TWI468792B - 光學構件及其製造方法與使用該光學構件之背光及其製造方法 - Google Patents

Description

光學構件及其製造方法與使用該光學構件之背光及其製造方法

本申請案主張2011年八月26日及2010年十一月10日在韓國智慧財產局申請的韓國專利申請案第2011-0085941號及2010-0111487號的優先權，其內容於此併入參考。

本發明係關於一種光學構件，且尤關於一種用於背光單元的光學構件。

一般而言，用於顯示裝置的背光單元，諸如液晶顯示器(LCD)，是配置在顯示面板後面的組件，沒有自己的發光功能，以便均勻投射平面光。該背光單元根據發射實際光的光源的位置可以歸類為直下式背光單元或側邊式背光單元。在直下式背光單元中，諸光源係配置在顯示面板下方且將光發射穿透，故有利於大尺寸的顯示器。在側邊式背光單元中，一光源係配置在顯示面板的邊緣，故其有利於薄、小的顯示器。

圖1係說明相關技藝直下式背光單元組態的側視圖。

如圖1所示，該相關技藝直下式背光單元包括複數個光源120、反射板110、光導板130、複數個擴散膜140與150、聚光膜160、及保護膜170。

再者，在該相關技藝直下式背光單元的例子中，由於在光源120的右上部份的亮度與在光源120間的亮度不同，可能會發生壞點(Mura defect)。如圖1所示，複數個擴散膜140與150係用以允許自光源120發射的光擴散遍及整個平面，以便防止壞點。然而，由於複數個擴散膜130與140，該相關技藝直下式背光單元的製造成本高且厚度較大。

再者，關於該相關技藝直下式背光單元，由於複數個光學膜其間堆疊一層空氣，光可能會在該光學膜與該空氣層間的介面處被折射。結果，透光率可能會劣化。

本發明的一態樣提供一種用以改善具有光源之區域中光擴散並防止在有或沒有光源之區域間的介面處光反射所造成的亮度劣化的光學構件，以及該光學構件的製造方法。

本發明的另一態樣提供一種用以改善具有光源之區域中光擴散並防止在具有或不具有光源之區域間的介面處光反射所造成的亮度劣化的背光單元，以及該背光單元的製造方法。

本發明的另一態樣提供一種包括背光單元的顯示裝置。

根據本發明的一態樣，提供一種光學構件，包括：入射光側；出光側，其包括在與光源對應之區域中的圖案部及在該圖案部的區域以外的區域中的黏著劑部，該圖案部調整光的強度。

根據本發明的另一態樣，提供一種背光單元，包括：光源；光學構件；以及堆疊在該光學構件之出光側的光學膜。

根據本發明的另一態樣，提供一種製造光學構件的方法，包括以下操作步驟：(a)在光學構件的出光側形成黏著劑部；以及(b)在對應於在該光學構件之該出光側中光源的區域中形成非黏性圖案部，以調整光的強度。

根據本發明的另一態樣，提供一種製造背光單元的方法，其包括積層擴散用的光學膜在以上述方法製造之光學構件上。

現將參照附圖詳細說明本發明的示範實施例。

然而，由於本發明可以有種種修改及不同實施例，只有特定實施例予以例式性說明於圖式中且會詳細說明。然而，本發明不應被視為此處所述的特定實施例，而是意圖在本發明的概念及技術範疇內含括所有的修改、等效及替代。所有圖式中，類似的參考符號代表類似元件。

圖2係說明根據本發明一實施例之光學構件的架構圖。圖2所示之光學構件200包括入射光側212、出光側214、圖案部220、以及黏著劑部230。

在光學構件200中的入射光側212面對光源120且係來自光源120的光入射的那一側，而出光側214面對上膜且係自光源120發射光到上膜的那一側。

由於光學膜200作為光導板，透射來自光源120的光以擴散到前側，其係以可透射光的膜或薄片構成。例如，光學構件200可以但並不侷限於丙烯酸酯樹脂(例如：聚甲基丙烯酸酯(PMMA)丙烯酸酯樹脂)、纖維素樹脂(例如：三醋酸纖維素樹脂)、以及聚酯樹脂(例如：聚對苯二甲酸二酯樹脂)。再者，光學構件200可使用黏性樹脂以有效形成黏著劑部230。例如，光學構件200可以但不侷限於丙烯酸酯樹脂、胺甲酸乙酯樹脂、乙烯基樹脂、或矽樹脂。

圖案部220係形成於與光源120對應的區域中。形成圖案部220在與光源120對應的預定區域中的原因在於防止來自光源120的光透射穿過光源120的右上部分，且亦有效將光擴散到週邊區域。

更詳而言之，圖案部220係形成於一預定區域中，基於一對應於光學構件200之入射側214中的光源120的區域。其大小可決取於光源120的配置或大小。具體而言，圖案部220可形成具有橢圓形輪廓(亦即，其主軸可為約6 mm到約60 mm且其短軸可為約5 mm到約45 mm)，以光源120為基礎，且較佳為形成具有橢圓形輪廓(亦即，其主軸可為約10 mm到約30 mm且其短軸可為約7 mm到約20 mm)。然而，倘若使用複數個發光二極體(LED)且LED間的距離小於上述大小，則對應於每一LED的擴散圖案部可交疊且形成較大於上述者。

此外，圖案部220可透過噴墨印刷法形成。由於可使用噴墨法以非接觸方式形成圖案，在形成圖案於光學構件200之黏性光入射側上方面是有利的。

再者，用以形成圖案部220的墨水可以是非黏性墨水。此係因為圖案部220是要不具黏性，而圖案部220以外的其他區域是要具黏性。

此外，圖案部220的墨水的厚度可根據墨水中顏料成份的量而不同，當噴墨用於印刷時，約0.2 μm至約15μm高的圖案被典型地形成。再者，當噴墨用於印刷時，所欲光擴散的程度可藉由將給墨水之顏料的輸入量調整在以上範圍內而加以控制。

再者，圖案部220具有用以防止及擴散光的圖案，且藉使用該圖案調整通過光學構件200之光的強度。更具體言之，圖案部220可包括反射圖案與擴散圖案的至少一者，該反射圖案用以反射來自光源120的光以減少透射光的量，該擴散圖案用以將來自光源120的光擴散到週邊區域。此處，反射圖案可以墨水形成，該墨水包含選自由鋁、鉻、銀、汞、鉑及鉬所構成之群組中之至少一者。此處，鋁、鉻、銀、汞、鉑及鉬可用來反射光。而且，擴散圖案可以墨水形成，該墨水包含選自由二氧化鈦、聚四氟乙烯、聚苯乙烯及二氧化矽所構成之群組中之至少一者。此處，二氧化鈦、聚四氟乙烯、聚苯乙烯及二氧化矽可用來擴散光。

圖3係說明形成於根據本發明一實施例之光學構件200的圖案部220上的圖案示意圖。更詳而言之，圖3說明同時包括反射圖案及擴散圖案二者的圖案。

現參照圖3，當反射圖案及擴散圖案二者形成於圖案部220上時，擴散圖案係形成於圖案部220的整個區域上，而反射圖案係形成於該擴散圖案之上的上中部分A上，以便形成圖案部220。

黏著劑部230係形成於圖案部220的區域以外的區域中。此係因為具有圖案部220的區域(即一與光源120對應之部分)與堆疊於光學構件200上的膜在它們之間有空氣層，且只在圖案部220的區域以外的區域上設有黏性，故光學構件200與堆疊於其上的膜可彼此接觸而沒有空氣層(參照圖5)。

換言之，在下面有光120的區域中，一空氣層係形成於光學構件200與其上的光學膜400之間以擴散光，從而減少光的強度。此外，在下面沒有光120的區域中，光學構件200與在其上的光學膜400彼此互相接觸而其間無空氣層，以將在介面處折射的光減到最小，從而使光損失減至最小。結果，可提昇光的亮度均勻度。

光源120可以是任何典型用於背光單元中的光源。例如，光源120可包括LED、冷陰極燈管(CCFL)、以及外部電極螢光燈(EEFL)。再者，光源120配置在光學構件200下方，如圖2所示，但並不侷限於此。例如，光源120可內建於光學構件200內。

此外，黏著劑部230的形成可藉由在光學構件200的黏性出光側214中以非黏性墨水圖案化一預定區域，或藉由在光學構件200的非黏性出光側214上塗層黏著劑之後以非黏性墨水圖案化一預定區域。

圖4係說明根據本發明另一實施例之光學構件的架構圖。

如圖4所示，光學構件200在圖案部220上可進一步包括間隔件240。間隔件240用以在圖案部220與堆疊於其上的光學膜400間維持一預定間隔。間隔件240可藉著使用墨水以形成交疊圖案的方法加以形成。此形成的間隔件240可具有一柱形結構。此外，用以形成間隔件240的墨水可以是紫外線固化墨水或相變墨水。其原因在於該紫外線固化墨水或相變墨水可使在基板表面上產生較大液滴直徑而較小液滴高度的墨水流現象減至最小。當使用紫外線固化墨水或相變墨水來形成交疊圖案(即，間隔件240)時，交疊圖案的高度(即，間隔件240的高度)可為數十微米(μm)。

圖5係說明一光學膜堆疊於根據本發明一實施例之光學構件上的結構圖。

當光學膜400堆疊於光學構件200上時，如圖5所示，一空氣層300係形成於圖案220與堆疊於其上的光學膜400之間，且無空氣層形成於黏著劑部230與堆疊於其上的光學膜400之間，從而將黏著劑部230黏著到光學膜400而無空氣層。由於圖案部220係非黏性的，圖案部220與堆疊於其上的光學膜400不會彼此互相黏著，且由於此緣故，空氣層300係形成於其間。而且，由於黏著劑部230是黏性的，黏著劑部230與堆疊於其上的光學膜400相接觸而無空氣層300。

再者，如圖5所示，空氣層300係僅形成於與光源120對應的區域中。此係因為圖案部220，即具有空氣層300的區域，係形成於與光源120對應的區域中。

換言之，在光學構件200下面有光源120的區域中，當光學膜400堆疊於光學構件200上時，空氣層300係插置其間，而在下面沒有光源120的區域230中，光學膜400與光學構件200相接觸，而無空氣層。此處，光學膜400可以是光擴散膜。

根據以上結構，光在空氣層300與光學膜400之間的介面處折射，以減少從圖案部220透射的光的量，在此一大量的光由於下面的光源120而被透射。由於在下面沒有光源120的區域230中沒有空氣層300，光不在介面處折射以使透射光的損失減至最小，故透射光被均勻分佈於整個平面上。

圖6係說明光學膜堆疊於根據本發明另一實施例之光學構件上的結構圖。

參照圖6，由於光學構件200的圖案部220包括間隔件240，由於間隔件240，上光學膜400可堆疊於圖案部220上而有預定區域的空氣層300。此外，由於在光學構件200與上光學膜400間的間隔係藉控制間隔件240的高度來加以調整，可選擇最適合結構用以在與光源120對應的區域中有效擴散來自光源120的光且均勻提供整個平面的亮度。

根據本發明實施例的光學構件可應用於直下式背光單元但亦可應用於側邊式背光單元。在側邊式背光單元中，光學構件係施加於光源與光學構件之間的介面，以增加亮度均勻度。

一種製造根據本發明實施之光學構件的方法包括以下操作步驟：(a)形成黏著劑部於光學構件的出光側上；以及(b)形成圖案部於該光學構件之出光側的預定區域中。

此處，在步驟(b)的圖案部是一與光源對應的區域。此係用以有效防止並將來自光源的光擴散到週邊區域，而有一光學圖案在與光源對應的預定區域中。

此外，在步驟(b)中的圖案部可以是非黏性的。此係僅在與光源對應的區域中藉著堆疊一上膜於該非黏性圖案部上，而空氣層在其間，用以有效將來自光源的光擴散到週邊區域。

換言之，一黏著劑部係形成於光學構件的出光側且接著非黏性圖案部進一步形成於與光源對應的出光側的區域上，故該黏著劑部與堆疊於其上的膜相接觸而其間無空氣層，且該膜係堆疊於該圖案部上而空氣層在其間。

此外，步驟(b)可以以噴墨印刷法實施。由於噴墨法係用以以非接觸方式形成圖案，在形成圖案於光學構件的黏性出光側上方面是有利的。

此外，步驟(b)可以使用非黏性墨水實施。

此外，在步驟(b)中的圖案部可包括反射圖案及擴散圖案的至少一者，反射圖案用以反射來自光源的光，擴散圖案用以將來自光源的光擴散到週邊區域。反射圖案反射來自光源的光以減少在光源的右上部分透射的光的量，而擴散圖案將來自光源的光擴散到週邊區域以提供遍及整個平面的光的均勻分佈。此處，反射圖案可以墨水形成，該墨水包含選自由鋁、鉻、銀、汞、鉑及鉬所構成之群組中之至少一者。此處，鋁、鉻、銀、汞、鉑及鉬可用來反射光。而且，擴散圖案可以墨水形成，該墨水包含選自由二氧化鈦、聚四氟乙烯、聚苯乙烯及二氧化矽所構成之群組中之至少一者。此處，二氧化鈦、聚四氟乙烯、聚苯乙烯及二氧化矽可用來擴散光。

此外，光學構件的製造方法可進一步包操作步驟(c)：形成間隔件於步驟(b)的圖案部的一部分上，以在該部分與疊於其上的膜之間維持一預定間隔。此處，間隔件可以藉由交疊用於圖案化之墨水加以形成，且柱形結構可以交疊的墨水形成。為形成間隔件，用於圖案化的墨水可以是紫外線固化墨水或相變墨水，其將底表面上的擴散現像減至最少。

一種使用上述方法形成的光學構件製造背光單元的方法，包括積層一擴散膜於光學構件上。換言之，擴散膜係以輥壓法積層於光學構件上。結果，除圖案部以外，一上面具有黏性的區域與擴散層相接觸而無空氣層，且圖案部具有由於間隔件而擴散膜不與圖案部相接觸的結構。換言之，擴散膜係堆疊於圖案部上而空氣層在其間。由於圖案部僅形成於一與光源對應的預定區域中，擴散膜係堆疊於與光學構件的光源對應的區域上而空氣層在其間，且其餘的區域相接觸而無空氣層。由於此結構，在下面有光源的區域中，光在空氣層與擴散膜間的介面處折射，以減少透射光的量，且光在沒有光源的區域中的介面處不被折射以使透射光的損失減至最少。結果，可提昇亮度均勻度。

下文，將以一例子更詳細說明本發明。

[範例]

1.製造光學構件

以PMMA丙烯酸酯樹脂形成的薄片被用作為一光學構件，且以丙烯酸酯黏性樹脂形成的薄片被貼附在光學構件的表面。

於光學構件之具有以噴墨法貼附其上的黏性樹脂薄片的出光側中，一圖案部形成於與光源對應的預定區域中。

圖案部具有橢圓形輪廓(亦即，以光源為基礎，其主軸可為約20 mm且其短軸可為約15 mm)，且其內部具有精細光學圖案，其係藉調整噴墨所射的墨滴的密度而獲得。更詳而言之，該光學圖案包括反射圖案及擴散圖案，該反射圖案係使用含有銀奈米粒子的非黏性墨水加以形成，該擴散圖案係使用含有二氧化鈦之非黏性白色紫外線固化墨水加以形成。

將白色紫外線固化墨水印刷且交疊於該圖案部的一部分上以形成間隔件，各間隔件具有柱形結構(亦即，高度約50μm且直徑約100μm)。可形成數以百計的間隔件且他們的外徑可以彼此分隔約0.2 mm。接著，投射紫外光線以固化該圖案部。

2.製造背光單元

一擴散膜係於輥壓法期間積層於以上述方法製成之光學構件上。結果，擴散膜與具有除了圖案部以外的剩餘黏著劑的區域相接觸而無空氣層，且圖案部具有一個由於間隔件而不與擴散膜相接觸的結構，且擴散膜堆疊於圖案部上而空氣層在其間。具有以上結構的背光單元減少在與光源對應的區域與除了該對應區域以外的區域之間的亮度差，而且亦隱藏光源。再者，光被均勻地分佈遍及整個區域。

[比較例1]

1.製造光學構件

以PMMA丙烯酸酯樹脂形成的薄片被用作為一光學構件。除了一黏著劑樹脂沒有貼附到光學構件的表面上且沒有形成光擴散圖案的事實以外，此與本發明的實施例完全相同。

2.製造背光單元

一擴散膜係於輥壓法期間積層於以上述方法製成之光學構件上。結果，擴散膜被堆疊於光學構件上而空氣層在其間。

[比較例2]

1.製造光學構件

以PMMA丙烯酸酯樹脂形成的薄片被用作為一光學構件，且圖案部被形成在對應於光學構件的出光側中光源的一預定區域上。換言之，除了一黏著劑樹脂沒有貼附到光學構件的表面上的事實以外，此與本發明的實施例完全相同。

2.製造背光單元

一擴散膜係於輥壓法期間積層於以上述方法製成之光學構件上。結果，擴散膜被堆疊於光學構件上而空氣層在其間。

圖7係在根據本發明之背光單元上方拍攝的照片。圖8係在本發明比較例1之背光單元上方拍攝的照片。圖9係在根據本發明比較例2之背光單元上方拍攝的照片。背光的亮度均勻度係顯示於圖7至9。

當根據範例及比較例的背光單元的亮度均勻度與圖7至9比較時，根據實施例的背光單元比根據比較例1及2的背光單元在全部區域中具有較佳的均勻光分佈，較佳的光源隱藏，以及較佳的亮度均勻度。

當根據本發明的實施例的光學構件應用於背光單元時，用以擴散光源的光的圖案部係形成於一與光源對應的區域中，從而有效地將來自光源的光擴散到週邊區域。此外，在一與光源對應的區域(圖案部形成於其中)中，擴散膜係堆疊於光學構件上而空氣層在其間，但在除了該對應區域以外的剩餘的區域中，光學構件與擴散膜相接觸而無空氣層，故在光源與週邊區域間透射的光的強度被平衡，從而提昇亮度均勻度。

雖然本發明連同示範性實施例如以顯示及描述，但熟習此技藝之人士會清楚瞭解到可以有許多修改及種種變化而不背離由所附申請專利範圍所界定之本發明的精神與範疇。

110．．．反射板

120．．．光源

130．．．光導板

140．．．擴散膜

150．．．微透鏡擴散膜

160．．．棱鏡片

170．．．保護膜

200．．．光學構件

212．．．入射光側

214．．．出光側

220．．．光學構件

230．．．黏著部

240．．．間隔件

300．．．空氣層

400．．．上光學膜

A．．．具有反射圖案的區域

本發明以上及其他態樣、特徵及其他優點由以下連同附圖的詳細說明將會變得更加明顯瞭解，其中：

圖1係說明相關技術直下式背光單元的架構的示意剖面圖；

圖2係說明根據本發明一實施例之光學構件的架構圖；

圖3係說明形成於根據本發明一實施例之光學構件的圖案部上的圖案示意圖；

圖4係說明根據本發明另一實施例之光學構件的圖案部上的圖案示意圖；

圖5係說明光學膜堆疊於根據本發明一實施例之光學構件上的結構圖；

圖6係說明光學膜堆疊於根據本發明另一實施例之光學構件上的結構圖；

圖7係在根據本發明之背光單元上方拍攝的照片，且說明根據本發明範例之背光單元的均勻度程度；

圖8係在本發明比較例1之背光單元上方拍攝的照片，且說明根據本發明比較例1之背光單元的均勻度程度；以及

圖9係在根據本發明比較例2之背光單元上方拍攝的照片，且說明根據本發明比較例2之背光單元的均勻度程度。

120．．．光源

200．．．光學構件

212．．．入射光側

214．．．出光側

220．．．光學構件

230．．．黏著部

Claims (13)

1. 一種光學構件，包含：入射光側；出光側，包含在與光源對應之區域中的圖案部以及在除了該圖案部之該區域以外的區域中的黏著劑部，該圖案部調整光的強度；以及間隔件，該間隔件在該圖案部與堆疊於其上的膜之間維持一預定距離。
2. 如申請專利範圍第1項之光學構件，其中該圖案部係以非黏性墨水形成。
3. 如申請專利範圍第1項之光學構件，其中該圖案部係以噴墨法形成。
4. 如申請專利範圍第1項之光學構件，其中該圖案部包含反射圖案及擴散圖案的至少之一者，該反射圖案將來自該光源的光反射，該擴散圖案將來自該光源的光擴散到週邊區域。
5. 如申請專利範圍第4項之光學構件，其中該反射圖案係以墨水形成，該墨水包含選自由鋁、鉻、銀、汞、鉑及鉬所構成之群組中之至少一者。
6. 如申請專利範圍第4項之光學構件，其中該擴散圖案係以墨水形成，該墨水包含選自由二氧化鈦、聚四氟乙烯、聚苯乙烯及二氧化矽所構成之群組中之至少一者。
7. 如申請專利範圍第1項之光學構件，其中該間隔件係由交疊及圖樣化墨水而形成。
8. 如申請專利範圍第1項之光學構件，其中該間隔件係以紫外光固化墨水或相變墨水形成。
9. 一種背光單元，包含：光源；如申請專利範圍第1至8項中任何一項之該光學構件；以及堆疊於該光學構件之出光側上的光學膜。
10. 如申請專利範圍第9項之背光單元，其中空氣層係形成於該光學構件的圖案部與該光學膜之間；以及該光學構件的黏著劑部與該光學膜彼此互相接觸而沒有空氣層。
11. 一種顯示裝置，包含如申請專利範圍第10項之背光單元。
12. 一種製造光學構件的方法，包含以下操作步驟：(a)在光學構件的出光側上形成黏著劑部；(b)形成非黏著劑圖案部於該光學構件之該出光側中，以調整光的強度，且該非黏著劑圖案部對應於光源；以及(c)形成間隔件以在步驟(b)的該圖案部的一部分與堆疊於其上的膜之間維持一預定間隔。
13. 一種製造背光單元的方法，包含：積層擴散用的光學膜於以如申請專利範圍第12項之方法所製造之光學構件上。