CN101097269A - 偏光板结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种偏光板结构，其是具有偏光层、第一光学膜以及第二光学膜，且第一光学膜是形成于所述偏光层上方，第二光学膜是形成于所述偏光层下方。其中，所述第一光学膜与第二光学膜中至少一个光学膜是聚甲基丙烯酸甲酯光学膜。再者，所述光学膜是透过所述混合溶液分布在基板上备制后，再贴合于所述偏光膜并进行热处理后所形成，或者是所述光学膜是透过所述混合溶液分布于所述偏光膜表面并进行热处理后所形成。

Description

偏光板结构

技术领域

本发明涉及一种偏光板结构，特别涉及一种利用溶剂铸膜技术制备的为聚甲基丙烯酸甲酯光学膜的偏光板结构。

背景技术

传统偏光板结构是偏光基质上、下表面分别设置光学膜所构成，而这类光学膜的基材一般是以三醋酸纤维(TAC：triacetate)、PC(polycarbonate)、COP为主。而典型的TAC膜又可进一步作为光学膜的保护与支撑膜，所以一般的TAC膜除了必须达到所要求的光学性质外，也必须具有一定的强度且具有耐高温以及耐潮湿的特性以达到光学膜的使用需求或是提供保护TAC膜所构成的光学膜的效果(参考下述专利：JP4342202、TW499573、JP2000-324055、JP2001-235625、JP2003-195048、EP 1-285742、EP 1-331245)。另外，美国第6,652,926B1号专利中揭露加入0.04％～0.3％的硅土粒子(silica particle)于TAC中，其一方面增加了TAC膜的韧性，另一方面亦使得TAC膜的厚度降低。

再者，有关于基板或是保护膜的产生，已揭示于美国公告第2004/0086721A1号专利中，其揭露以20～40％的PVDF(聚偏二氟乙烯)、40～60％的聚甲基丙烯酸甲酯以及5～18％的acrylic elastomer(聚丙烯弹性体)以熔融混掺的方式制成基板或是保护膜。欧洲第EP1154005A1号专利揭露以PET膜中混掺小于5微米(um)的微粒子以达到介于20～600纳米(nm)中心粗度的PET薄膜。此外，日本特开平7-56017号专利中提到，以PC80％+聚甲基丙烯酸甲酯(Kuraray C-16)20％铸成80微米(um)的薄膜，以及聚甲基丙烯酸甲酯(MMA97％+BA3％)材料75％混掺25％PEA所铸成的500微米(um)薄膜。

上述现有技术的缺点包括：TAC薄膜的吸水及透湿性大，因此当于高温、高湿度的条件下使用时，会因外在环境导致薄膜变形或产生应力而造成光学膜的光学特性受到影响，甚至造成光学膜无法使用。并且TAC的b值过高，在外观上即可看出，容易造成视觉上的阻碍。另外，COP薄膜(如Zeonor、Arton)的吸水及透湿性过小，附着性质差，并且具有材料太脆的问题。欧洲第EP1154005A1号专利中的微粒子虽可以降低表面粗糙度，但其所使用PET的玻璃转移温度低(75℃)，无法符合现有光学膜的耐热性要求。日本特开平7-56017号专利中提到的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/PC混掺的材料性质太脆，并且聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/PEA混掺的材料厚度高达500微米(um)，相对于现有光学膜，其适用性皆不足。

鉴于上述的缺点，并且为了避免因融熔掺混或热塑性加工造成的材料不安定现象，并且改善光学膜的耐热性、耐湿性以及机械性质，而有效解决光学膜稳定性问题，本发明提供了可以解决上述缺点的偏光板结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种偏光板结构，利用溶剂铸膜技术混掺聚甲基丙烯酸甲酯的偏光板结构，聚甲基丙烯酸甲酯可溶于不具毒性的溶剂如甲苯等的中，其可避免TAC制程中大量使用二氯甲烷，所可能对人体及环境的伤害。

本发明的再一目的在于提供一种偏光板结构，具适中的吸水及透湿性并可有效解决偏光板光学性质变异的问题。

本发明的又一目的在于提供一种耐热性佳、机械性质适中、低光弹性系数且具备良好光学性质，例如：低雾度、低黄化指数、高阿贝数、在可见光范围(波长400～700纳米)具有高的穿透度(＞90％)以及具有均匀膜面性质(如厚度、表面粗糙度等)的偏光板结构，以及避免因融熔掺混或热塑性加工造成的材料不安定现象。

再者，本发明的利用溶剂铸膜技术混掺聚甲基丙烯酸甲酯所制备的偏光板具有许多优点：1.耐热性佳、机械性质适中、低光弹性系数且具备良好光学性质，例如：高透明性、低雾度、低黄化指数、高阿贝数、在可见光范围(波长400～700纳米)具有高的穿透度(＞90％)以及具有均匀膜面性质(如厚度、表面粗糙度等)的光学膜；2.可以避免因融熔掺混或热塑性加工造成的材料不安定现象；3.透湿性适中，适中的吸水及透湿性并可有效解决光学膜光学性质变异的问题；4.制程简易；5.低光弹性系数；6.树酯(Resin)来源充足，有效降低成本；7.有效降低高温高湿的PVA内缩。

本发明揭露的偏光板结构是具有偏光层、第一光学膜以及第二光学膜，且第一光学膜是形成于所述偏光层上方，第二光学膜是形成于所述偏光层下方。其中，所述第一光学膜与第二光学膜中至少一个光学膜是聚甲基丙烯酸甲酯光学膜。

再者，所述光学膜是透过所述混合溶液分布在基板上备制后，再贴合于所述偏光膜并进行热处理后所形成，或者是所述光学膜是透过所述混合溶液分布于所述偏光膜表面并进行热处理后所形成。其中，所述光学膜的制作是包括：将至少一种聚甲基丙烯酸甲酯、被取代官能基的聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸甲酯混掺与溶剂混合，以形成均匀的混合溶液；将上述混合溶液均匀分布在基板上；以及进行热处理，以获得均匀表面的光学膜。

上述官能基为甲基，而上述被取代官能基的聚甲基丙烯酸甲酯包括以乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、新丁基、正己基、异己基、环己基等官能基取代甲基的聚甲基丙烯酸甲酯。上述混掺包括至少一种高分子、小分子、可塑剂(plasticizer)、UV吸收剂、抗降解剂或纳米级粒子混掺。上述溶剂包括至少一种芳香族、环烷类、醚类、酯类或酮类。上述芳香族包括甲苯，邻-、间-或对-二甲苯(Xylene)，环烷类包括环己烷(Cyclohexane)，醚类包括二乙基醚(Diehtyl Ether)、四氢氟喃(Tetrahydrofuran：THF)，酯类包括乙酸甲酯(Methyl acetate、Ethylacetate)，酮类包括丙酮(Acetone)、甲基乙基酮(methylethylketone：MEK)、1-甲基环戊酮(1-methylpyrrolidone：NMP)。

上述混合溶液是利用一溶剂铸膜的方式而均匀分布在上述基板上。上述溶剂铸膜的方式包括刮刀涂布、缠线棒涂布、逆或同向式滚筒涂布、气帘式(air curtain)涂布、轮式涂布、雕筒涂布、浸沾式涂布、旋转涂布、狭缝式涂布、挤压式涂布或淋幕式涂布。上述基板包括玻璃基板、塑料基板、镜面钢板、镜面钢带或表面均匀性良好的合成高分子。上述合成高分子包括PET(polyethyleneterephthalate)、PEN(polyethylenenaphthalate)、PES(polyethersulfone)、PI(polyimide)、PAR(polyarylate)、PC(polycarbonate)、或天然纤维如CA(cellulose acid)、DAC(cellulose diacetate)、TAC(cellulose triacetate)等。上述混合溶液均匀分布在上述基板上的厚度为150微米(μm)～1200(μm)微米。上述热处理是利用UV光照射均匀分布在上述基板上的混合溶液。

另外，本发明的光学膜中，可进一步添加由聚甲基丙烯酸甲酯及/或被取代官能基的聚甲基丙烯酸甲酯及/或聚甲基丙烯酸甲酯混掺中包覆一橡胶弹性材质所形成的聚甲基丙烯酸甲酯橡胶粒子，其中所述橡胶弹性材质是可选择丙烯酸丁酯(butyl acrylate)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate)、苯乙烯(styrene)以及其共聚合物中的任一材质，且所述橡胶弹性材质的粒径尺寸是小于10微米甚至可进一步为纳米尺度，以增进光学膜的机械性质。

附图说明

通过参考下列详细叙述，上述观点以及本发明的优点将可以更快地了解，并且通过下面的描述以及附加图示，可以容易了解本发明的精神。其中：

图1是本发明偏光板结构具体实施例的立体视图；

图2是本发明偏光板结构具体实施例的制作流程图；

图3是现有偏光板结构与本发明偏光板结构的单体透过率变化量比较图；

图4是现有偏光板结构与本发明偏光板结构的偏光度变化量比较图；

图5是现有偏光板结构与本发明偏光板结构的PVA内缩率比较图。

附图标记说明：1偏光层；2第一光学膜；3第二光学膜；101、102、103、104：步骤流程。

具体实施方式

在此，本发明将详细地叙述一些实施例。然而，值得注意的是除了这些明确的叙述外，本发明可以实施在一广泛范围的其它实施例中，并且本发明的范围不受限于上述实施例，其当视权利要求而定。

图1是本发明偏光板结构具体实施例的立体视图。参考图1所显示，本发明的偏光板结构是偏光层1的上表面以及下表面分别具有第一光学膜2以及第二光学膜3，且所述第一光学膜2与第二光学膜3中，至少一个光学膜是聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)光学膜。

另外，上述的第一光学膜2与第二光学膜3中，一个光学膜是聚甲基丙烯酸甲酯光学膜，而另一个光学膜可选自三醋酸纤维(triacetate，TAC)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚环烯烃高分子(cycloolefin polymer，COP)等材质，并用以支撑或保护所述偏光层1。

本发明揭露的聚甲基丙烯酸甲酯光学膜是选自聚甲基丙烯酸甲酯、被取代官能基的聚甲基丙烯酸甲酯以及数种聚甲基丙烯酸甲酯混掺的材质所构成。

另外，本发明揭露的TAC是选自Konica公司型号KC8U产品以及Fuji公司型号TDY-80产品。

图2是本发明偏光板结构具体实施例的制作流程图。请参考图2，本发明偏光板结构的制作方法，首先，于步骤101中选择聚甲基丙烯酸甲酯高分子及溶剂，亦即选择一种或两种以上的聚甲基丙烯酸甲酯或经过化学/物理方法改质的聚甲基丙烯酸甲酯，依所需性质以任意比例均匀溶在溶剂中，而透过一溶剂混掺技术形成溶液系统。在较佳的情形下，溶液中的聚甲基丙烯酸甲酯的固含量是介于20～40％之间。举例而言，上述化学方法包括利用官能基取代的聚甲基丙烯酸甲酯，例如：以乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、新丁基、正己基、异己基、环己基等官能基取代甲基。举例而言，上述物理方法包括聚甲基丙烯酸甲酯混掺，上述混掺包括至少一种高分子、小分子、可塑剂(plasticizer)、UV吸收剂、抗降解剂或纳米级粒子混掺。举一实施例而言，上述溶剂包括至少一种芳香族、环烷类、醚类、酯类、酮类或其混合物。举例而言，上述芳香族包括甲苯，邻-、间-或对-二甲苯(Xylene)，环烷类包括环己烷(Cyclohexane)，醚类包括二乙基醚(DiehtylEther)、四氢氟喃(Tetrahydrofuran：THF)，酯类包括乙酸甲酯(Methyl acetate、Ethyl acetate)，酮类包括丙酮(Acetone)、甲基乙基酮(methylethylketone：MEK)、1-甲基环戊酮(1-methylpyrrolidone：NMP)。上述的溶剂选择只是一实施例，并非用以限定本发明。

举一实施例而言，本发明提出四组溶剂铸膜技术制备聚甲基丙烯酸甲酯光学膜的配方、组成和溶剂，如下所述：

1、Degussa 8N 100part、Toluene 200part；

2、Degussa 8N 97.5part、Kuraray GR 2.5part、Acetone 200part；

3、Degussa 8N 80part、Degussa zk 20part、Methyl acetate 200part；

4、Degussa 8N 50part、Kuraray GR50part、Toluene 200part。

上述的Kuraray GR是列是可以选择GR04940、GR04970、GR00100、GR01240、GR01270、GR1000H24、GR1000H42以及GR1000H60，且也可以用Degussa的zk3BR、zk4BR、zk5BR、zk6BR、zk4HC、zk5HC、k6HC、zk5HT、zk6HT、zkHF、zk6HF、zk20、zk30、zk40以及zk50中的任一材料所取代。

接下来，进行步骤102，将上述溶液以溶剂铸膜的方式，将混合溶液均匀分布在基板上，用以备制作为上述的第一光学膜2与第二光学膜3的光学膜。举例而言，上述基板包括但不限定于玻璃基板、塑料基板、镜面钢板、镜面钢带或表面均匀性良好的合成高分子，合成高分子包括PET(polyethyleneterephthalate)、PEN(polyethyleneeenaphthalate)、PES(polyethersulfone)、PI(polyimide)、PAR(polyarylate)、PC(polycarbonate)、或天然纤维如CA(cellulose acid)、DAC(cellulose diacetate)、TAC(cellulose triacetate)等。再者，步骤102是利用刮刀涂布混合溶液于玻璃基板的上，举例而言，刮刀之间隙(Gap)包括但不限定于550微米(μm)、650微米(μm)、400微米(μm)。另外，上述溶剂铸膜的方式包括但不限定于缠线棒涂布、逆或同向式滚筒涂布、气帘式(air curtain)涂布、轮式涂布、雕筒涂布、浸沾式涂布、旋转涂布、狭缝式涂布、挤压式涂布或淋幕式涂布；凡是可以形成均匀光学薄膜的方式皆可以利用。

上述的溶剂铸膜的方式中，除了各种涂布方法外，亦可透过镜面模具的压出成型或射出成型，以制成光学膜，用以备制所述第一光学膜2与第二光学膜3。

在完成光学膜备制的后，进行步骤103，其是将由聚乙烯醇(PVA)偏光基质所构成的偏光层1与上述步骤备制光学膜进行贴合。

由于涂布后所形成的含有溶剂的薄膜称为湿膜，湿膜的厚度可以视需求的不同而定。较佳的情形下，上述湿膜的厚度可为150微米(μm)～1200微米(μm)。因此，在贴合步骤的后需进行步骤104，此步骤中透过烘箱以阶段式或连续式升温(例如：利用UV光照射)的方式，将上述方法制得的湿膜干燥。较佳的情形下，上述干燥至溶剂残留量不大于1％的阶段，即可使得第一光学膜2与第二光学膜3以形成具良好光学性质及均匀膜面的光学膜(相对于湿膜，称为干膜)。其中上述第一光学膜2与第二光学膜3的厚度可以由溶剂所占比例与加热时间以及温度来控制。并且上述干膜经由表面化学处理，可以增进溶液中的分散性。其目的在于增进所形成的膜的耐热程度，且不影响干膜的光学均匀性。

上述步骤中的阶段式升温方式，实际可行的方式为例，其是将上述聚甲基丙烯酸甲酯光学膜的配方、组成中溶剂加热至90℃，并剧烈搅拌。于此温度下搅拌一小时，待粒子完全溶解后移去加热源并维持搅拌至室温，接着，以35微米(um)纱网过滤后静置一段时间。此混合液倾倒于玻璃基板上，以550微米(μm)间隙的括刀刮除多余的涂布液。然后，置于烘箱中静置10分钟后，加热至80℃并维持20分钟，以每次升温20℃并维持20分钟的阶段方式增温，直至160℃，并维持30分钟。最后，再加热至180℃并维持2小时。结果，得到的膜其溶剂残余量为0.1％，而膜的厚度为94微米(μm)，并进行光学测试和机械强度测试，其中：光学测试可为穿透度、Haze、b值等，机械强度可为延展率(％)、抗拉强度(MPa)、拉伸模数(MPa)等。

再者，上述的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜亦可经由加热延伸，涂上盘状液晶等材料，并经由滚筒磨擦或UV曝光等方式进行配向，以得到具有位相差的位相差膜。

另外，利用上述方法所制得的光学薄膜(干膜)，由于具有良好的光学性质，例如：低雾度、低黄化指数、于可见光范围(波长400～700纳米)具有高的光线穿透度(＞90％)以及高阿贝数(即低的波长依存性)。

图3是现有偏光板结构与本发明偏光板结构的单体透过率变化量比较图；图4是现有偏光板结构与本发明偏光板结构的偏光度变化量比较图；图5是现有偏光板结构与本发明偏光板结构的PVA内缩率比较图。其中，图中的TAC是选自Konica公司型号KC8U产品以及Fuji公司型号TDY-80产品。上述本发明的第一光学膜2与第二光学膜3中，可进一步添加由聚甲基丙烯酸甲酯及/或被取代官能基的聚甲基丙烯酸甲酯及/或聚甲基丙烯酸甲酯混掺中包覆一橡胶弹性材质所形成的聚甲基丙烯酸甲酯橡胶粒子，其中所述橡胶弹性材质是可选择丙烯酸丁酯(butyl acrylate)、聚甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate)、苯乙烯(styrene)以及其共聚合物中的任一材质，且所述橡胶弹性材质的粒径尺寸是小于10微米甚至可进一步为纳米尺度。另外，所述聚甲基丙烯酸甲酯橡胶粒子的添加量是2.5～50％。因此，关于所述些光学膜的单体透过率变化量、偏光度变化量以及PVA内缩率分别在80℃、60℃且90％RH、400W、-30℃、以及-30℃～80℃的冷热冲击的各种条件下会获得较好的光学膜机械性质，包括提升延伸性等性质，如图3、图4以及图5的比较结果。

再者，基于上述的所述些光学膜的混掺技术，可选择使得所述些光学膜的PVA内缩变化率小于2％，且其最佳的PVA内缩变化率为小于1.2％。

另外，上述本发明的第一光学膜2与第二光学膜3中，可再进一步添加硅土(silica)，且硅土可在光学膜备制的制程中加入，而比较方便的方式是将上述的溶剂与硅土先行混合，再进行后续的聚甲基丙烯酸甲酯混掺程序。另外，关于硅土加入的程序，也可以在聚甲基丙烯酸甲酯粒子混掺程序中，将硅土与聚甲基丙烯酸甲酯一起加入。再者，也可在聚甲基丙烯酸甲酯混掺程序后，再行混入上述的硅土。而上述添加的硅土占光学膜的重量百分比可为0.5％至15％的较佳范围。

上述光学膜备制步骤与光学膜进行贴合步骤中，可将偏光层1直接作为第一光学膜2与第二光学膜3的基板，直接将含有聚甲基丙烯酸甲酯混掺的溶液涂布于偏光层1表面，再施以湿膜干燥步骤，即完成在偏光层1表面形成第一光学膜2与第二光学膜3的结构。

本发明以较佳实施例说明如上，然其并非用以限定本发明所主张的权利要求的范围。其专利保护范围当视权利要求的范围及其等同领域而定。凡本领域技术人员，在不脱离本专利精神或范围内，所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包括在权利要求范围内。

Claims (10)

1、一种偏光板结构，包括：

偏光层；

第一光学膜，其是形成于所述偏光层上方；及

第二光学膜，其是形成于所述偏光层下方；

其中所述第一光学膜与第二光学膜中至少一个光学膜是聚甲基丙烯酸甲酯光学膜。

2、如权利要求1所述的偏光板结构，其特征在于：所述第一光学膜是聚甲基丙烯酸甲酯光学膜，所述第二光学膜是选自三醋酸纤维、聚碳酸酯以及聚环烯烃高分子中的任一材质；

其中光学膜所采用的聚甲基丙烯酸甲酯光学膜，包括：

至少选择一种聚甲基丙烯酸甲酯、被取代官能基的聚甲基丙烯酸甲酯以及聚甲基丙烯酸甲酯混掺中的任一材质；以及

溶剂，对应所选择的所述聚甲基丙烯酸甲酯、所述被取代官能基的聚甲基丙烯酸甲酯以及所述聚甲基丙烯酸甲酯混掺中的任一材质，依所需性质以任意比例均匀混合在所述溶剂中以形成混合溶液，所述混合溶液经过热处理后形成光学膜。

3、如权利要求2所述的偏光板结构，其特征在于：聚甲基丙烯酸甲酯、被取代官能基的聚甲基丙烯酸甲酯以及聚甲基丙烯酸甲酯混掺中的任一材质是以20至40的重量百分比混掺所述溶剂。

4、如权利要求2所述的偏光板结构，其特征在于：所述官能基为甲基；以及所述被取代官能基的聚甲基丙烯酸甲酯是选择以乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、新丁基、正己基、异己基、环己基以及数种上述的官能基取代聚甲基丙烯酸甲酯的甲基。

5、如权利要求2所述的偏光板结构，其特征在于：所述溶剂是选择甲苯、丙酮、乙酸甲酯、芳香族、环烷类、醚类、酯类以及酮类中的任一溶剂；

其中所述芳香族是选择甲苯，邻-、间-以及对-二甲苯中的任一型态；所述环烷类包括环己烷；所述醚类是选择二乙基醚以及四氢呋喃中的任一醚类；所述酯类是选择乙酸甲酯以及乙酸乙酯中的任一酯类；以及所述酮类是选择丙酮、甲基乙基酮以及1-甲基环戊酮中的任一酮类。

6、如权利要求2所述的偏光板结构，其特征在于：所述光学膜进一步于制程中添加硅土，且所述硅土的添加量是选择占光学膜重量百分比的0.5％至15％中的任一比例。

7、如权利要求2所述的偏光板结构，其特征在于：所述光学膜是透过所述混合溶液分布在基板上备制后，再贴合于所述偏光膜并进行热处理后所形成；

所述混合溶液是利用溶剂铸膜的方式而分布在所述基板上；

所述基板是选择玻璃基板、塑料基板、镜面钢板、镜面钢带以及表面均匀性良好的合成高分子中的任一材质；以及

所述合成高分子是选择PET、PEN、PES、PI、PAR、PC以及天然纤维中的任一材质，且所述天然纤维是选择CA、DAC以及TAC中的任一材质。

8、如权利要求7所述的偏光板结构，其特征在于：所述热处理是利用UV光照射所述基板上的所述混合溶液。

9、如权利要求1所述的偏光板结构，其特征在于：所述光学膜进一步选择添加包括聚甲基丙烯酸甲酯材质、包括被取代官能基的聚甲基丙烯酸甲酯材质以及包括上述各种聚甲基丙烯酸甲酯混掺材质中包覆一橡胶弹性材质所形成的粒子；

其中所述光学膜的制作方法进一步包括：

所述橡胶弹性材质是选择丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯以及其共聚合物中的任一材质；以及以2.5wt％～50wt％的添加量，选择聚甲基丙烯酸甲酯、被取代官能基的聚甲基丙烯酸甲酯以及各种聚甲基丙烯酸甲酯混掺中的任一材质包覆所述橡胶弹性材质。

10、如权利要求1所述的偏光板结构，其特征在于：所述光学膜的PVA内缩变化率小于2％。

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