CN1979231A

CN1979231A - 一种偏光片的制作方法

Info

Publication number: CN1979231A
Application number: CN 200510127081
Authority: CN
Inventors: 蔡政欣
Original assignee: Daxon Technology Inc
Current assignee: BenQ Materials Corp
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: CN100460900C

Abstract

一种偏光片的制作方法，先提供聚乙烯醇(PVA)膜；将该PVA膜浸泡在染色溶液中，进行浸染处理；将染色后的PVA膜浸泡在交联剂溶液中，同时单向延伸该PVA膜，其中所述交联剂溶液包含有二元羧酸以及硼酸；将延伸后的PVA膜通过催化剂水溶液与经过强碱皂化处理过的三醋酸纤维素(TAC)薄膜层合，其中该催化剂溶液包含有质子酸以及金属盐。

Description

一种偏光片的制作方法

技术领域

本发明涉及一种偏光片的制作方法，特别是关于一种用于液晶显示器中的偏光片的制作方法。

背景技术

如本领域所知的，在液晶显示器中，偏光片乃是不可或缺的构成器件之一，其用途是将原本不具有偏振性的光线，产生偏振化，转变成偏振光，因此，液晶显示器就能利用此偏振光，加上液晶分子本身的扭转特性，来达到控制光线的通过与否以及色彩讯号的呈现。而近年来，随着液晶显示器件被广泛地应用于诸如文字处理器(word processor)、计算机屏幕、手机或液晶电视等各种电子设备中，偏光片的需求量也越来越大。

现有的偏光片10的剖面结构如图1所示，其主要包含有离形膜12、感压胶层14、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，以下简称为PVA)偏光基体层18、三醋酸纤维素(triacetyl cellulose，以下简称为TAC)支撑膜16与20，以及保护膜22。有时候，为了防止反射现象，偏光膜表面还会再给予特殊处理，例如加上一层抗炫(anti-glare)层或者抗反射(anti-reflection)层。目前，市场上的偏光片仍以碘系偏光片为主流，这是因为碘系偏光片具有高光穿透性、高对比，且具有较广区域波长的偏光特性，而其制造上较为容易，相对也使其价格较为便宜。

现有技术制作碘系偏光片的方法是：先将聚乙烯醇(PVA)原料经过泡水膨胀(swelling)、浸碘染色(dyeing)、再延伸(re-stretching)等前处理步骤，形成前述具有偏光特性的PVA偏光基体层18之后，再使用经过特殊调配过的含PVA水凝胶(hydrogel)将PVA偏光基体层18的上、下两面与经过碱液(氢氧化钠或氢氧化钾)皂化处理过的TAC支撑膜16及20层合(lamination)，经过干燥后，再在TAC支撑膜16及20上贴以离形膜以及保护膜等。

然而，前述经过特殊调配过的含PVA水凝胶，其制备过程十分麻烦，需先将光学级的聚乙烯醇高分子粉末加入水中，再加热至80℃到90℃的高温溶解，并且需持续搅拌至呈胶体状，才进行最后冷却及过滤，全部的制备过程至少需耗时3到4小时以上。而除了制备费时的缺点之外，现有的含PVA水凝胶在制备完成后通常需在1到2天内使用完毕，而在保存时尤其需要格外小心，因为其胶体特性并不稳定，若在布胶时，胶体内已结块(aggregation)或析出有颗粒等杂质，即会造成产品生产线的优良率下降。

此外，由于有越来越多的液晶显示器被应用在诸如大型户外显示广告牌、车辆、航空器、航海仪器以及卫星等方面，因此使用者对偏光片在环境中的耐温性以及耐湿性等特性上的要求也日益严格，而前述传统的碘系偏光片由于先前吸附在PVA偏光基体层中的碘含量及活性容易随时间以及环境的影响而衰减，其耐温性以及耐湿性皆嫌不足，因而限制到其应用的范围。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种改良的偏光片的制作方法，以解决上述现有技术的问题。

根据本发明的优选实施例，本发明提供一种偏光片的制作方法，包含有：提供聚乙烯醇(PVA)膜；将该PVA膜浸泡在染色溶液中，进行浸染处理；将该染色后的PVA膜浸泡在交联剂溶液中，同时单向延伸该PVA膜，其中所述交联剂溶液包含有二元羧酸以及硼酸；以及将延伸后的PVA膜通过催化剂水溶液与经过强碱皂化处理过的三醋酸纤维素(TAC)薄膜层合，其中该催化剂水溶液包含有质子酸以及金属盐。

为了能更清楚地了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。然而附图仅供参考与辅助说明使用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1绘示的是现有偏光片的剖面结构。

图2绘示的是本发明制作偏光片的制造流程示意图。

图3绘示的是己二酸的结构式。

图4绘示的是经过步骤106处理后的PVA膜表面结构示意图。

图5为利用优选实施例以及四个比较实例所制作出来的TAC-PVA-TAC层膜样品，浸泡在热水浴中所进行的抗湿抗热测试实验的结果比较表。

主要附图标记说明

10偏光片 12 离形膜

14感压胶层 16 TAC支撑膜

18PVA偏光基体层 20 TAC支撑膜

22保护膜 50 未延伸PVA膜

52纯水 53 PVA膜

54含碘溶液配方 55 PVA膜

56交联剂配方 57 PVA膜

58PVA膜 59 TAC薄膜

60TAC薄膜-PVA膜-TAC薄膜

70催化剂水溶液

572亲水性羟基 574 化学键结结构

576抗水结构 578 碘

具体实施方式

如前所述，在传统的偏光片的前处理制程中，乃是先将三醋酸纤维素(TAC)薄膜经过强碱(氢氧化钠或氢氧化钾)皂化处理后，使TAC薄膜表面具有亲水性，然后再以PVA高分子粉末所制备的水凝胶粘合剂将TAC薄膜与经过浸染拉伸过的聚乙烯醇(PVA)薄膜层合。

上述以PVA高分子粉末所制备的水凝胶(hydrogel)粘合剂除了制备过程冗长之外，其所提供的黏合力亦有待改善。

为此，本发明提供一种改良的液晶显示器偏光膜的制作方法，可以提供较佳的黏合效果，同时可以简化偏光片制程，并提高生产能力与优良率。

请参阅图2，其绘示的是本发明制作偏光片的制造流程示意图。本发明制作偏光片的制造流程不需要使用到现有技术中以PVA高分子粉末所制备的水凝胶粘合剂。如图2所示，本发明制作偏光片的制造流程大致分为几个主要步骤，包括：

步骤102：泡水膨胀(swelling)。

步骤104：浸染(dyeing)。

步骤106：延伸(stretching)。

步骤108：干燥(drying)。

步骤110：层合(lamination)。

步骤112：干燥(drying)。

本发明从步骤102开始，先将未延伸的(un-stretched)PVA膜50浸泡在纯水52中。经过泡水膨胀处理后的PVA膜53随即进行步骤104，在含碘溶液配方54中浸泡，使PVA膜53吸附碘。含碘溶液配方54包含有分子碘(iodine)以及碘化钾(potassium iodide)，其中碘的重量百分比浓度约为0.01wt.％至0.5wt.％左右。

经过浸染处理过的PVA膜55随即进行步骤106，也就是PVA膜的延伸(stretching)制程。PVA膜55在含有硼酸(boric acid)以及碘化钾的交联剂配方56中进行膜的单向延伸(uniaxially stretching)。其中，硼酸的重量百分比浓度约为1wt.％至10wt.％左右。

根据本发明的优选实施例，PVA膜的总延伸率(total stretching ratio)约为4倍到7倍之间。此外，本发明的主要特征在于交联剂配方56中另添加有二元羧酸(dicarboxylic acid)，例如己二酸(adipic acid；HOOCC₄H₈COOH)、戊二酸(glutaric acid)或琥珀酸(succinic acid)，其中又以己二酸为优选。己二酸的结构如图3所示。

本发明的特征在于当进行PVA膜的延伸制程时，添加在溶液配方56中的二元羧酸会与PVA膜键结。根据本发明，二元羧酸的重量百分比浓度约为1wt.％至5wt.％左右。

请同时参阅图4，其绘示的是经过步骤106处理后的PVA膜57的表面结构示意图。以添加己二酸为例，在分子链两端皆有羧基(carboxyl group)的己二酸分子中的羧基之一会与PVA膜表面的亲水性羟基572发生酯化反应(esterification)，产生化学键结结构574。

此外，在交联剂配方56中的硼酸亦会与PVA膜表面反应，形成抗水结构576，可避免吸附在PVA膜57表面的碘578向外扩散。

接着，进行步骤108的干燥步骤(PVA层合前的干燥处理)，使PVA膜57与催化剂水溶液70接触前保持干燥。

接着，进行步骤110，通过添加催化剂水溶液70使经过步骤108处理过的PVA膜58与经过强碱皂化预处理过的TAC薄膜59层合，形成三层膜(TAC-PVA-TAC)层合结构。此时，由于原先已键结在PVA膜57表面上的己二酸分子的另一个未反应的羧基，通过在层合过程中添加的催化剂水溶液70的催化，而与TAC薄膜59表面的羟基发生快速的酯化反应，产生化学键结结构，如此使得PVA膜58能够与TAC薄膜59紧密层合。

另外，在层合步骤110过程中，使催化剂水溶液70与PVA膜接触，所采用的方式是以滴落溶液的方法提供催化剂水溶液，而非以涂布方式进行。

催化剂水溶液70的成分包含有强质子酸，如盐酸、硫酸或硝酸，以及金属盐。金属盐可包含有含锌离子或者镁离子的任何形态的无机盐类，例如氯盐，如氯化锌(ZnCl₂)或者氯化镁(MgCl₂)等，或者可以为溴盐，例如溴化锌(ZnBr₂)，又或者可以为碘盐，例如碘化锌(ZnI₂)，其中又以氯化锌所得的效果较佳。根据本发明，金属盐的重量百分比浓度约为1wt.％至5wt.％左右，质子酸的浓度约为0.1M至0.5M左右。

氯化锌属于一种路易斯酸(Lewis acid)，这种金属盐在不同领域中常被当作催化剂使用。

此外，为了加快后续的干燥速度，在催化剂水溶液70中也可以加入高挥发性的亲水性溶剂，例如甲醇。

最后，进行步骤112，将层合的TAC薄膜-PVA膜-TAC薄膜60施以50～80℃干燥处理。由于催化剂水溶液70中所添加的甲醇，使其可以加速完成烘干。

此外，为了增加偏光片的功能性，TAC薄膜在进行皂化处理前会先涂布例如液晶层、保护层、抗炫层、抗反射层或者是耐刮伤防污处理层等等。通过不同的功能性TAC膜的组合，可得到具有不同光学效果的偏光板。

为使从事本领域的技术人员更能理解本发明的精神、技术特征以及优点所在，以下，另提出一优选实施例以及四个比较实例。优选实施例在层合步骤时使用前述不含PVA的催化剂水溶液，且在延伸步骤中的交联剂中加入己二酸；在四个比较例中，在PVA膜与TAC膜层合时所采用的粘合剂分别是不含PVA的胶体粘合剂(比较例一)以及三种含有PVA的水凝胶，且四个比较例在PVA膜延伸步骤中皆使用不添加己二酸的交联剂。

优选实施例：

预先制备催化剂水溶液，其成分包括盐酸溶液、氯化锌以及甲醇，其中添加甲醇的目的在于可以达到加速烘干的效果，而非必要的主成分。先将经过称重的己二酸添加在如前述的交联剂溶液中，并加以溶解，然后以前述的一连串程序将经过浸染的PVA膜在该添加己二酸的交联剂溶液中进行延伸处理。接着，将预先制备好的催化剂水溶液在前述的层合步骤中以滴落方式使PVA膜与TAC膜层合，形成TAC-PVA-TAC层膜。如前所述，添加在交联剂溶液中的己二酸与后续接触到的催化剂水溶液中的成分反应，可以得到所要的黏合特性。

比较例一：

制备不含PVA的胶体粘合剂。先在热水中加入经称重的己二酸，然后再加入乙二醛(glyoxal)、氯化锌及盐酸。经过约十分钟小心的搅拌后，可以得到无色澄清的胶体溶液。制备好的胶体粘合剂，随后在以传统程序浸染、延伸(交联剂溶液中未添加己二酸)、干燥后的PVA膜与TAC膜层合步骤中使用，形成TAC-PVA-TAC层膜。

比较例二：

将经过称重的PVA粉末溶解在热水中，加热，并加以剧烈的搅拌，以避免结块(aggregation)或析出颗粒。之后，在搅拌的同时将上述溶液冷却至室温。然后，加入纯水，以补偿因加热失去的水分，再将上述溶液过滤，以滤除溶液中的结块成分，产生重量百分比浓度约为5％的PVA水凝胶。制备上述PVA水凝胶的时间约为数小时左右。制备好的5％PVA水凝胶，随后在以传统程序浸染、延伸、干燥后的PVA膜与TAC膜层合步骤中使用，形成TAC-PVA-TAC三层膜。

比较例三：

将经过称重的PVA粉末溶解在热水中，加热，并加以剧烈的搅拌，以避免结块。之后，在搅拌的同时将上述溶液冷却至室温，且在搅拌及冷却过程中，再加入硼酸以及氯化锌。然后，加入纯水，以补偿因加热失去的水分，再将上述溶液过滤，以滤除溶液中的结块成分，产生重量百分比浓度约为5％的PVA水凝胶。制备上述PVA水凝胶的时间约为数小时左右。制备好的5％PVA水凝胶，随后在以传统程序浸染、延伸、干燥后的PVA膜与TAC膜层合步骤中使用，形成TAC-PVA-TAC三层膜。

比较例四：

将经过称重的PVA粉末溶解在热水中，加热，并加以剧烈的搅拌，以避免结块。之后，在搅拌的同时将上述溶液冷却至室温，且在搅拌及冷却过程中，再加入盐酸、乙二醛以及氯化锌。然后，加入纯水，以补偿因加热失去的水分，再将上述溶液过滤，以滤除溶液中的结块成分，产生重量百分比浓度约为5％的PVA水凝胶。制备上述PVA水凝胶的时间约为数小时左右。制备好的5％PVA水凝胶，随后在以传统程序浸染、延伸、干燥后的PVA膜与TAC膜层合步骤中使用，形成TAC-PVA-TAC三层膜。

抗湿抗热测试能力的比较：

请参阅图5，其为利用上述优选实施例以及四个比较实例所制作出来的TAC-PVA-TAC层膜样品，浸泡在热水浴中所进行的抗湿抗热测试实验的结果比较表。其中，利用优选实施例以及比较例一所产生的TAC-PVA-TAC层膜在温度为70℃的热水浴中进行实验，而剩下的比较例则是在温度为50℃的热水浴中进行实验，观察其薄膜层剥离所需耗费的时间。而由图5的实验结果可以看出本发明优选实施例的抗湿抗热能力明显较佳(＞3天)。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依照本发明的权利要求书所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种偏光片的制作方法，包含有：

提供聚乙烯醇(PVA)膜；

将该PVA膜浸泡在染色溶液中，进行浸染处理；

将该染色后的PVA膜浸泡在交联剂溶液中，同时单向延伸该PVA膜，其中所述交联剂溶液包含有二元羧酸以及硼酸；以及

将延伸后的该PVA膜，以添加催化剂水溶液的方式与经过强碱皂化处理过的三醋酸纤维素(TAC)薄膜层合，其中所述催化剂水溶液包含有金属盐以及强质子酸。

2.如权利要求1所述的偏光片的制作方法，其中所述染色溶液包含有碘。

3.如权利要求1所述的偏光片的制作方法，其中所述染色溶液包含有碘化钾。

4.如权利要求1所述的偏光片的制作方法，其中所述交联剂溶液还包含有碘化钾。

5.如权利要求1所述的偏光片的制作方法，其中所述二元羧酸包含有己二酸、戊二酸及琥珀酸。

6.如权利要求1所述的偏光片的制作方法，其中所述金属盐包含有含锌离子或者镁离子的任何形态的无机盐类。

7.如权利要求1所述的偏光片的制作方法，其中所述强质子酸包含有盐酸、硫酸及硝酸。

8.如权利要求1所述的偏光片的制作方法，其中所述催化剂水溶液另可添加具有挥发性的亲水性溶剂。

9.如权利要求8所述的偏光片的制作方法，其中所述具有挥发性的亲水性溶剂可为甲醇。

10.一种偏光片的制作方法，包含有：

提供聚乙烯醇(PVA)膜；

将该PVA膜浸泡在染色溶液中，进行浸染处理；

将该延伸后的PVA膜，以添加催化剂水溶液的方式与经过强碱皂化处理过的三醋酸纤维素(TAC)薄膜层合，其中所述催化剂溶液包含有至少一种路易斯酸及至少一种强质子酸。

11.如权利要求10所述的偏光片的制作方法，其中所述染色溶液包含有碘。

12.如权利要求10所述的偏光片的制作方法，其中所述染色溶液包含有碘化钾。

13.如权利要求10所述的偏光片的制作方法，其中所述交联剂溶液还包含有碘化钾。

14.如权利要求10所述的偏光片的制作方法，其中所述二元羧酸为己二酸。

15.如权利要求10所述的偏光片的制作方法，其中所述路易斯酸为氯化锌。

16.如权利要求10所述的偏光片的制作方法，其中该强质子酸为盐酸。

17.如权利要求10所述的偏光片的制作方法，其中所述催化剂水溶液另可添加具有挥发性的亲水性溶剂。

18.如权利要求17所述的偏光片的制作方法，其中所述具有挥发性的亲水性溶剂可为甲醇。