CN107422405B - 一种扩散板结构及显示屏背光结构 - Google Patents

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Abstract

一种扩散板结构及显示屏背光结构，扩散板的板材本体朝向LED光源的一面设有数量与LED光源一致的凸包，各凸包分别与各个LED光源一一正对设置，凸包表面的凸出高度从正对LED光源的中心处向四周逐渐递减；显示屏背光结构的电路板上均匀布置有多个LED光源，灯箱在与各LED光源对应的位置处均开有供LED光源的发光面露出的透光孔，扩散板位于灯箱的外侧，朝向LED光源的一面与各LED光源正对处均设有凸包。由于LED光源光线的强度由垂直到倾斜不同角度逐渐递减，因此通过设置与其相适应的逐渐递减的凸包厚度，能够达到弱化强光，保留弱光的效果，从而提高光线的均匀性和利用率，使直下式背光系统在中小尺寸的应用上，特别是高可靠性需求的军工和车载上，也能具有优秀的光学表现。

Description

一种扩散板结构及显示屏背光结构
技术领域
本发明涉及适用于LED灯的扩散板结构，以及采用所述扩散板结构的显示屏背光结构。
背景技术
扩散板，又称LED扩散板，是一种通过化学或物理手段，利用光线在行进途中遇到两个折射率相异的介质时发生折射、反射与散射等物理想象，从而改变光的行进路线的板材。该种板材在PMMA、PC、PS、PP等基材基础中添加无机或有机光扩散剂，或者通过基材表面的微特征结构的阵列排列而人为地调整光线、使光线发生不同方向的折射、反射、与散射，由此改变光的行进路线，实现入射光充分散射以此产生光学扩散的效果。其被广泛应用在液晶显示、LED照明及成像显示系统等各个领域。
在车载和军工领域，由于使用环境的特殊性，为避免产品在高温高湿或低温干燥等恶劣环境下发生严重的形变，在设计时需要考虑避免各种薄膜片材的使用。所以在仪表仪器的显示屏背光方案中也会优先选用不带多层薄膜光学片材的直下式背光，同时为了最大程度避免误显示，直下式背光一般使用单独的通道分区域来控制背光的亮暗，也可通过联动控制显示画面与背光实现高对比度。但是随着显示屏尺寸越来越大，直下式背光的面均匀性和低光利用率的缺陷越来越明显，画质表现极为粗糙。而侧入式背光，由于大量依赖一系列的薄膜片材和有限的设计空间其可靠性一直饱受争议,特别是高温下薄膜片材翘曲和LED的环氧树脂与LGP干涉。这就需要设计出一种光线均匀、光利用率高的直下式背光板材。
发明内容
本发明目的在于提供一种光线均匀且光利用率高的扩散板结构，以及采用该扩散板结构的显示屏背光结构。
本发明所述的扩散板结构，包括板材本体，板材本体的一面朝向LED光源，另一面朝向液晶面板，板材本体朝向LED光源的一面设有数量与LED光源一致的凸包，各凸包分别与各个LED光源一一正对设置，凸包表面的凸出高度从正对LED光源的中心处向四周逐渐递减。
本发明所述的显示屏背光结构，包括显示面板、扩散板和灯箱，其电路板安装于灯箱内侧，电路板上均匀布置有多个LED光源，灯箱在与各LED光源对应的位置处均开有供LED光源的发光面露出的透光孔，扩散板位于灯箱的外侧，朝向LED光源的一面与各LED光源正对处均设有凸包，凸包表面的凸出高度从正对LED光源的中心处向四周逐渐递减；显示面板则位于扩散板的外侧。
本发明所述的扩散板结构及显示屏背光结构，其扩散板与LED光源一一正对，扩散板上通过设置凸包与LED光源相对，且各凸包从中间到四周厚度逐渐递减。由于LED光源光线的强度由垂直到倾斜不同角度逐渐递减，因此通过设置与其相适应的逐渐递减的凸包厚度，能够达到弱化强光，保留弱光的效果，从而提高光线的均匀性和利用率。
本发明通过对扩散板材的表面形状设计，有效提高背光系统的均匀性。使直下式背光系统在中小尺寸（13寸及以下）的应用上，特别是高可靠性需求的军工和车载上，也能具有优秀的光学表现。
附图说明
图1是扩散板结构的结构示意图。
具体实施方式
一种扩散板结构，包括板材本体1，板材本体的一面朝向LED光源2，另一面朝向液晶面板3，板材本体1朝向液晶面板3的一面水平，板材本体朝向LED光源的一面设有数量与LED光源一致的凸包4，各凸包分别与各个LED光源一一正对设置，凸包表面的凸出高度从正对LED光源的中心处向四周逐渐递减；凸包的厚度由中心向四周逐渐递减的程度与LED光源由中心向四周射出光线强度相适应，使经扩散板射出后的光线在整个凸包覆盖的部分均匀一致。
由于LED光源光线的强度由垂直到倾斜不同角度逐渐递减，因此通过设置与其相适应的逐渐递减的凸包厚度，能够达到弱化强光，保留弱光的效果，从而提高光线的均匀性和利用率。
一种显示屏背光结构，包括显示面板、扩散板和灯箱6，电路板5安装于灯箱的内侧，其上均匀布置有多个LED光源2；灯箱在与各LED光源对应的位置处均开有供LED光源的发光面露出的透光孔7，扩散板位于灯箱的外侧，其朝向LED光源的一面与各LED光源正对处均设有凸包4，凸包表面的凸出高度从正对LED光源的中心处向四周逐渐递减；显示面板则位于扩散板的外侧；多个LED光源呈网格状均匀布置在电路板上；各LDE光源的发光面向透光孔方向伸出，其发明面的顶部与灯箱的表面平齐，位于同一平面上。
对于人眼来说，当扩散板射出的光线的亮度最低值与亮度最高值的比值在90%以上时，人眼基本无法察觉，均匀性达到较佳状态。为使扩散板射出光线达到此状态，所述的扩散板结构，其凸包厚度变化需满足如下函数关系：设定凸包4的最大凸出高度为a，该凸包与相邻凸包之间的间距为b，这两个凸包之间的板材本体1的厚度为c，那么该凸包的厚度y的渐变函数为：
其中，e为自然常数，x为凸包所求位置与凸包的中心距离。
其中，LED灯选用OSRAM4014系列，扩散板材料为PC，选用ALBIS1059系列。
上述函数关系式推导过程如下：
关系1、扩散板厚度与透过率的关系
光线透过扩散板的比例，称为透过率，所述PC材料的扩散板，经过试验数据分析和拟合，单独建立透过率跟材料厚度的关系为：
y=-0.222ln(x)+0.8352；
其中：x表示透过率，y表示厚度；
其逆函数为，透过率与厚度的关系，如下：
y'=41.926e^(-4.462x')，
其中：y'表示透过率，x'表示厚度。
关系2、LED光源之间的间距对亮度的关系
亮度比Hotspot：
u=0.0003v^3-0.0116v^2+0.0825v+1.6316，
其中u表示百分比，v表示LED间距；
其逆函数pitch：
v'=-23.344u'^3+89.311u'^2-125.68u'+77.67，
其中v'表示LED间距，u'表示百分比。
关系3、LED光源的发光亮度与扩散板的背光亮度的关系
LED光源的发光亮度与穿过扩散板后的背光亮度呈线性递增关系；
通过线性函数来表示，如下：
y=Ax+B，
其中：y表示LED光源的发光亮度，x表示背光亮度；A、B均为函数因子，可根据不同材料经过大量测试求得；
选用扩散板材料ALBIS1059系列，其发光亮度与扩散板的背光亮度的关系为：
y=0.6477x+368.08
逆函数为：
y'=1.5439x'–568.288
其中：y'表示背光亮度，x'表示LED光源的发光亮度。
关系4、扩散板背光亮度最低值与最高值的关系
为保持扩散板的背光达到上述优良的均匀性，背光亮度最低值与背光亮度最高值（即正对处LED光源处背光亮度值）之比在90%以上，即：扩散板背光亮度最高值=扩散板背光亮度最低值/90%。
关系5、系统高度补偿关系
y = 106.89x^(-1.72)
其中：y表示计算结果（%），x表示距离(即板材本体1与LED光源2之间的D)。
为了保证扩散板背光的清晰和均匀，首先需要明确LED间的最低亮度值，依据上述关系4计算出LED最高亮度值（即正对亮度值）；
再依据上述关系3计算出，所需要的LED光源强度；
根据需求的MCD值计算出透过率；
而后根据关系1计算出扩散板表面的厚度；
最后根据关系5，对不同系统高度进行结果补偿。

Claims (5)

1.一种扩散板结构，包括板材本体（1），其特征在于：板材本体的一面朝向LED光源（2），另一面朝向液晶面板（3），板材本体朝向LED光源的一面设有数量与LED光源一致的凸包（4），各凸包分别与各个LED光源一一正对设置，凸包表面的凸出高度从正对LED光源的中心处向四周逐渐递减，且递减的程度与LED光源由中心向四周射出光线强度相适应，使经扩散板射出后的光线在整个凸包覆盖的部分均匀一致；凸包的厚度满足如下函数式：
，
其中：a为某一凸包(4)的最大凸出高度，b为该凸包与相邻凸包之间的间距，c为这两个凸包之间的板材本体（1）的厚度，e为自然常数，x为凸包所在位置与凸包的中心距离。
2.根据权利要求1所述的扩散板结构，其特征在于：板材本体（1）朝向液晶面板（3）的一面水平。
3.一种显示屏背光结构，包括显示面板、扩散板和灯箱（6），电路板（5）安装于灯箱的内侧，其上均匀布置有多个LED光源（2）；灯箱在与各LED光源对应的位置处均开有供LED光源的发光面露出的透光孔（7），扩散板位于灯箱的外侧，其朝向LED光源的一面与各LED光源正对处均设有凸包（4），凸包表面的凸出高度从正对LED光源的中心处向四周逐渐递减；显示面板则位于扩散板的外侧；所述凸包的厚度满足如下函数式：
，
其中：a为某一凸包(4)的最大凸出高度，b为该凸包与相邻凸包之间的间距，c为这两个凸包之间的板材本体（1）的厚度，e为自然常数，x为凸包所在位置与凸包的中心距离。
4.根据权利要求3所述的显示屏背光结构，其特征在于：所述多个LED光源呈网格状均匀布置在电路板上。
5.根据权利要求3或4所述的显示屏背光结构，其特征在于：各LDE光源的发光面向透光孔方向伸出，其发光面的顶部与灯箱的表面平齐，位于同一平面上。
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