JP5552207B2 - 光学部材の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置に用いられる光学部材の製造方法に関する。
最近では、従来のCRTの代わりに、液晶表示装置(LCD)、PDP(plasma display panel)及びOLED(organic light emitting diode)などの平板表示装置が開発されている。このうち、液晶表示装置は、液晶表示パネルと、液晶表示パネルに光を供給するためのバックライトユニットとを含む。
バックラストユニットは、光源の位置に応じてエッジ型と直下型とに分けられる。エッジ型は導光板の側面に光源が設けられる構造であって、主にラップトップ型及びデスクトップ型のコンピュータのように、相対的にサイズの小さい液晶表示装置に適用される。このようなエッジ型のバックライトユニットは、光の均一性がよい一方、耐久寿命も長く、液晶表示装置の薄型化にも有利である。
エッジ型のバックライトユニットにおいて、導光板は、側面から入射した光を導光して液晶表示パネルの方へ出射する。導光板から出射される光の輝度を増加させるために、導光板に光学フィルムの概念を追加した改良された導光板が用いられる。この改良された導光板は、導光板の出射面に集光パターンなどを形成して、出射される光の輝度を増加させる。
しかしながら、改良された導光板は射出方法で形成するか、集光パターンを紫外線硬化樹脂を用いて別途に形成するため、高コストを引き起こす問題点がある。
したがって、本発明の目的は、パターンが形成されている光学部材の製造費用が低減できる光学部材の製造方法を提供することにある。
前記目的は、第1のガラス転移温度を有し、少なくとも一面にパターンが形成されている光学フィルムと、前記第1のガラス転移温度より低い第2のガラス転移温度を有する光学プレートとを準備するステップと、前記パターンが前記光学プレートと向き合うように、前記光学フィルムと前記光学プレートとを対向配置するステップと、前記光学プレートを前記第2のガラス転移温度以上で加熱しながら、前記光学フィルムと前記光学プレートとを相互に加圧するステップとを含む光学部材の製造方法によって達成される。
前記光学プレートは、前記第2のガラス転移温度+30℃以内で加熱されることが好ましい。
また、前記第1のガラス転移温度は、前記光学プレートの加熱温度より高いことが好ましい。
前記加圧は、前記光学フィルム及び前記光学プレートを液体につけた状態において、前記液体を加圧して行われることが好ましい。
前記液体は水を含み、前記液体に加えられる圧力は、800気圧〜1200気圧であることが好ましい。
前記加圧過程において、前記パターンと前記透明プレートとの間には、前記液体が位置しないことが好ましい。
また、前記透明プレートを加熱する前に、前記透明プレート及び前記光学部材を外部と遮られるように保護材で取り囲むステップをさらに含むことが好ましい。
さらに、前記透明プレート及び前記光学部材を取り囲む前記保護材の内部を真空状態にするステップをさらに含むことが好ましい。
前記保護材は樹脂からなり、前記保護材のガラス転移温度は、前記光学プレートの加熱温度より高いことが好ましい。
前記光学プレートの材質は線形高分子を含み、前記パターンの材質は架橋された高分子を含むことが好ましい。
ここで、前記パターンは、集光パターンを含むことが好ましい。
また、前記本発明の目的は、光学プレートと、少なくとも一面にパターンが形成されている光学フィルムとを準備するステップと、前記パターンが前記光学プレートと向き合うように、前記光学フィルムと前記光学プレートとを真空状態の保護材内に対向配置するステップと、前記保護材を液体につけるステップと、前記液体を加熱及び加圧するステップと、加圧された前記光学プレートと前記光学フィルムとを分離するステップとを含む光学部材の製造方法によっても達成される。
前記加圧過程において、前記光学プレートはガラス転移された状態であることが好ましい。
前記加熱温度は、前記光学プレートのガラス転移温度〜前記ガラス転移温度+30℃であることが好ましい。
ここで、前記パターンは、プリズム形状であることが好ましい。
また、前記パターンは架橋された高分子からなることが好ましい。
上述したように、本発明によれば、パターンが形成されている光学部材の製造費用を低減することができる。
以下、添付図面を参照して本発明についてより詳しく説明する。
図1及び図2を参照して、本発明により製造された光学部材を含む液晶表示装置について説明する。
液晶表示装置1は、液晶表示パネル20と、液晶表示パネル20の背面に位置した光学部材30と、光学部材30の向き合う両側面に沿って配置されている一対の光源部40と、光源部40を取り囲む光源カバー51と、光学部材30の下部に位置する反射板52とを含む。これらは上部カバー部材10と下部カバー部材60との間に収容されている。また、液晶表示パネル20は、型(mold)70に設けられている。
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基板22とを含む。その基板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から光を供給する必要がある。薄膜トランジスタ基板21の一側には、駆動信号印加のための駆動部25が設けられている。駆動部25は、フレキシブル印刷回路基板(flexible printed circuits;FPC)26と、フレキシブル印刷回路基板26に設けられている駆動チップ27、フレキシブル印刷回路基板26の他側に接続されている回路基板(PCB)28とを含む。駆動部25はCOF(chip on film)方式を示したものであるが、TCP(tape carrier package)、COG(chip on glass)などの公知の他の方式も可能である。また、駆動部25を薄膜トランジスタ基板21に実装することもできる。
液晶表示パネル20の背面に位置する光学部材30は、光学プレート310と光学フィルム320とを含む。光学フィルム320は、フィルム本体321とプリズムパターン322とを含み、プリズムパターン322の端部は光学プレート310に接触している。光学部材30は、光学フィルム320が液晶表示パネル20側に位置するように配置されている。
光学部材30は、光学プレート310の入射面310aから入射した光を光学フィルム320を通じて出射させて液晶表示パネル20側に供給する。
光学プレート310は線光源を面光源に転換する役割を果たし、ポリメチルメタクリレート(PMMA)のようなアクリル系列の樹脂で構成される。図示してはいないが、反射板52と向き合う光学プレート310の表面には、入射する光を液晶表示パネル20側に反射するための様々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としては、ドットパターン、V字カット溝及びプリズムパターンなどが可能である。
光学フィルム320は、液晶表示パネル20と対向するように配置される。光学フィルム320は、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などで形成することができ、透明であることが好ましい。プリズムパターン322は、光学プレート310の出射面310bに接触している。プリズムパターン322は光源部40と平行な方向に延長されており、一定の間隔で配置されている。
上述したように、光学プレート310と光学フィルム320とを結合して光学部材30を製造し、その詳細な製造方法については後述する。
光学部材30における光の流れについては、図2を参照して説明する。
プリズムパターン322に接続されない光学プレート310の出射面310bに入射した光(a)は、全反射されて再び光学プレート310の内部に進む。ここで、全反射は、出射面310bへの入射角が全反射のための臨界角度より小さくなければ発生せず、入射角度が臨界角度より大きい場合には、光は出射面310bを通じて出射する。
プリズムパターン322に接続されている出射面310bに入射した光(b)は、プリズムパターン322の内部へ進む。プリズムパターン322の内部へ進んだ光(b)は、プリズムパターン322の側面部で反射して進む。この反射によって、液晶表示パネル20の板面に対して垂直方向へ進行方向が変わり、全面の輝度が増加する。
このように光学部材30は導光と集合を同時に行う。
他の実施形態では、光学フィルム320において、フィルム本体321とプリズムパターン322は異なる層で、別の物質で形成することができる。
光源部40は一対として設けられており、光学プレート310の両方の入射面310aにそれぞれ位置する。光源部40の延長方向は、プリズムパターン331の延長方向に対して平行である。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はほぼ直方体形状であって、ランプ本体41の両端に位置する電極部(図示せず)を取り囲み、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)を含むことができる。実施形態とは異なり、光源部40は発光ダイオード(LED)を含むこともできる。
光源カバー51は、光源部40からの光が光学部材310の入射面310aに反射されるように光源部40を取り囲んでいる。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は光学部材310の下部に位置し、下方に進行する光を再び反射して光学部材30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)やポリカーボネート(PC)のようなプラスチック材質で構成することができる。
他の実施形態においては、光学部材30と液晶表示パネル20との間に、プリズムフィルム、拡散フィルム、反射偏光フィルムまたは保護フィルムが位置する。
上述したように、光学部材30は、導光と集光の役割を同時に果たす。図3a〜図3dを参照して、本発明の第1の実施形態による光学部材の製造方法についして説明する。
まず、図3aのように光学プレート310と光学フィルム320とを備え、光学プレート310と光学フィルム320とが向き合うように配置する。光学フィルム320の一面には、集光パターンのプリズムパターン322が形成されており、プリズムパターン322が光学プレート310と向き合うように配置する。
実施形態において、光学プレート310は、ガラス転移温度(Tg)がほぼ105℃であるポリメチルメタクリレート(PMMA)からなる。光学フィルム320は、ポリメチルメタクリレートよりガラス転移温度が高い樹脂からなる。たとえば、光学フィルム320は、ガラス転移温度(Tg)がほぼ155℃であるポリカーボネートからなることができる。
次に、図3bのように、光学プレート310と光学フィルム320とを保護材110で取り囲む。保護材110は、樹脂フィルムで形成することができる。光学プレート310と光学フィルム320とを取り囲んだ状態で、保護材110の内部を真空状態にする。保護材110は、その後の加圧過程において、光学プレート310と光学フィルム320との間に水や空気が介在する問題点を防ぐ。
その後、図3cに示したように、光学プレート310と光学フィルム320とを取り囲んでいる保護材110を圧力容器120に入れて加熱及び加圧する。圧力容器120には、加圧媒体及び加熱媒体の水が充填されており、保護材110は水の中に位置する。水は毒性がなく、圧力による押出し率も小さくて、加熱媒体及び加圧媒体として適当する。他の実施形態においては、加圧媒体として、オイルなどを用いることもできる。
加熱は、光学プレート310が加圧状態からガラス転移状態となるように行われる。この際、光学プレート310に対する加熱によって光学フィルム320も加熱されるが、光学フィルム320がガラス転移状態とならないようにする。光学プレート310のガラス転移温度がほぼ105℃であり、光学フィルム320のガラス転移温度がほぼ155℃であるとき、光学プレート310はほぼ105℃〜135℃程度で加熱することができる。一方、保護材110は、この温度でガラス転移されない樹脂で構成されるため、加熱によってはガラス転移されない。光学プレート310と光学フィルム120とが収容されている保護材110は水の中に位置するため、光学プレート310の加熱は水を加熱して行われる。
加圧は、圧力容器120に窒素(または空気)を加えて行われる。窒素によって水が加圧され、これにより、光学プレート310と光学フィルム320とは対向して加圧される。このときの圧力は、ほぼ80気圧〜120気圧とすることができる。水は100℃以上で加熱しても、高い圧力のため液体状態を保持する。
加熱、加圧により光学プレート310と光学フィルム320とが相互に結合するが、これについては図3dを参照して説明する。
ガラス転移状態になると、光学プレート310の表面は、ゴムのような性質を呈し、柔らかくなる。しかしながら、ガラス転移状態でないプリズムパターン322は、光学プレート310に比べ、強い強度を有する。このようなガラス転移状態における強度差を与えるために、プリズムパターン322は、架橋された高分子(cross-linked polymer)で形成し、光学プレート310は線形高分子(linear polymer)で形成することができる。
この状態において、光学プレート310とプリズムパターン322とが相互に加圧されると、比較的強い強度のプリズムパターン322の端部が、比較的弱い強度の光学プレート310の表面内に浸透する。光学プレート310内に浸透したプリズムパターン322は、光学プレート310と結合する。
このとき、保護材110により水の浸透が遮られて、プリズムパターン322と光学プレート310との間には水が存在しない。プリズムパターン322と光学プレート310との間に水が存在すれば、加圧が効率的に行われない。
一方、加圧は、流体の水を通じてなされるため、光学プレート310と光学フィルム320とは全体的に均一な圧力をうける。したがって、プリズムパターン322と光学プレート310との結合は均一に行われる。
光学プレート310とプリズムパターン322との結合が完了すれば、加圧を解除し、保護材110を圧力容器120の外部に取り出し、保護材110を取り除く。
なお、図4を参照して第2の実施形態による製造方法について説明する。
保護材110の内には、多数対の光学プレート310と光学フィルム320とが位置している。結合しない光学プレート310と光学フィルム320との間には、結合防止材115が位置する。結合防止材115は、保護材110と同じ材質として設けることができる。
第2の実施形態において、光学部材30の製造方法は第1の実施形態と類似するため、その説明を省略する。第2の実施形態によれば、同時に複数の光学部材30を製造することができるため、製造費用を低減できる。必要によっては、光学プレート310と光学フィルム320とを支持するフレームを用いることもできる。
図5に示すように、第3の実施形態による製造方法について説明する。
圧力容器110の内には、複数の保護材110が位置し、各保護材110の内には、光学プレート310と光学フィルム320とが位置している。
第3の実施形態において、光学部材30の製造方法は第1の実施形態と類似するため、その説明を省略する。第3の実施形態によれば、同時に複数の光学部材30を製造することができるため、製造費用を低減できる。
上述した実施形態とは異なり、光学プレート310の両面にそれぞれ光学フィルム320を設けて加熱及び加圧する方法も可能である。この場合、光学プレート310は、両面に光学フィルム320を接続する。
図6及び図7に示すように、本発明により製造された他の光学部材31について説明する。
光学フィルム320は、フィルム本体321、集光パターンのレンズパターン322及びフィルム本体321内に拡散状態で存在する拡散剤323を含む。レンズパターン322は長く伸びており、互いに平行に配置されている。
レンズパターン322を通過して集光された光は、拡散剤323で拡散された後、液晶表示パネル20に供給される。
光学部材31は拡散機能も備えており、拡散フィルムを省略することもできる。
図8に示すように、本発明により製造されたまた他の光学部材32について説明する。
光学フィルム320の集光パターン322は長く延長されたものではなく、ドット形状で配置されている。図示したような実施形態とは異なり、光学フィルム320としては、様々なパターンで形成することができる。
図9に示すように、本発明の第4の実施形態による光学部材の製造方法について説明する。
第4の実施形態においては、図3dに示した光学プレート310と光学フィルム320との加圧後、光学プレート310と光学フィルム320とを互いに分離する。加圧及び加熱によって光学プレート310にプリズムパターン322が転写されて陰刻プリズムパターン311が形成される。光学プレート310に転写されるパターンは、光学フィルム320に応じて様々に変更できる。
転写に用いられた光学フィルム320は、別の光学プレート310のパターン転写に再び用いることができる。
図10に示すように、本発明の第5の実施形態による光学部材の製造方法について説明する。
第5の実施形態においては、光学フィルム320のプリズムパターン322が、光学プレート310に完全に転写されている。これにより、光学プレート310の陰刻プリズムパターン311は、光学フィルム320のプリズムパターン322と大きさ及び形状が同一である。
図11に示すように、本発明の第6の実施形態による光学部材の製造方法について説明する。
第6の実施形態においては、光学プレート310の両側に光学フィルム320a,320bが位置している。したがって、光学プレート310の両面にそれぞれ陰刻プリズムパターン311a,311bが形成される。
他の実施形態として、陰刻プリズムパターン311a,311bの延長方向が直角をなすように形成することもできる。また、光学プレート310の両面には、相異なっているパターンを形成することもできる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の属する技術分野の通常の知識を持つ者なら、本発明の要旨を逸脱しない限り、本実施形態を変形できるのは明らかである。本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲とその均等物によって定められるべきである。
本発明により製造された光学部材を含む液晶表示装置の分解斜視図である。 図1のII-II線による光学部材の断面図である。 本発明の第1の実施形態による光学部材の製造方法を説明するための図である。 本発明の第1の実施形態による光学部材の製造方法を説明するための図である。 本発明の第1の実施形態による光学部材の製造方法を説明するための図である。 本発明の第1の実施形態による光学部材の製造方法を説明するための図である。 本発明の第2の実施形態による光学部材の製造方法を説明するための図である。 本発明の第3の実施形態による光学部材の製造方法を説明するための図である。 本発明により製造された他の光学部材の斜視図である。 図6のVII-VII線による断面図である。 本発明により製造されたまた他の光学部材の斜視図である。 本発明の第4の実施形態による光学部材の製造方法を説明するための図である。 本発明の第5の実施形態による光学部材の製造方法を説明するための図である。 本発明の第6の実施形態による光学部材の製造方法を説明するための図である。
符号の説明
10 上部カバー部材
20 液晶表示パネル
30 光学部材
310 光学プレート
320 光学フィルム
322 プリズムパターン
40 光源部
51 光源カバー
52 反射板
60 下部カバー部材
70 型

Claims (11)

  1. 第1のガラス転移温度を有し、少なくとも一面にパターンが形成されている光学フィルムと、前記第1のガラス転移温度より低い第2のガラス転移温度を有する光学プレートとを準備するステップと、
    前記パターンが前記光学プレートと向き合うように、前記光学フィルムと前記光学プレートとを対向配置するステップと、
    前記光学フィルム及び前記光学プレートを保護材により取り囲んで内部を真空状態にした状態で液体につけるステップと、
    前記液体を加熱することにより、前記保護材により取り囲まれた前記光学フィルム及び前記光学プレートを前記第2のガラス転移温度以上であり、かつ、前記第1のガラス温度よりも低い温度で加熱しながら、前記光学フィルム及び前記光学プレートを加熱する間、前記光学フィルムと前記光学プレートとを相互に加圧するステップと、を含み、
    前記パターンは、前記光学フィルムと一体で形成され、前記光学フィルムに含まれ、
    前記加圧及び加熱は、前記液体を加圧及び加熱して行われ、前記液体の加熱及び加圧によって、前記第2のガラス転移温度以上となることで前記光学プレートが柔らかくなり、前記第1のガラス転移温度以下であることで前記光学フィルムは前記光学プレートよりも強い強度を有しており、前記光学フィルムの前記パターンが、前記光学フィルムよりも強度が弱い前記光学プレートの表面内に浸透することを特徴とする光学部材の製造方法。
  2. 前記光学プレートは、前記第2のガラス転移温度+30℃以内で加熱されることを特徴とする請求項1に記載の光学部材の製造方法。
  3. 前記第1のガラス転移温度は、前記光学プレートの加熱温度より高いことを特徴とする請求項1に記載の光学部材の製造方法。
  4. 前記液体は水を含むことを特徴とする請求項1に記載の光学部材の製造方法。
  5. 前記液体に加えられる圧力は、80気圧〜1200気圧であることを特徴とする請求項1に記載の光学部材の製造方法。
  6. 前記加圧過程において、前記パターンと前記透明プレートとの間には、前記液体が位置しないことを特徴とする請求項1に記載の光学部材の製造方法。
  7. 前記透明プレートを加熱する前に、前記透明プレート及び前記光学部材を外部と遮られるように保護材で取り囲むステップをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の光学部材の製造方法。
  8. 前記透明プレート及び前記光学部材を取り囲む前記保護材の内部を真空状態にするステップをさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の光学部材の製造方法。
  9. 前記保護材は樹脂からなり、
    前記保護材のガラス転移温度は、前記光学プレートの加熱温度より高いことを特徴とする請求項8に記載の光学部材の製造方法。
  10. 前記光学プレートの材質は線形高分子を含み、
    前記パターンの材質は架橋された高分子を含むことを特徴とする請求項4に記載の光学部材の製造方法。
  11. 前記パターンは集光パターンを含むことを特徴とする請求項4に記載の光学部材の製造方法。
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