TWI391711B - 具有導光構造之聚光片 - Google Patents

Description

具有導光構造之聚光片

本發明係關於一種具有導光構造之聚光片，特別是關於應用於液晶顯示器〔Liquid Crystal Display〕之聚光片，將光線經數個微聚光單元進行折射聚光，再利用一導光層進行導引光線，以提供均勻光線之聚光片。

習用聚光片，如PCT專利第96/23649號及美國專利第5,626,800號之「聚光片預防槽道尖端變形構造〔Prevention of Groove Tip Deformation in Brightness Enhancement Film〕」，其揭示一聚光片包含一基板〔base〕及數條稜柱單元，該稜柱單元排列於該基板之上表面〔光射出側〕上。該稜柱單元係由一第一傾斜面及一第二傾斜面組成，其用以折射光線，以便產生聚光現象。該基板之下表面〔光入射側〕係呈一平坦表面，以供入射光線通過該基板，再由該稜柱單元進行折射光線。

然而，該基板允許將光線由該稜柱單元進行折射光線後，並由該基板之上表面〔光射出側〕直接射出，如此該折射光線在該基板上缺乏適當的導引，以致可能造成光線傳遞不均勻。換言之，由該基板產生的折射光線需要進一步經過適當導引，方可能避免產生光線傳遞不均勻的問題。基於上述因素，該聚光片構造確實有必要進一步加以改良，以改善光線傳遞不均勻的問題。

另外，在實際生產製造上，該聚光片之基板的下表面 係保持平坦，且未進一步加工形成任何構造。然而，由於該基板之上、下表面之構造形態不一致，因此該聚光片極易自發性的產生翹曲之傾向。再者，在該聚光片生產製造後，該聚光片需經輸送帶運送及適當堆疊。但是，在運送及堆疊的期間，該基板的下表面卻也極易意外造成刮痕。上述的翹曲及刮痕缺陷皆以致影響出貨時的產品良率。

另一習用聚光片，請參照美國專利第6,280,063號「聚光物件〔Brightness Enhancement Article〕」，其揭示一聚光片包含一基板、一稜柱單元層及一擴散層〔light-diffusing surface〕，該稜柱單元層及擴散層分別形成於該基板之上表面〔光射出側〕及下表面〔光入射側〕。光線可由該擴散層〔即光入射側〕進入該基板，並由該稜柱單元層〔即光射出側〕射出。該擴散層具有多數擴散顆粒，可用以造成光線形成擴散效果；而該稜柱單元層則用以折射光線，以便產生聚光現象。

同樣的，該基板允許將光線由該稜柱單元層進行折射光線後，並由該基板之上表面〔光射出側〕直接射出，如此該折射光線缺乏適當的導引，以致可能造成光線傳遞不均勻，即由該基板產生的折射光線必需進一步經過適當導引構造。

另外，雖然該基板之下表面具有該擴散層，但是該擴散層不足以防止該聚光片自發性的產生翹曲。再者，該擴散層的擴散顆粒係部份裸露於該擴散層表面，以致於該聚光片在輸送及堆疊的期間，相鄰的任二聚光片之間極易意 外造成相互產生刮痕。上述的翹曲及刮痕缺陷同樣影響其產品良率。基於上述因素，其確實有必要進一步加以改良上述聚光片構造。

有鑑於此，本發明為了改良上述缺點，利用一基板設置數個微聚光單元及一導光層，將該微聚光單元排列設置於一光入射表面，並將該導光層配置於一光射出表面，因此光線由該微聚光單元進行折射聚光，再經由該導光層進行導引光線，以提供均勻光線。

另外，本發明為了改良上述之缺點，其將一強化層覆蓋於該光射出表面，該強化層則用以相對增加該導光層之硬度，進而保護該導光層。藉此，本發明不但可引導光線產生折射，同時亦可增加聚光片之抗翹曲性及耐磨性，以提升製造良率。

本發明之主要目的係提供一種具有導光構造之聚光片，其將該微聚光單元排列設置於一導光層之一光入射表面，該導光層還具有一光射出表面，因此光線由該微聚光單元進行折射聚光，再經由該導光層進行導引光線，使得本發明具有提供均勻光線之功效。

本發明之次要目的係提供一種具有導光構造之聚光片，其係在一導光層之光射出表面覆蓋一強化層，藉由適當控制該強化層之透光材質的收縮率，使該強化層可用以相對增加該導光層之硬度，進而保護該導光層，使得本發明具有增加聚光片之抗翹曲性、耐磨性及製造良率之功效 。

本發明之另一目的係提供一種具有導光構造之聚光片，其係一導光層之光入射表面形成一個微聚光單元，該微聚光單元係選自稜柱、微細半圓球、微細圓錐體、波面細條、彎曲稜柱，使得本發明具有提升聚光片之聚光效率之功效。

根據本發明之具有導光構造之聚光片，其係屬一基板，該基板包含一導光層及一個微聚光單元。該導光層具有一光入射表面及一光射出表面。該微聚光單元排列於該導光層之光入射表面，以形成適當之表面曲率變化及引導入射光線產生折射。當光線由該微聚光單元進行折射聚光，再經由該導光層進行導引光線，以提供均勻光線。

本發明較佳實施例係將一強化層係覆蓋該導光層之光射出表面，該強化層相對該導光層具有較高硬度，如此該強化層可保護該導光層，以避免該導光層發生翹曲或磨損。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參照第1圖所示，本發明第一實施例之具有導光構造之聚光片1係屬一基板，其包含一導光層11及一個微聚光單元10。該導光層11之兩側具有一光入射表面11a及一光射出表面11b，並可供光線穿射經過該光入射表面11a 及光射出表面11b。該微聚光單元10由數個稜柱12組成一微細結構〔microstructure〕。該微聚光單元10之該等稜柱12平齊排列於該導光層11之光入射表面11a上。該微聚光單元10之每個稜柱12係由一第一傾斜面12a及一第二傾斜面12b組成，其用以在至少一維之方向上產生光線折射，以便在該導光層11之光入射表面11a產生聚光現象。本發明之第一傾斜面12a及第二傾斜面12b之間形成一夾角θ，該夾角θ之角度較佳介於60°至75°之間。

請參照第2圖所示，該導光層11係由一第一透光材料製成，且該第一透光材料具有預定折射率。本發明第一實施例之導光層11具有一預定厚度D，例如500μm，該預定厚度D足以將光線自該光入射表面11a導引傳遞至該光射出表面11b，且該光射出表面11b僅允許一定角度範圍內的光線射出，以便在該光射出表面11b射出均勻光線。

請再參照第1圖所示，本發明第一實施例之導光層11及微聚光單元10係由透光材料製成，該透光材料具有折射率。該導光層11與微聚光單元10係可採用相同透光材質並利用一體成形方式進行製造，例如環氧樹脂〔epoxy〕或UV膠材質；或者，該導光層11與微聚光單元10亦可採用不同透光材質並利用貼合成形方式製造，以符合不同之特性或製造要求，及增加本發明適用之範圍與生產製造的裕度。

請再參照第1及2圖所示，當光線自該導光層11之光入射表面11a入射時，利用該等稜柱12之第一傾斜面12a 及第二傾斜面12b進行折射光線。接著，折射光線自該導光層11之光入射表面11a通過導光層11之第一透光材料，並傳遞至該光射出表面11b。由於該導光層11之第一透光材料可控制該導光層11之光射出表面11b射出角度範圍，因此該光射出表面11b藉由全反射〔total reflection〕將光線導引傳遞至適當射出角度為止，如此該導光層11可提供均勻的折射光線。

在聚光片之配置應用上，在美國專利第5,626,800號之聚光片之光射出側上直接增設本發明之導光層，如此能形成複合聚光片，以便提供均勻的折射光線。或者，本發明之基板之光入射表面亦可選擇對應貼附在美國專利第5,626,800號之聚光片之光射出側上，如此亦能形成複合聚光片，以便提供均勻的折射光線。另外，本發明之基板之光射出表面亦可選擇直接增設或對應貼附在美國專利第5,626,800號之聚光片之光入射側上，如此亦能形成複合聚光片。

請參照第3圖所示，其揭示本發明第二實施例之具有導光構造之聚光片1。相較於第一實施例，第二實施例之聚光片1包含一導光層11、一個微聚光單元12及一強化層13。該強化層13係選擇利用塗覆、黏貼、蒸鍍、濺鍍等方式覆蓋在該導光層11之光射出表面11b。該強化層13係由低折射率之第二透光材質製成，其較佳選自壓克力系透明樹脂〔acrylic resin〕，該強化層13之折射率較佳亦相對低於該導光層11之折射率。特別是，該強化層13之硬 度相對高於該導光層11之硬度，如此該強化層13可用於保護該導光層11，以避免該導光層11遭磨損。同時，藉由適當控制該強化層13之第二透光材質的收縮率實質相同或近似於該導光層11之第一透光材質的收縮率，以便該強化層13用以防止該導光層11發生翹曲。再者，該強化層13之厚度較佳維持在5μm至10μm之間，以利於兼具降低成本及控制加工品質。本發明第二實施例之強化層13之厚度可選擇依該導光層11之厚度適當調整及變化，例如當該導光層11之厚度降低時，可選擇增大該強化層13之厚度。

請再參照第3圖所示，在本發明第一實施例之聚光片1的實際生產製造上，該導光層11常因該光入射表面11a及光射出表面11b的形態不同而自發性的產生翹曲之傾向。此時，本發明之強化層13可提供較高之硬度，以相對減少、降低及避免該導光層11發生翹曲之機率，因此具有較佳之抗翹曲性。再者，在該聚光片1之堆疊或搬運期間，本發明之強化層13亦可提供較高之硬度，以保護該導光層11之光射出表面11b，且該強化層13的表面亦不致造成刮痕，因此具有較佳之耐磨性。藉此，本發明將能有利於相對提升產品良率。

請再參照第3圖所示，在製造上本發明可先在該導光層11之光入射表面11a上先形成該等稜柱12，以形成該微聚光單元10，接著在該導光層11之光射出表面11b上再形成該強化層13。或者，本發明可先在該導光層11之 光射出表面11b上先形成該強化層13，接著在該導光層11之光入射表面11a上再形成該稜柱12，以形成該微聚光單元10。

請參照第4圖所示，其揭示本發明第三實施例之具有導光構造之聚光片2。相較於第一實施例，第三實施例之聚光片2包含一導光層21、一個微聚光單元20及一強化層23。該導光層21之兩側具有一光入射表面21a及一光射出表面21b，以供分別排列該微聚光單元20及覆蓋該強化層23。本發明第三實施例之微聚光單元20係由數個微細半圓球22所形成，該等微細半圓球22係以六角形排列法進行排列，因此每一微細半圓球22皆鄰接六個微細半圓球22。該等微細半圓球22之弧面可在至少二維之方向上產生環形光線折射，以便進一步提升聚光效率。此外，該強化層23同樣提供較高之硬度，其足以相對提升該聚光片2之抗翹曲性、耐磨性及製造良率。

請參照第5圖所示，其揭示本發明第四實施例之具有導光構造之聚光片。相較於第三實施例，第四實施例之聚光片2包含一導光層21、一個微聚光單元20及一強化層23。該導光層21之兩側具有一光入射表面21a及一光射出表面21b，以供分別排列該微聚光單元20及覆蓋該強化層23。本發明第四實施例之微聚光單元20係由數個該微細圓錐體22’所形成，該等微細圓錐體22’係以六角形排列法進行排列，因此每一微細圓錐體22’皆鄰接六個微細圓錐體22’。該微細圓錐體22’之弧面不但可在至少二維之方向上 產生環形光線折射，且能克服上述第三實施例之微細半圓球22可能形成的聚光焦點缺陷，故有利於提升聚光品質。此外，該強化層23同樣提供較高之硬度，其足以相對提升該聚光片2之抗翹曲性、耐磨性及製造良率。

請參照第6圖所示，其揭示本發明第五實施例之具有導光構造之聚光片3。相較於第二實施例，第五實施例之聚光片3包含一導光層31、一個微聚光單元30及一強化層33。該導光層31之兩側具有一光入射表面31a及一光射出表面31b，以供分別排列該微聚光單元30及覆蓋該強化層33。本發明第五實施例之差異在於該微聚光單元30具有數個波面細條32〔rippled ridge〕，該等波面細條32係一實質等高之結構面，並鄰接排列組成，該等波面細條32各具有二曲面321、二波谷共線322及一波峰共線323。該二曲面321平緩傾斜於該波谷共線322及波峰共線323之間，該波谷共線322較佳為一直底邊，該波峰共線323較佳為一波狀曲線。該等波面細條32之表面曲率可在至少二維之方向上產生光線折射，以便進一步提升聚光效率。此外，該強化層33同樣提供較高之硬度，其足以相對提升該聚光片3之抗翹曲性、耐磨性及製造良率。

請參照第7圖所示，其揭示本發明第六實施例之具有導光構造之聚光片3。相較於第五實施例，第六實施例之聚光片3亦包含該導光層31、微聚光單元30及強化層33。本發明第六實施例之微聚光單元30亦具有數個波面細條32〔實質等高結構面〕，其可選擇以不規則的方式排列於 該導光層31之光入射表面31a，同時該波谷共線322較佳為一曲底邊。藉此，該波谷共線322〔曲底邊〕進一步使該二曲面321在接近底部之表面形成一均勻曲面，以便該等波面細條32之表面曲率可在至少二維之方向上產生均勻之光線折射，以便進一步提升聚光效率。此外，該強化層33同樣提供較高之硬度，其足以相對提升該聚光片3之抗翹曲性、耐磨性及製造良率。

請參照第8圖所示，其揭示本發明第七實施例之具有導光構造之聚光片4。相較於第二實施例，第七實施例之聚光片4包含一導光層41、一個微聚光單元40及一強化層43。該導光層41之兩側具有一光入射表面41a及一光射出表面41b，以供分別排列該微聚光單元40及覆蓋該強化層43。本發明第七實施例之微聚光單元40是由數個彎曲稜柱42所形成，該等彎曲稜柱42係相互鄰接排列在該導光層41之光入射表面41a，每一該彎曲稜柱42具有二延伸曲面42a、42b、二波谷共線421及一波峰共線422。同時，各彎曲稜柱42皆具相同之寬度及高度，如此各延伸曲面42a、42b具有相同之曲率變化。特別是，至少一該延伸曲面42a、42b係形成波浪彎曲狀，以供產生表面曲率變化，如此可在至少二維之方向上產生不規則之光線折射，以相對減少產生疊紋〔morie〕現象，進而同步相對提升該聚光片4之聚光效率及光學顯示畫質。此外，該強化層43同樣提供較高之硬度，其足以相對提升該聚光片4之抗翹曲性、耐磨性及製造良率。

請參照第9圖所示，其揭示本發明第八實施例之具有導光構造之聚光片4。相較於第七實施例，第八實施例之聚光片4亦包含該導光層41、微聚光單元40及強化層43，該微聚光單元40具有數個彎曲稜柱42。本發明第八實施例之各彎曲稜柱42選擇具有相異之寬度及相同之高度，如此各延伸曲面42a、42b形成相異之曲率變化。特別是，至少一該延伸曲面42a、42b係形成波浪彎曲狀，以供產生表面曲率變化，如此可在至少二維之方向上產生更複雜之不規則光線折射，其同樣可相對減少產生疊紋〔morie〕現象，進而同步相對提升該聚光片4之聚光效率及光學顯示畫質。此外，該強化層43同樣提供較高之硬度，其足以相對提升該聚光片4之抗翹曲性、耐磨性及製造良率。

請參照第10圖所示，其揭示本發明第九實施例之具有導光構造之聚光片4。相較於第七實施例，第九實施例之聚光片4亦包含該導光層41、微聚光單元40及強化層43，該微聚光單元40具有數個彎曲稜柱42。本發明第九實施例之各彎曲稜柱42選擇具有相同之寬度及相異之高度，如此各延伸曲面42a、42b形成相異之曲率變化。特別是，至少一該延伸曲面42a、42b係形成波浪彎曲狀，並凸設數個側脊423，以供產生表面曲率變化，如此可在至少二維之方向上產生更複雜之不規則光線折射，其同樣可相對減少產生疊紋〔morie〕現象，進而同步相對提升該聚光片4之聚光效率及光學顯示畫質。此外，該強化層43同樣提供較高之硬度，其足以相對提升該聚光片4之抗翹曲性 、耐磨性及製造良率。

相較於習用之聚光片將數條稜柱排列於該基板之上表面〔光射出側〕上，以致可能造成折射光線傳遞不均勻，本發明將微聚光單元改設置於導光層之光入射表面，藉由該導光層導引由該微聚光單元已進行折射的光線，以提供均勻的折射光線。

另外，相較於習用之聚光片因該導光層之上表面〔光射出側〕及下表面〔光入射側〕不一致而容易產生翹曲，且下表面缺乏保護而易產生刮痕等缺點，第3圖之本發明藉由在該導光層11之光入射表面11a及光射出表面11b分別形成該微聚光單元12及強化層13，利用該強化層13增加該導光層11之硬度。藉此，本發明不但可引導光線產生折射，同時亦可增加該聚光片1之抗翹曲性及耐磨性，以提升製造良率。

雖然本發明已利用前述較佳實施例詳細揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧聚光片

11‧‧‧導光層

11a‧‧‧光入射表面

11b‧‧‧光射出表面

12‧‧‧稜柱

12a‧‧‧第一傾斜面

12b‧‧‧第二傾斜面

13‧‧‧強化層

2‧‧‧聚光片

21‧‧‧導光層

21a‧‧‧光入射表面

21b‧‧‧光射出表面

22‧‧‧微細半圓球

22’‧‧‧微細圓錐體

23‧‧‧強化層

3‧‧‧聚光片

31‧‧‧導光層

31a‧‧‧光入射表面

31b‧‧‧光射出表面

32‧‧‧波面細條

30‧‧‧微聚光單元

321‧‧‧曲面

322‧‧‧波谷共線

323‧‧‧波峰共線

33‧‧‧強化層

4‧‧‧聚光片

41‧‧‧導光層

41a‧‧‧光入射表面

41b‧‧‧光射出表面

42‧‧‧彎曲稜柱

42a‧‧‧延伸曲面

42b‧‧‧延伸曲面

421‧‧‧波谷共線

422‧‧‧波峰共線

423‧‧‧側脊

43‧‧‧強化層

10‧‧‧微聚光單元

20‧‧‧微聚光單元

40‧‧‧微聚光單元

第1圖：本發明第一實施例之具有導光構造之聚光片之立體圖。

第2圖：本發明第一實施例之具有導光構造之聚光片進行聚光之示意圖。

第3圖：本發明第二實施例之具有導光構造之聚光片之立體圖。

第4圖：本發明第三實施例之具有導光構造之聚光片之立體圖。

第5圖：本發明第四實施例之具有導光構造之聚光片之立體圖。

第6圖：本發明第五實施例之具有導光構造之聚光片之立體圖。

第7圖：本發明第六實施例之具有導光構造之聚光片之立體圖。

第8圖：本發明第七實施例之具有導光構造之聚光片之局部放大圖。

第9圖：本發明第八實施例之具有導光構造之聚光片之局部放大圖。

第10圖：本發明第九實施例之具有導光構造之聚光片之局部放大圖。

1‧‧‧聚光片

11‧‧‧導光層

11a‧‧‧光入射表面

11b‧‧‧光射出表面

12‧‧‧稜柱

12a‧‧‧第一傾斜面

12b‧‧‧第二傾斜面

10‧‧‧微聚光單元

Claims (26)

1. 一種具有導光構造之聚光片，可供光線通過，其包含：一導光層，其具有一光入射表面及一光射出表面，並由一第一透光材質製成；一個微聚光單元，其係排列於該導光層之光入射表面，以形成適當之表面曲率變化，並引導光線產生折射後由該導光層之光射出表面送出；及一強化層，設置在該導光層之光射出表面上，並由一第二透光材質製成，該強化層之厚度係維持在5μm至10μm之間。
2. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該導光層與微聚光單元係採用相同透光材質並利用一體成形方式進行製造。
3. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該導光層與微聚光單元係採用不同透光材質並利用貼合成形方式製造。
4. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該強化層具有一預定厚度，其選擇依該導光層之厚度適當調整及變化。
5. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該強化層之硬度係相對高於該導光層之硬度，以便該強化層可用於保護該導光層之光射出表面。
6. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中藉由控制該強化層之第二透光材質的收縮率實質 相同於該導光層之第一透光材質的收縮率，以便該強化層用以防止該導光層發生翹曲。
7. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該導光層之第一透光材質具有一第一折射率，該強化層之第二透光材質具有一第二折射率，該強化層之第二折射率係相對低於該導光層之第一折射率。
8. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該強化層之第二透光材質係選自壓克力系透明樹脂。
9. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該強化層係塗覆形成在該導光層之光射出表面上。
10. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該強化層係黏貼結合在該導光層之光射出表面上。
11. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該強化層係選擇蒸鍍、濺鍍形成在該導光層之光射出表面上。
12. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該微聚光單元係選自數個稜柱，每個稜柱係由一第一傾斜面及一第二傾斜面組成。
13. 依申請專利範圍第12項所述之具有導光構造之聚光片，其中該等稜柱之第一傾斜面及第二傾斜面之間形成一夾角θ，該夾角θ之角度介於60°至75°之間。
14. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該微聚光單元係選自數個微細半圓球。
15. 依申請專利範圍第14項所述之具有導光構造之聚光片，其中該微聚光單元之該等微細半圓球係以六角形排列法排列。
16. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該微聚光單元係選自數個微細圓錐體。
17. 依申請專利範圍第16項所述之具有導光構造之聚光片，其中該微聚光單元之該等微細圓錐體係以六角形排列法排列。
18. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該微聚光單元具有數個波面細條，每個波面細條各具有二曲面、二波谷共線及一波峰共線，且該微聚光單元之波面細條係鄰接排列組成一實質等高之結構面。
19. 依申請專利範圍第18項所述之具有導光構造之聚光片，其中該微聚光單元之波面細條的波谷共線係為一直底邊。
20. 依申請專利範圍第18項所述之具有導光構造之聚光片，其中該微聚光單元之波面細條的波谷共線係為一曲底邊。
21. 依申請專利範圍第18項所述之具有導光構造之聚光片，其中該微聚光單元之波面細條的波峰共線係為一波狀曲線。
22. 依申請專利範圍第1項所述之具有導光構造之聚光片，其中該微聚光單元係選自數個彎曲稜柱，該等彎曲稜柱各具二延伸曲面、二波谷共線及一波峰共線，且至少一 該延伸曲面係形成波浪彎曲狀，以產生表面曲率變化。
23. 依申請專利範圍第22項所述之具有導光構造之聚光片，其中各彎曲稜柱選擇具有相同之寬度及高度，如此各延伸曲面具有相同之曲率變化。
24. 依申請專利範圍第22項所述之具有導光構造之聚光片，其中各彎曲稜柱選擇具有相異之寬度及相同之高度，如此各延伸曲面形成相異之曲率變化。
25. 依申請專利範圍第22項所述之具有導光構造之聚光片，其中各彎曲稜柱選擇具有相同之寬度及相異之高度，如此各延伸曲面形成相異之曲率變化。
26. 依申請專利範圍第22項所述之具有導光構造之聚光片，其中各彎曲稜柱之至少一延伸曲面係凸設數個側脊，以供產生表面曲率變化。