新型耐高溫高濕碘系偏光片的制備及性能研究

巫 輝，李銘全，廖劍能，周文賢，馬佳春

（佛山緯達光電材料股份有限公司，廣東佛山528000）

偏光片是LCD液晶顯示器的核心原件，其貼附在液晶玻璃上下側(cè)，配合液晶的轉(zhuǎn)動控制光線在液晶面板內(nèi)的通過與否來達到顯示效果［1］。由于碘分子存在物理化學性能瓶頸，目前普通碘系偏光片的溫濕耐候水平為60℃*90%RH，只能滿足一般消費品和工業(yè)品顯示儀表的耐候需求。隨著顯示產(chǎn)品在高端工控、水電汽儀表及汽車顯示領(lǐng)域上的拓展，溫濕耐候要求急劇上升，達到80℃*90%RH及85℃*85%RH的耐候水平，滿足此類耐候要求的偏光片只有染料系偏光片，但染料系偏光片技術(shù)為日本所壟斷，價格昂貴不適宜推廣。本文通過引入聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）基材替代傳統(tǒng)的三醋酸纖維素酯（TAC）基材作為PVA偏光層的外保護膜，制備出一種新型的碘系偏光片，使其能耐超高等級的高溫高濕環(huán)境。圖1為舊型與新型偏光片的結(jié)構(gòu)對比。

圖1 舊型與新型偏光片結(jié)構(gòu)對比

1 實驗部分

1.1 實驗材料

TA044型PET膜（日本TOYOBO，厚度80 μ，透光率＞90%），表層具備親水層；P915型TAC膜（德國 LOFO，厚度 80 μ，透光率＞90%）；VF-PS#7500型 PVA 膜（日本 Kuarry，厚度 75 μ）；KP-2254E 型PSA 膠（日本 NCI，涂布厚度 20 μ）；Z-300系列 PVA 粉（日本 NIPPON GOHSEI）；碘，化學純；碘化鉀，化學純；硼酸，化學純；普通鈉玻璃，厚度2 mm。

1.2 實驗步驟

（1）將Z-300 PVA粉5%質(zhì)量分數(shù)溶解于純水中，攪拌并持續(xù)加熱至90℃，直至完全溶解為透明溶液，冷卻后得到水性膠黏劑。

（2）將VF-PS#7500型PVA膜，先經(jīng)過純水進行膨潤1 min，然后再浸入含有一定濃度的碘-碘化鉀混合溶液中進行定向拉伸，拉伸比為6倍，再浸入2.5%質(zhì)量分數(shù)硼酸溶液中1min進行固化交聯(lián)，洗凈后干燥，得到具有偏光效果的PVA膜，光學透過率Ys要求41%～42%，偏光度Py≥99.9%。

（3）利用步驟1制備得到的水膠，將步驟2得到的PVA偏光膜與PET/TAC膜進行貼合，貼合后進行干燥，得到PET/PVA/TAC結(jié)構(gòu)的偏光片半成品。

（4）將KP-2254E型PSA壓敏膠通過PET離型膜涂布轉(zhuǎn)印方式，貼合在步驟3得到的偏光片半成品的TAC側(cè)，得到新型的碘系偏光片。

（5）將步驟4得到的新型碘系偏光片，以45°角（與拉伸方向的夾角）方式裁切為若干50 mm*20 mm大小的偏光片，并貼附在玻璃上放置30 min用于測試，標記為實驗樣a；將步驟3中的PET膜替換為TAC膜，最終得到TAC/PVA/TAC/PSA結(jié)構(gòu)的對照樣，標記為對照樣b。

1.3 性能測試

測試方法：將貼附后的玻璃樣品斜放在支架上，再放入恒溫恒濕箱內(nèi)，一段時間后取出測試樣品的透過率、偏光度以及偏光片四周的白邊寬度，如圖2所示。退偏白邊d是將偏光片放置于50倍光學顯微鏡下測量光學有效區(qū)域邊界到TAC邊界的距離，分別測試4條邊然后取平均值。單體透過率Ys為單片偏光膜45°吸收軸放置后測量得到的透過率。偏光度Py為

式（1）中，平行透過率Yp為兩片偏光膜按吸收軸互相平行交迭放置后測量得到的透過率，直交透過率Yc為兩片偏光膜按吸收軸互相垂直交迭放置后測量得到的透過率。

圖2 偏光片白邊的測量

測試儀器：分光光度計，Hitachi，U3310；恒溫恒濕試驗箱，ESPEC,GPS-4；CCD光學顯微鏡，NIKON,Optiphot-300。測試分組及測試條件：

a1組：10片實驗樣放置在80℃*90%RH恒溫恒濕箱內(nèi)，a2組：10片實驗樣放置在85℃*85%RH恒溫恒濕箱內(nèi)。b1組：10片對照樣放置在80℃*90%RH恒溫恒濕箱內(nèi)，b2組：10片對照樣放置在85℃*85%RH恒溫恒濕箱內(nèi)，每組均每隔24 h（1 d）抽取1片出來測試光學及白邊。

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗結(jié)果分析

圖3顯示，實驗樣a在85℃*85%RH和80℃*90%RH條件下色相無明顯變化，且未出現(xiàn)明顯白邊退偏；對照樣b則出現(xiàn)顯著的顏色梯度，測試時間越長顏色越淺，這是偏光片發(fā)生光學退偏的表現(xiàn)，且測試終點的片出現(xiàn)明顯白邊；相對來說85℃*85%RH*240 h總體變化趨勢要比80℃*90%RH*240 h更大更明顯、溫濕環(huán)境更苛刻。

圖4～5顯示，實驗樣a在高溫高濕環(huán)境下光學數(shù)據(jù)維持相對穩(wěn)定，240 h變化值△Ys＜3%、△Py＜3%，符合業(yè)內(nèi)偏光片的退偏標準；而對照樣b的Ys急劇上升、Py下降嚴重，尤其是在85℃*85%RH*240 h條件下△Ys＞20%、△Py＞50%，偏光片已基本失效，片材接近透明。圖6顯示，實驗樣a白邊退偏在0.3 mm以內(nèi)，遠低于業(yè)內(nèi)1 mm的白邊標準；對照樣b白邊顯著，最大接近2 mm。

綜上所述，新結(jié)構(gòu)的偏光片在采用PET替代TAC后，耐候水平顯著提升，能完全滿足85℃*85%RH*240 h和80℃*90%RH*240 h條件要求。

圖3 實驗樣與對照樣測試后對比（第1片為測試0 h）

圖4 4組樣品透過率Ys變化曲線

圖5 4組樣品偏光度Py變化曲線

圖6 4組樣品白邊d變化曲線

2.2 退偏原理分析

偏光膜的制作原理如圖7所示。碘分子被PVA膜被吸附后經(jīng)過延伸，其在PVA膜內(nèi)的延伸方向上形成定向排列，因碘分子具有對光的二色性，被拉伸后的偏光膜具備偏光特性［2］。碘分子在PVA膜內(nèi)主要以范德華力［3］形式與PVA分子鏈進行結(jié)合排列，當高溫高濃度的濕氣穿透TAC入侵至PVA膜內(nèi)后，會擾亂碘分子在PVA膜內(nèi)的有序排列［4］，并最終將碘蒸發(fā)帶走從而失去光學特性。常規(guī)碘系片可以經(jīng)受住60℃*90%RH的溫濕度，但當提升至85℃*85%RH或者80℃*90%RH時，空氣中水汽的濃度和溫度大幅上升，會迅速帶走偏光膜內(nèi)的碘分子，加速偏光片的退偏。

圖7 偏光膜的制作原理

TAC膜的透水系數(shù)一般在350～500 g/m2/d［5］，PET膜的則在5 g/m2/d以內(nèi)，PET相比TAC具備優(yōu)異的水汽隔絕性能，可有效阻擋高溫高濕水汽入侵PVA，對碘分子起到很好的保護作用，如圖8所示。但因偏光片需要裁切，橫截面的PVA端面通常裸露在外界濕氣中，水汽會從邊緣侵蝕產(chǎn)生白邊，如有需要可在偏光片貼片后對偏光片的邊緣進行封膠隔水處理，控制白邊的內(nèi)縮。

圖8 高溫濕水汽對偏光片的入侵

3 結(jié)論

將普通碘系片的外層TAC膜替換為PET膜制備得到的新型高耐久碘系偏光片，其具備耐85℃*85%RH和80℃*90%RH溫濕條件的性能，可以有效滿足高端工控、水電汽儀表及汽車顯示儀表的需求，對于偏光片產(chǎn)品的性能提升具有積極意義。