專利名稱：一種背光模組中的導光組件結(jié)構及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種背光模塊中使用的導光組件及其制作方法，如導光板、導 光膜，具體涉及一種適用于超薄側(cè)光式背光模組中的導光組件結(jié)構。
背景技術：
隨著顯示及發(fā)光器件向超薄、節(jié)能化方向發(fā)展，側(cè)發(fā)光方式成為背光模塊 的主流照明方式。背光模塊的亮度和均勻性是行業(yè)中評價產(chǎn)品品質(zhì)的重要指 標，因而，如何獲得高亮度、高均勻性的面光源成為研究的焦點。
背光模組的主要構成部件包括光源(Light source)、導光板(Light guide plate)以及一些光學膜片，如擴散膜(diffuser)、棱鏡片(prism sheet)、 反射板(reflector)等。背光模組根據(jù)光源的所在位置，分成入射光源位于 顯示面板背面后方的直下式背光模組，以及入射光源位于顯示面板一條側(cè)邊附 近的側(cè)光式背光模組。
對于側(cè)光式模組，光源放在背光模組側(cè)邊，光從側(cè)面進入導光板后，將線 光源或點光源轉(zhuǎn)化成分布均勻的面光源，再經(jīng)過擴散膜的均光作用與棱鏡片的 集光作用提高光源的亮度與均勻度。其中，導光板作為模組中的核心導光器件， 其導光性能直接決定了模組的發(fā)光亮度與均勻度。
隨著顯示器件的超薄化趨勢，背光模組中的導光板、光源等器件也正向薄 型化方向發(fā)展。目前，行業(yè)中研發(fā)出了 0.15mm左右厚度的超薄導光薄膜(在 導光板厚度〈0.2mm時，可以稱為導光膜)，而超薄LED光源的厚度則達到 0.3匪 0.6mm。因此，在超薄背光模組中，若采用超薄LED光源及超薄導光薄 膜的組合，由于超薄導光薄膜的端面導光尺寸小于LED端面尺寸，會造成側(cè)光 源能量的很大損失；而若釆用超薄LED光源與導光板的組合(目前最薄的導光 板厚度為0.7mm)，則在用于手機按鍵、觸摸方式的顯示器件等場合時，將會 嚴重影響產(chǎn)品的觸摸手感。
此外，降低顯示產(chǎn)品的成本也是行業(yè)發(fā)展趨勢。因此，在背光模組中導光
器件超薄化的同時，其價格同樣是行業(yè)中關注的對象。由于印刷方式及注塑成 型方式(傳統(tǒng)導光板制作的主流方式)在制作lmm以下厚度導光板時良品率的 降低及設備投入的增加，使得該方法制造的薄型導光板的價格較高，這也是傳 統(tǒng)制作方式無法制作超薄導光板的障礙之一。
因此，如何獲得超薄、高亮度、高均勻度以及低價格的超薄導光器件是本 行業(yè)關注的問題，也是目前急待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種能夠充分利用超薄模組中側(cè)光LED光源能量的導 光組件結(jié)構，以較低的制作成本獲得具有高亮度、高均勻度的面光源。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是 一種背光模組中的導光組件 結(jié)構，包括導光基材，以及根據(jù)導光需求，在導光基材表面制備形成的導光網(wǎng) 點結(jié)構，由至少兩層導光基材重疊組合構成，每層所述導光基材為厚度50nm 150um的導光膜；各層所述基材上的導光網(wǎng)點結(jié)構分布位置使得導出光能量相 互互補，構成均勻的面光源。
上文中，在側(cè)發(fā)光結(jié)構的背光模組中，使用多層單片超薄導光膜進行重疊 組合，重疊的層數(shù)由實際采用的LED光源的厚度與實際單層導光膜的厚度來 決定，目前行業(yè)中已商業(yè)化應用的超薄LED光源的厚度在0.3mm 0.6mm， 為有效減薄厚度，重疊組合后的導光組件厚度最好是小于或等于LED光源的 厚度；組合后的各層導光膜與LED的接觸端口對LED光源發(fā)出的光進行充分 耦合，實現(xiàn)對LED光源側(cè)面發(fā)光能量的利用，從而避免光能損失；同時，導 光膜表面上的導光網(wǎng)點結(jié)構進行互補設計，所謂互補設計，即各層導光膜上的 導光網(wǎng)點的布置相互交叉，導出光能量分布互補，使得組合后的多層結(jié)構的導 出光形成的面光源具有更好的均勻性，這點是以往單層導光板(或膜)所不易 實現(xiàn)的。
上述技術方案中，所述導光網(wǎng)點結(jié)構為微錐形凹、凸結(jié)構，其直徑為 10um 100um，深度為5um 20um,根據(jù)均勻?qū)Ч庖螅谡?反射型幾何 光學原理進行各層所述導光膜表面的導光網(wǎng)點布置，重疊后導出光構成均勻面 光源。
具體網(wǎng)點分布設計方法為
① 網(wǎng)點采用整面設計方式，網(wǎng)點密度與位置互補。如第一層網(wǎng)點整面分布， 密度離光源由近而遠從疏到密，第二層網(wǎng)點整面分布，網(wǎng)點密度離光源由近而 遠從密到疏，但第二層的網(wǎng)點的位置與第一層網(wǎng)點的位置不同；第三層網(wǎng)點密 度根據(jù)前兩層組合后的整體效果，確定網(wǎng)點密度的分布情況，并以此類推，第 N層導光膜網(wǎng)點設計使得第N層發(fā)光區(qū)能量補充前N-l層發(fā)光不勻部分，最 終使得LED光源能量得到充分利用，并獲得高均勻度的面光源；
② 網(wǎng)點采用局部設計方式。如第一層僅在離光源特定位置處設計特定密度 網(wǎng)點，第二層在其他特定位置設計特定網(wǎng)點，并以此類推，確定其他各層的網(wǎng) 點分布密度與區(qū)域；
③ 網(wǎng)點采用整體+局部設計方式。如第一層、第二層采用整體設計方式后， 整個組合結(jié)構僅在局部區(qū)域存在不均勻現(xiàn)象，此時，可對第三層采用局部網(wǎng)點 設計方式，來改善整體發(fā)光效果。
以上多層結(jié)構的發(fā)光均勻性，可以通過各層的網(wǎng)點密度與位置進行調(diào)整實現(xiàn)。
另一種技術方案是，所述導光網(wǎng)點結(jié)構為衍射型光柵結(jié)構，衍射光柵像素 結(jié)構最小線寬為0.4um，光柵槽深為150nm 400nm，根據(jù)均勻?qū)Ч庖螅?于耦合波理論，通過改變光柵取向、槽型深度、線寬各參數(shù)進行各層所述導光 膜上的導光網(wǎng)點布置，重疊后導出光構成均勻面光源。
本發(fā)明的導光組件結(jié)構的制作方法是，包括以下步驟
(1) 根據(jù)使用的LED光源的厚度與單層導光膜材料厚度，確定多層組合的 層數(shù)；
(2) 根據(jù)LED光源亮度數(shù)據(jù)及發(fā)光面積，以單片導光的方式進行模擬，確 定初始的導光網(wǎng)點分布；
(3) 以步驟(2)中確定的分布初始值，根據(jù)布點方式進行相應調(diào)整，確定第一
層導光膜的網(wǎng)點分布；根據(jù)能量分布及各層模擬結(jié)構，依次確定其他各層的網(wǎng) 點分布；
(4) 根據(jù)設計的各層網(wǎng)點結(jié)構制作導光模仁小樣，進行數(shù)據(jù)測試，如測試數(shù) 據(jù)與設計數(shù)據(jù)的偏差值大于設定要求時，對各層網(wǎng)點分布做相應調(diào)整；
(5)在樣品亮度、均勻度測試通過后，制作各層導光膜，并進行疊合組裝。 上述技術方案中，步驟(5)中對導光膜的制作，可采用現(xiàn)有技術中的①平壓 方式或②巻對巻的印制方式
① 平壓的壓印過程為，對導光板(膜)模仁從上往下施加壓力，使得模仁與 基材進行充分接觸，由于模仁的溫度一般在100'C左右，接觸時基材材料發(fā)生 變形，從而將模仁表面的微結(jié)構轉(zhuǎn)移到材料表面，形成導光網(wǎng)點；
② 巻對巻壓印過程為，通過主動輥與從動輥的相對轉(zhuǎn)動，將模仁表面的微 結(jié)構網(wǎng)點壓印到基材表面。該壓印過程為線接觸，板輥在壓印過程中處于勻速 轉(zhuǎn)動，因此，接觸面內(nèi)的壓力非常均勻，成巻的PC基材巻繞在板輥表面，壓 印過程不受面積限制，適于制作厚度僅為50um 150um的柔性巻材，速度可 達數(shù)十米/秒，速度較快，但不適用于制作>0.3咖的PC片材。
由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點
1. 本發(fā)明中的導光組件由多層導光膜構成，通過多層重疊導光膜間的光 耦合效應，充分利用了 LED光源側(cè)面的能量，避免能量損失，從另一角度達 到節(jié)能的效果；
2. 采用多層導光膜進行組合的方式，使得每層導光膜上的導光網(wǎng)點分布 具有更大的自由度，以能量互補為分布原則，重疊后使得多層導光結(jié)構具有較 髙的均勻度；
3. 多層柔性導光薄膜的組合與整體導光結(jié)構比單層片狀導光板相比，觸 感更好，滿足產(chǎn)品的商業(yè)化需要；
4. 易于制造單層導光膜可采用高效率的巻對巻壓印方式，生產(chǎn)效率為 平壓方式(片材導光板)的IO倍，可極大提高了產(chǎn)能，并降低了成本，更符 合行業(yè)發(fā)展的趨勢。


圖1是本發(fā)明實施例一的結(jié)構示意圖2是實施例一中多層導光膜導光示意圖3是實施例一中整面設計網(wǎng)點的多層導光膜示意圖(a);
圖4是實施例一中整面設計網(wǎng)點的多層導光膜示意圖(b)
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圖5是實施例二中局部設計網(wǎng)點的多層導光膜示意圖(a); 圖6是實施例二中局部設計網(wǎng)點的多層導光膜示意圖(b); 圖7是實施例二中局部設計網(wǎng)點的多層導光膜示意圖(C);
圖8是實施例三中整面+局部設計網(wǎng)點的多層導光膜示意圖(a);
圖9是實施例三中整面+局部設計網(wǎng)點的多層導光膜示意圖(b); 圖10是實施例三中整面+局部設計網(wǎng)點的多層導光膜示意圖(C); 圖11是平壓方式制作導光板(膜)示意圖； 圖12是巻對巻壓印方式制作導光膜示意圖。
其中1、片狀導光板(膜)模仁；2、微結(jié)構網(wǎng)點；3、 PC基材；10、側(cè)發(fā) 光LED光源；11、導光膜；12、背光模組中的夾具。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述
實施例一參見圖1至圖4所示， 一種背光模組中的導光組件結(jié)構，主要
由4層導光基材重疊組合構成，每層所述導光基材為厚度0.12mm的導光膜11， 各層組合后的厚度小于側(cè)發(fā)光LED光源10的厚度(0.5mm)，各層導光膜重 疊后由背光模組中的夾具12夾持定位；根據(jù)導光均勻性的要求，在導光基材 表面制備形成導光網(wǎng)點結(jié)構，各層所述基材上的導光網(wǎng)點結(jié)構分布位置相互互 補，使導出均勻的面光源；所述導光網(wǎng)點結(jié)構為微錐形凹、凸結(jié)構，其直徑為 50um，深度為10um，根據(jù)均勻?qū)Ч庖?，基于?反射型幾何光學原理進行 各層所述導光膜表面的導光網(wǎng)點布置，重疊后導出均勻面光源。
本實施例中，導光網(wǎng)點布置采用整面設計，如第一層網(wǎng)點整面分布，密度 離光源由近而遠從疏到密，第二層網(wǎng)點整面分布，網(wǎng)點密度離光源由近而遠從 密到疏，但第二層的網(wǎng)點的位置與第一層網(wǎng)點的位置不同；第三層網(wǎng)點密度根 據(jù)前兩層組合后的整體效果，確定網(wǎng)點密度的分布情況，并以此類推，第N 層導光膜網(wǎng)點設計使得第N層發(fā)光區(qū)能量補充前N-l層發(fā)光不勻部分，最終 使得LED光源能量得到充分利用，并獲得高均勻度的面光源；以兩層組合結(jié) 構為例來說明上述整體設計方式，如圖3所示，按照離光源由近而遠從疏到密 分布，并根據(jù)實際使用的LED光源的發(fā)光曲線進行疏密排列，如圖4所示為
第二層整面設計網(wǎng)點的導光膜，其網(wǎng)點分布與第一層網(wǎng)點位置錯開，具體位置 可通過軟件模擬效果來確定。
本實施例中導光組件結(jié)構的制作方法是，其步驟包括
(1) 根據(jù)實際使用的LED光源的厚度與單層導光薄膜材料厚度，確定多 層組合的層數(shù)；
(2) 根據(jù)LED光源亮度數(shù)據(jù)及發(fā)光面積，以單片導光的方式進行模擬， 確定初始的導光網(wǎng)點分布；
(3) 以步驟(2)中確定的分布初始值，根據(jù)布點方式進行相應調(diào)整，確定第
一層導光膜的網(wǎng)點分布；根據(jù)能量分布及各層模擬結(jié)構，依次確定其他各層 的網(wǎng)點分布；
(4) 根據(jù)設計的各層網(wǎng)點結(jié)構制作相應導光模仁小樣，進行數(shù)據(jù)測試，必 要時，對各層網(wǎng)點分布做相應調(diào)整；
(5)在樣品亮度、均勻度測試通過后，采用巻對巻壓印方式制作各層導光 膜，并進行組裝。
如圖12為巻對巻壓印方式制作導光膜的示意圖。壓印過程通過主動輥與 從動輥的相對轉(zhuǎn)動，將模仁表面的微結(jié)構網(wǎng)點壓印到基材表面。該壓印過程為 線接觸，板輥在壓印過程中處于勻速轉(zhuǎn)動，因此，接觸面內(nèi)的壓力非常均勻。 成巻的PC基材巻繞在板輥表面，壓印過程不受面積限制。同時，巻繞式壓印 的速度可達數(shù)十米/秒，極大地提高了生產(chǎn)效率。
經(jīng)測試表明，當光源為側(cè)發(fā)光LED, LED厚度為0.5mm，若采用單片 0.12mm厚度的超薄導光薄膜作為導光器件，其厚度僅為LED光源厚度的1/4。 若光源側(cè)面發(fā)出能量與其厚度成正比，單片導光膜僅利用了光源能量的25%， 損失了 75%的能量；但是，若采用如本實施例的多層結(jié)構的導光組件，新增 的每層單片導光膜即可對LED光源損失的能量進行耦合，并通過各層的導光 網(wǎng)點，將側(cè)向光能轉(zhuǎn)換為正面的能量，其各層網(wǎng)點的導光示意圖參見圖2。該 結(jié)構除了可充分利用光源能量外，還可通過調(diào)整各層導光網(wǎng)點的位置，提高最 終獲得面光源能量的均勻性。
實施例二參見圖5至7所示， 一種背光模組中的導光組件結(jié)構，包括 導光基材，以及根據(jù)導光需求，在導光基材表面制備形成的導光網(wǎng)點結(jié)構， 包括10層導光基材重疊組合構成，每層所述導光基材為厚度50nm的導光 膜，各層組合后的厚度等于LED光源的厚度0.5咖；各層所述基材上的導光 網(wǎng)點結(jié)構分布位置相互互補，使導出均勻的面光源；所述導光網(wǎng)點結(jié)構為椎 形凹、凸結(jié)構，其直徑為60um，深度為8um，根據(jù)均勻?qū)Ч庖?，基于? 反射型幾何光學原理進行各層所述導光膜表面的導光網(wǎng)點布置，重疊后導出 均勻面光源。為了充分利用光源能量，提高面光源的均勻度，本實施例采用局部導光 網(wǎng)點的設計，以三層組合結(jié)構為例來說明局部設計導光網(wǎng)點的方式。網(wǎng)點在 三層單片導光膜上的局部位置相對錯開，其網(wǎng)點密度根據(jù)LED光能傳播過 程中衰減曲線確定。圖5離光源最近，能量最強，密度最?。粓D6離光源較 遠，能量次之，密度增大；圖7離光源最遠，能量最小，密度最大；以此類 推，IO層組合的網(wǎng)點設計原理同上，當然，本實施例示意圖僅表述了單片導 光膜上采用1個區(qū)域設計網(wǎng)點，根據(jù)實際發(fā)光情況，在單片導光膜上可以同 時設計多個局部發(fā)光區(qū)。實施例三本實施例中的結(jié)構類似于實施例一或二，不同點在于導光網(wǎng) 點的布置，采用整體+局部的設計方式。如圖8、 9為整體方式設計的導光網(wǎng) 點，若在厚度允許情況下，如第一層、第二層在局部區(qū)域仍存在局部不均勻 現(xiàn)象，此時，可通過增加采用局部方式設計的網(wǎng)點對整體發(fā)光效果進行改善， 參見圖10。實施例四 一種背光模組中的導光組件結(jié)構，包括導光基材，以及根據(jù) 導光需求，在導光基材表面制備形成的導光網(wǎng)點結(jié)構，其特征在于包括至 少兩層導光基材重疊組合構成，每層所述導光基材為厚度50nm 100uin的 導光膜，各層組合后的厚度小于LED光源的厚度；各層所述基材上的導光 網(wǎng)點結(jié)構分布位置相互互補，使導出均勻的面光源；所述導光網(wǎng)點結(jié)構為衍 射型光柵結(jié)構，該結(jié)構至少線寬為0.4um，光柵槽深為150nm 400nm，根 據(jù)均勻?qū)Ч庖?，基于耦合波理論，通過改變光柵取向、槽型深度、線寬各 參數(shù)進行各層所述導光膜上的導光網(wǎng)點布置，重疊后導出均勻面光源。本實施例中，在制作導光膜時采用平壓方式，如圖11所示，壓印過程 為對導光板(膜)模仁1從上往下施加壓力，使得模仁與PC基材3進行充分
接觸，由于模仁1的溫度一般在100° C左右，接觸時材料發(fā)生變形，從而 將模仁表面的微結(jié)構網(wǎng)點2轉(zhuǎn)移到PC基材3表面，形成導光網(wǎng)點。平壓過 程中，模仁需要和基材進行充分接觸，才能確保壓印深度的一致性，從而保 證網(wǎng)點的導光性能。但是，隨著模仁面積的增大，單位面積的壓力減小，壓 印網(wǎng)點的深度受到影響。 一般的平壓面積<60 ramX60 im，壓印的深度才能 得到保證，且比較均勻，但是，壓印面積的尺寸影響了生產(chǎn)效率。壓印基材 3可為各種厚度的PC/PMMA材料。
權利要求
1.一種背光模組中的導光組件結(jié)構，包括導光基材，以及根據(jù)導光需求，在導光基材表面制備形成的導光網(wǎng)點結(jié)構，其特征在于由至少兩層導光基材重疊組合構成，每層所述導光基材為厚度50um～150um的導光膜；各層所述基材上的導光網(wǎng)點結(jié)構分布位置使得導出光能量相互互補，構成均勻的面光源。
2. 根據(jù)權利要求1所述的背光模組中的導光組件結(jié)構，其特征在于所 述導光網(wǎng)點結(jié)構為微錐形凹、凸結(jié)構，其直徑為10um 100iim，深度為5um 20um，根據(jù)均勻?qū)Ч庖?，基于?反射型幾何光學原理進行各層所述導光膜 表面的導光網(wǎng)點布置，重疊后導出光構成均勻面光源。
3. 根據(jù)權利要求1所述的背光模組中的導光組件結(jié)構，其特征在于所 述導光網(wǎng)點結(jié)構為衍射型光柵結(jié)構，衍射光柵像素結(jié)構最小線寬為0.4um，光 柵槽深為150nm 400nm，根據(jù)均勻?qū)Ч庖螅隈詈喜ɡ碚?，通過改變光 柵取向、槽型深度、線寬各參數(shù)進行各層所述導光膜上的導光網(wǎng)點布置，重疊 后導出光構成均勻面光源。
4. 根據(jù)權利要求1所述的背光模組中的導光組件結(jié)構，其特征在于所 述各層導光基材組合后的厚度小于或等于LED光源的厚度。
5. —種背光模組中的導光組件結(jié)構的制作方法，其步驟包括(1) 根據(jù)使用的LED光源的厚度與單層導光膜材料厚度，確定多層組合的 層數(shù)；(2) 根據(jù)LED光源亮度數(shù)據(jù)及發(fā)光面積，以單片導光的方式進行模擬，確 定初始的導光網(wǎng)點分布；(3) 以步驟(2)中確定的分布初始值，根據(jù)布點方式進行相應調(diào)整，確定第一層導光膜的網(wǎng)點分布；根據(jù)能量分布及各層模擬結(jié)構，依次確定其他各層的網(wǎng) 點分布；(4) 根據(jù)設計的各層網(wǎng)點結(jié)構制作導光模仁小樣，進行數(shù)據(jù)測試，如測試數(shù) 據(jù)與設計數(shù)據(jù)的偏差值大于設定要求時，對各層網(wǎng)點分布做相應調(diào)整；(5) 在樣品亮度、均勻度測試通過后，制作各層導光膜，并進行疊合組裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種背光模組中的導光組件結(jié)構，包括導光基材以及導光基材表面制備形成的導光網(wǎng)點結(jié)構，其特征在于包括至少兩層導光基材重疊組合構成，每層所述導光基材為厚度50um～150um的導光膜；各層所述基材上的導光網(wǎng)點結(jié)構分布位置相互互補；其制作方法(1)根據(jù)LED光源的厚度與導光薄膜材料厚度，確定多層組合的層數(shù)；(2)根據(jù)LED光源亮度數(shù)據(jù)及發(fā)光面積，確定初始的導光網(wǎng)點分布；(3)根據(jù)步驟(2)數(shù)據(jù)及布點方式進行相應調(diào)整；(4)制作相應導光模仁小樣；(5)制作各層導光膜，并進行組裝。本發(fā)明充分利用了LED光源能量，并有效地提高了發(fā)光均勻度，多層重疊結(jié)構獲得更好的觸感。
文檔編號G02B6/00GK101162278SQ20071013519
公開日2008年4月16日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權日2007年11月13日
發(fā)明者燕 葉, 吳智華, 周小紅, 恒 張, 方宗豹, 浦東林, 陳林森 申請人:蘇州維旺科技有限公司;蘇州蘇大維格數(shù)碼光學有限公司