基于印刷的導(dǎo)光板制作工藝研究與應(yīng)用！
本文以“導(dǎo)光板”背光源制作工藝作為研究對象，從背光模塊簡介及導(dǎo)光板的制造工藝及分類、背光模塊的設(shè)計原理及導(dǎo)光板光學(xué)布點數(shù)學(xué)建模、絲網(wǎng)印刷工藝制作導(dǎo)光板方法及成本分析三個方面，與大家分享了基于 LCD 背光模塊技術(shù)的廣告燈箱的工藝研究及制作。
近年來，創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用已成為包裝印刷企業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中的重要組成部分。規(guī)模企業(yè)，特別是大型包裝印刷企業(yè)，都先后成立了技術(shù)研發(fā)中心和研究院，在研發(fā)資金投入、研發(fā)項目立項、研發(fā)成果應(yīng)用等方面均取得了一定的效益，并且有部分創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)成果應(yīng)用到了實際的生產(chǎn)產(chǎn)品當(dāng)中，為客戶創(chuàng)造了價值。功能性印刷技術(shù)的研究開發(fā)與應(yīng)用是印刷企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)需要關(guān)注的方向，電子行業(yè)里面的相關(guān)技術(shù)可以通過技術(shù)創(chuàng)新在印刷中實現(xiàn)。
在包裝印刷行業(yè)的研究開發(fā)方向中，功能性印刷技術(shù)的研究與應(yīng)用是企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)所關(guān)注的方向之一，電子行業(yè)里面的相關(guān)技術(shù)可以通過技術(shù)創(chuàng)新在印刷中實現(xiàn)。目前，廣泛應(yīng)用于廣告行業(yè)的魔術(shù)鏡畫及熒光手寫黑板其技術(shù)來源于液晶顯示器(LCD)背光模塊，涉及光學(xué)有機玻璃、光學(xué)布點及導(dǎo)光板精密制造工藝等技術(shù)。
由于 LCD 為非發(fā)光性的顯示裝置，必須借助外部光源方能使液晶顯示模塊(LCM)顯現(xiàn)視覺效果，該外部光源稱為背光源，是位于LCD 背后的一種光源(LCD 行業(yè)中的另一種光源為前光源，本項目不涉及)，提供背光源的部件則稱為背光模塊。一般的背光模塊是由光源(包括冷陰極熒光管、熱陰極熒光管、發(fā)光二極管(LED)等)、導(dǎo)光板、反射片、擴散片、增亮膜(棱鏡片)及外框等組件組裝而成。其中，導(dǎo)光板為背光模塊上最重要的部件。
1.分類
根據(jù)光源在模塊內(nèi)的擺設(shè)位置可分為直下式背光模塊(如圖 1 所示)和邊光式背光模塊(如圖 2 所示)。
(1)直下式背光模塊，其光源(CCFL)置于液晶面板下方，光線直接進(jìn)入或間接反射到上方光學(xué)膜上，提升較高的亮度，此 模 塊 適 用 于 大 型 面 板， 如 LCD TV、LCD monitor 等。
(2)邊光式(側(cè)光式)背光模塊，其光源放置在背光模塊側(cè)邊，光從側(cè)面進(jìn)入導(dǎo)光板后，經(jīng)由反射板的反射式(側(cè)光式)背光模塊又分為平板型(如圖 3 所示)和楔板型(如圖 4 所示)。
由于本項目主要涉及邊光式背光模塊，接下來我們將以該模塊為例進(jìn)行重點介紹。
2. 在廣告行業(yè)的應(yīng)用
廣泛應(yīng)用于廣告行業(yè)的魔術(shù)鏡畫及熒光手寫黑板其技術(shù)來源于 LCD 背光模塊，涉及光學(xué)有機玻璃、光學(xué)布點及導(dǎo)光板精密制造工藝等技術(shù)。
(1)魔術(shù)鏡畫
魔術(shù)鏡畫是一種新型超薄 LED 導(dǎo)光廣告燈箱，如圖 5 所示，目前廣泛應(yīng)用于超市、酒店、車站、酒吧等公共場所宣傳告示。具有以下特點：
1)接通電源是畫面，斷電后變成鏡面，實現(xiàn)鏡面和畫面的相互轉(zhuǎn)換;
2)紅外線感應(yīng)距離為 1m，當(dāng)人物接近時，燈箱面會變成鏡面，當(dāng)離開時燈箱會亮燈，顯示畫面。采用家庭供電方式及LED光源，外置變壓器，電壓為 12V，耗電量低，節(jié)能環(huán)保。
(2)熒光手寫黑板
如圖 6 所示，熒光手寫黑板是由面光源顯示熒光效果較佳的光學(xué)導(dǎo)光板制作而成，用彩色熒光水筆直接在導(dǎo)光板上隨意寫畫，通電后即可呈現(xiàn)出彩色霓紅燈的絢麗效果。
1.傳統(tǒng)導(dǎo)光板
導(dǎo)光板制造工藝主要分為印刷式及非印刷式，其中印刷式導(dǎo)光板是采用網(wǎng)版絲印導(dǎo)光油墨制作而成的;而非印刷式導(dǎo)光板制作工藝又分為三種，即激光雕刻、直接注塑、化學(xué)蝕刻。導(dǎo)光板制作工藝差異及優(yōu)缺點比較如表 1 所示。
2. 新型導(dǎo)光板──勻光板
勻光板又稱為納米導(dǎo)光板，屬于第四代導(dǎo)光板。它是先將具有折射和高反射的納米級導(dǎo)光材料粉末與 PMMA 膠粒混合均勻，再對 PMMA 膠?；旌衔镞M(jìn)行高溫?zé)崛诨?，最后澆注在模具上冷卻成型。光板是利用均勻分散在導(dǎo)光板中的納米粒子光散射效應(yīng)將線光源或點光源轉(zhuǎn)變?yōu)槊婀庠?，革命性地改變了傳統(tǒng)導(dǎo)光板的導(dǎo)光原理，是國際領(lǐng)先的導(dǎo)光技術(shù)。
勻光板可以根據(jù)需要裁切成不同的尺寸，制作過程簡單、方便且成本低廉，可以選用熒光燈、LED、 CCFL 冷陰極燈管等作為光源，是制作超薄燈箱、太陽能燈箱、戶外節(jié)能燈箱、標(biāo)牌、燈具等產(chǎn)品的理想導(dǎo)光材料。傳統(tǒng)導(dǎo)光板與新型導(dǎo)光板的性能對比如表 2 所示。
1.設(shè)計流程
因本項目主要涉及 LED 廣告燈箱背光模塊的制作，其模塊設(shè)計可參照 LCD 背光模塊及光學(xué)布點設(shè)計生產(chǎn)流程工序 ( 如圖 7、圖 8 所示 )。
2. 數(shù)學(xué)建模
由于廣告燈箱行業(yè)對導(dǎo)光板光學(xué)布點的精密度要求相對 LCD 行業(yè)低，采用光學(xué)理論設(shè)計導(dǎo)光板光學(xué)布點存在技術(shù)困難。為此，我們采用數(shù)學(xué)建模的方法，通過等差數(shù)列與二次函數(shù)結(jié)合計算導(dǎo)光點在 PMMA板材上的布點坐標(biāo)，再利用 Adobe illustrator 軟件設(shè)計仿真光學(xué)布點制作絲印網(wǎng)版曬版菲林。制作 PMMA 導(dǎo)光板工藝流程如圖 9 所示。
本項目研發(fā)的 LED 廣告燈箱制作技術(shù)來源于 LCD 背光模塊，但由于 LCD 背光模塊精密度要求要高于 LED 廣告燈箱背光模塊，所以兩者在內(nèi)部結(jié)構(gòu)及部件的組成上存在少許差異。其主要差異對比如表 3 所示。
1.制作導(dǎo)光板的材料參數(shù)
通常，PMMA、Zeonor、PC (Poly-Carbonate) 及 Arton 等 材料均可用來制作導(dǎo)光板。但是，由于 PMMA 材料的成本較其他材料低，所以大多數(shù)企業(yè)一般選擇 PMMA 作為導(dǎo)光板的主要材料。不同廠家 PMMA 成型材料比較如表 4 所示。
2. 基于印刷的自制背光模塊的材料選擇及成本計算
通過供貨商渠道，我們了解到 LED 廣告燈箱背光模塊在廣告行業(yè)的市場銷售價格較高，其不同尺寸的具體市場售價也不盡相同。
本項目最初設(shè)想應(yīng)用于光電類賀咭及書籍產(chǎn)品，以提供背光源。鑒 于 紙 品 對 重 量 及 尺 寸 的限 制， 我 們 采 用 粉 灰 咭 紙 代 替 PMMA 作 為 邊 框， 制 作 了 尺 寸 為 297mm×210mm×15mm 的 LED 廣 告燈箱背光模塊，其物料成本計算如表 5 所示，與魔術(shù)鏡畫背光模塊之差異比較如表 6 所示。
LED 電子顯示屏的背光模塊設(shè)計和制作相對是比較復(fù)雜的，但是通過對其原理研究，可以通過數(shù)學(xué)建模方法計算光學(xué)布點，通過絲網(wǎng)印刷導(dǎo)光面板，制作出類似于 LCD 顯示屏的背光模塊，成本上優(yōu)勢明顯。
通過對基于印刷的導(dǎo)光板制作項目的研究，我們現(xiàn)已完全掌握印刷式導(dǎo)光板生產(chǎn)工藝、光學(xué)布點(仿真)設(shè)計以及 LED 背光模塊制作技術(shù)。自制的樣板可以使側(cè)邊入射的線光源或點光源改變傳遞方向轉(zhuǎn)變成為面光源，背光效果和發(fā)光均勻度與市場上的背光模塊的背光效果非常接近。但是在制作成本上仍需進(jìn)一步研究和改善，降低量產(chǎn)生產(chǎn)成本。
文章內(nèi)容摘自于：
《基于印刷的導(dǎo)光板制作工藝研究與應(yīng)用》
廣州市恒遠(yuǎn)彩印有限公司 尹福壽
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