CN1797106A - 导光板和背光模组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于液晶显示领域的导光板和背光模组。该导光板具有一切角，该导光板包括：一入射面，其为该切角的侧面；一出射面，其为该导光板的上表面并与该入射面相邻；和一与该出射面相对的反射面，该反射面形成若干朝该导光板外部凸出的呈圆弧状分布的V型微结构，该V型微结构具有同一圆心且朝向该入射面，该V型微结构的截面具有相同的形状，且距离入射面越远，其排列密度越密，尺寸越大。本发明的导光板与光源结合可实现传统背光模组的功能，而且具有高亮度，出射光均匀性好的优点。本发明还提供有使用该导光板的背光模组。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种应用于液晶显示领域的导光板和背光模组，尤其涉及一种侧光式的导光板和背光模组。
【背景技术】
导光板(Light Guide Plate，LGP)主要包括光入射面、反射面、出射面和几个侧面，是液晶显示背光模组***中的重要组成部分。其作用是引导分散点光源(例如发光二极管)或线光源(例如冷阴极管)发出的光从一个平面出射，同时提高面板发光灰度和发光亮度的均匀性。导光板一般采用合成树脂材料制成，其基板形状分为平板型和楔型曲面型。
进入导光板的光线将根据全发射原理在板内传播，当光线遇到导光板表面的微结构(Pattern)时，全发射条件被破坏，光线自导光板正面射出，疏密、大小不同的微结构设计，可以使导光板均匀发光。导光板微结构制造技术可以分成两大类：印刷式和非印刷式。前者利用网印方式将油墨印在导光板上，制作微结构形状和分布。后者则直接以射出成型技术，将微结构设计在模具内，在制成上较为简化，而且精密度高，是目前导光板技术主流。非印刷式制作方法又分为：化学刻蚀法、激光直写法和精密机械加工法等。
随着液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)在诸如手机、车载显示器、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)以及电视机等应用领域的拓展，对以导光板为主的背光技术提出了更高要求，主要表现在：高亮度、低成本、低能耗、轻薄化等。
如图1所示，目前传统的背光模组10，包括光源11、导光板13与反射板12、扩散片14以及增亮片15等光学膜片。其中反射片12是将未被散射的光线再导入导光板13中，扩散片14使光线形成漫射而均匀扩散，消除导光板上微结构形成的亮区，增亮片15起到会聚光线，提高亮度的作用。
然而，从光束的出射角度看，上述的导光板的设计不考虑角度控制，因此从导光板出射面出射的光束将背离光源而不是垂直出射面。这样的光束经过扩散片和增亮片等光学膜的作用后，才会以垂直于出射面的方向射向LCD，达到实际使用要求。
如图2A和图2B所示，2003年3月27日公开的第20030058382号美国专利申请揭示一种背光模组20，其包括：一导光板21，其背面形成若干个散光凹槽22，一设于导光板21一侧面中间的光源23，一设于导光板21上方的扩散片24，一设于导光板21下方的棱镜片25，其下表面设有V型凸起26，并于该棱镜片25的下表面形成一反射膜27，其中，该多个散光凹槽22以光源23为圆心呈圆弧状分布，且离光源23越远排列越密(如图2B所示)。从上述结构可以看出，为了达到整个背光模组的输出光束能够垂直入射到液晶板上，背光模组20除导光板21外，还需要在该导光板21下方设置镀膜的棱镜片25，导光板21上方设置扩散片24，所以该背光模组20结构复杂，而且其光源23设置在导光板21的侧边中部，不利于导光板出射光能均匀性的调节。
如图3和图3B所示，2003年7月24日公开的第20030137824号美国专利申请揭示一种背光模组30，其包括：一长方形导光板31，其下表面形成若干个间断分布的散光凹槽32，一设于导光板31顶角处的LED光源33，一设于导光板31上方的散射棱镜片34，一设于导光板31下方的反射片35，其中，该多个散光凹槽32以光源33为圆心呈圆弧状分布，且相邻圆弧间隔相等(如图3B所示)，该背光模组30结构同样复杂：除导光板31外、还需反射片35和兼有棱镜片和扩散片功能的散射棱镜片34。
如图4A和图4B所示，2003年9月11日公开的第20030169584号美国专利申请揭示一种背光模组40，其包括：一长方形导光板41，一LED光源43设于导光板41顶角处，导光板41下表面形成若干个以LED光源43为中心的圆弧条状分布的V型凹槽42，且其相邻V型凹槽42间隔相等，一设于导光板41上方的棱镜片44，一设于导光板41下方的反射片45。但是，该背光模组40除导光板外，还需要反射片45和棱镜片44，结构仍然比较复杂，而且导光板41反射面的凹槽42不利于对出射光束均匀性的调节。
有鉴于此，有必要提供一种不需加设光学膜片而能使出射光垂直出射面射出的导光板及应用该种导光板的背光模组。
【发明内容】
本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种导光板，可以不需加设光学膜片而能使出射光垂直出射面射出。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种背光模组，其具有上述导光板，从而可以不需加设光学膜片而实现使出射光垂直出射的功能：。
为解决上述第一个技术问题，本发明提供的技术方案是：一种导光板，其具有一切角，该导光板包括：
一入射面，其为该切角的侧面；
一出射面，其为该导光板的上表面并与该入射面相邻；和
一与该出射面相对的反射面，其中，该反射面形成若干朝该导光板外部凸出的呈圆弧状分布的V型微结构，该V型微结构具有同一圆心且朝向该入射面，该V型微结构的截面具有相同的形状，且距离入射面越远，其排列密度越密，尺寸越大。
为解决上述第二个技术问题，本发明提供的技术方案是：一种背光模组，其包括：
一光源；
和一导光板，其具有一切角，该导光板包括：
一入射面，其为该切角的侧面，该光源靠近该入射面；
一出射面，其为该导光板的上表面并与该入射面相邻；和
一与该出射面相对的反射面，其中，该反射面形成若干朝该导光板外部凸出的呈圆弧状分布的V型微结构，该V型微结构具有同一圆心且朝向该入射面，该V型微结构截面具有相同的形状，且距离入射面越远，其排列密度越密，尺寸越大。
与现有技术相比较，本发明导光板反射面V型微结构的密度排列设计可以更好的使导光板的出射光控制在垂直出射面的方向上，最大限度的利用了光能。这样的导光板及由其与具有高亮度的侧面线光源组成的背光模组在功能上提高了亮度，在结构上去除了传统背光模组的反射片、扩散片和增亮片等光学膜，简化了***，提高了性能。同时，本发明通过调节V型微结构的角度可以控制出射光亮度的出射角度。
相对于现有技术，本发明反射面微结构的设计将导光板的出射光控制在垂直出射面的方向上，最大限度的利用了光能。这样的导光板及由其组成的背光模组在功能上提高了亮度，在结构上去除了传统背光膜组的反射片、扩散片和增亮片等光学膜，简化了***，提高了性能。同时可通过调节弯曲的V型微结构的大小和排列密度来控制出射光亮度的均匀性。
【附图说明】
图1是传统的侧面照明背光模组的结构示意图。
图2A是现有技术第20030058382号美国专利申请的背光模组截面示意图。
图2B是图2A的导光板反射面微结构的分布示意图。
图3是现有技术第20030137824号美国专利申请的背光模组截面示意图。
图3B是图3的导光板反射面微结构的分布示意图。
图4A是现有技术第20030169584号美国专利申请的背光模组截面示意图。
图4B是图4A的导光板反射面微结构的分布示意图。
图5是本发明第一实施例导光板结构仰视图。
图6是图5沿VI-VI直线的截面示意图。
图7是图6局部VII的放大示意图。
图8是本发明第二实施例导光板结构仰视图。
图9是本发明第三实施例导光板结构仰视图。
图10是本发明第四实施例导光板结构仰视图。
图11是本发明第五实施例导光板入射面结构示意图。
图12是本发明导光板的入射面三种微结构的示意图。
图13是本发明第一实施例导光板的出射光束角度分布图。
图14是本发明第一实施例沿X轴和Y轴方向的归一化光强曲线图。
图15是本发明第五实施例导光板的出射光束角度分布图。
图16是本发明第五实施例沿X轴和Y轴方向的归一化光强曲线图。
【具体实施方式】
下面将结合附图和多个实施例对本发明的导光板和背光模组作进一步的详细说明。
请一起参阅图5和图6，本发明第一实施例提供一被切去一顶角的正方形平板导光板50，其包括：一入射面52，其为切角的侧面，该入射面52靠近光源51；一出射面53，其为该导光板50的上表面并与该入射面52相邻；和一与该出射面53相对的反射面54。本实施例的导光板50由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料制成，其可应用于尺寸为14.1英寸的液晶显示器，且其被切去的一顶角为等腰三角形。本实施例的光源51可采用发光二极管。
其中，该反射面54形成有若干朝导光板50外部凸出，并沿以该切角顶点为圆心的圆弧状分布的V型微结构540。如图7所示，该若干V型微结构540的顶角θ3的取值范围为40～95度，其与反射面54所在平面所形成的第一和第二底角θ1、θ2的取值范围分别为70～90度和15～50度。本实施例中该若干V型微结构540的顶角θ3优选62度，第一和第二底角θ1、θ2优选为81度和37度。
为提高出射光的均匀性，该若干V型微结构540的尺寸沿背离该入射面52的方向是由小到大排布的。即其靠近光源处的V型微结构540较小，远离光源处的V型微结构540较大。而且，每相邻V型微结构540之间的距离D相等，即相邻靠近入射面的V型微结构540的第一底角θ1与反射面54的交点之间的距离相等。该距离D等于最大V型微结构540的宽度。需注意的是，该V型微结构540尺寸的递增方式一般呈非线性规律，并将根据导光板材料特性和出射光亮度均匀性的要求而需具体设计。
该若干V型微结构540的宽度d范围为1～300微米，此范围的尺寸使得人眼不容易通过液晶显示器看出导光板上的V型微结构540，从而可以去除传统背光模组中会造成很大能量损失的扩散片。可以理解的是，根据加工工艺水平的提高，宽度d也可以小于1微米。如果该导光板50有局部透光亮度偏高的现象，可以缩小V型微结构540的大小以及降低V型微结构540的排列密度；反之，如果局部透光亮度偏低，可以增大V型微结构540的大小和增加V型微结构540的排列密度。
为提高能量利用率，反射面54可设有一增反膜(图未示)，其为金属或者介质镀膜，如铝膜和银膜等。反射面54包括凸出的V型微结构540通过镀膜等工艺具有高的反射率。另外，除入射面52外的四个侧面，也应该具有高的反射率，可以通过镀增反膜(图未示)来实现。
可以理解的是，本发明的导光板反射面的若干弯曲的V型微结构具有同一圆心，但是，该圆心的位置并无需特别限制，只要其满足若干弯曲的V型微结构的凹曲面朝向入射面即可。
请参阅图8，本发明的第二实施例的导光板80反射面的若干弯曲的V型微结构840具有同一圆心，该圆心在光源81的左侧。且该若干弯曲的V型微结构840的凹曲面朝向该导光板80的入射面82，并完全包住该入射面82，使所有从入射面82进入的光被反射面若干弯曲的V型微结构840所反射。
请参阅图9，本发明的第三实施例的导光板90反射面的若干弯曲的V型微结构940具有同一圆心，该圆心在光源91的右侧。且该若干弯曲的V型微结构940的凹曲面朝向该导光板90的入射面92，并完全包住该入射面92，使所有从入射面92进入的光被反射面若干弯曲的V型微结构940所反射。
请参阅图10，本发明的第四实施例的导光板100与第一实施例的导光板的不同在于：该导光板100的反射面(未标示)上的弯曲的V型微结构104为不连续的沿曲线分布。
上述第二、第三和第四实施例的导光板同样能达到不需加设光学膜片而能使出射光垂直出射面射出，而且具有高亮度，出射光均匀性好的优点。
为进一步提高光源入射光的均匀性，本发明可于导光板的入射面设置周期排列的微结构：请参阅图11，本发明第五实施例的导光板110在第一实施例导光板基础上，在入射面112表面加工纵向周期排列的V型微结构114。该V型微结构114为高度大小一致的等腰长条形状，其顶角取值范围为50～150度，高度不超过500微米。本实施例的周期排列的V型微结构114的顶角为120度，其宽度为0.2微米。
可以理解的是，如图12所示，本发明的在入射面设置的微结构可以设置为密接周期分布的V型微结构121或间断周期分布的V型微结构123，以及密接周期分布的半圆柱型凸起微结构125等，或者其他周期分布的凸起微结构。上述微结构同样能提高光源入射光的均匀性。
下面结合实验数据详细说明本发明各实施例的导光板。
请参阅图13，其为第一实施例只有反射面设有微结构的可单侧照明导光板的出射光束角度分布图，可以看出能量基本集中在中间出射。
请参阅图14，其为第一实施例只有反射面设有微结构的沿X轴(光束传播方向)和Y(垂直光束传播方向)轴方向的归一化光强曲线图。它们反映了出射光束的角度分布情况，从图14可以看出沿X轴和Y轴两个方向的角度半宽都在25度内，大部分光束沿垂直于导光板出射面的方向射出，所以，一片本发明的导光板和光源就能达到传统背光模组的角度输出要求。
请参阅图15，其为第五实施例反射面和入射面设有微结构的导光板的出射光束角度分布图。从图15可以看出其出射角度基本集中在中心区域。
请参阅图16，其为第五实施例反射面和入射面设有微结构的沿X轴和Y轴方向的归一化光强曲线图。它们反映了出射光束的角度分布情况，从图16可以看出沿X轴和Y轴两个方向的角度半宽都在25度内，大部分光束沿垂直于导光板出射面的方向射出，所以，一片本发明的导光板和光源就能达到传统背光模组的角度输出要求。
可以理解的是，本发明的导光板可设计为楔型。本发明的导光板与点光源可组成具有高亮度、均匀性好的背光模组。导光板材料除了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)还可是聚碳酸酯(PC)，或者是亚克力等一般的合成树脂材料。
本发明导光板反射面微结构的设计可以更好的使导光板的出射光控制在垂直出射面的方向上，最大限度的利用了光能。这样的导光板及由其与点光源组成的背光模组在功能上提高了亮度，在结构上去除了传统背光模组的反射片、扩散片和增亮片等光学膜，简化了***，提高了性能。同时，本发明通过调节V型微结构的角度可以控制出射光亮度的出射角度。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (15)
1.一种导光板，其具有一切角，该导光板包括：
一入射面，其为该切角的侧面；
一出射面，其为该导光板的上表面并与该入射面相邻；和
一与该出射面相对的反射面，其特征在于该反射面形成若干朝该导光板外部凸出的呈圆弧状分布的V型微结构，该V型微结构具有同一圆心且朝向该入射面，该V型微结构的截面具有相同的形状，且距离入射面越远，其排列密度越密，尺寸越大。
2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于该圆弧状分布的V型微结构包括连续或不连续分布。
3.如权利要求1所述的导光板，其特征在于该V型微结构的顶角为40～95度，其与反射面所在平面所形成的第一和第二底角分别为70～90度和15～50度。
4.如权利要求3所述的导光板，其特征在于该V型微结构的顶角为62度，其与反射面所在平面所形成的第一和第二底角分别为81度和37度。
5.如权利要求1所述的导光板，其特征在于该V型微结构的宽度范围为1～300微米。
6.如权利要求1所述的导光板，其特征在于该入射面设有纵向周期排列的微结构。
7.如权利要求6所述的导光板，其特征在于该微结构包括密接周期分布或间断周期分布的V型微结构，或周期分布的圆柱型凸起微结构。
8.如权利要求7所述的导光板，其特征在于该V型微结构为高度大小一致的等腰长条形状，其顶角取值范围为50～150度，高度不超过500微米。
9.如权利要求1所述的导光板，其特征在于该导光板的反射面镀有增反膜。
10.如权利要求9所述的导光板，其特征在于该增反膜为金属膜或非金属膜。
11.如权利要求10所述的导光板，其特征在于该金属膜为铝膜或银膜。
12.如权利要求1所述的导光板，其特征在于该导光板为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯，或者亚克力合成树脂材料构成。
13.如权利要求1所述的导光板，其特征在于该导光板包括平板型和楔型。
14.一种背光模组，其包括：
一光源；和
一导光板，其具有一切角，该导光板包括：
一入射面，其为该切角的侧面，该光源靠近该入射面；
一出射面，其为该导光板的上表面并与该入射面相邻；和
一与该出射面相对的反射面，其特征在于该反射面形成若干朝该导光板外部凸出的呈圆弧状分布的V型微结构，该V型微结构具有同一圆心且朝向该入射面，该V型微结构的截面具有相同的形状，且距离入射面越远，其排列密度越密，尺寸越大。
15.如权利要求14所述的背光模组，其特征在于该光源为发光二极管。
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