CN204945564U - 背光模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种背光模组，包括一导光板与一光耦合模块，所述光耦合模块包括一发光源与一集光器；所述导光板的一用以接收光源的侧面为入光面；所述发光源位于集光器一侧，与所述导光板的入光面非直接耦合；所述集光器包括一准直透镜与一自由曲面反射器；所述集光器设置于所述发光源与所述导光板之间，用以将所述发光源发出的光束收集、缩束并会聚至所述导光板的入光面。本实用新型改变了传统***中发光源直接耦合至导光板的光线路径，采用提出的光耦合模块，发光源发出的光线先通过集光器收集、缩束和会聚，再耦合入导光板的入光面，使得侧入式导光板的厚度不再受限于发光源的截面宽度，实现背光模组的薄型化的同时保证了***的高光能利用率。

Description

背光模组

技术领域

本实用新型涉及液晶显示领域，特别是一种背光模组。

背景技术

近年来，液晶显示技术由于其产品体积轻薄，占用空间小，辐射小等优点，逐渐替代了传统的阴极射线管显示技术，占据了平板显示产品的主流。液晶显示器并非主动发光型显示装置，需要背光模组为其提供照明，图像才能得以显示。背光模组的作用是将点光源或者线光源发出的光通过导光板形成液晶显示所需的面光源，它不仅决定了液晶显示器的光效率、均匀性及颜色特性，而且是背光模组薄型化的关键。

按照发光源的排布位置可以把背光模组分为侧入式和直下式两种。随着电子元器件的微型化，侧入式背光模组在提升空间利用率为主题的应用背景下成为研究重点。如图1所示，侧入式背光模组是将发光源11设置在导光板一侧，其光学部件由发光源11、导光板13、反射板14、下扩散片15、增亮片16和上扩散片17构成。侧入式背光模组中，发光源11是线光源或者由点光源串联组成的线光源，发光源11直接置于导光板的入光面131，将光耦合入导光板形成全反射，当光线被导光板底部的散射网点19散射后，将依次经过下扩散片15、增亮片16和上扩散片17后照明液晶面板18。通过这种方式，背光模组能够一定程度上实现液晶显示的薄型化设计。然而，如果要进一步薄型化导光板，为了尽可能多地耦合光能以提高利用率，就必须要采用截面宽度小于导光板厚度133的发光源，否则发光源的光能将有部分不能进入到导光板中，不仅造成了能量利用率低下，而且会出现漏光现象影响对比度。发光源的截面宽度不能随着导光板的薄型化要求无限变小，那样总光通量就无法达到要求，因此根本上来说，侧入式导光板的进一步薄型化实际是受到了发光源截面宽度的制约，即，在保证光效率和对比度的前提下，导光板的厚度133必须要比发光源截面宽度大。为解决这一问题，本发明提出了含有光耦合模块的背光模组，它可以解决导光板厚度受制于发光源截面宽度的问题，不仅提升了光能利用率，降低了***功耗，而且能够有效缩减导光板及背光模组的厚度，从根本上实现液晶显示背光模组的薄型化。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种背光模组结构，其中含有的光耦合模块置于导光板之前，用于耦合发光源的光能量，提升***光能利用率，从根本上实现导光板的薄型化设计。

本实用新型采用以下方案实现：一种背光模组，包括一导光板与一光耦合模块，所述光耦合模块包括一发光源与一集光器，所述导光板的一用以接收光源的侧面为入光面；所述发光源位于集光器一侧，与所述导光板的入光面非直接耦合；所述集光器包括一准直透镜与一自由曲面反射器；所述集光器设置于所述发光源与所述导光板之间，用以将所述发光源发出的光束收集、缩束并会聚至所述导光板的入光面。

进一步地，所述发光源为由LED点光源串联组成的线光源，其发光面的法线方向与导光板的入光面不在共同的光轴上。

进一步地，所述线光源的横截面宽度大于所述导光板的厚度。

进一步地，所述准直透镜为一旋转对称结构，所述准直透镜的对称轴与所述发光源的对称轴重合；所述准直透镜设置于所述发光源的一侧，用以将发光源发出的光线进行收集准直后入射至所述自由曲面反射器。

进一步地，所述自由曲面反射器为非旋转对称结构，所述自由曲面反射器设置于所述准直透镜的出射面处；所述自由曲面反射器的反射面镀膜形成一用以接收所述准直透镜的出射光线并将其反射会聚至所述导光板的入光面的镜面反射层。

进一步地，所述导光板的上表面为出光面，所述出光面与一液晶面板相对应。

进一步地，所述导光板为可透光的楔形板或平面板。

进一步地，所述导光板为亚克力材质。

较佳的，所述集光器中采用的准直透镜将LED光源发出的光线进行收集准直，准直透镜通过折射定律、微分几何法和等光程原理建立方程组后解方程得到各个面上的轮廓点，将轮廓点导入SolidWorks中形成样条曲线，通过旋转得到准直透镜实体；另外，所述集光器中的自由曲面反射器为非旋转对称结构，将准直后的光线反射汇聚至导光板的入光面。自由曲面反射器上的自由曲面通过二维几何划分法得到自由曲面上的轮廓点，将轮廓点导入SolidWorks中形成样条曲线，拉伸形成自由曲面反射器实体。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型改变了传统***中发光源直接耦合至导光板的光线路径，采用提出的光耦合模块，发光源发出的光线先通过集光器收集、缩束和会聚，再耦合入导光板的入光面。所以，本实用新型的提出使得侧入式导光板的厚度不再受限于发光源的截面宽度，使得更薄的导光板能够得以应用，从根本上实现背光模组的薄型化的同时保证了***的高光能利用率。

附图说明

图1为现有技术的侧入式背光模组的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中侧入式背光源LED集光模块安装于背光模组中的结构示意图。

图中：11-发光源；13-导光板；131-导光板入光面；132-导光板出光面；133导光板厚度；14-反射板；15-下扩散片；16-增亮片；17-上扩散片；18-液晶面板；19-散射网点；21-集光器；211-准直透镜；212-自由曲面反射器；31-光耦合模块。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

本实施例提供一种背光模组，包括一导光板与一光耦合模块，所述光耦合模块包括一发光源与一集光器，所述导光板的一用以接收光源的侧面为入光面；所述发光源位于集光器一侧，与所述导光板的入光面非直接耦合；所述集光器包括一准直透镜与一自由曲面反射器；所述集光器设置于所述发光源与所述导光板之间，用以将所述发光源发出的光束收集、缩束并会聚至所述导光板的入光面。

在本实施例中，所述发光源为由LED点光源串联组成的线光源，其发光面的法线方向与导光板的入光面不在共同的光轴上。

在本实施例中，所述线光源的横截面宽度大于所述导光板的厚度。

在本实施例中，所述准直透镜为一旋转对称结构，所述准直透镜的对称轴与所述发光源的对称轴重合；所述准直透镜设置于所述发光源的一侧，用以将发光源发出的光线进行收集准直后入射至所述自由曲面反射器。

在本实施例中，所述自由曲面反射器为非旋转对称结构，所述自由曲面反射器设置于所述准直透镜的出射面处；所述自由曲面反射器的反射面镀膜形成一用以接收所述准直透镜的出射光线并将其反射会聚至所述导光板的入光面的镜面反射层。

在本实施例中，所述导光板的上表面为出光面，所述出光面与一液晶面板相对应。

在本实施例中，所述导光板为可透光的楔形板或平面板。

在本实施例中，所述导光板为亚克力材质。

在本实施例中，具体参见图2，其中侧入式导光板的光耦合模块31包括一个发光源11，一集光器21。所述侧入式导光板13为可透光的楔形板或平面板结构，其材质以亚克力为主，导光板的侧面为入光面131，上表面为出光面132，出光面132与液晶面板18相对应。

所述发光源11位于集光器21下方，与导光板入射端面131非直接耦合，是整个背光模组的照明光源，发光源11是由LED点光源串联组成的线光源，其横截面宽度大于导光板的厚度133，从而使得导光板厚度133取得更薄的值时，不会受到光源横截面宽度的限制，发光面的法线方向与导光板的入射端面131不在共同的光轴上。

所述集光器21沿着光传播方向位于发光源11和导光板13之间，该集光器21中准直透镜211将LED光源发出的光线进行准直收集，准直后的光线到达自由曲面反射器212，自由曲面反射器212将准直后的光线经过自由曲面反射面进行反射汇聚至导光板的入光面131。其中，准直透镜211为旋转对称结构，自由曲面反射器212为非旋转对称结构。自由曲面反射器212的反射面应镀膜形成镜面反射层，具体的工艺为现有的成熟工艺。

准直透镜211的计算方法分四步如下：第一步，确定发光源11放置的位置，以及获得其空间光强分布曲线，即空间每一单位立体角内的光通量都是已知；第二步，确定垂直于光轴的圆形为目标面，即确定每条光束的终点；第三步，将光能量按单位空间立体角划分，根据折射定律、微分几何法和等光程原理求解准直透镜211各个面上的轮廓点；第四步，将轮廓点导入SolidWorks中形成样条曲线，通过旋转得到准直透镜211实体。

自由曲面反射器212的计算方法如下：第一步，准直透镜出射的光线作为光源的出射光线，即光源出射光线为平行于光轴的平行光；第二步，确定导光板的入光面为目标面，及确定每条光束的终点；第三步，按照三维几何构造法，每条入射光线对于目标面上的一个终点，计算出自由曲面反射器212上自由曲面反射面的各个轮廓点；第四步，二维几何划分法得到自由曲面上的轮廓点，将轮廓点导入SolidWorks中形成样条曲线，拉伸形成自由曲面反射器212实体。作为优选方案，准直透镜211和自由曲面反射器212的超精密加工可采用五轴超精密加工设备（如Freeform705G五轴自由曲面加工设备）。

由此，侧入式导光板的厚度133不再受限于发光源的截面宽度，使得更薄的导光板能够得以应用，从根本上实现背光模组的薄型化的同时保证了***的高光能利用率，而且，改善了光热点现象。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种背光模组，其特征在于：包括一导光板与一光耦合模块，所述光耦合模块包括一发光源与一集光器；所述导光板的一用以接收光源的侧面为入光面；所述发光源位于集光器一侧，与所述导光板的入光面非直接耦合；所述集光器包括一准直透镜与一自由曲面反射器；所述集光器设置于所述发光源与所述导光板之间，用以将所述发光源发出的光束收集、缩束并会聚至所述导光板的入光面。

2.根据权利要求1所述的一种背光模组，其特征在于：所述发光源为由LED点光源串联组成的线光源，其发光面的法线方向与导光板的入光面不在共同的光轴上。

3.根据权利要求2所述的一种背光模组，其特征在于：所述线光源的横截面宽度大于所述导光板的厚度。

4.根据权利要求1所述的一种背光模组，其特征在于：所述准直透镜为一旋转对称结构，所述准直透镜的对称轴与所述发光源的对称轴重合；所述准直透镜设置于所述发光源的一侧，用以将发光源发出的光线进行收集准直后入射至所述自由曲面反射器。

5.根据权利要求1所述的一种背光模组，其特征在于：所述自由曲面反射器为非旋转对称结构，所述自由曲面反射器设置于所述准直透镜的出射面处；所述自由曲面反射器的反射面镀膜形成一用以接收所述准直透镜的出射光线并将其反射会聚至所述导光板的入光面的镜面反射层。

6.根据权利要求1所述的一种背光模组，其特征在于：所述导光板的上表面为出光面，所述出光面与一液晶面板相对应。

7.根据权利要求1所述的一种背光模组，其特征在于：所述导光板为可透光的楔形板或平面板。

8.根据权利要求1所述的一种背光模组，其特征在于：所述导光板为亚克力材质。