TWI584002B - 複合稜鏡片 - Google Patents

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Description

複合稜鏡片
本發明涉及一種複合稜鏡片，具體地，涉及用於液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display，LCD)的複合稜鏡片。
廣泛用於液晶顯示裝置的發光裝置的背光單元係利用例如冷陰極螢光燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)等的光源所發出的光依次通過導光板或擴散板、擴散片以及稜鏡片以到達液晶板。
導光板將光傳送，以使從光源發出的光分散至平面形態的液晶板的整個表面上，擴散板使在螢幕的整個表面上的光的強度係為一致，以及稜鏡片執行光路徑控制功能，從而使經過擴散板的不同方向的光線變換到適合觀測者識別的視角範圍。此外，導光板的下方可以具備反射板，所述反射板將脫離路徑之沒有傳遞到液晶板的光重新反射而利用，從而增加光源利用效率。
這種背光單元中，稜鏡片是進行集光(light collection)功能，並且控制通過擴散板向不同方向擴散的光的路徑以增加顯示裝置的正面輝度(luminance)，從而表現出更亮更清楚的畫像。
近來，隨著顯示裝置被製作的更薄，一種複合稜鏡片被開發。該複合稜鏡片可藉由在稜鏡片中增加擴散層而同時實現擴散功能及集光功能。更進一步地，為了節約顯示裝置的成本，背光單元內的光源的個數被減少。
但是，因為減少背光單元中的光源的個數是要提高個別光源的輸出，因此變高的光源輸出會使傳遞到複合稜鏡片的熱的偏差(即，複合稜鏡片中光源鄰接部位和遠的部位)變大。這種熱的偏差會引起在複合稜鏡片的不同位置的收縮及膨脹的差異，因而由於這種在複合稜鏡片的不同位置的收縮及膨脹的差異，複合稜鏡片會形成褶皺或捲曲。
如上所述，如果複合稜鏡片發生褶皺或捲曲，入射液晶板上的光的均一度會降低因而畫質下降。即，由於從光源所產生的熱的偏差而膨脹及收縮的複合稜鏡片中發生的捲曲或褶皺，會成為從光源將光有效入射到液晶板的阻礙因素，因此需要開發出彌補上述問題的技術。
本發明的主要目的在於，提供一種能夠防止複合稜鏡片中不期望的褶皺或捲曲的發生的複合稜鏡片、一種包含該複合稜鏡片的背光單元以及一種液晶顯示裝置。
為了達到上述目的，本發明的一較佳實施例，提供一種複合稜鏡片，包含：一基材層；一第一耐熱塗覆層，形成於該基材層的一下側表面上；一第二耐熱塗覆層，形成於該基材層的一上側表面上並且包含複數個光擴散粒子；以及一稜鏡層，形成於該第二耐熱塗覆層的一上側表面上。
根據上述實施例，該第一耐熱塗覆層可以由具有玻璃轉移溫度為80℃以上的胺基甲酸酯丙烯酸酯(urethane acrylate)樹脂來形成。
根據上述實施例，該第二耐熱塗覆層可包含胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂和該等光擴散粒子，該等光擴散粒子相對於該胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂的100重量份(parts by weight)，包含0.5~300重量份。
根據上述實施例，該第二耐熱塗覆層可以由具有玻璃轉移溫度為80℃以上的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂來形成。
根據上述實施例，該等光擴散粒子可為單分散(monodispersed)或雙分散(bidisperse)。
根據上述實施例，該等光擴散粒子可以一單層的形式被包含在該胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂中。
根據上述實施例，該等光擴散粒子的平均粒徑可為1~20μm。
根據上述實施例，該第一耐熱塗覆層的厚度可為0.2~5μm，以及該第二耐熱塗覆層的厚度可為1~20μm。
根據上述實施例，該稜鏡層可為選自於由三角形稜鏡線性陣列結構、多錐形稜鏡結構、圓錐形稜鏡結構、半球形稜鏡結構及非球形稜鏡結構所組成的群組中的任意一種稜鏡結構。
本發明的另一較佳實施例，係提供一種包含上述複合稜鏡片的背光單元。
本發明的再一較佳實施例，係提供一種包含上述背光單元的液晶顯示裝置。
依據本發明，一複合稜鏡片被配置以在一基材層的兩個表面上皆形成耐熱塗覆層，從而能夠防止因光源產生的熱所引起的複合稜鏡片的褶皺或捲曲，並且提高隱蔽性(concealment)及電光特性，從而進一步提高液晶顯示裝置的特性。近來，由於發光二極體光源的使用的增加，這種必須具備耐熱性、薄膜化及隱蔽性的複合稜鏡片可有效地被利用到電視、顯示器、筆記型個人電腦等上。
以下詳細說明本發明。
依據本發明的一實施例，複合稜鏡片包括：基材層10；第一耐熱塗覆層20，形成在基材層10的下側表面上；第二耐熱塗覆層30，形成在基材層10的上側表面上，並且該第二耐熱塗覆層30包含光擴散粒子(light-diffusing particles)31；以及稜鏡層40，形成在第二耐熱塗覆層30的上側表面上(第1圖)。
更具體地，根據本發明的複合稜鏡片被配置以在基材層10的兩個表面上分別提供第一耐熱塗覆層20以及第二耐熱塗覆層30，以防止現有複合稜鏡片中所發生的褶皺或捲曲等問題。根據本發明的複合稜鏡片包含基材層10、第一耐熱塗覆層20、第二耐熱塗覆層30以及稜鏡層40。
詳細說明根據本發明的各個構成要素如下。
基材層10
根據本發明，基材層10只要是背光單元中使用的基材層材質均可以不受限制地使用，具體實例為，可以是聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)薄膜、聚碳酸酯(polycarbonate)薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚環氧樹脂(polyepoxy)薄膜等透明基材層。較佳為聚乙烯對苯二甲酸酯薄膜和聚碳酸酯薄膜。
此外，基材層10的厚度為10~1000μm，較佳15~400μm。如何基材層10的厚度不足10μm時，存在機械強度及熱穩定性脆弱的問題；反之，如果超過1000μm時，存在薄膜的柔軟性可能降低以及透射的光可能損失的問題。
第一耐熱塗覆層20
根據本發明，第一耐熱塗覆層20形成在基材層10的下側表面上，第一 耐熱塗覆層20具有高耐熱性，並且由於阻斷從光源所產生的熱以及熱的傳遞從而防止基材層10的變形，進而防止第二耐熱塗覆層30及稜鏡層40的變形。
第一耐熱塗覆層20只要是具有高耐熱性的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂均可以不受限制地使用，較佳使用具有玻璃轉移溫度(Tg)為80℃以上的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂，更佳使用玻璃轉移溫度為90~150℃的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂。此時，玻璃轉移溫度是藉由依據ASTM E1356示差掃描熱分析(Differential Scanning Calorimetry，DSC)(Perkinelmer 公司的DSC 8000)，以10℃/min的速度加熱試片來測試-30℃至300℃。
如果使用具有玻璃轉移溫度不足80℃的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂，胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂的耐熱性會降低而使用胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂的效果甚微。
具有上述耐熱性的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂的具體實例為，多元醇、異氰酸酯及氟系丙烯酸酯。
所述多元醇為了提高第一耐熱塗覆層20的塗膜硬度，可以是選自聚碳酸酯、聚己內酯(polycaprolactone)、聚酯(polyester)、丁二醇(butanediol)及新戊四醇(pentaerythritol)中的一種以上，所述異氰酸酯為了提高第一耐熱塗覆層20的塗膜硬度，可以是選自甲苯2,4-二異氰酸酯(toluene 2,4-diisocyanate)、二苯基二異氰酸酯、六亞甲基(hexamethylene)二異氰酸酯、四甲基二甲苯(tetramethylxylene)二異氰酸酯及六亞甲基二異氰酸酯中的一種以上。此時，相對於所述多元醇的羥基(OH)之所述異氰酸酯的異氰酸酯基(NCO)的當量比為0.95~1.10。如果相對於羥基，異氰酸酯基的當量比不足0.95，由於未反應羥基而導致塗膜的硬度降低；反之，如果異氰酸酯基的當量比超過1.10，由於未反應異氰酸酯而對抗水性降低。
所述氟系丙烯酸酯可以是選自耐熱性優異的丙烯酸四氟丙酯(tetrafluoropropyl acrylate)、甲基丙烯酸四氟乙酯(tetrafluoroethyl methacrylate)及甲基丙烯酸三氟乙酯(trifluroethyl methacrylate)中的一種以上，所述氟系丙烯酸酯相對於多元醇的100重量份，可包含氟系丙烯酸酯10~100重量份。如果相對於多元醇100重量份，使用氟系丙烯酸酯不足10重量份時，會發生耐熱性降低的問題；反之，如果超過100重量份，會發生低折射率引起的輝度降低的問題。
第一耐熱塗覆層20的形成方法只要是在基材層10塗覆胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂的塗覆方法都可以不受限制地使用，例如，可以使用凹版印刷塗佈、輥塗、旋塗、噴塗、浸塗、條錠塗佈等方法。
如上所述形成在基材層10下側表面上的第一耐熱塗覆層20厚度可為0.2~5μm，第一耐熱塗覆層20的厚度不足0.2μm時，表面硬度降低而發生擦刻(scratching)；反之，如果超過5μm時，會發生捲曲(curl)。
第二耐熱塗覆層30
根據本發明，第二耐熱塗覆層30形成在基材層10的上側表面上，並且第二耐熱塗覆層30具有高耐熱性，由於阻斷從光源所產生的熱以及熱的傳遞從而防止基材層10的變形，進而防止稜鏡層40的變形。
第二耐熱塗覆層30是藉由在第一耐熱塗覆層20的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂中加入光擴散粒子31來獲得，並且第二耐熱塗覆層30可使用與第一耐熱塗覆層20中所使用的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂相同成分的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂或不同成分的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂。
特別是，能在第二耐熱塗覆層30中使用的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂較佳包括與基材層10及稜鏡層40的黏合性好的、與分散的光擴散粒子31的相容性好的耐熱性胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂，即，其中使用使光擴散粒子31均勻分散在樹脂中而不容易發生分離或沉澱的耐熱性胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂。
此外，光擴散粒子31可以使用複數個有機粒子或無機粒子。可使用的有機粒子的代表性的範例可包括：甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate)、丙烯酸(acrylic acid)、甲基丙烯酸(methacrylic acid)、甲基丙烯酸羥乙酯(hydroxyethyl methacrylate)、甲基丙烯酸羥丙酯(hydroxypropyl methacrylate)、丙烯醯胺(acrylamide)、羥甲基丙烯醯胺(methylol acrylamide)、甲基丙烯酸環氧丙酯(glycidyl methacrylate)、丙烯酸乙酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯(2-ethylhexyl acrylate)的均聚物或共聚物丙烯酸類(acryl)粒子；聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等的烯烴類粒子；丙烯酸類和烯烴類的共聚物粒子；以及多層多成分(multilayer multicomponent)粒子，其係藉由形成一層單獨聚合物粒子後在上覆蓋其他種類的矽氧烷類聚合物粒子或四氟乙烯類粒子單體的層而製備。無機粒子的範例可包括矽樹脂(Silicone)、氧化矽、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯及氟化鎂 等。上述有機及無機粒子只是示例性的，並不限於所羅列的這些有機或無機材質的例子，本領域技術人員很容易想到能夠達到本發明主要目的的其他公知的材料均可代替，這種材料的變更也屬於本發明的技術思想的範圍。
如上所述的光擴散粒子31相對於所述胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂的100重量份，使用0.5~300重量份，較佳50~250重量份。如果光擴散粒子31的含量不足0.5重量份，在整個面積中光擴散粒子31所占的空間，即填充因子(fill factor)降低而輝度降低，存在隱蔽性也降低的問題；反之，如果超過300重量份，光擴散粒子31的單層塗覆變得不可能，因此存在輝度降低的問題。
此外，光擴散粒子31可以以一單層的形式藉由單分散或雙分散在胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂內而塗覆在基材層10的上側表面上。此時，單分散是指粒徑的偏差為小於10%的粒子分散的形態；雙分散是指粒徑的偏差為10~30%的粒子分散的形態。如果，光擴散粒子31在胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂內粒徑偏差超過30%分散或者在基材層10上側表面上以多層塗覆時，會發生輝度降低的問題。
如上所述將單分散或雙分散的光擴散粒子31以單層塗覆來提供，能夠提高複合稜鏡板的電光特性，且光擴散粒子31包含在基材層10和稜鏡層40之間的第二耐熱塗覆層30內，從而能夠適當提高複合稜鏡片的隱蔽性。
此外，光擴散粒子31的平均粒徑為1~20μm，較佳為10~15μm。如果光擴散粒子31的平均粒徑不足1μm時，第二耐熱塗覆層30的厚度會變薄而存在耐熱性降低的問題；反之，如果超過20μm時，第二耐熱塗覆層30的厚度會變厚而存在輝度降低的問題。
第二耐熱塗覆層30的形成方法只要是在基材層10塗覆樹脂的塗覆方法都可以不受限制地使用，例如，可以使用凹版印刷塗佈、輥塗、旋塗、噴塗、浸塗、條錠塗佈等方法。
如上所述形成在基材層10上側表面上的第二耐熱塗覆層30厚度可為1~20μm，如果第二耐熱塗覆層30的厚度不足1μm時，塗覆層的厚度薄而存在耐熱性降低的問題；反之，如果超過20μm時，塗覆層的厚度厚而發生輝度降低或發生捲曲的問題。
稜鏡層40
根據本發明，稜鏡層40可以是形成在第二耐熱塗覆層30的上側表面上，該稜鏡層40可以係選自於由三角形稜鏡線性排列結構、多錐形稜鏡結 構、圓錐形稜鏡結構、半球形稜鏡結構及非球形稜鏡結構所組成的群組中的任意一種稜鏡結構。如第1圖所示，在稜鏡層40的結構的範例係為三角形稜鏡的線性陣列的形式時，一視角內之例如正面輝度以及光強度分佈等光學特性可根據稜鏡結構的頂角(apex angle)而顯著地變化。較佳所述稜鏡結構的頂角為80~100°。如果角度不足80°時，藉由集光的前方輝度良好，但是視角內的光強度分佈不良而難於適用；反之，如果超過100°時，視角內的光強度分佈良好，但是存在前方輝度降低的問題。
稜鏡層40的物質可包含紫外線硬化型樹脂或熱硬化型樹脂的聚合物樹脂。較佳為使用非常透明的，且能夠形成適於維持光學結構的形狀的交聯鍵結的樹脂組合物。例如，可以使用環氧樹脂路易士酸類(epoxy resin-Lewis acid)或聚羥乙基類(polyethylol)、不飽和聚酯苯乙烯類(polyester-styrene)、丙烯酸或甲基丙烯酸酯等，其中較佳使用透明性最優異的樹脂為丙烯酸或甲基丙烯酸酯樹脂，這種樹脂種類包括含聚胺基甲酸酯丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯等的低聚物，其可單獨使用或與稀釋之具有多功能或單功能組的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體。
上述結構的複合稜鏡片被配置以在基材層10的兩個表面上形成第一耐熱塗覆層20及第二耐熱塗覆層30，從而能夠防止現有複合稜鏡片中存在的褶皺或捲曲的發生。
本發明的另一方面，涉及包含本發明的複合稜鏡片的背光單元及包含該背光單元的液晶顯示裝置。所述背光單元及包含該背光單元的液晶顯示裝置可以通過本領域公知的製造方法來製造，具體說明在此省略。
本發明可提供藉由額外提供適合於上述複合稜鏡片的任一表面的光學板、光擴散板或保護板等來形成的背光單元及液晶顯示裝置。從而無需單獨層積但可一起提供的光擴散元件和光學板，進而提供能夠提高隱蔽性且能夠防止輝度降低的背光單元及液晶顯示裝置。
以下通過本發明的實施例進一步詳細說明，但本發明的範圍並不由這些實施例來限定。
實施例1~5
利用表1中所記載的樹脂和光擴散粒子31通過下列方法來製造複合稜鏡片。
使用凹版印刷塗佈機在厚度為250μm之透明的聚乙烯對苯二甲酸酯薄膜(KOLON)的下側表面上塗覆具有玻璃轉移溫度為120℃的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂(EFT，KOLON)後，在120℃下乾燥60秒，在紫外線硬化機進行3秒的硬化，形成厚度為3μm的第一耐熱塗覆層20。之後，在具有玻璃轉移溫度為120℃的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂(EFT,KOLON)中混合光擴散粒子31(聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及矽樹脂(silicone))，用銑床進行分散。使用凹版印刷塗佈機將具有光擴散粒子31分散於其中的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂塗覆在聚乙烯對苯二甲酸酯薄膜(KOLON)的上側表面上，在120℃下乾燥60秒，在紫外線硬化機進行3秒的硬化，形成厚度為5μm的第二耐熱塗覆層30。
另外，稜鏡層40以塗覆包含高曲光丙烯酸酯80重量%、甲基丙烯酸2-苯乙酯15重量%、1,6-己二醇丙烯酸酯3重量%、雙醯基膦(bisacylPhosphine；BAPO)系光引發劑2重量%的感光組成物的方式來形成，從第二耐熱塗覆層30一側照射紫外線(300瓦/英寸平方，Fusion)，因而形成稜鏡頂角為90°、稜鏡光學結構的斜高(picth)為50μm、稜鏡光學結構的高度為25μm的線性三角稜鏡，從而製造了複合稜鏡片。
比較例1至7
按照實施例1相同的方法製造複合稜鏡片，使用表1中所記載的樹脂及光擴散粒子31製造了複合稜鏡片。
比較例8
除了相對於胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂(EFT,KOLON)的100重量份分散光擴散粒子31的50重量份而形成第一耐熱塗覆層20；和以多層方式塗覆第二耐熱塗覆層30的光擴散粒子31而形成第二耐熱塗覆層30之外，按照實施例1相同的方法來製造複合稜鏡片。
註)EFT(KOLON)：具有玻璃轉移溫度(Tg)為120℃的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂
NATOCO(NATOCO)：具有玻璃轉移溫度(Tg)為70℃的胺基
甲酸酯丙烯酸酯樹酯
對實施例及比較例的複合稜鏡片按照如下方法測定相對輝度、捲曲及隱蔽性，並將其結果在表2中示出。
相對輝度測定
將上述實施例及比較例所製造的複合稜鏡片樣品兩張在17英寸液晶顯示板用背光單元(型號：LM170E01，韓國喜星電子製造)上直角方向進行疊層固定，使用輝度儀(型號：BM~7A，日本TOPCON公司)測定任意的13個支點的輝度，並計算其平均值。
捲曲測定
將測定物件複合稜鏡片樣品在85℃下放置1000小時，測試其捲翹的程度。例如，第2圖(a)顯示捲曲1mm的情況，第2圖(b)顯示捲曲3mm的情況。
隱蔽性測定
在測定物件複合稜鏡片樣品的2cm的背面，以字體肉眼能明顯觀測的程度分下面1~4級進行標記。例如，第3圖(a)顯示隱蔽性4級，第3圖(b)顯示隱蔽性2級。
1級：字體明顯
2級：能夠看到字體但有相(phase)分離
3級：字體的相分離難於閱讀
4級：字體無法明顯看清以及無法閱讀
如表2所示，從實施例1至5和比較例1至4的結果可以看出，將第二耐熱塗覆層30的光擴散粒子31進行單分散或雙分散單層塗覆時，輝度提高。此外，從實施例1至5和比較例5至7的結果可以看出，在基材層10的下側表面及上側表面都塗覆第一耐熱塗覆層20及第二耐熱塗覆層30時，捲曲(Curl)特性優異。
此外，從實施例1至5和比較例8的結果可以看出，只在基材層10和稜鏡層40之間的第二耐熱塗覆層30塗覆光擴散粒子31時，相比在基材層10的上側表面和下側表面都塗覆光擴散粒子31時，隱蔽性優異。但是，比較例8的隱蔽性提高的同時相對輝度反而降低。
本發明的單純變形及變更都能夠由本領域的技術人員容易地實施，這些變形或變更頁屬於本發明的範圍。
10‧‧‧基材層
20‧‧‧第一耐熱塗覆層
30‧‧‧第二耐熱塗覆層
31‧‧‧光擴散粒子
40‧‧‧稜鏡層
第1圖是說明根據本發明一實施例的複合稜鏡片的截面圖；第2圖(a)、(b)是說明根據本發明的複合稜鏡片的捲曲(Curl)測定方法的實例；以及第3圖(a)、(b)是說明根據本發明的複合稜鏡片的隱蔽性測定方法的實例。
10‧‧‧基材層
20‧‧‧第一耐熱塗覆層
30‧‧‧第二耐熱塗覆層
31‧‧‧光擴散粒子
40‧‧‧稜鏡層

Claims (9)

  1. 一種複合稜鏡片，包括：一基材層；一第一耐熱塗覆層，形成於該基材層的一下側表面上；一第二耐熱塗覆層，形成於該基材層的一上側表面上；以及一稜鏡層，形成於該第二耐熱塗覆層的一上側表面上，其中該第二耐熱塗覆層包含胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂和複數個光擴散粒子，該等光擴散粒子相對於該胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂的100重量份，包含0.5~300重量份。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述的複合稜鏡片，其中該第一耐熱塗覆層由具有玻璃轉移溫度為80℃以上的胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂所形成。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述的複合稜鏡片，其中該胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂的玻璃轉移溫度為80℃以上。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述的複合稜鏡片，其中該等光擴散粒子係以一單層的形式被包含在該胺基甲酸丙烯酸酯樹脂中。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述的複合稜鏡片，其中該等光擴散粒子的平均粒徑為1~20μm。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述的複合稜鏡片，其中該第一耐熱塗覆層的厚度為0.2~5μm，而該第二耐熱塗覆層的厚度為1~20μm。
  7. 依據申請專利範圍第1項所述的複合稜鏡片，其中該稜鏡層係為選自於由三角形稜鏡線性陣列結構、多錐形稜鏡結構、圓錐形稜鏡結構、半球形稜鏡結構及非球形稜鏡結構所組成的群組中的任意一種稜鏡結構。
  8. 一種背光單元，包含依據申請專利範圍第1項至第7項中任意一項所述的複合稜鏡片。
  9. 一種液晶顯示裝置，包含依據申請專利範圍第8項所述的背光單元。
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