CN114509843B - 侧入式导光板及侧入式背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种侧入式导光板，包括导光板本体，导光板本体设有入光面以及一对相对设置的散射面和出光面，散射面设有若干向外轮廓向导光板本体内部凹陷的网点，网点是以导光板本体的厚度方向为轴的回转体，回转体的纵截面轮廓左右对称，纵截面轮廓朝向入光侧的一半包括至少两段不同半径的圆弧段，圆弧段至少包含一部分绝对散射弧，绝对散射弧为一圆形的一部分，绝对散射弧的端点所处的圆半径与光源的光线的水平入射方向的反向夹角为π/4和π/4+θ_t/2，其中θ_t为导光板本体内的光线传播角度极值。本发明还公开了使用该侧入式导光板的侧入式背光模组。本发明可有效提高侧入式导光板的出光均匀性和出光亮度。

Description

侧入式导光板及侧入式背光模组

技术领域

本发明涉及一种导光板及背光模组，特别是涉及一种侧入式导光板以及包含改导光板的侧入式背光模组。

背景技术

液晶显示器是目前数字电视、计算机、移动通信终端等数字化整机产品的最广泛采用的显示部件，其中导光板网点形状是影响液晶显示器背光模组出射光均匀性和亮度的关键因素，人们对照明亮度更高、消耗功率更小、照明面积更大等显示品质的背光模组需求越来越高。目前，设计和加工导光板网点结构时主要采用半球形、圆锥形、金字塔形等简单几何形状，在相同的网点密度下，以上网点结构对侧入式光线的有效散射作用范围和面积相对固定，破坏导光板内光线全反射的能力有限，导致液晶显示面板的亮度和均匀性很难进一步提高。

发明内容

针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种侧入式导光板，在不增加网点半径和深度的情况下提高导光板的出光亮度和均匀性。本发明的另一任务在于提供一种背光模组。

本发明技术方案如下：一种侧入式导光板，包括导光板本体，所述导光板本体设有入光面以及一对相对设置的散射面和出光面，所述散射面设有若干向外轮廓向所述导光板本体内部凹陷的网点，所述网点是以所述导光板本体的厚度方向为轴的回转体，所述回转体的纵截面轮廓左右对称，所述纵截面轮廓朝向入光侧的一半包括至少两段不同半径的圆弧段，所述圆弧段至少包含一部分绝对散射弧，所述绝对散射弧为一圆形的一部分，所述绝对散射弧的端点所处的圆半径与所述光源的光线的水平入射方向的反向夹角为π/4和π/4+θ_t/2，其中θ_t为导光板本体内的光线传播角度极值。

进一步地，所述回转体的纵截面轮廓朝向入光侧的一半通过以下方式确定：首先设置一个初始半圆轮廓，以所述半圆轮廓所在圆形为基础圆进行一次或二次分形获得分形圆，所述二次分形时以一次分形后获得的分形圆为基础圆，所述分形圆两两相切且内切于所述基础圆，每次所述分形时一个基础圆内的分形圆数量相同且为N，N＝2k+2，k为正整数，以最后一次分形得到的分形圆外包络线及半圆的直径为所述纵截面轮廓。

进一步地，所述回转体的纵截面轮廓朝向入光侧的一半通过以下方式确定：首先设置一个初始半圆轮廓，以所述半圆轮廓所在圆形为基础圆进行一次或二次分形获得分形圆，所述二次分形时以一次分形后获得的分形圆为基础圆，所述分形圆两两相切且内切于所述基础圆，每次所述分形时一个基础圆内的分形圆数量相同且为N，N＝2k+2，k为正整数，以第一圆弧、第二圆弧、连接第一圆弧和第二圆弧的连接段以及半圆的直径为所述纵截面轮廓，所述第一圆弧为最后一次分形所依据的基础圆的一段圆弧，所述第二圆弧是最后一次分形得到的分形圆的一段圆弧。

进一步地，为了有效提升网点对光线的散热能力且保证网点加工成本可控，所述k小于等于4。

进一步地，所述连接第一圆弧和第二圆弧的连接段为直线段。

进一步地，以所述半圆轮廓所在圆形为基础圆进行一次分形时，所述半圆内的分形圆中有两个的圆心位于所述半圆的底面直径上或者有两个的分形圆与所述半圆的底面直径相切。

本发明的另一技术方案是：一种侧入式背光模组，包括光源以及上述的侧入式导光板，所述光源设置在所述侧入式导光板的入光面一侧。

本发明所提供的技术方案的优点在于：

本发明在不额外增加网点半径和深度的条件下，增加了对导光板内部光线全反射的破坏能力，相对于初始的半球形网点，能提高导光板的出光亮度。

本发明将分形后相切圆的表面外轮廓作为散射网点，由于数量众多的各个分形圆具有自相似特点，能有效提高网点对不同方向光线的散射能力，从而保证导光板具有更好的出光均匀性。

采用本发明的导光板组成的背光模组，在提高背光模组的亮度和出光效率的同时也可降低液晶显示器的能耗。

附图说明

图1为实施例的侧入式背光模组结构示意图。

图2为侧入式导光板内第一极限角度光线示意图。

图3为侧入式导光板内第二极限角度光线示意图。

图4为实施例1的侧入式导光板网点轮廓的基础圆C1示意图。

图5为实施例1的侧入式导光板网点轮廓的分形圆C2示意图。

图6为实施例1的侧入式导光板网点轮廓的绝对散射圆弧L1示意图。

图7为实施例1的侧入式导光板网点轮廓的各绝对散射圆弧连接示意图。

图8为实施例1的侧入式导光板网点轮廓示意图。

图9为实施例2的侧入式导光板网点轮廓的各绝对散射圆弧连接示意图。

图10为实施例3的侧入式导光板网点轮廓的基础圆C1及分形圆C2示意图。

图11为实施例3的侧入式导光板网点轮廓的分形圆C3示意图。

图12为实施例3的侧入式导光板网点轮廓示意图。

图13为实施例1的侧入式导光板发光模拟结构图。

图14为实施例3的侧入式导光板发光模拟结构图。

图15为对比例的侧入式导光板发光模拟结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

请结合图1所示，本发明涉及的侧入式背光模组，包括光源1以及侧入式导光板2，光源1设置在侧入式导光板2的入光面2a一侧。侧入式导光板2，包括导光板本体，导光板本体设有入光面2a以及一对相对设置的散射面2b和出光面2c，一般散射面2b和出光面2c为导光板本体厚度方向平行的两个面，入光面2a则是与散射面2b和出光面 2c均相邻的一个侧面。散射面2b设有若干向外轮廓向导光板本体内部凹陷的网点2d，网点2d是以导光板本体的厚度方向为轴的回转体，在说明回转体的纵截面轮廓前先说明一下绝对散射弧及其对应的角度范围。

光源发出的光线进入侧入式导光板，在相同的光源下，不同网点形状的出光强度和均匀性不同。假设导光板本体的折射率为n，导光板本体内光线的传播角度范围为[0,θ_t]，其中θ_t为导光板本体内的光线传播角度极值，即θ_t为光线在界面不发生全反射时光线与界面法线的夹角。可以得到一个绝对散射弧的角度范围，也就是绝对散射弧的端点所处的圆半径与光源的光线的水平入射方向的反向夹角范围，具体如下：

请结合图2所示，计算第一个极限角度(光线水平入射)

由于图中经过散射点B₁的虚线也是入射和散射光线的角平分线，结合平行线的内错角相等原理可得：

同理，由三角形外角和公式有：π/2-α₁＝θ_t+α₁

α₁＝π/4-θ_t/2

则光线水平入射时的有效散射圆弧A₁B₁对应的角度范围为：

[α₁,β₁]＝[π/4-θ_t/2,π/4+θ_t/2]

请结合图3所示，计算第二个极限角度(光线以角度θ_t入射)

首先，根据散射点B₂所形成两个三角形内角和关系，同理有：

结合θ₄＝π/2-θ_t

得：β₂＝π/4+θ_t

针对α₂所对应的三角形有：θ₅＝π/2-α₂

基于散射点A₂与出射点所形成的三角形有：θ₆+θ_t+π/2+θ_t＝π

根据外角和关系：θ₅＝θ₆/2+θ_t

结合上式得：α₂＝π/4

则光线以角度θ_t入射时的有效散射圆弧A₂B₂对应的角度范围为：

[α₂,β₂]＝[π/4,π/4+θ_t]

最后，对上述两个极限角度对应的弧长角度范围求交集，所得到的角度范围对应的弧长AB为绝对散射弧长，即在此范围内无论何种角度光线作用在弧AB间均能被有效散射，其对应的角度范围为[α,β]＝[α₁,β₁]∩[α₂,β₂]＝[π/4,π/4+θ_t/2]。

网点结构中所包含该绝对散射角度范围的弧长越长、有效作用的角度范围越多，对光线的散射能力和出光亮度的提升越好。基于此，本发明网点形状为一种圆弧内切圆分形几何曲线的组合，其中网点轮廓曲线的生成方法包括以下步骤：

S1：在初始的半圆形网点轮廓下执行以下分形操作，以初始半圆形轮廓所在圆形为基础圆，设置N个半径相同的第一层分形圆，N≥2k+2,k为正整数，k增大时，分形圆轮廓对光线的散射能力越强，但是分形圆轮廓也会逐渐接近初始圆轮廓，其对光线散射能力的提升会得到限制，同时也会极大地增加加工难度。因此，综合网点性能及其可加工性，本发明中取k≤4的正整数。其中，分形圆与半圆形轮廓内切，在初始半圆轮廓内，含有两个圆心位于底边上的分形圆，或含有两个与底边相切的分形圆，且各分形圆两两相切。

S2：以第一层完整分形圆为基础圆执行以上分形过程，在上一层分形圆中同样设置 N个分形圆，下一层分形圆与上一层分形圆的比例保持不变。(本步骤可选)

S3：根据导光板折射率n确定侧入式光线的绝对散射弧长对应的角度范围，并分别确定最后一次分形圆及其基础圆的绝对散射圆弧，基于直线和分形圆圆弧将各个绝对散射圆弧连接起来作为导光板网点的外轮廓，也可将最后一层分形圆的外包络线作为导光板网点的外轮廓，最后将外轮廓旋转180°后生成网点的三维形状。

实施例1，请结合图4所示，本实施例中侧入式导光板的网点轮廓是这样确定的，以半径为R的初始圆为基础圆C1，取k＝1，设置N＝4个内切分形圆C2，其中，处于导光板本体2的半个基础圆C1中含有两个圆心位于底边上的分形圆C2，同时基础圆C1 内4个分形圆C2两两相切，各切点对应的圆心角θ＝2π/N＝90°，如图5所示。分别以初始的基础圆C1和分形圆C2为圆心确定绝对散射角度范围[α,β]所对应的入光侧的圆弧段L1，如图6所示，相对于初始半圆形C1轮廓，绝对散射弧增加了2个分形圆C2在角度[α,β]内对应的弧长。在保证网点的初始半径和深度不变、绝对散射圆弧尽量长的原则下，以直线段L2连接基础圆C1和分形圆C2上的各个绝对散射弧，如图7所示，对连接后的形状轮廓以导光板本体2厚度方向为轴进行旋转得到所设计的网点形状，如图 8所示。

实施例2，请结合图9所示，本实施例中导光板的网点轮廓是这样确定的，以半径为R的初始圆为基础圆C1，取k＝1，设置N＝4个内切分形圆C2，其中，处于导光板本体2的半个基础圆C1中含有两个与基础圆C1的半圆形底边相切的分形圆C2，同时基础圆内4个分形圆C2两两相切，各切点对应的圆心角θ＝2π/N＝90°。分别以初始的基础圆C1和分形圆C2为圆心确定绝对散射角度范围[α,β]所对应的入光侧的圆弧段L1，以直线段L2连接基础圆C1和分形圆C2上的各个绝对散射弧，如图9所示，对连接后的形状轮廓以导光板本体2厚度方向为轴进行旋转得到所设计的网点形状。

实施例3，请结合图10至图12所示，本实施例中导光板的网点轮廓是这样确定的，以半圆网点轮廓为基础圆C1，取k＝4，设置N＝10个半径R1的内切分形圆C2，其中，处于导光板本体2的半个基础圆C1中含有两个圆心位于底边上的分形圆C2，同时基础圆内10个分形圆C2两两相切，各切点对应的圆心角θ＝2π/N＝90°。然后以这10个分形圆C2为基础圆进行第二次分形，与第一次分形类似，在每个基础圆C2内设置10个半径R2的内切分形圆C3，这些分形圆C3两两相切，并且排列方式与第一次分形得到的分形圆C2(即第二次分形的基础圆)排列方式相同。以第二次分形后的分形圆C3的所有切点为界限，保留初始的半圆C1内的第二次分形后分形圆C3的外轮廓作为网点形状轮廓曲线。

设置一对比例，该对比例的网点轮廓是半径为R的半圆形。对该对比例以及实施例1、3分别进行模拟对比，各组模型中均设置相同的光源、导光板和接收器参数，控制网点形状作为单一变量对输出值进行对比分析。同时为保证多余环境参数过多带来的干扰，将光源、网点数量均设置为1，接收器设置在导光板上表面以评价不同网点的出光性能。通过网点散射从导光板上表面出射的光线照度如图13至图15所示。

通过模拟结果中的照度值可对导光板的出光亮度进行评价，接收器平面的照度与亮度成正比，即照度值越高，出光亮度越高；平均偏差表示不同位置照度与平均值的偏差，平均偏差越小，均匀性越好。可以看出，实施例1和实施例3均能有效提高散射光线的平均照度，其中当k＝1时的实施例1平均照度值最高，随着k值增大至k＝4时，平均照度值会减小，但仍大于半球形网点。此外，实施例3的平均偏差远小于实例1与半球形网点，即实施例3的出光均匀性最好。

结果表明：当基于较小的k值分形后所得到的网点能有效提高出光亮度，当k值增大时，分形后网点轮廓包含的散射角度会急剧增加，虽然出光亮度会适当减小，但时能有效提高出光均匀性。

Claims (6)

1.一种侧入式导光板，包括导光板本体，所述导光板本体设有入光面以及一对相对设置的散射面和出光面，其特征在于，所述散射面设有若干向外轮廓向所述导光板本体内部凹陷的网点，所述网点是以所述导光板本体的厚度方向为轴的回转体，所述回转体的纵截面轮廓左右对称，所述回转体的纵截面轮廓朝向入光侧的一半通过以下方式确定：首先设置一个初始半圆轮廓，以所述半圆轮廓所在圆形为基础圆进行一次分形获得分形圆，所述分形圆两两相切且内切于所述基础圆，每次分形时分形圆数量为N，N=2k+2，k为正整数，以第一圆弧、第二圆弧、连接第一圆弧和第二圆弧的连接段以及半圆的直径为所述纵截面轮廓，所述第一圆弧为基础圆的一段圆弧，所述第二圆弧是分形圆的一段圆弧，所述第一圆弧和所述第二圆弧至少包含一部分绝对散射弧，所述绝对散射弧为基础圆或分形圆的一部分圆弧，所述绝对散射弧的端点所处的基础圆或分形圆的半径与光源的光线的水平入射方向的反向夹角为π/4和π/4+θ _t /2，其中θ _t 为导光板本体内的光线传播角度极值。

2.一种侧入式导光板，包括导光板本体，所述导光板本体设有入光面以及一对相对设置的散射面和出光面，其特征在于，所述散射面设有若干向外轮廓向所述导光板本体内部凹陷的网点，所述网点是以所述导光板本体的厚度方向为轴的回转体，所述回转体的纵截面轮廓左右对称，所述回转体的纵截面轮廓朝向入光侧的一半通过以下方式确定：首先设置一个初始半圆轮廓，以所述半圆轮廓所在圆形为基础圆进行一次或二次分形获得分形圆，所述二次分形时以一次分形后获得的分形圆为基础圆，所述分形圆两两相切且内切于所述基础圆，每次所述分形时一个基础圆内的分形圆数量相同且为N，N=2k+2，k为正整数，以最后一次分形得到的分形圆外包络线及半圆的直径为所述纵截面轮廓。

3.根据权利要求1或2述的侧入式导光板，其特征在于，所述k小于等于4。

4.根据权利要求1所述的侧入式导光板，其特征在于，所述连接第一圆弧和第二圆弧的连接段为直线段。

5.根据权利要求1或2所述的侧入式导光板，其特征在于，以所述半圆轮廓所在圆形为基础圆进行一次分形时，所述半圆内的分形圆中有两个的圆心位于所述半圆的底面直径上或者有两个的分形圆与所述半圆的底面直径相切。

6.一种侧入式背光模组，其特征在于，包括光源以及权利要求1至5中任意一项所述的侧入式导光板，所述光源设置在所述侧入式导光板的入光面一侧。