JP2011059529A - 光学部材及びその製造方法とバックライトモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】モアレパターンの問題を効率的に除去し、同時に反射構造の間隔及び厚さに対して規格を行う。
【解決手段】バックライトモジュールに含まれる光学部材が複数の微小構造及び複数の反射構造を含み、微小構造が第１方向に沿って延伸し且つ第２方向に沿って出光面上に配列され、第１曲線及び第２曲線の第２方向における間隔が同一でなく且つ平行でない。各反射構造が前記第１方向に沿って延伸し且つ第２方向に沿って入光面上に配列され、且つ各反射構造の位置が２つの微小構造の交わる箇所と相互に対応し、前記各反射構造から前記入光面までの厚さｔ、前記微小構造の第２方向に沿った長さである幅Ｐ、及び前記光学部材の屈折率ｎが以下の公式：

を満足する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学部材及びその製造方法とバックライトモジュールに関し、特に、微小構造及び反射構造を有する光学部材及びその製造方法とバックライトモジュールに関する。

図１が示すのは、ＵＳ７３０９１４９中の増光膜の部分断面図である。図１において、増光膜１’の入光面１２’上に反射構造１３’を含み、第１光線Ｌ１、第２光線Ｌ２及び第３光線Ｌ３が増光膜１’の入光面１２’に入射した後、第１光線Ｌ１は、増光膜１’の正面に向かって屈折し、第２光線Ｌ２は、反射構造１３’により反射され、第３光線Ｌ３は、反射構造１３’又はプリズムユニット１１’により反射される。反射を受けた第２光線Ｌ２及び第３光線Ｌ３は、再度、増光膜２００下方の反射板（図示せず）により反射され、第２光線Ｌ２及び第３光線Ｌ３を再利用することに便利である。

反射構造１３’の設置により、入光面に入射した光線を増光膜の近傍側へ屈折することを比較的困難にすることができるので、使用者が増光膜１’の正面から見た時、それは、比較的高い明度を感じることができる。

ＵＳ７３０９１４９において、その規格は、反射構造１３’の幅がプリズムユニット１１間の間隔の３分の２以下である。しかしながら、それは、反射構造１３’の間隔及び厚さに対して規格を行っているので、当業者は、ＵＳ７３０９１４９に基づき、更に優れた設計を行うことができない。また、前記のプリズムユニット１１，１１’は、何れも相互に平行に増光膜１，１’上に配列され、液晶パネル上の画素電極も相互に平行に配列されるので、視覚上、所謂モアレパターン（moire
pattern）を発生する。

従って、上記の問題を如何に解決するかは、当業者が思量するに値するものである。

ＵＳ７３０９１４９

本発明の目的は、モアレパターンの問題を効率的に除去し、同時に反射構造の間隔及び厚さに対して規格を行い、当業者により優れた設計をさせることができる光学部材を提供することである。

上記目的及びその他の目的に基づき、本発明が提供する光学部材は、出光面及び入光面を有し、且つ入光面側に置いた少なくとも１つの光源が発する光線が光学部材内部に少なくとも１つの光学経路を発生する。光学部材は、複数の微小構造及び複数の反射構造を含み、そのうち、微小構造は、第１方向に沿って延伸し、且つ第２方向に沿って出光面上に配列される。各微小構造は、上辺を有し、この上辺は、出光面上に位置し、相互に隣接する複数の第１曲線及び複数の第２曲線を形成する。第１曲線及び第２曲線は、第１方向に延伸し、前記第１曲線及び前記第２曲線の前記第２方向上の間の距離は、相互に等しくなく且つ平行でない。

また、各反射構造は、第１方向に沿って延伸し、且つ第２方向に従って入光面上に配列され、且つ各反射構造の位置は、２つの微小構造の交わる箇所と相互に対応する。前記各反射構造から前記入光面まで厚さｔ、前記微小構造の第２方向に沿った長さである幅Ｐ、及び光学部材の屈折率ｎが以下の公式：

を満足する。

そのうち、光学経路は、光学部材の入光面から入射し、反射構造の厚さを介して光学経路を制御し、且つ出光面上の前記微小構造は、光学経路を収束させることに用いる。

上記の光学部材において、微小構造の縦方向断面の輪郭が弧線であり、前記弧線の曲率半径がＲであり、第１曲線及び前記第２曲線の前記第２方向上の距離がＤであり、ＲとＤが以下の公式：0.5R＜Ｄ＜3Rを満足する。

上記の光学部材において、微小構造の焦点距離ＦＤと微小構造の底部の厚さＰは、以下の公式：

を満足する。

上記目的及びその他の目的に基づき、本発明は、光学部材の製造方法を提供し、上記の光学部材を製造することに用い、この光学部材の製造方法は、下記のステップを含む。先ず、透明基材を提供し、前記透明基材のそのうちの一側に成型剤を塗布する。更に、鋳型を提供し、前記鋳型の表面上に複数の成型パターンを有し、これらの成型パターンの外型は、光学部材上の微小構造と相互に対応する。その後、鋳型は、成型剤上に圧印を行い、圧印後の成型剤に対して硬化を行い、微小構造を形成する。更に、透明基材の他側にフォトレジスト層を塗布する。続いて、フォトレジスト層に対してイメージ露光工程を行い、構造領域を形成し、非構造領域のフォトレジスト層を除去する。その後、反射材料層を塗布する。更に、構造領域のフォトレジスト層及びその上に位置する反射材料層を除去し、反射構造を形成する。

上記目的及びその他の目的に基づき、本発明は、バックライトモジュールを提供し、そのバックライトモジュールは、光学薄板と、少なくとも１つの光源と、上記の光学部材と、を含み、光学部材が光学薄板の出光面側に配置される。

上記のバックライトモジュールにおいて、光学薄板が拡散板又は導光板である。

上記のバックライトモジュールにおいて、光源が冷陰極蛍光灯管又は発光ダイオードである。

現有技術と比べて、本発明が記載する光学部材は、モアレパターンの問題を効率的に除去することができ、同時に反射構造の間隔及び厚さに対して規格を行い、当業者により優れた設計をさせることができるようにする。

ＵＳ７３０９１４９中の増光膜の部分断面図である。 本発明の第１実施例の光学部材を示す図である。 上辺のｘｙ平面上の投影を示す図である。 光学部材の製造方法を示す図である。 光学部材の製造方法を示す図である。 光学部材の製造方法を示す図である。 光学部材の製造方法を示す図である。 光学部材の製造方法を示す図である。 本発明の第１実施例のバックライトモジュールを示す図である。

本発明の上記目的、特徴及び利点をより分かり易くするため、実施例を挙げ、図面に併せて以下に詳細に説明する。

下記の実施例において、ｘ軸方向により第２方向を代表し、ｙ軸方向により第１方向を代表するが、当業者であれば分かるように、これは、表示に便利である為であり、第１方向及び第２方向に対して限定を行うものではない。

図２において、図２は、本発明の第１実施例の光学部材の立体図である。光学部材２は、薄板状を呈し、例えば、直下式バックライトモジュール中の拡散板の上方、即ち、拡散板の出光面側に配置される。そのうち、光学部材２の出光面２１は、複数の微小構造２２を有し、これら微小構造２２は、Ｘ方向に沿って出光面２１上に配列され、且つ各微小構造２２が上辺２２１を有する。そのうち、これらの微小構造２２の効用は、光線の光学経路を収束させるものである。

また、光学部材２の入光面２４上に複数の反射構造２３を更に設置し、これら反射構造２３は、Ｘ方向に沿って入光面２４上に配列され、反射構造２３の材質が二酸化チタン又は酸化マグネシウムである。また、各反射構造２３の位置は、２つの微小構造２２間が形成する波底２２２と相互に対応する。そのうち、前記各反射構造から前記入光面まで厚さｔ、前記微小構造のｘ軸方向に沿った長さである幅ｐ、及び光学部材２の屈折率ｎが以下の公式：

を満足する。

図２から分かるように、光線Ｌ４部分は、入光面２４から入射し、光線Ｌ５部分は、反射構造２３により反射され、反射構造２３の厚さｔを介して光線の光学経路を制御することができる。また、出光面２１上の微小構造２２は、光線Ｌ４の光学経路を収束させることができる。

図２及び図３において、図３は、上辺のｘｙ平面上の投影が形成する複数の曲線を示す図である。図２から分かるように、微小構造２２は、基本的にｙ方向に延伸し、且つ微小構造２２の延伸経路は、曲線を呈する。微小構造２２の上辺２２１は、ｘｙ平面上に投影時、少なくとも多種の異なる曲線を形成し、ここでは、左辺から数え奇数位置の曲線が第１曲線２２１１であり、左辺から数え偶数位置の曲線が第２曲線２２１２である。注意すべきことは、曲線を第１曲線２２１１及び第２曲線２２１２に分ける湖とは、説明に便利であるようにするだけであり、すべての第１曲線２２１１が何れも同一の曲線形状を有することを表すのではなく、すべての第２曲線２２１２が何れも同一の曲線形状を有することを表すのではない。

図３において、第１曲線２２１１及び第２曲線２２１２、第１曲線２２１１及び第２曲線２２１２間は、平行でない。そのうち、各第２曲線２２１２は、そのうち２つの第１曲線２２１１の間に配置され、且つそのうちの一側の第１曲線２２１１と第２曲線２２１２の間の距離がＤ１であり、他側の第１曲線２２１１と第２曲線２２１２の間の距離がＤ２である。そのうち、距離Ｄ１及び距離Ｄ２は、ｙ方向に沿って変化を発生し、且つ距離Ｄ１及び距離Ｄ２は、同一でない。

微小構造２２の縦方向断面の輪郭が弧線であり、且つこの弧線の曲率半径がＲである。距離Ｄ１及び距離Ｄ２にかかわらず、この総称を距離Ｄとし、曲率半径Ｒとの関係は、以下の公式：

に表記できる。

また、微小構造の焦点距離がＦＤ（図示せず）であり、且つ以下の公式：

を満足する。

液晶パネル上の画素電極も相互に平行に配列され、本実施例の微小構造２２の延伸経路が曲線を呈するので、それは、視覚上モアレパターンを発生し難い。

また、本願の出願人は、上記の光学部材２をコンピュータで類比し、この類比において、微小構造２２の底部の幅Ｐを１８５μｍに設定し、光学部材２の屈折率ｎを１．６３とし、反射構造２３の厚さをｔとして変化させることによって、以下の表を得ることができる。

そのうち、上表の“強度”は、光学部材２の正面から見た時に呈する光強度を表し、“1/2視角”は、光強度が正面から見た光強度の1/2に減った時の見る角度を表す。また、類比状態１〜２は、公式（１）を満足せず、類比状態３〜５は、公式（１）を満足する。

従って、上記のように、当業者は、反射構造２３の厚さを介して、光線の光学経路を制御し、且つ光学部材２の設計が公式（１）を満足する時、良好な光学効果を有する。

以下、上記光学部材２の製造方法に対して紹介を行い、図４Ａ〜図４Ｅに示す。先ず、図４Ａにおいて、透明基材２５のそのうちの一側に成型剤２２’を塗布し、この透明基材２５の材質は、例えば、ポリカーボネート（polycarbonate）、ポリエチレンナフタレート（polyethylene
naphthalate, PEN）又はポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate ,PET）であり、成型剤２２’は、例えば、紫外線硬化剤又は熱硬化剤である。

また、ローラー４を提供し、前記ローラー４の表面４１上に複数の成型パターン（図示せず）を有し、これらの成型パターンの外型は、光学部材２（図２参照）の微小構造２２と相互に対応する。即ち、微小構造２２は、上向き突出する形状を呈し、成型パターンは、下向き凹陥した形状を呈し、相互に補い合う。

その後、図４Ｂにおいて、ローラー４は、成型剤２２’上に圧印され、成型剤に対して硬化を行った後、透明基材２５上に微小構造２２を形成することができる。成型剤２２’の硬化方式は、成型剤２２’の種類の違いにより異なり、例えば、成型剤２２’が紫外線硬化剤であり、紫外線を使用し、照射を行い、それを成型させ、成型剤２２’が熱硬化剤である場合、加熱した方式を使用し、それを成型させる。また、本実施例中、ローラー４を使用し、成型剤２２’に対して圧印を行うが、当業者は、ローラー４をその他の形態の鋳型に変えることができる。

また、図４Ｃにおいて、微小構造２２の製造を完成後、透明基材２５の他側にフォトレジスト層を塗布する。続いて、フォトレジストを塗布した後、イメージ露光工程を行い、構造領域２６１を形成し、化学薬剤を利用し、構造領域２６１以外のフォトレジストを除去し、構造領域２６１の一部分のみを残す。

また、図４Ｄにおいて、反射材料層２３’を塗布し、前記反射材料層２３’が構造領域２６１を覆い、且つ構造領域２６１のフォトレジスト層は、反射材料層２３’と結合を発生する。その後、図４Ｅにおいて、構造領域２６１のフォトレジスト層とその上に位置する反射材料層２３’を除去し、反射構造２３を形成することができる。反射構造２３の製造が完成後、本発明の光学部材２を完成する。

図５は、本発明の光学部材を使用した直下式バックライトモジュールを示す図である。バックライトモジュール５は、拡散板５１と、複数の光源５２と、反射マスク５３と、図４に示す光学部材２と、を含み、そのうち、本実施例中の光源５２が冷陰極蛍光灯管であるが、それを発光ダイオードに変えることもできる。光源５２は、反射マスク５３内に配置され、反射マスク５３は、光源５２が発する光源を拡散板５１中に反射する。拡散板５１の作用は、光源５２が発する光線を拡散することであり、拡散板５１の主要な構成材質は、例えば、ポリメチルメタクリレート（poly
methyl methacrylate）、ポリカーボネート（polycarbonate）、又はポリエチレンテレフタレート（polyethylene
terephthalate ,PET）等の透明物質である。また、拡散板５１内には、複数の光拡散粒子（図示せず）を散布し、前記光拡散粒子の屈折率は、拡散板５１の主要構成材質と異なるので、光線が光拡散粒子を通過する時、その光学経路は、偏光を発生し、光線拡散の効果を達成する。

図５において、バックライトモジュール５は、直下式バックライトモジュールであるが、本発明の光学部材２もその他の形態のバックライトモジュール、例えば、側面照射式のバックライトモジュールに用いることもできる。側面照射式のバックライトモジュールにおいて、光学部材２は、導光板上に配置される。

なお、本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。

１，１’ 増光膜
１１，１１’ プリズムユニット
１３’ 反射構造
Ｌ１ 第１光線
Ｌ２ 第２光線
Ｌ３ 第３光線
２ 光学部材
２１ 出光面
２２ 微小構造
２２’ 成型剤
２２１ 上辺
２２２ 波底
２２１１ 第１曲線
２２１２ 第２曲線
２３ 反射構造
２３’ 反射材料層
２４ 入光面
２５ 透明基材
２６１ 構造領域
４ ローラー
４１ 表面
５ バックライトモジュール
５１ 拡散板
５２ 光源
５３ 反射マスク
Ｒ 曲率半径
ｔ 厚さ
Ｐ 幅
ｎ 屈折率
Ｄ１，Ｄ２ 距離
Ｌ４，Ｌ５ 光線

Claims (10)

1. 出光面及び入光面を有し、且つ前記入光面側に置かれる少なくとも１つの光源が発する光線が前記光学部材内部において、少なくとも１つの光学経路を発生する光学部材であって、前記光学部材が、複数の微小構造と、複数の反射構造と、を含み、
   前記複数の微小構造は、第１方向に沿って延伸し、且つ第２方向に沿って前記出光面上に配列され、各前記微小構造が上辺を有し、前記上辺が前記出光面上に位置し、相互に隣接する複数の第１曲線及び複数の第２曲線を形成し、前記第１曲線及び前記第２曲線が前記第１方向に延伸し、前記第１曲線及び前記第２曲線は、前記第２方向における間隔が同一でなく、且つ平行でなく、且つ前記第２曲線及び他の第１曲線の前記第２方向における間隔が同一でなく、且つ平行でなく、
   前記反射構造は、各反射構造が前記第１方向に沿って延伸し、且つ前記第２方向に沿って前記入光面上に配列され、且つ各反射構造の位置が２つの微小構造の交わる箇所と相互に対応し、前記各反射構造から前記入光面までの厚さｔ、前記微小構造の第２方向に沿った長さである幅Ｐ、及び前記光学部材の屈折率ｎが、以下の公式：
   を満足し、
   そのうち、前記光学経路が入光面から入射し、前記複数の反射構造の厚さを介して前記光学経路を制御し、且つ前記出光面上の前記複数の微小構造が前記光学経路を収束することに用いられることを特徴とする光学部材。
2. 前記微小構造の縦方向断面の輪郭が弧線であり、前記弧線の曲率半径Ｒと、前記第１曲線及び前記第２曲線の前記第２方向における距離Ｄと、が以下の公式：0.5R＜Ｄ＜3Rを満足することを特徴とする請求項１記載の光学部材。
3. 前記微小構造の焦点距離ＦＤ及び前記微小構造の底部の幅Ｐが以下の式：
   を満足することを特徴とする請求項１記載の光学部材。
4. 透明基材を提供し、前記透明基材のうちの一側に成型剤を塗布することと、
   鋳型を提供し、前記鋳型の表面上に複数の成型パターンを有し、前記複数の成型パターンの外型が前記光学部材上の微小構造と相互に対応することと、
   前記鋳型を前記成型剤上に圧印し、圧印後の成型剤に対して硬化を行い、前記微小構造を形成することと、
   前記透明基材の他側にフォトレジスト層を塗布することと、
   前記フォトレジスト層に対してイメージ露光工程を行い、構造領域を形成し、非構造領域の前記フォトレジスト層を除去することと、
   反射材料層を塗布し、前記反射材料層が前記構造領域を覆うことと、
   前記構造領域のフォトレジスト層と、前記構造領域上に位置する前記反射材料層と、を除去し、前記反射構造を形成すること、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の光学部材を製造することに用いる光学部材の製造方法。
5. 前記反射材料層の材質が二酸化チタン又は酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項４記載の光学部材の製造方法。
6. 前記成型剤が紫外線硬化剤又は熱硬化剤であることを特徴とする請求項４記載の光学部材の製造方法。
7. 前記透明基材の材質がポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート又はポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項４記載の光学部材の製造方法。
8. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学部材を含むバックライトモジュールであって、前記バックライトモジュールが、
   光学薄板と、
   前記光学薄板の入光側に置かれる少なくとも１つの光源と、
   前記光学薄板の出光面側に置かれる前記光学部材と、
   を含むバックライトモジュール。
9. 前記光学薄板が拡散板又は導光板であることを特徴とする請求項８記載のバックライトモジュール。
10. 前記光源が冷陰極蛍光管又は発光ダイオードであることを特徴とする請求項８記載のバックライトモジュール。