TW201202016A - Double sided light guide plate manufactured with micro-patterned carrier - Google Patents

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201202016 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體有關於一種光導板（light gUide plate)， 且更特別的是有關於一種雙側光導板及其製造方法β 【先前技術】 液晶顯示器（LCD)因持續改善成本及效能而變成許多 電腦、儀器、及娛樂應用系統的較佳顯示器技術。典型的 LCD行動電話、筆記型電腦及監視器包含用於接收來自光 源之光線及或多或少均勻地重新散佈光線於LCD之光導 板。現有光導板的厚度通常介於〇. 8.毫米（mm)至2毫米之 間。該光導板板必須夠厚以便有效地耦合光源（通常為CCFL 或多個LED)，以及將更多的光線朝觀看者重定向。此外， 一般而言，使用習知射出成型法製造具有小於約〇.8毫米 之厚度與大於60毫米之寬度或長度的光導板既困難又昂 貴。在另一方面，特別是隨著LED的尺寸變得較小，普遍 希望將光導板予以痩身’以便降低LCD的總體厚度及重 量。因此，必須致力平衡這些相互衝突的要求，以便達成 最佳的光利用效率、低製造成本、薄度及亮度。 在大部份的應用中，光導板有一面必須帶有圖案（「單 側光導板」），以便實現充分的光提取及重定向能力》不過， 在有些情形下’例如，在轉向膜系統（turning film system) 中’想要在板體的兩面上都形成微圖案（「雙側光導板」）。 經顯示’在LCD的背光單元中使用轉向膜，會減少要達到 夠高程度的亮度而必需使用的光管理膜（1 i g h t 4 95191 201202016 management film)的數目。不幸的是，在板體相對薄（小於 〇· 8毫米）時實現這兩個圖案之良好複製，已變成採用轉向 膜選項的主要障礙。的確，選擇用以製造薄的雙側光導板 的方法對於控制成本、生產力及品質很重要，這使得轉向 膜技術更有經濟吸引力。 迄今所選方法為射出成型法及其若干變體。在此方法 中’係以高速及高壓將熱聚合物融化物注入至模穴内，該 模穴具有微機械加工面（micro_machined surface)，加工 面的圖案是在模腔填充及冷卻階段期間，被轉印至固化模 壓板的表面上。在板體的厚度相對大8毫米）並且橫 向尺寸（寬度及/或長度）相對小300毫米）時，射出成型 技術相當有效。不過’對於主要表面上都有微圖案（micro- pattern)的相對 薄板體 0.8 毫米）而言， 射出成型法需 要顯著程度的注射壓力，這樣的注射壓力通常會在模壓板 中導致不良的複製、高殘留應力及雙折射 (birefringence) ’並因此產生不良的尺寸穩定性及低生產 良率。 用來生產單側光導板（微圖案在一個表面上）的另一方 法疋要用喷墨、網板印刷法（screen printing)或其他種類 的印刷方法，在平坦、擠壓的澆鑄膜片（sheet)的一側上印 上離散的微圖案。此方法的缺點是擠壓洗鑄步驟需要額外 卬貝的印刷步驟以及離散微萃取器（micr〇_extract〇r)的 形狀及尺寸是預定的而且不好控制。在兩面均要圖案化時 (如本發明所要求的）’此方法變得很沒有吸引力。 5 95191 201202016 連續卷對卷式擠壓澆鑄法（ro1卜to_ro11 extrusion casting process)相當適合用來製造薄的、單側微圖案化 膜，如美國第5, 885, 490號專利（Kawaguchi等人）、美國 第2007/0052118 A1號專利公開案（Kud〇等人）、美國第 2007/0013100 A1號專利公開案（CaPaldo等人）、及美國第 2008/0122135號專利公開案（Hisanori等人）所揭示的。 Kawaguch i等人考量藉由將熔融樹脂澆鑄在可撓性載體膜 (該載體膜通過由兩個反向旋轉的輥子所形成的輥隙區 (n ip region))的圖案化表面上，以賦予圖案於成品膜之兩 侧上的可能性。此方法本質上很貴，因為圖案形成之表面 (patterning surf ace)本身為必須在洗鑄製程之前個別製 備然後在使用有限次後拋棄的膜。Capaldo等人揭示一種 擠壓澆鑄方法，用於製造一表面上有受控粗糙度的膜。 Hisanori等人及Kudo等人也揭示使用擠壓澆鑄法的膜圖 案形成法，但是他們限定其揭示内容於單側膜。Kudo等人 特別要求圖案形成輥子有相對高的表面溫度（> Tg+20 °C)。用擠壓澆鑄法製造厚光導板的方法由Takada等人（世 界專利第W0 2006/098479號）揭示，但是此法也限於製造 單側光導板。 因此’儘管已有人提出特定的光導板及通過擠壓、卷 對卷式操作用來製造該板之方法的解決方案，然而仍需利 用單一回合擠壓澆鑄法來製備如本發明所揭示有成本效益 的雙側光導板。 【發明内容】 6 95191 201202016 本發明提供—種⑽板，其係具有㈣接收來自光源 •之光線的輸入面、用以發光之微圖案化輸出面、以及與該 •輸出面相對之微圖案化底面，光導板係用包含下述步驟 .製成：在在圖案化輕子溫度T1及輥隙壓力=== .入在圖案化輥子與圖案化載體膜之間的_:内，以形成光 學膜片，該光學膜片有第一圖案化表面與第二圖案化表 面，該第一圖案化表面有轉印自該圖案化輥子之微圖案以 及該第二圖案化表面有轉印自該圖案化載體膜之微圖案， 從該光學膜片剝離該圖案化載體膜；以及，將該光學膜片 切割及精加工成多個具有特定長度與寬度尺寸的雙側光導 板。 【實施方式】 本發明的光導板係使用設在該光導板的—表面上大體 形成稜鏡形狀的光重定向微結構（1 ight~i~edii*eeting micro-structure)以及設在該光導板之相對表面上呈離散 元件狀的光萃取微結構（light_extractinS microstructure) 。 真正的 棱鏡至 少有兩個平坦 面 。 不過 ，由於 光重定向結構的一個或多個表面在所有的具體實施例中不 一定需為平坦，而是可彎曲或有多個區段’因此本專利說 明書使用更一般的術語“光重定向結構’’。 有多個光導板的大光學膜片 第1圖為本發明之大光學膜片300的上視圖。把有以 下尺寸光學膜片300說成是大的：它的長度心大於或等於 0.8米（m)，大於或等於1.0米更佳，以及大於或等於I.4 95191 7 201202016 米最佳，而它的寬度％大於或等於〇 3米，大於或等於 U米更佳，以及大於或等於G 9米最佳。光學膜片_ 的厚度仏在約〇.05毫米至約2毫米之間，在約〇1毫米 至約0.7亳米之間為更佳，而在約〇·2毫米至約〇 5毫米 之間最佳。光學膜片300有至少2個光導板圖案於其上， 有至少4個光導板圖案於其上更佳，有至少2()個光導板圖 案於其上最佳。 圖示於第1圖的光學膜片300包含光導板圖案25〇3至 25〇j ’其中各個圖案也有長度及寬度。例如，光導板圖案 25〇a有長度L與寬度％，同時光導板圖案250e有長度 h與寬度％。每個光導板圖案也有輸入面18、端面Μ、 及兩個侧面15a、15b。在同-光學膜片上有多個光導板圖 案的優點是可改善生產力及降低每個光導板的成本。在光 導板圖案不為矩形的情形下，它的寬度及長度用在兩個正 交方向的最大尺寸定義。 由大光學膜片切成的光導板 一第2A圖及第2B圖各自圖示由大光學膜片加0切成的 光導板250的仰視圖及側視圖。光導板25〇可為第^圖中 之任一光導板250a至250j。它有長度z與寬度在用 於LCD的㈣單元中時，光導板永遠耗合至—個或多個光 源12。寬度F是定義為平行於沿著γ方向對準的光源， 同時長度定義為與寬度妒或γ方向正交。 取決於應用，長度{與寬度妒通常在20毫米至500 宅米之間。光導板250的厚度仏大體均勻，這意指厚度的 95191 8 201202016 差異通常小於20%，小於ι〇%更佳，而小於5%最佳。 . 光導板250在其底面π上有離散元件的微圖案2Π(以 、小點表示）。圖案217有長度“與寬度灰q，彼等係各自與 光源12的光線平行及正交。圖案217在長度方向、在寬度 方向或兩個方向的尺寸通常皆小於光導板25〇的尺寸。亦 即，ζγζ且％^酽。離散元件的大小及數目在長度方向及 寬度方向可有所不同。 離散元件在位置（xj)的二維（2D)密度函數的 定義為：離散元件的總面積除以涵蓋有該等離散元件的總 面積，在此x=Z/Z〇，尸Γ/%，X及F為沿著長度、寬度方 向離散元件與原點0的距離。為了方便起見，選擇該圖案 中罪近光導板250的輸入面18的角落為原點在圖示於 第2C圖的-實施例中，面積為為β4，β5，⑺的6個離 散元件227位於具有小面積△心· △々的任意矩形中。離 Ν 散元件在此小面積的密度等於，在此，Ν=6， 其係表示離散元件在小面積A % ·△ 中的總數。局限於 此區的離散元件可具有相同的面積。 離散元件的密度函數通常隨著位置（尤少）而改 變。實務上，密度函數在寬度方向的變化弱，而 在長度方向的變化強。為求描述簡潔起見，—維密度函數 乃U)常用來表示離散元件之圖案的特徵，並且例如可用 乃U)= Ϊ乃2Z)U;〇办*來加以計算。也可輕易地 由2D达、度函數D Ο,；；)衍生出其他形式的一維（ip)密度函 95191 9 201202016 數。在下文t ’應將獨立變數^解釋成可用來計算一维密 度函數的）的任何變數。例如，如果光源為點狀並且位於 光導板的角落附近的話’則x可為距離原點〇的半徑。 如第2B圖所示，光導板25〇具有用於搞合由光源以 射出之光的光輸入面18,用於由光導板25〇射出光的輸出 面16,與輸入面18相對的端面14，與輸出面“相對的底 面17，以及兩個側面〗5a、15b。光源12可為單一線性光 源，例如冷陰極螢光燈（CCFL)或多個點狀光源，例如發光 二極體（LED)。或者’圖帛217可在光導板250的輸出面 16上。 第3A圖圖示觀看方向平行於寬度方向時光導板25〇 ' 稜鏡膜（例如，轉向膜22)及反射膜142的放大側視圖。在 光導板250的輪出面16上有多個稜鏡216，而在底面17 上有多個離散元件227。第3B圖圖示觀看方向是沿著長度 方向時光導板250的放大側視圖。輸出面16上的每個稜鏡 216大體有頂角α〇。稜鏡可具有圓形頂。第3(：圖為稜鏡 216的上視圖。在此實施例中，稜鏡係彼此平行。在圖示 於第3D圖的另一實施例中，稜鏡216均為彎曲波浪狀。有 任何習知修改的稜鏡均可用於本發明。實施例包含有可變 南度、可變頂角及可變間距（pitch)的稜鏡。 第4A-1圖、第4A-2圖及第4A-3圖各自為可用於本發 明之第一種離散元件227a的透視、俯視及側視圖。每個離 政元件實質上為三角分節棱鏡（triangular segmented Pnsm)。第4B-1圖、第4B-2圖及第4B-3圖各自為可用於 10 95191 201202016 本發明之第二種離散元件227b的透視、俯視及侧視圖。每 個離散元件實質上為有平頂的三角分節稜鏡。第4C-1圖、 第4C-2圖及第4C-3圖各自為可用於本發明之第三種離散 元件227c的透視、俯視及側視圖。每個離散元件實質上為 圓形分節稜鏡（rounded segmented prism)。也可使用有其 他習知形狀（例如’圓柱及半球形）的離散元件。彼等可呈 對稱或不對稱。以上實施例不包括一切，而且其他類型的 元件可用於本發明。 儘管有以上形狀的離散元件為眾所周知，然而最有用 於大光學膜片300的離散元件則是相對淺而且有以下關鍵 特徵：它們的高度d小於它們的長度及它們的寬度 △妒。更特定的是，高度d小於或等於12微米（為較 佳，小於或等於10微米更佳’而小於或等於6微求最佳； 同時長度與寬度△妒大於或等於ι5微米為較佳，大於 或荨於20微米更佳’而大於或等於25微米最佳。長度 與寬度△酽通常都小於100微米。 或者，比率d/ΔΖ及d/ΔΚ小於或等於〇·45為較佳， 小於或等於0.3更佳，而小於或等於〇.2最佳。 有上述特徵的離散元件有些優點，並且使以下方法能 夠用來製造包含該等離散元件的光學膜片。首先，它們容 易在圖案化輥子上製造。通常1個金剛石工具便足以把〇 8 米寬的報子雕刻成具有具上述特徵的離散元件而沒有顯著 的刀具損耗。第二，由此類離散元件形成的_案，容易以 良好複製保真度（replication fidelity);^相對低的壓力 95191 11 201202016 及溫度，由圖案化輥孑轉印至光學膜片。第三，由此類離 散元件形成的圖案由於損耗少因此壽命長。最後，有此圖 案的光導板不容易磨損背光單元中的鄰近組件。在討論以 下用於製造大光學膜片的方法時，這些優點會更加明顯。 在比較實施例中，離散元件有長度^心50微米、寬度 △ ^F=50微米及高度微米’因而沒有本發明的尺寸特 性。由於有刀具損耗’通常需要2至4個金剛石工具來雕 刻寬度為0.8米、而爭授為〇· 23米的輥子。有此類離散元 件的圖案難以在圖案化粮子上製造，因為大比率△厶及 d/△酽使得金剛石工異容易破裂。另外’在下述較佳的方 法實施例中，有此類離散元件的圖案不容易從圖案化輥子 韓印黾#璺膜Μ 300。此外’在圖案變形或破裂之前’無 法多次==圖案的圖案化親子。最後’有此圖案的光 導板可能磨損鄰近的.组件° 用於製造雙侧光導板的方法 在一方法中，用於製造雙側光導板的製程包含以下3 個關鍵步驟：1.製備雨個圖案化輕子；2·使用這兩個圖案 化輥子通過擠壓澆鑄法來製作包含多個光導板圖案的大光 學膜片；以及3.將該大光學膜片切成有特定長度及寬度尺 寸的多個雙側光導板^描述這些步驟如下。 製備圖案化鶴子 請參考第5Α圖及第5Β圖，例如，用使用適當金剛石 工具的直捿微機械加工法（direct micro-machining method)在圖案化輥子48〇a上產生包含多個子圖案252a至 12 95191 201202016 252d的圖案252。第5A圖圖示在有半徑4及寬度％!之 圖案化輥子480a上的子圖案252a、252b的前視圖。第5B 圖圖示包含4個子圖案252a至252d的圖案252的展開圖。 圖案252有長度’在此子圖案252a有寬度 與長度。這4個子圖案可具有相同或不同的寬度或 長度。在一實施例中，及ιί5；152毫米，Z/n=2 丨％955毫米， %ι-406毫米，ζ^ι = 182毫米，以及^^=396毫米。通常在 兩個相鄰子圖案之間有空白空間。不過，在有些情形下， 有可能最小化兩個相鄰子圖案之間的空白空間，以改善輥 子表面的使用效率。在這兩種情形下，每個子圖案的密度 函數（如前述）在長度及/或寬度方向都會改變。在一實施例 中’密度函數係先遞減然後遞增。 產同樣，用任何習知雕刻方法在另一圖案化輥子48此上 上生另一圖案254。第6A圖及第6B圖為圖案化輥子48仳 及之圖案254的正面及展開視圖。圖案化輥子48〇b有半徑 声2、長度心2=2疋心及寬度％广圖案254有寬度％2與長 實施例中，Α-¥152毫米’‘七2=2以产955 6α / 喝1=406毫米，以及％2=400亳米。圖示於第 6B圖的圖案254為與輥子權b之長度方向平行的線 =。料㈣案可為任何習知的祕魏、透鏡或柱 乂圓案。它可具有可變或不變的間距、高度或形狀。 ^另-實施例中，圖案254經配置成對於報子獅的 浪^向有—諸。在又—實施例中，第二圖案254為波 的線性稜鏡圖案。在再-實施例中，第二圖案⑽（如 95191 13 201202016 同第一圖案252)包含多個子圖案。在另一實施例中，相較 於輥子480b的尺寸，第二圖案254的覆蓋率小，亦即，比 率％2/心2<〇. 1。在極端的情形下，在圖案254實質很少 或沒有雕刻微特徵時，比率仏2/&2接近零。 如第5B圖及第6B圖所示，圖案252包含多個離散子 圖案252a至252d，每個子圖案包含如第2C圖及第4A-1 至4C-1圖所示的離散元件，同時圖案254為連續圖案。不 過，圖案254也可類似於圖案252而具有離散元件的圖案。 在輥子表面上產生的圖案為供光導板使用以由擠壓澆 鑄法製成的圖案反面（“陰圖”）。使輥子表面有微圖案的 另一選項涉及用圖案化膜片或套筒（可為以下在說明第11A 圖時所描述的圖案化載體膜474a，或以下在說明第12B圖 至第12D圖時所述的圖案化帶（patterned belt)479、479a 或479b)纏繞輥子。該圖案化膜片或套筒可為金屬或聚合 物（polymeric)。在圖案化親子480a、480b上各自產生圖 案252、254後，可使用數種擠壓澆鑄法具體實施例中之一 個方法製成光學膜片300’（其形式為光學膜片300a、 300b、300c、300d 及 300e)。 第7A圖及第7B圖圖示一面有圖案252及另一面有圖 案254的光學膜片300’的上視圖。有不同尺寸及空白空間 的兩個光導板250al及250a2可自同一個子圖案252c切 出。本發明的大光學膜片使得改變光導板尺寸的彈性變得 可能。 擠壓澆鑄法 14 95191 201202016 本發明的擠壓澆鑄方法示意圖示於第8A圖。該方法包 含下列步驟： (1) 將具有必要物理及光學性質的聚合物樹脂45〇a 透過第一擠壓站470a(具有第一擠壓機476a及第一成片模 頭（sheeting die)477a)擠壓至硬挺但可撓聚合物載體膜 474上，該聚合物載體膜474是從供給輥子472a饋至兩個 反向旋轉輥子480a、478a之間的第一輥隙内。如前述，輥 子480a為具有供本發明光導板使用之微特徵圖案252的圖 案化輥子。。維持輥子480a的表面溫度TpaRi，使得TpaRi ，在此，丁81為第一擠出樹脂45〇a的玻璃轉變 溫度（glass transition temperature)。輥子 478&(也 力輥子）有軟彈性表面及表面溫度W、。維 =個輕子的輥隙壓力P，使得p大於8牛頓/輥子的毫米 (2) 從輥隙區送出的载體膜梢與洗鑄樹脂優先黏著 ^圖案化輥子她’以形成有所欲厚度_片，直到在輥 隙下游某個距離處固化為止。 化膜片與龍膜從錢輥子剝離，並且 在又控張力下取下。然後，在剝 481a下姑甘加 ^ 牡剰離點CstriPPing p〇int) /某個距離處，從成形的圖案化膜片制掉該載體 L第的放大圖，其中係不按比例圖示圖案 =第-層41〇a有通常從0·〇25毫米變化至。. 厂予度心Dl在約〇.05毫米至〇35毫米的範圍 15 95191 201202016 而在为0· 15毫米至〇· 25毫米的範圍内更佳。 一（4)然後，將第一層41〇a饋至第二擠壓站47〇b(具有 第一圖案化輥子48〇b及第二壓力輥子478b)内。有第一層 41 〇a之圖案252的圖案化側面向第二壓力輥子478b，並輸 送通過在輥子48〇b、478b之間的第二輥隙區，同時透過成 片模頭477b從擠壓機476b將第二層樹脂450b澆鑄於第一 層41〇a的無圖案側上。第二輥隙區的壓力控制在p> 8牛 頓/輥子的毫米寬度。圖案化輥子48〇b的表面溫度TpaR，2 & 50 C，在此，Tg2為第二擠出樹脂450b的玻璃轉變 溫度，並且，壓力輥子478b的溫度Tp2<TpaR2。輥子48〇b 的表面上的圖案254從輥子480b轉印至澆鑄在第二輥隙區 的樹脂。 (5) 通過第二輥隙區的樹脂45〇b黏著至第一層 41以，以形成複合光學膜片300a。該複合光學膜片在第二 輥隙下游某個距離處固化。第8C圖為有層41〇&及41牝之 光學獏片300a的放大圖，其中係不按比例圖示圖案252、 254。層410b有從0. 025毫米變化至〇. 5毫米的厚度仏。 在約〇. 〇5毫米至〇· 35毫米的範圍内為較佳，在約〇.工5 毫米至0.25毫米的範圍内為更佳。光學膜片的總厚度為厚 度h + D2,其通常是在〇·〇5毫米至1〇毫米之間，在〇. ^ 毫米至0.7毫米之間為較佳，在〇. 3毫米至〇·5毫米之 更佳。 a (6) 固化的光學膜片300a從輥子48〇b剝下以及在受 控張力下取下進入捲取站^汕匕叩紂討比幻’其中’該祺 95191 16 201202016 片不是在此線上（in-line)精加工（成片）、便是捲在輥子 484a上供隨後精加工。此膜片包含多個光導板圖案，該多 個光導板圖案隨後必須切成具有最終特定長度及寬度尺寸 的設計的光導板。 第二擠壓站470b中擠出的樹脂450b不需要跟第一站 470a中擠出的樹脂450a —樣，並且，第一及第二層的厚 度不需相同（通常，只要複合板的最終厚度D及光 學性質符合設計要求即可。施加圖案252、254的順序無關 緊要而且可取決於實務上的考量。 在一實施例中，熔融樹脂450a、450b為聚碳酸酉旨 (PC)，其玻璃轉變溫度Tg約有145°C。在另一實施例中， 溶融樹脂 450a、450b 為衝擊改性 PMMA(impact modified PMMA) ’其玻璃轉變溫度Tg是在95至106°C的範圍内。衝 擊改性PMMA沒有純PMMA那麼脆，而且經證明比未改性PMMA 還容易擠出。在又一實施例中，熔融樹脂450a、450b為聚 埽烴系聚合物（polyolef inic polymer)。 雙侧光學膜片300a也可只在一個擠壓站中以兩個回 合的製程做成。具體言之’在用第一圖案化輥子480a擠壓 聚合物樹脂450a的第一層進入輥隙以製成第一層膜後，該 第一層膜可捲成捲存放供隨後使用。然後，第一圖案化轉 子480a換成第二圖案化輥子480b，並且將第一層膜之捲 展開以及輸送回到輥隙’其中’該第一層膜的圖案化側是 朝向壓力輥子。從相同的擠壓機476a及成片模頭477a將 聚合物樹脂450b的第二層澆鑄於第一層的無圖案側上，以 17 95191 201202016 形成光學膜片300a。雖然此方法只需要一個擠壓站，然而 它要額外的回合來完成光學膜片3〇〇a的製造，這在經濟上 大體沒有優勢。 在有些情形下，可視需要而在製造第一層時使用載體 膜474，儘管在不用載體膜下仍可控制製成膜的品質，然 而這大致會比較困難。 本發明的擠壓澆鑄法示意圖示於第9A圖。在兩個擠壓 站470a及470b中個別形成兩個單側微圖案化層41〇a、 41〇b ’其方式與第8A圖之第一層的形成類似。兩個成形的 圖案化層41〇3、4101)在層壓站（1311^113以〇115_|；3_^加）料〇 中層壓在一起，此係藉由使這兩層的無圖案表面相互黏著 以形成單-光學膜片鳩，膜片_的各個表面上有圖 案252、254 ’如第9B圖所示。同樣，此膜片包含多個光 導板圖案，該多個光導板圖案隨後必須切成具有最終特定 長度及寬度尺寸的設計光導板。 可用各種方式實現這兩個固體層的層壓，包括：溶劑 層壓、壓力層壓、UV層壓或熱層壓。溶劑層壓係藉由在一 個或兩個表面上塗上薄溶劑層’使得該層的無圖案表面變 黏’從而促進黏合。隨後藉由乾燥來移除多餘的溶劑。壓 力層壓係藉由使用可牢牢黏著於兩面的壓敏黏著劑來實 現在UV層壓中，一層或兩層膜的表面係塗上紫外線黏著 劑（UV adhesive)，其在黏接層經紫外線固化後可促進黏 合。在熱層壓中，-個或兩個表面係塗上溫度敏感層，然 後加熱至低於光導板樹脂之Tg很多的溫度，從而促進層間 95191 18 201202016 的黏性。在所有的層壓方法中（除了溶劑層壓以外），黏接 層最好有充分接近光導板樹脂之光學性質的光學性質（特 別是，折射率，色彩及透射比）’以便最小化對於光導板之 光學效能的影響。層壓及擠壓步驟可線上進行（如第9A圖 所示）、或離線（off-line)進行（其中擠壓及層壓步驟係不 耦合）。此方法可視需要而使用載體膜，而且可將機器設計 成可製作第一層及/或第二層而不使用載體膜474。 本發明的擠壓澆鑄法示意圖示於第1〇圖。以類似於產 生如第9A圖所示之層41 Ob的方式，產生有圖案254之單 側層41 Ob。然後’用適當的印刷方法，賦予圖案252於層 410b的無圖案侧上，以形成光學膜片3〇〇c。例如，單側層 410b通過印刷站492,其中係印刷圖案252於膜41〇b的無 圖案侧上。此步驟可選擇多種印刷方法，包括喷墨印刷法、 網板印刷法及其類似者。在任何情形下，透明油墨的光學 性質必須小心地匹配於擠出層的光學性質。如果印刷材料 (油墨）有紫外線敏感性，則印刷站後处須緊接著放置紫外 線站，以固化印刷後的油墨。最終光學膜片3〇〇c有名義上 與層410b厚度相同的總厚度’而光學膜片3〇〇a、3〇〇b 的總厚度遠大於第8C圖及第9B圖中之層410b的厚度。光 學膜片300c(類似於光學膜片300a及3〇〇b)也包含隨後必 須切成具有最終特定長度及寬度尺寸的多個光導板圖案。 印刷及播壓步驟可線上進行（如第10圖所示）、或離線進行 (其中擠壓及印刷步驟係不耦合）。此方法可視需要使用載 體膜’而且可將機器設計成可製作層41〇b而不使用載體膜 95191 19 201202016 474。與其他具體實施例相比，此方法少使用一個微機械加 工圖案化輥子，但是印刷方法可受限於以此方式產生之離 散元件的形狀及大小。 本發明的擠壓澆鑄法示意圖示於第11A圖。亦即，載 體膜為微圖案化載體膜474a。通過擠壓機476a及成片模 頭477a擠壓聚合物樹脂450a於此圖案化載體膜上。載體 膜及洗鑄樹脂優先黏著至形成膜片的圖案化輥子480a，直 到在輥隙下游某個距離處固化為止。將固化膜片及載體膜 從圖案化輥子480a剝離，在受控張力下取下，並且在剝離 點481a下游某個距離處，從成形的圖案化膜片剝離圖案化 載體膜。如第11B圖所示的最終光學膜片3〇〇(1在一表面上 有轉印自圖案化載體膜474a的圖案254,而在另一表面上 有轉印自圖案化輥子480a的圖案252 »此膜片包含多個光 導板圖案’該多個光導板圖案隨後必須切成具有最終特定 長度及寬度尺寸的設計光導板。 圖案化輥子480a或480b不一定必須具有刻在糙子表 面上的圖案。反而，可用包住輥子的圖案化膜（與圖示於第 11A圖的圖案化載體膜474a類似）來產生圖案。 在本發明如果載體膜用來促進成形樹脂由輥隙區 輸送通過剝離點，則載體膜必須滿足數個關鍵要求：它必 須硬挺且可撓，並且在輥隙區（其中係澆鑄熱熔膠於载體膜 上）遭受加高溫度及壓力下仍必須保持它的尺寸完整性及 物理性質。此外，該膜之表面必須極平滑，而且它需要微弱 地黏著至固化樹脂使得它在剝離點下游的某處時可從成形 20 95191 201202016 的圖案化膜輕易地剝離。符合這些要求的材料的實施例包 含但不受限於：雙軸取向（biaxially oriented) PET及PEN 膜、聚砜膜（polysulfone film)及聚芳酯膜（p〇iyarylate film) ° 本發明的擠壓洗鑄法示意圖示於第12A圖。亦即，在 單一圖案形成步驟中，藉由把圖案放在圖案化輥子480a及 壓力輥子480b上而不使用載體膜來製備本發明的光學膜 片300e。由於樹脂與圖案化壓力輥子480b在輥隙區的駐 留時間及接觸時間短，從壓力輥子480b轉印的圖案最好是 易於複製（例如，極淺的稜鏡（very shallow prism))，以 便在圖案化膜片的兩侧上均實現可接受的複製保真度。另 外，藉由在壓力親子的侧面上共擠（coextrude)—層有較易 複製及成形特性的不同樹脂，有可能以較短的接觸時間實 現更好的複製。可用於此方面的樹脂實施例為成分與用於 光導板之塊狀聚合物（bulk polymer)類似但是有較低分子 量的聚合物，或用適當塑化劑（plasticizer)配製的樹脂。 在一實施例中，最終光學膜片300e在兩個表面上有圖案 252、254。此為最簡單的實作方法但是在品質及成本上不 是最佳。 或者，第12B圖提供一種對第12A圖及第11A圖稍加 修改的方法。圖示於第12B圖的擠壓澆鑄法與圖示於第12A 圖的相同，除了以輸送於輕子478a上的微特徵圖案化帶 479取代圖案化壓力輥子480b以外。由於樹脂與帶479在 輥隙區的的駐留時間及接觸時間短，因此，從帶轉印的圖 21 95191 201202016 案最好是易於複製（例如’極淺的稜鏡），以便在圖案化膜 片的兩側上均實現可接受的複製保真度❶ 、 、 圖示於第12C圖的擠壓澆鑄法與圖示於第12B圖的 壓淹鑄法相同’除了微圖案化帶479在_下游係部份纏 繞圖案化輥子480a以外。在單一圖案形成步驟中，藉 圖案化帶劃圖案中之一個複製於一表面上，以及從圖 案化輥子480a將另一個圖案複製於相對表面上，製備本發 明的光學膜片。將圖案化帶479在圖案化輥子48〇a上纏繞 若干距離，可增加樹脂與帶479的接觸時間，從而增強從 帶複製至光學膜片上的特徵的保真度。. 圖示於第12D圖的擠壓澆鑄法與圖示於第12A圖的擠 壓澆鑄法類似，除了圖案化輥子480a、48〇b換成包住如圖 示之驅動輥子的連續微圖案化帶4793及479b以外。 通過圖示於第12A圖至第12D圖之方法實施例製成的 最終雙側光學膜片300e與第11B圖的光學膜片3〇〇d有相 同的核截面。光學膜片300e包含多個光導板圖案，該多個 光導板圖案隨後必須切成具有最終特定長度及寬度尺寸的 設計光導板。 在包含圖案化輥子的所有具體實施例中，圖案化輥子 的表面溫度TPaR大於Tg-5(TC為較佳，大於Tg_3〇t更佳， 而大於Tg-20C最佳，在此Tg為擠出樹脂的玻璃轉變溫度。 最後，將由上述具體實施例中之任一製成的光學臈片 轉移至精加工站，在該站中將它切成多個雙側光導板，其 具有設計光導板的特定長度及寬度尺寸。由單一光學膜片 95191 22 201202016 完成的光導板可具有相同或木同的尺寸及微圖案。 樹脂材料 許多聚合物材料可用來實施本發明。樹脂材料在典型 擠壓條件下必須可擠壓的、容易淹鑄的、並且能夠複製離 散及/或線性的微圖案。該材料也必須充分剛硬，以最小化 在實際使用期間的破裂及扭曲。另外，該材料在可見光譜 範圍内必須有高度的透射比及低色（low col or )。對本申請 案最重要的性質是消光係數（extinction coefficient)。 材料的消光係數或内稟光學密度 (iniirinsic optical density, 0D)可由⑽=^l〇gi〇(^·)算 出，在此，Tr為透射比，而L為光學路徑長度。此性質必 須儘可能低，以便最小化光導板的吸收損耗。有用於本發 明的材料包含但不受限於·· PMMA及其他丙烯酸系聚合物 (aery 1 ic polymer)，包括衝擊改性PMMA以及曱基丙稀酸 曱酯與其他丙烯酸系及非丙烯酸系單體的共聚物’聚碳酸 酯，聚環烯烴，環形嵌段共聚物（cyclic block copolymer)，聚醢胺，苯乙稀系’聚颯’聚醋’聚醋碳酸 酉旨（polyester-carbonate)，及其各種可溶混摻合物 (miscible blend)。PMMA 的典聖 0D 可大約在 0.0002/毫米 至0. 0008/毫米之間，而對於聚碳酸酯’它通常是在 0.0003/毫米至0.0015/毫米的範圍内’這取決於材料的等 級及純度。 實施例 23 95191 201202016 本發明實施例1 光學膜片300有長度k«957毫米，寬度毫米， 以及在0. 1毫米至0.7毫米之間變化的厚度。光學膜片 300上有4個光導板圖案，每個圖案有在15〇毫米至24〇 毫米之間變化的相同長度，以及在15〇毫米至32〇毫米之 間變化的寬度。由於是在卷對卷式製程一起製成所有4個 光導板’因此，在250毫米/秒的機器生產速度（Hnespeed) 下以1秒以下製成每個導板。可以想像，在相同的機器生 產速度下，對於大量較小光導板（例如，約2〇毫米的長度 及寬度尺寸）’在相同的光學膜片_及相同的圖案化概子 上’每個光導板的製造時間甚至更短。 本發明實施例2 ,光學膜片3〇〇有長度心》1436毫米，寬度％«686毫 米，以及在0. 1毫米至〇.7毫米之間變化的厚度光學 膜片300有14個光導板圖案，每個圖案有在15〇毫米至 240毫米之間變化的長度，以及在15〇毫米至32〇毫米之 間變化的寬度。 這14個光導板圖案有以下特徵中之一或更多。在一態 樣’ 14個光導板中之至少㈣有不同的長度。在另一態樣， Η個光導板中之至少兩個有不同的寬度。在又—態樣，14 個光導板中之至少-有與光學膜片3〇〇相同的寬度方向。 例如’第1圖光導板25〇a用％表示的寬度方向平行於光 學膜片300帛①表示的寬度方向。在再一態樣中，…固 光導板中之至少-個有與光學膜片_之寬度方向正交的 95191 24 201202016 如’光導板250f用％表示的寬度方向與光 予膜片300用％表示的寬度方向正交。 二樣有可能光導板中之一個（例如，光導板 25〇3J)的寬度方向經配置成與光學膜片300寬度方向的夾 角是在0至90度之間。也有可能光導板中之一或更多不為 矩形’而為方形、圓形、或任何其他習知形狀中之-個。 由於在任何兩個相鄰光導板之間通常有空白空間 260’有可能藉由包含部份空白空間，由縣想要的光導板 、曰加光導板的尺寸。或者，可將光導板切成小於原先想要 的光導板。有不同光導板之光學膜片的優點是在單一製造 步驟產生用於不同LCD應用的光導板。由於顯示器工業缺 乏充分的標準，不同的顯示器使用者可能要求不同尺寸的 光導板本發明的光學膜片300提供低成本的解決方案以 滿足眾多使用者的不同要求。 本發明實施例3 ,光學膜片300有長度As»1436毫米，寬度]^»980毫 米，以及在〇· 1毫米至0.7毫米之間變化的厚度。光學 膜片300有21個光導板圖案，每個圖案有在15〇毫米至 240毫米之間變化的長度，以及在15〇毫米至32〇毫米之 間變化的寬度。 當以152毫米/秒的機器速度製作光學膜片3〇〇時，大 約花9. 4秒製作包含21個光導板的一個光學膜片3〇〇。平 均花小於0.5秒製成一個光導板，製作類似光導板的速度 比習知射出成型法高很多。 25 95191 201202016 比較實施例 作為比較’在典型射出成型周期中只可做成有約大於 150毫米之長度或寬度的單一個光導板。因此，每個光導 板的周期時間會比較長。用射出成型法每個周期可產生多 個光導板，但是在兩個圖案化表面要達成良好複製保真度 時’這樣做的困難程度會隨著板的厚度減少和長度及寬度 增加而顯著增加。 總之’與習知射出成型技術目前可行的相比，本發明 便於以更高的速度及/或以更大的尺寸及較小厚度做成由 長度至少有0.8米、寬度至少有〇.3米之大光學膜片完成 的光導板。這些光導板也比較容易客製化以滿足不同使用 者不斷變化的需求。 【圖式簡單說明】 第1圖示意圖示包含多個光導板圖案的大光學膜片； 第2A圖及第2B圖圖示由第1圖所示之大光學膜片切 成的光導板的仰視圖及側視圖； 第2C圖圖示用於定義用以形成圖案於光導板之一表 面上之離散元件的密度函數的單元區； 第3A圖圖示觀看方向平行於寬度方向時背光單元中 之光導板的放大側視圖； 第3B圖圖示觀看方向平行於長度方向時光導板的放 大側視圖； 第3C圖為光導板上之線性棱鏡的上視圖； 第3D圖為光導板上之彎曲波浪狀棱鏡（curved wave_ 95191 26 201202016 like prism)的上視圖； 第4A-1圖、第4A-2圖及第4A 的透視、俯視及侧視圖； -3圖為第一 種離散元件 圖為第二種離散元件 圖為第三種離散光件 第4B-1圖、第4B-2圖及第4B-3 的透視、俯視及側視圖； 第4C-1圖、第4C-2圖及第4C-3 的透視、俯視及侧視圖； 第5A圖及第5B圖各自示 案化輥子的正面及展開視圖； 第6A圖及第6B圖各自示 化輥子的正面及展開視圖； 意圖示包含多個子圖案的圖 意圖示包含連續圖案的圖案 第7A及7B圖圖示可由用圖示於第5A圖至第6b圖之 兩個輕子製成之光學膜片切成的不同光導板； 第8A圖示意圖示用以製造本發明光學膜片的裝置及 方法； 第8B圖及第8C圖示意圖示在第8A圖之方法中製成的 第一圖案化層與最終光學膜片的橫截面圖； 第9A圖示意圖示用於製造本發明光學膜片的裝置及 方法； 第9B圖示意圖示在第9A圖之方法中製成的最終光學 膜片的橫截面圖； 第10圖示意圖示用於製造本發明光學膜片的裝置及 方法； 第11A圖示意圖示用於製造本發明光學膜片的裝置及 27 95191 201202016 方法； 第11B圖示意圖示在第11A圖之方法中製成的最終光 學膜片的橫截面圖； 第12Α圖示意圖示用於製造本發明光學膜片的裝置及 方法；以及， 第12Β圖、第12C圖、第12D圖示意圖示如第12Α圖 所示之本發明的3個變體。 【主要元件符號說明】 12 光源 14 端面 15a、15b 側面 16 17 18 22 142 輸出面 底面 輸入面 轉向膜 反射膜 216 217 227 227a 227b 227c 稜鏡 微圖案 離散元件 第一種離散元件 第二種離散元件 第三種離散元件 250、250al、250a2 光導板 250a、250b、250c、250d、250e、250f、250g、250h、250i、 28 95191 201202016 250j 光導板圖案 252 圖案 252a、252b、252c、252d 子圖案 254 260 300、300a、300b、300c、 410a 、 410b 450a、450b 470a 470b 472a 474 、 474a 476a、476b 477a 、 477b 478a 、 478b 479 、 479a 、 479b 480a > 480b 481a 484a 490 492 Di、D2 Lx Wx 另一圖案 空白空間 300d、300e、300’ 光學膜片 層 樹脂 第一擠壓站 第二擠壓站 供給輥子 載體膜 擠壓機 成片模頭 壓力輥子 圖案化帶 圖案化親子 剝離點 輥子 層壓站 印刷站 厚度 長度 寬度 29 95191 201202016

Rx 半徑 P 壓力 Tg 玻璃轉變溫度

Claims (1)

1. 201202016 七、申請專利範圍： 1. 一種光導板，其係具有用以接收來自光源之光線的輸入 面、用以發光之微圖案化輸出面、以及與該輸出相對之 微圖案化底面，該光導板係用包含下列之步驟製成： 在圖案化輥子溫度T1及輥隙壓力P1，將樹脂擠入 在圖案化輥子與圖案化載體膜之間的輥隙内，以形成一 光子膜片，該光學膜片有第一圖案化表面與第二圖案化 表面，該第一圖案化表面有轉印自該圖案化輥子之微圖 案，而該第二圖案化表面有轉印自該圖案化載體膜之微 圖案， 從該光學膜片剝離該圖案化載體膜；以及 將該光學膜片切割及精加工成多個具有特定長度 及寬度尺寸的雙側光導板。 2·如申請專利範圍第1項所述之光導板，其係具有小於或 等於1. 0毫米的厚度。 3.如申請專利範圍第丨項所述之光導板，其係具有大於或 等於0· 15米的寬度及長度。 4·如申請專利範圍第丨項所述之光導板，其中在該輸出面 或底面上的該微圖案包含離散元件，而在另—主要表面 上的該微圖案則包含連續元件。 5·如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中在該輸出面 及該底面上的該微圖案都包含連續元件。 6.如申請專利範圍第1項所述之光導板’其中在該輸出面 及該底面上的該微圖案都包含離散元件。 95191 1 201202016 7. 如申請專利範圍第4項所述之光導板，其中該離散元件 有大於或專於15微米的長度及寬度，以及小於或等於 12微米的高度。 8. 如申請專利範圍第4項所述之光導板，其中該離散元件 有長度Δ1、寬度Δπ及高度d，以及比率d/Δζ與d/ △妒皆小於或等於〇. 45。 9·如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中輥隙壓力 P1大於8牛頓/輥子的毫米寬度。 10·如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中T1大於 Tgi-50°C ’其中Tgi為該擠出樹脂之玻璃轉變溫度。 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中在該圖案化 輕子上之圖案係由圖案化皮帶提供。 12.如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中該擠出樹脂 為聚碳酸酯、聚烯烴聚合物、或者是丙烯酸系聚合物。 2 95191