TWI638713B - 具有在其上的複合結構的光學片材 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種光學片材。該光學片材包含：一基板，具有一第一表 面和相對於該第一表面的一第二表面；以及一膜，具有一第三表面和相對於該第三表面的一第四表面，其中該膜的該第三表面在該基板的該第一表面上且該膜的該第四表面包含一結構，其中該結構對應於複數個第一凸形狀和複數個第二凸或凹形狀的結合，其中該些第二凸或凹形狀係疊加於該些第一凸形狀上，其中該些第一凸形狀的平均尺寸大於該些第二凸或凹形狀的平均尺寸，其中該結構的平均粗糙度(Ra)為0.42~0.45微米。

Description

具有在其上的複合結構的光學片材
本發明係有關於一種光學片材，特別是具有在其上的複合結構的光學片材。
液晶顯示器(LCD)的發展目標是追求輕、薄和高解析度。換句話說，背光模組的亮度需要改善且背光模組的厚度需要縮小。當背光模組的組成元件從”上擴散片/上稜鏡片/下稜鏡片/下擴散片”變成”上稜鏡片/下稜鏡片/下擴散片”時，容易看見牛頓環。牛頓環起因於兩相鄰界面之間的光干涉且常發生在下偏光片和上稜鏡片之間以及上稜鏡片和下稜鏡片之間。上稜鏡片和下稜鏡片之間的牛頓環可分成兩類：起因於入射背光的穿透式牛頓環和起因於入射環境光的反射式牛頓環。上稜鏡片的背部結構的表面配置可最佳化成破壞入射背光和入射環境光的干涉以消除牛頓環。
上稜鏡片的背部結構通常藉由壓印照光形成。有兩種製造稜鏡片背部結構的方法：快速工具伺服(FTS,Fast Tool Server)製程和噴砂(sandblasting)製程。
第1A圖例示稜鏡片10的背部結構11的剖面示意圖，其中稜鏡片10的背部結構11係藉由快速工具伺服製程所形成。藉由快速工具伺服製程，稜 鏡片10的背部結構11的各個凸塊(convex lump)12係為平滑彎曲，因此輝度損失較低；然而，因為凸塊12密度較小，牛頓環(特別是反射式牛頓環)無法完全消除。藉由快速工具伺服製程所形成的凸塊12的霧度約為10%。因為藉由快速工具伺服製程所形成的凸塊12較為規則，容易產生牛頓環。為了要消除牛頓環，表面霧度必須增加至不小於30%；然而，霧度大大增加而輝度下降。
第1B圖例示稜鏡片20的背部結構21的剖面示意圖，其中稜鏡片20的背部結構21係藉由噴砂製程所形成。藉由噴砂製程，凸塊22密度較大以具有較佳消除牛頓環的能力；然而，因為稜鏡片20的背部結構21的表面較為粗糙，霧度增加而輝度大大下降
因此，本發明提出了一種具有在其上的複合結構的光學片材及其製造方法以克服上述的缺點。
本發明提出光學片材和製造光學片材的方法，其具有較佳的抗牛頓環表現(特別是消除反射式牛頓環)和較佳的輝度表現。
在一個實施例中，本發明揭露形成一種光學片材的方法，該方法包含：提供一模具，其中該模具具有一第一表面；在該模具的該第一表面上形成複數個第一凹形狀，以使該模具的該第一表面改變成該模具的一第二表面；在該些第一凹形狀上形成複數個第二形狀，以使該模具的該第二表面改變成該模具的一第三表面；使用該模具的該第三表面壓印一基板上的一膜以形成一複合結構，其中該複合結構對應於該些第一凹形狀和該些第二形狀的結合。
在一個實施例中，本發明揭露形成一種形成光學片材的方法，該方法包含：提供一模具，其中該模具具有一第一表面；在該模具的該第一表面上形成複數個第一凹形狀，以將該模具的該第一表面改變成該模具的一第二表面，其中該些第一凹形狀之配置係用以形成對應的複數個凸區域，其中該些凸區域具有一第一霧度H1；在該些第一凹形狀上形成複數個第二形狀，以將該模具的該第二表面改變成該模具的一第三表面；使用該模具的該第三表面壓印一基板上的一膜以形成一複合結構，其中該複合結構對應於該些第一凹形狀和該些第二形狀的結合，其中該複合結構具有一第二霧度H2，其中H2/H1小於2.8。
在一個實施例中，本發明揭露一種光學片材，該光學片材包含：。一基板，具有一第一表面和相對於該第一表面的一第二表面；以及一膜，具有一第三表面和相對於該第三表面的一第四表面，其中該膜的該第三表面在該基板的該第一表面上且該膜的該第四表面包含一結構，其中該結構對應於複數個第一凸形狀和複數個第二凸形狀的結合，其中該些第二凸形狀係疊加於該些第一凸形狀上。
在參閱接下來的段落及所附圖式所描述之本發明的實施例及詳細技術之後，該技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之技術特徵及實施態樣。
10‧‧‧稜鏡片
11‧‧‧背部結構
12‧‧‧凸塊
20‧‧‧稜鏡片
21‧‧‧背部結構
22‧‧‧凸塊
100A‧‧‧第一光學片材
100B‧‧‧第二光學片材
100C‧‧‧第三光學片材
101‧‧‧膜
101A‧‧‧第三表面
101B‧‧‧第四表面
102‧‧‧複合結構
102X‧‧‧第一凸形狀
102Y‧‧‧第二形狀
103‧‧‧基板
103A‧‧‧第一表面
103B‧‧‧第二表面
105‧‧‧增亮層
106‧‧‧微結構
106P‧‧‧面
106Q‧‧‧面
106R‧‧‧稜線
106G‧‧‧谷
201‧‧‧模具
201A‧‧‧第一表面
201B‧‧‧第二表面
201C‧‧‧第三表面
202X‧‧‧第一凹形狀
202Y‧‧‧第二形狀
203X‧‧‧對應的凸區域
211‧‧‧膜
212‧‧‧複合結構
213‧‧‧基板
213A‧‧‧光輸入表面
213B‧‧‧光輸出表面
本發明之前面所述的態樣及所伴隨的優點將藉著參閱以下的詳細說明及結合圖式更加被充分瞭解，其中： 第1A圖例示稜鏡片的背部結構的剖面示意圖，其中稜鏡片的背部結構係藉由快速工具伺服製程所形成；第1B圖例示稜鏡片的背部結構的剖面示意圖，其中稜鏡片的背部結構係藉由噴砂製程所形成；第2A圖至第2C圖分別例示本發明中第一光學片材的剖面示意圖、第二光學片材的剖面示意圖和第三光學片材的剖面示意圖；第3A圖至第3D圖說明本發明中用以形成光學片材的較佳製造方法；第4圖說明複數個第一凹形狀之配置係用以形成對應的複數個凸區域，其中該些凸區域具有第一霧度H1；第5A圖至第5B圖說明對應於複數個第一凸形狀和複數個第二形狀的結合的真實複合結構；以及第6圖說明複合結構可消除牛頓環(特別是反射式牛頓環)。
本發明的詳細說明於隨後描述，這裡所描述的較佳實施例是作為說明和描述的用途，並非用來限定本發明之範圍。
在下面的文字脈絡中，霧度係基於基板和配置在基板上的複合結構(作為光輸入表面)之結合所量測的。
第2A圖至第2C圖分別例示本發明中第一光學片材100A的剖面示意圖、第二光學片材100B的剖面示意圖和第三光學片材100C的剖面示意圖。光學片材100A、100B、100C包含基板103和膜101。基板103(例如PET基板)具有第一表面103A和相對於第一表面103A的第二表面103B。基板103可為單一 (unitary)(或同質(homogeneous))基板。膜101具有第三表面101A和相對於第三表面101A的第四表面101B，其中膜101的第三表面101A在基板103的第一表面103A上且膜101的第四表面101B包含複合結構102，其中複合結構102對應於複數個第一凸形狀102X和複數個第二形狀102Y的結合，其中該些第二形狀102Y係疊加於該些第一凸形狀102X上。較佳來說，膜101可為單一(或同質)膜。第一凸形狀102X的平均尺寸大於第二形狀102Y的平均尺寸。第二形狀102Y的密度大於第一凸形狀102X的密度。在一個實施例中，膜101的第四表面101B包含複合結構102，其中複合結構102對應於複數個第一凸形狀102X和複數個第二凸或凹形狀102Y的結合，其中該些第二凸或凹形狀102Y(較佳為第二凸形狀102Y)係疊加於該些第一凸形狀102X上。在較佳實施例中，膜101的第四表面101B包含複合結構102，其中複合結構102對應於複數個第一透鏡(lenticular)形狀102X和複數個第二凸或凹形狀102Y的結合，其中該些第二凸或凹形狀102Y(較佳為第二凸形狀102Y)係疊加於該些第一透鏡形狀102X上。較佳來說，各個第一透鏡形狀102X在基板103的第一表面103A的投影為橢圓形。為了增加擴散面積，相鄰的第一凸或透鏡形狀102X重疊而在其之間並不具有間隔(space)。在一個實施例中，複合結構102的平均粗糙度(Ra)為0.2~0.8微米、0.3~0.8微米、0.40~0.48微米、0.42~0.45微米或0.425~0.44微米，且複合結構102的霧度為15%~29%、15%~25%、13%~23%或17%~20%。本發明的複合結構102具有平均粗糙度(Ra)範圍和霧度範圍的較佳化組合，因而具有較佳的抗牛頓環表現(見下面表1)。各個第二形狀102Y相對於對應的第一凸形狀102X凸出或凹入(在第一光學片材100A中，各個第二形狀102Y相對於對應的第一凸形狀102X凸出；在第二光學片材100B中，各個第二形狀102Y相對於對應的第一凸形狀102X凹入；在第三 光學片材100C中，一部分的第二形狀102Y相對於對應的第一凸形狀102X凸出，且另一部分的第二形狀102Y相對於對應的第一凸形狀102X凹入)；然而，本發明並不侷限於此案例，舉例來說，第二形狀102Y相對於對應的第一凸形狀102X粗糙化或結構化(例如凹痕、線、裂縫、刻紋和突起)以增加擴散效果。各個第一凸形狀102X具有較大的平滑表面積(即第一凸形狀102X的密度較小)以使藉由第二形狀102Y輕微地疊加/修飾可破壞第一凸形狀102X的規則性，但對應於第一凸形狀102X和第二形狀102Y結合的複合結構102不會明顯散射光。此外，雖然起因於第二形狀102Y輕微疊加/修飾所造成輕微增加的平均粗糙度(Ra)增加複合結構102的霧度，但複合結構102的霧度夠低足以消除反射式牛頓環且輝度損失較小。基板103具有光輸入表面103A和相對於光輸入表面103A的光輸出表面103B，其中複合結構102形成在該光輸入表面103A上。複合結構102具有在其內的複數個粒子。在光學片材100A、100B、100C的一個實施例中，相對於對應的第一凸形狀102X凸出的各個第二形狀102Y可藉由對應的粒子(例如在單一或同質膜101的粒子)相對於對應的第一凸形狀102X突起而形成。
光學片材100A、100B、100C可進一步包含配置在基板103的第二表面103B上的增亮層105(即本發明中的光學片材100A、100B、100C可為增亮膜)。增亮層105可包含複數個微結構106(例如稜鏡或微透鏡(microlens)，較佳來說，各個微結構為稜鏡)。舉例來說，增亮層105包含實質上沿第一方向延伸的複數個稜鏡106。第一方向可為稜鏡106的長度方向，較佳來說，垂直於稜鏡106的寬度方向(例如截面方向)。稜鏡106可具有線性長度、彎曲(meandering)長度或波形長度。各個稜鏡106的相對面(facet)106P、106Q相交以形成稜鏡106的稜線(ridge、peak或apex)106R。相鄰稜鏡106的相對面相交以形成稜鏡的谷 (groove或valley)106G。稜鏡106的稜線106R的高度可沿著第一方向變化。較佳來說，由稜鏡106的相對面106P、106Q所定義的兩面角(dihedral angle)在整個稜鏡106上為一定值。
第3A圖至第3D圖分別例示本發明中用以形成光學片材100A、100B、100C的較佳製造方法。然而，本發明並不侷限於此案例。相較於單一模具切割(mold-cutting)製程，本發明採取兩個不同的模具切割製程以形成具有較佳抗牛頓環表現和較佳輝度的複合結構102。為了方便解釋，僅說明形成光學片材100A的較佳製造方法。
模具切割製程I
起初，提供具有第一表面201A的模具201(見圖3A)。在模具201的第一表面201A上形成複數個第一凹形狀202X，以使模具201的第一表面201A改變成模具201的第二表面201B(見圖3B)。較佳來說，堅硬工具可用來刺穿模具201的第一表面201A以在模具201的第一表面201A上形成複數個第一凹形狀202X(較佳來說，模具201為用於快速工具伺服(FTS,Fast Tool Server)製程的滾輪)。堅硬工具可為具有平滑彎曲形狀的刀具使得各個第一凹形狀202X具有平滑彎曲形狀(較佳為完全平滑彎曲形狀)。較佳來說，堅硬工具的前端具有圓弧狀。
複數個第一凹形狀202X之配置係用以形成對應的複數個凸區域203X，其中該些凸區域203X具有第一霧度H1(見圖4)。第一霧度H1為6%~13%。實際上，對應的凸區域203X在本發明中可不形成/壓印形成而僅僅是用於評估第一霧度H1的結構。各個對應的凸區域203X為塊狀以用於二維的光擴散。各個對應的塊狀凸區域203X具有平滑彎曲的表面(較佳為完全平滑彎曲的表面)；較 佳來說，各個對應的凸區域203X為一透鏡(lenticular lens)。各個透鏡為橢圓狀且在堅硬工具的切割方向上具有最大的尺寸。相鄰的凸區域或透鏡203具有在其之間的間隔；然而，為了增加擴散面積，較佳為相鄰的凸區域或透鏡203重疊而在其之間並不具有間隔。對應的凸區域203X的平均粗糙度(Ra)為0.2~0.7微米。在一個實施例中，對應的凸區域203X的平均粗糙度(Ra)為0.25~0.6微米。在較佳實施例中，對應的凸區域203X的平均粗糙度(Ra)為0.3~0.5微米。
模具切割製程II
在該些第一凹形狀202X上形成複數個第二形狀202Y，以將模具201的第二表面201B改變成模具201的第三表面201C(見圖3C)。施加噴砂(sandblasting)製程以在該些第一凹形狀202X上形成複數個第二形狀202Y以將模具201的第二表面201B改變成模具201的第三表面201C；然而，本發明並不侷限於此案例，例如沉積製程。第一凹形狀202X的平均尺寸大於第二形狀202Y的平均尺寸。第二形狀202Y的密度大於第一凹形狀202X的密度。各個第二形狀202Y相對於模具201的第二表面201B凸出或凹入；然而，本發明並不侷限於此案例，舉例來說，第二形狀202Y相對於對應的第一凹形狀202X粗糙化或結構化(例如凹痕、線、裂縫、刻紋和突起)以增加擴散效果。
使用模具201的第三表面201C壓印基板213上的膜211以形成複合結構212，其中複合結構212對應於該些第一凹形狀202X和該些第二形狀202Y的結合(見圖3D)，其中複合結構212具有第二霧度H2。基板213具有光輸入表面213A和相對於光輸入表面213A的光輸出表面213B，其中複合結構212形成在光輸入表面213A上。在本發明中，模具切割製程I(較佳為快速工具伺服製程)用來形成具有複數個第一凹形狀202X的模具201的第二表面201B(較佳來說，對 應的凸區域203X的第一平均粗糙度(Ra)R1為0.2~0.7微米、0.25~0.6微米或0.3~0.5微米且第一霧度H1為6%~13%)，以及模具切割製程II(較佳為噴砂製程)用來輕微修飾第一凹形狀202X。模具201的第二表面201B的各個第一凹形狀202X具有較大的平滑表面積(即第一凹形狀202X的密度較小)以使藉由第二形狀202Y輕微地修飾可破壞第一凹形狀202X的規則性，但對應於第一凹形狀202X和第二形狀202Y結合的複合結構212不會明顯散射光。此外，雖然起因於第二形狀102Y輕微修飾所造成輕微增加的平均粗糙度(Ra)增加複合結構212的霧度(從第一霧度H1到第二霧度H2)，但H2/H1夠低(例如小於2.8)足以消除反射式牛頓環且輝度損失較小(例如輝度損失小於5%、4%、3%、2%或1%)或H2夠低(相較於由單一模具切割製程所形成的結構)足以消除反射式牛頓環且輝度損失較小(例如輝度損失小於5%、4%、3%、2%或1%)。在一個實施例中，H2/H1小於2.5。在一個實施例中，H2/H1小於2.25。在較佳實施例中，H2/H1小於2。再者，雖然藉由第二形狀202Y輕微地修飾增加複合結構212的平均粗糙度(Ra)(從第一平均粗糙度(Ra)R1到第二平均粗糙度(Ra)R2)，但(R2-R1)夠低(例如小於0.2)足以消除反射式牛頓環且輝度損失較小(例如輝度損失小於5%、4%、3%、2%或1%)。在一個實施例中，(R2-R1)小於0.15。在一個實施例中，(R2-R1)小於0.1。在較佳實施例中，(R2-R1)小於0.07。複合結構102的第二平均粗糙度(Ra)R2為0.3~0.8微米或0.40~0.48微米，較佳為0.42~0.45微米，更佳為0.425~0.44微米。第二霧度H2為15%~25%，較佳為13%~23%，更佳為17%~20%。藉由本發明製程所形成的複合結構212具有平均粗糙度(Ra)範圍和霧度範圍的較佳化組合，此較佳化組合的特徵不同於藉由單一模具切割製程所形成的結構而具有較佳抗牛頓環表現(見下面表1)。第5A圖至第5B圖說明對應於複數個第一凸形狀 和複數個第二形狀的結合的真實複合結構。第6圖說明複合結構可消除牛頓環(特別是反射式牛頓環)。
實驗
由不同製程所形成的壓印膜的光學測量結果列於表1。樣品1~2的壓印膜僅由快速工具伺服製程形成。樣品3~4的壓印膜僅由噴砂製程形成。樣品5-7的壓印膜211/複合結構212由本發明製程形成。
從表1：對於僅由噴砂製程所形成的樣品3~4的壓印膜，增加平均粗糙度(Ra)可消除穿透式牛頓環和反射式牛頓環，但輝度從98%大大下降至93%；對於僅由快速工具伺服製程所形成的樣品1~2的壓印膜，增加平均粗糙度(Ra)或霧度可消除穿透式牛頓環且輕微降低輝度，但反射式牛頓環產生。藉由本發明的製程，樣品5-7的壓印膜211/複合結構212同時具有抗牛頓環和輝度的較佳表現。詳細來說，在施加模具切割製程I(較佳為快速工具伺服製程)後，模具切割製程II(較佳為噴砂製程)用來輕微修飾第一凹形狀202X使得壓印膜211/複合結構212(對應於第一凹形狀202X和第二形狀202Y的組合)的平均粗糙度(Ra)修飾為0.40~0.48微米，較佳為0.42~0.45微米(對應的霧度為13%~23%)，更佳為0.425~0.44微米，以同時具有抗牛頓環和輝度的較佳表現。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，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。雖然在上述描述說明中並無完全揭露這些可能的更動與替代，而接著本說明書所附之專利保護範圍實質上已經涵蓋所有這些態樣。

Claims (15)

  1. 一種光學片材，包含：一基板，具有一第一表面和相對於該第一表面的一第二表面；以及一膜，具有一第三表面和相對於該第三表面的一第四表面，其中該膜的該第三表面在該基板的該第一表面上且該膜的該第四表面包含一結構，其中該結構對應於複數個第一凸形狀和複數個第二凸或凹形狀的結合，其中該些第二凸或凹形狀係疊加於該些第一凸形狀上，其中該些第一凸形狀的平均尺寸大於該些第二凸或凹形狀的平均尺寸，其中該結構的平均粗糙度(Ra)為0.42~0.45微米。
  2. 如申請專利範圍第1項之光學片材，其中該基板的該第一表面為一光輸入主表面且該基板的該第二表面為一光輸出主表面。
  3. 如申請專利範圍第1項之光學片材，其中該結構的平均粗糙度(Ra)為0.425~0.44微米。
  4. 如申請專利範圍第1項之光學片材，其中該結構的霧度為13%~23%。
  5. 一種光學片材，包含：一基板，具有一第一表面和相對於該第一表面的一第二表面；以及一膜，具有一第三表面和相對於該第三表面的一第四表面，其中該膜的該第三表面在該基板的該第一表面上且該膜的該第四表面包含一結構，其中該結構對應於複數個第一凸形狀和複數個第二凸形狀的結合，其中該些第二凸形狀係疊加於該些第一凸形狀上，其中該些第一凸形狀的平均尺寸大於該些第二凸形狀的平均尺寸，其中該結構的平均粗糙度(Ra)為0.42~0.45微米。
  6. 如申請專利範圍第5項之光學片材，其中該基板的該第一表面為一光輸入主表面且該基板的該第二表面為一光輸出主表面。
  7. 如申請專利範圍第5項之光學片材，其中該結構的平均粗糙度(Ra)為0.425~0.44微米。
  8. 如申請專利範圍第5項之光學片材，其中該結構的霧度為13%~23%。
  9. 一種光學片材，包含：一基板，具有一第一表面和相對於該第一表面的一第二表面，其中該基板的該第一表面為一光輸入主表面且該基板的該第二表面為一光輸出主表面；一增亮層，配置在該基板的該第二表面上；以及一膜，具有一第三表面和相對於該第三表面的一第四表面，其中該膜的該第三表面在該基板的該第一表面上且該膜的該第四表面包含一結構，其中該結構對應於複數個第一凸形狀和複數個第二凸或凹形狀的結合，其中該些第二凸或凹形狀係疊加於該些第一凸形狀上，其中該些第一凸形狀的平均尺寸大於該些第二凸或凹形狀的平均尺寸，其中該結構的平均粗糙度(Ra)為0.42~0.45微米。
  10. 如申請專利範圍第9項之光學片材，其中該增亮層包含複數個微結構，其中各個該微結構實質上沿一第一方向延伸。
  11. 如申請專利範圍第9項之光學片材，其中該增亮層包含複數個稜鏡，其中各個該稜鏡實質上沿一第一方向延伸。
  12. 如申請專利範圍第9項之光學片材，其中該些第二凸或凹形狀的密度大於該些第一凸形狀的密度。
  13. 如申請專利範圍第9項之光學片材，其中該結構的平均粗糙度(Ra)為0.425~0.44微米。
  14. 如申請專利範圍第9項之光學片材，其中該結構的霧度為13%~23%。
  15. 一種光學片材，包含：一基板，具有一第一表面和相對於該第一表面的一第二表面；一增亮層，配置在該基板的該第二表面上；以及一膜，具有一第三表面和相對於該第三表面的一第四表面，其中該膜的該第三表面在該基板的該第一表面上且該膜的該第四表面包含一結構，其中該結構對應於複數個第一凸形狀和複數個第二凸或凹形狀的結合，其中該些第二凸或凹形狀係疊加於該些第一凸形狀上，其中該結構的該些第一凸形狀係藉由一快速工具伺服(FTS,Fast Tool Server)製程所刻劃的模具壓印薄膜形成，其中該些第一凸形狀的平均尺寸大於該些第二凸或凹形狀的平均尺寸，其中該結構的平均粗糙度(Ra)為0.42~0.45微米。
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