TWI553046B - 偏光膜之製造方法 - Google Patents

Description

偏光膜之製造方法

本發明是關於一種偏光膜之製造方法，且特別是關於偏光膜製造過程中交聯處理之方法。

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(polyvinyl alcohol,PVA)偏光膜上黏合三醋酸纖維素(triacetate cellulose,TAC)或環烯烴聚合物(cyclo-olefin polymer,COP)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，偏光膜一般是於聚乙烯醇薄膜吸附配向之二色性色素而形成，例如，以碘作為二色性色素之碘系偏光膜。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。其中，拉伸處理使聚乙烯醇具有偏光作用。

本發明提供一種偏光膜之製造方法，包括：對 偏光膜前驅物進行交聯處理，以形成偏光膜，其中交聯處理包括：添加反應溶液於交聯槽中；以及以離子交換樹脂與交聯槽中的反應溶液之陽離子進行離子交換反應，以提供氫離子。

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‧‧‧乾燥爐

30‧‧‧傳送滾輪

第1圖顯示根據本發明一些實施例中，偏光膜之製程設備示意圖。

以下將配合所附圖式詳述本發明之實施例，應注意的是，以下圖示並未按照比例繪製，事實上，可能任意的放大或縮小元件的尺寸以便清楚表現出本發明的特徵，而在說明書及圖式中，同樣或類似的元件將以類似的符號表示。

以下公開許多不同的實施方法或是例子來實行本發明之不同特徵，以下描述具體的元件及其排列的例子以闡述本發明。當然這些僅是例子且不該以此限定本發明的範圍。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示，這些重複僅為了簡單清楚地敘述本揭露，不代表所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。

再者，應理解的是，在方法進行之前、當中或之後可能具有額外的操作步驟，且所述的一些操作步驟可 能在另一些實施例之方法中被取代或刪除。

偏光膜的形成步驟中需與大量的化學溶液進行反應，且反應溶液之pH值需控制在適當的範圍中。一般而言，會外加酸性溶液於反應槽中，以維持反應溶液之pH值。然而，外加之酸性溶液解離產生之離子(例如，金屬離子、非金屬離子)將會累積於反應槽中，使得反應溶液中特定之離子濃度持續增加，可能進而影響製成之偏光膜的品質。

為解決上述問題，本發明提供之偏光膜之製造方法，於偏光膜的交聯處理及延伸處理中，藉由使用離子交換樹脂取代酸性溶液的添加。因此可避免酸性溶液解離產生之特定離子(例如，金屬離子、非金屬離子)於反應溶液中大量累積，進而損害製成之偏光膜的品質。

第1圖顯示根據本發明一些實施例中，偏光膜之製程設備示意圖。如第1圖所示，偏光膜前驅物10藉由傳送滾輸30依序通過：用以進行膨潤處理之膨潤槽12、用以進行染色處理之染色槽14以及用以進行交聯處理之交聯槽16。接著，通過水洗槽18將偏光膜前驅物10表面附著之反應溶液洗淨。之後，藉由乾燥爐20予以乾燥，即可獲得偏光膜10’。

應注意的是，第1圖顯示各設置一個膨潤槽、染色槽、交聯槽以及水洗槽之例子，但亦可依需要，在各個處理中設置複數個反應槽。以下將更詳細說明本案之偏光膜之製造方法。

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，聚乙烯醇的皂化度可為85莫耳%、90莫耳%或是99至100莫耳%。再者，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。在一些實施例中，偏光膜前驅物10之厚度約可為20μm至100μm或30μm至80μm。

首先，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。

膨潤槽12主要包含純水以與偏光膜前驅物10反應。在一些實施例中，膨潤處理之溫度可為10℃至50℃或20℃至50℃，而膨潤處理之時間可為5秒至300秒或20秒至240秒。

再者，由於在膨潤處理步驟中，偏光膜前驅物10容易產生橫向膨潤而具有折皺。因此，在一些實施例中， 可設置擴展滾輪(expander roll)、螺旋滾輪(spiral roll)、凸面滾輪(crown roll)、導布裝置(cloth guider)、彎曲棒(bend bar)或拉幅機布鋏(tenter clip)等擴幅裝置於膨潤槽12之出入口，一邊去除偏光膜前驅物10的折皺且一邊搬送偏光膜前驅物10。在一些實施例中，可視需要於此步驟中對偏光膜前驅物10進行延伸處理。

此外，為了穩定偏光膜前驅物10於膨潤槽12中的傳送，在一些實施例中，可使用水中噴流或邊緣位置控制(edge position control)裝置以控制膨潤槽12中的水流。

接著，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。在一些實施例中，染色處理之溫度可為10℃至50℃或20℃至40℃，而染色處理之時間可為10秒至600秒或30秒至200秒。

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。

再者，與膨潤處理相似，在一些實施中，亦可設置擴展滾輪(expander roll)、螺旋滾輪(spiral roll)、凸面滾輪(crown roll)、導布裝置(cloth guider)或彎曲棒(bendbar)等於染色槽14之出入口。此外，進行染色處理時，可同時 對偏光膜前驅物10進行延伸處理，例如，進行單軸延伸處理。在一些實施例中，上述延伸處理可藉由使設置於染色槽14入口之傳送滾輪與設置於染色槽14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傳送至交聯槽16以進行交聯處理。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中的反應溶液可包含硼酸、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，交聯處理之反應溶液可為包含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。在一些實施例中，交聯處理之溫度可為10℃至70℃或50℃至65℃，而交聯處理之時間可為1秒至600秒或20秒至300秒。

再者，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。

在一些實施例中，偏光膜前驅物10從膨潤處理步驟至交聯處理步驟所累積的延伸倍率約為4.5至8倍或5至7倍。

此外，在一些實施例中，交聯處理可在pH 2至pH 5或pH 2.5至pH 4.5下進行。在習知技術中，除了交聯處 理使用之硼酸外，通常會添加額外的酸性溶液於交聯槽16中，以維持交聯處理的反應溶液之pH值在合適的範圍中。

相較之下，本發明係使用離子交換樹脂，至少部份取代酸性溶液的添加。詳細而言，以離子交換樹脂與交聯處理之反應溶液之陽離子進行離子交換反應，亦即，藉由離子交換樹脂將交聯處理之反應溶液解離產生之陽離子置換為氫離子，以提供交聯槽16之酸性來源。

在一些實施例中，使用離子交換樹脂將交聯處理之反應溶液中的碘化鉀產生之鉀離子置換為氫離子。在一些實施例中，使用離子交換樹脂將交聯處理之反應溶液中的碘化鋅產生之鋅離子置換為氫離子。上述離子交換樹脂可為任意可進行離子交換反應之樹脂或管柱。在一實施例中，本發明之離子交換樹脂可為一陽離子交換樹脂或一兩性離子交換樹脂。在一實施例中，本發明之陽離子交換樹脂可為一強酸性陽離子交換樹脂。

在一些實施例中，可以離子交換樹脂完全地取代酸性溶液之添加，即，除了交聯處理使用之硼酸以外，交聯槽16中的反應溶液實質上(substantially)不包含外加之酸性溶液，例如，硫酸、醋酸或葡萄糖酸。在另一些實施例中，可以離子交換樹脂部分地取代酸性溶液之添加，即，交聯槽16中的反應溶液依然可包含少量外加之酸性溶液，例如，硫酸、醋酸或葡萄糖酸。

在一些實施例中，除了硼酸以外，交聯槽16的反應溶液可完全不包含任何外加之酸性溶液。在其它實施 例中，除了硼酸以外，交聯槽16的反應溶液可包含0.1至10wt%、0.1至5wt%或0.1至3wt%的外加之酸性溶液。

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。在一些實施例中，洗淨處理之溫度可為2℃至45℃，而洗淨處理之時間可為2秒至120秒。

之後，偏光膜前驅物10傳送至乾燥爐20，乾燥偏光膜前驅物10以形成偏光膜10’。在一些實施例中，乾燥處理之溫度可為35℃至105℃，而乾燥處理之時間可為10秒至300秒。

綜上所述，本發明提供之偏光膜之製造方法，於偏光膜的交聯處理中，藉由使用離子交換樹脂取代酸性溶液的添加，以維持交聯處理反應溶液之pH值於合適的範圍中。藉此，可避免外加之酸性溶液解離產生之特定離子(例如，金屬離子、非金屬離子)於反應溶液中大量累積，進而可能損害製成之偏光膜的品質。

前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以更清楚地了解本發明的各個面向。本技術領域中具有通常知識者可以輕易地以本發明為基礎來設計或修飾其它製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與本發明實施例相同的優點。本技術領域中具有通常知識者也應該了解這些均等的結構並不會背離本發明的發明精神與範圍，而可以作各種改變、置換與修。

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‧‧‧乾燥爐

30‧‧‧傳送滾輪

Claims (9)

1. 一種偏光膜之製造方法，包括：對一偏光膜前驅物進行一交聯處理，以形成一偏光膜，該偏光膜前驅物係一聚乙烯醇薄膜，其中該交聯處理包括：添加一反應溶液於一交聯槽中，該反應溶液包括一硼酸、一碘化鉀、一碘化鋅或上述之組合；以及以一離子交換樹脂與該交聯槽中的反應溶液之一陽離子進行離子交換反應，以提供氫離子。
2. 如申請專利範圍第1項所述之偏光膜之製造方法，其中該交聯槽中的反應溶液包括：該碘化鉀，且該離子交換樹脂係將該碘化鉀之鉀離子置換為氫離子。
3. 如申請專利範圍第1項所述之偏光膜之製造方法，其中該交聯槽中的反應溶液包括：該碘化鋅，且該離子交換樹脂係將該碘化鋅之鋅離子置換為氫離子。
4. 如申請專利範圍第1項所述之偏光膜之製造方法，其中該交聯處理係在pH 2至pH 5下進行。
5. 如申請專利範圍第1項所述之偏光膜之製造方法，更包括： 在該交聯處理前，對該偏光膜前驅物進行一膨潤處理及一染色處理；以及在該交聯處理後，依序對該偏光膜前驅物進行一洗淨處理及一乾燥處理，其中該染色處理及該交聯處理進行時，亦包括對該偏光膜前驅物進行一延伸處理。
6. 如申請專利範圍第1項所述之偏光膜之製造方法，其中該交聯槽中的反應溶液實質上(substantially)不包括硫酸、醋酸或葡萄糖酸。
7. 如申請專利範圍第1項所述之偏光膜之製造方法，其中該交聯處理係在10℃至70℃下進行。
8. 如申請專利範圍第1項所述之偏光膜之製造方法，其中該離子交換樹脂係為一陽離子交換樹脂或一兩性離子交換樹脂。
9. 如申請專利範圍第8項所述之偏光膜之製造方法，其中該陽離子交換樹脂係為一強酸性陽離子交換樹脂。