导光体的制作方法
专利名称：导光体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导光装置及其制造方法。所述导光装置具有广泛应用，尤其适用于显示器的背光源，例如液晶显示器。
背景技术：
许多导光装置是已知的。这些装置被用于一系列功能上，包括照明、背光源、标志和显示。通常所述装置由注塑成型或机加工的透明塑料部件构成，其中光源通过机械安装的方式集成在透明塑料部件的边缘，所述光源可以是荧光灯或多个发光二极管(LED)。所有这些装置共有的特点是光源发出的光通过全内反射被引导穿过通常由塑料、制成的透明光导。在背光源的应用中，光沿着与其在透明光导中传播方向大体垂直的方向出射。这一点是通过被引导的光与透明光导中或者透明光导表面的散射结构或膜的相互作用来实现。将荧光灯或LED集成到透明光导的边缘不是一个简单的工艺，因此大大地增加了这些装置生产工艺的复杂性。为了实现光源与光导的很好耦合，对装置的光学性能而言是必不可少的。此外，光源的边缘耦合致使这些部件在装置的生产过程和正常使用中容易受到机械损伤的影响。为了提供一种薄的直下式背光源，优选地是让光射入光导平板。如果光源在平板上分布，能取得更好的有益效果，因此需减小光导里的导向长度。这样的有益效果是能创造一种薄而有效的背光源，缺点是破坏了光的均匀性。例如，这样光有可能穿过光源附近区域上面或内部产生暗点和/或强光区域。优选地，这些暗点和/或强光区域不可见，或至少减弱到表面上看不到，以提供至少可接受的且更优选地提高的光均匀性。该问题的现有方案倾向于增加背光源中的厚度。背光源可以分为“侧光式”和“直下式”。这些类别的不同之处在于光源相对于背光源输出的方位，所述输出区定义为光导装置的可视区域。在侧光式背光源中，一个或多个光源被设置于沿背光源结构的外边沿或边缘在输出区对应的区域之外。通常光源发出的光进入光导，光导的长宽尺寸受到光被引出照亮的输出区的限制。在直下式背光源中，光源阵列被直接安装在输出区的后面，且散射器被安装于光源的前面以提供更均匀的光输出。一些直下式背光源还包括一个安装在边缘的光，这样通过直下式和侧光式照明的组合进行照明。显示器制造商面临的其它挑战，例如合并大面积LED背光模组(BLUs)，包括制造薄而高效的装置，所述装置能提供二阶或三阶空间调光以支持高的显示性能并降低耗电量。这点在侧光式和直下式装置中都被证明有问题，且往往导致了较厚的背光装置。二阶调光涉及当显示器的影像内容仅通过与期望影像相匹配或符合的背光源在选定区域的转换来实现，因而导致功率大大地降低。三阶调光进一步包括色彩的使用。从一个背光源发出的光出射角和所述光出射角的均匀性在决定效率和显示器被照亮的视角方面是非常重要的。在某种程度上对背光源的光出射角的范围进行控制是可取的。
本发明的目的是提供能解决一个或多个上述问题的一种导光装置。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种导光装置包括
一个基板，所述基板的第一表面上设置有一个或多个光源和第一导光层，所述第一导光层被用于将所述一个或多个光源封装在所述第一表面上；
一个涂敷层，所述涂敷层位于所述基板和所述第一导光层之间的界面上；以及 光出射特征。所述导光装置包括一个光输出区或表面，所述光输出区或表面定义导光装置的可视区域。导光装置包括一个或多个中断或干扰被引导光的全内反射的特征或结构，并在本文中被称为光出射特征。例如，导光装置可包括一个或多个散射和/或反射和/或折射结构，从而将光从基板的第一表面直接引开。所述一个或多个散射和/或反射结构和/或折射结构可设置于基板和第一导光层之间的界面上，和/或设置于基板的较低表面上，所述表面与第一表面相对。光可在与基板平面基本垂直的方向上被引开。光可在光输出表面方向上被导向。光可通过使用如反射元件被反射穿过导光装置，从而提供了一种交替光输出表面的可能性。所述导光装置包括一个位于光输出表面上的散射器。所述一个或多个散射和/或反射结构和/或折射结构可位于第一导光层的表面上，所述第一导光层的表面与和基板组成界面的导光层的表面相对。相应地，本发明提供了一种导光装置，包括
一个基板，所述基板的第一表面上设置有一个或多个光源和第一导光层，所述第一导光层被用于将所述一个或多个光源封装在所述第一表面上；
一个涂敷层，所述涂敷层位于所述基板和所述第一导光层之间的界面上；以及光出射特征，所述光出射特征位于所述基板和所述第一导光层之间的界面上，或位于所述基板的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对，或位于与所述基板组成界面的第一导光层表面相对的第一导光层表面上。基板的第一折射率大于或等于第一导光层的折射率，为方便起见，将第一导光层的折射率称作第二折射率。涂敷层包括多个开口，所述开口也可被称为缺口或孔。对于本发明所述的具体实施方式
，其中涂敷层包括多个开口，光出射特征可方便地设置于在这些开口中，或设置于基板的第二表面上，所述第二表面与基板的第一表面相对且大体平行。所述涂敷层通过全内反射可限制光进入第一导光层。通过具有比第一导光层低的折射率的涂敷层来实现这点。涂敷层可以是透明的。相应地，本发明提供了一种导光装置，包括
一个基板，所述基板的第一表面上设置有一个或多个光源和第一导光层，所述第一导光层被用于将所述一个或多个光源封装在所述第一表面上；
一个透明层，所述透明层位于基板和第一导光层之间的界面上，其中该透明层的折射率比第一导光层低；以及光出射特征。本发明还提供了一种导光装置，包括(i ) 一个基板，所述基板的第一表面上设置有一个或多个光源和第一导光层，所述第一导光层被用于将所述一个或多个光源封装在所述第一表面上；
(ii) 一个透明层，所述透明层位于基板和第一导光层之间的界面上，其中所述透明层的折射率比第一导光层低，并通过全内反射限制光进入第一导光层；以及(ii)光出射特征。在第一导光层上可设置第二导光层，所述第二导光层的第三折射率等于或大于第一导光层的折射率，并且在第一和第二导光层的界面上以及在一个或多个光源上可设置一个或多个光散射和/或反射和/或折射结构。这些结构用于隐藏光源位置并提供更为均匀的光输出。具有适当折射率的第二导光层提供了一种装置，其中光可在第一和第二导光层内被全部内反射。根据本发明的第二方面，提供了一种制造导光装置的方法，所述方法包括
(i)将涂敷层加设基板的第一表面上；
(ii)将一个或多个光源安装到基板的涂敷第一表面上；
(iii)在第一表面上加设第一导光层从而将所述一个或多个光源封装在基板的第
一表面上；
(iv)将一个或多个光出射特征加设到包括涂敷层的第一表面上，或基板的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对，或加设到与基板组成界面的第一导光层表面相对的第一导光层表面上，所述光出射特征可以是一个或多个散射和/或反射结构和/或折射结构；
根据本发明的第二方面所述的方法中，基板可以是一种微结构膜，其中所述微结构位于与第一表面相对的基板的第二表面上，而非应用步骤(iv)所述的一个或多个光出射特征。该方法包括应用一个或多个出射特征与指定位置的结合。在一些将光出射特征加设于包括涂敷层的基板的第一表面的实施方式中，上述方法在加设第一导光层之前实施。所述一个或多个光出射特征可以是微结构膜的形式。所述微结构膜可位于与第一表面相对的基板第二表面上。所述基板可以是一种微结构膜。或者，在与基板第一表面相对的基板第二表面上加设一个散热板，其中所述散热板通过离散的粘合剂与所述基板接触。可选择地，可在第一导光层上安装第二导光层，所述第二导光层的第三折射率等于或大于第一导光层的折射率，且在第一和第二导光层之间的界面上以及在所述一个或多个光源之上安装一个或多个光散射和/或反射和/或折射结构。可选择地，将第一导光层加设到基板第一表面的方法以及将第二导光层加设到第一导光层的方法包括
i.在基板的第一表面和/或第一导光层上加设液体聚合物；以及 ii.固化在基板的第一表面和/或第一导光层上的液体聚合物。在基板的第一表面和/或第一导光层加设液体聚合物的方法可以包括印刷、模板印刷或胶液喷射液体聚合物。应用光出射特征的方法包括印刷图形反射油墨层，所述光出射特征可以是适合于将光引导离开基板第一表面的一个或多个散射和/或反射和/或折射结构。可选择地，可在基板第二表面或与基板形成界面的第一导光层表面相对的第一导光层表面上加设反射板。基板和导光层透光是有利的，并且优选地对一个或多个光源产生的光是透明的。然而，基板也可以是不透明的。例如，基板也可以是不透明的和吸收光的，或者基板也可以是不透明的和反射光的。所述术语“透明”、“不透明”和“透射”与光源产生的光的波长相关的装置的特殊部件的光学性质相关。根据本发明的一个第三方面，提供了一种显示器装置，包括根据本发明多个方面包括第一方面所述的导光装置。所述显示器为液晶显示器，因此包括液晶单元，也称为液晶板。至少一个或多个光源发出的一些光平行于或大体平行于基板平面。有利地，所述一个或多个光源包括、或由、或基本由侧面发光LED组成。优选地，所述一个或多个光源根据直下式设置在基板上形成侧面发光LED阵列。优选地，所述一个或多个光源发出的部分 光未被I禹合进光导中，而是垂直或近似垂直于基板，并沿着光输出表面的方向出射。通常，这部分光少于从所述一个或多个光源发出的光的20%，例如少于从所述一个或多个光源发出的光的10%，例如大约为从所述一个或多个光源发出的光的2%或更少。所述一个或多个光源还包括多个顶部发光LED。顶部发光LED发出的光基本垂直于侧面发光LED的主输出光，并沿着光输出面的方向出射。所述侧面发光LED根据直下式设置形成侧面发光LED的二维阵列。所述阵列包括、由或基本上由多个行和/或列可变的LED组成，其发出的光在方向上部分平行于基板平面。例如，LED被设置成，将直接相邻行或列的两个LED相比，处在特别的行或列的LED发出的光方向相反。例如，对于两个相邻的LED，第一个LED大体平行于基板平面发出的光的第一方向，与第二个LED大体平行于基板平面发出的光的第二方向之间的角度是约180°。在给定的行或列中，LED大体呈直线排列。LED可被这样设置，在直线上交替设置LED，这样在给定的行或列里形成两条大体平行线。与光源设置相关的导光层或多个导光层提供了一个导光装置，其展示了对光源的加强的机械保护。此外，所述装置制造简单，并且展示了光在该装置中的加强的光耦合。产生的光可在全内反射的作用下在基板和/或导光层或多个导光层中被引导。根据本发明所述的装置和方法，提供了在组合结构内和基板的第一表面上通过全内反射引导由一个或多个光源产生的光的方法。本发明旨在提供以下所述中的一个或多个一个更均匀的导光装置(包括均匀的或大体上均匀的亮度)，从使用中来看，其具有更少的暗点/没有暗点；导致较低功率要求的有效光分布；一个更薄更轻的结构；一个包括更少量系统部件的装置。根据本发明所述的装置可有利地被用于二阶和三阶调光。涂敷层的设置也允许部件密度的增加，所述部件可以是在基板上或基板内的电跟踪。与本发明的诸方面相关的其它优点包括为光输出提供合适的出射角和为所述出射角提供较好的均匀性。本发明也允许控制输出角，从而能相应地设置视角。发明详述 某板
基板可以是透光的也可以是透明的。或者，基板可以是不透明的。基板可以是不透明的和吸收光的，或者是不透明的和反射光的。基板可以由透明高分子薄片构成，例如聚酯或聚碳酸酯。基板的厚度通常要求为大约0. Imm,例如在大约0. Imm到大约0. 2mm的范围之间。基板的第一折射率，可选择地，大于或等于第一导光层的折射率。基板的折射率通常等于或大于约I. 5。例如，基板的折射率可以是I. 50至I. 61。例如，基板的折射率可以是I. 50至1.58。基板可以是一个微结构膜。例如，基板可为增光片(BEF)。
光源可以是本领域技术人员熟知的任何光源，包括适用于背光源的光源。这些光源包括一个或多个LED。光可以是不定向的。LED可以是本领域技术人员熟知的任何设计，包括边缘发光、侧面发光、顶部发光或裸片LED。LED可 选自一种或多种颜色范围。例如,可以是白光LED。白光也可通过红光、绿光和蓝光的LED的组合来产生。通常，适用于本发明的LED要求是毫米规格的。光源通常被设置使接近全部或大部分光直接进入光导。有利地，选择侧面发光LED，其中LED发出的光被引导平行或大体平行于基板平面。甚至更有利地，部分光不被耦合进光导，而是沿着光输出表面的方向传播。例如，可以是从一个或多个光源发出的光中少于20%的部分,例如,可以是从一个或多个光源发出的光中少于10%的部分,例如，大约2%或更少的光被允许以这种方式传播。允许光沿输出表面传播的效果是光源的外观或精确位置是不明显的、或者在正常使用中看起来被有效地隐藏，且光线分布更均匀。特别地，与其它常规的背光源相比，该光线允许散射器安装在更接近导光层的位置。有利地，一个或多个光源被设置形成直下式导光装置，包括直下式背光模组。所述一个或多个光源可以以直下式在基板上形成光源阵列。例如，该阵列可包括、由或基本上由按直下式设置的侧面发光LED阵列组成。该阵列还包括多个顶部发光的LED。电路可以在基板上形成图案，所述基板可以是透明的，从而形成一个或多个光源的电焊盘，和外部电驱动设备的电连接。电路可通过蚀刻法印刷，例如，使用铜或金、或通过助剂丝网印刷法印刷，例如使用载银粘合剂法。LED可通过焊接或导电胶的方法被电气地和机械地固定在电焊盘上。涂敷层的设置意味着为线路和其它部件的设计赋予更多自由度。这是因为涂敷层被用来隐藏可能设置在基板内或基板上的电路和其它部件的外观。例如，涂敷层的使用对红、绿和蓝打包组合的侧面发光LED特别有利。导光层
第一和第二导光层(其通常被称为引导层)可由一系列合适的透光材料制成。有利地，该导光层或多个导光层具有高透光性且优选为透明的。第一和/或第二导光层可包括透明柔性塑料高分子层。第一和/或第二导光层可以为约Imm厚。第一和/或第二导光层的折射率约为I. 46至1.56。导光层可由一系列的聚酯构成，包括丙烯酸树脂、聚氨酯或聚碳酸酯。第一和第二导光层的折射率可以和基板大体相同，或第二导光层的折射率高于第一导光层。在第二导光层的折射率较高的情况下，折射率的差值可达约10%。第一导光层和基板以及可选地若设置第二导光层的话，可通过标准层压技术将其结合起来。这种技术可能要求使用折射率比第一导光层和基板高的透明粘合剂。第一导光层和基板以及第二导光层(若有)可在制造过程中光学连接。将第一导光层和基板以及第二导光层与第一导光层结合的方法包括加设并固化液体聚合物层。固化的方法可以包括UV固化、热固化或两部固化中的一种或多种技术。所述方法可包括印刷、模板印刷或涂布聚合物。光学连接是指层与层结合后，在光学性质上没有区别。
涂敷层
涂敷层设置在基板和第一导光层间的界面上。为了保持光在第一导光层内全内反射，涂敷层的折射率应低于第一导光层的折射率，因此将光束与基板隔离开并隐藏可能嵌入在基板里或安装在基板上的电路。适当地，该涂敷层的折射率可为约I. 3至I. 41。为了从导光装置中出射光，可在涂敷层中设置开口、缺口、孔或间隙。开口处入射的光不再在导光层内被引导，而是在其与光出射特征相互作用的位置穿过基板。或者，该光出射特征可被加设在涂敷层的缺口中和/或在涂敷层上。在另一实施方式中，该光出射特征可位于第一导光层的上表面，该上表面与和基板接触的导光层的表面相对。涂敷层中开口的尺寸和形状可变。这取决所述开口距离光源的远近程度。光源的 强度随着距离光源的距离的增加而减小。考虑到这点，随着距离光源距离的增加，在涂敷层中可设置较大的开口和/或较大的开口密度。涂敷层的材料可选自透明材料，例如透明的高分子材料。例如，涂敷材料可以是环氧树脂、硅树脂或含氟聚合物。有利地，涂敷层可通过印刷技术被加设到基板上。涂敷材料可以是可印刷的UV固化材料，例如UV固化环氧树脂，例如折射率为I. 41的Dymaxop-4-20725。涂敷材料的厚度通常可大于约I微米。涂敷材料的厚度往往可小于约10微米。根据多种方法任一所述，涂敷层可被用来形成特征的薄型图案，且其在通用术语中可被称作助剂印刷工艺。例如，传统的丝网印刷包括使用与待印刷图案相应开口的网筛。该图案有助于材料的准确交付，例如向要求区域添加油墨。合适的油墨包括UV或溶剂固化的油墨。助剂印刷工艺的其它合适例子包括模板印刷、喷墨印刷、橡皮版印刷和其它已知的平版印刷技术。光出射特征
导光装置包括一个或多个中断或干扰被弓丨导光的全内反射的特征。这些特征可适当地为光散射和/或反射和/或折射结构。这些特征可位于多个位置中的一个或多个。例如，它们可被设置于基板的第二表面上，所述第二表面与第一导光层形成界面的表面相对。例如，它们可被设置于由第一导光层和基板形成的界面上。当位于所述界面上时，它们可被设置于涂敷层的缺口中或被设置于涂敷层上。例如，它们可被设置于第一导光层的上表面，所述上表面与和基板接触的导光层的表面相对。光出射特征或结构的应用可通过使用标准印刷、微注塑、微冲压和微压花技术来完成。合适的散射结构可以形成反射图案油墨层。合适的散射结构包括高反射白色印刷油墨点。通过这样的设置，每个油墨点都干扰光导的全内反射，并引起光随机散射和溢出光导。可以调节油墨点的大小和间距来确保光散射的均匀性。所述出射特征包括或由油墨组成，所述油墨可以是聚合材料。根据多种方法中的任一所述，油墨可被用于基板或涂敷材料或第一导光层以形成特征的薄型图案，且可在通用术语中被称作助剂印刷工艺。例如，传统的丝网印刷包括使用与待印刷图案相应开口的网筛。该图案有助于材料的准确交付，例如向要求区域添加油墨。适合本发明使用的油墨包括UV或溶剂固化的油墨。助剂印刷工艺的其它合适的例子包括模板印刷、喷墨印刷、橡皮版印刷和其它已知的平版印刷技术。油墨的加设量和形状可以改变。其它合适的特征或结构包括由多个三维特征或不规则体构成的微结构表面，所述三维特征或不规则体突出在表面上，宽度、深度和间距独立地被设置在1-1000微米的范围，优选地为约5至50微米范围，更优选地为约20至50微米。适用于本发明的特殊的微结构或特征，包括棱镜、椎体、(微)透镜，例如圆柱形或圆形透镜和随机散射结构。微结构棱镜可以是锯齿形结构，在整个表面上以约50微米的间距按一个方向上分布，所述间距指相邻两个微结构中心的距离。(微)透镜是一组规律或随机分布的透镜，其可以是以约10至20微米分布在表面上的短焦距透镜。扩散结构可以加工有随机的表面纹理结构，深度和间距约为10至100。增光片(BEF)适用于本发明所述的微结构膜，用来从导光装置出射光。例如，3M的 BEF III增光片合适于微结构膜。这一范畴的特定膜由厚度为127微米的聚酯基板制成并具有棱镜结构，所述棱镜结构在丙烯酸类聚合物中的一个方向变化。棱镜结构为28微米高，间距为50微米，棱镜角为90°。采用微结构膜可按分布优先角重新导向入射光线，即从半高全宽值的法向大约+/— 30°。有利地，诸如BEF的微结构膜可被设置在基板的第二表面上或构成基板。例如，微结构膜可被层压在基板上，所述基板可以是聚酯膜。微结构膜的折射率，例如增光片，可为约I. 50至I. 61。微结构膜或增光片可以包括聚乙烯基板，例如折射率约为1.61的聚乙烯对苯二酸酯膜。聚乙烯基板，例如聚乙烯对苯二酸酯膜可具有丙烯酸层，所述丙烯酸层中带具有如通过浮雕印花形成的特征或结构。例如，丙烯酸层中形成的特征或结构可以是折射率约为I. 58至I. 59的棱镜。这些棱镜可被浮雕印花在丙烯酸层中。其它合适的微结构膜包括具有已形成或从组成膜的基板的材料中挤出的特征或结构。例如，微结构膜可以是具有聚碳酸酯棱镜的聚碳酸酯基板。所述聚碳酸酯微结构膜的折射率可为约I. 55及以上。可选择地，附加反射元件，例如反射片，可设置在基板的第二表面之下以重新导向光，否则光将在远离装置被观察的方向上被导向，例如当其作为背光源使用时。或者，该可选附加反射元件可设置于第一导光层的上表面之上，并通过导光装置将光线重新引导回基板的方向上。散热板
散热板可被设置在基板后面且与平行于基板，且可通过离散的热粘合材料与基板连接。有利地，热粘合材料与一个或多个光源成直线或大体上成直线。热粘和材料的离散设置意味着在基板和散热板之间和离散的热粘合材料之间存在气隙。因为气隙的存在，使散热板不干扰光导的机械性，确保光散射的均匀性，所述散射光来自中断光导全内反射的物质，例如散射物质。有利地，基板和散热板没有光学耦合。背光反射器元件，例如膜结构，可以设置在气隙周边以改善光学效率。例如，背光反射器膜可设置于基板的下表面和/或散热板的上表面。散热板可由有助于散热的材料制成。合适的例子包括金属，例如铝。散热板的厚度通常为约0. 2mm至10_。热粘合材料可以是粘合剂,例如环氧树脂或娃树脂或压敏胶带或高导热率的丝网印刷/模板印刷聚合物。粘合剂可通过针管或丝网印刷法来加设。胶带可由普通胶带机加设。基板和散热板可通过使用层压技术来结合在一起。散射器
和传统的导光装置比较，散射器可设置在离导光层更近的位置。例如，从导光层顶端到散射器底部的距离可小于约12mm。例如，所述距离可低至9mm。
散射器可通过传统的分隔方式与导光层保持分离状态。例如，一个隔离元件被设置在第一或第二 (如果有)导光层的周边上。散射器可以在传统的散射器中选择。导光装置的应用
根据本发明所述的导光装置可用于一系列包括照明、背光照明、标志和显示功能。液晶装置是本技术领域早已熟知的技术。透射模式的液晶显示器通常包括一个液晶单元，通常也叫做液晶面板、一个包括导光装置的背光模组和一个或多个起偏器。液晶单元也是已知技术。一般说来，液晶单元包括两个透明基板，在这两个基板中间设有一层液晶材料。液晶显示器单元可包括两个透明板，其内表面上分别涂敷有透明导电电极。可在液晶单元的内表面上设置配向层，以使液晶材料分子聚集形成偏向排列。透明板被隔离片分开适当距离，例如大约2微米。液晶材料流入透明板之间将透明板之间的空隙填满。起偏器可被设置于液晶单元的前面和后面。背光单元可通过传统的方法设置于液晶单元的后 面。在工作过程中，透射模式的液晶单元可调节光源发出的光，例如包括导光装置的背光单兀发出的光。
下面结合附图和实施例进一步说明本发明，实施例仅作为解释本发明而并非限制本发明，其中
图I阐释了根据本发明所述的一种导光装置。在图I中，侧视图中，导光装置(I)包括基板(2)，所述基板可由透明高分子板组成，所述透明高分子板可以是聚酯或聚碳酸酯，其折射率为n2。在基板(2)的顶端与其第一表面上集成多个LED形式的光源(3)。(3a)通常指电焊点。为了方便，电焊点在基板里。然而，所述电焊点可位于基板的第一表面上以及在涂敷层下方。通常LED之间的距离为约IOmm至约200mm。图中的LED为侧面发光的LED，且LED的出射光方向如(4a)和(4b)所示，并大体上平行于基板平面。作为可替代的实施方式，也可设置多个顶部发光LED，所述LED发出的光大体上垂直于基板平面并大体上沿光输出表面(11)传播。第一透明导光层(5)覆盖在所述LED以及透明基板(2)上表面的剩余区域上，所述第一透明导光层可以由折射率为n4的塑料聚合物构成。光出射特征位于基板(2)的下表面，例如反射图案油墨层的散射结构(6)。或者，可设有一个与基板下表面接触的微结构膜，例如增光片。基板可以是一个微结构膜，例如增光片。在透明基板(2)和第一透明导光层(5)之间的边界上可设置凹腔层结构(图中未显示)，以形成合适的凹腔用于嵌入这些LED (3)。透明基板(2)和第一透明导光层(5)的折射率可满足不等式n2 ^ n4。在基板(2)和导光层(5)之间的界面上设有涂敷层(8)，所述涂敷层可以是透明高分子材料，例如含氟聚合物。所示涂敷层包括多个开口。但是，所述涂敷层也可为连续的且没有开口。LED (3)产生的光首先被耦合进透明导光层(5)，使其在大体平行于透明基板(2)平面的方向上传播。产生的光在导光层(5)内被引导。当光传播到涂敷层中的开口(7)时，在导光层(5)内它不再被引导而是与散射结构(6)在基板下表面相互作用后被重新引导，经出口(9)通过透明导光层的上表面(11)出射，从而提供了一种背光功能。光出射特征
(6)，可以是散射和/或反射结构和/或折射结构，包括高反光的白色油墨点。为了微调散射效果，点的尺寸和/间距可变化。
—些被光出射特征(6)散射的光将在大体与(9)和(9a)所不方向的相反方向上被引导。为了考虑到这点，如图所示，可选择地设置反射元件(10)，它被要求通过导光装置将光(9a)重新引导回来，使其通过上表面(11)出射，在此情况下其也可称作输出表面。或者，如果需要，反射元件(10)可被设置在上表面(11)之上，且(9)所示光可通过导光装置被重新引导回去，因而定义了如(Ila)的输出表面。当光出射特征位于导光层(5)的上表面时，导光层(5)是(Ila),与图I所不的实施例中的(11)相对应,输出表面为(Ila),优选后者设置方式。由于光源输出和导光媒介之间没有气隙，因此透明导光层提供了一种装置内更简单的和加强了的光学耦合光的方式。实施例 实施例I
根据本发明所述的装置结构如下。微结构膜，市面有售的3M(BEF III)，被用作基板。所述BEF III包括高度为50微米、间距为50微米、棱镜角为90°的特征。为了在基板上 安装多个LED (Stanley Twll451s_tr)并在电路上提供合适的电连接，BEF的正面(第一表面)上印刷有电路(载银离子导电环氧树脂)和导电胶。一种折射率较低(I. 41)的涂敷材料(Dymax op-4-20725)被丝网印刷在基板的上表面和电路上。涂敷层的开口图案的间距为1000微米，当位于靠近LED的位置时，宽度约为100微米，当位于LED之间时，宽度增加到约800微米。基板的边界周围通过使用凹腔层结构形成大约0.7mm深的凹腔。然后该凹腔被UV固化透明聚合物(Dymax 4-20688)填满,从而形成第一导光层。隔离元件被固定设置在第一导光层上且散射器(Shin Wha 97%雾度膜)被设置在所述隔离元件上。从散射器到导光层的距离为9mm。从半极大处全宽度的法向和从具有大约为+/— 30°的分布角的出射光线能观察到均匀性很好的光。此外，LED的位置通过未被耦合进导光层的光和散射器的结合从上述观测中被隐藏。
权利要求
1.一种导光装置，包括 一个基板，所述基板的第一表面上设置有一个或多个光源和第一导光层，所述第一导光层被用于将所述一个或多个光源封装在所述第一表面上； 一个涂敷层，所述涂敷层位于所述基板和所述第一导光层之间的界面上；以及 光出射特征。
2.根据权利要求I所述的导光装置，其特征在于所述光出射特征位于所述基板和所述第一导光层之间的界面上，或位于所述基板的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对，或位于与所述基板组成界面的第一导光层表面相对的第一导光层表面上。
3.根据权利要求I或2所述的导光装置，其特征在于所述光出射特征包括一个或多个散射和/或反射和/或折射结构。
4.根据权利要求1-3任一所述的导光装置，其特征在于所述涂敷层包括多个开口。
5.根据权利要求2所述的导光装置，其特征在于所述光出射特征位于所述基板的第二表面上，所述第二表面与所述基板的所述第一表面相对，并且包括一个微结构膜，所述涂敷层包括多个开口。
6.根据权利要求5所述的导光装置，其特征在于所述微结构膜为基板。
7.根据权利要求5或6所述的导光装置，其特征在于所述微结构膜为增光片。
8.根据上述权利要求任一所述的导光装置，其特征在于所述一个或多个光源包括发光二极管。
9.根据上述权利要求任一所述的导光装置，其特征在于所述一个或多个发光二极管包括、由或基本上由侧面发光的发光二极管组成并且在所述基板上以直下式阵列排布。
10.根据上述权利要求任一所述的导光装置，其特征在于所述基板是透明的。
11.根据上述权利要求任一所述的导光装置，其特征在于所述涂敷层是一种透明的高分子材料，其折射率比第一导光层低。
12.根据上述权利要求任一所述的导光装置，其特征在于所述第一导光层是一种透明的柔性高分子材料。
13.根据上述权利要求任一所述的导光装置，其特征在于所述涂敷层的厚度大于约I微米且小于约10微米。
14.根据上述权利要求任一所述的导光装置，还包括一个散热板。
15.一种包括根据权利要求1-14任一所述的导光装置的显示器装置。
16.一种制造导光装置的方法，所述方法包括(i)将涂敷层加设到基板的第一表面上；(ii)将一个或多个光源安装到所述基板的所述第一表面上； (iii)在所述第一表面上加设第一导光层从而将所述一个或多个光源封装在所述基板的所述第一表面上；(iv)将一个或多个光出射特征加设到所述第一表面上，或所述基板的第二表面上，其中所述第二表面与所述第一表面相对，或加设到与基板形成界面的第一导光层表面相对的第一导光层的表面上，所述一个或多个光出射装置为一个或多个散射和/或反射结构和/或折射结构； 如果所述一个或多个光出射特征被加设到所述基板的所述第一表面上，则在加设第一导光层之前就将其实施于已被涂敷的所述基板的所述第一表面上。
17.—种制造导光装置的方法，所述方法包括(i )将涂敷层加设到基板的第一表面上，其中所述基板是一个微结构膜，其中所述微结构位于与所述第一表面相对的所述基板的第二表面上；(ii)将一个或多个光源安装到所述基板的所述第一表面上；(iii)在所述第一表面上加设第一导光层从而将所述一个或多个光源封装在所述基板的所述第一表面上。
全文摘要
本发明涉及一种导光装置及其制造方法。所述导光装置具有广泛应用，尤其与显示器的背光源有关，所述显示器如液晶显示器。
文档编号G02B6/00GK102667550SQ201080046061
公开日2012年9月12日 申请日期2010年10月12日 优先权日2009年10月12日
发明者詹姆斯·古尔利 申请人:Iti苏格兰有限公司
技术领域：
本发明涉及一种导光装置及其制造方法。所述导光装置具有广泛应用，尤其适用于显示器的背光源，例如液晶显示器。
背景技术：
许多导光装置是已知的。这些装置被用于一系列功能上，包括照明、背光源、标志和显示。通常所述装置由注塑成型或机加工的透明塑料部件构成，其中光源通过机械安装的方式集成在透明塑料部件的边缘，所述光源可以是荧光灯或多个发光二极管(LED)。所有这些装置共有的特点是光源发出的光通过全内反射被引导穿过通常由塑料、制成的透明光导。在背光源的应用中，光沿着与其在透明光导中传播方向大体垂直的方向出射。这一点是通过被引导的光与透明光导中或者透明光导表面的散射结构或膜的相互作用来实现。将荧光灯或LED集成到透明光导的边缘不是一个简单的工艺，因此大大地增加了这些装置生产工艺的复杂性。为了实现光源与光导的很好耦合，对装置的光学性能而言是必不可少的。此外，光源的边缘耦合致使这些部件在装置的生产过程和正常使用中容易受到机械损伤的影响。为了提供一种薄的直下式背光源，优选地是让光射入光导平板。如果光源在平板上分布，能取得更好的有益效果，因此需减小光导里的导向长度。这样的有益效果是能创造一种薄而有效的背光源，缺点是破坏了光的均匀性。例如，这样光有可能穿过光源附近区域上面或内部产生暗点和/或强光区域。优选地，这些暗点和/或强光区域不可见，或至少减弱到表面上看不到，以提供至少可接受的且更优选地提高的光均匀性。该问题的现有方案倾向于增加背光源中的厚度。背光源可以分为“侧光式”和“直下式”。这些类别的不同之处在于光源相对于背光源输出的方位，所述输出区定义为光导装置的可视区域。在侧光式背光源中，一个或多个光源被设置于沿背光源结构的外边沿或边缘在输出区对应的区域之外。通常光源发出的光进入光导，光导的长宽尺寸受到光被引出照亮的输出区的限制。在直下式背光源中，光源阵列被直接安装在输出区的后面，且散射器被安装于光源的前面以提供更均匀的光输出。一些直下式背光源还包括一个安装在边缘的光，这样通过直下式和侧光式照明的组合进行照明。显示器制造商面临的其它挑战，例如合并大面积LED背光模组(BLUs)，包括制造薄而高效的装置，所述装置能提供二阶或三阶空间调光以支持高的显示性能并降低耗电量。这点在侧光式和直下式装置中都被证明有问题，且往往导致了较厚的背光装置。二阶调光涉及当显示器的影像内容仅通过与期望影像相匹配或符合的背光源在选定区域的转换来实现，因而导致功率大大地降低。三阶调光进一步包括色彩的使用。从一个背光源发出的光出射角和所述光出射角的均匀性在决定效率和显示器被照亮的视角方面是非常重要的。在某种程度上对背光源的光出射角的范围进行控制是可取的。
本发明的目的是提供能解决一个或多个上述问题的一种导光装置。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种导光装置包括
一个基板，所述基板的第一表面上设置有一个或多个光源和第一导光层，所述第一导光层被用于将所述一个或多个光源封装在所述第一表面上；
一个涂敷层，所述涂敷层位于所述基板和所述第一导光层之间的界面上；以及 光出射特征。所述导光装置包括一个光输出区或表面，所述光输出区或表面定义导光装置的可视区域。导光装置包括一个或多个中断或干扰被引导光的全内反射的特征或结构，并在本文中被称为光出射特征。例如，导光装置可包括一个或多个散射和/或反射和/或折射结构，从而将光从基板的第一表面直接引开。所述一个或多个散射和/或反射结构和/或折射结构可设置于基板和第一导光层之间的界面上，和/或设置于基板的较低表面上，所述表面与第一表面相对。光可在与基板平面基本垂直的方向上被引开。光可在光输出表面方向上被导向。光可通过使用如反射元件被反射穿过导光装置，从而提供了一种交替光输出表面的可能性。所述导光装置包括一个位于光输出表面上的散射器。所述一个或多个散射和/或反射结构和/或折射结构可位于第一导光层的表面上，所述第一导光层的表面与和基板组成界面的导光层的表面相对。相应地，本发明提供了一种导光装置，包括
一个基板，所述基板的第一表面上设置有一个或多个光源和第一导光层，所述第一导光层被用于将所述一个或多个光源封装在所述第一表面上；
一个涂敷层，所述涂敷层位于所述基板和所述第一导光层之间的界面上；以及光出射特征，所述光出射特征位于所述基板和所述第一导光层之间的界面上，或位于所述基板的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对，或位于与所述基板组成界面的第一导光层表面相对的第一导光层表面上。基板的第一折射率大于或等于第一导光层的折射率，为方便起见，将第一导光层的折射率称作第二折射率。涂敷层包括多个开口，所述开口也可被称为缺口或孔。对于本发明所述的具体实施方式
，其中涂敷层包括多个开口，光出射特征可方便地设置于在这些开口中，或设置于基板的第二表面上，所述第二表面与基板的第一表面相对且大体平行。所述涂敷层通过全内反射可限制光进入第一导光层。通过具有比第一导光层低的折射率的涂敷层来实现这点。涂敷层可以是透明的。相应地，本发明提供了一种导光装置，包括
一个基板，所述基板的第一表面上设置有一个或多个光源和第一导光层，所述第一导光层被用于将所述一个或多个光源封装在所述第一表面上；
一个透明层，所述透明层位于基板和第一导光层之间的界面上，其中该透明层的折射率比第一导光层低；以及光出射特征。本发明还提供了一种导光装置，包括(i ) 一个基板，所述基板的第一表面上设置有一个或多个光源和第一导光层，所述第一导光层被用于将所述一个或多个光源封装在所述第一表面上；
(ii) 一个透明层，所述透明层位于基板和第一导光层之间的界面上，其中所述透明层的折射率比第一导光层低，并通过全内反射限制光进入第一导光层；以及(ii)光出射特征。在第一导光层上可设置第二导光层，所述第二导光层的第三折射率等于或大于第一导光层的折射率，并且在第一和第二导光层的界面上以及在一个或多个光源上可设置一个或多个光散射和/或反射和/或折射结构。这些结构用于隐藏光源位置并提供更为均匀的光输出。具有适当折射率的第二导光层提供了一种装置，其中光可在第一和第二导光层内被全部内反射。根据本发明的第二方面，提供了一种制造导光装置的方法，所述方法包括
(i)将涂敷层加设基板的第一表面上；
(ii)将一个或多个光源安装到基板的涂敷第一表面上；
(iii)在第一表面上加设第一导光层从而将所述一个或多个光源封装在基板的第
一表面上；
(iv)将一个或多个光出射特征加设到包括涂敷层的第一表面上，或基板的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对，或加设到与基板组成界面的第一导光层表面相对的第一导光层表面上，所述光出射特征可以是一个或多个散射和/或反射结构和/或折射结构；
根据本发明的第二方面所述的方法中，基板可以是一种微结构膜，其中所述微结构位于与第一表面相对的基板的第二表面上，而非应用步骤(iv)所述的一个或多个光出射特征。该方法包括应用一个或多个出射特征与指定位置的结合。在一些将光出射特征加设于包括涂敷层的基板的第一表面的实施方式中，上述方法在加设第一导光层之前实施。所述一个或多个光出射特征可以是微结构膜的形式。所述微结构膜可位于与第一表面相对的基板第二表面上。所述基板可以是一种微结构膜。或者，在与基板第一表面相对的基板第二表面上加设一个散热板，其中所述散热板通过离散的粘合剂与所述基板接触。可选择地，可在第一导光层上安装第二导光层，所述第二导光层的第三折射率等于或大于第一导光层的折射率，且在第一和第二导光层之间的界面上以及在所述一个或多个光源之上安装一个或多个光散射和/或反射和/或折射结构。可选择地，将第一导光层加设到基板第一表面的方法以及将第二导光层加设到第一导光层的方法包括
i.在基板的第一表面和/或第一导光层上加设液体聚合物；以及 ii.固化在基板的第一表面和/或第一导光层上的液体聚合物。在基板的第一表面和/或第一导光层加设液体聚合物的方法可以包括印刷、模板印刷或胶液喷射液体聚合物。应用光出射特征的方法包括印刷图形反射油墨层，所述光出射特征可以是适合于将光引导离开基板第一表面的一个或多个散射和/或反射和/或折射结构。可选择地，可在基板第二表面或与基板形成界面的第一导光层表面相对的第一导光层表面上加设反射板。基板和导光层透光是有利的，并且优选地对一个或多个光源产生的光是透明的。然而，基板也可以是不透明的。例如，基板也可以是不透明的和吸收光的，或者基板也可以是不透明的和反射光的。所述术语“透明”、“不透明”和“透射”与光源产生的光的波长相关的装置的特殊部件的光学性质相关。根据本发明的一个第三方面，提供了一种显示器装置，包括根据本发明多个方面包括第一方面所述的导光装置。所述显示器为液晶显示器，因此包括液晶单元，也称为液晶板。至少一个或多个光源发出的一些光平行于或大体平行于基板平面。有利地，所述一个或多个光源包括、或由、或基本由侧面发光LED组成。优选地，所述一个或多个光源根据直下式设置在基板上形成侧面发光LED阵列。优选地，所述一个或多个光源发出的部分 光未被I禹合进光导中，而是垂直或近似垂直于基板，并沿着光输出表面的方向出射。通常，这部分光少于从所述一个或多个光源发出的光的20%，例如少于从所述一个或多个光源发出的光的10%，例如大约为从所述一个或多个光源发出的光的2%或更少。所述一个或多个光源还包括多个顶部发光LED。顶部发光LED发出的光基本垂直于侧面发光LED的主输出光，并沿着光输出面的方向出射。所述侧面发光LED根据直下式设置形成侧面发光LED的二维阵列。所述阵列包括、由或基本上由多个行和/或列可变的LED组成，其发出的光在方向上部分平行于基板平面。例如，LED被设置成，将直接相邻行或列的两个LED相比，处在特别的行或列的LED发出的光方向相反。例如，对于两个相邻的LED，第一个LED大体平行于基板平面发出的光的第一方向，与第二个LED大体平行于基板平面发出的光的第二方向之间的角度是约180°。在给定的行或列中，LED大体呈直线排列。LED可被这样设置，在直线上交替设置LED，这样在给定的行或列里形成两条大体平行线。与光源设置相关的导光层或多个导光层提供了一个导光装置，其展示了对光源的加强的机械保护。此外，所述装置制造简单，并且展示了光在该装置中的加强的光耦合。产生的光可在全内反射的作用下在基板和/或导光层或多个导光层中被引导。根据本发明所述的装置和方法，提供了在组合结构内和基板的第一表面上通过全内反射引导由一个或多个光源产生的光的方法。本发明旨在提供以下所述中的一个或多个一个更均匀的导光装置(包括均匀的或大体上均匀的亮度)，从使用中来看，其具有更少的暗点/没有暗点；导致较低功率要求的有效光分布；一个更薄更轻的结构；一个包括更少量系统部件的装置。根据本发明所述的装置可有利地被用于二阶和三阶调光。涂敷层的设置也允许部件密度的增加，所述部件可以是在基板上或基板内的电跟踪。与本发明的诸方面相关的其它优点包括为光输出提供合适的出射角和为所述出射角提供较好的均匀性。本发明也允许控制输出角，从而能相应地设置视角。发明详述 某板
基板可以是透光的也可以是透明的。或者，基板可以是不透明的。基板可以是不透明的和吸收光的，或者是不透明的和反射光的。基板可以由透明高分子薄片构成，例如聚酯或聚碳酸酯。基板的厚度通常要求为大约0. Imm,例如在大约0. Imm到大约0. 2mm的范围之间。基板的第一折射率，可选择地，大于或等于第一导光层的折射率。基板的折射率通常等于或大于约I. 5。例如，基板的折射率可以是I. 50至I. 61。例如，基板的折射率可以是I. 50至1.58。基板可以是一个微结构膜。例如，基板可为增光片(BEF)。
光源可以是本领域技术人员熟知的任何光源，包括适用于背光源的光源。这些光源包括一个或多个LED。光可以是不定向的。LED可以是本领域技术人员熟知的任何设计，包括边缘发光、侧面发光、顶部发光或裸片LED。LED可 选自一种或多种颜色范围。例如,可以是白光LED。白光也可通过红光、绿光和蓝光的LED的组合来产生。通常，适用于本发明的LED要求是毫米规格的。光源通常被设置使接近全部或大部分光直接进入光导。有利地，选择侧面发光LED，其中LED发出的光被引导平行或大体平行于基板平面。甚至更有利地，部分光不被耦合进光导，而是沿着光输出表面的方向传播。例如，可以是从一个或多个光源发出的光中少于20%的部分,例如,可以是从一个或多个光源发出的光中少于10%的部分,例如，大约2%或更少的光被允许以这种方式传播。允许光沿输出表面传播的效果是光源的外观或精确位置是不明显的、或者在正常使用中看起来被有效地隐藏，且光线分布更均匀。特别地，与其它常规的背光源相比，该光线允许散射器安装在更接近导光层的位置。有利地，一个或多个光源被设置形成直下式导光装置，包括直下式背光模组。所述一个或多个光源可以以直下式在基板上形成光源阵列。例如，该阵列可包括、由或基本上由按直下式设置的侧面发光LED阵列组成。该阵列还包括多个顶部发光的LED。电路可以在基板上形成图案，所述基板可以是透明的，从而形成一个或多个光源的电焊盘，和外部电驱动设备的电连接。电路可通过蚀刻法印刷，例如，使用铜或金、或通过助剂丝网印刷法印刷，例如使用载银粘合剂法。LED可通过焊接或导电胶的方法被电气地和机械地固定在电焊盘上。涂敷层的设置意味着为线路和其它部件的设计赋予更多自由度。这是因为涂敷层被用来隐藏可能设置在基板内或基板上的电路和其它部件的外观。例如，涂敷层的使用对红、绿和蓝打包组合的侧面发光LED特别有利。导光层
第一和第二导光层(其通常被称为引导层)可由一系列合适的透光材料制成。有利地，该导光层或多个导光层具有高透光性且优选为透明的。第一和/或第二导光层可包括透明柔性塑料高分子层。第一和/或第二导光层可以为约Imm厚。第一和/或第二导光层的折射率约为I. 46至1.56。导光层可由一系列的聚酯构成，包括丙烯酸树脂、聚氨酯或聚碳酸酯。第一和第二导光层的折射率可以和基板大体相同，或第二导光层的折射率高于第一导光层。在第二导光层的折射率较高的情况下，折射率的差值可达约10%。第一导光层和基板以及可选地若设置第二导光层的话，可通过标准层压技术将其结合起来。这种技术可能要求使用折射率比第一导光层和基板高的透明粘合剂。第一导光层和基板以及第二导光层(若有)可在制造过程中光学连接。将第一导光层和基板以及第二导光层与第一导光层结合的方法包括加设并固化液体聚合物层。固化的方法可以包括UV固化、热固化或两部固化中的一种或多种技术。所述方法可包括印刷、模板印刷或涂布聚合物。光学连接是指层与层结合后，在光学性质上没有区别。
涂敷层
涂敷层设置在基板和第一导光层间的界面上。为了保持光在第一导光层内全内反射，涂敷层的折射率应低于第一导光层的折射率，因此将光束与基板隔离开并隐藏可能嵌入在基板里或安装在基板上的电路。适当地，该涂敷层的折射率可为约I. 3至I. 41。为了从导光装置中出射光，可在涂敷层中设置开口、缺口、孔或间隙。开口处入射的光不再在导光层内被引导，而是在其与光出射特征相互作用的位置穿过基板。或者，该光出射特征可被加设在涂敷层的缺口中和/或在涂敷层上。在另一实施方式中，该光出射特征可位于第一导光层的上表面，该上表面与和基板接触的导光层的表面相对。涂敷层中开口的尺寸和形状可变。这取决所述开口距离光源的远近程度。光源的 强度随着距离光源的距离的增加而减小。考虑到这点，随着距离光源距离的增加，在涂敷层中可设置较大的开口和/或较大的开口密度。涂敷层的材料可选自透明材料，例如透明的高分子材料。例如，涂敷材料可以是环氧树脂、硅树脂或含氟聚合物。有利地，涂敷层可通过印刷技术被加设到基板上。涂敷材料可以是可印刷的UV固化材料，例如UV固化环氧树脂，例如折射率为I. 41的Dymaxop-4-20725。涂敷材料的厚度通常可大于约I微米。涂敷材料的厚度往往可小于约10微米。根据多种方法任一所述，涂敷层可被用来形成特征的薄型图案，且其在通用术语中可被称作助剂印刷工艺。例如，传统的丝网印刷包括使用与待印刷图案相应开口的网筛。该图案有助于材料的准确交付，例如向要求区域添加油墨。合适的油墨包括UV或溶剂固化的油墨。助剂印刷工艺的其它合适例子包括模板印刷、喷墨印刷、橡皮版印刷和其它已知的平版印刷技术。光出射特征
导光装置包括一个或多个中断或干扰被弓丨导光的全内反射的特征。这些特征可适当地为光散射和/或反射和/或折射结构。这些特征可位于多个位置中的一个或多个。例如，它们可被设置于基板的第二表面上，所述第二表面与第一导光层形成界面的表面相对。例如，它们可被设置于由第一导光层和基板形成的界面上。当位于所述界面上时，它们可被设置于涂敷层的缺口中或被设置于涂敷层上。例如，它们可被设置于第一导光层的上表面，所述上表面与和基板接触的导光层的表面相对。光出射特征或结构的应用可通过使用标准印刷、微注塑、微冲压和微压花技术来完成。合适的散射结构可以形成反射图案油墨层。合适的散射结构包括高反射白色印刷油墨点。通过这样的设置，每个油墨点都干扰光导的全内反射，并引起光随机散射和溢出光导。可以调节油墨点的大小和间距来确保光散射的均匀性。所述出射特征包括或由油墨组成，所述油墨可以是聚合材料。根据多种方法中的任一所述，油墨可被用于基板或涂敷材料或第一导光层以形成特征的薄型图案，且可在通用术语中被称作助剂印刷工艺。例如，传统的丝网印刷包括使用与待印刷图案相应开口的网筛。该图案有助于材料的准确交付，例如向要求区域添加油墨。适合本发明使用的油墨包括UV或溶剂固化的油墨。助剂印刷工艺的其它合适的例子包括模板印刷、喷墨印刷、橡皮版印刷和其它已知的平版印刷技术。油墨的加设量和形状可以改变。其它合适的特征或结构包括由多个三维特征或不规则体构成的微结构表面，所述三维特征或不规则体突出在表面上，宽度、深度和间距独立地被设置在1-1000微米的范围，优选地为约5至50微米范围，更优选地为约20至50微米。适用于本发明的特殊的微结构或特征，包括棱镜、椎体、(微)透镜，例如圆柱形或圆形透镜和随机散射结构。微结构棱镜可以是锯齿形结构，在整个表面上以约50微米的间距按一个方向上分布，所述间距指相邻两个微结构中心的距离。(微)透镜是一组规律或随机分布的透镜，其可以是以约10至20微米分布在表面上的短焦距透镜。扩散结构可以加工有随机的表面纹理结构，深度和间距约为10至100。增光片(BEF)适用于本发明所述的微结构膜，用来从导光装置出射光。例如，3M的 BEF III增光片合适于微结构膜。这一范畴的特定膜由厚度为127微米的聚酯基板制成并具有棱镜结构，所述棱镜结构在丙烯酸类聚合物中的一个方向变化。棱镜结构为28微米高，间距为50微米，棱镜角为90°。采用微结构膜可按分布优先角重新导向入射光线，即从半高全宽值的法向大约+/— 30°。有利地，诸如BEF的微结构膜可被设置在基板的第二表面上或构成基板。例如，微结构膜可被层压在基板上，所述基板可以是聚酯膜。微结构膜的折射率，例如增光片，可为约I. 50至I. 61。微结构膜或增光片可以包括聚乙烯基板，例如折射率约为1.61的聚乙烯对苯二酸酯膜。聚乙烯基板，例如聚乙烯对苯二酸酯膜可具有丙烯酸层，所述丙烯酸层中带具有如通过浮雕印花形成的特征或结构。例如，丙烯酸层中形成的特征或结构可以是折射率约为I. 58至I. 59的棱镜。这些棱镜可被浮雕印花在丙烯酸层中。其它合适的微结构膜包括具有已形成或从组成膜的基板的材料中挤出的特征或结构。例如，微结构膜可以是具有聚碳酸酯棱镜的聚碳酸酯基板。所述聚碳酸酯微结构膜的折射率可为约I. 55及以上。可选择地，附加反射元件，例如反射片，可设置在基板的第二表面之下以重新导向光，否则光将在远离装置被观察的方向上被导向，例如当其作为背光源使用时。或者，该可选附加反射元件可设置于第一导光层的上表面之上，并通过导光装置将光线重新引导回基板的方向上。散热板
散热板可被设置在基板后面且与平行于基板，且可通过离散的热粘合材料与基板连接。有利地，热粘合材料与一个或多个光源成直线或大体上成直线。热粘和材料的离散设置意味着在基板和散热板之间和离散的热粘合材料之间存在气隙。因为气隙的存在，使散热板不干扰光导的机械性，确保光散射的均匀性，所述散射光来自中断光导全内反射的物质，例如散射物质。有利地，基板和散热板没有光学耦合。背光反射器元件，例如膜结构，可以设置在气隙周边以改善光学效率。例如，背光反射器膜可设置于基板的下表面和/或散热板的上表面。散热板可由有助于散热的材料制成。合适的例子包括金属，例如铝。散热板的厚度通常为约0. 2mm至10_。热粘合材料可以是粘合剂,例如环氧树脂或娃树脂或压敏胶带或高导热率的丝网印刷/模板印刷聚合物。粘合剂可通过针管或丝网印刷法来加设。胶带可由普通胶带机加设。基板和散热板可通过使用层压技术来结合在一起。散射器
和传统的导光装置比较，散射器可设置在离导光层更近的位置。例如，从导光层顶端到散射器底部的距离可小于约12mm。例如，所述距离可低至9mm。
散射器可通过传统的分隔方式与导光层保持分离状态。例如，一个隔离元件被设置在第一或第二 (如果有)导光层的周边上。散射器可以在传统的散射器中选择。导光装置的应用
根据本发明所述的导光装置可用于一系列包括照明、背光照明、标志和显示功能。液晶装置是本技术领域早已熟知的技术。透射模式的液晶显示器通常包括一个液晶单元，通常也叫做液晶面板、一个包括导光装置的背光模组和一个或多个起偏器。液晶单元也是已知技术。一般说来，液晶单元包括两个透明基板，在这两个基板中间设有一层液晶材料。液晶显示器单元可包括两个透明板，其内表面上分别涂敷有透明导电电极。可在液晶单元的内表面上设置配向层，以使液晶材料分子聚集形成偏向排列。透明板被隔离片分开适当距离，例如大约2微米。液晶材料流入透明板之间将透明板之间的空隙填满。起偏器可被设置于液晶单元的前面和后面。背光单元可通过传统的方法设置于液晶单元的后 面。在工作过程中，透射模式的液晶单元可调节光源发出的光，例如包括导光装置的背光单兀发出的光。
下面结合附图和实施例进一步说明本发明，实施例仅作为解释本发明而并非限制本发明，其中
图I阐释了根据本发明所述的一种导光装置。在图I中，侧视图中，导光装置(I)包括基板(2)，所述基板可由透明高分子板组成，所述透明高分子板可以是聚酯或聚碳酸酯，其折射率为n2。在基板(2)的顶端与其第一表面上集成多个LED形式的光源(3)。(3a)通常指电焊点。为了方便，电焊点在基板里。然而，所述电焊点可位于基板的第一表面上以及在涂敷层下方。通常LED之间的距离为约IOmm至约200mm。图中的LED为侧面发光的LED，且LED的出射光方向如(4a)和(4b)所示，并大体上平行于基板平面。作为可替代的实施方式，也可设置多个顶部发光LED，所述LED发出的光大体上垂直于基板平面并大体上沿光输出表面(11)传播。第一透明导光层(5)覆盖在所述LED以及透明基板(2)上表面的剩余区域上，所述第一透明导光层可以由折射率为n4的塑料聚合物构成。光出射特征位于基板(2)的下表面，例如反射图案油墨层的散射结构(6)。或者，可设有一个与基板下表面接触的微结构膜，例如增光片。基板可以是一个微结构膜，例如增光片。在透明基板(2)和第一透明导光层(5)之间的边界上可设置凹腔层结构(图中未显示)，以形成合适的凹腔用于嵌入这些LED (3)。透明基板(2)和第一透明导光层(5)的折射率可满足不等式n2 ^ n4。在基板(2)和导光层(5)之间的界面上设有涂敷层(8)，所述涂敷层可以是透明高分子材料，例如含氟聚合物。所示涂敷层包括多个开口。但是，所述涂敷层也可为连续的且没有开口。LED (3)产生的光首先被耦合进透明导光层(5)，使其在大体平行于透明基板(2)平面的方向上传播。产生的光在导光层(5)内被引导。当光传播到涂敷层中的开口(7)时，在导光层(5)内它不再被引导而是与散射结构(6)在基板下表面相互作用后被重新引导，经出口(9)通过透明导光层的上表面(11)出射，从而提供了一种背光功能。光出射特征
(6)，可以是散射和/或反射结构和/或折射结构，包括高反光的白色油墨点。为了微调散射效果，点的尺寸和/间距可变化。
—些被光出射特征(6)散射的光将在大体与(9)和(9a)所不方向的相反方向上被引导。为了考虑到这点，如图所示，可选择地设置反射元件(10)，它被要求通过导光装置将光(9a)重新引导回来，使其通过上表面(11)出射，在此情况下其也可称作输出表面。或者，如果需要，反射元件(10)可被设置在上表面(11)之上，且(9)所示光可通过导光装置被重新引导回去，因而定义了如(Ila)的输出表面。当光出射特征位于导光层(5)的上表面时，导光层(5)是(Ila),与图I所不的实施例中的(11)相对应,输出表面为(Ila),优选后者设置方式。由于光源输出和导光媒介之间没有气隙，因此透明导光层提供了一种装置内更简单的和加强了的光学耦合光的方式。实施例 实施例I
根据本发明所述的装置结构如下。微结构膜，市面有售的3M(BEF III)，被用作基板。所述BEF III包括高度为50微米、间距为50微米、棱镜角为90°的特征。为了在基板上 安装多个LED (Stanley Twll451s_tr)并在电路上提供合适的电连接，BEF的正面(第一表面)上印刷有电路(载银离子导电环氧树脂)和导电胶。一种折射率较低(I. 41)的涂敷材料(Dymax op-4-20725)被丝网印刷在基板的上表面和电路上。涂敷层的开口图案的间距为1000微米，当位于靠近LED的位置时，宽度约为100微米，当位于LED之间时，宽度增加到约800微米。基板的边界周围通过使用凹腔层结构形成大约0.7mm深的凹腔。然后该凹腔被UV固化透明聚合物(Dymax 4-20688)填满,从而形成第一导光层。隔离元件被固定设置在第一导光层上且散射器(Shin Wha 97%雾度膜)被设置在所述隔离元件上。从散射器到导光层的距离为9mm。从半极大处全宽度的法向和从具有大约为+/— 30°的分布角的出射光线能观察到均匀性很好的光。此外，LED的位置通过未被耦合进导光层的光和散射器的结合从上述观测中被隐藏。
权利要求
1.一种导光装置，包括 一个基板，所述基板的第一表面上设置有一个或多个光源和第一导光层，所述第一导光层被用于将所述一个或多个光源封装在所述第一表面上； 一个涂敷层，所述涂敷层位于所述基板和所述第一导光层之间的界面上；以及 光出射特征。
2.根据权利要求I所述的导光装置，其特征在于所述光出射特征位于所述基板和所述第一导光层之间的界面上，或位于所述基板的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对，或位于与所述基板组成界面的第一导光层表面相对的第一导光层表面上。
3.根据权利要求I或2所述的导光装置，其特征在于所述光出射特征包括一个或多个散射和/或反射和/或折射结构。
4.根据权利要求1-3任一所述的导光装置，其特征在于所述涂敷层包括多个开口。
5.根据权利要求2所述的导光装置，其特征在于所述光出射特征位于所述基板的第二表面上，所述第二表面与所述基板的所述第一表面相对，并且包括一个微结构膜，所述涂敷层包括多个开口。
6.根据权利要求5所述的导光装置，其特征在于所述微结构膜为基板。
7.根据权利要求5或6所述的导光装置，其特征在于所述微结构膜为增光片。
8.根据上述权利要求任一所述的导光装置，其特征在于所述一个或多个光源包括发光二极管。
9.根据上述权利要求任一所述的导光装置，其特征在于所述一个或多个发光二极管包括、由或基本上由侧面发光的发光二极管组成并且在所述基板上以直下式阵列排布。
10.根据上述权利要求任一所述的导光装置，其特征在于所述基板是透明的。
11.根据上述权利要求任一所述的导光装置，其特征在于所述涂敷层是一种透明的高分子材料，其折射率比第一导光层低。
12.根据上述权利要求任一所述的导光装置，其特征在于所述第一导光层是一种透明的柔性高分子材料。
13.根据上述权利要求任一所述的导光装置，其特征在于所述涂敷层的厚度大于约I微米且小于约10微米。
14.根据上述权利要求任一所述的导光装置，还包括一个散热板。
15.一种包括根据权利要求1-14任一所述的导光装置的显示器装置。
16.一种制造导光装置的方法，所述方法包括(i)将涂敷层加设到基板的第一表面上；(ii)将一个或多个光源安装到所述基板的所述第一表面上； (iii)在所述第一表面上加设第一导光层从而将所述一个或多个光源封装在所述基板的所述第一表面上；(iv)将一个或多个光出射特征加设到所述第一表面上，或所述基板的第二表面上，其中所述第二表面与所述第一表面相对，或加设到与基板形成界面的第一导光层表面相对的第一导光层的表面上，所述一个或多个光出射装置为一个或多个散射和/或反射结构和/或折射结构； 如果所述一个或多个光出射特征被加设到所述基板的所述第一表面上，则在加设第一导光层之前就将其实施于已被涂敷的所述基板的所述第一表面上。
17.—种制造导光装置的方法，所述方法包括(i )将涂敷层加设到基板的第一表面上，其中所述基板是一个微结构膜，其中所述微结构位于与所述第一表面相对的所述基板的第二表面上；(ii)将一个或多个光源安装到所述基板的所述第一表面上；(iii)在所述第一表面上加设第一导光层从而将所述一个或多个光源封装在所述基板的所述第一表面上。
全文摘要
本发明涉及一种导光装置及其制造方法。所述导光装置具有广泛应用，尤其与显示器的背光源有关，所述显示器如液晶显示器。
文档编号G02B6/00GK102667550SQ201080046061
公开日2012年9月12日 申请日期2010年10月12日 优先权日2009年10月12日
发明者詹姆斯·古尔利 申请人:Iti苏格兰有限公司
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