偏光素子的制备方法以及偏光膜与流程

1.本发明属于光学薄膜领域，具体涉及一种偏光素子的制备方法、偏光膜以及应用。


背景技术：

2.近年来，随着显示屏使用范围的扩大，对偏光膜的有效工作波段提出更高的要求，比如要求偏光膜对近红外及紫外波段同样有偏振效果。通常，偏光片是基于将聚乙烯醇(pva)浸入二向色碘或染料中进行染色，并通过单轴拉伸使薄膜取向而制备。碘系偏光片显色原理来源于碘溶解在碘离子水溶液中形成i
3-离子，该离子吸收350nm紫外光，同时i
3-离子被pva吸收后形成络合物，能够吸收400-450nm蓝紫光。进一步对pva进行拉伸以及交联，形成的i
5-/pva络合物会吸收500-650nm黄红光。实际生产中对染色碘浓度，拉伸倍率，温度，交联物浓度的调控几种离子络合物的比例，可实现对整个可见光波段的均匀吸收。然而由于i
5-/pva络合物自身性质决定，制得的偏光膜无法有效吸收大于750nm的光，且在大于780nm时吸光度剧烈下降。
3.目前碘系pva偏光膜制造技术所制得的偏光膜无法有效覆盖波长》780nm波段，表现为偏振度在》780nm处开始急剧下降，到达900nm时偏振度几乎为0。常规方法通过碘浓度，拉伸倍率，温度，交联物浓度的调控，尽可能令能吸收红光的i
5-/pva络合物增多，但会导致拉伸时容易断膜，且严重影响偏光膜的其他光学性能。若使用能可溶性吸收近红外光的染料，则原料较贵，成本高昂，同时相关染料的引入也难以达到常规碘系偏光片偏振度高透过率的光学要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术本技术的目的在于提供一种偏光素子的制备方法，旨在解决现有技术中偏光膜无法有效吸收大于750nm的光的问题。
5.为实现上述申请目的，本技术采用的技术方案如下：
6.本技术第一方面提供了一种偏光素子的制备方法，包括如下步骤：
7.采用湿法对聚乙烯醇薄膜进行拉伸处理，得到拉伸膜，其中，湿法所用到的至少一处理液中添加有可溶性无机盐，可溶性无机盐包括一价、二价、三价、四价阳离子中的至少一种；
8.对拉伸膜进行干燥处理，得到偏光素子的制备方法。
9.本技术提供的偏光素子的制备方法提高红光吸收，在确保偏光素子总体透过率和生产效率下，可不用增大用于染色的碘浓度、延长染色时间或增大拉伸倍率，且无需将聚乙烯醇薄膜拉伸至极限，进而提高偏光素子在红光-近红外光的吸收，将有效偏振区域进一步往近红外区域拓展。
10.在本技术中通过在偏光素子制备时所用的处理溶液中加入可溶性无机盐，能影响pva链段的聚集状态，促进pva链段更紧密地堆叠，有利于形成pva/染色剂络合物，特别地，形成能有效吸收红光的染色剂/pva络合物，且稳定性更好。
11.本技术第二方面提供了一种偏光膜，包括上述本技术提供的偏光素子的制备方法制备的偏光素子与设置在偏光素子两面的保护膜。
12.本技术提供的偏光膜中有效偏振区域进一步往近红外区域拓展通过设置在偏光素子两面的保护膜可对偏光素子产生一定的保护作用。
13.本技术实施例第三方面提供了上述偏光膜在显示器中的应用。
14.正是由于本技术提供的偏光膜具有较宽的偏光区域，因此，本技术偏光膜可用于显示器中，以应对显示器对近红外及紫外波段同样有偏振效果的需求。
附图说明
[0015][0016]
图1为本技术实施例提供的一种吸光性能对比图。
具体实施方式
[0017]
为了使本技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0018]
本技术中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0019]
本技术中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b，或c中得至少一项(个)”，或，“a,b，和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b), a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
[0020]
应理解，在本技术的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施条例的实施过程构成任何限定。
[0021]
在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述可溶性实施条例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施条例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0022]
本技术实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本技术实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本技术实施例说明书公开的范围之内。具体地，本技术实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
[0023]
术语第一、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本技术实施条例范围的情况下，第一xx也可以被称为第二xx，类似地，第二xx也可以被称为第一xx。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0024]
本技术实施例了提供一种偏光素子的制备方法，包括如下步骤：
[0025]
步骤s10：采用湿法对聚乙烯醇薄膜进行拉伸处理，得到拉伸膜，其中，湿法所用到
的至少一处理液中添加有可溶性无机盐，可溶性无机盐包括一价、二价、三价、四价阳离子中的至少一种；
[0026]
步骤s20：对拉伸膜进行干燥处理，得到偏光素子。
[0027]
本技术实施例提供的偏光素子的制备方法提高了偏光素子对红光的吸收，在确保偏光素子总体透过率和生产效率下，可不用增大用于染色的碘浓度、延长染色时间或增大拉伸倍率，且无需将聚乙烯醇薄膜拉伸至极限，进而提高偏光素子在红光-近红外光的吸收，将有效偏振区域进一步往近红外区域拓展。在本技术实施例中通过在偏光素子制备时所用的膨润液、碘溶液、交联剂溶液中加入可溶性无机盐，能影响pva链段的聚集状态，促进pva链段更紧密地堆叠，有利于形成pva/染色剂络合物，特别地，形成能有效吸收红光的染色剂/pva络合物，且稳定性更好，本技术实施例中可溶性无机盐中包括一价、二价、三价、四价阳离子，那比如包括对应的阴离子。这些阴阳离子会分散于聚乙烯醇薄膜表面，与聚乙烯醇分子相互作用，促使pva链段更紧密地堆叠，增加了聚乙烯醇薄膜储存染色分子的数目，进而拓展偏光范围。
[0028]
在一些实施例中，上述步骤s10中，一价阳离子包括铵离子、钠离子、锂离子、钾离子中的至少一种，二价阳离子包括铜离子、锌离子、铯离子、镁离子、钙离子的至少一种，三价金属阳离子包括铝离子、铁离子、铬离子、镓离子中的至少一种，四价阳离子包括锆离子、钛离子、锡离子、锗离子中的至少一种。那么可溶性无机盐所含的阴离子可以也是一价、二价、三价阴离子。当可溶性无机盐所含一价阴离子时，一价阴离子包括硝酸根、氯离子、溴离子、氟离子；当可溶性无机盐所含一价阴离子时，二价阴离子包括硫酸根；当可溶性无机盐所含一价阴离子时，三价阴离子包括磷酸根。基于可溶性无机盐的阴阳离子种类，具体实施例中，可溶性无机盐至少可以是包括硫酸钠、氯化钠或氯化钾中的至少一种。其中，硫酸钠的作为可溶性无机盐具有最佳的偏振效果。需要说明的，本技术实施例中的可溶性无机盐主要和聚乙烯薄膜起的链段作用，溶液中的碘化钾的主要作用是增加碘单质的溶解度，进而染色效果，单一的碘化钾由于和碘单质具有较好相互作用，从而对聚乙烯薄膜的链段产生作用的很小，因此需要另外添加化学试剂对聚乙烯薄膜的链段产生作用，上述本技术实施例提供的离子都是本技术方案的优选离子。
[0029]
在本技术实施例中通过在偏光素子制备时所用的膨润液、碘溶液、交联剂溶液中加入上述阳离子和阴离子组成的无机盐，能影响pva链段的聚集状态，促进pva链段更紧密地堆叠，有利于形成pva/碘络合物，特别地，形成能有效吸收红光的i
5-/pva络合物，且稳定性更好。
[0030]
在一些实施例中，以处理液的质量为100％计，可溶性无机盐的质量浓度为0.1～20％，使pva链段聚集紧密。具体地，当在配制上述各步骤中用于浸泡聚乙烯醇薄膜的水溶液时，可将可溶性无机盐额外添加到所制得的用于浸泡聚乙烯醇薄膜的水溶液中，除此之外，水溶液中其余溶质的浓度、水溶液温度、拉伸倍率均保持不变。
[0031]
实施例中，步骤s10中的采用湿法对聚乙烯醇薄膜进行拉伸处理的方法包括如下步骤
[0032]
步骤s11：用膨润液对聚乙烯醇薄膜进行第一浸泡处理、除杂处理，得到膨润膜；
[0033]
步骤s12：用染色溶液对膨润膜进行染色处理，得到染色膜；
[0034]
步骤s13：用交联剂溶液对染色膜进行第二浸泡处理，得到交联膜；
[0035]
步骤s14：用拉伸液对交联膜进行第三浸泡处理，得到拉伸膜，其中，所述膨润液、染色溶液、交联剂溶液和拉伸液中的至少一种溶液中添加有所述可溶性无机盐。
[0036]
本技术实施例中用膨润液对聚乙烯醇薄膜进行第一浸泡处理、除杂处理，得到膨润膜，本技术实施例中膨润步骤是将聚乙烯醇薄膜浸泡在纯水中，充分洗涤出去聚乙烯醇薄膜内的在生产中添加的增塑剂及其他不利于染色的添加剂。
[0037]
本技术实施例中用交联剂溶液对染色膜进行第二浸泡处理，得到交联膜，在申请实施例中聚乙烯醇薄膜吸收染料分子后需要进行交联来进一步束缚染料分子，防止其流失，增强制得偏光片成品的耐久性。
[0038]
本技术实施例中用染色溶液对膨润膜进行染色处理，得到染色膜，本技术实施例中染色步骤是使用水溶液中的染色剂对聚乙烯醇薄膜进行染色。
[0039]
本技术实施例中用拉伸液对交联膜进行第三浸泡处理，得到拉伸膜，在本技术实施例中通过拉伸步骤，可将聚乙烯醇薄膜上的碘分子呈平行于拉伸方向排列，且高度取向。
[0040]
在一些实施例中，上述步骤s11中，第一浸泡处理的温度为20～40℃，时间为10～1000s，膨润步骤是，在温度为20～40℃条件下，将聚乙烯醇薄膜浸泡在纯水中10～1000s，充分洗涤出去聚乙烯醇薄膜内的在生产中添加的增塑剂及其他不利于染色的添加剂，且此步骤完成时间短，有利于提高生产效率。
[0041]
在一些实施例中，上述步骤s12中，向染色溶液中添加硫酸钠进行混合处理，向染色溶液中添加可以使聚乙烯醇薄膜表面的链段紧密堆叠，方便染色分子与其接触，进而提高染色效果。进一步的，分别向交联剂溶液与拉伸液中添加硫酸钠进行混合处理，防止拉伸时改变链段取向，染色分子脱离，因此本技术实施例提供的技术方案可以进一步提供其染色效果。
[0042]
在一些实施例中，染色溶液中包括碘单质，染色的温度为20～50℃，时间为10～500s，以染色溶液的质量为100％计，碘单质质量百分浓度为 0.01～0.5％，染色溶液中包括碘化钾，且以染色溶液的质量为100％计，碘化钾的质量百分浓度为0.1～10％，使用碘或其他二向色性染料对pva膜进行染色。碘分子或染料分子会吸收盐偏光板拉伸方向振荡的光，起到偏振效果。染色步骤是使用水溶液中的碘对聚乙烯醇薄膜进行染色。使聚乙烯醇浸泡进含有碘的染色溶液中，并进一步拉伸可令碘分子与聚乙烯醇薄膜拉伸方向平行排列，使染色后的聚乙烯醇薄膜产生二向色性，可选择性吸收平行于拉伸方向上振动的光。
[0043]
在一些实施例中，上述步骤s13中，交联剂包括硼酸、硼酸盐中的至少一种，以交联剂溶液的质量为100％计，交联剂的质量百分浓度为0.1～5％，交联处理的温度为30～80℃，浸泡时间为10～500s，聚乙烯醇薄膜吸收碘染料分子后需要进行交联来进一步束缚碘染料分子，防止其流失，增强制得偏光片成品的耐久性。通常采用将已经被碘染料分子染色的聚乙烯醇薄膜浸入含有交联剂的水溶液中并进行适当拉伸作为交联方法。常用的交联剂为硼酸及硼酸盐，以交联剂溶液的质量为100％计，质量百分浓度为0.1～5％。除硼酸及硼酸盐外，含有交联剂的水溶液还含有质量百分浓度为0.1～10％的碘化钾。第二浸泡处理的温度为30～80℃，时间为10～00s。
[0044]
在一些实施例中，上述步骤s14中，第三浸泡处理的同时还进行单向拉伸处理，可控制聚乙烯醇链段的取向，进一步提高偏光性能效果。
[0045]
拉伸溶液包括碘化钾，且以拉伸溶液的质量为100％计，碘化钾的质量浓度为0.01
～5％，第三浸泡的温度为30～80℃，时间为10～500s，拉伸溶液包括硼酸，通过高倍拉伸，可将聚乙烯醇薄膜上的碘分子呈平行于拉伸方向排列，且高度取向。常用湿法拉伸方法，将上一步骤得到的聚乙烯醇薄膜浸泡到拉伸溶液中并进行高倍拉伸。以拉伸溶液的质量为100％计。拉伸溶液含有0.01～5％的碘化钾，第三浸泡处理的温度为30～80℃，时间为 10～500s。进一步的，上述本技术实施例中拉伸溶液也可以含有质量百分浓度为0.1～5％的硼酸，硼酸为非必需添加物，碘化钾能在水中助溶碘单质，同时各步骤都加点碘化钾以维持pva膜内碘离子平衡，防止碘离子被过量洗脱，以维持染色后pva膜的色调稳定，不会偏色。
[0046]
在一些实施例中，将碘单质、碘化钾和氯化钠进行混合处理，配制成染色溶液，其中，碘化钾作为碘单质的助剂，有利于提高碘单质在水溶液中的溶解度，且有利于碘单质的染色，硫酸钠的加入，因为其存在水溶液中电离出一价阴离子和一价阳离子，会对聚乙烯醇的链段产生的作用更大，会使链段堆叠变得紧密。
[0047]
在一些实施例中，将碘单质、碘化钾和硫酸钠进行混合处理，配制染色溶液，其中，碘化钾作为碘单质的助剂，有利于提高碘单质在水溶液中的溶解度，且有利于碘单质的染色，硫酸钠的加入，因为其存在水溶液中电离出二价阴离子，相比于氯化钠，会对聚乙烯醇的链段产生的作用更大，会使链段堆叠更紧密。
[0048]
在一些实施例中，上述步骤s20中，对拉伸膜进行干燥处理，可除去不必要的杂质，得到偏光素子的制备方法。
[0049]
在一些实施例中，将聚乙烯醇薄膜放入烘箱中烘烤干燥获得偏光素子，干燥处理的温度30～100℃，时间1～10分钟，可除去不必要的杂质。
[0050]
本技术实施例第二方面提供了一种偏光膜，包括上述本技术实施例提供的偏光素子的制备方法制备的偏光素子与设置在偏光素子两面的保护膜。
[0051]
本技术实施例提供的偏光膜中有效偏振区域进一步往近红外区域拓展通过设置在偏光素子两面的保护膜可对偏光素子产生一定的保护作用。
[0052]
在一些实施例中，偏光膜的有效偏振波长范围为380～900nm，本技术实施例提供的偏光膜中有效偏振区域往380～900nm区域拓展。
[0053]
在一些实施例中，保护薄膜包括基于三醋酸纤维素酯的树脂膜、基于聚环烯烃的树脂薄膜、基于聚甲基丙烯酸甲酯的树脂薄膜、基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)的树脂薄膜中的至少一种，保护膜粘附在偏光素子两面来保护偏光素子。
[0054]
在一些实施例中，通过粘合剂将偏光素子的两面粘贴上保护膜，粘合剂通常为基于聚乙烯醇的水溶性粘合剂。
[0055]
本技术实施例第三方面提供了上述偏光膜在显示器中的应用。
[0056]
正是由于本技术实施例提供的偏光膜具有较宽的偏光区域，因此，本技术实施例提供的偏光膜可用于显示器中，以应对显示器对近红外及紫外波段同样有偏振效果的需求。
[0057]
为使本技术上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本技术实施例偏光素子的制备方法、偏光膜以及应用的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
[0058]
实施例1
[0059]
本实施例提供了一种偏光素子的制备方法，包括如下步骤：将聚乙烯醇薄膜浸泡
在30℃纯水中进行膨润500s(膨润步骤)，然后浸入30℃下含有质量百分浓度为0.1％的碘单质、质量百分浓度为3％的碘化钾和质量百分浓度为14％的硫酸钠的染色溶液中5分钟(染色步骤)，再浸入40℃下含有质量百分浓度为3％的硼酸、质量百分浓度为3％的碘化钾的交联溶液中5分钟(交联步骤)，再将得到的聚乙烯醇薄膜浸入55℃下含有质量百分浓度为1％的硼酸、质量百分浓度为3％的碘化钾的拉伸溶液中5分钟，并将薄膜拉伸至原来长度的5倍(拉伸步骤)。将得到的聚乙烯醇薄膜放入60℃烘箱中干燥5分钟即得到偏光素子的制备方法。
[0060]
接着本实施提供了一种偏光膜，通过聚乙烯醇粘合剂在偏光素子的制备方法两侧粘合上tac保护膜(日本富士)，即得到所需偏光膜。
[0061]
实施例2
[0062]
本实施例提供了一种偏光素子的制备方法，包括如下步骤：将聚乙烯醇薄膜浸泡在30℃纯水中进行膨润500s(膨润步骤)，然后浸入30℃下含有质量百分浓度为0.1％的碘单质、质量百分浓度为3％的碘化钾和质量百分浓度为14％的氯化钾的染色溶液中5分钟(染色步骤)，再浸入40℃下含有质量百分浓度为3％的硼酸、质量百分浓度为3％的碘化钾的交联溶液中5分钟(交联步骤)，再将得到的聚乙烯醇薄膜浸入55℃下含有质量百分浓度为1％的硼酸、质量百分浓度为3％的碘化钾的拉伸溶液中5分钟，并将薄膜拉伸至原来长度的5倍(拉伸步骤)。将得到的聚乙烯醇薄膜放入60℃烘箱中干燥5分钟即得到偏光素子的制备方法。
[0063]
接着本实施提供了一种偏光膜，通过聚乙烯醇粘合剂在偏光素子的制备方法两侧粘合上tac保护膜(日本富士)，即得到所需偏光膜。
[0064]
实施例3
[0065]
本实施例提供了一种偏光素子的制备方法，包括如下步骤：将聚乙烯醇薄膜浸泡在30℃纯水中进行膨润500s(膨润步骤)，然后浸入30℃下含有质量百分浓度为0.1％的碘单质、质量百分浓度为3％的碘化钾、质量百分浓度为14％的氯化钠的染色溶液中5分钟(染色步骤)，再浸入40℃下含有质量百分浓度为3％的硼酸、质量百分浓度为3％的碘化钾的交联溶液中5分钟(交联步骤)，再将得到的聚乙烯醇薄膜浸入55℃下含有质量百分浓度为1％的硼酸、质量百分浓度为3％的碘化钾的拉伸溶液中5分钟，并将薄膜拉伸至原来长度的5倍(拉伸步骤)。将得到的聚乙烯醇薄膜放入60℃烘箱中干燥5分钟即得到偏光素子的制备方法。
[0066]
接着本实施提供了一种偏光膜，通过聚乙烯醇粘合剂在偏光素子的制备方法两侧粘合上tac保护膜(日本富士)，即得到所需偏光膜。
[0067]
对比例1
[0068]
将聚乙烯醇薄膜浸泡在30℃纯水中进行膨润500s(膨润步骤)，然后浸入30℃下含有质量百分浓度为0.1％的碘单质、质量百分浓度为3％的碘化钾的染色溶液中5分钟(染色步骤)，再浸入40℃下含有质量百分浓度为3％的硼酸、质量百分浓度为3％的碘化钾的交联溶液中5分钟(交联步骤)，再将得到的聚乙烯醇薄膜浸入55℃下含有质量百分浓度为1％的硼酸、质量百分浓度为3％的碘化钾的拉伸溶液中5分钟，并将薄膜拉伸至原来长度的5倍(拉伸步骤)。将得到的聚乙烯醇薄膜放入60℃烘箱中干燥5分钟即得到偏光素子的制备方法。接着，通过聚乙烯醇粘合剂在偏光素子的制备方法两侧粘合上tac保护膜(日本富士)，
即得到所需偏光膜。
[0069]
性能测试
[0070]
偏光片的吸光度可使用常规紫外-可见光-近红外分光光度计测得(pelambda25)，验结果请参见表1所示；
[0071]
偏光片的透过率及偏振度可用带偏振光模块的紫外分光光度计测得(jascov7100)，实验结果请参见表1所示。
[0072]
表1性能测试结果
[0073]
编号无机盐种类浓度wt％透过率％偏振度％890处透过率％对比例1未添加-40.4399.9987.09实施例1硫酸钠1440.8099.9946.77实施例2氯化钾1440.8999.9953.18实施例3氯化钠1443.8298.5769.18
[0074]
其中，实施例1至实施例3与对比例1相比，透过率都有一定的增幅，890处透过率都有一定下降，实施例3的偏振度减小，从偏振度、透过率和890处透过率，实施例3为本技术的最佳实施例。
[0075]
如图1所示，对比例1中未额外添加无机盐，偏光膜吸光度大于780nm波段急剧下降，而染色槽中加了无机盐的实施例吸光度在该处则有很好地保持。通过对比，染色槽中加了质量百分浓度为14％的硫酸钠的方案更优，380～900nm波段吸收下降最小。而未添加无机盐的对比例在890nm处透过率很高，几乎完全失去了偏振能力。
[0076]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。