CN105842777A - 具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件及其制备方法以及背光模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件及其制备方法以及背光模组，该微棱导光结构件包括基材，基材的两侧分别设置有扩散离子层和UV树脂层，UV树脂层的顶部向外凸起形成有多个间隔设置的微棱结构；微棱结构的棱轴角度与微棱导光结构件的长边延伸方向平行，并且微棱结构的轴截面包括两条斜边和向上拱起的顶弧线，顶弧线的两端均通过斜边与微棱结构的底部相连接以围合成轴截面，斜边与微棱结构的底部之间形成的两个底角相同；其中，扩散离子层中的扩散离子为PMMA和/或PET，UV树脂层中的UV树脂通过丙烯酸树脂附着于基材上。通过该方法制得的微棱导光结构件在背光模组中能够提升光效并且改善hotspot现象。

Description

具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件及其制 备方法以及背光模组
技术领域
本发明涉及背光模组，具体地，涉及一种具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件及其制备方法以及背光模组。
背景技术
背光模组作为液晶显示器的照明设备，其光学特性直接影响着液晶显示模块的性能。随着市场对显示设备薄型化和环境保护的要求，背光模组所使用的光源从冷阴极射线管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)向发光二极管((Light Emitting Diode，LED)转变。目前几乎所有的液晶显示器件均适用LED作为背光模组的光源供给，由线光源CCFL向点光源LED转变的同时，带来了两个问题：
(1)市面上所购买和使用的LED，其发光角度无论在长边还是短边方向均为60°的半亮度视角(如图1、2所示)，即整个LED的发光角度为120°，该LED与同厚度导光板配合使用时(薄型化需求)，会有一边的LED的出射光线因发光角度过大而溢出导光板(如图3所示)，造成光能损失，降低背光模块的光效。
(2)LED为点式光源，民用显示背光模块考虑到经济性，LED与LED之间会留有一段距离以保证所使用LED数量最少；军用显示背光模块考虑到夜视兼容性能，采用白灯LED和彩灯LED相间的灯条布局形式；无论民用还是军用，相邻白灯LED之间总会留有一段间隔，由于LED具有一定的发光角度，相邻LED会产生一个光线难以覆盖的区域，形成暗影，造成灯条侧画面明暗相间的现象，业内称为灯影现象或hotspot现象，其原理如图4所示。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件及其制备方法以及背光模组，通过该方法制得的微棱导光结构件在背光模组中能够提升光效并且改善hotspot现象。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件，该微棱导光结构件包括基材，基材的两侧分别设置有扩散离子层和UV树脂层，UV树脂层的顶部向外凸起形成有多个间隔设置的微棱结构；微棱结构的棱轴角度与微棱导光结构件的长边延伸方向平行，并且微棱结构的轴截面包括两条斜边和向上拱起的顶弧线，顶弧线的两端均通过斜边与微棱结构的底部相连接以围合成轴截面，斜边与微棱结构的底部之间形成的两个底角相同；其中，扩散离子层中的扩散离子为PMMA和/或PET，UV树脂层中的UV树脂通过丙烯酸树脂附着于基材上。
本发明还提供了一种上述的具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件的制备方法，该制备方法包括：
1)将扩散离子涂覆于基材的一侧上，接着进行烘烤固化以形成扩散离子层；
2)将UV树脂和丙烯酸树脂混合后涂覆于基材1的另一侧上，接着进行辊压、固化以形成具有微棱结构的UV树脂层。
本发明进一步提供了一种背光模组，该背光模组包括上述的具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件。
通过上述技术方案，本发明提供的微棱导光结构件一方面通过UV树脂层上特定角度和形状的微棱结构可收缩光源LED在Z方向(LED的方向定义见图5)的发光角度，使得更多的光线收集进入导光板内部，经导光板的导光作用后从背光模块发光面射出，显著提升光效，有助于节能降耗；另一方面，通过微棱导光结构件的扩散离子层上的一层球形扩散离子，能够对LED所发出的光线，尤其是Y方向上的光线进行扩散以将光线打匀，能够改善明暗相见的灯影(hotspot)现象，有助于降低LED的使用数量，降低产品成本，改善画面效果。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有技术中LED的发光视角特性图；
图2是现有技术中LED的长、短边发光方向均为120°示意图；
图3是现有技术中LED一边光能量溢出示意图；
图4是现有技术中LED背光模块hotspot现象产生原理图；
图5是现有技术中LEDLED的X-Y-Z三方向定义；
图6是本发明提供的微棱导光结构件的结构示意图；
图7是图6中UV树脂层的立体图；
图8是图7的俯视图；
图9是图8中A部分的结构放大图；
图10是本发明提供的微棱导光结构件的制备工艺图；
图11是无微棱的导光结构件在Z方向上的LED发射角效果图；
图12是本发明提供的微棱导光结构件在Z方向上的LED发射角收缩效果图；
图13是现有技术中hotspot现象效果图；
图14是本发明提供的微棱导光结构件在改善灯影方面的效果光学仿真图。
附图标记说明
1、基材 2、扩散离子层
3、UV树脂层 4、微棱结构
5、斜边 6、顶弧线
β、底角 θ、顶弧度
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件，如图6所示，该微棱导光结构件包括基材1，基材1的两侧分别设置有扩散离子层2和UV树脂层3，UV树脂层3的顶部向外凸起形成有多个间隔设置的微棱结构4；微棱结构4的棱轴角度与微棱导光结构件的长边延伸方向平行(即棱的角度为0℃)，并且微棱结构4的轴截面包括两条斜边5和向上拱起的顶弧线6(圆弧作用是增大微棱结构4与导光板入光端的接触面积，提升导光结构和导光板入光端面的粘合稳定性)，顶弧线6的两端均通过斜边5与微棱结构4的底部相连接以围合成轴截面，斜边5与微棱结构4的底部之间形成的两个底角β相同(微棱结构4的棱轴角度、轴截面的形状对微棱结构4在收缩光源LED在Z方向的发光角度起着较为重要的影响)。其中，虽然，扩散离子以及UV树脂层3材质可以在宽的范围内选择，但是使微棱导光结构件具有更优异的提升光效和改善hotspot现象的效果，扩散离子层2中的扩散离子为PMMA和/或PET，UV树脂层3中的UV树脂通过丙烯酸树脂(作为扩散介质)附着于基材1上。
上述的微棱导光结构件一方面通过UV树脂层3上特定角度和形状的微棱结构4可收缩光源LED在Z方向(LED的方向定义见图5)的发光角度，使得更多的光线收集进入导光板内部，经导光板的导光作用后从背光模块发光面射出，显著提升光效，有助于节能降耗；另一方面，通过微棱导光结构件的扩散离子层2上的一层球形扩散离子，能够对LED所发出的光线，尤其是Y方向上的光线进行扩散以将光线打匀，能够改善明暗相见的灯影(hotspot)现象，有助于降低LED的使用数量，降低产品成本，改善画面效果。
在本发明中，顶弧度θ以及底角β的角度可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高微棱结构4在收缩光源LED在Z方向的发光角度的效果，优选地，如图7-9所示，顶弧线6的顶弧度θ的角度为80-100°，底角β的角度为40-50°；为了更进一步提高聚光性能最佳，更优选地，顶弧度θ的角度为90°，底角β的角度为45°。
同时，微棱导光结构件的各层的厚度可以在宽的范围内选择，但是为了提高微棱导光结构件在提升光效和改善hotspot现象的方面的效果，优选地，基材1的厚度为0.5-1.5mm，扩散离子层2的厚度为0.3-0.5mm，UV树脂层3的厚度为0.3-0.5mm。
在本发明，扩散离子的粒径可以在宽的范围内选择，但是为了提高扩散离子层2在改善灯影现象上的效果，优选地，扩散离子的粒径为50-100μm。
在上述实施方式中，基材1的材质的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了提高微棱导光结构件在提升光效和改善hotspot现象的方面的效果，优选地，基材1的材质为发光率大于90％的高透材料；更优选地，基材1的材质选自PET，PMMA，PC和PS中的一种或多种。
本发明还提供了一种上述的具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件的制备方法，如图10所示，该制备方法包括：
1)将扩散离子涂覆于基材1的一侧上，接着进行烘烤固化以形成扩散离子层2；
2)将UV树脂和丙烯酸树脂混合后涂覆于基材1的另一侧上，接着进行辊压、固化以形成具有微棱结构4的UV树脂层3。
在上述制备方法中，先进行步骤1)，后进行步骤2)，这是考虑到UV树脂层3上的微棱结构4在120℃的IR炉的高温烘烤下会发生形变，造成微棱结构4一定程度的性能衰减。
在上述方法的步骤1)中，烘烤固化的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的微棱导光结构件的性能，优选地，烘烤固化至少满足以下条件：烘烤温度为110-130℃，烘烤时间为3-6h。
在上述方法的步骤2)中，固化的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的微棱导光结构件的性能，优选地，固化至少满足以下条件：固化温度为115-125℃，固化时间为3.5-4.5h。
考虑到步骤2)中会对扩散离子层2造成损伤，优选地，在步骤2)之前，制备方法还包括：将保护膜贴覆于扩散离子层2的表面。
本发明进一步提供了一种背光模组，该背光模组包括上述的具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件。其中，为了更好地体现出微棱导光结构件在提升光效和改善hotspot现象的方面上的效果，优选地，微棱导光结构件的贴覆方向为：扩散离子层2面向LED发光面，UV树脂层3通过OCA光学胶与导光板入光端面相连接。
以下将通过检测例对本发明提供的微棱导光结构件性能进行详细描述。
检测例1
通过光学仿真软件对对照组和实验组中的导光结构件的性能进行仿真(500条光线)，其中，对照组中微棱导光结构件的UV树脂层上无微棱结构；实验组为本发明提供的微棱导光结构件。对照组的检测结果见图11，实验组的检测结果见图12，通过图11和12的对比可知：本发明提供的微棱导光结构件将LED发射的Z方向光线进行收缩，使其原本溢出的光线全部进入到导光板内部，经过合理的导光板设计，将这些光线导出至液晶面板，起到提升光效的作用。
检测例2
通过光学仿真软件对对照组和实验组中的导光结构件在LED的Y方向上的效果进行仿真，其中，对照组中无微棱导光结构件；实验组在导光板上安装有本发明提供的微棱导光结构件。对照组的检测结果见图13，实验组的检测结果见图14，通过图13和14的对比可知：实验组的灯影区域明显减小，即微棱导光结构件具有改善灯影的效果，主要得益于扩散粒子层中的扩散粒子对光的扩散作用，增大了LED在Y方向上的发射角度。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件，其特征在于，所述微棱导光结构件包括基材(1)，所述基材(1)的两侧分别设置有扩散离子层(2)和UV树脂层(3)，所述UV树脂层(3)的顶部向外凸起形成有多个间隔设置的微棱结构(4)；所述微棱结构(4)的棱轴角度与所述微棱导光结构件的长边延伸方向平行，并且所述微棱结构(4)的轴截面包括两条斜边(5)和向上拱起的顶弧线(6)，所述顶弧线(6)的两端均通过所述斜边(5)与微棱结构(4)的底部相连接以围合成所述轴截面，所述斜边(5)与微棱结构(4)的底部之间形成的两个底角(β)相同；
其中，所述扩散离子层(2)中的扩散离子为PMMA和/或PET，所述UV树脂层(3)中的UV树脂通过丙烯酸树脂附着于所述基材(1)上。
2.根据权利要求1所述的微棱导光结构件，其中，所述顶弧线(6)的顶弧度(θ)的角度为80-100°，所述底角(β)的角度为40-50°；
优选地，所述顶弧度(θ)的角度为90°，所述底角(β)的角度为45°。
3.根据权利要求1或2所述的微棱导光结构件，其中，所述基材(1)的厚度为0.5mm-1.5mm，所述扩散离子层(2)的厚度为0.3mm-0.5mm，所述UV树脂层(3)的厚度为0.3mm-0.5mm。
4.根据权利要求1或2所述的微棱导光结构件，其中，所述扩散离子的粒径为50-100μm；
优选地，所述基材(1)的材质为发光率大于90％的高透材料；
更优选地，所述基材(1)的材质选自PET，PMMA，PC和PS中的一种或多种。
5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
1)将所述扩散离子涂覆于所述基材(1)的一侧上，接着进行烘烤固化以形成所述扩散离子层(2)；
2)将UV树脂和丙烯酸树脂混合后涂覆于所述基材(1)的另一侧上，接着进行辊压、固化以形成具有所述微棱结构(4)的UV树脂层(3)。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述烘烤固化至少满足以下条件：烘烤温度为110-130℃，烘烤时间为3-6h。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，在步骤2)中，所述固化至少满足以下条件：固化温度为115-125℃，固化时间为3.5-4.5h。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，在步骤2)之前，所述制备方法还包括：将保护膜贴覆于所述扩散离子层(2)的表面。
9.一种背光模组，其特征在于，所述背光模组包括如权利要求1-4中任意一项所述的具有提升光效和改善hotspot现象的微棱导光结构件。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述微棱导光结构件贴覆方向为：所述扩散离子层(2)面向LED发光面，所述UV树脂层(3)通过OCA光学胶与导光板入光端面相连接。
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