CN103250076A

CN103250076A - 光学元件及其制造方法、使用该光学元件的背光单元及其制造方法

Info

Publication number: CN103250076A
Application number: CN2011800543924A
Authority: CN
Inventors: 金俊衡
Original assignee: LG Chemical Co Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd; LG Corp
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2031-08-30
Also published as: US9447946B2; TW201235743A; JP5598885B2; KR101226936B1; CN103250076B; JP2013546134A; US20130208451A1; TWI468792B; KR20120050375A

Abstract

本发明涉及一种光学元件，其包括：光入射面；以及光发射面，该光发射面包括图形部和粘性部，其中，图形部用于调节光强并形成在与光源对应的区域中，粘性部设置在图形部之外的区域中。当本发明的光学元件运用到背光单元时，对光源发出的光进行漫射的图形部形成在与光源对应的区域中，以便将光源发出的光有效地漫射到周围区域。另外，所述光学元件和漫射板在与光源对应的区域（设置有所述图形部的区域）中通过空气层层叠起来，而所述光学元件和漫射板在其它区域中相互紧密接触而没有空气层，从而可以调节光源部和周围部之间的透射光强度且改善亮度和均匀性之间的平衡。

Description

光学元件及其制造方法、使用该光学元件的背光单元及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光学元件，更具体地说，涉及一种用于背光单元的光学元件。

背景技术

一般地说，用于显示装置（诸如液晶显示器（LCD））的背光单元是设置在自身没有发光功能的显示面板的背面以便均匀投射平面光的部件。根据发射实际光的光源的位置，背光单元可以分为直下式背光单元和侧边式背光单元。在直下式背光单元中，光源设置在显示面板的下方并且发射的光穿过显示面板，从而对大尺寸显示器有利。在侧边式背光单元中，光源设置在显示面板的边缘，从而对薄而紧凑的显示器有利。

图1是剖视图，示出了现有的直下式背光单元的配置。

如图1所示，现有的直下式背光单元包括多个光源120、反射板110、导光板130、多层漫射膜140和150，集光膜160和保护膜170。

此外，在现有直下式背光单元的情形中，由于光源正上部的亮度和光源之间的亮度不同，因此会发生Mura缺陷。如图1所示，多层漫射膜140和150用来使光源发射的光在整个平面上漫射，以防止Mura缺陷。然而，由于所述多层漫射膜之故，现有的直下式背光单元的制造成本较高，并且其厚度较大。

此外，对于现有的直下式背光单元，由于多层光学膜层叠起来，在其之间有空气层，因此，在所述光学膜和空气层之间的界面处，光会发生折射。于是，会使透光率劣化。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面提供一种光学元件及该光学元件的制造方法，其中，所述光学元件用于改善有光源区域的光漫射，并防止有光源或无光源区域之间的界面处的光反射所导致的亮度变差。

本发明的另一方面提供一种背光单元及该背光单元的制造方法，其中，该背光单元用于改善有光源区域的光漫射，并防止有光源或无光源区域之间的界面处的光反射所导致的亮度变差。

本发明的再一方面提供一种包含背光单元的显示装置。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种光学元件，其包括：光入射侧；以及光出射侧，该光出射侧包括与光源对应的区域中的图形部和所述图形部区域之外的区域中的粘性部，所述图形部调节光的强度。

根据本发明的另一方面，提供一种背光单元，其包括：光源；所述光学元件；以及层叠在所述光学元件的光出射侧的光学膜。

根据本发明的再一方面，提供一种光学元件的制造方法，该方法包括下述操作：（a）在光学元件的光出射侧形成粘性部；以及（b）在所述光学元件的所述光出射侧的与光源对应的区域中形成非粘性图形部，以调节光的强度。

根据本发明的又一方面，提供一种背光单元的制造方法，该方法包括在通过上述方法制造的光学元件上层压用于漫射的光学膜。

有益效果

当本发明的实施例所述的光学元件运用到背光单元时，对光源发出的光进行漫射的图形部形成在与光源对应的区域中，从而将光源发出的光有效地漫射到周围区域。另外，在与光源对应的区域（形成有所述图形部的区域）中，漫射膜层叠在所述光学元件上且在其间有空气层，而在所述对应区域之外的其它区域中，所述光学元件和所述漫射膜相互接触而没有空气层，使得光源和周围区域之间的透射光强度得以平衡，从而改善了亮度均匀性。

附图说明

图1是示意剖视图，示出了现有技术中的直下式背光单元的配置；

图2是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的光学元件的配置；

图3是示意图，示出了形成在本发明的一个实施例所述的光学元件的图形部上的图形；

图4是示意图，示出了本发明的另一个实施例所述的光学元件的配置；

图5是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的光学膜层叠在光学元件上的结构；

图6是示意图，示出了本发明的另一个实施例所述的光学膜层叠在光学元件上的结构；

图7是在本发明的例子所述的背光单元的上方拍摄的照片，示出了本发明的例子所述的背光单元的亮度均匀程度；

图8是在本发明的对照例1所述的背光单元的上方拍摄的照片，示出了本发明的对照例1所述的背光单元的亮度均匀程度；以及

图9是在本发明的对照例2所述的背光单元的上方拍摄的照片，示出了本发明的对照例2所述的背光单元的亮度均匀程度。

[附图标记]

110 反射板

120 光源

130 导光板

140 漫射膜

150 微透镜漫射膜

160 棱镜片

170 保护膜

200 光学元件

212 光入射侧

214 光出射侧

220 图形部

230 粘性部

240 隔离件

300 空气层

400 上光学膜

A 具有反射图形的区域

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。

然而，由于本发明可以有各种变型和不同的实施例，因此，附图中示例性示出的并且将要详细描述的只是具体实施例。然而，本发明不应被解释为局限于这里所阐述的具体实施例，相反，本发明旨在涵盖本发明的概念和技术范围之内的所有变型、等同物和替换。在附图中，相同的附图标记指示相同的元件。

图2是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的光学元件的配置。图2所示的光学元件200包括光入射侧212、光出射侧214、图形部220和粘性部230。

光学元件200中的光入射侧212面对光源120，它是光源120发出的光所入射的一侧，而光出射侧214面对上部膜，它是将光源120发出的光出射到所述上部膜的一侧。

由于光学元件200用作导光板，传导光源120发出的光以漫射到前侧，因此，它由可以透射光的膜或薄片形成。例如，所述光学元件可以由丙烯酸树脂（例如，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA））、纤维素树脂（例如，三乙酰纤维素）和聚酯树脂（例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯）形成，但不限于此。此外，光学元件200可以使用粘合树脂以有效地形成粘性部230。例如，光学元件200可以由丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、乙烯树脂、或硅树脂形成，但不限于此。

图形部220形成在与光源120对应的区域中。在与光源对应的预定区域中形成所述图形部的原因在于，挡住光源发出的、经过光源正上部传导的光，并且也可有效地将光漫射到周围区域。

更具体地说，图形部220形成在预定区域，该预定区域基于与所述光学元件的光入射侧214的光源120相对应的区域。所述图形部的尺寸可以根据所述光源的配置或尺寸来确定。具体地说，图形部220可以基于光源120形成为具有椭圆形轮廓（即，其长轴可以为约6mm到约60mm，而其短轴可以为约5mm到约45mm），更优选地，可以形成一种椭圆形轮廓（即，其长轴可以为约10mm到约30mm，而其短轴可以为约7mm到约20mm）。然而，如果使用多个发光二极管（LED）并且这些LED之间的距离小于上述尺寸，则与各个LED相对应的漫射图形部可以重叠，并且比上面所述形成得更大。

另外，图形部220可以通过喷墨印刷方法来形成。由于喷墨方法可以用来以非接触方式形成图形，因此，有利于在所述光学元件的粘性光出射侧形成图形。

此外，用于形成图形部220的油墨可以为非粘性油墨。这是因为，图形部220不具有粘性，所述图形部区域之外的其它区域则具有粘性。

另外，图形部220的油墨厚度可以根据油墨中的色素成分的数量而变化，当使用喷墨进行印刷时，通常形成约0.2μm到约15μm高的图形。此外，当使用喷墨进行印刷时，通过将油墨中的色素含量调节到上述范围之内，可以控制希望的光漫射程度。

此外，图形部220具有用于阻挡和漫射光的图形，并利用该图形调节穿过光学元件200的光的强度。详细地说，图形部220可以包括反射图形和漫射图形中的至少一者，其中，反射图形用于反射光源发出的光以减少光的透过量，而漫射图形用于将光源发出的光漫射到周围区域。这里，所述反射图形可以由一种油墨形成，该油墨包括从Al、Cr、Ag、Hg、Pt和Mo所构成的组中选出的至少一者。这里，Al、Cr、Ag、Hg、Pt和Mo可以用来反射光。另外，所述漫射图形可以由一种油墨形成，该油墨包括从二氧化钛、聚四氟乙烯、聚苯乙烯和硅石所构成的组中选出的至少一者。这里，二氧化钛、聚四氟乙烯、聚苯乙烯和硅石可以用来漫射光。

图3是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的形成在光学元件200的图形部220上的图形。更详细地说，图3示出了一种既包括反射图形又包括漫射图形的图形。

参看图3，当在图形部220上既形成反射图形又形成漫射图形时，在图形部220的整个区域上形成漫射图形，并在所述漫射图形上的上中部A形成反射图形，从而形成所述图形部。

粘性部230形成在图形部220区域之外的区域中。这是因为，具有图形部220的区域（即，与所述光源对应的部分）和层叠在所述光学元件上的膜之间具有空气层，而只有所述图形部区域之外的区域具有粘性，使得所述光学元件和层叠在其上的膜可以相互接触而没有空气层（参看图5）。

就是说，光学元件200和其上的光学膜400之间在下方有光的区域形成空气层以漫射光，从而减小光的强度。另外，光学元件200和其上的光学膜400在下方无光的区域相互接触而其间没有空气层，以使界面处折射的光减至最少，从而使光损失最小化。于是，亮度均匀性就可以得以提高。

光源120可以是背光单元中通常使用的任何光源。例如，所述光源可以包括LED、冷阴极荧光灯（CCFL）以及外电极荧光灯（EEFL）。此外，光源120设置在光学元件200的下方，如图2所示，但不限于此。例如，光源120可以内置在光学元件200中。

此外，通过在所述光学元件的粘性光出射侧214用非粘性油墨对预定区域图形化，或者在所述光学元件的非粘性光出射侧214上涂布粘合剂之后用非粘性油墨对预定区域图形化，可以形成粘性部230。

图4是示意图，示出了本发明的另一个实施例所述的光学元件的配置。

如图4所示，光学元件200可以进一步包括在图形部220上的隔离件240。隔离件240用于维持图形部220和层叠其上的光学膜400之间的预定间隔。通过使用油墨形成重叠图形的方法可以形成隔离件240。形成的该隔离件可以具有柱状结构。另外，用于形成隔离件240的油墨可以是紫外固化油墨或相变油墨。原因是，紫外固化油墨或相变油墨可以使基底表面上的扩散现象最小化。当使用紫外固化油墨或相变油墨形成重叠图形（即，隔离件240）时，该重叠图形的高度（即，隔离件240的高度）可以为几十微米。

图5是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的光学膜层叠在光学元件上的结构。

当光学膜400层叠在光学元件200上时，如图5所示，在图形220和层叠其上的光学膜400之间形成空气层300，而在粘性部230和层叠其上的光学膜400之间没有形成空气层，从而粘性部230粘合到光学膜400上，没有空气层。由于图形部220是非粘性的，因此，图形部220和层叠其上的光学膜400彼此不粘合，而由于这个缘故，在其之间形成空气层300。另外，由于粘性部230是粘性的，因此，粘性部230和层叠其上的光学膜400相接触而没有空气层300。

此外，如图5所示，空气层300只形成在与光源130对应的区域中。这是因为，图形部220（即具有空气层300的区域）形成在与光源130对应的区域中。

就是说，当光学膜400层叠在光学元件200上时，光学元件200中在下方有光源120的区域中，在光学膜400和光学元件200之间形成有空气层，而在下方没有光源120的区域中，光学膜400与光学元件200接触，没有空气层。这里，光学膜400可以是光漫射膜。

根据上述结构，光在空气层和光学膜400之间的界面处发生折射，从而减少从图形部220透射的光量，而在图形部220，由于下方光源120之故，有大量的光在透射。由于在下方没有光源120的区域230中没有空气层，因此，光在界面处不发生折射，从而使透射光的损失最小，因此透射光均匀地分布在整个平面上。

图6是示意图，示出了本发明的另一个实施例所述的光学膜层叠在光学元件上的结构。

参看图6，由于光学元件200的图形部220包括隔离件240，因此，因隔离件240之故，上光学膜400可以层叠在图形部220上并且有预定面积的空气层300。另外，通过控制隔离件240的高度可调节光学元件200和上光学膜400之间的间隔，因此，可以选出最合适的结构，以便在与光源120对应的区域中有效地漫射光源120发出的光，并且在整个平面上均匀地提供亮度。

本发明的实施例所述的光学元件可以运用于直下式背光单元，但也可以运用于侧边式背光单元。在侧边式背光单元中，所述光学元件运用到光源和光学元件之间的界面，以增加亮度均匀性。

本发明的一个实施例所述的光学元件的制造方法包括下述操作：（a）在光学元件的光出射侧形成粘性部；以及（b）在所述光学元件的所述光出射侧的预定区域中形成图形部。

这里，（b）中的图形部是与光源对应的区域。这是为了利用与光源对应的预定区域中的光学图形有效地阻挡并漫射光源发出的光到周围区域。

另外，（b）中的图形部可以是非粘性的。这是为了通过在所述非粘性图形部上层叠上部膜并且在其之间只在与光源对应的区域中形成空气层，有效地漫射光源发出的光到周围区域。

就是说，在所述光学元件的光出射侧形成粘合部，然后在所述光出射侧的与光源对应的区域进一步形成非粘性图形部，使得所述粘性部与层叠其上的膜接触并且在其之间没有空气层，而在所述图形部上层叠所述膜并且在其之间形成空气层。

另外，可以通过喷墨印刷方法执行（b）。由于使用喷墨方法以非接触方式形成图形，因此，有利于在所述光学元件的粘性光出射侧形成图形。

另外，可以使用非粘性油墨执行（b）。

此外，（b）中的图形部可以包括反射图形和漫射图形中的至少一者，其中，反射图形用于反射光源发出的光，而漫射图形用于将光源发出的光漫射到周围区域。所述反射图形反射光源发出的光，以减少光源正上部的透光量，而所述漫射图形将光源发出的光漫射到周围区域，以在整个平面上产生均匀的光分布。这里，所述反射图形可以由一种油墨形成，该油墨包括从Al、Cr、Ag、Hg、Pt和Mo所构成的组中选出的至少一者。这里，Al、Cr、Ag、Hg、Pt和Mo用来反射光。另外，所述漫射图形可以由一种油墨形成，该油墨包括从二氧化钛、聚四氟乙烯、聚苯乙烯和硅石所构成的组中选出的至少一者。这里，二氧化钛、聚四氟乙烯、聚苯乙烯和硅石用来漫射光。

另外，所述光学元件制造方法还可以包括下述操作：（c）在（b）中的图形部的一部分上形成隔离件，以维持该部分和层叠其上的膜之间的预定间隔。这里，所述隔离件可以通过重叠用于图形化的油墨来形成，而且通过重叠油墨可以形成柱状结构。为了形成所述隔离件，用于图形化的油墨可以是紫外固化油墨或相变油墨，该油墨使基底表面上的扩散现象最小化。

使用通过上述方法形成的光学元件制造背光单元的方法包括：在所述光学元件上层压漫射膜。就是说，通过辊压方法在所述光学元件上层压所述漫射膜。于是，图形部之外具有粘性的区域与漫射膜接触而没有空气层，而在图形部的结构中，漫射膜与图形部由于隔离件之故不接触。就是说，漫射膜层叠在图形部上，在其之间有空气层。由于图形部只形成在与光源对应的预定区域中，因此，漫射膜层叠在所述光学元件的与光源对应的区域上，并且在其之间有空气层，其余的区域则接触而无空气层。由于这种结构之故，在下方有光源的区域中，光在空气层和漫射膜之间的界面处发生折射，从而减少透光量，而在没有光源的区域中，光在界面处不发生折射，从而使透射光的损失最小。于是亮度均匀性能够得以提高。

下文将通过例子更详细地描述本发明。

[例子]

1.制造光学元件

使用由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）丙烯酸树脂形成的薄片作为光学元件，并将由丙烯酸粘合树脂形成的薄片附着到所述光学元件的表面上。

通过喷墨方法，在附有所述粘合树脂薄片的光学元件的光出射侧的与光源对应的预定区域中形成图形部。

所述图形部具有椭圆形轮廓（即，基于光源，其长轴为约20mm，其短轴为约15mm），并且其内部具有精细光学图形，该精细光学图形通过喷墨经调节墨滴密度而获得。更详细地说，所述光学图形包括反射图形和漫射图形，其中，反射图形使用含有Ag纳米颗粒的非粘性油墨形成，而漫射图形使用含有二氧化钛的非粘性白色紫外固化油墨形成。

将白色紫外固化油墨印刷并重叠在所述图形部的一部分上，以形成隔离件，每个隔离件具有柱状结构（即，高度约50μm，直径约100μm）。可以形成数百个隔离件，其外径可以彼此间隔约0.2mm。然后，投射紫外光线来固化图形部。

2.制造背光单元

在辊压期间，将漫射膜层压在通过上述方法制成的光学元件上。于是，漫射膜与图形部之外具有粘性的区域接触，没有空气层，而在图形部的结构中，由于隔离件之故，图形部与漫射膜不接触，漫射膜层叠在图形部上且在其间有空气层。具有上述结构的背光单元减少了对应光源的区域和该对应区域之外的区域之间的亮度差异，并且也挡住了光源。此外，光在整个区域上均匀分布。

[对照例1]

1.制造光学元件

由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）丙烯酸树脂形成的薄片用作光学元件。除了粘合树脂不附着到所述光学元件的表面上并且不形成光漫射图形之外，本光学元件与本发明的所述实施例相同。

2.制造背光单元

在辊压期间，将漫射膜层压在通过上述方法制成的光学元件上。于是，所述漫射膜层叠在所述光学元件上且其间有空气层。

[对照例2]

1.制造光学元件

由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）丙烯酸树脂形成的薄片用作光学元件，并且在所述光学元件的光出射侧的与光源对应的预定区域上形成图形部。就是说，除了粘合树脂不附着到所述光学元件的表面上之外，本光学元件与所述实施例相同。

2.制造背光单元

图7是在本发明的所述例子所述的背光单元的上方拍摄的照片。图8是在本发明的对照例1所述的背光单元的上方拍摄的照片。图9是在本发明的对照例2所述的背光单元的上方拍摄的照片。图7到图9中示出了背光单元的亮度均匀性。

当参考图7到图9比较所述例子和对照例所述的背光单元的亮度均匀性时，所述实施例所述的背光单元与对照例1和对照例2所述的背光单元相比，在整个面积上具有更好的均匀光分布、更好地挡住了光源、以及具有更好的亮度均匀性。

Claims

1.一种光学元件，包括：

光入射侧；以及

光出射侧，该光出射侧包括与光源对应的区域中的图形部和所述图形部区域之外的区域中的粘性部，所述图形部调节光的强度。

2.如权利要求1所述的光学元件，其中，所述图形部由非粘性油墨形成。

3.如权利要求1所述的光学元件，其中，所述图形部通过喷墨法形成。

4.如权利要求1所述的光学元件，其中，所述图形部包括反射图形和漫射图形中的至少一者，其中，所述反射图形反射所述光源所发出的光，所述漫射图形将所述光源所发出的光漫射到周围区域。

5.如权利要求4所述的光学元件，其中，所述反射图形由油墨形成，该油墨包含从Al、Cr、Ag、Hg、Pt和Mo所构成的组中选出的至少一者。

6.如权利要求4所述的光学元件，其中，所述漫射图形由油墨形成，该油墨包含从二氧化钛、聚四氟乙烯、聚苯乙烯和硅石所构成的组中选出的至少一者。

7.如权利要求1所述的光学元件，其中，所述图形部还包括隔离件，该隔离件维持所述图形部和层叠其上的膜之间的预定距离。

8.如权利要求7所述的光学元件，其中，所述隔离件通过重叠并图形化油墨形成。

9.如权利要求8所述的光学元件，其中，所述隔离件由紫外固化油墨或相变油墨形成。

10.一种背光单元，包括：

光源；

如权利要求1到9中的任一权利要求所述的光学元件；以及

层叠在所述光学元件的光出射侧的光学膜。

11.如权利要求10所述的背光单元，其中，在所述光学元件的图形部和所述光学膜之间形成空气层；以及

所述光学元件的粘性部和所述光学膜相互接触且没有空气层。

12.一种显示装置，包括权利要求11所述的背光单元。

13.一种光学元件的制造方法，包括下述操作：

（a）在光学元件的光出射侧形成粘性部；以及

（b）在所述光学元件的所述光出射侧的与光源对应的区域中形成非粘性图形部，以调节光的强度。

14.如权利要求13所述的方法，还包括下述操作：

（c）形成隔离件，以维持（b）中的所述图形部的一部分和层叠其上的膜之间的预定间隔。

15.一种背光单元的制造方法，包括在通过权利要求13或14所述的方法制造的光学元件上层压用于漫射的光学膜。