自行结构化光学膜结构及其制造方法.pdf

一种自行结构化光学膜结构及其制造方法，是利用涂布丙烯酸树脂 与氟烷接枝、硅氧烷接枝丙烯酸树脂或含有氟、硅化合物的丙烯酸树脂掺合的涂液，而形成涂液涂膜表面的自行结构化光学膜，以大幅降低成本，并于涂液涂布时产生随机不规则排列，有效降低因规律结构所产生的光干涉纹路，进而提供更佳的聚光、旋光性及相对减少光学膜片的层数。

1.  一种自行结构化光学膜，其特征在于，其结构包括：
一透明基材；以及
一涂布于该透明基材上的涂液，该涂液为丙烯酸类树脂混掺具有下式(I)所示结构的氟烷接枝、硅氧烷接枝、钛氧烷接枝、或铝氧烷接枝的丙烯酸树脂：

上述结构式中，n、m、o为正整数；其中之一个R选自OC_6～12F_13～25、或[OZ(CH₃)₂]_g其中之一，而其余五个R选自H、OH、CyH2y+1其中至少一成员；或者其中两个R分别为OC_6～12X_13～25或[OZ(CH₃)₂]_g，而其余四个R则选自H、OH、C_yH_2y+1其中至少一成员；其中，Z选自Si、Ti、Al其中之一，X选自氟、氯或溴，y、g为正整数；

2.  如权利要求1所述的自行结构化光学膜，其特征在于，所述丙烯酸类树脂为含有丙烯酸官能基团的寡聚物及单体的组合。

3.  如权利要求2所述的自行结构化光学膜，其特征在于，该丙烯酸官能基团选自下述含有丙烯酸类之化合物：环氧丙烯酸(Epoxy acrylate)、丙烯酸氨基甲酸(Urethane acrylate)、丙烯酸-丙烯酸(Acrylic acrylate)、聚酯丙烯酸(Polyester acrylate)其中之一或其组合。

4.  如权利要求1所述的自行结构化光学膜，其特征在于，该氟烷接枝、硅氧烷接枝、钛氧烷接枝、或铝氧烷接枝的丙烯酸树脂的掺合比例为整体涂液重量的0.1％～35％或36％～60％重量百分比。

5.  如权利要求1所述的自行结构化光学膜，其特征在于，该涂液更混掺其他含氟、硅的化合物。

6.  如权利要求4所述的自行结构化光学膜，其特征在于，该含氟、硅化合物选自丙烯酸六氟丁酯(Hexafluorobutyl Acrylate)、甲基丙烯酸六氟丁酯(Hexafluorobutyl Methacrylate)、甲基丙烯酸三氟乙酯(TrifluoroethylMethacrylate)、甲基丙烯酸十二氟庚酯(DodecafluoroheptylMethacrylate)、N-乙基全氟辛基磺酰基胺基丙烯酸乙酯(2-(N-Ethylperfluorooctanesulfonamido)ethyl acrylate)、三氟甲基丙烯酸(2-Trifluoromethylacrylic acid)、三氟乙醇(Trifluoroethanol)、六氟丁醇(Hexafluorobutanol)、十二氟庚醇(Dodecafluoro-1-heptanol)、二十四氟十七碳二醇(Tetracosafluoroheptadecanediol)其中之一。

7.  如权利要求5所述的自行结构化光学膜，其特征在于，该氟、硅化合物掺合比例是占整体涂液重量的0.1％至60％重量百分比。

8.  一种自行结构化光学膜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)提供透明基材；
(b)提供用于涂布在该透明基材上的涂液，该涂液混掺氟烷接枝、硅氧烷接枝、钛氧烷接枝、或铝氧烷接枝的丙烯酸树脂；以及
(c)进行光反应固化。

9.  如权利要求8所述的自行结构化光学膜的制造方法，其特征在于，该氟烷接枝、硅氧烷接枝、钛氧烷接枝、或铝氧烷接枝的丙烯酸树脂具有下式(I)所示结构之：(I)式中，n、m、o为正整数；其中之一个R选自OC_6～12F_13～25、或[OZ(CH₃)₂]_g其中之一，而其余五个R选自H、OH、CyH2y+1其中至少一成员；或者其中两个R分别为OC_6～12X_13～25或[OZ(CH₃)₂]_g，而其余四个R则选自H、OH、C_yH_2y+1其中至少一成员；其中，Z选自Si、Ti、Al其中之一，X选自氟、氯或溴，y、g为正整数；


10.  如权利要求8所述的自行结构化光学膜的制造方法，其特征在于，该丙烯酸树脂为含有丙烯酸官能基团的寡聚物及单体所组合的涂液。

11.  如权利要求10所述的自行结构化光学膜的制造方法，其特征在于，该丙烯酸官能基团选自下述含丙烯酸(acrylate)类之化合物：环氧丙烯酸(Epoxy acrylate)、丙烯酸氨基甲酸(Urethane acrylate)、丙烯酸-丙烯酸(Acrylic acrylate)、聚酯丙烯酸(Polyester acrylate)其中之一或组合。

12.  如权利要求9所述的自行结构化光学膜的制造方法，其特征在于，该氟烷接枝、硅氧烷接枝、钛氧烷接枝、或铝氧烷接枝的丙烯酸树脂的掺合比例为整体涂液重量的0.1％～35％或36％～60％重量百分比。

13.  如权利要求9所述的自行结构化光学膜的制造方法，其特征在于，该涂液更混掺有其他氟、硅化合物。

14.  如权利要求13所述的自行结构化光学膜的制造方法，其特征在于，该氟、硅化合物是选自丙烯酸六氟丁酯(Hexafluorobutyl Acrylate)、1 Methacrylate)、N-乙基全氟辛基磺酰基胺基丙烯酸乙酯(2-(N-Ethylperfluorooctanesulfonamido)ethyl acrylate)、三氟甲基丙烯酸(2-Trifluoromethylacrylic acid)、三氟乙醇(Trifluoroethanol)、六氟丁醇(Hexafluorobutanol)、十二氟庚醇(Dodecafluoro-1-heptanol)、二十四氟十七碳二醇(Tetracosafluoroheptadecane diol)其中之一。

15.  如权利要求14所述的自行结构化光学膜的制造方法，其特征在于，该氟、硅化合物掺合比例是占整体涂液重量比的0.1％至60％。

16.  如权利要求8所述的自行结构化光学膜的制造方法，其特征在于，该光反应固化是使用波长为210～550nm的紫外光或可见光。

自行结构化光学膜结构及其制造方法
技术领域
本发明是提供一种用于聚光、抗眩、扩散等的涂层薄膜技术，尤指一种利用丙烯酸树脂形成表面涂膜的自行结构化光学膜结构及其制造方法。
背景技术
光学膜普遍运用在日常生活中，例如：LCD背光模块的聚光片(Brightness Enhancement Film)是利用聚光原理来增加LCD的亮度，抗眩膜则用来遮蔽所谓的“眩光”，因此为了让光源做有效的聚光或散光，折射率即为欲得到高质量光学膜的要素之一。
当光学膜于制作时，皆须透过光固化工艺予以定型，目前现有技术的光固化工艺是采用结构轮压制成型或添加塑料微粒子于UV胶中的作法；惟前者结构轮将会于工艺中产生规律压痕，使之产生光干涉纹路，因此除了将有视角限制外，将难免于工艺中产生损坏缺陷，造成需要透过多层膜片组合，才能达到所要求的聚光或散光效果，因此如此常会造成不良率提高以及在使用上成本的多余消耗。
因此，如何提供一种可改善上述问题的光学膜结构及其制造方法即为本发明的研发动机所在。
发明内容
本发明的一目的是提供一种可改善制成膜片后的视角限制的自行结构化光学膜及其制造方法。
本发明的另一目的是提供一种可大幅降低制造成本的自行结构化光学膜结构及其制造方法。
本发明的又一目的是提供一种更佳的聚旋旋旋光性及相对减少光学膜片的层数的自行结构化光学膜结构及其制造方法。
本发明的再一目的是提供一种具有低收缩率的自行结构化光学膜结构及其制造方法，于光固化后不使基材翘曲。
本发明所谓“自行结构化”，系指由涂布后自然生成的膜结构，有别于已知现有技术采用的以结构轮方式、压出规律的图案所形成的膜结构。
为了达到上述的所有目的，本发明的自行结构化光学膜结构，主要是利用现有技术UV固化树脂，例如，丙烯酸类树脂，混掺含有氟烷接枝、硅氧烷接枝(或者钛氧烷、铝氧烷接枝)的丙烯酸树脂，此外还可含其它含有氟、硅的化合物(例如：丙烯酸六氟丁酯(HexafluorobutylAcrylate)、甲基丙烯酸六氟丁酯(Hexafluorobutyl Methacrylate等，见后面的定义)，而制成涂液，涂布于透明基材表面，借以产生随机不规则排列。
上面所述现有技术丙烯酸类树脂可使用具有丙烯酸官能基团的环氧树脂-丙烯酸(Epoxy acrylate)、丙烯酸-氨基甲酸(Urethane acrylate)、丙烯酸-丙烯酸(Acrylic acrylate)、聚酯-丙烯酸(Polyester acrylate)等等含有丙烯酸官能基团的寡聚物(oligomer)及单体(monomer)之组合。
其涂液中混合有硬化剂与助剂等。具体成份为丙烯酸官能基团的环氧树脂丙烯酸(Epoxy acrylate)、丙烯酸氨基甲酸(Urethane acrylate)、丙烯酸-丙烯酸(Acrylic acrylate)、聚酯丙烯酸(Polyester acrylate)等等含有丙烯酸官能基团的寡聚物(oligomer)及单体(monomer)之组合，其中该单体(monomer)具有低黏度，用以降低涂液的黏度，而无须额外添加如甲苯(toluene)、醋酸乙酯(EAc)、丁酮(MEK)等溶剂，并混掺由下列化学式表示的氟烷接枝、硅氧烷接枝(或者钛氧烷、铝氧烷接枝)丙烯酸树脂：

其中n、m、o为正整数，其中之一个R是选自OC_6～12F_13～25、或[OZ(CH₃)₂]_g其中之一，而其余五个R选自H、OH、C_yH_2y+1其中至少一成员，而Z选自Si、Ti、Al其中之一，y、g为正整数。其中氟烷接枝、硅氧烷接枝丙烯酸树脂的掺合比例可占整体涂液重量比的0.1％至60％，为了可有效控制所制成的光学膜片的聚光或散光特性，氟烷接枝、硅氧烷接枝丙烯酸树脂的掺合比例，可依需求优选混掺0.1％～35％或36％～60％。本配方亦可混掺其他氟、硅化合物，如：丙烯酸六氟丁酯(Hexafluorobutyl Acrylate)、甲基丙烯酸六氟丁酯(HexafluorobutylMethacrylate)、
甲基丙烯酸三氟乙酯(Trifluoroethyl Methacrylate)、
甲基丙烯酸十二氟庚酯(Dodecafluoroheptyl Methacrylate)、
N-乙基全氟辛烷磺酰氨基丙烯酸乙酯
(2-(N-Ethylperfluorooctanesulfonamido)ethyl acrylate)、
三氟甲基丙烯酸(2-Trifluoromethylacrylic acid)、
三氟乙醇(Trifluoroethanol)、
六氟丁醇(Hexafluorobutanol)、
十二氟庚醇(Dodecafluoro-1-heptanol)、
二十四氟十七碳二醇(Tetracosafluoroheptadecanediol)；或是含有氨基官能基的聚硅氧烷、含有羧基官能基的聚硅氧烷、含有环氧官能基的聚硅氧烷、含有羟基官能基的聚硅氧烷及含有丙烯酸官能基的聚硅氧烷；
其中上述的氟、硅化合物掺合比例可占整体涂液重量比的0.1％至60％，为了可有效控制所制成的光学膜片的聚光或散光特性，氟烷接枝、硅氧烷接枝丙烯酸树脂的掺合比例，可依需求优选混掺0.1％～35％或36％～60％。
为了达到上述的所有目的，本发明的自行结构化光学膜结构的制造方法包括以下步骤：(a)提供透明基材；(b)提供涂布于该透明基材上的涂液，该涂液混掺氟烷接枝、硅氧烷接枝(或者钛氧烷、铝氧烷接枝)丙烯酸树脂；以及(c)进行光反应固化。
其中上述的氟烷接枝、硅(或钛、铝)氧烷接枝丙烯酸树脂
由下式(I)所示：

上式中n、m、o为正整数，其中之一个R选自OC_6～12F_13～25或[OZ(CH₃)₂]_g其中之一，而其余五个R选自H、OH、C_yH_2y+1其中之一，而Z选自Si、Ti、Al其中之一，y、g为正整数。另外也可以设计其中两个R分别为OC_6～12X_13～25(其中X选自氟、氯或溴)或[OZ(CH₃)₂]_g，而其余四个R则选自H、OH、C_yH_2y+1其中至少一成员。
对应上述自行结构化光学膜结构的制造方法，其中进行光反应固化是使用波长210～550nm的紫外光或可见光。
对应上述自行结构化光学膜结构的制造方法，其中该涂液的折射率控制在1.53以上。
借此，即可使自行结构化光学膜表面具有聚光或散光或同时具有聚光及散光的效果。同时，控制其表面结构的尺度，而可选择其用途，故相较于现有技术，即可产生较佳的散光与聚光效果，有效降低因规律结构所产生的光干涉纹路，并提供更佳的聚光或散光性，从而达到功能整合，以单一膜片取代二层或三层光学膜。
附图说明
图1为本发明自行结构化光学膜结构的制造概要流程图；
图2为显示本发明自行结构化光学膜所形成的表面结构示意图；
图3为使用光学仿真计算的数值。
附图标记说明：11-提供透明基材；12-提供涂布于该透明基材上的涂液；13-进行光反应固化。
具体实施方式
为能了解本发明的技术内容，及所能达成的功效，兹配合附图列举诸较佳实施例详细说明如后。
本发明提供一种自行结构化光学膜结构，其主要是利用涂布丙烯酸树脂与氟烷接枝、硅氧烷接枝(或者钛氧烷、铝氧烷接枝)丙烯酸树脂或含有氟、硅化合物的丙烯酸树脂掺合，而形成涂膜表面的自行结构化光学膜结构。
首先，提供一基材，基材为主要形成光学膜片的主要材料，一般最常见者为透明的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)板材，当然亦可以其它透明材料来取代，但是以透明PET板材最常见，价格也较低廉。
接着，将包含丙烯酸树脂与氟烷接枝、硅氧烷接枝丙烯酸树脂以及氟、硅化合物混掺涂液涂布于基材上，其涂液中可混合有硬化剂与助剂等。而现有技术丙烯酸树脂可使用具有丙烯酸官能基团的环氧树脂丙烯酸(Epoxy acrylate)、丙烯酸氨基甲酸(Urethane acrylate)、丙烯酸-丙烯酸(Acrylic acrylate)、聚酯丙烯酸(Polyester acrylate)等等含有丙烯酸官能基团的寡聚物(oligomer)及单体(monomer)之组合，其中该单体(monomer)具有低黏度，用以降低涂液的黏度，而无须额外添加如甲苯(toluene)、醋酸乙酯(EAc)、丁酮(MEK)等溶剂，并混掺由下列化学式表示的氟烷接枝、硅氧烷接枝(或者钛氧烷、铝氧烷接枝)丙烯酸树脂：

其中n、m、o为正整数，其中之一个R是选自OC_6～12F_13～25、或[OZ(CH₃)₂]_g其中之一，而其余五个R选自H、OH、C_yH_2y+1其中至少一成员，而Z选自Si、Ti、Al其中之一，y、g为正整数。其中氟烷接枝、硅氧烷接枝丙烯酸树脂的掺合比例可占整体涂液重量比的0.1％至60％，为了可有效控制所制成的光学膜片的聚光或散光特性，氟烷接枝、硅氧烷接枝丙烯酸树脂的掺合比例，可依需求优选混掺0.1％～35％或36％～60％。值得一提的是，本发明亦可混掺其它氟、硅化合物，如：丙烯酸六氟丁酯(Hexafluorobutyl Acrylate)、甲基丙烯酸六氟丁酯(Hexafluorobutyl Methacrylate)、
甲基丙烯酸三氟乙酯(Trifluoroethyl Methacrylate)、
甲基丙烯酸十二氟庚酯(Dodecafluoroheptyl Methacrylate)、
N-乙基全氟辛烷磺酰氨基丙烯酸乙酯
(2-(N-Ethylperfluorooctanesulfonamido)ethyl acrylate)、
三氟甲基丙烯酸(2-Trifluoromethylacrylic acid)、
三氟乙醇(Trifluoroethanol)、
六氟丁醇(Hexafluorobutanol)、
十二氟庚醇(Dodecafluoro-1-heptanol)、
二十四氟十七碳二醇(Tetracosafluoroheptadecanediol)；或是含有氨基官能基的聚硅氧烷、含有羧基官能基的聚硅氧烷、含有环氧官能基的聚硅氧烷、含有羟基官能基的聚硅氧烷及含有丙烯酸官能基的聚硅氧烷；
其中上述的氟、硅化合物掺合比例可占整体涂液重量比的0.1％至60％，为了可有效控制所制成的光学膜片的聚光或散光特性，氟烷接枝、硅氧烷接枝丙烯酸树脂的掺合比例，可依需求优选混掺0.1％～35％或36％～60％。
如上文所叙述之掺合比例，系自多次实验及多种实施所获得之结果，兹举实例说明：
实施例1
使用双酚A环氧丙烯酸酯(Bisphenol A epoxy diacrylate)及2-苯氧基乙基丙烯酸酯(2-Phenoxyethyl acrylate)各以等重量比例混合，组成无溶剂含有丙烯酸官能基团的涂液A。
另外，取氟烷接枝、或硅氧烷接枝丙烯酸树脂溶液以作为另一涂液B：

其中n、m、o系为正整数，其中之一R系选自由OC_6～12F_13～25、或[OZ(CH₃)₂]_g其中至少一成员，而其余五个R系选自由H、OH、C_yH_2y+1其中至少一成员，而Z系选自Si、Ti、Al其中之一，y、g为正整数。
取A涂液，并加入B涂液与之混合其比例系为9:1(重量比)，充份混合后再外加等同于混合液4％重量百分比之光固化涂料引发剂并又予以充分搅拌后，形成涂液C。
将涂液C以狭缝模具式涂布(Slot die Coating)于透明基材上达25μm厚度，再以波长为365nm之紫外光，800mj/cm²的能量，将涂层固化，即可得雾度(haze)约40％，透光度85％，并具有部分聚光效果的透明薄膜。
实施例2
取涂液A与涂液B混合(比例为6比4之重量比)，再外加重量等同于混合液6％重量百分比之光固化涂料引发剂，充分搅拌后，形成涂液D。使用凹版印刷式涂布(Gravure Coating)，将涂液D在透明基材上涂布25μm厚度，再以波长为365nm之紫外光，800mj/cm²的能量，将涂层固化，即可得雾度(haze)约60％(即散光效果)，透光度85％，并具有部分聚光效果的透明薄膜。
请参阅图1所示，是揭露本发明自行结构化光学膜结构的制造概要流程图，如图所示，包括以下步骤：
(a)提供透明基材11；
(b)提供用于涂布在该透明基材上的涂液12，该涂液混掺氟烷接枝、硅氧烷接枝丙烯酸树脂。具体而言，本发明是先制备含有混掺氟烷接枝、硅氧烷接枝丙烯酸树脂的涂液，再将涂布于基材上。其涂布的方式例如可采用狭缝模具式涂布(Slot die Coating)，以得到高速度且高均匀性的涂布，进而轻易改变涂布的厚度与宽度；或可采用微凹版印刷式涂布(Gravure and Micro Gravure Coating)，达到微量涂布的目的，且适用的基材范围广；但不仅以上述为限；以及
(c)进行光反应固化13。须注意的是，本发明所使用波长为210～550nm的紫外光或可见光进行光反应固化，即可得膜表面具有聚光或散光或同时具有聚光及散光效果的自行结构化光学膜结构。此步骤需注意的是，若光固化反应未完全时，将可能造成残胶现象缺陷，其产生原因可能是起始反应能量较高(大于800mj/cm²)，或是寡聚物(oligomer)和单体(monomer)的比例配制有问题造成，尤其在生产机速快(8m/min以上)的时候。因此在寡聚物(oligomer)的选择上选择较多官能基(三个以上)，仅需较低的起始反应能量(小于800mj/cm)，故可使残胶现象减少。
请参阅图2所示，为本发明自行结构化光学膜所形成的表面结构，如图所示，由于自行结构化光学膜结构乃是由自然生成，有别于已知采用结构轮方式，压出规律的图案，即于照光时，涂液中含有的氟、硅化合物会突出表面，形成致密的圆球状突出物，且该圆球状突出物是以不规则随机的分布，故可以提高光的特性，且具有聚光效果。而控制表面结构的尺度，如将其控制在数微米(μm)至数十微米(μm)之间，则可使光学膜结构具有散射光的效果。
此外，本发明的自行结构化光学膜结构具有低收缩率，于光固化后不会使基材翘曲。具体而言，其测试方式是可在10cm²正方型基材(材质为聚对苯二甲酸乙二酯；PET)上，涂布25um的涂液，于光固化后，不使基材的四个角，产生大于5mm向上或向下的翘曲。
基材种类都是PET，但厚度会不同，有50、100、125、188um等厚度，在50um的基材上测试最严格，因基材本身的强度较差也较软，而188um的基材较硬且有一定的质量，较不会翘曲。
再如图3所示，为使用光学仿真计算的数值，当材料折射率越大时，棱镜片(BEF)的光增益(Gain)值就越高。目前常用的涂液折射率是1.54，而本发明所配的涂液，可依寡聚物(oligomer)和单体(monomer)组成的不同，折射率有1.53至1.57的变化，最高可达1.57。
综上所述，本发明主要是利用涂布丙烯酸树脂与氟烷接枝、硅氧烷接枝丙烯酸树脂或含有氟、硅化合物的丙烯酸树脂所掺合的涂液，而形成涂液涂膜表面的自行结构化光学膜结构，以大幅降低成本，并于涂液涂布时产生随机不规则排列，有效降低因规律结构所产生的光干涉纹路，进而提供更佳的聚旋旋旋光性及相对减少光学膜片的层数。
虽然本发明已以具体的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，即凡依本发明申请的权利要求所作的均等变化与润饰，在不脱离本发明的精神和范围下，皆仍应属本发明所涵盖的专利范围内。