TWI259295B - Polarizer protective film, polarizing plate, and visual display - Google Patents

Description

1259295 w'' 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 . 本發明係有關於一種偏光片保護膜（polarizer protective film)、偏光板（polarizing plate)、以及包含此偏光板之顯示器。 【先前技術】 偏光板(polarizing plate)是一種只允許某方向的光線才能透過的 光板，常用在各種顯示器中，例如液晶顯示器（LCD)。偏光板通常是 由一片具有極化作用的偏光片（polarizer)以及兩片用來確保耐久性 與機械強度的保護膜(protective film)所構成。 ® 偏光片的極化作用係由一透明聚合物膜中有指向性之光非 等方向性吸收體所致，例如聚乙烯醇（PVA)的偏振片是將碘或 一種二色染料吸附在聚乙稀醇膜中後，藉延伸使其具單軸之指 ' 向性。由於破的分子結構在高溫高濕的條件下易於破壞之故， 所以偏光片需要有二面保護膜作為支撐與保護以保有它的耐 久性及機械強度，而偏光板的環境試驗裡面最重要的就是高溫 -和濕熱兩項。 通常習用之保護膜為三醋酸纖維素（TAC)。保護膜的特性 必需要有高的透光率、無雙折射（birefringence)、優秀的熱、冷、 P 光、濕氣抵抗力和光學上之均勻性，也就是說須無外物或可視 斑紋之瑕疵。而以溶劑法塗伟之三醋酸纖維素保護膜因其透光 度、外觀佳和容易與偏光膜黏貼之故而習用至今。然而，隨著 顯示器產品（如LCD)使用範圍的擴大，對偏光產品的濕熱工作 條件的要求越來越苛刻，但TAC保護膜的濕氣滲透率約 300g/m2/day，因此在高溫高濕條件下（例如60°ΟχϊΙΗ90%χ500}ιγ) 其保護偏光片的能力是不足的。 此外，為了保護偏光板的表面，一般皆會在偏光板上塗佈 一層高硬度的硬質層（hard coat layer)，如果能夠提供一種高硬 0178-A20722TW(N2)；05930032；esmond 1259295 度的偏光片保護膜而免除額外的硬質層，將具有降低成本以及 簡化製程的優勢。 【發明内容】 本發明係關於一種偏光片保護膜。依照本發明一較佳實施 例、，此偏光片保護膜包括一透光樹脂；以及奈米級粒子分散於 該透光樹脂中，其中奈米級粒子的平均粒徑不超過％奈米。 本發明更包括-種偏光板。依照本發明_較佳實施例，此 偏光板包括一偏光片、以及上述之保護膜設置於偏光片之至少 一表面。 本發明更包括一種含有上述偏光板之顯示器。 【實施方式】 土一以下將針對本發明之偏光片保護膜作進一少之描述。在較 佳實施例中，本發明之偏光片保護膜比起習知tac具有更低之 濕氣滲透率，因此可增加偏光板的可靠度並擴大其應用範圍。 ^ ’由於本發明之保護膜的硬度較高，因此可不需額外的硬 ^。為達上述與其他優點，本發明主要是湘—奈米複合材 料來作為偏光片的保護膜。 月一、、、第1圖，繪示本發明一實施例之偏光片保護膜姓 中所述’本發明之保護膜為-複… ^ ^ ^lob ° ^ ^ 、秀率… 更度、尺寸安定性、熱安定性、並降低濕氣滲 甘加人奈米粒子後的複合材依然可滿足偏光片保護， 月的接1=等他特性，例如，無雙折射、低光遲滯性、與偏光 所使用之透光樹脂較佳具有90%以上的透光率，且最 子疋壬乂鏈結構’以提供無指向性（亦即等方向性）、無雙折射、 0178-A20722TW(N2)；05930032；eSm〇nd 1259295 低光遲滯性（較佳在5nm以下）等光學特性。適當的透光樹脂包 括但不限於：環氧樹脂與壓克力樹脂。環氧樹脂包括具有環氧 基（oxirane ring)之單體、寡聚物、聚合物。具體的實例包括： 雙酚A型環氧樹脂（bisphenol A epoxy resin)、雙酚F環氧樹脂 (bisphenol F epoxy resin)' 雙酚 S 型環氧樹脂（bisphenol S epoxy resin)、酚醛Novolak環氧樹脂、甲酚Novolak環氧樹脂、脂環 式環氧樹脂、或是含氮或氫化之萘型環氧樹脂、雙酚S型環氧 樹脂與聯苯型環氧樹脂等等。這些環氧樹脂可以單獨或混和使 用，端視所需求之加工及物性來作適當的選擇與調配。所用之 φ 壓克力樹脂包括其單體、寡聚物或聚合物，具體的實例包括： 環氧丙烯酸酯、聚胺基甲酸脂丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、1,6-, 六二醇二丙烯酸酯（HDDA)、羥乙基曱丙烯酸酯（HEMA)等等。 同樣的這些壓克力樹脂可以單獨地或作組合地使用，甚至與上 述之環氧樹脂搭配使用，端視所需求之加工及物性來作適當的 選擇及調配。根據本發明，此處所使用之樹脂較佳具有 100-200°C左右之玻璃轉移溫度。 此外，在樹脂中可加入有效量的硬化劑以硬化上述樹脂。 習知之硬化劑包括熱起始劑與紫外光起始劑兩大類，均可用單 φ 獨或以混合方式用於本發明。對環氧樹脂系統而言熱起始劑可 選擇酸酐和部份地被酯化的酸酐類型硬化劑，如六氫鄰苯二甲 酸酐（hexahydrophthalic anhydride ; HHPA)、四氫鄰苯二曱酸酐 (tetrahydrophthalic anhydride ; THPA)、甲基四氫鄰苯二曱酸酐 (methyl hexahydrophthalic anhydride ; MHHPA)、甲基六氫鄰苯 二曱酸酐（methyl hexahydrophthalic anhydride ; MHHPA);三乙 烯二胺；咪唑化合物，如2-乙基-4-曱基咪唑、2-曱基咪唑；磷 化合物，如三苯基構（triphenylphosphine)、四苯基硼酸四苯基 膦（tetraphenylphosphonium tetraphenylborate)、〇-二乙基二硫代 0178-A20722TWF(N2)；05930032；esmond 7 1259295 磷酸酯（ο-diethylphosphorodithioate);四級銨鹽等。而紫外線起 始劑可選擇陽離子型之金屬化合物，如三芳基硫六氟録酸鹽 (triarylsulphonium hexafluoroantimonite)、三芳基硫六氟鱗酸鹽 (triarylsulphonium hexafluorophosphate) ^ 二芳基填鹽等。對丙 烯酸酯樹脂系統而言紫外線起始劑可選擇自由基型之光起始 劑，如酮（ketone)系列、填（phosphine)系歹I]、胺類協力劑（amine synergist)等。 本發明之奈米粒子在材質上並沒有特殊限制，只要其尺寸 夠小足以使複合村料保有高透光率即可。較佳者，奈米粒子的 0 平均粒徑不超過50奈米，更佳者，可介於5-20奈米之間，而 且均勻分散於透光樹脂層中，因此光線行經奈米複合材料不會 . 被散射及反射，以期達到90%以上的透光率。適當的奈米級粒 子包括但不限於：氧化矽、金屬氧化物如二氧化鈦（Ti02)、二_ 氧化錘（Zr02)、氧化鋁（A1203)、氧化鋅（ZnO)氧化鎂（MgO)等。 此外，上述之奈米粒子除了可以單獨使用以外，亦可為兩種以 上混合使用。 由於奈米粒子之熱膨脹係數較低，所以本發明之奈米複合 材料之熱膨脹係數較一般習知之熱塑性光學膜為低，如此可以 φ 獲得平整度及熱尺寸安定性很好的透明光學膜。另外添加之奈 米金屬氧化物粒子本質上就具有之很高硬度之特性，可以補強 樹脂低硬度的弱點，所以本發明之奈米複合材料之硬度遠較一 般習知之熱塑性光學膜為高，如此可以獲得表裡均一高硬度（鉛 筆硬度大於3H)及耐摩耗的透明光學膜，而不需額外的硬質層。 奈米粒子的含量較佳在5-50重量％(以保護膜之總重為基 準）。根據本案發明人之研究顯示，只要奈米粒子的尺寸夠小， 其含量多寡並不會嚴重影響到透光率，因此雖然一般不需要， 但奈米粒子的含量也有可能超過50重量％。此外，奈米粒子的 0178-A20722TW(N2)；05930032；esmond 8 1259295 來源可選擇商用上之„粉體絲液狀態者。 加入以外，習用的抗氧化劑或紫外光吸收劑可以 抗虱化劑與紫外光吸收劑可單獨或—罪度 為0.1_3重量％( 吏用，一般的添加量約 里里/0 (以保瘦膜之總重為基準）。 ” 12『：示一種可用來製作上述保護膜之裝置。惟此圖之 :::僅=舉:說明’本發明之保護膜不限於由此種裝置所形 二开=7 依配方比例秤好置入混練槽12中均 (固含量40重量％以上），·較佳者，漿料的 "又細〜6_ep之間，以利後續的塗佈作業。漿料混合 佈裝置13(滾輪或模頭）中以設定之厚度精確地在 維t承載膜14上塗佛之，涂_ ς ^ 主布後之離垔承载膜14經由驅動滾 的速度，約G·5相m/min的速率通過加 藤取^ m如熱烘4紫外#照區域，使塗層硬化成形後經 捲取滾輪17捲取之。所形成之透明光學保護膜如18所示’在 物性及成本雙重考量下其適宜之厚度介於之間，較 佳在20〜80 μιη之間。 離型承載膜14可為不鏽鋼帶或熱塑性谬膜，如'氨基f酸腊 樹月旨、丙稀酸醋的樹腊、聚醋樹脂、聚乙稀醇、乙稀乙稀基醇 共聚物、乙縣氯樹脂、亞乙縣氯化物樹脂、聚降冰片稀 (_猜b_ene)樹脂、聚碳酸_脂、聚芳基義（㈣一_ 樹脂等。 —第3圖繪不一種應用上述保護膜1〇之偏光板。如第3圖所 示，偏光板3G係由-個偏光片5夾層在第—保護膜1()與第二 保護膜20之間所構成。本發明之保護膜可以設置在偏光片之 任一表面或相反兩面。因此，第3圖中的第二保護膜2〇的材 0178-A20722TW(N2)；05930032；esmond 9 1259295 質,了以是本發明的奈米複合保護膜，或者是傳統的保護膜， ==纖維醋、聚碳酸醋、屋克力、聚醋、聚稀烴、降冰片烯 ―貝的保錢。用來與本發明之保護膜搭配之偏光片5並無 二的々限制’只要其具有偏光的特性即可’例如是聚乙稀醇 (PVA)或多烯(poIyene)偏光片。 ,,、傳統的偏光板由於保護膜的濕氣抵抗力不足而導致偏光能 而豬由本發明的奈米複合保護膜可以提高偏光板的光 子口罪度，特別是在高濕度的環境下。在較佳實施例中，本發 明的«膜可以達到20g/m2/24hr甚至更低的濕氣參透率。X I H蒦膜1G 2G彳利用透明接著劑或感|性接著劑與偏光片 5貼合而成。此外，為了增強後續與偏光片貼合接著強度，可 預作表面處理，如電漿、電暈、底塗（如PU底塗）等，由於本複 合材料之結構與組成，在經過電漿、電暈等之處理後其表面具 有很好之親水性，其接觸角可小於15。，如此可增強與本質即 親水性之偏光片間之貼合接著強度。…’ 、、 本發明之偏光板在實際應用時可與其他光學膜搭配使用， 例=反，膜、半穿半反膜、延遲膜（1/2波長與1/4波長）、視角 補俏膜等。舉例而言，本發明的偏光板可與一反射膜或半穿半 反膜貼合而形成一反射型偏光板或半穿半反型偏光板，·或與一 延遲膜貼合以形成一橢圓形或圓形偏振片，·或與一視角補償膜 貼5而一廣角偏光板；或者，與一增亮膜貼合。 本表月之偏光板可以應用在各種顯示器，包括但不限於： 液晶顯不器、有機電激發光顯示器、電漿顯示器等。例如，如 第4圖之液曰曰顯示态50所示，可將本發明之偏光板3〇設置在 液晶面板4Θ之任一表面或相反兩面。液晶的型態與驅動方式 亦無特別限制，可以是丁N(扭曲向列）型液晶、垂直配向型液 晶、IPS(橫向電場切換）液晶等。此外，液晶面板的構成通常更 0178-A20722TW(N2);05930032；esmond 10 1259295 包含擴散板、稜鏡陣列、背光元件等，在此不予贅述。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉出較佳實施例，作詳細說明如下。實施例中所使 用之奈米粒子為Nissan Chemical公司所生產之”MEK-ST”，為 一種曱基乙基酮（MEK)二氧化矽溶膠（silica sol)，添加量控制在 20重量％，以組成物之總重為基準。 【實施例1-9】 將三種陽離子型光起始劑：Ciba公司陽離子型光起始劑 _ 552 (雙芳香基填鹽；Diaryl Iodonium salts)、Dow公司陽離子 型 UVI-6976與UVI-6992 (皆為參芳香基硫鹽；Triaryl Sulfonium salts)溶在MEK二氧化砍溶膠中，再加入環氧樹脂 - Shell Epon 828 (Shell Chemical)與 Union Carbide 4221(Union Carbide)形成漿料。將漿料放置真空烘箱中脫泡及去除MEK溶 劑至適當的固含量及黏度，然後使用100//m刮刀將之塗佈至 含Zeonor/玻璃基板上。塗膜以能量1.5 J/cm2的紫外光，光照 速率4 m/min的條件照射一次後即可達完全固化（1&〇1<^-^^6)之 狀態，且所得之試片除了實施例3有少許皺紋（約10%)外，其 ®餘皆完全平坦。 實施例1-9所用之原料與用量如表1所示。 表1 實施例 Union Carbide 4221E/Shell 起始劑 起始劑比例(552 MEK溶膠 Epon 828 /UVI-6976/UVI-6992) 1 llg/5g 2.5 phr (0.4g) 1/2/1 (0.1/0.2/0.1g) l〇g 2 llg/5g 3 phr (0.48g) 2/1/1 (0.24/0.12/1.12g) l〇g 3 llg/5g 3.5 phr (0.56g) 1/1/1 (0.19/0· 19/0.19g) log 0178-A20722TW(N2)；05930032；esmond 11 1259295 4 8g/8g 2.5 phr (0.4g) 1/2/1 (0.1g/0.2g/0.1g) l〇g 5 8g/8g 3 phr (0.48g) 2/1/1 (0.24/0.l2/1.12g) l〇g 6 8g/8g 3.5 phr (0.56g) 1/1/1 (0.19/0.19/0.19g) l〇g 7 6g/l〇g 2.5 phr (0.4g) 1/2/1 (0.1g/0.2g/0.1g) l〇g 8 6g/l〇g 3 phr (0.48g) 2/1/1 (0.24/0.12/1.12g) log 9 6g/10g 3.5 phr (〇.56g) 1/1/1 (0.19/0.19/0.19g) log 將實施例6之漿料以第2圖之精密連續塗佈裝置製成80μηι 之試片，並測試其各項性質，包括濕氣滲透率、透光率、硬度、 表面粗糙度、水接觸角等，所得之各項數據與傳統之TAC膜並 列作一比較如表2所示。 表2 環氧樹脂/二氧化矽 三醋酸纖維素(TAC) 厚度（μπι) 80 80 比重 1.32 1.10 濕氣滲透率（g/m2/24hr) 15-20 300-380 折射率 1.50 1.50 光延滯（nm) 2.7 <3 透光率（％) 91 92 玻璃轉移溫度Tg(°C) 110-120 150-155 熱膨脹係數（ppm/°C) 80-90 65-75 硬度 3H HB 表面粗糙度（A) 5-10A <9 A A 電暈處理後之表面接觸角 14° 35-40°

表2之數據顯示，本發明之複合材保護膜相較於習知TAC 保護膜具有較佳之濕氣抵抗率、硬度、以及表面接觸角；而其 0178-A20722TW(N2)；05930032；esmond 12 1259295 他偏光片保護膜所需要之特性，例如穿透度、光延滯、表面粗 糙度等亦不比TAC差。 雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上’然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範 圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視 後附之申請專利範圍所界定者為準。

0178-A20722TW(N2)；05930032；esmond 13 1259295 【圖式簡單說明】 第1圖繪示本發明一實施例之偏光片保護膜。 第2圖繪示一種可用來製作上述保護膜之裝置。 第3圖繪示一種應用上述保護膜之偏光板。 第4圖繪示一種應用上述偏光板之顯示器。 【主要元件符號說明】 10〜複合材 10a〜透光樹脂 | 10b〜奈米級粒子 12〜混練槽 13〜塗佈裝置 14〜離型膜 _ 15〜驅動滾輪 16〜硬化裝置 17〜捲取滾輪 18〜塗佈膜層 5〜偏光片 丨 20〜保護膜 30〜偏光板 40〜液晶面板 50〜液晶顯示器 〇178-A20722TW(N2);05930032;esmond 14

Claims (1)

1259295 十、申請專利範園： 1·一種偏光片保護膜，包括： . 一透光樹脂；以及 奈米級粒子分散於該透光樹脂中，其中該奈米級粒子的平 均粒控不超過5 0奈米。 2·如申請專利範圍第1項所述之偏光片保護膜，其中該透 光樹脂包括具交鏈結構之高分子。 3 .如申請專利範圍第1項所述之偏光片保護膜，其中該透 _光樹脂包括熱固型高分子、紫外光固化型高分子、或前述之組 合0 一 4·如申請專利範圍第1項所述之偏光片保護膜，其中該透 光树月曰包括一或多個環氧樹脂、一或多個壓克力 樹脂與壓克力樹脂之組合。 次衣批 5.如申請專利範圍第丨項所述之偏光片保護膜 光樹脂之玻態轉移溫度大抵為1〇〇_2〇〇dC。 、 、，6·如申請專利範圍第1項所述之偏光片保護膜 米級粒子大抵佔該偏光片保護膜之5_50重量％^。、 7·如申請專利範15第」項所述之偏光片保護膜 其中該透 其中該奈 乎纺初…一 π*，"”丨A〜掏艽方保護膜，其中嗜奈 未、，及粒子包括二氧切粒子、金屬氧化物粒子、或㈣之组^ 8.如中請專利範圍第i項所述之偏光 * 括紫外光吸收劑與抗氧化劑至少其一。〜羡膜’其中更包 9·如申請專利範圍第i項所述之偏光片保 不小於90%。 ’、"隻腰’其透光率 〇178-A20722TW(N2);〇5930032；esm〇nd Λ1259295 1 Ο ·如申請專利 度不小於3Η。 範圍第1項所述之偏光片保護膜，其鉛筆硬 、11·如中凊專利範圍第i項所述之偏光片保護膜，其水氣渗 透率不超過20g/m2/天。 12·如申凊專利範圍第1項所述之偏光片保護膜，其光遲滯 性在5nm以下。 、如申請專利範圍第1項所述之偏光片保護膜，其表面經 過處理後具有小於15。之接觸角。 14. 一種偏光片保護膜，包括： 一透光樹脂，包含具交鏈結構之環氧樹脂或壓克力樹脂； 以及 奈米級粒子分散於該透光樹脂中，其中該奈米級粒子的平 均粒徑不超過50奈米； 該偏光片保濩膜之透光率不小於90%，錯筆硬度不小於 3H ’且水氣滲透率不超過20g/m2/天。 15. 如申請專利範圍第14項所述之偏光片保護膜，其中該 透光樹脂之玻態轉移溫度大抵為100-2〇〇。〇 16·如申請專利範圍第14項所述之偏光片保護膜，其中該 奈米級粒子大抵佔該偏光片保護膜之5-50重量％。 17_如申請專利範圍第14項所述之偏光片保護膜，其光遲 滞性在5nm以下。 18 ·如申请專利範圍第14項所述之偏光片保護膜，其表面 經過處理後具有小於15。之接觸角。 0178-A20722TW(N2)；05930032；esmond 16 1259295 第 19·一種偏光板，包含一偏光片，以及一種如申請 項所述之偏光片保護膜，設置於該偏光片之至少一表面上。 =·如巾請專利第19項所述之偏光板，其中於該偏光 片保瘦膜上無額外之硬質層。 =·如申請專利範圍第19項所述之偏光板，其中於該偏光 片保護膜係設置於該偏光片之相反兩面。

22·如申請專利範圍第19項所述之偏光板，其中於該偏光 片保護膜之厚度大抵為20-8〇μιη。 2工種顯不器、’包含如申請專利範圍第19項所述之偏光 板0 24.如申清專利範圍第23項所述顯示器，苴為一液晶顯示 器。 ’、 0178-A20722TW(N2)；05930032；esmond 17