CN107329202A - 一种准直背光结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种准直背光结构，光源阵列，光线准直部件和导光板。光源阵列包含若干LED光源。光线准直部件包含导光管阵列，导光管阵列由若干导光管组成，导光管用来准直LED光源发出的光。导光板为平板或者楔形板结构，接收从光线准直部件出射的光线，导光板的一个表面上包含若干微结构单元，若干微结构单元具有相同的结构，微结构包含至少两个表面，其中一个表面改变导光板中的光线的传播方向，使光线偏折一定角度后射出导光板。导光板不改变光线准直部件出射光线的发散角度，只改变光线准直部件出射光线的传播方向。

Description

一种准直背光结构
技术领域
本发明涉及平板显示技术领域，特别涉及一种准直背光技术。
背景技术
在平板显示领域，背光源是液晶平板显示器的重要组成部分，用来为液晶显示器提供平面光源。在现有技术中背光源由光源，导光板，反射片，扩散片和棱镜片构成，光源入射到导光板中，通过全内反射(TIR)在光波导中不断反射，光波导的下表面上通过丝印或雕刻一系列均匀分布的网点，当光传输到这些网点时，全内反射的条件被破坏，光得以垂直从导光板射出，经过扩散片使背光亮度均匀，棱镜片用于将光线约束至一个较小的发散角度，以提高背光源的出光亮度。
采用传统技术方案的背光源，因为采用凸点或凹点散射导光板中的光线，破坏全反射条件，从导光板出射的光具有较大的发散角度，难以获得准直度高的面光源，棱镜片对背光出射光线的发散角度的收敛作用有限，通常可以将背光出射光线收敛在70度左右。对于一些要求高亮度，高准直度面光源的特殊应用达不到要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种准直背光结构，其特征在于包括光源阵列，光线准直部件和导光板。所述光源阵列包含若干LED光源，所述光线准直部件包含导光管阵列，导光管阵列由若干导光管组成，导光管具有相对设置的两个表面，入射面和出射面，导光管入射面接收来自光源的光线，经过导光管传输的光线通过导光管出射面射出，导光管出射面的面积大于导光管入射面的面积。由光学扩展量(Etendue)守恒定律可知，π*Ain*(sinθin)2＝π*Aout*(sinθout)2,其中Ain，θin为导光管入射面面积和入射光发散角，Aout，θout为导光管出射面面积和出射光发散角，因为Aout>Ain,所以θout<θin。LED光源出射的光线的发散角通常在120度左右，导光管可以有效的将LED发出的光准直到很小的角度范围。从导光管阵列出射的光线入射到导光板中，所述导光板为平板或者楔形板结构，导光板的一个表面上包含若干微结构单元，若干微结构单元具有相同的结构，微结构包含至少两个表面，其中一个表面改变导光板中的光线的传播方向，使光线偏折一定角度后射出导管板。
所述导光管阵列中的导光管四周表面涂布有反射层，所述导光管可以为圆形，方锥形等各种形状。导光管可以为实芯结构，也可以为空芯结构。导光管的长度为L1,导光管入射面对角线长度为L2,满足关系式L1≥3*L2，导光管出射面对角线长度为L3，满足关系式L3≥2*L2。所述导光管阵列为一维阵列，导光管阵列中的导光管为等间距排列。
所述导光板包含若干微结构单元的表面涂覆有反射层。导管板为楔形板结构，具有相对设置的两个表面，第一表面和第二表面，第一表面和第二表面之间存在一定的夹角。第一表面用于出射经过导光板的光线，第一表面是全内反射TI R表面，满足全反射条件的光线通过第一表面在导光板内反射。第二表面包括多个线性棱镜，多个线性棱镜具有相同的结构和尺寸，多个线性棱镜排列方式为周期性密排。每个线性棱镜特征包括第一琢面和第二琢面，其中所述第一琢面与第一表面为平行设置，是全内反射TI R表面，光线通过第一琢面在导光板内反射传播，第二琢面与第一表面之间存在一定夹角，光线在第二琢面反射后改变光线的传播方向，通过第一表面出射。
所述导光板也可以为平板结构，具有相对平行设置的两个表面，第一表面和第二表面。第一表面用于出射经过导光板的光线，第一表面是全内反射TI R表面，满足全反射条件的光线通过第一表面在导光板内反射。第二表面上包含若干微结构单元，若干微结构单元按照光线传播方向由疏到密排列。
所述导光管阵列和导光板采用注塑工艺等一体成型技术合并为一个整体，也可以为独立的两部分，胶合在一起。所述光源阵列中的LED光源出光面紧贴于导光管阵列中导光管的入射面。
本发明提出的准直背光结构中，导光管阵列用来准直LED光源的出射光，导光管的结构较透镜组结构组装更为简单。导光板用来均匀导光管出射的光，同时改变导光管出射光线的传播方向，使其按照特定的角度射出背光，导光板不改变导光管出射光线的发散角度。采用这种结构省去了传统背光的反射片，扩散片，棱镜片等膜片，使得背光结构变的简单，同时可提高背光亮度，获得具有高准直度，高亮度的面光源。
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1为现有技术背光结构示意图；
图2为本发明实施例提供的准直背光结构示意图；
图3为本发明实施例提供的光线准直部件结构示意图；
图4为本发明实施例提供的导光管结构示意图；
图5为本发明实施例提供的从光线准直部件中出射光线的光强分布图；
图6为本发明实施例提供的导光板结构示意图；
图7为本发明实施例提供的导光板结构侧视示意图；
图8为本发明实施例提供的光线在导光板中传输示意图；
图9为本发明实施例提供的从导光板中出射光线的光强分布图；
图10为本发明实施例提供的准直背光结构示意图；
图11为本发明实施例提供的光线准直部件结构示意图；
图12为本发明实施例提供的导光管结构示意图；
图13为本发明实施例提供的导光板结构示意图；
图14为本发明实施例提供的导光板结构侧视示意图；
具体实施方式
在现有技术中背光源由光源，导光板，反射片，扩散片和棱镜片构成，如图1所示。采用这种结构，难以产生高准直度的面光源，使用的膜片较多，光损失大，光效低。采用本发明所述的准直背光结构，可以很好的解决以上问题，下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
本发明揭示的准直背光结构如图2所示，包括导光板100，光线准直部件200和LED光源阵列300。光线准直部件200结构如图3所示，包含导光管210阵列。导光管的结构如图4所示，为方锥形导光管，导光管的入射面为211，出射面为212，四周表面为213，导光管为实体结构，材质为PMMA，导光管的四周表面213涂覆有金属反射层。作为本发明的一种优选方案,导光管的入射面和出射面均为正方形，导光管入射面的边长为a1,出射面的边长为a2,导光管的长度为L，a2＝3*a1,L＝10*a1。LED与导光管一一对应设置，LED的出光面紧贴在导光管的入射面211。LED的发光半角度为60度，由光学扩展量(Etendue)守恒定律π*Ain*(sinθin)2＝π*Aout*(sinθout)2可知，LED发出的光经过导光管准直后的发散角度半宽度约为16度，光强分布如图5所示。LED光源阵列300经过光线准直部件200的光线射入导光板100中。
作为本发明的一种优选方案,导管板100为倾斜角度为θ1的楔形体，材质为PMMA,折射率为1.5，如图6所示，其包括第一表面101和第二表面102和入射表面103。按照第一表面与水平面x-y平行设置，入射表面与y-z平面平行，光线准直部件射出的光线通过导光板100的入射表面103垂直入射到导光板中。导光板上的微结构如图7所示，导光板100的第一表面101和第二表面102之间的夹角θ1为5度，第二表面102包括多个周期性密排的线性棱镜，线性棱镜的周期为p，为200um,每个线性棱镜包括第一琢面110和第二琢面120，其中所述第一琢面110与第一表面101为平行设置，第一琢面110与第二表面102的夹角为θ1，是5度，第一琢面是全内反射TI R表面，第二琢面120与第二表面102之间的夹角为θ2，为25度，第二琢面120与第一表面101的夹角是θ1与θ2之和，为30度。准直光线在导光板的第一表面和第二表面的第一琢面之间传播满足全反射条件，不断的反射传播，不改变准直光束发散角度。导光板的第二表面的第二琢面与准直光的传播方向成30度角，如图8所示，当准直光束照射到第二琢面上时，光线在第二琢面上发生全反射，光束的传播方向改变120度后按照与水平面夹角60度的方向照射到第一表面，此时光线不满足全反射条件，从导光板的第一表面101射出。如此导管板将准直带状光源转变成与水平面成60度夹角的均匀面光源，导管板出射光的发散半角约为16度，如图9所示。因为导光板为楔形形状，通过合理的设置，可以使光线在导管板中亮度均匀分布。从而实现了带有方向性的准直背光的作用，搭配液晶显示模组可以用于要求方向单一，亮度高的显示领域。
实施例二
本发明揭示的准直背光结构如图10所示，包括导光板100，光线准直部件200和LED光源阵列300。光线准直部件200结构如图11所示，包含导光管210阵列。导光管的结构如图12所示，为圆锥形导光管，导光管的入射面为211，出射面为212，四周表面为213，导光管为空芯结构，材质为PMMA，导光管中的空芯部分四周表面213涂覆有金属反射层。作为本发明的一种优选方案,导光管的入射面和出射面均为圆形，导光管入射面的直径为a1,出射面的直径为a2,导光管的长度为L，a2＝4*a1,L＝20*a1。LED与导光管一一对应设置，LED的出光面紧贴在导光管的入射面211。LED的发光半角度为60度，由光学扩展量(Etendue)守恒定律π*Ain*(sinθin)2＝π*Aout*(sinθout)2可知，LED发出的光经过导光管准直后的发散角度半宽度约为12.5度。LED光源阵列300经过光线准直部件200的光线射入导光板100中。
作为本发明的一种优选方案,导管板100为平板结构，材质为PMMA,折射率为1.5，如图13所示，其包括第一表面101和第二表面102和入射表面103。按照第一表面与水平面x-y平行设置，入射表面与水平面x-y的夹角为α，为60度，光线准直部件射出的光线通过导光板100的入射表面103入射到导光板中，光线通过入射表面103发生折射，入射至导光板内的光束与第二表面102的夹角为10度。导光板100的第一表面101和第二表面102之间为平行设置，第二表面102包括多个随机排列的线性棱镜1001，线性棱镜的周期为100um，每个线性棱镜1001包括第一琢面110和第二琢面120，其中所述第一琢面110与第二表面102为垂直设置，第二琢面120与第二表面102之间的夹角为θ，为40度，如图14所示。第二表面，包括第二琢面上蒸镀有金属反射层，用来反射光线。准直光线在导光板的第一表面和第二表面之间传播满足全反射条件，不断的反射传播，当准直光束照射到第二琢面上时，光线在第二琢面上发生反射，光束的传播方向改变80度后按照与水平面夹角90度的方向照射到第一表面，此时光线不满足全反射条件，从导光板的第一表面101射出。如此导管板将准直带状光源转变成与水平面成90度夹角的均匀面光源，导管板出射光的发散半角约为12.5度。导光板第二表面上的若干线性棱镜1001，按照光线的传播方向，前疏后密排列，可以使光线在导管板中亮度均匀分布。从而实现了带有方向性的准直背光的作用。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种准直背光结构，其特征在于包括：光源阵列，光线准直部件和导光板；
所述光源阵列包含若干LED光源；
所述光线准直部件包含导光管阵列，导光管阵列由若干导光管组成，导光管具有相对设置的两个表面，入射面和出射面；导光管入射面接收来自光源的光线，经过导光管传输的光线通过导光管出射面射出；导光管出射面的面积大于导光管入射面的面积；导光管用来减小光源出射光线的发散角度；
所述导光板为平板或者楔形板结构，接收从光线准直部件出射的光线，导光板的一个表面上包含若干微结构单元，若干微结构单元具有相同的结构，微结构包含至少两个表面，其中一个表面改变导光板中的光线的传播方向，使光线偏折一定角度后射出导管板；导光板不改变光线准直部件出射光线的发散角度，只改变光线准直部件出射光线的传播方向。
2.根据权利要求1所述的准直背光结构，其特征在于：
所述导光管阵列中的导光管四周表面覆盖有反射层，所述导光管可以为圆锥形，方锥形等各种形状。
3.根据权利要求1所述的准直背光结构，其特征在于：
所述导光管阵列中的导光管可以为实芯结构，也可以为空芯结构。
4.根据权利要求1所述的准直背光结构，其特征在于：
所述导光管阵列中的导光管的长度为L1,导光管入射面对角线长度为L2,满足关系式L1≥3*L2；导光管出射面对角线长度为L3，满足关系式L3≥2*L2。
5.根据权利要求1所述的准直背光结构，其特征在于：
所述导光管阵列为一维阵列，导光管阵列中的导光管为等间距排列。
6.根据权利要求1所述的准直背光结构，其特征在于：
所述导光板中若干微结构单元的表面覆盖有反射层。
7.根据权利要求1所述的准直背光结构，其特征在于：
所述导光板为楔形板结构，具有相对设置的两个表面，第一表面和第二表面，第一表面和第二表面之间存在一定的夹角；
第一表面用于出射经过导光板的光线，第一表面是全内反射TIR表面，满足全反射条件的光线通过第一表面在导光板内反射；
第二表面包括多个线性棱镜，多个线性棱镜具有相同的结构和尺寸，多个线性棱镜排列方式为周期性密排；每个线性棱镜特征包括第一琢面和第二琢面，其中所述第一琢面与第一表面为平行设置，是全内反射TIR表面，光线通过第一琢面在导光板内反射传播；第二琢面与第一表面之间存在一定夹角，光线在第二琢面反射后改变光线的传播方向，通过第一表面出射。
8.根据权利要求1所述的准直背光结构，其特征在于：
所述导光板为平板结构，具有相对平行设置的两个表面，第一表面和第二表面；第一表面用于出射经过导光板的光线，第一表面、第二表面是全内反射TIR表面，满足全反射条件的光线通过第一表面、第二表面在导光板内反射；第二表面上包含若干微结构单元，若干微结构单元按照光线传播方向由疏到密排列。
9.根据权利要求1所述的准直背光结构，其特征在于：
所述光线准直部件和导光板可以为一个整体，也可以为独立的两部分，胶合在一起。
10.根据权利要求1所述的准直背光结构，其特征在于：
所述光源阵列中的LED光源出光面紧贴于导光管阵列中导光管的入射面。
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