CN101364004A - 设有图形的背光单元导光板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用一种激光构图方式在表面上构图的背光单元导光板，所述构图方式可控制所述图形构成曲线状的深度轮廓线。具体涉及具有由一种构图方式形成的图形的导光板，该构图方式在导光板的一面构图时，使图形的深度随着与光源的距离而变，从而使入光部的光的反射在标准值内最小化，进而使光源以最小的损失传递到背光部。

Description

设有图形的背光单元导光板

技术领域

本发明涉及一种利用激光器来在导光板表面形成曲线状的图形深度轮廓线的方法及利用该方法形成有图形的背光单元导光板，具体涉及具有由一种构图方式形成的图形的导光板，该构图方式在导光板的一面构图时，使远离光源处的图形深度加深，从而使入光部的光的反射在标准值内最小化，进而使光源以最小的损失传递到背光部。

背景技术

在平板显示器技术领域中商业化和实用化最广泛的液晶显示器，由于其本身不能发光，因此需要设置一种所谓背光单元(Backlight unit)的发光装置，液晶显示器的性能不仅取决于其本身的特性，在很大程度上还有赖于上述背光单元的性能。

这种背光单元大致可分为导光板、光学薄膜、灯组件及模架(moldframe)，而具有如此结构的液晶显示器按照背光单元的灯位置可分为直下式(direct light)和侧光式(edge light)。

直下式是通过扩散板把来自光源的光均匀调整后向液晶面板发射的方式；侧光式则是利用导光板反射由导光板侧面发出的光后，将其向液晶面板发射的方式。从最新技术的趋向来看，随着液晶显示器(LCD)模块的轻薄化趋势，侧光式则受到更多的青睐。

这种侧光式背光单元中，灯组件设置在导光板的侧面，并由用于发光的灯和以围绕灯的形状构成并将由灯发射的光反射到导光板的灯反射片组成。

采用侧光式的背光单元最好能够把光均匀散射，从而在导光板上实现均匀的亮度，因此需要在导光板的一面形成预定形状的图形。

以往在导光板上构图的方式有机械式的利用钻石形成V-凹槽(V-notch)的方法、照相平板印刷法及激光构图法。

首先，利用钻石的机械性的切割方式有如下缺点：其速度相对较慢，降低生产性，由于加工面的粗糙，不能均匀地散射光，按原样再现期望的图形形态的再现性下降。

照相平板印刷法则在利用掩膜图形进行曝光、显像之后使用蚀刻液时，由于蚀刻液浸入掩膜与导光板之间，因此形成精细的图形有一定的难度。而且当导光板是薄板时存在着可重复性下降的问题，另外由于使用蚀刻液，导致环境问题。

因此，最近越来越普遍使用利用激光器来形成导光板图形的方法。

以往的利用激光器来在导光板上构图的方法则通过调节导光板平面上的X轴间距、Y轴间距、个别图形的大小等三个变量来产生激光，并借由此激光来在导光板的表面上构图。如此形成的图形形状如图1所示。

图1是利用以往的激光构图方式所形成的导光板图形形状的示意图。

如图1中圆内放大图所示，利用以往的激光构图方式所形成的导光板的个别图形呈现条(bar)状，这种条状的个别图形形状则通过调节X轴间距(A)、Y轴间距(B)、大小(C)来反复形成。

利用上述以往的激光构图方式形成有图形的导光板，同利用上述照相平板印刷法的导光板相比其亮度增加8％-10％。同时，由于导光板的表面由激光加工成阴刻图形，因此不会因蚀刻液的使用而导致环境问题，因此该方式是一种环保型加工方式。

然而，以往的激光器在应用于背光单元的导光板上构图时，其激光输出量在构图的全过程中始终一致，由此统一形成具有相同深度及形状的图形。但由于其仅仅通过调整个别图形的大小、个别图形间X轴、Y轴间距来调整Y轴向位移(displacement)，因此其位移变化量大的地方会出现低亮度暗线(dark line)。

此外，随着X轴向及Y轴向的激光占空比(duty)的变化量的调整无规则性，屏幕上会出现条纹或斑点等龟纹现象。

另外，调整激光占空比的因素只有X轴间距、Y轴间距、条状图形的大小等三个，因此不便于调整亮度及图形外观的分布，且效率低下。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明的目的是对背光单元导光板进行激光加工时，对每一个图形线分别输出不同量的激光，从而形成图形深度轮廓线，以防止在以往的激光构图方式下总要发生的图形暗线。

本发明的另一个目的是，通过形成点状(dot)的个别图形，并且通过对每个点状图形分别控制包括激光输出量的激光占空比来提高亮度。

本发明的再一个目的是，通过控制点状的个别图形的形状及大小变化，以减少Y轴向的位移变化量，并且有规则地改变X轴向及Y轴向的激光输出，以防止暗线的出现，并防止外观不良。

本发明的还有一个目的是，在以往方式下的激光占空比的调整因素基础上，再增加激光输出量、取决于所述激光输出量的点状图形的形状及深度等因素，从而实现更加精细且效率更高的亮度及图形外观的分布调整。

为解决上述目的，本发明采取以下技术方案。本发明的设有图形的背光单元导光板，其一侧设有光源，并以设有所述光源的一侧作为Y轴的原点，由X轴和Y轴形成一平面，其一面上设有图形。其中，所述图形的深度在Y轴坐标上变化，而且椭圆形的每个阴刻图形间隔开预定间距。

本发明的设有图形的背光单元导光板，其最好是随着Y轴坐标的增加，所述阴刻个别图形的幅度或宽度中至少一个增加，以利于提高亮度及防止外观上的不良情形。

本发明的设有图形的背光单元导光板最好是通过激光器构图，以利于构图效率。

另外，上述随Y轴坐标的变化而改变深度的图形，其深度变化轮廓线最好是由B样条插补方法来形成，从而有利于形成平滑曲线状的图形深度轮廓线。

根据本发明，用激光加工背光单元导光板时，可对每个图形线分别应用包括不同输出量的激光占空比来形成图形深度轮廓线，由此防止以往图形的激光加工时总要发生的暗线。

另外，本发明可通过形成点状(dot)的个别图形，并对每个点状图形分别控制激光占空比及大小变化来提高亮度。

另外，本发明可通过控制点状个别图形的形状及大小变化，减少Y轴向位移的变化量，并有规则地改变X轴及Y轴向激光输出，从而防止暗线的出现及外观不良。

另外，本发明在以往方式下的激光占空比的调整因素基础上，再增加激光输出量、取决于所述激光输出量的点状图形的形状及深度等因素，从而能够实现更加精细且效率更高的亮度及图形外观的分布调整。

附图说明

图1是通过以往的激光构图方式形成的导光板的图形形状示意图。

图2a是本发明的设有图形的背光单元导光板的剖面图。

图2b是表示本发明的设有图形的背光单元导光板之图形深度轮廓线的图表。

图3是在本发明的背光单元导光板的构图工序中使用的激光器示意图。

图4a是表示根据渐进式曲线插补方法，随Y轴坐标的增加而改变激光占空比后结果的图表。

图4b是表示根据B样条曲线插补方法，随Y轴坐标的增加而改变激光占空比后结果的图表。

图5a是表示根据渐进式曲线插补方法，随Y轴坐标的增加而改变激光焦点后结果的图表。

图5b是表示根据B样条曲线插补方法，随Y轴坐标的增加而改变激光占空比后结果的图表。

图6是本发明背光单元导光板一实施例的检测部分的示意图。

图7a和图7b是表示基于本发明的实施例及比较例的背光单元导光板图形之密度变化曲线的图表。

图8a和图8b是表示基于本发明的实施例及比较例的背光单元导光板图形的整体形状的CAD图片。

图9是本发明的实施例及比较例中入光部的检测点示意图。

图10是利用25点检测法对本发明的实施例及比较例所进行的光检测结果图。

图11是利用9点检测法对本发明的实施例及比较例所进行的光检测结果图。

具体实施方式

下面参照附图，详细说明本发明的设有图形的背光单元导光板。

图2a是本发明的设有图形的背光单元导光板的剖面图，图2b是表示图2a所示导光板剖面图中图形深度轮廓线的图表。

如图2a所示，由本发明的设有图形的背光单元导光板的构图方法所形成的图形的深度具有随着离开光源即Y坐标的增加而变化的轮廓线，由此使发自光源的光被反射后具有相同的亮度。此外，个别图形分别具有阴刻椭圆形形状。

上述图2a中，如果在导光板的Y轴两端设置光源，如图2b所示，随着Y轴坐标的增加，通过导光板的图形剖面显示出的图形深度T轮廓线(profi le，在图4b中用“A”表示)应具有抛物线形状。

其中，具有相同Y坐标的每一个X轴线上所形成的图形所适用的是相同的激光占空比和焦点，因此在所述相同的线上所形成的个别图形的宽度、幅度、个别图形间的X轴间距均相同。

由于需要对导光板上每个X轴线上形成的图形适用不同的深度，因此对每个线均适用相同的激光输出量的利用以往激光器的加工方法则很难制造出这样的图形。

即，不仅需要通过脉冲信号的段落来改变激光占空比，由此改变个别图形在二维平面上的大小外，还需要改变在每个线上分别形成的图形深度，因此还需要改变激光输出量。由于这种原因，激光器需要内置能够同时处理庞大的数据量的控制系统。

另外，如果上述抛物线轮廓线形成得不够正常，发自光源的光无法传递到屏幕中央而损失，屏幕中央的亮度将低于边缘部的亮度。因此为了防止所述中央部的亮度损失，需要分别对每个图形线适当地调节包括激光输出量的激光占空比及焦点。

当制造本发明的设有图形的背光单元导光板时，可使用能够调节包括激光输出量的激光占空比的激光器。而为了实现迅速而有效的图形加工，最好使用具有如下控制系统的激光器。

图3是为解决上述目的而在本发明的背光单元导光板的构图工序中使用的激光器的示意图。

如图3所示，用于对本发明的背光单元导光板构图的激光器100包括：用于控制动作部20及输出部30的控制系统10；优选由伺服电机和伺服驱动器构成，通过动作信号来控制输出部30动作的动作部20；由动作部20移动，并通过输出信号来输出激光，在导光板上构图的输出部30。

另外，本发明的控制系统10包括：程序部1，执行和输出部的动作及激光输出有关的程序；本地总线2，与所述程序部1相连，接收及处理导光板上和特定Y轴相应的、每个X轴线上的图形数据；动作控制部3，利用来自本地总线2的数据，控制动作部20；输出控制部4，利用来自本地总线2的数据，控制输出部30。

程序部1执行各种控制数据及程序，并将用户设计的CAD图形数据按操作顺序排列，将所述CAD图形数据转换成脉冲信号以作为激光输出信号。所述程序部由计算机的CPU构成。

动作控制部3和输出控制部4最好同输入输出端5一起设置在由PCI总线(peripheral component interconnect bus)构成的相同的本地总线2上，以接受实时控制。将PCI总线作为本地总线2使用，是因为PCI总线已作为本地总线2商业化，即使CPU的种类不同，只要具有与此对应的桥接电路，就能与任何CPU均可以连接使用，即具有兼容性。

如此通过把动作控制部3和输出控制部4设置在同一个本地总线2上，从而构成控制系统10，还可以防止如前所述以往技术中的难题，即可以防止在控制输出变化时处理时间被延迟的问题。

即所述控制系统10的技术特征如下：为了防止以往技术中需配置另外的输出变化控制部5′，从而在完成对前一个X轴线的构图操作后，为了执行对后一X轴线的操作，执行用于调整针对后一X轴线的包括激光输出量的激光占空比及焦点的输出变化过程时，其处理时间被延迟的问题，本发明省略了输出变化控制部5′，并在同一个本地总线2上均设置动作控制部3及输出控制部4，从而实现了在本地总线2统一处理输出信号变化的控制系统。

下面说明利用具有如上结构的激光器100来制造导光板图形的方法。

本发明的背光单元导光板的构图方法包括数据运算步骤S10及构图步骤S20。

在数据运算步骤S10中，由程序部1读取由用户设计并存储的图形数据，并将其按操作顺序排列，并把上述图形数据转换为脉冲信号以作为激光输出信号。该步骤是正式执行构图步骤S20前的预备步骤。

在构图步骤S20中，本地总线2按照先入先出方式顺序接收所述脉冲信号中和导光板上特定的Y轴坐标相应的每一个X轴线的加工数据，并向动作控制部3及输出控制部4分别传送动作信号及输出信号，从而移动输出部30，而所述输出部30则通过控制激光占空比及焦点，从导光板的上端到下端依次构图。

构图步骤S20中，在调节所产生的激光占空比时，按照Y轴坐标改变激光输出量，从而使所形成的图形深度及其大小随Y轴坐标的增加而加深。

当然，和以往的方式同样地能够通过调节X轴及Y轴长度、X轴及Y轴间距来形成个别图形。

如此形成的图形深度轮廓线呈现一曲线状，而这一曲线调控得越平滑，就能获得越精细的图形，而精细的图形能够使由导光板的图形散射的光实现均匀的亮度。因此，需要提供曲线插补(Curve Interpolation)方法来控制预先形成在程序部1中的图形曲线，以使所述图形深度轮廓线呈现平滑的曲线。

曲线插补方法可以通过对每一个线分别控制激光占空比来实现。

首先，在上述曲线的插补方法中，观察应用渐进式曲线插补方法的情况。根据上述渐进式变化法，设L1是输出部30的要变化的第一个Y坐标值、设L2是输出部30的要变化的第二个Y坐标值、设La是在L1位置变化的激光输出量、设Lb是在L2位置变化的激光占空比、设R1是从L1向L2位置移动时的激光输出量的变化率时，上述激光输出量的变化率从数学式R1＝(La-Lb)/(L2-L1)导出，设A1是当前的上述输出部的Y轴坐标、设S为要应用的激光输出量时，应用于与Y轴上的特定值对应的一个X轴线上的上述激光输出量由数学式S＝R1*A1导出。

图4a及图5a分别表示在渐进式曲线插补方法下所述激光占空比及焦点(镜筒的增加值)随Y轴坐标值的增加而改变的结果。

如图4a及图5a所示，如果使用上述渐进式曲线插补方法，点之间无法连接成平滑的曲线，构图后有可能在图形上形成分界线或条纹等。因此，为防止这种情形有必要把曲线控制成具有平滑连接状。

因此本发明使用B样条(B-spline)插补方法以作为上述曲线插补方法。

所述B样条曲线插补方法可应用在以下情况：如果事先确定对曲线上多个控制点Po、P₁、P₂....Pn的坐标值(即对图形中每个线的激光占空比)，输出控制部4就可以在对每个线执行构图操作时指令所述激光占空比，从而补偿连接Po、P₁、P₂....Pn的曲线具有平滑的连接状。

所述B样条插补方法所应用的数学式是在一般的B样条曲线上通用的公式，在(d-1)次多项式中，当d为在2≤d≤n+1范围内任意选择的整数时，用于近似(n+1)个控制点中每一个第k次位置向量P_k的B样条曲线可用以下公式表示。

$P\left(u\right)=\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_k{N}_{k,d}\left(u\right),u_{\min }\≤u\≤u_{\max }.2\≤d\≤n+1$

其中，u为定义在预定范围u_min≤u≤u_max内的参数，N_k，d(u)为样条基函数，用以下递归公式(Recurrence Relation)定义。

$N_{k,1}=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if}{u}_k\≤u\≤u_k.;\\ 0.& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$N_{k,d}\left(u\right)=\frac{u-u_k}{u_{k+d-1}-u_k}{N}_{k,d-1}\left(u\right)+\frac{u_{k+d}-u}{u_{k+d}-u_{k+1}}{N}_{k+1,d-1}\left(u\right)$

其中，u_k表示节点(knot)，u₀、u₂...u_m表示当m＝n+d时在n+d+1个区间内的节点，这种节点的集合就构成节点向量(knot vector)。

上述样条基函数N_k，d(u)是定义在从第k到第k+d区间内的控制点之间d个区间内的函数，其对在上述d个区间内产生影响的曲线进行局部控制。

如果所形成的节点向量不均匀(non-uniform)，可应用基于由NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline：非均匀有理B样条)定义的数学式的插补方法。

即，当给定n+1个控制点时，所述数学式可以表示如下：

$P\left(u\right)=\frac{\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{P}_k{N}_{k,d}\left(u\right)}{\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{N}_{k,d}\left(u\right)}$

其中ω_k是第k个控制点的权值，曲线的形状就根据上述权值和样条基函数而变化。

应用基于上述几个数学式的B样条曲线插补方法来控制激光占空比及焦点的结果分别如图4b及图5b所示。

如图4b及图5b中黄实线部分所示，如果利用所述B样条曲线插补方法，连接各控制点的曲线上不会出现阶差，因此可以形成较平滑的图形深度轮廓线，进而可以执行更为精细的控制来防止图形上出现分界线。

下面通过本发明的较佳实施例及比较例，说明通过如上构图方法构图的本发明的背光单元导光板。

首先，为了观察依据所述构图方法所形成的图形的形状及排列、个别图形的大小，如图6所示，检测了一侧设有光源的背光单元(型号名：LTN154BT02)导光板中离光源最近的入光部10mm处、中央部及离光源最远的反入光部10mm处的图形的X轴及Y轴向长度、排列形状、个别图形的形状。

上述检测结果如下表一所示。

【表一】

                                         <单位:μm>

如表一所示，所形成的个别图形表现出在X轴方向上具有长轴的椭圆形形状。其排列如下：在入光部、中央部、反入光部的X轴向及Y轴向间距(pitch)分别为747μm、554μm、414μm，并越从入光部靠进反入光部，其间距越小。

另外，从所形成的个别图形的大小来看，入光部及反入光部的个别图形的X轴向长度分别为170μm、236μm，Y轴向长度分别为72μm、112μm，图形深度分别为12μm、47μm，其数据变大。

接着，来看一下表示图形的密度变化曲线的图7a和图7b。其中图7a是比较例的图表，表示基于以往的构图方式所形成的图形在不同的Y轴坐标下，X轴线上的图形密度；图7b表示基于本发明实施例的构图方式所形成的图形在不同的Y轴坐标下，X轴线上的图形密度。

所述图7a及图7b中，图表的横轴表示导光板图形在Y轴上的坐标，图表的纵轴表示每一个线上的图形密度。

如图7a所示，利用以往的构图方式构图时，只能通过调节个别图形在二维平面上的大小、个别图形间的X轴间距及Y轴间距等三种因素来调节亮度，因此如要产生一定的亮度，只能表现出不规则的图形密度，图形密度急剧变化的线上还可能会产生龟纹或暗线。

然而如图7b所示，基于本发明的构图方式所形成的导光板的图形密度表现出随Y轴坐标的增加而具有一定的梯度，并且增加的形状。即图形的密度变化较为平缓，可以获得所希望的亮度分布。

之所以出现上述现象，是因为应用本发明的构图方式时，可以对每一个线分别调节包括激光输出量的激光占空比，并由此而调节个别图形的二维平面大小、个别图形间的X轴及Y轴间距等三种因素外，还能够调节个别图形的深度及形状来调节亮度。

图8a和图8b是表示基于本发明的实施例及比较例的背光单元导光板图形的整体形状的CAD图片。其中图8a是比较例，是基于以往的构图方式所形成的图形之CAD图片，图8b是基于本发明实施例的构图方式所形成的图形之CAD图片。

如图8a及图8b所示，比起通过以往的方式构图的情况相比，利用本发明的方法构图的导光板的图形由于X轴及Y轴间距的变化量而没有亮度的急剧变化。尤其是，在图8a的下端可以观察到条纹，但基于本发明的导光板则如图8b所示，并没有出现上述现象。

最后，来看一下针对本发明的设有图形的背光单元导光板进行的光检测评价。

所述检测是在温度为23℃，湿度为55％的暗室，无风条件下进行的。检测器使用了TOPCON BM-7fast，并在检测距离为500mm，检测角为2°的条件下对导光板热处理30分钟后进行检测。检测点通过从图形上取9点的9点取样法及取25点的25点取样法来采集。通过所述25点取样法来采集的入光部的检测点如图9所示。

图10是用25点检测方式对本发明的实施例及比较例所进行的光检测结果图，图11是用25点检测方式对本发明的实施例及比较例所进行的光检测结果图。

下表二表示图10所示的25点光检测平均值。

【表二】                           亮度单位：Ca/m²

 

区分	以往的图形点	本发明的图形点	亮度提高率
				25点光检测平均值	3，960	4，509	113.9％

从图10、图11及上述表二可知，基于本发明的方法形成有图形的导光板的亮度比起基于以往方式的导光板提高了约114％左右。

上面参照本发明的较佳实施例进行了详细说明。但本发明的权利要求范围并不局限于上述实施例，而在本发明的精神范围内可具有不同的实施例。在不脱离本发明精神的前提下，本领域技术人员所能进行的不同的修饰及变更均属于本发明的权利范围。

Claims (5)

1、一种背光单元导光板，其特征在于，所述的一侧设有光源，以所述设有光源的一侧作为Y轴的原点，所述导光板由X轴及Y轴构成一平面，且其一面设有图形，其特征在于，随Y轴坐标的变化，所述图形的深度就变，且椭圆形的阴刻个别图形以预定间距隔开设置。

2、如权利要求1所述的背光单元导光板，其特征在于，所述光源设置在导光板的两侧，且离两侧光源越远，所述图形的深度越变，从而使Y轴上由图形深度构成的轮廓线表现出中央部具有最凸部的抛物线形状。

3、如权利要求1所述的背光单元导光板，其特征在于，随Y轴坐标增加，所述阴刻个别图形的幅度或宽度中至少一个增加。

4、如权利要求1到3中任何一项所述的背光单元导光板，其特征在于，所述图形是通过激光器来形成的。

5、如权利要求4所述的背光单元导光板，其特征在于，所述随Y轴坐标的变化而深度变化的图形，其深度变化轮廓线是通过B样条插补方法来形成的。

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