CN104536080A - 一种导光板及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种导光板及显示装置，涉及显示技术领域，能够解决入射光在导光板内部发生光线全反射的问题。其中，所述导光板包括至少一个具有微结构的网点；每个网点上的所有微结构排列在同一曲面上。

Description

一种导光板及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种导光板及显示装置。

背景技术

随着显示技术的飞速发展，液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)作为一种平板显示装置，因其具有体积小、功耗低、无辐射以及制作成本相对较低等特点，而越来越多地被应用于高性能显示领域当中。

液晶显示器是一种被动发光器件，需要背光模组(BacklightUnite，BLU)给液晶显示器提供光源使其显示图像。现有技术中，背光模组包括光源与导光板，光源相对于导光板的入光面设置，所述导光板引导从光源所发出光束的传输方向，将线光源或点光源转换成面光源。导光板是背光模组的核心部件，其主要作用在于合理引导光的散射方向，从而为液晶面板提供亮度高、均匀性好的面光源。

然而现有技术中，如图1a所示，进入导光板10的入射光X与导光板10的反射面A的夹角α较大，因此入射光X在反射面A反射后在导光板10的出光侧表面B处的入射角β较大。由于光线在出光侧表面B处的入射角β小于折射角θ。因此入射角β越大，折射角θ越大。当入射角β大于一临界值时(如图1中的实线箭头所示)，上述折射角θ为90°。这样一来，入射至出光侧表面B的光线将无法从导光板射出，从而被反射回导光板10中，即光线在导光板10的出光侧表面B内上发生了全反射现象。

为了破坏导光板10的出光侧表面B上的全反射现象，现有技术中，如图1b所示，在导光板的反射面A上设置有网点101。导光板10内的光线照射至网点101上并反射至导光板10的出光侧表面B上，由于网点101用于反射的表面为曲面，这样一来上述曲面会减小反射光线在导光板10的出光侧表面B处的入射角β，使得光线能够从导光板10的出光侧表面B射出，从而达到破坏导光板10的出光侧表面B上的全反射现象的目的。

然而，为了加工方面，导光板10反射面A上所有网点101曲面的曲率相同，但是照射至不同网点101上的光线与导光板10的反射面A的夹角α的大小并不同，如图1b所示，虚线所示光线的夹角α’大于实线所示光线的夹角α。因此，虚线所示光线经过网点101的反射后，在导光板10的出光侧表面B处的入射角β’较大，从而无法从导光板的出光侧表面B射出，而发生全反射；而实线所示光线经过网点101的反射后，在导光板10的出光侧表面B处的入射角β较小，从而能够从导光板的出光侧表面B射出。这样一来，导光板10的出光侧表面B上能够使得光线射出的部分亮度较大，而无法实现光线射出的部分亮度较暗，从而降低了导光板出光均匀性。进而会在显示面板上形成明显的强弱光区，这样的强光和弱光交错在一起，就会出现如萤火虫般忽明忽暗的发光现象。这中萤火虫现象的产生会对显示器件的显示效果造成影响，降低了显示器件的性能。

发明内容

本发明的实施例提供一种导光板及显示装置，能够解决入射光在导光板出光侧表面的局部区域上发生光线全反射，而引起光线不均匀的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例的一方面，提供一种导光板，包括至少一个具有微结构的网点；每个所述网点上的所有所述微结构排列在同一曲面上。

本发明实施例的另一方面，提供一种显示装置，包括如上所述的任意一种导光板。

本发明实施例提供一种导光板及显示装置。导光板可以包括至少一个具有微结构的网点；其中，每个网点上的所有所述微结构排列在同一曲面上。这样一来，光线照射至网点时，可以通过微结构增加网点曲面上光线接触位置的曲率，从而能够减小在微结构处反射的光线在导光板出光侧表面的入射角，使得光线能够从导光板发射出去，避免了部分需要折射出的光线由于反射光与导光板的夹角较小而发生的全反射现象，提升了导光板出光侧表面的光线出光率，从而提高了光线均匀性和显示效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为现有技术提供的一种导光板的光线传播路径示意图；

图1b为现有技术提供的另一种导光板的光线传播路径示意图；

图2a为本发明实施例提供的一种导光板的结构示意图；

图2b为本发明实施例提供的一种网点的结构示意图；

图2c为本发明实施例提供的一种导光板的局部结构示意图；

图2d为本发明实施例提供的一种微结构的结构示意图；

图2e为本发明实施例提供的另一种导光板的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种网点的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种网点分布设计图；

图5为本发明实施例提供的另一种网点分布设计图；

图6为本发明实施例提供的又一种网点的结构示意图。

附图标记：

10-导光板；A-导光板的反射面；B-导光板的出光侧表面；101-网点；100-网点的底面；201-微结构；202-微结构的顶面；203-微结构的底面；L1、L2-球形曲面横截面所在的圆周；o’-球状曲面的顶点；o-球状曲面的低端(或抛物线坐标系的原点)；P-抛物线；30-侧入式光源；301-导光板的出光侧表面靠近侧入式光源的部分；302-导光板的反射面远离侧入式光源的部分。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种导光板10，如图2a所示，可以包括至少一个具有微结构201的网点101。其中，如图2b所示，每个网点101上的所有微结构201排列在同一曲面120上。

由图2a中C处的局部视图2c可以看出，照射至微结构201上的光线(以实线表示)，反射后在导光板10的出光侧表面B的入射角β，相对与未照射至微结构201上的光线(以虚线表示)，反射后在导光板10的出光侧表面B的入射角β’而言，入射角β小于入射角β’。因此，通过上述微结构201，可以使得反射至导光板10出光侧表面B的光线能够发生折射，从而从导光板10射出。并且，微结构201的数量越多，能够改变导光板10中光线传播路径的光线就越多，从而能够更有效的提高导光板10的出光率。

本发明实施例提供一种导光板，可以包括至少一个具有微结构的网点；其中，每个网点上的所有所述微结构排列在同一曲面上。这样一来，光线照射至网点时，可以通过微结构增加网点曲面上光线接触位置的曲率，从而能够减小在微结构处反射的光线在导光板出光侧表面的入射角，使得光线能够从导光板发射出去，避免了部分需要折射出的光线由于反射光与导光板的夹角较小而发生的全反射现象，提升了导光板出光侧表面的光线出光率，从而提高了光线均匀性和显示效果。

需要说明的是，第一、上述曲面120可以为曲率分布规则形状或曲率不规则的形状。本发明对此不作限制。

然而，在制备导光板10的过程中，一般可以采用钻头，在导光板母版上撞击形成网点模型，然后，在母版上形成一层构成导光板10的材料层。这样一来，上述部分材料层会流入或绕开上述网点模型，以形成凸出于导光板10外部或凹陷于导光板10内部的曲面120。

实际生产过程中，为了加工方便，优选的，上述钻头一般为球形，因此通过上述制作方法得到的曲面为曲率分布规则的球形曲面。

并且，优选的，导光板10上的所有网点101的球形曲面的曲率均半径相同。这样一来，能够采用统一的制作工艺制作导光板10上的各个网点，从而简化制作工艺，降低加工难度。

第二、本发明对微结构201的顶面202和微结构201的底面203的形状不做限定。

为了简化制作工艺，在制作具有微结构201的网点的过程中，可以对上述钻头进行轻微打磨，使得网点的表面粗糙以形成上述微结构201。因此打磨的过程中，钻头上用于形成微结构201的部分，其表面被打磨成圆弧面。因此，如图2d所示，形成的微结构201的顶面202可以为圆弧面。

而微结构201的底面203可以根据加工的难易程度以及实际需要制作成规则的形状，如图2d所示的四边形，或者其他多边形，例如五边形、六边形等。又或者，上述微结构201的底面203还可以为圆形。当然，还可以加工成其它不规则形状。

第三、本发明对网点101在导光板10上的分布规律不做限定。本领域技术人员，可以根据实际的需要进行设置。

具体的，例如如图2e所示，对于侧入式背光源而言，由于侧入式光源30设置于导光板10的一侧，因此，入射光线在导光板10的出光侧表面B靠近侧入式光源30的部分301，需要通过光线在出光侧表面B的全反射，将入射光线导入至导光板10的另一侧。因此，可以在导光板10的反射面A靠近侧入式光源30的部分301设置少量的网点101，从而保留出光侧表面B的部分全反射现象，以将上述全反射的光线进一步向导光板10的另一侧传导。而导光板10的反射面A远离侧入式光源30的部分302可以设置较多的网点101，以破坏导光板10的出光侧表面B远离侧入式光源部分的全反射现象，提高导光板10出光侧表面B的光线输出率。

又例如，对于直下式背光源而言，由于光源设置于导光板的反射面A一侧，因此光源射出的光线能够同时进入导光板10内。所以，可以将上述网点101均匀分布于上述导光板10的反射面A上。只要保证所述具有微结构的网点101设置在需要破坏全反射的位置，使其能够避免了部分需要折射出的光线由于反射光与导光板的夹角较小而发生的全反射现象即可。

以下通过具体的实施例对微结构201的设计方案进行举例说明。

实施例一

在上述曲面120为球状曲面的情况下，为了简化制作工艺，提高光线均匀性，可以如图2b所示，所述曲面上排列于同一圆周的微结构201(例如沿圆周L1排列的一圈微结构201，或沿圆周L2排列的一圈微结构201)的形状、大小相同。上述圆周(例如圆周L1或圆周L2)所在的平面与导光板10的出光侧表面B平行。

其中，分别位于相邻两个圆周L1与L2上的微结构201的形状、大小可以相同。

然而，如图2b所示，对于球状曲面120而言，从球状曲面120的顶点o’到球状曲面120的低端所在圆周中心o，球面的横截面(平行于网点101的底面100截取得到的截面)直径不断扩大。这就意味着球状曲面120上靠近低端o的横截面(例如圆周L1所在的横截面)的周长较大，用于设置微结构201的空间也大，而球状曲面120上靠近顶点o’的横截面(例如圆周L2所在的横截面)的周长较小，用于设置微结构201的空间也小。因此，球状曲面120沿着z轴的负向，可以用于设置微结构201的区域就越多。因此本发明提供了另外一种用于设置微结构201的方案，详见一下实施例。

实施例二

如图3所示，曲面120可以被N个抛物线P平分，所述抛物线P的起点为所述曲面120的顶点o’，终点位于网点101的底面100上；其中，N≥1。

由于球形曲面120沿z轴的负方向，其横截面的周长逐渐增大，能够设置尺寸更大的微结构，因此微结构201沿抛物线的起点o’至终点依次排列，微结构201的形状相同，大小依次递增。

由于网点101的尺寸非常的小，如果都加工成等大的且尺寸非常小的微结构201，这将大大增加了加工难度和加工精度的要求。因此采用上述方案，只需要在靠近顶点o’的部分球形曲面102上制作尺寸较小的微结构201。而随着球形曲面102横截面的直径不断增大，微结构201的尺寸也相应增大。从而可以减低加工精度和难度，提高生产效率。

以下实施例在实施例二提供的微结构201的大小和排列分布的基础上，对上述微结构201的具体设置过程进行详细的说明。

实施例三

由于上述抛物线P的方程可以为y²＝2Pz，式中P＝2f，f为抛物线的焦距。如图3所示，当抛物线P绕着z周旋转一周，既可以得到上述球形曲面120。

由上述抛物线P方程可以得到，在距离坐标原点o处球形曲面120横截面的半径为

设一横截面(如z≤f的横截面)的半径为y_(i)，则横截面(例如圆周L1)的周长为：

$C_{\left(i\right)}=2\mathrm{\π}{y}_{\left(i\right)}=2\mathrm{\π}\sqrt{2P{z}_{\left(i\right)}},i-0,\±1,\±2,\±3...$

如果在上述圆周L1上可以放置n个微结构201，则每个微结构201的直径(当微结构201的底面为圆形时，可以为直径)为：

因此，可以根据球形曲面120上横截面(例如圆周L1或圆周L2)的周长，就可以得出排列于圆周L1或圆周L2上的每个微结构201的直径。

综上所述，采用上述设置方式，形成的微结构201的底面203的形状为圆形。需要说明的是，微结构201的底面203的形状，是指微结构201的底面203朝向曲面120的方向得到的正投影的平面图形的形状。

为了使得上述微结构201的底面203形状为四边形或五边形。以四边形为例，在设置过程中，为使描述清晰，如图4所示，可以看成为圆周L1或圆周L2上排列的相邻的两个微结构底面203为圆形的微结构201相互重叠，重叠的部分既是需要的最终微结构部分，此时微结构201的底面203的朝向球形曲面120的正投影为四边形。

为了通过上述重叠的方法，使得微结构201的底面203为四边形或五边形，可以以为半径在曲率半径为R的球形曲面120上，对微结构201的中心位置进行截取。球形曲面120的曲率半径为R越大，相邻两个微结构201中心线之间的夹角越小，反之越大

此外，如图5所示，在上述设置过程中，抛物线P在沿z轴负方向增加△z_(ii1)后，抛物面P母线的长度需增加△l_z(ii1)。因此微结构201在y方向上的坐标y_(i)则增加△y_(i+1)，即y_(i+1)＝y_(i)+△y_(i+1)，只有使圆周L1或圆周L2上排列的相邻的两个微结构底面203为圆形的微结构201相互重叠。

由图5可以得出：

$\mathrm{\Δ}{l}_{z(i+1)}^2=\mathrm{\Δ}{z}_{(i+1)}^2+\mathrm{\Δ}{y}_{(i+1)}^2---\left(2\right)$

对抛物线P的方程y²＝2Pz求导，得到2ydy＝2Pdz，然后再取有限量得：

$\mathrm{\Δ}{y}_{(i+1)}=\frac{P}{y_{\left(i\right)}}\mathrm{\Δ}{z}_{(i+1)}---\left(4\right)$

将公式(4)带入公式(3)可得：

进而，可以得到排列于上述抛物线p上的微结构201的位置应当满足的公式：

其中，P—为所述抛物线P焦距f的2倍；

y_(i)—为在所述抛物线P坐标系(如图5所示)中，所述微结构201在y方向上的坐标

△z_(i+1)—为在所述抛物线P坐标系中，沿z方向上相邻两个微结构201的中心线之间的距离；

—为在所述抛物线P上，相邻两个微结构201中心线之间的夹角。

进一步的，当上述抛物线P的焦距f的值、圆周L1在z周上的坐标z_(i)确定后，就可以得出圆周L1的半径y_(i)。此外，当圆周L1上需要排列的微结构201的数量n确定后，相邻两个微结构201中心线之间的夹角便可知。由于z_(ii1)＝z_(i)△z_(ii1)，因此将上述已知量带入公式(6)后便可得出：

$\mathrm{\Δ}{l}_{\left(1\right)}=\sqrt{\mathrm{\Δ}{z}_{\left(1\right)}^2+\mathrm{\Δ}{y}_{\left(1\right)}^2}$

进一步的，通过上述方程(6)可以得到对抛物线P的方程y²＝2Pz求导，得到的2ydy＝2Pdz，就可以求出抛物线P上每个微结构201的倾斜角度α_(i)所满足的公式：

${\mathrm{\α}}_{\left(i\right)}={\tan }^{-1}\frac{P}{y_{\left(i\right)}}.$

并且，相邻两个微结构201的放大比率β_(i)满足公式：

其中，△lz_(i+1)—为在所述抛物线坐标系中，沿z方向上相邻两个所述微结构的中心线之间的所述抛物线的长度；

—为每个所述微结构201的底面的直径。

当微结构201的坐标、倾斜角度以及放大倍数均已知，便通过上述方法，设置出如图6所示的具有微结构201的网点101。其中图6为球形曲面120的俯视图，且并未画出所有的微结构201。

具体的，例如，当网点101的曲面120上的微结构201的数量为100时，一共可以设置5层，每层20个所述微结构201。其中微结构位于的抛物线P的设焦距为5mm，上述100各微结构201的中的10个微结构201的具体数据如表1所示。

表1

采用软件对未设置微结构201的网点与设置有微结构201的网点进行光照模拟能够得到以下数据：

其中，未设置微结构201的网点101的导光板10的数据表2所示：

表2

设置微结构201的网点101的导光板10的数据表3所示：

表3

综上所述，如图表2所示，未设置微结构201的网点101的导光板10的照度大多分布在300lux(勒克斯)；而本发明实施例提供的设置微结构201的网点101的导光板10的照度大多分布在300lux-400lux(勒克斯)之间。因此可以明显看出，本发明实施例提供的导光板10的光线出光率得到了提升，有利于提高显示装置的显示效果。

本发明实施例提供一种显示装置，包括如上所述的任意一种导光板10，具有前述实施例中提供的导光板10相同的结构和有益效果。由于前述实施例中已经对导光板10的结构和有益效果进行了详细的描述，此处不再赘述。

在本发明实施例中，显示装置具体可以包括液晶显示装置，例如该显示装置可以为液晶显示器、液晶电视、数码相框、手机或平板电脑等任何具有显示功能的产品或者部件。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种导光板，其特征在于，包括至少一个具有微结构的网点；每个所述网点上的所有所述微结构排列在同一曲面上。

2.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述曲面为球形曲面。

3.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述微结构的顶面为圆弧面。

4.根据权利要求2所述的导光板，其特征在于，所述曲面上排列于同一圆周的所述微结构的形状、大小相同，其中，所述圆周所在的平面与所述导光板的出光侧表面平行。

5.根据权利要求2-4任一项所述的导光板，其特征在于，所述曲面被N个抛物线平分，所述抛物线的起点为所述曲面的顶点，终点位于所述网点的底面上；其中，N≥1；

所述微结构沿所述抛物线的起点至终点依次排列，并且，所述微结构的形状相同，大小依次递增。

6.根据权利要求5所述的导光板，其特征在于，所述微结构的底面形状包括四边形、五边形或六边形。

7.根据权利要求6所述的导光板，其特征在于，所述抛物线上的所述微结构的位置满足公式：

其中，P—为所述抛物线焦距的2倍；

y_(i)—为在所述抛物线坐标系中，所述微结构在y方向上的坐标

△z_(i+1)—为在所述抛物线坐标系中，沿z方向上相邻两个所述微结构的中心线之间的距离；

—为在所述抛物线上，相邻两个所述微结构中心线之间的夹角。

8.根据权利要求7所述的导光板，其特征在于，所述抛物线上的所述微结构的倾斜角度α_(i)满足公式：

${\mathrm{\α}}_{\left(i\right)}={\tan }^{-1}\frac{P}{y_{\left(i\right)}}.$

9.根据权利要求8所述的导光板，其特征在于，相邻两个所述微结构的放大比率β_(i)满足公式：

其中，△lz_(i+1)—为在所述抛物线坐标系中，沿z方向上相邻两个所述微结构的中心线之间的所述抛物线的长度；

—为每个所述微结构的底面的直径。

10.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述曲面凹陷于所述导光板内部，或凸出于所述导光板外部。

11.根据权利要求2所述的导光板，其特征在于，所述导光板上的所有所述网点的球形曲面的曲率均半径相同。

12.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的导光板。