具有包括用于擴散的分散粒子的基材的增亮膜的制作方法
【專利摘要】一種具有內(nèi)置光擴散結(jié)構(gòu)的增亮膜。支撐基材結(jié)合了可供光線擴散的分散粒子。根據(jù)本發(fā)明，支撐基材層無需特別外加獨立的粒子層。粒子被整合在單一的支撐基材層中。在本發(fā)明的一方面中，粒子被分散在靠近支撐基材的至少一個平面表面(即，支撐基材的光輸入表面、光輸出表面或兩者)處。粒子可全部嵌于支撐基材的表面之下，或者部分可突出至支撐基材的表面之上。在本發(fā)明一實施例中，支撐基材包含僅分散于鄰近其表面處的粒子，并且所述粒子在支撐基材的表面處形成突起(即，粒子分散表面并非平滑的)。
【專利說明】具有包括用于擴散的分散粒子的基材的增亮膜
[0001] 本申請是申請?zhí)?00980126290. 1、發(fā)明名稱為"具有包括用于擴散的分散粒子的 基材的增亮膜"的專利申請的分案申請，原始母案的申請日是2009年05月26日。
[0002] 本發(fā)明要求2008年5月23日提交的美國臨時申請案61/128, 813的優(yōu)先權。該 文獻的所有內(nèi)容包含于此作為參考。
[0003] 在本文中所揭露的所有文件，其所有內(nèi)容皆包含于此作為參考。

【技術領域】
[0004] 本發(fā)明涉及一種具有結(jié)構(gòu)化表面（structured surface)的光學基材 (substrate)，尤其是一種用以增強亮度的光學基材，更具體地，涉及一種用于具有平面光 源（planar light source)的平板顯不器（flat panel display)中的增亮（brightness enhancement)基材。

【背景技術】
[0005] 平板顯示器技術常用在電視顯示器、電腦顯示器及手提電子裝置（例如，手機、 個人數(shù)位助理（PDAs)等）。液晶顯示器（IXD)是一種平板顯示器，其利用具有像素陣列 的液晶模塊（LC module)以產(chǎn)生影像。參考圖1，一種常見的IXD用背光裝置（backlight apparatus) 10包括：反射器11、導光板12、光源13以及各種光學膜，其中光學膜包含下擴 散膜（lower diffuser sheet) 14、兩張交錯的（crossed)增亮膜15 (例如，兩張增亮膜15具 有類似的表面結(jié)構(gòu)并且相對于垂直膜層的平面的軸以90度錯位（offset))及上擴散膜17。
[0006] 增亮膜15是使用微結(jié)構(gòu)以使光沿著視軸（即垂直于顯示器的軸）前進，其增 強了顯示器使用者所見的光亮度，并讓系統(tǒng)得以使用較低的功率而產(chǎn)生預期的向軸亮度 (on-axis illumination)。迄今為止，增亮膜具有：平滑的光輸入表面，光自背光模塊經(jīng)由 光輸入表面進入；和具有微結(jié)構(gòu)（例如，棱柱、凸透鏡或三角錐）的結(jié)構(gòu)化光射出或輸出表 面。設置在光射出表面處的微結(jié)構(gòu)會改變膜/空氣界面處光線離開膜的角度，并將斜射入 膜的光輸入表面處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。
[0007] 增亮膜可為微棱鏡膜片（micro-prismatic sheet)的形式。微棱鏡膜片的組成（例 如，3M?微棱鏡增亮膜）通常包含兩膜層：PET基材16和具有微棱鏡結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層18 (例 如，丙烯酸層）。在光輸出表面具有微棱鏡結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層18的功能在于收集經(jīng)過下擴散膜 14散射后射向觀看者的光線。PET基材16是相對強健的膜層，用以支撐相對較弱的微棱鏡 層18。
[0008] -般已建議，利用一種多功能膜層來取代上述的兩或三張光學膜層。多功能膜需 要達到增光的功能及上/下擴散膜的擴散功能。迄今為止，在現(xiàn)有技術中已經(jīng)描述了各種 方法。
[0009] 圖2顯示了現(xiàn)有技術"類型A"多功能膜20。粒子被添加至基材26所支撐之丙烯 酸棱鏡層28。（見例如美國專利公開案US2007/0121227)。
[0010] 圖3和4顯示了現(xiàn)有技術"類型B"多功能膜。在圖3所示的多功能膜30中，包 含粒子（particle)/粒珠（bead)的樹脂涂布層（separate coating)32是涂布至支撐棱 鏡層38的基材36的底面。類似地，在圖4中，含有粒子的涂布層42是涂布至支撐結(jié)構(gòu)層 48 的基材 46 的底面。（見例如美國專利 US5995288、US6147804、US6333817、US6560023、 舊6700707、舊6825984、舊6280063、開3968155、開3913870 及開3860298)。類型8多功能 膜通常由下列方式所制成：將UV可硬化樹脂沉積（depositing)至PET基材上，接著利用模 具進行壓印（embossing)(見例如美國專利US5183597)以形成結(jié)構(gòu)層，并利用傳統(tǒng)的溶劑 燒鑄法（solvent casting)形成具有粒子的額外樹脂層。
[0011] 圖5顯示了現(xiàn)有技術"類型C"多功能膜50,在基材片56之頂側(cè)與底側(cè)一體地形成 結(jié)構(gòu)化表面58及擴散/漫射（diffusing/scattering)表面52。結(jié)構(gòu)化表面58及擴散/ 漫射表面52可借著下列方式制造：在具有對應于結(jié)構(gòu)化表面58及擴散/漫射表面52的不 同圖案的兩個滾輪或皮帶間擠出（extruding)或延壓出（calendaring)基材片56。美國專 利US6280063揭露了利用熱壓?。╤ot embossing)微棱鏡以在擠壓片（extruded sheet) 56 上形成結(jié)構(gòu)化表面58及擴散/漫射表面52。
[0012] 美國專利US5598280揭露了類型C之多功能膜的另一示例60,其中光擴散表面62 不具有光擴散劑粒子（light diffusing agent particle)。具有凸出（projection)棱鏡結(jié) 構(gòu)的表面58與形成于基材66的背表面的光擴散表面62是一體成型。
[0013] 美國專利US5598280亦揭露了一種替代實施例，類型D多功能膜70,其中表面微 棱鏡凸出結(jié)構(gòu)78形成在基材76的頂面上，并且與被施加至基材76的背表面的單獨涂布層 72的光擴散表面一體成型。
[0014] 然而，上述之多功能膜層皆具有其缺點。具體而言，類型A膜層由于具有平滑、非 結(jié)構(gòu)化的底面，所以光學耦合效應（例如，出現(xiàn)牛頓環(huán)）是它的主要問題。類型B與類型 D膜層皆需利用多道工藝（multiple-pass process)制作，這除了提高制作成本外，更容易 形成缺陷。至于制造類型C膜層，由于擠出工藝及單一材料的膜層結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，難以在膜層 的兩側(cè)上同時制造出不同的結(jié)構(gòu)，且單一材料的膜層結(jié)構(gòu)的各側(cè)上的增光及擴散能力通常 較多層結(jié)構(gòu)來得差。
[0015] 因此，需要一種光學結(jié)構(gòu)，其能同時增加亮度并提供有效的擴散，并克服現(xiàn)有技術 多功能光學膜的缺點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明是關于一種具有內(nèi)置（built-in)光擴散結(jié)構(gòu)的增亮膜。本發(fā)明的增亮膜 包括：光學基材，其具有增加亮度的結(jié)構(gòu)化表面；和支撐基材，其結(jié)合了（incorporate)光 擴散用的分散粒子。根據(jù)本發(fā)明，除了支撐基材層外無需另外的單獨的粒子層。粒子是整 合至支撐基材層的單一本體（unitary body)中。
[0017] 在本發(fā)明的一方面中，粒子被分散在靠近支撐基材的至少一個平面表面處（即， 支撐基材的光輸入表面、光輸出表面或兩者）。粒子在支撐基材的表面中的分布深度遠小于 支撐基材的厚度。粒子在支撐基材表面的分布區(qū)域的厚度與粒子的大小尺寸相當。在一個 實施例中，粒子分布區(qū)域的厚度小于粒子的平均尺寸（即，粒子突出于支撐基材的表面）。
[0018] 粒子可全部嵌于支撐基材的表面下，或者部分突出在支撐基材的表面上。在本發(fā) 明的一實施例中，支撐基材包括粒子或粒珠，這些粒子或粒珠僅散布于靠近基材表面處并 在表面處形成突起（即，粒子分布表面并非平滑的）。粒子可散布于支撐基材的一側(cè)或兩平 面?zhèn)壬稀?br> [0019] 在支撐基材中的粒子或粒珠可為無機材料、有機材料或兩者之混合物。粒子的形 狀可為規(guī)則的、不規(guī)則的、對稱的、非對稱的、或具有隨機的或不特定的幾何形狀（例如，球 形、橢圓形、長菱形、碟形、中空的或奇特的形狀）。粒子的表面可為加工過的，例如經(jīng)過拋 光、粗化、上漆或涂布等。
[0020] 粒子和粒珠的尺寸不必是均勻的。所有的粒子可大致上或?qū)嵸|(zhì)上具有相同的尺 寸、或具有隨機的尺寸、或在整個基材內(nèi)具有特定的尺寸分布輪廓和/或在支撐基表面處 的深度分布具有特定輪廓。除了粒子尺寸分布外，粒子的密度可于支撐基材的整個表面均 勻地分布，或于支撐基材的整個表面隨機地分布，或在支撐基材的整個表面處以變化粒子 密度輪廓的方式分布。替代性地或額外地，粒子可于靠近支撐基材的整個表面的深度中均 勻地分布，或于支撐基材的整個表面的深度中隨機地分布，或在支撐基材的整個表面處的 深度中以變化粒子密度輪廓的方式分布。此外，變化密度輪廓可包括：靠近基材表面的粒子 密度高于基材內(nèi)部，或反之亦然。
[0021] 在支撐基材中具有內(nèi)置光擴散表面的多功能增亮膜可降低牛頓環(huán)的效果。此為優(yōu) 于現(xiàn)有技術類型A棱鏡多功能增亮膜的一項優(yōu)點。此發(fā)明優(yōu)于類型B與類型D膜片的一 個優(yōu)點為，其消除了額外涂布膜層的需要。本發(fā)明避免了擠出工藝（extrusion process)及 單一材料結(jié)構(gòu)，此為本發(fā)明優(yōu)于類型C膜片的一個優(yōu)點。使用分散于支撐基材中的粒子而 非涂布在支撐基材的單獨基層上形成光擴散表面，會降低光偶然碰撞到粒子而被折射的機 率，由此改善了類型D膜片。
[0022] 本發(fā)明的另一優(yōu)點為，其降低了多功能膜的厚度，因此也降低了背光結(jié)構(gòu)的厚度， 此在顯示器裝置的設計中變得日漸重要。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 為了更全面地了解本發(fā)明的本質(zhì)、優(yōu)點和優(yōu)選實施例，應閱讀下列的詳細描述并 結(jié)合參考附圖。在下列附圖中，相似的元件符號代表所有附圖中類似的部件。
[0024] 圖1概略地顯示IXD的背光模塊的現(xiàn)有技術的剖面圖。
[0025] 圖2至7概略地顯示各種現(xiàn)有技術的多功能膜的結(jié)構(gòu)。
[0026] 圖8概略地顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有增亮膜的IXD的結(jié)構(gòu)。
[0027] 圖9A是概略剖面圖，顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例的結(jié)合了分散粒子的支撐基材；圖 9B是概略剖面圖，顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例的結(jié)合了圖9A的支撐基材的增亮膜。
[0028] 圖10A是根據(jù)本發(fā)明一實施例的結(jié)合了分散粒子的基材的SEM頂視圖照片；圖 10B是圖10A中的基材的SEM剖面視圖照片。
[0029] 圖11是概略圖，顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例的包括結(jié)合了本發(fā)明的新穎增亮膜的 IXD的電子裝置。
[0030] 圖12是概略圖，解釋穿過一薄膜（例如，支撐基材、增亮膜等）的總的光穿透的分 量。

【具體實施方式】
[0031] 本描述為發(fā)明人目前所能思及的實施本發(fā)明的最佳模式。此處所描述的發(fā)明是參 考各種實施例和附圖。本描述的目的在于說明本發(fā)明的一般原理而不應視為限制性的。熟 知此項技術人員應了解，在不偏離本發(fā)明的范圍與精神下，可基于本發(fā)明的教示完成各種 變化與改善。決定本發(fā)明的范圍的最佳方式是參考隨附的申請專利范圍。
[0032] 本發(fā)明是關于增亮膜及支撐基材，此增亮膜包括具有增加亮度的結(jié)構(gòu)化表面的光 學基材，而此支撐基材包括用于光擴散（或散射）的分散粒子。根據(jù)本發(fā)明，除了支撐基材 層外無需額外的粒子層。粒子是整合于支撐基材層中的。
[0033] 在本發(fā)明的一方面中，粒子被分散在靠近支撐基材的至少一平面表面處（即，支 撐基材的光輸入表面、光輸出表面或兩者）以提供光學擴散。本發(fā)明的支撐基材的光學擴 散方面可應用至具有光學基材的增亮膜，其中光學基材可具有各種類型的設計用于光增亮 的結(jié)構(gòu)化光輸出表面。
[0034] 圖8例示本發(fā)明的一種平板顯示器的示例。在本實施例中，背光IXD110包括液晶 顯不模塊112、背光模塊114形式的平面光源、和插入液晶模塊112與背光模塊114之間的 本發(fā)明的一片或多片增亮膜126與128。增亮膜126與128可以是類似的。液晶模塊112 包括夾置于兩透明基材間的液晶和限定二維像素陣列的控制電路。背光模塊114提供平面 光分布，可為光源在一平面上延伸的背光類型（backlit type)，或圖8中所示的線性光源 116是設置在導光板118邊緣處的側(cè)光類型（edge-lit type)。本實施例具有反射器120， 用以從導光板118將光回收重新送入導光板118。導光板118具有結(jié)構(gòu)（例如，具有斜板且 在背向液晶模塊112的底面上限定有光反射和/或散射表面），可分配及引導光朝向液晶模 塊的頂平面表面。
[0035] 在所示的實施例中，根據(jù)本發(fā)明有兩片相同的增亮膜126與128,這兩片增亮膜設 置為相對于垂直于膜平面的軸成90度的相似膜錯位（例如，對于具有縱向棱鏡結(jié)構(gòu)的膜而 言，膜被設置成使兩膜的縱向棱鏡結(jié)構(gòu)大致上呈正交的）。經(jīng)過增亮膜進入液晶模塊112的 光被擴散，并在空間上均勻地導向液晶模塊112的整個平面面積，且具有較強的法線光強 度。根據(jù)本發(fā)明的增亮膜可與LCD -起被用于如電視、筆記型電腦、監(jiān)視器、手提式裝置如 手機、PDA等顯不器，從而使顯不器更殼。
[0036] 圖9A顯示具有粒子140分散于其表面處的支撐基材132的橫剖面視圖。雖然圖 9A顯示在支撐基材132的兩個相對表面處皆有粒子的實施例，但應了解，粒子140可以只被 分散于支撐基材132的一表面處（例如，底面或光輸入表面146處無粒子）。粒子可在基材 132形成時被分散于一個或兩個表面。接著光學基材130材料被接合至支撐基材132、被壓 印并固化而形成圖9B中所示的棱鏡結(jié)構(gòu)135及雙層多功能膜126。雖然圖9B顯示底基材 142具有均勻厚度，但其可具有非均勻厚度。
[0037] 為了方便參考，下面將采用直角坐標系統(tǒng)x、y、z來顯示不同方向。如圖9B中所 示，X軸為與結(jié)構(gòu)化表面的峰部（peaks)與谷部（valleys)橫越的方向，也被稱為橫向。z 軸為垂直于光學基材130的平面的方向。在所示的實施例中，來自外部導光板118的光被 導向至正z方向上。y軸垂直于X軸與z軸，位于光學基材130的平面中。（對于光學基材 的矩形片而言，X與y軸為沿著基材130的垂直邊緣。z軸為垂直于X與y軸）。
[0038] 光學基材130具有平面且平滑的光輸入表面142和結(jié)構(gòu)化的光輸出表面144(例 如，如圖9B中所示，棱鏡結(jié)構(gòu)包括在y方向上的縱向規(guī)則棱鏡結(jié)構(gòu)135,并以橫列設置（例 如，在X方向上并排（side-by-side)設置））。棱鏡結(jié)構(gòu)135在縱向和/或橫向上是與相鄰 的棱鏡結(jié)構(gòu)135相連。由于棱鏡結(jié)構(gòu)135在實際上并非是組裝在一起的獨立離散塊狀物， 因此棱鏡結(jié)構(gòu)135的材料為連續(xù)的或連續(xù)且單一的結(jié)構(gòu)，并且其本身不具有物理上的接觸 表面或鄰接表面。
[0039] 在本發(fā)明一實施例中，在整個光學基材結(jié)構(gòu)中光輸出表面144和光輸入表面142 是大致上彼此平行的（即，形成的總體基材結(jié)構(gòu)不會如背光模塊中的導光板一樣大致逐漸 變細，或者不會是凹的或凸的）。
[0040] 棱鏡結(jié)構(gòu)135可為規(guī)則的或不規(guī)則的（如同在審理中的美國專利申請案 11/450, 145所揭露，此案是共同轉(zhuǎn)讓于本發(fā)明的受讓人，將此案的所有內(nèi)容包含于此作為 參考）。棱鏡結(jié)構(gòu)135的橫剖面可為沿著y軸于不同位置所取的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z方向上。在所示的實施例中，棱鏡結(jié)構(gòu)135 的幾何形狀是規(guī)則的。光輸入表面142位于x-y平面中。如圖9B中所示，顯示出棱鏡結(jié)構(gòu) 135的橫列端點的邊緣是位于x-z平面中。棱鏡結(jié)構(gòu)135可擁有結(jié)構(gòu)、幾何及特征如較早申 請的同在審理中的美國專利申請案11/450, 145及11/635,802中所揭露者的結(jié)構(gòu)，上列申 請案是共同轉(zhuǎn)讓于本發(fā)明的受讓人，將其所有內(nèi)容包含于此作為參考。
[0041] 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 發(fā)明一實施例中，支撐基材132可為PET(聚乙烯對苯二甲酸酯）材料。用于本發(fā)明的PET 基材132是利用普通的熔融澆鑄/拉伸工藝所制成。PET基材132具有可撓性且包括粒子 或粒珠140,粒子或粒珠140僅被分散在靠近基材表面處并在其表面處形成突起（即，粒子 分散表面并非平滑的）。粒子140可分散于支撐基材132的一側(cè)（即，支撐基材132的光 輸出側(cè)148)或兩平面?zhèn)龋⊿卩，光輸入側(cè)146與光輸出側(cè)148)。粒子在基材132存在粒子 的每一平面表面處的可涵蓋深度為總基材厚度的1-10% (即，后述的"a區(qū)域"厚度），優(yōu)選 地為總基材厚度的1-5%。若粒子尺寸為少于1-30 μ m的數(shù)量級，則1-5%支撐基材的a區(qū) 域厚度會少于1-20 μ m的數(shù)量級（S卩，粒子尺寸為a區(qū)域厚度的數(shù)量級，除非較小粒子相對 位于表面粒子區(qū)域的較深處，否則大致上會期望粒子突出至支撐基材132的平面表面上）。 突出的粒子會使得支撐基材的光輸出表面148及光輸入表面146粗糙。
[0042] 分散在支撐基材132的兩側(cè)上的粒子140在任何或所有材料上、化學和/或物理 組成上、平均尺寸上、重量填充位準上、形狀上、表面特性上等可為相同的或不同的，且兩側(cè) 上的a區(qū)域厚度和/或粒子分布密度可不同。
[0043] 在PET基材132中的粒子或粒珠在本質(zhì)上可為無機的或有機的，即Ti02、BaS0 4、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測到的粒子 及粒珠特性、平均尺寸范圍可介于1至30μπι。除非特別注明或從下列內(nèi)容中明確指出，否 則提及粒子或粒珠尺寸時是指平均尺寸。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?qū)嵸|(zhì)上具有相同尺寸、或具有隨機尺寸、或在整個基材中具有特殊的尺寸分布 輪廓和/或在支撐基材表面處具有特殊的深度分布輪廓。例如，對于交聯(lián)（cross-linked) 的PMMA、交聯(lián)的PS及硅樹脂粒珠而言，支撐基材內(nèi)的粒子尺寸范圍可從1至30 μ m，優(yōu)選的 范圍是從2至20 μ m。對于Si02、Ti02及BaS04粒子而言，粒子尺寸可從0. 3至5 μ m，優(yōu) 選范圍是從1至3 μ m。上述范圍尤其適合應用于厚度范圍從約25 μ m至350 μ m的支撐基 材132。因此，粒子尺寸及粒子區(qū)域（下列將稱為"a區(qū)域"）的厚度將明顯地小于支撐基材 132的厚度。
[0044] -般而言，愈均勻的粒子尺寸分布能提供愈均勻的光擴散效果及更高的光穿 透，但不均勻的光擴散效果可借著選擇所需的尺寸分布（例如，配合非均勻光源、或 特意將期望的非均勻光強度視覺效果提供給使用者）而特意達到。如下所指，"單分 散（mono-dispersed) "粒子是指在支撐基材中具有均勻粒珠尺寸的粒子，而"多分散 (poly-dispersed) "粒子是指在支撐基材中粒珠尺寸介于特定尺寸分布內(nèi)的粒子。如此文 中所使用的詞，"單分散"粒子被視為是粒子真實尺寸的范圍是落在變異系數(shù)（CV)小于等于 15%。
[0045] 除了粒子尺寸分布外，粒子140可均勻地分布于支撐基材的整個表面或隨機地分 布于基材132的整個表面，或在基材132的整個表面處以變化粒子密度輪廓的方式分布。替 代地或額外地，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 面附近可有隨機的深度分布，或在基材132的表面附近深度中以變化粒子密度輪廓的方式 分布。此外，變化密度輪廓可包括：粒子在靠近基材表面處密度高于基材內(nèi)部，或反之亦然。
[0046] 粒子140的形狀可為規(guī)則的、不規(guī)則的、對稱的、非對稱的、具有隨機或特定幾何 形狀（例如，球形、橢圓形、長菱形、碟形等）。例如，無機粒珠如Si0 2、BaS04及Ti02可具有 隨機形狀。有機粒珠如交聯(lián)的PMMA及交聯(lián)的PS或硅樹脂可具有球形、中空的或奇特的形 狀（例如，雙凸面鏡形）。
[0047] 圖10A及10B顯示了在表面處具有分散粒子的支撐基材的SEM頂視圖及橫剖面視 圖照片。支撐基材的測試材料為PET而所用的粒子為Si0 2。所有粒子被觀察到在外表面附 近。在每一表面上所用的所有粒子占總基材重量的0.009%至0.2%?；蛘撸ㄟ^參考粒子 體積來控制所用粒子的量。
[0048] 粒子140在光線下具有白色外觀。粒子140的表面可經(jīng)過加工，例如，經(jīng)過拋光、 粗化、上漆或涂布等。
[0049] 基材132及粒子140的例示性材料的折射系數(shù)包括：
[0050] PET 基材?1. 50
[0051] 粒子：
[0052] Si02 ?1. 46
[0053] BaS04 ?1. 65
[0054] Ti02 ?2. 49
[0055] 交聯(lián)的 PMMA ?1. 49
[0056] 交聯(lián)的PS?1. 59
[0057] 硅樹脂?1. 43
[0058] 針對基材132及所得的增亮膜126,考慮了數(shù)種設計準則，包括：支撐基材的特性 如穿透、擴散及霧度（Haze)及所得的增亮膜126的光學增益（即，光收集能力）。此外，一 般期望消除支撐基材中的牛頓環(huán)效應（Newton-ring effect)及減少彩虹紋效應（rainbow effect)〇
[0059] 參考圖12,經(jīng)過膜（例如，支撐基材、增亮膜等）的總的光穿透率包括數(shù)個分量。 當應用于支撐基材膜時，總的光穿透率包括：平行穿透的光分量及擴散穿透的光分量。具體 而言，總的光穿透率Tt)=(總穿透光/入射光）X 100 =平行光穿透率Pt) +擴散 光穿透率（％Df)。另外，霧度被定義為（^Df/^TOXIOO。一般而言，為了使支撐基材 132提供有效的擴散效應，期望具有盡可能高的％ Tt及盡可能高的％ Df分量，或具有盡可 能高的霧度但卻不會高到大幅地損及Tt。
[0060] 數(shù)個因子或參數(shù)會影響本發(fā)明的增亮膜126的穿透率及擴散。參數(shù)中的某些參數(shù) 可包括：
[0061] a.支撐基材 132 的表面的 Ra(Ra 由例如 Handbook of Surface Metrology，David J.Whitehouse，CRCPress(1994)定義）。（Ra通常隨著粒珠尺寸、粒珠填充量及"a區(qū)域"（見 下述）厚度的增加而增加）；
[0062] b.粒子的平均尺寸；
[0063] c.粒子的尺寸變異及分布（例如，單分散相對于多分散）；
[0064] d.粒子的密度分布；
[0065] e.支撐基材中粒子的填充量（例如重量百分比，wt% )(例如，l-10wt% );
[0066] f.支撐基材的膜層特性（例如，粒子僅位于支撐基材的一平面?zhèn)龋碼bb型基 材），或粒子位于支撐基材的兩側(cè)（即aba型基材）。標號"a"代表支撐基材內(nèi)具有粒子的 表面區(qū)域，"b"代表支撐基材內(nèi)不具有粒子的核心區(qū)域和/或表面區(qū)域。然而，在"a"與"b" 區(qū)域間卻無物理或化學的邊界。"a"與"b"區(qū)域可為連續(xù)的、單一的（unitary)結(jié)構(gòu)，區(qū)域 間不具有物理接觸表面或連接表面。因此，abb型基材代表具有含粒子的表面區(qū)域、不含粒 子之核心區(qū)域及不含粒子的另一表面區(qū)域的支撐基材；aba型基材代表在含粒子的兩表面 區(qū)域之間夾置著不含粒子的核心區(qū)域的支撐基材。）；
[0067] g.粒子的表面特性（例如，反射及折射特性）；
[0068] h.靠近表面的粒子區(qū)域的平均厚度或深度（即，a區(qū)域或a "層"的厚度）；
[0069] i.粒子的形狀。
[0070] 一般而言，為了經(jīng)由基材140而改善光穿透率，因此可對粒珠/粒子140的表面進 行化學改質(zhì)而使其表面折射系數(shù)接近基材140的材料的折射系數(shù)。粒子140的表面亦可具 有反射性（例如，具有經(jīng)拋光或經(jīng)涂布的表面，或基于粒子與基材的折射系數(shù)的差異而具 有反射性）。粒珠/粒子140的折射系數(shù)、尺寸及形狀的差異皆可影響支撐基材132表面處 的粒子140的擴散效果。粒珠/粒子140的折射系數(shù)、尺寸及形狀的差異將是決定擴散效 果的主要因素。粒子/粒珠 140的位置為較次要的因素。
[0071] 在所示的實施例中，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之間（例如，基于IS04287)。透明材料可具有撓性，且其材料可包括但不 限于PET及聚碳酸酯（PC)。材料可為清澈透明的或可具有顏色。透明材料亦可為剛性材 料，且其材料可包括但不限于PET、丙烯酸樹脂和聚碳酸酯及其共聚物。
[0072] 基于通過改變各種結(jié)構(gòu)參數(shù)來比較各型的支撐基材（PET材料）并更進一步比較 它們做成增亮膜后的效應，觀察到下列相對的效果：
[0073] a. aba型與abb型支撐基材的效應：比較兩種50 μ m厚度的支撐基材，都具有3 μ m 多分散F Μ Μ A粒珠，具有相當?shù)牧Ｗ觓區(qū)域厚度（例如，約1. 5 μ m)及支撐基材表面Ra 及其它相當?shù)膮?shù)，對于abb型支撐基材而言可利用較少的總粒珠填充量（例如，abb型具 有5 %粒珠填充量而aba型每一平面?zhèn)染哂?%粒珠填充量（總填充量為8 % ))及較有效 地消除牛頓環(huán)而獲得類似的％ Df與霧度。換言之，對于abb型而言，可使用較少的粒珠而 消除牛頓環(huán)。
[0074] b. a區(qū)域厚度的效應：比較兩種50 μ m厚度abb型的支撐基材，都含有3 μ m多分 散PMMA粒珠、5wt %粒子填充量，具有相當?shù)谋砻鍾a及其它相當?shù)膮?shù)，在靠近支撐基材表 面處（從L 56至2· 20μπι處）的粒子區(qū)域（即，a區(qū)域或a層）的厚度，如果增加時僅會 稍微地增加％ Df。然而已發(fā)現(xiàn)，在做成增亮膜時，使用具有較厚a區(qū)域的支撐基材，它的光 學增益較低。
[0075] c.粒珠類型的效應：比較三種50 μ m厚度abb型支撐基材，分別具有多分散PMMA、 單分散PMMA及單分散PS粒子，均具有約5wt%粒子填充量、約接近1. 5 μ m的a區(qū)域厚度、 約接近3μπι平均尺寸的粒珠、表面Ra與其它的參數(shù)均相當，結(jié)果顯示（i)單分散粒子表現(xiàn) 出較佳的擴散效果，及（ii)單分散PS粒子比單分散PMMA提供稍微較高的霧度及％ Df，但 做成增亮膜時，能提供較高的光學增益。還發(fā)現(xiàn)，支撐基材的％ Df與所得增亮膜的光學增 益并無關聯(lián)。
[0076] d.粒珠尺寸與a區(qū)域厚度的效應：比較三種125 μ m厚度aba型支撐基材，皆具有 3wt %的多分散PMMA粒珠填充量、在各基材的兩平面?zhèn)忍幏謩e具有3 μ m、6 μ m與6 μ m的粒 珠尺寸及其它相當?shù)膮?shù)，結(jié)果顯示（i)當平均粒珠尺寸增加時擴散效果減少；（ii)具有 相同類型粒珠時，可通過增加 a區(qū)域厚度（例如，從2. 7增加至5. 5 μ m)而增加；（iii)粒 珠尺寸對彩虹紋效果的影響極少；和（iv)通過增加 a區(qū)域厚度可抑制彩虹紋效應，但這會 降低所得增亮膜中的光學增益。
[0077] e.針對125 μ m基材比較aba型與abb型的效應：比較三種125 μ m厚度的支撐 基材，都具有3μηι多分散PMMA粒珠，而在aba型的兩平面表面的每一表面處具有 2. 72 μ m的a區(qū)域厚度及3 %的粒珠填充量，在第一 abb型的一表面處具有3. 9 μ m的a區(qū) 域厚度及6 %的粒珠填充量，在第二abb型的一表面處具有3. 9 μ m的a區(qū)域厚度及10 %的 粒珠填充量，結(jié)果顯示（i)在具有相同％的粒珠填充量下，abb型具有較低的％ Df與霧度， 但用abb型膜所作的增亮膜，雖具有類似的％ Df，卻有較佳的降低彩虹紋效應；（ii)增加粒 珠填充量可完全消除彩虹紋效應，但將會減少所得增亮膜的光學增益。
[0078] f.針對125 μ m基材比較aba型與abb型的效應：比較兩種125 μ m厚度的支撐 基材，都具有6μηι多分散PMMA粒珠，而在aba型的兩平面表面的每一表面處具有 2. 72 μ m的a區(qū)域厚度及3 %的粒珠填充量，在abb型的一表面處具有3. 9 μ m的a區(qū)域厚 度及3%的粒珠填充量，結(jié)果顯示（i)在abb型僅具有一個a區(qū)域時（即，較少的總粒珠填 充量），％ Df降低但卻不影響％ Tt ;和（ii)即便abb型只有一半的總粒珠填充量，但并未 出現(xiàn)牛頓環(huán)。此外，abb型的所得增亮膜的光學增益較佳。
[0079] g.針對125 μ m基材，比較粒珠類型的效應：比較兩種125 μ m厚度的支撐基材，都 具有3. 9 μ m的a區(qū)域厚度及多分散PMMA粒子，而分別具有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粒珠尺寸的單分散PMMA，結(jié)果顯示兩種基材具有相當 的％ Tt，但較大粒珠尺寸具有稍低的％ Df。然而，對于所得的增亮膜而言，兩者的總光學增 益相當。
[0080] h.粒子填充量的效應：比較兩種100 μ m厚度abb型支撐基材，都具有3. 1 μ m的a 區(qū)域厚度、5 μ m粒珠尺寸的單分散PS粒子，而填充量介于3. 5%填充量與5. 5%填充量，結(jié) 果如預期顯示出粒珠填充量的增加會增加％ Df與霧度。
[0081] i.粒珠填充量在消除彩虹上的效應：已發(fā)現(xiàn)粒珠填充量需達到特定閾值水準（例 如，介于3. 5至5. 5% )以抑制彩虹紋效應。
[0082] j.針對188 μ m基材的粒子尺寸的效應：比較兩種188 μ m厚度abb型支撐基材，皆 具有3wt%填充量的多分散PS粒珠，而在各支撐基材的一平面?zhèn)忍幏謩e具有6 μ m與8 μ m 粒珠尺寸，結(jié)果顯示對于相同粒珠填充量與a區(qū)域厚度而言，Ra隨著粒子尺寸的增加而增 加。
[0083] 除了上述實驗外，一般期望在增亮膜的光學基材中所選擇的棱鏡結(jié)構(gòu)可影響各種 光學效應，包括彩虹紋效應。然而，可能會因此而影響了總光學增益。但是，一般的期望是 不論棱鏡類型為何，可利用PET薄膜的設計而消除彩虹紋效應。
[0084] 在結(jié)構(gòu)化光學基材130處的棱鏡結(jié)構(gòu)可以是不完美的，這意味著棱鏡的峰部可能 是漸縮的角度、可能是圓角化的、或可能是通過峰部附近的可變半徑曲線加以平滑的。這可 能是對在處理這些結(jié)構(gòu)化材料時降低對其造成損傷的優(yōu)點。也可能是為了緩和從相對尖銳 的切斷（cut-off)處亮度的下降（drop-off)的優(yōu)點，亮度驟然下降在理論上可通過使用完 美的棱鏡結(jié)構(gòu)來達成。
[0085] 在一實施例中，可以下列方式控制填入支撐基材132的粒子/粒珠140量：經(jīng)通過 基材成形設備（substrate forming equipment)的獨立的PET樹脂供應管道將粒子/粒珠 140與烙融的PET樹脂進行預先混合，和當預基材（pre-substrate)正被雙軸延展時將粒 子/粒珠140形成于表面上。除了將粒子施加至混合物中的步驟外，此工藝應為熟知此項 技術人員所熟知。
[0086] 多功能的棱鏡片優(yōu)選地以UV澆鑄固化（cast-cure)工藝來制造，此工藝為熟知此 項技術人員所熟知。利用經(jīng)過加工而具有棱鏡圖案的負像（negative shape)的滾輪而將棱 鏡圖案壓印于支撐基材132上。模具滾輪上的此圖案是利用熟知此項技術人員所熟知的技 術，以鉆石刀將圖案車削至滾輪上所產(chǎn)生。
[0087] 替代的制造技術包括擠出（extrusion)、UV燒鑄固化涂布（UV-cast-cure coating)、延壓（calendaring)、浮壓（embossing)、射出成型（injection molding)和壓注 模造（compression-injection molding)。模具可為滾輪、皮帶或模板（mold plate)或模 嵌塊（mold insert)的形式。在模具上形成圖案的技術可包括但不限制為：使用具有鉆石 尖端的工具以鉆石車削、光刻（lithography)、激光烙融（laser ablation)、擠出或激光切 割（laser cutting)〇
[0088] 一示例顯示出根據(jù)本發(fā)明的光學基材的相對尺寸，峰部高度為10至200微米的數(shù) 量級、谷部高度（底部厚度）為〇. 3至10微米的數(shù)量級。前述尺寸意在說明結(jié)構(gòu)化表面特 性為微米范圍的微結(jié)構(gòu)的事實。例如，根據(jù)特定的應用（例如，在手機的平板顯示器或TV 監(jiān)視器的超大平板顯示器中），增亮膜的面積總尺寸在寬度與長度上可在2mm至10m的數(shù)量 級（甚至可能為更大的尺寸）上變化。光學基材的結(jié)構(gòu)化表面上的棱鏡塊的特征尺寸無需 隨著不同的總光學基材尺寸而作適當?shù)母淖儭?br> [0089] 光學基材130的結(jié)構(gòu)化表面144可根據(jù)多種工藝技術來產(chǎn)生，這些技術包括：利用 硬體工具（hard tools)來形成用于上述具有預定結(jié)構(gòu)不規(guī)則形狀的棱鏡輪廓的模具的微 加工。硬體工具可為安裝在電腦數(shù)值控制（Computer Numeric Control, CNC)機器（例如， 車削、纟先床、裁劃（ruling)/塑形（shaping)機器）上的極小鉆石工具。此外，已知的慢速 工具伺服電動機（Slow Tool Servo, STS)與快速工具伺服電動機（Fast Tool Servo, FTS)是 這些設備的示例。例如，美國專利6, 581，286揭露了利用螺紋切割（thread cutting)方法 在光學薄膜上制造溝槽的FTS應用。為了提供預定的結(jié)構(gòu)不規(guī)則形狀，這些設備可包括特 定的微擾動（perturbation)構(gòu)件（means)來協(xié)助工具以極小的偏移（shift)進行運動和 制造棱鏡，因此制造出具有不同的不規(guī)則程度的非刻面（non-facet)平坦不規(guī)則形狀。已 知的STS、FTS可包括超音波振動裝置以提供微擾動或振動而達成模具中所預定的結(jié)構(gòu)不 規(guī)則形狀。通過使用這些設備以增加自由度的方式在模具中形成表面，可獲得上述光學基 材的結(jié)構(gòu)化表面的有著三維地變化的規(guī)則的和/或不規(guī)則的棱鏡和平面。
[0090] 母版可被用來直接模造光學基材130或可被用于電鑄（electroforming)母版的 復制物，復制物再被用來模造光學基材的模具。模具可為皮帶、滾筒、平板或腔室的形式。經(jīng) 由基材的熱浮壓和/或經(jīng)由添加可形成結(jié)構(gòu)的紫外光固化或熱塑性材料，模具可被用來形 成基材上的棱鏡結(jié)構(gòu)。經(jīng)由射出成型，模具還可被用來形成光學基材?；幕蛲坎疾牧峡?為有機的、無機的或混合的（hybrid)光學透明材料，并且可包含懸浮的擴散、雙折射或折 射系數(shù)改變的（refraction modifying)粒子。
[0091] 根據(jù)本發(fā)明一實施例，圖8中結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的新穎增亮膜的LCD110可被設置 于電子裝置中。如圖11中所示，電子裝置1110(可為PDA、手機、電視、顯示監(jiān)視器、手提電 腦、冰箱等中的一個）包括根據(jù)本發(fā)明一實施例的新穎IXD110 (圖8)。IXD110包括上述的 新穎光學基材。電子裝置1110在適當?shù)耐鈿?nèi)還可包含：使用者輸入界面如鍵盤及按鈕 (以方塊1116概略代表）；控制圖像數(shù)據(jù)的電子裝置，例如用以控制圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸至LCD面 板110的控制器（以方塊1112概略代表）；電子裝置1110專用的電子元件，其可包括處理 器、A/D轉(zhuǎn)換器、記憶體裝置、數(shù)據(jù)儲存裝置等（集體地以方塊1118概略代表）；和電源，如 電源供應器、電池或外部電源的插座（以方塊1114概略代表），上述部件皆為熟知此項技術 人員所熟知。
[〇〇92] 雖然在此文中已描述了本發(fā)明的特定實施例，但這些實施例旨在說明本發(fā)明的目 的而非限制本發(fā)明，熟知此項技術人員應了解，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可對本發(fā) 明的細節(jié)、材料及部件配置進行各種變化，而本發(fā)明的范圍是由隨附的權利要求所限定。
【權利要求】
1. 一種導光膜，其特征在于其具有光輸入表面和位于該光輸入表面相反側(cè)的結(jié)構(gòu)化光 輸出表面，包括： 支撐基材，包括單一本體，其中該單一本體具有第一表面和位于該第一表面相反側(cè)的 第二表面，該第一表面定義該導光膜的該光輸入表面；以及 光學基材，具有第三表面和位于該第三表面相反側(cè)的第四表面，其中該單一本體的該 第二表面面向該光學基材的該第三表面，且該第四表面定義該導光膜的該結(jié)構(gòu)化光輸出表 面； 其中多個粒子配置在該單一本體的該第一表面的第一表面區(qū)域和該單一本體的該第 二表面的第二表面區(qū)域中至少一者的表面區(qū)域，其中該第一表面區(qū)域的厚度小于該單一本 體的厚度，且該第二表面區(qū)域的厚度小于該單一本體的厚度。
2. 如權利要求1所述的導光膜，其特征在于該單一本體的材料和該光學基材的材料不 同。
3. -種增亮膜，其特征在于其具有光輸入表面和位于該光輸入表面相反側(cè)的結(jié)構(gòu)化光 輸出表面，包括： 支撐基材，包括單一本體，其中該單一本體具有第一表面和位于該第一表面相反側(cè)的 第二表面，該第一表面定義該增亮膜的該光輸入表面；以及 光學基材，具有第三表面和位于該第三表面相反側(cè)的第四表面，其中該光學基材的該 第三表面配置在該單一本體的該第二表面上，且該第四表面定義該增亮膜的該結(jié)構(gòu)化光輸 出表面； 其中多個粒子配置在該單一本體的該第一表面的第一表面區(qū)域和該單一本體的該第 二表面的第二表面區(qū)域中至少一者的表面區(qū)域，其中該第一表面區(qū)域的厚度小于該單一本 體的厚度，且該第二表面區(qū)域的厚度小于該單一本體的厚度。
4. 如權利要求3所述的增亮膜，其特征在于該單一本體的材料和該光學基材的材料不 同。
5. 如權利要求4所述的增亮膜，其特征在于該結(jié)構(gòu)化光輸出表面為棱鏡結(jié)構(gòu)化光輸出 表面。
6. -種增亮膜，其特征在于其具有光輸入表面和位于該光輸入表面相反側(cè)的結(jié)構(gòu)化光 輸出表面，包括： 支撐基材，包括單一本體，其中該單一本體具有第一表面和位于該第一表面相反側(cè)的 第二表面，該第一表面定義該增亮膜的該光輸入表面；以及 光學基材，具有第三表面和位于該第三表面相反側(cè)的第四表面，其中該光學基材的該 第三表面配置在該單一本體的該第二表面上，且該第四表面定義該增亮膜的該結(jié)構(gòu)化光輸 出表面； 其中多個粒子配置在該單一本體的該第一表面的表面區(qū)域，其中該表面區(qū)域的厚度小 于該單一本體的厚度。
7. 如權利要求6所述的增亮膜，其特征在于該單一本體的材料和該光學基材的材料不 同。
8. 如權利要求7所述的增亮膜，其特征在于該結(jié)構(gòu)化光輸出表面為棱鏡結(jié)構(gòu)化光輸出 表面。
9. 一種增亮膜，其特征在于其具有光輸入表面和位于該光輸入表面相反側(cè)的結(jié)構(gòu)化光 輸出表面，包括： 支撐基材，包括單一本體，其中該單一本體具有第一表面和位于該第一表面相反側(cè)的 第二表面，該第一表面定義該增亮膜的該光輸入表面；以及 光學基材，具有第三表面和位于該第三表面相反側(cè)的第四表面，其中該光學基材的該 第三表面配置在該單一本體的該第二表面上，且該第四表面定義該增亮膜的該結(jié)構(gòu)化光輸 出表面； 其中多個粒子配置在該單一本體的該第一表面下的一區(qū)域，其中該區(qū)域的厚度小于該 單一本體的厚度。
10. 如權利要求9所述的增亮膜，其特征在于該單一本體的材料和該光學基材的材料 不同。
11. 如權利要求10所述的增亮膜，其特征在于該單一本體包含多個粒子，該多個粒子 包含由第一材料制成的多個第一粒子和由第二材料制成的多個第二粒子，其中該第一材料 和該第二材料不同。
12. 如權利要求10所述的增亮膜，其特征在于該單一本體包含多個粒子，該多個粒子 在該區(qū)域的深度方向以變化粒子密度輪廓的方式分布。
13. 如權利要求10所述的增亮膜，其特征在于該區(qū)域的厚度小于該單一本體的厚度的 10%。
14. 一種增亮膜，其特征在于其具有光輸入表面和位于該光輸入表面相反側(cè)的結(jié)構(gòu)化 光輸出表面，包括： 支撐基材，包括單一本體，其中該單一本體具有第一表面和位于該第一表面相反側(cè)的 第二表面，該第一表面定義該增亮膜的該光輸入表面；以及 光學基材，具有第三表面和位于該第三表面相反側(cè)的第四表面，其中該光學基材的該 第三表面配置在該單一本體的該第二表面上，且該第四表面定義該增亮膜的該結(jié)構(gòu)化光輸 出表面； 其中該單一本體包含多個粒子，該多個粒子包含由第一材料制成的多個第一粒子和由 第二材料制成的多個第二粒子，其中該第一材料和該第二材料不同。
15. 如權利要求14所述的增亮膜，其特征在于該第一材料為有機材料且該第二材料為 無機材料。
16. 如權利要求15所述的增亮膜，其特征在于該單一本體的材料和該光學基材的材料 不同。
17. -種增亮膜，其特征在于其具有光輸入表面和位于該光輸入表面相反側(cè)的結(jié)構(gòu)化 光輸出表面，包括： 支撐基材，包括單一本體，其中該單一本體具有第一表面和位于該第一表面相反側(cè)的 第二表面，該第一表面定義該增亮膜的該光輸入表面；以及 光學基材，具有第三表面和位于該第三表面相反側(cè)的第四表面，其中該光學基材的該 第三表面配置在該單一本體的該第二表面上，且該第四表面定義該增亮膜的該結(jié)構(gòu)化光輸 出表面； 其中該單一本體包含多個粒子，該多個粒子表面的折射率接近該單一本體的折射率。
18. -種增亮膜，其特征在于其具有光輸入表面和位于該光輸入表面相反側(cè)的結(jié)構(gòu)化 光輸出表面，包括： 支撐基材，包括單一本體，其中該單一本體具有第一表面和位于該第一表面相反側(cè)的 第二表面，該第一表面定義該增亮膜的該光輸入表面；以及 光學基材，具有第三表面和位于該第三表面相反側(cè)的第四表面，其中該光學基材的該 第三表面配置在該單一本體的該第二表面上，且該第四表面定義該增亮膜的該結(jié)構(gòu)化光輸 出表面； 其中該單一本體包含多個粒子，該多個粒子在該支撐基材的深度方向以變化粒子密度 輪廓的方式分布。
19. 如權利要求18所述的增亮膜，其特征在于靠近該支撐基材的該第一表面的粒子密 度大于該支撐基材內(nèi)部的粒子密度。
20. -種光學膜，其特征在于其包括單一本體，其中該單一本體具有光輸入表面和位于 該光輸入表面相反側(cè)的光輸出表面，其中多個粒子配置在該單一本體的該光輸入表面的第 一表面區(qū)域和該單一本體的該光輸出表面的第二表面區(qū)域中至少一者的表面區(qū)域，其中該 第一表面區(qū)域的厚度小于該單一本體的厚度，且該第二表面區(qū)域的厚度小于該單一本體的 厚度。
【文檔編號】G02B5/04GK104049289SQ201410270188
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2009年5月26日 優(yōu)先權日:2008年5月23日
【發(fā)明者】劉南一, 莊永源, 王康華 申請人:友輝光電股份有限公司