JP2006134811A - 直下型バックライト用光量制御板および直下型バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】直下型バックライトに用いた際に、より均一な面内の発光量が得られる光量制御板および面内の発光量がより均一な直下型バックライトを提供すること。
【解決手段】透明基板の一方の面に、複数の開孔部を有する光反射層が形成されてなる直下型バックライト用光量制御板であって、該光反射層の中心から外縁に向けて開孔率が高いことを特徴とする、直下型バックライト用光量制御板。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶ディスプレイのバックライト、平面照明等に使用される直下型バックライト用の光量制御板および該光量制御板を備える直下型バックライトに関する。

光源からの光を散乱させるために、半円状断面の溝が多数同心円状に掘り込まれた光半導体素子（LED）を用いた面状光源装置が報告されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１８４１３７号公報

しかしながら、上記のような面状光源装置を直下型バックライトに使用した際、未だ、面内の十分な発光の均一性が得られていない。

従って、本発明の目的は、直下型バックライトに用いた際に、より均一な面内の発光量が得られる光量制御板および面内の発光量がより均一な直下型バックライトを提供することである。

すなわち、本発明は
〔１〕透明基板の一方の面に、複数の開孔部を有する光反射層が形成されてなる直下型バックライト用光量制御板であって、該光反射層の中心から外縁に向けて開孔率が高いことを特徴とする、直下型バックライト用光量制御板、
〔２〕前記〔１〕記載の光量制御板を有する直下型バックライト、ならびに
〔３〕透明基板の一方の面に光反射層を形成する工程、および
該光反射層側からレーザ照射を行い、該光反射層の中心から外縁に向けて開孔率が高くなるように開孔部を形成する工程
を含む、直下型バックライト用光量制御板の製造方法
に関する。

本発明により、直下型バックライトに用いた際に、より均一な面内の発光量が得られる光量制御板および面内の発光量がより均一な直下型バックライトを提供することができる。

本発明の直下型バックライト用光量制御板は、透明基板の一方の面に、複数の開孔部を有する光反射層が形成されており、該光反射層の中心から外縁に向けて開孔率が高く、好ましくは特定の開孔率を有することを一つの特徴とする。

本発明の光量制御板が使用される直下型バックライトとは、本発明の光量制御板以外の構成部材は当該分野で公知の直下型バックライトをいい、少なくとも導光板１と光半導体素子２と配線回路基板３とを備える当該分野で公知の直下型バックライトをいい、具体例としては、図１および図２に図示される直下型バックライトなどが挙げられる。

本発明の直下型バックライト用光量制御板は、導光板１の上に形成されるものであり、該光量制御板により、光半導体素子２から発せられた光がより均一に直下型バックライトの発光面から観察されるという効果が奏される。

本発明の直下型バックライト用光量制御板の一態様を図３に示す。

図３において、透明基板４の一方の面には光反射層５が形成されており、光反射層には複数の開孔部６が形成されている。

透明基板４は、ポリメチルメタクリレート、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンナフタレート、ポリメチルペンテン、ポリノルボルネンなどの樹脂から構成される。なお、本発明における透明基板は、無色透明である必要はなく、光半導体装置の光が透過できるような透過率を有していればよい。透明基板の厚さは、好ましくは0.05〜5mm、より好ましくは0.1〜3mmである。

光反射層５は、例えば、銀、アルミ、ニッケル、金、銅、クロム、コバルト、白金、パラジウムなどの金属から構成される金属薄膜、シリコン、黒鉛、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの非金属薄膜などから構成される。光反射層５が金属薄膜である場合、例えば、金属蒸着などにより前記透明基板４の上に形成され、光反射層５が非金属薄膜である場合、例えば、スパッタリング、化学的気相蒸着、物理的気相蒸着などにより前記透明基板４の上に形成される。なお、光反射層５は、透明基板４の一方の面の全体に形成されている必要はない。例えば、開孔率100％に該当する部分には、予め光反射層を形成した後、後述の方法に従って開孔部を形成してもよいし、開孔部を形成する手間を省くために光反射層を予め形成しなくてもよい。なお、本発明において、開孔率とは、開孔面積/（開孔面積＋未開孔面積）×100で表される。

前記光反射層５に形成される開孔部６は、該光反射層の中心から外縁に向けて開孔率が高くなるように配置されている。直下型バックライトに使用される光半導体素子は、通常、発光中心からの距離に対してガウシアン分布の発光強度を有することから、光反射層５の中心から外縁に向けて開孔率が高くなるように開孔部６を配置することにより、直下型バックライトの面内の発光量を均一にすることができる。さらに均一な面内発光を得るためには、開孔率が、以下の式（１）：

（式中、z＝p/q；
p＝光反射層の中心からの距離x（mm）／光半導体素子の半径r_L（mm）；
q＝5〜100；
a＝b／q；
b＝光反射層無しの状態において、設定する透過光強度を有する点の透明基板中心からの距離c（mm）／光半導体素子の半径r_L（mm）
である）
で表されることが好ましい。ここで、qは、aを規格化して1とするための係数であり、好ましくは10〜50である。

光半導体素子と光量制御板との距離、光量制御板と観察する目との位置などから最適なcの値を予め決めることにより、開孔率が式（１）から求められる。cは、直下型バックライトの大きさ、光半導体素子の大きさなどにより適宜設定すればよいが、通常、約2〜50mmである。

例えば、r_L＝1mm、c＝25mmとする場合、a＝1、b＝25、q＝25となり、光反射層の中心から5mmの位置では、p＝5となり、z＝0.2となる。これらのパラメーターの値を式（１）に代入するとF(z)＝0.619となり、光反射層の中心から5mmの位置では、開孔率が約62％となる。

１つの開孔部６の断面形状は、本発明の効果が奏される限り特に限定されないが、加工性の観点からは円形が好ましい。開孔部６の断面形状が円形の場合、その半径は、使用される光半導体素子によって異なるので一概にはいえないが、好ましくは1〜100μm、より好ましくは5〜50μmである。

開孔部６は、例えば、レーザ照射により光反射層５に形成することができる。本発明で用いられるレーザは、透明基板の表面で光吸収しアブレーション加工を行う観点から、透明基板が樹脂から構成されている場合、樹脂に吸収のある波長のレーザを選択することが好ましい。一般的に、樹脂の光吸収特性は長波長で低下するので、短波長レーザを使用することが好ましい。使用されるレーザの発振波長が、532nm以下であれば開孔部を形成することは可能であるが、作業効率の観点から、紫外吸収によるアブレーションが可能な400nm以下の発振波長のレーザを使用することが好ましい。400nm以下に発振波長を持つレーザとしては、例えば、KrFエキシマレーザ（248nm）、XeClエキシマレーザ（308nm）、Nd:YAGレーザの第三高調波（355nm）および第四高調波（266nm）、Nd:YLFレーザの第三高調波（347nm）および第四高調波（212nm）、Nd:YVO₄レーザの第三高調波（355nm）および第四高調波（266nm）などが挙げられる。あるいは、400nmより長い発振波長を持つレーザであっても多光子吸収過程を経由した紫外線領域の光吸収が可能であり且つ多光子吸収アブレーションにより20μm以下の幅の切断加工が可能である、750nm〜800nm付近の発振波長を有するチタンサファイヤレーザ等でパルス幅が1e⁻⁹秒（0.000000001秒）以下のレーザ等も使用することができる。

レーザ光の移動手段としては、ガルバノスキャン、X-Yステージスキャン、マスク、イメージング加工などの公知のレーザ加工方法が用いられる。

開孔部６は、図４に示されるように、レーザ光８が光反射層５を一部透過して透明基板４に到達し、その表面をアブレーションするため、その爆発により光反射層５の該当する部分が除去されて形成される。このように、レーザ出力を最適に制御することにより透明基板４にダメージをほとんど与えずに、光反射層５に開孔部６を形成することができる。

また、開孔部６は、例えば、金型プレス、エッチング、スクリーン印刷、プリンティングなどにより光反射層５に形成することができる。

金型プレスで開孔部６を形成する場合、開孔部に対応する部分が凸部になった金型を用いて透明基板表面に凹加工を行い、その後、金属微粒子インクを山部に塗工し、凹部を開孔部６として形成することができる。

エッチングで開孔部６を形成する場合、全面に光反射層を形成した透明基板表面に開孔部を形成したマスクを設置し、エッチングにより開孔部６を形成することができる。

プリンティングで開孔部６を形成する場合、インクジェット印刷方式により金属微粒子インクで直接描画することにより開孔部６を形成することができる。

スクリーン印刷で開孔部６を形成する場合、金属微粒子インクを用いてスクリーン印刷することにより開孔部６を形成することができる。

以上のようにして、本発明の光量制御板７が作製される。従って、本発明はまた、直下型バックライト用光量制御板を製造する方法を提供する。

本発明の直下型バックライト用光量制御板を製造する方法は、
透明基板の一方の面に光反射層を形成する工程、および
該光反射層側からレーザ照射を行い、該光反射層の中心から外縁に向けて開孔率が高くなるように開孔部を形成する工程
を含む。

透明基板の一方の面に光反射層を形成する方法としては、前記のような金属蒸着、金属微粒子インクなどを用いた印刷などが挙げられる。

開孔部の形成に使用されるレーザとしては、前記のようなレーザが挙げられる。

本発明はまた、前記光量制御板を有する直下型バックライトを提供する。

本発明の直下型バックライトの一態様を図５に示す。

図５において、本発明の直下型バックライトは、
−配線回路基板３に光半導体素子２が実装され、樹脂層９により光半導体素子２が封止されている光半導体装置１０および反射板１１を備える光半導体基板１２；
−導光板１；
−光量制御板７；ならびに
−固着部１３
を備える。

本発明に用いられる光半導体装置１０は、当該分野で公知の配線回路基板３、光半導体素子２および樹脂層９を用いて公知の方法で作製される。

本発明に用いられる光半導体装置１０は高指向性であることが好ましく。光半導体装置１０に高指向性を付与する方法としては、例えば、ポリカルボジイミドなどの高屈折率ポリマーを光半導体素子２上にコーティングして該ポリマーを硬化し、その後エポキシ樹脂などの低屈折率ポリマーシートをその上に配置してスタンパなどで凸バンプを形成する方法が挙げられる。

反射板１１としては、例えばアクリル板などの樹脂板、トタン板などの金属板などが挙げられ、該板の表面が銀蒸着により鏡面加工されていることが好ましい。また、反射板の厚さは好ましくは0.3〜1mmである。

光半導体基板１２は、反射板１１に開口部を設け、その開口部に光半導体装置１０を接着剤などにより接着して得ることができる。光半導体装置１０は、面内発光を均一にする観点から、反射板１１より上に突出しないことが好ましい。

導光板１としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリカルボジイミド樹脂などの樹脂硬化体などが挙げられる。導光板１の平面形状は、特に限定されないが、好ましくは四角形であり、四角形の場合のその一辺の長さは好ましくは30〜100mmである。また導光板の厚さは、好ましくは1〜3mmである。反射散乱された光が外部へ出て行くことを防ぐため、導光板の側面を金属蒸着処理などの加工をして光沢面とすることが好ましい。なお導光板１は、例えば、トランスファー成型、プレス成型などにより作製される。

本発明の直下型バックライトは、前記光半導体基板１２の上に前記導光板１を設置し、その周囲を接着剤、シール材などの枠組みから構成される固着部１３で固定し、さらに導光板１の上に前記光量制御板７を設置することにより作製することができる。

実施例１ 光量制御板の作製
透明基板（ポリメチルメタクリレート、50mm×50mm、厚さ0.5mm）の上に、銀蒸着で厚さ100nmの反射層を形成した。得られた反射層を有する透明基板にNd:YAGレーザ（第３高調波、発振波長355nm、最大出力2.5W）を用いて、1kHzの繰り返しで反射層に1000穴／秒の速度で開孔部を作製した。なお、開孔部の分布は、前記の数式にしたがって中心からの位置に対して、図６のように設定した。得られた光量制御板について光学顕微鏡を用いて観察したところ、透明基板の損傷はほぼ認められなかった。

製造例１ 光半導体装置の作製
白色配線基板（利商工業社製：CS-3965、大きさ30mm×30mm、厚さ600μm）の中央部に光半導体素子（昭和電工社製：S0A-230U、発光部の半径0.15mm）を実装し、配線を行った。拡散機能を有する高屈折率ポリマー（ポリカルボジイミド（屈折率1.70）、シリカフィラー（平均粒子径100nmΦ）40重量％）を厚さ15μmで光半導体素子上にコーティングし、150℃×1時間、硬化を行った。さらにその上にエポキシ樹脂シート（厚さ0.25mm）を設置し、表面加工用の大きさ7mm×7mmのニッケルスタンパ（幅10μmかつアスペクト比1：1（高さ10μm）の凹みを多数有する）をシートの上に配置して真空ラミネータ（ニチゴーモートン社製）を使用して、140℃、0.1MPaおよび60秒で、光半導体素子を封止し、表面加工処理が施された光半導体装置を得た。光半導体装置への通電は、光半導体基板へケーブルを接続、配線することで行った。

製造例２ 反射板の作製
中央部に8mmΦの穴を開けた亜鉛メッキ鋼板（トタン板、大きさ50mm×50mm、厚さ0.5mm）の表面に銀蒸着シート（三井化学社製：SU-115、厚さ57μm）を貼り合わせて反射板を得た。

製造例３ 導光板の作製
金型を使用して、導光板（材質：アクリル樹脂、厚さ2mm、大きさ50mm×50mm）をプレス成型により作製した。

実施例２ 直下型バックライトの作製
製造例１で得られた光半導体装置を製造例２で得られた反射板の反射面の反対の面に光学接着剤（ノーランド社製：NOA78）で接着し、光半導体基板を得た。光半導体装置と反射板の配置は反射板の穴の中心と光半導体装置の中心が垂直方向で一致する配置とした。

得られた光半導体基板の上に製造例３で得られた導光板を配置し、四方向端面を枠組みで固定して、さらにその上に実施例１で得られた光量制御板を配置して直下型バックライト（大きさ50mm×50mm、厚さ約3mm（2.867mm））を得た。なお、光半導体基板と導光板の配置は、光半導体基板の中心と導光板の中心が垂直方向で一致する配置とした。また、導光板と光量制御板の配置は、導光板の中心と導光板の中心が垂直方向で一致する配置とした。

比較例１ 直下型バックライトの作製
金型を使用して、片面に以下のような光反射部を有する導光板（材質：アクリル樹脂、厚さ：2mm、大きさ：50mm×50mm）をプレス成型により作製した。さらに光反射部の円錐状凹みの側面に銀薄膜を蒸着した。この側面の透過率をマルチチャンネルフォトディテクタ（大塚電子社製：MCPD3000）で測定すると5％であった。得られた導光板を使用して実施例２と同様に直下型バックライトを作製した。
〔光反射部〕
導光板の重心に対応する位置を中心とする直径9.0mm、深さ1.9mmの円錐状凹み

試験例１ 面内の発光の均一性の評価
実施例２および比較例１で作製した直下型バックライトの発光の均一性を輝度評価装置（トプコン社製：Bm-9x0.2°）を使用して計測した。その結果を図７に示す。

その結果、実施例２で作製した直下型バックライトは面内幅方向において均一な発光量が得られることがわかる。一方、比較例１で作製した直下型バックライトは光半導体素子近傍に発光が集中して、均一な発光が得られないことがわかる。

本発明の直下型バックライトは、液晶ディスプレイのバックライトに利用することができる。

従来の直下型バックライトの一態様の断面図である。 従来の下型バックライトの一態様の断面図である。 本発明の光量制御板の一態様の平面図および断面図である。 開孔部を形成する方法の一態様を表す図である。 本発明に直下型バックライトの一態様の平面図および断面図である。 開孔部の分布の一態様を表す図である。 実施例および比較例で得られた直下型バックライトの発光を輝度評価装置で測定した結果である。

符号の説明

１ 導光板
２ 半導体素子
３ 配線回路基板
４ 透明基板
５ 光反射層
６ 開孔部
７ 光量制御板
８ レーザ光
９ 樹脂層
１０ 半導体装置
１１ 反射板
１２ 光半導体基板
１３ 固着部

Claims (6)

1. 透明基板の一方の面に、複数の開孔部を有する光反射層が形成されてなる直下型バックライト用光量制御板であって、該光反射層の中心から外縁に向けて開孔率が高いことを特徴とする、直下型バックライト用光量制御板。
2. 開孔率が、下記式（１）で表されることを特徴とする、請求項１記載の光量制御板。
   

   

   （式中、z＝p/q；
   p＝光反射層の中心からの距離x（mm）／光半導体素子の半径r_L（mm）；
   q＝5〜100；
   a＝b/q；
   b＝光反射層無しの状態において、設定する透過光強度を有する点の透明基板の中心からの距離c（mm）／光半導体素子の半径r_L（mm）
   である）
3. 開孔部がレーザ照射によって形成されることを特徴とする、請求項１または２記載の光量制御板。
4. 光反射層が金属蒸着により形成されることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の光量制御板。
5. 請求項１〜４いずれか記載の光量制御板を有する直下型バックライト。
6. 透明基板の一方の面に光反射層を形成する工程、および
   該光反射層側からレーザ照射を行い、該光反射層の中心から外縁に向けて開孔率が高くなるように開孔部を形成する工程
   を含む、直下型バックライト用光量制御板の製造方法。

Images