CN106094097B - 导光板及应用其的背光模组、显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种导光板，涉及显示技术领域，尤其涉及一种导光板及应用其的背光模组、显示装置。导光板包括导光板主体和位于导光板主体一侧的入光端；导光板主体包括出光面、底面及侧面，出光面与底面相对；入光端呈梯形体结构，包括入光面、第一表面及第二表面；入光面与导光板主体的侧面相对，且入光面在沿垂直于导光板主体的出光面的方向上的尺寸小于导光板主体的厚度；第一表面连接于所述入光面和导光板主体的出光面之间，第二表面连接于入光面和导光板主体的底面之间，第一表面相对于导光板主体的出光面倾斜和/或所述第二表面相对于所述导光板主体的底面倾斜。上述导光板应用于背光模组，用于将发光源提供的点光源转换为面光源。

Description

导光板及应用其的背光模组、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应用其的背光模组、显示装置。

背景技术

液晶显示装置包括显示面板和叠加在显示面板背面的背光模组，显示面板本身是不发光的，需要由背光模组向显示面板供应亮度充足、均匀的光线，使其正常显示影像。

背光模组通常包括发光源、导光板、反射片等组件，根据入光方式的不同，背光模组一般分为直下式和侧入式两种，其中，对于侧入式背光模组，如图1所示，发光源1位于导光板2的侧面，发光源1所发出的光线由导光板2的侧面进入导光板2的内部，并在全反射作用下由导光板2的入光端(即导光板2的设置有发光源1的一端)不断向远光端(即导光板2的与入光端相对一端)传播，从而使导光板2的整个出光面发亮。

但是，侧入式背光模组普遍存在如下问题：由于光线向离发光源1更远处传播的过程中会不断发生损失，因此背光模组的远光端的亮度会比入光端的亮度发暗，导致背光模组的亮度均匀性较差。

发明内容

本发明提供一种导光板及应用其的背光模组、显示装置，以提高侧入式背光模组的亮度均匀性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种导光板，所述导光板包括：导光板主体，所述导光板主体包括出光面、底面及侧面，所述出光面与所述底面相对；位于所述导光板主体一侧的入光端，所述入光端呈梯形体结构，所述入光端包括入光面、第一表面及第二表面，其中，所述入光面与所述导光板主体的侧面相对，且所述入光面在沿垂直于所述导光板主体的出光面的方向上的尺寸小于所述导光板主体的厚度；所述第一表面连接于所述入光面和所述导光板主体的出光面之间，所述第二表面连接于所述入光面和所述导光板主体的底面之间；所述第一表面相对于所述导光板主体的出光面倾斜和/或所述第二表面相对于所述导光板主体的底面倾斜。

在本发明所提供的导光板中，入光端呈梯形体结构，第一表面相对于导光板主体的出光面倾斜和/或第二表面相对于导光板主体的底面倾斜。从导光板的入光面入射至导光板内部的光线中，入射至导光板倾斜的表面(第一表面和/或第二表面)上的这部分光线在导光板内传播的入射角度，相对于现有技术，由于斜面的存在而增大。根据全反射原理，发生全反射时入射角必须大于或等于临界角，因此这部分光线发生全反射的几率增大，从而这部分光线在导光板内部传播的距离更远，提高了远光侧的亮度。因此，本发明提供的导光板能够优化光线在导光板内部的传输路径，从而改善了现有导光板存在的亮度分布不均，远光侧亮度较暗的不良问题。

本发明的第二方面提供了一种背光模组，所述背光模组包括导光板，设置于所述导光板一侧的发光源，设置于所述导光板的与其出光侧相对的一侧的反射片，及用于粘接所述导光板与所述反射片的贴合胶，所述导光板为本发明第一方面所提供的导光板。

上述背光模组的有益效果与本发明的第一方面所提供的导光板的有益效果相同，此处不再赘述。

本发明的第三方面提供了一种显示装置，所述显示装置包括了本发明第二方面所述的背光模组。

上述显示装置的有益效果与本发明的第一方面所提供的导光板的有益效果相同，此处不再赘述。

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它的附图。

图1为现有技术中背光模组的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的导光板的结构示意图；

图3为光线在本发明实施例提供的导光板内传播的示意图一；

图4为光线在本发明实施例提供的导光板内传播的示意图二；

图5为光线在本发明实施例提供的导光板内传播的示意图三；

图6为光线在本发明实施例提供的导光板内传播的示意图四；

图7为本发明实施例提供的背光模组的结构示意图。

附图标记说明：

1-发光源； 2-导光板；

21-入光端； 211-入光面；

212-第一表面； 213-第二表面；

22-导光板主体； 221-出光面；

222-底面； 223-侧面；

3-反射片； 4-贴合胶。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例一

如图2所示，本实施例提供了一种导光板2，该导光板2包括：导光板主体22，导光板主体22包括出光面221、底面222及侧面223，出光面221与底面222相对；该导光板2还包括位于导光板主体22一侧的入光端21，入光端21呈梯形体结构，入光端21包括入光面211、第一表面212及第二表面213，其中，入光面211与导光板主体22的侧面223相对，且入光面211在沿垂直于导光板主体22的出光面221的方向上的尺寸L₁小于导光板主体22的厚度L₂；第一表面212连接于入光面211和导光板主体22的出光面221之间，第二表面213连接于入光面211和导光板主体22的底面222之间；第一表面212相对于导光板主体22的出光面221倾斜和/或第二表面213相对于导光板主体22的底面222倾斜。

在本实施例所提供的导光板2中，入光端21呈梯形体结构，第一表面212相对于导光板主体22的出光面221倾斜和/或第二表面213相对于导光板主体22的底面222倾斜。从导光板2的入光面211入射至导光板2内部的光线中，入射至导光板2倾斜的表面(第一表面212和/或第二表面213)上的这部分光线在导光板2内传播的入射角度，相对于现有技术，由于斜面的存在而增大，根据全反射原理，发生全反射时入射角必须大于或等于临界角，因此这部分光线发生全反射的几率增大，从而这部分光线在导光板2内部传播的距离更远，提高了远光侧的亮度，进而提高了导光板2的亮度均匀性。

优选的，如图3所示，入光端21呈等腰梯形体结构，第一表面212相对于导光板主体22的出光面221倾斜，且第二表面213相对于导光板主体22的底面222倾斜。

设入光面211在沿垂直于导光板主体22的出光面221的方向上的尺寸为L₁、导光板主体22的厚度为L₂、入光端21与导光板主体22的相接面到入光面211的垂直距离为L₃、导光板2外部环境的折射率为n₁，导光板2的折射率为n₂、第一表面212相对于导光板主体22的出光面221倾斜角度为α，同样，第二表面213相对于导光板主体22的底面222倾斜角度也为α。

需要说明的是，本实施例中所提及的入光端21与导光板主体22的相接面是为了方便表述L₃所虚拟出的一个平面，当入光端21与导光板主体22为一体结构时，在实际结构上并不存在该入光端21与导光板主体22的相接面。

可以得到：

如图3所示，若导光板2为图1所示的现有技术中的导光板，导光板2整体结构为长方体，在这种情况下，以由入光面211的中心点射入的光线为例，对光线的传播进行分析：该光线的入射角度为θ₁，该光线射入导光板2内部后，设光线在入光面211的折射角度为θ₁′，光线在底面222的反射角度为θ₂′，可以得到：

θ₂'+θ₁'＝90° (2)

根据折射定理可知：

由公式(2)可以得知，

sinθ₁'＝cosθ₂' (4)

将公式(4)带入公式(3)可得：

由公式(5)可以推导出：

进而可得出：

而采用本实施例提供的优选的导光板2结构，当入射角度为θ₁的入射光线射入导光板2内部时，首先在第一表面212上发生了反射，之后在导光板2内部进行传播。设光线在底面222再次发生反射角度为θ₂，该反射角度θ₂比同一光线在现有技术中的导光板2内传播的反射角度θ₂′增大了2α角度，具体推导过程如下所示：

如图3所示，光线传播至第一表面212，并在第一表面212上发生反射时，发生反射的入射角度为γ，反射角度为δ，γ和δ二者大小关系相等，由图可知：

γ＝θ₂′+α (8)

θ₂＝δ+α (9)

因此，可以推导出：

θ₂＝δ+α＝γ+α＝θ₂'+2α (10)

将公式(1)和(7)代入公式(10)，可以得到：

由上可见，相对于现有的导光板2的结构来说，采用本实施例提供的导光板2的结构，光线在导光板2的内部进行传播的反射角度增大了2α。根据全反射原理，发生全反射时入射角必须大于或等于临界角，因此对于同样角度的入射光线，基于上述推导过程，进一步地说明了利用本实施例提供的导光板2结构，可增大光线发生全反射的几率，从而使更多的光线在导光板2内部向更远处传播，提高了远光侧的亮度。

需要说明的是，如图4所示，当导光板2和反射片3通过贴合胶4采用框贴的方式进行贴合时，不需要考虑贴合胶4对光线在导光板2内进行全反射的影响，这是因为：当采用框贴方式时，贴合胶4仅将导光板2与反射片3的周边区域进行贴合，周边区域所围绕的区域不进行贴合，因此，当光线在导光板2内部传播时，绝大部分光线都不会进入贴合胶4中，而在周边区域进入贴合胶4中的光线的量非常少，可以忽略不计。

当导光板2与反射片3采用框贴的方式进行贴合时，为了确保第一表面212的结构能够发挥其优化光线传输路径的作用，较大入射角度的光线应该尽可能的在第一表面212上发生反射。至少要保证该入射角度为90°的入射光线能够打在第一表面212上，因为如果L₃太短，会导致入射角度为90°的光线不能打在第一表面212上，则所有入射角度的光线都不能打在第一表面212上，第一表面212就无法发挥其优化光线传输路径的作用。所以L₃应保证具有足够的长度，也就是说，应保证L₃大于某一最小值，称该最小值为L_3MIN。L_3MIN的推导过程如下所示：

以在入光面211中心点处入射的光线为例，该光线的入射角度θ₁为90°，且该光线在入光面处发生折射的折射角为ζ。可以推出：

即：

而由图可推出：

因而进一步可得：

因此，为了确保较大入射角度的光线在进入导光板2内部时能够在第一表面212上发生反射，入光端21与导光板主体22的相接面到入光面211的垂直距离L₃应大于L_3MIN，即L₃大于

如图5和图6所示，当导光板2和反射片3通过贴合胶4采用全贴合的方式进行贴合时，则需考虑贴合胶4折射率的因素，这是因为：当采用全贴合方式时，贴合胶4在导光板2与反射片3之间为整面覆盖，当光线在导光板2内部传播时，如果贴合胶4的折射率与导光板2的折射率相近，部分光线就进入贴合胶4中，进而到达反射片3，光线通过反射片3的漫反射作用直接从导光板2的出光面221发射出去，因此光线大都损失在导光板2的近光侧。根据全反射定理可知，发生全反射同时要满足两个条件，第一个条件为光线需从光密介质向光疏介质传播；第二个条件为光线的反射角度需大于或等于发生全反射的临界角，因此若想避免光线进入贴合胶4中，保证光线在导光板2内部发生全反射，贴合胶4折射率应小于导光板2的折射率。而现有贴合胶4的折射率普遍较大，接近于导光板2的折射率，因此，对于现有的导光板2与反射片3之间采用全贴合方式，光线在导光板2内部的传输的过程中，总会有相当一部分光线进入贴合胶4中，造成光线利用率下降，导光板的亮度降低。

针对上述现有技术所存在的问题，对于导光板2与反射片3之间采用全贴合方式的结构，采用本实施例提供的导光板2的结构，可以通过调整导光板2的尺寸，降低对贴合胶4的折射率的要求，使得在需要获得同等亮度的导光板时，采用本实施例所提供的导光板2，可以相对于现有技术使用折射率较高的贴合胶4。下面对本实施例中的导光板2所适用的贴合胶4折射率的范围进行具体推导。

在实际应用中，光线的入射角度应小于或等于90°，并且为了确保导光板2中的入光端21发挥其优化光线传输路径的作用，光线传播至第一表面212时，最好不要超过第一表面212和出光面221的连接处，因而应将光线的入射角度为90°以及光线恰好打到第一表面212和出光面221连接处这两种情况视为两种临界情况。入射角度为90°的光线是经过第一表面212反射调节后的所有光线里以最小反射角度在出光面221和底面222之间进行全反射的，恰好打到第一表面212和出光面221连接处的光线是未经第一表面212调节的所有光线里以最小反射角度在出光面221和底面222之间进行全反射的。若入射角度为90°的光线在导光板2内传输时能发生全反射，并且，打到第一表面212和出光面221连接处的光线所对应的入射光线在导光板2内传输时也能发生全反射，则所有光线都能在导光板2内部发生全反射。

对于第一种临界情况：如图5所示，光线的入射角度为90°，设该光线在导光板2内部传播的反射角度为θ₃，将sinθ₁＝1带入到公式(11)中，可得：

若光线在导光板2内部传播的反射角度θ₃恰好为光线在导光板2内部发生全反射的临界角，若要使光线不进入贴合胶4中，而在导光板2内发生全反射，根据全反射公式可知：

即：

n'＝n₂×sinθ₃ (18)

其中，n′为用于贴合导光板2与反射片3的贴合胶4的折射率。

将公式(16)带入公式(18)，可得：

对于第二种临界情况：如图6所示，当在导光板2的入光面211入射的光线恰好打在第一表面212和出光面221的连接处时，设该光线在导光板2内部传播的反射角为θ₄，可以得出：θ₄＝90°-β；而

因此，可得：

若光线在导光板2内部的反射角度θ₄恰好为发生全反射的临界角时，要使光线不进入贴合胶4中，而在导光板2内发生全反射，根据全反射公式可知：

即：

n'＝n₂×sinθ₄ (23)

基于上述推导，并将公式(21)带入公式(23)，可得：

而为了确保上述两种情况都可以发生全反射，则n′需满足：

称 为贴合胶4允许的最高折射率。

由图5、图6以及上述分析可知，对于较大入射角度的光线来说，该部分光线首先在第一表面212发生反射，之后在出光面221和底面222之间进行反射；在这部分光线中，入射角度为90°的光线(第一种临界情况对应的光线)在底面222发生反射的反射角度是最小的。而对于较小入射角度的光线来说，该部分光线未经第一表面212反射，直接在出光面221和底面222之间进行反射；在这部分光线中，恰好打在第一表面212和出光面221的连接处的光线(第二种临界情况对应的光线)发生反射的反射角度是最小的。在实际情况中，满足第一种临界情况的光线的量较少，满足第二种临界情况的光线的量较多，如果量较多的光线都没有经过第一表面212调节，那量较少的光线经过第一表面212就没有意义了，所以我们在设计斜面尺寸时，要保证θ₄大于θ₃，即要保证的数值大于的数值。

因此，贴合胶4的折射率n′应满足：

根据上述推导得出的公式(26)可知，只要选用的折射率小于该临界值的贴合胶4，都可以减少进入贴合胶4中的光线的量，由于该临界值为与L₁、L₂和L₃相关的函数，因此可以通过调整导光板2入光端21的尺寸L₁、L₂和L₃，对贴合胶4的折射率确定一个比较大的临界值，例如，可在合适的范围内增大L₂与L₁之间的差值，进而增大贴合胶4折射率的临界值，这样一来，就可以放宽对贴合胶4折射率的要求，增大对贴合胶4的选择范围。

从另一方面来说，当本实施例所提供的导光板2与现有导光板2分别采用相同折射率的贴合胶4与反射片3通过全贴合的方式进行贴合时，由于采用本实施例所提供的导光板2结构可以减少光线进入贴合胶4，因而，本实施例所提供的导光板2相对于现有导光板2的亮度更高。

在用于将导光板2与反射片3全贴合的贴合胶4的折射率n′一定的情况下，可对导光板2的L₃的长度范围进行相应的设计。

设导光板2的折射率为n₂，贴合胶4的折射率为n′，θ为光线在导光板2内部传播发生全反射的临界角，根据全反射定理可知：

当光线在导光板2内部传播的反射角度大于或等于θ时，光线才可以在导光板2内部发生全反射。而根据图6可知，当恰好打到第一表面212和出光面221的连接处对应的光线能在导光板2内部发生全反射时，比该光线入射角度小的光线都能在导光板2内部发生全反射，比该光线入射角度大的光线经过斜面的调节，也大都能在导光板2内部发生全反射。因此，令恰好打到第一表面212和出光面221的连接处对应的光线在导光板2内部反射的反射角度θ₄大于或等于

由于θ₄＝90°-β，可得：

将公式(20)带入公式(28)可知，

进而推导得出：

综上所述，当L₃的取值大于或等于时，可以保证更多的光线发生全反射，向更远处传播，提高远光端的亮度。

在实际应用中，为了使导光板2提供一个较大面积的平面光源，考虑到背光模组的边框宽度，L₃并不可能无限大，并且，为了保证第一表面212相对于出光面221的斜率，确保第一表面212对较大角度入射光线的调节效果，L₃应尽可能小。因此，我们对L₃确定了一个优选的数值，即：

此时，未打到第一表面212上的光线恰好全部能够实现在导光板2内部的全反射，而打到第一表面212上的光线能更大程度地通过第一表面212反射来增加光线在导光板2内部传播的反射角度，更大程度的实现第一表面212的作用。

此外，基于图7，需要说明的是，为了使发光源1发出的光线尽可能多的传播到导光板2内部，入光面211在沿垂直于出光面221的方向上的尺寸L₁可大于或等于设置于入光面211一侧的发光源1在沿垂直于出光面221的方向上的尺寸，更为优选的是入光面211在沿垂直于出光面221的方向上的尺寸L₁与入光面211一侧的发光源1在沿垂直于出光面221的方向上的尺寸相接近。

需要说明的是，为了叙述清楚，以上各推导过程仅以第一表面212为对象展开推导。而同样的，当第二表面213在相对于底面222具有一定角度的倾斜时，第二表面213也能起到优化光线传输路径的作用，具体推导过程与上述对第一表面212所进行的推导过程相同。

实施例二

基于实施例一，如图7所示，本实施例提供了一种背光模组，包括导光板2，设置于导光板2一侧的发光源1，设置于导光板2的与其出光侧相对的一侧的反射片3，及用于粘接导光板2与反射片3的贴合胶4，其中导光板2为本发明实施例一所提供的导光板2。

在本实施例所提供的背光模组中，包括了实施例一所述的导光板2，因此，该背光模组也能提高远光端亮度，进而提高亮度均匀性。

可选的，贴合胶4在导光板2与反射片3之间为整面覆盖的结构。

当贴合胶4在导光板2与反射片3之间为整面覆盖时，由于本实施例提供的背光模组中包括如实施例一所述的导光板2结构，可通过对导光板2的L₁、L₂和L₃的长度进行设计，放宽对贴合胶4折射率的要求，增大对贴合胶4的选择范围。从另一方面来讲，当实施例一所提供的导光板2与现有的导光板2分别采用相同折射率的贴合胶4与反射片3进行贴合时，采用实施例一所提供的导光板2，可以减少进入贴合胶4中的光线的量，从而使更多的光线向更远处传播，提高远光端的亮度。

实施例三

基于实施例二，本实施例提供了一种显示装置，该显示装置包括本发明实施例二所提供的背光模组。

在本实施例所提供的显示装置，包括实施例二所述的的背光模组，因此，该显示装置也可以达到提高远光侧亮度，提高亮度均匀性的效果。

以上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，可轻易想到的变化或替换，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权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种导光板，其特征在于，所述导光板包括：

导光板主体，所述导光板主体包括出光面、底面及侧面，所述出光面与所述底面相对；

位于所述导光板主体一侧的入光端，所述入光端呈等腰梯形体结构，所述入光端包括入光面、第一表面及第二表面，其中，所述入光面与所述导光板主体的侧面相对，且所述入光面在沿垂直于所述导光板主体的出光面的方向上的尺寸小于所述导光板主体的厚度；所述第一表面连接于所述入光面和所述导光板主体的出光面之间，所述第二表面连接于所述入光面和所述导光板主体的底面之间；所述第一表面相对于所述导光板主体的出光面倾斜，且所述第二表面相对于所述导光板主体的底面倾斜；

所述导光板应用于背光模组中，且所述导光板的底面采用框贴的方式贴附有反射片，所述入光端与所述导光板主体的相接面到所述入光面的垂直距离L₃满足如下公式：

其中，L₂为所述导光板主体的厚度，n₁为所述导光板外部环境的折射率，n₂为所述导光板的折射率；或者，

所述导光板的底面采用全贴合的方式贴附有反射片，所述入光端与所述导光板主体的相接面到所述入光面的垂直距离L₃满足如下公式：

其中，L₂为所述导光板主体的厚度，n′为用于贴合所述导光板与所述反射片的贴合胶的折射率，n₂为所述导光板的折射率。

2.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述入光面在沿垂直于所述导光板主体的出光面的方向上的尺寸大于或等于设置于所述入光面一侧的光源在沿垂直于所述导光板主体的出光面的方向上的尺寸。

3.一种背光模组，包括导光板，设置于所述导光板一侧的发光源，设置于所述导光板的与其出光侧相对的一侧的反射片，及用于粘接所述导光板与所述反射片的贴合胶，其特征在于，所述导光板为如权利要求1～2所述任一项的导光板。

4.根据权利要求3所述的背光模组，其特征在于，所述贴合胶在所述导光板与所述反射片之间为整面覆盖的结构。

5.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括如权利要求3或4所述的背光模组。