TW201228813A - Optical sheet having printed double-sided light guide plate - Google Patents

Description

201228813 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般而言係關於一種光學薄片，更具體而言， 係關於一種具有雙側導光板的光學薄片及其製程。 【先前技術】 液晶顯示器（LCD)持續改善成本與效能，成為許多電 腦、儀器、及娛樂應用所採用的較佳顯示技術選擇。典型 的LCD行動電話、筆記型電腦、及螢幕皆包含導光板，用 於接收來自光源的光，並且將光或多或少地更均勻的重新 分佈於該LCD上。現有的導光板的厚度典型上係介於〇 8 毫米（mm)至2毫米之間。為了有效地與該光源（典型上為 CCFL或複數個發光二極體（led))耦合，並且將更多光重新 導向觀看者§亥導光板必須具有足夠的厚度。再者，通常利 用習知射出成型製程（injection molding process)，難以 製造厚度小於大約〇. 8毫米及寬度或長度大於60毫米的導 光板且成本較高。另一方面，為了降低LCD的整體厚度與 重莖’通常欲將導光板做得更為輕薄，尤其當led的尺寸 持續變小。因此，為了達到最佳的光利用效率、低製造成 本、厚度、以及亮度，必須在這些相互矛盾的需求之間取 得平衡。 在大部份的應用中，為了達到足夠的光萃取與重新導 向能力，必須於該導光板的一侧上圖案化該導光板（“單侧 導光板（one-sided light guide plate)”）。然而，在一 些情況下’例如轉向薄膜系統（turning f i lm system)，必 95331 s 201228813 須於該導光板的兩側上微圖案化該導光板（“雙側導光板 (double-sided light guide plate)，’）。於 LCD 的背光單 元中使用轉向膜，顯示出可減少達到足夠高的亮度所需的 光管理膜（light management film)的數量。不幸的是，當 該導光板相對較薄（< 0.8毫米）時，良好複製兩侧圖案已 經變成接受轉向膜選項的主要障礙。事實上，製造薄的雙 側導光板的方法之選擇對於控制成本、產能及品質而言相 當關鍵，使得轉向薄膜技術更有經濟效益。 迄今為止所選擇的方法為射出成型製程及其一些變化 製程。於此製程中’以南速與高壓將聚合物溶體（P〇l y mer me It)注入包含具圖案的微機械加工表面之模具凹穴（mold cavity)中，該圖案係於填模與冷卻階段期間轉印自該固化 成型板的表面上。當板的厚度相對較大Ο 0.8毫米）且其 側向尺寸（寬度及/或長度）相對較小300毫米）時，射出 成型技術相當有效。然而’對於在兩侧主要表面上都具有 微圖案且相對較薄的板（S 0.8毫米）而言，射出成型製程 需要明顯較高等级的射出壓力’可能在該模板中產生較差 的複製與較高的殘留應力（residual stress)及雙折射 (birefringence) ’造成尺寸穩定度較差且生產良率較低。 另一種用以製造單側導光板（一個表面上有微圖案）的 方法係利用喷墨、網版印刷或其他類型的印刷方法，將離 散微圖案印刷於彳坦、經擠壓的鑄造薄片之一側上。此製 程的缺點在於，擠壓鑄造步驟需要額外的印刷步驟成本， 且該離散微萃取器（micro-extractor)的形狀與尺寸係經 s 广·% 5 95331 201228813 預先決定且未良好控制的。當如本發明所需欲圖案化兩側 表面時，此方法變得較不具吸引力。 如美國專利編號5, 885, 490(Kawaguchi等）、美國專利 公開號2007/0052118 Al(Kudo等）、美國專利編號2007/ 0013100 Al(Capaldo 等）、以及美國專利編號 2008/0122135 (Hisanori等）所揭露，連續、卷對卷（r〇l卜to-roll)擠壓 鑄造製程係良好適於製造薄的、單側的微圖案化膜。

Kawaguchi等考量藉由通過由兩個反向轉動滾筒所形 成的夾縫區域於彈性載體膜之圖案化表面上鑄造熔融樹脂 將圖案同時授予至產品膜的兩側上。此方法本身的成本較 高，因為該圖案化表面本身是必須在鑄造製程前獨立製備 的膜’且在非常有限的使用次數之後被丟棄。Capaid〇等 揭格種用於製造在一個表面上具有經控制的粗縫度的膜 之方法。Hisanori等與Kudo等亦揭露利用擠壓鑄造的膜 圖案化方法，但是其揭露内容限定於單側膜。具體而言， Kudo等需要具有相對高表面溫度（> Tg + 2〇。〇的圖案化 滾筒。Takada等（W0 2006/098479)揭露一種利用擠壓鑄造 製糕製造厚導光板之方法，但此方法仍限定於製造單側導 光板。 因此’儘管已經有提出許多關於此類特殊導光板及透 過掛壓、卷對卷操作製造此類導光板的方法之解決方案， 但疋仍需要利用單路（single pass)擠壓鑄造製程製備如 本發明所揭露具成本效益的雙侧導光板。 【發明内容】

95331 S 201228813 本發明提供一種具有複數個導光板圖案的光學薄片 各該導光板圖案皆具有用於發射光的微圖案化輪出表面 以及相對該輸出表面的微圖案化底部表面。該光學薄片係 以下列步驟製造，包括：於圖案化滾筒表面溫度T1與夾縫 壓力P1下，將第一樹脂播壓進入壓力滾筒與圖案化滚筒之 間的夾縫中’以形成擠壓層’該擠·壓層具有未圖案化表面 及圖案化表面，該圖案化表面具有轉印自該圖案化滚筒的 圖案；以及將離散圖案印刷至該擠壓層的未圖案化表面 上，以形成包含複數個導光板圖案的光學薄片。 【實施方式】 本發明的導光板利用光重新導向微結構（1 ight- redirecting micro-structure)與光萃取微結構（light-extract ing micro-structure) ， 該光重新導向微結 構一般 而言係成型為稜鏡（prism)且放置於該導光板的一個表面 上，而該光萃取微結構成型為離散元件且放置於該導光板 的相對表面上。真實的棱鏡具有至少兩個平坦面。然而， 因為在所有貪施例中，該光重新導向結構的一個或多個表 面不是必須為非平坦面，但是該表面可為彎曲的或具有多 個區段（section)’於本說明書中採用更普遍的名詞“光重 新導向結構”。 具有複數個導光板圖案的大型光學薄片 第1圖顯示本發明的大型光學薄片300的上視圖。當 光學薄片300的長度h大於或等於0.8公尺（m)時，該光 學薄片300被稱為大型，較佳的情況是，大於或等於1〇 s 7 95331 201228813 公尺（m)，又較佳的情況是，大於或等於1.4公尺（m)，且 其寬度心係大於或等於0. 3公尺（m)，較佳的情況是，大 於或等於0. 6公尺（m)，又較佳的情況是，大於或等於0. 9 公尺（m)。該光學薄片300的厚度介於大約〇. 〇5毫米至 大約2毫米間的範圍内，且較佳的情況是，介於大約0. 1 毫米至大約0. 7毫米間的範圍内，又較佳的情況是，介於 大約0.2毫米至大約0.5毫米間的範圍内。該光學薄片300 上具有至少兩個導光板圖案，較佳的情況是，該光學薄片 300上具有至少四個導光板圖案，又較佳的情況是，該光 學薄片300上具有至少20個導光板圖案。 第1圖所示的光學薄片300包括導光板圖案250a至 250 j，各該導光圖案250a至250 j皆亦具有長度與寬度。 舉例而言，導光板圖案250a具有長度h與寬度恥，同時， 導光板圖案250e具有長度h與寬度叭。各該導光板圖案 皆亦具有輸入表面18、端表面（end surf ace) 14、以及兩 個側表面15a、15b。具有製造於相同光學薄片上的複數個 導光板圖案之優點在於改善產能與降低每個導光板的成 本。當導光板圖案並非矩形時，其寬度與高度係定義為兩 個正交方向上的最大尺寸。 切割自該大型光學薄片的導光板 第2A圖及第2B圖分別顯示切割自該大型光學薄片300 的導光板250的下視圖及側視圖。該導光板250可為第1 圖的導光板250a至250 j的任何一者或多者。該導光板250 具有長度Z與寬度酽。當用於LCD的背光單元時，導光板 8 95331

S 201228813 永遠耦合至一個或多個光源12。該寬度酽係定義為平行於 沿著Y方向對齊的光源12，同時’該長度ζ係定義為垂直 於該寬度F或Y方向。 該長度1及寬度妒通常根據應用需求而在2〇毫米與 500毫米之間變動。導光板250的厚度乃5一般而言係均勻 的’意指該厚度Ay的變化通常小於20%，較佳的情況是， 小於10% ’又較佳的情況是，小於5%。 導光板250具有離散元件的微圖案217,該微圖案217 係由其底部表面17上的點所表示。該圖案217具有分別與 光源12的光線平行和垂直的長度與寬度恥。一般而言， 該圖案217於長度方向上、於寬度方向上、或同時於兩方 向上具有較導光板25〇更小的尺寸。亦即，，且奶^妒。 離散元件的尺寸與數量可沿著該長度方向與該寬度方向變 化。 離散7L件在位置匕少）的二維密度函數乃扣“少）係定義 為由包含離散元件的總面積除以含有離散元件的總面積， =，m m m沿著該長度與寬度方向 ^ 〇所料制_散元件㈣。為了；r㈣見，該 =^㈣擇位於·案接近導光板㈣的輸人表面^ 的角洛。於第2C圖所示的一個範例中，具有面積 I:’二，W六個離散元件227係位於具有小面積 °的任忍矩形内。此小面積中的離散元件密度係 其中 2Lai Kaw0*al0) :6代表該小面積△恥· ΔΖο中的

S 95331 201228813 離散元件總數。經侷限於此小面护办 ϋ J面積中的離散元件可具有相 同的面積。 一般而言，密度：數〜)隨著位置㈣變化。實 際上，該密度函數D 著該寬度方向輕微地變化。 為了簡化減…維密度函數他）通常用以表示離散元件 圖案之特性，且可經計算，例如DU)=S办屬^ (X, 0)。亦可自該2D密度函數趣易推導出其他形式 的-維（1D)密度函數。在以下說明書内容中，獨立變數^ 應解釋為可用以計算1維密度函數D(JC)的任何一個變數。 舉例而言，倘若該光源係點狀（point—Hke)且位於該導光 板的角洛附近，則X可為自該原點〇起算的半徑。 如第2B圖所示，導光板250具有光輸入表面18、輸 出表面16、端表面14、底部表面17、以及兩個侧表面15心 15b’該光輸入表面18用於麵合發射自光源a的光，該輸 出表面16用於將光自該導光板250發射出去，該端表面 14係相對於該輸入表面18設置，該底部表面17係相對於 該輸出表面16設置。光源12可為單一線性光源（如冷陰極 螢光燈（cold cathode fluorescent lamp，CCFL))或者複 數個點狀光源（如發光二極體（LED))。又或者，該圖案217 可位於導光板250的輸出表面16上。 苐3A圖顯示在平行寬度方向的方向上所看到的導光 板250、稜柱狀薄膜（如轉向薄膜（turning film)22)、及 反射薄膜142的放大侧視圖。導光板250的輸出表面16上 有複數個稜鏡216，且該底部表面17上有複數個離散元件 10 95331 201228813 227。第3B圖顯示該導光板250沿著長度方向的方向上所 看到的放大側視圖。位於該輸出表面16上的各個稜鏡216 一般而言皆具有頂角（apex angle) α。。該稜鏡可具有圓形 頂點。第3C圖係稜鏡216的上視圖。在此範例中，該等棱 鏡216係相互平行的。在另一範例中，如第3D圖所示，該 等稜鏡216係呈現彎曲波浪狀。於本發明中，可採用具有 任何習知變化的稜鏡。範例包含具有可變化高度、可變化 頂角、及可變化間距（pitch)之稜鏡。 第4A-1圓、第4A-2圖及第4A-3圖分別顯示本發明可 採用的第一種離散元件227a的透視圖、上視圖、及側視 圖。各該離散元件實質上為三角切割稜鏡（triangular segmented prism)。第 4B-1 圖、第 4B-2 圖及第 4B-3 圖分 別顯示本發明可採用的第二種離散元件227b的透視圖、上 視圖、及侧視圖。各該離散元件實質上為具有平坦頂部的 三角切割棱鏡。第4C-1圖、第4C-2圖及第4C-3圖分別顯 不本發明可採用的第三種離散元件227c的透視圖、上視 圖、及侧視圖。各該離散元件實質上為具有實質圓形切割 稜鏡（rounded segmented prism)。亦可採用其他習知形狀 (如圓柱狀及半圓形）的離散元件。該離散元件可為對稱的 形狀或可為不對稱的形狀。除了上述範例以外，本發明亦 可採用其他類似的元件。 具有上述开>狀離散元件為已知，對於大型光學薄片 而言，最有用的離散元件係相對較淺的，且具有以下關鍵 特徵：其高度d小於其長度△尤及其寬度Δγ。更具體而 201228813 言，該高度d宜小於或等於12微米Um)，較佳的情況是， 小於或等於10微米，又較佳的情況是，小於或等於6微米； 同時，長度ΔΖ與寬度纽兩者宜大於或等於15微米，/較 佳的情況是’大於或等於20微米，又較佳的情況是，大於 或等於25微米一般而言，長度與寬度纽兩者 於100微米。 又或者，比例d/ΔΖ與d/△妒宜小於或等於〇. 45，較 佳的情況是，小於或等於〇·3，又較佳的情況是，小 等於0. 2。 … 具有上述的離散元件具有一些優點，且能夠利用以下 製程製造含有該等離散元件的光學薄片。首先，該等離散 元件易於製造於圖案滾筒（pattern r〇Uer)上。通常，工 個鑽石工具足夠用於雕刻〇·8米寬且包含具上述特性的離 散元件之滾筒，而沒有明顯的工具磨損。其次，由此類離 散兀件所形成的圖案易於在相對較低的壓力與溫度下，以 良好的複製真實度（replicati〇n fidelity)自圖案化浪筒 轉印㈣光學薄片。再者，由此類離散元件所形成的圖案 因磨損較小而具有較長的使用壽命。最終，在背光單元中， 具有此類圖案的導光板不易磨損相鄰的零件。當在以下說 明書中討論製造大型光學薄片的方法時，將更清楚上述 些優點。 13 在比較範例中，離散元件具有長度ΔΖ/=5〇微米、寬度 △料0微米、及高度d=25微米’且因此不具備本發明的 維度特性。典型上，由於卫具磨損，造成雕刻u米寬且 95331 12 201228813 半徑0. 23米的滚筒需要2至4個鑽石工具。由於大比例 d/ΔΖ與d/ΔΚ使得鑽石工具容易斷折，故具有此類離散 元件的圖案難以製造於圖案化滾筒上。此外，具有此類離 散元件的圖案無法在以下所討論的較佳製程實施例中輕易 地自圖案化滚筒轉印自該光學薄片300。此外，在圖案發 生變形或斷折之前，具有此類圖案的圖案化滾筒無法使用 許多次。最後，具有此類圖案的導光板可能磨損相鄰的零 件。 用於製造雙侧光學薄片與導光板的方法 於一種方法中，用於製造雙側導光板的製程包括以下 三個關鍵步驟：1.製備兩個圖案化滾筒；2.利用該兩個圖 案化滾筒透過擠壓鑄造製程製造包括複數個導光板圖案的 大型光學薄片；以及3.將該大型光學薄片切割成為具特定 長度與寬度的複數個雙側導光板。這些步驟將說明如下。 製備圖案化滾筒 參照第5A圖及第5B圖，利用適合的鑽石工具藉由例 如直接微機械加工方法（micro-machining method)，將包 括複數個子圖案252a至252d之圖案252製造於圖案化滾 筒480a上。第5A圖顯示位於該圖案化滾筒480a上的子圖 案252a、252b的前視圖，該圖案化滾筒480a具有半徑凡 與寬度心1。第5B圖顯示包括四個子圖案252a至252d的 圖案252的展開圖9該圖案252的長度為，其中心π=2 。該子圖案252a具有寬度坏^與長度LP1。該四個子 圖案可具有相同的或不同的寬度或長度。在一個範例中， ::) 13 95331 201228813 A»152毫米，;rA»955毫米，心丨=406毫米，心丨=182 毫米，以及ffpi=396毫米。典型上，相鄰的兩個子圖案之 間有空置空間（empty space)。然而，在一些情況下，可將 相鄰的兩個子圖案之間的空置空間最小化，以改善該滾筒 表面的利用效果。於各種情況下，各該子圖案中的密度函

V 數（如先前所討論者）於長度及/或寬度方向上變化。在一個 範例中，該密度函數起初降低，但隨後增加。 同樣地，另一個圖案254係藉由任何習知的雕刻方法 製造於另一個圖案化滚筒480b上。第6A圖及第6B圖顯示 圖案化滾筒480b上的圖案254的前視圖及展開圖。圖案化 滾筒具有半徑及2、長度心2=2 ;τπ2、及寬度化2。該圖案 254具有寬度]^2及長度LP2。於一個範例中，於=Α«152 毫米，Ζ^2=Ζ^2=2ππ2»955毫米，心2=心尸406毫米，以及 %2=400毫米。第6Α圖及第6Β圖所示的圖案254係平行 於該滾筒480b的長度方向的線性圖案。該線性圖案可為任 何習知的線性棱柱狀、透鏡狀（1 ent i cu 1 ar )、或圓柱狀圖 案。該等線性圖案可具有變動的或固定的間距、高度或形 狀。 在另一個範例中，該圖案254以相對於該滾筒480b的 寬度方向之呈一角度設置。在又另一範例中，該第二圖案 254係波浪狀的線性稜柱狀圖案。在又另一範例中，如該 第一圖案252，該第二圖案254包括複數個子圖案。在其 他範例中，相較於該滚筒480b的尺寸而言，該第二圖案的 覆蓋率（coverage)相對較小，也就是說，比例％2/灰Λ2 <

14 95331 S 201228813 〇· 1 °在極端的情況下，當該圖案254實質上具有極少的經 雕亥彳微特徵（engraved micro-feature)或不具有經雕刻微 特徵時’該比例％2/%2接近〇。 如第5B圖及第6B圖所示，圖案252包括複數個離散 子圖案252a至252d，各該子圖案皆包含第2C圖及第4A-1 圖至第4C-1圖所示的離散元件，同時，圖案254係連續圖 案。然而，圖案254亦可為類似圖案252之具有離散元件 的圖案。 製造於該滾筒表面上的圖案係經設計用於藉由擠壓鑄 造製程製造導光板的圖案的反向（“負向”）圖案。將微圖 案授予滾動表面（rol 1 surf ace)的另一種選項係關於以圖 案化薄片或套筒（sleeve)纏繞該滾筒，該圖案化薄片或套 筒可為稍後將參照第11A圖所述的圖案化載體膜474a，或 者稍後將參照第12B圖至第12D圖所述的圖案化帶 (patterned belt)479、479a 或 479b。該圖案化薄片或套 筒可為金屬材料或聚合物材料。在分別產生圖案252與254 於該圖案化滾筒480a、480b上之後，可藉由數種擠壓鑄造 製程實施例之其中一者以光學薄片3〇〇a、3〇〇b、3〇〇c、3〇〇d 及300e的形式製造該光學薄片3〇〇’。 第7A圖及第7B圖顯示光學薄片3〇〇,的上視圖，該光 學薄片300’於一側上具有圖案252且於另一側上具有圖案 254。具有不同尺寸及空置空間的兩個導光板25〇&1盥 250a2可切割自相同的子圖案252c。本發明的大型光學薄 片使得該導光板具有改變尺寸的彈性。

S 95331 15 201228813 擠壓鑄造製程 有利的是，本發明的擠壓鑄造方法示意地顯示於第8A 圖中。該製程包括以下步驟： (1)透過具有第一擠壓器476a與第一壓片底模 (sheeting die)477a 之第一擠壓站（extrusion station) 470a將具有所需物理與光學性質的聚合物材料樹脂45〇a 擠壓於堅硬（st i f f)但有彈性的聚合物材料载體膜474 上’該聚合物材料載體膜474自供應滾筒472a饋入兩個反 向轉動的滚筒480a與478a之間的第一夾縫。如先前所討 論，滾筒480a係具有經設計用於本發明的導光板的微特徵 圖案252的圖案化滚筒。保持滾筒480a的表面溫度TpaR, 1， 使得T1 >Tgi-50°C ’其中Tg,係第一經擠壓樹脂450a的玻 璃轉變溫度（glass transition temperature)。滾筒 478a (該第一壓力滾筒）具有柔軟彈性體之（s〇ft elast〇meric) 表面且表面溫度TfmCTI。保持該兩個滾筒之間的夾縫壓力 p，使得P >每毫米滚筒寬度8牛頓。 (2) 自該夾縫區域發出的載體膜474與鑄造樹脂（cast resin)優先地黏接至該圖案化滾筒48〇a ’形成具有所欲厚 度的薄片，直到在距離該失縫下游一段距離處固化為止。 (3) 該經固化的薄片與载體膜自該圖案化滾筒剝離，且 在經控制的張力下被擷取。該載體膜接著在距離該剝離點 481a下游一段距離處自所形成的圖案化薄片上剝除。所形 成的圖案化薄片包括s亥導光板的第一層4i〇a。第8B圖係 第一層410a的放大圖，其中，該圖案252為示意且未依比

95331 S 16 201228813 例描繪。該第一層410a具有厚度，該厚度A典型上在 0. 025毫米至0. 5毫米之間變化。厚度从係介於大約0. 05 毫米至0. 35毫米間的範圍，較佳的情況是，介於大約0. 15 毫米至0.25毫米間的範圍。 (4) 該第一層410a接著饋入具有第二圖案化滾筒480b 與第二壓力滾筒478b的第二擠壓站470b。該第一層410a 具有圖案252的圖案化側係朝向第二壓力滾筒478b且經運 送穿過該滾筒480b與478b之間的第二夾縫區域，同時透 過壓片底模477b將第二層樹脂450b自擠壓器476b擠壓至 該第一層410a的未圖案化側上。該第二夾缝區域中的壓力 係經控制於P >每毫米滾筒寬度8牛頓。圖案化滾筒480b 的表面溫度係T2 > Tg2-50°C，其中Tg2係第二經擠壓樹脂 450b的玻璃轉變溫度，且壓力滾筒478b的溫度係Tp，2 < T2。滾筒480b表面上的圖案254係自滾筒480b轉印自鑄 造入該第二夾缝區域中的樹脂。 (5) 該樹脂450b通過該第二夾縫區域黏接至該第一層 410a，以形成複合光學薄片300a。該複合光學薄片300a 在距離該第二夾缝下游一段距離處固化。第8C圖係該光學 薄片300a的放大圖，該光學薄片300a具有層410a與 410b，其中圖案252、254為示意且未依比例描繪。層410b 具有厚度乃2，該厚度D2可在0. 025毫米至0. 35毫米的範 圍内變化。該厚度乃2宜介於大約0.05毫米至0.35毫米的 範圍内，較佳的情況是，介於大約0. 15毫米至大約0. 25 毫米的範圍内。該光學薄片的總厚度包含厚度乃1+仏，典 s 17 95331 201228813 型上介於0.05毫米至1.0毫米的範圍内，較佳的情況是， 介於0. 1毫米至0.7毫米的範圍内，又較佳的情況是，介 於0.3毫米至0.5毫米的範圍内。 (6)該經固化的光學薄片300a自該滾筒480b剝離，且 在經控制的張力下被掘取入掏取站（take-up station)，於 該處，依序（in-line)完成該薄片的加工，或者將該薄片纏 繞於滾筒484a上’以於稍後完成加工。此薄片含有複數個 導光板圖案，該複數個導光板圖案接著必須切割為經設計 的導光板之最終特定長度與寬度尺寸。 該第二擠壓站470b中所擠壓的樹脂450b不是必須與 第一擠壓站470a中所擠壓的樹脂450a相同，且只要該複 合板的最終厚度D與光學性質符合設計需求，則該第一與 第二層的厚度不是必須相同（一般而言，Di关£>2)。施加圖 案252與254的順序並不重要，且可取決於實際考量。 在一個範例中，該熔融樹脂450a ' 450b係聚碳酸醋 (polycarbonate; PC) ’其具有大約145°C的玻璃轉變溫度。 在另一範例中’該溶融樹脂450a、45Ob係經衝擊改質的 PMMA ’其具有範圍介於95至106Ϊ的玻璃轉變溫度。相較 於純PMMA ’經衝擊改質的PMMA較不易碎（less brittle)， 且經證實較未經改質的PMMA更易於擠壓。在又另一範例 中’該熔融樹脂450a、450b係聚烯烴系聚合物 (polyolefinic polymer) 〇 該雙侧光學薄片300a亦可於二路式製程（two-pass process)中以單獨一個擠壓站製造。具體而言’在將第一

18 95331 S 201228813 層聚合物材料樹脂450a擠壓進入該失縫以利用第一圖宰 化滾筒480a製造第一層膜之後，該第一層膜可纏繞成卷， 並儲存供稍後使用。接著以第二圖案化滾筒48〇b取代該第 一圖案化滾筒480a，並將該第一層膜卷展開且以其圖案化 侧朝向該壓力滾筒運送回該夾縫中。第二層聚合物材料樹 脂450b係由相同的擠壓器476a與壓片底模477&鑄造於該 第一層的未圖案化侧上，以形成光學薄片3〇〇ae雖然此方 法僅僅需要單一個擠壓站，但是此方法需要採用額外的路 以完成該光學薄片300a的製造’且一般而言可能有成本上 的問題。 儘管一般而言較難以控制未使用載體膜所製造的膜的 品質，但是在一些情況下，使用載體膜474製造第一層係 視需要的。 有利的是，本發明的擠壓禱造製程係示意地顯示於第 9A圖。兩個單侧微圖案化層41〇a、410b係以類似型成第 8A圖的第一層的方式分別地形成於兩個轉壓站470a與 470b中。所形成的兩個圖案化層410a、4l〇b係於詹壓站 (lamination station)490中藉由將兩層的非圖案化表面 相互黏接而層壓在一起，以形成如第9B圖中所示在各個表 面上具有圖案252與254的單一光學薄片3〇〇b。同樣地， 此薄片含有複數個導光板圖案，該複數個導光板圖案接著 必須切割為經設計的導光板之最終特定長度與寬度尺寸。 兩個固體層的層壓可藉由許多方式達成，包含：溶劑 層壓（solvent lamination)、壓力層壓、UV層壓或熱層壓。 s 19 95331 201228813 溶劑層壓係藉由施加薄溶劑層至一或兩表面而實施，該薄 溶劑層可使該層的未圖案化表面變黏，藉此增強黏接性。 藉著藉由烘乾來移除多餘的溶劑。壓力層壓係藉由良好黏 接兩表面的墨力敏感黏接劑（pressure sensiuve adhesive)來達成。於UV層壓中，其中一層膜或兩層膜的 表面塗佈有UV黏接劑，該UV黏接劑在UV固化（UV curing) 之後增強黏接性《於熱層壓中，於一或兩表面施加溫度敏 感層’且接著加熱至遠低於該導光板樹脂的Tg之溫度，因 而增進層之間的黏接性，而不致使該等圖案化層發生變 形。於所有的層壓方法（除了溶劑層壓以外）中，為了將對 該導光板的光學效能所造成的影響最小化，該黏接劑層宜 具有接近該導光板樹脂光學性質之光學性質（特別是，折射 率、顏色及透光率）。該層壓與擠壓步驟可依序實施（如第 9A圖所示），或者不依序（0ff_iine)實施，而採用將擠壓 與層壓步驟分開實施（decoupled)的方式。於此製程中，使 用載體膜係視需要的，且可設計一種機器以製造第一層及/ 或第二層，而無須使用載體膜474。 有利的是’本發明的擠壓鑄造製程示意地顯示於第 圖。以類似製造第9A圖所示層41〇b的方式製造具有圖案 254的單側層410b0該圖案252接著藉由適合的印刷方法 授予至該層410b的未圖案化侧上，以形成光學薄片3〇〇c。 舉例而言，單侧層410b通過印刷站492，其中，圖案252 係印刷於膜410b的未圖案化側上。此步驟可選用許多類型 的印刷方法，包含嘴墨印刷、網版印刷（screen pr i加ing) 95331 s 20 201228813 及類似的印刷技術。在任何情況下，透明墨水（transparent ink)的光學性質必須謹慎地匹配該經擠壓層的光學性質。 倘若該印刷材料（墨水）係對UV敏感的，則必須在印刷站之 後立即放置UV站，以固化所印刷的墨水。該最終光學薄片 300c的總厚度/λ名義上相同於該層41〇b的厚度，同時光 學薄片300a、300b的總厚度遠大於第8C圖及第9B圖中層 410b的厚度。光學薄片300c(類似光學薄片30〇a與3〇〇b) 亦包含複數個導光板圖案，該複數個導光板圖案接著必須 切割為最終特定長度與寬度尺寸。該印刷與擠壓步驟可依 序實施（如第10圖所示），或者不依序實施，而採用將擠壓 與印刷步驟分開實施的方式。於此製程中，使用載體膜係 視需要的，且可設計一種機器以製造該層410b，而無須使 用載體膜474。相較於其他實施例，此方法需要一個較少 微加工的圖案化滾筒，但是該印刷方法可能受限於以此方 式產生的離散元件的形狀及尺寸。 有利的是’本發明的擠壓鑄造製程示意地顯示於第11A 圖。也就是說，該載體膜係微圖案化載體膜474a。聚合物 材料樹脂450a係透過擠壓器476a與壓片底模477a受擠壓 至此圖案化載體膜上。該載體膜與鑄造樹脂優先地黏接至 該圖案化滚筒480a，形成薄片，直到在距離該夾缝下游一 段距離處固化為止。該經固化的薄片與載體膜自該圖案化 滾筒480a剝離，且在經控制的張力下被擷取，且該圖案化 载體膜在距離該剝離點481a下游一段距離處自所形成的 圖案化薄片剝除。如第11B圖所示的最終光學薄片3〇〇(1於 s 95331 21 201228813 一個表面上具有轉印自該圖案化載體膜474a之圖案254， 且於其他表面上具有轉印自該圖案化滾筒480a之圖案 252 °此薄片含有複數個導光板圖案，該複數個導光板圖案 接著必須切割為經設計的導光板之最終特定長度與寬度尺 寸。 圖案化滚筒480a或480b不是必須具有雕刻於該滾筒 表面上的圖案。相反地，該圖案可藉由纏繞於該滾筒的圖 案化膜（類似第11A圖所示的圖案化載體膜474a)製造。 於本發明中，倘若載體膜係用以協助將所形成的樹 脂’來自該夾縫區域傳送通過該剝離點，該載體膜必須符 合數種關鍵需求：該载體膜必須為堅硬且有彈性的，且必 須在該夾縫區（其中，該載體膜上鑄造有熱熔體）域中遭受 到高溫以及高壓的情況下保持其尺寸的整體性及物理性 質。再者，膜的表面必須非常平滑且必須輕微地黏接於該 固化的樹脂，使得其能夠輕易地在距離該剝離點下游一段 距離處自所形成的圖案化膜剝離。符合這些需求的材料範 例包含（但是不限定於）雙轴定向PET與PEN膜（biaxially oriented PET and PEN film)、聚石風膜（polysulfone film) 及聚芳自旨膜（polyarylate film)。 有利的是，本發明的擠壓鑄造製程示意地顯示於第12A 圖。也就是說’本發明的光學薄片300e係於單一圖案化步 驟中藉由將圖案同時放置於該圖案化滾筒480a與該壓力 滾筒480b上而製備得到’且未使用載體膜。由於該樹脂在 該夾縫區中與該圖案化壓力滾筒480b的短暫停留時間及 95331

S 22 201228813 短暫接觸時間，故為了於該圖案化薄片的兩侧達到可接受 的複製真實度，轉印自該壓力滾筒480b的圖案宜為易於複 製的圖案（例如：非常淺的稜鏡）。此外，藉由將具有較易 複製且較易形成的特性之不同的樹脂層共同擠壓在該壓力 滚筒侧上，可能在較短暫的接觸時間内達到較佳的複製。 可使用於此態樣中的樹脂範例係組成成份類似用於導光板 的塊體聚合物但分子置較輕之聚合物，或者以適當塑化劑 (plasticizer)配製的樹脂。於一個範例中，該最終光學薄 片300e在其兩側表面上具有圖案252與254。此方法係最 簡單實現的，但對於品質與成本而言並非最佳的方法。 又或者，第12B圖提供第12A圖及第11A圖經稍微修 改的方法。除了以微特徵圖案化帶479運送於滾筒478a上 來取代該圖案化壓力滚筒480b以外，第12B圖的擠壓鑄造 製程相同於第12 A圖所示者。由於該樹脂在該夾缝區中與 該帶479的短暫停留時間及短暫接觸時間，故為了於該圖 案化薄片的兩侧達到可接受的複製真實度，轉印自該帶479 的圖案宜為易於複製的圖案（例如：非常淺的稜鏡）。 除了微圖案化帶479自該夾縫往向下游局部纏繞該圖 案化滾筒480a以外’第12C圖的擠壓鑄造製程相同於第 12B圖所示者。本發明的光學薄片係於單一圖案化步驟中 藉由將來自該圖案化帶479的其中一個圖案複製於一個表 面上，且來自該圖案化滾筒480a的另一圖案係複製於相對 的表面上而製備得到。將該圖案化帶479纏繞於該圖案化 滾筒480a上達一段距離可增加該樹脂與該帶479的接觸時 s 23 95331 201228813 間，因而增強來自該帶479的特徵於該光學薄片上的旅象 真實度。 除了該圖案化滾筒480a、480b以如圖所示纏繞於軀動 滾筒上之連續微圖案化帶479a、479b取代以外，第12P圖 的擠壓鑄造製程類似於第12a圖所示者。 透過第12A圖至第12D圖所示的製程實施例所製造的 最終雙侧光學薄片300e具有與第11B圖所示光學薄片3〇〇d 相同的剖面。光學薄片300e包含複數個導光板圖案，該複 數個導光板圖案接著必須切割為經設計的導光板之最終特 定長度與寬度尺寸。 於所有包括圖案化滾筒的實施例中’該圖案化滾筒的 表面溫度T宜大於Tg-50°C，較值的情況是，大於Tg一30 °C ’又較佳的情況是，大於Tg~20°C，其中Tg係該經擠塵 樹脂的玻璃轉變溫度。 由上述任何一個實施例所製造的光學薄片最終係轉移 至完成站（finishing station)，其中，該光學薄片係切割 為具有經設計的導光板之最終特定長度與寬度尺寸的複數 個雙側導光板。自單一光學薄片完成的多個導光板可能具 有相同的或不同的尺寸與微圖案。 樹脂材料 許多種聚合物材料皆可用以實現本發明。該樹脂材料 必須為在典型擠壓條件下可擠壓的，易於鑄造且能夠複製 離散及/或線性微圖案。該材料也必須足夠爹硬且具韌性 (tough)，以於實際使用期間將斷折與變形的機會降至取 95331 24

S 201228813 * 低。此外，該材料必須在可見光的頻譜範圍内具備高層次 的透光率及低色澤（low color)。此應用中最關鍵的性質係 . 消光係數（extinction coefficient)。材料的消光係數或 - 内在光學密度（0D)可自⑽= i1〇gi〇(^)計算得到，其中 係透光率且Z係光學路徑長度。為了使該導光板中的吸收 才貝失农小化’此性負必須盡可此越低越好。本發明中所使 用的材料包含（但不限定於）P丽A及其他丙烯酸系聚合物， 包含經衝擊改質的PMMA以及曱基丙稀酸曱酯與其他丙浠 酸系及非丙烯酸系單體之共聚物、聚碳酸酯、聚環烯烴、 環狀嵌段共聚物、聚醯胺、苯乙埽系、聚硬、聚酯、聚醋 石炭酸酯、以及上述各者的不同可混溶混合物（miscible blend)。典型的PMMA光學密度（0D)可於大約〇. 0002/毫求 至0· 0008/毫米之間變化’同時，對於聚碳酸酯而言，典 型的0D範圍介於0. 0003/毫米至〇. 0015/毫米之間，取決 於材料的等級與純度。 範例 發明範例1 光學薄片300具有長度957毫米、寬度心《 343 毫米、及厚度，該厚度變化於0· 1毫米至0· 7毫米 之間。光學薄片300上具有四個導光板圖案，各該導光板 圖案皆具有相同的長度與寬度，該長度變化於150毫米至 240毫米之間，該寬度變化於150毫米至320毫米之間。 由於所有四個導光板係以卷對卷製程（roll-to-ro 11 s 25 95331 201228813 process) —起製造，故各該導光板皆係以每秒250毫米的 加工線速度於1秒内製造完成。可以想像得到，對於在相 同光學薄片300與相同圖案滚筒上的更大量的小導光板 (例如：大約20毫米的長度與寬度尺寸），對於相同的加工 線速度而言，每個導光板的製造時間甚至可能更短。 發明範例2 光學薄片300具有長度心《 1436毫米、寬度％ « 686 毫米、及厚度As，該厚度As變化於〇. 1毫米至〇. 7毫米 之間。光學薄片300上具有14個導光板圖案，各該導光板 圖案皆具有變化於150毫米至240毫米之間的長度以及變 化於150毫米至320毫米之間的寬度。 該14個導光板圖案皆具有以下所述的一個或多個特 徵。在一個態樣中，該14個導光板之至少兩個具有不同長 度。在另一個態樣中，該14個導光板之至少兩個具有不同 寬度。在又另一個態樣中，該14個導光板之至少一個與光 學薄片300具有相同寬度方向。舉例而言，第1圖所示的 導光板250a之寬度方向（表示為叭）係平行光學薄片300 的寬度方向（表示為化）。在又另一個態樣中，該14個導 光板之至少一個的寬度方向係垂直於該光學薄片300的寬 度方向。舉例而言，導光板250f的寬度方向（表示為叭） 係垂直於光學薄片300的寬度方向（表示為％)。 在又另一個態樣中，其中一個導光板（如導光板250j) 的寬度方向相對於該光學薄片300的寬度方向以介於0至 90度之間的角度設置。該等導光板的其中一個或多個也可 26 95331

S 201228813 能並非矩形，而是方形、圓形、或其他任何習知的形狀。 由於典型上兩個相鄰導光板之間具有空置空間2 6 0， 故能夠藉由包含一部份空置空間而增加原定之導光板尺 寸。又或者，該導光板可分割為具有較原定之導光板尺寸 更小的尺寸。具有不同導光板的光學薄片之優點係在單一 製造步驟中製造用於不同LCD應用之導光板。由於顯示器 產業缺乏足夠的標準’造成不同顯示器使用者可能需要不 同尺寸的導光板。本發明的光學薄片200提供滿足不同使 用者的不同需求之低成本解決方案。 發明範例3 光學薄片300具有長度1436毫米、寬疳阶 980 毫米、及厚度§亥厚度變化於0.1毫米至q 7 、 之間。光學薄片300具有21個導光板圖案，各該導、毫米 案皆具有變化於150毫米至240毫米之間的長光板圖 於150毫米至320毫米之間的寬度。 及變化 霉要Γ時， 當以每秒152毫米的加工速度製造光學薄片 製造一個包括21個導光板的光學薄片3〇〇 秒。平均算來，製造一個導光板需要不到〇. 5秆、約 後多。 以傳統射出成型形成類似的導光板，速度快了知 相較於 對照範例 將 板，但是隨著導光板的厚度縮減且長度盥寬、夕個導先 &冒知時，要 以傳統射出成型循環僅能夠製造長度或寬 150毫米之單一導光板。因此，每個導光板的大柃約 會相對較長。藉由射出成型能夠於每個循環激啟時間 27 201228813 對圖案化表面達到良好複製真實度的困難度將明顯提升。 綜上所述，本發明中以長度至少0. 8米且寬度至少0. 3 米的大型光學薄片所完成之導光板有利於以較目前可行的 習知射出成型技術更快的速度及/或更大的尺寸與更小的 厚度進行製造。這些導光板也更易於客製，以滿足不同使 用者不斷變化的需求。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示包含複數個導光板圖案的大型光學薄片之 不意圖， 第2A圖及第2B圖顯示切割自第1圖所示的大型光學 薄片的導光板之下視圖及侧視圖； 第2C圖顯示用於經圖案化於該導光板的一個表面上 的離散元件的密度函數之定義中之單位面積； 第3A圖顯示背光單元中的導光板在平行寬度方向的 方向上所看到的放大側視圖； 第3B圖顯示該導光板在平行長度方向的方向上所看 到的放大側視圖； 第3C圖係該導光板上的線性棱鏡（1 inear pr i sm)的上 視圖， 第3D圖係該導光板上的彎曲波浪狀的稜鏡的上視圖； 第4A-1圖、第4A-2圖及第4A-3圖顯示第一種離散元 件的透視圖、上視圖及側視圖， 第4B-1圖、第4B-2圖及第4B-3圖顯示第二種離散元 件的透視圖、上視圖及侧視圖， 28 95331

S 201228813 第401圖、第4C-2圖及第4C-3圖顯示第三種離散元 件的透視圖、上視圖及側視圖； 第5A圖及第5B圖分別為含有複數個子圖案之圖案化 滾筒（patterned roller)的示意前視圖及展開圖； 第6A圖及第6B圖分別為含有複數個連續圖案之圖案 滾筒（pattern roller)的示意前視圖及展開圖； 第7A圖及第7B圖顯示可切割自利用第5A圖至第6B 圖所示兩種滾筒所製造的光學薄片的不同導光板； 第8A圖示意地顯示用於製造本發明的光學薄片的設 備及製程； 第8B圖及第8C圖係在第8A圖的製程中所製造之第一 圖案化層及最終光學薄片的示意剖面圖； 第9A圖示意地顯示用於製造本發明的光學薄片的設 備及製程； 第9B圖係在第9A圖的製程中所製造之最終光學薄片 的示意剖面圖； 第10圖示意地顯示用於製造本發明的光學薄片的設 備及製程； 第11A圖示意地顯示用於製造本發明的光學薄片的設 備及製程； 第11B圖係在第11A圖的製程中所製造之最終光學薄 片的示意剖面圖； 第12A圖示意地顯示用於製造本發明的光學薄片的設 備及製程；以及 s 29 95331 201228813 第12B圖、第12C圖及第12D圖示意地顯示第12A圖 所顯示的發明的三種變化態樣。 【主要元件符號說明】 12 光源 14 端表面 15a 侧表面 15b 側表面 16 輸出表面 17 底部表面 18 輸入表面 22 轉向薄膜 142 反射薄膜 216 棱鏡 250 導光板 250a 至 250j 導光板圖案 250al 導光板 250a2 導光板 217 微圖案 227 離散元件 227a 離散元件 227b 離散元件 227c 離散元件 252 圖案 252a 子圖案 30 95331 201228813 252b 子圖案 252c 子圖案 252d 子圖案 254 圖案 260 空置空間 300 光學薄片 300， 光學薄片 300a 光學薄片 300 b 光學薄片 300c 光學薄片 300d 光學薄片 300e 光學薄片 410a 層 410b 層 450a 樹脂 450b 樹脂 470a 擠壓站 470b 擠壓站 472a 供應滾筒 474 載體膜 474a 圖案化載體膜 476a 擠壓器 476b 擠壓器 477a 壓片底模 31 95331

201228813 477b 478a 478b 479 479a 479b 480a 480b 481a 484a 490 492

Ds、D\、Dz Z、△ Z/、△ Zo、Z/0、Zi、Z2 LlO ' Lp\ ' Lp2 ' Lr\ ' Lr2 ' Ls π、△ 叭、趴、 m - m〇 > Wpx ^ Wp2> ws

a 〇 O iZl ' «2 ' «3 ' ' iZ5 ' «6 d

Ri ' R2

Wr\ ' Wr2 壓片底模 (壓力）滾筒 (壓力）滾筒 圖案化帶 圖案化帶 圖案化帶 圖案化滚筒 圖案化滾筒 剝離點 滚筒 層壓站 印刷站 厚度 Z<3、厶4、Z/5、Z/6、Z/7、Z/8、Z/9、 長度 ! ' Wl ' Wa ' Wb ' JVe Λ Wl ' W& Λ 寬度 頂角 原點 面積 高度 滚筒半徑 滾筒寬度 32 95331

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Claims (1)

1. 201228813 七、申請專利範圍： 1. 一種具有複數個導光板圖案的光學薄片，各該導光板圖 案具有用於發射光的微圖案化輸出表面，以及相對該輸 出表面的微圖案化底部表面，製造該光學薄片的步驟包 括： 於圖案化滾筒表面溫度T1與夹縫壓力pi下，將第 一樹脂擠壓進入壓力滾筒與圖案化滾筒之間的夾縫 中，以形成擠屋層，該擠壓層具有未圖案化表面及圖案 化表面，該圖案化表面具有轉印自該圖案化滾筒的圖 案，以及 將離散圖案印刷至該擠壓層的未圖案化表面上，以 形成包含複數個導光板圖案的該光學薄片。 2·如申請專利範圍第1項所述之光學薄片，其中，該光學 薄片的長度k大於或等於〇. 8m。 3. 如申請專利範圍第1項所述之光學薄片，其中，該光學 薄片的寬度％大於或等於〇.3m。 4. 如申請專利範圍第1項所述之光學薄片，其中，該光學 薄片的厚度仏介於〇.05毫米至大約2毫米之_範= 内。 2·如申請專利範圍第！項所述之導光板，具有小於或等於 I 〇亳米之厚度。 5’如申請專利範圍第i項所述之光學薄片，其中，該導光 、板圖案的寬度與長度係大於或等於〇. 15ιη。 ^ 〕·如申請專利範圍第1項所述之光學薄片，其令，位於續 1 s 95331 201228813 輸出或底部表面上的該微圖案包括多個離散元件，而位 於另一主要表面上的該微圖案包括多個連續元件。 7. 如申請專利範圍第1項所述之光學薄片，其中，位於該 輸出表面與該底部表面兩者上的該等微圖案包括多個 離散元件。 8. 如申請專利範圍第1項所述之光學薄片，其中，T1係 大於Tgi-strc，該Tg!係該經擠壓樹脂的玻璃轉變溫度。 9. 如申請專利範圍第1項所述之光學薄片，其中，該夾缝 壓力P1係大於每毫米滾筒寬度8牛頓。 10. 如申請專利範圍第1項所述之光學薄片，其中，該擠壓 層經擠壓於載體膜上，且該載體膜隨後被剝除。 11. 如申請專利範圍第1項所述之光學薄片，其中，位於該 圖案化滾筒上的圖案係由圖案化帶所提供。 12. 如申請專利範圍第1項所述之光學薄片，其中，該經擠 壓樹脂係聚碳酸醋（polycarbonate)、烯烴系聚合物 (olef inic polymer)、或丙烯酸系聚合物（aery 1 ic polymer) ° 13. 如申請專利範圍第1項所述之光學薄片，其中，該印刷 步驟為喷墨、網版印刷、絲網印刷（silk screening) 及類似技術。 14. 如申請專利範圍第1項所述之光學薄片，其中，印刷墨 水係紫外光可固化樹脂（UV-curable resin)。 2 95331 S