TWI421545B - 光學片以及使用該光學片的光源 - Google Patents

Description

光學片以及使用該光學片的光源

本發明是關於使用於液晶顯示裝置的背光源單元(back light unit)的光學片以及光源。

液晶顯示裝置具有薄型、小型、耗電低等特點，當前被用於時鐘、計算器、電視機、個人電腦等的顯示部中。此外，上述液晶顯示裝置亦被用於航行系統(navigation system)、取景器(view finder)、攜帶用終端機器等的多種用途中，可以預測今後，液晶顯示裝置的市場將會進一步擴大。

液晶顯示裝置有如下的三種類型：反射型，對自外部射入的光或面光(front light)進行反射而進行顯示；透射型，利用背光來進行顯示；半透射型，利用自外部射入的光與背光此兩種光的功能來進行顯示。電視機、個人電腦等的顯示部大多是用於室內觀看，因此透射型液晶顯示裝置是主流，而為了於屋外、室內、夜間等亦獲得同等的顯示品質，對於行動電話等攜帶用終端機器的顯示部而言，半透射型液晶顯示裝置是主流。由此，於大多數的液晶顯示裝置中內置著背光源單元。

背光源單元分為直下型背光源單元與端面照光(edge light)型背光源單元，該直下型背光源單元的光源位於液晶面板的下方，該端面照光型背光源單元的光源位於液晶面板的側方，且使用導光板來將光引導至液晶面板，注重 攜帶性的機器大多採用端面照光型背光源單元。端面照光型背光源單元的構造如圖1所示，為了使作為背光源的螢光燈1的光自側面射入至導光板3，並將該光有效地引導至擴散片4，於導光板3的下方設置著反射板2。為了使經擴散片4擴散的光實現高亮度化，通常，配置著多個稜鏡片(prism sheet)5。又，有時亦進一步於該稜鏡片5上配置著擴散片。最近，為了實現背光源的高亮度化或減少構成零件的數量，業者開始要求採用設置一塊稜鏡片5的單塊稜鏡方式。

上述單塊稜鏡方式的背光源單元的構造如圖2所示，為了使作為背光源的螢光燈1的光自側面射入至導光板3，並將光有效地引導至稜鏡片5，於導光板3的下方設置著反射板2。自該導光板3射出的光是具有指向性的光，藉由稜鏡片5來使該光實現高亮度化，進而設置擴散片4以使該光擴散。該方式具有亮度高且稜鏡數量少的優點。

如此，於背光源單元中配置著稜鏡片、擴散片等多塊光學片。於重疊地配置光學片的情形時，存在如下的問題：因光學片之間的空隙而產生干涉條紋，或者因光學片彼此緊密接觸而產生光學缺陷。目前已提出了如下的兩種方法作為解決上述問題的方法，一種方法是使微粒子分散於光學片背面而形成微小突起的方法(專利文獻1、專利文獻2)；另一種方法是對藉由機械加工而製得的模型進行壓紋(embossing)，以形成任意高度的突起的方法(專利文獻3)。又，為了實現高亮度化，目前已提出了配置如下的光 學片的方法，該光學片於兩個面上形成著稜鏡(專利文獻4、專利文獻5)。

專利文獻1：日本專利第2951525號公報

專利文獻2：日本專利特開平10-300908號公報

專利文獻3：日本專利特表2002-536702號公報

專利文獻4：日本專利特開2000-56106號公報

專利文獻5：日本專利特開2000-56107號公報

如此，對於在基材表面、背面上均形成著微細形狀的光學片而言，當兩個面均具有週期性時，於基材表面的週期性與基材背面的週期性之間產生疊紋(moire)，即便於光學片單體上亦可以觀察到該疊紋，背光源單元的外觀亦欠佳。由此，本發明的目的在於提供一種可以防止產生疊紋且無光學缺陷的良好的光學片。

本發明者們發現：使背光源單元所使用的基材表面、基材背面上均形成著微細形狀的光學片的、基材背面形狀的週期性與基材表面的週期性為相同週期，或者使基材背面形狀的週期性是20μm以下，藉此可以製作出不產生疊紋且無光學缺陷的良好的光學片。

即，本發明的光學片是一種用於液晶顯示裝置的背光源單元的光學片，該光學片於基材表面上形成著稜鏡構造、透鏡構造、凸鏡狀構造(Lenticular structure)中的至少一種構造，且於基材背面上設置著具有週期性排列的形狀，基材背面形狀的週期性與基材表面的週期性為相同週 期。尤為理想的是，上述基材表面形狀及基材背面形狀的週期性為40~50μm。進而，更理想的是，上述基材表面形狀及基材背面形狀的週期性為44~48μm，最理想的是該週期性為46μm。

又，本發明的光學片是一種用以解決上述問題的用於液晶顯示裝置的背光源單元的光學片，該光學片於基材表面上形成著稜鏡構造、透鏡構造、凸鏡狀構造中的至少一種構造，且於基材背面上設置著具有週期性排列的形狀，基材背面形狀的週期性是20μm以下。又，較理想的是，上述基材表面形狀的週期性為40~50μm。進而，更理想的是，上述基材表面形狀的週期性為44~48μm，最理想的是該週期性為46μm。

本發明的光源中配置著上述光學片及導光體。

根據本發明，可以提供一種能夠防止產生疊紋且無光學缺陷的良好的光學片以及使用該光學片的光源。

以下，就用以實施本發明的最佳形態加以說明。該實施形態是指一種使用於液晶顯示裝置的背光源單元中的光學片。尤其，該光學片較佳地適合於端面照光型的背光源單元，且可以用來代替上述圖1所示的背光源單元構造中的例如兩塊稜鏡片。

參照圖1，使作為背光源的螢光燈1的光自側面射入至導光板3，設置反射板2以將上述光自導光板3引導至 擴散片4，接著，使上述光自擴散片4射入至用作稜鏡片的光學片，並透過該光學片。

如圖3所示，該光學片由基材13、樹脂層14、及層8所構成，於上述樹脂層14上轉印著後述的輥狀轉印模型的背面微細形狀，上述層8於基材表面上形成著所期望的構造。

尤其，於基材表面的層8上，以規定間距P週期性地配置著稜鏡形狀。表面形狀除了可以形成為稜鏡構造以外，亦可以形成為透鏡構造、凸鏡狀構造。形成這些構造中的至少一種構造即可。又，於基材背面的樹脂層14上，以與表面的週期性相同的週期(規定間距P)形成著具有例如球面的凸部。規定間距P例如較理想的是40~50μm，更為理想的是44~48μm，最為理想的是46μm。

又，如圖4所示，亦可以於基材背面的樹脂層14上，形成週期性與表面側的層8的稜鏡形狀的週期性不一致的凸部，但此時，就週期而言，較理想的是使間距為20μm以下。再者，圖3與圖4的表面側層8的稜鏡形狀的間距的比例尺(scale)並不相同。

本發明的光學片基材背面的形狀，亦可以與表面形狀同樣地形成為稜鏡構造、透鏡構造、凸鏡狀構造中的任一種構造。又，亦可以設置規則的點圖案(dot pattern)、多邊形圖案等的凹凸。可以藉由對轉印模型表面的微小形狀加以控制，來改變上述光學片基材背面的形狀。

可以藉由對表面進行機械加工來製作轉印模型，該轉 印模型是於製作本發明的光學片基材背面的形狀時所使用的模型。圖5是表示本發明中所使用的轉印模型的製造步驟的剖面圖。一方面使圖5所示的輥狀基材7旋轉，一方面使鑽石車刀(diamond bite)6於箭頭方向上移動，或者一方面使輥於箭頭方向上移動，一方面用車刀按壓上述輥狀基材7，藉此來使該輥狀基材7成形。又，可以用形狀不同的多個車刀來按壓上述輥狀基材7，亦或可以用相同的車刀來改變位置地按壓上述輥狀基材7。可以藉由選擇鑽石車刀的形狀、加工間距、加工面積、及加工深度，來使上述輥狀基材7的形狀最佳化。

其次，對使用輥狀轉印模型來製作光學片基材背面的微細形狀的情形進行說明，其中上述輥狀轉印模型於表面上具有微細形狀。圖6是用以說明本發明光學片的製造步驟的一例的剖面圖。如圖6所示，藉由供給頭10將樹脂層14塗佈於基材13上而形成被轉印薄膜，可以一方面使上述輥狀轉印模型11旋轉，一方面藉由夾輥12來擠壓上述被轉印薄膜，對該轉印薄膜照射來自紫外線照射裝置9的紫外光而使樹脂層硬化，以連續地轉印微細形狀之後，將上述樹脂層剝離而製作出光學片基材。

進而，利用與在上述光學片基材背面製作形狀的方法相同的方法，於所製得的光學片的基材表面上製作稜鏡構造、透鏡構造、凸鏡狀構造中的至少一種構造。

轉印模型的材質可為金屬、陶瓷、樹脂等，並無限定，但較好的是尺寸穩定性及導電性優異的不鏽鋼等的鐵合 金，進而較好的是使用積層著具有加工裕度(Allowance)的銅或者鎳的材料。轉印模型表面是經過機械研磨、蝕刻、清洗等而變得均勻之後加以使用的。可以列舉雷射加工、濺鍍、蝕刻、光微影等作為於表面上形成微細形狀的方法。作為生產率高且可以有效地獲得所期望的表面形狀的方法，較好的是使用鑽石車刀等來對轉印模型表面進行機械加工的方法。

使用於表面上具有形狀的輥狀轉印模型來將該形狀轉印至被轉印薄膜上，藉此可以獲得光學片基材背面的微細形狀。被轉印薄膜是可以變形的基材或是在基材上設置樹脂層而成的。藉由將轉印模型擠壓至樹脂層的步驟、及使樹脂層硬化的步驟，來將上述轉印模型的表面形狀轉印至被轉印薄膜上，藉此可以獲得於基材上設置著樹脂層的被轉印薄膜。為了提高耐熱性、耐溶劑性、及形狀穩定性，亦可以於擠壓步驟中供給熱、光等。進而，亦可以藉由添加偶合劑、增黏劑來提高樹脂層與基材的密著性。為了提高基材與樹脂層的接著性，亦可以於基材或樹脂層的接著面上塗佈增黏劑。

於樹脂層中，較好的是使用感光性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物、熱可塑性樹脂、及橡膠。亦可以藉由使用感光性樹脂來除去多餘部分而僅留下樹脂層的必需部分。

可以使用化學性及熱性穩定且能夠成形為片狀或板狀的材料，作為本發明中所使用的基材。例如可以使用選自 聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴、(甲基)丙烯酸酯聚合物；乙烯與乙酸乙烯酯、乙烯與丙烯酸酯、乙烯與乙烯醇之類的乙烯共聚物；聚氯乙烯、氯乙烯與乙酸乙烯酯之類的共聚物；氯乙烯與乙烯醇的共聚物；聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯與(甲基)丙烯酸酯之類的苯乙烯共聚物；聚乙烯甲苯、乙烯基甲苯與(甲基)丙烯酸酯之類的乙烯基甲苯共聚物；聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸丁酯與乙酸乙烯酯之類的(甲基)丙烯酸酯共聚物；醋酸纖維素、硝化纖維素、塞璐芬(cellophane)等纖維素衍生物；聚醯胺、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚酯、及合成橡膠等中的至少1種或1種以上的有機高分子材料。或者可以使用鋁、銅等的金屬類等。這些材料中，尺寸穩定性優異的雙軸延伸聚對苯二甲酸乙二酯尤佳。

朝本發明中所使用的基材塗佈樹脂層的的塗佈方法，有輥塗、旋塗、噴塗、旋轉塗佈(whirl coating)、浸塗、淋幕式平面塗佈、線棒塗佈、凹版塗佈、氣刀塗佈等方法。

實施例

以下，參照表1、表2來對實施例1~實施例14進行說明。本發明並不限定於這些實施例。

(實施例1~實施例14)

一方面使直徑為130mm、寬度為470mm的輥狀的鐵製基材旋轉，一方面進行鍍銅，從而獲得於鐵上積層著200μm的銅的輥基材。進而，進行鍍鎳，獲得積層著200μm的鎳的模型基材。對該模型基材進行研磨以將該模型基材 的表面加工成鏡面。接著，一方面使該模型基材旋轉，一方面用前端為半徑R=40μm的曲面的鑽石車刀，以固定週期、固定振幅來按壓上述模型基材，從而獲得一種輥狀轉印模型，於該輥狀轉印模型中，擠壓成半徑為17.2μm、深度為1.2μm的球面的形狀以一定高度週期性地排列著。利用輥的轉速來控制加工週期，並利用車刀振幅來控制加工深度。實施例1~實施例7、實施例8~實施例14對應於以不同加工週期所製得的輥狀轉印模型。

使用在厚度為50μm的聚對苯二甲酸乙二酯薄膜上配置著間距為46μm、高度為23μm、頂角為90°的稜鏡形狀的薄膜作為基材，利用擠壓式塗佈機(die coater)來將光硬化性樹脂溶液(下述1及2)塗佈至基材背面，擠壓上述輥狀轉印模型，並照射紫外線而使光硬化性樹脂硬化，使基材自輥狀轉印模型分離，從而獲得輥狀轉印模型表面形狀的反轉形狀已轉印至光硬化性樹脂層的表面的光學片。

(光硬化性樹脂溶液1)：HITALOID7981-F47(日立化成工業股份公司製)

(光硬化性樹脂溶液2)：含有二異氰酸酯化合物及胺基甲酸酯寡聚物的紫外線(ultraviolet，UV)硬化型樹脂組成物，該胺基甲酸酯寡聚物由含羥基的甲二醇及己內酯改性丙烯酸酯形成

(比較例1)

不使上述輥狀轉印模型表面形狀的反轉形狀轉印至基 材背面，且未於光學片背面形成形狀，除此以外，以與實施例相同的方式而獲得光學片。

觀察已製得的將輥狀轉印模型的形狀轉印至基材背面而獲得的光學片的背面形狀高度及間距，接著，觀察使用該光學片而製得的背光源單元的外觀，將觀察結果表示於表1、表2中。使用超深度形狀測定顯微鏡VK-8550(股份有限公司KEYENCE製商品名)來測定高度及間距。又，對外觀進行觀察時，於具有圖1所示的構造的2英吋用背光源單元中，將兩塊稜鏡片5替換為所獲得的光學片，並判定是否可以觀察到疊紋等光學缺陷。根據外觀的觀察結果來對光學片進行綜合評價，以○來表示最佳者，以×來表示不良者。表1是使用光硬化性樹脂溶液1後的結果。表2是使用光硬化性樹脂溶液2後的結果。

表1所示的實施例1中，背面形狀的間距為800μm。以下，實施例2中的上述間距為500μm，實施例3中的上述間距為200μm，實施例4中的上述間距為46μm，實施例5中的上述間距為30μm，實施例6中的上述間距為20μm，實施例7中的上述間距為10μm。如上述所述，形成於表面的稜鏡形狀的間距均為46μm。由此，實施例4中的表面形狀及背面形狀的間距相同均為46μm。

又，表2所示的實施例8中，背面形狀的間距為800μm。以下，實施例9中的上述間距為500μm，實施例10中的上述間距為200μm，實施例11中的上述間距為46μm，實施例12中的上述間距為30μm，實施例13中的上述間距為20μm，實施例14中的上述間距為10μm。如上所述，形成於表面的稜鏡形狀的間距均為46μm。由此， 實施例11中的表面形狀及背面形狀的間距相同均為46μm。

表1、表2的結果均相同，於不具有背面形狀的比較例中，未觀察到疊紋。於具有背面形狀的實施例1、實施例2、實施例8、實施例9中，於基材表面的週期性與基材背面的週期性之間產生了疊紋，且於背光源中觀察到了該疊紋。進而亦於背光源中觀察到了背面形狀的條紋。實施例3、實施例10中雖未觀察到背面形狀的條紋，但產生了與實施例1或2相同的疊紋。於設背面形狀的間距與表面形狀的間距同為46μm的實施例4、實施例11中，或者於設背面形狀的間距是20μm以下的實施例6、實施例7、實施例13、實施例14中，獲得了無疊紋或條紋的外觀良好的背光源。如此，設基材背面形狀的週期性與基材表面的週期性為相同週期，或者設基材背面形狀的週期性為20μm以下，藉此可以獲得能夠防止產生疊紋、且不會產生光學缺陷的良好的背光源單元。

產業上的可利用性

本發明是一種使用於液晶顯示裝置的背光源單元的光學片，該光學片可以藉由在表面上形成金屬層而用作反射片。又，亦可以將所得的光學片用作轉印模型，此時，由於是轉印後的轉印，故而可以轉印原轉印模型的表面形狀。

1‧‧‧光源(螢光燈)

2‧‧‧反射片

3‧‧‧導光板

4‧‧‧擴散片

5‧‧‧稜鏡片

6‧‧‧鑽石車刀

7‧‧‧基材輥

8‧‧‧稜鏡構造

9‧‧‧紫外線照射裝置

10‧‧‧供給頭

11‧‧‧輥狀轉印模型

12‧‧‧夾輥

13‧‧‧基材

14‧‧‧樹脂層

圖1是用以說明先前的背光源單元的構造的剖面圖。

圖2是用以說明先前的單片稜鏡型背光源單元的構造 的剖面圖。

圖3是表示本發明的光學片的構造的一例的剖面圖。

圖4是表示本發明的光學片的構造的另一例的剖面圖。

圖5是表示用於本發明的轉印模型的製造步驟的一例的剖面圖。

圖6是表示本發明的光學片的製造步驟的一例的剖面圖。

8‧‧‧稜鏡構造

13‧‧‧基材

14‧‧‧樹脂層

p‧‧‧間距

Claims (4)

1. 一種光學片，其特徵在於，其是於基材表面上形成著稜鏡構造、透鏡構造、凸鏡狀構造中的至少一種構造，且於基材背面上設置著具有週期性排列的形狀的光學片，基材背面形狀的週期性是20μm以下且10μm以上，其中該基材背面形狀是使用具有表面形狀的輥狀轉印模型，對可變形基材將該表面形狀轉印至該可變形基材而成。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光學片，其中上述基材表面形狀的週期性為40~50μm。
3. 如申請專利範圍第2項所述的光學片，其中上述基材表面形狀的週期性為44~48μm。
4. 一種光源，其配置著如申請專利範圍第1項至申請專利範圍第3項中任一項所述的光學片及導光體。