JP5598885B2 - 光学部材及びその製造方法、その光学部材を用いるバックライトユニット及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学部材に関するもので、特に、バックライトユニットに用いられる光学部材に関するものである。

ＬＣＤなどディスプレイ装置に用いられるバックライトユニットとは、自体発光機能がない表示パネルの背面に位置して表示パネルに均一に平面調光を担当する部品のことである。バックライトユニットは、実際に光を発散させる光源の位置によって直下型及びエッジ型に分類されることができ、直下型は光源が表示パネルの下部に位置するバックライトユニットとして画質側面において有利であることから、大型ディスプレイに用いられることが好ましく、エッジ型は光源が表示パネルの縁部に位置するバックライトユニットとしてバックライトユニットの厚さを薄くするのに有利であるため、小型ディスプレイに用いられることが好ましい。

図１は、従来の直下型バックライトユニットの構成を示す断面図である。

図１に示されているように、従来の直下型バックライトユニットは、多数の光源１２０と、反射板１１０と、導光板１３０と、多数の拡散フィルム１４０、１５０と、集光フィルム１６０と、保護フィルム１７０と、を含む。

一方、直下型バックライトの場合、光源の真上部分の輝度、光源と光源との間の輝度が均一にならず、輝度ムラが生じる問題が発生するため、従来は、図１に示されているように、多数の拡散フィルム１４０、１５０を用いて光源の光を全体の面に拡散させて輝度ムラが生じないようにした。しかし、複数枚の拡散フィルムを用いるため製造費用が高くなり、バックライトユニットの厚さが厚くなるという問題が発生した。

また、従来の直下型バックライトは、複数枚の光学フィルムが空気層を介して積層されるため、フィルムと空気層との界面において光の反射が行われて光透過率が低下するという問題が発生した。

本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたもので、一側面において、光源が位置する領域では光の拡散を有利にし、その他の領域では界面における光の反射による輝度低下を防止する光学部材及びその光学部材の製造方法を提供する。

また、本発明は、他の側面において、光源が位置する領域では光の拡散を有利にし、その他の領域では界面における光の反射による輝度低下を防止するバックライトユニット及びそのバックライトユニットの製造方法を提供する。

なお、本発明は、さらに他の側面において、バックライトユニットを含むディスプレイ装置を提供する。

本発明は、光入射面と、光源に対応する領域に形成された光の強さを調節するためのパターン部と上記パターン部以外の領域に形成された粘着部とを含む光射出面と、を含む光学部材を提供する。

また、本発明は、光源と、上記光学部材と、上記光学部材の上部に積層される少なくとも一つの光学フィルムと、を含むバックライトユニットを提供する。

なお、本発明は、（ａ）光学部材の光射出面に粘着部を形成する段階と、（ｂ）上記光学部材の光射出面において光源に対応する領域に光の強さを調節するための非粘着性パターン部を形成する段階と、を含む光学部材の製造方法を提供する。

さらに、本発明は、上記光学部材の上部に拡散機能を有する光学フィルムを合紙する段階を含むバックライトユニットの製造方法を提供する。

本発明による光学部材をバックライトユニットに適用すると、光源に対応する領域に光源の光を拡散させるパターン部が形成されて効果的に光源の光を周縁部に拡散させることができる。また、光源に対応する領域（パターン部が形成された領域）では、空気層を介して上記光学部材と拡散機能の光学フィルムが積層されるに対し、その他の残りの領域では、空気層を間に介することなく上記光学部材と拡散機能の光学フィルムが密着されるようにすることで、光源部と周縁部との間に透過される光の強さを均衡に調節して輝度の均一度を向上させることができる。

従来のバックライトユニットの構造を示す図面である。 本発明の一具現例による光学部材の構成を示す図面である。 本発明による光学部材上に形成されるパターンの一例を概略的に示す図面である。 本発明の他の具現例による光学部材の構成を示す図面である。 本発明の一具現例による光学部材上に光学フィルムが積層される構造を示す図面である。 本発明の他の具現例による光学部材上に光学フィルムが積層される構造を示す図面である。 本発明の実施例によるバックライトユニットを上から撮影した写真で、実施例によるバックライトユニットの輝度の均一度を示すものである。 本発明の比較例によるバックライトユニットを上から撮影した写真で、比較例１によるバックライトユニットの輝度の均一度を示すものである。 比較例２によるバックライトユニットを上から撮影した写真で、比較例２によるバックライトユニットの輝度の均一度を示すものである。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい具現例について説明する。しかし、本発明の具現例は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する具現例に限定されない。また、本発明の具現例は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。なお、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

図２は、本発明の一具現例による光学部材の構成を示す図面である。図２に示された光学部材２００は、光入射面２１２と、光射出面２１４と、パターン部２２０と、粘着部２３０と、を含む。

上記光入射面２１２は、光学部材２００において光源１２０に対向する面として光源１２０の光が入射される面であり、上記光射出面２１４は、光源１２０の光を上部フィルムに射出させる面として上部フィルムに対向する面である。

上記光学部材２００は、光源１２０の光を透過させて全面に拡散させる導光板のような役割をするため、光を通過させることができるフィルムまたはシートで形成される。例えば、ポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ）アクリル樹脂、セルロース樹脂（Ｔｒｉ−ａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ポリエステル樹脂（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などで製造されることができるが、これに特に限定されない。また、本発明の光学部材２００は、粘着部２３０を効果的に形成するために、粘着機能がある樹脂を用いることもできる。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ビニル樹脂、シリコン樹脂などがあるが、これに特に限定されない。

上記パターン部２２０は、光源１２０に対応する領域に形成される。これは、光源に対応する一定領域にパターン部を形成することで、光源の真上を透過する光源の光を遮断し、周縁部に光を効果的に拡散させるためである。

具体的には、上記パターン部２２０は、上記光学部材の光射出面２１４において光源１２０に対応する部分を中心に一定領域に形成され、その領域のサイズは光源の配列またはサイズによって決定される。より具体的には、上記パターン部２２０は、光を効果的に遮断、拡散させるために、光源１２０を中心に長軸約６ｍｍ〜６０ｍｍ、短軸約５ｍｍ〜４５ｍｍの範囲を有する楕円形輪郭に形成されることが好ましく、光源を中心に長軸約１０ｍｍ〜３０ｍｍ、短軸約７ｍｍ〜２０ｍｍを有する楕円形輪郭に形成されることがより好ましい。但し、複数個のＬＥＤを用いており、ＬＥＤ間の距離が上記寸法より小さい場合は、各ＬＥＤに対応する拡散パターン部が重畳されて大きく形成されることもできる。

また、上記パターン部２２０は、インクジェット法で形成することが好ましい。これは、インクジェット法によると、非接触式でパターンを形成することができることから、粘着機能が与えられた光学部材の光射出面にパターンを形成するのに有利になるためである。

なお、上記パターン部２２０の形成に用いられるインクは、非粘着性インクを用いることが好ましい。これは、上記パターン部２２０が粘着性を有せず、それ以外の領域でのみ粘着性を有するようにするためである。

さらに、上記パターン部２２０の印刷厚さは、インク内の顔料成分量によって異なり、インクジェットによって印刷する場合、一般的に約０．２μｍ〜１５μｍを有するパターンが形成される。また、インクジェットによって印刷する場合、上記範囲内でインク内顔料の投入量を調節して所望する光拡散度を調節することができる。

また、上記パターン部２２０は、光の遮断及び拡散を可能にするパターンを形成することで、そのパターンによって光学部材２００を透過する光の強さを調節することができる。具体的には、上記パターン部２２０は、光源の光を反射して透過される光の量を減少させる反射パターン及び光源の光を周縁部に拡散させる拡散パターンのうち少なくとも何れか一つを含むことができる。ここで、上記反射パターンは、アルミニウム、クロム、銀、水銀、白金及びモリブデンからなる群より選択された１種を含むインクを用いて形成されることができる。ここで、アルミニウム、クロム、銀、水銀、白金及びモリブデンは、光を反射する役割を行う。また、上記拡散パターンは、二酸化チタン、テフロン（登録商標）、ポリスチレン及びシリカからなる群より選択された１種を含むインクを用いて形成されることができる。ここで、二酸化チタン、テフロン（登録商標）、ポリスチレン及びシリカは、光を拡散させる役割を行う。

図３は、本発明による光学部材２００のパターン部２２０に形成されたパターンの一例を概略的に示す図面で、具体的には、反射パターン及び拡散パターンを全て形成する場合のパターン形状を示す図面である。

図３を参照すると、上記パターン部２２０に反射パターン及び拡散パターンを全て形成する場合は、上記パターン部２２０の全領域に拡散パターンを形成し、上段中央部分であるＡに反射パターンを重ねて塗ることでパターン部を形成することができる。

上記粘着部２３０は、上記パターン部２２０以外の領域に形成される。これは、パターン部が形成される領域２２０、即ち、光源に対応する部分には、その上部に積層されるフィルムとの間に空気層が形成されるに対し、パターン部以外の領域には粘着機能を与えることで、光学部材とその上部に積層されるフィルムとを空気層を間に介することなく密着させるためである（図５参照）。

即ち、下部に光源が存在する領域では、光学部材２００と上部の光学フィルム４００との間に空気層を形成させることで、光が散乱されるようにして光の強さを減少させ、下部に光源が存在しない領域では、光学部材２００と上部の光学フィルム４００とを空気層を間に介することなく密着させることで、界面において光が反射されるのを最小限にして、透過される光の損失を最小限にすることにより、輝度の均一度を向上させることができる。

上記光源１２０には、バックライトユニットに一般的に用いられる光源が制限なく用いられることができる。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、冷陰極管（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｅ Ｌａｍｐ、ＣＣＦＬ）、外部電極蛍光ランプ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ、ＥＥＦＬ）などがある。一方、図２には光源１２０が光学部材２００の下部に位置するように示されているが、これに限定されず、例えば、光源が光学部材２００の内部に埋め込まれていてもよい。

また、上記粘着部２３０は、粘着機能がある光学部材の光射出面２１４に非粘着性インクで一定領域をパターン化することで形成することができ、粘着機能がない光学部材の光射出面２１４に粘着剤をコーティングした後、非粘着性インクで一定領域をパターン化することで形成することもできる。

図４は、本発明の他の具現例による光学部材の構成を示す図面である。

図４に示されているように、本発明の光学部材２００は、上記パターン部２２０にスペーサ２４０をさらに含むことができる。上記スペーサ２４０は、上部に積層される光学フィルム４００と一定間隔を維持させるためのものである。上記スペーサ２４０は、インクを重畳させてパターン化する方法で形成され、上記方法によって柱状の構造で形成されることができる。上記スペーサ２４０を形成するために、上記インクは、機材の表面において広がる現象が最小限になる紫外線硬化インクまたは相変化インクを用いてパターン化することが好ましい。紫外線硬化インクまたは相変化インクを用いてパターン化する場合、パターンの高さは、数十μｍに到達することも可能である。

図５は、本発明の一具現例による光学部材上に光学フィルムが積層される構造を示す図面である。

本発明の光学部材２００上に光学フィルム４００が積層される場合、図５に示されているように、パターン部２２０と上部に積層される光学フィルム４００との間には空気層３００が形成され、粘着部２３０と上部に積層される光学フィルム４００との間には空気層が形成されず密着される。これは、パターン部２２０の場合は、非粘着性であることから、パターン部２２０と上部に積層される光学フィルム４００が密着されずにその間に空気層３００が形成されるのに対し、粘着部２３０の場合は、粘着機能が与えられることから、粘着部２３０と上部に積層される光学フィルム４００が空気層を間に介することなく密着されるためである。

また、図５に示されているように、空気層３００は、光源に対応する領域のみに形成される。これは、空気層３００が形成される領域であるパターン部２２０が光源１２０に対応する領域に形成されるためである。

即ち、本発明の光学部材２００上に光学フィルム４００が積層される場合、光学部材における下部に光源１２０が存在する領域では、空気層を介して上部に光学フィルム４００が積層され、下部に光源１２０が存在しない領域２３０は、空気層を間に介することなく上部に光学フィルム４００が密着される構造を有する。ここで、上記光学フィルム４００は、拡散機能を行う光学フィルムであることが好ましい。

このような構造によると、下部に光源１２０が存在して透過される光の量が多い領域２２０では、空気層と上部フィルムとの界面において光の反射が行われて透過される光の量が減少し、下部に光源１２０が存在しない領域２３０では、空気層がなくて界面において光の反射が行われないことから、透過される光の損失が最小限になるため、透過される光が全体の面において均一に分布させるのに寄与する。

図６は、本発明の他の具現例による光学部材上に光学フィルムが積層される構造を示す図面である。

図６を参照すると、本発明の光学部材２００における上記パターン部２２０がスペーサ２４０を含むため、上部の光学フィルム４００は、上記スペーサ２４０によって一定領域の空気層３００を確保した状態で上記パターン部２２０上に積層されることができる。また、上記スペーサ２４０の高さを調節することで、光学部材２００と上部光学フィルム４００との間隔を調節することができるため、光源に対応する領域において光源の光を効果的に拡散させ、全体の面における光の明るさを均一にするのに最も適した構造を選択することができる。

上述した本発明の具現例による光学部材は、直下型バックライトユニットに適用することが好ましいが、エッジ型バックライトユニットにおいても光源と光学部材との界面に適用して輝度の均一度を高めるのに用いられることができる。

本発明による光学部材の製造方法は、（ａ）光学部材の光射出面に粘着部を形成する段階と、（ｂ）上記光学部材の光射出面における一定領域にパターン部を形成する段階と、を含む。

ここで、上記（ｂ）段階のパターン部は光源に対応する領域である。これは、光源に対応する一定領域に光学パターンを形成することで、光源の光を周縁部に効果的に遮断、拡散させるためである。

また、上記（ｂ）段階のパターン部は非粘着性であることが好ましい。これは、パターン部が非粘着性を有するように製造して、光源に対応する領域のみが空気層を介して上部フィルムと積層されるようにすることにより、光源の光を周縁部に効果的に拡散させるためである。

即ち、光学部材の光射出面に粘着部を形成した後、光射出面における光源に対応する領域に非粘着性パターン部をさらに形成することで、粘着部は上部に積層されるフィルムと空気層を間に介することなく密着され、パターン部は空気層を介して上記上部に積層されるフィルムと積層されることを特徴とする。

また、上記（ｂ）段階はインクジェット法によって形成されることが好ましい。これは、インクジェット法によると、非接触式でパターンを形成することができることから、粘着機能が与えられた光学部材の光射出面にパターンを形成するのに有利になるためである。

なお、上記（ｂ）段階は非粘着性インクで形成されることが好ましい。

さらに、上記（ｂ）段階の上記パターン部は、光源の光を反射させる反射パターン及び光源の光を周縁部に拡散させる拡散パターンのうち少なくとも何れか一つを含むことができる。反射パターンは、光源の光を反射して光源の真上を透過する光の量を減少させる役割をする一方、拡散パターンは、光源の光を周縁部に拡散させることで、全体の面において均一な光の分布を有するようにする役割をする。上記反射パターンは、アルミニウム、クロム、銀、水銀、白金及びモリブデンからなる群より選択された少なくとも１種を含むインクで形成されることができる。ここで、アルミニウム、クロム、銀、水銀、白金及びモリブデンは、光を反射する役割を行う。また、上記拡散パターンは、二酸化チタン、テフロン（登録商標）、ポリスチレン及びシリカからなる群より選択された少なくとも１種を含むインクで形成されることができる。ここで、二酸化チタン、テフロン（登録商標）、ポリスチレン及びシリカは、光を拡散させる役割を行う。

一方、本発明による光学部材の製造方法は、（ｃ）上記（ｂ）段階のパターン部における一部分に、上部に積層されるフィルムと一定間隔を維持させるスペーサを形成する段階をさらに含むことができる。ここで、上記スペーサは、インクを重畳してパターン化する方法で形成され、このような方法により、柱状の構造によって形成されることができる。上記スペーサを形成するために、上記インクは、機材の表面において広がる現象が最小限になる紫外線硬化インクまたは相変化インクを用いてパターン化することが好ましい。

上述した製造方法によって製造された光学部材が用いられたバックライトユニットの製造方法は、上述した方法によって製造された光学部材の上部に拡散機能を有する光学フィルムを合紙する段階を含む。即ち、光学部材上に拡散機能の光学フィルムをロールプレスなどを用いて合紙する。その結果、粘着剤が表面に残る上記パターン部以外の領域では、空気層を間に介することなく拡散フィルムが密着され、上記パターン部は、上記スペーサによって拡散フィルムが密着されずに空気層を介して積層される構造を有するようになる。上記パターン部は、光源に対応する一定領域のみに形成されるため、結果的に光学部材における光源に対応する領域のみにおいて空気層を介して拡散フィルムが積層され、残りの領域では、空気層を間に介することなく密着される。このような構造により、下部に光源が存在する領域では、空気層と拡散フィルムとの界面において光の反射が行われて透過される光の量が減少し、下部に光源が存在しない領域では、界面において光の反射が行われないことから、透過される光の損失を最小限にすることができるため、輝度の均一度を向上させることができる。

以下では、本発明の好ましい実施例を通じて本発明をより具体的に説明する。

実施例

１．光学部材の製造

ポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ）アクリル樹脂で形成されたシートを光学部材にして、光学部材の表面にアクリル系粘着樹脂で形成されたシートを付着する。

粘着樹脂シートが付着された光学部材の光射出面の光源に対応する一定領域にインクジェット法によってパターン部を形成する。

上記パターン部は、光源を中心に長軸約２０ｍｍ、短軸約１５ｍｍの楕円形輪郭を有し、その内部はインクジェットによって着弾されるインク粒の密度が調節された微細な光学パターンを有する。具体的には、上記光学パターンは、銀ナノ粒子が含有された非粘着性インクを用いて形成された反射パターン及び二酸化チタンが含有された非粘着性白色紫外線硬化インクを用いて形成された拡散パターンである。

形成されたパターンの一部分に上記白色紫外線硬化インクで重畳印刷して高さ約５０μｍ、直径約１００μｍの柱構造であるスペーサを形成する。上記スペーサは、外径が約０．２ｍｍ離れた間隔で数百個形成される。その後、紫外線を照射してパターンを硬化処理する。

２．バックライトユニットの製造

上記したように製造された光学部材上に拡散フィルムをロールプレスを用いて合紙する。これにより、粘着剤が表面に残っている上記パターン部以外の領域では、空気層を間に介することなく拡散フィルムが密着され、上記パターン部は、上記スペーサによって拡散フィルムが密着されずに空気層を介して積層される構造を有するようになる。このような構造を含むバックライトユニットは、光源に対応する領域とその他の領域との光の明るさの差異を減らすことにより、光源が覆われ、全領域において光が均一に分布される。

比較例１

１．光学部材の製造

ポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ）アクリル樹脂で形成されたシートを光学部材にする。光学部材の表面に粘着性樹脂が付着されず、光拡散パターンが形成されない点を除いては、実施例と同一である。

２．バックライトユニットの製造

上記したように製造された光学部材上に拡散フィルムをロールプレスを用いて合紙する。これにより、上記光学部材上に空気層を介して拡散フィルムが積層される構造を有するようになる。

比較例２

１．光学部材の製造

ポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ）アクリル樹脂で形成されたシートを光学部材にして、光学部材の光射出面において光源に対応する一定領域にインクジェット法によってパターン部を形成する。即ち、光学部材の表面に粘着性樹脂が付着されない点を除いては、実施例と同一である。

２．バックライトユニットの製造

上述したように製造された光学部材上に拡散フィルムをロールプレスを用いて合紙する。これにより、上記光学部材上に空気層を介して拡散フィルムが積層される構造を有するようになる。

図７は、本発明の実施例によるバックライトユニットを上から撮影した写真であり、図８は、本発明の比較例１によるバックライトユニットを上から撮影した写真であり、図９は、比較例２によるバックライトユニットを上から撮影した写真で、バックライトユニットにおける輝度の均一度を示すものである。

図７から図９を参照して実施例によるバックライトユニットと比較例によるバックライトユニットとの輝度の均一度を比較すると、実施例によるバックライトユニットが比較例１及び２によるバックライトユニットに比べて全体のバックライト領域にわたって光が均一に分布し、光源を覆う程度が大きく、輝度の均一度が大きいことが分かる。

１１０ 反射板
１２０ 光源
１３０ 導光板
１４０ 拡散フィルム
１５０ 微小レンズの拡散フィルム
１６０ 集光フィルム
１７０ 保護フィルム
２００ 光学部材
２１２ 光入射面
２１４ 光射出面
２２０ パターン部
２３０ 粘着部
２４０ スペーサ
３００ 空気層
４００ 上部の光学フィルム
Ａ 反射パターンが形成される領域

Claims (12)

1. 光入射面と、
   光源に対応する領域に形成された光の強さを調節するためのパターン部、及び前記パターン部以外の領域に形成された粘着部を含む光射出面と、
   前記パターン部は、積層されるフィルムと一定間隔を維持させるスペーサをさらに含み、
   前記スペーサは、インクを重畳してパターン化して形成される、光学部材。
2. 前記パターン部は、非粘着性インクで形成される、請求項１に記載の光学部材。
3. 前記パターン部は、インクジェット法によって形成される、請求項１または２に記載の光学部材。
4. 前記パターン部は、光源の光を反射させる反射パターン及び光源の光を周縁部に拡散させる拡散パターンのうち少なくとも何れか一つを含む、請求項１から３の何れか一項に記載の光学部材。
5. 前記反射パターンは、アルミニウム、クロム、銀、水銀、白金及びモリブデンからなる群より選択された少なくとも１種を含むインクで形成される、請求項４に記載の光学部材。
6. 前記拡散パターンは、二酸化チタン、テフロン（登録商標）、ポリスチレン及びシリカからなる群より選択された少なくとも１種を含むインクで形成される、請求項４または５に記載の光学部材。
7. 前記スペーサは、紫外線硬化インクまたは相変化インクで形成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の光学部材。
8. 光源と、
   請求項１から７の何れか一項に記載の光学部材と、
   前記光学部材の光射出面上に積層される光学フィルムと、を含む、バックライトユニット。
9. 前記光学部材のパターン部と前記光学フィルムとの間に空気層が形成され、
   前記光学部材の粘着部と前記光学フィルムとは空気層を間に介することなく密着される、請求項８に記載のバックライトユニット。
10. 請求項９に記載のバックライトユニットを含む、ディスプレイ装置。
11. （ａ）光学部材の光射出面に粘着部を形成する段階と、
    （ｂ）前記光学部材の光射出面において光源に対応する領域に光の強さを調節するための非粘着性パターン部を形成する段階と、
    （ｃ）前記（ｂ）段階において、パターン部の一部分に、積層されるフィルムと一定間隔を維持させるスペーサを形成する段階と、含み、
    前記スペーサはインクを重畳してパターン化して形成される、光学部材の製造方法。
12. 請求項１１に記載の製造方法によって製造された光学部材の上部に拡散機能の光学フィルムを合紙する段階を含む、バックライトユニットの製造方法。

Images