CN108333656B - 一种双层热复合型光扩散板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

为了解决普通的赋形光扩散板对液晶显示器产生的干扰条纹的问题，并同时克服具有优秀透光性和柔和度的三层复合型光扩散板的高成本、易翘曲、易脱落、成本高等问题，本发明提出一种双层热复合型光扩散板，其包括：第一扩散层和第二扩散层，第一扩散板层的第一微结构层与第二基础层之间存在空气层；第二微结构层采用大三棱镜和不规则排布的小半球，不规则排布的小半球位于两个连续排布的大三棱镜的沟槽中。同时提供该双层热复合型光扩散板的制备方法。

Description

一种双层热复合型光扩散板及其制备方法
技术领域
本发明涉及光扩散板领域，具体的涉及一种双层热复合型光扩散板及其制备方法。
背景技术
在液晶显示器等投射型显示器(投射型图像显示装置)的背光源单元中，使用CCFL等线状光源、LED等点状光源。背光源单元通过光扩散板将来自线状光源或点状光源的光扩散从而转换为面状的光。目前使用的效果较好的光扩散板为表面具有透镜或棱镜等光学元件部的赋形光扩散板，因为赋形光扩散板的透光性和柔和度都很高。
并且，但是普通的赋形光扩散板同样还存在干扰条纹的问题：由于以上赋形扩散板上互相大致平行的并列设置有多个光学元件部，所以赋形扩散板具有周期性结构。另一方面，因为液晶显示面板也是以一定间隔排列有多个像素，所以具有周期性结构。将具有周期性结构的赋形扩散板与具有周期性结构的液晶面板并用时，有时因两者的宽度(间距)的关系而产生干扰条纹。
为了解决以上问题，目前市面上有一种三层的复合型结构的光扩散板可以既解决以上问题，不但可以基本避免干扰条纹的问题，同时还能保证透光性和柔和度。其第一层为带半球形微结构的扩散板层，第二层为带三棱锥形微结构的扩散板层，第三层为大三棱锥与小三棱锥交替排布的微结构的扩散板层，每一层的主体均采用双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，三层结构之间采用粘胶的方式来进行复合，然而采用这种复合方式做成的光扩散板成品主要有如下三点缺陷：1、采用粘胶的方式将两层光扩散板进行复合，由于粘胶的流动性较高，粘胶会在重力的作用下塌陷在微结构的凹槽中，使得微结构与上一层扩散板外表面的空间被粘胶填满，如此会影响微结构的镜面效果，使得光散射、反射、折射的效率降低；2、由于三层的复合结构的第一层、第二层和第三层的材质各不相同，使得各层的物理特性，例如收缩力、内应力等不同，使得三层扩散板的形变方向和形变量不同，从而使得层与层之间脱落、曲翘、变形；3、通常情况下，由于加工工艺、成本和材料本身特性的限制，使得以上三层的复合层结构的光扩散板的厚度通常只能做到0.5mm左右，那么这种厚度只有0.5mm左右的复合型光扩散板在直下型TV上，通常会因为复合层结构的光扩散板的厚度小、材料的挺度小，从而会导致中部塌陷的现象。
另外，生产以上复合型光扩散板的生产工艺和成本也很高，主要原因有以下两点：1、生产以上复合型光扩散板的设备价格较高，且工艺较复杂，故导致最终的成品价格高；2、生产以上扩散板的原材料的价格高，导致最终的成品价格高。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提出一种双层热复合型光扩散板及其制备方法，采用本发明的双层热复合型光扩散板，可以有效的降低以上三层结构的粘胶型复合光扩散板的生产成本，同时保证粘胶型复合光扩散板的透光度和柔和度，解决三层结构的粘胶型复合光扩散板在直下型TV上的应用问题，同时还能有效避免普通的赋形光扩散板因棱镜周期性的排布与液晶面板的周期性结构的排布宽度关系产生的干扰条纹。
一种双层热复合型光扩散板，其包括：第一扩散层1，第二扩散层2，其中第一扩散层1包括第一基础层11、第一微结构层12，第二扩散层2包括第二基础层21、第二微结构层22，其特征在于：第一扩散层1和第二扩散层2的材质完全相同，均为聚苯乙烯；第一微结构层12为圆锥体，且每个圆锥体的底面跟其他的六个圆锥体的底面相交；第一微结构层12的圆锥体的顶端与第二扩散板层2的第二基础层21中远离微结构的一面固定连接，且第一微结构层12与第二基础层21之间存在空气层13；第二微结构层22为大三棱镜和不规则排布的小半球，不规则排布的小半球位于两个连续排布的大三棱镜的沟槽中。
进一步的，所述第一基础层11的厚度H11为0.3mm～3mm，第一微结构层12的圆锥体的高度H12为350um～370um。
进一步的，所述第二基础层21的厚度H21为0.2mm～0.3mm，第二微结构层22的大三棱镜的高度H22为106.5um～112.5um。
进一步的，大三棱镜的两条边长相同，且夹角为90°，两个相邻的大三棱镜的沟槽的距离P1为213um～225um。
进一步的，两个相邻的大三棱镜的沟槽的距离P1为217um～219um。
进一步的，聚苯乙烯包含未经过改性的聚苯乙或者光学级聚苯乙烯；进一步的，聚苯乙烯中还包含有机硅光扩散剂、二氧化硅光扩散剂、亚克力球光扩散剂中的其中一种或多种。
本发明专利的双层热复合型光扩散板采用如下方式进行制备：
Step1，将熔融后的220℃聚苯乙烯分别经过挤出机模头挤出后经过延压冷却后，形成带微结构的扩散板层A和带微结构的光扩散板层B；
Step2，将带微结构的扩散板层A的平面层和带微结构的扩散板层B的微粒层在70℃～180℃，且相对速度为零时进行热复合。
本发明的双层热复合型光扩散板的工作原理为：当LED电光源的光线透过第一扩散层1后，经过第一微结构层12为圆锥体表面后，由于第一微结构层12圆锥体的特性，使得光线发生折射后并反射，从而实现透过圆锥体后发生光扩散作用。另外，由于微结构层12圆锥体的周围全部是空气，此时光的传播介质发生改变，空气的折射率为1，聚苯乙烯的折射率为1.41～1.42，此时可以使得白光中的大角度的红光通过圆锥体的表面进行折射，将其矫正到一定的角度，从而进入到第二扩散层2，并同时提高遮光性。此处需要说明的是，如果不采用空气，而是采用其他的折射率跟聚苯乙烯接近或者高于聚苯乙烯的材质，无法达成二次高效利用大角度红光的效果。
当光源进入第二扩散层2后，从第二微结构层22的表面出来时，由于聚苯乙烯的折射率大于空气的折射率，此时发生聚光作用，使得透光率大大提升。需要注意的是，若垂直光源透过两个相邻的第二微结构的22的沟槽时，如果是普通沟槽，不做任何处理，则光线只能垂直射出；而本发明采用不规则排布的半球形填充沟槽，使得光线经过不规则排布的半球形时发生光的折射，从而将光线再次打到第二微结构层22的表面，从而增强了光的利用率。
另外，由于市面上常用的液晶屏的周期性结构的距离为50um或60um两个规格，本发明通过选择两个相邻的大三棱镜的沟槽的距离P1，使得其作为分母、常用的液晶屏的周期性结构的距离60um作为分子时，永远无法被整除，用此方法能够消除因两者的宽度(间距)的关系而产生干扰条纹。
综上，本发明的双层热复合型光扩散板具有如下优势：
1.由于本发明的第一微结构层12与第二基础层21之间的空气层和第二微粒层22上不规则排布的半球形的缘故，使得本发明的双层热复合型光扩散板的透光率大大提升。
2.由于两个相邻的大三棱镜的沟槽的距离P1的巧妙设计，使得其避免了周期性结构的距离60um的液晶屏的干扰纹路的问题。
3.由于在70℃～180℃进行复合，使得相同材质的带微结构的扩散板层A和带微结构的扩散板层B，可以有效粘结，不会脱落，解决了传统粘胶复合时候由于粘胶的流动性较高，粘胶会在重力的作用下塌陷在微结构的凹槽中，使得微结构与上一层扩散板外表面的空间被粘胶填满，如此会影响微结构的镜面效果，使得光散射、反射、折射的效率降低的问题。
4.由于扩散板层A和带微结构的扩散板层B所使用的材料完全相同，使得两层的物理特性相同，解决了因不同材料的收缩力、内应力不同，使得传统的复合型扩散板层与层之间脱落、曲翘、变形的缺点。
5.形成的扩散板层A和带微结构的扩散板层B的原料为聚苯乙烯，成本较为低廉，不到双向拉伸PET和亚克力胶价格的1/4，但是却达到了跟三层复合型光扩散板一样的透光度和柔和度，降低了成本。
6.本发明的双层复合型光扩散板的厚度可以做到0.5mm～3.3mm，有效的克服了传统的三层复合型光扩散板的厚度过薄引起的在直下式TV上的应用的局限性。
附图说明：
下面结合附图对具体实施方式作进一步的说明，其中：
图1为传统的三层的复合层结构的光扩散板。
图2为本发明的双层热复合型光扩散板的结构示意图。
图3为本发明的双层热复合型光扩散板的放大结构示意图。
图4为第一微结构层的底面设计结构图。
图5为第一微结构层的俯视结构示意图。
图6为第二微结构层的俯视图。
图7为第二微结构层的俯视放大示意图。
主要结构序号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
具体实施案例1：
如图2和3所示，一种双层热复合型光扩散板，其包括：第一扩散层1，第二扩散层2，其中第一扩散层1包括第一基础层11、第一微结构层12，所述第一基础层11的厚度H11为0.33mm，第一微结构层12的圆锥体的高度H12为355um。第二扩散层2包括第二基础层21、第二微结构层22，所述第二基础层21的厚度H21为0.21mm，第二微结构层22的大三棱镜的高度H22为108.5um。其特征在于：第一扩散层1和第二扩散层2的材质完全相同，均为聚苯乙烯；第一微结构层12为圆锥体，且每个圆锥体的底面跟其他的六个圆锥体的底面相交；第一微结构层12的圆锥体的顶端与第二扩散板层2的第二基础层21中远离微结构的一面固定连接，且第一微结构层12与第二基础层21之间存在空气层13；第二微结构层22为大三棱镜和不规则排布的小半球，大三棱镜的两条边长相同，且夹角为90°，两个相邻的大三棱镜的沟槽的距离P1为217um；不规则排布的小半球位于两个连续排布的大三棱镜的沟槽中。
具体实施案例2：
如图2和3所示，一种双层热复合型光扩散板，其包括：第一扩散层1，第二扩散层2，其中第一扩散层1包括第一基础层11、第一微结构层12，所述第一基础层11的厚度H11为2.9mm，第一微结构层12的圆锥体的高度H12为565um。第二扩散层2包括第二基础层21、第二微结构层，所述第二基础层21的厚度H21为0.29mm，第二微结构层22的大三棱镜的高度H22为109um。其特征在于：第一扩散层1和第二扩散层2的材质完全相同，均为聚苯乙烯；第一微结构层12为圆锥体，且每个圆锥体的底面跟其他的六个圆锥体的底面相交；第一微结构层12的圆锥体的顶端与第二扩散板层2的第二基础层21中远离微结构的一面固定连接，且第一微结构层12与第二基础层21之间存在空气层13；第二微结构层22为大三棱镜和不规则排布的小半球，大三棱镜的两条边长相同，且夹角为90°，两个相邻的大三棱镜的沟槽的距离P1为218um；不规则排布的小半球位于两个连续排布的大三棱镜的沟槽中。
具体实施方式3：
如图2和3所示，一种双层热复合型光扩散板，其包括：第一扩散层1，第二扩散层2，其中第一扩散层1包括第一基础层11、第一微结构层12，所述第一基础层11的厚度H11为1.9mm，第一微结构层12的圆锥体的高度H12为360um。第二扩散层2包括第二基础层21、第二微结构层22，所述第二基础层21的厚度H21为0.25mm，第二微结构层22的大三棱镜的高度H22为109.5um。其特征在于：第一扩散层1和第二扩散层2的材质完全相同，均为聚苯乙烯；第一微结构层12为圆锥体，且每个圆锥体的底面跟其他的六个圆锥体的底面相交；第一微结构层12的圆锥体的顶端与第二扩散板层2的第二基础层21中远离微结构的一面固定连接，且第一微结构层12与第二基础层21之间存在空气层13；第二微结构层22为大三棱镜和不规则排布的小半球，大三棱镜的两条边长相同，且夹角为90°，两个相邻的大三棱镜的沟槽的距离P1为219um；不规则排布的小半球位于两个连续排布的大三棱镜的沟槽中。
如上具体实施方式1～3中的双层热复合型光扩散板采用如下方式进行制备：
Step1，将熔融后的220℃聚苯乙烯分别经过挤出机模头挤出后经过延压冷却后，形成带微结构的扩散板层A和带微结构的光扩散板层B；
Step2，将带微结构的扩散板层A的平面层和带微结构的扩散板层B的微粒层在70℃～180℃，且相对速度为零时进行热复合。
以上具体实施方式1～3中的双层热复合型光扩散板具有如下优势：
1.LED光源在透过以上第一扩散层1后的亮度为100cd/m2，而透过第二扩散层2后的亮度达到133cd/m2，透光度增加33％。
2.避免了周期性结构的距离60um的液晶屏的干扰纹路的问题。
3.解决了传统粘胶复合时候由于粘胶的流动性较高，粘胶会在重力的作用下塌陷在微结构的凹槽中，使得微结构与上一层扩散板外表面的空间被粘胶填满，如此会影响微结构的镜面效果，使得光散射、反射、折射的效率降低的问题。
4.解决了因不同材料的收缩力、内应力不同，使得传统的复合型扩散板层与层之间脱落、曲翘、变形的缺点。
5.形成的扩散板层A和带微结构的扩散板层B的原料为聚苯乙烯，成本较为低廉，不到双向拉伸PET和亚克力胶价格的1/10，但是却达到了跟三层复合型光扩散板一样的透光度和柔和度，降低了成本。
6.本发明的双层复合型光扩散板的厚度可以做到0.5mm～3.3mm，有效的克服了传统的三层复合型光扩散板的厚度过薄引起的在直下式TV上的应用的局限性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种双层热复合型光扩散板，其包括：第一扩散层(1)，第二扩散层(2)，其中第一扩散层(1)包括第一基础层(11)、第一微结构层(12)，第二扩散层(2)包括第二基础层(21)、第二微结构层(22)，其特征在于：第一扩散层(1)和第二扩散层(2)的材质完全相同，均为聚苯乙烯；第一微结构层(12)为圆锥体，且每个圆锥体的底面跟其他的六个圆锥体的底面相交；
第一微结构层(12)的圆锥体的顶端与第二扩散板层(2)的第二基础层(21)中远离微结构的一面固定连接，且第一微结构层(12)与第二基础层(21)之间存在空气层(13)；第二微结构层(22)为大三棱镜和不规则排布的小半球，不规则排布的小半球位于两个连续排布的大三棱镜的沟槽中。
2.如权利要求1所述的双层热复合型光扩散板，其特征在于：所述第一基础层(11)的厚度H11为0.3mm～3mm，第一微结构层(12)的圆锥体的高度H12为350um～370um。
3.如权利要求1所述的双层热复合型光扩散板，其特征在于：所述第二基础层(21)的厚度H21为0.2mm～0.3mm，第二微结构层(22)的大三棱镜的高度为106.5um～112.5um。
4.如权利要求1所述的双层热复合型光扩散板，其特征在于：大三棱镜的两条边长相同，且夹角为90°，两个相邻的大三棱镜的沟槽的距离P1为213um～225um。
5.如权利要求1所述的双层热复合型光扩散板，其特征在于：两个相邻的大三棱镜的沟槽的距离P1为217um～219um。
6.如权利要求1所述的双层热复合型光扩散板，其特征在于：聚苯乙烯包含未经过改性的聚苯乙或者光学级聚苯乙烯。
7.如权利要求6所述的双层热复合型光扩散板，其特征在于：聚苯乙烯中还包含有机硅光扩散剂、二氧化硅光扩散剂、亚克力球光扩散剂中的其中一种或多种。
8.如权利要求1～6中任意所述的双层热复合型光扩散板通过如下方式制备：
Step1，将熔融后的220℃聚苯乙烯分别经过挤出机模头挤出后经过延压冷却后，形成带微结构的扩散板层A和带微结构的光扩散板层B；
Step2，将带微结构的扩散板层A的平面层和带微结构的扩散板层B的微粒层在70℃～180℃，且相对速度为零时进行热复合。
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