JP7348940B2 - 傾斜構造を有する光学フィルムのバックライトモジュール - Google Patents
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Description
本発明は、バックライトモジュール、特にディスプレイに適用されるバックライトモジュールに関する。
バックライトモジュールは、現代の液晶スクリーンの主要部材の１つであり、バックライトモジュールは、液晶スクリーンに表示される画面を形成するための複数の発光部材を有する。発光部材の光線をより均一にするために、液晶スクリーン表示画面の品質を向上させている。その方法は、直下型バックライトモジュールに拡散板（Diffuser plate）を設置し、拡散板は、光線の屈折、反射又は散乱等の物理現象を利用し、光線を更に均一に分布させることである。
ディスプレイのコントラストを向上させる技術の発展に伴って、バックライトモジュールの発光部材は、徐々にミニＬＥＤが通常のＬＥＤに取って代わっている。但し、ミニＬＥＤの発光面積は小さく、従来の拡散板では光源を効果的に分散させることができない。図１Ａ～図１Ｄ及び図１Ｆを参照し、図１Ａは、バックライトモジュールを示し、図１Ｂは、オフセット構造のない従来の微細構造の説明図を示し、図１Ｃは、輝度分布図を示し、図１Ｄは、オフセット構造のない従来の光学フィルムを示している。図１Ｆは、光学シミュレーションの結果を示している。このようなバックライトモジュール１０は、基板１１、ミニＬＥＤ１２及びオフセット構造のない従来の光学フィルム１３を含む。オフセット構造のないこのような従来の光学フィルム１３の微細構造１４は、ミニＬＥＤ１２の配置に対応する。
図１Ｆは、図１Ａの部材の構成で４つの隣接するミニＬＥＤ１２の光学シミュレーションによって生成されたシミュレーション結果を得た図であり、図１Ｃは、図１Ｆは、Ａ－Ａ断面線によって生成された輝度分布図である。図１Ｃでは、ミニＬＥＤ１２は、横軸の－２、－１の間と１、２の間に設置されており、ミニＬＥＤ１２の位置の輝度が明らかに比較的高く、他の位置は輝度が比較的低くなっていることがわかり、このような光線の性能は、良好ではない。
従って、上記の問題を如何に解決するかは、当業者にとって検討すべきことである。
本発明は、オフセット微細構造の拡散板を備えたバックライトモジュールを提供し、本発明の有益な効果は、光線拡散の性能を効果的に改善できることである。
本発明は、基板と、複数の発光部材と、少なくとも１つの光学フィルムと、を備えるバックライトモジュールを提供する。発光部材は、それぞれ第１方向及び第２方向に前記基板上に配列される。光学フィルムは、第１面及び第２面を含む。第１面は、複数の錐形構造を有し、複数の第１稜線を形成し、前記第１稜線と前記第１方向との挟み角の角度がθである。第２面は、前記第１面に対向し、前記基板に面する。前記第１方向の前記発光部材及び隣り合う前記発光部材の距離は、Ｘであり、前記第２方向の前記発光部材及び隣り合う前記発光部材の距離は、Ｙであり、前記角度θの範囲が下記式（１）を満たすことを特徴とする。
上記バックライトモジュールは、前記角度θが下記式（２）を満たすことを特徴とする。
上記バックライトモジュールは、前記錐形構造が下向きに凹んだ四角錐であることを特徴とする。
上記バックライトモジュールは、前記錐形構造が下向きに凹んだ多角錐であることを特徴とする。
上記バックライトモジュールは、前記第２面は、複数の円柱構造を更に含むことを特徴とする。
上記バックライトモジュールは、前記円柱構造は、第２稜線を更に含み、前記第２稜線と第１方向と挟み角は、前記角度θであることを特徴とする。
上記バックライトモジュールは、前記光学フィルムの上方に設置される少なくとも１つのプリズムシートを更に備えることを特徴とする。
上記バックライトモジュールは、前記発光部材は、ミニ発光ダイオードであることを特徴とする。
上記バックライトモジュールは、前記光学フィルムの厚さは、０．０５～０．５ｍｍであることを特徴とする。
上記バックライトモジュールは、前記光学フィルムの材質が、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、又はＰＣ、ＰＭＭＡ、ＰＥＴの積層複合材質であることを特徴とする。
本発明のバックライトモジュールは、優れた光性能を提供すると同時に発光部材の密度を下げても、相当な光性能を実現することができ、バックライトモジュールの製造コストを更に削減することができる。
これに鑑み、本発明は、光学フィルムがミニＬＥＤアレイの角度オフセットに対応する微細構造を有し、ミニＬＥＤの光線拡散を効果的に改善し、光性能を向上させることができるバックライトモジュールを提供する。
図４Ａを参照し、図４Ａは、本発明の第１実施形態のバックライトモジュールを示している。第１実施形態のバックライトモジュール１００は、基板１２０、複数の発光部材１３０及び複数の光学フィルム１１０を含む。発光部材１３０は、基板１２０上に配置され、発光部材１３０は、それぞれ第１方向及び第２方向に基板１２０上に配列され、基板１２０は、例えば、フレキシブル基板である。図３Ｂを参照し、発光部材１３０の配列は、それぞれ第１方向１３１及び第２方向１３２に配置され、第１方向１３１及び第２方向１３２は、垂直方向に互い違いに配置される。
本実施形態において、発光部材１３０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、好適実施形態としては、発光部材１３０は、ミニ発光ダイオード（ミニＬＥＤ）である。光学フィルム１１０は、発光部材１３０の上方に設置される。好適実施形態では、光学フィルム１１０の厚さは、０．０５～０．５ｍｍであり、且つ光学フィルム１１０の数は、３～５枚である。また、光学フィルム１１０の材質は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、又はＰＣ、ＰＭＭＡ、ＰＥＴの積層複合材質であることができる。
図２Ａ～図２Ｃを参照し、図２Ａは、一実施形態の光学フィルムを示し、図２Ｂは、光学フィルムの部分拡大図を示し、図２Ｃは、光学フィルムの側面断面図を示している。光学フィルム１１０は、第１面１１１及び第２面１１２を含み、第１面１１１及び第２面１１２は、向かい合って配置され、第２面１１２は、発光部材１３０に面して配置されている。
光学フィルム１１０の第１面１１１は、複数の錐形構造１１３を更に含み、錐形構造１１３は、頂点１１４を含み、頂点１１４は、第２面１１２に向かって延びる。即ち、錐形構造１１３は、下向きに凹んで第１面１１１に設置される。更に、本実施形態では、錐形構造１１３は、下向きに凹んだ四角錐である。このような錐形構造１１３は、緊密に配列されて複数の第１稜線１１６を形成し、第１稜線１１６と第１方向との間の挟み角は、角度θである。
図３Ａ及び図３Ｂを参照し、図３Ａ及び３Ｂは、錐形構造の傾斜の説明図である。錐形構造１１３の傾斜角度は、発光部材１３０の配置に関連している。また、図３Ｂでは、４つの隣接する発光部材１３０でその配列方法を示しており、全ての発光部材１３０を表していない。先ず、図３Ａを参照し、図３Ａの実施形態は、錐形構造１１３が四角錐である場合を例とし、且つ図を明確に保つために、図３Ａでは、頂点１１４を図示していない。複数の錐形構造１１３の辺縁に複数の第１稜線１１６が形成される。第１稜線１１６及び第１方向１３１（破線で示す）は、角度θの挟み角である。
次に、図３Ｂを参照し、角度θは、発光部材１３０の配列によって決定され、発光部材１３０と斜角発光部材１３０の挟み角は、角度θである。即ち、角度θのタンジェント関数は、第２方向１３２上の発光部材１３０の距離Ｙを第１方向１３１上の発光部材１３０の距離Ｘで割ったもの、即ち、下記の式に等しくなる。
従って、錐形構造１１３の傾斜角度θは、発光部材１３０の配列と対応する。
言い換えると、第２方向１３２上の発光部材１３０の距離Ｙを第１方向１３１上の発光部材１３０の距離Ｘで割ったアークタンジェント関数は角度θであり、即ち、下記の式（２）が成立する。
また、角度θは、一定の範囲の公差を許容し、好適実施形態では、公差は１０°であり、即ち、角度θ±１０°であり、具体的には、角度θが下記式（１）を満たす。
図３Ｃを参照し、図３Ｃが示すのは、別の配列方式の発光部材である。図３Ｃの実施形態では、発光部材１３０は、ひし形アレイに配列されている。本実施形態では、発光部材１３０は、依然として第１方向１３１と第２方向１３２に配列され、角度θの定義は、第２方向１３２の発光部材１３０の距離Ｙ’及び第１方向の発光部材１３０の距離Ｘ’に関連し、即ち、下記式で表される。
更に、光学フィルム１１０上の錐形構造１１３の第１稜線１１６は、何れも発光部材１３０の配置と角度θの挟み角を示す。
図４Ａ及び図４Ｂを参照し、図４Ａが示すのは、第１実施形態のバックライトモジュールである。図４Ｂが示すのは、第１実施形態のバックライトモジュールの輝度分布図である。図４Ｂは、図３Ｂの発光部材１３０の配置の光学シミュレーションであり、図３Ｂの対角線Ｄに沿って取得される輝度分布図である。そのうち、発光部材１３０は、横軸の－２、－１の間、及び１、２の間に設置される。また、図５Ｂ、図５Ｃ、図７Ｂ、図７Ｃ、図８Ｂ及び図８Ｃは、図３Ｂの対角線Ｄに沿って取られた輝度分布図である。
第１実施形態のバックライトモジュール１００は、３つの光学フィルム１１０を含み、且つ傾斜した錐形構造１１３を有する。図１Ｃの従来技術の輝度分布図と比較して、図４Ｂの輝度分布図から、横軸－１と１との間の輝度が向上され、光学フィルム１１０が発光部材１３０の光拡散の性能を明らかに改善していることが分かる。
図５Ａを参照し、図５Ａが示すのは、第２実施形態のバックライトモジュールである。第２実施形態のバックライトモジュール２００は、光学フィルム１１０の上方に複数のプリズムシート１５０を設置し、プリズムシート１５０は、第１プリズムシート１５１及び第２プリズムシート１５２を含み、第１プリズムシート１５１と第２プリズムシート１５２の構造方向は、直交して配置されている。具体的には、第１プリズムシート１５１と第２プリズムシート１５２は、方向特性を有する微細構造を含み、第１プリズムシート１５１と第２プリズムシート１５２は、設置される時、２つのプリズムシートの微細構造の延長方向が互いに垂直である。
次に、図５Ｂ及び図５Ｃを参照し、図５Ｂが示すのは、従来技術の輝度分布図である。図５Ｂは、第２実施形態のバックライトモジュール２００を基礎とし、光学フィルム１１０をオフセット構造のない従来の光学フィルム１３（例えば図１Ｄの光学フィルム１３）に置き換え、更に生成した輝度分布図である。図５Ｃは、第２実施形態のバックライトモジュールの輝度分布図である。図５Ｂ及び図５Ｃの輝度分布図を比較すると、図５Ｂでは高輝度の領が少なく、ほとんどが発光点（横軸－２と－１の間、横軸１と２の間）に集中していることが分かる。これに比較し、図５Ｃの高輝度領域は明らかに拡散しており、且つ中央領域（横軸－１と１の間）に光線を効果的に拡散する。
図６Ａ～図６Ｃを参照し、図６Ａが示すのは、別の実施形態の光学フィルムの背面図である。図６Ｂが示すのは、光学フィルムの背面の部分拡大図である。図６Ｃが示すのは、光学フィルムの側面断面図である。本実施形態において、光学フィルム３１０は、第１面３１１及び第２面３１２を含み、且つ第１面３１１は、複数の錐形構造３１３を含み、第１面３１１及び錐形構造３１３の技術的特徴は、図２Ｃの実施形態の技術的特徴と同等であり、ここでは繰り返し記載しない。本実施形態の特徴は、第２面３１２が複数の円柱構造３１７（Lenticular）を更に含むことである。また、円柱構造３１７は、第２稜線３１８を更に含む。第２稜線３１８と発光部材１３０の第１方向１３１とは、角度θで傾斜し、即ち、円柱構造３１７の設置方向は、第１面３１１の錐形構造３１３と同等である。図６Ｄを参照し、図６Ｄが示すのは、別の実施形態の円柱構造３１７’であり、本実施形態の円柱構造３１７’は、異なる方向の円柱体が重なり合って形成された曲面であるため、２つの第２稜線３１８ａ、３１８ｂを有し、２つの異なる方向の円柱体を示し、２つの第２稜線３１８ａ、３１８ｂは、互いに垂直であり、そのうち１つの第２稜線３１８ａは、発光部材１３０の第１方向１３１から角度θだけ傾斜している。
図１Ｅを参照し、図１Ｅが示すのは、従来の円柱構造を有する光学フィルムであり、図６Ａと図１Ｅを比較し、本実施形態（図６Ａ）の光学フィルム３１０の円柱構造３１７と発光部材１３０第１方向１３１は、挟み角の傾斜があることが分かる。オフセットのない円柱構造の従来の光学フィルム１３’（図１Ｅ）の円柱体は、平行に配置される。
図７Ａを参照し、図７Ａが示すのは、第３実施形態のバックライトモジュールである。第３実施形態のバックライトモジュール３００は、発光部材１３０の上に配置された複数の光学フィルム３１０を含み、光学フィルム３１０の円柱構造３１７は、発光部材１３０に面して配置されている。
次に、図７Ｂ及び図７Ｃを参照し、図７Ｂが示すのは、従来技術の輝度分布図であり、即ち、第３実施形態のバックライトモジュール３００の基礎に、光学フィルム３１０が、図１Ｅで示すオフセットのない円柱構造の従来の光学フィルム１３’に置き換えられて生成される輝度分布図である。図７Ｃは、第３実施形態のバックライトモジュールの輝度分布図である。図７Ｂから、高輝度領域は発光点（横軸－２と－１の間、横軸１と２の間）に相対的に集中し、中間領域（横軸－１と１の間）は、明らかに暗いことが分かる。図７Ｃに示すように、錐形構造１１３と円柱構造３１７をオフセットした後、輝度をより均一に分布させることができ、中央領域の薄暗さを埋めることができ、光線の性能を効果的に改善することができる。
図８Ａを参照し、図８Ａが示すのは、第４実施形態のバックライトモジュールである。第４実施形態のバックライトモジュール４００は、光学フィルム３１０の上にプリズムシート１５０を設置しており、プリズムシート１５０の技術的特徴は、第２実施形態と同等であり（図５Ａ）、ここでは繰り返し記載しない。次に、図８Ｂ及び図８Ｃを参照し、図８Ｂが示すのは、従来技術の輝度分布図であり、即ち、第４実施形態のバックライトモジュール４００の基礎に、光学フィルム３１０を図１Ｅに示すオフセットのない円柱構造の従来の光学フィルム１３’に置き換えて発生する輝度分布図である。図８Ｃは、第４実施形態のバックライトモジュールの輝度分布図である。図８Ｂから、図７Ｂと比較して、プリズムシート１５０を加えた後、光線は、より分散しているが、依然として高輝度領域が発光箇所の周辺（横軸－２と－１の間；横軸１と２の間）に集中していることが分かる。図８Ｃに示されているように、錐形構造１１３と円柱構造３１７をオフセットした後、輝度をより均等に分散させることができている。
図９Ａ～図９Ｄを参照し、図９Ａ及び図９Ｂが示すのは、第５実施形態の光学フィルムの部分説明図を示し、図９Ｃ及び図９Ｄが示すのは、第６実施形態の光学フィルムである。前述の実施形態では、錐形構造１１３は四角錐であるが、これに限定するものではなく、異なるタイプの錐体で形成する錐形構造１１３であってよい。図９Ａ及び図９Ｂの光学フィルム５００は、下に凹んだ等辺三角錐を錐形構造１１３とし、且つ三角錐のうちの一辺は、第１稜線１１６とされ、発光部材１３０の第１方向１３１から角度θだけ傾斜している。
図９Ｃ及び図９Ｄでは、光学フィルム６００は、下に凹んだ二等辺三角錐６０１を錐形構造１１３とし、図９Ｃ及び図９Ｄは、斜線領域に二等辺三角錐６０１の形状を描画し、二等辺三角錐６０１のうちの一底辺を第１稜線１１６とし、発光部材１３０の第１方向１３１から角度θで傾斜している。
本発明が提供するバックライトモジュールが含む光学フィルム１１０、３１０は、オフセットのある錐形構造１３１及び円柱構造３１７を備え、発光部材１３０の光拡散効果を効果的に向上し、光線が表示領域をカバーできるようにしている。従来技術のバックライトモジュールと比較して、本発明のバックライトモジュールは、より優れた光性能を提供すると同時に、発光部材１３０の密度を低減しても同等の光線性能を達成することができ、バックライトモジュールの製造コストを更に低減することができる。
本発明は、以上のように説明したが、本発明が主張する特許請求の範囲を限定することに用いるものではない。その特許保護範囲は、後述の特許請求の範囲及びそれらの均等の領域によって決定されるものである。当業者が本発明の精神を逸脱しない範囲内で行う変更又は修飾は、何れも本発明の開示する精神において完成できる均等の変更又は設計であり、且つ後述の請求項内に含まれるべきである。
１０ バックライトモジュール
１００ バックライトモジュール
１１ 基板
１１０ 光学フィルム
１１１ 第１面
１１２ 第2面
１１３ 錐形構造
１１４ 頂点
１１６ 第１稜線
１２ ミニＬＥＤ
１２０ 基板
１３ 光学フィルム
１３０ 発光部材
１３１ 第１方向
１３２ 第２方向
１４ 微細構造
１５０ プリズムシート
１５１ 第１プリズムシート
１５２ 第２プリズムシート
２００ バックライトモジュール
３００ バックライトモジュール
３１０ 光学フィルム
３１１ 第１面
３１２ 第２面
３１３ 錐形構造
３１７ 円柱構造
３１７’ 円柱構造
３１８ 第２稜線
３１８ａ 第２稜線
３１８ｂ 第２稜線
４００ バックライトモジュール
５００ 光学フィルム
６００ 光学フィルム
６０１ 二等辺三角錐
１００ バックライトモジュール
１１ 基板
１１０ 光学フィルム
１１１ 第１面
１１２ 第2面
１１３ 錐形構造
１１４ 頂点
１１６ 第１稜線
１２ ミニＬＥＤ
１２０ 基板
１３ 光学フィルム
１３０ 発光部材
１３１ 第１方向
１３２ 第２方向
１４ 微細構造
１５０ プリズムシート
１５１ 第１プリズムシート
１５２ 第２プリズムシート
２００ バックライトモジュール
３００ バックライトモジュール
３１０ 光学フィルム
３１１ 第１面
３１２ 第２面
３１３ 錐形構造
３１７ 円柱構造
３１７’ 円柱構造
３１８ 第２稜線
３１８ａ 第２稜線
３１８ｂ 第２稜線
４００ バックライトモジュール
５００ 光学フィルム
６００ 光学フィルム
６０１ 二等辺三角錐
Claims (8)
- 基板と、
第１方向及び第２方向に前記基板上に配列される複数の発光部材と、
垂直に堆積された複数の光学フィルムと、
を備え、
前記複数の光学フィルムは、
複数の下向きに凹んだ錐形構造を有し、前記錐形構造の辺縁に複数の第１稜線を形成する第１面と、
前記第１面に対向し、前記基板に面する第２面と、を備え、
前記第１稜線と前記第１方向との挟み角の角度がθであり、
前記第１方向の前記発光部材及び隣り合う前記発光部材の距離は、Ｘであり、前記第２方向の前記発光部材及び隣り合う前記発光部材の距離は、Ｙであり、前記角度θが下記式（１）を満たし、
前記第２面は、複数の円柱構造を更に含み、前記円柱構造は、第２稜線を更に含み、前記第２稜線と前記第１方向との挟み角は、前記角度θであることを特徴とするバックライトモジュール。
- 前記角度θが下記式（２）を満たす請求項１に記載のバックライトモジュール。
- 前記錐形構造が下向きに凹んだ四角錐であることを特徴とする請求項１に記載のバックライトモジュール。
- 前記錐形構造が下向きに凹んだ多角錐であることを特徴とする請求項１に記載のバックライトモジュール。
- 前記第２面は、複数の円柱構造を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のバックライトモジュール。
- 前記光学フィルムの上方に設置される少なくとも１つのプリズムシートを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のバックライトモジュール。
- 前記発光部材は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載のバックライトモジュール。
- 前記光学フィルムの厚さは、０．０５～０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のバックライトモジュール。
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