TW201544521A - 可光聚合的組成物及光學片 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種可光聚合組成物以及包括由此形成的樹脂固化層的光學片，提供顯示高折射率且耐光性優異，從而作為背光單元的光學片組件有用的可光聚合組成物和具有由其固化的樹脂層的光學片。

Description

可光聚合的組成物及光學片
本發明涉及一種可光聚合組成物以及一種具有由此形成的樹脂固化層的光學片，更詳細地涉及通過光開始反應來形成固化層的可光聚合組成物以及具有由此形成的固化層的稜鏡片等光學片。
在構成背光單元的光學片的開發中，一直努力使從光源中放出的光聚光，從而調節光的方向來提高正面亮度，使用可以適當改變將光解釋成波動性和粒子性的干涉、繞射、偏光和光粒子原理的立體結構，則可以控制光通量(light flow)，改變形成這樣的立體結構面的物質的物理特性，則可以進一步控制光通量，向使用者需要的方向排列光粒子的排出方向，可以提高該方向的亮度。
另一方面，在光學片的物質的物理特性中，作為與提高亮度相關的特性，可以舉出折射率，折射率越高，光學片的性能越提高。
作為在光學片上能夠形成立體結構面的折射率高的樹脂，一般的可以舉出在高分子樹脂鏈內取代了溴之類的鹵素元素的取代的光固化型樹脂。
另一方面，近來，以歐盟(EU)等發達國家為中心的國際社會正在通過環境規定限制含有環境有害性物質的製品的貿易，設定各國的環境標準來制約輸入品，從而事實上作為非關稅貿易阻礙而活用。
另外，將製造、使用、廢棄等製品全過程的污染發生和再利用障礙因素從製品設計階段就進行考慮的環境親和性製品設計和清潔生產技術越來越成為企業的確保持續性競爭力和為了生存的必要條件。
根據這種趨勢來看，具有在高分子樹脂鏈內取代了溴之類的鹵素元素的光固化型樹脂層的光學片不適合應對環境規定。特別是已知鹵素元素產生環境荷爾蒙，在對環境問題敏感的歐洲，目前正積極鼓勵非鹵素製品。
另一方面，具有結構化的稜鏡的透射性光學片的情況下，根據構成稜鏡結構的樹脂的折射率，亮度提高率發生改變。一般，隨著構成稜鏡的樹脂的折射率增加，亮度提高率增加。因此，正在向樹脂的折射率提高的方向進行研究開發。
一般，構成稜鏡的樹脂由有機化合物構成，用有機化合物能夠調節的折射率範圍的上限值已知理論上為1.7左右，相比於無機化合物，可以調節的折射率範圍窄。另外，僅用有機化合物，高折射的樹脂具有黏度上升和低UV穩定性等問題，因此受到很多制約。因此，目前切實需要研究開發能獲得更高亮度上升率的稜鏡組成。
本發明提供一種適合形成具有高折射率的樹脂固化層的可光聚合組成物。
本發明提供一種形成有滿足高折射率的樹脂固化層的光學片。
本發明提供一種形成有滿足高折射率的樹脂固化層的複合化的光學片。
由此，作為較佳的第1實施方式，本發明提供一種可光聚合組成物，其中，含有下述化學式1~化學式2表示的有機金屬化合物中的1種以上。
化學式1
上述式中，R1~R3相同或不同，且為氫原子或碳原子數1~15的烷基，M為選自Fe、Mn、Sn、Ti、Si、Cr、Co中的金屬原子，l為2以上的整數。
上述式中，R4為含有選自氫原子、碳原子、氧原子和氮原子中的至少一種原子的有機基團，M為選自Fe、Mn、Sn、Ti、Si、Cr、Co中的金屬原子，l為2以上的整數。
另外，作為較佳的第2實施方式，本發明中提供一種可光聚合組成物，其中，含有利用下述化學式3表示的金屬醇鹽和能與化學式3的M化學結合的有機化合物製造的有機無機複合體。
化學式3 M(OCnH2n+1)4
上述式中，M為過渡金屬，n為1至1000以下的整數。
根據上述實施方式的有機化合物可以選自能與上述金屬離子M形成螯合鍵(Chelate Bond)的羧酸(Carboxylic Acids)、β-酮酯(β-ketoesters)和β-二酮(β-diketones)中。
根據上述實施方式的有機化合物可以選自硬脂酸(Stearic Acid)、油酸(Oleic Acid)、10-十一烯酸(10-Undecylenic Acid)、乙醯乙醯氧基甲基丙烯酸乙酯(Acetoacetoxyethylmethacrylate,AAEM)和乙醯乙酸烯丙酯(Allyl acetoacetate,AAA)中。
根據上述實施方式的可光聚合組成物可以含有含有紫外線固化型單體、光引發劑和添加劑。
另外，作為較佳的第3實施方式，本發明提供一種光學片，其中，包括基材層和形成在上述基材層的一面的樹脂固化層，上述樹脂固化層可以含有上述可光聚合組成物。
根據上述實施方式的樹脂固化層可以具有其表面有多個立體結構以線形或非線形排列而結構化的形狀。
根據上述實施方式的樹脂固化層可以在其表面形成有光擴散層。
根據上述實施方式的樹脂固化層的折射率可以為1.54~2.0。
作為較佳的第4實施方式，本發明提供一種背光單元組件，其中，包括至少一層以上的上述光學片。
第1圖是利用根據本發明的金屬醇鹽和有機化合物製造的有機無機複合體的模式圖。
下面，更詳細地說明本發明。
本發明涉及一種可光聚合組成物，其中含有下述化學式1~化學式2表示的有機金屬中的1種以上。
化學式1
上述式中，R1~R3相同或不同，且為氫原子或碳原子數1~15的烷基，M為選自Fe、Mn、Sn、Ti、Si、Cr、Co中的金屬原子，l為2以上的整數。
上述式中，R4為含有選自氫原子、碳原子、氧原子和氮原子中的至少一種原子的有機基團，M為選自Fe、Mn、Sn、Ti、Si、Cr、Co中的金屬原子，l為2以上的整數。
另外，本發明涉及一種可光聚合組成物，其中，含有利用下述化學式3表示的金屬醇鹽和能與化學式3的M化學結合的有機化合物製造的有機無機複合體。
化學式3 M(OCnH2n+1)4
上述式中，M為過渡金屬，n為1至1000以下的整數。
具體而言，M可以為選自Zr、Ti、Hf中的過渡金屬。
參照第1圖，在上述有機無機複合體中，金屬氧化物(MOm)部分和有機物(Organic material)部分化學結合，金屬氧化物部分可以為非晶 體或晶體。上述金屬氧化物部分顯示提高有機無機複合體的折射率的效果。另外，有機物部分可以含有提高紫外線固化型組成物的相容性、且能夠與其它有機物化學結合的反應性基團，上述反應性基團可以是丙烯酸酯基、乙烯基等。
即，本發明中使用的有機化合物可以是具有能與化學式3的過渡金屬M化學結合的反應基團的所有有機化合物，可以通過化學式3表示的金屬醇鹽和有機化合物的化學結合來製造有機無機複合體。
有機化合物可以是能夠與上述金屬離子形成螯合鍵(Chelate Bond)的羧酸(Carboxylic Acids)、β-酮酯(β-ketoesters)和β-二酮(β-diketones)形態。更詳細的，它可以選自硬脂酸(Stearic Acid)、油酸(Oleic Acid)、10-十一烯酸(10-Undecylenic Acid)、乙醯乙醯氧基甲基丙烯酸乙酯(Acetoacetoxy ethyl methacrylate,AAEM)和乙醯乙酸烯丙酯(Allyl acetoacetate,AAA)中。
含有化學式1~化學式2表示的有機金屬中的1種以上的可光聚合組成物、或含有利用化學式3表示的金屬醇鹽和能夠與化學式3的M化學結合的有機化合物而製造的有機無機複合體的可光聚合組成物還可以含有各種紫外線固化型單體、光引發劑和添加劑，可以用於形成樹脂固化層。
上述含有化學式1~化學式2表示的有機金屬中的1種以上的可光聚合組成物、或含有利用化學式3表示的金屬醇鹽和能夠與化學式3的M化學結合的有機化合物製造的有機無機複合體的可光聚合組成物在利用高折射物質進行固化後，可以將樹脂固化層的折射率維持在1.54~2.0左右。另外，由於耐熱性和耐磨性優異，適合形成光學片的固化層。
在含有化學式1~化學式2表示的有機金屬中的1種以上的可光聚合組成物中，上述化學式1~化學式2表示的有機金屬的含量可以根據樹脂固化層所要求的折射率或亮度特性適當地調節，但是，從提高亮度的方面考慮，較佳以全部可光聚合組成物的固體成分含量為基準為5~90重量%。
在含有利用化學式3表示的金屬醇鹽和能夠與化學式3的M化學結合的有機化合物製造的有機無機複合體的可光聚合組成物中，上述利用化學式3表示的金屬醇鹽和能夠與化學式3的M化學結合的有機化合物製造的有機無機複合體的含量也可以根據樹脂固化層所要求的折射率或亮度特性適當地調節，但是在提高亮度的方面考慮，較佳以全部可光聚合組成物的固體成分含量為基準為1~99.9重量%。
形成樹脂固化層時，如上所述的可光聚合組成物還可以含有紫外線固化型單體，就上述紫外線固化型單體而言，主要折射率為1.44以上的能更有利。折射率過大時，能夠提高所製備的液體的黏度而使樹脂固化層的表面硬度過度地高硬度化；折射率過低時，可能降低最終獲得的光學片的折射率而對實現高亮度帶來不良影響。具體而言，紫外線單體在25℃下的折射率可以為1.44~1.60。
利用或不利用在25℃下的黏度為1~50,000cps、和/或25℃下的折射率為1.44以上的紫外線固化型單體來製備液體時，所製備的液體的25℃中的黏度為10~10,000cps能更有利，所製備的液體的25℃下的黏度可能對加工時的操作性帶來影響，而且對最終獲得的樹脂固化層的表面硬度、光學片的壓縮變形率特性帶來影響，黏度過高時，樹脂固化層可能變脆(brittle)；所製備的液體的黏度過低時，樹脂固化層的折射率可能降低。
因此，含有25℃下的黏度為1~50,000cps的紫外線固化型單體時，較佳考慮這樣的所製備的液體黏度而適當地調節其含量。
另外，考慮到最終固化後的樹脂固化層的塗膜折射率，紫外線固化型單體的含量以使全部所製備的液體的折射率為1.54以上的量含有能更有利。具體而言，紫外線固化型單體的含量可以為使全部所製備的液體的折射率為1.54~2.0的量。
在滿足上述折射率、黏度條件的情況下，選擇紫外線固化型單體時沒有特別的限定，可以舉出丙烯酸四氫糠基酯、丙烯酸2(2-乙氧基乙氧基)乙酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、丙烯酸2-羥基-3-苯氧 基丙酯、新戊二醇苯甲酸酯丙烯酸酯、丙烯酸2-羥基-3-苯氧基丙酯、苯基苯氧基乙醇丙烯酸酯、己內酯(甲基)丙烯酸酯、壬基酚聚亞烷基二醇(甲基)丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、雙酚A聚亞烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚亞烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯、三甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、苯乙烯、甲基苯乙烯、(甲基)丙烯酸苯基環氧酯、(甲基)丙烯酸烷基酯或雙酚F乙二醇二丙烯酸酯等。
從各方面考慮，所製備的液體的25℃中的折射率為1.54以上、25℃下的黏度為1~50,000cps的情形可以滿足樹脂固化層的表面硬度、光學片的壓縮變形率特性、折射率等，因此能有利。具體而言，所製備的液體在25℃下的折射率可以為1.54~2.0。
形成樹脂固化層的所製備的液體中可以含有選自化學式1~2表示的有機金屬中的至少一種化合物或者利用化學式3表示的金屬醇鹽和有機化合物製造的有機無機複合體、以及引發紫外線固化型單體的光聚合的光引發劑，且不限於此。作為其一個例子，可以舉出氧化膦系、丙酮系、酮系、甲酸鹽系等光引發劑。
此外，所製備的液體中可以根據需要含有添加劑，作為其一個例子，可以舉出紫外線吸收劑和紫外線穩定劑等，但不限於此。另外，作為其它添加劑，還可以含有防靜電劑。
根據本發明的光學片在樹脂固化層的25℃下的塗膜折射率特別為1.54以上時，作為提高亮度用光學片而能有利。具體而言，樹脂固化層的25℃下的塗膜折射率可以為1.54~2.0。
特別是從不產生有害物質的方面考慮，實質上本發明的光學片較佳樹脂固化層為非鹵素系樹脂層，從這方面考慮，選擇紫外線固化型單體或添加劑可以在環境方面有利。
本發明的光學片可以包括基材層和在上述基材層的一面固化上述可光聚合組成物而獲得的樹脂固化層。
本發明的光學片的基材層樹脂，沒有特別的限定，但考慮到 透明性，可以舉出由聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯或聚環氧樹脂構成的膜等，較佳為聚對苯二甲酸乙二醇酯膜或聚碳酸酯膜。其厚度為10~1,000μm左右時，在機械強度、熱穩定性和膜的柔軟性方面有利，且可以防止透射光的損失而有利。
特別是，樹脂固化層可以具有其表面有多個立體結構以線形或非線形排列而結構化的形狀。
作為製造根據本發明的具有其表面有多個立體結構排列而結構化的形狀的光學片的方法的一個例子，可以經過以下幾個步驟：含有上述選自化學式1~2表示的有機金屬中的至少一種化合物和光引發劑來製備液體，或含有利用化學式3表示的金屬醇鹽和有機化合物製造的有機無機複合體和光引發劑而進行製造的步驟；對印刻有立體結構物的框架塗布上述所製備的液體的步驟；將透明基材膜的一面與上述印刻框架上塗布的所製備的液體面接觸，照射紫外線來使所製備的液體固化而形成樹脂固化層的步驟；以及從印刻的框架分離樹脂固化層面的步驟。
製備液體時，可以含有25℃中的黏度為1~50,000cps的至少1種以上的紫外線固化型單體來調節黏度和折射率。
製造含有非鹵素系交聯結合性衍生物與25℃下的黏度為1~50,000cps的至少1種以上的紫外線固化型單體的液體時，將所製備的液體的折射率調節為1.54以上、且將所製備的液體的黏度調節為10~10,000cps，這對最終獲得的光學片的壓縮變形率有利，另外對表面硬度特性方面也有利。
另一方面，樹脂固化層的結構化的表面形狀可能根據印刻於框架的立體結構物的形狀而不同，表面形狀可以是剖面為多邊形、半圓形或半橢圓形的多面體形狀，或剖面為多邊形、半圓形或半橢圓形的柱狀，或剖面為多邊形、半圓形或半橢圓形的曲線柱狀。另外，也可以是它們中的一種以上的圖案混合的形狀。另外，從平面上看，樹脂固化層具有以至少一個以上的同心圓形狀排列的結構，還包括具有根據同心圓形成山和谷的情況。
此外，作為根據本發明的光學片的另一例子，可以是包括樹脂固化層和光擴散層的光學片，所述樹脂固化層在基材層的一面具有上述由可光聚合組合物形成的結構化的表面，所述光擴散層在上述樹脂固化層表面形成，此時，可以改善需要組合大量光學片的問題，另外可以附加地獲得提高亮度、而且可以調節結構化的表面導致的輝線顯示等效果。
以下，根據實施例詳細說明本發明如下，但本發明不被這些實施例所限定。
比較例1~2、實施例1~實施例10
根據下述表1、表2和表3的組成和組成比製造可光聚合組成物，將其用通常公知的方法塗布在印刻有具有提高亮度功能的立體結構物(稜鏡層)的框架上，在使透明基材膜(PET膜)的一面與上述印刻框架上塗布的塗布面接觸的狀態下，向上述透明基材膜側照射紫外線來光固化框架上塗布的組成物，將與上述透明基材膜接觸且固化的塗布層從印刻框架上分離，從而作為在上述透明基材膜的一面形成有樹脂固化層的本發明的實施例，製造了稜鏡膜。
此時，紫外線系統是在美國FUSION的無電極型紫外線照射裝置(600W/inch)上安裝型號-D燈泡並照射900mJ/cm2。
下述表1、表2和表3表示的組成表示由紫外線固化型單體 和光引發劑構成的所製備的液體，這僅是用於確認根據本發明的化學式1~2表示的化合物或化學式3表示的化合物對折射率造成的影響的一個例子，當然也可以含有本領域技術人員已知的其它成分以及添加劑。
對下述實施例的評價方法如下。
(1)組合物的折射率
為了測定組成物的折射率，使用折射計(模型名稱：1T，日本ATAGO ABBE)測定折射率。用於測定的光源是利用589.3nm的D光線鈉燈。這裡的折射率是25℃下的折射率。
(2)固化後塗膜折射率
為了測定組成物的固化後的折射率，在PET膜上部塗布組 成物後，在表面上層疊表面光滑的金屬板並施加壓力使厚度為20μm，然後在美國FUSION的無電極型紫外線照射裝置(600W/inch)上安裝型號-D燈泡並從PET膜方向照射700mJ/cm2的能量，分離金屬板。使用折射計(模型名稱：1T，日本ATAGO ABBE)測定由組成物固化的PET膜。用於測定的光源是利用589.3nm的D光線鈉燈。在這裡的折射率為25℃下的折射率。
對實施例1~6和比較例1測定所製備的液體折射率和塗膜折射率，結果含有添加有化學式1~2表示的有機金屬的化合物時，可以製造作為目標的具有高折射特性的稜鏡片。
另外，對實施例7~10和比較例2測定所製備的液體折射率和塗膜折射率，結果如表1所示，含有包含化學式3表示的金屬氧化物粒子的可光聚合組成物時，可以製造作為目標的具有高折射特性的稜鏡片。

Claims (7)

  1. 一種可光聚合的組成物，包含有下述化學式1及化學式2表示的有機金屬化合物中的1種以上， 所述式中，R1~R3相同或不同，且為氫原子或碳原子數1~15的烷基，M為選自Fe、Mn、Sn、Ti、Si、Cr、Co中的金屬原子，且l為2以上的整數， 所述式中，R4為含有選自氫原子、碳原子、氧原子和氮原子中的至少一種原子的有機基團，M為選自Fe、Mn、Sn、Ti、Si、Cr、Co中的金屬原子，l為2以上的整數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的可光聚合的組成物，其中，所述可光聚合的組成物進一步含有紫外線固化型單體、光引發劑和添加劑。
  3. 一種光學片，包括基材層和形成在所述基材層的一面的樹脂固化層，所述樹脂固化層含有申請專利範圍第1項所述的可光聚合的組成物。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的光學片，其中，所述樹脂固化層具有其表面有多個立體結構以線形或非線形排列而結構化的形狀。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的光學片，其中，所述樹脂固化層的表面形成有光擴散層。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的光學片，其中，所述樹脂固化層的折射率為1.54~2.0。
  7. 一種背光單元組件，包括至少一層以上的申請專利範圍第3項所述的光學片。
TW104126731A 2010-10-20 2011-10-12 可光聚合的組成物及光學片 TWI540151B (zh)

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