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TWI483011B - 雙面具有微結構之光學膜 - Google Patents

雙面具有微結構之光學膜 Download PDF

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TWI483011B
TWI483011B TW103110657A TW103110657A TWI483011B TW I483011 B TWI483011 B TW I483011B TW 103110657 A TW103110657 A TW 103110657A TW 103110657 A TW103110657 A TW 103110657A TW I483011 B TWI483011 B TW I483011B
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Tun Chien Teng
Wei Che Lai
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    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
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Description

雙面具有微結構之光學膜
本發明係關於一種光學膜，特別是關於一種雙面具有微結構之光學膜。
光學膜為光電產品中重要的組成構件之一，通常以單一層薄膜，或是以多層薄膜結構搭配於其他光學元件之上，展現特殊之光學性質。光學膜廣泛地應用於光學儀器、液晶顯示器以及太陽能電池等光電產品上。
近年來，液晶顯示器被大量應用於各項現代電子化產品，如個人電腦、數位相機、智慧型手機、平板電腦、液晶電視等。液晶顯示器具有低耗電量、高亮度及色飽和度佳等優點，然而，液晶顯示器的關鍵零組件之一的背光模組，影響整個液晶顯示器模組耗電量、亮度及色飽和度等等。
一般而言，為了使液晶顯示器能達到更好的顯示效果，背光模組中的導光板會結合特殊的光學膜。光學膜的功能是將來自於光源的光線，導向到所需的工作面，為達上述目的，必須在光學膜的表面上設置微結構陣列。藉由微結構的外型設計及排列方式，以此提升背光模組的出光效率。因此，光學膜的結構設計是一個非常關鍵的技術。
請參照第1圖、第2圖和第3圖所示，第1圖繪示習知技術之雙 面具有微結構之光學膜10，以及第2圖和第3圖繪示習知技術之雙面具有微結構之光學膜10在兩個互相垂直的不同方向上的剖面示意圖。習知技術中，光學膜10包含透明基板11、第一微結構層12以及第二微結構層13。第一微結構層12係位於透明基板11之第一光學面11a，第二微結構層13係位於透明基板11之相對於第一光學面11a之第二光學面11b。第一微結構層12包含複數個球面柱結構，各該球面柱結構具有一球面。第二微結構層13包含複數個稜鏡齒結構，各稜鏡齒結構具有第一表面13a和相對於第一表面13a之第二表面13b。一般而言，第一表面13a和透明基板11之第二光學面11b之間夾有一銳角。
當第二微結構層13的第一表面13a為入光面，並且第一微結構層12的球面為出光面時，光線I由第二微結構層13的第一表面13a導入，再經由位於第二微結構層13的第二表面13b上的反射區域中心13r反射後，朝向第一微結構層12的方向前進。然而，因為第二微結構層13的第一表面13a為一斜面，使得光線I的入射角度範圍過大，導致擴大了第二表面13b上的反射區域中心13r的範圍。因此，穿過透明基板11的光線I'與光線I"的範圍過於發散。也就是說，由第二微結構層13導入的光線I，無法有效地集中於第一微結構層12的光學中心。因此，當光學膜10應用在顯示裝置的背光模組中時，部分的光線經由第二微結構層13反射後，無法集中在第一微結構層12的光學中心，導致降低了背光模組的出光效率。
再者，請參照第3圖所示，習知技術中，第一微結構層12為球面柱結構，其表面為球面。然而，因為球面會有偏差問題，因此當光線穿過第一微結構層12時，只有在光軸O附近的光線會如同預期的準直射出， 而遠離光軸O的光線(例如光線I')則明顯地偏折。也就是說，遠離光軸O的光線(例如光線I')穿過第一微結構層12時，無法準直地向上傳遞。另一方面，在距離光軸O更遠的光線(例如光線I")，會在球面柱結構的內部反射，而返回朝向第二微結構層13的方向。因此，當光學膜10應用在顯示裝置的背光模組中時，上述兩點皆會造成背光模組的出光效率降低。
本發明之主要目的在於提供一種雙面具有微結構之光學膜，其包含第一微結構層位於透明基板之第一光學面，第二微結構層位於透明基板之相對於第一光學面之第二光學面。第二微結構層具有第一表面以及相對於第一表面之第二表面。當第二微結構層的第一表面為入光面時，利用將第一表面設置為與透明基板垂直，因此當光線通過第一表面，再經由第二表面反射後，光線會集中於第一微結構層的光學中心。
本發明之次要目的在於提供一種雙面具有微結構之光學膜，其包含第一微結構層位於透明基板之第一光學面，第二微結構層位於透明基板之相對於第一光學面之第二光學面。第二微結構層的表面為曲面。當第二微結構層的曲面為出光面時，利用將第二微結構層的曲面設置為非球面，使得光線通過曲面後能準直地向上傳遞。
為達上述目的，本發明提供一種雙面具有微結構之光學膜，其包含：一透明基板，具有一第一光學面以及一相對於該第一光學面之第二光學面；一第一微結構層，位於該第一光學面，包含複數個曲面柱結構，各該曲面柱結構之一橫截面具有一曲線之外廓；一第二微結構層，位於該第二光學面，包含複數個稜鏡齒結構，各該稜鏡齒結構具有一垂直於該透 明基板之第一表面，以及一相對於第一表面之第二表面，並且該第二表面具有一反射區域中心，該反射區域中心對準於該等曲面柱結構中對應之曲面柱結構。
根據本發明之一方面，該稜鏡齒結構之該第二表面為多段斜率面。
根據本發明之另一方面，該稜鏡齒結構進一步包含一第三表面以及一相對於該第三表面之第四表面，該第三表面和該第一表面與該第二表面連接，該第四表面也和該第一表面與該第二表面連接，以及該第三表面與該第四表面互相對稱。
根據本發明之另一方面，該曲面柱結構之該橫截面之該曲線為非球面曲線或橢圓球面曲線。
10、100、200‧‧‧光學膜
11、110‧‧‧透明基板
110a‧‧‧第一光學面
110b‧‧‧第二光學面
12、120‧‧‧第一微結構層
120a‧‧‧曲面
13、130、230‧‧‧第二微結構層
13a、130a、230a‧‧‧第一表面
13b、130b、230b‧‧‧第二表面
130c‧‧‧第三表面
130d‧‧‧第四表面
13r、130r‧‧‧反射區域中心
O‧‧‧光軸
I、I'、I"‧‧‧光線
X、Y、Z‧‧‧座標軸
第1圖繪示習知技術之雙面具有微結構之光學膜。
第2圖和第3圖繪示習知技術之雙面具有微結構之光學膜在兩個互相垂直的不同方向上的剖面示意圖。
第4圖和第5圖繪示本發明之雙面具有微結構之光學膜在兩個互相垂直的不同方向上的剖面示意圖。
第6圖繪示本發明之光學膜之稜鏡齒結構。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、 內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。另外，在不同的圖式中，相同的原件符號表示相同或相似的元件。
請參照第4圖和第5圖所示，第4圖和第5圖繪示本發明之雙面具有微結構之光學膜100在兩個互相垂直的不同方向上的剖面示意圖。本發明之光學膜100，其包含透明基板110、第一微結構層120和第二微結構層130。第一微結構層120係位於透明基板110的第一光學面110a，以及第二微結構層130係位於透明基板110之相對於第一光學面110a之第二光學面110b。
第一微結構層120包含複數個曲面柱結構，各該曲面柱結構具有一曲面120a。第二微結構層130包含複數個稜鏡齒結構，各該稜鏡齒結構具有至少四個表面，第一表面130a相對於第二表面130b，以及第三表面130c相對於第四表面130d。複數個稜鏡齒結構對應於一個曲面柱結構。
另一方面，本發明之雙面具有微結構之光學膜100，形成的方法包含，射出成型、雷射雕刻、蝕刻或者是壓印。當第一微結構層120以及第二微結構層130係以壓印法設置於透明基板110上時，更具體的步驟為：首先，在透明基板110的第一光學面110a塗覆一層紫外(UV，ultraviolet)固化膠，並且搭配特定的模具進行壓印，再以紫外光照射該層紫外固化膠後，使得具有複數個曲面柱結構之第一微結構層120固化成型於透明基板110的第一光學面110a。接著，在透明基板110的第二光學面110b塗覆一層紫外固化膠，並且搭配特定的模具進行壓印，再將紫外光從第一微結構層120的表面射入，以照射該層紫外固化膠，並且藉由曲面柱結構的聚焦特性及 模具的限制，使得具有複數個稜鏡齒結構之第二微結構層130固化成型於透明基板110的第二光學面110b。
再者，第一表面130a和第二表面130b的外廓較佳為等腰的幾何形狀，例如等腰三角形或者是等腰梯形。第三表面130c和第四表面130d則是互相對稱。當第一表面130a、第二表面130b、第三表面130c以及第四表面130d的外廓同樣都為等腰三角形時，第二微結構層130的複數個稜鏡齒結構之一呈現四角錐的形狀。
在本發明較佳的實施例中，第二微結構層130的第一表面130a通常為入光面，第一微結構層120的曲面120a通常為出光面。因此，光線I是從第二微結構層130的第一表面130a導入，再經由第二微結構層130的第二表面130b上的反射區域中心130r反射，之後光線I朝向第一微結構層120的方向前進，最後經由第一微結構層120的曲面120a射出。
如第4圖所示，本發明的第二微結構層130的第一表面130a垂直於透明基板110。當光線I從第一表面130a導入時，因為第二微結構層130的第一表面130a為一垂直面，使得光線I的入射角度範圍集中，進而收斂了第二表面130b上的反射區域中心130r的範圍。因此，向上傳遞至透明基板110的光線I'與光線I"的範圍也較為集中。
應當注意的是，本發明之光學膜100通過適當的配置，將反射區域中心130r對準對應之曲面柱結構，更具體的說，稜鏡齒結構之反射區域中心130r是位於對應之第一微結構層120的光軸O上。也就是說，從第二微結構層130導入的光線I，能夠有效地集中於第一微結構層120的光學中心。因此，當本發明之光學膜100應用在顯示裝置的背光模組中時，光線經 由第二微結構層130之反射區域中心130r反射後，集中於第一微結構層120的光學中心，提升了背光模組的出光效率。
根據本發明之另一實施例，如第6圖所示，光學膜200的第二微結構層230的第二表面230b為多段斜率面。當光線I從第一表面230a導入時，因為第二表面230b具有多段斜率，使得來自於不同角度的入射光線，皆能夠準直地射向第一微結構層(未出示)。也就是說，通過第二表面230b為多段斜率面的配置，能夠最佳化地準直光線。
根據本發明的另一目的，在於改善習知技術中，第二微結構層12(如第2圖所示)使用表面為球面的球面柱結構，因為球面會有偏差的問題，使得遠離光軸O的光線(例如光線I')明顯地偏折，或者是在距離光軸O更遠的光線(例如光線I")，會在球面柱結構的內部反射，而返回朝向第二微結構層13的方向，造成光學膜10的出光效率降低。
為了解決上述問題，請參照第5圖所示，本發明之第一微結構層120為曲面柱結構。根據本發明之較佳實施例，曲面柱結構的曲面120a為非球面。更具體的說，曲面柱結構的曲面120a較佳為橢圓球面。光線I經由第二微結構層130的反射區域中心130r反射，朝往第一微結構層120的方向並穿透過曲面120a。當第一微結構層120的表面為非球面時，不僅僅是光軸O附近的光線能夠準直地(平行於光軸的方向)射出，在距離光軸O較遠的光線同樣的也能夠準直地射出。也就是說，經由將第一微結構層120的曲面120a設置為非球面，使得穿過曲面120a的光線能夠朝大致上平行於光軸O的方向射出。因此當本發明之光學膜100應用在顯示裝置中背光模組的導光板時，因為由光學膜100能傳遞出準直的光線，使得光線有效地通過顯示裝置 中的偏光片，進而導向到所需的工作面，達到了提升背光模組的出光效率。
根據本發明之另一實施例，曲面柱結構的曲面120a較佳為橢圓面。更具體的說，橢圓面的曲率較佳為27.1mm-1 ，以及曲面系數較佳為-0.442，又或者是，橢圓面的曲率較佳為0.0245mm-1 ，以及曲面系數較佳為-0.445。通過上述可仿效的實施例，光線經過第一微結構層120之曲面120a後，能夠準直地(平行於光軸的方向)射出。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧光學膜
110‧‧‧透明基板
110a‧‧‧第一光學面
110b‧‧‧第二光學面
120‧‧‧第一微結構層
120a‧‧‧曲面
130‧‧‧第二微結構層
130a‧‧‧第一表面
130b‧‧‧第二表面
130c‧‧‧第三表面
130r‧‧‧反射中心
O‧‧‧光軸
Y、Z‧‧‧座標軸
I、I'、I"‧‧‧光線

Claims (11)

  1. 一種雙面具有微結構之光學膜，其包含：一透明基板，具有一第一光學面以及一相對於該第一光學面之第二光學面；一第一微結構層，位於該第一光學面，包含複數個曲面柱結構，各該曲面柱結構之一橫截面具有一曲線之外廓；一第二微結構層，位於該第二光學面，包含複數個稜鏡齒結構，各該稜鏡齒結構具有一垂直於該透明基板之第一表面，以及一相對於第一表面之第二表面，並且該第二表面具有一反射區域中心，該反射區域中心對準於該等曲面柱結構中對應之曲面柱結構。
  2. 如申請專利範圍第1項之光學膜，其中該稜鏡齒結構之該反射區域中心位於該曲面柱結構之光軸上。
  3. 如申請專利範圍第1項之光學膜，其中該稜鏡齒結構之該第二表面為一弧形面。
  4. 如申請專利範圍第1項之光學膜，其中該稜鏡齒結構之該第一表面和該第二表面之外廓為等腰三角形。
  5. 如申請專利範圍第1項之光學膜，其中該稜鏡齒結構之該第一表面和該第二表面之外廓為等腰梯形。
  6. 如申請專利範圍第1項之光學膜，其中該稜鏡齒結構進一步包含一第三表面以及一相對於該第三表面之第四表面，該第三表面和該第一表面與該第二表面連接，該第四表面也和該第一表面與該第二表面連接，以及該第三表面與該第四表面互相對稱。
  7. 如申請專利範圍第1項之光學膜，其中該稜鏡齒結構為四角錐。
  8. 如申請專利範圍第1項之光學膜，其中複數個該稜鏡齒結構對應於一個該曲面柱結構。
  9. 如申請專利範圍第1項之光學膜，其中該稜鏡齒結構之該第一表面為入光面，以及該曲面柱結構之曲面之側面為出光面。
  10. 如申請專利範圍第1項之光學膜，其中該曲面柱結構之該橫截面之該曲線為非球面曲線。
  11. 如申請專利範圍第10項之光學膜，其中該非球面曲線為橢圓球面曲線。
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