JP2008171796A - 一体型導光板と、それを備えるバックライト装置及び一体型導光板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一体型導光板と、それを備えるバックライト装置及び一体型導光板の製造方法を提供する。
【解決手段】光源から入射した光を出射する出光面を備え、出光面には、光を全反射して上部に出光させるように一体に形成された複数のプリズム形状構造体を備える一体型導光板である。
【選択図】図２

Description

本発明は、バックライト装置及びその製造方法に係り、さらに詳細には、一体型導光板を備えるバックライト装置及びその製造方法に関する。

一般的に、バックライト装置は、液晶表示装置のような平面表示装置を照明するものであって、光源の位置によって直下方式と導光板方式とに区分される。導光板方式は、平板方式とウェッジ（くさび）方式とに分けられる。
直下方式は、出光面の直下に光源を置いて面発光を可能にする方式であって、導光板方式に比べて複数個の光源を配置して輝度を向上させ、発光面を広くできるという長所があるが、消費電力が多くなり、薄型化する場合には、ランプ形状が投影されて均一度が非常に低くなるため、薄型化が難しいという短所がある。

導光板方式は、光線を出光面方向に案内するための導光板を使用し、光源は、導光板の側面に配置した方式であって、光源の個数は、導光板の側面の長さに限定されるが、薄型化が可能であるという長所があるが、発光面全体に輝度を均一に分布させるための過程が直下方式に比べて複雑であるという短所がある。
平板方式は、モニターや高輝度が必要な場合に使われるものであって、導光板の両側または４つの側面に光源を固定し、導光板を通過した光を液晶表示板側に投射するように構成される。このように、複数個の光源を導光板の側面に置いて輝度を向上させるためには、導光板の側面の厚さが均一である必要がある。

ウェッジ方式は、ノート型ＰＣのように電力消耗が制限される場合に複数個の光源を使用し難い装置に使われるものであって、光源入射部である一側面の幅のみを広くし、他面は狭くすることによって、バックライトユニットの重量を軽減することができる。
導光板方式に使われる光源として線光源と点光源とを使用しうる。線光源は、両端部の電極が管内に設置される冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）があり、点光源としては、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）がある。ＣＣＦＬは、強い白色光を放出でき、高輝度と高均一度とが得られ、大面積化の設計が可能であるという長所があるが、高周波交流信号によって作動し、作動温度範囲が狭いという短所がある。ＬＥＤは、輝度及び均一度の側面でＣＣＦＬに比べて性能が劣るが、直流信号によって作動し、寿命が長く、かつ作動温度範囲が広い。また、薄型化が可能であるという長所を有する。

図１は、従来の側面発光型バックライト装置を概略的に示す側面図である。
図１に示すように、導光板２０の両側面２１,２２には、線光源１０がそれぞれ設けられている。導光板２０の下面２３には、線光源１０から入射した光を出光面２４に放出するための光路変換手段２３が形成されている。
導光板２０の上側には、出光面２４から出射した光を導光板２０の上側に拡散させるための複数個のプリズム形状構造体３０が設けられている。プリズム形状構造体３０は、接着層３１によって導光板２０の上側に固定されている。

線光源１０から導光板２０に入射した光は、光路変換手段２３によって導光板２０の出光面２４に放出され、接着層３１を通過してプリズム形状構造体３０によって導光板２０の上側に拡散する。
しかし、プリズム形状構造体３０が接着層３１によって導光板２０の上側に固定されているため、プリズム形状構造体３０に入射する光は、必ず接着層３１を通過することとなる。接着層３１は、光を干渉するため、光に影響を及ぼす。特に、接着層３１の接着程度によって性能が左右されるので、性能の側面で、接着層３１はない方が望ましい。

本発明は、前記問題点に鑑みたものであって、プリズム形状構造体と導光板とを一体に形成することによって性能を向上させた一体型導光板を備える一体型導光板及びそれを備えるバックライト装置と一体型導光板とを製造する方法を提供することをその目的とする。

前述したような目的を達成するために、本発明の一体型導光板は、光源から入射した光を全反射して出光させる複数のプリズム形状構造体が一体に設けられている。
本発明の他の特徴による一体型導光板を備えるバックライト装置は、光源と、前記光源から入射した光を全反射して出光させる複数のプリズム形状構造体が一体に設けられている一体型導光板とを備える。

本発明の他の特徴によれば、光を全反射するプリズム形状構造体が一体に形成された一体型導光板の製造方法において、（ａ）基板の上側に犠牲層を形成する工程と、（ｂ）前記犠牲層をエッチングして所望のプリズム形状構造体の形状に成形する工程と、（ｃ）前記プリズム形状構造体の形状が成形された前記犠牲層上に材料を塗布して一体型導光板を成形する工程と、（ｄ）前記一体型導光板を前記犠牲層から分離する工程とを含む。

本発明による一体型導光板を備えるバックライト装置は、第一に、プリズム形状構造体を導光板に一体型に形成することによって量産が可能であり、第二に、プリズム形状構造体と導光板とが一体型に形成されており、境界面がないので、光特性が向上し、第三に、犠牲層の厚さを調節することによってプリズム形状構造体を所望の形状に成形でき、第四に、プリズムの出射面にディフューザを形成することによって光特性を調節できるという効果がある。

以下、添付された図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施形態による一体型導光板を備えるバックライト装置を示す正面図であり、図３は、本発明の他の実施形態による一体型導光板を備えるバックライト装置を示す正面図であり、図４Ａ〜図４Ｆは、本発明の一実施形態による一体型導光板を製作する方法を示す図面であり、図５は、本発明の他の実施形態によるプリズムを形成するように紫外線を照射する方法を説明する断面図であり、図６は、プリズムの厚さを調節する他の方法を示す断面図である。

図２に示すように、本発明の一実施形態によるバックライト装置１００は、光を出射する光源１１０及び一体型導光板１２０を備える。
光源１１０は、一体型導光板１２０の一側面１２２に設けられているが、必ずしもこれに限定されず、他側面や一体型導光板１２０の４面に設けることもできる。
一体型導光板１２０は、導光板１２１の下側面に光路変換手段１２３が設けられており、その上側面には、光を全反射して上部に出光させる複数のプリズム形状構造体１２４が一体に形成されている。複数のプリズム形状構造体１２４は、その縦断面の形状が楕円形に形成されている。複数のプリズム形状構造体１２４それぞれの上面１２４２には、プリズム形状構造体１２４から出射した光を拡散させうる複数のディフューザ１２５が一体に形成されている。したがって、光源１１０から出射した光は、導光板１２１内に入射した後、光路変換手段１２３によってプリズム形状構造体１２４側に向かい、プリズム１２４を通過した光は、再び複数のディフューザ１２５を通過しつつさらに細密に広がる。

複数のプリズム形状構造体１２４は、導光板１２１から光が入射する下面１２４１の幅Ｗ１は、出射面１２４２の幅Ｗ２より狭く形成されていることが望ましい。プリズム形状構造体１２４の下面１２４１の幅Ｗ１と上面１２４２の幅Ｗ２とを形成する方法については後述する。
光源１１０は、導光板１２１の一側面１２２に設けられている。光源１１０から出射した光は、導光板１２１の一側面１２２を通じて導光板１２１内に入射する。

図３に示すように、本発明の他の実施形態によるバックライト装置２００は、光を出射する光源２１０及び一体型導光板２２０を備える。
光源２１０は、一体型導光板２２０の一側面２２２に設けられているが、必ずしもこれに限定されず、他側面や一体型導光板２２０の４面に設けることもできる。
一体型導光板２２０は、導光板２２１の下側面に光路変換手段１２３が設けられており、その上側面には、光を全反射して出光させる複数のプリズム形状構造体１２４が一体に形成されている。複数のプリズム形状構造体２２４は、図２に示したプリズム形状構造体１２４とは異なり、その縦断面の形状が台形に形成されている。複数のプリズム形状構造体２２４それぞれの上面２２４２には、プリズム形状構造体２２４から出射した光を拡散させる複数のディフューザ２２５が一体に形成されている。したがって、光源２１０から出射した光は、導光板２２１内に入射した後、光路変換手段２２３によってプリズム形状構造体２２４側に向かい、プリズム形状構造体２２４を通過した光は、再びディフューザ２２５を通過しつつ、さらに細密に拡散する。

複数のプリズム形状構造体２２４は、導光板２２１から光が入射する下面２２４１の幅Ｗ３は、その上面２２４２の幅Ｗ４より狭く形成されていることが望ましい。
図２に示したように、本発明の一実施形態による一体型導光板１２０を製造する方法について、図４Ａ〜図４Ｆを参照して説明する。
図４Ａに示すように、基板３１０上に複数のディフューザ３２０を形成する。基板３１０は、一般的に多く使われる酸化シリコン（ＳＩＯ_２）を使用することが望ましく、基板３１０上に複数のディフューザ３２０を形成する方法は、フォトリソグラフィを利用してフォトマスクを利用して紫外線を照射して露光し、露光された部分を現像液で現像して形成する。

図４Ｂに示すように、複数のディフューザ３２０が形成された基板３１０上にフォトレジストを所定厚さに塗布して犠牲層３３０を形成する。このとき、犠牲層３３０の厚さｔは、プリズム形状構造体１２４の厚さと密接な相関関係があるので、犠牲層３３０の厚さｔを調節してプリズム形状構造体１２４の厚さを調節することができる。例えば、犠牲層３３０の厚さを厚くすることによりプリズム形状構造体１２４の厚さを厚くすることができ、犠牲層３３０の厚さを薄くすることでプリズム形状構造体１２４の厚さを薄くすることができる。

図４Ｃに示すように、犠牲層３３０上に一定のパターンで複数の貫通ホール４１１が形成されたフォトマスク４１０を積層した後、紫外線（ＵＶ）をフォトマスク４１０上に照射する。これにより、紫外線（ＵＶ）は、複数の貫通ホール４１１のみを通過して犠牲層３３０に照射され、貫通ホール４１１が形成されていない位置に相当する犠牲層３３０には、紫外線が照射されない。このとき、マスク４１０の上側に拡散板４２０を設置して紫外線（ＵＶ）を拡散させることによって、複数の貫通ホール４１１を通過した紫外線が図４Ｃに示したように、縦断面が楕円形状に露光されて、複数の露光部分３３１を形成する。拡散板４２０を使用しない場合には、紫外線は貫通ホール４１１を垂直方向に通過するが、拡散板４２０を使用することにより、紫外線は、貫通ホール４１１を通過した後拡散して縦断面が楕円形状の照射領域が形成される。

このように、露光された部分３３１の縦断面を楕円形に形成し、犠牲層３３０の厚さｔを調整することにより、図２に示したように、プリズム形状構造体１２４の下面１２４１の幅Ｗ１を上面１２４２の幅Ｗ２より狭く形成することができる。
犠牲層３３０の厚さｔを厚くし、紫外線を拡散させて照射すれば、図６に示したように、楕円形状または図示されていない円形に形成しうるが、この場合には、プリズム形状構造体１２４の下面１２４１及び上面１２４２それぞれの幅Ｗ１,Ｗ２を所望の寸法にできない。したがって、プリズム形状構造体１２４の下面１２４１の幅Ｗ１が上面１２４２の幅Ｗ２より狭くなることを限度に犠牲層３３０を塗布して、その厚さｔを調節することが望ましい。

図４Ｄに示すように、複数の露光部分３３１を現像液でエッチングして除去することにより、露光部分３３１のフォトレジストが除去されて、複数のディフューザ３２０が露出することとなる。
図４Ｅに示すように、複数のディフューザ３２０が露出された犠牲層３３０上に弾性力のある材料３４０を塗布して乾燥させる。それにより、弾性力のある材料３４０は、犠牲層３３０に形成された形状通りに成形される。このとき、弾性力のある材料３４０は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ：Polydimethylsiloxane）であることが望ましい。

図４Ｆに示すように、図４Ｅの工程で成形された一体型導光板１２０を犠牲層３３０から分離する。このとき、一体型導光板１２０をなす材料は、それ自体に弾性力があるため、犠牲層３３０から分離することが容易である。分離した一体型導光板１２０は、導光板１２１に複数のプリズム形状構造体１２４が一体に形成されており、プリズム形状構造体１２４の上面１２４２には、複数のディフューザ１２５が一体に形成されている。

一体型導光板１２０をなす材料は、それ自体が弾性力がある材料であるため、犠牲層３３０から分離されるまで弾性力を有すればよく、分離された後には、弾性力を有していなくてもよい。
また、犠牲層３３０も弾性力のある材料で形成され、一体型導光板１２０をなす材料も、弾性力のある材料で形成しうる。このように犠牲層３３０と一体型導光板１２０とをなす材料も弾性力のある材料で形成すれば、一体型導光板１２０を犠牲層３３０から分離することがはるかに容易である。

さらに、犠牲層３３０を弾性力のある材料で形成し、一体型導光板１２０を構成する材料は、弾性力のない材料（紫外線の照射により硬化する紫外線硬化性材料、または熱により硬化する熱硬化性材料）を利用することができる。一体型導光板１２０を構成する材料が硬化しても、犠牲層３３０を構成する材料に弾性力があるため、一体型導光板１２０を犠牲層３３０から分離することが可能である。

基板３１０と複数個の露光部分３３１が形成された犠牲層３３０とは、成形枠として利用して、図４Ｅの工程と図４Ｆの工程とを反復することによって、一体型導光板１２０を量産しうる。
図５は、図３に示した本発明の他の実施形態による一体型導光板２２０を形成するための紫外線（ＵＶ）の照射方法を説明するものである。フォトマスク４１０の複数の貫通ホール４１１に対して、縦断面においてそれぞれ左右に傾いて対称となるように紫外線（ＵＶ）を照射する。それにより、紫外線（ＵＶ）は、傾きをもって貫通ホール４１１を通過する。図示されていないが、図面の前面側及び背面側でも、貫通ホール４１１に対して縦断面において対称となるように紫外線（ＵＶ）を照射する。それにより、露光された部分３３２の縦断面は、貫通ホール４１１の中心と通過し主面に垂直な中心線に関して対称形状である台形状となり、図３に示したように、プリズム形状構造体２２４の上面２２４２の幅Ｗ４は、下面２２４１の幅Ｗ３より広く形成されることとなる。

図３に示した本発明の他の実施形態による一体型導光板２２０は、紫外線（ＵＶ）を貫通ホール４１１に対して傾きをもって照射するので、プリズム形状構造体２２４の上面２２４２の幅Ｗ４が下面２２４１の幅Ｗ３より常に広い。したがって、図２に示した本発明の一実施形態による一体型導光板２２０のように、犠牲層３３０の厚さを調節せずとも所望の形状に成形しうる。

図６に示すように、図２に示した本発明の一実施形態による一体型導光板１２０を形成するために、図４Ｂの工程で犠牲層３３０の厚さを調節して、プリズム形状構造体１２４の下面１２４１の幅Ｗ１及び上面１２４２の幅Ｗ２を調節する代わりに、露光部分３３１を完全な楕円形にした後に露光部分３３１に補充材３３５を充填して露光部分３３１の形状を所望の形状に成形する。

このとき、補充材３３５の厚さｔ１は、プリズム形状構造体１２４の上面１２４２の幅Ｗ２を下面１２４１の幅Ｗ１より広く調節して形成する。
本発明の一実施形態による一体型導光板１２０を形成するために、その他の工程は同一に適用しうる。
本発明は、図面に示した実施形態を参照して説明しているが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。

本発明は、バックライト装置関連の技術分野に適用可能である。

従来の側面発光型バックライト装置を概略的に示す側面図である。 本発明の一実施形態による一体型導光板を備えるバックライト装置を示す正面図である。 本発明の他の実施形態による一体型導光板を備えるバックライト装置を示す正面図である。 本発明の一実施形態による一体型導光板を製作する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態による一体型導光板を製作する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態による一体型導光板を製作する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態による一体型導光板を製作する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態による一体型導光板を製作する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態による一体型導光板を製作する方法を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるプリズムを形成するように紫外線を照射する方法を説明する断面図である。 プリズムの厚さを調節する他の方法を示す断面図である。

符号の説明

１００ バックライト装置
１１０ 光源
１２０ 一体型導光板
１２１ 導光板
１２２ 導光板の一側面
１２３ 光路変換手段
１２４ プリズム形状構造体
１２５ ディフューザ
１２４１ 入射面（下面）
１２４２ 出射面（上面）

Claims (24)

1. 光源から入射した光を全反射して出光させる複数のプリズム形状構造体が一体に設けられていることを特徴とする一体型導光板。
2. 前記プリズム形状構造体は、
   光が出射する上面の幅がその下面の幅より広く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の一体型導光板。
3. 前記プリズム形状構造体の上面には、光を拡散させる複数のディフューザが一体に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の一体型導光板。
4. 前記プリズム形状構造体は、弾性材質で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の一体型導光板。
5. 前記弾性材質は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であることを特徴とする請求項５に記載の一体型導光板。
6. 前記プリズム形状構造体は、硬化材質で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の一体型導光板。
7. 前記プリズム形状構造体の縦断面は、楕円形であることを特徴とする請求項１に記載の一体型導光板。
8. 前記プリズム形状構造体の縦断面は、台形であることを特徴とする請求項１に記載の一体型導光板。
9. 光源と、
   前記光源から入射した光を全反射して出光させる複数のプリズム形状構造体が一体に設けられている一体型導光板と、
   を備えることを特徴とするバックライト装置。
10. 前記プリズム形状構造体は、
    光が出射する上面の幅がその下面の幅より広く形成されていることを特徴とする請求項９に記載のバックライト装置。
11. 前記プリズム形状構造体の上面には、光を拡散させる複数のディフューザが一体に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のバックライト装置。
12. 前記プリズム形状構造体は、弾性材質で形成されたことを特徴とする請求項９に記載のバックライト装置。
13. 前記弾性材質は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であることを特徴とする請求項１２に記載のバックライト装置。
14. 前記プリズム形状構造体の縦断面は、楕円形であることを特徴とする請求項９に記載のバックライト装置。
15. 前記プリズム形状構造体の縦断面は、台形であることを特徴とする請求項９に記載のバックライト装置。
16. 光を全反射するプリズム形状構造体が一体に形成された一体型導光板の製造方法において、
    （ａ）基板の上側に犠牲層を形成する工程と、
    （ｂ）前記犠牲層をエッチングして所望のプリズム形状構造体の形状に成形する工程と、
    （ｃ）前記プリズム形状構造体の形状が成形された前記犠牲層上に材料を塗布して一体型導光板を成形する工程と、
    （ｄ）前記一体型導光板を前記犠牲層から分離する工程と、
    を含むことを特徴とする一体型導光板の製造方法。
17. 前記（ａ）工程で、
    前記犠牲層の厚さを調節し、プリズム形状構造体の上面の幅がその下面の幅より広くなるように前記プリズム形状構造体の形状を調整することを特徴とする請求項１６に記載の一体型導光板の製造方法。
18. 前記（ｂ）工程で、
    前記犠牲層をエッチングし、エッチングされた部分を一部充填してプリズム形状構造体の厚さを調節することを特徴とする請求項１６に記載の一体型導光板の製造方法。
19. 前記（ｂ）工程で、
    前記犠牲層上に複数の開口ホールがパターン化されたマスクを配置し、前記開口ホールから下方に向けて紫外線が拡散するように照射し、前記犠牲層に成形される前記プリズムの縦断面の形状を楕円形状にすることを特徴とする請求項１７または１８に記載の一体型導光板の製造方法。
20. 前記（ｂ）工程で、
    前記犠牲層上に複数の開口ホールがパターン化されたマスクを配置し、前記開口ホールから下方に向けて広がるとともに縦断面形状が前記開口ホールの中心を通り主面に垂直な中心線に対して対称となるように紫外線を照射することにより、前記犠牲層に形成される前記プリズムの縦断面を台形形状にすることを特徴とする請求項１７または１８に記載の一体型導光板の製造方法。
21. 前記（ａ）工程前に、
    前記基板上に複数のディフューザを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の一体型導光板の製造方法。
22. 前記犠牲層をなす材料は、硬化性であり、前記一体型導光板をなす材料は、弾性力のある材質で形成されたことを特徴とする請求項１６に記載の一体型導光板の製造方法。
23. 前記犠牲層をなす材料と一体型導光板をなす材料とは、弾性力のある材質で形成されたことを特徴とする請求項１６に記載の一体型導光板の製造方法。
24. 前記犠牲層をなす材料は、弾性力のある材質であり、前記一体型導光板をなす材料は、硬化性であることを特徴とする請求項１６に記載の一体型導光板の製造方法。

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