專利名稱：具有印刷的雙面導光板的光學片的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及一種光學片，更特別的涉及一種具有雙面導光板的光學薄片和其制造工藝。
背景技術：
液晶顯示器(IXDs)不斷地改進著其成本和性能，逐漸成為許多電腦、儀器、娛樂應用優選的顯示技術。傳統的LCD移動電話、筆記本電腦、監視器包括一導光板，其接收從光源發出的光線并將這些光線或多或少均勻地再分布并穿過該IXD。現有的導光板的厚度一般在0. 8mm至2mm。該導光板必須具有充分的厚度以便與一般是CCFL或一些LED的光源有效地配合，然后將盡可能多的光導向觀察者。同時，利用傳統的注塑成型工藝制造厚度小于約0. 8mm并且長或寬大于60mm的導光板是很難的，并且很昂貴。另一方面，人們通常希望削減該導光板的厚度以降低LCD整體的厚度和重量，特別是LED的尺寸在日趨減小。因此， 為了獲得最佳的光利用率、低制造成本、厚度和亮度，需要在這些矛盾的需求中尋求一種平衡。在大多數應用中，導光板的一面必須被圖案化(“單面導光板”)以獲得足夠的光提取(extraction)和再導向(redirection)能力。但是，在某些情形中，譬如轉向薄膜系統，導光板的兩個面上均需要微圖案化(“雙面導光板”)。所示的LCD背光單元中的轉向薄膜的使用減少了獲得足夠高亮度所需的光管理(management)薄膜的數量。不幸的是，當導光板相對較薄時(< 0. 8mm)，每一圖案均獲得好的復制成為獲得選擇轉向薄膜的主要瓶頸。當然，選擇生產薄的雙面導光板的方法在成本、生產力、質量上是至關重要的，這就使得制造轉向薄膜的技術在經濟上更加具有吸引力。目前選擇的方法是注塑成型法及某些改進方法。該方法是將熱的聚合物溶體以高速和高壓射入具有經微機械加工的圖案的表面的模具空腔，該圖案在模具的填充和冷卻階段被轉移到固化的模制板表面。當板的厚度相對較大(》0. 8mm)且其橫向尺寸(寬度和 /或長度)相對較小300mm)時，注塑成型技術十分有效。但是，對于相對較薄的、在其主要的表面具有微型圖案的板0.8mm)而言，注塑成型法需要巨大的注射壓力等級，而這典型的會導致模制板具有不良的復制效果、高殘留壓和雙折射，從而產生不良的尺寸穩定性和較低的成品率。另外一種用于生產單面導光板(微型圖案在一個面上)的方法是利用噴墨印刷、 絲網印刷或其他類型的印刷方法在一平的、擠壓鑄造(cast)的薄板上印刷離散的微型圖案。這種工序的缺點在于擠壓鑄造階段需要額外的昂貴的印刷步驟，并且離散的微型分離物(extractor)是預先設定的且不好控制。上述方法使得本發明所需要的在兩個面均需要圖案化時變得較不能被采用。上述連續的、輥對輥、擠壓鑄造的工序適合于制造薄的、單面微圖案薄膜，如 U. S. Pat. No. 5，885，490 (Kawaguchi 等人)，U. S. Pat. Pub. No. 2007/0052118 Al (Kudo 等人)，U. S. Pat. No. 2007/0013100 Al (Capaldo 等人)和 U. S. Pat. No. 2008/0122135Al (Hisanori等人)所披露。Kawaguchi等人考慮到在薄膜產品的兩個面上設置圖案的可能性，其中將熔融樹脂鑄造(cast)在柔性載膜的圖案化表面上，穿過由兩個相互反相旋轉的輥子形成的夾層區域。這種方法是本身較昂貴，因為圖案化表面本身就是一層薄膜， 其必須在鑄造工序開始之前分別準備，然后在十分有限的使用之后被丟棄。Capaldo等人披露了一種擠出鑄造的方法，其能夠制造一個表面上具有受控粗糙度的薄膜。Hisanori 等人和Kudo等人也披露了使用擠出鑄造形成薄膜圖案的方法，但是他們僅披露了單面薄膜。Kudo等人特別需要圖案化輥子具有相對較高的表面溫度(> Tg+20°C )。Takada等人 (W02006/098479)披露了一種使用擠出鑄造工序制造厚的導光板的方法，但是該方法同樣僅局限于制造單面導光板。因此，雖然已經提出了諸多解決辦法用于一種特殊的導光板以及通過擠出、輥對輥的操作制造該板的方法，但是仍然存在使用單程擠出鑄造工序有效制備如本發明所披露的雙面導光板的需求。
發明內容
本發明提供了一種具有多個導光板圖案的光學片，每個導光板圖案具有用于發射光的微圖案化的輸出表面和與輸出表面相對的微圖案化的底面。光學片的制造步驟包括將第一樹脂擠出到壓輥和圖案化輥之間的輥隙內，以在圖案化輥表面溫度Tl和輥隙壓力Pl 條件下形成第一擠出層，該層具有未圖案化的表面和圖案化的表面，圖案化的表面具有從圖案化輥轉移的圖案；和在擠出層的未圖案化的表面上印刷離散圖案，以形成包括多個導光板圖案的光學片。
圖1是一包括多個導光板圖案的大型光學片的示意圖；圖2A和2B是從圖1示意的大型光學片切割出的導光板的底部和側面視圖；圖2C示出了利用密度函數定義的導光板的一表面上的圖案化的離散元件的單元區域；圖3A是從平行于寬度方向的方向觀察背光單元中導光板的放大側視圖；圖;3B從平行于長度方向的方向觀察導光板的放大側視圖；圖3C是導光板上的線性棱鏡的頂視圖；圖3D是導光板上的彎曲波紋狀棱鏡的頂視圖；圖4A-1，4A_2和4A_3是第一種離散元件的透視、頂視、側視圖；圖4B-1，4B_2和4B-3是第二種離散元件的透視、頂視、側視圖；圖4C-1，4C_2和4C_3是第三種離散元件的透視、頂視、側視圖；圖5A和5B分別是一包括多個子圖案的圖案化輥子的前視圖和展開圖；圖6A和6B分別是一包括多個連續圖案的圖案輥子的前視圖和展開圖；圖7A和7B是可以從利用如圖5A-6B所示的兩個輥子制造的光學片切割出的不同的導光板的示意圖；圖8A是制造本發明的光學片的設備和工序的示意圖；圖8B和8C是圖8A的工序制造出的第一圖案化層和最終的光學片的截面示意圖9A是制造本發明的光學片的設備和工序的示意圖；圖9B是圖9A的工序制造出的最終的光學片的截面示意圖；圖10是制造本發明的光學片的設備和工序的示意圖；圖IlA是制造本發明的光學片的設備和工序的示意圖；圖IlB是圖IlA的工序制造出的最終的光學片的截面示意圖；圖12A是制造本發明的光學片的設備和工序的示意圖；以及圖12B，12C，12D是圖12A示出的本發明的三個變形例的示意圖。
具體實施例方式本發明的導光板采用通常在其一個表面上設置的具有棱鏡形狀的光轉向微結構， 以及在導光板的相對表面上設置的且成形為離散元件的的光提取微結構。真正的棱鏡具有至少兩個平坦的表面。然而，由于所有實施例中的光轉向結構的一個或多個表面不需要是平坦的，而可以是曲線的或具有多個截面的，本說明書中更多的使用統稱“光轉向結構”。具有多個導光板圖案的大光學片圖1是本發明的一大型光學片300的頂視圖。當上述光學片300的長度Ls大于或等于0. 8m,更優選地大于或等于1. Om,最優選地大于或等于1. 4m,寬度Ws大于或等于 0. 3m，更優選地大于或等于0. 6m，最優選地大于或等于0. 9時，被認為是大型的光學片。光學片300的厚度Ds在約0. 05mm到約2mm的范圍之間，更優選地在約0. Imm到約0. 7mm的范圍之間，最優選地在約0. 2mm到約0. 5mm的范圍之間。光學片300上具有至少2個導光板圖案，更優選地其上具有至少4個導光板圖案，最優選地其上具有至少20個導光板圖案。圖1所示的光學片300包括均具有長度和寬度的導光板圖案20fe_250j。例如， 導光板圖案250a具有一長度L1和一寬度W1,同時導光板圖案250e具有一長度L5和一寬度 W5。每個導光板圖案均具有一入射面18、一末端面14和兩個側面15a，15b。在同一個光學片上具有許多導光板圖案的好處是提高了生產率并且降低了每一導光板的成本。如果當導光板圖案不是長方形的，它的寬度和長度定義為兩個正交方向上的最大尺寸。從大光學片切割下的導光板圖2A和2B分別是大型光學片300切割出的導光板250的底部和側面視圖。導光板250可以是圖1中導光板250a-250j中的任意一個。它具有長度L和寬度W。當在IXD 的背光單元中使用時，導光板常常與一個或多個光源12配合使用。寬度W被定義為與沿著 Y方向排列的光源12平行，長度L被定義為垂直于寬度W或Y方向。在實際應用中長度L和寬度W通常介于20mm和500mm之間變化。導光板250的厚度Ds通常是一致的，意思是厚度的變化一般少于20%，更優選地少于10%，最優選地少于5%。導光板250具有微型圖案217，其是在底面17上用點表示的離散元件。圖案217 具有長度Ltl和寬度Wtl，它們分別平行和垂直于光源12的線。通常情況下，在長度方向上、寬度方向上或者上述兩方向上，圖案217比導光板250的尺寸小。也就是說，Ltl < L且K W。 離散元件的尺寸和數量可以沿著長度方向和寬度方向變化。離散元件在位置(X，y)處的2維QD)密度函數D2d (x, y)被定義為離散元件的總區域除以包含離散元件的總面積，其中X = Xzltl,y = Υ/Χ，χ和Y分別是沿著長度和寬度方向從原點0測量的離散元件與原點0距離。方便起見，原點0設置在接近導光板250的入射面18的圖案的角部。如圖2C所示的一個例子，6個具有面積a2, a3, a4, a5, a6的離散元件位于具有一小塊面積AW。· ALtlW任意矩形內。在這一小塊面積中的離散元件的密度
是 a/(ΔW()·ΔL())，其中N = 6，其代表了在該小塊面積Αψ0· AL。中離散元件的總數。
H
該區域中的離散元件可以具有相同的面積。通常，離散元件的密度函數D2d (X，y)根據位置(X，y)而變化。在實際中，密度函數D2D(x，y)沿寬度方向的變化不是很明顯，但在長度方向上的變化卻很明顯。簡單地說， 一維密度函數D(X)通常用于描述離散元件的圖案且可以被計算，例如，D(X) =/ D2d(x，y) dy ^ff0D2D(x,0)o其它形式的一維(ID)密度函數同樣能夠容易地從二維密度函數D2d(x， y)中導出。下述中，獨立變量χ應當被理解為是能被用于計算一維密度函數D(X)的任意一個。例如，如果光源是位于導光板的角部附近的點狀光源，χ可以是從原點0的半徑。如圖2B所示，導光板250具有用于耦合從光源12發出的光的光入射面18，將光從導光板250出射的出射面16，與入射面18相對的末端面14，與上述出射面16相對的底面 17，以及兩個側面15a，15b。光源12可以是如冷陰極熒光燈(CCFL)的單獨的線性光源，或多個如發光二極管(LEDs)的點狀光源。或者，圖案217可設置在導光板250的出射面16 上。圖3A是當從平行于寬度方向的方向上觀察時得到的導光板250、如轉向膜22的棱鏡膜、反射膜層142的放大側視圖。在導光板250的出射面16上是多個棱鏡216，并且在底面17上是多個離散元件227。圖;3B示出從平行于長度方向的方向觀察導光板250時的放大側視圖。出射面16上的每個棱鏡216均具有頂角α—上述棱鏡可以具有圓形的頂點。 圖3C是棱鏡216的頂視圖。在這一實例中，各棱鏡相互平行。在另一如圖3D所示的實例中，棱鏡216是彎曲的波紋狀的。任何已知的對于棱鏡的更改均可以用于本發明。包括例如可變的高度、頂角和傾斜度。圖4Α-1、4Α_2和4Α_3分別是根據本發明使用的第一種離散元件227a的透視、頂視、側視圖。每個離散元件實質上是分割成(segment)三角形的棱鏡。圖4B_1、4B_2和4B_3 分別是根據本發明使用的第二種離散元件227b的透視、頂視、側視圖。每個離散元件實質上是分割成三角形的頂部平坦的棱鏡。圖4C-l、4C-2和4C-3分別是根據本發明使用的第三種離散元件227c的透視、頂視、側視圖。每個離散元件實質上是分割成圓形的棱鏡。同樣可以使用其它已知的離散元件形狀，如圓柱形和半球形。它們可以對稱，也可以不對稱。 上述例子并沒有窮舉，本發明可以使用其它類型的元件。雖然具有上述形狀的離散元件是公知的，對于大型光學片300最有用的離散元件相對較薄并具有下列主要特征它們的高度d小于它們的長度AL和寬度AW。更特別的是，高度d較好小于或等于12 μ m，更好是小于或等于10 μ m，最好是小于或等于6 μ m ；同時，長度Δ L和寬度Δ W較好均大于或等于15 μ m，更好是大于或等于20 μ m，最好是大于或等于25 μ m。長度Δ L和寬度Δ W通常均小于100 μ m。或者，比率d/ Δ L和d/ Δ W較好小于或等于0. 45，更好是小于或等于0. 3，最好是小于或等于0.2。具有上述特征的離散元件具備一些優點，并且可以利用下列工序制造包括該離散元件的光學片。首先，可以容易地生產出圖案化的輥子。通常，1個金剛石車刀可以充分地雕刻0. 8m寬的具有上述特征的離散元件的輥子而沒有顯著的工具磨損。第二，在相對高的壓力和溫度條件下，由上述離散元件形成的圖案能容易地從圖案輥子通過很逼真的復制而轉移到光學片上。第三，由于較小的磨損，使得由這些離散元件形成的圖案具有較長的壽命。最后，具有這樣圖案的導光板不會傾向于磨損背光單元中的鄰近組件。在介紹下述制造大型光學片的方法時，這些優點將會變得更加明顯。在一個比較例中，離散元件具有長度Δ L = 50 μ m，寬度Δ W = 50 μ m，以及高度d =25 μ m，因此其不具備本發明所述的尺寸特征。典型地，由于工具磨損，雕刻0. 8m寬的具有0.2 !半徑的輥子需要2到4個金剛石車刀。具有上述離散元件的圖案是很難在圖案輥子上形成的，因為，較大的比率d/AL和d/AW容易造成金剛石車刀破裂。另外，在下述優選的制造實施例中具有上述離散元件的圖案不能容易地從圖案輥子轉移到光學片300。而且，具有這種圖案的圖案輥子在變形或破裂之前能被使用的次數不多。最后，具有這種圖案的導光板可能會磨損鄰近的組件。用于制造雙面光學片和導光板的方法在一種方法中，制造雙面導光板的工序包括下面三個主要步驟1.準備兩個圖案化的輥子；2.利用上述兩圖案化的輥子通過擠出鑄造工藝制造出包括多個導光板圖案的大型光學片；3.將該大型光學片切割成多個具有特定長度和寬度尺寸的雙面導光板。下面將描述這些步驟。圖案化輥的制備根據圖5A和5B，包括多個子圖案25加-252(1的圖案252例如通過使用合適的金剛石車刀的直接微機械加工法形成在圖案化的輥子408a上。圖5A示出了在具有半徑R1 和寬度Wki的圖案化輥子480a上的子圖案25 , 252b的前視圖。圖5B是包括多個子圖案 25加-252(1的圖案輥子252的展開示意圖。圖案252具有長度Lki，其中Lki = 2 π隊。子圖案25 具有寬度Wpi和長度LP1。這四個子圖案可以具有相同或不同的寬度和長度。在其中一個實例中，Rl ^ 152mm, Lei = 2 π R1 ^ 955mm, ffE1 = 406mm, Lpi = 182mm, Wpi = 396mm。 通常，兩個鄰近的子圖案之間有空隙。但是，在某些情況下，可以使兩個鄰近的子圖案之間的空隙最小，以提高輥子表面的有效利用率。在任一情況下，每個子圖案的密度函數(之前已論述過)在長度和/或寬度方向上均有變化。在其中一個實例中，該密度函數先減后增。同樣地，可以通過任何已知的雕刻(engraving)方法由另一個圖案化的輥子480b 制得另一圖案254。圖6A和6B分是圖案化的輥子480b上的圖案254的前視圖和展開圖。 圖案化的輥子480b具有半徑R2,長度Lk2 = 2 π R2,和寬度ffK2。圖案2 具有寬度Wp2和長度 Lp2。在其中一個實例中，= R1 152mm, Le2 = Lp2 = 2 π R2 ^ 955mm, ffE2 = ffE1 = 406mm, Wp2 = 400mm。圖6A和6B所示的圖案2 是平行于輥子480b的長度方向的線性圖案。該線性圖案可以是任何已知線性的棱鏡的、透鏡的或圓柱的圖案。其可以具有變化或不變的斜度、高度或形狀。在另一個實例中，圖案2M被設置為相對于輥子480b的寬度方向具有一角度。在另一個實例中，第二圖案2M是線性波形(wave-like)的棱鏡圖案。在另一個實例中，第二圖案254以及第一圖案252包括多個子圖案。同樣在另一個實例中，第二圖案2M覆蓋區域的尺寸小于輥子480b，也就是說，比率WP2/WK2 < 0. 1。在極端情況下，當圖案254實質上只有很少或者沒有被雕刻的微特征時比率WP2/WK2接近于0。如圖5B和6B所示，圖案252包括多個離散的子圖案25h_252d，每一個子圖案包含如圖2C和4A-1至4C-1所示的離散元件，而圖案2M是連續的。但是，圖案254也可以是具有與圖案252相似的離散元件的圖案。形成在輥子表面的圖案是為由擠出鑄造工序制得的導光板所設計的反(“負的”) 圖案。在輥子表面設置微圖案的另一個選擇包括將輥子用圖案化的片或套包裹，其可以是會在后面介紹的參考圖IlA的圖案化載膜47 或參考圖12B-12D的圖案化帶479、479a或 479b。上述圖案化的片或套可以是金屬的或聚合物的。在圖案252和邪4分別形成在圖案化的輥子480a和480b后，以光學片300a，300b, 300c, 300d和300e形式的光學片300，可以由多個擠出鑄造工序的實施方式中的一個所制得。圖7A和7B是光學片300’的頂視圖，其一面具有圖案252，另一面具有圖案254。 從同一子圖案252c可以切割出具有不同的尺寸和空隙的兩個導光板250al和250a2。本發明的大型光學片能夠彈性地改變導光板的尺寸。擠出鑄造工藝有利地，圖8A示出了本發明的擠出鑄造法。該工序包括以下步驟(1)具有需要的物理和光學特性的聚合物樹脂450a通過具有第一擠出機476a和第一片材模頭477a的第一擠出位置470a而被擠出到剛性但可彎曲(flexible)的聚合物載膜474上，該載膜474從供給輥子47 輸送至兩反向旋轉的輥子480a和478a之間的輥隙區域。如前面所述，輥子480a是具有微型特征圖案252的圖案化的輥子，該圖案252是為本發明導光板所設計的。輥子480a的表面溫度Tmm保持在Tl > Tgl-50°C，其中Tg1是第一擠出樹脂450a的玻璃化轉變溫度。第一壓力輥子478a具有軟的彈性表面，其表面溫度Tim < Tl。上述兩個輥子之間的輥隙壓力P保持在P > 8牛頓每毫米輥子寬度。(2)載膜474和上述從輥隙流出的鑄造(cast)樹脂優選粘附在圖案化的輥子 480a上，形成具有所需寬度的片層，直到在距輥隙區域一段距離的下游位置固化。(3)將該已固化的片層和載膜在從圖案化的輥子剝離，并在受控張力(tension) 條件下拉緊(take up)。然后，該載膜在距剝離點481a—段距離的下游位置從該圖案化的片層上剝離。該形成的圖案化的片層包括導光板的第一層410a。圖8B是第一層410a的放大圖，其中圖案252是示意性的而不是按尺寸繪制的。第一層410a具有厚度D1，典型地，其可以在0. 025mm到0. 5mm范圍內變化。D1優選在大約0. 05mm到0. 35mm的范圍內，更優選在大約0. 15mm到0. 25mm的范圍內。(4)然后，將第一層410a傳輸到具有第二圖案化的輥子480b和第二壓力輥子 478b的第二擠出位置470b。第一層410a的具有圖案252的圖案化表面朝向第二壓力輥子 478b并且穿過輥子480b和478b之間的第二輥隙區域，同時第二層樹脂450b從擠出機476b 的片材模頭477b壓出至第一層410a的未圖案化的一面。該第二輥隙區域的壓力控制在P > 8牛頓每毫米輥子寬度。圖案輥子480b的表面溫度T2 > Tg2-50°C，其中是第二擠出樹脂450b的玻璃化轉變溫度且壓力輥子478b的溫度Tp,2 < T2。輥子480b表面上的圖案2M從輥子480b轉移到鑄入上述第二輥隙區域中的上述樹脂上。(5)穿過上述第二輥隙區域的樹脂450b粘附至第一層410a以形成復合光學片 300a。該復合光學片在距上述第二輥隙一段距離的下游位置固化。圖8C是具有層410a和410b的光學片300a的放大圖，其中圖案252和2M是示意性的而不是按尺寸繪制的。層 410b具有厚度D2，其可以在0. 025mm到0. 5mm范圍內變化。D2優選在大約0. 05mm到0. 35mm 的范圍內，更優選在大約0. 15mm到0. 25mm的范圍內。該光學片的總厚度為厚度DjD2，典型地，其可以在0. 05mm到1. Omm的范圍內，優選在0. Imm到0. 7mm的范圍內，更優選在0. 3mm 到0. 5mm的范圍內。(6)固化的光學片300從輥子480b剝離，并在受控張力被拉緊以處于拉緊 (take-up)狀態，該光學片可以在線制作完成(成片)或被卷到輥子48 上以在稍后完成。 該光學片包含多個最終被切割成特定長度和寬度尺寸的導光板的導光板圖案。在第二擠出位置470b被擠出的樹脂450b不需要與在第一擠出位置470a被擠出的樹脂450a相同，且上述第一和第二層的厚度不需要相同(通常D1 ^D2)，只要該復合板的最終厚度D和光學特性符合設計要求即可。形成圖案252和254的順序是不重要的且可以根據實際的考慮而限定。在一個實例中，熔融樹脂450a，450b為聚碳酸酯(PC)，其玻璃化溫度Tg大約是 145 °C。在另一個實例中，熔融樹脂450a，450b是沖擊改性的PMMA，其玻璃化溫度Tg在 95-106°C的范圍內。沖擊改性PMMA相對于純的PMMA而言不易碎，且經證明其相對于不變性的PMMA而言更易擠出。在另一個實例中，熔融樹脂450a，450b是聚烯烴聚合物。可以利用僅僅一個擠出位置的雙通過(two-pass)工序制作該雙面光學片300a。 特別地，在將第一層的聚合物樹脂450a擠入上述輥隙以用第一圖案化的輥子480a制作第一層膜之后，該第一膜層可以被纏繞成一卷儲存以備后用。然后，由第二圖案化的輥子480b 代替第一圖案化的輥子480a，且第一膜層的卷是解繞并且被傳輸回上述輥隙，其圖案化的表面朝向壓力輥子。第二層的聚合物樹脂450b被從同一擠出機476a和片材機頭477a擠出至該第一層的未圖案化的表面上以形成光學片300a。雖然這種方法需要僅僅一個單一擠出位置，但是其需要一個額外的穿過工序(pass)以完成該光學片300a的制作，通常其在經濟上是不利的。雖然在沒有使用該載膜時，控制制作的上述膜層的質量通常會更加困難，但在某些情況下，制作上述第一層時載膜474的使用是可選擇的。有利地，圖9A示出了本發明的擠出鑄造工序。兩個單面微圖案層410a，410b分別在擠出位置470a和470b形成，這與圖8A所示的本發明的第一層的形成方式相似。形成后的兩個圖案化的層410a，410b在層合(lamination)位置490被層合在一起，如圖9B所示，在該位置上述兩層的未圖案化的表面相互粘接在一起以形成單個的在每個表面具有圖案252和254的光學片300b。同樣地，該光學片包括多個接下來會被切割成被設計為具有特定長度和寬度的導光板的導光板圖案。可以通過多種方法將上述兩個固體層層合在一起，上述方式包括溶劑層合法、壓力層合法、UV層合法或加熱層合法。溶劑層合法是在一個或兩個面上均施加薄的溶劑層，以增加上述層的未圖案化的表面的粘性，從而促進粘合。接著通過干燥除去多余的溶劑。壓力層合法是利用與每個面均充分粘合的壓敏粘合劑來完成的。UV層合法是為一個或兩個膜的表面均涂有UV粘合劑，該UV粘合劑能夠在UV粘合層固化后促進粘合。在加熱層合法中，溫度敏感層施加到一個或兩個表面上，然后將其加熱至遠(well)低于導光板樹脂的Tg 的溫度，以促進上述層之間的粘合，且沒有造成圖案化的層扭曲。在所有的層合法中(除了溶劑層合法)，粘合層最好具有與那些導光板樹脂足夠接近的光學特性(特別是折射率、色調和透射率)，以最小化其對該導光板的光學性能的影響。上述層合和擠出步驟可以是如圖9A所示的在線的，也可以是離線的，即上述層合和擠出的步驟是分離的。該工序中載膜的使用是可選擇的，且可以使用機器制造上述第一層和/或第二層，而不使用載膜474。優選地，圖10示出了本發明的擠出鑄造工序。具有圖案254的單面層410b按照與圖9A所示的層410b相似的方式形成。然后，利用合適的印刷方法將圖案252轉移到層 410b的未圖案化的表面以形成光學片300c。例如，單面層410b通過印刷站(station) 492， 在該站圖案252被印刷到膜410b的未圖案化的面上。在該步驟可以選擇許多類型的印刷方法，包括噴墨印刷、絲網印刷等。在任何一種情況中，透明墨水的光學特性必須謹慎地與那些擠壓層相匹配。如果印刷材料(墨水)是對UV敏感的，UV站必須在印刷站后立即固化該印刷的墨水。最終的光學片300c具有名義上與層410b厚度相同的總厚度D1，其中光學片300a，300b的總的厚度遠大于層圖8C和9B所示的410b的厚度。與光學片300a和300b 相似，光學片300c也包括多個最終必須被切割成特定長度和寬度尺寸的導光板圖案。印刷和擠壓步驟可以是如圖10所示的在線的，也可以是離線的，即上述層合和擠壓的步驟是分離的。該工序中載膜的使用是可選擇的，且可以設計一機器制造上述層410b，而不使用載膜 474。與其他實施例相比，該方法少一個微機械加工的圖案化的輥子，但是上述印刷方法可能會受到以上述方式形成的離散單元的形狀和尺寸的限制。優選地，圖IlA示出了本發明的擠出鑄造工序。也就是說，載膜是微圖案化的載膜47如。聚合物樹脂450a通過擠出機476a和片材模頭477a而被擠出到該圖案化的載膜上。該圖案化的載膜和該鑄造(cast)樹脂優選粘合到圖案化的輥子480a上以形成片層， 直到在距輥隙一段距離的下游位置固化。從圖案化的輥子480a上剝離該固化的片層和載膜，在受控的張力條件下拉緊，將上述圖案化的載膜在距剝離點481a—段距離的下游位置處從已形成圖案的片層上剝離。圖IlB所示的最終形成的光學片300d，其一個面上具有由圖案化的載膜47 轉移來的圖案254，另一個面上具有由圖案化的輥子480a轉移來的圖案 252。該光學片包含多個最終被切割成被設計為具有特定長度和寬度的導光板的導光板圖案。圖案化的輥子480a或480b不需要在其輥子表面上雕刻出圖案。相反地，該圖案可以由纏繞在輥子上的圖案化的膜形成，與圖IlA所示的圖案化的載膜47 類似。在本發明中，如果載膜用于幫助穿過上述剝離點后通過上述輥隙形成的樹脂的傳輸，那么該載膜必須滿足一些關鍵的條件其必須是剛性且可彎曲(flexible)，并且其必須在輥隙區域(其中熱熔體鑄造在載膜上)碰到的高溫和壓力條件下保持尺寸完整性和物理特性。而且，該載膜的表面必須十分光滑，并且其與固化樹脂的粘合力不需要很強，以便其能夠在距剝離點一段距離的下游位置的某處從已形成圖案的片層上容易地剝離。滿足上述需求的材料，例如，包括雙軸取向的PET和PEN膜、聚砜膜和聚芳酯(polyarylate)膜，但是并不局限于這些材料。優選地，圖12A示出了本發明的擠出鑄造工序。即，本發明的光學片300e是在單獨的圖案化步驟中被制得，該步驟是將圖案化的輥子480a和壓力輥子480b上均設置圖案， 而沒有使用載膜。由于樹脂在輥隙區域中停留的時間以及與壓力輥子480b接觸的時間很短暫，因此，從壓力輥子480b上轉移的圖案優選是容易復制的(譬如，非常淺的棱鏡)，以使得圖案片層的兩個面上均獲得可以接受的復制逼真度。而且，在壓力輥子的一面上共擠壓出含有不同樹脂的具備更簡單的復制性和成形特性的層，將會在更短的接觸時間內獲得更好的復制性。在這一方面較為有用的樹脂，例如是，與用于導光板的本體聚合物的成分相似但是具有較輕的分子重量的樹脂，或與合適增塑劑配合可塑性的樹脂。在一個實例中，最終的光學片300e在其兩個表面上具有圖案252和254。這種方法是最容易執行的，但是在質量和成本上并不是最佳的。優選地，圖12B示出方法將圖12A和IlA示出的方法做了輕微的修改。除了將圍繞輥子478a傳輸的微型圖案化的帶479代替了圖案化的壓力輥子480b之外，圖12B示出的擠出鑄造工序與圖12A是一樣的。由于樹脂在輥隙區域中停留的時間以及與上述帶479 接觸的時間很短暫，因此，從該帶上轉移的圖案優選是容易復制的(譬如，非常淺的棱鏡)， 以使得圖案片層的兩個面上均獲得可以接受的復制逼真度。除了在輥隙的下游將微型圖案化的帶479部分纏繞圖案化的輥子480a之外，圖 12C示出的擠出鑄造工序與圖12B是一樣的。本發明的光學片是在單一的圖案化步驟中制備的，該步驟是將一個圖案從圖案化的帶479復制到一個表面上，而將其他圖案從圖案化的輥子480a復制到與上述表面相反的面上。在圖案化的輥子480a上纏繞一定長度的圖案化的帶479是為了增加樹脂與該帶479的接觸時間，以增加從該帶轉移到該光學片上的功能元件(feature)的復制逼真度。除了用所示的纏繞在驅動輥子上的連續的微圖案化的帶479a和479b代替圖案化的輥子480a、480b之外，圖12D示出的擠出鑄造工序與圖12A相似。通過如圖12A-12D所示的工序的實施方式制得的最終的雙面光學片300e，具有與圖IlB所示的光學片300d相同的橫截面。光學片300e包括多個最終被切割成被設計為具有特定長度和寬度尺寸的導光板的導光板圖案。所有的實施例均包括圖案化的輥子，該圖案化的輥子的表面溫度T優選大于 Tg-50°C，更優選大于Tg-30°C，最優選大于Tg-20°C，其中Tg是擠出樹脂的玻璃化轉變溫度。上述任何實施例制得的光學片最終被傳輸到結束位置，在該位置其被切割成許多被設計為具有特定長度和寬度尺寸的雙面導光板。在同一個光學片上完成的導光板可以具有相同的或不同的尺寸和微圖案。樹脂材料多種聚合物樹脂可以在該發明中使用。該樹脂材料必須是在典型的擠出條件下能夠擠出、容易鑄造且能夠復制離散和/或線性微圖案。同時，該材料必須具有足夠的剛性和韌性以在實際的應用中將破裂和扭曲最小化。而且，該材料必須在可視的光譜范圍內具有高度的透射性以及低色調(color)。該應用最關鍵的特性是消光系數。材料的該消光系數或本征光學密度(OD)可以從
權利要求
1.一種具有多個導光板圖案的光學片，每個導光板圖案具有用于發射光的微圖案化的輸出表面，和與輸出表面相對的微圖案化的底面，所述光學片是由包括步驟的方法制備的將第一樹脂擠出到壓輥和圖案化輥之間的輥隙內以在圖案化輥表面溫度Tl和輥隙壓力Pl的條件下形成擠出層，該層具有未圖案化的表面和圖案化的表面，圖案化的表面具有從圖案化輥轉移的圖案；和將離散圖案印刷到擠出層的未圖案化的表面上以形成包括多個導光板圖案的光學片。
2.如權利要求1的光學片，其中光學片具有大于或等于0.8m的長度LS。
3.如權利要求1的光學片，其中光學片具有大于或等于OJm的寬度WS。
4.如權利要求1的光學片，其中光學片包括具有0.05mm和大約2mm之間的范圍內的厚度DS。
5.如權利要求1的光學片，其中光學片具有小于或等于1.Omm的厚度。
6.如權利要求1的光學片，其中導光板圖案具有大于或等于0.15m的寬度和長度。
7.如權利要求1的光學片，其中輸出表面或底面上的微圖案包括離散元件且另一個主要表面上的微圖案包括連續元件。
8.如權利要求1的光學片，其中輸出表面和底面上的微圖案都包括離散元件。
9.如權利要求1的光學片，其中Tl大于Tgl-50°C，Tgl是擠出樹脂的玻璃化轉變溫度。
10.如權利要求1的光學片，其中輥隙壓力Pl大于8牛頓每毫米輥寬。
11.如權利要求1的光學片，其中將層擠出到載體薄膜上，且載體薄膜隨后被剝掉。
12.如權利要求1的光學片，其中圖案化輥上的圖案由圖案化的帶提供。
13.如權利要求1的光學片，其中擠出樹脂是聚碳酸酯、烯烴聚合物或丙烯酸類聚合物。
14.如權利要求1中的光學片，其中印刷步驟可以是噴墨、絲網印刷、絲印等等。
15.如權利要求1的光學片，其中印刷墨水是可UV固化樹脂。
全文摘要
本發明提供了具有多個導光板圖案的光學片，每個導光板圖案具有用于發射光的微圖案化的輸出表面，和與輸出表面相對的微圖案化的底面。光學片的制作步驟包括將第一樹脂擠出到壓輥和圖案化輥之間的輥隙內以在圖案化輥表面溫度T1和輥隙壓力P1的條件下形成擠出層，該層具有未圖案化的表面和圖案化的表面；和將離散元件印刷到擠出層的未圖案化的表面上以形成包括多個導光板圖案的光學片。
文檔編號G02B5/02GK102385099SQ20111034832
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者H·雷, J·格林納, M·R·蘭德瑞, X-D·米, 李柱賢 申請人:Skc哈斯顯示器薄膜有限公司