CN100523946C - 液晶显示器背光板模块出光装置 - Google Patents

Abstract

本发明的液晶显示器背光板模块出光装置是改进公知背光板模块全面性且均匀出光模式，而以非全面性且经过选择的复数特定位置出光，每一个出光位置的出射光束只分布于小角度的范围内，且这些小角度方位内含垂直于导光板出光面的方位，相邻二出射光束间并无光线透射出，而相邻二出射光束的中心线的距离近似于液晶显示器的面板的相邻开口的距离，且自这些复数特定位置引出的垂直于导光板出光面的直线，通过液晶显示器面板开口；本发明是以非全面性地自特定位置出光，且光束集中于小角度，向液晶显示器的面板的开口射出，因此光能量被有效使用，亮度可因而提升，提高液晶显示器画面品质，或/且耗电可因而降低，延长电池使用时间。

Description

液晶显示器背光板模块出光装置

技术领域

本发明液晶显示器背光板模块出光装置是关于为克服公知的背光板模块，大量光能量因照射于液晶显示器的面板不透光的部份而被浪费的问题，而创造的一种非全面性且经过选择的复数特定位置出光，且光束集中于小角度，向液晶显示器的面板的开口射出的背光板模块。

背景技术

公知的导光板大都以获得出光面均匀出光的技术思想为主，如美国专利公告号6356391，虽是亦由具棱镜阵列的构造所形成，然而其目的却为求得出光的均匀；本发明的技术思想向特定位置小角度出光与公知的技术思想不同。

美国专利公告号5917664，虽是亦由具棱镜阵列的构造所形成，然而其目的却为求得变换视角时，亮度不会在某一个角度产生突然的变化，与本发明的技术思想不同。

台湾专利公告号463957的＂具多焦点反射图样的导光板＂专利，如图8A、B所示，在导光板出光面的对峙面形成多数具多焦点反射图样，各图样是于中间形成一圆弧面，再以该圆弧面为中心，由内至外形成多数环形圆弧面，入射光经由导光板上各图样的圆弧面反射至上方出光而上，以构成一平面光源。此一先前技术乃是以具多焦点的反射镜多方向的反射，使面状光源的亮度分布均匀，与本发明的技术思想不同。

台湾专利公告号538285的＂面状光源＂专利，如图9A、B所示，利用凹透镜11n或凸透镜11p，藉由凹或凸透镜多方向的折射，使侧端入光面附近的出光面具有充份的亮度，如图10A、B、图11A、B所示，亦在导光板出光面的对峙面及入光面外其它侧面，形成不同密度分布的凹反射镜12p或凸反射镜12n，藉由凹或凸反射镜多方向的反射，及在外围配置密度较高的反射镜，可以提高以往容易不足的导光板外围亮度，使面状光源的亮度分布及放射角度均一化。此一先前技术乃是以凹或凸反射镜多方向的反射使面状光源的亮度分布及放射角度均一化，与本发明的技术思想不同。

上述公知的背光板模块，大量光能量因照射于液晶显示器面板不透光的部份(如共通电极或黑色矩阵框)而被浪费。

台湾专利公告号560621的＂光源局部穿透式背光源液晶显示器＂专利，如图12所示，是在液晶显示器f底侧形成具有复数光通道52的反射层51，且在液晶显示器f与导光板h之间设一微镜片光学膜g，该光学膜g于相对于光通道52位设置集光区域61，导光板h输出的自制光经过微镜片光学膜g的集光区域61专，将聚光形成较多光能的自制光L5，然后穿透反射层51的光通道52，射入液晶显示器f，液晶显示器f的整体出光效能，是结合了经反射层51高度反射的自然光L4及经过微镜片光学膜g聚光增强的自制光，来加强整个液晶显示器f出光效能；集光区域61聚光效果越强者，穿过反射层51的光通道52的自制光L5就越强，而可进一步令光通道52在反射层51所占的面积比例予以缩小，反射用的面积比例则提高，可利用的反射自然光L4就越大，藉此一设计，能够加强液晶显示器f的出光效能，并可降低与外界自然光L4的对比度。此一先前技术乃是以具光通道52的反射层51及具集光区域61的微镜片光学膜g为特征，具有将自制光L5向特定位置射出的效果，然而具有将自制光L5向特定位置射出效果的微镜片光学膜g是独立于导光板h，构造与本发明不同，是不同的技术思想，且此一专利并未对微镜片光学膜g及集光区域61做构造及其特征、参数的揭露，而本发明则对构造及其特征、参数做揭露。

发明内容

本发明的液晶显示器背光板模块出光装置是为解决公知的背光板模块，大量光能量因照射于液晶显示器的面板的不透光的部份而被浪费的问题，而创造非全面性且经过选择的复数特定位置出光，且光束集中于小角度，向液晶显示器的面板的开口射出的背光板模块。

为此，本发明提出的技术方案为：

一种液晶显示器背光板模块出光装置，该出光装置以非全面性且经过选择的复数特定位置出光，每一个出光位置的出射光被集中于小角度范围内，且该些小角度方位内含指向特定方位的方位；其包括：

下棱镜，其功能为使导光板内以某一角度范围进行的光线透射出下棱镜出光面；

导光板，其出光面具有复数与其形成一体或一体成型的下棱镜；

上棱镜，其功能为使自其入光面入射的光线经全反射后以特定的方位范围出射；

上棱镜板，其上有复数个与其形成一体或一体成型上棱镜。

导光板内以特定范围的方向传播的光线，由下棱镜折射出，经一空气间隙，折射入上棱镜后，自上棱镜另一面全反射，这些被全反射的光线，透射出上棱镜板；经各该上棱镜全反射而透射出上棱镜板的光线只分布于小角度的范围内，而该些小角度方位内含指向特定方位的方位，且各束透射出上棱镜板的光束可视同自导光板各该特定位置射出。

本发明液晶显示器背光板模块出光装置，由于非全面性地自特定位置出光，且光束被集中于小角度向液晶显示器的面板的开口射出，因此光能量被有效使用，亮度可因而提升，提高液晶显示器画面品质，或/且耗电可因而降低，延长电池使用时间。

附图说明

图1为本发明液晶显示器背光板模块出光装置的构造示意图；

图2为本发明液晶显示器背光板模块出光装置的作动示意图；

图3为本发明液晶显示器背光板模块出光装置的相关参数示意图；

图4为本发明液晶显示器背光板模块出光装置的小角度范围出光示意图；

图5为本发明液晶显示器背光板模块出光装置的无一折射率与＂上棱镜板＂相近的薄膜或填充层时的效果示意图；

图6为本发明液晶显示器背光板模块出光装置的有一折射率与＂上棱镜板＂相近的薄膜或填充层时的效果示意图；

图7为本发明液晶显示器背光板模块出光装置实施例参数示意图；

图8A、B为先前技术台湾专利公告号463957的＂具多焦点反射图样的导光板＂专利的代表图；

图9A、B为先前技术台湾专利公告号538285的＂面状光源＂专利的代表图之一；

图10A、B为先前技术台湾专利公告号538285的＂面状光源＂专利的代表图之二；

图11A、B为先前技术台湾专利公告号538285的＂面状光源＂专利的代表图之三；

图12为先前技术台湾专利公告号560621的＂光源局部穿透式背光源液晶显示器＂专利的代表图。

【图号说明】

1    下棱镜

2    导光板

3    上棱镜

4    上棱镜板

5    液晶显示器的面板的开口

6    空气间隙

7    下棱镜出光面

8    上棱镜入光面

9    上棱镜全反射面

10   下棱镜与导光板的交界亦即下棱镜类三角形底边

11   上棱镜全反射面的法线

12   上棱镜与上棱镜板的交界亦即上棱镜类三角形靠近导光板的顶角的对边

13   空气层

14   液晶显示器

15   折射率与上棱镜板相近的薄膜或填充层

16   两块下棱镜的交界

L    相邻液晶显示器的面板的开口的距离

ω    下棱镜出光面的对角

α    下棱镜出光面与底面的夹角

θ    上棱镜类三角形靠近导光板的顶角

θc   下棱镜或上棱镜材料临界角

θ1   光线与上棱镜的全反射面的法线夹角

r1   上棱镜入光面的曲率半径

r2   上棱镜全反射面的曲率半径

T    上棱镜入光面及上棱镜全反射面交界(即上棱镜类三角形靠近导光板的顶角θ的顶点)至液晶显示器反射层最短距离

A    在下棱镜内光束宽度

A′  离开上棱镜时光束宽度

B    无折射率与上棱镜板相近的薄膜或填充层时，到达液晶显示器面板的光束范围

B′  有折射率与上棱镜板相近的薄膜或填充层时，到达液晶显示器面板的光束范围

具体实施方式

为达成本发明的目标：非全面性且经过选择的复数特定位置出光，且光束集中于小角度，向液晶显示器的面板的开口射出的背光板模块，如图1所示，本发明的液晶显示器背光板模块出光装置包括：

下棱镜1，其功能为使导光板内以某一角度范围进行的光线透射出下棱镜出光面；

导光板2，其出光面具有复数与其形成一体或一体成型的下棱镜；

上棱镜3，其功能为使自其入光面入射的光线经其全反射面全反射后以特定的方位范围射出；

上棱镜板4，其上有复数个与其形成一体或一体成型的上棱镜。

下棱镜1及上棱镜3也包括截面为类三角形的形状，在本发明的说明及图示中则以下棱镜1及上棱镜3截面为类三角形为例说明。

如图2所示，光线自导光板2内传播至下棱镜1起，有如下的作动过程：

导光板2内以特定角度范围(相对于导光板)的方向传播的光线，由下棱镜1的出光面7折射出，经一空气间隙6，折射入上棱镜3的入光面8后，自上棱镜3另一面即上棱镜3的全反射面9全反射，全反射而透射出上棱镜板4的光线只分布于小角度的范围内，而该些小角度的方位内含指向特定方位的方位，在本发明的说明及图示中则以该些小角度方位内含指向液晶显示器的面板的开口5且垂直于上棱镜板4的方位为例说明，且各束透射出上棱镜板4的光束可视同自导光板各该特定位置射出，在本发明的说明及图示中则以各束透射出上棱镜板4的光束可视同由位于各该下棱镜交界16的邻近位置射出为例说明。

上述过程具有如下的特性，参考图1、图2、图3：

(1)各束透射出上棱镜板4的光束仅由位于各该下棱镜1的交界16的邻近位置射出；

(2)全反射而透射出上棱镜板4的光线只分布于小角度的范围内，且该些小角度方位内含指向液晶显示器的面板的开口5并垂直于上棱镜板4的方位；自两块下棱镜1的交界16引出的垂直于上棱镜板4的垂直线，通过液晶显示器的面板的开口5；

(3)光线入射上棱镜3后，与上棱镜3的全反射面9的法线11夹角θ1等于或大于上棱镜3材料的临界角θc；

(4)光线入射上棱镜3后，经上棱镜3的全反射面9全反射，被全反射的该些光线的开角范围A′，如图4所示，近似于该些光线自下棱镜1出射前的开角范围A，且含垂直于上棱镜板4的方向。

为达成具有如上述特性的作动过程，下棱镜1与上棱镜3须具有如下的特征，并和导光板2与上棱镜板4具有如下的关系，下述相关参数并以图3辅助文字说明：

(1)下棱镜1类三角形与导光板接触的一边10(亦即下棱镜1与导光板2的交界)，其边长L近似于液晶显示器的面板的开口5距离；

(2)自两块下棱镜1的交界16引出的垂直于上棱镜板4的垂直线，透过液晶显示器的面板的开口5；

(3)下棱镜1出光面7的对角ω的范围为：

0<ω≤0.5θc，其中θc为下棱镜1材料临界角；

(4)下棱镜1出光面7与底面的夹角α的范围为：

0<α≤90°；

(5)上棱镜3类三角形靠近导光板2的顶角θ范围为：

90°-θc≤θ≤180°-α-ω，其中θ为上棱镜3类三角形靠近导光板顶角角度，θc为下棱镜1材料临界角，α为下棱镜1出光面与底面的夹角，ω为下棱镜1出光面的对角；

(6)上棱镜入光面的曲率半径r1的范围为：

T<r₁≤∞，其中T为上棱镜3入光面8及上棱镜3全反射面9交界(即上棱镜3类三角形靠近导光板2的顶角θ的顶点)至液晶显示器反射层最短距离，

上棱镜3全反射面9的曲率半径r₂的范围为：

T<r₂≤∞，其中T为上棱镜3入光面8及上棱镜3全反射面9交界(即上棱镜3类三角形靠近导光板2的顶角θ的顶点)至液晶显示器反射层最短距离；

(7)上棱镜3入光面8及全反射面9的曲率中心在上棱镜3类三角形靠近导光板的顶角θ的对边12(亦即上棱镜3与上棱镜板4的交界)以上的位置。

如图5所示，当液晶显示器14与背光板模块之间有一不可忽视的空气层13时，会使自上棱镜板4出射到空气层13的光线产生一折射角，因此到达液晶显示器面板的光束范围B会变大；本发明解决问题的技术手段之一为：出射光的方位在集中于小角度范围内，故如图6所示，在液晶显示器面板与导光板模块之间黏贴上一层折射率与导光板相似的膜片15，或填充一层折射率与导光板相似的填充层，由于折射率相似，故光束范围B′较B为小。

下列以表一、图7说明本发明液晶显示器背光板模块出光的装置的部分实施例，下列所述实施例所提出的个别具体数值，仅为本发明的部份实施例，并非因此而局限本发明的专利范围。

表一

如表一所示，在本发明的技术思想所设的参数范围之内，即：

(1)0<ω≤0.5θc，

(2)0<α≤90°，

(3)90°-θc≤θ≤180°-α-ω，

(4)T<r1≤∞，

(5)T<r2≤∞，

配合本发明的技术思想之内的上棱镜及下棱镜二者与导光板、上棱镜板、液晶显示器的面板的开口及液晶显示器反射层的关系，本发明确有达成经过选择的复数特定位置出光，且光束被集中于小角度，向液晶显示器的面板的开口射出的背光板模块的技术思想的目标。

本发明技术思想的重心乃在于经过选择的复数特定位置出光，且光束被集中于小角度，向液晶显示器的面板的开口射出的背光板模块及属于上述参数范围的上棱镜及下棱镜及二者与导光板、上棱镜板、液晶显示器的面板的开口及液晶显示器反射层的关系，上述参数的个别具体数值乃是可依自然原理的光学定律，以数学计算及逻辑推理或计算机仿真而得，自然包括在本发明的专利范围中，举凡运用本发明专利范围中所述构造的等效变化，均应包含于本发明的专利范围中，故上列所述实施例所提出的个别具体数值，仅为本发明的部份实施例，并非因此而局限本发明的专利范围。

本发明液晶显示器背光板模块出光装置，于申请专利前，既未曾见诸于刊物，亦未曾公开于申请前，合乎新颖性的要件；本发明非全面性地且自经过选择的复数特定位置出光，且光束集中于小角度，向液晶显示器的面板的开口射出，因此光能量被有效使用，亮度可因而提升，提高液晶显示器画面品质，或/且耗电可因而降低，延长电池使用时间，改进公知的背光板模块，大量光能量因照射于液晶显示器的面板的不透光的部份而被浪费的问题，因此合乎实用性及进步性的要件，于是依法提出专利申请，恳请惠予审查，并赐准专利，实感德便。

然而以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非因此而局限本发明的专利范围，举凡运用本发明专利范围中所述构造的等效变化，均应包含于本发明的专利范围中。

Claims (2)

1、一种液晶显示器背光板模块出光装置，其特征在于：该出光装置包括：

一导光板：

其上出光面具有复数与其形成一体或一体成型的下棱镜；

一上棱镜板：

其上有复数个与其形成一体或一体成型的上棱镜；且该上棱镜的截面为类三角形，下棱镜与上棱镜具有如下的特征，并和导光板与上棱镜板具有如下的关系：

(1)下棱镜类三角形与导光板接触的一边，其边长近似于液晶显示器的面板的开口距离；

(2)自两块下棱镜的交界引出的垂直于上棱镜板的垂直线，通过液晶显示器的面板的开口；

(3)下棱镜出光面的对角ω的范围为：

0<ω≤0.5θc，其中θc为下棱镜材料临界角；

(4)下棱镜出光面与底面的夹角α的范围为：

0<α≤90°；

(5)上棱镜类三角形靠近导光板的顶角θ范围为：

90°-θc≤θ≤180°-α-ω，其中θ为上棱镜类三角形靠近导光板顶角角度，θc为下棱镜材料临界角，α为下棱镜出光面与底面的夹角，ω为下棱镜出光面的对角；

(6)上棱镜入光面的曲率半径r1的范围为：

T<r1≤∞，其中T为上棱镜入光面及上棱镜全反射面的交界至液晶显示器反射层的最短距离，上棱镜全反射面的曲率半径r2的范围为：

T<r2≤∞，其中T为上棱镜入光面及上棱镜全反射面的交界至液晶显示器反射层的最短距离；

(7)上棱镜入光面及全反射面的曲率中心在上棱镜类三角形靠近导光板的顶角θ的对边以上的位置；

且上棱镜与下棱镜之间设有空气间隙；藉以令导光板内传播的光线，由下棱镜的出光面射出，经该空气间隙，折射入上棱镜的入光面后，自上棱镜另一面即上棱镜的全反射面全反射射出；

透射出上棱镜板的光线指向液晶显示器的面板的开口的方位。

2、如权利要求1所述的液晶显示器背光板模块出光装置，其特征在于：在上棱镜板及液晶显示器之间设有一层折射率与上棱镜板相近的薄膜或填充层。

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