CN111239862A - 一种兼具1/4波片功能的保护膜、其制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种兼具1/4波片功能的保护膜，所述保护膜的材料为本征双折射高的材料，所述保护膜的面内延迟值Re＝(n₁‑n₂)*d。本申请提供了可消除光的偏振态的保护膜，所述保护膜兼具1/4波片功能，即将偏光片射出的线偏振光转化为圆偏振光或近似圆偏振光，可用作LCD或OLED等显示面板中偏光片保护膜。

Description

一种兼具1/4波片功能的保护膜、其制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及功能光学膜技术领域，尤其涉及一种兼具1/4波片功能的保护膜、其制备方法及其应用。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对于显示面板的需求越来越多样化，显示面板的工作环境也越来越复杂。目前，显示面板的偏光板保护膜主要是以三醋酸纤维素(TAC)为主，但是当TAC材料的吸湿性较大，在湿热等严苛环境时使用时，其显示效果及寿命则会大大降低。因此开发代替TAC材料的保护膜格外重要。

在已知的替代材料中，聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及环状聚烯烃(COP)等在市场上有一定的应用，但是由于价格以及加工难度等限制，竞争力远不如TAC类保护膜。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有优异的热、力学性能，可靠的加工性，良好的透光率，优异的阻水性能以及较大的价格优势，是最有潜力代替TAC的一种材料。但是由于PET材料本征双折射大，在加工中容易取向导致各向异性，会产生影响显示效果的彩虹纹现象，大大制约了其在偏光片中的应用。

公开号为CN 203930282 U和CN 203673184 U的中国专利中公布了一种基于PET材料的偏光片保护膜，其具体公开了：当把PET薄膜的面内延迟值Re增大到一定程度以后可以有效抑制彩虹纹现象。

然而，即使采用上述已公开的PET偏光片保护膜时，从偏光片射出的光依然是线偏振光或接近于线偏振光，这种投射光的后果是隔着偏光元件观察显示面板时会存在消光而发生的视野暗态现象，不但影响观察效果，用在车载显示时甚至会造成安全隐患。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种保护膜，该保护膜同时具有1/4波片功能和保护功能。

有鉴于此，本申请提供了一种兼具1/4波片功能的保护膜，所述保护膜的面内延迟值为Re，所述Re＝(n₁-n₂)*d；

其中，n₁为光轴方向折射率，n₁＝1.3～1.8；

n₂为垂直于光轴方向折射率，n₂＝1.2～1.7；

d为厚度，10～300μm；

所述保护膜的光轴方向和机械加工方向不平行也不正交，角度为30°～60°。

优选的，在550nm波长下，Re＝137纳米+550纳米*n，n为小于100的自然数。

优选的，在450～650nm波长下，Re＝(114～180)纳米+λ*n，λ为波长，n为小于100的自然数。

优选的，所述保护膜的角度为40～50°。

本申请还提供了一种兼具1/4波片功能的保护膜的制备方法，包括以下步骤：

A)将初始材料切片烘干，挤出后在低于玻璃化转变温度下淬火，得到铸片；

B)将所述铸片进行预热，再将铸片进行纵向拉伸，最后将铸片沿着与铸片呈30°～60°的方向斜向拉伸，热处理后得到保护膜；

所述纵向拉伸的倍率λz为1～6，所述斜向拉伸的倍率λx为2～5。

优选的，步骤B)具体为：

B1)将铸片放入具有A侧夹具和B侧夹具的拉伸系统，依靠A侧夹具和B侧夹具压紧，将铸片进入拉伸系统的预热区；

B2)固定A侧夹具和B侧夹具之间相对速度不变，等速增大拉伸系统同侧夹具间的相对距离，沿着薄膜前进方向纵向拉伸；

B3)进入斜向拉伸段后，保持A侧或B侧夹具间的相对速度不变，相应的增大B侧或A侧的夹具速度，以大于A侧或B侧的夹具速度对薄膜进行斜向拉伸。

优选的，所述预热的温度为Tg～Tg+50℃，所述纵向拉伸的温度为Tg～Tg+50℃，所述斜向拉伸的温度为Tg～Tg+50℃，所述热处理的温度为150～240℃；Tg为初始材料的玻璃化转变温度。

本申请还提供了一种具有保护膜的偏光片，包括偏光片本体和保护膜，所述保护膜为上述方案所述的保护膜或所述的制备方法所制备的保护膜。

本申请提供了一种兼具1/4波片功能的保护膜，该保护膜的材料具有较大的本征双折射，同时限定了保护膜的面内延迟值及光轴方向；由此，本申请的保护膜可将偏光片射出的线偏振光转化为圆偏振光或近似圆偏振光。因此，本申请提供的保护膜既能实现偏光片的保护功能，又能避免环境光反射对现实的影响，实现1/4波片功能。

附图说明

图1为本发明保护膜拉伸过程的示意图；

图2为本发明检测保护膜性能的部件示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

现有技术中，偏光片射出的光为线偏振光或接近于线偏振光，由此影响通过偏振元件观察显示面板，鉴于此，本申请提供了一种保护膜，该膜即可实现保护功能又兼具1/4波片功能，具体的，所述保护膜的面内延迟值为Re，所述Re＝(n₁-n₂)*d；

其中，n₁为光轴方向折射率，n_l＝1.3～1.8；

n₂为垂直于光轴方向折射率，n₂＝1.2～1.7；

d为厚度，10～300μm；

所述保护膜的光轴方向和机械加工方向不平行也不正交，角度为30°～60°。

对于本领域技术人员熟知的，面内延迟值Re为光轴方向折射率和垂直于光轴方向折射率的差值与薄膜厚度的乘积；本申请通过调整n₁、n₂和d的范围而使得到的保护膜既具有保护功能又具有1/4波片功能。具体的，在450～650nm波长下，所述保护膜的面内延迟值为114～180nm或在(114～180)nm加上其对应波长的整数倍，即Re＝(114～180)纳米+λ*n，λ为波长，n为小于100的自然数；更具体的，所述保护膜的面内延迟值不大于1000nm或不小于7000nm。在550nm波长下，所述保护膜的面内延迟值为137nm或者是137nm加上550nm的整数倍，即Re＝137纳米+550纳米*n，n为小于100的自然数；更具体的，所述保护膜的面内延迟值不大于1000nm或不小于7000nm。

本申请所述保护膜具有倾斜的光轴，具体来说是指该保护膜光轴与机械加工方向的倾斜角30°～60°；偏光片贴合所述保护膜后，所述保护膜的光轴与偏光片吸光轴成30°～60°；这是因为当配向角在0～30°或者60～90°时，经过所述保护膜后不能达到主要的解偏振效果，即出射接近于线偏振光或椭圆偏振光。所述保护膜的倾斜角度优选为40～50°，偏光片贴合所述保护膜后，所述保护膜的光轴与偏光片的偏振方向的夹角优选为40～50°，更优选为43～47°，在该角度区间内，经过该保护膜后，光线偏振态成为圆偏振光或接近圆偏振光的椭圆偏振光。

在本申请中，所述保护膜的光轴与偏光片的偏振方向的夹角是指保护膜的光轴与偏光片的偏振方向所形成的锐角。

本发明对于所述保护膜的厚度在没有影响本发明的效果外没有特别的限制，根据目前显示市场的需求，通常为10～300μm，更优选为20～200μm，因为当薄膜的厚度低于10μm时，保护膜的均匀性将极难保证，而且薄膜的力学性能包括拉伸强度、撕裂性能及热稳定性能将会显著下降；特别优选的当厚度下限为30μm。另一方面，如果偏振片保护膜的厚度超过300μm时，将会大大增加整个偏光板的厚度，使整个显示面板显的笨重，而且柔性会大大降低，因此也不优选。从实际使用的性能角度出发，优选的厚度区间为30～200μm，更优选为40～100μm。

为了减小因厚度误差带来的延迟值的变化，从而影响偏振态的变化，所述保护膜的厚度均匀性优选为5％以下，进一步优选为4％以下，特别优选为3％以下，更为优选的是1％以下。厚度均匀性使用D表示即D＝(d_max-d_min)/d*100％，D为厚度均匀性的量度，d_max和d_min分别为厚度的最大值和最小值，d为厚度平均值。具体做法是将该保护膜膜沿加工方向，每隔2cm取一个点，总计取80～100个点，并采用螺旋测微计或者其它精度能够达到0.001mm的厚度测量工具进行厚度测量。

从改变光的偏振态的角度出发，所述保护膜的材料选择本征双折射较大的材料；从使用性能上看，优选力学性能好，易加工的材料，因此所述保护膜的材料可以使用选自聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯乙烯树脂、间同立构聚苯乙烯树脂、聚醚醚酮树脂、聚苯硫醚树脂、环烯烃树脂和液晶性聚合物树脂中的一种或多种。因此，所述保护膜可以是聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚苯乙烯薄膜、间同立构聚苯乙烯薄膜、聚醚醚酮薄膜和聚苯硫醚薄膜中的一种或多种。上述树脂具有优异的透光率，热、力学性能优异，可以比较轻易的通过热变形来调控光轴。在这方面，聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚萘苯二甲酸乙二醇酯为代表的聚酯在热、力学性能，加工性能等方面具有优异的性能，因此作为优选。

鉴于此，本申请还提供了所述保护膜的制备方法，包括以下步骤：

A)将初始材料切片后烘干，挤出后在低于玻璃化转变温度下淬火，得到铸片；

B)将所述铸片进行预热，再将铸片进行纵向拉伸，最后将铸片沿着与铸片呈30°～60°的方向斜向拉伸，热处理后得到保护膜；

所述纵向拉伸的倍率λz为1～6，所述斜向拉伸的倍率λx为2～5。

在上述制备保护膜的过程中，步骤A)为保护膜材料的预处理过程，步骤B)为保护膜的拉伸过程。具体的，所述铸片可以采用常规方法制备得到，具体为：将初始材料切片烘干，采用单螺杆或双螺杆挤出机挤出，在低于玻璃化转变温度以下淬火得到基本为无定型的铸片。

在上述过程中，所述烘干的方式不进行特别的限制，可以将初始材料的切片以包括热风或者真空箱在150℃干燥6小时，使其至少完全结晶发白；所述初始材料的切片的水含量降低至500ppm以下，为了保证后续熔融挤出过程稳定且不会降解，更优选将初始材料的切片水含量降至200ppm以下，更优选将初始材料的切片水含量降至100ppm以下。

将上述干燥后的切片通过挤出机熔融挤出，这里不限制挤出机的类型，熔融挤出可以使用单螺杆挤出机、双螺杆挤出以及基于它们的各种衍生的挤出机。

以常规的单螺杆挤出机为例，具体而言，加料段温度为Tm±30℃，压缩段温度为Tm～Tm+35℃，均化段温度为Tm～Tm+35℃；口模温度为Tm～Tm+30℃；更优选为加料段温度为Tm±20℃，压缩段温度为Tm～Tm+15℃，均化段温度为Tm+15～Tm+30℃；口模温度为Tm+15～Tm+30℃；Tm为聚合物平衡熔点。加料段温度如果低于Tm，那么单螺杆挤出机将不能提供足够的向前的推动力使物料进入压缩段，如果加料段温度高于Tm+30℃，那么聚酯切片会因为温度过高而在加料段融化，无法进入压缩段；压缩段温度如果低于Tm，那么物料在压缩段不能完全塑化，如果温度高于Tm+35℃，那么很容易溶体破裂，导致前段压力不稳。

为了过滤掉原料中的异物以及一些未塑化完全的颗粒物，优选在熔融挤出中在挤出机中添加高精度过滤网，滤网的目数优选在20～120目，处于强度和精度考虑，更优选为60～100目，同时也可以使用多层过滤网如使用60-80目层叠在一起使用或者是60-80-60目三层层叠在一起使用，这样既能保证过滤精度，也能保证滤网强度。

步骤B)为保护膜的拉伸工艺；优选以斜向拉伸工艺制备如附图1所示：铸片前段沿着纵向方向进入拉伸系统，依靠A侧和B侧的夹具压紧，沿着箭头所指的前进方向C进入到预热区，预热后进入纵向拉伸区进行纵向拉伸，然后进入斜向拉伸区进行斜向拉伸调整光轴，最后从出口段经热处理后出来进行收卷。

在上述工艺的基础上，不仅仅局限于上述所介绍的工艺，还可以在纵向拉伸段和斜向拉伸段之间增加横线拉伸段。

具体而言，A、B两侧的每个夹具相对于入口处的位移可独立控制，在预热段，保持A，B两侧的前进方向上的相对位移为0，匀速朝着前进方向C移动，在纵向拉伸段通过调整单侧夹具间的相对位移进行纵向拉伸，在斜向拉伸段同样调整单侧夹具间的相对位移以及A、B两侧对应夹具间的纵向相对位移来实现斜向拉伸。

在预热段温度优选Tg～Tg+50℃，更优选为Tg～Tg+20℃；在纵向拉伸段温度优选为Tg～Tg+50℃，更优选为Tg+10～Tg+30℃；在斜向拉伸温度优选为Tg～Tg+50℃，更优选为Tg+20～Tg+40℃；在出口段的热处理温度优选为150～240℃，更优选为180～220℃。

纵向拉伸倍率λz定义为A侧或B侧相邻夹具间的距离变化比，即纵向拉伸后单侧相邻夹具间的距离除以进入拉伸段时刻的相邻夹具间的距离。斜向拉伸倍率λx定义为出口段A，B两侧对应的夹具间的距离除以进入斜向拉伸段时刻A侧、B两侧对应的夹具间的距离。倾斜角θ为前进方向与A，B两侧对应夹具连线所成的锐角。

即λx＝1/sin(θ)。

在上述拉伸温度下，纵向拉伸倍数λz为1～6，更优选为2～5，斜向拉伸倍率λx为1～5，更优选为1.3～3.5；纵向拉伸倍数的选择可以根据需要的纵向强度进行选择，如果太小则不能够为斜向拉伸提供足够的取向度，如果太大则不利于斜向拉伸，容易破膜。针对于聚酯树脂而言，最为优选的λz是2～5。斜向拉伸倍率λx如果小于1.3，则不能提供足够的形变使光轴倾斜，如果大于3.5则会导致光轴倾斜角太小，因此λx优选为1.3～3.5，更为优选为1.3～3。

在上述拉伸温度和拉伸倍率下，优选在出口段进行热处理；更优选在热处理阶段将A侧、B两侧对应夹具间的纵向相对距离回缩0.1％～15％，更优选的回缩0.3％～10％，更优选的回缩1％～8％；如果回缩小于0.1％，因为回缩量太小，不能够是应力完全松弛，如果回缩量大于15％会导致回缩量太大，薄膜在收卷时会产生邹纹，不易收卷。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的兼具1/4波片功能的保护膜及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

以均匀发光LED白光为背光源，上侧贴一层偏光片，偏光片靠近观察侧的一侧将薄膜沿加工向与偏光片偏振方向平行放置所测样品；在观察侧采用功率计采集透过所述保护膜的光强。偏振元件的偏振方向与靠近观察侧的一侧的偏光片的偏振方向垂直时设为0°，以背光源光的射出方向顺时针旋转偏振元件至不同的角度，记录不同位置处的光强。如附图2所示。

当从靠近观察侧的偏光片射出的是圆偏振光时，记录的不同方位角位置处的强度与角度无明显依赖性，即各个角度上的强度值大致相等。

实施例1

将PET聚酯切片在150℃烘干，投入到单螺杆挤出机中，加料段温度设置为265℃，压缩段温度设置为275℃，均化段温度设置为275℃，口模温度设置为275℃，调节螺杆转速和计量泵转速，使泵后压力稳定在1.2MPa；采用静电方式使口模流出的熔体压紧在冷却辊上淬冷，冷却辊温恒定为30℃，制作不同厚度的无定型流延铸片；

将上述铸片在90℃下纵向拉伸2倍，在100℃下斜向拉伸3倍，然后在180℃下热处理，制备出厚度80μm，光轴角度为41°，550nm波长下延迟值为8219nm的薄膜，以加工方向为一边将样品裁成矩形从而得到样品1，按照上述方法进行测试，结果如表1所示。

实施例2

使用实施例1中相同的方法制作的铸片，将上述铸片在90℃下纵向拉伸1.8倍，在100℃下斜向拉伸3倍，然后在180℃下热处理，制备出厚度80μm，光轴角度为50°，550nm波长下延迟值为8222nm的薄膜，以加工方向为一边将样品裁成矩形从而得到样品2，按照上述方法进行测试，结果如表1所示。

实施例3

使用实施例1中相同的方法制作的铸片，将上述铸片在100℃下纵向拉伸2.1倍，在100℃下斜向拉伸3倍，然后在180℃下热处理，制备出厚度80μm，光轴角度为40°，550nm波长下延迟值为8220nm的薄膜，以加工方向为一边将样品裁成矩形从而得到样品3，按照上述方法进行测试，结果如表1所示。

实施例4

使用实施例1中相同的方法制作的铸片，将上述铸片在90℃下纵向拉伸2倍，在100℃下斜向拉伸2.7倍，然后在180℃下热处理，制备出厚度60μm，光轴角度为43°，550nm波长下延迟值为8164nm的薄膜，以加工方向为一边将样品裁成矩形从而得到样品4，按照上述方法进行测试，结果如表1所示。

实施例5

使用实施例1中相同的方法制作的铸片，将上述铸片在90℃下纵向拉伸1.5倍，在100℃下斜向拉伸3倍，然后在200℃下热处理，制备出厚度40μm，光轴角度为43°，550nm波长下延迟值为5479nm的薄膜，以加工方向为一边将样品裁成矩形从而得到样品5，按照上述方法进行测试，结果如表1所示。

实施例6

使用实施例1中相同的方法制作的铸片，将上述铸片在90℃下纵向拉伸1.3倍，在100℃下斜向拉伸2.9倍，然后在200℃下热处理，制备出厚度100μm，光轴角度为44°，550nm波长下延迟值为10275nm的薄膜，以加工方向为一边将样品裁成矩形从而得到样品6，按照上述方法进行测试，结果如表1所示。

实施例7

使用实施例1中相同的方法制作的铸片，将上述铸片在100℃下纵向拉伸2倍，在100℃下斜向拉伸2.5倍，然后在180℃下热处理，制备出厚度100μm，光轴角度为48°，550nm波长下延迟值为8222nm的薄膜，以加工方向为一边将样品裁成矩形从而得到样品7，按照上述方法进行测试，结果如表1所示。

实施例8

使用实施例1中相同的方法制作的铸片，将上述铸片在90℃下纵向拉伸1.9倍，在100℃下斜向拉伸3倍，然后在210℃下热处理，制备出厚度100μm，光轴角度为20°，550nm波长下延迟值为10275nm的薄膜，以加工方向为一边将样品裁成矩形从而得到样品2，按照上述方法进行测试，结果如表1所示。

表1实施例1～8制备的保护膜的相关参数与性能数据表

根据表1所示，采用申请所述兼具1/4波片功能的聚酯保护膜，可有效将偏振片出射光转化为圆偏振光或近似圆偏振光。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种兼具1/4波片功能的保护膜，其特征在于，所述保护膜的面内延迟值为Re，所述Re＝(n₁-n₂)*d；

其中，n₁为光轴方向折射率，n₁＝1.3～1.8；

n₂为垂直于光轴方向折射率，n₂＝1.2～1.7；

d为厚度，10～300μm；

所述保护膜的光轴方向和机械加工方向不平行也不正交，角度为30°～60°。

2.根据权利要求1所述的保护膜，其特征在于，在550nm波长下，Re＝137纳米+550纳米*n，n为小于100的自然数。

3.根据权利要求1所述的保护膜，其特征在于，在450～650nm波长下，Re＝(114～180)纳米+λ*n，λ为波长，n为小于100的自然数。

4.根据权利要求1所述的保护膜，其特征在于，所述保护膜的角度为40～50°。

5.一种兼具1/4波片功能的保护膜的制备方法，包括以下步骤：

A)将初始材料切片烘干，挤出后在低于玻璃化转变温度下淬火，得到铸片；

B)将所述铸片进行预热，再将铸片进行纵向拉伸，最后将铸片沿着与铸片呈30°～60°的方向斜向拉伸，热处理后得到保护膜；

所述纵向拉伸的倍率λz为1～6，所述斜向拉伸的倍率λx为2～5。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤B)具体为：

B1)将铸片放入具有A侧夹具和B侧夹具的拉伸系统，依靠A侧夹具和B侧夹具压紧，将铸片进入拉伸系统的预热区；

B2)固定A侧夹具和B侧夹具之间相对速度不变，等速增大拉伸系统同侧夹具间的相对距离，沿着薄膜前进方向纵向拉伸；

B3)进入斜向拉伸段后，保持A侧或B侧夹具间的相对速度不变，相应的增大B侧或A侧的夹具速度，以大于A侧或B侧的夹具速度对薄膜进行斜向拉伸。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述预热的温度为Tg～Tg+50℃，所述纵向拉伸的温度为Tg～Tg+50℃，所述斜向拉伸的温度为Tg～Tg+50℃，所述热处理的温度为150～240℃；Tg为初始材料的玻璃化转变温度。

8.一种具有保护膜的偏光片，包括偏光片本体和保护膜，其特征在于，所述保护膜为权利要求1～4任一项所述的保护膜或权利要求5～7任一项所述的制备方法所制备的保护膜。

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