CN102262262A - 导光板、背光模组及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导光板，其包括相对的底面与出光面，分别与底面及出光面相接的入光侧，以及分别与底面、出光面及入光侧相接的侧面；入光侧上具有入光几何结构阵列，入光几何结构阵列包括多个入光几何结构，每个入光几何结构包括集光部及两个相对设置的折光部，两个折光部分别从集光部两端延伸而出从而在该两个折光部之间围成用于收容光源的凹陷，且每两个相邻入光几何结构之间形成有槽口。上述导光板可降低光源光束角，提升背光模组实现分区扫描时的能量利用效率。本发明还提供包括上述导光板的背光模组及显示装置。

Description

导光板、背光模组及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术，尤其涉及一种导光板、包括该导光板的背光模组及显示装置。

背景技术

近年来，液晶显示器得到的广泛应用。由于液晶层本身并不发光，因此一般来说液晶显示器中会使用到背光源。背光源一般包括光源及导光板。光源设置在导光板的底面或侧面。也就是说底面或侧面作为导光板的入光侧。目前，随着技术的发展，发光二极管等点光源已逐渐取代传统的冷阴极荧光灯而应用于背光源。

在传统的液晶显示器中，只要接通电源，即使显示的画面是一幅全黑的图片，背光源也在工作。由于液晶层的透光率极低，要使液晶显示器的亮度达到足以完美显示画面的程度，背光源的亮度就要非常高，这意味着在显示一幅画面时，对于不需要进行高亮度显示的区域来说，其高亮度的光源完全被浪费了。

随着液晶显示面板尺寸的不断增大，为了达到节省和提高动态对比度的目的，出现了一种分区调整背光亮度的方法。即将液晶显示面板的背光源划分为若干个区域，通过对每个区域内的图像进行分析，根据分析结果对每个背光源的亮度单独进行控制。这种设计方式要求每个区域内的光线分布单独可控。

在侧导光型液晶显示器中，为实现背光源分区扫描的方式，不外乎使用导光板分割或使用发光面V形槽等形式几何结构的导光板，前者需追加扩散板，以匀化分割处造成的亮斑，致使厚度增加且光效降低，后者则易因几何结构受损造成材料成本增加。且扫描方式实施时，因为发光二极管发光角度大，仍有相当多的光行进至无效区外，无法完全充分利用光能。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可降低光源光束角、提升背光模组实现分区扫描时的能量利用效率进而提升显示装置亮度的导光板、背光模组及显示装置。

本发明上述各目的是通过以下的技术方案实现的：

一种导光板，其包括相对的底面与出光面，分别与底面及出光面相接的入光侧，以及分别与底面、出光面及入光侧相接的侧面；入光侧上具有入光几何结构阵列，入光几何结构阵列包括多个入光几何结构，每个入光几何结构包括集光部及两个相对设置的折光部，两个折光部分别从集光部两端延伸而出从而在该两个折光部之间围成可收容光源的凹陷，且每两个相邻入光几何结构之间形成有槽口。

在本发明另一实施例中，上述折光部具有面向凹陷的折射面及面向槽口并与折射面相对的全反射面，折射面设置成将来自该光源的光线折射向全反射面，全反射面设置成将来自折射面的光线全反射至与侧面及出光面大体平行的方向。

在本发明另一实施例中，上述全反射面与出光面垂直。

在本发明另一实施例中，上述全反射面在出光面的方向上的投影为抛物线、椭圆线、或者多段线。

在本发明另一实施例中，上述导光板包括两个相对的侧面，多个入光几何结构以等间距方式分布于两个侧面之间。

在本发明另一实施例中，上述凹陷及槽口贯穿出光面与底面。

在本发明另一实施例中，上述槽口在侧面上投影的长度大于凹陷在侧面上的投影的长度。

在本发明另一实施例中，上述集光部具有顶面，顶面为凸向光源的凸面且顶面即为凹陷的底壁面。

一种背光模组，其包括导光板及多个光源。导光板包括相对的底面与出光面，分别与该底面及该出光面相接的入光侧，以及分别与该底面、该出光面及该入光侧相接的侧面；入光侧上具有入光几何结构阵列，入光几何结构阵列包括多个入光几何结构，每个入光几何结构包括集光部及两个相对设置的折光部，两个折光部分别从集光部两端延伸而出从而在该两个折光部之间围成可收容光源的凹陷，且每两个相邻的入光微结构之间形成有槽口。多个光源与多个入光几何结构一一对应设置。

一种显示装置，其包括背光模组及显示层，该背光模组包括导光板及多个光源。导光板，其包括相对的底面与出光面，分别与该底面及该出光面相接的入光侧，以及分别与该底面、该出光面及该入光侧相接的侧面；入光侧上具有入光几何结构阵列，入光几何结构阵列包括多个入光几何结构，每个入光几何结构包括集光部及两个相对设置的折光部，两个折光部分别从集光部两端延伸而出从而在该两个折光部之间围成可收容光源的凹陷，且每两个相邻的入光微结构之间形成有槽口。多个光源与多个入光几何结构一一对应设置。显示层设置于导光板的出光面上。

上述背光模组中，通过将集光部的顶面设置为凸面，可使光源发射出的小角度（相对于其光轴）光线更进一部集中。而折光部将更多大角度光线折射至全反射面，而全反射面透过几何结构设计，使之与到达的大多数光线角度超越临界角，以促使光线进行全反射，并缩减整体光束角。上述背光模组的光线更集中于光源的前方，有助于提升背光扫描分区驱动时的能量表现，使分区扫描时，该区亮度得以相对提升。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例提供的背光模组的立体示意图。

图2为图1所示的背光模组的导光板的局部放大图。

图3为图2所示的导光板的局部光路示意图。

图4为图1的背光模组的光束角-相对光强分布示意图。

图5为图本发明实施例提供的显示装置的立体示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的导光板、背光模组及显示装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1为本发明实施例提供的背光模组的立体示意图。请参阅图1，背光模组100包括导光板10及多个光源20。光源20例如可为发光二极管。

导光板10例如为矩形平板，其可由高透光率、折射率的透明材料例如聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）、聚甲基丙烯酸甲酸（Poly(methyl methacrylate)，PMMA）、聚苯乙烯（Polystyrene、PS）等制成。导光板10包括底面101、与底面101相对且平行的出光面102、分别与底面101及出光面102相接的入光侧103、及三个侧面104。其中两个侧面104分别与底面101、出光面102及入光侧103相接。以下如未特别注明则侧面104是指与底面101、出光面102及入光侧103相接的侧面104。

入光侧103上具有入光几何结构阵列11。入光几何结构阵列11包括多个入光几何结构12。多个的入光几何结构12例如可以连续设置或者以等间距方式分布于两个侧面104之间。请一并参考图2，每个入光几何结构12包括两相对设置的折光部121及位于两折光部121之间的集光部122。每个入光几何结构12的两个折光部121分别从集光部122的两端向远离导光板10主体的方向延伸而出，两个折光部121和集光部122共同围成可收容光源20的凹陷125。每两个相邻的入光几何结构12之间形成有槽口14。凹陷125与槽口14例如可贯穿底面101与出光面102。

凹陷125在出光面102上的投影大体上呈U形，集光部122的顶面126即为凹陷125的底壁面。顶面126例如可为向光源20凸出的凸面，但本发明并不以此为限。由于集光部122的顶面126向光源20方向凸出，如此，集光部122相当于一个凸镜，可对光源20发出的光线起汇聚作用。顶面126的具体轮廓可根据具体的光线汇聚要求设计。例如，请参考图2，集光部122的顶面126可将光源20发出的光束汇聚折射成大体平行于侧面104的平行光束。

槽口14在出光面102上的投影大体上呈类似V形，但此类似V型的两个边为抛物线、椭圆线、或者多段线。因此，每相邻的两个入光几何结构12的全反射面124是相接的。当然，每相邻的两个入光几何结构12的全反射面124还可以间隔一定距离。如此，则槽口14在出光面102上的投影类似于U形。

折光部121具有面向该折光部121围成的凹陷125的折射面123及面向与该凹陷122相邻的槽口14并与折射面123相对的全反射面124。即，折射面123为凹陷125的侧壁面，而全反射面为槽口14的侧壁面。折射面123设置成将来自光源20的光线折射至全反射面124且尽可能增大光线在全反射面124上的入射角。折射面123例如可为平面，其可与侧面104平行并与底面101及出光面102大致垂直。当然，折射面123也可以为曲面，或者与侧面104成一定角度，这可依据具体的光线折射要求改变。

请参考图3，图3显示了折射面123处的光路示意图。根据斯涅耳定律n1*sin(θ1)=n2*sin(θ2)。其中n1为空气的折射率，一般可取1。n2为导光板10的折射率，以PMMA为例，其为1.48。θ1为折射面123处光线的入射角，θ2为折射面124处光线的折射角。根据以上数值可以得到sin(θ1)=1.48*sin(θ2)。因此θ2<θ1。也就是说，由于折射面123的存在，相比于直接入射至导光板10的内部，会有更多的光线向全反射面124偏移。

而全反射面124的设置成将来自折射面123的光线全反射至导光板10的内部并使导光板10内的光线分布尽量均匀。例如，请参考图2及图3，全反射面124将来自于折射面123的光线全反射至与出光面102及侧面104大体平行的方向。上述大体平行，例如指角度偏差在小于30o、15o、10o或者5o范围内。为达成全反射条件，即入射角θ3大于临界角。全反射面124例如可为弧面。

本实施例中，全反射面124为柱弧面，其可与出光面102垂直，且其在出光面102上的投影可为抛物线。而光源20的中心可位于上述抛物线的焦点处，由于抛物线的特性，则光源20发出的光线经全反射面124反射后的方向均与出光面102及侧面104平行。但由于光源20具有一定体积，并非所有的光线均能具有理想的抛物线反射，因此经折射面123折射，再经全反射面124反射的光线与出光面102及侧面104大体平行。此外，全反射面124在平行于出光面102的方向上的截线并不限于抛物线，其还可为椭圆线、二次曲线、多段线等等。而且全反射面124也并不限于柱弧面，其还可为其他曲面例如抛物面、球面、椭球面或者其他曲面。

此外，为了增加全反射面124处反射的光线，请参考图2，槽口14在侧面104上的投影的长度L例如可大于等于凹陷125在侧面104上的投影的长度H。L与H的比例越大，就会有越多的光线在全反射面124处被反射。L与H的比例例如可在1.5-5、1.5-3或者1.5-2之间。

本实施例的背光模组100中，通过将集光部122的顶面126设置为凸面，可使光源20发射出的小角度（相对于其光轴）光线更进一步集中。在理想情况下，可使该小角度光线汇聚折射成大体与侧面104及出光面102平行的光束。折光部121将更多大角度光线折射至全反射面124，而全反射面124透过几何结构设计，使之与到达的大多数光线角度超过临界角，以促使光线进行全反射，并缩减整体光束角。在理想情况下，全反射面124可将大角度的光线反射为大体与侧面104及出光面102平行的光束。

请参考图4，其为本实施例的背光模组100（曲线A）与传统的平面入光侧形的背光模组（曲线B）光源的光束角－相对光强分布示意图。可以看出，本实施例的背光模组100的光线更集中于光源20的前方，有助于提高背光扫描分区驱动时的能量表现，使分区扫描时，该区亮度得以相对提升。

此外，本实施例的技术方案还可搭配其他实现背光分区扫描的手段使用。例如，可将导光板10直接拆分为多个，或者在导光板10的底面101形成沟槽以将导光板10区隔成多个区域。还可以在导光板10的出光面上形成V形槽结构。

请参考图5，其为本发明实施例提供的显示装置200的结构示意图。显示装置200包括背光模组100、反射板30、及显示层40。反射板30由高反射率的材料例如铝形成，当然，反射板30还可由直接形成在背光模组100的导光板10的底面101上的反射膜取代。显示层40例如为液晶显示面板或者电泳显示层等任意需要依赖背光源进行显示的显示层。

基于背光模组100的上述优点，本实施例的显示装置200在背光分区扫描时具有更好的能量表现，相对地，在同样的能量消耗下显示装置200的亮度可以得到提升。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种导光板，其包括相对的底面与出光面，分别与该底面及该出光面相接的入光侧，以及分别与该底面、该出光面及该入光侧相接的侧面；

其特征在于，该入光侧上具有入光几何结构阵列，该入光几何结构阵列包括多个入光几何结构，每个入光几何结构包括集光部及两个相对设置的折光部，两个折光部分别从集光部两端延伸而出从而在该两个折光部之间围成可收容光源的凹陷，且每两个相邻的入光几何结构之间形成有槽口。

2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该折光部具有面向该凹陷的折射面及面向该槽口并与该折射面相对的全反射面，该折射面设置成将来自该光源的至少部分光线折射向该全反射面，该全反射面设置成将来自该折射面的至少部分光线全反射至与该侧面及出光面大体平行的方向。

3.如权利要求2所述的导光板，其特征在于，该全反射面与该出光面垂直。

4.如权利要求3所述的导光板，其特征在于，该全反射面在该出光面的方向上的投影为抛物线、椭圆线、或者多段线。

5.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该导光板包括两个相对的该侧面，该多个并排设置的入光几何结构以等间距方式分布于该两个侧面之间。

6.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该凹陷及该槽口贯穿该出光面与该底面。

7.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该槽口在该侧面上投影的长度大于该凹陷在该侧面上的投影的长度。

8.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，该集光部具有顶面，该顶面为凸向该光源的凸面，且该顶面即为该凹陷的底壁面。

9.一种背光模组，其包括导光板及多个光源；其特征在于，

该导光板为权利要求1-8任一项所述的导光板，该多个光源与该多个入光几何结构一一对应设置。

10.一种显示装置，其包括背光模组及显示层，该背光模组包括导光板及多个光源；其特征在于，

该导光板为权利要求1-8任一项所述的导光板，该多个光源与该多个入光几何结构一一对应设置，该显示层设置于该导光板的该出光面上。

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