CN103925524B - 可视角可调的节能型背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可视角可调的节能型背光模组，包括第一光源、第二光源和导光板。其中，第一光源发出的光经过导光板出射后使液晶显示器具有第一可视角，第二光源发出的光经过导光板出射后使液晶显示器具有第二可视角。第一可视角的半高全宽度数（FWHM）在±10°以内，第二可视角的半高全宽度数（FWHM）在±60°与±70°之间。本发明的可视角可调的节能型背光模组可以使液晶显示器在两种不同的可视角之间切换，以适用于不同的观看场合。对于只有一人的场合，本发明的可视角可调的节能型背光模组只需提供正向亮度，从而降低了液晶显示器的能耗。

Description

可视角可调的节能型背光模组

技术领域

本发明涉及一种背光模组，尤其涉及一种可视角可调的节能型背光模组。

背景技术

液晶显示器（LCD）是一种以液晶为材料的显示器。在电场作用下，液晶分子会发生排列上的变化，从而影响通过其中的光线变化，这种光线的变化通过偏光片的作用可以表现为明暗的变化。这样，通过控制电场可以调节光线的明暗变化，从而显示图像。目前，液晶显示器广泛应用于手机、平板电脑、车载显示器、电视等领域，其中大多数的液晶显示器、液晶电视及部分手机均采用薄膜晶体管（TFT，ThinFilmTransistor）驱动，它们通常被称为TFT-LCD。

TFT-LCD显示器为非自主发光型显示器，需要外加背光模组以提供平面光源。背光模组为液晶显示器面板的关键零组件之一，一般分为前光式与背光式两种。其中背光式的背光模组可依其规模的要求，根据灯管的位置不同分为侧光式、直下型和中空型三大结构。对于侧光式背光模组，传统上是采用导光板形成平面光源，其主要构件除了发光二极管（LED）光源、导光板、反射片、扩散片之外，还有至少两片互相垂直的集光棱镜片，其作用在于限制液晶显示器的可视角度，使得大部分的光线在正面视角为±30°-±60°的范围内出射，以达到集光增亮的效果。

然而，将液晶显示器的可视角度设定在一个确定的范围内（如±30°-±60°）是不利于实际使用的。在实际使用中，有时只有一人观看该显示器，这时候只需要在该显示器的正向提供足够的亮度就可以满足使用者的观看需要；而有时会有多人同时观看该显示器，这时候则需要在该显示器的大角度范围内提供足够亮度以满足使用者的观看需要。现有技术对此问题的解决方法是提供具有大可视角度的液晶显示器，但这样的显示器在使用者只有一人的情况下会造成不必要的能耗。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种节能型背光模组，以实现在液晶显示器的较小可视角和较大可视角之间的自由切换。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种节能型背光模组，通过设置两种光源使液晶显示器可选择地提供两种可视角度。

为实现上述目的，本发明提供了一种可视角可调的节能型背光模组，包括第一光源、第二光源和导光板；所述导光板为一个由第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、底面和顶面组成的六面体，其中，所述第二侧面与所述第四侧面成中心对称，所述第三侧面与所述第一侧面成轴对称，所述顶面与所述底面相互平行；所述第一光源紧贴所述第一侧面放置，所述第二光源紧贴所述第三侧面放置；

所述导光板的所述顶面涂覆有散射材料。

进一步地，所述第二侧面设置有第一微结构，所述第一微结构使从所述第一光源发出并穿过所述第一侧面的光线能够反射到所述第三侧面；所述第三侧面设置有第二微结构，所述第二微结构使入射到所述第三侧面的光线能够反射到所述底面；所述底面设置有第三微结构，入射到所述底面的光线被所述第三微结构反射至所述顶面，并从所述顶面出射，形成面光源，所述面光源具有第一可视角，所述第一可视角的半高全宽度数（FWHM）在±10°以内。

进一步地，所述第四侧面设置有第四微结构，所述第四微结构使从所述第二光源发出并穿过所述第三侧面的光线能够反射到所述第一侧面；所述第一侧面设置有第五微结构，所述第五微结构使入射到所述第一侧面的光线能够反射到所述底面的所述第三微结构上，入射到所述底面的光线被所述第三微结构反射至所述顶面，并经过所述散射材料发生散射，形成第二可视角，所述第二可视角的半高全宽度数（FWHM）在±60°与±70°之间。

进一步地，所述散射材料呈条状或带状分布。

进一步地，所述第一光源和所述第二光源为发光二极管、有机发光二极管、激光、自发形成的或经过调制的具有高指向性的光源。

进一步地，所述第二侧面与所述第一光源入射光线的夹角为第一角度，所述第一角度大于0°。

进一步地，所述第四侧面与所述第二光源入射光线的夹角为第二角度，所述第二角度与所述第一角度大小相等。

进一步地，所述第三侧面与竖直面的夹角为第三角度，所述第三角度大于0°。

进一步地，所述第一侧面与竖直面的夹角为第四角度，所述第四角度与所述第三角度大小相等。

进一步地，所述第一微结构和所述第四微结构均为多个楔形体组成的阵列，每个所述楔形体在所述底面的投影为三角形，所述第一微结构与所述第四微结构成中心对称。

进一步地，所述第二微结构和所述第五微结构均为多个楔形体组成的阵列，每个所述楔形体在所述底面的投影为三角形，所述第二微结构与所述第五微结构成中心对称。

进一步地，所述楔形体上表面为平行四边形、长方形、正方形或梯形。

进一步地，所述第三微结构为多个三棱柱组成的阵列，每个所述三棱柱在所述第二侧面或第四侧面上的投影为三角形。

进一步地，所述第一微结构、所述第二微结构、所述第三微结构、所述第四微结构和所述第五微结构表面均涂覆有全反射材料。

本发明的可视角可调的节能型背光模组可以实现液晶显示器在两种可视角之间的切换，其中一种可视角较小，适合于一个人观看液晶显示器的场合，另一种可视角较大，适合于多人同时观看液晶显示器的场合。这样，通过使用本发明的节能型背光模组，在一人观看液晶显示器时不必提供大角度的光亮而只需提供正向亮度，从而降低了液晶显示器的能耗，达到了节能的目的。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的等角视图；

图2是本发明的一个较佳实施例的俯视图；

图3是本发明的一个较佳实施例沿图1中的1-1截面的局部剖视图及实现第一可视角度时的光线传播路径的示意图；

图4是图2所示实施例中实现第一可视角度时的光线传播路径的示意图；

图5是图3所示实施例中实现第一可视角度时的光线传播路径的示意图；

图6是本发明较佳实施例中实现第二可视角度时的光线传播路径的示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明保护范围不限于下述实施例。

在本发明的一个较佳实例中，如图1-3所示，一种可视角可调的节能型背光模组，包括第一光源10、第二光源11和导光板；第一光源10和第二光源11均为发光二极管，在其它可替代的实施例中还可以为有机发光二极管、激光、自发形成的或经过调制的具有高指向性的光源。导光板为一个由第一侧面31、第二侧面32、第三侧面33、第四侧面34、底面21和顶面20组成的六面体。其中，第二侧面32与第四侧面34成中心对称，且第二侧面32与第一光源入射光线成一夹角，记为第一角度α₁；第四侧面34与第二光源入射光线成一夹角，记为第二角度α₂，α₁和α₂大小相等且均大于0°。第三侧面33与第一侧面31成轴对称，且第三侧面33与竖直面成一夹角，记为第三角度α₃，第一侧面31也与竖直面成一夹角，记为第四角度α₄，α₃和α₄大小相等且均大于0°。顶面20与底面21相互平行。第一光源10紧贴第一侧面31放置，第二光源11紧贴第三侧面33放置。

导光板的顶面20涂覆有散射材料90，该散射材料90呈条状或带状分布。在其它可替代的实施例中，散射材料90还可以先在光学薄膜上涂覆，然后再贴敷于顶面20。

第二侧面32设置有第一微结构，该第一微结构为多个楔形体41组成的阵列，每个楔形体41在底面的投影为三角形，每个楔形体41的上表面与下表面的夹角记为β₁，楔形体41的上表面可以为平行四边形、长方形、正方形或梯形。

第三侧面32设置有第二微结构，第二微结构为多个楔形体42组成的阵列，每个楔形体42在底面的投影为三角形，每个楔形体42的上表面与下表面的夹角记为β₂，楔形体42的上表面可以为平行四边形、长方形、正方形或梯形。

底面21设置有第三微结构，第三微结构为多个三棱柱43组成的阵列，每个三棱柱43在第二侧面32或第四侧面34上的投影为三角形，三棱柱43的两个侧面81和82与其底面的夹角分别记为β₃和β₄。

第四侧面34设置有第四微结构，第四微结构为多个楔形体44组成的阵列，每个楔形体44在底面21的投影为三角形，楔形体44的上表面可以为平行四边形、长方形、正方形或梯形；第四微结构与第一微结构成中心对称。

第一侧面31设置有第五微结构，第五微结构为多个楔形体45组成的阵列，每个楔形体45在底面的投影为三角形，楔形体45的上表面可以为平行四边形、长方形、正方形或梯形；第五微结构与第二微结构成中心对称。

本发明的较佳实施例中，第一微结构、第二微结构、第三微结构、第四微结构和第五微结构表面均涂覆有全反射材料。

图4为本发明的较佳实施例的可视角可调的节能型背光模组俯视图中实现第一可视角度时的光线传播路径的示意图，如图所示，从第一光源10发出光线100穿过第一侧面31，入射到第一微结构中的楔形体41的上表面并发生全反射变成光线200；光线200入射到第二微结构中的楔形体42的上表面并发生全反射变成光线300。在楔形体41的上表面，光线100与法线51的夹角记为θ₁，光线200与法线51的夹角记为θ₂；在楔形体42的上表面，光线200与法线52的夹角记为θ₃，光线300与法线52的夹角记为θ₄，以及光线200与楔形体42的下表面的夹角记为δ，光线200与光线100的夹角记为γ。各夹角满足下列公式：

α₁=tan^-1(H_cls/L)

γ=tan^-1(W/L)

δ=tan^-1(L/W)

θ₁=θ₂=(180-γ)/2

θ₃=θ₄=(90-δ)/2

β₁=90-α₁-θ₁

β₂=90-δ-θ₃

式中，L为第二侧面32的长度，W为第三侧面33的长度，H_cls为第一光源10的宽度。

图5为本发明的较佳实施例的可视角可调的节能型背光模组沿图1中的1-1截面的剖视图中实现第一可视角度时的光线传播路径的示意图，如图所示，光线200入射到第二微结构中的楔形体42的上表面并发生全反射变成光线300，光线300入射到三棱柱43的表面82并发生全反射变成400；最后，如图3所示，光线400从顶面20出射，形成第一面光源，为液晶显示屏提供第一可视角，第一可视角的半高全宽度数（FWHM）在±10°以内。在楔形体42的上表面，光线200与法线53的夹角记为ω₁，光线300与法线53的夹角记为ω₂，以及光线300与竖直方向夹角记为在三棱柱43的表面82，光线300与法线54的夹角记为ω₃，光线300与水平方向夹角记为ψ，光线400与法线54的夹角记为ω₄。各夹角满足下列公式：

ψ=tan^-1(H/L)

ω₃=ω₄

β₃=β₄=90-ψ-ω₃

式中，L为第二侧面32的长度，H为导光板的高度，即底面21与顶面20的距离。

图6为本发明的较佳实施例的可视角可调的节能型背光模组沿图1中的1-1截面的剖视图中实现第二可视角度时的光线传播路径的示意图，由第二光源11发出的光线依次被第四侧面34上的第四微结构和第一侧面31上的第五微结构反射至底面21，然后被底面21上的第三微结构反射至顶面20，遇到顶面20的按条状或带状分布的散射材料90后，光线500完全散开，为液晶显示屏提供第二可视角的平面光源，第二可视角的半高全宽度数（FWHM）在±60°与±70°之间。

本实施例的可视角可调的节能型背光模组在实现第一可视角时，在相同亮度下，所消耗的能源远小于实现第二可视角时的能源消耗。本发明的可视角可调的节能型背光模组可以实现液晶显示器在第一可视角和第二可视角之间的切换，这样，通过使用本发明的节能型背光模组，在一人观看液晶显示器时不必提供大角度的光亮而只需提供正向亮度，从而降低了液晶显示器的能耗，达到了节能的目的。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种可视角可调的节能型背光模组，其特征在于包括第一光源、第二光源和导光板；所述导光板为一个由第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、底面和顶面组成的六面体，其中，所述第二侧面与所述第四侧面成中心对称，所述第三侧面与所述第一侧面成轴对称，所述顶面与所述底面相互平行；所述第一光源紧贴所述第一侧面放置，所述第二光源紧贴所述第三侧面放置；

所述第二侧面与所述第一光源入射光线成一夹角，记为第一角度α₁；所述第四侧面与所述第二光源入射光线成一夹角，记为第二角度α₂，α_l和α₂大小相等且均大于0°；所述第三侧面与竖直面成一夹角，记为第三角度α₃，所述第一侧面也与竖直面成一夹角，记为第四角度α₄，α₃和α₄大小相等且均大于0°；

所述导光板的所述顶面涂覆有散射材料，所述散射材料呈条状或带状分布；

所述第二侧面设置有第一微结构，所述第一微结构使从所述第一光源发出并穿过所述第一侧面的光线能够反射到所述第三侧面；所述第三侧面设置有第二微结构，所述第二微结构使入射到所述第三侧面的光线能够反射到所述底面；所述底面设置有第三微结构，入射到所述底面的光线被所述第三微结构反射至所述顶面，并从所述顶面出射，形成面光源，所述面光源具有第一可视角，所述第一可视角的半高全宽度数(FWHM)在±10°以内；所述第四侧面设置有第四微结构，所述第四微结构使从所述第二光源发出并穿过所述第三侧面的光线能够反射到所述第一侧面；所述第一侧面设置有第五微结构，所述第五微结构使入射到所述第一侧面的光线能够反射到所述底面的所述第三微结构上，入射到所述底面的光线被所述第三微结构反射至所述顶面，并经过所述散射材料发生散射，形成第二可视角，所述第二可视角的半高全宽度数(FWHM)在±60°与±70°之间；

所述第一微结构为多个楔形体组成的阵列，每个楔形体在底面的投影为三角形，所述第二微结构为多个楔形体组成的阵列，每个楔形体在底面的投影为三角形，所述第三微结构为多个三棱柱组成的阵列，每个三棱柱在第二侧面或第四侧面上的投影为三角形，所述第四微结构为多个楔形体组成的阵列，每个楔形体在底面的投影为三角形，所述第五微结构为多个楔形体组成的阵列，每个楔形体在底面的投影为三角形；所述第四微结构与所述第一微结构成中心对称，所述第五微结构与所述第二微结构成中心对称。

2.如权利要求1所述的可视角可调的节能型背光模组，其特征在于，所述第一光源和所述第二光源为有机发光二极管或激光。

3.如权利要求1所述的可视角可调的节能型背光模组，其特征在于，所述第一微结构、所述第二微结构、所述第三微结构、所述第四微结构和所述第五微结构表面均涂覆有全反射材料。