TW554175B - A reboundable optical structure and a method for forming the same - Google Patents

Description

A7 554175 _B7__ 五、發明說明（ί ) 〔發明之背景〕 光擴散片係廣泛使用於許多光學的，照明的，及顯示 器之應用。大部分的最有效擴散體係以一種適合的方法， 利用工程（engineered)微觀結構有效分散光線。大部分這 些擴散片是在具有凸紋結構之模具表面上，由模製或是鑄 塑（casting) —聚合物於薄膜表面產生合適結構而形成。 這些結構體通常由非彈性聚合物材料所製成，諸如聚丙烯 酸酯類，聚苯乙烯類，聚碳酸酯類和聚烯烴類。 在所需之擴散微觀結構爲一種易碎之形狀而因此該薄 膜在裝配過程之日常的操作中容易損害時，此時問題便產 生。由於較小的表面磨擦可以在該擴散片上造成永久的， 可視的刮痕和磨損，而在許多應用上或至少在表面裝飾上 變得無用。因此，存在的一個需求是改善光擴散片。 〔發明之槪述〕 一種可回彈光學結構係包含一基底層；及一由可回彈 聚合物材料形成且附著於該基底層之光學元件層。該光學 結構可包含一擴散體，菲涅耳透鏡（fresnel iens)，線性 稜鏡薄膜，準直膜片，雙凸透鏡狀元件，及後向反射（ retroreflective)結構。一種形成可回彈光學結構之方法， 係包含提供一基底層，將由可回彈聚合物材料形成之光學 元件層附著於該基底層上，因而形成一光學結構。 本發明可用於擴散片，菲涅耳透鏡，準直膜片，線性 光學結構等。本發明之優點係爲具有優異之光學丨生而且由 3 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ' -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線赢 A7 554175 ______B7____ 五、發明說明（$ ) 〔發明之詳細敘述〕 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明包含鑄塑或模製一微觀結構表面於一種使用一 彈性聚合物所得之片狀材料上。本發明之一具體實施例係 藉由使用一種反應性鑄塑聚合物進行高效率幅射可硬化鑄 塑加工，該聚合物可自一多官能性端基之不飽和胺基甲酸 酯寡聚物得到其彈性本質。該聚合物係爲含有端基不飽和 異氰酸酯之聚胺基甲酸酯寡聚物與一烷氧基化多元醇之反 應產物。該聚胺基甲酸酯寡聚物典型的形成可回彈結構之 約五十至約九十之重量百分比。可回彈係視爲在與一物體 撞擊或接觸後該結構彈起或彈回的能力，且能在一短時間 內保持大致上與該接觸前相同之構型且可連續保持該結構 之官能度。 適合的光學結構包含該技藝習知之擴散屏，菲涅耳透 鏡，線性稜鏡薄膜，準直膜片，雙凸透鏡狀元件，及後向 反射結構。擴散屏可使用於後方投射螢幕。擴散屏包含著 色或不著色之體（bulk)擴散體，具有雙凸透鏡狀元件， 玻璃珠狀螢幕之著色體擴散體和著色之表面凸紋（relief) 體擴散體。如同圖中所示，該光學結構10可包含一爲薄膜 之基底層12。該基底層12之厚度可以是介於約12.5及約 1，500微米之間的範圍。該薄膜可以由聚酯，聚碳酸酯，聚 丙烯酸酯，聚苯乙烯或其他適合之支撐薄膜材料或其組合 所形成。該薄膜可以用該技藝習知的染料或顏料著色的或 光學淸澈的。該光學元件層14係附著於基底層10上。該 光學元件層14可具有再導引光線用之線性稜鏡，雙凸透鏡 5 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）' * A7 554175 B7 --—----- 五、發明說明（^) 狀稜鏡或其他適合元件。該光學元件層I4係由可回彈材料 製得，諸如一聚胺基甲酸酯，其爲具有一連續之反射指數 之光學特性。該聚合物係非爲粒狀且具有堅實的及均〜結 構。在一具體實施例中，該光學元件層具有介於約0.15及 約150微米間範圍之厚度。 一種形成可回彈聚合物之方法的例子係描述於美國專 利案號5,578,693，其係於1996年11月26日，頒佈給 Hagstrom等人。藉由該寡聚物與一高官能度改質單體（其 較佳係具有一相當緊密的結構）之使用，可以改質該所獲 得之聚合物的性質而改變彈性與剛性之間的平衡，以對於 特定的應用給予必須之回復特性。在一具體實施例中’該 改質單體形成可回彈聚合物的1至約25重量百分比。改質 單體之例子包含二-三羥甲基丙烷四丙烯酸酯，二季戊四醇 五丙烯酸酯或其烷氧基化類似物。 藉由已有之傳統方法可以達到黏著效果’諸如該基材 之電暈放電處理或藉由事先塗覆在薄膜材質上的黏著促進 中間塗層之使用。可以經由選用反應性稀釋劑（較佳係爲 單官能性）而調整該寡聚物對於所欲之基材之黏著特性° 舉例言之，丙烯酸酯類及甲基丙烯酸酯類均是適合的稀釋 劑。適合作爲稀釋劑單體的例子係包含四氫糠基（甲基） 丙烯酸酯；2-苯氧乙基（甲基）丙烯酸酯；異冰片基（甲 基）丙烯酸酯；1，6-己二醇二（甲基）丙烯酸酯或其院氧 基化類似物。該稀釋劑單體可具有介於約〇至約50百分 比範圍之濃度。在一具體實施例中，該稀釋劑單體具有約 6___ 才、紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --- 訂---------線羞 554175 A7 _____B7_____ 五、發明說明（f ) 10百分比之濃度。 該化合物根據需要可以包含其他成份。此種成份之例 子包含具有一濃度範圍介於約2到約8百分比之光引發劑 ，具有一濃度範圍介於約3個百分比或更少之受阻胺光穩 定劑。胺適合之例子係爲雙-(1，2,2,6,6-四甲基-4-六氫呢 啶基）癸二酸鹽。受阻胺適合之量係介於約〇到約3個百 分比的範圍內。其他成份包括紫外線吸收劑，諸如一種二 苯甲酮或苯並***類型化合物，其可大幅增加色牢度及穩 定度。一種紫外線吸收劑適合之例子係爲2-(2’-羥基-3’-5’-二-特-戊基苯基-)苯並***。亦可藉由添加色料以提供一灰 色的色調或其他所需之效果。 在一較佳具體實施例中，一種多官能性端基之不飽和 胺基甲酸酯寡聚物包含（a)含有端基不飽和異氰酸酯之聚 胺基甲酸酯寡聚物與（b)烷氧基化多元醇之反應產物。藉 由混合作爲官能度改質劑的烷氧基化多元醇於端基封閉之 胺基甲酸酯寡聚物之反應化學計量中，該寡聚物之黏度隨 著寡聚物之較高官能度而大幅下降。 製造這些多官能性端基不飽和胺基甲酸酯寡聚物之方 法包括：（1)至少一種二異氰酸酯與至少一種多元醇反應 以形成一種異氰酸酯端基之預聚合物；（2) —部份未反應 端基異氰酸酯基與至少一種羥基官能基丙烯酸酯或羥基官 能基乙烯醚反應以形成一種含有端基不飽和異氰酸酯之胺 基甲酸酯寡聚物；及（3)該剩餘端基異氰酸酯基與至少一 種烷氧基化多元醇反應。 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 554175 ____B7____ 五、發明說明（L ) 一種輻射可硬化配方係包含一種多官能端基之不飽和 胺基甲酸酯寡聚物，其包含（a) —種含有端基不飽和異氰 酸酯之聚胺基甲酸酯寡聚物與（b)和烷氧基化多元醇之反 應產物；和一種反應單體。 在此使用之「含有端基不飽和異氰酸酯之胺基甲酸酯 寡聚物」一詞係指任何包含不飽和端基且亦包含異氰酸酯 基之聚胺基甲酸酯化合物。該不飽和端基較佳係由羥基官 能基丙烯酸酯類或羥基官能基乙烯醚類所形成。這些端基 封閉之胺基甲酸酯寡聚物之較佳種類可使用商業上所使用 之種類，也就是分別爲習知之丙烯酸酯化之聚胺基甲酸酯 類和乙烯醚聚胺基甲酸酯類。這些含有端基不飽和異氰酸 酯之聚胺基甲酸酯類係由聚異氰酸酯與多元醇及一種具有 不飽和基團（如羥基丙烯酸酯或羥基乙烯醚）之羥基官能 基化合物反應來得到。對於作爲一般之使用而言，此三種 類之反應可爲連續的或同時的。 在一較佳具體實施例中，該聚異氰酸酯係爲二異氰酸 酯。適合之二異氰酸酯係包含次甲基-雙（苯基異氰酸酯） (也就是習知之MDI) 2,4-甲苯二異氰酸酯（2，4-TDI) ;一種2,4和2,6-甲苯二異氰酸酯之80 : 20的混合物（也 就是習知之TDI) ; 3-異氰醯甲基-3,5,5-三甲基環己基異氰 酸酯（IPDI);間-四甲基二甲苯二異氰酸酯（TMXDI); 六亞甲基二異氰酸酯（HDI);及亞甲基-雙（環己基異氰 酸酯）（以DesmodurW銷售）。 該多元醇可使用任何聚醚多元醇或聚酯多元醇。聚醚 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) -------- 訂··--------線赢 A7 554175 ______ B7__ 五、發明說明（^ ) 多元醇之例子係包含聚（環氧丙烷）二元醇類，共聚（環 氧乙烷-環氧丙烷）二元醇類，及聚（環氧丁烷）二元醇類 。適合聚酯多元醇之例子較佳係包含任何習知之二_，三-或四羥基端基聚酯類，諸如經由二羧酸或其酐類與二_，三 -或四醇類之聚縮合反應而得之聚酮多元酯類及聚酯多元醇 類。 「羥基官能基丙烯酸酯」意指任何羥基取代之丙烯酸 酯或甲基丙烯酸酯化合物，其可適合做爲製造及使用於一 種端基封閉之胺基甲酸酯寡聚物。此種化合物之例子包含 2-羥乙基丙烯酸酯，2-羥丙基甲基丙烯酯，2-羥乙基甲基 丙烯酸酯，季戊四醇三丙烯酸酯（PETA)，及4-羥丁基丙 烯酸酯。 「羥基官能基乙烯醚」意指任何經羥基取代之乙烯醚 ，其可適合做爲製造及使用於一種端基封閉之胺基甲酸酯 寡聚物。此例子包含乙二醇單乙烯醚，和環己烷二甲醇單 乙烯醚。 該多官能度改質劑可爲一種標稱（nominal)六莫耳之 三羥甲基丙烷之乙氧基化物，其可使用來自PPG工廠之 MACOL RD 306EM，以及可爲一種標稱十二莫耳山梨糖醇 之丙氧基化物，其可使用來自Eastman化學公司之 THANOL LS 490 〇再者，這些僅作爲例舉之目的，且任何 具有一種官能度大於二之烷氧化多元醇均可考慮使用。 分子量取決於特定的多元醇類，聚異氰酸酯類及其比 例和特定的多官能度改質劑。一般而言，該多官能性端基 9 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — 訂----------線赢 554175 A7 _B7__ 五、發明說明（ Γ) 之不飽和胺基甲酸酯寡聚物之數目平均分子量在不考慮分 子鏈伸展之情況下，可在介於約1，500和約1〇,〇〇〇間之範 圍內。 關於端基封閉之胺基甲酸酯寡聚物之一較佳具體實施 例係包含下述之組合：（a)至少一種具有當量介於約80和 約200之間的二異氰酸酯；（b)至少一種具有當量介於約 100和約2,000之間的多元醇；（c)至少一種羥基丙烯酸酯 或羥基乙烯醚；（d)至少一種具有當量介於約32和約200 之間的烷氧化多元醇。 此較佳具體實施例係藉由提高該端基封閉之胺基甲酸 酯寡聚物之官能度到大於2官能度但少於6官能度以增進 寡聚物之性能，同時與此描述傳統方法比較下伴隨有黏度 下降。該方法具有更進一步的優點，因爲可使用異氰酸酯 ，羥基丙烯酸酯或羥基乙烯醚，和多元醇之任何混合物， 來達到可硬化材料之最終性質。該聚胺基甲酸酯寡聚物之 黏度可以藉由使用作爲調整反應化學計量之烷氧化多元醇 而減低到最小。 自最靠近胺基甲酸酯基中，藉由分離該官能性改質劑 (意即，諸如TMP或山梨糖醇之多元醇）之烷氧單元（如 ，EO或PO基團）和增加該改質烷氧化多元醇之官能度至 大於二，在與不具有EO或PO基團之相似的TMP或山梨 糖醇產物比較下，可以瞭解的是該寡聚物之黏度下降急遽 ，而不會對其它性質有不利影響。也就是說，藉由該改質 劑之官能度的增加，多元羥基分子之胺基甲酸酯含量也增 10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 554175 A7 _ B7 _ 五、發明說明（7 ) 加（例如以山梨糖醇取代TMP，例如可在上述寡聚物中增 加胺基甲酸酯基之數量至約二十四）。 該多官能性，端基不飽和胺基甲酸酯寡聚物可經由自 由基形成熱硬化劑，諸如使用一種過氧化物來硬化，或以 另一種依據包括使用紫外線及電子束能量之輻射硬化的傳 統方法來幅射硬化。通常，這些多官能性端基不飽和胺基 甲酸酯寡聚物可單獨使用或作爲該輻射可硬化組成物之主 要成份，其可與其他成份，諸如反應單體，交聯劑和光引 發劑混合。較佳地，這些多官能性端基不飽和胺基甲酸酯 寡聚物之濃度爲可幅射硬化組成物之約20至約100重量 百分比之範圍，更佳地係介於約50至約100重量百分比 的範圍。 反應單體，也就是習知作爲反應溶劑者，也可以存在 於這些輻射可硬化組成物中。通常，任何可適用於傳統輻 射可硬化組成物之反應單體均可作爲這些多官能性端基不 飽和之胺基甲酸酯寡聚物。反應溶劑較佳的種類係爲丙烯 酸酯類或甲基丙烯酸甲酯類。在輻射可硬化組成物中之反 應單體的濃度係介於約0至約40重量百分比之範圍，更 佳地係介於約0至約20重量百分比的範圍。該輻射可硬 化組成物可包含習用之交聯劑和光引發劑。這些不同種類 之配料的濃度較佳地係介於約0至約30重量百分比之範 圍’其係以該可幅射硬化組成物之總重量爲基礎。 該輻射可硬化組成物亦可包含少量習用之添加劑，例 如顏料，潤濕劑，及其類似物，其可依通常習用之有效濃 11 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •f 訂----------線* A7 554175 __B7 _ 五、發明說明（/0 ) 度來使用。 該輻射可硬化組成物可藉由以習知方法混合所選擇一 起使用之成份來製造。該組成物可藉由習知的方法，包含 噴灑，帘流（curtain)，浸漬塗底（dip pad)，滾筒塗覆 和塗刷步驟施於基材上，該組成物可施於任何可接受的基 材上，諸如，玻璃，塑膠，或其類似物等。在一較佳具體 實施例中，該組成物可施於一由聚酯，聚碳酸酯，聚丙烯 酸酯等所形成之薄膜上，且隨後將該組成物於模具中被鑄 塑做成薄膜且以壓力夾壓（nipped)該組成物。 該使用的輻射可硬化組成物可藉由任何習知的光合輻 射硬化方法來硬化，諸如曝露於紫外線，X射線，α粒子 ，電子束，或迦瑪射線。爲了達成輻照可以使用任何習知 的或一般使用之輻射硬化設備，例如，可以使用低，中或 高壓弧汞燈來完成硬化。硬化可以在空氣中或在惰性氣氛 中，例如，氮氣或氬氣中實施。對於硬化不同組成物所需 的曝露時間取決於特有配方，輻射之類型與波長，能量通 量，和薄膜厚度。熟於輻射技術之技藝的人仕能針對任何 特定組成物決定適當的硬化時間。通常，該硬化時間相當 短，這也就是說，小於約一分鐘。在一具體實施例中，使 用一中等壓力紫外線光源下，其紫外線可硬化輻射能可約 爲 157-236 watts/cm ( 400-600 watts/inch)。 〔元件符號說明〕 10:光學結構 12 $^張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱1 -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------- 訂----------線* A7 554175 __B7 五、發明說明（/ / ) 12:基底層 14:光學元件層 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 554175 ^_§___ 六、申請專利範圍 可回彈聚合物材料係包含稀釋劑。 9·如申請專利範圍第8項之可回彈光學結構，其中該 可回彈聚合物材料係包含稀釋劑，其係選自由四氫糠基（ 甲基）丙嫌酸酯；2-苯氧基乙基（甲基）丙烯酸酯；異冰 片基（甲基）丙烯酸酯；1，6-己二醇二（甲基）丙烯酸酯 或其烷氧基化類似物所組成之族群中。 W·如申請專利範圍第1項之可回彈光學結構，其中該 可回彈聚合物材料係包含丙烯酸酯類和甲基丙烯酸酯類。 11·如申請專利範圍第1項之可回彈光學結構，其中該 可回彈聚合物材料係包含一光引發劑。 12·如申請專利範圍第1項之可回彈光學結構，其中該 可回彈聚合物材料係包含一受阻胺光穩定劑。 、 13·如申請專利範圍第1項之可回彈光學結構，其中該 可回彈聚合物材料係包含一紫外線吸收劑。 14.如申請專利範圍第丨項之可回彈光學結構，其中該 可回彈聚合物材料係包含介於0.15及150微米間範圍之厚 度。 15·—種可回彈光學結構，係包含： a) —基底層；及 b) —光學元件層，其係由可回彈聚胺基甲酸酯形成及 附著於該基底層上，其中該光學結構係選自由一擴散體， 菲涅耳透鏡’線性稜鏡薄膜，後向反射元件，雙凸透鏡狀 元件，及準直膜片所組成之族群中。 16·—種形成可回彈光學結構之方法，其係包含： 2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 554175 留 C8 D8 六、申請專利範圍 a) 提供一基底層；及 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) b) 將由可回彈聚合物材料形成之一光學元件層附著於 該基底層上，藉此形成一光學結構。 17.如申請專利範圍第16項之方法，其中該可回彈聚 合物材料係由光合輻射反應硬化。 18·如申請專利範圍第1項之之方法，其中該可回彈聚 合物材料係曝露於在選自由紫外線，X射線，α粒子，電 子束，及迦瑪射線所組成之族群中來硬化。 3 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)