JP2013140784A

JP2013140784A - 低減されたバンディングレベルを有する導光膜

Info

Publication number: JP2013140784A
Application number: JP2012268322A
Authority: JP
Inventors: Xiang-Dong Mi; シャン−ドン・ミ; Xinyu Zhu; シンユ・チュー
Original assignee: SKC Haas Display Films Co Ltd
Current assignee: SKC Hi Tech and Marketing Co Ltd
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2013-07-18
Also published as: TW201337356A; KR20130065626A; US20130148377A1; CN103185915A; US8613542B2

Abstract

【課題】光源からの光を受け取るための入力面、光を放射するための出力面、および出力面に対して反対側の底面を含む導光板であって、出力面および底面の少なくとも一方がマイクロパターンを有し、マイクロパターンが複数のマイクロレンズを含む導光板を提供する。
【解決手段】導光板１０は、幅ｗ、長さｌ、深さｄ、配向角、第１底角α_１、第２底角α_２、第１入射角β_１および第２入射角β_２を有し、深さの変化Δｄが０．１μｍである場合に、

として定義される面積変化率が０．９５％以下であり、かつマイクロレンズ１００の開始数密度が８以上／ｍｍ^２であり、Δｗが深さの変化Δｄに対応した幅の変化でありかつΔｌが深さの変化Δｄに対応した長さの変化であるマイクロレンズ１００を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は概して導光板に関し、より具体的には望ましくないバンディングおよび可視性欠陥を低減させるための選択されたマイクロレンズを有する導光板に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、多くのコンピュータ、器具およびエンターテイメント用途に好ましいディスプレイタイプになってきており、コストおよび性能面での改良が続けられている。典型的なＬＣＤ携帯電話、ノートブックおよびモニターは光源からの光を受け取り、その光を導光板にわたってほぼ均一に再分配させるための導光板を含む。従来の導光板は光を取り出すために拡散性マイクロレンズを使用する。拡散性マイクロレンズは印刷されたドットであるか、またはレーザーアブレーションによって作り出される。拡散性マイクロレンズは光取り出しに特に効果的ではないが、拡散性マイクロレンズは導光板製造プロセスに固有の美的（ｃｏｓｍｅｔｉｃ）欠陥を隠すのに効果的である。導光板のより効果的なタイプは光学面を有するマイクロレンズを使用する。それらは典型的には、従来の拡散性導光板よりも１０パーセント以上高い輝度を生じさせる。

米国特許出願公開第２０１１−０２４２８５１号は、光学面のマイクロレンズを有する可撓性導光板を開示する。それらは押出ロール成形プロセスによって製造されうる。この種の導光板は大量生産で製造するのが容易であり、かつ光取り出しに効果的であるが、特定の照明条件下でそれは望ましくない微かなストライプ（本明細書において「バンディング（ｂａｎｄｉｎｇ）」または「バンディング欠陥」とも称される）を有する場合がある。

米国特許出願公開第２０１１−０２４２８５１号明細書

よって、特定の導光板およびその特定の導光板を製造するための方法について提案された解決策が存在していたが、容易に製造されることができかつバンディング欠陥のレベルが低減された薄い導光板についての必要性が存在している。

本発明は、光源からの光を受け取るための入力面、光を放射するための出力面、および前記出力面に対して反対側の底面を含む導光板であって、前記出力面および底面の少なくとも一方がマイクロパターンを有し、前記マイクロパターンが複数のマイクロレンズを含み、各マイクロレンズが幅ｗ、長さｌ、深さｄ、配向角、第１底角α_１、第２底角α_２、第１入射角β_１および第２入射角β_２を有し、深さの変化Δｄが０．１μｍである場合に、

として定義される面積変化率が０．９５％以下であり、かつマイクロレンズの開始数密度が８以上／ｍｍ^２であり、Δｗが深さの変化Δｄに対応した幅の変化でありかつΔｌが深さの変化Δｄに対応した長さの変化である、導光板を提供する。

図１は本発明の導光板を含む複数の光学部品を含む典型的なＬＣＤの側面図を示す。図２Ａは複数のマイクロレンズを示し、そのいくつかは実質的に同じであってかつ本発明に有用である。図２Ｂは複数のマイクロレンズを示し、面密度および数密度を説明する。図３はバンディング欠陥を有する導光板のイメージを示す。図４は本発明に従った低減されたレベルのバンディングの導光板のイメージを示す。図５Ａはマイクロレンズの上面図を示す。図５Ｂおよび５Ｃは２つの直交面におけるマイクロレンズの断面図を示す。図５Ｂおよび５Ｃは２つの直交面におけるマイクロレンズの断面図を示す。図５Ｄはマイクロレンズの斜視図を示す。図６Ａは表面プロファイルを有するローラー上の２つのマイクロレンズの上面図を示す。図６Ｂおよび６Ｃは２つの直交面における２つのマイクロレンズの断面図を示す。図６Ｂおよび６Ｃは２つの直交面における２つのマイクロレンズの断面図を示す。図７Ａは異なるマイクロレンズを有する導光板の例についての性能指数（ｆｉｇｕｒｅｏｆｍｅｒｉｔ；ＦＯＭ）対開始数密度Ｎ０の図を示す。図７Ｂ導光板の例のまとめである。図８は別の組の導光板の例のまとめである。

図１は、ＬＣＤパネル２５およびバックライトユニット２８を含むＬＣＤディスプレイ装置３０の側面図を概略的に示す。バックライトユニット２８は、１もしくは２枚のプリズム膜２０、２０ａ、１もしくは２枚の拡散膜２４、２４ａ、下部反射膜２２、上部反射膜２６および導光板（ＬＧＰ）１０をはじめとする複数の光学部品を含む。導光板１０は、それが１以上の光源１２から放射された光をその入力面１８を通して受け取り、その底面１７、終端面１４、出力面１６、側面１５ａ、１５ｂ（示されていない）および反射膜２２によって光を方向変換し、そして最終的に光を比較的均一に他の光学部品に提供するという点で、他の光学部品とは異なっている。目標にされる輝度均一性は、底面１７および／または出力面１６上のマイクロレンズ１００の密度、サイズおよび／または配向（場合によっては、離散した要素または光取り出し体（ｌｉｇｈｔｅｘｔｒａｃｔｏｒ）とも称される）を制御することにより達成される。上部反射膜２６は典型的にはＬＧＰ１０を約２〜５ミリメートル覆って、光の向上したミキシングを可能にする。それは高度に反射性の内面２６ａを有する。上部反射膜２６は場合によっては、黒色外面２６ｂを有していてよく、よって黒色テープと称される。典型的には、導光板１０は、上部反射膜２６の端であるポイントＡから評価される。ポイントＡから右側が表示画面である。

本発明の導光板１０は二次元マイクロパターンを有し、この二次元マイクロパターンは、ある実施形態においては、複数の実質的に同じマイクロレンズからなり、かつこのマイクロレンズの密度は１または２つの次元において変動する。以下に、「実質的に同じマイクロレンズ」およびこのマイクロレンズの密度が説明される。

２つのマイクロレンズは完全に同じではないが、複数のマイクロレンズが同じ形状および同じ配向を有する場合には、それらは「実質的に同じ」であると見なされる。より具体的には、それらの長さ、幅および深さの変動が好ましくは±３μｍ（すなわち、５６μｍサイズのマイクロレンズについては５．４％）以内、より好ましくは±１μｍ（すなわち、５６μｍサイズのマイクロレンズについては１．８％）以内であり、かつそれらの配向角の変動は好ましくは±５度以内、より好ましくは±２度以内である。

図２Ａを参照すると、マイクロレンズ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄは、それら全てが同じ形状および同じ配向角を有するので実質的に同じであると見なされる。それらは同じ幅ｗ、長さｌおよび深さ（示されていない）を有するので、それらは同じ形状を有する。マイクロレンズ１００ｅ、１００ｆ、１００ｇはマイクロレンズ１００ａとは実質的に同じではないが、その理由はマイクロレンズ１００ｅ、１００ｆ、１００ｇはマイクロレンズ１００ａと同じ形状を有するけれども、マイクロレンズ１００ｅ、１００ｆ、１００ｇはマイクロレンズ１００ａとは異なる配向角を有しているからである。マイクロレンズ１００ｈはマイクロレンズ１００ａとは実質的に同じではないが、その理由は、マイクロレンズ１００ｈは円形形状であるがマイクロレンズ１００ａは楕円形だからである。マイクロレンズ１００ｉはマイクロレンズ１００ａとは実質的に同じではないが、その理由は、それらは両方とも楕円形であるけれども、マイクロレンズ１００ｉはマイクロレンズ１００ａよりも実質的に大きいからである。

実質的に同じツールによって同じプロセスから「実質的に同じ」マイクロレンズが製造される。これらツールが同じ目標で同じプロセスによって造られるかまたはこれらツールが許容可能な通常の摩耗によってのみ互いに異なっている場合には、これらツールは実質的に同じであると見なされる。

実質的に同じマイクロレンズを使用する利点は、それらを製造するのが容易であることであるが、その理由は１つのツールまたは複数の同じツールが必要とされるだけだからである。異なるサイズの２以上の組のマイクロレンズが目標とされる場合には、２組以上のツールが必要とされるか、または異なるプロセスが必要とされる。

数密度ＮＤは単位面積あたりのマイクロレンズの数として定義され、および面密度Ｄは単位面積あたりのマイクロレンズの合計面積として定義され、この場合単位面積は実用のために、典型的には０．５〜１．５ｍｍ^２のオーダーで選択される。ここで、図２Ｂを参照すると、単位面積は幅ΔＷ_０および長さΔＬ_０によって画定され、６つのマイクロレンズ１０１ａ〜１０１ｆを含み、これらマイクロレンズはそれぞれ幅ｗおよび長さｌを有する。数密度ＮＤ＝６／（ΔＷ_０ΔＬ_０）で、面密度Ｄ＝６（ｗｌ）／（ΔＷ_０ΔＬ_０）である。選択される単位面積の境界を１以上のレンズが横切っている場合には、数密度は分数の数であり得る。以下において、密度とはマイクロレンズの面密度をいう。図１に示されるポイントＡ付近の数密度および面密度が開始数密度Ｎ０および開始面密度Ｄ０とそれぞれ称される。

ディスプレイにおいては、特にＬＣＤにおいては、多くの種類のバンディング欠陥が存在する。本発明において取り組まれるバンディング欠陥は導光板からのもののみであり、このことはこれらバンディング欠陥がＬＣＤパネル、拡散膜、およびプリズム膜の非存在下で観察されうることを意味する。

図３は光学面のマイクロレンズを有する導光板から観察されるバンディング欠陥を示す。これら欠陥は黒および白のバンド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃのように見える。それらは一般的には、導光板の幅または長さ方向に対して平行に走る。このバンディング欠陥は拡散性マイクロレンズを有する従来の導光板においては観察されない。

バンディング欠陥は光学面上にマイクロレンズを生じさせる独特の彫り込みおよび押出プロセスからもたらされると考えられる。例えば、ローラー表面プロファイルは０．１μｍのオーダーで変動する場合があり、または彫り込みツールはわずかに異なる深さでローラー表面に当たる場合がある。

図４は本発明に従う導光板のイメージを示し、これは観察可能なバンディング欠陥をほとんど有さない。

光学面のマイクロレンズを有する導光板上での別のタイプの美的欠陥はレンズ可視性である。マイクロレンズの数密度が非常に低い場合には、マイクロレンズが存在する領域とマイクロレンズのない領域との間の高いコントラストのせいでマイクロレンズが目に見えて現われる。この欠陥は、導光板の上に３または４枚の膜が配置されているバックライトユニットと比較して、導光板の上に１または２枚の膜が配置されているだけのバックライトユニットにおいて、より顕著である。通常は、開始数密度Ｎ０は導光板の別の領域における数密度よりも低い。よって、フィーチャ可視性は開始数密度Ｎ０に強く関連する。レンズ可視性欠陥を回避するために、Ｎ０が好ましくは８以上／ｍｍ^２、より好ましくは９以上／ｍｍ^２であることが見いだされた。

フィーチャ可視性欠陥は、拡散性マイクロレンズを有する導光板においては問題にはならないが、その理由は、拡散した光が、マイクロレンズが存在する領域とマイクロレンズがない領域との間の差を低減させるからである。

図５Ａ〜５Ｄは光学面のマイクロレンズ１０１の様々な図を示す。

図５Ａは上面図である。図５Ｂおよび５Ｃはそれぞれ幅および長さ方向の側面図であり、並びに図５Ｄは斜視図である。マイクロレンズ１０１は長さｌ、幅ｗおよび深さｄを有する。

図６Ａは表面プロファイル１０５を有するローラー表面上に彫り込まれた光学面の２つのマイクロレンズ１０１ａおよび１０１ｂの上面図を示す。それらは同じ配向角を有する。

図６Ｂは図５Ｂに対応しており、幅および深さを含む側面図でマイクロレンズ１０１ａおよび１０１ｂを示す。図６Ｃは図５Ｃに対応しており、長さおよび深さを含む側面図でマイクロレンズ１０１ａおよび１０１ｂを示す。マイクロレンズ１０１ａは幅ｗ、長さｌ、深さｄ、第１底角α_１、第２底角α_２、第１入射角β_１および第２入射角β_２によって特徴付けられる。入射角β_１、β_２は彫り込みプロセスによって制御される。概して、より小さな入射角を有するマイクロレンズを作成するのがより容易であり、３５°を超える入射角を有するマイクロレンズを作成するのは現時点では困難である。

マイクロレンズ１０１ｂはマイクロレンズ１０１ａと同じに造られることが意図される。しかし、表面プロファイル１０５は、マイクロレンズ１０１ａが造られる位置からマイクロレンズ１０１ｂが造られる位置まで深さの変化Δｄだけ変化するので、マイクロレンズ１０１ｂの幅、長さおよび深さは、ｗ、ｌおよびｄの代わりに、それぞれ、ｗ＋Δｗ、ｌ＋Δｌ、およびｄ＋Δｄとなる（ここで、Δｗは幅の変化を表し、Δｌは長さの変化を表す）。マイクロレンズ１０１ａ、１０１ｂの面積はそれぞれ、ｗ・ｌ、および（ｗ＋Δｗ）（ｌ＋Δｌ）である。ローラーの表面プロファイル１０５は概して非常に平坦であると考えられる。しかし、例えば、０．１μｍのオーダーで場所ごとに深さの変化Δｄだけ変動する。本発明に従う典型的なマイクロレンズは３．５〜１３μｍで変動する深さｄを有する。よって、相対的な深さの変化Δｄ／ｄは３％未満である。このような小さな深さの変化を有するマイクロレンズは、それでもやはり実質的に同じと認められる。しかし、実験データは、それらが目に見えるバンディング欠陥を引き起こすのに充分に異なっていることを示す。深さの変化Δｄは、導光板の厚さが変動する場合に押出プロセスにおいても引き起こされる場合もあり、または他の未知の要因によって引き起こされる場合もある。

マイクロレンズ１０１ａ、１０１ｂは、深さの変化Δｄのせいで、面積変化率（以下、性能指数（ＦＯＭ）と称される）は

である（ここで、より高次の（Δｗ・Δｌ）／（ｗ・ｌ）は無視される）。以下においては、ＦＯＭは２つの理由のせいで深さの変化Δｄ＝０．１μｍで計算されるであろう。第１には、Δｄ≦０．１μｍのような良好なローラーが製造されうる。第２には、深さの変化Δｄは様々なマイクロレンズのランキング順を変えない。言い換えれば、一つの深さの変化でより低いＦＯＭを有するマイクロレンズは、より高いＦＯＭを有するマイクロレンズと比較して実用限界内で別の深さの変化でより低いＦＯＭを有するであろう。よって、深さの変化Δｄ＝０．１μｍで計算されたＦＯＭはマイクロレンズを区別するために使用されうる。しかし、たとえ深さの変化Δｄが実際に０．１μｍよりも小さいとしても、ＦＯＭは依然として深さの変化Δｄが０．１μｍであると仮定して計算されうることが強調されるべきである。

多数の導光板が製造され、そのそれぞれは実質的に同じマイクロレンズを有する。しかし、マイクロレンズは導光板ごとに変化する。より小さなＦＯＭを有するマイクロレンズが感知できるバンディングをほとんど示さない傾向があることが見いだされた。しかし、より小さなＦＯＭを有するマイクロレンズは光を取り出すのにより効果的である傾向があり、このことは与えられた輝度均一目標についての開始数密度Ｎ０を低下させ、かつ上述のようなフィーチャ可視性をより問題にする。

図７Ａは２つの目標導光板についてのＦＯＭ対Ｎ０を示す。点Ａ１、Ａ２を有する白抜き円のプロットは１５．６”５００μｍ厚さおよび３５５ｍｍ長さの導光板についてのものであり、一方、点Ｃ０〜Ｃ６を有する塗りつぶし四角形のプロットは１３．３”５００μｍ厚さおよび１７４ｍｍ長さの導光板についてのものであり、両方とも導光板はポリカルボナートで造られている。

図７Ａは２つの一般的な傾向を示す。第１には、同じ導光板については、より低いＦＯＭのマイクロレンズはより低い開始数密度Ｎ０を有する傾向がある。第２には、同じマイクロレンズを使用しよって同じＦＯＭを有する場合に、より長い導光板はより低い開始数密度Ｎ０を必要とする。点Ａ１およびＣ０に対応する導光板についてのマイクロレンズは同じである。よって、両方の点はＦＯＭ≒１．０７％を有する。しかし、１５．６”導光板は１３．３”導光板よりもかなり低いＮ０を有するが、その理由は、この１５．６”導光板がより長いからである。この第１の傾向はバンディング欠陥およびフィーチャ可視性の両方を解決することを重要にするが、その理由は、バンディング問題を抑制することがより低いＦＯＭのマイクロレンズを必要とし、一方で、フィーチャ可視性問題を低減させることがより高いＮ０のマイクロレンズを必要とするからである。この第２の傾向は、より長い導光板についてこれら２つの問題を解決することはさらにより困難であることを示唆している。

図７ＢはＬＧＰ長さ、マイクロレンズの形状、開始面密度Ｄ０、開始数密度Ｎ０、ＦＯＭ、並びに得られたレンズ可視性およびバンディング可視性に関して導光板の例をまとめる。それぞれのマイクロレンズの形状は底角α_１、α_２、入射角β_１、β_２、幅ｗ、および長さｌで特定される。

３５５ｍｍ長さのＬＧＰについては、点Ａ１による例はレンズ可視性またはバンディング可視性のいずれについても許容できない。点Ａによる例はレンズ可視性については許容可能であるが、バンディング可視性については許容できない。

１７４ｍｍ長さのＬＧＰについては、点Ｃ０、Ｃ１による例はレンズ可視性については許容可能であるが、バンディング可視性については許容できない。点Ｃ５およびＣ６による例はバンディング可視性については許容可能であるが、レンズ可視性については許容できない。しかし、点Ｃ２、Ｃ３およびＣ４による例はバンディング可視性およびレンズ可視性の双方について許容可能である。

点Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４による本発明の実施例はＮ０≧８、および深さの変化Δｄ＝０．１μｍの場合にＦＯＭ≦０．９５％という鍵となる特徴を有するが、一方で点Ａ１、Ａ２、Ｃ０、Ｃ１、Ｃ５およびＣ６による比較例はこのような特徴を有していない。

全てのこれら例において、底角α_１およびα_２は同じ３０°のままである。入射角β_１およびβ_２は２２°〜３４°で変動している。幅ｗおよび長さｌ（これらは同じであるように設定されている）は、５６μｍ〜８５．１μｍで変動している。

図８はより多くの例のまとめであり、これら例においてはそれぞれのマイクロレンズは異なる底角を有する（すなわち、α_１≠α_２）。例ごとに、底角α_１、α_２は２０°〜５０°の間で変動しており、入射角β_１、β_２は８．６°〜５６．２°の間で変動しており、並びに幅ｗおよび長さｌは３０μｍ〜９０μｍの間で変動している。これら例においてはｗおよびｌは同じであるが、それらは同じである必要はない。長さｌはｗ〜ｗ＋４０μｍの間で変動することができる。選択された例４、１１、２４のみが鍵となる特徴であるＮ０≧８、およびΔｄ＝０．１μｍと仮定した場合のＦＯＭ≦０．９５を有する。

上述のように、３５°より大きな入射角を有するマイクロレンズは現在製造するのが困難である。よって、例１１は、その入射角が２５．４°であるから特に魅力的であり、一方で例４および２４についての入射角は３５°より大きい。

本発明を実践するために、多くのポリマー材料が選択されうる。選択される材料は実際の使用中の破砕および歪みを最小限にするのに充分に強靱でなければならない。しかし、最も重要なことには、選択される材料は可視範囲のスペクトルにわたって高水準の透過率および低い色を有しなければならない。本発明において有用な材料には、これに限定されないが、ポリ（メチルメタクリラート）（ＰＭＭＡ）、耐衝撃性改良ＰＭＭＡおよび他のアクリル系ポリマー、ポリカルボナート、ポリシクロオレフィン、環式ブロックコポリマー、ポリアミド、スチレン系物質、ポリスルホン、ポリエステル、ポリエステル−カルボナート、並びにこれらの様々な混和性ブレンドが挙げられる。

１０導光板
１２光源
１４終端面
１６出力面
１７底面
１８入力面
２０、２０ａプリズム膜
２２下部反射膜
２４、２４ａ拡散膜
２５ＬＣＤパネル
２６上部反射膜
２６ａ内面
２６ｂ外面
２８バックライトユニット
３０ＬＣＤディスプレイ装置
１００、１０１、１０１ａ〜１０１ｆマイクロレンズ
１０５表面プロファイル
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ黒および白のバンド

Claims

光源からの光を受け取るための入力面、光を放射するための出力面、および前記出力面に対して反対側の底面を含む導光板であって、
前記出力面および底面の少なくとも一方がマイクロパターンを有し、前記マイクロパターンが複数のマイクロレンズを含み、
各マイクロレンズが幅ｗ、長さｌ、深さｄ、配向角、第１底角α_１、第２底角α_２、第１入射角β_１および第２入射角β_２を有し、
深さの変化Δｄが０．１μｍである場合に、

として定義される面積変化率が０．９５％以下であり、かつマイクロレンズの開始数密度が８以上／ｍｍ^２であり、Δｗが深さの変化Δｄに対応した幅の変化でありかつΔｌが深さの変化Δｄに対応した長さの変化である、
導光板。
前記複数のマイクロレンズの幅、長さおよび深さの変動が１．８パーセント以内である、請求項１に記載の導光板。
前記複数のマイクロレンズの配向角の変動が２度以内である、請求項１に記載の導光板。
前記第１底角と前記第２底角とが同じである、請求項１に記載の導光板。
前記第１底角と前記第２底角とが異なっている、請求項１に記載の導光板。
前記第１入射角および前記第２入射角が３５°より小さい、請求項１に記載の導光板。