基于印刷的导光板制作工艺研究与应用！
本文以“导光板”背光源制作工艺作为研究对象，从背光模块简介及导光板的制造工艺及分类、背光模块的设计原理及导光板光学布点数学建模、丝网印刷工艺制作导光板方法及成本分析三个方面，与大家分享了基于 LCD 背光模块技术的广告灯箱的工艺研究及制作。
近年来，创新技术研发与应用已成为包装印刷企业转型升级过程中的重要组成部分。规模企业，特别是大型包装印刷企业，都先后成立了技术研发中心和研究院，在研发资金投入、研发项目立项、研发成果应用等方面均取得了一定的效益，并且有部分创新技术研发成果应用到了实际的生产产品当中，为客户创造了价值。功能性印刷技术的研究开发与应用是印刷企业创新研发需要关注的方向，电子行业里面的相关技术可以通过技术创新在印刷中实现。
在包装印刷行业的研究开发方向中，功能性印刷技术的研究与应用是企业创新研发所关注的方向之一，电子行业里面的相关技术可以通过技术创新在印刷中实现。目前，广泛应用于广告行业的魔术镜画及荧光手写黑板其技术来源于液晶显示器(LCD)背光模块，涉及光学有机玻璃、光学布点及导光板精密制造工艺等技术。
由于 LCD 为非发光性的显示装置，必须借助外部光源方能使液晶显示模块(LCM)显现视觉效果，该外部光源称为背光源，是位于LCD 背后的一种光源(LCD 行业中的另一种光源为前光源，本项目不涉及)，提供背光源的部件则称为背光模块。一般的背光模块是由光源(包括冷阴极荧光管、热阴极荧光管、发光二极管(LED)等)、导光板、反射片、扩散片、增亮膜(棱镜片)及外框等组件组装而成。其中，导光板为背光模块上最重要的部件。
1.分类
根据光源在模块内的摆设位置可分为直下式背光模块(如图 1 所示)和边光式背光模块(如图 2 所示)。
(1)直下式背光模块，其光源(CCFL)置于液晶面板下方，光线直接进入或间接反射到上方光学膜上，提升较高的亮度，此 模 块 适 用 于 大 型 面 板， 如 LCD TV、LCD monitor 等。
(2)边光式(侧光式)背光模块，其光源放置在背光模块侧边，光从侧面进入导光板后，经由反射板的反射式(侧光式)背光模块又分为平板型(如图 3 所示)和楔板型(如图 4 所示)。
由于本项目主要涉及边光式背光模块，接下来我们将以该模块为例进行重点介绍。
2. 在广告行业的应用
广泛应用于广告行业的魔术镜画及荧光手写黑板其技术来源于 LCD 背光模块，涉及光学有机玻璃、光学布点及导光板精密制造工艺等技术。
(1)魔术镜画
魔术镜画是一种新型超薄 LED 导光广告灯箱，如图 5 所示，目前广泛应用于超市、酒店、车站、酒吧等公共场所宣传告示。具有以下特点：
1)接通电源是画面，断电后变成镜面，实现镜面和画面的相互转换;
2)红外线感应距离为 1m，当人物接近时，灯箱面会变成镜面，当离开时灯箱会亮灯，显示画面。采用家庭供电方式及LED光源，外置变压器，电压为 12V，耗电量低，节能环保。
(2)荧光手写黑板
如图 6 所示，荧光手写黑板是由面光源显示荧光效果较佳的光学导光板制作而成，用彩色荧光水笔直接在导光板上随意写画，通电后即可呈现出彩色霓红灯的绚丽效果。
1.传统导光板
导光板制造工艺主要分为印刷式及非印刷式，其中印刷式导光板是采用网版丝印导光油墨制作而成的;而非印刷式导光板制作工艺又分为三种，即激光雕刻、直接注塑、化学蚀刻。导光板制作工艺差异及优缺点比较如表 1 所示。
2. 新型导光板──匀光板
匀光板又称为纳米导光板，属于第四代导光板。它是先将具有折射和高反射的纳米级导光材料粉末与 PMMA 胶粒混合均匀，再对 PMMA 胶粒混合物进行高温热融化，最后浇注在模具上冷却成型。光板是利用均匀分散在导光板中的纳米粒子光散射效应将线光源或点光源转变为面光源，革命性地改变了传统导光板的导光原理，是国际领先的导光技术。
匀光板可以根据需要裁切成不同的尺寸，制作过程简单、方便且成本低廉，可以选用荧光灯、LED、 CCFL 冷阴极灯管等作为光源，是制作超薄灯箱、太阳能灯箱、户外节能灯箱、标牌、灯具等产品的理想导光材料。传统导光板与新型导光板的性能对比如表 2 所示。
1.设计流程
因本项目主要涉及 LED 广告灯箱背光模块的制作，其模块设计可参照 LCD 背光模块及光学布点设计生产流程工序 ( 如图 7、图 8 所示 )。
2. 数学建模
由于广告灯箱行业对导光板光学布点的精密度要求相对 LCD 行业低，采用光学理论设计导光板光学布点存在技术困难。为此，我们采用数学建模的方法，通过等差数列与二次函数结合计算导光点在 PMMA板材上的布点坐标，再利用 Adobe illustrator 软件设计仿真光学布点制作丝印网版晒版菲林。制作 PMMA 导光板工艺流程如图 9 所示。
本项目研发的 LED 广告灯箱制作技术来源于 LCD 背光模块，但由于 LCD 背光模块精密度要求要高于 LED 广告灯箱背光模块，所以两者在内部结构及部件的组成上存在少许差异。其主要差异对比如表 3 所示。
1.制作导光板的材料参数
通常，PMMA、Zeonor、PC (Poly-Carbonate) 及 Arton 等 材料均可用来制作导光板。但是，由于 PMMA 材料的成本较其他材料低，所以大多数企业一般选择 PMMA 作为导光板的主要材料。不同厂家 PMMA 成型材料比较如表 4 所示。
2. 基于印刷的自制背光模块的材料选择及成本计算
通过供货商渠道，我们了解到 LED 广告灯箱背光模块在广告行业的市场销售价格较高，其不同尺寸的具体市场售价也不尽相同。
本项目最初设想应用于光电类贺咭及书籍产品，以提供背光源。鉴 于 纸 品 对 重 量 及 尺 寸 的限 制， 我 们 采 用 粉 灰 咭 纸 代 替 PMMA 作 为 边 框， 制 作 了 尺 寸 为 297mm×210mm×15mm 的 LED 广 告灯箱背光模块，其物料成本计算如表 5 所示，与魔术镜画背光模块之差异比较如表 6 所示。
LED 电子显示屏的背光模块设计和制作相对是比较复杂的，但是通过对其原理研究，可以通过数学建模方法计算光学布点，通过丝网印刷导光面板，制作出类似于 LCD 显示屏的背光模块，成本上优势明显。
通过对基于印刷的导光板制作项目的研究，我们现已完全掌握印刷式导光板生产工艺、光学布点(仿真)设计以及 LED 背光模块制作技术。自制的样板可以使侧边入射的线光源或点光源改变传递方向转变成为面光源，背光效果和发光均匀度与市场上的背光模块的背光效果非常接近。但是在制作成本上仍需进一步研究和改善，降低量产生产成本。
文章内容摘自于：
《基于印刷的导光板制作工艺研究与应用》
广州市恒远彩印有限公司 尹福寿
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