TWI588545B - 製造高亮度光學片之方法及由其製備而得之光學片 - Google Patents

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Description

製造高亮度光學片之方法及由其製備而得之光學片
本發明係關於一種製造包含凸飾擴散層之高亮度光學片，該凸飾擴散層係藉由因有機聚合物珠粒的存在而具有凸飾表面的轉移膜而形成。
隨著所在的社會轉變成資訊社會及科技發展，液晶顯示器(LCD)亦擴展其之應用。近年來，對於具有輕量、薄型、及低電力消耗之LCD有持續的需求。
近來，由於其具高亮度及使用壽命長，發光二極體(LED)主要用於背光單元(BLU)之光源。但是，對於側光式背光單元而言，採用少量的LED以解決高成本及散熱之問題。進一步，傾向於稜鏡上方不採用反射式亮度增強膜(DBEF)片作為反射式偏光膜，以減少製造成本。
因此，對於具有經改善適於作為光學膜使用的亮度及用於遮蔽稜鏡片之圖案之高擴散性的高性能光學片有需求。
韓國公開專利公開號第2010-0042310號揭示一種擁有高品質輝度之光擴散膜，其具有藉由調整該半球形透鏡之形狀及凸率而增強的亮度。然而，該光擴散膜具有起因於當凸起部與偏光板接觸時，凸起部的振動摩擦所引起的交界面的刮傷與表面染色缺陷 之潛在風險。
再者，日本特開專利公開號第2000-193805號揭示一種雖然未採用球形珠粒但提供均勻的光擴散之光擴散片。但是，在亮度、遮蔽力(hiding power)、視角、及類似者等方面，該光擴散片不具有令人滿意之光學性質。
因此，對於提供一種製造可解決上述問題之光學片的方法有需求。
於是，本發明之目的係提供一種製造具有經改善的亮度及用於遮蔽該稜鏡片之圖案的高擴散性之光學片的方法，其中，該光學片不含有珠粒，且即使當該光學片與偏光板接觸，亦免於交界面的刮傷及表面染色缺陷。
為了達到上述目的，本發明提供一種製造光學片的方法，包含下列步驟：(a)以包含100重量份黏結劑樹脂及70至130重量份球形有機聚合物珠粒之樹脂組成物塗佈於第一基板之一側，然後乾燥，以製備具有凸飾表面的轉移膜；(b)以紫外線硬化性(UV硬化性)樹脂塗佈於第二基板之一側，並將該轉移膜與該第二基板積層，以提供積層體，其中該轉移膜的凸飾表面係與該第二基板之UV硬化性樹脂塗佈層接觸；以及(c)將於步驟(b)獲得之積層體固化，並自該積層體移除該轉移膜，使得該第二基板具有折射係數為1.41至1.59之凸飾擴散層。
該轉移膜的凸飾表面具有扇形角130至150°。
又，本發明提供一種依照該發明方法所製備的光學片，該光學片包含基板及形成於基板且具有折射係數1.41至1.59之凸飾擴散層。
依照本發明之方法所製備的光學片，由於具有經改善的亮度及用於遮蔽該稜鏡片之圖案之高擴散性，因此適於作為LCD之背光單元(BLU)的光學片使用。再者，其不含有珠粒，即使與偏光板接觸，亦免於交界面的刮傷及表面染色缺陷。
A、C‧‧‧頂點
B‧‧‧最低點
110‧‧‧第一基板
120‧‧‧塗佈層
200‧‧‧第二基板
210‧‧‧凸飾擴散層
220‧‧‧抗結塊層
230‧‧‧填充物
第1圖係用以說明依照本發明之扇形角之示意圖。
第2圖為依照本發明製備的光學片之示意剖面圖。
第3圖係表示依照本發明所製備之光學片的凸飾擴散層之剖面圖(a)及表面圖(b)。
根據本發明，該製造光學片之方法包含下列步驟：(a)以包含黏結劑樹脂及球形有機聚合物珠粒之樹脂組成物塗佈於第一基板之一側，然後乾燥，以製備具有凸飾表面的轉移膜；(b)以UV硬化性樹脂塗佈於第二基板之一側，並且將該轉移膜與該第二基板積層，以提供積層體，其中該轉移膜的凸飾表面係與該第二基板之UV硬化性樹脂塗佈層接觸；以及(c)將於步驟(b)獲得之積層體固化，並且自該積層體移除該轉移膜，使得該第二基板具有凸飾擴散層。
換言之，根據本發明製造光學片之方法，係將具有凸飾表面的轉移膜與具有UV硬化性樹脂塗佈層之基板積層，將該基板之 UV硬化性樹脂塗佈層硬化，並移除該轉移膜，藉以使該轉移膜的凸飾表面轉印至該基板之UV硬化性樹脂塗佈層。該光學片包含形成於基板之凸飾擴散層，雖然其不含有珠粒及填充物。
步驟(a)：轉移膜之製備
根據本發明之方法，具有凸飾表面的轉移膜係藉由將包含黏結劑樹脂及球形有機聚合物珠粒之樹脂組成物塗佈於第一基板之一側，然後將其乾燥而製備。
由於將含有珠粒之樹脂組成物塗佈於第一基板之一側，該第一基板將具有凸飾表面，其中該凸飾表面可具有扇形角130°至150°。
於凸飾表面包含分散的半球狀的凸起部，例如：微透鏡，之例，該凸起部的界線鮮明，因此可容易地測量各凸起部的高度。另一方面，若凸飾表面為塗佈層之形式時，則該凸起部的界線不明顯，使得難以測量各凸起部的高度。因此，該扇形角在此定義成由相鄰兩個凸起部的頂點與凸起部之間最低點所形成的角度，以最低點成為該角的頂點。
本發明之第1圖表示用以說明依照本發明之扇形角之示意圖。關於第1圖，當包含黏結劑樹脂及珠粒之塗佈層(120)形成於第一基板(110)之一側上時，該扇形角(θ)定義成由兩條連接凸起部之頂點(A、C)與位於介於上述凸起部之間下方界線之最低點(B)的直線所形成之角度ABC(θ)。
該第一基板可為透明塑膠片，較佳為具有與黏結劑樹脂良好的黏附性。
於第一基板可採用之透明塑膠之代表例包括：聚醚碸(PES)、聚丙烯酸酯(PAR)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、 聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚烯丙酯(polyallylate)、聚醯亞胺、聚碳酸酯(PC)、纖維素三乙酸酯(TAC)、以及纖維素乙酸丙酸酯(CAP)，較佳為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
基於100重量份黏結劑樹脂，該樹脂組成物包含70至130重量份之有機聚合物珠粒。該有機聚合物珠粒及該黏結劑樹脂與溶劑混合。
若珠粒的量少於70重量份，藉由該發明方法所製備之光學片的總光穿透率將會增加，然而，該光學片之霧度可能會少於85%，而損害其擴散性。於此情況下，該光學片可能具有不佳的遮蔽能力。
另一方面，若珠粒的量超過130重量份，該光學片之霧度將增加，然而，該總光穿透率可能少於85%。於此情況下，該光學片可能於其表面有染色缺陷亦會降低亮度。
較佳為該黏結劑樹脂具有高透明性與良好光穿透率，且較佳為該黏結劑樹脂之黏度可容易地控制以便於塗佈操作。黏結劑樹脂之代表例包括丙烯酸系、氨酯系、環氧系、乙烯系、聚酯系、以及聚醯胺系樹脂。由於丙烯酸系樹脂其良好的耐磨性及極佳的光反射與光穿透及適當光折射率，因而較佳。該丙烯酸系樹脂之具體例包括具有一種重複單元之均聚物以及具有兩種或多種重複單元之共聚物，其中該重複單元係選自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸酯丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸芳酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸異丙酯、丙烯酸苯甲酯、乙烯基丙烯酸酯、2-甲氧基丙烯酸酯、以及苯乙烯。該丙烯酸系樹脂可為熱硬化性或UV硬化 性。可根據其於溶劑中的溶解度而選擇。藉由控制丙烯酸系樹脂之分子量、玻璃轉移溫度(Tg)、以及羥基程度，可達到所欲的塗佈能力及機械性質及塗佈層的耐用性，以及與基板之黏附性。
該球形有機聚合物珠粒可由例如硬丙烯酸酯、聚苯乙烯、尼龍、軟丙烯酸酯、或矽酮等有機聚合物而製造。由於硬丙烯酸酯其良好的耐溶液性質所造成之易分散性，因而較佳。
該珠粒之平均直徑可為0.1至50μm，較佳為5至12μm。若平均直徑少於0.1μm，該珠粒將會嵌進樹脂組成物之塗佈層。於此情況下，於該表面之凸起部區域可能不夠充分，造成光學片具有不佳的遮蔽能力。另一方面，若平均直徑超過50μm，該光學片可能會於其表面有染色缺陷或於光學片表面的過度凸起可能造成位於光學片下方偏光板的刮傷。
該具有凸飾表面的轉移膜可藉由以6.0至12.0g/m2量的樹脂組成物塗佈於第一基板之一側，然後使其乾燥而製備。
若塗佈量少於6.0g/m2，於塗佈層表面之凸起部可能無法充分凸出。於此情況下，扇形角可能過小，造成該光學片具有較低亮度。另一方面，若塗佈量超過12.0g/m2，該光學片之光穿透率可能受損。因此，當採用於LCD中背光單元時，該光學片可能無法提供高亮度。
若將該轉移膜的凸飾表面以脫膜劑處理，可以在最後步驟中容易地自積層體將其移除。該脫膜劑可以為任一種所屬技術領域中常見的脫膜劑，例如矽酮脫膜劑。
步驟(b)：積層體之形成
接著，於第二基板之一側塗佈UV硬化性樹脂，然後將於步 驟(a)製備之轉移膜與該UV硬化性樹脂塗佈層積層，使得該轉移膜的凸飾表面與該第二基板之UV硬化性樹脂塗佈層接觸。
該第二基板可為透明塑膠片，較佳為具有與UV硬化性樹脂良好的黏附性，由其背面側的光入射之穿透率90%或更多，以及用以防止亮度變化之平整表面。
該第二基板所採用之透明塑膠之代表例可與列示於第一基板者相同，較佳為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
第二基板之厚度可為10至300μm。若厚度少於10μm，可能不便操作該基板。若厚度大於300μm，不足以製造薄型LCD模組。
該UV硬化性樹脂之代表例，包括聚酯系樹脂、環氧系樹脂、以及(甲基)丙烯酸酯樹脂，諸如聚酯(甲基)丙烯酸酯、環氧(甲基)丙烯酸酯、氨酯(甲基)丙烯酸酯、及類似者。對於光學片之光學性質而言，特別是(甲基)丙烯酸酯樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚酯(甲基)丙烯酸酯樹脂、矽酮氨酯(甲基)丙烯酸酯樹脂、矽酮聚酯(甲基)丙烯酸酯樹脂以及氟氨酯(甲基)丙烯酸酯樹脂為佳。
該UV硬化性樹脂可由聚丙烯酸酯及/或聚甲基丙烯酸酯(以下略稱聚(甲基)丙烯酸酯)，或單丙烯酸酯及/或單甲基丙烯酸酯(以下略稱單(甲基)丙烯酸酯)與光聚合起始劑而製備。
該UV硬化性樹脂塗佈層之厚度可為1至50μm，較佳為1至15μm。若該厚度少於1μm，將難以維持該積層體之形狀或可能造成諸如波紋(moire)圖案及不良外觀等缺陷。若厚度超過50μm，介於該凸起部及該基板之間的界面層可能過厚，由於其耐熱性及耐濕性而造成晃動圖案。
抗結塊層可藉由將包含選自無機粒子(諸如二氧化矽)或有機粒子(諸如具有直徑0.1至50μm之壓克力交聯粒子)之填充物及黏結劑樹脂之組成物塗佈於基板，然後將塗佈層乾燥，而形成於第二基板之另一側。
該抗結塊層可復包含抗靜電劑，抗靜電劑係使該層免於因基板的靜電而被灰塵或外來材料污染。
步驟(c)：擴散層之形成
最後，將於步驟(b)所獲得之積層體固化，並接著自其上將該轉移膜移除，藉此於第二基板之一側提供凸飾擴散層。第3圖係表示凸飾擴散層之剖面圖(a)及表面圖(b)之圖片。
該凸飾擴散層可具有折射係數1.41至1.59。若該折射係數低於1.41，該光學層之光學擴散性可能受損，因而降低光學片之遮蔽能力。若該折射係數超過1.59，擴散層之總光穿透率可能增加，因而降低該光學片之亮度。
由於該轉移膜的凸飾表面轉印至該擴散層，該擴散層即使不含有珠粒或填充物，亦具有高亮度。
有鑑於該轉移膜的凸飾表面轉印至該擴散層，將轉移膜的凸飾表面之扇形角控制在130°至150°範圍用以賦予光學片良好的光學性質是相當重要。
若該扇形角小於130°，該形成於擴散層的凸起部可具有凸率約50%之實質上半球形。於此情況下，光直線穿透過該凸飾表面的能力可能降低。再者，在介於該凸飾擴散層與外界的界面之全部光反射可能增加，因此導致不欲的光學片之亮度的降低(隨著光再利用的效率增加)。若該扇形角超過150°，光穿透過該形成於擴 散層之凸起部的擴散可能減少，係可能令人不滿意地損害光學片之遮蔽能力。
第2圖表示依照本發明方法所製備之光學片的示意剖面圖。關於第2圖，依照本發明方法所製備之光學片可包含形成於第二基板(200)一側之凸飾擴散層(210)以及形成於第二基板(200)另一側之抗結塊層(220)。亦可於抗結塊層(220)中包含填充物(230)。
換言之，根據本發明之方法，具有形成於第二基板一側之凸飾擴散層且不含珠粒或填充物之光學片係可由包含以下步驟之方法而製造：製備具有凸飾表面的轉移膜，將該轉移膜與具有UV硬化性樹脂塗佈層之第二基板積層，將該UV硬化性樹脂塗佈層固化，以及自積層體將該轉移膜移除，藉此該轉移膜的凸飾表面轉印至該第二基板之UV硬化性樹脂塗佈層。所製造的光學片較佳為具有霧度85%或更高以及總光穿透率85%或更高。
進一步於實施例及比較例描述並說明本發明，然而，該等並非用以侷限本發明之範圍於此。
於以下評估根據實施例及比較例所製備之光學片的性質，包括UV硬化性樹脂塗佈層之折射係數以及光學片之霧度(%)、總光穿透率(Tt)(%)、亮度(%)、遮蔽力、交界面的刮傷、及外觀。
1. UV硬化性樹脂塗佈層之折射係數(凸飾擴散層)
折射係數係由常用的方法量測。
2.霧度(%)及總光穿透率(%)
一般而言，該光學片之霧度及總光穿透率可如下述量測：霧度(%)=擴散穿透率(DT)/總穿透率(TT)
總穿透率(TT)=平行穿透率(PT)+擴散穿透率(DT)
總光穿透率(%)=總穿透率(TT)/總入射光
霧度及總光穿透率係藉由霧度計NDH-2000(Denshikogyo,Japan)所量測。
3.遮蔽力
光學片之遮蔽力係藉由5-點分級系統(5-point grading system)評估。將兩片稜鏡片直交(V、H)積層於具有點狀圖案的導光板上，以及試樣係由上稜鏡片之各種Hz值而製備。該遮蔽力根據亮線點之可見度，從適用於商業產品之2級至顯示完全遮蔽亮線或點之5級評估。
4.亮度
光學片之視角係以與用於評估遮蔽力相同背光單元結構評估。當光接收元件在水平方向從-85°至+85°以每次增加5°方式旋轉時，使用輝度卡計(luminance calorimeter)BM7(Topcon)測量該視角。於0°(亦即，當該光接收元件垂直於該背光單元)所測量之值，稱為試樣之亮度。常見的光學片經常用於稜鏡上(例如：於比較例9採用的轉移膜)作為亮度評估之參考。當亮度等於或優於參考之亮度，則視為滿意。
5.交界面的刮傷
當介於擴散層與偏光板間之空間減少可能造成之交界面的刮傷係由Heidon表面性質測試儀14FW型(Shinto Scientific)評估作為在介於清晰的偏光片與擴散層間之交界面的刮傷程度。該刮傷的程度係作為在速度1Hz、幅度40mm、負重200g的條件下移動次數之函數。若該交界面在10次移動後未受損，則視為滿意。
6.外觀
以肉眼觀察以確認諸如浸透(wet-out)、流動染色、集塊、條紋、流痕、及染色等缺陷，藉此觀察光學片之外觀。
同時，以光學顯微鏡型號VK-9700K(Keyence Corporation)拍攝表面的照片(50＊150x)，依據該照片，以VK分析儀S/W(Keyence Corporation)測量該扇形角。在介於20個相鄰凸起部的波峰之間劃線，並測量由兩個相鄰凸起部之波峰與介於凸起部之間的最低點所形成之角度。以該角度之平均值作為扇形角。
實施例1
將100重量份具有直徑10μm之硬丙烯酸酯珠粒及100重量份壓克力黏結劑樹脂(A811,AeKyung Chemical)與甲基乙基酮和甲苯(以重量計2：1)之混合溶劑混合，以產生固體濃度30%。將產生的分散液於配備有高性能馬達之混合機以1,000rpm攪拌1小時，以獲得樹脂組成物，其中該珠粒均勻地分散於樹脂中。在具有厚度188μm之聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜(SH40,SKC)上以No.12線棒塗佈該樹脂組成物。使溶劑於對流烘箱在100℃蒸發120秒，以製造具有厚度10μm及扇形角133°之樹脂組成物塗佈層之轉移膜。在製備光學片的最後步驟中，對該轉移膜進行脫膜處理，以容易地自UV硬化樹脂層將其移除。
接著，將在固相具有折射係數1.49之未硬化UV硬化性樹脂(M110 SKC Haas Display Film Co.,Ltd.)施用於具有厚度110μm之PET膜。將所產生的膜與該轉移膜積層，使得該轉移膜的凸飾表面與該UV硬化性樹脂塗佈層接觸，藉此使該轉移膜之凸飾形狀轉印至該UV硬化性樹脂塗佈層。然後，使該積層體曝光於UV射線，使得該UV硬化性塗佈層固化。最後，將轉移膜自該積層 體移除，以獲得具有形成於PET膜一側之凸飾擴散層的光學片。
實施例2
除了基於100重量份黏結劑樹脂，改採用110重量份具有平均直徑5.5μm之硬丙烯酸酯珠粒之外，其餘重複實施例1之程序，藉此製備具有扇形角135°之轉移膜。
實施例3
除了基於100重量份黏結劑樹脂，改採用120重量份具有平均直徑5.5μm之硬丙烯酸酯珠粒之外，其餘重複實施例1之程序，藉此製備具有扇形角145°之轉移膜。
實施例4
除了基於100重量份黏結劑樹脂，改採用110重量份具有平均直徑11.5μm之硬丙烯酸酯珠粒之外，其餘重複實施例1之程序，藉此製備具有扇形角135°之轉移膜。
實施例5
除了基於100重量份黏結劑樹脂，改採用115重量份具有平均直徑11.5μm之硬丙烯酸酯珠粒之外，其餘重複實施例1之程序，藉此製備具有扇形角145°之轉移膜。
實施例6
除了改採用具有平均直徑8μm之硬丙烯酸酯珠粒之外，其餘重複實施例1之程序，藉此製備具有扇形角140°之轉移膜。
比較例1
除了改採用具有平均直徑4.5μm之硬丙烯酸酯珠粒之外，其餘重複實施例1之程序，藉此製備具有扇形角155°之轉移膜。
比較例2
除了改採用具有平均直徑12.5μm之硬丙烯酸酯珠粒之外，其餘重複實施例1之程序，藉此製備具有扇形角125°之轉移膜。
比較例3
除了改採用具有平均直徑4.5μm之硬丙烯酸酯珠粒之外，其餘重複實施例1之程序，藉此製備具有扇形角125°之轉移膜。
比較例4
除了改採用具有平均直徑12.5μm之硬丙烯酸酯珠粒之外，其餘重複實施例1之程序，藉此製備具有扇形角160°之轉移膜。
比較例5
除了改採用在固相具有折射係數1.40之未硬化UV硬化性樹脂(M205 SKC Haas Display Film Co.,Ltd.)之外，其餘重複實施例1之程序。
比較例6
除了改採用在固相具有折射係數1.60之未硬化UV硬化性樹脂(M301 SKC Haas Display Film Co.,Ltd.)之外，其餘重複實施例1之程序。
比較例7
除了基於100重量份黏結劑樹脂，改採用65重量份之珠粒之外，其餘重複實施例1之程序。
比較例8
除了基於100重量份黏結劑樹脂，改採用135重量份之珠粒之外，其餘重複實施例1之程序。
比較例9
於實施例1製備之轉移膜作為光學片使用。
如實施例1至6所示，根據本發明所製備之光學片顯示至少85%之霧度、至少85%之總光穿透率、以及至少100%之亮度，含具有良好的外觀、遮蔽力，並且無交界面的刮傷。
如比較例1至4所示，若該扇形角不在130°至150°之範圍，觀察到亮度衰退及有缺陷的外觀。如比較例5及比較例6所示，若該UV硬化性樹脂塗佈層之折射係數不在1.41至1.59之範圍，將獲得非所欲的亮度、霧度及總光穿透率。
再者，如比較例7及比較例8所示，若基於100重量份黏結劑樹脂，所採用珠粒的量不在70至130重量份之範圍，觀察到該 光學片之遮蔽能力受損及交界面的刮傷。
相較於由常見塗佈方法(比較例9)所製備之光學片，根據本發明方法所製備之實施例1至6的光學片證明除了有極佳的交界面刮傷的耐性之外，尚有經改善之亮度。
200‧‧‧第二基板
210‧‧‧凸飾擴散層
220‧‧‧抗結塊層
230‧‧‧填充物

Claims (4)

  1. 一種用於製備光學片之方法，係包含下列步驟：(a)以包含100重量份黏結劑樹脂與70至130重量份球形有機聚合物珠粒之樹脂組成物塗佈於第一基板之一側，然後將其乾燥，以製備具有凸飾表面的轉移膜；(b)以紫外線硬化性(UV硬化性)樹脂塗佈於第二基板之一側，並且將該轉移膜與該第二基板積層，以提供其中該轉移膜的凸飾表面與該第二基板之UV硬化性樹脂塗佈層接觸之積層體；以及(c)將於步驟(b)獲得之該積層體固化，並且自該積層體移除該轉移膜，藉此使該第二基板具有折射係數為1.41至1.59之凸飾擴散層，其中，該轉移膜的凸飾表面具有扇形角(segment angle)130°至150°。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於製備光學片之方法，其中，該有機聚合物珠粒之平均直徑為5至12μm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於製備光學片之方法，其中，該用於UV硬化性樹脂塗佈層之UV硬化性樹脂係包含：(甲基)丙烯酸酯樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚酯(甲基)丙烯酸酯樹脂、矽酮氨酯(甲基)丙烯酸酯樹脂、矽酮聚酯(甲基)丙烯酸酯樹脂、氟氨酯(甲基)丙烯酸酯樹脂，或其等之混合物。
  4. 一種由申請專利範圍第1項所述之方法所製備之光學片，其包含基板及形成於該基板之一側並具有折射係數1.41至1.59的凸飾擴散層。
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