CN103955015A - 用于面光源装置的光学片 - Google Patents

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姜昌昊
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Abstract

本发明涉及一种光学片，包括：(i)透明支撑膜；(ii)设置在透明支撑膜的一个表面以扩散光的扩散层；(iii)设置在透明支撑膜的另一表面的图案层，所述图案层包括具有多个突出体的图案；和(iv)平行于透明支撑膜，并位于图案层上的基底层，其中，突出体的顶端部分地渗入基底层，从而使基底层和图案层之间存在一些空间。本发明的光学片能在单一的光学片中同时提供会聚和扩散功能，从而可以用单光片取代几种不同类型的光学薄膜，以降低生产成本和背光单元厚度。该光学片也可以提供增强的亮度和视角，可以有效地用作一种面光源装置的光学片。

Description

用于面光源装置的光学片
技术领域
本发明涉及一种在侧面使用光源的面光源装置中，特别是液晶显示器的背光装置中以增强亮度的光学片。
背景技术
液晶显示器(LCD)是使用最广泛的平板显示器之一，其是一种通过控制其从外部源接收的光的量来显示图像的光接收装置，因此它需要背光单元(BLU)，以便在屏幕上保持均匀的亮度。
BLU是一种照亮LCD的装置，LCD本身不产生光，通过提供灯光来将信息以可示的图像显示。它被称为“背光单元”，因为它位于LCD的背面。
小型荧光灯或发光二极管(LED)经常被用来作为背光单元的光源；然而，它们是线光源或点光源。这种光源需要转换成BLU中使用的面光源，因此，诸如将光源转换成面光源的导光板、反射光导板下部出来的光的光反射器、会聚依赖液晶显示器的大小而均匀扩散的光以产生更强的光的棱镜片等光学片都被用于转换。此外，不同类型的板和膜被用于引导尽可能多的从光源向液晶显示器发射的光。
最近，已通过许多尝试制造复合片材来降低生产成本和提高生产率，即由传统BLU部件中的棱镜片和扩散片，棱镜片和保护棱镜片的保护片，棱镜片，扩散片和保护片相结合制备的单一片材。然而，在几种不同类型的片材相结合形成单一复合片材的情况中，存在由于光学损耗而导致亮度降低的问题。
因此，有必要开发一个具有聚光和扩散功能的单光片，以取代一些BLU中使用的光学薄膜。
发明内容
因此，本发明的一个目的是为面光源装置提供一种具有增强的亮度和视角的光学片，由于在一个单光片中同时具有聚光和扩散功能，也可以降低生产成本和背光单元的厚度。
按照本发明的一个方面，提供了一种光学片包括：
(i)透明支撑膜；
(ii)设置在透明支撑膜的一个表面上以扩散光的扩散层；
(iii)设置在透明支撑膜的另一表面上的图案层，所述图案层包括多个突出体(protrusion)的图案；和
(iv)平行于透明支撑膜，并位于图案层上的基底层，
其中，突出体的顶端部分地渗入基底层。
按照本发明的另一个方面，提供了一种光学片包括：
(i)第一透明支撑膜；
(ii)设置在第一透明支撑膜的一个表面上以扩散光的第一扩散层；
(iii)设置于第一透明支撑膜的另一表面上的图案层，所述图案层包括多个突出体的图案；
(iv)平行于第一透明支撑膜并位于图案层上的基底层，其中突出体的顶端部分地渗入基底层；
(v)在与图案层相反的基底层的表面上形成的第二透明支撑膜；和
(vi)与基底层相反的第二透明支撑膜的表面上形成的第二扩散层。
根据本发明的光学片能在单一的光学片中提供会聚和扩散功能，从而可以用单光片取代几种不同类型的光学薄膜，以降低生产成本和背光单元厚度。本发明的光学片具有增强的亮度和视角，可以有效地用作面光源装置的光学片。
附图说明
从本发明以下描述结合以下附图容易得知本发明的上述及其它目的和特征，附图分别为：
图1为根据本发明一个实施例的光学片的截面图；
图2是本发明另一实施例的光学片的横截面图；
图3是本发明光学片中不同类型的扩散层示意图；
图4是本发明光学片中图案层的不同类型突出体的示意图；
图5是本发明的光学片应用于BLU的结构示意图；
图6显示应用了本发明光学片的BLU的视角测量结果和模拟；和
图7是显示本发明光学片中水平/垂直视角和亮度的测量结果的模拟图，本发明光学片包括通过两个棱镜片(PP)层叠形成的片材，扩散片-棱镜片-棱镜片(DPP)依次层叠形成的片材，和棱镜片-棱镜片-扩散片(PPD)依次层叠形成的片材。
具体实施方式
以下，将详细描述本发明光学片的每个组件。
(1)透明支撑膜
本发明使用的透明支撑膜主要是透明塑料。透明支撑膜对于背面入射透光率90％以上的粘合树脂必须具有良好的粘合性和表面平整性，以防止亮度变化。该透明支撑膜的厚度优选在50-250μm之间。透明支撑膜适用的材料具体包括聚醚砜(PES)，聚丙烯酸酯(PAR)，聚醚酰亚胺(PEI)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚苯硫醚(PPS)，聚烯丙酸酯(polyallylate)，聚酰亚胺，聚碳酸酯(PC)，三醋酸纤维素(TAC)，乙酸丙酸纤维素(CAP)和它们的混合物，优选PET。
(2)扩散层
在本发明中，扩散层设置在透明支撑膜的一个表面，目的在于扩散光。扩散层可以由可光固化树脂制成。可用于本发明的可光固化树脂没有特别的限制，只要是可通过活性能量射线例如紫外线，电子束等固化的树脂。具体例子包括聚酯基树脂；环氧基树脂；(甲基)丙烯酸酯基树脂，例如聚酯(甲基)丙烯酸酯，环氧(甲基)丙烯酸酯，聚氨酯(甲基)丙烯酸酯(urethane(meth)acrylate)等，以及它们的混合物。其中，考虑光性能，优选(甲基)丙烯酸树脂。
扩散层可能含有平均直径为10-10000nm的气泡。扩散层中的气泡增强了光扩散效果。
此外，扩散层可包含提高光扩散效果的珠子。珠子可以是由选自硬丙烯酸酯，聚苯乙烯，尼龙，软丙烯酸酯和硅的材料制成的有机聚合物珠子，优选抗溶剂性能好而容易分散的硬丙烯酸酯。优选地，珠子为平均直径0.5-5μm的球体，优选0.8-3μm。优选地，珠子和可光固化树脂的折射率的区别为0.02或更大。
基于100重量份的形成扩散层的可光固化树脂，使用的珠子的量为30-180重量份，优选是50-150重量份。
扩散层可以如下制备：混合可光固化树脂和珠子，然后将得到的树脂组合物放在透明支撑膜上，并干燥，然后对薄膜进行光照射。
扩散层可以是平面形式，或者具有微透镜(MLA)图案，棱镜图案或透镜状图案。
在扩散层具有MLA图案、棱镜图案或透镜状图案的情况中，每个图案可以包括多个突出体，所述突出体的半径或高度约5-60μm，优选25-50μm。当扩散层具有包括突出体的图案时，它可以改善聚光及扩散功能。在扩散层为平面形式的情况下，该层的厚度可以是5-50μm，优选15-30μm。
(3)图案层
在本发明中，图案层设置在透明支撑膜的另一个表面上，即透明支撑膜中设有扩散层的表面的相反面，并且图案层包括多个突出体的图案。突出体图案可以为棱镜图案或具有非球面截面形状。在突出体具有棱镜图案的情况下，棱镜图案可能是不对称的或双角棱镜。该棱镜图案的垂直角(图1和2中的θ)的范围可为50°≤θ≤75°。
(4)基底层
基底层平行于透明支撑膜，并位于图案层上，其中，突出体的顶端部分地渗透到基底层，从而使基底层和图案层之间存有一些空间。在本发明中，突出体的顶端部分地渗透到基底层，因而突出体可防止冲击损坏。
突出体渗入基材层的顶部的长度可以是1-4μm，优选为2-3μm。如果突出体的顶端渗入基底层的深度小于1μm，图案层和基底层之间很难获得理想的粘结强度；如果突出体的深度超过4μm，它会导致亮度急剧减少。
传统的可热固化树脂和可UV固化树脂可用于基底层，例如，丙烯酸基树脂，聚氨酯基树脂，环氧基树脂，乙烯基树脂，聚酯基树脂，聚酰胺基树脂或其混合物。具体例子包括(甲基)丙烯酸基树脂，不饱和聚酯树脂，聚酯(甲基)丙烯酸酯树脂，硅聚氨酯(甲基)丙烯酸酯树脂，硅聚酯(甲基)丙烯酸酯树脂，氟聚氨酯(甲基)丙烯酸树脂和它们的混合物。优选地，使用丙烯酸基树脂，由于其具有良好的涂层，机械性能和粘合性能，以及耐久性。具体例子包括甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸芳基酯，丙烯酸己基酯，甲基丙烯酸异丙酯，丙烯酸苄酯，醋酸乙烯酯，2-甲氧基乙基丙烯酸酯，或具有苯乙烯重复单元的均聚物或由两个或多个上面列出的组分共聚的共聚物。
基底层可含有平均直径范围10-10000nm的气泡、平均直径范围0.5-5μm的珠子，或同时含有气泡和珠子。包含在基材层内的气泡或珠子能提高光扩散效应。珠子的具体例子和描述与上述扩散层所描述的相同。
以下，参考附图所示对本发明的光学片作进一步的描述，然而，这些附图仅以说明为目的，而不是为了限制本发明的范围。
图1示出了根据本发明光学片的横截面图。
参考图1，根据本发明的光学片包括：一个透明支撑膜100；一个设置在透明支撑膜100的一个表面上以扩散光的扩散层200；设置在透明支撑膜100的另一表面上的图案层300，所述图案层300层包括多个突出体310的图案；和平行于透明支撑膜100并位于图案层300上的基底层400，所述突出体310的顶端部分地渗入基底层400。
此外，根据本发明的光学片可能包括额外的透明支撑膜和基底层。在图2中示意性的示出了具有附加的透明支撑膜和基底层的光学片的横截面图。
参考图2，根据本发明的光学片包括：第一透明支撑膜110；设置在第一透明支撑膜110的一个表面上以扩散光的第一扩散层200；设置于第一透明支撑膜110的另一表面上的图案层300，图案层300包括多个突出体310的图案；平行于第一透明支撑膜110并位于图案层300上的基底层400，其中突出体310的顶端渗入基底层400；在与与图案层300相反的基底层400的表面上形成的第二透明支撑膜120；以及在与基底层400相反的第二透明支撑膜120的表面上形成的第二扩散层500。
根据本发明一个实施例中的光学片，参考图1和2，扩散层(第一扩散层)200和/或第二扩散层500包含珠子210和/或气泡220。
图3示意性地示出了不同类型的扩散层。根据本发明一个实施例中的光学片，扩散层具有平面形式(图3a)，MLA图案(图3b)，棱镜图案(图3c)，或诱镜状图案(图3d)。
在图4示意性地示出了光学片中不同类型的突出体的横截面图。根据本发明一个实施例中的光学片，该图案层包括多个突出体的图案，突出体的图案可以是棱镜图案(图4a)，双角棱镜(图4b)，非对称棱镜(图4c)或非球面形状(图4d)。
根据本发明一个实施例中的光学片，参考图4，基底层400中可以包括气泡420或珠子(未显示)。
图5示意性地示出了本发明的光学片应用于BLU的结构。
参考图5，光源30位于导光板20的侧面；该光学片10平行于导光板20的光出射表面；并且棱镜图案11(多个突出体的图案)的顶端，即顶点，朝向导光板20的光出射表面。
因此，从导光板上部发出的光都可以会聚于棱镜图案的正面，并且设置在透明支撑膜的一个表面上的扩散层能扩散会聚光，从而增强视角和遮盖力。
因此，根据本发明的光学片提供了增强的亮度和视角。
为了模拟本发明光学片的性能，将在一侧具有LED光源的BLU的模拟设定值输入照明光学设计软件(Synopsys)。在模拟中，将用于大型导光板的传统圆形油墨图案应用于导光板，并且测量白色反射板的双向反射分布函数(BRDF)，然后进入反射器。然后，分别测量在导光板长轴(26英寸，[H1])和短轴(22英寸，[V1])设有LED光源的背光模组的视角，并且匹配仿真结果，从而与仿真BLU设定值的性能结果比较。图6显示，在导光板的长轴和短轴设有LED光源的背光模组的亮度和仿真BLU的亮度的测量结果的比较图。
为了评估本发明光学片的性能，将棱镜片、扩散片和本发明如下描述的光学片的模拟设置值输入软件程序。
棱镜片配置如下，并且将其设定值输入软件：透明支撑膜由PET制成，厚度为250μm；UV树脂层的厚度为10μm，在透明支撑膜的顶侧设置具有90°角和50μm宽度的重复棱镜图案；以及在透明支撑膜的底面设置厚度为10μm具有米氏散射函数的扩散层。对于PET，测量了PET的光学性质，包括不同波长的折射率和透射/反射比，并输入软件。
对于扩散片，测量了双向散射分布函数(BRDF)，并输入软件。
根据本发明的光学片被配置如下，并将设定值输入软件：透明支撑膜由PET制成，厚度为250μm；在透明支撑膜一个表面上设置有厚度为20μm的扩散层；透明支撑膜的另一表面上设有具有60°角和50μm宽度的重复棱镜图案的厚度为10μm的图案层；和平行于透明支撑膜，且位于图案层上的基底层，厚度为20μm，其中棱镜图案层顶端渗入基底层的深度为3μm。
对两个棱镜片(PP)层叠形成的片，依次层叠扩散片-棱镜片-棱镜片(DPP)形成的片，和依次层叠棱镜片-棱镜片-扩散片(PPD)形成的片进行模拟试验，利用如上所述的BLU来测量各片的水平/垂直视角和亮度。其结果显示在图7。
如图7所示，本发明的光学片显示96.4％的亮度，与层叠两个棱镜片(PP)形成缺乏扩散层的片相比，这表明由于在顶侧的扩散层和底侧的基底层的扩散带来的遮盖力，本发明的光学片具有很好的光学性能。
同时，改变突出体的顶端渗入基底层深度，从1μm至6μm，测量本发明光学片的亮度。结果如表1所示。
表1
*基于PP片的相对光照强度
渗透深度 1μm 2μm 3μm 4μm 5pm 6μm
相对亮度[％] 103.4 99.9 96.4 92.4 88.3 84.2
如上表1所示，渗透深度为1μm时亮度值最高，表明一个浅的深度可以产生高亮度。然而，如果深度小于1μm，很难获得理想的粘结强度，而深度超过4μm导致亮度急剧减少。因此，考虑到亮度和粘结性能，优选深度范围为1μm-4μm。
同时，改变突出体图案的折射率，测定了本发明光学片的亮度。结果如表2所示。
表2
*基于PP片的相对光照强度
折射率 1.48 1.52 1.56 1.58 1.60
相对亮度[％] 95.0 95.8 96.2 96.4 96.8
如表2所示，折射率1.48和1.60之间的亮度差异是1.8％，与传统棱镜片的10％相比，这是相对很小的值。
一般来说，传统的UV树脂价格随其折射率增加而急剧增加。不同于传统的棱镜片，本发明的光学片不需要使用高折射率的UV树脂，因而可以有效地降低制造成本。
附图标记：
10：光学片                11：棱镜图案
20：导光板                30：光源
100：透明支撑膜           110：第一透明支撑膜
120：第二透明支撑膜       200：扩散层(第一扩散层)
210：珠子                 220：气泡
300：图案层               310：具有多个突出体的图案
400：基底层               500：第二扩散层
510：气泡

Claims (10)

1.一种光学片包括：
(i)透明支撑膜；
(ii)设置在透明支撑膜的一个表面以扩散光的扩散层；
(iii)设置在透明支撑膜的另一个表面的图案层，所述图案层包括具有多个突出体的图案；和
(iv)平行于透明支撑膜，并位于图案层上的基底层，
其中，突出体的顶端部分地渗入基底层。
2.一种光学片包括：
(i)第一透明支撑膜；
(ii)设置在第一透明支撑膜的一个表面以扩散光的第一扩散层；
(iii)设置于第一透明支撑膜的另一个表面的图案层，所述图案层包括具有多个突出体的图案；
(iv)平行于第一透明支撑膜，并位于图案层上的基底层，其中突出体的顶端部分渗入基底层；
(v)在基底层的与图案层相对的表面上形成的第二透明支撑膜；和
(vi)第二透明支撑膜的与基底层相对的表面上形成的第二扩散层。
3.如权利要求1或2所述的光学片，其中突出体的图案是棱镜图案，并且棱镜图案的垂直角(θ)的范围为50°-75°。
4.如权利要求1或2所述的光学片，其中突出体的图案有非球面形状的横截面。
5.如权利要求3所述的光学片，其中棱镜图案具有不对称棱镜或双角棱镜的形状。
6.如权利要求1或2所述的光学片，其中突出体的顶端渗入基底层的深度范围为1-4μm。
7.如权利要求1或2所述的光学片，其中扩散层的暴露表面为平面状，微透镜图案(MLA)，棱镜图案或透镜状图案。
8.如权利要求1，2或7所述的光学片，其中扩散层包括平均直径范围从10-10000nm的气泡，平均直径范围0.5-5μm的珠子，或包含两者。
9.如权利要求1所述的光学片，所述基底层包含平均直径范围10-10000nm的气泡，平均直径范围从0.5-5μm的珠子，或包含两者。
10.如权利要求1或2所述的光学片，其中，当其用于制作背光单元时，靠近导光板设置从而使突出体的顶端朝向导光板的发光侧。
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