CN101349398A - 一种集成微结构背光系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成微结构背光系统，该背光系统包括：具有入光面、出光面及与出光面相对的底面的导光板，设置在入光面附近的光源以及设置在底面附近的反射片，其中导光板的出光面上设置有微光学聚光结构，反射片上设置有微反射结构。通过上述结构，利用反射片的微反射结构的反射面对光进行反射，并通过改变反射面的倾角来会聚、调制出射光场，并配合导光板的微光学聚光结构，进一步提高导光板理想视场内的亮度值，可以避免使用传统的棱镜片，减少装置的元件数量，实现背光系统的高度集成，并提高光能利用率、降低成本。

Description

一种集成微结构背光系统

【技术领域】

本发明涉及一种背光系统，具体涉及一种用于被动发光平板显示的集成微结构背光系统。

【背景技术】

现有的被动发光平板显示装置，例如液晶显示器(Light crystal display，LCD)具有重量轻、厚度薄、低能耗、无辐射等优点，因而广泛应用于手机、数码相机、摄影机、mp3等领域。由于液晶材料本身不具备发光特性，所以需要为其提供附加光源系统来实现显示功能。

如图1所示，图1是美国3M公司在2002年9月3日公告的美国专利No.6,443,583中所涉及的一种现有背光系统的结构示意图。该背光系统包括光源11、导光板12、反射片13、扩散片14和棱镜片15、16，其中棱镜片15、16设置有相互垂直的微棱镜结构。光源11所发出的光线经导光板12的入光面进入导光板12内部，由设置在导光板12的底面下方的反射片13反射并经导光板12的出光面输出。导光板12的底面进一步设有网点图案，以便对导光板12内部传输光线进行散射，进而实现面光源输出并达到均光效果。经导光板12的出光面输出的光线由扩散片14进行进一步均光后，再由棱镜片15、16的微棱镜结构在相互垂直的两个方向进行会聚，使出射光集中到导光板12的出光面法线附近正负25度的范围内，以提高显示亮度。

如图2所示，图2是另一种现有背光系统的结构示意图。该背光系统同样包括光源21、导光板22、反射片23、扩散片24和棱镜片25，其与图1所示的背光系统的不同之处在于：导光板22的出光面上设置有V形棱镜结构(V-cut)，而棱镜片25为一片锯齿状朝下的棱镜片。通过采用这种结构减少了一片棱镜片，降低了制造成本，同时将光利用率提高了30％。

图2所示的背光系统虽然仅需要一片棱镜片进行聚光，有效减小了装置厚度、增加光能利用率，但仍无法满足背光系统的集成化及简化需求，并且独立的棱镜片存在容易导致刮伤且光学均匀度较差及机械强度较弱等问题。导光板的上述V形棱镜结构还容易造成导光板产生明暗带条纹，并且在将传统平面反射片应用到该导光板中时，由于缺少放置于导光板上方的独立棱镜膜进行光会聚、调制作用，出射光场会出现偏离理想视场(导光板出射面法线)的情况，导致亮度值偏低。

【发明内容】

为了解决现有技术的背光系统中需要通过至少一个独立棱镜片对导光板的出射光进行聚光，无法满足背光模组的集成化需求的技术问题，本发明提供了一种利用反射片上的微反射结构配合导光板出光面的微光学聚光结构进而实现调光、聚光功能的高度集成化的背光系统。

本发明解决现有技术的背光系统中需要通过至少一个独立棱镜片对导光板的出射光进行聚光，无法满足背光模组的集成化需求的技术问题所采用的技术方案是：提供一种集成微结构背光系统，所述背光系统包括：具有入光面、出光面及与所述出光面相对的底面的导光板；设置在所述入光面附近的光源，以及设置在所述底面附近的反射片，所述导光板的出光面设置有微光学聚光结构，所述反射片上设置有微反射结构。

根据本发明一优选实施例，所述微反射结构具有与所述出光面倾斜的反射面。

根据本发明一优选实施例，所述微反射结构为棱镜形、棱锥或棱台。

根据本发明一优选实施例，所述微反射结构表面设有反射涂层。

根据本发明一优选实施例，所述微反射结构的结构尺寸均匀分布或沿远离所述入光面的方向上增加；所述微反射结构的分布密度均匀分布或沿远离所述入光面的方向上增加。

根据本发明一优选实施例，所述微反射结构的底宽为10μm-1000μm。

根据本发明一优选实施例，所述微光学聚光结构为棱镜、圆锥、棱锥、圆台、棱台、具有顶部凹陷区域的棱锥、具有顶部凹陷区域的圆锥、具有顶部凹陷区域的棱台或具有顶部凹陷区域的圆台。

通过采用上述结构，利用反射片的微反射结构的反射面对光进行反射，并通过改变反射面的倾角来会聚、调制出射光场，并配合导光板的微光学聚光结构，提高导光板理想视场内的亮度值，可以避免使用传统的棱镜片，减少装置的元件数量，实现装置的高度集成，并提高光能利用率、降低成本。

【附图说明】

图1是一种现有背光系统的结构示意图；

图2是另一种现有背光系统的结构示意图；

图3是本发明集成微结构背光系统一实施例的结构示意图；

图4是本发明的反射片一实施例的结构及局部放大示意图；

图5是本发明的反射片为棱锥的结构示意图；

图6是本发明的反射片为棱台的结构示意图；

图7是本发明的微光学聚光结构为具有顶端凹陷区域的棱锥的结构示意图；

图8是本发明的微光学聚光结构为具有顶端凹陷区域的圆锥的结构示意图；

图9是本发明的微光学聚光结构为具有顶端凹陷区域的圆锥的剖面示意图；

图10是本发明的微光学聚光结构为棱台的结构示意图；

图11是本发明的微光学聚光结构为棱锥的结构示意图；

图12是本发明的反射片的微反射结构的排列方式一实施例的示意图；

图13是本发明的反射片的微反射结构的排列方式另一实施例的示意图。

【具体实施方式】

如图3所示，图3是本发明集成微结构背光系统一实施例的结构示意图。在本实施例的背光系统中包括：光源31、导光板32以及反射片33。其中，导光板32包括用于接收光源31发出光线的入光面、用于出射光线的出光面以及与出光面相对的底面，在该导光板32的出光面设置有微光学聚光结构，该微光学聚光结构可以是棱镜、圆锥、棱锥、圆台、棱台、具有顶部凹陷区域的棱锥、具有顶部凹陷区域的圆锥、具有顶部凹陷区域的棱台或具有顶部凹陷区域的圆台，如图3所示的微棱镜结构321，图7为具有顶部凹陷区域的棱锥结构，图8为具有顶部凹陷区域的圆锥结构，图9为该具有顶部凹陷区域的圆锥结构的剖面示意图，图10为棱台结构，图11为棱锥结构。导光板32的形状可采用平板形、楔形或者其它适当形状，厚度通常为0.5mm-10mm，材料从透光性材料中选取，通常采用丙烯基树脂或聚碳酸酯树脂，优选是折射率为1.49的聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)。微棱镜结构321可直接成型制成，或是采用微光学、二元光学加工方法制成，例如激光直写法、光刻、蚀刻方法等。光源31可采用目前公知的LED光源、冷阴极荧光灯管或者其它适当光源，并以适当方式设置在导光板32的入光面附近。反射片33则设置在导光板32的底面的下方，用于反射从该底面透出的光线。该底面还可以进一步包括各种散射结构，例如印刷网点或者以成型方式制成的散射网点，以便对导光板32内部的传输光线进行散射，进而实现面光源输出并保持导光板32出光的均匀性。

如图4所示，图4是本发明的反射片一实施例的结构及局部放大示意图。在本实施例中，反射片33上的微反射结构为棱镜形331，该棱镜形331的延伸方向垂直于微棱镜结构321的延伸方向，并且具有与导光板32的出光面相倾斜的反射面。经导光板32的底面透射的光由棱镜331的反射面以预定角度反射后再次进入导光板32，并经导光板32的出光面的微棱镜结构321会聚后出射。在本实施例中，棱镜331的底宽优选为10μm-1000μm，并且通过改变棱镜331的底角(反射面倾角)、高度以及分布密度来调节经导光板32的底面透出的光线的反射方向，由此垂直该棱镜331的延伸方向对导光板32的内部传输光线进行会聚、调制。而导光板32的出光面的微棱镜结构321则进一步在垂直于微棱镜结构321的方向上进行会聚和调制，由此实现出射光的双方向会聚。

本发明的微反射结构并不局限于棱镜，而是可以根据实际情况设计出不同形式的结构。例如，图5为棱锥结构，图6为棱台结构。本发明的微反射结构可以通过在预定材料的基板上直接成型，或以微光学、二元光学加工方法制成，例如激光直写法、光刻、蚀刻方法等，并在该结构表面涂敷适当材料的反射涂层实现。

此外，为了实现出射亮度峰值调节和高均匀性，可以根据不同的设计需要对微反射结构的分布密度进行调节。如图12和图13所示，图12中微反射结构的采用均匀分布，图13中微反射结构的结构尺寸是在远离导光板入光面方向上逐渐增加，以便根据距导光板入光面的距离调节反射强度和角度，以便实现出射光场的亮度峰值调节和高均匀性。

通过采用上述结构，利用反射片的微反射结构的反射面对光进行反射，并通过改变反射面的倾角来会聚、调制出射光场，并配合导光板的微光学聚光结构，使得导光板的出射光可以调节到理想视场，可以避免使用传统的棱镜片，减少了装置的元件数量，实现了装置的高度集成，并提高光能利用率、降低成本。此外，本发明的反射片可以解决传统平面反射片应用到集成导光板(出光面具有微棱镜结构)中出现的亮度偏离问题，很好地把出射光场的峰值调节到我们所需要的视场，具有很强的灵活性。通过实验可以发现，本发明的背光系统的亮度指标可以达到传统双棱镜片配置的背光系统的1-1.5倍，并且光能利用率高，均匀性好。

在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在不脱离本发明所保护的范围和精神的情况下，可根据不同的实际需要设计出各种实施方式。

Claims (7)

1.一种集成微结构背光系统，所述背光系统包括：

具有入光面、出光面及与所述出光面相对的底面的导光板；

设置在所述入光面附近的光源，以及

设置在所述底面附近的反射片，

其特征在于：所述导光板的出光面设置有微光学聚光结构，所述反射片上设置有微反射结构。

2.根据权利要求1所述的背光系统，其特征在于：所述微反射结构具有与所述出光面倾斜的反射面。

3.根据权利要求2所述的背光系统，其特征在于：所述微反射结构为棱镜、棱锥或棱台。

4.根据权利要求2所述的背光系统，其特征在于：所述微反射结构表面设有反射涂层。

5.根据权利要求1所述的背光系统，其特征在于：所述微反射结构的结构尺寸均匀分布或沿远离所述入光面的方向上增加；所述微反射结构的分布密度均匀分布或沿远离所述入光面的方向上增加。

6.根据权利要求1所述的背光系统，其特征在于：所述微反射结构的底宽为10μm-1000μm。

7.根据权利要求1所述的背光系统，其特征在于：所述微光学聚光结构为具有顶部凹陷区域的棱锥、具有顶部凹陷区域区域的圆锥、具有顶部凹陷区域的棱台、具有顶部凹陷区域的圆台、棱镜、圆锥、棱锥、圆台或棱台。

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