CN102095142A - 背光模组及显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背光模组及显示设备。该背光模组包括：导光板；以及光源，位于导光板的入光面，其中，导光板的出光面和/或反射面为波形结构，导光板的出光面和反射面相对设置，由于设置在导光板的出光面和/或反射面的波形结构实现了现有技术中棱镜片的功能，因而可以在背光模组不再设置棱镜片，从而解决了现有技术中的背光模组结构比较复杂的问题，进而能够简化背光模组结构。

Description

背光模组及显示设备

技术领域

本发明涉及显示设备领域，具体而言，涉及一种背光模组及显示设备。

背景技术

液晶材料已被广泛应用在如电视、计算机、移动电话、个人数字助理以及各种仪器仪表等不同尺寸的液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称为LCD)上，液晶材料不是自发光的，为了达到显像目的，必须为液晶显示器面板提供一种面光源装置，其功能在于向液晶显示器面板提供辉度充分，分布均匀的面光源作为背光模组。

现有技术提供了一种背光模组01，如图1所示，主要由：光源016、反射罩017、反射片015、导光板014、(下)扩散片011、(水平)棱镜片013、(垂直)棱镜片014、(上)扩散片011组成。

其中，该光源可设置于导光板一侧(一般为底侧)、或相对两侧(一般为左右两侧)、或“U”型三侧(一般为底侧和左右两侧)，并将光线发射至该导光板。该导光板的作用在于引导光线传输方向，使光线由导光板的期望出光面均匀射出。因为从光源发出的光线在传导过程中有衰减，所以导光板靠近光远的部分比较亮，远离光源的部分比较暗。所以，为提高导光板的辉度和均匀度，通常在导光板的一面设置“v”型槽或扩散网点，用以破坏光线在导光板内部传输的全反射条件，并且使其散射以提高到光板出射光线的均匀性，进而提高背光源系统的整体性能。该网点的大小、疏密均有不同设计，如前述“扩散点法”中描述的扩散原理，以适应不同的背光源结构。

专利号为CN 101435892A的专利提供了一种背光源系统，如图2所示，背光源部具备光源1、导光板2、扩散片3、聚光片41、51以及反射片6。聚光片41、51包含第一棱镜片41及第二棱镜片51。以与导光板2的至少一个侧面2a相对的方式设有光源1。以与导光板2的上表面2c相对的方式设有扩散片3。以与导光板2的下表面2b相对的方式设有反射片6。以与扩散片3相对的方式设有第一棱镜片41。以隔着第一棱镜片41而与扩散片3相对的方式设有第二棱镜片51。

导光板2至少以一个侧面2a为入光面、以与侧面2a大致正交的上表面2c为出光面。光源1的光从导光板2的侧面2a入射，从导光板的上表面2c倾斜地射出。从导光板2通过扩散片3入射到聚光片41、51的光分别由两张第一棱镜片41、51会聚并向垂直方向弯曲。从导光板2的下表面2b射出的光由反射板6反射后再次入射到导光板2。

然而，发明人发现，上述的方法虽然可以有效降低光源附近入光不均，且可以通过棱镜片的集光作用提高正面辉度，但该光源系统仍然沿袭了传统光源所采用的被动依赖反射片反光、棱镜片集光的复杂结构，整个光源系统共使用了6个零部件，结构较为复杂。

发明内容

针对现有技术中的背光模组结构比较复杂的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种背光模组及显示设备，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种背光模组。该背光模组包括：导光板；以及光源，位于导光板的入光面，其中，导光板的出光面和/或反射面为波形结构，其中，导光板的出光面和反射面相对设置。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种显示设备。该显示设备包括本发明所提供的背光模组。

通过本发明，采用包括以下部分的背光模组：导光板；以及光源，位于导光板的入光面，其中，导光板的出光面和/或反射面为波形结构，其中，导光板的出光面和反射面相对设置，由于设置在导光板的出光面和/或反射面的波形结构实现了现有技术中棱镜片的功能，因而可以在背光模组不再设置棱镜片，从而解决了现有技术中的背光模组结构比较复杂的问题，进而达到了简化背光模组结构效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术的一种背光模组的示意图；

图2是根据现有技术的另一种背光模组的示意图；

图3是根据本发明实施例的背光模组的示意图；

图4是根据本发明实施例的导光板的入光面的导光原理的示意图；

图5是根据本发明实施例的导光板的反射面的导光原理的示意图；

图6是图3所示的背光模组的X方向投影图；

图7是图3所示的背光模组的Z方向投影图；

图8是图3所示的背光模组的Z方向投影图；

图9是图8所示的H部分的一种局部放大示意图；以及

图10是图8所示的H部分的另一种局部放大示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图3是根据本发明实施例的背光模组的示意图。

如图3所示，该背光模组02包括导光板022、光源023。

其中，光源023位于导光板的入光面022a，导光板022的出光面022b和/或反射面022d为波形结构，其中，导光板022的出光面022b和反射面022d相对设置。

在上述的背光模组02中，当位于导光板022的出光面022b为波形结构时，可以省掉导光板022的出光面022b一侧的棱镜片，相应地，当位于导光板022的反射面022d为波形结构时，可以省掉导光板022的反射面022d一侧的棱镜片，在两面均为波形结构时可以将两侧的棱镜片均省掉，从而可以简化背光模组结构。

需要说明的是，波形结构的截面为以下任意一种或多种：三角形、圆形、椭圆形、抛物线形以及双曲线形。

优选地，波形结构可以由棱镜阵列构成。

优选地，背光模组可以由导光板、光源和扩散片组成，从而使得背光模组仅为双层结构，相比于现有技术的6层结构，极大了简化了背光模组的结构。此时，可以在导光板的反射面设置反射镀膜以替代反射片，或者，背光模组也可以由导光板、反射片、扩散片和光源组成。

优选地，上述背光模组还可以包括：反射片(未示出)，位于导光板的反射面。通过增加发射片，可以减少不必要的光损耗以及提高背光模组出光面的亮度，进一步优选地，可以在导光板022的除入光面022a和出光面022b的各个面均设置有反光镀膜，也即在第一侧面022c、第二侧面022e和第三侧面022f，以及反射面022d设置反光镀膜，由于在所述导光板的反射面设置的反光镀膜实现了现有技术中反射片的功能，因而可以在背光模组不再设置反射片，从而进一步简化了背光模组的结构。

优选地，背光模组也可以仅由上述导光板和光源组成，在该种情况下，背光模组仅为单层结构，最大地简化了背光模组的结构。此时，可以在导光板的反射面设置反射镀膜，或者，背光模组也可以仅由导光板、反射片和光源组成。

在本发明中，在简化结构的基础上，通过导光板这一个核心部件来同时实现棱镜片的集光作用，将传统方案中背光模组中的两个棱镜片取消，以实现简化结构的目的。然而，这两个零件取消了，但这两个棱镜片所起的集光增亮功能，可以移植于本发明方案背光源02中的导光板022中，从而实现导光板的多功能集成化。

优选地，波形结构的至少一个波形上设置有多个凸起结构和凹陷结构。由于凸起结构和凹陷结构能够起到光的扩散作用，因而能够对导光板发射面起到更好的光扩散作用，从而能够使得发射面起到更好的发射作用，进而提高了出光面的光亮度和减少光损耗。

优选地，凹陷结构的表面为曲面，其中，曲面上各个点的法线为一条经过圆心的直线。通过将曲面设置为各个点的法线为一条经过圆心的直线，可以起到更好的光扩散作用。

优选地，接近光源的凹陷结构的直径小于远离光源的凹陷机构的直径。

优选地，接近光源的凹陷结构的密度低于远离光源的凹陷机构的密度。由于在靠近光源一侧的导光板的亮度更高，因而，通过将接近光源的凹陷结构的直径设置的更小，凹陷结构的密度更低，可以使得对光的扩散更均匀。

优选地，凸起结构和/或凹陷结构的曲面包括以下任意一种或多种形状：球形、圆柱形以及椭圆柱形。

下面结合上述的背光模组的结构来具体描述本发明导光板集光增亮原理：

当入射到透明物体中的光线在符合全反射条件时，根据全反射原理，光线将在该透明物体如PMMA中作无止境的全反射传递而不会从上下表面射出，直至光能全部损耗或者从无用的端面射出。本发明实施例通过导光板材料的光学原理即可说明如何破坏光线全反射条件而达到照明并且增亮之目的。

以下阐述导光板照明目的的实现：

一般导光板材料为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA(POLYMETHYL METHACRYLATE，由单体MMA聚合而成)，或称作“亚克力”，其折射系数大约为1.49，所以相对全反射临界角大约为42.2°。也就是，只要入射角大于42.2°时光线就会发生全反射现象。

为了让光线能够从希望的表面射出，以光学术语来说即是破坏全反射的条件。由此光源导入导光板中的光线，在此称之为入射光，假设入射光与上下压克力板之法线夹角大于42°，由全反射原理可知，此光线会在压克力介质中来回地依照入射角等于反射角的定理作全反射，使光线在导光板中传递。当光线遇到楔形的上下表面时，入射角与上表面法线(或下表面)之间之夹角，即入射角，会因逐渐狭窄的表面而变小。而当入射角小于全反射临界角时，光线即从狭窄的表面透出，因其全反射条件被逐渐变小的入射角所破坏，而达到照明的效果。由于远离光源端的光线强度较弱，所以一般的导光板在远程面之厚度较薄，导出的光线较多，而近光源端之厚度较厚，导出之光线较少。此一边厚一边薄之形状称之为楔形。

以下说明导光板增亮目的的实现：

根据上述楔形法破坏全反射实现照明目的，可以继续延伸扩展这一有利功能，也就是将宏观的楔形进行微观化，将一个楔形板微分为复数个重复的微楔形阵列。

由此可以看出本发明所提供的技术方案与现有技术的技术方案存在以下对比结果：

现有技术中的平板导光板由于发生全反射，没有光线或者只有很少的光线从上下表面射出。

现有技术中的楔形导光板：较厚的一端发生全反射的光线多，未发生全反射的光线少，因此，折射出表面的光线就少；较薄的一端发生全反射的光线少，未发生全反射的光线多，因此，射出表面的光线就多。

作为波形结构的一个例子，对于本发明实施例所提供的微楔形导光板，存在以下特点：

(1)微楔形的微观化程度越高，单位长度内微楔形阵列的数量就越多，破坏全反射的程度就越高，于是射出表面的光线就越多，光线的密集度也越高，因此亮度也越高。

(2)微楔形从另一个角度看又是一个微三棱镜，而三棱镜的功能根据光学折射定律可知，具有改变光线方向的作用，使原先的散射光，聚拢在我们希望的方向及角度范围内射出，从而增加正视的亮度。其增亮原理，就是将散射光中部分小视角的光线经过上表面的微结构(即微三棱镜)聚拢在我们希望的方向及角度范围内射出，部分大视角的散射光则从上表面的微三棱镜反射回背光源导光板中，被下表面的反射镀膜反射后，重新加以利用，最终也在我们希望的方向及角度范围内射出。如图4和图5所示。

(3)如图4所示，上表面的水平方向微结构可以用来聚拢与YZ坐标平面平行的散射光，因此可以提高亮度50％；如图5所示，下表面的垂直方向微结构可以用来聚拢与XZ坐标平面平行的散射光，因此又可以提高亮度50％。因而，优选地，导光板的出光面和反射面均为波形结构。

因此，上下表面都加微结构后，其功能完全可以取代传统方案中必不可少的水平和垂直方向的两个棱镜片。

本发明正是通过将传统导光板楔形化为一个由复数个微楔形构成的导光板，使复数个微楔形实现复数三棱镜的聚拢集光作用，得以在取消传统被光源中两个棱镜片的情况下来实现增亮目的。

另外需要说明的是，以上所述上下表面的微结构中的微楔形或微三棱镜截面形状仅以三角形为例说明其原理，事实上除此以外，还包括由圆、椭圆、抛物线、双曲线等各种几何形状构成的复杂截面。

导光板022扩散功能的实现：

在本发明方案中(如图3所示)，在导光板022成型模具的下表面022d的微型槽表面再增加如图9中H-(j)“凸点”(也即凸起结构)或如图10中H-(k)“凹坑”(也即所述凹陷结构)，以实现光的扩散作用。详述如下：

当一束光入射到导光板中，再投射到微型槽表面上的“凸点”或“凹坑”时，由于“凸点”或“凹坑”的表面是一个曲面，而不是一个平面，曲面上每一点处的法线为一条经过圆心的直线，因此曲面上不同的点对应形成的无数条法线呈放射状排列，同一束光对每一条不同的法线都会产生一个不同的入射角，也就会产生无数个不同的折射角或反射角，从而产生了无数条不同的折射光或反射光，并且呈放射状排列，最终实现了光的扩散作用。

“凸点”或“凹坑”的布局方案为：接近光源的部分“凸点”或“凹坑”的直径小、分布密度低；远离光远的部分“凸点”或“凹坑”的直径大、分布密度高，并且直径大小、分布密度呈渐变状态变化。此种分布的主要目的是希望，将光源强度较强的部分散射较少的光线；而光源强度较弱的部分散射较多的光线，来达到亮度均匀的要求。因为靠近光源的部位光线较强，“凸点”或“凹坑”的直径小、分布密度低，就可以散射较少的光线；远离光的部位光线较弱，“凸点”或“凹坑”的直径大、分布密度高，就可以散射较多的光线。

另外，在接近导光板022的022c、022e、022f三个面的区域部分022g(见图7中粗双点画线包围的区域)，因为反射光的原因，该狭长区域内光的强度会出现局部由弱变强的“反弹”现象，所以当上述“凸点”或“凹坑”直径大小、分布密度呈渐变状态变化进入到该狭长区域内时，“凸点”或“凹坑”的直径大小、分布密度高低要呈逆向渐变排列，即原来直径由小到大，密度由低到高，在该区域直径要由大到小，密度由小到大。以达到射出光线的整体均匀化，而不是出现边缘突然发亮的现象。

另外，强调说明的是以上“凸点”或“凹坑”仅以球形曲面为例说明。事实上除此以外还包括圆柱形、棱柱形、椭圆柱形等各种复杂几何形状的“凸点”或“凹坑”。

导光板022反射功能的实现如下：

在本发明导光板022中，除入光面022a和出光面022b以外，其余四个面022c、022d、022e、022f均增加反光镀膜，以保证光的有效利用和简化结构。

表面镀膜的目的在于：

(1)防止光线在导光板中传递时，造成光能的损耗。

为了使得光线从入光面022a射入导光板022后，全部从出光面022b射出，以被我们利用起到照明效果。光线射入导光板后，除了大部分从出光面022b射出被我们利用以外，也会从其余四个面022c、022d、022e、022f射出，造成光能的损耗。加了用于反光的表面镀膜后，四个面022c、022d、022e、022f不但不会再射出光线造成光能的损耗，而且可以将反光镀膜反射回的光线再重复利用最终让其从出光面022b中射出。

(2)022d表面镀膜的另一个功能是，为了取代传统技术方案中的反射片(如图1中的015)。

取消传统技术方案中的反射片后，导光板的集成度更高，同时背光模组结构也得到更进一步的简化和优化。

(3)加强导光板022的集光增亮功能：在导光板022的集光增亮功能中曾有详述，导光板中的一部分大视角的散射光从上表面的微三棱镜反射回来时，会被下表面的反射镀膜反射，然后重新加以利用，最终也在我们希望的方向及角度范围内射出，使光能得到最有效的利用。

本发明实施例还提供了一种显示设备，该显示设备包括上述任一实施例所提及的背光模组。

该显示设备可以为电视、计算机、移动电话、个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称为PDA)、MP4、掌上游戏机(Handheld game console)、GBA(GameBoy Advance SP)、PSP(Play Station Portable)、NDS(Nintendo DS)、ipod touch4以及各种仪器仪表等不同尺寸的液晶显示器。光源照射方式可以前光反射式，也可以为背光透射式。

从以上的描述中，可以看出，本发明能够有效地简化背光模组结构。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种背光模组，包括：

导光板；以及

光源，位于所述导光板的入光面，

其特征在于，所述导光板的出光面和/或反射面为波形结构，其中，所述导光板的出光面和反射面相对设置。

2.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述波形结构的截面为以下任意一种或多种：

三角形、圆形、椭圆形、抛物线形以及双曲线形。

3.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述波形结构由棱镜阵列构成。

4.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于还包括：

扩散片，位于所述导光板的出光面，

其中，所述背光模组由所述导光板、所述光源和所述扩散片组成，其中，在所述导光板的反射面设置有反光镀膜。

5.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述背光模组由所述导光板和所述光源组成，其中，在所述导光板的反射面设置有反光镀膜。

6.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述波形结构的至少一个波形上设置有多个凸起结构和/或凹陷结构。

7.根据权利要求6所述的背光模组，其特征在于，所述凹陷结构的表面为曲面，其中，所述曲面上各个点的法线为一条经过圆心的直线。

8.根据权利要求6所述的背光模组，其特征在于，接近所述光源的所述凹陷结构和/或所述凸起结构的直径小于远离所述光源的所述凹陷结构和/或所述凸起结构的直径，以及，接近所述光源的所述凹陷结构和/或所述凸起结构的密度低于远离所述光源的所述凹陷和/或所述凸起结构的密度。

9.根据权利要求6所述的背光模组，其特征在于，所述凸起结构和/或所述凹陷结构的曲面包括以下任意一种或多种形状：

球形、圆柱形以及椭圆柱形。

10.一种显示设备，其特征在于包括权利要求1至9中任一项所述的背光模组。

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