CN105511008A - 一种用于液晶显示器的导光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于液晶显示器的导光装置，包括：长方体导光板，所述长方体导光板具有入光面、与所述入光面相邻的底表面以及与所述底表面相对设置的出光面；楔形导光板，所述楔形导光板具有入光面、与所述入光面相邻的底表面、与所述入光面平行地设置的出光面以及与所述底表面相对设置的倾斜表面；所述长方体导光板的入光面与所述楔形导光板的出光面重合，所述长方体导光板的底表面与所述楔形导光板的底表面共面，所述楔形导光板的倾斜表面形状为外凸的两条边之间的夹角大于120度的V形的竖直截面。本发明提出的导光装置，通过将楔形导光板的倾斜面变成外凸的夹角大于120度的V形倾斜表面，减少了所述楔形导光板的漏光。

Description

一种用于液晶显示器的导光装置
本申请为申请号为201210579594.7的发明专利申请的分案申请，其原申请文件申请日为2012年12月27日，申请号为201210579594.7，发明名称为一种用于液晶显示器的导光装置。
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，尤其是涉及一种用于液晶显示器的导光装置。
背景技术
现有的液晶显示装置通常包含液晶显示面板以及背光模块，液晶显示面板是由薄膜晶体管基板、彩色滤光片基板及配置于这两个基板之间的液晶层所构成，而背光模块则是用来提供该液晶显示面板所需的光源。
导光装置(LightGuidePlate，简称为LGP)为背光模块中的一个重要的组件，主要作用是引导光源发出的光线由一平面出射，同时提高液晶显示面板的发光辉度及发光亮度的均匀性。现有的中小尺寸液晶显示装置中，楔形导光装置可以实现背光模块结构的轻薄化设计。图1是现有的楔形导光装置100的正视图。如图1所示，来自LED光源102的光线可以入射到楔形导光装置100并由楔形导光装置100的出光面101出射。然而，入射到楔形导光装置100的斜平面103的光线存在着从斜平面103折射出去而导致楔形导光装置100漏光的问题。例如，来自LED光源102的光线A、B、C入射到楔形导光装置100的斜平面103，其中光线A、B行进至斜平面103时，因其入射角度小于光线在楔形导光装置100的斜平面103的全反射角而从斜平面103折射出去，从而引起楔形导光装置100漏光，导致背光模块的出光区域亮度降低，最终影响了液晶显示面板的显示性能。
发明内容
本发明的目的在于提出一种改进的用于液晶显示器的导光装置，能够使得所述导光装置具有较少的漏光率和更高的出光率。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种用于液晶显示器的导光装置，包括：
长方体导光板，所述长方体导光板具有入光面、与所述入光面相邻的底表面以及与所述底表面相对设置的出光面；
楔形导光板，所述楔形导光板具有入光面、与所述入光面相邻的底表面、与所述入光面平行地设置的出光面以及与所述底表面相对设置的倾斜表面；
其中，所述长方体导光板的入光面与所述楔形导光板的出光面重合，所述长方体导光板的底表面与所述楔形导光板的底表面共面，所述楔形导光板的倾斜表面从所述楔形导光板的入光面向所述楔形导光板的出光面逐渐倾斜形成外凸的圆柱面。
进一步的，所述长方体导光板和所述楔形导光板由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。
进一步的，所述楔形导光板的倾斜表面具有圆弧形状的竖直截面，所述圆弧的曲率半径与所述楔形导光板的入光面和所述楔形导光板的出光面之间的距离的比值在2.125到6.875的范围内。
进一步的，所述圆弧的曲率半径与所述楔形导光板的入光面和所述楔形导光板的出光面之间的距离的比值为3.375。
进一步的，所述导光装置还包括设置于所述长方体导光板的底表面和所述楔形导光板的底表面之下的反射板。
进一步的，所述导光装置还包括设置于长方体导光板的出光面之上的扩散板。
进一步的，所述导光装置还包括设置于所述扩散板之上的增亮膜。
进一步的，所述长方体导光板和所述楔形导光板一体化成型。
相应地，本发明还提出了另外一种用于液晶显示器的导光装置，所述导光装置包括：
长方体导光板，所述长方体导光板具有入光面、与所述入光面相邻的底表面以及与所述底表面相对设置的出光面；
楔形导光板，所述楔形导光板具有入光面、与所述入光面相邻的底表面、与所述入光面平行地设置的出光面以及与所述底表面相对设置的倾斜表面；
其中，所述长方体导光板的入光面与所述楔形导光板的出光面重合，所述长方体导光板的底表面与所述楔形导光板的底表面共面，所述楔形导光板的倾斜表面从所述楔形导光板的入光面向所述楔形导光板的出光面逐渐倾斜形成外凸的倾斜表面，所述倾斜表面具有V形的竖直截面。
进一步的，所述V形的竖直截面的两条边之间的夹角大于120度。
进一步的，所述长方体导光板和所述楔形导光板由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。
进一步的，所述导光装置还包括设置于所述长方体导光板的底表面和所述楔形导光板的底表面之下的反射板。
进一步的，所述导光装置还包括设置于长方体导光板的出光面之上的扩散板。
进一步的，所述导光装置还包括设置于所述扩散板之上的增亮膜。
进一步的，所述长方体导光板和所述楔形导光板一体化成型。
相应地，本发明还提出了一种液晶显示器，所述液晶显示器具有如以上方案所述的导光装置。
本发明提出的导光装置，通过将楔形导光板的倾斜面从现有技术的斜平面变成外凸的倾斜表面，使行进至所述楔形导光板的倾斜表面的光线的入射角大于光线在所述倾斜表面的全反射角而产生全反射，这样不但减少了所述楔形导光板的漏光，还可以提高光线在所述导光装置的利用率，使所述导光装置正视角所需的亮度得到提高。
附图说明
图1是现有的楔形导光装置的正视图；
图2是根据本发明第一实施例的用于液晶显示器的导光装置的立体视图；
图3是根据本发明第一实施例的用于液晶显示器的导光装置的正视图；
图4是光线在根据本发明第一实施例的导光装置的倾斜表面上的折射与在现有技术导光装置的斜平面上的折射的比较示意图；
图5是四种导光装置的正视图；
图6是仿真获得的图5的四种导光装置的漏光与出光对比分析图；
图7是仿真获得的图5的四种导光装置的漏光与出光的关系曲线图；
图8是光线在两种不同导光装置内的行进的示意图；
图9是根据本发明第二实施例的用于液晶显示器的导光装置的立体视图；
图10是根据本发明第二实施例的用于液晶显示器的导光装置的正视图；
图11是根据本发明第三实施例的用于液晶显示器的导光装置的正视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在图2-4中示出了本发明的第一实施例。
图2为根据本发明第一实施例的用于液晶显示器的导光装置200的立体视图；图3为根据本发明第一实施例的用于液晶显示器的导光装置200的正视图。如图3所示，本实施例所述的导光装置200包括：长方体导光板220和楔形导光板210。所述长方体导光板220具有入光面224、与所述入光面224相邻的底表面223以及与所述底表面223相对设置的出光面221。而所述楔形导光板210具有入光面212、与所述入光面212相邻的底表面213、与所述入光面212平行地设置的出光面214以及与所述底表面213相对设置的倾斜表面211。其中，所述长方体导光板220的入光面224与所述楔形导光板210的出光面214重合，所述长方体导光板220的底表面223与所述楔形导光板210的底表面213共面，所述楔形导光板210的倾斜表面211从所述楔形导光板210的入光面212向所述楔形导光板210的出光面214逐渐倾斜形成外凸的圆柱面。
在第一实施例中，所述长方体导光板220和所述楔形导光板210由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。作为一种优选的方式，可以一体化成型所述长方体导光板220和所述楔形导光板210。
在本实施例的一个优选实施方式中，所述楔形导光板210还可以包含一水平连接部240，该水平连接部240从所述楔形导光板210的入光面212、底表面213向光源230延伸。借助于该水平连接部240，源自光源230的光线被更好地引导到所述导光装置200内，从而有助于增加在导光装置200内的光通量。
在第一实施例中，通过将所述楔形导光板210的倾斜表面211从现有技术的楔形斜平面变成具有弧度的外凸的圆柱面，使行进至所述楔形导光板210的倾斜表面211的光线的入射角大于光线在所述倾斜表面211的全反射角而产生全反射，这样不但可以减少所述楔形导光板210的漏光，还可以提高光线在所述导光装置200的利用率，使所述导光装置200的正视角所需的亮度得到提高。
图4为光线在根据本发明第一实施例的导光装置200的倾斜表面211上的折射与在现有技术导光装置的斜平面261上的折射的比较示意图。在图2-3的基础上进一步参看图4，所述楔形导光板210由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料制成，而该PMMA材料的介质折射率为1.4935，全反射角为43.352°。在图4中，当射向楔形导光板210的倾斜面上侧的光线a到达现有技术导光装置的斜平面261时，光线a与斜平面261的法线夹角为42°(小于全反射角)，光线a将会穿过斜平面261从而造成漏光。而当射向楔形导光板210的倾斜面上侧的光线a到达根据本发明第一实施例的倾斜表面211时，与倾斜表面(曲面)211的法线的夹角为48°(大于全反射角)，因此光线a将会被全反射回楔形导光板210内部，不会造成漏光。
继续参见图4，当射向楔形导光板210的倾斜面下侧的光线b到达现有技术导光装置的斜平面261时，与平面的法线夹角为66°，大于全反射角，因此光线b将会被全反射回楔形导光板210内部；而当光线b到达根据本发明第一实施例的倾斜表面211时，与倾斜表面(曲面)211的法线的夹角为60°，仍然大于全反射角，因此光线b也将会被全反射回楔形导光板210内部。也就是说，虽然射向楔形导光板210的倾斜面下侧的光线b与倾斜表面(曲面)211的法线所形成的夹角比光线b与斜平面261所形成的夹角要小，但是由于这两个夹角均大于全反射角，所以光线b都会被反射回楔形导光板210内部，从而不会造成楔形导光板210的漏光。
图5-图8是针对现有的导光装置和根据本发明第一实施例的导光装置在采用相同制造材料的前提下，仿真获得各项光学参数的对比图。在此，采用模拟软件(例如Tracepro模拟软件)来对四种导光装置LGP1-LGP4的光学特性进行仿真。
图5示出了四种导光装置LGP1-LGP4的正视图，其中，LGP1为现有技术的导光装置；而LGP2-LGP4都是根据本发明第一实施例的导光装置，区别仅在于倾斜表面(曲面)的曲率半径不同。如图5所示，导光装置LGP2的倾斜表面(曲面)的曲率半径R为5.5mm，导光装置LGP3的倾斜表面(曲面)的曲率半径R为2.7mm，而导光装置LGP4的倾斜表面(曲面)的曲率半径R为1.7mm。图5所示的这四种导光装置都是由PMMA材料制成，其介质折射率为1.4935，全反射角为43.352°，这四种导光装置的楔形导光板的入光面与出光面之间的距离都是0.8mm(图5中的长度单位为mm)。
图6是仿真获得的四种导光装置LGP1-LGP4的漏光与出光对比分析图。根据图6中的各项光学数据的对比可知，导光装置LGP1在楔形导光板的区域出现了较多的漏光，而导光装置LGP2-LGP4在楔形导光板的区域的漏光相对较少，体现出较好的导光装置光学特性。尤其是，导光装置LGP3的楔形导光板的区域漏光量最小，有效出光量最大，是这四种导光装置中最合适的楔形导光板设计。
图7是仿真获得的四种导光装置LGP1-LGP4的漏光与出光的关系曲线图。其中，横轴表示这四种导光装置LGP1-LGP4，纵轴表示导光装置的楔形导光板区域的漏光量，单位为瓦(W)。根据图7中两条曲线对比可知，楔形导光板的倾斜面从斜平面变成曲面，可以有效减少楔形导光板区域的漏光量，增加导光装置的可视区有效出光量。例如，根据本发明第一实施例的导光装置LGP2-LGP4与现有的导光装置LGP1相比，不同程度地减少了楔形导光板区域的漏光量，尤其是导光装置LGP3，在漏光量和有效出光两项参数方面，体现了较大的数据优势，显示出对导光装置的光学性能的有效增强。
从图6和图7所示的仿真数据进一步可以看出，根据本发明第一实施例的导光装置的倾斜表面(曲面)的曲率并非越大越好，存在一个最优的曲率使得楔形导光板区域的漏光效果最小。例如，导光装置LGP4的倾斜表面(曲面)的曲率比导光装置LGP3的曲率更大，但是导光装置LGP4的楔形导光板区域的漏光问题更严重。上述漏光问题的原因可以进一步参见对图8的说明，图8示出了光线在导光装置LGP3和导光装置LGP4内的行进的示意图。从图8中可以看出，同样的光线a在导光装置LGP4中会射出楔形导光板区域造成漏光，而在导光装置LGP3中则会被全反射回楔形导光板内从而得到重新利用。所以，在实践中，可以初始设定一个曲率半径R，使得光线a与曲面法线夹角略大于全反射角，再略微改变曲率半径R或者其它参数做模拟比较，可以很快找出最佳曲率半径R的方案。
综上，根据本发明第一实施例的导光装置LGP2-LGP4与现有的导光装置LGP1相比，不仅有效地减少了楔形导光板区域的漏光量，还可以不同程度地增强了导光装置的光学性能。
图9-10示出了本发明的第二实施例。
图9为根据本发明第二实施例的用于液晶显示器的导光装置900的立体视图；图10为根据本发明第二实施例的用于液晶显示器的导光装置900的正视图。如图10所示，本实施例所述的导光装置900包括：长方体导光板920和楔形导光板910。所述长方体导光板920具有入光面924、与所述入光面924相邻的底表面923以及与所述底表面923相对设置的出光面921。而所述楔形导光板910具有入光面912、与所述入光面912相邻的底表面913、与所述入光面912平行地设置的出光面914以及与所述底表面913相对设置的倾斜表面911。其中，所述长方体导光板920的入光面924与所述楔形导光板910的出光面914重合，所述长方体导光板920的底表面923与所述楔形导光板910的底表面913共面，所述楔形导光板910的倾斜表面911从所述楔形导光板910的入光面912向所述楔形导光板910的出光面914逐渐倾斜形成外凸的倾斜表面，所述倾斜表面911具有V形的竖直截面。
在第二实施例中，所述长方体导光板920和所述楔形导光板910由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。作为一种优选的方式，可以一体化成型所述长方体导光板920和所述楔形导光板910。
在本实施例的一个优选实施方式中，所述楔形导光板910还可以包含一水平连接部940，该水平连接部940由所述楔形导光板910的入光面912、底表面913向光源930延伸。借助于该水平连接部940，源自光源930的光线被更好地引导到所述导光装置900内，从而进一步增加了在导光装置900内的光通量。
从图10中可以看出，与第一实施例不同的是，在第二实施例中的所述倾斜表面911不是外凸的圆柱面而是具有V形的竖直截面。优选的，所述V形的竖直截面的两条边之间的夹角β大于120度。
在第二实施例中，通过将所述楔形导光板910的倾斜表面911从现有技术的斜平面变成具有V形的竖直截面的外凸的倾斜表面，使行进至所述楔形导光板910的倾斜表面911的光线的入射角大于光线在所述倾斜表面911的全反射角而产生全反射，这样不但可以减少所述楔形导光板910的漏光，还可以提高光线在所述导光装置900的利用率，使所述导光装置900的正视角所需的亮度得到提高。
图11示出了本发明的第三实施例。
图11为根据本发明第三实施例的用于液晶显示器的导光装置1100的正视图。如图11所示，本实施例所述的导光装置1100包括：长方体导光板1120和楔形导光板1110。所述长方体导光板1120具有入光面1124、与所述入光面1124相邻的底表面1123以及与所述底表面1123相对设置的出光面1121。而所述楔形导光板1110具有入光面1112、与所述入光面1112相邻的底表面1113、与所述入光面1112平行地设置的出光面1114以及与所述底表面1113相对设置的倾斜表面1111。其中，所述长方体导光板1120的入光面1124与所述楔形导光板1110的出光面1114重合，所述长方体导光板1120的底表面1123与所述楔形导光板1110的底表面1113共面，所述楔形导光板1110的倾斜表面1111从所述楔形导光板1110的入光面1112向所述楔形导光板1110的出光面1114逐渐倾斜形成外凸的圆柱面。
在第三实施例中，上述导光装置1100中的长方体导光板1120、楔形导光板1110与第一实施例中的相应的导光板结构相同，在此不再赘述。
从图11中可以看出，与第一实施例不同的是，在第三实施例中的导光装置1100还包括：设置于所述长方体导光板1120的底表面1123和所述楔形导光板1110的底表面1113之下的反射板1160；以及设置于长方体导光板1120的出光面1121之上的扩散板1180。作为一种优选的方式，所述导光装置1100还包括设置于所述扩散板1180之上的增亮膜1190。
通过对上述导光装置1100增加反射板1160、扩散板1180以及增亮膜1190，可以进一步优化所述导光装置1100的光学性能。
此外，本发明还提出了一种液晶显示器，所述液晶显示器具有如以上第一、第二、第三实施例之一所述的导光装置。
本发明提出的导光装置，通过将楔形导光板的倾斜面从现有技术的斜平面变成外凸的倾斜表面，使行进至所述楔形导光板的倾斜表面的光线的入射角大于光线在所述倾斜表面的全反射角而产生全反射，这样不但减少了所述楔形导光板的漏光，还可以提高光线在所述导光装置的利用率，使所述导光装置正视角所需的亮度得到提高。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种用于液晶显示器的导光装置，包括：
长方体导光板，所述长方体导光板具有入光面、与所述入光面相邻的底表面以及与所述底表面相对设置的出光面；
楔形导光板，所述楔形导光板具有入光面、与所述入光面相邻的底表面、与所述入光面平行地设置的出光面以及与所述底表面相对设置的倾斜表面；
其中，所述长方体导光板的入光面与所述楔形导光板的出光面重合，所述长方体导光板的底表面与所述楔形导光板的底表面共面，所述楔形导光板的倾斜表面从所述楔形导光板的入光面向所述楔形导光板的出光面逐渐倾斜形成外凸的倾斜表面，所述倾斜表面具有V形的竖直截面，并且所述V形的竖直截面的两条边之间的夹角大于120度。
2.根据权利要求1所述的用于液晶显示器的导光装置，其特征在于，所述长方体导光板和所述楔形导光板由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。
3.根据权利要求1所述的用于液晶显示器的导光装置，其特征在于，所述导光装置还包括设置于所述长方体导光板的底表面和所述楔形导光板的底表面之下的反射板。
4.根据权利要求1所述的用于液晶显示器的导光装置，其特征在于，所述导光装置还包括设置于长方体导光板的出光面之上的扩散板。
5.根据权利要求4所述的用于液晶显示器的导光装置，其特征在于，所述导光装置还包括设置于所述扩散板之上的增亮膜。
6.根据权利要求1所述的用于液晶显示器的导光装置，其特征在于，所述长方体导光板和所述楔形导光板一体化成型。
7.一种液晶显示器，具有如以上权利要求1-6之一所述的导光装置。
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