CN102612661A - 图案化的导光板、其制造方法和使用该导光板的lcd背光单元 - Google Patents

Abstract

本发明中的图案化的导光板包含：基材层；层压在基材层上表面的表层，其中所述表层在与导光板入光面垂直方向上形成的透镜状图案。本发明的图案化的导光板可用于液晶显示器（LCD），因为它具有一维调光和扫描所需的小出光角，具有优异的光透射率，具有优异的滑动性从而可去除保护膜，显著提高了可靠性，防止光入射单元的漏光，矫正了均匀亮度并显著改善了在过程中的加工性。

Description

图案化的导光板、其制造方法和使用该导光板的LCD背光单元

技术领域

本发明涉及一种图案化的导光板、该导光板的制造方法和使用该导光板的液晶显示器背光单元。更具体地，本发明涉及一种具有在导光板表层形成的透镜状图案的图案化的导光板、该导光板的制造方法和使用该导光板的液晶显示器背光单元。

背景技术

通常，液晶显示器（LCD）是指当向液晶施加电场时显示数字或图像的装置，其中液晶具有液体和固体之间的中间相并被注入到装置内的两个玻璃基板之间。液晶显示装置具有多种优点，比如轻重量、低功耗和薄。液晶显示装置的这些优点特性使得其应用在许多应用中，如薄型TV、显示器、便携式显示装置等。具体地，在大屏幕TV领域实现低功耗和高亮度是重要的问题。

背光单元与功耗改善和高亮度是紧密相关的。例如，当屏幕显示黑屏或具有黑暗部分的图像时，黑屏或黑暗部分的照明不仅引起非必要的功耗还会劣化图像质量并增加背光单元和显示模块的温度，从而缩短LCD装置的寿命。具体地，由于大TV可能遭受严重的功耗和温度增加，所以有必要尽可能地降低平均背光水平。

目前，已提出调光或扫描技术以满足这种需求。在一维调光方式中，增加屏幕的对比度以在功耗降低30%或更多的同时保证更好的屏幕图像质量。对于在LED TV中的一维调光或扫描，优选配置导光板以允许入射导光板镜平面的光通过在小入射角处的全反射而被引出导光板。然而，由于导光板的印刷点使得LED的光在大角度处通过漫反射而被引出，所以常规的图案化的导光板不适合于一维线调光。

背光单元包括直发光式背光单元和侧发光式背光单元。在直发光式背光单元中，灯被置于液晶面板的下方以向其发光。在侧发光式背光单元中，导光板设置在液晶面板的下方且光照射在导光板的镜平面上。

目前LED TV通常使用侧发光式背光单元。图1为用于液晶显示装置的常规侧发光式背光单元的分解透视图。液晶显示器的常规侧发光式背光单元包含光源105、导光板110、光反射膜115、扩散膜120、棱镜膜125和保护片130。具体地，位于背光单元一侧的光源发出的一些光在导光板110内被完全反射，其它的光通过导光板下表面的光反射膜115的散射被从导光板引出。在小角度处从导光板引出的光通过扩散膜120被校准并最后通过棱镜膜125收集。向导光板提供保护片以保护导光板免受划痕和磨损。

照此，常规背光单元中的多种膜或片引起装配成本和账单成本的增加。已发展出膜、导光板和扩散膜的组合以解决常规导光板的这些问题。然而，组合的导光板不仅涉及由于低生产率导致的制造成本的增加，还涉及如视角、黑色区域等质量的劣化。而且，因为兼有棱镜功能和扩散功能的组合膜不包含扩散膜，所以由于导光板上部和组合膜下部之间摩擦力的增加可出现片压皱。

因此，需要一种导光板，该导光板即使没有保护膜也不会遭受外部的刮擦或其它损害，以使得通过保护膜的去除而降低制造成本同时提供高的生产率，且通过允许光源发出至导光板的光在小角度处通过导光板的表面图案从导光板引出而利于一维调光和扫描。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有优异滑动特性（slip property）的图案化的导光板以去除保护膜。

本发明的另一个目的是提供一种即使没有保护膜也不会遭受划痕或其它切割损害的图案化的导光板。

本发明的又一个目的是提供一种通过去除保护膜使得制造成本降低的图案化的导光板。

本发明的又一个目的是提供一种通过允许光源发出至导光板的光在小角度处从导光板引出而利于一维调光和扫描的图案化的导光板。

本发明的又一个目的是提供一种在可靠性、光入射部分的漏光、均匀亮度、特别是LED光源亮线的减少和加工性方面具有改善特性的图案化的导光板。

本发明的又一个目的是提供一种制造所述图案化的导光板的方法，该方法使用共挤出工艺且具有注射工艺至少五倍的生产率。

本发明的又一个目的是提供一种制造所述图案化的导光板的方法，该方法使用共挤出工艺制造图案化的导光板而不用改变现有设备。

本发明的又一个目的是提供一种用于液晶显示器的背光单元，该背光单元包含根据本发明实施方式的图案化的导光板。

可理解的是，本发明不限于以上目的，以上未涉及的其它目的对本领域技术人员来说通过以下描述将是显而易见的。

本发明的一个方面提供一种图案化的导光板。所述图案化的导光板包含基材层和堆叠在所述基材层上的表层。所述表层具有垂直于导光板入光面的透镜状图案。

所述透镜状图案可具有约50至500μm的跨距和约10至300μm的高度。

所述表层可包含具有与所述基材层折射率之差在约±0.1以内的折射率的颗粒。所述表层可具有由颗粒形成的浮凸表面。

所述颗粒可包括有机颗粒、无机颗粒或它们的混合物。

所述颗粒在所述表层中的含量可为约0.5至50wt%（重量百分数）。

在图案化导光板中，所述表层相对于所述扩散膜可具有约0.01至20N的静摩擦力。例如，所述表层相对于扩散膜可具有约0.01至20N的静摩擦力。

所述基材层和所述表层可通过共挤出形成。

另外的表层可在所述基材层的下方形成。

本发明的另一个方面提供一种制造图案化导光板的方法。该方法包含共挤出用于形成基材层的透明树脂和用于形成表层的树脂小球以形成所述基材层和所述表层的层叠膜；和通过将所述膜通过滚筒使得所述膜的所述表层面对其上形成有雕刻的透镜状图案的压花滚筒而在所述表层上形成透镜状的图案。用于形成所述表层的所述树脂小球可包括具有与所述透明树脂和所述基材层折射率之差在约±0.1以内的折射率的颗粒。本发明的又一个方面提供一种包含所述图案化导光板的LCD背光单元。所述背光单元在所述导光板的所述表层上不具有保护膜。

附图说明

通过以下示例性实施方式连同附图，本发明的这些和其它的方面、优点和特征将变得明显，其中：

图1为用于液晶显示装置的常规侧发光式背光单元的分解透视图。

图2为根据本发明一个示例性实施方式的图案化的导光板的透视图。

图3为根据本发明的示例性实施方式的图案化的导光板的截面示意图。

图4为根据本发明另一个示例性实施方式的图案化的导光板的截面图。

图5为图4中A部分的放大截面图。

图6为根据本发明又一个示例性实施方式的图案化的导光板的截面图。

具体实施方式

将参照附图详细描述本发明的实施方式。然而，可理解的是，这些实施方式不旨在限制本发明的范围且可以各种方式实现。为了本发明的完整公开并旨在为本领域技术人员提供对本发明彻底的理解而说明实施方式。本发明应仅被权利要求和其等价方案所限定。此外，应注意的是，附图不是按精确的比例且仅为了描述方便和清楚可将元件的线宽或尺寸放大。

图2为根据本发明一个示例性实施方式的图案化的导光板的透视图。

如图2所示，根据该实施方式的图案化的导光板200包含基材层201，和堆叠在所述基材层上且具有形成于其上的透镜状图案的表层202。

基材层201可由光学透明树脂组成。该光学透明树脂可选自由(甲基)丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、苯乙烯树脂、烯烃树脂、聚酯树脂等组成的组中。这些树脂可单独或以两种或更多种组合使用。

烯烃树脂可为环状烯烃树脂，且聚酯树脂可为非晶态聚酯树脂。

有利地，甲基丙烯酸树脂可用作光学透明树脂。甲基丙烯酸树脂的实例包括，但不限于，甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸-2-乙基-己酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸氯苯酯等。例如，可有利地使用具有高透射率的甲基丙烯酸甲酯树脂。

甲基丙烯酸树脂可与单官能不饱和单体共聚。甲基丙烯酸树脂优选和约40wt%或更少的单官能不饱和单体，更优选和约30wt%或更少的单官能不饱和单体，进一步更优选和约20wt%或更少的单官能不饱和单体共聚。

与甲基丙烯酸树脂共聚的单官能不饱和单体可为选自由甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己基、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸氯苯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸酯乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸环己基、丙烯酸苯酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸-2-乙基己酯和丙烯酸-2-羟基乙酯组成的组中的丙烯酸酯化合物。

可与甲基丙烯酸树脂共聚的单官能不饱和单体的实例包括，但不限于，不饱和酸化合物如甲基丙烯酸和丙烯酸、苯乙烯、丙烯腈、马来酸酐、苯基马来酰亚胺、环己基马来酰亚胺等。这些化合物可单独或以两种或更多种组合使用。

甲基丙烯酸树脂和单官能不饱和单体的共聚对本领域技术人员来说是公知的。

表层202具有垂直于导光板入光面的透镜状图案。在一个实施方式中，参照图2，光源被设置为平行于X-轴以向X-Z面发光。透镜状图案沿垂直于入光面的Y轴设置。

图3为根据本发明的示例性实施方式的图案化的导光板的截面示意图。如图所示，图案化的导光板的表层202形成有透镜状的图案，即透镜的图案，每个透镜的图案具有半圆的截面。透镜状的图案具有预定的跨距“p”和预定的高度“h”。

在一个实施方式中，透镜状图案的透镜可具有约50至500μm的跨距“p”。透镜状图案的透镜优选具有约100至300μm的跨距（pitch）“p”，更优选为约100至200μm的跨距“p”。在这个跨距范围内，透镜状图案可有效减少摩擦力和在LED灯光在光入射部分处亮线的出现。

在透镜状图案中，透镜可具有约10至300μm的高度“h”。在这个范围内，透镜状图案可有效减少摩擦力和亮线的出现。在另一个实施方式中，透镜状图案的透镜可具有约50至200μm的高度“h”。透镜状图案的透镜优选具有50至150μm的高度“h”，更优选地为50至100μm的高度“h”。

在一个实施方式中，透镜状图案的透镜可以两个之间无间隔的形成。如果两个透镜之间的间隔大，摩擦力增加且在光入射部分处的亮线是可见的。或者，透镜状图案的透镜可形成为两个之间具有距离的。在这种情况下，两个透镜之间的距离小于或等于约100μm以使最小化亮线的识别和摩擦力最小化。

表层202可由与基材层相同或不同的材料形成。在一个实施方式中，表层可包含光学透明树脂。光学透明树脂的实例包括，但不限于，(甲基)丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、苯乙烯树脂、烯烃树脂、聚酯树脂等。

在另一个实施方式中，表层202可包含光学透明树脂和颗粒212。颗粒具有与基材层折射率之差在约±0.1以内的折射率。图4为根据另一个示例性实施方式的图案化的导光板的截面图和图5为图4中A部分的放大截面图。如图4和5所示，当表层202包含颗粒212时，表层202可具有由颗粒212形成的浮凸表面。因此，表层202为导光板提供良好的滑动性能（slipproperty）。颗粒212可均匀地或非均匀地分散在由光学透明树脂形成的基体222内。用于形成表层基体222的光学透明树脂可与基材层的光学透明树脂相同或不同。

颗粒212可具有比透镜状图案的透镜的跨距“p”更小的尺寸。颗粒212优选具有约1至100μm的粒径，更优选为约1至50μm。在这个粒径范围内，颗粒可实现有效的光散射并相对于膜提供优异的滑动性能。

颗粒212可为有机颗粒、无机颗粒或它们的混合物。

在一个实施方式中，颗粒212为二氧化硅颗粒、丙烯酸颗粒、苯乙烯颗粒、碳酸钙颗粒、氧化铝颗粒、甲基丙烯酸颗粒、聚碳酸酯颗粒、烯烃颗粒、聚酯颗粒、硅氧烷颗粒等。这些颗粒可单独或两种或更多种组合使用。

丙烯酸交联颗粒是尤其有利的。丙烯酸颗粒包含含有50wt%丙烯酸单官能单体的聚合物颗粒。例如，聚合物颗粒选自由通过丙烯酸单官能单体共聚而获得的高分子量聚合物颗粒；通过丙烯酸单官能单体和其它单官能单体共聚而获得的高分子量聚合物颗粒；通过丙烯酸单官能单体和多官能单体共聚而获得的交联聚合物颗粒；和通过丙烯酸单官能单体、其它单官能单体和多官能单体共聚而获得的交联聚合物颗粒组成的组中。

丙烯酸单官能单体的实例包括，但不限于甲基丙烯酸酯如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己基、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯和甲基丙烯酸-2-羟基乙酯；丙烯酸酯如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸-2-乙基己酯和丙烯酸-2-羟基乙酯；甲基丙烯酸、丙烯酸等。这些单体可两种或更多种组合使用。

在该实施方式中，丙烯酸颗粒具有约1.46至1.55范围内的折射率，该折射率可根据颗粒的组成改变。

在另一个实施方式中，可使用硅氧烷颗粒。对于硅氧烷颗粒，使用通常称为硅酮橡胶或硅酮树脂并在室温下为固相的聚合物。可通过水解和缩合氯硅烷如二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、苯基甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷和苯基三氯硅烷获得硅氧烷聚合物。硅氧烷聚合物可为交联聚合物，其中两个或三个有机基团连接至一个硅原子上。

在这个实施方式中，硅氧烷颗粒可具有约1.40至1.47的折射率，该折射率可根据该颗粒的组成改变。通常，随着颗粒内苯基密度的增加或连接至Si原子的有机基团密度的增加，颗粒的折射率趋向增加。

颗粒212在表层202中的含量可为约0.5至50wt%，优选为约1至40wt%，更优选为约5至30wt%。在这个范围内，导光板可通过生产过程制得同时使摩擦力最小化。

在根据本发明的图案化导光板中，表层可具有相对于扩散膜约0.01至20 N的静摩擦力。有利地，表层可具有相对于扩散膜约0.01至1N的静摩擦力。在该相对于扩散膜的表层静摩擦力的范围内，有可能改善导光板和与其邻近的扩散膜之间的滑动性能。

用相同的置于表层表面上的产品，如两个图案化的导光板，以约300mm/min的线速度及置于图案化导光板上的500g的重量（weight）测量摩擦力。

在一个实施方式中，基材层具有约1至7mm的厚度“d”，优选为约2至4mm。

在一个实施方式中，基材层厚度“d”和表层高度“h”的比例可在约500:1至10:1的范围内。有利地，该比例在约100:1至10:1的范围内。在这个比例范围内，导光板可提供优异的光学性能并可通过生产过程制得。

在另一个实施方式中，可在基材层的下方提供另外的表层。图6为导光板的截面示意图，该导光板包括设置在基材层上表面的上表层202a和设置在基材层下表面的下表层202b。当在基材层的上表面和下表面形成表层时，导光板具有小的摩擦力并能减小出光角度和亮线。

此外，尽管图中未示，上表层202a、下表层202b可进一步包含如上所述的颗粒212。

在另一个实施方式中，可提供一种基材层，该基材层的上表面为具有透镜状图案的表层和下表面为光扩散层。光扩散层可包含光扩散剂。

在又一个实施方式中，可提供一种基材层，该基材层的上表面为具有透镜状图案的表层和下表面为棱镜图案（未示出）。

本发明的另一个方面提供一种制造图案化的导光板的方法。在该方法中，可通过共挤出形成图案化的导光板。共挤出基材层和表层可提高导光板的生产率。此外，共挤出方法能改善导光板的光学特性和滑动性能又不改变现有设备。

在一个实施方式中，该方法包含共挤出用于形成基材层的透明树脂和用于形成表层的树脂小球以形成基材层和表层的层叠膜；和通过将所述膜通过滚筒使得膜的表层面对其上形成有雕刻的透镜状图案的压花滚筒而在表层上形成透镜状的图案。

优选地，用于形成表层的树脂小球可包含具有与透明树脂和基材层折射率之差在约±0.1以内的折射率的颗粒。此时，为了有效分散，在挤压前可通过母料提供颗粒。在这种情况下，颗粒可有利地均匀分散在表层上。

本发明的又一个方面提供一种包含如上所述的图案化的导光板的LCD背光单元。该背光单元在图案化的导光板的表层上没有保护膜。

以下，将参照实施例解释本发明。提供这些实施例仅用于说明的目的而不能以任何方式理解为限制本发明。

实施例1

将7.5重量份的具有30μm平均粒径的丙烯酸交联颗粒（

Sekisui有限公司）加入至100重量份的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）树脂（

Sumitomo有限公司），随后在干净的室内条件下挤压以制备小球。通过直径为50mm的第一挤压机熔化小球，并通过直径为150mm的第二挤压机熔化PMMA树脂（

Sumitomo有限公司）以制备包含基材层和表层的6mm厚的双层膜。此时，第一挤压机和第二挤压机的挤压比设定为1:100。此外，表层厚度和基材层厚度的比例设定为1:100。在通过T型模头后，通过挤压机融化的双层树脂薄膜被具有雕刻的透镜状图案的压花滚筒冷却以在膜上形成透镜状图案，从而制得图案化的导光板。透镜状图案具有200μm的跨距“p”和100μm的高度“h”。

对比例1

使用无图案的普通导光板（LXN 865，Mitsubishi Rayon有限公司）。

对比例2

用于对比例2的导光板具有和实施例1相同的结构，除了该导光板具有跨距“p”为200μm和高度“h”为100μm的棱镜图案。

(1)摩擦力(N)：两个相同导光板堆叠在一起并使两个导光板相互摩擦以使用表面性能测试仪（从HEIDON有限公司获得)测量摩擦力。使用500g的重量以300mm/min的线速度测量摩擦力。

(2)出光角（度）：在制得的导光板置于用于40-英寸LED电视的背光单元内，当单个LED灯发出的光被射向导光板时使用量角器测量出光角。在测量的过程中导光板上没有设置薄膜。

结果列于表1。

表1

如表1所示，可确定的是，实施例1比对比例1和2具有明显更低的摩擦系数。此外，可以看出实施例1具有小于40度的出光角，从而能够一维调光。

尽管文中公开了一些实施方式，本领域技术人员可理解的是提供的这些实施方式仅作为说明，在不背离本发明精神和范围的情况下可以做出各种修改、变化和变动。因此，本发明的范围应仅被所附的权利要求和其等效方案限定。

Claims (13)

1.一种图案化的导光板，所述导光板包含：

基材层；和

堆叠在所述基材层上的表层，所述表层具有垂直于所述导光板入光面的透镜状图案。

2.如权利要求1所述的图案化的导光板，其中所述透镜状图案具有约50至约500μm的跨距和约10至约300μm的高度。

3.如权利要求1所述的图案化的导光板，其中所述表层包含具有与所述基材层折射率之差在±0.1以内的折射率的颗粒。

4.如权利要求3所述的图案化的导光板，其中所述表层具有由颗粒形成的浮凸表面。

5.如权利要求4所述的图案化的导光板，其中所述颗粒包括有机颗粒、无机颗粒或它们的混合物。

6.如权利要求1所述的图案化的导光板，其中所述颗粒在所述表层中的含量为约0.5至约50wt%。

7.如权利要求1所述的图案化的导光板，其中所述表层相对于扩散膜具有约0.01至约20N的静摩擦力。

8.如权利要求1所述的图案化的导光板，其中所述表层相对于扩散膜具有约0.01至约1N的静摩擦力。

9.如权利要求1所述的图案化的导光板，其中所述基材层和所述表层通过共挤出形成。

10.如权利要求1所述的图案化的导光板，进一步包含设置于所述基材层下方的下表层。

11.一种制造图案化的导光板的方法，所述方法包含：

共挤出用于形成基材层的透明树脂和用于形成表层的树脂小球以形成所述基材层和所述表层的层叠膜；和

通过将所述膜通过滚筒使得所述膜的所述表层面对具有雕刻的透镜状图案的压花滚筒而在所述表层上形成透镜状的图案。

12.如权利要求11所述的方法，其中用于形成所述表层的所述树脂小球包含具有与所述透明树脂和所述基材层折射率之差在±0.1以内的折射率的颗粒。

13.一种使用根据权利要求1至10中任一项所述的图案化的导光板的LCD背光单元。

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