CN104024893A - 复合棱镜片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合棱镜片，其被配置以在基底层的两个表面上都形成耐热涂覆层，从而能够防止因光源产生的热所引起的复合棱镜片的褶皱或卷曲，并且提高隐蔽性及电光特性，从而最终提高液晶显示设备的特性。近来，由于发光二极管(LED)光源的使用的增加，这种复合棱镜片可以有效地应用于必须具备耐热性、轻薄及隐蔽性的电视(TV)、显示器、笔记本个人计算机(NBPC)等上。

Description

复合棱镜片
技术领域
本发明涉及一种复合棱镜片，更具体地，涉及一种适合用于液晶显示设备的复合棱镜片。
背景技术
作为在液晶显示设备(LCD)中广泛使用的发光元件的背光单元(BLU)，允许使光源，例如冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)等所发出的光依次通过导光板、扩散片和棱镜片以到达液晶板。
导光板将光传送，以使从光源发出的光分散至平面液晶板的整个表面上，扩散片使在屏幕的整个表面上的光的强度一致，棱镜片执行光路径控制功能，从而使经过扩散片的不同方向的光线转变成在适合用户观看的视角范围内的图像。此外，在导光板的下方可以提供反射板，使得脱离光路径而没有传递到液晶板的光被重新反射而利用，从而提高光源的利用效率。
这种背光单元中，棱镜片执行光收集(light collection)功能，并且控制通过扩散片向不同方向扩散的光的路径以增加显示设备的正面亮度，从而实现更亮和更清楚的图像。
近来，随着显示设备被制作的更薄，正在开发一种复合棱镜片，该复合棱镜片通过向棱镜片中引入光扩散层而同时实现扩散功能以及光收集功能。更进一步地，为了降低显示设备的成本，背光单元内的光源的数目被减少。
但是，需要提高单个光源的输出功率以减少背光单元中光源的数目，，由于提高的光源输出功率，传递到复合棱镜片的热偏差(在复合棱镜片中邻近光源的部位和远离其的部位)也会变大。这种热偏差会引起在复合棱镜片的不同位置的收缩和膨胀的差异，因而由于这种在复合棱镜片的不同位置的收缩和膨胀的差异，复合棱镜片会形成褶皱或卷曲。
当复合棱镜片以这种方式发生褶皱或卷曲，入射到液晶板上的光的均一度会降低，会不期望地降低图像的质量。即，由于从光源所产生的热偏差而膨胀或收缩的复合棱镜片的卷曲或褶皱，会使得难以从光源将光有效导入到液晶板。因此需要开发解决上述问题的技术。
发明内容
发明目的
本发明的目的在于，提供一种能够防止复合棱镜片不期望地褶皱或卷曲的复合棱镜片、包含该复合棱镜片的背光单元以及液晶显示设备。
技术方案
为了达到上述目的，本发明的优选实施方案提供一种复合棱镜片，包含：基底层；第一耐热涂覆层，该第一耐热涂覆层形成于所述基底层的下表面上；第二耐热涂覆层，该第二耐热涂覆层形成于所述基底层的上表面上并包含光扩散粒子；以及棱镜层，该棱镜层形成于所述第二耐热涂覆层的上表面上。
在此实施方案中，所述第一耐热涂覆层可以由玻璃化转变温度为80℃以上的聚氨酯丙烯酸酯(urethane acrylate)树脂来形成。
在此实施方案中，所述第二耐热涂覆层可以包含聚氨酯丙烯酸酯树脂和光扩散粒子，基于100重量份的所述聚氨酯丙烯酸酯树脂，所述光扩散粒子的用量为0.5～300重量份。
在此实施方案中，所述第二耐热涂覆层可以由玻璃化转变温度为80℃以上的聚氨酯丙烯酸酯树脂来形成。
在此实施方案中，所述光扩散粒子可以单分散(monodispersed)或双分散(bidisperse)于所述聚氨酯丙烯酸酯树脂中。
在此实施方案中，所述光扩散粒子可以以单层的形式包含在所述聚氨酯丙烯酸酯树脂中。
在此实施方案中，所述光扩散粒子的平均粒径可以为1～20μm。
在此实施方案中，所述第一耐热涂覆层的厚度可以为0.2～5μm，所述第二耐热涂覆层的厚度可以为1～20μm。
在此实施方案中，所述棱镜层可以具有选自平行三角形棱镜的线性阵列结构(linear array structure of parallel triangular prisms)、多锥形棱镜结构、圆锥形棱镜结构、半球形棱镜结构和非球形棱镜结构中的任意一种棱镜结构。
本发明的另一优选实施方案提供一种包含上述复合棱镜片的背光单元。
本发明的又一优选实施方案提供一种包含上述背光单元的液晶显示设备。
发明效果
依据本发明，配置复合棱镜片以在基底层的两个表面上都形成耐热涂覆层，从而防止因光源产生的热所引起的复合棱镜片的褶皱或卷曲，并且提高隐蔽性(concealment)及电光特性，从而进一步提高液晶显示设备的特性。近来，由于发光二极管(LED)光源的使用的普遍增加，这种复合棱镜片可有效应用于必须具备耐热性、轻薄及隐蔽性的电视(TV)、显示器、笔记本个人计算机(NBPC)等上。
附图说明
图1是说明根据本发明实施方案的复合棱镜片的截面图；
图2A和2B说明本发明的复合棱镜片的卷曲的测定；以及
图3A和3B说明本发明的复合棱镜片的隐蔽性的测定。
具体实施方式
下面，将给出本发明的详细说明。
根据本发明的实施方案，复合棱镜片包括：基底层10；第一耐热涂覆层20，形成在基底层10的下表面上；第二耐热涂覆层30，形成在基底层10的上表面上，并且该第二耐热涂覆层30包含光扩散粒子31；以及棱镜层40，形成在第二耐热涂覆层30的上表面上(图1)。
更具体地，根据本发明的复合棱镜片被配置以在基底层10的两个表面上分别提供第一耐热涂覆层以及第二耐热涂覆层，以防止如在常规复合棱镜片中的褶皱或卷曲。本发明的复合棱镜片包括基底层10、第一耐热涂覆层20、第二耐热涂覆层30以及棱镜层40。
下面将详细说明根据本发明的复合棱镜片的各个构成要素。
<基底层10>
根据本发明，基底层10可以没有限制地由任何可以使用的材料制成，只要该材料是可在背光单元中使用的基底层材料，其实例包括透明基底层，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚环氧树脂薄膜等。优选使用的是聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜和聚碳酸酯薄膜。
此外，基底层的厚度为10～1000μm，优选为15～400μm。如果基底层的厚度不足10μm时，机械强度和热稳定性可能下降。反之，如果其厚度超过1000μm时，薄膜的柔性可能降低并且透射的光可能发生损失。
<第一耐热涂覆层20>
根据本发明，第一耐热涂覆层20形成在基底层10的下表面上，并具有高耐热性，以防止基底层10由于从光源所产生的热而变形，并阻断热的传递，进而防止第二耐热涂覆层30和棱镜层40的变形。
第一耐热涂覆层20可以不受限制地由任何可以使用的聚氨酯丙烯酸酯制成，只要其具有高耐热性。优选为，玻璃化转变温度(Tg)为80℃以上的聚氨酯丙烯酸酯树脂，更优选为Tg为90～150℃。此处，根据ASTM E1356使用DSC(差示扫描量热计，Perkinelmer公司的DSC8000)，通过以10℃/min的速度加热样品从-30℃至300℃来测试Tg。
如果使用Tg小于80℃的聚氨酯丙烯酸酯树脂，则聚氨酯丙烯酸酯树脂的耐热性会降低，而使用聚氨酯丙烯酸酯树脂的效果会不合意地变得不明显。
具有耐热性的聚氨酯丙烯酸酯树脂的优选的实例可以包括多元醇、异氰酸酯和氟类丙烯酸酯。
为了提高第一耐热涂覆层的硬度，所述多元醇可以是选自聚碳酸酯、聚己内酯、聚酯、丁二醇和季戊四醇(pentaerythritol)中的一种或多种，为了提高第一耐热涂覆层的硬度，所述异氰酸酯可以是选自甲苯2,4-二异氰酸酯、二苯基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。此时，所述异氰酸酯的异氰酸酯基(NCO)相对于所述多元醇的羟基(OH)的当量比可以设定为0.95～1.10。如果异氰酸酯基(NCO)相对于羟基(OH)的当量比小于0.95，由于未反应的羟基会导致涂层的硬度降低。反之，如果异氰酸酯基(NCO)的当量比超过1.10，由于未反应的异氰酸酯会导致耐水性可能降低。
所述氟类丙烯酸酯可以是选自具有高耐热性的丙烯酸四氟丙酯、甲基丙烯酸四氟乙酯和甲基丙烯酸三氟乙酯中的一种或多种。基于100重量份的多元醇，可以加入10～100重量份的氟类丙烯酸酯。如果基于100重量份的多元醇，氟类丙烯酸酯的量小于10重量份，耐热性会降低。反之，如果其含量超过100重量份，由于低折射率亮度会降低。
为了形成第一耐热涂覆层，可以不受限制地使用任何方法，只要在基底层上涂覆聚氨酯丙烯酸酯树脂，所述方法的实例可以包括凹版涂布、辊涂、旋涂、喷涂、浸涂、条锭涂布等。
在所述基底层的下表面上形成的第一耐热涂覆层的厚度可以为0.2～5μm。如果该第一耐热涂覆层的厚度小于0.2μm，则表面硬度可能降低而不合意地发生擦刻(scratching)。反之，如果其厚度超过5μm，会引起卷曲。
<第二耐热涂覆层30>
根据本发明，第二耐热涂覆层30形成在基底层10的上表面上，并且该第二耐热涂覆层30具有高耐热性，以防止基底层10由于从光源所产生的热而变形，并阻挡热的传递，进而防止棱镜层的变形。
所述第二耐热涂覆层通过向上面提及的第一耐热涂覆层的聚氨酯丙烯酸酯树脂中加入光扩散粒子31来获得，并且可以包括与第一耐热涂覆层中所使用的聚氨酯丙烯酸酯树脂相同或不同的聚氨酯丙烯酸酯树脂。
可用于第二耐热涂覆层中的聚氨酯丙烯酸酯树脂优选包括，与基底层10和棱镜层40粘合性好的、与分散于其中的光扩散粒子31的相容性高的耐热性聚氨酯丙烯酸酯树脂，即，其中光扩散粒子均匀分散从而不容易发生分离或沉淀的耐热性聚氨酯丙烯酸酯树脂。
所述光扩散粒子31可以包括多种有机粒子或无机粒子。有机粒子的代表性的实例可以包括：丙烯酸类(acryl)粒子，包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸环氧丙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯的均聚物或共聚物；烯烃类粒子，例如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等；丙烯酸-烯烃类共聚物粒子；以及多层多成分(multilayermulticomponent)粒子，其通过形成一层均聚物粒子后在其上形成其他种类的单体的一层，例如硅氧烷类聚合物粒子或四氟乙烯类粒子的层而制备。无机粒子的实例可以包括硅树脂(Silicone)、氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆和氟化镁。对本领域技术人员显而易见的是，上述有机和无机粒子只是示例性的，并不限于以上所罗列的实例，只要能够达到本发明的目的可以使用其他公知的材料代替，这种材料的变更也属于本发明的范围。
如上所述的光扩散粒子31，基于100重量份的所述聚氨酯丙烯酸酯树脂，可以使用0.5～300重量份，优选50～250重量份。如果所述光扩散粒子的含量小于0.5重量份，在整个面积中光扩散粒子所占的空间，即填充因子(fill factor)会降低，从而不合意地降低亮度和隐蔽性。反之，如果其含量超过300重量份，光扩散粒子的单层涂覆变得不可能，从而不合意地降低亮度。
所述光扩散粒子可以通过单分散或双分散在聚氨酯丙烯酸酯树脂中以单层的形式涂覆在基底层的上表面上。此时，单分散是指粒径的偏差为小于10％的粒子被分散；双分散是指粒径的偏差为10～30％的粒子被分散。如果光扩散粒子在粒径偏差超过30％的条件下分散在聚氨酯丙烯酸酯树脂内或者在基底层的上表面上以多层的形式涂覆时，亮度可能不合意地降低。
如上所述将单分散或双分散的光扩散粒子以单层涂覆的形式来提供，从而提高复合棱镜片的电光特性，且光扩散粒子包含在基底层和棱镜层之间的第二耐热涂覆层内，从而能够适当提高复合棱镜片的隐蔽性。
所述光扩散粒子的平均粒径为1～20μm，优选为10～15μm。如果光扩散粒子的平均粒径小于1μm，第二耐热涂覆层会变薄，从而不合意地降低耐热性。反之，如果其厚度超过20μm，第二耐热涂覆层会变厚，从而不合意地降低亮度。
为了形成第二耐热涂覆层，可以不受限制地使用任何方法，只要在基底层上涂覆树脂，所述方法的实例可以包括凹版涂布、辊涂、旋涂、喷涂、浸涂、条锭涂布等。
如上所述形成在基底层的上表面上的第二耐热涂覆层的厚度可以为1～20μm。如果第二耐热涂覆层的厚度小于1μm，涂覆层变薄而不合意地降低耐热性。反之，如果其厚度超过20μm，涂覆层变厚而不合意地降低亮度或发生卷曲。
<棱镜层40>
根据本发明，棱镜层40可以形成在第二耐热涂覆层30的上表面上，该棱镜层的棱镜结构可以是选自平行三角形棱镜线性阵列结构、多锥形棱镜结构、圆锥形棱镜结构、半球形棱镜结构和非球形棱镜结构中的任意一种。如图1所示，在棱镜层的结构是三角形棱镜的线性阵列的形式时，光学特性，例如正面亮度以及视角内的光强度分布等可以根据棱镜结构的顶角(apex angle)而显著地变化。所述棱镜结构的顶角优选设定为80～100°。如果该角度小于80°，通过光收集的正面亮度良好，但是视角内的光强度分布变差。反之，如果该角度超过100°，视角内的光强度分布良好，但是正面亮度可能降低。
用于棱镜层的材料可以包括包含UV可固化树脂或热固化树脂的聚合物树脂。尤其适用的是非常透明的、且能够形成适于维持光学结构的形状的交联键的树脂组合物。其实例包括环氧树脂-路易斯酸(epoxy resin-Lewis acid)或聚羟乙基类(polyethylol)、不饱和聚酯苯乙烯(polyester-styrene)、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯等。其中特别适用作为非常透明的树脂的是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯树脂，这种树脂的实例包括含聚氨酯丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的低聚物，其可单独使用或用具有多官能团或单官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体稀释使用。
如上所述，配置复合棱镜片以在基底层的两个表面上形成所述第一耐热涂覆层和第二耐热涂覆层，从而防止常规复合棱镜片的问题，即褶皱或卷曲。
此外，本发明涉及包含上述复合棱镜片的背光单元以及包含该背光单元的液晶显示设备。所述背光单元以及包含该背光单元的液晶显示设备可以使用本发明所属领域公知的方法来制造，具体说明在此省略。
本发明可以提供，通过额外提供邻接于上述复合棱镜片的任一表面的光学片、光扩散片或保护片等来形成的背光单元和液晶显示设备。从而无需单独层积光扩散元件和光学片，而是可以一起提供，进而提供能够提高隐蔽性且能够防止亮度降低的背光单元和液晶显示设备。
可以通过以下实施例获得对本发明更好的理解，但这些实施例仅为说明目的提出，而不应解释为对本发明的限制。
[实施例1至5]
利用下表1中所示的树脂和光扩散粒子通过下列方法来制造复合棱镜片。
使用凹版涂布机，在厚度为250μm的透明的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(KOLON)的下表面上涂覆Tg为120℃的聚氨酯丙烯酸酯树脂(EFT，KOLON)，在120℃下干燥60秒，使用UV固化机进行3秒的固化，形成厚度为3μm的第一耐热涂覆层。之后，将Tg为120℃的聚氨酯丙烯酸酯树脂(EFT,KOLON)与光扩散粒子(聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及硅树脂(silicone))混合，使用铣床进行分散。使用凹版涂布机将具有光扩散粒子分散于其中的聚氨酯丙烯酸酯树脂涂覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(KOLON)的上表面上，在120℃下干燥60秒，使用UV固化机进行3秒的固化，形成厚度为5μm的第二耐热涂覆层。
另外，棱镜层以涂覆包含80重量％的高折射丙烯酸酯、15重量％的甲基丙烯酸2-苯乙酯、3重量％的1,6-己二醇丙烯酸酯、2重量％的双酰基膦(bisacylPhosphine)BAPO类光引发剂的光敏组合物的方式来形成，向第二耐热涂覆层照射UV线(300瓦/英寸平方，Fusion)，由此形成棱镜顶角为90°、棱镜光学结构的间距(pitch)为50μm、棱镜光学结构的高度为25μm的线性三角棱镜，从而制造了复合棱镜片。
[比较例1至7]
按照实施例1中相同的方法制造复合棱镜片，不同之处在于使用表1中所示的树脂和光扩散粒子。
[比较例8]
除了将50重量份的光扩散粒子分散于100重量份的聚氨酯丙烯酸酯树脂(EFT,KOLON)中而形成第一耐热涂覆层；和以多层方式涂覆第二耐热涂覆层的光扩散粒子而形成第二耐热涂覆层之外，按照实施例1中相同的方法来制造复合棱镜片。
表1
注)EFT(KOLON)：Tg为120℃的聚氨酯丙烯酸酯树脂
NATOCO(NATOCO)：Tg为70℃的聚氨酯丙烯酸酯树酯
如下测定实施例和比较例的复合棱镜片的相对亮度、卷曲及隐蔽性。结果在下表2中示出。
<相对亮度的测定>
将上述实施例和比较例的两个复合棱镜片样品互相垂直地层叠，并固定在17英寸LCD板用的背光单元(LM170E01，来自韩国Heesung Electronics Co.Ltd.制造)上，使用亮度仪(BM-7A，来自日本TOPCON)测定13个随机位置的亮度值，并取其平均值。
<卷曲测定>
将复合棱镜片样品在85℃下放置1000小时，然后测试该片卷翘的程度。例如，图2A显示1mm的卷曲，图2B显示3mm的卷曲。
<隐蔽性测定>
在复合棱镜片样品的2cm的背面，以肉眼能清楚观测字体的程度分下面1～4级进行评价。例如，图3A显示隐蔽性4级，图3B显示隐蔽性2级。
1级：清楚观测字体
2级：能够观测到字体但有相(phase)分离
3级：字体的相分离并难于阅读
4级：不能清楚观测到字体并无法阅读
表2
相对亮度 卷曲 隐蔽性
实施例1 100.0 1mm 4
实施例2 100.2 1mm 4
实施例3 100.6 1mm 4
实施例4 99.7 1mm 4
实施例5 99.9 1mm 4
比较例1 95.2 1mm 5
比较例2 96.3 1mm 5
比较例3 97.4 1mm 4
比较例4 97.0 1mm 4
比较例5 100.1 3mm 4
比较例6 99.7 3mm 4
比较例7 100.2 3mm 4
比较例8 92.3 1mm 2
如表2所示，在实施例1至5和比较例1至4中，在第二耐热涂覆层的光扩散粒子通过单分散或双分散以单层涂覆的形式提供的情况下，亮度提高。此外，在实施例1至5和比较例5至7中，当基底层的下表面及上表面都涂覆第一耐热涂覆层和第二耐热涂覆层时，卷曲特性优异。
在实施例1至5和比较例8中，相比在基底层的上表面和下表面都涂覆光扩散粒子时，只在基底层和棱镜层之间的第二耐热涂覆层涂覆光扩散粒子时的隐蔽性优异。但是，在比较例8中，隐蔽性提高但是相对亮度降低。
虽然出于说明目的已经公开了本发明的优选的实施方案，但是本领域普通技术人员将理解，在不背离在所附的权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改变、添加和替换是可能的。

Claims (10)

1.一种复合棱镜片，包括：
基底层；
第一耐热涂覆层，该第一耐热涂覆层形成于所述基底层的下表面上；
第二耐热涂覆层，该第二耐热涂覆层形成于所述基底层的上表面上并且包含光扩散粒子；以及
棱镜层，该棱镜层形成于所述第二耐热涂覆层的上表面上。
2.根据权利要求1所述的复合棱镜片，其中，所述第一耐热涂覆层由玻璃化转变温度为80℃以上的聚氨酯丙烯酸酯树脂所形成。
3.根据权利要求1所述的复合棱镜片，其中，所述第二耐热涂覆层包含聚氨酯丙烯酸酯树脂和光扩散粒子，基于100重量份的所述聚氨酯丙烯酸酯树脂，所述光扩散粒子的用量为0.5～300重量份。
4.根据权利要求3所述的复合棱镜片，其中，所述聚氨酯丙烯酸酯树脂的玻璃化转变温度为80℃以上。
5.根据权利要求3所述的复合棱镜片，其中，所述光扩散粒子以单层的形式包含在所述聚氨酯丙烯酸酯树脂中。
6.根据权利要求1所述的复合棱镜片，其中，所述光扩散粒子的平均粒径为1～20μm。
7.根据权利要求1所述的复合棱镜片，其中，所述第一耐热涂覆层的厚度为0.2～5μm，所述第二耐热涂覆层的厚度为1～20μm。
8.根据权利要求1所述的复合棱镜片，其中，所述棱镜层具有选自平行三角形棱镜线性阵列结构、多锥形棱镜结构、圆锥形棱镜结构、半球形棱镜结构和非球形棱镜结构中的任意一种棱镜结构。
9.一种背光单元，包含权利要求1至8中任意一项所述的复合棱镜片。
10.一种液晶显示设备，包含权利要求9所述的背光单元。
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