高效率K-薄片偏振器制造技术

本发明专利技术揭示一种光偏振薄片。偏振薄片包含聚乙烯醇／聚亚乙烯基块共聚物材料，其中聚亚乙烯基块由聚乙烯醇脱水而得。所述共聚物材料包括一光偏振分子的均匀分布，聚亚乙烯基块的结合重复亚乙烯基长度ｎ在２至２４的范围内改变。每个聚亚乙烯基块浓度保持相对恒定，光偏振分子的取向程度在所述范围内随所述聚亚乙烯基长度增加而增大；聚亚乙烯基块浓度和分子的取向程度给出适光二向色性比值Ｒ↓［Ｄ］至少约为４５。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及以分子取向聚乙烯醇薄片为基的合成二向色性平面偏振器。本专利技术特别涉及一种具有光吸收发色团均衡浓度的高效率“K-薄片”型光偏振片和它的加工方法。正常情况下，光波在绕光束轴的大量平面内振动，如果光波只在一个平面内振动，则称光为平面偏振的。由平面偏振光可以实现几种有用的光学效应和光学结果。例如，在电光器件(如液晶显示器)的制造过程中，正交偏振器与一个可寻址液晶中间层连用，以提供图像形成的基础。在摄影领域，用偏振滤光器来减少眩光和镜面反射亮度。也已用偏振滤光器(圆或其他的)来减少CRT显示屏的眩光。由于几种材料具有一定程度的固有偏振特性，由于比较容易加工和处理、适合特殊目的的能力和比较容易并入需要的终端产品等原因，希望采用以聚合薄膜为基的合成偏振材料。绕性光偏振薄膜的制备工艺在现有技术中已经有详细的描述。一般，线性光偏振薄膜具有选择性地沿一给定的电磁辐射矢量通过振动辐射(并沿另一个给定的电磁辐射矢量吸收电磁辐射)的性质。这归因于透光薄膜介质的各向异性特征。二向色性偏振器是一种吸收类型的线性偏振器，其偏光能力归因于吸收入射光波的矢量各向异性。这里，“二向色性”术语是指对一个入射光束分量的不同的吸收特性依赖于所述分量的振动方向。因此，光进入二向色性薄膜将遇到两个不同的吸收系数——一个高的和一个低的。出射光主要是沿低吸收的方向振动。使用最广泛的合成二向色性薄片偏振器是聚乙烯醇-碘复合偏振器(称为“H-薄片”型偏振器)及其变形。最早的这种偏振器是由Polaroid公司的Edwin H.Land专利技术的(1948年11月23日颁发的美国专利No.2,454,515，其申请是1938年10月29日提出的)。一般，一个“H-薄片”型偏振器由包含在一个聚乙烯醇母体中的一个光吸收线性聚碘化合物构成。例如，“H-薄片”型偏振器一般是这样制作的，把聚乙烯醇薄膜(或其衍生物)浸入光吸收聚碘化合物(或二向色性染料)的水溶液里，然后加热伸展到原长度的几倍。因此，余下的高分子量分子是单一取向的。通过把聚乙烯醇母体单一方向排列，光吸收聚碘化合物的跃迁矩(transitionmement)相应取向。材料因此也成为可见光二向色性材料。由于“H-薄片”型偏振器的基底材料是一种水溶液高分子量物质，得到的薄膜经常显示出比较低的抗湿性，且在非保护状态下，当暴露在环境大气湿度下倾向于起皱、脱落或卷起。尽管“H-薄片”型偏振薄膜表现出好的偏振性能(如适光二向色性比值大于80)，但是对于某些应用来讲，它的耐湿性和耐热性是不能满足要求的。与第一个“H-薄片”型偏振器研制的同时，Polarid公司的Eduin H.Land和Howard G.Rogers进行“K-薄片”偏振器的研究，(参见美国专利No.2,173,304,No.2,255,940和No.2,306,108)而F.J.Binda做了进一步的研制工作(参见美国专利No.2,445,555,No.2,453,186,No.2,554,850和No.2,674,159)。同“H-薄片”型偏振器和其它的合成二向色性平面偏振器相反，“K-薄片”型偏振器的二向色性来源于母体的光吸收性质，而不是来自于染料添加剂、着色剂或悬浮的结晶材料的光吸收。最早的“K-薄片”偏振器是由在分子取向的聚乙烯醇薄膜中的聚乙烯醇的二向色性脱水产物的一种取向的悬浮体构成的，这种偏振器的加工是由聚乙烯醇(PVA)的脱水薄片开始的，最好是在很强的酸催化剂(如发烟盐酸)存在的情况下加热，释放水分子和产生聚亚乙烯基结合块(conjugatedblock)，然后为实现所需要的各向异性性能，将脱水的薄片沿着单一方向聚亚乙烯基结合块的方向)拉伸，由此使二向色性矩取向排列。由于它的较大疏水性(和固有的稳定性)，这种偏振器的早期应用主要集中在偏振器将承受温度变动范围宽和湿度变化很大的光学系统。尽管早期的“K-薄片”偏振器比当时的“H-薄片”偏振器提供较好的耐热性和耐湿性，但是它的光学性能不如H-薄片那样合乎要求。因此，早期的“K-薄片”不象“H-薄片”那样获得广泛应用和销售成就。因此，不去提高早期的“K-薄片”的光学性质，在改善“H-薄片”型偏振器的抗湿性方面作了很大努力。一般，采用两种方法一种本质上机械的，另一种是化学的。对于机械方法，“H-薄片”型偏振器的耐水性是通过把潮解材料与环境气氛隔离来实现的。例如，用一个保护封套或叠层，例如，参见美国专利No.4,416,946(以碳氟化物为基的防潮层)。对于化学方法，对添加到聚乙烯醇中的疏水性替代物质的鉴别和实施做了研究，例如美国专利No.4,842,781和No.5,286,418，参见美国专利No.2,572,315(1951年10月23日颁给J.E.Campbell的)及美国专利No.3,621,085、4,229,498和4,230,268(聚氯乙烯脱去卤化氢)。在改善“H-薄片”偏振器方面做了很大努力，而对K-薄片偏振器的研究退缩了，直到如今，实质上还是停留本世纪40年代的水平。当前，许多商业注意力移到研制和改善平面显示器，特别是液晶显示器上来。为与这种技术的加速发展相配合，于是人们就在转向考虑具有良好的光偏振效率和较低的生产成本的偏振器。虽然H-薄片偏振器继续使用在液晶显示器里，但在寻找一种替代物，它具有可比拟的光学性能，而它的抗湿性是通过廉价的机制和方法实现的。为响应上述需要，本专利技术提供了一个改进的耐湿的、具有与“H-薄片”型偏振器可比拟或更好的偏振性能的“K-薄片”偏振器。本专利技术构思了一种由具有聚亚乙烯基块(通过聚乙烯醇薄片分子脱水形成的)的聚乙烯醇/聚亚乙烯基块聚物材料的分子取向薄片构成的光偏振器。按照本专利技术，分子取向聚乙烯醇/聚亚乙烯基块共聚物材料薄片构成聚乙烯醇/聚亚乙烯基块共聚物材料的光偏振分子的一个均匀分布，其共聚物的聚亚乙烯基块的结合重复亚乙烯基单元的长度(n)在所述范围内的增加而增大。此外，由所述块的光吸收决定的每块聚亚乙烯基的浓度在所述范围内相对保持恒定(即“均衡”)。所述分子的取向程度与每块聚亚乙烯基的浓度分布一起足以给所述薄片一个至少为45的适光二向色性比值RD。因此，本专利技术的一个主要和特别的目的是提供一种包括分子取向的线性聚乙烯醇的光偏振薄片，所述光偏振薄片具有一个在其内形成的取向的二向色性聚乙烯醇/聚亚乙烯基块共聚物，亚乙烯基块的结合长度n的分布主要在2至24内，其中，光偏振薄片充分拉伸，以使所述薄片有一个近似大于45的适光二向色性比值RD的峰值。本专利技术的另一目的是提供一种既有良好的偏振效率又有良好的耐湿性的偏振器。本专利技术的另一目的是提供具有上述特性的光偏振材料的加工工艺。特别，本专利技术提供制备偏振薄片材料的一种方法，这种方法包括一个起始单一方向拉伸步骤和一个后续单一方向延伸步骤，后续延伸步骤将薄片的长度延伸到超过起始拉伸步骤中得到的长度。因此，本专利技术包括几个步骤，以及这些步骤中的一个步骤或多个步骤与其他每个步骤之间的关系，在下面详细的叙述中将说明生产工艺具有特点、性能和元件的关系，而申请的范围将在权利要求书中指出。附图说明图1是专利技术的K-偏振器的三个代表性实例(它们的起始单一方向拉伸和后续延伸不同，即EXT不同)和一个现有技术的K-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光偏振器，其特征在于包括一个分子取向的聚乙烯醇／聚亚乙烯基块共聚物材料的薄片，所述共聚物材料中的聚亚乙烯基块是通过聚乙烯醇薄片脱水形成的； 所述聚乙烯醇／聚亚乙烯基共聚物材料的分子取向薄片包括有聚乙烯／聚亚乙烯基块共聚物材料的光偏振分子的基本上均匀的分布，所述共聚物材料的聚亚乙烯基块的结合的重复亚乙烯基单元的长度ｎ在２至２４的的范围内变化； 由所述聚亚乙烯基块在２００至７００ｎｍ波长的吸收所确定的每块所述聚亚乙烯基块的浓度是这样的，即在ｎ＝１９至２４范围内每个的所述聚亚乙烯基块的所述由吸收确定的浓度不小于任何一个在ｎ＝１４或１５范围内的所述聚亚乙烯基块的由吸收确定的浓度的大约７０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治B特拉帕尼，纳伦德拉S卡达巴，约翰J卡埃尔，斯图尔特贝内特，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]