CN101726770A - 大视角微透镜复制阵列增亮膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大视角微透镜复制阵列增亮膜以及复制模具的制造方法。本发明在无双折射的片基上，使用无卤素和无硫化物的含有纳米颗粒的树脂连续复制微透镜阵列，微透镜阵列在水平投影的各个方向上，利用光从高折射媒介到低折射媒介的折射和反射可以对普通光线或者片振光线有聚拢、压缩视角作用，在较大的视角范围内提升轴向亮度。本发明用新型微金属铸型技术制造连续复制微透镜阵列的模具。本发明用于液晶显示器背光源模组。

Description

大视角微透镜复制阵列增亮膜

技术领域

液晶模组是被动发光显示，主要由液晶面板和背光源组成，液晶面板本身不发光，需要一个外加的光源提供亮度达到显示的目的，这个外加的光源就是背光源，背光源由光源(CCFL，LED等)，导光板，光学膜片(增亮膜、扩散片、偏光片)及其他的结构件。本发明是用于液晶显示器背光源中的光学膜片，以提高液晶显示器的亮度，有利于提高显示器的色彩饱和度等显示指标，同时可以达到节能增效的目的。

背景技术

广泛应用于背光源中的线光源CCFL、点光源发出的光在经过LGP(导光板)时转化为适合平板显示的面光源(图1)，扩散片进一步优化面光源的出光的同时遮蔽导光板上的网点，但经扩散片后的光角度较大，轴向亮度不够。解决上述问题一般会选用棱镜膜，反射型偏光增亮膜片，扩散片组合型光学增益结构，棱镜膜片制造工艺相对复杂，由于是尖顶结构抗刮伤性能差。棱镜膜是在一个方向上将光线压缩在一定范围内，一般需要两张膜片，即两张棱镜片正交组合或者一张棱镜片附加一张上扩散片的组合，才能保证两个方向的光线增益，使用成本大，同时微复制棱镜所需要的模具，制造工艺要求高，通常需要使用纳米切割机床才能加工；反射型偏光增亮膜片的价格过于昂贵，垄断性强，不利于大规模推广；扩散片光线增益结构，一般要使用3张扩散片叠加组合，模组厚度加大，光学增益性能会较差。本发明的微透镜光线增益膜，利用光的折射和全反射原理和特定的微复制的微透镜几何结构，使用一张膜片，即可将出光线在两个正交方向上聚拢，压缩在一定的视角范围内，提高了轴向亮度达到优化显示效果的目的，可以有效的使用一张膜片代替两张膜片的组合，本发明使用金属微铸型工艺制造复制微透镜结构的模具，工艺较为简单，有极强的实用性。

发明内容

本发明包括两个部分，均匀分布的微透镜阵列膜片，以及实现微复制阵列的专用模具制造。

本项发明，将符合环保要求，具有较高折光率(n＞1.52)无卤素树脂，通过专门制造的微透镜复制模具涂布在具有高透光率，在自然环境下可降解的聚合物片基上，形成分布均匀彼此相切排布的半圆形透镜复制阵列(图2)，利用光线由折射率较大媒介进入折射率较小媒介时的折射以及特定的表面几何结构来提升轴向亮度，最终达到增亮节能的目的；复制微透镜阵列的模具通过模型金属微复制铸造方法制造，具有工艺可靠性高，性价比优于微棱镜复制模具。

附图说明

下面结合附图和实施例，对专利进一步说明。

图1背光源的构成及出光。

图2微复制透镜结构。

图3微透镜阵列模具制造原理。

图4微复制透镜增亮原理以及成型后的电子扫描照片。

具体实施方式

微透镜阵列膜片

选用PETG、PCTG作为膜片的片基，在片基上用微透镜阵列复制模具，在挤压力的作用下，通过紫外光照射，固化高折射率的聚合物，连续旋转复制成型微透镜阵列。微透镜在水平方向上的投影为圆形，直径根据不同的增益要求和用途分别在15～90微米范围内选取，对于手机以及车载系统产品选取15～40微米，对于台式机显示器选取35～65微米，对于液晶电视机产品选择45～90微米，对应的尺寸范围见表1，垂直于水平面的平面投影为半圆形或接近半圆的圆弧，投影高度7～45微米之间，同样根据不同增益要求和用途选取，投影高度考虑到微复制透镜的后半球出现的紧缩现象会影响光学增益，一般选取标准h＝D/2-(2～5)微米，均匀分布的微透镜采用两种以上的投影直径，以此来避免一些光学上的缺陷，即在一定范围内，微透镜阵列的尺寸有微小波动，优化选取+/-1～5微米之间。

本发明所选取的微透镜成半圆球或者近似半球体结构，圆球顶部构成的平面，具有很好的抗划伤性能，可以达到铅笔硬度3H，为了更好的提高抗划伤性能，在球体表面做有微小的皮纹结构。

PETG和PCTG是改性的对苯二甲酸乙二醇酯，是非结晶聚合物，没有双折射效应，做成的膜片对于光线是各向同性的，可以放置在反射型偏光增亮膜片的上层，而用PET作为片基的棱镜片、扩散片，由于材料存在双折射，对于偏振光在增益上有削弱作用，不能用于优化偏振光增益，使用性受到限制，使用PETG和PCTG片基做成的微复制透镜膜片，对偏振光有增益，在功能上可以取代价格昂贵的PC扩散层。微复制透镜阵列是有序结构，在光线增益上接近于棱镜片，优于扩散片的无序结构，由于微透镜表面是连续的弧面，在水平投影各个方向上对光线都有聚拢作用，具有较大的视角的光线增益，见图3。所以可以一张膜片取代两张膜片的组合(两张棱镜片组合或者一张棱镜片加一张上扩散片组合)，有利于优化光线增益和降低使用成本。PETG和PCTG在自然环境下可降解，光透过率高于PET，材料的塑韧性也好于PET片基，具有较高的性价比和环保上的优势。

本发明选用的光固化树脂不含硫化物和溴化物，具有很好的环保特性。同时为了提高光折射率，在光固化树脂内参杂纳米级二氧化钛颗粒，颗粒直径15～60纳米，按照不同要求选取。由于纳米级颗粒，在一般树脂中，容易产生团聚、沉淀现象，所以在树脂中预先混入分散剂，以及选用黏度较大的双酚环氧树脂，搅拌后，静置48小时候观察，未发现团聚和沉淀现象，纳米颗粒有增加了膜片雾度的作用，使得出射光线更加均匀。

微复制透镜阵列的专用模具制造

本发明所采用的微复制模具，使用新型的金属微复制铸型方法。一般的棱镜片的微结构模具需要使用金刚石机床进行单点金刚石切削才能制造，大型金刚石机床国内很少有能满足要求的，限制了在国内发展此类技术的要求，而类似的微透镜阵列一般会选用LIGA、硅微蚀刻复制技术等方法来制造，这种方法制造的成本极高，一般也只能在一些专门的院校或者研究院才能完成，而且很难制成大面积的复制阵列模具，在圆周表面更难制作阵列模型，限制了实用性。本发明使用较简单的金属微复制铸型方法制造连续微透镜复制阵列模具。

【实施例1】选用直径大于200毫米的35CrMo无缝钢管，校正动平衡后，两端配上轴头，制成空心轴，然后再在磨床上将空心轴的圆周表面，磨削到表面粗糙度Ra0.2微米，形成镜面圆周体。选用网筛孔经略小于所需复制模型直径的丝网，以及直径同模型名义直径吻合的PMMA或者PS微粒球，也可以使用其它类型有机材料微粒球，用静电吸附的方式，将微粒球均匀的吸附于镜面圆周体表面，用丝网紧裹住微球状颗粒贴合在圆柱面上，轴向对向挤压，排除颗粒间的间隙，颗粒在丝网裹层里大于一层的数量排列，这样可以避免产生大于圆球直径的空隙，将包裹好的轴，在镍磷合金溶液中进行微金属铸型，镍磷溶液将沿着微球状颗粒之间的缝隙渗透到达金属圆柱面，析出的非晶态镍磷镀层将沿着空隙生长，在微金属铸造层厚度理论上达到微球状一个颗粒直径的时候停止置换反应，清洗后，除去包裹的丝网，用震动方法去除多余的微球状颗粒，此时在镍磷镀层里含有均匀分布的微球状颗粒，在精密磨床上，磨削模具体，使得微金属铸造层的高度略小于h/2，将轴体浸入有机溶液中去除残余的微球状颗粒，在轴体的表面就形成了均匀分布的微透镜阵列，见图3，将轴体进行放电处理，在模型表面形成纳米维度的皮纹结构，提高复制成型微透镜阵列的抗划伤性能，微阵列模具表面的硬度大于HRC48。

【实施例2】选用0.1mm的不锈钢板，将铸型的颗粒均匀散布在板面上，然后用涤纶丝网覆盖在上面，紧压贴合，使珠子紧贴在钢板上，然后浸润在镍磷溶液中，在理论镀层厚度达到颗粒直径一半的时候停止反应，取出后参照第一种方法处理干净残存的颗粒，将不锈钢板卷曲贴附在圆轴上即制成微透镜阵列复制模具。

【实施例3】将铸型的颗粒兑入环氧树脂或者其他具有高强度的树脂，颗粒散布密度根据计算来控制，然后将树脂均匀涂布在金属圆轴上，固化后，在精密车床上车削之D+h/2的尺寸，取出残存颗粒，然后化学镀金属，复制模具制作完成。

【实施例4】将铸型的颗粒贴附在特殊的胶带上，胶带是弱粘性，选用SPV胶带(购自日东电工，粘贴的颗粒要求均匀，平整，选用间隔距离和颗粒直径相同的不锈钢丝网，将附有颗粒的的胶带紧贴在不锈钢丝网上，一起浸入镍磷溶液中，镍磷合金附着在“不锈钢丝”上，沿着铸型颗粒的外形生长，形成所需要的形状，在理论上合金层厚度生长到颗粒的半径时停止反应，取出后参照第一种方法处理干净残存的颗粒，将不锈钢网卷曲贴附在圆轴上即制成微透镜阵列复制模具。

【实施例5】参照实施例2和4的制作方法，将涤纶丝网覆盖在不锈钢丝网上，在两层丝网之间夹藏铸型的颗粒，贴紧后，浸入镍磷溶液，参照实施例4的工艺方法，制造微透镜阵列复制模具。

Claims (10)

1.一种新型微复制阵列透镜光学膜片，它以特定的几何形状可以在两个方向上同时对光线压缩，起到增亮节能的效果，它包括：

选用能满足特定要求的片基

在特定片基上使用的特定性能的树脂

在树脂中参杂的特定物性的纳米材料

微透镜形状，以及在任意投影方向上的光线压缩增亮特性

微透镜的直径选取，以及避免光学缺陷的方法。

制造微透镜阵列的复制模具

复制模具的金属微型铸造方法。

2.如权利要求1所述光学膜片使用的具有特定性能的片基，使用可降解的非结晶聚合物PETG/PCTG作为片基。

3.如权利要求2所述，非结晶性片基没有双折射效应，对偏振光增益，可以置顶在偏光膜片的上层使用。

4.如权利要求1所述的树脂和纳米颗粒，微透镜阵列选用不含卤素和硫化物双酚环氧树脂，在加入分散剂的情况下，放置了纳米颗粒的团聚效应，在树脂中参杂一定比例的纳米级二氧化钛增加树脂材料的折射率，同时增加膜片本身的雾度，使得出射光线更加均匀。

5.如权利要求1所述的微透的投影形状，在水平面为圆形，再垂直于水平面的平面上投影形状是半圆形或接近半圆的圆弧，微透镜在水平投影各个方向上能对光线聚拢，压缩，圆弧形顶部有更好的抗划伤功能。

6.如权利要求1所述的直径选取，微透镜光学膜片根据对不同显示器尺寸，选取不同的微透镜投影直径和投影高度。在同一种膜片上均匀分布的微透镜采用两种以上的投影直径，以此来避免产生一些光学上的缺陷。

7.微透镜阵列制造所用的模具，采用新型金属微型铸造工艺。

8.如权利要求7所述，制造微透镜阵列复制模具选用匹配设计尺寸要求的有机材料微粒球颗粒，以及匹配筛孔要求的丝网。

9.如权利要求7所述的模具，在镍磷合金溶液中，沿着紧密排列的微粒球颗粒间隙微金属铸造成形，用精密加工手段，加工微金属铸造层略小于h/2的高度。

10.如权利要求7所述的模具，使用金属板仿型涂布微铸和树脂涂布铸造。

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