CN112764151B - 面光源装置和液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种面光源装置，包括：第一导光体，具有随着从一端到另一端厚度变小的楔形状，包括第一入射面、由第一入射面的相对两侧分别延伸的第一出射面及第一反射面，该第一反射面与第一出射面相交；第二导光体，包括第二入射面和第二出射面，该第二入射面和第二出射面相交，所述第二入射面可接收来自第一出射面的光线并从第二出射面射出；第一发光体，沿着所述第一导光体的第一入射面侧设置。本发明还揭示了一种液晶显示装置，包括：所述的面光源装置；设置于第二出射面侧的液晶面板。本发明通过在一导光体的至少一侧设置楔形入光头，可以实现高亮度准直且透明度高的优点，适用于多种场景。

Description

面光源装置和液晶显示装置
技术领域
本发明属于液晶显示技术领域，具体涉及一种面光源装置和液晶显示装置。
背景技术
近年来，液晶显示器已经广泛运用到各种显示装置中，与人们的生活相关性越来越密切。液晶显示器，由于自身无法发光，需要配置可以提供背光的背光模组。其中，在一切特殊的使用场景如车载显示，不需要很大的视角却要求很高的亮度，产生了准直背光模组的需求。
目前的准直背光，一般使用楔形板加棱镜膜的方式，利用楔形板出光分布由楔角决定来进行均匀性的调整。楔形板出光具有一致性，棱镜膜起到偏折作用和一定的准直作用。例如，美国专利US8403,550B2公开了一种背光结构，使用这种结构进行准直背光的设计想要使光线在整个楔形板上均匀分布的出射，对楔角的精度要求很高，并且使用楔形板进行均匀性调整会牺牲效率，调整空间有限。另外由于楔角和出光的要求，尺寸越大盒厚越厚，并且背面设置反射，非透明背光，不能适用于多种场景。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新型的背光结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面光源装置和液晶显示装置，以解决现有技术中对楔角要求高、不能适用于多种场景的问题。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一实施例中，一种面光源装置，包括：
第一导光体，具有随着从一端到另一端厚度变小的楔形状，包括第一入射面、由第一入射面的相对两侧分别延伸的第一出射面及第一反射面，该第一反射面与第一出射面相交；
第二导光体，包括第二入射面和第二出射面，该第二入射面和第二出射面相交，所述第二入射面可接收来自第一出射面的光线并从第二出射面射出；
第一发光体，沿着所述第一导光体的第一入射面侧设置。
优选的，在上述的面光源装置中，所述第二导光体还包括第三入射面，第二入射面和第三入射面由第二出射面的相对两侧分别延伸，
装置还包括：
第三导光体，第三导光体具有随着从一端到另一端厚度变小的楔形状，包括第四入射面、由第四入射面的相对两侧分别延伸的第三出射面及第三反射面，该第三反射面与第三出射面相交，所述第三入射面可接收来自第三出射面的光线并从第二出射面射出；
第二发光体，沿着所述第三导光体的第四入射面侧设置。
优选的，在上述的面光源装置中，所述第二入射面和第二出射面的夹角为锐角，和/或
所述第三入射面和第二出射面的夹角为锐角。
优选的，在上述的面光源装置中，所述第二入射面贴近所述第一出射面设置，且光线从第一出射面进入第二入射面后不会改变前进方向，和/或
所述第三入射面贴近所述第三出射面设置，且光线从第三出射面进入第三入射面后不会改变前进方向。
优选的，在上述的面光源装置中，所述第一反射面与第一出射面的夹角小于或等于30°，和/或
所述第三反射面与第三出射面的夹角小于或等于30°。
优选的，在上述的面光源装置中，所述第二导光体还包括与所述第二出射面平行的底面，
所述第二入射面和第三入射面连接于所述底面和第二出射面之间。
优选的，在上述的面光源装置中，所述第一导光体和第三导光体对称设置于第二导光体的两侧。
优选的，在上述的面光源装置中，还包括分布于所述第二出射面对光线进行偏折的偏转棱镜阵列。
优选的，在上述的面光源装置中，所述偏转棱镜阵列与第二导光体胶合为一体或一体成型。
优选的，在上述的面光源装置中，所述偏转棱镜阵列包括阵列设置的多个棱镜，
棱镜之间的间距沿第二出射面的边缘向中心逐步减小以实现均匀出光。
一实施例中，还提供了一种液晶显示装置，包括：
包括所述的面光源装置；以及
设置于第二出射面侧的液晶面板。
与现有技术相比，本发明通过在一导光体的至少一侧设置楔形入光头，可以实现高亮度准直且透明度高的优点，适用于多种场景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施方式中面光源装置的结构示意图和光路示意图；
图2是本申请第二实施方式中棱镜的结构示意图；
图3是本申请第三实施方式中棱镜的结构示意图；
图4是本申请第四实施方式中棱镜的结构示意图；
图5是本申请第五实施方式中第一导光体和第三导光体的结构示意图；
图6是本申请一实施例中液晶显示装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
结合图1所示，本申请实施例提供了一种面光源装置10，包括导光体以及向导光体送光的发光体。
导光体包括第二导光体11、以及对称分布于第二导光体11相对两侧的第一导光体12和第三导光体13。
第二导光体11主要进行光线传输并出光，其具有平行设置的第二出射面111和底面112，第二出射面111的相对两侧分别延伸有第二入射面113 和第三入射面114。第二入射面113和第三入射面114对称形成于第二出射面111的两侧。
在优选的实施例中，第二入射面113和第三入射面114分别与第二出射面111之间的夹角θ为锐角，其夹角可根据第二导光体的长度和厚度做调整。
第二导光体11优选内部光吸收低的材料，例如丙烯酸薄片并且优选包括丙烯酸酯、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、聚乙烯等。
第二导光体11的形状可为适宜使用的任何形状，而并不局限于板状，例如其底面、入射面和出射面可以为曲面。
第一导光体12和第三导光体13为相同的结构，主要起到光源整形的作用，第一导光体12和第三导光体13分设于第二导光体11的两侧，以分别向第二导光体内送入整形和准直后的光线，光线在第二导光体11内传输后从第二出射面出光。
以下以第一导光体12的结构进行说明，第二导光体13结构相同不再赘述。第一导光体12具有随着从一端到另一端厚度变小的楔形状，包括第一入射面121、由第一入射面121的相对两侧分别延伸的第一出射面122及第一反射面123，该第一反射面123与第一出射面122相交。
在优选的实施例中，第一反射面123与第一出射面122的夹角β小于或等于30°
第一导光体12优选丙烯这样的塑形基透明材料制成，以便形成具有倾斜表面的结构。
第一导光体12的第一出射面122与第二导光体11的第二入射面113相对且贴近，光线从第一导光体12出射进入第二导光体11内部不会改变前进方向。
发光体包括第一发光体141和第二发光体142，第一发光体141和第二发光体142分别沿着第一导光体12和第三导光体13的入射面侧设置。
在一实施例中，第一导光体12和第三导光体13的反射面侧分别设置有反射层161和162。以反射层161为例，来自第一发光体141的光线被引入第一导光体12中，并且当其在第一导光体12中传输时被位于第一导光体12背面一侧的反射层161所反射，并从第一导光体12的出射面122出射。
反射层161、162以高反射率材料，例如铝或镍形成，在一实施例中，反射层161、162通过镀膜的方式分别形成于第一导光体12和第三导光体13的反射面上，在另一实施例中，反射层161、162也可以作为单独的板状构件分别贴合于第一导光体12和第三导光体13的反射面一侧。
第二导光体11的第二出射面111支撑有偏转棱镜阵列17，偏转棱镜阵列17 包括阵列设置的多个棱镜，棱镜对第二出射面111的出射光线起到偏折作用和一定的准直作用。
结合图1所示，一实施例中，棱镜为倒梯形结构，顶面171为出光面，侧面172为全反射面。
该技术方案中，棱镜是通过全反射起作用，入射到棱镜的光线有一定的范围，加上棱镜侧边的倾角设置和棱镜本身的折射率，大部分光线可以实现全反射,可能会有少量的漏光。
一实施例中，偏转棱镜阵列17和第二导光体11胶合为一体或一体成型。
偏转棱镜阵列优选内部光吸收低的材料，例如丙烯酸薄片并且优选包括丙烯酸酯、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、聚乙烯、硒和氯化银的透明材料。
在优选实施例中，偏转棱镜阵列与第二导光体采用相同的光学材料。
阵列的多个棱镜可以是均匀排列，也可以是非线性排列。在一实施例中，棱镜之间的间距沿第二出射面的边缘向中心逐步减小以实现均匀出光。棱镜的角度即顶面的底角ε根据第二导光体的整体光线角度和出射需求来定，优选为锐角。
结合图2所示，在第二实施例中，棱镜包括与第二导光体出射面平行的出光面181以及连接于出光面和第二导光体之间的侧面182，侧面采用连续的多段式，每一段为一平面或弧面，且与第二导光体出射面之间的夹角不同。
结合图3所示，在第三实施例中，棱镜包括与第二导光体出射面平行的出光面191以及连接于出光面和第二导光体之间的侧面192，侧面采用弧形。此结构有一定的加工难度，但可以解决漏光问题。
结合图4所示，在第四实施例中，棱镜为一柱形体，包括与第二导光体出射面平行的出光面201，以及连接于出光面和第二导光体之间的侧面202，侧面 202包括多个垂直于第二导光体出射面的反射面。此二维结构可进一步的优化均匀性，并且改善一维间距过大目视可见的问题。
结合图5所示，在第五实施例中，第一导光体12和第三导光体13的反射面123为弧形。
进一步结合图1，详细阐述光线的光路轨迹(以第一导光体为例)。光线15 由第一导光体12的入射面进入，光线在第一导光体12(例如n＝1.58)中传播时，遵循斯涅耳折射定律：
n1sinθ1＝n2sinθ2
式中n1为介质1的折射率，θ1为入射角，n2为介质2的折射率，θ2为折射角。
光线入射进第一导光体12后角度范围为α＝±arcsin(1/1.58)＝±40°，在第一导光体12中传播时与第一导光体12上下两个反射面的法线夹角90-α大于等于 50°，而全反射角为γ＝arcsin(1/1.58)＝40°，90-α大于γ时满足全反射条件，所以不会出射。第一导光体12的角度为β，光线每经过一次反射与第一导光体12 的出射面122的法线夹角减少β，直至满足出射条件才会出射。可以理解，从出射面122出射进入第二导光体11的光，均为接近全反射角时出射，光线方向基本一致，即光线151和152在第二导光体11中的方向基本一致且为大角度光线。光线152入射到第二出射面111，由于角度大于临界角，所以不会出射。不出射的光线反射到底面112上，根据折射定律均不会出射。光线151入射到面172 上，发生全反射由面171出射。两个发光体141和142产生的出射光方向集中且相对法线对称，也可以调整面171的角度使两侧出光重合，形成更准直亮度更高的出射光。
结合图6所示，本申请实施例披露了一种液晶显示装置100，包括图1至5 所示的面光源装置10，以及设置于第二出射面侧的液晶面板20。
另外需要说明的是，本实施例中的发光体和楔形导光体也可以仅仅设置一组，并配置于第二导光体的一侧。
综上所述，本发明提出了一种高亮透明准直背光方案，可应用于多种背光模组中。通过双侧入光和入光头的设计实现准直功能，并且通过出光面微结构的设计，例如从边缘到中心逐步变密实现均匀出光，达到高亮准直并且透明度高的特点。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种面光源装置，其特征在于，包括：
第一导光体，具有随着从一端到另一端厚度变小的楔形状，包括第一入射面、由第一入射面的相对两侧分别延伸的第一出射面及第一反射面，该第一反射面与第一出射面相交；
第二导光体，包括第二入射面和第二出射面，该第二入射面和第二出射面相交，所述第二入射面可接收来自第一出射面的光线并从第二出射面射出，所述第二入射面和第二出射面的夹角为锐角；
第一发光体，沿着所述第一导光体的第一入射面侧设置。
2.根据权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述第二导光体还包括第三入射面，第二入射面和第三入射面由第二出射面的相对两侧分别延伸，
装置还包括：
第三导光体，第三导光体具有随着从一端到另一端厚度变小的楔形状，包括第四入射面、由第四入射面的相对两侧分别延伸的第三出射面及第三反射面，该第三反射面与第三出射面相交，所述第三入射面可接收来自第三出射面的光线并从第二出射面射出；
第二发光体，沿着所述第三导光体的第四入射面侧设置。
3.根据权利要求2所述的面光源装置，其特征在于，所述第二入射面贴近所述第一出射面设置，且光线从第一出射面进入第二入射面后不会改变前进方向，和/或
所述第三入射面贴近所述第三出射面设置，且光线从第三出射面进入第三入射面后不会改变前进方向。
4.根据权利要求2所述的面光源装置，其特征在于，所述第一反射面与第一出射面的夹角小于或等于30°，和/或
所述第三反射面与第三出射面的夹角小于或等于30°。
5.根据权利要求2所述的面光源装置，其特征在于，所述第二导光体还包括与所述第二出射面平行的底面，
所述第二入射面和第三入射面连接于所述底面和第二出射面之间。
6.根据权利要求2所述的面光源装置，其特征在于，所述第一导光体和第三导光体对称设置于第二导光体的两侧。
7.根据权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，还包括分布于所述第二出射面对光线进行偏折的偏转棱镜阵列。
8.根据权利要求7所述的面光源装置，其特征在于，所述偏转棱镜阵列与第二导光体胶合为一体或一体成型。
9.根据权利要求8所述的面光源装置，其特征在于，所述偏转棱镜阵列包括阵列设置的多个棱镜，
棱镜之间的间距沿第二出射面的边缘向中心逐步减小以实现均匀出光。
10.一种液晶显示装置，其特征在于，包括：
权利要求1至9任一所述的面光源装置；
设置于第二出射面侧的液晶面板。
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