CN104654132A - 一种限制液晶屏视角的背光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明属于液晶显示技术领域，公开了一种限制液晶屏视角的背光模块，使用角度控制导光板模块和LED光源模块，两块导光板分别贴有周期性排列的三棱柱阵列以及椭圆透镜阵列，椭圆的长轴相互平行，三棱柱的底角不对称；本发明的有益效果是能够精确的限制液晶屏的出光角度，适用于对液晶屏的观察视角有特殊要求的场合。

Description

一种限制液晶屏视角的背光模块
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，尤其是一种能限制液晶屏视角的背光模块。
背景技术
目前国内外已经对液晶显示技术研究有一定进展，二十世纪九十年代，随着笔记本电脑的普及，液晶显示技术开始飞速发展。
但是现在的液晶显示技术领域仍做不到控制液晶屏的出光角度，现有的液晶显示器的出光角度都非常大。在一些特殊的应用场合中，如在飞机的驾驶舱中，液晶屏将置于狭窄的驾驶舱中，液晶屏的出光角度不能太大，如果出光角度太大，则不仅耗能，并且照到附近仪表上的反射光会干扰到飞行员的视线，特别是夜间驾驶时，会带来一定操作难度和潜在危险，因此控制液晶屏的发光角度十分必要。液晶屏的出光角度主要是由背光模块的出光角度决定的，因此限制背光模块的出光角度是非常重要的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种限制液晶屏视角的背光模块，本发明解决上述问题采用的技术方案是：使用角度控制导光板模块和LED光源模块，设定导光板靠近液晶层的一侧为外表面，与之相对的一侧为内表面，角度控制导光板模块包括导光板一和导光板二；所述的导光板一的外表面贴有三棱柱阵列；所述的导光板二的内表面贴有增光片，外表面嵌有透镜阵列；所述的三棱柱阵列采用的是周期性排列的三棱柱的微小单元，三棱柱长棱相互平行且平行于导光板边界，三棱柱的主截面三角形的底角是不对称的；所述的增光片采用BEF系列的增光片；所述的透镜阵列采用的是周期性排列的微小椭圆透镜单元，椭圆的长轴为0.2mm，短轴为0.1mm，长轴相互平行且间距为0.2mm，短轴相互平行且间距为0.2mm，长轴与短轴分别平行于导光板边界；所述的LED光源模块包括：铝基电路板、扩散板、下扩散片，所述的铝基电路板的表面均匀铺设LED。
本发明的有益效果是：不仅能够精确地限制背光模块的出光角度，还能节省能源，能减少照射到周围仪表上的反射光，防止光线对飞行员视线的干扰，提高安全性，并且价格低廉。
附图说明
图1是实施例中背光源亮度测试示意图。
图2是传统棱镜片模型图。
图3是实施例中三棱柱阵列的微结构示意图。
图4是利用tracepro软件对液晶屏建模。
图5是传统棱镜片与三棱柱阵列组合的出光效果。
图6是实施例中椭圆透镜阵列的示意图。
图7是一个实施例的结构示意图。
图8是实施例的出光效果图。
图中：1.背光源，2.亮度计，3.光学塑料制成的三棱柱，4.PET基层，5.铝基电路板，6.LED，7.扩散板，8.下扩散片，9.导光板一，10.导光板二，11.液晶屏，12.导光板一和导光板二的局部放大图，13.椭圆透镜单元。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。
一种限制液晶屏视角的背光模块，使用角度控制导光板模块和LED光源模块，规定导光板靠近液晶层的一侧为外表面，与之相对应的一侧为内表面，角度控制导光板模块包括导光板一和导光板二，导光板一的外表面贴有三棱柱阵列，导光板二的内表面贴有增光片，外表面嵌有透镜阵列；三棱柱阵列采用的是周期性排列的三棱柱的微小单元，长棱相互平行且平行于导光板边界，三棱柱的主截面三角形的角度与传统增光片不同，其底角是不对称的，增光片采用BEF系列的增光片，透镜阵列采用的是周期性排列的微小椭圆透镜单元，椭圆的长轴为0.2mm，短轴为0.1mm，长轴相互平行且间距为0.2mm，短轴相互平行且间距为0.2mm，长轴与短轴分别平行于导光板边界；LED光源模块包括：铝基电路板、扩散板、下扩散片，铝基电路板的表面均匀铺设LED。
图1是实施例中背光源亮度测试示意图，（a）为直观图，（b）为亮度测试俯视图，（c）为亮度测试侧视图。规定背光源的正中心为O点，正前方S0为额定测试位置，S1、S0、S2在同一水平面上，S3、S0、S4在同一铅垂面上。S0与O点的连线为S0O，S1与O点的连线为S1O，S2与O点的连线为S2O，S3与O点的连线为S3O，S4与O点的连线为S4O。S1O与S0O夹角为45度，S0O与S2O夹角为45度，S3O与S0O夹角为30度，S0O与S4O夹角为45度。本实施例最终目的是将直下式液晶显示屏的背光角度限制为：在S0点测试O点的亮度L达到680cd/m2，从S1、S2、S3及S4点测试到的O点亮度下降到三分之一L以下，并且当观测角度更大的时候，亮度进一步下降，光线主要集中在S1、S2、S3、S4和O点围成的锥形中，而锥形以外的光线要很弱。
采用三棱柱阵列与增光片组合，传统的增光片是利用3M微复制技术，如图2，将丙烯酸树脂制成的棱镜结构制作在PET基材上制造而成的光学薄膜，其表面是高度为20～50微米左右的微棱镜结构。按照几何光学原理，背光源出射的光线经过增光片及背光源系统的循环作用，最终汇聚在正视方向出射，从而达到增亮效果。由于目前国内市场上的增光片的出光角度是70°对称的，并不能满足要求。
本实施例的三棱柱阵列结构如图3，图中，（d）（e）（f）为一个三棱柱微结构单元的三视图，（g）为三棱柱阵列的示意图，是由一系列三棱柱密集排列而成，其微三棱柱单元的主截面三角形两个底角为y0和y1，y0和y1分别为100°和45°分别起着控制该侧出光角度的作用，x0和x1定为80°，棱柱高度为0.05mm。
采用tracepro光学设计软件对目标对象进行建模，如图4。
本实施例使用的是7寸（83mm×47mm）的直下式液晶屏，其LED光源模块包括以下几个结构：铝基电路板，299颗LED，采用的是cree公司的型号为cree®Xlamp®XQ-B的LED，以及扩散板，下扩散片。角度控制导光板模块包括：导光板一的外表面贴有三棱柱阵列，导光板二的内表面贴有增光片，外表面嵌有透镜阵列。
对使用传统棱镜片与三棱柱阵列组合的模型进行光路追迹，得到的结果如图5，两条曲线分别表示从竖直平面和水平面内观测O点得到的亮度分布，液晶屏前方的光线出现不对称现象，在水平面内光线主要集中在±45度以内，在竖直平面内主要集中在+30到-60度以内。
但是图5中亮度曲线波动很大，在指定的范围内出光不均匀，而且在指定的角度以外仍有很多光线，为解决该问题，再增加透镜阵列可以改善出光的均匀性。采用椭圆的正透镜阵列对凌乱的出射光线进行准直，在导光板的外表面添加椭圆透镜，椭圆的长轴为0.2mm，短轴为0.1mm，长轴相互平行且间距为0.2mm，短轴相互平行且间距为0.2mm，长轴与短轴分别平行于导光板边界，微观结构如图6所示，其嵌入导光板的深度为0.05mm，此深度出光均匀性最好。此时的光强分布如图8，不仅指定角度以外的光线明显减少，而且在指定角度以内亮度的均匀性得到明显的改善。在S1、S2、S3、S4各点都达到了预期的效果，因此最终确定的液晶屏的结构如图7。
本发明由于导光板横向和纵向的对称性，因此也可适用于其他尺寸的液晶屏，对于其他出光角度的要求，只需修三棱柱阵列的微三棱柱单元的主截面三角形的y1和y0的大小，以及通过修改椭圆透镜的嵌入深度来准直光线来达到目的，因此，本方案具有很好的移植性和实用性。
上述实例仅例示性说明本发明的原理及其功效，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创新构思的前提下，还可以作出的若干的变形和改进，这些都属于本申请的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种限制液晶屏视角的背光模块，使用角度控制导光板模块和LED光源模块，设定导光板靠近液晶层的一侧为外表面，与之相对的一侧为内表面，其特征是：角度控制导光板模块包括导光板一和导光板二；所述的导光板一的外表面贴有三棱柱阵列；所述的导光板二的内表面贴有增光片，外表面嵌有透镜阵列；所述的三棱柱阵列采用的是周期性排列的三棱柱的微小单元，三棱柱长棱相互平行且平行于导光板边界，三棱柱的主截面三角形的底角是不对称的；所述的增光片采用BEF系列的增光片；所述的透镜阵列采用的是周期性排列的微小椭圆透镜单元，椭圆的长轴为0.2mm，短轴为0.1mm，长轴相互平行且间距为0.2mm，短轴相互平行且间距为0.2mm，长轴与短轴分别平行于导光板边界；所述的LED光源模块包括：铝基电路板、扩散板、下扩散片，所述的铝基电路板的表面均匀铺设LED。
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