TWI412798B - 具有優秀耐久性之偏光片，偏光板以及製備此偏光片與偏光板之方法 - Google Patents

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Description

具有優秀耐久性之偏光片，偏光板以及製備此偏光片與偏光板之方法
本發明係關於一種偏光片及偏光板之製備方法，尤指一種使用於如液晶顯示器(LCD)、有機發光顯示器(OLED)、以及電漿顯示面板(PDP)等顯示裝置中之偏光片及偏光板之製備方法，其具有優秀的耐久性。
一般來說，使用於顯示裝置之偏光板必須同時具有高穿透度以及高的偏振度，才能得到高亮度、色彩佳的影像呈現。通常，偏光板係經由將傳統的聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)膜使用二向色碘(dichroic iodine)或二向色染料等染色，並將膜進行單軸拉伸後則可製得。
過去，有使用偏光板的影像顯示裝置皆為小型產品，如電子計算機以及電子手錶。然而，近來影像顯示裝置已被使用於幾乎是所有的工業應用範圍中，如電視機、顯示器、汽車儀表板、以及任何辦公用或工業用之顯示板。隨著影像顯示裝置使用的範圍增加，於劣勢的環境下(如高溫以及高溼度)長時間的使用情形則越來越多。因此，爲了能在如此惡劣的環境下操作，開發出具有優秀的熱穩定性以及耐久性的偏光板則為一重要的需求。
傳統上使用於增進偏光板的耐久性的方法包含，對聚乙烯醇(PVA)膜本身作修飾、以及使用不昇華之二向色染料(而非使用會昇華之含碘偏光片)。
在修飾聚乙烯醇(PVA)膜的方法上，由於PVA經修飾後，碘或二向色染料無法完全吸附於聚合物基質(polymer matrix)上因此造成偏振度降低，或是由於基質的修飾而造成穿透度降低。而使用二向色染料的方法中，由於拉伸PVA時不易控制方向，因此可能會無法得到足夠的偏振度。
此外，在日本早期公開專利號2002-35512中亦揭露有另一種改善偏光板耐久性的方法，其係使用含有一定量鋅的聚乙烯醇(PVA)膜來生產偏光片。根據此方法，當添加鋅以製得偏光板時，偏光片的耐久性可獲改善，因而可防止高溫時正交偏光(cross nicols)的紅化及長波長的偏光缺陷。然而，當偏光片被乾燥時，卻會跑出硼酸，而造成其他外部的缺陷。
本發明之一目的係在於提供一種具有優秀耐久性的偏光片及其製備方法，該偏光片不會有偏振度以及穿透度劣化的情形，以及不具有外在的缺陷，且於高溫時亦可維持優異的穿透度、偏振度、以及色度。
爲達到本發明之目的，發明人經數次的研究而得到一具有優秀耐久性的偏光板，特別地，其更具有優秀的熱穩定性，其中，由於碘與聚合物基質可藉由磷而穩固地交聯，因此該偏光板可經由生產過程中添加含磷添加物而製得。
本發明之一態樣係提供一種具有優秀耐久性的聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)膜偏光片之製備方法，此方法 包含：染色(dyeing)、交聯(cross-linking)、拉伸(stretching)、以及乾燥，其中，含磷添加物係於染色、交聯、以及拉伸之其中一個以上的過程中加入。
於此，該含磷添加物可選自由磷酸、磷酸二氫鉀(potassium phosphate monobasic)、磷酸氫二鉀(potassium phosphate dibasic)、磷酸氫鎂(magnesium phosphate dibasic)、磷酸二氫鈉(sodium phosphate monobasic)、以及磷酸二氫銨(ammonium phosphate monobasic)所組成之群組。其中，該含磷添加物之含量為一欲添加溶液之0.01至15重量百分比。
根據本發明之另一態樣係提供一種具有優秀耐久性的偏光板之製備方法，其係於上述方法製得之偏光片之兩面貼附保護膜。
根據本發明之又一態樣係提供一種具有優秀耐久性的偏光板，其包含有磷，且係經由上述方法所製備得到。
在下文中將以實施例詳述本發明製備偏光片以及偏光板之方法。
偏光片之製備方法
(1)染色
使用碘或染料，將聚乙烯醇膜染色。
染色的過程可使具有二向色之碘分子或染料分子染附於聚乙烯醇膜上。該碘分子或染料分子會吸收延偏光板拉伸方向振動的光線，並使其垂直振動傳送出，如此則可得到具有特殊振動方向的偏振光。
一般而言，染色的步驟為：將一聚乙烯醇膜浸泡於碘溶液中。在此，碘溶液的溫度通常控制在20至50℃之間，而浸泡的時間通常為10至300秒左右。
另一方面，當使用碘水溶液作為碘溶液時，該碘水溶液可能含有碘及碘離子，例如，作為增溶劑(solubilizing agent)之碘化鉀。在此，碘溶液中的碘含量可為0.01至0.5重量百分比，而碘溶液中的碘化鉀含量可為0.01至10重量百分比。
(2)交聯(cross-linking)
染色過程中，當碘分子或染料分子染附於聚乙烯醇膜上時，碘分子或染料分子係藉由硼酸及硼酸鹽而吸附於聚乙烯醇膜之聚合物基質上。若碘分子沒有完全吸附於聚合物基質上時，該偏光板的偏振度會下降，進而造成偏光板無法具有應有的效用。
一般係使用皂化方法來進行交聯(cross-linking)步驟，其中，皂化方法係於硼酸水溶液中沉澱聚乙烯醇膜。然而，交聯(cross-linking)的步驟亦可為將硼酸水溶液經由塗佈或噴霧霧化而形成於聚乙烯醇膜上來達成。
當經由皂化來進行交聯(cross-linking)反應時，硼酸水溶液中之硼酸濃度可為2至15重量百分比，特別地，可為3至10重量百分比，而硼酸水溶液之溫度可為20℃或以上，更特別地，可為30至85℃。此外，浸泡的時間一般可以是100至1200秒，更特別地，可為200至500秒。
再者，將碘化鉀加至硼酸水溶液中可使硼酸水溶液含 有碘離子。當使用含有碘離子之硼酸水溶液時，則可得到對於所有可視光波長範圍皆可適當吸收的灰色偏光片。
(3)拉伸
拉伸係指將膜朝一單軸方向拉延，俾使膜上的高分子朝一特定方向定向。拉伸的方法可區分為濕式-拉伸以及乾式-拉伸。而乾式-拉伸更可區分為捲筒間拉伸、加熱筒拉伸、擠壓拉伸、以及張布機(tenter)拉伸。濕式-拉伸則可區分為張布機拉伸以及捲筒間拉伸。
本發明中，拉伸的方法不受特別限制。不論是濕式-拉伸以及乾式-拉伸皆可使用。必要時亦可混合使用。
拉伸步驟可與染色或交聯步驟同時或分開進行。
當拉伸步驟與染色同時進行時，拉伸的動作可於碘溶液中進行。若當拉伸步驟與交聯步驟同時進行時，拉伸的動作可於硼酸水溶液中進行。
(4)添加含磷添加物
含磷添加物可於染色、交聯、以及拉伸中之一個以上的過程中添加。含磷添加物可於染色、交聯(cross-linking)、以及拉伸中之任何一過程中添加，且特別地，可於兩個以上過程中添加。
含磷添加物可添加至事先準備之水溶液中，也就是添加至染色用之含碘以及碘化鉀的水溶液中、或是添加至交聯反應用的硼酸水溶液中，或是於準備染色、交聯、以及拉伸用之水溶液時，與碘、碘化鉀、以及硼酸一同加入。
可用來作為含磷添加物的成分包括：磷酸、磷酸二氫鉀(potassium phosphate monobasic)、磷酸氫二鉀(potassium phosphate dibasic)、磷酸氫鎂(magnesium phosphate dibasic)、磷酸二氫鈉(sodium phosphate monobasic)、以及磷酸二氫銨(ammonium phosphate monobasic)。其含量可為欲添加之水溶液的0.01至15重量百分比。當添加物的含量少於0.01重量百分比時，耐久性的改善效果會不明顯。而若添加物的含量超過15重量百分比，乾燥後殘留於表面的添加物會造成一些外部的缺陷。
(5)乾燥
當聚乙烯醇膜完成染色、交聯(cross-linking)、以及拉伸的步驟時，聚乙烯醇膜則接著被放入爐中進行乾燥，以得到一偏光片。
依據本發明中添加含磷添加物的製備方法所製得之偏光片含有磷的組成成分。偏光片中含有的磷係穩固地將碘以及聚合物基質交聯起來。因此，不同於傳統的偏光片，本發明實施態樣中含有磷的偏光片可於高溫中具有優秀的耐久性，且光學特性(如穿透度、偏振度、以及色彩變換速率)也僅有稍微的改變而已。
偏光板之製備方法
偏光板的製備方法為，將保護膜藉由黏膠黏至偏光片的兩面，即可得到偏光板。
保護膜為透明的薄膜，其配置於偏光片的兩面，而可 用以保護偏光片。可使用作為保護膜的材料包含：三醋酸纖維素(triacetyl cellulose，TAC)膜、聚酯樹脂(polyester-based resin)膜、聚醚碸樹脂(polyethersulfone-based resin)膜、聚碳酸酯樹脂(polycarbonate-based resin)膜、聚醯胺樹脂(polyamide-based resin)膜、聚亞醯胺樹脂(polyimide-based resin)膜、以及聚烯烴樹脂(polyolefin-based resin)膜。
與偏光片相同地，本較佳範例所製得之偏光板亦包含有磷。如上述，包含於偏光板中的磷可使碘與聚合物基質之間形成交聯，因而可增進偏光板的耐久性。
以下將經由詳細的實施例說明，本發明之偏光板即使於高溫環境下，其穿透度、偏振度、以及色彩轉換速率亦不會有很大的改變。下述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準。
比較例1
將一聚乙烯醇(PVA)膜皂化，並於染槽中進行染色，其染槽中之溶液含有0.1重量百分比之碘以及1重量百分比之碘化鉀(A.染色)。於50℃下，將染色後的聚乙烯醇(PVA)膜於3重量百分比之硼酸溶液(含有含有5重量百分比的碘化鉀)進行皂化，接著將長度拉伸為原本的五倍(B.交聯以及拉伸)。將得到之PVA偏光片置放於爐中進行乾燥，以80 ℃乾燥五分鐘。
當PVA偏光片乾燥步驟結束後，將一TAC膜(由FUJIFILM Corporation取得)附著至偏光片的兩邊，以得到一偏光板。
實施例1
以如同比較例1中所描述之相同方法製備一偏光板，但必須於染色步驟(A)中將磷酸二氫鉀(potassium phosphate monobasic，1重量百分比)添加至含碘及碘化鉀的水溶液中。
實施例2
以如同比較例1中所描述之相同方法製備一偏光板，但必須於交聯以及拉伸步驟(B)中將磷酸二氫鉀(potassium phosphate monobasic，7重量百分比)添加至硼酸水溶液中。
實施例3
以如同比較例1中所描述之相同方法製備一偏光板，但必須於染色步驟(A)中將磷酸二氫銨(ammonium phosphate monobasic，5重量百分比)添加至含有碘及碘化鉀之水溶液中，並於交聯以及拉伸步驟(B)中將磷酸二氫銨(ammonium phosphate monobasic，5重量百分比)添加至硼酸水溶液中。
實施例4
以如同比較例1中所描述之相同方法製備一偏光板，但必須於交聯以及拉伸步驟(B)中將磷酸(3重量百分比)添加至硼酸水溶液中。
實施例5
以如同比較例1中所描述之相同方法製備一偏光板，但必須於染色步驟(A)中將磷酸(0.5重量百分比)添加至含有碘及碘化鉀之水溶液中，並於交聯以及拉伸步驟(B)中將磷酸(0.5重量百分比)添加至硼酸水溶液中。
實驗例：熱穩定性測試
將比較例1以及實施例1至5所製得之偏光板切成50×50mm大小，並以丙烯酸膠黏劑粘至玻璃上。初期，測量一些光學特性，如單穿透度(singleton transmittance，Ts)、交叉穿透度(cross transmittance，Tc)、單色(singleton colors)a及b，並將偏光板於100℃的爐中加熱500小時後，就光學特性再次測量。比較加熱前後所測量到的數值，結果如表1所示。
光學特性係使用N&K分析儀(N&K Technology Inc.)進行測量。使用一偏光板測量其單穿透度(Ts)以及單色(singleton colors)a及b。將一偏光板依其拉伸方向裁切，並將另一偏光板依垂直拉伸方向裁切後，將兩片裁切後的偏光板以一角度交叉疊放，以使吸收軸呈現90∘，並測量其穿透度(Tc)。
熱穩定性變化值係依照下列公式算得。 Ts (%)=加熱後的Ts -加熱前的Ts )/(加熱前的Ts )×100 Tc (%)=(加熱後的Tc -加熱前的Tc )/(加熱前的Tc )×100 a(%)=(加熱後的a-加熱前的a)/(加熱前的a)×100 b(%)=(加熱後的b-加熱前的b)/(加熱前的b)×100 Ts 相對改變速率=每一實施例之Ts (%)/比較例1之Ts (%) Tc 相對改變速率=每一實施例之Tc (%)/比較例1之Tc (%) a相對改變速率=每一實施例之a(%)/比較例1之a(%) b相對改變速率=每一實施例之b(%)/比較例1之b(%)
如表1所示，由本發明實施例1至5之方法(生產時添加含磷添加物)所製得之偏光板，其單穿透度、色彩、交叉穿透度的改變速率皆相較於比較例所製得之偏光板來的低。如上述，相較於傳統方法所製得之偏光板，本發明所製備之偏光板於高溫下具有更加的優秀耐久性，且光學特性亦只有微小改變，因此於惡劣的環境中仍可正常使用。
此外，實施例2及3所製備出之含有較多量的含磷添加物的偏光板，其單穿透度、色彩、交叉穿透度的改變速率也較小。因此，由此可得知，含磷添加物的含量越多，偏光板的耐久性則會越好。
 產業利用性
本發明之一態樣係在於提供一具有優秀耐久性之偏光板，其中，於生產偏光片的過程中，添加一含磷添加物，可使碘穩固吸附於聚合物基質，因此可增進偏光板於高溫時的耐久性，且穿透度、偏振度、以及色彩僅具有小量的改變。
此外，本發明亦提供一種偏光板的製備方法，其製得之偏光板不具外部缺陷，且可經由限定含磷添加物的含量，遂使製得之偏光板具有高穿透度以及偏振度。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

Claims (7)

  1. 一種製備具有優秀耐久性之聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)膜偏光片之方法，該方法包括：染色、交聯(cross-linking)、拉伸(stretching)、以及乾燥一聚乙烯醇膜，其中該染色該聚乙烯醇膜之過程中之含碘水溶液、以及交聯該聚乙烯醇膜之過程中之硼酸水溶液之一者或以上係添加一含磷添加物，且該含磷添加物係選自一群組包括：磷酸、磷酸二氫鉀(potassium phosphate monobasic)、磷酸氫二鉀(Potassium Phosphate Dibasic)、磷酸氫鎂(magnesium phosphate dibasic)、磷酸二氫鈉(sodium phosphate monobasic)、以及磷酸二氫銨(ammonium phosphate monobasic)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該含磷添加物於一溶液中之添加量為該溶液總重量之0.01至15重量百分比。
  3. 一種具有優秀耐久性之聚乙烯醇(PVA)膜偏光片，該聚乙烯醇(PVA)膜偏光片係使用如申請專利範圍第1至2項中之任何一項所述之方法製得。
  4. 一製備一具有優秀耐久性之聚乙烯醇(PVA)膜偏光板之方法，該方法包括：染色、交聯(cross-linking)、拉伸、以及乾燥一聚乙烯醇膜、以及將一保護膜貼附至該聚乙烯醇膜，其中，一含磷添加物係添加至該染色該聚乙烯醇膜之過程中之含碘水溶液、以及交聯該聚乙烯醇膜之過程中之 硼酸水溶液之一者或以上，且該含磷添加物係選自一群組包括：磷酸、磷酸二氫鉀(potassium phosphate monobasic)、磷酸氫二鉀(Potassium Phosphate Dibasic)、磷酸氫鎂(magnesium phosphate dibasic)、磷酸二氫鈉(sodium phosphate monobasic)、以及磷酸二氫銨(ammonium phosphate monobasic)。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該含磷添加物於一溶液中之添加量為該溶液總重量之0.01至15重量百分比。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該保護膜係選自一群組包括：醋酸樹脂(acetate-based resin)膜、聚酯樹脂(polyester-based resin)膜、聚醚碸樹脂(polyethersulfone-based resin)膜、聚碳酸酯樹脂(polycarbonate-based resin)膜、聚醯胺樹脂(polyamide-based resin)膜、聚亞醯胺樹脂(polyimide-based resin)膜、以及聚烯烴樹脂(polyolefin-based resin)膜。
  7. 一具有優秀耐久性之聚乙烯醇(PVA)膜偏光板，該聚乙烯醇(PVA)膜偏光板係經由如申請專利範圍第4至6項中任何一項所述之方法製備得到。
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