TWI461474B - 薄壁導光板 - Google Patents

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Description

薄壁導光板
本申請案為主張標題為“THIN WALL LIGHT GUIDE PLATE”之於2009年2月20日申請的美國臨時專利申請案第61/154,017號之優先權的非臨時申請案，該臨時專利申請案之教示在此併入本案以為參考資料就如同下文完全地複製一般。
如下文更詳細地描述，本發明係有關於某些環狀嵌段共聚物(CBC)樹脂組成物及其等在製造薄壁導光板(LGP)之用途。“CBC”係指實質上完全氫化之乙烯基芳香族共軛二烯嵌段共聚物。“薄”及“薄壁”意指小於或等於()0.7毫米(mm)之厚度。該薄壁導光板可具有任何對角測量值，例如大於(>)1英寸(2.54厘米)。該等CBC樹脂組成物特別可用以製造具有至少()13.3英寸(in.)(33.8厘米(cm))之對角線測量值的薄壁導光板。
LGP為顯示器(諸如液晶顯示器(LCD))之背光模組(BLU)的一部份。該LGP之功用最佳可作為將得自一來源，例如發光二極體(LED)之光導至顯示器元件(例如筆記型電腦或LCD監測器)並均勻地分佈用於該顯示器元件之照明的光。顯示器製造商愈來愈強調對於薄且重量輕的LGP之需求。
薄壁LGP製造通常係經由射出成形法而進行。另一種技術包括利用圖案化滾輪進行表面圖案化之擠製方法。在這兩情況中，製造商專注其等之注意力在提供具有一扁平且平滑之表面、及一有特徵或圖案化之表面的LGP或導光薄膜(LGF)(厚度0.7毫米)。該具特徵表面可經設計以適於光反射或光萃取。不考慮特定表面設計，製造商希望儘可能完全複製該等表面圖案以使光之均勻分佈及光輸出最大化。其等亦希望LGP具有所有以下特性，其包括可避免破損之充份靭性及應力破裂抗性、可以使光吸收導致之於LGP或LGF之遠端的亮度損失或通過該LGP或LGF色彩偏移減至最小且較佳可避免之具極微、較佳無可辨識黃度的光學淨度、可以在LGP處理或組裝期間使刮痕減至最少、較佳可避免之充份表面硬度、及尤其在潮濕環境內之尺寸穩定性或無翹曲現象。其等進一步希望有一種可提供所有這些特徵且具有可完全填滿射出成形裝置之橫穴之充份流動性的聚合物組成物。
過去常用以製造具有厚度0.7毫米且對角線測量值33.8厘米之幾種聚合物並未能傳遞上述特徵中之一或多項、或缺乏可完全填滿模穴之充份流動性。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)組成物傾向缺乏可完全填滿此等模穴之充份流動性並在潮濕環境內會經歷翹曲問題。聚碳酸酯(PC)組成物具有高黃度，其依次會導致用於中至大尺寸顯示器(例如對角測定值33.8厘米)之LGP的非均勻亮度為大色彩偏移(例如△x>0.015或△y>0.015，其中△x及△y代表在LGP上之其光入口端與其遠端之間所測定之色度)。以環狀烯烴聚合物(COP)或環狀烯烴共聚物(COC)為主之組成物缺乏可完全填滿此等模穴之充份流動性或當的確填滿該等模穴時缺乏可避免破損之足夠靭性及應力破裂抗性。
2008年12月16日申請之同在申請中的臨時專利申請案第61/122931號揭示具有超過(>)30%之斷裂伸長應變率及每平方英寸自150,000磅(psi)(1034MPa)至小於(<)270,000psi(1862MPa)之範圍內的模數的含CBC之CBC組成物。該CBC較佳得自以SBSBS為主之五嵌段共聚物的氫化反應，其中該五嵌段共聚物之預氫化反應苯乙烯含量為>50重量%至小於(<)70重量%、更佳自55重量%至65重量%，各重量%係以氫化反應前之總五嵌段共聚物重量為基準計。
歐洲專利(EP) 1 189 988 B1(Donald等人)教示含一具有至少兩不同氫化聚合乙烯基芳香族單體嵌段及至少一氫化聚合共軛二烯單體嵌段之硬質氫化嵌段共聚物的組成物。在段[0179],Donald等人論述射出成形物件及超過30種此等物件之種類或圖解的明細，其中之一為導光管(light guide)。亦見相似的專利：美國專利(USP) 6,815,475。
USP 6,633,722(Kohara等人)揭示由一具有脂環結構之聚合物樹脂所製成的LGP。
USP 7,357,973(Obuchi等人)係有關於由可作為LGP之COP所製成且以該COP為基準計包含至少30重量%具有脂環結構之重複單元的平板。
USP 6,835,440(Konishi等人)教示藉於280℃溫度在2.16公斤力(kgf)之負荷下熔態模製具有至少50克/10分鐘(克/10分鐘)之熔流率(MFR)的熱塑性樹脂。該熱塑性樹脂可以是許多樹脂中之任一種、其包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、及具有脂環結構之聚合物。
就某些方面而言，本發明為CBC組成物，該組成物包含一於1000/秒(秒-1 )之剪切速率及280℃之溫度下具有小於50帕秒(Pa-s)的剪變黏度之CBC樹脂，且當形成拉伸試驗棒時，具有1/8英寸(0.3厘米)厚度、於室溫(標稱上為25℃)下1.8英尺-磅/英寸(ft-lb/in.)(315.2牛頓/米(N/m))之無缺口埃左德靭度(American Society for Testing and Materials(ASTM)試驗D256)、及拉伸模數(ASTM D638)280,000磅/平方英寸(psi)(1930.5百萬帕(MPa))之CBC樹脂。以總預氫化反應乙烯基芳香族共軛二烯嵌段共聚物重量為基準計該CBC樹脂較佳具有在自75重量%(wt%)至90重量%範圍內之預氫化反應聚合乙烯基芳香族單體含量、及在自30,000克/莫耳(g/M)至125,000克/莫耳範圍內之重量平均分子量(Mw)。
可使用該等CBC組成物以製造可用於LCD裝置或需要導波管之其它顯示裝置。可藉任何已知熱塑性聚合物加工技術，諸如射出成形法、擠出軋輥成形法、擠出吹製成形法、吹製薄膜法、熔態鑄製法、及壓縮成形法而製造該導光管。尤其就LGP及LGF而言，其至少一側具有一用於光萃取之表面圖案。其可在製造或後續印刷(例如紫外線壓印)或壓花(例如熱壓花)步驟期間達成。
雖然特別適用以製造薄LGP及薄LGF，但是該等CBC組成物可用以製造較厚的LGP(例如在自1毫米至5毫米範圍內之厚度)，諸如經設計用於LED電視背光模組之大(27英寸(68.6厘米)之對角測定值)面板的LGP。
就某些方面而言，本發明為自此種氫化CBC組成物，尤其薄LGP，特別為具有對角測定值13.3英寸(33.8厘米)之LGP，所製成之製造物件。
當文中所指定之範圍係在自2至10之範圍內時，除非另有明確排除，該範圍之兩端點(例如2及10)及各數值，不管此數值為有理數或無理數，皆包含在該範圍內。
“實質上完全氫化”意指>90%乙烯基芳香族(例如苯乙烯)雙鍵及>90%、較佳>95%共軛二烯(較佳丁二烯)雙鍵經氫化。
適用於本發明各方面之CBC樹脂在氫化前較佳具有含交替苯乙烯(S)嵌段及丁二烯(B)嵌段之五嵌段結構。代表性預氫化反應五嵌段共聚物包括SBSBS五嵌段共聚物。該等苯乙烯(S)嵌段可，但未必，具有相等長度。類似地，該等丁二烯(B)嵌段可，但未必，具有相等長度。
以SBSBS為主之CBC樹脂具有較佳自大於或等於()75重量%至小於或等於()90重量%、更佳在自80重量%至90重量%範圍內之預氫化反應苯乙烯含量，其中各重量%係以氫化前之總五嵌段共聚物重量為基準計。該五嵌段共聚物具有較佳在自30,000克/莫耳至125,000克/莫耳範圍內、更佳在自40,000克/莫耳至90,000克/莫耳範圍內、且又更佳在自45,000克/莫耳至75,000克/莫耳範圍內之預氫化反應Mw。
當形成一具有1/8英寸(0.3厘米)之拉伸試驗棒時，該等以SBSBS為主之氫化CBC五嵌段共聚物於室溫下具有較佳至少1.8英尺-磅/英寸(315.2N/m)、更佳2英尺-磅/英寸(350.2N/m)、且又更佳2.2英尺-磅/英寸(385.3N/m)之無缺口埃左德靭度(ASTM試驗D256)。該拉伸試驗棒亦具有較佳280,000psi(1930.5MPa)、更佳300,000psi(2068.4MPa)之拉伸模數(ASTM D638)。
雖然連續聚合之五嵌段共聚物較佳，但是經由使用多臂狀或偶合嵌段共聚物亦可得到令人滿意的結果，該等多臂狀及偶合嵌段共聚物含有一得自偶合劑之殘基。此等偶合嵌段共聚物可以如。例如X(BS)n 所代表，其中n為2且X代表鏈偶合劑。該等偶合嵌段共聚物較佳具有與連續的SBSBS五嵌段共聚物相同之苯乙烯含量及氫化百分率，但是Mw之範圍較廣。亦即較佳自30,000克/莫耳至200,000克/莫耳、更佳自40,000克/莫耳至150,000克/莫耳且又更佳自45,000克/莫耳至125,000克/莫耳。
適用於本發明各方面之嵌段共聚物具有較佳自75重量%至90重量%、更佳自80重量%至90重量%、且又更佳自80重量%至87重量%之預氫化反應乙烯基芳香族聚合單體含量。各重量%係以總預氫化嵌段共聚物重量為基準計。
適用於本發明各方面之CBC組成物可包括一或多種習知添加物，其包括但不限於：抗氧化劑、受限性胺光安定劑(HALS)、加工佐劑或潤滑劑、及脫模劑。闡明性抗氧化劑包括受阻性酚(例如IRGANOXTM 1010,Ciba Geigy)。闡明性HALS包括聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)胺基]-s-三-2,4-二基]-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亞胺基]-六亞甲基-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亞胺基]](CHIMASSORBTM 944,Ciba Geigy)、雙(2,2,6,6,-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(Tinuvin770,Ciba Geigy)。闡明性脫模劑(MRA)包括甘油單硬脂酸酯(例如GMS-90,Danisco Inc.)、異戊四醇四硬脂酸酯、醯胺蠟、聚(氧乙烯)壬基苯基醚等，闡明性加工佐劑包括氟化聚合物(例如Kynar FlexPPA,Arkema)、加工佐劑之脂肪族醯胺類似(例如INT-33UDK,Axel Plastics Research Laboratory)等。
較佳於脫模劑(MRA)及加工佐劑各之填充位準為自每百萬重量份(ppm)CBC之自200重量份至5,000ppm、更佳自300ppm至3,000ppm、且又更佳自300ppm至2,000ppm下使用包括該脫模劑、加工佐劑或兩者之CBC組成物。
於較佳自300ppm至5,000ppm、更佳自500ppm至3,000ppm、且又更佳自750ppm至2,000ppm之填充位準下使用包括抗氧化劑之CBC組成物。1000ppm之填充量可產生很令人滿意的結果。
適用於本發明某些方面中之CBC組成物可選擇性包括以下中之一或多種。第二CBC樹脂或軟質聚合物，諸如苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯(SEBS)聚合物及苯乙烯-乙烯丙烯-苯乙烯(SEPS)聚合物。在此等方面中，小於1重量%但大於500ppm之含量可改良該等組成物之模製。以此含量併入軟質聚合物似乎可有效地消除在潮濕環境內長期使用模製面板或平板期間可能發生的應力白化斑點之形成。較大數量軟質聚合物之添加(例如2重量%或更高)會不利地影響自此等CBC組成物所製成之物件的光學透明度。
若必要，自CBC組成物所製成之物件的外表面之一或多處可經耐磨或硬度塗料塗覆。合適的塗料可包括，例如紫外線(UV)可硬化丙烯酸塗料及脂肪族胺基甲酸乙酯塗料。
本發明各方面之CBC組成物具有可作為LGP之用途。該LGP較佳具有至少一具有至少13.3英寸(33.8厘米)之對角線測量值及0.7毫米或較小、較佳自0.2毫米至0.7毫米、且更佳自0.3毫米至小於0.7毫米之厚度的扁平表面。
 實例
以下實例闡明但並不限制本發明。除非另有指定，所有份數及百分率係以重量為基準。所有溫度為℃。本發明之實例(Ex)係藉阿拉伯數字指定而比較例(Comp Ex或CEx)係藉大寫字母而指定。文中除非另有指定，“室溫”及“環境溫度”名義上為25℃。
下文表1列示六種五嵌段(以SBSBS為主)CBC樹脂(CBC-1、CBC-2、CBC-3、CBC-4、CBC-5及CBC-6)、一種三嵌段(以SBS為主)CBC(CBC-7)、一種環狀烯烴共聚物(COC)(TOPASTM 5013,Ticona Polyplastics)、兩種環狀烯烴聚合物(COP-1(ZEONORTM 1060R,Zeon Chemical)及COP-2(ZEONORTM 1430R,Zeon Chemical))、及聚甲基丙烯酸甲酯(ParapetTM GH-1000S,Kuraray Co.,Ltd.)。就該等CBC而言，表1包括其等之各個Mw、及苯乙烯之重量%(以氫化前之總嵌段共聚物重量為基準計)。表1亦包括根據於1000秒-1 及280℃下之剪變黏度、無缺口埃左德衝擊((英尺-磅/英寸)(/牛頓/米))(ASTM D256)、拉伸模數(psi乘以1000或kpsi/MPa)(ASTM D638)、及鉛筆硬度(Pencil Hardness)(ASTM D3363-05)之物理效能數據。
使用毛細管流變計，諸如購自Gottfert之RheographTM 2003，以測定於1000秒-1 及280℃熔化溫度之視剪切速率下的視剪變黏度(η)，該流變計具有可測定剪黏度(η)之長20毫米(mm)且直徑1mm之毛細管模具。
藉利用四氫呋喃(THF)作為用於嵌段共聚物之溶劑，使該嵌段共聚物在氫化前接受凝膠滲透層析法(GPC)而進行氫化乙烯基芳香族共軛二烯嵌段共聚物之分子量分析。利用得自Polymer Labs,Inc.之窄分子量聚苯乙烯標準物校準GPC。該等標準物之分子量範圍為自580克/莫耳3,900,000克/莫耳。製備6種每一混合物具有3或4個標準物之標準混合物，該混合物內之各標準物的分子量彼此相差約10之係數。測定各標準物之最高溶析體積並藉使該等窄標準數據與第5次多項式擬合而產生分子量對溶析體積之柱校準。以聚苯乙烯當量值表示預氫化嵌段共聚物之Mw。
Ex 1-3及CEx A-G
使用450噸(4.082×105 公斤(kg))、高速射出成形機(型號：SE450HY,Sumitomo Heavy Industries,Ltd.)及如表2內所示之加工溫度及模具溫度製備一系列LGP，其各具有13.3英寸(33.8厘米)之對角測定值及如表2內所示之厚度。利用一經由模製件之氮滌洗管並使射出時間恆定維持於1秒且維持保壓壓力於360噸(326,586公斤)下，費時0.2秒(sec)，繼而維持於300噸(272,155公斤)之保壓壓力下，費時0.3秒且最後維持於400噸(362.874公斤)之保壓壓力下，費時1.2秒。將該模具冷却時間設為30秒。
G=良好-完全裝填模具及在光反射表面上之良好表面結構複製。產物品質被認為具商業可接受性
P=部份-至少5百分率(5%)之LGP證明不完全的模具填充量及/或在光反射表面上小於80%表面織構複製。根據在30毫米×30毫米之面板面積上之該微結構的平均表面，利用3D輪廓儀表示用於射出成形面板之表面織構複製的特性。由於小於80%表面複製或表面織構複製傾向導致不均勻光分佈或太低以致不能符合工業需求之光輸出額，所以為了具商業上可接受性，以水平及垂直方向平等地間隔10毫米之9個微結構的平均表面高度必需與一所欲表面高差相差小於20%。
B=易脆-射出成形面板易脆且容易破裂或在脫模、處理或組裝期間容易破裂。
F=不合格-由於聚合物熔體之流動長度太短，所以不能填滿該模具。
上表2內所表示之資料證明，當該LGP模製件具有13.3英寸(33.8厘米)之對角測定值時，某些CBC組成物容許製造薄壁(厚度<0.7毫米)LGP模製件。在某些情況下(例如於0.4毫米及0.45毫米下之CEx A)，全然不能使用其它CBC組成物，環狀烯烴共聚物(COC)、該PMMA及該等COP以製造此等模製件，或一旦如CEx A般製造時，並不能使其等變得有用。該COC、該等COP及該PMMA容許製造出LGP，其在0.7毫米之厚度下可得到主觀“良好”評比，但是於較低厚度(諸如0.6毫米)下卻不能得到該良好評比，而Ex 1-3之CBC組成物於0.6毫米之厚度可獲得該主觀“良好”評比，且Ex 1於0.45毫米下亦可獲得同樣評比。使用CBC-1及某些具有對角線測量值超過13.3英寸(33.8厘米)之LGP預期可獲得類似結果。

Claims (6)

  1. 一種薄壁導光板，其係由一環狀嵌段共聚物組成物所製得，該組成物包含一環狀嵌段共聚物樹脂，該樹脂在1000/秒之剪切速率及280℃之溫度下具有小於50帕-秒之剪變黏度，且，當形成具有1/8英寸(0.3厘米)之厚度的拉伸試驗棒時，於室溫下之無缺口埃左德勒度(American Society for Testing and Materials(ASTM)試驗D256))為每英寸至少1.8英尺-磅(每米315.2牛頓)，且拉伸模數(ASTM D638)為每平方英寸至少280,000磅(1930.5百萬帕)。
  2. 如申請專利範圍第1項之薄壁導光板，其中該環狀嵌段共聚物樹脂具有一以總預氫化環狀嵌段共聚物重量為基準計，在75重量百分比至90重量百分比範圍內之預氫化聚合乙烯基芳香族單體含量，及在30,000克/莫耳至125,000克/莫耳範圍內之重量平均分子量。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之薄壁導光板，其中在氫化前，該環狀嵌段共聚物樹脂為一五嵌段共聚物。
  4. 如申請專利範圍第3項之薄壁導光板，其中該五嵌段共聚物為以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯-丁二烯-苯乙烯為主之五嵌段共聚物，具有在自45,000克/莫耳至75,000克/莫耳範圍內之預氫化分子量。
  5. 如申請專利範圍第1項之薄壁導光板，其中該薄壁導光板具有13.3英寸(33.8厘米)或較大之對角線測量值。
  6. 如申請專利範圍第5項之薄壁導光板，其中該薄導光板具 有小於或等於0.7毫米之厚度。
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