CN105473647B - 具有反向波长色散的光学膜及包括该光学膜的显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有反向波长色散性的光学膜及一种包括所述光学膜的显示设备。根据本发明的光学膜可在具有薄的厚度的同时具有优良的反向波长色散性，因而适合于被用作采用液晶或OLED的显示设备的λ/2波片、λ/4波片、保护膜、减反射膜等。

Description

具有反向波长色散的光学膜及包括该光学膜的显示设备
技术领域
本发明涉及一种具有反向波长色散的光学膜及一种包括所述光学膜的显示设备。
背景技术
相位延迟器是一种改变穿过其本身的光的偏振态的光学元件，也被称作波片(wave plate)。当电磁波穿过相位延迟器时，其偏振方向(电场矢量的方向)变为平行或垂直于光轴的两个部分(寻常光线和非常光线)之和，并随着所述部分的矢量和根据所述相位延迟器的双折射率和厚度变化而改变。在这点上，使偏振方向改变90度的波片被称作四分之一波片(λ/4)，而使偏振方向改变180度的波片被称作半波(λ/2)片。
在这点上，所述相位延迟器的相位差值取决于波长，而所述相位差值的波长色散分类为正向波长色散、平波长色散和反向波长色散。
其中，展现出反向波长色散的相位延迟器是最为有用的，因为其在宽波段内具有特定的相位差(λ/4、λ/2等)，但是，由普通树脂膜形成的相位延迟器通常展现出正向波长色散。
为了解决此问题，已经进行了许多的研究。例如，日本专利公开第1998-068816、1998-090521、1999-052131和2000-002841号公开了通过层压多个光学各向异性层来形成层压型相位延迟器。然而，具有多个光学各向异性层的层压结构的层压型相位延迟器存在低产量和高生产成本的缺点，因为所述相位延迟器的生产过程要求不仅排列多个膜，而且控制所述膜的光学取向的复杂过程。
与此同时，日本专利公开第2002-221622号公开了一种通过拉伸膜来诱导反向波长色散以制备仅包含一个相位延迟器的宽波段λ/4波片的方法。然而，此波片并不适于要求薄化(lamellation)的液晶显示设备，因为所述波片的厚度为100μm以上。
此外，日本专利公开第2002-267838号公开了一种利用包含杆状液晶化合物和与所述杆状液晶化合物的主轴垂直定向的非液晶材料的液晶组合物，用以制备薄层宽波段波片的方法。然而，在所述组合物的情况下，存在的缺点是：当所述非液晶材料的混合比例太低时，不能诱导反向波长色散，以及当所述混合比例太高时，可能会丧失所述组合物本身的液晶特性。
因此，存在开发能够展现出稳定的反向波长色散的薄的宽波段相位延迟器的需求，尤其是，存在研究使得可以通过更简单的方法制备延迟膜的液晶化合物、聚合物等的紧迫的需求。
发明内容
[技术问题]
因此，本发明的一个方面用来提供一种具有薄的厚度和优良的反向波长色散的光学膜。
本发明的另一个方面用来提供一种包含所述光学膜的显示设备。
[技术方案]
根据本发明，提供了一种光学膜，包含共聚物，所述共聚物包含由80-99.99重量％的下列化学式1所表示的化合物与0.01-20重量％的基于丙烯酸酯的化合物的聚合反应而得到的重复单元，并且所述光学膜满足以下式I和式II。
[化学式1]
其中，R1为氢或甲基，以及
R2为具有5至20个碳原子的芳烃基或具有5至20个碳原子的杂芳烃基。
[式I]
Δn(450nm)/Δn(550nm)<1.0
[式II]
Δn(650nm)/Δn(550nm)>1.0
其中，Δn(λ)表示在波长λ处的特定的双折射率。
根据本发明，化学式1所表示的化合物可以是选自N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吲哚、1-乙烯基萘、1-乙烯基蒽和N-乙烯基邻苯二甲酰亚胺中的一种或多种化合物。
此外，根据本发明，所述基于丙烯酸酯的化合物可以是下列化学式2所表示的化合物。
[化学式2]
其中，R3为氢或具有1至3个碳原子的取代或未取代的烷基，
R4为单键、具有1至20个碳原子的直链或支链亚烷基、具有2至20个碳原子的直链或支链亚烯基、或者具有2至20个碳原子的直链或支链亚炔基，以及
R5为氢、羧基或环氧基。
所述共聚物可具有10,000至3,000,000的重均分子量(Mw)。
此外，所述共聚物可具有100至300℃的玻璃化转变温度(Tg)。
与此同时，根据本发明，提供了一种制备所述光学膜的方法，所述方法包括：制备共聚物，所述共聚物包含由80-99.99重量％的下列化学式1所表示的化合物与0.01-20重量％的基于丙烯酸酯的化合物的聚合反应而得到的重复单元；形成包含所述共聚物的膜；以及拉伸所述膜。
[有益效果]
根据本发明的光学膜具有薄的厚度和优良的反向波长色散，因而其可被适合应用于采用液晶或OLED的显示设备的λ/2波片、λ/4波片、保护膜和减反射膜。
具体实施方式
下文中，将描述根据本发明的实施方式的光学膜及包含所述光学膜的显示设备。
在此之前，除非本说明书另有说明，否则“特定的双折射率”表示穿过所述光学膜的光的波长(λ)处的相位差值，其可用Δn(λ)来表示。
本文所用的术语仅用于描述特定的实施方式的目的，而非意图限定本发明。如本文中所用的，单数形式还意图包括复数形式，除非上下文另有明确的表示。
应当进一步理解的是：当术语“包含”或“包括”用于本说明书中时，表明了指定的特征、区域、整数、步骤、操作、元件或组分的存在，但并不排除其它特征、区域、整数、步骤、操作、元件或组分的添加。
本发明的发明人对光学膜进行了细致的研究，他们发现：当采用通过使下列化学式1所表示的化合物与基于丙烯酸酯的化合物、基于乙烯基的化合物或它们的的混合物以特定比例共聚而得到的聚合物作为用于光学膜的树脂时，所述光学膜会变薄并具有优良的反向波长色散，因而完成了本发明。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种光学膜，包含共聚物，所述共聚物包含由80-99.99重量％的下列化学式1所表示的化合物与0.01-20重量％的基于丙烯酸酯的化合物的聚合反应而得到的重复单元，并且所述光学膜满足以下式I和式II。
[化学式1]
其中，R1为氢或甲基，以及
R2为具有5至20个碳原子的芳烃基或具有5至20个碳原子的杂芳烃基。
[式I]
Δn(450nm)/Δn(550nm)<1.0
[式II]
Δn(650nm)/Δn(550nm)>1.0
其中，Δn(λ)表示在波长λ处的特定的双折射率。
根据本发明一个实施方式的光学膜包含下列化学式1所表示的化合物和可与之共聚的基于丙烯酸酯的化合物的共聚物。特别地，根据本发明一个具体实施方式的光学膜包含通过以特定的比例共聚这些化合物而得到的聚合物，因而具有薄的厚度并显示出优良的反向波长色散。因此，所述光学膜可被适合应用于采用液晶或OLED的显示设备的λ/2波片、λ/4波片、保护膜和减反射膜。
下文中，将描述所述光学膜中包含的所述共聚物。
本发明的一个实施方式的共聚物包含由下列化学式1所表示的化合物得到的重复单元。
[化学式1]
其中，R1为氢或甲基，以及
R2为具有5至20个碳原子的芳烃基或具有5至20个碳原子的杂芳烃基。
根据本发明的一个实施方式，包含于所述芳烃基和所述杂芳烃基中的至少一个氢原子可被羟基、羧基、卤素原子、具有1至12个碳原子的烷基、具有1至12个碳原子的烷氧基、具有5至12个碳原子的芳基、具有7至12个碳原子的芳基烷基、具有2至4个碳原子的酰基等所取代，以及包含于所述芳烃基和所述杂芳烃基中的至少一个亚甲基可被-NH-、-O-、-S-等所取代。
根据本发明的一个实施方式，化学式1所表示的化合物可以是选自N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吲哚、1-乙烯基萘、1-乙烯基蒽和N-乙烯基邻苯二甲酰亚胺中的一种或多种化合物。其中，N-乙烯基咔唑为具有高折射率和高玻璃化转变温度的化合物，且在获得所述共聚物的耐热性(即热成型时的热稳定性)以及获得所述共聚物的优良的反向波长色散方面是有利的。
本文中，化学式1所表示的化合物的含量可以是至少80重量％，优选80至99.99重量％、85至99重量％或85至95重量％。即化学式1所表示的化合物可以优选以80重量％以上的量被包含，以获得所述共聚物的耐热性和稳定的反向波长色散。
本发明的一个实施方式的所述共聚物可包含由可与化学式1所表示的化合物共聚的单体得到的重复单元。
可共聚单体可被用于获得所述共聚物的透明度、表面光泽度、耐候性、机械强度和模塑加工性能，优选地，其可以是基于丙烯酸酯的化合物。
根据本发明的一个实施方式，所述基于丙烯酸酯的化合物可以是下列化学式2所表示的化合物。
[化学式2]
其中，R3为氢或具有1至3个碳原子的取代或未取代的烷基，
R4为单键、具有1至20个碳原子的直链或支链亚烷基、具有2至20个碳原子的直链或支链亚烯基、或者具有2至20个碳原子的直链或支链亚炔基，以及
R5为氢、羧基或环氧基。
所述基于丙烯酸酯的化合物的非限定性实例可包括选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸苄酯和甲基丙烯酸苄酯的一种或多种化合物。
除了所述基于丙烯酸酯的化合物之外，可另外采用与化学式1所表示的化合物可共聚的单体，例如，基于乙烯基的化合物。本文中，所述基于乙烯基的化合物可以是选自乙烯、具有3至20个碳原子的直链α烯烃和具有4至20个碳原子的支链α烯烃的一种或多种化合物。
在本发明的一个实施方式中，所述可共聚单体的含量可以是20重量％以下，优选0.01至20重量％、0.01至15重量％或1至15重量％。即可优选以0.01重量％以上的量包含所述可共聚单体，以获得所述共聚物的透明度、表面光泽度、耐候性、机械强度和模塑加工性能。不过，如果所述可共聚单体的含量高于必需值，则热稳定性可能会在所述共聚物的热成型时的劣化，并且难以获得足够的反向波长色散。因此，所述可共聚单体的优选含量为20重量％以下。
考虑到所述共聚物所需的加工性能和耐热性，所述共聚物的重均分子量(Mw)可优选为10,000至3,000,000、50,000至2,500,000或100,000至2,000,000。
此共聚物可具有100至300℃、150至300℃或150至250℃的玻璃化转变温度(Tg)，以展现出优良的耐热性。此外，所述共聚物具有优良的溶解性能，因而加工所述共聚物是容易的，并可形成柔韧的薄膜。
特别是，本发明的一个实施方式的光学膜可展现出优良的反向波长色散，因而更合意地满足以下式I和式II。
[式I]
Δn(450nm)/Δn(550nm)<1.0
[式II]
Δn(650nm)/Δn(550nm)>1.0
其中，Δn(λ)表示在波长λ处的特定的双折射率。
特别地，就满足式I和式II而言，本发明的一个实施方式的光学膜可具有0.1以上，优选0.15以上的Δn(450nm)与Δn(650nm)之间的差值，因而显示出优良的反向波长色散。即，即使任何的光学膜满足上述公式，而如果Δn(450nm)与Δn(650nm)之间的差值小于0.1，其也无法显示出足够的波长色散。因此，所述光学膜可能不适合于λ/2波片、λ/4波片等。
如此一来，根据本发明的一个实施方式的光学膜有优良的反向波长色散，因而被适合应用于采用液晶或OLED的显示设备的λ/2波片、λ/4波片、保护膜和减反射膜。特别地，由于眩光是由来自采用OLED的显示设备中的晶体管的入射光的反射而导致的，故本发明的一个实施方式的膜可被适合用作反向波长色散膜，以防止眩光。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种制备所述光学膜的方法，所述方法包括以下步骤：
制备共聚物，所述共聚物包含由80-99.99重量％的化学式1所表示的化合物与0.01-20重量％的基于丙烯酸酯的化合物的聚合反应而得到的重复单元；
形成包含所述共聚物的膜；以及
拉伸所述膜。
在本发明的另一个实施方式的制备方法中，制备所述共聚物的步骤可通过以下过程进行：在20至120℃的温度下，搅拌的同时聚合包含80-99.99重量％的化学式1所表示的化合物和0.01-20重量％的基于丙烯酸酯的化合物的单体混合物、有机溶剂和聚合引发剂的组合物1至24小时。
在这里，适用于本发明所属的本领域常用的有机溶剂和聚合引发剂可被用于聚合反应中，它们的类型不受特别的限制。
根据本发明的一个实施方式，所述有机溶剂可包括：芳烃类，如甲苯、二甲苯等；酯类，如乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙二醇单甲醚乙酸酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单乙醚乙酸酯等；脂肪醇类，如正丙醇、异丙醇等；以及酮类，如甲基乙基甲酮、甲基异丁基甲酮等。
根据本发明的一个实施方式，所述聚合引发剂可包括：基于偶氮的化合物，如2,2'-偶氮二异丁腈、二甲基-2,2'-偶氮二(2-甲基丙酸酯)等；有机过氧化物，如过氧化月桂酰、叔丁基过氧化氢等；以及无机过氧化物，如过氧化氢、过硫酸钾等。
由上述方法制备的共聚物可通过溶液流延或挤出成型而被形成为膜。
在这点上，包含所述共聚物的膜可在包括三乙酸纤维素膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、环烯烃聚合物膜、聚碳酸酯膜或聚降冰片烯膜的基底膜上形成。
此外，可通过在纵向或横向方向单轴或双轴拉伸由上述方法形成的膜而得到根据本发明的一个实施方式的光学膜。所述膜中包含的共聚物可被拉伸过程所定向。
下文中，将参照本发明的具体实施方式更详细的解释本发明的作用和效果。然而，应当理解的是：这些实施例仅用于解释本发明，本发明的范围并不由此所确定。
在以下实施例和对比实施例中，通过以下方法测量各自的物理性能。
1)重均分子量：将制备的共聚物溶于四氢呋喃中，进行凝胶渗透色谱法(GPC)以用于测量。
2)玻璃化转变温度(Tg)：采用Ta Instruments制造的示差扫描热量计(DSC)以用于测量。
3)相位差值：采用Axomatrix制造的Axoscan以用于测量，单独测量厚度，由所获得的值来确定Δn。
实施例1
将包含约90重量％的N-乙烯基咔唑和约10重量％的丙烯酸的单体混合物、基于100重量份的所述单体混合物的约200重量份的溶剂甲苯以及0.05重量份的聚合引发剂偶氮二异丁腈加入到反应器中，然后在约70℃下，搅拌的同时进行聚合反应18h，以获得包含共聚物(具有约120,000的重均分子量和约197℃的玻璃化转变温度)的溶液。
将所述溶液浇注到环烯烃聚合物膜(具有约100μm的厚度)上，然后干燥，并在纵向方向拉伸(约两次)，以获得具有约67μm的厚度(含基底)的光学膜。
测量所述光学膜的相位差值，结果为Δn(450nm)＝0.88、Δn(550nm)＝1.00和Δn(650nm)＝1.07，确认所述光学膜满足根据式I和式II的条件。
实施例2
除了采用包含约95重量％的N-乙烯基咔唑和约5重量％的丙烯酸的单体混合物之外，以与实施例1中相同的方式获得了包含共聚物(具有约130,000的重均分子量和约202℃的玻璃化转变温度)的溶液。除了采用上述溶液之外，以与实施例1中相同的方式通过进行溶液流涎和拉伸过程而获得了具有约65μm的厚度的光学膜。
测量所述光学膜的相位差值，结果为Δn(450nm)＝0.88、Δn(550nm)＝1.00和Δn(650nm)＝1.06，确认所述光学膜满足根据式I和式II的条件。
实施例3
除了采用包含约99重量％的N-乙烯基咔唑和约1重量％的丙烯酸的单体混合物之外，以与实施例1中相同的方式获得了包含共聚物(具有约150,000的重均分子量和约215℃的玻璃化转变温度)的溶液。除了采用上述溶液之外，以与实施例1中相同的方式通过进行溶液流涎和拉伸过程而获得了具有约64μm的厚度的光学膜。
测量所述光学膜的相位差值，结果为Δn(450nm)＝0.86、Δn(550nm)＝1.00和Δn(650nm)＝1.10，确认所述光学膜满足根据式I和式II的条件。
实施例4
除了采用包含约99.5重量％的N-乙烯基咔唑和约0.5重量％的丙烯酸的单体混合物之外，以与实施例1中相同的方式获得了包含共聚物(具有约135,000的重均分子量和约210℃的玻璃化转变温度)的溶液。除了采用上述溶液之外，以与实施例1中相同的方式通过进行溶液流涎和拉伸过程而获得了具有约68μm的厚度的光学膜。
测量所述光学膜的相位差值，结果为Δn(450nm)＝0.84、Δn(550nm)＝1.00和Δn(650nm)＝1.12，确认所述光学膜满足根据式I和式II的条件。
实施例5
除了采用包含约97重量％的N-乙烯基咔唑和约3重量％的甲基丙烯酸2-羟基乙酯的单体混合物之外，以与实施例1中相同的方式获得了包含共聚物(具有约150,000的重均分子量和约203℃的玻璃化转变温度)的溶液。除了采用上述溶液之外，以与实施例1中相同的方式通过进行溶液流涎和拉伸过程而获得了具有约68μm的厚度的光学膜。
测量所述光学膜的相位差值，结果为Δn(450nm)＝0.87、Δn(550nm)＝1.00和Δn(650nm)＝1.09，确认所述光学膜满足根据式I和式II的条件。
实施例6
除了采用包含约80重量％的N-乙烯基咔唑和约20重量％的丙烯酸的单体混合物之外，以与实施例1中相同的方式获得了包含共聚物(具有约150,000的重均分子量和约195℃的玻璃化转变温度)的溶液。除了采用上述溶液之外，以与实施例1中相同的方式通过进行溶液流涎和拉伸过程而获得了具有约67μm的厚度的光学膜。
测量所述光学膜的相位差值，结果为Δn(450nm)＝0.98、Δn(550nm)＝1.00和Δn(650nm)＝1.02，确认所述光学膜满足根据式I和式II的条件。
对比实施例1
除了采用包含约50重量％的N-乙烯基咔唑和约50重量％的丙烯酸的单体混合物之外，以与实施例1中相同的方式获得了包含共聚物(具有约90,000的重均分子量和约160℃的玻璃化转变温度)的溶液。除了采用上述溶液之外，以与实施例1中相同的方式通过进行溶液流涎和拉伸过程而获得了具有约65μm的厚度的光学膜。
测量所述光学膜的相位差值，结果为Δn(450nm)＝0.98、Δn(550nm)＝1.00和Δn(650nm)＝1.01。即发现根据对比实施例1的光学膜满足根据式I和式II的条件，但是相比于实施例的膜，其没有展现出足够的反向波长色散。
对比实施例2
除了采用包含约10重量％的N-乙烯基咔唑和约90重量％的丙烯酸的单体混合物之外，以与实施例1中相同的方式获得了包含共聚物(具有约80,000的重均分子量和约120℃的玻璃化转变温度)的溶液。除了采用上述溶液之外，以与实施例1中相同的方式通过进行溶液流涎和拉伸过程而获得了具有约58μm的厚度的光学膜。
测量所述光学膜的相位差值，结果为Δn(450nm)＝1.03、Δn(550nm)＝1.00和Δn(650nm)＝0.99。即根据对比实施例2的光学膜不满足根据式I和式II的条件。在对比实施例2中，所述膜在制备期间变得非常不透明，以致所述膜不再适于作为光学膜。
对比实施例3
除了采用包含约75重量％的N-乙烯基咔唑和约25重量％的丙烯酸的单体混合物之外，以与实施例1中相同的方式获得了包含共聚物(具有约90,000的重均分子量和约145℃的玻璃化转变温度)的溶液。除了采用上述溶液之外，以与实施例1中相同的方式通过进行溶液流涎和拉伸过程而获得了具有约65μm的厚度的光学膜。
测量所述光学膜的相位差值，结果为Δn(450nm)＝0.98、Δn(550nm)＝1.00和Δn(650nm)＝1.02。根据对比实施例3的光学膜满足根据式I和式II的条件，但是相比于实施例的膜，其没有展现出足够的反向波长色散。此外，在对比实施例3中，所述膜在制备期间变得非常不透明，以致所述膜不再适于作为光学膜。

Claims (5)

1.一种光学膜，其包含共聚物，所述共聚物包含由85-99.99重量％的下列化学式1所表示的化合物与0.01-15重量％的下列化学式2所表示的基于丙烯酸酯的化合物的聚合反应而得到的重复单元，并且所述光学膜满足以下式I和式II，
其中，所述共聚物具有50,000至2,500,000的重均分子量Mw和100至300℃的玻璃化转变温度Tg：
[化学式1]
其中，R1为氢或甲基，以及
R2为具有5至20个碳原子的芳烃基或具有5至20个碳原子的杂芳烃基，且包含于所述芳烃基和所述杂芳烃基中的至少一个氢原子被羟基、羧基、卤素原子、具有1至12个碳原子的烷基、具有1至12个碳原子的烷氧基、具有5至12个碳原子的芳基、具有7至12个碳原子的芳基烷基或具有2至4个碳原子的酰基所取代，
[化学式2]
其中，R3为氢或具有1至3个碳原子的取代或未取代的烷基，
R4为单键、具有1至20个碳原子的直链或支链亚烷基、具有2至20个碳原子的直链或支链亚烯基、或者具有2至20个碳原子的直链或支链亚炔基，以及
R5为氢、羧基或环氧基，
[式I]
Δn(450nm)/Δn(550nm)<1.0
[式II]
Δn(650nm)/Δn(550nm)>1.0
其中，Δn(λ)表示在波长λ处的具体的双折射率。
2.权利要求1所述的光学膜，其中，化学式1所表示的化合物为选自N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吲哚、1-乙烯基萘、1-乙烯基蒽和N-乙烯基邻苯二甲酰亚胺中的一种或多种化合物。
3.一种制备权利要求1所述的光学膜的方法，所述方法包括以下步骤：
制备共聚物，所述共聚物包含由85-99.99重量％的以下化学式1所表示的化合物与0.01-15重量％的下列化学式2所表示的基于丙烯酸酯的化合物的聚合反应而得到的重复单元，其中，所述共聚物具有50,000至2,500,000的重均分子量Mw和100至300℃的玻璃化转变温度Tg；
形成包含所述共聚物的膜；以及
拉伸所述膜：
[化学式1]
其中，R1为氢或甲基，以及
R2为具有5至20个碳原子的芳烃基或具有5至20个碳原子的杂芳烃基，且包含于所述芳烃基和所述杂芳烃基中的至少一个氢原子被羟基、羧基、卤素原子、具有1至12个碳原子的烷基、具有1至12个碳原子的烷氧基、具有5至12个碳原子的芳基、具有7至12个碳原子的芳基烷基或具有2至4个碳原子的酰基所取代，
[化学式2]
其中，R3为氢或具有1至3个碳原子的取代或未取代的烷基，
R4为单键、具有1至20个碳原子的直链或支链亚烷基、具有2至20个碳原子的直链或支链亚烯基、或者具有2至20个碳原子的直链或支链亚炔基，以及
R5为氢、羧基或环氧基。
4.权利要求3所述的方法，其中，包含所述共聚物的膜在包括三乙酸纤维素膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、环烯烃聚合物膜、聚碳酸酯膜或聚降冰片烯膜的基底膜上形成。
5.一种包括权利要求1所述的光学膜的显示设备。
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