CN102192450B - 一种背光模组及液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背光模组及液晶显示装置，所述背光模组，包括光源、导光板、反射片，导光板包括进光面、与进光面相邻的底面、与进光面相邻且与底面相对的出光面及若干侧面，光源设于导光板的进光面的一侧，反射片设于导光板的底面的一侧，在导光板的底面另一侧上设有破坏光全反射条件的微结构，反射片与导光板底面相接的一侧上设有非均匀反射特性的反射单元；所述液晶显示装置包括液晶面板及背光模组，背光模组提供液晶面板所需的平面光。本发明通过在反射片上设置具有非均匀反射特性的反射单元，使得离光源较近处的光被更多吸收或保持方向向远处传递，越远处的漫射程度越高以补偿出光面出射光线不足问题，本发明能有效降低导光板均匀性要求。

Description

一种背光模组及液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种背光模组及液晶显示装置。

背景技术

液晶显示作为一种被动显示技术，需要光线穿透液晶层，人眼才能观察到液晶层呈现的图像字符信息，其性能的优劣很大程度上取决于其背光单元的亮度、色度、发光均匀性等指标。目前的液晶显示模块存在光源侧边入光、底部直接照射两类背光架构。一般地，考虑到成本和轻薄性能，光源(冷阴极荧光管、发光二极管)分布在侧边，经由导光板漫射出光的背光模组被更多采用。

在通常的侧射式背光模组中，光源形态为直管或一维线性阵列，发出的光从导光板一侧入射，在顶面底面间多次反射后一部分经相对侧边射出，各侧边和底面均有反射膜或反射罩，以使光线被充分利用，最终多数从顶面出射，提供液晶显示装置所需要的平面光。导光板一般为亚克力材质，底部起破坏全反射条件的微结构散射体必须经过合理设计，以使光线最大限度地被利用并且均匀地投射到液晶显示面板上，微结构散射体通常有网点印刷、射出成型、挤出成型、激光雕刻等几种生成方法，在制作前需要将经优化设计好的散射体分布输入到模具母版图样、刀头或激光头运行轨迹控制的软件中。对于单侧进光、多侧边进光、不同光源类型、不同背光尺寸的导光板底面的散射体分布各不相同，出于不同的加工工艺水平和建模材质、结构的差异，通过光线追迹软件仿真设计的导光板网点排布离真实的效果有一定差距，甚至同一设计图样制作出来的同批产品也会有差异。导光板制作完成后，其对于特定光源排布在出射平面上的亮度分布一般就确定下来，但如果网点、微结构设计得不好或光源对于导光板的分布情况发生了改变，背光的均匀性会受到影响，因此导光板底面的散射体设计的均匀性、准确性、成型合格率要求很高，这对导光板生产的工艺流程提成了很高的要求，同时导光板生产通用性和合格率亦很难得到保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效降低导光板均匀性要求、简化导光板生产流程、同时提高导光板通用性和合格利用率的背光模组及液晶显示装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述背光模组，包括光源、导光板、反射片，所述导光板包括进光面、与所述进光面相邻的底面、与所述进光面相邻且与所述底面相对的出光面及若干侧面，所述光源设于所述导光板的进光面的一侧，所述反射片设于所述导光板的底面的一侧，在所述导光板的底面另一侧上设有破坏光全反射条件的微结构，所述反射片与所述导光板底面相接的一侧上设有非均匀反射特性的反射单元。

本发明提出的背光模组，该背光模组中的导光板上的微结构不需要较高的设计难度和加工精度即可以制作，甚至可以采用最简单的网点印刷工艺，并且让网点均匀等距分布。这种导光板的微结构分布方式本来存在离光源入射面越远的网点接收到的光线越微弱导致其出光面远离光源一侧的亮度偏低、均匀性不好的问题，通过将底部均匀的反射片换成带有不均匀渐变反射特性的反射片，离光源较近处的光被更多吸收或保持方向向较远处传递，越远处的漫射程度越高以补偿出光面出射光线不足的问题，这样无需导光板的微结构渐变排列也能达到使亮度均匀分配的效果。反射片的漫反射特性渐变趋势和梯度可以根据导光板需要补偿幅度的大小通过调整涂层材料配比或图样占空比进行控制，以适应具体的背光模组要求。

所述导光板的底面另一侧上设置的起破坏光全反射条件的微结构是均匀分布、尺寸间距与光学性质均一致的印刷网点或雕刻、制塑成型微结构，所述反射片上设置的非均匀反射特性的反射单元，所述反射单元的反射特性R_i随着离光源的距离增大逐渐增大，反射特性R_i按照以下计算公式确定：R_i＝R₀×(1-i/N)+R_f×i/N，其中R₀、R_f、R_i分别为所述反射片入射起始端、最远端和从入射边起第i行反射单元的反射系数，i为单元行序数，R_f是0到1之间的常数，R₀＜R_f，i从0到N变化，N＝W/d为渐变反射单元总行数，W为所述导光板与线光源走向方向相垂直的边长尺寸，d为所述反射片相邻渐变反射单元行间距。

对于所述导光板上的微结构的网点已有半径、间距等渐进变化规律的情况，由于设计和加工的偏差，如果离灯源较远处亮度不足仍可采用上述方法利用补偿反射片补足各处差异消除亮度不均匀性。如果导光板的底部的网点、凹坑等微结构散射体本身补偿过度造成远离光源处的背光亮度反而偏高，那么底部反射片的漫反射率也相应地具有负梯度，即越近处的漫反射越强，以增加导光板顶面离光源较近处出射光线的比例，并截流向远处传播的光线起到修正亮度提高均匀性的作用。

所述导光板的底面另一侧上设置的起破坏光全反射条件的微结构具有面积或分布密度逐渐增大等渐进变化规律时，所述反射片上设置的非均匀反射特性的反射单元，所述反射单元的反射特性R_i随着离光源的距离增大逐渐减小，反射特性R_i按照以下计算公式确定：R_i＝R₀×(1-i/N)+R_f×i/N，其中R₀、R_f、R_i分别为所述反射片入射起始端、最远端和从入射边起第i行反射单元的反射系数，i为单元行序数，R₀、R_f是0到1之间的常数，R₀＞R_f，i从0到N变化，N＝W/d为渐变单元总行数，W为所述导光板与线光源走向方向相垂直的边长尺寸，d为所述反射片相邻渐变反射单元行间距。

所述反射片上的起补偿作用的反射单元可以是圆形、方形、三角等各类形状，基底材料为聚合物薄膜，上面的反射涂层可以是氧化锌、钛白粉或硫酸钡等材料或与树脂的混合物以加强附着性，反射特性的变化可以通过调整组分配比来控制，以多层套印或混合涂布的工艺实现。

所述背光模组，还包括扩散片及棱镜片，所述扩散片设于棱镜片及所述导光板之间。

所述背光模组，还包括为所述导光板起安装固定和保护作用的结构件，所述结构件内表面与所述导光板之间形成空腔，从所述导光板的侧面逸出的光线在所述空腔中被反射，为提高光线利用率所述结构件内表面设有高反射涂层或贴膜。

所述液晶显示装置，包括液晶面板及背光模组，所述背光模组为所述液晶面板提供平面光，所述背光模组，包括光源、导光板、反射片，所述导光板包括一进光面、与所述进光面相邻的底面、与所述进光面相邻且与所述底面相对的出光面及若干侧面，所述光源设于所述导光板的进光面的一侧，所述反射片设于所述导光板的底面的一侧，在所述导光板的底面另一侧上设有破坏光全反射条件的微结构，其特征在于：所述反射片与所述导光板底面相接的一侧上设有非均匀反射特性的反射单元。

本发明的优点在于：所述背光模组及液晶显示装置，通过在所述背光模组中的放射片上设计具有非均匀反射特性的反射单元，使得离光源较近处的光被更多吸收或保持方向向较远处传递，越远处的漫射程度越高以补偿出光面出射光线不足的问题，这样无需导光板的微结构渐变排列也能达到使亮度均匀分配的效果，本发明能有效降低导光板均匀性要求、简化导光板生产流程、同时提高导光板通用性和合格利用率。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明背光模组及液晶显示装置结构示意图；

图2为图1中背光模组结构示意图；

图3为图1中背光模组示意图；

图4为本发明第一种实施方式导光板的底面上设置的微结构的结构示意图；

图5为本发明第一种实施方式中反射片表面反射单元结构示意图；

图6为本发明第一种实施方式使用现有技术中反射片时导光板的出光面的亮度分布图；

图7为使用本发明第一种实施方式中反射片时导光板的出光面的亮度分布图；

图8为本发明第二种实施方式导光板的底面上设置的微结构的结构示意图；

图9为本发明第二种实施方式中反射片表面反射单元结构示意图；

图10为本发明第二种实施方式使用现有技术中反射片时导光板的出光面的亮度分布图；

图11为使用本发明第二种实施方式中反射片时导光板的出光面的亮度分布图；

图12为本发明中背光模组的导光板网点透射性质、密度分布趋势与反射片上反射单元的反射特性变化趋势的关系曲线；

上述图中的标记均为：

1、光源，2、导光板，3、结构件，4、扩散片，5、棱镜片，6、反射片，7、液晶面板，11及21、网点，12及22、反射单元。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1、图2、图4、图5、图8及图9所示，所述背光模组，包括光源1、导光板2、反射片6，所述导光板2包括进光面、与所述进光面相邻的底面、与所述进光面相邻且与所述底面相对的出光面及若干侧面，所述光源1设于所述导光板2的进光面的一侧，所述反射片6设于所述导光板2的底面的一侧，在所述导光板2的底面另一侧上设有破坏光全反射条件的微结构，所述反射片6与所述导光板2底面相接的一侧上设有非均匀反射特性的反射单元(12，22)。

所述背光模组，还包括扩散片4及棱镜片5，所述扩散片4设于棱镜片5及所述导光板2之间。

如图3所示，结合导光板2的出光面对角线长度为5英寸、4∶3长宽比、导光板2长边一侧为进光面的背光模组作为具体实施例，光源1为14颗白光LED，光源1的发光面朝向导光板2的长边，也可以采用单根冷阴极荧光管作为光源，导光板2在模组中间，四周为起安装固定和保护作用的结构件3，结构件3内表面与导光板2之间形成空腔，从导光板2的侧面逸出的光线在其中被反射，为提高光线利用率结构件3内表面有高反射涂层或贴膜，从导光板2的出光面射出的光线经扩散片4、棱镜片5进一步混光和准直后成为模组的输出光。本发明的关键在于在反射片6与所述导光板2底面相接的一侧设有非均匀反射特性的反射单元(12，22)，反射单元(12，22)的反射特性根据导光板2自身底部的网点(11，21)或其它微结构散射特性而定，其对导光板2的均匀混光效果起修正和补偿作用。

在图4所示，本发明的第一实施方式中，导光板2的底面起破坏全反射条件和向顶面导光作用的是均匀分布、尺寸间距与光学性质均一致的印刷网点(11，21)或雕刻、制塑成型微结构，为避免与导光板2上方棱镜片5、液晶面板7等带空间周期性的透射器件产生叠加干涉现象，其排布可以带有一定的散乱性比如相邻行列之间有一定随机偏移量等，但从接近到远离光源1处整体分布密度是接近的。这样的导光板2如果仅仅采用性状均一的底部反射片，会出现导光板2的出光面上离光源1近处较亮而远处较暗的不均匀现象，如图6所示，在采用反射片6后，导光板2的出光面上的光线分布如图7所述，可以看到光线的不均匀性显著下降。图5中反射片上的反射单元12的漫反射特性R_i随着离光源的距离逐渐增大，R_i按照以下计算公式确定：R_i＝R₀×(1-i/N)+R_f×i/N，其中i＝0～N，其中R₀、R_f、R_i分别为所述反射片入射起始端、最远端和从入射边起第i行反射单元的反射系数，i为单元行序数，R₀、R_f是0到1之间的常数，R₀＜R_f，i从0到N变化，N＝W/d为反射单元12总行数，W为所述导光板2与光源1走向方向相垂直的边长尺寸，d为所述反射片6相邻渐变反射单元12的行间距，最近处的值R₀和最远处的值R_f由未使用反射片6时出光面上最亮与最暗处的亮度比值L_max/L_min决定，也受导光板底面的网点或微结构向下散射及“漏”到下方的光线比例影响，穿越导光板底面的光线越多，反射片的补偿作用越明显，R₀和R_f的差距可以越小。对于本实施例中的5寸背光，导光板网点的透射反射比为1∶4左右，根据软件仿真和试验验证R₀取74％，R_f取98％时获得比较好的均匀性效果，亮度不均匀性由16％下降到10％。不均匀性采用以下定义：LU＝(L_max-L_min)/(L_max+L_min)。

在图8所示，本发明的第二实施方式中，导光板2自身的网点21经过一定优化设计已经具有梯度差异，但差异趋势过大或有效散射面积整体偏小导致经全反射传递到较远处的光线过多积聚反而引起较远处偏亮，如图10所示。要克服这种情况引起的不均匀性，可选用的反射片应采取与第一实施例中相反的梯度效果，以弥补导光板2的不足。如图9所示，反射片6上的反射单元22的漫反射率R_i随着离光源的距离逐渐减小，R_i按照以下计算公式确定：R_i＝R₀×(1-i/N)+R_f×i/N，其中R₀、R_f、R_i分别为所述反射片6入射起始端、最远端和从入射边起第i行反射单元22的反射系数，i为单元行序数，R₀、R_f是0到1之间的常数，R₀＞R_f，i从0到N变化，N＝W/d为渐变反射单元22的总行数，W为所述导光板2与光源1走向方向相垂直面的边长尺寸，d为所述反射片6相邻渐变反射单元22行间距。在导光板2的底面近端和远端网点面密度比值为41∶29时，R₀取98％，R_f取74％可以取得较好的补偿后均匀性效果，亮度不均匀性由17％下降到8％，使用了反射片6后导光板2的出光面的光线分布如图11所示，可见光线不均匀的效果明显改善。

综合第一、第二实施方式以及其它导光板2网点起始条件的情况，本发明给出5寸长边单侧进光背光模组中导光板2网点透射性质、分布密度渐变趋势与反射片6上的反射单元(12，22)渐变趋势的对应关系曲线，如图12所示，横坐标为导光板2底面离光源1最远端和最近端网点的分布密度比值D_f/D₀(等间距时为单个网点面积的比值，等面积时为相邻网点间距的反比)，纵轴为达到理想效果相应的反射片6远端和近端反射单元的反射率比值R_f/R₀，各曲线依次为导光板2网点透射光T比例为15％，20％，25％时的情况。三条曲线相交处恰好是网点渐变趋势合适而不需要额外补偿的情形，因此不受网点透射出底面光的比例影响，采用一般背光模组底部均匀反射片也可达到较好的均匀性效果。

如图1所示，所述液晶显示装置，包括液晶面板7及背光模组，所述背光模组提供液晶面板7所需的平面光，所述背光模组为第一及第二实施方式中所述的背光模组。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种背光模组，包括光源（1）、导光板（2）、反射片（6），所述导光板（2）包括进光面、与所述进光面相邻的底面、与所述进光面相邻且与所述底面相对的出光面及若干侧面，所述光源（1）设于所述导光板（2）的进光面的一侧，所述反射片（6）设于所述导光板（2）的底面的一侧，在所述导光板（2）的底面另一侧上设有破坏光全反射条件的微结构，其特征在于：所述反射片（6）与所述导光板（2）底面相接的一侧上设有非均匀反射特性的反射单元（12，22）；

所述导光板（2）的底面设置的微结构是均匀分布、尺寸间距与光学性质均一致的印刷网点或雕刻、制塑成型微结构，所述反射单元（12）的反射特性R_i随着离光源（1）的距离增大逐渐增大，反射特性R_i按照以下计算公式确定:R_i=R₀×(1-i/N)+R_f×i/N，R₀<R_f；

或所述导光板（2）的底面上设置有面积或分布密度逐渐增大的微结构，所述反射单元（22）的反射特性R_i随着离光源（1）的距离增大逐渐减小，反射特性R_i按照以下计算公式确定:R_i=R₀×(1-i/N)+R_f×i/N，R₀>R_f；

上述公式中，R₀、R_f、R_i分别为所述反射片入射起始端、最远端和从入射边起第i行反射单元的反射系数，i为单元行序数，R₀、R_f是0到1之间的常数；i从0到N变化，N=W/d为反射系数逐渐变化的反射单元的总行数，W为所述导光板与线光源走向方向相垂直的边长尺寸，d为所述反射片上相邻的反射系数逐渐变化的所述反射单元行间距。

2.按照权利要求1所述的背光模组，其特征在于：所述背光模组，还包括扩散片（4）及棱镜片（5），所述扩散片（4）设于棱镜片（5）及所述导光板（2）之间。

3.按照权利要求2所述的背光模组，其特征在于：所述背光模组，还包括为所述导光板（2）起安装固定和保护作用的结构件（3），所述结构件（3）内表面与所述导光板（2）之间形成空腔，从所述导光板（2）的侧面逸出的光线在所述空腔中被反射，所述结构件（3）内表面设有高反射涂层或贴膜。

4.一种液晶显示装置，包括液晶面板（7）及背光模组，所述背光模组为所述液晶面板（7）提供平面光，其特征在于：所述背光模组为权利要求1至3任一项所述的背光模组。

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