專利名稱：低或零雙折射光學(xué)薄膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)薄膜及其制造方法，且特別涉及一種低或零雙折射 光學(xué)薄膜及其制造方法。
背景技術(shù)：
高分子材料具有質(zhì)輕、種類多樣等特性，近年來在影像紀(jì)錄、光學(xué)讀取 頭等傳統(tǒng)使用玻璃素材做為材料的應(yīng)用層面，已逐漸因高分子材料具質(zhì)輕、 耐沖擊等特性而漸漸被取代，且高分子除了上述的特性外，尚具備有易加工
成形的特性，常用的加工技術(shù)如擠壓或射出成型(Extrusion or injection molding)等成形技術(shù)，均可應(yīng)用于高分子素材的產(chǎn)品加工上。對于目前的液 晶顯示器而言，由于構(gòu)成液晶顯示器的主要構(gòu)成要件均為玻璃素材，隨著液 晶顯示器廣泛的被應(yīng)用在各種工作環(huán)境中，液晶顯示器的構(gòu)成要件也被要求 具備有更輕、更薄，同時也需要提高耐沖擊性等性能，若能有效發(fā)揮高分子 材料上述的特性必能達(dá)到液晶顯示器的應(yīng)用要求。
高分子材料雖然具備有上述的優(yōu)越特性，且有應(yīng)用在光學(xué)零件的潛力， 但事實上到目前為止未能被充分運用在各種光學(xué)零件上，主要原因是因應(yīng)用 于光學(xué)零件的光學(xué)級高分子材料在使用上述成形加工技術(shù)所得的制品大部
分均具有雙折射性(Birefringence),此雙折射性會在光學(xué)零件實際應(yīng)用上產(chǎn)生 重大影響，進(jìn)而影響光學(xué)零件的功能性。
高分子材料的雙折射性及其形成原因早已廣為人知，換言之，通常幾乎 所有作為光學(xué)材料所使用的高分子材料，其形成高分子聚合物的單體 (monomer)具有折射率的光學(xué)各向異性(Optically anisotropic),此單體的光學(xué) 各向異性以一定方向排列于聚合物上，也就是說因配向而使高分子材料產(chǎn)生 雙折射性。這種配向雙折射性在偏光性的應(yīng)用上會有特別嚴(yán)重的問題，例如 近年所開發(fā)的寫入與擦除型的光碟的光學(xué)零件應(yīng)用。在寫入與擦除光碟的讀 取光束或?qū)懭牍馐褂闷夤馐鴷r，會因為此光路(光碟本身、讀取鏡頭等) 中存在有雙折射性的光學(xué)特性，而影響讀取或?qū)懭氲木?。在液晶顯示器產(chǎn)品的應(yīng)用端上，液晶顯示元件的構(gòu)造如眾所周知作為偏光鏡或平行偏光鏡的 偏光鏡與檢偏鏡之間，利用液晶層使偏光的偏振波面旋轉(zhuǎn)，控制透光或不透 光，因此液晶顯示元件中構(gòu)成上述的各構(gòu)件的雙折射性會造成重大影響，此 問題會阻礙高分子光學(xué)材料廣泛使用于液晶顯示元件。
所謂的"光學(xué)各向同性(Optically isotropic)"意指對于某物質(zhì)的光學(xué)特性 如折射率與光的吸收度，在物質(zhì)的任何方向上均具有相同性質(zhì)，與方向無關(guān)。
相對于光學(xué)各向同性，"光學(xué)各向異性"則是光學(xué)特性會隨物質(zhì)的不同方向 而改變，故此類物質(zhì)具有雙折射(Birefringence)的特性。嚴(yán)格來說，僅非常少 部分的材料是屬于光學(xué)各向同性的，甚至透明或是部分透明的高分子材料如 聚乙烯(Polyethylene)或聚曱基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate)皆非完全 光學(xué)各向同性，其雙折射率并不等于零。此外，即使某高分子材料具有完全 的光學(xué)各向同性，但經(jīng)過加工擠壓或射出成型等程序之后，仍會對高分子在 其流動的方向產(chǎn)生應(yīng)力(stress)，或是由于拉伸而產(chǎn)生的形變，因而導(dǎo)致分子 排列具有順向性，造成材料的雙折射性。
以往所做各種方式以降低或抵消如上所述的順向雙折射性，如國際申請 號PCT/JP95/01635(國際公開號WO96/06370),是以透明的高分子樹脂(如 PMMA、 PC等)為基材，添加可隨此高分子基材經(jīng)過加工擠壓或射出成型 (Extrusion or injection molding)等程序順向的低分子有機(jī)物，此低分子有機(jī)物 所具有的雙折射特性必須與高分子基材的雙折射特性相異，通過此低分子有
機(jī)物所具有的雙折射特性降低或抵消高分子基材因順向所產(chǎn)生的雙折射特 性，而得到低或零雙折射的光學(xué)級高分子樹脂材料。但采用此手段所制得的 零雙折射高分子基材，會因低分子有機(jī)物的添加而產(chǎn)生高分子材料的可塑效 應(yīng)，造成高分子基材耐熱性降低、氣體阻隔性變差等問題點。
如美國專利第4,785,053號，為共聚合(co-polymerize)具備正、負(fù)雙折射 單體如曱基丙烯酸酯(methyl methacrylate)、笨乙烯(Styrene)等材料，此共聚 合高分子經(jīng)由加工射出成型(Injection molding)等程序，而得到低雙折射的光 學(xué)級高分子樹脂材料。但采用此手段的工藝所制得的低雙折射高分子材料， 其物理性質(zhì)如玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Glass transition temperature,簡稱Tg)不易掌控。
如國際申請?zhí)朠CT/JP00/06880(國際公開號WO01/25364),是由透明的 高分子樹脂(如PMMA、 PC等)為基材，添加具有雙折射性的微細(xì)的無機(jī)物 質(zhì)，此無機(jī)物質(zhì)如其代表性的礦物結(jié)晶大部分均具有遠(yuǎn)大于有機(jī)化合物的雙折射特性，特別是具有雙折射的結(jié)晶其排列具有各向異性，并非如高分子是 通過延伸順向才產(chǎn)生雙折射特性，故添加此具有雙折射特性的無機(jī)物質(zhì)以降 低或抵消高分子基材因順向所產(chǎn)生的雙折射特性，進(jìn)而得到具有低或零雙折 射特性的光學(xué)級高分子基材。采用此手段的工藝常會伴隨著無機(jī)粒子分散及 發(fā)生光散射的問題， 一般若兩材料折射率差異大于0.5或無機(jī)粒子尺寸大于
lOOnm即會發(fā)生光散射，所以也會造成透明性降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種低或零雙折射光學(xué)薄膜，在上述背景下，為解決高分子 材料應(yīng)用于光學(xué)零件中所產(chǎn)生的雙折射性問題，同時在不影響高分子材料的 物性為前提下，達(dá)成使高分子材料應(yīng)用于光學(xué)零件所產(chǎn)生的雙折射性接近于 零或為零，而不會在實際應(yīng)用端上產(chǎn)生不良影響。
本發(fā)明又提供一種低或零雙折射光學(xué)薄膜的制造方法，可解決光學(xué)級高
本發(fā)明提出一種低或零雙折射光學(xué)薄膜，包括多層的雙折射性薄膜，其 中，這些雙折射性薄膜的長軸相互垂直重疊，以及重疊的這些雙折射性薄膜 在x方向的折射率總和等于在y方向的折射率總和。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述雙折射性薄膜的層數(shù)例如是兩層至六層。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述每一層雙折射性薄膜例如均為相同的薄膜。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述每一層雙折射性薄膜例如均為不同的薄膜。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述雙折射性薄膜中包括相同的薄膜與不同 的薄膜。
本發(fā)明另提出一種制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的方法，此方法包括重疊 多層的雙折射性薄膜，使這些雙折射性薄膜的長軸相互垂直，且重疊的這些 雙折射性薄膜在x方向的折射率總和等于在y方向的折射率總和。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述重疊這些雙折射性薄膜之前還包括拉伸 多種光學(xué)膜，再分別剪裁這些光學(xué)膜，以形成不同的雙折射性薄膜。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述重疊這些雙折射性薄膜之前還包括拉伸光學(xué)膜，再剪裁此光學(xué)膜，以形成相同的雙折射性薄膜。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述重疊這些雙折射性薄膜的方法包括直接 壓合雙折射性薄膜或以粘合劑貼合雙折射性薄膜。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述雙折射性薄膜的層數(shù)例如是兩層至六層。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述重疊這些雙折射性薄膜的方法包括三個 步驟，首先，在基材表面單向涂布光學(xué)高分子溶液。然后，干燥此光學(xué)高分
子溶液。接著，將此基材旋轉(zhuǎn)90度，以及重復(fù)上述三個步驟至少一次。而 且，重復(fù)上述三個步驟的次數(shù)可為一次至五次。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述光學(xué)高分子溶液包括溶劑揮發(fā)型高分子 溶液或光硬化型高分子溶液。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述光硬化型高分子溶液例如可經(jīng)直線偏光 型紫外光照射硬化，以具有雙折射性。
本發(fā)明通過材料間具有折射率互補的特性，將兩層或多層具有相同或不 同雙折射率的光學(xué)薄膜，以長軸相互垂直重疊的方式，使其產(chǎn)生折射率趨近 于零的效果，實現(xiàn)低或零雙折射材料，以改善利用壓出或射出等加工方式制 備光學(xué)級高分子薄膜時，薄膜因加工方式產(chǎn)生延伸效果或應(yīng)力分布不均所造 成的雙4斤射效應(yīng)。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實 施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1是依據(jù)本發(fā)明第 一實施例的一種低或零雙折射光學(xué)薄膜的立體示意圖。
圖2A到圖2B是依據(jù)本發(fā)明第二實施例的一種制備低或零雙折射光學(xué)
薄膜的流程俯視圖。
圖3A到圖3C是圖2B中不同區(qū)域的旋轉(zhuǎn)角度對穿透度的曲線圖。
圖4為依據(jù)本發(fā)明第三實施例的一種制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的流程
步驟圖。
圖5A到圖5C則是第三實施例的低或零雙折射光學(xué)薄膜的流程俯視圖 與局部放大圖。
7圖6為依據(jù)本發(fā)明第四實施例的 一種制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的流程 步驟圖。
附圖標(biāo)記i兌明
100、 202、 204、 500、 502:雙折射性薄膜 200:基材
206、 504:重疊部分 400~404、 600~604:步驟 n、n4、 n5、 n8: 長4由4斤射率 n2、 n3、 n6、 n7: #豆軸4斤:#率
具體實施例方式
圖1是依據(jù)本發(fā)明第 一 實施例的 一種低或零雙折射光學(xué)薄膜的立體示意 圖。請參照圖1,第一實施例的低或零雙折射光學(xué)薄膜包括多層的雙折射性 薄膜IOO,其中這些雙折射性薄膜IOO在長軸與短軸上各具有ni/n2、 n4/n3、 n5/n6、 118/117雙折射率，這些雙折射性薄膜的長軸相互垂直重疊，其折射率總 和可相互抵消。亦即，在x方向的折射率總和(rM+n3+n5+ri7)等于在y方向的 折射率總和02+114+]16+118)，所以重疊后會形成各向同性(Isotropic)光學(xué)薄膜。 此重疊后的低或零雙折射光學(xué)薄膜，理論上即具有光學(xué)各向同性。而在第一 實施例中，重疊的雙折射性薄膜100的層數(shù)是四層，但也可根據(jù)材料、光學(xué) 特性或其他考量因素，將雙折射性薄膜100的層數(shù)減少或增加；譬如考量膜 厚的因素，可將雙折射性薄膜100的層數(shù)設(shè)為兩層至六層。此外，每一雙折 射性薄膜100可以是具有相同長軸折射率與相同短軸折射率的薄膜；或者可
夕卜，第一實施例的低或零雙折射光學(xué)薄膜還可以是由相同的雙折射性薄膜與 不同的雙折射性薄膜所構(gòu)成。
圖2A到圖2B則是依據(jù)本發(fā)明第二實施例的一種制備低或零雙折射光 學(xué)薄膜的流程俯視圖。
首先，請參照圖2A，在基材200上提供一層雙折射性薄膜202，其中基 材200例如是玻璃基材。至于，雙折射性薄膜202的材料例如是一般高分子 材料、或添加有液晶或其他有機(jī)或無機(jī)材料的高分子膜，經(jīng)由各向異性拉伸 加工即可制得具有雙折射率的薄膜，而其形成方法例如是涂布、粘合或其他適合的方法。
接著，請參照圖2B，重疊另一層的雙折射性薄膜204，使雙折射性薄膜 202與204的長軸相互垂直，且重疊的雙折射性薄膜202與204在x方向的 折射率總和必需等于在y方向的折射率總和。如此一來，由第二實施例所制 備的低或零雙折射光學(xué)薄膜，即為兩層雙折射性薄膜202與204的重疊部分 206。
圖3A到圖3C是圖2B中不同區(qū)域的旋轉(zhuǎn)角度對穿透度(Rotated angle versus Transmittance)的曲線圖。
首先，請參照圖3A，其為圖2B中沒有任何雙折射性薄膜重疊于其上的 區(qū)域(如重疊部分206的左上方)。因此在平行偏光的狀態(tài)下，在旋轉(zhuǎn)角度為 O度時，呈現(xiàn)高穿透度，而當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為90度時，則轉(zhuǎn)變?yōu)榈痛┩付取?br> 接著，請參照圖3B,其為圖2B中只有單一層雙折射性薄膜的區(qū)域(如 重疊部分206的上方)。因此在平行偏光的狀態(tài)下，在旋轉(zhuǎn)角度為O度時， 呈現(xiàn)低穿透度的材料，而當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為90度時，呈現(xiàn)高穿透度。此時，因 為雙折射性薄膜本身的光學(xué)特性，導(dǎo)致穿透度的變化剛好與只有基材的區(qū)域 相反。
然后，請參照圖3C，其為圖2B中兩層雙折射性薄膜的重疊區(qū)域(即重 疊部分206)。因此在平行偏光的狀態(tài)下，在旋轉(zhuǎn)角度為O度時，呈現(xiàn)高穿透 度的材料，而當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為90度時，呈現(xiàn)低穿透度。
比對圖3A與圖3C可以發(fā)現(xiàn)，兩者的旋轉(zhuǎn)角度對穿透度的曲線圖是一 樣的；也就是說，圖2B的重疊部分206的穿透度表現(xiàn)與單純只有基材200 的穿透度表現(xiàn)是一致的。筒言之，根據(jù)第二實施例所制備的低或零雙折射光 學(xué)薄膜具有光學(xué)各向同性的光學(xué)特性。
圖4為依據(jù)本發(fā)明第三實施例的一種制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的流程 步驟圖。
請參照圖4,先進(jìn)行步驟400,拉伸光學(xué)膜，其工藝譬如是將透明的高 分子材料、或添加有液晶或其他有機(jī)與無機(jī)材料的高分子膜，經(jīng)由各向異性 拉伸加工，而且可拉伸單一種光學(xué)膜或多種不同的光學(xué)膜。
接著，進(jìn)行步驟402,剪裁光學(xué)膜，以形成多層雙折射性薄膜。當(dāng)光學(xué) 膜只有一種，則經(jīng)剪裁后可形成相同的多層雙折射性薄膜；而當(dāng)光學(xué)膜是不 同種類的，則需分別剪裁，以形成不同的多層雙折射性薄膜。然后，進(jìn)行步驟404，重疊雙折射性薄膜，使雙折射性薄膜的長軸相互 垂直，且重疊的雙折射性薄膜在x方向的折射率總和必需等于在y方向的折 射率總和。其中，重疊的雙折射性薄膜的層數(shù)例如是兩層至六層。而且，重
疊雙折射性薄膜的方法例如直接壓合上述雙折射性薄膜或以粘合劑貼合上 述雙折射性薄膜，而制成具有低或零雙折射特性的光學(xué)級高分子薄膜材料。 此外，粘合劑干燥后的厚度因為非常小，因此并不會影響光學(xué)膜的折射性。 圖5A到圖5C則是第三實施例的低或零雙折射光學(xué)薄膜的流程俯視圖 與局部放大圖。
首先，請參照圖5A，左側(cè)為一層雙折射性薄膜500，右側(cè)為其局部放大 圖，由局部放大圖可看出此雙折射性薄膜500的拉伸方向為沿著x方向兩側(cè) 前進(jìn)。也就是說，此雙折射性薄膜500的長軸方向為x方向，其短軸方向為 y方向(未繪示)。
接著，請參照圖5B，左側(cè)為另一層雙折射性薄膜502,右側(cè)為其局部放 大圖，由局部放大圖可看出此雙折射性薄膜502的拉伸方向為沿著y方向兩 側(cè)前進(jìn)。也就是說，此雙折射性薄膜502的長軸方向為y方向，其短軸方向 為x方向(未繪示)。
然后，請參照圖5C，當(dāng)雙折射性薄膜500與雙折射性薄膜502重疊時， 其重疊部分504的局部放大圖在圖的右側(cè)，由局部放大圖可看出此重疊部分 為各向同性光學(xué)薄膜。
圖6為依據(jù)本發(fā)明第四實施例的一種制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的流程 步驟圖。請參照圖6，先進(jìn)行步驟600,在基材表面單向涂布光學(xué)高分子溶 液。此光學(xué)高分子溶液例如溶劑揮發(fā)型高分子溶液或光硬化型高分子溶液。 當(dāng)光學(xué)高分子溶液是光硬化型高分子溶液時，其可經(jīng)直線偏光型紫外光照射
硬化，以具有雙折射性。
接著，進(jìn)行步驟602,干燥此光學(xué)高分子溶液。干燥方法為自然風(fēng)干、 烘烤或其他適合的方式。然后，進(jìn)行步驟604,將此基材旋轉(zhuǎn)90度。之后， 重復(fù)步驟600到步驟604至少一次。在第四實施例中，其重復(fù)步驟600到步 驟604的次數(shù)例如一次至五次。
第四實施例基本上是使用單向涂膜方式，將膜材料涂布于基材上，干燥 后將基材旋轉(zhuǎn)90度角，再次涂布膜材料。單向涂膜材料時，將會形成膜材 料的方向性排列，導(dǎo)致具有雙折射性，而旋轉(zhuǎn)90度角的再次涂布膜材料，如第三實施例所述拉伸系統(tǒng)，理論上可相互抵消，而制成低或零雙折射光學(xué) 薄膜。
綜上所述，本發(fā)明通過重疊兩層或兩層以上雙折射性薄膜的方式，使其 形成低或零雙折射光學(xué)薄膜，其所采用的方法具有簡化工藝、不影響高分子 基材的物理特性和無添加物質(zhì)分散均勻性的優(yōu)點，且無光散射以及透明性降 低的問題，同時又能使透明高分子基材達(dá)到具低或零雙折射的特性，是具有 商業(yè)化價值及竟?fàn)巸?yōu)勢的手段。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng) 域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因 此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種低或零雙折射光學(xué)薄膜，包括多層的雙折射性薄膜，其中該雙折射性薄膜的長軸相互垂直重疊；以及重疊的所述雙折射性薄膜在x方向的折射率總和等于在y方向的折射率總和。
2. 如權(quán)利要求1所述的低或零雙折射光學(xué)薄膜，其中該雙折射性薄膜的 層數(shù)為兩層至六層。
3. 如權(quán)利要求1所述的低或零雙折射光學(xué)薄膜，其中每一層雙折射性薄 膜均為相同的薄膜。
4. 如權(quán)利要求1所述的低或零雙折射光學(xué)薄膜，其中每一層雙折射性薄 膜均為不同的薄膜。
5. 如權(quán)利要求1所述的低或零雙折射光學(xué)薄膜，其中該雙折射性薄膜中 包括相同的薄膜與不同的薄膜。
6. —種制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的方法，包括重疊多層的雙折射性 薄膜，使該雙折射性薄膜的長軸相互垂直，且重疊的所述雙折射性薄膜在x方向的折射率總和等于在y方向的折射率總和。
7. 如權(quán)利要求6所述的制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的方法，其中重疊該 雙折射性薄膜之前還包括拉伸多種光學(xué)膜；以及分別剪裁該光學(xué)膜，以形成不同的該雙折射性薄膜。
8. 如權(quán)利要求7所述的制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的方法，其中重疊該 雙折射性薄膜的方法包括直接壓合該雙折射性薄膜或以粘合劑貼合該雙折 射性薄膜。
9. 如權(quán)利要求6所述的制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的方法，其中重疊該 雙折射性薄膜之前還包括拉伸光學(xué)膜；以及剪裁該光學(xué)膜，以形成相同的該雙折射性薄膜。
10. 如權(quán)利要求9所述的制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的方法，其中重疊 該雙折射性薄膜的方法包括直接壓合該雙折射性薄膜或以粘合劑貼合該雙折射性薄膜。
11. 如權(quán)利要求6所述的制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的方法，其中該雙 折射性薄膜的層數(shù)為兩層至六層。
12. 如權(quán)利要求6所述的制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的方法，其中重疊 該雙折射性薄膜的方法包括a) 在基材表面單向涂布光學(xué)高分子溶液；b) 干燥該光學(xué)高分子溶液；c) 將該基材旋轉(zhuǎn)90度；以及 重復(fù)步驟a到步驟c至少一次。
13. 如權(quán)利要求12所述的制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的方法，其中重復(fù) 步驟a到步驟c的次數(shù)為 一次至五次。
14. 如權(quán)利要求12所述的制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的方法，其中該光 學(xué)高分子溶液包括溶劑揮發(fā)型高分子溶液或光硬化型高分子溶液。
15. 如權(quán)利要求14所述的制備低或零雙折射光學(xué)薄膜的方法，其中該 光硬化型高分子溶液可經(jīng)直線偏光型紫外光照射硬化，以具有雙折射性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低或零雙折射光學(xué)薄膜及其制造方法，此低或零雙折射光學(xué)薄膜包括多層的雙折射性薄膜，其中，這些雙折射性薄膜的長軸相互垂直重疊，以及重疊的這些雙折射性薄膜在x方向的折射率總和等于在y方向的折射率總和。上述低或零雙折射光學(xué)薄膜中雙折射性薄膜的布置，可解決光學(xué)級高分子材料因為具有雙折射性而無法應(yīng)用在光學(xué)零件上的問題。
文檔編號G02B5/30GK101452088SQ20071019627
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者劉瑞祥, 呂杰夫, 時國誠, 蔡世榮 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院