一种用于从背面提供照明的面散射导光板及其制造方法

专利名称：一种用于从背面提供照明的面散射导光板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电光源，尤其是一种为信息显示装置提供背景照明的面散射光源。
背景技术：
在已有的显示装置，例如液晶显示器(LCD)中，需要在所显示的图形的背面设置一个面光源。对该光源的基本要求是亮度高、省电且发光均匀。这里所说的发光均匀不仅指面光源发光的各向同性，而且指在所述的面光源的各处所发出的光亮度基本均匀。
已有技术中，实现这类面光源的主要手段有以下三类。
第一类面光源由一个薄的透明长方体构成一个导光板，并且采用丝印或网印的方法，在该长方体的背面印制出一些例如为白色的颗粒或图案。所述的颗粒或图案可以是不均匀的。通常有该薄的透明长方体的两个侧面设置多个点光源，例如发光二极管光源(LED)。选择适当的入射角，使所述光源发出的入射光一进入该长方体后就在其正面和背面形成全反射。所述的全反射的光线在该长方体的正面会继续被全反射，而在背面当遇到被印制的不透明的颗粒或图案时，会在这些颗粒或图案处形成例如漫散射。所述的漫散射光当照射到所述的长方体的正面时，会有相当一部分光线由于相对于所述长方体的正面的入射角不满足全反射的条件而透射出所述长方体的正面。这样，从整体上就可以使长方体成为一个面光源。这种面光源的缺点是光线的利用率不高，需要在长方体的两侧设置较多的点光源，所需的点光源的发光强度要相对较高。因此，这种装置的光利用率较低，并且较为费电。
第二类面光源也是一个长方体导光板，其不同之处在于其不是平面的而是一个凸点阵列，并且所述的凸点阵列构成了一个反射区。同样在该长方体导光板的两侧设置多个点光源，这些点光源发出的光进入导光板后一开始也会发生全反射，随后会照射到所述的反射区。从该反射区出来的光线同样会有相当一部分经所述的导光板而出射，而使该导光板形成一个面光源。这类导光板的缺点主要有两个。一个缺点是很难确定一个理想的凸点阵列。通常技术人员需采用特定的光学模拟软件来设计所需的凸点阵列。但这类光学模拟软件价格昂贵，而且模拟的效果并非理想。因此，客观上需要进行多次模拟和细节的调整，才能设计出一个较为理想的凹点阵列。这样就带来了这种方法的另一个缺点，即每次所模拟出的凸点阵列都需要在相应的模具上做很大的改动，以便用所述的金属后模用例如注塑的手段在透光塑料上成形出所需的凸点阵列。这里需要特别指出的是，所述的凸点阵列并非多个任意形状的凸点，而是例如较简单的圆形、矩形等形状更为复杂的是菱形、截椎形或其它形状相对较复杂、设计得非常规整且制造得非常精细的多个下凹点所组成的阵列。加工出与这样的凹点阵列相对应的金属注塑模具是非常费工的，需要对初步制造出的金属注塑模具进行精加工，所述的精加工包括进行对形状复杂点的凹点进行精度例如为0.02mm的抛光处理，以使所加工出的导光板具有较佳的散射光分布。可以想象，在导光板的设计过程中，需要多次重复上述的模具改动和加工过程，以便找到一个相对理想的导光板设计。随之而来的设计和加工的工作量是非常大的。而且，对每个尺度不同的光导板，都需要重新进行上述费工费力的设计和加工工作，这实际上构成了采用这类导光板的一个设计和制造方面的瓶颈。
第三类导光板的主体也是一个简单的长方体透光塑料导光板，在所述透光塑料的注塑过程中根据需要加入一定量的散射材料，例如散光粉。这种方法的光利用率不高，这意味着导光板的成本会较高，缺点是只能形成均匀分布的反光粉，而难以根据需要形成一个不均匀的散光粉分布。

发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种制造面散射导光板的方法，采用较为简单的方法制作与导光板相关的高精度且便于调节的模具，从而以较低的成本高效率地设计和制造所述的导光板。
本发明的另一个目的在于提供一种采用本发明上述方法的导光板。
本发明的又一个目的是提供一种导光板，所述的导光板由高透光性能的塑料注塑而成，具有一个光滑的正面，以及一个可反射光的齿状的背面，所述的这些反光面所对应的模具基本上经过机械抛光处理，各个相邻的反光面之间的间距可小于1mm。
根据本发明的一个方面，本发明公开了一种方法，采用由多个基本上经过抛光处理的、预制的模具薄片相互叠合，构成一个齿状的模具背面，并用该后模在注塑过程中对导光板的背面进行成形。本发明还公开了一种采用这种方法制成的导光板，由透光的塑料材料注塑而成，可广泛地用作各类小屏幕显示屏的照射光源，例如作为各类个人数据助理(PDA)、手机、CD、VCD、DVD、EVD、各类小家电显示屏的照明面光源。另外，本发明还公开了一种导光板，其背面呈多个细微的反光面。
具体地说，根据本发明的一个方面，本发明公开了一种面散射导光板的制造方法，所述的导光板用于对至少一个用于显示字符和图形信息的、基本上为平面的待显示部件提供面散射照明光，所述的导光板由高透光性能的塑料注塑成形，具有一个面向需要照明的待显示部件的正面部分、一个与所述的正面部分相对的背面部分和至少一个侧面部分，所述的侧面部分中的至少一个面向外界的光源，所述的方法包括用注塑的方法对所述的导光板进行成形，其特征在于(1)所述的模具的后部由多个相互并排放置的预制的固体薄片构成，所述的多个薄片在与导光板所对应的端面基本上经过抛光处理，以使这些面呈齿状的反光面；(2)用所述模具对导光板进行注塑成形，使所述导光板的背面也相应地呈多个齿状的反光面；从所述的导光板的至少一个侧面射入的光线在这些曲面被反射时，所反射的光线中的一部分到达所述导光板的正面并从正面射出，形成照射于所述的待显示部件的面散射光。
根据本发明的一个进一步的方面，所述的光源为点光源，例如发光二极管光源。
根据本发明的一个进一步的方面，上述薄片中至少反光面是按照特定的反射光的设计，经过研磨和/或抛光工序加工完成的。
根据本发明的方法，所述的模具包括正模、第一侧模、第二侧模、后模和支撑板，所述的这些模具部分的形状、尺寸和作用并不是一成不变的，其要点在于使它们能够组合起来，完成导光板的各个面的成形任务。
例如，根据本发明的一个可供选择的进一步的方面，所述的前模用于从正面对导光板进行成形，两个侧模用于从侧面对导光板和后模进行固定，支撑板用于从薄片相反于导光板的方向固定后模。又如，根据本发明的一个可供选择的进一步的方面，所述的前模和第一侧模、第二侧模可以为一个整体，用于固定所述导光板的全部正面以及导光板和后模的两个侧面。
又例如，如图2所示的一个例子中，前模从正面和各个侧面对导光板进行成形，侧板从各个侧面对所述的薄片叠层进行固定，而支撑板从所述的薄片叠层的下方对其进行固定。
根据本发明的另一个方面，各薄片的厚度可以相同，以便于成批地预制出薄片的坯体，再根据对各薄片与导光板相接触的端面的曲面设计，逐个或逐批地精加工出各个薄片。当然，各薄片的厚度也可以彼此不同。
根据本发明的另一个方面，也可以使每个薄片具有多个相同的反光曲面，以利于用一种相对简单的方式用较少的工作量加工出多个薄片。这种情况尤其与不同厚度薄片的情形相对应。
根据本发明的另一个方面，各薄片平行叠合以后形成多个平行的凸起(或凹槽，从另一个角度说)。可以将每一行凸起都抛光成从反光意义上的平面，也就是说所加工出的导光板的背面是一个一维的、由多个平行凸棱组成的结构。也可以在各个凸起上再加工出多个规则的或不规则的、凹凸不平的象锯齿状的凸起或凹陷处，使所述导光板的背面呈二维结构。这种二维结构例如可以采用研磨的方法在垂直于平行凸棱的方向，对所述的后模薄片再进行一次有规则的加工。
本发明方法所采用的前模、侧模和支撑板可以采用通常的固体金属。构成本发明方法所采用的后模由多个并排放置的薄片组成。所述的多个薄片同样也可以采用通常的固体金属构成，因为这类材料较易于用冲压等方式成形，也易于对其进行抛光等精细加工。该塑料导光板是通过注塑模具成型的，而成型该导光板所需要的模具通常是由模具钢材制成，而非金属材料虽然也可以用作后模的材料，但通常不是很可取的。因为不易于对非金属材料进行精磨加工。通常，这些金属薄片都是由模具钢磨出来的，再经过精密磨床加工而成。
本发明的一个特点在于成型导光片反射表面所采取的多薄片模块，因为该模块可以通过重新排列不同类型的薄片来构造不同的反射表面，从而可以很简易的调整导光片的性能；在调整导光片发射表面这一点上，传统的模具方法相对来说会比较耗时而且不经济。
本发明中所称的“侧模”，指的从侧面约束注塑件的固体模块；行业中经常将之称为固定件。
根据本发明的另一个方面，本发明公开了一种采用上述方法所制成的导光板，所述的导光板由透光的塑料构成，包括一个面向所照射的信息显示装置的正面部分，多个侧面，以及一个背面部分，所述的背面部分的端部包括多个齿状的反光面，用于将入射到这些部分的光的一部分穿过所述导光板的正面部分而到达所述的待显示部件。
根据本发明的另一个方面，本发明公开了一种用于为一个信息显示器提供照明面光源的导光板，由透光的塑料构成，包括一个面向所照射的信息显示装置的正面部分，多个侧面部分，以及一个背面部分，所述的背面部分的端部包括多个齿状部分，用于将入射到这些部分的光的一部分经所述导光板的正面部分而到达所述的待显示反光面，其特征在于所述的齿状反光面基本上为高反光面。所述的高反光面例如可以经机械和/或化学抛光处理而成，也可以由其它方法形成；还可以象本发明的另一个方面所述的那样，采用一个镜面抛光的模具组件对导光板直接进行注塑成形。根据本发明的一个进一步的方面，所述的导光板背面的各个相邻的微反光面之间的间距可小于1mm。根据本发明的这个方面，所公开的这类导光板与已有技术的导光板的一个区别体现在本发明的这类导光板背面上的多个所述的齿状反光面的之间的间距可低至0.5mm。本发明所述的这个尺度实际上可以更小，这取决于实际的需要，以及当时这类模具加工技术所能达到的水平。
所述的间距为从所述的齿状反光面上的一个点出发，在所述的各个齿状反光面上行走时沿着最短路径走向另一个相邻的齿状反光面时，其行走的齿状路径中各相邻邻两个转折点处的距离在总体的行进方面上的投影尺度。
例如，对根据本发明方法所提供的导光板而言，所述的齿状反光面之间的间距为形成这些齿状反光面的多个模具背面的薄片构件的厚度。所述的这些模具背面的薄片构件厚度彼此之间可以相同，也可以不同。
本发明所涉及的导光板基本的的组成材料可以为多种聚碳水化合物(polycarbon compounds，PC)，更为可取的是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)。
所述的导光板可以为一个正面和背面都基本上为平面的块状塑料体，也可以为一个具有相对复杂的双面结构的导光体，例如背面为具有锯齿状的曲面，而正面可以为光滑的平面，也可以为曲率较小的凹面、凸面或由多个曲率彼此相同或不同的复杂曲面构成的块状塑料体。平面结构是易于实现的，也较为常见的结构。所述的正面的凹面结构的面散射导光板适于匹配较弱的点光源，用凹面实现较为理想的聚光效应，其缺点是导光板的体积相对较大。所述的凸面结构的面散射导光板适于匹配较强的点光源，可以节省透光塑料的使用量。如前所述，可以考虑在导光板的至少一个局部设置至少一个较为复杂的曲面，以实现特殊的照明效果。根据本发明，在所述的导光板与信息显示器之间可以设置一个漫散射板，以使照射到所述的信息显示器上的光更均匀。
四

图1为本发明方法所针对的、以及本发明所提供的导光板的一个例子；图2为构成本发明方法所采用的后模的多个固体薄片构件的示意图；图3为采用本发明方法对所述导光板进行成形的一个示意图。
五具体实施例方式
图1所示了本发明方法所制造的一个起面散射光源作用的导光板。从中的数字标号1表示所述的导光板，1a表示所述导光板的背面，该背面是一个凸凹不平的表面，从比较宏观的角度看该表面上分布着多个平行排列的凹槽。这些非平面型的凸起和凹陷点能够把入射到其上的光的一部分经其相对的另一面漫射到所照射于的那个信息显示器上，成为所述的信息显示器的面光源。
图2示出了本发明所述的多个固体薄片构件。从此图中可以清楚地看出，所述薄片朝上的一面(即与后模在注塑过程中相接触的一面)有着较为复杂的显微结构。左边的几个薄片构件的顶端较接近于平面，而相邻薄片之间所形成的槽较浅，而右边的几个薄片构件的顶端相对于左边的几个薄片而言更尖锐，相邻薄片之间所形成的槽也相对较深。在此例中，各个薄片的厚度是相同的，都为0.8mm，厚度公差为±0.02mm；最左面的一个薄片构件顶部的高度为0.1mm，最右面的那个薄片构件顶部的高度为0.4mm。最好对每个薄片垂直于薄片方向的垂直面以及该垂直面左右两侧的斜面都进行抛光。在所述的垂直面上进行抛光的意义在于使这些反光而具有更好的反光性能。每个这样的光学反光面如果采用已有技术的方法来制造，由于所述的后模是一体化的，实际上几乎无法实现这种在很小的(例如1mm尺度的)所述的斜面进行抛光。仅从这方面而言，本发明相对于已有技术有着非常明显的进步。需要指出的是，图2中只是示意性地给出了多个所述的模具薄片构件。这并不是说，实际中各薄片构件的端面一定需要采用这种由低到高的布置方案。实际中，可以需要灵活地采用各种厚度、各种端面形状的模具薄片构件，以构造理想的反光面组合。
图3示出了采用本发明对所述导光板进行成形的一个例子，从中可清楚地看到本发明方法所采用的模具的结构。在该图中，1表示所述的光导板，2表示前模，3表示多个所述的侧模(图中示出了两个侧模)，4表示组成后模的多个平行排列的薄片，5表示所述的支撑板。本实施例给出了一种比较直接的进行注塑的方法。所述的注塑法可以大略地分为下面的几个步骤(1)在支持板5上放置一定数目的薄片，并将它们固定在所述的侧模之间。例如放置约100个薄片，每个薄片的厚度约为0.8mm。通常相对的侧模之间的间距是一定的。当多个薄片叠合在一起时可能会累积出一定的公差，这时可以采取多加或减去例如一个或两个薄片的方法，使这些薄片的总厚度与所述的侧模之间的间距相匹配。
(2)在侧模之间扣上前模，并且从前模中预制的注塑孔中向前模与后模之间的空腔之间浇注液态的导光板塑料。
(3)使前模与侧模相分离，并且用后模中所特意预制的数个孔洞中向上施加力，使所注塑的导光板与其下方的后模相分离。
采用本发明方法制造出的导光板可以广泛地作为各类小屏幕显示屏的照射光源，例如作为各类个人数据助理(PDA)、手机、CD、VCD、DVD、EVD、各类小家电的照明面光源。
采用本发明方法制造出的导光板的一个优点是，相对于已有技术而言，易于实现导光板的单侧照明。例如，在已有技术的一个双侧LED点光源方案中，需要在导光板的每侧设置4个LED光源，共需要设置8个LED光源。而采用了本发明方法所制造出的导光板后，对同样尺寸的导光板，可以只在导光板的一侧设置4个LED光源。这样，制造一个显示装置的面散射光源，就可以少用4个LED光源，对一个产量达数百万个显示板的企业而言，其对成本的削减是非常明显的。
权利要求
1，一种面散射导光板的制造方法，所述的导光板用于对至少一个用于显示字符和图形信息的、基本上为平面的待显示部件提供面散射照明光，所述的导光板采用一套模具对一种高透光性能的塑料进行注塑成形，具有一个面向需要照明的待显示部件的正面部分、一个与所述的正面部分相对的背面部分和至少一个侧面部分，所述的侧面部分中的至少一个面向外界的光源，所述的方法包括用注塑的方法对所述的导光板进行成形，其特征在于(1)所述的模具的后部由多个相互并排放置的预制的固体薄片构件构成，所述的多个薄片在与导光板所对应的端面基本上经过抛光处理，以使这些面呈齿状的反光面；(2)用所述模具对导光板进行注塑成形，使所述导光板的背面也相应地呈多个齿状的反光面；从所述的导光板的至少一个侧面射入的光线在这些曲面被反射时，所反射的光线中的一部分到达所述导光板的正面并从正面射出，形成照射于所述的待显示部件的面散射光。
2，如权利要求1所述的方法，其中上述薄片构件上有关的反光面是经过研磨和/或抛光工序加工完成的。
3，根据权利要求1或2所述的方法所制造出的面散射导光板，由高透光的塑料经注塑成形，包括一个面向所照射的信息显示装置的正面部分，多个侧面，以及一个背面，所述的背面包括多个齿状的反光面部分，用于将入射到这些部分的光的一部分穿过所述的正面部分而到达所照射的信息显示装置。
4，一种用于从背面提供照明的面散射导光板，用于为一个信息显示器提供背面的照明，由透光的塑料经注塑成形，包括一个面向所照射的信息显示装置的正面部分、多个侧面部分，以及一个背面部分，所述的背面部分包括多个可镜面反光的齿状的反光面，用于将入射到这些部分的光的一部分穿过所述的正面部分而到达所照射的信息显示装置，其特征在于所述的齿状反光面的之间的间距可低至0.5mm。
全文摘要
本发明公开了一种用于从背面提供照明的面散射导光板及其制造方法，所述的导光板用于对基本上为平面的信息显示器提供面散射照射光，包括用注塑的方法对所述的导光板进行成形，其中注塑用的后模由多个相互并排放置的预制的固体薄片构成，所述的多个薄片在与导光板在注塑时所接触的端面呈齿状的反光面，以使从所述的导光板的至少一个侧面射入的光线在这些曲面进行反射时，所反射的光线中的一部分到达所述导光板的正面部分并从所述的正面部分射出，形成照射于待显示部件的面散射光。本发明还公开了一种导光板，其背面呈多个齿状的反光面，所述的相邻的反光面之间的间距可小至0.5mm。
文档编号G02F1/13GK1828341SQ20051005252
公开日2006年9月6日 申请日期2005年2月28日 优先权日2005年2月28日
发明者彭宏志, 陈红光, 段拥政, 李宝华 申请人:西门子威迪欧汽车电子(惠州)有限公司