CN108873143B - 背光模组及其光源调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种背光模组及其光源调整装置，光源调整装置包括第一导光部件和第二导光部件，所述第一导光部件为楔形体，所述第二导光部件包括第一端和第二端，所述第一端的尺寸小于所述第二端的尺寸，所述第一端设置有楔形开口，所述第一导光部件插设于所述楔形开口，所述第二导光部件包括远离所述第一端的出光面，所述第一导光部件包括远离所述第二端的入光面，所述入光面与所述出光面分别位于所述楔形开口的两端，所述第二导光部件还包括位于所述第一导光部件上方的上反射面及位于所述第一导光部件下方的下反射面。通过光源调整装置可以提升背光模组中LED光源的效率，大大减少了LED光源能量的浪费。

Description

背光模组及其光源调整装置

技术领域

本发明涉及液晶显示器的背光技术领域，尤其涉及一种背光模组及其光源调整装置。

背景技术

LED光源具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域，特别适用于做液晶显示器的背光源。但随着液晶显示技术要求的不断提高，特别是用于特殊用途的液晶显示屏越来越多，对于液晶显示器的背光源的要求也会越来越高，普通的LED将不能满足其要求。

LED光源发出的光线有一定的发散角，其光强分布呈单峰宽高斯分布，在LED中心线即0°时，光强最大，能量最高，表现为亮度最亮；随着光线角度的增大，光强逐渐下降，能量逐渐变小，表现为亮度逐渐变暗。因此，能够有效利用中心线附近的光线才能最大限度的利用LED光源的能量，得到高亮度的照明结果，在相同要求下，LED数量将大大减少，进一步能够降低LCD显示器的能耗。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种背光模组及其光源调整装置，能够对光源发出的光进行汇聚，使得光源的能量更集中，提高了光源的效率。

本发明提出的具体技术方案为：提供一种光源调整装置，所述光源调整装置包括第一导光部件和第二导光部件，所述第一导光部件为楔形体，所述第二导光部件包括第一端和第二端，所述第一端的尺寸小于所述第二端的尺寸，所述第一端设置有楔形开口，所述第一导光部件插设于所述楔形开口，所述第二导光部件包括远离所述第一端的出光面，所述第一导光部件包括入光面，所述入光面与所述出光面平行，所述第二导光部件还包括位于所述第一导光部件上方的上反射面及位于所述第一导光部件下方的下反射面。

进一步地，所述第一导光部件的截面形状为等腰三角形。

进一步地，所述入光面在所述出光面上的投影位于所述出光面的中间。

进一步地，所述上反射面包括第一反射面和第二反射面，所述下反射面包括与所述第一反射面对应的第三反射面和与所述第二反射面对应的第四反射面，所述第一反射面与所述第二反射面之间的夹角及所述第三反射面与所述第四反射面之间的夹角均为钝角。

进一步地，所述第一反射面和所述第二反射面的交线、所述第三反射面和所述第四反射面的交线到所述入光面的距离均小于所述第一导光部件的高度。

进一步地，所述第一反射面与所述第三反射面关于所述第一导光部件对称，所述第二反射面与所述第四反射面关于所述第一导光部件对称。

进一步地，所述第一导光部件为棱镜。

本发明还提供了一种背光模组，所述背光模组包括导光板、若干个LED光源及若干个如上所述的光源调整装置，所述光源调整装置设置于所述LED光源与所述导光板之间且与所述LED光源一一对应。

进一步地，所述入光面的尺寸不小于所述LED光源的尺寸。

进一步地，所述第二端的最大厚度等于所述导光板的厚度。

本发明提供的背光模组及其光源调整装置，所述光源调整装置包括第一导光部件和第二导光部件，所述第一导光部件为楔形体，所述第二导光部件包括第一端和第二端，所述第一端的尺寸小于所述第二端的尺寸，所述第一端设置有楔形开口，所述第一导光部件插设于所述楔形开口。通过光源调整装置可以提升背光模组中LED光源的效率，大大减少了LED光源能量的浪费。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1为光源调整装置的结构示意图；

图2为第二导光部件的结构示意图；

图3为第一导光部件的结构示意图；

图4为光源调整装置的剖面图；

图5为光源调整装置的另一剖面图；

图6为第一导光部件的光路示意图；

图7为第二导光部件的光路示意图；

图8为背光模组的结构示意图；

图9为从光源调整装置出射的光线的光强分布图；

图10为从光源调整装置出射的光线的发散角与光强分布图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为局限于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

参照图1、图2及图3，本实施例提供的光源调整装置用于对光源发出的光进行调整，其包括第一导光部件1和第二导光部件2。第一导光部件1为楔形体，第二导光部件2包括第一端2a和第二端2b，第一端2a的尺寸小于第二端2b的尺寸即第二导光部件2在沿x轴方向的截面形状为梯形。第一端2a设置有楔形开口20，楔形开口20的开口尺寸与第一端2a远离第二端2b的一面的尺寸相同，第一导光部件1插设于楔形开口20中且楔形开口20的尺寸与第一导光部件1的尺寸一致，第一导光部件1刚好能够完全填充楔形开口20。优选的，第一导光部件1与第二导光部件2的材质相同。其中，楔形开口20的上表面为第二导光部件2的上入光面24，楔形开口20的下表面为第二导光部件2的下入光面25，这里的上、下是指沿z轴方向。

第二导光部件2包括远离第一端2a的出光面21，第一导光部件1包括远离第二端2b的入光面11，入光面11与出光面21分别位于楔形开口20的两端，第二导光部件2还包括位于第一导光部件1上方的上反射面22及位于第一导光部件1下方的下反射面23。上反射面22与上入光面24对应，下反射面23与下入光面25对应，上入光面24、下入光面25均位于上反射面22与下反射面23之间。上反射面22、下反射面23可以均为平面，也可以由多个面拼接而成。

结合图4、图5，具体的，第一导光部件1在沿x轴方向的截面形状为三角形。第一导光部件1包括第五反射面12、第六反射面13，第五反射面12与上入光面24对应，第六反射面13与下入光面25对应。入光面11的尺寸与单个光源的尺寸相匹配，入光面11与第五反射面12、第六反射面13之间的夹角以及第一导光部件1的高度可以根据光源进行调节。这里，第一导光部件1的高度指的是第一导光部件1沿垂直于入光面11方向即沿x轴方向上的高度。优选的，本实施例中的第一导光部件1为棱镜。

为了提升出光面21出射的光束的发散角度，上反射面22包括第一反射面22a和第二反射面22b，下反射面23包括与第一反射面22a对应的第三反射面23a和与第二反射面22b对应的第四反射面23b，第一反射面22a与第二反射面22b之间的夹角及第三反射面23a与第四反射面23b之间的夹角均为钝角，使得上反射面22和下反射面23分别朝向第二导光部2的中间凹陷。

为了使得从出光面21出射的光束为对称光束，第一导光部件1的截面形状为等腰三角形，第二导光部件2在沿y轴的截面形状为等腰梯形。入光面11在出光面21上的投影位于出光面21的中间，以使得从入光面11出射的光线能够均匀的入射到出光面21上。上入光面24与下入光面25关于第一导光部件1对称，第一反射面22a与第三反射面23a关于第一导光部件1对称，第二反射面22b与第四反射面23b关于第一导光部件1对称。

为了进一步地提升出光面21出射的光束的发散角度，第一反射面22a和第二反射面22b的交线到入光面11的距离小于第一导光部件1的高度，第三反射面23a和第四反射面23b的交线到入光面11的距离小于第一导光部件1的高度，即第一反射面22a和第二反射面22b的交线、第三反射面23a和第四反射面23b的交线在xy平面内的投影位于第一导光部件1在xy平面内的投影的内部。这里，第一导光部件1的高度指的是第一导光部件1沿垂直于入光面11方向即沿x轴方向上的高度。

参照图6、图7，由于第一导光部件1插入楔形开口20后，第一导光部件1不可能与第一端2a完全贴合，因此，第一导光部件1与第一端2a的接触面之间存在一定的空气间隙。光线经过入光面11后入射到第一导光部件1中，第一导光部件1中的光线从第五反射面12、第六反射面13出射并进入空气间隔中，空气间隔中的光线再从上反射面22、下反射面23入射到第二导光部件2中，第二导光部件2中的光线经过上反射面22、下反射面23反射后入射到出光面21并从出光面21出射。

下面具体描述整个光源调整装置的调节过程。再次参照图6，光线a以一定角度β入射到入光面11上，根据折射定律，光线a经过折射后入射到第六反射面13上发生全反射，经第六反射面13反射后的光线入射到第五反射面12上，此时，入射角度刚好等于全反射角，光线从第五反射面12出射进入空气间隙，其出射方向与第五反射面12平行。

光线b以小于β的角度入射到入光面11上，光线a经过折射后入射到第六反射面13上发生全反射，经第六反射面13反射后的光线入射到第五反射面12上，入射到第五反射面12上的光线的角度大于全反射角，光线在第五反射面12上再次发生全反射，经过多次的全反射后，当光线入射角小于等于全反射角时，光线从第五反射面12或第六反射面13出射进入空气间隙，其出射方向近似与第五反射面12平行。

光线c以大于β的角度入射到入光面11上，光线a经过折射后入射到第五反射面12上，其入射到第五反射面12上的角度小于全反射角，从第五反射面12出射进入空气间隙，其出射方向也近似与第五反射面12平行。从第六反射面13上出射原理与从第五反射面12出射原理相同，这里不再赘述。

从上可知，通过第一导光部件1可以将具有大发散角的光线经过多次全反射会聚成邻近全反射角的平行光线从第五反射面12、第六反射面13出射。

再次参照图7，由于第一导光部件1与第二导光部件2的材质相同，从第五反射面12、第六反射面13出射的光线经过空气间隙后入射到上入光面24与下入光面25上，入射到上入光面24与下入光面25上的光线经过折射后进入第二导光板2中，进入第二导光板2中的光线的发散角度与入射到第五反射面12、第六反射面13上的光线的发散角度相同。

光线a垂直入射到上入光面24后进入第二导光板2中的光线恰好入射到第一反射面22a的边缘，经过第一反射面22a反射后从出光面21出射。位于光线a之前垂直入射到上入光面24的光线即位于光线a与入光面11之间的光线均经过第一反射面22a反射后从出光面21出射，且出射方向与光线a的出射方向近似平行。位于光线a之后垂直入射到上入光面24的光线即位于光线a与出光面21之间的光线均经过第二反射面22b反射后从出光面21出射，且出射方向与光线a的出射方向存在一定角度，如光线b。

光线以小于90°的角度入射到上入光面24，经过第二反射面22b反射后从出光面21出射，其出射方向与光线a的出射方向近似平行，如光线c。光线从上入光面24进入第二导光板2中后直接入射到出光面21并出射，如光线d。光线以不等于90°的角度入射到上入光面24并经过第一反射面22a反射后从出光面21出射，其出射方向与光线a的出射方向存在一定角度，如光线e。从下入光面25上入射原理与从上入光面24入射原理相同，如图7中虚线所示，这里不再赘述。

从上可知，进入第二导光部件2中的光线在第一反射面22a、第二反射面22b、第三反射面23a、第四反射面23b发生反射后形成以一定角度交叉的两束光线从出光面21出射，通过第二导光部件2可以改变光线角度使光线的光强分布发生改变。

参照图8，本实施例还提供了一种背光模组，背光模组包括导光板3、若干个LED光源4及若干个光源调整装置，光源调整装置设置于LED光源4与导光板3之间且与LED光源4一一对应。

具体的，入光面11的尺寸与LED光源4的尺寸相匹配且不小于LED光源4的尺寸，以使得LED光源4的光线能够尽可能的入射到入光面11上。导光板3尺寸与出光面21的尺寸相匹配且第二端2b的最大厚度等于导光板3的厚度，即出光面21沿z轴方向上的高度等于导光板3沿z轴方向上的厚度。导光板3的入光侧与出光面21连接，导光板3与第二导光部件2形成光学一体结构。导光板3可以为平行平板，也可以为楔形平板等特殊结构。

参照图9、图10，LED光源4发出的光线经光源调整装置后，小发散角的光线的发散角将变大，而大发散角的光线的发散角将变小，小发散角的光线和大发散角的光线经过光源调整装置后共同趋近于一特定角度的发散角，此特定角度可以通过改变第一导光部件1和第二导光部件2的参数进行调整，从而使特定角度附近的光强得到了提高，即改变原有LED光源4的光强分布，使呈单峰宽高斯分布的光强变为双峰窄高斯分布。

因此，光线经光源调整装置后进入导光板3，照射到导光板3的上表面和下表面的光线大大增加，出射的光强大大提高，即导光板3的出射光线也相应的增加，出射的光强也相应的提高，从而提升了LED光源4的效率，大大减少了LED光源4能量的浪费。

本实施例中的光源调整装置既可以用于背光模组中，用于对背光源的光线进行调整，也可以应用到其他需要对光线进行调整的装置中。

本实施例中可以根据LED光源4的尺寸、型号以及光强分布来调整第一导光部件1和第二导光部件2的参数，也可以根据实际需要改变第一导光部件1和第二导光部件2的材料。例如，入光面11的尺寸应与LED光源4的尺寸相匹配，当LED光源4的光强分布发生变化时，可以调整第五反射面12、第六反射面13之间的夹角及第五反射面12、第六反射面13的长度或调整第二导光部件2的长度等参数来适应LED光源4的变化。如果对出光面21的出光角度有要求，可以通过调整第一反射面22a与第二反射面22b之间的夹角及第三反射面23a与第四反射面23b之间的夹角等参数来获得所需要的出光角度，此外，还可以通过改变上反射面22和下反射面23的形状来获得不同的出射光线，例如，将上反射面22和下反射面23由平面反射面改为抛物线型反射面。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种光源调整装置，其特征在于，包括第一导光部件和第二导光部件，所述第一导光部件为楔形体，所述第二导光部件包括第一端和第二端，所述第一端的尺寸小于所述第二端的尺寸，所述第一端设置有楔形开口，所述第一导光部件插设于所述楔形开口，所述第二导光部件包括远离所述第一端的出光面，所述第一导光部件包括入光面，所述入光面与所述出光面平行，所述第二导光部件还包括位于所述第一导光部件上方的上反射面及位于所述第一导光部件下方的下反射面；所述上反射面包括第一反射面和第二反射面，所述下反射面包括与所述第一反射面对应的第三反射面和与所述第二反射面对应的第四反射面，所述第一反射面与所述第二反射面之间的夹角及所述第三反射面与所述第四反射面之间的夹角均为钝角。

2.根据权利要求1所述的光源调整装置，其特征在于，所述第一导光部件的截面形状为等腰三角形。

3.根据权利要求2所述的光源调整装置，其特征在于，所述入光面在所述出光面上的投影位于所述出光面的中间。

4.根据权利要求1~3任一所述的光源调整装置，其特征在于，所述第一反射面和所述第二反射面的交线、所述第三反射面和所述第四反射面的交线到所述入光面的距离均小于所述第一导光部件的高度。

5.根据权利要求4所述的光源调整装置，其特征在于，所述第一反射面与所述第三反射面关于所述第一导光部件对称，所述第二反射面与所述第四反射面关于所述第一导光部件对称。

6.根据权利要求5所述的光源调整装置，其特征在于，所述第一导光部件的材质与所述第二导光部件的材质相同。

7.一种背光模组，其特征在于，包括导光板、若干个LED光源及若干个如权利要求1-6任一项所述的光源调整装置，所述光源调整装置设置于所述LED光源与所述导光板之间且与所述LED光源一一对应。

8.根据权利要求7所述的背光模组，其特征在于，所述入光面的尺寸不小于所述LED光源的尺寸。

9.根据权利要求7所述的背光模组，其特征在于，所述第二端的最大厚度等于所述导光板的厚度。

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