专利名称:一种本征偏振器及制造该本征偏振器的方法
技术领域：
本发明涉及基于分子被取向的聚乙烯醇膜的、合成的二向色性平面型偏振器，更具体地说，涉及制造高效率的本征偏振片或偏振膜的方法。
背景技术：
通常，光波在围绕光束轴线的大量平面内振动。如果光波仅在一个平面内振动，则这种光被称为平面偏振光。若干有用的光学系统可以采用偏振光来实施。例如，在制造诸如液晶显示屏之类的光电设备中，正交偏振器与可寻址的液晶中间层结合使用，以提供成像的基础。在摄影领域中，已经使用偏振滤光器来减少眩光和镜面反射的亮度。偏振滤光器、圆偏振器和其它的光学部件也已经用来减少显示器屏幕的眩光。
一般来说，线性光偏振膜选择性地让沿给定电磁辐射矢量振动的辐射通过并且吸收沿第二给定的电磁辐射矢量振动的电磁辐射，这种性质归因于透射性膜介质的各向异性。二向色性偏振器是在吸收入射光方面具有矢量各向异性的吸收式线性偏振器。这里所用的术语“二向色性”是指根据入射光束的偏振方向的不同，对入射光束的各分量的吸收和透射不同的性质。一般，二向色性偏振器透射沿一个电磁矢量偏振的辐射能，并且吸收沿垂直的电磁矢量偏振的辐射能。进入二向色性偏振器的入射光光束会遇到两种不同的吸收系数，一个系数低，一个系数高，所以出射光基本上沿低吸收(高透射)的方向振动。
发明内容本征偏振器是其基础材料已被转化成二向色性材料的偏振器，所以在无需将二向色性材料(例如碘或染料)吸附到基础材料的情况下就可以起到偏振作用。因此，本征偏振器具有较简单的结构，可以更便宜、更薄，并且无需碘偏振器或染料偏振器所需的附加覆盖层。
本发明的一个实施方案涉及用具有原始长度并包含羟基化线性聚合物的聚合物膜制造偏振器的方法。该方法包括拉伸所述聚合物膜的第一拉伸步骤；在所述第一拉伸步骤之后，将所述羟基化线性聚合物转化成在所述聚合物膜中排列的二向色性的、共聚物的聚亚乙烯基嵌段。在将所述羟基化线性聚合物转化的同时在第二拉伸步骤中拉伸所述聚合物膜。
本发明的另一实施方案涉及本征偏振器，该本征偏振器包含含有亚乙烯基聚合物嵌段的PVA型基体片。该片限定了通过偏振轴和与所述通过偏振轴垂直的阻挡偏振轴。其电矢量与所述通过偏振轴平行的光基本上透射通过所述片，其电矢量与所述阻挡偏振轴平行的光基本上在所述片中被吸收。所述片所表现出的比率R的值小于2，其中R是对550nm的与所述阻挡偏振轴平行偏振的光的本征吸收率与对400nm的与所述阻挡偏振轴平行偏振的光的本征吸收率之比。所述片还表现出超过99％的偏振效率。
本发明的另一实施方案涉及包含含有亚乙烯基聚合物嵌段的PVA型基体片的本征偏振器。该片限定了通过偏振轴和与所述通过偏振轴垂直的阻挡偏振轴。其电矢量与所述通过偏振轴平行的光基本上透射通过所述片，其电矢量与所述阻挡偏振轴平行的光基本上被所述亚乙烯基聚合物嵌段吸收。所述片的本征吸收光谱是这样的当与相同的片正交并用冷阴极荧光管(CCFT)光源照射时，所述片透射其a*坐标的大小小于2且b*坐标的大小也小于2的光。
本发明的另一实施方案涉及包含含有亚乙烯基聚合物嵌段的PVA型基体片的本征偏振器。该片限定了通过偏振轴和与所述通过偏振轴垂直的阻挡偏振轴。其电矢量与所述通过偏振轴平行的光基本上透射通过所述片，其电矢量与所述阻挡偏振轴平行的光基本上被所述亚乙烯基聚合物嵌段吸收。所述片所表现出的二向色比大于100。
本发明的以上概述并不意味着描述了本发明的每一个示例性的实施方案或每一种实施方式。随后的附图和详细说明更具体地举例说明了这些实施方案。
附图的简要说明下文结合附图对本发明的各种实施方案的详细的描述，可以让人们更加全面地理解本发明，其中图1示意性地示出根据本发明的原理制造偏振器的方法；图2示出在例2和例3中讨论的样品5-8的吸收光谱的曲线图；图3示出冷阴极荧光管(CCFT)的标准光谱的曲线图；图4示出根据本发明的原理制造的样品偏振器的透射率与在该偏振器中的横向位置的函数关系的曲线图。
图5示出对于在不同条件下转化的偏振器，光在这些偏振器中的吸收率与波长的函数关系的曲线图；图6示出对于在不同条件下转化的不同偏振器，光通过单层偏振器的透射率与波长的函数关系的曲线图；图7示出对于在不同条件下转化的不同偏振器，光通过一对正交偏振器的透射率的曲线图；图8示由CCFT光源发射的光通过图7的正交偏振器的透射率的曲线图，该CCFT光源具有如图3所示的发射光谱，并且对该发射光谱针对人眼响应进行了适光校正；图9示出偏振器的吸收峰值和b*色坐标的值与转化温度的函数关系的曲线图；图10示出四个不同类型的单个偏振片的吸收率的曲线图；图11示出四种不同类型的一对正交偏振片的吸收率的曲线图；以及图12示出由CCFT光源发射的光通过四种不同类型的偏振器的正交透射率的曲线图，该CCFT光源具有如图3所示的发射光谱，并且对该发射光谱针对人眼响应进行了适光校正。
虽然对本发明容易进行各种修改和形式替换，但是其细节通过附图中的例子已被示出并会被详细地描述。然而，应该明白，本发明并不局限于所述的这些具体实施方案。相反，本发明覆盖了落入在由权利要求
所限定的本发明的实质和范围内的所有的修改、等同形式以及变换形式。
发明详述本发明适用于本征偏振器，更具体地说，适用于制造具有改善的光学性质的本征偏振器的方法。
例如，本征偏振器的例子包括聚亚乙烯基偏振器，例如K型偏振器。本征偏振器的基本的二向色性来自于其基体的吸光特性，而不是来自染料添加剂、颜料或悬浮晶体材料的吸光特性，但是诸如染料之类的添加剂可以用来补充本征二向色性。通常，本征偏振器包含取向的聚(乙烯醇)型(PVA型)材料的片材或膜，该片材或膜含有由PVA脱水产物(即聚亚乙烯)在PVA基体中形成的取向的悬浮体。这种本征偏振器通常通过下面的方法制成，单向拉伸聚合物膜以排列PVA基体，在脱水催化剂比如盐酸的存在下加热PVA型聚合物膜，从而制备共轭的聚亚乙烯基嵌段。由聚乙烯醇形成共轭的聚亚乙烯基嵌段通常称为“转化”。该取向的并被脱水的膜可以称为“生料K”。通过对PVA基体进行单向取向，共轭的聚亚乙烯基嵌段的跃迁矩也进行取向，该材料从而变成显著的二向色性。共轭的聚亚乙烯基嵌段可以称为二向色性生色团。如在美国专利No.5,666,223中所述，在转化聚合物膜之后可以进行硼酸化处理，其中该专利的相关部分以引用方式并入本文中。
本发明涉及改良的本征偏振器及其制造方法，其中所述本征偏振器的偏振特性得到了改善。该方法的一个实施方案涉及在第一拉伸步骤中拉伸PVA膜，然后在第二拉伸步骤中拉伸膜的同时转化膜。第一拉伸步骤可以在该膜暴露于脱水催化剂之前、期间或之后进行。
所得到的偏振器包含PVA/聚亚乙烯基嵌段共聚物材料的分子取向膜复合物，该聚亚乙烯基嵌段共聚物材料具有通过聚乙烯醇膜的分子脱水而形成的聚亚乙烯基嵌段。聚乙烯醇/聚亚乙烯基嵌段共聚物材料的分子取向膜包含均匀分布的聚乙烯醇/聚亚乙烯基嵌段共聚物材料的光偏振性分子，其中该共聚物的聚亚乙烯基嵌段中的共轭的重复的亚乙烯基单元的数目(n)不同。n的数值范围为2至大约25。光偏振性分子的取向度在整个范围内随着n值增大而增大。这些分子的取向度结合每个聚亚乙烯基嵌段的浓度分布足以使聚合物片具有至少75的适光二向色比(D)。
忽略表面反射，适光二向色比D定义为D＝Az/Ay(1)其中，Az和Ay由以下方式确定。在双光束分光光度计中用白光的样品光束照射样品偏振器。使用高效格兰型偏振器对样品光束进行预偏振。将透过该样品偏振器的某一波长的光量与参考光束中相同波长的光量相比，然后从样品的透射光量与参考光束的透射光量的比值计算样品偏振器的随波长变化的绝对吸收率。在380nm-780nm的范围内计算吸收率。对于与样品偏振器的透射轴平行偏振的光和与样品偏振器的透射轴垂直偏振的光，均得到吸收光谱。然后，将平行吸收光谱和垂直吸收光谱相对于具体光源的光谱和人眼的响应进行光谱校正(适光校正)。在已校正的平行吸收光谱以下的积分面积对应于单次通过样品偏振器被吸收的已做了光谱校正的平行偏振态的光量，即Ay。在已校正的垂直吸收光谱以下的积分面积对应于单次通过样品偏振器被吸收的已做了光谱校正的垂直偏振态的光量，即Az。
现在参照图1描述生产本发明的改良的本征偏振器的一种方法，该图大体上示出了在K型偏振器的制造过程中的不同步骤。将PVA型膜100暴露于脱水催化剂102(例如酸的水溶液)，并对该膜进行第一拉伸。第一拉伸可以在膜暴露于脱水催化剂之前、期间和之后进行。然后，对膜104进行转化以产生二向色性生色团，并且在转化的同时进行第二拉伸步骤106。转化之后，该膜可以例如在硼酸化处理浴液中进行硼酸化处理108，然后干燥，并且在第三拉伸步骤中进行拉伸。
可任选的是，可以将支持层110添加到该膜上，并且/或者在制造过程的不同阶段将该支持层从本征偏振器上剥掉。在所示的实施方案中，可任选的是，支持层110在硼酸化处理步骤108之前或之后添加。
本征偏振器的起始材料K型偏振器采用从分子取向的聚乙烯醇得到的聚合物膜。乙烯醇聚合物包括任何线性1，3-多羟基化的聚合物或共聚物或其衍生物，其可脱水成线性、共轭的亚乙烯基聚合物。有用的乙烯醇聚合物包括含有下式所示单元的聚合物和共聚物 其中R是H、C1-C8烷基或芳基基团；而R’是H或可水解官能团，例如C1-C8酰基基团。优选R和R’是H。除了聚(乙烯醇)聚合物和共聚物之外，特别优选的是聚乙烯基缩醛和缩酮及酯作为可形成分子取向的片或膜的原料。这些物质被称为PVA型材料。在下文的讨论中，当聚乙烯醇被述及时，应当理解为该聚乙烯醇的含义也涵盖了聚乙烯缩醛、聚乙烯缩酮和聚乙烯酯，当提及乙烯醇时，也应当理解为该乙烯醇的含义涵盖了乙烯基缩醛、乙烯基缩酮以及乙烯基酯。
可与乙烯醇单体聚合产生乙烯醇共聚物的有用的共聚单体可包括任何可以通过自由基聚合的单体，包括烯烃(例如乙烯、丙烯和丁烯)、丙烯酸酯、乙炔类和甲基丙烯酸酯例如(甲基)丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯和苯乙烯。本发明中特别优选使用的是乙烯和乙烯醇的共聚物。通常，共聚单体的量少于30摩尔％并且优选少于10摩尔％。较高的用量可能妨碍共轭亚乙烯基嵌段(聚(乙炔)嵌段)的形成并对偏振器的性能产生有害影响。
优选的乙烯醇聚合物是聚乙烯醇的均聚物和共聚物。最优选聚乙烯醇均聚物。市售聚乙烯醇(例如得自位于美国得克萨斯州Dallas市的Celanese Chemicals公司的那些商品名为CELVOL的产品)是根据粘度和水解百分数分类的。为便于涂敷，优选低粘度的聚乙烯醇，而且其还具有足够高的分子量从而能提供足够的耐湿性和良好的机械性能。
可熔融加工的聚乙烯醇也可用于本发明。
对可熔融加工的乙烯醇聚合物进行增塑以增强其热稳定性并使其能被挤出或被熔融加工。增塑剂可以从外部加入或将其结合在乙烯醇聚合物链上(即将增塑剂聚合或接枝到乙烯醇聚合物骨架上)。
可以外增塑的乙烯醇聚合物包括市售产品，例如位于美国北卡罗来纳州Charlotte市的Clarian公司出品的“Mowiol”26-88和“Mowiol”23-88乙烯醇聚合物树脂。这些“Mowiol”乙烯醇聚合物树脂的水解度为88％。“Mowiol”26-88乙烯醇聚合物树脂的聚合度为2100并且分子量约为103,000。
可用于乙烯醇聚合物外增塑的增塑剂是高沸点、水溶性、含羟基的有机化合物。这类化合物的例子包括甘油、聚乙二醇(例如三乙二醇和二乙二醇)、三羟甲基丙烷及其组合。水也可用作增塑剂。加入的增塑剂的量随着乙烯醇聚合物的分子量而改变。通常，增塑剂的加入量在约5％到约30％之间，且优选在约7％到约25％之间。较低分子量的乙烯醇聚合物通常比较高分子量的乙烯醇聚合物需要较少的增塑剂。用于与外增塑的乙烯醇聚合物复合的其它添加剂包括加工助剂(即Hoechst A.G.公司的Mowilith DS树脂)和防结块剂(即硬脂酸、疏水性二氧化硅)、着色剂等等。
外增塑的乙烯醇聚合物通过以下步骤复合在连续搅拌下，缓慢添加有机增塑剂(通常也加水)到乙烯醇聚合物粉末或小粒中，将该批物料的温度从约82℃(180)升到约121℃(250)，直到增塑剂掺合到乙烯醇聚合物中。乙烯醇聚合物树脂的分子量越低，结合增塑剂所需的该批物料的最高温度越低。将该批物料在此温度下保持约5到6分钟。然后使该批物料冷却到约在71℃(160)到93℃(200)之间，此时可以加入防结块剂。使该批物料继续冷却到约66℃(150)，此时可以将乙烯醇聚合物颗粒从混合机中取出并进行挤出加工。
当制备内增塑的乙烯醇聚合物时，除非需要加入着色剂等，用来外增塑乙烯醇聚合物的复合步骤都可以省去。有用的内增塑的乙烯醇聚合物市面上有售。这类产品包括“Vinex”2034和“Vinex”2025(两种都是Celanese Chemicals公司的产品)和Vinylon VF-XS(日本Kuraray公司的产品)。
Celanese公司的Vinex商标代表具有热塑性、水溶性的聚乙烯醇树脂的独特的系列产品。具体来说，“Vinex”2000系列代表内增塑的可溶于冷水和热水的聚乙烯醇共聚物树脂，其包括“Vinex”2034和“Vinex”2025。在美国专利第4,948,857号中叙述了这种内增塑的乙烯醇共聚物。这种共聚物具有以下通式 其中，R是氢或甲基；R’是C6-C18酰基；y是0至30摩尔％；z是0.5摩尔％至8摩尔％；x是70摩尔％至99.5摩尔％。
这些共聚物在保持聚(乙烯醇)的强度性能的同时还表现出较高的柔性。上述结构式所示的丙烯酸酯的单体使共聚物具有内增塑效果。该共聚物的聚合度范围可在约100到约4000之间，优选在约2000到4000之间。聚合度定义为整个聚合物的分子量与结构式2所示单元的分子量的比值。在美国专利第4,772,663号中叙述了其它内增塑的聚(乙烯醇)共聚物树脂和这些树脂的制备。“Vinex”2034树脂的熔体指数一般为约8.0g/10分钟，玻璃化转变温度为约30℃(86)。“Vinex”2025树脂的熔体指数一般为约24g/10分钟，玻璃化转变温度为约29℃(84)。
市售的聚乙烯醇及其共聚物具有不同的水解度，例如从约50％到99.5+％。优选的聚乙烯醇具有从约80％到99.5％的水解度。通常，较高的水解度对应较好的偏振器性能。此外，水解度较高的聚乙烯醇具有较好的耐湿性。分子量较高的聚乙烯醇也具有较好的耐湿性，但其粘度增加。在本发明的情况中，希望找到这些性能的平衡点，其中聚乙烯醇具有足够的耐湿性，在涂敷或浇铸过程中可以容易地处理，并且能够容易地取向。大多数商品级聚(乙烯醇)含有几个百分点的残余水分和未水解的聚(乙酸乙烯酯)。
分散液/溶液的涂敷可采用各种已知的方法完成，包括(例如)用如底板涂敷、挤压涂敷、辊式涂敷、幕式涂敷、刮刀涂敷、模式涂敷等技术或用任何其它能够提供均匀涂层的涂敷方法来涂敷基底。基底可以涂上底漆或用电晕放电处理以帮助聚乙烯醇膜固定在基底上。适当的能制成溶液的底漆是水溶性共聚多酯，其通常用作聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的底漆(如美国专利第4,659,523号中所描述的那些)。在涂敷之后，聚乙烯醇膜一般在约100℃到150℃之间的温度下干燥。干燥涂层的厚度可以根据所希望的光学特性而不同，但通常在约25μm到125μm(1-5密耳)之间。
或者，可以熔融加工乙烯醇聚合物层。与用溶液涂敷一样，可将含有乙烯醇的熔体浇铸到基底(如载体料片或支持层)上。也可以对乙烯醇聚合物膜进行熔体喷射。也可以使用本领域已知的多种设备和多种熔融加工技术(通常为挤出技术)使乙烯醇聚合物熔体与基底共同挤出。例如，根据挤出材料的类型，可使用单料道或多料道模具、满月供料块(full moon feedblock)或其它类型的熔融加工设备。
拉伸步骤本发明的改良的本征偏振片或偏振膜的制造通常从羟基化线性PVA型聚合物的聚合物膜开始，该聚合物膜具有原始长度并且其厚度范围为0.001英寸(25μm)到0.004英寸(100μm)。适当的拉伸设备或其它类似装置或系统可用于先将聚合物膜拉伸到聚合物膜原始长度的约3.5倍到约7.0倍或更大的倍数。第一拉伸步骤通常在高于聚合物材料的玻璃化转变温度的温度下进行。
可在气态介质(例如空气)中或液态介质(例如去离子水或液态脱水催化剂)中拉伸膜。当在气态介质中进行拉伸时，可以将膜加热到例如高于300的温度。当在浸入液态介质之前拉伸膜时，该拉伸步骤可以称为“干拉伸”。
当在含水介质中拉伸时，可在该过程中加入其它添加剂作为助剂，如加入有机或无机盐、硼酸和/或硼砂，例如表面活性剂(如可购自位于美国康涅狄格州Danbury市的Union Carbide公司，产品名为Triton X100)。在含水介质中拉伸也可以使不希望的成分(例如甘油)从聚合物膜中浸出。
当在液态介质中拉伸膜时，该拉伸步骤可以称为“湿拉伸”。也可以在将膜从液态介质中取出后拉伸该膜。该膜通常吸收一些液体和脱水催化剂(如果存在的话)，所以在从液态介质中取出膜之后的拉伸步骤仍可以称为“湿拉伸”。
使用发热元件、快辊和慢辊可产生拉伸效果。例如，可以利用辊之间的旋转速率差异在通过辊间的聚合物片的区域范围内产生相应的拉力。当发热元件加热聚合物片时，拉伸更容易并且效果更满意。如现有技术中已知的那样，可以通过控制加热辊的温度或通过控制施加的辐射能(例如来自红外灯的辐射能)来实现温度的控制。温度控制方法可以结合使用。
在单向取向时，可以在不抑制膜的横向收缩的情况下拉伸膜，或者可以抑制膜在横向方向上收缩。这种抑制会导致膜的轻微的双向取向。例如，可以利用拉幅装置使膜在顺维方向(down-web direction)上拉伸，而使其横向宽度保持不变。
可以在膜制造的整个过程的各个阶段进行拉伸。在转化之前发生的拉伸在本文中称为第一拉伸步骤，而且，拉伸可以在膜暴露于脱水催化剂之前进行，在膜处于脱水催化剂中时进行，并且/或者在将膜从脱水催化剂中取出之后进行。与转化同时进行的拉伸称为第二拉伸步骤，并且在转化之后(例如硼酸化处理步骤期间或之后)进行的拉伸称为第三拉伸步骤。
支持层将聚合物膜浇铸、层叠或固定在基底(如支持膜层、加热辊或载体料片)上可能是有利的。当支持层与聚合物膜粘合或固定在一起时，支持层可为制品提供机械强度和支撑，使该制品可以更容易地处理和进一步加工。使用支持层的一些有用方法在美国专利第5,973,834号(Kadaba等人)、美国专利第5,666,223号(Bennett等人)和美国专利第4,895,769号(Land等人)中有所描述。
如果需要，可任选的支持层可以在与乙烯醇聚合物膜的取向方向基本上呈横向的方向上取向。基本上呈横向是指支持层可以在与乙烯醇聚合物膜层的取向方向成至少±45°的方向上取向。这样取向的支持层比未取向的支持层在横向方向上提供更大的强度。
在实施过程中，支持层可以在贴合到乙烯醇聚合物层之前或之后取向。在一种实施方式中，乙烯醇聚合物可以基本上单轴取向并与取向的支持层粘合，以使两层的取向的方向是基本上呈横向。
多种材料都可以用作载体料片或支持层。适当的材料包括已知的聚合物片材料如纤维素酯(例如硝化纤维素、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素)、聚酯、聚碳酸酯、乙烯基聚合物(如丙烯酸树脂)以及其它能够以片状形式提供的支持材料。根据其具体应用和要求，聚酯是特别有用的。优选的聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯，可采用商品名为Mylar和Estar的产品，但是其它聚对苯二甲酸乙二醇酯材料也可使用。具体而言，可用作支持层的一种膜是可得自位于美国明尼苏达州St.Paul市的3M公司的VikuitiTM牌DBEF类型的反射偏振膜。
支持材料的厚度会随着具体用途而不同。通常，从制造的观点考虑，厚度在约0.5密耳(0.013mm)到约20密耳(0.51mm)之间的支持材料易于使用。
根据本发明制造的光偏振片或偏振膜可以层叠到支持片或支持膜(例如玻璃片或其它有机塑性材料片)之间或之上，本发明的层叠或非层叠形式的光偏振器可用于已经采用其它形式光偏振塑性材料的应用中，例如太阳镜、防晒板、窗玻璃、可变光透射窗、眩光罩、房间隔板和显示装置(如液晶显示板、发射显示装置、阴极射线管或广告显示装置)。
多种粘合剂都可用于将偏振膜层叠到其它层或基底上，其包括聚乙烯醇粘合剂和聚氨酯粘合材料。由于偏振器一般会用于光学应用中，对偏振器的光透射性能没有太大影响的粘合材料通常均可被使用。另一方面，粘合剂可以包含着色剂以得到所需的色彩效果。粘合材料的厚度会随着具体用途而不同。一般来说，约0.20密耳(0.005mm)到约1.0密耳(0.025mm)的厚度是符合要求的。
将膜暴露于脱水催化剂可在乙烯醇聚合物与支持层粘合之前或之后，或者在没有任何支持层的情况下，使PVA型膜经过转化步骤。在该转化步骤中，该聚合物膜中的一部分乙烯醇聚合物“转化”成由聚(亚乙烯/乙烯醇)嵌段共聚物组成的偏振分子。转化乙烯醇的一种方法是首先将乙烯醇膜暴露于脱水催化剂中，然后加热已暴露于催化剂中的膜以发生脱水。
可以用不同的方法将膜暴露于脱水催化剂中。例如，将膜浸渍或浸入液态脱水催化剂中，并停留足够的时间以使催化剂扩散到该膜中。其它方法可能包括将膜暴露于包含脱水催化剂的发烟酸。浸渍聚合物膜能达到比使用发烟酸处理更高的处理速度，因为液态物质的扩散在溶液中比在气态中要快很多。另外，在将膜浸渍入催化剂中时可以使催化剂与聚合物膜的两侧都接触。而当将膜暴露于发烟酸中时，该膜通常只在一侧与发烟酸接触。因此，该浸渍的方法可使聚合物膜中的催化剂浓度更均匀，从而可以对所得到的生料K膜中脱水链长度的横截面分布产生影响，并能提供更均衡的链分布。
脱水催化剂可以是任何酸或其它试剂，只要它们在加热或其它适当处理条件下能够催化从线性聚合物的羟基化部分除去氢和氧原子而留下共轭亚乙烯单元这一过程即可。常用的酸包括盐酸、氢溴酸、氢碘酸、磷酸和硫酸的甲醇溶液。根据所希望的对比度和膜厚度，所希望的脱水程度可以不同，但其范围一般是0.1％到10％(优选1％到5％)的可利用羟基基团转化为亚乙烯基基团(即，-CH2-CHOH-→-CH＝CH-)。
例如，可以将聚合物膜浸入盐酸水溶液中并保持约一秒钟到数分钟。再比如，可以将聚合物膜浸入去离子水中并保持约一秒钟到约五分钟，然后浸入盐酸水溶液中并保持约一秒钟到数分钟。盐酸水溶液的浓度优选为约0.01当量到4.0当量。
脱水步骤也可以通过其它方法来进行，例如，通过用酸涂料涂敷取向片，然后使它经受加热步骤以对聚合物片进行脱水，或者用酸供体层涂敷取向片。在后一例子中，光酸产生剂(photoacid generator)或热酸产生剂(thermal acid generator)溶解或分散在供体层中，当用辐射能辐射时，刚刚形成的酸扩散到相邻的乙烯醇聚合物基体中以使乙烯醇聚合物部分脱水成共轭亚乙烯基嵌段(聚(乙炔))链段。根据所用的酸产生剂的类型，辐射能可以是热能或紫外光能。
在该过程中可以向该酸中加入处理试剂作为助剂，如加入有机或无机盐、硼酸和/或硼砂，例如表面活性剂(如可购自位于美国康涅狄格州Danbury市的Union Carbide公司，产品名为Triton X100)。
转化在将膜暴露于脱水催化剂之后，可以对PVA型膜和该膜吸收的催化剂进行加热，从而使取向膜转化成所需的脱水产物，即聚亚乙烯。膜可通过传导加热、对流加热、辐射加热或其组合的方式被加热。转化过程使得被转化的膜以蒸气的形式释放出水和酸性催化剂。
例如，可以使聚合物膜和催化剂在约数秒到约十分钟内经过温度范围为约88℃到约205℃的加热炉。另一方法是，膜和催化剂可以受到微波辐射加热或激光加热。
转化膜的另一方法是，使膜和催化剂受到红外辐射(例如用(一个或多个)红外加热灯产生的红外辐射)加热，加热时间为约一秒到约六十秒。红外加热方式能比热空气冲击加热方式达到更高的处理速度。另外，红外加热方式可以快速引发和终止转化过程。而且，当使用横跨膜放置的大量辐射加热器进行加热时，能够通过独立地控制由不同的辐射加热器发出的辐射量来逐带地控制转化过程。
脱水加热步骤的温度和持续时间的变化会影响最终偏振器的光学性能。加工参数可在较大的范围内变化而又不损害共聚物的形成及其伴随的偏振性能。对于给定光学性能，时间、温度和酸浓度之间的关系有一个平衡。例如，酸渗透到膜中的量可以通过改变酸溶液的温度、改变膜在酸中的停留时间和/或改变酸的浓度来控制。例如，透射率较低的偏振器可以在给定温度下通过采用较长浸渍时间获得。在给定浸渍时间下，较低的透射率可在较高温度下获得。一般来说，优选脱水催化剂在膜中的扩散达到平衡。如果希望得到高透射率的偏振器，优选使用较低的酸浓度。如果希望得到透射率较低的偏振器，那么可以采用较高的酸浓度。
在转化过程中可以使膜经受第二拉伸步骤。即，在发生转化过程的同时，可以第二次拉伸膜。第二拉伸步骤可以使得膜长度增大到第一拉伸步骤之后所得到的膜的中间长度的大约2.5倍。与第一拉伸步骤一样，第二拉伸步骤在高于聚合物材料的玻璃化转变温度的温度下进行，并且可以通过使用发热元件、快辊和慢辊来实施。
硼酸化处理在转化之后，也可以使聚合物膜经受硼酸化处理步骤，其中，例如通过将转化膜暴露于硼酸化处理水溶液，使取向膜硼酸化。该硼酸化处理步骤实现松弛和交联。第三拉伸步骤可以在聚合物膜被硼酸化之前、期间或之后进行。例如，可以将聚合物膜浸没在硼酸化处理水溶液中并使之软化和/或溶胀。这常常导致膜松弛或收缩。然后，取出膜，并干燥。在硼酸化处理步骤之后，该膜可以在干燥期间和/或之后进行第三拉伸。另一方法是，在聚合物膜仍浸没在硼酸化处理溶液中时，可以对该聚合物膜进行拉伸。
硼酸化处理步骤可以采用一个或多个浴槽来进行。例如，在两槽硼酸化处理中，第一个浴槽中可以是水，而第二个浴槽中可以是能提供硼酸离子的物质。或者，两槽顺序可以相反，或两槽可以是不同浓度的能提供硼酸离子的物质和/或其混合物。聚合物膜的拉伸和/或松弛处理过程可以在一个或多个任何这样的浴槽中进行。
硼酸化处理溶液通常会含有硼酸。另外，硼酸化处理溶液可含有氢氧化钠或氢氧化钾或是硼酸钠或硼酸钾一类的物质，优选硼砂。硼酸和硼砂或其它硼酸盐在一种或多种用于处理取向的偏振膜的溶液中的浓度可以不同。优选硼酸与硼砂或其它硼酸盐相比以较高的浓度存在，并且溶液可含有从约5重量％到约20重量％的硼酸和从0重量％到约7重量％的硼砂。优选的浓度范围是硼酸为约6重量％-16重量％，而硼砂为0重量％-3重量％。
使偏振片或偏振膜在一种或多种硼酸化处理溶液中浸泡吸收约一分钟到约三十分钟的时间，并且优选温度保持在约50℃或更高。优选的硼酸化处理温度范围为约70℃到约110℃。分子取向的聚合物膜的硼酸化处理可在各种条件下进行。例如，硼酸化处理溶液的温度可以不同，在高温下可以增加其浓度。有利的是，可将溶液加热到至少50℃或更高以便使聚合物片快速“溶胀”和交联。
在将偏振片暴露于含硼的溶液之后，可以漂洗和干燥偏振片。可以采用任何合适的方法漂洗该偏振片，例如，使该片经过去离子水浴槽，或者将去离子水喷淋在该片上。可通过(例如)对流或辐射的加热方式来干燥该片。另一种方法是，可以使该片经过对流炉。
在该过程中可以向硼酸化处理浴槽中加入处理试剂作为助剂，例如加入表面活性剂(如可购自位于美国康涅狄格州Danbury市的Union Carbide公司，产品名为Triton X100)。
如果偏振片没有处于拉伸状态下，则该偏振片在硼酸化处理步骤期间通常会收缩。偏振片收缩使得偏振片能够吸收更多的含硼的溶液，从而导致更高程度的交联，与此相伴的是，环境稳定性得以提高。可以在硼酸化处理之后再拉伸偏振片。例如，在第三拉伸步骤中，可以使该片拉伸到收缩后长度的大约120％。可以在该片仍处于硼酸化处理浴槽中期间，或者在该薄片已经从硼酸化处理浴槽中取出之后，进行再拉伸。例如，如果在硼酸化处理步骤之后进行漂洗和干燥，则可以在去离子漂洗浴槽中或者在干燥的同时进行再拉伸。
在第二拉伸步骤和/或硼酸化处理步骤之后，所得到的本征偏振器可以粘合或层叠到可任选的支持层上。该可任选的支持层可以与前面已被剥离掉的可任选的支持层相同或不同。
湿拉伸、转化和硼酸化处理的过程可以作为连续的整套的过程施加到PVA型膜上。这种连续的方法比过去一直用于本征偏振器的多步骤方法更简单，从而提高膜产量，并且降低偏振器成本。
为了进一步阐述本发明，举出如下例子，但不能认为本发明受这些例子的限制。除非另外指明，所有份数、百分数和比率均以重量比计。在例子中，生料K样品的非偏振光透射率的测定方法是使白光光束依次通过样品、适光过滤片和光电探测器。本征偏振器的生料K样品的非偏振光透射率的范围一般在15％到约50％之间。将样品偏振器与高效检偏器以两者的轴彼此平行的方式重叠放置来测定轴平行透射率(Tpar)，将样品偏振器与高效检偏器以两者的轴彼此成直角的方式重叠放置来测定轴正交透射率(Tperp)，根据下述等式由Tpar和Tperp计算偏振效率偏振效率η(％)＝(Tpar-Tperp)/(Tpar+Tperp)×100 (3)除非另外指明，对于所有例子均使用硼酸浓度为9％-12％和硼砂浓度为3％的硼酸化处理水溶液。
例1-双折射特性四个PVA型膜样品被拉伸不同的量，如表I所列出的那样。制备这些样品是为了测量由于当拉伸PVA膜时PVA分子发生取向所产生的双折射性的。从该表中可知，与取向度有关的双折射量随着拉伸量增大而增大。此外，膜随着拉伸量增大而变薄。
表I
每个膜都是得自日本大阪市的Kuraray公司的2400 DP PVA，其含有大约12％的甘油增塑剂，并且在拉伸前的厚度为75μm，宽度为26英寸(66cm)。所有样品在第一湿拉伸步骤中拉伸400％，然后在IR照射下在第二拉伸步骤中拉伸不同的量。对于样品1-4，在没有酸的情况下，在去离子水中进行湿拉伸。因此，没有脱水催化剂，所以当膜暴露于IR灯下时没有发生转化。除非另有指明，在所有的情况下，IR灯都是得自位于美国明尼苏达州Brandon市的ProcessThermal Dynamics公司的中间波长的FS系列的Protherm红外加热器。表II中列出制作样品1-4的条件。
表II-样品制造条件
除了样品1之外，所有样品的输入线速度都是0.25cm/s，相当于0.5英尺/分钟。样品1传送得快一倍，即其线速度为0.5cm/s(1英尺/分钟)。将膜输入保持在36.7℃的温度下的水浴中。在水中的路径长度为86cm(34英寸)。将这些样品在水中均拉伸400％。拉伸量的值表示拉伸之后的长度与拉伸之前的长度之比。因此，400％的拉伸量表示1单位长度的膜被拉伸成4单位长度。
然后，把这些膜从水槽中取出，将它们暴露于IR光下，该IR光来自其温度可调的IR灯。IR灯具有反射镜，该反射镜位于加热元件后面，以把热反射向膜。在所有情况下，反射镜与膜之间的距离为7.5cm。当这些样品暴露于IR灯时，不同的样品被拉伸不同的量。样品1在暴露于IR灯时没有拉伸，如100％的拉伸量所示。在湿拉伸和IR拉伸步骤中这些膜没有采用支持层支撑。
例2-偏振特性再制备四个样品，用于测量膜的偏振性能如何依赖于拉伸量。
表III
除了水浴中含有酸外，与上述例1中的样品1-4一样地制备样品5-8。因此，对于样品5-8，暴露于IR灯会引起膜转化。利用分光光度计(Cary型号5E)测量非偏振光通过所制作的膜的透射率，从这些透射率测量值计算出非偏振光的透射率(Kv)。Kv是与透射轴平行偏振的光通过膜的透射率(Tpar)和与透射轴垂直偏振的光通过膜的透射率(Tperp)的平均值。利用上文提供的等式(3)计算出偏振效率。
二向色比D在上面等式(1)中定义了。表III中所列的结果说明了，偏振效率和二向色比一般随着拉伸量增大而增大，而在通过偏振态下的光的透射率基本上保持恒定的值。但是，样品8的偏振效率和二向色比的值稍微小于样品7的相应值。转化条件和硼酸化处理条件影响所得到的偏振膜的光学特性。样品8的转化条件和硼酸化处理条件未被优化。我们认为，拉伸850％的膜的偏振性能可能会随着硼酸化处理条件的优化而提高。
样品7和样品8的偏振效率都高，超过了99.94％，并且二向色比都高于100。因此，相比于以前得到的KE偏振器的值，样品7和样品8的偏振性能明显得到了改善。
表IV中列出了制作样品5-8的条件。
表IV-样品制造条件
在转化期间进行的第二拉伸步骤之后，将这些膜放入含有硼酸和十水硼酸钠(Na2B4O7·10H2O，也称为硼砂)的硼酸化处理浴槽中。这些膜可以在硼酸化处理浴槽中松弛，结果膜的长度收缩了13％。将这些膜从硼酸化处理浴槽中取出后，用水进行漂洗，并且在对流炉中进行干燥。在漂洗和干燥过程中对这些膜进行再拉伸(第三拉伸步骤)。在整个制造过程中这些膜没有被支持层支撑。
例3-色彩特性利用分光光度计对样品5-8进行波长相关吸收率测量，针对透过单层的光以及透过一对正交层(透射轴相互垂直)的光，计算样品5-8的色彩特性。图2示出不同样品的吸收光谱。样品5-8的吸收光谱在图2中分别标明为曲线205、206、207和208。然后计算透射光的色调并列在表V中。除非另有说明，在采用冷阴极荧光管(CCFT)照明的情况下计算色调，LCD显示器(例如膝上型计算机)常用CCFT进行照明。图3示出CCFT光源的光谱，该光谱被归一化，即在所示的波长范围内对曲线以下的区域进行积分所得的总强度等于1。根据CIELAB色系给出色彩或色调，该色系采用三个坐标L*、a*和b*。L*坐标表示亮度，a*坐标表示红/绿颜色，b*坐标表示黄/蓝颜色。a*的正值对应于红色，a*的负值对应于绿色。b*的正值对应于黄色，b*的负值对应于蓝色。(a*，b*)坐标为(0，0)时表示中性色调，即黑色、灰色或白色，这取决于L*坐标的值。此外，a*或b*的大小小于1的值与中性色调相比，几乎不能察觉到色彩变化。给出单层薄片、透射轴取向相互平行的两层薄片以及透射轴取向相互正交的两层薄片的色彩特性。
表V-色彩特性
样品5的色彩特性相对较差，因为在正交结构中的a*和在平行以及正交的两种结构中的b*都非常大。从另一方面来说，样品6-8具有明显改善的色彩特性。样品7和样品8都表现出a*或b*的大小小于2，事实上，正交结构中的样品7的a*或b*的大小都小于1。具体来说，样品7在正交结构中表现出中性色调，在单层结构中表现出稍蓝色的色调。另外，样品8在正交结构中表现出基本上中性的色调，在单层结构中比样品7表现出更中性的色调。在平行结构中，样品7和样品8都表现出a*值小于1的色调，并且它们的b*值大小也是可以接受的，均小于7。这些色彩特性相对中性，因为共轭的亚乙烯基嵌段的浓度在较宽的n值范围内相对恒定不变，其中n是在亚乙烯基嵌段中共轭的乙烯基单元的数目，如美国专利申请No.10/277,252中所述，该专利文献以引用方式并入本文中。
因此，样品7和样品8提供良好的偏振特性，如表III所列的那样，同时也提供良好的色彩特性。以前在没有诸如染料之类的外来生色团的辅助下，在高偏振质量的K型本征偏振器中得不到这种色彩中性。
例4-偏振特性和色彩特性的均匀性对在上述就样品7所列出的条件(即总拉伸量为720％)下制作的膜，测量膜的横向方向(横维方向(cross-web))的光学特性的均匀性。拉伸的膜的宽度为大约9英寸(23cm)。自膜的一个边缘开始在每隔一英寸(2.5cm)的位置上，测量透射率、Kv、偏振效率、二向色比和色彩。这些结果示出于表VI和表VII。
表VI-偏振特性与在膜中位置的关系
Kv的值还以图4中所示的曲线形式示出。Kv在膜的整个宽度方向上变化大约±0.6％。偏振效率在膜的横向方向上变化大约±0.02％，并且二向色比在膜的横向方向上变化大约±5。偏振特性在膜的横向方向上的变化相对较小。
表VII-色彩特性与在膜中位置的关系
色彩特性在整个膜上仅有少量变化。例如，除了靠近边缘的1个值外，在正交结构中的所有色调的数值都小于1，该数值1所表示的色彩变化是人眼可以察觉到的最低限度(如果的确可以察觉到的话)。唯一大于1的值(离边缘2.5cm处的b*)仅稍微大于1，这是人眼刚好能察觉得到的。在单层结构中，a*的大小都保持小于1，而b*的大小在2.603和4.073之间变化。
例5-IR灯温度研究灯温度对偏振特性和色彩特性的影响。在与上述就样品7所列出的相同的条件下制造样品9-12，不同之处在于，灯温度是变化的，并且硼酸化处理条件是硼酸浓度为约9.5％；十水硼酸钠浓度为约3％。
从采用双光束分光光度计所进行的测量值计算出不同偏振片的吸收率(光学密度)和透射率。所得到的单个偏振片的吸收率和透射率分别示于图5和图6中。该吸收率是本征吸收率，并且是由于膜自身中的聚亚乙烯基嵌段的本征吸收所产生的，而不是由于添加到膜中的物质例如碘或染料所产生的。样品9-12的吸收曲线在图5中分别标明为曲线509、510、511和512。此外，样品9-12的透射曲线在图6中分别标明为曲线609、610、611和612。
样品10和样品11的吸收率在光谱的蓝光区域是特别高的，而对于采用以前构造方法的K型偏振器，在该光谱区域上观看到的吸收率相对较低。具体来说，550nm处的吸收率与400nm处的吸收率之比R为大约1.54，这说明了，在光谱的蓝光端的吸收率为光谱的中间区的吸收率的大约三分之二。因此，样品10和样品11都表明了，该比值R小于2，并且小于1.7。
对于不同偏振器样品，光通过偏振轴正交的两层偏振片的透射率示于图7中。样品9-12的透射曲线分别标明为曲线709、710、711和712。在图6和图7中，y轴上所绘的透射率是透射率的绝对值。因此，0.1的透射率值表示10％的入射光透射通过这些偏振器。将图7的数据与其光谱在图3中示出的CCFT光源的数据卷积后，正交偏振器的透射光谱示于图8中，其中对CCFT光源的光谱针对人眼的响应进行了适光校正。样品9-12的适光校正后的透射曲线在图8中分别标明为曲线809、810、811和812。
样品9-12的偏振特性示于表VIII中，透射特性示于表IX中，色彩特性示于表X中。
表VIII-偏振特性
对比率定义为平行结构透射率与正交结构透射率的比值，在下面表IX中列出。应当注意，在伴随R值相对较低的情况下，样品10和样品11所表现出的偏振效率大于99.8％，同时这两个样品的二向色比D大于110。
表IX-透射特性(％)
在对于用CCFT标准光源照明的偏振器的、并针对人眼响应进行适光校正的可见光谱范围内对透射特性进行积分。正交透射率的值对应于在图8所示的曲线下的面积。
表X-色彩特性
表X所列出的色彩特性对应于在由标准CCFT光源发出的并通过具体偏振器结构的光的照射下所产生的、计算所得的色调。因此，“单层”是指透过单层偏振器样品的光的色调，“平行”是指通过由透射轴相互平行的两层偏振器样品组成的层堆的光的色调，“正交”是指通过由透射轴相互垂直的两层偏振器样品组成的层堆的光的色调。
从表VIII-X和图5-8中可知，当在该具体制造过程中所用的灯温度在560℃-570℃的范围内时，偏振器的性能达到最佳。需特别注意的是偏振器在光谱的蓝光区域的性能。以前，在本征偏振器中，在光谱的蓝光区域无法达到高Az值和低Tz值。湿拉伸、在转化的同时拉伸这些过程改善了对蓝光的性能，其中得到了低透射率和高吸收率。在整个蓝光区域(400nm-500nm)内吸收率大于2，并且对于在400nm-500nm范围内的某些波长的吸收率大于3。因此，正交结构的样品的色彩的变化相对较小。具体而言，样品10和样品11所表现出的a*和b*的值的大小都小于2，并且b*的值小于1。
在560℃-570℃范围外的灯温度提高了蓝光透射率，例如，如图6所示的对应于550℃和580℃的灯温度的曲线。透射率的提高可能说明了，与在大约560℃-570℃的温度的情况相比，在550℃和580℃的温度的情况下，在转化过程中较短的共轭亚乙烯基嵌段(n值较小)数目更小。此外，在高于最佳温度的温度(例如580℃)下，在光谱的红光区域的光的透射率增大了。在600nm-700nm的区域内对应于580℃的曲线偏离其它曲线说明了这点。这样可能表示了，当温度高于最佳温度时，较长的共轭亚乙烯基嵌段(n值较大)的数目减小了。
例6-控制“蓝漏”传统方法制备的K型偏振器的正交状态的吸收光谱会出现所谓的“蓝漏”的缺陷，其中，对于在大约450nm以下的波长的吸收率降低到相对较小的值。当前可接受的提高蓝光吸收的方法是向本征偏振膜中添加蓝光吸收染料。但是，例5中所示出的数据提示了，通过控制在转化过程中所用的温度和IR灯的功率，可以在一定程度上控制蓝光吸收。因此，使用上面所述的制造方法，能够控制所得到的偏振膜的黄-蓝轴(或b*轴)上的颜色。这是由于膜中的生色团的脱水链长度分布被调节之故，而且短链(n值较小)的比例相对较大会提高蓝光吸收。
因为无需添加蓝光吸收染料，所以比较容易控制所得到的偏振器的制造，即只需控制加热源，而无需精确地控制蓝光吸收染料的吸附。另外，因为吸收性生色团是PVA基体固有的，并且没有染料吸附在偏振膜表面上，所以所得到的偏振器提高了其环境稳定性。
为了进一步研究K型偏振器对蓝光的性能，采用以下的方法制备大量的样品。将包含大约12重量％甘油增塑剂的、平均聚合度为大约2400的、75μm厚的聚乙烯醇的流延膜在经过温度为52℃的大约0.05当量的盐酸水溶液的同时拉伸，拉伸量为650％。拉伸之后，将该膜经过用于加热膜的IR加热区域，从而使得一些PVA转化成聚亚乙烯基嵌段。在以这种方式继续处理该膜时，提高施加到IR加热区域的功率，并且使用热电偶监测加热器的温度。该加热器的几何结构不同于例1-5中所用的加热器的几何结构，所以在上述例子中所讨论的IR加热器的温度不必一定对应于本例子的加热器的温度。
在提高加热温度时，抽检所得到的未硼酸化处理的偏振器。用UV-可见光分光光度计测量未硼酸化处理的偏振器在由方解石晶体检偏器定向的两个正交吸收轴(y和z)上的光谱。用所得到的Az和Ay光谱曲线，计算出该生料偏振器样品的随IR温度变化的平行和正交状态色彩和Az分量的最大吸收的波长(λmax)。
这些结果示于图9的曲线图中。λmax(实线)的值随着温度升高而降低，这说明较短的共轭的亚乙烯基分子链(n值较小)的浓度随着温度升高而增大。此外，图9中所示的曲线(虚线)还示出正交偏振器的b*的值与IR温度的函数关系。对于该特定的制造方法，在大约645℃的温度时b*的值接近零。
例7-不同类型的偏振器的比较将根据这里所讨论的方法制造的偏振器(称为湿KE或湿拉伸的KE)与其它类型的偏振器的性能进行比较。在与样品10相似的制造条件下制造湿拉伸的KE。
其它类型的偏振器包括碘偏振器、染料物质偏振器和干拉伸的KE偏振器(干KE)。碘偏振器具有夹于两层三乙酸纤维素(TAC)之间的一层吸附有碘分子的PVA，并且是从由位于美国新泽西州Mahwah市的Sharp Electronics公司提供的型号为13B2UA的夏普LCD电视机中取出的。染料物质偏振器具有夹于两层TAC之间的一层吸附有二向色性染料的PVA，并且是从由位于美国乔治亚州Atlanta市的Philips Consumer Electronics North America公司提供的型号为LTE072T的飞利浦有源矩阵显示器中取出的。
干拉伸偏振器是采用包括在182℃的7倍干拉伸步骤的方法制造的K型偏振器。在干拉伸步骤之后，将该膜暴露于盐酸蒸气中，然后使烟熏的膜在超过125℃的温度的炉中加热来进行脱水，例如，如美国专利No.5,666,223中所讨论的那样。
将该膜浸入第一硼酸化处理浴槽中，该浴槽保持在80℃的温度下，并包含7％硼酸和3％硼砂的溶液。在第一浴槽中，该膜被松弛10％的长度。然后，将该膜浸入第二硼酸化处理浴槽中，该浴槽保持在88℃的温度下，并包含9.5％硼酸和3％硼砂的溶液。在第二硼酸化处理浴槽中将该膜拉伸，拉伸比为1.15，然后，在将该膜从第二硼酸化处理浴槽中取出之后再次拉伸该膜，拉伸比为1.06，总拉伸比为7.7。在完成最后拉伸之后，干燥该膜。
采用Cary型号为5E的分光光度计进行测量，从这些测量值计算出每个偏振器的随波长变化的吸收率。对于与每个偏振器的透射轴平行偏振的光，每个偏振器的吸收率(光学密度)与波长的函数关系示于图10中。碘偏振器、染料物质偏振器、干拉伸偏振器和湿拉伸偏振器的吸收曲线在图10中分别标明为曲线1002、1004、1006和1008。对于与每个偏振器的透射轴垂直偏振的光，每个偏振器的吸收率(光学密度)示于图11中。碘偏振器、染料物质偏振器、干拉伸偏振器和湿拉伸偏振器的吸收曲线在图11中分别标明为曲线1102、1104、1106和1108。关于四个不同类型的偏振器的偏振特性和透射特性列于表XI中，色彩特性列于表XII中。
表XI-偏振特性和透射特性
表XII-色彩特性
染料物质偏振器明显比其它三种类型的偏振器吸收更多的在通过偏振态下的光，如图10的高吸收率所示。这导致了染料物质偏振器的Kv值和平行透射率明显更低，如表XI所示。碘偏振器和染料物质偏振器都具有TAC层，TAC吸收蓝色光这解释了在图10中对于小于约430nm的波长，碘偏振器和染料物质偏振器具有基本上相同的吸收率。从另一方面来说，湿拉伸KE偏振器和干拉伸的KE偏振器比碘偏振器和染料物质偏振器吸收更少的约450nm以下波长范围内的光。我们认为，这种蓝光吸收值相对较低是由于在KE偏振器中没有TAC层的缘故。
现在考虑图11所示的吸收曲线，这些曲线示出了与透射轴垂直偏振的光的吸收率，对于400nm-700nm范围的波长，碘偏振器表现出最高的吸收率值(OD大约4.5)。另一方面，湿拉伸KE偏振器具有约4的最大OD，并且对于在约400nm和550nm之间的波长表现出与碘偏振器相似的吸收水平。在400nm和550nm范围内，湿拉伸KE偏振器的吸收率比干拉伸的KE偏振器的吸收率明显高。这证实了用于制造湿拉伸KE偏振器的方法增大了短链(n值较低)聚亚乙烯基嵌段的数目。
阅读表XI中所列出的偏振特性和透射特性，说明了湿拉伸偏振器显示出比染料物质偏振器和干拉伸偏振器更好的性能，并且在绝大部分特性方面是与碘偏振器可相比的。此外，就表XII所列出的色彩特性而言，湿拉伸KE偏振器所表现出的色彩性能与碘偏振器的色彩性能一样中性(如果没有比碘偏振器的色彩性能更中性的话)。具体来说，对于a*和b*透过平行结构的湿拉伸KE偏振器的光的色调比透过平行结构的碘偏振器的光的色调更中性。更具体来说，与碘偏振器的大于3的a*的大小相比，湿拉伸KE偏振器的a*的大小小于1。此外，湿拉伸KE偏振器的b*的值(6.1599)小于碘偏振器的b*的值(8.1189)。
对于正交偏振器结构，碘偏振器的a*和b*的大小都略微小于湿拉伸KE偏振器的a*和b*的大小。但是，湿拉伸偏振器的a*和b*的大小都小于1，这意味着湿拉伸偏振器没有可察觉到的色调，或者仅仅有刚好可察觉到的色调。对于平行结构和正交结构，染料物质偏振器的色彩特性与湿拉伸偏振器的色彩特性相似，但是染料物质偏振器的透射特性和偏振特性不如湿拉伸KE偏振器的透射特性和偏振特性好。
从图11中可知，在光谱的红端区，对于与透射轴垂直偏振的光的吸收而言，碘偏振器和染料物质偏振器都高于湿拉伸KE偏振器或干拉伸偏振器。但是，对于其中该光通过偏振器被人眼观看和/或照射偏振器的光源在光谱的红光区输出较低的那些应用场合，这不是明显有利的。
当考虑人眼能辨别的波长和常用的光源时，湿拉伸KE偏振器的性能与碘偏振器的性能相似。图12示出四种不同类型的正交偏振器的适光校正的透射率，其中，照明光源假定是标准的CCFT光源。碘偏振器、染料物质偏振器、干拉伸偏振器和湿拉伸偏振器的适光校正的透射曲线分别标明为1202、1204、1206和1208。每条曲线以下的面积对应于通过两层正交偏振器的经过了适光校正的透射率。染料物质偏振器和干拉伸偏振器都允许550nm峰值的光大量泄漏，干拉伸偏振器还让光谱的蓝光区的大量光透射。正交湿拉伸偏振器的透射率与正交碘偏振器的透射率几乎完全相同，除了在大约580nm和610nm处有小量的差异外。然而，正交湿拉伸偏振器的a*和b*的大小都小于1的事实证明了它们之间的差异小。
因此，根据本说明书制造的KE偏振器表现与碘偏振器基本上相同的透射特性、偏振特性和色彩特性。KE偏振器是固有的，与碘偏振器和染料物质偏振器不同，KE偏振器不需要吸附二向色性吸收物质，而且不需要为了环境稳定性而必须包含诸如TAC层。因此，实际应用的KE偏振器可以制得比碘偏振器或染料物质偏振器薄，也比碘偏振器或染料物质偏振器的结构简单些，并且制造成本更低。此外，湿拉伸偏振器比碘偏振器或染料物质偏振器更能经得起高湿度的条件。
本文所述的本征偏振器可以与其它层一起使用。例如，偏振器可以与基底一起使用以提供结构支撑，或者可以与液晶显示器一起使用。与偏振器一起使用的其他层可以是各向同性的，或者可以是双折射的。
本发明不应该被认为只局限于上述的具体例子，相反，应该这样理解，本发明覆盖附属权利要求
书中所清楚陈述的本发明的所有方面。一旦本发明所属领域的技术人员对本说明书进行阅读，对他们来说，可由本发明得到的各种变形、等同形式和多种结构将是显而易见的。本权利要求
书旨在覆盖这些变形和装置。
权利要求
1.一种由具有原始长度并包含羟基化线性聚合物的聚合物膜制造偏振器的方法，该方法包括拉伸所述聚合物膜的第一拉伸步骤；在所述第一拉伸步骤之后，将所述羟基化线性聚合物转化成在所述聚合物膜中排列的二向色性的、共聚物的聚亚乙烯基嵌段；以及在转化所述羟基化线性聚合物的同时在第二拉伸步骤中拉伸所述聚合物膜。
2.如权利要求
1所述的方法，其中，所述羟基化线性聚合物为聚乙烯醇、聚乙烯缩醛、聚乙烯缩酮或聚乙烯酯中的至少一种。
3.如权利要求
1所述的方法，其中，所述方法还包括在第二拉伸步骤拉伸所述聚合物膜之前使所述聚合物膜暴露于脱水催化剂中。
4.如权利要求
3所述的方法，其中，所述的将所述聚合物膜暴露于所述脱水催化剂中的过程包括使所述聚合物膜浸入包含所述脱水催化剂的浴液中。
5.如权利要求
3所述的方法，其中，所述脱水催化剂是液态的催化剂，其包括盐酸、氢溴酸、氢碘酸、磷酸和硫酸的甲醇溶液中的至少一种。
6.如权利要求
3所述的方法，其中，所述脱水催化剂中所含的所述盐酸的浓度范围为约0.01当量到约4.0当量。
7.如权利要求
3所述的方法，所述方法还包括在将所述聚合物膜暴露于所述脱水催化剂的同时在所述第一拉伸步骤中拉伸所述聚合物膜。
8.如权利要求
7所述的方法，所述方法还包括将所述聚合物膜浸入所述脱水催化剂中以及在所述聚合物膜浸在所述脱水催化剂中的同时在所述第一拉伸步骤中拉伸所述聚合物膜。
9.如权利要求
3所述的方法，所述方法还包括在将所述聚合物膜暴露于所述脱水催化剂之后在所述第一拉伸步骤中拉伸所述聚合物膜。
10.如权利要求
3所述的方法，所述方法还包括在将所述聚合物膜暴露于所述脱水催化剂之前在所述第一拉伸步骤中拉伸所述聚合物膜。
11.如权利要求
3所述的方法，其中，所述的转化所述羟基化线性聚合物的过程包括加热所述聚合物膜以使所述聚合物膜部分脱水，从而形成亚乙烯基嵌段链段。
12.如权利要求
11所述的方法，所述方法还包括在将所述聚合物膜暴露于所述脱水催化剂之后通过加热所述聚合物膜来转化所述聚合物膜。
13.如权利要求
12所述的方法，其中，所述的加热所述聚合物膜的过程包括使所述聚合物膜暴露于红外辐射。
14.如权利要求
12所述的方法，其中，所述的加热所述聚合物膜的过程包括以对流方式加热所述聚合物膜。
15.如权利要求
1所述的方法，其中，所述第二拉伸步骤是双向非松弛的、单向非松弛的或抛物面似的拉伸。
16.如权利要求
1所述的方法，其中，所述第一拉伸步骤是双向非松弛的、单向非松弛的或抛物面似的拉伸。
17.如权利要求
1所述的方法，其中，所述第一拉伸步骤包括将所述聚合物膜拉伸到中间长度，所述中间长度是所述原始长度的约3.5倍至约7倍。
18.如权利要求
17所述的方法，其中，所述第二拉伸步骤包括将所述聚合物膜拉伸到所述中间长度的约1.1至2.5倍的长度。
19.如权利要求
1所述的方法，其中，所述第一拉伸步骤和所述第二拉伸步骤中的拉伸合在一起使得所述聚合物膜被拉伸到所述原始长度的约4倍至约8.5倍。
20.如权利要求
1所述的方法，所述方法还包括在所述第二拉伸步骤之后对所述聚合物膜进行硼酸化处理。
21.如权利要求
20所述的方法，其中，所述的对所述聚合物膜进行硼酸化处理的过程包括使所述聚合物膜暴露于至少含有硼酸的硼酸化处理溶液中。
22.如权利要求
21所述的方法，其中，所述溶液含有约5重量％至约20重量％的硼酸。
23.如权利要求
21所述的方法，其中，所述溶液还含有硼酸钠和硼酸钾中的一种。
24.如权利要求
23所述的方法，其中，所述溶液含有约0重量％至约7重量％的十水硼酸钠。
25.如权利要求
21所述的方法，其中，所述硼酸化处理溶液的温度超过50℃。
26.如权利要求
25所述的方法，其中，所述硼酸化处理溶液的温度在约70℃至约110℃的范围内。
27.如权利要求
21所述的方法，所述方法还包括在将所述聚合物膜暴露于至少含有硼酸的所述硼酸化处理溶液之后对所述聚合物膜进行干燥。
28.如权利要求
20所述的方法，所述方法还包括在硼酸化处理所述聚合物膜的期间允许所述聚合物膜收缩到经过硼酸化处理的长度。
29.如权利要求
28所述的方法，所述方法还包括在硼酸化处理所述聚合物膜的期间允许所述聚合物膜收缩之后，在第三拉伸步骤中拉伸所述聚合物膜。
30.如权利要求
29所述的方法，其中，在所述的第三拉伸步骤中拉伸所述聚合物膜包括将所述聚合物膜至多拉伸到所述经过硼酸化处理的长度的约120％。
31.一种本征偏振器，其包括含有亚乙烯基聚合物嵌段的PVA型基体片，所述片限定了通过偏振轴和与所述通过偏振轴垂直的阻挡偏振轴，其电矢量与所述通过偏振轴平行的光基本上透射通过所述片，其电矢量与所述阻挡偏振轴平行的光基本上被所述亚乙烯基聚合物嵌段吸收，所述片所表现出的比率R的值小于2，其中R是对550nm的与所述阻挡偏振轴平行偏振的光的本征吸收率与对400nm的与所述阻挡偏振轴平行偏振的光的本征吸收率之比，所述片所表现出的偏振效率超过99％。
32.如权利要求
31所述的偏振器，其中，所述R的值小于1.7。
33.如权利要求
31所述的偏振器，其中，所述偏振效率大于99.5％。
34.如权利要求
33所述的偏振器，其中，所述偏振效率大于99.8％。
35.如权利要求
31所述的偏振器，其中，非偏振光通过所述片的平均透光率Kv大于42％。
36.如权利要求
35所述的偏振器，其中，Kv的值大于43％。
37.如权利要求
31所述的偏振器，其中，所述片表现出大于100的二向色比。
38.如权利要求
37所述的偏振器，其中，所述片表现出大于110的二向色比。
39.如权利要求
31所述的偏振器，其中，所述片所表现出的本征吸收光谱是这样的当与相同的片正交并用冷阴极荧光管CCFT光源照射时，所述片透射其a*坐标的大小小于2且b*坐标的大小也小于2的光。
40.一种本征偏振器，其包括含有亚乙烯基聚合物嵌段的PVA型基体片，所述片限定了通过偏振轴和与所述通过偏振轴垂直的阻挡偏振轴，其电矢量与所述通过偏振轴平行的光基本上透射通过所述片，其电矢量与所述阻挡偏振轴平行的光基本上被所述亚乙烯基聚合物嵌段吸收，所述片的本征吸收光谱是这样的当与相同的片正交并用冷阴极荧光管CCFT光源照射时，所述片透射其a*坐标的大小小于2且b*坐标的大小也小于2的光。
41.如权利要求
40所述的偏振器，其中，所述的透射的光的a*值的大小小于1。
42.如权利要求
40所述的偏振器，其中，所述的透射的光的b*值的大小小于1。
43.如权利要求
40所述的偏振器，其中，所述的透射的光的a*值的大小小于1，且b*值的大小也小于1。
44.如权利要求
40所述的偏振器，其中，所述片所表现出的比率R的值小于2，其中R是对550nm的与所述阻挡偏振轴平行偏振的光的吸收率与对400nm的与所述阻挡偏振轴平行偏振的光的吸收率之比。
45.如权利要求
44所述的偏振器，其中，R的值小于1.7。
46.如权利要求
40所述的偏振器，其中，所述片表现出的偏振效率超过99％。
47.如权利要求
46所述的偏振器，其中，所述偏振效率大于99.5％。
48.如权利要求
46所述的偏振器，其中，所述偏振效率大于99.8％。
49.如权利要求
40所述的偏振器，其中，非偏振光通过所述片的平均透光率Kv大于42％。
50.如权利要求
49所述的偏振器，其中，Kv的值大于43％。
51.如权利要求
40所述的偏振器，其中，所述片表现出大于100的二向色比。
52.如权利要求
51所述的偏振器，其中，所述片表现出大于110的二向色比。
53.一种本征偏振器，其包括含有亚乙烯基聚合物嵌段的PVA型基体片，所述片限定了通过偏振轴和与所述通过偏振轴垂直的阻挡偏振轴，其电矢量与所述通过偏振轴平行的光基本上透射通过所述片，其电矢量与所述阻挡偏振轴平行的光基本上被所述亚乙烯基嵌段吸收，所述片表现出大于100的二向色比。
54.如权利要求
53所述的偏振器，其中，所述二向色比大于110。
55.如权利要求
53所述的偏振器，其中，非偏振光通过所述片的平均透光率Kv大于42％。
56.如权利要求
55所述的偏振器，其中，Kv的值大于43％。
57.如权利要求
53所述的偏振器，其中，其中，所述片所表现出的比率R的值小于2，其中R是对550nm的与所述阻挡偏振轴平行偏振的光的吸收率与对400nm的与所述阻挡偏振轴平行偏振的光的吸收率之比。
58.如权利要求
57所述的偏振器，其中，R的值小于1.7。
59.如权利要求
53所述的偏振器，其中，所述片表现出的偏振效率超过99％。
60.如权利要求
59所述的偏振器，其中，所述偏振效率大于99.5％。
61.如权利要求
60所述的偏振器，其中，所述偏振效率大于99.8％。
62.如权利要求
53所述的偏振器，其中，所述片所表现出的本征吸收光谱是这样的当与相同的片正交并用冷阴极荧光管CCFT光源照射时，所述片透射其a*坐标的大小小于2且b*坐标的大小也小于2的光。
专利摘要
一种用于形成称为K型偏振器的本征偏振器的改良方法包括拉伸聚合物膜的第一拉伸步骤。该聚合物膜包含羟基化线性聚合物，该羟基化线性聚合物在所述第一拉伸步骤之后被转化成在该聚合物膜中排列的二向色性的、共聚物的聚亚乙烯基嵌段。在转化所述羟基化线性聚合物的同时在第二拉伸步骤中拉伸该聚合物膜。该方法得到了具有良好偏振特性和色彩特性的改良K型偏振器。例如，二向色比高于100，光通过正交结构的偏振器的色移低，并且对可见光谱中的蓝光区域的光的吸收比对可见光谱的中间区域的光的吸收的一半还要多。
文档编号G02B5/30GK1993637SQ20058002626
公开日2007年7月4日 申请日期2005年7月5日
发明者迈克尔·K·格拉克, 杰拉尔德·N·恩宽塔赫, 乔纳森·M·麦克, 普拉德恩娅·V·纳加尔卡, 菲利普·J·拉利 申请人:3M创新有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan