TWI702443B - 具有突起部之光學板、光學結構、背光模組及顯示裝置 - Google Patents

具有突起部之光學板、光學結構、背光模組及顯示裝置 Download PDF

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TWI702443B TW108113230A TW108113230A TWI702443B TW I702443 B TWI702443 B TW I702443B TW 108113230 A TW108113230 A TW 108113230A TW 108113230 A TW108113230 A TW 108113230A TW I702443 B TWI702443 B TW I702443B
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Abstract

一種具有突起部的光學板、光學結構、背光模組及顯示裝置。光學板包括：一本體，具有一第一表面；以及複數個突起部，位於第一表面上並突出於第一表面，突起部於第一表面的所佔比例為0.03％~35％，突起部之間係具有一間距(pitch)為0.5mm~ 10mm，且第一表面於突起部以外的部份係具有一第一中心線平均粗糙度Ra為0.01 µm~0.1µm。

Description

具有突起部之光學板、光學結構、背光模組及顯示裝置
本發明是有關於一種具有光學板、光學結構、背光模組及顯示裝置，且特別是有關於可作為擴散板的一種具有突起部之光學板、光學結構、背光模組及顯示裝置。
擴散板是應用於電子產品如顯示裝置的一種光學板，其主要作用是將光源的光線擴散霧化，使產品螢幕呈現亮度均勻之畫質。而不同電子產品對於螢幕畫質需求不同，因此擴散板製造廠商製造擴散板時，會依下游廠商之需求而製造出具有不同的光穿透度的擴散板。以應用於顯示裝置(如液晶顯示裝置)之側向式背光模組為例，一般係包括由透光性材料形成的導光板、設置在導光板側面端部之光源(例如冷陰極管形成的線光源)、位於導光板與線光源下方之光反射膜、以及配置在導光板上面形成發光面之擴散板和/或鏡片膜(lens film)。
為了提高輝度及降低消耗電力，近年來在彩色液晶顯示裝置中，大多會特別於擴散板的上面或擴散板與導光板之間配置1片或2片表面具有稜鏡形狀的鏡片膜，使從導光板射出之光有效率地聚光在液晶面板的正面方向上。又，為了改善因與光源間的距離所引起的發光量不均，亦有技術是於導光板裏面印刷由光擴散油墨形成會隨著遠離光源而變大之點狀圖案，但擴散板之配置係以使光均一地擴散且使印刷在導光板裡面的點狀圖案不被看見為主要目的。以往該等鏡片膜之製造係透過熱可塑性樹脂板之壓紋加工或使用放射線硬化型樹脂之稜鏡形狀的轉寫等方法達成。但這些現有鏡片膜製造成本高且被視為構成背光模組價格昂貴之主因，此外，現有的鏡片膜亦因受限於其製造方法而使得材質選擇範圍過於狹窄。再者，鏡片膜亦有因不具光擴散效果而必須與光擴散膜組合使用，造成背光模組的組裝步驟繁複之問題。
另外，除了上述於顯示裝置中於擴散板之外還可能使用到的多種機能性膜如擴散膜、鏡片膜、輝度提高膜，以提高顯示畫面的輝度及減少畫面全體的輝度不均，為了達到顯示裝置輕薄化和降低成本等目的，目前也有許多研究是專注於開發出整合多種功能之光學板，例如整合擴散板之光擴散效果以及增亮膜之集光效果成一光學板的開發研究。特別是近來由於顯示裝置(如液晶電視)從小型進展到大型化，更希望能開發出可以減少所使用的機能性膜數量但又可提高輝度與擴散性能之光學擴散板。
本發明係有關於一種光學板(optical plate)、光學結構、背光模組及顯示裝置，其具有特殊設計之突起部，可使應用做為擴散板時，能提高輝度均齊度(uniformity of luminance)。
根據本發明，係提出一種光學板，包括：一本體，具有一第一表面；以及複數個突起部，位於第一表面上並突出於第一表面，突起部於第一表面的所佔比例為0.03％~35％，突起部之間係具有一間距(pitch)為0.5mm ~ 10mm，且第一表面於突起部以外的部份係具有一第一中心線平均粗糙度Ra為0.01µm~0.1µm。
本發明提供一種光學結構，包括前述實施例之光學板、一光學膜設置於本體之第一表面之上方、以及一膠體層設置於光學板與光學膜之間，其中膠體層係黏合該些突起部之頂面，且第一表面與膠體層之間具有一空氣層。
本發明提供一種光學結構，包括前述實施例之光學板、一光學膜及一膠體層。光學板包括一本體及數個突起部。本體具有一第一表面。突起部突出於第一表面，突起部的其中一者具有一外徑為200 µm~500 µm與一最大高度為10 µm~35 µm，兩相鄰的突起部之間具有一間距為0.5 mm~10mm。光學膜設置於本體的第一表面的上方。膠體層設置於光學板與光學膜之間，膠體層黏合突起部的頂面，且第一表面與膠體層之間具有一空氣層。
本發明提供一種背光模組，包括一光源以及前述實施例之光學板或前述實施例之光學結構與光源相對應設置。
本發明提供一種顯示裝置，包括具前述實施例之光學板或前述實施例之光學結構的背光模組，其中所述顯示裝置系選自於由電視、筆記本個人電腦、移動電腦與用於電腦的監視器所組成之群組。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明之實施例係提出一種光學板(optical plate)，可應用於一顯示裝置作為背光模組的擴散板。實施例之光學板係利用在主體表面上形成的突起部(protrusion)及減少表面粗糙度之設計，提高顯示裝置發光區域的輝度均齊度(uniformity of luminance；例如四角均齊度)。因此，根據實施例可提供一具有高擴散性能之擴散板，減少其他傳統所使用的機能性膜數量，進而降低成本並使應用顯示裝置更加輕薄化(特別是大型尺寸之顯示裝置)。應用實施例之光學板作為擴散板時，可令具有突起部的主體表面(e.g.第一表面)朝向背光模組之光源，亦可令主體之一較粗糙的背面(e.g.第二表面)朝向背光模組之光源。
以下係參照所附圖式詳細敘述實施態樣。需注意的是，實施例所提出的結構和內容僅為舉例說明之用，本發明欲保護之範圍並非僅限於所述之該些態樣。實施例中相同或類似的標號係用以標示相同或類似之部分。需注意的是，本發明並非顯示出所有可能的實施例。可在不脫離本發明之精神和範圍內對結構加以變化與修飾，以符合實際應用所需。因此，未於本發明提出的其他實施態樣也可能可以應用。再者，圖式係已簡化以利清楚說明實施例之內容，圖式上的尺寸比例並非按照實際產品等比例繪製。因此，說明書和圖示內容僅作敘述實施例之用，而非作為限縮本發明保護範圍之用。
再者，說明書與請求項中所使用的序數例如“第一”、 “第二”、“第三”等之用詞，是為了修飾請求項之元件，其本身並不意含及代表該請求元件有任何之前的序數，也不代表某一請求元件與另一請求元件的順序、或是製造方法上的順序，該些序數的使用僅用來使具有某命名的一請求元件得以和另一具有相同命名的請求元件能作出清楚區分。再者，說明書與請求項中可能使用的空間相關之用詞，例如“之下”(beneath)、“下方”(below)、“較低的”(lower)、 “上方”(above)、“較高的”(upper) 或類似詞語，是用來便於敘述和參照如圖示所繪製之其中一元素或特徵與另一元素或特徵之間的空間關係。因此具通常知識者可知，該些空間相關之用詞除了包括如圖所示之元件方位，更包括了元件於使用或操作時不同於圖示的方位。因此，說明書與請求項中所使用的該些用詞僅用以敘述實施例之用，而非用以限制本發明保護範圍之用。
第1圖為本發明一實施例之一光學板之局部示意圖。第2A圖為沿著第1圖中一剖面線2-2繪示之一突起部之剖面示意圖。第2B圖為第1圖之單個突起部20的示意圖。請同時參照第1圖和第2A圖。一實施例之光學板1包括一本體(main body)10和複數個突起部(protrusion)20位於本體10之第一表面101上並突出於第一表面101。其中，該些突起部20之間係具有一間距(pitch)Dp為0.5mm~10mm，於此間距範圍內可使光學板維持較高的輝度表現並可避免於運送或組裝過程中因磨擦而導致第一表面101刮傷。於一示例中，該些突起部20之間係具有的間距Dp為0.5mm~9mm；於另一示例中，Dp為0.5mm~8mm。第一表面101於突起部20以外的部份係為光滑表面。一示例中，第一表面101於突起部20以外的部份具有一第一中心線平均粗糙度(mean roughness) Ra，其Ra值例如是為0.01 µm~0.1µm，當Ra值在0.01 µm~0.1µm時可使擴散板具佳之四角均齊度。於一示例中，第一表面101之第一中心線平均粗糙度Ra例如是不超過約0.08µm，亦即約0.08 µm或低於0.08 µm。於另一示例中，第一表面101之十點平均粗糙度(ten-point mean roughness)Rz的範圍為0.1µm~1µm，例如是0.5µm~1µm。於一示例中，本體10與突起部20例如是一體成形。
一實施例中，突起部20係具有一最大高度Hp於突起部頂點P與第一表面之間，最大高度Hp的範圍在10µm~35µm範圍之間，例如是在12µm~30µm範圍之間，或是在15µm~27µm範圍之間。一示例中，突起部20之最大高度Hp (非限制地)為約19.32µm；另一示例中，突起部20之最大高度Hp (非限制地)為約16.46µm。再者，以單一突起部20為例，突起部20之外徑Dm係定義為與本體10之第一表面101接觸的突起部20之底面的一最大直徑。而上述突起部20之間的間距Dp則定義為該些突起部其中一者之外徑Dm與兩相鄰突起部20之間的最短距離Ds的一總和，即Dp為Dm與Ds之總和。於一實施例中，與第一表面101接觸的突起部20之底面實質上呈圓形，其外徑Dm範圍係為200 µm~500 µm，例如是250µ~450µm，或是270µm~400µm。一示例中，突起部20之外徑(非限制地)為約310.51µm。
一實施例中，突起部20的最大高度Hp與外徑Dm的比值Hp/Dm範圍為0.01~0.2，例如是在0.01~0.18範圍之間，或是在0.02~0.175範圍之間。一示例中，突起部20之Hp/Dm的比值(非限制地)為約0.062；另一示例中，突起部20之Hp/Dm的比值(非限制地)為約0.053。
另外，實施例中，一突起部20之表面係與本體10之第一表面101形成一傾斜角α。如第2A圖所示，一突起部20的底部最外緣與突起部頂點P之間係形成一傾斜角α，其在2度~10度範圍之間，例如是2.5度~9度，或是3度~7.5度。一示例中，突起部20之傾斜角(非限制地)為約5.2度。
一實施例中，突起部20之突起表面201具有曲面。如第1圖所示，突起部20為凸塊(bumps)，其外型可能是球體的某一部分。因此，於一實施例中，突起部20於第一表面101上的投影為圓形，突起部20具有一曲率半徑於300µm至1000µm之間的曲面，例如是400µm至900µm，或是450µm至850µm。一示例中，突起部20之一曲率半徑(非限制地)為約640µm。
如第2B圖所示，本實施例之突起部20為球體的一部分，突起部20於第一表面101 (未繪示於第2B圖)上的投影呈圓形。突起表面201包含一曲面，曲面頂端處為突起部頂點P，傾斜角α為突起部頂點P與第一表面101的夾角，如所夾的銳角。然本發明實施例並不限定突起部20為球體的一部分，其可具有其它類型的幾何型態，以下係以第3A~7B圖進一步舉例說明。
第3A~3D圖繪製突起表面201為曲面的其他示例。請先參照第3A~3B圖，突起部20於第一表面101 (未繪示於第3A~3B圖)上的投影呈弧形，突起表面201包含一曲面與一斜面，曲面與斜面相接且兩者相接最高處為突起部頂點P，傾斜角α則為斜面與第一表面101的夾角，如所夾的銳角。請參照第3C~3D圖，繪示突起表面201為二曲面相接之示例，於第3C圖中，突起表面201包含兩相接的曲面，相接最高處為突起部頂點P，傾斜角α則為突起部頂點P與第一表面101的夾角。第3D圖則繪示除兩曲面相接外，另包含一斜面之示例。例如，第3D圖共包含三個表面，第3D圖中傾斜角α為斜面與第一表面101的夾角。
在一實施例中，突起部20包含曲面，傾斜角α為突起部頂點P與第一表面101的夾角；另一實施例中，突起部20包含斜面，傾斜角α為斜面與第一表面101的夾角。
一實施例中，如第4A~4C圖所示，突起部20為錐狀凸塊，突起部頂點P位於錐狀尖點。請先參照第4A圖，突起部20於第一表面101上的投影為圓形，突起表面201具有曲面。請參照第4B圖及第4C圖，突起部20於第一表面101上的投影可為多邊形，例如是第4B圖所示的四邊形，如正方形或矩形，或是第4C圖所示的三角形。如第4B~4C圖所示，於一實施例中，突起表面201由多個斜面組成，而呈金字塔或三角塔狀，傾斜角α為構成突起表面201的斜面與第一表面101的夾角。於另一實施例中，突起表面201可以由多個曲面組成，傾斜角α形成於突起部頂點P與第一表面101間。
一實施例中，突起部20於本體10的第一表面101上的投影，即突起部20與本體10的第一表面101接觸的突起部20底面，呈規則形狀，例如是第4A~4C圖所示的圓形、方形、三角形或是其他多邊形等，該規則形狀的面積與周長平方的比值範圍(即面積/周長2 )為0.03~0.08，例如是0.039(三角形)~0.0796(圓形)。
一實施例中，請參照第5A~5C圖，突起部20為突起平台，可包含一頂面20u，頂面20u為一平面，突起部頂點P則為頂面20u中任一點。
一實施例中，突起部20包含一凹陷部20R，凹陷部20R形成於突起部20的中心位置，即可視為自突起部20頂端向下凹陷而形成。凹陷部20R的底部為凹點20R1或平面20R2，因此頂點P形成於凹陷部20R周圍，即凹陷部20R形成於至少兩頂點P之間。如第6A~6B圖所示，突起部20具有一凹點20R1於兩頂點P間，頂點P與凹點20R1的距離為突起部20的下凹深度HD 。一實施例中，突起部20的下凹深度HD 與最大高度Hp的比例((HD /Hp)⨯100%)可介於15%~100%之間，例如是30%~100%或是50%~90%。如第6C圖所示，凹陷部20R的底部為一平面20R2，凹陷部20R周圍可有多個頂點P，於此實施例中，多個頂點P環繞排列成環形。於一實施例中，如第6C圖所示，平面20R2相對本體10的第一表面101(未繪示於第6C圖)係突出。於另一實施例中，平面20R2可與第一表面101共平面。如第6D圖所示，其繪示第6C 圖沿6D-6D’的剖視圖，於此實施例中，突起表面201為曲面，突起部頂點P則落在曲面最高處，環形結構的突起部具有多個突起部頂點P，此些突起部頂點P排列成環形結構，平面20R2相對本體10的第一表面101係突出。如第6E圖所示，其繪示第6C圖沿6D-6D’剖視圖的另一示意，與第6D圖不同之處在於，第6E圖的突起表面201為斜面。於一實施例中，凹陷部20R可與第一表面101(第6D圖以虛線繪製)相接，此時，突起部20形成一環形結構，即凹陷部20R的平面20R2與第一表面101共平面，下凹深度HD 與最大高度Hp兩者相同。請參照第6F圖至第6H圖，繪示凹陷部20R與第一表面101 (未繪示於第6F圖至第6H圖)相接或共平面之示意圖，一實施例中，如第6F圖與第6G圖所示突起部20呈圓環形；另一實施例中，突起部20可以是多邊形環形，如第6H圖所示的四角環形。請參照第6I圖，其繪示第6F圖沿6I-6I’的剖視圖，於此實施例中，突起表面201為曲面，突起部頂點P為曲面最高處，環形結構的突起部20具有多個突起部頂點P，此些突起部頂點P排列成環形結構。請再參照第6J圖，繪示第6F圖沿6I-6I’剖視圖的另一示意，與第6I圖不同之處在於，第6J圖的突起表面201為斜面。請參照第6K圖，其繪示第6G圖沿6K-6K’剖視圖的一示意，於此實施例中，凹陷部20R之凹點20R1且與第一表面101相接。
一實施例中，突起部20可以是具有階梯狀之「凸」狀結構，如第7A及7B圖所示，其可為一體成形或是2個具不同尺寸之上述結構透過堆疊而形成結構，例如是堆疊不同尺寸之第5A~5C圖與第2B圖的結構。
在一實施例中，突起部20之突起表面201係為平滑的表面，例如是平滑曲面。當然，上述之突起部20之尺寸、傾斜角和曲率半徑可視實際應用時之需求和設計而有所變化與調整，並不侷限於上述數值，因此本發明對此並不多作限制。於一示例中，各個突起部20彼此之間的尺寸、傾斜角和曲率半徑係大致相同，且具有規則的形狀；當然，亦可能因為製程變異而略有些微的不同，只要在本發明保護範圍內，皆屬本發明之特徵。
另外，光學板1的厚度為本體10之厚度Hm加上突起部20的高度Hp，當應用本發明之光學板1做為背光模組用之擴散板時，光學板1的厚度為0.5mm~6mm時為佳。厚度超過6mm可能會因厚度過厚和重量過重而不宜用於現今追求輕薄化之顯示裝置內，厚度比0.5mm薄時可能會因為剛性不足而影響應用時之擴散效果。於一實施例中，光學板1的厚度為0.6mm~5mm (600µm~5000µm)範圍之間；另一實施例中，光學板1的厚度為0.8mm~3mm。另一實施例中，光學板1的厚度為0.8mm~2.5mm。而由於突起部20之高度Hp相較於本體10之厚度Hm甚微，因此光學板1之厚度(即本體厚度Hm加上突起部20的高度Hp)可視為近似或等於本體10之厚度Hm。
第8圖係繪製依據本發明一實施例之光學板之主體上分佈有多個突起部之示意圖。一實施例中，多個突起部20例如是可均勻地(有規則地)排列並分佈於本體10之第一表面101上。如第8圖所示，位於上下排的突起部20係錯位排列。而此示例中，如圖中圈選放大部分可視為突起部20排列之一個重複單元，且一個重複單元係包括位於四個角落的各1/4顆突起部20-1、20-2、20-3、20-4以及位於中央的1顆突起部20-5，加總後共2顆突起部20。而此單一個重複單元中的突起部排列方式類似於晶格中的面心立方排列。一實施例中，規則排列的突起部占全部突起部的比例為90%以上，例如是95%以上，即重複單元的重複比例高達9成以上。
於一實施例中，突起部20相對於本體10之第一表面101的所佔比例為0.03％~35％，例如是0.07％~32％。一示例中，突起部20之一所佔比例(非限制地)為約0.30％。另一示例中，突起部20之一所佔比例(非限制地)為約1.21％。另一示例中，突起部20之一所佔比例(非限制地)為約4.83％突起部20相對於本體10之第一表面101的所佔比例可透過如第8圖所示之分佈而計算，例如，可根據2顆突起部20之所佔面積除以一個重複單元之面積而計算出突起部的占比(所佔比例，又可稱為突起部之分佈密度)。
以單一顆突起部之外徑Dm為310µm（半徑近似於155µm）而突起部20之間的間距Dp為5000µm(i.e. 5mm)為例，則一個重複單元之面積＝2×50002 ，突起部之面積π×1552 ＝75477µm2 而突起部的占比為： (2×75477)÷(2×50002 )=0.30%。
以單一顆突起部之外徑Dm為310µm（半徑近似於155µm）而突起部20之間的間距Dp為2500µm(i.e. 2.5mm)為例，則一個重複單元之面積＝2×25002 ，而突起部的占比為： (2×75477)÷(2×25002 )=1.21%。
以單一顆突起部之外徑Dm為310µm（半徑近似於155µm）而突起部20之間的間距Dp為1250µm(i.e. 1.25mm)為例，則一個重複單元之面積＝2×25002 ，而突起部的占比為： (2×75477)÷(2×12502 )=4.83%。
於一實施例中，突起部20以外的第一表面101的所佔比例為65％~99.97％，例如是68％~99.93％。
相較於現有擴散板之微結構，本案實施例因具有較大尺寸的突起部20，例如單一突起部20之外徑Dm (底面最大特徵尺寸例如直徑)的範圍係為200 µm~500 µm，且間距達到0.5mm (=500µm)~10mm(=10000µm)；而現有擴散板之單一微結構例如為數µm至30µm左右，且間距僅有幾µm至300µm以下。因此，相較於現有擴散板之微結構尺寸小且分佈密，實施例之光學板的突起部20尺寸更大且分佈更疏鬆。搭配此種較大尺寸並分佈疏鬆的突起部20、並控制第一表面101之粗糙度，可藉此增加光線反射率，進而提升輝度均齊度。此外，於此設計下，即便使突起部20具如第1圖所示之規則排列，於應用實施例之光學板作為背光模組之擴散板時，仍可減少甚至避免莫爾(moire)干涉條紋的產生。
再者，根據本發明之實施例，光學板1的本體10其上下兩個表面係具有不同粗糙度。一實施例中，本體10之第一表面101是一光滑表面，而本體10之與第一表面101相對的一第二表面102可為一粗糙表面。亦即，第二表面102所具有之第二表面粗糙度大於第一表面101於突起部20以外的部份所具有之第一表面粗糙度。於一示例中，第二中心線平均粗糙度Ra例如為3µm ~ 7 µm。於一示例中，第二表面102所具有之十點平均粗糙度Rz例如為20µm~35 µm。應用於一背光模組時，可令第一表面101為入光面，第二表面102為出光面；亦可令第二表面102為入光面，第一表面101為出光面。
另外，於實施例中，光學板1例如是由透光性材料製作，例如是由一透光性樹脂所組成，再添加複數個擴散粒子以分散於其中。可使用之透光性樹脂例如聚碳酸酯(polycarbonate)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、甲基丙烯酸甲酯－苯乙烯(MS)、丙烯腈－苯乙烯(AS)、環狀聚烯烴(cyclo－olefin copolymer)、聚烯烴共聚物(如聚－4－甲基－1－戊烯)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、離子鍵聚合物(ionomer)等。其中，又以聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯－苯乙烯為佳。因此，於一實施例中，光學板完成製作後，光學板之本體和形成之多個突起部之中可更包括複數個擴散粒子(例如透明微粒子)分散於其中以作為光擴散劑使用。
一實施例中，可使用之透光性樹脂為抗彎模數(Flexural Modulus)大於1GPa之樹脂，例如是抗彎模數大於2GPa之樹脂，此種類型的樹脂，可於外力作用下產生較小形變，即具有較佳的支撐性，使光學板1更適於背光模組的應用，即不需過度提高光學板1厚度就有良好的支撐性。
一實施例中，透光性樹脂的中量平均分子量範圍為15萬~45萬，於此範圍內可使透光性樹脂兼具良好的機械性與加工性；於另一實施例中，控制透光性樹脂的軟化點溫度(50℃/hr, 1kg)於95℃~150℃亦可使透光性樹脂具良好加工性。
一實施例中，可使透光性樹脂中甲醇可溶份，即可溶解於甲醇中的寡聚物、添加劑、殘留單體等成分的總含量於1.5重量%以下，如此，可確保透光性樹脂的耐熱性。
一實施例中，透明之擴散粒子例如以二氧化矽、二氧化鈦為代表之無機微粒子，聚苯乙烯樹脂、(甲基)丙烯酸樹脂、矽樹脂等之有機微粒子，且以有機微粒子較佳，例如是單使用有機微粒子，亦或是混合使用有機微粒子與無機微粒子。有機微粒子又以已架橋之有機微粒子更佳，在其製造過程中至少有部分架橋，則在透光性樹脂的加工過程中不會產生變形，而可維持微粒子狀態。即，以即使加熱至透光性樹脂的成形溫度亦不會熔融於透光性樹脂中之微粒子較佳，且更宜為已架橋之(甲基)丙烯酸樹脂、矽樹脂之有機微粒子。一實施例中，特別適合的透明微粒(擴散粒子)例如有，以部分架橋的甲基丙烯酸甲酯為基質之聚合物微粒子聚(丙烯酸丁酯)的內核/聚(甲基丙烯酸甲酯)的外殼之聚合物、具有包含橡膠狀乙烯聚合物之內核與外殼的內核/外殼型態之聚合物〔羅門哈斯公司Rohm and Hass Campany製，商品名Paraloid EXL－5136〕、具有架橋矽氧烷基之矽樹脂〔東芝Silicone(股)公司製，商品名Tospearl 120〕。
一實施例中，擴散粒子之平均粒徑為0.01 µm~30 µm。另一實施例中，添加於光學板1中的擴散粒子，其平均粒徑係為0.01 µm~20 µm。又一實施例中，添加於光學板1中的擴散粒子，其平均粒徑為0.01 µm~15 µm。擴散粒子之平均粒徑係以不突出本體10/突起部20之表面為佳。一實施例中，可同時混用無機微粒子與有機微粒子，例如是混用粒徑為0.01µm~0.05µm的二氧化鈦微粒子與粒徑為1µm~10µm的矽樹脂。一實施例中，光學板1的透光率為45%~70%，較佳為50%~65%。當光學板1的透光率為45%~70%時可同時保有較高的輝度表現並可避免因透光率太高而看見光源的問題。
另外，做為擴散粒子之該些透明微粒子的平均粒徑係以粒子計數法測定之重量平均粒徑，且可利用株式會社日科機之粒子數．粒度分布分析器MODEL Zm做為測定器。重量平均粒徑為0.01 µm~30 µm時可得到充分的光擴散性且使發光面具優良之發光性，即可有效的控制添加量，使光擴散性與透光率呈較佳表現。
另外，透明微粒子之使用量係基於100重量份之透光性樹脂為0.1~20重量份，且特別適合為0.35~12.5重量份。一實施例中，例如是添加0.05~1重量份的二氧化鈦微粒子與0.3~11.5重量份的矽樹脂。透明微粒子的使用量少於0.1重量份時會產生光擴散性不足，即可穿透而看見光源之問題。另一方面，透明微粒子的使用量超過20重量份時會降低光線透過率，且輝度變差。
一實施例中，光學板1可使用聚苯乙烯(PS)(例如：台灣奇美GPPS PG-383D，其重量平均分子量約為30萬，軟化點溫度為106℃)之透光性樹脂並添加透明微粒子(例如：添加0.05~1重量份平均粒徑0.01µm~0.055µm的二氧化鈦微粒子與0.3~11.5重量份平均粒徑1µm~10µm的矽樹脂)，可使用任意的方法或裝置將此組合採單層製作而形成基材(i.e.光擴散板)。實施例中，例如是使用熔融擠壓法來成形為預定厚度之板狀結構。以熔融擠壓時，最好在押出機的熔融區減壓至1.33~66.5 kPa後擠壓。若押出機的熔融區未減壓時，所配合之透明微粒子且特別是不融性丙烯酸系聚合物微粒子會受到氧氣的影響，而可能造成粒子表面部分崩壞使光擴散性能降低。又，除此以外，以往周知之方法亦可利用，例如射出成形、射出壓縮成形、吹塑成形、壓縮成形、粉末成形等方式都可完成實施例之光學板1之成形。
另外，除了單層板製作，本發明之光學板1亦可為多層板，例如除了上述透光性樹脂層，還可包括一被覆層。一實施例中，被覆層之厚度為0.01 mm~0.5 mm，或是0.02 mm~0.4 mm，或是0.03~0.3 mm。若被覆層之厚度超過0.5 mm，可能會有因背光模組單元厚度增大而無法充分達到液晶顯示裝置薄型化之要求的問題。再者，此被覆層例如具有可充分發揮透鏡效果之高透明性，可使用之樹脂為丙烯酸系樹脂，例如聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯－苯乙烯、丙烯腈－苯乙烯等。其中，又以聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯－苯乙烯為較佳。
另外，於光學板1之組成中更可包括紫外線吸收劑之添加，以提高光學板1的耐候性及阻絕有害之紫外線；和/或更可包括螢光劑之添加，螢光劑具有可吸收光線的紫外線部能量，並將該能量放射至可視部之作用。
在光學板1為多層板之一實施例中，形成上述被覆層之丙烯酸系樹脂100重量份中，含有紫外線吸收劑0.5~15重量份，並可依需要加入平均粒徑0.01µm~30µm的擴散粒子例如透明微粒子0.1~20重量份，以及螢光劑0.001~0.1重量份。
一實施例中，紫外線吸收劑例如：2，2’－二羥基－4－甲氧基二苯甲酮之二苯甲酮系紫外線吸收劑、2－(4，6－二苯基－1，3，5－三嗪－2－取代基)－5－己基羥基苯酚之三嗪系紫外線吸收劑、2－(2H－苯并***－2－取代基)－4－甲基苯酚、2－(2H－苯并***－2－取代基)－4－第三辛基苯酚、2－(2H－苯并***－2－取代基)－4，6－雙(1－甲基－1－苯乙基)酚、2－(2H－苯并***－2－取代基)－4，6－雙－第三戊基苯酚、2－(5－氯基－2H－苯并***－2－取代基)－4－甲基－6－第三丁基苯酚、2－(5－氯基－2H－苯并***－2－取代基)－2，4－第三丁基苯酚及2，2’－亞甲基雙〔6－(2H－苯并***－2－取代基)－4－(1，1，3，3－四甲基丁基)酚〕等之苯并***系紫外線吸收劑。
一實施例中，較佳的紫外線吸收劑例如：2－(2－羥基－5－甲苯基)苯并***、2－(2－羥基－5－第三辛苯基)苯并***、2－(2－羥基－3，5－二異丙苯)苯基苯并***、2－(2－羥基－3－第三丁基－5－甲苯基)－5－氯基苯并***、2，2’－亞甲基雙〔4－(1，1，3，3四甲基丁基)－6－(2H－苯并***－2－取代基)酚〕、2－〔2－羥基－3－(3，4，5，6－四氫鄰苯二醯亞胺甲基)－5－甲苯基〕苯并***。其中，以2－(2－羥基－5－第三辛苯基)苯并***(Ciba－Geigy公司製，商品名Tinuvin 329)、2，2’－亞甲基雙〔4－(1，1，3，3－四甲基丁基)－6－(2H－苯并***－2－取代基)酚〕為佳。
再者，實施例中使用紫外線吸收劑時，可單獨選用一種成分或合併使用2種成分以上，且相對於丙烯酸系樹脂100重量份以使用0.5~15重量份為佳，並以1~10重量份更佳。當使用量小於0.5重量份時，則耐候性不佳而使得色相變化大，當使用量大於15重量份時，則色調及輝度皆變差。
另外，實施例中所使用的螢光劑(具有可吸收光線的紫外線部能量，並將該能量放射至可視部之作用者)係在不損及耐光性之範圍內，用以將合成樹脂等之色調改善成白色或藍白色者，例如二苯乙烯系、苯并咪唑系、苯并噁唑系、苯二甲醯亞胺系、玫瑰紅系、香豆素系、噁唑系化合物等。一實施例中，螢光劑之使用量例如是相對於丙烯酸系樹脂100重量份之0.001~0.1重量份的範圍，且以0.002~0.08重量份的範圍較佳。藉由在前述範圍內配合螢光劑，可使發光面得到充分的發光性及色調改良的效果。
而雖然上述係配合第1圖和第2A圖對本發明其中一實施例作進一步說明，但本發明並不以此為限制。第9圖為本發明另一實施例之一光學板之局部示意圖。第10圖為沿著第9圖中一剖面線10-10繪示之另一種突起部之剖面示意圖。第9-10圖與第1~2A圖相同或類似的元件係沿用相同或類似的標號，以利清楚說明。如第9圖所示，光學板1’同樣包括一本體10和複數個突起部30位於本體10之第一表面101上並突出於第一表面101。於此實施例中突起部30之間距Dp、最大高度Hp和傾斜角α，以及第一表面101和第二表面102之粗糙度等相關說明，請參考前述內容，在此不贅述。此實施例之突起部30與前述如第1~2A圖之突起部20不同在於，一突起部30係包括一凸塊30B和一環狀部(bottom ring)30R，環狀部30R位於凸塊30B下方。如第9、10圖所示，環狀部30R圍繞並連接凸塊30B，且於第一表面101形成一突出的外緣301。於一實際製作中，環狀部30R和凸塊30B係與本體10之皆一體成形。不論是如第1~2A圖所示之突起部20或是否如第9~10圖所示之突起部30，都可使顯示裝置的發光區域維持高輝度並且可達到提高輝度均齊度之優點。 ＜相關實驗＞
以下係列出其中幾組相關實驗及其數據以作實施例之說明。光學板1之結構請參照上述內容和第1~10圖。在實驗中，係提出幾組試樣，且各試樣之規格如下：
比較例1—市售之單面咬花擴散板DS551A(奇美實業)，其表面的中心線平均粗糙度Ra為3~7µm，厚度為1.5mm。
比較例2—一種擴散板具有多個不規則島狀物突出於基材本體之表面，這些不規則島狀物頂面的最長平台寬度範圍係為0.388~2.315mm，高度為23.02µm，相鄰之不規則島狀物之間的距離為21~433µm，厚度為1.5mm 。
實驗例1~3—如上述第1、2A圖中所述之光學板。相關參數係列於表1。
輝度、四角均齊度：
係使用日本拓普康公司(TOPCON CORPORATION)所製造型號BM-7A的輝度計來進行測定，並且於測定時係將實驗例1~3及比較例1~2的光擴散板設置於以LED燈源陣列設置的燈箱模組上進行輝度量測。其中，輝度(luminance)值為標準化後數值，即將比較例1~2及實驗例1~3的中心輝度量測值以標準品(現行市售擴散板DS601A (奇美實業))輝度量測值為100%進行標準化後的數值。四角均齊度是以模組四角的輝度除以模組之中心輝度之後四個數值的平均值。
粗糙度：
使用三豐(Mitutoyo)公司之表面粗度試驗機儀(型號SJ-210)進行表面粗糙度之量測。隨機量測突起部以外的第一表面粗糙度Ra與Rz及第二表面之Ra與Rz，量測距離為5mm。
突起部之外徑、高度、傾斜角、間距：
藉由使用基恩斯(KEYENCE)公司之雷射共軛焦儀(型號VK-X100 Series)作為測量儀器，隨機取樣量測。
以上量測結果一併紀錄於表1中。但表1之數值僅作示例之用，本發明之實施例範圍並不以此表列數值為限。
表1
Figure 108113230-A0304-0001
由表1之數據可知，實驗例1~3因具有突起部於第一表面所佔比例範圍為0.03％~35％及第一表面於突起部以外的部份係的第一中心線平均粗糙度Ra為0.01 µm~0.1µm等特徵，其平均四角均齊度皆較比較例1~2佳，即於實驗例1~3的突起部設計可使光學板有更好的均齊度表現。
此外，由表1的資料可知，實驗例1~3的光學板因具有突起部於第一表面所占比例範圍為0.03％~35％及第一表面於突起部以外的部份系的第一中心線平均粗糙度Ra為0.01 µm~0.1µm等特徵，其60度角光澤的數值皆較比較例1~2佳，即於實驗例1~3的突起部設計可提高斜向光線的反射率, 進而使光學板有更好的均齊度表現。
請參照第11A圖，繪示應用本發明一實施例之光學板的一種背光模組的示意圖。本實施例的背光模組400例如為適用於平面顯示模組的直下式背光模組，其包括一擴散板410、至少一光源420(第11A圖繪示複數個光源)及一框架440。框架定義一容置空間442，擴散板410及光源420位於容置空間442內，擴散板410置於光源420的上方。擴散板410，例如是上述實施例中任一例之光學板，包括具有一第一表面101之一本體10以及位於第一表面101上並突出於第一表面101的複數個突起部20。於第11A圖中，光源420係與擴散板410的第一表面101係相對設置。此時，因擴散板410的第一表面101的中心線平均粗糙度Ra為0.01 µm~0.1µm，且其60度角光澤大於90，因此，可以有效地將自光源420高角度入射(斜向入射)至擴散板410第一表面101的光線透過反射的方式往擴散板410的四個邊角方向傳遞，即擴散板410具高四角均齊度，因此可使背光模組具高輝度均齊度。
一應用例中，光源420例如包括基板422及發光單元424，發光單元424例如為發光二極體(light emitting diode，LED)元件或其它種類之發光元件且配置於基板422上。發光單元424發出的光線進入擴散板410後經由擴散板410的第二表面102出光，藉以形成高輝度均齊度的面光源。
第11B圖繪示應用本發明一實施例之光學板的另一種背光模組的示意圖。第11B圖與第11A圖不同的是，第11B圖中之光學板的主體10，其較粗糙的表面(e.g.第二表面102)例如為一咬花面係朝向背光模組之光源420，亦屬本發明之其中一種應用。於此實施例中，可再透過膠體層貼附其他光學膜層或光學板於突起部上以提高背光模組整體的光學表現。
一實施例中，膠體層例如是使用丙烯酸，聚氨酯，橡膠或矽氧烷等感壓黏合劑。第12A圖係繪示應用本發明一實施例之光學板與一光學膜貼合之示意圖。第12B圖係為沿第12A圖之一剖面線12B-12B所繪製的光學板與光學膜之剖面示意圖。請同時參照第12A、12B圖。
於一示例中，實施例之光學板1係與一光學膜OP以一膠體層71貼合，其中光學膜OP例如是設置於本體10之第一表面101的上方，膠體層71設置於光學板1與光學膜OP之間，且膠體層71係黏合光學板1之突起部20的頂面。如第12B圖所示，膠體層71具有一厚度Lad ，光學膜OP到第一表面101之間具有一距離Lgap ，光學板1之突起部20的頂面係陷於膠體層71中並支撐住光學膜OP，亦即膠體層71不直接貼附和接觸第一表面101，因此在本體10之第一表面101與膠體層71之間係形成有一空氣層80。一示例中，膠體層71之厚度Lad 例如是3~7µm，光學膜OP底部到第一表面101之間的距離Lgap 例如是10~42µm。再者，實施例之空氣層80係均勻地形成於光學板1與膠體層71之間，亦即在整片光學膜OP的下方，本體10之第一表面101到膠體層71底面之間係維持大約相同的高度。與膠體層71直接貼附和接觸第一表面101的光學結構相比，空氣層80的存在可使出射於第一表面的光線產生較大角度的折射，因而加強光學擴散效果(light diffusion effect)。
一實施例中，考量膠體層厚度與保有空氣層存在的設計，突起部20的最大高度Hp的範圍應在10µm~35µm範圍之間，例如是在12µm~30µm範圍之間，或是在15µm~27µm範圍之間，如此可確保空氣層均勻地形成於光學板1與膠體層71之間。
一實施例中，當突起部之外徑Dm範圍為200 µm~500 µm且兩相鄰的突起部間的間距為0.5 mm~10mm範圍內時，可有效地對所貼附之光學膜OP提供良好的支撐效果，即可使第一表面101到膠體層71底面之間係維持大約相同的高度。另一實施中，當突起部於第一表面的所佔比例為0.03％~35％，且第一表面於突起部以外的部份的第一中心線平均粗糙度Ra為0.01 µm~0.1µm時，可兼具對光學膜OP提供良好的支撐效果與高四角均齊度的良好擴散表現。
一實施例中，於具有突起部頂點P的突起部結構，例如是圖2B的突起部20、第3A~4C圖的突起部、或是第6A~6C圖及第6F~6H圖的突起部，突起部頂點P可陷於膠體層71中以產生投錨效果, 進而增加膠體層71與突起部的接著力。
一實施例中，如第12C圖所示，具有凹陷部20R的突起部，例如是第6A~6C圖或是第6F~6H圖的突起部(圖12C繪示具第6B圖突起部之示意圖)，可藉由調整凹陷部20R的下凹深度HD (繪示於第6B圖)的大小來增加空氣層的比例，即使下凹深度HD 與最大高度Hp(繪示於第6B圖)的比例範圍為15%~100%，例如是30%~100%或是50%~90%。當下凹深度HD 與最大高度Hp的比例落入15%~100%範圍內，於與光學膜OP以膠體層71貼合後，凹陷部仍保留部分未陷入膠體層71的空間，可藉此增加整體空氣層的比例，再次加強光學擴散效果以提升整體光學表現。
再者，可應用之光學膜OP例如是包括一張或多張擴散膜和一或多個稜鏡層(prism sheets)等多層光學膜材或是微透鏡膜(microlens film)和一或多個稜鏡層等多層光學膜材，以調整出光角度(例如集中光線)。雖然第12A~12C圖中係以光學膜OP包括一擴散膜73和一稜鏡層74為例做說明，但本發明並不特別限制可應用之相關光學膜片和/或稜鏡結構、層數或態樣。
前述背光模組400可用作為一顯示裝置之背光模組，例如是電視、筆記本個人電腦、移動電腦、用於電腦等的監視器等或可直接將背光模組400作為照明用，例如是展示用燈箱、看板。
綜上所述，實施例提出之光學板，係具有如上述特殊設計之突起部形成於主體表面上。應用實施例之光學板(如第1、9圖所示)作為擴散板時，相較於現行擴散板更可提高輝度均齊度。因此，應用實施例之光學板作為擴散板不但可以提昇影像的顯示效果，避免莫爾(moire)干涉條紋發生情形，還可以減少其他機能性膜使用的數量，降低製造成本，並且使應用的顯示裝置整體變得更輕薄，特別是對於大型尺寸顯示裝置具有極高的應用價值。另外，應用實施例之光學板作為擴散板且其突起部與一光學膜透過膠體貼合時，突起部還可支撐光學膜以於光學板本體之表面與膠體層之間形成一空氣層，可更加強整體的光學擴散效果。
綜上所述，雖然本發明已以實施例發明如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。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‧‧‧光學板 10‧‧‧本體 101‧‧‧本體之第一表面 102‧‧‧本體之第二表面 20、20-1、20-2、20-3、20-4、20-5、30‧‧‧突起部 20R‧‧‧凹陷部 20R1‧‧‧凹點 20R2‧‧‧平面 20u‧‧‧顶面 201‧‧‧突起表面 30B‧‧‧凸塊 30R‧‧‧環狀部 Dp‧‧‧間距 Dm‧‧‧外徑 α‧‧‧傾斜角 HD‧‧‧下凹深度 Hp‧‧‧最大高度 Ds‧‧‧兩相鄰突起部之間的最短距離 Hm‧‧‧本體之厚度 400‧‧‧背光模組 410‧‧‧擴散板 420‧‧‧光源 422‧‧‧基板 424‧‧‧發光單元 440‧‧‧框架 442‧‧‧容置空間 OP‧‧‧光學膜 71‧‧‧膠體層 73‧‧‧擴散膜 74‧‧‧稜鏡層 80‧‧‧空氣層 Lad‧‧‧膠體層之厚度 Lgap‧‧‧光學膜到第一表面之間的距離 P‧‧‧突起部頂點
第1圖為本發明一實施例之一光學板之局部示意圖。 第2A圖為沿著第1圖中一剖面線2-2繪示之一突起部之剖面示意圖。 第2B圖為第1圖之單個突起部的示意圖。 第3A~3D圖繪製突起表面為曲面的數個示例的示意圖。 第4A~4C圖繪製突起部為錐狀凸塊的數個示例的示意圖。 第5A~5C圖繪製突起部具有頂面的數個示例的示意圖。 第6A~6K圖繪製突起部具有凹陷部的數個示例的示意圖。 第7A~7B圖繪製具有階梯狀結構的突起部的示意圖。 第8圖係繪製依據本發明一實施例之光學板之主體上分佈有多個突起部之示意圖。 第9圖為本揭露發明另一實施例之一光學板之局部示意圖。 第10圖為沿著第9圖中一剖面線10-10繪示之另一種突起部之剖面示意圖。 第11A圖繪示應用本發明一實施例之光學板的一種背光模組的示意圖。 第11B圖繪示應用本發明一實施例之光學板的另一種背光模組的示意圖。 第12A圖係繪示應用本發明一實施例之光學板與一光學膜貼合之示意圖。 第12B圖係為沿第12A圖之一剖面線12B-12B所繪製的光學板與光學膜之剖面示意圖。 第12C圖係為沿第12B圖之光學膜之另一實施態樣之剖面示意圖。
1‧‧‧光學板
10‧‧‧本體
101‧‧‧本體之第一表面
102‧‧‧本體之第二表面
20‧‧‧突出部
Dp‧‧‧間距
Dm‧‧‧外徑
Hp‧‧‧最大高度
Ds‧‧‧兩相鄰突起部之間的最短距離
Hm‧‧‧本體之厚度

Claims (14)

  1. 一種光學板，包括： 一本體，具有一第一表面；以及 複數個突起部，位於該第一表面上並突出於該第一表面，該些突起部於該本體之該第一表面的所佔比例為0.03％~35％，兩相鄰的該些突起部之間具有一間距(pitch)為0.5 mm~10mm，且該第一表面於該些突起部以外的部份係具有一第一中心線平均粗糙度Ra為0.01 µm~0.1µm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學板，其中該些突起部之一外徑為200 µm~500 µm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學板，其中該些突起部的高度/外徑之一比值範圍為0.01~0.2。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光學板，其中該些突起部包含一凹陷部，該凹陷部形成於該突起部的至少兩頂點之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光學板，其中該些突起部係具有一曲率半徑於300µm至1000µm之間的曲面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光學板係由透光性樹脂所組成，其中該透光性樹脂之抗彎模數(Flexural Modulus)大於1GPa。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的光學板，其中該些突起部其中之一係包括： 一凸塊；和 一環狀部，位於該凸塊下方，且該環狀部圍繞並連接該凸塊。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的光學板，其中該本體更具有一第二表面與該第一表面相對，其中該第二表面具有一第二中心線平均粗糙度，且該第二中心線平均粗糙度大於該第一中心線平均粗糙度。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的光學板，其中該第二中心線平均粗糙度Ra為4 µm ~ 8 µm。
  10. 一種光學結構，包括： 如申請專利範圍第1~9項中任一項所述的光學板； 一光學膜，設置於該本體之該第一表面之上方；以及 一膠體層，設置於該光學板與該光學膜之間，該膠體層係黏合該些突起部之頂面，且該第一表面與該膠體層之間具有一空氣層。
  11. 一種光學結構，包括： 一光學板，包括： 一本體，具有一第一表面；以及 複數個突起部，突出於該第一表面，該突起部的其中一者具有一外徑為200 µm~500 µm與一最大高度為10 µm~35 µm，兩相鄰的該突起部之間具有一間距為0.5 mm~10mm； 一光學膜，設置於該本體的該第一表面的上方；以及 一膠體層，設置於該光學板與該光學膜之間，該膠體層黏合該突起部的頂面，且該第一表面與該膠體層之間具有一空氣層。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的光學結構，其中該些突起部包含一凹陷部，該凹陷部的一底部與該膠體層之間具有一空氣層。
  13. 一種背光模組，包括： 一光源；以及 如申請專利範圍第1~9項中任一項所述的光學板或申請專利範圍第10~12項中任一項所述的光學結構，與該光源相對應設置。
  14. 一種顯示裝置，包括： 如申請專利範圍第1~9項中任一項所述的光學板或申請專利範圍第10~12項中任一項所述的光學結構，其中，所述顯示裝置系選自於由電視、筆記本個人電腦、移動電腦與用於電腦的監視器所組成之群組。
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