CN101725913A - 高效率增亮的背光模组 - Google Patents

Abstract

一种高效率增亮的背光模组，包括：导光板(2)以及设置在所述导光板(2)一侧的光源(3)；所述导光板(2)靠近所述光源(3)的竖向侧面为入光面(21)；所述导光板(2)顶部的出光面(22)为有利于聚光或光线再次反射利用的呈平行均布的凸棱镜结构，与所述出光面(22)相背的导光板(2)底面(23)凸设有利于将光线从出光面(22)均匀导出的多排楔形微凸结构，所述入光面(21)的水平截面呈有利于增加入射光在水平方向的发射角的小圆弧形锯齿结构。本发明背光模组通过改变导光板顶部、底部和入光面的结构可大大增加背光模组的发光效率，提升发光亮度，尤其适用于侧发光贴片型的LED背光模组。

Description

高效率增亮的背光模组

技术领域

本发明涉及一种背光模组，尤其涉及一种侧发光贴片型的背光模组。

背景技术

现有的液晶显示屏由于其显示屏本身是不发光的显示元件，所以必须借助背光模组才能达到其显示效果。单纯从制造成本上来说，背光模组也是液晶显示模块中非常重要的部件。目前单色液晶显示(TN型LCD)的光线透过率为10％～30％，彩色液晶显示器的透过率仅为5％～8％。分辨率越高，显示效果越清晰的彩色液晶显示器透过更低，如目前3G手机开发中的有些高质量液晶显示屏仅有2.5％左右。要达到液晶显示屏正常的200cd/m²，背光模组的亮度必须达到8000cd/m²。而目前的背光模组的亮度大多在3500cd/m²，更高一些的是6000cd/m²左右，这些都是将发光源LED提高到很高亮度级别的情况下才能达到。

如图1所示，通常的背光模组结构包括光源11，反射膜12，导光板13，扩散膜14，增光膜15，遮光膜以及双面胶等，影响背光模组亮度的最重量因素当属光源11、导光板13与反射膜12。其中，背光模组的作用就是把线光源11发出的光通过漫反射使之成为面光源。但背光膜组在搭配不同光源时其表面的纹理会有不同的变化。传统的中小尺寸LED背光模组其LED器件大多为侧发光贴片型，其主要厚度有0.8mm、0.6mm、0.4mm，发光强度一般为900～1800mcd，呈朗伯分布，发光角多为110°～120°。反射膜12的作用是将没有直接散射出去的杂乱光线再次引入导光板13以提高光源的利用率；它上面的扩散膜14同样具备把光线形成漫反射并均匀扩散的能力；而作为背光模组另一重要组件的棱镜片15(垂直和水平相间隔)则负责把光线聚拢，使其进入液晶模块以提高辉度，所以又称增光膜(BEF)。经过上述处理，LED组成的点光源就可以形成亮度均匀的面光源。

导光板13是背光模组的心脏，然而要导光，必然要选择折射率低，穿透性高的材料。目前比较常用的有PMMA，PC，COC等塑料材质。而要将侧面光线引导至正面，就需要通过在导光板13底面作各种光学设计。如图2所示，传统的方案是在导光板13底面丝印上大小不同的圆点131，或是将圆点蚀刻在模具上，然后射出成形，这种做法也是目前用得最多的导光板成型方法。但是这种网点制作方法的缺点是光线的指向性很差，也就是说，背光模组的亮度难以提高。

几乎所有的背光模组厂其光源与反射膜都是需要外购的，在成本压力下，不可能做到靠通过购入极昂贵的或是根本就还不存在的材料来实现高亮度的目的，在同等级LED光源亮度的情况下，要设计开发出超高亮的背光模组是迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，在同等级光源亮度的情况下，提供一种比现有技术具有更高发光效率、更高亮度的背光模组。

为了解决上述技术问题，本发明设计一种高效率增亮的背光模组，包括：导光板以及设置在所述导光板一侧的光源；所述导光板靠近所述光源的竖向侧面为入光面；

所述导光板顶部的出光面为有利于聚光或光线再次反射利用的呈平行均布的凸棱镜结构，通过棱镜的聚光原理将原有的大角度光线聚焦起来或再次反射利用，以实现亮度提升的目的；与所述出光面相背的导光板底面凸设有利于将光线从出光面均匀导出的多排楔形微凸结构。

所述出光面的凸棱镜结构的竖向截面呈三角形，该三角形凸棱镜与所述入光面的长度方向平行，相邻的所述三角形凸棱镜相连由此形成一V形沟槽；所述导光板底面的多排楔形微凸结构由多个小楔形凸起组成，该多个小楔形凸起从近光源端到远离光源端的排列由疏到密，且所述小楔形凸起的最高点位于靠近光源端。

所述导光板顶面的V形沟槽的底部夹角为120～150度，相邻的所述三角形凸棱镜之间的距离为16～30μm，三角形凸棱镜的高度为2.14～6.99μm；所述导光板底面的小楔形凸起沿近光源端到远离光源端方向的长度为30～60μm，其两斜面的夹角为130～150度，其中较长斜面与水平面的夹角为3～10度。

较佳的实施方式是：所述V形沟槽的底部夹角为130度，相邻三角形凸棱镜之间的距离为17.24μm，三角形凸棱镜的高度为4.02μm；所述导光板底面的小楔形凸起沿近光源端到远离光源端方向的长度为37μm，其两斜面的夹角为150度，其中较长斜面与水平面的夹角为4度。

此外，所述入光面的水平截面呈有利于增加入射光在水平方向的发射角的小圆弧形锯齿结构。

所述入光面的小圆弧形锯齿结构的小圆弧高度为0.04～0.08mm，半径为0.04～0.08mm，相邻小圆弧之间的净距为0～0.05mm。

较佳的实施例是：所述入光面的小圆弧形锯齿结构的小圆弧高度为0.05mm，半径为0.05mm，相邻小圆弧之间的净距为0.02mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过改变导光板顶部出光面、底面及入光面的结构，有效提高光线的利用率，并能将光线均匀导出，引导光线的指向性，在同等级光源亮度的情况下，大大提升了背光模组的亮度和清晰度。

附图说明

图1为传统中小尺寸LED背光模组的结构示意图；

图2为现有技术中应用于蚀刻技术的导光板光学网点的图形设计图；

图3为本发明背光模组的导光板2的平面图；

图4为所述导光板2的立体示意图；

图5为所述导光板2顶面22的结构示意图；

图6为显示所述导光板2顶面22结构的YZ轴竖向剖面图；

图7为所述导光板2顶面22三角形锯齿结构重复利用光线的示意图；

图8为显示所述导光板2底面23的小楔形凸起231结构的YZ轴竖向剖面图；

图9为所述导光板2底面23的结构示意图；

图10为所述导光板2的入光面21的结构示意图；

图11为显示所述入光面21结构的水平局剖图。

具体实施方式

以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

如图3所示，本发明的背光模组包括导光板2以及设置在所述导光板2一侧的光源3。如图4，所述导光板2的六个面分别为：前部靠近所述光源3的竖向侧面为入光面21、顶面为出光面22、靠近反射膜为底面23、左右两侧的竖向侧面24和25、以及与所述入光面21相对的后面26。本发明主要是针对其中的入光面21、出光面22、和底面23进行改进。

为了方便描述，如图4所示，我们定义：以所述入光面21的长度方向为X轴，以所述导光板2的厚度方向为Y轴，以垂直于所述X轴和Y轴、即光源3的远近方向为Z轴。本实施例中，所述导光板2其Z轴方向的长度为49.02mm，X轴方向的长度为35.48mm，Y轴方向的长度为0.5mm，入光前端的厚度为0.55mm。

如图5和图6所示，所述导光板2顶部的出光面22为有利于聚光或光线再次反射利用的凸棱镜结构，由多条平行于X轴的三角形凸棱镜222组成，所述三角形凸棱镜222在YZ轴截面中呈三角形，且相邻的三角形凸棱镜222相连由此形成一V形沟槽221。如图6，所述V形沟槽221的底部夹角α1为120～150度，相邻的三角形凸棱镜222之间的距离d1为16～30μm，三角形凸棱镜222的高度h1为2.14～6.99μm。经过多次软件模拟及大量实验，结果显示，较佳的实施例为：所述V形沟槽221的底部夹角α1为130度，相邻三角形凸棱镜222之间的距离d1为17.24μm，三角形凸棱镜222的高度h1为4.02μm。采用上述结构后，光线经凸棱镜结构的聚光将原有的大角度光线聚集起来或再次反射利用，可以有效提升背光模组的亮度。如图7所示，大约50％左右的光线会重新反射回去再次利用，可利用的折射光线增加40％～60％，再反射或再折射后光线的损失比率很低。

如图8和图9所示，所述导光板2底面23凸设有利于将光线从出光面22均匀导出并引导光线光线的指向性的多排楔形微凸结构，该多排楔形微凸结构由多个小楔形凸起231组成，该多个小楔形凸起231从近光源端到远离光源端的排列由疏到密，该由疏到密的排列可按照等差规律、抛物线或者根据客户需求设置数学公式，只要是由疏到密即可，且所述小楔形凸起231的最高点位于靠近光源端。如图8，所述导光板底面23的小楔形凸起231沿Z轴方向的长度d2为30～60μm，其两斜面的夹角α2为130～150度，其中较长斜面与水平面的夹角α3为3～10度。最佳的实施例为：所述导光板2底面23的小楔形凸起231沿Z轴方向的长度d2为37μm，其两斜面的夹角α2为150度，其中较长斜面与水平面的夹角α3为4度。要加工上述微结构，必须要有精密的加工设备，在模具钢材S136H上采用撞点的方法自动控制撞击而成，撞击的频率为15-16次/秒，撞击模具钢材表面的撞头材质须为金钢石，且其形状须加工成所述小楔形凸起231的形状，这样撞击的表面自然就成了凹的，然后通过注塑成形还原成凸的小楔形凸起的形状。

如图10所示，所述入光面21的水平截面呈小圆弧形锯齿结构，有利于增加入射光在水平方向的发射角，使导向两侧的光通量增加，由此可使背光模组的亮度更加均匀。如图11，所述小圆弧形锯齿结构的小圆弧211高度h3为0.04～0.08mm，半径R为0.04～0.08mm，相邻小圆弧211之间的净距d4为0～0.05mm。较佳的实施例为：小圆弧形锯齿结构的小圆弧211高度h3为0.05mm，半径R为0.05mm，相邻小圆弧211之间的净距d4为0.02mm。

所述导光板2的左右两侧的竖向侧面24和25、以及与所述入光面21相对的后面26均无特殊结构，直接做镜面抛光即可。采用上述技术方案后，背光模组的亮度表面远高于普通的采用蚀刻或丝印网点方法的背光模组，其亮度平均高出20％，最终实现高亮度、高清晰的液晶显示画面。

Claims (7)

1.一种高效率增亮的背光模组，包括：导光板(2)以及设置在所述导光板(2)一侧的光源(3)；所述导光板(2)靠近所述光源(3)的竖向侧面为入光面(21)；其特征在于：

所述导光板(2)顶部的出光面(22)为有利于聚光或光线再次反射利用的呈平行均布的凸棱镜结构，与所述出光面(22)相背的导光板(2)底面(23)凸设有利于将光线从出光面(22)均匀导出的多排楔形微凸结构。

2.根据权利要求1所述的高效率增亮的背光模组，其特征在于：所述出光面(22)的凸棱镜结构的竖向截面呈三角形，该三角形凸棱镜(222)与所述入光面(21)的长度方向平行，相邻的所述三角形凸棱镜(222)相连由此形成一V形沟槽(221)；所述导光板(2)底面(23)的多排楔形微凸结构由多个小楔形凸起(231)组成，该多个小楔形凸起(231)从近光源端到远离光源端的排列由疏到密，且所述小楔形凸起(231)的最高点位于靠近光源端。

3.根据权利要求2所述的高效率增亮的背光模组，其特征在于：

所述导光板(2)顶面(22)的V形沟槽(221)的底部夹角为120～150度，相邻的所述三角形凸棱镜(222)之间的距离为16～30μm，三角形凸棱镜(222)的高度为2.14～6.99μm；

所述导光板(2)底面(23)的小楔形凸起(231)沿近光源端到远离光源端方向的长度为30～60μm，其两斜面的夹角为130～150度，其中较长斜面与水平面的夹角为3～10度。

4.根据权利要求3所述的高效率增亮的背光模组，其特征在于：

所述V形沟槽(221)的底部夹角为130度，相邻三角形凸棱镜(222)之间的距离为17.24μm，三角形凸棱镜(222)的高度为4.02μm；

所述导光板(2)底面(23)的小楔形凸起(231)沿近光源端到远离光源端方向的长度为37μm，其两斜面的夹角为150度，其中较长斜面与水平面的夹角为4度。

5.根据权利要求1至5任一项所述的高效率增亮的背光模组，其特征在于：所述入光面(21)的水平截面呈有利于增加入射光在水平方向的发射角的小圆弧形锯齿结构。

6.根据权利要求5所述的高效率增亮的背光模组，其特征在于：所述入光面(21)的小圆弧形锯齿结构的小圆弧(211)高度为0.04～0.08mm，半径为0.04～0.08mm，相邻小圆弧(211)之间的净距为0～0.05mm。

7.根据权利要求6所述的高效率增亮的背光模组，其特征在于：所述入光面(21)的小圆弧形锯齿结构的小圆弧(211)高度为0.05mm，半径为0.05mm，相邻小圆弧(211)之间的净距为0.02mm。

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