TWI495650B - 具阻擋uv光優異特性之光學膜及包含其之偏光片 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種光學膜與一種包含該光學膜之偏光片，尤指一種具有優良的UV阻隔效果之丙烯酸光學膜與一種包含該光學膜之偏光片。
近年來，在影像顯示裝置(如液晶顯示裝置)中，三醋酸纖維素膜(triacetyl cellulose film，以下稱為TAC膜)，通常用來當作保護聚乙烯醇偏光片(polyvinyl alcohol polarizer)之保護膜，該偏光片已經被廣泛地用來當作偏光板。然而，當TAC膜在高溫或高濕的情況下使用時，由於其耐熱與耐濕性差，該TAC膜變形可能造成該偏光片特性(如偏光程度或顏色)劣化的問題，因此，近來有人提出取代該TAC膜的方法，其係使用一種具有優良的耐熱與耐濕之透明丙烯酸樹脂膜作為保護該偏光片之保護膜材料。
也已經有人提出防止UV射線造成偏光片劣化的技術，該技術係在丙烯酸膜中添加UV吸收劑，讓該丙烯酸膜具有UV吸收能力。在這種傳統的丙烯酸膜中，已知苯
並三唑(benzotriazol)系或二苯甲酮(benzophenone)系化合物、氰基丙烯酸酯(cyanoacrylate)系化合物與水楊酸(salicylic acid)系化合物等能夠用來當作UV吸收劑。不過，在高溫操作時，前述的UV吸收劑大多數會變質，UV吸收能力可能會降低，以及因吸收劑裂化而具有樹脂與薄膜黃化的問題。再者，與該些UV吸收劑加入丙烯酸樹脂前的樹脂組成物相比，當該些UV吸收劑加入該丙烯酸樹脂時，該樹脂組成物的玻璃轉換溫度會大幅降低，可能會降低該樹脂組成物耐熱性，或對光學膜的光學性質產生不良的影響。
本發明為了解決先前技術的問題，因此，本發明之目的在於提供一種丙烯酸光學膜及包含其之偏光片，該光學膜能夠有效地阻隔UV射線，而不會對光學膜的物理性質有不良的影響。
為了解決上述的問題，本發明的目的之一在於提供一種包含丙烯酸樹脂及吸收劑之光學膜，其中該丙烯酸樹脂具有120℃以上之玻璃轉換溫度、包含一烷基(甲基)丙烯酸(alkyl(meth)acrylate)系重複單元與一苯乙烯(styrene)系重複單元，且該吸收劑具有大於或等於2.5倍該丙烯酸樹脂之玻璃轉換溫度的1%熱分解溫度。
本例中，以該丙烯酸樹脂之100重量分為基準，該UV吸收劑之含量可為0.1至5重量分。
此外，該UV吸收劑可為三氮六環系UV吸收劑，可能具有300℃至400℃之1%熱分解溫度。
另外，依據本發明，該光學膜在膜厚轉換成40μm後，在380nm波長下，可具有5%以下之光學穿透度(optical transmittance)，且該光學膜之b值變化可小於或等於0.5。
本發明之另一目的在於提供一種偏光片，包含至少一本發明之光學膜。
依本發明，由於在該光學膜中，使用具有高1%熱分解溫度之UV吸收劑，即使在樹脂造粒(pelletizing)製程或高溫製程(如薄膜拉伸製程)等中，該UV吸收劑不易因受熱而裂化。結果，本發明之該光學膜可有效抑制由UV吸收劑的熱裂化所造成黃化，並維持薄膜的高透明度。
又，依據本發明，該光學膜可具有優良的UV阻隔效應，與在可見光波長範圍內有高光學透明度，以及具有優良的耐熱性。
以下詳細說明本發明較佳之實施例。
本發明之發明人進行研究，為了開發出一種光學膜，其具有優良的UV阻隔效果，且同時具有優良的物理性質，例如：透明度、顏色與耐久性，而開發出本發明之光學膜。
依本發明，該光學膜包括：(1)一丙烯酸樹脂，
具有120℃以上之玻璃轉換溫度，且包含一烷基(甲基)丙烯酸系重複單元與一苯乙烯系重複單元；以及(2)一UV吸收劑，具有1%熱分解溫度係大於或等於該丙烯酸樹脂之玻璃轉換溫度的2.5倍。
依本發明，在該光學膜中，丙烯酸樹脂具有120℃以上之玻璃轉換溫度，較佳為120℃至200℃，更佳為120℃至140℃，可用來當作基底材料(base material)。當該丙烯酸樹脂之該玻璃轉換溫度低於120℃時，薄膜的耐熱性可能會變差，且因而使該偏光片在積層後可能會發生翹曲，或該偏光片的耐久性可能會變差。
依本發明，該丙烯酸樹脂可為一共聚合樹脂，包括一烷基(甲基)丙烯酸酯系重複單元與一苯乙烯系重複單元。
本例中，雖然該烷基(甲基)丙烯酸酯係指一種包含所有類型之烷基丙烯酸酯與烷基甲基丙烯酸酯之成分，但本發明不以此為限。當考量光學透明度、相容性、加工性(processability)與生產力時，該烷基(甲基)丙烯酸酯之烷基，較佳具有約1至10個碳原子，而且更佳具有1至4個碳原子，最佳為甲基或乙基。例如：該烷基(甲基)丙烯酸酯可為甲基丙烯酸酯、乙基丙烯酸酯、甲基甲基丙烯酸酯、乙基甲基丙烯酸酯等，其中，尤佳為該甲基甲基丙烯酸酯。同時，以該共聚合樹脂之100重量分為基準，該烷基(甲基)丙烯酸酯系重複單元之含量可為約50至99.9重量分，較佳為約70至99重量分，且更佳為約97至99.9重量分。當該
烷基(甲基)丙烯酸酯系重複單元之含量落在此含量範圍內時，本發明之該光學膜可具有優良的相差性質與光學性質。
同時，該苯乙烯系重複單元係指一重複單元，衍生自一經取代或未經取代之苯乙烯單體，例如：該苯乙烯系重複單元可為一衍生自α-甲基苯乙烯(α-methyl styrene)、p-甲基甲基丙烯酸酯(p-methyl methacrylate)、乙烯甲苯(vinyl toluene)、或叔丁基苯乙烯(t-butyl styrene)等之重複單元，其中，尤佳為該α-甲基苯乙烯。以該共聚合樹脂之100重量分為基準，該苯乙烯系重複單元之含量可為約0.1至10重量分，較佳為約0.1至5重量分，且更佳為約0.1至3重量分。當該苯乙烯系重複單元之該含量落在此含量範圍內時，本發明之該光學膜可具有優良的相差性質與光學性質。
同時，需要時，該丙烯酸樹脂可更包括一醯亞胺系重複單元(imide-based repeating unit)、一乙烯基氰化物系重複單元(vinyl cyanide-based repeating unit)、一含一經至少一羰基取代之官能基之3至6員雜環單元(3-to 6-membered heterocyclic unit)及/或一具有一芳香族環之(甲基)丙烯酸酯系重複單元，以改善耐熱性。
該醯亞胺系重複單元之具體實例可包括複數個重複單元衍生自馬來醯亞胺(maleimide)，例如：一馬來醯亞胺，包含一官能基，該官能基經一具有1至10個碳原子之烷基取代；一馬來醯亞胺，包含一官能基，該官能基經
一具有6至12個碳原子之烷基取代。尤其，該醯亞胺系重複單元可為一衍生自環己基馬來醯亞胺(cyclohexyl maleimide)或苯基馬來醯亞胺(phenyl maleimide)等之重複單元。以該共聚合樹脂之100重量分為基準，該醯亞胺系重複單元之含量可為約1至30重量分，較佳為約5至20重量分，且更佳為約8至15重量分。
舉例來說，該乙烯基氰化物系重複單元可包括複數個衍生自丙烯腈(acrylonitrile)之重複單元。以該共聚合樹脂之100重量分為基準，該乙烯基氰化物系重複單元之含量可為約1至30重量分，較佳為約5至20重量分，且更佳為約8至15重量分。
舉例來說，該具有一芳香族環之(甲基)丙烯酸酯系重複單元可包括複數個重複單元，其係衍生自一包含芳香族環之(甲基)丙烯酸酯，其中，該芳香族環具有6至12個碳原子，具體而言，該複數個重複單元係衍生自苯基(甲基)丙烯酸酯(phenyl(meth)acrylate)與苯甲基(甲基)丙烯酸酯(benzyl(meth)acrylate)等。以該丙烯酸樹脂之100重量分為基準，該具有一芳香族環之(甲基)丙烯酸酯系重複單元之含量可為約1至50重量分，較佳為約5至30重量分，且更佳為約5至10重量分。
同時，該含一經至少一羰基取代之官能基之3至6員雜環重複單元之具體實例，可包含一內酯環單元(lactone ring unit)。以該共聚合樹脂之100重量分為基準，該含一經至少一羰基取代之官能基之3至6員雜環單元之
含量可為約10至50重量分，較佳為約20至40重量分，且更佳為約25至35重量分。
同時，本發明之該丙烯酸樹脂可為一複合樹脂(compounding resin)，其中，另一種樹脂與包含上述重複單元之該共聚合樹脂混合。例如，依本發明，在主鏈上具有一碳酸根殘基之芳香族樹脂等，可用來作為與該丙烯酸樹脂混合之樹脂。本例中，該在主鏈上具有一碳酸根殘基之芳香族樹脂可為一聚碳酸酯系樹脂，且該丙烯酸樹脂與該在主鏈上具有一碳酸根殘基之芳香族樹脂可以0.1：100至10：100之重量比混合，較佳為0.5：100至8：100之重量比，且更佳為1：100至5：100之重量比。
同時，該UV吸收劑可具有一1%熱分解溫度，其大於或等於該丙烯酸樹脂(作為基底材料)之玻璃轉換溫度之約2.5倍，較佳在約2.5至5.0倍的範圍內，且更佳在約2.5至3.0倍的範圍內。當該UV吸收劑之該1%熱分解溫度小於該丙烯酸樹脂之該玻璃轉換溫度之約2.5倍時，在薄膜生產過程中，澆鑄滾筒(casting roll)會在該UV吸收劑從該光學膜擠出的移動狀態(migration state)下受到汙染。
更佳地，該UV吸收劑之該1%熱分解溫度可落在約300℃至400℃之範圍內。當考慮防垢性(fouling resistance)與光學性質等時，最佳地，該UV吸收劑之該1%熱分解溫度可落在此溫度範圍內。依據本發明，該UV吸收劑之該1%熱分解溫度係指使用TGA設備(購自TA)，在氮氣的氣氛下，以每分鐘10℃之速率加熱該UV吸收劑時，
當該UV吸收劑之重量與該UV吸收劑之起始重量相比減少1%時所測量到的溫度。
例如，該具有前述特性之UV吸收劑可包含一三氮雜苯系UV吸收劑(triazine-based UV absorbent)，但本發明不以此為限。用於本發明中之該三氮雜苯系UV吸收劑可包括Tinuvin 460(購自BASF)與LA F70(購自ADEKA)等。
同時，以該丙烯酸樹脂之100重量分為基準，該UV吸收劑之含量可為約0.1至5重量分，更佳為約0.1至4重量分。當該UV吸收劑之含量滿足此含量範圍時，該光學膜可同時具有優良的光學性質與UV阻隔效果。
同時，依本發明，製造該上述光學膜之方法，不特別加以限制，例如，可透過使用任何適當的混合方法，將一丙烯酸樹脂與一UV吸收劑及其他添加劑(如聚合劑)混合，以製備一熱塑性樹脂組成物，然後將該熱塑性樹脂組成物加熱成型成薄膜，來製造該光學膜。
舉例來說，使用任何適當的混合機器，如全方位攪拌機(Omni mixer)將預拌薄膜成分混合，然後將該產出之混合物擠出與揉捏成形，來製備該熱塑性樹脂組成物。用於該擠出與揉捏成形之混合機器，不加以特別限制，舉例來說，任何適當的混合機器，如單螺桿擠壓機(single-screw extruder)或雙螺桿擠壓機(double-screw extruder)或分散捏合機(dispersion kneader)都可以在此使用。
同時，舉例來說，該薄膜之成型加工，可使用任何所屬技術領域中，已知之適當薄膜成型加工方法，如
溶液澆鑄法(solution casting method)，也就是溶液軟化法(solution softening method)；熔融擠出法(melt extrusion method)；日曆法(calendar method)；擠出成型方法(extrusion molding method)等，其中，較佳為該溶液澆鑄法或該熔融擠出法。
舉例來說，使用於該溶液澆鑄法之溶劑可包含芳香族碳氫化合物，如苯(benzene)、甲苯(toluene)與二甲苯(xylene)；脂肪族碳氫化合物，如環己烷(cyclohexane)與萘烷(decaline)；酯類，如乙酸乙酯(ethyl acetate)與乙酸丁酯(butyl acetate)；酮類，如丙酮(acetone)、甲乙酮(methyl ethyl ketone)、與甲基異丁基酮(methylisobutylketone)；醇類，如甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)、異丙醇(isopropanol)、丁醇(butanol)、異丁醇(isobutanol)、甲基賽璐蘇(methyl cellosolve)、乙基賽璐蘇(ethyl cellosolve)與丁基賽璐蘇(butyl cellosolve)；醚類，如四氫呋喃(tetrahydrofuran)與二氧陸圜(dioxane)；鹵化碳氫化合物，如二氯甲烷(dichloromethane)、氯仿(chloroform)與四氯化碳(carbon tetrachloride)；二甲基甲醯胺(dimethylformamide)；二甲基亞碸(dimethylsulfoxide)等。在此，該前述之溶劑可單獨使用或以兩種以上之組合方式使用。
舉例來說，用於操作該溶液澆鑄法之裝置可包括鼓式澆鑄機(drum-type casting machine)、帶式澆鑄機(band-type casting machine)與旋轉塗佈機(spin coater)等。該成型溫度較佳為落在150至350℃的範圍內，更佳為200至
300℃的範圍內。
同時，舉例來說，該熔融擠出法包括：T字模法(T-die method)與吹脹法(inflation method)等，當薄膜以T字模法成型時，可在已知之單螺桿擠壓機或雙螺桿擠壓機之前端裝置一T字模，得到捲狀薄膜，然後，捲曲以薄膜型式擠出之薄膜。本例中，利用適當地調整捲曲軋輥的溫度以及在擠出成型方向上拉伸該薄膜，可以操作單軸拉伸。還有，利用在垂直於該擠出成型方向之方向上拉伸該薄膜，可同時且連續地進行雙軸拉伸。
依本發明，該光學膜可為一未經拉伸之薄膜或一經拉伸之薄膜。本例中，該經拉伸之薄膜可為一經單軸拉伸之薄膜或一經雙軸拉伸之薄膜，且該經雙軸拉伸之薄膜可為一同時經雙軸拉伸之薄膜或一連續經雙軸拉伸之薄膜。當該薄膜為經雙軸拉伸時，該薄膜之性能可因機械強度的增強而改善。同時，當另一種熱塑性樹脂與該丙烯酸樹脂混合且使用時，可藉由拉伸來抑制相位差的增加，使該丙烯酸樹脂維持光學等向性(optical isotropy)。
同時，假設當該樹脂組成物之玻璃轉換溫度為Tg，操作拉伸的溫度範圍可從(Tg-30)℃至(Tg+100)℃，較佳從(Tg-20)℃至(Tg+80)℃。當該拉伸溫度低於(Tg-30)℃時，無法獲得充足的拉伸倍率(elongation magnification)，然而，當該拉伸溫度超過(Tg+100)℃時，由於該樹脂組成物的流動，可能無法達到穩定的拉伸結果。
同時，當該拉伸倍率被定義為一面積比時，該
拉伸倍率可較佳落在約1.1至25倍的範圍內，更佳為約1.3至10倍的範圍內。當該拉伸倍率落在數值範圍內時，可實現優良的物理性質，如韌性(toughness)。
在一方向上之該拉伸速率較佳為落在10至20000%/min的範圍內，且更佳為落在100至10000%/min的範圍內。當該拉伸速率小於10%/min時，達到充足的拉伸倍率所需要的時間可能會拉長，造成生產力變差。反之，當該拉伸速率超過20000%/min時，該經拉伸之薄膜可能會破裂。
同時，依本發明，該光學膜在如前所述之拉伸後，可經熱處理(退火)，來穩定該光學等向性或機械特性。雖然該熱處理的條件不特別加以限制，但是可依所需之物理性質適當地調整。
本發明以前述方法製備之該光學膜，在該光學膜轉換成厚度40μm後進行量測，在波長380nm時，具有5%以下之穿透度，這表示本發明之該光學膜具有優良UV阻隔效果。
再者，相較於不含該UV吸收劑之光學膜，具有一0.5以下之b值變化，這表示本發明之該光學膜顯示出優良的色彩感(color sense)。
此外，在可見光波長範圍內，本發明之該光學膜具有92%以上之光學穿透度，這表示本發明之該光學膜顯示出優良的光學性質。
依本發明，當該光學膜被貼附到該偏光片之一
表面或兩表面上時，該光學膜可有效地被使用作為一保護膜，以保護偏光片。本例中，本發明之該光學膜之貼附於該偏光片，可使用輥式塗佈機(roll coater)、凹版塗佈機(gravure coater)、桿塗佈機(bar coater)、刀式塗佈機(knife coater)或毛細管塗佈機(capillary coater)，在一薄膜或偏光片表面塗佈黏著劑的方法操作，接著，在一積層滾筒中將一保護膜熱積層於該偏光片，或在室溫下以壓合的方式將一保護膜積層於該偏光片。同時，舉例來說，在所屬領域中使用之黏著劑：聚乙烯醇系黏著劑(polyvinyl alcohol-based adhesives)、聚胺酯系黏著劑(polyurethane-based adhesives)、丙烯酸黏著劑(acrylic adhesives)等，可沒有限制地用來當作該黏著劑。
再者，依本發明，該光學膜可應用於各種顯示裝置，如液晶顯示裝置(liquid crystal display devices)、電漿顯示裝置(plasma display devices)與電激發光裝置(electroluminescent devices)等。
以下敘述本發明較佳的實施例，以協助理解本發明。不過，可理解的是，該些描述之目的僅作為舉例說明本發明之該些實施例用，而不限制本發明之範圍。
該1%熱分解溫度係使用TGA設備(購自TA)測量。
該光學穿透度與b值係使用N&K光譜儀測量。
移動程度(degree of migration)係使用裸眼來測量。
依據下表1中所列之種類與含量，藉由均勻地混合一UV吸收劑與一100重量分之聚(N-環己基馬來醯亞胺-共-甲基甲基丙烯酸酯-共-α-甲基苯乙烯)樹脂(poly(N-cyclohexylmaleimide-co-methyl methacrylate-co-α-methyl-styrene)resin)，該樹脂具有120℃之玻璃轉換溫度，以得到一樹脂組成物，將該樹脂組成物投入一24φ擠壓機(24φ extruder)。在該擠壓機中，從進料斗至擠壓機間的空間以氮氣充填。然後，在250℃熔化，以製備進料顆粒(feed pellet)。使用NMR來分析該樹脂，顯示結果為N-環己基馬來醯亞胺之含量以重量計為6.0%與α-甲基苯乙烯之含量以重量計為2.0%。
因此，已製備之該進料顆粒在真空下乾燥，在一擠壓機中，於250℃熔化，然後通過一塗佈吊架型T字模，接著通過一鍍鉻澆鑄滾筒與一乾燥滾筒(drying roll)，因此生產出一厚度200μm之薄膜。
該薄膜在130至135℃，使用實驗室的薄膜拉伸設備，於MD與TD方向拉伸兩次，以生產厚度40μm之經雙軸拉伸薄膜。
量測該薄膜在波長380nm之該光學穿透度與b值，以及薄膜成型過程中之移動程度，其量測結果列於下表1中。
接著，使用UV2000設備(購自Atlas)，將該薄膜在60℃的溫度，暴露於能量密度為0.6W/m2
之光下1000小時，然後測量光學穿透度與b值。
除了使用下表2中所列之UV吸收劑當作實施例1與2中之該UV吸收劑外，薄膜的生產方法與實施例1與2相同。之後，該薄膜之在波長380nm之該光學穿透度與b值以及移動程度之測量，係使用與實例1與2中相同的方法。其測量結果如下表2所示。
如表1與2所示，可知在實施例1與2中所製備的光學膜的例子中，其中，該UV吸收劑之熱分解溫度大於或等於該丙烯酸樹脂之玻璃轉換溫度(120℃)之2.5倍，在曝光後，光學穿透度與b值沒有很大的變化，但是，在比較例1與2中所製備的光學膜的例子中，光學穿透度與b值卻有很大的變化。並且，在實施例1與2中所製備的光學膜的例子中，該澆鑄滾筒幾乎沒有被汙染，但是，在比較例1與2中所製備的光學膜的例子中，該澆鑄滾筒卻被汙染得相當嚴重。
Claims (9)
- 一種光學膜，包括：一丙烯酸樹脂，具有120℃以上之玻璃轉換溫度，且包含一烷基(甲基)丙烯酸系重複單元、一苯乙烯系重複單元以及選自由一醯亞胺系重複單元、一丙烯腈系重複單元、一含經至少一羰基取代之官能基之3至6員雜環單元與一具有一芳香族環之(甲基)丙烯酸系重複單元所組成之群組中的一重複單元；以及一UV吸收劑，具有1%的熱分解溫度係大於或等於該丙烯酸樹脂之玻璃轉換溫度的2.5倍。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學膜，其中，基於100重量分之該丙烯酸樹脂，該UV吸收劑之含量為0.1至5重量分。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學膜，其中，該UV吸收劑係一三氮雜苯系UV吸收劑。
- 如申請專利範圍第3項所述之光學膜，其中，該UV吸收劑具有300℃到400℃的1%熱分解溫度。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學膜，其中，在該光學膜轉換成厚度40μm後進行量測，該光學膜在波長380nm處具有5%以下之光學透光度。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學膜，其中，該光學膜與未含該UV吸收劑之光學膜相較，具有0.5以下之b值變化。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學膜，其中，在該光學膜轉換成厚度40μm後進行量測，在波長380nm時，具有 5%以下之光學透光度，並且該光學膜在可見光波長範圍內，具有92%以上之光學透光度。
- 一種偏光片，包含至少一如申請專利範圍第1至8項中任一項之光學膜。
- 一種顯示裝置，包含至少一如申請專利範圍第1至8項中任一項之光學膜。
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