Metodi di protezione UV per polarizzatori

Miglioramento della resistenza ai raggi UV (100nm ~ 400nm) nei polarizzatori

Migliorare la resistenza ai raggi UV (100 nm ~ 400 nm) è essenziale per evitare che lo strato polarizzatore sbiadisca, si degradi, ingiallisca o si rompa a causa dell'esposizione ai raggi ultravioletti. Inoltre, i raggi UV possono danneggiare la struttura molecolare dei cristalli liquidi, riducendone le prestazioni. Una volta che i materiali a cristalli liquidi si degradano, possono verificarsi deviazioni di colore o macchie gialle, che compromettono l'uniformità del display, la qualità dell'immagine e la durata.

Questa volta ci concentreremo su come migliorare la resistenza ai raggi UV dei polarizzatori.

Comprensione della struttura del polarizzatore e del flusso del processo

Per capire come aumentare la resistenza ai raggi UV di un polarizzatore, è necessario innanzitutto avere una conoscenza di base della sua struttura e del suo processo di fabbricazione.

Struttura generale di un polarizzatore:

1. Rivestimento di superficie:
   • Trattamenti aggiuntivi facoltativi.
   • Rivestimenti funzionali applicati direttamente sulla superficie della pellicola TAC.
   • Esempi: rivestimenti antigraffio (utilizzati nella maggior parte dei polarizzatori), AR (antiriflesso), AF (anti-impronta), AS (anti-sbavatura), blocco UV.
2. Pellicola funzionale (strato di protezione superficiale):
   • Pellicola aggiuntiva opzionale incollata alla superficie TAC per prestazioni migliorate.
   • Esempi: pellicola per l'aumento della luminosità, protezione UV, rivestimenti AF/AR/AS, pellicola antistatica.
3. Film TAC (Triacetilcellulosa) – TAC superiore:
   • Fornisce protezione fisica e supporto strutturale.
   • Protegge lo strato polarizzatore da graffi, umidità, ossidazione, ecc.
   • Offre resistenza meccanica e flessibilità.
4. Strato polarizzatore PVA – Alcol polivinilico:
   • Lo strato funzionale centrale.
   • Dopo l'allungamento, le molecole di PVA si allineano con le molecole di colorante, che assorbono selettivamente le onde luminose in una direzione specifica, ottenendo così la polarizzazione.
5. Pellicola TAC – TAC inferiore:
   • La struttura simmetrica aumenta la resistenza meccanica.
   • Protegge la parte inferiore dello strato polarizzatore.
6. Adesivo sensibile alla pressione (PSA) o adesivo ottico trasparente (OCA):
   • Incolla il polarizzatore al vetro del pannello LCD o touch.
   • Deve rimanere trasparente, senza bolle e resistente all'ingiallimento.
7. Pellicola distaccante o pellicola protettiva

Da questa struttura è chiaro che il Lo strato polarizzatore PVA è il più critico componente. Pertanto, per comprendere meglio come migliorare la resistenza ai raggi UV, dobbiamo anche comprendere il processo di fabbricazione dello strato polarizzatore PVA.

Fasi di produzione dello strato polarizzatore PVA

• Tintura:
  Il PVA è un polimero idrosolubile. Viene immerso in una soluzione contenente iodio o coloranti organici, che aderiscono alla pellicola formando il materiale polarizzante.
• Allungamento (orientamento):
  Il film di PVA colorato viene stirato in una direzione per allineare le molecole di colorante. Queste molecole assorbono selettivamente le onde luminose allineate nella loro direzione, creando luce polarizzata linearmente. La luce trasmessa è perpendicolare all'orientamento del colorante.
• Trattamento di reticolazione (per migliorare la resistenza all'acqua e la stabilità):
  La pellicola stirata viene trattata con agenti chimici reticolanti, quali acido borico e ioni sodio, per aumentarne la resistenza meccanica e la resistenza all'umidità.
• Asciugatura:
  La pellicola viene essiccata per rimuovere l'umidità in eccesso e stabilizzare l'effetto di polarizzazione.

Flusso di produzione completo di un polarizzatore

Materie prime → Tintura → Stiratura → Reticolazione → Essiccazione → Laminazione → Taglio → Ispezione → Confezionamento

Strategie per migliorare la resistenza ai raggi UV

Per migliorare la resistenza ai raggi UV si possono adottare diverse misure strutturali e di processo:

1. Rivestimento di superficie:

• Applicare rivestimenti fotoindurenti contenenti componenti di protezione UV o materiali nano schermanti UV.
• Fornisce uno strato protettivo superficiale durevole.

2. Pellicola protettiva funzionale:

• Aggiungere pellicole barriera UV (ad esempio, PET + rivestimento UV) per bloccare ulteriormente i raggi UV a onde corte.

3. Film TAC superiore e inferiore:

• Utilizzare pellicole TAC con assorbitori UV per assorbire i raggi UV (in particolare nell'intervallo 280-400 nm), impedendone la penetrazione e proteggendo lo strato interno di PVA.
• Sulla superficie TAC possono essere applicati anche rivestimenti assorbenti o riflettenti i raggi UV, soprattutto nelle applicazioni di fascia alta.

4. Strato PVA – Tintura e stiramento:

Processo di allungamento:

• Durante la produzione del polarizzatore, le pellicole in PVA vengono tinte e poi stirate per allineare le molecole del colorante.
• Il PVA non stirato assomiglia a fili aggrovigliati (catene molecolari casuali), mentre le pellicole stirate hanno catene allineate in modo ordinato, come capelli pettinati con cura, che controllano la direzione della luce.

Come lo stretching migliora la resistenza ai raggi UV:

1. L'orientamento molecolare migliora l'assorbimento dei raggi UV (protezione UV indiretta):
   • Il PVA allungato presenta catene molecolari altamente ordinate, offrendo una migliore stabilità alla luce.
   • Se si utilizzano coloranti che assorbono i raggi UV (ad esempio a base di iodio), lo stiramento li allinea per un assorbimento dei raggi UV più efficace.
   • Anche senza colorante, il PVA allungato mostra un assorbimento UV leggermente migliorato.
2. Miglioramento della stabilità strutturale e della resistenza all'invecchiamento UV:
   • Lo stretching aumenta la cristallinità e rafforza la struttura molecolare, migliorando la resistenza ai raggi UV.
   • Fondamentale per scenari di esposizione a lungo termine (ad esempio, occhiali da sole per esterni, display per automobili).
3. Riduzione dei percorsi dei radicali liberi:
   • La luce UV eccita i legami insaturi nei polimeri, formando radicali liberi che ne causano la degradazione.
   • Le strutture molecolari ordinate riducono la diffusione dei radicali liberi, migliorando la resistenza ai raggi UV.

Processo di tintura:

• Il PVA da solo assorbe poca luce visibile, anche dopo l'allungamento, quindi l'efficienza della polarizzazione è bassa.
• I coloranti (come lo iodio) assorbono la luce in direzioni specifiche e si allineano con le catene PVA durante lo stiramento per creare un'elevata efficienza di polarizzazione (alta trasmissione + alta polarizzazione).
• L'utilizzo di coloranti resistenti ai raggi UV e altamente fotostabili (ad esempio, coloranti antrachinonici o azoici speciali) previene lo sbiadimento e ne prolunga la durata.
• La concentrazione del colorante deve essere controllata per evitare la degradazione accelerata dai raggi UV dovuta a sovradosaggio.

Soprattutto negli LCD, dove sono richieste elevate prestazioni di polarizzazione, le pellicole a colorante allungato rimangono la soluzione più conveniente e ad alte prestazioni.

5. Strato adesivo (PSA/OCA):

• Utilizzato per unire i due film TAC e lo strato PVA.
• Deve essere otticamente trasparente e durevole.
• Utilizzare adesivi ottici con inibitori UV per prevenire ingiallimenti, formazione di bolle o guasti sotto l'azione dei raggi UV.
• Un rivestimento/laminazione uniforme e senza bolle è fondamentale per evitare percorsi di dispersione dei raggi UV.

Riepilogo: Punti chiave sulla resistenza ai raggi UV nei polarizzatori

1. La radiazione UV è il principale fattore esterno che causa l'invecchiamento del polarizzatore, in particolare per lo strato di PVA e la struttura del colorante. Ciò provoca sbiadimento, rottura, perdita di contrasto e riduzione della durata del display/modulo.
2. La progettazione della resistenza ai raggi UV coinvolge sia i materiali che la struttura:
   • Livello materiale: Utilizzare pellicole TAC, adesivi ottici e rivestimenti superficiali con assorbitori UV: tra gli assorbitori più comuni rientrano i composti di benzotriazolo e triazina.
   • Livello strutturale: Impilare pellicole tagliate UV o utilizzare rivestimenti UV per una schermatura migliorata, particolarmente importante per applicazioni esterne o all'interno di veicoli con elevata esposizione ai raggi UV.
3. Principio di funzionamento degli assorbitori UV:
   • Converte l'energia UV in calore o in radiazioni innocue a onde lunghe, proteggendo gli strati centrali di PVA e colorante dalla degradazione.
   • Prestazioni di taglio UV si riflette nel modo in cui l'intera struttura limita la trasmissione UV (<400nm).
4. Anche la progettazione della protezione delle superfici gioca un ruolo fondamentale:
   • I polarizzatori moderni solitamente includono un rivestimento antigraffio duro (HC).
   • È possibile aggiungere pellicole funzionali aggiuntive (AR, anti-sbavatura, anti-UV) in base alle esigenze applicative e al costo.
5. Prospettiva a livello di sistema:
   • I polarizzatori sono solo una parte del sistema di protezione UV.
   • Altrettanto importanti sono i cristalli liquidi, le strutture di guida della luce e la sigillatura completa del modulo.
   • La resistenza ai raggi UV deve essere presa in considerazione nella fase di progettazione del sistema, ad esempio aggiungendo un filtro UV in vetro sulla copertura anteriore, utilizzando materiali a cristalli liquidi resistenti ai raggi UV, ecc.

Conclusione:

La resistenza ai raggi UV non è solo il compito di un singolo materiale, ma una strategia di progettazione di sistemi multistrato e multimateriale che influisce direttamente sulla stabilità e l'affidabilità a lungo termine dei display LCD.