CN102466830B - 具有微结构的光扩散板与导光板 - Google Patents
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Abstract
一种具有微结构的光扩散板与导光板，包括一片基板及多个位于基板上的微结构，每一个微结构包括第一凸部以及远离基板的方向邻接于第一凸部的第二凸部，基板与第一凸部皆由热可塑性树脂材料所组成，该第一凸部具有突出于基板上且与第二凸部相连的凸部界面。该第二凸部由光敏树脂材料所组成，并具有与第一凸部的凸部界面相间隔的外表面。通过控制第二凸部的外表面至第一凸部的凸部界面间的最小垂直距离小于5微米以及第一凸部与第二凸部使用不同流动性的树脂原料，如此不但可达成高转写率，并降低了生产光扩散板与导光板的成本。
Description
技术领域
本发明涉及光扩散板与导光板，特别是涉及表面具有微结构且板本身厚度远大于其上的微结构厚度的结构型光扩散板与导光板及能达成高转写率的光扩散板与导光板。
背景技术
参阅图1，显示一种以往背光模组的光学板结构，其是利用一种共压出制程堆叠出双层的微结构光学板，主要包含一片基板7、多个形成于该基板7上的微结构8。每一个微结构8包含一个第一凸部81以及一个位于第一凸部81上方的第二凸部91。所述第一凸部81及第二凸部91分别由一种第一热可塑性树脂及一种第二热可塑性树脂组成，以形成具有光扩散效果及/或导光效果的光学结构，例如：锯齿状的棱镜结构，或是柱状透镜结构；或者也可以是具有均光效果的扩散层结构。然而，由于基板7相对于第二凸部91而言仍具有相当的厚度，且共压出时该第二热可塑性树脂处于高粘度状态，使得不论使用压模或滚轮模的成型方式，上述光学板的结构特征均无法获得较佳的微结构转写率，也就是说第二热可塑性树脂不易充分挤入至模穴深处，以精确地形成第二凸部，因此第二凸部的顶部往往成型不完整，无法达成原先光学板所欲具有的光学性质。以光扩散板为例，如果无法形成预定的微结构形状，将会降低其光扩散雾化的效果；另外，若是用于导光的光学板，则会减弱其辉度效果。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种由不同的树脂材料所形成具有特殊微结构的光扩散板，可提高微结构的转写率，获得较接近预定型态的微结构与需求的光学性质，并且可降低光学板的生产成本。
本发明具有微结构的光扩散板包含一片基板、多个设置于基板上的微结构以及光扩散剂，每一个微结构包括一体连接于该基板的第一凸部以及远离该基板的方向邻接于第一凸部的第二凸部，该基板与第一凸部皆由第一树脂材料所形成，而该第一树脂材料包括热可塑性树脂，该第一凸部具有突出于基板上且由其与第二凸部连接面所构成的凸部界面以及位于该凸部界面上的第一顶点。该第二凸部由第二树脂材料所形成，该第二树脂材料包括光敏树脂，该第二凸部具有与第一凸部的凸部界面相间隔的外表面以及位于该外表面上的第二顶点，该光扩散剂添加于该第一树脂材料与第二树脂材料中的至少其中之一。
本发明定义该第二凸部的第二顶点至第一凸部的两侧最低点间连线的垂直距离为D1，而该第一凸部的第一顶点至该第一凸部的两侧最低点间连线的垂直距离为D2，D2/D1介于0.1～0.9，该第二凸部的外表面至第一凸部的凸部界面间的最小垂直距离小于5微米。
本发明的另一个目的在于提供一种具有微结构的导光板，其与上述光扩散板的构造大致相同，所不同处在于：该第二凸部的第二顶点至第一凸部的两侧最低点间连线的垂直距离为D1’，而该第一凸部的第一顶点至该第一凸部的两侧最低点间连线的垂直距离为D2’，D2’/D1’介于0.1～0.7。
本发明的微结构间的距离并不限制，所述微结构可互相连接，也可以不互相连接，但以相连接为较佳。微结构的大小依需求而定，微结构高度介于50～1000微米(μm)，而微结构的最高点间的距离(称为Pitch)介于50～700微米。
本发明该基板与第一凸部皆由热可塑性树脂材料所组成，该第一凸部可由基板受挤压后同体向上凸起而形成，挤压的方式并不限定，可使用压模(Stamper)，或滚轮模等转写方式进行。该第二凸部连接于第一凸部上方，而所述微结构的空间除了前述向上凸起的第一凸部外，其余的空间由第二凸部所填满，而成型微结构的模具可分别将每一个第二凸部独立封闭，使形成第二凸部的高流动性的光敏树脂材料充分填挤入模具的模穴深处，因此，可使成型出的微结构较接近预定型态，以达到高转写率的目的以及获得需求的光学性质。
本发明所述第二凸部的外表面至第一凸部的凸部界面间的最小垂直距离小于5μm，较佳地小于3μm，最佳地小于2μm，如此可达到高转写率的微结构。
本发明该基板与第一凸部较佳地由具有透明性质的热可塑性树脂材料所所组成，所述热可塑性树脂的具体例为：(甲基)丙烯酸酯树酯、聚苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯。而该第二凸部由光敏树脂材料所组成，所述光敏树脂必须兼具流动性佳及受特定光源照射后容易硬化的特性，也就是说，能够经光照射后而产生交联(Cross-linking)反应而硬化的树脂材料，具体例为：可以受到紫外光(UV光)照射而硬化的紫外光光敏树脂、可以受到红外光(IR)照射而硬化的红外光光敏树脂，或是可以受到卤素光照射而硬化的卤素光光敏树脂。所述光敏树脂材料较佳地使用紫外光光敏树脂，其组成并不限定，具体例包含：(a)丙烯酸系树脂(Acrylic resin)，其使用量为40重量％～50重量％；(b)自由基光引发剂(Free radical photo-initiator)，其使用量为5重量％～15重量％，自由基光起始剂的具体例为三甲基苯甲酰基氧化膦(Trimethyl Benzoyl Phosphine Oxide)(TPO)、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代丙烷-1-酮(2-Methyl-1-[4-(Methylthio)phenyl]-2-Morpholino Propan-1-one)(Ciba Irgacure907)、异噻吨酮(Isothioxanthone)(ITX)，或这些的组合；(c)反应性丙烯酸系交联树脂(Reactive acrylic cross-linking resin)，其使用量为40重量％～50重量％，反应性丙烯酸系交联树脂的具体例为双羟甲基丙烷四丙烯酸酯(Di-TrimethylolpropaneTetraacrylate)(SR-355)、二季戊四醇五丙烯酸酯(Dipentaerythritol Monohydroxy Pentaacrylate)(SR-399)、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯(Ethoxylated Bisphenol A Diacrylate)(SR-349)，或这些的组合。
所述热可塑性树脂材料及光敏树脂材料可同时或分别添加光扩散剂，光扩散剂可为无机微粒子或有机微粒子，无机微粒子例如：硫酸钡(BaSO4)、二氧化钛(TiO2)等微粒子；而有机微粒子例如：聚苯乙烯树脂、(甲基)丙烯酸树脂、有机硅氧烷树脂等微粒子。
本发明前述D2/D1的比值介于0.1～0.9。若该比值小于0.1，表示用于第二凸部的光敏树脂材料的使用量较多，用于第一凸部的热可塑性树脂使用量较少，因为光敏树脂的价格远大于热可塑性树脂的价格，因此无法达成本发明降低成本的目的。
本发明具有微结构的光学板中，若是以形成光扩散板为目的，其光学板的厚度较佳地介于0.2～5毫米，更佳地介于0.3～3毫米。另外，若是以形成导光板为目的，光学板的厚度较佳地介于0.2～10毫米，更佳地介于0.3～8毫米。光学板的厚度是指基板上微结构的最高点至该基板另一不具有微结构面间的垂直距离。
本发明的制作方法可以以压模方式进行，首先，准备一个具有多个转写微结构的压模模具，转写微结构间共同界定出一个模穴，以热可塑性树脂与视需求添加的光扩散剂为原料形成一片具有特定厚度的基板，接下来，在基板上涂上(Coating)一层光敏树脂材料以及对基板加热使其组成的热可塑性树脂软化，之后，将该压模模具压入表面涂上光敏树脂的基板，同时将多余的气体抽出，使得光敏树脂充分填入模穴内部的同时照光而让光敏树脂硬化成型，最后移走压模模具，即可得到本发明的具有微结构光扩散板或导光板。
本发明的微结构形状不限制，微结构型态可为三角柱状透镜(Prism lens)、弧形柱状透镜(Lenticular lens)、菲涅耳透镜(Fresnel lens)等形状。
本发明其微结构转写率的测定方式包含：取光学板具有微结构的一面宽约1厘米的长条形样品，置于光学显微镜下测量光学板的微结构高度与转写微结构的高度比值，所述转写率较佳在95％以上，更佳在97％以上，最佳在99％以上。
本发明的有益的效果在于：通过前述的第二凸部的外表面至第一凸部的凸部界面间的最小垂直距离小于5μm，并配合该第一凸部与第二凸部使用不同流动性的树脂原料，使得成型模具可将每一个第二凸部独立封闭，并让形成第二凸部的高流动光敏树脂原料充分填挤入模具的模穴深处，如此不但令成型出的微结构较接近预定型态，而达成高转写率及获得需求的光学性质外，还可达成降低生产光学板成本的效果。
附图说明
图1是立体示意图，显示一种以往的光学板；
图2是剖面示意图，显示本发明的第一较佳实施例是通过一个压模模具来成型微结构；
图3是类似图2的视图，显示将该压模模具压制成型微结构的样式；
图4是立体示意图，显示本发明的第一较佳实施例具备多个弧形柱状透镜的微结构；
图5是图4的局部放大图，显示该第一较佳实施例的微结构的细部样式；
图6是剖面示意图，显示本发明的第一较佳实施例；
图7是类似图6的视图，显示本发明的第二较佳实施例；及
图8是剖面示意图，显示本发明的第三较佳实施例具有三角柱状透镜的微结构。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
有关本发明前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的三个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。
在本发明被详细描述前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
<本发明具有微结构的光扩散板的制备方法>
参阅图2与图3，本发明的第一较佳实施例是利用一个成型装置5来制作具有微结构的光扩散板，该成型装置5包括一个压模模具51以及一个光照单元53。该压模模具51具有多个并邻排列的转写微结构512，而转写微结构512之间共同界定出一个模穴511。另外，由第一树脂聚苯乙烯及添加有机硅氧烷树脂微粒子光扩散剂形成厚度为1.3mm的基板1，接下来，在基板1上涂上一层紫外光光敏树脂原料6(含丙烯酸系树脂及自由基光起始剂)，而由于基板1为透明性树脂所形成，可允许位于其下方的光照单元53所发出的光线照射通过基板1而使光敏树脂原料6开始硬化，在基板1上加热使得基板1软化，并将具有多个转写微结构512的压模模具51压入表面涂上紫外光光敏树脂原料6的基板1中，并将多余的气体抽出，使得开始进行硬化反应的紫外光光敏树脂原料6充满整个模穴511内，待硬化反应完成后，移走压模模具51，即可得到厚度为1.5mm本发明的光扩散板。
<本发明具有微结构的光扩散板的结构>
以下描述由前述制备方法所得的光扩散板的结构，参阅图4，光扩散板包含该基板1以及多个位于该基板1且彼此并邻的微结构2。每一个微结构2包括连接于基板1的第一凸部21以及远离该基板1的方向连接于第一凸部21上的第二凸部31。该第一凸部21具有邻接于第二凸部31的凸部界面211以及位于该凸部界面211上的第一顶点212。该第二凸部31具有与第一凸部21的凸部界面211相间隔的外表面311以及位于外表面311上的第二顶点312。该基板1与第一凸部21由相同的聚苯乙烯树脂所形成，第一凸部21可由基板1受挤压往其上方凸起而形成。而第二凸部31位于该第一凸部21上方并与第一凸部21相连接，上述微结构2的空间除了基板1受挤压往其上方凸起而形成第一凸部21外，剩余的空间由第二凸部31所占满，上述微结构为弧形柱状透镜(Lenticular lens)形状。
参阅图5，该第一凸部21的凸部界面211与第一凸部21两侧最低点间的连线L1相交，且与该连线L 1垂直的直线L2分别与凸部界面211及第二凸部31的外表面311相交于p1、q1两点，而p1q1线段即为前述第二凸部31的外表面311至第一凸部21的凸部界面211间的最大垂直距离，当p1q1线段往第一凸部21的两侧移动时，垂直距离逐渐变小，也就是说p1q1线段＞p2q2线段＞p3q3线段或p1q1线段＞p4q4线段＞p5q5线段，其中最小垂直距离H(H＝p3q3线段＝p5q5线段)小于5μm时有助于使第二树脂原料填满模穴511。在本实施例中，该第二凸部31的外表面311至第一凸部21的凸部界面211间的最小垂直距离H小于1μm。
参阅图6，定义该第二凸部31的外表面311上的第二顶点312与该第一凸部21两侧最低点间连线L1的垂直距离为D1、该第一凸部21的凸部界面211上的第一顶点212与其两侧最低点间连线L1的垂直距离为D2，而D2/D1的比值为0.32，测得其转写率为99.5％。
<本发明具有微结构的导光板的制备方法>
本发明的第二较佳实施例的制备方法与前述的第一较佳实施例制备方法大致相同，不同处在于：形成该第二较佳实施例的基板1的第一树脂材料为甲基丙烯酸酯树酯，而经转写后所得具有微结构的导光板的厚度为2mm，测得其转写率为99.5％。
<本发明具有微结构的导光板的结构>
参阅图7，由前述导光板的制备方法制得转写后的导光板结构为弧形柱状透镜(Lenticular lens)形状，而D2’/D1’的比值为0.21，另外，相邻两个第二凸部31可以是独立成型于其下方对应的第一凸部21上，也就是说，相邻两个第二凸部31的外表面311互相不连接。
参阅图8，本发明的第三较佳实施例的结构与前述第一与第二较佳实施例大致相同，不同处在于：微结构6为三角柱状透镜形状。
综上所述，本发明通过控制第二凸部31的外表面311至第一凸部21的凸部界面211之间的最小垂直距离H小于5μm，并配合第一凸部21与第二凸部31使用不同流动性的树脂原料，使得压模模具51可将每一个第二凸部31独立封闭，并让形成第二凸部31的高流动光敏树脂原料充分填挤入模穴511深处，如此不但令成型出的微结构2较接近预定型态，而获得欲求的光学性质外，还可达成降低生产光学板成本。
Claims (10)
1.一种具有微结构的光扩散板，包括：一片基板、多个位于该基板上的微结构以及光扩散剂；该基板由包括热可塑性树脂的第一树脂材料所形成；每一个所述微结构包括形成于该基板上的第一凸部以及远离该基板的方向连接于该第一凸部上的第二凸部，该第一凸部也是由该第一树脂材料所形成，并具有由该第一凸部与该第二凸部连接面所构成的凸部界面以及位于该凸部界面上的第一顶点，该第二凸部由包括光敏树脂的第二树脂材料所形成，并具有与该第一凸部的凸部界面相间隔的外表面以及位于外表面上的第二顶点，定义该第二凸部的第二顶点至该第一凸部的两侧最低点间连线的垂直距离为D1，而该第一凸部的第一顶点至该第一凸部的两侧最低点间连线的垂直距离为D2；该光扩散剂添加于该第一树脂材料与第二树脂材料中的至少其中之一；其特征在于，D2/D1介于0.1～0.9，该第二凸部的外表面至该第一凸部的凸部界面间的最小垂直距离小于5μm。
2.根据权利要求1所述的具有微结构的光扩散板，其特征在于，该光扩散板的厚度介于0.2～5毫米。
3.根据权利要求1所述的具有微结构的光扩散板，其特征在于，该光敏树脂材料为紫外光硬化树脂。
4.根据权利要求1所述的具有微结构的光扩散板，其特征在于，该热可塑性树脂材料选自：甲基丙烯酸酯树酯、丙烯酸酯树酯、聚苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物及聚对苯二甲酸乙二酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的具有微结构的光扩散板，其特征在于，所述第二凸部的形状选自：三角柱状透镜、弧形柱状透镜及菲涅耳透镜。
6.一种具有微结构的导光板，包括：一片基板、多个位于该基板上的微结构以及光扩散剂；该基板由包括热可塑性树脂的第一树脂材料所形成；每一个所述微结构包括形成于该基板上的第一凸部以及远离该基板的方向连接于该第一凸部上的第二凸部，该第一凸部也是由该第一树脂材料所形成，并具有由该第一凸部与该第二凸部连接面所构成的凸部界面以及位于该凸部界面上的第一顶点，该第二凸部由包括光敏树脂的第二树脂材料所形成，并具有与该第一凸部的凸部界面相间隔的外表面以及位于外表面上的第二顶点，定义该第二凸部的第二顶点至该第一凸部的两侧最低点间连线的垂直距离为D1’，而该第一凸部的第一顶点至该第一凸部的两侧最低点间连线的垂直距离为D2’；该光扩散剂添加于该第一树脂材料与第二树脂材料中的至少其中之一；其特征在于，D2’/D1’介于0.1～0.7，该第二凸部的外表面至第一凸部的凸部界面间的最小垂直距离小于5μm。
7.根据权利要求6所述的具有微结构的导光板，其特征在于，该导光板的厚度介于0.2～10毫米。
8.根据权利要求6所述的具有微结构的导光板，其特征在于，该光敏树脂材料为紫外光硬化树脂。
9.根据权利要求6所述的具有微结构的导光板，其特征在于，所述第二凸部的形状选自：三角柱状透镜、弧形柱状透镜及菲涅耳透镜。
10.根据权利要求6所述的具有微结构的导光板，其特征在于，该热可塑性树脂材料选自：甲基丙烯酸酯树酯、丙烯酸酯树酯、聚苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物及聚对苯二甲酸乙二酯中的一种。
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