TWI540350B - 導光板及包含該導光板的背光單元 - Google Patents

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Description

導光板及包含該導光板的背光單元
本發明是關於一種用在液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display)的導光板以及一種包含該導光板的背光單元。
隨著工業社會發展成高度的資訊化社會，作為顯示並傳遞多種資訊的媒介的電子顯示裝置的重要性日益增加。尤其，以液晶顯示裝置(LCD)為例，其作為液晶和半導體技術複合的技術集約型裝置，具有薄、輕且電力消耗低等優點，從而人們對其結構及製備技術用在多種領域，進行不斷研究開發。
這種液晶顯示裝置(LCD)的液晶本身無法發光，因此在裝置的後面需要設置額外的光源來顯示顏色及畫面。
所述發光裝置廣泛使用背光單元(BLU)，最近隨著液晶顯示裝置的厚度逐漸減少的趨勢，發光二極體(LED，Light Emitting Diode)的使用代替以往使用的冷陰極螢光燈管(CCFL：Cold Cathode Fluorescent Lamp)因而急遽增加。發光二極體(LED，Light Emitting Diode)具有不使用汞、顏色再現性優異等優點。
與LED分佈在背光單元前面的直下式相比，LED分佈在側面的側光式BLU在消耗電力及產品厚度方面具有優點，因此其使用範圍逐漸在擴大。
側光式BLU中使用能夠將產生在側面的光源傳遞到前面的導光板。光源產生的光從導光板的側面入射到導光板內部，然後向前面射出。在這種方式中，通過導光板的光的路徑比較長，光損失多，因此為了防止該現象，主要使用透光率高的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，Polymethyl methacrylate)系列的原料。但是聚甲基丙烯酸甲酯類的原料在化學結構上對水分脆弱，因此使用這種原料的導光板在高溫高濕環境下具有彎曲及尺寸穩定性降低的缺點。
作為相關技術的一實例，韓國公開專利第10-2012-0088944號(2012.08.09公開)中記載了由複數層形成的導光板，具體地記載了形成圖案，且由MMA含量高的材料形成的圖案層和由MMA含量低的材料形成的包覆層結合在一起形成的導光板。並記載這種導光板能夠解決雷射或熱加工引起的黃變問題。
本發明要解決的課題是提供一種對外部環境的尺寸穩定性優異的導光板。
本發明要解決的課題是提供一種對外部環境的尺寸穩定性優異且雷射加工容易，並且耐刮性優異的導光板。
本發明最終要解決的課題是提供一種對外部環境的尺寸穩定性優異、雷射加工容易、耐刮性優異，且能夠使亮度降低減至最少程度的導光板。
本發明要解決的課題是提供一種適用上述導光板，從而能夠增加加工性及耐刮性，能夠表現高亮度的背光單元。
為了解決上述課題，本發明提供如下導光板，該導光板包括：一基材層，以透光率至少為90%以上，折射率為1.47-1.59，水分吸收率小於0.30%的樹脂為主成分；一下部表面層，在基材層的一面形成，以與基材層的主成分樹脂相比折射率差為0.05以下、硬度至少高1H、透光率至少為90%以上的樹脂為主成分；以及一上部表面層，在基材層的另一面形成，以與基材層的主成分樹脂相比折射率差為0.05以下、硬度至少高1H、透光率至少為90%以上的樹脂為主成分，其中該導光板具有貫通下部表面層並穿透到基材層的一定厚度的形狀的多個凹紋圖案。
根據上述一實施例的多個凹紋圖案，具有穿透到相當於基材層總厚度的0.1-10%的厚度的形狀。
根據上述實施例的多個凹紋圖案，其縱截面的立體形狀為選自半圓、三角形、長方形及不定形組成的群組中。
根據上述實施例的基材層以選自聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、烯烴樹脂、聚酯樹脂及聚醯胺樹脂中的樹脂、它們的共聚物、它們的混合物及它們的衍生物組成的群組中的樹脂作為主成分。
根據上述實施例的上部表面層以選自聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、烯烴樹脂、聚酯樹脂及聚醯胺樹脂中的樹脂、它們的共聚物、它們的混合物及它們的衍生物組成的群組中的樹脂作為主成分。
根據上述實施例的下部表面層以選自聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、烯烴樹脂、聚酯樹脂及聚醯胺樹脂中的樹脂、它們的共聚物、它們的混合物及它們的衍生物組成的群組中的樹脂作為主成分。
根據上述實施例的基材層以含有60重量%以下的甲基丙烯酸甲酯的共聚物為主成分。
根據上述實施例的上部表面層以聚甲基丙烯酸甲酯樹脂或至少含有70重量%的甲基丙烯酸甲酯的共聚物為主成分。
根據上述實施例的下部表面層以聚甲基丙烯酸甲酯樹脂或至少含有70重量%的甲基丙烯酸甲酯的共聚物為主成分。
根據上述實施例的導光板，包括：由甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯樹脂構成的基材層；由聚甲基丙烯酸甲酯構成的下部表面層；以及由聚甲基丙烯酸甲酯構成的上部表面層。
本發明還提供一種包括上述導光板的背光單元。
根據本發明，能夠提供對外部環境的尺寸穩定性、雷射加工性及耐刮性優異，還能夠使亮度降低減至最少程度的導光板，使用這種導光板，不僅能夠增加背光單元的加工性及耐刮性，還有利於表現高亮度。
10‧‧‧基材層
20‧‧‧下部表面層
30‧‧‧上部表面層
40‧‧‧凹紋圖案
50‧‧‧凸紋圖案
h‧‧‧凹紋圖案的高度
x‧‧‧下部表面層的厚度
y‧‧‧基材層的厚度
第1圖是根據本發明一實施例的導光板的截面圖；第2圖是為了便於觀察根據本發明一實施例的導光板，其中所包括的多個凹紋圖案是以貫通下部表面層厚度(x)並穿透到基材層厚度(y)中的部分厚度的形狀的方式表示，且形成具有一定高度(h)；以及第3圖是本發明中參考例的導光板的截面圖。
以下是參照附圖詳細說明本發明。
本發明的導光板的一實施例如第1圖所示，該導光板包括：基材層(10)，以透光率至少為90%以上，折射率為1.47-1.59，水分吸收率小於0.30%的樹脂為主成分；下部表面層(20)，在基材層的一面形成，以與基材層的主成分樹脂相比折射率差為0.05以下、硬度至少高1H、透光率至少為90%以上的樹脂為主成分；以及上部表面層(30)，在基材層的另一面形成，以與基材層的主成分樹脂相比折射率差為0.05以下、硬度至少高1H、透光率至少為90%以上的樹脂為主成分，其中該導光板具有貫通下部表面層並穿透到基材層的一定厚度的形狀的多個凹紋圖案(40)。
基材層
根據本發明的導光板，基材層較佳以光學特性優異的樹脂作為主成分，具體地以透光率至少為90%以上，折射率為1.47-1.59的樹脂為主成分。
上述及以下記載中，樹脂組成中使用的“主成分”是指在不阻礙導光板要求的光學特性的範圍內，在所述層的全部樹脂組成中至少占95重量%以上含量的成分。
滿足上述物理性質的樹脂是光學特性優異的樹脂，作為具體實例有聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、烯烴樹脂、聚酯樹脂及聚醯胺樹脂、它們的共聚物、它們的混合物及它們的衍生物。
尤其，就對外部環境的尺寸穩定性優異方面來講，基材層較佳為水分吸收率小於0.30%，考慮到該問題較佳以含有60重量%以下的甲基丙烯酸甲酯的共聚物。特別是，較佳為甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的共聚物(MS樹脂)。
MS樹脂是輕且價廉的熱塑性塑膠，水分吸收率低。將此為主成分時最終導光板的尺寸穩定性能夠變好。
MS樹脂通常根據甲基丙烯酸甲酯的含量命名為MS500、MS600或MS750等，本發明中較佳為上述MS樹脂中的MS600或MS500。最佳基材層的全部樹脂為上述MS樹脂。
另外，基材層考慮到擠出時穩定的厚度形成和顯示器的薄膜化時，較佳其厚度為0.5-4.5mm。
下部表面層
導光板中下部表面層是形成了考慮光的路徑的多種圖案的層，通常圖案的形成方法使用印刷法或V-cut法等。
在圖案形成方法中，雷射加工在能夠形成大面積微細圖案時，形成不同形態的微細圖案，以短時間高輸出的形式對加工試料施加的衝擊小，從而是高品質的超精密微細加工技術，但根據材料可能會伴隨加工不容易或發生刮花等限制。
鑒於這些問題，本發明的下部表面層以與基材層的主成分樹脂相比，折射率差為0.05以下，硬度至少高1H、透光率至少為90%以上的樹脂為主成分。
能夠滿足這些物理性質的樹脂可以例舉為聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、烯烴樹脂、聚酯樹脂及聚醯胺樹脂中的樹脂、 它們的共聚物、它們的混合物及它們的衍生物組成的群組中的樹脂。鑒於基材層的主成分樹脂，可以在滿足上述物理性質的範圍內來選擇使用。
尤其，在加工性和耐刮性優異的方面，下部表面層較佳為至少含有70重量%以上甲基丙烯酸甲酯的共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯(以下為PMMA)樹脂。
作為一實施例，基材層以MS樹脂為主成分時，以與MS樹脂相比硬度高的PMMA樹脂為主成分的下部表面層的耐刮性和加工性優異。
最佳地，下部表面層的全部樹脂為PMMA樹脂。
下部表面層考慮到厚度均一性和圖案形成時，較佳厚度為0.1-200μm。此外，下部表面層可以與後述的上部表面層厚度相同或不同，考慮到光學特性時，上部表面層可能越薄越好。
凹紋圖案
此外，本發明的導光板在下部表面層的面上形成圖案，具體地，形成多個凹紋圖案。多個凹紋圖案以貫通下部表面層並穿透到基材層的一定厚度的形狀形成。參照第2圖說明，凹紋圖案的高度(h)可以表示為下部表面層的厚度(x)與相當於基材層厚度(y)的0.1-10%的厚度的和，這可以用數學式1表示。
在此，x表示下部表面層的厚度，y表示基材層的厚度，h表示凹紋圖案的高度。
上述式1中，凹紋圖案的高度(h)不足“x+(1/1000)y”時，存在由於凹紋圖案形成而得到的亮度上升效果甚微；超過“x+(1/10)y”時，雷射加工時間過長，且光可見度上存在問題。
此外，所述凹紋圖案如果是滿足上述程度的穿透形狀，對其立體結構沒有限制，作為一實施例，其縱截面形狀可以選自半圓、三角形、長方形及不定形組成的群組中。
此外，所述凹紋圖案當然也可以連續或不連續地鄰接形成。
根據本發明，凹紋圖案如上所述以穿透到基材層總厚度的一定範圍的形態形成，防止從導光板一側面入射的光從另一側面射出，最終可以防止亮度降低。
上部表面層
在導光板中上部表面層是對導光板來說相當於光射出部分的面，它是考慮與多個光學片類的組合等問題而可以形成光學圖案的面，因此與所述下部表面層一樣需要加工性及耐刮性。
考慮到上述問題，上部表面層也以與基材層的主成分樹脂相比，折射率差為0.05以下，硬度至少高1H、透光率至少為90%以上的樹脂為主成分。
能夠滿足這些物理性質的樹脂可以例舉為聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、烯烴樹脂、聚酯樹脂及聚醯胺樹脂、它們的共聚物、它們的混合物及它們的衍生物。鑒於基材層的主成分樹脂，可以在滿足上述物理性質的範圍內選擇使用。
尤其，在加工性和耐刮性優異的方面，上部表面層較佳為至少含有70重量%以上甲基丙烯酸甲酯的共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯(以下為PMMA)樹脂。
作為一實施例，基材層以Ms樹脂為主成分時，以與MS樹脂相比硬度高的PMMA樹脂為主成分的上部表面層的耐刮性和加工性優異。
最佳地，上部表面層的全部樹脂為PMMA樹脂。
上部表面層考慮到厚度均一性和圖案形成時，較佳厚度為0.1-200μm。此外，上部表面層可以與上述的下部表面層厚度相同或不同，考慮到光學特性時，可能上部表面層更薄的更好。
如上所述的本發明的導光板，通過尺寸穩定性優異的基材層和硬度優異的表面層，及以穿透到基材層一定厚度的形態形成的凹紋圖案，能夠提供耐刮性和加工性優異，且使亮度降低減至最少程度的導光板。
包含這種導光板的背光單元能夠顯示出防止亮度降低、耐刮性及加工性提高的效果。
以下，通過實施例進一步詳細地說明本發明，但這些實施例並非用以限定本發明的範圍。
實施例1
將MS(Denka公司，MS500，甲基丙烯酸甲酯50重量%和苯乙烯50重量%的共聚物，透光率為91%，折射率為1.54，鉛筆硬度(ASTM D3363)1H，水分吸收率0.25%)在1軸螺桿直徑120mm的擠出機中以400kg/hr投入，在230℃下進行擠出，形成MS 3.0T基材層，在所述基材層的下面及上面以4kg/hr共擠壓(Co-Extrusion)PMMA(LGMMA公司，HP202，透光率94%，折射率1.49，鉛筆硬度(ASTM D3363)2H)作為下部表面層和上部表面層。
在所述下部表面層加工雷射圖案，形成高度為50μm，縱截面形狀為半圓形的凹紋圖案，從而製備了導光板。
這裡，樹脂的物理性質通過如下方法評價。
(1)透光率：ASTM D1003方法，使用Nitto公司的NDH-200測定儀測定總透光率及霧度。
(2)折射率：根據ASTM D1218，使用Abbe折射計測定折射率。
(3)鉛筆硬度
根據ASTM D3363，使用測試用鉛筆(三菱公司製，uni)及利用鉛筆硬度測定儀(Heidon公司，14FW)，以500kg/cm的荷重、0.5mm/sec的速度刮劃測定鉛筆硬度，並將其結果示於表2中。
(4)水分吸收率
通過ASTM D570試驗方法測定。在60℃的烤箱中乾燥24小時後測量重量，在23℃的水中浸漬24小時。根據下述式1，由乾燥後重量和浸漬於水中後的重量算出水分吸收率。
式1水分吸收率(%)=(浸漬後重量-浸漬前重量)/乾燥後浸漬前重量×100
實施例2至5
除了按照表1所記載的方式變化凹紋圖案高度之外，按照與實施例1相同的方法製備了導光板。
參考例1
除了沒有在下部表面層形成圖案之外，按照與實施例1相同的方法製備了導光板(第3圖的(a))。
參考例2
除了將凹紋圖案的高度與下部表面層的高度設置為相同之外，按照與實施例1相同的方法製備了導光板(第3圖的(b))。
參考例3
除了在下部表面層上形成凸紋圖案之外，按照與實施例1相同的方法製備了導光板(第3圖的(c))。
參考例4-6
按照與實施例1相同的方法製備了導光板，不同的是凹紋圖案的高度如下表1所示各不同。
使用實施例及參考例中製備的導光板，按照如下的方法測定亮度及圖案清晰度，並將其結果示於表2。
亮度測定
在BLU(Backlight Unit，27英寸LED vertical)上依次層壓擴散膜(科隆)、導光板(實施例或參考例)、稜鏡膜(科隆)以及DBEF(3M)，然後利用亮度測定裝置(BM-7A，TOPCON公司)測定13支點，算出平均值。
以參考例1的亮度為基準(Ref.，100%)，測定相對於Ref.的相對亮度值。
圖案清晰度的測定
用肉眼觀察導光板，判斷是否能觀察到下部形成的圖案。
10‧‧‧基材層
20‧‧‧下部表面層
30‧‧‧上部表面層
40‧‧‧凹紋圖案

Claims (11)

  1. 一種導光板，該導光板包括：一基材層，以透光率至少為90%以上，折射率為1.47-1.59，水分吸收率小於0.30%的樹脂為主成分；一下部表面層，在該基材層的一面形成，以透光率至少為90%以上、與該基材層的主成分樹脂相比折射率差為0.05以下、硬度至少高1H的樹脂為主成分；以及一上部表面層，在該基材層的另一面形成，以透光率至少為90%以上、與該基材層的主成分樹脂相比折射率差為0.05以下、硬度至少高1H的樹脂為主成分，其中該導光板具有貫通該下部表面層並穿透到該基材層的一定厚度的形狀的多個凹紋圖案。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該多個凹紋圖案具有穿透到相當於該基材層總厚度的0.1-10%的厚度的形狀。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該多個凹紋圖案的縱截面的立體形狀為選自半圓、三角形及長方形組成的群組中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該基材層以選自聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、烯烴樹脂、聚酯樹脂及聚醯胺樹脂中的樹脂；它們的共聚物；它們的混合物；及它們的衍生物組成的群組中的樹脂作為主成分。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該上部表面層以選自聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、烯烴樹脂、聚酯樹脂及聚醯胺樹脂中的樹脂；它們的共聚物；它們的混合物；及它們的衍生物組成的群組中的樹脂作為主成分。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該下部表面層以選自聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、烯烴樹脂、聚酯樹脂及聚醯胺樹脂中的樹脂；它們的共聚物；它們的混合物；及它們的衍生物組成的群組中的樹脂作為主成分。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該基材層以含有60重量%以下的甲基丙烯酸甲酯的共聚物為主成分。
  8. 如申請專利範圍第1項所述導光板，其中，該上部表面層以聚甲基丙烯酸甲酯樹脂或至少含有70重量%的甲基丙烯酸甲酯的共聚物為主成分。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該下部表面層以聚甲基丙烯酸甲酯樹脂或至少含有70重量%的甲基丙烯酸甲酯的共聚物為主成分。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該導光板中，該基材層由甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯樹脂構成；該下部表面層和該上部表面層由聚甲基丙烯酸甲酯樹脂構成。
  11. 一種背光單元，該背光單元包括如申請專利範圍第1項至第10項中任意一項所述的導光板。
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