CN102197261A - 导光体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光导板及其生产方法。所述光导装置适用于多种用途,尤其适用于与显示器的背光照明连接,例如液晶显示器。所述光导板由光导层及一种或多种光散射物质构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种光导板和包括所述光导板的光导装置及其制造方法。所述光导装置适用于多种用途,尤其适用于与显示器的背光照明连接,例如液晶显示器。
背景技术
光导装置是已知并使用的技术,例如,用于照明、背光照明、标牌和显示。光导装置通常包括光源和光导板,所述光源可以是荧光灯或多个发光二极管(LED),所述光导板由标准注塑或机械加工的透明塑料元件制成。
光导板的结构表面通常有适当的改装,改装干扰光源发出的光线的全内反射,因此,光线以一种可控的方式被导向通过透明光导,并沿与在透明光导内传播方向大体垂直的方向射出。
但是,这种光导板在制造方面有许多问题。例如,具有这些表面特征的注塑光导板要求合适的模具进行微机械加工或激光切割,这往往成本很高。
其它可用于制备光导板的技术包括微冲压或热压印合适的高分子聚合物板。但光导板端部的光学性能受冲压质量及相关制造工艺限制。
而且,上述微机械加工的表面特征很容易在光导板的制造过程或在光导装置的组装过程中遭到破坏。另外,由于尘埃会对光在光导板中的传播可能造成不利影响,为保证表面特征没有任何粉尘颗粒,制造过程和组装过程必须严格保证无尘操作。这就导致了高制造成本和高组装工艺成本。
由于显示器尺寸的增加导致了在这些显示器中使用的背光的尺寸的要求也随之增加,制造和组装工艺的物理限制变得越来越严格,随之而来的是相关成本的增加。改变和/或改进尤其应用于背光或其它方面的光导板和光导装置及其制造方法成为当前需要解决的问题。
本发明的目的是提供一种解决一个或多个上述问题的光导板。
发明内容
根据本发明的第一方面,提供了一种光导板,包括第一导光材料层和一种或多种光散射物质。第一导光材料层的第一表面上设置有第二导光材料层,光散射物质设置在第一导光材料层和第二导光材料层之间的界面处。
根据本发明的第二方面, 提供了一种光导装置,包括根据本发明第一方面的光导板和一个或多个光源。所述一个或多个光源可与光导板外部连接。作为优选,所述装置为边缘照明。作为可选,所述一个或多个光源可不必被导光材料层封装。
由所述一个或多个光源发出的光通过全内反射可在第一导光材料层和第二导光材料层内被导向。所述一种或多种光散射物质可干扰或阻断光的全内反射,使经过干扰的光可沿与被导向的光的方向垂直或基本垂直的方向射出。因此,提供了一种光导装置,包括一个或多个与光导板连接的光源,其中所述光导板包括第一导光材料层和一种或多种光散射物质。所述第一导光材料层的第一表面上设有第二导光材料层,所述一种或多种光散射物质位于第一导光材料层和第二导光材料层之间的界面处,其中由所述一个或多个光源发出的光通过全内反射在第一导光材料层和第二导光材料层内被导向,所述一种或多种光散射物质干扰或阻断光的全内反射,使经过干扰的光沿与被导向的光的方向垂直或基本垂直的方向射出。
根据本发明的第三方面,提供了一种显示装置,包括根据本发明第二方面的光导装置。所述光导装置可为液晶显示装置,因此可包括一个液晶盒,所述液晶盒可以是指一块液晶面板。
根据本发明的第四方面,提供了一种生产光导板的方法,包括以下步骤:
a)在第一导光材料层的第一表面施加一种或多种光散射物质;
b)在第一导光材料层的第一表面上设置第二导光材料层,这样,所述一种或多种光散射物质位于第一导光材料层与第二导光材料之间的界面处。
所述方法还可以包括将所述光导板与一个或多个光源结合组成一个光导装置。所述方法还可以包括由所述光导装置构成显示装置。
在第一导光材料层的第一表面施加一种或多种光散射物质包括在第一表面上施加含有所述一种或多种光散射物质的油墨,并使油墨固化。施加油墨可包括将油墨通过印刷或模板印刷施加到第一导光材料层的第一表面上。在所述两层导光材料结合前,所述一种或多种光散射物质可施加在第一导光材料层和第二导光材料层上或施加在其中一个上。
在步骤b)中,将第一导光材料层和第二导光材料层结合可包括在第一表面上施加液态聚合物,并固化所述聚合物。采用标准层压技术将第二导光材料层与第一导光材料层结合。采用这种工艺时要求使用透明粘合剂。
由于所述一种或多种光散射物质位于第一导光材料层和第二导光材料层之间的界面处而不在导光材料的外表面,本发明的光导板更容易清洗并降低了处理过程中被破坏的风险。
而且,所述一种或多种光散射物质可通过叠加式印刷方法更易施加在导光材料的表面,如丝网印刷,可不必采用以前所使用的昂贵的微机械加工设备来施加用于表面改造的光散射物质,因此降低了制造成本。本发明的光导板可采用卷对卷制程进行生产。
发明详述
导光材料层
所述第一导光材料层和第二层导材料,以下也可称为第一导光层和第二导光层,是透光的。优选地,所述导光层对于由所述一个或多个光源发出的光是透明的。第一导光层(可称为基层)可由透明聚合物板构成,如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯或丙烯酸树酯。第二导光材料层可由适当的聚合物制成,包括丙烯酸树酯、环氧树脂或聚氨脂。第一导光层和第二导光层的厚度可以是不同的,每个导光层的厚度约在0.1mm至10mm之间。典型地,导光层的厚度约为0.1mm。所述两导光层的折射率可大于等于1.4,也可以彼此不同,范围在1.4至1.7之间。第一导光层和第二导光层的折射率可以相同也可以不同。
第二导光层与第一导光层结合时可采用标准层压技术。这种技术可能需要使用透明粘合剂。透明粘合剂的折射率与第一和第二导光层的折射率相同或相近。第一导光层和第二导光层可在制造过程光学连接。光学连接是指层与层结合后,在光学上没有区别(无法从光学上区分它们)。所述两导光层光学结合后不能将两层有效区分。将第二导光层施加到第一导光层的方法包括施加并固化液态聚合物。固化方法包括质热固化、UV固化和/或两部固化中的一种或多种。所述光导板生产方法还包括印刷、模板印刷或撒播聚合物。优选地,当第二导光层以聚合物形式施加时,在将两层合并前,所述一个或多个光散射物质只设置于第一光导层上。
光散射物质
所述一种或多种光散射物质干扰经过导向的光的全内反射。所述一种或多种光散射物质可以指光萃取物质。所述光散射物质的施加可在两导光层合并前与在透明印刷油墨中散布光散射物质和在一个或多个导光层上施加油墨一起进行。
优选地,所述光散射物质对于由所述一个或多个光源发出的光是透明的。所述光散射物质具有光反射性,如银片。优选地,所述光散射物质的折射率高于第一导光层和/或第二导光层的折射率,例如,所述光散射物质的折射率约为1.6至2.0,比如,高于1.6。所述一种或多种光散射物质可为颗粒形式。所述光散射物质的粒径范围约为1μm至20μm。适用于本发明的是折射率高于第一导光层折射率的透明粒子材料。所述粒子可以是二氧化硅粒子,如二氧化硅球粒子。
所述光散射物质(如粒子)可散布于油墨中。所述油墨为可透光的,最好对于由所述一个或多个光源发出的光来说是透明的。所述油墨可为聚合材料,也可包含所述光散射物质,可根据通常被称为叠加式印刷工艺的若干方法中的任一种施加到导光层上形成一薄层图案。例如,传统的丝网印刷与网筛的使用相结合,网筛上的孔与将要印刷的图案相对应。这种图案可便于将油墨精确地施加到光导层上的指定区域。其他适宜的叠加式印刷法包括模板印刷、喷墨印刷、苯胺印刷(flexographic printing)和其他已知的平版印刷工艺。
适于本发明使用的油墨包括那些对于由所述一个或多个光源发出的光是透明的、具有低折射率(如约1.4至1.5)并且可通过UV或溶剂固化的油墨。所述油墨的反射率可与第一导光层和/第二导光层的折射率相同或几乎相同。例如,适于UV固化的油墨是Windowtex Gloss,它是一种透明丙烯酸UV聚合物丝印油墨,可以从MacDermid Autotype购买。
可跟据所要施加的油墨距离所述一个或多个光源的远近施加不同数量和形状的油墨。如果光从导光体散射出去,随着光源距离的增加,光强度变弱。因此,较小的墨点(之间间距较大)将被设置在距光源较近处,反之,较大的墨点(之间间距较小)将被设置在距光源较远处。墨点的高度约为0.01mm至0.1mm,间距和/或直径约为0.1mm至10mm。可对油墨的分布进行调整以达到均匀或基本均匀的光萃取效果。油墨的图案决定了导光层表面上颗粒的格局,因此也决定了所述光散射物质的位置。
可选地,可在第一光导层的下表面外部下方再设置一个反射元件(如反射板)对光线进行重新定向,否则,光线则会沿远离装置被观看的方向进行传播,如做为背光照明时。
在本发明中,采用马尔文仪表公司生产的马尔文粒度分析仪Mastersizer对粒度分布进行测量。将氦-氖气激光束穿过一个装有粒子悬浮水溶液的透明液晶盒。照到粒子上的光线的散射角度与粒径成反比。光电探测器阵列可检测出符合设定角度的光线的数量。然后通过微型计算机得到与光通量值成正比的电信号,根据由样品和水性分散剂折射率所确定的理论粒子 的预设散射图案,确定粒径分布。
光导装置
光导装置的使用范围包括照明、背光照明、标牌和显示用途。典型地,已知的光导装置为注塑或机械加工的透明塑料元件,一个光源以机械连接的方式与透明塑料元件的边缘结合为一个整体。专利WO2005/101070描述了这种装置的具体实例,这里引用整个专利内容做为参考文献。
与这些装置相同的是,由光源发出的光线被透明光导板(通常是塑料的)进行全内反射而被导向。对于边缘照明背光应用来说,光沿着与在透明光导板内传播方向基本垂直的方向射出。要达到上述目的可通过光与设置在光导板外表面上的散射结构之间相互作用来达到,因此需要不平整的表面来干扰全内反射。
本发明的光导装置合采用卷对卷制程和丝网印刷技术进行生产。本发明的光导板的外表面和光导装置外表面与传统光导板相比更光滑更平整。
在本发明中,可根据多种技术将一个或多个光源与光导板边缘结合成一个整体。一个光源可通过机械连接的方式与光导板边缘整体结合。一个或多个光源与光导板边缘的整体结合可采用对接耦合工艺,所述一个或多个光源通过UV固化与光导板的端部连接,连接采用具有高折射率的光子粘合剂,这种粘合剂可减少导光层端部的反射。所述光导板可通过热裂或抛光的方式在端部形成便于从所述一个或多个光源进入导光层的光的耦合的光学表面。
光源
所述一个或多个光源可以是任何一个本技术领域内所熟知的光源,包括适用于背光照明的光源。这种光源包括一个或多个LED、 冷阴极荧光灯、激光二极管、有机发光二极管光源以及其他电致发光装置。光源发出的光线可以是无指向性的。
所述LED可以为本技术领域中任何一种设计,包括边缘发光、侧面发光、顶部发光、或裸片LED。
光导装置的使用
本发明光导装置的使用范围包括照明、背光照明、标牌和显示。
液晶装置是本技术领域早已熟知的技术。透射模式的液晶显示器通常包括一个液晶盒也可以是一块液晶面板、一个包括光导装置的背光单元和一个或多个起偏振器。液晶盒也是已知的技术。通常,典型的液晶盒包括两个透明基板,在两个透明基板中间设置一层液晶材料。液晶盒可包括两块透明板,在所述两块透明板的内表面上分别涂敷有透明导电电极。可在液晶盒的内表面上设置配向层,以使液晶材料分子聚集形成偏向排列。所述透明板被垫片分开适当距离,如约2微米。液晶材料流入透明板之间将透明板之间的空隙填满。起偏振器可设置在液晶盒的前面和后面。所述背光单元可以以传统的方式设置于液晶盒的后面。在工作过程中,透射模式的液晶盒可调节从光源,如包括光导装置的背光单元,发出的光。
附图说明
下面结合附图和实施例进一步说明本发明,实施例仅做为解释本发明而并不限制本发明。
图1是根据本发明的光导装置及其对光线传播的影响图。
在图1中,图中所示为光导装置(1)的侧视图,所述光导装置包括第一导光层(2),第一导光层由透明聚合物基体制成,如聚酯、聚碳酸酯或丙烯酸树酯。多个光散射物质(4)设置在第一导光层和第二导光层(7)之间。第二导光层可采用本技术领域中任何已知的方式设置在第一导光层的第一表面上,因此,可以有效地将光散射物质封装在第一导光层和第二导光层之间。一个外部光源(3),如LED,可以以任何合适的方式与导光层的一端机械连接,所述光源与导光层构成一个光导装置。由LED光源发出的光线(5a, 5b, 5c)被导入导光层,这样,光线在导光层内沿两层导光层所界定的平面基本平行的方向传播。由于全内反射,光线被导过透明光导板。当光线遇到光散射物质(4)时,光线与其相互作用被重新导向从光导装置的顶部射出,如6a和6c所示,因此达到背光照明的目的。如图所示,还可以设置一个反射元件(8),它可将所示的光线(5b’)重新导向,使其沿(6b)所指的方向从光导装置顶部射出。
典型地,第二导光层(7)的折射率与第一导光层(2)的折射率基本相同,这样,从光源(3)发出的光由于全内反射在第一导光层和第二导光层内被导向。因此,第一导光层和第二导光层及其之间的光散射物质一起被称为光导板,形成做为从光导板端部的光源发出的光的导向介质的复合结构。
实施例
实施例1
根据本发明的光导板按以下步骤制成。
一块厚度为0.3mm的丙烯酸树脂板做为第一导光层。二氧化硅粒子(粒径:10微米)均匀散布在Windowtex Gloss(厚度0.025mm)中,Windowtex Gloss是一种透明丙烯酸基UV固化聚合物丝印油墨,可从MacDermid Autotype公司购买。这种散布式的分布通过丝网印刷到丙烯酸基体上并固化。在丙烯酸基体上印有油墨的的同一表面上,在印刷后的油墨的顶部上,施加一层厚度为0.1mm的Dymax 4-20645并固化,这是一种UV固化的丙烯酸基透明聚合物(折射率为1.51),得到一个光学上连续的复合结构,在所述复合结构中,二氧化硅粒子被封装在两丙烯酸层之间界面处。如上所述,这种复合光导板的顶部表面和底部表面可免受可能具有破坏性的物质的影响,并可远离尘埃粒子,所述光散射物质被容置在所述复合结构的内部。
Claims (25)
1.一种光导板,包括第一导光材料层和一种或多种光散射物质;所述第一导光材料层的第一表面上设有第二导光材料层,所述一种或多种光散射物质位于第一导光材料层和第二导光材料层之间界面处。
2.根据权利要求1所述的光导板,其中,第一导光材料层和第二导光材料层由透明聚合物板制成。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的光导板,其中,第一导光材料层和第二导光材料层的折射率相同或基本相同。
4.根据上述权利要求中任何一项权利要求所述的光导板,其中,第一导光材料层和第二导光材料层的折射率各不相同,范围约为1.4至1.7。
5.根据上述权利要求中任何一项权利要求所述的光导板,其中,第一导光材料层和第二导光材料层的厚度各不相同,范围约为0.1mm至10mm。
6.根据上述权利要求中任何一项权利要求所述的光导板,其中,所述一种或多种光散射物质的折射率高于第一导光材料层的折射率。
7.根据上述权利要求中任何一项权利要求所述的光导板,其中,所述一种或多种光散射物质散布在透明油墨中。
8.根据权利要求7所述的光导板,其中,所述透明油墨的折射率与第一导光材料层的折射率相同或基本相同。
9.根据上述权利要求中任何一项权利要求所述的光导板,其中,所述一种或多种光散射物质为颗粒状。
10.根据上述权利要求中任何一项权利要求所述的光导板,其中,所述颗粒的粒径范围约为1μm至20μm。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的光导板,其中,所述颗粒为二氧化硅颗粒。
12.根据上述权利要求中任何一项权利要求所述的光导板,其中,所述光散射物质的折射率约为1.6至2。
13.一种光导装置,包括根据上述权利要求中任何一项权利要求所述的光导板和一个或多个光源。
14.根据权利要求13所述的光导装置,其中,所述一个或多个光源可选自LEDs、冷阴极荧光灯、激光二极管、有机发光二极管光源以及其他电致发光装置。
15.根据权利要求14所述的光导装置,其中,所述一个或多个光源可选自一个或多个LEDs。
16.根据权利要求13至权利要求15中任何一项权利要求所述的光导装置,其中,所述光导装置为边缘照明。
17.根据权利要求13至权利要求16中任何一项权利要求所述的光导装置,其中,所述一个或多个光源未被导光材料层封装。
18.一种显示装置,包括权利要求13至权利要求17中任何一项权利要求所述的光导装置。
19.根据权利要求18所述的显示装置,其中,所述显示装置包括一个液晶盒。
20.一种生产光导板的方法,包括:
(a)在第一导光材料层的第一表面上施加一种或多种光散射物质;
(b)在第一导光材料层的第一表面上设置第二导光材料层,这样,所述一种或多种光散射物质位于第一导光材料层与第二导光材料层之间的界面处。
21.根据权利要求20所述的方法,其中,步骤a)包括在所述第一表面上施加含有所述光散射物质的透明油墨,并固化所述油墨。
22.根据权利要求20或权利要求21所述的方法,其中,采用叠加式印刷方法施加所述一种或多种光散射物质。
23.根据权利要求22所述的方法,其中,所述叠加式印刷方法为丝网印刷法。
24.根据权利要求20至权利要求23中任何一项权利要求所述的方法,其中,步骤b)包括在所述第一表面上施加液态聚合物,并固化所述聚合物。
25.根据权利要求20至权利要求23中任何一项权利要求所述的方法,其中,所述第二导光层为一块聚合物板,步骤b)包括将所述聚合物板层压到所述第一导光层上。
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