CN106569360A

CN106569360A - 导光片、背光源装置及液晶显示装置

Info

Publication number: CN106569360A
Application number: CN201510651506.3A
Authority: CN
Inventors: 路志坚; 覃佐波; 杨星; 眭建群; 杨云胜
Original assignee: BRIVU TECHNOLOGIES (DANYANG) Co Ltd
Current assignee: BRIVU TECHNOLOGIES (DANYANG) Co Ltd
Priority date: 2015-10-10
Filing date: 2015-10-10
Publication date: 2017-04-19

Abstract

本发明公开一种导光片，用于侧光式背光源装置中，所述导光片的结构层具有多个低于其平坦表面的凹陷微结构，以及多个高于所述平坦表面的凸起微结构。本发明提高了对存在于导光片与反射膜之间的异物、污点和其他瑕疵的遮蔽性，从而提升了背光模组的组装合格率。并且，本发明避免了结构层平坦表面与光滑反射膜表面间干涉条纹的产生，能够提高光源和显示器画面的品味。

Description

导光片、背光源装置及液晶显示装置

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，包含所述导光片的背光源装置，以及包含所述背光源装置的液晶显示装置。

背景技术

在液晶显示器中，导光片是侧光式背光源装置中不可缺少的光学元件。这类背光源中，通过制作在导光片表面上的微结构或散射点的作用，并在邻近导光片背面反射片的辅助下，导光片使来自其侧面的光，转变为向液晶显示元件的背面照射的面光源。

图1示出了现有技术背光模组中导光片与反射膜的布置。该模组中，LED光源(未图示)安装在导光片100入光端的一侧。导光片100包含基片101和结构层102，在结构层102上设有多个凹陷微结构103。在背光模组中，采用具有凹陷微结构的导光片，可有效地提高光的利用率。

结构层102由可光聚合材料通过含有阻光图案的掩膜板，选择性地接收能量辐射聚合而形成；与阻光图案对应的未聚合的可光聚合材料被除去后，在涂层中所留下的空间形成凹陷微结构103；如此形成的结构层102包含较大面积的平坦表面105。此外，反射膜302位于导光片100的上方，其表面303直接与导光片结构层的平坦表面105相接触。

这种直接接触，导致对存在于上述两个表面303、105之间的异物、污点及其他瑕疵的遮蔽性能较差，在光源出光面方向(-Z方向)可明显观测到这些瑕疵所产生的痕迹或阴影，从而降低背光模组的组装合格率。另外，如所选反射膜302的表面303为光滑表面，则该光滑表面与导光片结构层的平坦表面105易产生干涉条纹，因而降低光源和显示器画面的品味。

因此，在液晶显示和LED照明领域，亟需一种导光片与背光源装置，使得在保持较高的光利用率、降低能耗的同时，可提高对异物的遮蔽性能并避免与光滑反射膜表面之间产生干涉条纹。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于，提供一种导光片，使背光模组在光利用率较好的情况下，提高对在导光片与反射膜之间存在的异物的遮蔽性，并避免结构层平坦表面与光滑反射膜表面接触而产生的干涉条纹。

根据本发明的第一方面，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端面入射导光片，所述导光片包括：具有光学透明特性的基片；位于所述基片表面的结构层，由可光聚合材料经聚合后形成，所述结构层具有，多个低于其平坦表面的凹陷微结构，所述多个凹陷微结构在结构层表面的占用面积比，从入光端至出光端沿光入射方向，从0.05％至10％向5％至60％增加；多个高于所述平坦表面的凸起微结构；并且，所述结构层上各微结构之间的表面为所述平坦表面。

在第一方面中，优选的是，所述多个凸起微结构在所述结构层的表面均匀分布。

优选的是，所述多个凸起微结构在结构层表面的占用面积比，为小于所述凹陷微结构最大所占用面积比的一半的数值。

优选的是，所述多个凸起微结构在结构层表面的占用面积比，等于最小所述凹陷微结构的占用面积比。

优选的是，所述凸起微结构的高度为1微米至100微米。

优选的是，所述凸起微结构的高度为2微米至50微米。

优选的是，所述凸起微结构，通过上表面或下表面含有微凸透镜的透明膜片对能量辐射光线聚光后，照射所述可光聚合材料而形成。

优选的是，所述凸起微结构，通过上、下表面均含有微凸透镜的透明膜片对能量辐射光线聚光后，照射所述可光聚合材料而形成。

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；在邻近所述导光片的入光端面配置的光源；以及反射膜，位于所述导光片结构层的凸起微结构一侧，其表面与所述凸起微结构相接触。

根据第三方面，提供一种液晶显示装置，包括上述第二方面中的背光源装置，所述背光源装置配置于液晶显示元件的背面。

按照本发明，导光片具有凹陷微结构和凸起微结构，在背光模组中凸起微结构与反射膜接触，这样，在导光片与反射膜之间，就相隔了由凸起微结构高度所确定的距离，由此提高了对存在于导光片与反射膜之间的异物、污点和其他瑕疵的遮蔽性，从而提升了背光模组的组装合格率。并且，本发明避免了结构层平坦表面与光滑反射膜表面间干涉条纹的产生，能够提高光源和显示器画面的品味。

附图说明

图1示出了现有技术背光模组中导光片与反射膜的布置；

图2示出了本发明一实施例的导光片；

图3a为图2示例中导光片在XZ平面的截面图；

图3b示出了入射光线在示例导光片中的传播过程；

图4示出了本发明背光模组中导光片与反射膜的布置；

图5a为示例导光片靠近入光端结构层表面的SEM图像；

图5b为示例导光片靠近出光端结构层表面的SEM图像；

图6示出了本发明导光片的示例制作方法；

图7示出了含有微凸透镜的透明膜片；

图8为图6部分区域的放大图示；

图9示出了本发明导光片的另一示例制作方法；

图10a为经选择性能量辐射后在可光聚合材料涂层上形成的固化形态示例；

图10b为除去未固化部分后最终形成的导光片；

图11为包含本发明导光片的背光模组示例。

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2，图2示出了本发明一实施例的导光片。该导光片包括基片201、位于基片201表面的结构层202。其中，基片201采用光学透明材料，例如，可采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酞酸酯(PC)、玻璃等材料。结构层202由可光聚合材料经聚合后形成。

结构层202包含多个低于其平坦表面205的凹陷微结构203、多个高于该平坦表面205的凸起微结构204、以及未被凹陷和凸起微结构占据的平坦表面205。

凸起微结构204相对于结构层平坦表面205向+Z方向***，在背光模组中凸起微结构204与反射膜接触，这样，结构层平坦表面205与反射膜之间，就相隔了由凸起微结构高度所确定的距离。示例导光片中，基片201的表面和结构层平坦表面205与XY平面平行。

图3a为图2示例中导光片在XZ平面的截面图。如图3a所示，凹陷微结构203的基本尺寸可用高度H和直径D来描述。这里，高度H为凹陷微结构203的最低处到平坦表面205的距离。优选地，高度H为1～150微米；进一步优选为2～50微米。直径D优选为2～250微米，进一步优选为5～100微米。值得指出的是，本发明中凹陷微结构的基本尺寸选用直径D，只是为了描述的方便和清晰，并不意味着凹陷微结构在XY平面上的截面仅限于圆形，其他如矩形、椭圆形、六角形之类的形状都适用于凹陷微结构的截面。在凹陷微结构203的截面形状不是圆形的情况下，所述直径D为该截面形状的最小尺寸，如矩形的短边、椭圆形的短轴等。

图3a中，206表示导光片的入光端面，207表示其出光端面，LED光源放置于邻近入光端面206的一侧。凹陷微结构203的密度沿X方向逐渐增加。具体而言，多个凹陷微结构203在结构层表面的占用面积比(结构层中单位面积内凹陷微结构的底面面积总和所占比例)，沿光入射方向，从邻近入光端面206处的0。05％至10％，向邻近出光端面207处的5％至60％逐渐增加。

需要指出，凹陷微结构的密度沿X方向逐渐增加，指的是一种总体趋势。由于光从出光端面207向-X方向的反射、或从出光端面207出射的光经邻近背光模组边框沿-X方向反射、并再次进入导光片的光线的影响，在邻近出光端面207的位置，凹陷微结构的密度通常需要适当的修正。并且，在离出光端面207较小的距离范围内，可能出现凹陷微结构的密度沿X方向呈较小幅度下降的情形。密度修正的幅度，和背光模组边框与导光片出光端面的距离等具体设计参数相关。

再次参照图3a，类似地，凸起微结构204的基本尺寸也可用其高度h和直径d来描述。高度h为凸起微结构204的最高处离平坦表面 205的距离，优选地，高度h为1～100微米；h进一步优选为2～50微米。直径d用以描述凸起微结构204在与XY平面平行的平坦表面上的平面形状∑。平面形状∑可为圆形，或为其他形状，如矩形、椭圆形、六角形等。在平面形状∑不是圆形的情况下，直径d为该形状的最小尺寸，如矩形的短边、椭圆形的短轴等。直径d优选为1～200微米，进一步优选为2～100微米。

多个凸起微结构204在结构层表面的占用面积比(结构层中单位面积内凸起微结构的底面面积总和所占比例)，从导光片的入光端面206至出光端面207，可采用均匀分布，或沿X方向逐渐增加，或沿X方向逐渐减小。其中优选地，可使多个凸起微结构204均匀地分布于结构层表面，例如，可使多个凸起微结构204在结构层表面的占用面积比，为小于上述凹陷微结构最大所占用面积比的一半的数值。又如，也可使多个凸起微结构204在结构层表面的占用面积比，等于最小所述凹陷微结构的占用面积比。这样的选择可简化导光片的设计。

从入光端面206进入导光片的光，通过基片表面和结构层平坦表面205的全反射，沿X方向向出光端面207传播。结构层中凹陷微结构203和凸起微结构204在所对应的位置，破坏光全反射的条件而使光在这些位置离开导光片。如图3b所示，从光源208所发出的光通过入光端面206进入导光片，A₀和B₀表示两条进入导光片的示例光线。光线A₀传播至结构层的平坦表面205，通过平坦表面与空气界面的全反射在导光片内传播，如A₁所示；光线A₁传播至基片的表面，通过基片表面和空气界面的全反射继续在导光片内传播，如A₂所示；光线A₂传播至一凸起微结构204，该光线的一部分通过反射或散射，射向基片201的一边，如A_3a所示；该光线的另一部分通过折射或散射离开导光片，如A_3b所示。光线B₀则传播至一凹陷微结构203，该光线的一部分通过凹陷微结构表面的反射或散射，射向基片201的一边，如B_1a所示；该光线的另一部分通过凹陷微结构表面的折射或散射离开导光片，如B_1b所示。

参照图4，图4示出了本发明背光模组中导光片与反射膜的布置。反射膜302的表面303与导光片的凸起微结构204接触，它们之间相隔了由凸起微结构高度决定的间隙，使得结构层平坦表面205与反射膜表面303无直接接触。根据本发明，在导光片结构层中形成凸起微结构，由此提高了对存在于反射膜和导光片之间的异物、污点和其他瑕疵的遮蔽性，从而提高了背光模组的组装合格率。并且，在所选反射膜302的表面303为光滑表面的情况下，本发明避免了该光滑表面与导光片结构层平坦表面相接触而产生干涉条纹。

凹陷微结构203和凸起微结构204对光线产生的散射、反射或折射作用，使部分光线通过导光片的出光面304离开导光片；或经过反射膜302的反射从出光面304离开导光片。可以看出，本发明中，导光片的凸起微结构与凹陷微结构共同决定从出光面304离开导光片的光线的强度，也就是说，出光面304的出光均匀度由凹陷微结构和凸起微结构的密度分布共同确定。

图5a为示例导光片靠近入光端结构层表面的SEM图像。其中，501a为凹陷微结构，502a为凸起微结构。凸起微结构为细小的凸包，分布于结构层的表面。图5b为示例导光片靠近出光端结构层表面的SEM图像。该图中，501b为凹陷微结构，502b为凸起微结构。对比两图可见，示例导光片中，靠近出光端的凹陷微结构密度显著高于靠近入光端的凹陷微结构密度。

参照图6，图6示出了本发明导光片的示例制作方法。601为含有与导光片中凹陷微结构形状和位置对应的阻光图案的光学掩膜板。601a为掩膜板透明衬底基片，如石英玻璃、钠钙玻璃、硼硅玻璃，或聚酯材料。601b为淀积在衬底基片表面，并经过掩膜板制作工艺后留在透明衬底基片表面的阻光材料，如金属铬，或银盐乳剂层。阻光材料具有阻挡紫外光、可见光或电子束等能量辐射通过的作用。阻光材料601b组成阻光图案。602为一种表面含有微凸透镜的透明膜片，它包含透明基片602a和微凸透镜602b。微凸透镜602b为顶点高于透明基片602a的凸起结构，可具有规则或不规则的表面和底面形状。603为导光片基片，604为涂布在基片603表面的可光聚合材料涂层。605为准直或接近准直的能量辐射。

图7示出了含有微凸透镜的透明膜片602。基片602a具有光学透明特性，用作基片的合适材料包括聚酯(PET)，聚乙烯(PE)，聚碳酸脂(PC)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。然而，基片材料并不受特别限制，任何具有光学透明特性的材料都可作为基片材料。微凸透镜602b分布于基片602a的表面，可采用均匀分布、或其他有规律或无规律的分布方式。这里，微凸透镜602b的位置与上述导光片中凸起微结构的位置相对应。

在图6和图7所示的透明膜片中，微凸透镜602b位于其上表面。本发明中，微凸透镜602b也可位于透明膜片的下表面。或者，透明膜片的上、下表面都含有微凸透镜602b。

图8为图6部分区域的放大图示，用以描述透明膜片602、掩膜板不同位置的能量辐射对可光聚合材料涂层的作用。如图8所示，能量辐射光线A通过掩膜板衬底601a，因相应位置没有掩膜板上的阻光材料和透明膜片中的微凸透镜，光线A不改变传播方向，进入导光片基片603和可光聚合材料涂层604，被可光聚合材料部分吸收后离开涂层，如A’所示。可光聚合材料涂层604中接近导光片基片603表面的材料具有较小的固化阈值，远离基片表面、接近涂层与空气界面的材料具有较高的固化阈值。可光聚合材料接受大于固化所需要的阈值能量辐射而固化，而小于阈值能量辐射的部分将处于未固化状态。

能量辐射光线B和光线C通过掩膜板衬底601a，但由于阻光材料601b的阻光作用，不能到达并通过透明膜片而进入导光片基片和可光聚合材料涂层。因此，与阻光材料601b位置相应的可光聚合材料处于未固化的状态。

能量辐射光线D、光线E通过掩膜板衬底601a和透明膜片基片602a，到达微凸透镜602b。光线D、光线E经过微凸透镜表面时改变其传播方向，如光线D、光线E’所示。微凸透镜602b起到了聚光作用。与光线AA，相比，光线DD，、光线EE’在可光聚合材料涂层中相应位置具有较高的辐射强度，因而使涂层604中更厚的材料固化。与微凸透镜602b位置相应的涂层中，材料固化高度大于涂层中因接受AA’光线而固化部分的高度。

图9示出了本发明导光片的另一示例制作方法。与图8所示制作方法的不同之处在于，透明膜片902中的微凸透镜902b位于其下方，该位置的能量辐射先经微凸透镜902b的凸起表面改变传播方向后，再进入膜片的基片部分。与图6、图8所示位于透明膜片上方的微凸透镜602b相同，该微凸透镜902b也起聚光作用。类似地，由光线DD”、EE”所固化的可光聚合材料的高度大于由光线AA’所固化的材料的高度。

图10a为经图8、图9所示的选择性能量辐射后在可光聚合材料涂层上形成的固化形态示例。准直或接近准直的光线经图8、图9中AA’的路径，在可光聚合材料涂层中形成如1001所示的表面平坦的固化区域。光线B、光线C被掩膜板中阻光材料阻挡未能进入可光聚合材料涂层，涂层中相应位置的材料保持未聚合的状态，如1002所示。图8所示光线DD’和EE’、图9所示光线DD”和EE”经透明膜片中的微凸透镜后增强了强度，在相应位置形成高于其他位置的凸起的固化后可光聚合材料1003。1004为能量辐射的强度低于固化阈值、或未能接受到能量辐射而未被固化的可光聚合材料。

接下来，经过溶剂或其他溶液的洗涤，除去未固化的部分1004，在基片。603上最终形成导光片，如图10b所示。该导光片包含凸起微结构1003、凹陷微结构1002和表面平坦的聚合层1001。

图11为包含本发明导光片的背光模组示例。如图11所示，导光片1101包含如图2所示凸起和凹陷的微结构。光源1102(如LED)排列在导光片入光端面的一侧。反射膜1103放置于导光片1101结构层的凸起微结构一侧，其表面与凸起微结构相接触，而使反射膜表面与导光片结构层平坦表面不能直接接触。可选地，1104为一扩散膜，放置于导光片1101的-Z方向的一侧。1105为一棱镜膜，起增强背光模组正向亮度的作用。1106为一复合膜，具有增亮和扩散的双重功能。

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

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端面入射导光片，所述导光片包括：

具有光学透明特性的基片；

位于所述基片表面的结构层，由可光聚合材料经聚合后形成，所述结构层具有，

多个低于其平坦表面的凹陷微结构，所述多个凹陷微结构在结构层表面的占用面积比，从入光端至出光端沿光入射方向，从0.05％至10％向5％至60％增加；

多个高于所述平坦表面的凸起微结构；并且，

所述结构层上各微结构之间的表面为所述平坦表面。

2.如权利要求1所述的导光片，其特征在于，所述多个凸起微结构在所述结构层的表面均匀分布。

3.如权利要求2所述的导光片，其特征在于，所述多个凸起微结构在结构层表面的占用面积比，为小于所述凹陷微结构最大所占用面积比的一半的数值。

4.如权利要求3所述的导光片，其特征在于，所述多个凸起微结构在结构层表面的占用面积比，等于最小所述凹陷微结构的占用面积比。

5.如权利要求1所述的导光片，其特征在于，所述凸起微结构的高度为1微米至100微米。

6.如权利要求5所述的导光片，其特征在于，所述凸起微结构的高度为2微米至50微米。

7.如权利要求1所述的导光片，其特征在于，所述凸起微结构，通过上表面或下表面含有微凸透镜的透明膜片对能量辐射光线聚光后，照射所述可光聚合材料而形成。

8.如权利要求1所述的导光片，其特征在于，所述凸起微结构，通过上、下表面均含有微凸透镜的透明膜片对能量辐射光线聚光后，照射所述可光聚合材料而形成。

9.一种背光源装置，包括：

如权利要求1至8中任一项所述的导光片；

在邻近所述导光片的入光端面配置的光源；以及

反射膜，位于所述导光片结构层的凸起微结构一侧，其表面与所述凸起微结构相接触。

10.一种液晶显示装置，其特征在于，包括如权利要求9所述的背光源装置，所述背光源装置配置于液晶显示元件的背面。