高效率k－薄片偏振器的製作方法

2023-04-23 17:20:26

專利名稱：高效率k－薄片偏振器的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及以分子取向聚乙烯醇薄片為基的合成二向色性平面偏振器。本發明特別涉及一種具有光吸收發色團均衡濃度的高效率「K-薄片」型光偏振片和它的加工方法。
正常情況下，光波在繞光束軸的大量平面內振動，如果光波只在一個平面內振動，則稱光為平面偏振的。由平面偏振光可以實現幾種有用的光學效應和光學結果。例如，在電光器件(如液晶顯示器)的製造過程中，正交偏振器與一個可尋址液晶中間層連用，以提供圖像形成的基礎。在攝影領域，用偏振濾光器來減少眩光和鏡面反射亮度。也已用偏振濾光器(圓或其他的)來減少CRT顯示屏的眩光。
由於幾種材料具有一定程度的固有偏振特性，由於比較容易加工和處理、適合特殊目的的能力和比較容易併入需要的終端產品等原因，希望採用以聚合薄膜為基的合成偏振材料。
繞性光偏振薄膜的製備工藝在現有技術中已經有詳細的描述。一般，線性光偏振薄膜具有選擇性地沿一給定的電磁輻射矢量通過振動輻射(並沿另一個給定的電磁輻射矢量吸收電磁輻射)的性質。這歸因於透光薄膜介質的各向異性特徵。
二向色性偏振器是一種吸收類型的線性偏振器，其偏光能力歸因於吸收入射光波的矢量各向異性。這裡，「二向色性」術語是指對一個入射光束分量的不同的吸收特性依賴於所述分量的振動方向。因此，光進入二向色性薄膜將遇到兩個不同的吸收係數——一個高的和一個低的。出射光主要是沿低吸收的方向振動。
使用最廣泛的合成二向色性薄片偏振器是聚乙烯醇-碘複合偏振器(稱為「H-薄片」型偏振器)及其變形。最早的這種偏振器是由Polaroid公司的Edwin H.Land發明的(1948年11月23日頒發的美國專利No.2,454,515，其申請是1938年10月29日提出的)。一般，一個「H-薄片」型偏振器由包含在一個聚乙烯醇母體中的一個光吸收線性聚碘化合物構成。例如，「H-薄片」型偏振器一般是這樣製作的，把聚乙烯醇薄膜(或其衍生物)浸入光吸收聚碘化合物(或二向色性染料)的水溶液裡，然後加熱伸展到原長度的幾倍。因此，餘下的高分子量分子是單一取向的。通過把聚乙烯醇母體單一方向排列，光吸收聚碘化合物的躍遷矩(transitionmement)相應取向。材料因此也成為可見光二向色性材料。
由於「H-薄片」型偏振器的基底材料是一種水溶液高分子量物質，得到的薄膜經常顯示出比較低的抗溼性，且在非保護狀態下，當暴露在環境大氣溼度下傾向於起皺、脫落或捲起。儘管「H-薄片」型偏振薄膜表現出好的偏振性能(如適光二向色性比值大於80)，但是對於某些應用來講，它的耐溼性和耐熱性是不能滿足要求的。
與第一個「H-薄片」型偏振器研製的同時，Polarid公司的Eduin H.Land和Howard G.Rogers進行「K-薄片」偏振器的研究，(參見美國專利No.2,173,304,No.2,255,940和No.2,306,108)而F.J.Binda做了進一步的研製工作(參見美國專利No.2,445,555,No.2,453,186,No.2,554,850和No.2,674,159)。
同「H-薄片」型偏振器和其它的合成二向色性平面偏振器相反，「K-薄片」型偏振器的二向色性來源於母體的光吸收性質，而不是來自於染料添加劑、著色劑或懸浮的結晶材料的光吸收。最早的「K-薄片」偏振器是由在分子取向的聚乙烯醇薄膜中的聚乙烯醇的二向色性脫水產物的一種取向的懸浮體構成的，這種偏振器的加工是由聚乙烯醇(PVA)的脫水薄片開始的，最好是在很強的酸催化劑(如發煙鹽酸)存在的情況下加熱，釋放水分子和產生聚亞乙烯基結合塊(conjugatedblock)，然後為實現所需要的各向異性性能，將脫水的薄片沿著單一方向聚亞乙烯基結合塊的方向)拉伸，由此使二向色性矩取向排列。由於它的較大疏水性(和固有的穩定性)，這種偏振器的早期應用主要集中在偏振器將承受溫度變動範圍寬和溼度變化很大的光學系統。
儘管早期的「K-薄片」偏振器比當時的「H-薄片」偏振器提供較好的耐熱性和耐溼性，但是它的光學性能不如H-薄片那樣合乎要求。因此，早期的「K-薄片」不象「H-薄片」那樣獲得廣泛應用和銷售成就。因此，不去提高早期的「K-薄片」的光學性質，在改善「H-薄片」型偏振器的抗溼性方面作了很大努力。
一般，採用兩種方法一種本質上機械的，另一種是化學的。對於機械方法，「H-薄片」型偏振器的耐水性是通過把潮解材料與環境氣氛隔離來實現的。例如，用一個保護封套或疊層，例如，參見美國專利No.4,416,946(以碳氟化物為基的防潮層)。對於化學方法，對添加到聚乙烯醇中的疏水性替代物質的鑑別和實施做了研究，例如美國專利No.4,842,781和No.5,286,418，參見美國專利No.2,572,315(1951年10月23日頒給J.E.Campbell的)及美國專利No.3,621,085、4,229,498和4,230,268(聚氯乙烯脫去滷化氫)。在改善「H-薄片」偏振器方面做了很大努力，而對K-薄片偏振器的研究退縮了，直到如今，實質上還是停留本世紀40年代的水平。
當前，許多商業注意力移到研製和改善平面顯示器，特別是液晶顯示器上來。為與這種技術的加速發展相配合，於是人們就在轉向考慮具有良好的光偏振效率和較低的生產成本的偏振器。雖然H-薄片偏振器繼續使用在液晶顯示器裡，但在尋找一種替代物，它具有可比擬的光學性能，而它的抗溼性是通過廉價的機制和方法實現的。
為響應上述需要，本發明提供了一個改進的耐溼的、具有與「H-薄片」型偏振器可比擬或更好的偏振性能的「K-薄片」偏振器。
本發明構思了一種由具有聚亞乙烯基塊(通過聚乙烯醇薄片分子脫水形成的)的聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊聚物材料的分子取向薄片構成的光偏振器。按照本發明，分子取向聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊共聚物材料薄片構成聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊共聚物材料的光偏振分子的一個均勻分布，其共聚物的聚亞乙烯基塊的結合重複亞乙烯基單元的長度(n)在所述範圍內的增加而增大。此外，由所述塊的光吸收決定的每塊聚亞乙烯基的濃度在所述範圍內相對保持恆定(即「均衡」)。所述分子的取向程度與每塊聚亞乙烯基的濃度分布一起足以給所述薄片一個至少為45的適光二向色性比值RD。
因此，本發明的一個主要和特別的目的是提供一種包括分子取向的線性聚乙烯醇的光偏振薄片，所述光偏振薄片具有一個在其內形成的取向的二向色性聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊共聚物，亞乙烯基塊的結合長度n的分布主要在2至24內，其中，光偏振薄片充分拉伸，以使所述薄片有一個近似大於45的適光二向色性比值RD的峰值。
本發明的另一目的是提供一種既有良好的偏振效率又有良好的耐溼性的偏振器。
本發明的另一目的是提供具有上述特性的光偏振材料的加工工藝。特別，本發明提供製備偏振薄片材料的一種方法，這種方法包括一個起始單一方向拉伸步驟和一個後續單一方向延伸步驟，後續延伸步驟將薄片的長度延伸到超過起始拉伸步驟中得到的長度。
因此，本發明包括幾個步驟，以及這些步驟中的一個步驟或多個步驟與其他每個步驟之間的關係，在下面詳細的敘述中將說明生產工藝具有特點、性能和元件的關係，而申請的範圍將在權利要求書中指出。


圖1是發明的K-偏振器的三個代表性實例(它們的起始單一方向拉伸和後續延伸不同，即EXT不同)和一個現有技術的K-偏振器例(有單一方向拉伸，沒有後續延伸)的光譜二向色性比值RD的曲線圖。
圖2是一個現有技術的偏振器片和根據本發明的偏振薄片的偏振效率相對於KV的曲線圖。
圖3是製作高效率「K-薄片」型偏振器的一種方法的示意圖，該方法按照本發明的做法。
圖4是一種代表性的現有技術的偏振器薄片和一個根據本發明的代表性的偏振片的吸收(吸收率×濃度，a*c)對結合長度n的曲線圖。
本發明構思了一種包括聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊共聚物材料的分子取向薄片的高效率光偏振器。共聚物材料的聚亞乙烯基塊是通過聚乙烯醇薄片脫水形成的。聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊共聚物材料的分子取向薄片可以初步由所述的聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊共聚物材料的均勻分布來鑑別。這裡，共聚物的聚亞乙烯基塊的結合重複亞乙烯基單元的長度(n)主要在2至24的範圍內變化。分子取向薄片的進一步檢查是展示，所述光偏振分子的取向程度。(通過考慮光譜二向色性比值來定量)。在所述的範圍內是隨著所述聚亞乙烯基塊的長度n的增加而增加。
參考上述的圖1，該圖是發明的偏振器的三個代表性實例(它們的起始單方向拉伸和後續延伸不同，即EXT不同)和一現有技術例的K偏振器(單一方向拉伸，沒有後續延伸)的二向色性比值RD的曲線圖，由圖1可見，發明的每一個K-偏振器的發色團的二向色性比值明顯大於代表性的現有技術的K-薄片的相應發色團的二向色性比值，特別對於在近紅外波長600至700nm對偏振器性能有貢獻的發色團是如此。因此，儘管現有技術的K-薄片的發色團的二向色性比值也隨聚亞乙烯基塊的結合長度(n)遞增而增加，但在本發明的偏振片中觀察到了一個非常顯著的增加。
除了觀察到取向程度有較大增加外，本發明者還觀察到確定取向發色團部分(即，結合塊的濃度分布的吸收值實際上在波長範圍200～700nm內是均勻的，它除了改進偏振性能外，還導致了一個可見的和很令人滿意的灰色調。儘管導致這種發色團結構的確切原因還沒有搞清楚，但在拉伸和延伸的偏振薄片中能夠重複和觀察到大體均勻的濃度分布。
相對更均勻，更「平坦」，或者說「均衡的」發色團濃度分布由下表中提供的數據作為說明(透射@42KV)，所述數據畫在圖4中。
從表和圖4可見，在波長250～700nm之間，由所述塊吸收決定的每個聚亞乙烯基塊的濃度基本上保持常數(即，約為1/5)。此外，值得注意的是，在n=19至24範圍裡，由吸收決定的所述每個聚亞乙烯基塊的濃度不小於在範圍n=14到15之間由吸收決定的任何所述聚亞乙烯基塊濃度的大約70％(即，70％±5％)關於這一點，在近紅外波長、(即，n=19到24)對偏振性能起影響的每個發色團具有一相對濃度(根據它的吸收大小)不小於在對於最大人眼適光靈敏度的波長(即540～560nm,n=14或15)造成偏振的測量值的70％。
在上表中，相對濃度由下式計算相對濃度(n=x)=(吸收(n=x)/吸收(n=q))100。
這裡，x是在19至24之間的結合長度n,q是14或15的結合長度n，(在上表中，為了說明，取q=14，算得的值與q=15的值可比擬)、從表中明顯可見，本偏振薄片的發色團分布顯著地偏離現有技術的「K-薄片」產品中觀察到的發色團分布。特別是，現有技術的K-薄片對於結合長度23和24顯出遠低於70％的相對濃度。這可能對所謂的「紅色洩漏」(red-leak)現象有貢獻。除了削弱光學性能外，出現「紅色洩漏」的偏振器傾向於有帶褐色的特色，從美學觀點來看，對某些顯示應用來講是不理想的。
最後，所述分子的取向程度連同每個聚亞乙烯基塊的濃度分布導致一個具有適光二向色性比值至少為45的偏振器薄片。本發明者不知道有任何標準市售的「K-薄片」型偏振器那些基於不變的、不結合的聚乙烯醇原料的偏振器能給出更高的二向色性比值。
雖然本發明給出了一個與所附的權利要求書相當的範圍，但在一個合適的實施例中，聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊共聚物的光偏振分子的取向和由吸收決定的濃度是這樣的，從而在特定的波長段，光譜二向色性比值RD不小於下表中給出的對應值，這些值已畫在圖1中。
如上所述，具有所述新的和所要求的光學性能的上述偏振薄片，可以通過包括一個「延伸」步驟的方法來獲得。與原先的方法不同，把一個預先拉伸的(因而是分子取向的)聚合薄片，不管在張力下是否松馳或維持原狀，作單一方向延伸(即，再拉伸)到超過第一次拉伸的程度。除了改進偏振性能外，這一步驟，當與下面敘述的其它處理相配合時，在防止得到的偏振薄片的褪色和增加抗紫外輻射的穩定性方面是非常有用的。
雖然發明方法可作改變，但為說明本發明，參見發明方法的一個所需的有代表性的實施例。在這方面，參見圖3所示的製造偏振薄片10的方法。
如圖3所示，製造偏振薄片10是從準備一塊具有預定的原長度和一般厚度在0.002到0.004英寸數量級的一塊非晶羥基線性高聚合物10u測定聚合薄片開始的。在圖3中，作為一個代表性實例，未處理的聚合薄片10u具有長度1英尺(0.304m)和寬4.3英尺(1.307m)。
聚合薄片10u被送到合適的拉伸裝置200(或其它相似的機械或系統)，在這裡，非晶的未處理的聚合薄片10u被拉伸到預定的原長度的2.0到5.0倍。在圖3說明的例子中，聚合薄片10u被拉伸到原長度1英尺(0.304m)的3.6倍，產生一塊具有長度3.6英尺(1.094m)和寬度2.6英尺(0.791m)的取向薄片。引起非晶聚合材料的分子取向的這一拉伸步驟一般是在適當熱量的影響下進行的，最好是在非晶聚合材料的玻璃相變溫度或高於相變溫度的溫度下進行。如圖3所指出的，拉伸可以通過熱量產生部件230、快軋輥210和慢軋輥220來完成。利用軋輥210和220的旋轉速率之差值以在軋輥之間傳送的帶14的區域中產生相應的張力、當所述區域同時受到由熱量產生部件230產生的熱量時，便於帶14的拉伸。由於本揭示，拉伸薄片10u的其它方法對於那些本領域的熟練技術人員而言是顯然的。拉伸聚合薄片的方法在諸如美國專利No.2,547,736(頒發給R.Blake)，美國專利No.,2,547,763(頒發給Edwin H.Land和W.Ryan的)及美國專利No.2,806,652(頒發給S.Balkan)等專利中已有敘述。
要注意在拉伸後，取向的聚合薄片帶有某些纖維性質，而它的抗張強度在拉伸方向的橫向減小。在這一情況下，取向聚合薄片易於起皺、變皺和出現其它類似的由處理和操作而產生物理結果。因此，取向聚合薄片最好通過把承載帶(arrierweb)12與聚合薄片粘合或層疊來保護聚合薄片。在圖3中，為簡單起見，不需要把承載帶12從帶捲軸120送入與拉伸裝置合併或結合的裝置或系統。
任何一種材料都可以用作承載帶12。合適的承載帶材料包括已知的聚合薄片，諸如纖維素酯(例如，硝酸纖維、醋酸纖維、醋酸-丁酸纖維)，聚酯、聚碳酸酯、乙烯基聚合物(如丙烯酸)，和其它可以以片狀形式提供，透光的支承材料。聚酯是特別有用的，取決於特別的應用和要求。雖然可以採用其它的聚乙烯對酞酸鹽材料，但較好的聚酯是商品名稱為Mylar和Estar的聚乙烯對酞酸鹽；支承材料的厚度隨特殊的應用而變化。一般，從製造方面來考慮，支承材料的厚度以約0.5密耳(0.013mm)到約2密耳(0.51mm)為宜。
任何一種粘結劑都可以用於疊層，包括聚乙烯醇粘結劑和聚氨基甲酸酯粘結材料。由於偏振器一般用於光學應用，通常採用對偏振器的透光特性不產生無法接受影響的粘結劑。粘結劑的厚度隨特殊的應用而變化，一般地，厚度約為0.25密耳(0.006mm)到約1.0密耳(0.025mm)比較滿意。
支承在承載帶12上，取向薄片被輸運到脫水設備300(或其它的相似機構或系統)，取向薄片經過處理，其一部分轉換成包含亞乙烯基/乙烯醇共聚物偏振分子，這是可以實現的，例如，把取向薄片浸入合適的脫水催化劑中，最好是鹽酸煙霧中，接著把煙燻的薄片加熱到125℃以上。
在實踐的一種特殊方式裡，在裝置300中裝在帶上的薄片的取向聚合物一側(下表面)離盛有發出煙霧的酸的桶一段短距離並在裝置300中保持約1分鐘，並且在這段期間由放在與薄片很近的加熱的蓋或等效裝置(未示出)來加熱並保持溫度約為130°F。採用酸的煙霧的作為催化劑，然後使取向薄片經過加熱爐，在那裡經受近似250°F到350°F的溫度，時間1分半鐘，由此取向薄膜片「變成」所需的脫水產物——乙烯基。
加熱時間、溫度和酸濃度的規定條件並不是非常嚴格的。工藝參數存在大的變化餘地，並沒有破壞共聚物的形成和隨之而產生的偏振性能。酸的煙霧透入取向片的程度是通過改變桶中酸的溫度、改變取向薄片暴露在煙霧中的時間、和改變放置在薄片附近的加熱裝置的溫度實現的。此外，首先把一塊沒有拉伸過的聚乙烯醇薄片暴露在脫水催化劑裡，接著同時加熱和拉伸薄片，也可以得到合適的結果。
為產生本發明的高效率的「K-薄片」偏振器，經脫水、煙燻和取向的薄片10I經受前面提到的拉伸步驟，那裡中間(所謂的「原始-K」)薄片10I被單方向延伸到超過第一次拉伸的長度，一般地可增加10％到160％，且最後拉伸程度至少是原先預定長度的4.8倍(最好更大些)。
如圖3所示，這一拉伸步驟希望，但不是必需在一個含硼的槽400內進行。在進行這一步驟的過程中，含有取向的乙烯/乙烯醇共聚物分子的薄片10I經硼酸的水溶液和/或硼砂處理的同時或接著把薄片延伸到增加10％到160％的長度，從而最後的延伸程度至少是薄片原先長度的4.8倍(最好更大些)。如圖3給出的例子所示，中間薄片10I被拉伸比原先拉伸長度3.6英尺增加38％，導致一個具有5英尺(1.520m)長和1.7英尺(0.517m)寬的高效率「K-薄片」型偏振器10。與所述方法的參數一致，偏振器10的長度5英尺(1.520m)大於沒經處理和非晶的聚合薄片10U的原先預定的長度4.8倍以上(即大5倍)。
如圖3所示，經轉換和取向的薄片10I的延伸可以以一種類似於前面討論的非晶薄片10U的拉伸方式來實現，即，使用快軋輥和慢軋輥410和420、如前面的拉伸步驟那樣，可以採用另外的拉伸方法。
儘管在圖3中描述了發生在硼槽400中的拉伸過程，然而本發明並不對延伸步驟的時間和場所作出限制，對實踐中加硼也並不要求極其嚴格例如，薄片10I可以選浸在硼槽400內使之軟化和/或膨脹(「鬆弛」)，接著移開，再延伸。同樣，薄片10I也可以先延伸然後浸在硼槽400內在一個極端但仍可行的情形中，薄片10I可以在沒有經任何預先、事後或同時加硼的處理而延伸。但是，如實踐者注意到的，預先浸入或同時浸入含有硼離子的溶液中，大大便於延伸薄片10I，因而在延伸薄片10I時是希望這樣進行的。
此外，儘管圖3隻描述了一個槽，加硼可以使用兩個(或更多個)槽。例如，在用兩個槽的加硼，第一個槽可以含有水，而第二個槽，含有提供硼離子的物質。換一種做法，次序可以反過來，或兩個槽中含有不同濃度和/或提供硼離子的混合物。延伸可以在任何一個槽中進行。
當薄片10I加硼時，加硼的溶液一般包含硼酸和鈉或鉀的氫氧化物，或由包含鈉和鉀硼酸鹽的物質(最好是硼砂)組成。取向偏振薄片遇到的硼酸和硼砂或其它在溶液裡的硼酸鹽濃度並不是很臨界的。最好硼酸比硼砂或其它硼鹽的濃度高，較佳的濃度包括重量9％的硼酸和重量3％的硼砂。其它滿意的濃度包括硼酸濃度為16％重量或更高而硼砂濃度為約為6％重量，或溶液具有硼酸重量為9％和硼砂重量為1％或在指明範圍內其它變化的濃度。溶液最好應含有重量為1％到6％的硼砂和重量從約5％到約20％的硼酸。偏振薄片或薄膜浸入溶液裡的時間約4分鐘或略長一些，而且溶液的溫度最好保持在60℃。
對於分子取向聚合薄片的加硼是可以作較大變化的。例如，硼酸溶液的溫度可以從室溫變化到沸點，而濃度在較高溫度時可以增加。最理想的是溶液溫度加熱到至少接近60℃，目的是在交聯發生以前實現快速「膨脹」。因此在室溫下交聯物質傾向於在靠近薄片的表面上形成一隔層，能夠有效地阻止溶液的進一步透入，儘管應注意的是，形成的薄片已顯著地改進了穩定性。
其它可選擇的加硼方法和由此獲得的作用可以在專利文獻中說明。關於加硼的進一步論述，參見美國專利2,445,555、2,453,186、2,554,850和2,674,159。
在延伸步驟後，得到的高效率K-偏振器10可以再被粘接或疊層到承載帶12上，承載帶(示於圖3的捲軸160上)可以與在延伸前從經過煙燻的取向薄板10I上剝除的帶相同或不同，支承在帶12上的偏振器10是較易收在繞輪110上並減少處理缺陷(例如起皺、變皺等)的頻度。
當然，很顯然，實施本發明產品的光偏振薄片可以在支承薄片或薄膜之間疊層或疊層至支承薄片或薄膜，諸如玻璃薄片或其它有機塑性材料，還很顯然，本發明的成層或不成層的光偏振器可以在其他形式的光偏塑性材料已使用的地方，例如，與液晶顯示板、太陽鏡、遮光板，窗格玻璃，CTR監示器眩光消除系統，廣告顯示，遮光罩和房間隔板。不管最終產品的應用，乙烯/乙烯醇共聚物複合物特別是與硼酸/硼砂複合的材料的偏振性能比根據美國專利No.2,255,940和(Rogers)和No.2,245,555(Binda)製備的薄片偏振器的性能有顯著的改進。例如，參見圖2。
雖然這裡敘述的本發明主要是參照從分子取向的聚乙烯醇得出的偏振薄片。可以懂得，可考慮使用分子取向的聚合物而不用聚乙烯醇。在這點上，聚合的原始材料可以從任何羥基化合物線性高聚合物或其衍生物，或任何可以轉化成羥基線性高聚合物的化合物中選擇。具體說來，除了聚乙烯醇外，發明者構思了使用能夠形成分子取向薄片或薄膜的聚乙烯醇縮醛、聚乙烯酮縮醇和聚羥基烯烴材料等。因此，可以說本發明的光偏振器由上述類型的分子取向的聚乙烯烴基化合物的脫水產物構成的。
術語「聚乙烯醇的縮醛和縮酮」可以理解為一類樹脂的總稱，這類樹脂是分別經過連續的和組合的由乙炔和酮水解和濃縮步驟形成的。然而應該指出，當本發明用聚乙烯醇的混合的聚合物或衍生物來實現時，應該用不完全的衍生物，某些聚乙烯醇的羥基團應保持不反應，目的是進入後續的酯化反應。
本發明的產品在顯示器裡作為光偏振濾光器是非常有用的，在那裡濾光器放在接近保持長時間連續照明的較強的光源之處。在這些情況下，偏振濾光器可以在較長時間承受125°F附近或更高的溫度。經長時間受熱後它的高效率偏振性能沒有不能接受的損失，濾光器沒有退色和變暗。
為進一步說明本發明，提供了下述實例，但是本發明不限於這些實例，除非另外指明，所有部分、百分比和比值都以重量計算。在這些例子中，二向色性比值，透射和偏振效率是由下列方法決定的。
二向色性比值RD，作為薄膜的偏振性能的一個量度定義如下RD=Apar/Aperp這裡Apar和Aperp是由吸收光譜學決定的。
吸收是用放置偏振器的UV/VIS分光光度計對於例如，採樣和參考光束測量的。為測量二向色性，採樣和參考光束都是白色光束。為作光譜二向色性比值的測量，光束波長為對應於在研究的發色團結合長度的波長。在這兩種情況下，考慮在400～700nm之間的吸收光譜，薄膜樣品的光軸平行於採樣光束中的偏振器的光軸，然後旋轉樣品偏振器90°。這樣，在兩種情況下由Apar和Aperp表示的在最大吸收的波長處吸收可分別確定，由此可以計算RD。
可見光(波長400到700nm)的透射同樣是由分光光度計決定的。把一個偏振器放置在入射光一側。一塊偏振薄膜樣品的透射軸先與偏振器的光軸重疊，然後與之成直角。於是，在每一情況下偏振薄膜的透射就可以確定了。
數據的代數平均稱為透射。偏振效率是根據下列公式，通過確定軸平行時的透射(Tpar)和軸正交時的透射(Tperp)來計算的，軸平行時的透射是通過使軸相之平行的方式重疊兩偏振膜來決定的。軸正交的透射是通過以使軸成直角的方式重疊兩偏振膜來決定的偏振效率(％)=(Tpar-Tperp)/(Tpar+Tperp)×100一塊偏振薄膜的理想透射和偏振效率分別為50％100％。
儘管一塊偏振薄膜經常以層疊一塊保護膜的方式來使用，但在下面的例子和比較的實例中所確定的是不加保護偏振薄膜的各種性能。實例1～4在適當熱量(～125℃)影響下，高分子量聚乙烯醇(98％或更高水解薄片(約2密耳厚)單方向拉伸到原長度的3.6倍。為在其中產生聚亞乙烯基結合塊，將被拉伸的薄片放到脫水催化劑裡，即發煙的鹽酸煙霧裡然後加熱到125℃。接著，把薄片浸入硼酸和硼砂的水溶液裡。最後，為獲得所需的高效率K-薄片偏振器，把薄片單一方向延伸10％到60％的長度(根據加硼處理結果的長度)，從而每一薄片的最終拉伸程度至少是比原長度大4.8倍。
在加硼和單一方向延伸步驟之前，對中間的(「原始-K」)樣品做了定量分析，表示具有21.5％的透射(kv)和97.6％的偏振效率，以及7.0的適光二向色性比值(RD)。為進行比較，對高效率K-薄片的樣品的一個控制(A)做了類似分析，結果在表1中給出。
表1聚乙烯醇薄片起始拉伸3.6倍原長度
從表1可見，透射KV和適光二向色性比值RD，在所有經延伸的樣品(即例子1～4)中都得到了改進。實例5和6把聚乙烯醇薄片單一方向拉伸到原長度的4倍，再以實施例1～4的方式脫水。一個中間的「原始-K」樣品顯示透射KV為16.7，偏振效率為98.80，適光二向色性比值RD為8，對樣品接著以實例1～4的方式進行加硼和單方向延伸，分析的結果在下表2中列出。
表2聚乙烯醇薄片起始拉伸4.0倍原長度
從表2可見，透射KV和適光二向色性比值RD在經延伸後的所有樣品(即例5和6)中都得到了改善。實例7和8把乙烯醇薄片單一方向拉伸到原長度的4.5倍，再以實例1到4的方式脫水。中間的「原始-K」樣品顯示出透射KV為19.63，偏振效率為99.69，適光二向色性比值為RD為8.5。
樣品以實例1到4的方式接著加硼和單一方向延伸，分析的結果在表3中列出。
表3聚乙烯醇薄片
從表3可見，透射KV和適光二向色性比值RD在經延伸後所有樣品(即例子7和8)中都得到了顯著改進。
總而言之，從實例1到8可見，通過在K-薄片加工工藝中作一個延伸步驟，可以大大改進偏振性能。然而，由於對實施本發明的物品和方法可做某些變化和修改，因而認為包括在實例中的所有內容是說明性的而非限定性的。
權利要求
1．一種光偏振器，其特徵在於包括一個分子取向的聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊共聚物材料的薄片，所述共聚物材料中的聚亞乙烯基塊是通過聚乙烯醇薄片脫水形成的；所述聚乙烯醇/聚亞乙烯基共聚物材料的分子取向薄片包括有聚乙烯/聚亞乙烯基塊共聚物材料的光偏振分子的基本上均勻的分布，所述共聚物材料的聚亞乙烯基塊的結合的重複亞乙烯基單元的長度n在2至24的的範圍內變化；由所述聚亞乙烯基塊在200至700nm波長的吸收所確定的每塊所述聚亞乙烯基塊的濃度是這樣的，即在n=19至24範圍內每個的所述聚亞乙烯基塊的所述由吸收確定的濃度不小於任何一個在n=14或15範圍內的所述聚亞乙烯基塊的由吸收確定的濃度的大約70％。
2．如權利要求1的偏振器，其特徵在於，所述薄片的一部分進一步包括由所述聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊共聚物和硼酸構成的耐溼的複合物。
3．如權利要求1的偏振器，其特徵在於，所述薄片的一部分進一步包括由所述聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊共聚物和硼砂構成的耐溼的複合物。
4．如權利要求1的偏振器，其特徵在於，所述分子的取向和由吸收決定的濃度是這樣的當聚亞乙烯基塊的結合長度n為7，在392nm波長段，二向色性比值RD不小於8.4；當n為8，在416nm波長段，RD不小於10.9；當n為9，在442nm波長段，RD不小於17.0；當n為10，在465nm波長段，RD不小於21.5；當n為11，在486nm波長段，RD不小於27.1；當n為12，在503nm波長段，RD不小於33.4；當n為13，在522nm波長段，RD不小於38.2；當n為14，在538nm波長段，RD不小於44.7；當n為15，在550nm波長段，RD不小於47.3；當n為16，在574nm波長段，RD不小於54.4；當n為17，在590nm波長段，RD不小於58.8；當n為18，在606nm波長段，RD不小於62.8；當n為19，在622nm波長段，RD不小於65.7；當n為20，在638nm波長段，RD不小於64.8；當n為21，在653nm波長段，RD不小於60.3。
5．如權利要求1的偏振器，其特徵在於，所述的聚乙烯醇/聚亞乙烯塊共聚物材料的薄片是一個經拉伸和延伸的薄片。
6．如權利要求的偏振器，其特徵在於，所述聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊共聚物材料薄片是一個經拉伸、加硼和延伸的薄片。
7．一種製作偏振器中的方法，該方法採用具有預定原長度和包含羥基線性高聚合物的聚合薄片，其特徵在於，所述方法包括下述(a)單一方向拉伸聚合薄片到2倍至5倍於原長度；(b)把伸展的薄片暴露在發煙濃酸的煙霧中；(c)合適溫度下加熱經過煙燻的取向薄片，使之脫水及形成光吸收的亞乙烯基塊。(d)單一方向延伸經脫水、煙燻和取向的薄片，再增加10％至160％，從而即總拉伸的程度至少是原長度的4.8倍。
8．如權利要求7的方法，其特徵在於，羥基化線性高聚合物是聚乙烯醇。
9．如權利要求8的方法，其特徵在於，經脫水、煙燻和取向的薄片在含硼離子溶液中沿單一方向延伸展。
10．如權利要求9的方法，其特徵在於，把受所述酸煙燻和加熱的聚合薄片支承在承載帶上，由承載帶的支承在所述單一方向延伸之前是不連續的，而在所述單一方向延伸之後是連續的。
全文摘要
本發明揭示一種光偏振薄片。偏振薄片包含聚乙烯醇/聚亞乙烯基塊共聚物材料,其中聚亞乙烯基塊由聚乙烯醇脫水而得。所述共聚物材料包括一光偏振分子的均勻分布,聚亞乙烯基塊的結合重複亞乙烯基長度n在2至24的範圍內改變。每個聚亞乙烯基塊濃度保持相對恆定,光偏振分子的取向程度在所述範圍內隨所述聚亞乙烯基長度增加而增大;聚亞乙烯基塊濃度和分子的取向程度給出適光二向色性比值R
文檔編號G02B5/30GK1220401SQ97111138
公開日1999年6月23日 申請日期1997年5月9日 優先權日1997年5月9日
發明者喬治·B·特拉帕尼, 納倫德拉·S·卡達巴, 約翰·J·卡埃爾, 斯圖爾特·貝內特 申請人:寶麗來公司