TWI567425B - 具有包含分散粒子以供擴散之基材的增亮膜 - Google Patents

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Description

具有包含分散粒子以供擴散之基材的增亮膜
本發明係關於一種具有結構化表面(structured surface)之光學基材，尤其是一種用以增強亮度之光學基材。更具體而言，本發明係關於一種用於具有平面光源(planar light source)之平面顯示器(flat panel display)的增亮基材。
平面顯示器技術常用在電視顯示器、電腦顯示器及手提電子裝置(例如，手機、個人數位助理(PDAs)等)。液晶顯示器(LCD)為一種平面顯示器，其利用具有畫素陣列的液晶(LC)模組以產生影像。參考圖1，一種常見的LCD用背光裝置10包含了：反射器11、導光板12、光源13以及各種光學膜，其中光學膜包含下擴散膜14、兩張交錯的增亮膜15(在本實施例中，兩張增亮膜15具有類似的表面結構且相對於垂直膜層的平面的軸以90度錯位)及上擴散膜17。
增亮膜15係使用微結構以使光沿著視軸(即垂直於顯示器的軸)前進，其增強了顯示器使用者所見的光亮度，並讓系統得以使用較低的功率而產生預期的向軸亮度(on-axis illumination)。迄今為止，增亮膜具有：平滑的光輸入表面，光自背光模組經由光輸入表面進入；及具有微結構(例如，稜柱、凸透鏡或三角錐)的結構化光射出或輸出表面。設置在光射出表面處的微結構會改變膜/空氣界面處光線離開膜的角度，並將斜射入膜之光輸入表面處的入射光重新分配至更垂直於增亮膜之光射出表面的方向。
增亮膜可為微稜鏡膜片的形式。微稜鏡膜片的組成(例如，3MTM之微稜鏡增亮膜)通常包含兩膜層：PET基材16及具有微稜鏡結構的結構層18(例如，丙烯酸層)。在光輸出表面具有微稜鏡結構的結構層18的功能在於收集經過下擴散膜14散射後射向觀看者的光線。PET基材16是相對強健的膜層，用以支撐相對較弱的微稜鏡層18。
一般已建議，利用一種多功能膜層來取代上述的兩或三張光學膜層。多功能膜需要達到增光的功能及上/下擴散膜的擴散功能。迄今為止，在先前的文獻中已經敘述了各種方法。
圖2顯示了先前技術「類型A」之多功能膜20。粒子被添加至基材26所支撐之丙烯酸稜鏡層28。(見例如美國專利公開案US 2007/0121227)。
圖3及圖4顯示了先前技術「類型B」之多功能膜。在圖3所示之多功能膜30中，包含粒子(particle)/粒珠(bead)的樹脂塗佈層32是額外塗佈至支撐稜鏡層38的基材36之下表面者。類似地，在圖4中含有粒子的塗佈層42亦是額外塗佈至支撐結構層48之基材46的下表面。(見例如美國專利US 5995288、US 6147804、US 6333817、US 6560023、US 6700707、US 6825984、US 6280063、JP 3968155、JP 3913870及JP 3860298)。類型B的多功能膜通常由下列方式所製成：將UV可硬化樹脂塗佈至PET基材上，接著利用模具進行壓印(embossing) (見例如美國專利US 5183597)以形成結構層，並利用傳統的溶劑澆鑄法(solvent casting)形成具有粒子的額外樹脂層。
圖5顯示了先前技術「類型C」的多功能膜50，在基材膜層56之上側與下側分別形成結構化表面58及擴散/漫射(diffusing/scattering)表面52。結構化表面58及擴散/漫射表面52可藉著下列方式製造：在具有對應至結構化表面58及擴散/漫射表面52之不同圖案的兩個滾輪或皮帶間擠出或延壓出膜層56。美國專利US 6280063揭露了利用熱壓印(hot embossing)微稜鏡以在押出(extruded)膜56上形成結構化表面58及擴散/漫射表面52。
美國專利US 5598280揭露了類型C之多功能膜的另一實例60，其中光擴散表面62不具有光擴散粒子。具有凸出稜鏡結構之表面58與形成於基材66背表面的光擴散表面62係一體成型。
美國專利US 5598280亦揭露了另一種實施例，類型D之多功能膜70，其中表面微稜鏡凸出結構78形成在基材76的上表面上，且其與被施加至基材76之背表面之單獨塗佈層72的光擴散表面一體成型。
然而，上述之多功能膜層皆具有其缺點。具體而言，類型A膜層由於具有平滑、非結構化之下表面，故光學耦合效應(例如，出現牛頓環)為其主要問題。類型B與類型D膜層皆需利用多道製程製作，這除了提高製作成本外，更容易形成缺陷。至於製造類型C膜層，由於押出製程及單一材料的膜層結構的本質，難以在膜層的兩側上同時製造出複雜的結構，且單一材料的膜層結構之各別側上的增光及擴散能力通常較多層結構來得差。
因此，吾人亟需一種光學結構，其能同時增加亮度並提供有效的擴散，並克服先前多功能光學膜的缺點。
本發明係關於一種具有內建光擴散結構的增亮膜。本發明之增亮膜包含：光學基材，其具有增加亮度的結構化表面；以及支撐基材，其包含光擴散用之分散粒子。根據本發明，除了支撐基材層外毋需另外的粒子層。粒子係整合至支撐基材層的單獨本體。
在本發明的一態樣中，粒子被分散在靠近支撐基材之至少一平面表面處(即，支撐基材的光輸入表面、光輸出表面或兩者)。粒子在支撐基材的表面下的分佈深度遠小於支撐基材的厚度。粒子在支撐基材表面下分佈區域的厚度和粒子的大小尺寸相當。在其他可能的實施例中，粒子分佈區域的厚度小於粒子的平均尺寸(即，粒子突出於支撐基材的表面)。
粒子可全部嵌於支撐基材的表面下，或者部分突出至支撐基材的表面上。在本發明的一實施例中，支撐基材包含粒子或粒珠，這些粒子或粒珠僅散佈於靠近基材表面處並在表面處形成突起(即，粒子分佈表面並非平滑的)。粒子可分佈於支撐基材的一側或兩平面側上。
在支撐基材中的粒子或粒珠可為無機材料、有機材料或兩者之混合物。粒子之形狀可為規則形狀、不規則形狀、對稱形狀、不對稱形狀或具有隨機或不特定幾何形狀(例如，球形、橢圓形、長菱形、碟形、中空或奇特的形狀)。粒子的表面可為加工過的，例如經拋光處理、經粗糙處理、漆過或具有塗膜等。
粒子及粒珠的尺寸不必是均勻的。所有的粒子可大致上或實質上具有相同尺寸、或具有隨機尺寸、或在整個基材內具有特定的尺寸分佈輪廓及/或在支撐基表面處的深度分佈具有特定輪廓。除了粒子尺寸分佈外，粒子的密度可於支撐基材的整個表面均勻地分佈或於支撐基材的整個表面隨機地分佈或在支撐基材的整個表面處以變化粒子密度輪廓的方式分佈。選擇性地或額外地，粒子可於靠近支撐基材的整個表面的深度中均勻地分佈或於支撐基材的整個表面的深度中隨機地分佈或在支撐基材的整個表面處的深度中以變化粒子密度輪廓的方式分佈。又，變化密度輪廓可包含：靠近基材表面的粒子密度高於基材內部，或反之亦然。
在支撐基材中具有內建光擴散表面之多功能增亮膜可降低牛頓環的效果。此為優於類型A之稜鏡多功能增亮膜的一項優點。此發明優於類型B與類型D膜片的一個優點為，其消除了額外塗佈膜層的需要。本發明避免了押出製程及單一材料結構，此為本發明優於類型C膜片之一優點。使用分散於支撐基材中的粒子而非塗佈在支撐基材之單獨基層上形成光擴散表面，會降低光偶然碰撞到粒子而被折射的機率，藉此改善了類型D之膜片。
本發明之另一優點為，其降低了多功能膜的厚度，因此亦降低了背光結構的厚度，此在顯示器裝置的設計中變得日漸重要。
此敘述為發明人目前所能思及之實施本發明的最佳模式。此處所敘述之發明係參考各種實施例及圖式。此敘述的目的在於說明本發明之一般原理但不應為限制性者。熟知此項技藝者應瞭解，在不脫離本發明之範疇與精神下，當可基於本發明之教示完成各種變化與改善。決定本發明之範疇的最佳方式是參考隨附之申請專利範圍。
本發明係關於增亮膜及支撐基材，此增亮膜包含具有增加亮度之結構化表面的光學基材，而此支撐基材包含用於光擴散(或散射)的分散粒子。根據本發明，除了支撐基材層外毋需額外的粒子層。粒子係整合於支撐基材層中。
在本發明之一態樣中，粒子被分散在靠近支撐基材之至少一平面表面處(即，支撐基材之光輸入表面、光輸出表面或兩者)以提供光學擴散。本發明之支撐基材的光學擴散態樣可應用至具有光學基材的增亮膜，其中光學基材可具有各種類型之設計用於光增亮的結構化光輸出表面。
圖8例示本發明之一種平面顯示器。在本實施例中，背光LCD 110包含液晶顯示模組112、背光模組114形式之平面光源、及插入液晶模組112與背光模組114間之本發明的一或多片增亮膜126與128。增亮膜126與128可為類似者。液晶模組112包含夾置於兩透明基材間的液晶及定義二維畫素陣列的控制電路。背光模組114所提供平面光分佈，可為光源在一平面上延伸的背光類型(backlit type)或圖8中所示之線性光源116係設置在導光板118邊緣處的側光類型(edge-lit type)。本實施例具有反射器120，以自導光板118將光回收重新送入導光板118。導光板118具有結構(例如，具有斜板且在背向液晶模組112的下表面上定義有光反射及/或散射表面)，可分散及引導光朝向液晶模組的上平面表面。
在所示之實施例中，根據本發明有兩片相同的增亮膜126與128，此兩類似的膜相對於垂直於膜平面的軸以90度之角度偏移設置(例如，對於具有縱向稜鏡結構的膜而言，膜被設置成使兩膜之縱向稜鏡結構大致上呈直交)。進入液晶模組112的光經過增亮膜而被擴散，並在空間上均勻地導向液晶模組112的整個平面面積，且具有較強的法線光強度。根據本發明之增亮膜可與LCD一起被用於如電視、筆記型電腦、監視器、手提式裝置如手機、PDA等顯示器，而使顯示器更亮。
圖9A顯示具有粒子140分散於其表面處的支撐基材132的橫剖面圖。雖然圖9A顯示在支撐基材132之兩相對表面處皆有粒子的實施例，但應瞭解，粒子140可以只被分散於支撐基材132的一表面處(例如，下表面或光輸入表面146處無粒子)。粒子可在基材132形成時被分散於一或兩表面。接著光學基材130材料被接合至支撐基材132、被壓印並固化而形成圖9B中所示的稜鏡結構135及雙層多功能膜126。雖然圖9B顯示底基材142具有均勻厚度，但其可具有非均勻厚度。
為了方便參考，下面將採用直角座標系統x, y, z來顯示不同方向。如圖9B中所示，x軸為與結構化表面之峰部(peaks)與谷部(valleys)橫越的方向，亦被稱為橫向。z軸為垂直於光學基材130之平面的方向。在所示的實施例中，來自外部導光板118的光被導向至正z方向上。y軸垂直於x軸與z軸，位於光學基材130的平面中。(對於光學基材的矩形片而言，x與y軸為沿著基材130的垂直邊緣。z軸係垂直於x與y軸)。
光學基材130具有平面且平滑的光輸入表面142及結構化的光輸出表面144(例如，如圖9B中所示，稜鏡結構包含在y方向上之縱向規則稜鏡結構135，並以橫列設置(例如，在x方向上比鄰設置))。稜鏡結構135在縱向及/或橫向上係與相鄰的稜鏡結構135相連。由於稜鏡結構135在實際上並非組裝在一起的獨立離散塊狀物，因此稜鏡結構135的材料為連續或連續且單一的結構，且其本身不具有物理上的接觸表面或鄰接表面。
在本發明之一實施例中，在整個光學基材結構中光輸出表面144及光輸入表面142係大致上彼此平行(即，並非形成大致上傾斜如背光模組中之導光板或凹面或凸面的總體基材結構)。
稜鏡結構135可為規則的或不規則的(如同在審理中之美國專利申請案11/450,145所揭露，此案係共同讓渡於本發明之受讓人，將此案之所有內容包含於此作為參考)。稜鏡結構135之橫剖面可為沿著y軸於不同位置所取之x-z平面剖面。又，水平方向係位於x-y平面中，而垂直方向係位於z方向上。在所示之實施例中，稜鏡結構135之幾何形狀為規則的。光輸入表面142位於x-y平面中。如圖9B中所示，顯示出稜鏡結構135之橫列端點的邊緣係位於x-z平面中。稜鏡結構135可擁有結構、幾何及特徵如較早申請之同在審理中之美國專利申請案11/450,145及11/635,802中所揭露者之結構，上列申請案係共同讓渡予本發明之受讓人，將其所有內容包含於此作為參考。
粒子140可全部嵌於基材132的表面下，或部分突出至基材132的表面上。在本發明之一實施例中，支撐基材132可為PET(聚乙烯對苯二甲酸酯)材料。用於本發明之PET基材132係利用普通的熔融澆鑄/拉伸製程所製成。PET基材132具有可撓性且包含粒子或粒珠140，粒子或粒珠140僅被分散在靠近基材表面處並在其表面處形成突起(即，粒子分散表面並非平滑的)。粒子140可分散於支撐基材132的一側(即，支撐基材132的光輸出側148)或兩平面側(即，光輸入側146與光輸出側148)。粒子在基材132存在粒子之每一平面表面處的可涵蓋深度為總基材厚度的1-10% (即，下列所述之「a區域」厚度)，較佳地為總基材厚度的1-5%。若粒子尺寸為少於1-30 μm的數量級，則1-5%支撐基材的a區域厚度會少於1-20 μm之數量級(即，粒子尺寸為a區域厚度之數量級，除非較小粒子相對位於表面粒子區域的較深處，否則大致上會期望粒子突出至支撐基材132之平面表面上)。突出的粒子會使得支撐基材的光輸出表面148及光輸入表面146粗糙。
分散在支撐基材132的兩側上的粒子140在任何或所有材料上、化學及/或物理組成上、平均尺寸上、重量填充位準上、形狀上、表面特性上等可為相同或不同，且兩側上的a區域厚度及/或粒子分佈密度可不同。
在PET基材132中的粒子或粒珠在本質上可為無機或有機，即TiO2 、BaSO4 、矽、SiO2 、PS(聚苯乙烯)或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。由已知雷射散射方法所量測到的粒子及粒珠特性、平均尺寸範圍可介於1至30 μm。除非特別註明或自下列內容中明確指出，否則提及粒子或粒珠尺寸時係指平均尺寸。粒子及粒珠的平均尺寸不必是均勻的。所有粒子可大致上或實質上具有相同尺寸、或具有隨機尺寸、或在整個基材中具有特殊的尺寸分佈輪廓及/或在支撐基材表面處具有特殊的深度分佈輪廓。例如，對於交聯之PMMA、交聯之PS及矽樹脂粒珠而言，支撐基材內的粒子尺寸範圍可自1至30 μm，較佳的範圍係自2至20 μm。對於SiO2 、TiO2 及BaSO4 粒子而言，粒子尺寸可自0.3至5 μm，較佳範圍係自1至3 μm。上述範圍尤其適合應用於厚度範圍自約25 μm至350 μm的支撐基材132。因此，粒子尺寸及粒子區域(下列將稱為「a區域」)的厚度將明顯地小於支撐基材132的厚度。
一般而言，愈均勻的粒子尺寸分佈能提供愈均勻的光擴散效果及更高的光穿透，但不均勻的光擴散效果可藉著選擇所需的尺寸分佈(例如，配合非均勻光源、或故意將期望的非均勻光強度視覺效果提供予使用者)而故意達到。如下所指，「單分散」粒子係指在支撐基材中具有均勻粒珠尺寸的粒子，而「多分散」粒子係指在支撐基材中粒珠尺寸介於特定尺寸分佈內的粒子。如此文中所使用之詞，「單分散」粒子被視為是粒子真實尺寸的範圍係落在變異係數(CV)小於等於15%。
除了粒子尺寸分佈外，粒子140可均勻地分佈於支撐基材的整個表面或隨機地分佈於基材132的整個表面，或在基材132的整個表面處以變化粒子密度輪廓的方式分佈。或者，粒子140可在基材132的表面附近可有均勻的深度分佈或在基材132的表面附近可有隨機的深度分佈，或在基材132的表面附近深度中以變化粒子密度輪廓的方式分佈。又，變化密度輪廓可包含：粒子在靠近基材表面處密度高於基材內部，反之亦然。
粒子140的形狀可為規則的、不規則的、對稱的、非對稱的、具有隨機或特定幾何形狀(例如，球形、橢圓形、長菱形、碟形等)。例如，無機粒珠如SiO2 、BaSO4 及TiO2 可具有隨機形狀。有機粒珠如交聯之PMMA及交聯之PS或矽樹脂可具有球形、中空或奇特的形狀(例如，雙凸面鏡形)。
圖10A及10B顯示了在表面處具有分散粒子的支撐基材的SEM上視及橫剖面照片。支撐基材的測試材料為PET而所用的粒子為SiO2 。所有粒子被觀察到在外表面附近。在每一表面上所用之所有粒子佔總基材重量的0.009%至0.2%。或者，藉著參考粒子體積來控制所用粒子的量。
粒子140在光線下具有白色外觀。粒子140的表面可經過加工，例如，經過拋光、粗化、上漆或塗佈等。
基材132及粒子140之例示性材料的折射係數包含： PET基材~1.50 粒子： SiO2 ~1.46 BaSO4 ~1.65 TiO2 ~2.49 交聯之PMMA~1.49 交聯之PS~1.59 矽樹脂~1.43
針對基材132及所得之增亮膜126，考慮了數種設計準則，包含：支撐基材的特性如穿透、擴散及霧度(Haze)及所得之增亮膜126的光學增益(即，光收集能力)。又，一般期望消除支撐基材中的牛頓環效應(Newton-ring effect)及減少彩虹紋效應(rainbow effect)。
參考圖12，經過膜(例如，支撐基材、增亮膜等)之總光穿透率包含數個分量。當應用於支撐基材膜時，總光穿透率包含：平行穿透的光分量及擴散穿透的光分量。具體而言，總光穿透率(%Tt)=(總穿透光／入射光)x100=平行光穿透率(%Pt)+擴散光穿透率(%Df)。此外，霧度被定義為(%Df／%Tt)x100。一般而言，為了使支撐基材132提供有效的擴散效應，期望具有儘可能高的%Tt及儘可能高的%Df分量，或具有儘可能高的霧度但卻不會高到大幅地損及Tt。
數個因子或參數會影響本發明之增亮膜126的穿透率及擴散。參數中的某些者可包含： a. 支撐基材132之表面的Ra (Ra由例如Handbook of Surface Metrology, David J. Whitehouse, CRC Press (1994))。(Ra通常隨著粒珠尺寸、粒珠填充量及「a區域」(見下列敘述)厚度的增加而增加)； b. 粒子的平均尺寸； c. 粒子之尺寸變異及分佈(例如，單分散相對於多分散)； d. 粒子的密度分佈； e. 支撐基材中粒子的填充量(例如重量百分比，wt%)(例如，1-10wt%)； f. 支撐基材之膜層特性(例如，粒子僅位於支撐基材的一平面側(即abb型基材)；或粒子位於支撐基材的兩側(即aba型基材)。標號a代表支撐基材內具有粒子的表面區域，b代表支撐基材內不具粒子的核心區域及/或表面區域。然而，在「a」與「b」區域間卻無物理或化學的邊界。「a」與「b」區域可為連續的、單一的結構，區域間不具有物理接觸表面或連接表面。因此，abb型基材代表具有含粒子之表面區域、不含粒子之核心區域及不含粒子之另一表面區域的支撐基材；aba型基材代表在含粒子之兩表面區域間夾置著不含粒子之核心區域的支撐基材。值得一提的是，在aba兩側a層中的粒子種類和數量可相同也可不同。)； g. 粒子的表面特性(例如，反射及折射特性)； h. 靠近表面之粒子區域的平均厚度或深度(即，「a區域」或「a層」的厚度)； i. 粒子的形狀。
一般而言，為了經由基材140而改善光穿透率，因此可對粒珠/粒子140的表面進行化學改質而使其表面折射係數接近基材140之材料之折射係數。粒子140的表面亦可具有反射性(例如，具有經拋光或經塗佈的表面，或基於粒子與基材之折射係數的差異而具有反射性)。粒珠/粒子140的折射係數、尺寸及形狀的差異皆可影響支撐基材132表面處之粒子140的擴散效果。粒珠/粒子140的折射係數、尺寸及形狀的差異將是決定擴散效果的主要因素。粒子/粒珠140的位置為較次要的因素。
在所示的實施例中，粒子分散在PET基材132中所造成的平均表面粗糙度(Ra)係介於0.1至1 μm間(例如，基於ISO4287)。透明材料可具有撓性，且其材料可包含但不限於PET及聚碳酸酯(PC)。材料可為清澈透明或可具有顏色。透明材料亦可為剛性材料，且其材料可包含但不限於PET、亞克力及聚碳酸酯及其共聚物。
基於改變各種結構參數來比較各型的支撐基材(PET材料)並更進一步比較它們作成增亮膜後的效應，觀察到下列相對的效果： a. aba型與abb型支撐基材的效應：比較具有3 μm多分散PMMA粒珠之兩種50 μm厚度的支撐基材，其具有相當的粒子a區域厚度(例如，約1.5 μm)及支撐基材表面Ra及其他相當的參數，對於abb型支撐基材而言可利用較少的總粒珠填充量(例如，abb型具有5%粒珠填充量而aba型每一平面側具有4%粒珠填充量(總填充量為8%))及較有效地消除牛頓環而獲得類似的%Df與霧度。換言之，對於abb型而言，可使用較少的粒珠而消除牛頓環。 b. a區域厚度的效應：比較含有3 μm多分散PMMA粒珠、5wt%粒子填充量之兩種50 μm厚度abb型的支撐基材，它的表面Ra及其他參數均相近，在靠近支撐基材表面處(自1.56至2.20 μm處)的粒子區域(即，a區域或a層)的厚度，如果增加時僅會稍微地增加%Df。然而已發現，在作成增亮膜時，使用具有較厚a區域之支撐基材者，它的光學增益較低。 c. 粒珠類型的效應：比較分別具有多分散PMMA、單分散PMMA及單分散PS粒子的三種50 μm厚度abb型支撐基材，均含有約5wt%粒子填充量、約接近1.5 μm的a區域厚度、約接近3 μm平均尺寸的粒珠、表面Ra與其他的參數均相當，結果顯示(i)單分散粒子表現出較佳的擴散效果，及(ii)單分散PS粒子比單分散PMMA提供稍微較高的霧度及%Df，但作成增亮膜時，能提供較高的光學增益。亦發現，支撐基材的%Df與增亮膜的光學增益並無關聯。 d. 粒珠尺寸與a區域厚度的效應：比較三種125 μm厚度的aba型支撐基材，其皆具有3wt%的多分散PMMA粒珠填充量、在各別基材的兩平面側處分別具有3 μm、6 μm與6 μm的粒珠尺寸及其他相近似的參數，結果顯示(i)當平均粒珠尺寸增加時擴散效果減少；(ii)具有相同類型粒珠時，可藉著增加a區域厚度(例如，自2.7增加至5.5 μm)而增加%Df；(iii)粒珠尺寸對彩虹紋效果的影響極少；及(iv)藉著增加a區域厚度可抑制彩虹紋效應，但這會降低所作出來的增亮膜中的光學增益。 e. 針對125 μm基材比較aba型與abb型的效應：比較三種125 μm厚度之支撐基材，其具有3 μm多分散PMMA粒珠，在aba型的兩平面表面的每一表面處具有2.72 μm之a區域厚度及3%的粒珠填充量，在第一abb型的一表面處具有3.9 μm之a區域厚度及6%的粒珠填充量，在第二abb型的一表面處具有3.9 μm之a區域厚度及10%的粒珠填充量，結果顯示(i)在具同%的粒珠填充量下，abb型具有較低的%Df與霧度，但用abb型膜所作的增亮膜，雖具有類似的%Df，卻有較佳的降低彩虹紋效應；(ii)增加粒珠填充量可完全消除彩虹紋效應，但將會減少所得增亮膜的光學增益。 f. 針對125 μm基材比較aba型與abb型的效應：比較兩種125 μm厚度之支撐基材，其具有6 μm多分散PMMA粒珠，在aba型的兩平面表面的每一表面處具有2.72 μm之a區域厚度及3%的粒珠填充量，在abb型的一表面處具有3.9 μm之a區域厚度及3%的粒珠填充量，結果顯示(i)在abb型僅具有一個a區域時(即，較少的總粒珠填充量)，%Df降低但卻不影響%Tt；及(ii)即便abb型只有一半的總粒珠填充量，但並未出現牛頓環。又，abb型之所得增亮膜的光學增益較佳。 g. 針對125 μm基材，比較粒珠類型的效應：比較兩種125 μm厚度具有3.9 μm之a區域厚度及多分散PMMA粒子的支撐基材，其分別具有3%填充量之6 μm粒珠尺寸的多分散PMMA及4.5%填充量之5 μm粒珠尺寸的單分散PMMA，結果顯示兩基材具有相當的%Tt，但較大粒珠尺寸具有稍低的%Df。然而，對於所得之增亮膜而言，兩者的總光學增益相當。 h. 粒子填充量的效應：比較兩種具有3.1 μm之a區域厚度之5 μm粒珠尺寸的單分散PS粒子的100 μm厚度abb型支撐基材，其填充量介於3.5%填充量與5.5%填充量，結果如預期顯示出粒珠填充量之增加會增加%Df與霧度。 i. 粒珠填充量在消除彩虹上的效應：已發現粒珠填充量需達到特定閾值水準(例如，介於3.5至5.5%)以抑制彩虹紋效應。 j. 針對188 μm基材之粒子尺寸效應：比較皆具有3wt%填充量之多分散PS粒珠，在各別支撐基材之一平面側處分別具有6 μm與8 μm粒珠尺寸的兩種188 μm厚度abb型支撐基材，結果顯示對於相同粒珠填充量與a區域厚度而言，Ra隨著粒子尺寸的增加而增加。
除了上述實驗外，一般期望在增亮膜之光學基材中所選擇的稜鏡結構可影響各種光學效應，包含彩虹紋效應。然而，可能會因此而影響了總光學增益。但，一般的期望是不論稜鏡類型為何，可利用PET薄膜的設計而消除彩虹紋效應。
在結構化光學基材130處的稜鏡結構可以是不完美的，這意味著稜鏡的峰部及峰部附近的可變半徑曲線加以測量可能是漸縮的角度、可能是圓角化的、或可能是平滑的。這可能是為了降低處理這些結構化材料時對其造成損傷的優點。亦可能是為了緩和自相對驟然切斷處亮度的下降的優點，亮度驟然下降在理論上可藉著使用完美的稜鏡結構來達成。
在一實施例中，可以下列方式控制填入支撐基材132的粒子/粒珠140量：經由基材形成設備的獨立PET樹脂供應管道預先混合粒子/粒珠140與熔融的PET樹脂；及當預基材正被雙軸延展時將粒子/粒珠140形成於表面上。除了將粒子施加至混合物中的步驟外，此製程應為熟知此項技藝者所熟知。
多功能的稜鏡薄膜以UV澆鑄固化製程來製造較佳，此製程為熟知此項技藝者所熟知。利用經過加工而具有稜鏡圖案之負像的滾輪而將稜鏡圖案壓印於支撐基材132上。模具滾輪上的此圖案係利用熟知此項技藝者所熟知的技術，以鑽石刀將圖案車削至滾輪上所產生。
其他的製造技術包含押出、UV澆鑄固化塗佈、延壓、浮壓、射出成型及壓注模造。模具可為滾輪、皮帶或模板或模嵌塊的形式。在模具上形成圖案的技術可包含但不限制為：使用具有鑽石尖端的工具以鑽石車削、微影蝕刻、雷射熔融、押出或雷射切割。
一實例顯示出根據本發明之光學基材的相對尺寸，峰部高度為10至200微米的數量級、谷部高度(底部厚度)為0.3至10微米的數量級。前述尺寸意在說明結構化表面特性為微米範圍的微結構的事實。例如，根據特定的應用(例如，手機的平面顯示器或TV監視器的超大平面顯示器)，增亮膜之面積總尺寸在寬與長上可在2 mm至10 m的數量級(甚至可能為更大的尺寸)上變化。光學基材薄膜之結構化表面上的稜鏡塊的特徵尺寸毋需隨著不同的總光學基材尺寸而作適當的改變。
光學基材130的結構化表面144可根據數種製程技術所產生，此些技術包含：利用硬體設備形成用於上述具有預定結構不規則形狀的稜鏡輪廓之模具的微加工。硬體設備可為固定在CNC(電腦數值控制；Computer Numeric Control)機台(例如，車削、銑床、裁劃/塑形機台)上的極小鑽石工具。又，已知之STS(慢工具伺服電動機；Slow Tool Servo)與FTS(快速工具伺服電動機；Fast Tool Servo)為裝置的實例。例如，美國專利6,581,286揭露了利用螺紋切割(thread cutting)方法在光學薄膜上製造溝槽的FTS應用。為了提供預定的結構不規則形狀，此些設備可包含特定的微擾動(perturbation)裝置而協助設備以極小的偏移製造稜鏡，因此製造出具有不同不規則程度的非刻面(non-facet)平坦不規則形狀。已知STS、FTS可包含超音波振動裝置以提供微擾動或振動而達成模具中所預定的結構不規則形狀。藉著使用裝置以增加自由度的方式在模具中形成表面，可獲得上述光學基材之結構化表面的三維變化規則及/或不規則稜鏡及平面。
母版可被用來直接模造光學基材130或可被用於電鑄母版的複製物，複製物再被用來模造光學基材的模具。模具可為皮帶、滾筒、平板或腔室的形式。經由熱浮壓基材及/或經由添加可形成結構之紫外光固化或熱塑性材料，模具可被用來形成基材上的稜鏡結構。經由射出成型，模具亦可被用來形成光學基材。基材或塗佈材料可為有機、無機或兩者混成的光學透明材料，且可包含懸浮的擴散、雙折射或折射係數的改質粒子。
根據本發明之一實施例，圖8中包含根據本發明之新穎增亮膜的LCD 110可被設置於電子裝置中。如圖11中所示，電子裝置1110(可為PDA、手機、電視、顯示監視器、手提電腦、冰箱等中之一者)包含根據本發明一實施例之新穎LCD 110(圖8)。LCD 110包含上述之新穎光學基材。電子裝置1110在適當的外殼內更可包含：使用者輸入界面如鍵盤及按鈕(以方塊1116概略代表)；控制影像數據的電子裝置，例如用以控制影像數據轉輸至LCD面板110的控制器(以方塊1112概略代表)；電子裝置1110專用的電子元件可包含處理器、A/D轉換器、記憶體裝置、數據儲存裝置等(以方塊1118概略代表全部)；及電源，如電源供應器、電池或外部電源之插座(以方塊1114概略代表)，上述元件皆為熟知此項技藝者所熟知。
雖然在此文中已敘述了本發明之特定實施例，但此些實施例旨在說明本發明而非限制本發明，熟知此項技藝者應瞭解，在不脫離本發明之範疇的情況下，可對本發明之細節、材料及部件配置進行各種變化，而本發明之範疇係由隨附之申請專利範圍所定義。
10‧‧‧背光裝置
11‧‧‧反射器
12‧‧‧導光板
13‧‧‧光源
14‧‧‧下擴散膜
15‧‧‧增亮膜
16‧‧‧PET基材
17‧‧‧上擴散膜
18‧‧‧結構化表面、結構層
20‧‧‧多功能膜
26‧‧‧基材
28‧‧‧稜鏡層
30‧‧‧多功能膜
26‧‧‧基材
28‧‧‧稜鏡層
30‧‧‧多功能膜
32‧‧‧樹脂塗膜
36‧‧‧基材
38‧‧‧稜鏡層
42‧‧‧塗佈層
46‧‧‧基材
48‧‧‧結構化表面、結構層
50‧‧‧功能膜
52‧‧‧擴散表面
56‧‧‧基材膜層
58‧‧‧結構化表面、結構層
60‧‧‧多功能膜
62‧‧‧光擴散表面
66‧‧‧基材
70‧‧‧多功能膜
72‧‧‧塗佈層
78‧‧‧微稜鏡凸出結構
76‧‧‧基材
110‧‧‧背光LCD
112‧‧‧液晶顯示模組
114‧‧‧背光模組
116‧‧‧線性光源
118‧‧‧導光板
120‧‧‧反射器
126‧‧‧增亮膜
128‧‧‧增亮膜
130‧‧‧光學基材
132‧‧‧支撐基材
135‧‧‧稜鏡結構
140‧‧‧粒子
142‧‧‧底基材
144‧‧‧光輸出表面
146‧‧‧光輸入表面
148‧‧‧光輸出表面
1110‧‧‧電子裝置
1112‧‧‧控制器
1114‧‧‧電源
1116‧‧‧使用者輸入界面
1118‧‧‧電子元件
為了更全面地瞭解本發明的本質、優點及較佳實施例，應閱讀下列之詳細敘述並結合參考附圖。在下列圖式中，相似的元件符號代表所有圖式中類似的部件。 圖1概略地顯示LCD的背光模組的先前技術的剖面圓。 圖2至7概略地顯示各種先前技術之多功能膜的結構。 圖8概略地顯示根據本發明之一實施例之具有增亮膜之LCD的結構。 圖9A之概略剖面圖顯示根據本發明之一實施例之包含分散粒子之支撐基材；圖9B之概略剖面圖顯示根據本發明之一實施例之包含圖9A之支撐基材的增亮膜。 圖10A為根據本發明之一實施例之包含分散粒子之基材的SEM上視照片；圖10B為圖10A中之基材的SEM橫剖面照片。 圖11之概略圖顯示根據本發明一實施例之包含結合本發明之新穎增亮膜之LCD的電子裝置。 圖12之概略圖解釋穿過一薄膜(例如，支撐基材、增亮膜等)之總光穿透的分量。
126‧‧‧增亮膜
130‧‧‧光學基材
132‧‧‧支撐基材
135‧‧‧稜鏡結構
140‧‧‧粒子
142‧‧‧底基材
144‧‧‧光輸出表面
146‧‧‧光輸入表面
148‧‧‧光輸出表面

Claims (18)

  1. 一種形成增亮膜的方法，其中該增亮膜具有一光輸入表面和位於該光輸入表面之相反側的一結構化光輸出表面，該方法包含：提供一支撐基材，其中該支撐基材包含由有機材料製成的一單一本體，其中該單一本體具有一第一表面和位於該第一表面之相反側的一第二表面，其中該第一表面定義該增亮膜的該光輸入表面；將複數個有機粒子和複數個無機粒子混合以形成混合粒子；在該單一本體中添加該些混合粒子，其中該些無機粒子藉由和該些有機粒子混合以增加在由該有機材料製成的該單一本體中的均勻度；以及在該單一本體上配置一結構化層，其中該結構化層具有一第三表面和位於該第三表面之相反側的一第四表面，其中該結構化層的該第三表面配置在該單一本體的該第二表面上，且該第四表面定義該增亮膜的該結構化光輸出表面。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該些混合粒子配置在該單一本體之該第一表面的一表面區域，其中該表面區域的厚度小於該單一本體的厚度。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該些混合粒子配置在該單一本體之該第一表面下的一區域，其中該區域的厚度小於該單一本體的厚度。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該些混合粒子在該支撐基材的深度方向上以變化粒子密度輪廓的方式分佈。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中靠近該支撐基材之該第一表面的粒子密度大於該支撐基材之內部的粒子密度。
  6. 如申請專利範圍第4項之方法，其中靠近該支撐基材之該第一表面的粒子密度小於該支撐基材之內部的粒子密度。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該有機材料為聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該些混合粒子配置在該單一本體之該第二表面的一表面區域，其中該表面區域的厚度小於該單一本體的厚度。
  9. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該些混合粒子的至少一部分突出於該支撐基材的該第一表面，使得該支撐基材的該第一表面變得粗糙。
  10. 一種增亮膜，具有一光輸入表面和位於該光輸入表面之相反側的一結構化光輸出表面，包含：一支撐基材，包含一單一本體，其中該單一本體具有一第一表面和位於該第一表面之相反側的一第二表面，其中該第一表面定義該增亮膜的該光輸入表面；以及一結構化層，具有一第三表面和位於該第三表面之相反側的一第四表面，其中該結構化的該第三表面配置在該單一本體的該第二表面上，且該第四表面定義該增亮膜的該結構化光輸出表面，其中該單一本體係由一有機材料製成且包含由複數個有機粒子和複數個無機粒子混合所形成的混合粒子，其中該些無機粒子藉由和該些有機粒子混合以增加在由該有機材料製成的該單一本體中的均勻度。
  11. 如申請專利範圍第10項之增亮膜，其中該些混合粒子配置在該單一本體之該第一表面的一表面區域，其中該表面區域的厚度小於該單一本體的厚度。
  12. 如申請專利範圍第10項之增亮膜，其中該些混合粒子配置在該單一本體之該第一表面下的一區域，其中該區域的厚度小於該單一本體的厚度。
  13. 如申請專利範圍第10項之增亮膜，其中該些混合粒子在該支撐基材的深度方向上以變化粒子密度輪廓的方式分佈。
  14. 如申請專利範圍第13項之增亮膜，其中靠近該支撐基材之該第一表面的粒子密度大於該支撐基材之內部的粒子密度。
  15. 如申請專利範圍第13項之增亮膜，其中靠近該支撐基材之該第一表面的粒子密度小於該支撐基材之內部的粒子密度。
  16. 如申請專利範圍第10項之增亮膜，其中該有機材料為聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)。
  17. 如申請專利範圍第10項之增亮膜，其中該些混合粒子配置在該單一本體之該第二表面的一表面區域，其中該表面區域的厚度小於該單一本體的厚度。
  18. 如申請專利範圍第10項之增亮膜，其中該些混合粒子的至少一部分突出於該支撐基材的該第一表面，使得該支撐基材的該第一表面變得粗糙。
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