导光板及包括该导光板的背光源led模组的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种导光板及包括该导光板的背光源LED模组，所述导光板包括导光板基材，所述导光板基材设有入光面、出光面和底面，所述出光面和所述底面相对，且所述出光面或底面设有墨膜层，所述墨膜层中按照预定规律分布有导光粒子。通过在出光面印刷有一层包含有导光粒子的墨膜，所述墨膜中导光粒子的密度按照自靠近光源至远离光源逐步增加的规律分布，不但省去了辅助扩散板或扩散膜，将光损减少10%左右，降低了产品的成本；而且是将线光源直接转换为面光源，从而可获得现有技术不能获得的均匀的出光亮度，以及能够满足大尺寸导光板及复杂的光学设计需求。
【专利说明】导光板及包括该导光板的背光源LED模组
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及照明或显示设备，尤其涉及一种照明或显示用导光板及包括该导光板的背光源LED模组。
【背景技术】
[0002]导光板广泛应用于各种显示类产品中，如电视机、显示器、各种数码终端等。随着LED照明技术的发展，面板灯以及超薄广告灯箱中也大量应用到导光板。导光板的制作原理是通过破坏光在高密度的导光基材中的全反射，将光引导到需要出光的方向，将侧面入光的线光源转换为平面光源。从工艺方法原理上，导光板的制作技术主要分为两大类:
[0003]第一类:表面处理技术，其导光设计思路如下:
[0004]先将侧入光的线光源转换为平面的点光源或者平面的线光源，再辅助扩散膜或者扩散板遮盖，形成分布均匀的呈雾霾状亮光效果的面光源。该类型导光板在显示器中应用时的结构示意图如图1所示，包括导光板101，设在导光板101底面的印刷网点102，与所述导光板101的出光面间隔适当距离设置的聚光膜104，和设于所述导光板101和聚光膜104之间适当位置处的扩散膜103，以及设在所述导光板底部适当距离处的线光源105 ;在LED面板灯中应用时的结构示意图如图2所示，包括导光板101，设在导光板101底面的印刷网点102，与所述导光板101的出光面间隔适当距离设置的扩散膜103，以及设在所述导光板底部适当距离处的线光源105。
[0005]主要工艺形式包括:丝印网点、激光打点、辊轮压点、化学蚀刻网点、激光刻线、注塑成型等。
[0006]主要产品特征:导光板基材表面分布各种形状的点状或线状结构设计，点状或线状结构呈规律的疏密变化。
[0007]导光原理:通过对导光板基材表面网点或线进行光学设计，在靠近入射光源的区域逐渐设立形状较小的点状或线状结构，且分布较疏。在远离入射光源的区域逐渐设立形状更大的点状或线状结构，且分布较密。通过该点状或线状结构，破坏光在导光板基材中全反射，将光线引导到目标区域。
[0008]该技术的缺点:该类导光板形成的点光源或线光源需辅助扩散膜或者扩散板，用以遮盖导光板基材表面的网点或线，同时通过二次扩散形成雾霾状的亮光效果。因需辅助扩散板或扩散膜，从而增加了产品的成本。更为重要的是，由于辅助扩散膜或者扩散板会造成光损，光损将达到10%左右，降低出光效率及光亮强度。再者，因丝印网点、激光打点等技术的工艺局限性，产能受限，人工成本高。注塑成型技术效率较高，但只能做小尺寸的导光板，主要在各种数码终端的背光显示中，大尺寸几乎无法生产，因此使用范围受限。
[0009]目前大尺寸导光板应用中最成熟的工艺为丝印网点，约占导光板总量的95%以上，但在长期的实践中，丝印导光板工艺稳定性较差，容易出现因网版堵塞造成的漏点现象，因板材平整度变化导致印刷厚度不均，影响均匀度，整体上产品稳定性较差，各种指标公差过大。[0010]第二类:在导光板基材中添加导光粒子技术，其导光设计思路如下:
[0011]主要工艺形式:通过在光学基础原料中均匀添加导光粒子，以挤出板材或浇铸成型的模式，直接生成导光板。
[0012]主要产品特征:导光板基材中均匀的分布着大量的导光粒子。
[0013]导光原理:导光板基材中的导光粒子将破坏板材中全反射光线的运动轨迹，将光线引导出导光板。
[0014]该技术现存缺点:由于导光板中添加的导光粒子只是均匀分布，不能进行合理的光学设计，导致出光效率过低，亮度不高。尤其在制作一些大尺寸导光板的情况下，均匀度和亮度都非常的低，几乎无法达到导光效果。该类导光板目前只有在少数对亮度要求不高的产品中应用。
【发明内容】
[0015]根据上述导光板的特点分析，本实用新型的发明人认为:一、从导光方式上，直接将侧面入光的线光源转换为雾霾状亮光效果的面光源是未来技术趋势，达到导光和扩散两项功能合二为一。二、更科学的光学设计手段是制作高效导光板必不可少的条件。光学设计的目的是使光线沿最短的距离引导出目标区域，从而达到出光效率更高以及分布更均匀。
[0016]以上两点都是代表未来导光板技术进步发展的核心要素。本实用新型创造紧紧围绕这两点，使用创新的设计方法，采取特殊的工艺手段，制作出新型导光板。
[0017]本实用新型为克服现有技术的缺陷，提供一种导光板，包括导光板基材，所述导光板基材设有入光面、出光面和底面，所述出光面和所述底面相对，且所述出光面或底面设有墨膜层，所述墨膜层中按照预定规律分布有导光粒子。
`[0018]根据本实用新型的实施例，还可采用如下优选的技术方案:
[0019]所述按照预定规律分布的导光粒子在所述墨膜层中的密度按照自靠近光源至远离光源逐步增加的规律分布。
[0020]所述按照预定规律分布的导光粒子在所述墨膜层中的密度按照自靠近光源至远离光源先逐步增加，至距离所述入光面的对面适当距离时再减少的规律分布。
[0021]所述入光面为所述导光板的侧面，有两个以上；当入光面是相对的两个侧面时,所述导光粒子在所述墨膜层中的密度自靠近所述两个入光面到远离所述两个入光面逐步增加的规律分布，同时，所述导光粒子在所述墨膜层中的分布为:与两个入光面相邻的两个侧面靠近的部位的浓度低于其它部位的浓度，以使整体导光板的出光亮度均匀；当入光面是两两相对而设的四个时，所述导光粒子在所述墨膜层中的分布为:中间部位的浓度高，而四周距离所述导光板侧面适当距离处浓度逐步降低，以使整体导光板的出光亮度均匀。
[0022]所述导光粒子在墨膜中的体积百分比为0.5%~50%。
[0023]所述导光粒子的粒径为5nm~lOOOOnm。
[0024]所述导光粒子的粒径为≤300nm。
[0025]所述导光粒子由有机硅材料制成。
[0026]所述墨膜层采用UV光油或PU油墨。
[0027]本实用新型的有益效果是:
[0028]通过在出光面印刷有一层包含有导光粒子的墨膜，所述墨膜中导光粒子的密度按照自靠近光源至远离光源逐步增加的规律分布，不但省去了辅助扩散板或扩散膜，将光损减少10%左右，降低了产品的成本；而且是将线光源直接转换为面光源，从而可获得现有技术不能获得的均匀的出光亮度，以及能够满足大尺寸导光板及复杂的光学设计需求。
[0029]所述按照预定规律分布的导光粒子在所述墨膜层中的密度按照自靠近光源至远离光源逐步增加的规律分布，将导光粒子分布在墨膜层中这样的方式，比较方便各种分布规律和复杂的变化情况的实现，故可以实现复杂的光学设计，以保证出光效果。
[0030]所述按照预定规律分布的导光粒子在所述墨膜中的密度按照自靠近光源至远离光源先逐步增加再减少的规律分布，该设计方式可消除导光板在实际应用中因为与入光面相对的面设置有反光材料等可能导致的出光不理想的情况(即远离入光面的一侧出光亮度高于其它部位)，进一步优化最终的出光效果。
[0031]本实用新型进一步提供一种背光源LED模组，其包括自下而上依次设置的反光板、导光板和聚光膜，以及对应所述导光板的入光面设置的线光源，所述导光板是如前任一项所述是导光板。该背光源LED模组用于显示或照明装置中时，能够实现大尺寸及复杂的光学设计情况下的均匀的出光亮度。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是一个现有技术的导光板在LED显示器中应用时的局部结构示意图。
[0033]图2是一个现有技术的导光板在LED面板灯中应用时的局部结构不意图。
[0034]图3是本实用新型一个实施例的导光板在LED显示器中应用时的结构示意图。
[0035]图4是本实用新型一个实施例的导光板在LED面板灯中应用时的结构示意图。
[0036]图5是本实用新型一个实施例的单入光面导光板的墨膜层示意图。
[0037]图6是图5的截面局部放大示意图。
[0038]图7是一个实施例的导光板在一个显不设备中应用的结构不意图。
[0039]图8是图7的导光板的导光原理示意图。
[0040]图9是本实用新型一个实施例的双入光面导光板示意图。
[0041]图10是本实用新型一个实施例的四入光面导光板示意图。
【具体实施方式】
[0042]下面对照附图并结合优选的实施方式对本实用新型作进一步说明。
[0043]实施例1
[0044]本实施例的导光板包括导光板基材，所述导光板基材设有入光面、出光面和底面，所述出光面和所述底面相对，且所述出光面印刷有一层包含有导光粒子的墨膜层，所述墨膜层中导光粒子的密度按照自靠近光源至远离光源逐步增加的规律分布，以获得出光面均匀的出光亮度。
[0045]如图3和图4所示，分别是本实施例的导光板在LED显示器和LED面板灯中应用时的结构示意图，与图1和图2的现有技术相比，在结构上简化了很多，譬如，无需设置与导光板基材相邻的扩散层，但在效果方面却提升很多，如出射光的亮度和均匀度均有提高。需要说明的是，这里所说无需设置与导光板基材201相邻的扩散层103是指不设置这两者即可达到或超过现有技术的雾霾状亮光出光效果，但并非不能设置与导光板基材201相邻的扩散层103。并且，本实施例的导光板在使用扩散层204后，也会在本实用新型技术效果的基础上进一步提升出光均匀度。
[0046]本实施例的单入光面导光板包含导光板基材201 (可以是PMMA材料等导光板用材料)，设置有左侧的入光面503，上面的出光面504和下面的底面。出光面504印刷有一层包含有导光粒子3的墨膜层202，所述导光粒子3的粒径为< 300nm。所述导光粒子3的密度分布为:由靠近光源的较低密度向远离光源的较高密度呈规律分布，具体到本实施例，所述自靠近光源至远离光源逐步增加的规律分布是等量渐变。显然，所述导光粒子3的密度分布也可以不是等量渐变，而是根据实际情况设计的更为复杂，譬如:在实际应用中，往往会在入光面的对面设置有反光纸等反光材料来改变光线的方向，这样一来，受到反光材料的反光影响，等量渐变的设置方式会使得显示装置在靠近入光面的对面的一段的出光亮度反而超过其它部位，造成不均匀，此 时，可通过密度由低到高等量渐变的分布规律，到达一定位置时，譬如距离非入光面的侧面适当距离处时，再按照密度由高低到低等量渐变或其它变化规律的方式来进行调整，以达到最佳的出光均匀度。
[0047]如图5所示，是本实用新型一个实施例的墨膜层202的示意图，如图6所示，是本导光板在显示器中应用时的截面局部放大图，所述墨膜层202设于所述导光板的出光面上，其中的导光粒子3按照自右向左(线光源设置在导光板的左侧)浓度依次增加的规律分布，在应用时，自线光源射入的光线中一部分经墨膜层202后直接由出光面出光，另一部分则经若干次全反射运动后经墨膜层202出光。所述导光粒子3的粒径可5nm~1000Onm范围内选择，更佳的为≤300nm。
[0048]如图7所示，是本实施例的墨膜层202在一个显示设备中应用的结构示意图，其中，入光面是导光板的底部侧面，对应该入光面的适当距离处设有线光源401，在导光板的顶部侧面(与入光面相对)设有反光材料206，故所述墨膜层202中导光粒子3的浓度分布规律是:自下而上浓度显逐渐增加后又逐渐减小(图7中P1-P2-P3三个区域的颜色深度变化模拟了这一效果)，从而可以保证该显示设备能够整体均匀出光。
[0049]如图8所示，本实用新型导光板的导光原理是:在导光板基材201中做全反射运动轨迹的光线接触到墨膜层202的导光粒子时，发生折射或者反射，从而使光线被直接从导光板出光面引导出导光板基材201,或者从导光板的底部射出，被反射层205反射回出光面。由出光面射出的光线在经过墨膜层202时，发生多次折射或反射，墨膜层202同时起到扩散的作用，实现导光和扩散合二为一，从而形成均匀的雾霾亮光效果。
[0050]本实施例中，印刷油墨的配制如下:
[0051]油墨采用透光性好、对导光板基材201附着力强的UV光油(也可采用I3U油墨)，所述导光粒子3采用能很好的与稀释溶剂相溶的有机硅材料制成，同时，为了避免对后续工艺的胶辊产生腐蚀作用，本实施例采用不含苯类的稀释溶剂，而采用酯类溶剂或醇类溶剂等，如乙酸乙酯、无水乙醇、异丙醇等。将导光粒子3先和稀释溶剂进行充分搅拌，并添加一定比例分散剂，使导光粒子3完全分散，再将混合物和油墨进行混合搅拌直到完全均匀。其中导光粒子3的重量百分比为0.5%~50%。混合均匀后以转印方式印刷在所述导光板基材201的出光面上形成墨膜层202。
[0052]需指出的是，本实施例的导光板也可设有两个以上的所述入光面，分别连接于所述出光面和所述底面之间，譬如设置成双入光面或四入光面的结构，分别如图9和图10所示，分别具有两个入光面402和四个入光面404。当入光面402是相对的两个侧面时，所述导光粒子3在所述墨膜层202中的密度自靠近所述两个入光面402到远离所述两个入光面402逐步增加的规律分布，同时，所述导光粒子3在所述墨膜层202中的分布为:与两个入光面402相邻的两个侧面靠近的部位的浓度低于其它部位的浓度，以使整体导光板的出光亮度均匀。当入光面404是两两相对而设的四个时，所述导光粒子3在所述墨膜层202中的分布为:中间部位的浓度高，而四周距离所述导光板侧面适当距离处浓度逐步降低，以使整体导光板的出光亮度均匀。
[0053]此外，所述导光板中的导光粒子3的密度可以不是等量渐变的分布规律，而是按照实际的光学设计需求做更为复杂、合理的分布，譬如双入光面时，在导光板上靠近与两个入光面402相邻的两个侧边的中间部位导光粒子3的密度稍大于导光板中央部位的密度，以保证该部位与其它部位相一致的高出光效率和高亮度。此外，还可以按照预定的配光曲线进行变化，譬如按照抛物线的某一段的变化规律而变化。举例而言，所述配光曲线公式可以为:y=aX2+bX+c，其中，O ^ y ^ 255 ；0 ^ x ^ 100 ;且满足x=100时，y=0，此函数中的X值为设立换算标准值，实际导光距离依据该标准值进行等量换算即可，比如实际导光距离为200mm，则实际灰度图中IOOmm的位置对应x=50的y值；a、b为配光曲线常数，O < a ；b ( -200a ；c为初始灰度，满足O < y ( 255。除此之外，也可采用本领域常用的其它配光曲线，同样可以实现本发明的发明目的
[0054]本实用新型的导光板具备以下明显特征:
[0055]I)本实用新型创造生产的导光板能将侧面入光的线光源直接转换为雾霾状亮光效果的面光源，使扩散和导光合二为一。
[0056]2)在导光板光学设计中，创新的引用了制图软件的灰度原理，构建光学设计曲线函数理论，采用分步循序渐进的设计方法，使光学设计方式更科学，更简便，确保光学设计质量。
[0057]3)相比丝印导光板 而言，本实用新型导光板由于无需辅助扩散膜或扩散板，因此不会造成光损，组装到产品中的实际光亮效果要比丝印导光板高出10%左右。
[0058]4)创新的使用了凹版印刷技术和移印技术相结合的方式来制作导光板。围绕这一全新的工艺模式，开发了一系列包括油墨配制、印版制作、设备结构、材料使用、评价方法等细节技术。
[0059]5)根据这种导光板的独特功能，构建了从理论设计，到制造实践，到产品应用的完整技术体系。
[0060]本实用新型创造在实现工业制造过程中也具备以下显著特征:
[0061]6)极大降低产品应用成本(省去扩散膜或扩散板)。
[0062]7)大幅提高产能。以丝印为例，同样的人工情况下，制作600mmX600mm的导光板，一条生产线一天的标准产能为1200片左右，而利用本实用新型可实现一天产能达9000片，提高产能达7.5倍以上。
[0063]8)由于辊轮印刷的稳定性远高于丝印及激光工艺方式，这将极大提高产品的稳定性，一致性，可以提高产品质量的同时，降低不良率。
[0064]同样以丝印为例,现有制作600mmX600mm的导光板的油墨成本达I兀RMB/片，而使用该工艺可降到0.3元RMB/片，大幅降低成本。[0065]实施例2
[0066]本实施例与实施例1的区别是，所述墨膜层设置在所述导光板的底面上，其它均可采用与实施例1相同的结构，在此不做过多的赘述。相对实施例1而言，本实施例中自线光源射入的光线中较少一部分经墨膜层后直接由出光面出光，较多光线则经若干次全反射运动后经墨膜层出光。
[0067]实施例3
[0068]本实施例的背光源LED模组，包括自下而上依次设置的反光板、导光板和聚光膜，以及对应所述导光板的入光面设置的线光源，其中，所述线光源为单侧线光源，所述导光板采用权利要求1所述的导光板，当然也可采用实施例2所述的导光板，均可实现本发明的发明目的。
[0069]本领域技术人员可以理解，本实施例中的单侧线光源也可双侧线光源或多侧线光源。
[0070]实施例4
[0071]如图3所示，是本实用新型实施例1 (也可是实施例2)的导光板的在LED显示器中的应用实例，本实施例是一种背光源LED显示器，包括线光源和导光板，所述线光源为单侧线光源，入光面为导光板的左侧面(也可为右侧面)。
[0072]本实用新型导光板由于其构造以及功能的不同，在实际应用中与传统的网点导光板(如丝印、激光导光板)有较大的差异，具体说明如下:
[0073]在现有技术的显示屏背光源装配中，使用丝印网点导光板时，导光板印刷面放置于底部，与反光膜相连，上部分别覆盖扩散膜和聚光膜；而使用本导光板时，印刷面(墨膜层)位于出光面，上方直接与聚光膜相连，无需扩散膜，故其结构如图3所示，相对简化了LED显示器的结构，节省材料和成本，并为产品的进一步超薄化提供了可能。
[0074]因该LED显示器中与底部侧边相对的上部侧边上粘贴有反光材料，故其中导光板上所设墨膜层中导光粒子的浓度自下而上先逐渐增加后又逐渐减小。
[0075]实施例5
[0076]如图4所示，是本实用新型实施例1 (也可是实施例2)的导光板的在LED面板灯中的应用实例，本实施例是一种侧入式背光源LED面板灯，包括线光源和导光板，所述线光源为单侧线光源。同上述实施例3 —样，使用本导光板时，印刷面(墨膜层)位于出光面，上方直接与聚光膜相连，无需上面的扩散板。
[0077]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属【技术领域】的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种导光板，包括导光板基材，其特征是:所述导光板基材设有入光面、出光面和底面，所述出光面和所述底面相对，且所述出光面或底面设有墨膜层，所述墨膜层中按照预定规律分布有导光粒子。
2.如权利要求1所述的导光板，其特征是:所述按照预定规律分布的导光粒子在所述墨膜层中的密度按照自靠近光源至远离光源逐步增加的规律分布。
3.如权利要求1所述的导光板，其特征是:所述按照预定规律分布的导光粒子在所述墨膜层中的密度按照自靠近光源至远离光源先逐步增加，至距离所述入光面的对面适当距离时再减少的规律分布。
4.如权利要求1所述的导光板，其特征是:所述入光面为所述导光板的侧面，有两个以上； 当入光面是相对的两个侧面时，所述导光粒子在所述墨膜层中的密度自靠近所述两个入光面到远离所述两个入光面逐步增加的规律分布，同时，所述导光粒子在所述墨膜层中的分布为:与两个入光面相邻的两个侧面靠近的部位的浓度低于其它部位的浓度，以使整体导光板的出光亮度均匀； 当入光面是两两相对而设的四个时，所述导光粒子在所述墨膜层中的分布为:中间部位的浓度高，而四周距离所述导光板侧面适当距离处浓度逐步降低，以使整体导光板的出光亮度均匀。
5.如权利要求1-4任一项所述的导光板，其特征是:所述导光粒子在墨膜层中的体积百分比为0.5%?50%ο
6.如权利要求5所述的导光板,其特征是:所述导光粒子的粒径为5nm?lOOOOnm。
7.如权利要求6所述的导光板，其特征是:所述导光粒子的粒径为<300nm。
8.如权利要求5所述的导光板，其特征是:所述导光粒子由有机硅材料制成。
9.如权利要求5所述的导光板，其特征是:所述墨膜层采用UV光油或PU油墨。
10.一种背光源LED模组，其特征在于:包括自下而上依次设置的反光板、导光板和聚光膜，以及对应所述导光板的入光面设置的线光源，所述导光板如权利要求1-9任一项所述。
【文档编号】G02B6/00GK203444132SQ201320592497
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】陈蕾 申请人:陈蕾