专利名称：偏光膜及提高偏光膜光学性质的方法
技术领域：
本发明关于一种偏光膜及提高偏光膜光学性质的方法，特别是关于一种由调整聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，PVA)薄膜中异构物的比例所形成的偏光膜，以及调整PVA薄膜中异构物比例来增加偏光膜的光学性质的方法。
背景技术：
偏光板(Polarizing Sheet)为液晶显示器关键性零件组，其主要功能为控制特定光波的偏振方向，使光通过或遮蔽，以增加黑白对比，并提供液晶显示器必要的显示特性。偏光板中的主要组成组件为偏光膜，而偏光膜大致可区分为吸收式及反射式两种形式，其中吸收式的偏光膜又可区分为O型、E型、金属栅型、碘及染料偏光膜。而染料(DyeType Polarizing Film)及碘偏光膜(Iodine Type Polarizing Film)利用碘离子(I3-及I5-)或染料分子扩散渗入一高分子薄膜层中，例如聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，PVA)薄膜层，通过碘离子或染料分子在此高分子薄膜层中做规则性的排列，因此，可吸收平行于其排列方向的光分量，而只让垂直方向的光分量通过，并产生一具有偏极光特性的偏光膜。
聚乙烯醇聚合物具有三种不同的立体异构物，分别为同排(Isotactic)、对排(Syndiotactic)及乱排(Atactic)，其化学式如下所示 同排异构物(isotactic)
乱排异构物(atactic) 对排异构物(syndiotactic)图1显示聚乙烯醇聚合物三种异构物的结构简图，图中可明显看出聚乙烯醇聚合物三种异构物的氢氧基的位置分布差异，而图2与图3则分别显示聚乙烯醇聚合物三种异构物的微观与巨观仿真立体结构。聚乙烯醇的三种异构物根据氢氧基在聚乙烯醇聚合物分子主链上空间分布位置的不同，而产生不同的立体异构物，并且，由于不同的立体结构规则性，会在聚乙烯醇聚合物产生分子间或分子内氢键，因此，也影响了聚乙烯醇聚合物在物性上的差异。传统的聚乙烯醇薄膜层会因聚乙烯醇聚合物分子主链上的空间排列位置的不同，造成染色不均匀的问题，使得偏光板的穿透率(Transmittance)不均匀。另外聚乙烯醇薄膜层本身所包含的立体异构物的不同比例会导致可接受的碘离子的量不同，造成可吸收的光向量的程度不同，进而影响偏光板的穿透率。
对于评估聚乙烯醇立体结构规则性，以聚乙烯醇聚合物在红外线光谱图上的波长916cm-1以及849cm-1的吸收强度比值(D916/D849)来作定量分析，并使用下列的方程式作计算对排异构物＝60×(D916/D849)+7％同排异构物＝78×(D916/D849)+59％乱排异构物＝18.7×(D916/D849)+34％
有鉴于上述传统偏光膜的缺点，因此极需提出一种偏光膜与增加偏光膜光学性质的方法，以解决上述传统偏光膜缺点，此即为本发明提出的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种偏光膜及提高偏光膜光学性质的方法，该方法所欲解决的技术问题为传统聚乙烯醇薄膜层因聚合物分子主链上的空间排列位置的不同，造成染色不均匀的现象，另外聚乙烯醇薄膜层本身所包含的立体异构物的不同比例所导致可接受的碘离子的量不同，造成可吸收的光向量的程度不同，进而使得偏光板的穿透率不均匀。
为达上述目的，本发明提供一种偏光膜，该偏光膜包含经染色、浸泡硼酸溶液及预定倍数延伸且包含对排、同排与乱排异构物的聚乙烯醇聚合物薄膜，其中对排异构物于聚乙烯醇聚合物中的含量比例经该预定倍数延伸及浸泡硼酸溶液后增加，而同排异构物于聚乙烯醇聚合物中的含量比例则减少；及分别位于该聚乙烯醇聚合物薄膜的上表面及下表面的二保护层。
为达上述目的，本发明还提供一种可提高偏光膜光学性质的方法，包含提供并澎润一聚乙烯醇聚合物薄膜，该聚乙烯醇聚合物包含对排、同排与乱排异构物；将该聚乙烯醇聚合物薄膜染色，其中包含加入碘离子及一硼酸溶液；及以预定倍数延伸该聚乙烯醇薄膜，其中对排异构物于聚乙烯醇聚合物中的含量比例经该预定倍数延伸及浸泡硼酸溶液后增加，而同排异构物于聚乙烯醇聚合物中的含量比例则减少。
综上所述，本发明的偏光膜是控制聚乙烯醇薄膜层中各立体异构物的比例，特别是增加对排(Syndiotactic)型态的立体异构物比例，以增加所吸收的碘离子的量与高分子薄膜的染色效果，使得碘分子可以均匀地渗透在高分子薄膜中，进而改善偏光膜的光学性质。而本发明的增加偏光膜光学性质的方法，是提供一高分子薄膜，接着以例如蒸馏水或去离子水浸润此高分子薄膜。再将高分子薄膜以碘离子染色并加入硼酸溶液，而在染色的亦同时包含对此高分子薄膜经一预定的延伸倍率延伸。最后，干燥此高分子薄膜。
通过上述技术特征，对照本发明与先前技术的功效，由于本发明控制聚乙烯醇薄膜层中各立体异构物的比例，特别是增加对排型态的立体异构物比例，以增加所吸收的碘离子的量与高分子薄膜的染色效果，使碘分子可以均匀地渗透在高分子薄膜中，进而改善偏光膜的光学性质，有效解决传统聚乙烯醇薄膜因染色不均所造成偏光板穿透率不均匀的问题。
为了能让本发明上述的其它目的、特征、和优点能更明显易懂，以下结合一较佳实施例，并配合所示附图，作详细说明。
图1显示聚乙烯醇聚合物三种异构物的结构简图；图2显示聚乙烯醇聚合物三种异构物的微观仿真立体结构；图3显示聚乙烯醇聚合物三种异构物的巨观仿真立体结构；图4显示聚乙烯醇同排立体异构物与碘离子(I5-)的立体结构；图5显示聚乙烯醇对排立体异构物与碘离子(I5-)的立体结构；及图6则显示聚乙烯醇聚合物同排与碘离子(I5-)及对排立体异构物与碘离子(I5-)分子炼群经高倍数延伸后的立体结构变化。
具体实施例方式
以下是本发明的详细说明，以下说明中对制程与结构的描述并不包括制作的完整流程。本发明所沿用的现有技艺，在此仅做重点式的引用，以助本发明的阐述。
本发明的可提高偏光膜的光学性质的方法中，将聚乙烯醇的对排型态立体异构物的比例增加，并控制在一定的比例范围内。由于对排立体异构物与聚乙烯醇薄膜的染色能力有关，据此，将对排立体异构物在聚乙烯醇薄膜中的比例提高，可增加碘离子被吸收的含量，使得碘离子可均匀地吸附在高分子薄膜中，并提高偏光膜的偏极特性，进而增加偏光膜的光学性质。
本发明的一较佳实施例中，将一高分子薄膜，特别是一聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，PVA)薄膜，在室温下将浸润在例如去离子水或蒸馏水中，浸润的时间范围为30秒～10分钟之间。接着将高分子薄膜干燥，并于一加热环境下加热，然后加入复数个二色性材料(DichroicSubstance)，例如碘离子(I3-及I5-)或染料分子进行染色。此加热温度范围为20℃～45℃。其中，复数个二色性材料以渗透的方式加入，此外，在复数个二色性材料中包含一硼酸溶液，此硼酸溶液的浓度范围为1～7％，更佳者在2～3％，加入此硼酸溶液可增加对排立体异构物的比例，并有助于固定高分子薄膜中复数个二色性材料的位置，并使得染料分子均匀地渗透至高分子薄膜中，因此，可帮助提升高分子薄膜的染色效果，且可使高分子薄膜染色均匀。
在染色的同时包含对此高分子薄膜做一预定延伸倍率的延伸，染色及延伸后可使复数个二色性材料中的碘离子或染料分子更有规则性地分布在其作用力的方向上，因此，碘离子或染料分子的排列会更具有一定的方向性，所以，可吸收更多平行于其排列方向的光向量，并让垂直方向的光向量完全地通过。据此，经由染色及延伸后的高分子薄膜，其聚乙烯醇对排立体异构物的比例可被增加因此，可使得高分子薄膜的染色能力提升，故增加了偏光膜的偏光性质，更者，提升了偏光膜的光学性质。而染色及延伸后聚乙烯醇立体异构物的比例如表一所示。聚乙烯醇聚合物薄膜经延伸后的偏光度可达99.9％，延伸倍数约为5至6倍，而最佳延伸倍数为5.26倍。
表一染色及延伸后所增加的聚乙烯醇立体异构物的比例
接着，将此高分子薄膜置于一烘箱中干燥，加热温度范围为25℃～45℃。加热此高分子薄膜可去除高分子薄膜中所包含的溶剂。最后，由于高分子薄膜在经过延伸的后，其机械性质会降低并变得容易碎裂，因此，在高分子薄膜的上表面及下表面分别形成一保护层，例如三醋酸纤维(Triacetyl-Cellulose，TAC)薄膜层，以作为支撑保护高分子薄膜且防止高分子薄膜回缩。且由于保护层具有低湿气渗透性(moisturepermeability)，因此，可用来保护高分子薄膜避免来自外在环境中湿气及高温的损害。
图4显示聚乙烯醇同排立体异构物与碘离子(I5-)的立体结构，而图5显示聚乙烯醇对排立体异构物与碘离子(I5-)的立体结构。图6则显示聚乙烯醇聚合物同排立体异构物与碘离子(I5-)及对排立体异构物与碘离子(I5-)分子炼群经高倍数延伸后的立体结构，经高倍数延伸后，聚乙烯醇聚合物中同排立体异构物的比例降低而对排立体异构物的比例则升高。
需要说明的是，利用本发明所述的可提高偏光膜光学性质的方法来增加偏光膜中聚乙烯醇的对排立体异构物的比例，形成一具有高偏光性质的偏光膜结构。将此结构加入一显示装置的应用中时，由于偏光膜具有染色均匀且良好的染色效果，因此，当提供一入射光源于此显示装置中时，可提高入射光偏极化的程度，亦即可得到包含本发明的具有高光学性质偏光膜的显示装置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述对于熟知本技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭露的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述的权利要求范围中。
权利要求
1.一种偏光膜，其特征是，该偏光膜包含经染色、浸泡硼酸溶液及预定倍数延伸且包含对排、同排与乱排异构物的聚乙烯醇聚合物薄膜，其中对排异构物于聚乙烯醇聚合物中的含量比例经该预定倍数延伸及浸泡硼酸溶液后增加，而同排异构物于聚乙烯醇聚合物中的含量比例则减少；及分别位于该聚乙烯醇聚合物薄膜的上表面及下表面的二保护层。
2.如权利要求1所述的偏光膜，其特征是，上述的聚乙烯醇聚合物薄膜以碘离子染色。
3.如权利要求1所述的偏光膜，其特征是，于上述的聚乙烯醇薄膜于染色、浸泡硼酸溶液及预定倍数延伸前先经澎润。
4.如权利要求3所述的偏光膜，其特征是，于上述的聚乙烯醇薄膜以去离子水进行澎润。
5.如权利要求1所述的偏光膜，其特征是，上述的硼酸溶液的浓度为1-7％。
6.如权利要求1所述的偏光膜，其特征是，上述的预定倍数约为5至6倍，最佳为5.26倍。
7.如权利要求1所述的偏光膜，其特征是，上述的保护层为一三醋酸纤维薄膜层。
8.一种可提高偏光膜光学性质的方法，其特征是，包含提供并澎润一聚乙烯醇聚合物薄膜，该聚乙烯醇聚合物包含对排、同排与乱排异构物；将该聚乙烯醇聚合物薄膜染色，其中包含加入碘离子及一硼酸溶液；及以预定倍数延伸该聚乙烯醇薄膜，其中对排异构物于聚乙烯醇聚合物中的含量比例经该预定倍数延伸及浸泡硼酸溶液后增加，而同排异构物于聚乙烯醇聚合物中的含量比例则减少。
9.如权利要求8所述的形成偏光膜光学性质的方法，其特征是，于上述的澎润该聚乙烯醇薄膜的步骤中，包含加入一去离子水以澎润该聚乙烯醇薄膜。
10.如权利要求8所述的可提高偏光膜光学性质的方法，其特征是，更包含于25℃-45℃温度下干燥该聚乙烯醇薄膜。
11.如权利要求8所述的可提高偏光膜光学性质的方法，其特征是，上述的硼酸水溶液的浓度为1-7％。
12.如权利要求8所述的可提高偏光膜光学性质的方法，其特征是，上述的预定倍数约为5至6倍，最佳为5.26倍。
13.如权利要求8所述的可提高偏光膜光学性质的方法，其特征是，更包括提供至少一保护层于该聚乙烯醇薄膜的一上表面或一下表面上。
14.如权利要求13所述的可提高偏光膜光学性质的方法，其特征是，上述的保护层为一三醋酸纤维薄膜层。
全文摘要
本发明提供一种偏光膜与提高偏光膜光学性质的方法。该偏光膜控制聚乙烯醇薄膜层中各立体异构物的比例，特别是增加对排型态的立体异构物比例，以增加所吸收的碘离子的量与高分子薄膜的染色效果，使得碘分子可以均匀地渗透在高分子薄膜中，进而改善偏光膜的光学性质。本发明的提高偏光膜光学性质的方法，是提供一高分子薄膜，接着以例如蒸馏水或去离子水浸润此高分子薄膜。再将高分子薄膜以碘离子染色并加入硼酸溶液，而在染色的亦同时包含对此高分子薄膜经一预定的延伸倍率延伸。最后，干燥此高分子薄膜。
文档编号G02F1/1335GK1815280SQ20051000598
公开日2006年8月9日 申请日期2005年2月2日 优先权日2005年2月2日
发明者陈丽珠, 郑尧中 申请人:力特光电科技股份有限公司