KR20120054566A - 광학용 겔 부재, 이를 이용하는 광학 장치의 조립 방법 및 광학장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 도광판(light guide plate)과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자(light-emitting device)와의 사이의 틈새에 사용하는 광학용 겔 부재이며, 이를 이용하는 광학 장치의 조립 방법 및 광학장치에 관한 것이다.
광학 장치에서 도광판(light guide plate)과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자(light-emitting device)와의 사이에 개재시켜 사용되는 광학용 겔 부재 등이며, 하기와 같이 (i) 내지 (iii) 요건들을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재:
(i) 경도가 JIS K6253의 JIS-A 경도에서 0 내지 80, 또는 JIS K2207에 준거한 침입도(penetration: 25℃)가 20 내지 200인 실리콘계 겔, 아크릴계 겔과 같은 투명겔로 구성되는 광학용 겔 부재;
(ii) 광학용 겔 부재는 끈 형상(a string-like form)이며, 끈 형상의 겔 부재의 외주면이 도광판 및 발광소자에 접촉하고 있음;
(iii) 압축률 30%에서 12 Mpa 이하의 반발력을 가짐.
광학 장치에서 도광판(light guide plate)과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자(light-emitting device)와의 사이에 개재시켜 사용되는 광학용 겔 부재 등이며, 하기와 같이 (i) 내지 (iii) 요건들을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재:
(i) 경도가 JIS K6253의 JIS-A 경도에서 0 내지 80, 또는 JIS K2207에 준거한 침입도(penetration: 25℃)가 20 내지 200인 실리콘계 겔, 아크릴계 겔과 같은 투명겔로 구성되는 광학용 겔 부재;
(ii) 광학용 겔 부재는 끈 형상(a string-like form)이며, 끈 형상의 겔 부재의 외주면이 도광판 및 발광소자에 접촉하고 있음;
(iii) 압축률 30%에서 12 Mpa 이하의 반발력을 가짐.
Description
본 발명은, 광학용 겔 부재, 이를 이용하는 광학 장치의 조립 방법 및 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 액정표시장치 또는 조명 장치 등의 광학 장치의 광원과 같은 발광 다이오드와, 도광판의 공극에 이용되는 광학용 겔 부재, 이를 이용하는 광학 장치의 조립 방법 및 광학 장치에 관한 것이다.
종래부터, 발광소자와 그 빛을 이끄는 도광판을 조합한 광전송 기술은, 액정표시장치의 백 라이트 광원과, 상기 백 라이트 기술을 응용한 발광 유닛를 가지는 조명기구에 이용되어 왔다.
지금까지, 액정표시장치(이하, LCD라고도 한다)의 백 라이트 광원은 텔레비전, PC, 자동차 네비게이션 등과 같은 중대형 화면에는 음극관(a cathod tube)이, 휴대전화, 게임 등의 소형 기기에는, 특히 발광 다이오드(이하, LED라고 한다)가 이용되고 있다.
최근, 환경 부하 감소를 위한 시장 요구의 경향이 강하고, 형광관(fluorescent tube)(냉 음극관)에는 수은을 사용하고 있기 때문에, 음금관(냉 음극관)을 사용해 온 텔레비전 등의 중대형 화면용 백 라이트 광원에도 LED를 적용하고 싶은 요구가 지극히 높아지고 있다. LED를 적용할 수 있으면, 제조회사 측(및 사용자 측)은 LED의 성능 향상과 소비 전력 절감, 경량화, 내구성, 비용절감을 포함한 많은 장점을 얻을 수 있다.
한편, 조명기구에서도 비슷한 환경 부하 감소의 요구와 최근 LED의 고성능화와 수반하여, 형광관(열 음극관(hot cathode tube))의 대안으로서, LED 조명의 실용화가 진행되고 있다. LED 조명으로서는, LED로 직접 비추는 구조 이외에, 도광판의 측면에 발광소자를 배치시킴으로써, 도광판의 면 방향(plane direction)으로 발광소자 빛을 출사(出射)하는 사이드-엣지형 LED(side-edge type LED) 조명 장치가 제안 및 실용화되고 있다. 특히, 사이드-엣지형은 측면에서 빛을 입사하여 도광판의 면 방향으로 균일하게 출사할 수 있기 때문에, 직접 조사형(direct illumination type)의 조도 얼룩(스팟 발생)이 없고, 도광판 자체가 조명의 광원이 되기 때문에, 디자인 설계의 자유도가 높은 등의 장점이 있으므로, 미래에는 LED의 높은 휘도화(high brightness)에 따라, 그 용도도 넓어질 것으로 예측되고 있다.
그러나, 음극관을 LED화하기 위해서, 종래에는 문제가 되지 않았던 하기와 같은 문제가 표출되어 왔다.
즉, LED를 적용하기 위해서는, 우선, (1) LED와 도광판 사이의 공극(에어 갭)에 의한 빛의 입사(light incidence) 손실이 발생되기 때문에, 이 빛의 입사 손실을 감소할 수 있는 기술적 과제를 포함할 수 있다.
이것은 다음과 같은 이유 때문이다. LED는, 음극관과는 달리, 점광원(point light source)이며, 또한, 회로 기판(예를 들면, 플렉서블 기판, 유리 에폭시 기판 등과 같은)에 다수개의 LED가 도광판 방향에서 발광면을 향하여, 소정의 간격으로 장착되는 구성이므로, 점광원이 점재(點在)되어 있는 발광 분포(light emission distribution)를 가진 광원 유닛(광원)에서 도광판에, 보다 고효율적으로 입사 시킬 필요가 있기 때문이다.
이러한 이유 때문에, 종래에 사용된 방법으로서, (i) LED의 발광 분포에 대응시킨 형상이 되도록, 도광판의 입사면을 잘라서 형성하는 입사각을 조정하여 공극과 그 거리를 유지하는 설계로, 빛을 도광판에 효율적으로 입사 시키는 방법(예를 들면, 도 2(a), 2(b) 참조.)이나, (ii) LED 발광면과 도광판의 입사면(도광판 측면)을 버팅(butting)하여 공극을 최소화할 수 있도록 도광 손실을 경감시키는 방법(예를 들면, 도 2(c) 참조.) 등에 의해 LED가 실용화되어 왔다.
그러나, 상기 방법에서는 모두 공극이 존재하고, 공극에 의한 빛의 입사 손실이 원리상 불가피하다고 여겨져 왔다. 특히, 상기 (ii) 방법은 열을 가하여 LED와 도광판의 간격을 줄이는 설계가 목적이었지만, 미세한 공극의 발생은 피할 수 없었다. 오히려, LED의 열에 의한 도광판 수지의 팽창 변형이 고려된 설계이기 때문에, 팽창 변형의 방지를 위해서, 미세한 공극이 설계상 필수 불가결이 되고 있다. 이 공극이 없으면, 도광판 수지의 휘어진 상태나 일그러짐이 발생하여 백 라이트로서 불량이 될 우려가 있다.
상기의 과제를 개선 또는 해결하기 위한 기술로서, 종래부터 공극에 투명한 겔상물(gel-like material)을 채우는(주입하는) 방법이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1~3).
예를 들면, 특허 문헌 3에는, 도광판과 광원을 가지는 면발광 장치(surface-emitting device)에 대하여, 상기 광원의 발광부(light-entering section)는 상기 도광판의 측면으로 배치되어 상기 발광부와 상기 도광판의 입광부는 광학계 점착제, 광학계 엘라스토머(elestomer), 광학계 겔 중에서 적어도 하나를 포함하는 층에 의해 공기층을 제거하여 고정하는 것을 특징으로 하는 면발광 장치가 개시되어 있다.
그러나, 겔상물을 LED 광원과 도광판의 공극에 적용하게 되면, 빛의 입사 손실 절감에는 효과적이지만, 다음과 같은 과제를 해결할 필요성이 발생한다.
즉, (2) 겔상물을 채울 때, 겔상물이 흐르기 시작하여 어셈블리 작업에 어려움이 있는 점; (3) LED의 고출력화에 수반하여, 열로 인해 겔상물에서 오일이 블리드(bleed)하기 쉬운 점; 등이다. 이러한 과제에 대해서, 종래의 광학 접착제 등의 적용도 생각할 수 있지만, (4) 광학 부품 조립시의 리워크 작업을 할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 상기의 과제 (1)~(4)를 종합적으로 해결할 수 있는 액정표시장치나 조명기구 등의 광학 장치의 광원인 LED와 도광판의 공극에 이용되는 광학용 겔 부재가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 액정표시장치나 조명장치 등의 광학 장치의 광원인 발광 다이오드와 도광판의 공극에 이용되는 광학용 겔 부재, 이를 이용하는 광학 장치의 조립 방법 및 광학 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 심도있게 검토한 결과, 광학용 겔 부재로서, 끈 형상의 투명 겔 부재(또한, 끈 형태의 겔 부재라고도 함)를 이용하여 LED 발광면과 도광판 입사면 사이에 상기 끈 형상의 투명 겔 부재를 압축하여 변형시켜 끼워 넣는 구조로 하면, LED로부터의 빛의 입사 손실을 줄일 수 있기 때문에, 겔상물이 밖으로 흐르는 것에 의한 어셈블리의 작업성을 개선할 수 있고, 즉, 상기 과제 (1), (2)를 해결할 수 있고; 또한, 상기 끈 형상의 투명 겔 부재에 점착성을 부여함으로써, 어셈블리시의 작업성을 개선할 수 있고, 편성(incorporation)시의 밀착성의 학보와 리워크의 호환이 가능해지는, 즉, 상기 과제 (2), (4)의 해결에 기여할 수 있고; 또한, 상기 끈 형상의 투명 겔 부재에 내열성과 낮은 오일 브리드성을 가지고 있는 특정 재료를 적용함으로써, 오일 브리드가 없어지므로, 즉, 상기 과제 (3)을 해결할 수 있고, 바꿔 말하면, 광학용 겔 부재로서, 끈 형상의 투명 겔 부재이며, 또한, 점착성 및/또는 내열성을 가지는 낮은 오일 브리드성의 특정 재료를 이용함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하였다. 본 발명은 이러한 지식에 근거하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 제 1 발명에 의하면, 광학 장치에서 도광판(light guide plate)과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자(light-emitting device)와의 사이에 개재시켜 사용하는 광학용 겔 부재이며, 하기와 같이 (i) 내지 (iii) 요건들을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재가 제공된다.
(i) 광학용 겔 부재는, 경도가 JIS K6253의 JIS-A 경도에서 0 내지 80, 또는 JIS K2207에 준거한 침입도(penetration: 25℃)가 20 내지 200인 실리콘계 겔, 아크릴계 겔, 폴리올레핀계 겔, 폴리우레탄계 겔, 부타디엔 겔, 이소프렌 겔, 부틸 겔, 스틸렌-부타디엔 겔, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 겔, 에틸렌-프로필렌-디엔-3원 공중합체 겔 및 플루오린(fluorine) 겔로부터 선택되는 적어도 하나의 투명겔로 구성됨;
(ii) 광학용 겔 부재는 끈 형상(a string-like form)이며, 끈 형상의 겔 부재의 외주면이 도광판 및 발광소자에 접촉하고 있음;
(iii) 압축률 30%에서 12 Mpa 이하의 반발력을 가짐.
본 발명의 제 2 발명에 의하면, 제 1의 발명에 대해, 상기 끈 형상의 겔 부재 외주면의 도광판 및 발광소자와 접촉하는 면의 적어도 한면은, 접촉 전에는 볼록한 곡면이며, 접촉 후에도 도광판과 발광소자의 틈새에 압축되어 틈새가 없고, 도광판의 광 입사면 및/또는 발광소자의 발광면의 표면 형상에 따라 변형하는 볼록한 모양의 곡면으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 3 발명에 의하면, 제 1의 발명에 대해, 상기 끈 형상의 겔 부재 단면의 형상은 상하가 평평한 타원 형상인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재가 제공된다.
게다가, 본 발명의 제 4 발명에 의하면, 제 1의 발명에 대해, 상기 끈 형상의 겔 부재의 적어도 일부의 단면 형상은 U자 모양, 또는 L자 모양인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재가 제공된다.
본 발명의 제 5 발명에 의하면, 제 1의 발명에 대해, JIS Z0237에 따른 경사식 볼 택 시험(tilt type ball tack test)(경사각 30도)에 따른 볼 넘버가 5 내지 32인 점착성(tackiness)을 갖는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 6 발명에 의하면, 제 1의 발명에 대해, 상기 경도는 겔 부재의 발광소자 측이 도광판 측보다 부드러운 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재가 제공된다.
게다가 본 발명의 제 7 발명에 의하면, 제 1의 발명에 대해, 상기 광학용 겔 부재의 표면층 및/또는 내부의 적어도 일부에 확산제가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재가 제공된다.
본 발명의 제 8 발명에 의하면, 제 1의 발명에 대해, 상기 끈 형상의 겔 부재의 외주면 광투과율과 단면의 광투과율이 다르며, 단면의 광투과율은 외주면의 광투과율에 대해 90% 이하인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 9 발명에 의하면, 제 1의 발명에 대해, 상기 투명 겔은 실리콘 겔이며, 상기 실리콘 겔은 (A) 분지형 유기 폴리실록산(branched type organopolysiloxane), (B) 유기 하이드로겐폴리실록산(organohydrogenpolysiloxane) 및 (C) 부가반응 촉매를 함유하는 조성물을 열경화 시켜 얻은 분지형 실리콘 겔인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재가 제공된다.
게다가 본 발명의 제 10 발명에 의하면, 제 1의 발명에 대해, 상기 투명 겔은 폴리올레핀계 겔이며, 상기 폴리올레핀계 겔은 인장 신장율(tensile elongation rate)(JIS K6251 준거)이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 11 발명에 의하면, 제 1의 발명에 대해, 상기 투명 겔의 표면에는 투명 액체(a)가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재가 제공된다.
게다가 본 발명의 제 12 발명에 의하면, 제 1의 발명에 대해, 상기 광학 장치가 액정표시장치 또는 조명 장치인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 13 발명에 의하면, 제 1 내지 12 중 어느 발명에서, 광학용 겔 부재를 사전에 도광판 또는 반사 시트의 소정의 위치에 밀착시킨 것으로 구성된 광학 부품이 제공된다.
게다가 본 발명의 제 14 발명에 의하면, 제 1 내지 12 중 어느 발명에서, 광학용 겔 부재의 외주면의 적어도 일부를, 사전에 박리 필름의 소정의 위치에 박리 가능한 상태로 적층하여 얻어진 광학용 겔 부재의 적층품(laminated product)이 제공된다.
반면에, 본 발명의 제 15 발명에 의하면, 제 1 내지 12 중 어느 발명에서, 상기 광학용 겔 부재를 광학 장치의 도광판과, 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자 사이에 끼워 넣고(pinch) 압축에 의해 고정하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 조립방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 제 16 발명에 의하면, 제 14의 발명과 관련하여, 광학용 겔 부재의 적층품을 광학 장치의 도광판과 발광 다이오드(LED)로 구성되는 발광 소자 사이에 끼워 넣고 압축에 의해 고정한 후, 광학용 겔 부재로부터 박리 필름을 박리하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 조립방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 제 17 발명에 의하면, 제 1 내지 12 중 어느 하나와 관련하여, 광학용 기재를 사전에 조립된 광학 장치에서 도광판의 광 입사면(light incident surface)과, 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자의 발광(light-emitting face)면 사이의 공극에 밀어 넣어 삽입하고, 상기 도광판의 광입사면과 상기 발광소자의 발광면을 광학용 겔 부재를 통해 접촉시키는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 조립방법이 제공된다.
게다가 본 발명의 제 18 발명에 의하면, 제 1 내지 12 중 어느 하나와 관련하여, 광학용 기재를 미리 길이방향(longitudinal direction)으로 신장(stretching)시켜 끈 형상의 겔 부재의 지름을 가늘게 한 상태에서, 사전에 조립된 광학 장치의 도광판 광 입사면과, 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자의 발광면의 사이의 공극에 삽입한 후, 상기 광학용 겔 부재의 신장을 원래의 형상으로 회복하는 것에 의해, 상기 도광판의 광입사면과 상기 발광소자의 발광면을 광학용 겔 부재를 통해 접촉시키는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 조립 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 제 19 발명에 의하면, 제 1 내지 제 12 발명 중 어느 하나와 관련하여, 광학용 겔 부재의 원재료를 압출성형(extrusion molding)하는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제 20 발명에 의하면, 제 1 내지 제 12 발명 중 어느 하나와 관련하여, 광학용 겔 부재를 사용하는 것을 특징으로 하는 광학 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 21 발명에 의하면, 제 20의 발명에 대해, 제 1 내지 제 12 발명 중 어느 하나와 관련하여, 광학용 겔 부재가 광학 장치에서 도광판과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자 사이에 개재되어 있고;
또한, 광학용 겔 부재와 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자 사이에 투명 액체(b)가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 장치가 제공된다.
게다가 본 발명의 제 22 발명에 의하면, 제 20의 발명에 대해, 제 1 내지 제 12 발명 중 어느 하나와 관련하여, 광학용 겔 부재가 광학 장치에서 도광판과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자 사이에 개재되어 있고; 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자들의 틈새에 절연성의 스페이서(insulating spacer)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학장치가 제공된다.
본 발명의 제 23 발명에 의하면, 제 22의 발명에 대해, 상기 스페이서의 광학용 겔 부재의 면에 반사층을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 24 발명에 의하면, 제 22의 발명에 대해, 상기 스페이서는 열전도성 소재인 것을 특징으로 하는 광학장치가 제공된다.
게다가 본 발명의 제 25 발명에 의하면, 제 20의 발명에 대해, 발광 다이오드(LED)가 발광면에 수직인 전후방향에서 가동(movable) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 26 발명에 의하면, 제 20 내지 제 25 발명 중 어느 하나와 관련하여, 광학 장치를 탑재하는 것을 특징으로 하는 전자기기가 제공된다.
상기와 같이, 본 발명은 광학용 겔 부재 등에 따른 것이지만, 그 바람직한 측면에서는 다음의 것이 포함된다:
(1) 제 5 발명에서, 상기 점착성은 광학용 겔 부재의 LED 면이 도광판 면보다 높은 점착성인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
(2) 제 1 발명에서, 상기 경도는, 겔 부재의 내면부가 도광판 면 및 발광소자 면의 표면부보다 딱딱한 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
본 발명의 광학용 겔 부재는 액정표시장치나 조명기구와 같은 광학 장치에 있어서, 도광판과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자의 사이에 개재시켜 사용하는 것으로, LED로부터 빛의 입사 손실을 줄일 수 있는 현저한 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 청색(blue) 파장의 투과성이 증가하여, 종래의 황색을 띠는 표시(yellow-tinged display) 보다 자연스러운 색조 표현이 가능해진다.
또한, 본 발명에 의하면, LED에서 발광하는 빛을 효율적으로 사용할 수 있기 때문에, 종래의 장치와 비교하여 휘도의 평가가 15% 이상 향상되고, 그에 따른 소비 전력 절감으로 인해 액정표시장치나 조명기구 등의 광학 장치를 제공할 수 있다. 또한, 빛의 입사 손실을 줄일 수 있기 때문에, LED를 4개에서 3개로 하는 것이 가능하므로, LED 1개의 비용 절감과, 그에 따른 비싸지 않은 액정표시장치와 조명기구 등의 광학장치를 제공할 수 있다.
게다가, 본 발명에 따르면, 따로따로 배치되는(separately-placed) LED 사이에 스페이서를 편성하는 것으로, 광학용 겔 부재의 편성작업의 용이성과 편성 후의 밀착 안정성이 확보된다. 또한, 스페이서에 열 전도성을 제공함으로써, LED가 방열 작용(thermolytic action)으로 인해 LED의 수명 특성이 강화되고, 또한, 광학용 겔 연결면에 반사층을 제공함으로써, 빛 누락(light leakage)현상이 감소하므로, 휘도가 향상되고, 품질 향상과 비용 절감도 가능해진다.
도 1은 종래의 LCD의 백 라이트 구조를 설명하는 모식도이다;
도 2는 종래의 LED와 도광판의 편성 모양의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 광학용 겔 부재를 끼워넣은 LCD의 백 라이트 구조를 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 4는 본 발명의 광학용 겔 부재를 적용했을 경우의 광전송 효과를 설명하는 모식도이다;
도 5는 본 발명의 광학용 겔 부재의 형상(showing shape) 예를 나타내는 모식도이다;
도 6은 본 발명의 외주면이 볼록한 곡면을 가지는 광학용 겔 부재의 감압형 회복성을 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 7은 본 발명의 광학용 겔 부재와 도광판이 일체화된 광학 부품의 예를 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 8은 본 발명의 광학용 겔 부재와 반사 시트가 일체화된 광학 부품의 예를 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 9는 본 발명의 광학용 겔 부재와 박리 필름이 적층된 광학용 겔 부재의 적층품의 예((a), (b))와 박리 필름을 제거했을 때의 광학용 겔 부재의 형상 회복성을 설명하는(c) 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 10은 본 발명의 광학용 겔 부재에서 누락되는 빛의 발생에 대해 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 11은 본 발명의 광학용 겔 부재에 낮은 광투과 처리를 한 형태의 예를 나타내는 모식도이다;
도 12는 본 발명이 다른 경도로 구성된 광학용 겔 부재의 형태를 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 13은 본 발명이 다른 점착면을 가지는 광학용 겔 부재의 형태를 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 14는 본 발명의 광학용 겔 부재를 LED와 도광판으로 끼워넣는 방법의 한 형태를 나타내는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 15는 본 발명의 광학용 겔 부재를 LED와 도광판으로 끼워넣는 방법의 다른 형태를 나타내는 모식도이다;
도 16은 본 발명의 광학용 겔 부재와 반사 시트가 일체화된 광학 부품을 이용하여 LED와 도광판으로 상기 광학용 겔 부재를 끼워넣는 방법의 예를 나타내는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 17은 LED와 도광판으로 상기 광학용 겔 부재를 끼워 넣는 방법의 예를 나타내는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 18은 LED와 도광판으로 상기 광학용 겔 부재를 끼워 넣는 방법의 다른 형태의 예를 나타내는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 19는 본 발명의 광학용 겔 부재의 압축율과 반발력의 관계를 설명하는 모식도이다;
도 20은 본 발명의 실시 예에 있어서의 간이 평가 장치를 나타내는 모식도이다;
도 21은 본 발명의 광학용 겔 부재를 편입하는 방법의 다른 형태를 나타내는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 22는 본 발명의 제 20의 발명의 모양을 설명하는 모식도이며, (b), (c), (d)는 (a)의 A-A 단면 방향의 모식도이다;
도 23은 본 발명의 광학용 겔 부재의 LED의 오목한 표면에 밀착하는 동작(behavior)을 설명하는 모식도이며, (b), (c), (d)는 (a)의 평면도와 그 A-A 단면 모식도이다;
도 24는 본 발명의 광학용 겔 부재의 바람직하지 않은 변형 작용을 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 25는 본 발명의 제 22의 발명의 모양을 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 26은 본 발명의 제 22의 발명의 다른 모양을 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 27은 본 발명의 제 23의 발명의 다른 모양으로 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 28은 본 발명의 제 23의 발명의 다른 모양을 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 29는 본 발명의 광학용 겔 부재를 끼워넣는 방법에 있어서, 바람직하지 않은 모양을 설명하는 모식도이다;
도 30은 본 발명의 광학용 겔 부재의 실시 형태의 바람직한 모양을 설명하는 모식도이다;
도 31은 본 발명의 실시예에 있어서, 평가 장치를 나타내는 모식도이다;
도 32는 본 발명의 제 6의 발명의 모양을 설명하는 광학용 겔 부재의 단면의 모식도이다;
도 33은 본 발명의 광학용 겔 부재의 실시 형태에 따른 다른 모양을 설명하는 광학용 겔 부재의 단면의 모식도이다;
도 34는 본 발명의 제 20의 발명의 다른 실시 형태를 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 35는 본 발명의 제 4의 발명의 모양을 설명하는 모식도이다;
도 36은 본 발명의 제 4의 발명의 실시 형태를 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 37은 본 발명의 제 4의 발명의 다른 실시 형태를 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 38은 본 발명의 제 4의 발명의 다른 모양을 설명하는 모식도이다;
도 39는 본 발명의 제 4 발명의 다른 실시 형태를 설명하는 모식도이다;
도 40은 본 발명의 제 25의 발명의 모양을 설명하는 모식도이다;
도 41(a)는 본 발명의 실시예에 따른 방열 구조와 LED의 온도 측정 방법을 설명하는 모식도이며, (b)는 평면도이다.
도 2는 종래의 LED와 도광판의 편성 모양의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 광학용 겔 부재를 끼워넣은 LCD의 백 라이트 구조를 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 4는 본 발명의 광학용 겔 부재를 적용했을 경우의 광전송 효과를 설명하는 모식도이다;
도 5는 본 발명의 광학용 겔 부재의 형상(showing shape) 예를 나타내는 모식도이다;
도 6은 본 발명의 외주면이 볼록한 곡면을 가지는 광학용 겔 부재의 감압형 회복성을 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 7은 본 발명의 광학용 겔 부재와 도광판이 일체화된 광학 부품의 예를 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 8은 본 발명의 광학용 겔 부재와 반사 시트가 일체화된 광학 부품의 예를 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 9는 본 발명의 광학용 겔 부재와 박리 필름이 적층된 광학용 겔 부재의 적층품의 예((a), (b))와 박리 필름을 제거했을 때의 광학용 겔 부재의 형상 회복성을 설명하는(c) 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 10은 본 발명의 광학용 겔 부재에서 누락되는 빛의 발생에 대해 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 11은 본 발명의 광학용 겔 부재에 낮은 광투과 처리를 한 형태의 예를 나타내는 모식도이다;
도 12는 본 발명이 다른 경도로 구성된 광학용 겔 부재의 형태를 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 13은 본 발명이 다른 점착면을 가지는 광학용 겔 부재의 형태를 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 14는 본 발명의 광학용 겔 부재를 LED와 도광판으로 끼워넣는 방법의 한 형태를 나타내는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 15는 본 발명의 광학용 겔 부재를 LED와 도광판으로 끼워넣는 방법의 다른 형태를 나타내는 모식도이다;
도 16은 본 발명의 광학용 겔 부재와 반사 시트가 일체화된 광학 부품을 이용하여 LED와 도광판으로 상기 광학용 겔 부재를 끼워넣는 방법의 예를 나타내는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 17은 LED와 도광판으로 상기 광학용 겔 부재를 끼워 넣는 방법의 예를 나타내는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 18은 LED와 도광판으로 상기 광학용 겔 부재를 끼워 넣는 방법의 다른 형태의 예를 나타내는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 19는 본 발명의 광학용 겔 부재의 압축율과 반발력의 관계를 설명하는 모식도이다;
도 20은 본 발명의 실시 예에 있어서의 간이 평가 장치를 나타내는 모식도이다;
도 21은 본 발명의 광학용 겔 부재를 편입하는 방법의 다른 형태를 나타내는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 22는 본 발명의 제 20의 발명의 모양을 설명하는 모식도이며, (b), (c), (d)는 (a)의 A-A 단면 방향의 모식도이다;
도 23은 본 발명의 광학용 겔 부재의 LED의 오목한 표면에 밀착하는 동작(behavior)을 설명하는 모식도이며, (b), (c), (d)는 (a)의 평면도와 그 A-A 단면 모식도이다;
도 24는 본 발명의 광학용 겔 부재의 바람직하지 않은 변형 작용을 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 25는 본 발명의 제 22의 발명의 모양을 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 26은 본 발명의 제 22의 발명의 다른 모양을 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 27은 본 발명의 제 23의 발명의 다른 모양으로 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 28은 본 발명의 제 23의 발명의 다른 모양을 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 29는 본 발명의 광학용 겔 부재를 끼워넣는 방법에 있어서, 바람직하지 않은 모양을 설명하는 모식도이다;
도 30은 본 발명의 광학용 겔 부재의 실시 형태의 바람직한 모양을 설명하는 모식도이다;
도 31은 본 발명의 실시예에 있어서, 평가 장치를 나타내는 모식도이다;
도 32는 본 발명의 제 6의 발명의 모양을 설명하는 광학용 겔 부재의 단면의 모식도이다;
도 33은 본 발명의 광학용 겔 부재의 실시 형태에 따른 다른 모양을 설명하는 광학용 겔 부재의 단면의 모식도이다;
도 34는 본 발명의 제 20의 발명의 다른 실시 형태를 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 35는 본 발명의 제 4의 발명의 모양을 설명하는 모식도이다;
도 36은 본 발명의 제 4의 발명의 실시 형태를 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 37은 본 발명의 제 4의 발명의 다른 실시 형태를 설명하는 정면도(왼쪽 도면)와 측면도(오른쪽 도면)에 의한 모식도이다;
도 38은 본 발명의 제 4의 발명의 다른 모양을 설명하는 모식도이다;
도 39는 본 발명의 제 4 발명의 다른 실시 형태를 설명하는 모식도이다;
도 40은 본 발명의 제 25의 발명의 모양을 설명하는 모식도이다;
도 41(a)는 본 발명의 실시예에 따른 방열 구조와 LED의 온도 측정 방법을 설명하는 모식도이며, (b)는 평면도이다.
본 발명의 광학용 겔 부재는, 액정표시장치나 조명장치 등의 광학장치에서 도광판과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자의 사이에 개재시켜 사용되는 것이다. 이하에서는, 각 항목에 관하여 설명한다.
또한, 본 발명에서 광학 장치란, LED(light-emitting device) 발광소자와 도광판의 조합을 최소한으로 구성하는 광학 부품도 포함하는 의미이다.
1.
광학용 겔 부재의 형상
본 발명의 광학용 겔 부재는 액정표시장치나 조명장치 등의 광학장치에서, LED와 도광판의 공극에 편성되어 사용하는 것이며, 끈 형상(string-like shape)인 것이 필수 조건이다. 끈 형상의 투명 겔 부재(이하, 끈 형상 겔 부재라고도 한다)의 외주면을 도광판과 발광소자에 접촉시킴으로써, 필요에 따라 압력으로 변형시키고, LED와 도광판에 밀착시키는 것이다.
여기서, "끈 형상"이란 소정의 길이, 그 단면이 다각형 또는 원형이고, 길이방향(longitudinal direction)으로 자유롭게 구부릴 수 있고, 두께(지름)가 실처럼 가늘고 긴 형상도 포함하고, 극도로 짧은(LED 한 개 정도) 것, 링 형상(예를 들면, 도 5(f), (g) 참조.)도 포함하는 것으로 한다. 여기서 말하는 "단면"이란 끈 형상 겔 부재의 길이방향의 중심 축에서 수직으로 절단했을 때의 단면(원통형의 경우, 지름 방향 단면에 해당)을 말한다(이하, 별도의 언급이 없다면 상기와 같다.)
상기 끈 형상 겔 부재의 외주면에 도광판과 발광소자와의 두 접촉면은, 다음과 같은 이유로, 도 5(b)~(e)에 나타나듯이, 적어도 한면은, 접촉 전에 볼록한 곡면인 것이 바람직하고, 두 면이 함께 볼록한 곡면이 보다 바람직하다. 상기 볼록한 곡면은, 접촉 후에, 도광판과 발광소자와의 틈새에 압축됨으로써, 틈새가 없고, 도광판의 광 입사면 및/또는 발광소자의 발광면의 표면 형상에 따라 변형된다.
여기서 말하는 "볼록한 곡면"이란 끈 형상 겔 부재의 지름 방향 단면에서, LED 발광면 또는 도광판의 입사면에 접하는 측의 외주의 형상이 볼록한 곡선이며, 상기 지름 방향 단면의 형상을 유지하면서/혹은 변화시키면서, 끈 형상의 겔 부재의 축 방향에 따라 상기 단면을 연속적으로 이동시켰을 때의 궤적으로서 형성되는 곡면을 의한다. 예를 들면, 원통형의 외주면과 같은 곡률(curvature)을 가지는 면, 또는, 거의 돔 형태의 모양를 의미한다. 또한, 발광소자 측이 도광판 측의 볼록한 곡면은 동일할 수도, 다를 수도 있으며, 예를 들면, 도 5(c)와 같이 외주면에 거의 돔 형태의 돌출부에서 볼록한 곡면을 형성해도 좋다. 볼록한 곡면을 함으로써, 도광판과 발광소자에 끼워넣어 밀착시킬 때, 끈 형상 겔 부재의 외주면이 압축에 의해 변형되면서 서서히 접촉하므로, 두 접촉면에 공기 등의 기포가 거의 들어가지 않고, 기포로 인한 광전송 손실을 줄일 수 있다.
또한, 두 접촉면이 점착성을 가지는 볼록한 곡면인 경우, 도광판과 발광소자 사이에 끼워 넣을 때, 압력에 의한 변형에 따라 접촉 면적이 증가한다. 그러므로, 점착성이 강한 경우에는, 잘못된 부착을 방지할 수 있기 때문에 작업성이 향상된다. 또한, 리워크 시에는 압축에서 개방된 끈 형상 겔 부재가 도 6과 같이, 자신의 반발 탄성에 의해 형상을 회복하고, 그 형상 회복에 따라 단부에서 박리하기 쉬워지므로, 리워크성도 향상된다. 또한, 저압(low-pressure) 접촉이 가능하기 때문에, LED에 의한 응력 부하를 감소할 수 있다.
게다가, 끈 형상의 겔 부재의 단면 형상이 고정될 수도 있고, 부분적으로 변화될 수도 있으며, LED에 접촉하는 부분은 볼록하거나 도광판의 광 입사면의 형상에 맞춘 것일 수 있다. 예를 들면, 일반적으로, LED 발광면의 높이(LED와 도광판에 의한 압축 방향에서 거의 수직 방향의 길이, 도광판의 두께 방향에 해당)는 도광판의 입사면 높이보다 작은(혹은, 동등하다)것으로, 도 5(e)와 같이, LED 발광면 측은 좁고, 도광판 입사면 측은 넓게 한 형상도 바람직 할 수 있다.
또한, LED의 발광면은 평평한 형상, 볼록 렌즈 형상과 같은 다양한 형상이고, LED 발광면의 형상에 따라 끈 형상의 LED 겔 부재의 접촉 측의 형상을 선택할 수 있다. 예를 들면, LED 발광면이 평평한 혹은 오목한 경우에는 끈 형상의 겔 부재의 LED 접촉 측의 형상은 볼록한 곡면이 바람직하고, LED 발광면이 볼록한 경우에는 평면상이 바람직하다. 게다가 LED 발광면이 오목한 경우에서는, 보다 구체적으로, 끈 형상 겔 부재의 LED 접촉 측의 형상은 원통형의 측면과 같은 볼록한 형상이 특히 바람직하다.
하기에서, 이에 대한 이유를 설명한다.
즉, LED 발광면은 평평하게 보이는 것이라도, 예를 들면, 도 22(a)와 같이, 봉합재(encapsulant) 부분이, 때때로, 구 모양의 오목한 형상이 되는 경우가 있다. 이 경우, 끈 형상 겔 부재의 LED 접촉 측의 형상이 평평한 혹은 반구형일 때는, LED 발광면의 오목한 부분의 공기가 제거되기 전에, 끈 형상 겔 부재의 표면으로 오목한 부분의 표면부가 실링되기 때문에, 오목한 부분에 공기층이 잔류한다. 그러므로, 이런 경우는 바람직하지 않다. 한편, 끈 형태의 겔 부재의 LED 접촉 측의 형상이, 원통형 외주면과 같이 볼록한 경우는, 도 23(a)와 같이, LED 발광면의 반구형 오목한 부분은 원통형 끈 형상 겔 부재의 외주면과 접촉하게 된다. 그러므로, LED 발광면에 끝 형상의 겔 부재를 눌러서 접촉시키면, 도 23(b)~(d)와 같이, 선 접촉(line contact)에서 서서히 접촉면적을 늘리면서 면 접촉으로 수행하고, 오목한 부분에서 기포가 제거되는 동시에, LED 발광면의 반구형 오목한 부분과 끈 형상의 겔 부재가 접촉하므로, LED와 끈 형상의 겔 부재의 접촉 부분에 기포가 잔류하는 것을 피할 수 있다.
게다가, 끈 형상 겔 부재의 볼록한 곡면의 곡률은 끈 형상 겔 부재의 지름 치수와 LED 발광면 및 도광판의 입사면 면적간의 관계를 고려하여 대략 설정될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 한 예로 도 29와 같이, 원형의 단면 형상을 가지는 끈 형상의 겔 부재는 LED와 도광판에 끼워넣었을 경우, LED 발광면 및 도광판의 치수 관계에 따라, 도 29(b)와 같은 과도한 팽출로 인한 광학 장치에서 편성에 제약이 생기는 경우나, 도광판에 불충분한 접촉 상태로 인해 소망하는 휘도 분포를 얻을 수 없는 경우, 또한 도 29(c)와 같이, 도광판 측과 LED 발광면의 측면으로 과도하게 팽출하여, 팽출로 인한 빛이 새고 휘도가 감소하는 경우 등에서 편성 조건의 조정이 필요하게 된다.
이러한 경우, 도 30(a)와 같은 단면 형상이 바람직하다. 즉, LED와 도광판에 접촉시키는 부분은 접촉시 공기 제거 작용이 손상되지 않는 범위에서, 작은 곡률과 원통형 외주면과 같은 볼록한 형상을 하고, 수직방향(도광판 측 방향)에서 끼워넣는 방향으로 상하측은 평평한 형상이며, 소위, 끈 형상 겔 부재의 단면 형상은 평평한 상하측면을 가지는 타원형 형상이다. 이 형상으로 도 30(d)와 같이 작은 힘으로 누르면, LED 발광면과 도광판의 입사면의 두 면 전체에 겔 부재를 접촉할 수 있고, 또한, 도 29(b)와 (c)와 같은 과도한 팽출로 인한 문제도 피할 수 있다.
또한, 다른 실시의 형태로서, 도 33과 같이, 끈 현상의 겔 부재의 내부에 투명한 유동체를 실링하는 구성일 수 있다. 끈 형상 겔 부재의 압축반발력(compressive repulsive force)을 작게 할 수 있으므로, LED와 도광판과의 사이에 끼워 넣었을 때, LED 또는 도광판의 응력 부하를 감소할 수 있고, LED 접점부의 파손 방지나, 도광판의 변형(균일하지 않은 패턴의 혼란)을 방지할 수 있다. 특히, 끈 형상의 겔 부재를 LED와 도광판과의 사이에 끼워 넣은 상태에서, LED가 발광하는 동안, 발열로 인해 도광판이 팽창했을 때는, LED와 도광판과의 틈새가 작아진다. 그러므로, 끈 형상의 겔 부재의 표면부를 딱딱하게 하고 내부를 부드럽게 하는 것으로, 이 때의 응력을 완화할 수 있다.
내부에 실링되는 투명한 유동체는 적어도 끈 형상의 겔 부재를 구성하는 겔 소재와 동등한 투명성을 갖고, 사용 온도 범위에서 기화하지 않는 것이라면 특별히 제한적이지 않지만, 실리콘 오일, 열강화성 혹은 UV 경화성의 미경화의 겔 원료 등이 매우 적합하다.
끈 형상의 겔 부재의 수치는 하기의 목적에 따라 적절하게 결정될 수 있다.
우선, 폭(LED와 도광판에 의한 압축 방향에서의 길이)에 대해서는, 도광판과 LED 발광면의 거리에 의해 결정되는 것이 중요하고, 소정의 압축한 상태에서 폭이 빈틈이 되도록, 그 빈틈을 기준으로 폭을 결정하는 것이 좋다.
다음은, 길이는 LED가 나열된 거리에 의해 결정되고, 나열된 길이보다 긴 것을 기준으로 결정하는 것이 좋다.
또한, 높이(LED와 도광판에 의해 압축된 방향에서 거의 수직방향의 길이)에 대해서는, 사이에 끼워넣을 때, LED 발광면과 도광판의 광 입사면의 전면이 끈 형상의 겔 부재와 접촉할 수 있는 것을 필수조건으로 하고, 액정표시장치나 조명장치 등의 조립 광학장치의 높이에 따라 결정하면 좋다. 예를 들어, 높이는 기본적으로 조립된 빈틈보다 낮게 결정되면 좋지만, 혹은 홀딩 부재(holding member)와 상하의 부품 높이보다 약간 높고(성능이나 내구성을 해치지 않는 범위에서), 끈 형상의 겔 부재를 끼워넣을 때, 의도적으로 압축된 상태로 고정되는 높이로 결정해도 좋다.
또한, 본 발명의 광학 겔 부재의 또 다른 형태로서, 도 7과 같이, 액정표시장치나 조명장치 등의 광학장치의 도광판의 소정의 위치에 미리 상기 끈 형상의 겔 부재를 일체화시킨 것도 이용할 수 있다. 예를 들면, 도광판 주위에 상기 끈 형상의 겔 부재를 링 상태로 끼워넣는 편입 방법이나, 끈 형상의 겔 부재의 미경화 원료를 도광판에 접촉시켜 경화시키는 일체 성형 등의 방법을 이용할 수 있다. 이 때, 끈 형상의 겔 부재가 정확하게 들어가기 위해서, 도광판의 외주면에 오목한 상태의 그루브(hollow-ground groove)를 형성해도 좋다. 혹은, 액정표시장치 등의 광학장치의 백 라이트 구조는, 일반적으로 도 1에 나타나듯이, 반사 시트가 사용되기 때문에, 그로 인해, 도 8과 같이, 반사 시트의 소정의 위치에 미리 상기 끈 형상의 겔 부재를 일체화한 것도 사용할 수 있다. 이런 경우, 시트에 끈 형상의 겔 부재가 일체화되도록 적층된 본 발명의 광학용 겔 부재의 형상은, 그 일체화 된 접촉면이 도광판 또는 반사 시트 측에 압착되어 표면이 접촉되고, 그 외에는 곡면이 될 수도 있다(즉, 예를 들면, 원통형을 세로로 분할함으로써 얻은 분할된 원통형 상태). 여기서 사용된 "일체화"란 박리 가능한 밀착 상태와 강하게 밀착한 상태를 포함하며, 밀착 강도와 관계 없이 일체품(integration product)을 사용할 때, 끈 형상의 겔 부재가 도광판과 반사 시트 등의 일부에서 떨어지지 않고 부착된 상태를 말한다.
2.
광학용 겔 부재의 속성과 성능
본 발명의 형상의 겔 부재로 구성된 광학용 겔 부재는, 액정표시장치와 조명장치 등의 광학장치의 발광부(light-emitting section)인 LED 발광면과, 도광판의 LED 발광면과 대향하는 입사면과의 빈틈에 개재시켜 이용되므로, LED로부터의 빛의 입사 손실을 줄일 수 있다.
그러므로, 광학용 겔 부재의 속성과 성능으로서는 (i) 부재는 투명하고; (ii) 굴절률이 도광판과 동일하거나 비슷한 것; (iii) 경도가 적당한 것; (iv) 리워크성을 위하여 점착성과 박리성을 가지는 것; (v) 압축률과 반발력이 적당한 것; (vi) 부재는 낮은 블리딩(bleeding) 특성인 것; 등을 들 수 있다.
이하에서, 이것들에 관하여 설명한다.
(i)투명성
본 발명의 광학용 겔 부재는 투명성이 필수 요건이다. 투명성은 무색투명, 착색 투명, 반투명을 포함하는 뜻이며, 예를 들어, 본 발명에 사용되는 투명 실리콘 겔의 파장이 380 내지 780 nm 영역에서 가시광선의 전광선 투과율(JIS K7105 "플라스틱의 광학적 특성 시험 방법"에 준거)은 80% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 85% 이상, 특히 바람직하게는 90% 이상이다.
투과율은 투명 부재의 투명도를 나타내는 것이기 때문에, 예를 들어, 투과율이 80% 미만인 경우에는 빛이 투명 부재를 투과하기 어려워진다. 또한, 투과율이 80% 이상인 파장의 영역이 380 내지 780 nm의 영역보다 좁은 경우에는, 적색 측(높은 파장 측) 혹은 청색 측(낮은 파장 측)에서 빛의 투과성이 저하되므로 바람직하지 않다. 여기서, 투과율은 분광 광도계 등을 이용하여 측정한 값이다.
본 발명의 광학용 겔 부재는, 전체적으로 투명하기 때문에, 도 10의 이미지도와 같이, LED에서 끈 형상의 부재에 입사된 빛이, 끈 형상의 겔 부재의 단부에서 빠질 수 있다. 이러한 빛의 누락을 방지하기 위하여, 본 발명의 광학용 겔 부재는 상기 끈 형상의 겔 부재의 외주면과 단면의 광투과율은 서로 다른 것이며, 단면의 광투과율이 감소된 것으로 구성할 수 있다. 이러한 구성으로 인하여, 도광판에 보다 많은 빛을 효율적으로 전송할 수 있다.
여기서, "광투과율이 감소된다"은, 보다 정확하게는, 단면과 외층(공기층)과의 계면에서 LED로부터의 빛은 겔 안으로 많이 반사시켜서, 외층으로 향하는 빛의 양을 줄이는(투과율이 낮아진다) 것을 의미하고, 광흡수 작용에 의한 광투과성의 감소는 포함되지 않는다. 단면의 광투과율은 외주면의 광투과율에 대해서 90% 이하인 것이 바람직하다.
단면의 광투과율을 감소하는 방법으로는, 도 11(a)와 같이, 단면을 미세하게 거칠게하여(roughen) 불투명한 유리로 만드는 방법; 도 11(b)와 같이, 단면에 알루미늄과 광학용 반사 필름의 반사층에 사용되는 재료와 같은 빛 반사성이 높은 코팅 재료로 배접 도공(lining)함으로써 반사층이 형성되는 방법; 등을 적용할 수 있다.
단면을 미세하게 거칠게 하는 방법으로는, 끈 형상의 겔 부재를 절단할 때, 그 재단면을 의도적으로 거칠게 하거나, 또는, 끈 형상의 겔 부재를 성형할 때, 단면 부분에 해당되는 성형된 표면의 거칠기를 크게 하는 등의 수단을 적용할 수 있다.
또한, 비슷한 기술을 통해서, 도 11(c), (d)와 같이, 단면뿐만 아니라, 외주면에서도, LED 및 도광판과 접촉하는 부분 이외의 외주면 부분의 광투과율을 낮출 수 있다. 특히, 반사층을 더함으로써, 단면뿐만 아니라 외주면에서 나오는 빛의 누락을 줄일 수 있으므로, 보다 고효율로 도광판으로의 전송이 가능해진다. 이 경우는, LED 및 도광판과 접촉하는 부분의 광투과율에 대해서 90% 이하인 것이 바람직하고, 단면의 광투과성을 줄이는 방법과 동일하게 적용할 수 있다. 게다가 외주면과 단면의 광투과율의 상기 비율은 외주면 및 단면과 동일한 표면 상태로, 끈 형상의 겔 부재와 같은 소재로 구성되고, 같은 두께를 가지는 시트상편(sheet-like pieces)으로 측정한 각각의 광투과율에서 도입된다.
(ii) 굴절률
본 발명의 광학용 겔 부재의 굴절률은 적어도 공기의 굴절률보다 크고, LED 발광면(일반적으로, 에폭시 수지로 압축된) 및 도광판 소재의 굴절률과는 차이가 작은 것이 바람직하고, 이 차이가 작을수록, 끈 형상의 겔 부재와 LED 발광면 및 도광판과의 접촉계면에서 빛의 반사가 적으며, 광전송성의 향상에 유리하다.
(iii) 경도
본 발명의 광학용 겔 부재를 구성하는, 실리콘계 겔, 아크릴계 겔, 폴리올레핀계 겔 등의 투명 겔의 경도는, JIS K6253의 JIS-A 경도에서 0 내지 80, 또는 JIS K2207에 준거한 침입도(penetration: 25℃)가 20 내지 200이다. 바람직하게는, SRIS 0101 규격에 따른 아스카 C경도에서 0 내지 30이며, 또는 JIS K2207에 준거한 침입도(25℃)가 20 내지 200이다. 경도는 경도 범위에 따른 경도계로 측정한 값을 이용하는 것이 일반적이다. 본 발명의 경도에 대해서, JIS A 경도의 수치 범위에서, 아스카 C 경도 및 침입도를 포함하고, 보다 상세하게는, 아스카 C경도 및/또는 침입도에서의 경도로 규정하고 있다.
게다가 본 발명의 겔이란, 상기 경도 범위에서 경도와 고무의 개념도 포함한다.
이 범위에서 경도는, 겔은 LED 발광면이나 도광판 입사면의 형상에 따라서 밀착될 수 있으므로, 밀착계면에서의 광전송 손실을 줄일 수 있다. 경도가 상기 범위를 초과하면, 상기 밀착면을 따르기 어려워지므로, 공기층의 개재로 인한 광전송 손실이 발생되기 쉬워짐과 동시에, 밀착시의 반발 응력이 커지므로, LED의 설치 부분(주로 납땜 접합부분)이 파손되기 쉬워지므로, 바람직하지 않다. 또한, 상기 경도 범위보다 작은 경도를 가지는 부드러운 겔은 너무 부드러워서 취급하는데 어려움이 있으며, 작업성의 저하를 부르는 것과 동시에, 오일 브리드가 발생하기 쉬워지므로, 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 광학용 겔 부재는 LED 측과 도광판 측이 동일한 경도를 가질 수도 있지만, 도 12(a)의 예시와 같이, LED 측과 도광판 측이 다른 경도를 가질 수도 있다. 이런 경우, LED 발광면에서의 광손실을 감소하기 위해서, 광학용 겔 부재가 LED를 덮기 때문에, 또한, 겔은 쉽게 끼워넣기 위해서 밀착될 수 있기 때문에, 도광판 측보다 부드러운 것이 바람직하다(즉, 낮은 경도 및/또는 압축 반발력이 작다). 또한, 도 12(b)와 같이, LED와 접촉하는 부분만 부드러울 수도 있다. 유사하게, 본 발명의 광학용 부재는 내면부가 LED 측 및 도광판 측의 표면부와 동일한 경도를 가지고 있어도 좋지만, 광학용 겔 부재의 표면부와 내부의 경도는 다를 수도 있다. 도 12(c)와 같이, LED 측 및 도광판 측의 표면부가 내면보다 부드럽게 함으로써, 광학용 겔 부재에 강성을 갖게 하여 취급성을 향상시킬 뿐만 아니라, LED 및 도광판의 밀착성을 높일 수 있다. 게다가 도 12(d)와 같이, 광학용 겔 부재의 표면부를 딱딱하게 하고, 내부를 부드럽게 하는 구성을 가짐으로써, 광학용 겔 부재의 압축 반발력을 작게할 수 있으므로, LED와 도광판 사이에 개재시켰을 때, LED 또는 도광판의 응력부하를 감소하여 LED 접점부의 파손, 또는, 도광판의 변형(균일하지 않은 패턴의 혼란)을 방지할 수 있다. 특히, 끈 형상의 겔 부재를 LED와 도광판과의 사이에 끼워 넣은 상태에서, LED가 발광하는 동안, 발열로 인해 도광판이 팽창한 상태일 때는, LED와 도광판과의 틈새가 작아지므로, 광학용 겔 부재의 표면부를 딱딱하게 하고, 내부를 부드럽게 하는 것으로, 이 때의 응력을 완화할 수 있으므로 효과적이다.
도 12(d)의 실시 형태에서, 내부의 경도가 낮은 겔 부분 331은 반경화(incompletely-cured gel) 상태의 겔일 수 있다. 경도가 낮은 겔 부분 331은 반경화 상태일 경우에는, JIS K2207에 준거한 침입도(25℃)가 200 초과 또는, JIS K2220(1/4 com)에 준거한 콘 관입(cone penetration)이 20 이상일 수 있다.
경도를 다르게 하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, (i) 공압출 성형(co-extrusion)에 의해, 한 면 또는 내부에서 다른 경도를 가진 층을 제공하는 방법; (ii) 성형 시에, 다른 경도의 층을 적층하여 성형하는 방법(2색 성형법); (iii) 성형시에, 다른 경도를 가지는 소재를 사용하여 성형하는 방법; (iv) 표면층에서 다른 경도를 가지는 적층된 시트를 재단하는 방법; (v) 다른 경도를 가지는 원재료를 인접시켜 인쇄하는 2색 인쇄법; (vi) 반경화물의 표면에 경화제(예를 들면, 실리콘계 겔에서는 하이드로젠폴리실록산(이하, SiH 오일이라고 칭함)를 도포하는 방법 등을 들 수 있다.
(iv) 점착성과 박리성
본 발명의 광학용 겔 부재의 표면은 점착성과 박리성을 가지는 것이 바람직하다. 표면에 점착성을 가지면, 광학용 겔 부재를 도광판과 LED에 접촉시켜 조립하였을 때, 가고정(temporary joint)을 할 수 있으므로, 작업성을 향상시키는 작용과, 도광판과 LED에 끼워넣은 후에도 진동이나 그 외의 외력에 의한 접촉면이 어긋나거나, 끼워넣은 상태에서 떨어져 나오는 문제점을 방지하는 작용을 제공할 수 있다. 게다가 광학 장치의 작동?정지에 따른, 도광판의 열팽창?수축에서 생기는 LED와 도광판 사이의 틈새 치수에 변화가 생길 때도, 광학용 겔 부재에 도광판이나 LED를 강한 점착력(접착력)으로 강하게 밀착시킴으로써, 광학용 겔 부재가 도광판 및 LED에 밀착한 상태를 유지하면서, 상기 틈새 치수의 변화에 따른 겔 부재의 변형에 의한 치수 변화로 인해 발생되는 응력 집중(stress concentration)이 완화될 수 있고, 확실하게 LED의 빛을 도광판에 전달할 수 있다.
상기 점착성은 JIS Z0237에 준거한 경사식 볼 택 시험(경사각: 30도)에 따른 볼 넘버가 5 내지 32인 것이 바람직하다.
또한, 박리성은, 리워크 작업에서 광학용 겔 부재를 박리시켰을 때, LED 및 도광판의 접촉면(박리면)이 파손(재료 파괴)되지 않고 박리할 수 있는 것을 포함하고, 광학용 겔 부재의 재이용의 관점에서는, 수작업으로 벗길 수 있는 정도의 박리성을 가지는 것이 바람직하다.
점착성을 부여하는 방법으로서는, 투명 겔 자체의 점착성을 이용해도 좋으며, 투명 겔 원료에 감압 접착성을 부여한 점착성을 발현시켜도 좋다. 이런 경우는, 광학용 겔 부재 전체(표면과 내부를 포함)는 점착성 재료로 형성되기 때문에, 끈 형상의 겔 부재의 단면에도 점착성을 갖게 할 수 있다. 또한, 다른 방법으로서는, 겔 표면에 점착층을 적층한 구조일 수도 있다. 상기 점착층은 투명한 감압 접착 테이프일 수 있고, 특히, 기재가 없는 것을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 투명 겔 소재 및/또는 점착성 성분이 있는 부가 반응형 폴리실록산계의 경우(겔 자체의 점착성을 이용하는 경우를 포함)는, 경화 또는 반경화 상태에서, 광학용 겔 부재의 점착면에 하이드로젠폴리실록산(이하, SiH 오일) 성분을 접촉시켜, 점착성을 감소시키는 조정을 할 수도 있다. 상기 접촉 방법으로서는, SiH 오일의 원액 또는 용제에 의한 희석액을 도포, 분무 또는 침지(dipping)시키는 등의 수단을 적용할 수 있다.
게다가, 본 발명의 광학용 겔 부재는 LED 측과 도광판 측이 동일한 점착성을 가지고 있을 수 있지만, LED 측과 도광판 측이 다른 점착성을 가지고 있을 수도 있다. 이런 경우, 도 13(a)와 같이, LED 측이 도광판 측보다 점착성이 높은 것이 바람직하다. 이것은 LED 측의 접촉 면적이 도광판 측보다 작기 때문에, LED 측의 밀착력이 작아지므로, LED 측의 점착력을 크게 함으로써, LED측의 밀착 신뢰성 등을 높일 수 있다. 또한, 도 13(b)와 같이 LED 접촉 부분만 높은 점착성을 가질 수 있다.
다른 점착성을 제공하는 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, (i) 공압출에 의해 한 면에서 다른 점착성을 가지는 층이 적층되는 방법; (ii) 성형할 때, 성형의 한 면에 SiH 오일 등을 도포하여 성형하는 방법; (iii) 성형할 때, 겔을 공기와 접촉시키기 위하여, 개방된 성형의 한 면을 경화시키는 방법; (iv) 양면이 다른 점착성을 가지는 감압 접착성 시트를 재단하는 방법; (v) 경화 또는 반경화 상태의 광학용 겔 부재의 표면 일부에 SiH 오일을 도포, 분무, 침지시키는 방법 등을 들 수 있다.
(v) 압축 반발 특성
본 발명의 광학용 겔 부재는 LED와 도광판에 의해 압축된 상태로 사용하기 때문에, 경도뿐만 아니라, 본 발명에서는, 압축 변형 특성(압축 반발 특성)도 필수적인 구성 요건이 된다. 엄격하게 두 개의 조건을 조정함으로써, 광학용 겔 부재는 낮은 압력으로 인한 변형에 의해 연결면(abutting side)에 쉽게 맞을 수 있고, 끼워넣은 후의 반발 응력이 작으므로, 압축된 상태에서 공극이 발생되지 않는 한 항상 안정된 상태를 유지하는 것을 실현할 수 있다. 도 19에 나타나듯이, 광학용 겔 부재는 경도나 형상에 따라 압축 반발력을 크게 변화시킬 수 있다. 그러나, 압축 반발력이 너무 크면, 도 19의 (I)에서 곡선이 되어, 광학용 겔 부재를 도광판이나 LED에 밀착시킬 때, 작은 압축률로 큰 반발력이 생겨 발광소자가 고정된 부분에서 부하가 발생되기 쉽기 때문에, 이것에 기인하는 파손, 투명 겔 소재의 용매 성분(실리콘계 겔의 경우, 오일 성분과 미가교 성분)이 배어 나오는(블리드 현상이라고도 함) 것을 유발하는 등의 불편 발생하기 쉬우므로, 바람직하지 않다. 본 발명의 광학용 겔 부재는 도 19(II)의 곡선과 같이, 압축 시작 후, 반발력의 상승이 완만해진 영역이 존재한다. 이 영역에서, 본 발명의 광학용 겔 부재는 LED와 도광판 사이에 개재되는 것이 바람직하다. 구체적인 고유치(characteristic values)는, 광학용 겔 부재를 방사형 방향에서 압축률 30%로 압축 변형시켰을 때, 12 MPa 이하의 반발력을 가지는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3 MPa 이하이고, 두 개의 조건을 보다 엄격하게 따르는 것이 좋다. 이 범위보다 반발력이 커지면, 개재되었을 때의 반발 응력이 커지고, 특히, LED 측은 LED 접촉면이 작기 때문에, 응력집중을 가지기 쉽고, LED의 설치 부분(주로 납땜 접합부분)이 파손되기 쉬워지므로, 바람직하지 않다. 여기서, 상기 반발력은, 광학용 겔 부재의 압축 방향의 두께 변형양(amount of thickness deformation)으로서, 1 mm/min의 속도에서, 압축 방향의 초기 두께에 비해 30% 압축될 때, 시험력에서 산출된 값이고, 또한, 가압 시점에 가압하는 지그(jig)에 접촉하고 있는 광학용 겔 부재의 접촉 면적(상하의 가압면이 다른 경우는, 그것의 평균값)에서 산출된 값이다. 또한, 외주면이 볼록한 곡면을 가지는 광학용 겔 부재는 도 19의 (III)와 같이, 반발력의 상승을 보다 완만하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 보다 낮은 압력으로 연결면에 맞기 쉽고, 개재된 후의 반발 응력을 작게 하기 위하여, 반경화 상태의 광학용 겔 부재를 LED 발광면과 도광판 사이에 개재한 후, 가열 또는 에너지선을 조사하여 경화시킬 수도 있다. 게다가, 여기서 말하는 "반경화"은 유동(flow)하지 않는 정도의 경화된 상태이고, 완전히 경화된 겔의 경도에 비해서, 95% 이하의 경도를 나타내는 것을 말한다.
(vi) 낮은 블리드성
본 발명의 광학용 겔 부재는 LED와 도광판에 의해 압축되어, LED의 발열에 의한 영향을 받는다. 그러므로, 오일이 블리드하기 쉽기 때문에, 블리드 오일로 인한 전기 부품의 접속 불량 등의 불편을 방지하기 위하여, 겔 부재는 낮은 블리드성 오일을 가지는 것이 바람직하다. 낮은 블리드성을 갖기 위하여, 하기에 설명하는 바와 같이, 실리콘 겔로서 특정의 분지형 실리콘 겔을 이용하는 것이 바람직하다.
(vii) 압축 영구 뒤틀림(compression set) 특성
도광판은 광학 장치 내에 개재된 상태로 사용되기 때문에, 즉, 광학 장치의 작동할 때, LED를 포함하는 각종 전자 부품에서 발열에 의한 온도의 영향으로 도광판이 팽창하고, 이와는 반대로, 광학 장치가 정지할 때는, 온도의 저하에 따른 수축으로 인해 초기의 크기 상태로 돌아가는 팽창?수축을 반복한다. 특히, 수지제의 도광판의 경우에는 열팽창 계수가 크기 때문에, 팽창?수축에 의해 LED와 도광판 사이에 갭의 변화가 생긴다. 즉, 광학용 겔 부재는 반복적으로 압축되는 환경에서 사용하게 된다. 이 때, 광학용 겔 부재의 압축 영구 뒤틀림이 크면, 광학용 겔 부재의 변형(특히, 갭이 커질 때, 광학용 겔 부재의 특성이 회복)은 상기 갭의 변화를 따를 수 없고, 광학용 겔 부재와 LED 및/또는 도광판과의 접촉면이 감소(극단적인 경우, 틈새가 생긴다)하여, 그 결과, 광전송 효율이 저하될 가능성이 있다. 특히, 광학용 겔 부재를 사용하여 대형 도광판의 측면으로 LED가 배치되었을 경우, 도광판 등의 하중이 실리기 때문에, 압축 영구 뒤틀림이 생기기 쉽다.
따라서, 본 발명의 광학용 겔 부재는 압축 영구 뒤틀림이 작은 것이 바람직하고, 구체적으로는, JIS K6262에 준거한 압축 영구 뒤틀림이 50% 이하가 바람직하고, 30%이하가 더욱 바람직하다.
3.
광학용 겔 부재의 소재
본 발명의 광학용 겔 부재는 투명의 실리콘계 겔, 아크릴계 겔, 폴리올레핀계 겔, 폴리우레탄계 겔, 부타디엔계 겔, 이소프렌 겔, 부틸 겔, 스틸렌-부타디엔 겔, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 겔, 에틸렌-프로필렌-디엔-3원 공중합체 겔 또는 플루오린(fluorine) 겔로부터 선택되는 적어도 하나의 투명겔로 구성되고, 광학 장치의 적용 조건에 따라 선택된다. 특히, 내열성이나 압축 영구 뒤틀림이 작은 것이 요구되는 경우에는 실리콘계 겔이 매우 적합하다.
(i) 실리콘계 겔
실리콘계 겔은 내열성이 뛰어나기 때문에, 다양한 특성의 온도 의존성이 작고, 게다가, 압축 영구 뒤틀림도 작기 때문에, 고출력의 LED가 적용되는 경우나, 도광판의 열팽창 수축의 영향이 큰 경우에 매우 적합하다. 본 발명에서 실리콘 겔은, 본 발명의 요건으로서 다양한 특성을 만족하는 것이라면, 공지에 시판된 실리콘계 겔을 적용할 수 있다. 또한, 실리콘계 겔은 부가 반응형, 축합형, 에너지선 경화형, 가루형(열 가황형)(hot vulcanization type) 모두 이용할 수 있지만, 부가 반응형 실리콘계 겔이 바람직하다. 게다가, 열 등에 의한 경시적인 황변(yellowing)이 발생하지 않는 것이 더욱 바람직하다.
상기 부가 반응형 실로콘 겔은, 종래부터 알려져 시판되고 있는 여러가지의 실리콘 재료로서 일반적으로 사용되고 있는 규소 화합물을 적당히 선택하여 이용할 수 있다. 따라서, 가열 경화형 혹은 상온 경화형인 것, 경화 메커니즘에서 축합형 혹은 부가형인 것 등 모두 이용할 수 있으며, 특히, 부가형 실리콘 조성물에서 얻을 수 있는 실리콘 겔이 바람직하다.
또한, 본 발명과 관련되는 실리콘계 겔은 높은 굴절률을 얻기 위해서는 페닐계가 특히 바람직하다. 게다가, 높은 굴절률과 점착성을 제공하는 것을 목적으로 하기 위하여, 에폭시-변성 실리콘계 겔과 아크릴-변성 실리콘 등과 같은 다양한 변성 실리콘 겔이 적용될 수 있다.
구체적인 부가 반응형 실리콘 겔의 재료는, 예를 들어, Dow Corning Toray Co, Ltd.에서 생산된 상품명: CF-5106(침입도: 150) 등이 뛰어나다. 이 실리콘 겔 재료는 원재료인 실리콘 수지가 A액과 B액으로 구성되어 있으며, 이 두 액체를 소정의 비율로 혼합하고 가열함으로써, 소망한 침입도 등을 가지는 실리콘 겔 재료를 얻을 수 있다.
상기 실리콘 겔은 표면의 비가교 작용그룹에서 유래되는 점착성을 가지지만, 예를 들면, MQ 수지계의 점착성 부여 성분을 배합한 것, 비반응성의 점착성 성분의 첨가, 비가교 작용그룹의 측쇄 길이를 조정함으로써 점착성을 발현시키는 등의 점착성 부여 방법이 적용된 것을 이용할 수 있다.
(ii) 분지형 실리콘 겔
본 발명에서, 상기의 실리콘계 겔을 이용할 수 있지만, 겔에서 용매의 블리딩이 감소될 때는 하기와 같은 특정의 분지형 실리콘 겔을 이용하는 것이 바람직하다.
분지형 실리콘 겔은 직쇄형 실리콘 겔의 알케닐 폴리실록산 대신에, (A) 분지형 유기 폴리실록산(branched type organopolysiloxane), (B) 유기 하이드로젠폴리실록산(organohydrogenpolysiloxane) 및 (C) 부가 반응 촉매를 함유하는 조성물을 열경화 시켜 얻은 것이다. 이하에서, 분지형 실리콘 겔을 설명한다.
상기 (A) 성분의 분지형 유기 폴리실록산은 미경화 상태에서 10 내지JIS 100,000 Pa?s의 범위에서, 25℃에 있어서, JIS K8803에 따른 동축 원통형(co-axial-cylinder) 회전 점도계로 측정된 점도가 바람직하고, 하기와 같은 일반식 (1)로 나타낸다.
일반식 (1):
(여기서, R1은 동일한 또는 이종의 탄소수 1 내지 10을 가지는 1가 탄화수소 그룹, R2는 동일한 또는 이종의 탄소수 1 내지 10을 가지는 1가 탄화수소 그룹, R3은 동일한 또는 탄소수 2 내지 10의 알케닐 그룹, a는 0 또는 1이며, b는 0 내지 2의 정수, c는 1 내지 3의 정수, 상기 기호는 다음의 관계를 만족한다: 2≤b+c≤3, p, q, r은 1≤p≤30, 100≤q, 2≤r, 한편, 0. 1≤[100×p/(p+q+r)]≤5.0)
상기 일반식 (1)의 R1으로 인해 탄소수 1 내지 10을 가지는 1가 탄화수소 그룹은, 구체적으로는, 메틸그룹, 에틸그룹, 프로필그룹, 부틸그룹, 펜틸그룹, 헥실그룹, 헵틸그룹, 옥틸그룹, 노닐그룹, 디실그룹과 같은 직쇄 알킬그룹; 1-메틸부틸그룹, 2-에틸부틸그룹, 2-에틸헥실그룹 등과 같은 분지형 알킬그룹; 시클로펜틸그룹, 시클로헥실그룹 등과 같은 시클로알킬그룹; 비닐그룹, 알릴그룹, 부테닐그룹, 헥세닐그룹 등과 같은 알케닐그룹; 페닐그룹, 토릴그룹 등과 같은 아릴 그룹; 등을 들 수 있고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 3을 가지는 메틸그룹, 에틸그룹, 프로필그룹과 같은 알킬그룹이며, 보다 바람직하게는, 합성이 용이하고, 얻을 수 있는 실리콘 겔 경화물의 내열성과 물리적 성질이 뛰어난 메틸(CH3-) 그룹이다. 이러한 그룹의 수소 원자는 부분적으로 다른 원자 또는 결합으로 치환된 것도 포함된다. 또한, R1은, 복수로 존재할 경우(a=1, p≥2), 각각 동일 또는 이종일 수 있다.
또한, 상기 일반식 (1)의 R2는 탄소수 1 내지 10을 가지는 1가 탄화수소그룹이며, 구체적으로는, 메틸그룹, 에틸그룹, 프로필그룹, 부틸그룹, 펜틸그룹, 헥실그룹, 헵틸그룹, 옥틸그룹, 노닐그룹, 디실그룹 등과 같은 직쇄의 알킬그룹; 1-메틸부틸그룹, 2-에틸부틸그룹, 2-에틸헥실그룹 등과 같은 분지형 알킬그룹; 시클로펜틸그룹, 시클로헥실그룹 등과 같은 시클로알킬그룹; 페닐그룹, 토릴그룹 등과 같은 아릴그룹; 등을 들 수 있고, 바람직하게는 메틸그룹, 에틸그룹, 프로필그룹 등과 같은 탄소수 1 내지 3의 알킬그룹이며, 보다 바람직하게는, 합성이 용이하고, 얻을 수 있는 실리콘 겔 경화물의 내열성과 물리적 성질이 뛰어난 메틸(CH3-) 그룹이다. 이러한 그룹의 수소 원자는 부분적으로 다른 원자 또는 결합으로 치환된 것도 포함된다. 또한, R2는 각각 동일 또는 이종일 수 있다.
게다가, 상기 일반식 (1)의 R3은 탄소수 2 내지 10의 알케닐그룹이며, 구체적으로는, 비닐그룹, 알릴그룹, 이소프로페닐그룹, 시클로헥세닐그룹 등이다. R3은 많은 종류의 촉매에 의해 용이하게 반응할 수 있으므로, 비닐그룹이 바람직하다. 또한, R3은 복수개로 존재할 경우, 동일 또는 이종일 수 있다.
또한, 일반식 (1)에서, a는 0 또는 1이고, b는 0 내지 2의 정수이고, c는 1 내지 3의 정수이며, a, b, c는 2≤b+c≤3를 만족한다. 바람직하게는 a는 1, b는 1, c는 1이다.
게다가, p, q, r은 1≤p≤30, 100≤q, 2≤r과 0. 1≤[100×p/(p+q+r)]≤5.0을 만족하는 수이다. 바람직하게는, p는 3 내지 20, q는 300 내지 3,000, r은 5 내지 17이다.
상기 p, q, r은 (A) 성분의 분지형 유기 폴리실록산을 구성하는 실록산 성분의 조성비를 나타낸다. p, q, r 값에 의해 (A) 성분 경화물의 양태(mode)가 변화하고, p의 조성 비율이 커짐에 따라 겔 상태에서 고무상태 및 수지 상태로 변화한다. 그 결과, 실리콘 경화물의 양태도 이와 같이 변하지만, 본 발명과 관련된 실리콘 경화물은, 겔의 독특한 유연성을 갖게 하기 위해서, p의 조성 비율이 0. 1≤[100×p/(p+q+r)]≤5.0을 만족하는 조건을 필수 요건으로 한다.
여기서, p는 측쇄의 수(주사슬에서 분지의 수)를 규정하는 수치이고, 또한, 낮은 블리딩성에 기여하는 중요한 요소이다. p는 3 내지 20, 즉, 주요 사슬 Si-O에서부터 분지된 측쇄의 수가 1 분자 당 3 내지 20이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5 내지 15이다. p가 2 이하인 경우에는 낮은 블리딩성의 효과가 작으므로, 종래의 것과 비교하여 오일 블리드를 향상시킨 수준까지는 도달하지 않는다. 반면에, p가 20을 초과하면, 반대로 오일 블리드가 많아지므로, 겔 시트와 같은 사용을 위해서는 바람직하지 않다. 또한, p의 값과 오일 블리드양의 관계는 p의 범위가 5 내지 15인 것이 특히 바람직하며, 오일 블리드 양이 최소가 된다.
또한, q는 반복 단위 Si-O의 수(number of repeating unit Si-O)이며, 폴리실록산의 직쇄의 길이를 규정하는 수치이다. q가 클수록 직쇄의 길이는 길어지고, 같은 측쇄 조건이면, 분자량은 커진다.
q는 p와 관련성이 있고, 경화 후의 낮은 블리딩성과 미경화시 (A) 성분의 점도에 관여하는 요소이다. 낮은 블리딩성에 관해서, 예를 들면, p가 일정하고, q가 커지면, 경화 후의 서스펜션(suspension)에서 미가교 성분 (A) 분자에 관해서는 분자운동이 어려워지므로, 결과적으로 오일 블리드가 감소된다. 또한, q의 증가에 따라 p도 증가하는 경우, 또는, q의 감소에 따라 p가 증가하는 경우에는, 경화 후의 가교 네트워크가 조밀하게 되는 것과 동시에, 경화 후의 서스펜션에서 미가교 성분 (A) 분자의 분자 운동도 분자간의 입체 장해(inter-molecular steric hindrance)에 의해 제한되므로, 그 결과, 오일 블리드가 보다 감소된다.
본 발명에서는, q가 100 이상인 것을 필수 요건으로 한다. q가 100 미만이며, 본 발명의 p의 범위에서, 충분한 오일 블리드 감소의 효과를 얻을 수 없다. 반면에, 미경화 (A) 성분이 점도에 관해서는 대체로 q가 커지면 점도는 커지고, q가 작으면 점도는 작아진다.
본 발명에서, q의 보다 바람직한 범위는, 충분하게 낮은 블리딩성을 얻을 수 있고, 취급하기 적절한 점도가 되는, 300 내지 3,000이다.
게다가, r은 가열함으로써, (B) 성분의 규소 결합 수소 원자와 반응하는 알케닐그룹의 함유 비율을 나타낸다. 가교한 겔 경화물을 얻기 위해서, 분자내에 적어도 2개의 알케닐그룹이 필요하다. r=1일 때는, 반응 후에 가교하지 않기 때문에, 겔 경화물을 얻을 수 없다. 그러므로, r은 2 이상인 것이 필요하다.
또한, 0. 1≤[100×p/(p+q+r)]≤5.0을 벗어나면, 낮은 블리딩성의 겔 경화물을 얻을 수 없다.
(A) 성분의 분지형 유기 폴리실록산은, 구체적으로, 예를 들면, 하기와 같은 일반식으로 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
상기 일반식에서, p, q, r은 다음과 같은 관계식을 만족하는 수이다: 1≤p≤30, 100≤q, 2≤r이며, 0.1≤[100×p/(p+q+r)]≤5.0
(A) 성분의 분지형 유기 폴리실록산은 분자 내에 3-작용 또는 4-작용의 실록산을 1개 이상 30개 미만을 포함한다. 또한, (A) 성분의 분지형 유기 폴리실록산은 실리콘 겔 경화물을 주기 위해, (B) 성분의 유기 하이드로젠폴리실록산과 반응하는 2개 이상의 알케닐그룹을 가진다.
또한, 본 발명의 (A) 성분의 겔 침투 크로마노그래피(gel permeation chromatography)에 의한 표준 폴리스티렌에 따른 중량 평균 분자량(Mw)은 바람직하게는 1,000 내지 100,000이다. 중량 평균 분자량(Mw)은 주사슬의 길이, 측쇄의 수, 측쇄의 길이와 같은 구조적인 요인에 따라, 결정되는 (A) 성분 분자량의 평균값이다. 구조적인 요인에 의존하기 때문에, 경화 후의 삼차원 가교 네트워크의 크기와 경화 상태에서의 미가교 서스펜딩 성분 (A)의 분자운동의 난이도가 변화하므로, 그 결과, 낮은 블리딩성과 깊은 관계가 있다. 또한, 상기 q의 설명과 같이, 미경화시의 (A) 성분의 점도에도 관여한다. 구체적으로는, 미경화시의 (A) 성분의 점도에 대한 효과는 앞에서 언급된 p 및 q의 설명과 같다.
낮은 블리딩성의 관점에서, 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000 미만이면, 충분히 낮은 블리딩성을 얻을 수 없고, 중량 평균 분자량(Mw)이 100,000을 초과하면, p가 작고, 가교 네트워트 구조가 엉성해지며, 충분히 낮은 블리딩성을 얻기 어렵다. 반면에, 미경화시의 점도의 관점에서, 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000 미만이면, 미경화 성분 (A)의 점도가 낮아지고, 균일한 조성을 가지는 실리콘 겔 경화물을 제조할 수 없다. 게다가, 중량 평균 분자량(Mw)이 100,000을 초과하면, 조성물의 점도가 높아지고, 혼합 작업성(workability of mixing)이 저하되는 불편을 초래하게 된다.
본 발명과 관련되는 조성물은, (B) 성분으로서 유기 하이드로젠폴리실록산을 배합한다. (B) 성분의 유기 하이드로젠폴리실록산은 분자내에 실리콘 원자에 결합 수소 원자를 2개 이상 가지는 공지의 것이다. 단, (A) 성분의 분지형 유기 폴리실록산에서 알케닐 그룹의 수가 2개일 경우, (B) 성분의 유기 하이드로젠폴리실록산에서, 실리콘 원자에 결합한 수소 원자의 수는 3개 이상이다. 이러한 실리콘 원자에 결합한 수소 원자의 위치는 유기 폴리실록산의 말단 혹은 측쇄의 어디라도 좋다.
또한, 부가 반응 촉매 (C)는 (A) 성분에서 실리콘 원자에 결합한 알케닐그룹, (B) 성분에서 실리콘 원자에 결합되는 수소 원자와의 부가 반응(하이드로 시릴화 반응)을 촉진하기 위해 알려져 있는 어떤 촉매라도 좋다. 통상적으로, 백금-그룹 금속계 촉매가 이용되며, 예를 들어, 염화백금산 (chloroplatinic acid), 알코올-변성 염화 백금산(alcohol-modified chloroplatinic acid), 염화 백금산과 비닐 실록산의 복합체(a complex of chloroplatinic acid and vinyl siloxane), 염화 백금산-2-에틸헥산올 용액(chloroplatinic acid-2-ethylhexanol solution)과 같은 백금계 촉매; 테트라키스(3페닐포스핀) 팔라듐(tetrakis(triphenylphosphine)palladium), 팔라듐 블랙과 3-페닐포스핀의 혼합물(mixture of palladium black and triphenylphosphine); 로듐 촉매(rhodium catalyst); 등을 포함할 수 있다. 그 중에서 염화백금산-2-에틸헥산올 용액이 바람직하다.
이러한 촉매의 배합량은 소위 촉매량일 수 있다. 통상적으로, (A) 성분과 (B) 성분의 총량에 대해서 0.1 내지 100 ppm(촉매 금속 원소에 상응)의 범위이다.
(A) 성분의 분지형 유기 폴리실록산을 적용했을 경우, 본 발명과 관련되는 조성물에서, 가교제인 하이드로젠폴리실록산의 배합량은, (A) 성분의 실리콘 원자에 결합한 알케닐 그룹 1개에 대해서, 실리콘 원자에 결합한 수소 원자가 0.1 내지 1.5개, 바람직하게는 0.2 내지 1.2개가 되는 양이다. 실리콘 원자에 결합하는 수소 원자가 0.1개 미만이면, 가교 정도가 불충분하기 때문에 불완전한 경화(incomplete curing)가 발생한다. 한편, 수소 원자가 1.5개를 넘으면, 소망한 침입도(20 내지 200)를 가지는 부가 반응 경화형 실리콘 겔 경화물을 얻기 어렵고, 게다가, 이 부가 반응 경화형 실리콘 겔의 물성이 시간에 따라 변화하기 쉽다.
또한, 백금 촉매의 배합량은, 상기와 같이, 통상적으로, (A) 성분과 하이드로젠폴리실록산의 총량에 대하여 0.1 내지 100 ppm(촉매 금속 원소에 상응)의 범위이다.
상기 하이드로시릴화 반응은 공지의 기술을 이용하여 실시할 수 있다.
본 발명과 관련되는 낮은 블리딩성의 실리콘 겔 경화물은, 상기의 조성물을 열경화함으로써 얻을 수 있다.
본 발명과 관련되는 실리콘 겔 경화물의 제조방법으로는, 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로, (C) 성분의 부가 반응 촉매의 존재하에서, 조성물을 구성하는 (A) 성분의 분지형 유기 폴리실록산과 (B) 성분의 유기 하이드로젠폴리실록산을 원료로하여 하이드로시릴화 반응(부가반응)을 시킴으로써 얻을 수 있다.
상기 하이드로시릴화 반응은 공지의 기술을 이용하여 실시할 수 있다.
(iii) 아크릴계 겔
게다가, 상기 아크릴계 겔로서는 감압 접착제 등에 이용되고 있는 아크릴산 에스테르를 포함하는 단량체(monomers)를 중합함으로써 얻을 수 있는 다양한 중합체(polymer)를 사용할 수 있다. 예를 들면, 에틸 (메타)아크릴레이트, n-프로필 (메타)아크릴레이트, 이소프로필 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, 이소부틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, n-헥실 (메타)아크릴레이트, n-아밀 (메타)아크릴레이트, 이소아밀 (메타)아크릴레이트, 옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소미리스틸 (메타)아크릴레이트, 라우릴 (메타)아크릴레이트, 노닐 (메타)아크릴레이트, 이소노닐 (메타)아크릴레이트, 이소디실 (메타)아크릴레이트, 트리데실 (메타)아크릴레이트, 스테아릴 (메타)아크릴레이트, 이소스테아릴(메타) 아크릴레이트 등과 같은 아크릴계 단량체를 중합 또는 공중합 함으로써, 얻어진 중합체를 사용할 수 있다. 상기 언급된 (공)중합할 때 사용되는 아크릴산 에스테르는 단독으로 이용하거나, 2종이상의 조합으로 사용될 수 있다.
(iv) 폴리올레핀계 겔
또한, 본 발명의 광학용 겔 부재와 관련되는 투명 겔로서는, 폴리올레핀계 겔을 이용할 수 있고, 생산성의 관점에서, 특히 투명성과 신장율 및 표면의 강도가 뛰어난 폴리에틸렌계 겔을 사용할 수 있다.
(v) 그 밖의 투명 겔
또한, 본 발명의 광학용 겔 부재와 관련되는 투명 겔로서는, 상기의 실리콘계 겔, 아크릴계 겔, 폴리올레핀계 겔 이외에도, 투명한 폴리우렌탄계 겔, 부타디엔 겔, 이소프렌 겔, 부틸 겔, 스틸렌-부타디엔 겔, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 겔, 에틸렌-프로필렌-디엔-3원 공중합체 겔 및 플루오린 겔을 이용할 수 있다.
게다가, 광학용 겔 부재의 다른 형태로서, 도 32와 같이, 광학용 겔 부재에 광확산 작용(light diffusion action)을 부가해도 좋다. 이것에 의해, 점광원인 LED 에서 출사한 빛을 광학용 겔 부재로 확산시켜, 도광판에 입사시킬 수 있으므로, 균일한 출사 분포(uniform outgoing distribution)를 가지는 도광판의 설계가 용이하게 된다.
광확산 작용을 제공하는 방법으로서는, 예를 들면, 도 32(a)의 경우에는, 상기의 투명 겔에 광 확산제(또는 확산제)를 혼합하여 분산시키는 시키는 방법; 예를 들어, 도 32(b)~(c)의 경우에는 광 학산제를 포함한 조성물을 광학용 겔 부재의 표면에 코팅하는 방법; 투명 겔 소재와 확산제가 분산된 투명 겔 소재를 공압출 성형하여 광학용 겔 부재의 표면에 확산층을 형성하는 방법; 등을 적용할 수 있다.
상기 광 확산제(또는, 확산제)로서는 공지의 광확산 부품에 적용되는 재료를 적용할 수 있다. 예를 들면, 무기 광 확산제로는 실리카, 화이트 카본, 탈크, 산화 마그네슘, 산화 아연, 산화 티탄, 탄산칼슘, 수산화 알루미늄, 황산바륨, 규산 칼슘, 규산 알루미늄, 규산 알루미늄화 나트륨, 규산 아연, 유리, 마이카 등을 들 수 있다. 또한, 유기 광 확산제로는 스티렌계 중합 입자, 아크릴계 중합 입자, 실록산계 중합 입자, 폴리아미드계 중합 입자 등을 들 수 있다. 이러한 광 확산제는 각각 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 우수한 광 확산 특성을 얻기 위해서, 광 확산제는 꽃잎 모양(petal-shaped), 구정(spherocrystal) 등의 다공질 구조로 할 수 있다. 게다가, 광 확산제는 광투과성에 영향을 끼치지 않는 범위에서 양을 부과 또는 혼합할 수 있다.
4.
광학용 겔 부재의 사용 방법 및 용도
본 발명의 광학용 겔 부재는, 도 3에 나타나듯이, 예를 들면, 액정 디스플레이(LCD)의 백 라이트의 도광판과 그 도광판의 측면으로 배치되는 광원의 발광부(LED) 사이의 공극에 끼워넣는 구조이고, 또한, 발광부와 도광판을 조합한 광학 구성을 가지는 광학 장치에 적용할 수 있다. LED를 설치하는 기판으로는 플렉서블 기판과 유리 에폭시 기판 등 공지의 것을 적용할 수 있다.
광학용 겔 부재로서, 끈 형상의 투명 겔 부재를 이용함으로써, LED에서의 빛의 입사 손실을 줄일 수 있다. 또한, 복수개의 LED를 사용하는 경우에, 복수개의 LED 기판 설치 위치에 변형이 있어도, 광학용 겔 부재로 틈새를 채움으로써, LED에서의 빛을 도광판에 입광할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학용 겔 부재를 사용하는 방법은 편성 방법과 함께, 하기에서 예시한다.
제 1의 편성 형태로서, 액정표시장치나 조명장치 등의 광학장치에서 도광판과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자 사이에 개재시키는 광학용 겔 부재를 압축 고정하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 조립방법을 적용할 수 있다.
이 방법에 의하면, 예를 들어, 도 14와 같이, 도광판(또는 LED로 구성되는 발광소자)에 끈 형상의 겔 부재를 접촉시킨 다음, LED로 구성된 발광소자(또는 도광판)를 접촉시키고, 압축시킴으로써 겔 부재를 변형시키고, 끈 형상의 겔 부재에 도광판과 LED 발광면을 고르게 접촉시켜 고정한다. 또한, 끈 형상의 겔 부재를 도광판의 2개 이상의 측면에 적용하는 경우, 끈 형상의 겔 부재를 각 면마다 끼워넣어도 되고, 도 15의 예시와 같이, 2개 내지 4개의 측면의 길이를 가지는 끈 형상의 겔 부재를 도광판 외주면에 휘감도록 설치하여, 각 면에 대응하는 발광소자를 접촉시켜 끼워넣을 수 있다. 특히, 도광판의 4개 측면에 적용하는 경우는 끈 형상의 겔 부재를 폐쇄루프(closed loop) 모양(링 상태)으로 도광판 외주면에 감싸는 방법이 적용될 수 있다.
게다가, 상기 언급된 도광판, 발광소자, 광학 시트 등에 미리 끈 형상의 겔 부재가 밀착하여 일체화된 광학 부품을 끼워넣는 방법일 수 있다. 끈 형상의 겔 부재는 도광판이나 발광소자, 광학 시트 등에 박리 가능할수록 밀착되어 있어서 좋고, 견고하게 밀착하여 일체화될 수 있다. 예를 들어, 반사 시트에 끈 형상의 겔 부재가 일체화된 광학 부품을 이용하여 도 16과 같이 끼워넣을 수 있다.
게다가, 끈 형상의 겔 부재를 도광판의 입사면과 LED 발광면 사이의 틈새에 끼워넣는 과정에서, 끈 형상의 겔 부재가 소정의 접촉 위치에서 이동하지 않게 할 때에는, 도 35(a), (b)에 예시한 것과 같이, 끈 형상의 겔 부재의 형상이 도광판 입사면(또는 LED 발광면)과의 연결면에 인접한 돌출부 370a와 370b는 끈 형상의 겔 부재의 두께 방향의 양단에(both ends) 있고, 단면 형상이 대략 U자 모양으로 도 36 또는 도 37과 같이 각각 도광판 입사면 또는 LED 발광면을 덮도록 결합되어 있는 형상이다. 덧붙여, U자 모양의 단면 형상은 끈 형상의 겔의 길이방향으로 모두 같을 수 있고, 상기 돌출부의 길이를 부분적으로 바꾼 단면형상일 수 있고, 끈 형상의 겔 부재의 일부분만이 U자 모양의 단면 형상일 수도 있다.
상기 돌출부는 도광판 입사면(또는 LED 발광면)과 접촉하는 끈 형상의 겔 부재의 연결면이 볼록한 곡면의 경우에는 볼록한 모양의 연결면 선단부(forefront) 보다 상기 돌출부의 끝이 돌출한 형상으로 하고, 도광판의 입사면 혹은 LED 발광면을 덮도록 감합(interdigitate)할 때, 탈락(drop off)되지 않을 정도로 고정하여 형성하면 좋다.
또한, 상기 돌출부의 형상은 감합 가능한 형상이면 특별히 한정하지 않는다. 끈 형상의 겔 부재는 도광판의 입사면 혹은 LED 발광면을 덮도록 감합했을 때, 탈락하지 않는 정도로 고정할 수 있고, 주위의 부품(surrounding parts) 조립에 지장이 없는 범위에서 끼워넣을 수 있는 정도의 길이나 폭, 두께, 돌출 각도(projection angle)로 전체의 형상을 결정하면 좋다. 예를 들면, 판 모양으로 하거나, 도광판에 접하는 면에 그루브나 돌출부를 마련하여, 도광판(혹은 LED)에서 누락을 어렵게 할 수 있다.
U자형의 단면 형상을 만듦으로서, 도광판의 입사면 혹은 LED 발광면을 덮도록 감합하는 것에 의해, 끈 형상의 겔 부재가 도광판의 입사면 혹은 LED 발광면에 위치되고, 조립시의 위치 차이가 생기기 어려우므로, 작업성이 향상된다. 특히, 광학 장치의 조립에서, LED가 먼저 설치, 고정되고, 나중에 도광판을 내장하는 종래의 액정표시장치의 조립방식의 경우에도, 끈 형상의 겔 부재가 탈락이나 위치의 어긋남 없이 편성할 수 있다. 이 경우에는, 도광판 측에 U자 모양의 끈 형상의 겔 부재를 감합한 것을, 끈 형상의 겔 부재의 LED 연결면을 LED 발광면에 눌러 편성해도 좋고, 고정된 LED 발광면에 끈 형상의 겔 부재를 감합한 후에 도광판을 눌러 편성해도 좋다.
또한, 편성 후에도, 진동이나 도광판의 열팽창, 수축 등의 영향으로 인한 끈 형상의 겔 부재 접촉부의 위치 차이는 발생 되기 어렵다.
게다가, 백 라이트 유닛 조립에서, 도광판의 두께 방향으로 충분한 조립 공간을 확보할 수 없는 경우에는, 도 38(a), (b)에 예시한 바와 같이, 상기 U자 모양의 단면 형상 중 돌출부를 한쪽만 가지는 대략 L자 모양의 단면 형상일 수 있고, 또는, 도 39(a)~(d)의 어떤 배치로 설치되어 있더라도, 상기의 U자 모양의 단면 형상의 경우와 같은 방법으로 편성할 수 있다.
게다가 하나의 끈 형상의 겔 부재는 U자 모양의 단면 형상 부분과 L자 모양의 단면 형상 부분을 가지는 형상일 수 있다.
또한, 제 2의 편성 형태로서, 도 9에 예시한 바와 같이, 박리필름과 광학용 겔 부재가 박리 가능한 상태로 적층된 적층품을 이용하는 경우에는, 광학용 겔 부재의 적층품에서 박리 필름을 벗긴 광학용 겔 부재를, 액정표시장치나 조명장치 등과 같은 광학장치에서 도광판과 발광 다이오드(LED)로 구성되는 발광소자 사이에 끼워 넣어 압축하여 고정하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 조립 방법을 들 수 있다.
이 방법에 의하면, 끈 형상의 겔 부재가 박리필름에 박리 가능한 상태로 적층되어 있기 때문에, 끈 형상의 겔 부재가 가는 경우나 연약한 경우와 같이 핸들링이 곤란한 경우에도 쉽게 편성할 수 있다. 또한, 박리 필름의 형상을 최적화함으로써, 편성시의 위치 결정 지그(jig)의 역할을 갖게 할 수 있으므로, 정확한 위치에서 편성이 가능해지는 현저한 효과가 있다.
이 방법은 박리 필름을 제거하여 광학용 겔 부재의 박리 표출면(exposed face)을 LED 및 도광판에 각각 접촉시켜 끼워넣는 방법과, 상기 박리 표출면 이외의 부분을 LED 및 도광판에 각각 접촉시켜 끼워넣는 방법을 포함한다.
전자의 방법은, 예를 들면, 양면에 박리 필름을 적층한 끈 형상 겔 부재의 경우에는, 도 17과 같이, 도광판 측면에 접촉하는 측의 박리 필름을 끈 형상의 겔 부재에서 박리 제거하고, 끈 형상의 겔 부재의 박리 표출면을 도광판에 접촉시킨 다음, LED 접촉 측의 박리 필름을 박리 제거하여 끈 형상의 겔 부재의 박리 표출면을 LED 발광면에 접촉시키고, LED와 도광판으로 끈 형상의 겔 부재를 누른다.
또한, 후자의 방법은, 예를 들면, 한 면에 박리 필름이 적층된 끈 형상의 겔 부재를 사용한 예에서는, 도 18과 같이, 박리 필름이 부착된 끈 형상의 겔 부재, 도광판, LED 발광 소자를 배치하고, 동시에 혹은 순차적으로 끈 형상 겔 부재의 측면(적층면에서 약간 수직면)은 소정의 면을 접촉시켜 끼워넣은 후, 그 다음에 박리 필름을 박리 제거한다. 박리 필름의 제거는 끼워넣는 도중 혹은 완전하게 끼워넣은 후라도 상관없고, 끈 형상의 겔 부재의 형상, 경도, 점착성 등에 따라 적절히 조정하면 된다.
상기와 같은 효과를 얻기 위해서는, 박리 필름은 적어도 끈 형상의 겔 부재보다 폭이 넓고, 긴 것이 바람직하다.
박리필름으로는, 알키드 수지계, 플루오르실리콘계, 지방산 아미드계, 폴리에테르술폰 수지계, 셀루로오즈 아세테이트 수지계, 폴리이미드 수지계, 폴리에스테르 수지계, 폴리 에테르 수지계, 에폭시 수지계, 페놀 수지계, 폴리아미드 수지계, 폴리오레핀(예를 들면, 폴리프로필렌) 계 등과 같은 유기 수지의 박리층을 가지는 필름; 이러한 유기 수지가 다른 유기 수지와 적층되는 필름; 또는 이러한 유기 수지가 다른 유기 수지 필름의 표면을 피복하여 만드는 필름; 등을 사용할 수 있다. 특히, 알키드 수지계, 플루오르실리콘계, 지방산 아미드계가 바람직하고, 높은 점착의 경우, 지방산 아미드계가 바람직하고, 비스아미드계가 특히 바람직하다. 또한, 양면에 박리 필름을 적층하는 형태나, 끈 형상의 겔 부재가 다른 점착성을 갖고 있는 경우에는, 각 면에서 박리 필름의 종류를 바꾸어 양호한 박리 선택성(소위, 우는 현상이 없는 상태)을 얻을 수 있도록 조합하는 것이 바람직하다.
또한, 제 3의 편성 형태로서, 이미 조립한 광학 장치의 도광판과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광 소자의 공극에 밀어넣거나 삽입할 수 있다. 이 경우에는 점착성이 작고, 경도가 부드러운 것이 적합하다.
이러한 편성 방법에서는, 끈 형상 겔 부재를 끼워넣을 때의 압축방향에서 압축률은 50% 이하가 바람직하고, 끈 형상 겔 부재의 접촉면이 볼록한 곡면인 경우에는 1 내지 40%가 바람직하고, 5 내지 40%로 하는 것이 보다 바람직하다. 이 범위에서 압축률은 발광소자에서 정렬된 LED 설치 위치의 격차나, 백 라이트 조립의 허용 위치 편차에 따른 빛의 통과 거리 변동 요인(light-passing distance variation factor)도 해소할 수 있는 효과가 있다. 상기 압축률은 압축 변형량(변형전의 두께에서 변형 후의 두께를 뺀 값)을 변형 전의 두께로 나누었을 때의 백분율에서의 값을 말한다. 압축률이 50%를 초과하면, 오일 블리드가 발생되기 쉽고, LED에 과도한 부하가 걸리기 쉬우므로 바람직하지 않고, 끈 형상의 겔 부재의 접촉면이 볼록한 곡면인 경우에는 1% 이상의 압축을 하지 않으면, 볼록한 곡면의 가장자리와 접촉이 부족하여 LED 발광면 및 도광판에 충분히 밀착되지 못하므로, 바람직하지 않다.
게다가, 이러한 방법에서는, 반경화 상태의 끈 형상 겔 부재를 상기 공극에 끼워 넣은 후에, 가열 및/또는 에너지 조사에 의해 완전히 경화시킬 수도 있다. 이 방법에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 끈 형상의 겔 부재는 발광소자와 도광판의 공극에 잘 맞는 상태에서 접촉할 수 있다. 또한, 경화 후의 끈 형상의 겔 부재에 의한 반발력을 작게 할 수 있다. 이러한 끈 형상의 겔 부재의 소재로서, 예를 들면, Dow Corning Toray Co, Ltd.의 SOTEFA와 같은 실리콘계 소재를 적용할 수 있다.
또한, 제 4의 편성 방법으로, 도 21과 같이, 광학용 겔 부재를 미리 신장(stretching)시켜 상기 광학용 겔 부재의 끈 형상 부재의 지름을 가늘게 하고(도 21a); 신장 상태를 유지한 상태에서, 사전에 조립된 광학 장치의 도광판 광입사면과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자의 발광면 사이의 공극에 삽입한 후(도 21b); 상기 광학용 겔 부재의 신장을 원래의 형상으로 회복하고(도 21c); 상기 도광판의 광입사면과 상기 발광소자의 발광면을 광학용 겔 부재를 통해 접촉시키는(도 21d); 방법을 들 수 있다.
여기서, 상기 끈 형상 부재의 지름이란, 단면 형상이 원형인 경우의 지름으로 한정하는 것은 아니며, LED 발광면과 도광판의 입사면에 끼워넣는 부분의 광학용 겔 부재의 두께를 말한다. 광학용 겔 부재의 신장은, LED 발광면과 도광판의 입사면 사이의 공극에 삽입 가능한 지름이 되는 정도까지 신장된다면, 신장되는 방향(direction to be stretched)은, 특별히 한정하지 않지만, 작업성의 관점에서, 도 21a와 같이, 길이방향으로 신장하는 것이 바람직하다. 또한, LED 발광면과 도광판의 입사면 사이의 공극에 삽입할 때의 광학용 겔 부재의 신장 상태 유지는, 삽입 전의 신장 상태와 동일하게 유지할 필요는 없고, 삽입 가능한 지름을 확보할 수 있는 정도의 신장 상태를 유지하면 된다.
다음으로, 도 21c와 같이 광학용 겔 부재의 신장을 해방하면, 광학용 겔 부재의 지름이 회복된다. 이런 경우의 길이방향은, LED의 발광면 및/또는 도광판의 입사면을 문지르면서 길이방향으로 수축해 나가므로, 광학용 겔 부재의 표면에 윤활제를 도포하는 것이 형상 회복을 보다 균일하게 하기 쉽다. 상기 윤활 성분으로는 실리콘 오일이나 알코올 등의 투명 액체(a)가 바람직하다. 특히, 알코올 등과 같은 유기용제는 광학용 겔 부재가 끼워 넣어진 후에, 쉽게 휘발되기 때문에 바람직하다. 반면에, 실리콘 오일 등과 같은 투명 오일 성분은 편성 후에도 남지만, LED 발광면 및 도광판 입사면과 광학용 겔 부재와의 접촉면의 공기 제거 촉진과 밀착 향상을 도모하기 때문에, 편성 후에 오일이 흐르지 않을 정도로 도포하면 좋다. 게다가, 여기서 말하는 "액체"란, 도포 가능하고, 힘이 인가되어 유동 변형하는 성질과 상태의 것을 의미한다. 광학용 겔 부재의 표면에 도포할 때는, 낮은 점도를 갖는 액체가 바람직하다.
또한, 상기의 도 21의 방법과 같이, 끈 형상의 겔 부재를, 한 번에 LED와 도광판의 틈새 전체에 끼워 넣는 방법 이외에, 도 34(a)와 같이 광학용 겔 부재의 일부를 LED와 도광판의 사이에 삽입 고정한 후, 광학용 겔 부재의 한쪽 끝을 신장하고; 광학용 겔 부재를 LED와 도광판 사이에 밀어넣은 다음에, 장력(tension)을 해제하는 작업으로 부분적으로 삽입하고, 이것을 반복하여 틈새 전체에 삽입(도 34(c))할 수도 좋다.
광학용 겔 부재를 신장시키고 끼워넣는 것을 예시한 실시 형태에서는, 광학용 겔 부재는 인장 신장률(JIS K6251 준거)이 50% 이상을 가지는 것이 바람직하고, 신장 상태에서 끊어지기 어려운 소재이면 더욱 바람직하고, 예를 들면, 폴리올레핀계 겔, 특히, 폴리에틸렌 겔이 매우 적합하다.
또한, 예를 들면, 도 22에 예시한 것과 같이, LED 발광면이 오목한 형상일 경우와, 광학용 겔 부재는 상기 오목한 형상 부분에 완전하게 맞을 수 없고(도 22 c), LED 발광면과 광학용 겔 부재의 사이에 투명 액체(b)를 개재시키는 구조를 함으로써, LED 발광면과 광학용 겔 부재의 사이의 공극이 사라지고, 휘도의 저하를 피할 수 있다.
상기 투명 액체(b)를 개재시키는 방법으로는, LED 발광면 및/또는 도광판 입사면에 상기 투명 액체를 도포하는 방법; 혹은, 광학용 겔 부재의 표면(적어도 LED 발광면 및/또는 도광판 입사면에 접촉시키는 부분)에 상기 투명 액체를 도포하는 방법; 등을 적용할 수 있다. 상기 투명 액체로는, 절연성이면서, 접촉하는 면(LED 발광면 및/또는 도광판 입사면, 광학용 겔 부재 표면)과 뛰어난 습윤성(wettability)(표면장력이 작다)을 가진 액체라면, 특별히 한정하지 않지만, 특히, 실리콘 오일이 바람직하다. 실리콘 오일은 소수성, 친수성의 어느 쪽도 적용할 수 있다. 실리콘 오일은 가스 투과성(gas permeability)이 뛰어나기 때문에, 광학용 겔 부재와 LED 발광면이나 도광판 입사면의 접촉계면에서 미세한 기포가 남아있는 경우에도 기포를 사라지게 하는 작용이 있다.
상기 투명 액체(b)의 점도는, 가압에 의해 유동 변형할 수 있으면, 특별히 한정되지 않는다. 그 밖에, 투명 액체로서, 가교 반응하는 낮은 점도의 실리콘 겔 원료 등과 같은, 도포 후에 투명성을 유지하면서 증점 또는 고체화하는 소재를 적용할 수 있고, 도포 후에 투명 액체가 배어 나오는 것을 방지하는 것에 효과적이다. 또한, 낮은 점도의 투명한 광학용 점착제나 감압 접착제를 적용하여 편성 후의 광학용 겔 부재와 LED 발광면이나 도광판 입사면의 밀착력을 향상시킬 수 있다.
상기 투명 액체 상태는, 광학용 겔 부재를 구성하는 투명 겔에서 블리드한 용매(오일 성분 등)에서도 같은 효과를 나타낸다고 추측된다. 그러나, 상기 투명 액상체를 개재시키는 방법은, 광학용 겔 부재의 물성이 유지된 상태에서 수행되고, 블리드의 경우는 경도나 압축 반발력 등과 같은 광학용 겔 부재의 물성이 변화한다. 그러므로, 이 방법은 바람직하지 않다는 것에 주의해야 한다.
게다가, LED 발광면과 도광판 입사면 사이에 광학용 겔 부재를 눌러서 압축하여 끼워 넣을 때, LED 발광면의 면적이 작은 경우나, 인접하는 LED와의 거리가 큰 경우에는, 도 24에서와 같이, LED와 LED 사이의 공간에 광학용 겔 부재가 비집고 들어가도록 변형될 수 있다. 이러한 광학용 겔 부재의 변형이 발생되면, LED 측의 공간에 비집고 들어간 광학용 겔 부재 부분에서 LED의 빛이 새거나, LED 측의 공간에 비집고 들어가는 변형이 유발되고, 도광판 입사면 및 광학용 겔 부재 사이에 틈새가 생기는 등 바람직하지 않다.
이와 같은 현상이 발생하는 경우에는, 도 25 및 도 26과 같이, 기판 위에 LED와 LED의 틈새를 채우는 스페이서 250을 설치하는 것이 효과적이다. 스페이서 250은, 그 두께(높이)를 LED 발광면과 같은 높이로 함으로써, 스페이서 250의 광학용 겔 부재와 접촉하는 면이 LED 발광면과 같은 평면상이 되어, 광학용 겔 부재를 균일하게 누르고 압축할 수 있으므로, 도 24와 같은 광학용 겔 부재의 변형을 방지하고, 편입도 쉽게 할 수 있는 효과가 있다.
상기 스페이서 250은, 기판 위에 배치되기 때문에, 절연성 재료로 구성된 것이 바람직하고, 기판 위의 배선이나 접점 부분을 파손하지 않게 적당한 유연성을 가지는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 재료로는 특별히 한정하지 않지만, 각종의 수지 탄성중합체(elastomer)와 겔 재료가 매우 적합하다.
또한, 히트 싱크와 같은 방열 부품과 연결하고, 열전도성을 가진 재료로 스페이서 250을 구성함으로써, 열전도성의 스페이서를 통한 LED 발광시의 열이 방열 부품에 도입될 수 있기 때문에, LED의 온도 상승을 완화하여 LED의 수명을 연장하거나, LED의 출력을 한층 더 올리거나 하는 것이 가능하게 되는 등의 효과를 얻을 수 있다.
열전도성을 가지는 스페이서 250의 재료로서는, 특별히 한정하지 않지만, 절연성과 열전도성이 뛰어난 필러가 충전된 열전도 탄성중합체와 열전도성 겔 등이 바람직하다.
이러한 유연한 열전도성 재료를 적용함으로써, 광학용 겔 부재와 스페이서를 눌러서 압축하여 접촉시켰을 때, 스페이서의 변형에 따라, 열전도 스페이서가 LED 전체에 밀착성이 높아지고, LED의 열을 효율적으로 전달할 수 있다.
또한, 도 27 및 도 28과 같이, 상기 스페이서 250의 광학용 겔 부재에 접촉하는 면에, 반사층을 제공함으로써, LED 발광면뿐만 아니라 배면(back side) 측에 새고 있던 빛까지도, 광학용 겔 부재에 입사할 수 있으므로, 보다 향상된 휘도가 실현될 수 있다.
반사층의 형성 방법으로는, 공지의 기술을 적용할 수 있지만, 백 라이트 액정표시장치 등으로 사용되고 있는 공지의 반사 시트(예를 들면, 수지 필름의 표면에 미립자를 부착 또는 표출 시킨 반사 시트, 수지 필름의 표면이 미세하게 거칠게-가공된 반사 시트)와, 열 확산성이 뛰어난 알루미늄 호일 등이 바람직하다. 반사층의 소재로서 금속을 이용하는 경우에는 투명한 절연 처리를 가하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 광학 장치의 다른 실시 형태로서, 본 발명의 광학용 겔 부재를 쉽게 편성하려는 목적과, 편성 후의 사용 상태에서 도광판의 열 팽창으로 인한 영향을 완화하기 위해서, 예를 들면, 도 40과 같이, LED가 발광면 방향에 대해서 전후로 움직이는 구조일 수 있다.
특히, 대형의 액정 TV의 백 라이트 장치와 같은 경우에는, 도광판의 크기가 크기 때문에, 열팽창에 의한 도광판의 신축성(elongation and shrinkage)이 커지고, 도광판의 변형(strain)이나 LED에 응력 부하를 방지할 필요성이 있다. 종래와 같이, LED 발광면과 도광판 사이에 공극이 있는 경우와 비교하여, 그 틈새에 광학용 겔 부재를 끼워 넣은 쪽이 도광판의 신장(elongation)?축소(shrinkage)의 영향이 점점 더 커질 경우에, LED 자체가 도광판의 신장?축소에 따르는 메커니즘을 함으로써, 이러한 과제가 해결된다. LED를 가동(movable) 시키는 기구로서, 예를 들면, 다음과 같은 방법을 적용할 수 있다. 즉, LED를 설치한 기판, 또는, 그 기판을 고정하는 주변 부품을 LED 발광면에 전후 방향으로 가동 구조로 이루어지고, 개재된 광학용 겔 부재의 밀착성을 유지하면서, 용수철 힘(spring force)에 의해 도광판의 신축성을 따르는 방법 등을 적용할 수 있다.
LED 발광면이 가동 기구를 갖는 경우에는, 광학용 겔 부재를 개재할 때, LED 측을 도광판측과 반대 방향으로 이동시킴으로써, 도광판과 LED 발광면의 틈새를 넓힌 후, 본 발명의 광학용 겔 부재를 끼워 넣을 위치에 배치한 다음, LED 측을 되돌리고, 광학용 겔 부재를 끼워 넣음으로써, 제 1 편성 방법 내지 제3 편성 방법에서 보다 쉽게 편성된다.
5.
광학용 겔 부재의 제조 방법
본 발명의 광학용 겔 부재는 끈의 형상이다. 그러므로, 본 발명의 광학용 겔 부재의 제조 방법은, 예를 들어 실리콘계 겔의 실시 형태를 예로 하면, 광학용 겔 부재의 원료인 부가 반응형 실리콘 또는 축합 반응형 실리콘, 또 열가소성 아크릴계 겔이나 올레핀계 겔을, 압출성형(extrusion molding)하여 형성할 수 있다. 압출성형은 공지의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 압출성형에 의해 얻을 수 있는 경화 또는 반경화의 광학용 겔 부재의 표면에 SiH 오일을 접촉시킴으로써, 내부는 반경화 및 표면은 경화한 상태의 형태를 만들고, 또는, 표면의 점착성을 조정하기 위한 처리 공정을 부가할 수 있다. 또한, 압출성형 대신, 금형 등에 주입하는 주형 성형(cast molding) 방법도 이용할 수 있다. 이 방법은 금형의 표면에, 겔 미경화물을 경화시키는 성분(예를 들면, 실리콘계 겔의 경우에는 SiH 오일)을 미리 도포해 두고, 표면만 경화시키는 방법도 할 수 있다. 게다가, 이러한 제법에 사용되는 경화 반응 성분(예를 들면, SiH 오일)에 반사성 물질(reflective material)과 확산 재료(diffusion material)를 분산시켜 표면에 반사층이나 확산층을 형성할 수도 있다.
실시예
이하에서는, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 실시예 및 비교예에서, 광학용 겔 부재 등에 관한 성능 등은 하기와 같은 평가방법에 따라 평가하고, 또한, 광학용 겔 부재로는 다음의 물질을 이용했다.
1.
평가 방법
(1) 경도:
광학용 겔 부재를 구성하는 투명 겔에 관해, JIS K2207 "석유 아스팔트"에 준거한 침입도 측정법에 의해 측정된 침입도, 또는 SRIS 0101 규격의 아스카 C 경도, 또는 JIS K6253의 JIS-A경도에 따른 그 측정값을 광학용 겔 부재의 경도로 이용하였다.
(2) 점착성(경사식 볼 택 시험에 따른 볼 넘버):
JIS Z0237 "점착 테이프?점착 시트 시험 방법"의 경사식 볼 택 시험에 준거하여, 30도의 경사판에 시험편을 붙이고, 이 시험편 표면에 볼을 굴려서, 300초 후에 측정 부분에서 정지하는 볼 중 가장 큰 볼 넘버를 찾아서 볼 택성의 값으로 하였다.
(3) 압축 반발력:
압축 시험기(Shimadzu Corp., Autograph AG-I 10 kN에서 제작된)를 사용하여, JIS K6250(ISO 23529) "고무-물리적 시험 방법의 규칙"에 준거하여, 광학용 겔 부재를, 1 mm/min의 속도에서, LED와 도광판을 누르는 방향으로 압축했을 때의 30% 압축시의 시험력을 측정하였다. 단위면적당 시험력을 압축 반발력으로 하였다.
(4) 투과율(굴절률):
파장이 380 내지 780 nm영역의 가시광선 투과율은 JIS K7105 "플라스틱의 광학적 특성 시험 방법"에 준거한 방법으로 측정하였다. 측정 장치는 JASCO Corp.의 자외선 및 가시광선 분광 광도계 UbestV-550-IRM를 사용하였다.
(5) 휘도:
실제의 광학 장치에서 끼워넣은 것에 대한 휘도 평가는, 끈 형상의 겔 부재를 편입의 여부에 따라 도광판의 최적 설계나 그 외 광학 부품과의 매칭이 다르기 때문에, 적정한 휘도 평가가 곤란하므로, 간이 시험 방법을 하였다. 즉, 도 20에 나타내는 구성에서, 도광판을 본뜬 아크릴판의 단면에서 빛을 입사시킬 때, 반대쪽 측면에서 단면으로부터 출사하는 휘도를 휘도계로 측정하였다. LED와 도광판의 틈새에 끈 형상의 겔 부재가 없는 경우(비교예 1)의 휘도를 기준 1로 두고, 겔 재(gel material)로 공극을 실링한 경우의 휘도 비율을 평가하였다.
상기 아크릴판은 Kuraray Co., Ltd.의 GH-S를 원료로 하는 40 mm×55 mm×두께 1 mm로 구성된 시트를 사용하였다. 또한, 광원의 LED 발광 유닛은 Internix Inc.에서 제공된 백 라이트 장치(BLD 2265W)의 플렉서블 기판에 장착된 LED 발광 유닛(LED(발광면 3 mm×0.5 mm)를 6 mm 간격으로 총 4조각을 배치한 것)을 사용하였고, 아크릴판의 짧은 가장자리 쪽에 배치되었다.
아크릴판의 광입사면과 광출사면 이외의 면은 반사 필름(도시하지 않음)을 부착하여 누락되는 빛이 발생하지 않도록 하였다. 또한, LED와 아크릴판과의 사이의 공극, 또는 끈 형상의 겔을 끼워 넣는 부분에도 똑같이 반사 필름(도시하지 않음)을 배치하였다. 휘도계는 Konica Minolta Sensing, Inc.에서 제조된 CS-2000을 사용하고, 휘도는 파장이 380 내지 780 nm의 가시광선 영역의 적분 방식(integral system)으로 측정하였다.
또한, 실시예 19 내지 27 및 비교예 7은, 도 31과 같이, 아크릴판의 출사면(light outgoing face)에, 확산판(diffusing plate)과 상기 아크릴판의 출사면이 중심이 되는 위치에서 48 mm×10 mm의 개구부(opening section)가 형성되는 차광판(light shielding)을 순서대로 적층하고, 상기 개구부의 휘도를 Konica Minolta Sensing, Inc.에서 제조된 CS-2000을 사용하고, 파장이 380 내지 780 nm영역의 가시광선 영역의 적분 방식으로 측정하였다.
광원의 LED 발광 유닛은 시판의 백 라이트 장치(Shibasaki Inc.에서 제조된 NP-00014)의 플렉서블 기판에 장착된 LED 발광 유닛(발광면:3 mm×2 mm의 LED를 LED 발광면의 길이방향에서 11 mm 간격으로 총 3조각으로 배치한 것)을 사용하고, 아크릴판(10 mm×40 mm×두께 4 mm)의 긴 변(long side)측에 배치하였다.
실시예 19 내지 27의 휘도 평가는 비교예 7(LED와 도광판의 공극에 끈 형상의 겔 부재가 없는 경우)의 휘도를 기준 1로 하여 휘도의 비율을 평가하였다.
(6) 계면 기포의 유무:
끈 형상의 겔 부재를 접촉시키는 작업시, 육안으로 기포의 유무를 확인하였다.
(7) 오일 블리딩성:
오일 블리딩성의 평가는, LED 발광면과 도광판 입사면을 압축한 상태에서, 온도 70℃의 오븐에 넣고 100시간 후의 오일 블리드 상태를 관찰하였다. 육안 평가에서, 블리드한 오일이 있으면 "×"(불합격: insufficient), 반대로, 없다면 "○"(합격: good)으로 평가하였다.
(8) 리워크성:
편성품(incorporated assembly)을 분해했을 때, LED와 도광판의 양쪽 모두 겔의 파괴없이 박리 할 수 있는 것은 "◎"(우수: excellent), LED와 도광판 중 적어도 하나에 끈 형상의 겔 부재가 파단하고, 그 파단물이 잔류했을 경우는 "○"(합격: good), LED와 도광판 중 적어도 하나에서 박리 할 수 없는, 혹은 도광판의 표면이 손상됐을 경우는 "×"(불합격: insufficient)로 하였다.
(9) 편성 후의 문제:
육안으로 관찰하여, 문제가 있으면 "있음", 문제가 없으면 "없음"이라고 평가했다.
2.
사용 재료
(1) 직쇄형 실리콘 겔: (재료 A)
재료 A1:
미경화의 액상 실리콘 겔 원료는 Wacker Asahikasei Silicone Co., Ltd.에서 생산된 두 액체 부가 반응형 실리콘 겔(two-component addition reaction type silicone gel)(모델: SLJ 3363, 공기 중의 전광선 투과율 90%)을 A액(주제+가교 촉매)/B액(주제+가교제)을 55 중량부/45 중량부로 배합한 것을 이용하였다. 그 실리콘 겔 원료를 열풍식 오븐에서 75℃으로 1시간 가열 경화시킨 후, 실온(25℃)에서 자연 냉각하여 실리콘 겔을 얻었다.
재료 A2:
Wacker Asahikasei Silicone Co., Ltd.에서 생산되 두 액체 부가형 실리콘 겔(모델: RT-601)의 주제와 경화제를 100:3(중량)으로 배합하고, 상기 재료 A1과 마찬가지고 경화시켜 실리콘 겔을 얻었다.
재료 A3:
Momentive Performance Materials Inc.에서 생산된 두 액체 부가형 실리콘(모델: LSR 7070)을 상기 재료 A1과 같은 경화 조건으로 경화시켜 실리콘 겔을 얻었다.
(2) 분지형 실리콘 겔: (재료 B)
(i) 분지형 유기 폴리실록산(분자량 60,000, 가지수 3의 분지형 폴리비닐 실록산)의 제작:
응축기(condenser)를 가지는 수분 분류관(water-fractionation column), 온도계, 교반기를 갖춘 3 L의 4구 플라스크(four-necked flask)에, 옥타메틸시클로테트라실록산(1477 g), 메틸트리에톡실란(13.3 g), 1,1,3,3-테트라메틸-1,3-디비닐실록산(11.6 g), 수산화 칼륨 수용액의 50 중량%(9.2 g) 및 톨루엔(169 g)을 넣었다. 수분 분류관에는 별도로 톨루엔 30 mL를 채우고, 가열, 교반을 시작하였다. 반응액의 온도가 130 내지 140℃에서 공비증류(azeotropic dehydration)하여, 물의 유출이 없어지고, 반응 액체는 평형 중합 반응을 수행하기 위하여 추가로 2시간 교반 하면서 환류하였다.
반응은, 폴리스티렌 당량의 겔침투크로마토그래피(gel permeation chromatography)(GPC)로 샘플링 액의 분자량 분포에 변화가 없어진 시점에 종결하였다. 반응액을 50℃까지 냉각 후, 아세트산(5.8 g)를 추가하여, 30분간 교반하고, 알카리 촉매를 중화하였다. 염을 가수분해 후, 물(500 g)을 넣어 5분간 교반, 대기(standing), 분액의 조작을 3회 반복하여, 수성층(aqueous layer)의 pH가 중성인 것을 확인하였다. 50~130℃/2.6~5.2 kPa의 조건하에서 증류하여 유기층으로부터 톨루엔을 고정한 다음, 130~200℃/0.7~ 2.2 kPa의 조건하에서 저분자량 실록산을 고정하고, 소망하는 폴리유기실록산(1277 g)을 얻었다. 그 구조식은 다음과 같다.
그 수율은 82%, 점도(25℃)가 899 mPa?s, 중량 평균 분자량이 44,000, 비닐그룹 함유량이 0. 33%(이론값: 0. 23%)이다.
[화학식 2]
(ii) 조성물과 실리콘 겔 경화물의 조제:
상기에서 제작한 분지형 폴리유기실록산(104 g), 폴리하이드로젠실록산(0.84 g)(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.에서 생산된 "KF-99"(수소 함유율: 3.1%)), 및 백금 촉매 (N. E. Chemcat Corp.에서 생산된 "Pt-VTS"1 중량% 용액)(0.2 g)를 10분간 핸드 믹서로 혼합하고, 혼합물은 25℃/1 kPa의 조건하에서 10분간 탈포하였다. 소정의 금형에 주형하고, 오븐에 넣어 70℃/1시간, 100℃/3시간 가열 경화시켜 실리콘 경화물(700 g)을 얻었다. 그 경도(침입도)가 100이었다.
(3) 아크릴 겔: (재료 C)
Kaneka Corp.에서 생산된 "Navstar"을 사용하였다.
(4) 올레핀계 겔: (재료 D)
아스카 C15의 경화 상태에서 경도를 가지는 시판의 폴리에틸렌계 겔(by Tokyu Hands Inc.에서 공급, 상품명: "슈퍼 겔")을 사용했다.
(5) 고점도 실리콘 오일: (재료 E)
Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.에서 생산된 고점도 디메틸실리콘 오일 KF-96H(동점성 계수(dynamic viscosity): 300,000 mm2/s)를 사용하였다.
(6) 광학 접착제: (재료 F)
Norland Products Inc.에서 생산된 자외선 경화형 광학 접착제 "NOA 68"을 사용하였다. 광학 접착제층(약 1 mm)을 통해, LED 발광면과 도광판을 연결하여, 350 내지 380 nm의 파장 영역에서 자외선을 조사하여, 경화 접착시켰다.
[실시예 1]
경화시의 침입도 60인 경도를 가지는 광학용 겔 부재의 투명 겔로서, 직쇄형 실리콘 겔(재료 A1)의 미경화 원료를 금형에 채워넣고, 80℃으로 열경화시켜서, 약 φ1. 5 mm를 가지는 원통형(cylindarical) 끈 형상의 겔 부재를 제작하였다.
이 제작한 끈 형상의 겔 부재를, 도 20의 구성이 되도록, 도광판을 본뜬 아크릴판 입사면의 측면으로 접촉시키고, 또한, 상기 아크릴판의 입사면에 대향하도록, 끈 형상 겔 부재에 LED 발광면이 접촉하도록 적층한다. 아크릴 입사면과 LED 발광면간의 거리가 1 mm가 되도록 압축(압축율 30%) 하고, LED와 도광판을 지그(도 20에 도시되지 않음)로 고정하여, 시험 샘플 1을 얻었다.
[실시예 2]
단면이 1. 5mm□(정방형)의 직육면체의 끈 형상 겔 부재를 이용하여 LED 발광면에 투명 액상 에폭시 수지(Henkel Japan Ltdl., Stycast 1264)를 도포한 후, 40℃으로 경화시키고, LED 발광면의 형상을 볼록한 곡면 형상(원의 발광면을 기준으로, 곡면의 정상(top)까지의 높이가 250 ㎛)으로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시험 샘플 2를 얻었다.
[실시예 3]
광학용 겔 부재의 투명 겔 경화시의 아스카 C30의 겔 경도를 가지는 재료 A2를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시험 샘플 3을 얻었다.
[실시예 4]
실시예 1에서 사용한 실리콘 겔의 원재료의 배합비를 조정하면서 얻어지는, 경화시의 각각 침입도 60과 100의 겔 경도를 가지는 원료를 사용하여, LED 접촉 측과 도광판 측에서 나눠져 거의 반-원통형(semi-cylindrical)이 되도록, 원재료를 성형하여 LED 측과 도광판의 각각 침입도가 100과 60의 경도로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시험 샘플 4를 얻었다.
[실시예 5 내지 7]
실시예 1에서 사용한 실리콘 겔의 원재료의 배합률을 조정함으로써, JIS Z0237에 준거한 경사식 볼 택 시험(경사각: 30도)에서의 볼 넘버가 No. 5, No. 20의 점착력을 가지는 끈 형상의 겔 부재를 원재료로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시험 샘플 5 내지 7을 얻었다.
[실시예 8]
실시예 5와 실시예 7의 원료를 사용하여, LED 접촉 측과 도광판 측에서 두 부분으로 나눠진 거의 반-원통형이 되도록 원재료를 성형하고, LED측과 도광판의 점착력을 각각 상기 경사식 볼 택 시험(경사각: 30도)에서의 볼 넘버가 No. 20, No. 5로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로, 시험 샘플 8을 얻었다.
[실시예 9]
끈 형상 겔 부재의 지름을 약 φ 2 mm로 하고, 압축율 50%에서 LED와 도광판으로 압축한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로, 시험 샘플 9를 얻었다.
[실시예 10]
원재료로 상기 분지형 실리콘 겔(재료 B)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로, 시험 샘플 10을 얻었다.
[실시예 11]
원재료로 아크릴계 겔(재료 C)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로, 시험 샘플 11을 얻었다.
[실시예 12]
표면 거칠기(Ra) 10 ㎛을 가지기 위해, 표면 거칠기 처리한 끈 형상 겔 부재의 양단면(both end faces)에 해당하는 성형 표면에 금형을 이용하여 성형함으로써, 끈 형상 겔 부재의 양단은 불투명한 유리 표면 상태에서 만들어진 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로, 시험 샘플 12를 얻었다. 상기 유리의 표면 처리된 면의 광투과율은 처리되지 않은 면의 광투과율에 대해서 70%였다.
[실시예 13]
표면 거칠기(Ra) 10 ㎛을 가지기 위해, 표면 거칠기 처리한 도광판의 입사면과 LED 발광면 접촉하는 부분 이외에 성형의 표면에 금형을 이용하고, LED 발광면과 도광판의 입사면에 접촉하는 부분 이외는 불투명 유리 표면 상태에서 만들어진 것을 제외하고는, 실시예 12와 동일한 방법으로, 시험 샘플 13을 얻었다.
[실시예 14]
표 3에 표시된 조건하에서, 도 15(c)와 같이, 도광판을 본뜬 아크릴판의 3 면의 외주면에 끈 형상의 겔 부재를 부착하고, 3면에 LED 발광소자를 밀착하고 적층 시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로, 시험 샘플 14를 얻었다. 아크릴판의 긴 면에 LED 발광 장치의 설치는, 상기 긴 면의 거의 중앙에 위치하게 된다. 또한, 휘도의 평가는 본 실시예 14의 끈 형상의 겔 부재가 없는 상태에서, 아크릴 입사면과 LED 발광면 사이의 거리를 1 mm로 했을 때의 휘도를 1로 하여, 비교하였다.
[실시예 15]
실시예 1에서, 끈 형상의 겔 부재와 아크릴판 대신에, 사출성형(injection molding) 및 경화시킴으로써, 아크릴판의 입사면과 함께 형성된, 거의 반-원통형의 끈 형상의 겔 부재(직경 1 mm의 반원 기둥 모양)를 사용하여, 시험 샘플 15를 얻었다.
[실시예 16]
반사 시트(Tsujiden Co., Ltd.에서 생산된)의 표면에 금형을 이용하여 직쇄형 실리콘 겔미경화 원료를 채우고, 50℃로 열경화 시킴으로써, 도 30(b)와 같이, 중심으로부터 같은 거리에서 평행하게 위치되어 있는 평평한 상단과 하단을 가지는 지름이 φ 1.5 mm 인 단면을 가지는 끈 형상의 겔 부재와 상기 반사 시트가 일체화된 광학 부품을 이용하여, 도 16의 방법으로 조립하여, 시험 샘플 16을 얻었다.
또한, 도 30(b)의 각 치수는: A=1 mm, B=1.5 mm, C=1 mm, 및 D=0.25 mm이고, 도광판 및 LED 발광면에 연결시키는 측면의 형상은, 점 P, Q 각각을 중심점으로 한 타원에 있어서 긴 축은 1 mm, 짧은 축은 0. 5 mm의 타원형의 호로 이루어진 곡면이다.
[실시예 17]
박리 필름(Panac Corp.에서 생산된 알키드 수지계 박리 필름(모델: T-9, 필름 두께: 0.1 mm))이 한 면에 적층되는 실시예 16의 형상을 가지는 끈 형상의 겔 부재를 사용하고, 도 18의 방법으로 조립하여, 시험 샘플 17을 얻었다.
[실시예 18]
발광 유닛의 LED 발광면과 도광판 입사면의 간격을 1 mm를 유지하기 위하여, 지그로 고정하여 공극을 형성하고, 실시예 16의 끈 형상 겔 부재를 상기 공극에 테플론(등록상표) 코팅 된 미세 막대기(slim rod)로 밀어넣어, 시험 샘플 18을 얻었다.
[실시예 19]
광학용 겔 부재로 올레핀계 겔(재료 D)을 재단하여 조각화한 것을 도 30(b)의 단면 형상으로 압출성형하여, 끈 형상의 겔 부재를 제작하였다.
또한, 도 30(b) 의 단면 형상 치수는: A = 4 mm, B = 2 mm, C = 1 mm, 및 D = 0.5 mm이고, 도광판 및 LED 발광면에 연결시키는 면의 형상은, 점 P를 중심점으로 한 타원에서, 긴 축은 4 mm, 짧은 축은 1 mm를 갖는 타원형 원호로 이루어진 곡면이다.
이렇게 제작한 끈 형상의 겔 부재를, 도 30(c), (d)의 구성이 되도록, 도광판을 본뜬 아크릴판의 입사면의 측면에 접촉시키고, 게다가, 상기 아크릴판의 입사면에 대향하면서, 끈 형상의 겔 부재에 LED 발광면이 접촉하도록 적층하고, 아크릴판의 입사면과 LED 발광면 사이의 거리는 1 mm가 되도록, 압축(압축율 30%)하고, 게다가, LED와 도광판을 지그(도 30에 도시되어 있지 않음)로 고정하여, 시험 샘플 19를 얻었다.
[실시예 20]
실시예 19에서, 광학용 겔 부재는 실시예 1에서 사용한 실리콘 겔을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 19와 동일한 방법으로, 시험 샘플 20을 얻었다.
[실시예 21]
실시예 19에서, 광학용 겔 부재는 경화시의 경도가 JIS-A경도에서 80이 되도록 배합한 재료 A3로 구성된 실리콘 겔을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 19와 동일한 방법으로, 시험 샘플 21을 얻었다.
[실시예 22]
실시예 19에서, 끈 형상의 겔 부재로서, 도 35(c)의 단면 형상을 가지는 압출 성형품을 이용하여 도 36(a)~(c)의 단계에 따라 아크릴판의 입사면과 LED 발광면 사이의 거리를 1 mm가 되도록 압축(압축율 30%)하고, 또한, LED와 도광판을 지그(도 36에 기재되어 있지 않음)로 고정하여, 시험 샘플 22를 얻었다.
또한, 도 35(c)의 각 치수는: A = 6 mm, B = 2 mm, C = 1 mm, D = 0.5 mm, E = 4 mm, F = 4 mm, G = 1 mm이고, 도광판에 연결시키는 면의 형상(돌출부)은 점 P를 중심점으로 한 타원에서 긴 축은 4 mm, 짧은 축은 1 mm의 타원형의 원호로 이루어진 곡면이며, LED 발광면에 연결시키는 측면 형상은 점 Q를 중심점으로 한 타원에 있어 긴 축은 6 mm, 짧은 축은 1 mm의 타원형의 원호로 이루어진 곡면이다.
[실시예 23]
실시예 22에서, 끈 형상의 겔 부재로서, 도 38(c)의 단면 형상을 가지는 압출 성형품을 이용하여, 도 36(a)~(c)의 단계에 따라, 도 39(a)와 같이, 아크릴판의 입사면과 LED 발광면 사이의 거리가 1 mm가 되도록 압축(압축율 30%) 하고, 또한, LED와 도광판을 지그(도 39(a)에 기재되어 있지 않음)로 고정하여, 시험 샘플 23을 얻었다.
또한, 도 38(c)의 각 치수는: A = 5 mm, B = 2 mm, C = 1 mm, D = 0.5 mm, E = 4 mm, F = 1 mm이고, 도광판 및 LED 발광면에 연결시키는 면의 형상은, 각각, 점 P와 Q를 중심점으로 한 타원에서 긴 축은 4 mm, 짧은 축은 1 mm의 타원형의 원호로 이루어진 곡면이다.
[실시예 24]
LED의 발광면 방향의 동일한 두께를 가지는 열전도 겔 시트(Taica Corp.,에서 생산된 COH 4000LVC)에 LED의 형상과 위치에 따라 구멍(hole)을 제공하면서 마련된 스페이서를, 도 26과 같이, LED 부분에 장착한 것을 제외하고는, 실시예 19와 동일한 방법으로, 시험 샘플 24를 얻었다.
[실시예 25]
실시예 24의 스페이서의 끈 형상의 겔과 접촉하는 측의 표면에, LED 발광면이 노출하도록, 흑연 시트(Taica Corp.,에서 생산된 슈퍼λGS, 두께: 50 ㎛)와 반사 시트(최표면측)를 적층한 구조의 스페이서를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 24와 동일한 방법으로, 시험 샘플 25를 얻었다.
[실시예 26]
LED 발광면에 실리콘 오일(Dow Corning Toray Co., Ltd.에서 생산된, SH-200)을 도포한 후, 끈 형상의 겔 부재를 끼워넣어, LED 발광면과 끈 형상의 겔 부재 사이에 액체가 떨어지지 않는 정도로 실리콘 오일을 개재시킨 것을 제외하고는, 실시예 19와 동일한 방법으로, 시험 샘플 26을 얻었다.
[실시예 27]
실시예 19의 끈 형상 겔 부재의 표면층에 건조분 85 중량%의 폴리우레탄 비즈(Negami Chemical Industrial Co., Ltd.에서 생산된, Art-pearl C-400, 평균 입경: 15 ㎛)을 포함하는 에틸렌-비닐 알코올 공중합체(Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.에서 생산된, Soanol D2908) 수용액을 LED 발광면과 접촉하는 측의 표면에 도포하여, 110℃에서 3분간 건조하여, 두께 15 ㎛의 확산층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 19와 동일한 방법으로 시험 샘플 27을 얻었다.
[비교예 1]
실시예 1에서, 끈 형상의 겔 부재를 사용하지 않고, 아크릴판 입사면과 LED 발광면 사이의 거리를 1 mm로 조립한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비교 샘플 1을 얻었다.
[비교예 2, 3]
끈 형상의 겔 부재 대신에, 각각 상기의 고점도 실리콘 오일(재료 E)과 광학 접착제(재료 F)를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비교 샘플 2 및 3을 얻었다.
[비교예 4, 5]
실리콘 겔(재료 A1, A3)의 원료의 배합비율을 바꿈으로써, 각각 경화 후의 경도가 침입도 250, JIS-A경도 90이 되는 원료를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비교 샘플 4 및 5를 얻었다.
[비교예 6]
실리콘 겔 재료로서 재료 A3의 배합비율을 바꿈으로써, 경화 후의 압축 반발력이 13 Mpa로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비교 샘플 6을 얻었다.
[비교예 7]
비교예 1에서, 도 31에 따른 휘도 측정 방법으로 한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 비교 샘플 7을 얻었다.
실시예 1 내지 9, 실시예 10 내지 18, 실시예 19 내지 27의 평가 결과를 각각, 표 1, 표 2 및 표 3에 나타내었다. 또한, 비교예 1 내지 7의 평가 결과를 표 4에 나타냈다.
또한, 표 중의 단면 형상의 표기는, 다음과 같다:
C: 원, S: 정방형, Ov: 상하가 평평한 타원형, U: U자 모양, L: L자 모양.
[표 1]
[표 2]
[표 3]
[표 4]
표 1~4에 나타난 평가 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 광학용 겔 부재로서, 끈 형상의 겔 부재를 광학 장치의 도광판과 LED의 사이에 개재시키면, 예를 들어, 비교예 1의 공극이 있는 경우에 비하면, 휘도 평가가 15%나 향상된 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 다른 평가 결과도 우수하다.
또한, 끈 형상의 겔 부재로서, 실리콘계뿐만 아니라, 아크릴계나 폴리올레핀(polyolefin)계에서도 유사한 효과를 얻을 수 있다. 게다가, 끈의 단면 형상은 원형뿐만이 아니라, 실시예 19 내지 27과 같은 형상이라도 유사한 효과를 얻을 수 있다. 특히, 실시예 19 내지 27의 단면 형상을 가지는 끈 형상의 겔 부재는, LED와 도광판의 틈새에 삽입하기 쉽고, 또한, LED와 도광판으로 배치될 때도 끈 형상의 겔 부재가 압축에 의해 쉽게 변형될 수 있고, LED 발광면과 도광판의 입사면에 밀착되므로, 조립이 간편하고 쉽다.
게다가 실시예 22, 23과 같이, 끈 형상의 겔 부재에 돌출부를 마련하고, 단면 형상을 U자 모양 또는 L자 모양으로 하여, 편성 시에 끈 형상의 겔 부재가 어긋나기 어려워지므로, 편성 작업성이 훨씬 더 간편해졌다.
실시예 24 및 25와 같이, LED의 주위에 스페이서를 편성시킴으로써, 끈 형상의 겔 부재를 평성할 때, 끈 형상의 겔 부재가 스페이서에 의해 균일하게 압축되고, 압축 과정에서의 도광판(혹은 LED 발광면)과의 접촉부에 있어서의 끈 형상의 겔 부재의 부유(floating)가 생기기 어려우므로, 편성이 보다 간편해졌다.
또한, 표 1 내지 3에는 기재되어 있지 않지만, 도 41과 같이, 실시예 24 및 25의 스페이서의 단부 표면(LED보다 끝에 있는 최외층 표면)에 두께 1 mm의 알루미늄판을 접촉시켜, 알루미늄판을 펀 모터(fun motor)로 공냉하는 장치의 방열 구조로, LED 점등 10시간 후의 LED 유닛 부분의 발열 상태를, 발광 유닛 중심부의 LED 발광면의 측면 온도를 열전대(thermocouple)로 측정하였더니, 실시예 19의 경우에 비해, 실시예 24가 1℃, 실시예 25가 1.5℃ 낮아졌다. 그러므로, LED의 방열 효과를 얻을 수 있었다.
게다가, 실시예 25는, 스페이서 표면에 반사층을 가지고 있으므로, LED 발광면 측으로 누락되는 빛(끈 형상 겔 부재로부터 돌아오는 빛 등을 포함)을 반사하여, 끈 형상의 겔 부재에 입사되어, 소량이지만 휘도가 향상하였다.
또한, 실시예 26에서는, LED 발광면과 끈 형상 겔 부재의 접촉계면의 극소량의 공극도, 오일이 개재되고, 기포가 제거되므로, 실시예 19에 비해 휘도가 향상했다.
또한, 실시예 27에서는, 끈 형상 겔 부재의 LED 발광면에 접하는 측면에, 확산층을 마련함으로써, 실시예 19에 비해 좀더 균일한 휘도 분포를 얻을수 있었다.
본 발명의 광학용 겔 부재는 휴대전화, 액정 모니터, 액정 TV 등과 같은 표시장치; 실내 혹은 실외의 간판 및 광고, 개시용 등과 같은 조명 간판; 조명기구; 테일 램프와 차내 조명 등과 같은 차량용 광학 부품; 등에 사용될 수 있다.
1. 도광판
10. 도광판을 본뜬 아크릴판
12. 도광판의 광입사면
2. 발광 유닛
20. LED(발광 다이오드)
21. 전자 기판
22. LED 가동 기구부(고정)
23. LED 가동 기구부(가동)
201. LED 발광면
202. 봉합재
203. LED 소자
3, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39. 광학용 겔 부재(끈 형상의 겔 부재)
4. 공극
5. 반사 시트
60, 61, 62. 도광판과 광학용 겔 부재의 일체품
70, 71, 72. 반사 시트와 광학용 겔 부재의 일체품
80, 81. 박리 필름과 광학 겔 부재의 적층체
90, 91. 박리 필름
100, 101, 102. 일부를 낮은 광투과 처리한 광학용 겔 부재
501. 낮은 광투과 처리면(표면조화 처리면)
502. 낮은 광투과 처리면(반사재)
505. 높은 광투과면(LED 접촉면)
506. 높은 광투과면(도광판 접촉면)
310, 320, 330, 360. 다른 경도를 가지는 재료로 구성된 광학용 겔 부재
311, 321, 331. 높은 경도 겔 부분
312, 322, 332. 낮은 경도 겔 부분
340, 350. 다른 점착면을 가지는 광학용 겔 부재
341, 351. 낮은 점착 겔 부분
342, 352. 높은 점착 겔 부분
370, 371. U자 모양의 단면 형상의 광학용 겔 부재
372, 373. L자 모양의 단면 형상의 광학용 겔 부재
370a, 370b, 372a. 돌출부
380. 광확산제
381. 광확산제가 첨가된 부위
390. 투명한 유동체
391. 투명 겔 소재
400. 광확산 시트
410, 411, 412. 집광시트
250. 스페이서
251. 반사층
45. 투명 액체(b)
L. 발광 방향
T. 휘도계
M. 휘도 분포 측정 부위
S. 차광판
R. 압축 도구
F. 팬
TC. 열전대
H. 히트 싱크
10. 도광판을 본뜬 아크릴판
12. 도광판의 광입사면
2. 발광 유닛
20. LED(발광 다이오드)
21. 전자 기판
22. LED 가동 기구부(고정)
23. LED 가동 기구부(가동)
201. LED 발광면
202. 봉합재
203. LED 소자
3, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39. 광학용 겔 부재(끈 형상의 겔 부재)
4. 공극
5. 반사 시트
60, 61, 62. 도광판과 광학용 겔 부재의 일체품
70, 71, 72. 반사 시트와 광학용 겔 부재의 일체품
80, 81. 박리 필름과 광학 겔 부재의 적층체
90, 91. 박리 필름
100, 101, 102. 일부를 낮은 광투과 처리한 광학용 겔 부재
501. 낮은 광투과 처리면(표면조화 처리면)
502. 낮은 광투과 처리면(반사재)
505. 높은 광투과면(LED 접촉면)
506. 높은 광투과면(도광판 접촉면)
310, 320, 330, 360. 다른 경도를 가지는 재료로 구성된 광학용 겔 부재
311, 321, 331. 높은 경도 겔 부분
312, 322, 332. 낮은 경도 겔 부분
340, 350. 다른 점착면을 가지는 광학용 겔 부재
341, 351. 낮은 점착 겔 부분
342, 352. 높은 점착 겔 부분
370, 371. U자 모양의 단면 형상의 광학용 겔 부재
372, 373. L자 모양의 단면 형상의 광학용 겔 부재
370a, 370b, 372a. 돌출부
380. 광확산제
381. 광확산제가 첨가된 부위
390. 투명한 유동체
391. 투명 겔 소재
400. 광확산 시트
410, 411, 412. 집광시트
250. 스페이서
251. 반사층
45. 투명 액체(b)
L. 발광 방향
T. 휘도계
M. 휘도 분포 측정 부위
S. 차광판
R. 압축 도구
F. 팬
TC. 열전대
H. 히트 싱크
Claims (26)
- 광학 장치에서 도광판(light guide plate)과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자(light-emitting device)와의 사이에 개재시켜 사용하는 광학용 겔 부재이며, 하기와 같이 (i) 내지 (iii) 요건들을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재:
(i) 광학용 겔 부재는, 경도가 JIS K6253의 JIS-A 경도에서 0 내지 80, 또는 JIS K2207에 준거한 침입도(penetration: 25℃)가 20 내지 200인 실리콘계 겔, 아크릴계 겔, 폴리올레핀계 겔, 폴리우레탄계 겔, 부타디엔 겔, 이소프렌 겔, 부틸 겔, 스틸렌-부타디엔 겔, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 겔, 에틸렌-프로필렌-디엔-3원 공중합체 겔 및 플루오린(fluorine) 겔로부터 선택되는 적어도 하나의 투명겔로 구성됨;
(ii) 광학용 겔 부재는 끈 형상(a string-like form)이며, 끈 형상의 겔 부재의 외주면이 도광판 및 발광소자에 접촉하고 있음;
(iii) 압축률 30%에서 12 Mpa 이하의 반발력을 가짐. - 제 1 항에 있어서, 상기 끈 형상의 겔 부재 외주면의 도광판 및 발광소자와 접촉하는 면의 적어도 한면은, 접촉 전에는 볼록한 곡면이며, 접촉 후에도 도광판과 발광소자의 틈새에 압축되어 틈새가 없고, 도광판의 광 입사면 및/또는 발광소자의 발광면의 표면 형상에 따라 변형하는 볼록한 모양의 곡면으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 끈 형상의 겔 부재 단면의 형상은 상하가 평평한 타원 형상인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 끈 형상의 겔 부재의 적어도 일부의 단면 형상은 U자 모양, 또는 L자 모양인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
- 제 1 항에 있어서, JIS Z0237에 따른 경사식 볼 택 시험(tilt type ball tack test)(경사각 30도)에 따른 볼 넘버가 5 내지 32인 점착성(tackiness)을 갖는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 경도는 겔 부재의 발광소자 측이 도광판 측보다 부드러운 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광학용 겔 부재의 표면층 및/또는 내부의 적어도 일부에 확산제가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 끈 형상의 겔 부재의 외주면 광투과율과 단면의 광투과율이 다르며, 단면의 광투과율은 외주면의 광투과율에 대해 90% 이하인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 투명 겔은 실리콘 겔이며, 상기 실리콘 겔은 (A) 분지형 유기 폴리실록산(branched type organopolysiloxane), (B) 유기 하이드로겐폴리실록산(organohydrogenpolysiloxane) 및 (C) 부가반응 촉매를 함유하는 조성물을 열경화 시켜 얻은 분지형 실리콘 겔인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 투명 겔은 폴리올레핀계 겔이며, 상기 폴리올레핀계 겔은 인장 신장율(tensile elongation rate)(JIS K6251 준거)이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 투명 겔의 표면에는 투명 액체(a)가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광학 장치가 액정표시장치 또는 조명 장치인 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 있어서, 광학용 겔 부재를 사전에 도광판 또는 반사 시트의 소정의 위치에 밀착시킨 것으로 구성된 광학 부품.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 있어서, 광학용 겔 부재의 외주면의 적어도 일부를, 사전에 박리 필름의 소정의 위치에 박리 가능한 상태로 적층하여 얻어진 광학용 겔 부재의 적층품(laminated product).
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학용 겔 부재를 광학 장치의 도광판과, 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자 사이에 끼워 넣고(pinch) 압축에 의해 고정하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 조립방법.
- 제 14 항에 따른 광학용 겔 부재의 적층품을 광학 장치의 도광판과 발광 다이오드(LED)로 구성되는 발광 소자 사이에 끼워 넣고 압축에 의해 고정한 후, 광학용 겔 부재로부터 박리 필름을 박리하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 조립방법.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 따른 광학용 기재를 사전에 조립된 광학 장치에서 도광판의 광 입사면(light incident surface)과, 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자의 발광(light-emitting face)면 사이의 공극에 밀어 넣어 삽입하고, 상기 도광판의 광입사면과 상기 발광소자의 발광면을 광학용 겔 부재를 통해 접촉시키는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 조립방법.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 따른 광학용 기재를 미리 길이방향(longitudinal direction)으로 신장(stretching)시켜 끈 형상의 겔 부재의 지름을 가늘게 한 상태에서, 사전에 조립된 광학 장치의 도광판 광 입사면과, 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자의 발광면의 사이의 공극에 삽입한 후, 상기 광학용 겔 부재의 신장을 원래의 형상으로 회복하는 것에 의해, 상기 도광판의 광입사면과 상기 발광소자의 발광면을 광학용 겔 부재를 통해 접촉시키는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 조립 방법.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 따른 광학용 겔 부재의 원재료를 압출성형(extrusion molding)하는 것을 특징으로 하는 광학용 겔 부재의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 따른 광학용 겔 부재를 사용하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
- 제 20 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 따른 광학용 겔 부재가 광학 장치에서 도광판과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자 사이에 개재되어 있고;
또한, 광학용 겔 부재와 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자 사이에 투명 액체(b)가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제 20 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 따른 광학용 겔 부재가 광학 장치에서 도광판과 발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자 사이에 개재되어 있고;
발광 다이오드(LED)로 구성된 발광소자들의 틈새에 절연성의 스페이서(insulating spacer)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학장치. - 제 22 항에 있어서, 상기 스페이서의 광학용 겔 부재의 면에 반사층을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
- 제 22 항에 있어서, 스페이서는 열전도성 소재인 것을 특징으로 하는 광학장치.
- 제 20 항에 있어서, 발광 다이오드(LED)가 발광면에 수직인 전후방향에서 가동 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 장치.
- 제 20 항 내지 제 25 항 중 어느 하나에 따른 광학 장치를 탑재하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
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