CN111665591A - 一种导光板、背光模组和液晶显示模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导光板、背光模组和液晶显示模组。该导光板包括：基板、第一折射率层、层叠于所述第一折射率层上的第二折射率层和设置于与第一折射率层相对的基板表面的反射层，其中第一折射率层为多个棱镜结构分布于所述基板的出光面形成的棱镜结构网点。本发明通过在导光板基板上设置棱镜结构网点、反射层和第二折射率层，利用各层对光的折射及反射实现对出光角度的调整，实现了独立的扩散片、棱镜片及反射片的功能，并利用该导光板作为制作CF或TFT的基板，制作液晶显示器，将背光模组和液晶面板一体化，降低了液晶显示模组厚度，可广泛应用于薄型液晶显示器的制备。

Description

一种导光板、背光模组和液晶显示模组
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种导光板、背光模组和液晶显示模组。
背景技术
随着数字科技的发展，液晶显示产品已广泛的应用在日常生活的各个层面中，对液晶显示模组的薄型化、轻量化要求也逐步提高。液晶显示模组采用液晶显示面板加背光模组架构，而传统侧入式背光模组通常由反射片、导光板、扩散片、棱镜片等独立的光学膜片组成。图1显示了包括传统侧入式背光模组的液晶显示模组结构，背光模组10包括101光源、102导光板基板、103反射层、104散射网点、105扩散片，106下棱镜镜片、107上棱镜片等多个独立光学膜片，不仅背光模组的结构和组装工序复杂，且难以实现液晶显示模组的轻型化和薄型化。为解决液晶显示模组难以轻薄化及组装工序复杂的问题，有必要开发一种背光与液晶显示面板集成的液晶显示模组，有效的实现液晶显示模组的轻薄化及简化组装工序。
发明内容
本发明提供了一种导光板、背光模组及液晶显示模组，能够实现背光模组和液晶面板一体化，降低液晶显示模组厚度。
一方面，本发明提供一种导光板，包括：
基板；
第一折射率层，包含多个棱镜结构，所述多个棱镜结构分布于所述基板的出光面而形成棱镜结构网点；
第二折射率层，层叠于所述第一折射率层上；和
反射层，设置于与第一折射率层相对的基板表面。
在一些实施方案中，所述第一折射率层具有第一折射率(n1)，第一折射率(n1)大于基板的折射率(n0)。
在一些实施方案中，所述第二折射率层具有第二折射率(n2)，第二折射率(n2)小于基板的折射率(n0)。
在一些实施方案中，所述棱镜结构的顶角以棱镜底边的法线为基础进行二等分时，所产生的两个子角相等；所述棱镜结构以分散网点分布于所述基板的出光面，使从所述基板的出光面射出的光线经过所述棱镜结构网点均匀导出。
在一些实施方案中，所述第二折射率层填充第一折射率层的棱镜结构网点之间间隙，并形成平坦的上表面。
在一些实施方案中，所述导光板还包括第三折射率层和平坦层，所述第三折射率层和平坦层依次层叠于第二折射率层上表面。
在一些实施方案中，所述第三折射率层为棱镜层，所述第三折射率层的折射率(n3)大于第二折射率(n2)。
在一些实施方案中，所述第三折射率层的折射率可以和第一折射率层的折射率相同。
在一些实施方案中，所述基板为玻璃基板。
在一些实施方案中，所述反射层为金属反射层。
另一方面，本发明提供一种背光模组，包括如上所述的导光板及入射光源，其中所述入射光源设置在所述导光板的一入光侧。
在一些实施方案中，所述第二折射率层定义有一全反射临界角(δ)，所述全反射临界角是折射光与法线方向夹角(折射角)为90°时的入射角，所述法线方向垂直于所述基板的出光面，δ＝acrsin(n2/n0)，当入射光直接经由基板到达与棱镜结构网点间隙的第二折射率层时，入射角θ0<δ时，光进入第二折射率层，形成第一光学路径；当入射角θ0≥δ时，发生全反射，光线回到基板中，经反射层反射后进入第一折射率层；
所述第一折射率层的棱镜结构网点的每个棱镜结构定义有顶角α，当入射光经由基板进入第一折射率层时，由于n1＜n0，光线发生折射，折射角为θ1＝acrsin((n0/n1)×sinθ0)；当θ1≤(180-α)/2时通过棱镜结构网点的出射光可以进入第二折射率层然后射出，形成第二光学路径；当θ1＞(180-α)/2时通过棱镜结构网点的出射光会进入下一个棱镜结构网点，并通过棱镜结构网点及反射层的作用再次从基板向第二折射率层或第一折射率层入射，且入射角逐渐较小，直至入射至第二折射率层的入射角<δ，或进入第一折射率层的折射角θ1≤(180-α)/2，进入第二折射率层射出，形成第三光学路径。
在一些实施方案中，所述背光模组为侧光式背光模组，所述背光模组包括至少一个入射光光源。
在一些实施方案中，所述入射光光源为LED光源。
又一方面，本发明提供一种液晶显示模组，包括如上所述的背光模组。
在一些实施方案中，在侧入式背光模组中的导光板的表面设置彩色滤光层或薄膜晶体管阵列CF(Color Filter，彩色滤光片)层或TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)阵列，例如在所述导光板的平坦层上表面直接设置CF层或TFT阵列。
本发明还提供所述导光板的制备方法，包括：
在导光板基板一个表面形成第一折射率层，与第一折射率层相对的表面形成反射层；
使第一折射率层呈棱镜结构网点分布；在第一折射率层上设置第二折射率层。
在一些实施方案中，所述制备方法还包括在第二折射率层上表面设置第三折射率层，在第三折射率层上设置平坦层。
在一些实施方案中，所述第一折射率层或第三折射率层通过涂布、喷涂或气相沉积等方法在基板上表面或第二折射率层的上表面首先形成平面，再将该平面形成棱镜结构，形成棱镜结构的方法包括但不限于压印、蚀刻、灼烧、切割等方法中的至少一种。
本发明的导光板、背光模组和液晶显示模组可应用于液晶显示领域，包括但不限于可穿戴设备显示、便携式电子显示、手机通讯、电脑、电视、商业广告显示及军事设备等显示领域。
有益效果
本发明在基板上表面形成棱镜结构网点及其下表面镀反射层，通过棱镜结构网点对光的折射和反射层的反射对出光角度进行调整，实现单独的导光板、扩散片及反射片的功能，降低背光模组厚度；并且该导光板可直接作为制作CF或TFT的基板，制作液晶显示器，将背光模组和液晶面板一体化，进一步降低液晶显示模组厚度，可广泛应用于薄型液晶显示器的制备。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为现有技术液晶显示模组结构示意图；
图2为本申请实施例提供的导光板结构剖面图；
图3为本申请实施例的导光板中的基本光学路径；
图4为本申请实施例的导光板作为CF基板的薄型液晶显示器模组结构示意图；
图5为本申请实施例的导光板作为TFT基板的薄型液晶显示器模组结构示意图；
图6为本申请实施例提供的导光板中棱镜结构网点分布示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
下文的公开提供了不同的实施方式或例子用来实现本申请。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
图1为现有技术当中传统液晶显示模组结构示意图，包括背光模组10和液晶模组20，其中背光模组包括101光源、102导光板基板、103反射层、104散射网点、105扩散片、106下棱镜镜片、107上棱镜片，液晶模组20包括下偏光片201、下玻璃基板202、TFT阵列203、液晶层207、CF层204、上玻璃基板205和上偏光片206。传统液晶显示面板中，背光模组的结构和组装工序复杂，且难以实现液晶显示模组的轻型化和薄型化。
本申请实施例提供一种导光板，具体的，参阅图2和图6，所述导光板可以用于液晶显示模组的背光模组，尤其是侧入式背光模组。该背光板100包括基板102、第一折射率层108、第二折射率层109、反射层103。
基板102具有折射率n0。基板102可以采用本领域已知的导光板基板材料，例如为二氧化硅玻璃基板或有机玻璃基板。
基板102的上表面设置有第一折射率层108，该第一折射率层108具有折射率n1，折射率n1＞n0。
参见图6，第一折射率层108为多个棱镜结构在基板102的上表面分布，形成棱镜结构网点。棱镜结构的形状和大小尺寸没有特别的限定，棱镜结构的一个底面设置于基板102的上表面，与底面相对的顶端指向光射出的方向。
在一些实施例中，第一折射率层108的棱镜结构为三棱锥或者四棱锥(参见图6C)，例如棱镜结构是顶点处垂直截面为等腰三角形的三棱锥，三棱锥的一个底面设置于基板102的上表面，底面为边长相等的三角形，三棱锥的顶点位于底面三角形中心的垂线，且三棱锥的三个侧面均为等边三角形。三棱锥在基板102的上表面排列。优选，所述棱镜结构的各条边的长度均相等。棱镜结构还可以是顶点处垂直截面为等边三角形的四棱锥，所述四棱锥为正四棱锥，底面为正方形，顶点位于底面正方形中心的垂线上，且四棱锥的四个侧面均为等边三角形。
图6A展示了一种棱镜结构网点的分布方式，所述棱镜结构沿光入射方向随着光的传播方向，分布密度逐渐增加，例如在靠近光源一侧，棱镜分布最少，棱镜网点间距最大，远离光源的方向棱镜结构的分布密度增加，使得出光面的光线均匀分布。图6B展示了另一种棱镜结构网点的分布方式，在面板显示区域对应的位置，棱镜结构的分布密度大于基板四周边缘的分布密度，以保证显示区域具有足够的亮度，改善显示效果。
可通过涂布、喷涂或气相沉积等方法在基板102的上表面首先形成第一折射率层平面，再将该平面形成多个棱镜结构，形成棱镜结构网点均匀分布于基板102的上表面。形成棱镜结构网点的方法包括但不限于压印、蚀刻、灼烧、切割等方法，任何可以使第一折射率层呈现棱镜形状的方法均可用于本发明。
在第一折射率层108上设置有第二折射率层109，该第二折射率层109具有折射率n2，折射率n2＜n0。可通过涂布工艺在第一折射率层108上方形成该第二折射率层109，所述第二折射率层109填充第一折射率层108的棱镜结构网点间隙并覆盖棱镜结构的顶点形成平坦化上表面。
在基板102的下表面还设置有反射层103。该反射层103和第一折射率层108分别位于基板102相对的两个表面。在一些实施例中，该反射层103为金属反射层。例如Al(铝)反射层或Ag(银)反射层。可通过喷涂、涂布、电镀、沉积等工艺在基板102的下表面形成金属反射层103。
参阅图3，第一折射率层108棱镜结构网点的每个棱镜结构定义有顶角α，该顶角为光进入棱镜结构底面时入射点所在的截面三角形的顶角，该截面三角形是包括棱镜结构顶点的平面。在一个实施例中，棱镜结构的顶角以棱镜底边的法线为基础进行二等分时，所产生的两个子角相等，垂直截面三角形为等腰三角形。
第二折射率层109定义有一全反射临界角(δ)，所述全反射临界角是折射光与法线方向夹角(折射角)为90°时的入射角，所述法线方向垂直于基板102的出光面(图3中基板102的上表面)，δ＝acrsin(n2/n0)。
当背光模组光源101产生的入射光进入基板102，到达棱镜结构网点间隙的第二折射率层109时，如果入射角θ0<δ，则光线进入第二折射率层109，然后射出，形成第一光学路径，如图3中的光路1；如果入射角θ0≥δ，由于n2＜n0，在基板102与第二折射率层109的界面处发生全反射，光线回到基板102中，经反射层103镜面反射后到达第一折射率层108，n1＞n0，发生折射，光线进入第一折射率层108。
当光源101产生的入射光进入基板102，到达第一折射率层108时，n1＞n0，发生折射，光线进入第一折射率层108。
当入射光经由基板102进入第一折射率层108时，由于n1＞n0，光线发生折射，折射角为θ1＝acrsin((n0/n1)×sinθ0)；当θ1≤(180-α)/2时通过棱镜结构的出射光可以进入第二折射率层109然后射出，形成第二光学路径，如图3中的光路2；当θ1＞(180-α)/2时，通过棱镜结构的出射光会进入下一个棱镜结构，并通过第二个棱镜结构及反射层103的作用再次从基板102向第二折射率层109或第一折射率层108入射，且入射角逐渐减小，直至入射至第二折射率层109的入射角<δ，或进入第一折射率层108的折射角θ1≤(180-α)/2，进入第二折射率层109射出，形成第三光学路径，如图3中的光路3。本实施例的导光板经由基板上直接设置第一折射率层108的棱镜结构、金属反射层103和第二折射率层109实现出光角度的调整，代替传统背光模组中单独的扩散片、反射片和棱镜片，实现背光模组的集成化。
在一些实施例中，该导光板还包括第三折射率层110，该第三折射率层110设置于第二折射率层109的上表面。第三折射率层110具有折射率n3，n3＞n2。第三折射率层110的折射率n3与第一折射率层的折射率n3可以相同或者不同，但均大于n2。当光线由第二折射率层109摄入第三折射率层110时，发生折射，进入第三折射率层110，然后射出，进入液晶层。
所述第三折射率层110为棱镜层，可以为本领域已知的棱镜层结构，例如所述棱镜层是垂直截面为三角形的棱柱平行于基板侧边并列排布，所述棱柱的长边与基板侧边平行。可通过涂布、喷涂或气相沉积等方法在第二折射率层109的上表面首先形成第三折射率层平面，再将该平面形成棱镜结构，形成棱镜结构的方法包括但不限于压印、蚀刻、灼烧、切割等方法，任何可以使第三折射率层呈现棱镜形状的方法均可用于本发明。
在一些实施例中，第三折射率层110上面设置有平坦层111，可通过涂布工艺制作平坦层111。
本发明的第一折射率层108、第二折射率层109、第三折射率层110和平坦层111可以采用本领域已知的导光板材料，例如聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯等光学透明树脂，只要折射率满足条件，均可实现前述调整出光角度的效果。
参阅图4、图5，本发明实施例提供的导光板可以直接作为CF基板或TFT基板，用于制备液晶显示模组。具体来说，可以直接在该导光板的表面，例如平坦层111的上表面进行CF工艺或TFT工艺，制备CF层或TFT阵列，然后组装其他液晶显示模组的部件，形成液晶显示模组。参阅图4，在一些实施方案中，在导光板的平坦层111上表面进行CF工艺，形成CF层208，然后设置液晶模组200，依次设置金属线栅209、液晶层207、TFT层210、玻璃基板211和上偏光片206，组成液晶显示模组。
参阅图5，在一些实施方案中，在导光板的平坦层111上表面进行TFT工艺，形成TFT层210，然后设置液晶模组200，依次包括下金属线栅209、液晶层207、上金属线栅209、OC(Over Coat)保护层212、CF层211，组成液晶显示模组。
本发明实施例所提供的液晶显示模组采用一张基板实现导光板、扩散片及反射片功能的集成，减薄背光厚度，并且利用该导光板作为制作CF或TFT的基板，制作液晶显示器。将背光模组和液晶面板一体化，降低液晶显示模组厚度，实现液晶显示面板薄型化及轻量化，并且改善了原有背光模组信赖性较差的问题。
以上对本发明实施例所提供的一种导光板、背光模组和液晶显示模组进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种导光板，其特征在于，包括：
基板；
第一折射率层，包含多个棱镜结构，所述多个棱镜结构分布于所述基板的出光面而形成棱镜结构网点；
第二折射率层，层叠于所述第一折射率层上；和
反射层，设置于与第一折射率层相对的基板表面。
2.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述第一折射率层的折射率n1大于基板的折射率n0，所述第二折射率层的折射率n2小于基板的折射率n0。
3.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述棱镜结构的顶角以棱镜底边的法线为基础进行二等分时，所产生的两个子角相等。
4.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述棱镜结构以分散网点分布于所述基板的出光面，使从所述基板的出光面射出的光线经过所述棱镜结构网点均匀导出。
5.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述第二折射率层填充第一折射率层的棱镜结构网点之间间隙，并形成平坦的上表面。
6.根据权利要求1所述的导光板，其特征在于，还包括第三折射率层和平坦层，所述第三折射率层和平坦层依次层叠于第二折射率层上表面。
7.根据权利要求6所述的导光板，其特征在于，所述第三折射率层为棱镜层，所述第三折射率层的折射率n3大于第二折射率层的折射率n2。
8.一种侧入式背光模组，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的导光板及入射光源，其中所述入射光源设置在所述导光板的一入光侧。
9.一种液晶显示模组，其特征在于，包括如权利要求8所述的侧入式背光模组。
10.根据权利要求9所述的液晶显示模组，其特征在于，所述侧入式背光模组中的导光板的表面设置彩色滤光层或薄膜晶体管阵列。
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