具有包括用于扩散的分散粒子的基材的增亮膜的制作方法

专利名称：具有包括用于扩散的分散粒子的基材的增亮膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有结构化表面(structured surface)的光学基材 (substrate)，尤其是一种用以增强亮度的光学基材，更具体地，涉及一种用于具有平面光 源(planar light source)的平板显示器(flat panel display)中的±曾亮(brightness enhancement)基材。
背景技术：
平板显示器技术常用在电视显示器、电脑显示器及手提电子装置(例如，手机、个 人数位助理(PDAs)等)。液晶显示器(LCD)是一种平板显示器，其利用具有像素阵列的 液晶模块(LC module)以产生影像。参考图1，一种常见的IXD用背光装置(hcklight apparatus) 10包括反射器11、导光板12、光源13以及各种光学膜，其中光学膜包含下扩 散膜(lower diffuser sheet) 14、两张交错的(crossed)增亮膜15 (例如，两张增亮膜15 具有类似的表面结构并且相对于垂直膜层的平面的轴以90度错位(offset))及上扩散膜 17。增亮膜15是使用微结构以使光沿着视轴(即垂直于显示器的轴)前进，其增 强了显示器使用者所见的光亮度，并让系统得以使用较低的功率而产生预期的向轴亮度 (on-axis illumination)。迄今为止，增亮膜具有平滑的光输入表面，光自背光模块经由 光输入表面进入；和具有微结构(例如，棱柱、凸透镜或三角锥)的结构化光射出或输出表 面。设置在光射出表面处的微结构会改变膜/空气界面处光线离开膜的角度，并将斜射入 膜的光输入表面处的入射光重新分配至更垂直于增亮膜之光射出表面的方向。增亮膜可为微棱镜膜片(micro-prismatic sheet)的形式。微棱镜膜片的组 成(例如，3M 微棱镜增亮膜)通常包含两膜层PET基材16和具有微棱镜结构的结构层 18 (例如，丙烯酸层)。在光输出表面具有微棱镜结构的结构层18的功能在于收集经过下 扩散膜14散射后射向观看者的光线。PET基材16是相对强健的膜层，用以支撑相对较弱的 微棱镜层18。—般已建议，利用一种多功能膜层来取代上述的两或三张光学膜层。多功能膜需 要达到增光的功能及上/下扩散膜的扩散功能。迄今为止，在现有技术中已经描述了各种 方法。图2显示了现有技术“类型A”多功能膜20。粒子被添加至基材沈所支撑之丙烯 酸棱镜层28。(见例如美国专利公开案US 2007/0121227)。图3和4显示了现有技术“类型B”多功能膜。在图3所示的多功能膜30中，包含 粒子(particle)/粒珠(bead)的树脂涂布层(s印arate coating) 32是涂布至支撑棱镜层38的基材36的底面。类似地，在图4中，含有粒子的涂布层42是涂布至支撑结构层48的 基材 46 的底面。(见例如美国专利 US 5995288,US 6147804,US 6333817,US 6560023,US 6700707、US6825984、US 6280063、JP 3968155、JP 3913870 及 JP 3860298)。类型 B 多功 能膜通常由下列方式所制成将UV可硬化树脂沉积(cbpositing)至PET基材上，接着利用 模具进行压印(embossing)(见例如美国专利US 5183597)以形成结构层，并利用传统的溶 剂浇铸法(solvent casting)形成具有粒子的额外树脂层。图5显示了现有技术“类型C”多功能膜50，在基材片56之顶侧与底侧一体地形成 结构化表面58及扩散/漫射(diffusing/scattering)表面52。结构化表面58及扩散/漫 射表面52可借着下列方式制造在具有对应于结构化表面58及扩散/漫射表面52的不同 图案的两个滚轮或皮带间挤出(extruding)或延压出(calendaring)基材片56。美国专利 US 6观0063揭露了利用热压印(hot embossing)微棱镜以在挤压片(extruded sheet) 56 上形成结构化表面58及扩散/漫射表面52。美国专利US 5598280揭露了类型C之多功能膜的另一示例60，其中光扩散表面 62 不具有光扩散剂粒子(light diffusing agent particle)。具有凸出(projection)棱 镜结构的表面58与形成于基材66的背表面的光扩散表面62是一体成型。美国专利US 5598280亦揭露了一种替代实施例，类型D多功能膜70，其中表面微 棱镜凸出结构78形成在基材76的顶面上，并且与被施加至基材76的背表面的单独涂布层 72的光扩散表面一体成型。然而，上述之多功能膜层皆具有其缺点。具体而言，类型A膜层由于具有平滑、非 结构化的底面，所以光学耦合效应(例如，出现牛顿环)是它的主要问题。类型B与类型D 膜层皆需利用多道工艺(multiple-pass process)制作，这除了提高制作成本外，更容易形 成缺陷。至于制造类型C膜层，由于挤出工艺及单一材料的膜层结构的本质，难以在膜层的 两侧上同时制造出不同的结构，且单一材料的膜层结构的各侧上的增光及扩散能力通常较 多层结构来得差。因此，需要一种光学结构，其能同时增加亮度并提供有效的扩散，并克服现有技术 多功能光学膜的缺点。

发明内容
本发明是关于一种具有内置(built-in)光扩散结构的增亮膜。本发明的增亮膜 包括光学基材，其具有增加亮度的结构化表面；和支撑基材，其结合了(incorporate)光 扩散用的分散粒子。根据本发明，除了支撑基材层外无需另外的单独的粒子层。粒子是整 合至支撑基材层的单一本体(imitarybody)中。在本发明的一方面中，粒子被分散在靠近支撑基材的至少一个平面表面处(即， 支撑基材的光输入表面、光输出表面或两者)。粒子在支撑基材的表面中的分布深度远小于 支撑基材的厚度。粒子在支撑基材表面的分布区域的厚度与粒子的大小尺寸相当。在一个 实施例中，粒子分布区域的厚度小于粒子的平均尺寸(即，粒子突出于支撑基材的表面)。粒子可全部嵌于支撑基材的表面下，或者部分突出在支撑基材的表面上。在本发 明的一实施例中，支撑基材包括粒子或粒珠，这些粒子或粒珠仅散布于靠近基材表面处并 在表面处形成突起(即，粒子分布表面并非平滑的)。粒子可散布于支撑基材的一侧或两平面侧上。在支撑基材中的粒子或粒珠可为无机材料、有机材料或两者之混合物。粒子的形 状可为规则的、不规则的、对称的、非对称的、或具有随机的或不特定的几何形状(例如，球 形、椭圆形、长菱形、碟形、中空的或奇特的形状)。粒子的表面可为加工过的，例如经过抛 光、粗化、上漆或涂布等。粒子和粒珠的尺寸不必是均勻的。所有的粒子可大致上或实质上具有相同的尺 寸、或具有随机的尺寸、或在整个基材内具有特定的尺寸分布轮廓和/或在支撑基表面处 的深度分布具有特定轮廓。除了粒子尺寸分布外，粒子的密度可于支撑基材的整个表面均 勻地分布，或于支撑基材的整个表面随机地分布，或在支撑基材的整个表面处以变化粒子 密度轮廓的方式分布。替代性地或额外地，粒子可于靠近支撑基材的整个表面的深度中均 勻地分布，或于支撑基材的整个表面的深度中随机地分布，或在支撑基材的整个表面处的 深度中以变化粒子密度轮廓的方式分布。此外，变化密度轮廓可包括靠近基材表面的粒子 密度高于基材内部，或反之亦然。在支撑基材中具有内置光扩散表面的多功能增亮膜可降低牛顿环的效果。此为优 于现有技术类型A棱镜多功能增亮膜的一项优点。此发明优于类型B与类型D膜片的一个 优点为，其消除了额外涂布膜层的需要。本发明避免了挤出工艺(extrusion process)及 单一材料结构，此为本发明优于类型C膜片的一个优点。使用分散于支撑基材中的粒子而 非涂布在支撑基材的单独基层上形成光扩散表面，会降低光偶然碰撞到粒子而被折射的机 率，由此改善了类型D膜片。本发明的另一优点为，其降低了多功能膜的厚度，因此也降低了背光结构的厚度， 此在显示器装置的设计中变得日渐重要。


为了更全面地了解本发明的本质、优点和优选实施例，应阅读下列的详细描述并 结合参考附图。在下列附图中，相似的元件符号代表所有附图中类似的部件。图1概略地显示IXD的背光模块的现有技术的剖面图。图2至7概略地显示各种现有技术的多功能膜的结构。图8概略地显示根据本发明一实施例的具有增亮膜的IXD的结构。图9A是概略剖面图，显示根据本发明一实施例的结合了分散粒子的支撑基材；图 9B是概略剖面图，显示根据本发明一实施例的结合了图9A的支撑基材的增亮膜。图IOA是根据本发明一实施例的结合了分散粒子的基材的SEM顶视图照片；图 IOB是图IOA中的基材的SEM剖面视图照片。图11是概略图，显示根据本发明一实施例的包括结合了本发明的新颖增亮膜的 IXD的电子装置。图12是概略图，解释穿过一薄膜(例如，支撑基材、增亮膜等)的总的光穿透的分量。
具体实施例方式本描述为发明人目前所能思及的实施本发明的最佳模式。此处所描述的发明是参考各种实施例和附图。本描述的目的在于说明本发明的一般原理而不应视为限制性的。熟 知此项技术人员应了解，在不偏离本发明的范围与精神下，可基于本发明的教示完成各种 变化与改善。决定本发明的范围的最佳方式是参考随附的申请专利范围。本发明是关于增亮膜及支撑基材，此增亮膜包括具有增加亮度的结构化表面的光 学基材，而此支撑基材包括用于光扩散(或散射)的分散粒子。根据本发明，除了支撑基材 层外无需额外的粒子层。粒子是整合于支撑基材层中的。在本发明的一方面中，粒子被分散在靠近支撑基材的至少一平面表面处(即，支 撑基材的光输入表面、光输出表面或两者)以提供光学扩散。本发明的支撑基材的光学扩 散方面可应用至具有光学基材的增亮膜，其中光学基材可具有各种类型的设计用于光增亮 的结构化光输出表面。图8例示本发明的一种平板显示器的示例。在本实施例中，背光IXDllO包括液晶 显示模块112、背光模块114形式的平面光源、和插入液晶模块112与背光模块114之间的 本发明的一片或多片增亮膜126与128。增亮膜126与1 可以是类似的。液晶模块112 包括夹置于两透明基材间的液晶和限定二维像素阵列的控制电路。背光模块114提供平面 光分布，可为光源在一平面上延伸的背光类型(backlit type)，或图8中所示的线性光源 116是设置在导光板118边缘处的侧光类型(edge-lit type)。本实施例具有反射器120， 用以从导光板118将光回收重新送入导光板118。导光板118具有结构(例如，具有斜板且 在背向液晶模块112的底面上限定有光反射和/或散射表面)，可分配及引导光朝向液晶模 块的顶平面表面。在所示的实施例中，根据本发明有两片相同的增亮膜1 与128，这两片增亮膜设 置为相对于垂直于膜平面的轴成90度的相似膜错位(例如，对于具有纵向棱镜结构的膜而 言，膜被设置成使两膜的纵向棱镜结构大致上呈正交的)。经过增亮膜进入液晶模块112的 光被扩散，并在空间上均勻地导向液晶模块112的整个平面面积，且具有较强的法线光强 度。根据本发明的增亮膜可与LCD —起被用于如电视、笔记型电脑、监视器、手提式装置如 手机、PDA等显示器，从而使显示器更亮。图9A显示具有粒子140分散于其表面处的支撑基材132的横剖面视图。虽然图 9A显示在支撑基材132的两个相对表面处皆有粒子的实施例，但应了解，粒子140可以只被 分散于支撑基材132的一表面处(例如，底面或光输入表面146处无粒子)。粒子可在基材 132形成时被分散于一个或两个表面。接着光学基材130材料被接合至支撑基材132、被压 印并固化而形成图9B中所示的棱镜结构135及双层多功能膜126。虽然图9B显示底基材 142具有均勻厚度，但其可具有非均勻厚度。为了方便参考，下面将采用直角坐标系统x、y、z来显示不同方向。如图9B中所 示，X轴为与结构化表面的峰部(peaks)与谷部(valleys)横越的方向，也被称为横向。ζ 轴为垂直于光学基材130的平面的方向。在所示的实施例中，来自外部导光板118的光被 导向至正ζ方向上。y轴垂直于χ轴与ζ轴，位于光学基材130的平面中。(对于光学基材 的矩形片而言，χ与y轴为沿着基材130的垂直边缘。ζ轴为垂直于χ与y轴)。光学基材130具有平面且平滑的光输入表面142和结构化的光输出表面144(例 如，如图9B中所示，棱镜结构包括在y方向上的纵向规则棱镜结构135，并以横列设置(例 如，在χ方向上并排(side-by-side)设置))。棱镜结构135在纵向和/或横向上是与相邻的棱镜结构135相连。由于棱镜结构135在实际上并非是组装在一起的独立离散块状物， 因此棱镜结构135的材料为连续的或连续且单一的结构，并且其本身不具有物理上的接触 表面或邻接表面。在本发明一实施例中，在整个光学基材结构中光输出表面144和光输入表面142 是大致上彼此平行的(即，形成的总体基材结构不会如背光模块中的导光板一样大致逐渐 变细，或者不会是凹的或凸的)。棱镜结构135可为规则的或不规则的(如同在审理中的美国专利申请案 11/450，145所揭露，此案是共同转让于本发明的受让人，将此案的所有内容包含于此作为 参考)。棱镜结构135的横剖面可为沿着y轴于不同位置所取的x-z平面剖面。此外，水 平方向是位于x-y平面中，而垂直方向是位于ζ方向上。在所示的实施例中，棱镜结构135 的几何形状是规则的。光输入表面142位于x-y平面中。如图9B中所示，显示出棱镜结构 135的横列端点的边缘是位于x-z平面中。棱镜结构135可拥有结构、几何及特征如较早申 请的同在审理中的美国专利申请案11/450，145及11/635,802中所揭露者的结构，上列申 请案是共同转让于本发明的受让人，将其所有内容包含于此作为参考。粒子140可全部嵌于基材132的表面下，或部分突出至基材132的表面上。在本 发明一实施例中，支撑基材132可为PET(聚乙烯对苯二甲酸酯)材料。用于本发明的PET 基材132是利用普通的熔融浇铸/拉伸工艺所制成。PET基材132具有可挠性且包括粒子 或粒珠140，粒子或粒珠140仅被分散在靠近基材表面处并在其表面处形成突起(即，粒子 分散表面并非平滑的)。粒子140可分散于支撑基材132的一侧(即，支撑基材132的光 输出侧148)或两平面侧(即，光输入侧146与光输出侧148)。粒子在基材132存在粒子 的每一平面表面处的可涵盖深度为总基材厚度的1-10% (即，后述的“a区域”厚度)，优选 地为总基材厚度的1_5%。若粒子尺寸为少于1-30 μ m的数量级，则1-5%支撑基材的a区 域厚度会少于1-20 μ m的数量级(即，粒子尺寸为a区域厚度的数量级，除非较小粒子相对 位于表面粒子区域的较深处，否则大致上会期望粒子突出至支撑基材132的平面表面上)。 突出的粒子会使得支撑基材的光输出表面148及光输入表面146粗糙。分散在支撑基材132的两侧上的粒子140在任何或所有材料上、化学和/或物理 组成上、平均尺寸上、重量填充位准上、形状上、表面特性上等可为相同的或不同的，且两侧 上的a区域厚度和/或粒子分布密度可不同。在PET基材132中的粒子或粒珠在本质上可为无机的或有机的，即Ti02、BaS04、硅、 Si02、PS(聚苯乙烯)或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。由已知激光散射方法所量测到的粒子 及粒珠特性、平均尺寸范围可介于1至30μπι。除非特别注明或从下列内容中明确指出，否 则提及粒子或粒珠尺寸时是指平均尺寸。粒子及粒珠的平均尺寸不必是均勻的。所有粒子 可大致上或实质上具有相同尺寸、或具有随机尺寸、或在整个基材中具有特殊的尺寸分布 轮廓和/或在支撑基材表面处具有特殊的深度分布轮廓。例如，对于交联(cross-linked) 的PMMA、交联的PS及硅树脂粒珠而言，支撑基材内的粒子尺寸范围可从1至30 μ m，优选的 范围是从2至20 μ m。对于Si02、TiO2及BaSO4粒子而言，粒子尺寸可从0. 3至5 μ m，优选 范围是从1至3 μ m。上述范围尤其适合应用于厚度范围从约25 μ m至350 μ m的支撑基材 132。因此，粒子尺寸及粒子区域(下列将称为“a区域”)的厚度将明显地小于支撑基材 132的厚度。
一般而言，愈均勻的粒子尺寸分布能提供愈均勻的光扩散效果及更高的光穿 透，但不均勻的光扩散效果可借着选择所需的尺寸分布(例如，配合非均勻光源、或 特意将期望的非均勻光强度视觉效果提供给使用者)而特意达到。如下所指，“单分 散(mono-dispersed)”粒子是指在支撑基材中具有均勻粒珠尺寸的粒子，而“多分散 (poly-dispersed) ”粒子是指在支撑基材中粒珠尺寸介于特定尺寸分布内的粒子。如此文 中所使用的词，“单分散”粒子被视为是粒子真实尺寸的范围是落在变异系数(CV)小于等于 15%。除了粒子尺寸分布外，粒子140可均勻地分布于支撑基材的整个表面或随机地分 布于基材132的整个表面，或在基材132的整个表面处以变化粒子密度轮廓的方式分布。替 代地或额外地，粒子140可在基材132的表面附近可有均勻的深度分布或在基材132的表 面附近可有随机的深度分布，或在基材132的表面附近深度中以变化粒子密度轮廓的方式 分布。此外，变化密度轮廓可包括粒子在靠近基材表面处密度高于基材内部，或反之亦然。粒子140的形状可为规则的、不规则的、对称的、非对称的、具有随机或特定几何 形状(例如，球形、椭圆形、长菱形、碟形等)。例如，无机粒珠如Si02、BaSO4及TiO2可具有 随机形状。有机粒珠如交联的PMMA及交联的PS或硅树脂可具有球形、中空的或奇特的形 状(例如，双凸面镜形)。图IOA及IOB显示了在表面处具有分散粒子的支撑基材的SEM顶视图及横剖面视 图照片。支撑基材的测试材料为PET而所用的粒子为Si02。所有粒子被观察到在外表面附 近。在每一表面上所用的所有粒子占总基材重量的0.009%至0.2%。或者，通过参考粒子 体积来控制所用粒子的量。粒子140在光线下具有白色外观。粒子140的表面可经过加工，例如，经过抛光、 粗化、上漆或涂布等。基材132及粒子140的例示性材料的折射系数包括PET 基材 1. 50粒子SiO2 1.46BaSO4 1. 65TiO2 2. 49交联的PMMA 1. 49交联的PS 1. 59硅树脂 1. 43针对基材132及所得的增亮膜126，考虑了数种设计准则，包括支撑基材的特性 如穿透、扩散及雾度(Haze)及所得的增亮膜126的光学增益(即，光收集能力)。此外，一 般期望消除支撑基材中的牛顿环效应(Newton-ring effect)及减少彩虹纹效应(rainbow effect)0参考图12，经过膜(例如，支撑基材、增亮膜等)的总的光穿透率包括数个分量。 当应用于支撑基材膜时，总的光穿透率包括平行穿透的光分量及扩散穿透的光分量。具体 而言，总的光穿透率(％ Tt)=(总穿透光/入射光)X 100=平行光穿透率(％ Pt) +扩散 光穿透率(％Df)。另外，雾度被定义为(％Df/% Tt) X 100。一般而言，为了使支撑基材132提供有效的扩散效应，期望具有尽可能高的％ Tt及尽可能高的％ Df分量，或具有尽可 能高的雾度但却不会高到大幅地损及Tt。数个因子或参数会影响本发明的增亮膜1 的穿透率及扩散。参数中的某些参数 可包括a.支撑基材 132 的表面的 Ra(Ra 由例如 Handbook of SurfaceMetrology, David J.ffhitehouse,CRC Press (1994)定义)。(Ra通常随着粒珠尺寸、粒珠填充量及“a区域”(见 下述)厚度的增加而增加)；b.粒子的平均尺寸；c.粒子的尺寸变异及分布(例如，单分散相对于多分散)；d.粒子的密度分布；e.支撑基材中粒子的填充量(例如重量百分比，wt% )(例如，l-10wt% )；f.支撑基材的膜层特性(例如，粒子仅位于支撑基材的一平面侧(即alDb型基 材)，或粒子位于支撑基材的两侧(即aba型基材)。标号“a”代表支撑基材内具有粒子的 表面区域，“b”代表支撑基材内不具有粒子的核心区域和/或表面区域。然而，在“a”与“b” 区域间却无物理或化学的边界。“a”与“b”区域可为连续的、单一的(unitary)结构，区域 间不具有物理接触表面或连接表面。因此，abb型基材代表具有含粒子的表面区域、不含粒 子之核心区域及不含粒子的另一表面区域的支撑基材；aba型基材代表在含粒子的两表面 区域之间夹置着不含粒子的核心区域的支撑基材。)；g.粒子的表面特性(例如，反射及折射特性)；h.靠近表面的粒子区域的平均厚度或深度(即，a区域或a “层”的厚度)；i.粒子的形状。一般而言，为了经由基材140而改善光穿透率，因此可对粒珠/粒子140的表面进 行化学改质而使其表面折射系数接近基材140的材料的折射系数。粒子140的表面亦可具 有反射性(例如，具有经抛光或经涂布的表面，或基于粒子与基材的折射系数的差异而具 有反射性)。粒珠/粒子140的折射系数、尺寸及形状的差异皆可影响支撑基材132表面处 的粒子140的扩散效果。粒珠/粒子140的折射系数、尺寸及形状的差异将是决定扩散效 果的主要因素。粒子/粒珠140的位置为较次要的因素。在所示的实施例中，粒子分散在PET基材132中所造成的平均表面粗糙度(Ra)是 介于0. 1至1 μ m之间(例如，基于IS04^7)。透明材料可具有挠性，且其材料可包括但不 限于PET及聚碳酸酯(PC)。材料可为清澈透明的或可具有颜色。透明材料亦可为刚性材 料，且其材料可包括但不限于PET、丙烯酸树脂和聚碳酸酯及其共聚物。基于通过改变各种结构参数来比较各型的支撑基材(PET材料)并更进一步比较 它们做成增亮膜后的效应，观察到下列相对的效果a. aba型与abb型支撑基材的效应比较两种50 μ m厚度的支撑基材，都具有3 μ m 多分散PMMA粒珠，具有相当的粒子a区域厚度(例如，约1. 5 μ m)及支撑基材表面Ra及 其它相当的参数，对于abb型支撑基材而言可利用较少的总粒珠填充量(例如，abb型具有 5%粒珠填充量而aba型每一平面侧具有4%粒珠填充量(总填充量为8% ))及较有效地 消除牛顿环而获得类似的％ Df与雾度。换言之，对于al3b型而言，可使用较少的粒珠而消 除牛顿环。
b. a区域厚度的效应比较两种50 μ m厚度abb型的支撑基材，都含有3 μ m多分 散PMMA粒珠、5wt %粒子填充量，具有相当的表面Ra及其它相当的参数，在靠近支撑基材表 面处(从1.56至2·20μπι处)的粒子区域(即，a区域或a层)的厚度，如果增加时仅会 稍微地增加％ Df0然而已发现，在做成增亮膜时，使用具有较厚a区域的支撑基材，它的光 学增益较低。c.粒珠类型的效应比较三种50 μ m厚度alib型支撑基材，分别具有多分散PMMA、 单分散PMMA及单分散PS粒子，均具有约5wt%粒子填充量、约接近1. 5 μ m的a区域厚度、 约接近3μπι平均尺寸的粒珠、表面Ra与其它的参数均相当，结果显示(i)单分散粒子表现 出较佳的扩散效果，及(ii)单分散PS粒子比单分散PMMA提供稍微较高的雾度及％ DfJfi 做成增亮膜时，能提供较高的光学增益。还发现，支撑基材的％ Df与所得增亮膜的光学增 益并无关联。d.粒珠尺寸与a区域厚度的效应比较三种125 μ m厚度aba型支撑基材，皆具有 3wt%的多分散PMMA粒珠填充量、在各基材的两平面侧处分别具有3 μ m、6 μ m与6 μ m的粒 珠尺寸及其它相当的参数，结果显示(i)当平均粒珠尺寸增加时扩散效果减少；(ii)具有 相同类型粒珠时，可通过增加a区域厚度(例如，从2.7增加至5.5μπι)而增加；(iii)粒 珠尺寸对彩虹纹效果的影响极少；和(iv)通过增加a区域厚度可抑制彩虹纹效应，但这会 降低所得增亮膜中的光学增益。e.针对125 μ m基材比较aba型与abb型的效应比较三种125 μ m厚度的支撑基 材，都具有3 μ m多分散PMMA粒珠，而在aba型的两平面表面的每一表面处具有2. 72 μ m的 a区域厚度及3%的粒珠填充量，在第一 abb型的一表面处具有3. 9 μ m的a区域厚度及6% 的粒珠填充量，在第二 abb型的一表面处具有3. 9 μ m的a区域厚度及10%的粒珠填充量， 结果显示(i)在具有相同％的粒珠填充量下，alA型具有较低的％ Df与雾度，但用alA型 膜所作的增亮膜，虽具有类似的％ Df，却有较佳的降低彩虹纹效应；(ii)增加粒珠填充量 可完全消除彩虹纹效应，但将会减少所得增亮膜的光学增益。f.针对125 μ m基材比较aba型与abb型的效应比较两种125 μ m厚度的支撑基 材，都具有6 μ m多分散PMMA粒珠，而在aba型的两平面表面的每一表面处具有2. 72 μ m的 a区域厚度及3 %的粒珠填充量，在abb型的一表面处具有3. 9 μ m的a区域厚度及3 %的粒 珠填充量，结果显示(i)在al3b型仅具有一个a区域时(即，较少的总粒珠填充量)，%Df 降低但却不影响％ Tt;和(ii)即便al3b型只有一半的总粒珠填充量，但并未出现牛顿环。 此外，abb型的所得增亮膜的光学增益较佳。g.针对125 μ m基材，比较粒珠类型的效应比较两种125 μ m厚度的支撑基材，都 具有3. 9 μ m的a区域厚度及多分散PMMA粒子，而分别具有3%填充量的6 μ m粒珠尺寸的 多分散PMMA和4. 5%填充量的5 μ m粒珠尺寸的单分散PMMA，结果显示两种基材具有相当 的％ Tt，但较大粒珠尺寸具有稍低的％ Df。然而，对于所得的增亮膜而言，两者的总光学增 益相当。h.粒子填充量的效应比较两种100 μ m厚度abb型支撑基材，都具有3. 1 μ m的a 区域厚度、5 μ m粒珠尺寸的单分散PS粒子，而填充量介于3. 5%填充量与5. 5%填充量，结 果如预期显示出粒珠填充量的增加会增加％ Df与雾度。i.粒珠填充量在消除彩虹上的效应已发现粒珠填充量需达到特定阈值水准(例如，介于3. 5至5. 5% )以抑制彩虹纹效应。j.针对188 μ m基材的粒子尺寸的效应比较两种188 μ m厚度ειΙΛ型支撑基材，皆 具有3wt %填充量的多分散PS粒珠，而在各支撑基材的一平面侧处分别具有6 μ m与8 μ m 粒珠尺寸，结果显示对于相同粒珠填充量与a区域厚度而言，Ra随着粒子尺寸的增加而增 加。除了上述实验外，一般期望在增亮膜的光学基材中所选择的棱镜结构可影响各种 光学效应，包括彩虹纹效应。然而，可能会因此而影响了总光学增益。但是，一般的期望是 不论棱镜类型为何，可利用PET薄膜的设计而消除彩虹纹效应。在结构化光学基材130处的棱镜结构可以是不完美的，这意味着棱镜的峰部可能 是渐缩的角度、可能是圆角化的、或可能是通过峰部附近的可变半径曲线加以平滑的。这可 能是对在处理这些结构化材料时降低对其造成损伤的优点。也可能是为了缓和从相对尖锐 的切断(cut-off)处亮度的下降(drop-off)的优点，亮度骤然下降在理论上可通过使用完 美的棱镜结构来达成。在一实施例中，可以下列方式控制填入支撑基材132的粒子/粒珠140量经通过 基材成形设备(substrate forming equipment)的独立的PET树脂供应管道将粒子/粒珠 140与熔融的PET树脂进行预先混合，和当预基材(pre-substrate)正被双轴延展时将粒 子/粒珠140形成于表面上。除了将粒子施加至混合物中的步骤外，此工艺应为熟知此项 技术人员所熟知。多功能的棱镜片优选地以UV浇铸固化(cast-cure)工艺来制造，此工艺为熟知此 项技术人员所熟知。利用经过加工而具有棱镜图案的负像(negative shape)的滚轮而将 棱镜图案压印于支撑基材132上。模具滚轮上的此图案是利用熟知此项技术人员所熟知的 技术，以钻石刀将图案车削至滚轮上所产生。替代的制造技术包括挤出(extrusion)、UV浇铸固化涂布 (UV-cast-curecoating)、延压(calendaring)、浮压(embossing)、身寸 出成型 (injectionmolding)禾口压注模造(compression-injection molding)。模具可为滚轮、皮带 或模板(mold plate)或模嵌块(mold insert)的形式。在模具上形成图案的技术可包括 但不限制为使用具有钻石尖端的工具以钻石车削、光刻(lithography)、激光熔融(laser ablation)、挤出或激光切割(laser cutting)。一示例显示出根据本发明的光学基材的相对尺寸，峰部高度为10至200微米的数 量级、谷部高度(底部厚度)为0. 3至10微米的数量级。前述尺寸意在说明结构化表面特 性为微米范围的微结构的事实。例如，根据特定的应用(例如，在手机的平板显示器或TV 监视器的超大平板显示器中)，增亮膜的面积总尺寸在宽度与长度上可在2mm至IOm的数量 级(甚至可能为更大的尺寸)上变化。光学基材的结构化表面上的棱镜块的特征尺寸无需 随着不同的总光学基材尺寸而作适当的改变。光学基材130的结构化表面144可根据多种工艺技术来产生，这些技术包括利用 硬体工具(hard tools)来形成用于上述具有预定结构不规则形状的棱镜轮廓的模具的微 加工。硬体工具可为安装在电脑数值控制(ComputerNumeric Control, CNC)机器(例如， 车削、铣床、裁划(ruling)/塑形(shaping)机器)上的极小钻石工具。此外，已知的慢速 工具伺服电动机(Slow Tool Servo, STS)与快速工具伺服电动机(Fast Tool Servo, FTS)是这些设备的示例。例如，美国专利6，581，286揭露了利用螺纹切割(threadcutting)方法 在光学薄膜上制造沟槽的FTS应用。为了提供预定的结构不规则形状，这些设备可包括特 定的微扰动(perturbation)构件(means)来协助工具以极小的偏移(shift)进行运动和 制造棱镜，因此制造出具有不同的不规则程度的非刻面(non-facet)平坦不规则形状。已 知的STS、FTS可包括超音波振动装置以提供微扰动或振动而达成模具中所预定的结构不 规则形状。通过使用这些设备以增加自由度的方式在模具中形成表面，可获得上述光学基 材的结构化表面的有着三维地变化的规则的和/或不规则的棱镜和平面。母版可被用来直接模造光学基材130或可被用于电铸(electroforming)母版的 复制物，复制物再被用来模造光学基材的模具。模具可为皮带、滚筒、平板或腔室的形式。经 由基材的热浮压和/或经由添加可形成结构的紫外光固化或热塑性材料，模具可被用来形 成基材上的棱镜结构。经由射出成型，模具还可被用来形成光学基材。基材或涂布材料可 为有机的、无机的或混合的Oiybrid)光学透明材料，并且可包含悬浮的扩散、双折射或折 射系数改变的(refraction modifying)粒子。根据本发明一实施例，图8中结合了根据本发明的新颖增亮膜的LCDllO可被设置 于电子装置中。如图11中所示，电子装置1110(可为PDA、手机、电视、显示监视器、手提电 脑、冰箱等中的一个)包括根据本发明一实施例的新颖IXD 110(图8)。IXD 110包括上述 的新颖光学基材。电子装置1110在适当的外壳内还可包含使用者输入界面如键盘及按钮 (以方块1116概略代表)；控制图像数据的电子装置，例如用以控制图像数据转输至LCD面 板110的控制器(以方块1112概略代表)；电子装置1110专用的电子元件，其可包括处理 器、A/D转换器、记忆体装置、数据储存装置等(集体地以方块1118概略代表)；和电源，如 电源供应器、电池或外部电源的插座(以方块1114概略代表)，上述部件皆为熟知此项技术 人员所熟知。虽然在此文中已描述了本发明的特定实施例，但这些实施例旨在说明本发明的目 的而非限制本发明，熟知此项技术人员应了解，在不背离本发明的范围的情况下，可对本发 明的细节、材料及部件配置进行各种变化，而本发明的范围是由随附的权利要求所限定。
1权利要求
1.一种增亮膜，包括光学基材，包括位于此光学基材的一侧的平面光输入表面和位于此光学基材的相反侧 的结构化光输出表面；和支撑基材，包括平面单一本体，该单一本体在它一侧的表面处具有光输入表面，并在它 的面对该光学基材的该光输入表面的相反侧处具有光输出表面，其中，该单一本体在其该 光输入表面与光输出表面中的至少一者处包括分散于其中的粒子。
2.如权利要求1所述的增亮膜，其中，该粒子分散于该单一本体中的在位于该单一本 体的该光输出表面处具有第一厚度的第一区域中。
3.如权利要求2所述的增亮膜，其中，该第一厚度基本上小于该支撑基材的厚度。
4.如权利要求3所述的增亮膜，其中，该第一厚度小于该支撑基材的厚度的10%。
5.如权利要求4所述的增亮膜，其中，该单一本体在该第一区域以外不包括粒子。
6.如权利要求2所述的增亮膜，其中，该粒子进一步分散于该单一本体中的在位于该 单一本体的该光输入表面处具有第二厚度的第二区域中。
7.如权利要求6所述的增亮膜，其中，该第二厚度基本上小于该支撑基材的厚度。
8.如权利要求7所述的增亮膜，其中，该第二厚度小于该支撑基材的厚度的10%。
9.如权利要求8所述的增亮膜，其中，该单一本体在该第一与第二区域之间的核心区 域中不包括粒子。
10.如权利要求1所述的增亮膜，其中，该粒子的至少一部分突出于该支撑基材的该光 输出表面，由此使得该支撑基材的该光输出表面变得粗糙。
11.如权利要求1所述的增亮膜，其中，该粒子是以单分散方式分散于该支撑基材中。
12.如权利要求11所述的增亮膜，其中，该单分散粒子的尺寸范围是介于1至30μ m之间。
13.如权利要求1所述的增亮膜，其中，该粒子是以多分散方式分散于该支撑基材中。
14.如权利要求13所述的增亮膜，其中，该多分散粒子的尺寸范围是介于1至30μ m之间。
15.如权利要求2所述的增亮膜，其中，该第一区域中的该粒子以重量计总共少于该支 撑基材的10%。
16.如权利要求15所述的增亮膜，其中，该粒子更进一步被分散于该单一本体中的在 位于该单一本体的该光输入表面处具有第二厚度的第二区域中，并且其中，该第二区域中 的该粒子以重量计总共少于该支撑基材的10%。
17.如权利要求2所述的增亮膜，其中，该第一厚度小于该粒子的平均尺寸。
18.如权利要求6所述的增亮膜，其中，该粒子更进一步被分散于该单一本体中的在位 于该单一本体的该光输入表面处具有第二厚度的第二区域中，并且其中，该第二厚度小于 该粒子的平均尺寸。
19.一种平板显示器，包括 根据图像而发光的显示模块；和 如权利要求1所述的增亮膜。
20.一种电子装置，包括如权利要求19所述的平板显示器；和控制电子元件，该控制电子元件将图像数据导向该平板显示器以根据该图像数据而呈 现图像。
全文摘要
一种具有内置光扩散结构的增亮膜(126)。支撑基材(132)结合了可供光线扩散的分散粒子(140)。根据本发明，支撑基材层无需特别外加独立的粒子层。粒子被整合在单一的支撑基材层中。在本发明的一方面中，粒子被分散在靠近支撑基材的至少一个平面表面(即，支撑基材的光输入表面、光输出表面或两者)处。粒子可全部嵌于支撑基材的表面之下，或者部分可突出至支撑基材的表面之上。在本发明一实施例中，支撑基材包含仅分散于邻近其表面处的粒子，并且所述粒子在支撑基材的表面处形成突起(即，粒子分散表面并非平滑的)。
文档编号G02B5/02GK102089682SQ200980126290
公开日2011年6月8日 申请日期2009年5月26日 优先权日2008年5月23日
发明者刘南一, 庄永源, 王康华 申请人:友辉光电股份有限公司