TWI801931B - 光學膜以及所形成之顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明實施例提供一種光學膜，包括：偏光子；第一保護膜，設置於偏光子的第一側，具有第一膨脹係數X1；以及第二保護膜，設置於偏光子與第一側相對的第二側，具有第二膨脹係數X2，其中第一膨脹係數X1與第二膨脹係數X2符合以下公式： |X1-X2| ＜ 10  (10 -6/℃) (式一)。

Description

光學膜以及所形成之顯示裝置
本揭露係有關於一種光學膜及其應用。
公共顯示器(Public Information Display, PID)常用於戶外電視牆，因而對耐候性有較高之要求，故所用之保護薄膜多為阻濕性材料，例如:聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚環烯烴等。
過往技術會利用提高保護薄膜玻璃轉化溫度、彈性係數、減少偏光子的收縮應力等方法提升偏光片高溫下抗裂性。但保護薄膜本身於高溫下受熱膨脹導致的應力易使偏光子開裂，往昔未有針對此著墨者。
因此，雖然現有的保護薄膜大致上已經符合多種需求，但並非在各方面皆令人滿意，故目前對於保護薄膜仍有改進之需求。
本發明實施例提供一種光學膜，包括：偏光子；第一保護膜，設置於偏光子的第一側，具有第一膨脹係數X1；以及第二保護膜，設置於偏光子與第一側相對的第二側，具有第二膨脹係數X2，其中第一膨脹係數X1與第二膨脹係數X2符合以下公式： |X1-X2| ＜ 10  (10 -6/℃) (式一)。
本發明實施例提供顯示裝置，包括：顯示面板，具有相對的第一表面和第二表面；第一偏光結構，設置於顯示面板的第一表面上；以及第二偏光結構，設置於顯示面板的第二表面上，其中第一偏光結構與第二偏光結構至少其一包括上述光學膜。
為讓本揭露之特徵明顯易懂，下文特舉出實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下，其他注意事項，請參照技術領域。
以下揭露提供了許多的實施例或範例，用於實施所提供的標的物之不同元件。各元件和其配置的具體範例描述如下，以簡化本發明實施例之說明。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本發明實施例。舉例而言，敘述中若提及第一元件形成在第二元件之上，可能包含第一和第二元件直接接觸的實施例，也可能包含額外的元件形成在第一和第二元件之間，使得它們不直接接觸的實施例。此外，本發明實施例可能在各種範例中重複參考數值以及∕或字母。如此重複是為了簡明和清楚之目的，而非用以表示所討論的不同實施例及∕或配置之間的關係。
再者，其中可能用到與空間相對用詞，例如「在……之下」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」等類似用詞，是為了便於描述圖式中一個（些）部件或特徵與另一個（些）部件或特徵之間的關係。空間相對用詞用以包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時（旋轉90度或其他方位），其中所使用的空間相對形容詞也將依轉向後的方位來解釋。
於文中，「約」、「大約」、「實質上」之用語通常表示在一給定值或範圍的5%內，較佳是3%內，更佳是1%內，或2%之內，或1%之內，或0.5%之內。在此給定的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」、「大約」、「實質上」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「實質上」之含義。
現行公共顯示器(Public Information Display, PID)所用之大尺寸偏光片(例如55~85吋)，若於戶外場合經陽光高溫曝曬，易發生偏光子裂紋，嚴重影響外觀，相較之下，家用顯示器由於並未經陽光高溫曝曬，因此無偏光子開裂的問題。欲解決此問題，需從降低保護薄膜受熱後膨脹應力著手，首先，減少上下保護薄膜膨脹量的差異可改善偏光子的開裂，此外，可限制上下保護薄膜之熱膨脹應力值，降低熱膨脹應力以近一步改善偏光子的開裂。
以下針對本案所提供之光學膜、顯示裝置作詳細說明。應了解的是，以下之敘述提供許多不同的實施例或例子，用以實施本揭露一些實施例之不同樣態。以下所述特定的元件及排列方式僅為簡單清楚描述本揭露一些實施例。當然，這些僅用以舉例而非本揭露之限定。
[光學膜]
根據本發明的一些實施例，光學膜包括偏光子、設置於偏光子之第一側的第一保護膜、以及設置於偏光子與第一側相對之第二側的第二保護膜。上述第一保護膜與第二保護膜分別具有第一膨脹係數X1及第二膨脹係數X2，其中第一膨脹係數X1與第二膨脹係數X2符合以下公式，使得第一保護膜與第二保護膜之膨脹量的差異降低，可改善高溫下膨脹所導致的偏光子開裂問題： |X1-X2| ＜ 10 (10 -6/℃) 優選地，第一膨脹係數X1與第二膨脹係數X2符合以下公式，可更進一步改善高溫下膨脹所導致的偏光子開裂問題： |X1-X2|小於或等於5 (10 -6/℃)。
在一些實施例中，第一保護膜或第二保護膜中至少其一具有一應力F小於0.6N，優選地應力F小於0.45N，其中應力F符合以下公式，可降低保護膜於高溫下受熱膨脹導致的應力，而降低應力導致的偏光子開裂： F = E∙T∙S 其中 F:熱膨脹應力(N)， E:彈性係數(MPa)， T:厚度(mm)， S:膨脹尺寸(mm)， 膨脹尺寸S = 線膨脹係數X∙30℃∙5mm∙10 -6上述膨脹尺寸的公式推導將於後文中詳細說明。
在一些實施例中，第一保護膜及第二保護膜分別具有第一應力F1以及第二應力F2，上述第一應力F1與第二應力F2符合以下公式，藉由減少第一保護膜及第二保護膜受熱膨脹後對位於兩者中間之偏光子造成的應力及剪切力，可改善偏光子開裂的問題： |F1+F2| ＜ 1N |F1-F2| ＜ 0.6 N 優選地，上述第一應力F1與第二應力F2符合以下公式，可進一步降低第一保護膜及第二保護膜受熱膨脹後對偏光子造成的應力及剪切力，降低偏光子的開裂： |F1+F2| ＜ 0.95N |F1-F2| ＜ 0.4N。
本發明藉由估算熱膨脹應力得到最佳的第一、第二保護膜材料的搭配，以提升偏光子於高溫下的抗裂性，在一些實施例中，第一保護膜及第二保護膜的材料可相同或不同，例如是透明性、機械強度、熱穩定性、水分阻隔性等優良之熱可塑性樹脂。熱可塑性樹脂可包含纖維素樹脂，例如乙醯基纖維素(例如：三醋酸纖維素(triacetate cellulose，TAC)、二醋酸纖維素(diacetate cellulose，DAC) )、丙烯酸樹脂(例如：聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate)，PMMA) )、聚酯樹脂(例如，聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二酯)、烯烴樹脂、聚碳酸酯樹脂、環烯烴樹脂、定向拉伸性聚丙烯(oriented-polypropylene，OPP)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(polypropylene，PP)、環烯烴聚合物(cyclic olefin polymer，COP)、環烯烴共聚合物(cyclic olefin copolymer，COC)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC) 、或上述之任意組合。除此之外，第一保護膜及第二保護膜的材料還可為例如下列熱硬化性樹脂或紫外線硬化型樹脂：(甲基)丙烯酸系、胺基甲酸酯系(例如，聚胺基甲酸酯(Polyurethane, PU))、丙烯酸胺基甲酸酯系(例如，聚丙烯酸胺基甲酸酯)、環氧系(例如，環氧樹脂)、聚矽氧系(例如，聚矽氧樹脂)等。第一保護膜材料與第二保護膜的材料優選為具有較低的熱膨脹應力的乙醯基纖維素以及環烯烴聚合物(cyclic olefin polymer，COP)。此外，亦可進一步對上述第一保護膜及第二保護膜實行表面處理，例如，抗眩光處理、抗反射處理、硬塗處理、帶電防止處理或抗污處理等。
在一些實施例中，第一保護層的厚度及第二保護層的厚度可分別獨立為5~90微米，較佳為35~80微米。
在一些實施例中，偏光子的材料可為聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol, PVA）樹脂膜，聚乙烯醇膜可藉由皂化聚醋酸乙烯樹脂製得。聚乙烯醇系樹脂的皂化度通常為約85莫耳%以上。聚醋酸乙烯樹脂的例子包括醋酸乙烯之單聚合物(即聚醋酸乙烯)、以及醋酸乙烯之共聚合物和其他能與醋酸乙烯進行共聚合之單體。其他能與醋酸乙烯進行共聚合之單體的例子包括不飽和羧酸(例如，丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、正丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸甲酯)、烯烴(例如，乙烯、丙烯、1-丁烯、2-甲基丙烯)、乙烯醚(例如，乙基乙烯醚、甲基乙烯醚、正丙基乙烯醚、異丙基乙烯醚)、不飽和磺酸(例如，乙烯基磺酸、乙烯基磺酸鈉)等。作為上述乙酸乙烯酯及可與其共聚合的其他單體之共聚物的具體例，可列舉乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等。聚乙烯醇系樹脂的聚合度，通常為約1000至10000左右，較理想為約1500至5000左右。聚乙烯醇系樹脂可為改質者，例如可使用以醛類改質之聚乙烯甲縮醛、聚乙烯乙縮醛、聚乙烯丁縮醛等。
在一些實施例中，偏光子的厚度為5~35微米，較佳為20~30微米，例如大約25微米。
在一些實施例中，光學膜可更包括黏著層(未繪示)，位於第一保護膜與偏光子之間、以及第二保護膜與偏光子之間。黏著層可包含水系接著劑，一般例如是使用聚乙烯醇系樹脂或胺基甲酸酯樹脂作為水系接著劑的主成分，且為了提高接著性可配合添加異氰酸酯系化合物或環氧化合物般之交聯劑或硬化性化合物而製成之組成物。
在一些實施例中，水系接著劑之主成分是聚乙烯醇系樹脂時，除可使用部分皂化聚乙烯醇及完全皂化聚乙烯醇之外，尚可使用如羧基變性聚乙烯醇、乙醯乙醯基基變性聚乙烯醇、羥甲基變性聚乙烯醇、及胺基變性聚乙烯醇般之經變性之聚乙烯醇系樹脂。這類的聚乙烯醇系樹脂之水溶液可以作為水系接著劑，而水系接著劑中之聚乙烯醇系樹脂之濃度在相對於水100質量份而言，通常為1~10質量份，以1~5質量份為佳。
在一些實施例中，由聚乙烯醇系樹脂之水溶液所構成之水系接著劑中，為了如前述般提高接著性，可配合添加如多價醛、水溶性環氧樹脂、三聚氰胺系化合物、氧化鋯系化合物、及鋅化合物般之硬化性化合物。
[顯示裝置]
本揭露內容的另一實施例是關於一種顯示裝置，其可包含前述任一實施例的光學膜，但本揭露內容不受限於此。根據本揭露內容的一些實施例，所述顯示裝置可為液晶顯示裝置、有機電致發光顯示裝置、或電漿顯示裝置等顯示器。
第1圖係根據一些實施例，繪示一種顯示裝置的剖面圖。如第1圖所示，顯示裝置1包括顯示面板10、第一偏光結構20、以及第二偏光結構30。顯示面板10具有相對的第一表面10A和第二表面10B。第一偏光結構20設置於顯示面板10的第一表面10A上，第二偏光結構30設置於顯示面板10的第二表面10B上，其中第一偏光結構20與第二偏光結構30至少其一包括前述任一實施例的光學膜。
如第1圖所示，在一些實施例中，第一偏光結構20包括第一膠層220以及光學膜210，第一膠層220可黏合至顯示面板10的第一表面10A，光學膜210設置於第一膠層220上。在一些實施例中，第一膠層220和光學膜210的總厚度可為15微米~160微米，較佳的厚度範圍為60微米~110微米。
繼續參照第1圖，在一些實施例中，第二偏光結構30包括第二膠層320以及光學膜310，第二膠層320可黏合至顯示面板10的第二表面10B，光學膜310設置於第二膠層320上。在一些實施例中，第二膠層320以及光學膜310的總厚度可為15微米~160微米，較佳的厚度範圍為60微米~110微米。
在一些實施例中，第一膠層220和第二膠層320可例如為感壓膠或光學膠。第一膠層220的厚度和第二膠層320的厚度可分別獨立為5~35微米，較佳為20~30微米，例如大約25微米。
在一些實施例中，顯示面板10可為液晶顯示面板，例如可為IPS液晶顯示面板、或VA液晶顯示面板。
為了讓本揭露之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，以下係列出數個實施例與比較例的測試結果，以說明應用本揭露內容所製得之光學膜的特性。然而，以下之實施例和比較例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本揭露內容實施之限制。
[表一]
Figure 02_image001
表一中，乙醯基纖維素1~3及聚環烯烴分別表示以下的化合物： 乙醯基纖維素1：富士電子材料公司供應的厚度60±4um乙醯基纖維素薄膜(製品名:TG60UL) 乙醯基纖維素2：KONICA公司供應厚度38±2um乙醯基纖維素薄膜(製品名:KC3XR) 乙醯基纖維素3：富士電子材料公司供應厚度40um乙醯基纖維素薄膜(製品名: WVBZ4G42) 聚環烯烴：ZEON公司供應厚度53um聚環烯烴薄膜(製品名:e-ZB122) 聚甲基丙烯酸甲酯：住友化学株式会社供應厚度60±3 um聚甲基丙烯酸甲酯(製品名: W001AU60)
[光學膜的製作]
首先，藉由塗佈裝置將黏著層組成物直接塗佈於偏光子相對的第一側及第二側上以形成黏著層，接著，將上述表一所示出的上保護膜及下保護膜分別貼合於偏光子兩側的黏著層上，則可獲得光學膜。
[線膨脹係數量測]
使用TMA(熱機械分析儀,HITACHI TMA7100) 以下列條件量測上下保護薄膜的尺寸變化，並代入如下所示之線膨脹係數的公式，量測計算線膨脹係數(10 -6/℃)三次後取平均值: 樣品大小: 3mm ∙5mm 溫度範圍: 30~60℃ 升降溫速率: 5
Figure 02_image003
/min 線膨脹係數(10 -6/℃) = (尺寸變化)/(原始尺寸∙溫度變化)
[膨脹尺寸量測]
將上述所得的線膨脹係數平均值帶入下式中回推受熱後的膨脹尺寸: 算式: 膨脹尺寸S = 線膨脹係數X∙30℃∙5mm∙10 -6上述膨脹尺寸S的公式推導如下： 膨脹尺寸S=尺寸變化= 60℃下尺寸-30℃原始尺寸(mm) = 線膨脹係數X∙原始尺寸∙溫度變化∙10 -6=線膨脹係數X∙5mm∙(60℃-30℃) ∙10 -6
[熱膨脹應力量測]
使用DMA(動態黏彈機械分析儀, PerkinElmer DMA8000)先以下列條件量測保護薄膜彈性係數三次後取平均值: 樣品大小: 5mm ∙5mm 溫度: 60
Figure 02_image003
再將保護薄膜彈性係數、30
Figure 02_image003
下的厚度、膨脹尺寸的數據帶入算式中計算熱膨脹應力: 熱膨脹應力F = 彈性係數E ∙厚度T ∙膨脹尺寸S F:熱膨脹應力(N) E:彈性係數(MPa) T: 30
Figure 02_image003
下的厚度(mm) S:膨脹尺寸(mm) 上述熱膨脹應力F的公式推導如下： 彈性係數(Mpa)=應力/應變=
Figure 02_image005
回推可得：熱膨脹力(N)=彈性係數∙長度變化率∙截面積 =彈性係數∙
Figure 02_image007
∙樣品厚度∙樣品寬度 =彈性係數∙
Figure 02_image009
∙樣品厚度∙5mm =彈性係數(Mpa)∙尺寸變化(mm) ∙樣品厚度(mm)
[信賴性測試]
本發明特別藉由下列信賴性測試來判斷偏光子是否可於95℃高溫下長時間不產生裂紋：將偏光片裁成約七吋長方形(156.37mm∙93.28mm)，並將樣品四邊進行研磨，後以滾輪貼合於玻璃基板上進行信賴性測試，測定條件為從室溫上升至95℃維持120小時，觀察偏光子邊緣是否有裂紋產生。
由表一的結果可看出，實施例1、2中上保護膜與下保護膜的膨脹係數差值小於10 (10 -6/℃)，使得上保護膜與下保護膜之膨脹量的差異降低，導致偏光子於高溫下並未產生裂紋。相較之下，比較例1~5的膨脹係數差值皆大於10 (10 -6/℃)，由於上保護膜與下保護膜之膨脹量的差異較大，導致偏光子於高溫下產生裂紋。
並且，由表一的結果可看出，實施例1、2中上保護膜與下保護膜至少其一具有小於0.6N的熱膨脹應力，可降低保護膜於高溫下受熱膨脹導致的應力，使得偏光子在高溫下不會因為保護膜的應力而產生開裂。相較之下，比較例3~4中由於上保護膜與下保護膜的熱膨脹應力皆大於等於0.6N，因此偏光子受到保護膜受熱膨脹的應力較大而產生開裂。
再者，由表一的結果可看出，實施例1、2中上保護膜與下保護膜的應力總和小於1N、差值小於0.6N，藉由減少上保護膜及下保護膜受熱膨脹後對位於兩者中間之偏光子造成的應力及剪切力，而使得偏光子並未產生開裂。相較之下，比較例1~5中由於上保護膜與下保護膜的應力總和皆大於等於1N，其中比較例1、5中保護膜與下保護膜的應力差值大於0.6N，因此上保護膜及下保護膜受熱膨脹後對位於兩者中間之偏光子造成的應力及剪切力，使得偏光子產生開裂。
以上概述數個實施例之特徵，以使本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以更加理解本發明實施例的觀點。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應理解，可輕易地以本發明實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構，以達到與在此介紹的實施例相同之目的及/或優勢。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者也應理解，此類等效的結構並無悖離本發明的精神與範圍，且可在不違背本發明之精神和範圍下，做各式各樣的改變、取代和替換。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
1:顯示裝置 10:顯示面板 10A:第一表面 10B:第二表面 20:第一偏光結構 30:第二偏光結構 210:光學膜 212:保護膜 214:偏光子 216:保護膜 220:膠層 310:光學膜 312:保護膜 314:偏光子 316:保護膜 320:膠層
以下將配合所附圖式詳述本揭露之各面向。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製。事實上，可任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現出本揭露的特徵。 第1圖係根據本揭露的一些實施例，繪示一種顯示裝置的剖面圖。
1:顯示裝置
10:顯示面板
10A:第一表面
10B:第二表面
20:第一偏光結構
30:第二偏光結構
210:光學膜
212:保護膜
214:偏光子
216:保護膜
220:膠層
310:光學膜
312:保護膜
314:偏光子
316:保護膜
320:膠層

Claims (10)

  1. 一種光學膜，包括： 一偏光子； 一第一保護膜，設置於該偏光子的一第一側，具有一第一膨脹係數X1；以及 一第二保護膜，設置於該偏光子與該第一側相對的一第二側，具有一第二膨脹係數X2，其中該第一膨脹係數X1與該第二膨脹係數X2符合以下公式： |X1-X2| ＜ 10 (10 -6/℃) (式一)。
  2. 如請求項1所述之光學膜，其中該第一保護膜或該第二保護膜中至少其一具有一應力F小於0.6N，其中該應力F符合以下公式： F = E∙T∙S (式二) 其中 F:熱膨脹應力(N)， E:彈性係數(MPa)， T:厚度(mm)， S:膨脹尺寸(mm)， 膨脹尺寸S = 線膨脹係數X∙30℃∙5mm∙10 -6。
  3. 如請求項2所述之光學膜，其中該第一保護膜具有一第一應力F1；以及該第二保護膜具有一第二應力F2，該第一應力F1與該第二應力F2符合以下公式： |F1+F2| ＜ 1N (式三) |F1-F2| ＜ 0.6N (式四)。
  4. 如請求項1所述之光學膜，其中該第一膨脹係數X1與該第二膨脹係數X2符合以下公式： |X1-X2|小於或等於5 (10 -6/℃) (式五)。
  5. 如請求項2所述之光學膜，其中該應力F小於0.45N。
  6. 如請求項3所述之光學膜，其中該第一應力F1與該第二應力F2符合以下公式： |F1+F2| ＜ 0.95N (式六) |F1-F2| ＜ 0.4N (式七)。
  7. 如請求項1所述之光學膜，其中該第一保護膜、該第二保護膜包括乙醯基纖維素、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯、烯烴樹脂、聚碳酸酯樹脂(PC)、環烯烴樹脂、定向拉伸性聚丙烯(OPP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、環烯烴聚合物(COP)、環烯烴共聚合物(COC)、聚胺基甲酸酯(PU)、聚丙烯酸胺基甲酸酯、環氧樹脂、聚矽氧樹脂、或上述之任意組合。
  8. 如請求項1所述之光學膜，其中該第一保護膜、該第二保護膜分別具有35~80 微米的厚度。
  9. 一種顯示裝置，包括： 一顯示面板，具有相對的一第一表面和一第二表面； 一第一偏光結構，設置於該顯示面板的該第一表面上；以及 一第二偏光結構，設置於該顯示面板的該第二表面上， 其中該第一偏光結構與該第二偏光結構至少其一包括如請求項1~8中任一項所述之光學膜。
  10. 如請求項9所述之顯示裝置，其中該光學膜以一膠層黏合至顯示面板。
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