CN102830449A

CN102830449A - 光学元件

Info

Publication number: CN102830449A
Application number: CN2012102319351A
Authority: CN
Inventors: 林博文; 陈士荣; 汪宗兴; 陈培欣
Original assignee: Eternal Chemical Co Ltd
Current assignee: Eternal Materials Co Ltd
Priority date: 2009-09-27
Filing date: 2009-09-27
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明涉及光学元件。本发明提供一种光学元件，其包含(a)基材；(b)位于基材一侧的第一表面，该第一表面包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构，且该等圆弧顶部的曲率半径为3微米至20微米；及(c)位于基材另一侧的第二表面，该第二表面可为一平面或具有凹凸结构。

Description

光学元件

本申请是申请日为2009年9月27日、申请号为200910177640.9的、发明名称为“光学元件”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种光学元件，具体涉及一种应用于直下式背光模块的光学元件。

背景技术

常规背光模块依照光源的位置可区分为「侧光式(Edge Lighting)」、「直下式(Direct Lighting)」与「嵌入式(Embedded Lighting)」背光模块。侧光式背光模块是将光源置于模块的侧端，其具有轻、薄、低耗电等特性，特别适合应用在手机、个人数字助理(PDA)、笔记型计算机中。然而，由于导光板厚度的限制，使得放置于侧边的光源数量受限，因此，侧光式背光模块一般仅用于18吋以下的中小尺寸产品中，而无法在较大尺寸的液晶显示器(LCD)中提供足够的光源。直下式及嵌入式背光模块是将复数个光源置于模块的底面上，使光线向上由正面射出。虽然其厚度较大，重量亦较重，但因为可以设置足够的光源，而具有高辉度、视角良好、光的利用效率高等优点，故一般是用在大尺寸产品中，例如LCD监视器与LCD电视等。

一般直下式背光模块的光线来源为冷阴极灯管(Cold CathodeFluorescent Lamp,CCFL)或发光二极管(Light Emitting Diode,LED)。冷阴极灯管具有高辉度、高效率与寿命长等特性，加上其圆柱外形极易与光反射元件组合成薄板状的照明器，故已成为直下式背光模块的主要出光元件。惟，直下式背光模块中的冷阴极灯管是以并排方式配置于液晶面板下方，若未适当将光线扩散及匀化，极易因光强度分布不均，导致显示屏幕上出现明显的灯管轮廓，降低显像的品质。再者，对考量高亮度需求的直下式背光源模块而言，尺寸愈大，所需灯管数愈多，则所出现的明暗条纹现象即愈严重，因此，成为LCD显示器领域的一大发展瓶颈。

目前对此问题的解决方式主要有二种：一为拉长光源与导光板或扩散片之间的距离，以降低此种明暗带现象。然而，一旦光源与其它元件距离拉远后，除辉度即随之衰减外，背光模块的整体厚度亦随之增加，这两种衍生的问题均违反对背光模块轻、薄、光利用率高的要求。另一种方式则是于光源与液晶面板间设置扩散元件与棱镜元件，分别藉其扩散与集光功能，将由灯管所发出的光线扩散匀化后，再缩小其发散角度使其集中于约±35度的正视角(On-axis)方向，以有效耦合入液晶面板中，并达到出光均匀化的效果。惟，此一设计常产生辉度太低或是无法完全消除明暗条纹的问题。

如图1所示，美国专利第6,280,063号揭示一种复合式光增益元件，其包括基材12、位于基材底部的扩散层14、及位于基材上相对于扩散层的微结构层16。该光增益元件藉由扩散层14与微结构层16进行扩散及集光步骤，发挥匀光的效果。由于其微结构层16的棱镜结构顶部均为圆弧状，可增加耐磨性，但因圆弧顶部的曲率半径过大(约棱镜宽度的20至45%)，聚光效果较差。此外，扩散层14中的光散射颗粒18，于扩散层组装使用时，易刮伤相邻的元件，影响光学性质。

如图2所示，美国专利申请公开第2008/0225207号揭示一种光学膜片，其包含复数个半圆柱状且掺杂有扩散粒子的聚光结构，藉以避免聚光结构与相邻元件摩擦所生的损伤并提升匀光效果。惟，半圆柱结构聚光效果不佳，且因含扩散粒子会减少光的利用，所得辉度太低。

鉴于此，如何开发一种可用于直下式背光模块中并可提供出光均匀化、高光源利用率与低成本等功效的光学元件，已成为相关研发领域所需迫切解决的课题。

发明内容

本发明的主要目的乃提供一种可用于直下式背光模块中并可提供出光均匀化、高光源利用率与低成本等功效的光学元件。

为了实现上述目的，本发明人进行了广泛深入的研究，结果发现下述的光学元件可以实现本发明的目的。

即，本申请发明提供如下各项发明：

1.一种光学元件，其包含

(a)基材；

(b)位于基材一侧的第一表面，该第一表面包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构，且该等圆弧顶部的曲率半径为3微米至20微米；及

(c)位于基材另一侧的第二表面，该第二表面可为一平面或具有凹凸结构。

2.如第1项的光学元件，其中至少两个以上的棱柱结构彼此互不平行。

3.如第2项的光学元件，其中该等互不平行的棱柱结构是呈已相交或未相交的形式。

4.如第1项的光学元件，其中该第二表面具有凹凸结构。

5.如第4项的光学元件，其中该第二表面具有不含扩散粒子的凹凸结构。

6.如第4项的光学元件，其中该第二表面具有内含扩散粒子的凹凸结构。

7.一种光学元件，其包含：

(a)基材；

(b)位于该基材一侧的第一表面，该第一表面包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构，且该等圆弧顶部的曲率半径为3微米至20微米；及

(c)位于基材另一侧的第二表面，该第二表面具有凹凸结构，

其中该等棱柱结构具有小于40℃的玻璃化转变温度。

8.如第7项的光学元件，其中该光学元件在基材的第一表面不存在任何结构的情况下，根据JIS K7136标准方法测量，雾度不小于3%。

9.如第7项的光学元件，其中该等棱柱结构以JIS K-5400方法测试，可通过HB的铅笔硬度测试。

10.一种光学元件，其包含：

(a)基材；

(c)位于基材另一侧的第二表面，该第二表面可为一平面或具有凹凸结构，

其中该等棱柱结构以ASTM D4060方法测试(CS-10轮，1,000g，1,000回转)，损耗低于100mg。

11.如第10项的光学元件，其中该等棱柱结构以JIS K-5400方法测试，可通过HB的铅笔硬度测试。

12.一种直下式背光模块，其包含如第1至11项中任一项的光学元件。

本发明的光学元件具有匀光及聚光的效果，并可避自身被刮伤或刮伤相邻其它元件。

附图说明

图1为常规复合式光增益元件的示意图。

图2为另一常规复合式光增益元件的示意图。

图3为本发明的光学元件的示意图。

图4至7为本发明光学元件的具体实施方式的示意图。

图8为背光模块与本发明实施例的光学元件的组装示意图。

图9为未放置光学元件的背光模块的中央区域的纵向中心轴的辉度值标准化图。

图10为放置实施例1的光学元件的背光模块的中央区域的纵向中心轴的辉度值标准化图。

主要元件符号说明

12 基材

14 扩散层

16 微结构层

18 光散射颗粒

30 光学元件

31 基材

301 第一表面

302 第二表面

32 棱柱结构

33 微结构层

34 凹凸结构

d 宽度

R 曲率半径

α 谷部角度

40,50,60,70 基材

41,51,61,71 第一表面

42,52,62,72 第二表面

411,511,611,711 具圆弧顶部的棱柱结构

421 不含扩散粒子的凹凸结构

511',611',711' 彼此互不平行的棱柱结构

621 不含扩散粒子的凹凸结构

721 凹凸结构

722 扩散粒子

80 灯箱

81 反射片

82 灯管

83 扩散板

84 光学元件

85 钢板

具体实施方式

在本文中所使用的用语仅为描述实施方式，并非用以限制本发明保护范围。举例言之，说明书中所使用的用语「一」，除非文中另有明确的解释，否则用语「一」是涵盖单数及多数形式。

在本文中，「棱柱」是由两个倾斜表面所构成，该倾斜表面为平面或曲面，且该二倾斜表面于棱镜顶部相交形成峰，且可各自与相邻柱状结构的另一倾斜表面于底部相交形成谷。

在本文中，「棱柱结构宽度」是定义为棱柱结构两谷线间的最大距离。

在本文中，「线性棱柱结构」是定义为棱柱结构的棱线(ridge)呈直线延伸的柱状结构。

在本文中，「曲线棱柱结构」是定义为棱柱结构的棱线呈弯曲变化延伸的棱柱结构，该弯曲延伸棱线是形成适当的表面曲率变化，该弯曲延伸棱线的表面曲率变化是以该曲线棱柱结构高度为基准的0.2%至100%，优选是以该曲线棱柱结构高度为基准的1%至20%。

在本文中，「铅笔硬度」是指以Mitsubishi铅笔，根据JIS K-5400标准方法测量待测样品表面，所测得的硬度。

本发明所用的基材的材料可为任何本发明所属技术领域的普通技术人员所熟知者，例如玻璃或塑料。上述塑料基材可由一或多个高分子树脂层所构成。用以构成上述高分子树脂层的树脂的种类并无特殊限制，其例如选自以下群组：聚酯树脂(polyester resin)，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚丙烯酸酯树脂(polyacrylate resin)，如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)、聚烯烃树脂(polyolefin resin)，如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)、聚环烯烃树脂(polycycloolefin resin)、聚酰亚胺树脂(polyimide resin)、聚碳酸酯树脂(polycarbonate resin)、聚氨酯树脂(polyurethane resin)、三醋酸纤维素(triacetyl cellulose,TAC)、聚乳酸(polylactic acid)及其组合，但不以此为限。其中，优选是选自聚酯树脂、聚碳酸酯树脂及其组合；更好是聚对苯二甲酸乙二醇酯。基材的形状通常为膜状或片状。基材的厚度通常取决于所欲制得的光学产品的需求，一般为15微米至300微米。

本发明的基材的第一表面具有一微结构层，该微结构层包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构。藉由含有圆弧顶部(产生扩散)的棱柱结构(产生集光)，达到兼具匀光和集光的效果。就顶角角度相同的棱柱结构而言，棱柱宽度愈大，其聚光效果愈佳。但棱柱宽度过大时，反而会产生可见的明暗条纹，影响显像品质，一般业界常用的棱柱宽度为约30微米至约100微米。另一方面，圆弧顶部的曲率半径小于2微米，虽然聚光效果好，然而，此时顶部容易因碰撞或接触而产生损伤；若圆弧顶部曲率半径较大，抗刮性较佳，且具有光扩散特性，可提供匀光效果，但若曲率半径过大，则聚光效果较差，辉度增益值下降。本申请发明人历经多次实验，发现当圆弧顶部的曲率半径为3微米至20微米，优选为5微米至15微米，更好为7微米至12微米时，可同时提供良好的聚光与匀光效果，符合目前业界的需求。此外，圆弧顶部的曲率半径优选为该棱柱结构宽度的5-20%，更好为10-20%。

上述的棱柱结构可为线性(linear)棱柱结构、曲线(serpentine)棱柱结构或折线(zigzag)棱柱结构，优选为线性棱柱结构。本发明的柱状结构的峰高度可不沿延伸方向变化或沿延伸方向变化。上述柱状结构的峰高度沿延伸方向变化是指该柱状结构中至少有部分位置的高度是随机或规则性沿结构主轴位置变化，其变化幅度至少为标称高度(或平均高度)的百分之三，优选其变化幅度为该标称高度的百分之五至百分之五十之间。

图3为本发明的光学元件的一实施方式的示意图。如图3所示，光学元件30包含基材31，该基材包含第一表面301及第二表面302，其中第一表面301包含由复数个具圆弧顶部的棱柱结构32所构成的微结构层33，上述该等棱柱结构等高且等宽，且两两互相平行，第二表面302具凹凸结构34。棱柱结构32具有宽度d，且是由两个倾斜表面所构成，该二倾斜表面于棱镜顶部弯曲形成曲率半径为R的圆弧顶部。此外，该二倾斜表面各自与相邻棱柱结构的另一倾斜表面于底部相交形成谷，谷部角度为α。

根据本发明，该等棱柱结构的谷部角度(α)可相同或不相同，优选为约70°至约110°，更好为约85°至约95°；各圆弧顶部的曲率半径可相同或不相同，其可为约3微米至约20微米，优选为约5微米至约15微米，更好为7微米至12微米；各棱柱结构宽度可相同或不相同，优选为约30微米至约100微米，更好为约40微米至约70微米。

为减少光学干涉现象，本发明的微结构层可包含至少两个以上的彼此不平行的棱柱结构。根据本发明，该微结构层包含至少一组已相交的不平行的二棱柱结构及/或至少一组未相交的不平行的二棱柱结构。

本发明的微结构层，可使用本发明所属技术领域的普通技术人员所熟知的任何方式制备，例如：可与基材一起以一体成形方式制备，例如以压印(embossing)、射出(injection)等方式制得；或将已制备好的微结构层压于基材上；或以卷对卷式(roll to roll)连续生产技术于基材上侧涂布第一涂料，并将其固化以形成所欲的微结构。本发明的微结构层的厚度并无特殊限制，通常是介于约1微米至约50微米的厚度，优选为5微米至35微米，最佳为15微米至25微米。

本发明的微结构层优选具有<40°C的玻璃化转变温度(Tg)，更好具有<35°C的玻璃化转变温度，此时该微结构层具有回弹性，亦即，在受压解除后可恢复到原来的形状，以JIS K-5400方法测试，可通过HB的铅笔硬度测试，故具有抗刮特性。另外，上述具回弹性的微结构层亦具有耐磨特性，以ASTM D4060方法进行磨擦测试(CS-10轮，1,000g，1,000回转)，损耗低于100mg，优选者损耗低于50mg，更好者损耗低于25mg，所以可避免光学元件被刮伤或刮伤相邻光学元件，而造成亮度下降或影响显像性质，且因为光学元件具回弹性的微结构层，故可免使用保护膜，降低制造成本。上述玻璃化转变温度可藉由任何本发明所属技术领域的普通技术人员所熟知的方法来测量，诸如：差示扫描量热法(DSC)、调制DSC或动态机械分析(DMA)。

本发明的基材的第二表面是位于基材相对于该微结构层的另一侧，其可为基材原膜的一表面，或可藉由任何常规方式于该表面上进行加工。上述加工方法例如但不限于：在该基材涂布第二涂料，经固化形成一平面涂层，使该第二表面呈平面结构；或以涂布方式先涂布第二涂料，再以表面具凹凸结构的滚轮，以压花方式于第二涂料上固化形成一具有凹凸微结构的涂层，使该第二表面呈凹凸结构，藉此提供光扩散效果。上述涂层的厚度并无特殊限制，通常是介于约0.5微米至约30微米之间，优选介于约1微米至约10微米之间。

根据本发明的一优选实施方式，是藉由在基材涂布第二涂料后，利用喷砂滚轮以压花方式，压印出凹凸结构，再经固化成形，使该第二表面具有不含扩散粒子的凹凸结构。

为提升光学元件雾化效果，使光线通过光学元件后可更加匀化，可视需要使上述第二涂料包含珠粒(beads)，以增加光扩散作用，其例如但不限于：玻璃珠粒；金属氧化物珠粒，例如但不限于二氧化钛(TiO₂)、二氧化硅(SiO₂)、氧化锌(ZnO)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)或其混合物；或塑料珠粒，例如但不限于丙烯酸酯树脂（acrylate resin）、苯乙烯树脂（styrene resin）、聚氨酯树脂（urethane resin）、硅酮树脂（silicone resin）或其混合物，优选为丙烯酸酯树脂或硅酮树脂；或其组合。上述珠粒的形状并无特殊限制，例如可为球形、菱形、椭圆形、米粒形、双凸透镜形(biconvex lenses)等，其平均粒径，是介于约1微米至约10微米之间。涂层的雾度（haze）可藉由珠粒含量控制，根据本发明，珠粒相对于第二涂料固形份的量为每100重量份第二涂料固形份约0.1重量份至约10重量份的珠粒。

根据本发明的另一优选实施方式，是藉由在基材涂布含珠粒的第二涂料，将其固化成形，使该第二表面形成内含扩散粒子的凹凸结构。

一般来说，若光学元件雾度过高，会影响光学元件整体的辉度增益值。但雾度过低，光扩散程度又不足，因此，在基材的第一表面不存在任何结构的情况下，根据JIS K7136标准方法测量，测得雾度优选为不小于3%，更好为10%至70%。

图4至7为本发明光学元件的具体实施方式的示意图。

如图4(a)所示，本发明光学元件包含一基材40，基材40的第一表面41包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构411，该等棱柱结构为线性柱状结构且互相平行，该光学元件的第二表面42是为一平面。

如图4(b)所示，本发明光学元件包含一基材40，基材40的第一表面41包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构411，该等棱柱结构为线性柱状结构且互相平行，该光学元件的第二表面42具有不含扩散粒子的凹凸结构421。

如图5(a)和5(b)所示，本发明光学元件包含一基材50，基材50的第一表面51包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构511，其中至少两个以上的棱柱结构彼此互不平行511'，该光学元件的第二表面52是为一平面。

如图6(a)和6(b)所示，本发明光学元件包含一基材60，基材60的第一表面61包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构611，其中至少两个以上的棱柱结构彼此互不平行611'，该光学元件的第二表面62具有不含扩散粒子的凹凸结构621。

如图7(a)和7(b)所示，本发明光学元件包含一基材70，基材70的第一表面71包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构711，其中至少两个以上的棱柱结构彼此互不平行711'，该光学元件的第二表面72具有内含扩散粒子722的凹凸结构721。

本发明的第一涂料和第二涂料可相同或不相同，各自包含至少一种选自由紫外线固化树脂、热固性树脂、热塑性树脂及其混合物所构成群组的树脂，优选为紫外线固化树脂。

适用于本发明的紫外线固化树脂为含有1个或多个官能团的丙烯酸酯，优选为具多官能团的丙烯酸酯。可用于本发明的丙烯酸酯例如但不限于:(甲基)丙烯酸酯((meth)acrylate)，如2-羟基-3-苯氧丙基丙烯酸酯；氨基甲酸酯丙烯酸酯(urethane acrylate)，如脂肪族氨基甲酸酯丙烯酸酯(aliphatic urethane acrylate)、脂肪族氨基甲酸酯六丙烯酸酯(aliphatic urethane hexaacrylate)或芳香族氨基甲酸酯六丙烯酸酯(aromatic urethane hexaacrylate)；聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate)，如聚酯二丙烯酸酯(polyester diacrylate)；环氧丙烯酸酯(epoxy acrylate)，如双酚A环氧二丙烯酸酯(bisphenol-A epoxy diacrylate)，酚醛环氧丙烯酸酯(novolac epoxy acrylate)；或其混合物。优选为氨基甲酸酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯或彼等的组合。

适用于本发明的市售丙烯酸酯包括：由Sartomer公司生产，商品名为

或者；由Eternal公司生产，商品名为

者；及由UCB公司生产，商品名为EbecrylEbecryl

Ebecryl

或Ebecryl者等。

适用于本发明的热固性树脂，其重量平均分子量一般介于约10⁴至约2×10⁶之间，优选介于约2×10⁴至约3×10⁵之间，更好介于约4×10⁴至约10⁵之间。本发明的热固性树脂可选自含有羧基(-COOH)及/或羟基(-OH)的聚酯树脂、环氧树脂、聚(甲基)丙烯酸酯树脂、聚酰胺树脂、含氟树脂、聚酰亚胺树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂(alkyd resin)及其混合物所组成的群组，优选为含有羧基及/或羟基的聚(甲基)丙烯酸酯树脂。

适用于本发明的热塑性树脂可选自聚酯树脂；聚甲基丙烯酸酯树脂，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；及彼等的混合物所组成的群组。

本发明的第一涂料及/或第二涂料可视需要包含任何本发明所属技术领域的普通技术人员已知的添加剂，其例如但不限于：稀释剂(diluent)、光引发剂（photoinitiator）、滑剂(slip agent)、溶剂（solvent）、抗静电剂（antistatic agent）、整平剂（levelling agent）、稳定剂（stabilizingagent）、荧光增白剂（fluorescent brightener）或紫外线吸收剂（ultravioletabsorber）。

为避免涂料的分子量过高，粘度太大，以致于操作性变差，易于涂布时有流平性不良等缺点，可视需要添加稀释剂，以调整涂料的黏度。适用于本发明的稀释剂可为单官能团或是多官能团的丙烯酸酯类单体，其例如但不限于选自以下群组：(甲基)丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯(2-phenoxyl ethyl acrylate)、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acrylate；EOEOEA)、异丙苯基苯氧基乙基丙烯酸酯(cumyl phenoxyl ethyl acrylate)、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯(tripropylene glycol di(meth)acrylate)、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯(1,4-butanediol di(meth)acrylate)、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯(1,6-hexanediol di(meth)acrylate)、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯(polyethyleneglycol di(meth)acrylate)、二(甲基)丙烯酸异氰脲酸酯(isocyanurate di(meth)acrylate)、乙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(ethoxylated trimethylol propane tri(meth)acrylate)、丙氧基化甘油三(甲基)丙烯酸酯(propoxylated glycerol tri(meth)acrylate)、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯(ethoxylated bisphenol-A dimethacrylate)、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(trimethylol propane tri(meth)acrylate)、三(丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯(tris(acryloxyethyl)isocyanurate)、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯(propoxylated neopentyl glycol diacrylate)、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ethoxylated trimethylolpropane triacrylate)、丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(propoxylated trimethyloipropane triacrylate)、季戊四醇三丙烯酸酯(pentaerythritol triacrylate)、二季戊四醇六丙烯酸酯(dipentaerythritol hexaacrylate；DPHA)及彼等的组合。优选是选自2-苯氧基乙基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯及彼等的组合。

适用于本发明的市售稀释剂的实例包括:由Eternal公司生产，商品名为

及

者；及由新中村公司所生产，商品名为A-LEN10或A-BPEFA者等。

根据本发明，可视需要于第一涂料或第二涂料中添加具有烷氧基的稀释剂。具有烷氧基的稀释剂可调整涂料固化后的弹性系数(elasticmodulus)使所得的结构具有较佳的柔韧性和回弹性，因此可增加光学元件的抗刮性。

适用于本发明的光引发剂并无特殊限制，是经光照射后会产生自由基，而透过自由基的传递引发聚合反应者。其例如可选自二苯甲酮(benzophenone)、二苯乙醇酮(benzoin)、二苯乙二酮(benzil)、2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙-1-酮(2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one)、1-羟基环己基苯基酮(1-hydroxy cyclohexyl phenyl ketone)、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基膦氧化物(2,4,6-trimethylbenzoyl diphenyl phosphine oxide；TPO)及其组合所构成群组，优选是二苯甲酮。

为增加固化后的润滑性，本发明的第一涂料及/或第二涂料可视需要包含滑剂。适用于本发明的滑剂是由酰胺树脂、丙烯酸酯树脂、环烷酸酯类(naphthenates)、硅酮树脂及脂肪醇树脂组成的族群中选出，优选为环烷酯类或硅酮树脂。市售此类滑剂例子包含：Tego公司所生产，商品名为Rad 2300者。

为避免因结构塌陷现象影响光学性质，本发明的第一涂料及/或第二涂料可视需要加无机填料。此外，无机填料亦具有提升液晶显示器面板的辉度(brightness)的功效。适用于本发明的无机填料是为本发明所属技术领域的普通技术人员所熟知者，其例如但不限于氧化锌、二氧化硅、钛酸锶、氧化锆、氧化铝、碳酸钙、二氧化钛、硫酸钙、硫酸钡或其混合物，优选为氧化锌、二氧化硅、氧化锆、二氧化钛或其混合物。上述无机填料具有约10纳米至约350纳米的粒径大小，优选为介于约50纳米至约150纳米之间。

当使用热固性树脂或热塑性树脂时，可视需要添加溶剂。可用于本发明的溶剂，是熟悉此项技术的人士所熟知者，其例如可为苯类、酯类或酮类或其混合物。苯类溶剂的非限制性实例包括，苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、三甲基苯或苯乙烯或其混合物。酯类溶剂的非限制性实例如包括，乙酸乙酯、乙酸丁酯、碳酸二乙酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙氧基乙酯、乙酸乙氧基丙酯或单甲基醚丙二醇酯或其混合物。酮类溶剂的非限制性实例包括丙酮、甲基乙基酮或甲基异丁基酮或其混合物。

根据本发明的一优选实施方式，本发明的第一涂料及/或第二涂料包含紫外线固化树脂、具有烷氧基的稀释剂和光引发剂。

本发明的光学元件具有至少1.5的高折射率，优选约为1.52至1.65之间，故可提供良好的光学增益值；且因涂层中不含卤素，不会污染环境，此外，本发明所制得的光学元件的第一及/或第二表面上结构具有回弹性，可避免在运送或操作过程中被刮伤，故不用贴覆保护膜即可达到保护的作用，省却粘、撕保护膜的制程。本发明的光学元件可使用于灯源装置中，例如广告灯箱、平面显示器或LED照明设备等，尤其是可使用于直下式的背光模块中，作为匀光光学元件或抗刮光学元件。本发明的光学元件具有匀光且聚光的效果，且因具有良好的回弹性，所以可避自身被刮伤或刮伤相邻其它元件。

以下实施例将针对本发明光学元件以及其制备方法提供进一步的说明。

实施例

<抗lamp Mura测试>

光学测量实施例

直下式背光模块为数根灯管位于背光模块正下方以提供可供显示器用的光源。直下式背光模块所提供的光源为线光源，若搭配使用的光学元件匀光效果不足，将因灯管排列方式产生明暗条纹，此情形称为「Lamp Mura 」，严重影响显影品质。

传统技术领域中对Lamp Mura并无量化的表式方式，仅靠肉眼判断来作分辨，无法具体评估Lamp Mura。本发明提供一种将背光模块光线均匀度量化的方法，藉由特殊的计算可获得辉度均匀值，并藉由辉度均匀值的大小评估Lamp Mura的消除程度。

本发明的方法如下:

1.将背光模块平均分成左侧、中央与右侧三区。

2.取各区的纵向中心轴，测量轴上多个测试点的辉度值。

3.分别将各区纵向中心轴所得辉度值，以下述方式进行标准化：

L：某一纵向中心轴上各测试点的辉度值；

L_min：某一纵向中心轴上各测试点的辉度值中最小者；

L_d=L-L_min；

L_dmax：L_d中最大者；

L_nor=L_d/L_dmax。

4.将中央区域的纵向中心轴上各点经标准化的辉度值(L_nor)对该点的位置作图，可得例如图9或10的辉度示意图(图9及10将于下文中详细说明)，标准化的辉度值随各点的位置呈波状分布。

5.排除该中心轴两端点差异性较大的数据后，取各个波中L_nor最小值为其波谷值，最大值为其波峰值，获得各个波的L_nor最小值与L_nor最大值的比值。

6.将步骤5所得的所有波的L_nor最小值与L_nor最大值的比值相加后取平均值，可得一辉度均匀值(S_C)，用以代表该中央区域的辉度均匀值。

7.重复步骤4至6，获得左侧及与右侧的辉度均匀值后(S_L及S_R)，将左侧、中央及右侧三区的辉度均匀值相加后取平均值(S=(S_C+S_L+S_R)/3)，即可获得背光模块整体的辉度均匀值(S)。

当辉度均匀值(S)越接近1，表示辉度波谷值与波峰值差异越小，Lamp Mura现象越不明显。反之当辉度均匀值(S)越小时，表示辉度波谷值与波峰值的差异越大，则Lamp Mura现象明显。

实施例1

将市售涂料A(型号

长兴化学公司贩售)涂布于一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材上(型号TORAY公司所生产)形成涂层，并利用滚轮压花方式于该涂层上形成复数个具圆弧顶部的棱柱结构，再以UV能量(350mJ/cm²)射线照射，使之固化，制得一微结构层。所制得微结构层具有40微米的厚度，该等棱柱结构具有50微米的宽度且其顶部的曲率半径(R)为10微米。

将涂料A涂布于基材上相对于该微结构层的另一侧(第二光学面)以形成涂层，并利用滚轮压花方式于涂层上形成凹凸状花纹，同时以UV能量(350mJ/cm²)射线照射，使之固化。所制得的涂层具有凹凸结构且其厚度为10微米。

以下实施例制备方法同上，仅变更微结构层的结构。

实施例2

使用实施例1的方法制备一光学元件。该光学元件的微结构层包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构且具有40微米的厚度，且该等棱柱结构具有60微米的宽度且其顶部的曲率半径(R)为7微米；该光学元件的第二光学面具有凹凸结构。

实施例3

使用实施例1的方法制备一光学元件。该光学元件的微结构层包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构且具有40微米的厚度，且该等棱柱结构具有60微米的宽度且其顶部的曲率半径(R)为5微米；该光学元件的第二光学面具有凹凸结构。

实施例4

使用实施例1的方法制备一光学元件。该光学元件的微结构层包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构且具有40微米的厚度，且该等棱柱结构具有50微米的宽度且其顶部的曲率半径(R)为5微米；该光学元件的第二光学面具有凹凸结构。

实施例5

使用实施例1的方法制备一光学元件。该光学元件的微结构层包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构且具有40微米的厚度，且该等棱柱结构具有50微米的宽度且其顶部的曲率半径(R)为5微米。此外，该光学元件的第二光学面是不经涂布。

实施例6

使用实施例1的方法制备一光学元件。该光学元件的微结构层包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构且具有40微米的厚度，且该等棱柱结构具有50微米的宽度且其顶部的曲率半径(R)为3微米；该光学元件的第二光学面具有凹凸结构。

实施例7

使用实施例1的方法制备一光学元件。该光学元件的微结构层包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构且具有40微米的厚度，且该等棱柱结构具有50微米的宽度且其顶部的曲率半径(R)为2微米；该光学元件的第二光学面具有凹凸结构。

实施例8

使用实施例1的方法制备一光学元件。该光学元件的微结构层包含复数个具圆弧顶部的棱柱结构且具有40微米的厚度，且该等棱柱结构具有60微米的宽度且其顶部的曲率半径(R)为5微米；该光学元件的第二光学面具有凹凸结构，且在此结构中含有珠粒(Beads，积水化成公司所生产，型号SSX-102)。

实施例9

使用实施例1的方法制备一光学元件。该光学元件的微结构层包含复数个具尖顶角(即R为0微米)的棱柱结构且具有40微米的厚度，且该等棱柱结构具有50微米的宽度；该光学元件的第二光学面具有凹凸结构。

实施例10

市售光学元件：Micro Lens(PTR-863，SHINWHA公司)。

如图8所示，准备一42"背光模块使用的灯箱80，该灯箱厚度为24mm，此灯箱最下层为一支撑性钢板85，钢板上贴附反射片81，16支CCFL灯管82(图中仅绘出灯管位置，并未绘制所有灯管)平均配置且固定于反射片上方，灯管上层放置一具有支撑性的扩散板83，再将上述实施例的光学元件84置于扩散板上方，藉此获得匀光效果。随后，使用辉度测量仪Topcon UA-1000进行辉度测量，并将实施例1的光学元件所得中心点辉度值定义为100%，再以上文所揭示方法测量并进行计算，计算模块整体的辉度均匀值S，所得结果如图9、图10及表1所示。

图9为未放置任何实施例及比较例的光学元件时(即，当该背光模块仅具支撑性钢板、反射片、灯管与扩散板时)，该背光模块的中央区域的纵向中心轴的辉度值标准化图。

图10为放置实施例1的光学元件时，该背光模块的中央区域的纵向中心轴的辉度值标准化图。

比较图9与图10可知，放置本发明的光学元件可使波峰值与波谷值的差变小，明显提升消除Lamp Mura的效果。

表1

实施例	棱柱宽度	R	第二光学面	中心辉度	S值
						1	50	10	凹凸	100%	0.91502
2	60	7	凹凸	104.7%	0.91389
						3	60	5	凹凸	104.9%	0.91279
4	50	5	凹凸	104.0%	0.91256
						5	50	5	平面	107.6%	0.89358
6	50	3	凹凸	105.6%	0.90662
						7	50	2	凹凸	107.3%	0.89406
8	60	5	凹凸且含珠粒	103.5%	0.91560
						9	50	0	凹凸	112.0%	0.88725
10	----	半球型	凹凸	99.4%	0.91457

比较实施例2及3或比较实施例1、4、6、7及9的结果可知，增加微结构层的圆弧顶部的曲率半径可提升消除Lamp Mura的效果，但对于辉度表现却有降低的负面效果。另，比较实施例3及4的结果可知，增加棱柱宽度并对消除Lamp Mura没有太大的助益，但可增进辉度表现。比较实施例3与8的结果可知，第二光学面的涂层含有扩散粒子亦有助于消除Lamp Mura。

<抗刮&耐磨测试>

一般而言，圆弧顶部的曲率半径(R)越大，抗刮性越好，但辉度表现较差。本发明除了使用具圆弧顶部的棱柱结构外，另外使用不同的涂料配方，使微结构具有回弹性，增加其抗刮能力，因此可在不使用过大的曲率半径便可获致良好的抗刮性，并降低过大的曲率半径对辉度所造成的不良影响。

涂料B、C及D的制备

根据以下描述的方式制备涂料B、C及D，各配方的组成是如表2所列。

首先，将各组份以表2所列的重量比例混合，于50℃的温度下，以转速1,000rpm搅拌，形成涂料B、C及D。

表2

(a)：紫外线固化树脂(长兴公司所生产，

(b)：紫外线固化树脂(长兴公司所生产，

(c)：稀释剂(长兴公司所生产，

(d)：稀释剂(长兴公司所生产，

(e)：稀释剂(长兴公司所生产，

(f)：光引发剂(Ciba公司所生产，I184)

(g)：紫外线固化树脂(长兴公司所生产，

准备工作：

将涂料D涂布于一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材上(型号

TORAY公司所生产)形成涂层，然后利用喷砂滚轮压花方式于该涂层上形成凹凸结构，再以UV能量(350mJ/cm²)射线照射该涂层，使之固化，制得一具凹凸结构的第二光学面。

实施例11

将涂料B涂布于上述基材的第一光学面形成涂层，然后利用滚轮压花方式于该涂层上形成复数个具圆弧顶部的棱柱结构，再以UV能量(350mJ/cm²)射线照射该涂层，使之固化，制得一微结构层。所制得微结构层具有40微米的厚度，该等棱柱结构顶部的曲率半径(R)为10微米，棱柱的宽度为60微米。

实施例12至15

使用实施例11的方法，以涂料B制备分别制备具有顶部曲率半径(R)为5、3、2及0微米的棱柱结构的微结构层(微结构层的厚度固定为40微米，棱柱的宽度固定为60微米)。

实施例16

使用实施例11的方法，改以涂料C制备制备具有顶部曲率半径(R)为5微米的棱柱结构的微结构层(微结构层的厚度固定为40微米，棱柱的宽度固定为60微米)。

实施例17

市售品3M BEF III。

测试方法：

顶部的曲率半径(R)的测量：以NIKON公司提供的MM400-Lu金相显微镜RLM615仪器测量棱柱结构顶部的曲率半径，所得结果记录于表3。

铅笔硬度试验：利用铅笔硬度试验机【Elcometer 3086,SCRATCHBOY】，以Mitsubishi铅笔用JIS K-5400方法测试微结构层的铅笔硬度，所得结果记录于表3。

微结构层折射率试验：由Index Instruments公司提供的AUTOMATIC REFRACTOMETER

仪器测量微结构层的折射率，所得结果记录于表3。

玻璃化转变温度(Tg)试验：由PerkinElmer Instruments公司提供的DSC7仪器进行测量微结构层的玻璃化转变温度，所得结果记录于表3。

抗刮试验：利用线性耐磨试验机[TABER5750]于350公克的重量平台(面积长宽20mm×20mm)上贴粘置待测膜片(长宽20mm×20mm)，使其微结构层朝上，使用另一同种膜片的第二表面，以试验行程0.5inch，10cycle/min的速度进行10cycles抗刮测试，观察该微结构层与该第二表面是否有被刮伤，若两者均无刮伤，则可通过测试。测试所得结果如下列表3所示。

耐磨试验：取一待测膜片(长宽100mm×100mm)，以ASTMD4060(CS-10轮，1,000g，1,000回转)测试该微结构层的磨耗性，若重量损耗小于100mg，则可通过测试。

表3

O：通过测试

X：未通过测试

由实施例11至15的结果可知，使用涂料B形成微结构层时，当R大于3微米时，磨擦试验的重量损耗小于100mg，又可通过铅笔硬度HB测试且微结构不会被刮伤。

实施例16使用涂料C形成微结构层。在此情形下，即使R值高达5微米，但玻璃化转变温度高于40°C，仍无法通过铅笔硬度HB测试，且微结构会被刮伤。

由实施例17的结果可知，市售品BEF III的的微结构层的玻璃化转变温度高于40°C，无法通过铅笔硬度HB测试，微结构会被刮伤。

R值越大抗刮性越佳，但R值太大又会牺牲光学元件辉度的表现。故欲降低R角并使微结构层具有抗刮性，微结构体的柔软性为重要的发明特点的一。实施例12及16中，棱柱结构顶部的曲率半径均为5微米。实施例12使用涂料B制备微结构层，其所制得的微结构层较柔软且玻璃化转变温度小于40°C，可通过本发明的抗刮试验。反之，实施例16使用涂料C制备微结构层，所制得的微结构层较为刚性，其玻璃化转变温度高达42°C，无法通过本发明的抗刮试验。

Claims

1.一种光学元件，其包含

(a)基材；

(c)位于基材另一侧的第二表面，其中该第二表面具有内含扩散粒子的凹凸结构，其中该等棱柱结构具有小于40℃的玻璃化转变温度，其中该等棱柱结构以JIS K-5400方法测试，可通过HB的铅笔硬度测试，其中该光学元件在基材的第一表面不存在任何结构的情况下，根据JISK7136标准方法测量，雾度不小于3%。

2.如权利要求1的光学元件，其中至少两个以上的棱柱结构彼此互不平行。

3.如权利要求2的光学元件，其中该等互不平行的棱柱结构是呈已相交或未相交的形式。

4.一种光学元件，其包含：

(a)基材；

(c)位于基材另一侧的第二表面，其中该第二表面具有内含扩散粒子的凹凸结构，其中该等棱柱结构具有小于40℃的玻璃化转变温度，其中该等棱柱结构以JIS K-5400方法测试，可通过HB的铅笔硬度测试，其中该光学元件在基材的第一表面不存在任何结构的情况下，根据JISK7136标准方法测量，雾度不小于3%，

5.一种直下式背光模块，其包含如权利要求1至4中任一项的光学元件。