CN1510439A - 导光板和背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种导光板和采用该导光板的背光模组，该导光板包括一第一表面、一与该第一表面相对的第二表面、多个边侧面和多个扩散单元。其中，该第二表面是光出射面，该扩散单元设置于该第一表面，该多个边侧面中至少有一个为光入射面，而其它边侧面则为光反射侧面。各扩散单元在该第一表面的投影面积，和其与该多个边侧面内或外的至少一坐标点集合中各坐标点、和该各坐标点在该光反射侧面上形成的镜像坐标点的距离倒数平方和成正比。该扩散单元可以提高配合线光源的导光板和采用该导光板的背光模组的出光均匀度。

Description

导光板和背光模组

【技术领域】

本发明涉及一种导光板和采用该导光板的背光模组。

【背景技术】

由于液晶显示器面板中的液晶本身不具发光特性，所以，为达到显示效果，需要给液晶显示器面板提供一面光源装置，如背光模组，其功能在于向液晶显示器面板供应辉度充分而且分布均匀的面光源。

现有技术背光模组主要由光源、导光板、反射板、扩散板和棱镜板组成。其中，该光源可设置于导光板一侧或两相对侧并将光线发射至该导光板。该导光板的作用在于引导光线传输方向，使光线由导光板的出光面均匀出射。因为光源发出的光线是从导光板侧面进入，所以导光板靠近光源的部分较亮，而远离光源的部分较暗，因此，为增加导光板的出光效率和均匀度，通常在导光板的一面设置V形槽或配置光扩散网点。当光线传输至V形槽或光扩散网点时，光线将发生反射和散射，并向各个不同方向传输，最终由导光板的出光面射出。利用各种疏密、大小不同的V形槽或光扩散网点，可以使导光板发光均匀。

一种具有底面网点分布的现有技术背光模组如图1和图2所示，其揭露于1994年11月8日公告的美国专利第5,363,294号。该专利揭示的背光模组包括一导光板22、一线光源21、一扩散板27和两反射板25、29。该导光板22包括一光入射面223、光出射面221、端面224和底面222，该线光源21位于该导光板22光入射面223一侧，该反射板29设置于该端面224一侧，该扩散板27相对该光出射面221设置，该反射板25相对该底面222设置。其中，为有效利用线光源21所发出的光线而设置一反射灯罩28环绕该线光源21。该导光板22底面设置许多呈行列状排布的网点26。

请参阅图2，是该网点26在该导光板22底面222的分布示意图。该网点26沿和线光源21轴向平行的方向排成多列，且每一列中网点26的大小相同。该网点26沿和线光源21轴向垂直的方向排成多行，且每一行中网点26的大小不同，其中，靠近线光源21的网点26最小，随着和线光源21之间距离的增大，该网点26呈线性关系逐渐变大。由于线光源21所发出光线的强度随着传输距离的增加而降低，而且导光板22远离线光源21的一端面贴有反射板29(如图1所示)，该反射板29对投射在其上光线的反射，造成该导光板22内光线强度并非在远离线光源21的端面224达到最小，其最小光线强度所处位置介于光入射面223和端面224之间且靠近该端面224。该网点26的尺寸在该导光板22内光线强度最小处达到最大，并随之以恒定大小分布至该导光板22远离线光源21的端面224。

该导光板22可基本解决靠近线光源21的部分发光较亮，而远离线光源21部分发光较暗的技术问题，但是，由于该导光板22端面224设置有反射板29，其将入射其上的光线反射回导光板22内，导致该导光板22端面224附近的实际光线强度并非是恒定大小分布，而是最靠近端面224处光线强度比稍远离端面224的部份大，此称为边界反射效应，所以该网点26在端面224附近的恒定大小分布不能使该导光板22出光均匀。同样，导光板22侧面225附近也存在边界反射效应问题，列向排列的网点26的恒定大小分布也不能使该导光板22出光均匀。

另外，由于线光源21发出的光线在导光板22内传输过程中，通常在导光板22光出射面221和底面222之间多次反射，其在导光板22从光源21到端面224附近部份的实际光线强度并非是线性关系变化。由于线光源21具有一定长度，导光板22靠近线光源21中心的部分接受的光线比靠近线光源21两端的部分多，并且，线光源21两端靠近电极部分的亮度比中间低，导致导光板22靠近线光源21两端部分的发光亮度比靠近线光源21中心部分的发光亮度低，因此，该网点26在该导光板22底面的分布仍难以实现整个导光板22出光度的完全均匀一致。

此外，当线光源21替换成点光源如多个发光二极管(LightEmitting Diode)(图未示)时，由于该多个发光二极管排成一列，导光板22靠近该多个发光二极管行列中心的部份接受的光线较靠近该多个发光二极管行列二端的部份多，致使导光板22靠近该多个发光二极管行列二端的部份(除侧面225附近外)发光亮度比靠近该多个发光二极管行列中心的部份发光亮度低，且导光板22邻近各发光二极管部份的发光亮度比各发光二极管之间的部份高，从而影响该导光板的光学性能。

同样，采用上述配合点光源的导光板的背光模组发光均匀度也较低。

【发明内容】

为了克服现有技术导光板和背光模组采用点光源作为光源时发光不均匀的缺陷，本发明提供一种采用点光源具有较高发光均匀度的导光板和背光模组。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一导光板，该导光板包括一第一表面、一和该第一表面相对的第二表面、多个边侧面和多个扩散单元。其中，该第二表面是光出射面，该扩散单元设置在该第一表面，该多个边侧面至少有一个为光入射面，而其它边侧面则为光反射侧面。各扩散单元在该第一表面的投影面积，和其与该多个边侧面内或外的至少一坐标点集合中各坐标点、和该各坐标点在该光反射侧面上形成的镜像坐标点的距离倒数平方和成正比。

本发明同时提供一种背光模组，该背光模组包括至少一点光源和一上述导光板。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明导光板底面的网点在该底面的投影面积和光出射面对应区域的光线导出强度成正比关系，可使该配合发光二极管等点光源的导光板和采用该导光板的背光模组发光均匀。

【附图说明】

图1是现有技术背光模组的侧视图。

图2是图1所示导光板底面的网点分布示意图。

图3是本发明导光板第一实施方式的侧视图。

图4是图3所示导光板底面的网点分布示意图。

图5是图4所示坐标点集合和其在该导光板光反射侧面的镜像坐标点集合示意图。

图6是采用本发明导光板第一实施方式的背光模组的示意图。

图7是本发明导光板第二实施方式的侧视图。

图8是图7所示导光板底面的网点分布的示意图。

图9是本发明导光板第三实施方式的侧视图。

【具体实施方式】

请一起参阅图3和图4，是本发明导光板第一实施方式的侧视图和底面的网点分布示意图。该导光板32包括一光入射面323、一光出射面321、多个光反射面324、一底面322和多个分布于底面322的光扩散网点36。其中，该导光板32是一矩形平板，该光出射面321和底面322是相对设置。

该导光板32是以透明材料如丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚乙烯树脂或玻璃等制成。该光入射面323接收来自光源(图未示)的光线，并将其导入该导光板32内。该光出射面321将光线导出该导光板32。该光反射面324将射至其上的光线反射回导光板32从由该光出射面321出射，以防止光线从该光反射面324出射而造成损失。光反射面324和底面322可以贴附反射板，也可以采用反射膜直接镀于其上，以使在导光板32内传输的光线充分反射，最终从光出射面321出射。

该网点36设置于该导光板32底面322上，其向底面322外突出。该网点36是用来提高该导光板32的出光均匀度，其也可是其它光扩散单元，如棱镜结构等。该网点36可通过印刷或射出成型的方法制作。该网点36是圆球面体，其在导光板32底面322的投影是圆形，当然，该网点36也可为椭圆体、多面体、圆锥体或削去尖端的锥形台等，其在底面322的投影也相应可以是椭圆形或多边形。该网点36呈现行列形状分布在该导光板32的底面322上，其中，沿和光入射面323平行的方向(图中标示为Y)以均匀间距设置多列网点36，沿和光入射面323垂直的方向(图中标示为X)以均匀间距设置多行网点36。为进一步增强网点36对光线的作用，和光入射面323平行而且相邻的奇数列和偶数列网点36也可以分别错开半行距离而呈现交错式分布，当然，该网点36也可以以其它方式规则排列。

请参阅图5，是图4所示坐标点集合37和其在该导光板32光反射侧面324的镜像坐标点集合37’示意图。由于该光反射侧面324是镜面，故该坐标点集合37以三个光反射侧面324为镜面而在导光板32外部形成三个镜像坐标点集合37’。网点36在该底面322上的投影面积和该光入射面323内或外的至少一坐标点集合37中各坐标点有关，还和该坐标点集合37中各坐标点在该光反射侧面324上形成的镜像坐标点37’有关，其具体关系为：该网点36在该底面322上的投影面积，和其与该多个光反射侧面324内或外的至少一坐标点集合37中各坐标点、及该各坐标点在该光反射侧面324上形成的镜像坐标点37’的距离倒数平方和成正比。各网点36的半径大小R满足公式：

$R=r_0+k\sqrt{\underset{h=1}{\overset{w-m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{n_i}{\mathrm{\Σ}}}{f}_h\frac{1}{{(X-X_{\mathrm{hji}})}^2+{(Y-Y_{\mathrm{hji}})}^2}+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{n_j}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{{(X-X_{\mathrm{ji}})}^2+{(Y-Y_{\mathrm{ji}})}^2}}$

其中，(X，Y)、(X_ji，Y_ji)和(X_hji，Y_hji)属于一直角坐标系，(X，Y)是网点36的坐标，(X_ii，Y_ii)是对应坐标点集合37中各坐标点的坐标，(X_hji，Y_hji)是对应坐标点集合37中各坐标点在该光反射侧面324的镜像坐标点37’中各坐标点的坐标，w为导光板32全部光入射面323和光反射侧面324数目的总和，m是光入射面323的数目，则光反射侧面324的数目为：w-m，假设每一光入射面323仅有一坐标点集合37，n_j是对应光入射面323一侧坐标点集合37中坐标点的数目，对于本实施例，m为1，w为4，所以光反射侧面324的数目为3，n_j即是n₁，数值为3，f_h为对应光反射侧面324的反射率，i和j为自然数，h为整数，r₀和k为常数，对应于不同结构和尺寸的导光板，不同的坐标点集合37和其中的坐标点数量和位置有不同的k值和r₀值。

本发明导光板32用于背光模组时，如在其底面322没有设置网点36，其内光线导出强度从光入射面323到光反射侧面324附近部份(C区)离光入射面323越远越弱，光入射面323和反射侧面324之间的导光板32部份(B区)发光相对C区较弱，但是，由于导光板32光反射侧面324附近存在边界反射效应，该导光板32光反射侧面324附近(A区)的实际光线强度比稍远离该光反射侧面324处(B区)强度大，这样，当在该导光板32的底面322设置依据本发明而分布的网点36时，由于网点36在该底面322上的投影面积和光出射面321对应区域的光线导出强度成正比关系，因而可实现该导光板32的整体均匀出光。

请参照图6，是采用本发明导光板的背光模组一实施方式的示意图。该背光模组包括导光板32和设置在其侧面的光源31，如多个发光二极管，该导光板32底面322设置有反射板或反射膜(图未示)。光线自光源31射出，进入导光板32后一部分光在底面322的网点36上进行散射和反射，射至底面322的光线被该底面322设置的反射板或反射膜反射回导光板32内，从而可以实现该背光模组整体均匀发光。

本发明导光板的第二实施方式如图7和图8所示。该导光板42包括两光入射面423、一光出射面421、光反射面424、一底面422和底面422上的网点46。其中，该导光板42是一矩形平板，该光出射面421和底面422是相对设置。该实施方式和第一实施方式基本相同，不同之处在于第二实施方式的光入射面423为两个，当然，光入射面423也可以多于两个。该两光入射面423附近都有坐标点集合47，其数目总计为6，当然，也可以是其它数值，而且，该网点46在该底面422的投影面积排布取决于该坐标点集合47数目和各坐标点集合47与该网点46的距离。

本实施方式导光板42用于背光模组时，如果在其底面422没有设置网点46，则其内光线导出强度从光入射面423到光反射侧面424附近部份离光入射面423越远越弱，光入射面423和光反射侧面424之间的导光板42部份发光相对较弱。但是，由于导光板42光反射侧面424附近存在边界反射效应，该导光板42光反射侧面424附近的实际光线强度较稍远离该光反射侧面424处强度大，而在该导光板42底面422设置依据本发明分布的网点46时，由于网点46在该底面422的投影面积和光出射面421对应区域的光线导出强度成正比关系，因而可以实现该导光板42整体均匀发光。

请参阅图9，是本发明导光板第三实施方式的侧视图。该导光板52包括一光入射面523、一光出射面521、光反射面524、一底面522和底面522上的网点56。其中，该导光板52是一楔形板，该光出射面521和底面522是相对设置，该网点56在该底面522上的投影面积分布和本发明第一实施方式相似。

当然，本发明导光板还可以是其它形状，如弧形板、弯折板等；该网点也可以设置于本发明导光板的光出射面；该网点也可以凹进该底面；该坐标点集合也可以设置在该导光板的光入射面内。

上述导光板用于背光模组时，导光板边侧面内或外的坐标点集合处可以放置点光源，如发光二极管。

Claims (9)

1.一种导光板，其包括一第一表面、一与该第一表面相对的第二表面、多个边侧面及多个扩散单元，该第二表面是光出射面，该多个边侧面至少有一个为光入射面，其它边侧面是光反射侧面，该扩散单元设置于该第一表面，其特征在于：各扩散单元在该导光板第一表面的投影面积和其与该多个边侧面内或外的至少一坐标点集合中各坐标点、和该各坐标点集合在该光反射侧面上形成的镜像坐标点集合中的各坐标点的距离倒数平方和成正比。

2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于：该导光板第一表面上的扩散单元凸出或凹进该底面。

3.如权利要求1所述的导光板，其特征在于：该扩散单元在该导光板第一表面的投影是圆形。

4.如权利要求1所述的导光板，其特征在于：该扩散单元在该导光板第一表面的投影是椭圆形或多边形。

5.如权利要求1所述的导光板，其特征在于：该扩散单元形状大致相同。

6.如权利要求1所述的导光板，其特征在于：该扩散单元是矩阵排列。

7.如权利要求1所述的导光板，其特征在于：该第一表面和该扩散单元是一体成型。

8.如权利要求3所述的导光板，其特征在于：该扩散单元在该第一表面的投影的圆形半径R为：

$R=r_0+k\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_0^{L_i}\frac{1}{{(X-(l_i\cos {\mathrm{\θ}}_i+{\mathrm{xs}}_i))}^2+{(Y-(l_i\sin {\mathrm{\θ}}_i+{\mathrm{ys}}_i))}^2}}{\mathrm{dl}}_i$

其中，(X，Y)、(X_ji，Y_ji)和(X_hji，X_hji)属于一直角坐标系，(X，Y)是各扩散单元的坐标，(X_ji，Y_ji)是对应坐标点集合中各坐标点的坐标，(X_hji，Y_hji)是对应坐标点集合中各坐标点在该光反射侧面的镜像坐标点中各坐标点的坐标，w为导光板全部光入射面和光反射侧面数目的总和，m是光入射面的数目，w-m是光反射侧面的数目，假设每一光入射面仅有一坐标点集合，n_j是对应光入射面一侧坐标点集合中坐标点的数目，f_h为对应光反射侧面的反射率，I和j为自然数，h为整数，r₀和k为常数，对应于不同结构和尺寸的导光板、不同的坐标点集合和其中的坐标点数量和位置有不同的k值和r₀值。

9.一背光模组包括至少一点光源和一导光板，该点光源设置在该导光板光入射面一侧，其特征在于：该导光板是如权利要求1至9任一项所述的导光板。

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