CN102854561B - 导光板及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导光板，包括低密度区域和高密度区域，所述高密度区域在所述导光板的入光侧间隔存在，以若干独立点光源为侧光源时，所述高密度区域位于相邻两个独立点光源之间相对应的区域。本发明还涉及制备导光板的方法及包括该导光板的背光模组和显示器件。本发明提供的导光板，由于存在不同密度区域，相互两颗点光源之间三角形暗区的LGP密度大于其他部分的密度。点光源所发出的光线由低密度进入高密度的时候，发生折射，会将光线向三角形暗区的区域折射，可以使更多光进入到三角形暗区内，使暗区增亮，以解决Hotspot问题，从而满足入光侧均匀混光需求。增大三角形暗区内的密度，对点光源的光效无任何额外损耗。

Description

导光板及其制备和应用

技术领域

本发明涉及一种导光板及其制备和应用。

背景技术

背光模组是液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）等显示设备的光源提供者，LCD本身不发光，而导光板（light guide plate，LGP）是背光模组的重要组成部分，其作用是将线光源转换成面光源。

现有导光板的原材主要有PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、MS(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂)和PS(聚苯乙烯)，其物理特性分别为：PMMA密度约为1.15g/cm³，熔点为160℃；PC约为1.22g/cm³，熔点为220℃；MS约为1.12g/cm³，熔点为160℃；PS约为1.05g/cm³，熔点为180℃。现有技术的侧入式导光板的使用状态可参考图1，由若干发光二极管（Light Emitting Diode，LED）提供光源。LED由于受发光角度所限(一般LED发光角度为120°左右)，在相邻两颗LED2之间存在三角形暗区3，是光线无法直接到达的。如果暗区亮度太低，会发生Hotspot（热点）现象，影响画面品质。

目前解决Hotspot方法均存在明显不足。设计调整相邻2颗LED的间距，使暗区减小，该方法可以有效解决Hotspot现象，但是LED间距减小，所用的LED颗数会增加，成本上升；通过导光板的Pattern设计来调整暗区的亮度，减弱Hotspot现象，该方法可以减弱，但是难度很大；在LED入光侧的LGP上面制作微结构，该方法可以减弱Hotspot现象，但是不能完全消除；更换膜材，通过更换好的膜材来解决Hotspot现象，但是其成本会上升。

发明内容

为了解决现有侧入式内部光源的导光板存在三角形暗区，并进而导致Hotspot现象等问题，本发明提供一种导光板及其制备和应用。

本发明涉及一种导光板，包括低密度区域和高密度区域，所述高密度区域在所述导光板的入光侧间隔存在，以若干独立点光源为侧光源时，所述高密度区域位于相邻两个独立点光源之间相对应的区域，优选位于两个相邻的独立点光源之间产生的三角形暗区。该高密度区域的面积由如下关系式确定：其中，L为点光源长度，P为相邻两颗点光源之间的距离，S为点光源发光面到导光板入光面的距离，r为点光源发光角度；0.1mm≤S≤0.3mm。

所述高密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯或苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂注塑；所述低密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂或聚苯乙烯注塑；所述高密度区域的密度大于低密度区的密度。

作为优化，所述高密度区域采用聚碳酸酯注塑，所述低密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯注塑。

本发明还涉及制备具有不同密度区域导光板的注塑方法，所述方法使用的模具在低密度区域设置为抽芯模具。

具体来讲，本发明涉及一种制备具有不同密度区域导光板的注塑方法，包括如下步骤：

首先，在第一台注塑机内注入高密度材料，形成半成型模件；

然后，将半成型模件转移到第二台注塑机的注射位置，将抽芯模具抽出，在原抽芯模具区域进行低密度材料的注塑。

本发明还涉及一种制备具有不同密度区域导光板的注塑方法，包括如下步骤：

首先，在注塑机内注入高密度材料，形成半成型模件；

然后，将模具旋转180°，抽出抽芯模具，进行低密度材料的浇注。

上述方法中，导光板成型的模具温度为75℃~95℃，优选90℃，导光板成型的融胶温度为210℃~250℃，优选230℃，导光板成型的充填速度为6mm/sec~300mm/sec，优选100mm/sec，导光板成型的压力为注塑压力的80%，导光板成型的保压时间1s~20s，优选为4s。

本发明还涉及一种背光模组，所述背光模组包括上述导光板。

本发明进一步涉及一种显示器件，所述显示器件包括上述背光模组。

发明所实现的有益技术效果至少包括：

本发明提供的导光板，由于存在不同密度区域，相邻两颗点光源之间三角形暗区的LGP密度大于其他部分的密度。点光源所发出的光线由低密度进入高密度的时候，发生折射，会将光线向三角形暗区的区域折射，可以使更多光进入到三角形暗区内，使三角形暗区增亮，以解决Hotspot问题、亮度不均问题，从而满足入光侧均匀混光需求。增大三角形暗区内的密度，对点光源的光效无任何损耗。

附图说明

图1：导光板的使用状态示意图。

1.导光板，2.LED，3.三角形暗区。

图2：本发明导光板构造示意图。

2.LED，4.低密度区，5.高密度区，6.对应于相邻两个独立LED光源之间的区域。

图3：本发明导光板优选构造示意图。

4.低密度区，5.高密度区。

图4：本发明制备导光板半成品构造示意图。

4.低密度区，5.高密度区。

具体实施方式

如图2所示，本发明所称低密度区域4和高密度区域5是相对而言的概念。所谓低密度区域是指，相对该导光板的高密度区域而言，该区域的密度较低；所谓高密度区域是指，相对该导光板的低密度区域而言，该区域的密度较高。

本发明所称两个相邻的独立点光源之间产生的三角形暗区是指，由于受点光源发光角度所限，在相邻两独立的点光源之间，光线无法直接到达的三角形区域。该区域的边界由相邻两独立点光源的发光角度边界所限定，如图1中，两条实线与导光板边缘所限定的三角形区域为现有导光板的三角形暗区。由于不同型号的机种，点光源（比如LED）型号、外形尺寸、颗数及LGP尺寸等各不相同，所以点光源间的Pitch、点光源发光面到LGP入光面距离等各不相同，本发明给出暗区面积的计算公式。如图1所示，设点光源长度为L；点光源发光面到LGP入光面距离为S(0.1mm≤S≤0.3mm)；点光源间的间距为P；点光源发光角度为r。

暗区面积的计算公式为：

本发明所称相邻两个独立点光源之间相对应的区域是指如图2中6所示的区域。即，两相邻的独立点光源的相近端引出的，与该独立点光源发光面垂直（当该独立点光源的发光面为平面时）或与该独立点光源发光面的切线垂直（当该独立点光源的发光面为曲面时）的直线，在导光板上所限定出来的区域。

本发明涉及一种导光板，包括低密度区域和高密度区域，所述高密度区域在所述导光板的入光侧间隔存在，以若干独立点光源为侧光源时，所述高密度区域位于相邻两个独立点光源之间相对应的区域，优选位于两个相邻的独立点光源之间产生的三角形暗区。该高密度区域的面积由如下关系式确定：其中，L为点光源长度，P为相邻两颗点光源之间的距离，S为点光源发光面到导光板入光面的距离，r为点光源发光角度；0.1mm≤S≤0.3mm。

所述高密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯或苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂注塑；所述低密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂或聚苯乙烯注塑；所述高密度区域的密度大于低密度区域的密度。

作为优选，所述高密度区域采用聚碳酸酯注塑，所述低密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯注塑。所述高密度区域采用聚碳酸酯注塑，所述低密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯注塑时，对三角形暗区的增亮效果最好。

本发明还涉及制备具有不同密度区域导光板的注塑方法，作为与现有技术中导光板的注塑方法的区别之一，所述方法使用的模具在低密度区域设置为抽芯模具。

具体来讲，本发明涉及一种制备具有不同密度区域导光板的注塑方法，包括如下步骤：

首先，在第一台注塑机内注入高密度材料，形成半成型模件；

然后，将半成型模件转移到第二台注塑机的注射位置，将抽芯模具抽出，在原抽芯模具区域进行低密度材料的注塑。

本发明还涉及一种制备具有不同密度区域导光板的注塑方法，包括如下步骤：

首先，在注塑机内注入高密度材料，形成半成型模件；

然后，将模具旋转180°，抽出抽芯模具，进行低密度材料的浇注。

上述方法中，导光板成型的模具温度为75℃~95℃，优选90℃，导光板成型的融胶温度为210℃~250℃，优选230℃，导光板成型的充填速度为6mm/sec~300mm/sec，优选100mm/sec，导光板成型的压力为注塑压力的80%，导光板成型的保压时间1s~20s，优选为4s。

本发明还涉及一种背光模组，所述背光模组包括上述导光板。

本发明进一步涉及一种显示器件，所述显示器件包括上述背光模组。

本实施方式所实现的有益技术效果至少包括：

本发明提供的导光板，由于存在不同密度区域，相邻两颗点光源之间三角形暗区的LGP密度大于其他部分的密度。点光源所发出的光线由低密度进入高密度的时候，发生折射，会将光线向三角形暗区的区域折射，可以使更多光进入到三角形暗区内，使三角形暗区增亮，以解决Hotspot问题、亮度不均问题，从而满足入光侧均匀混光需求。增大三角形暗区内的密度，对点光源的光效无任何损耗。

以下列举实施例具体说明本发明所涉及导光板及其制备方法和应用。但本发明并不限于下述实施例。

本发明所述高密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯或苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂注塑；所述低密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂或聚苯乙烯注塑；以下实施例选取高密度区域采用聚碳酸酯注塑，低密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯注塑进行说明。

实施例1：

本实施例的导光板包括低密度区域和高密度区域。低密度区域采用PMMA材料，高密度区域采用PC材料，两个区域采用不同的浇注口。由于注塑时材料为液体状，温度很高，两种材料在液体状态下很容易结合。

本实施例采用注塑法制备导光板。

本实施例使用两台注塑机，通过转移模具完成注塑。

参照图4，高密度区域5为PC材料注塑区域，低密度区域4设置为抽芯模具。

首先，在第一个注塑机内注入高密度PC材料，形成半成型模件；

然后，通过一个机械手装置将半成型模件转移到第二台注塑机的注射位置，将抽芯模具抽出，在原抽芯模具区域，第二台注塑机上进行低密度材料PMMA的注塑，从而完成本发明导光板半成品的注塑成型。

成型后，半成品通过PC端顶出，将PC区域多余的材料切除，成图3所示成品。

本发明抽芯模具的使用提供了提高工艺效率的可能。与其它模具类型不同，在这种模具中，半成形件以及最终部件是在同一个模具腔内成形的。当抽出抽芯件时，最终部件的腔扩大，为第二种材料的注塑提供空间。这样的密封滑动即可将模具腔部分隔开（挡板滑动），随后又可形成完整的模具腔。由于抽芯模具是按顺序工作的，与其它模具相比，第二个组分的快速注射增加了粘附强度。腔的中心位置也使所需的锁模力最小化。

本领域技术人员根据本实施例所描述的步骤，结合现有技术中的导光板注塑工艺，可以很容易地实现本发明。其中，主要注塑参数如下：

(1)模具温度

模具温度影响成型周期及成型品质，在实际操作当中是由制品物料的最低适当模具温度开始设定，然后根据品质状况来适当调高。在模具设计及成型工艺的条件设定上，重要的是不仅维持适当的温度，还要能让其均匀的分布。不均匀的模温分布，会导致不均匀的收缩和内应力，因此使成品容易发生变形和曲翘。本实施例导光板成型的合适模具温度为90℃。

(2)融胶温度

对注塑成型而言，融胶温度设在210℃～250℃之间，于230℃时有最小翘曲，物料温度太高或太低都会使翘曲增加，故以230℃为佳。且在同一充填时间下，高的融胶温度比低的融胶温度有较薄的凝固层，相对地也会增加成品的收缩。

(3)充填速度

提高充填速度能够减小导光板的曲翘变形，有益于成品的综合性能，但过高的充填速度会增加压力损失，同时造成熔体强剪切而过热烧焦。此参数之响应值，是以100mm³/sec的速度为最佳。

(4)保压压力

导光板曲翘变形随着保压压力的提高而变大。高的保压压力虽然可以增加塑件密度，减小或消除塑件缩痕，防止物料产生倒流现象等。但是会带来制品取向增高、冷却时间加长、不利脱模等不利影响，使塑件容易产生变形、表面划伤等，也容易使塑件产生飞边，影响表面质量。导光板成型的合适保压压力为注塑压力的80%。

(5)保压时间

适当的保压时间有助于减少成品之收缩，但太长的保压时间，则急剧增大成品的内应力。导光板成品在4秒时，已经基本完成保压补缩，如果继续保压，增大成品的内应力，最终加大翘曲变形。但是保压时间太短，又会造成成品的收缩得不到及时的补充而产生凹坑、补填不足等缺陷。保压时间取4秒为最佳。

(6)冷却时间及冷却回路

冷却对成品的曲翘有很大的影响，合理的布局冷却回路可以得到质量较好的成品。经分析得到冷却时间取35秒为最佳，太短则收缩量较大，对本成品而言，其贡献度占2.6%，属影响性较小之因子。导光板成型的合适冷却回路设计为和导光板长度方向相同的双回路冷却系统。

实施例2：

本实施例的导光板包括低密度区域和高密度区域。低密度区域采用PMMA材料，高密度区采用PC材料，两个区域采用不同的浇注口。由于注塑是材料为液体状，温度很高，两种材料在液体状态下很容易结合。

本实施例采用注塑法制备导光板。

参照图4，高密度区域5为PC材料注塑区域，低密度区域4设置为抽芯模具。

首先，在注塑机内注入高密度PC材料，形成半成型模件；

然后，将模具旋转180°，抽出抽芯模具，将低密度材料PMMA的浇注口与PC的浇注口对准，进行PMMA的浇注，从而完成本发明导光板半成品的注塑成型。

成型后，半成品通过PC端顶出，将PC区域多余的材料切除，成图3所示成品。

本发明抽芯模具的使用提供了提高工艺效率的可能。与其它模具类型不同，在这种模具中，半成形件以及最终部件是在同一个模具腔内成形的。当抽出抽芯件时，最终部件的腔扩大，为第二种材料的注塑提供空间。这样的密封滑动即可将模具腔部分隔开（挡板滑动），随后又可形成完整的模具腔。由于抽芯模具是按顺序工作的，与其它模具相比，第二个组分的快速注射增加了粘附强度。腔的中心位置也使所需的锁模力最小化。

本领域技术人员根据本实施例所描述的步骤，结合现有技术中的导光板注塑工艺，可以很容易地实现本发明。其中，主要注塑参数如下：

(1)模具温度

模具温度影响成型周期及成型品质，在实际操作当中是由制品物料的最低适当模具温度开始设定，然后根据品质状况来适当调高，在模具设计及成型工艺的条件设定上，重要的是不仅维持适当的温度，还要能让其均匀的分布。不均匀的模温分布，会导致不均匀的收缩和内应力，因此使成品容易发生变形和曲翘。本实施例导光板成型的合适模具温度为90℃。

(2)融胶温度

对注塑成型而言，融胶温度设在210℃～250℃之间，于230℃时有最小翘曲，物料温度太高或太低都会使翘曲增加，故以230℃为佳。且在同一充填时间下，高的融胶温度比低的融胶温度有较薄的凝固层，相对地的也会增加成品的收缩。

(3)充填速度

提高充填速度能够减小导光板的曲翘变形，有益于成品的综合性能，但过高的充填速度会增加压力损失，同时造成熔体强剪切而过热烧焦。此参数之响应值，是以100mm/sec的速度为最佳。

(4)保压压力

导光板曲翘变形随着保压压力的提高而变大。高的保压压力虽然可以增加塑件密度，减小或消除塑件缩痕，防止物料产生倒流现象等。但是会带来制品取向增高、冷却时间加长、不利脱模等不利影响，使塑件容易产生变形、表面划伤等，也容易使塑件产生飞边，影响表面质量。导光板成型的合适保压压力为注塑压力的80%。

(5)保压时间

适当的保压时间有助于减少成品之收缩，但太长的保压时间，则急剧增大成品的内应力。导光板成品在4秒时，已经基本完成保压补缩，如果继续保压，增大成品的内应力，最终加大翘曲变形。但是保压时间太短，又会造成成品的收缩得不到及时的补充而产生凹坑、补填不足等缺陷。保压时间取4秒为最佳。

(6)冷却时间及冷却回路

冷却对成品的曲翘有很大的影响，合理的布局冷却回路可以得到质量较好的成品。经分析得到冷却时间取35秒为最佳，太短则收缩量较大，对本成品而言，其贡献度占2.6%，属影响性较小之因子。导光板成型的合适冷却回路设计为和导光板长度方向相同的双回路冷却系统。

实施例3：不同范围高密度区域对改善三角形暗区的比较

在其所用侧光源为若干独立LED光源时，通过在位于相邻两个独立LED光源之间的区域调整高密度区域的范围，发明人发现，当高密度区域恰好占据相邻两个独立LED光源的三角形暗区时，对三角形暗区的改善效果最好，而且对LED的光效无损耗。

实施例4：不同注塑材料的选择

通过对不同注塑材料的组合进行试验，发明人发现，PMMA与PC的组合为最佳组合。该组合所制得的导光板变性小，复合表面清晰，不容易破裂，粘附兼容性好。

本发明的不同密度的导光板应用于侧入式导光板中，提供了一种降低Hotspot发生的方法。

本发明所提供的，将导光板设计为具有不同密度区域的技术手段，与对导光板的性能进行优化的其他技术手段组合，可以更进一步地优化导光板的性能。比如，在导光板设计为具有不同密度区域的同时，将导光板的入光侧，尤其是入光侧与LED光源对应的区域设计为凹形结构，则会明显优化导光板的导光性能。

本发明实施例还提供一种背光模组，所述背光模组包括本发明所提供的导光板。本发明实施例还进一步提供一种显示器件，其包括上述背光模组。所述显示器件可以为：液晶面板、电子纸、OLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的构思和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (9)

1.一种导光板，其特征在于，所述导光板包括低密度区域和高密度区域，所述高密度区域在所述导光板的入光侧间隔存在，以若干独立点光源为侧光源时，所述高密度区域位于相邻两个独立点光源之间相对应的区域，所述高密度区域位于两个相邻的独立点光源之间产生的三角形暗区，该高密度区域的面积由如下关系式确定：其中，L为点光源长度，P为相邻两颗点光源之间的距离，S为点光源发光面到导光板入光面的距离，r为点光源发光角度；0.1mm≤S≤0.3mm。

2.根据权利要求1所述导光板，其特征在于，所述高密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯或苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂注塑；所述低密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂或聚苯乙烯注塑；所述高密度区域的密度大于低密度区域的密度。

3.根据权利要求2所述导光板，其特征在于，所述高密度区域采用聚碳酸酯注塑，所述低密度区域采用聚甲基丙烯酸甲酯注塑。

4.一种制备具有不同密度区域导光板的注塑方法，其特征在于，所述导光板为权利要求1所述的导光板，所述方法使用的模具在低密度区域设置为抽芯模具；所述方法包括如下步骤：

首先，在第一台注塑机内注入高密度材料，形成半成型模件，该高密度区域的面积由如下关系式确定：其中，L为点光源长度，P为相邻两颗点光源之间的距离，S为点光源发光面到导光板入光面的距离，r为点光源发光角度；0.1mm≤S≤0.3mm；

然后，将半成型模件转移到第二台注塑机的注射位置，将抽芯模具抽出，在原抽芯模具区域进行低密度材料的注塑。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

首先，在注塑机内注入高密度材料，形成半成型模件；

然后，将模具旋转180°，抽出抽芯模具，进行低密度材料的浇注。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，导光板成型的模具温度为75℃～95℃，导光板成型的融胶温度为210℃～250℃，导光板成型的充填速度为6mm/sec～300mm/sec，导光板成型的压力为注塑压力的80％，导光板成型的保压时间1s～20s。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于，导光板成型的模具温度为90℃，导光板成型的融胶温度为230℃，导光板成型的充填速度为100mm/sec，导光板成型的压力为注塑压力的80％，导光板成型的保压时间为4s。

8.一种背光模组，其特征在于，所述背光模组包括权利要求1-3任一所述导光板。

9.一种显示器件，其特征在于，所述显示器件包括权利要求8所述的背光模组。