說起導(dǎo)光板，大家一定不會陌生，很多展示場所都會用到這個神器，最具代表性的案例就是被各大媒體爭相報道的暴龍眼鏡店。

這一設(shè)計斬獲了多個國際大獎：

2015，DDC 德國設(shè)計大獎，法蘭克福，銅獎；

2016，iF 設(shè)計大獎，慕尼黑，專業(yè)室內(nèi)建筑；

2016，德國照明設(shè)計大獎，最佳“國際項目”獎；

2016，倫敦照明設(shè)計大獎，零售門店“高度贊揚”獎。

▲導(dǎo)光板發(fā)射出的底光照亮每副眼鏡，盡顯其特有色澤。

今天，我們就來介紹下導(dǎo)光板的前世今生以及未來。

導(dǎo)光板的前世

導(dǎo)光板主要材料為亞克力（PMMA）化學(xué)名為甲基丙烯酸甲脂。透明亞克力板透光率高，擴沖擊能力強。生產(chǎn)導(dǎo)光板應(yīng)選用不易黃化且透光率在 92-93% 以上的透明板。

經(jīng)過特殊的科學(xué)的加工后的透明壓克力板，只要在邊上裝上發(fā)光體（視導(dǎo)光板面積大小可選擇普通日光燈管、CCFL 冷陰極燈管、發(fā)光二極管等光源，一般裝在長度的兩邊，寬度比較小時可只裝一邊)，通電后壓克力板整個平面就會發(fā)出明亮均勻柔和的光，稱為導(dǎo)光板。

導(dǎo)光板（lightguideplate）最初產(chǎn)生是用在 LCD（液晶顯示器）上。

▲早期導(dǎo)光板主要應(yīng)用于LCD顯示屏上。

導(dǎo)光板按形狀分類可分為：

平板：導(dǎo)光板從入光處來看為長方形。

楔形板：又稱斜板，從入光處來看為一邊為厚一邊為薄成楔形(三角形)狀。

按照入光方式分類可分為：

側(cè)入光式：將發(fā)光體(燈管或 LED)放置于導(dǎo)光板之側(cè)部。

直下式：將發(fā)光體(燈管或 LED)放置于導(dǎo)光板之下方。

按成形分類可分為：

射出成形：應(yīng)用射出成形機將光學(xué)級 PMMA 顆粒運用高溫、高壓射入模具內(nèi)冷卻成形。

裁切成形：將光學(xué)級 PMMA 原板經(jīng)過裁切工序完成成品。

LED 平面光源導(dǎo)光板技術(shù)，多是 LED 屏幕導(dǎo)光板技術(shù)借鑒而來。所以，下面主要分析導(dǎo)光板技術(shù)進化過程，也是 LED 燈具導(dǎo)光板技術(shù)的進化過程。

導(dǎo)光板技術(shù)進化歷程

因為導(dǎo)光板是一個 LCD 產(chǎn)業(yè)中重要之零件，所有的發(fā)展歷史和技術(shù)更新也都是為了符合下游產(chǎn)品的需要，至今已發(fā)展出數(shù)種制程不同的導(dǎo)光板，主要有以下類型：

1擠壓成型

20 世紀(jì) 80 年代，擠出成型制造生產(chǎn)導(dǎo)光板

2輥輪法

20 世紀(jì) 90 年代，出現(xiàn)了輥輪法制造生產(chǎn)導(dǎo)光板，它的制造過程是導(dǎo)光板的主要材料亞克力（PMMA）的液態(tài)物從模具中擠出成型，然后將待熱壓導(dǎo)光板輸送至輥輪處，并將微結(jié)構(gòu)熱壓于待壓導(dǎo)光板上形成轉(zhuǎn)印微結(jié)構(gòu)。

優(yōu)點：輥輪法是用物理的方法生成導(dǎo)光板的凹凸網(wǎng)點、出光率和均勻度較好。

缺點：靈活性差，不能適應(yīng)多種進光面和尺寸。

▲導(dǎo)光板成型方法－輥輪法

3激光雕刻

激光雕刻制作方法是用電腦按照程序要求嚴(yán)格地控制激光頭出射的能量和激光頭的位置，用氣化的方式在導(dǎo)光板的背面刻畫出具有一定尺寸的微結(jié)構(gòu)陣列。

優(yōu)點：導(dǎo)光板對光的折射效果較好、亮度好。

缺點：雕刻后板材的強度遭到破壞，線槽或凹孔會儲藏灰塵，生產(chǎn)效率低，無法批量生產(chǎn)。

420世紀(jì)90年代油墨絲印法

亞克力板完成外形加工后以絲網(wǎng)印刷的方式將導(dǎo)光點網(wǎng)印在表面。該網(wǎng)點的材料具有將光線折射、高反射的作用，分為 IR 和 UV 兩種，將從側(cè)面射進的光線改變方向變?yōu)槠叫泄狻?/p>

優(yōu)點：具有將光線折射和高反射的雙重效果，亮度好，制作工藝簡單掌握，成本低、速度快。從小尺寸到大尺寸的導(dǎo)光板能夠靈活制作。

缺點：光線的折射效果比非印刷式稍差，但它具有的高反射作用可彌補。

5化學(xué)蝕刻法

根據(jù)背光源產(chǎn)品大小先將網(wǎng)點做成模具，利用模具和亞克力板結(jié)合通過化學(xué)方法對亞克力板進行腐蝕，使亞克力板生成網(wǎng)點。

優(yōu)點：折射效果好、亮度比較好。

缺點：投入資金較大，生產(chǎn)工藝難度較高。

6納米加入法

納米加入法是一種物理法加化學(xué)法的方法，將具有折射和高反射的納米級道光材料粉末混合在 PMMA 膠粒中，將 PMMA 膠粒熱融化，利用準(zhǔn)備好的模具進行澆注冷卻成型成為導(dǎo)光板。

優(yōu)點：平面光均勻度較好，板材成型后不需要二次加工，工藝簡單，可以加工成任意形狀。

缺點：應(yīng)用在大尺寸燈具時均勻度較差，并且該方法生產(chǎn)的導(dǎo)光板沒有底面之分，光線是平均向兩面折射，雖然在其中一面貼上反光紙，但是亮度低、光線損失較大，另外投資大，工藝較難掌握。

7直接注塑法又叫射出成型

它是根據(jù)導(dǎo)光板產(chǎn)品大小厚度將網(wǎng)點設(shè)計在注塑模具上，將溶融的成形 PMMA 膠粒通過注塑機以高壓的方式填充到封閉的模具內(nèi)完成導(dǎo)光板的制作。

優(yōu)點：對光的折射效果好、亮度，可量產(chǎn)。

缺點：缺點是投資大，不同產(chǎn)品需要不同模具。當(dāng)光線從亞克力板側(cè)面射入，凹凸微孔將光線折射成平面光。

8導(dǎo)光板與擴散板二合一

這種方法是將導(dǎo)光板、擴散板分別通過注塑成型后，再將兩者通過熱壓為兩層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，或分層注塑成型為兩層的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

優(yōu)點：實現(xiàn)了導(dǎo)光的模塊化設(shè)計，簡化加工工序，安裝方便，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單。

缺點：成本高，光學(xué)性能不如其他加工方式。

LED 面板燈中的導(dǎo)光板與擴散板是有區(qū)別的，首先導(dǎo)光板與擴散板的材料不同，導(dǎo)光板多部分選用亞克力（PMMA），而擴散板也可用亞克力（PMMA），但大部分?jǐn)U散板選用 PC 為材料。

PMMA 材料比 PC 價格高，但是光學(xué)性能好，透光性高于 PC，但是 PC 比 PMMA 更耐濕，PMMA吸水容易變形。

其次，導(dǎo)光板與擴散板的作用不同，導(dǎo)光板的主要作用是引導(dǎo)光源均勻發(fā)光到整個面板上，從而更高效的控制光的分布，以及更高效利用光源提高光效；擴散板主要是打散光通量，還有保護光學(xué)材料的作用。

LED照明產(chǎn)品導(dǎo)光板進化路徑

1動態(tài)性進化法則

根據(jù) TRIZ 技術(shù)進化趨勢理論的法則，隨著工程系統(tǒng)的演化發(fā)展，組件變得“動態(tài)化”，動態(tài)化是系統(tǒng)隨著時間變化改變參數(shù)值的能力。

進化過程如下圖所示：在表面特征進化中可以發(fā)現(xiàn)先是形成了凹凸，然后凹凸尺寸變小，形狀變得復(fù)雜，最后轉(zhuǎn)變到了微觀層次，即轉(zhuǎn)變到了有特殊性質(zhì)的表面，這種性質(zhì)是通過加入場或者力來實現(xiàn)的。

▲LED導(dǎo)光板進化路線

其進化過程如下圖所示：

▲表面特征動態(tài)化進化路線

2向超系統(tǒng)進化法則

技術(shù)系統(tǒng)向超系統(tǒng)進化，可以在資源約束的條件下，通過系統(tǒng)合并增加功能或降低費用。并且通過融合集成使原技術(shù)系統(tǒng)被改進并簡化，并通過與超系統(tǒng)組件合并獲得大量資源。

向超系統(tǒng)進化有四個子趨勢，導(dǎo)光板一部分的進化符合其中一個子趨勢——超系統(tǒng)與原工程系統(tǒng)集成的主要功能差異化增加的趨勢。功能差異性增加是指，隨著技術(shù)系統(tǒng)的進化，相互合并系統(tǒng)的功能差異不斷增加，集成兩種以上不同功能的系統(tǒng)稱為聯(lián)合技術(shù)系統(tǒng)。

▲競爭系統(tǒng)合并路徑

第一種聯(lián)合系統(tǒng)的主要功能不同，但作用對象是一樣的，主要功能是指系統(tǒng)設(shè)計的目的要實現(xiàn)的功能。

那么導(dǎo)光板使光從兩側(cè)光源進導(dǎo)光板碰到反射點時漫反射到導(dǎo)光板表面。擴散板是讓光在行進途中遇到兩個折射率相同的介質(zhì)時，發(fā)生折射、反射與散射，讓光束角變?yōu)?160°～176° 從而得到舒適的光。

所以導(dǎo)光板、擴散板的主要功能都是光的折射、反射與折射。2015 年前后，出現(xiàn)了導(dǎo)光板與擴散板二合一的產(chǎn)品，它是將導(dǎo)光板、擴散板分別進行注塑成型后，再將兩者通過熱壓為兩層的復(fù)合結(jié)構(gòu)。然后又出現(xiàn)了分層注塑成型的一體化集成設(shè)計，實現(xiàn)了導(dǎo)光的模塊化設(shè)計，簡化了結(jié)構(gòu)，安裝方便。

向超系統(tǒng)進化的趨勢，通過對“導(dǎo)光組件“的聯(lián)合系統(tǒng)集成優(yōu)化系統(tǒng)功效，需要集成的聯(lián)合系統(tǒng)，原有部件有擴散板、導(dǎo)光板、反射板、熒光粉，實現(xiàn)的功能為四個組件的功能。

1、實現(xiàn)黃色熒光粉的功能，被藍光 LED 激發(fā)產(chǎn)生黃光，并且與剩下的藍光混合產(chǎn)生白光；

2、實現(xiàn)導(dǎo)光板的功能，使光源發(fā)射的光線進入導(dǎo)光板，經(jīng)過多次反射，由導(dǎo)光網(wǎng)點射出，形成均勻的面光源；

3、實現(xiàn)擴散板的功能，通過擴散板中的擴散粉顆粒對光進行折射、反射、散射，打散光線，使光分布均勻，從而得到光束角 160 度～170 度的無眩光的平面光；

4、實現(xiàn)反射板的功能，利用材料鏡面對光線全反射的作用，一般是拋光面金屬，或板材表面光面電鍍。

2012 年，經(jīng)過設(shè)計及不斷的實驗測試，設(shè)計了導(dǎo)光組件系統(tǒng)，如下圖。系統(tǒng)中包含熒光粉膜、截止濾光膜、導(dǎo)光板、反光膜組成的導(dǎo)光組件。將熒光粉通過粘合劑壓制成熒光粉膜。當(dāng)藍光 LED 側(cè)面 45 度角投射光線進入導(dǎo)光板，進行多次反射，從導(dǎo)光網(wǎng)點射出光線形成黃光，剩下的藍光與黃光結(jié)合，形成白光。

截止濾光膜的作用是讓藍光全部通過，充分與熒光膜結(jié)合。使導(dǎo)光板表面不會反射一部分藍光，而背面的減反膜阻止藍光向反面流失，保證了藍光反射效率。

▲導(dǎo)光組件示意圖

這種設(shè)計的創(chuàng)新點一：導(dǎo)光板和藍光采用 45 度照射，并采用熒光膜、截止濾光膜、減反膜技術(shù)，大大增加光效。具體設(shè)計原理如下圖：

▲常規(guī)封裝側(cè)投復(fù)合光結(jié)構(gòu)圖

▲側(cè)投藍光光結(jié)構(gòu)圖

其發(fā)光效率計算依據(jù)為：

▲Te波界面反射

上述公式可用來計算高反膜反射和 K9 玻璃內(nèi)傳輸產(chǎn)生的能量損失再設(shè)芯片輸入功率 1W；芯片藍光出光率為 45%，熒光粉量子效率為 90%。側(cè)投復(fù)合光與側(cè)投藍光出光率對比見下圖。

▲側(cè)投復(fù)合光與側(cè)投藍光出光率對比

創(chuàng)新點二：LED壽命增加，影響 LED 壽命的主要因素是熱量，普通封裝模式下，熱量從 LED 芯片直接傳導(dǎo)到熒光粉，再高溫下熒光粉容易衰減甚至性能弱化，在隔離封裝模式下，熒光粉膜與 LED 芯片采用分離結(jié)構(gòu)，阻隔了熱量的傳遞。

▲普通LED熒光粉封裝模式

▲熒光粉與LED芯片分離結(jié)構(gòu)

創(chuàng)新點三：分離多組熒光粉減少相互吸收，常見的白光 LED 是在藍光 LED 芯片上涂覆能被藍光激發(fā)的黃色熒光粉，芯片發(fā)出的藍光與熒光粉發(fā)出的黃光互補形成白光。

該技術(shù)的原理性缺點是發(fā)射光譜不是連續(xù)光譜特性，顯色性較差，難以滿足低色溫照明的要求，同時發(fā)光效率不夠高，需要通過開發(fā)新型的高效熒光粉來改善。通過將藍光 LED 與熒光粉分離的隔離的封裝方法，可實現(xiàn)多組份調(diào)配，可以很好的解決上述問題。

▲單顆LED封裝熒光粉分布與熒光粉多組份調(diào)配分布對比。

創(chuàng)新點四：簡化封裝工藝，提高面光源亮度均勻度。因為 LED 的封裝不止要求能夠保護燈芯，而且要能夠透光。所以 LED 具備更好的發(fā)光效率和散熱環(huán)境，進而提升 LED 的壽命。利用這種將熒光膜和藍光芯片分離的隔離封裝的新工藝可以更好的實現(xiàn)這些方面的要求。

然后在鍍過膜的有機片上鍍熒光膜，經(jīng)過積分球測光色參數(shù)和光譜圖，發(fā)現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)如下圖。有截止濾光膜的導(dǎo)光板無論是光效、顯色性、色溫數(shù)值均要高于無截止濾光膜的導(dǎo)光板。

▲側(cè)投白光光譜

▲側(cè)投藍光光譜

有截止濾光膜與無截止濾光膜參數(shù)對比：

側(cè)投白光的光效、顯色性、色溫數(shù)值均要高于側(cè)投藍光。

▲有截止濾光膜光譜

▲無截止濾光膜光譜

側(cè)投白光光譜與側(cè)投藍光光譜數(shù)據(jù)對比：

根據(jù)實驗獲得的平面光實施方案，將其在T5、T8、插拔管、筒燈、O型燈、柱型燈上應(yīng)用這種新的方式和原理。T5、T8適用傳統(tǒng)燈管、燈座，插拔管適用PLL燈座。筒燈的接口型號E14，僅適用室內(nèi)，如客廳、臥室、過道。O型燈也接口型號E14，適用家居、酒店、客房大堂、展廳、娛樂場所。柱型燈接口型號E27，適用家庭裝飾臺燈、學(xué)生用臺燈等。具體設(shè)計如下圖：

▲插拔管

▲T8燈管

▲T5燈管

▲插拔管光型分布圖

▲T8燈管光型分布圖

▲T5燈管光型分布圖

▲O型燈

▲柱型燈

▲筒燈光型分布圖

▲O型燈光型分布圖

▲柱型燈光型分布