CN102878494B - 一种侧光式背光源及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种侧光式背光源及显示装置，用以实现一种能够满足扫描背光技术的明显光学分区的侧光式背光源。所述背光源包括：背板、光源、导光管；所述背板上设有多个相互平行的凹槽；每一凹槽中置有一个导光管；每一导光管至少一端设置有所述光源。

Description

一种侧光式背光源及显示装置

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种侧光式背光源及显示装置。

背景技术

在液晶显示技术领域，液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）本身并不发光，通常在LCD的背面设置背光源实现图像显示。

按照背光源中光源的设置位置，背光源可以分为直下式和侧光式。侧光式背光源的特点是，光源设置在背板的边缘，光源发出的光直接进入导光板，导光板将来自光源的光形成覆盖整个背板的面光源。直下式背光源的特点是，光源平铺在整个背板上。光源的光线直接发射到位于背板上方的液晶显示器上。由于侧光式背光源具有轻、薄和低功耗等特点，得到广泛应用。

为了提高LCD图像显示的对比度，以及改善LCD动态拖影等问题，提出一种扫描背光技术。扫描背光技术是指将LCD按照一定方向分成多个区域，每一个区域称为一个光学分区，每一个光学分区为矩形状，同理将背光源也分成与LCD对应的多个光学分区。背光源的每个光学分区和位于背光源上方的液晶显示器的光学分区在垂直方向上的投影重合。来自背光源的每个光学分区的光发射到液晶显示器上提供图像显示用光源。

针对LCD的任一光学分区，当该光学分区对应的液晶响应曲线处于平缓阶段，则控制与该光学分区对应的背光源打开，由于液晶显示原理是逐行扫描控制液晶分子偏转，相应地，背光源也是逐区域扫描使背光源开启，从而为液晶显示器的对应区域提供光源。当液晶响应曲线处于缓慢上升或下降的阶段（也即响应阶段），则关闭对应光学分区的光源，在液晶响应曲线平稳阶段打开对应光学分区的光源。背光源提供给LCD的多个光学分区的光学分布是均匀的，背光源一个光学分区点亮，对应的出射光线不会影响相邻区域。保证在相邻区域内的液晶响应阶段背光源处于关闭状态，LCD不会形成漏光现象。

现有侧光式背光源，光源设置在背板的边缘（也称侧面），一般使用的是发光二极管（Light Emitting Diode，LED）作为光源，LED发出的光，出射角度一般在115度到120度之间，光为发散状，故光进入导光板后很难形成矩形光学分区。并且，侧光式背光源相邻的光学分区之间的暗区较明显，导致液晶显示器显示的图像出现不良。

直下式背光源，光源在背板上平铺，背板上的光源组成多个光学分区。只要控制矩形光学分区内的LED的开启和关闭，就可得到理想的光学分区。也可以避免光学分区之间的暗区。但是直下式背光源的设置，不具备轻、薄和低功耗等特点。

综上，侧光式背光源难以满足扫描背光技术的明显的光学分区，扫描背光技术很难应用到侧光式背光源***。

发明内容

本发明实施例提供的一种侧光式背光源及显示装置，用以实现一种能够满足扫描背光技术的明显的光学分区的背光源。

本发明实施例提供的一种背光源，包括：背板、光源、导光管；

所述背板上设有多个相互平行的凹槽；

每一凹槽中置有一个导光管；

每一导光管至少一端设置有所述光源。

较佳地，相邻两个凹槽之间的距离相等，相邻两个导光管之间的距离相等，各导光管距背板的距离相等。

较佳地，所述导光管的材料为折射率不小于的透明树脂材料。

较佳地，所述导光管侧表面的部分区域粗糙，导光管的放置方式满足：所述导光管侧表面的粗糙区域朝向凹槽的底部，所述导光管侧表面的光滑区域朝向凹槽的开口方向。

较佳地，所述背光源还包括：连接所述导光管和位于该导光管一端的光源的光耦合器。

较佳地，所述背光源还包括：位于背板上方的棱镜扩散板。

较佳地，所述背光源还包括：设置在每一凹槽中用于将从该凹槽中的导光管发射出来的光反射到所述扩散板上的反射片。

较佳地，所述背光源还包括：位于所述扩散板上的增光片。

较佳地，所述光源由一个或多个发光二极管(Light Emitting Diode，LED)组成。

较佳地，所述背光源还包括：与每一光源相连的用于控制该光源开启或关闭的控制单元。

本发明实施例还提供一种显示装置，包括上述任一所述背光源。

本发明实施例通过在背板上设置多个相互平行的凹槽，在凹槽中设置导光管，光源设置在导光管的至少一端，光源发射出的光通过导光管发射到位于背板上方的LCD上。来自光源的水平方向的光通过导光管被反射到垂直方向上的扩散板上。由于该导光管的聚光能力较强，光传输速度快，还具有将光反射到垂直方向的特性，使得侧光式背光源转化为直下式背光源。同时具备侧光式背光源轻、薄等优点，也具备直下式背光源在垂直方向和水平方向都可以实现理想线性分区的优点，实现一种能够满足扫描背光技术的明显的光学分区的背光源。

附图说明

图1为本发明实施例提供的背光源结构俯视示意图；

图2为本发明实施例提供的背光源截面示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种背光源结构示意图；

图4为本发明实施例提供的侧表面部分区域不光滑的导光管；

图5为本发明实施例提供的侧表面部分区域不光滑的导光管在凹槽中放置位置；

图6为本发明实施例提供的背光源结构示意图；

图7为本发明实施例提供的背光源光学分区结构示意图；

图8为本发明实施例提供的具有另一种凹槽的背光源结构示意图；

图9为本发明实施例提供的具有光耦合器的背光源结构示意图；

图10为本发明实施例提供的具有反射片的背光源结构示意图；

图11为本发明实施例提供的具有控制单元的背光源结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种侧光式背光源及显示装置，用以实现一种能够满足扫描背光技术的明显的光学分区的背光源。

本发明所述垂直方向和水平方向都是相对水平放置的背光源而言的。

下面通过附图具体说明本发明实施例提供的技术方案。

参见图1，本发明实施例提供的背光源包括：

背板1、光源3、导光管4；

背板1上设有多个相互平行的凹槽2；

每一凹槽2中置有一个导光管4；

图1为本发明实施例提供的背光源的俯视图，图2为图1所示的背光源在A-A’方向的截面图。

液晶显示器位于背板的上方，图1和图2中未体现。

较佳地，背板1为钢板，背板1上的凹槽2可以通过对钢板进行冲压实现，通过控制冲压工艺的冲压参数，可以实现任意宽度w和任意深度h的凹槽。可以通过控制冲压的模具的形状形成不同形状截面的凹槽，例如：可以形成如图2所示的截面为半圆或半椭圆的凹槽。

在具体实施过程中，可以根据实际需求形成不同宽度和不同深度的凹槽。

较佳地，参见图3，本发明实施例提供的背光源还包括：

位于背板1上方用于将来自导光管4的光均匀扩散出去的扩散板5。

较佳地，扩散板5覆盖整个背板1或者覆盖背板1上需要透光的区域。

所述透光区域与位于背板上方的液晶显示器的显示区域对应。为了使得扩散板5仅为液晶显示器的显示区域提供光，扩散板5仅覆盖背板1上需要透光的区域。

扩散板5是为了使得来自不同导管光4的光在液晶显示器上均匀分布，提高图像显示品质。

较佳地，为了使得经扩散板5扩散后的较均匀的光较集中聚集在液晶显示器上，使得发射到液晶显示器上的光线的入射角满足预设要求（入射角较小的光线实现的图像显示效果较佳），提高液晶显示器单位面积的亮度，扩散板5上靠近液晶显示器的一侧还设置有棱镜6。

该棱镜6为条状，棱镜6之间相互平行且邻接设置，棱镜6的底面与扩散板5相接触，保证棱镜6将光线聚集到朝向液晶显示器的方向。

在具体实施时，棱镜6和扩散板5可以是一体的，带有棱镜6的扩散板5简称棱镜扩散板。

本发明实施例提供的扩散板可以是单独设置的扩散板，也可以是具有聚光作用的棱镜扩散板。

为了使得光经过棱镜6后还存在明显的光学分区，棱镜6在扩散板5上的放置方向和凹槽2的设置方向一致，即凹槽2的长边与棱镜4的长边平行。

较佳地，为了更进一步提高背光源的亮度，棱镜6上方还设置有增光片7。

下面具体介绍本发明实施例提供的导光管。

所述导光管可以由透明树脂材料制成，该透明树脂材料的折射率不小于以达到来自光源的光顺利投射到液晶显示器上的目的。

所述透明树脂材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或者为pc板材。

本发明实施例提供的导光管也可以由现有导光板做成圆柱形实现。它们可以用同种材质制作。现有的导光板是以聚碳酸酯为主要成分的pc板材。

本发明来自光源的光经导光板最终发射到液晶显示器上。

如果导光管表面光滑，该表面特指导光管的侧表面，经过导光管的光在导光管内会发生全反射。这是因为，空气的折射率大于树脂材料的折射率，来自光源满足入射角大于发生全反射临界角的光在导光管内传播过程中会发生全反射。入射角小于发生全反射临界角的光经导光管投射到液晶显示器上。

来自光源的光会因部分光发生全发射无法全部或尽可能多地投射到液晶显示器上，光源有效利用率较低。

为了使得来自光源的光经导光管尽可能多地投射液晶显示器上。如图4所示，本发明实施例提供的导光管4，侧表面粗糙，不满足光在导光管4内传输发生全反射的条件。这样，来自光源3以一定角度进入导光管4的光经导光管4的上下表面反射，最终从导光管4的侧表面传播出去，经凹槽2的反射作用，最终发射到背板1上方的液晶显示器上。

导光管4部分区域粗糙。

在具体实施过程中，可以对现有的表面光滑的导光管进行加工，实现本发明所需的导光管。具体地，可以在表面光滑的导光管适当位置上做一些微结构，如凸点、精密机械刻画法V-CUT等，也可以是印刷网点。通过控制凸起的疏密程度或网点的疏密程度实现导光管中光的均匀出射。具体地，导光管靠近光源的部分，光强较强，可以设置较少的凸起或网点，远离光源的部分，光强较弱，可以设置较多的凸起，使得更多的光通过反射发射出去。可以保证光线由导光管两侧均匀传到中间位置，且导光管很长的情况下也能实现整体均匀的光强。

较佳地，可以设置导光管4，侧表面部分区域为粗糙的结构，这样，整个导光管4也不满足发生全反射的条件。

较佳地，设置导光管4侧表面的一半区域为粗糙的结构，这样的设置方式可以提高单位时间内投射到液晶显示器上的光线的数量，从而提高光投射到液晶显示器上的投射效率。

参见图5，在凹槽2中放置导光管4时，导光管4的放置方式满足：粗糙区域的侧表面朝向凹槽的底部，光滑区域的侧表面朝向凹槽的开口。设该粗糙的侧表面为下表面，光滑的侧表面为上表面。

来自光源3的入射角较大的光（入射角大于发生全反射临界角的光）发射到导光管4的上表面时，被反射到下表面，再经导光管4的下表面将光反射到导光管4的上表面，如果发射到导光管4上表面的光线的入射角较小，入射角小于发生全反射的临界角，光就可以顺利均匀地通过导光管4发射到位于背板上方的液晶显示器上。可以使得发射到液晶显示器上的光线的入射角较小，更好地满足液晶显示器对光线入射角的要求。（发射到液晶显示器上的光线的入射角越小，图像显示品质越高）。

本发明实施例提供的背光源可以实现较理想的光学分区，使得每个分区为矩形状，分区之间覆盖面积几乎为零，分区之间不存在暗区，具体分析如下。

参见图6，本发明所述凹槽开口部分为规则的矩形，或者开口部分对应的两个长边相互平行。也就是说凹槽的任意横截面大小相等。

首先，本发明从导光管4发射到扩散板5上面的光线的最大出射角相等且为α。（当导光管距离凹槽的两侧壁的最近垂直距离相等时，可以保证导光管4发射到扩散板5上面的光线的最大出射角相等）出射角为α的光线所覆盖的扩散板5上具有一定面积的区域为一个光学分区。如图6中，由一个导光管中发射出去的两条出射角为α的光线所覆盖的光学分区的宽度为L1,光学分区的长度为凹槽的长度。

因此，可以保证经每一个导光管发射到扩散板5上的光覆盖一个矩形区域。且每个矩形区域上对应的光的亮度较均匀。

导光管4对应的扩散板5上的三个光学分区如图7所示，分别为光学分区I，光学分区II，以及光学分区III。实线内的区域为每一个光学分区。

当与每一个导光管4对应的光源3工作时，经该导光管4发射到扩散板5的光线可以为与该光学分区对应的液晶显示器的光学分区提供背光源。

其次，参见图6，每一扩散板5上的光学分区的大小决定于从导光管4发射扩散板5上的光线的最大出射角α，即，决定于导光管4在凹槽2中的垂直放置位置，也即取决于导光管4距离背板的距离，需要说明的是，导光管4距离背板的距离特指导光管距离背板背面的距离。如果导光管4置于凹槽2较深的位置，从导光管4发射到扩散板5上的光线的最大出射角α较小，在背板1上对应的光学分区的宽度较小。反之，如果导光管4置于凹槽2较浅的位置，从导光管4发射到扩散板5上的光线的最大出射角α较大。

因此，通过调整导光管在凹槽中的深度决定光线的最大出射角α，从而决定光学分区的大小。

其中，导光管4置于凹槽2中的位置满足：导光管4在凹槽2中的深度大于凹槽的半径R。导光管4在凹槽2中的深度指：导光管4的横截面的圆心距离凹槽口的垂直距离。这样可以保证从导光管4发射到扩散板5上的光线的最大出射角α小于90度。

扫描背光技术要求，相邻的光学分区重叠的区域越小越好，可以避免光学分区发生串扰，进而导致漏光的现象发生，最好使得相邻的光学分区不存在重叠区域。并且，扫描背光技术要求，相邻的光学分区之间无缝隙，也就是说相邻的光学分区邻接，可以避免暗区现象的发生。

为了避免光学分区存在串扰和暗区的现象，较佳地，还可以通过同时调整导光管在凹槽中的位置，以及调整相邻凹槽之间的距离，如图6，调整L2的大小，可以实现相邻的光学分区不存在串扰和暗区的现象。

或者还可以对凹槽进行改进，扩大凹槽的开口，例如可以通过对凹槽的开口部分进行打磨，使得凹槽的开口部分有一定的坡度，增大光线的最大出射角α。

为了使得光线的最大出射角α更大，还可以设置特殊结构的凹槽，增大光线的最大出射角α。

如图8所示，为本发明实施例提供的一种特殊结构的凹槽，开口较大，可以通过相应的模具，在冲压工艺过程中，形成如图8所示的凹槽。

在具体实施过程中，可以根据光学分区的大小和所处的位置，设置凹槽的位置，以及设置导光管在凹槽中所处的位置。

为了使得每个光学区域等大，较佳地，所述凹槽均匀分布在所述背板上。也就是说，相邻凹槽之间的距离相等。

为了更进一步使得每个光学区域等大，较佳地，每个导光管在凹槽中的设置位置相同。也就是说，各导光管距离背板的距离相等，导光管距离所在凹槽的侧壁的最短距离相等，以及相邻导光管之间的距离相等。

凹槽的宽度大于等于导光管的宽度，较佳地，凹槽的宽度等于导光管的宽度，使得导光管正好镶嵌在凹槽中。

较佳地，参见图9，为了减少光源LED的数量，提高光源发出的光的利用率，在每一光源和对应的导光管之间设置光耦合器8，光耦合器8用于连接光源3和对应的导光管4，可以减少光的损失，提高每一个LED的光的利用率，减少每一光源使用LED的数量，节约成本。其中，可以根据实际需求，为每一光源设置多个合适数量的LED或设置一个LED。

较佳地，可以在导光管的两端都设置光源和相应的光耦合器，或者在导光管的其中一端设置光源和相应的光耦合器。

较佳地，当在导光管的两端都设置光源和相应的光耦合器时，光耦合器起到固定和支撑导光管的作用，导光管可以不与凹槽相接触，悬空于凹槽中。

导光管也可以与凹槽接触，镶嵌于凹槽中。

较佳地，参见图9，本发明实施例还提供一种散热片10，用以快速消除光源3在显示装置中产生的热量，提高显示装置的性能。散热片10设置在背板1上位于光源3的一侧，以及位于背板边缘部分。

较佳地，参见图10，为了使得凹槽中的光线尽可能多地发射到背板上方的液晶显示器上，在每一凹槽2中设置用于将光反射到液晶显示器件上的反射片9。

反射片9可以为镶嵌在所述凹槽中的反射片或通过电镀沉积在所述凹槽内形成的反射片。

较佳地，参见图10，本发明实施例还提供用于支撑液晶显示器的支架11。

该支架设置在背板1上，包围整个背板1。

参见图11，所述背光源还包括与每一光源3相连的用于控制该光源开启或关闭的控制单元12。

针对LCD的任一区域，当该区域对应的液晶响应曲线处于平缓阶段，则控制单元12控制与该区域对应的光源打开，从而为液晶显示器的对应区域提供光源。当液晶响应曲线处于缓慢上升或下降的阶段（也即响应阶段），则控制单元12控制与该区域对应的光源关闭，在液晶响应曲线平稳阶段控制单元12控制与该区域对应的光源打开。

本发明实施例提供一种显示装置，包括上述任一种情况的背光源。

需要说明的是，本发明提供的具有凹槽结构的背光不仅可以放置导光管，还可以对背板起到补强作用，无需专门设置加强背板的加强筋。

本发明实施例提供的导光管相当于直下式中的冷阴极萤光灯管（ColdCathode Fluorescent Lamp，CCFL）光源，现实了侧光式到直下式的转化,将侧光式背光源转变为直下式背光源，实现较理想的光学分区，把扫描背光技术应用到侧光式背光模组中，具备侧光式背光源轻、薄和低功耗等特点，同时还具备直下式背光源理想光学分区的优点。

本发明实施例通过提供一种由背板、光源、导光管组成的侧光式背光源；所述背板上设有多个相互平行的凹槽；每一凹槽中置有一个导光管；每一导光管至少一端设置有光源。实现一种将扫描背光技术应用到侧光式背光源***同时具备侧光式背光源的优点以及直下式背光源的优点。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种背光源，其特征在于，包括：背板、光源、导光管；

所述背板上设有多个相互平行的凹槽；

每一凹槽中置有一个导光管；

每一导光管至少一端设置有所述光源；

所述凹槽的开口图形对应的两个长边相互平行；

通过调整所述导光管在所述凹槽中的位置以及相邻的所述凹槽之间的距离，使所述背光源实现理想的光学分区。

2.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，相邻两个凹槽之间的距离相等，位于所述凹槽中的相邻两个所述导光管之间的距离相等，各所述导光管距背板的距离相等。

3.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，所述导光管的材料为折射率不小于的透明树脂材料。

4.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，所述导光管侧表面的部分区域粗糙，导光管的放置方式满足：所述导光管侧表面的粗糙区域朝向凹槽的底部，所述导光管侧表面的光滑区域朝向凹槽的开口方向。

5.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，还包括：连接所述导光管和位于该导光管一端的光源的光耦合器。

6.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，还包括：位于背板上方的棱镜扩散板。

7.根据权利要求6所述的背光源，其特征在于，还包括：设置在每一凹槽中用于将从该凹槽中的导光管发射出来的光反射到所述棱镜扩散板上的反射片。

8.根据权利要求6所述的背光源，其特征在于，还包括：位于所述棱镜扩散板上的增光片。

9.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，所述光源由一个或多个发光二极管LED组成。

10.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，还包括：与每一光源相连的用于控制该光源开启或关闭的控制单元。

11.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至10任一权项所述的背光源。