CN108387968A

CN108387968A - 一种背光模组

Info

Publication number: CN108387968A
Application number: CN201810246165.5A
Authority: CN
Inventors: 张锐
Original assignee: Shanghai Lai Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Lai Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2018-08-10

Abstract

本发明实施方式涉及成像技术领域，公开了一种背光模组。本发明中，该背光模组，包括导光板，导光板包括入光面、与入光面相邻的底面、以及与底面相对设置的出光面，底面上设置有棱镜微结构，棱镜微结构将入射至其上的至少部分光线通过全反射来反射并会聚向出光面的正视方向，以使光线在出光面的正视角度范围内出射。该背光模组的组装工艺较为简单，且具有较薄的组装厚度，成本也较低。

Description

一种背光模组

技术领域

本发明实施方式涉及成像技术领域，特别涉及一种背光模组。

背景技术

背光模组为液晶显示器面板的关键零组件之一，其能够供应充足而均匀的亮度，以帮助显示器正常显示影像。背光模组中一般包括层叠设置的导光板、棱镜膜等结构，通常，导光板的侧面设置有光源，光源发出的光会通过导光板的侧面射入导光板的内部，导光板底面上还设置有微小的扩散点，从导光板侧面射入的光线会在微小的扩散点作用下发生散射，散射的光线从导光板出射至棱镜膜，棱镜膜修正射至其上的光线方向，以使最终通过棱镜膜出射的光线集中到导光板出光侧的正视角度内，达到一个相对聚光的效果。为了提高光线利用效率，通常在导光板底面设置有反射膜，反射膜将射至其上的光线反射回导光板内以充分利用。除此之外，背光模组还包括扩散膜等层叠结构。

然而，本发明的发明人发现，现有技术中的大多数背光模组因其较多的层叠结构，其组装工艺较为复杂，且背光模组具有较厚的组装厚度，成本也较高，这不利于背光模组的生产制造。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种背光模组，其组装工艺较为简单，且具有较薄的组装厚度，成本也较低，有利于背光模组的生产制造。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种背光模组，包括导光板，导光板包括入光面、与入光面相邻的底面、以及与底面相对设置的出光面，底面上设置有棱镜微结构，棱镜微结构将入射至其上的至少部分光线通过全反射来反射并会聚向出光面的正视方向，以使光线在出光面的正视角度范围内出射。

本发明的实施方式相比现有技术而言，在导光板的底面上设置棱镜微结构，通过该棱镜微结构将入射至其上的至少部分光线通过全反射来反射并会聚向出光面的正视方向，由此利用棱镜微结构达到了使光线在出光面的正视方向上的会聚效果，替代了传统背光模组中的棱镜膜的作用，由此可以在背光模组中省去棱镜膜，也因此省去了组装过程中对棱镜膜的组装操作，使背光模组具有较为简单的组装工艺，并减少了背光模组的整体厚度，减少了购买棱镜膜的材料成本，有利于整个背光模组的生产制造。

另外，棱镜微结构包括朝向入光面设置的朝光面，朝光面通过全反射来反射入射至其上的至少部分光线以使被反射的光线在出光面的正视角度范围内出射。也就是说，可以通过棱镜微结构上的这些朝光面实现对入射至其上的部分光线的反射并使反射光线会聚向出光面的正视角度。

另外，朝光面包括靠近入光面的第一朝光面、远离入光面的第二朝光面，棱镜微结构还包括背离入光面的折射面；第一朝光面使入射至其上的部分光线全反射以使该部分光线的反射光在出光面的正视角度范围内出射，并折射入射至其上的另一部分光线；折射面接收并折射从第一朝光面折射而来的光线，并使光线折射向第二朝光面；第二朝光面使入射至其上的部分光线全反射以使该部分光线的反射光在出光面的正视角度范围内出射。也就是说，棱镜微结构包括两个朝光面和一个折射面，其中，通过折射面的折射改变未被第一朝光面全反射至导光板出光面正视角度、而被第一朝光面折射的光线的传播路径，使经过了折射的光线适于被第二朝光面全反射至导光板出光面正视角度内，提高棱镜微结构的工作效率。

另外，棱镜微结构包括设置在底面上并朝向出光面延伸的第一凹陷和第二凹陷，第一朝光面和折射面分别为第一凹陷靠近和远离入光面的侧面，第二朝光面为第二凹陷靠近入光面的侧面。也就是说，棱镜微结构包括第一凹陷和第二凹陷，并通过第一凹陷和第二凹陷以及两者在改变光线的入射角度上的配合，提高棱镜微结构将光线会聚向出光面的正视角度的能力。

另外，第一朝光面和折射面均相对出光面倾斜设置，第一朝光面靠近出光面的一侧与折射面靠近出光面的一侧连接。也就是说，具有第一朝光面和折射面这两个侧面的第一凹陷呈一个V型槽，第一朝光面和折射面分别为V型槽上相邻连接的两个侧壁面。

另外，第二朝光面相对出光面倾斜设置，折射面远离出光面的一侧与第二朝光面远离出光面的一侧连接。

另外，棱镜微结构的数量为多个，多个棱镜微结构在底面上的分布密度沿着背离入光面的方向逐渐增大。相对光源不同的距离位置处，其光线强弱和光量大小也有所不同，当棱镜微结构具有上述的分布密度时，可以调节距离光源不同位置处的光线的反射和会聚效果，以使会聚到出光面正视范围内的光线的亮度较为均匀。

另外，朝光面与出光面的法线之间的夹角角度为35～50度。

另外，折射面与出光面的法线之间的夹角角度为0～15度。

另外，第一凹陷和第二凹陷在导光板厚度方向上的垂直深度为5～100微米。

附图说明

一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明第一实施方式中的背光模组结构示意图；

图2是本发明第一实施方式中的光线入射至棱镜微结构后折射的传播路径示意图；

图3是本发明第一实施方式中的光线入射至棱镜微结构后全反射的传播路径示意图；

图4是本发明第二实施方式中的背光模组结构示意图；

图5是本发明第二实施方式中的另一背光模组结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种背光模组100，如图1所示，包括导光板10，导光板10包括入光面101、底面102、出光面103，其中，底面102和出光面103均与入光面101相邻、且底面102和出光面103相对设置，底面102上设置有棱镜微结构104，棱镜微结构104将入射至其上的至少部分光线通过全反射来反射并会聚向出光面103的正视方向，以使光线在出光面103的正视角度范围内出射。

本发明的实施方式中，在导光板10的底面102上设置棱镜微结构104，通过该棱镜微结构104将入射至其上的至少部分光线通过全反射来反射并会聚向出光面103的正视方向，由此利用棱镜微结构104达到了使光线在出光面103的正视方向上的会聚效果，替代了传统背光模组中的棱镜膜的作用，由此可以在背光模组100中省去棱镜膜，也因此省去了组装过程中对棱镜膜的组装操作，使背光模组100具有较为简单的组装工艺，并减少了背光模组100的整体厚度，也减少了购买棱镜膜的材料成本，有利于整个背光模组100的生产制造。

下面对本实施方式的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

在本实施方式中，棱镜微结构104主要包括朝光面1041，其中朝光面1041主要用于对入射至其上的至少一部分光线进行全反射以使被全反射的光线在出光面103的正视角度范围内出射，并使另一部分光线进行折射。

需要说明的是，本实施方式中，出光面103的正视角度是指，以出光面103的垂直方向(也即法线方向)为基准方向，并朝周围以一定角度倾斜，最终形成一个类似圆锥状或者圆台状的范围角度，本实施方式中，出光面103的正视角度范围优选的可以在35度内。

值得一提的是，在本实施方式中，朝光面1041朝向入光面101设置，射在朝光面1041上的光线，因入射角度的不同，部分会发生全反射，部分会发生折射。具体的说，当光的入射角大于临界角时，则发生全反射，当光的入射角小于临界角时，则发生折射，其中，发生了全反射的光可以从出光面103的正视角度范围射出，以下将进行说明：

具体的说，一束入射光a射至朝光面1041上，若入射光a在朝光面1041上发生全反射，则形成了全反射光a′如图3所示，并且该全反射光a′朝出光面103的正视角度范围内射出，以保证该光线在出光面103的正视角度范围内的聚光效果；当入射光a在朝光面1041上不是全反射，而是折射时，如图2所示，入射光a在透光朝光面1041上时形成折射光b，折射光b的出射角度因折射作用而有所改变，进一步的，折射光b还可以继续折射形成折射光c，该折射光c的出射角度也因折射作用而进一步的改变，如此设置，可以形成对入射光a射出角度的调节，当折射光c入射到下一个棱镜微结构104的朝光面1041上时，可以因经折射调节后具有适当的入射角度而在朝光面1041上发生全反射，并且该全反射的光朝出光面103的正视角度范围射出。

需要说明的是，折射的过程中，还会伴随少量的光的反射(如图2中的反射光a′)，但是由于折射过程中，大部分的光线发生折射、而发生反射的光极少，并且该少量的反射光也是可以从出光面103的正视角度范围射出的，因此，此处不再赘述。

可以理解的是，为了使朝光面1041能够更多的将射至其上的光线全反射向出光面103的正视角度范围，本实施方式中，朝光面1041与出光面103的法线之间的夹角角度为35～50度(也即图中的角α)，由此，使作为反射平面的朝光面1041，因相对出光面103的轴向方向具有合适的倾斜角度，而与入射光线进行更好的配合，在一定程度上，达到使发生全反射的反射光的反射方向大体可控的效果，以使全反射光线更多的射向出光面103的正视角度范围。另外，可以理解的是，本实施方式中的朝光面1041为一个平面。

另外，在本实施方式中，该棱镜微结构104可以是一个在底面上并朝向出光面103的凹陷，还可以是其他的结构，在本实施方式中，该棱镜微结构104是一个朝向出光面103的凹陷，并且，具体的，该凹陷结构是一个V形槽，朝光面1041是V形槽上朝向入光面101侧壁面，可以理解的是，本实施方式中，V形槽还具有另一个侧壁面，图2中所示的折射光b就是在V形槽的另一个侧壁上发生折射，形成折射光c。

需要说明的是，所述凹陷在导光板10厚度方向上的垂直深度为5～100微米(也即图1中的长度d)，也就是朝光面1041在导光板10厚度方向上的投影长度为5～100微米，如此设置，具有该垂直深度的朝光面1041可以接收到更多的光线并进行反射，同时，该垂直高度在视觉上也不会过于明显而显得突兀，值得一提的是，相对入光面101不同距离处的所述凹陷的具体垂直深度可以是不一样的。

值得一提的是，在本实施方式中，棱镜微结构104的数量为多个，具体的说，多个棱镜微结构104在底面102上的分布密度沿着背离入光面101的方向逐渐增大。需要说明的是，由于底面102上相对光源不同的距离处，其到达的光线强弱和光量大小也有所不同，因此，最终产生的亮度也可能不同，具体的说，越靠近入光面101的位置(也就是接近光源的位置)，光线的强度更大，光量也更多，越远离入光面101的位置(也就是远离光源的位置)，光线的强度更小，光量也更少，因此，基于这个规律，本实施方式中，使多个棱镜微结构104的分布密度沿着背离入光面101的方向逐渐增大，由此，在光强度小、光量少的位置设置更多的棱镜微结构104以更多的接收到光线并向出光面103全反射，在光强度大、光量多的位置则反之，达到了对不同位置的光线的反射效果和相对出光面103会聚效果的调节，使得整体上会聚到出光面103正视范围内的光线的亮度更为均匀，由此，显示器面板上的显示效果更好。也就是，通过调整微结构的密度，可以实现显示器面板上均匀的照度。

值得一提的是，现有技术中，棱镜膜进行聚光作用时，会把不符合出射条件的光线反射回导光板10的内部，光线在导光板10内部经过多次反射和折射后，会再次的射向棱镜膜，并且只有出射方向符合棱镜膜的条件时，该光线才会射出，否则，会被继续反射回导光板10的内部，因此，在多次折射、反射的过程中，光线的能量会有所损失，并且，被棱镜膜反射、折射回去的光线经过了漫长的光路，途中的很多光能量也会被介质吸收掉，造成另一部分的光损失，最终会造成整体上的光效率的降低。但是在本实施方式中，在底面102上设置棱镜微结构104以对入射至其上的光线进行反射、会聚的方式，相比于棱镜膜反射、聚光的方式，其光线反射、折射的次数较少，且经历的整体光路较短，因此，整体的光学能量损失较小，光学效率较高，值得提及的是，本实施方式中的，光学效率至少可以提高20％。

另外，本实施方式中，可以通过采用金刚石单点车削法的方法在模具板上切割，通过控制切割的深度，可以产生不同深度的棱镜微结构，其中，金刚石的角度和微结构的角度相匹配。另外，通过紫外光复制的方法，还可以生成多个复制模型，同时，复制模型的微结构是凸起的，所以最终在导光板上生成凹进去的微结构，当把两个微结构成对的切割，可形成复合微结构。值得一提的是，在本实施方式中，形成微结构的导光板为亚克力材质，需要说明的是，该导光板也可以是塑料材质或者其他介质材料，值得一提的是，本实施方式中，朝光面1041是上述材质的导光板与空气接触的临界面。

本发明的第二实施方式涉及一种背光模组200，如图4所示，该背光模组200与第一实施方式中的背光模组100的结构大致相同，同样包括导光板20，导光板20上的入光面201、底面202、出光面203、棱镜微结构204、以及朝光面2041，本实施方式还对第一实施方式中的背光模组100做了进一步的改进，改进之处在于：

朝光面2041包括靠近入光面201的第一朝光面2041a、远离入光面201的第二朝光面2041b，棱镜微结构204还包括背离入光面201的折射面2042，需要说明的是，在本实施方式中，第一朝光面2041a、第二朝光面2041b、以及折射面2042是成组出现的。

第一朝光面2041a全反射入射至其上的部分光线以使该部分光线在出光面203的正视角度范围内出射，第一朝光面2041a还折射入射至其上的另一部分光线；折射面2042接收从第一朝光面2041a折射而来的光线，并使光线再次折射的射向第二朝光面2041b；第二朝光面2041b全反射入射至其上的部分光线以使该部分光线在出光面203的正视角度范围内出射。

也就是说，棱镜微结构204进一步的包括两个朝光面2041(2041a和2041b)和一个折射面2042，其中，第一朝光面2041a、第二朝光面2041b均可以接受入射至其上的光线并全反射向出光面203的正视角度，除此之外，第一朝光面2041a、第二朝光面2041b、折射面2042之间还相互配合，以使更多的光线反射向出光面203的正视角度。以下将对第一朝光面2041a、第二朝光面2041b、折射面2042的配合进行说明：

具体的说，朝光面2041和折射面2042对光进行折射作用时，会使光出射角度发生改变，由此，可以通过光线的折射来调节光线朝下一个面射出时的发射角度，举个例子，当光线依次经过第一朝光面2041a和折射面而到达第二朝光面2041b时(此处与第一实施方式中图2所示的光路和原理类似)，其光线已经至少经过了两次折射，此时，该光线朝向第二朝光面2041b的入射角度相对该光线入射在第一朝光面2041a上时的入射角度已发生了改变，通过这种改变，使得该光线能够因具有适当方向的入射角而在第二朝光面2041b上全反射，且全反射光线的出射方向是朝向出光面203的正视角度范围的。

在本实施方式中，与第一实施方式一样的是，第一朝光面2041a与出光面203的法线之间的夹角角度为35～50度(也即图4中的角α₁)，另外，第二朝光面2041b与出光面203的法线之间的夹角角度也为35～50度(也即图4中的角α₂)，第一朝光面2041a与第二朝光面2041b的倾斜设置的达到的效果与第一实施方式中朝光面1041的类似，此处不做赘述。另外，在本实施方式中，第一朝光面2041a与第二朝光面2041b也均为平面。值得一提的是，同一组棱镜微结构204上的同种类夹角(举个例子，α₁、α₂为同一种类、β₁、β₂为同一种类)的角度可以一致，也可以不一致，当角度一致时，可以实现更好地生产和制造，当不一致时，可以配合实现最优角的分布、满足不同的光学需求，在导光板20上距离入光面201不同远近位置的处于不同组棱镜微结构204中的α₁、α₂、β₁、β₂的角度也可以不一致，此时也可以配合实现最优角的分布、满足不同的光学需求。

本实施方式中，折射面2042与出光面203的法线之间的夹角角度为0～15度(也即图4中的角β₁)，如此，可以使作为一个折射平面的折射面2042，因具有合适的倾斜角度，而使其上接收到的光具有一个更合适的出射角度，以使从折射面2042射至第二朝光面2041b上的光具有一个更好的入射角度、并由此从第二朝光面2041b上全反射向出光面203的正视角度范围。

值得一提的是，本实施方式中，棱镜微结构204具体的包括设置在底面202上并朝向出光面203延伸的第一凹陷和第二凹陷，第一凹陷和第二凹陷相当于是一个复合的微结构，也就是说，第一凹陷和第二凹陷成对出现，具体的，如图4所示，第一朝光面2041a和折射面2042分别为第一凹陷靠近和远离入光面201的侧面，第二朝光面2041b为第二凹陷靠近入光面201的侧面。

值得一提的是，成对出现的第一凹陷和第二凹陷可以配合控制出射光的出射角度，以优化光线的出射角度。具体的说，在第一凹陷上折射过两次的光线，会入射到第二凹陷上，因此可以在不影响第一凹陷自身全反射光线的前提下，通过调整第一凹陷的部分参数(比如角度α₁、β_1、)，使入射至第二凹陷上的光线具有一个更优化的入射角，从而使具有更优化入射角的光线可以自第二凹陷更好的射向出射方向，实现了出射光出射角度更优化的分布，当然，还可以通过调整第一凹陷的其他参数，来使入射至第二凹陷的光线可以更优化分布的射向出射方向，此处不做赘述。

第一凹陷上的第一朝光面2041a和折射面2042可以直接连接以使第一凹陷形成一个V形槽，也可以通过其他的面进行连接以使第一凹陷形成其他结构的槽，在本实施方式中，第一凹陷为一个V形槽，如图4所示，具体的说，第一朝光面2041a和折射面2042均相对出光面203倾斜设置，第一朝光面2041a靠近出光面203的一侧与折射面2042靠近出光面203的一侧连接，也即，V形槽的两个侧壁面分别为第一朝光面2041a和折射面2042。另外，第二凹陷与第一凹陷类似的，可以是V形槽，可以理解的是，也可以是其他结构的凹槽，本实施方式中，第二凹陷也为一个V形槽，且第二朝光面2041b为V形槽的一个侧面。另外，在本实施方式中，第一凹陷和第二凹陷的形状可以相当于两个三棱柱，第一朝光面2041a和第二朝光面2041b分别为两个三棱柱上面向入光面201的侧面。

值得一提的是，在本实施方式中，第二凹陷还包括与第二朝光面2041连接的第二折射面2043，具体的，该第二折射面2043背离入光面201且倾斜设置(也即第二折射面2043与出光面203的法线之间具有夹角，倾斜夹角即为图4中的角β₂，其夹角角度为0～15度)，第二折射面2043靠近出光面203的一侧与第二朝光面2041b靠近出光面203的一侧连接，形成了图4所示的V型槽，第二折射面2043即为V型槽的另一个侧壁面。本实施方式中，第二朝光面2041b与第二折射面2043之间的配合与第一朝光面2041a与折射面2042的配合一样，此处不再赘述。本实施方式中，通过设置每个凹陷上的侧面和导光板厚度方向之间特定的夹角，来实现最优的光的角分布。

值得一提的是，第一凹陷和第二凹陷之间可以分开的设置，如图4所示，也可以是相邻连接的，如图5所示。当第一凹陷和第二凹陷之间相邻连接时，第二朝光面2041b相对出光面203倾斜设置，且折射面2042远离出光面203的一侧与第二朝光面2041b远离出光面203的一侧连接。

进一步的，在本实施方式中，第一凹陷和第二凹陷在导光板20厚度方向上的垂直深度均为5～100微米(也即图中的长度d)。具体的，第一凹陷和第二凹陷的垂直深度与第一实施方式中第一凹陷的垂直深度具有相同的效果，此处不做赘述。值得一提的是，同一个棱镜微结构204的第一凹陷和第二凹陷的垂直深度可以一样，也可以不一样，并且第一凹陷和第二凹陷的具体垂直深度在距离入光面201不同位置处的设置可以是不一样的。

第一实施方式和第二实施方式中的多个实施细节可以相互适用，为了避免重复，此处不再做赘述。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种背光模组，包括导光板，所述导光板包括入光面、与所述入光面相邻的底面、以及与所述底面相对设置的出光面，其特征在于：所述底面上设置有棱镜微结构，所述棱镜微结构将入射至其上的至少部分光线通过全反射来反射并会聚向所述出光面的正视方向，以使所述光线在所述出光面的正视角度范围内出射。

2.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述棱镜微结构包括朝向入光面设置的朝光面，所述朝光面通过全反射来反射入射至其上的至少部分光线以使被反射的光线在所述出光面的正视角度范围内出射。

3.根据权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述朝光面包括靠近入光面的第一朝光面、远离入光面的第二朝光面，所述棱镜微结构还包括背离所述入光面的折射面；

所述第一朝光面使入射至其上的部分光线全反射以使该部分光线的反射光在所述出光面的正视角度范围内出射，并折射入射至其上的另一部分光线；

所述折射面接收并折射从第一朝光面折射而来的光线，并使光线折射向所述第二朝光面；

所述第二朝光面使入射至其上的部分光线全反射以使该部分光线的反射光在所述出光面的正视角度范围内出射。

4.根据权利要求3所述的背光模组，其特征在于，所述棱镜微结构包括设置在所述底面上并朝向所述出光面延伸的第一凹陷和第二凹陷，所述第一朝光面和折射面分别为所述第一凹陷靠近和远离所述入光面的侧面，所述第二朝光面为所述第二凹陷靠近所述入光面的侧面。

5.根据权利要求4所述的背光模组，其特征在于，所述第一朝光面和所述折射面均相对所述出光面倾斜设置，所述第一朝光面靠近所述出光面的一侧与所述折射面靠近所述出光面的一侧连接。

6.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述第二朝光面相对所述出光面倾斜设置，所述折射面远离所述出光面的一侧与所述第二朝光面远离所述出光面的一侧连接。

7.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述棱镜微结构的数量为多个，多个所述棱镜微结构在所述底面上的分布密度沿着背离所述入光面的方向逐渐增大。

8.根据权利要求3所述的背光模组，其特征在于，所述朝光面与所述出光面的法线之间的夹角角度为35～50度。

9.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述折射面与所述出光面的法线之间的夹角角度为0～15度。

10.根据权利要求4所述的背光模组，其特征在于，所述第一凹陷和第二凹陷在所述导光板厚度方向上的垂直深度为5～100微米。