CN103913793A - 表面具微结构的光学板 - Google Patents
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Abstract
一种表面具微结构的光学板，具有可透光的积层，及多个微结构，该积层具有第一基层及形成于该第一基层表面的第二基层，且该第二基层具有远离该第一基层的上表面，该第一基层由第一树脂构成，该第二基层由第二树脂构成，该第一、二树脂的玻璃化转变温度分别为Tg1及Tg2，且5℃≦Tg1-Tg2≦17℃；所述微结构形成于该第二基层的上表面，用以引导光线的行进路径。
Description
技术领域
本发明涉及一种可令光线出光均匀化的光学板，特别是涉及一种表面具有微结构的光学板。
背景技术
一般非自发光型的显示器，须通过背光模组，将光源(线光源或是点光源)转换成高亮度且出光均匀性佳的面光源，以作为显示器的光源。参阅图1，以侧向式背光模组为例作说明，该背光模组包含导光板11及光源12，该导光板11具有透光层111，及形成于该透光层111上方的微结构13作为出光面，该光源12则为形成于该透光层111的一侧面112。利用该微结构13改变并导引自该光源12发出的光线的行进方向，而让自该出光面发出的光成为具有高亮度且均匀性佳的面光源。
目前该具有微结构的导光板的方式有多种，例如，美国专利第6,199,994号揭示一种利用印刷方式形成具有微结构的导光板，该微结构形成在该导光板的出光面，具有设置在该出光面邻近其入射面的光抑制区，分别设置在该光抑制区的两端的光增强区，及设置在远离该入射面的一侧的光控制区，通过该具有不同型态的微结构让自该导光板发出的光可具有高均匀性；或是中国台湾专利公开第200602189号，则揭示一种通过具有微结构图案的模仁，利用射出成型方式将树脂注入该模仁，将该微结构图案转写而得到具有微结构的导光板，或是利用热压印方式，将具有微结构图案的模板于树脂成型片表面进行热压印，也可将该微结构图案转写而得到该具有微结构的导光板。
其中，以热压印方式形成该微结构的方式，当该模仁或模板的微结构尺寸愈来愈细微化的同时，不仅该模仁或模板的微结构加工不易，也容易因为后续射出成形或是热压印的条件控制不当，使得该模仁或模板的微结构的转写率降低，无法形成具有所预期的微结构的导光板；此外，由于压印时需加热到接近该树脂的玻璃化转变温度或是熔点，因此在压印的同时会因为树脂本身的支撑性不足造成转写率不佳，也会令该导光板上的微结构产生缺陷而降低该背光模组的光均匀化效果。
因此，如何提供具有高转写率且结构完整的微结构的导光板，则为本技术领域业者不断改良的方向。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种制程简便且可具有高转写率且表面微结构完整性高的具有微结构的光学板。
于是，本发明表面具微结构的光学板，包含可透光的积层(Laminate)，该积层包含第一基层及形成于该第一基层表面的第二基层，且该第二基层具有多个与该第一基层相反方向，向上凸伸且平行延伸的微结构，其中，该第一基层由第一树脂构成，该第二基层由第二树脂构成，该第一、二树脂的玻璃化转变温度分别为Tg1及Tg2，且5℃≦Tg1-Tg2≦17℃。
较佳地，前述该表面具微结构的光学板，其中，7℃≦Tg1-Tg2≦15℃。
较佳地，前述该表面具微结构的光学板，其中，所述微结构呈三角柱状、半圆柱状、半圆球状、截头三角柱状，或是前述截头三角柱状、半圆柱状的顶面具有呈弧状的凹面。
较佳地，前述该表面具微结构的光学板，其中，任两条相邻微结构的垂直截面间有一个谷底，定义连接任两相邻谷底的连接线为一基准线，该每一个微结构有一个表面，该每一个微结构的表面的最高处为顶点，该顶点与该基准线间有一个最大的垂直距离H，且5μm＜H＜50μm。
较佳地，前述该表面具微结构的光学板，其中，10μm＜H＜25μm。
较佳地，前述该表面具微结构的光学板，其中，定义任相邻两个微结构的顶点的间距为S，40μm＜S＜90μm。
较佳地，前述该表面具微结构的光学板，其中，50μm＜S＜80μm。
较佳地，前述该表面具微结构的光学板，其中，55μm＜S＜75μm。
较佳地，前述该表面具微结构的光学板，其中，所述第一基层的厚度为0.45mm～5mm，该第二基层的厚度为50μm～200μm。
较佳地，前述该表面具微结构的光学板，其中，所述第一树脂及该第二树脂分别选自丙烯酸酯系树脂、甲基丙烯酸酯系树脂、聚苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚合物、丙烯腈-苯乙烯共聚合物、聚对苯二甲酸乙二酯，及前述其中一组合。
较佳地，前述该表面具微结构的光学板，其中，该积层的厚度为0.5mm～5.2mm。
较佳地，前述该表面具微结构的光学板，其中，该第一基层具有一相对于所述微结构的底面，该光学板还包含多个设置于该底面的反射结构。
较佳地，前述该表面具微结构的光学板，其中，所述反射结构是由多个自该底面凸起的凸点结构或是多个自该底面向内凹陷的凹穴结构所构成。
本发明的有益效果在于：利用具有不同玻璃化转变温度的第一、二基层及第二基层做为构成该光学板的主体，并在具有较低玻璃化转变温度的该第二基层上以滚轮转写方式形成多个可改变光行进方向的微结构，不仅制程简便、转写率高且可有效提升该光学板的扩光效果。
附图说明
图1是一种以往背光模组结构的示意图；
图2是说明本发明该较佳实施例的微结构的不同态样的示意图；
图3是说明本发明该较佳实施例；
图4是说明本发明该较佳实施例的制作流程示意图。
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：
参阅图2，本发明具有微结构的光学板的一较佳实施例包含：
一个积层2，该积层2为具透光性质，包括第一基层21及具多个微结构3的第二基层22，该每个微结构3各具有一表面31。该第一基层21由第一树脂构成，具有第一基层表面211及与该第一基层表面211相对的底面212；该第二基层22由第二树脂构成，且连接于该第一基层表面211，该第二基层22具有多个与该第一基层21相反方向向上凸伸且平行延伸的微结构3；其中，该第一、第二树脂的玻璃化转变温度分别为Tg1及Tg2，且5℃≦Tg1-Tg2≦17℃；较佳地，7℃≦Tg1-Tg2≦15℃。
详细的说，该第一、第二树脂分别选自可透光的热可塑性树脂所构成，例如：丙烯酸酯系树脂、甲基丙烯酸酯系树脂、聚苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚合物、丙烯腈-苯乙烯共聚合物、聚对苯二甲酸乙二酯，及前述其中一组合，且该第一、第二树脂可为同类或不同类的材料，上述所谓的丙烯酸酯系树脂及甲基丙烯酸酯系树脂，是由甲基丙烯酸酯系单体及丙烯酸酯系单体所形成的聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，简称PMMA），上述丙烯酸酯系单体及甲基丙烯酸酯系单体，包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、正-丙烯酸丁酯，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯等单体，其中以甲基丙烯酸甲酯单体及丙烯酸甲酯单体为佳。
较佳地，为了让该第一基层21与第二基层22具有更好的光学性质，该第一树脂与第二树脂为选自同类的材料，例如可均为甲基丙烯酸酯系树脂、聚苯乙烯树脂、或是聚碳酸酯树脂等；该积层2的厚度为所述微结构3的表面31与该第一基层21的底面212的最大垂直距离；该第二基层22的厚度为所述微结构3的表面31与该第一基层表面211的最大垂直距离；该第一基层21的厚度为该第一基层表面211与该第一基层21的底面212的最大垂直距离；而，为了不影响该积层2的透光性及减低光线于该积层2的内反射而折损出光强度，较佳地，该积层2的厚度为0.5mm～5.2mm，该第一基层21的厚度为0.45mm～5mm，且该第二基层22的厚度为80μm～200μm。
要说明的是，该积层2也可是由具有不同玻璃化转变温度的树脂层叠而成的三层或三层以上的多层结构，该多层结构的树脂材料选则是:预形成所述微结构3的层体材料的玻璃化转变温度为Tg1，最远离所述微结构3的层体材料的玻璃化转变温度为Tg2，且5℃≦Tg1-Tg2≦17℃，其余介于该两层层体的材料则将玻璃化转变温度控制在介于该Tg1与Tg2间即可。
所述微结构3是自该第一基层21相反方向向上凸伸且平行延伸。
配合参阅图2，详细的说，所述凸伸的微结构3可以是呈三角柱状、半圆球状、圆柱状，或是截头三角柱状，或是前述截头三角柱状、半圆柱状的顶面具有弧状的凹面等对光线具有高折射效果的形状，以用于导引并改变光的行进方向，通过所述微结构3的形状设计及变化，增加光线于接触所述微结构3时的折射效果，而可用以提升该光学板的出光均匀性，于本实施例中，所述微结构3是以如图3所示的三角柱状为例做说明。
参阅图3，任两条相邻微结构3的垂直截面间有一谷底，定义连接任两相邻谷底的连接线为一基准线L，该每一个微结构3有一表面31，定义该每一个微结构3的表面31的最高处为一顶点，该每一个微结构3的顶点与该基准线L间最大的垂直距离H，较佳地5μm＜H＜50μm；更佳地，10μm＜H＜25μm。
较佳地，任相邻的两个微结构3的顶点的间距S，40μm＜S＜90μm。
较佳地，该相邻的两个微结构3的顶点的间距S，50μm＜S＜80μm。
较佳地，该相邻的两个微结构3的顶点的间距S，55μm＜S＜75μm。
当该每一个微结构3的顶点与该基准线L间最大的垂直距离H范围介于5μm＜H＜50μm，且任相邻的两个微结构3的顶点的间距S，40μm＜S＜90μm，且所述微结构3的形状为截头三角柱状、锥状、半球状的顶面具有弧状的凹面，此可提升光学板的出光角度，增加相邻微结构3间的混光程度，及该光学板整体的光均匀度，还可降低该入光面(也就是光源侧)的热点(hotspot)问题。
当利用该具有微结构的光学板作为已知背光模组的导光板时，光源(以侧向式背光模组为例)会自该积层2的一侧边进入该积层2，经折射后朝向该光学板的出光面(即具有所述微结构3的表面31)发出，而设置于该上表面221的微结构3则可用以改变并导引自该光源发出的光线的行进方向，而让自该出光面发出的光成为具有高亮度且均匀性佳的面光源。
兹将本发明光学板该较佳实施例的制作方法说明如下。
配合参阅图4，首先，选取玻璃化转变温度为Tg1的第一树脂，及玻璃化转变温度为Tg2的第二树脂，且Tg1>Tg2；接着，分别将该第一、第二树脂分别以不同挤出装置加热加压后挤出，得到第一基材101、及第二基材102，然后再将该第一、第二基材101、102经同一模头400共同加热加压后挤出，令该第一与第二基材101、102彼此叠接而得到积层材100，然后，再将该积层材100通过滚轮转写装置，以滚轮转写方式于该积层材100形成所述微结构3，该积层材100经冷却形成第一基层21及第二基层22形成的积层2，并经牵引滚轮(图未示)牵引，即可制得该光学板。
详细的说，该滚轮转写装置具有至少一个转写滚轮200及至少一个与该转写滚轮200呈一间隙P设置的第一背压滚轮300，于图4中是以一个转写滚轮200及一个第一背压滚轮300，及一个配置于该转写滚轮200下游位置的第二背压滚轮301为例。该转写滚轮200的轮面具有多个转写微结构202，相邻两个转写微结构202间共同界定一成型空间201，所述成型空间201为与所欲转印的微结构3互相配合，例如当欲转印形成的微结构3为凸起的三角柱状，该成型空间201为具有多个呈三角柱状的凹穴；当欲转印形成的微结构3为呈凸起的长条锥状或是长条半圆柱状，该成型空间201则为具有多条呈锥柱或是半圆柱的凹穴。
当要将该积层材100压印形成所述微结构3时，须令该积层材100通过该转写滚轮200与该第一背压滚轮300间的间隙P，并在小于该第一基材101的玻璃化转变温度Tg1的条件下，利用该转写滚轮200及该第一背压滚轮300对该积层材100形成相对辊压，即可将该成型空间201的结构转写于该积层材100，而得到如图3所示的光学板。
要说明的是，为了可顺利通过滚轮转写方式于该积层材100得到高转写率的微结构3，因此，滚轮转写时须将该积层材100具有较低玻璃化转变温度的一面朝向该转写滚轮200，具有高玻璃化转变温度的另一面则朝向该第一背压滚轮300，于本实施例中是将该第二基材102朝向该转写滚轮200，而该第一基材101则朝向该第一背压滚轮300，据此，在滚轮转写时，由于该第二基材102具有相对较低的玻璃化转变温度，因此于转写时可较易成型；而因为滚轮转写时的加热温度为控制在低于该第一基材101的玻璃化转变温度Tg1，所以在该第二基材102受压的同时，该第一基材101可作为一支撑材，承受转写过程的应力，维持该第二基材102的平整度，而令所述成型空间201可更完整的转印至该第二基材102。
该转写滚轮200的温度较佳为90℃～110℃，而第一背压滚轮300温度较佳为70℃～90℃，此外，还可配置有至少一支第二背压滚轮位301于该转写滚轮200的下游位置，温度为100℃～130℃、至少一支输送滚轮(图未示)及至少一支引取滚轮(图未示)来带动光学板的移动。上述滚轮的材质不限制，可为金属、橡胶等材质。此外，上述该转写滚轮200的位置也可置于该第二背压滚轮位301的下游位置，即依序为第一背压滚轮300、第二背压滚轮位301、转写滚轮200排列，该积层材100通过该第一背压滚轮300、第二背压滚轮301的间隙。上方所述该积层材100经过该转写滚轮200与该第二背压滚轮301时仍需在高温的状态下并具备可绕曲性，才能以弯折弧曲的形态通过。因此，所述滚轮温度如果太低，将使该积层材100冷却而容易于输送过程中产生裂缝，而滚轮温度若太高，该积层材100的流动性太高也不利于微结构3的成型。
为了获得高转写率的微结构，该转写滚轮200的速度较佳为1～20米/分钟，更佳为2～10米/分钟，最佳为3～5米/分钟，且较佳地，该成型空间201凹穴的深度为A，深度A范围介于30μm＜A＜100μm，而宽度为B，宽度B范围介于40μm＜B＜120μm。
更佳地，本发明表面具微结构的光学板适用于微结构高度5μm＜H＜50μm及相邻的两个微结构的表面的最高点的间距40μm＜S＜90μm的微小结构，并具有高转写率且表面微结构完整性高的特性。
值得一提的是，本发明该光学板还可具有多个设置于该第一基层21底面212的反射结构(图未示)。该反射结构可以是多个自该第一基层21的底面212朝向第二基层22方向延伸的凹穴结构，或是多个自该底面212远离所述微结构3方向凸伸的凸粒结构。
所述微结构3与反射结构可以是在滚轮转写过程时，利用具有转写微结构202的转写滚轮200及具有多个与所述反射结构配合的转写结构(图未示)的第一背压滚轮300相对辊压后而同时形成，或是也可利用网印方式于该底面212形成凸粒状的反射结构。
另外，要补充说明的是，当所述反射结构是凹穴时，则所述微结构3与反射结构可在滚轮转写过程时，利用具有转写微结构202的转写滚轮200及具有多个与所述反射结构配合的凸起转写结构(图未示)的第一背压滚轮300相对辊压后而同时形成，所述呈凹穴的反射结构不仅可进一步增加对光线的折射效果，提升出射光的强度及均匀性，且在热压成形的过程中，所述反射结构还会形成背压作用，令该第二树脂更易被挤入所述成型空间201中，更有利微结构3的形成，而可提升所述微结构3的转写率。
本发明表面具有微结构的光学板的转写率测定为取该具有微结构的光学板约1厘米作为量测样品，将该样品置于光学显微镜下量测该光学板的所述微结构3的表面31与该基准线L的最大的垂直距离H，与转写滚轮200的成型空间凹穴的深度A，定义该最大的垂直距离H与该成型空间凹穴的深度A比值(H/A)为转写率。
接着利用以下2个具体例及1个比较例的说明，进一步呈现本发明的内容。
具体例1
选取具有不同玻璃化转变温度的聚苯乙烯树脂分别为第一、二树脂，并准备一滚轮转写装置。
第一树脂：奇美实业公司制，产品名ACRYREX CM-205，Tg1=115℃。
第二树脂：奇美实业公司制，产品名ACRYREX CM-211，Tg2=103℃为第二树脂，Tg1-Tg2=12℃。
如图4中的滚轮转写装置，该滚轮转写装置具有一个转写滚轮及一个与该转写滚轮相对位置，并呈一间隙设置的第一背压滚轮，该转写滚轮的下游位置另外置一支第二背压滚轮，即依序为第一背压滚轮、转写滚轮、第二背压滚轮的排列方式，其中，该转写滚轮具有多个成型空间，所述成型空间凹穴的深度为A=45μm，而宽度为B=50μm的倒三角柱状的凹穴。该第一背压滚轮的温度为90℃，该转写滚轮的温度为110℃，而该第二背压滚轮的温度为100℃、至少一支输送滚轮及至少一支引取滚轮来带动光学板的移动。
先利用第一挤出装置将该第一树脂加热加压后挤出(挤出温度＝230℃)，得到第一基材，再以第二挤出装置将该第二树脂加热加压后挤出(挤出温度＝220℃)，得到第二基材，接着将该第一基材与第二基材经同一个模头共同加热挤出，令该第一基材与第二基材彼此叠接，即可得到积层材；接着，以该第二基材朝向该转写滚轮方向，令该积层材通过该第一背压滚轮及该转写滚轮的间隙，并通过该转写滚轮及该第一背压滚轮对该积层材形成相对辊压，即可于该第二基材形成多个与所述三角柱状凹穴的形状相对的三角柱状微结构，再经冷却后该第一基材形成该第一基层，该第二基材形成该第二基层，即可得到该表面具微结构的光学板，且该每一个微结构顶点与该基准线最大的垂直距离H为19.5μm，任相邻的两个微结构的顶点间的间距S为50μm。该第一基层的厚度为2.85mm，该第二基层的厚度为150μm，该积层的厚度为3mm。量测该光学板的微结构转写率为43.3%(H/A=19.5μm/45μm×100%)。
具体例2
该具体例2与具体例1所选用的材料及相关制程参数大致相同，不同处在于该转写滚轮的成型空间的凹穴为深度A=60μm，而宽度B=100μm的倒三角柱状凹穴。该第一背压滚轮的温度为90℃，该转写滚轮的温度为100℃，而该第二背压滚轮的温度为120℃；且成型后，该每一个微结构顶点与该基准线最大的垂直距离H为35μm，任相邻的两个微结构的顶点间的间距S为100μm。该第一基层的厚度为2.85mm，该第二基层的厚度为150μm，该积层的厚度为3mm。量测该光学板的微结构转写率为58%(H/A=35μm/60μm×100%)
＜比较例＞
同前述该具体例的制造方法，差别在于该比较例的第一、二基层为选用同一种树脂(奇美实业公司制，产品名ACRYREXCM-205，Tg1=115℃)，由此制得的表面具微结构的光学板，该每一个微结构的顶点与基准线最大的垂直距离H为9μm，任相邻的两个微结构的顶点的间距S为100μm，且该光学板的厚度为3mm。量测该光学板的微结构转写率为15%(H/A=9μm/60μm×100%)。
由前述该具体例及比较例的转写率量测结果可知，本发明表面具有微结构的光学板不仅制程容易控制、转写率高，且所述微结构的结构完整度高，而可利用所述微结构有效提升该光学板的出光均匀性。
综上所述，本发明的光学板是利用具有不同玻璃化转变温度的第一基层21及第二基层22做为构成该光学板的主体，并在具有较低玻璃化转变温度的该第二基层22上以滚轮转写方式形成多个可改变光行进方向的微结构3，该光学板可应用于一般显示器背光模组的导光板或做为扩光板用，不仅制程简便、转写率高且可有效提升该光学板的扩光效果。
Claims (13)
1.一种表面具微结构的光学板，其特征在于：该光学板包含可透光的积层，该积层包含第一基层及形成于该第一基层表面的第二基层，且该第二基层具有多个与该第一基层相反方向，向上凸伸且平行延伸的微结构，其中，该第一基层由第一树脂构成，该第二基层由第二树脂构成，该第一、二树脂的玻璃化转变温度分别为Tg1及Tg2，且5℃≦Tg1-Tg2≦17℃。
2.根据权利要求1所述的表面具微结构的光学板，其特征在于，该第一、二树脂的玻璃化转变温度分别为Tg1及Tg2，且7℃≦Tg1-Tg2≦15℃。
3.根据权利要求1所述的表面具微结构的光学板，其特征在于，所述微结构呈三角柱状、半圆柱状、半圆球状、截头三角柱状，或是前述截头三角柱状、半圆柱状的顶面具有呈弧状的凹面。
4.根据权利要求1所述的表面具微结构的光学板，其特征在于，任两条相邻微结构的垂直截面间有一个谷底，定义连接任两相邻谷底的连接线为一基准线，该每一个微结构有一个表面，该每一个微结构的表面的最高处为顶点，该顶点与该基准线间有一个最大的垂直距离H，且5μm＜H＜50μm。
5.根据权利要求4所述的表面具微结构的光学板，其特征在于，10μm＜H＜25μm。
6.根据权利要求5所述的表面具微结构的光学板，其特征在于，定义任相邻两个微结构的顶点的间距为S，40μm＜S＜90μm。
7.根据权利要求6所述的表面具微结构的光学板，其特征在于，50μm＜S＜80μm。
8.根据权利要求7所述的表面具微结构的光学板，其特征在于，55μm＜S＜75μm。
9.根据权利要求1所述的表面具微结构的光学板，其特征在于，该第一基层的厚度为0.45mm～5mm，该第二基层的厚度为50μm～200μm。
10.根据权利要求1所述的表面具微结构的光学板，其特征在于，该第一树脂及该第二树脂分别选自丙烯酸酯系树脂、甲基丙烯酸酯系树脂、聚苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚合物、丙烯腈-苯乙烯共聚合物、聚对苯二甲酸乙二酯，及前述其中一组合。
11.根据权利要求1所述的表面具微结构的光学板，其特征在于，该积层的厚度为0.5mm～5.2mm。
12.根据权利要求1所述的表面具微结构的光学板，其特征在于，该第一基层具有一相对于所述微结构的底面，该光学板还包含多个设置于该底面的反射结构。
13.根据权利要求12所述的表面具微结构的光学板，其特征在于，所述反射结构是由多个自该底面凸起的凸点结构或是多个自该底面向内凹陷的凹穴结构所构成。
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