一种光学板的制作方法
【专利摘要】一种光学板，侧壁是光入射面，表面是光出射面的光学板本体，光学板本体的一表面上设置有阳角或是阴角形状的棱镜，光学板本体的另一表面上设置有斑点，棱镜的内角在60~160度范围内，棱镜和斑点随机排列或成格子状排列，棱镜与光学板本体表面的交界部位形成第一凸起部，斑点与所述光学板本体表面的交界部位形成第二凸起部。本实用新型满足了光学板的均一化，大型化，薄型化，高辉度化以及可生产性的要求，特别是可以改善使用LED光源时由于光不均匀而导致的热点现象以及防止局部花斑的现象。本实用新型除了满足包括笔记本，显示器的屏幕标示装置以外还可以用作照明灯。
【专利说明】一种光学板
【技术领域】
[0001]本发明是关于光学板的，具体来说是关于光学板本体上的棱镜及斑点的。
【背景技术】
[0002]一般来讲，光学板等产品上微结构制作的加工技术分为印刷模式时的丝网印刷(Silk Printing)、喷墨印刷(Ink-jet printing)以及非印刷式的激光雕刻、精密机械刻画法、热压(Hot Press)方法等。
[0003]丝网印刷虽然适合大规模生产，但是有时存在环保问题及对光线的折射效果差的问题；喷墨印刷虽然适合少量产，但也存在环保问题及油墨难以控制的问题；精密机械刻画法虽然适合大量产，但在存在生产效率低、刻板后板材的强度会遭到破坏等技术难关；激光雕刻虽然适合凹凸模式，但有由于投资费用大而导致不适合量产的问题；热压方法由于需要在光学板平面加上适当的压力，均匀的加压是存在困难的，还存在投资费用较大以及重复性较低的问题。
[0004]这样的话，光学板为了保持较低的价格，较低电力消耗而减少光源数的同时又要使光学板保持较高辉度，那么，为了提高辉度而把光源从CCFL变更到LED，但是在使用LED的时候，光学板在让点状的光源出射成面状的光源的过程中会由于光的不均匀性而导致热点(Hot Spot)现象。
[0005]而且，为了防止光学板出现局部花斑现象，雕刻方式是采用化学蚀刻法或激光雕刻法的刻板上形成具有微结构的刻板，然后通过冲压的方式在光学板上刻印出微结构，其微结构具有两角微结构的形态，印刷方式也可以使微结构形成两角微结构，以上的两角微结构会由于真空吸附现象而吸附水分产生局部性的花斑。
【发明内容】
[0006]本发明是为了解决以上的问题而提出的。
[0007]为了达成上述目的，本发明的一种光学板，侧壁是光入射面，表面是光出射面的光学板本体，光学板本体的一表面上设置有阳角或是阴角形状的棱镜，光学板本体的另一表面上设置有斑点，棱镜的内角在60?160度范围内，棱镜和斑点随机排列或成格子状排列，棱镜与光学板本体表面的交界部位形成第一凸起部，斑点与所述光学板本体表面的交界部位形成第二凸起部。
[0008]优选地:第一凸起部及第二凸起部在X、Y轴方向其中之一的方向上是非对称的，或在X，Y轴方向上是对称的。
[0009]优选地:斑点为阴角形状。
[0010]优选地:斑点为阴阳角形状。
[0011]优选地:斑点的顶端有内部棱镜。
[0012]优选地:阴角形状的斑点内部设置有阳角形状的凸出部分。
[0013]优选地:光学板本体表面到凸出部分底端的体积与光学板本体表面到斑点顶端的体积之比为0.1-1，或者光学板本体表面到凸出部分底端的高度与光学板本体表面到斑点顶端的深度之比为0.1-1。
[0014]优选地:斑点上下端面积相同或者斑点的下端面积大于上端面积。
[0015]优选地:斑点的截面形状为多角形、闭曲线。
[0016]优选地:斑点的截面形状可以为四角形、菱形、椭圆形、圆形，斑点的圆形截面直径为I?400。
[0017]优选地:棱镜的深度是一定的或者棱镜的深度从一端到另一端是逐渐变化的。
[0018]优选地:棱镜的深度为5?15。
[0019]优选地:棱镜的顶点之间的距离为5?100。
[0020]优选地:斑点的深度为I至30。
[0021]优选地:棱镜为阳角时，棱镜的顶端为曲面。
[0022]优选地:光学板本体采用聚烯烃系树脂制作而成的。
[0023]优选地:斑点及棱镜通过冲压物在高温下冲压而成，所述冲压物是在不锈钢板上通过半导体曝光显影技术以及激光加工技术制作而成。
[0024]优选地:所述光学板本体的一表面上设置有阴角形状的球面槽子微结构，所述球面槽子是随机排列或成格子状排列，所述球面槽子与所述光学板本体表面的交界区域有第
一凸起部。
[0025]有益效果:本发明中的光学板是通过热卷冲压(Heating Roll Stamping)方式形成光学板模式，将棱镜或者球面槽子或斑点或者斑点的内部棱镜微结构化，使其符合均一化，大型化，薄型化，高辉度化以及可生产性的要求，并且可以防止局部花斑。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1a是棱镜为阳角状态下光学板的侧面图。
[0027]图1b是棱镜为阴角状态下光学板的侧面图。
[0028]图2是光学板的棱镜内角的左右，上下的视野角的图。
[0029]图3是光学板的棱镜内角的左右，上下的视野角的图。
[0030]图4是光学板本体表面没有棱镜的热点现象图。
[0031]图5是光学板本体表面有棱镜的热点现象图。
[0032]图6是具有第二凸起部的斑点与反射板接触的示意图。
[0033]图7a是具有内部棱镜的斑点的结构示意图。
[0034]图7b是具有内部棱镜的斑点与反射板接触的不意图。
[0035]图8a是内部棱镜内角为160时出射角的模拟实验结果图。
[0036]图8b是内部棱镜内角为150时出射角的模拟实验结果图。
[0037]图8c是内部棱镜内角为140时出射角的模拟实验结果图。
[0038]图8d是内部棱镜内角为130时出射角的模拟实验结果图。
[0039]图8e是内部棱镜内角为120时出射角的模拟实验结果图。
[0040]图8f是内部棱镜内角为110时出射角的模拟实验结果图。
[0041]图8g是内部棱镜内角为100时出射角的模拟实验结果图。
[0042]图8h是内部棱镜内角为90时出射角的模拟实验结果图。[0043]图8i是内部棱镜内角为80时出射角的模拟实验结果图。
[0044]图8j是内部棱镜内角为70时出射角的模拟实验结果图。
[0045]图9a是具有阴阳角形状的斑点的结构侧面图。
[0046]图9b是具有阴阳角形状的斑点的结构侧面图。
[0047]图9c是具有阴阳角形状的斑点的凸起与反射板接触的侧面图。
[0048]图10是斑点的下端面积大于上端面积的示意图。
[0049]图11是一种斑点的结构的侧面图。
[0050]图12是一种斑点的结构的侧面图。
[0051]图13是一种具有球面槽子微结构的光学板的结构的侧面图。
[0052]附图标记名称如下:
[0053]10:反射板；100:光学板本体；110:棱镜；112:顶部；114:第一凸起部；120:斑点；122:第二凸起部；130:斑点；132:内部棱镜；140:斑点；142:凸出部分；200:光学板本体；210:球面槽子；212:第一凸起部；220:斑点；222:第二凸起部。
【具体实施方式】
[0054]将通过参照以下的光学板添加图面举例说明。
[0055]根据本发明的实施例子，一种光学板包括图1a以及图1b所示的光学板本体100、棱镜110、斑点120，所述棱镜110以及斑点120为微结构。所述光学板可以与包括笔记本电脑以及个人用电脑屏幕在内的液晶显示器(LCD)配合使用，也可以用作照明用灯，特别适用于要求薄型，高辉度，环保型以及低能耗的液晶显示器或者照明用灯，而且光学板本体100里面所形成的斑点120的直径对于制作薄型制品的液晶显示器或者照明用灯来说是至关重要的。本发明还适用于价格低廉，高辉度，环保型以及符合视野角度规格的包括电视(TV)显示屏或照明灯在内的产品。而且光学板本体100内所形成的斑点120、光学板本体100上的棱镜110、棱镜110的角度以及形状对于包括电视显示屏或照明等在内的产品来说都是至关重要的。进一步来讲，棱镜Iio和斑点120的位置在一定的区域内是可以随机排列的，在图la、图1b中棱镜110和斑点120是均匀排列的或以格子状排列。
[0056]而且本实施例子中的光学板通过将聚烯烃(Polyolefin)系的树脂材料以热卷冲压(Heating Roll Stamping)的方式冲压，使光学板本体100的表面以及里面的棱镜110和斑点120同时细微结构化，棱镜110位于光学板本体100的一表面，斑点120位于光学板本体的另一表面。而且棱镜110和斑点120的细微化也可以通过其他方式制作，例如激光雕亥1J，热压方式(Hot Press)进行。
[0057]棱镜110以及斑点120的位置以随机形式排列的原因是为了防止棱镜110和斑点120与放到光学板表面上的部件(如棱镜、反射板等)互相干扰而发生莫尔(Moire)纹现象。棱镜110及斑点120还可以减小热点现象的发生。
[0058]光学板本体100的侧壁为光射入面,光在发散的过程中通过光学板的表面出射，将冷阴极荧光灯(CCFL)或发光二极管(LED)等光源设置于光学板本体100的侧壁或者是两侧壁。特别是当光源为发光二极管的情况下，通过光学板本体100使点状的入射光变为面光源射出。
[0059]棱镜110形成于光学板本体100的出射面(表面)上,棱镜110可以制作成阳角(棱镜表现为光学板本体表面上的凸起)或阴角(棱镜表现为光学板本体表面上的凹孔)。如图1a所不所述的阳角是说棱镜110在光学板本体100的表面上,且表现为光学板本体100上的凸起。如图1b所示所述的阴角是说棱镜110在光学板本体100的内部，且表现为光学板本体100上的凹孔。在此设定棱镜110从顶部112到底部的深度为H、棱镜100顶点之间的距离为P、二棱镜之间的夹角(内角)为Θ。棱镜110形成多个连续排列，也就是说多个棱镜连续排列在光学板本体的表面上。棱镜110将聚集从光源照射来的光，由于棱镜110也是微结构的，从而可以提高光学板的辉度。
[0060]这时，棱镜110形成阳角的时候如图1a所示，棱镜110的顶部112为曲面(曲面是拥有半径的)，当棱镜110为阴角时如图1b所示，光学板本体100的表面下将形成深度H为I到30的沟槽，此时，棱镜110截面各自的侧面上将连续摆列出梯子状的形状，因此为了提高光的照射均匀度，使光通过棱镜Iio产生发散。在这里，图la、图1b中所示的棱镜110也可以在光学板本体100的表面上通过精密机械刻画法(V-Cutting)制作而成。
[0061]特别是当棱镜110形成阳角的情况下，棱镜110的顶部112为曲面，所以可以防止棱镜110与放在棱镜110上的部件由于线接触而产生的黏合性局部花斑。当棱镜110形成阴角的时候，在通过冲压形成棱镜110的过程中由于冲压物和光学板本体100的接触以及加压部位不同而在棱镜Iio的顶部112形成左右二侧非对称的第一凸起部114，所述顶部112就是棱镜110与光学板本体100表面的交界部位,也就是说棱镜的顶部112与光学板本体100的表面处于同一面。由于这非对称第一凸起部114与在摆放在这上面的部件产生一定的空间，且第一凸起部114的左右非对称状态可以是随机的，也就是说同一个棱镜110上的第一凸起部114的左右二侧的非对称状态可以是不确定的，从而更进一步的防止棱镜110与放在其上的部件相互黏合而产生的黏合性局部花斑。这时X轴的方向表示光学板本体100在热卷冲压时前进的方向。在这里虽然只举例说明了第一凸起部114在X轴方向左右是非对称，但也有在X，Y轴的方向形成对称的可能。
[0062]而且棱镜110的顶点之间的距离P的范围应当在5?100之间；深度H保持不变时，应该维持在20以下，更有利的范围为5?15之间。但是当棱镜110的深度H改变时是从光学板本体100的一端到另一端逐渐变化的，即使深度H是变化的，也应该将深度维持在5?15之间，然后将另一端的深度设置为15，通过这种方式来调节辉度。
[0063]如图2、图3所示:棱镜110的内角Θ的变化范围为9(Tl60，根据内角Θ的左右视角与上下视角，我们可以知道棱镜110的内角Θ是在90度的情况下正面辉度是最好的，120度的情况下视野角是偏大的。
[0064]由于在棱镜110为阳角的情况下，棱镜110的顶部为曲面；在棱镜110为阴角的情况下，棱镜110的顶部拥有非对称的第一凸起部114。且二者都拥有设定的深度H，因此可以确保从光源照射出来的光通过棱镜110发散后的光的均一性，通过调节深度H、内角Θ以及顶点之间的距离P来改善热点现象，提高辉度，防止发生亮度的不均匀(Mura)现象发生。
[0065]在这里热点现象指的是光源是发光二极管的情况下，由于发光二极管为点光源，当两个以上发光二极管并列放置在光学板的侧壁时，光学板的发光面上有一些区域比其它区域看起来相对亮一点的情况。在要求均一的面光源的情况下，让画面质量和辉度均一度大大下降的现象。[0066]图4是光学板本体100表面没有棱镜110的热点现象图，图5是光学板本体100表面有棱镜HO的热点现象图，可以看出图5中的热点现象发生了很大的改变。通过改变棱镜110的深度H、内角Θ以及顶点之间的距离P等的数值，使其取得最佳的热点改善效果。也就是说，热点现象是发生在光源前端的辉度的不均衡现象，也就是说光源前端与光源之间的辉度偏差，在辉度轮廓图表中产生最大值(MAX)和最小值(MIN)差异的现象。这时均一度是最小值/最大值，一般应该有90%以上的均一度。
[0067]如图6、图7a、图7b所示:斑点120是形成在光学板本体100里面的阴角形状。所述的阴角形状指的是斑点120位于光学板本体100的内部。设定斑点120的深度为h，斑点120的截面可以任何公知的形状，本实施例中斑点120的截面为圆形，设定圆的内径为D，且斑点120形成多个连续排列。为了使从光源来的光向光学板本体100的棱镜110的方向照射，而使斑点120微结构化。斑点120的深度h在f 30的范围内，斑点120的内径D在1~400的范围内。
[0068]在通过热卷冲压形成斑点120时，由于冲压物上的凸起与斑点120的边界部位相互接触以及斑点120边界部位受到的压力不同，而形成第二凸起部122，第二凸起部122在X轴的方向上对称，而在Y轴的方向上是非对称的。这是X轴方向表示为在热卷冲压过程的光学板本体100行进的方向。虽然在这里举例说明的是第二凸起部122在Y轴的方向上是非对称的，但也可以使第二凸起部122在X、Y轴的方向上对称。
[0069]第二凸起部122可以使光学板本体100与反射板10之间的距离拉大，防止光学板产生黏着性的局部花斑(Wet out)。在这里，反射板10可以将自光学板本体100漏出的光反射回光学板本体100中，防止光外漏，以增加光的使用效率。第二凸起部122可以使其光学板本体100和反射板10之间产生一定的空间，提高光的反射效率，且第二凸起部122也可以起到发散光的作用 ，提高光的均一性。。
[0070]在这里，斑点120和棱镜110可以利用机器加工，斑点120和棱镜110通过冲压物在高温下冲压而成，冲压物的材料为不锈钢板(Sus Plate)、不锈钢板以外的与不锈钢板具有相似硬度、弯曲性能的且厚度为0.5mm以下的板材。冲压物上的凸起及凹孔是通过半导体曝光显影技术及激光加工技术制作而成的。调节斑点120和棱镜110的分布密度(Density)以提高光照射均一度。如图10所示:如果斑点120下端端面积比上端端面积大而形成曲船状(a:1度~10度范围)的时候的光亮(照度)比上下端面积一致的时候的光亮(照度)要大。
[0071]斑点120的截面为多角形、闭曲线，可以是圆形、四角形、菱形、椭圆形、圆形，本实施例子中举例说明截面为圆形的情况。
[0072]如图6所示:斑点120的第一实施例子是阴角形状，在阴角形状的情况下斑点120的内部，斑点内表面(即图中斑点120的顶端)有凹凸不平(Ra)，内表面的凹凸不平程度与光的散乱程度是相关联的。
[0073]如图7a、图7b所示:斑点130是阴角形状的，斑点130的内表面形成有内部棱镜132的情况，设定内部棱镜132的深度为Hl、顶点之间的距离为P1、内角为Θ 1，内部棱镜132为多个连续排列，通过调整内部棱镜132的数量、大小、HU PU Θ I来调整光线的出射角，从而达到调整视野角的目的，并且使光线能聚集在液晶显示屏或照明灯的视野角内，以提高出射光的辉度及均匀度。[0074]这时，拥有内部棱镜132的斑点130的深度h为广30、圆形截面的直径D为1~400。在斑点130内表面上至少形成一个内部棱镜132，通过调节内部棱镜132顶点之间的距离P1，使Pl为5~100，来调节内部棱镜132的密度。同时内部棱镜132的内角Θ I在6(Tl60度范围内为最佳。
[0075]如图9a、9b、9c所示:斑点140是阴阳角形状的,是说斑点140的一部分位于光学板本体100的内部，另一部分位于光学板本体100的外部，也就是说斑点140的一部分表现为光学板本体100上的凹孔，另一部分表现为光学板本体100上的凸起。在斑点140的内部的中心形成有与斑点140反方向的凸出部分142。凸出部分142的底端伸出光学板本体100的表面外，也就是说凸出部分142的底部表现为光学板本体100表面上的凸起。
[0076]如图9b所示:对于阴阳角形状的斑点140来说，设定在凸出部分142中光学板本体100的表面到凸出部分142底端(下面)的体积为VI，设定在斑点140中光学板本体100的表面到斑点140顶端(上面)的体积为V2，Vl/ V2的范围为0.1到I之间是合适的(0.1 ( VI/V2 < I)。而且对于形成于阴阳角形状的斑点140来说，设定光学板本体100表面到凸出部分142的底端的高度为hl，设定光学板本体100的表面到斑点140的顶端的高度为De，hl/De的范围为0.1到I (0.1≤hl/De < I)为最佳的。
[0077]凸出部分142可以通过在即将形成的斑点140的内侧周围加压，使得与加压部位相邻的部位凸出的办法。也可以使冲压物上的凸出的斑点为圆环形，当圆环形的凸出的斑点在高温下压入导光板本体100时，斑点140的中间自然凸起形成凸出部分142。也可以通过冲压形成斑点140以后再利用激光使斑点140周围融化而形成。当然也可以利用其它的公知的方法来形成凸出部分142。
[0078]如图8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g、8h、81、8j所示:由于内部棱镜132内角Θ I的变化而使光学板中的光出射角产生变化，因此可以根据出射角的要求而调整内角ΘI的角度。内部棱镜132的内角Θ I在160度~120度之间时，光的分布具有从上下方向射出的倾向，这有利于适用于一般的光学板；内角Θ I在110度~90之间的时候,光的分布具有发散的现象，有利于降低雾面程度，光学板上可以不用放置一般的三棱镜板；内角Θ I为80度、70度的时候，光的分布有从光学板中心上升的倾向，光学板上不用放置更好的三棱镜板。
[0079]【表一】
[0080]
【权利要求】
1.一种光学板，侧壁是光入射面，表面是光出射面的光学板本体，其特征在于:所述光学板本体的一表面上设置有阳角或是阴角形状的棱镜，所述光学板本体的另一表面上设置有斑点，所述棱镜的内角在60-160度范围内，所述棱镜和斑点随机排列或成格子状排列，所述棱镜与所述光学板本体表面的交界部位形成第一凸起部，所述斑点与所述光学板本体表面的交界部位形成第二凸起部。
2.根据权利要求1所述的光学板，其特征在于:第一凸起部及第二凸起部在X、Y轴方向其中之一的方向上是非对称的，或在X，Y轴方向上是对称的。
3.根据权利要求1所述的光学板，其特征在于:斑点为阴角形状。
4.根据权利要求1所述的光学板，其特征在于:斑点为阴阳角形状。
5.根据权利要求3所述的光学板，其特征在于:斑点的顶端有内部棱镜。
6.根据权利要求4所述的光学板，其特征在于:阴角形状的斑点内部设置有阳角形状的凸出部分。
7.根据权利要求6所述的光学板,其特征在于:光学板本体表面到凸出部分底端的体积与光学板本体表面到斑点顶端的体积之比为0.1-1，或者光学板本体表面到凸出部分底端的高度与光学板本体表面到斑点顶端的深度之比为0.1-1。
8.根据权利要求1所述的光学板，其特征在于:斑点上下端面积相同或者斑点的下端面积大于上端面积。
9.根据权利要求1 所述的光学板，其特征在于:斑点的截面形状为多角形、闭曲线。
10.根据权利要求9所述的光学板，其特征在于:斑点的截面为圆形，斑点的圆形截面直径为I~400。
11.根据权利要求1所述的光学板，其特征在于:棱镜的深度是一定的或者棱镜的深度从一端到另一端是逐渐变化的。
12.根据权利要求11所述的光学板，其特征在于:棱镜的深度为5~15。
13.根据权利要求1所述的光学板，其特征在于:棱镜的顶点之间的距离为5~100。
14.根据权利要求1所述的光学板，其特征在于:斑点的深度为I至30。
15.根据权利要求1所述的光学板，其特征在于:棱镜为阳角时，棱镜的顶端为曲面。
16.根据权利要求1所述的光学板，其特征在于:光学板本体采用聚烯烃系树脂制作而成的。
17.根据权利要求16所述的光学板，其特征在于:斑点及棱镜通过冲压物在高温下冲压而成，所述冲压物是在不锈钢板上通过半导体曝光显影技术以及激光加工技术制作而成。
18.根据权利要求2所述的光学板,其特征在于:所述光学板本体的一表面上设置有阴角形状的球面槽子微结构，所述球面槽子是随机排列或成格子状排列，所述球面槽子与所述光学板本体表面的交界区域有第一凸起部。
【文档编号】G02B5/04GK203773079SQ201320651187
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】赵宰亨 申请人:南京高一智光电有限公司