CN106851160A - 一种背光模组及液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明申请提供的一种背光模组及液晶显示装置，其中，该发光器件可用于无导光板侧入式背光模组中，包括用于提供背光的LED光源，及用于使一定角度内LED背光准直出射的光学透镜。该光学透镜包括底面、与底面相对的弧面，位于该弧面两侧且与该弧面相连的立面，及连接底面与立面的斜面，其中，弧面、立面及斜面均用于出射LED光源提供的背光。本申请提供的新型光学器件，能够将较大部分原先从LED光源近光侧出射的背光，通过一定程度的准直到达LED光源远光侧，使其远光侧一端出射，进而实现显示区域的出光均匀。

Description

一种背光模组及液晶显示装置

技术领域

本发明涉及液晶电视背光领域，尤其涉及一种背光模组及液晶显示装置。

背景技术

现有背光模组可以分为直下式和侧入式背光模组，其中，侧入式背光模组中，由于LED光源位于背光模组的边缘，因此需要增加导光板，使部分光路在导光板表面发生全反射，同时在导光板下表面设置网点，控制光路的反射角度，进而将侧面的点/线光源转化为均匀的面光源；但增加导光板也造成侧入式背光模组工艺难度加大。首先，由于导光板受温度影响较为明显，导致其入光面的光学结构处理非常复杂；其次，导光板下表面需设置用于改变光路反射角度的网点，该网点的设计与印刷工艺比较复杂，且使用油墨印刷也会带来偏色现象；同时，导光板的设置还可能带来可靠性问题，如在振动试验过程中的磨伤问题、高温试验的挤灯问题等。

然而，侧入式背光模组中，如果不使用导光板，则LED光源出射的背光中，大部分光路会从光源的近光端出射，而只有很少的光路能到达远光端，导致近光端光路集中，亮度较高，而远光端光路较少，亮度较暗，进而LED光源出射的点/线光源不能有效转化为均匀的面光源。

发明内容

本发明申请提供一种背光模组及液晶显示装置，在无导光板的侧入式背光模组中，通过在LED光源出光处设置一种新型结构的光学器件，进而实现大部分LED光源出射的光能实现一定程度的准直出射，并传播到远光端。

第一方面，本申请提供一种背光模组，包括背板，位于所述背板上表面的反射组件，与所述反射组件相对设置的扩散板，所述背板包括背板立边，其特征在于，所述背光模组还包括：

设置在所述背板立边上的发光器件，所述发光器件包括：LED光源和光学透镜，所述光学透镜包括底面、与所述底面相对的弧面，与所述弧面相交的立面，及连接所述底面与所述立面的斜面；其中，所述光学透镜中，所述底面包括用于容纳所述LED光源的凹槽，且所述弧面、立面及斜面用于准直所述LED光源射出的光线。

进一步的，所述弧面的曲率半径小于所述LED光源的表面中心与所述弧面顶点的距离。

进一步的，所述弧面包括第一弧面和第二弧面，且所述第二弧面分别与所述第一弧面、所述立面相交。

进一步的，所述第二弧面的曲率半径大于所述第一弧面的曲率半径。

进一步的，所述斜面倾角不大于50°。

进一步的，所述凹槽为矩形凹槽。

进一步的，所述背板还包括背板斜边，且所述背板斜边用于反射从所述光学透镜中出射的光路。

第二方面，本申请提供了一种液晶显示装置，包括显示面板及上述第一方面任一背光模组，其中，所述背光模组与所述显示面板相对，且所述显示面板位于所述背光模组的上表面。

与现有技术相比，本申请实施例所提出的技术方案的有益技术效果包括：

本发明申请提供的一种背光模组及液晶显示装置，其中，该背光模组为无导光板侧入式背光模组中，包括用于提供背光的LED光源，及用于使一定角度内LED背光准直出射的光学透镜。该光学透镜包括底面、与底面相对的弧面，位于该弧面两侧且与该弧面相连的立面，及连接底面与立面的斜面，其中，弧面、立面及斜面均用于出射LED光源发出的光。LED光源出射的光路中，较小出射角度范围内的光路直接经弧面出射，由于透镜的折射率大于空气，则从透镜表面射入空气时，且其折射角小于入射角，光路会向水平方向偏折，即该光路的出射角度减小，该光路实现一定程度的准直出射；而较大出射角度的光路，经斜面发生全反射，进而分别从与斜面相连的立面出射，其出射角度减小，即该光路也能实现一定程度的准直出射。因此，本申请提供的侧入式背光模组，能够在不使用导光板的前提下，将大部分光路以一定的准直角度传播到光源的远光端，使其在远光端出射。

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的介绍，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1为现有技术中直下式背光模组中发光器件结构示意图；

图2为本申请实施例中提供的一种背光模组结构示意图；

图3为本申请实施例中提供的一种发光器件结构示意图；

图4为本申请实施例中光学透镜中光路出射示意图；

图5为本申请实施例中光学透镜弧面光路出射示意图；

图6为本申请实施例中光学透镜弧面全反射光路示意图；

图7为本申请实施例中光学透镜斜面光路出射示意图；

图8为本申请实施例中光学透镜曲率半径变化对应的光路变化示意图；

图9为本申请实施例中提供的一种光学透镜立体结构示意图；

图10为本申请实施例中提供的又一种光学透镜立体结构示意图；

图11为本申请实施例提供的背光模组的另一种结构示意图；

图12为本申请实施例中提供的又一种光学器件结构示意图；

图13为本申请实施例中光学透镜曲率半径变化对应的光路变化示意图二；

图14为本申请实施例中光学透镜中不同曲率弧面对应的光路示意图。

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除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，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，都属于本发明保护范围。

下面，通过具体实施例对本申请所示的技术方案进行详细说明。需要说明的是，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

实施例1

现有直下式背光模组中，光学器件的结构如图1所示，光学器件100包括LED光源110、光学透镜120及PCB板130，其中LED光源110设置在PCB板上，并用于提供背光光源，且光学透镜120固定连接在PCB板130上。其中，光学透镜120用于对LED光源出射的光路进行扩散，使LED光源提供的背光以更大角度出射，背光光路出射范围增大，进而能更均匀地从显示区域内出射。

显然，若将现有直下式背光模组的光学器件直接用于无导光板的侧入式背光模组中，其大部分光路仍会从光源近光侧出射，不能使背光模组侧面点/线光源转化为均匀的面光源。

本申请实施例1提供一种背光模组，该背光模组为无导光板的侧入式背光模组。如图2所示，背光模组200包括背板210，位于背板210上表面的反射组件220，与反射组件220相对设置的扩散板230，背板210包括背板立边211。进一步的，如图2和3所示，背光模组200还包括：

设置在背板立边211上的发光器件，该发光器件包括：光学透镜240和LED光源250，光学透镜240包括底面241、与底面241相对的弧面242，位于弧面242两侧、且与弧面242相交的立面243，及连接底面241与立面243的斜面244；其中，光学透镜240中，底面241包括用于容纳LED光源250的凹槽，且弧面242、立面243及斜面244用于准直LED光源250射出的光线。

光学透镜240的设计需要使LED光源250的出射光路由点/线光源转化为均匀的面光源，即保证大部分光路可以经过准直后向光源250远光端传播。由于凸透镜具有使透射的光路汇聚的效果，因此，在设计光学透镜240时，可参考凸透镜的结构特点，将光学透镜240的正向出光处设计为凸型弧面(即弧面242)。在LED光源发出的背光中，出射角度较小的光路会从弧面242透射，通过调整弧面242的曲率半径，使一定角度范围内的出射光路能够在一定的准直范围内射出。

进一步的，当出射角度较大时，通过设置斜面244的倾斜角度，使得一定角度范围内的出射光路经斜面244发生全反射，进而全反射后的光路经立面243透射出，进而使出射角度较大时，一部分光路也能通过全反射及折射在一定的准直范围内射出。

图4是本申请实施例1中发光器件光路分布示意图。如图4所示，光学透镜240中，仅有小范围的光路(示意光路a和e)从近光侧一端出射，而大部分光路(示意光路b、c和d)从光学透镜中以一定准直角度范围出射，并传播到光源远光端。

具体的，光路a射向光学透镜240的侧向出光处，由于该光路的入射角度较小，光路a并不会在斜面244上发生全反射，而是直接在斜面244上发生折射，进而从光学透镜240中透出，透出的光路a射入显示区域。

类似的，光路e直接从光学透镜240中透出，并在背板210上表面的反射组件220上发生反射，进而射入显示区域。

进一步的，光路b和光路c从光学透镜240的正向出光处射出，由于凸透镜的汇聚作用，光路b和光路c发生角度偏转，其光路的出射角度减少，以较小的出射角度向LED光源250远光端传播。

具体的，如图5所示，角u1是光路b的出射角度，角i是光路b在弧面242的入射角，角j是光路b在该弧面242的出射角，角u2是光路b从光学透镜弧面242出射后与水平面的夹角(即光路b透过弧面242的出射角度)。如图5所示，光路b经弧面242出射后其出射角u2小于出射角u1，即光路b的出射角度变小，即光路b能在一定准直范围内传向远光端。

进一步的，光学透镜材料一般为PMMA材料，其折射率通常为n1＝1.49，空气折射率通常为n2＝1.0。由折射定律可知：n1sini＝n2sinj，则当入射角i＞arcsin1.0/1.49＝42.6°时，即会在光学透镜240表面发生全反射，光路不会从光学透镜240中射出。

进一步的，如图6所示，光学透镜正向出光面为单独的一个弧面时，当光路d0经斜面244全反射后，射到光学透镜的弧面上，由于其入射角较大，则该光路d0会在该弧面上发生二次全反射，进而导致光路d0不会从透镜中射出，或经过多次全反射出射后光能损失较大。因此，在光学透镜240正向出光面设计为中间曲面，两侧立面的结构，进而在斜面上全反射后的光路能够经两侧的立面射出，以实现更大角度范围内光路的准直出射。

具体的，如图7所示，光路d射向光学透镜240的侧向出光处，由于光学透镜240的折射率大于空气的折射率，则光路d在斜面244上发生全反射，进而全发射光路经立面243射出。同时，光路d经过全反射后，出射角度发生较大偏转，进而光路d能够以较小的出射角度向LED光源250远光端传播。

进一步的，如图7所示，光学透镜240中，斜面倾角β＝180-θ-α，则α＝180-θ-β，由于需要保证一定角度内的光路在该斜面上发生全反射，所以α＝180-θ-β＞42.6，计算可得：α<137.4-θ。

假设该斜面能使LED光源出射的光路中，出射角度大于60°的光路能在斜面发生全反射，并从光学透镜的正向出光处出射，则θ的取值为60-90度，进而β＜50°，即斜面244的倾角均不大于50°。

优选的，可取斜面倾角为45°，以保证规定范围内的光路能够经过斜面全反射从正向出光处的平面位置处出射。

进一步的，弧面242的曲率半径小于LED光源250的表面中心到弧面242顶点的距离。需要指出的是，本申请实施例中所指的弧面顶点指弧面上任一点，具体的，图8是本申请实施例中光路变化随弧面半径变化示意图。如图8所示，A处为LED光源的表面中心点，点O是弧面的曲率半径r，点B为弧面242上任一点，则AB为LED光源中心到弧面顶点的距离，且r<AB。光路f(如图8中实线光路)经过弧面242向水平面方向偏折，即光路f出射角度减小，在一定准直范围内传向光源远光端。若LED光源250位于图中C处，则r>AB，光路g(如图8中虚线光路)，则经过弧面242向偏离水平面方向发生偏折，即光路出射角度增大。

优选的，弧面242的曲率半径大于LED光源250中心到弧面242顶点的距离的二分之一，即光源250中心到弧面242顶点的距离不超过弧面242的曲率半径。当弧面曲率半径较小时，则用于出射光路的弧面面积较小，导致大部分光路不能经弧面准直出射，光路准直出射效果不理想。

进一步的，如图1所示，现有直下式背光模组中，光学透镜120中用于容置LED光源110的凹槽，包括凸型弧面121，其作用是扩散LED光源的出射光，而本申请实施例中需要将出射光最大程度地准直，以传播到光源远光端，故光学透镜中用于容置LED光源的凹槽为矩形凹槽。

进一步的，图9是本申请实施例中光学透镜一种立体结构示意图。如图9所示，光学透镜240可以为一长条状结构，其入光面包括一个贯穿的矩形凹槽，一个光学透镜240的凹槽可容置多个LED光源250。

图10是本申请实施例中光学透镜又一种立体结构示意图。如图10所示，光学透镜240也可以为一四侧均对称的结构，其侧面均为倾角相同的斜面，在其入光面的中心处设有一个容纳LED光源250的矩形凹槽，一个光学透镜240的凹槽仅容纳一个LED光源250。

进一步的，如图11所示，背板210还包括背板212，且背板斜边212用于反射经光学透镜240中出射的光。LED光源发出的光经光学透镜出射后，大部分光路以一定的角度准直出射，达到LED光源的远光端，进而通过设置背板斜边的倾斜角及斜边长度，使得准直传播到远光端的光路能均匀从显示面板出射，使显示亮度均匀。

需要指出的是，本申请实施例中的光学透镜还可以有多种结构，本领域的技术人员可根据本申请实施例中提供的光学透镜的发光原理设计出多种不同的结构，此处不做过多赘述。

图12是本申请实施例1给出的又一种光学透镜结构示意图。如图12所示，光学透镜340，其中，光学透镜340包括底面341、与底面341相对的弧面342，位于弧面342两侧、且与弧面342相交的立面343，及连接底面341与立面343的斜面344，弧面342包括第一弧面342a和第二弧面342b，且第二弧面342b分别与第一弧面342a、立面343相交；其中，光学透镜340中，底面341包括用于容纳LED光源的凹槽，且弧面342、立面343及斜面344用于准直LED光源射出的光路。

如图13所示，点A处为LED光源位置，点P为弧面342的圆心，光路以出射角u射出，在弧面点B处透出并射入空气，由于其入射角为j(j>42.6°)，光路l在光学透镜340的表面发生全反射；在当弧面的圆心由点P移动到点O处，即圆弧的曲率半径增大时，相应的，其入射角由j减小为角i(i<42.6°)，则光路h从光学透镜340的表面透射出去。因此，当弧面的曲率半径增大时，更大出射角度范围内的光路能在一定准直范围内出射。

如图14所示，光路m和光路n分别是LED光源发出的不同出光角度下的光路，光路m和n经过不同的弧面342a和342b透射出，当出射角度增大时，光路从第一弧面342a和第二弧面342b出射，此时，为满足出射角度较大的光路也能从光学透镜表面出射，则可相应增大第二弧面342b的曲率半径；即，第二弧面342b的曲率半径大于第一弧面342a的曲率半径。

与现有技术相比，本申请实施例所提出的技术方案的有益技术效果包括：

本发明申请提供的一种背光模组及液晶显示装置，其中，该背光模组为无导光板侧入式背光模组中，包括用于提供背光的LED光源，及用于使一定角度内LED背光准直出射的光学透镜。该光学透镜包括底面、与底面相对的弧面，位于该弧面两侧且与该弧面相连的立面，及连接底面与立面的斜面，其中，弧面、立面及斜面均用于出射LED光源发出的光。LED光源出射的光路中，较小出射角度范围内的光路直接经弧面出射，由于透镜的折射率大于空气，则从透镜表面射入空气时，且其折射角小于入射角，光路会向水平方向偏折，即该光路的出射角度减小，该光路实现一定程度的准直出射；而较大出射角度的光路，经斜面发生全反射，进而分别从与斜面相连的立面出射，其出射角度减小，即该光路也能实现一定程度的准直出射。因此，本申请提供的新型发光器件，能够将大部分光路以一定的准直角度传播到光源远光端，使其在远光端出射。

实施例2

本申请实施例2还提供一种液晶显示装置，包含液晶面板和上述实施例1中所述的背光模组。其中，背光模组与液晶面板处于相对位置，液晶面板位于背光模组上表面；背光模组的结构、功能与作用已在前述实施例1中详细说明，此处不再赘述。

关于本领域的背光模组及其液晶显示装置的其他组成部分已为本领域的技术人员所熟知，可参考本领域的现有技术，在此不做详细的说明。

以上具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种背光模组，包括背板，位于所述背板上表面的反射组件，与所述反射组件相对设置的扩散板，所述背板包括背板立边，其特征在于，所述背光模组还包括：

设置在所述背板立边上的发光器件，所述发光器件包括：LED光源和光学透镜，所述光学透镜包括底面、与所述底面相对的弧面，与所述弧面相交的立面，以及连接所述底面与所述立面的斜面；其中，所述光学透镜中，所述底面包括用于容纳所述LED光源的凹槽，且所述弧面、立面及斜面用于准直所述LED光源射出的光线。

2.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述弧面的曲率半径小于所述LED光源的表面中心与所述弧面顶点的距离。

3.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述弧面包括第一弧面和第二弧面，且所述第二弧面分别与所述第一弧面、所述立面相交。

4.如权利要求3所述的背光模组，其特征在于，所述第二弧面的曲率半径大于所述第一弧面的曲率半径。

5.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述斜面的倾角不大于50º。

6.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述凹槽为矩形凹槽。

7.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述背板还包括背板斜边，所述背板斜边用于反射从所述光学透镜中出射的光路。

8.一种液晶显示装置，包括液晶面板，其特征在于，还包括权利要求1~8任一所述的背光模组，其中，所述背光模组与所述液晶面板相对，且所述液晶面板位于所述背光模组的上表面。