CN103234172B - 一种扩散板结构及其在背光模组中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种扩散板结构，其包括入光面、出光面和侧面，入光面和出光面相对设置，所述扩散板的入光面或出光面上设有光扩散结构，该光扩散结构为均匀分布的单元格，每个单元格上设有第一种或第二种微扩散结构；所述第一种微扩散结构为具有可透光的第一透光区及围绕该第一透光区且具有反射扩散性能的第一遮光区；所述第二种微扩散结构为具有可透光的第二连续透光区及包含于该第二连续透光区中且具有反射扩散性能的第二遮光区。本发明的扩散板由于在其入光面或出光面其中至少一个面上设置了光扩散结构，该光扩散结构具有扩散反射的作用，可使光线反射重新分布，有利于得到均匀的背光亮度分布。本发明的光扩散结构可自动化设计，加工方便。

Description

一种扩散板结构及其在背光模组中的应用

技术领域

本发明涉及液晶显示屏技术领域，尤其涉及一种扩散板结构及其在背光模组中的应用。

背景技术

目前，平面显示器应用的液晶模组多采用TFT-LCD技术。TFT-LCD为非主动式发光显示，通常由白光背光模组（Backlight Module）提供均匀的***亮度，再透过彩色滤光片（Color Filter）获得丰富的色彩显示。

现行的白光直下式背光模组包含光源及光学膜片组。发光二极管（LED）由于体积小、耗能少，因此成为液晶显示器背光模组使用的光源之一；二次光学透镜的引入，使直下式背光模组的LED使用量有很大的减少，降低了直下式背光模组的成本。LED作为背光源一般采用点阵式排列，会产生出光不均匀现象。为保证背光模组提供均匀的亮度，可采用增加光学膜片使用量或在光学膜片上设置微结构的方式改善点阵式LED出光不均匀现象。

为了克服上述点阵式LED出光不均匀现象，专利申请号为CN201210257025.0，专利名称为《一种具有点阵式扩散结构的扩散板及使用其的背光模组》的发明专利中，公开了一种具有点阵式扩散结构的扩散板，其出光面或入光面上设有点阵式扩散结构，所述的扩散结构中心与背光源的光源中心一一对应，所述的扩散结构包括两种结构：结构一的中心区域为一圆盘，所述的圆盘上设有按同心圆环排列的空心斑点，中心区域的外部为按同心圆环排列的实心斑点，其中实心斑点和圆盘非空心斑点区域上涂布有扩散结构；结构二的中心区域为按同心圆环排列的圆环，中心区域的外部为按同心圆环排列的实心斑点，其中圆环和实心斑点区域涂布有扩散结构。采用该专利结构，虽然能在一定程度上克服点阵式LED出光不均匀现象，但现有的直下式背光模组的点阵式LED光源，LED与LED光型之间会有耦合，造成背光亮度分布并不是规则地以LED为中心对称点对称分布，进而造成背光亮度发生区域性亮暗分布不均的情况。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构可调性好，便于光扩散结构自动化设计和后期可方便检验的扩散板结构及其在背光模组中的应用。

本发明的技术方案为：一种扩散板结构，其包括入光面、出光面和侧面，入光面和出光面相对设置，入光面的一端设有光源，所述扩散板的入光面或出光面其中至少一个面上设有光扩散结构，所述的光扩散结构以光源中心为对称点中心对称分布,该光扩散结构为均匀分布的单元格，每个单元格上设有第一种或第二种微扩散结构；

所述第一种微扩散结构为具有可透光的第一透光区及围绕该第一透光区且具有反射扩散性能的第一遮光区；

所述第二种微扩散结构为具有可透光的第二连续透光区及包含于该第二连续透光区中且具有反射扩散性能的第二遮光区。

所述光扩散结构按以下方式进行分布：设置微扩散结构的密度为d，所述第一种微扩散结构的单元格的面积为S，透光区的面积为S1，d=(S-S1)/S；

所述第二种微扩散结构的单元格的面积为S，遮光区面积为S2，d=S2/S；

预设比较值f，0＜f≤1，当d大于f时，设置第一种微扩散结构，当d小于f时，设置第二种微扩散结构。

采用以上结构，在扩散板的入光面或出光面上设置光扩散结构，该光扩散结构以光源中心为对称点中心对称分布，且为均匀分布的单元格，且单元格上设置第一种或第二种微扩散结构，这样可方便地自动化设计扩散结构，微扩散结构使背光亮度分布均匀，同时光扩散结构区域密度可调整性更好。

所述的光扩散结构，使用光学印刷或注塑成型等方式，布置于扩散板的入光面或出光面，该光扩散结构具有反射扩散作用，一般地，该光扩散结构反射率大于10%，光线经该光扩散结构反射后重新分布，当扩散板应用在背光模组中时，可改善背光模组光分布均匀性。

本发明还提供另一种扩散板结构，其包括入光面、出光面和侧面，入光面和出光面相对设置，入光面的一端设有光源，所述扩散板的入光面或出光面其中至少一个面上设有光扩散结构，所述的光扩散结构为均匀分布的单元格，每个单元格上设有第一种或第二种微扩散结构；

所述第一种微扩散结构为具有可透光的第一透光区及围绕该第一透光区且具有反射扩散性能的第一遮光区；

所述第二种微扩散结构为具有可透光的第二连续透光区及包含于该第二连续透光区中且具有反射扩散性能的第二遮光区；

所述光扩散结构为非对称结构，所述入光面上的光扩散结构按以下方式进行分布：

1）先使用拍摄仪采集背光初始亮度分布的图像，得到初始亮度分布图像的数据矩阵；

2）再定义目标亮度图像的数据矩阵；

3）结合初始亮度分布图像的数据矩阵和目标亮度图像的数据矩阵，推导得到微扩散结构密度分布矩阵；

4）设置微扩散结构的密度为d，所述第一种微扩散结构的单元格的面积为S，透光区的面积为S1，d=(S-S1)/S；

所述第二种微扩散结构的单元格的面积为S，遮光区面积为S2，d=S2/S；预设比较值f，0＜f≤1，当d大于f时，设置第一种微扩散结构，当d小于f时，设置第二种微扩散结构；

5）结合步骤3的微扩散结构密度分布矩阵和步骤4中的微扩散结构的设置，将微扩散结构图形化。

采用以上结构，考虑扩散板上的光扩散结构的反射率，初始亮度分布图像上初始亮度高的区域布置较大的微扩散结构密度，初始亮度低的区域布置较小的微扩散结构密度，使得微扩散结构密度分布趋势与初始亮度分布趋势一致。

采用以上的结构，所述的光扩散结构为非点对称设计，各个区域的光扩散结构大小依据初始亮度分布进行设计，可调整性高，更有利于背光亮度均匀性的调整。

所述比较值f为0.5，有利于光扩散结构进行自动化设计及生产。

所述光扩散结构的单元格在入光面或出光面其中至少一个面上紧密分布。

所述光扩散结构的单元格为正方形、长方形、三角形、平形四边形、梯形、六边形等多边形。

所述扩散板的材质为聚对苯二甲酸类塑料（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯酸甲酯（PMAA）、聚苯乙稀（PS）或丙烯酸塑料（Acrylic）。

所述扩散板的厚度为0.5-3mm，透光率为40-80%，雾度高于60%。

本发明设置于扩散板上的光扩散结构还可以设置于反射片、扩散片、扩散膜、增亮片或玻璃面板等光学部件上。

本发明还提供一种背光模组，所述背光模组依序包括容纳装置、反射装置、发光装置、扩散板和至少一张膜片。所述容纳装置用于容纳背光模组的其他部件；所述的反射装置用于反射发射至容纳装置四侧及底面的光线以重新利用；所述的发光装置呈点阵式分布，该发光装置可以矩阵排列或交错排列，发光装置可以搭配二次光学组件提高光扩散能力；所述的扩散板采用本发明第一种扩散板或第二种扩散板，扩散板上设有光扩散结构；所述的膜片可为扩散片或增亮片，背光模组还可以在其中至少一种膜片上设置光扩散结构，用于提升背光模组亮度及混光均匀度。

综上所述，本发明的扩散板由于在其入光面或出光面其中至少一个面上设置了光扩散结构，该光扩散结构具有扩散反射的作用，可使光线反射重新分布，有利于得到均匀的背光亮度分布。同时，本发明的扩散板上的光扩散结构可自动化设计，加工方便；且通过不对称的光扩散结构设计，可方便地调整亮暗分布不均的区域的光扩散结构，使扩散板的背光亮度更加均匀。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明实施例1的扩散板的结构示意图；

图2为第一种微扩散结构的结构示意图；

图3为第二种微扩散结构的结构示意图；

图4为实施例1扩散结构密度分布矩阵；

图5为比较值为0.5的光扩散结构；

图6为点阵式光源时的局部光扩散结构；

图7为点阵式光源结构；

图8为对扩散板上的局部暗影进行调整后的光扩散结构；

图9为实施例2扩散板的初始亮度分布；

图10为实施例2扩散板的目标亮度分布；

图11为实施例2的光扩散结构；

图12为背光模组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1-5所示，本发明第一种扩散板结构，其包括入光面11、出光面12和侧面13，入光面11和出光面12相对设置，入光面11的一端设有光源2，所述扩散板1的入光面11或出光面12其中至少一个面上设有光扩散结构3，所述的光扩散结构3以光源中心为对称点中心对称分布,该光扩散结构3为均匀分布的单元格，每个单元格上设有第一种或第二种微扩散结构4、5；

所述第一种微扩散结构4为具有可透光的第一透光区41及围绕该第一透光区41且具有反射扩散性能的第一遮光区42；

所述第二种微扩散结构5为具有可透光的第二连续透光区51及包含于该第二连续透光区51中且具有反射扩散性能的第二遮光区52。

所述光扩散结构3按以下方式进行分布：设置微扩散结构4、5的密度为d，所述第一种微扩散结构4的单元格的面积为S，透光区41的面积为S1，d=(S-S1)/S；

所述第二种微扩散结构5的单元格的面积为S，遮光区52面积为S2，d=S2/S；

预设比较值f，0＜f≤1，当d大于f时，设置第一种微扩散结构4，当d小于f时，设置第二种微扩散结构5。

所述光扩散结构3的单元格在入光面11或出光面12其中至少一个面上紧密分布。

所述光扩散结构3的单元格为正方形、长方形、三角形、平行四边形、梯形、六边形等多边形。

所述扩散板的材质为聚对苯二甲酸类塑料、聚碳酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚苯乙稀或丙烯酸塑料。

所述扩散板1的厚度为0.5-3mm，透光率为40-80%，雾度高于60%。

所述设置光光扩散结构3的入光面11或出光面12外设有反射片、扩散片、扩散膜、增亮片或玻璃面板等光学部件。

在该实施例的扩散板结构中，所述的光扩散结构以光源中心为对称点中心对称分布。光扩散结构3的单元格为正方形、长方形、三角形、六边形等多边形，单元格可紧密排列布满入光面或出光面其中至少一个面上。

下面以光源为单颗LED为例，单元格的形状以正方形为例。其中，第一种微扩散结构4如图2所示，第二种微扩散结构5如图3所示。各单元格按密度值进行设置，构成了本实施例的光扩散结构3。

如图4所示，所使用的LED光源2的光型为lambertian分布，LED正上方最亮，外沿亮度逐渐减小，所以对应LED正上方的微扩散结构4、5的密度相应设置较大的值，设置第二种微扩散5结构；对应LED外沿的微扩散结构的密度相应设置较小的值，设置第一种微扩散结构4。

该扩散板1中，具有20*20个单元格，微扩散结构4、5的密度值以LED光源为中心对称点，与中心距离相近的点的微扩散结构密度设置相同。

其中，以0.5为比较值f，图4按上述密度分布图形化后，光扩散结构3如图5所示。

当光源为多颗LED组成的点阵式光源时，所示的光扩散结构3如图6所示。其中，点阵式光源2如图7所示，对于点阵式光源2的局部光扩散结构3如图6所示，该光扩散结构3的设置与光源2中的LED呈现一一对应的关系。

实施例2

本发明的还提供另一种扩散板结构，其包括入光面11、出光面12和侧面13，入光面11和出光面12相对设置，入光面11的一端设有光源2，所述扩散板1的入光面11或出光面12其中至少一个面上设有光扩散结构3，所述的光扩散结构3为均匀分布的单元格，每个单元格上设有第一种或第二种微扩散结构4、5；

所述第一种微扩散结构4为具有可透光的第一透光区41及围绕该第一透光区41且具有反射扩散性能的第一遮光区42；

所述第二种微扩散结构5为具有可透光的第二连续透光区51及包含于该第二连续透光区51中且具有反射扩散性能的第二遮光区52；

所述光扩散结构3为非对称结构，所述入光面11上的光扩散结构3按以下方式进行分布：

1）先使用拍摄仪采集背光初始亮度分布的图像，得到初始亮度分布图像的数据矩阵；

2）再定义目标亮度图像的数据矩阵；

3）结合初始亮度分布图像的数据矩阵和目标亮度图像的数据矩阵，推导得到微扩散结构密度分布矩阵；

4）设置微扩散结构的密度为d，所述第一种微扩散结构4的单元格的面积为S，透光区41的面积为S1，d=(S-S1)/S；

所述第二种微扩散结构5的单元格的面积为S，遮光区52面积为S2，d=S2/S；预设比较值f，0＜f≤1，当d大于f时，设置第一种微扩散结构4，当d小于f时，设置第二种微扩散结构5；

5）结合步骤3的微扩散结构密度分布矩阵和步骤4中的微扩散结构4、5的设置，将微扩散结构图形化。

因直下式背光模组一般使用多颗LED作为光源2，LED与LED光型之间会有耦合，造成背光亮度分布并不是规则地以LED为中心对称点对称分布，进而使背光亮度发生区域性亮暗分布不均的情况。

采用本实施例2的扩散板结构，可对亮暗分布不均的区域的微扩散结构密度进行调整。如图5的光扩散结构3为例，若该光扩散结构3的左上、左下、右下对应有三个暗影，将对应区域的微扩散结构4、5的密度相应减小后，其光扩散结构如图8所示，调整后的光扩散结构3克服了扩散板区域性亮暗分布不均的情况。

以光源为四颗LED的扩散板为例，本实施例的光扩散结构设置如下：

首先，使用拍摄仪器采集背光初始亮度分布图像,得到初始亮度分布图像的数据矩阵，如图9所示。本实施例的数据矩阵分辨率为256*256，所示背光模组具有4颗LED，由于混光不匀，4颗LED位置明显可见。

其次，定义目标亮度分布图像的数据矩阵，如图10所示，目标亮度分布图像的数据矩阵可为高斯分布等。

然后根据初始亮度分布图像的数据矩阵和目标亮度分布图像的数据矩阵，倒推出光扩散结构中的微扩散结构的密度分布矩阵。

接着根据微扩散结构的设置方法，设置微扩散结构的密度为d，所述第一种微扩散结构4的单元格的面积为S，透光区41的面积为S1，d=(S-S1)/S；

所述第二种微扩散结构5的单元格的面积为S，遮光区52面积为S2，d=S2/S；预设比较值f，0＜f≤1，当d大于f时，设置第一种微扩散结构4，当d小于f时，设置第二种微扩散结构5；最后将微扩散结构的密度分布矩阵图形化，如图11所示。本发明还提供一种背光模组，如图12所示，所述背光模组依序包括容纳装置7、反射装置8、发光装置9、扩散板1和至少一张膜片10。所述容纳装置7用于容纳背光模组的其他部件；所述的反射装置8用于反射发射至容纳装置7四侧及底面的光线以重新利用；所述的发光装置9呈点阵式分布，该发光装置9可以矩阵排列或交错排列，发光装置9可以搭配二次光学组件14提高光扩散能力；所述的扩散板1采用本发明第一种扩散板或第二种扩散板，扩散板1上设有光扩散结构3；所述的膜片10可为扩散片或增亮片，背光模组还可以在其中至少一种膜片上设置光扩散结构，用于提升背光模组亮度及混光均匀度。

Claims (8)

1.一种扩散板结构，其包括入光面、出光面和侧面，入光面和出光面相对设置，入光面的一端设有光源，其特征在于：所述扩散板的入光面或出光面其中至少一个面上设有光扩散结构，所述的光扩散结构以光源中心为对称点中心对称分布,该光扩散结构为均匀分布的单元格，每个单元格上设有第一种或第二种微扩散结构；

所述第一种微扩散结构为具有可透光的第一透光区及围绕该第一透光区且具有反射扩散性能的第一遮光区；

所述第二种微扩散结构为具有可透光的第二连续透光区及包含于该第二连续透光区中且具有反射扩散性能的第二遮光区。

所述光扩散结构按以下方式进行分布：设置微扩散结构的密度为d，所述第一种微扩散结构的单元格的面积为S，透光区的面积为S1，d=(S-S1)/S；

所述第二种微扩散结构的单元格的面积为S，遮光区面积为S2，d=S2/S；

预设比较值f，0＜f≤1，当d大于f时，设置第一种微扩散结构，当d小于f时，设置第二种微扩散结构。

2.一种扩散板结构，其包括入光面、出光面和侧面，入光面和出光面相对设置，入光面的一端设有光源，其特征在于：所述扩散板的入光面或出光面其中至少一个面上设有光扩散结构，所述的光扩散结构为均匀分布的单元格，每个单元格上设有第一种或第二种微扩散结构；

所述第一种微扩散结构为具有可透光的第一透光区及围绕该第一透光区且具有反射扩散性能的第一遮光区；

所述第二种微扩散结构为具有可透光的第二连续透光区及包含于该第二连续透光区中且具有反射扩散性能的第二遮光区；

所述光扩散结构为非对称结构，所述入光面上的光扩散结构按以下方式进行分布：

1）先使用拍摄仪采集背光初始亮度分布的图像，得到初始亮度分布图像的数据矩阵；

2）再定义目标亮度图像的数据矩阵；

3）结合初始亮度分布图像的数据矩阵和目标亮度图像的数据矩阵，推导得到微扩散结构密度分布矩阵；

4）设置微扩散结构的密度为d，所述第一种微扩散结构的单元格的面积为S，透光区的面积为S1，d=(S-S1)/S；

所述第二种微扩散结构的单元格的面积为S，遮光区面积为S2，d=S2/S；预设比较值f，0＜f≤1，当d大于f时，设置第一种微扩散结构，当d小于f时，设置第二种微扩散结构；

5）结合步骤3的微扩散结构密度分布矩阵和步骤4中的微扩散结构的设置，将微扩散结构图形化。

3.根据权利要求1或2所述的扩散板结构，其特征在于：所述比较值f为0.5。

4.根据权利要求1或2所述的扩散板结构，其特征在于：所述光扩散结构的单元格在入光面或出光面其中至少一个面上紧密分布。

5.根据权利要求1或2所述的扩散板结构，其特征在于：所述光扩散结构的单元格为正方形、长方形、三角形、平行四边形、梯形或六边形。

6.根据权利要求1或2所述的扩散板结构，其特征在于：所述扩散板的材质为聚对苯二甲酸类塑料、聚碳酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚苯乙稀或丙烯酸塑料。

7.根据权利要求1或2所述的扩散板结构，其特征在于：所述扩散板的厚度为0.5-3mm，透光率为40-80%，雾度高于60%。

8.应用权利要求1或2所述的扩散板结构的背光模组，其特征在于：所述背光模组依序包括容纳装置、反射装置、发光装置、扩散板和至少一张膜片。