CN100394273C - 面光源装置及其制造方法和制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种将光导图案成型到光导板的面光源装置制造设备，包括一个要输入有关所要成型的光导图案数据的图案设计系统、一个控制系统接入到图案设计系统并传输与成型到光导板上的每个图案的坐标值相匹配位置信号、一个移动头可根据接收到的来自控制系统的位置信号沿垂直和水平方向进行机械移动、一个激光系统可根据与移动头移动同步的脉冲信号发射激光束、一个镜头允许激光束从激光系统输出通过移动头而聚焦在光导板激光束扫描面上、一个翘曲预防装置预防光导板由于激光束局部加热而发生翘曲，以及一个吸收和散射预防装置预防光导图案成型到光导板上时产生烟尘。

Description

面光源装置及其制造方法和制造设备

本专利申请声明了以下三个韩国专利申请的优先权，它们分别是申请日为2002年5月11日的申请号为2002-26023、申请日为2002年5月24日的申请号为2002-28919、申请日为2003年1月18日的申请号为2003-3466。这三个专利在此经合并后将作为一个整体被引用。

技术领域

本发明是有关面光源装置，更确切地说，是有关使用位于光导板上方、可沿垂直和水平方向移动的移动头，通过激光束扫描进行光导图案成型的面光源装置、该装置的制造方法和制造设备。

背景技术

通常情况下，光导板为一个提供路径的平板，来自光源的光线通过该路径时被均一散射和漫射。光导板(light guide panel)可用于诸如液晶显示器(LCD)之类的平面光线接收显示板，或招牌照明用面光源装置。

以装配冷阴极荧光灯(CCFL)或发光二极管(LED)的方法，及装配镀覆荧光材料电路板的平面荧光灯方法为代表的面光源装置现已获得广泛应用。冷阴极荧光灯可归入一种侧射光类型设备，侧射光采用光导板和直射光制得，在此过程中，可依据与显示平面有关的光源配置情况，将多个光源以相互覆盖的方式装配在一个平面上。这些面光源装置已在申请号为93-11174、94-26117、94-33115、94-26116和2000-44725的韩国申请专利中已声明过。

如图1所示，传统面光源装置包括光导板11、安装在光导板11下方的反射板12、安装在光导板11侧壁的光源13和遮盖光源13的光源罩14。光源13可采用冷阴极荧光灯或发光二极管。

光导板11上成型有多个光导图案15，成型时采用珠子形(beadshape)二氧化钛TiO₂和含有玻璃及丙烯酸的墨水印制，目的是散射或漫射入射到透明丙烯酸树脂表面的入射光。

在具有上述结构的面光源装置10中，从光源13发出的光入射到光导板11上。入射光沿箭头所示途径被导引通过光导板11，然后受到反射板12和光导图案15的反射，结果光线各部分均获得大致均一的照明强度。

然而，光导图案15印制成型方法存在以下问题。

光导图案15成型过程制作处理和墨水印制过程都非常复杂，另外印制好的图案被清除或弄脏的区域相当多，因此采用该处理生产产品时缺陷率很高。光导图案15加工成型过程产品成功率约为80％到90％，是相对较低的。况且若光导板11上的光导图案15没印制好，即使清除掉光导图案15，该光导板11也不能再重新使用，这也增加了生产成本。

还有一个更突出的问题，即由于光导图案15采用了墨水印制图案的光反射功能，这样该图案就不可避免地吸收掉部分光线，因此会降低面光源装置的光线传输率。

另外如图2所示，通常要求光导板11的表面S仅具有约±100μm的很小厚度偏差t₁，这导致该产品的原材料成本也相当高。若允许厚度偏差变大一点，产品原材料成本就会相应降低。然而当将存在墨水印制预定图案的显示屏21放置在光导板11的表面S上、且印制过程是通过一个橡皮磙子22来完成时，由于厚度偏差t₁和光导图案15的50~100μm尺寸变化的影响，光导板11各个区域的墨水涂覆量的差别将会超过50％。

为解决上述问题，传统方法是采用图3所示的非印制成型方法，成型时采用模具和模具注射方法进行压印成型。

如图3所示，面光源装置30包括光导板31、安装在光导板31下方的反射板32、安装在光导板31侧壁上的光源33。光导图案34有多个圆锥形沟槽，利用一个一面有突起的模具，通过加热并压紧到光导板31的方法，将光导图案34成型到光导板31上。如图4所示，光导图案34的截面形状呈V字型。

在具有上述结构的面光源装置30中，光源33发出的光线入射到光导板31上。入射光在光导板31中行进时，部分光线就会受到光导图案34斜面的反射。

但是光导图案34存在以下问题。

光导图案34是用模具通过热压方法成型的，这种成型过程的控制相当困难，且更突出的问题是，由于光导板31所用的丙烯酸树脂材料在加热时非常脆弱，结果很难精确制得所期望图案形状的光导图案34。

另外，上述方法仅仅是采用镜面光学反射功能获得面光源，这降低了光线的散射效果，同时光导图案34的影像也会显现出来。为消除图案影像，需装配一个散射板，但影像最终不会被完全消除。

还有一个问题，如图5所示，典型光导板31存在约±100μm的厚度偏差t₂。当光导图案34采用一个印制深度约100μm的模具51印制到光导板31上时，模具51上的突出部分52通过热压方法可在光导板31上形成最深达100μm的圆锥形槽。然而在光导板31的印痕最浅位置，就根本不会印出光导图案34。

因此，为获得最佳光导率(light guide efficiency)，需使用厚度偏差非常精细的材料，并进行多达几十次的模具51重复校准工作，这相应增加了产品开发成本。另外由于模具51制作时间比较长，也导致很难顺利开发类型各式各样的其它产品。

发明内容

因此，为了解决上述问题和其它问题，本发明提供了一种面光源装置(该面光源装置是采用借助于机械驱动沿垂直和水平方向自由移动、且可事先避免激光扫描过程中干扰因素的激光系统将光导图案成型到光导板上的设备)、该面光源装置的制作方法和制作设备。

同时，本发明也提供了一种面光源装置(该面光源装置是通过激光束加工过程将光导图案成型到光导板一个平面上制成的，且光导图案每个沟槽均有一个用于提高光的反射和散射效果的显微镜头)、该面光源装置的制作方法和制作设备。

另外本发明还提供了一个面光源装置(该面光源装置是利用激光束将具有断续形状的光导图案成型到光导板下表面制成的，在光导板整个平面上受导引光线会以均一亮度行进)、该面光源装置的制作方法和制作设备。

根据本发明的面光源装置制作设备，在制作设备内，可将光导图案成型到光导板上。该设备包括要输入有关所要成型的光导图案数据的图案设计系统、接入到图案设计系统并传输与成型到光导板上的每个图案的坐标值相匹配位置信号的控制系统、根据接收到的来自控制系统的位置信号可沿垂直和水平方向进行机械移动的移动头、根据与移动头移动同步的脉冲信号发射激光束的激光系统、允许激光束从激光系统输出通过移动头而聚焦在光导板激光束扫描面的镜头、预防光导板由于激光束局部加热而发生翘曲的翘曲预防装置、预防光导图案成型到光导板上时产生烟尘的吸收和散射预防装置，激光束包括波长大于10μm处于红外线波段范围内的光线。

且根据本发明的面光源装置，包括激光束加工成型且在整个平面区域内能对光线进行散射和漫射以达到均一亮度的光导板、多个断续形状沟槽组成的光导图案、至少一个安装在光导板侧壁并发射光线到光导板的光源、安装在光导板下方的反射板。当反射移动头沿X轴导轨水平移动，且X轴导轨相对于Y轴导轨垂直移动时，激光系统输出并经过反射移动头的激光束就会照射到光导板激光束扫描面，通过控制激光束的扫描时间，就可将具有断续形状沟槽的光导图案成型到光导板的激光束扫描表面。

再根据本发明的面光源装置，包括激光束加工成型且在整个平面区域内能对光线进行散射和漫射以达到均一亮度的光导板、多个满足以下方程的沟槽组成的光导图案、至少一个安装在光导板侧壁并发射光线到光导板的光源。此处所指光导图案沟槽需满足的方程为：

d(μm)×w(μm)/p(μm)＝25~65

其中t(mm)/S(mm²)范围为6×10^-5到1.2×10^-4。

式中t表示光导板厚度；S表示光导板加工表面面积；d表示光导图案加工深度；w表示光导图案每个沟槽的刻线宽度；p表示光导图案沟槽垂直于光源配置方向上的间距。

更根据本发明的面光源装置制作方法，包括以下作业步骤：

发射激光束将由许多沟槽组成的光导图案成型到光导板表面。发射激光束时应控制一定的参数范围，使之满足以下方程：

d(μm)×w(μm)/p(μm)＝25~65

其中t(mm)/S(mm²)范围为6×10^-5到1.2×10^-4。

式中t表示光导板厚度；S表示光导板加工表面面积；d表示光导图案加工深度；w表示光导图案每个沟槽的刻线宽度；p表示光导图案沟槽垂直于光源配置方向上的间距。

至少安装一个光源，该光源装配在光导板侧壁并发射光线到光导板。

安装反射板。该反射板反射来自光源、且在光导板成型有光导图案的光导平面内传播的光线。

附图说明

结合附图，通过对本发明的较佳实施形式进行详细描述后，本发明上述各特征将会更加清晰明了。附图情况如下：

图1表示传统面光源装置剖面图；

图2表示光导图案成型到图1所示光导板的状态示意图；

图3表示传统面光源装置另一实施例剖面图；

图4表示图3个别部位放大后剖面图；

图5表示光导图案成型到图4所示光导板的状态示意图；

图6表示与本发明较佳实施形式相应的面光源装置分解透视图；

图7表示图6中沿I-I线的放大剖面图；

图8表示与图6中光导图案沟槽刻线宽度相应的光导率曲线；

图9表示与本发明第一种较佳实施形式相应的将光导图案成型到光导板的设备图；

图10表示与本发明第二种较佳实施形式相应的将光导图案成型到光导板的设备图；

图11表示与本发明第三种较佳实施形式相应的将光导图案成型到光导板的设备图；

图12表示与本发明较佳实施形式相应的将光导图案成型到光导板的系统图；

图13表示与本发明较佳实施形式相应的移动头示意图；

图14表示与本发明第一种较佳实施形式相应的光导板部分区域透视图；

图15表示与本发明第二种较佳实施形式相应的光导板部分区域透视图；

图16表示与本发明第三种较佳实施形式相应的光导板部分区域透视图；

图17表示与本发明第四种较佳实施形式相应的光导板部分区域透视图；以及

图18表示与本发明较佳实施形式相应的将光导图案成型到光导板的状态图。

具体实施方式

下面参照图例详细说明本发明的一个较佳实施形态。如图6和图7所示，根据本发明较佳实施形式，面光源装置60包括光导板61。在光导板61下表面成型有光导图案65。在光导板61下方安装有向上反射入射光的反射板62。在光导板62侧壁至少安装一个向光导板61发射光线的光源63。光源63可采用冷阴极荧光灯(CCFL)或发光二极管(LED)。另外，光源63的外围还可安装一个带有反光膜的罩子，该光源罩的作用是将背离光导板61的光线反射回光导板61上。

在光导板61上方可进一步安装一个对光线具有散射和漫射作用的散射板66。同时在光导板61上表面还可进一步安装一个刻有精细刻痕的光学散射部件，该部件作用是将光源63的光线向前方均一散射。

在具有上述结构的面光源装置60中，光导图案65的每个图案均可用激光系统通过激光束扫描来成型。在激光束扫描过程中产生的诸如加热或烟尘之类的处理故障因素可通过一个额外附加的故障预防设备加以清除。通过上述非接触方法制得的光导图案65类似显微镜头，对光线具有有效散射和漫射作用。

更详细的情况是成型到光导板61的光导图案65包括多个具有预先设定图案形状的沟槽。光导图案65是通过非接触方法制得的，后续章节中述及的激光设备输出激光束成型方法就是非接触方法的代表。

为有效散射和漫射光源63发出的并经过光导板61的光线，应将光导图案65成型到光导板61的整个表面。

光导图案65可为点、矩形、由预先设定深度沟槽组成的网格或上述类型的组合、由预先设定深度断续沟槽组成的点线型或重复沟槽组成的线型。另外，为增加光线的散射和漫射率，从光源63一端开始到另一端止，可将光导图案65的尺寸范围逐渐增大，或将光导图案65的间距逐渐减小。

光导图案65具有不规则锯齿形剖面，这是由于激光束加工过程中丙烯酸树脂汽化所致。这些精细锯齿形结构的功能类似显微镜头，它们可从各种不同角度改善光线的散射效果。

当需要用激光设备(图中未标出)输出的激光束将锯齿形光导图案65加工到预先设定的深度时，可通过特定数字或方程来设定沟槽宽度w、沟槽间距p、沟槽深度d。

激光设备加工的光导图案65的每个沟槽的刻线宽度w最好介于100到600微米之间，而每个沟槽的深度d最好介于20到200微米之间。

若光导图案65沟槽的刻线宽度w超过600微米，沟槽对光线散射的特征就会恶化，这将大大降低光导率。若激光设备输出的激光束直径增大时，能量密度会降低，这将导致光导板61中成型的对光线具有散射作用的沟槽深度d减小，而沟槽刻线宽度w增加。

若光导图案65因沟槽刻线宽度w太大而无法获得所期望的沟槽刻线深度d时，光线散射效果就比较差，以致无法获得足够亮度。同样，若采用大功率激光设备制得又深又宽的沟槽刻线时，该图案的散射效果就会太强。

因此，若光导图案65沟槽刻线间距p减小时，多数光线就会消耗在光导图案65靠近光源63的区域内，这会导致光导板61无法获得光线均一性。同样，若光导图案65沟槽刻线宽度p过大时，图案形状的影像就会显示出来，若未被散射板66覆盖，会破坏面光源装置60外观的美学效果。因此，光导图案65沟槽刻线宽度p最好保持在0.2mm到2mm的适宜范围内。

相反，若光导图案65的沟槽刻线宽度w不大于100微米时，由于沟槽宽度w太小，激光设备发出激光束的光能就不会达到沟槽底部，从而无法制得具有理想深度的光导图案65，也就无法获得理想的光散射效果。

若要在光导板61上获得均一亮度，上述经激光束加工成型的光导图案65每一沟槽的刻线宽度w、深度d、间距p都是非常重要的。

光导板61上光线的最佳亮度和均一性会随光导板61的表面面积S和厚度t的不同而发生改变，故S和t对设计光导图案65来说也是重要参数。

上述关系可用以下方程式来表示。

[方程1]

d(μm)×w(μm)/p(μm)＝25~65

其中t(mm)/S(mm²)范围为6×10^-5到1.2×10^-4。

式中t表示光导板61厚度；S表示光导板61加工表面面积；d表示光导图案65沟槽之间间距。

若上述参数均取合适数值时，光导板61就会获得光的最佳亮度和均一性。

本专利申请者进行本专利有关试验时，采用激光设备输出值来测量与光导板61上成型的光导图案65沟槽刻线宽度w相应的光导率。根据实验结果可知，用于厚度大于8mm的大平板显示装置的光导图案65的最佳沟槽刻线宽度w大致在100到600微米之间，激光设备的输出功率应介于约30到200瓦之间。

图8所示曲线表示光导率与光导图案65的沟槽刻线宽度w之间关系，曲线所示不同沟槽刻线宽度w是采用激光设备不同输出功率制得的。

图8所示X轴表示光导图案65沟槽刻线宽度w，该轴以100微米为一刻度；Y轴表示光导率。光导率以相对亮度I表示，该参数表示与激光设备不同输出功率制得的光导图案65沟槽刻线宽度相对应的最大亮度。若将用于厚度8mm的17英寸平板显示设备的光导板61分成9个区，所测亮度就为9个区中每个区的中心点亮度。当亮度的均一性超过70％时，平均亮度以I₀表示。

图中曲线A、B、C对应于用功率范围为10-200瓦的不同输出功率激光设备制得的光导图案65。观察可知，当光导图案65的沟槽刻线宽度介于100到600微米时，就会得到很高的接近于1.0的光导率。

相反，若光导图案65沟槽刻线宽度大于600微米时，该图案对光的散射特征就会恶化，从而也就降低了光导率。

图9所示内容是根据本发明的第一种较佳实施形式将光导图案65成型到光导板61的设备图。

如图9所示，光导板61放置在平板91上。放置光导板61时，需成型光导图案65的表面61a应面向扫描激光束移动头900。

移动头900在XY坐标轴台架上相对于光导板61沿水平和垂直方向移动时，激光束会照射到光导板61上。有关包括移动头900的激光系统结构详如后述。

当移动头将波长大于1微米的激光束扫描到光导板61的表面61a时，激光束焦点位置及附近区域的温度会上升，此时在表面61a上会形成预先设定形状的沟槽。当光导板61的整个表面都形成沟槽后，由沟槽组成的光导图案65也就制成了。

当激光束扫描光导板61表面61a的部分区域时，由于激光束宽度变化，加热效应会在表面61a上逐渐扩散。若加热效应很严重，就会导致光导板61产生诸如翘曲之类的变形。

光导板61的边缘区域是最容易发生翘曲变形的部位，翘曲变形会导致激光束入射角发生变化，从而也影响到光导图案的成型，以致在该情况下很难制得精确图案。为防止翘曲变形，特意在光导板61上安装了翘曲预防装置。

翘曲预防装置为一真空设备910，它连接到装有光导板61的平板91上，可完全吸着住光导板61上要成型光导图案65表面的背面。

真空设备910包括多个真空通道911，它通过平板91对光导板61进行真空吸着。真空设备910为一个泵，比如机械真空泵、动量传输型真空泵、或注入型(injection type)真空泵，它可借助泵自身的泵抽取力(pumping force)通过真空通道911利用真空装置吸取光导板61的下表面。

在光导板61的泵吸位置还可进一步安装一个真空垫912，目的是避免泵吸过程中外力造成光导板不必要的划伤。若不用真空系统，固定光导板61时可采用诸如点固定或夹子固定之类的实体机构固定方法。

先用翘曲预防装置固定光导板61，然后通过激光束扫描来制取光导图案65，这样就可事先预防激光束局部加热所导致的翘曲现象。

图10所示内容是根据本发明的第二种较佳实施形式将光导图案65成型到光导板61的设备图。图中相同符号表示具有相同功能的相同设备。

如图10所示，光导板61放置在平板91上。放置光导板61时，需成型光导图案65的表面61a应面向扫描激光束移动头900。对光导板61进行真空泵吸的真空通道911成型到平板91上，同时也与提供真空泵吸力的真空泵系统910相连。在真空通道911通道内装配有真空垫912，真空垫的作用是防止在真空泵吸过程中对光导板61表面造成不必要的划伤。

附加安装翘曲预防装置的目的是在激光系统发出的激光束对光导板61表面扫描过程中，若光导板61和平板91之间的接触力不够大时，其真空系统可保持光导板61的水平度。

平板91上还可安装加热设备1000。加热设备1000包括一个安装在平板91上且能通电生热的加热丝1010。另一加热方法是超声波加热，此时产生的热量可传输给光导板61。

当将预先设定的热量传输给平板91时，平板91的热量会继续传送到光导板61要成型光导图案65表面的背面，这些传送的热量与激光束扫描光导板61表面61a时产生的导致温升的热量相当。采用该方法会消除光导板61上、下表面之间的温度差，从而也就预先预防了翘曲现象的产生。

由于激光束扫描光导板61表面成型光导图案的方法是用密集能量加热光导板61的丙烯酸树脂表面，丙烯酸树脂材料会汽化产生烟尘。在将光导图案65成型到光导板61的激光扫描过程中，烟尘会对激光束产生吸收和散射，这会降低扫描到光导板61上的激光束能量，从而也影响到光导图案65理想图案的成型过程。

图11所示内容是根据本发明的第三种较佳实施形式在消除上述不良现象情况下将光导图案65成型到光导板61的设备图。

如图11所示，光导板61放置在平板91上。为光导板61提供真空吸力的真空泵系统910装配时借助于真空通道911连接到平板91上。光导板61被泵吸表面装配有真空垫912。

当激光移动头900的激光束扫描光导板61时，激光束产生的热能会除去光导板61部分区域的材料。此时光导板61的激光束扫描面61a上会生成烟尘s。这些烟尘s可借助于吸收和散射预防装置加以清除。

详细情况是，在光导板61的一侧装配一个清除烟尘s的吹气装置1100。吹气装置1100可借助于一个管内通有大于环境大气压力气体的吹气管1101向光导板61的激光束扫描面61a吹气。吹气装置1100在清除光导板61上烟尘s的同时，也冷却了光导板61的激光束扫描面61a。

在光导板61的对面装配有排气装置1110，它的作用是清除吹气装置1100吹来的烟尘s。排气装置1110吸收并清除光导板61激光束扫描面61a汽化产生的丙烯酸树脂烟尘s，这样就避免了这些烟尘s对激光束的吸收和散射干扰。

图12所示内容是根据本发明较佳实施形式将光导图案成型到光导板的系统图。

如图12所示，图案成型系统120包括图案设计系统121、控制系统122、激光系统123、移动头124、镜头125、防止光导板61翘曲的翘曲预防装置、防止激光束被吸收和散射的吸收和散射预防装置。

移动头124包括一个能在X-Y方向机械移动的X-Y移动台126和多个连接到X-Y移动台126的反射镜头127。反射镜头127的作用是将激光系统123的扫描激光束反射到光导板121。

具有本发明上述结构的图案成型系统120在运作中，需要将成型到光导板上的光导图案65的每一图案的设计规则数据输入到图案设计系统121。并将与每一图案坐标值相对应的光导板61激光束扫描面61a各区域的位置信号通过控制系统122传输给移动头124。

移动头124在垂直和水平方向机械移动的同时，脉冲信号会通过控制系统122传输给激光系统123，此时激光系统123就会发射激光束。

激光束受到反射镜头127的反射后，就会通过镜头125扫描到光导板61的激光束扫描面61a上，此时在光导板61表面上就开始光导图案的加工成型工作。结果，诸如点状图案之类的光导图案65就被成型到光导板61的激光束扫描面61a上。

在这种情况下，为预防因激光系统123发射激光束的局部加热而导致的光导板翘曲现象，可对光导板施加一个真空吸力。真空设备910连接到固定光导板61的平板91上，在真空设备真空泵运行过程中，真空吸力通过真空通道911施加到光导板61上。此时光导板61就会真空吸着在平板91上，整个平面会保持水平状态。

另外当真空设备所提供的光导板61与平板91之间的接触作用力不足时，预先设置好的电源就会借助于连接到平板91的加热设备1000向光导板61提供热量，从而消除光导板61上、下表面之间的温度差，这会进一步预防翘曲变形产生。

与此同时，为防止光导板61生成危害图案加工成型的烟尘，安装在光导板61一侧的吹气装置备1100会将预先设定好压力的空气吹向激光束扫描面61a。

吹气装置1100吹走的烟尘会被安装在光导板61另一侧的排气装置1110吸走并排出，这样就预防了电子束的吸收和散射现象。

图13表示与本发明较佳实施形式相应的移动头。

如图13所示，移动头130包括一个能在X、Y方向机械移动的X-Y移动台131和多个连接到X-Y移动台131的反射镜头133。反射镜头133的作用是将装配在移动头130一侧的激光系统132发射的扫描激光束反射到光导板。

X方向放置的水平导轨134装配在X-Y移动台131上。每个反射镜头133均包括第一反射镜头133a和第二反射镜头133b两部分。

第一反射镜头133a装配在水平导轨134上。第二反射镜头133b连接到水平导轨134上并能沿水平导轨134移动。

水平线性马达135装配在水平导轨134上，由于马达驱动，第二反射镜头133b可沿水平导轨134做水平移动。水平线性马达135是连接到第二反射镜头133b的水平移动动力源。

聚焦镜头136连接到第二反射镜头133b上，且可与第二反射镜头133b一起水平移动。

多个垂直导轨137装配在水平导轨134的两端。至少一个垂直线性马达138装配在垂直导轨137上。通过该垂直线性马达138的驱动，水平导轨134可在垂直方向沿垂直导轨137移动。

如上所述，至少一个反射镜头133在水平线性马达135的驱动下，可在水平方向沿水平导轨134移动，同时水平导轨134在垂直线性马达138的驱动下，可在垂直方向沿垂直导轨137移动。

在上述情况下，控制系统139向激光系统132发射光学输出信号，向水平线性马达135发射水平移动信号，向垂直线性马达138发射垂直移动信号。

在具有上述结构的移动头130运作中，第二反射镜头133b因控制系统139发出的移动信号驱动而进行机械移动时，与第二反射镜头133b同步的脉冲信号会经过控制系统139传递给激光系统132，此时激光系统132发出激光束。

激光系统132发出的激光束开始射向装配在水平导轨134一侧的第一反射镜头133a，受到第一反射镜头133a的镜面反射后，再射向第二反射镜头133b。激光束受到第二反射镜头13b镜面的垂直反射后经过聚焦镜头136照射到光导板61的激光扫描面61a上，从而加工成型出激光图案65。当第二反射镜头133b在水平线性马达135的驱动下，在加工区域A内沿水平方向移动时，激光束就会沿水平方向输出并成型出光导图案65。

水平导轨134的两端均连有垂直导轨137，当控制系统139发出的垂直移动信号传输到垂直线性马达138时，水平导轨134可在该垂直线性马达138的驱动下在垂直方向沿垂直导轨137移动。这样激光束就可沿光导板61垂直方向输出，从而就可成型出光导图案65。

现在将上述光导图案成型系统成型出的光导图案形状描述如下。

根据本发明的特征，为达到有效散射和漫射入射到光导板下表面入射光的目的，需在光导板整个表面通过激光扫描过程成型出具有断续形状的光导图案。根据预定设计规则成型出的光导图案是一组间距为预定值的断续图案形状。

图14表示按照第一种实施例成型出光导图案的光导板。此处所示垂直方向沟槽间距P指在垂直于光源配置方向上的相邻沟槽之间的距离；沟槽长度L指在平行于光源配置方向上每一沟槽的长度；水平方向沟槽间距w指在平行于光源配置方向上的相邻沟槽之间的距离。

如图14所示，光导图案145成型在光导板140的一个表面。光导图案145呈断续点线型，且含有多个沟槽。每个沟槽之间都由预定间距分割。

根据与光源143相对位置关系相关的预定设计规则，光导图案145成型到光导板140的激光扫描面141。

具体情况是，光源143装配在光导板140的一个侧壁142上。在光导图案145内，沿光源143的长度方向有多个断续沟槽，在光导板140表面靠近光源143区域的沟槽长度L1要短于光导板140其它区域的沟槽长度。

与此相反，当沟槽离光源143越远，光导板140上成型出的沟槽长度L2与该表面靠近光源143的沟槽长度L1相比就会更大。

光导图案141边缘靠近光源143的沟槽间距P1与光导板141离光源143较远的沟槽间距P2相同。

当光导板140的两个侧壁均安装有光源143时，光导板140的中心区域就成为离光源143最远的位置。此时，光导板140中心区域光导图案145的沟槽就是光导板140整个表面上最长沟槽。与此相反，光导图案145边缘区域的沟槽就是长度最短沟槽。

光导板140上成型的光导图案特征在于，随着离光源143距离的逐渐增大，光导图案145沟槽的长度就会逐渐增大。同时沟槽在平行于光源143的方向上呈不连续的点线型。

因此，距离安装在光导板140侧壁142上的光源143越远，具有断续直线型光导图案140的每一沟槽的长度会逐渐增加以便提高光导量。这样就可避免因离光源143过远而导致亮度降低的现象，从而也就在光导板140的整个平面上获得了均一亮度。

如图12所示，利用该图所示光导图案成型系统的机械驱动，很容易成型出由多个直线沟槽组成的光导图案140。

具体情况是，反射镜头127可沿光源143配置的长度方向，即光导板140的X轴方向匀速移动，移动过程中该反射镜头127通过反射光导板140附近激光系统123发出的激光束在期望位置成型出光导图案145的每一沟槽。

光导板140上成型出的不同沟槽的长度是不同的。这些不同长度的沟槽很容易制得，方法是通过控制与控制系统122输出每一图案坐标值对应位置信号相关的电信号来实现，而非通过控制反射镜头127的机械移动来实现。

对于在光导板140水平方向移动的反射镜头127来说，因光导板140上成型的光导图案145的每一沟槽均呈直线型，故可在无暗线或明线的情况下成型出光导图案145。

图15表示与本发明第二种实施例相应的成型有光导图案的光导板。

如图15所示，光导板150上成型有许多断续直线型沟槽组成的光导图案155。根据与安装在光导板150一侧壁152上的光源153相对关系有关的预定设计规则，光导图案155的每个沟槽成型到光导板150的激光扫描面151上。

光导板150整个激光扫描面上成型的光导图案155的不同沟槽之间具有不同间距。其特征是，光导板150边缘靠近光源153区域的沟槽间距P3大于离光源153较远的中部区域沟槽间距P4。

同样，从光导板150靠近光源153区域逐渐过渡到光导板150中心区域，沟槽间距会逐渐减小。而光导板150边缘区域的沟槽长度L3等于中心区域的沟槽长度L4。

结果，光导板150上光导图案155的沟槽离光源153越远，沟槽间距就越小。在光源配置方向，每一沟槽均呈断续直线型。

尽管沟槽离光源153较远时接收光线不足，但由于光导图案155的沟槽间距相应减小而增大了光导量，这样就避免了亮度的降低。该光导图案155的沟槽可利用上述光导图案成型系统制得。

图16表示与本发明第三种实施例相应的成型有光导图案的光导板。

如图16所示，由多个断续直线型沟槽组成的光导图案165是利用激光束成型到光导板160上的。与光源163距离不同的光导图案165的不同沟槽具有不同的长度和沟槽间距。

具体情况是，在光导板160边缘区域靠近安装在光导板160一个侧壁162上的光源163的沟槽长度L5要短于光导板160离光源163较远的中心区域的沟槽长度L6。而光导板160边缘区域沟槽间距P5则大于光导板160中心区域沟槽间距P6。

同样，从光导板160边缘靠近光源163区域逐渐过渡到光导板160中心区域，沟槽长度逐渐增大而沟槽间距会逐渐减小。

结果是光导图案160上的沟槽距光源163距离不同，光导图案165沟槽的长度和沟槽间距也不同。沿光源163配置方向每一沟槽均呈断续直线型。

具有上述形状的光导图案165是通过控制激光束扫描时间来获得所期望的图案形状的。其特征在于，当上述光导图案成型系统的反射镜头127在光导板160激光扫描面146上方沿水平方向匀速移动时，会收到有关沟槽间距和每一沟槽长度的电信号，根据该电信号可控制激光束扫描时间来制得所期望形状的光导图案。

图17表示与本发明第四种实施例相应的成型有光导图案的光导板。

如图17所示，光导板170上成型有由多个断续直线型沟槽组成的光导图案175。根据与安装在光导板170一个侧壁172上的光源173相对关系相关的预定设计规则，光导图案175的各个沟槽均成型到光导板170的激光扫描面171上。

在光导板173的整个激光扫描平面内，光导图案175在水平方向具有不同沟槽间距w1和w2。其特征在于，光导板170边缘靠近光源173的沟槽间距w1大于离光源173相对较远的中心区域沟槽间距w2。即从光导板170边缘靠近光源173区域逐渐过渡到光导板170中心区域，沟槽间距逐渐减小。

然而，光导板170边缘区域的沟槽间距P7和每一沟槽长度L7分别等于中心区域的沟槽间距P8和每一沟槽的长度L8。光导图案175的每一沟槽均通过上述光导图案成型系统制得。

在上述光导板170上，光导图案175的沟槽离光源173越远，沟槽间距就越小。在光源配置方向，每一沟槽均呈断续直线型。

尽管沟槽离光源173较远时接收光线不足，但由于光导图案175的沟槽间距相应减小而增大了光导量，这样就避免了亮度的降低。该光导图案175的沟槽可利用上述光导图案成型系统制得。

光导图案的形状不仅仅局限于上述实施例，而是可采用任何对光源所发出的光线具有反射、散射和漫射作用的结构形式。同样，在上述实施例中，光导图案的沟槽逐渐远离光源时，通过匹配诸如不同的沟槽间距、沟槽宽度和沟槽长度之类的结构参数来调节光导量的散射特征，可达到光的均一亮度的目的。

图18表示与本发明实施例相应的利用发射激光束到厚度偏差为t₃的光导板的方法成型光导图案的状态图。

如图18所示，光导板181不存在没有厚度偏差的完美平面，通常情况下，光导板181的厚度偏差约为±100μm。当激光束照射到光导板181时，就会成型出具有锯齿形斜面的光导图案185。此时光导图案185成型深度偏差约为±20μm。

甚至在光导板181具有±100μm厚度偏差时，也可利用激光束方法成型，原因是激光束在传播过程中具有汇聚性，传播不同距离的激光束直径变化不大。这样在排除对光导板181厚度偏差影响的前提下，尽管存在成型深度偏差，但对光导板181整个表面均成型光导图案还是可实现的。

如上所述，本发明所涉及的面光源装置、该面光源装置制造方法和制造设备可达到以下效果。

第一.由于至少有一个反射镜头可在X-Y移动台上沿垂直和水平方向机械移动，因此可在大尺寸光导板原材料上成型光导图案。

第二.由于可增大激光系统输出，也可增大移动头的移动速度，故可缩短成型时间。

第三.由于未使用昂贵的激光扫描仪，因此可降低光导板上光导图案成型设备的成本。

第四.由于激光束入射角不会随位置的改变而改变，因此可预防光导图案变形。

第五.在利用激光束扫描光导板的光导图案成型过程中，可预防光导板因受热而发生局部翘曲现象。

第六.可提前预防因光导图案成型过程中产生的烟尘对激光束的吸收和散射作用而导致的激光束能量减小。

第七.在将具有断续和线型的光导图案成型到光导板上时，可避免因激光成型设备移动头沿垂直和水平方向移动时导致的失误。也就是说，可成型出无失误的具有精细图案形状的光导图案。

第八.由于具有断续形状的光导图案是利用激光成型设备中发出的激光束通过电信号传输时间控制成型的，而非通过机械控制成型，这就事先避免了所期望图案中缺陷的产生。

第九.由于光导图案的每个沟槽内表面均呈锯齿形，沟槽的作用类似显微镜头，可改善对光线的散射效果。这样可省略在光导板上额外安装光散射部件。

第十.由于成型方法为非接触方法，且采用具有优良汇聚性能的激光束，因此甚至当光导板存在比较大的厚度分布时，成型时的失误几乎也不会发生。这样，就有可能对具有相当大厚度偏差的光导板原材料进行光导图案成型，这就大幅度削减了制作过程中的原材料成本。

第十一.由于采用激光束扫描光导板的成型方法，这就避免了采用印制成型方法时必须制作模板或模具的过程，也就大幅度缩短了产品的开发和制作周期。

第十二.由于采用激光束光导板本身刻制成型方法，光导板上就不会产生因使用诸如印制材料之类的其它材料而导致的光吸收损失。从而也就大大改善了光的效能。

第十三.在加工成型不同尺寸光导板时，由于不再需要针对不同形状而添加额外设备，这样就改善了量产能力。

第十四.也是最后一条，当报废的面光源装置回收和重新利用时，由于没有附加诸如印制材料之类的额外材料，这将降低产品重新利用的成本。

虽然本发明已以数个不同实施例阐述如上，然而任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可进行少许改动和润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定者为准。

Claims (17)

1.一种面光源装置，其特征在于包括：

光导板，由激光束成型且在整个光导板表面区域内能够以均一亮度对光线进行散射和漫射；和

光导图案，由多个断续形状的沟槽组成，这些沟槽是通过激光系统发出并经过反射镜头入射到光导板激光扫瞄面的激光束扫瞄成型的，沟槽是当反射镜头在X轴导轨上水平移动，且X轴导轨相对于Y轴导轨垂直移动时通过控制激光束扫瞄时间成型的，其特征在于：沟槽满足以下方程式，

d(μm)×w(μm)/p(μm)＝25～65，

其中t(mm)/S(mm²)范围为6×10^-5到1.2×10^-4，

式中t表示光导板厚度，S表示光导板加工表面面积，d表示光导图案加工深度，w表示光导图案每个沟槽的刻线宽度，p表示光导图案沟槽垂直于光源配置方向上的间距；

至少一个光源，该光源装配在光导板的一个侧壁且能向光导板发射光线；以及

反射板，安装在光导板下表面。

2.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，光导图案在平行于光源配置的方向上呈断续点线形。

3.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，在光导图案中，当沟槽离光源越来越远时，沟槽的长度逐渐增加。

4.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，在光导图案中，当沟槽离光源越来越远时，沟槽垂直于光源配置方向上的间距逐渐减小。

5.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，在光导图案中，当沟槽离光源越来越远时，沟槽的长度逐渐增加且沟槽垂直于光源配置方向上的间距逐渐减小。

6.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，在光导图案中，当沟槽离光源越来越远时，沟槽平行于光源配置方向上的间距逐渐减小。

7.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，在光导图案中，当沟槽离光源越来越远时，沟槽的长度逐渐增加，沟槽垂直于光源配置方向上的间距逐渐减小，沟槽平行于光源配置方向上的间距逐渐减小。

8.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，光导图案每一沟槽的刻线宽度应介于100-600μm之间。

9.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，光导图案沟槽垂直于光源配置方向上的间距应介于0.2-2mm之间。

10.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，光导图案每一沟槽的深度应介于20-200μm之间。

11.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，光导图案每一沟槽的剖面形状应呈不规则锯齿形，以改善光线的散射特征。

12.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，至少在光导板上安装一个光散射设备，用以散射光导图案反射后的光线。

13.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，激光束包括波长大于10μm处于红外线波段范围内的光线。

14.一种面光源装置的制造方法，其特征在于包括：

发射激光束，将由许多沟槽组成的光导图案成型到光导板一个表面，发射激光束时应控制一定的参数范围，使参数范围满足以下方程：

d(μm)×w(μm)/p(μm)＝25～65，

其中t(mm)/S(mm²)范围为6×10^-5到1.2×10^-4，

式中t表示光导板厚度，S表示光导板加工表面面积，d表示光导图案加工深度，w表示光导图案每个沟槽的刻线宽度，p表示光导图案沟槽垂直于光源配置方向上的间距；

至少安装一个光源，该光源装配在光导板一个侧壁并发射光线到光导板；以及

在导光板下表面安装反射板，其中该反射板反射来自光源且在光导板成型有光导图案的光导平面内传播的光线。

15.如权利要求14所述面光源装置的制造方法，其特征在于，在成型光导图案的步骤中，所成型的光导图案每一沟槽的刻线宽度应介于100-600μm。

16.如权利要求14所述面光源装置的制造方法，其特征在于，该光导图案是通过激光系统发射的照射到光导板整个表面的激光束扫描成型的。

17.如权利要求14所述面光源装置的制造方法，其特征在于，在光导板上方至少安装一个光散射设备，以散射光导图案反射的光线。

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