CN102478683A - 表面光源装置的导光板和使用该导光板的背光灯单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于表面光源装置的导光板，包括入射表面，设置为来自沿预定轴线设置的灯的光线在所述入射表面上入射；发光表面，设置为入射光从该发光表面发出；背面，设置为朝向所述发光表面；以及多个格子单元，设置为具有雕刻在该格子单元上的微楞图案，并且所述多个格子单元分布并排列在所述背面上。由格子单元上的微楞图案的突脊方向形成的微楞排列轴与由灯形成的灯排列轴之间的交角排列为内错角。所述导光板具有高的正面亮度和优异的亮度均匀性，并且不会产生云纹现象。如果本发明所述的导光板用于背光单元，堆叠在导光板上的光学板会减少。相应地，可以制造重量轻的液晶显示装置模块，可以简化制造工艺，并降低制造成本。

Description

表面光源装置的导光板和使用该导光板的背光灯单元
交叉引用
本申请要求签署于2010年11月11日的韩国专利申请号为10-2010-119312的优先权，并且上述公开文件以引用的方式结合于本申请。
技术领域
本发明涉及一种涉及一种用于表面光源装置的导光板以及使用该导光板的背光灯单元，并且更具体地涉及一种用于表面光源装置的导光板以及使用该导光板的背光灯单元，其中，该导光板上雕刻有多个具有微楞图案(microprism patterns)的格子单元，该多个格子单元(unit cell)分布并排列在背面，并且微楞的排列轴和灯的排列轴之间的夹角以内错角的方式布置，所述格子单元上的微楞图案的突脊方向形成为所述微楞的排列轴，灯形成所述灯的排列轴。
背景技术
导光板主要应用于液晶显示屏装置，并且还用作为无源元件液晶显示模块提供光的工具。即，所述导光板引导从设置在该导光板旁边或下方的光源光源(例如，LED灯)发射的光、将发射出的光漫射并将所述光供应给设置在所述光发射表面的液晶显示模块。
此外，通过导光板的表面的发光侧上堆叠光漫射板(light diffusingsheet)、楞镜片(prism sheet)等形成背光单元，因此能控制所述光的亮度和视角。
最近致力于通过将导光板和导光板的外围零件一体形成来减少零件的数量，从而简化结构或降低主要成本。
例如，专利文件1公开了一种导光板，在该导光板中具有精细的凹凸部的光散射单元形成在导光板的底面或任意一个表面上，并且形成光散射单元的表面上固定有用于控制光散射的反光板，例如透明油墨。根据这种结构，可以快速简单地制造具有好的散射效率和亮度的导光板。然而，在所述方案中，仅描述了通过光散射单元和反光板仅仅提高了亮度，却没有描述亮度的均匀性。此外，所述方案中使用了利用图案模具成型(pattern shape molding)获得在所述导光板的背面的凹陷雕刻的制造方法。利用该制造方法制造的导光板的亮度稍高于利用印刷法获得的导光板的亮度。但是，仍然存在的问题是，亮度降低以及背光单元的成本增加到了需要大量光学板的范围。
为了解决这一问题，尝试了通过模具成型图案(例如三角形结构)而显著提高亮度的技术。例如，专利文件2公开了一种具有三角形反光单元的导光板，所述三角形反光单元设置在发光表面的背面。然而，该技术的特征在于，亮度很好，但是由于所述三角形背向反射表面仅在有限且特定的方向内反光，所以该技术具有不规则的光分布(optical distribution)。这一技术的问题还在于，当将棱镜用作发光表面顶部的光学板时，由于棱镜形状的结合会产生云纹现象(moire phenomenon)。
此外，由于LED灯用作光源，还将产生由于LED灯与LED灯之间的暗部而产生亮度不均匀的问题，以及由于在导光板背面的棱镜结构与用作光学板的棱镜的结构的结合而产生的云纹现象的问题。为了解决这些问题，本发明的发明人发现，如果形成在发光表面的背面的棱镜图案的突脊的方向或形成在背光单元格子单元为与导光板的光线入射方向成预定内错角，通过改进正面光亮度分布可以抑制云纹现象，并且因此能够完成本发明。
现有技术文件
专利文件
专利文件1：日本专利，公开号：H6-118247；
专利文件2：韩国专利，注册号：No.580890。
发明内容
相应地，考虑到上述现有技术中发生的问题而得到本发明，并且本发明的一个目的是提供一种用于表面光源装置的导光板，该导光板具有好的正面亮度、优异的亮度均匀性，和控制的云纹现象。
本发明的另一个目的是提供一种背光单元，该背光单元利用所述用于表面光源的导光板。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面的用于表面光源的导光板包括入射表面，该入射表面设置为来自沿预定轴线设置的灯的光线在所述入射表面上入射；发光表面，该发光表面设置为入射光从该发光表面发出；背面，该背面设置为朝向所述发光表面；以及多个格子单元，该格子单元设置为具有雕刻在该格子单元上的微楞图案(microprism pattern)，并且所述多个格子单元分布并排列在所述背面上。由格子单元上的微楞图案的突脊方向形成的微楞排列轴与由灯形成的灯排列轴之间的交角排列为内错角。
优选地，所述交角为0.1至10°。
优选地，所述微楞图案具有40至120°的棱镜角，和1至100μm的棱镜节距(prism pitch)。
优选地，所述格子单元直径为1至2000μm。
根据本发明的另一个目的的用于表面光源装置的导光板，该导光板包括：入射表面，该入射表面设置为来自沿预定轴线设置的灯的光线在所述入射表面上入射；发光表面，该发光表面设置为入射光从该发光表面发出；背面，该背面设置为朝向所述发光表面；以及多个格子单元，该格子单元设置为具有雕刻在该格子单元上的微楞图案，并且所述多个格子单元分布并排列在所述背面上；其中，由格子单元上的微楞图案的突脊方向形成的微楞排列轴与由灯形成的灯排列轴之间的交角排列为内错角；并且，透镜形图案形成在所述发光表面上。
优选地，所述透镜形图案的突脊方向平行于光线的入射方向。
优选地，所述透镜形图案节距为10至300μm。
根据本发明的还一个目的的一种具有宽视角的背光单元，该背光单元包括：导光板，该导光板为权利要求1至7中任意一项所述的导光板；灯，该灯设置在所述导光板的入射表面的一侧上；和至少一个保护膜，该保护膜堆叠在所述导光板的发光表面上，并且所述保护膜设置为具有光线漫射功能。
附图说明
在结合附图的详细描述中将更完整地理解本发明的其它目的和优点，其中：
图1是根据本发明的一种实施方式的用于表面光源的导光板的立体图；
图2是根据本发明的一种实施方式的用于表面光源的导光板的背部140的局部放大图；
图3A至图3D是展示形成在根据本发明的一种实施方式的用于表面光源的导光板背部140上的格子单元160的示例图；
图4A和图4B是展示格子单元排列方向的示例图，所述格子单元具有形成在该格子单元上的微楞镜；
图5根据本发明的另一种实施方式的用于表面光源的导光板的立体图；
图6A至图6C是可能形成在根据本发明的另一种实施方式的用于表面光源装置的导光板的发光表面图案的示例图；
图7A至图7C展示交角改变后的发光角的模拟结果。
附图中主要附图标记说明
100、200：导光板    110：灯
111：灯排列轴       120：入射表面
130：发光表面       140：背面
150：微楞图案
151：微楞排列轴
160：格子单元
270：发光表面上的图案
具体实施方式
下面将参考附图描述根据本发明的一些示例性实施方式用于表面光源装置的导光板。
图1是根据本发明一种实施方式的用于表面光源装置的导光板100的立体图。根据本发明的用于表面光源装置的导光板100包括入射表面120，该入射表面120设置为源自灯110的光从该入射表面120上入射，灯110按照预定轴排列；发光表面130，该发光表面130设置为入射光从该发光表面射出；以及背面140，该背面140设置为与所述发光表面相对。此处，多个格子单元160分布并排列在背面140上，格子单元160上雕刻有微楞图案150。此外，由格子单元上的微楞图案的突脊方向形成的微楞排列轴151和由灯形成的灯排列轴111之间的交角θ设置为内错角。
在图1中，导光板100具有通过操作(例如，反射、折射、衍射)沿发光表面130的方向改变光程的功能，所述光从灯110开始，并且然后通过入射面120入射导光板100内部。导光板100使用了对可见光具有高透射比、高强度和低变形及损害的高分子材料。用作导光板100的所述高分子材料可以包括丙烯酸树脂、聚碳酸酯、环烯烃共聚物等，优选地，包括丙烯酸树脂，并且更优选地，包括聚甲基丙烯酸甲酯。
灯110用作光源。灯110不仅可以是线光源，还可以是由多个线性排列的灯制成的点光源。主要利用发光二极管(LED)或冷阴极荧光灯(CCFL)作为灯110。
多个格子单元160分布并排列在导光板100的背面140上，格子单元160上具有雕刻在该格子单元上的微楞图案150。
图2仅展示形成在背面140上的多个格子单元160的局部放大图，该格子单元160上具有雕刻在该格子单元160上的微楞式样150。图2中示例的背面140上的格子单元上雕刻有凹陷的雕刻，但是，并不限于所述凹陷的雕刻。例如，背面140上的格子单元160还可以具有突出的雕刻(embossedengraving)。此外，格子单元160上的微楞图案150的底部可以与背面140的表面相同。在这种情况下，格子单元160的形状由微楞图案150的形状限定。
图3A至图3D为展示格子单元160的形状的示例图。即，格子单元160可以是圆形(图3A)、椭圆形(图3B)、方形(图3C)，或六边形(图3D)。此外，格子单元160的形状并不限于上述示例中的形状，而是可以为任意形状，例如，长方形、菱形或它们的结合。当格子单元160的形状为圆形时，优选地，格子单元160直径为1至2000μm，并且，在其它情况中，最大直径为1至2000μm。如果格子单元160的直径小于1μm，反光效应不充足。如果格子单元160的直径超过2000μm，则不能够获得LED灯之间均匀的亮度。当光源为点光源时，可以通过控制格子单元160的分布可以获得均匀的亮度。如果格子单元的直径大于2000μm，格子单元的分布受限，这使得难以将单位面积的格子单元密度提升至预定水平或更高水平。
同时，如果格子单元的形状为椭圆形，格子单元的长轴或短轴或长轴和短轴的长度仅限于上述范围，但是，如果格子单元的形状为多边形，仅格子单元的一条边的长度限于上述范围。
可通过调整具有相同直径的格子单元160的密度控制背面140上的格子单元160的分布。换言之，通过使得入射表面的格子单元数密度为最小值，并且，随着离入射表面的距离的增加，格子单元数密度越大的方式，格子单元160的分布可以具有数密度(number density)梯度。可选地，可以通过调节格子单元160的尺寸可以控制格子单元的分布。换言之，通过使得入射表面的格子单元尺寸最小，并且随着离入射表面距离的增加，格子单元尺寸越大的方式，格子单元160的分布可以具有格子单元尺寸梯度。
微楞图案150形成在格子单元160中。微楞将入射光的路径转换至发光表面，并且增加亮度。优选地，微楞图案150具有40至120°的单位棱镜角和1至100μm的单位棱镜节距。如果棱镜角小于40°或大于120°，则会由于增加了旁瓣(side bobe)而降低亮度。如果棱镜节距小于1μm，由于反光效应不充足所以没有亮度增加效应。如果棱镜节距大于100μm，由于导光板的总厚度增加，所以背光单元的总厚度也增加。
形成微楞图案150的单元棱镜的突脊线互相平行。同时，由格子单元上的微楞图案的突脊方向形成的微楞排列轴151和由灯形成的灯排列轴111之间的交角θ一定为内错角。在本发明中，术语“内错角”是指交角θ不为0°(即，微楞排列轴151和由灯110形成的灯排列轴111不互相平行)。优选地，交角θ为0.1°至10°。如果交角θ小于0.1°，则不能保证亮度的均匀性。如果交角θ超过10°，则虽然可以获得亮度的均匀性，但是却降低了亮度本身。具有交角θ为上述范围且具有优异的直线度的LED光由于微楞结构而产生具有强度梯度的反射，因此逐渐减弱由于LED光不能穿过的阴影区而导致的亮度变化。相应地，导光板能够提高亮度均匀性。
图4是展示格子单元排列的示例图。在本发明中，如图4A中所示的格子单元160可以排列为在所有的格子单元160之间，形成在格子单元160中的微楞透镜150的突脊方向相同。在如图4B中所示的一种可选实施方式中，一组格子单元160和另一组格子单元160可以排列为突脊线方向不同。在这种情况中，格子单元间的突脊线的方向为“之”字形。在一些实施方式中尽管没有示出，微楞透镜可以在一个格子单元内排列为“之”字形。
图5是根据本发明的第二种实施方式的用于表面光源装置的导光板200的立体图。在图5中，透镜形图案270形成在根据本发明的另一种实施方式的用于表面光源装置的导光板200的发光表面上。形成在发光表面上的图案270设置为在最外面控制从导光板200内发射的光线的路径。图案270是第二种用于控制亮线部(bright-line portion)和暗线部(dark-line portion)的对比的方式。即，亮线部的图像被表面棱镜图案270的图像分割功能分开，并且因此，逐渐减弱了暗线部的区域。从背面240反射的光线的发射角由图案270控制，所以具有优异的可见性的较好的光线分布以及较好的垂直亮度成为可能。
图6展示了除了本发明中第二种实施方式中的可以形成在发光表面中的棱镜形图案外的其它可能的图案的示例。在图5中形成在发光表面中的图案可以是截面为半圆的半圆透镜图案(图6A)。此外，抛物线透镜(图6B)、圆棱镜(round prism)(图6c)和独立半球形透镜阵列(图6D)也可以形成在根据本发明的第二种实施方式的导光板200的发光表面中，所述抛物线透镜的倾斜侧分别具有基于过顶点的垂线的曲率，所述圆棱镜的直角具有曲率。
在本发明的第二种实施方式中，在形成在发光表面中的图案270具有所述透镜形图案或所述圆棱镜型棱镜图案的情况中，由所述图案形成的方形必须平行于从灯210射出的光线(或垂直于灯排列的方向)。
优选地，图案270具有10至300μm的节距。如果所述节距小于10μm，亮度提高会因为透镜形图案的具有镜片功能的具体区域而削弱。如果所述节距大于300μm，缺点在于由于产生了液晶和透镜图案干涉而导致的云纹现象，而导致图片质量降低。同时，在本发明的第二种实施方式中，除发光表面的图案270之外的其它元件(例如，背面上的格子单元、形成在格子单元中的棱镜图案和交角)与本发明第一种实施方式中所描述的相同。
根据本发明的用于表面光源装置的导光板用作背光单元，该背光单元中光源位于导光板的发光表面的一侧，并且，具有漫射功能的保护膜堆叠在导光板的发光表面上。
根据本发明的每个实施方式的导光板可以通过注塑成型制造。在注塑成型中，通过将高分子材料注注塑模具中制造所述导光板，在所述模具上雕刻有背面和/或发光表面的阴像刻图(negative engraving)。作为另一种制造方法，通过基板仿形(patterning the base plate)制造导光板。一种形成基板上的图案的方法可以包括利用压力和加热的冲压法，或者一种利用树脂(UVresin)的压印法。
在下文中，将结合实施例更加详细地描述本发明。所述实施例将更详细地描述本发明，并且本发明的范围并不限于这些实施例。
实施例
1、制造用于导光板的板
利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为原材料制造厚度为3.5mm、宽度为20cm、长度为10cm的基板。利用挤压法制造聚甲基丙烯酸甲酯基板。利用普通单螺杆挤压机作为挤压机。
透镜形图案270形成在所述基板的顶面上，并且透镜形图案270节距为200μm，高度为40μm。
2、制造用于图案加工的模具
通过在冷加工工具钢合金SKD-11上电镀铜而的方法获得铜厚度为30μm的模具板。通过利用菱形字节(diamond byte)加工原始模具班而制造棱镜，该棱镜上的直径200μm的格子单元、单立柱角为90°，并且格子单元上的棱镜节距为50μm。利用通过排列具有相同直径的格子单元而控制具有相同直径的格子单元的密度的方法来调整格子单元的分布。换言之，格子单元分布调整为具有梯度，使得随着入射侧的格子单元靠近，格子单元密度降低，并且随着入射侧的格子单元远离，格子单元密度增加。在这一试验中，光源的侧部的单位面积的图案面积％为10％，在光源的中间，单位面积的图案面积％为70％，并且格子单元密度在从光源侧部到中间以2cm的间隔改变。
3、成型格子单元图案，并制造导光板
为了成型预制的板的底部的格子单元图案，将预制的图案模具安装在挤压模具设备上，并且利用成型温度200℃、施压时间1min和施压压力10kg/m2的压力成型将图案冲压在导光板上。此处，由格子单元上的微楞的突脊方向形成的微楞排列轴和由灯形成的灯排列轴之间的交角分别为0.5°、2°、5°和10°。
对比例1
1、制造板
利用聚甲基丙烯酸甲酯作为原材料制造厚度为3.5mm、宽度为20cm、长度为10cm的基板。利用挤压法制造聚甲基丙烯酸甲酯基板。利用普通单螺杆挤压机作为挤压机。然而，透镜图案不形成在所述板的顶面上。
2、制造用于图案加工的模具
利用与所述实施方式中相同的方法制造用于图案加工的模具。
3、成型格子单元图案，并制造导光板
利用与所述实施例中相同的方法制造导光板，但是，由格子单元上的微楞突脊方形形成的微楞排列轴和由灯形成的灯排列轴之间的交角为0°(即，微楞排列轴和灯排列轴互相平行)。
对比例2
采用与所述实施例中相同的方法制造基板和用于图案加工的模具，并且利用与实施例1中形同的方法制造导光板，但是由格子单元上的微楞突脊方形形成的微楞排列轴和由灯形成的灯排列轴之间的交角为0°(即，微楞排列轴和灯排列轴互相平行)。
对比例3
1、制造板
利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为原材料制造厚度为3.5mm、宽度为20cm、长度为10cm的基板。利用挤压法制造聚甲基丙烯酸甲酯基板。利用普通单螺杆挤压机作为挤压机。但是，透镜图案不形成在所述板的顶面上。
2、制造用于图案加工的模具
利用与所述实施方式中相同的方法制造用于图案加工的模具。
3、成型格子单元图案，并制造导光板
为了成型预制的板的底部的格子单元图案，将预制的图案模具安装在挤压模具设备上，并且利用成型温度200℃、施压时间1min和施压压力10kg/m2的压力成型将图案冲压在导光板上。此处，由格子单元上的微楞的突脊方向形成的微楞排列轴和由灯形成的灯排列轴之间的交角为2°。
评估
1、亮度
测量仪器：由TOPCON TECHNOHOUSE公司制造的BM-7。
测量方法：将导光板安装在安装有32时LED等的背光单元上，所述32时区被划分为九个相等的部分，并且测量九个等部分中的每一个的中间部的亮度。然后，通过计算九个测量值来计算导光板的亮度。
2、亮度的均匀性
测量仪器：TOPCON TECHNOHOUSE公司制造的BM-7。
测量方法：将导光板安装在安装有32时LED灯的背光单元上，32时区被分成30等份，并且测量30等份中的每一等份的中间部分的亮度。通过计算每个测量值最大值比最小值的比率获得亮度均匀性。
3、云纹检测
将导光板和棱镜板安装在背光单元上，所述棱镜板具有平行于灯的方向的波谷方向(valley direction)。开灯后，用肉眼观测是否有云纹现象。
上述实施例和对比例的评估结果总结在下面的表1中。
表1
从图1中，可以看出，交角分别为0.5°、2°、5°和10°的实施例1至实施例4的导光板具有相同的亮度值，并且与交角为0°的对比例2相比，均匀性具有从12％到14％的显著提高。此外，从具有上述交角的实施例1至实施例4以及交角为0°的对比例1和对比例2中的结果中可以看出，当交角为内错角时，没有观察到云纹现象。当上棱镜和下棱镜具有相同的频率时会产生云纹现象。从上述结果中，可以看出，在本发明中，通过以内错角的方式布置(棱镜板的)上棱镜和(导光板的)下棱镜可以控制云纹现象。
图7中的模拟结果也可以支持上述。图7A、图7B和图7C展示了关于发光角根据对比例2、实施例3和实施例4交角变化而变化的模拟结果。利用通常用于工业中的名为“光线工具(light tool)”的模拟工具进行了模拟。参照图7A、图7B和图7C，在对比例2的情况中，当交角为0°时，发光角(emitting viewing angle)也是0°。相应地，如果安装了棱镜，则由于导光板的棱镜的排列与上棱镜的排列相匹配所以产生了云纹现象。然而，在实施例3和实施例4的情况中，交角为5°和10°，并且因此模拟中证实了发光角为5°和10°。可以解释为，尽管实施例的背光单元的上侧上安装了棱镜，但是由于导光板的棱镜形图案不规则，所以没有产生云纹现象。这意味着，通过所述排列轴可以控制光程。此外，在实施例2中，可以看出，与表面没有棱镜形图案的对比例3相比，亮度和均匀性均有提高。从上述结果中，可以证实通过棱镜形图案提高了亮度。
如上述所述，根据本发明的用于表面光源装置的导光板具有高的正面亮度、优异的亮度均匀性和宽的视角。此外，不产生云纹现象。如果本发明所述的导光板用于背光单元，堆叠在导光板上的光学板会减少。相应地，可以制造重量轻的液晶显示装置模块，可以简化制造工艺，并降低制造成本。
包括本发明的导光板的表面光源装置和背光单元可以广泛应用于控制使用LED灯的装置(例如，LCD和照明装置)中的光线的发射。
虽然参照具体的示例性的实施方式描述了本发明，但是本发明并不由实施方式限定，而是由附加权利要求限定。应当理解的是，在不背离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以改变或修改所述实施方式。

Claims (8)

1.一种用于表面光源装置的导光板，该导光板包括：
入射表面，该入射表面设置为来自沿预定轴线设置的灯的光线在所述入射表面上入射；
发光表面，该发光表面设置为入射光从该发光表面发出；
背面，该背面设置为朝向所述发光表面；以及
多个格子单元，该格子单元设置为具有雕刻在该格子单元上的微楞图案，并且所述多个格子单元分布并排列在所述背面上；
其中，由格子单元上的微楞图案的突脊方向形成的微楞排列轴与由灯形成的之间的交角排列为内错角。
2.根据权利要求1所述的导光板，其中，所述微楞排列轴和所述灯排列轴之间的交角为0.1至10°。
3.根据权利要求1所述的导光板，其中，所述格子单元的所述微楞图案具有40至120°的棱镜角和1至100μm的棱镜节距。
4.根据权利要求1所述的导光板，其中，所述格子单元直径为1至2000μm。
5.一种用于表面光源装置的导光板，该导光板包括：
入射表面，该入射表面设置为来自沿预定轴线设置的灯的光线在所述入射表面上入射；
发光表面，该发光表面设置为入射光从该发光表面发出；
背面，该背面设置为朝向所述发光表面；以及
多个格子单元，该格子单元设置为具有雕刻在该格子单元上的微楞图案，并且所述多个格子单元分布并排列在所述背面上；
其中，由格子单元上的微楞图案的突脊方向形成的微楞排列轴与由灯形成的灯排列轴之间的交角排列为内错角；并且
透镜形图案形成在所述发光表面上。
6.根据权利要求5所述的导光板，其中，所述透镜形图案的突脊方向平行于光线的入射方向。
7.根据权利要求5所述的导光板，其中，所述透镜形图案节距为10至300μm。
8.一种具有宽视角的背光单元，该背光单元包括：
导光板，该导光板为权利要求1至7中任意一项所述的导光板；
灯，该灯设置在所述导光板的入射表面的一侧上；以及
至少一个保护膜，该保护膜堆叠在所述导光板的发光表面上，并且所述保护膜设置为具有光线漫射功能。
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