TW201323541A - 用於低折射層之包括含氟化合物的塗覆組合物、利用彼之抗反射膜、以及包括彼之偏光器及影像顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

提供一種用於低折射層之包括以下化學式1之含氟化合物的塗覆組合物、利用彼之抗反射膜、以及包括彼之偏光器及影像顯示裝置，其中該以下化學式1之含氟化合物具有1.28至1.40的低折射率，從而得以簡單的調整抗反射膜的折射率且有效地作為具有優秀機械性質(如耐久性等)之抗反射膜的塗覆材料。□

Description

用於低折射層之包括含氟化合物的塗覆組合物、利用彼之抗反射膜、以及包括彼之偏光器及影像顯示裝置
以下的揭露係關於一種用於低折射層之包括以下化學式1之含氟化合物的塗覆組合物、利用彼之抗反射膜、以及包括彼之偏光器及影像顯示裝置，其中該以下化學式1之含氟化合物具有1.28至1.40的低折射率，從而得以簡單的調整抗反射膜的折射率且有效地作為具有優秀機械性質(如耐久性等)之抗反射膜的塗覆材料使用。
現代人引入許多種例如映像管的顯示器，例如監視器的陰極射線管(CRT)、電視機的彩色映像管(CPT)、薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)偏光器、電漿顯示面板(PDP)濾鏡、RPTS濾鏡、行動電話、手錶、相片、及相框的液晶。在這些顯示器暴露於光線例如自然光的情況下，反射的光線可能導致眼睛疲累或是頭痛，眼睛可能無法清楚的聚焦於顯示器上所顯示的影像，使得對比弱化。為解決這些問題，已針對利用在基材上形成折射率較基材低的膜的方法來形成抗反射膜以減低反射率的技術作了研究。為了獲得此抗反射功能，抗反射膜具有一結構，其中所施加之包括用硬塗覆溶液的硬塗覆層、所施加之包括折射率為1.6或更高的 塗覆溶液的高折射層、及所施加之包括具有1.3至1.5之低折射率之塗覆溶液的低折射層，係塗覆在玻璃、塑膠膜上。最近，為了減少複雜的製程，抗反射膜的結構已改為兩層結構，其中低折射層係直接施加於硬塗覆層之上。此低折射層除具低折射率外，應具有如高可見光透射率、耐久性、抗污性、機械強度等物理性質。此外，於此同時，低折射層應可輕易經由如滾軸塗覆法、凹版塗覆法、滑移塗覆法(slide coating method)、噴塗法、網版印刷法等大量塗覆方法塗覆，且可輕易如紫外線(UV)固化法之連續固化方法固化。
作為用於抗反射之低折射率氟系材料，日本早期公開專利公開第1998-182745號已揭露一種藉由聚合含有多官能基含氟(甲基)丙烯酸酯的單體組合物所製得之低折射率氟系材料。然而，於包含氟烷基基團之丙烯酸酯的情況中，當氟含量減少，折射率將減少，且當氟含量增加，透明度將減低。
如上所述，於相關技術領域中已檢視多種作為供低折射膜用之抗反射材料的氟系塗覆溶液組合物。然而，利用單塗覆層之具有足以獲得抗反射效果的低折射率及抗刮擦之機械強度的材料，以及使用彼之塗覆方法在技術領域中仍是需要的。
本發明的一實施態樣旨在提供一種用於低折射層之包括含氟化合物的塗覆組合物，作為利用單塗覆層之具有足以獲得抗反射效果的低折射率及抗刮擦之機械強度的材料；利用彼之抗反射膜；以及包括彼之偏光器及影像顯示裝置。
於一一般態樣中，係提供一種用於低折射層之包括以下化學式1之含氟化合物的塗覆組合物、利用彼之抗反射膜、以及包括彼之偏光器及影像顯示裝置，其中該以下化學式1之含氟化合物的折射率為1.28至1.40，從而得以簡單的調整抗反射膜的折射率且有效地作為具有優秀機械性質(如耐久性等)之抗反射膜的塗覆材料使用。
於化學式1中，R1至R4各自獨立為氫、(C1-C20)烷基、或(C6-C20)芳基，且R1及R2不同時為氫；m及n各自獨立為2至10的整數；A、B、D及E各自獨立為氫、氟、或(C1-C4)烷基，其條件為A、B、D及E的所有原子含量中，氟的含量為50%或更高；以及R1至R4之烷基及芳基係進一步經氟取代。
該化學式1之含氟化合物的折射率為1.28至1.40，且較佳為1.28至1.35的低折射率，從而得以簡單的調整抗反射膜的折射率且有效地作為具有優秀機械性質(如耐久性等)之抗反射膜的塗覆材料使用。
化學式1之含氟化合物的實例包含以下化合物，但不以此為限。
化學式1之含氟化合物係藉由在去氯化氫劑存在下使化學式2之氟化二烷基矽烷、化學式3-1之醯氯化合物、及化學式3-2之醯氯化合物相互反應而製得。
[化學式3-1]
於各化學式中，R1、R2、m、n、A、B、D、及E各自具有與化學式15中相同的定義。
作為本製程中的無水溶劑，可使用二乙醚、四氫呋喃、二氯甲烷等，且以化學式2之氟化二烷基矽烷化合物計，使用2.0至2.5當量的去氯化氫劑。此外，作為所用之去氯化氫劑，可使用吡啶、三乙胺等。可反應溫度隨所使用的溶劑而改變，但通常為0至25℃。反應時間可隨反應溫度及所使用溶劑而改變，但通常為30分鐘至6小時，且較佳為2小時或更短。
化學式2之氟化二烷基矽烷化合物可依兩種方法製備；一種方法係在-78℃至25℃溫度下，使用鎂作為催化劑使以下化學式4之矽烷化合物、化學式5-1之氟化溴醇化合物、及化學式5-2之氟化溴醇化合物與格林納試劑反應；另一種方法係在-78℃至25℃的溫度下，於(C1-C10)烷基鋰存在下使化學式4所表示之矽烷化合物、化學式5-1之氟化溴醇化合物、及化學式5-2之氟化溴醇化合物與一陰離子試劑反應。
於各化學式中，R1、R2、m、n、A、B、D、及E各自具有與化學式1中相同的定義。
於本製程中係使用如二乙醚、四氫呋喃、正己烷、正庚烷等單一溶劑，及由至少兩種溶劑彼此混合成的混合溶劑，作為無水溶劑。以化學式4之矽烷化合物計，通常使用2.0至2.1當量的鎂。至於烷基鋰有機金屬試劑，可使用丁基鋰、第二丁基鋰、第三丁基鋰等。一般而言，以化學式4之矽烷化合物計，可使用2.0至2.1當量的烷基鋰有機金屬試劑。反應溫度可隨所使用的溶劑而改變，但通常為-78℃至25℃。較佳地，氯-鋰替換反應係於-78℃下進行，而化學式5-1及5-2之氟化溴醇化合物的反應係於-10℃至25℃下進行。反應時間可隨反應溫度及所使用溶劑而改變，但通常為30分鐘至6小時，且較佳為2小時或更短。
化學式1所表示之含氟化合物的含量為該用於低折射層之塗覆組合物的總固形物含量(solid content)的1至50重量%。在含量 低於1重量%的情況下，難以獲得抗反射效果，而在含量高於50重量%的情況下，難以獲得機械性質。因此，較佳為維持於該含量範圍。
根據本發明之一例示實施態樣之用於低折射層的塗覆組合物可含有化學式1之含氟化合物、具有丙烯酸系不飽和基團(acrylic unsaturated group)的化合物、低折射率顆粒、及溶劑。
更具體言之，用於低折射層之塗覆組合物包含化學式1之含氟化合物、具有丙烯酸系不飽和基團的化合物、低折射率顆粒、及固形物含量為3至8重量%之溶劑，其中該固形物可包含1至50重量%之化學式1之含氟化合物、5至40重量%的具有丙烯酸系不飽和基團的化合物、及1至60重量%的低折射率顆粒。
在用於低折射層之塗覆組合物的固形物含量低於3重量%的情況下，固化製程將消耗許多時間且會減低經濟效益，而在固形物含量高於8重量%的情況下，塗覆溶液的黏度會增加，以致於難以進行薄膜塗覆，且塗覆薄膜的平整度將惡化。
具有丙烯酸系不飽和基團的化合物係用於改進固化層的固化程度。於此，在具有丙烯酸系不飽和基團的化合物的含量低於用於低折射層之塗覆組合物的固形物含量的5重量%的情況下，低折射層的表面固化將會發生問題，且含量高於40重量%的情況下，低反射層的折射率會提高，以致於抗反射效果惡化。具有丙烯酸系不飽和基團的化合物為(甲基)丙烯酸酯((meth)acrylate)，且(甲基)丙烯酸酯於本發明中意謂丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。(甲基)丙烯酸酯的具體實例包括乙基(甲基)丙烯酸酯、乙基己基(甲 基)丙烯酸酯、三甲醇丙烷三(甲基)丙烯酸酯、己二醇(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯等。
至於低折射率顆粒，可以使用LiF、MgF、3NaF、AlF、Na3AlF6、或其中具有空間的中空二氧化矽。低折射率顆粒係用於降低折射率，以提升抗反射性質及抗刮擦能力，且顆粒尺寸可為1奈米至100奈米。在顆粒尺寸小於1奈米的情況下，會增加凝聚現象(coagulation)，且在顆粒尺寸大於100奈米的情況下，由於白化現象，透明度會惡化。在整個用於低折射層之塗覆組合物的總固形物含量中，低折射率顆粒的含量可為1至60重量%。當低折射率顆粒的含量少於1重量%，藉由改良層間黏著力所提供的抗刮擦能力的增進效果及抗反射效果會變弱，且當含量高於60重量%，可見光透射率會隨所使用的顆粒量而稍微下降。因此，較佳維持該含量範圍。
可使用任何有機溶劑，並無限制，只要溶劑適合於溶解固形物成分。例如，可使用醇類、酯類、酮類、或芳香族溶劑。更具體言之，可使用甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、2-異丙氧基乙醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己烷、環己酮、甲苯、二甲苯、或苯等，且可以混合使用以上之至少兩種。可加入溶劑以使得用於低折射層之塗覆組合物的固形物含量為3至8重量%。 在固形物含量低於3重量%的情況下，固化製程將消耗許多時間且會減低經濟效益，而在固形物含量高於8重量%的情況下，塗覆溶液的黏度會增加，以致於難以進行薄膜塗覆，且塗覆薄膜的平整度將惡化。
根據本發明之用於低折射層之塗覆組合物可更包含一光起始劑，其中該光起始劑為一種紫外光可降解的化合物，例如，α-胺苯乙酮、1-羥基環己基苯基酮、苄基二甲基縮酮、羥基二甲基苯乙酮、安息香、安息香甲基醚、安息香乙基醚、安息香異丙基醚、安息香丁基醚等，且以100重量份化學式1之含氟化合物為計，其含量可為1至20重量份。在光起始劑的含量低於1重量份的情況下，較低的塗覆組合物可能無法固化，而在光起始劑的含量高於20重量份的情況下，可能因為塗覆組合物過量固化，而在低折射層中產生裂痕，因而使抗刮擦性及抗摩擦性惡化。
此外，本發明用於低折射層之塗覆組合物可視需要更包含添加劑，且可使用任何添加劑，並無限制，只要該添加劑係通常使用於本領域中。舉例言之，可使用光刺激劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、紫外線穩定劑、熱穩定劑、熱聚合防止劑、調平劑(leveling agent)、界面活性劑、潤滑劑等。此外，添加劑的含量可在不惡化塗覆組合物性質的範圍中使用。
於另一一般態樣中，係提供一種利用用於低折射層之包括含氟化合物的塗覆組合物製造的抗反射膜。該抗反射膜係藉由已知方法利用用於低折射層之包括含氟化合物的塗覆組合物製造。
在該抗反射膜中，依序形成於透明基材上之硬塗覆層及低折射 層可藉由以一合宜方式施用本發明之用於硬塗覆層的組合物及用於低折射層的塗覆組合物來形成，該合宜方式如模具塗覆法、氣刀塗覆法、反向滾軸塗覆法、噴塗法、刀塗法、流佈法、凹版及旋轉塗覆法等。
該抗反射膜可包括利用用於低折射層之塗覆組合物所形成的低折射層，且可具有以下結構：低折射層單獨塗覆於透明基材上，或硬塗覆層及低折射層依序塗覆於透明基材上。至於透明基材，可以使用任何的膜，只要其為透明塑膠膜，且較佳係使用聚對酞酸乙二酯膜或纖維素三乙酸酯膜。透明基材膜的厚度可為8至300微米，且較佳為40至100微米。形成於透明基材上的低折射膜的折射率在25℃下可為1.28至1.40。當低折射膜的折射率低於該範圍時，抗反射效果會下降，而當低折射膜的折射率高於該範圍時，某些預定的色彩可能被反射光加強。前述製造的抗反射膜除極佳的抗反射特性外，還具有極佳的抗刮擦性及附著性。
於另一一般態樣中，係提供一種包括該抗反射膜的偏光器。偏光器並沒有特別限定，可以使用各種偏光器。關於偏光器，舉例來說，可具有一透過使親水性聚合物膜(如聚乙烯醇膜、乙烯-乙烯基酯共聚物部分皂化膜(ethylene-vinylacetate copolymer partially saponificated film)等)吸收碘或雙色性材料(如雙色性染料)以單軸拉伸(uniaxially drawn)所獲得之膜，以及一聚烯取向膜，如聚乙烯醇脫水材料、或聚氯乙烯脫氯化氫材料。在該等偏光器中，較佳為包括聚乙烯醇膜及如碘等之雙色材料。偏光器的厚度沒有特別限制，但通常為5至80微米。
於另一一般態樣中，係提供一種影像顯示裝置，其包括形成於顯示器頂面上的抗反射膜或偏光器。例如，將本發明具有抗反射膜形成於其中的偏光器嵌入顯示裝置中，以製造多種具有極佳可見度的顯示裝置。此外，本發明之抗反射薄膜可貼合至顯示裝置的視窗上。本發明之抗反射薄膜較佳用於反射式液晶顯示器(LCD)、透射式LCD、半透射式LCD、或是具各種驅動方式的LCD，如扭轉向列型(TN)、超扭轉向列型(STN)、分枝編碼型(OCB)、複合校準向列型(HAN)、垂直校準型(VA)、橫向電場效應型(IPS)等。此外，本發明之抗反射薄膜可用於各種顯示裝置，如電漿顯示器、場發射顯示器、有機電致發光(EL)顯示器、無機EL顯示器、電子紙等。
以下的實施例及比較實施例將詳細說明本發明的功效。下列實施例係用於提供例示的功能，並非為了限制本發明的範疇。
[製備實施例1]含氟化合物之製備
根據本發明的含氟化合物係經由以下第一及第二反應製程製備。
〈第一反應製程〉
於5公升反應瓶中注入四氫呋喃，並降溫至-78℃。之後，將5莫耳如下表1所述之矽氧烷化合物(反應物I)、5莫耳鎂屑(magnesium turning)、及5莫耳氟化溴醇化合物(反應物II)依序加入反應瓶中，接著攪拌10分鐘，之後將混合物攪拌1.5小時 同時使溫度緩慢升到室溫。攪拌完成後，藉由將500克氫氯酸(HCl)溶解於1公升水中，再將溶解的材料加入反應瓶中而中止反應，而後放置20分鐘。生成物分為水層和四氫呋喃層從而變透明，在四氫呋喃層完全蒸發後，將產物，即氟化二烷基矽烷化合物，用管柱層析法分離及純化。所製備之各化合物的產率(56.6至66.7%)及1H-NMR係顯示於下表1。
〈第二反應製程〉
於3公升反應瓶中注入二氯甲烷(MC)，且在室溫下將3莫耳如下表2所述之醯氯化合物(反應物III)、及3莫耳於第一反應製程得到的材料加入反應瓶中，之後將11莫耳三乙胺加入反應瓶中與混合物反應1小時。反應完成後加入水，而後將生成物放置20分鐘。生成物分為水層和MC層從而變透明，在MC層完全蒸發 後，將產物，即氟化二烷基二丙醯化矽烷化合物，用管柱層析法分離及純化。產率為70.3至90.5%，且所製備的各化合物的產率及其1H-NMR係顯示於下表2。各化合物的折射率係藉由折射儀(型號：2T，日本ATAGO ABBE)使用589奈米D光鎢絲燈作為光源來測定。各化合物的折射率為1.28至1.40，如表3所示。
[實施例1]用於低折射層之塗覆溶液之製備
將3克含氟化合物(6)及2.5克二新戊四醇六丙烯酸酯(NK化學公司，A-DPH)與224克甲基異丁基酮(MIBK)混合並完全溶解，之後將其與中空二氧化矽(JGCCC)混合。接著加入0.3克α-胺苯乙酮(BASF，Irgacure 907)作為光起始劑，製得用於低折射層之塗覆溶液。
[實施例2]用於低折射層之塗覆溶液之製備
以與實施例1相同的方法製備用於低折射層之塗覆溶液，惟使用含氟化合物(4)。
[實施例3]用於低折射層之塗覆溶液之製備
以與實施例1相同的方法製備用於低折射層之塗覆溶液，惟使用含氟化合物(7)。
[實施例4]用於低折射層之塗覆溶液之製備
以與實施例1相同的方法製備用於低折射層之塗覆溶液，惟使用含氟化合物(2)。
[實施例5]製造抗反射膜
在於厚度為80微米的透明纖維素三乙酸酯(TAC)膜表面上層合一硬塗覆層及一低折射層中，係使用線桿(wire-bar)調整於實施例1中製備之用於低折射層之塗覆溶液及硬塗覆溶液(Kyoeisha，HX-610UV)，使其分別具有120奈米及5微米之厚度。在層合各層後，以獨立的乾燥及固化製程製造抗反射膜。所述乾燥係於90℃下進行1分鐘，且紫外線固化係使用一高電壓汞燈(120瓦/公分)進行10秒。
[實施例6]製造抗反射膜
以與實施例5相同的方法製備抗反射膜，惟係使用實施例2中製備的塗覆溶液。
[實施例7]製造抗反射膜
以與實施例5相同的方法製備抗反射膜，惟係使用實施例3中製備的塗覆溶液。
[實施例8]製造抗反射膜
以與實施例5相同的方法製備抗反射膜，惟係使用實施例4中製備的塗覆溶液。
[實驗實施例1]
測量所製造之抗反射膜的平均反射率、透射率、及霧度(haze)，結果顯示於表4中。
1)反射率估計：在塗黑塗覆膜的背面後，使用Solid Spec 3700分光光度計(Shimadzu公司)測量反射率以估計最小反射值。
2)透射率及霧度估計：使用HM-150(Murakami企業)，根據JIS K7105標準測量塗覆層的透射率及霧度。
如表4所示，可瞭解使用實施例1至4的用於低折射層之塗覆溶液製造之抗反射膜之平均反射率為1.1至1.3%，因而具有極佳的抗反射能力。此外，氟含量越高，霧度值將越高。然而，使用實施例1至4之用於低折射層之塗覆溶液製造的抗反射膜顯示0.3至0.4%的低霧度值。除了含氟化合物種類外，實施例1至4的用於低折射層之塗覆溶液具有相同的組成。因此，可瞭解用於低折射層之塗覆組合物包括具有特定結構的含氟化合物作為主要組份，以協助使用如空心二氧化矽等低折射材料的抗反射效果。
如上所述，用於低折射層之包括含氟化合物的塗覆組合物具有極佳的光學特性，例如1.28至1.40的低折射率，及極佳的機械特性，從而使得抗反射膜的折射率可以輕易調整。此外，利用用於 低折射層之塗覆組合物製造之抗反射膜，具有極佳的光學及機械特性，例如低反射率及極佳的可見光透射率。

Claims (13)

  1. 一種用於低折射層之包括由化學式1表示之含氟化合物的塗覆組合物： 於化學式1中，R1至R4各自獨立為氫、(C1-C20)烷基、或(C6-C20)芳基，且R1及R2不同時為氫；m及n各自獨立為2至10的整數；A、B、D及E各自獨立為氫、氟、或(C1-C4)烷基，其條件為A、B、D及E的所有原子含量中，氟的含量為50%或更高；以及R1至R4之烷基及芳基係進一步經氟取代。
  2. 如請求項1所述之用於低折射層之塗覆組合物，其中該由化學式1表示之含氟化合物的含量為該用於低折射層之塗覆組合物的總固形物含量的1至50重量%。
  3. 如請求項1所述之用於低折射層之塗覆組合物，包括該由化學式1表示之含氟化合物、一具有丙烯酸系不飽和基團(acrylic unsaturated group)的化合物、一低折射率顆粒、一光起始劑、及一溶劑。
  4. 如請求項3所述之用於低折射層之塗覆組合物，其中該具有丙烯酸系不飽和基團之化合物的含量為該用於低折射層之塗 覆組合物的總固形物含量的5至40重量%。
  5. 如請求項1所述之用於低折射層之塗覆組合物，其中該由化學式1表示之含氟化合物的折射率為1.28至1.40。
  6. 如請求項1所述之用於低折射層之塗覆組合物，其中該由化學式1表示之含氟化合物係選自具有以下結構的化合物：
  7. 如請求項1所述之用於低折射層之塗覆組合物，其折射率為1.28至1.4。
  8. 一種抗反射膜，包含一由請求項1至7中任一項所述之用於低折射層之塗覆組合物所製得的低折射層。
  9. 如請求項8所述之抗反射膜，包括獨立塗覆於一透明基材上之該低折射層。
  10. 如請求項8所述之抗反射膜，包括依序塗覆於一透明基材上之一硬塗覆層及該低折射層。
  11. 一種偏光器，包含如請求項8所述之抗反射膜。
  12. 一種影像顯示裝置，包含形成於其頂面之如請求項8所述之抗反射膜。
  13. 一種影像顯示裝置，包含形成於其頂面之如請求項11所述之偏光器。
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