TWI584007B - 導光板及含有該導光板的背光單元組件 - Google Patents

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Description

導光板及含有該導光板的背光單元組件
本發明涉及一種用於液晶顯示裝置的導光板及含有該導光板的背光單元組件。
隨著工業社會發展到高度的資訊化時代，作為用於顯示和傳遞多種資訊的媒介，電子顯示裝置的重要性逐漸增大。特別是，液晶顯示裝置(LCD)係作為結合液晶和半導體技術的技術整合裝置，由於其薄、輕且耗電少的優點，對其結構和製造技術一直在研究開發中，且已在多個領域中應用。
這種液晶顯示裝置，由於液晶本身不能發光，所以在裝置的背面另外設置光源來實現色彩和畫面。
作為上述發光裝置，廣泛使用的是背光單元(BLU)，近來，隨著液晶顯示裝置厚度的薄化趨勢，代替以往使用的冷陰極螢光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)而使用發光二極體(Light Emitting Diode)也呈急劇增長趨勢。發光二極體具有不使用水銀、顯色性優良的優點。
與在背光單元的前面分佈有發光二極體的直下型相比，在側面分佈發光二極體的側邊型背光單元在耗電及產品厚度方面具有優點，因此其應用範圍在擴大。
在側邊型背光單元上使用能夠將在側面產生的光源傳遞到前面的導光板。在光源產生的光從導光板側面入射到導光板內部後射出到前面。在這種方式中，由於通過導光板的光的路徑較長，光損耗較多，因此為了防止這種現象，主要使用透射率較高的聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate,PMMA)系列的原料。但是，聚甲基丙烯酸甲酯系列原料的化 學結構不耐水，採用這種原料的導光板在高溫高濕度環境下容易發生彎曲且尺寸穩定度較差。
作為關聯技術的一例，2012年8月9日公開的韓國專利申請第10-2012-0088944號中記載了由多層形成的導光板，具體來說記載了由圖案層和覆蓋層黏接在一起而形成的導光板，在所述圖案層由MMA含量較高的材料形成且其上形成有圖案，所述覆蓋層由MMA含量較低的材料形成。該文獻中記載這種導光板能夠解決雷射加工或熱加工導致的變黃問題。
本發明之目的在於提供一種相對於外部環境的尺寸穩定性優良的導光板。
本發明之目的在於提供一種相對於外部環境的尺寸穩定性優良、雷射加工容易且抗劃傷性能優良的導光板。
本發明之終極目的是提供一種相對於外部環境的尺寸穩定性、雷射加工的容易程度及抗劃傷性能優良，且能夠使得亮度降低最小化的導光板。
本發明之目的還在於可通過應用這種導光板來增強加工性能及抗劃傷性能且能夠實現高亮度的背光單元。
因此，本發明提供的導光板，在基底層的下面包括表面層，所述基底層以透光率至少為90%、折射率為1.47~1.59、水分吸收率小於0.30%的樹脂作為主成分，所述表面層以與基底層的主成分樹脂相比折射率相差0.05以下且硬度至少高1H、透光率至少為90%的樹脂作為主成分。
上述實施例的導光板，表面層厚度可以為導光板整體厚度的1~5%。
上述實施例的導光板，表面層厚度可以為30μm~150μm。
上述實施例的導光板，表面層可以包括多個陰刻圖案。
上述實施例的導光板，多個陰刻圖案只存在於表面層內，或者具有貫通表面層而滲透到基底層的一定厚度的形狀。
上述實施例的導光板，多個陰刻圖案可具有滲透到相當於基底層總厚度的0.1~10%的厚度的形狀。
上述實施例的導光板，多個陰刻圖案的縱截面的立體形狀可以是從半圓、三角形、四邊形及不定形的群組中選擇的形狀。
基於較佳實施例的導光板是通過共擠出法製造的。
上述實施例的導光板，共擠出法是利用擠出機將構成基底層和表面層的各個樹脂成分進行加熱熔融而形成流動狀態之後，通過進料塊(Feed Block)同時熔融噴出後通過T模進行擠出的同時連續擠壓，使得表面層的厚度均勻度滿足小於20%。
上述實施例的導光板，基底層以從聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯類樹脂、丙烯酸類樹脂、烯烴類樹脂、聚酯類樹脂及聚醯胺類樹脂中選擇的樹脂、它們的共聚合體以及它們的混合物、它們的衍生物構成的群組中選擇的樹脂作為主成分。
上述實施例的導光板，表面層以從聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯類樹脂、丙烯酸類樹脂、烯烴類樹脂、聚酯類樹脂及聚醯胺類樹脂中選擇的樹脂、它們的共聚合體以及它們的混合物、它們的衍生物構成的群組中選擇的樹脂作為主成分。
上述實施例的導光板，基底層以包含60%以下重量的甲基丙烯酸甲酯的共聚合體作為主成分。
上述實施例的導光板，表面層以至少包含70%的重量的聚甲基丙烯酸甲酯樹脂或甲基丙烯酸甲酯作為共聚合體。
上述實施例的導光板，基底層可以由甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯樹脂構成，表面層可以由聚甲基丙烯酸甲酯樹脂構成。
在本發明的示例性的實施例中，提供包括一種基於上述實施例的導光板的背光單元。
根據本發明，能夠提供一種相對於外部環境的尺寸穩定性、雷射加工的容易程度及抗劃傷性能優良、且可使亮度降低最小化的導光板，通過應 用這種導光板，不僅能夠增強背光單元的加工性能及抗劃傷性能，還能夠實現高亮度。
10‧‧‧基底層
20‧‧‧表面層
40‧‧‧陰刻圖案
100‧‧‧上部圖案
第1圖至第3圖係顯示依據本發明實施例的導光板的截面圖，其中，第1圖係顯示依據本發明一實施例的導光板的截面圖；第2圖係具有包括多個陰刻圖案的表面層的導光板的一例；第3圖係用於容易顯示包含在本發明一實施例的導光板中之多個陰刻圖案貫通表面層厚度x而形成為一定高度h以滲透到基底層厚度y的一部分厚度為止的形狀的圖；以及第4圖係具有基底層和表面層的導光板的一例，在該基底層上形成有上部圖案100，該表面層在該基底層的下面包括多個陰刻圖案。
下面，參照附圖進一步詳細說明本發明。
本發明的導光板的一例可以如第1圖所示，其在基底層10的下面具有表面層20，基底層10以透光率至少為90%、折射率為1.47~1.59、水分吸收率小於0.30%的樹脂作為主成分，表面層20以與基底層的主成分樹脂相比折射率相差0.05以下且硬度至少高1H、透光率至少為90%的樹脂作為主成分。
[基底層]
根據本發明的導光板，基底層較佳以光學特性優良的樹脂作為主成分，具體來說以透光率至少為90%以上、折射率為至少為1.47~1.59的樹脂作為主成分。
在上述及以下的說明中，所謂樹脂成分中的「作為主成分」的技術用語定義為「在不妨礙作為導光板要求的光學特定的範圍內，相應層的整體樹脂成分中至少包含占95%以上重量的量」。
滿足上述物質特性的樹脂作為光學特性優秀的樹脂，可舉例從由聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯類樹脂、丙烯酸類樹脂、烯烴類樹脂、聚酯類樹脂及聚醯胺類樹脂中選擇的樹脂以及它們的共聚合體、它們的混合物及它們的衍生物構成的群組中選擇的樹脂。
尤其是，從相對於外部環境的尺寸穩定性優良的方面來看，基底層較佳水分吸收率小於0.30%，從這點來看，可較佳包含60%以下重量的甲基丙烯酸甲酯的共聚合體。特別是，較佳為甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的共聚合體(簡稱為「MS樹脂」)。
MS樹脂是輕且價廉且熱可塑性塑膠，水分吸收率較低。若以此作為主成分，則可提高導光板的尺寸穩定性。
MS樹脂，一般按照甲基丙烯酸甲酯的含量命名為MS500，MS600或MS750等，在本發明中，較佳使用這些MS樹脂中的MS600或MS500。基底層的整體樹脂最好為這種MS樹脂。
另一方面，考慮到擠出時穩定形成厚度以及顯示器的薄膜化，基底層的厚度較佳為0.5~4.5mm。
基底層的射出光面，即基底層的上部面結構可以不具有圖案，或者在不影響本發明的效果的範圍內具有形成有多種立體圖案的結構。從提高亮度的方面來看，較佳為雙凸透鏡圖案(lenticular pattern)，但不限於此。
在基底層的上部面具有圖案的結構的情況下，基底層的厚度表示包含上部圖案部分的整體厚度。
[表面層]
在導光板上，表面層為形成有考慮光路徑的多種圖案的層，一般來說，作為圖案形成方法，應用印刷法或V-cut法等。
在圖案形成方法中，雷射加工可實現大面積的微細圖案加工，可形成多種形態的微細圖案，在較短時間內以高輸出對加工材料的衝擊較少，是高品質超精密微細加工技術，但是根據材料，加工不太容易或發生劃痕等問題。
考慮到這一點，本發明的導光板的表面層與基底層的主成分樹脂相比，以折射率相差0.05以下且硬度至少高1H、透光率至少為90%以上的樹脂作為主成分。
作為滿足這種物質特性的樹脂，可舉例從聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯類樹脂、丙烯酸類樹脂、烯烴類樹脂、聚酯類樹脂及聚醯胺類樹脂中選擇的樹脂以及它們的共聚合體、它們的混合物及它們的衍生物構成的群組中選擇的樹脂，考慮到基底層的主成分樹脂，可在滿足上述物理特性的範疇內選擇使用。
尤其是，從加工性能和抗劃傷性能優良的方面來看，表面層較佳為至少包含70%以上重量的甲基丙烯酸甲酯的共聚合體，或者聚甲基丙烯酸甲酯樹脂(以下簡稱為「PMMA樹脂」)。
舉例而言，在基底層以MS樹脂作為主成分時，與MS樹脂相比，以硬度較高的PMMA樹脂作為主成分的表面層的抗劃傷性能和加工性能為優。
關於表面層，表面層整體樹脂最好為PMMA樹脂。
在本發明中，考慮到加工性能和抗劃傷性能等而設置表面層，但是考慮到光路徑，較佳為僅由基底層構成的導光板。若除了基底層之外還設置其他層，則可以避免亮度損失。
考慮到這一點，在本發明的導光板上，表面層較佳由薄膜形成。
在此，薄膜的厚度為導光板整體厚度的1~5%，具體示例為30μm~150μm，最好以30~90μm的厚度形成表面層。
若在與上述相同的範圍內形成表面層，則以實質上不形成與基底層之間介面的程度形成表面層，從而能夠使得基於層間介面的光路徑的阻礙最小化。
基於本發明較佳實施例的導光板可以通過共擠出法製造，具體來說，較佳利用擠出機將構成基底層和表面層的各個樹脂成分進行加熱熔融而形成流動狀態之後，通過進料塊(Feed Block)同時熔融噴出後再利用T模進行擠出成薄膜狀的同時連續擠壓，並使得表面層的厚度均勻度滿足小於20%。
在表面層的厚度均勻度超過20%時，有可能發生亮度均勻度降低及層間介面導致的光亮降低。
在共擠出中用於表面層厚度調節的要素很多，其中吐出速度相當於按照規定厚度加工固定的要素。舉例而言，在表面層厚度為40μm時，通過螺桿直徑為65mm的擠出機，以表面層樹脂成分15kg/hr的噴出速度，且利用螺桿直徑為120mm的擠出機以基底層樹脂成分700kg/hr的噴出速度進行擠壓。
就表面層的厚度均勻度而言，匹配基底層和表面層各自的流動速度是比較關鍵的，這是因為在樹脂處於熔融狀態時，根據熔融溫度和螺桿的速度，各層的壓力變得不同，流動速度發生變化。因此，需要使各層的流動速度類似，各層的壓力類似。用於此的變數為螺桿速度、齒輪泵速度(rpm)及熔融溫度等。
通過這種工程要素的控制，較佳將表面層的厚度均勻度控制在20%。
由此形成薄膜表面層，從而可在不影響亮度的情況下可得到劃痕耐性和加工性能優良的導光板。
如上得到的導光板，即便除了基底層之外還包括表面層，表面層也不會起到光學異物層的作用。
[陰刻圖案]
另一方面，本發明的導光板，在表面層具有圖案，因此還可提高亮度，在具有圖案的情況下，具體來說，可以是多個陰刻圖案。多個陰刻圖案可存在於表面層厚度內，如第2圖至第3圖所示，可形成為貫通表面層而滲透到基底層厚度的一定厚度為止的形狀。
表示在圖上的陰刻圖案雖然是相同規格的陰刻圖案以相同間隔連續表示，但是考慮到入射面/對光面，其圖案的規格及/或間隔當然可不同。在此，入射面是指發光二極體封裝的入射光的導光板的一側面，對光面表示與入射面相對的另一側面。
舉例而言，可形成為在入射面較近的一面，越是遠離光源，圖案的間隔越窄。
參照第3圖具體說明形成貫通表面層而滲透到基底層厚度的一定厚度為止的形狀的情形，則陰刻圖案的高度h可表示為相當於表面層的厚度x和基底層厚度y的0.1~10%的厚度之和，可由式1公式化。
在此，x為表面層的厚度，y為基底層的厚度，h為陰刻圖案的高度。
在上述式1中，如果陰刻圖案的高度h小於「x+(1/1000)y」，則存在陰刻圖案的形成造成亮度提高效果不明顯的問題，若超過「x+(1/10)y」，則雷射加工時間較長，存在光識別性問題。
另一方面，若上述陰刻圖案滿足上述程度的浸透形狀，則其立體結構沒有限制，舉例而言，其縱截面形狀可以是從由半圓、三角形、四邊形及不定形構成的群組中選擇的形狀。
此外，上述陰刻圖案當然可以是連續或非連續地相鄰形成。
在本發明中，陰刻圖案如上所述形成為浸透到基底層總厚度的一定範圍為止的形態，以防止從導光板的一側面入射的光從另一側面洩漏出去，結果能夠防止亮度降低。
如上所述的本發明導光板，由於尺寸穩定性優良的基底層和硬度優良的表面層，以及以滲透到基底層的一部分厚度為止的形態形成的陰刻圖案，抗劃傷性能和加工性能優秀，且亮度降低最小化。
包括這種導光板的背光單元，能夠顯示出防止亮度降低、抗劃傷性能及加工性能提高的效果。
下面，通過實施例進一步詳細說明本發明，但是本發明的範圍不限於下面的實施例。
實施例1
將MS(Denka社，MS500，甲基丙烯酸甲酯50%的重量和苯乙烯50%的重量的共聚合體，透光率91%，折射率1.54，鉛筆硬度(ASTMD3363)1H，水分吸收率0.25%)700kg/hr投入1個軸螺桿直徑為120mm的擠出機中後在230~240℃下進行擠出，將PMMA(LGMMA社，HP202，透光率94%，折射率1.49，鉛筆硬度(ASTMD3363)2H)15kg/hr投入到1軸螺桿直徑為65 mm的擠出機中以在240~250℃下進行擠出，通過進料塊(feed block)同時進行熔融噴出，再經T-模具擠出及壓貼來製造導光板。
此時，通過控制螺桿速度、齒輪泵速度(rpm)及熔融溫度，以使得厚度均勻度成為20%的方式形成表面層。
在上述表面層上加工雷射圖案來形成高度為50μm、寬度為60μm、縱截面形狀為半圓形的陰刻圖案，以製造導光板。
在此，樹脂物質特性及表面層厚度均勻度，按下述方法進行評價。
(1)透光率：ASTMD1003方法，使用Nitto公司的NDH-2000測定設備測定全光線透射率和霧度。
上述及以下記載中，只要沒有特別限定，「透光率」表示全光線透光率。
(2)折射率：根據ASTMD1218，使用阿貝折射計(Abbe refractometer)測定折射率。
(3)鉛筆硬度
根據ASTMD3363，利用評價用鉛筆(三菱公司製造，uni)以500kg/cm的荷重、o.5mm/sec的速度劃痕之後，利用鉛筆硬度測定器(Heidon公司製造，14FW)測定鉛筆硬度，將其結果示於下面的表2。
(4)水分吸收率
通過ASTMD570試驗方法進行測定。在60℃下，在微波爐中乾燥24小時後測定重量之後，在23℃的水中含浸24小時。根據進行乾燥之後含浸前重量和水分中含浸後的重量，基於式1計算水分吸收率。
<式1>水分吸收率(%)=(含浸後重量-乾燥後含浸前重量)/乾燥後含浸前重量*100
(5)表面層厚度均勻度
用顯微鏡(KEYENCE公司的VK-X100)分析導光板的截面，測定30個部位之後，以百分率表示容許誤差。
容許誤差表示測定值相對於表面層厚度產生的誤差容許到哪個程度的範圍。大部分情況下以百分率表示。
以根據式2計算的值定義厚度均勻度。
實施例2~4
通過除了將表面層的厚度改變為如表1記載之外其他與實施例1相同的方法製造導光板。
此時，控制螺桿速度、齒輪泵速度(rpm)及熔融溫度來形成滿足如表1所示厚度均勻度的表面層。
實施例5~8
在表面層加工雷射圖案來形成具有表1所示的高度、縱截面形狀為半圓形的陰刻圖案的一點之外，通過與上述實施例1相同的方法製造導光板。
此時，控制螺桿速度、齒輪泵速度(rpm)及熔融溫度來形成滿足表1所示的厚度均勻度的表面層。
實施例9~10
除了將表面層的厚度均勻度設成如表1所示、並將縱截面形狀形成為半圓形的陰刻圖案的一點之外，通過與上述實施例1相同的方法製造導光板。
實施例11~12
通過除了使用形成有圖案(該圖案是在基底層上形成的雙凸透鏡圖案(實施例11-寬度200μm，高度50μm；實施例12-寬度300μm，高度50μm))的圖案輥之外其他與上述實施例1相同的方法製造導光板。
基於這些實施例的導光板的代表結構如第4圖所示。
參考例1~3
通過除了將表面層的厚度改變為如表1所示之外其他與實施例1相同的方法製造導光板。
此時，控制螺桿速度、齒輪泵速度(rpm)及熔融溫度來形成滿足表1所示的厚度均勻度的表面層。
參考例4~5
通過除了將表面層的陰刻圖案高度改變成如表1所示之外其他與實施例1相同的方法製造導光板。
此時，控制螺桿速度、齒輪泵速度(rpm)及熔融溫度來形成滿足表1所示的厚度均勻度的表面層。
參考例6~7
通過除了將表面層的厚度均勻度設置成如表1所記載、形成縱截面形狀為半圓形的陰刻圖案之外其他與上述實施例1相同的方法製造導光板。
對在實施例及參考例中製造的導光板，按照如下的方法測定亮度及圖案識別性，並按照上述方法測定鉛筆硬度，將其結果示於表2。此時的鉛筆硬度是對基底層的底面測定的值。
<亮度測定>
在背光單元(Backlight Unit，27英寸發光二極體，垂直的)上依次層疊導光板(實施例或比較例)、擴散膜(Kolon)、增光膜(Kolon)及DBEF(3M)之後，利用亮度測定設備(BM-7A，TOPCON公司)測定13個部位之後，計算平均值。
以比較例1的亮度作為基準(Ref.，100%)，測定相對於上述Ref.的相對亮度值。
在此，比較例1的導光板如下：不形成表面層，在由MS(Denka公司，MS500，甲基丙烯酸甲酯50%的重量和苯乙烯50%的重量的共聚合體，透光率91%，折射率1.54，鉛筆硬度(ASTMD3363)1H，水分吸收率0.25%)形成的基底層的下面形成縱截面的形狀為半圓形的陰刻圖案。
在比較例2中，除了在基底層包含與實施例11相同規格的雙凸透鏡圖案之外，以與上述比較例1相同的方法製造導光板。
<圖案識別性測定>
肉眼觀察導光板，判斷是否能看見形成在下部的圖案。
10‧‧‧基底層
20‧‧‧表面層
40‧‧‧陰刻圖案

Claims (15)

  1. 一種導光板，在該導光板的一基底層的下表面上包含一表面層，其中，該基底層以透光率至少為90%、折射率為1.47~1.59、水分吸收率小於0.30%的樹脂作為主成分，該表面層以透光率至少為90%以上，與該基底層的主成分樹脂相比折射率相差0.05以下且硬度至少高1H的樹脂作為主成分。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該表面層的厚度為該導光板之整體厚度的1~5%。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該表面層的厚度為30μm~150μm。
  4. 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的導光板，其中，該表面層包括多個陰刻圖案。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述的導光板，其中，該多個陰刻圖案只存在於該表面層內，或者具有貫通該表面層而滲透到該基底層的一定厚度的形狀。
  6. 根據申請專利範圍第4項所述的導光板，其中，該多個陰刻圖案具有滲透到相當於該基底層之總厚度的0.1~10%的厚度的形狀。
  7. 根據申請專利範圍第4項所述的導光板，其中，該多個陰刻圖案的縱截面的立體形狀可以是從半圓、三角形及四邊形的群組中選擇的形狀。
  8. 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的導光板，其中， 該導光板是通過一共擠出法製造的。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述的導光板，其中，該共擠出法是利用擠出機將構成該基底層和該表面層的各個樹脂成分進行加熱熔融而形成流動狀態之後，通過進料塊(Feed Block)同時熔融噴出後通過T模進行擠出的同時連續擠壓，使得該表面層的厚度的均勻度滿足小於20%。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該基底層以選自於由從聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯類樹脂、丙烯酸類樹脂、烯烴類樹脂、聚酯類樹脂及聚醯胺類樹脂中選擇的樹脂；該些樹脂的共聚合體；該些樹脂的混合物；以及該些樹脂的衍生物構成的群組中的樹脂作為主成分。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該表面層以選自於由從聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯類樹脂、丙烯酸類樹脂、烯烴類樹脂、聚酯類樹脂及聚醯胺類樹脂中選擇的樹脂；該些樹脂的共聚合體；該些樹脂的混合物；以及該些樹脂的衍生物構成的群組中的樹脂作為主成分。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該基底層以包含60%以下重量的甲基丙烯酸甲酯的共聚合體作為主成分。
  13. 根據申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該表面層以至少包含70%重量的聚甲基丙烯酸甲酯樹脂或甲基丙烯酸甲酯作為共聚合體。
  14. 根據申請專利範圍第1項所述的導光板，其中，該導光板的該基底層由甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯樹脂構成，該表面層可以由聚甲基丙烯酸甲酯樹脂構成。
  15. 一種背光單元，包括申請專利範圍第1項所述的導光板。
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