专利名称：偏光片保护膜、偏光板及显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种偏光片保护膜(polarizer protective film)、偏光板(polarizing plate)、以及包含此偏光板的显示器。
背景技术：
偏光板(polarizing plate)是一种只允许某方向的光线才能透过的光板，常用在各种显示器中，例如液晶显示器(LCD)。偏光板通常是由一片具有极化作用的偏光片(polarizer)以及两片用来确保耐久性与机械强度的保护膜(protective film)所构成。
偏光片的极化作用是由一透明聚合物膜中有指向性的光非等方向性吸收体所致，例如聚乙烯醇(PVA)的偏振片是将碘或一种二色染料吸附在聚乙烯醇膜中后，通过延伸使其具有单轴的指向性。由于碘的分子结构在高温高湿的条件下易于破坏的原因，所以偏光片需要有二面保护膜作为支撑与保护以保有它的耐久性及机械强度，而偏光板的环境试验里面最重要的就是高温和湿热两项。
通常已知使用的保护膜为三醋酸纤维素(TAC)。保护膜的特性必需要有高的透光率、无双折射(birefringence)、优秀的热、冷、光、湿气抵抗力和光学上的均匀性，也就是说须无外物或可视斑纹的瑕疵。而以溶剂法涂布的三醋酸纤维素保护膜因其透光度、外观佳和容易与偏光膜粘贴的原因而已知使用至今。然而，随着显示器产品(如LCD)使用范围的扩大，对偏光产品的湿热工作条件的要求越来越苛刻，但TAC保护膜的湿气渗透率约300g/m2/day，因此在高温高湿条件下(例如60℃×RH90％×500hr)其保护偏光片的能力是不足的。
此外，为了保护偏光板的表面，一般皆会在偏光板上涂布一层高硬度的硬质层(hard coat layer)，如果能够提供一种高硬度的偏光片保护膜而免除额外的硬质层，将具有降低成本以及简化制程的优势。
发明内容
本发明公开一种偏光片保护膜。依照本发明一较佳实施例，此偏光片保护膜包括一透光树脂；以及纳米级粒子分散于该透光树脂中，其中纳米级粒子的平均粒径不超过50纳米。
本发明还包括一种偏光板。依照本发明一较佳实施例，此偏光板包括一偏光片、以及上述的保护膜设置于偏光片的至少一表面。
本发明还包括一种含有上述偏光板的显示器。
本发明公开一种偏光片保护膜，其中包括一透光树脂；以及纳米级粒子分散于该透光树脂中，其中该纳米级粒子的平均粒径不超过50纳米。
本发明上述的偏光片保护膜，其中该透光树脂包括具交链接构的高分子。
本发明上述的偏光片保护膜，其中该透光树脂包括热固型高分子、紫外光固化型高分子、或前述的组合。
本发明上述的偏光片保护膜，其中该透光树脂包括一或多个环氧树脂、一或多个压克力树脂、或环氧树脂与压克力树脂的组合。
本发明上述的的偏光片保护膜，其中该透光树脂的玻态转移温度大抵为100-200℃。
本发明上述的偏光片保护膜，其中该纳米级粒子大抵占该偏光片保护膜的5-50重量％。
本发明上述的偏光片保护膜，其中该纳米级粒子包括二氧化硅粒子、金属氧化物粒子、或前述的组合。
本发明上述的偏光片保护膜，其中还包括紫外光吸收剂与抗氧化剂至少其一。
本发明上述的偏光片保护膜，其中透光率不小于90％。
本发明上述的偏光片保护膜，其中铅笔硬度不小于3H。
本发明上述的偏光片保护膜，其中水气渗透率不超过20g/m2/天。
本发明上述的偏光片保护膜，其中光迟滞性在5nm以下。
本发明上述的偏光片保护膜，其中表面经过处理后具有小于15°的接触角。
本发明公开一种偏光片保护膜，其中包括一透光树脂，包含具交链接构的环氧树脂或压克力树脂；以及纳米级粒子分散于该透光树脂中，其中该纳米级粒子的平均粒径不超过50纳米；该偏光片保护膜的透光率不小于90％，铅笔硬度不小于3H，且水气渗透率不超过20g/m2/天。
本发明上述的偏光片保护膜，其中该透光树脂的玻态转移温度大抵为100-200℃。
本发明上述的偏光片保护膜，其中该纳米级粒子大抵占该偏光片保护膜的5-50重量％。
本发明上述的偏光片保护膜，其光迟滞性在5nm以下。
本发明上述的偏光片保护膜，其表面经过处理后具有小于15°的接触角。
本发明公开一种偏光板，其包含一偏光片，以及一种本发明上述的偏光片保护膜，设置于该偏光片的至少一表面上。
本发明上述的偏光板，其中该偏光片保护膜上无额外的硬质层。
本发明上述的偏光板，其中该偏光片保护膜设置于该偏光片的相反两面。
本发明上述的偏光板，其中该偏光片保护膜的厚度大抵为20-80μm。
本发明公开一种显示器，其中包含本发明上述偏光板。
本发明上述的显示器，为一液晶显示器。
本发明的复合材保护膜相较于已知TAC保护膜具有较佳的湿气抵抗率、硬度、以及表面接触角；而其它偏光片保护膜所需要的特性，例如穿透度、光延滞、表面粗糙度等亦不比TAC差。
图1绘示本发明一实施例的偏光片保护膜。
图2绘示一种可用来制作上述保护膜的装置。
图3绘示一种应用上述保护膜的偏光板。
图4绘示一种应用上述偏光板的显示器。
具体实施例方式
以下将针对本发明的偏光片保护膜作进一步的描述。在较佳实施例中，本发明的偏光片保护膜比起已知TAC具有更低的湿气渗透率，因此可增加偏光板的可靠度并扩大其应用范围。此外，由于本发明的保护膜的硬度较高，因此可不需额外的硬质层。为达上述与其它优点，本发明主要是利用一纳米复合材料来作为偏光片的保护膜。
请参照图1，绘示本发明一实施例的偏光片保护膜结构。如图中所述，本发明的保护膜为一复合材，其组成包括透光树脂10a与均匀分散在树脂中的纳米级粒子10b。纳米级粒子的掺入可提高硬度、尺寸稳定性、热稳定性、并降低湿气渗透率。此外，加入纳米粒子后的复合材依然可满足偏光片保护膜所需要的其它特性，例如，无双折射、低光迟滞性、与偏光片的接着强度等。
此处所使用的透光树脂较佳具有90％以上的透光率，且最好是呈交链接构，以提供无指向性(亦即等方向性)、无双折射、低光迟滞性(较佳在5nm以下)等光学特性。适当的透光树脂包括但不限于环氧树脂与压克力树脂。环氧树脂包括具有环氧基(oxiranering)的单体、寡聚物、聚合物。具体的实例包括双酚A型环氧树脂(bisphenol A epoxy resin)、双酚F环氧树脂(bisphenol Fepoxy resin)、双酚S型环氧树脂(bisphenol S epoxy resin)、苯酚-酚醛清漆(phenol-novolak)环氧树脂、甲酚-酚醛清漆(cresol-novolak)环氧树脂、脂环式环氧树脂、或是含氮或氢化的萘型环氧树脂、双酚S型环氧树脂与联苯型环氧树脂等等。这些环氧树脂可以单独或混和使用，根据所需求的加工及物性来作适当的选择与调配。所用的压克力树脂包括其单体、寡聚物或聚合物，具体的实例包括环氧丙烯酸酯、聚胺基甲酸脂丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、1，6-六二醇二丙烯酸酯(HDDA)、羟乙基甲丙烯酸酯(HEMA)等等。同样的这些压克力树脂可以单独地或作组合地使用，甚至与上述的环氧树脂搭配使用，端视所需求的加工及物性来作适当的选择及调配。根据本发明，此处所使用的树脂较佳具有100-200℃左右的玻璃转移温度。
此外，在树脂中可加入有效量的硬化剂以硬化上述树脂。已知的硬化剂包括热起始剂与紫外光起始剂两大类，均可用单独或以混合方式用于本发明。对环氧树脂系统而言热起始剂可选择酸酐和部份地被酯化的酸酐类型硬化剂，如六氢邻苯二甲酸酐(hexahydrophthalic anhydride；HHPA)、四氢邻苯二甲酸酐(tetrahydrophthalic anhydride；THPA)、甲基四氢邻苯二甲酸酐(methyl hexahydrophthalic anhydride；MHHPA)、甲基六氢邻苯二甲酸酐(methyl hexahydrophthalic anhydride；MHHPA)；三乙烯二胺；咪唑化合物，如2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基咪唑；磷化合物，如三苯基磷(triphenylphosphine)、四苯基硼酸四苯基膦(tetraphenylphosphoniumtetraphenylborate)、o-二乙基二硫代磷酸酯(o-diethylphosphorodithioate)；四级铵盐等。而紫外线起始剂可选择阳离子型的金属化合物，如三芳基硫六氟锑酸盐(triarylsulphonium hexafluoroantimonite)、三芳基硫六氟磷酸盐(triarylsulphonium hexafluorophosphate)、二芳基碘盐等。对丙烯酸酯树脂系统而言紫外线起始剂可选择自由基型的光起始剂，如酮(ketone)系列、磷(phosphine)系列、胺类增效剂(aminesynergist)等。
本发明的纳米粒子在材质上并没有特殊限制，只要其尺寸够小足以使复合材料保有高透光率即可。较佳者，纳米粒子的平均粒径不超过50纳米，更佳者，可介于5-20纳米之间，而且均匀分散于透光树脂层中，因此光线行经纳米复合材料不会被散射及反射，以期达到90％以上的透光率。适当的纳米级粒子包括但不限于氧化硅、金属氧化物如二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)等。此外，上述的纳米粒子除了可以单独使用以外，也可为两种以上混合使用。
由于纳米粒子的热膨胀系数较低，所以本发明的纳米复合材料的热膨胀系数较一般已知的热塑性光学膜为低，如此可以获得平整度及热尺寸稳定性很好的透明光学膜。另外添加的纳米金属氧化物粒子本质上就具有的很高硬度的特性，可以补强树脂低硬度的弱点，所以本发明的纳米复合材料的硬度远较一般已知的热塑性光学膜为高，如此可以获得表里均一高硬度(铅笔硬度大于3H)及耐摩耗的透明光学膜，而不需额外的硬质层。
纳米粒子的含量较佳在5-50重量％(以保护膜的总重为基准)。根据本案发明人的研究显示，只要纳米粒子的尺寸够小，其含量多寡并不会严重影响到透光率，因此虽然一般不需要，但纳米粒子的含量也有可能超过50重量％。此外，纳米粒子的来源可选择商用的固态粉体或溶液状态的。
除了上述成分以外，已知使用的抗氧化剂或紫外光吸收剂可以加入上述材料中，以避免保护膜变质并确保偏光板的可靠度。抗氧化剂与紫外光吸收剂可单独或一并使用，一般的添加量约为0.1-3重量％(以保护膜的总重为基准)。
图2绘示一种可用来制作上述保护膜的装置。此图的装置仅用来举例说明，本发明的保护膜不限于由此种装置所形成的。首先，将所有原料依配方比例秤好置入混练槽12中均匀混合形成浆料。根据本发明，此浆料可以是无溶剂(固含量100％)或含溶剂系统(固含量40重量％以上)；较佳者，浆料的粘度介于200～6000cp之间，以利后续的涂布作业。浆料混合均匀后注入涂布装置13(滚轮或模头)中以设定的厚度精确地在离型承载膜14上涂布，涂布后的离型承载膜14经由驱动滚轮15的带动以恒定的速度，约0.5到10m/min的速率通过加硬化装置16，如热烘箱或紫外辐照区域，使涂层硬化成形后经卷取滚轮17卷取。所形成的透明光学保护膜如18所示，在物性及成本双重考量下其适宜的厚度介于10～100μm之间，较佳在20～80μm之间。
离型承载膜14可为不锈钢带或热塑性胶膜，如氨基甲酸脂树脂、丙烯酸酯的树脂、聚酯树脂、聚乙烯醇、乙烯乙烯基醇共聚物、乙烯基氯树脂、亚乙烯基氯化物树脂、聚降冰片烯(polynorbornene)树脂、聚碳酸酯树脂、聚芳基酸酯(polyarylate)树脂等。
图3绘示一种应用上述保护膜10的偏光板。如图3所示，偏光板30由一个偏光片5夹层在第一保护膜10与第二保护膜20之间所构成。本发明的保护膜可以设置在偏光片的任一表面或相反两面。因此，图3中的第二保护膜20的材质也可以是本发明的纳米复合保护膜，或者是传统的保护膜，例如是纤维酯、聚碳酸酯、压克力、聚酯、聚烯烃、降冰片烯等材质的保护膜。用来与本发明的保护膜搭配的偏光片5并无特定的限制，只要其具有偏光的特性即可，例如是聚乙烯醇(PVA)或多烯(polyene)偏光片。
传统的偏光板由于保护膜的湿气抵抗力不足而导致偏光能力劣化，而通过本发明的纳米复合保护膜可以提高偏光板的光学可靠度，特别是在高湿度的环境下。在较佳实施例中，本发明的保护膜可以达到20g/m2/24hr甚至更低的湿气渗透率。
保护膜10、20可利用透明接着剂或感压性接着剂与偏光片5贴合而成。此外，为了增强后续与偏光片贴合接着强度，可预作表面处理，如等离子、电晕、底涂(如PU底涂)等，由于本复合材料的结构与组成，在经过等离子、电晕等处理后其表面具有很好的亲水性，其接触角可小于15°，如此可增强与本质即亲水性的偏光片间的贴合接着强度。
本发明的偏光板在实际应用时可与其它光学膜搭配使用，例如反射膜、半穿半反膜、延迟膜(1/2波长与1/4波长)、视角补偿膜等。举例而言，本发明的偏光板可与一反射膜或半穿半反膜贴合而形成一反射型偏光板或半穿半反型偏光板；或与一延迟膜贴合以形成一椭圆形或圆形偏振片；或与一视角补偿膜贴合而一广角偏光板；或者，与一增亮膜贴合。
本发明的偏光板可以应用在各种显示器，包括但不限于液晶显示器、有机电激发光显示器、等离子显示器等。例如，如图4的液晶显示器50所示，可将本发明的偏光板30设置在液晶面板40的任一表面或相反两面。液晶的型态与驱动方式也没有特别限制，可以是TN(扭曲向列)型液晶、垂直配向型液晶、IPS(横向电场切换)液晶等。此外，液晶面板的构成通常还包含扩散板、棱镜数组、背光组件等，在此不予赘述。
为让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，作详细说明如下。实施例中所使用的纳米粒子为Nissan Chemical公司所生产之“MEK-ST”，为一种甲基乙基酮(MEK)二氧化硅溶胶(silica sol)，添加量控制在20重量％，以组成物的总重为基准。
实施例1-9将三种阳离子型光起始剂Ciba公司阳离子型光起始剂552(双芳香基碘盐；Diaryl Iodonium salts)、Dow公司阳离子型UVI-6976与UVI-6992(皆为参芳香基硫盐；Triaryl Sulfoniumsalts)溶在MEK二氧化硅溶胶中，再加入环氧树脂Shell Epon828(Shell Chemical)与Union Carbide 4221(Union Carbide)形成浆料。将浆料放置真空烘箱中脱泡及去除MEK溶剂至适当的固含量及粘度，然后使用100μm刮刀将其涂布至含Zeonor/玻璃基板上。涂膜以能量1.5J/cm2的紫外光，光照速率4m/min的条件照射一次后即可达完全固化(tacky-free)的状态，且所得的试片除了实施例3有少许皱纹(约10％)外，其余皆完全平坦。
实施例1-9所用的原料与用量如表1所示。
表1
将实施例6的浆料以图2的精密连续涂布装置制成80μm的试片，并测试其各项性质，包括湿气渗透率、透光率、硬度、表面粗糙度、水接触角等，所得的各项数据与传统的TAC膜并列作一比较如表2所示。
表2
表2的数据显示，本发明的复合材保护膜相较于已知TAC保护膜具有较佳的湿气抵抗率、硬度、以及表面接触角；而其它偏光片保护膜所需要的特性，例如穿透度、光延滞、表面粗糙度等亦不比TAC差。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。
符号说明10复合材 10a透光树脂10b纳米级粒子 12混练槽13涂布装置14离型膜15驱动滚轮16硬化装置17卷取滚轮18涂布膜层5偏光片 20保护膜30偏光板 40液晶面板50液晶显示器
权利要求
1.一种偏光片保护膜，其特征在于包括一透光树脂；以及纳米级粒子分散于该透光树脂中，其中该纳米级粒子的平均粒径不超过50纳米。
2.根据权利要求1所述的偏光片保护膜，其特征在于该透光树脂包括具交链接构的高分子。
3.根据权利要求1所述的偏光片保护膜，其特征在于该透光树脂包括热固型高分子、紫外光固化型高分子、或前述的组合。
4.根据权利要求1所述的偏光片保护膜，其特征在于该透光树脂包括一或多个环氧树脂、一或多个压克力树脂、或环氧树脂与压克力树脂的组合。
5.根据权利要求1所述的偏光片保护膜，其特征在于该透光树脂的玻态转移温度为100-200℃。
6.根据权利要求1所述的偏光片保护膜，其特征在于该纳米级粒子占该偏光片保护膜的5-50重量％。
7.根据权利要求1所述的偏光片保护膜，其特征在于该纳米级粒子包括二氧化硅粒子、金属氧化物粒子、或前述的组合。
8.根据权利要求1所述的偏光片保护膜，其特征在于还包括紫外光吸收剂与抗氧化剂至少其一。
9.根据权利要求1所述的偏光片保护膜，其特征在于透光率不小于90％。
10.根据权利要求1所述的偏光片保护膜，其特征在于铅笔硬度不小于3H。
11.根据权利要求1所述的偏光片保护膜，其特征在于水气渗透率不超过20g/m2/天。
12.根据权利要求1所述的偏光片保护膜，其特征在于光迟滞性在5nm以下。
13.根据权利要求1所述的偏光片保护膜，其特征在于表面经过处理后具有小于15°的接触角。
14.一种偏光片保护膜，其特征在于包括一透光树脂，包含具交链接构的环氧树脂或压克力树脂；以及纳米级粒子分散于该透光树脂中，其中该纳米级粒子的平均粒径不超过50纳米；该偏光片保护膜的透光率不小于90％，铅笔硬度不小于3H，且水气渗透率不超过20g/m2/天。
15.根据权利要求14所述的偏光片保护膜，其特征在于该透光树脂的玻态转移温度为100-200℃。
16.根据权利要求14所述的偏光片保护膜，其特征在于该纳米级粒子占该偏光片保护膜的5-50重量％。
17.根据权利要求14所述的偏光片保护膜，其特征在于光迟滞性在5nm以下。
18.根据权利要求14所述的偏光片保护膜，其特征在于表面经过处理后具有小于15°的接触角。
19.一种偏光板，其特征在于包含一偏光片，以及一种根据权利要求1所述的偏光片保护膜，设置于该偏光片的至少一表面上。
20.根据权利要求19所述的偏光板，其特征在于该偏光片保护膜上无额外的硬质层。
21.根据权利要求19所述的偏光板，其特征在于该偏光片保护膜设置于该偏光片的相反两面。
22.根据权利要求19所述的偏光板，其特征在于该偏光片保护膜的厚度为20-80μm。
23.一种显示器，其特征在于包含根据权利要求19所述的偏光板。
24.根据权利要求23所述的显示器，其特征在于为一液晶显示器。
全文摘要
本发明公开一种偏光片保护膜，其包括纳米级粒子分散在一透光树脂中，其中纳米级粒子的平均粒径不超过50纳米。本发明的范围更包括含有上述保护膜的偏光板、以及包含此偏光板的显示器。本发明的复合材保护膜相较于已知TAC保护膜具有较佳的湿气抵抗率、硬度、以及表面接触角；而其它偏光片保护膜所需要的特性，例如穿透度、光延滞、表面粗糙度等亦不比TAC差。
文档编号G02B5/30GK1755396SQ20051005670
公开日2006年4月5日 申请日期2005年3月23日 优先权日2004年9月30日
发明者刘仲明, 陈世明, 李永仁, 李宗铭 申请人:财团法人工业技术研究院