CN102478676A - 一种增光片及背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增光片及背光模组。该增光片，具有入光面和出光面，其中，所述出光面具有至少一个纵向排列的柱状菲涅尔透镜。本发明的增光片通过采用纵向排列的柱状菲涅尔透镜来替代现有技术增光片中的棱镜结构，控制增光片的聚光范围及背光模组的最终发光面积，减少背光模组因为遮掉多余的发光面而造成的光损失，提高了背光模组在特定角度范围内出射光的强度，使得观察者能够观看到更好的显示效果。

Description

一种增光片及背光模组

技术领域

本发明属于背光技术领域，尤其涉及一种增光片及背光模组。

背景技术

液晶显示屏被广泛应用于个人数字助理、笔记型电脑、数字相机、移动电话、液晶电视等电子产品中，由于液晶显示屏本身不发光，要借助背光模组才能产生显示功能。

背光模组一般是由发光源、导光板、下扩散板、下增光片、上增光片、上扩散板和遮光黑白胶等组成，请参阅图1，现有技术中的背光模组的结构剖面示意图，该背光模块10’包括反射板11、导光板12，在导光板12的侧面包括背光光源13，在导光板12上方依次包括下扩散板141’、下增光片151’、上增光片152’及上扩散板142’。其中，扩散板内一般含有甲基丙烯酸甲酯微粒，该甲基丙烯酸甲酯微粒作为扩射粒子用于使光线发生扩散，增光片具有“V”形微棱镜结构，用于提高背光模组特定视角范围内的亮度。使用时，由侧光光源13产生的光线通过导光板12进入下扩散板141’被均匀扩散后，其继续进入下增光片151’、上增光片152’，由增光片射出的出射光发生一定程度上的聚集作用，从而提高背光模组在特定视角范围内的亮度。

请参阅图2，为现有技术中的增光片的结构示意图，增光片15’是由数个纵向平行排列的三角形的棱镜柱153’及基材154’所组成。棱镜柱153’结合于基材154，的一侧边，每一棱镜柱153’的高度、宽度相同，且棱镜柱153’的棱线高度不变，走向为直线棱线两侧的斜面相对称。

请参阅图3，是现有技术中的增光片的光强分布示意图以及增光片的光路图，增光片中的光线可分为四个区域：

a区域：能透过增光片，且方向有所抬升，达到了增光效果；

b区域：会产生全反射，因此光不能透过增光片，而又被折射回来重复利用；

c区域：光经过相邻的棱镜结构被折射向导光板并被重复利用，整体达到增光的目的；

d区域：大角度的光，光的方向不能被抬升，故基本上这部分光被损耗掉了；

由图3可以看出，a、b、c区域的光能够被增光片15’合理利用，使得该已知结构的增光片对光有一定的汇聚作用，有效控制了光的消耗，但d区域的大角度光无法被有效利用，且其占了入射光光强5％左右的比例，由此造成了光利用率一定程度上的下降。

另外，现有技术的背光模组大多是采用黑白胶来封装，黑白胶的一个主要作用就是用来限定背光模组的发光面积使之与其对应的LCD模组所需的发光面积匹配，在该发光面积之外的光只有小部分会被白胶反射回去，而大部分则会被黑胶所吸收，从而在一定程度上也造成了光损失。

发明内容

本发明为解决现有技术中的增光片无法有效控制光的出射角度而造成光损失的技术问题，提供一种增光片和具有该增光片的背光模组。

本发明的增光片和背光模组具体如下：

一种增光片，具有入光面和出光面，其中，所述出光面具有至少一个纵向排列的柱状菲涅尔透镜。

一种背光模组，包括光源、将光源发出的光导出的导光板以及依次位于导光板上的下扩散板、下增光片、上增光片和上扩散板，其中，下增光片和上增光片中至少一个为上述增光片。

本发明提供的又一种背光模组。该背光模组，包括光源、将光源发出的光导出的导光板，其中，还包括由层叠的两个特定增光片构成的增光片组件，所述增光片组件位于导光板上方；该特定增光片，具有入光面和出光面，所述出光面具有至少一个纵向排列的柱状菲涅尔透镜，所述入光面具有复数个弧面凹形结构。

本发明的有益效果：

本发明的增光片通过采用纵向排列的柱状菲涅尔透镜来替代现有技术增光片中的棱镜结构，控制增光片的聚光范围及背光模组的最终发光面积，减少背光模组因为遮掉多余的发光面而造成的光损失，提高了背光模组在特定角度范围内出射光的强度，使得观察者能够观看到更好的显示效果。

另外，发明提供的特定增光片在其入光面设置有复数个弧面凹形结构，增加了增光片自身的光扩散功能，达到扩散板实现的相应雾度，因此，可以减少了一个扩散板的使用，进而有效地控制了背光模组的厚度和制作成本。

附图说明

图1是现有技术中的背光模组的结构剖面示意图；

图2是现有技术中的增光片的结构示意图；

图3是现有技术中的增光片的光强分布示意图；

图4是本发明提供的增光片一种实施例的出光面示意图；

图5是本发明提供的增光片一种实施例的入光面示意图；

图6是本发明提供的增光片一种实施例的截面示意图；

图7是本发明提供的增光片一种实施例的单个柱状菲涅尔透镜示意图；

图8是本发明提供的增光片又一种实施例的立体结构示意图；

图9是本发明提供的一种实施例的背光模组的结构剖面示意图；

图10是本发明提供的又一种实施例的背光模组的结构剖面示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图4和图5是本发明提供的增光片一种实施例的入光面和出光面的立体结构示意图，图6为本发明提供的增光片的一种实施例的截面结构示意图。

请参照图4到图6，本实施例提供的增光片15，包括基材152及位于基材152的出光侧表面的纵向排列的柱状菲涅尔透镜153和位于基材152的入光侧表面的规则排布的复数个弧面凹形结构151。该柱状菲涅尔透镜153的数量为1个或者多个。柱状菲涅尔透镜153为该增光片15的出光面，该复数个弧面凹形结构151为该增光片15的入光面。该纵向排列是指该柱状菲涅尔透镜153平躺在所述基材152的出光侧表面。在某些实施例中，该复数个弧面凹形结构151也可以被省略。在某些实施例中，该柱状菲涅尔透镜153可以在形成基材的时候一体形成。一般该增光片还可以这样形成的：首先，提供一透明基材，该透明基材选择PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PE(聚乙烯)、PMMA(亚克力)等透明光学材质材料；其次，在该透明基材的一面涂布一层可固化胶层，再通过模具模压，形成具有弧面凹形结构151的入光面，该固化胶可以是热固化也可以是紫外固化树脂；然后，在该透明基材的另一面涂布紫外光固化类树脂并通过柱状菲涅尔透镜模具模压即可形成增光片的出光面上纵向平行排列的柱状菲涅尔透镜153。

优选该柱状菲涅尔透镜153的数量为多个，该柱状菲涅尔透镜153间紧挨着平行排列，有利于调节光的出射角度。

图7是本发明提供的增光片一种实施例的单个柱状菲涅尔透镜示意图；请参照图7，该柱状菲涅尔透镜153包括长条形薄的柱状透镜结构154和位于柱状透镜结构两侧对称布置的若干平行齿状结构155。该柱状菲涅尔透镜153是一种精密的光学透镜，由普通的柱状透镜演变而来的，观察普通柱状透镜中的折射光路可以发现实际上能够改变光线传播方向的是透镜与空气的界面，透镜中有一部分厚度对光的折射没有起到作用，光线经过这一部分时，方向没有改变，因此，拿掉这一部分，光的折射是不会受到影响的，但是，在设计时为了保证透镜与空气的界面形状不变，需要将没有起作用的透镜部分挖掉后的透镜剩余部分保留且平移使其与透镜原来的底面重合，即形成了图中所示的齿状结构155，最终将普通柱状透镜改造成增光片15表面所需的纵向平行排布的菲涅尔透镜153，由于每个齿状结构155仍然具有平凸透镜的球面和平面，因此，同样对光具有汇聚作用。

本实施例中的形成菲涅尔透镜的材料均要求折射率为1.5～1.65，固化后透光率大于90％。即，本实施例中的柱状菲涅尔透镜的折射率为1.5～1.65，透光率大于90％。

该纵向平行排布的柱状菲涅尔透镜153的作用是使光线产生有效汇聚，形成复数个聚光条形区，这些聚光条形区通过上扩散片的作用最终使得背光模组的出光均匀。该柱状菲涅尔透镜153汇聚能力较“V”形微棱镜强。通过改变柱状菲涅尔透镜153的聚光焦点的位置，使得背光模组最终的出光侧表面面积与其所对应的LCD模组所需的发光面积尽量一致，减少现有背光模组存在的需用黑白胶来处理的多余的发光面积，提高背光模组特定范围内出射光的强度，增强聚光效果。除此之外，还可通过调整单个菲涅尔透镜表面齿状结构的数目多少和齿状结构间距来控制聚光效果。柱状菲涅尔透镜两侧齿状结构一般是由所需的透镜厚度来决定的，同一个普通透镜制作成柱状菲涅尔透镜时，齿状结构数目越多表示成型的菲涅尔透镜越薄。在发明的实施例中，该柱状菲涅尔透镜153中的齿状结构的高度决定了增光片产品的厚度，一般齿状结构的高度为5～60um，最好为12～25um。

与常用柱状透镜相比，柱状菲涅尔透镜153增大了其对光源的包容角，使得更大立体角发出的光线能够通过透镜并且包容在原来设计所要求的投射光束角内，具有更强的聚光效果，另外，柱状菲涅尔透镜153还具有重量轻，材料来源广，成本低，制作方便，口径大等特点。

根据增光片对聚光效果及对大角度光的充分利用的要求，普通柱状透镜由于厚度过大，用料多，不适合做增光片出光面的结构，而柱状菲涅尔透镜除了保持了一般柱状透镜的功能外，还增大了对光线的包容角，使得更多的入射光能够进入增光片，最终汇聚到设计时所需的范围内，有效的控制了发光面。利用纵向平行排布的柱状菲涅尔透镜作为增光片的出光面，使所形成的增光片比目前常用增光片具有更好的聚光效果，并且可根据产品的需要对柱状菲涅尔透镜的焦点位置进行设定，有效的控制了该增光片的出光面，实现了对背光模组最终发光面积的控制，减少了光损耗。对焦点的合理设定还增大了透镜对光源的包容角，使更多的光线得到汇聚，特别是对大角度光的有效汇聚，增加了背光模组特定发光范围内的光强，提高了光利用率。

该弧面凹形结构151用以接收由导光板或者光源射出来的光线，光线从弧面凹形结构151射入增光片15中，然后从出光面上的柱状菲涅尔透镜153射出，光线经过弧面凹形结构151时会发生折射，此时，光线会发生一定程度的发散或汇聚，进而使得入射光在一定的角度范围内分布均匀，达到单独使用时具有现有技术中增光片和下扩散片的作用。且能通过改变弧面凹形结构151的分布、尺寸及弧形曲率来调整经过弧面凹形结构151折射后的入射光的分布角度及雾度，所述分布角一般情况为0～180°，所述雾度要求在40％～90％，雾度最佳为60％～85％。

通过改变弧面凹形结构151的深度可以控制增光片的厚度，因此，本实施例优选该弧面凹形结构151的深度是8～30um，该弧面凹形结构的底面直径R和深度h比为2/1至4/1，最好为2/1，即弧面凹形结构为半球形。该弧面凹形结构151的数量对雾度值的影响很大。发明人经过研究发现，根据雾度值的不同要求，单位平方毫米内的凹面凹形结构的数目至少为250个，数目越多，排布越紧密其雾度就越大，最终排布需根据产品实际情况来确定。由于本实施例的增光片的入射侧表面具有弧面凹形结构151能够实现入射光的分布较和雾度较好分布，因此使用本实施例的增光片的背光模组中可以省略与之配合使用的扩散片，进而有效地降低背光模组的总厚度及生产制作成本。

本发明实施例提供的增光片15，解决了现有的增光片15’无法有效控制其出光面的大小导致背光模块使用黑白胶处理多余的发光面而造成损耗的问题，通过用柱状菲涅尔透镜153替代现有的增光片15’出光面上的三棱镜，从而使本发明实施例的增光片15能有效控制背光模组最后的发光面积尽量与其对应的LCD模组所需的发光面积一致，达到提高光利用率从而减少光的损耗的目的。另一方面通过在本发明实施例的增光片15的入光面设置弧面凹形结构151，该弧面凹形结构151对入射光进行折射，使入射光发生一定程度的汇聚或扩散，进而使得入射光分布均匀，达到单独使用时具有现有技术中增光片和下扩散片的作用，因此，采用该增光片可以减少使用下扩散片，进而有效地降低背光模组的厚度及生产制作成本。

本发明人经过长期研究和反复试验发现：在增光片中使用柱状菲涅尔透镜较使用圆形菲涅尔透镜具有很大优势：

1、柱状菲涅尔透镜是长条形、平躺在增光片出光侧，使用多个柱状菲涅尔透镜时，可以实现无缝连接，通过控制菲涅尔透镜的焦点位置和数目实现对所有进入增光片的光进行角度调节，增光效果非常好；而圆形菲涅尔透镜则不能实现无缝紧密排布，只能对部分进入增光片的光进行角度调节，增光效果较差；

2、在增光片中使用柱状菲涅尔透镜的成本要比使用圆形菲涅尔透镜要低很多，并且良率会有较大提升。因为，柱状菲涅尔透镜结构简单并且具有连续周期性，方便制作成型模具。这在成本竞争已经进入白炽化的电子消费品来说具有很大的竞争优势。

3、柱状菲涅尔透镜是长条形，裁切是只是将柱状菲涅尔透镜的长度变短，即裁切之后的截面与之前的相同，不会被破坏；而圆形结构的菲涅尔透镜在裁切时，其片材边缘的周期结构一般都会被切开，进而会在不同程度上影响增光效果。

图8为本发明的增光片又一实施例的立体结构图。

参照图8，本实施例进一步为了减少增光片的厚度，直接将弧面凹形结构163形成在透明基材161的入光侧表面，这些可以通过刻蚀或者热压工艺形成。

本实施例提供的增光片16包括透明基材161，该透明基材161具有相对的出光侧表面和入光侧表面；该增光片16还包括纵向排列的柱状菲涅尔透镜162和阵列排布的复数个弧面凹形结构163，该柱状菲涅尔透镜162位于所述出光侧表面上，该弧面凹形结构163位于所述透明基材161中，构成入光侧表面，即透明基材161的入光侧表面设置有呈阵列排布的复数个弧面凹形结构163，该入光侧表面为增光片16的入光面。通过改变弧面凹形结构163的弧面曲率，控制入射光通过弧面凹形结构163后的扩散角度。本实施例优选该弧面凹形结构151的深度是15～20um，以增加光扩散效果。通过调整弧面凹形结构163在入光侧表面161上分布的密集程度来控制现有技术中对扩散片雾度的要求。而且所述弧面凹形结构163可以呈阵列式排布，也可以随机排布。所述弧面凹形结构163的大小可以是相同的也可以是大小不一的。通过模具热压的方式在入光侧表面即透明基材161表面压出所需的弧面凹形结构163。然后再基材161的另一侧涂布紫外光固化类树脂并通过柱状菲涅尔透镜模具模压即可形成增光片16的出光面上纵向平行排列的柱状菲涅尔透镜162。

请参照图9，本发明实施例提供的一种背光模组。该背光模组10包括光源13、将光源13发出的光导出的导光板12、位于导光板12上的下扩散板141、位于下扩散板141上的下增光片151，位于下增光片151上的上增光片152，位于上增光片152上的上扩散板142。进一步优选在导光板12的下面还包括反射板11，将底面射出的光返回利用。该光源13优选为LED光源，并位于导光板12的侧面，可减低背光模组的厚度。本实施例的背光模组与现有技术的背光模组的区别点在于上增光片或者下增光片。本实施例的下增光片151和上增光片152至少一个为上述实施例提供的增光片15，可以提高光线利用率，减低本发明实施例的背光模组的厚度。

请参照图10，本发明实施例提供的又一种背光模组。该背光模组10”包括光源13、将光源13发出的光导出的导光板12和层叠的两个特定增光片(151”，152”)构成的增光片组件；该增光片组件位于导光板与扩散板之间或者位于扩散板的上方；该特定增光片，具有入光面和出光面，所述出光面具有至少一个纵向排列的柱状菲涅尔透镜，所述入光面具有复数个弧面凹形结构。进一步，优选所述两个特定增光片为正交层叠。该正交层叠是指两个特定增光片中的柱状菲涅尔透镜是空间相互垂直的。进一步优选在导光板12的下面还包括反射板11，将底面射出的光返回利用。

本实施例的背光模组中的增光片组件相当于现有技术中的下扩散板、下增光片、上增光片和上扩散板，因此，本实施例的背光模组相对于现有技术可以显著地降低厚度和成本。

在进行背光模组的组装时，由于减少了扩散板的使用，进而使得背光模组中光学膜片的使用数目，且所述增光片入射面设置的复数个弧面凹形结构降低了增光片与其他光学膜接触时的紧密度，有效减少了由于各膜层紧密接触造成的干涉纹、牛顿环等光学问题的出现，降低背光模组厚度的同时提高了背光模组的良率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种增光片，具有入光面和出光面，其特征在于，所述出光面具有至少一个纵向排列的柱状菲涅尔透镜。

2.如权利要求1所述的增光片，其特征在于，所述柱状菲涅尔透镜包括长条形薄的柱状透镜结构和位于柱状透镜结构两侧且对称排布的若干平行齿状结构。

3.如权利要求2所述的增光片，其特征在于，齿状结构的高度为5～60微米。

4.如权利要求1所述的增光片，其特征在于，所述柱状菲涅尔透镜的折射率为1.5～1.65，透光率大于90％。

5.如权利要求1-4任一项所述的增光片，其特征在于，所述入光面具有复数个弧面凹形结构。

6.如权利要求5所述的增光片，其特征在于，所述弧面凹形结构的深度为8～30微米。

7.如权利要求6所述的增光片，其特征在于，所述弧面凹形结构的深度为15～20微米。

8.如权利要求5所述的增光片，其特征在于，所述弧面凹形结构的形状为半球形底面直径与深度比为：2/1～4/1。

9.如权利要求5所述的增光片，其特征在于，所述入光面中单位平方毫米内的弧面凹形结构的数目至少为250个。

10.一种背光模组，包括光源、将光源发出的光导出的导光板以及依次位于导光板上的下扩散板、下增光片、上增光片和上扩散板，其特征在于，下增光片和上增光片中至少一个为权利要求1-9任一项所述的增光片。

11.一种背光模组，包括光源、将光源发出的光导出的导光板和由层叠的两个特定增光片构成的增光片组件，所述特定增光片为权利要求5-9任一项所述的增光片，所述增光片组件位于导光板的上方。

12.如权利要求11所述的背光模组，其特征在于，所述两个特定增光片为正交层叠。

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