JP2007206694A - 光学板の製造方法、光学板および光学板を含む液晶表示装置 - Google Patents

光学板の製造方法、光学板および光学板を含む液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】導光および集光を同時に行う光学板が提供される。
【解決手段】本発明は光学板の製造方法、これによる光学板および光学板を含む液晶表示装置に関するものである。本発明による光学板の製造方法は、ベースフィルム上に液状樹脂を含むインクをジェッティングして集光パターンを形成する工程と；前記集光パターンに導光板を接触させる工程と；前記導光板に接触された前記集光パターンを硬化させる工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学板の製造方法、光学板および光学板を含む液晶表示装置に関するものである。
最近、従来のＣＲＴの代わりに液晶表示装置（ＬＣＤ）、プラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）等の平板表示装置が多く開発されている。
そのうちの液晶表示装置は薄膜トランジスタ基板、カラーフィルター基板及び両基板の間に液晶が注入されている液晶表示パネルを含む。液晶表示装置は非発光素子であるため薄膜トランジスタ基板の後面には光を供給するためのバックライトユニットが配置される。バックライトユニットから照射された光は液晶の配列状態に応じて透過量が調整される。
バックライトユニットは光源の位置によってエッジ型と直下型とに区分される。エッジ型は導光板の側面に光源が設けられる構造であり、主にラップトップ型およびデスクトップコンピュータのように比較的に大きさが小さい液晶表示装置に適用される。このようなエッジ型バックライトユニットは光の均一性が良く、耐久寿命が長く、液晶表示装置の薄形化に有利である（例えば、特許文献１）。
エッジ型バックライトユニットでは側面に入射した光を導光して液晶表示パネル方向に出射する導光板が使用され、導光板と液晶表示パネルとの間には導光板からの光を集光または拡散させる複数の光学シートが配置されている。
しかし、導光板と複数の光学シートを別途に使用することによって構造が複雑になり費用が増加する問題がある。
韓国公開第２００５−３４２４８号公報
従って、本発明の目的は、導光および集光を同時に行う光学板の製造方法とこれによる光学板を提供することにある。
本発明の他の目的は、導光および集光を同時に行う光学板を含む液晶表示装置を提供することにある。
前記目的は、ベースフィルム上に液状樹脂を含むインクをジェッティングして集光パターンを形成する工程と；前記集光パターンに導光板を接触させる工程と；前記導光板に接触された前記集光パターンを硬化させる工程とを含むことを特徴とする光学板の製造方法によって達成される。
前記液状樹脂は紫外線硬化樹脂を含み、前記集光パターンの硬化は前記集光パターンに紫外線を照射することによって行うことが好ましい。
前記集光パターンと前記導光板の接触は、前記導光板が前記ベースフィルムの上部に位置した状態で行われるのが好ましい。
前記集光パターンの硬化は、前記導光板が前記ベースフィルムの上部に位置した状態で行われるのが好ましい。
前記集光パターンはストライプ形状であるのが好ましい。
前記集光パターンは複数個で設けられ、互いに並んで配置されているのが好ましい。
前記硬化された集光パターンは前記ベースフィルムとの接触面積が前記導光板との接触面積より大きいのが好ましい。
前記ベースフィルムは光拡散ビードを含むのが好ましい。
前記集光パターンはドット形状に配置されているのが好ましい。
前記本発明の目的は、導光板と；前記導光板上に位置するベースフィルムと；前記導光板と前記ベースフィルムを部分的に連結し、前記ベースフィルムとの接触面積が前記導光板との接触面積より大きい集光パターンとを含むことを特徴とする光学板によって達成される。
前記集光パターンは紫外線硬化樹脂を含むのが好ましい。
前記集光パターンはストライプ形状であり、複数個互いに並んで配置されていることが好ましい。
前記ベースフィルムは光拡散ビードを含むのが好ましい。
前記拡散パターンはドット形状に配置されているのが好ましい。
前記本発明の他の目的は、液晶表示パネルと；前記液晶表示パネルの背面に位置し、導光板と、前記導光板上に位置するベースフィルムと、前記導光板と前記ベースフィルムを部分的に連結し前記ベースフィルムとの接触面積が前記導光板との接触面積より大きい集光パターンとを含む光学板と；前記導光板の少なくとも一側に位置する光源とを含むことを特徴とする液晶表示装置によって達成される。
前記集光パターンは紫外線硬化樹脂を含むのが好ましい。
前記集光パターンはストライプ形状であり、複数個互いに並んで配置されていることが好ましい。
前記光源は前記集光パターンの延長方向と平行して配置されているのが好ましい。
前記ベースフィルムは光拡散ビードを含むのが好ましい。
本発明によれば、導光および集光を同時に行う光学板の製造方法が提供される。
また、導光および集光を同時に行う光学板およびこれを含む液晶表示装置が提供される。
以下、添付図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
以下の実施形態で同一の構成要素を示す参照番号は同一の番号を使用した。同一の構成要素については第１実施形態で代表的に説明され他の実施形態では省略される。
図１および図２を参照して本発明の第１実施形態による液晶表示装置を説明する。
図１は本発明の第１実施形態による液晶表示装置の分解斜視図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線による光学板の断面図である。
液晶表示装置１は、液晶表示パネル２０、液晶表示パネル２０の背面に位置した光学板３０、光学板３０の対向する両側面に沿って配置されている一対の光源部４０、光源部４０を囲んでいる光源カバー５１、光学板３０の下部に位置する反射板５２を含む。これらは上部蓋部材１０と下部蓋部材６０の間に収容されている。また、液晶表示パネル２０はモールド７０に載置されている。
液晶表示パネル２０は、薄膜トランジスタが形成されている薄膜トランジスタ基板２１と、薄膜トランジスタ基板２１と対面しているカラーフィルター基板２２とを含む。両基板２１、２２の間には液晶層（図示せず）が位置している。液晶表示パネル２０は液晶層の配列を調整して画面を形成するが、非発光素子であるため背面に位置した光源部５０から光の供給を受けなければならない。薄膜トランジスタ基板２１の一側には駆動信号の印加のための駆動部２５が設けられている。駆動部２５は、軟性印刷回路基板（ＦＰＣＢ）２６、軟性印刷回路基板２６に装着されている駆動チップ２７、軟性印刷回路基板２６の他側に接続されている回路基板（ＰＣＢ）２８を含む。図示された駆動部２５はＣＯＦ（chip on film）方式を示したものであり、ＴＣＰ（tape carrier package）、ＣＯＧ（chip on glass）等公知の他の方式も可能である。また、駆動部２５が薄膜トランジスタ基板２１に実装されることも可能である。
液晶表示パネル２０の背面に位置する光学板３０は、導光板３１０、ベースフィルム３２０および集光層３３０を含む。光学板３０において、ベースフィルム３２０は液晶表示パネル２０と対向し、導光板３１０は反射板５２と対向するように配置されている。集光層３３０は導光板３１０とベースフィルム３２０の間に位置し、導光板３１０とベースフィルム３２０を付着させている。
導光板３１０は入射面３１１に入射した光を出射面３１２を通じて出射させて、液晶表示パネル２０に向かって供給する。導光板３１０は線光源を面光源に切り換える役割を果たし、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）のようなアクリル系の樹脂により形成することができる。図示していないが、反射板５２と対向する導光板３１０の反射面３１３には光を液晶表示パネル２０方向に反射させるための多様なパターンを形成することができる。このようなパターンにはドットパターン、Ｖ−カットグルーブ、プリズムパターンなどが可能である。
ベースフィルム３２０は導光板３１０の出射面３１２と対向しており、出射面３１２に平行して配置されている。ベースフィルム３２０は、透明樹脂からなるベース樹脂部３２１と、ベース樹脂部３２１内に分散されている光拡散ビード３２２とを含んでいる。ベース樹脂部３２１はポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などにより形成することができ、透明であることが好ましい。
光拡散ビード３２２はベース樹脂部３２１と屈折率の異なる物質からなり、ポリエチルテレフタレート（ＰＥＴ）等により形成することができる。ベースフィルム３２０には導光板３１０の出射面３１２からの光が直接入射されたり、集光層３３０を経た光が入射される。ベースフィルム３２０の光拡散ビード３２２は入射された光を分散させて液晶表示パネル２０に供給する。
集光層３３０は導光板３１０の出射面３１２とベースフィルム３２０との間に位置している。集光層３３０は一定の間隔で、互いに並んで配置されている複数の集光パターン３３１を含んでいる。集光パターン３３１はストライプ形状に形成されており、光源部４０の延長方向と平行して配置されている。
集光パターン３３１の横断面を見れば、ベースフィルム３２０との接触面積が導光板３１０との接触面積より大きい。集光パターン３３１がこのような形状を有することは集光パターン３３１がベースフィルム３２０上にインクをジェッティングする方式で形成されたためであり、集光パターン３３１の詳しい製造方法については後述する。集光パターン３３１の横断面は製造過程によって半円形のような形態とすることもできる。
集光パターン３３１は熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂または電子ビーム硬化樹脂を含んでいる。これら樹脂は熱、紫外線または電子ビームを受けると架橋反応などを経て硬化する樹脂である。
紫外線硬化樹脂としては、例えば、アクリルウレタン（ａｃｒｙｌ ｕｒｅｔｈａｎｅ）系樹脂、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ａｃｒｙｌａｔｅ）系樹脂、紫外線硬化型エポキシアクリレート（ｅｐｏｘｙ ａｃｒｙｌａｔｅ）系樹脂、紫外線硬化型ポリオールアクリレート（ｐｏｌｙｏｌ ａｃｒｙｌａｔｅ）系樹脂、または紫外線硬化型エポキシ樹脂などが挙げられる。
集光パターン３３１は、紫外線などによって活性化されて重合または架橋反応を開始させる光重合開始剤をさらに含むことができる。
光源部４０は一対で設けられ、導光板３１０の両入射面３１１にそれぞれ配置させることが好ましい。光源部４０の延長方向は集光パターン３３１の延長方向と平行する。光源部４０は、ランプ本体４１と、ランプ本体４１の両端に位置するランプホルダー４２とを含む。ランプホルダー４２はほぼ六面体形状であってランプ本体４１の両端に位置する電極部（図示せず）を囲んでおり、プラスチック材質からなる。光源部４０は冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）または外部電極蛍光ランプ（ＥＥＦＬ）等を利用することができる。実施形態とは異なり、光源部４０は発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでいてもよい。
光源カバー５１は光源部４０からの光が導光板３１０の入射面３１１に反射されるように光源部４０を囲んでいる。光源カバー５１はアルミニウムまたは亜鉛メッキ鋼板で製造することができる。
反射板５２は導光板３１０の下部に位置し、下部に向かう光を再び反射させて導光板３１０の反射面３１３に供給する役割を果たす。反射板５２はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やＰＣ（ポリカーボネート）のようなプラスチックで形成することができる。
以下、図３を参照して本発明の第１実施形態による光学板での光の流れを説明する。
光源部４０から導光板３１０の入射面３１１に入射した光は導光板３１０内で全反射したり、導光板３１０の出射面３１２を通じて出射される。
第１実施形態によれば、導光板３１０の出射面３１２の一部には集光パターン３３１が直接連結されている。
集光パターン３３１に連結されていない出射面３１２に入射した光（ａ）は全反射して、再び導光板３１０の内部に進行する。ここで、全反射は出射面３１２への入射角が全反射のための臨界角度より小さい場合にのみ発生し、入射角度が臨界角度より大きいと、光は出射面３１２を通じて出射する。
集光パターン３３１に連結された出射面３１２に入射された光（ｂ）は集光パターン３３１の内部に進行する。集光パターン３３１の内部に進行した光（ｂ）は集光パターン３３１の側面部で反射して進行し、この反射によって液晶表示パネル２０板面の垂直方向で進行方向が変更される。
進行方向が変更された光のうちの一部はベースフィルム３２０の光拡散ビード３２２によって拡散した後、液晶表示パネル２０に供給される。
このように光源部４０からの光は光学板３０を経ることにより線光源から面光源への変換、集光および拡散を全て経るようになる。従って、本発明の光学板３０を用いると、従来用いられていた光学フィルムのうちの一部または光学フィルム全体を省略することができる。
以下、図４Ａから図５Ｄを参照して本発明の第１実施形態による光学板を利用したシミュレーション結果を説明する。
図４Ａから図４Ｄは反射面にドットパターンが形成された従来の導光板を用いた場合であり、図５Ａから図５Ｄは第１実施形態による光学板を用いた場合である。
まず、図４Ａから図４Ｄを参照して、従来の導光板を用いた場合のシミュレーション結果を説明する。
図４Ａのようにシミュレーションでは光源を導光板の一側に配置し、導光板の出射面に仮想の半球を形成する。半球の中心は導光板の出射面に位置する。このような条件下で半球の中心から出射される光が形成する半球表面での輝度分布を計算した。
図４Ｂで円の中心部は図４Ａに示した半球の最上部、即ち、θ＝０の垂直方向に進行する光の輝度を示す。円の中心から遠くなるほどθが増加し、円の周縁部分はθ＝９０の水平方向に進行する光の輝度を示す。図４Ｂでは、同じ程度の濃淡は、同じ程度の輝度を示し、濃淡の差異は輝度の差異と比例している。。
図４Ｃおよび図４Ｄは、図４Ｂに示したシミュレーション結果に基づいて図４Ａに表示したｘ方向とｙ方向での輝度変化を示したものである。ｘ方向は光源の配置方向と平行し、ｙ方向は光源の配置方向と垂直をなす。
ｘ方向の輝度を示した図４Ｃによれば、垂直方向と水平方向には輝度が低く、側面方向への輝度が高いことが分かる。
一方、図４Ｄに示したｙ方向の輝度も、輝度の絶対値にのみ差があるだけで、ｘ方向の輝度と同一の様相であることを確認できる。
つまり、従来の導光板は垂直方向の輝度よりは側面方向への輝度が高い。したがって、従来の導光板を用いると、正面輝度を向上させるためにはプリズムフィルムのような別途の光学フィルムが必要となる。
図５Ａから図５Ｄではベースフィルム３２０の一地点を中心とした半球表面での輝度分布を計算した。半球表面に到達した光は導光板３１０、集光パターン３３１およびベースフィルム３２０を経た光である。
シミュレーション方式は図４Ａから図４Ｄで説明した従来の導光板の場合と同様である。
図５Ｂでは、同じ程度の濃淡は、同じ程度の輝度を示し、濃淡の差異は輝度の差異と比例している。輝度の高い部分と輝度の低い部分が明確に区別され、輝度の高い部分が長く延長されている。輝度の高い部分は延長方向がｘ方向である。
図５Ｃおよび図５Ｄは、図５Ｂに基づいて図５Ａに表示したｘ方向とｙ方向での輝度変化を示したものである。ｘ方向は光源の配置方向および集光パターン３３１と平行し、ｙ方向は光源の配置方向と垂直をなす。
ｘ方向の輝度を示した図５Ｃによれば、水平方向には輝度が低く、垂直方向と側面方向には輝度が高いことが分かる。
一方、ｙ方向の輝度を示した図５Ｄによれば、垂直方向にのみ輝度が高く、水平方向および側面方向には輝度が低いことが分かる。
つまり、本発明による拡散板は垂直方向への輝度が高いため、プリズムフィルムのような別途の光学フィルムを省略することができる。
以下、図６Ａから図６Ｄを参照して本発明の第１実施形態による光学板の製造方法を説明する。図６Ｂは図６ＡのＶＩｂ−ＶＩｂ線による断面図である。
まず、図６Ａのようにベースフィルム３２０上にインクジェットノズル１００を用いてインク１１０をジェッティングして集光パターン３３１を形成する。インク１１０は紫外線硬化樹脂を含み、必要に応じて溶媒をさらに含むことができる。ジェッティングのために紫外線硬化樹脂は液状で準備する。
集光パターン３３１をジェッティングによって直接形成するため、別途のパターニング工程が必要でない。
インク１１０のベースフィルム３２０に対する濡れ特性およびインク１１０の粘度などによって集光パターン３３１の横断面の形態を調節することができる。
その後、図６Ｂのようにベースフィルム３２０の上部で導光板３１０を配置し、ベースフィルム３２０と導光板３１０を接触させる。
図６Ｃは導光板３１０の出射面３１２が集光パターン３３１の上部に接触した状態を示す。集光パターン３３１の横断面が所望の形態になるようにするために導光板３１０とベースフィルム３２０との間の距離ｄ１および導光板３１０とインク１１０の導光板３１０に対する濡れ特性を調節することができる。このうちのインク１１０の導光板３１０に対する濡れ程度はベースフィルム３２０に対する濡れ程度に比べて低いのが好ましい。
一方、この工程で導光板３１０はベースフィルム３２０の上部に配置される。したがって、集光パターン３３１は重力の影響で導光板３１０との接触面積よりベースフィルム３２０との接触面積がさらに広くなる。
その後、図６Ｄのように集光パターン３３１に紫外線を照射して集光パターン３３１を硬化させ、光学板３０を完成する。集光パターン３３１は形状を維持しながら硬化され、集光パターン３３１の硬化によって導光板３１０とベースフィルム３２０は互いに結合される。
図７は本発明の第２実施形態による光学板の断面図である。
第２実施形態では光源部４０が導光板３１０の一側にのみ配置されており、集光パターン３３１は光源部４０から遠くなるほど稠密に配置されている。光源部４０が導光板３１０の一側にのみ配置されている場合、光源部４０から遠い出射面３１２では輝度が低下することがある。第２実施形態では集光パターン３３１の間隔を調節して輝度分布を均一にする。
一方、光源部４０が導光板３１０の一側にのみ配置されている場合に、導光板３１０は実施形態のようなプレートタイプでないくさびタイプであってもよい。
以上の実施形態では集光パターン３３１は、複数本のストライプパターンである。本発明の集光パターン３３１の形態はこれに限定されず、これを第３実施形態および第４実施形態で説明する。
図８および図９はそれぞれ本発明の第３実施形態および第４実施形態による光学板の斜視図である。
図８に示す第３実施形態によれば、集光パターン３３１はドット形状に配置されている。第３実施形態による集光パターン３３１は図５Ａで示したｘ方向とｙ方向との双方において集光効果を示す。
図９に示す第４実施形態によれば、集光パターン３３１は全体的に互いに連結されている。この４実施形態によれば、集光パターン３３１の形成のためのインク１１０のジェッティング工程でインクジェットノズル１００のジェッティングが連続的に行われる。これによって、ジェッティング中断によってインク１１０がインクジェットノズル１００を詰まらせる問題が減少する。
本発明のいくつかの実施形態が図示され説明されたが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する当業者であれば本発明の原則や精神から逸脱せずに本実施形態を変形することができることが理解される。本発明の範囲は添付された請求項とその均等物によって決められる。
本発明の第１実施形態による液晶表示装置の分解斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線による光学板の断面図である。 本発明の第１実施形態による光学板での光の流れを説明するための図面である。 本発明の第１実施形態による光学板での光の流れを説明するためのシミュレーション結果を示した図面である。 本発明の第１実施形態による光学板での光の流れを説明するためのシミュレーション結果を示した図面である。 本発明の第１実施形態による光学板での光の流れを説明するためのシミュレーション結果を示した図面である。 本発明の第１実施形態による光学板での光の流れを説明するためのシミュレーション結果を示した図面である。 本発明の第１実施形態による光学板での光の流れを説明するためのシミュレーション結果を示した図面である。 本発明の第１実施形態による光学板での光の流れを説明するためのシミュレーション結果を示した図面である。 本発明の第１実施形態による光学板での光の流れを説明するためのシミュレーション結果を示した図面である。 本発明の第１実施形態による光学板での光の流れを説明するためのシミュレーション結果を示した図面である。 本発明の第１実施形態による光学板の製造方法を説明するための図面である。 本発明の第１実施形態による光学板の製造方法を説明するための図面である。 本発明の第１実施形態による光学板の製造方法を説明するための図面である。 本発明の第１実施形態による光学板の製造方法を説明するための図面である。 本発明の第２実施形態による光学板の断面図である。 本発明の第３実施形態による光学板の斜視図である。 本発明の第４実施形態による光学板の斜視図である。
符号の説明
１０ 上部蓋部材
２０ 液晶表示パネル
３０ 光学板
３１０ 導光板
３２０ ベースフィルム
３２２ 拡散ビード
３３０ 集光層
３３１ 集光パターン
４０ 光源部
５１ 光源カバー
５２ 反射板
６０ 下部蓋部材
７０ モールド

Claims (19)

  1. ベースフィルム上に液状樹脂を含むインクをジェッティングして集光パターンを形成する工程と；
    前記集光パターンに導光板を接触させる工程と；
    前記導光板に接触された前記集光パターンを硬化させる工程と
    を含むことを特徴とする光学板の製造方法。
  2. 前記液状樹脂は紫外線硬化樹脂を含み、
    前記集光パターンの硬化を、前記集光パターンに紫外線を照射することによって行う請求項１に記載の光学板の製造方法。
  3. 前記集光パターンと前記導光板の接触を、
    前記導光板が前記ベースフィルムの上部に位置した状態で行う請求項２に記載の光学板の製造方法。
  4. 前記集光パターンの硬化を、
    前記導光板が前記ベースフィルムの上部に位置した状態で行う請求項２に記載の光学板の製造方法。
  5. 前記集光パターンをストライプ形状とする請求項２に記載の光学板の製造方法。
  6. 前記集光パターンを複数個設け、互いに並んで配置させる請求項５に記載の光学板の製造方法。
  7. 前記硬化された集光パターンを、前記ベースフィルムとの接触面積が前記導光板との接触面積より大きくなるようにする請求項５に記載の光学板の製造方法。
  8. 前記ベースフィルムは光拡散ビードを含む請求項７に記載の光学板の製造方法。
  9. 前記集光パターンをドット形状に配置させる請求項１または請求項２に記載の光学板の製造方法。
  10. 導光板と；
    前記導光板上に位置するベースフィルムと；
    前記導光板と前記ベースフィルムを部分的に連結し、前記ベースフィルムとの接触面積が前記導光板との接触面積より大きい集光パターンと
    を含むことを特徴とする光学板。
  11. 前記集光パターンは紫外線硬化樹脂を含む請求項１０に記載の光学板。
  12. 前記集光パターンはストライプ形状であり、複数個互いに並んで配置されている請求項１０または請求項１１に記載の光学板。
  13. 前記ベースフィルムは光拡散ビードを含む請求項１２に記載の光学板。
  14. 前記拡散パターンはドット形状に配置されている請求項１０または請求項１１に記載の光学板。
  15. 液晶表示パネルと；
    前記液晶表示パネルの背面に位置する導光板と、前記導光板上に位置するベースフィルムと、前記導光板と前記ベースフィルムを部分的に連結し前記ベースフィルムとの接触面積が前記導光板との接触面積より大きい集光パターンとを含む光学板と；
    前記導光板の少なくとも一側に位置する光源と
    を含むことを特徴とする液晶表示装置。
  16. 前記集光パターンは紫外線硬化樹脂を含む請求項１５に記載の液晶表示装置。
  17. 前記集光パターンはストライプ形状であり、複数個互いに並んで配置されている請求項１５または請求項１６に記載の液晶表示装置。
  18. 前記光源は前記集光パターンの延長方向と平行して配置されている請求項１７に記載の液晶表示装置。
  19. 前記ベースフィルムは光拡散ビードを含む請求項１８に記載の液晶表示装置。
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