偏振器叠堆的制作方法

美国专利号6,025,897(weber等人)描述了反射偏振器和直接结合到反射偏振器的吸收偏振器。

技术实现要素：

在本描述的一些方面，提供包括粘结在一起的吸收偏振器和多层聚合物反射偏振器的偏振器叠堆。该吸收偏振器具有第一阻挡轴，并且反射偏振器具有基本上平行于第一阻挡轴的第二阻挡轴。当反射偏振器在95℃下加热40分钟时，反射偏振器沿第二阻挡轴具有在0.4％至3％范围内的收缩率。

附图说明

图1是偏振器叠堆的示意性剖视图；

图2是包括偏振器叠堆的显示器的示意性剖视图；

图3是表现出微褶皱的多层反射偏振器的一部分的示意性剖视图；

图4是各种偏振器沿阻挡轴的收缩率对时间的曲线图；

图5是各种偏振器沿通过轴的收缩率对时间的曲线图；和

图6是在各种温度下保持1000小时的各种偏振器的粗糙度的条形图。

具体实施方式

在以下说明中参考附图，该附图形成本发明的一部分并且其中通过举例说明的方式示出各种实施方案。附图未必按比例绘制。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，能够设想并做出其它实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。

包括反射偏振器和吸收偏振器两者的偏振器叠堆有时被用在显示器应用。例如，液晶显示器(lcd)中的内偏振器(背离观察者的偏振器)可包括面向背光源的反射偏振器和面向显示面板的吸收偏振器。液晶显示器(lcd)中的外偏振器(面向观察者的偏振器)通常仅包括吸收偏振器和可选地在该吸收偏振器的背光侧上的补偿膜。偏振器叠堆和其在显示器应用的中的使用一般描述于美国专利号6,025,897(weber等人)中，该专利据此在其不与本说明书不符的程度上以引用方式并入本文。

反射偏振器可以是聚合物多层反射偏振器，其包括多个交替的聚合物层。此类聚合物多层反射偏振器一般描述于美国专利号5,882,774(jonza等人)；5,962,114(jonza等人)；5,965,247(jonza等人)；6,939,499(merrill等人)；6,916,440(jackson等人)、6,949,212(merrill等人)、和6,936,209(jackson等人)中；例如，这些专利中的每个据此在其不与本说明书不符的程度上以引用方式并入本文。简而言之，聚合物多层反射偏振器可以通过共挤出多个交替的聚合物层(例如，数百层)、单轴或基本上单轴拉伸挤出的膜(例如，在线性或抛物线拉幅机中)使膜取向，并且任选地将热定型施加到取向膜上来制备，如以下专利中所述：美国专利申请公布号2013/0123459(merril等人)和美国专利号6,827,886(neavin等人)，这两个专利据此在其不与本说明书不符的程度上以引用方式并入本文。聚合物多层反射偏振器包括双倍增亮膜(dbef)和高级偏振膜(apf)，两者可从3m公司(明尼苏达州圣保罗)(3mcompany(st.paul,mn))商购获得。作为另外一种选择，反射偏振器可以是漫反射偏振器膜，其中采用非多层方法，如美国专利号5,825,543(ouderkirk等人)所述；或光纤偏振器膜，其中偏振纤维用于制备偏振膜，如美国专利号7,738,763(ouderkirk等人)所述。

在聚合物多层反射偏振器中，交替的聚合物层可被称为微层。常规地，已选择反射偏振器以在热量下提供最小收缩率，使得反射偏振器在显示器中使用时不会收缩。这是由显示器中使用的玻璃板的低收缩率以及认为反射偏振器应具有相应低的收缩率所促动的。在显示器中使用具有吸收偏振器和常规反射偏振器的偏振器叠堆的问题是微褶皱现象，其指的是多层膜的层中的波纹/弯曲。微褶皱的特征在于层之间相邻界面或表面层彼此不平行。微褶皱的示例在图3中示出，其为多层反射偏振器320的一部分的示意性剖视图。多层反射偏振器320包括交替的第一层322和第二层324。第一层322和第二层324为具有不同折射率的交替的聚合物层，如本领域已知的。例如，第一层322和第二层324可以沿x方向和z方向具有匹配或基本匹配的折射率，并且沿y方向可以具有基本上不同的折射率，使得沿y方向偏振的光从反射偏振器320反射，并且沿x方向偏振的光穿过反射偏振器320透射。反射偏振器320在沿至少y轴的微层的厚度h上表现出变化。通常，厚度变化沿着反射偏振器的阻挡轴比沿着通过轴更明显。

在图3中，第一层322和第二层325具有离相的厚度；即，最后的一层与最薄的层相邻。在其他情况下，厚度变化不表现出图3所示的离相变化。更一般地，在微褶皱膜中，微层之间的相邻界面(例如，界面325和327)彼此不平行。在一些情况下，界面形状的变化随叠堆中的竖直位置而变化(即，在z方向上变化)。在一些情况下，外表面(空气表面界面)比位于靠近叠堆中心的微层之间的界面更平坦。微褶皱表现为膜中的令人厌恶的雾度或虹彩，并且在显微镜下以50至200倍的放大倍数检查时，观察到光学层的永久变形。与微褶皱相比，宏褶皱是指多层膜的总体褶皱。如图3所示，在微褶皱多层光学膜中，微层之间的相邻界面不平行。也不是微褶皱的宏褶皱多层光学膜将具有在微层之间的平行界面。

在显示器应用中，通常期望的是偏振器在95℃保持1000小时时没有微褶皱时是可观察到的。在95℃下测试1000小时的反射偏振器/吸收偏振器层合体的微皱纹的长轴方向(图3中的x轴)通常处于通过状态方向。可以调节反射偏振器在阻挡状态方向上的收缩率，以阻止此种微褶皱，并提供适用于显示器应用的偏振器叠堆。微褶皱描述于美国专利号7,468,204(hebrink等人)中，该专利据此在其不与本说明书不符程度上以引用方式并入本文。在美国专利号7,468,204中，通过利用玻璃化转变温度基本上大于预期利用或测试薄膜的温度的低折射率层，减小了多层光学薄膜中的微褶皱。根据本说明书，提供了基本上不显示微皱的偏振器叠堆，其中低折射率层可具有与显示器应用中预期发生的温度相当或更低的玻璃化转变温度。例如，可以在95℃或100℃下测试偏振器叠堆，以确保在显示器应用中不发生微褶皱，并且在一些实施方案中，低折射率层具有小于100℃，或小于95℃，或小于80℃，或小于60℃的玻璃化转变温度。在一些实施方案中，低折射率层的玻璃化转变温度大于25℃或大于50℃。如本文所用，玻璃化转变温度是指通过差示扫描量热法测定的玻璃化转变温度。

在一些实施方案中，用于本说明书的偏振器叠堆中的吸收偏振器是碘掺杂聚乙烯醇(pva)偏振器。此类偏振器包括浸渍有碘的取向的pva层。此种偏振器的合适示例包括可从日本东京的三立公司(sanritzcorporation,tokyo,japan)获得的sanritzhlc2-5618s粘合剂背衬偏振器膜。其他合适的吸收偏振器包括经有机染料浸渍的取向聚合物(诸如pva)偏振器。

根据本说明书，已经发现当吸收偏振器在暴露于热时收缩得比反射偏振器更多时会发生微褶皱，并且通过改变反射偏振器以在热量下提供期望范围收缩率可以显著减小或基本消除此种微褶皱。当吸收偏振器包含沿阻挡轴取向的聚合物(诸如pva)时，吸收偏振器的收缩主要沿吸收偏振器的阻挡轴发生。不受理论的限制，认为微皱纹减小的机理是反射偏振器中的额外收缩防止反射偏振器在高温下被置于压缩。这得到了示例中报告的关于反射偏振器和吸收偏振器的收缩率的数据的支持，这表明通过适当地选择反射偏振器的收缩率，可以获得包括粘结在一起的反射偏振器和吸收偏振器的偏振器叠堆，其中例如当偏振器叠堆在95℃下放置1000小时时，偏振器不在膜平面内的任何方向上受压缩。

可以通过调节在膜取向后施加到膜上的热定型工艺来完成减小或消除微褶皱的对反射偏振膜的改性。热定型可以在拉幅烘箱的最后区域中进行，用于使薄膜取向，如先前通过引用并入的美国专利号6,827,886中所述。通常，使用此类热定型工艺，以便在随后将热量施加到膜时减小或最小化膜的收缩率。当希望使随后的膜收缩率最小化时，可以将热定型温度设定为不会导致拉幅机中膜破裂的最高可能温度，并且膜可以在热定型区域附近在横向方向上放松，这降低了膜的张力。通过降低热定型温度、通过减小给定热定型温度的热定型处理的持续时间，通过消除热定型步骤和/或减小膜在阻挡方向上的松弛，可实现更高的收缩率。在一些实施方案中，为了提供用于本说明书的偏振器叠堆的反射偏振器的所需收缩率，将热定型步骤以所选择的降低的温度施加以给出所需的收缩率，和/或减小阻挡方向上的膜的松弛。根据本说明书，发现当反射偏振器在95°加热40分钟时，偏振器叠堆中反射偏振器的所需收缩率沿反射偏振器的阻挡轴通常在0.4％至3％的范围内。在一些实施方案中，当反射偏振器在95℃下加热40分钟时，反射偏振器沿反射偏振器的阻挡轴具有0.5％至2.5％的范围内或0.6％至2％的范围内的收缩率。

多层反射偏振器的收缩率可根据astmd2732-14测试标准来确定。为作为未粘结或层合到另一基底的独立膜的反射偏振器确定收缩率。例如，当指定包括在偏振器叠堆中的反射偏振器的收缩率时，除非另有说明，否则收缩率是指单独的反射偏振器的收缩率，而不包括偏振器叠堆中的其他层(例如，吸收偏振器)。

图1是偏振器叠堆100的示意性剖视图，其包括通过粘合剂层130粘结在一起的吸收偏振器110和反射偏振器120。吸收偏振器110包括设置在第一保护层114和第二保护层116之间的光活性层112。在一些实施方案中，可消除一个或两个保护层。在一些实施方案中，光活性层112是取向聚合物层，其可包含二色性染料或可包含碘。在一些实施方案中，取向聚合物为取向的聚乙烯醇。光活性层112可具有在1微米，或2微米，或3微米，或5微米至50微米或100微米的范围内的厚度。例如，光活性层112可具有1微米至50微米的范围内的厚度。第一保护层114和第二保护层116可为例如三乙酸纤维素(tac)或聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)层。

反射偏振器120包括与第二聚合物层124交替的第一聚合物层122。图1中示出了四个层以便于图示，但反射偏振器120可包括数十个或数百个或甚至数千个层。吸收偏振器110具有第一阻挡轴118，并且反射偏振器具有第二阻挡轴128。第一阻挡轴118和第二阻挡轴128基本上平行并且在图示实施方案中平行于y轴，参见图1的x-y-z坐标系。

在图示实施方案中，吸收偏振器110和反射偏振器120通过粘合剂层130粘结在一起。粘合剂层130可为任何合适的粘合剂，并且可为光学透明的或漫射的压敏粘合剂。合适的粘合剂包括可从日本东京的日本综研化学(sokenchemicalandengineeringco.,ltd.,tokyo,japan)获得的soken1885丙烯酸压敏粘合剂和可从明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompany,st.paul,mn)获得的3m8171丙烯酸压敏粘合剂。在可供选择的实施方案中，省略粘合剂层130，并且吸收偏振器110和反射偏振器120通过施加热量(例如，使用加热辊层合机)粘结在一起。

当反射偏振器120在95℃下加热40分钟时，反射偏振器120沿第二阻挡轴128具有0.4％至3％的范围内的收缩率。在一些实施方案中，该收缩率为至少0.5％，或至少0.6％。在一些实施方案中，该收缩率不超过2.5％，或不超过2％。在一些实施方案中，当偏振器叠堆100在95℃下加热100小时或1000小时时，该收缩率使得反射偏振器120基本上没有微褶皱(并且在一些实施方案中，也基本上没有宏褶皱)。在一些实施方案中，当偏振器叠堆100在100℃下加热100小时或1000小时时，该收缩率使得反射偏振器120基本上没有微褶皱(并且在一些实施方案中，也基本上没有宏褶皱)。在一些实施方案中，当反射偏振器叠堆在95℃下加热40分钟时，该收缩率是吸收偏振器110沿第一阻挡轴118的收缩率的0.9至3倍。当在光学显微镜下以200倍的放大率检查时，当没有可见微皱纹时，可以说反射偏振器基本上没有微皱。

在一些实施方案中，偏振器叠堆包括设置在吸收偏振器上的与反射偏振器相对的粘合剂层。该粘合剂层可被包括作为吸收偏振器的外层(例如，sanritzhlc2-5618s吸收偏振器的粘合剂层(日本东京的三立公司(sanritzcorporation,tokyo,japan))))或可为施加到吸收偏振器单独的粘合剂层(例如，压敏粘合剂诸如3m8171光学透明粘合剂(明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompany,st.paulmn)))。所述粘合剂层允许偏振器叠堆层合到玻璃层；例如，液晶显示面板中的玻璃层面向背光源(见图2)。除非另有说明，否则通过将偏振器叠堆保持层合到玻璃板上并且在玻璃和反射偏振器之间的吸收偏振器在指定温度下保持特定时间，将玻璃和偏振器叠堆的层合体冷却至室温，然后检查反射偏振器的微褶皱，来测试偏振器叠堆中的反射偏振器的微褶皱。

偏振器叠堆100可用作液晶显示器(lcd)中的偏振器。液晶显示器通常包括在交叉偏振器之间的显示面板。偏振器叠堆100可用作交叉偏振器中的任一者或两者。在此类显示器应用中，偏振器叠堆100通常取向为吸收偏振器110面向观察者，并且反射偏振器120面向背光源。

图2是显示器240的示意性剖视图，显示器240包括设置在两个玻璃层244和245之间的液晶层242，以及用粘合剂层235粘附到玻璃层244的偏振器叠堆200。显示器240还包括背光源247。应理解另外的层，诸如亮度增强膜(可购自明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompany,st.paul,mn))之间可设置偏振器叠堆200和背光源247。偏振器叠堆200可为本说明书的偏振器叠堆中的任一个。例如，偏振器叠堆200可对应于偏振器叠堆100。偏振器叠堆200包括吸收偏振器210和反射偏振器220，其中吸收偏振器210面向面向玻璃层244并且反射偏振器220面向背光源247。吸收偏振器210和反射偏振器220可与粘合剂层(未示出)层合在一起，或者可通过例如施加热层合在一起。在一些实施方案中，当层合到玻璃片的偏振器叠堆200在95℃下加热100小时或1000小时时，反射偏振器220基本上不含微褶皱。在一些实施方案中，当层合到玻璃片的偏振器叠堆200在100℃下加热100小时或1000小时时，反射偏振器220基本上不含微褶皱。在一些实施方案中，当层合到玻璃片的偏振器叠堆200根据上述温度分布中的任一个被加热时，反射偏振器220基本上不含微褶皱和宏褶皱两者。粘合剂层235可为任何合适的粘合剂，诸如如本文别处所述的光学透明或漫射压敏粘合剂。

实施例

多层反射偏振器的五种变型是根据在美国专利6,827,886(neavin等人)中所述的方法制备的。所述膜具有交替的双折射和非双折射微层；其中的153为双折射的，并且152为非双折射的。双折射层由聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)的90％/10％(按摩尔计)无规共聚物制成，总挤出速率为42.3wt％。非双折射层由两种共聚物的共混物制成，第一种是总挤出速率20.9wt％的pen和pet的90％/10％(按摩尔计)共聚物，以及28.9wt％的总挤出速率的二醇改性pet(petg，可从田纳西州金斯波特的伊士曼化学品公司(eastmanchemicals,kingsporttn)购得)。膜的顶部和底部上的表层由与非双折射微层相同的petg产生；他们具有相同厚度和表示为7.8wt％的总挤出速率。

将薄膜各自在标准拉幅机上拉伸，在横向上拉伸比为约6，并且在纵向上没有拉伸。五种变型仅根据应用的拉伸条件而不同。这些条件是：膜预热的温度、拉伸温度、拉幅机的热定形部分的第一区中的热定形温度、拉幅机的热定形部分的第二区中的热定形温度，以及前束百分比。前束百分比是在热定形和随后的冷却步骤期间导轨向内移动与拉伸结束时的导轨定形相比的量。拉伸条件a、b、c、d和e在表1中列出。

表1

然后为五个取向条件和sanritzhlc2-5618s吸收偏振器(购自日本东京的三立公司(sanritzcorp.,tokyo,japan))测量收缩率。使用astmd2732-14测试标准来测量收缩率。在暴露于95℃持续40分钟后，在常规和阻挡轴方向两者上测量收缩率。值报告在表2中。

表2

还为五个多层膜偏振器变型和sanritz吸收偏振器进行了在95℃下的延长时间收缩率测试。图4中示出了在阻挡方向上的收缩率数据，并且图5中示出在通过方向上的收缩率数据。

图4至图5中的数据示出吸收偏振器的收缩率以比两个反射偏振器(条件a和b反射偏振器)更高的速率增加，所述反射偏振器在阻挡状态和通过状态方向两者上具有类似的4分钟收缩。比较图4和图5，还显而易见的是，长时间的阻挡状态方向上的收缩大于吸收偏振器的通过状态方向的收缩。

为了测试微褶皱，选择在条件a、b、c、d和e下生产的反射偏振器中的每个的21个样品，并从每个样本切割大约1.25英寸×1.25英寸(3.2厘米×3.2厘米)的片。然后使用压敏粘合剂(购自明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompany,st.paulmn)的8171光学透明粘合剂)将这些片粘附到类似尺寸的sanritzhlc2-5618s吸收偏振器片的非粘性侧，其中反射偏振器的阻挡轴平行于吸收偏振器的阻挡轴。然后使用吸收偏振器的粘合剂将每个构造层合到玻璃，以将偏振器粘附到玻璃上以产生测试样品。每个构造的三个测试样品然后被放置在六个烘箱中的一个中。将这些烘箱设定为80、85、90、95、100和105摄氏度。将三个测试样品保持在室温(rt)下。测试样品在其各自的温度下保持1000小时。

通过检查测试样品的表面纹理来确定微褶皱。当微褶皱出现时，其表现为膜中的令人厌恶的雾度。在放大倍数50x和200x之间的显微镜下检查，已经观察到微褶皱作为光学层的永久波纹，并且可以观察到反射偏振器的粗糙外层。

使用由马尔公司(mahrgmbh)(美国罗得岛州普罗维登斯(providence,ri,usa))生产的perthometerm2粗糙度测量仪器表征在微褶皱测试中使用的测试样品中反射偏振器的阻挡方向上的表面粗糙度。由表面粗糙度测量值ra(三个样品的平均值)表征的结果示于图6中。这些表面粗糙度与图4至图5组合示出反射偏振器中的收缩率增加可以降低微褶皱的严重性。

以下为本说明书的示例性实施方案的列表。

实施方案1是一种偏振器叠堆，包括具有第一阻挡轴的吸收偏振器和具有第二阻挡轴的多层聚合物反射偏振器，所述第二阻挡轴基本上平行于所述第一阻挡轴，所述吸收偏振器和所述反射偏振器粘结在一起，

其中，所述反射偏振器在粘结到所述吸收偏振器之前，在95℃下加热40分钟时，所述反射偏振器沿所述第二阻挡轴具有在0.4％至3％范围内的收缩率。

实施方案2为根据实施方案1所述的偏振器叠堆，其中所述吸收偏振器和所述反射偏振器通过粘合剂层粘结在一起。

实施方案3为根据实施方案1所述的偏振器叠堆，其中所述收缩率在0.5％至2.5％的范围内。

实施方案4为根据实施方案1所述的偏振器叠堆，其中所述收缩率在0.6％至2％的范围内。

实施方案5为根据实施方案1所述的偏振器叠堆，还包括设置在与所述反射偏振器相对的所述吸收偏振器上的粘合剂层，其中所述收缩率使得当通过所述粘合剂层而层合到玻璃板的所述偏振器叠堆在95℃下加热100小时时，所述反射偏振器基本上没有微褶皱。

实施方案6为根据实施方案1所述的偏振器叠堆，还包括设置在与所述反射偏振器相对的所述吸收偏振器上的粘合剂层，其中所述收缩率使得当通过所述粘合剂层而层合到玻璃板的所述偏振器叠堆与玻璃板一起在100℃下加热1000小时时，所述反射偏振器基本上没有微褶皱。

实施方案7为根据实施方案1所述的偏振器叠堆，其中当所述偏振器叠堆在95℃下加热40分钟时，所述反射偏振器的所述收缩率是所述吸收偏振器沿所述第一阻挡轴的收缩率的0.9至3倍。

实施方案8为根据实施方案1所述的偏振器叠堆，其中所述吸收偏振器包含聚乙烯醇。

实施方案9为根据实施方案8所述的偏振器叠堆，其中所述吸收偏振器还包含碘。

实施方案10为根据实施方案1所述的偏振器叠堆，其中所述吸收偏振器包括粘结到至少一个保护层的光活性取向聚合物层。

实施方案11为根据实施方案10所述的偏振器叠堆，其中所述光活性取向聚合物层包含聚乙烯醇和碘。

实施方案12为根据实施方案10所述的偏振器叠堆，其中所述光活性取向聚合物层具有在1微米至50微米的范围内的厚度。

实施方案13为根据实施方案1所述的偏振器叠堆，其中所述反射偏振器包括多个交替的第一聚合物层和第二聚合物层，所述第一聚合物层和第二聚合物层中的至少一个为双折射的。

实施方案14为根据实施方案1所述的偏振器叠堆，其中所述反射偏振器包括多个交替的第一聚合物层和第二聚合物层，所述第一聚合物层沿所述第二阻挡轴具有第一折射率，所述第二聚合物层沿所述第二阻挡轴具有第二折射率，所述第二折射率低于所述第一折射率，所述第二聚合物层的玻璃化转变温度低于100℃。

实施方案15为根据实施方案14所述的偏振器叠堆，其中所述玻璃化转变温度低于95℃。

实施方案16为根据实施方案14所述的偏振器叠堆，其中所述玻璃化转变温度低于80℃。

实施方案17为根据实施方案14所述的偏振器叠堆，其中所述玻璃化转变温度低于60℃。

实施方案18为一种显示器，该显示器包括背光源、玻璃层和根据权利要求1所述的偏振器叠堆，所述偏振器叠堆进一步包括粘合剂层，所述粘合剂层设置在与所述反射偏振器相对的所述吸收偏振器上，所述偏振器叠堆通过所述粘合剂层粘附到所述玻璃层，所述偏振器层叠堆设置在所述玻璃层和所述背光源之间。

实施方案19为根据实施方案18所述的显示器，其中当粘附到所述玻璃层的所述偏振器叠堆在95℃下加热100小时时，所述反射偏振器基本上没有微褶皱。

实施方案20为根据实施方案18所述的显示器，其中当粘附到所述玻璃层的所述偏振器叠堆在95℃下加热1000小时时，所述反射偏振器基本上没有微褶皱。

实施方案21为根据实施方案18所述的显示器，其中当粘附到所述玻璃层的所述偏振器叠堆在100℃下加热1000小时时，所述反射偏振器基本上没有微褶皱。

除非另外指明，否则针对附图中元件的描述应被理解为同样应用于其它附图中的对应元件。虽然本文已经例示并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开范围的情况下，可用多种另选的和/或等同形式的具体实施来代替所示出和所描述的具体实施方案。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何改型或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。