CN115373181B - 一种ld背光照明模组结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种LD背光照明模组结构，所述照明模组结构设置有多个光源模组在面板模组的四周；所述光源模组中的光源发出的光线经过聚焦镜组件耦合射入集束光纤；集束光纤由各相互独立的光纤组成；集束光纤与扩散元件连接并且两者之间设置有光学扩散膜；所述光学扩散膜设置有多个具有梯度结构的微结构区域，使光线在穿过所述光学扩散膜后均匀发散进入所述扩散元件；所述扩散元件上涂覆了荧光粉层，从而与光线发生光致反应后发光；所激发的光线从导光板的四周入射，获得均匀背光。本发明结构组装简单，重量轻，结构紧凑，能适应多种长宽比例的显示设备。

Description

一种LD背光照明模组结构
技术领域
本发明涉及照明装置技术领域。具体而言，涉及一种LD背光照明模组结构。
背景技术
随着计算机产业的迅猛发展，诸如移动电话、数码相机、便携式笔记本、平板电脑的消费电子都向着多功能、美观的方向发展，其中，作为必不可少的显示界面，作为人机交互的媒介，也为操作者带来极大的便利。目前各种消费电子的显示屏幕大多是液晶显示面板，而液晶显示面板本身并不具有发光功能，在其下方必须设置背光模块以提供液晶面板所需的面光源，使液晶面板具有显示效果，同时获取足够的亮度和对比度。随着激光光源模组的技术提升，激光所具有色域大、颜色饱和度高、节能环保及寿命长等优点被广泛认可，且被认为是继黑白、彩色、数字高清之后的新一代显示技术。将激光用于液晶平板显示就是要用激光作为光源的背光模组，需要将亮度高、方向性好、单色性好的激光光束转化为均匀的面光源。
查阅相关已公开的技术方案，公开号为CN102767739A提出一种直下式背光结构，采用按焦距比例配置的一组两片的透镜进行光扩散，从而使每束入射光在进入背板之前获得足够均匀的散热效果；公开号为KR20070081970A的技术方案提出在背光灯组相邻的发光二极管之间的导光板的入射表面上设置荧光元件，以在发光二极管灯之间产生额外的荧光光射来提高入射部分的发射特性的均匀性；公开号为TW201224608A的技术方案提出一种背光单元，其包括印刷电路板以及多个LED形成在所述电路板上，并且还设置一个具有多个收纳孔的导光板，收纳孔用于收纳多个所述LED，并且每个收纳孔包括至少有一预定曲率的弧形部位形成在孔的端部，该端部被定义在收纳孔之一上表面与一内表面之交界处，由于该弧形部位形成在导光板收纳LED位置的收纳孔之端部,光分布可因此结构被改善,发光效率可提升。
背景技术的前述论述仅意图便于理解本发明。此论述并不认可或承认提及的材料中的任一种公共常识的一部分。
发明内容
本发明的目的在于，提供本发明涉及提供一种LD背光照明模组结构，所述照明模组结构设置有多个光源模组在面板模组的四周；所述光源模组中的光源发出的光线经过聚焦镜组件耦合射入集束光纤；集束光纤由各相互独立的光纤组成；集束光纤与扩散元件连接并且两者之间设置有光学扩散膜；所述光学扩散膜设置有多个具有梯度结构的微结构区域，使光线在穿过所述光学扩散膜后均匀发散进入所述扩散元件；所述扩散元件上涂覆了荧光粉层，从而与光线发生光致反应后发光；所激发的光线从导光板的四周入射，获得均匀背光。本结构组装简单，重量轻，结构紧凑，能适应多种长宽比例的显示设备。
本发明采用如下技术方案：
一种LD背光照明模组结构，所述照明模组结构包括光源模组、面板模组，若干个所述光源模组设置在所述面板模组的四周；每个所述光源模组均包括光源，聚焦镜组件，集束光纤以及扩散元件；所述光源与所述聚焦镜组件连接，光源所发出的光线经过所述聚焦镜组件后，耦合进入所述集束光纤的第一端中；所述集束光纤包括若干条独立的光纤；所述集束光纤的第二端与所述扩散元件连接，使光源从所述集束光纤出射后，进入所述扩散元件，由所述扩散元件将光线作进一步扩散后进入所述面板模组的导光板中；
其中，所述扩散元件的与所述集束光纤的第二端的连接部位设置有光学扩散膜；所述光学扩散膜包括基板以及在基板的至少一面上的若干个微结构区域；在每个所述微结构区域上具有不同尺寸和/或形状的梯度结构；
所述基板包括接触面和扩散面，设定所述集束光纤中光纤与所述基板的连接面为所述基板的所述接触面；所述基板的相对所述接触面的另一面为所述基板的扩散面；所述微结构区域至少设置于所述扩散面上；或者，所述微结构区域设置于所述接触面以及所述扩散面上；
并且，每个所述微结构区域以所述集束光纤中每条光纤与所述基板的接触面的接触点为几何中心设置；所述微结构区域包括第一区域以及第二区域；其中，以所述接触点为几何中心的面积为S1的区域为第一区域；沿所述扩散元件的长度方向扩展所述第一区域达到面积为S2的第二区域；
所述微结构区域通过所述梯度结构，使得光线在所述第一区域引起第一级光扩散强度，并且在所述第二区域引起第二级光扩散强度，并且第二级光扩散强度小于第一级光扩散强度；
并且，要求所述集束光纤中，光纤的最短光路Lmin与最长光路Lmax的比例值r＝Lmin/Lmax大于一个比例阈值r0；根据比例值r，从而设定所述光源模组的长度和宽度，并且根据所述光源模组的长度和宽度以及所述照明模组结构应用的屏幕尺寸，决定采用的所述光源模组的数量；
优选地，所述光源为RGB三色半导体二极管；
优选地，所述微结构区域的形状为具有若干条凸起的脊柱的梯度结构；其中每条脊柱的顶部为直线棱，并且若干条所述脊柱的顶部直线棱均相互平行；
优选地，所述第一区域以对应的所述接触点为几何中心，将经过所述几何中心且垂直于基板的一个面设为中心面，所述第一区域上的梯度结构以所述中心面为中心逐渐向两侧降低高度。
优选地，所述接触面的梯度结构对应的直线棱与所述扩散面的梯度结构对应的直线棱互相正交设置。
优选地，所述扩散元件在长度方向的截面为矩形；
优选地，所述面板模组结构由内至外依次为反射片、导光板、下扩散片、反射偏光片、液晶屏。
本发明所取得的有益效果是：
1.本发明的背光照明模组结构通过集束光纤以及聚焦镜模组将二极管激光的单点光有效地进行离形和分束从而形成多点光源，区别于以往直接将点光源进行扩散的照明方式，有效对光源的均匀扩散提供了基础条件；
2.本发明的背光照明模组结构进一步通过设置于集束光纤与扩散元件之间的光学扩散膜，使得从集束光纤出射后的多点光源进一步获得连续性更强，均匀度更高的光照条件；
3.本发明的背光照明模组结构通过将光源模组进行模块化，能够良好适应当前的超宽比例显示设备设计，节省了大量设计成本；
4.本发明的背光照明模组结构其各组件采用模块化设计和配合，后期可通过对硬件进行灵活优化和变更，节省了量产化后大量维护和升级成本。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1为本发明所述照明模组结构的总体布局示意图；
图2为本发明所述光源模组的示意图；
图3为本发明所述微结构区域的示意图；
图4为本发明所述微结构区域在所述扩散面在正视方向的示意图；
图5为本发明所述微结构区域在所述接触面在正视方向的示意图。
附图图例说明：10-光源模组；20-面板模组20；101-光源；102-聚焦镜组件；103-集束光纤；104-扩散元件；105-光学扩散膜；301-扩散面；302-接触面；303-接触点的几何中心延长线。
具体实施方式
为了使得本发明的目的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位.以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一：
提出一种LD背光照明模组结构，如附图1所示，所述照明模组结构包括光源模组、面板模组，若干个所述光源模组设置在所述面板模组20的四周；每个所述光源模组10均包括光源101，聚焦镜组件102，集束光纤103以及扩散元件104；所述光源101与所述聚焦镜组件102连接，光源101所发出的光线经过所述聚焦镜组件102后，耦合进入所述集束光纤103的第一端中；所述集束光纤103包括若干条独立的光纤；所述集束光纤103的第二端与所述扩散元件104连接，使光源101从所述集束光纤103出射后，进入所述扩散元件104，由所述扩散元件104将光线作进一步扩散后进入所述面板模组20的导光板中；
其中，所述扩散元件104的与所述集束光纤103的第二端的连接部位设置有光学扩散膜；所述光学扩散膜包括基板以及在基板的至少一面上的若干个微结构区域；在每个所述微结构区域上具有不同尺寸和/或形状的梯度结构；
如附图3所示，所述基板包括接触面和扩散面，设定所述集束光纤103中光纤与所述基板的连接面为所述基板的所述接触面302；所述基板的相对所述接触面302的另一面为所述基板的扩散面；所述微结构区域至少设置于所述扩散面301上；或者，所述微结构区域设置于所述接触面302以及所述扩散面301上；
并且，每个所述微结构区域以所述集束光纤103中每条光纤与所述基板的接触面的接触点在所述光学扩散膜的厚度方向的延长线303为几何中心设置；所述微结构区域包括第一区域以及第二区域；其中，以所述接触点的延长线303为几何中心的面积为S1的区域为第一区域；沿所述扩散元件104的长度方向扩展所述第一区域达到面积为S2的第二区域；
所述微结构区域通过所述梯度结构，使得光线在所述第一区域引起第一级光扩散强度，并且在所述第二区域引起第二级光扩散强度，并且第二级光扩散强度小于第一级光扩散强度；
并且，要求所述集束光纤中，光纤的最短光路Lmin与最长光路Lmax的比例值r＝Lmin/Lmax大于一个比例阈值r0；根据比例值r，从而设定所述光源模组10的长度和宽度，并且根据所述光源模组10的长度和宽度以及所述照明模组结构应用的屏幕尺寸，决定采用的所述光源模组10的数量；
优选地，所述光源101为RGB三色半导体二极管；
优选地，所述微结构区域的形状为具有若干条凸起的脊柱的梯度结构；其中每条脊柱的顶部为直线棱，并且若干条所述脊柱的顶部直线棱均相互平行；
优选地，所述第一区域以对应的所述接触点为几何中心，将经过所述几何中心且垂直于基板的一个面设为中心面，所述第一区域上的梯度结构以所述中心面为中心逐渐向两侧降低高度。
优选地，所述接触面的梯度结构对应的直线棱与所述扩散面的梯度结构对应的直线棱互相正交设置。
优选地，所述扩散元件104在长度方向的截面为矩形；
优选地，所述面板模组结构由内至外依次为反射片、导光板、下扩散片、反射偏光片、液晶屏；
在以上的设置中，每个所述光源模组10中的所述集束光纤由若干条独立的光纤线组成；当所述光源101所发出的激光通过所述聚焦镜组件102耦合进入所述集束光纤103后，光沿所述集束光纤的每一条光纤到达所述集束光纤的第二端；而光在穿过所述集束光纤103后出射，形成了离散的多道光线，因此需要将出射的多道光线作进一步的扩散以及模糊化处理，以使得出射的多道光线能均匀地在所述扩散元件上照射；因此设置所述光学扩散膜105；
进一步的，如附图3所示为从面板模组20的法向观察所述微结构区域的放大示意图；需要注意的是，附图3仅作为示范性地说明在所述扩散面上的一个所述微结构区域的抽象形象，其中展示的直线棱的数量、长度、高度、角度均为示例性表示，并非代表真实尺寸或者真实比例处理后的尺寸数值；
进一步的，所述微结构区域的梯度结构被构造和布置成使得光线在射出所述集束光纤的任意一条光纤后，光在每条光纤的第二端的正前方更多地且更均匀地传播；
进一步的，所述微结构区域内的微结构的幅度在空间上随着位于附图3中所示方向d的位置变化而变化；方向d即为所述扩散元件的所述长度方向；并且微结构可以以沿d方向的位置函数设定微结构多个点的位置，从而确定微结构的形状、结构高度变化率、纹理、面积大小；
进一步的，能过将所述微结构区域设置为两个具有不同折射角度的所述第一区域以及所述第二区域，进一步优化光在射出光纤后，在光纤第二端中央的主要出射区域以及出射区域的邻近区域的发散效果；
其中，所述第一区域具有较高的散热效果，使得位于光纤中央的最高的光照部分向四周并且主要沿方向d进行发散后，最终朝附图3中的方向e进入所述扩散组件104；并且通过设置所述第二区域，在两条光纤之间的较暗位置，亦产生一定的折组光线，减少在以往背光模组中常见的光栅阴影的缺陷；
进一步的，所述微结构区域的微结构分布，需要光在穿过时发生多次折射以及反射，优选地，需要通过计算机进行模拟光路的设计和测试后，确定其实际的轮廓和尺寸；
而在一些实施方式中，所述微结构区域存在于所述光扩散膜的两个表面，即所述扩散面301与所述接触面302；如附图4所示，为以方向e观察所述扩散面301的示意图；在所述扩散面301中，所述微结构区域的梯度结构中，多条棱的方向以第一方向布置；而从方向e的相反方向观察所述接触面302时，所述微结构区域的梯度结构中，多条棱的方向以与第一方向呈90°方向布置；通过以上设置，能够进一步优化光在各个方向上的均匀度；而在实际的需求中，可以根据所述背光照明模组的使用场景，或者根据生产成本的计算进行所述微结构区域的布局；
在一些实施方式中，所述微结构区域可以使用合适的模具和热固化聚合物或紫外光固化聚合物将微结构的形状浇铸到所述光学扩散膜的基底上，或者可以通过压缩成型或其他成型将形状压入热塑性基材中，或者可以使用挤出-压花或注塑成型与基材同时形成；
在一些实施方式中，所述微结构区域可以通过在所述光学扩散膜的基底上涂覆一表面层，再通过微形模具在表面层上进行微结构压制成型；
在一些实施方式中，可以使用已知的激光全息技术用于产生所述微结构区域的形状图案；利用表面层中混合的感光材料，通过激光雕刻产生所需的微结构区域；
在一些实施方式中，诸如用于半导体、显示器、电路板和本领域已知的其他常见技术中的投影或接触光刻可用于将微结构区域暴露到光敏材料中；在一个实施例中，使用掩模或使用聚焦和调制的激光束的激光烧蚀可用于产生包括材料中的标记的微结构区域；
在一些实施方式中，包括采用微机械加工技术，例如金刚石微铣技术，用于从固体材料产生所需的微结构区域；
在一些实施方式中，可以采用增材制造，例如3D打印技术产生所述微结构区域。
实施例二：
本实施例应当理解为至少包含前述任意一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进；
进一步的，为使所述光学扩散膜能够达到优秀的通光量以及光扩散效果，优选地，所述光学扩散膜采用以下材料和相关工艺设计；
所述光学扩散膜由含有由连续相及分散相所形成的有机分子材料组成；其中连续相系包含黏度平均分子量为15000至22000的聚碳酸酯系树脂，而所述分散相系包含分散于该连续相且对该聚碳酸酯系树脂的折射率差异的绝对值为在0.055至0.08的环状烯烃系树脂；所述聚碳酸酯系树脂的熔融流速(MFR)要求以300℃、1.2公斤负荷的条件下，其流量为150至180立方厘米/小时；该环状烯烃系树脂的熔融流速要求以260℃、2.16公斤负荷的条件，其流量为120至500立方公分/60分钟；且两者的比率，即聚碳酸酯系树脂的MFR与环状烯烃系树脂的MFR的比例为2至0.1；
优选地，所述光学扩散膜的表层含有自滑剂或者抗氧化剂的其中至少一样；
优选地，所述光学扩散膜中，所述连续相材料与所述分散相材料的质量比例为10至1；
优选地，所述光学扩散膜，其中分散相具有比1大的平均纵横比，且长轴方向系含有配向于薄膜的一定方向的粒子状分散相；
优选地，其中粒子状分散相之短轴的平均长度系0.01～10微米，且粒子状分散相的平均纵横比为10至100；
优选地，所述光学扩散膜中包括至少一个透明层；该透明层至少包括具有紫外线吸收剂或者光安定剂的其中之一种；
优选地，所述光学扩散膜的厚度为0.3至0.5毫米，且光学扩散膜的总光线透射率为90％以上。
实施例三：
本实施例应当理解为至少包含前述任意一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进；
通过以上设置的所述集束光纤中的多条光纤，其形成光路的长度都有所差异；其中，由于光纤中存在一定的能量衰减，若其中最短光路Lmin与最长光路Lmax的差值过大，将使得即使为同一个所述光源模组中的同一个所述光源所发出的光，在出射所述集束光纤后，亦出现在各条光纤的光的亮度出现差异，影响进入光照的均匀度；
同时，由于所述光源模组采用了模块化设计，能大大适应于当前逐渐流行的超宽屏比例的显示设备；目前的超宽屏比例的显示设备，例如设定为21：9或者26：9的屏幕比例下的显示设备，可以在其宽度方向上布置更多的所述光源模组，另不必要将单个所述光源模组的宽度进行加长；
因此，设定在一个所述光源模组中，光纤的最短光路Lmin与最长光路Lmax的比例值的一个阈值r0；优选地r0可以的取值为0.4至0.5之间；而在一些考虑光纤具有较大截面面积的实施方式中，r0可以的取值最小可以为0.3。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种LD背光照明模组结构，其特征在于，所述照明模组结构包括光源模组、面板模组，若干个所述光源模组设置在所述面板模组的四周；每个所述光源模组均包括光源，聚焦镜组件，集束光纤以及扩散元件；所述光源与所述聚焦镜组件连接，光源所发出的光线经过所述聚焦镜组件后，耦合进入所述集束光纤的第一端中；所述集束光纤包括若干条独立的光纤；所述集束光纤的第二端与所述扩散元件连接，使光源从所述集束光纤出射后，进入所述扩散元件，由所述扩散元件将光线作进一步扩散后进入所述面板模组的导光板中；
其中，所述扩散元件的与所述集束光纤的第二端的连接部位设置有光学扩散膜；所述光学扩散膜包括基板以及在基板的至少一面上的若干个微结构区域；在每个所述微结构区域上具有不同尺寸和/或形状的梯度结构；
所述基板包括接触面和扩散面，设定所述集束光纤中光纤与所述基板的连接面为所述基板的所述接触面；所述基板的相对所述接触面的另一面为所述基板的扩散面；所述微结构区域至少设置于所述扩散面上；或者，所述微结构区域设置于所述接触面以及所述扩散面上；
并且，每个所述微结构区域以所述集束光纤中每条光纤与所述基板的接触面的接触点为几何中心；所述微结构区域包括第一区域以及第二区域；其中，以所述接触点为几何中心的面积为S1的区域为第一区域；沿所述扩散元件的长度方向扩展所述第一区域达到面积为S2的第二区域；
所述微结构区域通过所述梯度结构，使得光线在所述第一区域引起第一级光扩散强度，并且在所述第二区域引起第二级光扩散强度，并且第二级光扩散强度小于第一级光扩散强度；
并且，要求所述集束光纤中，光纤的最短光路Lmin与最长光路Lmax的比例值r＝Lmin/Lmax大于一个比例阈值r0；根据比例值r设定所述光源模组的长度和宽度，并且根据所述光源模组的长度和宽度以及所述照明模组结构应用的屏幕尺寸，决定采用的所述光源模组的数量。
2.如权利要求1所述一种LD背光照明模组结构，其特征在于，所述光源为RGB三色半导体二极管。
3.如权利要求2所述一种LD背光照明模组结构，其特征在于，所述微结构区域的形状为具有若干条凸起的脊柱的梯度结构；其中每条脊柱的顶部为直线棱，并且若干条所述脊柱的顶部直线棱均相互平行。
4.如权利要求3所述一种LD背光照明模组结构，其特征在于，所述第一区域以对应的所述接触点为几何中心，将经过所述几何中心且垂直于基板的一个面设为中心面，所述第一区域上的梯度结构以所述中心面为中心逐渐向两侧降低高度。
5.如权利要求4所述一种LD背光照明模组结构，其特征在于，所述接触面的梯度结构对应的直线棱与所述扩散面的梯度结构对应的直线棱互相正交设置。
6.如权利要求5所述一种LD背光照明模组结构，其特征在于，所述扩散元件在长度方向的截面为矩形。
7.如权利要求6所述一种LD背光照明模组结构，其特征在于，所述面板模组结构由内至外依次为反射片、导光板、下扩散片、反射偏光片、液晶屏。
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