相位延遲器的製作方法

2023-05-24 10:53:31

專利名稱：相位延遲器的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種相位延遲器(phase retarder)，其可以僅用單一的相位延遲器而在寬的波長範圍內進行一致的極化轉換(polarizingconversion)。
若要利用一個極化轉換裝置例如是相位延遲器在寬的波長範圍內進行一致的極化轉換，則波長色散係數α最好能低於1.00。理想的相位延遲器其所產生的相位延遲可以使其在各個波長的相位延遲比為一定值者，其值例如是1/4或1/2。換言之，決定各個波長的相位延遲比是否為定值的關鍵在於一個理想的相位延遲薄膜。因此，相位延遲器的理想波長色散係數α為450/590(幾乎等於0.76)。
為達成此種波長色散特性，日本專利申請案早期公開公報(Kokai)2-120804提出將兩個具有不同波長色散特性的相位延遲器疊合的概念，而日本專利申請案早期公開公報(Kokai)5-100114則提出將λ/2板(plate)與λ/4板疊合的概念。然而，將兩個或多個相位延遲器疊合，其成本將會增加，且厚度也必然會增加，並且也會衍生一些例如是光學特性在大角度時會產生改變等等的問題。
本發明的相位延遲器可以達到上述目的，此相位延遲器將三種單體共聚合所形成的聚合物進行拉伸而形成，將聚合物的組成比控制在以下所述的範圍內，即可完成本發明。
本發明所提供的相位延遲器包括由以下(A)、(B)、(C)成分聚合所形成的共聚合物(A)至少一非環狀烯烴單體，此單體選自於乙烯與具有3至20個碳的α-烯烴化合物；(B)至少一環狀烯烴單體，此單體選自於環狀烯烴化合物；以及(C)至少一具有環狀單元芳香族乙烯基單體或至少一具有環狀單元的環脂族乙烯基單體，其中芳香族乙烯基單體選自於具有芳香族碳氫化合物所構成的環狀單元的乙烯基化合物，環脂族乙烯基單體選自於具有環脂族碳氫化合物所構成的環狀單元的乙烯基化合物，其中(1)若是成分(C)為芳香族乙烯基單體時，芳香族乙烯基單體的含量約為1至20mol％，非環狀烯烴單體(A)以及環狀烯烴單體(B)的總含量約為80至99mol％，(2)若是成分(C)為環脂族乙烯基單體時，環脂族乙烯基單體的含量約為80至99mol％，非環狀烯烴單體(A)以及環狀烯烴單體(B)的總含量約為1至20mol％。
本發明的可應用的範圍可以由下文的詳細說明而更明顯易懂。然此詳細說明與實例僅是用以說明本發明的實施例，並非用以限定本發明，任何熟悉此技術者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾。
本發明的相位延遲器由一聚合物所構成，此聚合物的重複單元分別由非環狀烯烴單體(A)、環狀烯烴單體(B)以及芳香族乙烯基單體或環脂族乙烯基單體(C)所構成。聚合物中各重複單元的功用詳細說明如後。由非環狀烯烴單體(A)所構成的重複單元可以使聚合物具有彈性，而且其對於聚合物主鏈方向的極化性為正，波長色散係數αA幾乎等於1.00。由環狀烯烴單體(B)所構成的重複單元可以增加聚合物的耐熱性，並且其對於聚合物主鏈方向的極化性為正，且其波長色散係數αB幾乎等於1.00。由芳香族或環脂族乙烯基單體(C)所構成的重複單元，其具有一芳香族或環脂族碳氫化合物所形成的環狀單元，其功用是可以增加聚合物的透明度，並且其對於聚合物主鏈方向的極化性為負，且其波長色散係數αC為1.00或更高。適當地控制非環狀烯烴單體(A)、環狀烯烴單體(B)以及芳香族乙烯基單體或環脂族乙烯基單體(C)的聚合比例，可以獲得一彈性、透明度、耐熱性以及波長色散性質絕佳的共聚合物。
關於共聚合物中由非環狀烯烴單體(A)、環狀烯烴單體(B)以及具有環狀單元的芳香族或環脂族乙烯基單體(C)所形成的各重複單元的成分比，若是乙烯基單體(C)為芳香族乙烯基單體時，芳香族乙烯基單體所構成的重複單元的含量約為1至20mol％，非環狀烯烴單體(A)以及環狀烯烴單體(B)所分別形成的重複單元的總含量約為80至99mol％。就彈性與耐熱性而言，環狀烯烴單體(B)所形成的重複單元的含量以約為40mol％或40mol％以上較佳。非環狀烯烴單體(A)所形成的重複單元的含量以約為1mol％或1mol％以上較佳。
若是乙烯基單體(C)為環脂族乙烯基單體時，環脂族乙烯基單體所構成的重複單元的含量約為80至99mol％，非環狀烯烴單體(A)以及環狀烯烴單體(B)所分別形成的重複單元的總含量約為1至20mol％。非環狀烯烴單體(A)以及環狀烯烴單體(B)其個別的含量以0.5至19.5mol％較佳。就彈性與耐熱性而言，環狀烯烴單體(B)所形成的重複單元的含量以約為10mol％或10mol％以上較佳。非環狀烯烴單體(A)所形成的重複單元的含量以約為1mol％或1mol％以上較佳。
若是乙烯基單體(C)為芳香族乙烯基單體時，其含量為整個共聚合物的20mol％或20mol％以下較佳，因為高極化性以及波長色散係數大易產生延遲。為了使共聚合物的波長色散係數可以控制於一合適值，芳香族乙烯基單體的含量以10mol％或低於10mol％較佳。若是芳香族乙烯基單體為苯乙烯，其量以9mol％或低於9mol％較佳。若是乙烯基單體(C)為環脂族乙烯基單體時，其含量為整個共聚合物的80mol％或80mol％以上較佳，因為低極化性以及波長色散係數小較不易產生延遲。
具有環狀單元的乙烯基單體(C)可以控制本發明的相位延遲器的波長色散特性。若要獲得α為0.76的共聚合物，x、y、z必須滿足下式(I)與(II)(αAx+αBy)-αCZ＝0.76R (I)(x+y)-z＝R (II)其中αA、αB、αC表示分別表示僅由非環狀烯烴單體(A)所形成的聚合物、僅由環狀烯烴單體(B)所形成的聚合物以及僅由具有環狀單元的乙烯基單體(C)所形成的聚合物的波長色散係數；x、y、z分別表示非環狀烯烴單體(A)、環狀烯烴單體(B)以及具有環狀單元的芳香族或環脂族乙烯基單體(C)其各個重複單元在波長為590nm的延遲；R表示共聚合物所形成的相位延遲器在波長為590nm的延遲。
由於本發明所使用的非環狀烯烴單體(A)均相聚合物以及環狀烯烴單體(B)均相聚合物的波長色散係數αA、αB幾乎為1.00，因此合適的共聚合反應的比例系由具有環狀單元的乙烯基單體(C)的波長色散係數αC的高低所決定。例如，若是αC為1.10，則共聚合反應的比例以z(x+y)＝2.4∶3.4較佳。如果相位延遲器為λ/4板，則x+y＝500nm，z＝353nm。例如，如果αC為1.02，共聚合反應的比例以z∶(x+y)＝12∶13較佳。如果相位延遲器為λ/4板，則x+y＝1911，y＝1764nm。此例顯示αA與αC的差以及αb與αC的差愈大愈好，以使x、y、z變小，而且就製造觀點而言，具有上述的結果者亦可以使相位延遲器較易於製造。
就操作的環境而言，本發明的相位延遲器以玻璃轉換溫度(Tg)約為攝氏100度或高於攝氏100度而且耐熱性佳的聚合物所形成者較佳，玻璃轉換溫度為攝氏140度左右或高於攝氏140度的聚合物更佳。
形成本發明的共聚合物的各單體將說明如後。非環狀烯烴單體(A)為乙烯及/或具有3至20個碳的α-烯烴化合物。具有3至20個碳的α-烯烴化合物的實例包括具有3至20個碳的直鏈的α-烯烴化合物，例如丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-十二烷、1-十四烷、1-十六烷、1-十八烷或1-廿烷；具有4至20個碳的支鏈α-烯烴化合物，例如4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯或3-甲基-1丁烯。以本發明聚合物所形成的薄膜的彈性而言，上述的單體中以具有2個碳的乙烯以及具有3或4個碳的直鏈α-烯烴化合物如丙烯或1-丁烯較佳，且其中以乙烯最佳。上述的乙烯與α-烯烴化合物可以單獨使用或將兩種或多種合併使用的。
環狀烯烴單體(B)為一種在碳環中具有可進行聚合反應的碳-碳雙鍵的化合物並且是一種可以在共聚合反應時將兩個環或多個環鍵結在共聚合物的主鏈上的單體以將環引入於共聚合物的中，其可以引入的環例如是環丁烷環、環戊烷環、環己烷環或環脂環(alicyclic ring)。其實例包括原冰片烯衍生物(通常稱的為原冰片烯)，此原冰片烯衍生物引入具有1至4個碳的烷基例如是甲基、乙基或丁基，此原冰片烯衍生物例如二環[2，2，1]庚-2-烯、6-烷基二環[2，2，1]庚-2-烯、5，6-二烷基二環[2，2，1]庚-2-烯、1-烷基二環[2，2，1]庚-2-烯或7-烷基二環[2，2，1]庚-2-烯；二甲基八氫化萘衍生物(通常稱為二甲基八氫化萘)，此衍生物在二甲基八氫化萘位置8及/或位置9的位置上引入一個具有3個碳或3個碳以上的烷基，此衍生物例如是四環[4，4，0，12，5，17，10]-3-十二碳烯、8-烷基四環[4，4，0，12，5，17，10]-3-十二碳烯或8，9-二烷基四環[4，4，0，12，5，17，10]-3-十二碳烯；分子中引入多個滷素的原冰片烯衍生物；以及在位置8及/或位置9的位置上引入滷素的二甲基八氫化萘衍生物。上述的環狀烯烴化合物可以單獨使用或將兩種或多種合併使用。
成分(C)為具有環狀單元的乙烯基化合物，此化合物由一乙烯基與一具有環狀單元的單元鍵結形成，其中乙烯基可使得非環狀烯烴單體(A)與環狀烯烴單體(B)由共聚合反應而形成共聚合物的主鏈。環狀單元的實例包括具有6個碳左右至14個碳左右的芳香族碳氫基以及具有3個碳左右至12個左右的環脂族碳氫基。
具有芳香族碳氫基的乙烯基化合物包括苯乙烯與苯乙烯的衍生物。苯乙烯衍生物將苯乙烯與其它的官能基鍵結形成，其實例包括烷基苯乙烯例如是鄰-甲基苯乙烯、間-甲基苯乙烯、對-甲基苯乙烯、2，4-二甲基苯乙烯、鄰-乙基苯乙烯或對-乙基苯乙烯；在苯乙烯的苯環中引入羥基、烷基、羧酸基、醯氧基或滷素的取代的苯乙烯，例如是羥基苯乙烯、新-丁氧基苯乙烯(t-butoxystyrene)、乙烯基苯甲酸、醋酸乙烯基苯甲酯、鄰-氯苯乙烯或對-氯苯乙烯；以及乙烯基聯苯化合物例如是4-乙烯基聯苯或4-羥基-4』-乙烯基聯苯。
環脂族碳氫基可以與乙烯基鍵結，其包括具有3個碳左右至12個碳左右的環狀鏈烷烴的官能基以及其衍生物的官能基，例如環丙烷、環丁烷、環戊烷環己烷、環庚烷、環辛烷、環癸烷、原冰片烯或金剛烷。
就波長色散性質而言，具有環狀單元的乙烯基單體(C)中，以芳香族碳氫基為苯環的單體較佳。例如苯乙烯與苯乙烯的衍生物較佳。在芳香族乙烯基化合物或環脂族乙烯基化合物中，可以將具有環狀單元的乙烯基化合物單獨使用或將兩種或多種具有環狀單元的乙烯基化合物合併使用。
用於本發明的相位延遲器的共聚合物包括非環狀烯烴單體(A)所形成的重複單元、環狀烯烴單體(B)所形成的重複單元以及具有環狀單元的乙烯基單體(C)所形成的重複單元。此共聚合物的實例包括乙烯/原冰片烯/苯乙烯共聚合物、乙烯/二甲基八氫化萘/苯乙烯共聚合物、丙烯/元冰片烯/苯乙烯共聚合物、丙烯/二甲基八氫化萘/苯乙烯共聚合物、乙烯/原冰片烯/新-丁氧基苯乙烯共聚合物、乙烯/原冰片烯/乙烯基環己烷共聚合物、乙烯/二甲基八氫化萘/乙烯基環己烷共聚合物、丙烯/原冰片烯/乙烯基環己烷共聚合物以及丙烯/二甲基八氫化萘/乙烯基環己烷共聚合物。
共聚合物的共聚合方式可以是雜亂共聚合反應(randomcopolymerization)及團聯共聚合反應(block copolymerization)的中的任何一種方法，只要其不會對本發明有不利的影響即可。其聚合的方式最好能避免所形成的共聚合物具有結塊的性質，其會使得三種單體形成一個區域，而使得共聚合物的透明度下降。
本發明的相位延遲器所使用的共聚合物的製備方法例如是在芳香烯金屬衍生物(metallocene)觸媒存在下將非環狀烯烴單體(A)、環狀烯烴單體(B)以及具有環狀單元的乙烯基單體(C)進行共聚合反應。此例中，可以改變非環狀烯烴單體(A)、環狀烯烴單體(B)以及具有環狀單元的乙烯基單體(C)的含量以及聚合的條件例如是聚合的溫度與聚合的時間，以獲得具有不同共聚合組成與分子量的共聚合物。
這一些共聚合物可以包含各種對本發明不會有不良影響的添加物例如是紫外線吸收劑、抗氧化劑、潤滑劑、抗靜電劑、抗菌劑(antibacterialagent)、防霧劑與塑化劑。
本發明的相位延遲器通常將上述的共聚合物形成一薄片並在將此薄片拉伸以形成的。將上述將薄膜形成薄片的方法並無特別的限制，其可以採用的方法例如是溶劑澆鑄法(solvent casting method)與熔融壓出法(melt extrusion method)。拉伸方法的實例包括拉幅機橫向拉伸的方式以及輥筒之間縱向拉伸的方法，但不限定於此。
本發明所獲得的相位延遲器，可以在寬波長範圍內進行一致的極化轉換。在λ/4板的例子中，用於寬波長的環狀極化板可以與線性極化板並用。在λ/2板的例子中，用於寬波長範圍的極化旋轉構件可以與線性極化板並用。因此，相位延遲器可以用於各種液晶顯示器、陰極射線管(CRT)、接觸面板(touch panel)以及電發光體(electroluminescence，EL)的抗反射濾光片(anti-reflection filter)中，且也可用於液晶投影機上。實例本發明將以以下的實例進一步說明，但並不限定於此。實例1將莫爾比為39∶7∶54的乙烯、苯乙烯與原冰片烯進行共聚合反應所形成的共聚合物施壓以形成110微米厚的薄膜。接著，利用autograph在攝氏163度下將所形成的薄膜單軸拉伸1.7倍。所形成的相位延遲器具有正極化性，其R590為11.1nm，R450為8.4nm，α為0.76。實例2將莫爾比為40∶6∶54的乙烯、苯乙烯與原冰片烯溶於甲苯，進行共聚合反應以形成一共聚合物，並將此共聚合物形成100微米厚的薄膜。接著，利用autograph在攝氏115度下將所形成的薄膜單軸拉伸1.4倍。所形成的相位延遲器具有正極化性，其R590為9.1nm，R450為8.4nm，α為0.92。比較例1將莫爾比為55∶0∶45的乙烯、苯乙烯與原冰片烯進行共聚合反應所形成的共聚合物施壓以形成100微米厚的薄膜。接著，利用autograph在攝氏160度下將所形成的薄膜單軸拉伸1.1倍。所形成的相位延遲器具有正極化性，其R590為5.0nm，R450為5.3nm，α為1.06。比較例2將莫爾比為46∶27∶27的乙烯、苯乙烯與原冰片烯進行共聚合反應所形成的共聚合物施壓以形成100微米厚的薄膜。接著，利用autograph在攝氏80度下將所形成的薄膜單軸拉伸1.7倍。所形成的相位延遲器具有正極化性，其R590為126.0nm，R450為142.7nm，α為1.13。
由於本發明波長色散係數α小於1.00，因此，本發明的相位延遲器可以僅用單一的相位延遲器在寬的波長範圍內進行一致的極化轉換。而且所形成的相位延遲器便宜且薄，並且其光學性質隨著角度改變得很小。
雖然本發明已以一實施例說明如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技術者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當以權利要求書為準。
權利要求
1.一種相位延遲器由一共聚合物所形成，其特徵為該共聚合物由以下成分聚合所形成至少一非環狀烯烴單體，選自於乙烯與具有3至20個碳的α-烯烴化合物；至少一環狀烯烴單體，選自於環狀烯烴化合物；以及至少一芳香族乙烯基單體，選自於具有芳香族碳氫化合物所構成的環狀單元的乙烯基化合物，其中該芳香族乙烯基單體的含量約為1至20mol％，該非環狀烯烴單體以及該環狀烯烴單體的總量約為80至99mol％。
2.如權利要求1所述的相位延遲器，其特徵為其中該環狀烯烴單體的含量約為40mol％或40mol％以上。
3.如權利要求1或2所述的相位延遲器，其特徵為其中該非環狀烯烴單體為乙烯、丙烯或1-丁烯。
4.如權利要求1或2所述的相位延遲器，其特徵為其中該芳香族乙烯基單體為苯乙烯或苯乙烯的衍生物。
5.如權利要求3中所述的相位延遲器，其特徵為其中該芳香族乙烯基單體為苯乙烯或苯乙烯的衍生物。
6.一種相位延遲器由一共聚合物所形成，其特徵為該共聚合物由以下成分聚合所形成至少一非環狀烯烴單體，選自於乙烯與具有3至20個碳的α-烯烴化合物；至少一環狀烯烴單體，選自於環狀烯烴化合物；以及至少一環脂族乙烯基單體，選自於具有環脂族碳氫化合物所構成的環狀單元的乙烯基化合物，其中該環脂族乙烯基單體的含量約為80至99mol％，該非環狀烯烴單體以及該環狀烯烴單體的總量約為1至20mol％。
7.如權利要求6所述的相位延遲器，其特徵為其中該環狀烯烴單體的含量約為10mol％或10mol％以上。
8.如權利要求6或7所述的相位延遲器，其特徵為其中該非環狀烯烴單體為乙烯、丙烯或1-丁烯。
全文摘要
本發明提供一種相位延遲器,其由(A)、(B)、(C)成分聚合形成的共聚合物構成,其中(A)成分為一非環狀烯烴單體,此單體選自乙烯與具有3至20個碳的α－烯烴化合物,(B)成分為一環狀烯烴單體,此單體選自於環狀烯烴化合物例如是原冰片烯,(C)成分為具有一環狀單元的乙烯基化合物例如是苯乙烯或乙烯積環己烷,其中(1)若是成分(C)為芳香族乙烯基單體時,芳香族乙烯基單體的含量約為1至20mol%;非環狀烯烴單體(A)以及環狀烯烴單體(B)的總含量約為80至99mol%。(2)若是成分(C)為環脂族乙烯基單體時,環脂族乙烯基單體的含量約為80至99mol%,非環狀烯烴單體(A)以及環狀烯烴單體(B)的總含量約為1至20mol%。本發明可以僅用單一的相位延遲器在寬波長範圍內進行一致的極化轉換。
文檔編號C08F210/04GK1385718SQ0211897
公開日2002年12月18日 申請日期2002年4月30日 優先權日2001年5月10日
發明者水口圭一, 東浩二, 大井伸夫 申請人:住友化學工業株式會社