光学膜、背光单元及液晶显示装置的制作方法

1.本发明涉及光学膜，更详细而言涉及对从光源射出的光进行分离及扩散的光学膜。


背景技术：

2.通常，背光单元可以根据光源的配置方式被划分为边缘型(edge type)方式和直下型(direct type)方式。
3.边缘型方式在液晶面板的侧面设置背光单元并通过导光板向液晶面板供给光。因此，边缘型方式与直下型方式相比很难适用于大面积液晶面板。另外，由于通过导光板供给光，因此很难实现高亮度。
4.直下型方式是作为光源的灯或led(light emitting diode)位于液晶面板的背面，并从下部向面板方向照射光的方式。在直下型方式中，从光源射出的光直接被供给至液晶面板，因此可以实现高亮度，且容易适用于大面积面板。
5.在上述的直下型光源适用小型化的led芯片的技术开发正在活跃进行。这是因为，小型化的led芯片容易实现产品的小型化、产品的轻量化以及低电力化。
6.小型化的led芯片的情况下，由于led芯片与光学膜之间的光学距离(optical distance，od)被缩小，因此与以往的led的光相比，具有多少有些不同的光特性。为了补偿这种光特性，同时正在进行用于将小型化的led的光分离并扩散的研究。
7.例如，韩国公开专利公报第10-2010-0095765号(公开日期：2010年09月1日)涉及改善了亮度及灯的隐蔽性的光学片，公开了在基材片的前表面随机排列有凹刻图案的凹透镜形状的微透镜的前表面光扩散层。
8.作为其他例，韩国公开专利公报第10-2012-0003277号(公开日期：2012年01月10日)涉及背光单元的结构，公开了包括：形成在印刷电路基板上的多个led光源；使射出的光扩散并将其引导至前方的树脂层；配置在树脂层的上部且包括光学图案的光学图案层；以及配置在光学图案层的上部且形成有微透镜阵列(mla)图案的扩散板。


技术实现要素：

9.本发明提供一种最小化配置于光学膜的多个四角锥形透镜的顶部的识别性且不会产生不均匀的外观不良的光学膜。
10.本发明提供一种最小化从小型化的led射出的光的亮度损失且使光均匀扩散来降低明亮不均(hot spot)现象的产生的光学膜。
11.本发明提供一种最小化将从小型化的led辐射的光变换成白色光的过程中的亮度损失的光学膜。
12.本发明的各实施例涉及的光学膜可以包括：第一基膜；以及扩散透镜层，配置在所述第一基膜的一面且包括多个四角锥形透镜。在此，可以是，在所述多个四角锥形透镜的顶点处被连接的各个角部是曲线，所述多个四角锥形透镜中的第一四角锥形透镜的一面和所
type)，直下型与边缘型相比可以实现分割驱动，因此与边缘型相比可以实现更细腻的图像。
35.以下，针对直下型led背光单元包括的光学膜(optical film)进行详细说明。
36.图1是本发明的一实施例涉及的液晶显示装置的分解图。
37.参照图1，液晶显示装置(或lcd(liquid crystal display)装置)1包括背光单元10和液晶面板20。通常，背光单元10可以被设置在液晶面板20的后方以向液晶面板20照射光。背光单元10可以包括光源11、反射片12、色变换片13、扩散透镜片14、扩散片15和18、棱镜片16和17以及反射偏振片19。在此，背光单元10可以是不包括背光单元10所包括的符号11至19所表示的构成中的至少一个，或者可以是除了符号11至19所表示的构成外还包括其他构成。另外，可以由具备背光单元10所包括的符号11至19所表示的构成中的至少一个的各种组合来形成背光单元10。
38.光源11提供光。例如，光源11可以包括发散光的多个led芯片。作为一例，参照图2，led芯片11
’-
1可以被排列成棋盘式而构成直下型结构11’。
39.led可以根据led芯片的大小而被分类为大型(large)led(芯片的大小：1000μm以上)、中型(middle)led(芯片的大小：300μm～500μm)、小型(small)led(芯片的大小：200μm～300μm)、迷你(mini)led(芯片的大小：100μm～200μm)、微型(micro)led(芯片的大小：100μm以下)。在此，led可以包括ingan、gan等材质。
40.背光单元10的led芯片的大小越小，更容易调整led的个数，因此可以提高液晶显示装置1的亮度特性和色均匀度，可以实现薄型化。另外，led芯片的大小越小，可以越减少功耗，因此可以减少便携式装置的电池消耗，可以延长电池的寿命。
41.与以往的直下型led相比，使用迷你led或微型led的情况下，由于led的大小变小，因此可以实现区域调光(local dimming)。通过区域调光可以改善画质并提高电力的效率。在此，区域调光是指基于画面的构成或特性控制用作背光单元的led的亮度的技术，是可以大幅改善对比度(contrast ratio)且减少功耗的技术。作为区域调光的一例，可以将对应于暗画面的迷你led或微型led的亮度调整为相对暗来表现出暗的颜色，并将对应于亮画面的迷你led或微型led的亮度调整为相对亮来表现出鲜明的颜色。
42.反射片12反射光。反射片12在从光源11发散的光的发散方向上使光透过，且对于从上部因界面反射等而被反射的光，在所述光的发散方向上进行反射。由此，可以最小化光的损失。反射片12可以执行光的再次利用(light recycling)。
43.色变换片13变换从光源11发散的光的颜色。作为一例，迷你led或微型led的光是蓝色光(450nm)。在该情况下，需要将蓝色光变换成白色光。色变换片13可以使蓝色光透过的同时将蓝色光变换成白色光。
44.扩散透镜片14使光扩散。扩散透镜片14在一面配置有多个光扩散透镜。作为一例，光扩散透镜可以形成为四角锥(或金字塔)形态，从而可以促进光的扩散。
45.扩散片15、18可以使入射的光均匀分散。扩散片15、18可以涂布添加有光扩散剂珠子(beads)的固化性树脂(例如，选择氨基甲酸酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯以及自由基产生形单体中的至少一种以上来单独或混合而成)溶液而通过光扩散剂珠子引发光扩散。另外，扩散片15、18可以配置均匀或不均匀大小的形状(例如，球形)的突起图案(或突出部)来促进光的扩散。
46.棱镜片16、17可以利用在表面形成的光学图案对入射的光进行聚光来将其射出到液晶面板20。棱镜片16、17可以在透光性基膜的上部由光学图案层形成，该光学图案层为了提高正面方向的亮度而形成有通常具有45
°
倾斜面的三角阵列(array)形态的光学图案。
47.反射偏振片19设置在棱镜片16、17的上部，起到如下作用，即，对于由棱镜片16、17聚光的光，使一部分偏振光透过，而使另一部分偏振光反射至下部来对光进行再次循环。
48.液晶面板20根据电信号将从光源11照射的光调制为预定的图案。被调制的光经过配置于液晶面板20的前表面的滤色器和偏振光滤波器而构成画面。
49.说明了本发明的一实施例涉及的液晶显示装置1的构成。以下，本技术的各实施例假设作为背光单元10的光源11而使用迷你led或微型led的情况，但是对于包括以直下型方式配置了均匀或不均匀大小的各led的光源11的背光单元10而言，可无限制地适用本技术的各实施例。
50.以下，详细说明本发明的各实施例涉及的光学膜。
51.以下，光学膜被定义为图1的扩散透镜片14，但是也可以被定义为组合了反射片12、色变换片13、扩散透镜片14、扩散片15、18、棱镜片16、17及反射偏振片19中的至少一个和图1的扩散透镜片14的器件。
52.以下，四角锥形透镜被定义为底面为四边形的锥形态的透镜。在此，四角锥形透镜的顶部可以不是点而是线形态，角部可以是直线或曲线。
53.图3是用于说明现有技术中的问题的光学膜的平面图。图4是用于说明现有技术中的问题的光学膜的剖视图。
54.参照图3，在光学膜300的一面配置多个四角锥形透镜310、320、330、340。在此，根据多个四角锥形透镜310、320、330、340各自的顶部311、321、331、341的形状，所述顶部311、321、331、341被使用者识别的程度可能会发生变化。例如，在顶部311、321、331、341的高度彼此相同且其顶点为点形态的情况下，可以最小化在视觉上顶部311、321、331、341被露出的程度。
55.但是，由于制造过程中的误差，多个四角锥形透镜310、320、330、340的顶部311、321、331、341的高度可能会彼此不同(参照图4)、或线形状的顶部311、321、331、341的比率相对于点形状的顶部311、321、331、341的比率可能会增加。
56.在该情况下，多个四角锥形透镜310、320、330、340的顶部311、321、331、341可能会被使用者识别出，这可能会降低使用者的满意度。例如，在视觉上光学膜300的外观线可能会露出。
57.图5是本发明的一实施例涉及的光学膜的平面图。
58.参照图5，在光学膜500的一面配置多个四角锥形透镜510、520、530、540。在此，多个四角锥形透镜510、520、530、540的角部可以形成为曲线。
59.在上述的例中，在成形多个四角锥形透镜510、520、530、540时，使多个四角锥形透镜510、520、530、540的角部形成为曲线，从而可以使多个四角锥形透镜510、520、530、540的顶部511、521、531、541形成为顶点511、521、531、541。由此，可以大幅降低多个四角锥形透镜510、520、530、540的顶点511、521、531、541的识别性。
60.另外，在多个四角锥形透镜510、520、530、540的顶点511、521、531、541处被连接的各个角部可以形成为曲线。在该情况下，多个四角锥形透镜510、520、530、540中彼此相向的
面可以对称。
61.作为一例，多个四角锥形透镜510、520、530、540之中第一四角锥形透镜520的一面522与第二四角锥形透镜530的一面532彼此相向。在该情况下，多个四角锥形透镜510、520、530、540之中第一四角锥形透镜520的一面522和第二四角锥形透镜530的一面532可以对称。
62.在上述的例中，彼此相向的面(一面和另一面)可以被定义为所述一面和所述另一面彼此被连接而形成边界线。
63.作为一例，多个四角锥形透镜510、520、530、540之中的第一四角锥形透镜520的一面522和多个四角锥形透镜510、520、530、540之中的第二四角锥形透镜530的一面532可以彼此被连接而形成边界线。在该情况下，第一四角锥形透镜520的一面522和第二四角锥形透镜530的一面532可以被定义为彼此相向的面。在该情况下，第一四角锥形透镜520的一面522和第二四角锥形透镜530的一面532可以以边界线为轴对称。
64.在上述的本发明的各实施例中，多个四角锥形透镜510、520、530、540之中彼此相向的面可以形成为与平面或曲面(立体)无关地对称。
65.图6是本发明的一实施例涉及的光学膜的剖视图。
66.参照图6，光学膜600可以包括基膜610以及具有多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的扩散透镜层620。
67.光学膜600的多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的顶点6211、6221、6231、6241、6251的高度在已定义的边界(偏差δ)内是随机的。
68.作为一例，可以形成为多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的顶点的最大高度和多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的所述顶点的最小高度之间的差异(difference)或高低差(gap)(例：第一偏差δ1)在2.5μm以下。根据一实施例，可以形成为第一偏差δ1在多个四角锥形透镜的间距(pitch)p的长度(例：40μm)的15％以内。所述多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的顶点的高度可以是基膜610的一面(例：配置多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的面)与所述多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的顶点6211、6221、6231、6241、6251之间的长度。
69.作为其他例，可以形成为多个四角锥形透镜621、622、623、624、625之中两个之间的边界线的最大高度与多个四角锥形透镜621、622、623、624、625之中两个之间的边界线的最小高度之间的差异(例：第二偏差δ2)在2.5μm以下。根据一实施例，可以形成为第二偏差δ2在多个四角锥形透镜的间距(pitch)p的长度(例：40μm)的15％以内。所述多个四角锥形透镜621、622、623、624、625之中两个之间的边界线的高度可以是所述基膜610的一面(例：配置多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的面)与多个四角锥形透镜621、622、623、624、625之中两个之间的边界线之间的长度。作为又一例，可以形成为多个四角锥形透镜621、622、623、624、625之中两个之间的边界线的最小高度与多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的顶点的最大高度之间的差异(例：第三偏差δ3)在9.5μm以下。例如，可以形成为所述第三偏差δ3在6.16μm至9.28μm的范围内。根据一实施例，可以形成为第三偏差δ3在多个四角锥形透镜的间距(pitch)p的长度(例：40μm)的25％以内。
70.在上述的本发明的各实施例中，可以根据多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的形状，降低多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的顶点6211、6221、6231、6241、
6251的识别性。根据一实施例，通过随机地形成顶点6211、6221、6231、6241、6251的高度，从而可以向显示器(例：lcd装置)的前表面射出随机的光。通过射出随机的光，从而可以降低顶点6211、6221、6231、6241、6251的形状的识别性。根据一实施例，多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的面可以由随机形状的曲线形成。传递至所述多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的光可以通过所述曲线的面而在不同的方向(例：不平行的方向)上行进。例如，传递至多个四角锥形透镜621、622、623、624、625的光可以被散射，从而降低顶点6211、6221、6231、6241、6251的识别性。
71.图7是本发明的其他实施例涉及的光学膜的剖视图。
72.参照图7，光学膜700可以包括第一基膜710、第二基膜720、扩散透镜层730和色变换层740。
73.以下，省略对于与上述的光学膜500、600重复的构成的说明。
74.可以平行地配置第一基膜710和第二基膜720。
75.色变换层740变换颜色。色变换层740可以将从迷你led或微型led发散的蓝色光变换成白色光。
76.色变换层740可以配置在第一基膜710与第二基膜720之间。
77.色变换层740可以包括红色(red)荧光体、绿色(green)荧光体和无机粒子。在此，红色荧光体或绿色荧光体是吸收从迷你led或微型led辐射的光来形成红色光或绿色光的物质。例如，红色荧光体有ksf(k2sif6：mn
4+
)荧光体、绿色荧光体有β-塞隆(β-silicon aluminum oxynitride)荧光体。另外，无机粒子是用于引导光的均匀散射的粒子。作为无机粒子的例，有直径为数百纳米的tio2、sio2。
78.作为一例，可以将红色荧光体、绿色荧光体和无机粒子与树脂(硅、丙烯酸等)搅拌来形成色变换层740。在该情况下，色变换层740可以附着于第一基膜710与第二基膜720之间。
79.作为一例，色变换层740可以根据预先定义的重量比率而包括红色荧光体、绿色荧光体和无机粒子。在此，预先定义的重量比率是基于相对于白色光的色坐标值确定的红色荧光体的重量、绿色荧光体的重量和无机粒子之间的重量比率。
80.参照图8，上述的相对于白色光的色坐标值可以基于国际照明委员会(commission internationale de l'eclairage，cie)色空间800来定义。在该情况下，相对于白色光的色坐标值可以被定义为在色空间800中定义的x坐标值、y坐标值和z坐标值。
81.作为一例，在0.27至0.33的范围内定义所述x坐标值和所述y坐标值，z坐标值可以被定义为基于已定义的x坐标值和y坐标值的从属变数。
82.作为一例，在10％至80％的范围内定义红色荧光体的重量比，在10％至80％的范围内定义绿色荧光体的重量比，在1％至10％的范围内定义无机粒子的重量比。在该情况下，红色荧光体的重量比、绿色荧光体的重量比和无机粒子的重量比的总和当然可以被定义在100％以下。另外，在不是以％单位定义重量比的情况下，重量比的总和当然可以被定义在100以下或超过100。
83.在此，以下，参照图9说明将红色荧光体的重量比设定为大于绿色荧光体的重量比且将绿色荧光体的重量比设定为大于无机粒子的重量比时的例。
84.图9表示本发明的一实施例涉及的分光光谱测量结果。
85.图9的实施例设定成了包括于色变换层740的红色荧光体的重量、绿色荧光体的重量和无机粒子的重量的比率是66：44：5的情况。在此，从迷你led或微型led发散的蓝色光在透过色变换层(或光学膜)740的同时被变换为白色光。与此同时，光被均匀散射，可以提供无斑点(mura)的外观特性(符号900)。
86.上述的图7的实施例涉及的光学膜700还可以包括无机粒子层。对此，以下将参照图10来进行说明。以下，为了便于说明，对于与上述的光学膜700重复的构成进行省略。
87.图10是本发明的又一实施例涉及的光学膜的剖视图。
88.参照图10，光学膜1000可以包括第一基膜1010、第二基膜1020、扩散透镜层1030、色变换层1040和无机粒子层1050。
89.在此，无机粒子层1050可以包括上述的无机粒子。例如，无机粒子层1050可以搅拌无机粒子和树脂来形成。在该情况下，无机粒子层1050可以附着于第一基膜1010的一面。
90.在上述的例中，无机粒子层1050还可以包括上述的红色荧光体和绿色荧光体。另外，也可以互换无机粒子层1050的位置与色变换层1040的位置来进行配置。另外，无机粒子层1050也可以附着于第二基膜1020的一面。
91.图11是本发明的又一实施例涉及的光学膜的剖视图。
92.参照图11，光学膜1100可以包括第一基膜1110、第二基膜1120、扩散透镜层1130、色变换层1140和无机粒子层1150。在此，无机粒子层1150可以配置在第一基膜1110的上表面。另外，在无机粒子层1150的上表面可以配置扩散透镜层1130。
93.在上述的本发明的各实施例中，光学膜500、600、700、1000、1100还可以包括反射图案。以下，详细说明包括反射图案的各实施例。
94.图12是本发明的又一实施例涉及的光学膜的剖视图。
95.参照图12，光学膜1200可以包括第一基膜1210、第二基膜1220、扩散透镜层1230、色变换层1240和反射图案1250。
96.反射图案1250反射光。反射图案1250可以通过反射光来实现光的再次利用(light recycling)。
97.反射图案1250可以配置或附着于第一基膜1210的一侧或第二基膜1220的一侧中的任一位置处。例如，反射图案1250可以通过光/uv固化工序形成在第一基膜1210的一侧或第二基膜1220的一侧。在此，反射图案1250可以是规则或不规则的形态。
98.作为一例，反射图案1250之间的区域1251、1252、1253可以对应于迷你led1261、1262、1263的位置或微型led1261、1262、1263的位置。具体而言，反射图案1250之间的区域1251、1252、1253可以收纳迷你led1261、1262、1263或微型led1261、1262、1263。
99.由此，可以实现单独控制迷你led1261、1262、1263或微型led1261、1262、1263的区域调光(local dimming)。通过区域调光，可以调整光的亮度。另外，反射图案1250之间的区域1251、1252、1253以外的反射图案区域可以充分实现光的反射，因此光的再次利用度可以变高。
100.作为一例，反射图案1250之间的区域1251、1252、1253可以基于已定义的重量比而包括如上述的色变换层1240那样的红色荧光体、绿色荧光体和无机粒子。在该情况下，光学膜1200即便不另行具备色变换层1240也可以执行色变换。
101.另一方面，本发明的各实施例涉及的背光单元可以包括光学膜500、600、700、
1000、1100、1200。另外，本发明的各实施例涉及的lcd(liquid crystal display)装置可以包括lcd面板和位于lcd面板的下部的所述背光单元。
102.图13表示本发明的一实施例涉及的光学膜的性能实验结果。图14表示现有技术的光学膜和本发明的一实施例涉及的光学膜。
103.第一实验的片集合体依次层叠了两张图1的棱镜片16、17(厚度为100μm)、两张图3的光学膜300(厚度为194μm)以及图1的色变换片13(厚度为164μm)(总厚度为458μm)。第二实验的片集合体依次层叠了两张图1的棱镜片16、17(厚度为100μm)、两张图6的光学膜600(厚度为194μm)以及图1的色变换片13(厚度为164μm)(总厚度为458μm)。
104.第二实验测量出亮度为125.5％，比第一实验的亮度122.4％改善了1.1％。
105.另外，第二实验测量出遮蔽力hsv(hot spot visibility)为2.4％，比第一实验的遮蔽力2.2％改善了0.2％(比率是9.09％)。
106.根据上述的第一实验和第二实验，本发明的各实施例涉及的上述的光学膜500、600、700、1000、1100、1200不仅改善了亮度，还大幅改善了遮蔽力，从而可以提供出色的使用者体验。
107.同时，本发明的各实施例涉及的上述的光学膜500、600、700、1000、1100、1200可以最小化多个四角锥形透镜的顶部的识别性。例如，参照图14，在现有技术的光学膜1310(例：图3的光学膜300)中视觉上外观线被露出。本发明的光学膜1320在视觉上外观线被露出的程度可以小于所述现有技术的光学膜1310。所述光学膜1320的构成可以与上述的光学膜500、600、700、1000、1100、1200的构成相同或类似。
108.另外，本发明的各实施例涉及的上述的光学膜500、600、700、1000、1100、1200可以最小化从小型化的led射出的光的亮度损失，并且可以使光均匀扩散来降低明亮不均现象的产生。
109.另外，本发明的各实施例涉及的上述的光学膜500、600、700、1000、1100、1200可以最小化将从小型化的led辐射的光变换为白色光的过程中的亮度损失。
110.以上，图示并说明了本发明的各实施例，但是本领域技术人员应当能够理解在不超出权利要求书及其等同物定义的本实施例的思想及范围的情况下，对于形态和细节可以进行各种变更。