CN101109869A - 侧入直下式背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及背光模组技术领域，公开了一种侧入直下式背光模组，它包括侧入光源、侧入直下转换结构和扩散板，侧入光源位于侧入直下转换结构的侧端，扩散板位于侧入直下转换结构上端。本发明由于光源是侧面放置，模组能做的更薄；但经过转换之后，又相当于直下式的光源，保留了直下式亮度好，均匀性好的优点；不必使用导光板，能更好的提高整体的光利用率。同时光源可采用半导体激光器，光效高，发热量小，间接也降低发热现象问题；此外还可采用激光光源，具有光效高、能耗小、色域宽广、偏振等优点。

Description

侧入直下式背光模组

技术领域

本发明涉及一种背光模组，具体的说，涉及一种液晶显示装置背光模组。

背景技术

液晶显示装置具有轻薄、耗电少、辐射低等优点，被广泛用于笔记本电脑、手机、电子词典、液晶电视、PDA等电子显示设备。由于液晶本身不具有发光特性，因此需要一个背光模组才能实现显示功能。

所谓的背光，泛指显示屏所依赖的光源。常用于背光的光源有EL、CCFL、LED以及激光和LIFI。

EL背光，即电致发光，是靠荧光粉在交变电场激发下的本征发光而发光的冷光源。具有超薄、耗能低、发光柔、均匀、不会产生紫外线，在有烟、雾环境中能见度高，特优的抗水、抗震及可任意弯曲的优点。缺点是亮度低，寿命短(一般为3000～5000小时)，需交变电场驱动，驱动电压较高，还会受电路的干扰而出现闪烁、噪声等不良状况。

CCFL背光，优点是亮度高，所以面积较大的黑白负相、蓝模负相和彩色液晶显示器件基本上都采用它。理论上，它可以根据三基色的配色原理做出各种颜色。其缺点是功耗较大，还需交变电路驱动，而且工作温度较窄，为0～60度之间，而LED等其它的背光源都可达到-20～70之间。此外CCFL在其峰值光谱之外还会产生许多不需要的光谱，引起亮度恶化，而且色域比较小，显色性较差。

LED背光，具有寿命长(10万小时)、色纯度高、色彩再现率高、亮度高、不怕低温、适应性强、可靠性好、无汞污染等优点。但其发光效率还不够，仍然有待提高。此外散热也是一个待突破的问题，以现有现成的散热技术，只是会有热源处温度高、***温度低的热度分布不均的问题，若采用导热管(LoopHeat Pipe)散热技术，则可以均匀分布导热。不过若使用于大尺寸TV，LHP使用量也会随著倍增，价格太高则是届时需要面对的另一个问题。除了上面两点外，混色也是LED作为背光源较困难的技术障碍，必须将光学做得很好，才能达到较为满意的效果。因为基本上，LED背光板的设计，不会希望使用太多颗数，但若使用较少光源，照出来的亮度又会不均匀，这时就要用光学技术来混光，让光可以张得开，均匀涵盖在更大的照射面积，但同时也会降低光的利用率。

激光背光，它具有媲美LED的寿命、色纯度等优点外，还有比LED更高的色彩再现能力，更好的光效。但目前只用于背投显示技术中。

LIFI背光，有着和LED相当的高速启动功能，和LED一样的长寿命，色域的广泛度媲美LED。是一种新的光源，但由于消费电力才能得到光量的关系，在发热上仍然是一大问题。

而当这些背光源用于LCD显示的时候，就不得不考虑到背光结构了。

目前，最流行的背光结构有两种——侧光式、直下式。

由于直下式的模块较厚，不符合轻薄短小的趋势，因此，目前多以侧光式为主，侧光式即将线形或点状光源设置在经过特殊设计的导光板的侧边做成的背光源。根据实际使用的需要，又可做成双边式，甚至三边式。侧光式背光拥有轻量、薄型、窄框化和低耗电的特色，但光源的光利用率较小，且越薄利用率越小，最大约50％。其技术核心是导光板的设计和制作。

导光板的作用在于引导光的散射方向，用来提高面板的亮度，并确保面板亮度的均匀性，导光板的良优对背光板影响甚大。导光板是利用射出成型的方法将丙烯压制成表面光滑的板块，然后用具有高反射且不吸光的材料，在导光板的底面用网版印刷的方式印上扩散点，光源位于导光板侧边的厚端，所发出的光利用反射往薄的一端传导，当光线射到扩散点时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件由导光板正面射出，利用各种疏密、大小不一的扩散点，可使导光板均匀发光。反射板的用途在于将底面露出的光反射回导光板中，用来提高光的使用效率。导光板按照工艺流程不同又可分为印刷式及非印刷式，印刷式是在压克力平板上用具高反射率且不吸光的材料，在导光板底面用网版印刷印上圆形或方形的扩散点。非印刷式则是利用精密模具使导光板在射出成型时，在丙烯材料中加入少量不同折射率的颗粒状材质，直接形成密布的微小凸点，其作用有如网点。目前国内厂商大多仍采用印刷式的导光板作为导光组件，印刷式的导光板具有开发成本低及生产快速的优点，而非印刷式的技术难度较高，但在亮度上表现优异，模具开发技术为瓶颈所在，另外，根据形状可分为平板及楔形板，平板多应用于监视器，楔型板多用于笔记型计算机。至于扩散板及的主要用途，在于提高正面的亮度，扩散板的作用在于让光的分布更加均匀使从正面看不到反射点的影子。然由于光自扩散板射出后，其光的指向性非常差，必须利用棱镜片来修正光的方向，达到聚光的效果，提高正面的亮度。

直下式光源是一个有一定结构的平板式的面光源，可以是一个连续均匀的面光源，如EL或平板荧光灯；也可以是一个由较多的点光源构成，如点阵LED或CCFL等。作为背光光源，CCFL有发光效率低、放电电压高、低温下放电特性差、加热达到稳定辉度时间长、显色色域不足的缺陷；而EL具有超薄、耗能低、发光柔和均匀等优点，但其驱动电压过高、寿命短，而且单位面积亮度较低，所以一般只用于小尺寸显示中；而目前比较常用的是LED点阵，其优点是亮度好，均匀性好。缺点是厚度较大(大于4.0mm)，使用的LED数量较多，发热现象明显。

目前，作为主流的背光技术是侧入式背光，但是它也依然存在着不少缺点。主要的有：

1.光源利用率低，而且要做的越薄利用率就会越低。显然光效的不足直接制约了此技术用在更大尺寸的显示屏上的发展空间。

2.导光板的微结构众多，制作复杂。这不仅仅影响到了光源的利用率，而且还存在的问题就是，导光板的优化模型在不同尺寸无法通用，尺寸稍微变化，导光板模型的微结构参数也就要随着改变才能达到类似的优化效果，即每生产一个新的尺寸导光板，就需要一个新的模型，一个新的制造模具。这就不利于产业化的模块生产。

3.均匀性不佳，虽然导光板模型越来越优化，使得侧入式背光的面光源也变得越来越均匀，但是由于光路上的局限，始终无法获得一个接近于直下式背光模组的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有液晶显示装置背光模组技术上存在的不足，将侧光式和直下式背光模组的优点结合起来，提供一种模组厚度薄，亮度好，均匀性好的侧入直下式背光模组。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种侧入直下式背光模组，包括侧入光源、侧入直下转换结构和扩散板，侧入光源位于侧入直下转换结构的侧端，扩散板位于侧入直下转换结构上端。本发明将侧入的光线通过侧入直下转换结构转换成直下的光线，经扩散板扩散为面光源。

在上述侧入直下式背光模组中，当侧入光源为激光光源时，侧入光源与侧入直下转换结构之间设有混光器。混光器将把三色的激光混合成一路，再通过光纤传导扩散，达到增加混色均匀度的效果。

在上述侧入直下式背光模组中，当侧入光源为非激光光源，侧入光源与侧入直下转换结构之间设有光耦合器。光耦合器将光最大限度耦合进光纤。

在上述侧入直下式背光模组中，所述的侧入直下转换结构可以由一定数量的光纤组成，也可以由一定数量的透反镜组成。所述光纤可以为侧面发光光纤或导光光纤。所述侧面发光光纤是将光纤设计成侧面能均匀出光，这样一来，耦合进光纤的光线就能由光纤的侧面均匀射出，由侧入转为直下。导光光纤的长短不一，耦合进光纤的光线从导光光纤的末端射出，由侧入转为直下。透反镜是指能反射部分光线并透过剩余光线的镜面，将侧入的光线一部分反射转换为直下，剩下的光线透过镜面射向下一个透反镜，通过调整透反镜的透过率和反射率，使得从各个透反镜反射的光线强度一致，保证了光线的均匀性。为了增强从透反镜反射的光线的发散性，可以在透反镜和扩散板之间设置扩散物，如透镜或散射镜面等等。

在上述侧入直下式背光模组中，所述的侧入光源可从单边入射或多边入射。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：为了符合背光模组日益轻薄化的趋势，本发明仍采用光源侧面放置的方案，但不使用导光板作为传导媒介而改用光纤或透反镜组，把光源传导到需要的距离(由具体设计决定)，并改变其传播方向(往侧面传播变为往显示屏正面传播)，再进行扩散，利用光纤的低损耗性质，提高光能的利用率。扩散的方案可以通过曲面镜对光束进行扩散，也可以直接使用侧面发光光纤，把侧入光源转化为直下的线光源，最后由扩散板扩散为均匀性更好的面光源。这种类似直下式模块的扩散方式，使得远离光源的模块可以通过光纤传导提供足够强的光给予扩散，便于小尺寸拼凑成大尺寸的模块化组合，降低大尺寸模块的设计难度。

本发明由于光源是侧面放置，模组能做的更薄；但经过转换之后，又相当于直下式的光源，保留了直下式亮度好，均匀性好的优点；不必使用导光板，能更好的提高整体的光利用率。同时光源可采用半导体激光器，光效高，发热量小，间接也降低发热现象问题；此外还可采用激光光源，具有光效高、能耗小、色域宽广、偏振等优点。

附图说明

图1是实施例1所述的非激光光源的侧入直下式背光模组；

图2是实施例2所述的非激光光源的侧入直下式背光模组；

图3是实施例3所述的激光光源的侧入直下式背光模组；

图4是实施例4所述的激光光源的侧入直下式背光模组；

图5是实施例5所述的光源双边入射的侧入直下式背光模组；

图6是实施例6所述的侧面发光光纤的摆放示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种侧入直下式背光模组，包括侧面发光光纤32、扩散板4、侧入光源1及其光耦合器2，侧入光源1及其光耦合器2位于侧入直下转换结构3的侧端，扩散板4位于侧面发光光纤32上端。

侧入光源1从侧面入射，利用光耦合器2把光最大限度的耦合进侧面发光光纤32，利用侧面发光光纤32把光源转化为直下式的线光源，通过扩散板4扩散为面光源。控制侧面发光光纤32侧面的出光率，以保证侧面出光的均匀性。

实施例2

如图2所示，将侧面发光光纤32换成导光光纤33，并在导光光纤33和扩散板4之间设置透镜5。其他与实施例1相同。

侧入光源1从侧面入射，利用光耦合器2把光最大限度的耦合进导光光纤33，利用导光光纤33把光源转化为直下式的线光源，经透镜5扩散后，再通过扩散板4进一步扩散为面光源。控制每条导光光纤32的出光率，以保证出光的均匀性。

实施例3

如图3所示，一种侧入直下式背光模组，包括透反镜31、扩散板4、激光光源1及其混光器6，激光光源1及其混光器6位于透反镜31的侧端，扩散板4位于透反镜31上端，扩散板4与透反镜31之间设有散射镜面5。

激光光源1从侧面入射，利用混光器6将激光光源合成白色束后侧面入射进透反镜31，一部分光反射，剩下的透过透反镜31射向下一个透反镜31，控制好透反镜31的反射率和透过率，保证反射光线的均匀性，反射光线经过散射镜面5的扩散，再经过扩散板4的进一步扩散成为均匀的面光源。

实施例4

如图4所示，一种侧入直下式背光模组，包括侧面发光光纤32、扩散板4、激光光源1及其混光器6，激光光源1及其混光器6位于侧面发光光纤32的侧端，扩散板4位于侧面发光光纤32上端。

激光光源1从侧面入射，利用混光器6将激光光源合成白色束后侧面入射进侧面发光光纤32，利用侧面发光光纤32把光源转化为直下式的线光源，通过扩散板4扩散为面光源。控制侧面发光光纤32侧面的出光率，以保证侧面出光的均匀性。

实施例5

本发明的侧入光源1可采用双边入射或多边入射，如图5所示。

实施例6

从实施例1和实施例4中，我们可以看出利用侧面发光光纤，相当于直下式背光中的荧光管。所以我们可以根据设计需要，对侧面发光光纤的摆放走向进行优化设计已达到更好的背光源出光效果。可以是凹形，也可以是M型，甚至可以是螺线形，如图6所示，具体的方案由设计决定。

实施例7

可以把本发明的背光模块做成一个标准背光模块，制造大屏幕背光时，可以把多块这种标准背光模块组合起来，组合成一个大屏幕的背光源。

Claims (9)

1.一种侧入直下式背光模组，其特征在于包括侧入光源(1)、侧入直下转换结构(3)和扩散板(4)，侧入光源(1)位于侧入直下转换结构(3)的侧端，扩散板(4)位于侧入直下转换结构(3)上端。

2.如权利要求1所述的侧入直下式背光模组，其特征在于所述侧入光源(1)为激光光源，侧入光源(1)与侧入直下转换结构(3)之间设有混光器(6)。

3.如权利要求1所述的侧入直下式背光模组，其特征在于所述侧入光源(1)为非激光光源，侧入光源(1)与侧入直下转换结构(3)之间设有光耦合器(2)。

4.如权利要求1所述的侧入直下式背光模组，其特征在于所述侧入直下转换结构(3)由一定数量的光纤或透反镜(31)组成。

5.如权利要求4所述的侧入直下式背光模组，其特征在于所述光纤为侧面发光光纤(32)或导光光纤(33)。

6.如权利要求5所述的侧入直下式背光模组，其特征在于所述侧面发光光纤(32)是指侧面能发出均匀光线的光纤，所述透反镜(31)是指能反射部分光线并透过剩余光线的镜面。

7.如权利要求4所述的侧入直下式背光模组，其特征在于所述透反镜(31)与扩散板(4)之间还设有扩散物(5)。

8.如权利要求7所述的侧入直下式背光模组，其特征在于所述扩散物(5)为透镜或散射镜面。

9.如权利要求1所述的侧入直下式背光模组，其特征在于所述侧入光源(1)为单边入射或多边入射。

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