JP2008129589A - 光学板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光線の利用率を向上することができる光学板及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】増光層と拡散層が一体に成型される光学板において、前記増光層は、光入射面と、前記光入射面の反対側に形成される光出射面と、前記光出射面の表面に形成され、且つ複数の円錐台が積層されて形成される複数の突起と、を含み、前記拡散層は、前記増光層の光入射面に配置される透明樹脂と、前記透明樹脂の内に分布される拡散粒子と、を含む。前記拡散層の透明樹脂の材料として、アクリル酸樹脂、ポリカーネボート、ポリスチレン、スチレン／アクリロニトリル共重合体を単独または混合して用い、前記拡散粒子の材料として、二酸化チタン、二酸化ケイ素、アクリル酸樹脂の粒子を単独または混合して用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、バックライトに用いる光学板及びその製造方法に関し、特に複合型光学板及びその製造方法に関する。

近年、液晶表示装置は、携帯用個人情報端末（ＰＤＡ）、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話、液晶テレビ等の表示装置に広く用いられている。ところが、液晶自体が非発光材料であるから、バックライトの光線を介して表示の機能を実現する。

図１は、従来の拡散板及びプリズムシートを用いるバックライトを示す断面図である。前記バックライト１０は、反射板１１と、前記反射板１１の上に順に配置された複数の光源１２と、拡散板１３と、プリズムシート１４と、を含む。

上述した部品において、前記拡散板１３の内部には、光線を拡散させる拡散粒子が分布されている。前記拡散粒子の材料として、一般的にメタクリル酸メチルが用いられる。前記プリズムシート１４の表面には、バックライトの所定の視角範囲内の輝度を向上させるＶ状のマイクロ突起が設けられている。

前記バックライト１０を用いる時、前記複数の光源１２の光線がまず前記拡散板１３によって均一に拡散される。拡散される光線が前記プリズムシート１４を通過する時、プリズムシート１４のＶ状のマイクロ突起によって光線が一定に集光されるので、前記バックライト１０の所定の視角範囲内の輝度を向上させることができる。

しかし、従来技術のバックライト１０において、前記拡散板１３と前記プリズムシート１４は別々に製造していたので、両者は独立に存在する。前記拡散板１３とプリズムシート１４を装着する場合、両者をいくら密着させても、接触面の間に空気層が存在するのを防ぐことができない。従って、前記光源１２の光線が、前記拡散板１３及びプリズムシート１４を通過する時、前記接触面の空気層によって反射されるので、光線が多く損失され、光線の利用率が低下される。

本発明の目的は、光線の利用率を向上させることができる光学板、及びその製造方法を提供することである。

前記目的を達成するために、増光層と拡散層が一体に成型される光学板において、前記増光層は、光入射面と、前記光入射面の反対側に形成される光出射面と、前記光出射面の表面に形成され、且つ複数の円錐台が積層されて形成される複数の突起と、を含み、前記拡散層は、前記増光層の光入射面に配置される透明樹脂と、前記透明樹脂の内に分布される拡散粒子と、を含む。
少なくとも１つの成型槽を具備し、且つ少なくとも２つの円錐台形の穴が上下に連結して形成される複数の凹部が前記成型槽の底面に配列される雌型と、前記成型槽に挿入される雄型と、を含む二色成型金型を用いた光学板の製造方法において、第一透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の増光層材料を形成し、且つ拡散粒子が分布されている第二透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の拡散層材料を形成するステップと、前記成型槽に前記雄型を挿入して第一キャビティを形成し、且つ前記第一キャビティに前記溶融状態の増光層材料を注入して増光層を形成するステップと、増光層が形成されていた前記第一キャビティから前記雄型を一定距離まで後退させて、前記増光層と前記雄型の間に第二キャビティを形成し、且つ第二キャビティに前記溶融状態の拡散層材料を注入して、前記増光層の表面に拡散層が一体に形成される光学板を製造するステップと、前記雄型を開放し、前記第二キャビティから前記光学板を取り出すステップと、を含む。
少なくとも１つの成型槽を具備する雌型と、成型面に少なくとも２つの円錐台形の穴が上下に連結して形成される複数の凹部が配列される雄型と、を含む二色成型金型を用いた光学板の製造方法において、第一透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の増光層材料を形成し、拡散粒子が分布されている第二透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の拡散層材料を形成するステップと、前記成型槽に前記雄型を挿入して第一キャビティを形成し、且つ前記第一キャビティに前記溶融状態の拡散層材料を注入して拡散層を形成するステップと、拡散層が形成されていた前記第一キャビティから前記雄型を一定距離まで後退させて、前記拡散層と前記雄型の間に第二キャビティを形成し、且つ第二キャビティに前記溶融状態の増光層材料を注入して、前記拡散層の表面に増光層が一体に形成される光学板を製造するステップと、前記雄型を開放し、前記第二キャビティから前記光学板を取り出すステップと、を含む。

増光層と拡散板が一体に成型される光学板において、前記増光層は、光入射面と、前記光入射面の反対側に形成される光出射面と、前記光出射面の表面に形成される複数の突起と、を含み、前記光拡散層は、透明樹脂と、前記透明樹脂内に分布される拡散粒子と、を含む。

本発明の光学板を用いる時、光源の光線が前記拡散層によって均一に拡散された後、前記増光層に直接入射される。前記増光層に入射される光線が前記光出射面の複数の突起によって一定に集光される。且つ、光線が前記増光層及び拡散層が一体に成型される光学板を通過するので、光学界面に形成される空気層に反射されることを防ぐことができる。即ち、一体に成型される前記増光層と拡散層との間に空気層が形成されることができないので、光線が空気層に反射されることを防ぐことができる。従って、光線のエネルギーが損失されることを防ぎ、光線の利用率を向上させることができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る光学板に対して詳細に説明する。

図２乃至図４を参照すると、本発明の光学板２０は、一体に成型される増光層２１及び拡散層２２を含む。前記増光層２１は、光入射面２１１と、前記光入射面２１１の反対側に形成される光出射面２１２と、前記光出射面２１２の表面にマトリクス方式に配列されている複数の突起２１３と、を含む。前記突起２１３は、少なくとも２つの円錐台が重畳して形成される。本実施例において、前記突起２１３は、第一円錐台２１３１と第二円錐台２１３２を具備する。前記拡散層２２は、前記増光層２１の光入射面２１１に配置される透明樹脂２２１と、前記透明樹脂２２１の内に分布される拡散粒子２２２と、を含む。

前記増光層２１の厚さ及び前記拡散層２２の厚さが、各々０.３５ｍｍであるか、０.３５ｍｍより大きい。好ましくは、前記増光層２１の厚さと前記拡散層２２の厚さの合計を１〜６ｍｍにする。

前記増光層２１は、透明樹脂材料から製作する。その透明樹脂材料として、アクリル酸樹脂、ポリカーネボート、ポリスチレン、スチレン/アクリロニトリル共重合体等をそれぞれ単独でまたは混合して用いることができる。前記増光層２１の光入射面２１１は、平面あるいは粗い面である。

前記増光層２１の光出射面２１２に形成された前記突起２１３は、光学板２０から出る光線を集光させる作用を奏する。

図２と図４に示すように、本発明の光学板２０の突起２１３において、前記第一円錐台２１３１の下端は前記増光層２１の光出射面２１２に一体に連接され、上端は前記第二円錐台２１３２の下端に一体に連接されている。即ち、前記第二円錐台２１３２が前記第一円錐台２１３１の上に一体に連結されている。ここで、互いに隣接する２つの突起２１３の中心間の距離をｄと言い、第一円錐台２１３１の母線と軸心線の間の夾角をθと言い、第二円錐台２１３２の母線と軸心線の間の夾角をγと言い、第一円錐台２１３２の最大半径をＲと言う。前記中心間の距離ｄは０.０２５〜１.５ｍｍであり、前記第一円錐台２１３２の最大半径Ｒは、式ｄ／４≦Ｒ≦ｄを満足する。前記第一円錐台２１３１の夾角θは１５〜７５度であり、前記第二円錐台２１３２の夾角γは、式γ≦θを満足する。本発明の光学板２０を用いる時、夾角γとθが不同に従って、光学板２０は不同の光学的性能を有する

前記拡散層２２は、入射される光源の光線を均一に拡散させる。前記拡散層２２は、透明樹脂２２１と、前記透明樹脂２２１の内に分布される拡散粒子２２２と、を含む。前記拡散層２２の透明樹脂２２１の材料として、アクリル酸樹脂、ポリカーネボート、ポリスチレン、スチレン／アクリロニトリル共重合体等を単独または混合して用い、前記拡散粒子２２２の材料として、二酸化チタン、二酸化ケイ素、アクリル酸樹脂等の粒子を単独または混合して用いることができる。

前記光学板２０を用いる時、光源の光線が前記拡散層２２によって均一に拡散された後、直接前記増光層２１に入射される。前記増光層２１に入射される光線が前記光出射面２１２の複数の突起２１３によって集光される。これで、光線が前記増光層２１及び拡散層２２が一体に成型される前記光学板２０を通過するので、光線が光学界面に形成される空気層によって反射されることを防ぐことができる。即ち、一体に成型される前記増光層２１と拡散層２２との間に空気層が形成されることができないので、光線が空気層に反射されることを防ぐことができる。従って、光線のエネルギーが損失されることを防ぎ、光線の利用率を向上させることができる。

また、前記光学板２０をバックライト（未図示）に組み立てる時、光学板２０を１つだけ組み立てれば組立が完成されるから、従来技術の拡散板及びプリズムシートを組み立てることに比較して、作業の時間を減らし、作業の効率を向上させることができる。

また、前記光学板２０は、従来技術の拡散板とプリズムシートの機能を具備するから、拡散板とプリズムシートが占める空間を節約することができる。即ち、拡散板及びプリズムシートを装着する必要がないから、前記光学板２０を用いる製品を軽く、薄く、小さくすることができる。

他の実施形態の光学板２０において、増光層２１の突起２１３を他の形式に配列することができる。例えば、突起２１３を不規則に配列することができる。しかし、前記光学板２０の輝度を均一にするために、互いに隣接する２つの突起２１３の中心間の距離を略同等にする方がよい。

光学板２０の全体均一性を更に向上させるために、図５に示した光学板３０の突起３１３と、図６に示した光学板４０の突起４１３を蜂巣状に配列することができる。図５の光学板３０において、互いに隣接した複数の凹部３１３は離間して配列され、図６の光学板４０において、複数の凹部４１３は緊密に配列されている。且つ、前記凹部を３つ以上の円錐台形の穴を重畳して形成することもできる。けれども、前記突起の円錐台の母線と軸心線の夾角が、拡散層から遠くなる方向に沿って徐々に小さくなる方がよい。

前記光学板２０が優れる光学的均一性を有することを証明し、且つ前記突起２１３の形状が不同になることに従って、前記光学板２０が不同な光学的特性を有することを測定するために、表１に示したサンプルを選択してテストを進行した。その測定結果は、図７乃至図８で参照することができる。前記テストの基本的な構成要素は、ランプとランプシェードである。前記光学板２０をテストする場合、光学板２０の突起２１３の延伸方向を前記ランプに平行するように配置する。ランプに垂直な方向を垂直方向と言い、ランプに平行な方向を水平方向と言う。図７及び図８において、縦座標は、光学板の相対光強度を表示し、横座標は、光学板の視角範囲を表示する。

図７と図８で、表１に表示されたサンプルが−６０〜６０度の視角範囲で、比較的高い輝度を有することが理解されうる。即ち、−６０〜６０度の視角範囲で、どんな方向へ観察しても高い輝度を得ることができる。

且つ、図７と図８で以下の事実が理解されうる。第二円錐台２１３２の夾角γが３０度である場合、前記第一円錐台２１３１の夾角において、夾角θが４５度である光学板の輝度が、夾角θが６０度である光学板の輝度より高い。第二円錐台２１３２の夾角γが４５度である場合、前記第一円錐台２１３１の夾角において、夾角θが６０度である光学板の輝度が、夾角θが７５度である光学板の輝度よりも高い。前記第一円錐台２１３１の夾角θが６０度である場合、第二円錐台２１３２の夾角において、夾角γが３０度である光学板の輝度が、夾角γが４５度である光学板の輝度よりも高い。

以下、二色射出成型金型２００で前記光学板２０を製造する方法を説明する。

図９と図１０に示すように、前記二色射出成型金型２００は、回転装置２０１と、雌型２０２と、第一雄型２０３と、第二雄型２０４と、を含む。前記雌型２０２は、２つの成型槽２０２１を具備する。前記成型槽２０２１の底面２０２２には、前記光学板２０の複数の突起２１３の形状と対応する複数の凹部２０２３が形成されている。前記凹部２０２３は、少なくとも２つ円錐台形の穴が上下に連結して形成される。前記第一雄型２０３を前記成型槽２０２１に挿入させると、前記第一雄型２０３と前記成型槽２０２１との間に第一キャビティ２０５が形成される。前記第一キャビティ２０５に溶融状態の増光層材料を注入して増光層２１を形成した後、前記回転装置２０１を使用して増光層が形成されていた前記成型槽２０２１を前記第二雄型２０４がある所まで回転させる。次に、前記第二雄型２０４を増光層が形成されていた前記成型槽２０２１に挿入させると、前記第二雄型２０４と前記成型槽２０２１の間に第二キャビティ２０６が形成される。

以下前記光学板２０を製造する方法を詳しく説明する。

第一ステップ：第一透明材料を加熱して、溶融状態の増光層材料を形成し、且つ拡散粒子が分布されている第二透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の拡散層材料を形成する。

第二ステップ：前記第一成型槽２０２１に前記第一雄型２０３を挿入して、両者の間に第一キャビティ２０５を形成する。

第三ステップ：前記第一キャビティ２０５に溶融状態の増光層材料を注入し、固化させて増光層２１を形成する。

第四ステップ：前記第一雄型２０３を前記第一成型槽２０２１から取り出した後、前記回転装置２０１を介して前記雌型２０２を１８０度回転させる。

第五ステップ：内部に増光層２１が形成されていた前記第一成型槽２０２１に前記第二雄型２０４を挿入して、前記増光層２１と第二雄型２０４の間に第二キャビティ２０６を形成する。

第六ステップ：前記第二キャビティ２０６に溶融状態の拡散層材料を注入し、固化させて拡散層２２を形成する。即ち、前記増光層２１の上に拡散層材料を注入して、増光層２１と拡散層２２が一体に形成される光学板２０を製造する。

第七ステップ：前記第二雄型２０４を前記第一成型槽２０２１から取り出した後、前記増光層２１と拡散層２２が一体に形成された光学板２０を前記雌型２０２から取り出す。

前記二色射出成形金型２００を使用して製造した光学板２０は、増光層２１と拡散層２２が一体に形成されているので、前記増光層２１と前記拡散層２２の間に間隙が生ずることを防ぎ、前記増光層２１と前記拡散層２２の間の連接強度を確保することができる。

光学板を連続的に製造し、製造する速度を向上させるために、二色射出成型金型２００の２つの成型槽を同時に用いることができる。例えば、前記１つの成型槽２０２１に前記増光層２１を形成した後、前記１つの成型槽２０２１を回転させる。前記増光層２１が形成されていた前記成型槽２０２１に前記第二雄型２０４を挿入して第二キャビティ２０６を形成し、前記第二キャビティ２０６に溶融状態の拡散層材料を注入して前記拡散層２２を形成する。これと同時に、他の成型槽２０２１に溶融状態の増光層材料を注入する。

前記拡散層２２が形成された後、前記第二雄型２０４を開放し、前記回転装置２０１を介して前記雌型２０２を一定な角度、例えば、９０度回転させる。次に、増光層２１及び拡散層２２が一体に成型された光学板２０を前記雌型２０２から取り出す。次に、前記雌型２０２を初めの位置へ回転させ、初めに使用した前記成型槽２０２１に前記第一雄型２０３を挿入して上述した製造過程を再度進行することができる。

または、前記雌型を回転させずに、１つの成型槽で注入工程を二度進行することもできる。即ち、前記成型槽に増光層２１を形成した後、前記雄型を一定な距離を後退させる。すると、前記増光層２１と前記雄型との間に他のキャビティが形成される。次に、前記該キャビティに溶融状態の拡散材料を注入して拡散層２２を形成することができる。

図１１は、他の実施例に係る金型の断面図である。前記金型３００において、前記増光層２１の複数の突起２１３を形成するための複数の凹部３０２３を雄型３０４の成形面に設置することができる。これ以外の構成は図７及び図８と同様である。

前記金型３００で前記光学板を製造する方法において、まず、第一キャビティに溶融状態の拡散層材料を注入して拡散層２２を形成する。次に、前記成型槽と前記雄型によって形成される第二キャビティに溶融状態の増光層材料を注入して増光層を形成する。この場合も、前記雌型を１つの成型槽で注入工程を二度進行することもできる。

以上、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も又、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。

従来の光学板を用いるバックライトを示す断面図である。 本発明の第一実施例に係る光学板の斜視図である。 図２に示す光学板の鳥瞰図である。 図２に示す光学板のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。 本発明の第二実施例に係る光学板の鳥瞰図である。 本発明の第三実施例に係る光学板の鳥瞰図である。 垂直方向における、本発明の具体的実施例の光学板の光強度−視角に係る対比図である。 水平方向における、本発明の具体的実施例の光学板の光強度−視角に係る対比図である。 図２の光学板の増光層の製造に用いる金型の断面図である。 図２の光学板の拡散層の製造に用いる金型の断面図である。 他の実施例に係る金型の断面図である。

符号の説明

２０ 光学板
２１ 増光層
２１１ 光入射面
２１２ 光出射面
２１３ 突起
２１３１ 第一円錐台
２１３２ 第二円錐台
２２ 拡散層
２２１ 透明樹脂
２２２ 拡散粒子
３０ 光学板
３１３ 突起
４０ 光学板
４１３ 突起
２００ 金型
２０１ 回転装置
２０２ 雌型
２０２１ 成形槽
２０２２ 底面
２０２３ 凹部
２０３ 第一雄型
２０４ 第二雄型
２０５ 第一キャビティ
２０６ 第二キャビティ
３００ 金型
３０２３ 凹部
３０４ 第二雄型

Claims (10)

1. 増光層と拡散層が一体に成型される光学板において、
   前記増光層は、光入射面と、前記光入射面の反対側に形成される光出射面と、前記光出射面の表面に形成され、且つ複数の円錐台が積層されて形成される複数の突起と、を含み、
   前記拡散層は、前記増光層の光入射面に配置される透明樹脂と、前記透明樹脂の内に分布される拡散粒子と、を含むことを特徴とする光学板。
2. 前記増光層の厚さ及び拡散層の厚さが、各々０.３５ｍｍであるか、０.３５ｍｍより大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学板。
3. 前記突起は、第一円錐台と第二円錐台を含み、前記第一円錐台の上端が前記第二円錐台の下端に重畳され、前記第一円錐台の母線と軸心線の夾角が前記第二円錐台の母線と軸心線の夾角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学板。
4. 前記第一円錐台の母線と軸心線の夾角の範囲が１５〜７５度であることを特徴とする請求項３に記載の光学板。
5. 互いに隣接する突起の中心間の距離の範囲が０.０２５〜１.５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の光学板。
6. 前記複数の突起は、マトリクス方式、或いは蜂巣状に配列されることを特徴とする請求項１に記載の光学板。
7. 少なくとも１つの成型槽を具備し、且つ少なくとも２つの円錐台形の穴が上下に連結して形成される複数の凹部が前記成型槽の底面に配列される雌型と、前記成型槽に挿入される雄型と、を含む二色成型金型を用いた光学板の製造方法において、
   第一透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の増光層材料を形成し、且つ拡散粒子が分布されている第二透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の拡散層材料を形成するステップと、
   前記成型槽に前記雄型を挿入して第一キャビティを形成し、且つ前記第一キャビティに前記溶融状態の増光層材料を注入して増光層を形成するステップと、
   増光層が形成された前記第一キャビティから前記雄型を一定距離まで後退させて、前記増光層と前記雄型の間に第二キャビティを形成し、且つ第二キャビティに前記溶融状態の拡散層材料を注入して、前記増光層の表面に拡散層が一体に形成される光学板を製造するステップと、
   前記雄型を開放し、前記第二キャビティから前記光学板を取り出すステップと、を含むことを特徴とする光学板の製造方法。
8. ２つの雄型と、２つの成型槽を具備する雌型と、前記雌型を回転させる回転装置と、を含む二色成型金型を用い、
   まず、１つの雄型を１つの成型槽に挿入して第一キャビティを形成し、且つ前記第一キャビティに溶融状態の増光層材料を注入して増光層を形成し、
   次に、前記回転装置を使用して前記１つの成型槽を他の雄型が位置している所まで回転させた後、前記他の雄型を前記１つの成型槽に挿入して第二キャビティを形成し、且つ前記第二キャビティに溶融状態の拡散層材料を注入して拡散層を形成し、該拡散層の形成と同時に、前記１つの雄型を他の成型槽に挿入して第一キャビティを形成し、且つ該第一キャビティに溶融状態の増光層材料を注入して増光層を形成し、
   前記１つの成型槽と前記他の成型槽に上述した過程を交互に重複して行うことにより連続的生産を実現することを特徴とする請求項７に記載の光学板の製造方法。
9. 少なくとも１つの成型槽を具備する雌型と、成型面に少なくとも２つの円錐台形の穴が上下に連結して形成される複数の凹部が配列される雄型と、を含む二色成型金型を用いた光学板の製造方法において、
   第一透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の増光層材料を形成し、拡散粒子が分布されている第二透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の拡散層材料を形成するステップと、
   前記成型槽に前記雄型を挿入して第一キャビティを形成し、且つ前記第一キャビティに前記溶融状態の拡散層材料を注入して拡散層を形成するステップと、
   拡散層が形成された前記第一キャビティから前記雄型を一定距離まで後退させて、前記拡散層と前記雄型の間に第二キャビティを形成し、且つ第二キャビティに前記溶融状態の増光層材料を注入して、前記拡散層の表面に増光層が一体に形成される光学板を製造するステップと、
   前記雄型を開放し、前記第二キャビティから前記光学板を取り出すステップと、を含むことを特徴とする光学板の製造方法。
10. ２つの雄型と、前記雄型を挿入する２つの成型槽を具備する雌型と、前記雌型を回転させる回転装置と、を含む二色成型金型を用い、
    まず、前記１つの雄型を前記１つの成型槽に挿入して第一キャビティを形成し、且つ前記第一キャビティに溶融状態の拡散層材料を注入して拡散層を形成し、
    次に、前記回転装置を使用して前記１つの成型槽を他の雄型が位置している所まで回転させた後、前記他の雄型を前記１つの成型槽に挿入して第二キャビティを形成し、且つ前記第二キャビティに溶融状態の増光層材料を注入して増光層を形成し、且つ該増光層の形成と同時に、前記１つの雄型を他の成型槽に挿入して第一キャビティを形成し、且つ該第一キャビティに溶融状態の拡散層材料を注入して拡散層を形成し、
    前記１つの成型槽と前記他の成型槽に上述した過程を交互に重複して行うことにより連続的生産を実現することを特徴とする請求項９に記載の光学板の製造方法。