TWI406015B - 具有微透鏡圖案和凸圖案的擴散膜及其製造方法 - Google Patents

Description

具有微透鏡圖案和凸圖案的擴散膜及其製造方法

本發明是有關於一種應用於背光單元中之光學膜，且特別是有關於一種用於集中與擴散光線之擴散膜，其表面上具有微透鏡圖案與凸圖案。

在顯示系統中一般而言，例如液晶顯示技術，背光單元內具有多層光學膜以集中或擴散光線。

近幾年來，先前技藝中的光學膜藉由強化光線的應用效能而增加了明亮度，亦逐漸提升光學膜的影響。作為用於擴散光線之光學膜，擴散膜為向著觀看者均勻地分配光線的元件，此元件可為任何種類與材質，藉由遮蔽任何光導(light guide)所造成之缺陷而維持整體的透光度。

具上述擴散膜之液晶顯示裝置已應用於行車導航系統、行動電話、個人數位助理(PDA)、筆記型電腦、桌上型電腦之顯示螢幕、電視與上述類似裝置上。

傳統上，製造擴散膜是在一個基底(substrate)上塗佈一層珠狀之聚苯乙烯或者珠狀之丙烯醛。於此例中，擴散膜便會受制於許多的製造過程而增加製造成本。

因此，需要一種提供了光擴散功能的擴散膜，其中不需將基底上塗佈珠狀層的過程分離出來，並且能夠實現液晶顯示器之較高的明亮度。

為解決上述問題而構思出本發明，本發明的觀點是提供一種可實現擴散與集中光線之雙重功能的擴散膜，而不須塗佈珠狀層之過程。

本發明的另一個觀點就是提供一種可實現具擴散與集中光線之雙重功能的擴散膜，其有助於增加液晶顯示的明亮度。

根據本發明所述之觀點，本擴散膜具有接收射入光線的光入口層以及光出口層，光出口層配置於光入口層的相反側且發出光線。光出口層由許多微透鏡組成於表面上，並且將微透鏡與擴散膜結合為一體，這些微透鏡中間佈置有分離層，分離層表面上是由凸圖案佈置而成。

根據本發明所述之另一個觀點，擴散膜具有接收射入光線的光入口層以及光出口層，光出口層配置於光入口層的相反側且發出光線。光出口層是由許多微透鏡組成於表面上，並且將微透鏡與擴散膜結合為一體，這些微透鏡中間佈置有分離層。分離層的表面用凸圖案佈置而成，且凸圖案結合於擴散膜上。

根據本發明所述之更進一步的觀點，擴散膜的製造方法包括：預先準備光出口層滾輪(roll)與光入口層滾輪，光出口層滾輪包括對應於光出口層之反向圖像的表面，而光入口層滾輪則具有平面鏡的表面；藉由擠壓(extruding)熔融之透明聚合物樹脂(transparent polymer resin)以形成熱熔薄膜；將熱熔薄膜通過光出口層滾輪與光入口層滾輪之 間，以轉印圖案到熱熔薄膜上；以及冷卻已具有轉印圖案的熱熔薄膜。

根據本發明所述之再進一步的觀點，擴散膜的製造方法包括：預先準備光出口層滾輪與光入口層滾輪，光出口層滾輪包括對應於光出口層之反向圖像的表面，而光入口層滾輪則具有凸圖案之反向圖像；藉由擠壓熔融之透明聚合物樹脂以形成熱熔薄膜；將熱熔薄膜通過光出口層滾輪與光入口層滾輪之間，以轉印圖案到熱熔薄膜上；以及冷卻已具有轉印圖案的熱熔薄膜。

基於上述之本發明，本擴散膜能夠製造成具備擴散與集中光線的雙重功能，而不須塗佈珠狀層之過程，此過程於先前技藝中導致製造成本的增加，因此達成了降低製造成本的目的，並降低耗電量，藉由增加擴散膜之明亮度而提升光源效能。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照隨附之圖示來敘述本發明的具體實施形態。

圖1是依照本發明第一實施例所述之一種擴散膜的透視圖。

請參照圖1，依據本發明第一實施例所述之擴散膜10具有接收射入光線之光入口層11以及光出口層12，光出口層配置於光入口層11的相反側且發出光線。

光出口層12具有佈置在表面上的半圓球狀之微透鏡13，以提供擴散膜之光線集中效果。

多個微透鏡13排列組成三角形晶格(triangular lattices)的形狀並圍繞一個中央的微透鏡，而各微透鏡13之間佈置有分離層14。

每個微透鏡13的直徑D的長度可為20到200μm，微透鏡13的直徑少於20μm將會極度地影響到個別微透鏡，實施成大面積亦會形成不良條件，而在技術以及成本的觀點下則產生其他不利因素。

另一方面，微透鏡13的直徑大於200μm會造成擴散膜10的厚度增加，明亮度的變化將會導致品質惡化，擴散膜與液晶胞(liquid crystal cell)之間亦會產生摩爾現象(Moire phenomenon)。

微透鏡13可具有高度H對曲率(curvature)半徑R的比率，亦可稱之為H/R比率，其在0.5至1.2的範圍之間。若H/R比率少於0.5或大於1.2，擴散膜將會集中光線在理想光線集中的範圍外，而導致明亮度耗損。

分離層14可具有1至20μm的寬度G。分離層的寬度G是指微透鏡13之間的距離。因此當微透鏡13之間的距離小於1μm時，會在製造大片薄膜時產生微透鏡13間的擴展缺陷(spreading defeat)，而造成明亮度耗損與降低光出口層滾輪的壽命，光出口層滾輪用來轉印微透鏡13的圖案。反過來說，若微透鏡13之間的距離超過20μm，微透鏡13在光出口層12中佔有的區域面積比率將會變低而降 低光線集中的效能，因此耗損明亮度。

圖2是依照本發明第二實施例所述之一種擴散膜的背面透視圖。

依據第二實施例所述之擴散膜包括光出口層22與光入口層21，其中光出口層22與第一實施例中的光出口層具有相同的結構，而光入口層21的表面上布滿凸圖案25。

凸圖案25是用來擴散從光入口層21射入之光線。凸圖案25佈置於光入口層21的表面且具有0.5至3μm的表面粗糙度Ra以及3至8μm的高度分布指數(high distribution index)HDI。如果粗糙度Ra與高度分布指數HDI小於這些值，將會難以獲得均勻的擴散光線，而若粗糙度Ra與高度分布指數HDI超過這些值，整體的透光率(luminous transmittance)將會下降，從而導致擴散層之透光率之部份式的變異。

依據本發明之第一與第二實施例所述之擴散膜可用透明的熱塑性聚合物樹脂來製造。具體而言，擴散膜可用熱塑性樹脂(thermoplastic resin)來製造，這些熱塑性樹脂可從甲基丙烯酸樹脂(methacrylate resin)、苯乙烯樹脂(styrene resin)、環烯烴樹脂(cycloolefin resin)、聚碳酸酯樹脂(polycarbonate resin)與上述的組合中選擇。

圖3是依照本發明第三實施例所述之一種擴散膜的透視圖。

依據第三實施例，擴散膜具有眾多微透鏡，這些微透鏡並不具有統一的尺寸，直徑為20到200μm間，微透鏡 經排列而形成不均勻的分離層，微透鏡之間的每個分離層寬度在1到20μm之間。

微透鏡之排列方式用以防止干涉或摩爾現象，摩爾現象會因為規律排列的微透鏡而發生。

圖4是依照本發明第四實施例所述之一種擴散膜製造方法的示意圖。

請參照圖4，擴散膜製造方法包括：預先準備光出口層滾輪42與光入口層滾輪43，光出口層滾輪42的表面具有微透鏡圖案與凸圖案之反向圖像，光入口層滾輪43具有光滑之鏡表面；藉由從模具(die)41擠壓出熔融之透明聚合物樹脂以產生熱熔薄膜45；將熱熔薄膜45通過光出口層滾輪42與光入口層滾輪43之間，使圖案轉印到熱熔薄膜45上，並且冷卻被擠壓出來且已具有轉印圖案之熱熔薄膜46。

以下描述光出口層滾輪42的預先準備方法。

請參照上述之圖1，形成在分離層14上的凸圖案會增進光線使用效能。因此，在預先準備光出口層滾輪42時，先將微透鏡之反向圖案佈置在光出口層滾輪42之表面上，接著進行噴沙(sand-blasting)以在分離層14上形成凸圖案。

換句話說，在製造滾輪時，先利用蝕刻法使滾輪具有預定的微透鏡圖案，再實施揭露於韓國專利說明書No.2007-0086601之噴沙法，如此一來滾輪便可在微透鏡之間的分離層上具有凸圖案。於本專利申請書中揭露之程序， 凸圖案能夠恰當地僅分布在微透鏡之間的分離層中，凸圖案於先前已佈置於光出口層滾輪之表面上。

此方法應用在凸圖案整合分布在分離層上時。因此，可藉由個別地形成凸圖案而在分離層上各別地形成凸圖案，並且凸圖案僅會放置在分離層上。

由於需藉由擠壓熔融之透明聚合物樹脂(transparent polymer resin)的過程來製造擴散膜，透明聚合物樹脂在攝氏250度與10千克力(kgf)下的熔融指數(melt index,MI)範圍為5至100。若透明聚合物樹脂的熔融指數小於5，便會因過高的粘著性而不能正確地轉印該滾輪的圖案，並且如果當熔融指數超過100時，透明聚合物樹脂便因為極低之粘著性而不能擠壓成片狀。

圖5是依照本發明第五實施例所述之一種擴散膜製造方法的示意圖。

第五實施例所述之方法為第二實施例中擴散膜的製造方法。滾輪上的圖案符合凸圖案之反向圖像且佈置在光入口層的表面上，以便將凸圖案轉印到光入口層。

就像在第四實施例中一樣，實施噴沙法的流程揭露於韓國專利申請書No.2007-0086601中，此法應用在把凸圖案排列於光入口層的表面上。於此時，光入口層之表面受到該噴沙法流程而具有0.5到3μm之Ra以及3~8μm之HDI。如果Ra與HDI小於這些數值，將會難以獲得均勻的擴散光線，若Ra與HDI超過這些數值，整體透光率會降低，因而導致擴散膜上的透光率發生變異。

進一步說明，於此實施例中可藉由個別地形成凸圖案而在分離層上各別地形成凸圖案，而凸圖案僅會放置在分離層上。

綜上所述，依照本發明所述之擴散膜具有半圓球狀的微透鏡，其相對地密集而排列於擴散膜的表面上。於此處，微透鏡排列成等邊三角形的晶格而圍繞著中央的微透鏡，便可獲得微透鏡的密集排列方式。

更進一步，為了將光線集中與擴散效果最大化，便在微透鏡之間的分離層上佈置凸圖案。此凸圖案不僅可以提供集中與擴散光線的效果，而且可以防止摩爾現象的產生，摩爾現象將會發生於擴散膜與其他光學元件重疊時。再者，微透鏡可具有任意尺寸並且無規律地排列著以防止摩爾現象。

以下，將依據範例及對照範例的光學特徵來描述本發明。

範例1

範例1之擴散膜依照第四實施例之方法來預先準備。範例1是用聚碳酸酯(polycarbonate)(塑料原料SC-1220，於韓國第一毛織企業有限公司取得)建製而成，使用未處理之鋼滾輪作為光入口層滾輪與光出口層滾輪，並依據第四實施例之方法將滾輪上佈置出微透鏡圖案與凸圖案之反向圖像。

微透鏡的尺寸請參照表1。我們把擴散膜佈置在片狀擴散器上(DRE361，於韓國第一毛織企業有限公司取得)， 並使用艾爾迪姆有限公司(Eldim Co.,Ltd)的簡易對比裝置(EZ-Contrast)來測量明亮度。再者，利用日本電氣公司(Nippon Denshoku,Tld)提供之NDH 5000W濁度測量儀(haze-meter)來測量光屏蔽度(light shielding degree)，或稱之為濁度指數(haze index)。

範例2與3

根據第二與第三實施例所述之擴散膜是按照第五實施例的方法來製備。表面上具有凸圖案之滾輪用以作為光入口層滾輪。凸圖案則使用上述之噴沙法流程來佈置。

對照範例1

於此例中之擴散膜，光入口層為範例1中之平面鏡表面，並且光出口層以微透鏡來形成，這些微透鏡的尺寸與範例1相同。然而，擴散膜的分離層上並沒有佈置凸圖案。

對照範例2

此對照範例之擴散膜與範例2的擴散模除了H/R比率為0.3，其餘的規格均相同。因此，對照範例2比範例2有較低之明亮度。

對照範例3

此對照範例之擴散膜與範例2的擴散模除了光入口層上之凸圖案的表面條件(也就是Ra與HDI)不同，其餘的規格均相同，請參照表1。因此，對照範例3比範例2有較低之明亮度。

對照範例4

此對照範例之擴散膜與範例2的擴散模除了微透鏡之間的分散層具有30μm的寬度外，其餘之規格均相同。因此，對照範例4比範例2有較低之明亮度。

從表1中可看出本發明之範例比之於對照範例顯示出更佳的明亮度

首先，比較範例1與對照範例1，可以看出在分離層上佈置有凸圖案將會增加濁度指數以及明亮度兩者。

接著，比較範例2與對照範例2，可以看出H/R比率超出0.5到1.2的範圍時將會造成明亮度損耗。

比較範例2與對照範例3，可以看出光入口層上之凸圖案的表面條件超出Ra之0.5至3μm與HDI之3至8μm 時會造成明亮度損耗。

比較該範例2與對照範例4，可以看出分離層之寬度超過20μm時亦會造成明亮度損耗。

綜上所述，本發明所述之擴散膜能夠製造成具備擴散與集中光線的雙重功能而不須塗佈珠狀層之過程，此過程於先前技藝中導致製造成本的增加，因此達成了降低製造成本的目標。此外，依照本發明之擴散膜可降低耗電量，以及經由實現高明亮度的擴散膜來增進光源的使用效能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧擴散膜

11‧‧‧光入口層

12‧‧‧光出口層

13‧‧‧微透鏡

14‧‧‧分離層

G‧‧‧分離層之寬度

D‧‧‧微透鏡之直徑

H‧‧‧微透鏡之高度

R‧‧‧微透鏡之半徑

20‧‧‧擴散膜

21‧‧‧光入口層

22‧‧‧光出口層

23‧‧‧微透鏡

25‧‧‧凸圖案

30‧‧‧擴散膜

31‧‧‧光入口層

32‧‧‧光出口層

33‧‧‧微透鏡

34‧‧‧分離層

41‧‧‧模具

42‧‧‧光出口層滾輪

43‧‧‧光入口層滾輪

45‧‧‧熱熔薄膜

46‧‧‧已具有轉印圖案之熱熔薄膜

51‧‧‧模具

52‧‧‧光出口層滾輪

53‧‧‧光入口層滾輪

55‧‧‧熱熔薄膜

56‧‧‧已具有轉印圖案之熱熔薄膜

圖1是依照本發明第一實施例所述之一種擴散膜的透視圖。

圖2是依照本發明第二實施例所述之一種擴散膜的背面透視圖。

圖3是依照本發明第三實施例所述之一種擴散膜的透視圖。

圖4是依照本發明第四實施例所述之一種擴散膜製造方法的示意圖。

圖5是依照本發明第五實施例所述之一種擴散膜製造方法的示意圖。

10‧‧‧擴散膜

11‧‧‧光入口層

12‧‧‧光出口層

13‧‧‧微透鏡

14‧‧‧分離層

G‧‧‧分離層之寬度

D‧‧‧微透鏡之直徑

H‧‧‧微透鏡之高度

R‧‧‧微透鏡之半徑

Claims (17)

1. 一種擴散膜，具有一光入口層以及一光出口層，該光入口層用以接收射入光線，該光出口層配置於光入口層的相反側且發出光線，其中該光出口層由多數個微透鏡組成於表面上，並且將該些微透鏡與該擴散膜為結合一體，該些微透鏡中間佈置有一分離層，該分離層表面由一凸圖案佈置而成，形成在該分離層上之該凸圖案具有0.5~3μm的Ra以及3~8μm的HDI。
2. 如申請專利範圍第1項所述之擴散膜，其中該凸圖案是與該擴散膜之該分離層一體地形成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之擴散膜，其中該些微透鏡排列成三角形晶格之形狀而圍繞著一中央微透鏡。
4. 如申請專利範圍第1項所述之擴散膜，其中該分離層的寬度為1~20μm。
5. 如申請專利範圍第1項所述之擴散膜，其中該些微透鏡為半圓球狀且直徑為20~200μm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之擴散膜，其中該些微透鏡之高度/半徑比值為0.5~1.2。
7. 如申請專利範圍第1項所述之擴散膜，其中該些微透鏡並不具有一致之直徑，其直徑範圍為20~200μm，並且該些微透鏡經排列而形成不均勻之該分離層，該些微透鏡之間的分離層的寬度為1~20μm。
8. 如申請專利範圍第1項所述之擴散膜，其中該擴散膜包括一熱塑性樹脂，該熱塑性樹脂是由甲基丙烯酸樹 脂、苯乙烯樹脂、環烯烴樹脂、聚碳酸酯樹脂與上述各樹脂之組合中選擇。
9. 如申請專利範圍第1項所述之擴散膜，其中該光入口層具有形成於表面上的凸圖案。
10. 如申請專利範圍第9項所述之擴散膜，其中該凸圖案是與該擴散膜上之該光入口層的表面一體地形成。
11. 如申請專利範圍第9項所述之擴散膜，其中形成在該光入口層上之該凸圖案具有0.5~3μm之Ra與3~8μm之HDI。
12. 一種擴散膜的製造方法，包括：預先準備一光出口層滾輪與一光入口層滾輪，該光出口層滾輪具有對應於一光出口層之具有一凸圖案之反向圖像的表面，該光入口層滾輪具有一平面鏡表面，該凸圖案具有0.5~3μm的Ra以及3~8μm的HDI；藉由擠壓一熔融之透明聚合物樹脂以形成一熱熔薄膜；將該熱熔薄膜通過該光出口層滾輪與該光入口層滾輪之間，以轉印圖案到該熱熔薄膜；以及冷卻已具有轉印圖案之該熱熔薄膜。
13. 如申請專利範圍第12項所述之擴散膜的製造方法，其中該透明聚合物樹脂在攝氏250度與10千克力(kgf)時的熔融指數(MI)之範圍為5~100。
14. 如申請專利範圍第12項所述之擴散膜的製造方法，其中該熱熔薄膜的厚度為100~500μm。
15. 一種擴散膜的製造方法，包括：預先準備一光出口層滾輪與一光入口層滾輪，該光出口層滾輪具有對應於一光出口層之反向圖像的表面，該光入口層滾輪具有一凸圖案之反向圖像，該凸圖案具有0.5~3μm的Ra以及3~8μm的HDI；藉由擠壓一熔融之透明聚合物樹脂以形成一熱熔薄膜；將該熱熔薄膜通過該光出口層滾輪與該光入口層滾輪之間，以轉印圖案到該熱熔薄膜；以及冷卻已轉印圖案之該熱熔薄膜。
16. 如申請專利範圍第15項所述之擴散膜的製造方法，其中該透明聚合物樹脂在攝氏250度與10千克力時的熔融指數(MI)之範圍為5~100。
17. 如申請專利範圍第15項所述之擴散膜的製造方法，其中該熱熔薄膜之厚度為100~500μm。