TW201402619A - 光聚合性組成物及由其形成的光學片 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種光學片，該光學片包含光聚合性組成物及由其形成的樹脂硬化層。具體而言，本發明係關於一種用於背光單元模組的光聚合性組成物及由此形成硬化樹脂層之光學片，其包含苯環結構，具有黃變穩定性強、高折射率、刮痕抗性等特性。
Description
本發明係關於一種包含光聚合性組成物及由其形成樹脂硬化層的光學片。
關於構成背光單元光學片的開發，一直致力於聚集從光源發射的光線並調整其方向以提高正向輝度。使用立體構造，並改變形成立體構造的物質之物理特性，可以控制光的流動，因此可依照使用者希望的方向排列光粒子，以提高其方向的輝度。其中可藉由光的波動性和粒子性的光干涉、折射、偏極化、光子原理等，適當地改變所需之立體結構。
另一方面，在光學片材質的物理特性中，折射率與輝度的提高有關。折射率越高，光學片的性能越強。在光學片上可形成立體結構，而一般的高折射率樹脂可為在高分子樹脂鏈中置換溴、氯等鹵素元素的硬化型樹脂。
此外，最近以歐盟等先進國家為中心的國際社會，正限制對環境有害的產品貿易，所以各自制定環境標準，實行非關稅進口壁壘。亦即從產品製造的設計階段就考慮製造、使用和棄置的整體過程，是否會污染環境或難以再回收利用。因此，環保的產品設計和乾淨的生產技術已成為保證企業有持續競爭力並賴以生存的必要條件。
從此趨勢來看，含有硬化型樹脂的光學片，因其於高分子樹脂鏈中置換溴、氯等鹵素元素，對於環境保護有深切影響。尤其，已知鹵素元素會產生環境激素，因此在對環境問題敏感的歐洲正積極提倡非鹵素
的產品。
因此，國際社會要求開發符合環境保護並實現高折射率特性的樹脂之材料。
本發明之目的為提供環保、黃變穩定性好，且具有高折射率樹脂硬化層所由形成的光聚合性組成物。
此外，本發明之次一目的為提供由環保、黃變穩定性好且具有高折射率的樹脂硬化層所形成的光學片。
此外，本發明之再一目的為提供由環保、黃變穩定性好且具有高折射率的樹脂硬化層所形成的複合光學片。
因此，本發明的第一個較佳實施例提供一光聚合性組成物，其包含選自如下化學式1及化學式2所示含有苯環結構的化合物中之至少一種：
在以上化學式中，R1代表氫原子或者碳原子數1-15的烷基；化學式2
此外，依照上述實施例之光聚合性組成物還可進一步包含紫外線硬化型單體、光起始劑及添加劑。
又，本發明的第二個較佳實施例提供之光學片，包括樹脂硬化層，該樹酯硬化層則包含從骨架衍生如下化學式1或化學式2所示含有苯環結構的化合物重複單元：
在以上化學式中，R1代表氫原子或者碳原子數1-15的烷基；
依照上述實施例，樹脂硬化層表面的複數個立體構造呈線性或非線性排列，而具有一結構化形狀。
依據上述實施例中之光學片可進一步包含一基底層。
此外，本發明第三個較佳實施例，包括：基底層；在上述基底層上形成的一光擴散層；以及上述光擴散層上面，由如下化學式1或化學式2所示含有苯環結構的化合物所衍生的重複單元，以形成所提供之光學片所包含的樹脂硬化層：
在以上化學式中，R1代表氫原子或者碳原子數1-15的烷基；
依照上述實施例之樹脂硬化層，在25℃下的折射率可為1.5到1.72。
依據上述實施例之樹脂硬化層可進一步由包含紫外線硬化型單體、光起始劑及添加劑的光聚合性組成物形成。
本發明的第四個較佳實施例提供一含有苯環結構的光聚合性組成物，如下化學式3所示：化學式3
在上述化學式中，R代表氫原子或者碳原子數1-15的烷基；x、y、z各別為1以上的整數；a、b、c各別為0以上的整數，且a+b+c1。
依據上述實施例之光聚合性組成物可進一步包含紫外線硬化型單體、光起始劑及添加劑。
又，本發明的第五個較佳實施例提供之光學片包含樹脂硬化層，該樹脂硬化層包含由如下化學式3所示，含有苯環結構的化合物所衍生的重複單元：
在上述化學式中，R代表氫原子或者碳原子數1-15的烷基；x、y、z各別為1以上的整數；a、b、c各別為0以上的整數，a+b+c1。
依照上述實施例，樹脂硬化層表面的複數個立體構造呈線性或非線性排列，而具有一個結構化形狀。
依據上述實施例中之光學片可進一步包含一基底層。
本發明第六個較佳實施例，包含：基底層；在上述基底層上形成的光擴散層；以及在上述光擴散層上面，由如下化學式3所示，形成所提供之光學片的樹脂硬化層，該樹脂硬化層為含有苯環結構的化合物所衍生的重複單元：
在上述化學式中，R代表氫原子或者碳原子數1-15的烷基；x、y、z各別為1以上的整數；a、b、c各別為0以上的整數，a+b+c1。
依照上述實施例之樹脂硬化層，在25℃下的折射率可為1.5到1.62。根據本發明方法詳細說明中的測量，刮痕抗性量測值可為200g以上。
依據上述實施例之樹脂硬化層可進一步由包含紫外線硬化型單體、光起始劑及添加劑的光聚合性組成物形成。
此外，本發明第七個較佳實施例提供之背光源單元組，其包含至少一層以上的上述光學片。
依據本發明可提供的光聚合性組成物，其包含結構穩定的苯環結構化合物，具有環保性、高折射率、黃變穩定性好及刮痕抗性的特點。
又，由本發明所提供包含該樹脂硬化層的光學片，具有優異的輝度特性，適用於組合背光源單元的光學片。
①‧‧‧頂板
②‧‧‧測試片
③‧‧‧移動支架
④‧‧‧砝碼
⑤‧‧‧測量儀器
第1圖是顯示本發明測定光學片刮痕抗性的裝置及測定方法的示意圖。
本發明更詳細的說明如下。
本發明是關於光聚合性組成物，其包含選自於如下化學式1
及化學式2中所示含有苯環結構的化合物的至少一種：
在上述化學式中，R1代表氫原子或者碳原子數1-15的烷基；
如以上化學式1-2所示，由於含有苯環結構的化合物具有穩定的苯環結構，因此可提供黃變穩定性好且具有高折射率的光聚合性組成物。
又，本發明係關於光聚合性組成物，其包含如下化學式3所示含有苯環結構的化合物：
在上述化學式中，R代表氫原子或者碳原子數1-15的烷基；x、y、z各別為1以上的整數；a、b、c各別為0以上的整數，a+b+c1。
如以上化學式3所示含有苯環結構的化合物，由於苯環的結構穩定，因此可以提供黃變穩定性佳，具有高折射率和刮痕抗性優秀的光聚合性組成物。
以上光聚合性組成物可包含各種紫外線硬化型單體、光起始劑及添加劑，而光聚合性組成物中的紫外線硬化型單體也可使用含有以上化學式1-3所示含有苯環結構的化合物。
如以上化學式1-2所示結構穩定的苯環結構化合物，具有穩定的環結構形態。將樹脂硬化層應用在光學片中可提供具有黃變穩定性、高折射率的光學片，而光學片包含的光聚合性組成物選自於如化學式1及化學式2所示的化合物中之至少一種。
又，如上述化學式3所示結構穩定的苯環結構化合物，具有穩定的環狀結構形態。將樹脂硬化層應用在光學片中可提供具有黃變穩定性、高折射率的光學片，而光學片的光聚合性組成物包含如化學式3所示的化合物。
具有以上化學式1-2所示結構穩定的苯環結構之化合物，具有高折射率的性質，固化後的硬化層其折射率可維持在約1.5-1.72。而且該硬化層的耐熱性良好，適合形成光學片。
在整體光聚合性組成物中，上述化學式1-2所示含有結構穩定的苯環結構之苯環結構化合物的含量，從提高輝度的層面來看，較佳為5-70重量%。可以根據樹脂硬化層要求的折射率和輝度等特性，做適當調整。
又，含有化學式3所示結構穩定的苯環結構的化合物，具有硬化刮痕抗性好及高折射率的性質，固化後樹脂硬化層的折射率為1.5-1.62，刮痕抗性維持在200g以上。該硬化層適合形成耐熱性及刮痕抗性高的光學片。此時，刮痕抗性如第1圖所示，可以藉由量測刮痕抗性的裝置和方法測定刮痕抗性。
在整體光聚合性組成物中，上述化學式3所示含有結構穩定的苯環結構之苯環結構化合物的含量，從提高輝度的層面來看，較佳為5-70
重量%。因此，可以根據樹脂硬化層要求的刮痕抗性、折射率和輝度等特性，適當做調整。
像這樣的樹脂硬化層，除包含紫外線硬化型單體，結構穩定的苯環結構化合物之外，還可進一步包括其他紫外線硬化型單體。這些紫外線硬化型單體較佳折射率基本上為1.45以上。折射率過高的話，液體黏度增加，樹脂硬化層表面硬度過高。折射率過低的話，降低最終得到光學片的折射率，並對輝度形成產生負面影響。具體來說，紫外線單體在25℃下的折射率可為1.45-1.56。
若不使用25℃下黏度為1-50,000cps，及/或25℃下折射率為1.45以上的紫外線硬化型單體的話，25℃下較佳黏度為10-100,000cps。溶液在25℃下的黏度，不僅對加工作業產生影響，而且影響最終樹脂硬化層表面硬度及光學片壓縮變形率。若黏度過高，樹脂硬化層易碎；若黏度過低，樹脂硬化層的折射率就會降低。
因此，若包含25℃下黏度為1-50,000cps的紫外線硬化型單體，可藉由考慮溶液黏度，適當調整其含量。
而且，在溶液折射率為1.5以上時所包含的紫外線硬化型單體的含量，最好是考慮最終硬化樹脂硬化層後的薄膜折射率。具體來說，紫外線硬化型單體的含量可為溶液折射率在1.5-1.72之間的量。
在滿足上述折射率和黏度的條件下，紫外線硬化型單體沒有特定的限制，其可為四氫呋喃丙烯酸酯、2(2-乙氧基-乙氧基)乙基丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、芐基(甲基)丙烯酸酯、聚鄰乙氧基苯胺、苯氧基聚氧乙烯丙烯酸酯、2-羥基-3-苯丙基丙烯酸酯、新戊二醇安息香酸鹽丙烯酸酯、2-羥基-3苯丙基丙烯酸酯、苯氧基乙醇丙烯酸酯、己內酯丙烯酸酯、壬基苯酚聚亞烷基二醇丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、雙酚A聚亞烷基二醇丙烯酸酯、聚亞烷基二醇丙烯酸酯、三丙烯酸三羥甲基丙烷丙烯酸酯、苯乙烯、甲基苯乙烯、苯基環氧丙烯酸酯，以及烷基丙烯酸酯等。
從許多方面來看，包含結構穩定的苯環結構化合物的溶液，
在25℃下的折射率為1.5以上，黏度為1-100,000cps。這對滿足樹脂硬化層的表面硬度，光學片的壓縮變形率，折射率等是最有利的。具體來說，溶液在25℃下的折射率可為1.5-1.72。
形成樹脂硬化層的溶液，含有結構穩定的苯環結構的化合物，以及可包括光起始劑以開始紫外線硬化型單體的聚合反應，但不限於此。光起始劑的實例可為：膦氧化物、丙酮、酮、甲酸鹽。
此外，根據溶液的需要，添加劑的實例可包括：紫外線吸收劑及紫外線安定劑等，但不限於此。其它添加劑可進一步包括抗靜電劑。
根據本發明，在25℃下樹脂硬化層的薄膜折射率為1.56以上的情況下，對於提高光學片的輝度是最有利的。具體來說，樹脂硬化層在25℃下的薄膜折射率可為1.5-1.72。
特別是實際上為了防止產生有害物質，本發明光學片中樹脂硬化層的優點是非鹵素樹脂層。考慮到這點，選擇紫外線硬化型單體和添加劑等對環境是有利的。
上述本發明的光學片係由光聚合性組成物硬化後形成的樹脂硬化層所製得。例如在基底層上形成樹脂硬化層。
本發明光學片的樹脂基底層雖然沒有特別限定，但考慮透明性，可將聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯或者環氧樹脂等製成薄膜。較合適者可為聚對苯二甲酸乙二酯薄膜和聚碳酸酯薄膜，其厚度為10-1,000微米左右，這有利於維持薄膜的機械強度、耐熱性及可撓性，而且還有利於防止透射光的損耗。
特別的是，樹脂硬化層表面的複數個立體結構呈線性或非線性排列，而具有一結構化形狀。
根據本發明之製造表面有複數個立體結構被排列，並具有結構化的形狀的光學片的方法。以下述方法為例，包含以下步驟：選自於包含上述化學式1、化學式-2及化學式3所示結構穩定的苯環結構的化合物所組成的組中之至少一種，及包括光起始劑的溶液的準備步驟；在刻印立體結
構的框架上，鍍層上述溶液的步驟；使透明基板薄膜的一面和上述框架上的鍍層溶液面接觸，藉由紫外線照射，硬化溶液，形成樹脂硬化層的步驟；從刻印框架分離樹脂硬化層的步驟。
在25℃下黏度為1-50,000cps時製造溶液，其包含至少一種以上的紫外線硬化型單體，並且可以調整黏度和折射率。
非鹵素交連衍生物，及25℃下黏度為1-50,000cps包含至少一種以上的紫外線硬化型單體，可製備溶液，且溶液的折射率為1.52以上。而溶液的黏度為10-100,000cps，有利於調整最終所得到光學片的壓縮變形率和表面硬度。
同時，根據在框架上刻印的立體結構的形狀，使樹脂硬化層的表面呈現出不同的結構化形狀。表面形狀的截面有多邊形、半圓形，或者半橢圓形。而多面體形狀的截面為多邊形、半圓形，或者半橢圓形的曲線柱，還有這些的混合搭配。從平面角度來看樹脂硬化層，是至少一個以上的同心圓排列結構，也有根據同心圓形成的凹凸不平結構。
另外，根據本發明光學片的其他例子為，基底層，在上述基底層上形成光擴散層，以及在光擴散層上形成包含樹脂硬化層的光學片，此樹脂硬化層具有由光聚合性組成物形成的結構化表面。或者基底層，在上述基底層一面上形成的光擴散層，以及在基底層另一面形成包含樹脂硬化層的光學片，此樹脂硬化層具有由光聚合性組成物形成的結構化表面。這樣的情況下，可以得到一些附加效果，如改善光學片的組合，積極提高輝度，調節由結構化表面引起的明線光譜。
以下，將詳細描述本發明實施例，但本發明並不限於這些實施例。
以表1-2所示組成和組成物，製造光聚合性組成物。眾所周知，在刻印的框架上鍍層立體結構(稜鏡層)有提升輝度的功能。本發明在刻印的框架一面上塗佈透明基膜(PET薄膜)並與鍍層面接觸。上述透明基膜朝
向紫外線，硬化框架上的鍍層化合物。從刻印框架上分離附著在透明基膜上的硬化鍍層。
此時，於美國聯合公司的紫外線極化放射裝置(600W/inch)上配置D型燈泡，以照射強度900mJ/cm2進行測定。
下表1-3所示的組成，表示由化學式1-3所示紫外線硬化型單體和光起始劑所組成的溶液，測定由本發明化學式1-3所示的黃變化合物、折射率和刮痕抗性所產生的影響。本發明所屬技術領域通常知識者也熟知可包含其他成分和添加劑。
如表3所示，除了化學式3化合物代替化學式1化合物之外，以與實施例1相同的方法製造稜鏡片。
對於實施例中製造的光學稜鏡片，用如下方法測定溶液折射率、薄膜折射率、紫外線穩定性和刮痕抗性。結果如表1、2和3所示。
(1)合成物的折射率(溶液折射率)
為了測定合成物的折射率，使用折射儀(型號：1T，日本ATAGO ABBE)，以及589.3nm D光源的鈉氣燈。該折射率為25℃下的折射率。
(2)硬化後的薄膜折射率
為了測定合成物硬化後的折射率，在透明基膜上鍍層合成物後與表面光滑的金屬板重疊在一起，將其厚度壓縮為20微米後，在美國聯合公司的紫外線極化放射裝置(600W/inch)上配置D型燈泡，向透明基膜照射700mJ/cm2的能量，再移除金屬板。利用折射儀(型號：1T，日本ATAGO ABBE)測定合成物硬化後的透明基膜。使用589.3nmD光源的鈉氣燈進行量測，該折射率為25℃下的折射率。
(3)紫外線穩定測試
放入尺寸15×15cm的硬化片到安裝有UV-313B 8紫外線的
爆雷儀，利用色度光譜儀(型號：Minolta CR-300)，測試1000小時的黃變穩定性(△b)。△b低，表示黃變穩定性較強。
(4)刮痕抗性測試
以如第1圖所示的形式固定測試片。
在第1圖中，
①頂板(44% Haze pol.)
②測試片(實施例和比較例的稜鏡片，移動方向為垂直切割)
③移動支架(玻璃板，移動速度30cm/min)
④砝碼(10g、50g層疊使用，接觸半徑20mm)
⑤測量儀器TOYOSEIKI量測摩擦係數。
首先，放置測試片(②)在稜鏡上部，用膠帶將其固定在移動支架(③)上。
下一步，與頂板(①)經霧化表面處理過的該面相對，固定在測量儀器的插銷上。下一步，將砝碼(④)堆疊在頂板(①)之上，以常速移動支架。
確認以下量測結果：1.藉由肉眼觀察確認損傷部位；2.點亮背光模組(導光板/光擴散片)後，確認測試片的損傷；3.用顯微鏡/掃描式電子顯微鏡確認微損傷狀況；4.用最重的砝碼觀察損傷以評估稜鏡的刮痕抗性水準。
表1
光起始劑：2,4,6-三甲苯氧化磷
實施例1-6和比較例1顯示溶液折射率、薄膜折射率及黃變穩定性的測定結果。若包含化學式1-2所示苯環結構的化合物，可以製造出具有黃變穩定性強，高折射率的稜鏡片。
由實施例7和比較例2之稜鏡刮痕抗性的測定結果，及包含化學式3所示含有苯環結構的化合物，可以得出稜鏡的刮痕抗性增強的結論。
又，由實施例7至實施例9的稜鏡刮痕抗性的測定結果，及如果增加化學式3所示化合物的x值，可以得出稜鏡抗刮痕性增強的結論。
①‧‧‧頂板
②‧‧‧測試片
③‧‧‧移動支架
④‧‧‧砝碼
⑤‧‧‧測量儀器
Claims (17)
- 一種光聚合性組成物，其包含：選自由化學式1及化學式2中所示含有苯環結構的化合物的至少一種：
- 依據申請專利範圍第1項所述的光聚合性組成物，其進一步包含紫外線硬化型單體、光起始劑和添加劑。
- 一種包含樹脂硬化層的光學片，該樹脂硬化層包含從骨架衍生如下化學式1或化學式2所示，含有苯環結構的化合物重複單元：
- 依據申請專利範圍第3項所述的光學片，其中，該樹脂硬化層表面的複數個立體結構係呈線性或非線性排列，而具有一結構化形狀。
- 依據申請專利範圍第3項所述的光學片，其中，該光學片進一步包含一基底層。
- 一種包含樹脂硬化層的光學片，該樹脂硬化層包含：一基底層；一光擴散層，形成在該基底層之上；以及形成在該光擴散層之上，包含如下化學式1或化學式2所示，含有苯環結構的化合物所衍生的重複單元：
- 依據申請專利範圍第3項至第6項中任一項所述的光學片，其中，該樹脂硬化層在25℃下的折射率為1.5-1.72。
- 依據申請專利範圍第3項至第6項中任一項所述的光學片，其中，該樹脂硬化層係由包含紫外線硬化型單體、光起始劑和添加劑的光聚合性組成物形成。
- 一種光聚合性組成物，其包含如下化學式3所示含有苯環結構的化合物：
- 依據申請專利範圍第9項所述的光聚合性組成物，其進一步包含紫外線硬化型單體、光起始劑及添加劑。
- 一種包含樹脂硬化層的光學片，該樹脂硬化層包含如下化學式3所示，含有苯環結構的化合物所衍生的重複單元：
- 依據申請專利範圍第11項所述的光學片，其中，該樹脂硬化層表面的複數個立體結構係呈線性或非線性排列，而具有一結構化形狀。
- 依據申請專利範圍第11項所述的光學片，其中，該光學片進一步包含一基底層。
- 一種包含樹脂硬化層的光學片，該樹脂硬化層包含：一基底層；一光擴散層，形成在該基底層之上；以及形成在該光擴散層的上，包含如下化學式3所示，含有苯環結構的化合物所衍生的重複單元：
- 依據申請專利範圍第11項至第14項中任一項所述的光學片，其中，該樹脂硬化層在25℃下折射率為1.5-1.62；以及根據本發明詳細說明的方法所測得的刮痕抗性為200g以上。
- 依據申請專利範圍第11項至第14項中任一項所述的光學片，其中，該樹脂硬化層係由包含紫外線硬化型單體、光起始劑和添加劑的光聚合性組成物形成。
- 一種背光單元組件，其包含申請專利範圍第3項至第6項及第11項至第14項中任一項所述的光學片，其中該光學片係至少一層以上。
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