光学膜及其制作方法.pdf

本发明涉及一种光学膜及其制作方法，其利用溶剂铸膜技术将混掺的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)均匀混合在溶剂中以形成一湿膜，并利用加热上述湿膜以形成一光学干膜，其中特别是至少一种PMMA、被取代官能基的PMMA或PMMA混掺；以及溶剂，该PMMA、该被取代官能基的PMMA或该PMMA混掺可依所需性质以任意比例均匀混合在该溶剂中以形成一混合溶液，该混合溶液经过热处理后形成光学膜。

1.  一种光学膜，其特征在于，包含：
至少选择一种PMMA、被取代官能基的PMMA以及PMMA混掺中的任一材质；以及
溶剂，选择对应所选择的该PMMA、该被取代官能基的PMMA以及该PMMA混掺中的任一材质，依所需性质以任意比例均匀混合在该溶剂中以形成一混合溶液，该混合溶液经过热处理后形成光学膜。

2.  如权利要求1所述的光学膜，其中，被取代官能基的PMMA的被取代官能基为甲基，且其选择以乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、新丁基、正已基、异己基、环己基以及数种前述的官能基取代PMMA的甲基。

3.  如权利要求1所述的光学膜，其中，该光学膜更可包括硅土；硅土的添加量选择占光学膜重量百分比的0.5％至15％中的任一比例。

4.  一种如权利要求1所述的光学膜的制造方法，其特征在于，包括：
将至少选择一种PMMA、被取代官能基的PMMA以及前述各种PMMA混掺中的任一材质；
混掺与一溶剂混合，以形成一混合溶液；
将该混合溶液分布在一基板上；以及
进行一热处理，以形成光学膜。

5.  如权利要求4所述的光学膜制造方法，其中，PMMA被取代官能基的PMMA以及PMMA混掺中的任一材质以20至40％的重量百分比混掺该溶剂。

6.  如权利要求3所述的光学膜制造方法，其中，其溶剂选择甲苯、丙酮、乙酸甲酯、芳香族、环烷类、醚类、酯类以及酮类中的任一溶剂；
其中，该芳香族选择甲苯邻-、间-以及对-二甲苯中的任一型态；该环烷类包括环己烷；该醚类选择二乙基醚以及四氢呋喃中的任一醚类；该酯类选择乙酸甲酯以及乙酸乙酯中的任一酯类；以及该酮类选择丙酮、甲基乙基酮以及1-甲基环戊酮中的任一酮类。

7.  如权利要求3所述的光学膜制造方法，其中，该混合溶液利用一溶剂掺混技术所形成。

8.  如权利要求3所述的光学膜制造方法，其中，该混合溶液分布在该基板上的厚度为150微米～1200微米。

9.  如权利要求3所述的光学膜制造方法，其中，该热处理是利用UV光照射该基板上的该混合溶液，该热处理通过温度以及加热时间来控制该溶剂的残留量，且该溶剂残留量选择小于1％。

10.  如权利要求3所述的光学膜，其中，该光学膜包括进一步添加选择PMMA、被取代官能基的PMMA以及各种PMMA混掺中的任一材质包覆一橡胶弹性材质所形成的粒子；
其中该光学膜的制作方法进一步包括：
该橡胶弹性材质选择丙烯酸丁酯、聚α-氯代丙烯酸甲酯PMMAPoly、苯乙烯以及前述数种橡胶弹性材质的混合物中的任一材质；以及以2.5～50％的添加量，选择PMMA、被取代官能基的PMMA以及各种PMMA混掺中的任一材质包覆该橡胶弹性材质。

光学膜及其制作方法
技术领域
本发明与一种光学膜与混掺光学高分子以制备上述光学膜的方法有关，特别是一种PMMA(Polymethyl Methacrylate)光学膜以及利用溶剂铸膜技术以制备上述PMMA光学膜的方法。
背景技术
传统光学膜的基材一般是以三醋酸纤维(TAC：triacetate)、PC(polycarbonate)、COP为主。而典型的TAC膜又可进一步作为光学膜的保护与支撑膜，所以一般的TAC膜除了必须达到所要求的光学性质外，也必须具有一定的强度，且具有耐高温以及耐潮湿的特性，以达到光学膜的使用需求，或是提供保护TAC膜所构成的光学膜的效果(参考下述专利：JP4342202，TW499573，JP2000-324055，JP2001-235625，JP2003-195048，EP 1-285742，EP 1-331245)。另外，美国专利第6,652,926B1号中揭露加入0.04％～0.3％的硅土粒子(silica particle)于TAC中，其一方面增加了TAC膜的韧性，另一方面亦使得TAC的膜厚降低。
再者，有关于基板或是保护膜的产生，已揭示于美国专利公告第2004/0086721 A1号中，其揭露以20～40％的PVDF(聚偏二氟乙烯)、40～60％的PMMA(Polymethyl Methacrylate)以及5～18％的acrylicelastomer(聚丙烯弹性体)以熔融混掺的方式制成基板或是保护膜。欧洲专利第EP1154005A1号揭露以PET膜中混掺小于5微米(um)的微粒子以达到介于20～600奈米(nm)中心粗度的PET薄膜。此外，日本专利特开平7-56017号中提到，以PC80％+PMMA(Kuraray C-16)20％铸成80微米(um)的薄膜，以及PMMA(MMA97％+BA3％)材料75％混掺25％PEA所铸成的500微米(um)薄膜。
上述现有技术的缺点包括：TAC薄膜的吸水及透湿性大，因此当于高温、高湿度条件下使用时，会因外在环境导致薄膜变形或产生应力而造成光学膜的光学特性受到影响，甚至造成光学膜无法使用。并且TAC的b值过高，在外观上即可看出，容易造成视觉上的阻碍。另外，COP薄膜(如Zeonor、Arton)的吸水及透湿性过小，附着性质差，并且具有材料太脆的问题。欧洲专利第EP1154005A1号中的微粒子虽可以降低表面粗度，但其所使用PET的玻璃转移温度低(7)5，无法符合现有光学膜的耐热性要求。日本专利特开平7-56017号中提到的PMMA/PC混掺的材料性质太脆，并且PMMA/PEA混掺的材料厚度高达500微米(um)，相对于现有光学膜，其适用性皆不足，鉴于上述的缺点，并且为了避免因融熔掺混或热塑性加工造成的材料不安定现象，并且改善光学膜的耐热性、耐湿性以及机械性质，而有效解决光学膜稳定性问题，本发明提供了可以解决上述缺点的光学膜及其制作方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种利用溶剂铸膜技术混掺PMMA的光学膜及其制作方法，PMMA可溶于不具毒性的溶剂如甲苯等之中，其可避免TAC制程中大量使用二氯甲烷所可能对人体及环境造成的伤害。
本发明的再一目的在于，提出一种具适中的吸水及透湿性并可有效解决光学膜光学性质变异的问题。
本发明的又一目的在于，提出一种耐热性佳、机械性质适中、低光弹性系数且具备良好光学性质，例如：低雾度、低黄化指数、高阿贝数、在可见光范围(波长400～700奈米)具有高的穿透度(＞90％)以及具有均匀膜面性质(如厚度、表面粗糙度等)的光学膜，以及避免因融熔掺混或热塑性加工造成的材料不安定现象。
为达上述目的，本发明提供一种光学膜，包含：至少一种PMMA、被取代官能基的PMMA或PMMA混掺；以及，溶剂，上述PMMA、被取代官能基的PMMA或PMMA混掺可依所需性质以任意比例均匀混合在上述溶剂中以形成一混合溶液，上述混合溶液包括20～40％重量百分比的PMMA经过热处理后形成光学膜。
上述官能基为甲基，而上述被取代官能基的PMMA包括以乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、新丁基、正己基、异己基、环己基等官能基取代甲基的PMMA。上述混掺包括至少一种高分子、小分子、可塑剂(plasticizer)、UV吸收剂、抗降解剂或奈米级粒子混掺。上述溶剂包括至少一种芳香族、环烷类、醚类、酯类或酮类。上述芳香族包括甲苯，邻-、间-或对-二甲苯(Xylene)，环烷类包括环己烷(Cyclohexane)，醚类包括二乙基醚(Diehtyl Ether)、四氢呋喃(Tetrahydrofuran：THF)，酯类包括乙酸甲酯(Methyl acetate、Ethylacetate)，酮类包括丙酮(Acetone)、甲基乙基酮(methylethylketone：MEK)、1-甲基环戊酮(1-methylpyrrolidone：NMP)。上述光学膜的厚度介于20～200微米(μm)之间；并且光学膜可应用于LCD、LED、OLED或PLED的光学膜基材或光学膜保护膜。
为达上述目的，本发明还提供一种光学膜的制作方法，包含：将至少一种PMMA、被取代官能基的PMMA或PMMA混掺与一溶剂混合，以形成一均匀的混合溶液；将上述混合溶液均匀分布在一基板上；以及，进行一热处理，以获得均匀表面的光学膜。
上述混合溶液利用一溶剂铸膜的方式而均匀分布在上述基板上。上述溶剂铸膜的方式包括刮刀涂布、缠线棒涂布、逆或同向式滚筒涂布、气帘式(air curtain)涂布、轮式涂布、雕筒涂布、浸沾式涂布、旋转涂布、狭缝式涂布、挤压式涂布或淋幕式涂布。上述基板包括玻璃基板、塑料基板、镜面钢板、镜面钢带或表面均匀性良好的合成高分子。上述合成高分子包括PET(polyethyleneterephthalate)、PEN(polyethylenenaphthalate)、PES(polyethersulfone)、PI(polyimide)、PAR(polyarylate)、PC(polycarbonate)、或天然纤维如CA(cellulose acid)、DAC(cellulose diacetate)、TAC(cellulose triacetate)等。上述混合溶液均匀分布在上述基板上的厚度为150微米(μm)～1200(μm)微米。上述热处理是利用UV光照射均匀分布在上述基板上的混合溶液。
本发明的光学膜的制作方法更包括涂上盘状液晶等材料于上述光学膜之上，并经由滚筒磨擦或UV曝光等方式进行配向，而得到具有位相差的位相差光学膜。
另外，本发明的光学膜中，可进一步添加由PMMA及/或被取代官能基的PMMA及/或PMMA混掺中包覆一橡胶弹性材质所形成的PMMA橡胶粒子，其中该橡胶弹性材质可选择丙烯酸丁酯(butylacrylate)及/或聚α-氯代丙烯酸甲酯PMMA Poly(methyl methacrylate)及/或苯乙烯(styrene)，且该橡胶弹性材质的粒径尺寸小于10微米甚至可进一步为奈米尺度，以增进光学膜的机械性质。
附图说明
图1为本发明的光学膜制作流程图；
图2为本发明的PMMA测试结果图表；
图3为本发明的PMMA膜加入硅土的测试结果特性图表。
图中符号说明
步骤101  选择PMMA高分子及溶剂
步骤102  以溶剂掺混技术形成一溶液系统并进行安定性测试
步骤103  刮刀涂布制膜
步骤104  烘膜
具体实施方式
在此，本发明将详细地叙述一些实施例。然而，值得注意的是除了这些明确的叙述外，本发明可以实施在一广泛范围的其它实施例中，并且本发明的范围不受限于上述实施例，其当视权利要求书的范围而定。
本发明所述的光学膜，包含：至少一种PMMA、被取代官能基的PMMA或PMMA混掺；以及上述PMMA、被取代官能基的PMMA或PMMA混掺可依所需性质以任意比例均匀混合在上述溶剂中，上述混合溶液经过热处理后形成光学膜的基材。
请参考图1，其显示本发明的光学膜的制作流程(flow chart)。本发明的光学膜的制作方法，首先，于步骤101中选择PMMA高分子及溶剂，亦即选择一种或两种以上的PMMA或经过化学/物理方法改质的PMMA，依所需性质以任意比例均匀溶在溶剂中。举例而言，上述化学方法包括利用官能基取代的PMMA，例如：以乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、新丁基、正己基、异己基、环己基等官能基取代甲基。举例而言，上述物理方法包括PMMA混掺，上述混掺包括至少一种高分子、小分子、可塑剂(plasticizer)、UV吸收剂、抗降解剂或奈米级粒子混掺。举一实施例而言，上述溶剂包括至少一种芳香族、环烷类、醚类、酯类、酮类或其混合物。举例而言，上述芳香族包括甲苯，邻-、间-或对-二甲苯(Xylene)，环烷类包括环己烷(Cyclohexane)，醚类包括二乙基醚(Diehtyl Ether)、四氢呋喃(Tetrahydrofuran：THF)，酯类包括乙酸甲酯(Methyl acetate、Ethylacetate)，酮类包括丙酮(Acetone)、甲基乙基酮(methylethylketone：MEK)、1-甲基环戊酮(1-methylpyrrolidone：NMP)。上述的溶剂选择只是一实施例，并非用以限定本发明。
上述奈米微粒子的粒径最好不要大于100奈米，较佳的状况是小于80奈米，最好是小于50奈米。
举一实施例而言，本发明提出四组溶剂铸膜技术制备PMMA光学膜的配方、组成和溶剂，如下所述：
1、Degussa 8N 100part、Toluene 200part；
2、Degussa 8N 97.5part，Kuraray GR00100 2.5part，Acetone200part；
3、Degussa 8N 80part、Degussa zk5BR 2.5part，Methyl acetate200part；
4、Degussa 8N 50part，Kuraray GR049402.5part，Toluene200part。
接下来，进行步骤102，上述所选择的PMMA高分子及溶剂，通过一溶剂混掺技术形成一溶液系统，并进行测试。其测试结果请参考图2。另外，图3显示PMMA加入少量硅土(silica)后，PMMA膜的各种物理或化学性质。其中silica的含量可为0.5％至15％。
前述的Kuraray GR列可以选择GR04940、GR04970、GR00100、GR01240、GR01270、GR1000H24、GR1000H42以及GR1000H60，且也可以用Degussa的zk3BR、zk4BR、zk5BR、zk6BR、zk4HC、zk5HC、k6HC、zk5HT、zk6HT、zkHF、zk6HF、zk20、zk30、zk40以及zk50中的任一材料所取代。较佳的情形下，溶液中的PMMA的固含量介于20～40％之间。然后，进行步骤103，将上述溶液以溶剂铸膜的方式，将混合溶液均匀分布在一基板上。举例而言，上述基板包括但不限定于玻璃基板、塑料基板、镜面钢板、镜面钢带或表面均匀性良好的合成高分子，合成高分子包括PET(polyethyleneterephthalate)、PEN(polyethyleneeenaphthalate)、PES(polyethersulfone)、PI(polyimide)、PAR(polyarylate)、PC(polycarbonate)、或天然纤维如CA(cellulose acid)、DAC(cellulose diacetate)、TAC(cellulose triacetate)等。在步骤103中，本发明利用刮刀涂布混合溶液于玻璃基板之上，举例而言，括刀的间隙(Gap)包含但不限定于550微米(μm)、650微米(μm)、400微米(μm)。另外，上述溶剂铸膜的方式包含但不限定于缠线棒涂布、逆向或同向式滚筒涂布、气帘式(air curtain)涂布、轮式涂布、雕筒涂布、浸沾式涂布、旋转涂布、狭缝式涂布、挤压式涂布或淋幕式涂布；凡是可以形成均匀光学薄膜的方式皆可以利用。
前述的溶剂铸膜的方式中，除了各种涂布方法外，亦可通过镜面模具的压出成型或注塑成型，以制成光学膜。
涂布后所形成的含有溶剂的薄膜称为湿膜，湿膜的厚度可以视需求的不同而定。较佳的情形下，上述湿膜的厚度可为150微米(μm)～1200微米(μm)。之后，进行步骤104，在此步骤中通过烘箱以阶段式或连续式升温(例如：利用UV光照射)的方式，将前述方法制得的湿膜干燥。较佳的情形下，上述的干燥至溶剂残留量不大于1％的阶段，即可以形成具良好光学性质及均匀膜面的光学膜(相对于湿膜，称为干膜)。其中上述光学膜的厚度可以由溶剂所占比例与加热时间以及温度来控制。并且上述干膜经由表面化学处理，可以增进溶液中的分散性。其目的在于增进所形成的膜的耐热程度，且不影响干膜的光学均匀性。
本发明利用一阶段式升温方式进行干燥，例如：将上述PMMA光学膜的配方、组成中的溶剂加热至90℃，并剧烈搅拌。于此温度下搅拌一小时，待粒子完全溶解后移去加热源并维持搅拌至室温，接着，以35微米(um)纱网过滤后静置一段时间。此混合液倾倒于玻璃基板上，以550微米(μm)间隙的括刀刮除多余的涂布液。然后，置于烘箱中静置10分钟后，加热至80℃并维持20分钟，以每次升温20℃并维持20分钟的阶段方式增温，直至160℃，并维持30分钟。最后，再加热至180℃并维持2小时。结果，得到的膜其溶剂残余为0.1％，而膜厚为94微米(μm)，并进行光学测试和机械强度测试，其中：光学测试可为穿透度、Haze、b值等，机械强度可为延展率(％)、抗拉强度(MPa)、拉伸模数(MPa)等。再者，上述的PMMA薄膜亦可经由加热延伸，涂上盘状液晶等材料，并经由滚筒磨擦或UV曝光等方式进行配向，以得到具有位相差的位相差膜。
另外，利用上述方法所制得的光学薄膜(干膜)，由于具有良好的光学性质，例如：低雾度、低黄化指数、于可见光范围(波长400～700奈米)具有高的光线穿透度(＞90％)以及高阿贝数(即低的波长依存性)，因此可以直接应用为光学膜的基材或光学膜保护膜。换言之，本发明的功能性光学薄膜，可以应用于光电平面显示器，例如LCD、LED、OLED或PLED之上。
本发明的利用溶剂铸膜技术混掺PMMA所制备的光学膜具有许多优点：1.耐热性佳、机械性质适中、低光弹性系数且具备良好光学性质，例如：低雾度、低黄化指数、高阿贝数、在可见光范围(波长400～700奈米)具有高的穿透度(＞90％)以及具有均匀膜面性质(如厚度、表面粗操度等)的光学膜；2.可以避免因融熔掺混或热塑性加工造成的材料不安定现象；3.适中的吸水及透湿性并可有效解决光学膜光学性质变异的问题；4.制程简易。
前述本发明的光学膜中，可进一步添加由PMMA及/或被取代官能基的PMMA及/或PMMA混掺中包覆一橡胶弹性材质所形成的PMMA橡胶粒子，其中该橡胶弹性材质可选择丙烯酸丁酯(butylacrylate)及/或聚α-氯代丙烯酸甲酯PMMA Poly(methyl methacrylate)及/或苯乙烯(styrene)，且该橡胶弹性材质的粒径尺寸小于10微米甚至可进一步为奈米尺度。另外，该PMMA橡胶粒子的添加量为2.5～50％。并因此可增进光学膜的机械性质，包括提升延伸性等性质。
前述本发明的光学膜中，可在进一步添加硅土(silica)，且硅土可在光学膜制程中加入，而比较方便的方式是将前述的溶剂与硅土先行混合，再进行后续的PMMA混掺程序。另外，关于硅土加入的程序，也可以在PMMA粒子混掺程序中，将硅土与PMMA一起加入。再者，也可在PMMA混掺程序后，再行混入前述的硅土。而前述添加的硅土占光学膜的重量百分比可为0.5％至15％的较佳范围。
本发明以较佳实施例说明如上，然其并非用以限定本发明所主张的权利要求。其保护范围当视权利要求书及其等同领域而定。凡本领域技术人员，在不脱离本专利精神或范围内，所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在权利要求书的范围内。