TWI648332B - 具有高滑動特性以及阻絕uv光絕佳特性的光學膜以及包含此光學膜的偏光板 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種雙向拉伸之光學膜以及包括此光學膜 的偏光板。根據本發明之光學膜具有一種特徵，即其即使在使用不含有具有環結構之單體的丙烯酸類樹脂時仍具有阻絕UV光之絕佳特性且呈現高滑動特性，且因此能夠自捲繞。

Description

具有高滑動特性以及阻絕UV光絕佳特性的光 學膜以及包含此光學膜的偏光板
[相關申請案之交叉參考]
本申請案主張2016年9月20日在韓國智慧財產局申請之韓國專利申請案第10-2016-0120101號以及2017年9月18日在韓國智慧財產局申請之韓國專利申請案第10-2017-0119827號的權益，所述申請案之揭露內容以全文引用之方式併入本文中。
本發明係關於一種具有高滑動特性以及阻絕UV光絕佳特性的光學膜，以及包括此光學膜的偏光板。
液晶顯示裝置使用偏振光。為此目的，使用偏光板，且典型地，使用PVA元件。然而，諸如PVA元件的偏光板其自身具有較弱的機械特性且容易受外部環境(例如，溫度或濕度)影響。因此，需要用於保護偏光板之保護膜。
此保護膜應具有絕佳的光學特性及絕佳的機械特性。TAC膜(三-乙醯基-纖維素膜；Tri-Acetyl-Cellulose Film)已習知 地用作用於在偏光板中使用之PVA元件的保護膜。然而，近年來，已使用具有優於TAC膜的抗熱性及抗吸收性之丙烯酸類膜。
藉由拉伸製程來製備用於保護偏光板之丙烯酸類膜。就此而言，通常使用具有120℃或高於120℃之玻璃轉化溫度的丙烯酸類樹脂，使得在高溫下之尺寸變化較小且可穩定地維持光學特性。此外，為進一步提高丙烯酸類樹脂之尺寸穩定性及光學特性，將環結構引入至其主鏈中，且為此目的，引入賦予抗熱性之具有環結構(cyclic)的單體。然而，當引入具有環結構之單體時，不僅增加原材料之價格，且亦必須在較高溫度下進行處理，此為難以解決的。
同時，丙烯酸類樹脂，尤其聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate；PMMA)具有絕佳的透明度且因此可用作偏光板用保護膜。然而，玻璃轉化溫度較低且因此在高溫下鬆開拉伸滯後，這導致尺寸穩定性之降低。另外，當拉伸聚甲基丙烯酸甲酯且將其製成膜時，存在一個問題，即對PVA元件(其為偏光板)之膠黏性視拉伸條件而變化。
此外，用於保護偏光板之丙烯酸類膜由於摩擦具有較大的靜電且具有在膜之間與彼此接觸黏連的嚴重阻絕(blocking)現象。因此，對於膜之捲繞，有必要使用聚烯烴類型或聚酯類型的光罩膜(masking film)或引入能夠賦予滑動特性的底塗層。然而，在移除此類光罩膜之過程中，跡線可保留於丙烯酸類膜上，此可導致丙烯酸類膜之質量的降低。此外，不僅存在對用於添加或移除光罩膜或用於引入底塗層之設備的需求，且亦存在由於使用額外膜或底塗劑而增加產品單價的經濟問題。
因此，本發明人進行了廣泛研究，以製備一種光學膜，所述光學膜即使在使用不含有在其主鏈中具有環結構之單體的丙烯酸類樹脂時仍能夠不僅具有阻絕UV光之絕佳特性且亦展現高滑動特性，以便能夠在不使用單獨的光罩膜之情況下自捲繞(self-winding)。因此，發明人發現藉由含有紫外光吸收劑及有機粒子且如稍後描述拉伸所述膜而製備之光學膜滿足以上要求，由此完成本發明。
本發明之一個目標是提供一種具有高滑動特性以及阻絕UV光絕佳特性的雙向拉伸之光學膜。
本發明之另一目標是提供一種包含雙向拉伸之光學膜的偏光板。
為實現以上目標，本發明提供一種包含基底層的雙向拉伸之光學膜，其中所述基底層包含丙烯酸類樹脂、具有0.3微米(μm)至3微米之平均粒徑的聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子以及紫外光吸收劑，且所述光學膜具有0.7或小於0.7的膜間靜態摩擦係數。
丙烯酸類樹脂具有絕佳的透明度且因此可用作光學膜，尤其用作偏光板用保護膜。然而，當將丙烯酸類樹脂製備為膜時，必須使用拉伸製程以便增加機械強度，但因為丙烯酸類樹脂具有較低的玻璃轉化溫度，故藉由拉伸製備之光學膜具有在高溫下鬆開拉伸滯後的問題，其導致尺寸穩定性之降低。為改善此問題，提 出了在丙烯酸類樹脂之主鏈中引入環結構的方法，但不僅製備方法複雜且基礎材料成本增加，且亦必須在更高溫度下執行處理。
此外，為捲繞偏光板保護膜，需要使用光罩膜或底塗層以免造成阻絕現象，但由於其之使用而存在質量降低及單價增加的問題。
因此，在本發明中，提供一種雙向拉伸之光學膜，其藉由使用如稍後所描述之丙烯酸類樹脂中之紫外光吸收劑不僅具有阻絕UV光絕佳特性，且亦由於因引入有機粒子而造成表面之不均勻性而具有高滑動特性，且因此不需要使用另一光罩膜。
在下文中將更詳細地描述本發明。
丙烯酸類樹脂
如本文中所使用，術語「丙烯酸類樹脂」是指藉由丙烯酸酯類單體之聚合而製備的樹脂，且為構成本發明中之基底層的主要組分。特定言之，「丙烯酸類樹脂」具有其在主鏈中不含有環結構的特徵。
較佳地，丙烯酸酯類單體在主鏈中不具有環結構，且可使用由下列所構成的族群中選出之至少一者：甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯以及甲基丙烯酸苯甲脂。
另外，按需要，丙烯酸類樹脂可更包含苯乙烯類單體，諸如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、對甲基苯乙烯、間甲基苯乙烯、苯甲醯苯乙烯或丙烯腈。
丙烯酸類樹脂具有100℃至120℃的玻璃轉化溫度。若玻璃轉化溫度小於100℃，則當生產為膜時存在熱穩定性降低的問 題。
此外，丙烯酸類樹脂具有100,000公克/莫耳(g/mol)至150,000公克/莫耳的重量平均分子量。若重量平均分子量小於100,000公克/莫耳，則當生產為膜時存在機械特性降低的問題，且若重量平均分子量超過150,000公克/莫耳，則存在其將難以進行擠壓處理的問題。
特定言之，丙烯酸類樹脂可為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，其為甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸甲酯之共聚物。具體而言，甲基丙烯酸甲酯及/或丙烯酸甲酯可用作丙烯酸酯類單體。較佳地，丙烯酸類樹脂包含90重量%至99重量%之甲基丙烯酸甲酯及1重量%至10重量%之丙烯酸甲酯單體。丙烯酸甲酯用於抑制共聚物之降解。
除使用除甲基丙烯酸甲酯外的丙烯酸甲酯之外，可藉由已知方法來製備聚甲基丙烯酸甲酯。舉例而言，其可藉由諸如乳液聚合、乳液-懸浮液聚合、懸浮液聚合等之方法來製備。此外，為將丙烯酸甲酯單體引入至聚甲基丙烯酸甲酯之末端中，可首先聚合聚甲基丙烯酸甲酯，且接著可聚合丙烯酸甲酯單體。
聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子
如本文中所使用，術語「聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子」區別於無機細粒子，諸如氧化矽、氧化鋯、氧化鋅或類似者，且是指藉由使用呈50重量%或大於50重量%之量的(甲基)丙烯酸酯類單體所製備的聚合粒子。此時，聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子區別於彈性聚合物或包含為硬粒子之彈性層的軟粒子，以及不具有彈性的有機粒子(bead)。
引入聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子以便使得能夠藉由賦予本發明之光學膜之表面滑動特性來自捲繞。具體而言，聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子分散於上文所描述之丙烯酸類樹脂及聚碳酸酯樹脂中以向膜之表面賦予不均勻性，由此改良光學膜之滑動特性。滑動特性之改良可如稍後將描述藉由量測膜之間的摩擦係數來確認。可以看出根據本發明之光學膜呈現0.7或小於0.7的膜間靜態摩擦係數且因此具有高滑動特性。
為了使基底層中所含有之聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子即使在對雙向拉伸之光學膜的表面賦予不均勻性時仍不降低透光率，有機粒子之平均粒徑在0.3微米至3微米之範圍內。若有機粒子之粒徑小於0.3微米，則可在光學膜之表面上形成太小的不均勻性，且因此由於膜間摩擦係數之增加可不易自捲繞。若粒徑超過3微米，不僅表面霧度增加及膜之透光率減小，而且可在擠壓處理期間造成問題。較佳地，聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子之粒徑可為0.35微米至2微米，或0.4微米至1.5微米。
此外，聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子可為單分散粒子。具體而言，聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子較佳具有-20%至+20%之粒徑分佈。藉由使用具有以上分佈之有機粒子，有可能預防霧度之增加及光學膜之透光率之減小。
另外，聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子可為經交聯聚合物粒子。具體而言，聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子可為具有其中用交聯劑交聯由衍生自(甲基)丙烯酸酯類單體之重複單元組成的主鏈的結構的經交聯聚合物粒子。當使用經交聯聚合物粒子時，其與未經交聯聚合物粒子相比具有絕佳的抗熱性，因此其為較佳的。
具體而言，作為(甲基)丙烯酸酯類單體，可使用由下列所構成之族群中選出的一或多種(甲基)丙烯酸酯類單體：(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸第三丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸十八烷酯、(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸縮水甘油酯、(甲基)丙烯酸二甲胺基乙酯以及(甲基)丙烯酸二乙胺基乙酯，但不限於此。
另外，作為交聯劑，可使用由下列所構成之族群中選出的一或多種單體化合物或單分子化合物：乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、2,2-二甲基丙烷-1,3-二(甲基)丙烯酸酯、1,3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化雙酚A二(甲基)丙烯酸酯、聚(丁二醇)二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三乙氧基三(甲基)丙烯酸酯、甘油基丙氧基三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二乙烯苯(divinylbenzene；DVB)、乙烯基胺基甲酸酯、二烯丙醚、二烯丙酯、乙烯基聚酯、三乙烯基苯、二乙烯甲苯、二烯丙基氧基乙酸、二乙烯基吡啶、二乙烯基萘、乙烯基二甲苯、二乙二醇二乙烯醚、雙丙烯醯胺、三聚氰酸三烯丙酯、三乙烯基環己烷、二乙烯 基矽烷、三乙烯基矽烷、二甲基二乙烯基矽烷、二乙烯基甲基矽烷、甲基三乙烯基矽烷、二苯基二乙烯基矽烷、三乙烯基苯基矽烷、二乙烯基甲基苯基矽烷、四乙烯基矽烷、二甲基乙烯基二矽氧烷、聚(甲基乙烯基矽氧烷)、聚(乙烯基氫矽氧烷)以及聚(苯基乙烯基矽氧烷)，但不限於此。
另外，聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子可經選擇以使得為基底層之主要組分的丙烯酸類樹脂(尤其聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))之折射率之間的差值(1.49)變成0.05或小於0.05。由於細粒子與細粒子分散於其中之樹脂之間的折射率之差值較大，此是用於防止內部霧度因膜之散射而增加。
因此，聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子之折射率較佳為1.44至1.54。
聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子之10%的熱分解溫度(Thermal Degradation；Td，在空氣中)可為250℃或高於250℃。此時，「有機粒子之10%的熱分解溫度」意謂在藉由熱解重量分析來量測時，在有機粒子之重量減少的比例藉由熱分解達到10%時的溫度。具有小於250℃之熱分解溫度的有機粒子並不具有充足的抗熱性且因此可在拉伸及/或模製處理膜期間分解以產生煙霧(fume)、氣泡等，此可造成膜之外觀缺陷。具體而言，有機粒子之10%的熱分解溫度(Td)較佳為250℃至270℃。
因此，在具有彈性之軟粒子，而非本發明之諸如聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子之硬粒子的情況下，其具有較低的熱分解溫度，且因此熱穩定性降低且在擠壓處理時熱分解以產生煙霧，此可造成膜之外觀較差的問題。
有機粒子按丙烯酸類樹脂及聚碳酸酯之100重量份計可佔0.01重量份至0.5重量份的量。當含量小於0.01重量份時，由於膜間摩擦係數增加而不可能自捲繞。若含量大於0.5重量份，則膜之霧度可因膜之表面不均勻性增加而增加，且膜可在拉伸時斷裂。較佳地，有機粒子之含量(重量份)按丙烯酸類樹脂及聚碳酸酯之100重量份計為0.05重量份或大於0.05重量份，或0.06重量份或大於0.06重量份，或0.07重量份或大於0.07重量份，以及0.4重量份或小於0.4重量份，或0.3重量份或小於0.3重量份，或0.2重量份或小於0.2重量份。
紫外光吸收劑
在本發明中，紫外光吸收劑含於基底層中且用於有效地阻絕自外部進入的紫外光。
作為可用於本發明中之紫外光吸收劑，可在無特定限制之情況下使用根據本發明之雙向拉伸之光學膜，只要其在光學膜具有40微米之厚度的條件下可具有20%或小於20%，較佳地10%或小於10%的在380奈米(nm)波長下之透光率。舉例而言，作為紫外光吸收劑，可使用所屬領域中眾所周知的苯甲酮類紫外光吸收劑、苯并三唑類紫外光吸收劑、三嗪類紫外光吸收劑、水楊酸酯類紫外光吸收劑以及類似者。
其中，三嗪類紫外光吸收劑是較佳的。在此情況下，熱穩定性及紫外光吸收效果為絕佳的，且因此即使在以適當量含有時可獲得足分的紫外光阻絕效果。此外，可防止在膜形成過程期間可發生的煙霧(fume)現象或遷移(migration)現象。三嗪類紫外光吸收劑之實例包含具有作為主要組分的2,4,6-聯三苯-1,3,5-三嗪構 架之化合物，且可在無特定限制之情況下使用所屬領域中可市購之各種三嗪類紫外光吸收劑。
紫外光吸收劑按丙烯酸類樹脂之100重量份計較佳佔0.1重量份至5重量份的量。若紫外光吸收劑之含量小於以上範圍，則其不具有充足的紫外光阻絕效應。若紫外光吸收劑之含量超過以上範圍，則存在問題：當紫外光吸收劑在產生光學膜之過程中分解時，發生遷移出膜的遷移現象。
基底層
在本發明中，將基底層製備為含有如上文所描述之丙烯酸類樹脂、有機粒子及紫外光吸收劑的組成物。舉例而言，丙烯酸類樹脂、有機粒子及紫外光吸收劑經熔融捏合以形成組成物，其接著形成為未經拉伸之膜，由此製備所述基底層。
此外，基底層可更包含用於控制延遲之延遲控制劑。當拉伸丙烯酸類樹脂時，其具有其中折射率在與拉伸方向垂直之方向上增加的負雙折射特性。因此，為實現延遲，需要具有其中折射率在拉伸方向上增加的正雙折射特性的延遲控制劑。
較佳地，延遲控制劑可使用聚碳酸酯。如本文中所使用，術語「聚碳酸酯」藉由使芳族二醇化合物與碳酸酯前驅體反應來形成，且可藉由界面聚合或溶液聚合來製備。舉例而言，其可藉由雙酚A與光氣之界面聚合來製備。
當另外包含聚碳酸酯時，考慮到其與丙烯酸類樹脂之相容性，聚碳酸酯之重量平均分子量較佳為10,000至20,000。當聚碳酸酯之重量平均分子量超過20,000時，與丙烯酸類樹脂之相容性降低，且整體上形成不透光組成物，其對於用作光學膜不為較佳的。
此外，聚碳酸酯按丙烯酸類樹脂及聚碳酸酯之總重量計佔10重量%或小於10重量%的量。若其之含量超過10重量%，則形成不透光組成物作為整體，其不為較佳的。此外，較佳地，聚碳酸酯按丙烯酸類樹脂及聚碳酸酯之總重量計佔1重量%或大於1重量%，或2重量%或小於2重量%的量。
此外，按需要，組成物可包含添加劑，諸如熱穩定劑、潤滑劑以及類似者。此時，添加劑可在不減弱所述組成物之物理特性的範圍內佔適當的量，且可按整個組成物之100重量份計佔例如0.1重量份至5重量份的量。
此外，作為一種用於由組成物製備膜的方法，可使用所屬領域中已知之任何方法，例如溶液澆鑄方法、擠壓方法或類似者。在一個實例中，可使用熔融擠壓模製方法。
具體而言，用於光學材料之樹脂組成物經乾燥以移除水分，且接著將擠壓機自原料料斗(hopper)饋入單螺桿或雙螺桿擠壓機，且在高溫下熔融組成物以獲得原料丸粒。接著乾燥由此獲得之原料丸粒，藉由單螺桿擠壓機自原料料斗熔融至擠壓機且接著穿過衣架式T型模具，由此經由經鉻電鍍之澆鑄輥、冷卻輥以及類似者形成膜。此時，膜模製溫度較佳為150℃至350℃，更佳地200℃至300℃。同時，如上文所描述，當藉由T型模具方法形成膜時，將T型模具附著至已知單螺桿擠壓機或雙螺桿擠壓機之尖端，且捲繞以膜之形式擠壓之膜以獲得卷狀膜。此外，聚合物過濾器可用於在膜模製期間移除外來物質。
底塗層
光學膜可更包含形成於基底層之一個表面上的底塗層。 此時，按需要，底塗層形成於基底層之一個表面上以附著至偏光板。當藉由如稍後描述之雙向拉伸產生光學膜時，可改良對偏光板(例如，PVA元件)之膠黏性。此外，在塗佈光學膜之表面時，底塗層可防止膜被塗佈液體侵蝕。
底塗層包含聚酯類樹脂、聚胺酯類樹脂或其混合物。當底塗層包含聚酯類樹脂及聚胺酯類樹脂兩者時，其包含70重量份至95重量份之聚酯類樹脂及5重量份至30重量份之聚胺酯類樹脂。
聚酯類樹脂是指包含藉由使主鏈中之羧酸與醇反應所形成之酯基的樹脂。較佳地，其可為水分散性聚酯樹脂，且更佳地，可包含藉由使多元酸(polybasic acid)與多元醇(polyol)反應所形成之聚酯二醇。
此外，聚胺酯類樹脂是指包含胺基甲酸酯重複單元之樹脂，其藉由在主鏈中之異氰酸酯與多元醇之間反應而形成。在本文中，異氰酸酯為具有兩個或多於兩個NCO基的化合物，且多元醇為具有兩個或多於兩個羥基的化合物，且其之實例包含聚酯類多元醇、聚碳酸酯類多元醇、聚醚多醇以及類似者，但不限於此。
此外，按需要，底塗層可更包含水分散性細粒子及水分散性交聯劑。作為水分散性細粒子，可使用由下列所構成之族群中選出的至少一者：矽石、二氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯以及銻類細粒子，且較佳地可使用矽石。當使用矽石時，可較佳地使用膠態矽石。水分散性細粒子之直徑為50奈米至500奈米，較佳地100奈米至300奈米。
底塗層可藉由塗佈包含聚酯類樹脂及聚胺酯類樹脂之底塗劑溶液來製備，且塗佈方法不受特定限制。舉例而言，可使用棒 塗法(bar coating method)、微型凹版塗佈法(microgravure coating method)、槽模塗佈法(slot die coating method)、逗點塗佈法(comma coating method)以及類似者。
此外，按需要，底塗層可具有抗靜電特性。為此目的，底塗層可包含呈0.1重量%至10重量%之量的界面活性劑、有機鹽、無機鹽、導電填充劑、導電聚合物、嵌段共聚物、金屬氧化物以及類似者。此外，按需要，底塗層可具有阻絕UV特性。為此目的，底塗層可包含呈0.1重量%至10重量%之量的紫外光吸收劑。紫外光吸收劑不受特定限制，只要其用於光學膜，且可使用例如三嗪類紫外光吸收劑、苯并三唑類紫外光吸收劑或苯并酚類紫外光吸收劑。
當使用前述底塗層時，基底層與底塗層之間的黏著強度是絕佳的，且甚至在雙向拉伸基層與底塗層時，底塗層之膠黏性可經改良，同時維持各層之特性。
雙向拉伸之光學膜
根據本發明之雙向拉伸之光學膜包含前述基底層。雙向拉伸意謂包含基底層之未經拉伸之膜經雙向拉伸。具體而言，雙向拉伸意謂包含基底層之未經拉伸之膜在縱向方向上經單向拉伸且接著在橫向方向上經拉伸，或未經拉伸之膜在橫向方向經單向拉伸且接著在縱向方向上經拉伸。
在此情況下，雙向拉伸之光學膜藉由包含以下步驟之製備方法來製備：製備包含上文所描述之基底層之未經拉伸之膜；且雙向拉伸未經拉伸之膜。
替代地，必要時，雙向拉伸之光學膜藉由包含以下步驟之製備方法來製備：藉由形成前述基底層及所述基底層上之底塗層 來製備未經拉伸之膜；且雙向拉伸所述未經拉伸之膜。替代地，雙向拉伸之光學膜藉由包含以下步驟之製備方法來製備：在縱向方向上單向拉伸前述基底層；在經單向拉伸之基底層上形成底塗層；以及在橫向方向上拉伸基底層及底塗層。
較佳地，拉伸放大倍數為縱向方向(Machine Direction；MD方向)上的1.2倍至3.0倍及橫向方向(Transverse Direction；TD方向)上的1.5倍至4.0倍。拉伸對準聚合物且對根據拉伸度所製備之雙向拉伸之光學膜的特性有影響。更佳地，在MD方向上之拉伸放大倍數與在TD方向之拉伸放大倍數的比率(TD拉伸放大倍數/MD拉伸放大倍數)為1.0至2.5。
此外，較佳的，基於玻璃轉化溫度在-10℃至+20℃之溫度範圍內執行拉伸。拉伸溫度對雙向拉伸之光學膜的膠黏性有影響，且若溫度在所述範圍之外，則存在膠黏性可能不充足的問題。
此外，根據本發明之雙向拉伸之光學膜具有絕佳的尺寸穩定性，且為評估此類熱尺寸穩定性，引入被稱為熱收縮溫度(Temperature of Thermal Shrinkage；TTS)之變量。
TTS是指以拉伸步驟製備之光學膜在鬆開拉伸滯後時開始急劇地收縮時的溫度。具體而言，當將溫度施加至光學膜時，其是指在光學膜隨著溫度增加而擴展之後開始收縮時的溫度。較佳地，根據本發明之雙向拉伸之光學膜在MD方上的TTS及在TD方向上的TTS分別為95℃或高於95℃，且較佳地100℃至120℃。
同時，根據本發明之雙向拉伸之光學膜的厚度可按需要經恰當地調節，且例如其可較佳為10微米至100微米。
同時，如上文所描述，根據本發明之雙向拉伸之光學膜由 於有機粒子之引入而在膜之表面上具有奈米尺寸之不均勻結構且因此呈現0.7或小於0.7的膜間靜態摩擦係數。當靜態摩擦係數超過0.7時，由於膜之間的摩擦可發生阻絕現象，且不可能自捲繞。較佳地，雙向拉伸之光學膜具有0.6或小於0.6、0.5或小於0.5，或0.45或小於0.45的膜間靜態摩擦係數。靜態摩擦係數愈低，滑動特性就愈好。因此，其之下限不受限制，但其之下限可為例如0.01或大於0.01、0.05或大於0.05、0.1或大於0.1，或0.2或大於0.2。
此外，雙向拉伸之光學膜的膜間動態摩擦係數可為0.7或小於0.7。較佳地，雙向拉伸之光學膜的膜間動態摩擦係數可為0.6或小於0.6、0.5或小於0.5，或0.45或小於0.45，且其之下限可為例如0.01或大於0.01、0.05或大於0.05、0.1或大於0.1，或0.2或大於0.2。
靜態摩擦係數可根據在對兩個接觸光學膜施加恆定負載之後，兩個膜中之一者開始在靜態狀態中移動時的負載值來量測。動態摩擦係數可根據在對兩個接觸光學膜施加恆定負載之後，在所述膜中之一者的移動期間的負載值來量測。
同時，雙向拉伸之光學膜的不均勻表面形狀可藉由量測表面之平均粗糙度(Ra)來確認。
具體而言，雙向拉伸之光學膜之表面的平均粗糙度(Ra)可為4奈米至30奈米。當平均粗糙度(Ra)歸因於表面不均勻性而小於4奈米時，滑動特性由於膜間摩擦係數值之增加而不可能良好。當平均粗糙度(Ra)超過30奈米時，膜之霧度可增加。具體而言，表面之平均粗糙度(Ra)較佳為4.5奈米至20奈米，更佳地4.5奈米至10奈米。
在此，平均表面粗糙度(Ra)表示表面之不均勻形狀之高 度的絕對值的算術平均值，其藉由以下數學公式1來計算且可藉由原子力顯微法(Atomic Force Microscopy；AFM)來量測。
在數學公式1中，L意謂執行量測之參考長度，且函數f(x)意謂經由量測獲得之粗糙度曲線。
此外，雙向拉伸之光學膜之內部霧度為0.5%或小於0.5%，且外部霧度可為0.3%至3.5%。在光學膜展示以上範圍之霧度的情況下，有機粒子之引入呈現高滑動特性且不降低透光率，使得其可適用作偏光板用保護膜。較佳地，雙向拉伸之光學膜的內部霧度可大於0及0.3%或小於0.3%，且外部霧度可為0.4%至1.0%。
在此，雙向拉伸之光學膜的內部霧度可藉由將具有0霧度之壓敏膠黏劑附著至表面以製備平坦化層，或藉由將平坦化層塗佈至經鹼處理之表面上來量測。光學膜之外部霧度可藉由自總霧度減去內部霧度值來量測，所述總霧度是藉由量測膜本身之霧度而獲得的。
此外，根據本發明之光學膜具有阻絕UV光之絕佳特性。具體而言，光學膜具有以下特徵：在光學膜之厚度為40微米的條件下，在380奈米波長下之透光率為20%或小於20%，較佳10%或小於10%。此是因為紫外光吸收劑含於基底層中。較佳地，在380奈米下之透光率為9%或小於9%、8%或小於8%、7%或小於7%、6%或小於6%，或5%或小於5%。此外，在380奈米下之透光率的值愈小，理論上下限為0%愈好，例如其之下限可為0.5%、1%或2%。透光率 可藉由日立(Hitachi)製造之諸如U-3310的光譜測定裝置來量測。
偏光板
此外，本發明提供一種偏光板，其包括偏光片及提供於所述偏光片之至少一個表面上的上文所提及之雙向拉伸之光學膜。如上文所描述，根據本發明之雙向拉伸之光學膜可用作偏光板用保護膜且因此，其可補充偏光板之機械特性且保護偏光板免受外部環境影響，例如免受溫度或濕度的影響。
如本文中所使用，偏光板意謂其中包含偏光片及保護膜的情況。作為偏光片，可使用由包含碘或二色性染料的聚乙烯醇(polyvinyl alcohol；PVA)組成之膜。偏光片可藉由將碘或二色性染料浸沒至PVA膜中來製備，但其之製備方法不受特定限制。
此外，可將根據本發明之保護膜提供於偏光片之兩個表面上，或可將其提供於偏光片之僅一個表面上。當將本發明之光學膜提供於偏光片之一個表面上時，在另一表面上，可在無限制之情況下使用所屬領域中眾所周知的偏光片保護膜，諸如丙烯酸類膜、TAC膜、PET膜、COP膜、PC膜、降冰片烯類膜或類似者。
保護膜及偏光片可藉由紫外光固化膠黏劑來膠黏，所述紫外光固化膠黏劑為在所屬領域中常用的水類膠黏劑或非水性膠黏劑。此時，無論應用保護膜之底塗層的表面或未應用底塗層的表面，可執行膠黏劑之應用。具體而言，作為膠黏劑，可在無限制之情況下使用聚乙烯醇類膠黏劑、(甲基)丙烯酸酯類膠黏劑、烯/巰基類膠黏劑、不飽和聚酯類膠黏劑、環氧基膠黏劑或胺基甲酸酯類膠黏劑。
此外，本發明提供一種包含偏光板之影像顯示裝置，且更 佳地其可為液晶顯示裝置。舉例而言，根據本發明之液晶顯示裝置為包含液晶單元及各自提供液晶單元之兩個表面之第一偏光板及第二偏光板的液晶顯示裝置，其中第一偏光板及第二偏光板中之至少一者為根據本發明之偏光板。在此情況下，提供於來自液晶單元之偏光板的對置側上之光學膜或偏光片保護膜較佳為含有紫外光吸收劑的根據本發明之保護膜，且此外，其可經受表面塗佈，諸如AG塗佈(防眩光(anti-glare)塗佈)、LR塗覆(低反射(low reflection)塗佈)以及類似者。
如上文所描述，根據本發明之雙向拉伸之光學膜即使在使用不含有具有環結構之單體的丙烯酸類樹脂時仍具有阻絕UV光之絕佳特性且呈現高滑動特性，且因此能夠自捲繞。
在下文中，呈現較佳實施例以有助於理解本發明。然而，僅提供以下實例以有助於理解本發明，且本發明之範疇不限於此。
製備實例1：聚甲基丙烯酸甲酯
將含有98重量%之甲基丙烯酸甲酯及2重量%之丙烯酸甲酯的1000公克之單體混合物添加至5公升反應器中，且添加並溶解2000公克之蒸餾水、8.4公克之5%聚乙烯醇溶液(POVAL PVA217， 由可樂麗(Kuraray)製造)以及0.1公克硼酸作為分散助劑。向其中添加2.5公克之正辛基硫醇作為鏈轉移劑以及1.5公克之2,2'-偶氮二異丁腈作為聚合起始劑且使其分散於水相中，同時在400轉/分鐘下攪拌以製備懸浮溶液。使溫度升高至80℃以進行聚合90分鐘，且接著使所得物冷卻至30℃。由此獲得之珠粒經蒸餾水洗滌、脫水且接著乾燥以製備聚甲基丙烯酸甲酯樹脂。量測所製備樹脂之玻璃轉化溫度及分子量，且結果是，玻璃轉化溫度為114℃，且重量平均分子量為120,000公克/莫耳。使用由梅特勒托萊多(Mettler Toledo)製造之示差掃描熱量計(differential scanning calorimeter；DSC)在10℃/分鐘之溫度上升速率下量測玻璃轉化溫度。
製備實例2：聚碳酸酯
作為聚碳酸酯，使用具有134℃之玻璃轉化溫度及16,000公克/莫耳之重量平均分子量的聚碳酸酯樹脂(UF 1004A，由樂金化學(LG Chem)製造)。
實例1至實例3
分別如下表1中所展示添加製備實例1中製備之聚甲基丙烯酸甲酯及製備實例2之聚碳酸酯，向其中添加如下表1中所展示之有機粒子(由綜研化學株式會社(Soken Chemical & Engineering)製造之MX-80H 3WT，一種具有1.49之折射率及0.8微米之平均粒徑的球形交聯丙烯酸聚合物單分散粒子)及紫外光吸收劑(LAF70，由艾迪科(Adeka)製造)。抗氧化劑(Irganox 1010，由巴斯夫(BASF)製造)以0.4phr之量添加且經乾式摻合，隨後用雙螺桿擠壓機混合以製備樹脂組成物。樹脂組成物在265℃下熔融且經由T型模具以薄片之形式進行擠壓澆鑄以獲得具有180微米之厚度的 薄片。
光學膜藉由使用如下表1中所展示之拉伸溫度及拉伸放大倍數雙向拉伸未經拉伸之膜來製備。
實例4
除使用具有1.49之折射率及0.4微米之平均粒徑的球形有機粒子(MX-80H3WT，由綜研化學株式會社製造)之外，以與實例1中相同之方式來製備光學膜。
比較實例1
除不使用紫外光阻絕劑之外，以與實例3中相同之方式來產生未經拉伸之膜。光學膜藉由使用如下表1中所展示之拉伸溫度及拉伸放大倍數雙向拉伸未經拉伸之膜來製備。
比較實例2
除不使用有機粒子及紫外光阻絕劑之外，以與實例3中相同之方式來產生未經拉伸之膜。光學膜藉由使用如下表1中所展示之拉伸溫度及拉伸放大倍數雙向拉伸未經拉伸之膜來製備。
比較實例3
除不使用紫外光阻絕劑，且添加有機粒子(由綜研化學株式會社製造在SX-130H，一種具有1.59之折射率及3微米之平均粒徑的球形交聯苯乙烯單分散粒子)而非實例之有機粒子之外，以與實例3中相同之方式來產生未經拉伸之膜。光學膜藉由使用如下表1中所展示之拉伸溫度及拉伸放大倍數雙向拉伸未經拉伸之膜來製備。
比較實例4
除不使用有機粒子之外，以與實例1中相同之方式來產生 未經拉伸之膜。光學膜藉由使用如下表1中所展示之拉伸溫度及拉伸放大倍數雙向拉伸未經拉伸之膜來製備。
比較實例5
除添加有機粒子(由綜研化學株式會社製造在SX-130H，一種具有1.59之折射率及3微米之平均粒徑的球形交聯苯乙烯單分散粒子)而非實例之有機粒子之外，以與實例1中相同之方式來產生未經拉伸之膜。光學膜藉由使用如下表1中所展示之拉伸溫度及拉伸放大倍數雙向拉伸未經拉伸之膜來製備。
比較實例6
除添加有機粒子(一種具有1.49之折射率及0.2微米之平均粒徑的球形交聯丙烯酸粒子)而非實例之有機粒子之外，以與實例2中相同之方式來產生未經拉伸之膜。光學膜藉由使用如下表1中所展示之拉伸溫度及拉伸放大倍數雙向拉伸未經拉伸之膜來製備。
比較實例7
除如下表1中所展示使用有機粒子之含量之外，以與實例2中相同之方式來產生未經拉伸之膜。光學膜藉由使用如下表1中所展示之拉伸溫度及拉伸放大倍數雙向拉伸未經拉伸之膜來製備。
實驗實例
藉由以下方法來評估在以上實例及比較實例中製備之光學膜。
1)TTS(熱收縮溫度；Temperature of Thermal Shrinkage)：在製備具有10毫米×4.5毫米之尺寸的樣本之後用TA TMA(Q400) 裝置來量測光學膜。具體而言，當在10℃/分鐘之溫度上升速率及0.02牛頓之負載條件下施加溫度時，將樣本在MD方向及TD方向上擴展之後開始收縮時的拐點溫度(切線斜率為0)設置為TTS值。
2)延遲值：使用雙折射儀錶(AxoScan，由Axometrics製造)量測在550奈米波長下之延遲值。根據其中折射率在光學膜之平面中最大的方向上的折射率(nx)、與nx垂直之方向上的折射率(ny)、在光學膜之厚度方向上的折射率(nz)以及光學膜之厚度(d，奈米)之量測值，根據以下數學公式計算平面內延遲(Rin)及厚度方向上的延遲(Rth)。
Rin(nm)=(nx-ny)×d
Rth(nm)=(nz-ny)×d
3)透光率：使用光譜測定裝置(U-3310，由日立製造)來量測在380奈米之波長下的透光率。此時，光學膜之厚度為40微米。
4)霧度值：光學膜之總霧度是內部霧度與外部霧度之總和。總霧度及內部霧度藉由以下方式來量測，且接著外部霧度藉由所量測之總霧度與內部霧度之間的差值來計算。具體而言，根據JIS K 7105標準使用霧度量測裝置(HM-150，一種光源，村上株式會社(Murakami Co.))量測霧度三次，且計算相應的平均值以獲得總霧度。此外，為使所製造之光學膜的表面平坦，將具有0霧度之膠黏劑附著至表面，且接著將外部不均勻性內嵌於膠黏劑中。此後，用霧度量測裝置量測霧度三次，且接著計算平均值以獲得內部霧度。隨後，自所獲得之總霧度值減去內部霧度值來獲得外部霧度。
5)摩擦係數：根據ASTM D1894中所展示的膜之靜態摩擦係 數量測標準，將恆定負載施加至兩個接觸光學膜且接著量測在兩個膜中之一者開始在靜態狀態中移動時的力，且量測膜間靜態摩擦係數。
6)平均表面粗糙度(Ra)：根據以上數學公式1經由輕敲模式來量測光學膜之平均表面粗糙度(Ra)，在所述輕敲模式中，使用AFM(原子力顯微法；Atomic Force Microscopy)以恆定速度輕敲樣本之表面。
結果展示於以下表1及表2中。
如表1及2中所示，根據本發明之實例1至實例4皆呈現5%或小於5%的在380奈米下之透光率且具有較低的霧度以及0.5或小於0.5的摩擦係數。在另一方面，在比較實例1至比較實例3中，由於不包含紫外光吸收劑，確認在380奈米下之透光率較高且基本上上不吸收紫外光吸收劑。在比較實例2及比較實例4中，由於不包含有機粒子，所以不可在膜之表面上形成不均勻性，產生較低的平均粗糙度，且因此不可量測靜態摩擦係數。此外，在比較實例3及比較實例5中，由於使用具有高折射率及較大平均粒徑之有機粒子，確認內部霧度及外部霧度均較高。此外，在比較實例6中，由於使用具有較小平均粒徑之有機粒子，所以膜之表面具有較少不均勻性且靜態摩擦係數較高，由此降低了滑動特性。此外，在比較實例 7中，由於有機粒子之含量較高，所以膜在拉伸時斷裂且因此不可能製造雙向拉伸之光學膜。
因此，確認根據本發明之光學膜即使在具有阻絕UV光之絕佳特性時仍呈現高滑動特性。

Claims (20)

  1. 一種雙向拉伸之光學膜，包括：基底層，其中所述基底層包含丙烯酸類樹脂、具有0.3微米至3微米之平均粒徑的聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子，以及紫外光吸收劑，且所述光學膜具有0.7或小於0.7的膜間靜態摩擦係數，其中所述聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子按所述丙烯酸類樹脂之總100重量份計佔0.01重量份至0.5重量份的量，所述紫外光吸收劑按所述丙烯酸類樹脂之100重量份計佔0.1重量份至5重量份的量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述丙烯酸類樹脂在主鏈中不包含環結構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述丙烯酸類樹脂具有100℃至120℃的玻璃轉化溫度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述丙烯酸類樹脂具有100,000公克/莫耳至150,000公克/莫耳的重量平均分子量。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述丙烯酸類樹脂為甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸甲酯之共聚物。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述丙烯酸類樹脂包含90重量%至99重量%的甲基丙烯酸甲酯及1重量%至10重量%的丙烯酸甲酯單體。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子之10%的熱分解溫度(Td)為250℃或高於250℃。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，其中 所述聚(甲基)丙烯酸酯類有機粒子之折射率為1.44至1.54。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述基底層更包含聚碳酸酯。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述聚碳酸酯具有10,000公克/莫耳至20,000公克/莫耳的重量平均分子量。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述聚碳酸酯按所述丙烯酸類樹脂及所述聚碳酸酯之總100重量份計佔10重量%或小於10重量%的量。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，更包括形成於所述基底層之一個表面上的底塗層。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述底塗層含有聚酯類樹脂、聚胺酯類樹脂，或其混合物。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，其中雙向拉伸之放大倍數是縱向方向上的1.2倍至3.0倍及橫向方向上的1.5倍至4.0倍。
  15. 如申請專利範圍第14項之雙向拉伸之光學膜，其中所述縱向方向上的拉伸放大倍數與所述橫向方向上的拉伸放大倍數之比率(橫向方向拉伸放大倍數/縱向方向拉伸放大倍數)為1.0至2.5。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，其中拉伸溫度按玻璃轉化溫度計屬於-10℃至+20℃之溫度範圍內。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述雙向拉伸之光學膜在所述光學膜具有40微米之厚度的條件下 具有20%或小於20%的在380奈米下之透光率。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述雙向拉伸之光學膜之表面之平均粗糙度(Ra)為4奈米至30奈米。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之雙向拉伸之光學膜，其中所述雙向拉伸之光學膜之內部霧度為0.5%或小於0.5%，且外部霧度為0.3%至3.5%。
  20. 一種偏光板，包括：偏光片；以及提供於所述偏光片之一個表面上的如申請專利範圍第1項至第19項中任一項所述之雙向拉伸之光學膜。
TW106132120A 2016-09-20 2017-09-19 具有高滑動特性以及阻絕uv光絕佳特性的光學膜以及包含此光學膜的偏光板 TWI648332B (zh)

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