CN102410495B

CN102410495B - 具有不同取向微结构区域的光学片及其制作方法

Info

Publication number: CN102410495B
Application number: CN201110401660.7A
Authority: CN
Inventors: 路志坚; 杨星; 蒋健艺; 杨云胜
Original assignee: DANYANG BOYI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: DANYANG BOYI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: CN102410495A

Abstract

具有不同取向微结构区域的光学片及其制作方法，包含基片和位于基片上的多个微结构区域；其特征在于：各微结构区域内的微结构具有设定的取向，相邻微结构区域间的微结构具有不同的取向；微结构以长度方向为取向，取向的角度在-90^o~90^o范围内；微结构具有相同或不相同的形状、长度和大小。本发明，可用于由分立发光体的液晶显示器背光源、LED照明光源或其他光源模组中所要达到的光学效果，以消除或减少由于分立发光体而造成的光源模组中明暗相间的非均匀区域。本发明光学片克服了单片现有光学片无法实现上述综合效果的缺陷。

Description

具有不同取向微结构区域的光学片及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种用于液晶显示器背光源和LED照明模组等光源模组中的光学片，特别是指含有不同取向微结构区域的光学片及其制造方法。

背景技术

发光二极管（LED）作为一种绿色节能光源正越来越多地被广泛应用于各个领域，如液晶显示器背光源、照明等光源模组中。与此前应用于这些领域的冷阴极光源（CCFL）不同的是，LED为点状光源。应用时产生线状CCFL光源所没有的LED光源点与点之间交替的亮区与暗区。目前提出的改善LED光源点与点之间交替的亮区与暗区的方法，或是非常复杂、或是显著地减少背光源模组或LED照明灯组的出光区域。因此在用LED作为光源的液晶显示器背光源和照明等光源模组中，非常需要一种光学片，在不影响出光区域并实现优化的光学功能的同时，避免LED之间交替的亮暗区间的出现。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的在于提供一种具有不同取向微结构区域的光学片，包含基片和位于基片上的多个微结构区域，各微结构区域内的微结构具有设定的取向，相邻微结构区域间的微结构具有不同的取向。

本发明的另一个目的在于提供一种制作具有不同取向微结构区域的光学片的方法。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种具有不同取向微结构区域的光学片，包含基片和位于基片上的多个微结构区域，其特征在于：各微结构区域内的微结构具有设定的取向，相邻微结构区域间的微结构具有相同或不同的取向；微结构的取向以长度方向为取向，取向的角度在-90^o~90^o范围内；微结构可具有相同或不相同的形状、长度和大小；单个微结构的位置在区域内可规则、随机分布或接近随机分布。

所述的相邻微结构区域间的微结构沿Y方向和沿X方向规则排列。

所述的微结构区域含有二个沿Y方向的微结构区域，并由一个沿X方向的微结构区域隔开；Y方向的微结构区域位于光学片的两端；三个区域的微结构具有规则的形状、长度、大小和排列。

所述的微结构区域含有一个沿X方向的微结构区域和一个沿Y方向的微结构区域；取向为Y方向的微结构的位置在区域内随机分布或接近随机分布；取向为X方向的微结构的位置在区域内随机或接近随机分布。

所述的微结构区域含有一个沿X方向的微结构区域和一个沿Y方向的微结构区域；取向为Y方向的微结构其位置在该区域内随机或接近于随机分布，单个微结构与Y方向成一角度，可按一定的规律分布，或可在设定的范围内随机分布且角度不尽相同；取向为X方向的微结构的位置在区域内随机或接近随机分布，单个微结构与Y方向成一角度可按一定的规律分布，或可在设定的范围内随机分布且角度不尽相同。

所述的微结构区域含有二个沿Y方向，一个沿X方向的微结构区域；一个Y方向微结构区域中的微结构与Y方向成一较小的角度，分布于Y方向两侧的角度用正负来区分，角度的大小和正负随机或接近随机分布，且微结构的位置随机或接近随机地分布；另一Y方向微结构区域中的微结构的位置为随机分布，且二个沿Y方向的微结构区域中的微结构具有相同的形状和大小。

所述的Y方向微结构区域中的微结构与Y方向，和X方向微结构区域中的微结构与X方向所成的角度范围介于 -45^o与45^o之间。

所述微结构为含有不同倾角的侧面的微棱镜，包含底面，二个截面及二个侧面；底面与光学片的基片接触，或为基片的一部分，一侧面与底面构成一角度α₁，另一侧面与底面构成另一角度α₂；α₁和α₂分别介于5^o和175^o之间，角度α₁和α₂可为相同或不相同数值。

所述的微结构区域包含截面的顶角为弧形的微结构。

所述的微结构区域包含二个侧面的交线为一曲线的微结构。

所述的微结构区域包含侧面不直接相交，顶边形成一顶面，顶面为光滑面或粗糙面的微结构。

微结构区域包含与基片平行的截面为对称形状的微透镜。

所述的基片的材料为聚酯（PET）或聚乙烯（PE）或聚碳酸脂（PC）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。

所述的基片上含有散射点或散射结构。

本发明进一步提供一种制作光学片的方法，包括：设计具有多个透光开口区域的掩模板图案，并使各个区域中的透光开口具有不同的取向；在基片上提供可光聚合材料混合物涂层；用能量辐射照射具有所述掩模图案的掩模板，以选择性地使所述可光聚合材料聚合；除去在用能量辐射照射掩模板后留下的未聚合的可光聚合材料，从而形成具有不同取向的多个微结构区域。

所述掩模板图案中各个区域中的透光开口可规则排列，相邻区域中透光开口构成等于或接近90^o的角度。所述掩模板图案中各个区域中透光开口位置和取向或可在区域内随机分布，各区域中透光开口具有不同的平均取向，各区域中透光开口平均取向所构成的角度可等于或接近90^o。

所述掩模板图案的一个区域中或可包含无特定取向的对称透光开口，如圆形；与之相邻的其他图案区域中，可含有非对称的透光开口。非对称的透光开口可为矩形，椭圆形，或其他合适的形状。与矩形透光开口对应的光学片中的微结构的取向为矩形的长边方向；与椭圆形透光开口对应的光学片中的微结构的取向为椭圆的长轴方向。

本发明，可用于由分立发光体的的液晶显示器背光源、LED照明光源或其他光源模组中所要达到的光学效果，以消除或减少由于分立发光体而造成的光源模组中明暗相间的非均匀区域。本发明包含的基片和位于基片上的多个微结构区域，各微结构区域内的微结构具有设定的取向，相邻微结构区域间的微结构具有不同的取向。邻近分立发光体的微结构区域中所含的微结构，具有适当的取向、形状、大小和排列，而远离分立发光体的微结构区域中的微结构的取向、形状、大小和排列的选择，则以使用分立发光体的液晶显示器背光源、LED照明光源或其他光源模组所要达到的光学效果，如角度分布，均匀度等为主要目的。本发明光学片克服了单片现有光学片无法实现上述综合效果的缺陷。

附图说明

图1描述本发明光学片的一个示例。

图2描述本发明光学片的另一示例。

图3描述本发明光学片的第三示例。

图4描述本发明光学片的第四示例。

图5描述本发明光学片的第五示例。

图6描述本发明中微结构示例。

图7描述一种示例掩模板图案。

图8描述第二种示例掩模板图案。

图9描述第三种示例掩模板图案。

图10描述第四种示例掩模板图案。

图11描述采用掩模板制作本发明光学片的示例。

具体实施方式

由图1所示，具有不同取向微结构的光学片包含基片101，含有一种取向的微结构区域D11,和含有另一种取向的微结构区域D12。区域D11中的微结构102沿Y方向规则排列。区域D12中的微结构103沿X方向规则排列。本示例中，区域D11中的微结构102和区域D12中的微结构103规则、等间距排列。本发明光学片中的微结构，并不限于规则等距排列，微结构或可按非等间距或其他的方式排列。各区域中的微结构或可包含多种形状、大小或排列的微结构。参照方向X与Y方向构成一定的角度。X方向与Y方向构成的角度优选地介于45^o和135^o之间，进一步优选地介于75^o和105^o之间。X方向与Y方向构成的角度可作为特例选为90^o。区域D11和D12中的微结构取向构成90^o角度的光学片，可用于矩形形状的光源模组中。

基片101具有光学透明特性。合适的作为基片的材料包括聚酯（PET），聚乙烯（PE），聚碳酸脂（PC），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。然而，基膜材料不受特别限制。任何具有光学透明特性的材料都可作为基片材料。由日本东洋纺制作的A-4100,或A-4300 PET膜、或由韩国SKC生产的SH40 PET膜都可用作本发明的基片材料。另外，基片与微结构或可使用同一材料。基片与微结构或可为同一片材的两个部分。本示例中，沿Y方向的微结构102为具有一定长度，截面为三角形的微棱镜。沿X方向的微结构103为具有另一长度，截面为三角形的微棱镜。沿X方向和沿Y方向的微棱镜可具有相同的形状、长度和大小，或具有不同的形状、长度、和大小。

图2所示为本发明光学片的另一示例。光学片包含基片201和具有相邻区域不同取向的微棱镜。本示例光学片含有三个微结构区域。区域D21含有沿Y方向的微棱镜202，区域D22含有沿X方向的微棱镜203。区域D23为另一含有沿Y方向微棱镜204的区域。区域D21和D23之间由区域D22隔开。区域D21和D23位于光学片的两端。区域D21和区域D23中的微棱镜可为相同形状、长度和大小的微棱镜，或具有不同的形状、长度、和大小的微棱镜。本示例光学片适用于两边入光的LED背光源模组或照明光源模组，例如，可将LED阵列安装于邻近区域D21和区域D23的光学片两端。

图3所示为本发明光学片的第三示例。示例光学片包括基片301和具有不同取向的微结构区域D31和D32。区域D31中微结构302的取向为Y方向，微结构的位置在区域内随机分布或接近随机分布。区域D32中微结构303取向为X方向，位置在区域内随机或接近随机分布。区域D31和区域D32中的微结构为三角形截面的微棱镜。随机分布的微棱镜在对入射光起聚光作用的同时，消除或减少由于规则位置排列所产生的干涉和衍射现象。

图4所示为本发明光学片的第四示例。示例光学片包含基片401和两个微结构区域，D41和D42。区域D41和区域D42中含有多个微结构，如402和403所示。区域D41中的多个微结构402，其位置在该区域内随机或接近于随机分布。单个微结构与Y方向成一角度。区域D41中各个微结构与Y方向所成的角度不尽相同。单个微结构与Y方向所成角度可按一定的规律分布，或可在设定的范围内随机分布。区域D42中的多个微结构403，其位置在该区域内随机或近似于随机分布。单个微结构与X方向成一角度。区域D42中单个微结构与X方向所成的角度不尽相同。所成角度可按一定的规律分布，或可在设定的范围内随机分布。如区域D41或区域D42中的微结构为截面为三角形的微棱镜，微棱镜取向的随机分布，进一步消除或减少由于位置排列规则、与参照方向所成角度单一所产生的干涉和衍射现象。

图5为本发明光学片的第五示例。光学片包含基片501和具有不同取向的微结构区域D51、D52和D53。区域D51中的微结构502取向平均地沿Y方向。单个微结构取向与Y方向成一较小的角度，分布于Y方向的两侧。分布于Y方向两侧的角度用正负来区分。角度的大小和正负随机或接近随机分布。微结构的位置随机或接近随机地分布。区域D52中的微结构取向平均地沿X方向，单个微结构取向与X方向所成的角度和微结构的位置随机或接近随机分布。区域D53为另一含有沿Y方向取向的微结构区域。区域D53中微结构504可为位置随机分布，且与区域D51中微结构502具有相同的形状和大小的微结构。区域D53中微结构504或可为位置随机分布，且与区域D51中微结构502具有不同的形状和大小的微结构。

图4和图5所示的微结构402、502和504与Y方向，及微结构403和503与X方向所成的角度范围介于 -45^o与45^o之间，优选地介于-30^o与30^o之间。

本发明中的微结构是指具有特定功能的微小表面拓扑形状,如截面为三角形的微棱镜、截面为梯形的微棱镜或微透镜等。这些结构及其排列决定了对光线的折射、散射、反射、透射或衍射等光学性能。图6所示为本发明中微结构示例。图6(a)所示微结构为含有不同倾角的侧面的微棱镜。示例微棱镜包含底面601(a)，截面602(a)和603(a)，及侧面604(a)和侧面605(a)。底面601(a)与光学片的基片接触，或为基片的一部分。侧面604(a)与底面601(a)构成一角度α₁，侧面605(a)与底面601(a)构成另一角度α₂。α₁和α₂可分别介于5^o和175^o之间，优选地可分别介于25^o和145^o之间。角度α₁和α₂可为相同数值。作为本示例微结构的特例，α₁和α₂可相等并都为45^o，从而微结构为顶角为90^o的直角微棱镜。本示例微结构截面602(a)和截面603(a)为三角形，截面602(a)和截面603(a)可为相同形状和尺寸的三角形。根据光学片目标光学性能的要求，截面602(a)和截面603(a)或可为不同相同形状和大小的三角形。截面602(a)和截面603(a)可与底面601(a)垂直，或与底面形成小于或大于90^o的角度。

图6 (b)所示微结构为截面含有弧形顶角的微结构。示例微结构含有底面601(b)，截面602(b)和截面603(b)。截面的弧形顶角如604(b)所示。

图6 (c)所示微结构含有底面601(c)，截面602(c)和603(c)，及侧面604(c)和605(c)。侧面604(c)和侧面605(c)的交线为一曲线，如606(c)所示。

图6 (d)所示微结构含有底面601(d)，截面602(d)和603(d)，及侧面604(d)和605(d)。侧面604(d)和侧面605(d)不直接相交。截面602(d)，截面603(d)，侧面604(d)和侧面605(d)的顶边形成一顶面，如606(d)所示。顶面606(d)可为光滑面，光线通过该光滑面产生由于构成微结构的介质和微结构周边介质折射率不同而引起的折射。顶面606(d)或可为粗糙面，光线通过该粗糙面时产生由于粗糙面而引起的散射。

值得一提的是，适合于本发明的微结构并不限于图六所列的微结构。任何含有对光具有折射或散射作用的表面的微结构都可用于本发明的具体实施。光学片微结构区域中并不限于一种形状、大小的微结构，同一区域中或可采用具有不同的形状、大小微结构。

本发明光学片可采用如下所述的方法制作。

图7为一种示例掩模板图案。设计光学掩模板，光学掩模板中由透光开口形成的图案与光学片中的微结构分布相对应。图案包含区域D71和区域D72。区域D71中含有规则排列的透光开口701，透光开口由阻光部分702隔开。区域D72中含有规则排列的透光开口703，透光开口由阻光部分704隔开。透光开口可为各处透光率相同的开口，或沿一个或多个方向透光率递增或递减的开口，或从中心沿一个或多个方向透光率递增或递减的开口。区域D71中的透光开口701沿Y方向，使用该掩模板制作的光学片对应区域中的微结构相应地沿Y方向。区域D72中的透光开口703沿X方向，使用该掩模板制作的光学片对应区域中的微结构相应地沿X方向。

图8为第二种示例掩模板图案。图案包含区域D81，区域D82，和区域D83。区域D81中含有规则排列的透光开口801，透光开口由阻光部分802隔开。区域D82中含有规则排列的透光开口803，透光开口由阻光部分804隔开。区域D83中含有规则排列的透光开口805，透光开口由阻光部分806隔开。透光开口可为各处透光率相同的开口，或沿一个或多个方向透光率递增或递减的开口，或从中心沿一个或多个方向透光率递增或递减的开口。区域D81和区域D83中的透光开口801和805沿Y方向，使用该掩模板制作的光学片对应区域中的微结构相应地沿Y方向。区域D82中的透光开口803沿X方向，使用该掩模板制作的光学片对应区域中的微结构相应地沿X方向。

图9为第三种示例掩模板图案。图案包含区域D91和区域D92。区域D91含有透光开口901，透光开口901由阻光部分902隔开。透光开口901的位置随机或接近随机排列。透光开口901的取向平均地沿Y方向，单个透光开口的取向与Y方向成一角度。角度范围介于 -45^o与45^o之间，优选地介于-30^o与30^o之间。单个透光开口与Y方向之间所成的角度在上述角度范围内随机或接近随机分布。区域D92含有透光开口903，透光开口903之间由阻光部分904隔开。透光开口903的位置随机或接近随机排列。透光开口903的取向平均地沿X方向，单个透光开口的取向与X方向成一角度。角度范围介于 -45^o与45^o之间，优选地介于-30^o与30^o之间。单个透光开口与X方向之间所成的角度在上述角度范围内随机或接近随机分布。区域D91和区域D92之间可有明显的分界线，如直线或曲线。区域D91和区域D92也可相互渗透，使得区域的分界不可明显区分。图九所示的透光开口901和902为矩形开口，与矩形透光开口对应的光学片中的微结构的取向为矩形的长边方向。透光开口901和902的其中之一可为对称透光开口，如圆形；使用对称透光开口可制作无特定取向的微结构，如微透镜。

图10所示为第四种示例掩模板图案。图案包含区域D101，区域D102和区域D103。区域D101和区域D103含有平均沿Y方向的透光开口1001和1005。透光开口1001和透光开口1005分别由阻光部分1002和1006隔开。透光开口1001和1005的位置随机或接近随机排列，取向平均地沿Y方向，单个透光开口的取向与Y方向成一角度。角度范围介于 -45^o与45^o之间，优选地介于-30^o与30^o之间。单个透光开口与Y方向之间所成的角度在上述角度范围内随机或接近随机分布。区域D102含有平均取向沿X方向的透光开口1003，其位置在区域内随机或接近随机分布。透光开口之间由阻光区域1004隔开。透光开口1003的取向平均地沿X方向，单个透光开口的取向与X方向成一角度。角度范围介于 -45^o与45^o之间，优选地介于-30^o与30^o之间。单个透光开口与X方向之间所成的角度在上述角度范围内随机或接近随机分布。

值得一提的是，适合于制作本发明光学片的掩模板图案并不限于上述所列的图案，含有其他形状、取向和位置分布的透光开口的掩模板图案都可用于本发明的具体实施。掩模板图案区域中并不限于一种大小和形状的透光开口，同一图案区域中或可采用具有不同的大小、形状的透光开口。含有所述掩模板图案的掩模板通常包含一衬底基片。衬底基片可采用高平整度的玻璃，如石英玻璃、钠钙玻璃、或硼硅玻璃。对玻璃的缺陷密度、能量辐射，如紫外光，可见光或电子束的透过率，和温度膨胀系数都有一定的要求。通过溅射或蒸发的方式在玻璃表面淀积一金属铬层。金属铬具有阻挡紫外光、可见光或电子束等能量辐射通过的作用。在铬层上涂上光学光刻胶或电子束光刻胶，按设计图案，对光刻胶通过光学或电子束方式进行曝光，再经过蚀刻，得到具有透光和阻光部分的掩模板。含有所述掩模板图案的掩模板或可为柔性掩模板。柔性掩模板可包含一聚酯基层，具有较好的尺寸稳定性；乳剂层，如银盐乳剂层，提供透光和阻光的图案；粘结层，促进乳剂层和聚酯基层间的附着力；保护层，保护银盐乳剂层不被破坏。所述乳剂，意为任何可涂在聚酯基层上，并能构成透光和阻光图案的物质。

图11为采用掩模板制作本发明光学片的示例。光学片的制作从制备材料混合物开始。所述材料混合物包含一种或多种可光聚合组分加上一种或多种光引发剂。作为选择，如果使用不需要光引发剂的可光聚合材料，则可省去光引发剂。所述混合物还可包含一种或多种不可光聚合材料组分，如固体颗粒、液体等。接着，将基片1101，例如PET膜、PMMA膜、PVA膜或其他合适的膜片放置于所述掩模板1103上。在基片1101和掩模板1103之间可施加折射率匹配液体，如异丙醇。接下来，通过括刀涂布、缝模涂布或其他合适的涂布方法将材料混合物涂布在基片1101上，形成涂层1102。涂层1102的厚度可在5微米与500微米之间，优选地在25微米和250微米之间。接下来，使准直或接近准直的能量辐射，如紫外光、可见光、电子束等，通过掩模板的透光开口，选择性地使涂层1102中材料混合物聚合，并形成与之相应的固体结构。所述的材料混合物中，还可包含附加材料，例如抗静电剂、抗括伤剂、流平剂、消泡剂、染料或颜料等。接下来，使用溶剂，如甲醇、丙酮、水、异丙醇或其他合适的一种或多种溶剂或溶剂混合物，洗涤被选择地聚合的材料混合物涂层，从而除去涂层中未聚合的部分，形成与所述掩模板图案和所采用的材料混合物相对应的微结构。通过设计适当的掩模板图案和制备适当的材料混合物，可形成具有不同形状和表面特征的微结构，从而对入射光产生不同的折射、散射等光学效果。

Claims

1.具有不同取向微结构区域的光学片，包含基片和位于基片上的多个微结构区域，各微结构区域内的微结构具有设定的取向，相邻微结构区域间的微结构具有不同的取向，所述微结构区域包含邻近分立发光体的微结构区域和远离分立发光体的微结构区域，其特征在于：所述邻近分立发光体的微结构区域中所含的微结构，具有适当的取向、形状、大小和排列，而远离分立发光体的微结构区域中的微结构的取向、形状、大小和排列的选择，则使使用分立发光体的液晶显示器背光源、LED 照明光源或其他光源模组达到确定的角度分布、均匀度光学效果；邻近分立发光体的微结构区域中微结构平均取向沿Y方向，远离分立发光体的微结构区域中的微结构平均取向沿X方向，至少一个微结构区域中的单个微结构与区域的微结构平均取向成一角度并按一定的规律分布，或在设定的范围内随机分布；至少一组相邻微结构区域具有不同的平均取向，相邻微结构区域中微结构的平均取向所构成的角度等于或接近90^o。

2.一种制作权利要求1所述的光学片的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、设计含有多个由透光开口和阻光部分组成的掩模板区域的掩模板图案，各掩模板区域中的透光开口具有设定的取向，相邻掩模板区域间的透光开口具有不同的取向；掩模板中含有至少一个由平均取向沿X方向的透光开口构成的区域和至少一个平均取向沿Y方向的透光开口构成的区域；相邻掩模板区域中透光开口的取向或平均取向所构成的角度等于或接近90^o；

至少一个掩模板区域中含有各处透光率相同的透光开口，或沿一个或多个方向透光率递增或递减的透光开口，或从中心沿一个或多个方向透光率递增或递减的透光开口，或与X或Y方向所成角度在 -45^o 与45^o范围内随机或接近随机分布的透光开口；

2）、在基片上提供可光聚合材料混合物的涂层；所述的可光聚合材料混合物包含一种或多种可光聚合组分加上一种或多种光引发剂；

3）、用能量辐射通过掩模板上平均取向沿X方向的透光开口和平均取向沿Y方向的透光开口照射基片上可光聚合材料混合物涂层，选择性地使涂层中材料混合物聚合，形成与之相应的固体结构；

4）、使用溶剂洗涤被选择性地聚合的材料混合物涂层，从而除去涂层中未聚合的部分，形成与所述掩模板图案和所采用的材料混合物相对应的微结构区域，其中至少一个平均取向沿X方向的微结构区域，作为光学片中远离分立发光体的微结构区域，和至少一个平均取向沿Y方向的微结构区域，作为光学片中邻近分立发光体的微结构区域。