专利名称：非对称光扩散元件与其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种非对称光扩散元件与其制造方法，特别的是在扩散元件的 工艺中利用应力延伸混有颗粒与具表面结构的基材本体而产生具有双折射率 与非对称性扩散的扩散特性。
背景技术：
现有技术使用背光模块(Backlight)用于平面显示器发光源，而背光模 块通常有光源、光导(Light guide)与能够使光量平均分布的扩散膜，因为 背光模块中的光源是如同一颗颗分布的发光二极管，或是一根根排列的光管， 如CCFL，所以需要扩散板与扩散膜将不均匀的光线扩散开。举例来说， 一种 直下型背光(Direct Light)便是薄膜晶体管液晶电视面板的主要光源，通过 此光源经由扩散膜后穿透薄膜晶体管液晶面板，来达到显示的效果。
现有技术背光模块包括有多数个发光源组成的背光源，背光源一侧通常设 置有反射层，光线再经过扩散层穿透至显示面板，其中扩散层主要是使背光源 能够产生均匀的背光；另外， 一般更会经过偏光层(Polarizer)，而偏光层 主要的功能是将自然光转变成具有偏振特性的偏极化光(Polarized light)， 以发挥显示面板(如LCD)的显示功能。
请参阅与本案同一申请人的公告于公元2007年5月8日美国专利第 7， 213， 933号，其中揭露具有扩散板的直下型背光模块与其制造方法(Direct type backlight module of diffuser plate and its manufacturing method thereof)，其中揭示的扩散板的表面具有凹凸的圆柱形透镜，能将入射光散 射而产生均匀的液晶屏幕背光源，此扩散膜的主要工艺包括利用共押出 (Co-Extrusion)的方式挤压(Squeeze)树脂，经冷却形成扩散膜，其表面 的凹凸形状即于共押出时产生。
为达到背光源扩散的效果，现有技术已提出多种通过基材结构达到扩散目 的的技术，如公元1999年8月31日公告的美国专利第5， 944， 405号所提出的
4-种光扩散膜通过表面微结构来扩散光线。
另有现有技术是通过基材内的物质产生光扩散的能力，但这样的方式都仅 限于光线折射与散射来达成扩散的需求，且如同传统扩散膜由于结构为随机或
接近圆形，其光扩散都是轴对称型(Axial symmetric)的，对于二维水平与垂 直方向排列距离不同的背光光源或灯箱，如LED阵列光源，就需要非对称的扩 散膜来做非对称的光扩散处理与视角与辉度的有效利用。
发明内容
为产生具有扩散效率更好且能有效控制扩散视角的扩散膜，本发明所要解 决的技术问题在于提供一种非对称光扩散元件与其制造方法，在扩散元件的工 艺中利用应力延伸(Stretch)使元件内部具有扩散颗粒的透明基材产生双折射 或各向异性的特性，并且在基材表面形成不对称且起伏的表面微结构，使通过 此扩散元件的光线能够被上述的具有各向异性的材料的基材与表面起伏结构 均匀散射，甚至产生某些程度的偏振光散射现象(Polarization scattering)。
为实现上述目的，本发明公开了一种非对称光扩散元件的制造方法，包括 有使用滚轮押出转印工艺将一平板模具或滚轮上的表面结构压印在该基材表 面上，其中该基材为一掺有透光的扩散颗粒的高分子材料形成；以及进行延伸 工艺使该基材内的透光颗粒与基材本体拉伸，产生表面微结构形变。
而且，为实现上述目的，本发明提供一种非对称光扩散元件的制造方法，
通过工艺产生非对称性扩散特性的光扩散元件，该制造方法包括有准备一平
板模具或滚轮，该模具或滚轮的表面具有凹凸起伏的结构，借以压模出该非对
称扩散元件的表面结构所需的模具；备制一掺有透光颗粒的基材材料；进行滚 轮转印工艺，通过多组具有表面微结构的滚轮于该基材的表面上压印该模具上 的表面结构；以及进行一延伸工艺，通过调整多组滚轮的滚动速度使该基材本 体与基材内的透光颗粒受到不同的应力，产生形变。
而且，为实现上述目的，本发明提供一种非对称光扩散元件，其特征在于， 包括有 一透光高分子基材材料；多数个透光扩散颗粒，于制作该光扩散元件 时掺入该透光高分子基材材料中；以及单面或双面的具有非对称起伏结构的光 扩散元件表面；具表面起伏的掺有透光扩散颗粒的高分子基材光扩散元件经一 延伸工艺的处理，并产生非对称的表面结构，与非轴对称的扩散特性。在目前主流的液晶显示器与液晶电视中因液晶本身不发光，所以都需要额 外的背光源来提供显示器的照明光源，而当背光模块加上扩散板或扩散膜后往
往因辉度降低，而有时会再加上增亮膜(Brightness enhancement film(BEF)) 来增加辉度，增亮膜的主要功能为改变背光模块的出光视角来增加辉度，而以 一般LCD用途观察者的上下视角需求往往比左右视角来的小，所以增亮膜就以 压縮垂直视角来获取更大的辉度，而本发明的非对称膜片具有异向性，可以针 对视角需求做修正，将可以使垂直与水平视角有较大的差异性，若针对垂直视 角做较大的扩散度设计，可以消除LCD背光模块常见的视觉不均匀(MURA)，若 同时针对水平视角做较小的扩散度设计，就可以有效地增加背光模块与面板的 辉度值，其非轴对称的扩散特性，可达成兼具高辉度与高扩散性的非对称光扩 散膜，这是目前一般传统市面上的扩散膜无法达成的功能。
本发明所揭示的非对称光扩散元件更可用于依照需求形塑光线的扩散方 向，其工艺的较佳实施例包括先备制一模具，借以压模出非对称扩散元件的表 面结构，将制作出的模具结构转印到滚轮上或可直接在滚轮上以刀具加工出微 结构后将可使用于滚轮押出工艺。押出工艺是利用押出机将塑料纤维等粒状的 聚合物原料投入供料槽经螺杆混炼加热塑料后形成熔融均质化的物质后，将此 熔融物质经滤网组，多孔板等过滤异物杂质后并增加混炼后再从定型模头 (Die)中连续不间断的挤押出，经过冷却固化后成为连续的制品。于此押出 工艺同时搭配披覆滚轮的压模模具或本身带有微结构的结构滚轮本体将可以 于押出工艺时将扩散膜的上下表面分别转印出各种微结构而形成具表面微结 构的基材本体。本发明的实施例于押出工艺的混炼阶段时已掺有可被拉伸的透 光球状或椭球状或纤维条状的扩散颗粒，此透光颗粒的光学折射率与基材本体 折射率两者数值差异越大时通常其扩散特性越高，其折射率值差异约在 0.06 0.45之间，接着以此微结构基材本体进行滚轮转印工艺，通过多组滚 轮于基材的二表面上压印该滚轮上的表面结构，并进行一应力延伸工艺，其中 之一方式为押出在线通过调整两组滚轮的滚动速度使基材与内部的扩散颗粒 材料，产生延伸形变，另一方式则为使用后工艺，使用特定延伸机来延伸由押 出工艺得到的具表面微结构的膜片半成品，再经延伸机延伸来完成此非对称扩 散元件，可以依使用范围与用途与于押出工艺与延伸工艺中来搭配调整。
本发明所提出的光扩散元件的结构包括有一基材材料，并接着有多数个可应用于经应力延伸工艺而可能被配向或形变的透光高分子聚合物扩散颗粒，透 光扩散颗粒或基材若加热达玻璃软化点温度附近(Tg)将可以被延伸配向，此扩 散颗粒于押出工艺制作光扩散元件基材时掺入该基材材料中，以及元件表面的 单面或双面的具有非对称起伏结构，其中表面结构也通过一押出或共押出与延 伸工艺产生。
采用本发明的有益效果 (1 )经应力延伸工艺产生的基材可由延伸倍率条件来调整非对称扩散元 件的表面结构大小与方向与扩散能力；
(2) 本发明经应力延伸工艺所产生的双折射效应其折射率差异可以更大，
双折射效果搭配表面微结构后可以形成高度非对称的扩散特性；
(3) 基材内均向性(isotropic)的颗粒经拉伸可以产生双折射效果；而 各向异性的颗粒经拉伸可以调整分布，调整方向，也会有双折射的效果；
(4) 本发明的工艺并非需要复杂的模具加工工艺技术，可以简化模具开 发制作成本，可以快速制作传统机械加工方式不易制作的模具；
(5) 共押出的工艺无传统涂布(Coating)溶胶再经热或光固化的膜片工 艺，其基材与成形胶有剥离(Peeling)的缺点，且押出的结构其本体强壮不 易翘曲，微结构本体因非涂布方式接合，所以结构强壮不脱离基材，且不易有 翘曲问题；
(6) 可由延伸方式产生单轴(Monoaxial)、单轴限制(Constraint)延伸 或是双轴(Biaxial)的延伸效果，并应用于一维或是二维异方向用途需求的 扩散效果；
(7) 基材中的颗粒与基材本体经拉伸后与颗粒基材折射率与厚度的适当 搭配后可以产生偏光散反射的效果，可以增加LCD面板光穿透率与辉度。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。
图1所示为光在各方向具有不同折射率的介质中的行进示意图； 图2所示为光线通过具有凹凸起伏表面结构的光线路径示意图3A显示光线通过内部没有扩散 粒的扩散现象示意图；图3B显示光线通过外部具有表面结构且内部具有颗粒的扩散现象示意
图4显示本发明所提供的扩散元件中具有表面结构的图片；
图5显示本发明的光学仿真实验图式；
图6所示为本发明的扩散元件的制作流程；
图7所示为本发明多层押出工艺实施例不意图8所示为本发明多层共押出扩散膜的实施例与市面产品比较图； 图9显示本发明所制作的非对称扩散膜片TD与MD方向的扩散角度< 其中，附图标记
特征偏极化方向
103:方向 201:实线 20:基材
30， 31， 32， 33， 34， 35 70:主进料区 72:次进料区
73:进料螺杆 72:次进料区 76:冷却平台
101: 202: 22:表面结构
72
74
75 77， 77，
加热器 模头
具体实施例方式
本发明是一种非对称光扩散元件与其制造方法，其扩散元件是具有更好扩 散特性的扩散元件，主要可用于显示面板的背光源，如扩散板或是扩散膜，扩 散元件的工艺是利用应力延伸与元件表面结构使具有扩散颗粒的透明基材产 生双折射的扩散特性。另外，更能在基材表面形成不对称且起伏的表面微结构， 使通过此扩散元件的光线能够被具有各向异性的(Anisotropic)材料的基材 与表面结构均匀散射。
特别的是，上述的基材中的散射颗粒与基材本身的折射率选择与延伸后的 膜片机械边方向(Machine direction)与横向边方向(Transverse direction) 的折射率匹配与厚度符合光建设性干涉(Interference)所需的四分之一波长 (Quarter wave)厚度需求时，此类似多层膜堆栈的颗粒与基材的架构能将光线作不同方向的极化偏光反射，所以能产生某些程度的偏振光散射现象
(Polarization scattering)， 一般来说，光学千涉膜是用于让某波长区段 的光通过，并让其它波长区段的光反射的光学元件。在美国专利3,711,176 号中提到由两种聚合物层彼此迭加而成的光学干涉膜，借通过两种聚合物层彼 此间的折射率的差异，可使入射光产生建设性干涉(constructive interference)。借此，光学干涉膜可让特定波长的光通过，而让其它波长的 光反射。
上述的光学干涉膜，其反射与透射的光谱主要决定于聚合物层的光学厚 度，所谓的光学厚度是指聚合物层的厚度与折射率的乘积。就数学上而言，光 学干涉膜所反射的第一阶波长(first order wavelength)的光，其波长可表示
成下述的方程式
在方程式(l)中，^为第一阶波长(first order wavelength),"为聚合 物层的折射率，^为聚合物层的厚度，而A则为聚合物层的个数。此外，上述 的光学干涉膜除了会将第一阶波长的光反射外，还会将较高阶波长(higher order wavelength)的光反射。就数学上而言，光学干涉膜所反射的较高阶波 长的光，其波长可表示成下述的方程式-
<formula>formula see original document page 9</formula>
在方程式(2)中，、为较高阶波长，附为大于l的整数。从方程式(2)中， 可知、小于、，所以若、落在近红外光(near infrared light)的波长范围， 亦即波长介于780nm与2500nm之间，则某一些A^便会落在可见光的范围， 亦即波长介于380nm与780nm之间。例如，若A,为1800nm，则、与^便分 别为900nm与600nm。
本发明的非对称光学膜片若采以上光学原理作多层押出的设计最后延伸 后将会产生偏光的特性，将使线性偏振光产生部分反射与部分穿透的现象，这 与一般工艺所制作的扩散膜的物理现象完全不同，这对于强烈受光偏振状态影 响的LCD面板有更高的能量使用率，更能提高面板的辉度，因为传统的背光源 经过LCD面板后经过偏光板后将会有一半以上的光线被吸收浪费掉，本发明的膜片若带有部份偏振散射效果后，其穿透率与通过面板后的辉度将会大幅提 升。
折射率改变的原理请参阅图1所示光在各方向具有不同折射率的介质中 的行进示意图，其中显示光波于一各向异性的介质中行进，以图中半个椭球表 示介质相对于光的路径来说，在各个方向具有不同的折射率，x轴、y轴与z 轴表示三度空间的坐标，而此介质于三个方向上具有三个不同的折射率，分别
是n、、 ny与n,，方向103显示为光的行进方向，光进入此介质中，由于形成一 个入射角度，由于各方向有不同的折射率，故光的速度也在各方向不同，光波 在各方向产生偏极的现象，如图中特征偏极化方向(Eigen polarization) 101。 本发明即利用此物理特性，在制作扩散膜时，在基材的材料中加入其它透光颗 粒，使光线经过扩散膜时产生折射、偏极等现象；或通过应力延伸来对高分子 材料做配向的工艺，使基材材料中的颗粒与基材本体形变后造成各向异性的折 射率，产生各向异性的物理特性，同样达到更好的扩散与偏极现象。
请参阅图2所示光线通过具有凹凸起伏表面结构的光线路径示意图，光线 入射进入扩散元件时，因为双折射的关系，产生两个光径，分别以图中实线 201与虚线202表示。此例中，光线进入具有双折射特性的基材20内，产生 折射现象，并分为两个光径，实线201表达的光径接着射向具有起伏结构的表 面结构22，因为折射率改变，光线的方向亦有偏折。虚线202所表示的光径 于进入基材20时因折射率改变而改变方向，接着射向表面结构22，因为入射 的角度与材料之间折射率的不同且入射角度大于全反射角，光线被反射，继续 再下一次碰到表面结构22的壁，再被反射射回基材20，并由另一路径反射， 经表面结构22折射出去，201与202两光线路径一开始打入基材20时原本偏 折的角度与位置与方向本来差异很小，但经过微结构透镜22的破坏与改变使 光路径201与202差异拉大，这就是本发明所提及的高度扩散一个很重要的特 色，双折射效应加上微结构本体可以光线扩散特性更为强烈。
上述光线经过扩散元件的各部份的折射与反射现象将因各种扩散元件的 设计不同而不同，若无表面结构则双折射现象的扩散特性将只有如一斜射光线 经一光学平板玻璃的单纯光线平移(Shift)现象，虽然光线经双折射晶体可 以一分为二，但对于出射的两光线的出光角度并无差异，这样的扩散特性就无 法改变出射光线的扩散角度，虽然此双折射现象有增加空间(Spatial)的扩散性，但是无法增加角度(Angular)的扩散性，就无法更有效地增加扩散能力， 更无法改变扩散后的角度大小，所以本发明的实施例便利用微结构表面来破坏 原本无法改变出射角度的缺点，此表面微结构体将可以有效的改变光线的出射 方向来增加未扩散前与扩散后角度的差异性，明显地提升扩散膜的空间与角度 的扩散能力，将此扩散膜片使用在LCD背光源时将可以有效地改变背光源与 LCD的视角。
图3A显示光线通过内部没有颗粒的扩散现象示意图，其中图表30明显看 出光线通过内部没有颗粒的介质时仅有幅度较小的扩散现象，亮度是分布在一 个小范围中，图表31与图表32则是两个方向的角度的亮度投影，亮度分布也 显示并没有大角度的扩散现象，类似光源打向一个透明膜片后的光分布结果。
而图3B则显示光线通过外部具有表面结构且内部具有扩散颗粒的扩散现 象示意图，内部有的颗粒经上述的应力延伸工艺有可能会产生形变，若颗粒产 生形变而配向时，此时此扩散颗粒将具有各向异性的特性，由图表33可看出 光线通过与图3A所提的相同条件但又多了内部有经过应力延伸的颗粒的介质 时有明显的扩散现象，亮度扩散的部份是分布在垂直的方向，图表34可以看 到亮度分布状况，图表34分布的状况跟内部透光颗粒的掺杂浓度与延伸使用 的倍率与折射率差异变化有明显的相关性，而当透明颗粒浓度较浓时，图表 34显示的配光曲线分布会在大角度区有较大的亮度分布。而另一方向则仍与 图3A所示的分布状况，如图表35所示，亮度分布显示并没有大角度的扩散现 象。
在本发明中，上述图3A、 3B显示的两个方向不同折射现象的双折射 (birefringence)现象主要是因为光线通过一非对称扩散元件所产生的现象， 较佳实施例是通过应力延伸将基材中与基材内的扩散颗粒形变产生的双折射 现象。其中，为达到将光源扩散的效果，除了上述利用基材内颗粒产生双折射 现象的方式以外，另外更可在扩散元件表面形成凹凸起伏的结构，将通过的光 线散射出去，达到高度扩散的功效。
上述扩散元件中的颗粒是否具有各向异性的特性，主要实施例是取决于是 否在工艺中经过应力延伸的过程与材料基材与扩散颗粒两者在延伸时的延伸 温度是否能等搭配，所以延伸的双折射差异与变形程度将会受制于工艺的设 计，某些条件中会因延伸过程中因扩散颗粒未达软化点当此条件延伸时将于基材与扩散颗粒中间造成条状的空隙空洞，在其它实施例屮，在扩散元件基材中 也可使用不同形状颗粒，包括非对称的椭圆颗粒、光纤、纤维状颗粒、或玻璃
纤维(Glass fiber)长条状颗粒等。
于图4中显小的扩散元件，图(a)部分显示基材中的表面结构并没有经过 应力延伸，而仍保持原来面貌，图(b)部分与图(c)部分显示在不同程度的应力 的下所拉伸的效果，表面结构己经形变，且可产生不同程度的各向异性的特性。
图5显示本发明的光学仿真图，其中图(a)部分显示光线经过基材内掺杂 扩散透明扩散颗粒且经延伸后具有各向异性特性且具长条状表面起伏的微结 构的光学扩散膜介质时所产生的扩散现象示意图，可说明本发明的实施例结 果。此图仿真类似经押出的结构膜片后再经过延伸工艺后的情况，其中基材的 部份可看出当中的表面微结构为椭圆形，图(b)部分显示为经扩散的亮点，在 垂直方向显示有扩散的情形；图(c)部分显示光线经过基材内参杂扩散透明扩 散颗粒且带有圆点状凹凸表面微结构的光学扩散膜，因此膜片未经过延伸工 艺，本身不具各向异性特性，此时所产生的扩散示意图，其表面微结构而多以 接近圆形的样态，模拟类似经押出工艺后的结构膜片未再经延伸工艺的情况。 图(d)部分显示并没有特定方向的扩散现象，而是均匀集中在一区域中。以上 图例显示经过延伸与未经延伸工艺的扩散性差异，此差异除了来自本身折射率 的变化外还有微结构表面经延伸后呈现非对称的后的变化。
在制作本发明所提供的扩散元件时，如图6所示的制作流程，需要先行准 备一模具(Mold)(步骤S61)，可借以压模出扩散元件的表面结构(即翻模)， 模具表面的凹凸起伏纹路可以喷涂(Spray)的方式，将颗粒打在模具表面， 也可利用雷射加工在模具表面上产生凹凸起伏的纹路，或可应用蚀刻 (Etching)方式产生表面的痕迹，也可用钻石刀具以机械加工方式加工滚轮 或模具。
接着备制一基材材料，本发明的较佳实施例是利用混炼(Blended)方式 形成主要的基材，并在材料中掺入具有可塑性的颗粒后进行混炼与捏炼(步骤 S63)，请参阅图7所示的工艺机台实施例示意图，其中，标号a表示进料， 标号b表示成形。灌注于主进料区70或次进料区72的基材材料中已掺入颗粒， 基材与颗粒的材质多为热塑性的高分子聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(Methyl methacrylate) ， PMMA)、聚碳酸酯树脂(Polycarbonate, PC)、 甲基丙烯酸甲酯聚苯乙烯((Methyl methacrylate) Styrene， MS)及聚苯乙 烯 (Polystyrene ， PS)， 聚苯二甲酸二乙酯(Poly (Ethylene Terephthalate)， PET)，聚萘二甲酸乙二醇酯(Poly (Ethylene Naphthalate)， 聚丙烯(Polypropylene, PP)等组成的材料群组中的至少一种材料或其共聚合 物体。
首先将料除尘清洁后经干燥烘烤，准备将材料进行混炼与捏炼作业，混炼 聚合体通常需要加热聚合物使其为熔融，混炼过程中产生的剪切效果将产生高 热，需注意温度过高材料裂解的问题，混炼过程也可以适时加入一些加工助剂 或改质剂来改善材料的机械或热力性质等。混炼过程可由汉塞尔混合机、旋带 式混合机、滚桶混合机等充份混合后再经捏炼装置捏炼使其高分子材质胶化。 将达混炼捏炼后的共聚合物体经再经滤网过滤并由齿轮汞控制吐出量，而根据 进料的流道设计与整合也可以共押出多层不同材料厚度的膜片或扩散板材，本 发明的透光扩散颗粒也可以参杂在特定膜层中，或采多层基材参杂不同种类的 扩散颗粒材料，如图7所示。最后此熔融态高分子聚合物材料经分流单元多层 分流后由模头处连续共押出(歩骤S65)，模头(如T-die) 74的功用是可以 让押出的塑料温度与厚度较为均匀，且有效控制押出时吐出量与押出时的膜片 尺寸大小，此时押出膜片的厚度由押出机的滚轮75间隙与吐出量来调整，此 光学膜片与板材的厚度设计通常约为50 3000um。
请参阅图7所示，掺有透光的扩散颗粒的高分子材料经过主进料区70， 依进料区与分层器的设计可利用多层押出的方式形成多层的基材，此例中，利 用进料螺杆73与分布于进料区的加热器72将材料混合，经模头74押出，此 尚未冷却固化的基材再通过滚轮75转印工艺(roll-to-roll)将模具或滚轮 上的表面结构压印在材料表面上(步骤S67)，并且，若材料仅一个表面需要 制作表面结构，仅需一组滚轮将铺设于机台上的材料进行滚轮转印；若上下表 面需要有表面结构，也可通过两组或以上平滑或带结构的滚轮在工艺中将图形 压印在材料上下表面。押出工艺最后仍可包括图式中经过冷却平台76冷却固 化基材，再利用检测装置77，77'检测此成品，包括检测整体扩散元件的厚度、 扩散程度等是否达到要求。
接着，本发明更通过应力延伸的过程使图7所示的材料与颗粒进行拉伸，主要会使微结构表面与透光的扩散颗粒产生形变与折射率改变，扩散颗粒产生 形变与否与此延伸过程的加工温度有关，加工温度也将影响折射率的变化(步
骤S69)，也可能使当中的颗粒具有配向性(Alignment)，不至于混乱没有 固定的特性。
比如，应力延伸工艺中可调整延伸区图中的滚轮75的滚动速度差异，让 材料连同当中的颗粒受到不同的应力，使颗粒与材料同时被拉伸，产生表面微 结构形变与材料间折射率的变化，与达到应力延伸的目的。延伸工艺可采用纵 向延伸、横向延伸，作单轴、多轴等方向延伸，拉伸的倍率可依材料的设计与 特性而改变，常见的延伸倍率约l. 1 12倍之间，而常用高分子材料其延伸之 前与延伸之后的折射率差异约从0. 01 0. 45之间，而延伸后收巻前也常需热 处理工艺来降低并消除延伸时内部应力的残留。
不同的的材料，通过不同的进料区产生多层的效果，此例中，材料通过主 进料区70与次进料区72分别进料，各层材料通过此种方式可有很大的选择性， 各层材料可以为不同材料，其中可于特定层中掺入透光扩散颗粒，同时熔融混 炼于工艺供料机台上。经过模头74押出，可以得到一定的厚度，再经过滚轮 75调整基材厚度，并能针对一个表面或是上下表面的压模产生表面结构，最 后才经过冷却平台76固化材料，并以检测装置77， 77'检测扩散元件的特性是 否符合要求。
本发明的实施例之一，基材乃由多种复合材料轮流反复堆栈的多层共押出 工艺所制作材料，多种高分子所构成的基材本体的的折射率差异与其厚度有达 到干涉条件的条件，就可以造成光线的偏振反射，但因满足薄膜干涉条件较为 严格，光学镜片镀膜技术中常见多需要十几层到数百层等高低折射率材料反复 堆栈来达成高反射率的需求，而本发明中的扩散膜也可通过类似薄膜干涉中多 层高低折射率材料堆栈的多次干涉反射来增加偏振光的光线反射率，折射率差 异越高，堆栈越多层且厚度控制越均匀其针对特定波长的反射率越好，而本发 明工艺中的非对称光扩散元件的制作实施例之一采用多层共押出达成高扩散 与高偏光散反射条件，其材料实施例可采用折射率与双折性差异较大的材料如 PET或PEN或其相关共聚合的高分子材料来搭配使用，本实施例共押出时以PET 与PEN两种材料反复堆栈即光学膜堆为(AB)n架构，其中n为整数值，依设计 常约介于10 500之间，本发明的应用约较佳值约120 180之间，当延伸时的温度控制在拉伸分子材料的双折射异向性发生时就可以使多层堆栈的膜堆 产生异向性与等向性的折射率变化，而搭配设计的1/4光学波长设计的厚度设 计并搭配延伸工艺，即可达成多层膜干涉的条件，而将光线中的S偏振光反射， 有效回收利用LCD面板上贴附的偏光板所损耗吸收的光线，此时即可以达到偏 光散反射的设计条件，所以以此实施例实施时，本发明可以达成提升面板辉度 的条件。
当工艺条件不易达干涉反射的严格条件时，本发明的实施例只要设计使配 向的扩散颗粒数量与堆积的层数够多，再经延伸工艺产生异向性特性时也将有 明显的偏振光反射效果，此反射非薄膜干涉所造成，其单纯类似为多层膜与多 层不同材料间折射率差异造成的多次反射，多层共押出各层的折射率与介质的 接U差异更多且复杂时，更能增加扩散元件的扩散特性。所以本发明的扩散膜 也能设计以增加透光颗粒数量后经延伸工艺产生折射率的异向性来达成部分 偏光散反射的功能，增加面板的辉度。
请参考图8所示，为本发明多层共押出扩散膜的实施例与市面产品比较 图，图中四条曲线分别表示原始LCD、原始LCD使用本发明提供的扩散膜一、 原始LCD使用本发明提供的扩散膜二与原始LCD使用3M的增光膜DBEF在各视 角角度的辉度表现，其中，"^"表示原始LCD的曲线图；_^_表示扩散膜 一+原始LCD的曲线图；~^表示扩散膜二+原始LCD的曲线图；"^^表示 参考膜(3M-DBEF) +原始LCD的曲线图。
其中显示以本发明的光扩散膜与市面上有增光效果的产品(美商3M的增 光膜DBEF)比较，以Topcon的BM_7 FAST辉度计测量15吋面板的垂直视角辉 度分布图，图中坐标的水平轴单位为视角角度(度)而垂直轴为辉度单位 (nits)，图显示当LCD面板加上3M的DBEF后有明显增光的效果，图中也显示
使用多层共押出工艺所制作本发明扩散膜，其也有不错的增光效果。而图中四 曲线中的扩散膜一与扩散膜二两曲线其辉度的差异在于延伸的工艺改变而导 致折射率的差异所致。
图中更显示于背光模块加上此扩散膜后的LCD与未加任何膜片的原始LCD 比较量测其各角度平均辉度增益(Gain)约有1. 1 1. 7倍左右，且垂直视角分 布也不会因此改变太多。整体而言，押出工艺若采用多层共押出并搭配透光扩 散颗粒于各特定层中间后，经押出工艺再经延伸工艺来提升折射率差异后，产生异向性的折射率差异便更可以有效增加偏光散反射率。完成上述光扩散元件 后，使光线经过此扩散元件时，表面结构可产生不同的光线折射与散射方向，
基材中经拉伸的颗粒与基材则产生双折射(Birefringence)等的各向异性的 特性，不仅可以产生较好的扩散能力，能增加异向性，也可有一定程度的偏振 散射效果。
请再参阅图9，其显示本实施例所制作的非对称扩散膜片以日本电色工业 株式会社所生产的GC5000L型扩散角度光度计来测量其经延伸的膜片的TD与
MD方向的扩散角度差异。其中，__表示70方向，.....表示MD方向。本
实施例中所押出的光学膜片，采喷砂与蚀刻方式制作微结构雾面滚轮为模具， 将高分子塑料熔化捏炼后经多层共押出机以分层器分层押出，所得的基材本体 其微结构表面Ra粗糙度值约3. 5 5. 2um，而膜片厚度约0. 4mm，接续以此膜 片再经实验延伸机在120度的烘箱加热后以约1. 75倍的延伸倍率，采单轴延 伸，最后再经热处理来消除内应力。最后得到此非对称光学膜片成品TD与MD 方向的半高全角(FWHM)角度差异约有2 3度，而更大的非对称角度的变化则 需采用更大的延伸倍率来达成。
上述产生的扩散元件，如扩散膜，通常扩散膜的通用厚度约是50 500um， 也可根据需求改变此押出并延伸后的基材厚度，此膜片也可贴附在其它基板 上，形成复合式扩散板，常见各种用途的扩散板可约有lmra-9mm的厚度，而 LCDTV光学用途的扩散板因LCDTV薄型化需求，扩散板厚约0. 5 3mm，此光 扩散元件若设计当成扩散板用途使用时，考虑支撑机械强度的需求，也可以直 接于押出工艺时改变滚轮间距来提升厚度形成一较厚的扩散板基板并依之前 手段来制作此较厚约0. 5 3mm厚度的扩散板元件。
本发明的非对称光扩散元件的特征为基材的一表面具有起伏凹凸结构的 非对称光扩散薄膜，除了表面结构外，基材内部有透光扩散颗粒结构，基材并 经过延伸工艺处理而改变基材的折射率，并具有非对称的光学扩散特性。
上述非对称光扩散元件的基材中具有可经过应力延伸的透光颗粒，其实施 例可以为圆球形、椭圆形、非球状、长条状、圆柱体、棱柱体、或各种形状掺 杂的混合透光扩散颗粒结构；而基材表面结构通过具有表面结构的模具或滚 轮，再利用滚轮共押出工艺产生基材表面结构，而模具本身的表面结构可通过 喷砂(Sandblasting)、蚀刻(Etching)、、激光直写(Laser Writing)、鑽石 切割、光刻(LIGA)、表面涂布等工艺产生，微结构模具的加工形状可依据加 工工艺与模具设计有各种形状，如半球，金字塔，圆锥、椭圆，菱形，非球面或以上结构混合的形状等，经押出工艺与应力延伸工艺后其最后的形状可以做 不同延伸倍率的比重来调整，若配合单轴或多轴同倍率或不同延伸倍率延伸条
件，更能制作出某些不易以传统机械加工方式所制作的非对称型表面微结构， 如随机分布且结构成条状分布的扩散膜与扩散板。本发明中仅加工滚轮模具一 次即可以借通过延伸工艺来制造出多种比例的非对称结构，此方式可以省去许 多模具加工的时间与成本，提升生产力。
综上所述，本发明所揭示的非对称光扩散元件与其制造方法具有以下特
色
(1) 经应力延伸工艺产生的基材可由延伸倍率条件来调整非对称扩散元 件的表面结构大小与方向与扩散能力；
(2) 本发明经应力延伸工艺所产生的双折射效应其折射率差异可以更大， 双折射效果搭配表面微结构后可以形成高度非对称的扩散特性；
(3) 基材内均向性(isotropic)的颗粒经拉伸可以产生双折射效果；而 各向异性的颗粒经拉伸可以调整分布，调整方向，也会有双折射的效果；
(4) 本发明的工艺并非需要复杂的模具加工工艺技术，可以简化模具开 发制作成本，可以快速制作传统机械加工方式不易制作的模具；
(5) 共押出的工艺无传统涂布(Coating)溶胶再经热或光固化的膜片工 艺，其基材与成形胶有剥离(Peeling)的缺点，且押出的结构其本体强壮不 易翘曲，微结构本体因非涂布方式接合，所以结构强壮不脱离基材，且不易有 翘曲问题；
(6) 可由延伸方式产生单轴(Monoaxial)、单轴限制(Constraint)延伸 或是双轴(Biaxial)的延伸效果，并应用于一维或是二维异方向用途需求的 扩散效果；
(7) 基材中的颗粒与基材本体经拉伸后与颗粒基材折射率与厚度的适当 搭配后可以产生偏光散反射的效果，可以增加LCD面板光穿透率与辉度。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的 情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形， 但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种非对称光扩散元件的制造方法，其特征在于，包括有使用滚轮押出转印工艺将一平板模具或滚轮上的表面结构压印在该基材表面上，其中该基材为一掺有透光的扩散颗粒的高分子材料形成；以及进行延伸工艺使该基材内的透光颗粒与基材本体拉伸，产生表面微结构形变。
2. 根据权利要求1所述的非对称光扩散元件的制造方法，其特征在于，该基材中的基材本体或透光颗粒经延伸工艺后具有折射率或结构的配向性。
3. 根据权利要求1所述的非对称光扩散元件的制造方法，其特征在于，该延伸工艺采用纵向延伸、横向延伸，作单轴、多轴方向延伸。
4. 一种非对称光扩散元件的制造方法，通过工艺产生非对称性扩散特性的光扩散元件，其特征在于，该制造方法包括有准备一平板模具或滚轮，该模具或滚轮的表面具有凹凸起伏的结构，借以压模出该非对称扩散元件的表面结构所需的模具；备制一掺有透光颗粒的基材材料；进行滚轮转印工艺，通过多组具有表面微结构的滚轮于该基材的表面上压印该模具上的表面结构；以及进行一延伸工艺，通过调整多组滚轮的滚动速度使该基材本体与基材内的透光颗粒受到不同的应力，产生形变。
5. 根据权利要求4所述的非对称光扩散元件的制造方法，其特征在于，该基材中的基材本体或透光颗粒经该延伸工艺后具有折射率或结构的配向性。
6. 根据权利要求4所述的非对称光扩散元件的制造方法，其特征在于，该基材中的基材本体或透光颗粒经该延伸工艺后具有双折射的特性。
7. —种非对称光扩散元件，其特征在于，包括有一透光高分子基材材料；多数个透光扩散颗粒，于制作该光扩散元件时掺入该透光高分子基材材料中；以及单面或双面的具有非对称起伏结构的光扩散元件表面；具表面起伏的掺有透光扩散颗粒的高分子基材光扩散元件经一延伸工艺的处理，并产生非对称的表面结构，与非轴对称的扩散特性。
8. 根据权利要求7所述的非对称光扩散元件，其特征在于，该透光高分子基材于该延伸工艺之前与之后的折射率差异0. 01 0. 45之间。
9. 根据权利要求7所述的非对称光扩散元件，其特征在于，该光扩散元件表面结构通过一押出工艺产生。
全文摘要
本发明公开了一种非对称光扩散元件与其制造方法，其中扩散元件为经过应力延伸的透光薄膜，而基材材料部份掺杂不同材质的扩散颗粒，通过应力延伸的过程形成各向异性的薄膜层，具有双折射的扩散特性，表面结构则是利用押出或多层共挤押出并再经延伸形成非对称的起伏构造，使通过此扩散元件的光线于扩散后产生均匀的光线，与各向折射率差异，并会产生部分偏振散射的效果，其中扩散元件的较佳实施例包括准备模具制作出非对称扩散元件所需的基本表面结构，通过滚轮转印工艺制作带有表面微结构的基材本体，此基材本体再经应力延伸工艺产生折射率变化与基本结构的形变。
文档编号G02B5/02GK101602254SQ200810111429
公开日2009年12月16日 申请日期2008年6月12日 优先权日2008年6月12日
发明者张仁怀, 林昭颖, 程永雄 申请人:颖台科技股份有限公司