偏振膜、含有偏振膜的光學膜疊層體、以及拉伸疊層體的製作方法

2023-05-11 09:51:11

專利名稱：偏振膜、含有偏振膜的光學膜疊層體、以及拉伸疊層體的製作方法
技術領域：
本發明涉及偏振膜、含有偏振膜的光學膜疊層體、以及用於製造含有偏振膜的光學膜疊層體的拉伸疊層體。本發明的偏振膜是由聚乙烯醇類樹脂形成的厚度為10 μ m以下的偏振膜，且在該偏振膜中，二色性物質發生了取向。
背景技術：
已知有通過對聚乙烯醇類樹脂(以下稱為「PVA類樹脂」)層實施染色處理及拉伸處理，來製造吸附有二色性物質、並使二色性物質發生了取向的偏振膜、即所謂起偏器(以下稱為「偏振膜」)的方法。但就厚度為IOym以下的偏振膜而言，使用單層體製造偏振膜的情況下，通常無法在不使染色工序和/或拉伸工序中發生溶解和/或斷裂的情況下製造出均勻的厚度。對此，已公開了如圖25的簡圖所示的下述製造方法通過使用熱塑性樹脂基體材料，在樹脂基體材料上形成PVA類樹脂層，並與樹脂基體材料一體地進行染色和拉伸處理，來製造偏振膜，該方法是公知的。當然，利用這樣的製法得到的偏振膜也是公知的。作為具體例，示出參考例1或3。就參考例1的情況而言，通過在熱塑性樹脂基體材料上塗布PVA類樹脂的水溶液，並乾燥水分，來製作在熱塑性樹脂基體材料上形成有薄的PVA類樹脂層的疊層體。使用例如配置於烘箱中的拉伸裝置，以110°C的拉伸溫度對所製作的疊層體進行氣體氛圍中的拉伸。接著，通過對經拉伸而取向了的PVA類樹脂層進行染色，使二色性物質吸附於該PVA類樹脂層。或者，就參考例3的情況而言，通過對所製作的疊層體進行染色，使二色性物質吸附於該疊層體。然後，以90°C的拉伸溫度對吸附有二色性物質的疊層體進行氣體氛圍中的拉伸。由此製造的二色性物質發生了取向的由PVA類樹脂形成的偏振膜已被公知(例如，參見專利文獻2 5)。與由PVA類樹脂的單層體構成的偏振膜的製造方法相比，使用熱塑性樹脂基體材料的偏振膜的製造方法由於能夠更為均勻地製造偏振膜，已受到矚目。對於貼合在液晶單元的正面和反面的用於液晶顯示裝置的偏振膜而言，利用由單層體構成的偏振膜的製造方法製造時，可如下地進行如日本特開2005-266325號公報(專利文獻1)所公開的那樣，使 50 80 μ m厚的PVA類樹脂單層體經過例如具有不同圓周速度的多組輥的傳輸裝置，通過浸漬於染色液中使二色性物質吸附於PVA類樹脂單層體，並在60°C左右的水溶液中進行拉伸。所製造的偏振膜由單層體構成，其厚度為15 35μπι。目前，利用該方法製造的偏振膜作為具有單體透射率42%以上、偏振度99. 95%以上的光學特性的偏振膜，已被應用於大型電視用途。但由於PVA類樹脂為親水性，因此，偏振膜對於溫度、溼度的變化敏感，其容易因周圍的環境變化而發生伸縮，因而容易產生裂縫。因此，為了抑制伸縮、減輕溫度及溼度的影響，就電視用偏振膜而言，通常使用在偏振膜的兩面貼合有作為保護膜的40 80 μ m的 TAC (三乙酸纖維素類)膜的疊層體。但即便如此，在使用由單層體構成的偏振膜的情況下， 由於偏振膜的薄膜化有限，因此難以完全抑制伸縮，包含這類偏振膜的光學膜疊層體在隔著粘接層或粘合層被貼合於其它光學膜或液晶單元等構件上時，會導致在各構件產生由偏振膜的伸縮引起的應力。該應力會成為液晶顯示裝置發生顯示不均的原因。由於該顯示不均基於由偏振膜的收縮應力引起的上述構件的光彈性的產生或構件的變形，因此，為了減少該顯示不均的發生，所使用的構件限於例如低光彈性、低雙折射材料。另外，由於偏振膜的收縮應力會引起光學膜疊層體從液晶單元上剝離等，因此，要求使用高粘接力的粘合劑。 但是，使用這類高粘接力的粘合劑時，在重新加工性等方面存在問題。這是由單層體構成的偏振膜的技術問題。因此，要求能夠代替難以進行薄膜化的由單層體構成的偏振膜的製造的偏振膜的製造方法。但是，使例如厚度為50 μ m以下的PVA類樹脂層經過具有不同圓周速度的多組輥的傳輸裝置，在60°C左右的水溶液中進行拉伸來製造具有10 μ m以下的均勻厚度的偏振膜時，由親水性高分子組合物形成的PVA類樹脂層會伴隨拉伸而發生薄膜化，隨之會引發溶解或無法承受拉伸張力而發生斷裂。即，難以由單層體構成的PVA類樹脂層穩定地製造偏振膜。於是，作為新的偏振膜的製造方法，已提出了專利文獻2 5中所公開的技術。在該技術中，通過在具有厚度的熱塑性樹脂基體材料上成膜PVA類樹脂層，並將成膜的PVA類樹脂層與熱塑性樹脂基體材料一體地拉伸，來製作偏振膜。這些技術中，使用例如配置於烘箱中的拉伸裝置，在通常60°C 110°C的溫度下對由熱塑性樹脂基體材料和PVA類樹脂層構成的疊層體進行氣體氛圍中的拉伸。然後，通過對經拉伸而取向的PVA類樹脂層染色，使二色性物質吸附於該PVA類樹脂層。或者，通過對由熱塑性樹脂基體材料和PVA類樹脂層構成的疊層體中所含的PVA類樹脂層染色，使二色性物質吸附於該PVA類樹脂層。接著，在通常60°C 110°C的溫度下對包含吸附有二色性物質的PVA類樹脂層的疊層體進行氣體氛圍中的拉伸。以上為專利文獻2 5中公開的二色性物質發生了取向的偏振膜的製造方法。更具體而言，首先，通過在熱塑性樹脂基體材料上塗布含有PVA類樹脂的水溶液， 並乾燥水分，來形成數十μ m厚的PVA類樹脂層。然後，使用配置於烘箱中的拉伸裝置，對由熱塑性樹脂基體材料和PVA類樹脂層構成的疊層體，邊加熱邊進行氣體氛圍中的拉伸。接著，通過將經過拉伸的疊層體浸漬於染色液中，使PVA類樹脂層吸附二色性物質，從而製成數ym厚的二色性物質發生了取向的偏振膜。這是使用了熱塑性樹脂基體材料的偏振膜的傳統製造方法。就利用這樣的製造方法製成的偏振膜而言，從大型顯示元件的薄膜化、顯示不均的消除、減少產廢量等觀點考慮，是大有應用前景的。但迄今為止，利用這樣的製造方法製成的偏振膜所存在的下述技術問題仍未得到解決如圖25 (示出了參考例1 3的偏振膜的光學特性)所示，由偏光性能表徵的光學特性仍始終處於較低水平，無法實現光學特性高的高功能偏振膜。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2005-266325號公報專利文獻2 日本專利4279944號公報專利文獻3 日本特開2001-343521號公報專利文獻4 日本特公平8_12四6號公報專利文獻5 美國專利4，659，523號說明書
非專利文獻1 :H. W. Siesler, Adv. Polym. Sci.，65，1(1984)

發明內容
發明要解決的問題專利文獻2 5中已公開了使用熱塑性樹脂基體材料穩定地製造偏振膜的技術。 但是，主要滿足液晶電視用顯示器所要求的對比度1000 1以上、最大亮度500cd/m2以上這樣的光學特性的高功能性偏振膜，迄今為止尚未實現。對於該技術問題而言，想要僅通過如下所示的簡單方法來解決是存在較大障礙的。迄今為止的製造方法均是在氣體氛圍中的高溫環境中對包含熱塑性樹脂基體材料和在該基體材料上形成的PVA類樹脂層的疊層體進行拉伸的方法。從根本上講，在高溫環境下進行氣體氛圍中的拉伸的理由在於，熱塑性樹脂基體材料及PVA類樹脂在低於各自的玻璃化轉變溫度Tg的溫度下是不能進行拉伸的。PVA類樹脂的Tg為75 80°C。酯類熱塑性樹脂的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的Tg為80°C。另需說明的是，使間苯二甲酸與PET共聚而得到的非晶性PET的Tg為75V。因此，包含熱塑性樹脂基體材料和PVA類樹脂層的疊層體要在高於它們的玻璃化轉變溫度的高溫下進行拉伸。當然，通過拉伸，會提高PVA類樹脂的取向性。由PVA類樹脂形成的偏振膜的偏振性能取決於吸附有碘那樣的二色性物質的 PVA類樹脂的取向性。PVA類樹脂的取向性越高，由PVA類樹脂形成的偏振膜的偏振性能越尚ο但是，不論是烯烴類還是酯類，一般而言，結晶性樹脂均會因加熱溫度的高低或拉伸取向而使高分子排列、促進結晶化。通過結晶化，樹脂的物性發生各種變化。典型情況是，通過結晶化，其實際上變得無法拉伸。對於結晶性PET的情況而言，即使為無定形PET， 在120°C附近結晶化速度會急劇上升，在130°C下變得無法拉伸。熱塑性樹脂的一般的材料特性的概述如後述，通過阻礙因加熱處理、拉伸取向引起的高分子的排列來抑制結晶化的方法是眾所周知的。不用說，由此形成的非晶性烯類樹脂、非晶性酯類樹脂也是眾所周知的。例如，通過使阻礙聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的結晶化的單元共聚，可以製作例如結晶化得到了抑制的非晶性聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。對於非晶性PET的情況而言，在 120°C附近，結晶化速度不會急速上升。結晶化緩慢進行，直到達到170°C之前都可以穩定地進行拉伸。而達到170°C以上的高溫時，則因PET的軟化而變得無法拉伸。本發明的目的在於提供光學特性高的偏振膜、包含光學特性高的偏振膜的光學膜疊層體、以及用於製造包含光學特性高的偏振膜的光學膜疊層體的拉伸疊層體。解決問題的方法本發明人等為了改善偏振膜的薄膜化和經薄膜化的偏振膜的光學特性而進行了深入研究。結果發明了二色性物質發生了取向的由聚乙烯醇類樹脂形成的、厚度為ΙΟμπι 以下的偏振膜及其製造方法。偏振膜的薄膜化通過將非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料和在該基體材料上形成的PVA類樹脂層一體地進行拉伸來實現。根據本發明人等的研究及分析，並未發現有使用非晶性PET作為熱塑性樹脂基體材料、對包含在非晶性PET基體材料上形成的PVA類樹脂層的疊層體在120°C以上的拉伸溫度下進行自由端單向拉伸至拉伸倍率達到5倍以上的事例。本發明人等對此進行嘗試，直至實現本發明。


圖18 圖22的示意圖均是基於實驗得到的。首先，參見圖18的示意圖。圖18 是基於實驗示出結晶性PET、非晶性PET及PVA類樹脂的各自的拉伸溫度和可拉伸倍率的相對關係的示意圖。圖18中，粗線代表非晶性PET的可拉伸倍率隨拉伸溫度的變化。非晶性PET的Tg 為75°C，在該溫度以下無法進行拉伸。通過進行氣體氛圍中的高溫自由端單向拉伸，可以在超過110°C的溫度下實現7. 0倍以上的拉伸。另一方面，圖18的細線代表結晶性PET的可拉伸倍率隨拉伸溫度的變化。結晶性PET的Tg為80°C，在該溫度以下無法進行拉伸。參見圖19的示意圖。該圖代表伴隨在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的Tg和熔點 Tm之間發生的溫度變化，結晶性PET和非晶性PET各自的結晶化速度的變化。由圖19可知，對於在80°C 110°C左右處於無定形狀態的結晶性PET而言，其在120°C左右急劇地發生結晶化。另外，由圖18可知，對於結晶性PET而言，通過進行氣體氛圍中的高溫自由端單向拉伸而達到的可拉伸倍率的上限為4. 5 5. 5倍。並且，其能夠適用的拉伸溫度是極為有限的，為90°C 約110°C的溫度範圍。參考例1 3為氣體氛圍中的高溫自由端單向拉伸的事例。這些例子均是通過對在厚200 μ m的結晶性PET基體材料上成膜有厚7 μ m的PVA層的疊層體進行氣體氛圍中的高溫拉伸而製作的厚3. 3 μ m的偏振膜。這些例子的拉伸溫度各不相同，參考例1的拉伸溫度為110°C、參考例2的拉伸溫度為100°C、參考例3的拉伸溫度為90°C。值得注意的是可拉伸倍率。參考例1的拉伸倍率的極限為4. 0倍，參考例2及3的拉伸倍率的極限為4. 5 倍。由於最終會導致疊層體本身發生斷裂，因此不能進行超過所述拉伸倍率極限的拉伸處理。但就該結果而言，不能否定成膜在結晶性PET基體材料上的PVA類樹脂層本身的可拉伸倍率所帶來的影響。其中，參見圖18的虛線。該虛線代表屬於PVA類樹脂的PVA的可拉伸倍率。PVA 類樹脂的Tg為75 80°C，在該溫度以下無法對由PVA類樹脂形成的單層體進行拉伸。由圖18可知，進行氣體氛圍中的高溫自由端單向拉伸時，由PVA類樹脂形成的單層體的可拉伸倍率以5. 0倍為限。基於此，本發明人等發現了下述結論由結晶性PET及PVA類樹脂各自的拉伸溫度及可拉伸倍率的關係可知，包含成膜在結晶性PET基體材料上的PVA類樹脂層的疊層體，在90 110°C的拉伸溫度範圍內進行氣體氛圍中的高溫自由端單向拉伸時的可拉伸倍率以4. 0 5. 0倍為限。另外，比較例1及2示出了對使用非晶性PET基體材料且包含PVA類樹脂層的疊層體進行氣體氛圍中的高溫自由端單向拉伸的事例。非晶性PET基體材料不受拉伸溫度的限制。比較例1通過對包含成膜在200 μ m厚的非晶性PET基體材料上的7 μ m厚的PVA類樹脂層的疊層體進行拉伸溫度設定於130°C的氣體氛圍中的高溫自由端單向拉伸而製作了偏振膜。此時的拉伸倍率為4.0倍。參見比較表。比較例2與比較例1相同，通過對成膜在200 μ m厚的非晶性PET基體材料上的7 μ m厚的PVA類樹脂層進行拉伸，並使拉伸倍率分別達到4. 5倍、5. 0倍、6. 0 倍，製作了偏振膜。在任一比較例中，均如比較表所示地，在非晶性PET基體材料的膜的面內產生了拉伸不均、或發生了斷裂，另一方面，當拉伸倍率為4. 5倍時，PVA類樹脂層發生斷裂。由此可以確認，進行拉伸溫度130°C的氣體氛圍中的高溫拉伸時，PVA類樹脂層的拉伸倍率的極限為4.0倍。[表 1]比較表
權利要求
1.一種偏振膜，其是由聚乙烯醇類樹脂形成的連續帶狀偏振膜，在該偏振膜中，二色性物質發生了取向，其中，所述偏振膜是由聚乙烯醇類樹脂層經拉伸而形成的厚度為IOym以下的偏振膜，並且，單體透射率為T、偏振度為P時，所述偏振膜具有滿足下述條件的光學特性P > -(10°·929Μ2·4-1) X 100，其中，T < 42. 3 ；P 彡 99. 9，其中，T 彡 42. 3。
2.根據權利要求1所述的偏振膜，其中，所述偏振膜如下地形成利用由氣體氛圍中的輔助拉伸與硼酸水溶液中拉伸構成的2階段拉伸工序對包含成膜在非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料上的聚乙烯醇類樹脂層的疊層體進行拉伸。
3.根據權利要求1或2所述的偏振膜，其中，所述二色性物質為碘或碘與有機染料的混合物。
4.一種光學功能膜疊層體，該光學功能膜疊層體中，在權利要求1 3中任一項所述的偏振膜的連續帶材的一側的面上通過粘接劑貼合有光學功能膜，在其另一側的面上形成粘合劑層，並隔著該粘合劑層能夠自由剝離地疊層有分離膜。
5.根據權利要求4所述的光學功能膜疊層體，其中，所述光學功能膜為TAC膜、即三乙酸纖維素類膜。
6.一種光學功能膜疊層體，其是在下述疊層體的上表面隔著粘合劑層能夠自由剝離地疊層分離膜而得到的，所述疊層體通過在權利要求1 3中任一項所述連續帶狀偏振膜的一側的面上通過粘接劑貼合第1光學功能膜，並在其另一側的面上通過粘接劑貼合第2光學功能膜而製成。
7.根據權利要求6所述的光學功能膜疊層體，其中，所述第1光學功能膜為TAC膜、即三乙酸纖維素類膜，所述第2光學功能膜為三維折射率nx > ny > nz的雙軸性相位差膜。
8.根據權利要求6所述的光學功能膜疊層體，其中，所述第1光學功能膜為丙烯酸類樹脂膜，所述第2光學功能膜為λ/4相位差膜，所述偏振膜的吸收軸與λ/4相位差膜的慢軸的貼合角度為45士 1°。
9.一種光學膜疊層體，其包含連續帶狀的非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料、和成膜在該非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料上的由聚乙烯醇類樹脂形成的偏振膜，所述偏振膜中， 二色性物質發生了取向，其中，通過利用由氣體氛圍中的輔助拉伸與硼酸水溶液中拉伸構成的2階段拉伸工序，對包含所述成膜在非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料上的聚乙烯醇類樹脂層的疊層體進行拉伸，使所述偏振膜的厚度達到10 μ m以下，並且，單體透射率為T、偏振度為P時，所述偏振膜具有滿足下述條件的光學特性P > -(10°·929Μ2·4-1) X 100，其中，T < 42. 3 ；P 彡 99. 9，其中，T 彡 42. 3。
10.根據權利要求9所述的光學膜疊層體，其中，所述非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料的厚度是成膜的聚乙烯醇類樹脂層的厚度的6倍以上。
11.根據權利要求9或10所述的光學膜疊層體，其中，所述非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料為非晶性聚對苯二甲酸乙二醇酯，所述非晶性聚對苯二甲酸乙二醇酯包括共聚有間苯二甲酸的共聚聚對苯二甲酸乙二醇酯、共聚有環己烷二甲醇的共聚聚對苯二甲酸乙二醇酯、或其它共聚聚對苯二甲酸乙二醇酯。
12.根據權利要求9 11中任一項所述的光學膜疊層體，其中，所述非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料由透明樹脂構成。
13.根據權利要求9 12中任一項所述的光學膜疊層體，其中，所述二色性物質是碘或碘與有機染料的混合物。
14.一種光學膜疊層體，其是在權利要求9 13中任一項所述的光學膜疊層體包含的所述偏振膜的未成膜在非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料上的面上，隔著粘合劑層能夠自由剝離地疊層分離膜而得到的。
15.一種光學功能膜疊層體，其是在權利要求9 13中任一項所述的光學膜疊層體包含的所述偏振膜的未成膜在非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料上的面上，通過粘接劑貼合光學功能膜，並在貼合的所述光學功能膜上形成粘合劑層，隔著所述粘合劑層能夠自由剝離地疊層分離膜而得到的。
16.根據權利要求15所述的光學功能膜疊層體，其中，所述光學功能膜為三維折射率 nx > ny > nz的雙軸性相位差膜。
17.—種拉伸疊層體，其包含由發生了取向的聚乙烯醇類樹脂形成的拉伸中間產物，且所述拉伸疊層體用於製造光學膜疊層體，所述光學膜疊層體包含連續帶狀的非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料、和成膜在該非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料上的由聚乙烯醇類樹脂形成的厚度為IOym以下的偏振膜，所述偏振膜中，二色性物質發生了取向，且當單體透射率為T、偏振度為P時，所述偏振膜具有滿足下述條件的光學特性P > -(10°·929Μ2·4-1) X 100，其中，T < 42. 3 ；P ^ 99. 9，其中，T ^ 42. 3，其中，所述非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料使用的是取向函數設定為0.10以下、且經過了氣體氛圍中的輔助拉伸的非晶性聚對苯二甲酸乙二醇酯，所述聚乙烯醇類樹脂使用的是結晶度設定為27%以上且40%以下、且取向函數設定為0. 05以上且0. 35以下的樹脂。
18.根據權利要求17所述的拉伸疊層體，其中，所述非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料的厚度是成膜的聚乙烯醇類樹脂層的厚度的6倍以上。
19.根據權利要求17或18所述的拉伸疊層體，其中，所述非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料是取向函數設定為0.10以下、且經過了氣體氛圍中的輔助拉伸的非晶性聚對苯二甲酸乙二醇酯，所述非晶性聚對苯二甲酸乙二醇酯包括共聚有間苯二甲酸的共聚聚對苯二甲酸乙二醇酯、共聚有環己烷二甲醇的共聚聚對苯二甲酸乙二醇酯、或其它共聚聚對苯二甲酸乙二醇酯。
20.根據權利要求17 19中任一項所述的拉伸疊層體，其中，所述非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料由透明樹脂構成。
全文摘要
本發明提供厚度為10μm以下的高光學特性的偏振膜。其是二色性物質發生了取向的由聚乙烯醇類樹脂形成的連續帶狀偏振膜，其中，所述偏振膜是由包含聚乙烯醇類樹脂層的疊層體經拉伸而形成的厚度為10μm以下的偏振膜，並且，單體透射率為T、偏振度為P時，所述偏振膜具有滿足下述條件的光學特性P＞-(100.929T-42.4-1)×100(其中，T＜42.3)以及P≥99.9(其中，T≥42.3)。該偏振膜可通過利用由氣體氛圍中的輔助拉伸與硼酸水溶液中拉伸構成的2階段拉伸工序對包含成膜在非晶性酯類熱塑性樹脂基體材料上的聚乙烯醇類樹脂層的疊層體進行拉伸而製造。
文檔編號B32B23/08GK102338902SQ201110261028
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月5日 優先權日2010年9月3日
發明者上條卓史, 後藤周作, 喜多川丈治, 宮武稔, 森智博 申請人:日東電工株式會社