CN101839441B - 一种用于背光模块的光学棱镜片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液晶显示器领域，提供了一种用于背光模块的光学棱镜片，其包括：基材层，由透光性材料构成；聚光层，形成于所述基材层上侧并包括具有预定间隔的多个结构化图形；防划层，在所述基材层下侧，利用含有纳米粒子的紫外线硬化型胶黏剂形成0.1μm至3μm的厚度。通过在结构化图形的基材层下侧涂布含有纳米粒子的硬化胶黏剂的涂层，从而提高棱镜片下侧防划性，并提高棱镜片的刚性防扭曲或弯曲的改进型背光模块用光学棱镜片。

Description

一种用于背光模块的光学棱镜片
技术领域
本发明涉及液晶显示器领域，尤其涉及一种用于背光模块的光学棱镜片。
背景技术
一般而言，为提高不仅包括电子发光板、笔记本电脑显示器、文字处理器、台式计算机显示器、电视、摄像机，而且还包括汽车及飞机显示器在内的液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)等背面照明平板显示器的亮度，采用各种结构的背光模块，该背光模块具备光源、导光板及多个光学片，来自光源的光通过导光板及多个光学片之后出射至显示器。
图1为现有背光模块概略示意图。如图1所示，背光模块包括：光源4；导光板5，用于改变从上述光源4出射光的路径，以导引至显示部(未图示)；多个光学片6、7、8，设置于上述导光板5和显示部(未图示)之间，用以提高从上述导光板5出射光的效率；反射板2，为防止从上述光源4产生的光暴露至外部而设置于上述导光板5下部；光源反射板3；模架1；而且，在上述模架1上依次层叠反射板2、光源反射板3、导光板5及光学片6、7、8而成。
在制造过程中，光学片6、7、8可由扩散片6、棱镜片7及保护片8构成。而上述扩散片6的作用在于扩散从上述导光板5出射并入射至显示部(未图示)的光，以使光的亮度分布变得均匀。
上述棱镜片7的上侧重复形成剖面形状为三角形的棱镜，从而将经上述扩散片6扩散的光聚光至垂直于显示部(未图示)平面的方向，以提高亮度。因此，通过上述棱镜片7的光，大部分相对于显示部(未图示)的平面垂直前进，从而具有均匀的亮度分布。另外，上述保护片8层叠于上述棱镜片7上侧，从而在保护上述棱镜片7表面的同时，扩散通过上述棱镜片7入射的光，以使光的分布变得均匀。
此时，棱镜片7在基材层上侧聚光，具有微细的结构化图形9，而结构化图形9通常利用辊式(roll type)图形成形装置10制造。例如，如图2所示，包括棱镜片7在内的光学片图形成形装置10，包括：拉伸辊11、缠绕辊12、多个移送辊13a、13b、挤压辊14a、14b、图形辊15、树脂注入构件16及硬化构件17。上述拉伸辊11拉伸用于棱镜片7的薄膜材料20，而上述缠绕辊12用于缠绕已形成结构化图形9的薄膜材料20。上述多个移送辊13a、13b用于移送经上述拉神棍11拉伸并通过上述缠绕辊12缠绕的薄膜材料20。
上述挤压辊14a、14b及图形辊15通过旋转向薄膜材料20的表面施加一定的压力，从而在薄膜材料20的表面形成结构化图形9。此时，通过上述树脂注入构件16注入经上述图形辊15在薄膜材料20上形成图形的热固型或紫外线硬化型树脂30。
上述硬化构件17硬化经上述图形辊15在薄膜材料20上形成结构化图形的热固型或紫外线硬化型树脂30。即，缠绕于拉伸辊11的薄膜材料20通过上述多个移送辊13a、13b移送并缠绕于缠绕辊12，而在此过程中，热固型或紫外线硬化型树脂30注入上述挤压辊14a及图形辊15之间。
因在上述图形辊15的外周表面形成有微米大小的微细图形，从而通过相互紧贴的挤压辊14a、14b及图形辊15的相互作用及挤压力，在热固型或紫外线硬化型树脂30上形成结构化图形9并粘贴于薄膜材料20，之后上述热固型或紫外线硬化型树脂30通过上述硬化构件17硬化，从而在薄膜材料20上形成微细的结构化图形9。上述薄膜材料20根据不同的图形结构用作各种棱镜片7，而且还可用作粘贴有结构化图形9的基材层下侧附着保护层的棱镜片7。
为提高聚光效率，棱镜片7的结构化图形9具有三角形剖面，而对形成顶角的结构化图形9的尖端部形状，进行各种变化。通常具有90°顶角的结构化图形9公认提供最好的亮度。
因结构化图形具有三角形剖面，可获得很好的亮度，但在层叠组装为光学片时，往往产生严重的划痕。即，在层叠背光模块的光学片过程中，可将多个棱镜片7层叠于导光板5之上，而在此时，因与扩散片粗糙的扩散层表面摩擦或组装上的不注意，在棱镜片上形成划痕，从而不仅降低通过棱镜片7的光的亮度，而且因划痕产生瑕疵。为解决上述问题，已公开有几个旨在提高防划性的专利。
美国专利US7,269,328公开了用于提高亮度的光学棱镜薄膜，而此专利为防止划痕导致的损伤，在基材层下部形成具有不同硬度系数的加强层。但是该技术使用的是普通透明的具有一般硬度系数树脂涂层，防滑性不是很理想，并且会影响棱镜的透光性。
美国专利公告US2007/0121227A1所公开的技术，将硅树脂的散射离子(s cattering particles)用在结构化图形内部，散射粒子以0.5-30μm的大小分布于结构化图形内部。另外，韩国专利注册第10-0636739号所公开的技术，为提高硬度，在形成微细结构化图形的紫外线硬化型树脂层内，使用透明的纳米粒子。
但是，通常在背光系统中，起到提高亮度的作用的光学用棱镜片，在其制造工艺中，在棱镜的结构化图形表面和基材层下侧暴露于严重的划伤及静电环境，因此，在棱镜片的基材层下侧，多发生异物混入所导致的损伤，降低生产收益率。
另外，因在棱镜片的上侧形成结构化图形，而且基材层的厚度变薄，在棱镜片7的生产过程中，需要在棱镜片7的下侧加入保护膜或保护层用于防止棱镜片7在生产运输和组装时的划伤，而在组装之后需要去除保护层或保护膜，去除保护膜或保护层后将导致棱镜片的扭曲或卷曲(curl)现象，增加组装时的划痕及作业量，并且频频发生因去除保护膜及棱镜片的组装错误的发生，亟待需要改善的对策。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一种用于背光模块的光学棱镜片，其通过在棱镜片的基材层下侧形成含有纳米粒子的紫外线硬化型防划层，从而提高防划性。同时该防划层的应用还可提高棱镜片的刚性，防止棱镜片的扭曲或弯曲。
尤其是通过在结构化图形的基材层下侧，利用含有纳米粒子的硬化胶黏剂形成防划层，从而提高棱镜片下侧防划性的改进型用于背光模块的光学棱镜片。
本发明实施例提供一种用于背光模块的光学棱镜片，其通过分布于防划层内部的纳米粒子的扩散性能，降低所透射的光亮度损失，隐蔽或抵消暴露于棱镜片上部的瑕疵。
本发明的又一目的在于，提供一种背光模块用光学棱镜片，因具有防划性的涂层，无需现有棱镜片所需的保护膜，从而节省光学片制造成本。
本发明实施例提供一种用于背光模块的光学棱镜片，其包括：基材层，由透光性材料构成：聚光层，形成于上述基材层上侧并包括具有预定间隔的多个结构化图形；防划层，在上述基材层下侧，利用含有纳米粒子的紫外线硬化型胶黏剂涂布成1μm至3μm的厚度，其中所述纳米粒子为聚甲基丙烯酸甲酯，粒径为10nm至100nm，所述光学棱镜片通过分布于所述防划层内部的所述纳米粒子的扩散性能，降低所述光学棱镜片所透射的光亮度损失，并隐蔽或抵消暴露于所述光学棱镜片上部的瑕疵。
上述棱镜片的结构化图形，具有以下结构之一，剖面为重复的三角形的圆筒状，剖面为重复的三角形的金字塔状，剖面为重复的半圆形的圆筒状，剖面为重复的五角星的圆筒状，剖面为重复的梯形的圆筒状或透镜状。
另外，上述多个结构化图形的预定间隔为10μm至60μm。
较佳地，上述多个结构化图形具有顶角为85°至95°的三角形剖面。
另外，上述防划层在上述胶黏剂中至少包括以下纳米粒子之一，SiO2、TiO2、Al2O3等氧化物，或PMMA。
另外，上述聚光层向含有丙烯酸酯低聚物40至50重量份、丙烯酸酯单体45至55重量份、光聚合引发剂1至5重量份及添加剂0.01至2重量份的混合物照射紫外线并交联而成。
在此，上述丙烯酸酯低聚物为聚氨酯丙烯酸酯低聚物为宜。
本发明实施例用于背光模块的光学棱镜片，在基材层下侧制造含有纳米粒子的防划层时，使用硬化胶黏剂，从而提高棱镜片的硬度，降低划痕的产生，无需使用现有技术中单独具备的基材层下侧的保护膜，可消除组装不良问题。
另外，通过在基材层下侧形成0.1μm至3μm的高硬度纳米粒子防划层，从而防止向聚光层表面扭曲或卷曲的现象，而且还具有防静电效果，避免静电带来的异物混入的问题。
另外，在涂布纳米粒子的过程中，防划层可在棱镜成型过程之前制造，而且可通过纳米粒子的扩散性降低光亮度损失，并可隐藏或抵消可能暴露于棱镜片上部的瑕疵。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术背光模块概略示意图；
图2为现有技术中制造聚光层的概略工艺图；
图3为本发明实施例用于背光模块光学棱镜片概略示意图；
图4为图3所示棱镜片的剖面图；
图5为制造本发明实施例防划层的概略工艺图；
图6为设置本发明实施例棱镜片的背光模块概略示意图。
附图符号
l：模架              4：光源
6：扩散片            10：图形成形装置
22：聚光层           25：结构化图形
3：光源反射板        5：导光板
7、20：棱镜片        21：基材层
23：防划层
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面，结合附图对本发明较佳实施例进行详细说明。但是，以下说明的实施例旨在为向本发明所述技术领域的不同技术人员详细说明本发明的实施，而非限制本发明的保护范围。
图3为本发明实施例用于背光模块光学棱镜片概略示意图；图4为图3所示棱镜片的剖面图；图5为制造本发明实施例防划层的概略工艺图；图6为设置本发明棱镜片的背光模块概略示意图。
如图3至图4所示，本发明棱镜片20，包括基材层21、聚光层22及防划层23。基材层21的作用在于将从下部入射的光传递至上部。为光的有效透射，这些基材层21由透光性材料制作而成，较佳地，基材层可以包括由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚乙烯(polyethylene)、聚碳酸酯(Polycarbonate)、聚酯(Polyester)等制备而成的塑料薄膜，但非限制。
例如，日本TOYOBO公司销售的COSMOSHINE薄膜、TORAY公司的LUMILAR薄膜等可用作上述基材层21。
聚光层22的作用在于使通过基材层21传递的光从层叠于其上侧的显示部(未图示)的正面出射，形成于基材层21上面，包括平整的光入射面和形成有图形的光出射面。
具体而言，聚光层22在基材层21上侧，包括形成向一个方向排列的多个棱镜的结构化图形25，结构化图形25的下侧成为光入射面，而结构化图形25的上侧成为光出射面。
在此，聚光层22的结构化图形25具备具有一定顶角(α)的尖端部22a，而上述尖端部22a以预先设定的间隔(w)排列。
上述棱镜片20的结构化图形25，具有重复从剖面为以下结构之一，剖面为重复的三角形的圆筒状，剖面为重复的三角形的金字塔状，剖面为重复的半圆形的圆筒状，剖面为重复的五角星的圆筒状，剖面为重复的梯形的圆筒状或透镜状。
较佳地，上述棱镜片20的结构化图形25，具有其顶角(α)为85°至95°的三角形剖面。上述多个结构化图形25的节宽(w)为10μm至60μm的范围。
上述聚光层22由丙烯酸酯低聚物45至55重量份、丙烯酸酯单体40至55重量份、光聚合引发剂1至5重量份及添加剂0.01至2重量份的混合物构成，并向此混合物照射紫外线并交联形成聚光层22。
较佳地，构成聚光层22的混合物，含有丙烯酸酯低聚物45重量份、丙烯酸酯单体52重量份、光聚合引发剂3重量份及添加剂2重量份。丙烯酸酯低聚物选用聚氨酯丙烯酸酯低聚物为宜。
丙烯酸酯单体起到反应性稀释剂或交联剂的作用。光聚合引发剂作用在于吸收光生成基团之后引发，可从α-醇酮(α-Hydroxyketone)、苯基氧代乙酸(Phenylglyoxylate)、苄基甲基酮(Benzyldimethyl-ketal)及α-氨基酮(α-Aminoketone)中选择一种或多种。
另外，添加剂可使用抑制聚合反应的抑制剂、使表面变得均匀的表面平滑剂、抑制气泡发生的消泡剂等。
在本发明实施例中，防划层23包括胶黏剂树脂和分散包含于上述胶黏剂树脂的纳米粒子，而上述纳米粒子可包括以下物质的一种或者多种，SiO2、TiO2、Al2O3等氧化物或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
上述防划层23利用包含10nm至100nm大小的纳米二氧化硅粒子的紫外线硬化型胶黏剂，涂布成0.1μm至3μm厚度，因此，较之现有技术，因具有高硬度(hardness)而具备防划功能的同时，对入射光起到散射(scattering)作用。
即，通过防划层23的光遇到纳米粒子而发生散射，从而可隐蔽或抵消棱镜片20上存在瑕疵(defect)使所能观察到的暗点(dark spot)。
构成上述防划层23的胶黏剂树脂为从聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯酸酯(polyacrylate，PAR)、聚氨酯丙烯酸酯(urethaneacrylate)、聚醚酰亚胺(polyetherimide，PEI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethyelenennapthalate，PEN)、聚苯硫醚(polyphenylenesulfi de，PPS)、聚芳酯(polyarylate)、聚酰亚胺(polyimide)中选择的一种，而较佳地，由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制备而成。
另外，在制造本发明实施例用于背光模块光学棱镜片20时，若在基材层21下侧形成上述防划层23，较佳地，含有纳米粒子的防划层在棱镜成型过程之前制造，而且需要对包含纳米粒子的胶黏剂内的溶剂进行干燥蒸发。
如图5所示，本发明棱镜片20的防划层制造装置，包括：拉伸辊30、缠绕辊40、多个移送辊41、42、51、52、纳米涂布模块50、干燥模块60及紫外线硬化模块70。
上述拉伸辊30拉伸基材层21，而上述缠绕辊40缠绕涂布有防划层23的基材层21。上述多个移送辊41、42移送经干燥模块60及紫外线硬化模块70完成防划层23硬化的薄膜材料。
上述纳米涂布模块50中包括包含SiO2、TiO2、Al2O3等纳米粒子的混合挥发性溶剂的胶黏剂，而上述溶剂包括甲醇、乙醇、n-丙醇、ISO丙醇、n-丁醇等醇类，而且还可包括甲基乙基酮(Methyl Ethyl Keton)、甲基异丁酮(Methyl Isobutyl Ketone，MIBK)等酮类。
另外，上述胶黏剂为了提高纳米粒子的分散性，还可包括包含阳离子系、阴离子系、非离子系、氟系等表面活性剂的分散稳定剂，较佳地，所述分散稳定剂包括光聚合引发剂。
在本发明中，在上述防划层23上涂布所需纳米粒子分散液的方法，只要能够完成均匀涂布的方法即可，没有特别的限制。可利用包括一般的凹板涂布法、拉丝涂布法、喷涂法、微凹板涂布法、狭缝涂布法等在内的各种涂布方法。另外，可根据需要采用喷墨法等吐出法、丝网印刷等涂布方法。
上述防划层23经纳米涂布模块50涂布之后，经干燥模块60及紫外线硬化模块70完成硬化，并被缠绕辊40缠绕保管。
另外，虽然未图示，在基材层21下侧涂布防划层23之后，制造结构化图形25及聚光层22的方法与现有技术相同，因此，在此不再赘述。
下面，结合图6对设置本发明实施例用于背光模块光学棱镜片的背光模块进行说明。本发明实施例背光模块80包括棱镜片20，该背光模块包括：光源84，该光源84邻近光源反射板83设置，并通过LED等提供白色光；导光板85，导引从上述光源84出射的光；反射板82，为防止从上述光源84产生的光暴露至外部而设置于上述导光板85下侧；扩散片86，扩散从上述导光板85上侧出射的光；防划层23，利用包含粒径为10nm至100nm的纳米粒子的紫外线硬化型胶黏剂，涂布成0.1μm至3μm厚度。
上述纳米粒子可包括SiO2、TiO2、Al2O3或PMMA中的至少一种。
本发明实施例背光模块80中，通过LED灯产生的白色光，通过导光板85及扩散片86入射，并通过防划层23的纳米粒子再次扩散之后，聚光至结构化图形25。
上述防划层23因较之现有技术具有更高的硬度(hardness)，从而具备防划功能的同时，又因为光经过纳米粒子的散射，可隐蔽或抵消可能存在于棱镜片20上的瑕疵(defect)。
根据本发明的实施例，因形成于基材层22下侧的防划层23具有高硬度，从而可去除原来为防止异物混入而附着于基材层22下侧的保护片。
另外，因防划层23的高硬度，具有可使基材层22维持平整的刚性，从而防止现有向结构化图形25一侧扭曲或卷曲的现象。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于背光模块的光学棱镜片，其特征在于，包括：基材层，由透光性材料构成；聚光层，形成于所述基材层上侧，并包括具有预定间隔的多个结构化图形；防划层，在所述基材层下侧，利用含有纳米粒子的紫外线硬化性胶黏剂涂布成0.1μm至3μm的厚度，其中所述纳米粒子为聚甲基丙烯酸甲酯，粒径为10nm至100nm，所述光学棱镜片通过分布于所述防划层内部的所述纳米粒子的扩散性能，降低所述光学棱镜片所透射的光亮度损失，并隐蔽或抵消暴露于所述光学棱镜片上部的瑕疵。
2.根据权利要求1所述的一种用于背光模块的光学棱镜片，其特征在于：所述聚光层为含有丙烯酸酯低聚物40至50重量份、丙烯酸酯单体45至55重量份、光聚合引发剂1至5重量份及添加剂0.01至2重量份的混合物照射紫外线并交联而成。
3.根据权利要求1所述的一种用于背光模块的光学棱镜片，其特征在于：所述结构化图形具有顶角为85°至95°的三角形剖面。
4.根据权利要求1所述的一种用于背光模块的光学棱镜片，其特征在于：所述结构化图形之间预定间隔为10μm至60μm。
5.根据权利要求2所述的一种用于背光模块用光学棱镜片，其特征在于：上述丙烯酸酯低聚物为聚氨酯丙烯酸酯低聚物。
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