CN101078795B - 导光板及背光模组 - Google Patents

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Abstract

一种导光板，其包括：一入光面；一与该入光面相连的出光面；及一与该出光面相对的反光面；其中该导光板入光面上设置有至少一个突出的光扩散部，该光扩散部在导光板反光面一侧形成有一反射孔。本发明还提供一种背光模组，其包括：一导光板，其包括一入光面，一与该入光面相连的出光面，和一与该出光面相对的反光面；至少一个光源，其包括一发光面，该光源设置于导光板的入光面一侧，且该光源的发光面正对导光板的入光面，其中，该导光板入光面上对应光源设置有至少一突出的光扩散部，该光扩散部在导光板反光面一侧形成有一反射孔。

Description

导光板及背光模组
技术领域
本发明涉及一种导光板和背光模组，尤其涉及一种应用于液晶显示领域的侧置式的导光板和背光模组。
背景技术
随着液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)在电视、显示器、笔记本电脑、手机、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、数码相机等电子产品中的广泛应用，用于液晶显示照明的背光模组的需求量与日俱增，同时电子产品对液晶显示照明装置的要求也不断提高。高亮度、轻薄化、集成化、低成本、低能耗、高寿命等成为背光模组的发展方向。侧置式背光模组是背光模组中应用较为广泛的一种。所谓侧置式背光模组是指将光源放置于导光板的侧面，光束由侧面耦合入导光板，在导光板内不断向前传播。通过在导光板反射面设计微结构，破坏光学全反射，从而实现导光板出光面均匀发光，照亮液晶面板。
请参阅图7，目前现有技术的背光模组70，包括光源710、导光板730与反射板720、扩散片740以及棱镜片750等光学膜片。其中，导光板730一般由聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等透明材料制成。反射片720是将未被散射的光束再导入导光板730中。扩散片740使光束形成漫射而均匀扩散，消除导光板上微结构形成的亮区。棱镜片750起到会聚光束，提高亮度的作用。
该背光模组70一般采用冷阴极荧光管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)或发光二极管(Light Emitting Diode，LED)做光源710。其中，小尺寸背光模组多用一个或者数个发光二极管做光源；大尺寸背光模组多用冷阴极荧光管做光源。在以冷阴极荧光管为光源的背光模组中，导光板的作用是将线光源(冷阴极荧光管可以被看作是线光源)转换成面光源。而对于以发光二极管为光源的背光模组来讲，导光板的作用是将一个或者数个点光源(发光二极管可以被看作是点光源)转换成面光源。相比冷阴极荧光管，发光二极管具有寿命长，色彩艳丽，可靠性高的优点。另外，由于冷阴极荧光管中含有汞，所以在环境保护方面，发光二极管也具有显著优点。所以，随着技术的发展，使用发光二极管作为侧置式背光模组光源将成为一种趋势。
请参阅图8，在以发光二极管做光源的背光模组中，受光源本身光发散角的限制，导光板靠近发光二极管的区域容易出现光柱亮区82，以及导光板相对应于发光二极管之间的部分容易出现阴影区84。此现象称为“光柱”现象，其大大降低导光板的发光均匀性。
请一并参阅图9和图10，为了提高导光板发光均匀性，现有技术采用于导光板入射面92形成锯齿棱镜结构94，或者于导光板入射面96形成锥形等切槽结构98等。入射光束通过上述结构，产生折射扩束，在一定程度上可以消除光柱现象，但是，上述结构也将导致部分光能被反射，不能进入导光板内，导致光能量减少。
请参阅图11，其为入射光束进入锯齿结构产生折射扩束的示意图.根据菲涅尔公式及几何关系，可以得到偏折角β的表达式：
Figure G2006100607414D00021
其中n为导光板材料的折射率。可见，偏折角β有限(对于PMMA材质的导光板，其最大偏折角小于50度)，所以上述结构不能从根本上消除阴影区。
因此，提供一种能消除光柱及光学暗区且出光亮度、出光均匀性及光能利用率较高的导光板及使用该导光板的背光模组实为必要。
发明内容
以下，将以若干实施例说明一种导光板及使用该导光板的背光模组，以实现导光板入射面的均匀照明，消除背光模组中的“光柱”现象，提高照明均匀性和光能利用率。
一种导光板，其包括：一入光面；一与该入光面相连的出光面；及一与该出光面相对的反光面；其中该导光板入光面上设置有至少一个突出的光扩散部，该光扩散部在导光板反光面一侧形成有一反射孔。
该光扩散部包括一光透射面和分布于光透射面两侧的光反射面。
该光反射面结构形状包括阶梯形、锯齿形或锥形。
该光反射面为自由曲面。
该反射孔截面形状包括三角形、圆形、方形、菱形或锥形。
该反射孔的侧面为平面、抛物面或复合双曲面。
一种背光模组，其包括：一导光板，其包括一入光面，一与该入光面相连的出光面，和一与该出光面相对的反光面；至少一个光源，其包括一发光面，该光源设置于导光板的入光面一侧，且该光源的发光面正对导光板的入光面，其中，该导光板入光面上对应光源设置有至少一突出的光扩散部，该光扩散部在导光板反光面一侧形成有一反射孔。
该光扩散部包括一光透射面和分布于光透射面两侧的光反射面。
该光反射面结构形状包括阶梯形、锯齿形或锥形。
该光反射面为自由曲面。
该反射孔截面形状包括三角形、圆形、方形、菱形或锥形。
该反射孔的侧面为平面、抛物面或复合双曲面。
与现有技术相比较，本发明的导光板和背光模组采用将至少一光源设于导光板入射面的一侧并使得该光源的发光面正对导光板的入射面，通过在导光板对应于光源部分设置光扩散部，将光束反射两次均匀扩散到导光板内部。上述结构可避免由于光源的发光面直接面对导光板的入射面而容易产生的光柱现象，以及可避免光源的发光面背对导光板的入射面而挡住部分反射光束进入导光板的入射面，从而产生部分阴影区。本发明的导光板和背光模组具有提高发光均匀性和光能量利用率的优点。
附图说明
图1是本发明第一实施例背光模组立体示意图。
图2是图1背光模组的俯视示意图。
图3是图2背光模组局部III放大示意图。
图4是本发明第二实施例背光模组俯视示意图。
图5是图4背光模组局部V放大示意图。
图6是本发明第三实施例背光模组俯视示意图。
图7是第一种现有的侧置式背光模组立体分解示意图。
图8是第一种现有的采用LED光源的背光模组的光柱现象示意图。
图9是第二种现有的侧置式背光模组的导光板入射面结构示意图。
图10是第三种现有的侧置式背光模组的导光板入射面结构示意图。
图11是入射光线进入导光板的锯齿结构入射面的光线折射扩束示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和多个实施例对本发明的背光模组作进一步的详细说明。
请一并参阅图1至图3，本发明第一实施例(请加R1的说明)提供一种背光模组10，其包括：一导光板12，该导光板12包括一入光面120，一与该入光面120相连的出光面122，一与该出光面122相对应的反光面124，和与该入光面120相连的两侧面126、128；多个正对导光板12的入光面120设置的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)光源14，每个光源14包括一发光面140，该发光面140与该导光板12的入光面120平行。该导光板12对应于每个光源14分别突出形成一光扩散部16，用于将光源14发出的光均匀分散传播到导光板12内，该光扩散部16包括一正对光源14的光透射面162及分布在该光透射面162两侧的光反射面164。该光透射面162作为导光板12入光面120的一部分，用于入射光源14发出的光束。该光反射面164表面结构形状为阶梯形，用于反射导光板12内部传播到光反射面164的光束R1。该光反射面164对称分布于光透射面162两侧，且与光透射面162之间成一夹角a1。该光扩散部16在导光板12反光面124一侧进一步设置有一反射孔18。该反射孔18的截面形状为类三角形，该反射孔18的深度小于导光板12的厚度，优选为导光板12厚度的一半。该反射孔18包括对称的两侧面182分别对应于光扩散部16的两光反射面164，用于反射光源14通过光透射部162入射到导光板12内部的光束R1。
本实施例中，光反射面164表面结构形成有一阶梯角b1，其大小与夹角a1及反射孔18的侧面182结构相关，需确保光源14发出的光束经过光透射面162入射到导光板12内时，贴近于反光面124的光束R1会被反射孔18侧面182反射后沿平行于入光面120方向传播到光反射面164，并被光反射面164再次反射进入导光板12内部。本实施例阶梯角b1优选为60度，夹角a1的大小可为30度60度，优选为45度，反射孔18两侧面182为抛物面。该光反射面164及反射孔18两侧面182均可实现光束的全反射。
本实施例背光模组10在应用时，光源14通过其发光面140发出光束，并通过导光板12光扩散部16的光透射面162入射到导光板12内部，由于反射孔18设置在导光板12反光面124一侧，且该反射孔18的高度小于导光板12的厚度，入射到导光板12内贴近于出光面122的光束不会被反射孔18的侧面182反射而直接传播到导光板内部.受光源14本身光发散角的限制，导光板12靠近光源14的区域容易出现光柱亮区，以及导光板12相对应于光源14之间的部分容易出现阴影区.而贴近反光面124的光束R1，在通过光透射面162入射到导光板12内时，在传播的过程中会被反射孔18的两侧面182全反射，然后沿平行于导光板12入光面120的方向传播到光反射面164，并最终被光反射面164全反射到阴影区.从光源14发出的此部分光束R1由于通过两次全反射，不再受光源14的最大发散角限制，故可以在较短距离内传播到阴影区域.因此，本实施例能将光源14的部分光能从“光柱”区域通过两次全反射转移到远离光源14的“阴影”区域，实现导光板12的均匀照明，消除现有技术背光模组中的“光柱”现象，提高照明均匀性和光能利用率.
本技术领域技术人员应明白，本实施例中反射孔18的深度可根据实际需要设计，以便调节反射光束所占的比例。另外，通过调节光反射面164的阶梯角、光反射面164与光透射面162的夹角以及反射孔18侧面182的弧度，可以灵活改变光束被反射的位置，克服现有技术中光源最大偏折角的限制，可以实现短距离内彻底消除阴影，有利于提高LED背光照明均匀性。
本实施例背光模组10可进一步采用在导光板12反光面124或出光面122形成多个微结构(图未示)，用于控制光出射方向，该微结构可包括三角形长条形状、半圆形长条形状或网点结构等。本实施例的背光模组10还可进一步包括一设置于反光面124下方的反射片(图未示)，用于提高光出射率；或者进一步包括一设置于出光面122上方的扩散片(图未示)，用于提高光出射均匀性。本实施例的背光模组10的导光板12可采用平板型或楔型，该导光板12可由聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等合成树脂材料制成。
请一并参阅图4和图5，本发明第二实施例提供一种背光模组20，其包括：一导光板22和设置在导光板22一侧的多个发光二极管光源24，该导光板22对应于每个光源24分别突出形成一光扩散部26，用于将光源24发出的光均匀分散传播到导光板22内，该光扩散部26包括一正对光源24的光透射面262及分布在该光透射面262两侧的光反射面264，该光扩散部26进一步设置有一反射孔28。该背光模组20的结构与第一实施例相似，其不同在于：该反射孔28的截面形状为菱形，该反射孔28的两侧面282为平面，用于反射从光扩散部26的光透射面262入射的光束R2。该光扩散部26的光反射面264的表面形状为阶梯形，其阶梯角b2优选为120度。该侧面282与光反射面264均可实现光束的全反射。
请参阅图6，本发明第三实施例提供一种背光模组30，其包括：一导光板32和设置在导光板32一侧的多个发光二极管34，该导光板32对应于每个光源34分别突出形成一光扩散部36，用于将光源34发出的光均匀分散传播到导光板32内，该光扩散部36包括一正对光源34的光透射面362及分布在该光透射面362两侧的光反射面364，该光扩散部36进一步设置有一反射孔38。该背光模组30的结构和第一实施例相似，其不同在于：该反射孔38的截面形状为圆形，该光扩散部36的光反射面364的表面形状为自由曲面，该光反射面364与反射孔38均可实现光束的全反射，用于将光源34发出的光束均匀扩散到导光板32内部。
本技术领域技术人员应明白，本发明背光模组中反射孔的形状、反射孔侧面形状及光扩散部的光反射面结构可根据需要组合变化，仅需确保从光源发射出来的部分光束被反射孔侧面反射后沿平行于入光面方向传播到光扩散部的光反射面，并被光反射面反射后传播到导光板内部，从而实现导光板入射面的均匀照明。反射孔的截面形状可为三角形、菱形、圆形或其他形状，如方形、椭圆形、锥形等。反射孔用于反射光束的侧面可以为平面和抛物面，也可为其它类型的曲面，如复合双曲面等。光扩散部的光反射面的结构可为阶梯形结构、自由曲面、锯齿微结构或锥形微结构等。另外，本发明反射孔侧面及光反射面还可通过镀银或镀铝等金属材料薄膜来实现光束的全反射。
可以理解的是，本发明采用多光源的实施例中，可根据实际需要及器件发展小型化要求在导光板入光面一侧只设置一个光源，并对应光源设置一个光扩散部即可实现本发明实现导光板入射面的均匀照明，消除现有技术背光模组中的“光柱”现象，提高照明均匀性和光能利用率.
综上所述，本发明的背光模组采用将至少一光源设于导光板入射面的一侧并使得该光源的发光面正对导光板的入射面，通过在导光板对应于光源部分设置光扩散部，将光束反射两次均匀扩散到导光板内部。上述结构可避免由于光源的发光面直接面对导光板的入射面而容易产生的光柱现象，以及可避免光源的发光面背对导光板的入射面而挡住部分反射光束进入导光板的入射面，从而产生部分阴影区。本发明的背光模组具有提高发光均匀性和光能量利用率的优点。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种背光模组，其包括：
一导光板，其包括一入光面，一与该入光面相连的出光面，和一与该出光面相对的反光面；
至少一个光源，其包括一发光面，该光源设置于导光板的入光面一侧，且该光源的发光面正对导光板的入光面，
其特征在于，该光源的发光面平行于导光板的入光面，该导光板入光面上对应光源设置有至少一突出的光扩散部，该光扩散部包括一光透射面和分布于该光透射面两侧的光反射面，且光反射面与光透射面之间成一45度夹角，该光扩散部在导光板反光面一侧形成有一反射孔，且该反射孔的深度小于导光板的厚度。
2.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，该光反射面对称分布于光透射面两侧。
3.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，该光反射面结构形状为阶梯形、锯齿形或锥形。
4.如权利要求3所述的背光模组，其特征在于，该光反射面表面结构形成有一60度或120度的阶梯角。
5.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，该反射孔相对于该光扩散部的光透射面设置。
6.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，该反射孔截面形状为三角形、圆形、方形、菱形或锥形。
7.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，该反射孔的侧面为平面、抛物面或复合双曲面。
8.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，该反射孔的深度为导光板厚度的一半。
9.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，该导光板反光面或出光面形成多个微结构。
10.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，进一步包括一设置于反光面下方的反射片。
11.如权利要求1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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