JP5872698B2 - 照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、遮光及びヘイズ(haze)効果を増大させるための光学パターンが形成された拡散板を備えるバックライトユニットに関する。
液晶表示装置(liquid crystal display; LCD)は、マトリックス状に配列された画素に画像情報に応じたデータ信号をそれぞれ供給して、その画素の光透過率を調節することで所望の画像を調節できる表示装置であって、自体発光ができないので、その背面にバックライトユニット(back-light unit)を設けて画像を表示できるように設計される。
図1を参照すると、このようなバックライト装置1は、基板20上に平坦な導光板30が配置され、この導光板30の側面には複数の側面型LED10(一つのみ図示)がアレイ状に配置される。
LED10から導光板30に入射された光Lは、導光板30の下面に備えられた微細な反射パターン又は反射シート40により上部に反射されて導光板30から出射された後導光板30の上部のLCDパネル50にバックライトを提供することになる。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、光の均一性を確保すると共に、黄色光の遮断効果を実現し、信頼性のある光質を導き出すことができるバックライトユニットを提供することにある。
なお、本発明の他の目的は、光源の数を低減することができ、バックライトユニットの全体の厚さを薄型化し、製品のデザインの自由度を高めることができるバックライトユニットを提供することにある。
上述した課題を解決するための手段として、本発明は、反射フィルムが積層されたプリント回路基板上に形成される複数のLED光源と、上記LED光源上に積層され、出射される光を前方に拡散及び誘導するレジン層と、上記LED光源から出射される光を遮光する光学パターンが印刷された拡散板とを含むバックライトユニットを提供することができる。さらに、上記レジン層と拡散板との間に光学パターンを収容する構造で形成される中間層をさらに含む構造で形成することもできる。
上記光学パターンは、上記拡散板の表面に形成され、少なくとも一つ以上の層で形成される拡散パターンで構成されるか、又は、上記拡散パターン層に光を遮光する遮光パターンを組み合わせた構造で形成することができる。
本発明によれば、バックライトユニットの拡散板の表面に光を遮光又は拡散させることができる光学パターンを形成し、さらに拡散パターンと金属パターンの組み合わせによる光の均一性を確保すると共に、黄色光の遮断効果を実現し、信頼性のある光質を導き出すことができる効果がある。
特に、一般的なバックライトユニットの構造に必須部品である導光板を除去し、フィルムタイプのレジン層を用いて光源を誘導する構造を形成することにより、光源の数を低減することができ、バックライトユニットの全体の厚さを薄型化し、製品のデザインの自由度を高めることができる効果がある。
なお、側面型発光ダイオードを直下に実装して光源の数を大幅に低減しながらも、光学特性を確保することができ、導光板を除去してフレキシブルディスプレイの構造にも適用可能であり、レジン層に反射パターンを含む反射フィルム及び遮光パターンを含む拡散板を備えて安定した発光特性を確保できる効果もある。
従来技術に係るバックライトユニットの構造を示す概念図である。 従来技術に係るバックライトユニットの構造を示す概念図である。 本発明に係るバックライトユニットの構造を示す要部概念図である。 本発明に係るバックライトユニットの構造を示す要部概念図である。 本発明に係るLEDと拡散板の光学パターンの配置を示す平面図である。 本発明に係る光学パターンを示す例示図である。 本発明に係る光学パターンの製造例を示す図である。 本発明に係る反射パターンを示す例示図である。 本発明に係るバックライトユニットの構造及び作用状態を示す図である。
以下、添付した図面を参照して本発明に係る構成及び作用を具体的に説明する。但し、本発明はこれらにより限定されるものではない。本明細書に亘って同じ構成要素に対しては同じ符号を付し、これについての重複説明は省略する。
本発明は、バックライトユニットにおいて光を効率的に遮断及び拡散させることができる光学パターン層を備えた拡散板を形成して光の効率性を高めることができ、従来のバックライトユニットの構造で導光板を除去し、これをレジン層で形成することにより、バックライトユニットの全体の厚さを格段に減少させる一方、光源の数を低減できる構造を提供する。特に、拡散板とレジン層の結合時に発生する光学パターンの段差により発生する空気層を除去できる中間層を備えたバックライトユニットを提供することをその要旨とする。
図3を参照すると、これは、本発明の一実施例に係るバックライトユニットの構造を示すものであり、本発明に係るバックライトユニットは、プリント回路基板110上に形成される複数のLED光源111と、上記LED光源111上に積層され、出射される光を前方に拡散及び誘導するレジン層140を含んで構成できる。もちろん、この時、上記プリント回路基板の上部面には反射フィルム120が積層され、上記レジン層140の上部には拡散板150が備えられても、その上部にプリズムシート160、保護シート170などがさらに備えられても良い。
拡散板150には光学パターン151が含まれる。図3に示された実施例には、光学パターン151が拡散板150の表面に形成されている。本発明の他の実施例によると、光学パターン151は、別途の層の形態で拡散板150に積層される層に形成することができる。
特に、上述した構造において、本発明は、上記レジン層140と拡散板150の表面に形成された光学パターン151の間に上記光学パターンのパターン凹凸を平坦化させることができる中間層152をさらに備えることが望ましい。
上記中間層152は、上記拡散板の光学パターン151とその下部に配置されるレジン層140との接着時に発生する段差により空気層が形成されることから発生する暗部及び輝部の差異を排除できるように、光学パターン151全体の段差をカバーする構造で平坦化された層(layer)として形成することが望ましい。したがって、図示されたように、上記中間層は、上記光学パターンの高さと同一であるか、それ以上に形成されることが望ましい。なお、上記中間層152は、基本的に上記レジン層140と同一の材料を用いて接着性を向上させることがより望ましい。
図示されたように、上記LED光源111は、プリント回路基板110上に少なくとも一つ以上の個数で配列されて光を出射し、本発明の望ましい実施例では、側面型発光ダイオード(side view LED)を用いることができる。即ち、LED光源111から出射される光の方向が直に上部に直進するのではなく、側面に向かって出射する構造の光源を用いることができる。さらに、配置方式を側面型発光ダイオードを用いて直下に配置し、光の拡散及び反射機能を実現するレジン層を用いることにより、光源の数を低減させると共に、バックライトユニットの全体の厚さを格段に減少させることができる。
上記レジン層140は、上記LED光源111の周りを取り囲む構造で積層され、側方向に出射する光源の光を分散させる機能を実行することになる。上記LED光源111は、上記レジン層140に挿入される形態で形成することができる。上記レジン層は、基本的に光を拡散させることができる材質の樹脂であれば特に制限がない。一例として、本発明に係る一実施例としてのレジン層はウレタンアクリレートオリゴマーを主原料とするレジンを用いることができる。例えば、合成オリゴマーであるウレタンアクリレートオリゴマーをポリアクリルであるポリマータイプと混合したものを用いることができる。もちろん、ここに低沸点希釈型反応性モノマーであるIBOA(isobornyl acrylate)、HPA(Hydroxylpropyl acrylate)、2-HEA(2-Hydroxyethyl acrylate)などが混合されたモノマーをさらに含むことができ、添加剤として光開始剤(例えば、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(1-hydroxycyclohexyl phenyl-ketone)など)又は酸化防止剤などを混合することができる。
この場合、図4に示すように、上記レジン層140は、光の拡散と反射を増加させるためにビーズ(bead)141を含むことができる。上記ビーズは、レジン層の全体重量比に対して0.01〜0.3%含まれることが望ましい。即ち、LEDから側方向に出射される光は、上記レジン層140とビーズ141により拡散及び反射されて上部方向に進行するようになり、そして、後述する反射フィルム120と反射パターン121を備える場合、このような反射機能をより促進させることができる。上記レジン層の存在は、従来の導光板が占めていた厚さを格段に減少させ、製品の薄型化を実現できることはもちろん、軟性の性質を有するようになり、フレキシブルなディスプレイにも適用できる汎用性を備えるようになる。
上記反射フィルム120は、光源から導き出される光を分散させることができるように反射材質を有すると同時に、光の分散を促進させるために、白色(white)印刷により反射パターン121が備えられることがより望ましい。上記反射パターンは、TiO、Alのいずれか一つを含む反射インクを用いて印刷することができる。
上記拡散板150は、上記レジン層140を通過して出射される光を拡散する機能を実行し、特に光の強度が過度に強くて光学特性が悪くなったり、黄色光が導き出される(yellowish)現象を防止するために、一定部分の遮光効果が出るように光学パターン151が形成されることが望ましい。即ち、光が集中しないように遮光インクを用いて遮光パターンを印刷する。
なお、上記拡散板の下部に形成される光学パターン151には、中間層152を形成することにより、光学パターンの印刷時に発生する空気層による暗部の発生を回避すると共に、拡散板150と上記レジン層140との接着力を向上させることもできる。特に、そのために上記中間層152を上記レジン層の材料と同一の材料を用いて形成する。
図5を参照すると、これはLED光源111の上部に拡散板150が覆われる構造を示す概念図であり、特に光学パターン151との位置関係を示す図である。上記光学パターン151は、基本的に上記拡散板150の下部面又は上部面に印刷される方法で形成でき、特に、望ましくは拡散板の下部に配置されるLED光源111の位置から光が出射する方向(前方向)に配置されることが望ましい。即ち、上記LED光源の垂直上部面又は光出射方向面に対応する位置の拡散板に配置させることができる
本発明に係る光学パターン151は、光の出射方向に拡散板の下面にTiO、CaCO、BaSo、Al、シリコン(Silicon)から選択されるいずれか一つ以上の物質を含む遮光インクを用いて形成される拡散パターンと、Al又はAlとTiOの混合物質を含む遮光インクを用いた遮光パターンを単一層又は複合層で重畳して印刷された構造で形成することができる。
図6は、本発明に係る光学パターンを形成する例示図を示すものである。
これを参照して光学パターンの一例を説明すると、上記光学パターン151は、光の出射方向に拡散板の下面にTiO、CaCO、BaSo、Al、シリコンから選択されるいずれか一つ以上の物質を含む遮光インクを用いて形成される拡散パターン151aと、Al又はAlとTiOの混合物質を含む遮光インクを用いた遮光パターン151bの重畳印刷構造で形成できる。即ち、拡散板の表面に拡散パターン151aを白色印刷して形成した後、その上に遮光パターン151bを形成したり、これとは逆の順序で2重構造で形成することも可能である。もちろん、このようなパターン形成のデザインは光の効率と強度、遮光率を考慮して変形できる。
又は、順次積層構造において中央層に金属パターンの遮光パターン151bを形成し、その上部と下部にそれぞれ拡散パターン151aを形成する3重構造で形成することも可能である。このような3重構造においては上述した物質を選択して形成することが可能であり、望ましい一例としては、屈折率に優れたTiOを用いて拡散パターンのいずれか一つを形成し、光安定性と色感に優れたCaCOをTiOと共に用いて他の拡散パターンを形成し、隠蔽性に優れたAlを用いて遮光パターンを形成する3重構造により光の効率性と均一性を確保することができる。特にCaCOは黄色光の露出を遮断する機能により、最終的に白色光を実現する機能をすることでより安定した光の効率を実現でき、CaCO以外にもBaSO、Al、シリコンビーズなどの粒子サイズが大きく、類似の構造を有する無機材料を活用することもできる。さらに、光学パターンは、上記LED光源の出射方向から遠ざかるほどパターン密度が低くなるようにパターン密度を調節して形成することが光効率の面で望ましい。
図7を参照して上記光学パターンの形成工程について説明する。
一実施例を図により説明すると、本発明に係る光学パターンは、上記拡散板150の上部又は下部面に印刷される構造で形成することが可能であり、(a)一つのパターン層(第1パターン)151aに形成されるように一度印刷を行う構造や、(b)第1パターンに第2パターン151bを重畳して印刷する構造、又は(c)第1及び第2パターンの印刷後、その上部に第3パターンを重畳印刷する3重層構造で形成することができる。重畳印刷の構造とは一つのパターンを形成し、その上部にもう一つのパターン形状を印刷して形成する構造をいう。
(a)に示すように、拡散板150の表面に一度印刷により光学パターンを形成する場合には、基本的にTiOを含む遮光インクを用いて印刷することにより、効率的な遮光効果を実現すると共に拡散効果を実現することが望ましい。この場合、上記遮光インクは、一例として、レジン剤、例えばアクリルポリオールなどの樹脂に炭化水素系又はエステル系溶剤(solvent)にTiOなどの無機顔料を添加した構成で形成でき、特に、ここにシリコンタイプの湿潤分散剤や消泡剤/レベリング剤などの添加剤(additive)をさらに含んで形成することができる。
又、上記無機顔料をTiOやTiOにCaCO、BaSo、Al、シリコンから選択されるいずれか一つ以上の物質を用いることも可能である。
この場合、無機顔料の場合には、粒子サイズが500〜550nmであるものを使用できる。一実験例としては、遮光インクの全体重量比に対して、アクリルポリオール樹脂20〜25%、溶剤20〜29%、無機顔料50〜55%、添加剤1〜2%を混合したものを用いることができる。
(b)次に、本発明に係る他の光学パターンは、拡散又は遮光効果を実現する拡散パターン(第1パターン)と遮光効果を実現する遮光パターン(第2パターン)を重畳して印刷した2重構造を形成できる。すなわち、上述した(a)に示す第1パターンを印刷した後、その上部に金属系物質を使用した遮光インクにより第2パターンを印刷する構造で形成できる。上記第2パターンは、Al又はAlにTiOを混合した物質を含む遮光インクを用いて印刷することができる。もちろん、この場合、上記第1パターンと第2パターンの積層順序を変えて形成することも可能である。
上記第2パターンは、金属系顔料を含むことを特徴とし、これを構成する遮光インクを一例として挙げると、アクリルポリオール等のレジンと炭化水素系又はエステル系溶剤、金属系顔料、そして湿潤/分散剤又は消泡剤/レベリング剤などの添加剤を混合した物質を使用できる。組成例としては、アクリルポリオール樹脂36〜40%、溶剤33〜40%、無機顔料20〜25%、添加剤1〜2%を含んで形成できる。又、上記溶剤33〜40%は低沸点溶剤である炭化水素系溶剤10〜15%とエステル系溶剤23〜25%を混合して形成できる。金属パターンである上記第2パターンは、基本的に遮光効果を実現できる。
本実施例のように拡散パターンと遮光パターンを有する二つのパターン構造の積層構造は、上記第1パターンである拡散パターンをCaCO、BaSo、Al、シリコンから選択されるいずれか一つ以上の物質を含む遮光インクを用いて形成される拡散パターンで形成する構造で実現できる。
(c)又、本発明に係る光学パターンは、3層構造の重畳印刷構造で形成することができる。
すなわち、光学パターンの中間層を金属パターンで構成する遮光パターン層で形成し、その上部と下部に拡散パターンを形成する構造で実現できる。
上記金属パターンである遮光パターン(第2パターン)は、上述したように、Al又はAlにTiOを混合した物質を含む遮光インクを用いて印刷されたパターンで形成し、その上部又は下部には上記ステップ(a)及びステップ(b)で上述した拡散パターンを形成する構造で実現できる。
例えば、最外側のパターンである第1パターンと第3パターンを拡散パターンで構成し、TiO又はCaCO、BaSo、Al、シリコンから選択されるいずれか一つ以上の物質、又はTiOと CaCO、BaSo、Al、シリコンのうちいずれか一つを混合した物質を含む遮光インク層で構成することができる。又、光学パターンを構成するそれぞれのパターン(第1、第2、第3パターン)は、その厚さを4〜100μmに形成できる。
図8は、本発明に係る反射フィルムと反射パターンの構造を示す平面図である。
図8を参照すると、本発明に係る反射フィルム120は、上記プリント回路基板上に積層され、反射フィルム上に形成された孔を貫通してLED光源111が外部に突出することになる。このようなLED光源は、側面発光型の構造で形成する場合、光源の数を大幅に低減できることは上述した通りであり、このような低減率を減らすために光の反射率を大幅に向上させることができるように反射パターン130を形成することが望ましい。
したがって、上記反射パターンは、図示された一例のように、LED光源の光出射方向に形成することが望ましく、特に、上記LED光源の出射方向から遠ざかるほどパターン密度が高くなるようにパターンを配置できる。すなわち、出射方向から近い第1領域131よりも出射方向から遠い第2領域132のパターン密度を高くすることにより、反射率を高めることができる。もちろん、パターンの構造は、設計意図に応じて様々な形状に形成できることは言うまでもない。又、上記反射パターンは、TiO、Alのいずれか一つを含む反射インクを用いて印刷する方法で形成できる。
図9は、上述した本発明に係るバックライトユニット構造の作用状態を示す作用状態図である。図3の基本構造と図9の作用状態図を参照して説明する。
図示されたように、本発明に係るバックライトユニットは、側面発光型LED111から側方向に光が出射され、出射された光は、従来の導光板の代わりに形成されたレジン層140で反射及び拡散され、これは、特に反射フィルム120と反射パターン130によってより一層反射効率が高くなり、光を前方に誘導できるようになる。
このようにレジン層140を通過した光は、拡散板150に形成された光学パターン151により拡散又は遮光される過程を経て、このように精製された光Lは、プリズムシート160などの光学シートを経て白色光としてLCDパネルに入射するようになる。特に、上記光学パターン151上には、上記レジン層140との接着性を向上させ、接着時における空気層の形成を除去するために中間層152を備えることから、暗部の発生を回避し信頼性を向上させることがより望ましい。
このように、本発明に係るバックライトユニットは、導光板の構造を除去し、光の供給源として側面発光型LEDを採用し、レジン層により光を拡散及び反射させて光を誘導することで、薄型化及び光源の数を低減することができる一方、光源の減少による輝度の低下及び均一性の問題を反射パターンと遮光パターン及び拡散パターンなどの光学パターンにより補完して画質の均一化を実現することができる。
又、レジン層と拡散板との接着時に光学パターンの段差により発生し得る接着力の低下と空気層の形成による暗部の発生を除去するために、中間層をさらに備えることにより、信頼性のあるバックライトユニットを形成することができ、これを液晶表示装置に適用することができる。
110 プリント回路基板
111 LED光源
120 反射フィルム
130 反射パターン
140 レジン層
150 拡散板
151 光学パターン
151a 拡散パターン
151b 遮光パターン
152 中間層
160 プリズムシート

Claims (28)

  1. プリント回路基板上に形成される複数のLED光源と、
    上記プリント回路基板上に積層され、上記LED光源と接触して上記LED光源を埋め込む構造で配置され上記LED光源から出射される光を前方に拡散及び誘導するレジン層と、
    上記レジン層上に形成され、上記LED光源から出射される光を遮光する光学パターンが含まれた拡散板と、を備え、
    上記光学パターンは、上記LED光源の出射方向から遠ざかるほどパターン密度が低くなり、
    上記レジン層は、ウレタンアクリレートオリゴマーとポリアクリルポリマータイプと、IBOA(isobornyl acrylate)、HPA(Hydroxylpropyl acrylate)、2-HEA(2-Hydroxyethyl acrylate)のうちから選択されるいずれか一つのモノマーを混合する混合物を含む照明装置。
  2. 上記光学パターンは、上記レジン層からの光を遮光する、請求項1に記載の照明装置。
  3. 上記光学パターンは、上記拡散板の下部面に形成される、請求項1又は2に記載の照明装置。
  4. 上記光学パターンは、上記拡散板の上記光源側の表面に形成される、請求項1からのいずれかに記載の照明装置。
  5. 上記光学パターンは、TiO、CaCO、BaSo、Al、シリコンから選択されるいずれか一つ以上の物質を含む遮光インクを用いて形成される拡散パターンである第1パターンで形成されることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の照明装置。
  6. 上記光学パターンは、
    光を拡散する拡散パターンである第1パターンと、
    上記第1パターンの上部又は下部に形成される遮光パターンである第2パターンで形成されることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の照明装置。
  7. 上記第1パターンは、上記LED光源と重ならず、
    上記第2パターンは、上記LED光源と重なる、請求項に記載の照明装置。
  8. プリント回路基板上に形成される複数のLED光源と、
    上記プリント回路基板上に上記LED光源が挿入され、出射される光を前方に拡散及び誘導するレジン層と、
    上記レジン層上に形成され、上記LED光源から出射される光を遮光する光学パターンが含まれた拡散板と、を備え、
    上記光学パターンは、
    光を拡散する拡散パターンである第1パターンと、
    上記第1パターンの上部又は下部に形成される遮光パターンである第2パターンで形成され、
    上記第1パターンは、上記LED光源と重ならず、
    上記第2パターンは、上記LED光源と重なり、
    上記レジン層は、ウレタンアクリレートオリゴマーとポリアクリルポリマータイプと、IBOA(isobornyl acrylate)、HPA(Hydroxylpropyl acrylate)、2-HEA(2-Hydroxyethyl acrylate)のうちから選択されるいずれか一つのモノマーを混合する混合物を含む照明装置。
  9. 上記第1パターンは、それぞれが分離された第1の拡散層、第2の拡散層、及び第3の拡散層を含み、
    上記第1の拡散層は、全領域が上記第2パターンと重なり、
    上記第2の拡散層は、一部の領域が上記第2パターンと重なり、
    上記第3の拡散層は、全領域が上記第2パターンと重ならない、請求項からのいずれかに記載の照明装置。
  10. 上記第1の拡散層は、上記第2の拡散層よりも上記LED光源に近接し、
    上記第2の拡散層は、上記第3の拡散層よりも上記LED光源に近接する、請求項に記載の照明装置。
  11. 上記光学パターンは、
    出射される光を一部拡散又は遮光する拡散パターンである第1パターンと、
    上記第1パターンの上部又は下部に重畳印刷されて出射光を遮光又は反射するように印刷された遮光パターンである第2パターンと、
    上記第1及び第2パターンを覆う構造で形成される拡散パターンである第3パターンをさらに含んで形成されることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の照明装置。
  12. 上記光学パターンは、光を拡散する拡散パターンである第1パターンであり、
    上記第1パターンは、TiO又はTiO及びCaCOを含む物質からなることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  13. 上記第1パターンは、厚さが4μm〜100μmであることを特徴とする請求項から12のいずれかに記載の照明装置。
  14. 上記第2パターンは、Al又はAlにTiOを混合した物質を含む遮光インクで形成されることを特徴とする請求項から10のいずれかに記載の照明装置。
  15. 上記光学パターンは、出射光を遮光又は拡散するビーズ(Bead)をさらに含むことを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の照明装置。
  16. 上記第2パターンは、厚さが4μm〜100μmであることを特徴とする請求項から10及び13のいずれかに記載の照明装置。
  17. 上記第3パターンは、TiO又はTiO及びCaCOを含む物質からなることを特徴とする請求項11に記載の照明装置。
  18. 上記第3パターンは、厚さが4μm〜100μmであることを特徴とする請求項11又は17に記載の照明装置。
  19. 上記レジン層と上記拡散板との間に配置され、上記光学パターンを埋め込む構造で形成される請求項1から18のいずれかに記載の照明装置。
  20. 上記中間層は、上記光学パターンの高さと同一であるか、それ以上に形成されることを特徴とする請求項19に記載の照明装置。
  21. 上記中間層は、上記レジン層と同一の材料を用いて形成されることを特徴とする請求項19又は20に記載の照明装置。
  22. 上記プリント回路基板上に少なくとも一つ以上の反射パターンが印刷される反射フィルムをさらに含むことを特徴とする請求項1から21のいずれかに記載の照明装置。
  23. 上記反射パターンは、TiO又はAlを含む反射インクを用いて形成されることを特徴とする請求項22に記載の照明装置。
  24. 上記レジン層の内部には、光を反射又は拡散するビーズをさらに含むことを特徴とする請求項1から23のいずれかに記載の照明装置。
  25. 上記光源は側面型発光ダイオード(side view LED)である、請求項1から24のいずれかに記載の照明装置。
  26. 上記光学パターンは上記光源に対応して配列される、請求項1から25のいずれかに記載の照明装置。
  27. 上記光学パターンは、上記照明装置の光出射方向から見て上記光源の光出射領域を塞ぐように配列される、請求項1から26のいずれかに記載の照明装置。
  28. バックライトユニット用である、請求項1から27のいずれかに記載の照明装置。
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