CN102385098A - 具有层叠双面光导板的光学片 - Google Patents

具有层叠双面光导板的光学片 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种具有多个光导板图案的光学片，每个光导板图案具有用于发射光的微图案化输出表面，以及和输出表面相对的微图案化底面。步骤包括，将第一树脂挤出到第一压辊和第一图案化辊之间的辊隙内以在第一图案化辊表面温度T1和第一辊隙压力P1下形成第一层，第一层具有未图案化表面和图案化表面，该图案化表面具有由第一图案化辊转印来的微图形；将第二树脂挤出到第二压辊和第二图案化辊之间的辊隙内以在第二图案化辊表面温度T2和第二辊隙压力P2下形成第二层，第二层具有未图案化表面和图案化表面，该图案化表面具有由第二图案化辊转印来的微图形，并且将第一层和第二层在它们的未图案化表面层叠以形成包括多个光导板图案的光学片。

Description

具有层叠双面光导板的光学片
发明领域
本发明通常涉及一种光学片，并且更具体涉及一种具有双面光导板的光学片及其制造方法。
背景技术
液晶显示器(LCDs)不断地改进着其成本和性能，逐渐成为许多电脑、仪器、娱乐应用优选的显示技术。传统的LCD移动电话、笔记本电脑、监视器包括一导光板，其接收从光源发出的光线并将这些光线或多或少均匀地再分布并穿过该LCD。现有的导光板的厚度一般在0.8mm至2mm。该导光板必须具有充分的厚度以便与一般是CCFL或一些LED的光源有效地配合，然后将尽可能多的光导向观察者。同时，利用传统的注塑成型工艺制造厚度小于约0.8mm并且长或宽大于60mm的导光板是很难的，并且很昂贵。另一方面，人们通常希望削减该导光板的厚度以降低LCD整体的厚度和重量，特别是LED的尺寸在日趋减小。因此，为了获得最佳的光利用率、低制造成本、厚度和亮度，需要在这些矛盾的需求中寻求一种平衡。在大多数应用中，导光板的一面必须被图案化(“单面导光板”)以获得足够的光提取(extraction)和再导向(redirection)能力。但是，在某些情形中，譬如转向薄膜系统，导光板的两个面上均需要微图案化(“双面导光板”)。所示的LCD背光单元中的转向薄膜的使用减少了获得足够高亮度所需的光管理(management)薄膜的数量。不幸的是，当导光板相对较薄时(＜0.8mm)，每一图案均获得好的复制成为获得选择转向薄膜的主要瓶颈。当然，选择生产薄的双面导光板的方法在成本、生产力、质量上是至关重要的，这就使得制造转向薄膜的技术在经济上更加具有吸引力。目前选择的方法是注塑成型法及某些改进方法。该方法是将热的聚合物溶体以高速和高压射入具有经微机械加工的图案的表面的模具空腔，该图案在模具的填充和冷却阶段被转移到固化的模制板表面。当板的厚度相对较大(≥0.8mm)且其横向尺寸(宽度和/或长度)相对较小(≤300mm)时，注塑成型技术十分有效。但是，对于相对较薄的、在其主要的表面具有微型图案的板(≤0.8mm)而言，注塑成型法需要巨大的注射压力等级，而这典型的会导致模制板具有不良的复制效果、高残留压和双折射，从而产生不良的尺寸稳定性和较低的成品率。另外一种用于生产单面导光板(微型图案在一个面上)的方法是利用喷墨印刷、丝网印刷或其他类型的印刷方法在一平的、挤压铸造(cast)的薄板上印刷离散的微型图案。这种工序的缺点在于挤压铸造阶段需要额外的昂贵的印刷步骤，并且离散的微型分离物(extractor)是预先设定的且不好控制。上述方法使得本发明所需要的在两个面均需要图案化时变得较不能被采用。上述连续的、辊对辊、挤压铸造的工序适合于制造薄的、单面微图案薄膜，如U.S.Pat.No.5,885,490(Kawaguchi等人)，U.S.Pat.Pub.No.2007/0052118A1(Kudo等人)，U.S.Pat.No.2007/0013100A1(Capaldo等人)和U.S.Pat.No.2008/0122135A1(Hisanori等人)所披露。Kawaguchi等人考虑到在薄膜产品的两个面上设置图案的可能性，其中将熔融树脂铸造(cast)在柔性载膜的图案化表面上，穿过由两个相互反相旋转的辊子形成的夹层区域。这种方法是本身较昂贵，因为图案化表面本身就是一层薄膜，其必须在铸造工序开始之前分别准备，然后在十分有限的使用之后被丢弃。Capaldo等人披露了一种挤出铸造的方法，其能够制造一个表面上具有受控粗糙度的薄膜。Hisanori等人和Kudo等人也披露了使用挤出铸造形成薄膜图案的方法，但是他们仅披露了单面薄膜。Kudo等人特别需要图案化辊子具有相对较高的表面温度(＞Tg+20℃)。Takada等人(WO2006/098479)披露了一种使用挤出铸造工序制造厚的导光板的方法，但是该方法同样仅局限于制造单面导光板。因此，虽然已经提出了诸多解决办法用于一种特殊的导光板以及通过挤出、辊对辊的操作制造该板的方法，但是仍然存在使用单程挤出铸造工序有效制备如本发明所披露的双面导光板的需求。
发明内容
本发明提供了一种具有多个光导板图案的光学片，每个光导板图案具有用于发射光的微图案化输出表面，与输出表面相对的微图案化底面。步骤包括：将第一树脂挤入第一压辊和第一图案化辊之间的辊隙内以在第一图案化辊表面温度T1和第一辊隙压力P1下形成第一层，该第一层具有未图案化表面和图案化表面，该图案化表面具有从第一图案化辊转印来的微图案；将第二树脂挤入第二压辊和第二图案化辊之间的辊隙内以在第二图案化辊表面温度T2和第二辊隙压力P2下形成第二层，该第二层具有未图案化的表面和图案化的表面，该图案化的表面具有从第二图案化辊转印来的微图形；以及在未图案化的表面层压第一层和第二层以形成包括多个光导板图案的光学片。
附图说明
图1是一包括多个导光板图案的大型光学片的示意图；
图2A和2B是从图1示意的大型光学片切割出的导光板的底部和侧面视图；
图2C示出了利用密度函数定义的导光板的一表面上的图案化的离散元件的单元区域；
图3A是从平行于宽度方向的方向观察背光单元中导光板的放大侧视图；
图3B从平行于长度方向的方向观察导光板的放大侧视图；
图3C是导光板上的线性棱镜的顶视图；
图3D是导光板上的弯曲波纹状棱镜的顶视图；
图4A-1，4A-2和4A-3是第一种离散元件的透视、顶视、侧视图；
图4B-1，4B-2和4B-3是第二种离散元件的透视、顶视、侧视图；
图4C-1，4C-2和4C-3是第三种离散元件的透视、顶视、侧视图；
图5A和5B分别是一包括多个子图案的图案化辊子的前视图和展开图；
图6A和6B分别是一包括多个连续图案的图案辊子的前视图和展开图；
图7A和7B是可以从利用如图5A-6B所示的两个辊子制造的光学片切割出的不同的导光板的示意图；
图8A是制造本发明的光学片的设备和工序的示意图；
图8B和8C是图8A的工序制造出的第一图案化层和最终的光学片的截面示意图；
图9A是制造本发明的光学片的设备和工序的示意图；
图9B是图9A的工序制造出的最终的光学片的截面示意图；
图10是制造本发明的光学片的设备和工序的示意图；
图11A是制造本发明的光学片的设备和工序的示意图；
图11B是图11A的工序制造出的最终的光学片的截面示意图；
图12A是制造本发明的光学片的设备和工序的示意图；以及
图12B，12C，12D是图12A示出的本发明的三个变形例的示意图。
具体实施方式
本发明的导光板采用通常在其一个表面上设置的具有棱镜形状的光转向微结构，以及在导光板的相对表面上设置的且成形为离散元件的的光提取微结构。真正的棱镜具有至少两个平坦的表面。然而，由于所有实施例中的光转向结构的一个或多个表面不需要是平坦的，而可以是曲线的或具有多个截面的，本说明书中更多的使用统称“光转向结构”。
具有多个光导板图案的大光学片
图1是本发明的一大型光学片300的顶视图。当上述光学片300的长度Ls大于或等于0.8m，更优选地大于或等于1.0m，最优选地大于或等于1.4m，宽度Ws大于或等于0.3m，更优选地大于或等于0.6m，最优选地大于或等于0.9时，被认为是大型的光学片。光学片300的厚度Ds在约0.05mm到约2mm的范围之间，更优选地在约0.1mm到约0.7mm的范围之间，最优选地在约0.2mm到约0.5mm的范围之间。光学片300上具有至少2个导光板图案，更优选地其上具有至少4个导光板图案，最优选地其上具有至少20个导光板图案。图1所示的光学片300包括均具有长度和宽度的导光板图案205a-250j。例如，导光板图案250a具有一长度L1和一宽度W1，同时导光板图案250e具有一长度L5和一宽度W5。每个导光板图案均具有一入射面18、一末端面14和两个侧面15a，15b。在同一个光学片上具有许多导光板图案的好处是提高了生产率并且降低了每一导光板的成本。如果当导光板图案不是长方形的，它的宽度和长度定义为两个正交方向上的最大尺寸。
从大的光学片切割而来的光导板
图2A和2B分别是大型光学片300切割出的导光板250的底部和侧面视图。导光板250可以是图1中导光板250a-250j中的任意一个。它具有长度L和宽度W。当在LCD的背光单元中使用时，导光板常常与一个或多个光源12配合使用。宽度W被定义为与沿着Y方向排列的光源12平行，长度L被定义为垂直于宽度W或Y方向。在实际应用中长度L和宽度W通常介于20mm和500mm之间变化。导光板250的厚度Ds通常是一致的，意思是厚度的变化一般少于20％，更优选地少于10％，最优选地少于5％。导光板250具有微型图案217，其是在底面17上用点表示的离散元件。图案217具有长度L0和宽度W0，它们分别平行和垂直于光源12的线。通常情况下，在长度方向上、宽度方向上或者上述两方向上，图案217比导光板250的尺寸小。也就是说，L0≤L且W0≤W。离散元件的尺寸和数量可以沿着长度方向和宽度方向变化。离散元件在位置(x，y)处的2维(2D)密度函数D2D(x，y)被定义为离散元件的总区域除以包含离散元件的总面积，其中x＝X/L0，y＝Y/W0，X和Y分别是沿着长度和宽度方向从原点O测量的离散元件与原点O距离。方便起见，原点O设置在接近导光板250的入射面18的图案的角部。如图2C所示的一个例子，6个具有面积a1，a2，a3，a4，a5，a6的离散元件位于具有一小块面积ΔW0·ΔL0的任意矩形内。在这一小块面积中的离散元件的密度是
Figure BSA00000607145600051
其中N＝6，其代表了在该小块面积ΔW0·ΔL0中离散元件的总数。该区域中的离散元件可以具有相同的面积。
通常，离散元件的密度函数D2D(x，y)根据位置(x，y)而变化。在实际中，密度函数D2D(x，y)沿宽度方向的变化不是很明显，但在长度方向上的变化却很明显。简单地说，一维密度函数D(x)通常用于描述离散元件的图案且可以被计算，例如，D(x)＝∫D2D(x，y)dy≈W0D2D(x，0)。其它形式的一维(1D)密度函数同样能够容易地从二维密度函数D2D(x，y)中导出。下述中，独立变量x应当被理解为是能被用于计算一维密度函数D(x)的任意一个。例如，如果光源是位于导光板的角部附近的点状光源，x可以是从原点O的半径。
如图2B所示，导光板250具有用于耦合从光源12发出的光的光入射面18，将光从导光板250出射的出射面16，与入射面18相对的末端面14，与上述出射面16相对的底面17，以及两个侧面15a，15b。光源12可以是如冷阴极荧光灯(CCFL)的单独的线性光源，或多个如发光二极管(LEDs)的点状光源。或者，图案217可设置在导光板250的出射面16上。图3A是当从平行于宽度方向的方向上观察时得到的导光板250、如转向膜22的棱镜膜、反射膜层142的放大侧视图。在导光板250的出射面16上是多个棱镜216，并且在底面17上是多个离散元件227。图3B示出从平行于长度方向的方向观察导光板250时的放大侧视图。出射面16上的每个棱镜216均具有顶角α0。上述棱镜可以具有圆形的顶点。图3C是棱镜216的顶视图。在这一实例中，各棱镜相互平行。在另一如图3D所示的实例中，棱镜216是弯曲的波纹状的。任何已知的对于棱镜的更改均可以用于本发明。包括例如可变的高度、顶角和倾斜度。
图4A-1、4A-2和4A-3分别是根据本发明使用的第一种离散元件227a的透视、顶视、侧视图。每个离散元件实质上是分割成(segment)三角形的棱镜。图4B-1、4B-2和43-3分别是根据本发明使用的第二种离散元件227b的透视、顶视、侧视图。每个离散元件实质上是分割成三角形的顶部平坦的棱镜。图4C-1、4C-2和4C-3分别是根据本发明使用的第三种离散元件227c的透视、顶视、侧视图。每个离散元件实质上是分割成圆形的棱镜。同样可以使用其它已知的离散元件形状，如圆柱形和半球形。它们可以对称，也可以不对称。上述例子并没有穷举，本发明可以使用其它类型的元件。虽然具有上述形状的离散元件是公知的，对于大型光学片300最有用的离散元件相对较薄并具有下列主要特征：它们的高度d小于它们的长度ΔL和宽度ΔW。更特别的是，高度d较好小于或等于12μm，更好是小于或等于10μm，最好是小于或等于6μm；同时，长度ΔL和宽度ΔW较好均大于或等于15μm，更好是大于或等于20μm，最好是大于或等于25μm。长度ΔL和宽度ΔW通常均小于100μm。或者，比率d/ΔL和d/ΔW较好小于或等于0.45，更好是小于或等于0.3，最好是小于或等于0.2。具有上述特征的离散元件具备一些优点，并且可以利用下列工序制造包括该离散元件的光学片。首先，可以容易地生产出图案化的辊子。通常，1个金刚石车刀可以充分地雕刻0.8m宽的具有上述特征的离散元件的辊子而没有显著的工具磨损。第二，在相对高的压力和温度条件下，由上述离散元件形成的图案能容易地从图案辊子通过很逼真的复制而转移到光学片上。第三，由于较小的磨损，使得由这些离散元件形成的图案具有较长的寿命。最后，具有这样图案的导光板不会倾向于磨损背光单元中的邻近组件。在介绍下述制造大型光学片的方法时，这些优点将会变得更加明显。在一个比较例中，离散元件具有长度ΔL＝50μm，宽度ΔW＝50μm，以及高度d＝25μm，因此其不具备本发明所述的尺寸特征。典型地，由于工具磨损，雕刻0.8m宽的具有0.23m半径的辊子需要2到4个金刚石车刀。具有上述离散元件的图案是很难在图案辊子上形成的，因为，较大的比率d/ΔL和d/ΔW容易造成金刚石车刀破裂。另外，在下述优选的制造实施例中具有上述离散元件的图案不能容易地从图案辊子转移到光学片300。而且，具有这种图案的图案辊子在变形或破裂之前能被使用的次数不多。最后，具有这种图案的导光板可能会磨损邻近的组件。
制造双面光学片和光导板的方法
在一种方法中，制造双面导光板的工序包括下面三个主要步骤：1.准备两个图案化的辊子；2.利用上述两图案化的辊子通过挤出铸造工艺制造出包括多个导光板图案的大型光学片；3.将该大型光学片切割成多个具有特定长度和宽度尺寸的双面导光板。下面将描述这些步骤。
图案化辊的准备
根据图5A和5B，包括多个子图案252a-252d的图案252例如通过使用合适的金刚石车刀的直接微机械加工法形成在图案化的辊子408a上。图5A示出了在具有半径R1和宽度WR1的图案化辊子480a上的子图案252a，252b的前视图。图5B是包括多个子图案252a-252d的图案辊子252的展开示意图。图案252具有长度LR1，其中LR1＝2πrR1。子图案252a具有宽度WP1和长度LP1。这四个子图案可以具有相同或不同的宽度和长度。在其中一个实例中，R1≈152mm，LR1＝2πR1≈955mm，WR1＝406mm，LP1＝182mm，WP1＝396mm。通常，两个邻近的子图案之间有空隙。但是，在某些情况下，可以使两个邻近的子图案之间的空隙最小，以提高辊子表面的有效利用率。在任一情况下，每个子图案的密度函数(之前已论述过)在长度和/或宽度方向上均有变化。在其中一个实例中，该密度函数先减后增。
同样地，可以通过任何已知的雕刻(engraving)方法由另一个图案化的辊子480b制得另一图案254。图6A和6B分是图案化的辊子480b上的图案254的前视图和展开图。图案化的辊子480b具有半径R2，长度LR2＝2πR2，和宽度WR2。图案254具有宽度WP2和长度LP2。在其中一个实例中，R2＝R1≈152mm，LR2＝LP2＝2πR2≈955mm，WR2＝WR1＝406mm，WP2＝400mm。图6A和6B所示的图案254是平行于辊子480b的长度方向的线性图案。该线性图案可以是任何已知线性的棱镜的、透镜的或圆柱的图案。其可以具有变化或不变的斜度、高度或形状。
在另一个实例中，图案254被设置为相对于辊子480b的宽度方向具有一角度。在另一个实例中，第二图案254是线性波形(wave-like)的棱镜图案。在另一个实例中，第二图案254以及第一图案252包括多个子图案。同样在另一个实例中，第二图案254覆盖区域的尺寸小于辊子480b，也就是说，比率WP2/WR2＜0.1。在极端情况下，当图案254实质上只有很少或者没有被雕刻的微特征时比率WP2/WR2接近于0。
如图5B和6B所示，图案252包括多个离散的子图案252a-252d，每一个子图案包含如图2C和4A-1至4C-1所示的离散元件，而图案254是连续的。但是，图案254也可以是具有与图案252相似的离散元件的图案。形成在辊子表面的图案是为由挤出铸造工序制得的导光板所设计的反(“负的”)图案。在辊子表面设置微图案的另一个选择包括将辊子用图案化的片或套包裹，其可以是会在后面介绍的参考图11A的图案化载膜474a或参考图12B-12D的图案化带479、479a或479b。上述图案化的片或套可以是金属的或聚合物的。在图案252和254分别形成在图案化的辊子480a和480b后，以光学片300a，300b，300c，300d和300e形式的光学片300’可以由多个挤出铸造工序的实施方式中的一个所制得。
图7A和7B是光学片300’的顶视图，其一面具有图案252，另一面具有图案254。从同一子图案252c可以切割出具有不同的尺寸和空隙的两个导光板250a1和250a2。本发明的大型光学片能够弹性地改变导光板的尺寸。
挤出铸造法
有利地，图8A示出了本发明的挤出铸造法。该工序包括以下步骤：
(1)具有需要的物理和光学特性的聚合物树脂450a通过具有第一挤出机476a和第一片材模头477a的第一挤出位置470a而被挤出到刚性但可弯曲(flexible)的聚合物载膜474上，该载膜474从供给辊子472a输送至两反向旋转的辊子480a和478a之间的辊隙区域。如前面所述，辊子480a是具有微型特征图案252的图案化的辊子，该图案252是为本发明导光板所设计的。辊子480a的表面温度TPaR，1保持在T1＞Tg1-50℃，其中Tg1是第一挤出树脂450a的玻璃化转变温度。第一压力辊子478a具有软的弹性表面，其表面温度TP，1＜T1。上述两个辊子之间的辊隙压力P保持在P＞8牛顿每毫米辊子宽度。
(2)载膜474和上述从辊隙流出的铸造(cast)树脂优选粘附在图案化的辊子480a上，形成具有所需宽度的片层，直到在距辊隙区域一段距离的下游位置固化。
(3)将该已固化的片层和载膜在从图案化的辊子剥离，并在受控张力(tension)条件下拉紧(take up)。然后，该载膜在距剥离点481a一段距离的下游位置从该图案化的片层上剥离。该形成的图案化的片层包括导光板的第一层410a。图8B是第一层410a的放大图，其中图案252是示意性的而不是按尺寸绘制的。第一层410a具有厚度D1，典型地，其可以在0.025mm到0.5mm范围内变化。D1优选在大约0.05mm到0.35mm的范围内，更优选在大约0.15mm到0.25mm的范围内。
(4)然后，将第一层410a传输到具有第二图案化的辊子480b和第二压力辊子478b的第二挤出位置470b。第一层410a的具有图案252的图案化表面朝向第二压力辊子478b并且穿过辊子480b和478b之间的第二辊隙区域，同时第二层树脂450b从挤出机476b的片材模头477b压出至第一层410a的未图案化的一面。该第二辊隙区域的压力控制在P＞8牛顿每毫米辊子宽度。图案辊子480b的表面温度T2＞Tg2-50℃，其中Tg2是第二挤出树脂450b的玻璃化转变温度且压力辊子478b的温度TP，2＜T2。辊子480b表面上的图案254从辊子480b转移到铸入上述第二辊隙区域中的上述树脂上。
(5)穿过上述第二辊隙区域的树脂450b粘附至第一层410a以形成复合光学片300a。该复合光学片在距上述第二辊隙一段距离的下游位置固化。图8C是具有层410a和410b的光学片300a的放大图，其中图案252和254是示意性的而不是按尺寸绘制的。层410b具有厚度D2，其可以在0.025mm到0.5mm范围内变化。D2优选在大约0.05mm到0.35mm的范围内，更优选在大约0.15mm到0.25mm的范围内。该光学片的总厚度为厚度D1+D2，典型地，其可以在0.05mm到1.0mm的范围内，优选在0.1mm到0.7mm的范围内，更优选在0.3mm到0.5mm的范围内。
(6)固化的光学片300从辊子480b剥离，并在受控张力被拉紧以处于拉紧(take-up)状态，该光学片可以在线制作完成(成片)或被卷到辊子484a上以在稍后完成。该光学片包含多个最终被切割成特定长度和宽度尺寸的导光板的导光板图案。
在第二挤出位置470b被挤出的树脂450b不需要与在第一挤出位置470a被挤出的树脂450a相同，且上述第一和第二层的厚度不需要相同(通常D1≠D2)，只要该复合板的最终厚度D和光学特性符合设计要求即可。形成图案252和254的顺序是不重要的且可以根据实际的考虑而限定。
在一个实例中，熔融树脂450a，450b为聚碳酸酯(PC)，其玻璃化温度Tg大约是145℃。在另一个实例中，熔融树脂450a，450b是冲击改性的PMMA，其玻璃化温度Tg在95-106℃的范围内。冲击改性PMMA相对于纯的PMMA而言不易碎，且经证明其相对于不变性的PMMA而言更易挤出。在另一个实例中，熔融树脂450a，450b是聚烯烃聚合物。
可以利用仅仅一个挤出位置的双通过(two-pass)工序制作该双面光学片300a。特别地，在将第一层的聚合物树脂450a挤入上述辊隙以用第一图案化的辊子480a制作第一层膜之后，该第一膜层可以被缠绕成一卷储存以备后用。然后，由第二图案化的辊子480b代替第一图案化的辊子480a，且第一膜层的卷是解绕并且被传输回上述辊隙，其图案化的表面朝向压力辊子。第二层的聚合物树脂450b被从同一挤出机476a和片材机头477a挤出至该第一层的未图案化的表面上以形成光学片300a。虽然这种方法需要仅仅一个单一挤出位置，但是其需要一个额外的穿过工序(pass)以完成该光学片300a的制作，通常其在经济上是不利的。
虽然在没有使用该载膜时，控制制作的上述膜层的质量通常会更加困难，但在某些情况下，制作上述第一层时载膜474的使用是可选择的。
有利地，图9A示出了本发明的挤出铸造工序。两个单面微图案层410a，410b分别在挤出位置470a和470b形成，这与图8A所示的本发明的第一层的形成方式相似。形成后的两个图案化的层410a，410b在层合(lamination)位置490被层合在一起，如图9B所示，在该位置上述两层的未图案化的表面相互粘接在一起以形成单个的在每个表面具有图案252和254的光学片300b。同样地，该光学片包括多个接下来会被切割成被设计为具有特定长度和宽度的导光板的导光板图案。
可以通过多种方法将上述两个固体层层合在一起，上述方式包括：溶剂层合法、压力层合法、UV层合法或加热层合法。溶剂层合法是在一个或两个面上均施加薄的溶剂层，以增加上述层的未图案化的表面的粘性，从而促进粘合。接着通过干燥除去多余的溶剂。压力层合法是利用与每个面均充分粘合的压敏粘合剂来完成的。UV层合法是为一个或两个膜的表面均涂有UV粘合剂，该UV粘合剂能够在UV粘合层固化后促进粘合。在加热层合法中，温度敏感层施加到一个或两个表面上，然后将其加热至远(well)低于导光板树脂的Tg的温度，以促进上述层之间的粘合，且没有使图案化的层扭曲。在所有的层合法中(除了溶剂层合法)，粘合层最好具有与那些导光板树脂足够接近的光学特性(特别是折射率、色调和透射率)，以最小化其对该导光板的光学性能的影响。上述层合和挤出步骤可以是如图9A所示的在线的，也可以是离线的，即上述层合和挤出的步骤是分离的。该工序中载膜的使用是可选择的，且可以使用机器制造上述第一层和/或第二层，而不使用载膜474。优选地，图10示出了本发明的挤出铸造工序。具有图案254的单面层410b按照与图9A所示的层410b相似的方式形成。然后，利用合适的印刷方法将图案252转移到层410b的未图案化的表面以形成光学片300c。例如，单面层410b通过印刷站(station)492，在该站图案252被印刷到膜410b的未图案化的面上。在该步骤可以选择许多类型的印刷方法，包括喷墨印刷、丝网印刷等。在任何一种情况中，透明墨水的光学特性必须谨慎地与那些挤压层相匹配。如果印刷材料(墨水)是对UV敏感的，UV站必须在印刷站后立即固化该印刷的墨水。最终的光学片300c具有名义上与层410b厚度相同的总厚度D1，其中光学片300a，300b的总的厚度远大于层图8C和9B所示的410b的厚度。与光学片300a和300b相似，光学片300c也包括多个最终必须被切割成特定长度和宽度尺寸的导光板图案。印刷和挤压步骤可以是如图10所示的在线的，也可以是离线的，即上述层合和挤压的步骤是分离的。该工序中载膜的使用是可选择的，且可以设计一机器制造上述层410b，而不使用载膜474。与其他实施例相比，该方法少一个微机械加工的图案化的辊子，但是上述印刷方法可能会受到以上述方式形成的离散单元的形状和尺寸的限制。
优选地，图11A示出了本发明的挤出铸造工序。也就是说，载膜是微图案化的载膜474a。聚合物树脂450a通过挤出机476a和片材模头477a而被挤出到该图案化的载膜上。该图案化的载膜和该铸造(cast)树脂优选粘合到图案化的辊子480a上以形成片层，直到在距辊隙一段距离的下游位置固化。从图案化的辊子480a上剥离该固化的片层和载膜，在受控的张力条件下拉紧，将上述图案化的载膜在距剥离点481a一段距离的下游位置处从已形成图案的片层上剥离。图11B所示的最终形成的光学片300d，其一个面上具有由图案化的载膜474a转移来的图案254，另一个面上具有由图案化的辊子480a转移来的图案252。该光学片包含多个最终被切割成被设计为具有特定长度和宽度的导光板的导光板图案。
图案化的辊子480a或480b不需要在其辊子表面上雕刻出图案。相反地，该图案可以由缠绕在辊子上的图案化的膜形成，与图11A所示的图案化的载膜474a类似。
在本发明中，如果载膜用于帮助穿过上述剥离点后通过上述辊隙形成的树脂的传输，那么该载膜必须满足一些关键的条件：其必须是刚性且可弯曲(flexible)，并且其必须在辊隙区域(其中热熔体铸造在载膜上)碰到的高温和压力条件下保持尺寸完整性和物理特性。而且，该载膜的表面必须十分光滑，并且其与固化树脂的粘合力不需要很强，以便其能够在距剥离点一段距离的下游位置的某处从已形成图案的片层上容易地剥离。满足上述需求的材料，例如，包括双轴取向的PET和PEN膜、聚砜膜和聚芳酯(polyarylate)膜，但是并不局限于这些材料。
优选地，图12A示出了本发明的挤出铸造工序。即，本发明的光学片300e是在单独的图案化步骤中被制得，该步骤是将图案化的辊子480a和压力辊子480b上均设置图案，而没有使用载膜。由于树脂在辊隙区域中停留的时间以及与压力辊子480b接触的时间很短暂，因此，从压力辊子480b上转移的图案优选是容易复制的(譬如，非常浅的棱镜)，以使得图案片层的两个面上均获得可以接受的复制逼真度。而且，在压力辊子的一面上共挤压出含有不同树脂的具备更简单的复制性和成形特性的层，将会在更短的接触时间内获得更好的复制性。在这一方面较为有用的树脂，例如是，与用于导光板的本体聚合物的成分相似但是具有较轻的分子重量的树脂，或与合适增塑剂配合可塑性的树脂。在一个实例中，最终的光学片300e在其两个表面上具有图案252和254。这种方法是最容易执行的，但是在质量和成本上并不是最佳的。
优选地，图12B示出方法将图12A和11A示出的方法做了轻微的修改。除了将围绕辊子478a传输的微型图案化的带479代替了图案化的压力辊子480b之外，图12B示出的挤出铸造工序与图12A是一样的。由于树脂在辊隙区域中停留的时间以及与上述带479接触的时间很短暂，因此，从该带上转移的图案优选是容易复制的(譬如，非常浅的棱镜)，以使得图案片层的两个面上均获得可以接受的复制逼真度。
除了在辊隙的下游将微型图案化的带479部分缠绕图案化的辊子480a之外，图12C示出的挤出铸造工序与图12B是一样的。本发明的光学片是在单一的图案化步骤中制备的，该步骤是将一个图案从图案化的带479复制到一个表面上，而将其他图案从图案化的辊子480a复制到与上述表面相反的面上。在图案化的辊子480a上缠绕一定长度的图案化的带479是为了增加树脂与该带479的接触时间，以增加从该带转移到该光学片上的功能元件(feature)的复制逼真度。
除了用所示的缠绕在驱动辊子上的连续的微图案化的带479a和479b代替图案化的辊子480a、480b 之外，图12D示出的挤出铸造工序与图12A相似。
通过如图12A-12D所示的工序的实施方式制得的最终的双面光学片300e，具有与图11B所示的光学片300d相同的横截面。光学片300e包括多个最终被切割成被设计为具有特定长度和宽度尺寸的导光板的导光板图案。
所有的实施例均包括图案化的辊子，该图案化的辊子的表面温度T优选大于Tg-50℃，更优选大于Tg-30℃，最优选大于Tg-20℃，其中Tg是挤出树脂的玻璃化转变温度。
上述任何实施例制得的光学片最终被传输到结束位置，在该位置其被切割成许多被设计为具有特定长度和宽度尺寸的双面导光板。在同一个光学片上完成的导光板可以具有相同的或不同的尺寸和微图案。
树脂材料
多种聚合物树脂可以在该发明中使用。该树脂材料必须是在典型的挤出条件下能够挤出、容易铸造且能够复制离散和/或线性微图案。同时，该材料必须具有足够的刚性和韧性以在实际的应用中将破裂和扭曲最小化。而且，该材料必须在可视的光谱范围内具有高度的透射性以及低色调(color)。该应用最关键的特性是消光系数。材料的该消光系数或本征光学密度(OD)可以从
Figure BSA00000607145600131
中计算得出，其中Tr是透射率，L是光程的长度。上述特性必须尽可能的小以使得导光板中的吸收损耗降到最低。本发明中可以使用的材料包括PMMA以及其它丙烯酸聚合物，包括冲击改性PMMA以及甲基丙烯酸甲酯与其它丙烯酸和非丙烯酸单体的共聚物、聚碳酸酯、环烯烃聚合物、环嵌段共聚物、聚酰胺、苯乙烯、聚砜、聚酯、聚酯-碳酸酯，及其各种可混溶的混合物。PMMA的典型的OD值在大约0.0002/mm至0.0008/mm之间变化，对于聚碳酸酯典型地在0.0003/mm至0.0015/mm的范围，这取决于材料的等级和纯度。
实施例
实施例1
光学片300具有长度长度Ls≈957mm，宽度Ws≈343mm，以及在0.1mm至0.7mm之间变化的厚度Ds。光学片300上具有四个导光板图案，每一个均具有相同的在150mm至240mm之间变化的长度和在150mm至320mm之间变化的宽度。由于所有的四个导光板在辊对辊(roll-to-roll)工序中一同被制得，每一导光板在250mm每秒的加工线速度下在1秒内制得。可以想象，对于数量庞大的在同一个光学片300和同一个图案化辊子上的小导光板，例如，长度和宽度尺寸大约是20mm，在相同的加工线速度下，每制造一个导光板需要的时间会更短。
实施例2
光学片300具有长度Ls≈1436mm，宽度Ws≈686mm，以及在0.1mm至0.7mm之间变化的厚度Ds。光学片300上具有14个导光板图案，每一个均具有相同的在150mm至240mm之间变化的长度和在150mm至320mm之间变化的宽度。
上述14个导光板图案具有一个或多个以下的特征。在一方面，该14个导光板中的至少两个具有不同的长度。在另一方面，该14个导光板中的至少两个具有不同的宽度。在另一方面，该14个导光板中的至少一个具有与光学片300相同的宽度方向。例如，图1所示的导光板250a的用W1表示的宽度方向与光学片300的用WS表示的宽度方向平行。在另一方面，该14个导光板中的至少一个具有与光学片300垂直的宽度方向。例如，导光板250f的用W6表示的宽度方向与光学片300的用WS表示的宽度方向平行。
仍然在另一方面，其中一个导光板如导光板250j的宽度方向可以相对于光学片300的宽度方向具有一介于0至90度的角。一个或多个导光板也可以是非矩形的，其可以是正方形的、圆形的或其它任何公知的形状。
由于两个相邻的导光板之间通常具有空隙260，可以相对于原始想要的导光板，通过使其包括一部分空隙而增加导光板的尺寸。或者，该导光板可以被切割成比原始想要的导光板更小。具有不同的导光板的光学片的优点在于，可以在单一的生产步骤中制造出适合不同LCD使用的导光板。由于在显示产业中缺乏足够的标准，不同的显示器可能需要使用不同尺寸的导光板。本发明的光学片300提供了一种低成本的解决方案以满足诸多使用者的不同的需求。
实施例3
光学片300具有长度Ls≈1436mm，宽度Ws～980mm，以及在0.1mm至0.7mm之间变化的厚度Ds。光学片300上具有21个导光板图案，每一个均具有在150mm至240mm之间变化的长度和在150mm至320mm之间变化的宽度。
当以152mm/秒的加工速度制造光学片300时，制造一个包括21个导光板的光学片300大约需要9.4秒。平均不到0.5秒制造出一个导光板，其速度远远高于可能的传统的射出成型法制作相同的该导光板。
对比例
作为比较，仅仅一个单独的具有大于150mm的长度或宽度的导光板可以由传统的注塑成型周期制得。因此，制作每一导光板的周期会比较长。多个导光板可以通过注塑成型在每一周期制得，但是这样做的话，两个面均获得好的复制逼真度的难度，将会随着板厚度的减小以及长度和宽度的增加而显著的提升。
总之，本发明的通过大型光学片而完成的导光板，其具有至少0.8m的长度和至少0.3m的宽度，与现有可行的传统的射出成型技术相比，优势在于其可以以更快的速度和/或更大的尺寸以及更小的厚度而制得。这些导光板也更容易定制以满足不同使用者的不断变化的需求。

Claims (17)

1.一种具有多个光导板图案的光学片，每个光导板图案具有用于射出光的微图案化输出表面，和与输出表面相对的微图案化底面，制造该光学片的步骤包括：
将第一树脂模挤出到第一压辊和第一图案化辊之间的辊隙内以在第一图案化辊表面温度T1和第一辊隙压力P1下形成第一层，第一层具有未图案化表面和图案化表面，该图案化表面具有由第一图案化辊转印来的微图形；
将第二树脂挤出到第二压辊和第二图案化辊之间的辊隙内以在第二图案化辊表面温度T2和第二辊隙压力P2下形成第二层，第二层具有未图案化表面和图案化表面，该图案化表面具有由第二图案化辊转印来的微图形；
将第一层和第二层在它们的未图案化表面层叠以形成包括多个光导板图案的光学片。
2.如权利要求1的光学片，其中光学片具有大于或等于0.8m的长度LS。
3.如权利要求1的光学片，其中光学片具有大于或等于0.3m的宽度WS。
4.如权利要求1的光学片，其中光学片具有在0.05mm和大约2mm之间的范围内的厚度DS。
5.如权利要求1的光学片，其中光导板图案具有大于或等于0.15m的宽度和长度。
6.如权利要求1的光学片，其中在输出表面或底面上的微图案包括离散元件并且在其他主要表面上的微图形包括连续元件。
7.如权利要求1的光学片，其中在输出表面和底面上的微图案都包括连续元件。
8.如权利要求1的光学片，其中在输出表面和底面上的微图案都包括离散元件。
9.如权利要求6的光学片，其中离散元件具有大于或等于15μm的长度和宽度，以及小于或等于12μm的高度。
10.如权利要求6的光学片，其中离散元件具有长度ΔL、宽度ΔW和高度d，并且比例d/ΔL和d/ΔW小于或等于0.45。
11.如权利要求1的光学片，其中T1大于Tg1-50℃和T2大于Tg2-50℃，其中Tg1和Tg2分别是第一和第二树脂的玻璃化转变温度。
12.如权利要求1的光学片，其中辊隙压力P1和P2大于每毫米辊宽8牛顿。
13.如权利要求1的光学片，其中第一或第二层被挤出到载体薄膜上，并且随后剥离掉载体薄膜。
14.如权利要求1的光学片，其中在第一和第二图案化辊的一个或两个上的图案由图案化带提供。
15.如权利要求1的光学片，其中第一和第二树脂是聚碳酸酯、烯烃聚合物或丙烯酸系聚合物。
16.如权利要求1的光学片，其中第一和第二树脂是相同的。
17.如权利要求1的光学片，其中层叠步骤由压敏粘合剂、热粘合剂、溶剂粘合剂、可UV固化粘合剂或它们的一些组合来实现。
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