CN101563203A - 用于制造光学薄膜的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于制造具有优良光学特性的光学薄膜的设备和方法。该光学薄膜具有平滑表面和优良的光学特性，并可用作LCD内部器件或诸如采用蓝光的DVD之类的光学存储介质的保护膜。所述设备包括：用于压缩和排出熔化树脂的挤出器；压模，该压模被提供给所述挤出器，以确定通过该压模挤出的树脂的厚度；柔性带，通过所述压模挤出的树脂被涂覆到该柔性带；和压光辊或柔性压缩带，该压光辊或柔性压缩带被设置在传送涂覆到所述柔性带的树脂的路径上，以压缩所述树脂的空气接触表面。所述方法通过使用所述设备制造所述光学薄膜。

Description

用于制造光学薄膜的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于制造具有优良光学特性的光学薄膜的设备和方法，而且更具体地，本发明涉及用于制造具有平滑表面和优良光学特性、并能用作LCD内部器件或诸如采用蓝光的DVD之类的光学存储介质的保护膜的光学薄膜的设备和方法。
背景技术
随着对诸如液晶显示器(LCD)、等离子体显示面板(PDP)之类的平板显示装置的需求增加，对适用于平板显示装置部件的光学薄膜的需求也显著增加。
用于这种部件的光学薄膜需要具有诸如光学各向同性、适合的相差等特性。特别地，对于用于大屏幕的光学薄膜，必须具有均匀的光学特性。
当前显示器制造的注意力集中在开发更宽屏幕和更小厚度的显示器，因此，光学薄膜必须具有光学各向同性、尽可能小的厚度、低相差以及在必要时的足够的耐热性。
此外，使用蓝光作为光源的高密度DVD产品，例如蓝光光盘，在其表面上具有薄的保护膜。
为了精确读取精细图样，由于在光通过保护膜时必须防止光的散射和干涉，因而薄膜需要具有优良的光学特性和高度均匀的厚度。
制造这种具有光学各向同性和低相差的光学薄膜的方法的典型示例包括：溶剂浇注方法，该方法包括将聚合物溶解于溶剂中，将溶解聚合物涂覆到柔性带的上表面，并使溶剂挥发；和熔体挤出方法，该方法包括在挤出器中使树脂熔化，将熔化的树脂通过压模挤出，和通过金属或橡胶辊处理挤出的树脂。
虽然前一种方法能提供具有均匀厚度和优良光学特性的光学薄膜，不过这种方法的包括与在不暴露于大气情况下溶剂恢复相关的困难以及即使在不考虑设备高费用的情况下由于其低生产率所致的低经济效率的问题。
另一方面，虽然后一种方法能使用便宜的设备实现并能具有高生产率，不过其问题在于，光学薄膜具有低的厚度均匀性和低光学特性。
具体而言，用于制造光学薄膜的典型方法的其中一种是，树脂在被熔化和挤出之后经过冷却辊之间，以具有平滑表面和均匀厚度。这种方法具有以下缺点：
第一，由于树脂在经过辊时在辊之间承受高压力，因而在树脂中产生高的内应力，使得树脂的光学特性下降。
第二，当薄膜长期保持在高温下时，这种内应力导致薄膜变形。
第三，在辊之间形成坯料区(bank)，在坯料区不均匀形成时导致在薄膜上产生模痕(die line)。
第四，如果任一辊的表面粗糙度或直径出现变化，则辊的形状被传递到薄膜上，从而难以生产具有均匀厚度的光学薄膜。
第五，薄膜在经过辊之后，根据薄膜两个表面的冷却速率或冷却程度的不同，薄膜可具有弯曲特性，薄膜的这种弯曲特性可显著降低产品价值。
最后，当树脂由于压模与坯料区之间延伸的空隙而自由下落时，树脂内的一些部分不可避免地产生方向性。
这种树脂方向性导致光学特性恶化。
除了前述的能够在辊之间处理薄膜的厚度和表面的方法以外，还存在一种制造光学薄膜的方法，该方法使树脂在具有大直径的冷却辊的表面上流动。
与前述方法相比，这种方法更有利于制造各向同性薄膜。不过，由于薄膜的与辊接触的一个表面平滑，而接触空气的另一表面粗糙，因此，这种薄膜的光学应用存在限制。
而且，由于仅有单一表面与辊接触的工艺特征，薄膜呈现弯曲特性，这导致产品劣化。
由于传统方法的前述问题，薄膜制造商不断试图通过改进熔体挤出方法开发具有优良光学特性的光学薄膜。不过，采用现有技术中常用的诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯之类的树脂，由于其结构特性带来的高折射率使其难以实现低相差，并由于熔体挤出方法的特征而难以保持光学各向同性。
树脂的这种特性使其在应用中作为要求高质量大屏幕的显示器的材料仍具有限制，即使其具有低价格和优良的渗透性。
发明内容
本发明用于解决现有技术的问题，本发明的一个方面提供用于制造光学薄膜的设备和方法，所述光学薄膜具有低的均匀相差、高的光学各向同性、优良的厚度均匀性、优良的表面粗糙度和高温下的长期尺寸稳定性。
根据本发明的一个方面，提供一种用于制造光学薄膜的设备，该设备包括：用于压缩和排出熔化树脂的挤出器；压模，该压模被提供给挤出器，以确定通过该压模挤出的树脂的厚度；柔性带，通过压模挤出的树脂被涂覆到该柔性带；和压光辊，该压光辊被设置在传送涂覆到柔性带的树脂的路径上，以压缩树脂的空气接触表面。
根据本发明的另一方面，提供一种用于制造光学薄膜的设备，该设备包括：用于压缩和排出熔化树脂的挤出器；压模，该压模被提供给挤出器，以确定通过该压模挤出的树脂的厚度；柔性带，通过压模挤出的树脂被涂覆到该柔性带；和柔性压缩带，该柔性压缩带被设置在传送涂覆到柔性带的树脂的路径上，以压缩树脂的空气接触表面。
根据本发明的又一方面，提供一种制造光学薄膜的方法，该方法使用制造该光学薄膜的设备，该设备包括：用于压缩和排出熔化树脂的挤出器；压模，该压模被提供给挤出器，以确定通过该压模挤出的树脂的厚度；柔性带，通过压模挤出的树脂被涂覆到该柔性带；和压光辊或柔性压缩带，该压光辊或柔性压缩带被设置在传送涂覆到柔性带的树脂的路径上，以压缩树脂的空气接触表面，其中，压模与柔性带之间的间距为30mm或更小，由压光辊或柔性压缩带施加的压力为10巴或更小。
根据本发明，采用所述设备和方法，通过将熔化的树脂涂覆到柔性带并在低压下采用压光辊或柔性压缩带处理涂覆树脂的表面，光学薄膜可被形成为具有优良的光学特性，例如低的均匀的相差和低雾度、低收缩率和弯曲特性和优良的表面性能和厚度均匀性。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的用于制造光学薄膜的设备的示意图；
图2是根据本发明第二实施例的用于制造光学薄膜的设备的示意图；
图3是使用压光辊(calender roll)制造光学薄膜的传统设备的示意图；和
图4是使用冷却辊制造光学薄膜的传统设备的示意图。
具体实施方式
根据本发明的一个方面，一种用于制造光学薄膜的设备包括：用于压缩和排出熔化树脂的挤出器；压模，该压模被提供给挤出器，以确定通过该压模挤出的树脂的厚度；柔性带，通过压模挤出的树脂被涂覆到该柔性带；和压光辊，该压光辊被设置在传送涂覆到柔性带的树脂的路径上，以压缩树脂的空气接触表面。
根据本发明的另一方面，一种用于制造光学薄膜的设备包括：用于压缩和排出熔化树脂的挤出器；压模，该压模被提供给挤出器，以确定通过该压模挤出的树脂的厚度；柔性带，通过压模挤出的树脂被涂覆到该柔性带；和柔性压缩带，该柔性压缩带被设置在传送涂覆到柔性带的树脂的路径上，以压缩树脂的空气接触表面。
根据本发明的又一方面，一种用于制造光学薄膜的方法使用制造该光学薄膜的设备，该设备包括：用于压缩和排出熔化树脂的挤出器；压模，该压模被提供给挤出器，以确定通过该压模挤出的树脂的厚度；柔性带，通过压模挤出的树脂被涂覆到该柔性带；和压光辊或柔性压缩带，该压光辊或柔性压缩带被设置在传送涂覆到柔性带的树脂的路径上，以压缩树脂的空气接触表面，其中，压模与柔性带之间的间距为30mm或更小，且由压光辊或柔性压缩带施加的压力为10巴或更小。
本发明的示例性实施例将在下文中参照附图进行描述。
应注意的是，为了方便和清楚的目的，附图并未精确按比例绘制，并可能在线的粗细或部件的尺寸上有所夸大。
而且，在此使用的术语是在考虑到本发明功能的情况下定义的，并可根据用户或操作者的习惯或意向改变。
因此，这种术语定义应根据在此描述的整体公开内容确定。
图1是根据本发明第一实施例的制造光学薄膜的设备的示意图。参见图1，根据该第一实施例的设备包括：用于压缩和排出熔化树脂的挤出器100；压模120，该压模120被提供给挤出器100，以确定通过该压模挤出的树脂10的厚度；柔性带200，通过压模120挤出的树脂10被涂覆到该柔性带200；和压光辊300，该压光辊300被设置在传送涂覆到柔性带200的树脂10的路径上，以压缩树脂的空气接触表面。
优选地，压模120与柔性带200之间的间距为30mm或更小。该距离在树脂10通过压模120被挤出时防止该树脂发生聚合物链的方向性。
树脂的空气接触表面指的是树脂的上表面，该表面与树脂的接触柔性带200的表面相反，并在通过柔性带200传送时与压光辊300接触。
压模120是确定薄膜的基本厚度的部件。根据本实施例，由于在柔性带200与压光辊300之间未施加高压，因而在很大程度上不需要调节薄膜厚度。
因此，薄膜的基本厚度由压模确定。根据本实施例，所述压模与制造传统的具有高质量的光学薄膜所用的压模相同，而且如果必要，可在其表面上进一步包括诸如碳化钨涂层的陶瓷涂层。
本发明的特征在于压模120与柔性带200之间的间距很小。
压模120与柔性带200之间的间距越小，则实施本发明获得的效果越好。具体而言，压模120与柔性带200之间的有效间距为30mm或更小，且优选地为15mm或更小。在这一点上，希望压模120不接触柔性带200。
如果压模120与柔性带200之间的间距较大，则树脂10由于重力而自由下落，在这一过程中，在树脂10中发生聚合物链的方向性，导致最终产品的光学特性的恶化。
柔性带200是设置在两个或更多个旋转滚轮220之间以履带方式运动的金属带。柔性带200的表面粗糙度直接影响树脂10的表面质量，因此，柔性带200优选具有0.1或更小，且更优选地为0.07或更小的Rz(微观不平度十点高度)，其中Rz是沿特定直线(基准线)测得的五个最高峰的平均距离与五个最低谷的平均距离之差，其中所述特定直线平行于在横截面粗糙度轮廓中的平均线并超过给定取样长度。
优选地，柔性带200的温度可通过控制旋转滚轮220的温度或通过使用单独的加热器或冷却器进行控制。
如图所示，树脂10在通过压模120被挤出之后被传送在柔性带200与压光辊300之间，目的在于在提供微细的厚度调节效果同时使树脂10的光学薄膜的两个表面均很平坦。
相对较低的压力被施加在柔性带200与压光辊300之间。
柔性带200与压光辊300之间的有效压力为10巴或更小，更优选地为5巴或更小。
柔性带200与压光辊300之间的较高压力会导致薄膜中的相差，而这种不希望出现的相差会导致最终产品的光学特性的恶化。
树脂10的示例可包括：聚碳酸酯类树脂、聚甲基丙烯酸甲酯类树脂、环状聚合物类树脂、聚降冰片烯类树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂。
特别地，当诸如聚碳酸酯之类的树脂中的任一种用于光学应用时，各种添加剂被添加到树脂中来补足或加强机械性能，这样的树脂中包含低分子量的低聚物或单体。
当树脂从压模中排出时，由于快速的压力降低和高温，易蒸发或易升华的物质从树脂中散出并扩散到周围。扩散物质或气体粘在压模120上或粘在压光辊300或柔性带200的表面上，从而形成缺陷，例如模痕。
对于一般的薄膜，气体排放装置150被设置在压模120周围，以吸收从树脂中散出的添加剂、低聚物或单体，并将这些物质强制排到外界。
不过，对于一些光学产品，由于与气体排放相关的气流会干扰经过压模的树脂并降低薄膜的光学特性，因而在现有技术中使用这种气体排放装置是不利的。
不过，根据本实施例，由于压模120与柔性带200之间的间距被设定得较小，因而可以使气体排放装置150可能造成的不利影响最小化。
应注意的是，气体排放装置150不是本发明的必要部件。根据使用树脂的工艺特征，由于一些树脂产生很少气体或不产生气体，因而会存在不需要气体排放装置的工艺或设备。而且，如果在挤出器的中间提供足够数量的排气孔，则对气体排放装置的需要减少。
图2是根据本发明第二实施例的制造光学薄膜的设备的示意图。
参见图2，根据该第二实施例的设备包括：用于压缩和排出熔化树脂的挤出器100；压模120，该压模120被提供给挤出器100，以确定通过压模100挤出的树脂的厚度；柔性带200，通过压模120挤出的树脂被涂覆到该柔性带200；和柔性压缩带400，该柔性压缩带400被设置在传送涂覆到柔性带的树脂的路径上，以压缩树脂的空气接触表面。
在图2中，第二实施例中的与第一实施例相同的部件由与图1中相同的附图标记表示。因此，第二实施例也可参见与图1相关的描述进行描述。
参见图2，在下文中将主要描述第二实施例与图1所示第一实施例的不同。柔性压缩带400与图1所示的压光辊300具有相同的功能，并被设置在传送树脂10的路径上，以压缩树脂10的空气接触表面。
柔性压缩带400被设置在两个或更多个旋转滚轮410和420之间，并以履带方式运动。虽然柔性压缩带400可由金属、塑料、橡胶等形成，不过考虑到相对于模制树脂的脱模程度，柔性压缩带400最优选地由金属形成。
利用柔性压缩带400压缩树脂的原理描述如下。
柔性压缩带400由位于柔性带200上方的两个旋转滚轮410和420支撑和旋转。树脂10在柔性带200与柔性压缩带400之间承受压力，从而在厚度上被调节。
相对较低的压力被施加在柔性压缩带400与柔性带200之间。在第二实施例中，施加在柔性带200与柔性压缩带400之间的有效压力为10巴或更小，且更优选地为5巴或更小，这与第一实施例中相同，在第一实施例中通过如图1所示的压光辊300施加压力。
现在将描述使用根据前述实施例中的任一设备制造光学薄膜的方法。
所述方法使用制造光学薄膜的设备，该设备包括：用于压缩和排出熔化树脂的挤出器；压模，该压模被提供给挤出器，以确定通过该压模挤出的树脂的厚度；柔性带，通过压模挤出的树脂被涂覆到该柔性带；和压光辊或柔性压缩带，该压光辊或柔性压缩带被设置在传送涂覆到柔性带的树脂的路径上，以压缩树脂的空气接触表面，其中，优选地，压模与柔性带之间的间距为30mm或更小以防止压模接触柔性带，由压光辊或柔性压缩带施加的压力为10巴或更小，并且，柔性带具有5～100m/min范围内的传送速度。
而且，当在柔性带上冷却之后，薄膜在温度Tg(玻璃化转变温度)或更低温度时被从柔性带剥离，并被测量其厚度和相差，然后在必要时进行拉伸处理。
压模与柔性带之间的间距优选地较小，以防止树脂的方向性，并且，施加在树脂上的过大压力会导致由应力引起的光学特性的恶化。
柔性带的传送速度与生产率直接相关。超过100m/min的生产率会导致光学特性的恶化，这是因为在通过压模排出大量树脂的过程中树脂的快速流动导致树脂的方向性；而小于5m/min的生产率则使经济绩效降低。因此，柔性带优选地具有5～100m/min范围内的传送速度。
在下文中，由根据本发明的设备和方法制备的光学薄膜(示例)将与使用传统压光辊或冷却辊制备的光学薄膜(对照示例1和2)进行比较。
<示例>
光学聚碳酸酯薄膜通过使用图1所示的设备制备。
在利用挤出器100熔化聚碳酸酯树脂之后，熔化的树脂通过压模120被涂覆到柔性带200，其中压模120的模唇之间的距离能自动且独立地调节。压模120与柔性带200之间的间距被保持在8mm，并且，气体排放装置150被设置在压模的前后侧，以去除升华或蒸发物质。
涂覆到柔性带200上表面的树脂10被处理为：在通过压光辊300时使树脂10的与柔性带相反的表面(空气接触表面)也具有优良的表面特性。
此时，压光辊300与柔性带200之间的压力被保持在2巴。在从柔性带200剥离之后，树脂通过非接触式的厚度测量系统(未示出)，其中树脂的信息被传输到压模系统，并用于通过热膨胀螺栓系统调节模唇之间的距离。
采用这样的厚度调节系统，获得具有100μm厚的薄膜。
该薄膜具有高的光学和机械各向同性，而且没有光学和机械变形，即使长期搁置在高温下也是如此。由此可知，该薄膜适用于各种应用。
<对照示例1>
如图3所示，在利用挤出器100熔化树脂之后，熔化的树脂通过与上述示例中相同的压模120被插入到压光辊30之间。
压光辊30之间的压力被设定为30巴，从压模120到限定在压光辊30之间的坯料区的间距为8cm。
在通过总共三个压光辊之后，树脂通过与示例中相同的厚度测量系统。最后获得具有100μm厚的薄膜。
<对照示例2>
如图4所示，在利用挤出器100熔化树脂之后，熔化的树脂通过使用与上述示例中相同的压模120被涂覆到冷却辊40。
树脂沿切向被涂覆到辊的表面上，围绕冷却辊40卷绕大约180度，然后与冷却辊40分离。
在此，压模120与冷却辊40之间的间距被保持在6cm。然后，在通过另外的辊之后，树脂经过与前述示例中相同的厚度测量系统。获得具有100μm厚的薄膜。
表1
  雾度   相差   厚度均匀性   收缩率   弯曲情况   模痕
 测量方法   ASTM-1003   标准差   ASTM D256   肉眼   肉眼
 单位   ％   nm   μm   ％，MD/TD   -   -
 示例   0.3   21   0.4   ＜1/＜1   不存在   良好
 对照示例1   0.3   340   0.8   31/-7   不存在   良好
 对照示例2   0.5   82   1.4   4/2   存在   不好
如从表1清楚可知，与使用传统的压光辊或冷却辊制备的薄膜相比，根据本发明制备的薄膜具有优良的光学特性，并具有更低的收缩率和更好的厚度均匀性。
此外，从表1可见，与对照示例的薄膜相比，示例的薄膜的收缩率很稳定，并与通过已知提供极小收缩率或零收缩率的溶剂浇注方法形成的薄膜处于同等水平。
这种低收缩率意味着薄膜长期在高温下具有高的尺寸稳定性。此外，通过与对照示例比较可确定的是，示例的薄膜具有极低的厚度偏差以及低的收缩率。
对于雾度和模痕，虽然如对照示例1中使用多个压光辊的方法已知能提供优良性能，不过从表1中可见，示例的薄膜也提供同等水平的优良性能。
对于被评价成确定薄膜是否适用于光学器件的最重要因素的相差，与通过传统熔体挤出方法形成的薄膜相比，示例的薄膜展现出很低的相差，这意味着在薄膜制造过程中在示例的薄膜中产生极低的外应力。
通常，由于薄膜在卷绕辊的同时被冷却的制造工艺的特征，薄膜出现与辊的圆形形状相关的弯曲现象。
同时，对照示例2也出现由于辊的圆形形状所致的弯曲现象，而对照示例1没有出现弯曲现象。不过，为了防止或消除这种弯曲现象，需要非常严格的程序和时间来建立过程条件。
不过，由于示例的薄膜在其被冷却到适合程度时并未卷绕在辊周围，因而未出现弯曲现象，因此可以生产出高质量的薄膜并确保容易的生产管理。
通过前述的试验结果可知，本发明的薄膜具有各种光学特性的高水平、高温下的长期尺寸稳定性、低弯曲特性和优良的表面性能。
虽然本发明已经参照附图中所示的实施例和示例进行描述，不过应注意的是，这些实施例和示例被提供用于示例目的，在不背离仅通过所附权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下，各种等同修改和替换对于本领域技术人员是显而易见的。

Claims (11)

1、一种用于制造光学薄膜的设备，包括：
用于压缩和排出熔化树脂的挤出器；
压模，该压模被提供给所述挤出器，以确定通过该压模挤出的所述树脂的厚度；
柔性带，通过所述压模挤出的所述树脂被涂覆到该柔性带；和
压光辊，该压光辊被设置在传送涂覆到所述柔性带的所述树脂的路径上，以压缩所述树脂的空气接触表面。
2、一种用于制造光学薄膜的设备，包括：
用于压缩和排出熔化树脂的挤出器；
压模，该压模被提供给所述挤出器，以确定通过该压模挤出的所述树脂的厚度；
柔性带，通过所述压模挤出的所述树脂被涂覆到该柔性带；和
柔性压缩带，该柔性压缩带被设置在传送涂覆到所述柔性带的所述树脂的路径上，以压缩所述树脂的空气接触表面。
3、根据权利要求1或2所述的设备，其中所述压模与所述柔性带之间的间距为30mm或更小。
4、根据权利要求1或2所述的设备，进一步包括：
围绕所述压模设置的气体排放装置。
5、根据权利要求1或2所述的设备，其中所述柔性带的表面粗糙度具有0.1或更小的微观不平度十点高度Rz。
6、根据权利要求1或2所述的设备，进一步包括：
用于调节所述柔性带的温度的单独的加热器或冷却器。
7、一种通过使用用于制造光学薄膜的设备制造该光学薄膜的方法，该设备包括：用于压缩和排出熔化树脂的挤出器；压模，该压模被提供给所述挤出器，以确定通过该压模挤出的所述树脂的厚度；柔性带，通过所述压模挤出的所述树脂被涂覆到该柔性带；和压光辊或柔性压缩带，该压光辊或柔性压缩带被设置在传送涂覆到所述柔性带的所述树脂的路径上，以压缩所述树脂的空气接触表面，
其中，所述压模与所述柔性带之间的间距为30mm或更小，且由所述压光辊或所述柔性压缩带施加的压力为10巴或更小。
8、根据权利要求7所述的方法，其中所述柔性带具有5～100m/min范围内的传送速度。
9、根据权利要求7所述的方法，其中在所述树脂的玻璃化转变温度Tg或更低的温度时，所述树脂被从所述柔性带剥离。
10、根据权利要求7所述的方法，其中所述压模与所述柔性带之间的所述间距为15mm或更小。
11、根据权利要求7所述的方法，其中所述树脂选自包括聚碳酸酯类树脂、聚甲基丙烯酸甲酯类树脂、环状聚合物类树脂、聚降冰片烯类树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂的组。
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