CN109655958B - 一种带有凹角形状的导光板及使用该导光板的背光模组 - Google Patents

一种带有凹角形状的导光板及使用该导光板的背光模组 Download PDF

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Abstract

一种带有凹角形状的导光板，包含入光面、出光面、导光板底面，出光面与导光板底面分别位于导光板的相对两侧，入光面位于导光板的侧面，导光板底面上设置有多个凹角，凹角由入光侧围成，入光侧为曲面，凹角的横截面为三角形。由于本发明在导光板的底部设置了入光面为曲面，且横截面为三角形的凹角，扩大了导光板内部光线的反射，增加了导光板出光面的光亮，提高了光效，增加了背光模组的亮度及亮度的均匀性。

Description

一种带有凹角形状的导光板及使用该导光板的背光模组
技术领域
本发明涉及一种导光元件，特别涉及一种带有凹角形状的导光板以及使用该导光板的背光源模组。
背景技术
一般来说,液晶显示装置是利用液晶显示影像的平板显示装置之一。相比其他显示装置薄而轻，而且具有较低的电压驱动和电量消耗少的优点，因此在很多产业中得到广泛的使用。如液晶显示器等显示装置的显示面板是无法独自发光的非发光元件，所以需要由另外的背光模组给显示面板提供光。背光模组包括，发生光的光源、将光源的入射之光向上部射出的导光板、把导光板射出的光扩散到面板前面的扩散膜和位于扩散膜上部的棱镜片。背光模组将LED所发射的光通过导光板、扩散膜和棱镜片，射出到面板前面。背光模组将LED光通过导光板、扩散膜和棱镜片的同时，依次提高光源的出光角度，使得出光时的主路径维持与入射光源成90°角。但是，即使现有技术中的背光模组中的导光板底部设置有凸角，依然有2~3%的光不能与入射光源成90°角发射出去，存在光的使用效率低、内部全反射效率低的问题，最终导致显示面板出现亮度低的问题。另一方面，现有技术中提供背光模组光源的LED灯一般均是排成一例设置在导光板的一侧的。因此，从LED光源之处流入到导光板的入光面的光呈现出有间隔的条纹，且这种现象会在显示面板上显示出来。图1是现有技术中的显示面板的表面呈现出条纹现象的图片，这是由于在导光板的入光面，有间隔的设置的LED光源所产生的现象。
韩国专利2004-0014890号公开了“在LCD显示屏背光源模组的装置上，带有非印刷的凸角形状的高亮度导光板”的技术方案。
韩国专利第2004-0014890号（2004.02.18.公开）公开了“在LCD显示屏背光源模组的装置上，带有非印刷的凸角形状的高亮度导光板，横向竖向形成有一定排列特点的圆锥凸起，并通过对各项凸起的高度和大小以及密度的调整来均衡导光板表面的亮度”的技术方案。
韩国专利第2004-0014890公开了“在LCD显示屏背光源模组的装置上，带有非印刷的凸角形状的高亮度导光板，其凸角为圆锥形的凸起”的技术方案，该方案存在光的使用效率低、内部全反射效率低的问题。
韩国专利第2004-0014890公开了“在LCD显示屏背光源模组的装置上，带有非印刷的凸角形状的高亮度导光板，通过简单的圆锥凸角凸起来防止光的反射”的技术方案，该技术方案在防止导光板的入光面一侧发生的条纹现象是有局限的。
在前述的导光板构造中，其主要是通过在导光板的底部设置凸角来解决导光板表面亮度均衡的问题，但同时带来光的使用效率低，并且没有完全解决显示面板上所出现的条纹的现象。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种带有凹角形状的导光板，包含入光面、出光面、导光板底面，出光面与导光板底面分别位于导光板的相对两侧，入光面位于导光板的侧面，导光板底面上设置有多个凹角，凹角由入光侧、出光侧围成，入光侧为曲面，凹角的横截面为三角形。
优选地：入光侧为倾斜的曲面，出光侧为倾斜的平面。
优选地：凹角入光侧与凹角底面之间的夹角为θ1，300<θ1<900。
优选地：凹角入光侧与凹角出光侧之间的夹角为θ2，700<θ2<1250。
优选地：入光侧的底部与顶部均为弧线，入光侧底部的曲率小于顶部的曲率。
优选地：入光侧底部的曲率半径为30-150μm。
优选地：凹角的深度为4-12μm。
优选地：导光板底部设置有多列纵向排列的凹角。
优选地：相邻纵向排列的凹角交错排列。
优选地：凹角与入光面的距离越远，导光板底部凹角的排列密度越大。
优选地：凹角为斜切圆锥，斜切面为出光侧。
优选地：斜切面切除顶点及部分底面。
优选地：凹角顶点与圆锥顶点之间的距离为17-23μm。
优选地：凹角顶点的曲率半径为22-30μm。
优选地：圆锥为正圆锥，圆锥顶点内角为950-1150，圆锥底面直径为40-130μm。
优选地：圆锥的底角为320-42.50。
优选地：入光侧与出光侧的夹角为θ2，700<θ2<1150。
优选地：凹角入光侧与凹角底面之间的夹角为θ1，350<θ1<600。
优选地：入光侧底部的曲率半径为40-130μm。
一种背光模组，包括前述的导光板、光源、扩散膜，光源位于导光板的侧面，扩散膜位于导光板的上部。
有益效果：由于本发明在导光板的底部设置了入光面为曲面，且横截面为三角形的凹角，扩大了导光板内部光线的反射，增加了导光板出光面的光亮，提高了光效，增加了背光模组的亮度及亮度的均匀性。
附图说明
图1是现有技术中显示面板的表面呈现条纹的现象。
图2是凹角在导光板上的排列俯视示意图。
图3是凹角的俯视示意图。
图4是凹角在导光板上的主视示意图。
图5是背光模组的主视示意图。
图6是对背光源模组的实施例和比较例进行亮度测试时，在显示面板表面的测量点的示意图。
图7是另一实施例凹角在导光板上的排列示意图。
图8是另一实施例凹角在导光板上的主视示意图。
图9是另一实施例中凹角的立体示意图。
图10是另一实施例中凹角的俯视示意图。
图11是另一实施例中凹角在导光板中排列的主视示意图。
图12是本发明背光源模组的第一实施例呈现条纹现象的图片。
图13是本发明背光源模组的第2实施例呈现条纹现象的图片。
附图标记名称如下：100，导光板；100a，反射膜；110，凹角；110a、101，入光侧，110b、102出光侧； 101a，底部曲线；101b，上部曲线； 103、110c，凹角底面；100a，反射膜；200，扩散装置；210，第一扩散膜；220，第二扩散膜；300，增光装置；310，第一棱镜片；320，第二棱镜片；400，光源；圆锥10。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种带有凹角形状的导光板以及使用该导光板的背光源模组，以解决现有技术中存在的问题。
如图1-6所示。以下对根据本发明对带有凹角形状导光板的一个实施例进行详细说明。为了达成前述目的，本发明的导光板为侧入光，光源400位于导光板100的侧面。光源400为冷阴极荧光灯管（CCFL）形成的线光源或由发光二极管(LED, Light EmittingDiode)形成的点光源。导光板100是用聚甲基丙烯酸酯（PMMA）制作而成，当然也可以用其它透明的合成树脂制作而成。导光板100的作用是将侧面的点光源或线光源转换成面光源。导光板100包含入光面、出光面、导光板底面。其中出光面位于导光板100的顶面，即出光面与导光板底面分别位于导光板100的相对两侧。入光面位于导光板100的侧面。导光板100的底面上设置有多个凹角110。凹角110由入光侧101、出光侧102围成，凹角110具有凹角底面103。入光侧101为曲面，出光侧102为倾斜的平面，凹角底面103为平面。入光侧101与出光侧102围成开口朝下的凹角110。入光侧101靠近光源一侧，出光侧102远离光源一侧。在经过入光侧101中心直线上的凹角110的横截面为三角形，三角形的两个底角均为锐角。如图2所示入光侧与凹角底面的交线为底部曲线101a，入光侧与出光侧的交线为上部曲线101b。凹角110依靠其形状改变光的路径，使亮度损失最小化，还因为凹角110的X、Y、Z轴方向的光的受光角度多样，凹角110的形状可使光的曲折现象极大化。倾斜的入光侧101将接收到的光一部分发射至出光侧102，一部分发射至导光板100远离光源的一侧，一部分直接发射至导光板100的顶面。入光侧101是倾斜的曲面，曲面的设置使得凹角110 不仅可以接受入光面发射来的光，也可以接受导光板100内部其他方向发射来的光。导光板100底部设置有多列纵向排列的凹角110。相邻纵向排列的凹角交错排列。凹角与入光面的距离越远，导光板底部凹角的排列密度越大。
入光侧101与凹角底面103之间的夹角为θ1，300<θ1<900。凹角入光侧101与凹角出光侧102之间的夹角为θ2，700<θ2<1250。进一步的θ2＞θ1。凹角110的开口从上往下逐步变大，且入光侧101底部曲线101a的曲率小于上部曲线101b的曲率。入光侧101底部曲线101a的曲率半径为30-150μm。凹角110的深度为4-12μm。
表1中，入光侧101与凹角底面103之间的夹角为θ1，选取30°, 40°, 50°, 60°时，比较例1和实施例出光量的对比结果。
比较例1的导光板底部设置有多个半球状的凸角。
在下表1，竖向出光量是在导光板100的出光面上的出光量，垂直方向（向着出光面方向）上出光角度0°~ 43°内测量的出光量。横向出光量是导光板构件100的出光面上，向着光源的方向和垂直的方向为基准的出光角度为25°~75°内测量的出光量。
表1
Figure 546002DEST_PATH_IMAGE001
如同表1显示，θ1为 30°的时候，很难获得充分的出光量，所以θ1大于35°效果会更好。θ1越大竖向的出光量会增加，但θ1大于 60°的时候，横向的出光量将急剧下降，这样均一度会发生问题。所以，这里以θ1为 30° ~ 90°为例。
还有，下面表2是将θ1为40°的状态下，θ2为 80°、90°、100°、110°的情况下与比较例1和比较的出光量试验结果。
表2
Figure 400825DEST_PATH_IMAGE003
如同表2显示，θ2的范围为90° ~ 110°，与比较例1对比，出光量均得到了提高，θ2超过110°的时候，横向出光量将急剧下降，这样均一度会发生问题。所以，这里以θ2为70°~125°为例。
还有，下面表3是将θ1固定为40°，θ2固定为100°的状态下，底部曲线101a曲率半径为 50㎛、75㎛、100㎛的时候，总光量的试验结果。
下面表3的总光量是指，导光板的上部，即从导光板100的出光面发出的光量的总和。
表 3
曲率半径 50㎛ 曲率半径 75㎛ 曲率半径 100㎛
总光量(cd) 9418 10621 12312
如表3显示，底部曲线101a的曲率半径越增大，那么导光板100出光面的出光量也增大。但是，底部曲线101a的曲率半径若超过150㎛，显示屏幕的画面上可能会看出凹角110的形状。因凹角110的上部曲线101b比底部曲线101a有更大的曲率半径，所以凹角110的底部曲线101a以30㎛ ~ 150㎛为好。
本发明的背光源模组包括光源、导光板100、位于导光板100上部将光扩散的扩散装置200、位于扩撒装置200上部的将光曲折或集光的增光装置300。
导光板100的底面上设置有反射膜100a。
导光板100的底面上设置有被间隔开的复数个凹角110，凹角110的入光侧为带有曲率的圆弧形状。
凹角110在经过入光侧中心的直线上的横截面的形状为三角形。
还有，增光装置300包括第一棱镜片310，和位于第一棱镜片310上部的第二棱镜片320。
第一棱镜片310的顶部设置有多个纵向的呈凸起状的有间隔的第一棱镜，第二棱镜片320的顶部设置有多个横向的与第一棱镜片310不同折射方向的且有间隔的第二棱镜。
多个第一棱镜在X轴方向上存在间隔，多个第二棱镜在Y轴方向上存在间隔。
棱镜的结构可以是实心的，也可以是空心结构，其可以具有现有技术中的各种形状。
扩散装置200位于导光板100和增光装置300之间，第一扩散膜210设置在导光板100与第一棱镜片310之间，第一棱镜片310和第二棱镜片320之间还设置有第二扩散膜220。
在下面为了分析，跟据本发明的实施例1乃至实施例3和，比较例2的亮度而进行了试验，表4是对此的试验结果。
【表 4】
Figure 180562DEST_PATH_IMAGE004
正如表4确认，本发明的背光源模组实施例1至实施例3与本发明的比较例2做比较时，既，与之前使用的背光源模组比较例2做比较时，可确认到背光源模组实施例1至实施例3，其光亮相比比较例2的光亮多出了13% 。
既，本发明使底面的凹角110在平面上形成圆弧形的入射面并使过中心的纵断面形成三角形，以此最大限度地提高内部的全反射，并用增加的出光量来提升光的使用效率和背光源模组的亮度。
如图7-10所示，详细说明根据本发明带有凹角形状的其它实施例子。
根据本发明带有凹角形状的导光板的其它实施例是切断位于导光板100底面的凹角110，也可以是斜切圆锥。斜切面为出光侧110b，圆锥面为入光侧110a，凹角底面110c与导光板100的底面处于同一平面上。
圆锥的顶点尖、底面圆，其侧面是曲状的圆锥。圆锥可以是正圆锥。正圆锥的顶点内角α是95° ~ 115°，底部直径D1是85㎛ ~ 105㎛。正圆锥以底面为基准的其侧面的倾斜内角β是32° ~ 42.5°。斜切圆锥是指切除包括圆锥顶点以及一部分圆锥底面。
如图9-10所示。并且，斜切圆锥的顶部（凹角顶点）和正圆锥10顶点的高度之差H1为17㎛~ 23㎛。
凹角顶点的曲率半径R1为22㎛ ~ 30㎛。
入光侧与出光侧的夹角为θ2，700<θ2<1150。
还有，圆锥形状的倾斜面(110b)是使过中心的直线和过底面中心的直线形成交叉的为例。
凹角入光侧与凹角底面之间的夹角为β，350<β<600。入光侧底部的曲率半径为40-130μm。
在导光板100的底面设置有多个圆锥凹角110，距离光源越远的地方，圆锥凹角110的排列密度越大。这是因为距离光源越远的地方，光的亮度越少，因此，对远离光源的地方，要逐步增加圆锥凹角110的排列密度，使得光能均匀分布在导光板100上。
还有，圆锥凹角110的曲面为入光侧110a，倾斜平面110b为出光侧。假如将倾斜平面作为入光侧，实验表明对于导光板的亮度以及显示在显示面板上的条纹并没有明显的改善。
本发明的导光板上的凹角是通过辊轮冲压（Roll Stamping）形成的，辊轮上设置有与凹角相对应的凸角。同样本发明的导光板上的斜切圆锥凹角也是通过辊轮冲压（RollStamping）形成的，辊轮上设置有与斜切圆锥凹角相对应的斜切圆锥凸角，且所述圆锥为正圆锥形。所述斜切圆锥凸角的斜切面切除顶点及底面的一部分。
圆锥凸角的顶点内角是95° ~ 115°，底面直径是85㎛ ~ 105㎛。圆锥凸角的底角为35° ~ 60°。斜切圆锥凸角的顶点与圆锥顶点的高度差为17㎛ ~ 23㎛。斜切圆锥凸角顶部的曲率半径为22㎛ ~ 30㎛。斜切圆锥凸角圆弧面与倾斜平面之间的夹角为70~115°。圆锥凸角底面的直径为40㎛ ~ 130㎛，底面的曲率半径为40㎛ ~ 130㎛。
冲压滚上设置有多个斜切圆锥凸角，本发明的导光板100是采用如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、甲基丙烯酸甲酯 - 共 - 苯乙烯（MS）等透明的合成树脂制成的光学用板。导光板100由传送带输送并旋转冲压滚、同时对冲压滚加压，在导光板100上冲压出相对应的斜切圆锥凹角110。当然，根据这种方法可以在冲压滚上设置各种不同的凸角，以在导光板冲压出各种相对应的凹角。
为分析本发明进行了实施例4及实施例5、比较例3至比较例6的亮度测试，并在下表5示出了其结果。
图6，根据本发明对背光源模组的实施例4和实施例5、比较例3至比较例6进行亮度测试时，能确认其亮度测定点的平面图。
根据本发明，背光源模组的实施例4和实施例5是均采用了本发明的带有斜切圆锥凹角的导光板以及相同光源、扩散装置200、增光装置300。
实施例4是在导光板100的底部设置了ESR银反射膜，实施例5在导光板100的底部设置了白色反射膜。
实施例4和实施例5的导光板100的底部设置有多个斜切圆锥凹角，其正圆锥的顶点内角为105°、底面的直径为94㎛、底角为37.5°。实施例4和实施例5中的导光板100的斜切圆锥凹角，所述斜切圆锥切除正圆锥的顶点及底面的一部分，并且斜切圆锥的侧面是并排切断的，斜切圆锥顶点高度比正圆锥的高度低20㎛，其顶点形成带有26㎛曲率半径的圆弧，此外，经过出光侧倾斜平面的底面中心及圆锥底面中心的直线在底面上的直线距离D2为70㎛。倾斜圆锥凹角的曲面侧为入光侧，倾斜平面部分为出光侧。也就是说实施例4和实施例5中的斜切圆锥凹角是相同的。
比较例3以及比较例4的导光板100的底部设置有多个半球形的凹角，比较例3、比较例4与实施例4、实施例5采用了相同的光源、扩散装置、增光装置。比较例3的导光板100的底部设置了与实施例4中相同的ESR银反射膜。比较例4的导光板100的底部设置了与实施例5中相同的白色反射膜。
比较例5中的导光板100的底部设置有多个斜切圆锥凹角，倾斜圆锥凹角的曲面侧为出光侧，倾斜平面部分为入光侧，其余设置均与实施例4相同。
比较例6中的导光板100的底部设置有多个斜切圆锥凹角，倾斜圆锥凹角的曲面侧为出光侧，倾斜平面部分为入光侧，其余设置均与实施例5相同。
表 5
实施例4 实施例5 比较例3 比较例4 比较例5 比较例6
1 地点 亮度值 5332 5154 5110 5981 5481 5270
2 地点 亮度值 5929 5398 6359 6717 5595 5475
3 地点 亮度值 6038 6140 6164 6148 5967 5970
4 地点 亮度值 6104 6172 6430 5945 6034 5871
5 地点 亮度值 5307 5569 5495 5220 5111 5420
6 地点 亮度值 7549 7388 5947 6092 7725 6667
7 地点 亮度值 7561 7342 6706 6535 7625 6606
8 地点 亮度值 7747 7473 7059 6832 7488 6879
9 地点 亮度值 8023 7779 6970 6750 7301 7060
10 地点 亮度值 7413 7280 6357 6019 6214 6789
11 地点 亮度值 7307 7111 5856 6426 7129 6683
12 地点 亮度值 7733 7342 6962 6715 7531 6789
13 地点 亮度值 9012 7409 7488 6968 7427 6810
14 地点 亮度值 7757 7557 7177 7069 7114 6904
15 地点 亮度值 6884 6806 6686 6192 6362 6502
16 地点 亮度值 6666 6530 5364 5860 6317 6419
17 地点 亮度值 7093 6786 6454 6112 6596 6360
18 地点 亮度值 7410 6910 7223 6519 6720 6294
19 地点 亮度值 6719 6877 6642 6409 5827 6294
20 地点 亮度值 6219 6330 6499 6086 5352 5882
21 地点 亮度值 6374 5420 4845 5664 5820 5735
22 地点 亮度值 6130 6243 5702 5610 5286 5435
23 地点 亮度值 6410 6101 5857 5622 5500 5480
24 地点 亮度值 5902 6474 6094 5562 4959 5774
25 地点 亮度值 5210 5843 5697 5238 4453 5603
平均亮度值 6793 6617 6286 6172 6277 6199
均一度 58% 66% 65% 74% 58% 75%
如表5所示。实施例4和比较例3采用了同一反射膜。出导光板底部设置的凹角不同外，其余条件均是同一的。以比较例3（1~25）的平均亮度值为100%做基准时，实施例4（1~25）的平均亮度值是108.1%。既，确认本发明的实施例4比比较例3的亮度高达8%左右。
实施例5和比较例4采用了同一反射膜。出导光板底部设置的凹角不同外，其余条件均是同一的。以比较例4（1~25）的平均亮度值为100%做基准时，实施例5（1~25）的平均亮度值是107.2%。既，确认本发明的实施例5比比较例4的亮度高达7%左右。
相反，比较例3与比较例5相比，除凹角形状不同以外，其余设置均是相同的。比较例5与实施例4相比，除斜切圆锥凹角的方向是相反的，其余设置均是相同的，即比较例5的斜切圆锥凹角的曲面为出光侧。以比较例3（1~25）的平均亮度100%做基准时，比较例5（1~25）为的平均亮度值是99.9%。以此可确认，斜切圆锥凹角的反向设置对亮度并没有改善。
同样，以比较例4（1~25）的平均亮度100%做基准时，比较例6（1~25）的平均亮度值是99.9%。以此可确认，斜切圆锥凹角的反向设置对亮度并没有改善。
通过比较可确认，根据本发明带有斜切圆锥凹角110的导光板100，使圆锥形状的曲面为入光侧，倾斜平面为出光侧，使光源之光一次性的照射到曲面上是非常重要的要素。
图12是实施例4通过LED光源改善光条现象的照片。图13是实施例2通过LED光源改善光条现象的照片。
既，图1是本发明的比较例1通过LED光源产生光条现象的照片。比较图1和图12、图1和图13时，可确认到本发明的实行例4和实行例5，由LED光源产生的光条现象得到了很大的改善。
本发明，通过一部分被切断的圆锥形状的的凹角可均匀散射光、增加亮度、从而提高光效率。
本发明，通过一部分被切断的圆锥形状的的凹角，均匀散射光，并以此改善因LED光源的间距而产生的光条现象。
本发明并非仅限于上述实施先例，并在不脱离本发明的范围内，可进行多样的变更实施。

Claims (14)

1.一种带有凹角形状的导光板，包含入光面、出光面、导光板底面，出光面与导光板底面分别位于导光板的相对两侧，入光面位于导光板的侧面，导光板底面上设置有多个凹角，其特征在于：凹角由入光侧、出光侧围成，入光侧为倾斜的曲面，出光侧为倾斜的平面，凹角的横截面为三角形，凹角入光侧与凹角底面之间的夹角为θ1， 30°<θ1<90°，凹角入光侧与凹角出光侧之间的夹角为 θ2，70°<θ2<125°，导光板底部设置有多列纵向排列的凹角，凹角为斜切圆锥，斜切面为出光侧。
2.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于：入光侧底部的曲率半径为30-150μm。
3.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于：凹角的深度为4-12μm。
4.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于：相邻纵向排列的凹角交错排列。
5.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于：凹角与入光面的距离越远，导光板底部凹角的排列密度越大。
6.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于：斜切面切除顶点及部分底面。
7.根据权利要求6所述的导光板，其特征在于：凹角顶点与圆锥顶点之间的距离为 17-23μm。
8.根据权利要求6所述的导光板，其特征在于：凹角顶点的曲率半径为22-30μm。
9.根据权利要求6所述的导光板，其特征在于：圆锥为正圆锥，圆锥顶点内角为95°-115°，圆锥底面直径为40-130μm。
10.根据权利要求9所述的导光板，其特征在于：圆锥的底角为32°-42.5°。
11.根据权利要求9所述的导光板，其特征在于：入光侧与出光侧的夹角为θ2，70°<θ2<115°。
12.根据权利要求9所述的导光板，其特征在于：凹角入光侧与凹角底面之间的夹角为θ1，35°<θ1<60°。
13.根据权利要求9所述的导光板，其特征在于：入光侧底部的曲率半径为40-130μm。
14.一种背光模组，其特征在于：包括权利要求1-13任一项所述的导光板、光源、扩散膜，光源位于导光板的侧面，扩散膜位于导光板的上部。
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