JP2005329696A

JP2005329696A - 直下式バックライトモジュール用光拡散板及びその製法

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Publication number: JP2005329696A
Application number: JP2004254071A
Authority: JP
Inventors: Jinkai Cho; 張仁懐; Kaishin Ki; 季開新; Shiko O; 王志鴻
Original assignee: Entire Technology Co Ltd
Current assignee: Entire Technology Co Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2005-12-02
Also published as: TWI275873B; TW200538810A

Abstract

【課題】本発明は、直下式バックライトモジュールにおける光拡散板及びその製法に関し、押出機によって光拡散板と光拡散剤を押出すことを提示する。
【解決手段】光拡散板を形成する光学樹脂と光拡散材とは屈折率が異なる材質のものが使用され、さらに光学拡散板の表面には使用した材質に対応する角度のプリズムアレイが彫られ、光拡散板の屈折率と表面に形成されたプリズム構造により入射光を屈折させ出射光角度を制御し、拡散していた光線を再び集めたり、光の消耗率を低減したり、輝度を増加させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、直下式バックライトモジュール用光拡散板及びその製法に関し、特に光拡散板が拡散機能と集光機能とを備えた直下式バックライトモジュール用光拡散板及びその製法に関する。

各大手メーカーが積極的に研究開発を行い、大型の生産設備を採用しているため、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：ＬｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）は品質が向上し、価格が下落しつづけており、その応用分野も急速に拡大している。ＬＣＤが新たな応用分野の開拓に努めているのと同時に、バックライト技術の高輝度、低コスト、省エネ、軽量小型化においても、重要な役割を果たしている。

一般の液晶ディスプレイ用バックライトモジュールは、ほとんどがエッジ・ライト（ｅｄｇｅｌｉｇｈｔ）式を採用されている。エッジ・ライト（ｅｄｇｅｌｉｇｈｔ）式は、冷陰極管から発せられた光が導光板（ｌｉｇｈｔｇｕｉｄｅｐｌａｔｅ）から拡散フィルム（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｆｉｌｍ）および反射板（ｒｅｆｌｅｃｔｐｌａｔｅ）等を介して液晶セルに照射される構造となっている。

一方、大型サイズの液晶ディスプレイに用いられる液晶ディスプレイ用バックライトモジュールは、輝度に対するニーズがより高く、同時に画面の輝度分布の均等性に対するニーズも高いために、通常、直下（ｄｉｒｅｃｔｔｙｐｅ）式が採用されている。

直下（ｄｉｒｅｃｔｔｙｐｅ）式に使用される拡散板は、比較的厚い拡散板が用いられる。比較的厚い拡散板はその厚さによって光源から発せられた光が均一に拡散されるため、比較的優れた輝度の均等性が提供され、薄膜にはない支持剛性も有するようになる。

図１に直下（ｄｉｒｅｃｔｔｙｐｅ）式バックライトモジュールの構成を示す。直下（ｄｉｒｅｃｔｔｙｐｅ）式バックライトモジュールは、反射シート１０’上に配された複数の光源１１’と光源１１上に光拡散板１２’、第一プリズムシート（ｐｒｉｓｍｓｈｅｅｔ）１３’、第二プリズムシート１４’、輝度増強フィルム（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓｅｎｈａｎｃｅｆｉｌｍ）１５’がこの順に配されている。

直下（ｄｉｒｅｃｔｔｙｐｅ）式バックライトモジュールは、第一プリズムシート１３’、第二プリズムシート１４’および輝度増強フィルム等の多くの薄い光学フィルムと組み合わされるため、ＬＣＤが大型になるにつれ、薄い光学フィルムの面積が大きくなり、組立の難度と組み立て時間が増加し、これがコストアップの要因となっている。

直下（ｄｉｒｅｃｔｔｙｐｅ）式バックライトモジュールは、比較的厚い拡散板を用いているために、光源１１’からの光が十分に拡散される結果、比較的優れた輝度の均等性は得られるが、ほとんどの場合、正面から見るコンピュータ用のディスプレイにとって、光の使用効率が高くない。したがって、拡散板上に集光作用を具えるプリズムシート、例えば、図１に示すような、第一プリズムシート１３’、第二プリズムシート１４’を加えることで、出射光の方向性を増加させて正面の輝度を高めることができる。

プリズムシートは、一般的にポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）又はポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）を材料として、表面にピッチ２４〜１１０μｍ、頂角（ｖｅｒｔｅｘａｎｇｌｅ）９０〜１１０°の帯状のプリズムアレイが形成された厚さ１５０〜２３０μｍのシートが用いられている。プリズムシートは、シートの屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘ）と光学的構造により集光作用を具えることが可能となっている。

１枚の直角状のプリズムシートを用いた場合、正面の輝度をおおよそ１．６倍改善でき、２枚の垂直に配列されたプリズムシートを用いた場合は、正面の輝度がおおよそ２倍以上改善できる。

従来、プリズムシートおよび拡散板は、紫外線硬化（ＵＶ−ｃｕｒｉｎｇ）の技術を用いて、金型の上に成形したり押出成形技術（ｅｘｔｒｕｔｉｏｎ）を用たりして製造される。バックライトモジュールは、その後拡散板、プリズムシート、輝度増強フィルム及び光源モジュール（ｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ）等を組合せて製造されていた。

例えば、米国特許５，１７５，０３０明細書及び５，１８３，５９７明細書では、いずれも透明の基材上に、ＵＶ樹脂又は二液型樹脂を用いて金型上に成形することで、プリズムシートを製造している。また、米国特許５，８３１，７７４明細書では、透明の基材上に一層の拡散層を塗布し、その後プリズムシートと組み合わせている。

バックライトモジュールの製造メーカーにとって、コストを抑える方法は、モジュールの部品数を削減し構造を簡素化することに限る。頂角の設計は光を前方に向けて屈折させるため、光が均等に拡散板の表面から発射され、且つ適当な方向性を具え、正面輝度を高める。この一体成形の拡散板における設計では、購入する必要のある高価な部品（例えば、プリズムシート）を減少できるだけでなく、組立時間も短縮でき、同時に高輝度化及びコスト低減の目的を達成することができる。
米国特許５，１７５，０３０明細書米国特許５，１８３，５９７明細書米国特許５，８３１，７７４明細書

したがって、上述の問題に対して、いかに新規の直下式バックライトモジュールの拡散板及びその製法を提出し、従来の拡散板、プリズムシート、輝度増強フィルム及び光源モジュールを組み立てなければならないという欠点を改善するだけでなく、輝度を向上し及び製造コストを低減するかが、長きにわたり使用者が切望し、本発明者が試行錯誤していたものである。本発明者は、関連製品の研究、開発及び販売に長年にわたり携わった実務経験に基づき、改良する考えに至り、発明者個人の専門的知識や多面的な研究、設計、専門的な探究によって、ついに直下式バックライトモジュール用光拡散板及びその製法の改良を成し遂げ、上述の問題を解決することができた。

本発明は、押出機を使用して光学樹脂及び光拡散剤を押出して光拡散板を生成し、且つ複数のパターンを有するローラーにより該光拡散板をローリングし、ローラーのパタンを光拡散板の表面に転写しプリズムの集光作用を備える光拡散板にすることができる。

本発明は、上記の構造の直下式バックライトモジュールにおける光拡散板及びその製法の提供を主な目的とする。

また、本発明は、該ローラーのパターンを該光拡散板の材質に応じて変える事で、異なる角度のプリズムアレイを設計でき、屈折率及びプリズム構造のプリズム角度を利用して、入射光を屈折させた後、鋸歯状パターンの板表面により、その出射光角度を制御し、拡散してしまった光線を再び集中させて、光の消耗率を抑え、輝度を増加させることができる、直下式バックライトモジュールにおける光拡散板及びその製法の提供を目的とする。

上述の各目的及び効果を達するために、本発明は、直下式バックライトモジュールにおける光拡散板及びその製法を提供し、光拡散板及びプリズム構造の複合した製法を掲示する。押出技術を利用して、押出機によって光拡散板を押出し、光源が均等に拡散するための主要材質とする。

光源からの入射光を均等に拡散するための光拡散板を製造するための材料としては、主要材料である光学樹脂としては、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、メタクリルスチレン（ＭＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリエチレンテレフタート（ＰＥＴ）、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、ポリスチレン（ＰＳ）、メチルメタクリレートブタジエンスチレン（ＭＢＳ）及び環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）等の光に対して透明性の高い光学樹脂を用いることができる。光学樹脂に、光学樹脂とは屈折率の異なる１〜１０ｗｔ％の光拡散剤を加える。光拡散剤としては、ＰＭＭＡ、ＭＳ、ＡＢＳ、ＰＳ、ポリウレタン（ＰＵ）、ＳｉＯ₂、Ｍｇ（ＯＨ）₂、ＣａＣＯ₃、ＢａＳＯ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂からなる含む粉末を用いることで、光源の拡散効果を達することができる。

光拡散板は、材料により屈折率が異なる。ローラーの表面に形成される原型となる凹凸パターンは、材料の持つ固有の屈折率に最適なパターン、すなわち、使用した材量の屈折率に対応する異なる角度のプリズムアレイの原型が彫られ、該プリズムアレイの原型が光拡散板の表面に転写されている。この光拡散板は、光学樹脂の屈折率さらに表面に形成されたプリズム構造のプリズム角度を利用して、入射光を屈折させた後、鋸歯状パターンの板表面によってその出射光角度を制御することで、拡散していた光線を再び集めたり、光の消耗率を低減したり、輝度を増加させることができる。

原型の光拡散板への転写は、板材が冷却して成形する前に、精密加工によりカッティング処理され、プリズムパターンの原型が形成されたローラーを、板材の表面に押圧した後ローラーを回転することで、板材の表面にプリズムパターンを転写することで、表層がプリズム構造を備えることができ、光源を集中する高輝度拡散板となる。該光拡散板を一次元又は二次元の鋸歯状パターン又は異なる二次元の形状の鋸歯状パターに設計することで、同時に水平及び垂直を必要とするプリズムシートを減少する。

本発明に係わる比較的わかりやすい実施例を示すだけであり、本発明の実施範囲を制限するためのものではない。本発明は、実施例に示された形状、構造および特徴のみならず、特許請求の範囲に示される、発明の技術思想を満たす範囲の形状、構造および特徴の変形等を含むことは言うまでもない。

本発明は、従来技術における光拡散板がプリズムシート、輝度増強フィルム及び光源モジュールと組み立てられてバックライトモジュールとなりえるという繁雑な製造工程を解決するために、押出の方法を用いて、光拡散板を押出し、該拡散板上にパターンが形成されたローラーを押し当てた後ローラーを回転させ、拡散板の表面にローラーのパターンが転写されたパターンを設けて、それに集光効果を持たせ、且つ該光拡散板の材料に応じて、該ローラー上のパターンを調整することで、すでに拡散した光線を再度集めて、光の消耗率を抑え、輝度を増加することができるものである。

本発明は、従来技術における光拡散板がプリズムシート、輝度増強フィルム及び光源モジュールと組み立てられてバックライトモジュールとなりえるという繁雑な製造工程を解決するために、例えば、押出の方法を用いて、光拡散板を押出し、該拡散板上にパターンが形成されたローラーを押し当てた後ローラーを回転させ、拡散板の表面にローラーのパターンが転写されたパターンを設けて、それに集光効果を持たせ、且つ該光拡散板の材料に応じて、該ローラー上のパターンを調整することで、すでに拡散した光線を再度集めて、光の消耗率を抑え、輝度を増加することができるものである。

まず、図２に示すのは、比較的わかりやすい実施例に係わる直下式バックライトモジュール用光拡散板の製法のフローチャートである。図に示すように、本発明は、直下式バックライトモジュール用光拡散板の製造方法に関し、押出機を用いて光学樹脂及び光拡散剤を混合し加熱して溶融を行うステップＳ１０と、光拡散板を押出成形する場合、表面に複数のパターンを備えるローラーを用いて該光拡散板の少なくとも一表面をローリングするステップＳ２０とを主に含む。

完成した光拡散板１を、図３Ａに示す。図３Ｂ及び図３Ｃにも示すように、光学樹脂１０は、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、メタクリルスチレン（ＭＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリエチレンテレフタート（ＰＥＴ）、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、ポリスチレン（ＰＳ）、メチルメタクリレートブタジエンスチレン（ＭＢＳ）及び環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）からなる群から選ばれる１以上の樹脂である。光拡散剤１２は、ＰＭＭＡ、ＭＳ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＵ、ＳｉＯ₂、Ｍｇ（ＯＨ）₂、ＣａＣＯ₃、ＢａＳＯ₄、Ａｌ₂Ｏ₃およびＴｉＯ₂からなる群から選ばれる１以上の粉末から選択される。

また、光拡散板１には、抗静電剤、紫外線吸収剤、難燃剤（ｆｌａｍｅｒｅｓｉｓｔｉｎｇ）、抗酸化剤等の加工助剤のいずれかひとつ又はそのいかなる組合せを加えることもできる。光拡散板１の厚さは、１ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。

完成された光拡散板１は、複数の頂角１６及びパターン１４を備え、その角度θは８０〜１１０度であることが好ましい。さらに、頂角の相互間の距離をＰとすると、Ｐの値は５〜２００μｍであることが好ましい。図３Ｂは、図３Ｃを紙面の左側の方向から見た光拡散板１の側面図であり、図３Ｃは立体図である。

図３Ｃに示すように、ローラーの設計に応じて、光拡散板に一次元（ｏｎｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の鋸歯状のパターンを備えるようにすることもできる。

図４に示すのは、本発明の鋸歯状のパターンの変形例の光拡散板１の側面図である。変形例の光拡散板１の側面は、どちらの側面図も図４に示す形状をしている。変形例の鋸歯状のパターンは、二次元（ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の鋸歯状のパターンをしている。また、図５Ａの前面図及び図５Ｂの俯瞰図に示す光拡散板１は、他の変形例を示している。図５Ａおよび図５Ｂのパターンは、Ｘ方向の鋸歯状パターン及びＹ方向の鋸歯状パターンを備え、Ｙ方向は該頂角のラインの長さを延長するために設計されている。
（実施例）
光学レベルのＰＣ原料（バイエルン社製型番３１０３）に、まず光拡散剤（ＳｉＯ₂）を加える。押出造粒機を利用して、重量の比率に応じて１重量％〜１０重量％のシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）パウダーを添加した後、定量をＰＣコロイド粒子と攪拌して混合し、分散剤、可塑剤等の加工助剤を添加した後、押出機により十分に溶融した後に、押出造粒機から帯状の原料を押出し、板状に加工した。

その後、さらに、水槽により冷却し、カッティングした後、光拡散機能を有する拡散板が形成された。７０〜９０℃で３〜６時間程度乾燥を行い、十分に乾燥した後、２５０℃〜３００℃の加工温度で、加工し、厚さ２．０ｍｍの光拡散ＰＣ板材が形成された。さらに、光拡散ＰＣ板材に、パターンが形成されたローラーを光拡散ＰＣ板材に押圧し回転させることで、ローラーに形成されたパターンが光拡散ＰＣ板材の表面に転写され、一次元方向の頂角の相互間の距離Ｐが１０μｍ、θが９０度のプリズムが形成された。

表面にプリズムが形成された光拡散板は、表面のプリズム部を除いた部分では光が拡散され、プリズム部で光が集光される。

ゆえに、液晶ディスプレイの応用分野が大型サイズに向かって発展している傾向において、バックライトモジュールの輝度及び均等性の要求も日ごとに厳格になってきている。光源の改善のほかに、バックライトモジュールにおける光学素子の改良もこの目的を達する方法のひとつである。

本発明は、拡散機能と集光機能とを併せ持った光学構造の、高輝度な光拡散板とその製造法とを提供するものである。従来からある、押出成形等の生産技術を用いて、板状の基板を形成し、表面にカッティング処理を行うことでプリズムシート及び拡散板を複合した拡散板を成形することができる。プリズムシートと拡散板が一体化しているために、部品点数の削減ができ、部品コストが削減され、さらに、バックライトモジュールの組立における難度の低減及び組立に必要な時間の短縮ができ、バックライトモジュールのコストダウンが達精される。

従来技術に係わる直下式バックライトモジュールの構造におけるイメージ図を示す。本発明に係わる比較的わかりやすい実施例における光拡散板の製造フローチャートを示す。本発明に係わる比較的わかりやすい実施例における光拡散板の断面図を示す。本発明に係わる比較的わかりやすい実施例における光拡散板の側面図を示す。本発明に係わる比較的わかりやすい実施例における光拡散板の立体図を示す。本発明に係わる別の比較的わかりやすい実施例における光拡散板の側面図を示す。本発明に係わる別の比較的わかりやすい実施例における光拡散板の側面図を示す。本発明に係わる比較的わかりやすい実施例における光拡散板の俯瞰図を示す。

符号の説明

１０’ 反射シート
１１’ 複数の光源
１２’ 光拡散板
１３’ 第一プリズムシート（ｐｒｉｓｍｓｈｅｅｔ）
１４’ 第二プリズムシート
１５’ 輝度増強フィルム（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓｅｎｈａｎｃｅｆｉｌｍ）
１光拡散板
１０光学樹脂
１２光拡散剤
１４パターン
１６頂角
Ｐ両頂角の距離
θ 頂角の角度

Claims

直下式バックライトモジュールにおける光拡散板の製法において、
押出機により光学樹脂と光拡散剤を混合し加熱して溶融を行うステップと、
光拡散板を押出成形するときに、表面に複数のパターンを備えたローラーにより該光拡散板の少なくとも一面をローリングするステップとを主に含むことを特徴とする直下式バックライトモジュールにおける光拡散板の製法。
前記光学樹脂が、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、メタクリルスチレン（ＭＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリエチレンテレフタート（ＰＥＴ）、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、ポリスチレン（ＰＳ）、メチルメタクリレートブタジエンスチレン（ＭＢＳ）及び環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）から成るグループから選ばれた樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の直下式バックライトモジュールにおける光拡散板の製法。
前記光拡散剤が、ＰＭＭＡ、ＭＳ、ＡＢＳ樹脂、ＰＳ、ポリウレタン（ＰＵ）、ＳｉＯ₂、Ｍｇ（ＯＨ）₂、ＣａＣＯ₃、ＢａＳＯ₄、Ａｌ₂Ｏ₃及びＴｉＯ₂からなるグループから選ばれた粉末であることを特徴とする請求項１に記載の直下式バックライトモジュールにおける光拡散板の製法。
前記光拡散基板が、さらに抗静電剤、紫外線吸収剤、難燃剤、抗酸化剤等の加工助剤のいずれかひとつ又はそのいかなる組合せを含むことを特徴とする請求項１に記載の直下式バックライトモジュールにおける光拡散板の製法。
前記光拡散基板の厚さが、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の直下式バックライトモジュールにおける光拡散板の製法。
前記光拡散板が、複数の頂角を含むことを特徴とする請求項１に記載の直下式バックライトモジュールにおける光拡散板の製法。
前記頂角の角度が、８０度以上１１０度以下であることを特徴とする請求項６に記載の直下式バックライトモジュールにおける光拡散板の製法。
前記頂角の相互間の距離が、５μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の直下式バックライトモジュールにおける光拡散板の製法。
前記光拡散板は、ローラーによるローリング後に、一次元方向の鋸歯状パターンを備えることを特徴とする請求項１に記載の直下式バックライトモジュールにおける光拡散板の製法。
前記光拡散板は、ローラーによるローリング後に、二次元方向の同等の鋸歯状パターンを備えるようにすることを特徴とする請求項１に記載の直下式バックライトモジュールにおける光拡散板の製法。
前記光拡散板は該ローラーによるローリング後、Ｘ方向の鋸歯状パターン及びＹ方向のＸ方向とは異なる形状の鋸歯状パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の直下式バックライトモジュールにおける光拡散板の製法。
直下式バックライトモジュールの光拡散板において、
押出機を用いて光学樹脂及び光拡散剤を混合し加熱して溶融を行い、光拡散板を押出成形し、且つ該光拡散板が二次元方向の鋸歯状パターンを備えることを特徴とする、直下式バックライトモジュールの光拡散板。
直下式バックライトモジュールの光拡散板において、
押出機を用いて光学樹脂及び光拡散剤を混合し加熱して溶融を行い、光拡散板を押出成形し、且つ該光拡散板がＸ方向の鋸歯状パターン及びＹ方向のＸ方向とは異なる形状の鋸歯状パターを備えることを特徴とする、直下式バックライトモジュールの光拡散板。