TW202302735A - 偏光膜的製造方法與製造系統 - Google Patents

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偏光膜的製造方法與製造系統。偏光膜製造方法包括使偏光膜前驅物通過交聯槽中的反應水溶液以進行交聯處理，從而形成偏光膜。反應水溶液含有二氧化硫水溶液。

Description

偏光膜的製造方法與製造系統
本發明是有關於一種偏光膜的製造方法與製造系統。
偏光板為廣泛應用於液晶顯示器之光學元件。偏光板一般是在聚乙烯醇偏光膜上黏合三醋酸纖維素或環烯烴聚合物等保護膜而得。現今，液晶顯示器的應用越來越廣，例如，手機、穿戴式裝置等，對偏光板品質的要求也越來越高。
偏光膜為偏光板最主要的元件。偏光膜的形成通常具有以下步驟：膨潤處理、染色處理、拉伸處理、交聯處理、洗淨處理以及乾燥處理。
本發明係有關於一種偏光膜的製造方法與製造系統。
根據本發明之一方面，提出一種偏光膜製造方法，其包括使偏光膜前驅物通過交聯槽中的反應水溶液以進行交聯處理，從而形成偏光膜。反應水溶液含有二氧化硫水溶液。
根據本發明之另一方面，提出一種偏光膜製造系統，其包括交聯槽、二氧化硫儲存槽與氣體管路。交聯槽具有反應水溶液於其中。二氧化硫儲存槽具有二氧化硫氣體於其中。氣體管路用以將二氧化硫氣體從二氧化硫儲存槽傳送至交聯槽中。
根據本發明之又另一方面，提出一種偏光膜製造系統，其包括交聯槽、補充槽、二氧化硫儲存槽、回收管路、補充管路與氣體管路。交聯槽具有反應水溶液於其中。二氧化硫儲存槽具有二氧化硫氣體於其中。回收管路用以將反應水溶液從交聯槽傳送至補充槽。補充管路用以將反應水溶液從補充槽傳送至交聯槽。氣體管路用以將二氧化硫氣體從二氧化硫儲存槽傳送至補充槽中。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
第1圖顯示根據實施例的偏光膜製造系統。偏光膜前驅物10藉由傳送滾輪40通過製程槽以形成偏光膜10'。製程槽依序包括膨潤槽12、染色槽14、交聯槽16、以及水洗槽18。
偏光膜前驅物10可為聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)薄膜。聚乙烯醇可藉由皂化聚乙酸乙烯酯而形成。在一些實施例中，聚乙酸乙烯酯可為乙酸乙烯酯之單聚物或乙酸乙烯酯及其它單體之共聚物等。上述其它單體可為不飽和羧酸類、烯烴類、不飽和磺酸類或乙烯基醚類等。
在另一些實施例中，聚乙烯醇可為經改質的聚乙烯醇，例如，經醛類改質的聚乙烯醇縮甲醛(polyvinylformal)、聚乙烯醇縮乙酸或聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinylbutyral)等。
偏光膜前驅物10傳送至膨潤槽12以進行膨潤處理。膨潤處理可去除偏光膜前驅物10表面之異物以及其中之可塑劑，並且可使偏光膜前驅物10在後續步驟中較易被染色及塑化。膨潤處理之條件並未特別限定，只要可達成上述效果且不會造成偏光膜前驅物極端溶解或透明消失等即可。
偏光膜前驅物10傳送至染色槽14以進行染色處理。染色處理使用之染色劑可為二色性色素或其它水溶性二色素染料等。在一些實施例中，染色劑包含碘、碘化鉀。例如，在一些實施例中，染色劑可為包含例如0.003重量份至0.2重量份的碘及3重量份至30重量份的碘化鉀之水溶液。再者，亦可添加其它化合物於染色槽14中使染色處理具有更佳之效果。在一些實施例中，可額外添加硼酸。
偏光膜前驅物10傳送至交聯槽16以進行交聯處理。交聯槽16具有反應水溶液20於其中。交聯處理係對偏光膜前驅物10進行耐水化處理或是調整其色調。在一些實施例中，交聯槽16中的反應水溶液20可包含硼酸、碘化鉀、碘化鋅或上述之組合。硼酸為交聯劑，碘化鉀及碘化鋅則用於光學調整，可藉由改變其濃度以調整偏光膜色相。在一些實施例中，交聯處理之反應水溶液20可為包含1重量份至10重量份的硼酸及1重量份至30重量份的碘化鉀之水溶液。
交聯槽16中的反應水溶液20必須在酸性環境下進行交聯處理，例如pH 2至pH 5，或pH 2.5至pH 4.5。然而，碘化鉀及／或碘化鋅溶解在水中產生的碘離子(I -)。碘離子(I -)在酸性環境下會氧化反應成碘錯離子(I 3 -)。若碘錯離子(I 3 -)濃度過高，將會造成偏光膜染色性不符合規範。
為了減少碘錯離子(I 3 -)濃度，避免濃度超標，會在交聯槽16中額外投入亞硫酸鹽例如亞硫酸鉀(K 2SO 3)作為還原劑，使碘錯離子(I 3 -)還原。此外，為了維持酸性環境，會同時持續加入硫酸維持pH值。然而，硫酸溶於水會形成硫酸根(SO 4 2-)。硫酸根累積若超標會不符合生產規格、產生其他不良影響。因此需頻繁更換反應水溶液，以維持硫酸根濃度不超標，這使得生產成本提高。
本案實施例中，如第1圖所示，回收管路30連通在交聯槽16與補充槽22之間，用以將反應水溶液20從交聯槽16傳送至補充槽22。二氧化硫儲存槽24具有二氧化硫氣體於其中。氣體管路34連通在補充槽22與二氧化硫儲存槽24之間，用以將二氧化硫氣體從二氧化硫儲存槽24傳送至補充槽22中。傳送至補充槽22中的二氧化硫氣體可溶解於反應水溶液20的水溶劑。補充管路32連通在交聯槽16與補充槽22之間，用以將反應水溶液20從補充槽22傳送至交聯槽16。藉此，交聯槽16中的反應水溶液20含有二氧化硫水溶液，亦即二氧化硫氣體溶於水中所形成的水溶液。
在一實施例中，依據設置空間的限制，也可省略設置回收管路30、補充管路32及補充槽22，而如第2圖所示的偏光膜製造系統，將二氧化硫氣體經由氣體管路34由二氧化硫儲存槽24直接傳送至交聯槽16中。在此實施例中，氣體管路34可深入交聯槽16之液面之中，以增加溶解率並避免產生過多氣泡。
如反應式(I)所示（其中pKa = 1.81），二氧化硫氣體溶解於水反應生成亞硫酸氫根離子與氫離子。 SO 2+ H 2O " HSO 3 -+ H +反應式(I)
反應式(I)的產物亞硫酸氫根離子在水中與碘錯離子(I 3 -)進行反應式(II)如下，生成硫酸根離子、碘離子(I-)與氫離子。 HSO 3 -+I 3 -+ H 2O " SO 4 2-+ 3I -+ 3H +反應式(II)
反應式(I)與反應式(II)生成的氫離子(H +)使得反應水溶液20的pH值降低。因此，實施例中，可不需額外添加硫酸於交聯槽16中。此外，根據反應式(I)與反應式(II)，本案實施例使用二氧化硫水溶液能還原碘錯離子(I 3 -)，降低反應水溶液20的碘錯離子(I 3 -)濃度，因此可不需額外添加亞硫酸鹽。同時，請參照表1的實驗結果，比起比較例(不具有補充槽22、二氧化硫儲存槽24、回收管路30、補充管路32、氣體管路34)直接將亞硫酸鉀及硫酸加入交聯槽16中的技術手段，根據本案實施例使用二氧化硫水溶液取代亞硫酸鹽及硫酸，可造成更低的硫酸根濃度及硫酸根累積速率，因此能減少交聯槽16更換反應水溶液20的頻率，降低製程成本損失。表1中，顯示在不同反應時間投入的藥劑量(二氧化硫氣體的體積，單位為升；亞硫酸鉀／硫酸的重量，單位為克)與反應水溶液20的硫酸根濃度。 表1
時間 實施例 比較例
二氧化硫(L) 硫酸根濃度(%) 亞硫酸鉀(g) 硫酸(g) 硫酸根濃度(%)
1HR 0.1 0.02 0.08 0.05 0.032
3HR 0.1 0.042 0.08 0.05 0.104
5HR 0.25 0.092 0.15 0.1 0.142
24HR 1.3 0.252 1.14 0.34 0.614
48HR 2.3 0.532 1.96 1.21 1.165
72HR 2.2 0.813 2.03 1.25 1.426
再者，本案實施例使用二氧化硫水溶液的技術並不會影響製得的偏光膜的性質。實施例的偏光膜具有與比較例的偏光膜相當的光學性能，包括光學量測結果相當的透過率、偏光度、光學色相座標以及對紅外線吸收的程度，結果如表2所示。表2中，偏光膜是使用厚度60µm的聚乙烯醇(PVA)薄膜經由澎潤、染色、交聯、水洗及乾燥的製程後，利用保護膜(TAC)進行UV膠貼合，然後利用光度計(由日本分光株式會社製造，型號為V-7100)測試得光學性質。 表2
光學性質 實施例 比較例
透過率(%) 42.75 42.71
偏光度(%) 99.8561 99.8613
a色度值 -1.15 -1.04
b色度值 3.42 3.25
紅外線吸收程度 3.09 3.21
在一些實施例中，可以通入二氧化硫至反應水溶液20的方式完全地取代硫酸及／或亞硫酸鹽例如亞硫酸鉀之添加，即，除了交聯處理使用之硼酸與二氧化硫水溶液以外，並未外加硫酸及／或亞硫酸鹽例如亞硫酸鉀至交聯槽16中。一些實施例中，除了交聯處理使用之硼酸與二氧化硫水溶液以外，仍可外加其它酸性溶液，例如，硫酸、醋酸或葡萄糖酸，並且／或者外加亞硫酸鹽例如亞硫酸鉀。
進行交聯處理時，亦可同時對偏光膜前驅物10進行延伸處理。在一些實施例中，延伸處理可藉由使設置於交聯槽16入口之傳送滾輪與設置於交聯槽16出口之傳送滾輪產生周速差的方法加以進行。
接著，偏光膜前驅物10傳送至水洗槽18以進行洗淨處理。洗淨處理可藉由浸泡於水中、以水噴流進行噴霧或上述之組合予以進行。
之後，偏光膜前驅物10可傳送至乾燥爐，乾燥偏光膜前驅物10以形成偏光膜10'。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:偏光膜前驅物 10':偏光膜 12:膨潤槽 14:染色槽 16:交聯槽 18:水洗槽 20:反應水溶液 22:補充槽 24:二氧化硫儲存槽 30:回收管路 32:補充管路 34:氣體管路 40:傳送滾輪
第1圖顯示根據一實施例的偏光膜製造系統。 第2圖顯示根據另一實施例的偏光膜製造系統。
10:偏光膜前驅物
10':偏光膜
12:膨潤槽
14:染色槽
16:交聯槽
18:水洗槽
20:反應水溶液
22:補充槽
24:二氧化硫儲存槽
30:回收管路
32:補充管路
34:氣體管路
40:傳送滾輪

Claims (10)

  1. 一種偏光膜製造方法，包括：使一偏光膜前驅物通過一交聯槽中的一反應水溶液以進行一交聯處理，從而形成一偏光膜，其中該反應水溶液含有二氧化硫水溶液。
  2. 如請求項1所述的偏光膜製造方法，其中該反應水溶液含有碘離子(I -)。
  3. 如請求項1所述的偏光膜製造方法，其中該反應水溶液含有碘錯離子(I 3 -)。
  4. 如請求項1所述的偏光膜製造方法，更包括將二氧化硫氣體溶於一水溶液中以形成該二氧化硫水溶液。
  5. 如請求項4所述的偏光膜製造方法，其中該二氧化硫水溶液的反應式(I)為SO 2+ H 2O " HSO 3 -+ H +，其中該反應水溶液含有碘錯離子(I 3 -)，該反應式(I)的產物亞硫酸氫根離子HSO 3 -與該碘錯離子(I 3 -)的反應式(II)為HSO 3 -+ I 3 -+ H 2O " SO 4 2-+ 3I - + 3H +。
  6. 如請求項1所述的偏光膜製造方法，其中未提供亞硫酸鹽、及/或亞硫酸鉀、及/或硫酸至該反應水溶液中。
  7. 一種偏光膜製造系統，包括： 一交聯槽，具有一反應水溶液於其中； 一二氧化硫儲存槽，具有二氧化硫氣體於其中；以及 一氣體管路，用以將該二氧化硫氣體從該二氧化硫儲存槽傳送至該交聯槽中。
  8. 一種偏光膜製造系統，包括： 一交聯槽，具有一反應水溶液於其中； 一補充槽； 一二氧化硫儲存槽，具有二氧化硫氣體於其中； 一回收管路，用以將該反應水溶液從該交聯槽傳送至該補充槽； 一補充管路，用以將該反應水溶液從該補充槽傳送至該交聯槽；以及 一氣體管路，用以將該二氧化硫氣體從該二氧化硫儲存槽傳送至該補充槽中。
  9. 如請求項7或8所述的偏光膜製造系統，其中該反應水溶液含有碘離子(I -)及／或碘錯離子(I 3 -)。
  10. 如請求項7或8所述的偏光膜製造系統，其中該反應水溶液含有二氧化硫水溶液。
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