CN101852948B - 一种用于背光模块的光学复合片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于背光模块的光学复合片。本发明具备涂布纳米粒子的多层结构的用于背光模块的光学复合片，包括：基材层，由透光性材料构成；多个结构化图形，形成于上述基材层上部并具有一预定间隔；聚光层，包括以0.01μm至1μm的厚度分布于上述结构化图形表面的纳米粒子的表面涂层；及防划层，在上述基材层下部，利用含有纳米粒子的紫外线硬化型胶粘剂涂布成0.1μm至3μm的厚度。在通过含有纳米粒子的表面涂层及防划层提高抗划性能的同时，通过纳米粒子的微细分散涂布，大大降低浸湿(wet-out)现象及莫尔波纹(Moire)现象，从而兼备聚光及扩散功能。

Description

一种用于背光模块的光学复合片
技术领域
本发明涉及液晶显示器领域，尤其涉及一种用于背光模块的光学复合片。
背景技术
一般而言，为提高不仅包括电子发光板、笔记本电脑显示器、文字处理器、台式计算机显示器、电视、摄像机，而且还包括汽车及飞机显示器在内的液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)等背面照明平板显示器的亮度，采用各种结构的背光模块，该背光模块具备光源、导光板及多个光学片，来自光源的光通过导光板及多个光学片之后出射至显示器。
最近，为了提高LCD等图像显示装置的亮度和可视角度的特性，在背光模块中使用各种形式的光学片。在上述光学片中，为提高光的特性需要使用各种
Figure GDA0000055571070000011
形式光学片，而上述光学片分为聚光用光学片和扩散用光学片。若使用聚光用光学片，则虽提高亮度，但随可视角度的变化亮度特性变化较大，从而降低可视角度特性，而若使用扩散用光学片，则虽提高可视角度特性，但会降低亮度。
因此，对兼备聚光作用和扩散作用的光学复合片，进行了各种研究和开发。
图1为现有背光模块概略示意图。如图1所示，背光模块包括：光源4；导光板5，用于改变从上述光源4出射光的路径，以导引至显示部(未图示)；多个光学片6、7、8，设置于上述导光板5和显示部(未图示)之间，用以提高从上述导光板5出射光的效率；反射板2，为防止从上述光源4产生的光暴露至外部而设置于上述导光板5下部；光源反射板3；模架1；而且，在上述模架1上依次层叠反射板2、光源反射板3、导光板5及光学片6、7、8而成。
在制造过程中，光学片6、7、8可由扩散片6、棱镜片7及保护片8构成。为提高聚光效率，棱镜片7的结构化图形9具有三角形剖面，而对形成顶角的结构化图形9的尖端部形状，进行各种变化，而具有90°顶角的结构化图形9公认能够提供最好的亮度。上述扩散片6的作用在于扩散从上述导光板5出射并入射至显示部(未图示)的光，以使光的亮度分布变得均匀。
为兼备聚光功能和扩散功能，背光模块用光学复合片制作成包括形成于单一基材层上部的微细结构化图形和形成于基材层下部的扩散图形的一体型光学片。
光学复合片根据背光模块所要求的配置，可设置于导光板5上部，也可附着于棱镜片7上部。
图2为现有光学复合片一实施例剖面图，通常光学复合片10包括为聚光而形成于基材层11上部的三角形结构化图形12和为光的扩散而形成于基材层11下部的珠子14。
因此，形成于基材层11下部的珠子14将从外部入射的光收敛至三角形结构的结构化图形12之前，起到扩散上述光的作用。例如，上述光学复合片10应用于背光模块时，从导光板5出射的光无需通过另外的扩散片6，而是通过珠子14进行扩散。
上述珠子14可设置于三角形结构化图形12和基材层11之间，而除珠子14之外，还可另外使用2至5μm大小的微粒子，实现扩散功能。
但是，由于现有光学复合片粒子相对结构化图形较大(通常结构化图形的预定间隔50μm，高度25μm)，在将所述粒子置入结构化图形时难以均匀排列，而且，若尝试结构变形，则因雾度(haze)提高及发生全透射率(Total Tr ansmission，TT)损失，从而整体上降低通过光学复合片光的亮度。
另外，结构化图形层或珠子的抗划性能较弱，因此，在制造、层叠组装或运输过程中，容易发生表面损伤，因此，表面瑕疵及产品不良率高。即，因用于基材层下部的珠子及微粒子以大约2至5μm的大小形成突出结构，因此在光学片的组装及制造过程中容易划伤，而因其大小及突出结构的缺点，导致约2％左右的亮度损失。
为解决上述问题，已公开有几个旨在提高防划性的专利。
美国专利US7,269,328公开了用于提高亮度的光学棱镜薄膜，而此专利为防止划痕导致的损伤，在基材层下部形成具有不同硬度系数的加强层。该现有技术只适用于普通的背光模块，不适用于光学复合片，因为光学复合片基材层的两侧都有功能性涂层，如果增加了加强层就会破坏原有涂层的功能性。
美国专利公告US2007/0121227A1所公开的技术，将硅树脂的散射离子(s cattering particles)用在结构化图形内部，散射粒子以0.5-30μm的大小分布于结构化图形内部。另外，韩国专利注册第10-0636739号所公开的技术，为提高硬度，在形成微细结构化图形的紫外线硬化型树脂层内，使用透明的纳米粒子。
但是，上述两个现有技术只限于光学棱镜片或扩散片，难应用于兼备聚光功能和扩散功能的光学复合片，而且在结构化图形成型过程中可能由于内部的散射粒子的存在，造成结构化图形表面不平整，更加容易造成结构化图形另一面的划伤和缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种用于背光模块的光学复合片，用于解决现有技术中光学复合片的防划性能不佳，并且透射光的亮度损失较大的问题。
为了达到上述目的，本发明提供一种用于背光模块的光学复合片，该光学复合片包括：基材层，由透光性材料构成；聚光层，形成于上述基材层上部并具有一预定间隔的多个结构化图形，及包括分布于所述结构化图形表面的纳米粒子的表面涂层，所述表面涂层为紫外线硬化型胶黏剂中分散及含有纳米粒子；防划层，在上述基材层下部，利用含有纳米粒子的紫外线硬化型胶粘剂涂布而成；所述的纳米粒子粒径为10-100纳米。
作为本发明实施例的再一个进一步的方面，所述表面涂层及所述防划层的胶粘剂中包括以下至少一种纳米粒子：包含SiO2、TiO2，Al2O3或聚甲基丙烯酸甲酯。
作为本发明实施例的另一个进一步的方面，所述胶黏剂包括包含表面活性剂的分散稳定剂。
作为本发明实施例的另一个进一步的方面，所述表面活性剂包括阳离子系、阴离子系、非离子系或氟系。
作为本发明实施例的另一个进一步的方面，所述纳米粒子的粒径为10至100nm；所述表面涂层厚度为0.01μm至1μm；所述防划层厚度为0.1μm至3μm。
另外，所述聚光层为含有丙烯酸酯低聚合物40-50重量份、丙烯酸酯单体45-55重量份、光聚合引发剂1-5重量份及添加剂0.01-2重量份的混合物经照射紫外线并交联而成。
另外，所述聚光层的结构化图形为以下结构之一，剖面为重复的三角形的圆筒状，剖面为重复的三角形的金字塔状，剖面为重复的半圆形的圆筒状，剖面为重复的五角星的圆筒状，剖面为重复的梯形的圆筒状或透镜状。
本发明具备涂布纳米粒子的多层结构的背光模块用光学复合片，通过含有纳米粒子的表面涂层，提高聚光层结构化图形的表面强度，与此同时，通过扩散功能可隐蔽光学片的瑕疵，提高基材层下部的扩散性能及抗划性能；并且其利用纳米单位的涂层实现了用于扩散的突出结构，降低所透射的光亮度损失，隐蔽或抵消暴露于结构化图形上部的瑕疵。
另外，本发明含有纳米粒子的防划层，无需现有光学复合片中需单独具备的保护片，就可以达到提高抗划性能及维持亮度的目的，而且通过纳米粒子的微细分散涂布，大大降低浸湿(wet-out)现象及莫尔波纹(Moire)现象，从而兼备聚光及扩散功能的用于背光模块的光学复合片。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中背光模块概略示意图；
图2为现有技术中光学复合片实施例剖面图；
图3为本发明实施例用于背光模块的涂布了纳米粒子的多层结构的光学复合片结构图；
图4为图3所示光学复合片的剖面图；
图5为制造本发明实施例表面涂层及防划层的工艺图；
图6为设置本发明光学复合片的背光模块概略示意图。
附图符号
1：模架            4：光源
3：光源反射板      5：导光板
6：扩散片          20：光学复合片
22：聚光层         25：结构化图形
7：棱镜片          21：基材层
23：防划层         26：表面涂层
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图3为本发明实施例具备纳米粒子涂布的用于背光模块的光学复合片概略示意图；图4为图3所示光学复合片的剖面图；图5为制造本发明一实施例表面涂层及防划层的工艺图；图6为设置本发明光学复合片的背光模块概略示意图。
如图3至图4所示，本发明光学复合片20，包括：基材层21、聚光层22、防划层23及上述聚光层22的表面涂层26。
在本发明中，上述聚光层22在结构化图形25的表面具备含有纳米粒子的表面涂层26，该表面涂层26的厚度为0.01μm-1μm。
上述表面涂层26为胶黏剂树脂，例如在紫外线硬化型胶黏剂中分散及含有纳米粒子，而上述纳米粒子可从包含SiO2、TiO2、Al2O3等氧化物或PMMA中选择一种或多种。上述胶黏剂为了提高微粒的分散性，还可包括包含阳离子系、阴离子系、非离子系、氟系等表面活性剂的分散稳定剂，较佳地，包括光聚合引发剂。
上述表面涂层26的作用在于，由于表面涂层26的高硬度，可以降低在结构化图形25尖端部22a与其它部件发生的划伤。
另外，通过表面涂层26的光遇到纳米粒子而发生散射(scattering)，从而可隐蔽或抵消因表面涂层里面的瑕疵(defect)所导致的暗点(dark spot)。
上述基材层21由透光性材料制作而成，较佳地，包括由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚乙烯(polyethylene)、聚碳酸酯(Polycarbonate)、聚酯(Polyester)等制备而成的塑料薄膜，但非限制。
例如，日本TOYOBO公司销售的COSMOSHINE薄膜、TORAY公司的LUMILAR薄膜等可用作上述基材层21。
聚光层22的作用在于使通过基材层21的光从层叠于其上部的显示部(未图示)的正面出射，形成于基材层21上面，包括平整的光入射面和形成有图形的光出射面。
聚光层22在基材层21上面，包括形成向一个方向排列的多个棱镜的结构化图形25，结构化图形25的下面成为光入射面，而结构化图形25的上面成为光出射面。
上述聚光层22可由聚甲基丙烯酸甲酯(Poly-methyl methacrylate，PMMA)等丙烯酸树脂或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂构成，而较佳地，由丙烯酸酯低聚物45至55重量份、丙烯酸酯单体40至55重量份、光聚合引发剂1至5重量份及添加剂0.01至2重量份的混合物构成，并向此混合物照射紫外线并交联固化而成。
较佳地，构成上述聚光层22的混合物，含有丙烯酸酯低聚物45重量份、丙烯酸酯单体52重量份、光引发剂3重量份及添加剂2重量份。丙烯酸酯低聚物选用聚氨酯丙烯酸酯低聚物为宜。
丙烯酸酯单体起到反应性稀释剂或交联剂的作用。光聚合引发剂作用在于吸收光生成基团之后引发，可从α-醇酮(α-Hydroxyketone)、苯基氧代乙酸(Phenylglyoxylate)及α-氨基酮(α-Aminoketone)中选择一种或多种。
另外，添加剂可使用抑制聚合反应的抑制剂、使表面变得均匀的表面平滑剂、抑制气泡发生的消泡剂等。
在此，聚光层22的结构化图形25具备具有一定顶角(α)的尖端部22a，而上述尖端部22a可以预先设定的间隔(w)排列。
上述光学复合片20的结构化图形25，所述聚光层的结构化图形为以下结构之一，剖面为重复的三角形的圆筒状，剖面为重复的三角形的金字塔状，剖面为重复的半圆形的圆筒状，剖面为重复的五角星的圆筒状，剖面为重复的梯形的圆筒状或透镜状。。
本发明防划层23形成于上述结构化图形25的另外一面即上述基材层22下部，而且利用包含10至100nm大小纳米粒子24的紫外线硬化型胶黏剂涂布成0.1μm至3μm的厚度。其中，纳米粒子的粒径若超过上述范围，则因受短波长的影响而降低光线的遮蔽性，从而降低亮度，而若不足上述范围，则因纳米粒子22b的表面能量的上升，发生凝聚的问题。
上述纳米粒子可从包含SiO2、TiO2、Al2O3等氧化物或PMMA中选择。
上述防划层23较之现有技术具有更高的硬度，从而不仅具有防划功能，而且由于内部包含的纳米粒子起到散射从外部入射的光的作用。
构成上述防划层23的胶黏剂树脂为从聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯酸酯(polyacrylate，PAR)、聚氨酯丙烯酸酯(urethaneacrylate)、聚醚酰亚胺(polyetherimide，PEI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethyelenennapthalate，PEN)、聚苯硫醚(polyphenylenesulfi de，PPS)、聚芳酯(polyarylate)、聚酰亚胺(polyimide)中选择的一种，而较佳地，由聚氨酯丙烯酸酯制备而成。
另外，在制造本发明背光模块用光学复合片20时，若在基材层21下部形成上述防划层23，较佳地，含有纳米粒子的防划层23可以在棱镜成型过程之前制造，而且需要对包含纳米粒子的胶黏剂内的溶剂进行干燥蒸发。
上述表面涂层26，在棱镜成型过程之后制造为宜，而且需要对包含纳米粒子的胶黏剂内的溶剂进行干燥蒸发。
如图5所示，本发明光学复合片20的防划层制造装置，包括：拉伸辊30、缠绕辊40、多个移送辊41、42、51、52、纳米涂布模块50、干燥模块60及紫外线硬化模块70。上述拉伸辊30拉伸基材层21，而上述缠绕辊40缠绕涂布有防划层23的基材层21。上述多个移送辊41、42移送经干燥模块60及紫外线硬化模块70完成防划层23硬化的光学薄膜材料。
上述纳米涂布模块50中包括包含SiO2、TiO2、Al2O3等纳米粒子的混合挥发性溶剂的胶黏剂，而上述溶剂包括甲醇、乙醇、n-丙醇、ISO  丙醇、n-丁醇等醇类，而且还可包括甲基乙基酮(Methyl Ethyl Keton)、甲基异丁酮(Methyl Isobutyl Ketone，MIBK)等酮类。
另外，上述胶黏剂为了提高纳米粒子的分散性，还可包括包含阳离子系、阴离子系、非离子系、氟系等表面活性剂的分散稳定剂，较佳地，所述分散稳定剂包括光聚合引发剂。
上述防划层23经纳米涂布模块50涂布之后，经干燥模块60及紫外线硬化模块70完成硬化，被缠绕辊40缠绕保管。
上述表面涂层26通过上述纳米涂布模块50、干燥模块60及紫外线硬化模块70制造成光学薄膜材料。
在本发明中，在上述表面涂层26及防划层23上涂布所需纳米粒子分散稳定剂的方法，只要能够完成均匀涂布的方法即可，没有特别的限制。可利用包括一般的凹板涂布法、拉丝涂布法、喷涂法、微凹板涂布法、狭缝涂布法等在内的各种涂布方法。另外，可根据需要采用喷墨法等涂布法、丝网印刷等涂布方法。
另外，虽然未图示，在基材层21下部涂布防划层23之后，制造结构化图形25及聚光层22的方法与现有技术相同，因此，在此不再赘述。
下面，结合图6对设置本发明实施例具备涂布纳米粒子的多层结构的光学复合片的背光模块进行说明。
本发明一实施例背光模块80包括光学复合片20，该背光模块包括：光源84，该光源84邻近光源反射板83设置，并通过LED等提供白色光；导光板85，导引从上述光源84出射的光；反射板82，为防止从上述光源84产生的光暴露至外部而设置于上述导光板85下部；及光学复合片20，扩散及聚光从上述导光板85上部出射的光，该光学复合片20包括基材层21、聚光层22、防划层23，表面涂层26，结构化图形25(图中未示)。
上述表面涂层26在结构化图形25的表面涂布成0.01μm至1μm的厚度，而上述防划层23厚度为0.1μm至3μm，该防划层23由包含10nm至100nm大小纳米粒子的紫外线硬化型胶黏剂构成。该防划层23的厚度若超过上述范围，则存在亮度降低，不能满足显示装置轻薄性的问题，而若不足上述范围，则防划层23的防划效果较低。
本发明一实施例背光模块80中，通过LED灯产生的白色光，通过导光板85入射到防划层23，并通过防划层23的纳米粒子扩散之后，聚光至结构化图形25，然后被结构化图形的表面涂敷层26再次扩散而同时实现聚光及扩散效果。
根据本发明一实施例，因形成于基材层21下部的防划层23，可去除原来为防止异物的混入及防划需单独具备的保护片。
综上而论，本发明通过含有纳米粒子的表面涂层，提高聚光层结构化图形的表面强度，与此同时，通过纳米粒子的扩散功能可隐蔽光学片的瑕疵；在结构化图形表面具有表面涂层，可以避免现有技术中将微粒子加入结构化图形内部影响结构化图形本身的透光率的不足。
另外，本发明含有纳米粒子的防划层，无需现有光学复合片中需单独具备的保护片，即可达到提高抗划性能及维持亮度的目的，而且通过纳米粒子的微细分散涂布，大大降低浸湿(wet-out)现象及莫尔波纹(Moire)现象。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于背光模块的光学复合片，在该光学复合片中，其特征在于包括：基材层，由透光性材料构成；聚光层，包括形成于上述基材层上部并具有一预定间隔的多个结构化图形，及分布于所述结构化图形表面的纳米粒子的表面涂层，所述表面涂层为紫外线硬化型胶黏剂中分散及含有纳米粒子；防划层，在上述基材层下部，利用含有纳米粒子的紫外线硬化型胶粘剂涂布而成；所述的纳米粒子粒径为10-100纳米。
2.根据权利要求1所述的一种用于背光模块的光学复合片，其特征在于：所述表面涂层及所述防划层的胶粘剂中包括以下至少一种纳米粒子：包含SiO2、TiO2，Al2O3或聚甲基丙烯酸甲酯。
3.根据权利要求2所述的一种用于背光模块的光学复合片，其特征在于：所述胶黏剂包括包含表面活性剂的分散稳定剂。
4.根据权利要求3所述的一种用于背光模块的光学复合片，其特征在于：所述表面活性剂包括阳离子系、阴离子系、非离子系或氟系。
5.根据权利要求3所述的一种用于背光模块的光学复合片，其特征在于：所述胶黏剂包括以下物质中的至少一种，聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚醚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚芳酯或聚酰亚胺。
6.根据权利要求1所述的一种用于背光模块的光学复合片，其特征在于：所述表面涂层厚度为0.01μm至1μm。
7.根据权利要求1所述的一种用于背光模块的光学复合片，其特征在于：所述防划层厚度为0.1μm至3μm。
8.根据权利要求1所述的一种用于背光模块的光学复合片，其特征在于：所述聚光层为含有丙烯酸酯低聚合物40-50重量份、丙烯酸酯单体45-55重量份、光聚合引发剂1-5重量份及添加剂0.01-2重量份的混合物经照射紫外线并交联而成。
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