TWI374895B - Polyvinyl alcohol film composition, and polarizer plate employing the same - Google Patents
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1374895 九、發明說明: 【發明所屬之技彳衍領域】 本發明係有關於聚乙稀醇(PVA)膜組成物,可應用於光 •學膜、包裝膜、農業用膜、洗滌用膜、化妝品用膜等,且 •特別是有關於偏光板用之偏光膜組成物。 【先前技術】
聚乙烯醇(Poly Vinyl Alcohol,PVA)為一種安定、無毒 的水溶性高分子,具有良好的接著性 '伸張強度、耐溶劑 性、耐磨擦性、氧氣阻絕性及界面活性。由於聚乙烯醇具 備上述之特性,使其被廣泛應用於各產業如電子業、光電 業、紡織業、乳膠業、合板本器業等領域。此外,聚乙烯 醇具備良好的製膜性,其成膜後的抗張強度、撕裂強度、 耐磨強度等物理性質,都比其它水溶性分子來得好。將聚 乙烯醇溶液塗佈於圓筒(drum type coater)或帶(belt type coater)上’以熱乾燥方式成膜’接著加以剝離的製膜方式, 稱為溶液製膜法’為常用之聚乙烯醇製膜法。而特別在顯 示器、投影機等光電產業中,聚乙烯醇膜經水膨潤、一軸 伸、並加以染色後,可得到偏光膜(P〇larizer),其與三醋 (纖維素膜(Triacetyl Cellulose film,TAC film)貼合後,便 來得偏光板(polarizer plate),為顯示器中的關鍵零組件之 聚乙烯醇膜的熱水切斷溫度,為聚乙烯醇結晶之完全 5 1374895 性與量的指標,可以用來對水或水溶液的吸水性、溶解性 做初步的了解,供應用或後續加工製程相關資訊〜。熱水 切斷溫度越向,聚乙知j醇之結晶性越高,耐熱水性越佳。 以聚乙稀醇之偏光膜製造為例,提高其熱水切斷溫度,可 提升其高溫之延伸性,進而提高偏光膜的偏光特性及耐久 性0 【發明内容】 本發明的目的之一就是提供一種聚乙烯醇膜組成物, 所製付的聚乙缔醇膜具有較而的熱水切斷溫度,对熱水性 較佳。為達上述與其他目的’本發明之方法主要係添加一 水;·谷性多面體梦乳院化合物(polyhedral oligomeric silsesquiQxane ; PQSS) 0 依照本發明一實施例’本發明提供了一種聚乙烯醇膜 組成物,包括: 私 (a)聚乙烯醇高分子’其聚合度為5〇〇〜6500,鹼化度至 少大於75莫耳百分比; (b) 多醇化合物;以及 (c) 水溶性多面體矽氧烷化合物。 本發明更提供一種偏光板,係將前述之聚乙烯醇膜組 *成物所製得之聚乙稀醇膜,應用於顯示器之偏光膜,該偏 •光膜與偏光膜保護膜例如三醋酸纖維膜(Triacetyi Cellulose film, TAC film)相貼合後’即為顯示器之關鍵零 組件一偏光板。 1374895 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂,下文特舉出較佳實施例,並配合所附圖式,作詳 細說明如下: 【實施方式】 本發明為於一般聚乙烯醇系薄膜之配製組成中一聚乙 烯醇(PVA)高分子及多醇化合物(P〇ly〇1),再添加一水溶性 多面體矽氧烷化合物。相較於一般聚乙烯醇膜製程中,多 以熱乾燥處理的方式來提升熱水切斷溫度,本發明利用水 溶性多面體矽氧烷化合物(P〇lyhedral olig〇meric silsesquioxane; POSS)的添加’使付小乙烯醇膜組成物之 成膜後續加工的熱乾燥處理製程時間能有效縮短或溫度降 低,以達到節省能源消耗與降低成本之目的。 本發明之聚乙烯醇膜組成物配方如下· (a) 100重量份的聚乙烯醇(PVA)高分子; (b) l~30重量份的多醇化合物,尤以1〜20重量份為佳’ 5〜18重量份為更佳;以及 (c) O.QOl〜20重量份的水溶性多面體矽氧烷化合物,尤 以0.001〜5重量份為佳,〇·〇5〜1重量份為更佳。 前述聚乙烯醇高分子之聚合度’ 一般為500〜10000 ’ 尤以500〜6500之範圍為佳,鹼化度則以鹼化度乃莫耳百 分比以上為佳,尤以99莫耳百分比以上之範圍為更佳。前 述之多醇化合物為具有可塑劑性質者,一般包括丙三醇 (glycerine)、聚乙二醇(Polyethylene Glycol,PEG)、三乙稀 7 1374895 基二醇(triethylene glycol)、二乙烯基二醇(diethylene glycol)、三曱基醇丙炫(trimethylolpropane),或前述之組 合。
前述之多面體矽氧烷化合物,因其特殊之有機/無機化 學組成與奈米級之結構特性,在傳統上主要被應用為奈米 級材料填充劑(W02008021455),以及燃料電池用質子交換 膜(US20070190385)。本發明所添加之多面體矽氧烷化合 物,更導入了水可溶性基團,如化學結構式⑴或(II)所示結 構:
其中,R 為水可溶性基,尤以一
Φ (ch2)3〇ch2ch(oh)ch2o(c6h4)so3h、- 〇-n(ch3)4+ (CAS
No. 69667-29-4)、- CH2CH2CH2NH3C1 (CAS No. 150380-11-3)、一CH2CH2(〇CH2CH2)mOCH3 (m=13.3)等水 溶性官能基為佳;X則為有機基,尤其烷基、環烷基、苯 基、多環基較佳。本發明添加水溶性多面體矽氧烷化合物 . 具有下列之優點: (1)水溶性多面體矽氧烷化合物具有水溶液性和有機 基團,能增加其對聚乙烯醇和多醇化合物的互溶性,使聚 乙烯醇膜的透明性佳。 8 工,374895 (2) 多面體矽氧烷化合物之多面體矽氧烷結構,為明 確的三維無機奈米結構,屬於分子級補強材,可以加強耐 化性及耐熱性。與具有結晶性的聚乙烯醇高分子混合’作 為分子級結晶異質成核劑,促進聚乙烯醇高分子結晶。 (3) 添加水溶性多面體矽氧烷化合物,聚乙烯醇臈之 表面較為疏水,並提升熱水切斷溫度,製成偏光膜可較耐 座耐熱。 除了上述主要成份外,本發明之聚乙烯醇膜亦可依容 際應用的不同’視需要加入其他一或一種以上之添加劑只 ^界面活性劑、染顏料、可塑劑、架橋劑、密著賦予劑 、本發明之應用方面,可應用於包裝用膜、農業用膜、 洗滌用膜、化妝用膜,尤其適用於顯示器偏光板之聚乙 乙烯醇㈣膜之製法,可適當使㈣溶解於 之原料液予以流诞成膜的流诞法、洗鑄法壓 法荨溶液製膜之任意方式予以成膜。 …、、而’右以液晶顯示器用之偏細而言,更須 ,色性物質予以處理的染色處理步驟,以及—用以 配向狀態的延伸處理步驟。將前述聚乙_膜 ==物質的染色液中浸潰,使上述兩色性物 :二包括峨或有機染料,其中,蛾具有較佳的染Si 丄Ϊ H可安定取得具有賴光學特性之偏光/而 ㈣延伸處理步驟以單轴延伸為佳,拉伸比通 9 1374895 或更大,尤其以五倍或更大者為佳,但並非限定於此。上 述之聚乙烯醇膜染色處理步驟,更可再加入一著色助劑如 芒硝。 本發明之聚乙烯醇膜,當使用為液晶顯示器之偏光膜 * 時,可於其至少一表面上設置單層或多層之光學臈,做為 聚乙烯醇膜之保護、支持或具備光學補償功能,例如該光 學膜可為一偏光膜保護膜,其材料包括三醋酸纖維t (Triacetyl Cellulose,TAC)、聚對苯二曱酸乙二『 Φ (Polyethylene Terephthalate,PET)、聚萘二曱酸乙二酉旨 (Polyethylene Naphthalene-2,6-dicarboxylate, PEN)、聚曱義 丙烯酸曱酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)、聚苯乙稀 (Polystyrene,PS)等’其中尤以三醋酸纖維膜(TAC)為佳, .但並非限定於此。由該聚乙烯醇偏光臈與該偏光膜保護膜 • 貼合後,即得到偏光板(polarizer plate)。 本發明之偏光板可以應用在液晶顯示器。例如,可將 本發明之偏光板設置在液晶面板之任一表面或相反兩面。 液晶的型態與驅動方式並無特別限制,可以是TN(扭曲向 歹!)型液晶、垂直配向型液晶、IPS (橫向電場切換)液晶等。 此外’液晶面板的構成通常更包含擴散板、稜鏡陣列、背 1元件等,在此不予贅述。此外,上述偏光板在實際應用 時可與其他光學膜搭配使用,例如反射臈、半穿半反射膜、 延遲膜(1/2波長與1/4波長)、視角補償膜等。此外,本發 '明之偏光板亦可應用在投影機、太陽眼鏡等其他光學產品。 本發明之聚乙烯醇膜可依照下列主要步驟製成.:.將聚 10 1374895 乙稀醇高分子、多醇化合物、水溶性多面體⑪氧烧化合物 依比例配製後,加水混合並加熱獅之,使聚乙稀醇高分 子溶解及配方水溶液均勻,其中加熱溫度約7〇〜99。〇,加 熱時間約數小時至聚乙烯醇高分子完全溶解。之後,將配 方水溶液塗佈在基板上,例如玻璃平板,以室溫乾燥成膜 即可。塗佈方式可使用各種濕式塗佈,例如:旋轉塗佈(邛匕 Cq>atmg)、棒狀塗佈(bar coating)、滾筒塗佈(r〇ii coating)、 刮刀塗佈(blade coating)、浸潰塗佈(dip coating)等。 聚乙烯醇膜之熱水切斷溫度,代表其結晶完全性與量 的指標,尤其對聚乙烯醇系偏光膜之製造而言,提升熱水 切,溫度’可以得到較優良之聚乙烯醇膜高溫延伸性,進 =提升其偏光待性與耐熱性。一般在偏光膜製程中,乃以 咼溫熱乾燥處理方式提升聚乙烯醇膜的熱水切斷溫度(日 本特開平5-245857) ’而本發明藉由添加水溶性多面體石夕氧 ^化σ物的方式’來提升聚乙烯醇膜熱水切斷溫度,在一 貫施例中,本發明之聚乙烯醇膜熱水切斷溫度可提高至攝 氏^度至攝氏63度間,以縮短後續製程中,進一步高溫 乾細熱處理所需之工時與減少能源消耗。 【貫施例】 本心月將以以下數個實施例作進一步說明。下列實施 例之t乙稀醇膜組成物中,水溶性多面體矽氧烧化合物具 有化學結構式(I)或(II)所示結構: 1374895
R 1^1i-、Ί o, \o^\x A-Ji-o\ \_osi~<oX4\0、?fxk ?si/oo\s/ 1 X X
R I
R R 1 si.
X HR <4、'VV3 ?si/9c\s/
R (H) 其中, 實施例卜2之水溶性多面體矽氧烷化合物為化學結構 式⑴,R 為(ch2)3och2ch(oh)ch2o(c6h4)so3h,X 為異 丁基(iso,butyl),購自 Hybrid Plastics,型號 Tris Sulfonic Acid Isobutyl POSS SA1533 ; 實施例3之水溶性多面體矽氧烷化合物為化學結構式 (II),R 為 0_N(CH3)4+(CAS No. 69667-29-4),購自 Hybrid Plastics,型號 OctaTMA POSS MS0860 ;以及 實施例4、5之水溶性多面體矽氧烷化合物為化學結構 式(II),R 為 CH2CH2CH2NH3C1 (CAS No. 150380-11-3), 講自 Hybrid Plastics,型號 OctaAmmonium POSS AM0285。 實施例1 : 聚乙烯醇膜組成物配方如下: (a) l〇重量份的聚乙烯醇高分子,其聚合度為3000,鹼 化度為99莫耳百分比; (b) l重量份的丙三醇(glycerine);以及 (c) 0.005重量份的水溶性多面體石夕氧烧化合物c-1, 將上述配方加水混合(固成份11 wt%)並於90°C加熱授 叫4895 拌約2小時以上,使聚乙烯醇高分子溶解及配方水溶液均 勻。將配方水溶液塗佈在玻璃平板上,室溫乾燥成膜。 比較實施例1 : 聚乙烯醇膜組成物之配方與方法如實施例】,其中無 添加該(c)水溶性多面體矽氧烷化合物。 比較實施例2 : 聚乙烯醇膜組成物之配方與方法如實施例1,其中該(c) 為界面活性劑月桂酸二乙醇醯胺(lauric acid diethanolamide)。 實施例2 : 聚乙烯醇膜組成物配方如下: (a) 10重量份的聚乙烯醇高分子,其聚合度為3000,鹼 化度為99莫耳百分比; (b) l重量份的丙三醇(glycerine);以及 (c) 0.05重量份的水溶性多面體石夕氧院化合物c-Ι, 將上述配方加水混合(固成份11 wt%)並於90。(:加熱授 拌約2小時以上,使聚乙烯醇高分子溶解及配方水溶液均 勻。將配方水溶液塗佈在玻璃平板上,室溫乾燥成膜。 比較實施例3 : 聚乙晞醇膜組成物之配方與方法如實施例2,其中該(c) 1-374895 為界面活性劑月桂酸二乙醇醯胺(lauric acid diethanolamide) 〇 實施例3 : . 聚乙烯醇膜組成物配方如下: (a) 10重量份的聚乙烯醇高分子,其聚合度為2700,鹼 化度為99.9莫耳百分比; (b) l重量份的丙三醇(glycerine);以及 • (c)0.02重量份的水溶性多面體石夕氧烧化合物c-2, 將上述配方加水混合(固成份11 wt%)並於90°C加熱攪 拌約2小時以上,使聚乙烯醇高分子溶解及配方水溶液均 勻。將配方水溶液塗佈在玻璃平板上,室溫乾燥成膜。 實施例4 : 聚乙烯醇膜組成物配方如下: (a) 10重量份的聚乙烯醇高分子,其聚合度為2700,鹼 •化度為99.9莫耳百分比; (b) l重量份的丙三醇(glycerine);以及 (c) 0.02重量份的水溶性多面體石夕氧烧化合物c-3, 將上述配方加水混合(固成份11 wt%)並於90°C加熱攪 拌約2小時以上,使聚乙烯醇高分子溶解及配方水溶液均 ' 勻。將配方水溶液塗佈在玻璃平板上,室溫乾燥成膜。 比較實施例4 : L374895 聚乙烯醇膜組成物之配方與方法如實施例3及4,其 中該(c)為界面活性劑月桂酸二乙醇酿胺(lauric acid diethanolamide) ° 實施例5 : . 聚乙烯醇膜組成物配方如下: (a)10重量份的聚乙烯醇高分子,其聚合度為2700,鹼 化度為99.9莫耳百分比; • (b)l重量份的丙三醇(glycerine);以及 (c)0.01重量份的水溶性多面體石夕氧炫化合物c-3, 將上述配方加水混合(固成份11 wt%)並於90°C加熱攪 拌約2小時以上,使聚乙烯醇高分子溶解及配方水溶液均 ' 勻。將配方水溶液塗佈在玻璃平板上,室溫乾燥成膜。 比較實施例5 : 聚乙烯醇膜組成物之配方與方法如實施例5,其中無 ® 添加該(c)水溶性多面體石夕氧烧化合物。 熱水切斷溫度測試 對實施例與比較實施例進行熱水切斷溫度測試與比 較,方法如下: • 切取聚乙烯醇膜之幅方向0.5公分、流延方向2公分 •的試料,將此試料荷重2.65公克,吊浸於攝氏40度水中 後,水溫以每分鐘攝氏3度升溫,試料切斷的熱水溫度即 1374895 為熱水切斷溫度。 水接觸角 使用AST Products出品VCA-2500XE接觸角分析儀, 測得水接觸角。 厚度 使用Mitutoyo厚度計(液晶數字顯示器543-251,測 • 微台7002)進行量測。 外觀 目視觀察聚乙烯醇膜的透明性。 含水率 將聚乙烯醇膜置入攝氏105度烘箱中一小時,由前後 重量差算出含水率。 ί 測試結果如表1、2、3所示。由表1可知,添加水溶 ,性多面體矽氧烷化合物之實施例1、2,其熱水切斷溫度, 均較未添加水溶性多面體石夕氧烧化合物之比較實施例1, 及僅添加界面活性劑月桂酸二乙醇醯胺之比較實施例2、 3,而有所增加。可知本發明添加多面體石夕氧烧化合物,可 - 有效提升聚乙烯醇膜之熱水切斷溫度。 由表2可知,添加水溶性多面體石夕氧烧化合物之實施 1374895 例3、4,其熱水切斷溫度,均較僅添加界面活性劑月桂酸 二乙醇醯胺之比較實施例4,而有所增加。可知本發明添 加多面體矽氧烷化合物,可有效提升聚乙烯醇膜之熱水切 斷溫度。 由表3可知,添加水溶性多面體石夕氧烧化合物之實施 例5,其熱水切斷溫度,較未添加水溶性多面體石夕氧烧化 合物之比較實施例5,而有所增加。可知本發明添加多面 體矽氧烷化合物,可有效提升聚乙烯醇膜之熱水切斷溫度。 表1、聚乙烯醇膜測試結果比較(實施例1、2) 聚乙稀醇膜組成物 實施例 比較實施例 (重量比) 1 2 1 2 3 (a)聚乙烯醇高分子 a,l 10 10 10 10 10 (b)多醇化合物 b-l 1 1 1 1 1 (C)多面體石夕氧烧化 c-1 0.005 0.05 - - - 合物 界面活彳生劑 c-0 一 一 _ 0.005 0.05 含水率(%) 10.4 12.5 10.0 13.8 11.0 厚度(μιη) 80 80 78 79 81 外觀 透明 透明 透明 透明 霧化 熱水切斷溫度(°C) 54.8 55.3 53 53 52.1 水接觸角(。) 50.4 43.4 30.0 16.5 23.1 註: a-Ι :聚乙烯醇高分子,聚合度為3000,鹼化度為99 莫耳百分比。 丄374895 b-l :丙三醇(glycerine)。 c-〇 .月桂酸二乙醇醯胺(lauric acid diethanolamide)。 c-1 ·· 化 學結構式⑴ ,R 為 (CH2)30CH2CH(0H)CH20(C6H4)S03H,X 為異丁基 (iso-butyl)。 二聚乙烯醇膜測試結果比較(實施例3、4) 聚乙烯醇臈用組成物 實施例 比較實施例 __(重量比) 3 4 4 烯醇高分子 a-2 10 10 10 (b)多醇化合物 b-l 1 1 1 (c)多面體石夕氧院化 c-2 0.02 一 合物 c-3 0.02 界面活性劑 c-0 0.02 含水率(%) 15.6 15.5 17.1 厚度(μηι) 90 90 90 外觀 透明 透明 透明 熱水切斷溫度(°〇 61.2 62.4 59.5 水接觸角(。) 40.2 88.5 25.7 註: a_2 :聚乙烯醇高分子,聚合度為2700,鹼化度為99.9 莫耳百分比。 b-l :丙三醇(glycerine)。 c_〇 :月桂酸二乙醇醯胺(lauric acid diethanolamide)。 1374895 c-2 :化學結構式(Π),R 為 CTN(CH3)4+。 c-3 :化學結構式(II),R 為 CH2CH2CH2NH3C卜 表3、聚乙烯醇膜測試結果比較(實施例5) 聚乙烯醇膜用組成物 實施例 比較實施例 (重量比) 5 5 (a)聚乙烯醇高分子 a-2 10 10 (b)多醇化合物 b-1 1 1 (C)多面體石夕氧烧化合物 c-3 0.01 - 含水率(°/〇) 14.0 13.9 厚度(μιη) 80 80 外觀 透明 透明 熱水切斷溫度(°c) 62.8 61.5 水接觸角(。) 111.6 37.5 言主· a-2 :聚乙烯醇高分子,聚合度為2700,鹼化度為99.9 莫耳百分比。 b-Ι :丙三醇(glycerine)。 c,3 :化學結構式(II),R 為 CH2CH2CH2NH3C1。 實施例6:偏光板製作 將實施例4中所製成的聚乙烯醇膜進行偏光膜製程。 先於25°C水槽中浸潰澎潤。在染色槽水溶液(12 〇.4 g/L、 KI20 g/L)浸潰染碘180秒。於25°C水槽中一軸延伸至5倍 1-374895 原長。在固定槽(boric acid 50 g/L)和補色槽(KI 30g/L)中, 繼續一軸延伸至5.5倍原長。80°C乾燥3分鐘。使用6 wt% 聚乙烯醇水溶液為接著劑,於偏光膜兩側貼合上三醋酸纖 . 維素膜(LOFO 6306-1556,厚80 μπι),50°C乾燥得到偏光 . 板(厚度185 μπι),其偏光度為99.86%,穿透度為39%。 雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上,然其並非 用以限定本發明,任何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内,當可作任意之更動與潤 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。
20 1.374895 【圖式簡單說明】 益〇 【主要元件符號說明】
Claims (1)
1374895 ;r| 修it本 第 97144652 號 十、申請專利範圍: 1. 一種聚乙烯醇膜組成物,以聚乙烯醇為1〇〇重量份 時,包括: (a) 100重量份之聚乙烯醇; (b) l〜30重量份之多醇化合物;以及 (c) O.OOl〜20重量份之水溶性多面體矽氧烷化合物, 其中該(a)聚乙烯醇之聚合度為500〜10000,驗化度大 於75莫耳百分比, & 其中該(c)水溶性多面體矽氧烷化合物具有化學結構式 (I)或式(II)所示結構: X 其 -RbsioV4c、t^ o/^/o\s/(中 R -Rlsi- si— i\ X si-9 s R\./Jb0-si丨 R/o O-VOOH R- R R 為 CH2CH2(OCH2CH2)mOCH3 (m=13.3)、 ON(CH3)4+ 、 CH2CH2CH2NH3C1 、 或 (ch2)3och2ch(oh)ch2o(c6h4)so3h ;以及 X為烧基、環烧基、苯基、或多環基。 2.如申請專利範圍第1項所述之聚乙烯醇膜組成物, 其中該(b)多醇化合物包括丙三醇(glycerine)、聚乙二醇 (Polyethylene Glycol, PEG)、三乙烯基二醇(triethylene glycol)、二乙稀基二醇(diethylene glycol)、三曱基醇丙烧 22 1374895 〆 第97144652號 修正日期:101.8.21 . • 修正本 (trimethylolpropane),或前述之組合。 . 3.如申請專利範圍帛1項所述之聚乙烯醇膜組成物, 其中X為異丁基(iso-butyl)。 • 4‘如中請專㈣圍第1項所狀聚乙烯賴組成物, •其巾該⑻多醇化合物之重量份為1〜以及該⑷水溶性 - 多面體矽氧烷化合物之重量份為0.001〜5。 5. 如申請專利範圍帛1項所述之聚乙烯醇膜組成物, 其中該⑻多醇化合物之重量份為5〜18;以及該⑷水溶性 多面體石夕氧烧化合物之重量份為0.05〜1。 6. 如申請專利範圍第1項所述之聚乙烯醇膜組成物, 更包括一添加劑。 7. 如申請專利範圍第6項所述之聚乙烯醇膜組成物, 其中該添加劑包括界面活性劑、染顏料、可塑劑、架橋劑、 • 或密著賦予劑,或前述之組合。 8. 如申請專利範圍第1項所述之聚乙烯醇膜組成物, 該組成物具有熱水切斷溫度為攝氏54度至63度。 9. 一種偏光板,包括: 偏光臈,包括申凊專利範圍第1項所述之聚乙嫦醇 膜組成物;以及 一偏光臈保護膜’設置於該偏光膜之至少一表面上。 10. 如申請專利範圍第9項所述之偏光板,其中該偏光 膜保遵膜為二醋酸纖維素膜(Triacetyl Cellulose,TAC)。 23
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