TWI491937B - 複合光導板 - Google Patents

複合光導板 Download PDF

Info

Publication number
TWI491937B
TWI491937B TW102134974A TW102134974A TWI491937B TW I491937 B TWI491937 B TW I491937B TW 102134974 A TW102134974 A TW 102134974A TW 102134974 A TW102134974 A TW 102134974A TW I491937 B TWI491937 B TW I491937B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light guide
slice
guide plate
patterned film
adhesive layer
Prior art date
Application number
TW102134974A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201416735A (zh
Inventor
Jehuda Greener
Richard D Bomba
Herong Lei
Michael R Landry
Original Assignee
Skc Haas Display Films Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Skc Haas Display Films Co Ltd filed Critical Skc Haas Display Films Co Ltd
Publication of TW201416735A publication Critical patent/TW201416735A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI491937B publication Critical patent/TWI491937B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00663—Production of light guides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0036—2-D arrangement of prisms, protrusions, indentations or roughened surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0065—Manufacturing aspects; Material aspects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Description

複合光導板
本發明一般而言係有關一種光導板，尤指一種複合光導板及其製造方法。
液晶顯示器(LCD)在成本及性能上持續改良，成為許多電腦、儀器設備及娛樂應用之較佳顯示器技術。典型的LCD手機、筆記型電腦、及監視器包括光導板，其從光源接收光及重分佈光成或多或少均勻地跨過LCD分佈。既存之光導板的厚度典型地為0.8mm至2mm。光導板必須夠厚以與光源，典型地為冷陰極螢光燈(CCFL)或複數個發光二極體有效地耦合，並將更多的光重導向觀看者。又，使用傳統的注射成型法製造厚度小於約0.8mm且寬度或長度大於約60mm之光導板通常係困難且昂貴的。另一方面，通常期望縮減光導板以降低LCD的整體厚度和重量，特別是當LED的尺寸變得更小時。因此，在這些衝突的需求之間必須達成平衡以達到最佳之光利用效率、低製造成本、薄度、及亮度。然而，具有相對較大尺寸(典型地大於300mm對角線)之許多LCD及一般照明燈系統需要典型地厚度大於2mm之相對較厚之光導板。此高厚度經常係由尺寸和機械剛性需求以及最適合於這些較大照明系統之較大尺寸LED的要求所決定。
揭露於美國專利公開案第2011/0242847號之擠壓輥成型法提供以輥對輥方式且以相對較高之線速度製造薄光導板的有效手段。當圖案化之光導板的厚度超過約1mm時，這些擠壓澆鑄法變成無效。在此較高厚度範圍，光提取微圖案之複製保真性(fidelity)在典型製程條件下變得非常差且線速度非常慢。為了將擠壓輥成型法的效率擴展相對較厚之光導板之效率及其他類型之厚的微圖案化光學膜，明顯有需要以下述方式修改此製程：消除該等問題中之一些問題而獲得所欲之微圖案之良好複製保真性，同時保持相對較高之線速度及良好製造效率。
迄今可選擇之方法為注射成型法及其一些變化方法。在此方法中，以高速度及壓力將熱聚合物熔融物注入模具空穴中，該模具空穴具有微機械化表面，該表面具備在模具填充及冷卻階段期間轉移至固化成型板之表面上之圖案。當横向尺寸(寬度及/或長度)相對小(≦約300mm)時，注射成型技術相當有效。然而，對相對大之光導板而言，注射成型法需要非常大的模具及顯著程度之注射壓力，其典型地導致成型板之不良複製性及高殘留應力和雙折射(birefringence)，產生不良之尺寸安定性及低製造產率。又，注射成型係一種批次製程，因此在大量操作上相當沒有效率。使用於製造厚光導板之另一方法係使用噴墨、網板印刷或其他種類之印刷方法在平坦之擠壓澆鑄片之一面上印刷非連續('點')微圖案。此方法的缺點在於擠壓澆鑄步驟需要額外昂貴的印刷步驟以及非連續微提取件的形狀和尺寸係預定而無法予以良好控制，因此光之提取及重定向沒有效率。
雖然已提出使用相對較快之擠壓澆鑄、輥對輥操作 製備各式各樣光導板之解決之道，但這些操作侷限於相對薄之光導板。因此，對LCD背光及一般照明市場兩者需要相對厚之光導板之應用而言，依然需要使用有效單通擠壓澆鑄法而製備符合成本效益之具有大於約1mm厚度之光導板。
本發明係提供一種複合光導板，其包括藉由黏著劑層結合在一起之圖案化之膜及預切片。圖案化之膜之表面上的圖案(在面對預切片之表面的相反面)係設計成能夠從放置在光導板之一個或多個邊緣之一個或多個光源有效提取光及使光重定向。為了改良光提取效率，圖案化之膜、預切片及固化之黏著劑層必須光學上匹配，以使預切片、圖案化之膜與固化之黏著劑層之三個折射率中之任兩者間的差小於0.01且折射率較佳關係應為：n f n a n s ，其中，n f ，n a 及n s 係分別為圖案化之膜、黏著劑層及預切片之折射率。
10‧‧‧光導板
12‧‧‧輸入表面
13‧‧‧終端表面
14‧‧‧輸出表面
15a、15b‧‧‧側表面
16‧‧‧底表面/特徵化表面
20‧‧‧光源組合件
20a‧‧‧光源
22、24‧‧‧膜
30‧‧‧顯示器面板
32‧‧‧背光組合件
100‧‧‧顯示器設備
142‧‧‧反射膜
216‧‧‧稜鏡
217‧‧‧(微)圖案
227、227a、227b、227c‧‧‧非連續元件
310‧‧‧擠壓器
330‧‧‧片形成模具
410‧‧‧圖案化之膜
450‧‧‧熔融片/澆鑄聚合物片
472‧‧‧供應輥
474‧‧‧載體膜(基板)
478‧‧‧壓力輥
480‧‧‧圖案輥
481‧‧‧剝離點
482‧‧‧捲取輥
500‧‧‧光導板/層合片
501‧‧‧塗佈站
505‧‧‧黏著劑之薄層/黏著劑層
510‧‧‧片進料器
515‧‧‧(預切)片
520‧‧‧固化站
α0 ‧‧‧頂角
d1 、d2 ‧‧‧厚度
R‧‧‧虛的箭號
第1圖係使用本發明之複合光導板之顯示器設備之例示具體例的示意透視圖。
第2A及2B圖分別顯示光導板之仰視圖及側視圖。
第3A圖顯示在平行於寬度方向之方向觀看之背光單元中之光導板的展開側視圖。
第3B圖顯示在平行於長度方向之方向觀看之光導板的展開側視圖。
第3C圖係光導板上之線形稜鏡的俯視圖。
第3D圖係光導板上之彎曲波浪狀稜鏡的俯視圖。
第4A-1、4A-2、及4A-3圖顯示第一種非連續元件之透視圖、俯視圖、及側視圖。
第4B-1、4B-2、及4B-3圖顯示第二種非連續元件之透視圖、俯視圖、及側視圖。
第4C-1、4C-2、及4C-3圖顯示第三種非連續元件之透視圖、俯視圖、及側視圖。
第5圖係形成本發明之複合光導板之製造設備之一例示具體例的示意圖。
參照第1圖，係顯示使用光導板10作為背光組合件32之一部份之顯示器設備100。來自光源組合件20之光通過輸入表面12耦合至光導板10。顯示器面板30，如LCD面板，調節由背光組合件32中之光導板10之光輸出表面14所發出之光。亦可提供一個或多個額外的膜，如第1圖中之膜22及24所示者，以作為背光阻件32之部分，以改良由光導板10所發出之光的方向、均勻性、或其他特性或者對通過LCD面板30之光提供偏振。光通過顯示器面板的途徑如虛線箭號R所示。藉由光導板10之光提取及重定向係藉由典型但不限於設置在輸出表面14相反面之其底表面16上之非連續顯微特徵之陣列而促進。光反射器通常亦設置在光導板10下，且相鄰於特徵化表面16，以改良來自光源之光提取效率。輸出表面14及底表面(或特徵化表面)16應稱為光導板的主要表面。
LCD背光及一般照明裝置中之光導板或膜具有將由 一個點光源、複數個點光源如發光二極體(LED)、或線光源如冷陰極螢光燈(CCFL)所發出之光轉換成平坦或彎曲之發光表面的一般功能。期望從光源有效率地提取光且盡可能均勻地從輸出表面發出。
如第2A及2B圖所示，光導板10具有耦合從光源20a所發出之光之光輸入表面12、從光導板發出光之輸出表面14、與輸入表面12相反之終端表面13、與輸出表面14相反之底表面16，及兩個側表面15a和15b。光源20a可為單一線形光源如CCFL、點狀光源如LED或複數個點狀光源，例如，LED陣列。
本發明之光導板使用形狀為非連續元件且放置在其之一主要表面上之光提取微結構，且視需要地，以及通常形狀為連續稜鏡且放置在光導板之相反主要表面上之光重定向微結構。真實的稜鏡具有至少兩個平坦面。然而，由於在所有具體例中，光重定向結構之一個或多個表面無需皆平坦，而可為彎曲或具有多個截面，故在本說明書中使用更一般的用語"光重定向結構"。典型但不限於，光提取微圖案217係放置在在底表面16上，而光重定向結構，若存在，係位在光導板之輸出表面14上。
光導板10在其底表面16上具有以點表示之非連續元件之微圖案217。圖案217具有長度L 0 及寬度W 0 ，其係分別平行及垂直於光源20a的光線。一般而言，圖案217在長度方向、寬度方向、或兩個方向具有比光導板10小的尺寸。亦即，L0 L且W0 W。非連續元件之大小及數目可沿著長度方向及寬度方向改變。或者，圖案217可在光導板10的輸出表面14上。
一般而言，非連續元件的密度D 2D (x,y) 隨著位置(x,y) 而變。實務上，密度函數D 2D (x,y) 沿著長度方向強烈地改變，但沿著寬度方向微弱地改變。為了簡單化，通常使用一維密度函數D(x) 使非連續元件的圖案特徵化而且可計算成，例如，D (x )=ʃD 2D (x ,y )dy W 0 D 2D (x ,0)。其他形式之一維(1D)密度函數亦可輕易衍生自2D密度函數D 2D (x,y) 。在下述中，獨立變數x應被詮釋為可使用於計算一維密度函數D(x) 之任一者。例如，若光源為點狀且位在靠近光導板的角落，則x可為從原點O之半徑。
第3A圖顯示當在平行於寬度方向之方向觀看時，光導板10、稜鏡膜如轉向膜22或擴散體、及反射膜142的展開側視圖。視需要地，在光導板10的輸出表面14上為複數個稜鏡216，在底表面16上為複數個非連續元件227。第3B圖顯示當沿著長度方向觀看時，光導板10的展開側視圖。輸出表面14上之各稜鏡216通常具有頂點角度α0 。稜鏡可具有圓形頂點且可以雙凸透鏡狀(lenticular)圖案取代之。第3C圖係稜鏡216的俯視圖。在此實例中，稜鏡係彼此平行。在另一實例中，如第3D圖所示，稜鏡216為彎曲或波浪狀。具有任何已知修飾之稜鏡或雙凸透鏡狀(圓形)元件皆可使用於本發明。實例包含，但不限於，具有可變高度、可變頂點角度、及可變節距之稜鏡。然而，最常見地，光導板的輸出表面為平坦且無特徵。
第4A-1、4A-2、及4A-3圖分別顯示依據本發明可使用之一種非連續元件227a之透視圖、俯視圖、及側視圖。各非連續元件基本上為三角切割面之稜鏡。第4B-1、4B-2、及4B-3圖分別顯示依據本發明可使用之第二種非連續元件227b之透視圖、俯視圖、及側視圖。各非連續元件基本上為具有平坦頂面之三角切 割面之稜鏡。第4C-1、4C-2、及4C-3圖分別顯示依據本發明可使用之第三種非連續元件227c之透視圖、俯視圖、及側視圖。各非連續元件基本上為圓頂切割面之稜鏡。亦可使用其他已知形狀如圓柱形、半球形及球形截面之非連續元件。其可為或可不為對稱者。
光導板10的厚度沒有特定限制，但通常係由顯示器系統或照明裝置之厚度需求、欲耦合於光導板之光源的大小、及照明系統之一般剛性和勁度的要求所決定。一般而言，對小尺寸之顯示器如彼等使用於手機、平板電腦及筆記型電腦者而言，背光必須具有相對薄形式之要素，因此要求薄(<1mm)的光導板。對較大之顯示器，例如，電視機、監視器及平板照明設備和崁燈而言，光導板必須相當厚，典型>1mm。對薄的光導板而言，已顯示一般輥至輥及擠壓鑄造製造方法(例如，擠壓輥成形製程)運行良好且提供低成本之替代更建全製造方法(例如注射成型及網板印刷)之方法。對較厚之光導板(具有>約1mm之厚度)而言，該擠壓澆鑄方法無法運作良好，因為在光提取微圖案之複製上的困難，及通過擠壓澆鑄系統輸送相對易脆之材料如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)之厚片或厚層板(slab)上的困難。此外，在典型之熔融擠壓條件下，相對厚之片的線速度非常慢，因此削減擠壓澆鑄操作的成本效益。本發明揭露一種將擠壓輥成型法可擴展到用以製備相對厚之光導板(>1mm)且同時避免或使關於複製保真性、輸送及線速度之一些前述困難最小化之製造方法。
製造
本發明係提供一種複合光導板及一種製備該複合光導板之方 法。本文所述之方法特別適合於網狀製造及輥至輥操作，且可輕易地適應於本發明之複合光導板的製造。此製造過程(圖解地說明於第5圖)包括下述步驟：
1.藉由從擠壓器310使樹脂擠壓通過片形成模具330，而產出具有必要之光學及物理性質之光學聚合物的熔融片450；使此熔融片澆鑄在由供應輥472所提供之載體膜基板474上，再進入壓力輥478與圖案輥480間之輥隙中，此圖案輥具有欲轉移至澆鑄片之表面之適合的微圖案。壓力輥與圖案輥係保持在達成欲由圖案輥轉移至擠壓片之表面之特徵的良好複製所需之某種表面溫度；輥480之表面係保持在提高之溫度，TPaR ，以使TPaR >Tg -50℃，其中Tg 為擠壓之聚合物樹脂的玻璃轉移溫度。輥478(壓力輥)通常具有軟彈性表面及表面溫度TP ，其中TP <TPaR 。保持兩輥間之輥隙壓力P，以使P>每毫米輥寬度8牛頓。許多種類之載體膜皆可使用於實施本發明，但載體的一般實例為具備可撓性、勁度、堅韌性及低成本之所欲組合之聚(對苯二甲酸二乙酯)(PET)膜。雖然沒有使用該種膜之製成之膜的品質控制通常更為困難，但載體膜的使用在某些情形下係視需要性的。載體膜474及從壓印線區域出來之澆鑄聚合物片450較佳貼附於圖案輥480，而形成具有所欲厚度之聚合物板，直至在輥隙下游的某段距離固化。
2.在剝離點481從圖案輥480剝離固化之圖案化之膜410，然後從載體膜474剝下；一旦從圖案化之膜分離，即將載體膜纏繞在捲取輥482上，同時在控制張力下將圖案化之膜410輸送至塗佈站501。圖案化之膜410的厚度d 1 通常是<1mm且較佳<0.6 mm，其係在擠壓輥成型法之最佳化的範圍內。在此厚度，微圖案217的複製保真性及膜的輸送和線速度可被完全地最佳化。
3.在塗佈站501將共折射黏著劑之薄層505塗佈至圖案化之膜410之未圖案化之表面上。經塗佈之黏合劑層的厚度沒有特別限制，但期望是<0.1mm。塗佈薄黏合劑層之方法沒有特別限制，但可包括各種塗佈方法如流延頭、凹版印刷、輥壓塗佈、刮刀塗佈或適合於將相對較薄且均勻之液體層沉積在移動網狀物上之其他塗佈方法。硬化及固化後之黏著劑材料的折射率及光譜特性必須與固體圖案化之膜所具者緊密地匹配，以使兩個折射率間的差必須不超過0.01。
4.通過片進料器510輸送，而將具有必要之厚度d 2 及特定尺寸，且包括與圖案化之膜410在光學上緊密地匹配之材料之預切片或厚層板515以預定對準之方式放置在移動網狀物上之塗佈層上。片的折射率與圖案化之膜及固化之黏著劑層的折射率緊密地匹配，以使此三層之三個折射率中之任兩者間的差為<0.01。在較佳具體例中，片515及膜410的構成材料相同且片515為空白，亦即，其係平坦且其任一主要表面未被圖案化。片515之厚度d 2 沒有特別限制，但視光導板之最終特定厚度而定，典型為0.5至10mm。
5.在一具體例中，若黏著劑材料為UV可固化樹脂，則使層合板500輸送，通過UV固化站520於其中以足以固化黏著劑層之劑量之UV光照射該黏著劑層；UV固化站係視需要的，且若塗佈之黏著劑為需要高溫以觸發黏著性及固化功能之熱黏著劑，則可以熱固化站置換之。在另一具體例中，黏著劑層為壓力敏感 性黏著劑，其係需要通過使用壓帶輥(pinch roller)或在移動網狀物上施加壓力之其他方法在站520之片515與圖案膜410之間施加壓力。在又一具體例中，藉由熱結合使圖案膜410結合於預切片515，而將彼此面對之兩個元件的表面加熱至相對應材料的玻璃轉移溫度之上，然後藉由壓帶輥等使之按壓在一起以在層間之界面形成結合。此後者選項無需塗佈黏著劑層，但在結合步驟之前必須預加熱，因此塗佈站501可以預加熱站置換。
6.將層合之網狀物輸送至複合光導板之最後切割及精加工之精加工站。精加工之光導板500的厚度為：d~(d 1 +d 2 ) ，係假設黏著劑層505的厚度小到可被忽略。在此複合光導板中，黏著劑層係侷限在光導板的主體中，而預期對光導板內穿梭的光而言不可見。藉由依據前述指導方針緊密地匹配層合之複合光導板之三種材料成分的光學性質，特別是折射率，將使在光導板內穿梭之光的散射、波導(waveguiding)及吸收損失最小化，因而增強其光提取效率。在較佳具體例中，預切片515的主要表面係平坦且未經圖案化。在另一較佳具體例中，預切片在面對黏著劑層之表面之相反面的表面上具有重定向之特徵。在此情形下，在放置在移動網狀物上期間可能需要適當對準預切片。
材料
使用於LCD背光或一般照明裝置之光導板之聚合物材料的選擇係由波導及LCD之光學及物理性能需求之要求所決定。一般而言，值得一提的是，此材料必須具備非常高的光學透射率、非常低的色度、良好的環境和尺寸安定性及高耐磨耗性。此外，此材料必須可熔融加工且相對不昂貴，以符合此產品類別的成本要 求。這些嚴格的要求將聚合物樹脂的選擇侷限至非常少的材料選擇。現今使用於LCD及一般照明光導板之兩種主要樹脂種類為聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)及雙酚A聚碳酸酯(PC)。這些材料各具有特別的強度，但亦各遭受到許多嚴重的缺點。例如，雖然PMMA具有優異的光學性質及非常高的耐磨耗性，但其非常易脆且具有在界線邊緣的環境安定性。相較下，PC具有優異的機械性質及良好的環境安定性，但其光學性質，特別是光透射率及顏色略差於PMMA所具者，且其耐磨耗性不良。又，並非所有的塑膠材料皆可藉由熔融擠壓操作而予以可信賴地製造之。例如，PMMA證明了在低於0.3mm之厚度因為高脆度問題難以製造但對相對厚之光導板應運作良好。
雖然PMMA及PC特別適合使用於本發明之光導板，但亦可使用許多其他光學上透明之材料。本發明之光導板可由可熔融加工之任一種透明聚合物形成。這些材料包含，但不限於，可由下述家族進一步加工成聚合物之均聚物、共聚物、及寡聚物：聚酯；聚芳酯；聚碳酸酯(例如，含有雙酚A以外之部份之聚碳酸酯)；聚醯胺；聚醚-醯胺；聚醯胺-醯亞胺；聚醯亞胺(例如，熱塑性聚醯亞胺及聚丙烯酸系醯亞胺)；聚醚醯亞胺；環狀烯烴聚合物；丙烯酸系聚合物如PMMA及衝擊改質(impact modified)之丙烯酸系聚合物、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈及聚苯乙烯；苯乙烯系之共聚物及摻合物(例如，苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚物)；聚醚(例如，聚苯醚、聚(二甲基苯醚))；纖維素系(例如，乙基纖維素、纖維素乙酸酯、纖維素丙酸酯、纖維素乙酸酯丁酸酯、及纖維素硝酸酯)；以及含硫 之聚合物(例如，聚苯硫醚、聚碸、聚芳基碸、及聚醚碸)。亦可使用兩種或更多種聚合物或共聚物之視需要的透射、可混溶之摻合物或合金。
在某些具體例下，光導板可適合地包括可熔融加工、可撓曲之聚合物。就本發明之目的而言，可撓曲之聚合物係一種在典型的操作溫度(service temperature)範圍下，可圍著直徑5cm之圓柱體纏繞而不會破裂之膜或片形式之聚合物。此光導板可期望地包括具有至少85%，更期望為至少90%之組合有效之光透射率(ASTM D-1003)及不大於2%，更期望為不大於1%之霧度(ASTM D-1003)之聚合物材料。一般而言，適合之聚合物可為本質上係結晶、半結晶、或非結晶者，但非結晶聚合物最為適合，此乃由於其可以最小量之霧度形成光學上均勻結構的能力之故。為了最符合顯示器及一般照明應用之熱尺寸安定性需求，本發明之光導板中的聚合物應具有至少85℃之玻璃轉移溫度(Tg)(ASTM D3418)，及在周圍溫度下不大於1.0×10-4 mm/mm/℃之熱膨脹係數(ASTM D-696)。
本發明之光導板之特別適合的可熔融聚合物包括非晶型聚酯(亦即，在使用於製造光導板之擠壓製程期間所用之時間及溫度下，不會自發地形成結晶形態之聚酯)、聚碳酸酯(亦即，基於二元酚如雙酚A之聚碳酸酯)、包括酯及碳酸酯部份兩者之聚合物材料、以及環狀烯烴聚合物。此外，一般易脆、可熔融聚合物如聚(甲基丙烯酸烷酯)、聚苯乙烯、及聚(丙烯腈)在藉由併入衝擊改質劑聚合物粒子(例如，包括軟芯/硬殼乳膠粒子之衝擊改質之PMMA)而變成可撓性後，為可使用於本發明之適合材料，但衝 擊改質劑不能使厚光導板的光學性質降解至不符合光導板之光學需求的點。期望聚合物層有可撓性，但其並非為實施本發明所必要。亦可在光導板之一或所有層中使用包括摻合著尺寸遠小於可見光波長之奈米粒子之基質聚合物之各式各樣奈米複合物，但由其所製成之光導板的光學性質不會因添加奈米粒子而有負面衝擊。
使用於聚酯之適合的單體及共單體可具有二醇或二羧酸或酯型。二羧酸共單體包含，但不限於，對苯二甲酸、間苯二甲酸、苯二甲酸、所有異構之萘二羧酸、二苯甲酸如4,4’-聯苯二羧酸及其異構物、反-4,4’-茋(stilbene)二羧酸及其異構物、4,4’-二苯基醚二羧酸及其異構物、4,4’-二苯基碸二羧酸及其異構物、4,4’-二苯甲酮二羧酸及其異構物、鹵化芳香族二羧酸如2-氯對苯二甲酸及2,5-二氯對苯二甲酸、其他經取代之芳香族二羧酸如第三丁基間苯二甲酸及磺酸鈉間苯二甲酸、環烷二羧酸如1,4-環己烷二羧酸及其異構物及2,6-十氫萘二羧酸及其異構物、雙或多環狀二羧酸(如各種異構降冰片烯和降冰片烯二羧酸、金剛烷二羧酸、及雙環辛烷二羧酸)、烷二羧酸(如癸二酸、己二酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、壬二酸、及十二烷二羧酸)，以及稠合環芳香族烴之任一種異構二羧酸(如茚、蒽、菲、苯并萘、茀等)。可使用其他脂肪族、芳香族、環烷或環烯二羧酸。或者，這些二羧酸單體之任一者之酯，如對苯二甲酸二甲酯，可使用於取代二羧酸本身或與二羧酸本身合併使用。
適合之二醇共單體包含，但不限於，直鏈或支鏈烷二元醇或二醇(如乙二醇、丙二醇如三亞甲基二醇、丁二醇如四亞 甲基二醇、戊二醇如新戊二醇、己二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇及高級二元醇)、醚二醇(如二乙二醇、三乙二醇、及聚乙二醇)、鏈酯二元醇如丙酸3-羥基-2,2-二甲基丙基-3-羥基-2,2-二甲基丙基-3-羥基-2,2-二甲酯、環烷二醇如1,4-環己烷二甲醇及其異構物和1,4-環己烷二醇及其異構物、雙或多環二元醇(如各種異構三環癸烷二甲醇、降冰片烷二甲醇、降冰片烯二甲醇、及雙環辛烷二甲醇)、芳香族二醇(如1,4-苯二甲醇及其異構物、1,4-苯二醇及其異構物、雙酚如雙酚A、2,2’-二羥基聯苯及其異構物、4,4’-二羥基甲基聯苯及其異構物、及1,3-雙(2-羥基乙氧基)苯及其異構物)、以及這些二元醇之低級烷基醚或二醚，如二甲基或二乙基二元醇。可使用其他脂肪族、芳香族、環烷基及環烯基二元醇。
包括酯及碳酸酯部份兩者之聚合物材料可為(可混溶)摻合物，其中至少一個成分為基於聚酯之聚合物(均聚物或共聚物)且另一成分為聚碳酸酯(均聚物或共聚物)。該種摻合物可藉由，例如，習知之熔融加工技術製造，其中混合聚酯小粒與聚碳酸酯小粒，後續在單或雙螺桿擠壓機中熔融摻合以形成均勻混合物。在熔融溫度，聚酯與聚碳酸酯間可發生某種轉移反應(轉酯化反應)，其程度可藉由添加一種或多種安定劑(如亞磷酸鹽化合物)予以控制。或者，包括酯及碳酸酯部份兩者之聚合物材料可為藉由使二元酚、碳酸酯前驅物(如光氣)，與二羧酸、二羧酸酯、或二羧酸鹵化物反應所製備之共(聚酯碳酸酯)。
環狀烯烴聚合物係一種相當新的聚合物材料類別，其提供高玻璃轉移溫度、高光透射率、及低光學雙折射。可使用於實施本發明之非晶型環狀烯烴聚合物包含均聚物及共聚物。環 狀烯烴(共)聚合物包含，例如，非環狀烯烴如α-烯烴與環狀烯烴之環狀烯烴加成共聚物；乙烯、環狀烯烴與α-烯烴之環狀烯烴加成共聚物；及藉由環狀單體之開環聚合反應，接著氫化反應所製備之均聚物及共聚物。較佳之環狀烯烴聚合物係那些由具有降冰片烯或四環十二烯結構之環狀烯烴所組成者。較佳之環狀烯烴聚合物及共聚物的典型實例包含降冰片烯/乙烯共聚物、降冰片烯/丙烯共聚物、四環十二烯/乙烯共聚物及四環十二烯/丙烯共聚物。目前市面上可購得之環狀烯烴聚合物包含APELTM (Mitsui Chemical公司)、ARTON® (JSR公司)、TOPAS® (Ticona GmbH)、及Zeonex® 和Zeonor® (Zeon Chemical公司)。雖然此類聚合物的光學性質通常高度適合使用於光導板，但其成本相對高且經常相當易脆。
在較佳具體例中，使用於製造圖案化之膜410、黏著劑層及預切片515之材料係相同或僅稍微改變。一般而言，這些材料在光學上必須緊密地匹配以使精修之光導板的散射、波導及吸收損失最小化，否則無需相同。光學匹配需要其折射率接近完全相同或差為<0.01。又，為了使由於總內部反射所造成之損失最小化，期望複合光導板之三種材料的折射率關係為：n f n a n s ，其中n f ，n a 及n s 分別為圖案化之膜、黏著劑層及預切片之折射率。此外，其光譜特性必須緊密地匹配，以將因在可見光譜之不同部份為不同層選擇性吸收因此造成之非所欲色度效應最小化。黏著劑層的組成及種類並無特別限制，只要固化及硬化之黏著劑的光學性質與那些圖案化之膜410及預切片515所具者緊密地匹配即可。特別重要的是，黏著劑層的折射率緊密地匹配至與 層410及515之折射率相差0.01內。黏著劑可為UV固化型、熱固化型或壓力敏感型。許多不同之黏著劑材料係所屬技術領域中熟知此項技藝者所周知者。其選擇應由其黏著性質之要求所決定，且需要依據前述指導方針使其光學性質與複合光導板之兩構成層匹配。
因此，本發明所提供的是一種使用於LCD背光或一般照明裝置之具有大於約1mm厚度之複合光導板及製造該複合光導板之擠壓澆鑄法。在本發明之製造方法中，使擠壓輥成型法與塗佈及層合步驟組合而能夠進行具成本效益之厚複合光導板之輥對輥或輥對片製造，其中光導板之一個或兩個主要表面含有圖案，而能夠藉由光導板從放置在該光導板之一個或多個邊緣之一個或多個光源提取光及使光重定向。為了獲得良好之光提取效率，黏著劑層與光導板之兩個構成層的光學性質必須高度光學上透射且光學上匹配，使得複合光導板之三種材料中之任兩種材料的折射率必須差異不超過0.01且折射率較佳關係為：n f n a n s ，其中n f ，n a 及n s 分別為圖案化之膜、黏著劑層及預切片之折射率。
10‧‧‧光導板
12‧‧‧輸入表面
14‧‧‧輸出表面
16‧‧‧底表面/特徵化表面
20‧‧‧光源組合件
22、24‧‧‧膜
30‧‧‧顯示器面板
32‧‧‧背光組合件
100‧‧‧顯示器設備
R‧‧‧虛的箭號

Claims (9)

  1. 一種複合光導板，包括：藉由黏著劑層結合在一起之圖案化之膜及預切片，其中，該圖案化之膜在面對該預切片之表面的相反面具有圖案化之表面且該預切片具有特定尺寸，且其中，該圖案化之膜、該預切片及該黏著劑層係光學上匹配，以使得該相對應材料之任兩者間之折射率的差不超過0.01，且其中，該圖案化之膜的光譜特性、該預切片之光譜特性、及該黏著劑層之光譜特性係緊密地匹配，以減少可見光譜之不同部份的選擇性吸收。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中，該預切片的厚度超過0.5mm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中，該預切片係平坦且未經圖案化。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中，該預切片係在面對該黏著劑層之表面之相反面的表面上予以圖案化。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中，該圖案化之膜、該預切片及該黏著劑層包括光學上透射之聚合物，其包含，丙烯酸系聚合物如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、聚酯、聚環烯烴和其他非晶型烯烴聚合物、聚醯胺、聚醯亞胺、苯乙烯系、聚胺酯、聚碸，及其共聚物或摻合物。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中，該圖案化之膜與該預切片包括相同聚合物。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光導板，其中，該等各層之折射率的關係為：n f n a n s ，其中，n f ，n a 及n s 分別為圖案化之 膜、黏著劑層及預切片之折射率。
  8. 一種複合光導板，包括：係經熱結合之圖案化之膜及預切片，其中，該圖案化之膜在面對該預切片之表面的相反面具有圖案化之表面且該預切片具有特定尺寸，且其中，該圖案化之膜與該預切片係光學上匹配，以使該兩種相對應材料間之折射率的差異不超過0.01，且其中，該圖案化之膜的光譜特性、該預切片之光譜特性、及該黏著劑層之光譜特性係緊密地匹配，以減少可見光譜之不同部份的選擇性吸收。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光導板，其中，該相對應層之折射率的關係為：n f n s ，其中，n f 及n s 分別為圖案化之膜及預切片之折射率。
TW102134974A 2012-09-28 2013-09-27 複合光導板 TWI491937B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/631,840 US8882327B2 (en) 2012-09-28 2012-09-28 Composite light guide plate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201416735A TW201416735A (zh) 2014-05-01
TWI491937B true TWI491937B (zh) 2015-07-11

Family

ID=50385019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102134974A TWI491937B (zh) 2012-09-28 2013-09-27 複合光導板

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8882327B2 (zh)
JP (1) JP6284327B2 (zh)
KR (1) KR20140042757A (zh)
CN (1) CN103713355B (zh)
TW (1) TWI491937B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9442261B2 (en) * 2014-07-09 2016-09-13 Toshiba Medical Systems Corporation Devices for coupling a light-emitting component and a photosensing component
US9939576B2 (en) 2016-01-27 2018-04-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Providing structural support via backlight system
US10621479B2 (en) * 2016-10-28 2020-04-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Illumination source
CN113348389B (zh) * 2018-12-26 2023-06-09 3M创新有限公司 紫外c光导
US20230176276A1 (en) * 2021-11-22 2023-06-08 Auroratech Company Lightguide augmented reality eyepiece and method for manufacturing

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW514708B (en) * 1999-12-13 2002-12-21 Nitto Denko Corp Light pipe, plane light source unit and liquid-crystal display device
CN1922516A (zh) * 2004-02-24 2007-02-28 伊斯曼柯达公司 利用光集中器阵列的亮度增强膜和利用该亮度增强膜的光导板、照明系统和显示设备
US20070103910A1 (en) * 2005-11-08 2007-05-10 Eastman Kodak Company Light redirecting films having multiple layers and an adhesion layer

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001194534A (ja) * 2000-01-13 2001-07-19 Nitto Denko Corp 導光板及びその製造方法
JP2002214433A (ja) * 2001-01-16 2002-07-31 Nitto Denko Corp 光拡散板、光学素子及び液晶表示装置
KR100744842B1 (ko) * 2006-05-10 2007-08-01 주식회사 상보 액정 디스플레이의 백라이트 유니트용 고휘도 광확산 시트및 그 제조방법
KR100980072B1 (ko) * 2007-03-20 2010-09-06 코오롱인더스트리 주식회사 광학용 복합 필름
US20110242851A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-06 Skc Haas Display Films Co., Ltd. Double-sided light guide plate manufactured with patterned rollers
US20110242847A1 (en) 2010-04-06 2011-10-06 Skc Haas Display Films Co., Ltd. Laminated double-sided light guide plate
JP6074128B2 (ja) * 2010-04-15 2017-02-01 デクセリアルズ株式会社 光学体およびその製造方法、日射遮蔽部材、窓材、内装部材ならびに建具
US20120051091A1 (en) * 2010-08-31 2012-03-01 Skc Haas Display Films Co., Ltd. Optical sheet manufactured with patterned rollers
US20130279196A1 (en) * 2012-04-18 2013-10-24 Skc Haas Display Films Co., Ltd. Nano-layered light guide plate

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW514708B (en) * 1999-12-13 2002-12-21 Nitto Denko Corp Light pipe, plane light source unit and liquid-crystal display device
CN1922516A (zh) * 2004-02-24 2007-02-28 伊斯曼柯达公司 利用光集中器阵列的亮度增强膜和利用该亮度增强膜的光导板、照明系统和显示设备
US20070103910A1 (en) * 2005-11-08 2007-05-10 Eastman Kodak Company Light redirecting films having multiple layers and an adhesion layer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014072192A (ja) 2014-04-21
CN103713355B (zh) 2016-08-31
JP6284327B2 (ja) 2018-02-28
CN103713355A (zh) 2014-04-09
US8882327B2 (en) 2014-11-11
TW201416735A (zh) 2014-05-01
KR20140042757A (ko) 2014-04-07
US20140092632A1 (en) 2014-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI491937B (zh) 複合光導板
EP2023039A1 (en) Thin Light Guiding Plate And Methods Of Manufacturing
US20110242847A1 (en) Laminated double-sided light guide plate
US20120051091A1 (en) Optical sheet manufactured with patterned rollers
US20110242851A1 (en) Double-sided light guide plate manufactured with patterned rollers
US20120051705A1 (en) Optical sheet with laminated double-sided light guide plate
TW201416223A (zh) 製造複合光導板之方法
TWI468752B (zh) 製造奈米層化光導板之方法
TWI461762B (zh) 薄雙側光導板
US20130279196A1 (en) Nano-layered light guide plate
US20120050875A1 (en) Optical sheet manufactured with micro-patterned carrier
US20110242848A1 (en) Printed double-sided light guide plate
US20120050874A1 (en) Optical sheet having printed double-sided light guide plate
JP2011222512A (ja) マイクロパターン形成されたキャリアを用いて製造された両面導光板
US20120051704A1 (en) Optical sheet having thin double-sided light guide

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees