TWI417577B - Light transfer plate with light structure and light guide plate - Google Patents

Description

具微結構之光擴散板與導光板

本發明是有關於一種光學板，特別是例如擴散板，或其它具有不同光學效果的光學板，並且是表面具有微結構且板本身厚度遠大於其上之微結構厚度的結構型光學板及能達成高轉寫率的光學板。

參閱圖1，顯示一種習知背光模組之光學板結構，其是利用一種共押出製程堆疊出雙層之微結構光學板，主要包含一基板7、複數個形成於該基板7上之微結構8。每一微結構8包含一個第一凸部81、以及一位於第一凸部81上方的第二凸部91。所述第一凸部81及第二凸部91分別由一種第一熱可塑性樹脂及一種第二熱可塑性樹脂組成，以形成具有光擴散效果及/或導光效果之光學結構，例如：鋸齒狀之稜鏡結構，或是柱狀透鏡結構；或者也可以是具均光效果之擴散層結構。然而，由於基板7相對於第二凸部91而言乃具相當的厚度，且共押出時該第二熱可塑性樹脂處於高黏度狀態，使得不論使用壓模或滾輪模的成型方式，上述光學板之結構特徵均無法獲得較佳之微結構轉寫率，即第二熱可塑性樹脂不易充分擠入至模穴深處，以精確地形成第二凸部，因此第二凸部之頂部往往成型不完整，無法達成原先光學板所欲具有的光學性質。以光擴散板為例，如果無法形成預定的微結構形狀，將會降低其光擴散霧化的效果；另外，若是用於導光之光學板，則會減弱其輝度效果。

因此，本發明之一目的，即在提供一種由不同的樹脂材料所形成具特殊微結構的光擴散板，可提高微結構之轉寫率，獲得較接近預定型態的微結構與暨求的光學性質，並且可降低光學板之生產成本。

於是，本發明之具微結構的光擴散板，包含一基板，數個設置於基板上的微結構，以及一光擴散劑，每一個微結構包括一個一體連接於該基板的第一凸部，以及一個遠離該基板之方向鄰接於第一凸部的第二凸部，該基板與第一凸部皆由一第一樹脂材料所形成，而該第一樹脂材料包括一熱可塑性樹脂，該第一凸部具有一個突出於基板上且由其與第二凸部連接面所構成的凸部界面，以及一位在該凸部界面上的第一頂點。該第二凸部由一第二樹脂材料所形成，該第二樹脂材料包括一光敏樹脂，該第二凸部具有一個與第一凸部的凸部界面相間隔的外表面，以及一位在該外表面上的第二頂點，該光擴散劑添加於該第一樹脂材料及/或第二樹脂材料中。

定義該第二凸部的第二頂點至第一凸部的兩側最低點間連線的垂直距離為D1，而該第一凸部的第一頂點至其兩側最低點間連線的垂直距離為D2，D2/D1是介於0.1~0.9，該第二凸部的外表面至第一凸部的凸部界面間的最小垂直距離小於5μm。

本發明之另一目的在於提供一種具微結構之導光板，其與上述光擴散板之構造大致相同，所不同處在於：該第二凸部的第二頂點至第一凸部的兩側最低點間連線的垂直距離為D1’，而該第一凸部的第一頂點至其兩側最低點間連線的垂直距離為D2’，D2’/D1’是介於0.1~0.7。

本發明之微結構間的距離並不限制，所述微結構可互相連接，也可以不互相連接，但以相連接為較佳。微結構的大小依需求而定，微結構高度介於50~1000微米(μm)，而微結構之最高點間的距離(稱為Pitch)是介於50~700微米。

本發明該基板與第一凸部皆由熱可塑性樹脂材料所組成，該第一凸部可由基板受擠壓後同體向上凸起而形成，擠壓的方式並不限定，可使用壓模(Stamper)，或滾輪模等轉寫方式進行。該第二凸部連接於第一凸部上方，而所述微結構之空間除了前述向上凸起之第一凸部外，其餘的空間由第二凸部所填滿，而成型微結構之模具可分別將每一個第二凸部獨立封閉，使形成第二凸部之高流動性的光敏樹脂材料充分填擠入模具之模穴深處，因此，可使成行出的微結構較接近預定型態，以達到高轉寫率之目的，以及獲得需求之光學性質。

本發明所述第二凸部的外表面至第一凸部的凸部界面之間的最小垂直距離小於5μm，較佳地小於3μm，最佳地小於2μm，如此可達到高轉寫率之微結構。

本發明該基板與第一凸部較佳地由具透明性質的熱可塑性樹脂材料所所組成，所述熱可塑性樹脂的具體例為：(甲基)丙烯酸酯樹酯、聚苯乙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚合物、丙烯腈-苯乙烯共聚合物、聚對苯二甲酸乙二酯。而該第二凸部由光敏樹脂材料所組成，所述光敏樹脂必須兼具流動性佳及受特定光源照射後容易硬化之特性，也就是說，能夠經光照射後而產生交聯(Cross-linking)反應而硬化的樹脂材料，具體例為：可以受到紫外光(UV光)照射而硬化的紫外光光敏樹脂、可以受到紅外光(IR)照射而硬化的紅外光光敏樹脂，或是可以受到鹵素光照射而硬化的鹵素光光敏樹脂。所述光敏樹脂材料較佳地是使用紫外光光敏樹脂，其組成並不限定，具體例包含：(a)壓克力系樹脂(Acrylic resin)，其使用量為40重量%~50重量%；(b)自由基光起始劑(Free radical photo-initiator)其使用量為5重量%~15重量%，自由基光起始劑的具體例為Trimethyl Benzoyl Phosphine Oxide(TPO)、2-Methyl-1-[4-(Methylthio) phenyl]-2-Morpholino Propan-1-one(Ciba Irgacure 907)、Isothioxanthone(ITX)，或此等之一組合；(c)反應性壓克力交聯樹脂(Reactive acrylic cross-linking resin)，其使用量為40重量%~50重量%，反應性壓克力交聯樹脂的具體例為Di-Trimethylolpropane Tetraacrylate(SR-355)、Dipentaerythritol Monohydroxy Pentaacrylate(SR-399)、Ethoxylated Bisphenol A Diacrylate(SR-349)，或此等之一組合。

所述熱可塑性樹脂材料及光敏樹脂材料可同時或分別添加光擴散劑，光擴散劑可為無機微粒子或有機微粒子，無機微粒子例如：硫酸鋇(BaSO4)、二氧化鈦(TiO2)等微粒子；而有機微粒子例如：聚苯乙烯樹脂、(甲基)丙烯酸樹脂、有機矽氧烷樹脂等微粒子。

本發明前述D2/D1之比值是介於0.1~0.9。若該比值小於0.1，即用於第二凸部之光敏樹脂材料的使用量較多，用於第一凸部的熱可塑性樹脂使用量較少，因為光敏樹脂的價格遠大於熱可塑性樹脂的價格，因此無法達成本發明降低成本的目的。

本發明具微結構之光學板中，若是以形成光擴散板為目的，其光學板的厚度較佳地是介於0.2~5公厘，更佳地介於0.3~3公厘。另外，若是以形成導光板為目的，光學板的厚度較佳地是介於0.2~10公厘，更佳地介於0.3~8公厘。光學板的厚度是指基板上微結構之最高點至該基板另一不具為微結構面之間的垂直距離。

本發明之製作方法可以壓模方式進行，首先，準備一個具有多數個轉寫微結構之壓模模具，轉寫微結構之間共同界定出一模穴，以熱可塑性樹脂與視需求添加的光擴散劑為原料形成一具特定厚度的基板，接續，在基板上塗上(Coating)一層光敏樹脂材料，以及對基板加熱使其組成之熱可塑性樹脂軟化，之後，將該壓模模具壓入表面塗上光敏樹脂的基板，同時將多餘的氣體抽出，使得光敏樹脂充分填入模穴內部的同時照光而讓光敏樹脂硬化成型，最後移走壓模模具，即可得到本發明之具微結構光擴散板或導光板。

本發明之微結構形狀不限制，微結構截面型態可為三角形鏡(Prism lens)、半圓形鏡(Lenticular lens)、菲涅耳透鏡(Fresnel lens)等形狀。

本發明其微結構轉寫率之測定方式包含：取光學板具微結構的一面寬約1公分的長條形樣品，置於光學顯微鏡下量測光學板的微結構高度與轉寫微結構的高度比值，所述轉寫率較佳在95%以上，更佳在97%以上，最佳在99%以上。

本發明之功效在於：藉由前述之第二凸部的外表面至第一凸部的凸部界面之間的最小垂直距離小於5μm，並配合該第一凸部與第二凸部使用不同流動性之樹脂原料，使得成型模具可將每一個第二凸部獨立封閉，並讓形成第二凸部之高流動光敏樹脂原料充分填擠入模具之模穴深處，如此不僅令成型出的微結構較接近預定型態，而達成高轉寫率及獲得欲求之光學性質外，還可達成降低生產光學板成本的效果。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之三個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

<本發明具微結構之光擴散板的製備方法>

參閱圖2與圖3，本發明之第一較佳實施例是利用一成型裝置5來製作具微結構之光擴散板，該成型裝置5包括一個壓模模具51，以及一個光照單元53。該壓模模具51具有數個併鄰排列的轉寫微結構512，而轉寫微結構512之間共同界定出一模穴511。另外，由第一樹脂聚苯乙烯及添加有機矽氧烷樹脂微粒子光擴散劑形成厚度為1.3mm的基板1，接續，在基板1上塗上一層紫外光光敏樹脂原料6(含壓克力系樹脂及自由基光起始劑)，而由於基板1為透明性樹脂所形成，可允許位於其下方的光照單元53所發出的光線照射通過基板1而使光敏樹脂原料6開始硬化，在基板1上加熱使得基板1軟化，並將具有多數個轉寫微結構的壓模模具51壓入表面塗上紫外光光敏樹脂原料6的基板1中，並將多餘的氣體抽出，使得開始進行硬化反應的紫外光光敏樹脂原料6充滿整個模穴511內，待硬化反應完成後，移走壓模模具51，即可得到厚度為1.5mm本發明之光擴散板。

<本發明具微結構之光擴散板的結構>

以下描述由前述製備方法所得的光擴散板的結構，參閱圖4，光擴散板包含該基板1，以及數個位於該基板1且彼此併鄰的微結構2。每一微結構2包括一個連接於基板1的第一凸部21，以及一遠離該基板1之方向連接於第一凸部21上的第二凸部31。該第一凸部21具有一鄰接於第二凸部31的凸部界面211，以及一位在該凸部界面211上的第一頂點212。該第二凸部31具有一與第一凸部21的凸部界面211相間隔的外表面311，以及一位在外表面311上的第二頂點312。該基板1與第一凸部21由相同的聚苯乙烯樹脂所形成，第一凸部21可由基板1受擠壓往其上方凸起而形成。而第二凸部31位於該第一凸部21上方並與第一凸部21相連接，上述微結構2的空間除了基板1受擠壓往其上方凸起而形成第一凸部21之外，剩餘的空間由第二凸部31所佔滿，上述微結構為半圓形鏡(Lenticular lens)形狀。

參閱圖5，該第一凸部21的凸部界面211與第一凸部21兩側最低點間的連線L1相交，且與該連線L1垂直的直線L2分別與凸部界面211及第二凸部31的外表面311相交於p1、q1兩點，而p1q1線段即為前述第二凸部31的外表面311至第一凸部21的凸部界面211間的最大垂直距離，當p1q1線段往第一凸部21之兩側移動時，垂直距離逐漸變小，亦即p1q1線段>p2q2線段>p3q3線段或p1q1線段>p4q4線段>p5q5線段，其中最小垂直距離H(H=p3q3線段=p5q5線段)小於5μm時有助於使第二樹脂原料填滿模穴511。在本實施例中，該第二凸部31的外表面311至第一凸部21的凸部界面211間的最小垂直距離H小於1μm。

參閱圖6，定義該第二凸部31的外表面311上的第二頂點312與該第一凸部21兩側最低點間連線L1的垂直距離為D1、該第一凸部21的凸部界面211上的第一頂點212與其兩側最低點間連線L1的垂直距離為D2，而D2/D1的比值為0.32，測得其轉寫率為99.5%。

<本發明具微結構之導光板的製備方法>

本發明之第二較佳實施例的製備方法與前述的第一較佳實施例製備方法大致相同，不同處在於：形成該第二較佳實施例之基板1的第一樹脂為甲基丙烯酸酯樹酯，而經轉寫後所得具微結構之導光板的厚度為2mm，測得其轉寫率為99.5%。

<本發明具微結構之導光板的結構>

參閱圖7，由前述導光板的製備方法製得轉寫後的導光板結構為半圓形鏡(Lenticular lens)形狀，而D2’/D1’的比值為0.21，另外，相.鄰兩第二凸部31可以是獨立成型於其下方對應之第一凸部21上，亦即，相鄰兩第二凸部31之外表面311互相不連接。

參閱圖8，本發明之第三較佳實施例的結構與前述第一與第二較佳實施例大致相同，不同處在於：微結構2為三角鏡形狀。

綜上所述，本發明經由控制第二凸部31的外表面311至第一凸部21的凸部界面211之間的最小垂直距離H小於5μm，並配合第一凸部21與第二凸部31使用不同流動性之樹脂原料，使得成型模具可將每一個第二凸部31獨立封閉，並讓形成第二凸部31之高流動光敏樹脂原料充分填擠入模穴511深處，如此不僅令成型出的微結構2較接近預定型態，而獲得欲求之光學性質外，還可達成降低生產光學板成本。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧基板

2‧‧‧微結構

21‧‧‧第一凸部

211‧‧‧凸部界面

212‧‧‧第一頂點

31‧‧‧第二凸部

311‧‧‧外表面

312‧‧‧第二頂點

5‧‧‧成型裝置

51‧‧‧壓模模具

511‧‧‧模穴

512‧‧‧轉寫微結構

53‧‧‧光照單元

6‧‧‧紫外光硬化樹脂原料

L1‧‧‧連線

L2‧‧‧直線

D1,D2,D1’,D2’‧‧‧垂直距離

H‧‧‧最小垂直距離

圖1是一立體示意圖，顯示一種習知的光學板；圖2是一剖面示意圖，顯示本發明之第一較佳實施例是透過一壓模模具來成型微結構；圖3是類似圖2的視圖，顯示將該壓模模具壓製成型微結構之態樣；圖4是一立體示意圖，顯示本發明之第一較佳實施例具備數個半圓形鏡之微結構；圖5是圖4的局部放大圖，顯示該第一較佳實施例微結構之細部態樣；圖6是一剖面示意圖，顯示本發明之第一較佳實施例；圖7是類似圖6的視圖，顯示本發明之第二較佳實施例；及圖8是一剖面示意圖，顯示本發明之第三較佳實施例具有三角形鏡之微結構。

1．．．基板

2．．．微結構

21．．．第一凸部

211．．．凸部界面

212．．．第一頂點

31．．．第二凸部

311．．．外表面

312．．．第二頂點

Claims (10)

1. 一種具微結構之光擴散板，包含：一基板，由一包括一熱可塑性樹脂的第一樹脂材料所形成；數個位於該基板上的微結構，所述微結構高度介於50~1000μm，而所述微結構之最高點間的距離是介於50~700μm，每一微結構包括一個形成於基板上的第一凸部，以及一遠離該基板之方向連接於該第一凸部上的第二凸部，該第一凸部亦由第一樹脂材料所形成，並具有一由第一凸部與第二凸部連接面所構成的凸部界面，以及一位在該凸部界面上的第一頂點，該第二凸部由一包括一光敏樹脂的第二樹脂材料所形成，並具有一與該第一凸部的凸部界面相間隔的外表面，以及一位在外表面上的第二頂點；及一光擴散劑，添加於該第一樹脂材料及/或第二樹脂材料中；定義該第二凸部的第二頂點至第一凸部的兩側最低點間連線的垂直距離為D1，而該第一凸部的第一頂點至其兩側最低點間連線的垂直距離為D2，D2/D1是介於0.1~0.9，該第二凸部的外表面至第一凸部的凸部界面間的最小垂直距離小於5μm。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之具微結構之光擴散板，該光擴散板的厚度介於0.3~3公厘。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之具微結構之光擴散板，其中，該光敏樹脂材料為紫外光硬化樹脂。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之具微結構之光擴散板，其中，D2/D1是介於大於0.32~0.9。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之具微結構之光擴散板，其中，該等第二凸部的形狀選自：三角柱狀透鏡(Prism lens)、弧形柱狀透鏡(Lenticular lens)、菲涅耳透鏡(Fresnel lens)。
6. 一種具微結構之導光板，包含：一基板，由一包括一熱可塑性樹脂的第一樹脂材料所形成；數個位於該基板上的微結構，所述微結構高度介於50~1000μm，而所述微結構之最高點間的距離是介於50~700μm，每一微結構包括一個形成於基板的第一凸部，以及一遠離該基板之方向連接於第一凸部上的第二凸部，該第一凸部亦由第一樹脂材料所形成，並具有一由第一凸部與第二凸部連接面所構成的凸部界面，以及一位在該凸部界面上的第一頂點，該第二凸部由一包括一光敏樹脂的第二樹脂材料所形成，並具有一與該第一凸部的凸部界面相間隔的外表面，以及一位在外表面上的第二頂點；及一光擴散劑，添加於該第一樹脂材料及/或第二樹脂材料中；定義該第二凸部的第二頂點至第一凸部的兩側最低 點間連線的垂直距離為D1’，而該第一凸部的第一頂點至其兩側最低點間連線的垂直距離為D2’，D2’/D1’是介於0.1~0.7，該第二凸部的外表面至第一凸部的凸部界面間的最小垂直距離小於5μm。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之具微結構之導光板，其中，該導光板的厚度介於0.3~8公厘。
8. 依據申請專利範圍第6項所述之具微結構之導光板，其中，該光敏樹脂材料為紫外光硬化樹脂。
9. 依據申請專利範圍第6項所述之具微結構之導光板，其中，該等第二凸部的形狀選自：三角柱狀透鏡(Prism lens)、弧形柱狀透鏡(Lenticular lens)、菲涅耳透鏡(Fresnel lens)。
10. 依據申請專利範圍第6項所述之具微結構之導光板，其中，該熱可塑性樹脂材料選自：(甲基)丙烯酸酯樹酯、聚苯乙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚合物、丙烯腈-苯乙烯共聚合物、聚對苯二甲酸乙二酯。