光扩散板及其制作方法.pdf

本发明公开了一种光扩散板及其制作方法。光扩散板包括：光扩散层、集光薄层和保护薄膜。集光薄层位于光扩散层的一表面上，且于相对光扩散层的另一侧的表面具有多个细微突起。保护薄膜位于集光薄层具有细微突起的表面上，以保护光扩散板上的表面结构。根据本发明的光扩散板可达到增加光效率、复制菱镜结构与保护表面结构，进而可增加光学扩散材料在大尺寸面板的背光模块上应用的可能性。并且，根据本发明的光扩散板的制作方法利用薄膜插入成型进行一体化加工，进而可简化工艺并降低生产成本。

1.  一种光扩散板，其特征在于，包括：
一光扩散层；
一集光薄层，位于该光扩散层的一表面上，该集光薄层相对该光扩散层的另一侧的表面具有多个细微突起；以及
一保护薄膜，位于该集光薄层具有该细微突起的表面上。

2.  根据权利要求1所述的光扩散板，其特征在于，该保护薄膜具有相应于该细微突起的断面形状。

3.  根据权利要求1所述的光扩散板，其特征在于，该细微突起为凸条。

4.  根据权利要求1所述的光扩散板，其特征在于，相邻的该细微突起的顶端相距约50微米。

5.  根据权利要求1所述的光扩散板，其特征在于，该保护薄膜具有2H以上的铅笔硬度。

6.  根据权利要求1所述的光扩散板，其特征在于，该集光薄层的光折射率大于该保护薄膜的光折射。

7.  根据权利要求1所述的光扩散板，其特征在于，该集光薄层的厚度介于20μm到300μm之间。

8.  根据权利要求1所述的光扩散板，其特征在于，该光扩散层包括：
一透明树脂；以及
多个扩散粒子，分散于该透明树脂中。

9.  根据权利要求5所述的光扩散板，其特征在于，该扩散粒子与该透明树脂的光折射率的差值介于0.05到0.25之间。

10.  根据权利要求1所述的光扩散板，其特征在于，该集光薄层与该光扩散层熔接。

11.  根据权利要求1或10所述的光扩散板，其特征在于，该保护薄膜与该集光薄层熔接。

12.  一种如权利要求1所述的光扩散板的制作方法，包括：
于一模具中提供一多层基材，该多层基材具有依序层迭于该模具的一底板上的一光扩散层、一集光薄层和一保护薄膜；
利用该模具的一模板从该多层基材的该保护薄膜的一侧进行热压，该模板用以接触该保护薄膜的表面具有多个细微凹洞；以及
自该多层基材上移除该模具以得到一光扩散板，该光扩散板的一侧表面具有对应该细微凹洞的多个细微突起。

13.  根据权利要求12所述的光扩散板的制作方法，其特征在于，该热压步骤包括：以介于150℃至300℃之间的操作温度进行热压。

14.  根据权利要求12所述的光扩散板的制作方法，其特征在于，该形成该多层基材的步骤包括：
于该底板上形成该光扩散层；
于该光扩散层上形成该集光薄层；以及
于该集光薄层上形成该保护薄膜；
该光扩散层、该集光薄层和该保护薄膜的表面为平坦。

15.  根据权利要求12所述的光扩散板的制作方法，其特征在于，还包括：于热压完成后硬化该保护薄膜。

光扩散板及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种光扩散结构，尤其涉及一种光扩散板及其制作方法。
背景技术
于液晶显示器上，为消除背光模块的光源(即灯管)的灯型影像，设置有光扩散结构，以达到整体背光模块的匀光效能。
传统的光扩散结构，于透明光学树脂，例如：聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methylmethacrylate)；PMMA)、聚碳酸脂(polycarbonate；PC)、丙烯酸酯苯乙烯共聚物(Methacrylate-co-Styrene copolymer；MS)、聚苯乙烯(polystyrene；PS)等材料，内混入一定比例的扩散粒子，然后以压铸成型或压出成型的方式制成扩散基材，再视所需外型尺寸裁切成所需的扩散板。相关技术可参照美国专利第6,723,772号。但是，此种制作方式所制成的扩散板于光的使用效率上不高，因此于背光模块使用上，必须搭配1片、2片、甚至是2片以上的棱镜薄片(sheet)以增加出射光的方向性，借以提高正面亮度。另外，于背光模块的组装上，依情况不得不以2片棱镜薄片，搭配其它功能性薄膜，例如：光扩散膜、相位差薄膜等，组装过程长且繁杂，且棱镜薄片又为高成本元件。如此一来，则会造成整体背光模块的成本及组装的复杂性增加。
为减少棱镜薄片的使用，进而发展出具有棱镜薄片与光扩散板，两者的功能的棱镜一体成型光扩散结构。
在一现有技术的棱镜一体成型光扩散结构中，其由相对于100质量份的透明树脂混入相对于0.5-10质量份的颗粒状交联丙烯酸酯树脂(cross-linkedacrylic resin)，以制成光扩散薄片；并且于光扩散板的一侧表面形成具有锯齿状断面的细微出射线(fine projected line)。相关技术可参照日本专利公开第09-304606号。
或者是，利用于直下式背光模块所使用的光扩散板结构来直接进行棱镜的转印。相关技术可参照我国专利公开第200538810号。
另一种棱镜一体成型光扩散结构通过转印的方式将棱镜结构形成于含光扩散剂的全光线穿透率60％-95％的光学扩散板的表面，以达到兼具棱镜与光扩散板的功能。相关技术可参照我国专利公开第200538766号。
虽然现有技术已能得到兼具光扩散薄膜与棱镜薄片的光扩散结构。然而，所制得的光扩散结构的厚度有限，于中、大型液晶显示器(例如：17时以上)应用上，无法如同厚壁光扩散板一般提供足够的支撑力。不然，则是因扩散性过高，而无法发挥因棱镜转印的集光效果。另外，传统转印方法多是利用辊轮压印，然而辊轮压印所能形成的形状有限，且容易因受力不均而导致成品厚薄不均。
此外，大部分光扩散板的表面硬度不佳，举例来说，由PC材质所制成的光扩散板，其表面铅笔硬度仅有2B，因此于后续裁切、包装或组装等过程中光扩散板的表面相当容易遭受到损害。特别是，于光扩散板的表面附加棱镜结构后，光扩散板表面的细微结构(如，棱镜结构)更容易于后续过程中受到操作人员、灰尘或框架等金属或硬质材质所刮伤而损害产品，进而导致整体背光模块的不良率提升。
另外，具有表面结构的扩散结构往往仅能提升遮蔽能力，对于增加正面亮度的功效有限。不然，其出光效率则有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种光扩散板及其制作方法，借以解决现有技术所存在的问题。
为实现上述目的，本发明所揭露的光扩散板，包括：光扩散层、集光薄层和保护薄膜。光扩散层、集光薄层和保护薄膜依序设置。换言之，光扩散层和保护薄膜分别位于集光薄层的相对二表面上。集光薄层位于光扩散层的一表面上，且于相对光扩散层的另一侧的表面具有多个细微突起。保护薄膜位于集光薄层具有细微突起的表面上，以保护光扩散板上的表面结构。
而且，为实现上述目的，本发明所揭露的光扩散板的制作方法，包括：于模具的底板上形成一多层基材，其中多层基材具有依序层迭于底板上的光扩散层、集光薄层和保护薄膜；利用模具的模板从多层基材的保护薄膜的一侧进行热压，其中模板用以接触保护薄膜的表面具有多个细微凹洞；以及自多层基材上移除模具以得到光扩散板，其中光扩散板的一侧表面具有对应细微凹洞的多个细微突起。
综上所述，根据本发明的光扩散板可达到增加光效率、复制菱镜结构与保护表面结构，进而可增加光学扩散材料在大尺寸面板的背光模块上应用的可能性。并且，根据本发明的光扩散板的制作方法利用薄膜插入成型(FIM)进行一体化加工，进而可简化工艺并降低生产成本。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A至图1C为根据本发明一实施例的光扩散板的制作方法的概要流程图；
图1D为根据本发明第一实施例的光扩散板的概要截面图；
图2为根据本发明另一实施例的光扩散板的制作方法中的一步骤的概要示意图；
图3为根据本发明又另一实施例的光扩散板的制作方法中的一步骤的概要示意图；
图4为根据本发明第二实施例的光扩散板的概要截面图；
图5为根据本发明第三实施例的光扩散板的概要截面图；
图6为根据本发明第四实施例的光扩散板的概要俯视图；以及
图7为根据本发明第五实施例的光扩散板的概要俯视图。
其中，附图标记：
110：底板        130：模板
132：细微凹洞    200：光扩散板
202：细微突起    210：光扩散层
212：透明树脂    214：扩散粒子
230：集光薄层    232：细微突起
250：保护薄膜    300：光线
d：距离          h：厚度
具体实施方式
参照图1A至图1C，显示根据本发明一实施例的光扩散板的制作方法，于此利用薄膜插入成型(film insertion molding；FIM)进行一体化加工，以形成光扩散板200。
于模具的底板110上提供具有光扩散层210、集光薄层230和保护薄膜250的多层基材，如图1A所示。于此，可依序形成光扩散层210、集光薄层230和保护薄膜250于模具的底板110上。换言之，先于底板110上形成光扩散层210，再于光扩散层210上(即相对于底板110的另一侧)形成集光薄层230，然后再于集光薄层230上(即相对于光扩散层210的另一侧)形成保护薄膜250。此时，光扩散层210、集光薄层230和保护薄膜250为表面大致上无任何纹路的平坦表面的材料层(即无任何非自然形成的凸起或凹洞)。
光扩散层210的厚度可于(但非本发明的限制)0.3mm(毫米)以上，并且可(但非本发明的限制)高达1.5mm以上。于中或大尺寸的背光模块的应用上，光扩散层210的厚度可(但非本发明的限制)介于0.3mm-2.0mm之间。
于此，光扩散层210可通过于透明树脂212中混入扩散粒子214而形成，并且透明树脂212与扩散粒子214各具有不同的光折射率。其中，透明树脂212的材料可选用(但非本发明的限制)聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methylmethacrylate)；PMMA)、聚碳酸脂(polycarbonate；PC)、丙烯酸酯苯乙烯共聚物(Methacrylate-co-Styrene copolymer；MS)、聚苯乙烯(polystyrene；PS)或氢化苯乙烯聚合物(Hydrogenated Polystyrene)、聚苯二甲酸二乙酯(poly(ethylene terephthalate)；PET)、环烯烃聚合物(cycloolefin polymer；COP)，或者是前述树脂中的二种或二种以上的混合物。扩散粒子214可采用单一种类的粒子，例如：(但非本发明的限制)无机粒子、有机粒子或混成粒子，或是混合采用前述粒子中的二种或是二种以上。
并且，适当地选用光扩散层210的透明树脂212和扩散粒子214的材料，使扩散粒子214的光折射率(n1)与透明树脂212的光折射率(n2)的差值介于0.05到0.25之间，即0.05≥(n1-n2)≥0.25，所制成的光扩散板可得到较佳的遮蔽率。
集光薄层230利用第一树脂材料形成于光扩散层210的一侧表面上。于此，集光薄层230的厚度h可介于20μm(微米)-300μm之间(但非本发明的限制)。其中，此第一树脂材料可为(但非本发明的限制)透明树脂，且透明树脂可为(但非本发明的限制)热可塑性树脂，例如：(但非本发明的限制)聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methylmethacrylate)；PMMA)、聚碳酸脂(polycarbonate；PC)、丙烯酸酯苯乙烯共聚物(Methacrylate-co-Styrene copolymer；MS)、聚苯乙烯(polystyrene；PS)或氢化苯乙烯聚合物(HydrogenatedPolystyrene)、聚苯二甲酸二乙酯(poly(ethylene terephthalate)；PET)、环烯烃聚合物(cycloolefin polymer；COP)，或者是前述树脂中的二种或二种以上的混合物。
保护薄膜250利用第二树脂材料形成于集光薄层230相对光扩散层210的一侧表面上。此第二树脂材料可为透明树脂。此外，透明树脂可为(但非本发明的限制)热可塑性且热硬化树脂，或热可塑性且光硬化树脂。
并且，适当地选用第一树脂材料和第二树脂材料，使集光薄层230的光折射率(n3)大于保护薄膜250的光折射率(n4)，即n3＞n4，可增加所制成的光扩散板的出光效率。
利用模具的模板130从保护薄膜250的一侧进行热压，且模板130用以接触保护薄膜250的表面具有细微凹洞132，如图1B所示。于热压过程中，集光薄层230与光扩散层210熔接在一起，并且保护薄膜250与集光薄层230熔接在一起。
于此，模具的操作温度可介于约150℃至300℃之间(但非本发明的限制)。
参照图1C，于热压后，进行模具脱模，即自光扩散板200上移除模具的底板110和模板130，以得到如图1D所示的一侧表面具有细微突起202的光扩散板200。相应于模板130表面的细微凹洞132的图案，集光薄层230连接光扩散层210的一侧表面也形成有细微突起232。并且，保护薄膜250也具有相应于集光薄层230的细微突起232的断面形状。
换言之，光扩散层210和保护薄膜250分别位于集光薄层230的相对二表面上。光扩散板200具有保护薄膜250的一侧表面呈现细微突起202。
其中，相邻的细微突起202(同等于集光薄层230的细微突起232)的顶端之间的距离d可为约50微米(μm)(但非本发明的限制)。
此外，若第二树脂材料选用热硬化树脂，于热压后，保护薄膜250会硬化形成硬涂布膜(hard coating film)。
若第二树脂材料选用光硬化树脂，可于脱模后或模板130移除后以特定波长的光线300照射以硬化保护薄膜250，如图2或图3所示。此光线300可为(但非本发明的限制)紫外光或辐射光等。
于此，保护薄膜250具有一定程度的硬度，以致于可保护光扩散板200的表面结构，例如：保护集光薄层230的细微突起232，以避免于制造过程中或后续应用的组装过程中，金属或硬质材质刮伤而损害光扩散板200的表面。换言之，硬化后的保护薄膜250可增加光扩散板200的表面结构硬度。
于一实施例中，硬化后的保护薄膜250可具有2H以上的铅笔硬度。
于此，可简单通过改变模板130的表面图案，来得到各种不同表面结构的光扩散板200。举例来说，可通过改变模板130的细微凹洞132的断面形状来得到各种表面断面形状(于此指由细微突起202所组成的断面形状)，例如：(但非本发明的限制)锯齿状、波浪状、半波浪状等，的光扩散板200，如图1D、图4及图5所示。
另外，也可通过改变模板130的表面图案(可通过改变模板130的细微凹洞132的俯视图形来得到各种表面图案(于此指由细微突起202的俯视形状，例如：(但非本发明的限制)条状、蜿蜒状等)的光扩散板200，如图6及图7所示。换言之，光扩散板200的细微突起202(即集光薄层230的细微突起232)可为(但非本发明的限制)直线凸条或为蜿蜒凸条等。
根据本发明的光扩散板可应用于背光模块。于应用时，背光模块中的灯源发射出光线后，由光扩散层210相对于集光薄层230的另一侧表面入射至光扩散层210。经由光扩散层210的扩散作用而均匀化后，由光扩散层210邻近集光薄层230的一侧表面出射，进而入射至集光薄层230。来自光扩散层210的光线会因集光薄层230的集光作用，而提升自集光薄层230相对于光扩散层210的另一侧表面(即具有细微突起232的表面)出射的光的亮度。并且，在适当地选择集光薄层230和保护薄膜250的材料下，还可进一步增加出光效率。
于此，将以现有技术的方式所制成的光扩散板(以下分别称之为成品1和成品2)与根据本发明所制成的光扩散板(以下分别称的实施例1为成品3和成品4)进行特性比较。
在此比较试验中，分别针对光扩散板的全光线透光率、雾度、扩散率、辉度均齐度和硬度进行评价。其中，全光线透光率以美国材料与实验协会(ASTM)标准数据库中ASTM D1003所记载的光线穿透率测定法为基准，使用日本电色工业株式会社(NIPPON DENSHOKU CO.，LTD)所制造型号NDH2000的浊度计来进行测定。雾度以ASTM标准数据库中ASTM D1003所记载的雾度率测定法为基准，使用日本电色工业株式会社所制造型号NDH2000的浊度计来进行测定。扩散率使用日本电色工业株式会社所制造型号GC5000L的二次元变角光度计来进行测定。辉度均齐度使用日本株式会社拓普康(株式会社トプコン；TOPCONCORPORATION)所制造型号BM7的辉度计来进行测定，并且于测定时将光扩散板设置于冷阴极灯管间平行并排的灯箱模块上。硬度以ASTM标准数据库中ASTM D3363所记载的硬度测定法为基准，使用铅笔硬度计来进行测定。
光学扩散胶粒1的制备
准备日本三菱工程塑料股份有限公司(MITSUBISHIENGINEERING-PLASTICS CORPORATION)所出品型号Iupilon S2000UR的聚碳酸酯树脂(PC)作为透明树脂。此聚碳酸酯树脂的全光线透光率约为92％、雾度＜1％，且扩散率＜1％。
并且，准备日本积水化成品工业股份有限公司(SEKISUI PLASTICS CO.，LTD.)所出品型号SBX-6的交联苯乙烯树脂粒子作为光扩散剂。此交联苯乙烯树脂粒子的粒径约为6μm-10μm。
将100质量份的聚碳酸酯树脂及2质量份的交联苯乙烯树脂粒子于混合器混合后，由双螺杆混炼挤料机(型号：ZSK-25，德国制)造粒，以得到光扩散胶粒1。
光学扩散胶粒2的制备
准备日本三菱工程塑料股份有限公司(MITSUBISHIENGINEERING-PLASTICS CORPORATION)所出品型号Iupilon S2000UR的聚碳酸酯树脂(PC)作为透明树脂。此聚碳酸酯树脂的全光线透光率约为92％、雾度＜1％，且扩散率＜1％。
并且，准备日本afakaken公司所出品型号MA1010的交联硅胶质树脂粒子作为光扩散剂。此交联硅胶质树脂粒子的粒径约为6μm-10μm。
将100质量份的聚碳酸酯树脂及2质量份的交联硅胶质树脂粒子于混合器混合后，由双螺杆混炼挤料机(型号：ZSK-25，德国制)造粒，以得到光扩散胶粒2。
光学扩散胶粒3的制备
准备日本A&L股份有限公司(NIPPON A&L IN CORPORATION)所出品型号KM-2A的丙烯酸酯苯乙烯共聚合物(MS)作为透明树脂。此丙烯酸酯苯乙烯共聚合物(MS)树脂的全光线透光率约为92％、雾度＜1％，且扩散率＜1％。
并且，准备日本积水化成品工业股份有限公司(SEKISUI PLASTICS CO.，LTD.)所出品型号SBX-6的交联苯乙烯树脂粒子作为光扩散剂。此交联苯乙烯树脂粒子的粒径约为6μm-10μm。
将100质量份的丙烯酸酯苯乙烯共聚合物(MS)树脂及2质量份的交联苯乙烯树脂粒子于混合器混合后，由双螺杆混炼挤料机(型号：ZSK-25，德国制)造粒，以得到光扩散胶粒3。
光扩散层的制备
将上述光扩散胶粒1和光扩散胶粒2分别使用射出成型机(厂牌：美国制creator，型号：CI-110)于270℃的射出的操作温度下进行薄板制作，以得到厚度为2mm的光扩散层1和光扩散层2。
将上述光扩散胶粒3使用射出成型机(厂牌：美国制creator，型号：CI-110)于230℃的射出的操作温度下进行薄板制作，以得到厚度为2mm的光扩散层3。
光扩散层的光学性测定
以混有交联苯乙烯树脂粒子的聚碳酸酯树脂所构成的光扩散层1，其全光线透光率(TT)约为86.13％、雾度(Haze)约为38.41％，而其扩散率(D_f)约为1.55％。
以混有交联硅胶质树脂粒子的聚碳酸酯树脂所构成的光扩散层2，其全光线透光率约为80.96％、雾度约为90.00％，而其扩散率约为29.05％。
以混有交联苯乙烯树脂粒子的丙烯酸酯苯乙烯共聚合物(MS)树脂所构成的光扩散层3，其全光线透光率约为80.45％、雾度约为89.13％，而其扩散率约为22.35％。
光扩散板的制备
将上述方法制得的光扩散胶粒3置于射出成型机(厂牌：桦钦，台湾制，型号：HC-320)的干燥装置中进行80℃除水干燥4小时之后，射出成型光扩散层(射出的操作温度为230℃)，以得到厚度为2mm的成品1。即，成品1的光扩散板仅具有由光扩散胶粒所构成的光扩散层。
将上述方法制得的光扩散胶粒3置于射出成型机(厂牌：桦钦，台湾制，型号：HC-320)的干燥装置中进行80℃除水干燥4小时。之后，将模具(尺寸约为15时)架设于射出机上，同时将具有表面菱镜结构的模仁(即模板)以真空吸附的方式固定于模具内侧。然后，再通过模具射出成型光扩散层(射出的操作温度为250℃)，以得到具有表面结构且厚度为2mm的成品2。即，成品2的光扩散板仅具有由光扩散胶粒所构成的光扩散层，但于光扩散层的表面因模仁而形成有表面结构。
将上述方法制得的光扩散胶粒3置于射出成型机(厂牌：桦钦，台湾制，型号：HC-320)的干燥装置中进行80℃除水干燥4小时。之后，将模具(尺寸约为15时)架设于射出机上，同时将具有表面菱镜结构的模仁(即模板)以真空吸附的方式固定于模具内侧，并且将透明薄膜贴附于模仁的菱镜结构表面上。而后再通过模具射出成型光扩散层且同时压合透明薄膜与光扩散层(射出的操作温度为250℃)，以得到具有表面结构且厚度为2mm的成品3。于此，透明薄膜是由厚度188μm的聚碳酸酯树脂(即集光薄层)以及厚度25μm的可塑化成型的丙烯酸酯树脂(即保护薄膜)所构成，并且以具有可塑化成型的丙烯酸酯树脂的一侧接触模仁的菱镜结构表面。因此，制得的成品3具有依序迭合的保护薄膜、集光薄层和光扩散层，并且于具有保护薄膜的一侧因模仁而形成有表面结构。
将透明性树脂的聚碳酸酯树脂(厂牌：日本三菱工程塑料股份有限公司，型号：Iupilon S2000UR)置于射出成型机的干燥装置中进行80℃除水干燥4小时。之后，将模具(尺寸约为15时)架设于射出机上，同时将具有表面菱镜结构的模仁(即模板)以真空吸附的方式固定于模具内侧，并且将透明薄膜贴附于模仁的菱镜结构表面上。而后再通过模具射出成型光扩散层且同时压合透明薄膜与光扩散层(射出的操作温度为270℃)，以得到具有表面结构且厚度为2mm的成品4。于此，透明薄膜同于成品3，是由厚度188μm的聚碳酸酯树脂(即集光薄层)以及厚度25μm的可塑化成型的丙烯酸酯树脂(即保护薄膜)所构成，并且以具有可塑化成型的丙烯酸酯树脂的一侧接触模仁的菱镜结构表面。因此，制得的成品4具有依序迭合的保护薄膜、集光薄层和光扩散层，并且于具有保护薄膜的一侧因模仁而形成有表面结构。
于此，模具以电铸加工方式所制作，其尺寸为长306mm、宽233mm的15时，并且具有呈现有菱镜结构表面的模仁。
光扩散板的特性测定
以现有技术的方式所制得的成品1和成品2，及根据本发明所制得的成品3和成品4，其特性测定结果如下表一。
表一