TWI460499B - 光學元件 - Google Patents

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Description

光學元件
本發明係關於一種光學元件，尤指一種應用於直下式背光模組之光學元件。
習知背光模組依照光源的位置可區分為「側光式(Edge Lighting)」、「直下式(Direct Lighting)」與「嵌入式(Embedded Lighting)」背光模組。側光式背光模組係將光源置於模組之側端，其具有輕、薄、低耗電等特性，特別適合應用在手機、個人數位助理(PDA)、筆記型電腦中。然而，由於導光板厚度之限制，使得放置於側邊的光源數量受限，因此，側光式背光模組一般僅用於18吋以下之中小尺寸產品中，而無法在較大尺寸之液晶顯示器(LCD)中提供足夠之光源。直下式及嵌入式背光模組係將複數個光源置於模組之底面上，使光線向上由正面射出。雖然其厚度較大，重量亦較重，但因為可以設置足夠的光源，而具有高輝度、視角良好、光之利用效率高等優點，故一般係用在大尺寸產品中，例如LCD監視器與LCD電視等。
一般直下式背光模組的光線來源為冷陰極燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)或發光二極體(Light Emitting Diode,LED)。冷陰極燈管具有高輝度、高效率與壽命長等特性，加上其圓柱外形極易與光反射元件組合成薄板狀之照明器，故已成為直下式背光模組的主要出光元件。惟，直下式背光模組中之冷陰極燈管係以並排方式配置於液晶面板下方，若未適當將光線擴散及勻化，極易因光強度分佈不均，導致顯示螢幕上出現明顯的燈管輪廓，降低顯像之品質。再者，對考量高亮度需求的直下式背光源模組而言，尺寸愈大，所需燈管數愈多，則所出現之明暗條紋現象即愈嚴重，因此，成為LCD顯示器領域的一大發展瓶頸。
目前對此問題的解決方式主要有二種：一為拉長光源與導光板或擴散片之間的距離，以降低此種明暗帶現象。然而，一旦光源與其他元件距離拉遠後，除輝度即隨之衰減外，背光模組之整體厚度亦隨之增加，這兩種衍生的問題均違反對背光模組輕、薄、光利用率高之要求。另一種方式則是於光源與液晶面板間設置擴散元件與稜鏡元件，分別藉其擴散與集光功能，將由燈管所發出之光線擴散勻化後，再縮小其發散角度使其集中於約±35度的正視角(On-axis)方向，以有效耦合入該液晶面板中，並達到出光均勻化之效果。惟，此一設計常產生輝度太低或是無法完全消除明暗條紋的問題。
如圖1所示，美國專利第6,280,063號揭示一種複合式光增益元件，其包括基材12、位於基材底部之擴散層14、及位於基材上相對於該擴散層之微結構層16。該光增益元件藉由擴散層14與微結構層16進行擴散及集光步驟，發揮勻光之效果。由於其微結構層16之稜鏡結構頂部均為圓弧狀，可增加耐磨性，但因圓弧頂部之曲率半徑過大(約稜鏡寬度之20至45%)，聚光效果較差。此外，擴散層14中之光散射顆粒18，於擴散層組裝使用時，易刮傷相鄰之元件，影響光學性質。
如圖2所示，美國專利申請案第2008/0225207號揭示一種光學膜片，其包含複數個半圓柱狀且摻雜有擴散粒子之聚光結構，藉以避免聚光結構與相鄰元件摩擦所生之損傷並提升勻光效果。惟，半圓柱結構聚光效果不佳，且因含擴散粒子會減少光的利用，所得輝度太低。
鑑於此，如何開發一種可用於直下式背光模組中並可提供出光均勻化、高光源利用率與低成本等功效之光學元件，已成為相關研發領域所需迫切解決之課題。
本發明之主要目的乃提供一種光學元件，其包含
(a)基材；
(b)位於基材一側之第一表面，該第一表面包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構，且其中該等圓弧頂部之曲率半徑為3微米至20微米；及
(c)位於基材另一側之第二表面，該第二表面可為一平面或具有凹凸結構。
本發明之光學元件具有勻光及聚光的效果，並可避自身被刮傷或刮傷相鄰其他元件。
在本文中所使用之用語僅為描述所述之實施態樣，並非用以限制本發明保護範圍。舉例言之，說明書中所使用的用語「一」，除非文中另有明確之解釋，否則用語「一」係涵蓋單數及多數形式。
在本文中，「稜柱」係由兩個傾斜表面所構成，該傾斜表面為平面或曲面，且該二傾斜表面於稜鏡頂部相交形成峰，且可各自與相鄰柱狀結構之另一傾斜表面於底部相交形成谷。
在本文中，「稜柱結構寬度」係定義為稜柱結構兩谷線間之最大距離。
在本文中，「線性稜柱結構」係定義為稜柱結構的稜線(ridge)呈直線延伸之柱狀結構。
在本文中，「曲線稜柱結構」係定義為稜柱結構的稜線呈彎曲變化延伸之稜柱結構，該彎曲延伸稜線係形成適當的表面曲率變化，該彎曲延伸稜線之表面曲率變化係以該曲線稜柱結構高度為基準之0.2%至100%，較佳係以該曲線稜柱結構高度為基準之1%至20%。
在本文中，「鉛筆硬度」係指以Mitsubishi鉛筆，根據JIS K-5400標準方法量測待測樣品表面，所測得之硬度。
本發明所用之基材之材料可為任何本發明所屬技術領域具有通常知識者所熟知者，例如玻璃或塑膠。上述塑膠基材可由一或多個高分子樹脂層所構成。用以構成上述高分子樹脂層之樹脂之種類並無特殊限制，其例如選自以下群組：聚酯樹脂(polyester resin)，如聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)或聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚丙烯酸酯樹脂(polyacrylate resin)，如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)、聚烯烴樹脂(polyolefin resin)，如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)、聚環烯烴樹脂(polycycloolefin resin)、聚醯亞胺樹脂(polyimide resin)、聚碳酸酯樹脂(polycarbonate resin)、聚胺基甲酸酯樹脂(polyurethane resin)、三醋酸纖維素(triacetyl cellulose,TAC)、聚乳酸(polylactic acid)及其組合，但不以此為限。其中，較佳係選自聚酯樹脂、聚碳酸酯樹脂及其組合；更佳係聚對苯二甲酸乙二酯。基材之厚度通常取決於所欲製得之光學產品的需求，一般為15微米至300微米。
本發明之基材之第一表面具有一微結構層，該微結構層包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構。藉由含有圓弧頂部(產生擴散)之稜柱結構(產生集光)，達到兼具勻光和集光的效果。就頂角角度相同之稜柱結構而言，稜柱寬度愈大，其聚光效果愈佳。但稜柱寬度過大時，反而會產生可見的明暗條紋，影響顯像品質，一般業界常用之稜柱寬度為約30微米至約100微米。另一方面，圓弧頂部之曲率半徑小於2微米，雖然聚光效果好，然而，此時頂部容易因碰撞或接觸而產生損傷；若圓弧頂部曲率半徑較大，抗刮性較佳，且具有光擴散特性，可提供勻光效果，但若曲率半徑過大，則聚光效果較差，輝度增益值下降。本案發明人歷經多次實驗，發現當圓弧頂部之曲率半徑為3微米至20微米，較佳為5微米至15微米，更佳為7微米至12微米時，可同時提供良好之聚光與勻光效果，符合目前業界之需求。此外，圓弧頂部之曲率半徑較佳為該稜柱結構寬度之5-20%，更佳為10-20%。
上述的稜柱結構可為線性(linear)稜柱結構、曲線(serpentine)稜柱結構或折線(zigzag)稜柱結構，較佳為線性稜柱結構。本發明之柱狀結構之峰高度可不沿延伸方向變化或沿延伸方向變化。上述柱狀結構之峰高度沿延伸方向變化係指該柱狀結構中至少有部分位置之高度係隨機或規則性沿結構主軸位置變化，其變化幅度至少為標稱高度(或平均高度)之百分之三，較佳其變化幅度為該標稱高度之百分之五至百分之五十之間。
圖3為本發明之光學元件之一實施態樣之示意圖。如圖3所示，光學元件30包含基材31，該基材包含第一表面301及第二表面302，其中第一表面301包含由複數個具圓弧頂部之稜柱結構32所構成之微結構層33，上述該等稜柱結構等高且等寬，且兩兩互相平行，第二表面302具凹凸結構34。稜柱結構32具有寬度d，且係由兩個傾斜表面所構成，該二傾斜表面於稜鏡頂部彎曲形成曲率半徑為R之圓弧頂部。此外，該二傾斜表面各自與相鄰稜柱結構之另一傾斜表面於底部相交形成谷，谷部角度為α。
根據本發明，該等稜柱結構之谷部角度(α)可相同或不相同，較佳為約70°至約110°，更佳為約85°至約95°；各圓弧頂部之曲率半徑可相同或不相同，其可為約3微米至約20微米，較佳為約5微米至約15微米，更佳為7微米至12微米；各稜柱結構寬度可相同或不相同，較佳為約30微米至約100微米，更佳為約40微米至約70微米。
為減少光學干涉現象，本發明之微結構層可包含至少兩個以上之彼此不平行之稜柱結構。根據本發明，該微結構層包含至少一組已相交之不平行的二稜柱結構及/或至少一組未相交之不平行的二稜柱結構。
本發明之微結構層，可使用本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知之任何方式製備，例如：可與基材一起以一體成形方式製備，例如以壓印(embossing)、射出(injection)等方式製得；或將己製備好之微結構層壓於基材上；或以卷對卷式(roll to roll)連續生產技術於基材上側塗佈第一膠液，並將其固化以形成所欲之微結構。本發明之微結構層之厚度並無特殊限制，通常係介於約1微米至約50微米之厚度，較佳為5微米至35微米，最佳為15微米至25微米。
本發明之微結構層較佳具有<40℃之玻璃轉移溫度(Tg)，更佳具有<35℃之玻璃轉移溫度，此時該微結構層具有回彈性，亦即，在受壓解除後可恢復到原來的形狀，以JIS K-5400方法測試，可通過HB之鉛筆硬度測試，故具有抗刮特性。另外，上述具回彈性之微結構層亦具有耐磨特性，以ASTM D4060方法進行磨擦測試(CS-10輪，1,000g，1,000迴轉)，損耗低於100mg，較佳者損耗低於50mg，更佳者損耗低於25mg，所以可避免光學元件被刮傷或刮傷相鄰光學元件，而造成亮度下降或影響顯像性質，且因為光學元件具回彈性之微結構層，故可免使用保護膜，降低製造成本。上述玻璃轉移溫度可藉由任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知之方法來量測，諸如：差示掃描熱量測定法(DSC)、經調變DSC或動態機械分析(DMA)。
本發明之基材之第二表面係位於基材相對於該微結構層之另一側，其可為基材原膜之一表面，或可藉由任何習知方式於該表面上進行加工。上述加工方法例如但不限於：在該基材塗佈第二膠液，經固化形成一平面塗層，使該第二表面呈平面結構；或以塗佈方式先塗佈一膠液，再以表面具凹凸結構之滾輪，以壓花方式於第二膠液上固化形成一具有凹凸微結構之塗層，使該第二表面呈凹凸結構，藉此提供光擴散效果。上述塗層之厚度並無特殊限制，通常係介於約0.5至約30微米之間，較佳介於約1至約10微米之間。
根據本發明之一較佳實施態樣，係藉由在基材塗佈第二膠液後，利用噴砂滾輪以壓花方式，壓印出凹凸結構，再經固化成形，使該第二表面具有不含擴散粒子之凹凸結構。
為提升光學元件霧化效果，使光線通過光學元件後可更加勻化，可視需要使上述第二膠液包含珠粒(beads)，以增加光擴散作用，其例如但不限於：玻璃珠粒；金屬氧化物珠粒，例如但不限於二氧化鈦(TiO2 )、二氧化矽(SiO2 )、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鋯(ZrO2 )或其混合物；或塑膠珠粒，例如但不限於丙烯酸酯樹脂、苯乙烯樹脂、胺基甲酸酯樹脂、矽酮樹脂或其混合物，較佳為丙烯酸酯樹脂或矽酮樹脂；或其組合。上述珠粒之形狀並無特殊限制，例如可為球形、菱形、橢圓形、米粒形、雙凸透鏡形(biconvex lenses)等，其平均粒徑，係介於約1微米至約10微米之間。塗層之霧度可藉由珠粒含量控制，根據本發明，珠粒相對於第二膠液固形份之量為每100重量份第二膠液固形份約0.1重量份至約10重量份之珠粒。
根據本發明之另一較佳實施態樣，係藉由在基材塗佈含珠粒之第二膠液，將其固化成形，使該第二表面形成內含擴散粒子之凹凸結構。
一般來說，若光學元件霧度過高，會影響光學元件整體的輝度增益值。但霧度過低，光擴散程度又不足，因此，在基材之第一表面不存在任何結構之情況下，根據JIS K7136標準方法測量，測得霧度較佳為不小於3%，更佳為10%至70%。
圖4至7為本發明光學元件之具體實施態樣之示意圖。
如圖4(a)所示，本發明光學元件包含一基材40，基材40之第一表面41包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構411，該等稜柱結構為線性柱狀結構且互相平行，該光學元件之第二表面42係為一平面。
如圖4(b)所示，本發明光學元件包含一基材40，基材40之第一表面41包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構411，該等稜柱結構為線性柱狀結構且互相平行，該光學元件之第二表面42具有不含擴散粒子之凹凸結構421。
如圖5(a)和5(b)所示，本發明光學元件包含一基材50，基材50之第一表面51包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構511，其中至少兩個以上之稜柱結構彼此互不平行511'，該光學元件之第二表面52係為一平面。
如圖6(a)和6(b)所示，本發明光學元件包含一基材60，基材60之第一表面61包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構611，其中至少兩個以上之稜柱結構彼此互不平行611'，該光學元件之第二表面62具有不含擴散粒子之凹凸結構621。
如圖7(a)和7(b)所示，本發明光學元件包含一基材70，基材70之第一表面71包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構711，其中至少兩個以上之稜柱結構彼此互不平行711'，該光學元件之第二表面72具有內含擴散粒子722之凹凸結構721。
本發明之第一膠液和第二膠液可相同或不相同，各自包含至少一種選自由紫外線固化樹脂、熱固性樹脂、熱塑性樹脂及其混合物所構成群組之樹脂，較佳為紫外線固化樹脂。
適用於本發明之紫外線固化樹脂為含有1個或多個官能基的丙烯酸酯，較佳為具多官能基的丙烯酸酯。可用於本發明的丙烯酸酯例如但不限於：(甲基)丙烯酸酯((meth)acrylate)，如2-羥基-3-苯氧丙基丙烯酸酯；胺基甲酸酯丙烯酸酯(urethane acrylate)，如脂肪族胺基甲酸酯丙烯酸酯(aliphatic urethane acrylate)、脂肪族胺基甲酸酯六丙烯酸酯(aliphatic urethane hexaacrylate)或芳香族胺基甲酸酯六丙烯酸酯(aromatic urethane hexaacrylate)；聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate)，如聚酯二丙烯酸酯(polyester diacrylate)；環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate)，如雙酚A環氧二丙烯酸酯(bisphenol-A epoxy diacrylate)，酚醛環氧丙烯酸酯(novolac epoxy acrylate)；或其混合物。較佳為胺基甲酸酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯或彼等之組合。
適用於本發明之市售丙烯酸酯包括：由Sartomer公司生產，商品名為SR454、SR494、SR9020、SR9021或SR9041者；由Eternal公司生產，商品名為、、624-100、者；及由UCB公司生產，商品名為Ebecryl 600、Ebecryl 830、Ebecryl 3605或Ebecryl 6700者等。
適用於本發明之熱固性樹脂，其平均分子量一般介於約104 至約2×106 之間，較佳介於約2×104 至約3×105 之間，更佳介於約4×104 至約105 之間。本發明之熱固性樹脂可選自含有羧基(-COOH)及/或羥基(-OH)之聚酯樹脂、環氧樹脂、聚(甲基)丙烯酸酯樹脂、聚醯胺樹脂、氟素樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、醇酸樹脂(alkyd resin)及其混合物所組成之群組，較佳為含有羧基及/或羥基之聚(甲基)丙烯酸酯樹脂。
適用於本發明之熱塑性樹脂可選自聚酯樹脂；聚甲基丙烯酸酯樹脂，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；及彼等之混合物所組成之群組。
本發明之第一膠液及/或第二膠液可視需要包含任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者已知之添加劑，其例如但不限於：稀釋劑(diluent)、光起始劑、滑劑(slip agent)、溶劑、抗靜電劑、整平劑、安定劑、螢光增白劑或紫外線吸收劑。
為避免膠液的分子量過高，黏度太大，以致於操作性變差，易於塗佈時有流平性不良等缺點，可視需要添加稀釋劑，以調整膠液之黏度。適用於本發明之稀釋劑可為單官能基或是多官能基的丙烯酸酯類單體，其例如但不限於選自以下群組：(甲基)丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯(2-phenoxyl ethyl acrylate)、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acrylate；EOEOEA)、異丙苯基苯氧基乙基丙烯酸酯(cumyl phenoxyl ethyl acrylate)、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯(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)丙烯酸環己酯(allylated cyclohexyl di(meth)acrylate)、二(甲基)丙烯酸異氰脲酸酯(isocyanurate di(meth)acrylate)、乙氧基化三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(ethoxylated trimethylol propane tri(meth)acrylate)、丙氧基化甘油三(甲基)丙烯酸酯(propoxylated glycerol tri(meth)acrylate)、乙氧化雙酚A二甲基丙烯酸酯(ethoxylated bisphenol-A dimethacrylate)、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(trimethylol propane tri(meth)acrylate)、三(丙烯氧乙基)異氰脲酸酯(tris(acryloxyethyl)isocyanurate)、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯(propoxylated neopentyl glycol diacrylate)、乙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(ethoxylated trimethylolpropane triacrylate)、丙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(propoxylated trimethyloipropane triacrylate)、季戊四醇三丙烯酸酯(pentaerythritol triacrylate)、二季戊四醇六丙烯酸酯(dipentaerythritol hexaacrylate；DPHA)及彼等之組合。較佳係選自2-苯氧基乙基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化雙酚A二甲基丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯及彼等之組合。適用於本發明之市售稀釋劑之實例包括：由Eternal公司生產，商品名為、、、、、、、、、及者；及由新中村公司所生產，商品名為A-LEN10或A-BPEFA者等。
根據本發明，可視需要於第一膠液或第二膠液中添加具有烷氧基之稀釋劑。具有烷氧基之稀釋劑可調整膠液固化後之彈性係數(elastic modulus)使所得之結構具有較佳的柔韌性和回彈性，因此可增加光學元件的抗刮性。
適用於本發明之光起始劑並無特殊限制，係經光照射後會產生自由基，而透過自由基之傳遞引發聚合反應者。其例如可選自二苯甲酮(benzophenone)、二苯乙醇酮(benzoin)、二苯乙二酮(benzil)、2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙-1-酮(2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one)、1-羥基環己基苯基酮(1-hydroxy cyclohexyl phenyl ketone)、2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基膦氧化物(2,4,6-trimethylbenzoyl diphenyl phosphine oxide;TPO)及其組合所構成群組，較佳係二苯甲酮。
為增加固化後的潤滑性，本發明之第一膠液及/或第二膠液可視需要包含滑劑。適用於本發明之滑劑係由醯胺樹脂、丙烯酸酯樹脂、環烷酯類(naphthenates)、矽酮樹脂及脂肪醇樹脂組成的族群中選出，較佳為環烷酯類或矽酮樹脂。市售此類滑劑例子包含：Tego公司所生產，商品名為Rad 2300者。
為避免因結構塌陷現象影響光學性質，本發明之第一膠液及/或第二膠液可視需要加無機填料。此外，無機填料亦具有提升液晶顯示器面板之輝度(brightness)之功效。適用於本發明之無機填料係為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知者，其例如但不限於氧化鋅、二氧化矽、鈦酸鍶、氧化鋯、氧化鋁、碳酸鈣、二氧化鈦、硫酸鈣、硫酸鋇或其混合物，較佳為氧化鋅、二氧化矽、氧化鋯、二氧化鈦或其混合物。上述無機填料具有約10奈米至約350奈米之粒徑大小，較佳為介於約50奈米至約150奈米之間。
當使用熱固性樹脂或熱塑性樹脂時，可視需要添加溶劑。可用於本發明之溶劑，係熟悉此項技術之人士所熟知者，其例如可為苯類、酯類或酮類或其混合物。苯類溶劑之非限制性實例包括，苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯、三甲基苯或苯乙烯或其混合物。酯類溶劑之非限制性實例如包括，乙酸乙酯、乙酸丁酯、碳酸二乙酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙氧基乙酯、乙酸乙氧基丙酯或單甲基醚丙二醇酯或其混合物。酮類溶劑之非限制性實例包括丙酮、甲基乙基酮或甲基異丁基酮或其混合物。
根據本發明之一較佳實施態樣，本發明之第一膠液及/或第二膠液包含紫外線固化樹脂、具有烷氧基之稀釋劑和光起始劑。
本發明之光學元件具有至少1.5的高折射率，較佳約為1.52至1.65之間，故可提供良好之光學增益值；且因塗層中不含鹵素，不會污染環境，此外，本發明所製得之光學元件之第一及/或第二表面上結構具有回彈性，可避免在運送或操作過程中被刮傷，故不用貼覆保護膜即可達到保護的作用，省卻黏、撕保護膜的製程。本發明之光學元件可使用於燈源裝置中，例如廣告燈箱、平面顯示器或LED照明設備等，尤其是可使用於直下式之背光模組中，作為勻光光學元件或抗刮光學元件。本發明之光學元件具有勻光且聚光的效果，且因具有良好的回彈性，所以可避自身被刮傷或刮傷相鄰其他元件。
以下實施例將針對本發明光學元件以及其製備方法提供進一步之說明。
實施例 <抗Iamp Mura測試> 光學量測實施例
直下式背光模組為數根燈管位於背光模組正下方以提供可供顯示器用之光源。直下式背光模組所提供之光源為線光源，若搭配使用的光學元件勻光效果不足，將因燈管排列方式產生明暗條紋，此情形稱為「Lamp Mura」，嚴重影響顯影品質。
傳統技術領域中對Lamp Mura並無量化的表式方式，僅靠肉眼判斷來作分辨，無法具體評估Lamp Mura。本發明提供一種將背光模組光線均勻度量化之方法，藉由特殊的計算可獲得輝度均勻值，並藉由輝度均勻值的大小評估Lamp Mura的消除程度。
本發明之方法如下：
1.將背光模組平均分成左側、中央與右側三區。
2.取各區之縱向中心軸，測量軸上多個測試點之輝度值。
3.分別將各區縱向中心軸所得輝度值，以下述方式進行標準化：L：某一縱向中心軸上各測試點之輝度值；Lmin ：某一縱向中心軸上各測試點之輝度值中最小者；Ld =L-Lmin ；Ldmax ：Ld 中最大者；Lnor =Ld /Ldmax 。
4.將中央區域之縱向中心軸上各點經標準化之輝度值(Lnor )對該點之位置作圖，可得例如圖9或10之輝度示意圖(圖9及10將於下文中詳細說明)，標準化之輝度值隨各點之位置呈波狀分佈。
5.排除該中心軸兩端點差異性較大之數據後，取各個波中Lnor 最小值為其波谷值，最大值為其波峰值，獲得各個波之Lnor 最小值與Lnor 最大值之比值。
6.將步驟5所得之所有波之Lnor 最小值與Lnor 最大值之比值相加後取平均值，可得一輝度均勻值(SC )，用以代表該中央區域的輝度均勻值。
7.重複步驟4至6，獲得左側及與右側之輝度均勻值後(SL 及SR )，將左側、中央及右側三區之輝度均勻值相加後取平均值(S=(SC +SL +SR )/3)，即可獲得背光模組整體的輝度均勻值(S)。
當輝度均勻值(S)越接近1，表示輝度波谷值與波峰值差異越小，Lamp Mura現象越不明顯。反之當輝度均勻值(S)越小時，表示輝度波谷值與波峰值之差異越大，則Lamp Mura現象明顯。
實施例1
將市售膠液A(型號，長興化學公司販售)塗佈於一聚苯二甲酸乙二酯(PET)基材上(型號，TORAY公司所生產)形成塗層，並利用滾輪壓花方式於該塗層上形成複數個具圓弧頂部之稜柱結構，再以UV能量(350mJ/cm2 )射線照射，使之固化，製得一微結構層。所製得微結構層具有40微米之厚度，該等稜柱結構具有50微米之寬度且其頂部之曲率半徑(R)為10微米。
將膠液A塗佈於基材上相對於該微結構層之另一側(第二光學面)以形成塗層，並利用滾輪壓花方式於塗層上形成凹凸狀花紋，同時以UV能量(350mJ/cm2 )射線照射，使之固化。所製得之塗層具有凹凸結構且其厚度為10微米。
以下實施例製備方法同上，僅變更微結構層之結構。
實施例2
使用實施例1之方法製備一光學元件。該光學元件之微結構層包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構且具有40微米之厚度，且該等稜柱結構具有60微米之寬度且其頂部之曲率半徑(R)為7微米；該光學元件之第二光學面具有凹凸結構。
實施例3
使用實施例1之方法製備一光學元件。該光學元件之微結構層包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構且具有40微米之厚度，且該等稜柱結構具有60微米之寬度且其頂部之曲率半徑(R)為5微米；該光學元件之第二光學面具有凹凸結構。
實施例4
使用實施例1之方法製備一光學元件。該光學元件之微結構層包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構且具有40微米之厚度，且該等稜柱結構具有50微米之寬度且其頂部之曲率半徑(R)為5微米；該光學元件之第二光學面具有凹凸結構。
實施例5
使用實施例1之方法製備一光學元件。該光學元件之微結構層包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構且具有40微米之厚度，且該等稜柱結構具有50微米之寬度且其頂部之曲率半徑(R)為5微米。此外，該光學元件之第二光學面係不經塗佈。
實施例6
使用實施例1之方法製備一光學元件。該光學元件之微結構層包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構且具有40微米之厚度，且該等稜柱結構具有50微米之寬度且其頂部之曲率半徑(R)為3微米；該光學元件之第二光學面具有凹凸結構。
實施例7
使用實施例1之方法製備一光學元件。該光學元件之微結構層包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構且具有40微米之厚度，且該等稜柱結構具有50微米之寬度且其頂部之曲率半徑(R)為2微米；該光學元件之第二光學面具有凹凸結構。
實施例8
使用實施例1之方法製備一光學元件。該光學元件之微結構層包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構且具有40微米之厚度，且該等稜柱結構具有60微米之寬度且其頂部之曲率半徑(R)為5微米；該光學元件之第二光學面具有凹凸結構，且在此結構中含有珠粒(Beads，積水化成公司所生產，型號SSX-102)。
實施例9
使用實施例1之方法製備一光學元件。該光學元件之微結構層包含複數個具尖頂角(即R為0微米)之稜柱結構且具有40微米之厚度，且該等稜柱結構具有50微米之寬度；該光學元件之第二光學面具有凹凸結構。
實施例10
市售光學元件：Micro Lens(PTR-863，SHINWHA公司)。
如圖8所示，準備一42"背光模組使用的燈箱80，該燈箱厚度為24mm，此燈箱最下層為一支撐性鋼板85，鋼板上貼附反射片81，16支CCFL燈管82(圖中僅繪出燈管位置，並未繪製所有燈管)平均配置且固定於反射片上方，燈管上層放置一具有支撐性的擴散板83，再將上述實施例之光學元件84置於擴散板上方，藉此獲得勻光效果。隨後，使用輝度量測儀Topcon UA-1000進行輝度量測，並將實施例1之光學元件所得中心點輝度值定義為100%，再以上文所揭示方法測量並進行計算，計算模組整體的輝度均勻值S，所得結果如圖9、圖10及表1所示。
圖9為未放置任何實施例及比較例之光學元件時(即，當該背光模組僅具支撐性鋼板、反射片、燈管與擴散板時)，該背光模組之中央區域之縱向中心軸之輝度值標準化圖。
圖10為放置實施例1之光學元件時，該背光模組之中央區域之縱向中心軸之輝度值標準化圖。
比較圖9與圖10可知，放置本發明之光學元件可使波峰值與波谷值之差變小，明顯提升消除Lamp Mura之效果。
比較實施例2及3或比較實施例1、4、6、7及9之結果可知，增加微結構層之圓弧頂部的曲率半徑可提升消除Lamp Mura之效果，但對於輝度表現卻有降低的負面效果。另，比較實施例3及4之結果可知，增加稜柱寬度並對消除Lamp Mura沒有太大的助益，但可增進輝度表現。比較實施例3與8之結果可知，第二光學面之塗層含有擴散粒子亦有助於消除Lamp Mura。
<抗刮＆耐磨測試>
一般而言，圓弧頂部的曲率半徑(R)越大，抗刮性越好，但輝度表現較差。本發明除了使用具圓弧頂部的稜柱結構外，另外使用不同的膠液配方，使微結構具有回彈性，增加其抗刮能力，因此可在不使用過大之曲率半徑便可獲致良好之抗刮性，並降低過大之曲率半徑對輝度所造成之不良影響。
膠液B、C及D之製備
根據以下描述之方式製備膠液B、C及D，各配方之組成係如表2所列。
首先，將各組份以表2所列之重量比例混合，於50℃之溫度下，以轉速1,000rpm攪拌，形成膠液B、C及D。
(a)：紫外線固化樹脂(長興公司所生產，)
(b)：紫外線固化樹脂(長興公司所生產，)
(c)：稀釋劑(長興公司所生產，EM210)
(d)：稀釋劑(長興公司所生產，EM3265)
(e)：稀釋劑(長興公司所生產，EM235)
(f)：光起始劑(Ciba公司所生產，I184)
(g)：紫外線固化樹脂(長興公司所生產，)
準備工作：
將膠液D塗佈於一聚苯二甲酸乙二酯(PET)基材上(型號，TORAY公司所生產)形成塗層，然後利用噴砂滾輪壓花方式於該塗層上形成凹凸結構，再以UV能量(350mJ/cm2 )射線照射該塗層，使之固化，製得一具凹凸結構之第二光學面。
實施例11
將膠液B塗佈於上述基材之第一光學面形成塗層，然後利用滾輪壓花方式於該塗層上形成複數個具圓弧頂部之稜柱結構，再以UV能量(350mJ/cm2 )射線照射該塗層，使之固化，製得一微結構層。所製得微結構層具有40微米之厚度，該等稜柱結構頂部之曲率半徑(R)為10微米，稜柱之寬度為60微米。
實施例12至15
使用實施例11之方法，以膠液B製備分別製備具有頂部曲率半徑(R)為5、3、2及0微米之稜柱結構之微結構層(微結構層之厚度固定為40微米，稜柱之寬度固定為60微米)。
實施例16
使用實施例11之方法，改以膠液C製備製備具有頂部曲率半徑(R)為5微米之稜柱結構之微結構層(微結構層之厚度固定為40微米，稜柱之寬度固定為60微米)。
實施例17
市售品3M BEF III。
測試方法：
頂部之曲率半徑(R)之量測： 以NIKON公司提供之MM400-Lu金相顯微鏡RLM615儀器量測稜柱結構頂部之曲率半徑，所得結果記錄於表3。
鉛筆硬度試驗： 利用鉛筆硬度試驗機【Elcometer 3086,SCRATCH BOY】，以Mitsubishi鉛筆用JIS K-5400方法測試微結構層之鉛筆硬度，所得結果記錄於表3。
膠液折射率試驗： 由Index Instruments公司提供之AUTOMATIC REFRACTOMETER儀器量測膠液之折射率，所得結果記錄於表3。
玻璃轉化溫度(Tg)試驗： 由PerkinElmer Instruments公司提供之DSC7儀器進行量測微結構層之玻璃轉化溫度，所得結果記錄於表3。
抗刮試驗： 利用線性耐磨試驗機[TABER 5750]於350公克之重量平台(面積長寬20mm×20mm)上貼黏置待測膜片(長寬20mm×20mm)，使其微結構層朝上，使用另一同種膜片之第二表面，以試驗行程0.5inch，10cycle/min之速度進行10cycles抗刮測試，觀察該微結構層與該第二表面是否有被刮傷，若兩者均無刮傷，則可通過測試。測試所得結果如下列表3所示。
耐磨試驗： 取一待測膜片(長寬100mm×100mm)，以ASTM D4060(CS-10輪，1,000g，1,000迴轉)測試該微結構層之磨耗性，若重量損耗小於100mg，則可通過測試。
O：通過測試
X：未通過測試
由實施例11至15之結果可知，使用膠液B形成微結構層時，當R大於3微米時，磨擦試驗的重量損耗小於100mg，又可通過鉛筆硬度HB測試且微結構不會被刮傷。
實施例16使用膠液C形成微結構層。在此情形下，即使R值高達5微米，但玻璃轉化溫度高於40℃，仍無法通過鉛筆硬度HB測試，且微結構會被刮傷。
由實施例17之結果可知，市售品BEF III之之微結構層的玻璃轉化溫度高於40℃，無法通過鉛筆硬度HB測試，微結構會被刮傷。
R值越大抗刮性越佳，但R值太大又會犧牲光學元件輝度之表現。故欲降低R角並使微結構層具有抗刮性，微結構體之柔軟性為重要之發明特點之一。實施例12及16中，稜柱結構頂部之曲率半徑均為5微米。實施例12使用膠液B製備微結構層，其所製得之微結構層較柔軟且玻璃轉化溫度小於40℃，可通過本發明之抗刮試驗。反之，實施例16使用膠液C製備微結構層，所製得之微結構層較為剛性，其玻璃轉化溫度高達42℃，無法通過本發明之抗刮試驗。
12．．．基材
14．．．擴散層
16．．．微結構層
18．．．光散射顆粒
30．．．光學元件
31．．．基材
301．．．第一表面
302．．．第二表面
32．．．稜柱結構
33．．．微結構層
34．．．凹凸結構
d．．．寬度
R．．．曲率半徑
α．．．谷部角度
40,50,60,70．．．基材
41,51,61,71．．．第一表面
42,52,62,72．．．第二表面
411,511,611,711．．．具圓弧頂部之稜柱結構
421．．．不含擴散粒子之凹凸結構
511',611',711'．．．彼此互不平行之稜柱結構
621．．．不含擴散粒子之凹凸結構
721．．．凹凸結構
722．．．擴散粒子
80．．．燈箱
81．．．反射片
82．．．燈管
83．．．擴散板
84．．．光學元件
85．．．鋼板
圖1為習知復合式光增益元件之示意圖。
圖2為另一習知複合式光增益元件之示意圖。
圖3為本發明之光學元件之示意圖。
圖4至7為本發明光學元件之具體實施態樣之示意圖。
圖8為背光模組與本發明實施例之光學元件之組裝示意圖。
圖9為未放置光學元件之背光模組之中央區域之縱向中心軸之輝度值標準化圖。
圖10為放置實施例1之光學元件之背光模組之中央區域之縱向中心軸之輝度值標準化圖。
40．．．基材
41．．．第一表面
42．．．第二表面
411．．．具圓弧頂部之稜柱結構
421．．．不含擴散粒子之凹凸結構

Claims (10)

  1. 一種光學元件，其包含(a)基材；(b)位於基材一側之第一表面，該第一表面包含複數個具圓弧頂部之稜柱結構，且該等圓弧頂部之曲率半徑為3微米至20微米；及(c)位於基材另一側之第二表面，該第二表面可為一平面或具有凹凸結構，其中該等稜柱結構具有小於40℃之玻璃轉換溫度且其中該等稜柱結構以ASTM D4060方法測試(CS-10輪，1,000g，1,000迴轉)，損耗低於100mg。
  2. 如請求項1之光學元件，其中至少兩個以上的稜柱結構彼此互不平行。
  3. 如請求項2之光學元件，其中該等互不平行之稜柱結構係呈已相交或未相交之形式。
  4. 如請求項1之光學元件，其中該第二表面具有凹凸結構。
  5. 如請求項4之光學元件，其中該第二表面具有不含擴散粒子之凹凸結構。
  6. 如請求項4之光學元件，其中該第二表面具有內含擴散粒子之凹凸結構。
  7. 如請求項1之光學元件，其中該光學元件在基材之第一表面不存在任何結構之情況下，根據JIS K7136標準方法量測，霧度不小於3%。
  8. 如請求項1之光學元件，其中該等稜柱結構以JIS K-5400 方法測試，可通過HB之鉛筆硬度測試。
  9. 如請求項1之光學元件，其中該等稜柱結構以JIS K-5400方法測試，可通過HB之鉛筆硬度測試。
  10. 一種直下式背光模組，其包含如請求項1至9中任一項之光學元件。
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