CN100445826C - 导光板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导光板及其制备方法。该导光板包括一入光面、一出光面及一与出光面相对的反射面，该三个面中至少一面上形成有多个轴向截面为圆弧形的凹槽和轴向截面为有棱角的凹槽，该两种凹槽按预定光学图形规则排布。该轴向截面为圆弧形的凹槽能调整光束面均匀度；轴向截面为有棱角的凹槽能调整光束方向性，使光束从导光板出光面一定分布角度内射出，增强该范围内光束亮度。因此，本发明所提供的导光板能使其出光面出射的出射光均匀明亮，适合应用于非自发光平面显示器的背光模组中。本发明还提供该导光板的制备方法。

Description

导光板及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种导光板及其制备方法，特别涉及一种用于非自发光平面显示器背光模组的导光板及其制备方法。

【背景技术】

非自发光平面显示器(如液晶显示器)的光源来自平面光源模组，透射型液晶显示器采用背光模组，反射型显示器采用前光模组。背光模组是一种将线形光源(如冷阴极管)或点状光源(如发光二极管)转换成高亮度和面均匀度的平面光源的模组结构。

如图12和图13所示，为传统背光模组的构造：冷阴极管1置于导光板2端面，导光板2反射面形成有高密度的微结构3，导光板2上端设置一下扩散片4，扩散片4上端设置一下棱镜片5及一上棱镜片6，一上扩散片7置于背光模组最上层。

光源发射的光束进入导光板，导光板反射面上的微结构破坏光束在导光板内传导的全反射条件，调整出光面方向出射光束的面均匀度；上下扩散片具有扩散光束的功能；上下棱镜片调整出射光束方向，使得光束主要以导光板法线方向出射。

导光板2反射面的微结构3可为圆形、碗形、椭圆形或半圆形微结构的构造，以调整其出光面方向出射光束的面均匀度；微结构大小从毫米到微米级，微结构尺寸越小，则将出光面方向出射光调整得越均匀，并可降低微结构影像破坏显示器影像品质，可省去背光模组中设置的多片扩散片，此为导光板微结构微细化需求。

导光板2出光面可为镜面，也可设置微结构以取代前述棱镜片功效。若设置V形凹槽微结构，则其光学结构与传统出光面镜面结构导光板加上一片棱镜片合成的光学结构相同，因此可以去除一片棱镜片；若设置金字塔形微结构，则其光学结构与传统出光面镜面结构导光板加上二片棱镜片合成的光学结构相同，因此可去除二片棱镜片。但两者皆需精确掌控微结构斜面与顶角，此为导光板微结构多样与尺寸精确化需求。

如果将圆形、碗形、椭圆形或半圆形等调整光束面均匀度的微结构与V形、金字塔形等调整光束方向的微结构结合起来，以一定光学几何图形形成于导光板入光面、出光面或反射面，则可去除扩散片和棱镜片，且既能确保导光板出光面方向出射光束的面均匀度和亮度，又能简化背光模组结构，但需要精确、易实现微结构多样化微细化以及成本合理的加工方法。

传统导光板表面微结构形成方法，主要有以下方式：

1.网版印刷式：(如美国专利第5,988,826号、美国专利第6,199,994号)在导光板表面用网版印刷油墨或树脂。其主要缺陷在于：局限于网版网目的大小，微结构大小在300微米以上，且形状不稳定，不具有多样化能力。

2.机械加工式：以成型钻石刀具加工母模，经电铸翻模制造一模仁，再利用模仁以塑胶射出或热压方式成型导光板。该方法可控制所成型的微结构的形状与尺寸，而具有微结构多样化能力。其主要缺陷在于：局限于机械加工的物理极限，其微结构的尺寸在数十微米以上，而无法微细化。

3.光阻光刻铸模式：(如美国专利第5,776,636号、中国专利第01104227号)是以光阻涂布在基板上，光阻经曝光、显影在基板上成型出微结构的形状后，再以电铸翻模方式成型一模仁，再利用模仁以塑胶射出或热压方式成型导光板。其主要缺陷在于：制程较为复杂，成本高。

综上所述，传统背光模组具有结构复杂、不利于液晶显示器薄形化的缺点，传统的在导光板上形成微细结构的方法存在其所形成的微结构不够多样化和微细化、且制程复杂、成本高的缺点，因此，提供一种确保光源亮度和均匀度且简化背光模组的导光板、以及该导光板的制备方法非常必要。

【发明内容】

为解决现有技术非自发光平面显示装置中背光模组结构复杂、不利于显示装置薄形化、传统方法在背光模组中导光板上形成的微结构不够多样化和微细化、且制程复杂、成本高的技术问题，本发明的第一目的在于提供一种确保光亮度和均匀度且简化背光模组的导光板。

本发明的第二目的在于提供一种能在导光板上形成多样化、微细结构且制程简单、成本低的导光板制备方法。

为实现第一目的，本发明所采取的技术方案是，提供一种导光板，该导光板包括一入光面、一出光面及一与出光面相对的反射面，其入光面、出光面及反射面中至少一个面上形成有多个轴向截面为圆弧形的凹槽和轴向截面为有棱角的凹槽，该多个凹槽按预定光学图形规则排布。

其中轴向截面为圆弧形的凹槽包括碗形、椭圆形或半圆形等轴向截面为圆弧形的凹槽，具有调整光面均匀度的功能；轴向截面为有棱角的凹槽包括轴向截面为V形或U形等的凹槽，具有调整光束方向性的功能，使光束从导光板出光面一定分布角度内出射，增强该范围内光束亮度。

为实现第二目的，本发明所提供的技术方案是：提供一种导光板的制备方法，其包括：提供一具有多个不同形状压头的压印机，该压头包括可压印出轴向截面为圆弧形的凹槽的压头和可轴向截面为有棱角的凹槽的压头；提供一导光板板材；驱动压印机，在板材上预定区域压印具有一定形状的第一凹槽；变换不同形状的压头，在板材上另一预定区域压印不同形状的第二凹槽；重复上一步骤多次，在板材上不同预定区域压印不同形状的多种凹槽。

本方法进一步的特征在于压印机为高速高精度的压印机，驱动机构包括活用线性马达驱动或压电材料驱动。

与现有技术相比，本发明所提供的导光板及其制备方法有以下优点：导光板入光面、出光面以及反射面中至少一个面上形成有轴向截面为圆弧形、可调整光线面均匀度的凹槽和截面为有棱角、可调整光束方向、增强出射光亮度的凹槽，两种凹槽结合，确保导光板出光面出射光均匀明亮，从而可省去传统背光模组中扩散板、棱镜片等结构，简化背光模组，从而可使平面显示器薄形化。本发明所提供的导光板制备方法能实现凹槽多样化、尺寸微细化，并且制程简单、成本低，可实现高速高精度压印。

【附图说明】

图1是提供一压头的示意图。

图2是在导光板上压印一凹槽的示意图。

图3至图5是提供的不同形状压头的示意图。

图6是在导光板上形成线状凹槽的示意图。

图7是图6中线状凹槽沿VII-VII线的剖面示意图。

图8至图10是导光板反射面多种不同形状的凹槽排列而成的各种图案示意图。

图11是导光板制备方法流程图。

图12至图13是传统背光模组示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图来说明本发明所提供的导光板及其制备方法：

如图11所示，本发明所提供的导光板制备方法包括下列步骤：

步骤10，提供一具有多个不同形状压头的压印机；该压头一般由金刚石等硬度大、耐磨的材料经过精细加工而成，使用寿命长。

压头具有如图1、图3、图4、图5所示的不同棱锥或圆锥形状，还可以具有球形或棱柱形等其他形状，其可以根据光学设计要求自由设计，而不局限于锥形、球形或柱形。锥形压头可以压印出轴向截面为V形的凹槽，柱形压头可以压印出轴向截面为U形的凹槽，轴向截面为V形或U形等有棱角形状的凹槽具有调整光束方向性的功能，使光束从导光板出光面一定分布角度内出射，增强该范围内光束亮度。球形压头可以压印出轴向截面为碗形、椭圆形或半圆形等光滑圆弧形的凹槽，这种凹槽具有调整光线面均匀度的功能。压头形状的多样性决定后续步骤中压印出来的凹槽形状多样性，将克服现有技术中光刻或网版印刷等加工导光板微槽方法不能形成型状多样化凹槽的缺陷。

由于凹槽尺寸大，将影响显示器影像品质，因此要求凹槽尺寸尽量小。本发明所提供的压头尺寸可决定凹槽尺寸，确保凹槽尺寸微细程度。如图1所示，压头11宽度b以及压头长度h可达到5微米以下。而机械加工时，由于物理极限限制，槽深1微米时，槽宽将在10微米以上。所以本发明所提供的凹槽加工方法将解决现有技术中对于槽的长度非常短、极限情况下点状凹槽、曲线形状急剧变化的槽的加工还没有合适的方法的技术问题。

步骤20，提供一导光板板材；该导光板板材为一般用作导光板的塑胶材料，可以为矩形平板，也可以为一端厚、另一端相对较薄的矩形板。优选的，在板材至少一表面上形成符合光学原理的几何图形。

步骤30，驱动压印机，在板材一预定表面上预定区域压印第一凹槽；如图2所示，采用图1所示的压头11在导光板上压印一次，形成凹槽12。为实现大规模加工，压印机可以选用高速高精度的压印机，压印机可采用活用线性马达驱动或压电材料驱动，实现高速高精度压印。

步骤40，变换不同形状的压头，在导光板板材预定表面上另一预定区域压印不同形状的第二凹槽。压头一次压印形成一个微小凹槽，多次压印形成多个凹槽，如果将压头步进方向的步进长度设定得较小，反复进行连续的压印加工，则多个凹槽连在一起得到所需要的槽的长度，形成线状凹槽。线状凹槽可以是直线凹槽，也可以是曲线凹槽(包括圆弧曲线和自由曲线)，可以是连续线，也可以是断线，均可通过控制压头压印深度、压印方向或压印步长而灵活确定。

如图6所示，压头连续压印形成多个微小凹槽连接在一起的线状凹槽13，其沿VII-VII线的剖面示意图如图7所示。如果该步进长度设定得足够小，则可以减少相接压痕之间接痕产生的凹凸(如图7所示沟槽底部的凹凸)，从而得到比较平滑的槽。

步骤50，重复步骤40多次，在板材预定表面不同预定区域压印不同形状的多种凹槽。步骤30至步骤50形成的多种凹槽按一定光学图形规则排布。

优选地，在压印机上设置一电子控制装置，用以控制不同形状的压头的变换以及压印深度、压印方向或压印步长。

由于压印会造成压点凹槽周围突起，该突起在影响导光板性能时，可以通过切削、研削、研磨、抛光等加工方法去除。

相对于光刻技术，本方法制程简单，所需设备成本低。

根据上述方法制备的导光板如图8至图10所示，该预定表面为导光板一反射面，该反射面上形成的多种凹槽组成多种图案，图中所示为导光板及其反射面上图案的宏观示意图，由于单个凹槽尺寸在微米级以下，所以图中没有表示。可以理解的是，采用本发明的方法在导光板入光面、出光面以及反射面中至少一个面上形成有多种凹槽，且该多种凹槽是多种截面为圆弧形的凹槽和截面为有棱角的凹槽的组合，单个凹槽为点状凹槽，多个凹槽连在一起形成线状凹槽，点状凹槽与线状凹槽交错相间排列而形成不同的光学图形，可调整光束面均匀度和方向性，增强导光板出光面上出射光的均匀度和亮度。

第一实施例如图8所示，导光板100包括一入光面101、一出光面102及一与出光面102相对的反射面103，入光面101一端靠近背光模组中的光源110和120，反射面103上形成有多个截面为圆弧形的凹槽和截面为有棱角的凹槽，该不同凹槽形成长短不一的直线状凹槽105，直线状凹槽105以光源110和120为中心分散排列。

第二实施例如图9所示，导光板200包括一入光面201、一出光面202及一与出光面202相对的反射面203，入光面201一端靠近背光模组中的光源210和220，反射面203上形成有多个截面为圆弧形的凹槽和截面为有棱角的凹槽，该不同凹槽形成圆弧曲线凹槽205，圆弧曲线凹槽205为连续的线状凹槽，以光源210和220为圆心扩散排列。

第三实施例如图10所示，导光板300包括一入光面301、一出光面302及一与出光面302相对的反射面303，入光面301一端靠近背光模组中的光源310，反射面303上形成有多个截面为圆弧形的凹槽和截面为有棱角的凹槽，该不同凹槽形成曲线凹槽305，曲线凹槽305是由单个凹槽的点状凹槽与线状凹槽交错相间排列组成的虚线形凹槽，以光源310为中心扩散排列。光源310适合设置于导光板300的一角。

导光板入光面、出光面及反射面中任意一面上的多个截面为圆弧形的凹槽和截面为有棱角的凹槽排列而成的图案可以作出多种变化，两种凹槽的不同搭配对光源均匀度和亮度的调整具有不同效果，本发明实质应不限于上述具体实施方式。

与现有技术相比，本发明所提供的导光板及其制备方法有以下优点：导光板入光面、出光面以及反射面中至少一面上形成有调整光束面均匀度的凹槽和调整光束方向、增强光束亮度的凹槽，两种凹槽结合，确保导光板出光面上出射光均匀明亮，从而可省去传统背光模组中扩散板、棱镜片等结构，简化背光模组，从而可使平面显示器薄形化。本发明所提供的导光板制备方法能实现反射面凹槽多样化、尺寸微细化，并且制程简单、成本低，可实现高速高精度压印。

Claims (10)

1.一种导光板，其包括一入光面、一出光面及一与出光面相对的反射面，其特征在于该入光面、出光面以及反射面中至少一个面上形成有多个轴向截面为圆弧形的凹槽和轴向截面为有棱角的凹槽，该多个凹槽按预定光学图形规则排布。

2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于轴向截面为圆弧形的凹槽包括碗形、椭圆形或半圆形凹槽。

3.如权利要求1所述的导光板，其特征在于轴向截面为有棱角的凹槽其轴向截面形状包括V形或U形。

4.如权利要求1所述的导光板，其特征在于部分凹槽紧密相连成线形凹槽，单个凹槽与线形凹槽交错相间排列。

5.如权利要求4所述的导光板，其特征在于导光板反射面上的单个凹槽为点状凹槽，且该导光板在靠近入光面侧至少具有一虚拟的中心，该点状凹槽与线形凹槽在该反射面上以该虚拟的中心为圆心呈弧形分布。

6.一种导光板制备方法，其包括下列步骤：

提供一具有多个不同形状压头的压印机，该压头包括可压印出轴向截面为圆弧形的凹槽的压头和可轴向截面为有棱角的凹槽的压头；

提供一导光板板材；

驱动压印机，在板材一表面预定区域上压印第一凹槽；

变换不同形状的压头，在板材表面另一预定区域上压印不同形状的第二凹槽；

重复上一步骤多次，在板材表面不同预定区域上压印不同形状的多种凹槽。

7.如权利要求6所述的导光板的制备方法，其特征在于压头包括球形压头、柱形压头以及锥形压头。

8.如权利要求6所述的导光板的制备方法，其特征在于压印机驱动机构包括活用线性马达驱动或压电材料驱动。

9.如权利要求6所述的导光板的制备方法，其特征在于压印机上设置一电子控制装置，用以控制压头变换以及压印深度、压印方向或压印步长。

10.如权利要求6所述的导光板的制备方法，其特征在于预先在导光板板材至少一表面上形成图案，在该表面上按该预定图形规则压印凹槽。

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