TWI384285B - Diffusion interlayer optical film - Google Patents

Description

擴散夾層光學膜

本發明是有關於一種光學膜，特別是指一種應用於顯示器中，並且兼具光擴散霧化以及集光功能的擴散夾層光學膜。

隨著液晶顯示器(LCD)的廣泛使用，應用於液晶顯示器中的各種功能性膜層的改良與開發日益重要，為了達到液晶顯示器(LCD)輕薄化、降低成本等目的，目前有許多將LCD模組中的擴散膜之擴散效果，以及增亮膜之集光效果整合成一光學膜的開發研究。

所述結合擴散與集光作用的光學膜，依其擴散層之設置位置，通常分為兩大類，一種為背塗式擴散層的光學膜、一種為夾層式擴散層的光學膜。第一種是於一基材的兩個相反表面，各別形成一擴散層以及一集光層，所述擴散層朝向LCD的光源，該集光層朝向LCD的液晶板，由於該擴散層設置於基材之背面，所以稱為背塗式擴散層。利用其表面粗糙結構，或者是於塗層中添加具有光擴散作用的擴散微粒來達到光擴散霧之效果。另外有許多專利案，亦揭示背塗層或背面霧化技術來提供光擴散效果，例如US5600462、US6280063、US6880946、US6356389、US2006－0290253、US2007－0126074等專利案。

另一種具有夾層式擴散層的光學膜，是於一基材表面設置一層擴散層，再於該擴散層表面設置集光層。此種光 學膜的擴散層是夾設於基材與集光層之間，而且該擴散層中混有樹脂微粒或是金屬氧化物微粒，以達到光擴散效果。由於擴散層表面塗佈集光層時，擴散層與集光層之折射率相近而將原本的擴散層霧化效果大為降低，因此擴散層內部必需填充折射率不同於集光層的擴散微粒，以提高光擴散效果。揭示夾層式擴散層之專利案，例如US2007－0115407、US2007－0128413、KR10－2005－0114685，以及KR10－2006－0032898等專利案。

由於擴散層之光擴散效果具有霧化遮瑕功能，藉此消除前述光學膜膜層間干涉作用產生的牛頓環(Newton－ring)，以及光學膜上的彩虹紋，進而提供良好的LCD螢幕畫質以及視感。此外，還有一種光學膜為逆稜鏡之應用，其集光層朝向光源，此種逆稜鏡應用之光學膜，由於其使用方法與上述集光層朝向LCD液晶板的光學膜不同，因此比較不會有牛頓環與彩虹紋的問題，但是仍然會產生其它光學瑕疵，例如集光層之突出部位與光源上方的導光板摩擦，進而使集光層突出部位被磨耗而漏光，產生白點、亮點，或膜面刮傷等問題，因此逆稜鏡光學膜也必需藉由擴散層來遮瑕。

而擴散微粒對於光擴散霧化功能扮演著極重要的角色，本案發明人研究發現，單純地添加擴散微粒並不能達到足夠的霧化效果，擴散微粒的添加比例亦須加以控制才行，但是目前尚沒有任何關於擴散微粒之適當用量對應於擴散效果的研究。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有適當比例之擴散微粒，以提供良好光擴散霧化效果並兼具集光功能的擴散夾層光學膜。

於是，本發明擴散夾層光學膜，包含：一基材單元，以及一集光層。該基材單元包括一基材，以及一設置在該基材之表面的擴散層，該擴散層包括一個本體，以及數個分布於該本體的擴散微粒，擴散微粒分布於該擴散層中的面積遮蔽率大於25%且小於50%。而該集光層設置在該擴散層的表面。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之四個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、2、3，本發明擴散夾層光學膜之第一較佳實施例包含：一基材單元4，以及一設置在該基材單元4的表面的集光層3。所述基材單元4包括：一基材1，以及一設置在該基材1之上表面的擴散層2。該基材1朝向一圖未示出之光源，光源發射之光線依序通過基材1、擴散層2以及集光層3。

該基材1之厚度約為50μm~250μm，本發明所選用之基材1材質除了需要具有透光性之外，並無其他特殊限制，其材料例如下列樹脂：聚對苯二甲酸乙二酯 (polyethylene terephthalate,PET)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)、聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、聚胺酯(polyurethane,PU)，或上述材料之任一組合，但不限於上述材質。本實施例之基材1是使用PET製成。

該擴散層2包括一個本體21，以及數個分布於該本體21的擴散微粒22。本體21之厚度約為10μm~15μm，其材質亦無特殊限制，使用可透光之樹脂製成即可，本實施例之本體21是使用丙烯酸樹脂(acryl resin)製成。該本體21具有一個連接該集光層3的連接面211，本實施例之連接面211呈平面狀，實施時該連接面211亦可以為具有高低起伏之弧曲表面。

而擴散微粒22可以採用例如PMMA、PC、PE、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和苯乙烯(SM)為主要原料所組成的共聚合物(亦即MS樹脂)…等材料製成的有機粒子，或者是二氧化鈦(TiO₂ )、二氧化矽(SiO₂ )、氧化鋁(Al₂ O₃ )、氧化硼(B₂ O₃ )、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)等材料製成的無機粒子。本實施例之擴散微粒22是由PMMA所製成，其折射率為n1。擴散微粒22可以為球狀或不規則狀，其形狀不須加以限定。而其粒徑約為3~16μm。本實施例之擴散微粒22是呈多排且上下排列於本體21中，實施時亦可以僅為單排排列，而且有些擴散微粒22是 同時位於本體21與集光層3中，因此部分的擴散微粒22具有位於本體21中的第一粒部221，以及位於集光層3中的第二粒部222。

本實施例之擴散微粒22分布於該擴散層2中的面積遮蔽率為30%，面積遮蔽率之計算方式，先求出該光學膜投影於平面上的面積A1，再求出所有擴散微粒22投影於平面上的投影面積A2(所述面積A2即為圖3所有黑色區塊面積之總合)，當上下排之擴散微粒22的位置重疊時，其投影面積亦會重疊，而面積遮蔽率＝(A2/A1)×100%。由於顯示器螢幕顯示的畫面為平面，消費者所看到與重視的亦為整個顯示器平面的視感，因此在探討光學膜之應用時，以其平面上的投影面積作為主要探討，所以本發明於擴散微粒22的定量探討上，是藉由在投影面積上所佔有的比例來表示。

該集光層3設置在該本體21的連接面211上，集光層3具有數個呈類稜柱鏡的集光結構31，實施時該等集光結構31亦可以為其它具有集光作用之形狀，集光層3之材質亦無任何特殊限制，例如：丙烯酸酯、胺甲酸乙酯丙烯酸酯(urethane acrylate)、聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate)…等材料皆可。而且集光層3也可以選用與該擴散層2之本體21相同的材料，但是異於擴散微粒22的材料。本實施例之集光層3是採用壓克力系材料，該集光層3之折射率為n2，厚度約為25 μm~30 μm左右。

由於擴散層2與集光層3之折射率較為接近，或者使用相同材質時為折射率相同，因而影響擴散層2本身的霧 化擴散效果，所以需要添加折射率不同於集光層3的擴散微粒22，而且擴散微粒22之面積遮蔽率不可太小，否則其擴散效果仍不佳，而本案發明人發現擴散微粒22之面積遮蔽率在25%以上，就可以使光線經由多重反射與折射而達到良好的光擴散霧化效果。此外，集光層3之折射率n2與該擴散微粒22之折射率n1的差值恆大於0.01，亦即n2－n1>0.01時，才可以達到足夠的光擴散霧化效果。而本實施例之n2－n1＝0.05，可以提供良好光擴散功能。

本發明擴散夾層光學膜之第二較佳實施例，與該第一較佳實施例大致相同，不同之處在於，本實施例之擴散微粒22的面積遮蔽率為75%。

表一為本發明實施例一、二與比較例一~三之各項測試結果。其中，霧度測試是以NIPPON DENSHOKU公司所生產，型號為NDH－5000的霧度計，進行JIS K 7136標準方法之測試，霧度測試是僅針對該基材單元4，亦即在該集光層3未塗佈形成之前就進行，而實務上其中一種作法是使基材單元4之擴散層2的表面愈粗糙不平整，藉以提昇其霧度值，由於通常本發明光學膜與顯示器模組之其它元件組裝時，經常會因為碰撞、擦撞而產生其它非光學瑕疵造成的外觀瑕疵，因此本發明限定該基材單元4的霧度在40%以上，具有較佳的光霧化效果，以遮蔽上述組裝過程或碰撞產生的瑕疵，同時更可以增加透射之後光線的均勻度。

透光度測試是以上述公司與型號的霧度計，進行JIS K 7361之測試。比較例一~三的膜層結構與本發明相同，只是摻雜較少的擴散微粒22，因此面積遮蔽率較低，其中，比較例一之面積遮蔽率僅有8%，經由實驗發現，其擴散微粒22含量太少，因此幾乎沒有光線擴散效果。

表二是將本發明實施例一、二，以及各比較例應用於NB模組以及MNT模組中的各項測試結果。所述NB模組為筆記型面板(單側燈管)之背光模組，MNT模組為桌上型面板(雙側燈管)之背光模組。其中，牛頓環現象與彩虹紋皆是直接由表面觀察得到。

由表二結果可知，比較例一、二之擴散微粒22面積遮蔽率分別為8%與18%，由於遮蔽率太低而遮瑕效果不佳，致使牛頓環與彩虹紋現象都很明顯，而比較例三之遮蔽率提高至25%，雖然略微改善上述光學瑕疵，但效果仍不夠理想，但由此可知只要遮蔽率大於25%時，就可達到一定程度的遮瑕效果。反觀本發明，實施例一之面積遮蔽率為30%，在具有足夠中心輝度比之情況下，同時改善牛頓環與 彩虹紋現象，尤其是蓋上液晶面板後，已觀察不到彩虹紋。而實施例二將擴散微粒22面積遮蔽率提高至75%，其擴散霧化效果更好，無論應用於NB模組或MNT模組，幾乎完全觀察不到牛頓環或彩虹紋現象，而且在此同時，還是維持顯示器足夠之輝度。由此可知，藉由提供適當排列分布與面積比例的擴散微粒22，使本發明達到良好的光擴散霧化與遮瑕效果，結合該集光層3之集光作用，讓顯示器呈現均勻且高亮度之螢幕視感。

參閱圖4，本發明擴散夾層光學膜之第三較佳實施例的擴散層2設置在該基材1之下表面，該集光層3設置在該擴散層2之下表面而朝向光源，因此光線會先通過集光層3再朝該擴散層2、基材1射入。由於本實施之集光層3朝向光源，此相當於逆稜鏡之應用。本實施例之擴散微粒22的面積遮蔽率為30%，基材單元4的霧度為50%，光學膜的透光度為90%。

另外，請參考表三，為本發明實施例三與比較例四之各項測試結果，所述比較例四之各項參數與前述比較例一相同，只是比較例四亦為逆稜鏡之應用。表三顯示實施例三應用於NB模組中，仍可在提供足夠輝度的情況下，達到良好的光擴散霧化效果，因此具有良好的瑕疵遮蔽性。需要說明的是，逆稜鏡的應用比較不會有牛頓環或彩虹紋的問題，此處的瑕疵是例如白點、亮點、刮傷…等。

參閱圖5，本發明擴散夾層光學膜之第四較佳實施例與該第一較佳實施例之結構大致相同，不同之處在於：本實施例之擴散微粒22僅分布於擴散層2之本體21中，並沒有往上埋入該集光層3內。而該集光層3之集光結構31為規則排列且表面弧曲突起的柱狀鏡結構，其截面類似半球狀，如此亦可達到集光效果，因此本發明不需要限定集光結構31之型態，例如也可以為數個表面弧度大小皆不同的集光結構31相鄰排列，或者是表面凹陷之柱狀鏡結構、金字塔狀、呈直線排列的類稜柱鏡結構、或者彎曲排列的類稜柱鏡結構…等具有集光作用之微透鏡構造皆可。當然，本實施例同樣藉由控制該等擴散微粒22的面積遮蔽率在25%以上，以達到良好的光擴散霧化遮瑕效果。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧基材

2‧‧‧擴散層

21‧‧‧本體

211‧‧‧連接面

22‧‧‧擴散微粒

221‧‧‧第一粒部

222‧‧‧第二粒部

3‧‧‧集光層

31‧‧‧集光結構

4‧‧‧基材單元

圖1是一側視剖視圖，顯示本發明擴散夾層光學膜之一第一較佳實施例；圖2是一俯視圖，顯示該第一較佳實施例省略一集光 層的俯視狀態；圖3是一面積示意圖，顯示該第一較佳實施例之數個擴散微粒的投影面積在整個光學膜之投影面積上所佔的比例；圖4是本發明擴散夾層光學膜之一第三較佳實施例的側視剖視圖；及圖5是本發明擴散夾層光學膜之一第四較佳實施例的側視剖視圖。

1‧‧‧基材

2‧‧‧擴散層

21‧‧‧本體

211‧‧‧連接面

22‧‧‧擴散微粒

221‧‧‧第一粒部

222‧‧‧第二粒部

3‧‧‧集光層

31‧‧‧集光結構

4‧‧‧基材單元

Claims (9)

1. 一種擴散夾層光學膜，包含：一基材單元，包括一基材，以及一設置在該基材之表面的擴散層，該擴散層包括一個本體，以及數個分布於該本體的擴散微粒，擴散微粒分布於該擴散層中的面積遮蔽率大於25%且小於50%；及一設置在該擴散層的表面的集光層。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之擴散夾層光學膜，其中，擴散微粒的面積遮蔽率大於或等於30%且小於50%。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之擴散夾層光學膜，其中，所述擴散微粒的折射率為n1，集光層的折射率的n2，且n2-n1>0.01。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之擴散夾層光學膜，其中，至少一個擴散微粒具有一個位於擴散層之本體中的第一粒部，以及一個位於集光層中的第二粒部。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之擴散夾層光學膜，其透光度大於80%，而該基材單元的霧度大於40%。
6. 依據申請專利範圍第1至5項中任一項所述之擴散夾層光學膜，其中，所述集光層具有數個相鄰的集光結構，該等集光結構為類稜柱鏡結構。
7. 依據申請專利範圍第1至5項中任一項所述之擴散夾層光學膜，其中，所述集光層具有數個相鄰的集光結構，該等集光結構為表面突起或凹陷的柱狀鏡結構。
8. 依據申請專利範圍第6項所述之擴散夾層光學膜，其中 ，該等集光結構呈直線延伸狀。
9. 依據申請專利範圍第6項所述之擴散夾層光學膜，其中，該等集光結構呈非直線延伸狀。