背光模塊中導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專利技術(shù)分析

張會(huì)均

摘 要：文章對(duì)國(guó)內(nèi)外企業(yè)在導(dǎo)光板圖案化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的專利申請(qǐng)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并對(duì)圖案化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展進(jìn)行了深入分析，為我國(guó)企業(yè)在導(dǎo)光板均勻出光方向上的研發(fā)和專利申請(qǐng)具有重要的參考意義。

關(guān)鍵詞：背光模塊；導(dǎo)光板；圖案；網(wǎng)點(diǎn)；微結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TN27；TM923.01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）20-0031-02

1 概 述

液晶顯示器（LCD）為非發(fā)光性裝置，需要借助于背光模塊才能達(dá)到顯示的功能。背光模塊泛指可以提供面光源的組件，基本上由光源、導(dǎo)光板和光學(xué)片三大部分組成。其中，導(dǎo)光板是背光模塊里的一個(gè)重要組件， 它的作用是引導(dǎo)光的散射方向，用來提高亮度和控制亮度的均勻性，因此，導(dǎo)光板的設(shè)計(jì)與制造是背光模塊的關(guān)鍵技術(shù)之一。常用的背光模塊分為側(cè)入式和直下式。近年來，在薄型化、輕量化即低耗能化的潮流下，側(cè)入式背光模塊的優(yōu)勢(shì)逐漸明顯，中小型尺寸面板多采用側(cè)入式設(shè)計(jì)。而對(duì)于測(cè)入式，其入射光在導(dǎo)光板中傳播的過程中，隨著與光源距離的漸遠(yuǎn)，光強(qiáng)大幅度減弱，導(dǎo)致距光源距離較遠(yuǎn)出的光亮度與靠近光源處的光亮度存在較大差異，使得整個(gè)面狀光源的出光不均勻，而導(dǎo)光板出光面亮度的均勻性對(duì)背光模塊尤為重要，由此側(cè)入式中導(dǎo)光板的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)成為當(dāng)前和今后的研究熱點(diǎn)。本文通過對(duì)專利數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行分析，為其進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

2 導(dǎo)光板的光學(xué)原理

光源發(fā)出的光進(jìn)入導(dǎo)光板，利用全反射原理向另一端傳導(dǎo)，也就是說光線在導(dǎo)光板中自然傳輸過程中，由于全反射，光線將在導(dǎo)光板內(nèi)向前傳播而不能夠從導(dǎo)光板的上表面出射，所以需要在導(dǎo)光板的下表面設(shè)置具有一定排布規(guī)律的圖案——散射網(wǎng)點(diǎn)或微結(jié)構(gòu)，通過散射網(wǎng)點(diǎn)和微結(jié)構(gòu)的散射作用，破壞光線在導(dǎo)光板內(nèi)的全反射，是光線能夠均勻的從導(dǎo)光板的上表面出射，從而將點(diǎn)光源或線光源轉(zhuǎn)化為面光源。

導(dǎo)光板圖案化的方式有很多種，常見的主要有以下幾種：

①擴(kuò)散網(wǎng)點(diǎn)。

在導(dǎo)光板的底部制作擴(kuò)散網(wǎng)點(diǎn)，擴(kuò)散網(wǎng)點(diǎn)利用點(diǎn)的散射原理，當(dāng)光線入射到擴(kuò)散網(wǎng)點(diǎn)時(shí)，會(huì)將一條光線散射成多條光線，這些散射光線一部分會(huì)射出導(dǎo)光板，另一部分則會(huì)繼續(xù)反射，直至遇到下一個(gè)擴(kuò)散網(wǎng)點(diǎn)，重復(fù)散射過程。擴(kuò)散網(wǎng)點(diǎn)的排列方式有多種，但主要以陣列排列和隨機(jī)排列為主。

②微結(jié)構(gòu)。

在導(dǎo)光板的上表面或是下表面加入微結(jié)構(gòu)是導(dǎo)光板中常用的方法，一般分為上微結(jié)構(gòu)和下微結(jié)構(gòu)兩種，微結(jié)構(gòu)常設(shè)計(jì)為三角錐狀或棱錐狀。在下微結(jié)構(gòu)方法中，常在導(dǎo)光板底面下方設(shè)置一反射片或是反射膜，當(dāng)入射光的角度大于臨界角時(shí)，光線被反射到出光面（即上表面），當(dāng)入射角小于臨界角時(shí)，光線穿透微結(jié)構(gòu)射到下方的反射片或反射膜上，被反射回導(dǎo)光板中。

③微光柵。

在導(dǎo)光板的上表面或是下表面用微光柵代替擴(kuò)散網(wǎng)點(diǎn)或微結(jié)構(gòu)，光柵型導(dǎo)光板利用光柵的衍射特性，可以很好的控制出射光的角度，從而可以獲得很好的均勻度。

3 導(dǎo)光板圖案化設(shè)計(jì)專利分析

在導(dǎo)光板圖案化發(fā)展初期，有關(guān)圖案形狀設(shè)計(jì)的申請(qǐng)較多。如立碁電子工業(yè)股份有限公司申請(qǐng)了一種面狀光源[1]，該面狀光源可以利用分布在導(dǎo)光板下表面的具有不同反射能力的第一微結(jié)構(gòu)112和第二微結(jié)構(gòu)116或118，以使其所提供的光源均勻化；其第一微結(jié)構(gòu)可為彼此平行的條形棱鏡，第二微結(jié)構(gòu)可為角錐體或半球體，如圖1所示。

隨著研究的不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)光板上圖案化的形狀對(duì)光散射影響不大，而圖案的排布規(guī)律則很大程度上影響著導(dǎo)光板出光面的光的均勻度和亮度。如鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司和清華大學(xué)申請(qǐng)的一種導(dǎo)光板以及使用該導(dǎo)光板的背光模組[2]，在該導(dǎo)光板的底面上具有呈圓弧狀分布的網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu)2230，且在不同圓弧上的網(wǎng)點(diǎn)密度隨著遠(yuǎn)離導(dǎo)光板的入光面221而增大，如圖2所示。而蘇州向隆塑膠有限公司申請(qǐng)了一種可使背光模塊發(fā)光均勻化的結(jié)構(gòu)和方法[3]，其核心在于在導(dǎo)光板的底面上設(shè)置多個(gè)光學(xué)微結(jié)構(gòu)單元14，該微結(jié)構(gòu)單元在導(dǎo)光板上的分布密度隨著與光源2距離的增加而增大，網(wǎng)點(diǎn)分布密度的這種變化，使得遠(yuǎn)離光源出的光的散射增強(qiáng)，進(jìn)而有效的抑制出光亮度的不均勻性，如圖3所示。

隨著研究的不斷深入，有研究者認(rèn)為：由于受導(dǎo)光板端面反射位置影響，其光量密度分布與光源距離不是單純呈線性遞減關(guān)系，而使呈拋物線型分布，因此導(dǎo)光板上圖案化網(wǎng)點(diǎn)或微結(jié)構(gòu)單純的隨著遠(yuǎn)離光源而由小變大或有疏到密，并不能滿足面光源光均勻度的要求。如富士膠片株式會(huì)社申請(qǐng)的一種面狀照明裝置[4]，在導(dǎo)光板30的底面上設(shè)置有分布密度連續(xù)變化的網(wǎng)點(diǎn)圖案，且該網(wǎng)點(diǎn)的分布密度隨著與光源52的距離的增加而減小，然后再次增大，且該網(wǎng)點(diǎn)的分布密度的最大值所在的位置比分布密度的最小值所在的位置更加遠(yuǎn)離光入射面。本發(fā)明即使使用大而薄的導(dǎo)光板，也能夠?qū)崿F(xiàn)具有較高光利用效率和亮度不均勻性小的光發(fā)射，以及將光導(dǎo)引至導(dǎo)光板的深處，實(shí)現(xiàn)了均勻分布的亮度分布或者在中心附近范圍內(nèi)較高的亮度分布曲線，如圖4、圖5所示。

隨著提高導(dǎo)光板出光均勻化的研究的不斷深入，有研究者提出了將導(dǎo)光板的入光底面上根據(jù)LED光源設(shè)置位置以及導(dǎo)光板的尺寸劃分了若干個(gè)區(qū)域，在不同區(qū)域中設(shè)置呈不同疏密程度的方式排布的散射網(wǎng)點(diǎn)[5-9]，例如，每個(gè)區(qū)域的網(wǎng)點(diǎn)密度與其他區(qū)域不同，且在遠(yuǎn)離所述LED光源設(shè)置的位置網(wǎng)點(diǎn)密度逐漸增大，相鄰區(qū)域之間的網(wǎng)點(diǎn)密度差值也有所增大，以此實(shí)現(xiàn)導(dǎo)光板的出光均勻化。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，隨著背光模塊向薄型化方向的不斷發(fā)展，對(duì)導(dǎo)光板出光均勻性的要求也不斷提高，使得導(dǎo)光板圖案化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究也隨之不斷發(fā)展——從“單純的圖案化形狀的設(shè)計(jì)”到“圖案化分布密度隨著與光源距離的增加而增大”再到“圖案化結(jié)構(gòu)的分布密度設(shè)計(jì)為拋物線型”隨后發(fā)展至根據(jù)光源設(shè)置位置以及導(dǎo)光板的尺寸分區(qū)設(shè)置圖案化網(wǎng)點(diǎn)密度分布。在薄型化時(shí)代中，我國(guó)企業(yè)也應(yīng)把握液晶發(fā)展新動(dòng)態(tài)，并進(jìn)一步加大技術(shù)創(chuàng)新力度，提高技術(shù)專利申請(qǐng)量，并建立核心技術(shù)專利池，進(jìn)一步增強(qiáng)我國(guó)在世界液晶領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。

參考文獻(xiàn)：

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