CN1853121A - 偏光薄膜、偏光板及液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的偏光薄膜是在聚乙烯醇类树脂薄膜上使碘吸附、取向而成的，例如，通过对聚乙烯醇类树脂薄膜，进行利用碘的染色处理、拉伸处理、硼酸处理、进一步在含氯化物水溶液中浸渍的补色处理进行制造。偏光薄膜在通过染色处理、拉伸处理、硼酸处理将硼酸含量调整为5～40重量％的同时，通过补色处理使氯离子含量为200～10000ppm。本发明的偏光薄膜使其在平行偏光镜上配置时保持非彩色的色调，且使其在高温高湿条件下及高温条件下的光学特性的耐久性提高。

Description

偏光薄膜、偏光板及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种通过在聚乙烯醇类树脂薄膜上使碘吸附、取向形成的偏光薄膜、使用它的偏光板及液晶显示装置。
背景技术
以往，已知在聚乙烯醇类树脂薄膜上使碘吸附、取向而成的偏光薄膜。这样的偏光薄膜通常用作单面或双面贴有保护膜的偏光板，用作液晶显示装置用部件之一。另一方面，在液晶显示装置中，为了实现颜色再现性优良的彩色显示，优选达成良好的白色显示，因此，优选在平行偏光镜(parallel nicol)上配置时具有非彩色色调的偏光薄膜。这样的偏光薄膜，已知例如特开2002-22950号公报记载的偏光薄膜。
另外，近年来，在台式计算机、电子表、个人电脑、便携式电话、PDA(个人数字助理)、汽车和机械计量仪器等各种领域中，使用液晶显示装置。随着液晶显示装置应用领域的扩大，希望提高适合用途的液晶显示装置的耐久性。具体来讲，在用于室外和车内的场合与用于机械计量仪器等的场合等，需要在高温条件下和高湿的条件下能经久耐用的液晶显示装置。因此，需要在高温条件下、高温高湿条件下长期放置时光学特性的劣化少、即耐久性高的偏光薄膜及偏光板。改良了在高温高湿条件下的耐久性的，已知例如特开平2-43504号公报记载的偏光薄膜。
发明内容
但是，如上所述，在现有的平行偏光镜上配置时，具有非彩色色调的偏光薄膜的问题在于，其在高温条件下、高温高湿条件下的光学特性的耐久性低。
以往，提高通常用作偏光元件的使碘吸附、取向而成的偏光薄膜的耐久性的方法，已知的是采用使偏光薄膜中的碘化钾和硼酸的含量增加等方法。将这样的提高耐久性的方法适用于具有上述现有的非彩色的色调的偏光薄膜时，例如，在使碘化钾的含量增加时，耐久性提高，但存在偏光薄膜的色调不是非彩色、而是变成带黄色的色调的问题。另外，在使硼酸的含量增加时，在高温高湿条件下的光学特性的耐久性提高，但相反地，存在高温条件下的光学特性的耐久性降低的问题。
本发明的目的在于，为了解决上述问题，提供一种偏光薄膜，其在平行偏光镜上配置时呈非彩色的色调，并且在高温高湿条件下及高温条件下的光学特性的耐久性高。另外，其目的还在于，提供一种使用了该偏光薄膜的具有高耐久性的偏光板及液晶显示装置。
本发明人为了解决前述课题，专心致志地反复进行研究，结果发现，利用从含有硼酸及特定范围的氯离子的聚乙烯醇类树脂薄膜得到的偏光薄膜，以及由其调制的偏光板及液晶显示装置，能够达成前述目的，完成了本发明。亦即，本发明的内容涉及：
(1)一种偏光薄膜，由使碘吸附、取向的聚乙烯醇类树脂薄膜构成，其特征在于，含有硼酸及200～10000ppm的氯离子。
(2)如(1)所述的偏光薄膜，其偏光薄膜中的硼酸含量为5～40重量％。
(3)一种如(1)或(2)所述的偏光薄膜的制造方法，其特征在于，将对聚乙烯醇类树脂薄膜，以任意顺序进行由碘的处理(染色处理)、拉伸处理及由硼酸的处理(硼酸处理)得到的含有硼酸及碘的聚乙烯醇类树脂薄膜，用含有氯化物的水溶液进行处理。
(4)一种如(1)或(2)所述的偏光薄膜的制造方法，其特征在于，在聚乙烯醇类树脂薄膜上，在进行由碘的处理(染色处理)后，以拉伸处理、硼酸处理、利用含有氯化物的水溶液的处理的顺序进行处理。
(5)一种偏光板，其特征在于，其是在如(1)或(2)所述的偏光薄膜的单面或双面贴上保护膜而成的。
(6)如(5)所述的偏光板，其保护模是乙酸酯类树脂薄膜。
(7)如(5)所述的偏光板，其保护模是聚烯烃类树脂薄膜。
(8)一种液晶显示装置，其备有如(5)乃至(7)中任一项所述的偏光板。
发明效果
根据本发明，可以实现非彩色的色调且在高温条件下及高温高湿条件下的光学特性的耐久性优良的偏光薄膜及偏光板。另外，可以实现在良好的白色显示下，在高温条件下及高温高湿条件下的耐久性高的液晶显示装置，能够使液晶显示装置的利用领域更加扩大。
具体实施方式
下面，对本发明的优选实施方式进行说明。
适用于本发明的偏光薄膜，在聚乙烯醇类树脂薄膜上使碘吸附、取向，例如通过如下方法制造：在聚乙烯醇类树脂薄膜上，在进行了利用碘的染色处理后或与此同时，进行拉伸处理、硼酸处理、进一步进行在含氯化物水溶液中浸渍的补色处理。
作为聚乙烯醇类树脂薄膜的原料，通常使用聚乙烯醇或聚乙烯醇的改性体，其聚合度为1000～10000左右的范围，优选为1500～5000的范围。聚乙烯醇类树脂通常使用皂化过的物质，其皂化度通常为85～100摩尔％左右，优选为98～100摩尔％的范围。聚乙烯醇类树脂薄膜是通过将这样的聚乙烯醇类树脂进行制膜而制造的。制膜可以利用公知的方法进行。聚乙烯醇类树脂薄膜的厚度，通常为50μm～150μm左右。
使聚乙烯醇类树脂薄膜膨润后，进行利用碘的染色处理。利用碘的染色处理通过如下方法进行：例如，在含有碘或碘化钾水溶液等中、在进一步含有硼酸的染色溶液中，将上述过的聚乙烯醇类树脂薄膜进行浸渍。使用水溶液时，该水溶液中的碘、碘化钾的使用量，相对水100重量份，碘为0.01～0.3重量份、碘化钾为0.01～3.0重量份左右。染色溶液的温度为20～50℃左右，浸渍时间为10～300秒左右的范围。通过这样的利用碘的染色处理，使碘吸附在聚乙烯醇类树脂薄膜上。
然后，将吸附有碘的聚乙烯醇类树脂薄膜，以规定的倍率，进行单轴拉伸的拉伸处理。拉伸处理是在使聚乙烯醇类树脂薄膜浸渍在硼酸水溶液的条件下进行的。硼酸水溶液中的硼酸使用量，相对水100重量份，硼酸为3.0重量份左右。硼酸水溶液的温度例如为30～60℃左右。拉伸方法可以利用热辊的方法，也可以用周速不同的两个辊之间进行单轴拉伸的方法。拉伸倍率通常为4.0～7.0倍左右。
硼酸处理通过如下方法进行：在硼酸水溶液中，浸渍进行过上述染色处理、拉伸处理的聚乙烯醇类树脂薄膜。作为硼酸处理中的硼酸水溶液，使用相对水100重量份溶解有硼酸3.0～7.0重量份、优选溶解有4.0～6.0重量份形成的水溶液。硼酸水溶液的温度例如为40℃以上，优选为50～85℃。在前述温度下，浸渍时间例如为10～600秒、优选30～300秒。
通过上述的在硼酸水溶液中的拉伸处理及硼酸处理，使本发明中的偏光薄膜含有硼酸。偏光薄膜的硼酸含量为5～40重量％，更优选为15～25重量％。通过分别调整拉伸处理、硼酸处理中的硼酸浓度、浸渍时间、溶液温度，可以调整得到的偏光薄膜的硼酸含量。
补色处理通过如下方法进行：将进行过上述染色处理、拉伸处理、硼酸处理的聚乙烯醇类树脂薄膜，向含有氯化物的水溶液(以下，称为氯化物水溶液)浸渍。作为氯化物水溶液，使用相对水100重量份溶解有氯化物0.1～10重量份、优选1.0～5.0重量份的水溶液。氯化物水溶液的温度例如为30～70℃。在前述温度下，浸渍时间例如为10～300秒。通过进行补色处理，具有碘离子的状态稳定化、使色变化难以产生的效果。
作为用于氯化物水溶液的调制的氯化物，例如有氯化钾、氯化钠、氯化锂等碱金属的氯化物；或例如氯化铍、氯化镁、氯化钙等碱土金属的氯化物；或例如氯化钴、氯化锌等金属氯化物等。
通过进行补色处理，结果偏光薄膜含有氯离子。偏光薄膜的氯离子含量为200～10000ppm，优选为300～5000ppm。这样一来，可以得到同时含有硼酸及氯离子200～10000ppm的偏光薄膜。补色处理后，进行水洗、干燥处理。干燥处理中的干燥温度为40～50℃左右，干燥时间为60秒左右。
偏光薄膜中的硼酸浓度是如下求得的：将得到的偏光薄膜在纯水中加热使其完全溶解，添加酚酞指示剂，用NaOH水溶液进行中和滴定。氯离子浓度用离子色谱法(ダイオネクス社制DX-320)求得。
如上所述操作得到的本发明的偏光薄膜，通过含有硼酸及一定量的氯离子，实现高温条件下及高温高湿条件下的高耐久性，而且在平行偏光镜上配置时实现非彩色。
需要说明的是，本发明不限定于上述实施方式，可以是各种变形实施。例如，在上述实施方式中，拉伸处理是在利用碘的染色处理之后进行的，但也可以在利用碘的染色处理之前或在利用碘的染色处理中进行。另外，也可以在硼酸处理中进行拉伸处理。另外，例如，也可以是在大气中进行拉伸的干式拉伸。在由碘进行的染色处理中进行拉伸处理的场合、在硼酸处理中进行拉伸处理的场合和进行干式拉伸的场合，得到的偏光薄膜的硼酸含量，只通过硼酸处理，调整其在5～40重量％的范围。
如上所述的拉伸处理，在与利用碘的染色处理或硼酸处理同时进行的场合或进行干式拉伸的场合，可以使硼酸处理的硼酸水溶液的硼酸浓度比上述实施方式中的范围高，也可以使浸渍时间比上述实施方式中的范围长。
另外，例如可以设成将拉伸处理分多次进行，也可以将硼酸处理多次进行。另外，例如也可以使在利用碘的染色处理中的碘染色溶液中含有硼酸。在这些场合中，将各种处理的硼酸浓度、浸渍时间、溶液温度不限于上述实施方式中的范围，偏光薄膜中的硼酸含量可以适当调整，以使其为5～40重量％。
本发明的偏光板是在如前所述操作得到的本发明的偏光薄膜的单面或双面贴上保护膜而成的。在此，保护膜是以偏光薄膜的耐水性和安装性的提高等为目的附加的物质，在其形成中可以使用适当的透明物质。特别优选使用透明性和机械强度、热稳定性和水分屏蔽性等优良的塑料等。其实例之一例如有从聚酯类树脂、乙酸酯类树脂、聚醚砜类树脂、聚碳酸酯类树脂、聚酰胺类树脂、聚亚酰胺类树脂、聚烯烃类树脂及丙烯酸类树脂等热塑性树脂、丙烯酸类、聚氨酯类、丙烯酸聚氨酯类、环氧类及硅类等热固化性树脂或紫外线固化性树脂等中得到的膜，其中，作为聚烯烃类树脂，例如在非结晶性聚烯烃类树脂中，有具有降冰片烯或多环状降冰片烯类单体之类的环状聚烯烃的聚合单元的树脂。优选的保护膜例如三乙酰纤维素(TAC)等。另外，用于保护层的透明保护膜，只要无损于本发明的目的，可以进行硬涂敷处理和防反射处理、以防止粘附和扩散或抗炫光等为目的的处理等。
本发明的偏光薄膜和保护膜的粘结处理，没有特别限定，可以利用如下物质进行，例如：由乙烯醇类聚合物构成的粘结剂；由硼酸和硼砂、戊二醛和密胺、草酸等乙烯醇类聚合物的水溶性交联剂构成的粘结剂；透明性良好的环氧类树脂、聚酯类树脂、醋酸乙烯酯等溶剂型粘结剂；通过丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂等的聚合反应固化得到的粘结性树脂。
本发明的偏光板也可以用作层压在其他光学材料的光学层上的光学部件。例如，可以将用于反射板和半透过反射板、相位差板(也含有1/2波长板、1/4波长板等的λ板)、视角补偿膜和亮度提高膜等有时用于形成液晶显示装置等的适当的光学材料，层压一层或两层以上使用。作为具体例，可以例举：在本发明的偏光板上，进一步层压反射板或半透过反射板而成的反射型偏光板或半透过反射型偏光板；同样在本发明的偏光板上，进一步层压相位差板而成的椭圆偏光板或圆偏光板；在本发明的偏光板上，层压视角补偿膜而成的偏光板；或者在本发明的偏光板上，进一步层压亮度提高膜而成的偏光板等。
另外，使用了本发明的偏光板的各种光学部件，可以优选用于液晶显示装置等各种装置的形成等。例如，可以用于将本发明的偏光板配置在液晶元件的单侧或两侧而成的反射型、透过型或透过反射两用型等液晶显示装置。这时，形成液晶显示装置的液晶元件是任意的，例如，也可以使用薄膜晶体管型为代表的有效矩阵驱动型的液晶元件、扭转向列型和超扭转向列型为代表的单纯矩阵驱动型的液晶元件等适当类型的液晶元件。
另外，在液晶元件的两侧设置偏光板和光学部件时，这些可以是相同的，也可以是不同的。而且，在液晶显示装置形成时，也可以例如将棱镜阵列薄片和透镜阵列薄片、光扩散板和反射光线等适当的部件一层或两层以上配置在适当的位置。
以偏光板为液晶显示装置的部件使用时，也可以具有用于在其单侧或两侧与液晶元件等其他部件粘结的粘结层。在其粘结层的形成中，可以采用适当的粘结性物质和粘结剂，没有特别限定。其例如有：以丙烯酸类聚合物和硅类聚合物、聚酯和聚氨酯、聚酰胺和聚醚、氟类和橡胶类等适当的聚合物为基础聚合物的物质等。
本发明的偏光板，可以用在扭转向列方式(TN)、M超扭转方式(STN)、薄膜晶体管方式(TFT)、垂直基准线方式(VA)、嵌入转换方式(IPS)等所有的液晶显示装置中。
下面，例举实施例，对本发明进行更具体地说明。
实施例
实施例1
使聚乙烯醇树脂制膜(厚75μm)(クラレ株式会社制VF-XS)在30℃的水中膨润5分钟后，在30℃的染色液(相对水100重量份，含有碘0.05重量份、碘化钾0.1重量份)中浸泡5分钟进行利用碘的染色处理，然后在50℃的3重量％硼酸水溶液中拉伸5.5倍，得到拉伸膜。拉伸处理后，将拉伸膜在50℃的5重量％硼酸水溶液中浸泡2分钟，然后，在30℃的1％氯化钾水溶液中浸泡1分钟、水洗后，在40℃的空气中干燥，得到本发明的偏光薄膜。得到的偏光薄膜的厚度为25μm。偏光薄膜中的硼酸浓度用中和滴定法求得，氯离子浓度用离子色谱法(ダイオネクス社制DX-320)求得。偏光薄膜中的硼酸含量为22.0重量％，氯离子含量为1100ppm。
在得到的偏光薄膜的两面，用聚乙烯醇类粘结剂将TAC膜(厚80μm)(富士写真フイルム制T80UZ)层压后，进行70℃×5分钟干燥，得到偏光板。该偏光板在平行偏光镜中的色调a*＝-1.01、色调b*＝0.64(色调a*及b*表示由国际照明委员会(CIE)规定的色坐标)，是非彩色的。
实施例2
使聚乙烯醇膜(クラレ株式会社制VF-XS)在30℃的水中膨润5分钟后，使聚乙烯醇膜在30℃的染色液(相对水100重量份，碘为0.05重量份、碘化钾为0.1重量份)中浸泡5分钟进行利用碘的染色处理，然后在50℃的3％硼酸水溶液中拉伸5.5倍。拉伸处理后，将拉伸膜在50℃的5％硼酸水溶液中浸泡2分钟，然后，在30℃的1％氯化钠水溶液中浸泡1分钟、水洗后，在40℃的空气中干燥，得到本发明的偏光薄膜。偏光薄膜的硼酸含量为22.3重量％，氯离子含量为1300ppm。
在得到的偏光薄膜的两面，用聚乙烯醇类粘结剂将TAC膜(富士写真フイルム制T80UZ)层压后，进行70℃×5分钟干燥，得到本发明的偏光板。该偏光板在平行偏光镜中的色调a*＝-1.18、色调b*＝0.62，是非彩色的。
实施例3
使聚乙烯醇膜(クラレ株式会社制VF-XS)在30℃的水中膨润5分钟后，使聚乙烯醇膜在30℃的染色液(相对水100重量份，碘为0.05重量份、碘化钾为0.1重量份)中浸泡5分钟进行利用碘的染色处理，然后在50℃的3％硼酸水溶液中拉伸5.5倍。拉伸处理后，将拉伸膜在50℃的5％硼酸水溶液中浸泡2分钟，然后，在30℃的0.2％氯化钾水溶液中浸泡1分钟、水洗后，在40℃的空气中干燥，得到本发明的偏光薄膜。偏光薄膜的硼酸含量为22.5重量％，氯离子含量为310ppm。
在得到的偏光薄膜的两面，用聚乙烯醇类粘结剂将TAC膜(富士写真フイルム制T80UZ)层压后，进行70℃×5分钟干燥，得到本发明的偏光板。该偏光板在平行偏光镜中的色调a*＝-0.87、色调b*＝0.59，是非彩色的。
实施例4
使聚乙烯醇膜(クラレ株式会社制VF-XS)在30℃的水中膨润5分钟后，使聚乙烯醇膜在30℃的染色液(相对水100重量份，碘为0.05重量份、碘化钾为0.1重量份)中浸泡5分钟进行利用碘的染色处理，然后在50℃的3％硼酸水溶液中拉伸5.5倍。拉伸处理后，将拉伸膜在50℃的5％硼酸水溶液中浸泡2分钟，然后，在30℃的5％氯化钾水溶液中浸泡1分钟、水洗后，在40℃的空气中干燥，得到本发明的偏光薄膜。偏光薄膜的硼酸含量为21.5重量％，氯离子含量为5000ppm。
在得到的偏光薄膜的两面，用聚乙烯醇类粘结剂将TAC膜(富士写真フイルム制T80UZ)层压后，进行70℃×5分钟干燥，得到本发明的偏光板。该偏光板在平行偏光镜中的色调a*＝-0.91、色调b*＝0.49，是非彩色的。
比较例1
使聚乙烯醇膜(厚75μm)(クラレ株式会社制VF-XH)在30℃的水中膨润5分钟后，使聚乙烯醇膜在35℃的染色液(相对水100重量份，碘为0.05重量份、碘化钾为0.1重量份)中浸泡5分钟进行利用碘的染色处理，然后在50℃的2％硼酸水溶液中将膜拉伸4.7倍。拉伸处理后，将膜在25℃的水中清洗2分钟后，在40℃的空气中干燥，得到比较用的偏光薄膜。该偏光薄膜的硼酸含量为16.5重量％，氯离子含量为30ppm。
在得到的偏光薄膜的两面，用聚乙烯醇类粘结剂将TAC膜(富士写真フイルム制T80UZ)层压后，进行60℃×5分钟干燥，得到偏光板。该偏光板在平行偏光镜中的色调a*＝-0.87、色调b*＝0.68，是非彩色的。
与将实施例1至实施例4及比较例1中得到的本发明的及比较用的偏光板用作通常的液晶显示装置的部件时同样贴在玻璃基板和液晶元件(LCD)上，在高温条件(85℃)及高温高湿条件(60℃×90％RH)的环境条件下进行试验，其结果如表1所示。
表1性能试验
  85℃×1000h   60℃×90％RH×1000h    贴在LCD上的结果
  偏光度变化    色变化{Δ(a*.b*)}   偏光度变化     色变化{Δ(a*.b*)}
实施例1   +0.3    1.9   -11.9     0.8    没有显示问题
实施例2   +0.5    2.1   -12.4     0.9    没有显示问题
实施例3   +0.3    1.8   -15.7     2.8    没有显示问题
实施例4   +0.3    2.0   -14.4     2.2    没有显示问题
比较例1   +0.8    10.4   -26.5     4.1    显示淡，看不见
表1表示在高温条件(85℃)及高温高湿条件(60℃×90％)下，分别放置1000小时进行试验时的“偏光度变化”与“色变化(Δ(a*.b*))”及“贴在LCD上的结果”。在此，所谓“偏光度变化”，是指试验前与试验后的偏光度之差，“+”表示试验后的偏光度比试验前的偏光度提高了，“-”表示试验后的偏光度比试验前的偏光度减少了。另外，“色变化(Δ(a*.b*))”是数学式{(Δa*)2+(Δb*)2}1/2，Δa*、Δb*分别表示试验前与试验后的平行偏光镜中的色调a*的变化量、色调b*的变化量。亦即，Δ(a*.b*)表示试验前与试验后的偏光板的色调的变化。所谓“贴在LCD上的结果”是指用肉眼评价各试验后的液晶显示状态的结果。
如表1所示，本发明的偏光板在高温条件(85℃)下及高温高湿条件(60℃×90％RH)下，经过长时间(1000小时)放置时，其偏光度变化相对比较例1所示的偏光板少，耐久性提高。另外，色变化(Δ(a*.b*))的结果为：相对比较例1所示的偏光板的值，本发明的偏光板的值小。这表示本发明的偏光板几乎不产生变色，亦即在试验后也保持非彩色的色调。另外，本发明的液晶显示状态也不发生问题。

Claims (8)

1.一种偏光薄膜，由使碘吸附、取向的聚乙烯醇类树脂薄膜构成，其特征在于，其含有硼酸及200～10000ppm的氯离子。
2.如权利要求1所述的偏光薄膜，其偏光薄膜中的硼酸含量为5～40重量％。
3.一种如权利要求1或权利要求2所述的偏光薄膜的制造方法，其特征在于，将在聚乙烯醇类树脂薄膜上，以任意顺序进行利用碘的处理(染色处理)、拉伸处理及利用硼酸的处理(硼酸处理)得到的含有硼酸及碘的聚乙烯醇类树脂薄膜，用含有氯化物的水溶液进行处理。
4.一种如权利要求1或权利要求2所述的偏光薄膜的制造方法，其特征在于，对聚乙烯醇类树脂薄膜，在进行由碘进行的处理(染色处理)后，以拉伸处理、硼酸处理、利用含有氯化物的水溶液的处理的顺序进行处理。
5.一种偏光板，其特征在于，其是在如权利要求1或权利要求2所述的偏光薄膜的单面或双面贴上保护膜而成的。
6.如权利要求5所述的偏光板，其保护模是乙酸酯类树脂薄膜。
7.如权利要求5所述的偏光板，其保护模是聚烯烃类树脂薄膜。
8.一种液晶显示装置，其备有如权利要求5乃至权利要求7中任一项所述的偏光板。
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