(57)【要約】【課題】光線の均一性及び利用率を向上させると共に、薄型化を実現することができる光学板、及びその光学板を用いる直下型バックライトを提供することである。【解決手段】前記目的を達成するために、光出射面と相対側に形成される光入射面を具備する透明基板を含む光学板において、前記透明基板の光入射面に複数の長条型凹槽を形成し、前記複数の長条型凹槽に拡散層を充填する。また、反射板と、反射板の上に設置する複数の光源と、前記複数の光源の上に設置する光学板と、を具備する直下型バックライトにおいて、前記光学板は、光出射面と相対側に形成される光入射面を具備する透明基板を含み、前記透明基板の光入射面に複数の長条型凹槽を形成し、前記複数の長条型凹槽に拡散層を充填し、前記複数の光源を前記複数の長条型凹槽にそれぞれ対応するように設置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射面と相対側に形成される光入射面を具備する透明基板を含む光学板において、
前記透明基板の光入射面に複数の長条型凹槽を形成し、
前記複数の長条型凹槽に拡散層を充填したことを特徴とする光学板。
【請求項２】
前記複数の長条型凹槽は、前記透明基板の一側辺に平行し、一定な間隔を有するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光学板。
【請求項３】
前記長条型凹槽の長手方向に直交する断面は、二等辺三角形、等脚台形、又は弓形であることを特徴とする請求項２に記載の光学板。
【請求項４】
前記拡散層は、透明樹脂と、前記透明樹脂に存在する第一拡散粒子と、前記透明樹脂に存在し、前記第一拡散粒子より屈折率が大きい第二拡散粒子と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学板。
【請求項５】
前記透明樹脂の材料として、アクリル酸樹脂、アクリルアミノ基樹脂、エポキシ樹脂等を単独または混合して用いたことを特徴とする請求項４に記載の光学板。
【請求項６】
前記第一光拡散粒子の屈折率は１.４〜１.７であり、前記第二光拡散粒子の屈折率は２より大きいことを特徴とする請求項４に記載の光学板。
【請求項７】
前記第一光拡散粒子の材料として、ポリスチレン、ポリカーネボート、スチレン/アクリロニトリル共重合体、ポリプロピレン、二酸化珪素、ポリメタクリル酸メチル、ビーズ及び石英粉末等を単独または混合して用いたことを特徴とする請求項６に記載の光学板。
【請求項８】
前記第二光拡散粒子材料として、二酸化チタン、酸化アンチモン、硫酸バリウム、硫酸亜鉛、酸化亜鉛、炭酸カルシウム等を単独または混合して用いたことを特徴とする請求項６に記載の光学板。
【請求項９】
前記第一拡散粒子の平均粒径が第二拡散粒子の平均粒径より大きく、前記第一拡散粒子の平均粒径が１〜５０μｍであり、前記第二拡散粒子の平均粒径が０.０１〜１μｍであることを特徴とする請求項６に記載の光学板。
【請求項１０】
前記光拡散層の透明樹脂に第三拡散粒子を更に添加し、前記第三拡散粒子が蛍光粉末粒子であることを特徴とする請求項４に記載の光学板。
【請求項１１】
前記透明基板の光出射面に複数のマイクロ突起が形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学板。
【請求項１２】
前記マイクロ突起が球面マイクロ突起或いはＶ型突起であることを特徴とする請求項１１に記載の光学板。
【請求項１３】
前記透明基板の材料として、ポリカーネボート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、メタクリル酸メチル/スチレン共重合体等を単独または混合して用いたことを特徴とする請求項１に記載の光学板。
【請求項１４】
反射板と、反射板の上に設置した複数の光源と、前記複数の光源の上に設置した光学板と、を具備する直下型バックライトにおいて、
前記光学板は、光出射面と相対側に形成される光入射面を具備する透明基板を含み、
前記透明基板の光入射面に複数の長条型凹槽を形成し、
前記複数の長条型凹槽に拡散層を充填し、
前記複数の光源を前記複数の長条型凹槽にそれぞれ対応するように設置したことを特徴とする直下型バックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に用いられる光学板、及びその光学板を用いる直下型バックライトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置の液晶パネルは非発光素材である。表示の機能を実現するために、前記液晶表示装置に面光源を用いなければならない。例えば、バックライトは、液晶表示装置パネルの輝度を向上させ、均一な光線を提供する面光源である。
【０００３】
光源の位置によって、バックライトを直下型バックライトと側光型バックライトに分けることができる。側光型バックライトとは、光源がバックライトパネルの側面に設置されるものを指す。前記側光型バックライトは、軽く、薄く、電気を節約する特徴があるから、サイズが小さい液晶表示装置に広く用いられる。直下型バックライトとは、光源がバックライトパネルの直下に設置されるものを指す。前記直下型バックライトは、輝度が明るいという特長があるから、サイズが大きいモニター、液晶テレビ等のような表示装置に広く用いられる。
【０００４】
図1は、従来の直下型バックライトを示す断面図である。前記直下型バックライト１０は、反射板１２と、前記反射板１２の上に順に配置された複数の光源１１と、拡散板１３と、拡散シート１４と、プリズムシート１５と、を含む。
【０００５】
前記拡散板１３は、ポリカーネボートからなる透明基材１３１と、前記透明基材１３１の内に存在し、光線を拡散するメタクリル酸メチル粒子１３２と、を含む。前記拡散板１３は、前記光源１１の光線を拡散し、且つ他の光学素子を支持する。
【０００６】
前記拡散シート１４は、光透過性が高いフィルム１４１の表面にインキ層１４２を塗布して製造されたものである。前記拡散シート１４は、光線をさらに拡散して、直下型バックライト１０の光線を均一にする。
【０００７】
前記プリズムシート１５の表面にＶ字状のマイクロ突起１５１が設けられている。前記マイクロ突起１５１は、拡散される光線を約７０度範囲内に集中するので、直下型バックライト１０の所定の視角範囲の輝度を向上させることができる。
【０００８】
前記光源１１の真上に置かれる前記拡散板１３の一部分の区域は、光源１１から比較的近いから、光強度が比較的強い。この区域の両側に置かれる他の区域は、光源１１から比較的遠いから、光強度が比較的弱い。光強度が弱い区域の光線は充分に拡散させることができるが、光強度が強い区域の光線は充分に拡散させることができない。だから、前記拡散板１３の輝度が不均一になり、従って、前記直下型バックライト１０の輝度が不均一になる。
【０００９】
前記直下型バックライト１０の輝度が不均一になることを防止するために、前記拡散板１３の厚さを増加するか、前記拡散板１３と光源１１間の距離を増加することができる。しかし、このようにすると、前記直下型バックライト１０の厚さが増加される。
【００１０】
また、前記拡散板１３、拡散シート１４及びプリズムシート１５がいくら密に配置されても、接触面の間に光線を消耗する空気層がやはり存在する。光線が前記拡散板１３、拡散シート１４及びプリズムシート１５の間で伝播する時、前記光学素子の接触面に形成される空気層によって反射されるから、光線のエネルギーが損失され、光線の利用率が低下される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、光線の均一性及び利用率を向上させると共に、薄型化を実現することができる光学板、及びその光学板を用いる直下型バックライト提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、光出射面と相対側に形成される光入射面を具備する透明基板を含む光学板において、前記透明基板の光入射面に複数の長条型凹槽を形成し、前記複数の長条型凹槽に拡散層を充填する。
【００１３】
また、反射板と、反射板の上に設置した複数の光源と、前記複数の光源の上に設置した光学板と、を具備する直下型バックライトにおいて、前記光学板は、光出射面と相対側に形成される光入射面を具備する透明基板を含み、前記透明基板の光入射面に複数の長条型凹槽を形成し、前記複数の長条型凹槽に拡散層を充填し、前記複数の光源を前記複数の長条型凹槽にそれぞれ対応するように設置する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る光学板、及びその光学板を用いる直下型バックライトにおいて、前記複数の長条型凹槽に拡散層を充填し、前記複数の光源がそれぞれ前記長条型凹槽に対応するように設置する。即ち、前記複数の光源がそれぞれ前記拡散層の長条型凹槽に対応するから、前記拡散層は、前記光学板の光源から近く、光強度が強い部分の光線を充分に拡散することができる。又、前記拡散層の厚さが変化するから、光強度が異なるところの光線をその光強度に応じて拡散する。だから、前記光学板に輝度ムラが発生することを防止し、前記光学板を用いる直下型バックライトの薄型化を実現することができる。
【００１５】
また、前記拡散層が前記光学板内に充填され、光学板の一定な強度を維持することができるから、従来の直下型バックライトの拡散板と拡散シートのように、光線を均一に拡散し、直下型バックライトの光線の均一性を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の光学板は、複数の光学素子を一体に成形するから、光線が前記光学板で伝播する時、前記光学素子の空気層の反射によって光が損失されることを防ぎ、光線の利用率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００１８】
図２乃至図５を参照すると、本発明の光学板２０は、光入射面２１１と相対側に形成される光出射面２１２を具備する透明基板２１を含む。前記透明基板の光入射面２１１に複数の長条型凹槽２１３が形成され、前記複数の長条型凹槽２１３に拡散層が充填されている。
【００１９】
前記透明基板２１は、矩形板である。前記透明基板２１の材料として、ポリカーネボート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、メタクリル酸メチル/スチレン共重合体等を単独または混合して用いる。他の素子を支持し、一定な強度を維持するために、前記透明基板２１の厚さＨを厚くする。例えば、厚さＨを１.５〜３.０ｍｍにする。
【００２０】
前記複数の長条型凹槽２１３は、前記透明基板２１の一つの側辺から対向する側辺へ延長して形成されている。即ち、前記一つの側辺に隣接する側辺に平行し、一定な間隔があるように周期的に分布されている。前記凹槽２１３の長手方向に直交する断面は、二等辺三角形、等脚台形、又は弓形等である。本実施形態においては、長手方向に直交する前記長条型凹槽２１３の断面は、等脚台形である。前記透明基板２１の強度を維持するために、前記長条型凹槽２１３の深さｈと透明基板２１の厚さＨの比を０.３より小さくする。
【００２１】
前記拡散層２２は、前記光学板２０に入射される光線を均一に拡散する作用を奏する。前記拡散層２２は、透明樹脂２２４と、前記透明樹脂２２４に存在する第一拡散粒子２２１及び第二拡散粒子２２２と、を含む。前記透明樹脂２２４の材料として、アクリル酸樹脂、アクリルアミノ基樹脂、エポキシ樹脂等を単独または混合して用いる。
【００２２】
図４は、図３の光学板のIＶ部分の拡大断面図である。前記第一光拡散粒子２２１の屈折率ｎ１は１.４〜１.７である。前記第一拡散粒子２２１の材料として、ポリスチレン、ポリカーネボート、スチレン/アクリロニトリル共重合体、ポリプロピレン、二酸化珪素、ポリメタクリル酸メチル、ビーズ及び石英粉末等を単独または混合して用いる。前記第一拡散粒子２２１の平均粒径は１〜５０μｍである。図６に示すように、前記第一拡散粒子２２１は、前記光学板２０に入射される光線を均一に拡散し、屈折する。
【００２３】
図６は、第二拡散粒子による光線の反射及び回折を示す光路図である。前記第二光拡散粒子２２２は不透明な粒子である。前記第二拡散粒子２２２の屈折率ｎ２が前記第一拡散粒子２２１の屈折率ｎ１より大きい。前記第二拡散粒子２２２の屈折率ｎ２は２.０より大きく、好ましくは２.０〜２.８である。第二光拡散粒子２２２の材料として、二酸化チタン、酸化アンチモン、硫酸バリウム、硫酸亜鉛、酸化亜鉛、炭酸カルシウム等を単独または混合して用いる。前記第二光拡散粒子２２２の平均粒径は０.０１〜１μｍである。図７に示すように、前記第二拡散粒子２２２によって回折された一部分の光線は、前記透明基板２１へ伝播され、前記第二拡散粒子２２２によって反射された一部分の光線は、前記光入射面２１１へ伝播される。
【００２４】
前記拡散層２２において、前記透明樹脂２２４の重量％は５〜９０％であり、前記第一光拡散粒子２２１と第二光拡散粒子２２２の重量％は１０〜９５％である。また、前記第二光拡散粒子２２２と第一光拡散粒子２２１の重量％の比は１/５〜１/１００である。前記第二拡散粒子２２２の重量％を制御することによって、前記光学板２０の光透過率を制御することができる。
【００２５】
前記拡散層２２で、前記第一拡散粒子２２１は、光線を何回か拡散し、屈折させる。前記第二拡散粒子２２２は、前記第一拡散粒子２２１の間に分布されて、前記第一拡散粒子２２１の分布を均一にする。また、前記第二拡散粒子２２２は、一定な反射と回折の機能を有する。即ち、前記第二拡散粒子２２２は、前記第一拡散粒子２２１によって拡散されない光線を前記第一拡散粒子２２１へ反射させ、回折させて、第一拡散粒子２２１によって再度拡散されるようにする。
【００２６】
もし、前記第二拡散粒子２２２によって反射された光線が前記拡散層２２から出て、前記反射板に到達すると、反射板によって反射されるから、再度前記拡散層２２へ入射される。再度前記拡散層２２に入射された光線は、前記第一拡散粒子２２１と第二拡散粒子２２２によって拡散される。上述したように、前記第一拡散粒子２２１と第二拡散粒子２２２を含む前記拡散層２２は、入射される光線を容易に、均一に拡散することができる。
【００２７】
従来の拡散板は、第一拡散粒子のみを含むから、光線を拡散する効果が本実施形態の光学板２０の拡散層２２よりずっと劣る。だから、従来の拡散板と拡散シートの代りに、本発明の拡散層２２を用いて、光学板２０へ入射される光線を均一に拡散させることができる。
【００２８】
前記拡散層２２に、第三拡散粒子２２３を更に添加する。前記第三拡散粒子２２３は、吸収した紫外光線を可視光線に変換する蛍光粉末粒子である。前記蛍光粉末粒子と第一拡散粒子２２１の重量％の比は１/１００より小さい。
【００２９】
図２に示すように、前記透明基板２１の光出射面２１２に複数の球面マイクロ突起２３が陣列方式に形成されている。前記複数の球面マイクロ突起２３は、射出成型、圧縮成型、ロール成型、射出圧縮成型によって製造することができる。
【００３０】
互いに隣接する球面マイクロ突起２３の間に一定の間隔があるように配置するか、互いに隣接される球面マイクロ突起２３の底面の周縁が透明基板２１の光出射面２１２で互いに連接されるように配置することもできる。
【００３１】
前記球面マイクロ突起２３は、光出射面２１２から出る光線を光出射面２１２の前方へ集光させるから、前記光学板２０にプリズムシートを更に装着しなくてもよい。前記光出射面２１２に集光作用を奏する他の構造のあるマイクロ突起を設けてもよい。例えば、連続的に分布されるＶ型マイクロ突起を設けても、プリズムシートの機能を実現することができる。
【００３２】
本実施形態の光学板２０において、前記透明基板２１の光入射面２１１には、長条型凹槽２１３が形成され、前記長条型凹槽２１３には、第一拡散粒子２２１、第二拡散粒子２２２及び第三拡散粒子２２３を含む拡散層２２が充填されている。前記拡散層２２は、前記光学板２０に入射される光線を均一に拡散することができるから、表示装置に輝度ムラが発生するのを防止することができる。また、透明基板２１に形成されるマイクロ突起２３が集光の作用を奏するから、前記光学板２０が集光性能を更に具備すると見なすことができる。
【００３３】
前記光学板２０が、拡散板、拡散シート、プリズムシートの機能を具備するから、前記光学板２０を用いる直下型バックライトの薄型化を実現することができる。即ち、拡散板、拡散シート、プリズムシート等を装着する必要がないから、バックライトの薄型化を実現することができる。且つ、拡散板、拡散シート、プリズムシート等を装着しないから、光線が前記光学板２０で伝播する時、光線が前記光学素子の間の接触面の反射によって損失されることを防ぎ、光線の利用率を向上させることができる。
【００３４】
図８は、本発明の直下型バックライトの具体的な実施方式を示す断面図である。前記直下型バックライト３０は、反射板３１と、前記反射板３１の上に設置された複数の光源３２と、前記複数の光源３２の上に設置された光学板２０と、を具備する。前記光学板２０は、光入射面２１１と前記光入射面２１１の反対側に形成される光出射面２１２とを含み、前記光入射面２１１には複数の長条型凹槽２１３が設けられている。前記光学板２０の光入射面２１１と前記反射板３１が対向し、前記複数の長条型凹槽２１３が前記複数の光源３２とそれぞれ対応される。
【００３５】
前記光源３２は、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）又は他の長条型ランプである。さらに、互いに隣接される２つの光源３２の間の間隔Ｄは前記長条型凹槽２１３の幅ｄより大きい。
【００３６】
前記長条型凹槽２１３に充填される各々の拡散層２２は、前記長条型凹槽２１３の形状によって中部が厚く、周辺が薄い構造を持つ。だから、前記拡散層２２に垂直に入射される光線と、傾斜して入射される斜光線が前記拡散層２２の中を通過する距離がほぼ同じになる。即ち、前記拡散層２２に垂直に入射される光線が多く反射され、屈折され、前記拡散層２２に傾斜して入射される光線が少なく反射され、屈折されるから、前記拡散層２２から出射される光線の均一性を向上させることができる。
【００３７】
上述したように、前記光学板２０の拡散層２２によって光線が均一に拡散され、前記光学板２０の球面マイクロ突起２３によって集光される。即ち、前記光学板２０は、前記直下型バックライト３０から出射される光線を均一にして、正面の輝度を向上させることができる。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も又、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の直下型バックライトを示す断面図である。
【図２】本発明の光学板の具体的な実施方式を示す斜視図である。
【図３】図２の光学板をIII−III線に沿って切る断面図である。
【図４】図３の光学板のIＶ部分の拡大図である。
【図５】図２の拡散層を除去した光学板を示す斜視図である。
【図６】図４の第一拡散粒子による光線の拡散及び屈折を示す光路図である。
【図７】図４の第二拡散粒子による光線の反射及び回折を示す光路図である。
【図８】本発明の直下型バックライトの具体的な実施方式を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
２０  光学板
２１  透明基板
２２  拡散層
２３  マイクロ突起
２１１  光入射面
２１２  光出射面
２１３  長条型凹槽
２２１  第一拡散粒子
２２２  第二拡散粒子
２２３  第三拡散粒子
２２４  透明樹脂
３０  直下型バックライト
３１  反射板
３２  光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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