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TWI518375B - 聚光型光學片 - Google Patents

聚光型光學片 Download PDF

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TWI518375B
TWI518375B TW099123845A TW99123845A TWI518375B TW I518375 B TWI518375 B TW I518375B TW 099123845 A TW099123845 A TW 099123845A TW 99123845 A TW99123845 A TW 99123845A TW I518375 B TWI518375 B TW I518375B
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circle
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optical sheet
concentrating optical
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李炫樹
洪彰杓
姜忠錫
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可隆股份有限公司
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Description

聚光型光學片
本發明涉及一種用於液晶顯示裝置的聚光型光學片。
隨著工業社會發展成高度的資訊化時代，作為顯示以及傳達各種資訊的媒介之電子顯示裝置變得越來越重要。以前廣泛使用的陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)由於設置空間上的限制較大，很難實現大型化，所以由液晶顯示裝置(Liquid Crystal Device，LCD)、電漿顯示器(Plasma Display Panel，PDP)、場發射顯示器(Field Emission Display，FED)、以及有機電致發光(electro luminescent，EL)顯示器等各種平板顯示裝置來代替CRT。在這樣的平板顯示裝置中，特別是液晶顯示裝置(LCD)為結合了液晶和半導體技術的技術密集型裝置，具有薄、輕且消耗電力低的優點，因此研究開發了該液晶顯示裝置的結構以及製造技術，不僅是當前的筆記型電腦、桌上型電腦的顯示器、隨身攜帶的個人通信裝置(PDA以及手機)等當前廣泛使用液晶顯示裝置的領域，大型化技術也逐漸越過其界限，應用到HD(High Definition)TV級的大型TV中，作為可代替作為顯示器代名詞的CRT的新的顯示裝置而引人注目。
在這樣的液晶顯示裝置(LCD)中，由於液晶本身無法發光，因此，在裝置的後面另外設置光源，藉由設在各像素(pixel)中的液晶來調節光通過的大小，由此體現對比度(contrast)。更具體地、液晶顯示裝置是利用液晶物質的電特性而調節光線之透射率的裝置，由從裝置後面的光源燈發光，藉由各種功能性稜鏡膜或稜鏡片，將被控制為均一性和方向性的光線通過彩色濾光片，而呈現紅、綠、藍(R、G、B)的顏色，並且以電的方式控制各像素的對比度，呈現影像的間接發光方式的顯示裝置，提供光源的裝置是決定液晶顯示裝置的亮度以及均一性等畫質的重要部件。
作為上述發光裝置廣泛使用背光模組(Backlight Unit，BLU)，一般使用冷陰極螢光燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)等多個光源發射的光線，依次通過擴散板、擴散膜以及稜鏡膜等膜片，到達液晶面板。在此，擴散板在整個畫面中得到均一的光強度，並且將光源等裝置以在前面看不到的方式安裝在擴散板下方的方式而隱蔽這些裝置。另一方面，稜鏡片執行光通路控制功能，將經由擴散板之各種方向的光線變換到適合觀測者識別影像的視角(θ)內。
但是，在從光源發射的光線在經由擴散板擴散後在稜鏡片中聚光的過程中，只能對以規定角度範圍入射的光進行聚光，因此，沒有被聚光的一部分的光被消除或者再聚光，但此時再聚光部分和消除部分的交叉點中產生黃帶(yellow band)，而且產生了在消除部分和再聚光部分發生之可見的彩虹顏色之波動的彩虹(rainbow)現象，而導致不良的問題。
為了解決這樣的問題，以前在稜鏡片上層疊了保護片，但與最近的減少疊片的數量、製造薄型的顯示器、且使製造流程變得簡單的趨勢不相符，因此，逐漸減少保護片。
因此，需要提出不使用保護片而能夠防止黃帶或彩虹現象的方案。
本發明的目的是提供一種不需安裝保護片，但不發生黃帶或者彩虹現象的聚光型光學片。
在本發明之較佳的第一實施例中，一種聚光型光學片，包括：基材層以及形成在該基材層的一面或者兩個面上、且排列了多個立體結構的結構層，該結構層的立體結構包括縱剖面為流線型，且以一個峰點為基準向兩個防線延伸的傾斜部，該傾斜部以峰點為基準對稱或者不對稱，各個傾斜部為重疊的假設的第一圓之圓周的一部分以及假設的第二圓之圓周的一部分。
在本發明之較佳的第二實施例中，一種聚光型光學片，包括：基材層以及形成在該基材層的一面或者兩個面上、且排列了多個立體結構的結構層，該結構層的立體結構包括縱剖面為流線型、且具有一個峰點的尖頂部以及以一個峰點為基準向兩個方向延伸的傾斜部，該傾斜部以峰點為基準對稱或者不對稱，各個傾斜部為重疊的假設的第一圓之圓周的一部分以及假設的第二圓之圓周的一部分，上述尖頂部被包含在假設的第一圓以及假設的第二圓之重疊部分中、且與假設的第一圓之圓周以及假設的第二圓之 圓周相鄰近。
在上述第一實施例以及第二實施例中，在結構層的立體結構中，立體結構的寬度相對於連接了假設的第一圓以及假設的第二圓之兩個交叉點的假設線垂直，並且該寬度是假設的第一圓以及假設的第二圓之重疊部分中的各圓周之間的最大長度的1/10~1。
在上述第一實施例以及第二實施例中，在結構層的立體結構中，立體結構的高度相對於連接了假設的第一圓以及假設的第二圓的兩個交叉點的假設的線垂直，且在假設的第一圓以及假設的第二圓的重疊部分中的各圓周之間的最大長度為50~1000μm。
在上述第一實施例以及第二實施例中，結構層的立體結構的高度是連接了假設的第一圓以及假設的第二圓之兩個交叉點的假設線的長度的1/20~1/2。
在上述第一實施例以及第二實施例中，連接了假設的第一圓以及假設的第二圓之兩個交叉點的假設線的長度是1~1000μm。
在上述第二實施例中，尖頂部與傾斜部連接，假設的第三圓的直徑為50μm以下。
在上述第一實施例以及第二實施例中，結構層的立體結構是線形排列或非線形排列。
在上述第一實施例以及第二實施例中，基材層由聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂、苯乙烯樹脂以及苯乙烯-丙烯酸共聚樹脂中的其中之一所形成。
在上述第一實施例以及第二實施例中，結構層由包含紫外線固化型樹脂的高分子樹脂或包含熱固化型樹脂的高分子樹脂中的其中之一所形成。
在本發明的較佳的第三實施例中，一種背光模組，包括：擴散板；以及申請專利範圍第1項或申請專利範圍第2項中的聚光型光學片。
以下，參照附圖更詳細地說明本發明。
第1圖是表示本發明一實施例之聚光型光學片的立體結構的圖；第2圖是包含具有藉由上述第1圖所求出之形狀的立體結構的聚光型光學片的 截面圖；第3圖是表示本發明另一實施例之聚光型光學片的立體結構的形狀的圖；以及第4圖是包含具有藉由上述第3圖所求出之形狀的立體結構的聚光型光學片的截面圖。另一方面，第5圖是表示本發明另一較佳實施例之聚光型光學片的立體結構的形狀的圖，第6圖是包括具有藉由上述第5圖所求出之形狀的立體結構的聚光型光學片的截面圖。而且，第7圖是表示本發明其他較佳實施例之聚光型光學片的立體結構的形狀的圖，第8圖是包括具有上述第7圖所求出之形狀的立體結構的聚光型光學片的截面圖。
另一方面，為了方便，對附圖的相同結構標註了相同的附圖標記，但並不是表示其結構以及形狀也一定相同。
本發明的聚光型光學片，在較佳的第一實施例中包括基材層10以及形成在上述基材層10的一面或兩個面上、且排列了多個立體結構的結構層20，上述結構層20的立體結構25的縱剖面是流線形，該結構層20包括以一個峰點為基準向兩個方向延伸的傾斜部21，上述傾斜部21以峰點為基準對稱或者不對稱，各個傾斜部21藉由重疊假設的第一圓100之圓周的一部分以及假設的第二圓之圓周的一部分而形成(參照第1圖~第4圖)。
而且，作為本發明的第二較佳實施例，提供如下的聚光型光學片：基材層10以及形成在上述基材層10的一面或兩個面上、且排列了多個立體結構的結構層20，上述結構層20的立體結構25的縱剖面是流線形，該結構層20包括具有一個峰點的尖頂部22、以及以尖頂部22為基準向兩個方向延伸的傾斜部21，上述傾斜部21以峰點為基準對稱或者不對稱，各個傾斜部21是重疊的假設的第一圓100之圓周以及假設的第二圓之圓周的一部分，上述尖頂部22被包含在上述假設的第一圓100以及假設的第二圓200的重疊部分裡，而且是與假設的第一圓100之圓周以及假設的第二圓200之圓周相鄰近的假設的第三圓的一部分(參照第5圖~第8圖)。
在本發明較佳的第一實施例以及第二實施例中，根據上述重疊的假設的第一圓100和假設的第二圓200之大小和重疊部分的程度來決定立體結構25的大小以及傾斜程度。
也就是在上述結構層20的立體結構25中，立體結構的寬度w相對於連接了重疊的假設的第一圓以及假設的第二圓200之兩個交叉點的假設線L垂直，並且立體結構的寬度是上述兩個圓的重疊部分中的各圓周之間的最 大長度d的1/10~1倍。此時，相對於連接假設的第一圓100以及假設的第二圓200之兩個交叉點的假設線L垂直的、且假設的第一圓100以及假設的第二圓200之間的重疊部分中的各圓周之間的最大長度d為50~1000μm時，在考慮光線的路徑，有利於在聚光和以不發生彩虹現象和黃帶的方式折射光線。
上述結構層20的立體結構25，在如上所述地先決定立體結構25的寬度w時自然地確定立體結構25的高度h，但立體結構25的高度h是連接假設的第一圓100以及假設的第二圓200之間的兩個交叉點的假設線L的長度的1/20~1/2時，在考慮光線的路徑，有利於在聚光和以不發生彩虹現象和黃帶的方式折射光線。此時，連接假設的第一圓100以及假設的第二圓200之間的兩個交叉點的假設線L的長度可以為1~1000μm。
在上述說明中說明了事先決定立體結構25的寬度的情形，但如果與此相反地事先決定立體結構25的高度h，則可以自然決定立體結構25的寬度w。
另一方面，本發明的聚光型光線片可以如本發明較佳的第二實施例那樣包含緩和的尖頂(peak)部，該尖頂部由被包含在形成上述傾斜部21的兩個假設的圓的重疊部分中、且與該兩個圓相鄰近的假設的第三圓300的一部分形成。
根據上述假設的第三圓300的大小以及位置，決定尖頂部22的彎曲程度以及大小，但假設的第三圓300位於假設的第一圓100以及假設的第二圓200的重疊部分的面積內，且假設的第三圓300之圓周與假設的第一圓100以及假設的第二圓200之圓周相鄰近，但考慮該假設的第三圓是形成尖頂部22的位置以及聚光效率，假設的第三圓300的直徑可以是50μm以下。
上述假設的第一圓100和假設的第二圓200可以是如第1圖以及第5圖所示那樣直徑相同的圓，也可以是如第3圖以及第7圖那樣直徑相互不同的圓，因此從縱剖面看立體結構25時，可以以尖頂部為中心對稱或者不對稱。
而且，上述結構層20的立體結構25可以是線性排列或非線性排列。
具有這樣的形狀的立體結構25，光線入射後折射出射的角度不同，因此不發生彩虹現象以及黃帶現象。而且如雙凸透鏡的情況下不發生彩虹現象以及黃帶現象，但不能實現聚光功能，因此亮度下降，但是具有上述形狀的立體結構25，雖然不是如現有的稜鏡結構上那樣的高的亮度，但可以充分提供所需要的亮度以上的亮度。
如上所述之本發明的聚光型光學片可以用現有之公知的技術來製造。
也就是可以在基材層10的一個面上塗佈或固化包含紫外線硬化性樹脂的液體或是熱固化型樹脂的液體而形成結構層20。
作為上述基材層10，可以使用聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂、苯乙烯樹脂以及苯乙烯-丙烯酸共聚樹脂等。
構成上述結構層20的樹脂，要是固化型樹脂，而且是光透過性材料，則沒有特別限定。也就只要是包含紫外線固化型樹脂的高分子樹脂或者熱固化型樹脂的高分子樹脂的話都不限定，都可以使用。例如，可以使用不飽和脂肪酸氰酸酯樹脂、芳香族乙烯基化合物、不飽和脂肪酸以及其衍生物、不飽和二元酸(unsaturated dibasic acid)以及其衍生物，如甲基丙烯腈的乙烯基氰(cyanide)化合物。此時，考慮與基材層10的折射率而調節所使用的高分子樹脂。
為了有利於機械強度以及熱穩定性、且有利於柔韌性，並且防止透過光的損失，上述基材層10的厚度可以是10～1000μm，更理想的是15～400μm。
另一方面，雖然未圖示，但在基材層10的一面上形成結構層20時，在另一面上可以固化底層，可以使用公知的光擴散性粒子的有機粒子以及無機粒子。
由此，本發明可以提供包含如上說明的聚光型光學片的背光模組設備，可以提供在最頂層形成上述聚光型光學片，不包括追加的保護片的背光模組設備。
以下，藉由實施例更詳細地說明本發明，但本發明的保護範圍並不限於下述的實施例。
實施例1
使用了188μm的聚對苯二甲酸乙二醇酯膜T600(Mizubisi公司)(折射率1.49)作為基材層。為了設計結構層的立體結構，可以設計成如第1圖所示那樣，假設的第一圓以及假設的第二圓之圓周的直徑分別是250μm，且相對於連接了假設的第一圓以及假設的第二圓之交叉點的假設線L垂直，而且，在假設的第一圓以及假設的第二圓之重疊部分中的各圓周之間的最大長度d是100μm，以立體結構的寬度w為50μm(d長度的1/2)、高度w的25μm(L長度的1/8)地製造了鑄型，注入丙烯酸基紫外線固化型樹脂組成物(折射率為1.58)，而形成紫外線固化的結構層(折射率為1.60)而製造了聚光型光學片。
實施例2
在上述實施例1中，除了連接了假設的第一圓以及假設的第二圓之交叉點的假設線L的長度是225μm，相對於連接了兩個交叉點的假設線L垂直的、在假設的第一圓以及假設的第二圓的重疊部分中的各圓周之間的最大長度d是150μm，立體結構的寬度w為50μm(d長度的1/3)和高度為12.5μm(L長度的1/18)之外，以同樣的方式製造了聚光型光學片。
實施例3
在上述實施例1中，除了假設的第一圓以及假設的第二圓之圓周的直徑分別是500μm，且連接了兩個交叉點的假設線L的長度為350μm，相對於連接了假設的第一圓以及假設的第二圓之交叉點的假設線L垂直的、在假設的第一圓以及假設的第二圓的重疊部分中的各圓周之間的最大長度d是150μm，立體結構的寬度w為50μm(d長度的1/2)、高度w的25μm(L長度的1/14)之外，以同樣的方式製造了聚光型光學片。
實施例4
在上述實施例1中，為了設計結構層的立體結構而設計成如第5圖那樣，除了位於假設的第一圓以及假設的第二圓之重疊部分、且與假設的第一圓以及假設的第二圓相鄰近之假設的第三圓的直徑為10μm，立體結構的高度h為23μm之外，以同樣的方式製造了聚光型光學片。
實施例5
在上述實施例4中，除了假設的第三圓的直徑為20之外，以同樣的方式製造了聚光型光學片。立體結構的高度h為21μm之外，以同樣的方式製造了聚光型光學片。
實施例6
在上述實施例1中，為了設計結構層的立體結構，設計成如第3圖那樣，假設的第一圓以及假設的第二圓之直徑分別為150μm以及250μm，連接了假設的第一圓以及假設的第二圓之交叉點的假設的線L的長度為145μm，相對於連接了兩個交叉點的假設線L垂直的、在假設的第一圓以及假設的第二圓之重疊部分中的各圓周之間的最大長度d為80μm，以立體結構的寬度w為50μm、高度h為23μm製造了鑄型，注入丙烯酸基紫外線固化型樹脂組成物(折射率為1.58)，形成紫外線固化的結構層(折射率為1.60)而製造了聚光型光學片。
實施例7
在上述實施例6中，為了設計結構層的立體結構而設計成如第7圖那樣，除了位於假設的第一圓以及假設的第二圓之重疊部分的、與假設的第一圓以及第二圓的圓周相鄰近之假設的第三圓的直徑為10μm，高度h為21μm之外，以同樣的方式製造了聚光型光學片。
比較例1
作為聚光型光學片，準備了Kolon公司的LC213(縱剖面的頂角為90°，尖頂部分(R=1)為圓圈形狀50μm、高度25μm)。
比較例2
作為聚光型光學片，準備了Kolon公司的LC403(縱剖面的頂角為90°、50μm、高度25μm)。
將上述實施例以及比較例的聚光型光學片層疊到擴散板(製造商：Kolon公司、商品名稱：LX210)的上部，並如下地評估物理性質，顯示於表1及第9圖~第14圖中。
比較例2的聚光型光學片，追加層疊了保護片(製造商：Kolon公司、商品名稱：LD243)的情況下也以同樣的方法進行了評估。
而且，也對於作為代替上述實施例以及比較例的聚光型光學片的光柵片(lenticular sheet)(製造商：Kolon公司、商品名稱：L-Grade)之參考例，評估了物理性質。
(1)亮度評估
在實施例1~7、比較例1、2中製造的聚光型光學片，藉由參考例的光柵片，在17寸液晶顯示器中將背光模組上如上述說明的方式安裝固定，使用亮度計(型號名稱：BM-7、日本TOPCON公司)來計測各13個任意點的亮度，求出其平均值。
(2)黃帶現象觀察
在觀察上下視角時，大概在40度附近，在觀察左右視角時，大概在50度附近裡，藉由數位相機進行拍攝後觀察。
(3)彩虹現象觀察
在觀察上下視角時，大概在40度以上，到側凸部(Side-Lobe)發生地點之前的區間裡，藉由數位相機進行拍攝後觀察。
上述物理性質評估的結果，本發明的聚光型光學片，與在現有的稜鏡片上層疊了保護片的程度沒有多大差別地維持適當的亮度，並且不產生黃帶或彩虹現象。
10．．．基材層
20．．．結構層
21．．．傾斜部
22．．．尖頂部
25．．．立體結構
100．．．假設的第一圓
200．．．假設的第二圓
300．．．假設的第三圓
第1圖是表示本發明一較佳實施例之聚光型光學片的立體結構的形狀的圖；
第2圖是表示包含具有根據上述第1圖來求出之形狀的立體結構的聚光型光學片的截面圖；
第3圖是表示本發明另一較佳實施例之聚光型光學片的立體結構的形狀的圖；
第4圖是包含具有通過上述第3圖來求出之形狀的立體結構的聚光型光學片的截面圖；
第5圖是表示本發明另一較佳實施例之聚光型光學片的立體結構的形狀的圖；
第6圖是包括具有通過上述第5圖來求出之形狀的立體結構的聚光型光學片的截面圖；
第7圖是表示本發明其他較佳實施例之聚光型光學片的立體結構的形狀的圖；
第8圖是包括具有上述第7圖來求出之形狀的立體結構的聚光型光學片的截面圖；
第9圖是應用了實施例1之聚光型光學片時的黃帶以及彩虹的觀察圖片；
第10圖是應用了實施例3之聚光型光學片時的黃帶以及彩虹的觀察圖片；
第11圖是應用了比較例1之聚光型光學片時的黃帶以及彩虹的觀察圖片；
第12圖是應用了比較例2之聚光型光學片時的黃帶以及彩虹的觀察圖片；
第13圖是應用了在比較例2之聚光型光學片上層疊了保護片時的黃帶以及彩虹的觀察圖片；以及
第14圖是應用了參考例之光柵片(lenticular sheet)時的黃帶以及彩虹的觀察圖片。
10．．．基材層
20．．．結構層
21．．．傾斜部
25．．．立體結構
100．．．假設的第一圓
200．．．假設的第二圓

Claims (10)

  1. 一種聚光型光學片，包括：一基材層；以及一結構層，形成在該基材層的一面或者兩個面上，且排列了複數個立體結構，其中該結構層的每一立體結構包括縱剖面為流線型、且以一峰點為基準向兩個方向延伸的一傾斜部，該傾斜部以該峰點為基準對稱或者不對稱，各該傾斜部為重疊之一假設的第一圓之圓周的一部分以及一假設的第二圓之圓周的一部分，以及其中在該結構層的該等立體結構中，該等立體結構的寬度相對於連接了該假設的第一圓以及該假設的第二圓之兩個交叉點的一假設線垂直，而且該寬度是該假設的第一圓以及該假設的第二圓之重疊部分中的各圓周之間的最大長度的1/10至1。
  2. 一種聚光型光學片，包括：一基材層；以及一結構層，形成在該基材層的一面或者兩個面上，且排列了複數個立體結構，其中該結構層的每一立體結構包括縱剖面為流線型、且包含一峰點的一尖頂部，以及以該尖頂部為基準向兩個方向延伸的一傾斜部，該傾斜部以該峰點為基準對稱或者不對稱，各該傾斜部為重疊之一假設的第一圓之圓周的一部分以及一假設的第二圓之圓周的一部分，該尖頂部包含在該假設的第一圓以及該假設的第二圓之重疊部分中，並與該假設的第一圓之圓周以及該假設的第二圓之圓周相鄰近的一假設的第三圓之圓周的一部分。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的聚光型光學片，其中相對於該假設的第一圓以及該假設的第二圓之兩個交叉點的該假設線垂直的、在該假設的第一圓以及該假設的第二圓的重疊部分中的各圓周之間的最大長度為50~1000μm。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的聚光型光學片，其中該結構層之該等立體結構的高度是連接了該假設的第一圓以及該假設的第二圓之兩個交叉點的該假設線之長度的1/20~1/2。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的聚光型光學片，其中連接該假設的第一圓以及該假設的第二圓之兩個交叉點的該假設線之長度是1~1000μm。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的聚光型光學片，其中該尖頂部與該傾斜部連接，而該假設的第三圓的直徑為50μm以下。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的聚光型光學片，其中該結構層的該等立體結構是線形排列或非線形排列。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的聚光型光學片，其中該基材層由聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂、苯乙烯樹脂以及苯乙烯-丙烯酸共聚樹脂中的其中之一所形成。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的聚光型光學片，其中該結構層由包含紫外線固化型樹脂的高分子樹脂或包含熱固化型樹脂的高分子樹脂的其中之一所形成。
  10. 一種背光模組，包括：一擴散板；以及如申請專利範圍第1項或第2項所述的該聚光型光學片。
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