CN101595402A - 光学片 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种具有光学结构的光学片，例如棱镜膜或棱镜片，其为背光模块的构成组件之一。此光学片包括具有多个光学结构的光学结构层，其表面由不规则体所形成，且不规则体系形成于诸如棱镜的聚光光学结构表面上，以符合预定条件，进而有效地实现光扩散功能，因此不需额外装设扩散膜或保护膜。当粒子散布层进一步形成于具有光学结构层的表面对侧的透明基板表面上时，便可避免在层叠棱镜膜或运送的过程中由于棱镜膜或其它片状物的摩擦导致的受损，所以不需用到多个光学膜，因此能够合乎经济效益地制造具有改良生产率的背光模块。

Description

光学片

技术领域

本发明有涉及一种光学片，用于诸如液晶显示器、个人数字助理(PersonalDigital Assistant，PDA)、笔记型计算机、液晶电视、计算机、文书处理器以及行动电话等液晶显示器，以增加其亮度。

背景技术

随着现代工业社会朝向先进信息时代发展，作为传送各种信息媒介的电子显示器就变得日益重要。因此，包括液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、等离子显示器(Plasma Display Panel，PDP)、以及有机电致发光显示器等各种与平面显示器相关的产业，正繁荣发展。尤其，在平面显示器产业发展中扮演领导角色的LCD，是一种结合液晶-半导体技术而产生的技术密集性产品，且相较于其它各种显示器，LCD的轻薄与低耗电量使其变得更有利。因此，LCD不仅可应用到笔记型计算机、监视器和小型化设备(PDA与行动电话)，也可应用到一般被视为是阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)，亦即现有技术中的布朗管型显示器专属领域的电视机，以致于液晶显示器成为一种能够取代以往犹如显示器同义字般的布朗管型显示器的新颖显示器，因而受到注目。

因为LCD的液晶不具有直接发射光的功能，所以必须在其背面额外提供光源，以显示穿透液晶所发射的光。该发光组件称为背光模块(Back LightUnit，BLU)，通常是由作为光源的冷阴极荧光灯管(Cold Cathode FluorescentLamp，CCFL)与自光源处依序排列的辅助装置，包括导光板(Light GuidePlate，LGP)、光扩散板、及棱镜片所构成。导光板的功能是将CCFL发射出的不规则线性光源，实际转换到前方。光扩散膜或片的功能则是将被导引至前方的光，扩散成为表面光，而被扩散的光再藉由棱镜膜或片，聚集在垂直于屏幕的方向，从而增加屏幕的前方亮度，产生较亮和较清晰的影像。

也就是说，从荧光灯发射出但可能会遗失的光，是用导光板将其导引到屏幕前方，此外，遗失到屏幕背面的光，也可使用反射膜或片(以下称“反射板”)予以再利用。然而，经由反射板与导光板被导引到前方的光，在整个表面上的亮度不均，因此，要用光扩散膜或片将光导引至形成均匀的表面光。另外，通过光扩散膜或片的光会被再度扩散，致使显示器前方的亮度减低。因此，在垂直于显示器屏幕方向所看到的影像，会有前方亮度减低的结果。于是，为求增加前方亮度，便增加透射至屏幕前方的光。为达此一目的，即应用一种揭露于美国专利第2,248,638号及第4,497,860号中使用棱镜结构的膜或片，据以增加前方亮度。已被证实的是，当具有棱镜结构的薄膜成对使用，且二薄膜系成正交排列或按预定角度定位时，与个别使用的情形相比，使用二薄膜者的前表面聚光效率增加(美国专利第4,542,449号)。目前，可使用一种具有棱镜结构的薄膜，或是可使用具有棱镜结构且成正交排列状态的二个薄膜。

此薄膜是使用透明的可硬化树脂，在一个聚酯或聚碳酸酯的透明薄膜上，藉由形成具有棱镜结构的卷状物或是大面积的片状物所制成，其后，将由此形成的片状物，按照装设到实际装置上所需的尺寸及形状来裁切，接者，依此所裁切的一个薄膜可被装设到LCD的背光模块框架，或是二个薄膜可正交排列并装设于其上。

此外，棱镜膜的下方装设有光扩散膜，均匀地扩散经由导光板或是光扩散板而被导引向上的光，另在棱镜膜上装设光扩散保护膜，以防止棱镜脊部因摩擦导致的受损，以及设在背光模块上的液晶模块底部的偏光镜膜受损。

然而，由此制成的装置却因在制造过程中使用三种不同类型的光学膜，以致遭受不想要的成本增加与效率减低。此外，在装配背光模块的光学膜的过程中，保护膜与棱镜膜可能存有瑕疵，以致减低整体的材料效率。

发明内容

因此，本发明提供一种光学片，其中聚光光学结构的表面系以不规则体形成，并且维持光学膜的聚光效率，同时诱发光的扩散，据以实现扩散膜的功能。

此外，本发明提供一种光学片，其中聚光光学膜的聚光光学结构的表面，诸如棱镜膜，以不规则体形成，因此排除用于保护光学膜的保护膜的使用。

再者，本发明提供一种光学片，包括具有突出粒子的粒子散布层，该粒子散布层位于具有光学结构层的表面的对侧表面上，因此在装配棱镜膜的过程中，层叠的装置之间或是层叠的棱镜膜之间的接触面积，会因突出粒子的设置而减小，藉以在分离成个别薄膜或运送过程中，减低非结构层表面的受损。

另外，本发明提供一种光学片，包括具有突出粒子的粒子散布层，该粒子散布层位于具有光学结构层的表面的对侧表面上，因此，当多个棱镜膜在背光模块中成正交排列且层叠时，棱镜的脊部与突出粒子接触，以减低棱镜膜之间的接触面积，并产生粒子的缓冲功能，进而减低棱镜膜的脊部与非结构层表面的受损。

再者，本发明提供一种光学片，其包括具有突出粒子与含有抗静电剂的粒子散布层，该粒子散布层位于具有光学结构层的的对侧表面上，以去除因为摩擦而产生的静电，从而避免因为黏附杂质而造成影像质量恶化。

依据本发明第一实施例所提供的光学片，包含有透明基板以及光学结构层，该光学结构层具有使用可硬化树脂组成物而形成于该透明基板表面上的多个光学结构。其中多个光学结构的表面以不规则体形成，而不规则体的算术平均粗糙度(Sa)等于或大于0.01，且十个点的高度的中位数(Sz)等于或大于0.1。

依据本发明第一实施例的光学片，所述多个光学结构可为三角形棱镜结构、三角锥形结构、圆锥形结构、球形结构、或非球形结构。

依据本发明较佳实施例的光学片，所述多个光学结构可为三角形棱镜结构。

依据本发明的第二实施例，光学片可进一步包含粒子散布层，该粒子散布层具有透明黏合剂与粒子，形成于该透明基板相对于具有该光学结构层之表面的表面上，且该粒子散布层的粒子自其表面突出。

就此而言，粒子散布层的粒子的突出部分的高度，不超过粒径的50％。粒子散布层可进一步含有抗静电剂。

依据本发明的光学片，诸如棱镜之聚光光学结构的表面，由不规则体形成，所以不仅实现聚光功能，也实现光扩散功能。因此，不需额外装设扩散膜，且也可排除使用保护膜。另外，粒子散布层形成于包括棱镜的具有聚光光学结构层的表面对侧的光学片表面上，以防止棱镜膜或其它片状物因为摩擦而受损，最终可排除使用多个光学膜。因此能够合乎经济效益地制造具有改良生产率的背光模块。

附图说明

图1为剖面图，显示本发明第一实施例的光学片；以及

图2为剖面图，显示本发明第二实施例的光学片。

具体实施方式

之后，将对于本发明详尽说明。

本发明指一种用于LCD的背光模块的棱镜膜。其剖面图如图1所示。

参阅图1，本发明的棱镜膜，即包括有一光学结构层的薄膜，具有构成光学结构层的构造，该构造内不规则体211形成于多个光学结构210的表面上。

从图1的放大图可具体地看出，构成光学结构层的多个光学结构210的表面并不平滑，反而粗糙。

因此，当光学结构的表面以不规则体形成时，可维持住棱镜膜的聚光效率，同时，透过光学结构的粗糙表面可诱发光的扩散。因此，可省略以往用来保护棱镜膜的保护膜，进而降低成本与增进效率。此外，由于光学结构的表面由不规则体形成，所以表面粗糙度受到控制，进而可展现出一般设置在具有光学结构层的薄膜下方的扩散膜的功能。

当光学结构层的光学结构的表面由不规则体形成时，其表面粗糙度为算术平均粗糙度(Sa)等于或大于0.01，以及十点高度的中位数(Sz)等于或大于0.1。如果表面粗糙度的算术平均粗糙度小于0.01，或是十点高度的中位数(Sz)小于0.1，虽然可维持住聚光效果，但却难以实现本发明所欲达成的扩散效果。若无扩散效果，则为了要保护具有光学结构层的光学膜，即棱镜膜，就必须在棱镜膜的光学结构层上设置保护膜，以致难以降低成本。若是省略保护膜，仅使用具有无扩散功能的结构的光学膜，则在组装过程中，此结构的形状可能会照原样从背光模块投射出，或是光可能会自背光模块边缘的模具部分漏出。

在光学结构表面上形成不规则体的制程并无限制，但是包括，例如控制用以形成光学结构的卷状物的表面粗糙度，或是使用物理作用力在不具有不规则体的棱镜膜的表面上形成不规则体。

构成光学结构层的多个光学结构，可为典型的三角形棱镜结构。此外，三角锥形结构、圆锥形结构、球形结构、或非球形结构也可采用。尤其，为了屏幕前方的聚光效率着想，光学结构倾向为三角形棱镜结构。

对于光学结构层形成于其上的透明基板100而言，可使用任何透明的基板，其范例包括聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯与环氧树脂。特别有用者为聚碳酸酯或聚乙烯对苯二甲酸酯。这种塑料基板必须对所欲涂覆的树脂具有黏着力，且必须具有高透光度，以至于不会影响光扩散层，而且具有均匀的表面平整度，以至于不会显现出亮度的差异。塑料基板的厚度范围自10微米(μm)到1000μm，且较佳为25μm到500μm。

为了增加屏幕前方的亮度，在透明塑料基板上形成具有表面不规则体的光学结构，使用折射率高于该塑料基板的透明可硬化树脂。

本发明中，具有光学结构层的光学膜，可进一步包括粒子散布层，该粒子散布层位于该透明基板相对于形成有光学结构层的表面的表面上。其剖面图如图2所示。

参阅图2，粒子散布层300由透明有机黏合剂与有机或无机粒子301所组成。粒子散布层是由对塑料基板具有高黏着性，以及对粒子具有高度兼容性的树脂所形成，并且此种树脂的具体范例包括丙烯酸树脂，包含有不饱和聚酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁基甲酯(n-butyl methyl methacrylate)、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸环氧丙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯与丙烯酸2-乙基己酯聚合物、共聚物或三元共聚物、胺基甲酸酯型树脂、环氧型树脂、或是三聚氰胺型树脂。为增进其耐热性、耐磨性及黏着性，可使用硬化剂以固化树脂薄膜。

在制备粒子散布层中，各种有机与无机粒子皆可作为粒子的范例。有机粒子的具体范例包括丙烯酸粒子，包含甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸环氧丙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯与丙烯酸2-乙基己酯聚合物，烯烃粒子，其包含有聚乙烯、聚苯乙烯或聚丙烯，以及多层多成分粒子，系藉由先形成丙烯-烯烃共聚物或均聚物的粒子，再以其它类型的单体将其覆盖而得。此外，无机粒子可包括二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆或氟化镁为范例。

粒子散布层所用的粒子的尺寸，随着涂覆膜的厚度而变，但以0.1至20μm为较佳。若粒子具有较大的尺寸，则粒子的突出部分会太高，进而可能损坏光学结构的脊部。较佳地，粒子的尺寸为0.1至10μm。

在形成粒子散布层时，以有机黏合剂的重量份量(Parts By Weight，PBW)为100作为基准，粒子的用量为0.1至100PBW。若粒子的量过多，以有机粒子而言，光可能会被扩散，或者以无机粒子而言，光可能会从粒子的表面被反射，以致不合人意地降低发光效率。所以，粒子的使用量较佳为1至50PBW。

各个粒子自粒子散布层表面突出的部分，成比例地相对较大时，棱镜的脊部可能会被突出的粒子损坏。因此，粒子突出部分的高度不应超过粒径的50％。

除了粒子外，在制造背光模块的过程中，粒子散布层可进一步包括用以提供抗污染的抗静电剂，以避免产生灰尘或杂质。抗静电剂包括，例如，四级胺、阴离子、阳离子、非离子或氟化物材料。

在由透明塑料所形成的基膜的一个表面上，设置由透明可硬化树脂所形成的聚光结构，而在基膜的另一个表面上，则设置由透明有机黏合剂与有机或无机粒子所组成的粒子散布层，藉以制造一种能够抵抗冲击、振动及搬运所造成的损坏的光学棱镜膜。

当包括有由此所获得的光学结构层的薄膜，被应用于背光模块时，使用至少二个以层叠状态的薄膜为较佳地。

当包含粒子散布层300，且二光学膜为层叠时，上层光学膜的粒子散布层300的突出的粒子301，与下层光学膜的具有表面不规则体的光学结构层200接触，致使该等光学膜之间的接触面积减小，因此可避免在分离成各个薄膜或运送期间，对非结构层的表面造成损坏。另外，由于光学结构层的脊部系与突出的粒子301接触，使得光学膜之间的接触面积减小，并达成粒子的缓冲功能，藉以减低光学膜的光学结构和非结构层表面的损坏。

再者，不规则体211形成于光学结构210的表面，以达成扩散功能。因此，不需额外装设扩散膜。在层叠状态使用薄膜或是搬运薄膜时，粒子散布层300能够避免光学结构或者是薄膜或片的表面，受到来自冲击、振动及摩擦所造成的损坏。

兹列举下列各范例，以更加了解本发明，但所举各范例不得用以限制本发明。

<范例1>

90PBW的丙烯酸多元醇(acrylic polyol)与10PBW的异氰酸酯，系溶解于200PBW的丁酮溶剂与100PBW的甲苯溶剂中，之后，再将50PBW的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粒子(5μm的单散布型粒子)和2PBW的四级胺类抗静电剂分散于其内，以制备作为粒子散布层的溶液。

使用凹印辊涂布机将依此所制备的溶液涂覆到聚乙烯对苯二甲酸酯基底薄膜(125μm)的一表面上，之后于100℃下干燥30秒，制成具有6μm厚度的粒子散布层的薄膜，其中，不具有粒子之树脂的厚度单独为4μm。

其后，95PBW的紫外线硬化型丙烯酸树脂与5PBW的光起始剂混合物，涂覆到聚乙烯对苯二甲酸酯基底薄膜的另一表面上，接着使其暴露于紫外光下，以形成含有棱镜形状的结构的光学结构层，具有90度的脊部角度、50μm的棱镜间隔和25μm的高度，并且亦具有算术平均粗糙度(Sa)为0.09以及十个点的高度的中位数(Sz)为0.5的表面粗糙度，因此据以完成一种光学棱镜片。

依此所获得的光学棱镜片的透视图如图1所示，而剖面图系如图2所示。

<范例2>

一种以范例1相同的方式制造出光学棱镜片，除了光学结构层形成为具有算术平均粗糙度(Sa)为0.02与十个点之高度的中位数(Sz)为0.2之外。

<范例3>

一种以范例1相同的方式制造出光学棱镜片，除了光学结构层形成为具有圆锥形形状的光学结构之外。

<范例4>

一种以范例1相同的方式制造出光学棱镜片，除了作为粒子散布层之溶液，系使用凹印辊涂布机涂覆到聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)的基底薄膜(125μm)的一表面上，再于100℃下干燥30秒，制成具有厚度为5μm之粒子散布层的薄膜，其中不具有粒子之树脂的厚度单独为2μm。

<范例5>

一种以范例1相同的方式制造出光学棱镜片，除了含有粒子尺寸15μm的作为粒子散布层的溶液，使用凹版印刷涂布机涂覆到聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)的基底薄膜(125μm)的一表面上，再于100℃下干燥30秒，制成厚度为15μm的粒子散布层的薄膜，其中不具有粒子之树脂的厚度单独为8μm。

<范例6>

一种以范例1相同的方式制造出光学棱镜片，除了使用作为粒子散布层的溶液不含抗静电剂之外。

<范例7>

一种以范例1相同的方式制造出光学棱镜片，除了不形成粒子散布层之外。

<比较范例1>

一种以范例1相同的方式制造出光学棱镜片，除了不形成粒子散布层，以及所应用的棱镜结构没有表面不规则体之外。

<比较范例2>

一种以范例1相同的方式制造出光学棱镜片，除了所应用的棱镜结构没有表面不规则体之外。

<比较范例3>

使用3M公司所供售的BEFII产品。

<比较范例4>

一种以范例1相同的方式制造出光学棱镜片，除了光学结构层形成为具有算术平均粗糙度(Sa)为0.007与十个点之高度的中位数(Sz)为0.05之外。

由范例及比较范例所获得的光学膜，测量其表面粗糙度、雾度、亮度、表面电阻率与棱镜脊部的受损数量。结果显示于下列表2。其测量方法如下：

(1)表面粗糙度的测量：使用卡尔蔡司(Carl Zeiss)公司供售的LSM 5Pascal产品，测量光学结构的表面，其测量详细叙述于下列表1中。

【表1】

(2)总透光度与雾度的测量

使用Nippon Denshoku公司供售之型号为NDH2000的雾度计比较雾度。依据方程式：

雾度(％)＝光扩散率/总透光率×100，光扩散性为预估值。

(3)亮度

将17英时，型号LM170E01(韩国Heesung电子公司)上的预制棱镜片移开，并以下列方式置放由前述方法所制得的光学片，其后采用型号BM7(东京光学，Topcon，日本)的亮度计测量13个点的亮度值并将其平均。光学片建构成使范例1到6的各二个片状物，正交排列且层叠，并于其下方置放一导光板。(导光板+范例的片状物+范例的片状物)。

在比较范例1到4中，光学片由依序层叠的导光板、扩散膜、比较范例的片状物与保护膜所组成。

(4)表面电阻率

使用型号Keithley 238(美商吉时利公司，Keithley)的表面电阻计来测量电阻率。

(5)棱镜脊部的损坏

二棱镜片成正交排列且层叠，并使用振动测试仪对其施以预定的冲击力，之后以电子扫瞄显微镜计算每1×1平方公分的预定面积中，棱镜的受损数量。

【表2】

从表2的结果显然可知，具有以范例方式所制成的光学结构层的薄膜时，可看出光学结构层的光学结构的表面，由具有0.02至0.09的Sa与0.2至0.5的Sz的表面粗糙度的不规则体所形成。雾度用以作为评估光扩散性的指标，有所改进。在亮度测试方面，当没有扩散膜和保护膜，且二薄膜为层叠时，可获得高亮度的结果。与未设有粒子散布层(范例7)的情况相比，设有粒子散布层(范例1到6)时，在搬运过程中因静电而黏附的杂质以及因摩擦而造成的刮伤就会抑制，以减低或避免薄膜受到损害。另外，当粒子散布层含有抗静电剂时(范例1到5)，具有令人满意的表面电阻率，且当二棱镜膜为层叠时，显示棱镜的脊部并未受损。然而，当棱镜结构的表面未形成不规则体，且未设有粒子散布层时(比较范例1和3)，则未显现出扩散光的能力。从补偿的观点来看，便需额外层叠扩散膜，但亮度较各范例所获得者低，此外，棱镜的脊部受损。当设有粒子散布层，但在棱镜结构的表面上未形成不规则体时(比较范例2)，那么棱镜膜本身没有扩散效应；因此，若只使用棱镜膜，则只能见到棱镜形状的轮廓线，而为了避免投射出这种轮廓线与损及棱镜的表面，就必须使用保护膜。

Claims (6)

1.一种光学片，其特征在于，包含：

一透明基板；以及

一光学结构层，具有使用可硬化树脂组成物而形成于该透明基板的一表面上的多个光学结构，其中多个光学结构的一表面由多个不规则体形成，不规则体的算术平均粗糙度(Sa)等于或大于0.01，而十个点之高度的中位数(Sz)等于或大于0.1。

2.如权利要求1所述的光学片，其特征在于，多个光学结构为三角形棱镜结构、三角锥形结构、圆锥形结构、球形结构、或非球形结构。

3.如权利要求1或2所述的光学片，其特征在于，多个光学结构为三角形棱镜结构。

4.如权利要求1所述的光学片，其特征在于，更包含有一粒子散布层，该粒子散布层具有透明黏合剂与粒子，形成于该透明基板相对于具有该光学结构层的表面的一表面上，该粒子散布层的粒子自该粒子散布层的一表面突出。

5.如权利要求4所述的光学片，其特征在于，该粒子散布层中粒子的突出其突出部分的高度不超过粒子尺寸的50％。

6.如权利要求4所述的光学片，其特征在于，该粒子散布层更包含有一抗静电剂。

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