DE602004012726T2 - Optische medien, die einen film aus polymerischem werkstoff enthalten - Google Patents
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Description
- BEREICH DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Medium, das eine Folie aus Polymermaterial von hoher Qualität umfasst. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein optisches Medium, das eine Folie aus Polymermaterial umfasst, das eine Beständigkeit gegen Alterung und UV-Strahlung aufweist.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Flachdisplays (flat-panel displays, FPD) werden bei heutigen kommerziellen elektronischen Vorrichtungen in zunehmendem Maße alltäglich. Bei den meisten ihrer Anwendungen wird von FPD erwartet, dass sie leicht, tragbar und robust sind und mit niedriger elektrischer Leistung und hoher Auflösung arbeiten. Displays, die alle diese Merkmale aufweisen, werden in Zukunft eine breite Vielfalt von kommerziellen Anwendungen ermöglichen.
- Die meisten kommerziell erhältlichen Produkte verwenden im Verfahren zur Herstellung von Displays Glas als Ausgangsmaterial. Glas hat aufgrund seiner ausgezeichneten Eigenschaften, wie etwa der Transparenz, der optischen Klarheit, der hohen Durchsichtigkeit im Bereich des sichtbaren Lichts, der hohen Beständigkeit gegen Temperatur und der Kompatibilität mit Chemikalien, die bei standardmäßigen Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung von Halbleitern verwendet werden, breite Verwendung für verschiedene optische Anwendungen gefunden. Dennoch kann die Verwendung von Glas als Träger bei optischen Anwendungen aufgrund seines hohen Gewichts und seiner großen Brüchigkeit Probleme bei der endgültigen Verwirklichung des Produkts verursachen. Da Glas außerdem nicht flexibel ist, kann es nicht in fortlaufenden Verarbeitungsverfahren verwendet werden, was zu einer relativ geringen Endproduktivität führt.
- Im Hinblick auf diese Gründe sollte es wünschenswert sein, Glas durch transparente Kunststofffolien zu ersetzen. Wenn Kunststoff als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Displays eingesetzt wird, ist ein Display nicht nur leicht und robust, sondern es kann auch eine Flexibi lität erhalten werden. Die Verwirklichung einer solchen Technologie hätte eine wesentliche Bedeutung für die Display-Industrie, indem die gegenwärtigen Verfahren mit Folienbögen durch ein fortlaufendes Rollenverfahren ersetzt werden.
- Die gegenwärtigen Verfahren, die an der Herstellung von Displays beteiligt sind, werden entworfen, um mit dem Glasträger, der ausgezeichnete thermo-mechanische und optische Eigenschaften aufweist, und der Hochtemperaturverfahren, Lösungsmittelbehandlungen und der Einwirkung von UV/sichtbarem Licht ohne wesentliche Änderungen seiner Eigenschaften widerstehen kann, zu arbeiten.
- Typische Verfahren zur Herstellung von Displays, wie etwa solche zur Herstellung von Flüssigkristallanzeigen (liquid cristal display, LCD) und organischen lichtemittierenden Dioden (organic light emitting diode, OLED), die eine aktive Matrix (AM) oder eine passive Matrix (PM) aufweisen, verwenden derzeit das Glas als Träger. Glas ist der Ausgangspunkt für das Herstellungsverfahren, welches das Beschichten verschiedener funktioneller Schichten umfasst, die je nach Art von Display, die gewünscht ist, variieren können. Metalle oder Metalloxide, wie etwa Silicium oder Indiumzinnoxid (indium tin oxide, ITO) werden auf das Glas beispielsweise durch Bedampfen oder Vakuumabscheidung aufgebracht und dann durch eine thermische oder chemische Behandlung oder eine Laserbehandlung behandelt, um den Schaltkreis des Displays zu bilden. Im Fall von Schaltkreisen mit hoher Leistungsfähigkeit (beispielsweise TFT) werden diese Verfahren auf Glas bei einer Temperatur von ungefähr 600°C durchgeführt. Neuere Entwicklungen haben diese Temperatur durch Lasertechnik auf ungefähr 250 bis 350°C gesenkt.
- Obwohl die meisten der Kunststoffmaterialien, die auf dem Markt erhältlich sind, optische Eigenschaften aufweisen, die den Anforderungen an Anwendungen als Träger für Displays entsprechen, weisen sie eine Glasübergangstemperatur von weniger als 240°C auf, und dies macht sie für die oben erwähnten Verfahren nutzlos. Die Dokumente
US 5,817,550 undUS 5,856,858 beschreiben ein Verfahren zur Bildung von dünnen Folientransistoren auf Niedrigtemperaturkunststoffsubstraten. Die Verfahren schließen ein, dass das Substrat in einem ersten Schritt des Herstellungsverfahrens auf beiden Seiten mit 0,1 bis 5,0 μm SiO2 beschichtet wird. Dies ermöglicht der Folie, der hohen Temperatur, die durch die TFT-Anordnung erforderlich ist, zu widerstehen. N. D. Young et al., Low Temperature Poly-Si an Glass and Polymer Substrates, ASIA DISPLAY Workshop, 1998, beschreiben die Herstellung von po lykristallinem Silicium-TFT auf Polymerträgern. Es ist erforderlich, dass das Polymersubstrat eine thermische Stabilität von bis zu 250 bis 350°C aufweist, um TFT-Schaltkreise mit guten Eigenschaften zu erhalten, wie etwa hohen mechanischen Eigenschaften und einer niedrigen thermischen Schrumpfungsgeschwindigkeit, um eine gute Stabilität und selbsterhaltende Eigenschaften während der Konstruktionsverfahren zu garantieren. Weiterhin werden Schutzschichten benötigt, um die Beständigkeit gegen Chemikalien und Lösungsmittel während der Schritte der Herstellung von Displays zu erhöhen. - Es werden hohe mechanische Eigenschaften benötigt, um eine selbsttragende Folie während des Aufbaus der Vorrichtung und ihrer Verwendung zu erhalten. Schließlich ist eine gute Beständigkeit gegen die Einwirkung von UV/sichtbarem Licht ohne einen bemerkenswerten Abbau (Trägerversprödung und Farbänderungen) erforderlich, um den Bedingungen bei Verfahrensschritten zu widerstehen, bei denen UV-Quellen eingesetzt werden können, und um einen Abbau bei Anwendungen in einer Umgebung mit Sonnenlicht zu verhüten.
- Andere Probleme beziehen sich auf die Stabilität während der Lebensdauer des Displays. Aktive Materialien, die in Displays verwendet werden, sind äußerst empfindlich gegenüber Oxidation und damit gegenüber der Gegenwart von Sauerstoff sowie von Feuchtigkeit auf der Innenseite der Displays. Gute Sperreigenschaften gegen den Sauerstoff und die Feuchtigkeit sind wünschenswert. Dementsprechend macht das Glas ein geeignetes Maß an Undurchlässigkeit für diese Art von Anwendungen verfügbar, während im Gegensatz dazu der Kunststoff im Allgemeinen zu durchlässig ist. Dieses Problem zusammen mit der Beständigkeit gegen Chemikalien und Kratzer wird gelöst, indem der Oberfläche der Kunststofffolie geeignete funktionelle Schichten hinzugefügt werden. Die gebräuchlichsten Schichten gegen Kratzer und Sperrschichten beruhen auf UV-fotohärtbaren Materialien, und dies macht die UV-Beständigkeit des Substrats zu den am meisten geforderten Eigenschaften des potenziellen Kunststoffträgers für optische Vorrichtungen. Die Dokumente
US 6,358,570 ,US 6,268,695 undUS 6,413,645 offenbaren Sperrschichten, die auf die Kunststofffolie geschichtet sind. Die Hauptanwendung ist ein Kunststoffträger für Displays, bei denen gute Sperreigenschaften gegen Feuchtigkeit und Sauerstoff erforderlich sind. Die Sperrstruktur ist eine mehrschichtige Zusammensetzung aus härtbaren Harzen und anorganischen Verbindungen. Die Harze können durch UV-Strahlung gehärtet werden. - Etliche Patente und Patentanmeldungen beschreiben Fluorenpolyestermaterialien für elektrische Anwendungen.
- Das
US-Patent 3,546,165 beschreibt thermisch stabile Polyester aus verschiedenen gem-Bisphenolen und Dicarbonsäuren. Eingeschlossen sind Polyester aus 9,9-bis-(4-Hyrdroxyphenyl)-fluoren mit 100% Isophthalsäuren und 9,9-bis-(4-Hydroxyphenyl)-fluoren mit 80 Gew.-% Isophthalsäure und 20 Gew.-% Terephthalsäuren. Es wird eine Erweichungstemperatur von 360°C für diese beiden Polymere berichtet. Die UV-Stabilität und die mechanischen Eigenschaften sind nicht bewertet worden. - Das
US-Patent 4,387,209 beschreibt Polyester, die durch Reagierenlassen von 9,9-bis-(4-Hydroxyphenyl)-fluoren und mindestens einem Mitglied der Gruppe, die aus Isophthal- oder Terephthalsäure besteht, und Verwenden eines Grenzflächenpolymerisationsvorgangs hergestellt werden. Die inhärente Viskosität des Polyesters hängt stark von der Reinheit des Monomers ab, und verhältnismäßig kleine Schwankungen bezüglich der Reinheit des Diphenolmonomers können große Abweichungen bei den inhärenten Viskositätswerten verursachen. Es werden Polyesterfolien beschrieben, die auf dem Gebiet der elektrischen Isolierung verwendet werden sollen, und es werden weder Daten zu den optischen Eigenschaften noch mögliche Anwendungen berichtet. - Das Dokument
US 4,967,306 offenbart einen 9,9-bis-(4-Hydroxyphenyl)-fluoren/Isophthalsäure- und Terephthalsäurepolyester, der niedrigmolekulare Oligomere in sehr geringem Ausmaß enthält und eine Zugfestigkeit, Dehnung, chemische Beständigkeit, Temperaturstabilität, Ultraviolettbeständigkeit und Vakuumstabilität aufweist, die größer ist als die von im Stand der Technik bekannten Co-Polymeren, die niedrigmolekulare Oligomerspezies enthalten. Es wird darin offenbart, dass Folien, die geringe Mengen an Oligomer enthalten, vergilben oder sich nach begrenzter Einwirkung von ultravioletter Strahlung zersetzen. - Es hat sich herausgestellt, dass das Harz, das aus dem Polyarylat, das aus 9,9-bis-(3-Methyl-4-Hydroxyphenyl)-fluoren und Isophthalsäure zusammengesetzt ist, erhalten wird, wie im Journal of Applied Polymer Science, Band 29, S. 35 bis 43 (1984) berichtet, zu zerbrechlich ist und eine unzureichende Abnutzungsbeständigkeit und eine geringe Folienqualität aufweist.
- Die
Japanische Patentanmeldung No. 09-071,640 - Das Dokument
US 4,810,771 offenbart Polyester, die aus mono-ortho-substituierten Bisphenolen und einer Mischung aus Isophthal- und Terephthalsäure hergestellt sind. - Die
EP-Patentanmeldung 943,640 - Die vom 9,9-bis-(3,5-Dibrom-4-hydroxyphenyl)-fluoren-bisphenol-Monomer abgeleiteten Polyarylate sind in der PCT-Patentanmeldung Nr.
WO 00-33,949 - In dem Dokument
US 5,007,945 wird eine Klasse von Polyarylaten beschrieben, die aus Dicarbonsäurechloriden und Cardo-Bisphenolen mit Halogensubstituenten in allen ortho-Positionen der Phenylgruppen erhalten werden, die verwendet werden, um eine oder mehrere Bestandteile einer Gasmischung zu trennen. Derartige Patente beschreiben Gastrennungsmembranen, erwähnen jedoch nicht optische Folien, die aus derartigen Polymeren bestehen. - Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Kunststofffolie, die für optische Anwendungen und stärker bevorzugt als ein Displayträger geeignet ist, die in der Lage ist, den Bedingungen des vorliegenden Herstellungsverfahrens und den Umgebungsbedingungen während ihres Gebrauchs zu widerstehen. Auch wird die Verwendung eines flexiblen Kunststoffträgers erlauben, Rollentechnologien in die Herstellung von Displays einzuführen.
- GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Ein optisches Medium, das eine Folie (Film) aus Polymermaterial umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial ein Polyester ist, der aus einem 9,9-bis-(4-Hydroxyphenyl)-fluorenderivat und einer Mischung aus Terephthalsäure- und Isophthalsäurederivaten erhalten wird, der durch die folgende Struktur dargestellt wird:wobei n eine positive ganze Zahl größer als 20 ist, wobei das Polymermaterial eine inhärente Viskosität von weniger als 0,80 dl/g aufweist, wie für eine Lösung aus 0,1000 g trockenes Polymer in 50 ml einer Mischung aus Phenol/1,1,2,2-Tetrachlorethan 60/40 Gew.-% bewertet, und das einen Vergilbungskoeffizienten (yellowing coefficient) Yc von weniger als 0,0050 aufweist.
- Vorzugsweise betrifft die vorliegenden Erfindung eine optische Folie, die einen Polyester umfasst, der aus 9,9-bis-(4-Hydroxyphenyl)-fluoren und aus einer Mischung von Isophthalsäure und Terephthalsäure erhalten wird. Die Mischung aus Isophthalsäure und Terephthalsäure umfasst vorzugsweise 10 bis 90 Gew.-% einer Isophthalsäuregruppe und 90 bis 10 Gew.-% einer Terephthalsäuregruppe. Stärker bevorzugt umfasst die Mischung aus Isophthalsäure und Terephthalsäure 20 bis 80 Gew.-% einer Isophthalsäuregruppe und 80 bis 20 Gew.-% einer Terephthalsäuregruppe. Am stärksten bevorzugt umfasst die Mischung aus Isophthalsäure und Terephthalsäure 30 bis 70 Gew.-% einer Isophthalsäuregruppe und 70 bis 30 Gew.-% einer Terephthalsäuregruppe.
- Wenn in der vorliegenden Erfindung die Bezeichnung „Gruppe" verwendet wird, um eine chemische Verbindung oder einen Substituenten zu beschreiben, umfasst das beschriebene Material die Gruppe, den Ring und den basischen Rest und diejenige Gruppe, denjenigen Ring oder denjenigen Rest mit herkömmlichen Substituenten. Wenn im Gegensatz dazu der Begriff „Einheit" verwendet wird, ist beabsichtigt, dass das unsubstituierte chemische Material verwendet werden soll. Beispielsweise umfasst der Begriff „Alkylgruppe" nicht nur solche Alkyleinheiten, wie etwa Methyl, Ethyl, Butyl, Octyl etc., sondern auch solche Einheiten, die Substituenten, wie etwa Halogen, Nitril, Hydroxy, Nitro, Amino, Carboxyl etc. tragen. Der Begriff „Alkyleinheit" umfasst im Gegensatz dazu nur Methyl, Ethyl, Cyclohexyl etc.
- Das für die vorliegende Erfindung nützliche Polymermaterial weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Alterung und UV-Strahlung auf und unterliegt weniger einer Vergilbung durch Einwirkung von Quellen von UV/sichtbarem Licht. Insbesondere zeigt das Polymermaterial eine inhärente Viskosität von weniger als 0,80 dl/g, vorzugsweise weniger als 0,70 dl/g, und besonders bevorzugt liegt diese im Bereich von 0,65 bis 0,30 dl/g.
- Das Polymermaterial der vorliegenden Erfindung kann einen Glasträger bei der Herstellung einer Reihe von optischen Medien, die im Stand der Technik bekannt sind, wie etwa Flüssigkristall-Displays, elektrolumineszente Displays, Displays mit organischen lichtemittierenden Dioden und Derartiges, ersetzen. Dies macht es möglich, Displays zu erhalten, die flexibler und beständiger sind als solche, die auf herkömmliche Weise unter Verwendung von Glasträgern hergestellt wurden. Auch erlaubt die Verwendung des Polymermaterials der vorliegenden Erfindung, Rollentechnologien bei der Herstellung von Displays zu verwenden.
- BEISPIELE
- Es wurden Folienproben erhalten, indem Verbindung A genommen wurde und diese mit der in dem
EP-Patent 396,418 Folienprobe TPA (%) IPA (%) inhärente Viskosität dl/g 1 (Vergleich) 50 50 2,12 2 (Vergleich) 0 100 0,77 3 (Vergleich) 100 0 0,94 4 (Erfindung) 50 50 0,31 5 (Vergleich) 0 100 0,42 6 (Vergleich) 100 0 0,63 - Die Folienproben wurden dann UV-Alterungstests unterworfen, indem ein Fusion F300 Lamp System, hergestellt durch Fusion UV Systems Inc., ausgerüstet mit einer D-Birne, verwendet wurde.
- Die Vergilbung der Folienprobe wurde durch Vergleichen ihrer Absorption vor und nach der Einwirkung der ausgewählten Wellenlänge von 400 nm, die als die wichtigste (Blaulichtabsorption) identifiziert wurde, gemessen. Die optische Absorption wurde durch ein Spektrofotometer Lambda 2 von Perkin-Elmer, das im Bereich von 320 bis 500 nm arbeitet, gemessen.
- Der Vergilbungskoeffizient (Yc) wird als das Verhältnis der durchschnittlichen Variation der Absorption eines Polymerfilms, der einer UV-Strahlungsquelle ausgesetzt wird, und der wirksamen Einwirkungsenergie definiert. Die eingesetzte Einwirkungsenergie betrug bis zu 5,0 J/cm2. Je kleiner der Wert, um so besser ist das Ergebnis.
- Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle 2 zusammengefasst. TABELLE 2
Probe Vergilbungskoeffizient Yc 1 (Vergleich) 0,0059 2 (Vergleich) 0,0031 3 (Vergleich) 0,0069 4 (Erfindung) 0,0043 5 (Vergleich) 0,0013 6 (Vergleich) 0,0047 - Die Daten in Tabelle 2 zeigten, dass gute oder optimale Werte (d. h. kleiner als 0,0050) für den Vergilbungskoeffizienten mit Folienproben der vorliegenden Erfindung, die eine inhärente Viskosität von weniger als 0,80 dl/g aufweisen, erhalten werden können.
- Während eine besondere Ausführung dargestellt wurde, um die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen und zu erklären, soll dies nicht einschränkend sein. Modifikationen und Änderungen können dem Fachmann offensichtlich werden und es ist beabsichtigt, dass die Erfindung nur durch den Umfang der angefügten Ansprüche beschränkt wird.
Claims (6)
- Optisches Medium, umfassend eine Folie (Film) aus polymerem Material, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material ein Polyester ist, erhalten aus einem 9,9-Bis(4-hydroxyphenyl)fluoren-derivat und einer Mischung aus Terephthalsäure- und Isophthalsäure-Derivaten, dargestellt durch die folgende Struktur:wobei n eine positive ganze Zahl größer als 20 ist, wobei das polymere Material eine inhärente Viskosität, die niedriger als 0.80 dl/g ist, bewertet für eine Lösung aus 0,1000 g trockenes Polymer in 50 ml einer Mischung aus Phenol/1,1,2,2-Tetrachlorethan 60/40 Gew.-%, und einen Vergilbungskoeffizient („yellowing coefficient") Yc hat, der niedriger als 0,0050 ist.
- Optisches Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material eine inhärente Viskosität hat, die niedriger als 0,70 dl/g ist.
- Optisches Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material eine inhärente Viskosität im Bereich von 0,65 bis 0,30 dl/g hat.
- Optisches Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyester aus 9,9-Bis(4-hydroxyphenyl)fluoren und einer Mischung aus Terephthalsäure und Isophthalsäure erhalten wird.
- Optisches Medium nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Terephthalsäure und Isophthalsäure von 20 bis 80 Gew.-% einer Isophthalsäuregruppe und von 80 bis 20 Gew.-% einer Terephthalsäuregruppe umfaßt.
- Optisches Medium nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Terephthalsäure und Isophthalsäure von 30 bis 70 Gew.-% einer Isophthalsäuregruppe und von 70 bis 30 Gew.-% einer Terephthalsäuregruppe umfaßt.
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