CN1743912A - 导光板和背光模组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于液晶显示领域的的导光板和背光模组。为解决现有的导光板需加设光学膜片才能使背光模组的出射光垂直出射的技术问题，本发明的导光板包括一入射面、一出射面和一设有增反膜的反射面，其中，该反射面形成有若干朝该导光板外部凸出且角度一致的V型微结构，其顶角为40－95度，其与反射面所在平面所形成的第一和第二底角分别为70－90度以及15－50度。可使得至少部分由光源发出的光线经入射面进入该导光板内，经该反射面反射后沿垂直于出射面的方向出射。因此，该导光板与光源结合可实现传统背光模组的功能，能简化系统，提高性能。本发明还提供有使用该导光板的背光模组。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种应用于液晶显示领域的导光板和背光模组，尤其涉及一种侧光式的导光板和背光模组。
【背景技术】
导光板(Light Guide Plate，LGP)主要包括光入射面、反射面、出射面和几个侧面，是液晶显示背光模组系统中的重要组成部分。其作用是引导分散点光源(例如发光二极管)或线光源(例如冷阴极管)发出的光从一个平面出射，同时提高面板发光灰度和发光亮度的均匀性。导光板一般采用合成树脂材料制成，其基板形状分为平板型和楔型曲面型。
进入导光板的光线将根据全发射原理在板内传播，当光线遇到导光板表面的微结构(pattern)时，全发射条件被破坏，光线自导光板正面射出，疏密、大小不同的微结构设计，可以使导光板均匀发光。导光板微结构制造技术可以分成两大类：印刷式和非印刷式。前者利用网印方式将油墨印在导光板上，制作微结构形状和分布。后者则直接以射出成型技术，将微结构设计在模具内，在制成上较为简化，而且精密度高，是目前导光板技术主流。非印刷式制作方法又分为：化学刻蚀法、激光直写法和精密机械加工法等。
随着液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)在诸如手机、车载显示器、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)以及电视机等应用领域的拓展，对以导光板为主的背光技术提出了更高要求，主要表现在：高亮度、低成本、低能耗、轻薄化等。
如图1所示，目前传统的背光模组10，包括光源11、导光板13与反射板12、扩散片14以及增亮片15等光学膜片。其中反射片12是将未被散射的光线再导入导光板13中，扩散片14使光线形成漫射而均匀扩散，消除导光板上微结构形成的亮区，增亮片15起到会聚光线，提高亮度的作用。
然而，从光束的出射角度看，上述的导光板的设计不考虑角度控制，因此从导光板出射面出射的光束将背离光源而不是垂直出射面。这样的光束经过扩散片和增亮片等光学膜的作用后，才会以垂直于出射面的方向射向LCD，达到实际使用要求。
又如图2所示，2000年10月10日公告的第6,130,930号美国专利揭示一种反射面具有V型微结构的导光板20，该V型微结构的表面设计成镜面，从而可以去除反射片。
但是，该背光装置的导光板没有角度控制功能，所以还是要外加增亮片、扩散片等光学膜片，以使最终出射光能够垂直射出。
因此，有必要提供一种不需加设光学膜片而能使出射光垂直出射面射出的导光板及应用该种导光板的背光模组。
【发明内容】
本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种导光板，可以不需加设光学膜片而能使出射光垂直出射面射出。
本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种背光模组，其具有上述导光板，从而可以不需加设光学膜片而实现使出射光垂直出射的功能。
为解决上述第一个技术问题，本发明提供的技术方案是：一种导光板，包括一入射面、一出射面和一设有增反膜的反射面。其中，该反射面形成有若干朝该导光板外部凸出且角度一致的V型微结构，其顶角为40-95度，其与反射面所在平面所形成的第一和第二底角分别为70-90度以及15-50度，该顶角与第一和第二底角的总和为180度。使用时，至少部分由光源发出的光线经入射面进入该导光板内，经该反射面的V型微结构反射后沿垂直于出射面的方向出射。
所述V型微结构可沿背离该入射面的方向由疏至密排布。
所述V型微结构可沿背离该入射面的方向由小到大排布。其中，V型微结构的尺寸可按以下公式排布：y＝0.0001x2+0.0005x+0.0023，其中，x是V型微结构的位置坐标，y是V型微结构宽度值，随x的增加而增加。
所述V型微结构的宽度范围不超过200微米。其中，最佳宽度范围为10-112微米。
所述V型微结构为棱柱型，沿入射面的一侧向其相对的另一侧延伸，且各个V型微结构相互平行排列。其中，在各V型微结构中，其任一顶点距离该反射面所在平面的高度一致。
所述V型微结构的第二底角为30度。其中，V型微结构的顶角可为65度。
所述导光板可为平板或楔型板。
为解决上述第二个技术问题，本发明提供的技术方案是：一种背光模组，包括一侧光源和一导光板，其中该导光板包括一入射面、一出射面和一设有增反膜的反射面，其特征在于，该反射面形成有若干朝该导光板外部凸出且角度一致的V型微结构，其顶角为40-95度，其与反射面所在平面所形成的第一和第二底角分别为70-90度以及15-50度，该顶角与第一和第二底角的总和为180度。使用时，至少部分由侧光源发出的光线经入射面进入该导光板内，经该反射面的V型微结构反射后沿垂直于出射面的方向出射。
相对于现有技术，本发明控制V型微结构的角度以及具有高反射特性的反射面，可以方便的将导光板的出射光控制在垂直出射面的方向上，最大限度的利用了光能。这样的导光板及由其组成的背光模组在功能上提高了亮度，在结构上去除了传统背光膜组的反射片、扩散片和增亮片等光学膜，简化了系统，提高了性能。
同时本发明通过调节V型微结构的分布和密度可以控制出射光亮度的均匀性，使得在垂直和平行于光源光束传播的两个方向上的均匀性在82％以上，而且这两个方向的光束出射角半宽小于30度，可见大部分光束沿垂直于导光板的出射面方向射出。
【附图说明】
图1为传统的背光模组的结构示意图；
图2为现有技术的第6,130,730号美国专利所揭示的导光板的截面示意图；
图3为本发明提供的平板型导光板的立体示意图；
图4为沿图3局部IV的放大图；
图5为本发明提供的平板型导光板的光路示意图；
图6为本发明的平板型导光板沿平行于光源光束传播方向(水平方向)的归一化光亮度与角度的关系曲线；
图7为本发明的平板型导光板沿垂直于光源光束传播方向(垂直方向)的归一化光亮度与角度的关系曲线；
图8为图6中归一化亮度随距离光源远近(沿光束传播方向)的位置变化的关系曲线；
图9为图7中归一化亮度随位置(沿垂直于光束传播方向)变化的关系曲线；
图10为本发明提供的楔型导光板的立体示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请一并参阅图3至图5，本发明所提供的一种平板型导光板30，包括一入射面31、一出射面33、一与该出射面33相对的反射面32以及其他三个侧面(未标示)。其中，入射面31形成于导光板30临近光源40的侧面。出射面33形成于该导光板30的顶面。反射面32形成于导光板30的底面，其设有增反膜36。
重要的是，该反射面32还形成有若干V型微结构320，其沿背离该出射面31的方向向导光板30的外部凸起。V型微结构320的顶角θ1在40-95度之间，其与反射面32所在平面所形成的第一和第二底角θ2、θ3分别为70-90度以及15-50度。当然，顶角θ1与第一和第二底角θ2、θ3相加的总和应等于180度。
使用时，光源40发出的部分光线经入射面31进入该导光板30内，到达反射面32的V型微结构320并产生反射，沿垂直于出射面33的方向由出射面33射出。
在本实施例中，V型微结构320的顶角θ1为65度，较大的第一底角θ2为85度，较小的第二底角θ3为30度。
另外，为提高出射光的均匀性，该多个V型微结构320的尺寸沿背离该入射面31的方向是由小到大排布的。即其靠近光源处的V型微结构320较小，远离光源处的V型微结构320较大。需注意的是，该V型微结构320尺寸的递增方式一般呈非线性规律，并将根据导光板材料特性和出射光亮度均匀性的要求而需具体设计。其递增方式可通过以下公式表示：
y＝0.0001x2+0.0005x+0.0023；
其中，x是V型微结构320与入射面31之间的平均距离，y是320微结构宽度值，随x的增加而增加。
应指出的是，各V型微结构320的最小宽度L最好在10微米，但是可以根据加工工艺水平，小于10微米。其最大宽度L可在200微米，以使得人眼不容易通过LCD看出导光板30上的V型微结构320，从而可以去除会造成很大能量损失的扩散片。本实施例的V型微结构320的宽度L最小为10微米，最大为112微米。
同时，该多个V型微结构320沿背离入射面31的方向是由疏至密排布的。即其排列密度距离光源40越近越稀疏，每相邻两V型微结构320间距较大；距离光源40越远越密集，每相邻两V型微结构320间距较小。
在实际使用过程中，如果导光板30有局部透光亮度偏高的现象，可以缩小V型微结构的大小以及降低V型微结构的排列密度；反之，如果局部透光亮度偏低，可以增大V型微结构的大小和增加V型微结构的排列密度。
另外，为便于进行精密机械加工，本实施例中的V型微结构320设计为棱柱型，沿入射面31的一侧延伸至其相对的另一侧，连续无断裂。在各V型微结构320中，其任一顶点距离该反射面所在平面的高度一致。同时，各个V型微结构320相互平行排列。
导光板30一般由合成树脂材料制成，本实施例的导光板30的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
增反膜36可为一金属或者介质镀膜，如铝膜。反射面32包括凸出的V型微结构320通过镀膜等工艺具有高的反射率。为提高能量利用率，除入射面31外的三个侧面，也应该具有高的反射率，可以通过镀增反膜36来实现。
光源40可为点光源，例如发光二极管，也可为线光源，例如冷阴极管。该光源40装在一U型灯罩41之中，该U型灯罩41的开口正对该导光板30的入射面31，用以防止光线泄漏并使光线尽数通过该入射面31进入导光板30内。
请一并参阅图6和图7，其反映出射光束的角度分布情况。可以看出两个方向的角度半宽都在30度以内，大部分光束沿垂直于导光板30的出射面33方向射出。
请一并参阅图8和图9，其显示亮度随位置的变化情况，并反映出导光板30出射亮度的均匀性情况。其中图8显示出图6中的归一化亮度随距离光源远近的变化情况，图9为图7中的归一化亮度随位置(沿垂直于光束传播方向)的变化情况。从中可以看出导光板30的亮度在如上两个方向保持在82％以上的均匀性。
请参阅图10，上述V型微结构320的设计同样可应用于楔型导光板中。在该实施例中，本发明提供的楔型导光板90，包括一入射面91、一出射面93、一反射面92以及其他三个侧面。其中，入射面91形成于导光板90临近光源80的侧面。出射面93形成于该导光板90的顶面。反射面92形成于导光板90的底面，其设有增反膜(未标示)。
类似的，该反射面92还形成有若干V型微结构920，向导光板90的外部凸起。V型微结构920的顶角以及其与反射面92所在平面所形成的第一和第二底角的范围均与前一实施例中的相同。
使用时，光源80发出的部分光线经入射面91进入该导光板90内，到达反射面92的V型微结构920并产生反射，沿垂直于出射面93的方向由出射面93射出。
值得注意的是，主要由侧光源与导光板30或90所组成的背光模组，在结构上去除了传统背光膜组的反射片、扩散片和增亮片等光学膜，并可以将出射光控制在垂直出射面的方向上，从而实现传统背光膜组的功能，因此同样属于本发明所要求保护的主题。
本发明控制V型微结构的角度以及具有高反射特性的反射面，可以方便的将导光板的出射光控制在垂直出射面的方向上，最大限度的利用了光能。这样的导光板在功能上提高了亮度，在结构上去除了传统背光膜组的反射片、扩散片和增亮片等光学膜，简化了系统，提高了性能。
同时本发明通过调节V型微结构的分布和密度可以控制出射光亮度的均匀性，使得在垂直和平行于光源光束传播的两个方向上的均匀性在82％以上，而且这两个方向的光束出射角半宽小于30度，可见大部分光束沿垂直于导光板的出射面方向射出。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (12)
1.一种导光板，包括一入射面、一出射面和一设有增反膜的反射面，其特征在于，该反射面形成有若干朝该导光板外部凸出且角度一致的V型微结构，其顶角为40-95度，其与反射面所在平面所形成的第一和第二底角分别为70-90度以及15-50度，该顶角与第一和第二底角的总和为180度。
2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述V型微结构沿背离该入射面的方向由疏至密排布。
3.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述V型微结构沿背离该入射面的方向由小到大排布。
4.如权利要求3所述的导光板，其特征在于，所述V型微结构的尺寸按以下公式排布：y＝0.0001x2+0.0005x+0.0023，其中，x是V型微结构与入射面之间的平均距离，y是V型微结构宽度值，随x的增加而增加。
5.如权利要求1至4任一项所述的导光板，其特征在于，所述V型微结构的宽度范围不超过200微米。
6.如权利要求5所述的导光板，其特征在于，所述V型微结构的宽度范围为10-112微米。
7.如权利要求1至4任一项所述的导光板，其特征在于，所述V型微结构为棱柱型，沿入射面的一侧向其相对的另一侧延伸，且各个V型微结构相互平行排列。
8.如权利要求7所述的导光板，其特征在于，所述各V型微结构中，其任一顶点距离该反射面所在平面的高度一致。
9.如权利要求1至4任一项所述的导光板，其特征在于，所述V型微结构的第二底角为30度。
10.如权利要求9所述的导光板，其特征在于，所述V型微结构的顶角为65度。
11.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述导光板为平板或楔型板。
12.一种背光模组，包括一侧光源和一导光板，其中该导光板包括一入射面、一出射面和一设有增反膜的反射面，其特征在于，该反射面形成有若干朝该导光板外部凸出且角度一致的V型微结构，其顶角为40-95度，其与反射面所在平面所形成的第一和第二底角分别为70-90度以及15-50度，该顶角与第一和第二底角的总和为180度。
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