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TWI408405B - 光學膜複合物 - Google Patents

光學膜複合物 Download PDF

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TWI408405B
TWI408405B TW098136326A TW98136326A TWI408405B TW I408405 B TWI408405 B TW I408405B TW 098136326 A TW098136326 A TW 098136326A TW 98136326 A TW98136326 A TW 98136326A TW I408405 B TWI408405 B TW I408405B
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yu ming Sun
Shih Jung Chen
Chin Yi Liao
Pei Hsin Chen
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Eternal Chemical Co Ltd
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Description

光學膜複合物
本發明係關於一種光學膜複合物，尤指一種應用於直下式背光模組，特別係直下式LED背光模組之光學膜複合物。
液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)因其具有高畫質、低輻射、低消耗功率、較佳空間利用性等優越性，逐漸取代原有的陰極射線管(Cathode-Ray Tube，CRT)顯示器而成為市場主流。液晶顯示器之主要結構包含液晶面板與背光模組兩大部分，由於液晶面板本身不發光，因此需要背光模組(Back light module)提供液晶顯示器顯示影像所需之光源，以使其能夠正常顯示影像。
背光模組常用之光源之一為冷陰極燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)。在直下式背光模組中，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，導致顯示器螢幕上出現明顯的燈管輪廓，降低顯像品質。再者，當亮度需求越高或是顯示器尺寸越大時，所需燈管數愈多，則所出現之明暗條紋現象愈嚴重。因此，成為LCD領域的一大發展瓶頸。
另一種可用於背光模組之光源為發光二極體(Light Emitting Diode，LED)。由於發光二極體具有低耗電量、高亮度及無污染等優點，因此，使用發光二極體作為光源之背光模組，已成為目前重要的研究發展方向之一。然而，由於發光二極體為點光源且指向性高，容易產生螢火蟲效應(hot spot)，因此，採用發光二極體做為光源之背光模組若未適當將光線擴散及勻化，容易產生亮度不均勻(Mura)的現象。針對此問題的解決方式之一係增加LED數量使LED之間距降低，這種方式會因LED數量大幅增加，使得整體成本增加且容易產生過多熱量，進而影響其他部材的壽命與品質，同時電力消耗過大，無法滿足許多可攜式裝置需仰賴電池來提供電力之要求。
一般來說，背光模組分成直下式背光模組(direct type back light module)與側面入光式背光模組(side type back light module)。相較於側面入光式背光模組，直下式背光模組能提供較高之亮度，因此當對光源之亮度需求高或是應用於大尺寸顯示器裝置時，通常採用直下式背光模組。另外，直下式LED背光模組使用區域點亮(local dimming)技術，可以更加省電，達到環保需求，但是為解決螢火蟲效應，往往需要增加光源與膜片間之距離以提供足夠的混光距離，如此一來卻增加背光模組的厚度，不利於目前顯示器輕、薄的需求。
有鑑於此，本案發明人經廣泛研究和反覆實驗後發明一種包含一具高擴散性質之擴散元件和一增亮元件的光學膜複合物。本發明之光學膜複合物可在不增加混光距離之下，使應用於大尺寸顯示器之直下式LED背光模組達到光均勻化之效果，且製程簡單、良率高、使用方便，能有效解決目前技術領域中所存在之問題。
本發明之主要目的乃提供一種光學膜複合物，其包含一增亮元件及一擴散元件，其中該擴散元件包含一基材且該基材至少一側包含一光擴散層，該擴散元件具有根據JIS K7136標準方法測得不低於98%之霧度。
本發明之光學膜複合物具有勻光的效果，可有效擴散光線，解決亮度不均勻(Mura)的現象，從而可提供較佳之顯影品質。
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。
本發明所用之增亮元件並無特殊限制，主要係用以提升光利用率以達增亮之效果，其可為任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知之增亮元件。一般而言，增亮元件可區分為四大類。第一類是集光膜，其原理乃是利用一光學結構層，藉由特殊光學結構將入射光經折射及/或經內部全反射控制其出光角度，讓原本朝向四面八方之散亂的光線集中，減少光耗損率，而達到增加亮度的目的。市售集光膜之實例包含：3M公司，型號BEF(Brightness Enhancement Film)；SHINWHA公司，型號PTR-763；嘉威公司，型號HGP210；LG化學公司，型號LSF-451B；或是三菱麗陽(Mitsubishi Rayon)公司，型號M268Y。第二類是多層式反射偏光回收膜，其原理是利用兩種不同折射率的高分子材料以共壓出技術形成多層膜結構，再經由延伸產生雙折射率之特性。當光源通過時，垂直方向之偏光可直接穿透，而平行方向之偏光將被反射回背光模組，再經反射後重新形成垂直方向之偏光以穿透該多層式反射偏光回收膜，從而可提升光利用率，達到增亮的效果。市售多層式反射偏光回收膜之實例包含：3M公司，型號DBEF-D2-280。第三類是旋光性向列型液晶增亮膜，其原理是一種反射式增亮技術，主要是當背光模組之光源通過該旋光性向列型液晶(Chiral-Nematic)層時，只有與液晶分子螺旋結構相反的圓偏光可以通過，相對的與液晶分子螺旋結構相同的圓偏光則將被反射回背光模組，再經反射後重新形成與液晶分子螺旋結構相反的圓偏光以穿透該旋光性向列型液晶層，從而可提升光利用率，達到增亮的效果，其實例包含：膽固醇液晶增亮膜。第四類是金屬線柵偏振片(Wire-grid Polarizer,WGP)，利用寬度小於光波波長之奈米微結構，使光線進入後產生偏極化現象，再搭配適當光學元件後，可用以回收再利用(recycling)偏振光，而達到提升光利用率之方法達到增亮的效果。本發明所使用之增亮元件較佳為集光膜或多層式反射偏光回收膜；更佳為集光膜。
本發明所用之集光膜，包含一基材及一位於該基材上之光學結構層。上述基材之種類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，其例如但不限於：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。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。上述基材之厚度通常取決於所欲製得之光學產品的需求，一般為約15微米至約300微米。
一般而言，集光膜的折射率越高，集光效果越佳，輝度增益效果越好。本發明所用之集光膜之折射率並無特殊限制，通常係介於約1.49至約1.65之間。本發明集光膜之光學結構層包含複數個可提供集光效果之微結構。上述微結構之形式並無特殊限制且係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：柱狀結構、圓錐狀結構、立體角結構、橘瓣形塊狀結構、透鏡狀結構及膠囊狀結構、或其組合等，較佳為柱狀結構。上述柱狀結構可為線性(linear)、曲線(serpentine)或折線(zigzag)，且相鄰之兩柱狀結構可平行或不平行，上述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。
本發明所使用之柱狀結構可等高或不等高、等寬或不等寬，上述柱狀結構可為單峰柱狀結構、多峰柱狀結構或其組合。上述單峰柱狀結構及多峰柱狀結構較佳為對稱柱狀結構，使用對稱柱狀結構不但可簡化加工方法且較易控制集光效果。
本發明所使用之柱狀結構可為稜鏡柱狀結構或弧形柱狀結構或其組合，較佳為稜鏡柱狀結構。當柱狀結構為弧形時，弧形柱狀頂部曲面最高處之曲率半徑係介於約2微米至約50微米之間，較佳介於約3微米至約35微米之間，為能兼顧抗刮和高輝度特性，更佳介於約5微米至約12微米之間。本發明所使用之稜鏡柱狀結構或弧形柱狀結構之頂角角度可彼此相同或不相同。稜鏡柱狀結構之頂角角度係介於約40°至約120°，較佳為約80°至約120°，弧形柱狀結構之頂角係介於約40°至約120°，較佳為約60°至約110°。
為減少光學干涉現象，本發明集光膜之光學結構層較佳包含至少兩個彼此不平行之柱狀結構。根據本發明，該光學結構層包含至少一組已相交之不平行的二柱狀結構及/或至少一組未相交之不平行的二柱狀結構。
本發明集光膜之光學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；或以卷對卷式(roll to roll)連續生產技術於基材上塗佈膠液，固化形成具有複數個可提供集光效果之微結構之光學結構層，上述光學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，較佳為約5微米至約35微米，更佳為約15微米至約25微米。
根據本發明之一較佳實施態樣，本發明集光膜之形成方法係以卷對卷式連續生產技術，於基材一側塗佈膠液，經滾輪雕刻後固化而形成該具有複數個可提供集光效果之微結構之光學結構層。上述膠液並無特殊限制，可為任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知者，例如但不限於紫外線硬化樹脂。上述紫外線硬化樹脂之種類亦為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知者，例如但不限於，丙烯酸酯樹脂、甲基丙烯酸酯樹脂、胺基甲酸酯丙烯酸酯(urethane acrylate)樹脂、或環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate)樹脂。
本發明所使用之擴散元件為一高擴散性的擴散膜，其具有根據JIS K7136標準方法測量不低於98%之霧度，且較佳具有根據JIS K7136標準方法測量不低於60%之全光線透過率。本發之擴散元件包含一基材且該基材至少一側包含一光擴散層。為獲得較高霧度，該基材可視需要於兩側各包含一光擴散層。上述基材之種類係如本文先前所述，該基材較佳為透明基材。上述擴散元件整體厚度介於約50微米至約400微米之間，較佳介於約200微米至約300微米之間。本發明之擴散元件具有高擴散之光學特性，因此，當光線通過擴散元件時，可將光源近似完美散射，擴散成均勻的面光源，藉此消除燈源明暗紋(lamp mura)的情況產生。
另一方面，本發明之擴散元件因具備類似朗伯特(Lambertian)擴散的功效，所以具有高均齊度之光學特性，使用變角光度計檢測本發明之擴散元件，以-90°至90°入射角投射時，測得出光強度最強之角度為±10°以內(參見圖1a及1b所示)。因此，本發明之擴散元件可將各個角度入射之光線絕大部份導正成垂直擴散元件方向之光線而射出。換言之，不論任何角度之入光，皆可藉由本發明之擴散元件控制其出光強度最強之角度在±10°以內，故本發明之擴散元件具有光線均齊性功效，更易消除燈源明暗紋現象。
根據本發明之一具體實施態樣，該擴散元件包含一基材且該基材之一側(入光面或出光面)包含一光擴散層。根據本發明之另一具體實施態樣，該擴散元件包含一基材且該基材之兩側(入光面及出光面)均包含光擴散層。
本發明之光擴散層係藉由在基材之入光面、出光面或兩面形成凹凸微結構層而製得。上述凹凸微結構層之形成方法並無特殊限制，係熟悉此項技術者所熟知，其例如但不限於網版印刷、噴塗或壓花加工。較佳的方式係在基材表面塗覆具凹凸微結構之樹脂塗層。
上述具凹凸微結構之樹脂塗層包含顆粒和接合劑。為達高擴散效果，該等顆粒的直徑宜介於約1微米至約20微米之間，較佳介於約1.5微米至約10微米之間，當顆粒的直徑低於1微米時，難產生擴散效果，高於20微米時，易產生塗佈缺陷。此外，樹脂塗層中顆粒相對於接合劑之量以接合劑固成分總重量計，宜為約200重量%至約600重量%。若顆粒相對於接合劑之量低於200重量%，光擴散性不足，但若高於600重量%，顆粒難以固定於塗層中，會生脫落之虞。因此，為能兼顧塗層高擴散性和穩定性，顆粒相對於接合劑之量更佳為約280重量%至約400重量%，特佳為約305重量%至約350重量%。
上述具凹凸微結構之樹脂塗層的厚度，對擴散元件的霧化效果會產生影響，因此，樹脂塗層的厚度取決於所欲得擴散元件的霧度需求，一般介於約5至約20微米之間，較佳介於約10至約15微米之間，更佳介於約8至約13微米之間。當塗層厚度低於5微米，則霧化效果不佳，當塗層超過20微米，則塗層的密著性下降，不利於塗佈。此外，樹脂塗層於基材上之「積層量」可藉由將每單位面積已單面塗佈樹脂塗層之基材之總重量減去未塗佈前之基材重量而得。根據本發明，上述具凹凸微結構之樹脂塗層之積層量係介於約6.5g/m2 至約26g/m2 之間，較佳介於約10.5g/m2 至約19.5g/m2 之間。
可使用於本發明中之顆粒種類，並無特殊限制，其可為有機顆粒、無機顆粒或兩者之混合物。所使用顆粒之形狀亦無特殊限制，例如球形、菱形等。
可用於本發明中之有機顆粒，係選自由丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂、胺基甲酸酯樹脂、矽酮(silicone)樹脂及其混合物所組成之群組。
可用於本發明中之無機顆粒，係選自由氧化鋅、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、氧化矽、氧化鉍、硫化鋅、硫酸鋇及其混合物所組成之群組。
可用於本發明中之接合劑並無特殊限制，其例如選自丙烯酸樹脂、聚醯胺樹脂、環氧樹脂、氟素樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、醇酸樹脂(alkyd resin)、聚酯樹脂及其混合物所組成之群組，較佳為丙烯酸樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂或其混合物，更佳為丙烯酸樹脂。使用於本發明中之接合劑，由於必須讓光線透過，其較佳為無色透明者。
為避免因擴散元件黃化，導致顯示器產生色差，可視需要於上述樹脂塗層中添加具吸收紫外線能力之無機物。適用於本發明之無機物種類，並無特殊限制，其例如但不限於氧化鋅、氧化鉛、氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、硫酸鈣、硫酸鋇、碳酸鈣或其混合物。上述無機物之粒徑大小一般為1至500奈米(nanometer,nm)，較佳為約1至約100奈米，更佳為約20奈米至約50奈米。
此外，本發明所使用之樹脂塗層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：起始劑、溶劑、抗靜電劑、硬化劑、改質劑、整平劑、安定劑、螢光增白劑或紫外線吸收劑等。
根據本發明之一較佳實施例，本發明之光學膜複合物，由入光面起依序包含一擴散元件及一增亮元件，其中該擴散元件包含一基材且該基材二側各包含一光擴散層，該光擴散層為一具有凹凸微結構之樹脂塗層，該樹脂塗層包含顆粒及接合劑，且該等顆粒相對於接合劑之量介於約280至約400重量%之間，上述擴散元件具有根據JIS K7136標準方法測得不低於98%之霧度，較佳為不低於99%霧度；且其中該增亮元件為一集光膜，該集光膜包含一基材及一位於該基材上之光學結構層，其中該光學結構層包含複數個弧形柱狀結構，且該等弧形柱狀結構頂部曲面最高處的曲率半徑介於5微米至12微米之間，且該光學結構層可視需要包含至少兩個彼此不平行之弧形柱狀結構。上述顆粒較佳為介於約1.5微米至約10微米之間的有機顆粒，該等有機顆粒較佳為矽酮樹脂。
為達到使用方便性，本發明之光學膜複合物可視需要包含一中間構件，該中間構件位於該增亮元件及該擴散元件之間且其厚度係介於約0.5微米至約250微米之間，較佳為約1微米至約100微米之間，特佳為約1微米至約50微米之間。本發明之中間構件可用以連結或支撐聚光元件與擴散元件，並將兩元件彼此固定，增進其定位效果。此外，該中間構件可提供一緩衝區域以釋放光學膜複合物因變形或受外力時所產生的應力，有效解決增亮元件及/或該擴散元件因受熱不均、濕度或材料本身重力等因素而產生的翹曲(waving)現象。
根據本發明之一較佳實施例，本發明之中間構件為一黏著層，該黏著層係由一透明光學膠所構成。上述中間構件之製備方法並無特殊限制，其例如但不限於藉由塗佈或網印印刷將光學膠施加至增亮元件或擴散元件之一側上，藉此黏合該增亮元件與該擴散元件。
本發明所用之光學膠具有大於90%之透光率及具有介於約1.4至約1.6間之折射率。本發明所用之光學膠係為熱硬化型(thermal curing)樹脂或紫外光硬化型(UV curing)樹脂或其混合物，其種類並無特殊限制，例如可選自由矽酮樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂(polyester resin)、聚醚樹脂(polyether resin)、聚胺基甲酸酯樹脂(PU)、環氧樹脂(Epoxy resin)及其混合物所組成之群組。
根據本發明之一較佳實施例，本發明使用之光學膠為感壓膠，僅需施以輕微壓力便能夠在短時間內達到良好接著效果，適合卷對卷式(roll to roll)連續生產技術。上述可作為感壓膠之光學膠並無特殊限制，其市售商品例如Eternal公司生產之AO-802或AO-805；由3M公司生產之8171、8141、8142或8212；或由日東(Nitto Denko)公司生產之CS9621。
以下茲以圖式配合說明，舉例說明本發明光學膜複合物之較佳實施態樣，唯非用以限制本發明之範圍。任何熟悉此項技藝之人士可輕易達成之修飾及改變均包括於本案說明書揭示內容。
圖2為本發明光學膜複合物之一實施態樣。如圖2所示，本發明之光學膜複合物包含一集光膜10及一擴散元件20。該集光膜10包含基材11及位於基材11上之光學結構層12，該光學結構層包含複數個稜鏡柱狀結構121。該擴散元件20包含基材21及位於基材21出光面上之凹凸微結構層22，其中凹凸微結構層22包含顆粒221。在此實施態樣中，該擴散元件20係位於本發明光學膜複合物之入光面。圖3為本發明光學膜複合物之另一實施態樣，凹凸微結構層22位於基材21入光面，其餘結構與配置與圖2所示者同。
圖4為本發明光學膜複合物之另一實施態樣，擴散元件20包含基材21，且基材21之入光面與出光面均具有凹凸微結構層22，其餘結構與配置與圖2所示者同。
圖5為本發明光學膜複合物之另一實施態樣，圖5所示光學膜複合物除以弧形柱狀結構122取代稜鏡柱狀結構121外，其餘結構及配置係與圖4所示者同。
圖6(a)為本發明光學膜複合物之另一實施態樣，圖6(a)所示光學膜複合物除以透鏡狀結構123取代稜鏡柱狀結構121外，其餘結構及配置係與圖4所示者同。圖6(b)係圖6(a)之光學膜複合物中之集光膜之立體視圖。
圖7為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖7所示光學膜複合物除在集光膜10及擴散元件20之間包含一中間構件30以作為黏著層外，其餘結構及配置係與圖3所示者同。
圖8為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖8所示光學膜複合物除在集光膜10及擴散元件20之間包含一中間構件30以作為黏著層外，其餘結構及配置係與圖4所示者同。
圖9為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖9所示光學膜複合物除在集光膜10及擴散元件20之間包含一中間構件30以作為黏著層外，其餘結構及配置係與圖5所示者同。
圖10為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖10所示光學膜複合物除在集光膜10及擴散元件20之間包含一中間構件30以作為黏著層外，其餘結構及配置係與圖6所示者同。此外，集光膜10之立體結構可參圖6(b)。
圖11為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖11所示之光學膜複合物包含一集光膜10及一擴散元件20。該集光膜10包含基材11及位於基材11上之光學結構層12，該光學結構層包含複數個稜鏡柱狀結構121。該擴散元件20之結構係與圖4所示者同。在此實施態樣中，該集光膜10係位於本發明光學膜複合物之入光面，且以該光學結構層朝向光源。
圖12為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖12所示光學膜複合物除以弧形狀結構122取代稜鏡柱狀結構121外，其餘結構及配置係與圖11所示者同。
圖13為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖13所示光學膜複合物除以透鏡狀結構123取代稜鏡柱狀結構121外，其餘結構及配置係與圖11所示者同。此外，集光膜10之立體結構可參圖6(b)。
圖14為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖14所示光學膜複合物除在集光膜10及擴散元件20之間包含一中間構件以作為黏著層外，其餘結構及配置係與圖11所示者同。
圖15為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖15所示光學膜複合物除在集光膜10及擴散元件20之間包含一中間構件30以作為黏著層外，其餘結構及配置係與圖12所示者同。
圖16為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖16所示光學膜複合物除在集光膜10及擴散元件20之間包含一中間構件30以作為黏著層外，其餘結構及配置係與圖13所示者同。
圖17為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖17所示光學膜複合物包含一多層式反射偏光回收膜50及一擴散元件20。該擴散元件20包含基材21及位於基材21出光面上之凹凸微結構層22。在此實施態樣中，該擴散元件20係位於本發明光學膜複合物之入光面。
圖18為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖18所示光學膜複合物包含一多層式反射偏光回收膜50及一擴散元件20。該擴散元件20包含基材21且基材21之出光面與入光面上均具有凹凸微結構層22。在此實施態樣中，該擴散元件20係位於本發明光學膜複合物之入光面。
圖19為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖19所示光學膜複合物除在多層式反射偏光回收膜50及擴散元件20之間包含一中間構件30以作為黏著層外，其餘結構及配置係與圖18所示者同。
圖20為本發明光學膜複合物之另一實施態樣。圖20所示光學膜複合物除以反射偏光回收膜50取代集光膜10外，其餘結構及配置係與圖7所示者同。
由於LED為點光源，光指向性高，且水平方向與垂直方向的明暗程度不相同，所以除了要調整水平方向與垂直方向的輝度均勻值外，還必須使水平方向與垂直方向之輝度均勻值之差異不能過大(亦即，必須調整整體輝度均勻值)，方可有效消除LED背光模組的Mura現象。本發明之光學膜複合物包含一增亮元件和一擴散元件，透過利用擴散元件不低於98%霧度的高擴散性，將光線霧化，再利用增亮元件將部份光線反射回背光模組，使其經由擴散元件再霧化，進而達到整體光線勻化效果。此外，增亮元件具有輝度增益效果，所以本發明之光學膜複合物可以勻化光線且又可維持良好的輝度。鑑於此，本發明之光學膜複合物可有效解決亮度不均問題且不需額外增加混光距離，因此適用於直下式背光模組，特別係直下式LED背光模組，可符合顯示器領域朝輕、薄發展之趨勢，並可節省直下式背光模組整體之成本。
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Mura測試>
直下式LED背光模組包含數個位於背光模組正下方之LED光源。直下式LED背光模組所提供之光源為點光源，若搭配使用的光學元件勻光效果不足，將產生視覺上可見之亮度不均勻現象，此情形稱為「Mura」，嚴重影響顯影品質。
傳統技術領域中對Mura並無量化的表示方式，僅靠肉眼判斷來作分辨，無法具體評估Mura現象。本發明提供一種將LED背光模組光線均勻度量化之方法，藉由輝度均勻值的大小評估Mura的消除程度。
本發明之方法如下：
一、評估背光模組之縱向輝度均勻性：
1.取背光模組之中心縱向軸，測量軸上多個測試點之輝度值(L)。
2.將該中心縱向軸上各點之輝度值(L)對該點之位置作圖，輝度值隨各點之位置呈波狀分佈。
3.排除該中心縱向軸兩端點差異性較大之數據後，取出該中心縱向軸所得輝度值中最大者(LVmax )，並於同一波中取出輝度值最小者(LVmin )。
4.藉由下式計算該中心縱向軸的輝度均勻值RV ：RV =LVmin /LVmax 。
RV 越接近1，表示該背光模組之縱向輝度均勻性愈高，因此，縱向上之Mura現象越不明顯。一般而言，RV 高於0.983時，表示該背光模組之縱向輝度趨近均勻，不易目視出縱向上之Mura現象。
二、評估背光模組之橫向輝度均勻性：
1.取背光模組之中心橫向軸，測量軸上多個測試點之輝度值(L)。
2.將該中心橫向軸上各點之輝度值(L)對該點之位置作圖，輝度值隨各點之位置呈波狀分佈。
3.排除該中心橫向軸兩端點差異性較大之數據後，取出該中心橫向軸所得輝度值中最大者(LHmax )，並於同一波中取出輝度值最小者(LHmin )。
4.藉由下式計算該中心橫向軸的輝度均勻值RH ：RH =LHmin /LHmax 。
RH 越接近1，表示該背光模組之橫向輝度均勻性愈高，因此，橫向上之Mura現象越不明顯。一般而言，RH 高於0.983時，表示該背光模組之橫向輝度趨近均勻，不易目視出橫向上之Mura現象。
三、當RV 及RH 之值均高於0.983時，雖然根據上述步驟一及二之評估，其縱向及橫向上之Mura現象不明顯，但若RV 與RH 差異過大，視覺效果不佳，仍可察見背光模組上發生Mura現象。因此，當RV 及RH 之值均高於0.983時，可再使用下式評估背光模組整體之輝度均勻度：M.I.(mura index)=|(RH /RV )-1|。
M.I.越接近0，表示橫向軸與橫向軸的輝度值差異小。一般而言，當M.I.高於0.002時，會目檢出有Mura現象。
膜片準備 增亮元件1
市售光學元件：嘉威公司，型號HGP210(具稜鏡柱狀結構之集光膜)。
增亮元件2
市售光學元件：LG化學公司，型號LSF-451B(具弧形柱狀結構之集光膜)。
增亮元件3
市售光學元件：SHINWHA公司，型號PTR-763(具透鏡狀結構之集光膜)。
增亮元件4
市售光學元件：3M公司，型號：DBEF-D2-280(多層式反射偏光回收膜)。
擴散元件1
將24.0克丙烯酸樹脂[Eterac 7363-ts-50，Eternal公司](固形份約50%)，加入塑膠瓶中，再於高速攪拌下依序加入溶劑：33克乙酸丁酯及24克丙二醇甲基醚乙酯、40克平均粒徑為2μm之矽酮樹脂珠粉[Tospearl 120E，GE Toshiba silicones公司]、及56克奈米級二氧化鈦與氧化鋅混合溶液(固形份約50%；二氧化鈦與氧化鋅之重量比為80：20)，最後加入2.4克硬化劑[Desmodur 3390，Bayer公司](固形份約75%)，泡製成固形份約44%，總重約179.4克塗料。
將上述塗料分別塗佈在PET基材[O330E250，Mitsubishi公司]兩側表面上，各經120℃乾燥1分鐘後各可得10μm之塗膜(積層量為13g/m2 )。所得擴散元件經JIS K7136標準方法測量具有99.15%之霧度。
擴散元件2
製法如擴散元件1，但塗料僅塗佈在基材一側表面上。所得擴散元件經JIS K7136標準方法測量具有98%之霧度。
使用自動變角光度計【GonioPhotometer；GP-200，村上色彩公司(Murakami color research laboratory)】測量擴散元件2之於各角度之出光，所得結果如圖1a及1b所示。根據圖1a及1b，擴散元件2出光強度最強之角度為±10°以內，因此，其可將各個角度入射之光線絕大部份導正成垂直擴散元件方向之光線而射出。
擴散元件3
市售光學元件：長興化學公司，型號Etertec DI500C，經JIS K7136標準方法測量具有94%之霧度。
擴散元件4
市售光學元件：長興化學公司，型號:Etertec DI700C，經JIS K7136標準方法測量具有96%之霧度。
光學膠準備 光學膠1
長興化學公司，型號:AO-802。由Index Instruments公司提供之AUTOMATIC REFRACTOMETER GPR11-儀器量測，其折射率為1.5。
背光模組準備
準備一20cm×20cm直下式LED背光模組使用的燈箱，該燈箱厚度為24mm，此燈箱最下層為一支撐性鋼板，鋼板上貼附反射片，64個LED燈源平均配置且固定於反射片上方，LED燈源上層放置一具有支撐性的擴散板。
再將下述實施例/比較例之光學膜或光學膜複合物置於擴散板上方，以上述方法計算RV 及RH 評估背光模組之縱向及橫向輝度均勻性，再選擇RV 及RH 均高於0.983之樣品，計算M.I.值以評估其整體輝度均勻度。
實施例1(E1)
將增亮元件1配置於擴散元件1上方，且使增亮元件1之光學結構層朝向背對燈源之方向。
實施例2(E2)
將增亮元件2配置於擴散元件1之上方，且使增亮元件2之光學結構層朝向背對燈源之方向。
實施例3(E3)
將增亮元件3配置於擴散元件1之上方，且使增亮元件3之光學結構層朝向背對燈源之方向。
實施例4(E4)
將增亮元件4配置於擴散元件1之上方。
比較例1(C1)
空白實驗：未放置膜片。
比較例2(C2)
僅放置擴散元件1。
比較例3(C3)
將增亮元件1配置於擴散元件3之上方，且使增亮元件1之光學結構層朝向背對燈源之方向。
比較例4(C4)
將增亮元件1配置於擴散元件4之上方，且使增亮元件1之光學結構層朝向背對燈源之方向。
由實施例1至4之結果可知，本發明光學膜複合物包含具有不低於98%之霧度之擴散元件及增亮元件，中心縱向軸之輝度均勻值RV 和中心橫向軸之輝度均勻值RH 均高於0.983，且M.I.低於0.002。因此，背光模組整體輝度均勻佳，沒有mura現象。
比較例1未放置任何膜片，比較例3及4使用霧度小於98%之擴散元件。比較例1、3及4所得RH 及/或RV 值低於0.983，無法有效消除mura現象。
比較例2所得RH 和RV 值高於0.983，但由於M.I.高於0.002，RH 和RV 差異大，仍會產生mura現象。
<抗刮&耐磨測試>
一般而言，使用弧形柱狀結構之集光膜當弧形柱狀頂部曲面最高處之曲率半徑(R)越大時，抗刮性越好。
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儀器量測弧形柱狀結構頂部之曲率半徑，所得結果記錄於表2。
抗刮試驗：利用線性耐磨試驗機[TABER 5750]，於350公克之重量平台上黏置待測集光膜(面積：20mm×20mm(長×寬))，使其光學結構層朝上。使用另一同種膜片之另一表面(不具光學結構層之一側)，以試驗行程0.5inch，10cycle/min之速度進行10cycles抗刮測試，觀察該光學結構層與另一同種膜片之另一表面是否有被刮傷，若兩者均無刮傷，則可通過測試。測試所得結果如下列表2所示。
耐磨試驗 ：取一待測集光膜(長×寬：100mm×100mm)，以ASTM D4060標準方法(CS-10輪，1,000g，1,000迴轉)測試該光學結構層之磨耗性，若重量損耗小於100mg，則可通過測試。
實施例2-1(E2-1) 製備增亮元件5
將市售膠液(型號，長興化學公司販售)塗佈於PET基材(型號，TORAY公司所生產)上形成塗層，然後利用滾輪壓花方式於該塗層上形成複數個弧形柱狀結構，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30微米之厚度，該等弧形柱狀結構頂部之曲率半徑(R)為10微米，該等弧形柱狀之寬度為60微米。將增亮元件5配置於擴散元件1之上方，且使增亮元件5之光學結構層朝向背對燈源之方向。
實施例2-2至2-5(E2-2至E2-5)
重複實施例2-1方法，改變弧形柱狀結構頂部之曲率半徑(R)，使其分別為5、3、2及0微米。
由實施例2-1至2-5之結果可知，當光學膜複合物使用弧形柱狀頂部曲面最高處之曲率半徑至少為5微米的集光膜時，所得RH 和RV 值均高於0.983且M.I.低於0.002，可有效消除mura現象，且同時兼顧抗刮、耐磨特性。
<翹曲試驗>
將下述實施例5至8之光學膜複合物裁成長×寬：100mm×100mm之大小，置於120℃烘箱10分鐘後，取出靜置於室溫，直到膜片回溫至室溫後，以間隙規量測膜片四角之翹曲程度(記錄單位：公釐(mm)；記錄方式：例如，0;0;0;0)，藉以評估待測樣品之耐熱及耐翹曲性能，所得結果記錄於表3。
實施例5至8(E5至E8)
使用光學膠1作為中間構件(厚度25μm)分別將實施例1至4之光學膜複合物之增亮元件及擴散元件黏結在一起。除加入中間構件以外，所得光學光學膜複合物於背光模組中之配置方式係與實施例1至4相同。
由實施例5至8之結果可知，本發明之光學膜複合物，若增亮元件及擴散元件之間包含一中間構件，該中間構件可提供一緩衝區域以釋放光學膜複合物的應力，所以可避免光學膜複合物的翹曲現象。此外，實施例5至8之光學膜複合物雖另包含一中間構件，但所得RH 和RV 值均高於0.983且M.I.低於0.002，亦可有效消除mura現象。
實施例5-1(E5-1)
使用光學膠1作為中間構件(厚度1μm)，其餘如同實施例5，所得結果記錄於表4。
由實施例5與實施例5-1之結果可知，利用光學膠將增亮元件與擴散元件結合起來，即使光學膠的厚度僅有1微米，光學膜複合物仍然不會發生翹曲現象，又可達到消除mura的效果。
實施例9(E9)
將增亮元件2配置於擴散元件2之上方，擴散元件2之凹凸微結構層朝向增亮元件2，且增亮元件2之光學結構層朝向背對燈源之方向。
實施例10(E10)
使用光學膠1作為中間構件(厚度25μm)將增亮元件2不具光學結構層之一側與擴散元件2未塗佈樹脂塗層之一側黏結在一起，且將增亮元件2之光學結構層朝向背對燈源之方向。
計算實施例9及10所得模組之縱向軸輝度均勻值(RV )、橫向軸輝度均勻值(RH )、輝度均勻值(M.I.)，所得結果如表5。
由實施例9及10之結果可知，本發明之光學膜複合物包含一擴散元件，無論擴散元件包含一光擴散層或二光擴散層，只要擴散元件具有不低於98%之霧度，即可達到消除mura的效果。
實施例1-1(E1-1) 製備擴散元件1-1
製法如擴散元件1，但使用33.7克平均粒徑為5微米之矽酮樹脂珠粉，泡製成固形份約42.5%，總重約173克塗料。將上述塗料分別塗佈在PET基材兩側表面上，塗層厚度各為13微米(積層量為11.2g/m2 )。所得擴散元件經JIS K7136標準方法測量具有98.7%之霧度。
除使用擴散元件1-1以外，所得光學光學膜複合物於背光模組中之配置方式係與實施例1相同。
實施例1-2(E1-2) 製備擴散元件1-2
製法如擴散元件1，但使用45.8克平均粒徑為3微米之矽酮樹脂珠粉，泡製成固形份約46%，總重約185克塗料。將上述塗料分別塗佈在PET基材兩側表面上，塗層厚度各為8微米(積層量為12g/m2 )。所得擴散元件經JIS K7136標準方法測量具有99.35%之霧度。
除使用擴散元件1-2以外，所得光學光學膜複合物於背光模組中之配置方式係與實施例1相同。
計算實施例1、1-1及1-2所得模組之縱向軸輝度均勻值(RV )、橫向軸輝度均勻值(RH )、輝度均勻值(M.I.)並測量其霧度，所得結果如表6。
由實施例1、1-1及1-2之結果可知，本發明之擴散元件可根據不同產品需求去作調整，當擴散元件具有不低於98%之霧度時，皆可達到消除mura的效果，且霧度越高，效果越好。
10．．．集光膜
11．．．基材
12．．．光學結構層
20．．．擴散元件
21．．．基材
22．．．凹凸微結構層
30．．．中間構件
50．．．多層式反射偏光回收膜
121．．．稜鏡柱狀結構
122．．．弧形柱狀結構
123．．．透鏡狀結構
221．．．顆粒
圖1為使用自動變角光度計測得擴散元件2之光度圖(圖1a：入射角0-40°，圖1b：入射角50-80°)。
圖2至圖20為本發明光學膜複合物之各種實施態樣之示意圖。
10．．．增亮元件
11．．．基材
12．．．光學結構層
20．．．擴散元件
21．．．基材
22．．．凹凸微結構層
121．．．稜鏡柱狀結構

Claims (24)

  1. 一種光學膜複合物，其包含一增亮元件、一擴散元件及一位於該增亮元件及該擴散元件間之中間構件，其中該擴散元件包含一基材且該基材至少一側包含一光擴散層，該擴散元件具有根據JIS K7136標準方法測量不低於98%之霧度；且其中該中間構件為一具有大於90%之透光率及介於1.4至1.6間之折射率的光學膠黏著層，用以黏合該增亮元件及該擴散元件。
  2. 如請求項1之光學膜複合物，其中該擴散元件之基材之兩側均包含光擴散層。
  3. 如請求項1之光學膜複合物，其中該擴散元件以變角光度計檢測，於-90°至90°入射角投射時，測得出光強度最強之角度為±10°以內。
  4. 如請求項1之光學膜複合物，其中該光擴散層為一具有凹凸微結構之樹脂塗層，該樹脂塗層包含顆粒和接合劑，且該等顆粒相對於該接合劑之量以接合劑固成分總重量計為200~600重量%。
  5. 如請求項4之光學膜複合物，其中該等顆粒相對於該接合劑之量以接合劑固成分總重量計為280~400重量%。
  6. 如請求項4之光學膜複合物，其中該樹脂塗層具有介於5微米至20微米之間之厚度。
  7. 如請求項4之光學膜複合物，其中該樹脂塗層具有介於8微米至13微米之間之厚度。
  8. 如請求項4之光學膜複合物，其中該接合劑係選自由丙 烯酸樹脂、聚醯胺樹脂、環氧樹脂、氟素樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、醇酸樹脂、聚酯樹脂及其混合物所組成之群組。
  9. 如請求項4之光學膜複合物，其中該等顆粒為選自由丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂、胺基甲酸酯樹脂、矽酮樹脂及其混合物所組成之群組之有機顆粒；或選自由氧化鋅、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、氧化矽、氧化鉍、硫化鋅、硫酸鋇及其混合物所組成之群組之無機粒子；或兩者之混合物。
  10. 如請求項4之光學膜複合物，其中該等顆粒具有介於1.5微米至10微米之間之直徑。
  11. 如請求項1之光學膜複合物，其中該中間構件具有介於0.5微米與250微米間之厚度。
  12. 如請求項1之光學膜複合物，其中用於該中間構件之光學膠係選自由矽酮樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、聚醚樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、環氧樹脂及其混合物所組成之群組。
  13. 如請求項1之光學膜複合物，其中用於該中間構件之光學膠係為感壓膠(PSA)。
  14. 如請求項1之光學膜複合物，其中該增亮元件為集光膜、多層式反射偏光回收膜、旋光性向列型液晶增亮膜或金屬線柵偏振片。
  15. 如請求項14之光學膜複合物，其中該增亮元件為集光膜，該集光膜包含一基材及一位於該基材上之光學結構 層。
  16. 如請求項15之光學膜複合物，其中該光學結構層包含複數個可提供集光效果之微結構。
  17. 如請求項16之光學膜複合物，其中該等微結構係選自柱狀結構、圓錐狀結構、立體角結構、橘瓣形塊狀結構、透鏡狀結構及膠囊狀結構及其組合所組成之群組。
  18. 如請求項16之光學膜複合物，其中該等微結構包含柱狀結構，且至少兩個柱狀結構彼此不平行。
  19. 如請求項18之光學膜複合物，其中該柱狀結構包含稜鏡柱狀結構、弧形柱狀結構或其組合。
  20. 如請求項19之光學膜複合物，其中該弧形柱狀結構頂部曲面最高處之曲率半徑係介於2微米至50微米之間。
  21. 一種光學膜複合物，其由入光面起依序包含一擴散元件、中間構件及一增亮元件，其中該擴散元件包含一基材且該基材二側各包含一光擴散層，該光擴散層為一具有凹凸微結構之樹脂塗層，該樹脂塗層包含顆粒和接合劑，且該等顆粒相對於該接合劑之量為280~400重量%，該擴散元件具有根據JIS K7136標準方法測得不低於98%之霧度；及其中該增亮元件為一集光膜，該集光膜包含一基材及一位於該基材上之光學結構層，其中該光學結構層包含複數個弧形柱狀結構；且其中該中間構件為一具有大於90%之透光率及介於1.4至1.6間之折射率的光學膠黏著層，用以黏合該增亮元件 及該擴散元件。
  22. 如請求項21之光學膜複合物，其中該等弧形柱狀結構頂部曲面最高處之曲率半徑介於5微米至12微米之間。
  23. 如請求項1至22中任一項之光學膜複合物，其係用於直下式背光模組。
  24. 如請求項23之光學膜複合物，其係用於直下式LED背光模組。
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