CN100529810C - 一种背光模组中的导光组件结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背光模组中的导光组件结构，包括导光基材以及导光基材表面制备形成的导光网点结构，其特征在于：包括至少两层导光基材重叠组合构成，每层所述导光基材为厚度50um～150um的导光膜；各层所述基材上的导光网点结构分布位置相互互补；其制作方法：(1)根据LED光源的厚度与导光薄膜材料厚度，确定多层组合的层数；(2)根据LED光源亮度数据及发光面积，确定初始的导光网点分布；(3)根据步骤(2)数据及布点方式进行相应调整；(4)制作相应导光模仁小样；(5)制作各层导光膜，并进行组装。本发明充分利用了LED光源能量，并有效地提高了发光均匀度，多层重叠结构获得更好的触感。

Description

一种背光模组中的导光组件结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种背光模块中使用的导光组件及其制作方法，如导光板、导光膜，具体涉及一种适用于超薄侧光式背光模组中的导光组件结构。

背景技术

随着显示及发光器件向超薄、节能化方向发展，侧发光方式成为背光模块的主流照明方式。背光模块的亮度和均匀性是行业中评价产品品质的重要指标，因而，如何获得高亮度、高均匀性的面光源成为研究的焦点。

背光模组的主要构成部件包括：光源(Light source)、导光板(Light guideplate)以及一些光学膜片，如扩散膜(diffuser)、棱镜片(prism sheet)、反射板(reflector)等。背光模组根据光源的所在位置，分成入射光源位于显示面板背面后方的直下式背光模组，以及入射光源位于显示面板一条侧边附近的侧光式背光模组。

对于侧光式模组，光源放在背光模组侧边，光从侧面进入导光板后，将线光源或点光源转化成分布均匀的面光源，再经过扩散膜的均光作用与棱镜片的集光作用提高光源的亮度与均匀度。其中，导光板作为模组中的核心导光器件，其导光性能直接决定了模组的发光亮度与均匀度。

随着显示器件的超薄化趋势，背光模组中的导光板、光源等器件也正向薄型化方向发展。目前，行业中研发出了0.15mm左右厚度的超薄导光薄膜(在导光板厚度＜0.2mm时，可以称为导光膜)，而超薄LED光源的厚度则达到0.3mm～0.6mm。因此，在超薄背光模组中，若采用超薄LED光源及超薄导光薄膜的组合，由于超薄导光薄膜的端面导光尺寸小于LED端面尺寸，会造成侧光源能量的很大损失；而若采用超薄LED光源与导光板的组合(目前最薄的导光板厚度为0.7mm)，则在用于手机按键、触摸方式的显示器件等场合时，将会严重影响产品的触摸手感。

此外，降低显示产品的成本也是行业发展趋势。因此，在背光模组中导光器件超薄化的同时，其价格同样是行业中关注的对象。由于印刷方式及注塑成型方式(传统导光板制作的主流方式)在制作1mm以下厚度导光板时良品率的降低及设备投入的增加，使得该方法制造的薄型导光板的价格较高，这也是传统制作方式无法制作超薄导光板的障碍之一。

因此，如何获得超薄、高亮度、高均匀度以及低价格的超薄导光器件是本行业关注的问题，也是目前急待解决的问题。

发明内容

本发明目的是提供一种能够充分利用超薄模组中侧光LED光源能量的导光组件结构，以较低的制作成本获得具有高亮度、高均匀度的面光源。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种背光模组中的导光组件结构，包括导光基材，以及根据导光需求，在导光基材表面制备形成的导光网点结构，由至少两层导光基材重叠组合构成，每层所述导光基材为厚度50um～150um的导光膜；各层所述基材上的导光网点结构分布位置使得导出光能量相互互补，构成均匀的面光源。

上文中，在侧发光结构的背光模组中，使用多层单片超薄导光膜进行重叠组合，重叠的层数由实际采用的LED光源的厚度与实际单层导光膜的厚度来决定，目前行业中已商业化应用的超薄LED光源的厚度在0.3mm～0.6mm，为有效减薄厚度，重叠组合后的导光组件厚度最好是小于或等于LED光源的厚度；组合后的各层导光膜与LED的接触端口对LED光源发出的光进行充分耦合，实现对LED光源侧面发光能量的利用，从而避免光能损失；同时，导光膜表面上的导光网点结构进行互补设计，所谓互补设计，即各层导光膜上的导光网点的布置相互交叉，导出光能量分布互补，使得组合后的多层结构的导出光形成的面光源具有更好的均匀性，这点是以往单层导光板(或膜)所不易实现的。

上述技术方案中，所述导光网点结构为微锥形凹、凸结构，其直径为10um～100um，深度为5um～20um，根据均匀导光要求，基于折/反射型几何光学原理进行各层所述导光膜表面的导光网点布置，重叠后导出光构成均匀面光源。

具体网点分布设计方法为：

①网点采用整面设计方式，网点密度与位置互补。如第一层网点整面分布，密度离光源由近而远从疏到密，第二层网点整面分布，网点密度离光源由近而远从密到疏，但第二层的网点的位置与第一层网点的位置不同；第三层网点密度根据前两层组合后的整体效果，确定网点密度的分布情况，并以此类推，第N层导光膜网点设计使得第N层发光区能量补充前N-1层发光不匀部分，最终使得LED光源能量得到充分利用，并获得高均匀度的面光源；

②网点采用局部设计方式。如第一层仅在离光源特定位置处设计特定密度网点，第二层在其他特定位置设计特定网点，并以此类推，确定其他各层的网点分布密度与区域；

③网点采用整体+局部设计方式。如第一层、第二层采用整体设计方式后，整个组合结构仅在局部区域存在不均匀现象，此时，可对第三层采用局部网点设计方式，来改善整体发光效果。

以上多层结构的发光均匀性，可以通过各层的网点密度与位置进行调整实现。

另一种技术方案是，所述导光网点结构为衍射型光栅结构，衍射光栅像素结构最小线宽为0.4um，光栅槽深为150nm～400nm，根据均匀导光要求，基于耦合波理论，通过改变光栅取向、槽型深度、线宽各参数进行各层所述导光膜上的导光网点布置，重叠后导出光构成均匀面光源。

本发明的导光组件结构的制作方法是，包括以下步骤：

(1)根据使用的LED光源的厚度与单层导光膜材料厚度，确定多层组合的层数；

(2)根据LED光源亮度数据及发光面积，以单片导光的方式进行模拟，确定初始的导光网点分布；

(3)以步骤(2)中确定的分布初始值，根据布点方式进行相应调整，确定第一层导光膜的网点分布；根据能量分布及各层模拟结构，依次确定其他各层的网点分布；

(4)根据设计的各层网点结构制作导光模仁小样，进行数据测试，如测试数据与设计数据的偏差值大于设定要求时，对各层网点分布做相应调整；

(5)在样品亮度、均匀度测试通过后，制作各层导光膜，并进行叠合组装。

上述技术方案中，步骤(5)中对导光膜的制作，可采用现有技术中的①平压方式或②卷对卷的印制方式：

①平压的压印过程为，对导光板(膜)模仁从上往下施加压力，使得模仁与基材进行充分接触，由于模仁的温度一般在100℃左右，接触时基材材料发生变形，从而将模仁表面的微结构转移到材料表面，形成导光网点；

②卷对卷压印过程为，通过主动辊与从动辊的相对转动，将模仁表面的微结构网点压印到基材表面。该压印过程为线接触，板辊在压印过程中处于匀速转动，因此，接触面内的压力非常均匀，成卷的PC基材卷绕在板辊表面，压印过程不受面积限制，适于制作厚度仅为50um～150um的柔性卷材，速度可达数十米/秒，速度较快，但不适用于制作＞0.3mm的PC片材。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明中的导光组件由多层导光膜构成，通过多层重叠导光膜间的光耦合效应，充分利用了LED光源侧面的能量，避免能量损失，从另一角度达到节能的效果；

2.采用多层导光膜进行组合的方式，使得每层导光膜上的导光网点分布具有更大的自由度，以能量互补为分布原则，重叠后使得多层导光结构具有较高的均匀度；

3.多层柔性导光薄膜的组合与整体导光结构比单层片状导光板相比，触感更好，满足产品的商业化需要；

4.易于制造：单层导光膜可采用高效率的卷对卷压印方式，生产效率为平压方式(片材导光板)的10倍，可极大提高了产能，并降低了成本，更符合行业发展的趋势。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是实施例一中多层导光膜导光示意图；

图3是实施例一中整面设计网点的多层导光膜示意图(a)；

图4是实施例一中整面设计网点的多层导光膜示意图(b)

图5是实施例二中局部设计网点的多层导光膜示意图(a)；

图6是实施例二中局部设计网点的多层导光膜示意图(b)；

图7是实施例二中局部设计网点的多层导光膜示意图(c)；

图8是实施例三中整面+局部设计网点的多层导光膜示意图(a)；

图9是实施例三中整面+局部设计网点的多层导光膜示意图(b)；

图10是实施例三中整面+局部设计网点的多层导光膜示意图(c)；

图11是平压方式制作导光板(膜)示意图；

图12是卷对卷压印方式制作导光膜示意图。

其中：1、片状导光板(膜)模仁；2、微结构网点；3、PC基材；10、侧发光LED光源；11、导光膜；12、背光模组中的夹具。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图1至图4所示，一种背光模组中的导光组件结构，主要由4层导光基材重叠组合构成，每层所述导光基材为厚度0.12mm的导光膜11，各层组合后的厚度小于侧发光LED光源10的厚度(0.5mm)，各层导光膜重叠后由背光模组中的夹具12夹持定位；根据导光均匀性的要求，在导光基材表面制备形成导光网点结构，各层所述基材上的导光网点结构分布位置相互互补，使导出均匀的面光源；所述导光网点结构为微锥形凹、凸结构，其直径为50um，深度为10um，根据均匀导光要求，基于折/反射型几何光学原理进行各层所述导光膜表面的导光网点布置，重叠后导出均匀面光源。

本实施例中，导光网点布置采用整面设计，如第一层网点整面分布，密度离光源由近而远从疏到密，第二层网点整面分布，网点密度离光源由近而远从密到疏，但第二层的网点的位置与第一层网点的位置不同；第三层网点密度根据前两层组合后的整体效果，确定网点密度的分布情况，并以此类推，第N层导光膜网点设计使得第N层发光区能量补充前N-1层发光不匀部分，最终使得LED光源能量得到充分利用，并获得高均匀度的面光源；以两层组合结构为例来说明上述整体设计方式，如图3所示，按照离光源由近而远从疏到密分布，并根据实际使用的LED光源的发光曲线进行疏密排列，如图4所示为第二层整面设计网点的导光膜，其网点分布与第一层网点位置错开，具***置可通过软件模拟效果来确定。

本实施例中导光组件结构的制作方法是，其步骤包括：

(1)根据实际使用的LED光源的厚度与单层导光薄膜材料厚度，确定多层组合的层数；

(2)根据LED光源亮度数据及发光面积，以单片导光的方式进行模拟，确定初始的导光网点分布；

(3)以步骤(2)中确定的分布初始值，根据布点方式进行相应调整，确定第一层导光膜的网点分布；根据能量分布及各层模拟结构，依次确定其他各层的网点分布；

(4)根据设计的各层网点结构制作相应导光模仁小样，进行数据测试，必要时，对各层网点分布做相应调整；

(5)在样品亮度、均匀度测试通过后，采用卷对卷压印方式制作各层导光膜，并进行组装。

如图12为卷对卷压印方式制作导光膜的示意图。压印过程通过主动辊与从动辊的相对转动，将模仁表面的微结构网点压印到基材表面。该压印过程为线接触，板辊在压印过程中处于匀速转动，因此，接触面内的压力非常均匀。成卷的PC基材卷绕在板辊表面，压印过程不受面积限制。同时，卷绕式压印的速度可达数十米/秒，极大地提高了生产效率。

经测试表明，当光源为侧发光LED，LED厚度为0.5mm，若采用单片0.12mm厚度的超薄导光薄膜作为导光器件，其厚度仅为LED光源厚度的1/4。若光源侧面发出能量与其厚度成正比，单片导光膜仅利用了光源能量的25％，损失了75％的能量；但是，若采用如本实施例的多层结构的导光组件，新增的每层单片导光膜即可对LED光源损失的能量进行耦合，并通过各层的导光网点，将侧向光能转换为正面的能量，其各层网点的导光示意图参见图2。该结构除了可充分利用光源能量外，还可通过调整各层导光网点的位置，提高最终获得面光源能量的均匀性。

实施例二：参见图5至7所示，一种背光模组中的导光组件结构，包括导光基材，以及根据导光需求，在导光基材表面制备形成的导光网点结构，包括10层导光基材重叠组合构成，每层所述导光基材为厚度50um的导光膜，各层组合后的厚度等于LED光源的厚度0.5mm；各层所述基材上的导光网点结构分布位置相互互补，使导出均匀的面光源；所述导光网点结构为椎形凹、凸结构，其直径为60um，深度为8um，根据均匀导光要求，基于折/反射型几何光学原理进行各层所述导光膜表面的导光网点布置，重叠后导出均匀面光源。

为了充分利用光源能量，提高面光源的均匀度，本实施例采用局部导光网点的设计，以三层组合结构为例来说明局部设计导光网点的方式。网点在三层单片导光膜上的局部位置相对错开，其网点密度根据LED光能传播过程中衰减曲线确定。图5离光源最近，能量最强，密度最小；图6离光源较远，能量次之，密度增大；图7离光源最远，能量最小，密度最大；以此类推，10层组合的网点设计原理同上，当然，本实施例示意图仅表述了单片导光膜上采用1个区域设计网点，根据实际发光情况，在单片导光膜上可以同时设计多个局部发光区。

实施例三：本实施例中的结构类似于实施例一或二，不同点在于导光网点的布置，采用整体+局部的设计方式。如图8、9为整体方式设计的导光网点，若在厚度允许情况下，如第一层、第二层在局部区域仍存在局部不均匀现象，此时，可通过增加采用局部方式设计的网点对整体发光效果进行改善，参见图10。

实施例四：一种背光模组中的导光组件结构，包括导光基材，以及根据导光需求，在导光基材表面制备形成的导光网点结构，其特征在于：包括至少两层导光基材重叠组合构成，每层所述导光基材为厚度50um～100um的导光膜，各层组合后的厚度小于LED光源的厚度；各层所述基材上的导光网点结构分布位置相互互补，使导出均匀的面光源；所述导光网点结构为衍射型光栅结构，该结构至少线宽为0.4um，光栅槽深为150nm～400nm，根据均匀导光要求，基于耦合波理论，通过改变光栅取向、槽型深度、线宽各参数进行各层所述导光膜上的导光网点布置，重叠后导出均匀面光源。

本实施例中，在制作导光膜时采用平压方式，如图11所示，压印过程为对导光板(膜)模仁1从上往下施加压力，使得模仁与PC基材3进行充分接触，由于模仁1的温度一般在100℃左右，接触时材料发生变形，从而将模仁表面的微结构网点2转移到PC基材3表面，形成导光网点。平压过程中，模仁需要和基材进行充分接触，才能确保压印深度的一致性，从而保证网点的导光性能。但是，随着模仁面积的增大，单位面积的压力减小，压印网点的深度受到影响。一般的平压面积＜60mm×60mm，压印的深度才能得到保证，且比较均匀，但是，压印面积的尺寸影响了生产效率。压印基材3可为各种厚度的PC/PMMA材料。

Claims (2)

1.一种背光模组中的导光组件结构，包括导光基材，以及根据导光需求，在导光基材表面制备形成的导光网点结构，其特征在于：由至少两层导光基材重叠组合构成，每层所述导光基材为厚度50um～150um的导光膜；各层所述基材上的导光网点结构分布位置使得导出光能量相互互补，构成均匀的面光源；所述导光网点结构为衍射型光栅结构，衍射光栅像素结构最小线宽为0.4um，光栅槽深为150nm～400nm，根据均匀导光要求，基于耦合波理论，通过改变光栅取向、槽型深度、线宽各参数进行各层所述导光膜上的导光网点布置，重叠后导出光构成均匀面光源。

2.一种背光模组中的导光组件结构的制作方法，其步骤包括：

(1)根据使用的LED光源的厚度与单层导光膜材料厚度，确定多层组合的层数；

(2)根据LED光源亮度数据及发光面积，以单片导光的方式进行模拟，确定初始的导光网点分布；

(3)以步骤(2)中确定的分布初始值，根据布点方式进行相应调整，确定第一层导光膜的网点分布；根据能量分布及各层模拟结构，依次确定其他各层的网点分布；

(4)根据设计的各层网点结构制作导光模仁小样，进行数据测试，如测试数据与设计数据的偏差值大于设定要求时，对各层网点分布做相应调整；

(5)在样品亮度、均匀度测试通过后，制作各层导光膜，并进行叠合组装。

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