CN103069315A - 具有弹性的光学片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用于液晶显示器的具有弹性的光学片和光敏树脂组合物，其中本发明具有如下优点：由于不易于被外部冲击损坏而易于处理；由于不良率减小而可以降低生产成本并且可以改善生产效率；并且可以防止由于损坏而造成的亮度降低。

Description

具有弹性的光学片

技术领域

本发明涉及使用于液晶显示器(下文称为“LCD”)的具有弹性的光学片和光敏树脂组合物。

背景技术

用于光学显示器件的LCD采用间接发光方法，该方法能够通过调节外部光源的透射率来显示影像，并且对于LCD，作为光源装置的背光单元一直作为决定LCD性能的重要部件在使用。

尤其是，随着LCD面板制造技术的发展，对于具有高亮度的薄LCD显示器的需求较高，因此已经进行了多种尝试以提高背光单元的亮度。对于用于监视器、PDA(个人数字助理)和笔记本电脑等多种用途的液晶显示器而言，从小的能源显示明亮的光线是优越性的标准。因此，对于LCD而言，前面的亮度非常重要。

对于LCD，穿过光扩散层的光线沿着所有方向在结构上被扩散，所以显示到前面的光线非常不足。因此，一直在进行以少的能量消耗显示更高亮度的努力。而且，还在进行加宽视角的努力，以使显示器的面积变大，使得更多的使用者能够观看。

提高背光的功率以实现所述需求，由此增加了能量消耗，并且还增加了由于热导致的功率损失。因此，对于便携式显示器，电池容量变大，电池寿命缩短。

为此，为了增加亮度提出了向光线提供方向性的方法，结果开发出各种透镜片。典型的透镜片是具有棱镜阵列的透镜片，即以直线并排排列多个峰谷的结构。

在此，上述棱镜结构为一种为了提高前方亮度，具有45°左右倾斜面的三角形阵列的结构。因此，由于棱镜结构的上部形状像山，所以存在着山的上部因小的外部划擦而折断或较坏地磨损，使得棱镜的结构被破坏的问题。由于从相同类型的棱镜结构射出的角度在各个阵列上相同，所以因为甚至由在三角形的边上出现的倾斜面或小的划擦部分上发生的细小划痕引起的受损部分和正常部分之间射出的光路之差，亮度变差，并且产生不合格产品。因此，在生产棱镜膜时，因细微的不良有时会发生不使用根据位置所生产的棱镜膜的前面区域的情况。由于这个原因，生产率可能降低，因此将增加生产成本的负担。实际上，对于组装背光模组的企业，由处理棱镜膜时的划痕损坏棱镜结构所导致的不良产品已经成为严重的问题。

而且，背光单元上应层叠多个片及膜，并且为了增加亮度，还可以安装多个棱镜膜。此时，下侧棱镜膜的上部和上侧镜膜的下部之间存在接触，所以出现容易使棱镜结构损坏的问题。

因此，为了防止上述棱镜结构的损坏，对现有的保护膜进行了层叠。但是，由于LCD面板逐渐变轻，因此趋势是省略膜或使用具有复合功能的片，而且还存在因增加了层叠保护膜，导致生产成本增加，以及时间上和物质效率降低的问题。

除了由上述生产时处理造成的棱镜结构受损之外，随着例如笔记本电脑和PDA等便携式显示器的使用增多，将显示器放入包内移动的情况迅速增加。此时，由于移动中的跑动、车辆的急刹车等向显示器施加的冲击，产生安装于显示器内的棱镜结构受损，从而即使显示器具有保护膜也会对屏幕产生影响的严重问题。

因此，急切需要能够弹性地应对外部冲击的棱镜结构。

发明内容

技术问题

因此，本发明提供一种具有弹性的光学片和一种光敏树脂组合物以防止结构层的损坏，使得当应用于显示器时，显示器不会受到外部冲击的影响。

另外，本发明提供一种具有弹性的光学片和一种光敏树脂组合物，其由于结构层的损坏被防止而能够容易地处理。

此外，本发明提供一种具有弹性的光学片和一种光敏树脂组合物，由于防止因光路之差所导致的亮度降低，所以它们能够保持棱镜结构的功能。

同时，本发明提供一种不需要保护膜的具有弹性的光学片。

另外，本发明提供一种具有弹性的光学片，其能够减少不良率(error rate)，降低生产成本，并且还能够提高生产效率。

技术方案

因此，本发明的一个优选实施方式提供一种由含有环氧乙烷基(ethyleneoxide group)数目为3至15个的三官能丙烯酸酯化合物的可固化材料制造的且由以下公式1所表示的弹性恢复率为至少85%的光学片，其中所述光学片包括衬底层，在衬底层的一面或两面上形成的排列有多个立体结构的结构层，在结构层立体结构的上面利用平面压头以0.203mN/sec的加压速度加压至达到1gf或2gf的最大压缩力，然后当达到最大压缩力时，在最大压缩力的状态下加压5秒后，解除压缩力，然后在如上所述处理的结构层上测量弹性恢复率。

[公式1]

其中，D₁表示通过施加外部压力压缩而凹入的深度，D₂表示没有施加外部压力的光学片的高度与在解除外部压力后恢复的光学片的高度之差。

对于根据优选实施方式的光学片，所述结构层的尖强度(acid strength)可以是至少200g。

对于根据优选实施方式的光学片，所述三官能丙烯酸酯化合物可以是选自三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙三醇丙氧化三丙烯酸酯(glycerine propoxylatedtriacrylate)和季戊四醇三丙烯酸酯中的至少一种化合物。

根据优选实施方式的光学片由公式1所表示的弹性恢复率可以是至少90%。

对于根据优选实施方式的光学片，D₁可以满足以下公式2，更优选D₁可以满足以下公式3，最优选D₁可以满足以下公式4。

[公式2]

$D_1\≥\frac{D}{20}$

其中，D表示在没有施加外部压力的状态下光学片的高度。

[公式3]

$D_1\≥\frac{D}{19}$

其中，D表示在没有施加外部压力的状态下光学片的高度。

[公式4]

$D_1\≥\frac{D}{17}$

其中，D表示在没有施加外部压力的状态下光学片的高度。

对于本发明的实施方式，立体结构可以选自以下中的至少一种图案：其横截面为多边形、半圆形或半椭圆形的多面体形；其横截面为多边形、半圆形或半椭圆形的柱形；或其横截面为多边形、半圆形或半椭圆形的曲线柱形。

有益效果

当应用于显示器时，即使施加外部冲击本发明也可防止结构层的损坏。因此，本发明在不易于被外部冲击损坏方面是有效的，例如在便携式显示器(比如笔记本电脑和PDA)的情况中，在汽车内移动时紧急刹车或随着装有便携式显示器的包跑动。

而且，本发明在防止结构层损坏从而易于处理方面是有效的。

另外，本发明可以防止因损坏导致的亮度降低，因此可以保持光学片的功能。

同时，因为不需要保护膜，所以本发明具有生产工艺简单，可以降低生产成本以及可以改善生产效率的优点。

此外，由于本发明在制造中不易于被外部冲击或膜层叠损坏，从而降低不良率，因此可以降低生产成本和改善生产效率。

附图说明

图1是评价尖强度的方法的模拟图。

具体实施方式

下面更详细地描述本发明的实施方式。

本发明的一个优选实施方式提供一种由含有环氧乙烷基数目为3至15个的三官能丙烯酸酯化合物的可固化材料制造的且由以下公式1所表示的弹性恢复率为至少85%的光学片，其中所述光学片包括衬底层，在衬底层的一面或两面上形成的排列有多个立体结构的结构层，在结构层立体结构的上面利用平面压头以0.203mN/sec的加压速度加压至达到1gf或2gf的最大压缩力，然后当达到最大压缩力时，在最大压缩力的状态下加压5秒后，解除压缩力，然后在如上所述处理的结构层上测量弹性恢复率。

[公式1]

其中，D₁表示通过施加外部压力压缩而凹入的深度，D₂表示没有施加外部压力的光学片的高度与在解除外部压力后恢复的光学片的高度之差。

对于包含排列有多个立体结构的结构层的光学片中，当立体结构的横截面为多边形时，由于光学片的上部呈类似山状的尖形，因此会容易被外部冲击损坏，但是如果施加上述力，根据本发明的光学片可以具有弹性，并且可以满足耐划擦性，使得可以承受固定的负载范围。

为此，本发明的光学片优选具有至少85%的由上面公式1所表示的弹性恢复率，更优选具有至少90%的由上面公式1所表示的弹性恢复率，其中在结构层立体结构的上面利用平面压头以0.2301mN/sec的加压速度加压至达到1gf或2gf的最大压缩力，然后当达到最大压缩力时，在最大压缩力的状态下加压5秒后，解除压缩力，然后在如上所述处理的结构层上测量弹性恢复率。

当根据本发明的光学片在如上所述加压和解除压力后满足弹性恢复率时，即使施加外部冲击，该光学片由于在对外部冲击反应时呈柔韧的弹性，因此可以防止结构层的损坏。

同时，当光学片在如上所述加压和解除压力后不满足弹性恢复率时，在接触其它膜或接受负载的情况下，在对结构层的上面进行加压的状态该光学片不能执行光学片的功能是可能的。

另一方面，为了满足耐划擦性，在用于形成结构层的可固化材料中包含环氧乙烷基数目为3至15个的三官能丙烯酸酯化合物。

三官能丙烯酸酯化合物中环氧乙烷基数目在上述范围内的化合物本身的粘度为50~200cps，使得它最终可以使可固化组合物的粘度降低到600~800cps，因此可以改善加工性，由上述组合物制造的结构层具有良好的延展性，所以适合向光学片赋予弹性。

所述三官能丙烯酸酯化合物的具体实例可以包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙三醇丙氧化三丙烯酸酯和季戊四醇三丙烯酸酯等。

对于可固化材料中包含环氧乙烷基数目为3至15个的三官能丙烯酸酯化合物的结构层，在满足如上所述固定的弹性特性的同时，尖强度为至少200g。

在随后的实施例中将详细描述测量具体尖强度的方法。

另一方面，形成能够满足上述弹性恢复率的结构层的可固化材料没有特别的限定，但是例如，在分子内具有重复连接柔韧亚烷基二醇链的双官能单体的分子结构可以提高弹性。尤其是，当作为结构层用材料包含以下化学式1表示的化合物时，可以满足所述弹性恢复率，并且还可以不阻碍光学特性。

[化学式1]

其中，R是氢原子或碳数目为1~15的烷基；x、y和z是至少0的整数；a、b和c是至少a+b+c≥4的整数，或者在a+b+c＜4的情况下，x、y和z中的一个是至少3。

上述化学式1的化合物的分子量为150~10,000，通过调节分子结构内柔韧的环氧烷链的长度和类型可以提高固化后的弹性。而且，耐热性和耐光性优异，所以作为形成光学片的结构层的材料是合意的。

另外，对于根据本发明的光学片，D₁表示通过施加外部压力加压而凹入的深度，D₁优选满足以下公式2，更优选满足以下公式3，最优选满足以下公式4。

[公式2]

$D_1\≥\frac{D}{20}$

其中，D表示在没有施加外部压力的状态下光学片的高度。

[公式3]

$D_1\≥\frac{D}{19}$

其中，D表示在没有施加外部压力的状态下光学片的高度。

[公式4]

$D_1\≥\frac{D}{17}$

其中，D表示在没有施加外部压力的状态下光学片的高度。

也就是说，如果本发明的光学片具有的挠性为，施加外部压力而凹入的深度为没有施加外部压力的状态下光学片的高度的至少1/20，则在与其它薄膜接触或接受负载时，对于保持结构层上部的正常形状是较好的。

因此，本发明的光学片不被外部冲击损坏，这是因为具有立体结构的结构层当接受负载时容易凹入，但当压力状态解除时，该结构层几乎恢复回以前的状态。而且，本发明的光学片可以满足耐划擦性。

基于形成结构层的组合物的总重量，本发明的光学片可以优选包含5~80wt%上述化学式1的化合物以满足上述弹恢复率。当包含少于5wt%时，弹性恢复率的增加可能微小；当包含至少80wt%时，作为光学片提高亮度的效果微小。

另一方面，为了实现有益的弹性和有利于加工性的粘度，基于形成结构层的组合物的总重量，可以包含30至80wt%的环氧乙烷基数目为3至15的三官能丙烯酸酯化合物。

而且，除了环氧乙烷基数目被控制的三官能丙烯酸酯化合物和上述化学式1的化合物以外，形成所述结构层的组合物还可以包含常规的UV固化剂、光引发剂和折射率为至少1.52的高折射树脂。

制造本发明的光学片的方法没有特别的限定，例如，在通过将添加剂(例如UV固化剂)添加到结构层材料中来制备可固化液体组合物后，通过将可固化液体组合物涂布在衬底层上之后固化来制造光学片。

同时，本发明的光学片可以包含具有多个立体结构的结构层作为树脂固化层，其表面被结构化，并且可以是结构层的横截面为多边形、半圆形或半椭圆形的多面体形；结构层的横截面为多边形、半圆形或半椭圆形的柱形；或其横截面为多边形、半圆形或半椭圆形的曲线柱形。而且，可以是上述形状中至少一种图案的混合形状。

而且，当从平面观察时，具有以至少一个同心圆形状排列的结构，并且还可以包括沿着同心圆形成峰和谷的结构。

当结构层的横截面为多边形时，例如亮度和光视角等特性随着顶点角度的变化显著，所以考虑到因集光的亮度和光视角，顶点的角度优选为80~100°，更优选为85~95°。

所述光学片的衬底层可以使用选自以下中的至少一种形成：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺和聚酰胺，也可以通过进一步包含光扩散粒子形成凹凸形状的结构。

以下，将参考实施例说明本发明，但本发明的范围并不限于这些实施例。

丙烯酸酯低聚物的制备例

合成例

使用反应容器，在溶剂即四氢呋喃存在下，通过2.2摩尔CH₂=CH(R)COCl与1摩尔HO-[C_zH_2zO]_c-[C_yH_2yO]_b-[C_xH_2xO]_a-H化合物的回流反应约5小时可以合成具有所需结构的化合物。在反应之后，利用过滤器过滤未反应的CH₂=CH(R)COCl和溶剂，然后减压蒸馏后除去，合成出具有上面化学式1的结构。此时，如下面表1合成了不同的化合物。

[表1]

制造光学片

实施例1-14

基于100重量份的全部组合物，混合30重量份的由合成例1~14制得的丙烯酸酯、35重量份的双酚A型二丙烯酸酯(M-2100，Miwon公司)、30重量份的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(6个环氧乙烷基)、1.5重量份的光引发剂2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、1.5重量份的光引发剂苯甲酰甲酸甲酯和2.0重量份的添加剂双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，然后在60℃混合1小时，制得组合物。之后，将上述组合物涂布在作为衬底层的聚对苯二甲酸乙二醇酯(KOLON公司，厚度188μm)的一面上，置于35℃的棱镜形辊的框架上，通过在UV照射装置(Fusion公司，600 Watt/inch²)中安装D型灯泡(Type-D bulb)，从衬底层的方向照射900mJ/cm²的紫外光。形成棱镜顶角为90°，节距为50μm，高度为27μm的线型三角棱镜，从而制得光学片(D=215μm)。

实施例15

使用应用上述合成例3的实施例3的组分形成柱状透镜(lenticular lens)，制得光学片，其中柱状透镜的横截面为半圆形，节距为50μm，高度为27μm。

实施例16

使用应用上述合成例3的实施例3的组分形成线型棱镜，制得光学片，其中线型棱镜的横截面为半椭圆形，节距为50μm，高度为27μm。

实施例17

使用应用上述合成例3的实施例3的组分形成线型棱镜，制得光学片，其中线型棱镜的横截面为五角形，节距为50μm，高度为27μm。

实施例18

使用应用上述合成例3的实施例3的组分形成波型排列的棱镜，制得光学片，其中波型排列的棱镜的横截面为半圆形，节距为50μm，高度为27μm。

实施例19

除了使用环氧乙烷基数目为10个的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯化合物作为三官能丙烯酸酯化合物之外，利用与上面实施例1相同的方法制造光学片。

实施例20

除了使用环氧乙烷基数目为15个的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯化合物作为三官能丙烯酸酯化合物之外，利用与上面实施例1相同的方法制造光学片。

实施例21

除了使用环氧乙烷基数目为6个的丙三醇丙氧化三丙烯酸酯化合物作为三官能丙烯酸酯化合物之外，利用与上面实施例1相同的方法制造光学片。

实施例22

除了使用环氧乙烷基数目为6个的季戊四醇三丙烯酸酯化合物作为三官能丙烯酸酯化合物之外，利用与上面实施例1相同的方法制造光学片。

比较例1

使用3M公司提供的棱镜膜BEF III作为光学片(D=215μm)。

比较例2

使用Dusan公司提供的棱镜膜Brtie-200作为光学片(D=215μm)。

比较例3

作为光学片使用LG公司提供的棱镜膜LES-T2作为光学片(D=220μm)。

如下测量从各实施例及比较例得到的光学片的尖强度，然后将结果显示于下面表2中。

(1)尖强度的评价

如图1所示的形态，将待评价的光学片固定在测量仪器上。

图1显示了如下的部分：①上薄片(25%浊度pol.)，②评价薄片(实施例及比较例的薄片，以移动方向垂直切割)，③移动支撑物(玻璃板，移动速度30cm/min)，④砝码(10g、50g层叠，接触部位分半径20mm)，⑤用于摩擦系数的测量仪器TOYOSEIKI。

首先，将待测量样品(②)置于结构层的上面，然后固定(使用胶带)在可移动支撑物(③)上的固定位置处。接下来，使上薄片(①)的浊度处理面面对结构层，然后固定至测量装置的挡器(latch)。随后，将砝码(④)层叠在上薄片(①)的上面，然后以恒定的速度移动可移动的支撑物(③)。

如下确定评价结果。

1.用肉眼确定损坏部分。

2.BLU(导光板/扩散板)黑暗后，确定样品的损坏。

3.对于细微的损坏，利用显微镜/SEM确定。

4.未发现损坏时，用最大砝码重量确定尖强度。

(2)D₁和弹性恢复率

通过使用日本提供的显微硬度计(Shimadzu DUH-W201S)，利用“负载-卸载试验”测量了由实施例和比较例制造的光学片的D₁和弹性恢复率。将光学片的结构层中具有峰形状的尖部分置于直径为50μm的平面压头的中心部分，然后在以下的条件下重复测量5次D₁和弹性恢复率，结果示于下面表2中。

[测量条件1]

a.施加的最大压缩力：1gf(=9.807mN)

b.每小时施加的压缩力：0.2031mN/sec

c.在最大压缩力停止的时间：5sec

[测量条件2]

a.施加的最大压缩力：2gf(=19.614mN)

b.每小时施加的压缩力：0.2031mN/sec

c.在最大压缩力停止的时间：5sec

[表2]

Claims (8)

1.一种光学片，包括：衬底层，和在该衬底层的一面或两面上形成的排列有多个立体结构的结构层；

其中所述结构层由以下公式1表示的弹性恢复率是至少85%，其中在结构层立体结构的上面利用平面压头以0.203mN/sec的加压速度加压至达到1gf或2gf的最大压缩力，然后当达到最大压缩力时，在最大压缩力的状态下加压5秒后，解除压缩力，然后在结构层上测量弹性恢复率；

所述光学片是由含有环氧乙烷基数目为3至15个的三官能丙烯酸酯化合物的可固化材料制造的：

[公式1]

其中，D₁表示通过施加外部压力压缩而凹入的深度，D₂表示没有施加外部压力的光学片的高度与在解除外部压力后恢复的光学片的高度之差。

2.根据权利要求1所述的光学片，其中，所述结构层的尖强度是至少200g。

3.根据权利要求1或2所述的光学片，其中，所述三官能丙烯酸酯化合物是选自三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙三醇丙氧化三丙烯酸酯和季戊四醇三丙烯酸酯中的至少一种化合物。

4.根据权利要求1或2所述的光学片，其中，由所述公式1表示的弹性恢复率是至少90%。

5.根据权利要求1或2所述的光学片，其中，D₁满足以下公式2：

[公式2]

$D_1\≥\frac{D}{20}$

其中，D表示在没有施加外部压力的状态下光学片的高度。

6.根据权利要求1或2所述的光学片，其中，D₁满足以下公式3：

[公式3]

$D_1\≥\frac{D}{19}$

其中，D表示在没有施加外部压力的状态下光学片的高度。

7.根据权利要求1或2所述的光学片，其中，D₁满足以下公式4：

[公式4]

$D_1\≥\frac{D}{17}$

其中，D表示在没有施加外部压力的状态下光学片的高度。。

8.根据权利要求1所述的光学片，其中，所述立体结构具有选自以下中的多种图案：结构层的横截面为多边形、半圆形或半椭圆形的多面体形；结构层的横截面为多边形、半圆形或半椭圆形的柱形；或结构层的横截面为多边形、半圆形或半椭圆形的曲线柱形。

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