CN105005109A - 导光片及背光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导光片，用于侧光式背光源装置中，光源发出的光经其入光侧面入射导光片，所述导光片包括：具有光学透明特性的基材；位于所述基材表面的结构层，由聚合物材料构成，其厚度在1微米至100微米的范围内；以及分布于所述结构层之上的多个微结构，其中，单位面积内所述微结构的底面面积总和所占比例，沿光入射方向在0.05％至80％的范围内变化。本发明的导光片中，结构层与基材、微结构与结构层之间均具有较好的附着特性。<pb pnum="1" />

Description

导光片及背光源装置

技术领域

本发明涉及导光片，具体而言，涉及一种用于侧光式背光源装置中的导光片，以及包含该导光片的背光源装置。

背景技术

在液晶显示器中，导光片是侧光式背光源装置中所不可缺少的光学元件。在这样的背光源装置中，通过制作在导光片表面上的微结构或散射点、在邻近导光片背面反射片的辅助下(此外，还可借助放置于导光片出光面上方的扩散膜和聚光膜)，导光片使来自其侧面的光，转变为向液晶显示器面板的背面照射的面光源，该面光源相对均匀并具有一定的角度分布。

目前，广泛使用的导光片通常是，在透明的基材表面上以丝网印刷、喷墨打印方式来制作散射点；或者采用本申请人在专利文献CN102621624A(2012年8月1日公开)、CN102681083A(2012年9月19日公开)、CN102692673A(2012年9月26日公开)中所披露方法来制作微结构导光片。随着液晶显示器日趋向薄型化方向发展，导光片上散射点或微结构的尺寸也随之要求减小。然而，由于小尺寸的散射点或微结构与透明基材的接触面积较小，在光源产品的信赖性试验或使用过程中，它们就容易从基材表面上脱落。

可以预见的是，在液晶显示器进一步向薄型化发展的过程中，亟需一种能克服上述缺陷的导光片。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于，提供一种使小尺寸微结构不易从导光片上分离、脱落的导光片结构，以适应液晶显示器日趋薄型化发展的需求。

本发明的上述目的通过提供导光片以及背光源装置而实现。

根据第一方面，提供一种导光片，用于侧光式背光源装置中，光源发出的光经其入光侧面入射导光片，所述导光片包括：具有光学透明特性的基材；位于所述基材表面的结构层，由聚合物材料构成，其厚度在1微米至100微米的范围内；以及分布于所述结构层之上的多个微结构，其中，单位面积内所述微结构的底面面积总和所占比例，沿光入射方向在0.05％至80％的范围内变化。

在第一方面中，优选的是，所述结构层的厚度在2微米至30微米的范围内。

优选的是，所述结构层上微结构之间的表面为凹凸表面，其中凸起的高度小于所述微结构高度的二分之一。进一步优选的是，所述凸起的高度小于所述微结构高度的四分之一。

优选的是，所述结构层上微结构之间的表面为光滑表面。

优选的是，所述导光片，通过采用由结构层掩模板图案和微结构掩模板图案叠加形成的掩模板图案而制作。

优选的是，所述结构层和微结构，通过由可光聚合材料接受能量辐射聚合而同时形成。

根据第二方面，提供一种背光源装置，包括上述第一方面中的导光片；在所述导光片的入光侧面配置的光源；以及反射片，位于所述导光片的微结构上方，或者位于所述导光片的底面下方。

根据第三方面，提供一种背光源装置，包括上述第一方面中的导光片；在所述导光片的一个角落配置的光源；以及反射片，位于所述导光片的微结构上方，或者位于所述导光片的底面下方。

按照本发明，导光片提供了结构层与基材的面接触，使得结构层与基材、微结构与结构层之间均具有较好的附着特性。在通常的产品使用条件下或信赖性试验中，结构层不与基材分离、脱落，并且微结构不与结构层分离、脱落。

附图说明

图1为本发明一实施例的背光源装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施例的背光源装置的结构示意图；

图3为图1示例中导光片在XZ平面的截面图；

图4为本发明又一实施例的背光源装置在XZ平面的截面图；

图5a为示例结构层掩模板图案；

图5b为示例微结构掩模板图案；

图5c为示例导光片掩模板图案；

图6示出了基材上涂层接受能量辐射而聚合的材料混合物。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下文以实施例结合附图对本发明作进一步说明。附图中，相同的标记表示同一部件或结构。

参照图1，图1示出了本发明一实施例的背光源装置。该装置中，LED光源108在YZ平面上呈直线排布，邻近导光片的入光侧面104配置；反射片107设置于导光片底面106的下方。

导光片包括基材101、位于基材表面的结构层102，以及分布于结构层102之上的多个微结构103。其中，导光片基材101为具有光学透明特性的材料，例如，采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸脂(PC)、透明玻璃等材料。基材材料并不受特别限制，任何具有光学透明特性的材料均适用。这里，基材101的厚度由光源模组的厚度决定，并受光源的尺寸，如LED出光侧尺寸的限制。例如，基材101的厚度可在0.1毫米～3毫米的范围内选择，优选的范围是0.2毫米～2毫米。随着LED光源的尺寸进一步向小型化方向发展，基材也可选择上述范围下限之外的厚度。

结构层102也具有光学透明特性，其厚度通常远小于基材101的厚度。可在1微米～100微米的范围内选择合适的结构层厚度，优选地，可在2微米～30微米的范围内选择。结构层102可采用与基材101不同的材料。例如，构成结构层的材料包括接受能量辐射后固化的可光聚合材料。可以看出，导光片提供了结构层102与基材101的面接触，结构层102与基材101具有较好的附着特性。

微结构103的底部与结构层102相连接。微结构103可采用与结构层102相同的材料。如下文所描述，两者可通过相同的制作步骤同时制作。例如，基材101采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，结构层102和微结构103由可光聚合材料同时接受能量辐射聚合而形成。因此，微结构103与结构层102具有较好的附着特性，不易从结构层上分离、脱落。

在图1的示例中，微结构103为具有圆形或椭圆形底面和非平面状弯曲侧面的结构体。然而，微结构也可包括截面为三角形的微棱镜，或者具有其他合适的形状。微结构103的表面可为光滑表面，或为含有表面细微结构的粗糙表面。适用于本发明导光片的微结构并不局限于上述特定的形状、大小及表面特征，任何对光具有折射或散射作用的微结构都可用于本发明的实施，这对于本领域技术人员而言是易于理解的。

如图1所示，从LED光源108发出的光经其入光侧面104进入导光片，随即经由微结构103或者结构层表面105的折射、散射或全反射作用，入射光从微结构103、结构层表面105、或者导光片底面106离开导光片；从底面106离开导光片的光经反射片107反射后再次进入导光片，部分光线将从结构层表面105或微结构103离开导光片。在入射光的传播过程中，部分光线由于微结构的作用而离开导光片，因而在导光片内沿+X方向传播的光能量逐渐减小。为此，结构层102上多个微结构103的密度需沿光入射方向逐渐增加，即，微结构103的密度沿+X方向逐渐增加。具体而言，单位面积内微结构底面面积的总和所占比例，沿光入射方向(X方向)可在0.05％至80％的范围内变化。优选地，上述比例可在1％至50％的范围内变化。所述变化范围与光在X方向需要传播的距离等参数相关。在X方向需要传播的距离越长，上述比例的变化范围越大。这样设置微结构的目的在于，使得从不同位置离开导光片的光能量大体一致，达到整个面光源亮度基本均匀。

参照图2，图2示出了本发明另一实施例的背光源装置。其中，与图1示例中相同的部分不再赘述。不同的是，在这一侧光式背光源装置中，LED光源108配置于导光片的一个角落，从光源108发出的光经弯曲的入光侧面104进入导光片。该示例中，分布于结构层102之上的微结构103采用截面为三角形的微棱镜结构体，其密度仍需沿光入射方向逐渐增加，即，随离光源距离的增加而逐渐增加。如将光源处设为坐标系的原点，微结构103的密度则随(x²+y²)^1/2的增加逐渐增加。例如，单位面积内微结构底面面积的总和所占比例可在0.05％至80％的范围内变化。进一步，优选的变化范围为1％至50％。这样，入射光传播过程中逐渐减小的光能量就得以弥补。

需要指出，导光片结构层102的表面，一部分与微结构103相连，或为微结构103的底面；此外，所述表面尚包含较大面积的导光微结构103之间的区域，如图1中105的位置所示。优选地，该区域含有细微的凹凸表面。参照图3，图3示出了图1示例中的导光片在XZ平面的截面。101所示为所述导光片的基材，102表示结构层，103表示微结构，其密度沿+X方向逐渐增大。104表示邻近光源(未示出)的导光片入光侧面。105为包含细微凹凸表面的导光微结构之间的区域，其中，凸起的分布可设计成均匀的，或者非均匀的，二者皆能达到本发明的实际效果。

图3中，301为放大的上述细微凹凸表面的局部。d表示结构层102的厚度，H表示微结构103的高度，h表示微结构之间细微凹凸表面凸起的高度。其中，细微凹凸表面凸起的高度h显著小于微结构的高度H。例如，优选地，h/H小于1/2。进一步优选地，h/H小于1/4。本发明导光片中，虽然上述细微凹凸表面将引起部分光线离开导光片，但是，离开导光片的光能量分布主要由微结构103控制。由于细微凹凸表面而引起的导光片内传播光能量的变化，可在设定微结构的密度分布时加以修正。比如，若某一区域内细微凹凸表面引起的离开导光片的光能量较大，则可降低该区域内微结构的密度。

可替代地，上述结构层上微结构之间的区域，也可为光滑表面。光滑表面的光学特征为，当光源进入导光片的光入射到该表面时，该表面对光线主要起折射作用，光线的入射和折射方向遵循描述入射和折射光线的斯奈尔定律(Snell Law)；或主要起全反射作用，全反射的光线遵循反射角等于入射角的规律。

参照图4，图4为本发明又一实施例的背光源装置在XZ平面的截面图。该装置中，采用本发明的上述导光片。导光片100中，微结构表面为光滑表面，结构层上微结构之间的区域包含细微凹凸表面。光源108(例如LED)邻近导光片的入光侧面104配置，401表示反射罩。在该示例中，反射片107位于微结构的上方。

从光源108发出并进入导光片的光线402，经微结构表面反射(全反射)从导光片的底面106离开。该装置中，微结构的表面或可为粗糙表面。在这种情形下，微结构对入射光线的作用包括散射。从光源108发出并进入导光片的另一光线403，传播至结构层上微结构之间的区域，并经该区域细微的凹凸表面引起散射，部分散射光线经底面106离开导光片。从光源108发出并进入导光片的部分光线，经由微结构或微结构之间区域的折射或散射，传播至反射片107，并通过反射片107的作用折回至导光片，这些光线的一部分将通过导光片底面106离开。该背光源装置中，或可在导光片出光底面106的一侧，进一步包括扩散、聚光膜片，以改善光源模组出光的空间及角度分布。

本发明导光片的制作方法描述如下。

本发明导光片的掩模板图案，由结构层掩模板图案和导光微结构掩模板图案叠加而获得。

例如，参照图5a，图5a为示例结构层掩模板图案500a。掩模板图案500a位于XY平面上，其面积与导光片结构层的面积相对应。掩模板图案中包含分布于其面积范围内的阻光部分501a和透光开口502a。如图5a中放大部分所示，示例图案中透光开口502a的形状为对边距离等于r的等边六角形；透光开口之间为阻光部分501a。阻光部分可用如图所示的特征宽度G来描述。需要说明的是，特征宽度G的采用是为了方便描述结构层掩模板图案，结构层掩模板图案中不同位置可具有相同或不同的特征宽度。并且，阻光部分的特征宽度G可选择等于或小于等边六角形透光开口的对边距离r的数值。

图5b为示例微结构掩模板图案500b。掩模板图案500b位于XY平面上，其面积与导光片中微结构所占据的面积相对应。该图案中包含阻光部分501b和透光开口502b。透光开口502b的密度沿+X方向逐渐增加。示例中透光开口502b的形状为直径等于D的圆形。用于制作微结构的透光开口显著大于用于制作结构层的透光开口。这里，优选地，圆形微结构透光开口的直径D大于等边六角形结构层透光开口对边距离r的两倍；更优选地，所述直径D大于所述距离r的四倍。

图5c为示例导光片掩模板图案，该掩模板图案由上述结构层掩模板图案500a与微结构掩模板图案500b叠加后形成。

在掩模板图案叠加步骤中，采用结构层掩模板图案为基准；与微结构掩模板图案中透光开口重叠的区域，导光片掩模板图案采用所述透光开口的形状；与微结构掩模板图案中阻光部分重叠的区域，导光片掩模板图案采用结构层掩模板图案。图5c中，501a为与图5a中相同的结构层阻光部分，502a为与图5a中相同的结构层透光开口，502b为与图5b中相同的微结构透光开口。

这样，图5c中，导光片掩模板图案含有用于制作微结构的透光开口502b、用于制作结构层的透光开口502a和光线不能通过的阻光部分501a。并且，透光开口502b的位置分布和形状与导光片中微结构的位置分布和截面形状相对应；透光开口502a和阻光部分501a与导光片的结构层及结构层细微凹凸表面相对应。

制作导光微结构的透光开口的形状并不限于圆形，其他形状的透光开口，如矩形、椭圆形、六边形，也可用于制作本发明导光微结构。而且，上述透光开口并不限于一种形状和大小，导光片掩模板图案中可包含不同形状、大小的微结构透光开口，由此可形成导光片中不同截面形状、大小的微结构。

类似地，制作结构层的透光开口的形状并不限于等边六角形，其他形状的透光开口，如圆形、椭圆形、矩形、八角形，也可用于制作本发明导光片结构层。并且，所述透光开口并不限于一种形状和大小，导光片掩模板图案中可包含不同形状、大小的结构层透光开口。这些结构层透光开口，与不同特征宽度的结构层透光开口之间的阻光部分形成结构层中不同的细微凹凸表面。

导光片掩模板图案通过光刻或其他方法，制作在含有透明衬底和阻光层的光掩模坯(mask blank)的阻光层上，形成导光片掩模板。透明衬底可为高平整度的玻璃，如石英玻璃、钠钙玻璃、或硼硅玻璃，或透明聚合物材料，如聚酯。阻光层可为具有阻挡紫外光、可见光或电子束等能量辐射通过作用的金属铬层，或乳剂层，如银盐乳剂层。导光片掩模板中与掩模板图案微结构透光开口和结构层透光开口相对应的区域，阻光层通过蚀刻或其他方法被除去，紫外光、可见光或电子束等能量辐射可通过这些区域。

导光片的制作包括制备材料混合物。材料混合物为可光聚合材料，包含一种或多种可光聚合组分，加上一种或多种光引发剂。如果使用不需要光引发剂的可光聚合材料，则可省去光引发剂。通过括刀涂布、缝模涂布或其他合适的涂布方法，将材料混合物涂布在导光片基材上，形成涂层，并将含有涂层的导光片基材放置于导光片掩模板上。在基材和掩模板之间可施加折射率匹配液体，如异丙醇。作为选择，可将导光片基材预先放置于导光片掩模板上，再将材料混合物涂布于导光片基材上。

接下来，使准直或接近准直的能量辐射，如紫外光、可见光、电子束等，通过掩模板微结构透光开口和结构层透光开口，选择性地使涂层中材料混合物聚合，并使用溶剂，如甲醇、丙酮、水、异丙醇或其他合适的一种或多种，洗涤被选择性聚合的材料混合物涂层，从而除去涂层中未聚合的部分，形成结构层，以及密度逐渐变化的导光微结构。

图6示出了基材101上涂层接受能量辐射而聚合的材料混合物。由于导光片掩模板中微结构透光开口显著大于结构层透光开口，涂层中与微结构透光开口对应位置的材料混合物所接受的能量辐射，显著大于涂层中与结构层透光开口对应位置材料混合物所接受的能量辐射，因此，前者所聚合的材料混合物103的截面尺寸和高度，显著大于后者所聚合的材料混合物601的截面尺寸和高度。此外，由于能量辐射源的准直度(如平行半角、倾斜角)、材料混合物组成，以及能量辐射时间等因素的作用，涂层中对应掩模板结构层阻光部分的材料混合物同时经历较小程度的聚合过程，在涂层中相应位置形成高度低于结构层透光开口处的聚合部分602。由此，所述材料混合物601和聚合部分602形成结构层102上的细微凹凸表面。本领域技术人员易于理解的是，通过改变掩模板结构层透光开口和阻光部分的形状、大小，可相应改变导光片结构层上细微凹凸表面的特征。

显而易见，在此描述的本发明可以有许多变化，这种变化不能认为偏离本发明的精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在所附权利要求书的涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种导光片，用于侧光式背光源装置中，光源发出的光经其入光侧面入射导光片，所述导光片包括：

具有光学透明特性的基材；

位于所述基材表面的结构层，由聚合物材料构成，其厚度在1微米至100微米的范围内；以及

分布于所述结构层之上的多个微结构，其中，单位面积内所述微结构的底面面积总和所占比例，沿光入射方向在0.05％至80％的范围内变化。

2.如权利要求1所述的导光片，其特征在于，所述结构层的厚度在2微米至30微米的范围内。

3.如权利要求1所述的导光片，其特征在于，所述结构层上微结构之间的表面为凹凸表面，其中凸起的高度小于所述微结构高度的二分之一。

4.如权利要求3所述的导光片，其特征在于，所述凸起的高度小于所述微结构高度的四分之一。

5.如权利要求1所述的导光片，其特征在于，所述结构层上微结构之间的表面为光滑表面。

6.如权利要求1所述的导光片，其特征在于，所述导光片，通过采用由结构层掩模板图案和微结构掩模板图案叠加形成的掩模板图案而制作。

7.如权利要求6所述的导光片，其特征在于，所述结构层和微结构，通过由可光聚合材料接受能量辐射聚合而同时形成。

8.一种背光源装置，包括：

如权利要求1至7中任一项所述的导光片；

在所述导光片的入光侧面配置的光源；以及

反射片，位于所述导光片的微结构上方，或者位于所述导光片的底面下方。

9.一种背光源装置，包括：

如权利要求1至7中任一项所述的导光片；

在所述导光片的一个角落配置的光源；以及

反射片，位于所述导光片的微结构上方，或者位于所述导光片的底面下方。