专利名称：薄型高功能偏振膜及其制造方法
技术领域：
本发明涉及薄型高功能偏振膜及其制造方法，所述薄型高功能偏振膜是通过将涂布于树脂基体材料上并经过干燥的聚乙烯醇类树脂层与树脂基体材料一体地进行染色及拉伸而成膜的。
背景技术：
已知有通过对聚乙烯醇类树脂(以下称为“PVA类树脂”)层进行染色，来制造吸附有二色性物质、且其中的二色性物质发生了取向的偏振膜、即所谓起偏器(以下称为“偏振膜”)的方法。其中，如图2的比较例所示，已知有下述方法通过在树脂基体材料上涂布聚乙烯醇类树脂(以下称为“PVA类树脂”)的水溶液并进行干燥来形成包含薄的PVA类树脂层的叠层体，并通常在烘箱等加热装置中使用拉伸机对该叠层体进行干式拉伸，然后再进行染色来制造吸附有二色性物质、且其中的二色性物质发生了取向的薄型偏振膜的方法；或者，首先通过进行染色使二色性物质吸附于包含薄的PVA类树脂层的叠层体，然后通过在加热装置中使用拉伸机进行干式拉伸来制造其中的二色性物质发生了取向的薄型偏振膜的方法。用于液晶显示元件的贴合于液晶单元正反面的偏振膜通常通过下述方法得到将6(Γ80 μ m的PVA类树脂的单层体架设于例如具有圆周速度不同的多组辊的辊搬运机上，通过进行染色使其吸附二色性物质，然后在常温飞(TC左右的水溶液等中进行湿式拉伸，从而得到二色性物质发生了取向的2(Γ30 μ m厚的偏振膜。这是厚型偏振膜。目前得到实用化的是可用于大型电视机的具有单体透射率42%以上且偏振度99. 95%以上的高光学特性的偏振膜、即所谓的厚型高功能偏振膜。但由于PVA类树脂为亲水性，因此上述偏振膜对于温度、湿度的变化敏感，容易发生伸缩，并且由于容易发生伸缩而导致容易产生翘曲。因此，为了抑制伸缩以及减轻温度、湿度的影响，通常使用两面贴合有保护膜的偏振膜。但即使采取这样的构成，在使用厚型偏振膜的情况下，也难以抑制偏振膜的伸缩，在贴合于液晶单元等部件上时，会导致部件上产生应力，从而成为导致液晶显示元件发生显示不均的原因。这是厚型偏振膜所存在的技术问题之一。另外，当然还存在应满足薄型化及低能耗这样的时代要求的技术问题。为此，要求开发一种能够替代厚型偏振膜的薄型偏振膜，而在将薄的PVA类树脂单层体、例如厚度50 μ m以下的PVA类树脂膜架设于例如辊搬运机上，并在常温飞(TC左右的水溶液等中进行湿式拉伸的情况下，由于其是亲水性高分子组合物，因此会导致薄的PVA类树脂膜发生溶解、或无法承受施加于膜上的张力而发生断裂。即，很难由薄的PVA类树脂膜稳定地生产薄型偏振膜。于是，作为新型的薄型偏振膜制造方法而开发了下述方法如专利文献广3所示，通过将在具有厚度的树脂基体材料上形成的薄的PVA类树脂层与树脂基体材料一体地进行干式拉伸，从而在树脂基体材料上成膜薄型偏振膜的方法。这些方法不在水溶液等中进行湿式拉伸，而是通过在烘箱等加热装置中利用拉伸机对树脂基体材料和PVA类树脂层的叠层体膜与树脂基体材料一体地进行干式拉伸，然后再浸溃于染色液中，由此来制造成膜于树脂基体材料上、且其中的二色性物质发生了取向的薄型偏振膜。根据这样的制造方法，首先在树脂基体材料上涂布包含PVA类树脂的水溶液并进行干燥，以形成厚度十几Pm的PVA类树脂层，然后，在烘箱等加热装置中利用拉伸机进行干式拉伸，再通过进行染色使二色性物质吸附，可形成厚度为几μ m、且其中的二色性物质发生了取向的薄型偏振膜。上述形成的偏振膜是薄型偏振膜。从显示元件的薄型化、消除显示不均、降低能耗等观点来看，期待这样的制造方法以及薄型偏振膜的前景。但是，正如图4或图5的比较例I及2所示，至今为止，这样的制造方法的薄型偏振膜仍存在光学特性低的技术问题。 首先，作为背景技术，首先要针对光学特性加以整理。可以明确的是，能够应用于大型显示元件的偏振膜的光学特性可以用偏振度P和単体透射率T表示。偏振膜的性能通常可由T-P曲线表示，该T-P曲线是通过对处于折衷(trade off)关系的偏振度P和単体透射率T这2个光学特性值作图而得到的。參考图6的模式图。T=50%且Ρ=100%为理想特性。T值越低，则P值越易提高，T值越高，则P值越难提高。因此，薄型偏振膜所未能实现的99. 95%以上的偏振度Ρ、42. 0%以上的単体透射率Τ，是目前或将来作为大型显示元件等的偏振膜性能所要求的光学特性。这里，理想特性为Τ=50%且Ρ=100%，但在光透过偏振膜时，在偏振膜与空气的界面处会发生部分光反射的现象。考虑到该反射现象吋，由于该反射的部分会导致透射率降低，因此实际上能达到的T值的最大值为45 46%左右。偏振度P可用来表征偏振膜或显示器的对比度(CR)。99. 95%的偏振度P相当于偏振膜的CR为2000:1，将该偏振膜用于通常市售的液晶电视用单元时，相当于显示器的CR为1050:1。对于偏振膜及显示器而言，都是CR越大，显示的反差越优异，越容易观看。如后所述，偏振膜的CR是用平行透射率除以垂直透射率而得到的值。显示器的CR是用最大亮度除以最小亮度而得到的值。最小亮度是全黑显示时的亮度，对于假定为通常的试听环境的液晶电视而言，要求其最小亮度为O. 5cd/m2以下。超过该值，则色彩再现性降低。另夕卜，最大亮度是全白显示时的亮度，对于假定为通常的试听环境的液晶电视而言，要使用最大亮度在45(T550cd/m2范围的显示器。低于该值，则视觉辨认性下降。基于此，对于液晶电视，通常要求具有1000:1以上的CR。另ー方面，考虑到液晶单元中的消偏振，要求偏振膜的CR为2000:1以上。这相当于99. 95%以上的偏振度P。此外，作为用于液晶电视的偏振膜，通常使用单体透射率T为42.0%以上的偏振膜。偏振膜的単体透射率T低于42.0%时，会导致显示器的亮度L下降。例如，与使用T=42. 0%的偏振膜的显示器亮度L=IOO的情况相比，使用Τ=40. 0%的偏振膜的显示器亮度为L=90。这说明，为了确保T=42. 0%的显示器亮度L=100，需要将使用Τ=40. 0%的偏振膜的显示器的光源、使用时的起动能量(点灯ヱネルギ一)増加10%。考虑到用于显示元件的光源，为了获得相当于偏振膜的単体透射率T为42. 0%的显示器，需要通过使光源本身实现高亮度化来提高显示器亮度し现有技术文献
专利文献专利文献I :日本特开2001-343521号公报专利文献2 日本专利4279944号公报专利文献3 :日本特开昭51-069644号公报
发明内容
发明要解决的问题本发明的目的在于提供具有高光学特性的薄的偏振膜、即所谓薄型高功能偏振膜，以及其制造方法。解决问题的方法本发明人等为改善薄型偏振膜的光学特性而进行了深入研究，结果注意到，迄今为止的制造方法均必须要在烘箱等加热装置中使用拉伸机进行干式拉伸。而由于进行干式拉伸是为了促进树脂基体材料及形成在该树脂基体材料上的PVA类树脂层的结晶化，因此很难将叠层体本身拉伸至原长的5倍以上。对于对单层体进行干式拉伸而制造厚型偏振膜的情况，也同样会出现该结晶化现象。由于PVA类树脂层的结晶化和拉伸倍率的极限，无法使二色性物质充分取向。这是第I个技术问题。当然，至今尚未开发出能够与经过湿式拉伸的厚型偏振膜的光学特性相比拟的薄型偏振膜。PVA类树脂为亲水性高分子组合物，易溶于水。本发明人等针对下述内容进行了深入研究如何使薄的PVA类树脂层在水溶液中实现不溶化，如何通过高倍率拉伸使吸附的二色性物质发生高级次取向，进而，如何实现具有高光学特性的薄型偏振膜。本发明人等发现，对于涂布PVA类树脂的水溶液并进行干燥而在树脂基体材料上形成的薄的PVA类树脂层，可以在低温(65°C以下)硼酸水溶液中与树脂基体材料一体地拉伸至高倍率(5倍以上)。更具体而言，通过在低温(65°C以下)硼酸水溶液中利用交联作用对在树脂基体材料上形成的薄的PVA类树脂层进行不溶化，可以将经过不溶化的薄的PVA类树脂层与树脂基体材料一体地拉伸至5倍以上的倍率。进ー步，需要特别强调的是，本发明人等发现了下述令人惊讶的結果由于水分子的增塑剂作用，即使在温度比树脂基体材料本身的玻璃化转变温度低的硼酸水溶液中，也能够将薄的PVA类树脂层与树脂基体材料一体地拉伸至高倍率。由此发现，如图4或图5的实施例I及2所示，通过进行抑制PVA类树脂的结晶化的高倍率拉伸，可获得充分吸附了二色性物质并使其取向的可用于大型显示元件的高光学特性的薄型偏振膜、即所谓的薄型高功能偏振膜。以下，针对薄型高功能偏振膜及其制造方法中使用的エ序及作用进行说明。(a)低温(65°C以下)硼酸水溶液中的拉伸作用为了在水溶液中将厚度为十几μ m以下的薄的PVA类树脂膜拉伸至高倍率，即使将其形成在厚度为20 μ m以上的树脂基体材料上，也必须为PVA类树脂膜本身赋予能够耐受拉伸时所施加的张力、并且在拉伸中不会溶于水的耐水性。即，必须是经过了不溶化的PVA类树脂膜。如下式所示，硼酸在水溶液中会生成四羟基硼酸根阴离子。H3B03+H20 <- H++[B (OH) J ^、
推測该四羟基硼酸根阴离子会与こ烯醇类聚合物的羟基形成氢键，使こ烯醇类聚合物发生交联。作为该交联状态，可以认为化学式(I)所示的状态为推定模型之一(化学式(I)的虚线的键为交联键)。通过该交联，こ烯醇类聚合物发生不溶化。[化学式I]
权利要求
1.一种薄型高功能偏振膜，其是一体地成膜在树脂基体材料上的厚度为7μπι以下的薄型高功能偏振膜，该薄型高功能偏振膜由聚乙烯醇类树脂形成、且其中二色性物质发生了取向，其中， 所述薄型高功能偏振膜具有单体透射率为42. 0%以上以及偏振度为99. 95%以上的光学特性。
2.根据权利要求I所述的薄型高功能偏振膜，其中，树脂基体材料为透明基体材料。
3.根据权利要求I或2所述的薄型高功能偏振膜，其中，二色性物质为碘、有机染料或它们的混合物。
4.一种薄型高功能偏振膜，其由聚乙烯醇(PVA)类树脂层形成，且其中二色性物质发生了取向， 其中，所述PVA类树脂层被拉伸成厚度为7μπι以下，且在拉伸方向具有发生了取向的 分子，所述二色性物质以在拉伸方向发生了取向的络合物的形态存在于所述PVA类树脂层内， 所述偏振膜具有单体透射率为42. 0%以上以及偏振度为99. 95%以上的光学特性。
5.根据权利要求广4中任一项所述的偏振膜，其中，所述聚乙烯醇类树脂是通过拉伸而发生了取向的聚乙烯醇类树脂层的状态，所述二色性物质为碘，且吸附在所述聚乙烯醇类树脂层上的碘以多碘离子络合物的形式发生了单向高级次取向。
全文摘要
本发明的目的在于提供具有单体透射率42.0%以上且偏振度99.95%以上的光学特性的薄型高功能偏振膜。为此，本发明通过下述方法进行制造通过在至少具有20μm厚度的树脂基体材料上涂布PVA类树脂并进行干燥，来形成PVA类树脂层，将形成的PVA类树脂层浸渍于二色性物质的染色液中，使二色性物质吸附于PVA类树脂层，在硼酸水溶液中将吸附有二色性物质的PVA类树脂层与树脂基体材料一体地拉伸、并使总拉伸倍率达到原长的5倍以上，由此在树脂基体材料上制造了厚7μm以下的薄型高功能偏振膜，该薄型高功能偏振膜由PVA类树脂形成、且其中二色性物质发生了取向，并且，所述偏振膜具有单体透射率42.0%以上且偏振度99.95%以上的光学特性。
文档编号G02B5/30GK102736165SQ201210229940
公开日2012年10月17日 申请日期2010年3月3日 优先权日2009年3月5日
发明者吉田健太郎, 后藤周作, 喜多川丈治, 宫武稔, 森智博 申请人:日东电工株式会社