CN101776246B - 一种导光板以及包含该导光板的照明装置与背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导光板，该导光板具有一光入射面、一光反射面以及一光出射面，光反射面位于导光板的下表面，光出射面位于导光板的上表面，光入射面位于导光板的上表面与下表面之间的一侧表面，光反射面上具有复数个呈棱状凸出或者凹陷于导光板下表面的反光元件，反光元件平行于光入射面，反光元件的横断面呈一钝角三角形，钝角三角形由第一反光面、第二反光面以及导光板的下表面构成。此外，本发明还公开了一种包括上述导光板的照明装置与背光模组，包括外框以及从下到上依次层叠设置在外框内的反射板、导光板、扩散板。本发明提供了一种能够让光线均匀并且尽量垂直地从光出射面射出的导光板，进而提供结构简单、厚度更薄的照明装置与背光模组。

Description

一种导光板以及包含该导光板的照明装置与背光模组

技术领域

本发明涉及一种光学领域的导光板，特别地，还涉及一种包含这种导光板的照明装置与背光模组。

背景技术

导光板是一种将点光源或线光源转换为面光源的光学元件，通常其具有光入射面、光反射面以及光出射面，其中光入射面用于接收光源发出的光束并将该光束导入导光板内部，光反射面将导入的光束反射、散射后形成沿各方向均匀分散的散射光束，光出射面将该均匀分散的光束导出导光板，该光反射面对光束的反射、散射是通过光反射面上的反光元件来实现，反光元件一般分为槽或棱形、印刷网点、激光刻痕等类型，而根据反光元件的不同其加工方法也分为机械加工、印刷、激光加工、化学蚀刻等方法。

导光板的设计重点以及难点是如何让光线均匀并且尽量垂直地从光出射面射出，为了解决该问题，现有技术中一种解决方案是导光板的光反射面具有多个呈矩阵排列印刷网点或者激光刻痕，网点的直径可以沿远离入射面方向由小到大变化，但采用该网点的导光板的出光均匀度以及出射角度仍不能达到液晶显示面板对导光板出光均匀度的要求。若对小区域内的光分布进行微量调整以达到更均匀的光分布，则需要调整网点直径或间距而存在制程上的困难。另一种方案则是在光反射面设置多个U形或者V型的反光元件，由于各个反光元件均为相同的外型尺寸，因此容易造成出现导光板靠近光源的部分亮度较高，而远离光源的部分亮度较低的技术问题。由于现有技术中存在上述问题，因此在背光模组中必须在导光板的上方设置多层扩散板以及棱镜板以进一步将光线偏转到近法线方向，这样就造成了背光模组的整体厚度较大，成本较高。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种能够让光线均匀并且尽量垂直地从光出射面射出的导光板，进而提供结构简单、厚度更薄的照明装置与背光模组。

为了达到上述目的，本发明提供了一种导光板，该导光板具有一光入射面、一光反射面以及一光出射面，光反射面位于导光板的下表面，光出射面位于导光板的上表面，光入射面位于导光板的上表面与下表面之间的一侧表面，光反射面上具有复数个呈棱状凸出或者凹陷于导光板下表面的反光元件，反光元件平行于光入射面，反光元件的横断面呈一钝角三角形，钝角三角形由第一反光面、第二反光面以及导光板的下表面构成；第一反光面与导光板下表面间呈α角，α角沿远离光入射面的方向在α₁～α₂～α₃的范围变化，并且α₃＞α₁＞α₂，α₁在3°～7°的范围内，α₂在2°～6°的范围内，α₃在4°～8°的范围内；第二反光面与导光板下表面间呈β角，β角沿远离光入射面的方向在β₁～β₂～β₃的范围变化，并且β₂＞β₁＞β₃，β₁在41°～47°的范围内，β₂在43°～49°的范围内，β₃在40°～46°的范围内。

优选地，为了使光较均匀出射，反光元件的高度沿远离光入射面的方向逐渐增加，反光元件的间距远离光入射面的方向逐渐减小。

更优地，反光元件的高度在2μm～15μm的范围内变化，反光元件的间距在160μm～90μm的范围内变化。

优选地，光入射面上具有一维或二维衍射光栅，衍射光栅为微米级或亚微米级。

优选地，光出射面上具有复数个呈棱状凸出或者凹陷于导光板上表面的聚光元件，聚光元件垂直于光入射面。

优选地，导光板呈楔形或平板形。

根据本发明的另一方面，还提供了一种照明装置，它包括外框以及从下到上依次层叠设置在外框内的反射板、导光板、扩散板，导光板的光入射面附近设置有LED光源。

优选地，导光板由多个导光板单元拼接而成。

根据本发明的另一方面，还提供了一种背光模组，它包括外框以及从下到上依次层叠设置在外框内的反射板、导光板、扩散板，导光板的光入射面附近设置有LED光源。

优选地，导光板由多个导光板单元拼接而成。

由于采用了以上技术方案，使得本发明具有以下优点：由于本发明的反光元件呈一底角逐渐变化的钝角三角形，因此对离入射面较近的小角度入射光以及对离入射面较远的大角度入射光均能起到很好的反射效果，并且β呈一较大的角度，使反射光直接偏向近法线方向；另外，本发明的聚光元件可以在发光面内垂直于LED光轴方向上对出射光进一步的汇聚，使出射光更集中近法线方向出射。因此在使用了该导光板之后，照明装置以及背光模组只需要在导光板上方设置扩散板后就可以达到角度偏转的需要，极大的简化了结构、减小了厚度并且降低了生产成本。

附图说明

附图1为本发明导光板的立体图；

附图2为附图1中导光板下表面的反光元件的示意图；

附图3为附图1中导光板上表面的聚光元件的示意图；

附图4为包括本发明的导光板的照明装置的实施例的立体图；

附图5为附图4中照明装置移除扩散板与遮光片后的立体图；

附图6为附图4中照明装置的立体拆分图；

附图7为附图4中照明装置应用于台灯的立体图；

附图8为包括本发明的导光板的照明装置的另一实施例的立体拆分图；

附图9为附图8中照明装置应用于出租车灯的立体图；

附图10为包括本发明的导光板的背光模组的实施例的立体图；

附图11为附图10中导光板的立体图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见附图1至附图3，本实施例中的导光板100具有一光入射面130、一光反射面120以及一光出射面110，其中光反射面120位于导光板100的下表面，光出射面110位于导光板100的上表面，而光入射面130位于导光板100的上表面与下表面之间的一侧表面。

如附图2所示，光反射面120上具有多个反光元件121，反光元件121平行于光入射面130，各个反光元件121均呈棱状凸出于导光板100的下表面，各个反光元件121的横断面呈钝角三角形，钝角三角形由第一反光面121a、第二反光面121b以及导光板100的下表面构成，其中第一反光面121a与导光板100的下表面呈α角，迎光面121b与导光板100的下表面呈β角，α角沿远离光入射面的方向在α₁～α₂～α₃的范围变化，并且α₃＞α₁＞α₂，α₁在3°～7°的范围内，α₂在2°～6°的范围内，α₃在4°～8°的范围内；β角沿远离光入射面的方向在β₁～β₂～β₃的范围变化，并且β₂＞β₁＞β₃，β₁在41°～47°的范围内，β₂在43°～49°的范围内，β₃在40°～46°的范围内。

为了使光较均匀地出射，反光元件的高度沿远离光入射面的方向逐渐增加，反光元件的间距远离光入射面的方向逐渐减小，反光元件的高度在2μm～15μm的范围内变化，反光元件的间距在160μm～90μm的范围内变化。从图中的两支呈不同出射角的光线的反射路径可以看出，由于反光元件121的横断面呈一底角逐渐变化的钝角三角形，因此对离入射面较近的小角度入射光以及对离入射面较远的大角度入射光能起到同样的反射效果，并且β呈一较大的角度，使反射光直接偏向近法线方向。

如附图3所示，光出射面110上平行设置有复数个聚光元件111，聚光元件111呈棱状凸出于导光板100的上表面，复数个聚光元件111垂直于光入射面130设置，每个聚光元件111由两个相向的斜面111a、111b以及一个分别与两个斜面111a、111b相切的圆弧面111c组成，斜面111a、111b基本构成一等腰三角形，例如底角可以在45°左右，斜面111a、111b以及圆弧面111c共同在发光面内垂直于LED光轴方向上对光线进一步汇聚后出射。

光入射面130可以采取多种手段以增加入射光的均匀性，例如光入射面130可以是一抛光表面，还可以设置为一漫反射表面；另一种选择是光入射面130上可以设置有类似于光出射面110或者光反射面120的横向或纵向棱镜状微细构造，从而改变入光处的亮点现象；此外，还可以在光入射面130上设置亚微米级的一维或二维衍射光栅，从而提高光源和导光板之间的耦合效率。

这里需要指出的是，导光板100可以呈楔形或平板形；另外，光出射面110与光反射面120上还可以通过激光雕刻或者化学蚀刻的方式加工有加工点，以提高亮度以及均一性，此处已为本领域内普通技术人员所知悉，这里不再赘述。

附图4描述了一种包含上述导光板的照明装置200，附图5为去掉扩散板240以及遮光片250后照明装置200的立体图，附图6为照明装置200的立体拆分图，可以看出照明装置200包括外框210以及从下到上依次层叠设置在外框内的反射板220、导光板230、扩散板240，导光板230的光入射面附近设置有光源260，呈环形的遮光片250从上方覆盖在扩散板240与外框210之间的缝隙上。这样从导光板230出射的光线经过扩散板240进一步准直后从照明装置200的上表面射出，而部分从导光板230下表面透射向下出射的光线则在反射板220的反射作用下再一次向上出射，有利于提高光源的利用效率，减少光能损失。该反射板220、导光板230、扩散板240，可以用胶剂或者螺钉等方式固定在外框210的内侧壁上，扩散板240与导光板230之间的距离则可以根据需要进行调节，并且最好在1cm以上。这种类型的照明装置适用于商店橱窗照明以及家用照明上，具有节能高效的特点，并且发出的光非常的均匀，不容易造成人眼疲劳。

本实施例中的光源采用LED，该LED光源260可以是侧视型(Side View LED)，也可以是顶视型(Top View LED)，如果采用顶视型则可以进一步降低照明装置的生产成本；这里的LED可以是RGB三基色LED，也可以是基于短波长激发荧光粉发出白光原理的拟白色LED，如果采用RGB三基色LED则可以根据环境的不同而进行色温的调节。LED可以通过邦定工艺固定于FPC(软性电路板)上，之后再将FPC固定于导光板光入射面130附近的外框210上。由于采用LED作为光源，需要特别注意LED的散热问题，以防止LED由于散热不佳而导致寿命的缩短，因此本实施例中的外框210由具有良好导热性的铝合金材料制成。

附图7描述了一种利用上述照明装置构成的台灯，该台灯由照明装置200、支架底座400构成，在照明装置200的出光面外还可以设置一个由透明树脂材料制成的灯罩，可以起到防护效果；支架底座400内部设置有AC/DC转换元件等电源器件，从而可以直接与日常家用交流电源相连接以向LED供电，当然，这里的AC/DC转换元件等电源器件也可以整合为电源模块设置在支架底座400的外部。根据试验测得的数据，当该台灯的功率在6W左右时，辉度为16600cd/m²，辉度均一性达到83％，发出的光非常均匀，没有眩光，这也是与现有LED台灯最显著的区别，具有节能高效的特点，并且发出的光非常的均匀，不容易造成人眼疲劳。

附图8为上述照明装置的另一实施例的拆分图，本实施例与附图6中的照明装置的区别在于：由于本实施例中的照明装置的X方向尺寸较长，因此导光板230是由多块尺寸较小的导光板单元在X方向上并排拼在一起，从而构成一个X方向尺寸较大的导光板230。各个导光板单元之间可以采用嵌件相互固定，也可以采用胶剂或者螺钉等多种方式固定在一起，这种相互拼接的方式相较于直接生产大尺寸的导光板的方式来说降低了生产成本。

附图9描述了一种利用上述照明装置构成的出租车显示牌，本实施例中的出租车显示牌的长度方向尺寸相对于其它方向尺寸来说显著较大，例如长度190cm、宽度80cm、厚度2cm，因此可以由多个小尺寸的导光板单元相互拼接来构成一个大尺寸的导光板，这样避免了需要为不同尺寸的产品生产不同尺寸的导光板的麻烦，降低了生产成本。

附图10描述了一种包含上述导光板的背光模组300，它包括外框310以及从下到上依次层叠设置在外框310内的反射板320、导光板330、扩散板340，导光板330的光入射面附近设置有多个LED，LED则可以通过邦定工艺固定于FPC(软性电路板)上，之后再将FPC固定于导光板光入射面130附近的外框210上。从导光板230出射的光线经过扩散板240进一步准直后从背光模组300的上表面射出，而从导光板230下表面透射的光线则在反射板220的反射作用下再一次向上出射，有利于提高光源的利用效率，减少光能损失。

参见附图11所示，由于本实施例中的背光模组300的X方向与Y方向的尺寸均较大，因此导光板330是由多块尺寸较小的导光板单元331分别在X方向与Y方向上拼接在一起，从而构成一个尺寸较大的导光板330，从图中可以看出，X方向与Y方向上的相邻导光板单元331的非光入射面相互固定在一起，而光板330的光入射面则分别位于光板330的两侧，LED光源361与LED光源362分别固定于上述光入射面的附近。各个导光板单元331之间可以采用嵌件相互固定，也可以采用胶剂或者螺钉等多种方式固定在一起，这种方式降低了产品的生产成本。需要指出的是，这种采用相互拼接的方式中，并不对导光板单元的外形与尺寸进行限制，完全可以是各种形状与尺寸的导光板单元之间进行拼接，这里不再赘述。

通过上述实施方式不难看出，本发明提供了一种能够让光线均匀并且尽量垂直地从光出射面射出的导光板，进而提供了一种结构简单、厚度更薄的照明装置与背光模组。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰均涵盖体在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种导光板，该导光板具有一光入射面、一光反射面以及一光出射面，所述的光反射面位于所述的导光板的下表面，所述的光出射面位于所述的导光板的上表面，所述的光入射面位于所述的导光板的上表面与下表面之间的一侧表面，所述的光反射面上具有复数个呈棱状凸出或者凹陷于所述的导光板下表面的反光元件，所述的反光元件平行于所述的光入射面，所述的反光元件的横断面呈一钝角三角形，所述的钝角三角形由第一反光面、第二反光面以及所述的导光板的下表面构成，所述的第一反光面与所述的导光板下表面间呈α角，所述的第二反光面与所述的导光板下表面间呈β角，其特征在于：所述的α角沿远离所述的光入射面的方向在α₁～α₂～α₃的范围变化，并且α₃＞α₁＞α₂，所述的α₁在3°～7°的范围内，所述的α₂在2°～6°的范围内，所述的α₃在4°～8°的范围内；所述的β角沿远离所述的光入射面的方向在β₁～β₂～β₃的范围变化，并且β₂＞β₁＞β₃，所述的β₁在41°～47°的范围内，所述的β₂在43°～49°的范围内，所述的β₃在40°～46°的范围内，从而对离入射面较近的小角度入射光以及对离入射面较远的大角度入射光均起到很好的反射效果。

2.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于：所述的反光元件的高度沿远离所述的光入射面的方向逐渐增加，所述的反光元件的间距远离所述的光入射面的方向逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的导光板，其特征在于：所述的反光元件的高度在2μm～15μm的范围内变化，所述的反光元件的间距在160μm～90μm的范围内变化。

4.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于：所述的光入射面上具有一维或二维衍射光栅，所述的衍射光栅为微米级或亚微米级。

5.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于：所述的光出射面上具有复数个呈棱状凸出或者凹陷于所述的导光板上表面的聚光元件，所述的聚光元件垂直于所述的光入射面。

6.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于：所述的导光板呈楔形或平板形。

7.一种包含如权利要求1至6任一所述的导光板的照明装置，其特征在于：它包括外框以及从下到上依次层叠设置在所述的外框内的反射板、导光板、扩散板，所述的导光板的光入射面附近设置有LED光源。

8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于：所述的导光板由多个导光板单元拼接而成。

9.一种包含如权利要求1至6任一所述的导光板的背光模组，其特征在于：它包括外框以及从下到上依次层叠设置在所述的外框内的反射板、导光板、扩散板，所述的导光板的光入射面附近设置有LED光源。

10.根据权利要求9所述的背光模组，其特征在于：所述的导光板由多个导光板单元拼接而成。

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