一种相位差补偿光学薄膜的制备方法，以至少达到降低生产制造成本，适应大规模连续生产，降低显示面板贴合费用，提高面板贴合效率的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种相位差补偿光学薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取光学片材，依次进行预拉伸、预热、斜向拉伸和热定型处理。
进一步的，所述预拉伸包括：将所述光学片材浸泡于去离子水扩散溶液中拉伸，拉伸方向为纵向。
进一步的，所述预拉伸的拉伸时间为30～200S，拉伸速比为90～120％。
进一步的，所述去离子水扩散溶液与所述片材的溶解度参数差值为1.0～5.0(cal/cm3)0.5。
进一步的，所述去离子水扩散溶液包括去离子水、良性溶剂和不良溶剂；
进一步的，所述去离子水、有机良溶剂和有机不良溶剂的体积比为1～3：3～7.5：1～3；所述去离子水扩散溶液温度为30～60℃。
进一步的，所述去离子水的电导率为0.1-1.0us/cm。
进一步的，所述良性溶剂包括丙酮、甲乙酮、环乙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、氯仿、乙二醇醚、醋酸乙酯、乙酸乙酯、四氢呋喃、二丙酮醇中的至少一种；所述不良溶剂包括异丙醇、正丁醇、异丁醇、正辛醇、正已醇、环已醇，已二醇中的至少一种。
进一步的，所述有机良溶剂的溶解度参数为8.0～9.8(cal/cm3)0.5；所述有机良溶剂的溶解度参数为10.3～17.0(cal/cm3)0.5。
其中，所述去离子水扩散溶液是由去离子水与有机溶剂混配，其中通过有机良溶剂与不良溶剂的配比，可将混合溶剂的溶解度参数值调配的与片材树脂较为接近，同时通过控制片材在溶液槽中的停留时间和溶液温度等参数，可将有机溶剂分子“溶胀”扩散至树脂分子链内部，将分子链间的“链缠绕”打开，并降低树脂内部分子链间的摩擦，利于片材在“预拉伸”时，去掉片材内部的残留“内应力”；同时，通过控制去离子水扩散溶液与片材树脂的溶解度参数差值，可调配溶液中的去离子水随有机溶剂进入树脂分子链间的比例，其中水分子以“分子间氢键”的方式与树脂分子链上的羰基、酯键等结合，在片材斜向拉伸时，树脂内部“氢键”结合的水分子可起到“润滑”作用，提高树脂内部分子链以及分子链间的“活动性”，避免薄膜拉伸过程的出现“应力集中”效应，改善光学薄膜拉伸的内部不均匀性，有效避免暗纹、mura 等光学缺陷。
进一步的，所述斜向拉伸为对预热后的片材同时进行横向拉伸和纵向拉伸；所述纵向拉伸为对所述片材两侧的非对称拉伸。
进一步的，所述非对称拉伸为在所述片材的两侧不同时拉伸，或在所述片材的两侧以不同的拉伸倍率同时拉伸。
进一步的，所述斜向拉伸为分段拉伸，起始拉伸段的光轴角速度为0.50～1.00°/s，其余各拉伸段的光轴角速度为0.10～0.50°/s，相邻各段拉伸的光轴角速度递减，且差值为0.05～0.30°/s。
进一步的，所述横向拉伸的拉伸倍率为1.5～3.0；所述纵向拉伸的拉伸倍率为1.2～3.0。
进一步的，所述分段拉伸可以为2～5段
进一步的，所述斜向拉伸的拉伸温度为所述片材材料玻璃化的温度之上10～30℃。
其中，所述斜向拉伸采用光轴角度多段拉伸的方式，且各段角速度递减，避免了斜向拉伸过程中，片材左右两侧由于拉伸速度的不一致造成的拉伸不均匀现象，减小了薄膜左右两侧的相位差值以及光轴角度的偏差，提高了光学薄膜的拉伸均匀性和光学稳定性。
进一步的，所述光学片材的透光率为90～95％，雾度为0.10～0.80％，分子量为22000～32000g/mol，分子量分布为2.3～3.2，溶解度参数为8.5～9.9(cal/cm3)0.5。
进一步的，所述光学片材包括芳香族碳酸已酯、苯乙烯丙烯腈共聚物、聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯-丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酸已酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、芳香族聚酰亚胺、聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。
其中，学片材采用的高分子量树脂，可提高薄膜的拉伸模量、耐弯折等物理机械性能，同时树脂的分子量分布较宽，有利于提高树脂中分子链的活动性，避免在异步轨道进行斜向拉伸时，薄膜内部产生“内应力”集中问题，提高片材在拉伸过程中的延展性、可拉伸性。
本发明的另一目的在于，提供一种由该方法制得的相位差补偿光学薄膜，以至少达到避免暗纹、Mura等光学缺陷，提高薄膜的物理机械性能的效果。
进一步的，所述的光学薄膜的相位差值(Ro/Rth)的标准偏差为0.1～0.6nm，且光学薄膜的厚度为15～50um，宽度为800～2500mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种可适用于roll to roll贴合的相位差补偿光学薄膜，其薄膜的相位差 (Ro/Rth)稳定，光轴角度可控，可明显改善薄膜中的mura、暗纹等缺陷。
2、本发明提供了一种相位差补偿光学薄膜的制备方法，该方法生产制造成本较低，可适用于大规模的连续化生产。
具体实施方式
下面进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
制备一种相位差补偿光学薄膜，具体步骤如下：
1)取光学片材置于溶液离子扩散溶液中进行预拉伸。
其中，所述的光学片材的光透光率为91.0％，雾度为0.50％，厚度为100um，宽度为800mm；所述的片材树脂材料为芳香族碳酸已酯，分子量为24000g/mol，分子量分布为2.5，溶解度参数为9.5(cal/cm3)0.5。
所述离子水扩散溶液与芳香族聚碳酸酯的溶解度参数差值为2.70(cal/cm3)0.5，所述去离子水扩散溶液由去离子水和甲乙酮(良性溶剂)、异丙醇(不良溶剂)组成，去离子水的电导率为0.3us/cm，甲乙酮和异丙醇的溶解度参数分别为9.2、11.5(cal/cm3)0.5，所述溶液的组成和体积比为：去离子水为20.0％，甲乙酮为70.0％、异丙醇为10.0％。
所述预拉伸的拉伸方向为纵向，在溶液中的停留时间为30s，预拉伸速比为101.2％，溶液温度为45℃。
2)对步骤1)所得物料于150℃的温度下预热。
3)对步骤2)所得物料于140℃的温度下进行斜向拉伸。
其中，所述斜向拉伸在异步拉伸轨道中进行；所述斜向拉伸包括横向拉伸和纵向拉伸；横向拉伸倍率为1.7，纵向拉伸倍率为2.0；纵向拉伸为先对OS侧拉伸，后对DS侧拉伸(所述OS侧为靠近轨道操作侧的一侧，DS侧为另一侧，即靠近轨道驱动侧的一侧)。
此外，所述斜向拉伸为两段拉伸，起始拉伸段的光轴角速度为0.70°/s，第二拉伸段的光轴角速度为0.40°/s。
4)对步骤3)所得物料于135℃进行热定型处理，即得。
所得光学薄膜的光轴角度为45.2°、标准偏差为0.5°，Ro为135.6nm、标准偏差为0.5nm， Rth为10.7nm、标准偏差为0.4nm；所述光学薄膜的厚度为30um，宽度为1600mm。
实施例2
制备一种相位差补偿光学薄膜，具体步骤如下：
1)取光学片材。置于去离子扩散溶液中进行预拉伸。
其中，所述光学片材的光透光率为92.0％，雾度为0.40％，厚度为150um，宽度为600mm；所述的片材树脂材料为苯乙烯丙烯腈共聚物，分子量为27000g/mol，分子量分布为2.6，溶解度参数为9.2(cal/cm3)0.5。
所述去离子水扩散溶液与苯乙烯丙烯腈共聚物的溶解度参数差值为2.20(cal/cm3)0.5，所述去离子水扩散溶液由去离子水和乙酸乙酯(良性溶剂)、正丁醇(不良溶剂)组成，去离子水的电导率为0.4us/cm，乙酸乙酯和正丁醇的溶解度参数分别为9.1、11.4(cal/cm3)0.5，所述溶液的组成和体积比为：去离子水为15.0％，乙酸乙酯为72.0％、正丁醇为13.0％。
所述预拉伸的拉伸方向为纵向，在溶液中的停留时间为45s，预拉伸速比为99.5％，溶液温度为35℃。
2)对步骤1)所得物料于140℃的温度下预热。
3)对步骤2)所得物料于135℃的温度下进行斜向拉伸。
其中，所述斜向拉伸在异步拉伸轨道中进行；所述斜向拉伸包括横向拉伸和纵向拉伸；横向拉伸倍率为2.1，纵向拉伸倍率为2.3；纵向拉伸为先对OS侧拉伸，后对DS侧拉伸。
此外，所述斜向拉伸为三段拉伸，起始拉伸段的光轴角速度为0.90°/s，第二拉伸段的光轴角速度为0.70°/s，第三拉伸段的光轴角速度为0.50°/s。
4)对步骤3)所得物料于131℃进行热定型处理，即得。
所得光学薄膜的光轴角度为75.0°、标准偏差为0.3°，Ro为130.2nm、标准偏差为0.4nm， Rth为12.1nm、标准偏差为0.2nm；所述光学薄膜的厚度为30um，宽度为1260mm。
实施例3
制备一种相位差补偿光学薄膜，具体步骤如下：
1)取光学片材置于去离子扩散溶液中进行预拉伸。
其中，所述光学片材的光透光率为91.0％，雾度为0.50％，厚度为100um，宽度为800mm；所述的片材树脂材料为芳香族碳酸已酯，分子量为23000g/mol，分子量分布为2.4，溶解度参数为9.5(cal/cm3)0.5。
所述去离子水扩散溶液与脂肪族聚碳酸酯的溶解度参数差值为2.30(cal/cm3)0.5，所述去离子水扩散溶液由去离子水和氯仿(良性溶剂)、异丁醇(不良溶剂)组成，去离子水的电导率为0.4us/cm，氯仿和异丁醇的溶解度参数分别为9.3、10.8(cal/cm3)0.5，所述溶液的组成和体积比为：去离子水为14.0％，氯仿为71.0％，异丁醇为15.0％。
所述预拉伸的拉伸方向为纵向，在溶液中的停留时间为40s，预拉伸速比为99.3％，溶液温度为43℃。
2)对步骤1)所得物料于141℃的温度下预热。
3)对步骤2)所得物料于133℃的温度下进行斜向拉伸。
其中，所述斜向拉伸在异步拉伸轨道中进行；所述斜向拉伸包括横向拉伸和纵向拉伸；横向拉伸倍率为2.1，纵向拉伸倍率为2.4；纵向拉伸为先对DS侧拉伸，后对OS侧拉伸。
此外，所述斜向拉伸为三段拉伸，起始拉伸段的光轴角速度为0.60°/s，第二拉伸段的光轴角速度为0.50°/s，第三拉伸段的光轴角速度为0.40°/s。
4)对步骤3)所得物料于130℃进行热定型处理，即得。
所得光学薄膜的光轴角度为-45.0°、标准偏差为0.3°，Ro为249.8nm、标准偏差为0.4nm， Rth为11.0nm、标准偏差为0.3nm；所述光学薄膜的厚度为20um，宽度为1920mm。
实施例4
制备一种相位差补偿光学薄膜，具体步骤如下：
1)取光学片材置于去离子扩散溶液中进行预拉伸。
其中，所述光学片材的光透光率为91.0％，雾度为0.60％，厚度为250um，宽度为700mm；所述片材树脂材料为苯乙烯丙烯腈共聚物，分子量为29000g/mol，分子量分布为2.9，溶解度参数为9.2(cal/cm3)0.5。
所述去离子水扩散溶液与脂肪族聚碳酸酯的溶解度参数差值为2.20(cal/cm3)0.5，所述去离子水扩散溶液由去离子水和乙酸乙酯(良性溶剂)、异丙醇(不良溶剂)组成，去离子水的电导率为0.6us/cm，乙酸乙酯和异丙醇的溶解度参数分别为9.1、11.5(cal/cm3)0.5，所述溶液的组成和体积比为：去离子水为12.0％，乙酸乙酯为73.0％，异丙醇为15.0％。
所述预拉伸的拉伸方向为纵向，在溶液中的停留时间为60s，预拉伸速比为99.1％，溶液温度为37℃。
2)对步骤1)所得物料于130℃的温度下预热。
3)对步骤2)所得物料于125℃的温度下进行斜向拉伸。
其中，所述斜向拉伸在异步拉伸轨道中进行；所述斜向拉伸包括横向拉伸和纵向拉伸；横向拉伸倍率为2.3，纵向拉伸倍率为2.6；纵向拉伸为先对OS侧拉伸，后对DS侧拉伸。
此外，所述斜向拉伸为三段拉伸，起始段光轴角速度为0.60°/s，第二拉伸段的光轴角速度为0.45°/s，第三拉伸段的光轴角速度为0.30°/s。
4)对步骤3)所得物料于125℃进行热定型处理，即得。
所得光学薄膜的光轴角度为45.1°、标准偏差为0.2°，Ro为260.1nm、标准偏差为0.4nm， Rth为12.1nm、标准偏差为0.3nm；所述光学薄膜的厚度为40um，宽度为1610mm。
实验例
对实施例1-4所得的光学薄膜进行以下测试，测试结果如表1-4所示，表5为Mura等级判定规则。
1)Ro、Rth测试：采用相位差仪器进行测试，设备型号为KOBRA-HB(日本王子计测器株式会社)，测试波长为550nm，测试方法为“旋转偏振子法”。
2)mura测试：采用目测的方法，即在暗室中，测试样品放置在光轴角正交的两层偏光片中，且在下层偏光片的背部放置白色LED灯，人眼与样品的观察角度为60°。薄膜样品长度为：拉伸轨道出口处的实际幅宽值，一般为1600～2500mm；薄膜样品的宽度为： 250～300mm。
表1Ro测试数据
Figure SMS_1
表2Rth测试数据
Figure SMS_2
表3光轴角度测试数据
Figure SMS_3
表4Mura测试数据
Figure SMS_4
表5Mura等级判定规则
Figure SMS_5
Figure SMS_6
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种相位差补偿光学薄膜的制备方法，其特征在于， 包括以下步骤：
取光学片材，依次进行预拉伸、预热、斜向拉伸和热定型处理；
所述预拉伸包括：将所述光学片材浸泡于去离子水扩散溶液中拉伸，拉伸方向为纵向；
所述斜向拉伸为对预热后的片材同时进行横向拉伸和纵向拉伸；所述纵向拉伸为对所述片材两侧的非对称拉伸；
所述非对称拉伸为在所述片材的两侧不同时拉伸，或在所述片材的两侧以不同的拉伸倍率同时拉伸；
所述斜向拉伸为分段拉伸，起始拉伸段的光轴角速度为0.50~1.00 °/s，其余各拉伸段的光轴角速度为0.10~0.50°/s，相邻各段拉伸的光轴角速度递减，且差值为0.05~0.30°/s；
所述横向拉伸的拉伸倍率为1.5~3.0；所述纵向拉伸的拉伸倍率为1.2~3.0；
所述分段拉伸为2~5段。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述预拉伸的拉伸时间为30~200S，拉伸速比为90~120%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述去离子水扩散溶液与所述片材的溶解度参数差值为1.0~5.0（cal/cm3）0.5。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述去离子水扩散溶液包括去离子水、良性溶剂和不良溶剂；所述去离子水、良性溶剂和不良溶剂的体积比为1~3：3~7.5：1~3；所述去离子水扩散溶液温度为30~60℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述去离子水的电导率为0.1~1.0us/cm；所述良性溶剂包括丙酮、甲乙酮、环乙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、氯仿、乙二醇醚、醋酸乙酯、乙酸乙酯、四氢呋喃 、二丙酮醇中的至少一种；所述不良溶剂包括异丙醇、正丁醇、异丁醇、正辛醇、正已醇、环已醇，已二醇中的至少一种；所述良性溶剂的溶解度参数为8.0~9.8（cal/cm3）0.5；所述不良溶剂的溶解度参数为10.3~17.0（cal/cm3）0.5。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述光学片材的透光率为90~95%，雾度为0.10~0.80%，分子量为22000~32000g/mol，分子量分布为 2.3~3.2，溶解度参数为8.5~9.9（cal/cm3）0.5。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述光学片材的材料为芳香族碳酸已酯、苯乙烯丙烯腈共聚物、聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯-丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酸已酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、芳香族聚酰亚胺、聚乙烯醇缩丁醛中的一种。
8.由权利要求1~7任一所述的制备方法制得的一种相位差补偿光学薄膜，其特征在于：所述的光学薄膜的相位差值（Ro/Rth）的标准偏差为0.1~0.6nm，且光学薄膜的厚度为15~50um，宽度为1200~2500mm。
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