CN100442084C - 光学膜及平面显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学膜及平面显示器。光学膜包含一透明基材及一结构化表面，结构化表面位于该透明基材的上表面，且包含复数个相邻且不平行的柱状结构。相比于现有技术，本发明工艺要求不太苛刻，制得的光学膜应用于液晶等平面显示器，能够有效提高显示亮度、减少光学干涉现象的发生。因此，本发明技术方案在业内具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及光学膜，以及一种使用了光学膜的平面显示器。
背景技术
液晶面板本身并不发光，因此作为亮度来源的背光模块为液晶显示功能的重要组件，且对提高显示器亮度而言非常重要。为了提高LCD面板的亮度，业界已有诸多尝试，例如，增加灯管数目。然而，增加灯管数目不但容易导致过多热量蓄积于液晶显示器中，进而影响到其它组件的寿命与品质；而且由于电力消耗量大，无法满足许多信息类产品必须仰赖电池以供离线时使用的要求。目前而言，在背光模块中利用各式各样的光学膜，提供一种能够提高LCD面板亮度使光源效率最有效率地发挥、却不需更改任何组件设计或消耗额外能源的做法，已成为最为经济与简便的解决方案。
聚光片业界习惯称为增亮膜(Brightness Enhancement Film)或棱镜片(prism film)，系指在厚度仅50～200μm的聚酯光学薄膜上利用高能UV光将特殊亚克力树脂硬化成微细条状棱镜结构，此微细条状棱镜结构互相平行。聚光片的主要功能是，通过折射与内部全反射将自导光板(lightguide)发送到四面八方的散乱的光线收集并集中至约±35度的正视角(On-axis)方向，以提高LCD的辉度。图1为已知聚光片的示意图。如图1所示，基材1上方具有复数个微细条状的棱镜结构2，这些条状棱镜结构彼此互相平行，其中，各棱镜结构系由二个倾斜表面所构成，此二倾斜表面于棱镜顶部相交形成峰3，棱镜与棱镜间则相交形成谷4。这种聚光片的最大缺陷是，由于聚光结构为固定宽度的规则条状结构，所以容易与来自显示器中其它膜片的反射或折射光线或该聚光片本身的其它反射或折射光线产生光学干涉现象，导致在外观上出现摩尔纹(moire)或者牛顿环。
目前已有许多关于聚光片、其改良及制法、以及其于背光模块中的应用方式的专利文献发表。现有技术中针对聚光片的改良方式有，US5,919,551使用两组具有不同峰距(即，峰与峰间的距离)的棱镜结构制备聚光片；US5,771,328则公开了使用两组具有不同峰高的棱镜结构制备聚光片，峰高系指峰与一参考表面(例如，基材的上表面)之间的距离。US5,919,551及US5,771,328所使用的棱镜结构中，单一棱镜结构具有单一峰高。另有US6,354,709公开了一种使用具有不同峰高的单一棱镜结构(亦即，该棱镜的峰线不是直线)制备聚光片的方案，其示意图如图2，图中基材5上方具有复数个微细棱镜结构6，这些线性棱镜结构彼此互相平行，且单一棱镜结构于不同的长度位置具有不同的峰高。然而，上述几种聚光片即使在峰距或者峰高方面进行了改变，但仍具有规则的聚光结构，即，各棱镜之间互相平行(峰与峰之间或谷与谷之间互相平行)，因而无法有效改善光学干涉现象。对此，业界解决的方法不外乎在聚光片上方再放置一片扩散膜，这种方法的缺点是成本增加，且使背光模块变复杂。
此外，已知的聚光片由于具有规则的聚光结构，一旦聚光结构遭受损伤，例如，棱镜结构顶角塌陷，往往会影响光线聚集效果或者导致面板上出现暗点。因此，通常要求聚光片必须具有高硬度以及完好整齐的聚光结构，这就增加了制备成本。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能够提高平面显示器亮度、减少光学干涉现象的光学膜，以及使用了这种光学膜的性能更优的平面显示器。
本发明的技术解决方案是：
光学膜，包括基材和结构化表面，结构化表面位于基材的上侧，其特征在于：所述结构化表面包含复数个相邻且不平行的柱状结构。
进一步地，上述的光学膜，其中，所述柱状结构为棱镜柱状。
再进一步地，上述的光学膜，其中，所述柱状结构为弧形柱状。
再进一步地，上述的光学膜，其中，所述棱镜柱状结构的顶角介于50°至120°之间。
再进一步地，上述的光学膜，其中，所述棱镜柱状结构的顶角介于85°至95°之间。
再进一步地，上述的光学膜，其中，所述基材为玻璃或塑料。
更进一步地，上述的光学膜，其中，所述基材为聚酯树脂基材，所述结构化表面位于该基材的上方，该结构化表面包含复数个相邻且不平行的棱镜柱状结构，这些棱镜柱状结构的宽度系介于1至100μm，且该光学膜具有至少1.55的折射率。
更进一步地，上述的光学膜，其中，所述结构化表面包含已相交的不平行的二柱状结构。
更进一步地，上述的光学膜，其中，所述结构化表面包含未相交的不平行的二柱状结构。
更进一步地，上述的光学膜，其中，所述结构化表面除了包含复数个相邻且不平行的棱镜柱状结构之外，还进一步包含彼此平行的二柱状结构。
更进一步地，上述的光学膜，其中，所述棱镜柱状的顶角介于50°至120°之间。
更进一步地，上述的光学膜，其中，所述棱镜柱状的顶角介于85°至95°之间。
更进一步地，上述的光学膜，其中，所述结构化表面由(甲基)丙烯酸酯类树脂所构成。
更进一步地，上述的光学膜，其中，所述基材的下表面为平滑状。
更进一步地，上述的光学膜，其中，所述基材的下表面为非平滑状。
一种平面显示器，包含面光源装置及其它必备组件，面光源装置的出光面上方设置有光学膜，其特征在于：所述光学膜是上述任意一种技术方案所提供的光学膜。
进一步地，上述的平面显示器尤其是一种液晶显示器。
本发明的突出的实质性特点和显著进步体现在：
①本发明光学膜在基材表面具有相邻且互不平行的柱状结构，可聚集光线并同时降低光学干涉现象，可用于显示器的背光模块中作为聚光片，以提高显示器整体亮度并同时降低光学干涉现象；
②相比于现有技术，本发明所提供的光学膜由于不具有规则的聚光结构，制造过程中工艺条件不太苛刻，因而可以降低制造成本。
附图说明
图1为已知聚光片的示意图；
图2为已知聚光片的示意图；
图3a为一本发明光学膜的俯视图；
图3b为图3a当中圈选区域的侧视图；
图4为本发明另一种光学膜的俯视图；
图5、图6和图7为本发明三种光学膜的剖面视图；
图8为本发明另一种光学膜的侧视图；
图9为本发明一种光学膜的扫描式电子显微镜(SEM)图；
图10为本发明另一光学膜的SEM图；
图11为已知聚光片的SEM图。
图中各附图标记的含义如下：
1、5基材
2、6棱镜结构
3峰
4谷
7、9已相交的不平行的二柱状结构
8、10未不相交的不平行的二柱状结构
11平行的二柱状结构
12、14、16基材
13、15棱镜柱状结构
17弧形柱状结构
111峰高
112顶角
113宽度
具体实施方式
本发明揭示了一种光学膜，其包含一透明基材及一结构化表面，所述结构化表面位于透明基材的上表面且包含复数个相邻且不平行的柱状结构。为理解本发明技术方案，下面结合附图作进一步详述。
本发明光学膜所使用的透明基材，可为任何本发明所属技术领域具有通常知识者所已知者，例如玻璃或塑料。上述塑料基材并无特殊限制，其例如但不限于聚酯树脂(polyester resin)，如聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)；聚丙烯酸酯树脂(polyacrylate resin)，如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)；聚烯烃树脂(polyolefin resin)，如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)；聚环烯烃树脂(polycycloolefin resin)；聚醯亚胺树脂(polyimide resin)；聚碳酸酯树脂(polycarbonate resin)；聚胺基甲酸酯树脂(polyurethane resin)；三醋酸纤维素(triacetate cellulose，TAC)；或彼等的混合物。较佳为聚酯树脂或聚丙烯酸酯树脂。基材的厚度通常取决于所欲得光学产品的需求，其较佳介于约50μm(微米)至约300μm之间。
为达到光线聚光效果，本发明的光学膜在基材的上表面包含一结构化表面，作为聚光层。本发明光学膜的结构化表面可由任何折射率大于空气折射率的树脂所构成。一般而言，折射率越高，效果越好。本发明光学膜具有至少1.50的折射率，较佳系自1.50至1.7。用以构成该结构化表面的树脂为本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知者，例如，热硬化树脂或紫外线硬化树脂，较佳为紫外线硬化树脂。上述紫外线硬化树脂的种类例如但不限于(甲基)丙烯酸酯类树脂。可用于本发明中的(甲基)丙烯酸酯类树脂例如但不限于(甲基)丙烯酸酯树脂、(甲基)丙烯酸胺基甲酸酯(urethane(meth)acrylate)树脂、聚酯(甲基)丙烯酸酯(polyester(meth)acrylate)树脂、环氧(甲基)丙烯酸酯(epoxy(meth)acrylate)树脂或其混合物，较佳为(甲基)丙烯酸酯树脂。
适用于本发明的(甲基)丙烯酸酯树脂的实例例如选自包括(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸脂(tripropylene glycol di(meth)acrylate)、1，4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯(1，4-butanediol di(meth)acrylate)、1，6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯(1，6-hexanediol di(meth)acrylate)、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯(polyethyleneglycol di(meth)acrylate)、烯丙基化二(甲基)丙烯酸环己酯(allylated cyclohexyl di(meth)acrylate)、二(甲基)丙烯酸异氰尿酸酯(isocyanurate di(meth)acrylate)、2-苯氧基乙基(甲基)丙烯酸酯(2-phenoxyl ethyl(meth)acrylate)、乙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(ethoxylated trimethylolpropane tri(meth)acrylate)、丙氧基化甘油三(甲基)丙烯酸酯(propoxylated glycerol tri(meth)acrylate)、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(trimethylol propane tri(meth)acrylate)、三(丙烯氧乙基)异氰尿酸酯(tris(acryloxyethyl)isocyanurate)及彼等的混合物所组成的群组。
用以合成(甲基)丙烯酸酯树脂的市售单体，其实例如：由Sartomer公司生产，商品名为
或
者；由Eternal公司生产，商品名为624-
或
者；及由UCB公司生产，商品名为Ebecryl
EbecrylEbecryl
或Ebecryl
者等。
上述构成结构化表面的树脂可视需要添加任何已知添加剂，例如光起始剂、交联剂、无机填料、流平剂、消泡剂或抗静电剂等。
本发明光学膜的结构化表面系位于基材的上表面且包含复数个相邻且不平行的柱状结构。根据本发明，该结构化表面可包含已相交的不平行的二柱状结构和/或未相交的不平行的二柱状结构。本发明的结构化表面亦不排除可能存在些许平行的柱状结构。图3a及图3b为一本发明光学膜的示意图，该光学膜的结构化表面均由不平行的柱状结构所组成，其中图3a为该光学膜的俯视图，图3b为图3a中圈选区域的侧视图。如图3a及图3b所示，该光学膜的结构化表面包含已相交的不平行的二柱状结构7及未相交的不平行的二柱状结构8。图4为另一本发明光学膜的示意图，该光学膜的结构化表面主要由不平行的柱状结构所组成，且另存在平行的柱状结构。如图4所示，该光学膜的结构化表面包含已相交的不平行的二柱状结构9、未相交的不平行的二柱状结构10及平行的二柱状结构11。
上述柱状结构的形状系为本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知者，较佳为棱镜柱状或弧形柱状(即，柱状结构的峰或谷或其两者呈圆弧形式)，更佳为棱镜柱状。本发明棱镜柱状的顶角介于50°至120°，较佳顶角为85°至95°。根据本发明，相邻两棱镜柱的各别顶角可相同或不相同，且同一棱镜可能于不同切面处具有不同的顶角角度。具棱镜柱状的结构化表面具有较佳的集光效果，故可使显示器具备增强的辉度。
图5、图6及图7进一步以剖面视图具体描述本发明光学膜的实施态样。图5的光学膜于基材12上方具有由复数个峰高111相等的棱镜柱状结构13所构成的结构化表面；图6的光学膜于基材14上方具有由复数个顶角112、宽度113及峰高111不相等的棱镜15柱状结构所构成的结构化表面；图7的光学膜于基材16上方具有由复数个弧形柱状结构17所构成的结构化表面，其中该等柱状结构的峰及谷呈圆弧形式。
参考图5及6，本申请所指柱状结构的峰高111系指柱状结构顶部(例如，棱镜柱状结构的柱峰)与基材上表面的距离。根据本发明，峰高一般介于5μm至100μm之间，较佳为10μm至40μm，相邻两棱镜柱状结构的各别峰高可相同或不相同。如图3b所示，根据本发明，该结构化表面包含具有不同峰高的相邻两棱镜柱状结构；如图8所示，根据本发明，该结构化表面包含具有相同峰高的相邻两棱镜柱状结构。此外，同一棱镜可能于不同切面处具有不同的峰高。
参考图6，本文中所指柱状结构的宽度113，定义为于该柱状结构的二谷间的距离。根据本发明，该结构化表面可包含具有不同宽度的复数个柱状结构，且为了产生不平行的柱状结构，一柱状结构可能于不同切面处具有不同的宽度。上述柱状结构的宽度系介于1至100μm。较佳宽度的选择需视液晶显示器的像素间距而定，应选择有助于减少moire干涉现象的柱状结构的宽度。
图9为一本发明光学膜的扫描式电子显微镜(SEM)图。如图9所示，该光学膜于基材表面上具有结构化表面，该结构化表面基本上由不平行的棱镜柱状结构所构成，其中相邻的两柱状结构可具有不同的顶角、宽度及峰高。
已知聚光片的结构由于具有非常高的规则性，因此在与其它组件搭配使用时会因为直接折射的光线与二次折射的光线产生干涉而造成所谓的“Reflective Moire”。本发明的光学膜具有一结构化表面，该结构化表面包含相邻且不平行的柱状结构，因此本发明的光学膜结合传统聚光片和扩散膜的特性，可降低因规则聚光结构所造成的光学干涉现象并同时进行聚光。且相较于已知聚光片，在获得降低光学干涉现象的效果时，同时仍具有至少90％以上的已知聚光片的辉度值。
本发明光学膜的基材的下表面的形状并无特殊限制，可为任何可本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知者，例如平滑状或不平滑状。形成上述平滑状或不平滑状下表面的方法亦为本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知者。举例而言，可于基材的下表面涂布硬罩液以形成一涂层，再对该涂层照射紫外光，形成一平滑硬罩(hard coat)层；或可在基材的下表面形成微细凹或凸结构以形成该不平滑状下表面，并进而达到光线扩散效果。可使用任何已知方法形成该微细凹或凸结构，包括但不限于：网版印刷、喷涂、压花加工或于基材表面涂覆含粒子的涂层等。
本发明的光学膜可根据本发明所属技术领域中具有通常知识者所已知的任何方式制造，例如，可经由包含以下步骤的方法制造：
(a)将树脂及适当的添加剂混合以形成一胶态涂料组合物；
(b)在一圆柱形毛胚(或称滚筒)上，以钻石工具在转动的滚筒上以与滚筒横交的方向移动，藉由控制钻石工具的移动速度及/或滚筒的转速使钻石工具在滚筒上雕刻出特定沟槽；
(c)将该胶态涂料组合物涂布于基材上，然后利用步骤(b)所雕刻完成的滚筒进行滚轮压花、热转印或热挤压方式使该涂层形成一结构化表面；
(d)对该涂层照射能量射线或加热或两者并用以使该涂层固化。
较佳地，上述步骤(b)中，可由电讯号控制钻石工具的移动速度，例如，可使用固定频率或随机频率；当使用随机频率时，重复进行步骤(b)，可获得多条不平行的沟槽，亦可产生交错的沟槽。较佳地，步骤(d)的涂层固化步骤系藉由照射能量射线产生光聚合反应而进行，该能量射线系指一定范围波长的光源，例如其可为紫外光、红外光、可见光或热线(放射或辐射)等，较佳为紫外光。照射强度可为自1至500毫焦耳/平方厘米(mJ/cm2)，较佳系自50至300mJ/cm2。
本发明光学膜可使用于显示器中，尤其是液晶显示器，设置于光源装置的出光面上方。本发明光学膜在基材上方形成结构化表面，该结构化表面包含复数个不平行的柱状结构。本发明光学膜兼具光扩散和聚光作用，可达聚光功效藉此提高显示器整体亮度并同时亦可降低光学干涉现象，因此可用于显示器的背光模块中作为聚光片。
以下为本发明技术方案的具体实施例，这些例子仅是一些应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的限制。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
〖实施例1〗制备本发明的光学膜
将60克
(2-苯氧基乙基丙烯酸酯，由Eternal公司所贩售)和60克624-
(环氧丙烯酸酯，由Eternal公司所贩售)混合，然后加入5克
BP作为光起始剂(二苯甲酮，benzophenone，双键化工提供)于50℃及转速1,000rpm下搅拌，形成一胶态涂料组合物。
将此胶态涂料组合物涂布于一聚苯二甲酸乙二酯(PET)基材上(
由TORAY公司所生产)，以形成涂层，然后利用滚轮压花方式于涂层上形成一结构化表面，该结构化表面包含复数个相邻且不平行的线性棱镜柱状花纹。接着，于常温下，以能量射线照射该涂层，使其固化。
实施例1-1本发明光学膜的性质测试
以扫描式电子显微镜(SEM)测试由实施例1制得的光学膜，所得结果如图10所示。此外，将实施例1制得的光学膜以TOPCON公司提供的BM-仪器进行辉度增加试验，所得结果如表1所示。
实施例1-2已知聚光片的性质测试
将以扫描式电子显微镜(SEM)测试已知聚光片，所得结果图11所示。此外，将此聚光片以TOPCON公司提供的BM-仪器进行辉度增加试验，所得结果如表1所示。
表1
| 编号 | 辉度增益值 |
| 实施例1-1 | 56％ |
| 实施例1-2 | 58％ |
由表1可知，相较于已知聚光片，本发明光学膜具有约99％的已知聚光片的辉度增益值。
〖实施例2〗
将已知聚光片及根据实施例1所制得的本发明光学膜作为上棱镜片或下棱镜片，与导光板及扩散膜(DI 700A，长兴化学工业股份有限公司)等光学膜片以如下顺序加以组装于背光膜组(32WA01，福华电子公司，Forward Electronics)上方：
1、导光板-→2、扩散膜-→3、下棱镜片-→4、上棱镜片组装后开启光源20分钟，待电流稳定后，以BM-仪器进行辉度量测及以肉眼检查是否有光学干涉(Moire)现象，所得结果如下列表2所示。
表2
| 编号 | 下棱镜片 | 上棱镜片 | 辉度增益值 | Moire |
| 实施例2-1 | 已知聚光片 | 已知聚光片 | 98％ | 是 |
| 实施例2-2 | 已知聚光片 | 本发明光学膜 | 98％ | 否 |
| 编号 | 下棱镜片 | 上棱镜片 | 辉度增益值 | Moire |
| 实施例2-3 | 本发明光学膜 | 本发明光学膜 | 97％ | 否 |
由表2可知，使用本发明光学膜取代已知聚光片作为上棱镜片或者同时作为上棱镜及下棱镜片时，无光学干涉现象发生且具有可相较的辉度增益值，故本发明的光学膜具有降低光学干涉的功能并可有效提升光源使用效率。
图10及图11分别为本发明光学膜及已知聚光片经扫描式电子显微镜(SEM)所产生的影像图。对比观察图10及图11可以发现：已知聚光片因光学干涉现象造成清晰的明暗条纹，本发明光学膜所造成的明暗条纹较不明显。再参照表2的结果可知，已知聚光片由于具有规则柱状结构而造成清晰的明暗条纹，有光学干涉现象发生；若以本发明光学膜取代已知聚光片时，辉度增益值几乎相同，但由于本发明光学膜的结构化表面具有不平行的柱状结构，可降低明暗条纹的产生并使其模糊化，有效降低光学干涉。
总之，本发明提出一种新型结构的光学膜，给出了制备该光学膜的详细技术方案。该光学膜应用于平面显示器，尤其是液晶显示器，可以大大提高显示器的光学性能。
Claims (18)
1.光学膜，包括基材和结构化表面，结构化表面位于基材的上侧，其特征在于：所述结构化表面包含复数个相邻且不平行的柱状结构。
2.根据权利要求1所述的光学膜，其特征在于：所述柱状结构为棱镜柱状。
3.根据权利要求1所述的光学膜，其特征在于：所述柱状结构为弧形柱状。
4.根据权利要求2所述的光学膜，其特征在于：所述棱镜柱状结构的顶角介于50°至120°之间。
5.根据权利要求4所述的光学膜，其特征在于：所述棱镜柱状结构的顶角介于85°至95°之间。
6.根据权利要求1所述的光学膜，其特征在于：所述基材为玻璃或塑料。
7.根据权利要求1所述的光学膜，其特征在于：所述基材为聚酯树脂基材，所述结构化表面位于该基材的上方，该结构化表面包含复数个相邻且不平行的棱镜柱状结构，这些棱镜柱状结构的宽度系介于1至100μm，且该光学膜具有至少1.55的折射率。
8.根据权利要求7所述的光学膜，其特征在于：所述结构化表面包含已相交的不平行的二柱状结构。
9.根据权利要求7所述的光学膜，其特征在于：所述结构化表面包含未相交的不平行的二柱状结构。
10.根据权利要求7所述的光学膜，其特征在于：所述结构化表面除了包含复数个相邻且不平行的棱镜柱状结构之外，还进一步包含彼此平行的二柱状结构。
11.根据权利要求7所述的光学膜，其特征在于：所述棱镜柱状的顶角介于50°至120°之间。
12.根据权利要求11所述的光学膜，其特征在于：所述棱镜柱状的顶角介于85°至95°之间。
13.根据权利要求7～12所述的任意一种光学膜，其特征在于：所述结构化表面由丙烯酸酯树脂构成。
14.根据权利要求7～12所述的任意一种光学膜，其特征在于：所述结构化表面由甲基丙烯酸酯树脂构成。
15.根据权利要求7～12所述的任意一种光学膜，其特征在于：所述基材的下表面为平滑状。
16.根据权利要求7～12所述的任意一种光学膜，其特征在于：所述基材的下表面为非平滑状。
17.一种平面显示器，包含面光源装置及其它必备组件，面光源装置的出光面上方设置有光学膜，其特征在于：所述光学膜是权利要求1～16所述的任意一种光学膜。
18.根据权利要求17所述的平面显示器，其特征在于：所述显示器是一种液晶显示器。
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