背光模塊中導光板結構設計專利技術分析

張會均

摘 要：文章對國內外企業在導光板圖案化結構設計上的專利申請進行了統計，并對圖案化結構設計的發展進行了深入分析，為我國企業在導光板均勻出光方向上的研發和專利申請具有重要的參考意義。

關鍵詞：背光模塊；導光板；圖案；網點；微結構

中圖分類號：TN27；TM923.01 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）20-0031-02

1 概 述

液晶顯示器（LCD）為非發光性裝置，需要借助于背光模塊才能達到顯示的功能。背光模塊泛指可以提供面光源的組件，基本上由光源、導光板和光學片三大部分組成。其中，導光板是背光模塊里的一個重要組件， 它的作用是引導光的散射方向，用來提高亮度和控制亮度的均勻性，因此，導光板的設計與制造是背光模塊的關鍵技術之一。常用的背光模塊分為側入式和直下式。近年來，在薄型化、輕量化即低耗能化的潮流下，側入式背光模塊的優勢逐漸明顯，中小型尺寸面板多采用側入式設計。而對于測入式，其入射光在導光板中傳播的過程中，隨著與光源距離的漸遠，光強大幅度減弱，導致距光源距離較遠出的光亮度與靠近光源處的光亮度存在較大差異，使得整個面狀光源的出光不均勻，而導光板出光面亮度的均勻性對背光模塊尤為重要，由此側入式中導光板的設計和制造技術成為當前和今后的研究熱點。本文通過對專利數據庫中導光板結構設計相關的文獻進行分析，為其進一步發展提供參考。

2 導光板的光學原理

光源發出的光進入導光板，利用全反射原理向另一端傳導，也就是說光線在導光板中自然傳輸過程中，由于全反射，光線將在導光板內向前傳播而不能夠從導光板的上表面出射，所以需要在導光板的下表面設置具有一定排布規律的圖案——散射網點或微結構，通過散射網點和微結構的散射作用，破壞光線在導光板內的全反射，是光線能夠均勻的從導光板的上表面出射，從而將點光源或線光源轉化為面光源。

導光板圖案化的方式有很多種，常見的主要有以下幾種：

①擴散網點。

在導光板的底部制作擴散網點，擴散網點利用點的散射原理，當光線入射到擴散網點時，會將一條光線散射成多條光線，這些散射光線一部分會射出導光板，另一部分則會繼續反射，直至遇到下一個擴散網點，重復散射過程。擴散網點的排列方式有多種，但主要以陣列排列和隨機排列為主。

②微結構。

在導光板的上表面或是下表面加入微結構是導光板中常用的方法，一般分為上微結構和下微結構兩種，微結構常設計為三角錐狀或棱錐狀。在下微結構方法中，常在導光板底面下方設置一反射片或是反射膜，當入射光的角度大于臨界角時，光線被反射到出光面（即上表面），當入射角小于臨界角時，光線穿透微結構射到下方的反射片或反射膜上，被反射回導光板中。

③微光柵。

在導光板的上表面或是下表面用微光柵代替擴散網點或微結構，光柵型導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 導光板圖案化設計專利分析

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

隨著研究的不斷深入，研究人員發現，導光板上圖案化的形狀對光散射影響不大，而圖案的排布規律則很大程度上影響著導光板出光面的光的均勻度和亮度。如鴻富錦精密工業（深圳）有限公司和清華大學申請的一種導光板以及使用該導光板的背光模組[2]，在該導光板的底面上具有呈圓弧狀分布的網點結構2230，且在不同圓弧上的網點密度隨著遠離導光板的入光面221而增大，如圖2所示。而蘇州向隆塑膠有限公司申請了一種可使背光模塊發光均勻化的結構和方法[3]，其核心在于在導光板的底面上設置多個光學微結構單元14，該微結構單元在導光板上的分布密度隨著與光源2距離的增加而增大，網點分布密度的這種變化，使得遠離光源出的光的散射增強，進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，有研究者認為：由于受導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系，而使呈拋物線型分布，因此導光板上圖案化網點或微結構單純的隨著遠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。如富士膠片株式會社申請的一種面狀照明裝置[4]，在導光板30的底面上設置有分布密度連續變化的網點圖案，且該網點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，且該網點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離光入射面。本發明即使使用大而薄的導光板，也能夠實現具有較高光利用效率和亮度不均勻性小的光發射，以及將光導引至導光板的深處，實現了均勻分布的亮度分布或者在中心附近范圍內較高的亮度分布曲線，如圖4、圖5所示。

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

4 結 語

綜上所述，隨著背光模塊向薄型化方向的不斷發展，對導光板出光均勻性的要求也不斷提高，使得導光板圖案化結構設計的研究也隨之不斷發展——從“單純的圖案化形狀的設計”到“圖案化分布密度隨著與光源距離的增加而增大”再到“圖案化結構的分布密度設計為拋物線型”隨后發展至根據光源設置位置以及導光板的尺寸分區設置圖案化網點密度分布。在薄型化時代中，我國企業也應把握液晶發展新動態，并進一步加大技術創新力度，提高技術專利申請量，并建立核心技術專利池，進一步增強我國在世界液晶領域的主導地位。

參考文獻：

[1] 立碁電子工業股份有限公司.面光源以及面光源模塊[P].CN10109331

5A.2007.

[2] 清華大學，鴻富錦精密工業（深圳）有限公司.導光板以及使用該導光板 的背光模組[P].CN101750666A.2010.

[3] 蘇州向隆塑膠有限公司.背光模塊發光均勻化的結構及其方法[P].

CN101865382A.2010.

[4] 富士膠片株式會社.平面照明設備[P].CN102242879A.2011.

[5] 上海藍光科技有限公司，彩虹集團公司.側光式背光源模組[P].CN102

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[6] 鴻富錦精密工業（深圳）有限公司，鴻海精密工業股份有限公司.導光 板及背光模塊[P].CN103293588A.2013.

[7] 瑞儀（廣州）光電子器件有限公司.導光板、背光源模組及顯示裝置[P].

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[8] 蘇州向隆塑膠有限公司.導光板及其加工方法[P].CN104360429A.2015.

[9] 京東方科技集團股份有限公司.導光板及其制作方法、陣列基板及其 制作方法和顯示裝置[P].CN105403950A.2016.