CN101874179A - 导光体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导光装置及其制作方法，该导光装置应用范围广泛，特别是有关背光显示应用，例如液晶显示器，该导光装置包括一系列引导层和一个或多个散射结构，以便覆盖一个或多个光源的表面。

Description

导光体
技术领域
本发明涉及一种导光装置及其制作方法，该导光装置应用范围广泛，特别是有关背光显示应用，例如液晶显示器。
背景技术
目前众所周知的导光装置有很多，这些装置广泛应用于各种功能，包括照明、背光、夜光标识和显示目的等。此类装置通常采用注塑成型或加工透明塑料部件成型，其中荧光灯或多个发光二极管(LED)等光源通过机械连接方式在透明塑料部件的边缘形成整体结构。
所有这些装置的共同点是，利用全内反射，从光源发出的光通过一般情况下由塑料制成的透明引导体引导。对于背光应用，发射光的传播方向大体垂直于光在透明引导体内传播方向。这是通过引导光进一步与在引导体内部或表面的分散结构或薄膜相互作用，从而来实现的。
荧光灯或LED植入到透明导光体边缘并非简单的过程，因此大量增加了装置生产过程的复杂性。获得良好的连接对装置的光学性能至关重要。此外，光源在导光体边缘的连接使部件在装置的生产和正常使用过程中对机械损伤很敏感。
在寻求提供薄直射背光时，最好是能有光发射到导光体平面上。如果光源散布到面板上，还会有其它优势，因此要尽量缩小导光体内引导长度，这有助于生成有效的薄背光，但其缺点是在光源上形成暗斑。这些暗斑最好是不可见的，或者最好至少是减弱了的。解决该问题的现有方案通常是尽量增加背光的厚度。
这也是本发明的一个目标，即提供一种导光装置以解决上述一个或多个不足。
发明内容
本发明的第一个方面是，提供一种导光装置，包括具有第一折射率的一个基底，在该基底的第一表面上设置了一个或多个光源以及具有一个第二折射率的第一引导层，其中该折射率小于或等于第一折射率，设置第一引导层的目的在于将一个或多个光源密封在第一表面上，其中在第一引导层上设置了一个具有第三折射率的第二引导层，该折射率等于或大于第一引导层的折射率，且在第一和第二引导层之间的分界面以及一个或多个光源上方设置了一个或多个反射散射结构，其中基底和引导层形成复合结构，以便对第一表面上的一个或多个光源产生的光进行引导，并且所述一个或多个散射结构覆盖一个或多个光源的表面。
一种导光装置，可另外包括一个或多个反射散射结构，以便引导光远离第一表面。例如，所述一个或多个另外的散射结构可设置在基底第二表面上，该第二表面与第一表面相对。
根据本发明的第二个方面，提供生产导光装置的一种方法，包括：
i.在具有第一折射率的一个基底第一表面上安装一个或多个光源；以及
ii.将具有第二折射率的一个第一层引导层添加到第一表面，以便密封第一表面上的一个或多个光源，其中该第二折射率小于或等于第一折射率；
iii.将具有第三折射率的一个第二引导层添加到第一引导层上，其中该第三折射率大于或等于第一引导层的折射率；
iv.添加第二引导层前，在第一引导层和/或第二引导层上应用一个或多个散射结构，以便所述一个或多个散射结构位于该第一和第二引导层之间的分界面上以及一个或多个光源上方。
根据本发明第二个方面的该方法，在添加第一引导层之前或之后，可将一个或多个散射结构添加到第一引导层上。
根据本发明第二个方面的该方法，提供一种引导第一表面上的一个或多个光源生成的光的方法。
优选的，将第一引导层添加到基底第一表面和/或将第二引导层安装到第一引导层上的方案，包括：
i.在第一表面和/或第一引导层上应用一种液体聚合物；以及
ii.将液体聚合物固化到第一表面和/或第一引导层上。
将液体聚合物应用到第一表面和/或第一引导层的方法包括印刷、型版喷刷或分涂液体聚合物。
可选地，该方法进一步包括在导光装置上应用一种或多种散射结构的步骤，以便重新引导光，使其远离第一表面。应用一个或多个散射结构可包括印刷一层有图案的反光油墨。
对与光源相关的引导层的配置提供了一种导光装置，该装置可增强对光源的机械保护。此外，提供的该装置易于制作，且能增强装置内光的光学耦合性。基底的折射率和第二引导层的折射率可等于或大于第一引导层的折射率，由于全内反射作用，所产生光在透明基座和引导层内引导。
根据本发明的第三个方面，提供一种显示装置，包括根据本发明第一个方面的一个导光装置，该显示装置可为液晶显示装置，并且可包括一个液晶元件，该元件也可称作液晶面板。
该基底和第一及第二引导层具有透光性，优选地，对于一个或多个光源产生的光具有透光性。
本发明的目的在于提供一条或多条下述优点：一种更均匀的导光装置，该装置在观察使用时，减少/没有暗斑；有效配光，对电源要求低；更薄、更轻的结构；一种包括较少系统部件的装置。
发明详细说明
基底
基底可由聚酯纤维或聚碳酸酯等透明聚合物片材形成。透明基底的厚度通常约为0.1mm，例如厚度范围为0.1mm至约0.2mm，基底的折射率通常大于1.5.
光源
光源可为本领域技术人员所熟知的任意一种，包括适用于背光的光源。此类光源包括一种或多种LED，该光可为非定向光。LED可为本领域技术人员所熟知的任一设计，包括边缘发射、侧面发射、顶部发射或裸芯片LED等。
适用于本发明的LED在各维度的尺寸通常约为1mm。
可将电气轨迹复制到透明基底上，以便形成用于一个或多个光源的电气粘合片，以及外部电力驱动设备的电气连接。电气轨迹可通过蚀刻的方法形成，例如通过铜或金，或采用添加剂丝网印刷方法，添加剂采用如用导电银胶。
LED光源可以电气和机械方式通过焊接或导电粘合剂的方法连接到电气粘合片上。
引导层
引导层(也可称作导光层)通常适用于背光单元。引导层可包括一个透明、有弹性的塑料聚合物层，塑料聚合物层通常厚度约为1mm。
第一和第二引导层的折射率大致相同或第二引导层的折射率大于第一引导层。第二导光层的折射率较大时，折射率的差别约为10％。
引导层可由各种可用的聚合物制成，包括丙烯酸脂、聚氨酯或聚碳酸酯类。
引导层可使用标准复膜技术制作。该技术要求使用透明粘合剂，其折射率大于第一和第二引导层的折射率。引导层可在制作过程中通过光学方式粘合。粘合引导层的方法可包括涂用和固化液体聚合物层。固化方法可采用紫外线、热固化或双组份固化等一种或多种技术。该方法可包括印刷、型版喷刷或分涂液体聚合物。光学粘合指的是相关层粘合后在光学角度上是无法区分的。用这种技术也可以被用来粘合第一导光层和基底。
反射散射结构
反射散射结构具有反光性，并干扰导引光的全内反射。散射结构的应用可通过标准印刷、微注塑、微冲压和压纹成型技术来实现。适合的散射特征包括高反光白色印刷油墨点。采用该结构时，每个点均会干扰引导的光的全内反射，造成光任意散射，并离开导光体。油墨点的尺寸和/或节距可进行变化以确保均匀散射。
油墨可采用聚合材料制成，应用于至少一层导光层中，形成一薄图案特征，可采用各种统称为附加添加剂的印刷方法的任一种。例如，传统的丝网印刷包括使用带对应于印刷所需图案的网孔的丝网。该图案可向引导层上所需区域精确输送油墨。适用于本发明的油墨包括紫外线溶剂或固化溶剂等，其它附加添加剂的印刷方法包括型版喷刷、喷墨印刷、柔版印刷和其它已知的平版技术等。油墨应用的量和形状可有所不同。
其它散射结构包括微结构表面，该微结构包括多个超出表面的三维特征结构或不规则结构，分别在宽度、深度和节距上的尺寸为约1微米至1000微米，优选为约5至约50微米，更优选为约20至约50微米。适用于本发明的特殊微结构或特征包括棱镜、棱锥、(微)透镜，如圆柱或圆环状透镜和任意扩散结构。
棱镜式微结构可以为在整个表面上沿某一方向上变化的不规则锯齿结构，该结构的节距约为50微米，这里的节距是指相邻微结构的中心距离。(微)透镜为规则或不规则分布的透镜，焦距比较低，以约10微米至20微米的范围分布在表面上。散射结构可具有任意表面质地，此结构在深度和节距上的尺寸为约10微米至100微米。
散射特征也指光抽取特征。
导光装置的应用
根据本发明的导光装置可广泛应用于各种功能，包括照明、背光、夜光标识和显示目的等。
液晶装置是在本领域众所周知。透光模式下运行的液晶显示装置通常包括一个液晶元件、纳入导光装置的一个背光模组和一个或多个偏振镜，其中所述液晶元件也可称作液晶面板。液晶元件是众所周知的装置。通常液晶元件包括两种透明基材，在两种透明基材之间的中间处理层为一层液晶材料。液晶显示元件可包括两个透明板，其内表面上分别涂透明导电电极。该元件的内表面上可加配校准层，以便组成液晶材料的分子在较佳方向排列。透明板采用适当间距的垫片进行隔离，例如间距为约2微米。在透明板之间的空隙内添加流动液晶材料填料，偏振镜可安装在元件后面和前面。背光模组可通过传统方式设置在液晶元件后面。在运行时，在透光模式下运行的液晶元件调节光源发射出的光，所述光源为含有导光装置的背光模组。
附图说明
下文将结合附图和下述实例说明本发明的几个实施例，但本发明并不受实施例的限制，其中：
图1表明了根据本发明的一种导光装置。
图1为导光装置1的侧面图，导光装置1包括由聚酯纤维或聚碳酸酯等透明聚合物片材制成的透明基底2，其折射率为n2。透明基底2的顶部粘结许多LED形式光源3。LED光源之间的间距通常约为10mm至200mm之间。覆盖LED和透明基底2的顶部剩余的区域为由塑料聚合物形成的透明的第一引导层4，其折射率为n4。透明基底下表面位置设置了反光油墨层形式的散射结构7。透明的第一引导层的上表面为透明的第二引导层6，其折射率为n6。
透明基底2和透明的第一引导层4之间的界面边缘上，可设置一个腔体层结构(未示出)，以便形成插入LED3的适当腔体。
透明基底和透明的第一引导层的折射率满足不等式n2≥n4，透明的第二引导层和透明的第一引导层的折射率满足不等式n6≥n4。这样一来，从图1可知，由LED光源产生的，如8a和8b所示的光首先耦合到透明引导层，以便按透明基底规定的大致与平面平行的方向传播。透明基底和透明的第二引导层选用的折射率等于或大于第一引导层的折射率时，由于全内反射的作用，产生的光在透明基底和透明引导层内引导，因此透明基底和透明引导层形成复合结构体，该结构体作为密封的LED光源3产生的光的导光媒介。
当8a和8b所示的光传播到散射结构体7时，该光与结构体互相作用，该结构对光进行重新导向，然后光通过透明引导层顶部表面透出，或如9所示直接地，或如10所示，通过反射散射结构5透出，以便提供背光功能。
散射结构5位于透明的第一和第二引导层之间的分界层且在LED上，以使得散射结构5、散射结构7的散射效果减弱或完全消除了LED顶部表面的暗面，如12所示。第二或其上的引导层在整个区域提供均匀的光分布，以消除或减弱暗斑，同时保持了较薄的整体结构。
使用时，当并入适当的装置如液晶显示器时，所述导光装置大致按11所示的方向观察。
所述散射结构5和7可包括高反光白色印刷油墨点等。墨点尺寸和/或节距可有所变化，以便精确调节散射效果。
由于光源输出和导光媒介之间没有气缝，所以该透明引导层的制作更简单，并可增强装置内光的光学耦合性。
具体实施方式
实施例1
根据本发明的一种装置，其制作方式如下所述。采用0.125mm厚的透明聚酯纤维片材用作基底。包括白色油墨线的散射结构印刷在聚酯纤维膜的底部上。所用油墨为白色丙烯酸基，紫外线固化聚合物丝网可印刷油墨，目前市场上供应该类材料。在聚酯纤维膜的对面侧(或顶部)印刷了导电轨迹(环氧颗粒银)和导电粘合剂，以便将各类LED(StanleyTW1145ls-tr)安装到基材上，在导电油墨轨迹上提供适当的电气连接。基底边缘周围通过腔体层结构形成一个约0.7mm深的腔体，然后向该腔体充填紫外线固化透明聚合物(Dymax 4-20688)，以便形成一个第一导光层。在第一导光层顶部形成第二导光层，第二导光层为0.75mm厚的丙烯酸基聚合物(Plexiglass 99524，德国Degussa公司提供此类材料)片材制成，其具有印刷在底部的第二散射特征(白色油墨线)，与LED对齐。之后，固化紫外线固化透明聚合物，在聚酯纤维膜、第一导光层和第二导光层之间形成固体机械结构和连续的光学结构。通过第二导光层底部上的散射特征，使从上述结构装置中不会看到LED。
聚酯纤维膜底部上的散光特征抽取的光同第二导光层底部的散光特征抽取的光结合所形成的光能观察到具有良好的均匀性。

Claims (19)

1.一种导光装置，包括具有第一折射率的一个基底，在该基底的第一表面上设置了一个或多个光源以及具有一个第二折射率的第一引导层，其中所述第二折射率小于或等于第一折射率，设置第一引导层的目的在于将一个或多个光源密封在第一表面上，其中在第一引导层上设置了一个具有第三折射率的第二引导层，所述第三折射率等于或大于第一引导层的折射率，且在第一和第二引导层之间的分界面以及在一个或多个光源上方设置了一个或多个反射散射结构，其中基底和引导层形成复合结构，以便对第一表面上的一个或多个光源产生的光进行引导，所述一个或多个反射散射结构覆盖一个或多个光源的表面。
2.根据权利要求1所述的导光装置，其中所述导光装置包括一个或多个反射散射结构，以便引导光远离基底的第一表面。
3.根据权利要求2所述的导光装置，其中所述的一个或多个反射散射结构可设置在基底第二表面上，所述第二表面与第一表面相对。
4.根据上述权利要求中任一项所述的导光装置，其中基底由透明聚合物片材形成。
5.根据上述权利要求中任一项所述的导光装置，其中基底约为0.1mm厚。
6.根据上述权利要求中任一项所述的导光装置，其中光源可为一个或多个LED。
7.根据上述权利要求中任一项所述的导光装置，其中第一和第二引导层均由透明的弹性聚合物形成。
8.根据上述权利要求中任一项所述的导光装置，其中第一和第二引导层厚度均约为1mm。
9.根据上述权利要求中任一项所述的导光装置，其中一个或多个反射散射结构和/或一个或多个另外的反光散射结构包括油墨点和/或微结构表面。
10.根据上述权利要求所述的导光装置，其中所述微结构表面包括多个凸出表面的多重三维特征。
11.根据上述权利要求所述的导光装置，其中所述三维特征的宽度、深度和节距独立选择，宽度、深度和节距的设置范围为1至1000微米。
12.一种显示装置，包括根据上述权利要求任一项所述的导光装置。
13.根据上述权利要求所述的一种显示装置，其中显示装置包括一个液晶元件。
14.一种制作导光装置的方法，包括：
i.在具有第一折射率的一个基底第一表面上安装一个或多个光源；以及
ii.将具有第二折射率的一个第一引导层添加到第一表面，以便密封第一表面上的一个或多个光源，其中所述第二折射率小于或等于第一折射率；
iii.将具有第三折射率的一个第二引导层添加到第一引导层上，其中该第三折射率大于或等于第一引导层的折射率；
iv.添加第二引导层前，在第一引导层和/或第二引导层上应用一个或多个反射散射结构，以便所述一个或多个反射散射结构位于该第一和第二引导层之间的分界面且在一个或多个光源上方。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括应用一个或多个另外的反射散射结构，以便引导光远离第一表面。
16.根据上述权利要求所述的方法，包括在基底的第二表面进一步应用一种或多种另外的反射散射结构，所述第二表面与第一表面相对。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中将第一引导层添加到基底第一表面和/或将第二引导层设置到第一引导层的方法，包括：在第一表面和/或第一引导层上涂一种液体聚合物；以及在第一表面和/或第一引导层上固化液体聚合物。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其中光源可为一个或多个LED。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，包括将该导光装置与液晶元件结合，形成液晶显示装置。
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