CN101221254A - 多功能光学膜及使用该光学膜的表面光源器件和液晶显示器 - Google Patents

多功能光学膜及使用该光学膜的表面光源器件和液晶显示器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多功能光学膜以及使用该光学膜的表面光源器件和液晶显示器，所述多功能光学膜由于使用一种或多种光学有机硅树脂具有光透射性能、光漫射性能、耐热性、UV屏蔽性等，并且基于所述一种或多种有机硅树脂的物理性能(例如脱模性、平滑性)具有提高的生产效率。

Description

多功能光学膜及使用该光学膜的表面光源器件和液晶显示器
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2007年1月9日提交于韩国知识产权局的韩国专利申请号10-2007-0002668的优先权，该专利申请的公开内容通过引用而以其全文结合在此。
技术领域
本发明涉及一种多功能光学膜，以及使用该光学膜的表面光源器件和液晶显示器。更具体而言，本发明涉及一种多功能光学膜以及使用该光学膜的表面光源器件和液晶显示器，所述多功能光学膜由于使用一种或多种光学有机硅树脂具有光透射性能、光漫射性能、耐热性、UV屏蔽性等，并且基于所述一种或多种有机硅树脂的物理性能(例如脱模性、平滑性)具有提高的生产效率。
背景技术
近来，研制了等离子体显示器面板(PDP)、场发射显示器(FED)、薄膜晶体管-液晶显示器(TFT-LCD)等作为用于要求薄、紧凑和低功耗的笔记本电脑、电视、移动电话等的平板显示器。其中，最活跃地研究具有良好的颜色再现性和薄厚度的LCD。
与作为自发射显示器的PDP和FED不同，LCD不是自发射的，因此使用作为辅助光源的背光照射LCD面板的背侧以实现显示。为了照射LCD面板，此外为了均匀地照射整个LCD面板，背光具有称为图1中所述的边缘型或图2中所述的直接型的表面光源结构。图1示意性地说明了包含边缘型光源的常规LCD。参考图1，LCD包含光源11、引导从光源11发射的光的光导板12、在光导板12的下表面上安置的反射板13、在光导板12的上表面上安置的漫射片14、在漫射片14的上表面上水平或垂直安置的棱镜片15和在棱镜片15的上表面上安置的保护片16。光源11覆盖有光源盖11a。图2示意性地说明了包含直接型光源的常规LCD。参考图2，LCD包含安置成相互隔开预定距离的多个光源21、在光源21下面安置的反射板23、在反射板23的下表面上安置的保护板(没有显示)、在光源2 1的上表面上安置的漫射片24、在漫射片24的上表面上安置的棱镜片25和保护片26。
特别是，由于TFT-LCD的近来趋向是增加TFT-LCD的尺寸，出现了问题，例如作为主要缺点之一的反差降低，过度的UV曝光导致的膜的加速老化，或卷曲现象引起的亮度降低。
作为迄今使用的光漫射膜的实例，有：(1)通过将透明热塑性树脂形成为片的形式并且在所述片的表面上物理地形成凹凸图案而得到的漫射片(参见日本专利公开出版物号Hei.4-275501)；(2)通过在由聚酯树脂形成的透明衬底膜上涂布由包含微粒的透明树脂形成的光漫射层而得到的光漫射膜(参见日本专利公开出版物号Hei.6-59108)；(3)通过将珠粒与透明树脂熔融混合并且挤出熔融的混合物而得到的光漫射片(参见日本专利公开出版物号Hei.6-123802)；和(4)通过将两种或更多种透明热塑性树脂熔融混合而得到的具有海岛结构的光漫射片(光漫射膜)(参见日本专利公开出版物号Hei.9-311205)。
(1)和(2)的光漫射膜是通过凹凸表面图案或涂布的光漫射层而具有光漫射作用的所谓表面光漫射膜。另一方面，(3)和(4)的光漫射膜是至少在衬底内部包含光漫射成分的光漫射膜。
这些中，现在广泛使用通过在透明衬底膜上涂布光漫射层得到(2)的光漫射膜。通常，主要使用双轴拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜作为透明衬底膜。熟知双轴拉伸的PET膜具有良好的机械强度、耐热性、透明性和平滑性。当使用这种PET膜作为衬底膜时，包括衬底膜的光学膜还具有PET膜的性能。
另外，在LCD的组成构件的领域中要求高性能、高效率、薄度、明度等。为了满足所述要求，例如，考虑了通过膜的表面处理、层叠等的多功能化。然而，上述(1)和(2)的光漫射膜具有相当多的表面不规则，难以与其它膜一起相互层叠，并且在实际上不能进行表面处理。对于(3)和(4)的光漫射膜，主要通过包含在膜中的漫射成分获得漫射效应。(3)和(4)的光漫射膜具有比(1)和(2)的那些更平滑的表面，但是由于构成在表面层附近的海岛状结构的珠粒或热塑性树脂导致的表面不规则，不能认为(3)和(4)的光漫射膜的平滑性是足够的。此外，在如同(3)的光漫射膜，将可交联的有机微粒或无机微粒，例如珠粒熔融混合时，根据微粒的形状和大小，可能发生嵌入到挤出机中以除去杂质的过滤器的堵塞，并且根据微粒的添加量，在熔融时树脂组合物的流动性可能变差，以致不可能成膜。特别是，如同(3)和(4)的光漫射膜，其中包含相当大的量的漫射成分(珠粒等)的膜不包含载体，从而存在强度，特别是挠曲强度低的趋向。例如，可能容易引起皱痕，从而导致变白现象，或者在切割时，可能在边缘发生变皱或裂开。此外，当在背光单元等中安置时，由于背光的长时间照射导致一个或多个组成构件的温度升高，(3)和(4)的光漫射膜可能退化。同样，在将(3)和(4)的光漫射膜安置在背光单元中并且长时间使用时，可能发生膜畸变，从而导致背光的亮度变化。
光聚焦膜包含折射率不同的衬底和树脂膜以提高光的方向性，并且通过在树脂膜的表面的精细图案聚焦入射光。根据精细图案的形状、尺寸、排列等，所述精细图案显著影响视角、浊度、光聚焦效率等，因此所述精细图案的形状、尺寸、排列等是必须考虑的重要因素，仅次于衬底和光固化膜之间的折射率差。在衬底和光固化膜之间的折射率差的绝对值可以等于或大于0.001，更优选为0.005至1，并且更优选等于或大于0.1。光方向性、散射、漫射和聚焦性质还受到衬底的膜材料和厚度、精细图案的体积分数和光固化膜的膜厚度的显著影响。特别是，通过降低涂布材料的光吸收(光损耗)值，可以使前亮度(front brightness)最大化。即，通过适当地选择上述条件，可以精确地控制亮度、浊度和视角。
对于构成光漫射或光聚焦膜的精细凹凸图案(例如球形图案、透镜图案、棱镜图案)，由于容易且精确地调节亮度、浊度和视角，优选棱镜图案。在此，术语“棱镜图案”指具有三角形截面外形图的棱镜图案(以下简称为“三角形棱镜图案”)。尽管棱镜图案不必具有完全为三角形的截面外形图，但是优选非各向异性棱镜图案以均匀地聚焦光。
为了实现透光率(前亮度)的提高，即在膜的性能要素中最重要的要素的提高，以提高亮度，考虑光的波长和精细凹凸图案的形状和图案间距是重要的。通过将凹凸图案的图案间距调节到0.1至5μm，可以实现透光率的提高。如果精细凹凸图案的图案间距小于0.1μm，则可以显现透射光的颜色。因此，通过将精细凹凸图案的图案间距到上述范围，还可以防止透射光的不需要的色彩。另外，树脂膜的精细凹凸表面图案保护与树脂膜接触的组成构件，同时具有适当的漫射性能，从而提供隐藏光导板的点的隐藏性能。将这种树脂膜安置在透明衬底的上表面和下表面中的至少一个上。
在常规LCD中，在LCD的长时间工作过程中，由于从光源泄漏的UV光，使表面光源单元的组成构件(例如漫射片、棱镜片、亮度增强片、偏振片、相差片、液晶材料、滤色器)退化。为了解决这个问题，提出了使用包含UV吸收剂的偏振片保护膜来保护液晶单元的方法(日本专利公开出版物号Hei.11-246704)。
为了防止UV泄漏，可以考虑将UV吸收膜在与荧光尽可能接近的情况下放置在背光单元中，或者将UV吸收剂加入到光导板中。然而，对于前一种方法，必须使用具有良好的耐热性的膜，并且对于后一种方法，由于可见光被UV吸收剂部分吸收，可能发生整个颜色变化。近来，提出了使用UV吸收剂(例如，氧化镁或氧化钛)将来自荧光管的痕量UV光转变为可见光的方法，以防止UV泄漏。然而，根据这种方法，从光导板中泄漏出强的UV光，从而，当长时间使用时，构成表面光源单元的构件显露出微黄色。
如上所述，可以将各种添加剂以不损害光漫射效应的量加入到光漫射膜中。例如，所述添加剂可以是颜料、染料、光学增亮剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、防风化剂、抗静电剂、脱模剂、相容性试剂等。特别是，在添加剂的存在下赋予光漫射膜以漫射性能的方法不可避免涉及漫射材料在树脂中的使用。这改变了凹凸表面图案，从而使得难以调节亮度、浊度和视角。特别是，由于从光学灯发射的UV光，凹凸表面图案变形和/或变色，从而不利地影响光学特性和防粘性。
当在背光单元中安置这种光漫射膜时，由于LCD的结构特征，光漫射膜的侧面或后表面直接接触光源(例如灯)。因此，光漫射膜必须对在将光源保持在“开”状态时所产生的热稳定。由于光源产生的热重复产生和湮灭，使塑料载体膜热收缩。这种热收缩使得固定放置于预定框架中的光学膜变形，以致光学膜的中心部分膨胀。结果，未实现均匀的光透射，从而在LCD屏幕上产生不需要的预定图案。此外，降低了塑料载体与在所述塑料载体上涂布的光聚焦层的粘附力，因而光聚焦层与塑料载体随时间分离，从而不利地影响均匀的光聚焦和光透射性能，因此导致LCD屏幕的亮度降低。
发明内容
本发明提供一种具有简单结构并且提高增加显示装置的稳定性和前亮度的多功能光学膜。
本发明还提供一种包含所述光学膜的表面光源器件。
本发明还提供一种包含所述表面光源器件的显示器。
根据本发明的一个方面，提供一种多功能光学膜，其包含：
透明衬底；和
至少在所述透明衬底的表面上安置的光聚焦层和光漫射层中的至少一个，
其中所述光聚焦层包含选自由下式1表示的高折射有机硅树脂中的至少一种，并且
其中所述光漫射层包含选自由下式2表示的低折射有机硅树脂中的至少一种：
<式1>
Figure A20071008853800091
<式2>
Figure A20071008853800101
其中，
R1、R2、R3、R4和R5各自独立地为氢、取代或未取代的C1-C30脂族烃、取代或未取代的C1-C30芳族烃、取代或未取代的C1-C30甲硅烷基、取代或未取代的C1-C30烯丙基、取代或未取代的C1-C30酰基、胺基、卤原子、羟基、羧基、硝基或碱金属；
M是硅、铝、钛或锆；并且
n1、n2、m1和m2各自独立地为2至300,000的整数。
根据本发明的一个实施方案，可以将包含选自由式1表示的高折射有机硅树脂中的至少一种的光聚焦层安置在透明衬底的一个表面上，并且可以将包含选自由式2表示的低折射有机硅树脂中的至少一种的光漫射层安置在所述透明衬底的另一个表面上。
根据本发明的一个实施方案，所述光聚焦层可以包含多个球体、透镜或线性三角形棱镜的阵列。
根据本发明的一个实施方案，在每一个棱镜中可以形成至少一个凹槽。
根据本发明的一个实施方案，所述至少一个凹槽可以具有阶梯状结构。
根据本发明的一个实施方案，每一个线性三角形棱镜可以是截头的。
根据本发明的一个实施方案，线性三角形棱镜可以以0.1至5μm的距离相互隔开。
根据本发明的一个实施方案，线性三角形棱镜在棱镜的纵向上可以具有波形结构。
根据本发明的一个方面，提供一种表面光源器件，所述表面光源器件照射透射显示单元的后表面并且包含：
光源单元，所述的光源单元包含多个光源的阵列；和
上述多功能光学膜，来自光源单元的光源的光入射到它的上面。
根据本发明的一个方面，提供一种液晶显示器，其包含：
透射显示单元；和
表面光源器件，所述的表面光源器件照射所述透射显示单元的后表面，
其中所述表面光源器件包含上述多功能光学膜。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的示例性实施方案，本发明的上述和其它特征以及优点可以变得更加明显，其中：
图1是说明包含边缘型背光单元的常规液晶显示器的图；
图2是说明包含直接型背光单元的常规液晶显示器的图；
图3至5说明了根据本发明的实施方案的光学膜；
图6至16说明了根据本发明的实施方案的三角形棱镜的图案；
图17和18是说明形成根据本发明的实施方案的光学膜的方法的示意图；
图19说明了根据本发明的一个实施方案的包含直接型表面光源器件的液晶显示器；和
图20说明了根据本发明的一个实施方案的包含边缘型表面光源器件的液晶显示器。
具体实施方式
现在将参考其中显示本发明的示例性实施方案的附图，更充分地描述本发明。
本发明提供一种多功能光学膜，所述多功能光学膜具有平滑表面或精细的凹凸表面图案(例如球形图案、透镜图案或棱镜图案等)，同时作为使用具有良好的UV屏蔽性、光透射性能和耐热性且能够以容易和精确的方式控制折射率的有机硅树脂的结果，具有良好的光聚焦和/或漫射性能、机械强度和生产效率。
在根据本发明的一个实施方案的多功能光学膜中，可以将一个或多个有机硅树脂层，例如具有不同折射率的多个树脂层安置在透明衬底的一个表面或两个表面上。特别是，可以将具有低折射率的光漫射层安置在透明衬底的下表面上，并且可以将具有高折射率的光聚焦层安置在所述透明衬底的上表面上。在图3至5中说明了根据本发明的实施方案的光学膜。
特别是，根据本发明的一个实施方案的具有UV屏蔽性和耐热性的多功能光学膜屏蔽由平坦表面光源器件(例如，背光单元(BLU))的光源(例如，荧光管)产生的UV光，从而防止棱镜片和液晶显示器(LCD)单元的退化。此外，使用这种光学膜可以简化表面光源器件和LCD的结构，并且即使当光学膜是各向异性时，也可以改善或均匀分布显示器表面的亮度。另外，由于良好的耐热性，可以制备没有卷曲和弯曲现象的高质量光学膜。另外，由于良好的光学特性，根据本发明的一个实施方案的多功能光学膜可以提高相对于光源的前亮度，从而可以有效地被用于各种结构化的表面光源器件和LCD中。
如在此所用，术语“膜”意在包括片，而与厚度无关。
在根据本发明的一个实施方案的多功能光学膜中，可以在透明衬底的一个表面或两个表面上形成光聚焦层和/或光漫射层。优选地，可以在透明衬底的下表面上安置光漫射层，并且可以在透明衬底的上表面上安置光聚焦层。
所述光漫射层用于使从光源入射的光漫射，并且可以由具有低折射率和良好耐热性的UV屏蔽树脂形成，更优选由选自由下式2表示的有机硅树脂中的至少一种形成。所述光漫射层可以被安置在透明衬底的下表面上，并且可以没有特别的图案或精细的漫射透镜图案(投影图案)。
在透明衬底的上表面上安置的光聚焦层用于会聚从透明衬底入射的光，并且可以具有各种精细的凹凸图案，例如球形图案、透镜图案或三角形棱镜图案。特别是，所述光聚焦层可以使用选自由下式1表示的具有高折射率和良好耐热性的有机硅树脂中的至少一种。
<式1>
Figure A20071008853800131
<式2>
Figure A20071008853800132
其中，
R1、R2、R3、R4和R5各自独立地为氢、取代或未取代的C1-C30脂族烃、取代或未取代的C1-C30芳族烃、取代或未取代的C1-C30甲硅烷基、取代或未取代的C1-C30烯丙基、取代或未取代的C1-C30酰基、胺基、卤原子、羟基、羧基、硝基或碱金属；
M是硅、铝、钛或锆；并且
n1、n2、m1和m2各自独立地为2至300,000的整数。
在由式2表示的有机硅树脂中，R4可以是脂族官能团，如甲基丙烯酰基丙基(methamethylacrylpropyl)、丙烯酰基丙基、甲基丙烯酰基(methamethylacryl)、丙烯酰基、环氧丙氧丙基、环氧基或异氰酸酯，并且R5可以是芳族官能团，如苯基或苯酚基。
可以根据作为式1化合物的取代基的R1、R2或R3，调节构成多功能光学膜的光聚焦层的折射率。R1/R2/R3的比率可以如下：R1＝5～15％，R2＝8～40％和R3＝60～90％，条件为R1+R2+R3＝100％。特别是，R3可以是苯基(折射率＝1.56)，9-芴基(折射率＝1.59)或9-蒽基(折射率＝1.62)。R1和R2各自可以是环氧基、氨基(折射率＝1.58)等。还可以根据取代基改变式2化合物的折射率。
即，可以根据R4或R5调节式2化合物的折射率。R4/R5的比率可以如下：R4＝8～40％和R5＝60～90％，条件为R4+R5＝100％。特别是，R5可以是氢(hydrodo)(折射率＝1.3 8)或甲基(折射率＝1.42)。
对于光聚焦层的折射率，优选在衬底和相容性树脂之间的折射率差应该大于衬底的折射率。优选地，在衬底和树脂之间的折射率差可以是0至0.1。可以使用钠D线(589nm的波长)作为光源，通过阿贝折射计进行折射率测量。
组成光聚焦层的式1的有机硅树脂可以是多官能团(例如，多元醇或多氯代)光固化性硅烷化合物的(甲基)丙烯酰基硅烷、环氧硅烷、异氰酸酯硅烷等。式1的有机硅树脂的形式可以是低聚物、预聚物、聚合物、共聚物等。优选地，式1的有机硅树脂可以是苯基甲基丙烯酰基硅烷，由苯基甲基丙烯酰基硅烷构成的硅氧烷基复合树脂等。当使用式1的有机硅树脂作为热固性树脂时，它可以与金属氧化物一起形成共聚物组合物，以保证折射率和其它功能。
当使用式1的有机硅树脂作为UV固化性树脂时，可以使用光引发剂。例如，所述光引发剂可以选自：苯乙酮类、二苯甲酮类、米蚩苯甲酸苯甲酰酯类、α-戊基肟基酯类和噻吨酮类(thioxantones)。光敏剂可以是N-丁基胺、三乙膦、三丁膦等。当使用光敏剂作为热固性树脂时，可以使用它作为热固化促进剂。
普通的有机硅树脂由100％硅氧烷键(Si-O-Si)和10-30％硅烷醇(Si-OH)组成。普通的有机硅树脂由于100％硅氧烷键可以吸收UV光，但是由于监视器的大尺寸趋向，不能通过增加灯的数量来充分地进行UV光的吸收。因此，在根据本发明的一个实施方案的光漫射层中，有机硅树脂的硅烷醇部分被硅醇盐(silanate)(Si-O-M；M是金属)取代，从而提高UV吸收能力。
根据本发明在透明衬底上安置的光聚焦层可以具有各种精细图案，例如球形图案、线性棱镜图案或透镜图案。优选多个三角形棱镜的线性阵列。在此，每个三角形棱镜的三角形截面外形图可以由与透明衬底接触的光聚焦层的边(对应于三角形截面外形图的底边)和相对该底边的底角限定。所述底角各自可以是30至60度，更优选45度。
在作为根据本发明的光聚焦层的形状的一个实例的三角形棱镜图案中，三角形棱镜可以是简单的等腰三角形棱镜，但是在棱镜上还可以形成至少一个凹槽。可以在三角形棱镜上以预定形状形成这种凹槽。优选地，所述凹槽可以为倒三角形棱镜的形式。在此，倒三角形棱镜的顶角可以是约70至110度。
当在单位三角形棱镜上只形成一个凹槽时，在棱镜中形成两个顶角。限定一个顶角的侧边的长度与限定另一个顶角的侧边的相应对边的长度可以相同或不同。当限定一个顶角的侧边的长度与限定另一个顶角的侧边的相应对边的长度可以相同时，在单位三角形棱镜中形成两个相同的三角形棱镜。另一方面，当限定一个顶角的侧边的长度与限定另一个顶角的侧边的相应对边的长度可以不同时，形成尺寸和高度不同的两个三角形棱镜。当在单位三角形棱镜中形成多个凹槽，例如两个凹槽时，可以在棱镜中形成三个顶角。如上所述，限定一个顶角的侧边的长度与限定另一个顶角的侧边的相应对边的长度可以相同或不同。此外，凹槽的顶点可以形成阶梯状图案。在图4和5中说明了具有凹槽的三角形棱镜的实例。
根据与透明衬底接触的三角形棱镜的底边的长度，可以改变根据本发明的多功能光学膜的光学特性。优选地，三角形棱镜的底边的长度可以是约55至65μm。如果三角形棱镜的底边的长度在上述范围以外，则可以降低多功能光学膜的光学特性。
特别是，三角形棱镜的顶部对应于几何三角形棱镜的侧边，并且可以是直线。然而，为了防止光变色(staining)等，三角形棱镜的顶部可以具有波形结构。三角形棱镜的顶部还可以是锐缘的，但是也可以是扁平的，以防止在与另一种构件一起连接时可能导致的断裂或粘附的降低。在这种情况下，三角形棱镜的顶部的宽度可以是约1至5μm。
线性排列的单位三角形棱镜在衬底的纵向上可以相互间隔一定距离。在此，在相邻两个单位三角形棱镜之间的距离可以是约0.1至5μm。在这种情况下，在单位三角形棱镜之间可以形成平坦图案、凹状图案和精细的凹凸图案。
在图6至16中说明了根据本发明的实施方案的三角形棱镜。
其上具有光聚焦层和/或光漫射层的透明衬底可以由光学平板显示器(FPD)热塑性树脂形成，所述热塑性树脂为例如，丙烯酸类树脂(acrylresin)，如甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸乙酯；聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯；聚烃，如聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯或聚甲基丙烯；聚酰胺，如尼龙6，6或尼龙6；乙烯/乙烯基乙酸共聚物，聚酰亚胺，聚砜，聚氯乙烯或乙酰基纤维素。所述透明衬底可以是具有厚度为约10至200μm的各向同性或各向异性膜。
以下，将描述形成如上所述的多功能光学膜的方法。
当形成根据本发明的一个实施方案的多功能光学膜时，首先制备具有精细图案的膜。
图17和18是说明形成光学膜的两种方法的图。为便于说明，图17和18说明了使用模具形成的光学膜的每种图案的纵向是模具的旋转中心轴的方向。然而，光学膜的每种图案的纵向还可以是模具的旋转圆周的方向。与前一种情况相比，由于更容易成膜，更优选后一种情况。
图17是说明用于形成光学膜的所谓“UV成型”法的图。参考图17，首先，将来自树脂供应单元302的UV固化性树脂143涂布在由聚碳酸酯形成的透明衬底142上。然后，将其上涂布有UV固化性树脂143的透明衬底142向具有阴模141的模具301上滚动。在这种状态下，使透明衬底142暴露于UV光源303中以固化UV固化性树脂143，从而赋予光学膜141a以从模具301的阴模141的图案移印的图案。
图18是说明用于形成的所谓“挤出成型”法的图。参考图18，从树脂供应单元306供应熔融树脂144，并且在具有阴模141的模具304和辊305之间流动的同时使其冷却，从而形成具有从模具304的阴模141的图案移印的图案的光学膜141a。
当单独使用时，如此形成的光学膜不能保证足够的膜强度和膜平坦性。因此，在透明衬底层上整体形成光学膜。通过这样做，可以提高光学膜的强度，从而提高平坦性。通过在形成衬底层后，使光学膜附着在衬底层上或者将光学膜热层压在衬底层上，可以进行光学膜在衬底层上的整体形成。
根据上述方法，可以以节省成本的方式稳定地制备具有良好强度和平坦性的光学膜。
在直接型表面光源器件或边缘型表面光源器件中，可以使用如此形成的光学膜。具体而言，本发明体提供一种表面光源器件，所述表面光源器件包含：照射透射显示单元的后表面并且包含多个光源的阵列的光源单元；和根据本发明的一个实施方案的光学膜，所述光学膜用作使从光源单元的光源发射的光聚焦的棱镜片。在此，可以将光学膜安置在靠近产生光的光源处。除根据本发明的一个实施方案的光学膜以外，表面光源器件还可以包含漫射片和保护片中的至少一个。可以将漫射片插入到光源单元和棱镜片之间，并且可以将保护片安置在表面光源器件的最外表面上以保护这些片。
本发明还提供一种透射显示装置，所述透射显示装置包含：透射显示单元；和照射透射显示单元的后表面的表面光源器件，所述表面光源器件包含根据本发明的一个实施方案的多功能光学膜。
在图19和20中说明了根据本发明的实施方案的透射显示装置。图19说明了包含直接型表面光源器件的液晶显示器，并且图20说明了包含边缘型表面光源器件的液晶显示器。参考图19，所述液晶显示器包含保护片51、包含光聚焦层的光学膜52、光漫射层53、具有散射点的光导板54、反射板55和光源56。参考图20，所述液晶显示器包含保护片51、包含光聚焦层的光学膜52、光漫射层53、反射板55和光源62。
以下，将参考如下工作实施例更具体地描述本发明。如下的工作实施例只用于说明性目的，并且意在不限制本发明的范围。
透光率和浊度
使用全自动直接读取雾度计算机(HGM-2，Suga Test Instruments)，测量透光率和雾度值。
-耐光性
使膜在来自UV灯的UV光(365nm)中连续暴露15小时、50小时和100小时以评价UV光导致的泛黄现象或颜色变化。
-膜表面模板化
将光固化性有机硅树脂和光引发剂以9∶1的重量比混合，并且在搅拌的同时，将反应混合物在真空下进行气泡清除，历时20分钟。然后，将得到的树脂组合物棒涂到厚度为125μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜上，在压制辊下强力压制，并且在来自能量为360mJ/cm2的UV灯或汞灯的光下固化2秒，从而形成膜。
将热缩合反应类硅氧烷SH9555及其相应的硬化剂SH9555K(SiliconeCo.)以9∶1的重量比混合，并且在搅拌的同时，在真空下从反应混合物中除去气泡，历时20分钟。然后，将得到的硅橡胶组合物涂布到厚度为100μm的PET膜上，并且在其上放置试图模板化的样品表面，并且在墨辊下强力压制。将得到的结构体在60℃热处理30分钟以使硅橡胶固化。将样品剥离，并且将热固性硅氧烷组合物注入到模具框中且在120℃热处理30分钟(软式石印)。
-可光聚合的组合物
-基础硅氧烷基树脂的制备
使用苯基-硅烷、甲基-硅烷或H-硅烷(氢-硅烷)作为三官能单-硅烷以调节折射率，并且使用甲基丙烯酰基-硅烷以赋予光固化性。以一定摩尔比(mol wt％)使用三官能单-硅烷和甲基丙烯酰基-硅烷，以精确地调节折射率。使用作为单官能单-硅烷的三苯基-硅烷并且使用四官能氧化锆(Zr-O)、氧化铝(Al-O)或氧化钛(Ti-O)以精确地调节折射率。使用直接水解法(参见：韩国专利公开出版物号2003-0029647、美国专利号6,787,625B2、中国专利号CN1162461C、PCT/KR/00237)，使混合的单-硅烷水解，然后缩聚以合成共聚物。使用光引发剂I-184(Ciba Geigy Speciality Chemicals，2.5重量％的甲基丙烯酰基-硅烷)，并且使用混合醇溶剂作为涂布溶剂。在搅拌的同时，将反应混合物在真空下进行气泡清除，历时20分钟。使用0.4μm尼龙过滤器作为过滤器，并且将得到的组合物的固含量调节至60重量％。这种有机硅树脂既具有热固性(固化条件：120℃/20分钟)又具有光固化(360mJ/cm2)性能。
为了赋予能够精确地调节折射率的上述有机硅树脂以UV屏蔽性，将有机硅树脂封端(参见：韩国专利公开出版物号2003-0029647、美国专利号6,787,625B2、中国专利号CN1162461C、PCT PCT/KR/00237等)。封端量为有机硅树脂的10至20重量％。制备并且以如上所述的涂布溶液形式使用封端的有机硅树脂。
比较例1：基础有机树脂的制备
将50重量份丙烯酸单体KAYARAD HX-620(Nippon Kayaku Co.)、50重量份氯化聚酯低聚物Ebecryl EB-584(Daicel UCB)、10重量份光引发剂I-184(Ciba Geigy Speciality Chemicals)和2重量份光聚合促进剂KayacureEPA(Nippon Kayaku Co.)聚合以制备有机树脂。
比较例2：基础有机树脂的制备
将50重量份丙烯酸单体KAYARAD HX-620(Nippon Kayaku Co.)、50重量份氯化聚酯低聚物Ebecryl EB-1129(Daicel UCB)、10重量份光引发剂I-184(Ciba Geigy Speciality Chemicals)和2重量份光聚合促进剂KayacureEPA(Nippon Kayaku Co.)聚合以制备有机树脂。
实施例1：基础光固化性有机硅树脂(Ph/MMA＝88/12)的制备
将三官能苯基-硅烷和甲基丙烯酰基-硅烷以88∶12的摩尔比混合。使用直接水解法使反应混合物水解，并且将得到的水解产物缩聚，以共聚物的形式合成UV固化性有机硅树脂，其中苯基与甲基丙烯酰基的比率为88∶12，并且数均分子量是约2,500(阿贝折射率＝1.542)。
将UV固化性有机硅树脂与光引发剂I-184(2.5摩尔％甲基丙烯酰基部分)和稀释溶剂IPA混合，得到含有60重量％的固体的UV固化性有机硅树脂组合物(粘度＝450dpi)。
实施例2：基础光固化性有机硅树脂(ph/MMA＝60/40)的制备
将三官能苯基-硅烷和甲基丙烯酰基-硅烷以60∶40的摩尔比混合。使用直接水解法使反应混合物水解，并且将得到的水解产物缩聚，以共聚物的形式合成UV固化性有机硅树脂，其中苯基与甲基丙烯酰基的比率为88∶12，并且数均分子量是约2,600(阿贝折射率＝1.522)。
将UV固化性有机硅树脂与光引发剂I-184(2.5摩尔％甲基丙烯酰基部分)和稀释溶剂IPA混合，得到含有60重量％的固体的UV固化性有机硅树脂组合物(粘度＝450dpi)。
如图17中说明，首先，将从树脂供应单元中供应的实施例1和2中制备的每一种UV固化性有机硅树脂组合物在PET基膜(厚度：125μm，折射率：1.498)上涂布至15μm的厚度。然后，将其上涂布有UV固化性有机硅树脂组合物的基膜向具有阴模的模具上滚动。在这种状态下，使基膜暴露于来自UV光源的UV光中以使UV固化性树脂固化，从而得到具有从模具的阴模的图案移印的图案的光学膜。
在图6至16中说明了构成光学膜的上面部分的光聚焦层的截面外形图的实施例。
实施例3：能够精确地调节折射率的三苯基氯硅烷封端的有机硅树脂的制备
将18重量％在实施例1中制备的有机硅树脂加入到苯中。将5重量％三乙胺(基于有机硅树脂)加入到其中，然后将10重量％三苯基氯硅烷(基于有机硅树脂)在氮气气氛下滴加到其中。使反应混合物在室温保温三小时。
在反应结束之后，通过过滤除去沉淀物，并且用甲醇使余下的溶液再沉淀，得到三苯基氯硅烷封端的有机硅树脂(产率：98％，折射率＝1.531)。
将所述有机硅树脂与光引发剂I-184(2.5摩尔％甲基丙烯酰基部分)和稀释溶剂IPA混合，得到含有60重量％的固体的有机硅树脂组合物(粘度＝450dpi)。
使用有机硅树脂组合物，以与实施例1中相同的方法制备光学膜。
实施例4：能够精确地调节折射率的Zr-(OR)4封端的有机硅树脂的制备
将在实施例1中制备的18重量％有机硅树脂加入到苯中。将0.01重量％盐酸(基于有机硅树脂)加入其中，并且在氮气气氛下，使反应混合物在-5℃的反应浴中保温。然后，使用滴液漏斗，在氮气气氛下，将10重量％Zr-(Oipr)4(基于有机硅树脂)滴加到反应溶液中，使反应混合物保温16小时。在反应结束之后，用甲醇使得到的溶液沉淀，得到Zr-(OR)4封端的有机硅树脂(产率：98％，折射率：1.549)。
将Zr-(OR)4封端的有机硅树脂与光引发剂I-184(2.5摩尔％甲基丙烯酰基部分)和稀释溶剂IPA混合，得到含有60重量％的固体的有机硅树脂组合物(粘度＝510dpi)。
使用有机硅树脂组合物，以与实施例1中相同的方法制备光学膜。
实施例5：低折射、UV屏蔽的有机硅树脂(Me/MMA＝88/12)的制备
将三官能甲基-硅烷和甲基丙烯酰基-硅烷以88∶12的摩尔比混合。使用直接水解法使反应混合物水解，并且将得到的水解产物缩聚，以共聚物的形式合成有机硅树脂，其中甲基与甲基丙烯酰基的比率为88∶12，并且数均分子量是约3,200(阿贝折射率＝1.362)。
将18重量％有机硅树脂溶于IPA中，然后将30重量％Na2SO4(基于有机硅树脂)加入其中。然后，将0.001重量％反应催化剂，硫酸加入其中，并且在氮气气氛下，使反应混合物在60℃的反应浴中保温18小时。通过过滤除去未反应的Na2SO4，并且用甲醇使余下的溶液再沉淀，得到有机硅树脂(产率：98％，UV屏蔽效率：98％，折射率＝1.38)。
将所述有机硅树脂与光引发剂I-184(2.5摩尔％甲基丙烯酰基部分)和稀释溶剂IPA混合，得到含有60重量％的固体的有机硅树脂组合物(粘度＝410dpi)。
如图18中说明，首先，制备具有预定尺寸的单独的衬底膜。将从树脂供应单元中供应的上述制备的有机硅树脂组合物涂布到衬底膜上。在这种状态下，使得到的结构体暴露于来自UV光源的UV光中以使有机硅树脂固化，从而得到其中在衬底膜上整体形成树脂膜的光学膜。
实施例6：低折射、UV屏蔽的有机硅树脂(Me/MMA＝88/12)的制备
将三官能甲基-硅烷和甲基丙烯酰基-硅烷以88∶12的摩尔比混合。使用直接水解法使反应混合物水解，并且将得到的水解产物缩聚，以共聚物的形式合成有机硅树脂，其中甲基与甲基丙烯酰基的比率为88∶12，并且数均分子量是约3,200(阿贝折射率＝1.423)。
将18重量％有机硅树脂加入到苯中，并且将0.01重量％盐酸(基于有机硅树脂)加入其中。在氮气气氛下，使反应混合物在-5℃的反应浴中保温。然后，使用滴液漏斗，在氮气气氛下，将10重量％Ti-(Oipr)4滴加到反应溶液中，并且使反应混合物保温16小时。在反应结束之后，用甲醇使得到的溶液沉淀，得到有机硅树脂(产率：98％，折射率＝1.469，UV屏蔽效率：98％)。
将所述有机硅树脂与光引发剂I-184(2.5摩尔％甲基丙烯酰基部分)和稀释溶剂IPA混合，得到含有60重量％的固体的有机硅树脂组合物(粘度＝550dpi)。
表1
样品   透光率(％) 雾度(％) 硬度(H) 折射率   亮度增加(％) UV屏蔽效率(％)   泛黄(100小时)   耐热性(℃)
  比较例1   100   ＜3   2   1.56   100   12   起皱   ＜180
  比较例2   100   ＜2   1   1.47   91   12   不起皱   ＜160
  实施例1   100   ＜1   3   1.542   100   58   不起皱   ＞400
  实施例2   100   ＜1   3   1.522   97   59   不起皱   ＞400
  实施例3   100   ＜1   3   1.531   99   59   不起皱   ＞400
  实施例4   100   ＜1   3   1.549   102   61   不起皱   ＞400
  实施例5   100   ＜1   3   1.362   -   98   不起皱   ＞450
  实施例6   100   ＜1   6   1.469   -   98   不起皱   ＞480
实施例7
如图17中说明，首先，将从树脂供应单元中供应的实施例1中制备的UV固化性有机硅树脂组合物在PET基膜(厚度：125μm，折射率：1.498)上涂布至15μm的厚度。然后，将向其上涂布有UV固化性树脂组合物的基膜向具有阴模的模具上滚动。在这种状态下，使基膜暴露于来自UV光源的UV光中以使UV固化性树脂固化，从而得到具有从模具的阴模的图案移印的图案的光学膜。
光学膜的单元投影(unit projection)的截面外形图如图16中说明的。
实施例8
如图17中说明，首先，将从树脂供应单元中供应的实施例5中制备的UV固化性有机硅树脂组合物在PET基膜(厚度：125μm，折射率：1.498)的下表面上涂布至1μm的厚度。然后，将从树脂供应单元中供应的实施例1中制备的UV固化性有机硅树脂组合物在所述PET基膜的上表面上涂布至15μm的厚度。然后，将其上有涂布树脂组合物的基膜向具有阴模的模具上滚动。在这种状态下，使基膜暴露于来自UV光源的UV光中以使UV固化性树脂固化，从而得到具有从模具的阴模的图案移印的图案的光学膜。
表2
表2的结果显示即使在根据本发明的一个实施方案使用UV屏蔽/耐热/低折射的有机硅树脂形成复合膜叠层时，所述复合膜叠层也与常规膜一样不影响前亮度。
实施例9
使用在实施例8中制备的光学膜作为棱镜片制造直接型表面光源器件，并且所述表面光源器件是如图19中说明的。所述表面光源器件的尺寸为760×450×47。在此，将上保护片、棱镜片、漫射片、光导板和反射片分别形成至0.40mm、0.28mm、0.22mm、2mm和1mm的厚度。使用直径为4mm的二十盏灯。
实施例10
使用在实施例1中制备的光学膜作为棱镜片制造边缘型表面光源器件，并且所述表面光源器件是如图20中说明的。所述表面光源器件的尺寸为404.2×330×2mm。在此，将保护片、棱镜片、漫射片和反射片分别形成至0.21mm、0.28mm、0.22mm和0.18mm的厚度。使用厚度为4mm的二盏灯。
实验实施例1
在相对于棱镜片的垂直位置测量在实施例1中制备的光学膜的亮度和视角(比较例1和2，参见图8)，并且结果示于下表3中。还在相对于所述棱镜片的水平位置测量在实施例1中制备的光学膜的亮度和视角，结果示于下表4中。
测量条件如下：
片尺寸：1.2cm×1.2cm
射线：150,000
光源：Lambertian光源
制备其中光学膜具有如图7中说明的上精细图案的膜叠层。
实验实施例2
以与实验实施例1中相同的方法制备膜叠层，不同之处在于光学膜的上精细图案是如图9中说明的。
实验实施例3
以与实验实施例1中相同的方法制备膜叠层，不同之处在于光学膜的上精细图案是如图10中说明的。
实验实施例4
以与实验实施例1中相同的方法制备膜叠层，不同之处在于光学膜的上精细图案是如图11中说明的。
实验实施例5
以与实验实施例1中相同的方法制备膜叠层，不同之处在于光学膜的上精细图案是如图12中说明的。
实验实施例6
以与实验实施例1中相同的方法制备膜叠层，不同之处在于光学膜的上精细图案是如图13中说明的。
实验实施例7
以与实验实施例1中相同的方法制备膜叠层，不同之处在于光学膜的上精细图案是如图14中说明的。
实验实施例8
以与实验实施例1中相同的方法制备膜叠层，不同之处在于光学膜的上精细图案是如图15中说明的。
实验实施例9
以与实验实施例1中相同的方法制备膜叠层，不同之处在于光学膜的上精细图案是如图16中说明的。
实验实施例10
以与实验实施例1中相同的方法制备膜叠层，不同之处在于光学膜的上精细图案是如图17中说明的。
表3
样品   前亮度增加   相对比较例1的前亮度   视角(垂直)  相对比较例1的视角(垂直)
  比较例1(图1)   1.958   100％   36.88°   ±0°
  实验实施例1(图8)   1.973   100.77％   30.87°   ±6.01°
  实验实施例2(图9)   1.972   100.71％   30.93°   ±5.95°
  实验实施例3(图10)   1.969   100.56％   30.98°   ±5.90°
  实验实施例4(图11)   1.996   101.94％   30.57°   ±6.31°
  实验实施例5(图12)   1.970   100.61％   30.95°   ±5.97°
  实验实施例6(图13)   1.973   100.77％   36.84°   ±0.04°
  实验实施例7(图14)   1.984   101.32％   36.67°   ±0.21°
  实验实施例8(图15)   1.990   101.64％   36.64°   ±0.24°
  实验实施例9(图16)   1.999   102.09％   36.34°   ±0.54°
  实验实施例10(图17)   2.009   102.60％   36.27°   ±0.61°
表4
样品   前亮度增加   相对比较例1的前亮度   视角(水平)  相对比较例1的视角(水平)
  比较例1(图1)   1.958   100％   54.99°   ±0°
  实验实施例1(图8)   1.973   100.77％   ≥70°   ±15.01°
  实验实施例2(图9)   1.972   100.71％   ≥70°   ±15.01°
  实验实施例3(图10)   1.969   100.56％   ≥70°   ±15.01°
  实验实施例4(图11)   1.996   101.94％   ≥70°   ±15.01°
  实验实施例5(图12)   1.970   100.61％   ≥70°   ±15.01°
  实验实施例6(图13)   1.973   100.77％   54.74°   ±0.25°
  实验实施例7(图14)   1.984   101.32％   54.62°   ±0.37°
  实验实施例8(图15)   1.990   101.64％   54.61°   ±0.38°
  实验实施例9(图16)   1.999   102.09％   53.66°   ±1.33°
  实验实施例10(图17)   2.009   102.60％   53.51°   ±1.38°
从表3和4中看出，当使用根据本发明的光学膜作为棱镜片时，显著提高前亮度，并且在不改变垂直视角的情况下，可以将水平视角提高约20度或更大。
通过优化图案形状，根据本发明的光学膜可以显著提高前亮度和水平视角。可以将这种光学膜应用于直接型或边缘型表面光源器件，从而可以有效地被应用于各种透射显示装置中。
根据本发明的光学膜以及使用该光学膜的表面光源器件和液晶显示器提供如下优点：(1)良好的光学特性、耐热性、UV屏蔽性和热固性/光固化性能，并且折射率容易且精确的调节；(2)具有更少碳含量的有机硅树脂的制备，使得在来自光源的光通过光学膜时，不发生光损耗；(3)由于有机硅树脂，在不降低或提高视角的情况下，前亮度和从倾斜侧的可见度的提高；(4)在屏幕上均匀的亮度，均匀的显示，由于液晶单元和表面光源之间的关系导致的波形图案的外观的防止，并且显示质量的提高；(5)显示质量长时间稳定的保持；(6)在不使用UV吸收剂的情况下，组成元件的有效保护，使其不遭受从光源泄漏的UV光；和(7)容易的成膜并且处理，从而生产效率的提高。

Claims (10)

1.一种多功能光学膜，其包含：
透明衬底；和
至少在所述透明衬底的表面上安置的光聚焦层和光漫射层中的至少一个，
其中所述光聚焦层包含选自由下式1表示的高折射有机硅树脂中的至少一种，并且
其中所述光漫射层包含选自由下式2表示的低折射有机硅树脂中的至少一种：
<式1>
Figure A2007100885380002C1
<式2>
Figure A2007100885380002C2
其中，
R1、R2、R3、R4和R5各自独立地为氢、取代或未取代的C1-C30脂族烃、取代或未取代的C1-C30芳族烃、取代或未取代的C1-C30甲硅烷基、取代或未取代的C1-C30烯丙基、取代或未取代的C1-C30酰基、胺基、卤原子、羟基、羧基、硝基或碱金属；
M是硅、铝、钛或锆；并且
n1、n2、m1和m2各自独立地为2至300,000的整数。
2.权利要求1所述的多功能光学膜，其中将包含选自由式1表示的高折射有机硅树脂中的至少一种的所述光聚焦层安置在所述透明衬底的一个表面上，并且将包含选自由式2表示的低折射有机硅树脂中的至少一种的所述光漫射层安置在所述透明衬底的另一个表面上。
3.权利要求1所述的多功能光学膜，其中所述光聚焦层包含多个球体、透镜或线性三角形棱镜的阵列。
4.权利要求3所述的多功能光学膜，其中在所述棱镜的每一个中形成至少一个凹槽。
5.权利要求4所述的多功能光学膜，其中所述至少一个凹槽具有阶梯状结构。
6.权利要求3所述的多功能光学膜，其中所述棱镜的每一个是截头的。
7.权利要求3所述的多功能光学膜，其中所述棱镜以0.1至5μm的距离相互隔开。
8.权利要求3所述的多功能光学膜，其中所述棱镜在所述棱镜的纵向上具有波形结构。
9.一种表面光源器件，所述表面光源器件照射透射显示单元的后表面并且包含：
光源单元，所述的光源单元包含多个光源的阵列；和
权利要求1所述的多功能光学膜，来自所述光源单元的光源的光入射到它的上面。
10.一种液晶显示器，其包含：
透射显示单元；和
表面光源器件，所述的表面光源器件照射所述透射显示单元的后表面，
其中所述表面光源器件包含权利要求1所述的多功能光学膜。
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