导光膜及导光装置的优化设计与实现

导光膜及导光装置的优化设计与实现

胡克勍

杭州矽能电力技术有限公司，浙江省杭州市310000

摘要：导光板作为背光模组的核心组件广泛应用于家电、汽车仪表等各行各业之中，是将线光源转化为面光源的高科技产品。由于导光板制作成本较高，光学结构较为精密，一旦损坏整块导光板都要作废，所以现在通常采用导光膜与透明基板结合的方式来代替导光板。但是这样一来，又产生了导光点与面的贴合问题，并且比较容易脱离，不利于长期使用。因此，本文试图探究一种优化的导光膜及导光装置，能够提高导光膜与基板之间的贴合面积和强度，在不影响导光效果的情况下更好地保护超微结构。

关键词：液晶显示，导光板，导光膜、导光装置

前言

复合型导光板是考虑到导光板制作成本较高，而采用的导光膜与透明基板结合的方式来代替导光板的导光装置。复合型导光板具有透明基板和透明膜，透明膜印刷有若干导光点并贴附于透明基板的背面。将导光点先印刷于透明薄膜上，然后再将印刷有导光点的透明薄膜与透明基板结合，从而形成复合导光板1。由于导光点是印刷于透明薄膜上，比直接印刷于透明基板上要更容易实现，降低了制作难度，而且即使出现不良报废，也仅需报废透明薄膜部分，而透明基板部分完好无损，因此能够降低成本。但与此同时，复合型导光板也有一定的缺陷，由于把透明薄膜和透明基板分体设置，两者贴合时就要考虑贴合的牢固程度，而透明薄膜上有导光点，带有导光点的一面与透明基板接触，两者之间不是面与面的贴合，而是点与面的贴合，虽然导光点的数量很多，但是透明薄膜与透明基板不是同一材质，点与面的贴合还是比较容易脱离，不利于长期使用。因此还需要对现有的复合型导光板进行优化改进。

1.液晶显示器件

液晶显示（LCD）器件是当前发展最成熟、应用面最广、产业化程度最高、发展最迅猛的一种平板显示器件，也是现在和未来IT产业发展的主要领域之一。液晶显示器件广泛应用于各种文本、影像显示终端。由于液晶本身不能发光，只能调制光，必须在液晶面板上增加一个发光源，从而为液晶面板提供足够亮度、分布均匀的光源，使液晶面板能够正常显示影像2。由于该光源一般增加在液晶盒的背面，故被称为背光源。背光源模组是包括背光源在内的能为液晶面板提供足够亮度与分布均匀面光源的一个光学组件，是液晶结构中的关键部件之一。导光板是背光源模组的核心部件之一，负责在背光源模组中传递光，通过改变光线的传递规律，使得光线均匀地从导光板出射面射出，导光板是决定背光源模组质量的关键因素，其透光均匀性、导光效率的高低直接影响整个LCD的性能。

2.导光板的原理

导光板是利用光学级的亚克力/PC板材，然后用具有极高折射率且不吸光的高科技材料，在光学级的亚克力板材底面用激光雕刻、V型十字网格雕刻、UV网版印刷技术印上导光点3。利用光学级亚克力板材吸取从灯发出来的光在光学级亚克力板材表面的停留，当光线射到各个导光点时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件由导光板正面射出。通过各种疏密、大小不一的导光点，可使导光板均匀发光。导光板设计原理源于笔记本电脑的液晶显示屏，是将线光源转变为面光源的高科技产品4。光学级亚克力（PMMA）/PC为基材，运用LCD显示屏及笔记本电脑的背光模组技术，透过导光点的高光线传导率，经电脑对导光点计算，使导光板光线折射成面光源均光状态制造成型。产品采用光谱分析原理与数码UV印刷技术相结合并在恒温、恒湿、无尘的环境条件下制作而成。具有超薄、超亮、导光均匀、节能、环保、无暗区、耐用、不易黄化、安装维修简单快捷等鲜明特点5。

3.导光装置

针对现有技术存在的不足，本文提出一种能够提高导光膜与基板之间的贴合面积和强度的导光膜及导光装置。导光装置包括导光膜10和透明基板3，导光膜的下表面与透明基板固定。具体的技术方案为将导光膜的上表面设置为出光面12，下表面为入光面11。下表面平滑设置，用于与基板连接。导光膜内设有若干中空的超微结构14，包括靠近导光膜下表面的传导反射面15、靠近导光膜上表面的顶面17、以及连接传导反射面和顶面的出光反射面，每两个相邻超微结构之间的空隙为出光间隙16。

图 1

与现有的技术工艺相比，本文探讨的这种导光装置通过将导光膜的下表面设置为平滑状，这样与基板固定时，可以实现整个面贴合，接触面积达到最大，固定效果也可以达到最佳，两者不易脱离。同时内部中空的超微结构设置，可以实现光的引导，从基板直射向中空的超微结构的光会发生全反射，从基板射向出光间隙的光会最终从出光面射出，实现导光的功能。而且将导光的超微结构设置在导光膜的内部，不易损坏，抗拉伸能力更强。并且中空的超微结构通过传导反射面、顶面和出光反射面密闭，内部是空气，也可以是其他与膜材料折射率相差大的材质，从基板射到传导反射面的光会发生全反射，光路在基板内延伸。射向出光间隙的光会射到出光反射面上，再进行反射，从出光面射出。多个中空的超微结构排布在导光膜内部，起到引导光线的作用，控制好反光面与出光反射面的夹角以及出光间隙的大小，即可控制光的线路，使得光线逐渐布满整个导光膜的出光面。在传导反射面的设置上，当传导反射面为曲面时，曲面上任意一点的与入光面的夹角＜10°；当出光反射面为斜面时，出光反射面与入光面的夹角为45°~85°；当出光反射面为曲面时，曲面上任一点的切面与入光面的夹角为45°~85°。这样一来，当传导反射面为平面时，可以与入光面平行，光线的反射路径比较规则；当传导反射面为曲面时，光线路径不规则，可以产生不同的导光效果和差异化的视觉效果；当光线射在斜面时，反射后射向出光面，由于射向斜面的光线角度不同，反射后射向出光面的角度也不同，出光的强度会有差异；如果把出光反射面设置为弧形面，提前设置弧形面的角度，使得光线在射到弧形面进行反射后，尽量都垂直射向出光面，这样就使得从出光面射出的光强达到最大，且基本保持一致，出光更加均匀。

4.导光装置的使用实例

下面将结合附图实施例对本文所提出的导光装置的技术方案进行更加清晰的描述。

如图1所示，在导光膜10的内部设置中空的超微结构14，可以实现光的引导，从基板3直射向中空的超微结构14的光会发生全反射，从基板3射向出光间隙16的光会最终从出光面12射出，实现导光的功能。而且将导光的超微结构设置在导光膜10的内部，不易损坏，抗破损能力更强。中空的超微结构14通过传导反射面15、顶面17和出光反射面18密闭，内部是空气，也可以是其他与膜材料折射率相差大的材质，射到传导反射面15的光会发生全反射，光路在基板3内延伸；射向出光间隙16的光会射到出光反射面18上，再进行反射，从出光面12射出。多个中空的超微结构14排布在导光膜10内部，起到引导光线的作用，控制好反光面15与出光反射面18的夹角以及出光间隙16的大小，即可控制光的线路，使得光线逐渐布满整个导光膜10的出光面12。由于顶面17没有导光作用，所以顶面17可以设计成任何形状，如图2，可以是平面、弧面、点等等。

图 2

在现有技术中，如图3，超微结构14设置在导光膜10表面，光线穿过基板3后是直接射向超微结构14的，这样光线利用率会很高。而对于本文所探讨的导光装置，由于是为了导光膜10与基板3之间贴合效果更好，所以把超微结构14设置在了导光膜10内部，这样就使得超微结构14与基板3之间隔了薄薄的一层导光膜10，会对光路有一定的影响，光需要先经过这层薄膜再到达超微结构14，所以该层薄膜要薄，越薄对光折射影响就越小，光路变化就越小；一般薄膜厚度小于1mm时，光路变化可以忽略不计。

结语

经过近年来的研究发展，导光板技术的发展逐渐趋于平稳。相对来说，国内技术与国外还有一定差距，但国内研发相关技术涉猎范围较广，涉及相关技术领域较为均衡6。随着材料、成型技术的发展，今后导光板的发展会呈多方向扩展，向均匀度更高、更轻薄，发光效率更高的方向发展，导光板仍将是今后显示技术不断发展的重要领域。

参考文献

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[6]沈玉国，王保平，王平，等.液晶显示器用导光板概述[J].建材世界，2020，41(4)：21-23.