新型耐高温高湿碘系偏光片的制备及性能研究

2019-03-20李铭全廖剑能周文贤马佳春

佛山科学技术学院学报（自然科学版） 2019年1期

巫辉，李铭全，廖剑能，周文贤，马佳春

（佛山纬达光电材料股份有限公司，广东佛山528000）

偏光片是LCD液晶显示器的核心原件，其贴附在液晶玻璃上下侧，配合液晶的转动控制光线在液晶面板内的通过与否来达到显示效果［1］。由于碘分子存在物理化学性能瓶颈，目前普通碘系偏光片的温湿耐候水平为60℃*90%RH，只能满足一般消费品和工业品显示仪表的耐候需求。随着显示产品在高端工控、水电汽仪表及汽车显示领域上的拓展，温湿耐候要求急剧上升，达到80℃*90%RH及85℃*85%RH的耐候水平，满足此类耐候要求的偏光片只有染料系偏光片，但染料系偏光片技术为日本所垄断，价格昂贵不适宜推广。本文通过引入聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基材替代传统的三醋酸纤维素酯（TAC）基材作为PVA偏光层的外保护膜，制备出一种新型的碘系偏光片，使其能耐超高等级的高温高湿环境。图1为旧型与新型偏光片的结构对比。

图1 旧型与新型偏光片结构对比

1 实验部分

1.1 实验材料

TA044型PET膜（日本TOYOBO，厚度80 μ，透光率＞90%），表层具备亲水层；P915型TAC膜（德国 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 胶（日本 NCI，涂布厚度 20 μ）；Z-300系列 PVA 粉（日本 NIPPON GOHSEI）；碘，化学纯；碘化钾，化学纯；硼酸，化学纯；普通钠玻璃，厚度2 mm。

1.2 实验步骤

（1）将Z-300 PVA粉5%质量分数溶解于纯水中，搅拌并持续加热至90℃，直至完全溶解为透明溶液，冷却后得到水性胶黏剂。

（2）将VF-PS#7500型PVA膜，先经过纯水进行膨润1 min，然后再浸入含有一定浓度的碘-碘化钾混合溶液中进行定向拉伸，拉伸比为6倍，再浸入2.5%质量分数硼酸溶液中1min进行固化交联，洗净后干燥，得到具有偏光效果的PVA膜，光学透过率Ys要求41%～42%，偏光度Py≥99.9%。

（3）利用步骤1制备得到的水胶，将步骤2得到的PVA偏光膜与PET/TAC膜进行贴合，贴合后进行干燥，得到PET/PVA/TAC结构的偏光片半成品。

（4）将KP-2254E型PSA压敏胶通过PET离型膜涂布转印方式，贴合在步骤3得到的偏光片半成品的TAC侧，得到新型的碘系偏光片。

（5）将步骤4得到的新型碘系偏光片，以45°角（与拉伸方向的夹角）方式裁切为若干50 mm*20 mm大小的偏光片，并贴附在玻璃上放置30 min用于测试，标记为实验样a；将步骤3中的PET膜替换为TAC膜，最终得到TAC/PVA/TAC/PSA结构的对照样，标记为对照样b。

1.3 性能测试

测试方法：将贴附后的玻璃样品斜放在支架上，再放入恒温恒湿箱内，一段时间后取出测试样品的透过率、偏光度以及偏光片四周的白边宽度，如图2所示。退偏白边d是将偏光片放置于50倍光学显微镜下测量光学有效区域边界到TAC边界的距离，分别测试4条边然后取平均值。单体透过率Ys为单片偏光膜45°吸收轴放置后测量得到的透过率。偏光度Py为

式（1）中，平行透过率Yp为两片偏光膜按吸收轴互相平行交迭放置后测量得到的透过率，直交透过率Yc为两片偏光膜按吸收轴互相垂直交迭放置后测量得到的透过率。

图2 偏光片白边的测量

测试仪器：分光光度计，Hitachi，U3310；恒温恒湿试验箱，ESPEC,GPS-4；CCD光学显微镜，NIKON,Optiphot-300。测试分组及测试条件：

a1组：10片实验样放置在80℃*90%RH恒温恒湿箱内，a2组：10片实验样放置在85℃*85%RH恒温恒湿箱内。b1组：10片对照样放置在80℃*90%RH恒温恒湿箱内，b2组：10片对照样放置在85℃*85%RH恒温恒湿箱内，每组均每隔24 h（1 d）抽取1片出来测试光学及白边。

2 结果与讨论

2.1 实验结果分析

图3显示，实验样a在85℃*85%RH和80℃*90%RH条件下色相无明显变化，且未出现明显白边退偏；对照样b则出现显著的颜色梯度，测试时间越长颜色越浅，这是偏光片发生光学退偏的表现，且测试终点的片出现明显白边；相对来说85℃*85%RH*240 h总体变化趋势要比80℃*90%RH*240 h更大更明显、温湿环境更苛刻。

图4～5显示，实验样a在高温高湿环境下光学数据维持相对稳定，240 h变化值△Ys＜3%、△Py＜3%，符合业内偏光片的退偏标准；而对照样b的Ys急剧上升、Py下降严重，尤其是在85℃*85%RH*240 h条件下△Ys＞20%、△Py＞50%，偏光片已基本失效，片材接近透明。图6显示，实验样a白边退偏在0.3 mm以内，远低于业内1 mm的白边标准；对照样b白边显著，最大接近2 mm。

综上所述，新结构的偏光片在采用PET替代TAC后，耐候水平显著提升，能完全满足85℃*85%RH*240 h和80℃*90%RH*240 h条件要求。

图3 实验样与对照样测试后对比（第1片为测试0 h）

图4 4组样品透过率Ys变化曲线

图5 4组样品偏光度Py变化曲线

图6 4组样品白边d变化曲线

2.2 退偏原理分析

偏光膜的制作原理如图7所示。碘分子被PVA膜被吸附后经过延伸，其在PVA膜内的延伸方向上形成定向排列，因碘分子具有对光的二色性，被拉伸后的偏光膜具备偏光特性［2］。碘分子在PVA膜内主要以范德华力［3］形式与PVA分子链进行结合排列，当高温高浓度的湿气穿透TAC入侵至PVA膜内后，会扰乱碘分子在PVA膜内的有序排列［4］，并最终将碘蒸发带走从而失去光学特性。常规碘系片可以经受住60℃*90%RH的温湿度，但当提升至85℃*85%RH或者80℃*90%RH时，空气中水汽的浓度和温度大幅上升，会迅速带走偏光膜内的碘分子，加速偏光片的退偏。

图7 偏光膜的制作原理

TAC膜的透水系数一般在350～500 g/m2/d［5］，PET膜的则在5 g/m2/d以内，PET相比TAC具备优异的水汽隔绝性能，可有效阻挡高温高湿水汽入侵PVA，对碘分子起到很好的保护作用，如图8所示。但因偏光片需要裁切，横截面的PVA端面通常裸露在外界湿气中，水汽会从边缘侵蚀产生白边，如有需要可在偏光片贴片后对偏光片的边缘进行封胶隔水处理，控制白边的内缩。