WO2012145978A1 - 背光模组及液晶显示装置 - Google Patents

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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0016—Grooves, prisms, gratings, scattering particles or rough surfaces

Definitions

  • the backlight module usually adopts two kinds of light input modes, that is, an edge light type and a direct type.
  • the edge-lit backlight module needs to use a light guide plate (LGP) and a light source disposed on a side of the light guide plate, such as a CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) or an LED (Light Emitting Diode), wherein the LED is a point light source.
  • LGP light guide plate
  • CCFL Cold Cathode Fluorescent Lamp
  • LED Light Emitting Diode
  • a backlight module including a light guide plate and at least one point light source for providing light to the light guide plate, wherein the area of the light guide plate corresponding to the point light source includes a main light area and a sub light guide area, and the main light area is a point light source As an origin, an angled sector region extending inside the light guide plate, and the dominant light region For the region where the incident light intensity is greater than half of the highest brightness of the point source, the secondary light guiding region is disposed on both sides of the dominant light region and is an area where the incident light intensity is less than half of the highest brightness of the point light source, and the plurality of secondary light guiding regions are disposed.
  • a micro-scattering structure for scattering light entering the secondary light guiding region.
  • the dominant light zone is an area where the incident light intensity is greater than half of the highest brightness of the point light source
  • the secondary light guide area is an area where the incident light intensity is less than half of the highest brightness of the point light source.
  • the plurality of micro-scattering structures have a rectangular cross section, and the short sides of the rectangles face the point source.
  • the dominant light zone is an area where the incident light intensity is greater than half of the highest brightness of the point light source
  • the secondary light guide area is an area where the incident light intensity is less than half of the highest brightness of the point light source.
  • the micro-scattering structure increases the divergence angle of the light entering the secondary light guiding region, and the brightness of the light entering the secondary light guiding region tends to be uniform.
  • the side surface of the micro-scattering structure is one or more of a triangle, a rectangle, a polygon, a circle, a semicircle, a fan, and an irregular shape.
  • the micro-scattering structure is one or more of a hollow or filled scattering material.
  • the cross section of the scattering structure is sector-shaped, and the apex angle of the sector faces the point source.
  • the distribution density of the plurality of micro-scattering structures is positively correlated with the distance from the point source.
  • FIG. 4 is a schematic structural view of a fourth embodiment of a backlight module of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic structural view of a sixth embodiment of a backlight module of the present invention.
  • the specific shape of the light guide plate 11 is not limited and may be made of a rectangular, wedge-shaped, or even irregularly shaped transparent material.
  • the light guide plate 11 includes at least a light incident surface 111, a light exit surface 112 substantially perpendicular to the light incident surface 111, and a bottom surface (not shown) opposite to the light incident surface.
  • the light source 13 is disposed on the light incident surface 111 side of the light guide plate 11 and causes the LED 132 to face the light incident surface 111 to inject the light emitted from the LED 132 into the light guide plate 11.
  • the light guide plate 11 re-transmits the received LED light. After the optical distribution, the emitted light uniformly emitted from the light-emitting surface 112 is formed.
  • the micro-scattering structure 618 closer to the LED 632 has a lower density of distribution, and the light emitted by the LED 632 is less scattered, so as to prevent the light emitted by the LED 632 from being transmitted to a farther region; the light transmission distance with the LED 632
  • the distribution density of the micro-scattering structure 618 gradually increases, thereby increasing the scattering of the light emitted by the LED 632, so that the probability of the light emitted by the LED 632 emerging in the area increases. Therefore, the distribution of light emitted by the LED 632 in the area is relatively uniform.
  • micro-scattering structure in the above embodiment may be formed during the injection molding process of the light guide plate, or may be hollowed out in the post-processing, and filled with a suitable transparent scattering material in the hollowed-out micro-scattering structure as needed.

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Description

背光模组及液晶显示装置
【技术领域】
本发明涉及液晶显示领域， 特别是涉及一种背光模组及应用该背光模组的 液晶显示装置。
【背景技术】
目前， 液晶显示装置凭借轻薄、 省电、 低辐射等优点， 已广泛应用于电脑 显示器、 电视机、 笔记本电脑、 移动电话、 数码相机等各种电子产品。 由于液 晶本身不发光， 因此需要背光模组为液晶显示装置提供面光源。
现有技术中， 背光模组通常釆用两种入光方式， 即侧光式和直下式。其中， 釆用侧光式的背光模组需要使用导光板（LGP )和设置在导光板侧边的光源， 如 CCFL (冷阴极萤光灯）或 LED (发光二极管）， 其中 LED为点光源， 一般需要 在导光板侧边设置多个。 由于 LED入射到导光板的光型为朗伯体， 即在一定辐 射角度内， 如半光强区内， 光线较为均勾且亮度高， 超过某一辐射角度后， 如 超过如半光强区后， 光线亮度急剧下降， 且亮度极为不均匀。 相邻的多个 LED 的非半光区相互重叠， 多个亮度非均匀的光场相互叠加， 从而形成亮度更加不 均匀的区域， 即形成热点 （hotspot ) 区域， 热点区域会极大影响液晶显示装置 的成像质量。
【发明内容】
本发明主要解决的技术问题是提供一种背光模组及液晶显示装置， 其能够 降低或消除导光板常见的热点现象， 提升应用导光板的背光模组和液晶显示装 置的显示质量。
提供一种背光模组， 包括导光板及为导光板提供光线的至少一个点光源， 所述导光板对应点光源的区域包括主导光区及副导光区， 所述主导光区为以点 光源为原点， 向导光板内部延伸的具有一定角度的扇形区域， 且所述主导光区 为入射光线强度大于点光源最高亮度一半的区域， 所述副导光区设置在主导光 区两侧且为入射光线强度小于点光源最高亮度一半的区域， 所述副导光区内设 置多个微散射结构， 用于散射进入副导光区的光线。
提供一种背光模组， 包括导光板及为导光板提供光线的至少一个点光源， 所述导光板对应点光源的区域包括主导光区及副导光区， 所述副导光区内设置 多个微散射结构， 用于散射进入副导光区的光线。
根据本发明一优选实施例， 所述主导光区为以点光源为原点， 向导光板内 部延伸的具有一定角度的扇形区域， 所述副导光区设置在主导光区两侧。
根据本发明一优选实施例， 所述主导光区为入射光线强度大于点光源最高 亮度一半的区域， 所述副导光区为入射光线强度小于点光源最高亮度一半的区 域。
根据本发明一优选实施例， 所述微散射结构增大进入到副导光区的光线的 发散角度， 并使进入到副导光区的光线亮度趋向均匀化。
根据本发明一优选实施例， 所述微散射结构的侧面为三角形、 矩形、 多边 形、 圓形、 半圓形、 扇形、 不规则形状中的一种或多种。
根据本发明一优选实施例， 所述微散射结构为中空或填充散射材料中的一 种或多种。
根据本发明一优选实施例， 所述微散射结构的截面为扇形， 且所述扇形的 顶角朝向所述点光源。
根据本发明一优选实施例， 所述多个微散射结构的分布密度与其距离所述 点光源的距离成正相关的关系。
根据本发明一优选实施例， 所述多个微散射结构的截面为矩形， 且所述矩 形的短边朝向所述点光源。
提供一种液晶显示装置， 包括背光模组， 所述背光模组包括导光板及为导 光板提供光线的至少一个点光源， 所述导光板对应点光源的区域包括主导光区 及副导光区， 所述副导光区内设置多个微散射结构， 用于散射进入副导光区的 光线。
根据本发明一优选实施例， 所述主导光区为以点光源为原点， 向导光板内 部延伸的具有一定角度的扇形区域， 所述副导光区设置在主导光区两侧。
根据本发明一优选实施例， 所述主导光区为入射光线强度大于点光源最高 亮度一半的区域， 所述副导光区为入射光线强度小于点光源最高亮度一半的区 域。
根据本发明一优选实施例， 所述微散射结构增大进入到副导光区的光线的 发散角度， 并使进入到副导光区的光线亮度趋向均匀化。
根据本发明一优选实施例， 所述微散射结构的侧面为三角形、 矩形、 多边 形、 圓形、 半圓形、 扇形、 不规则形状中的一种或多种。
根据本发明一优选实施例 , 所述微散射结构为中空或填充散射材料中的一 种或多种。
根据本发明一优选实施例 , 所述 散射结构的截面为扇形， 且所述扇形的 顶角朝向所述点光源。
根据本发明一优选实施例 , 所述多个微散射结构的分布密度与其距离所述 点光源的距离成正相关的关系
根据本发明一优选实施例 , 所述多个微散射结构的截面为矩形， 且所述矩 形的短边朝向所述点光源。
本发明的有益效果是： 导光板内的微散射结构可以使半光强区外的入射光 线向更大角度范围散射， 从而增强半光强区外光线均匀度， 并提高半光强区外 的光线出射强度。 这样相邻的点光源在同一个半光强区外的光线发生重叠时， 可增加光线均匀度， 并使半光强区外的光线亮度更趋向于半光强区内的光线亮 度， 从而显著地降低或消除热点现象的产生， 提升背光模组及液晶显示装置的 显示口口/贝 。
【附图说明】 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案， 下面将对实施例描述中所 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发明 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。 其中：
图 1是本发明背光模组的第一实施例的结构示意图；
图 2是本发明背光模组的第二实施例的结构示意图；
图 3是本发明背光模组的第三实施例的结构示意图；
图 4是本发明背光模组的第四实施例的结构示意图；
图 5是本发明背光模组的第五实施例的结构示意图；
图 6是本发明背光模组的第六实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
请参见图 1 , 图 1是本发明背光模组的第一实施例的结构示意图。 如图 1所 示， 本实施例的背光模组 10包括导光板 11以及与导光板 11配合使用以提供照 明光线的光源 13。背光模组 10还可以包括一些其他功能的光学膜片，如扩散片、 棱镜片等， 在此不再一一列举。
在本实施例中，光源 13为 LED条，包括 LED安装条 131和一个或多个 LED 132。 多个 LED 132以一定的规则和间隔空间安装排列在 LED安装条 131上。
导光板 11的具体形状不限， 可以为矩形、 楔形、 甚至是不规则形的透明材 料制成。 导光板 11至少包括入光面 111、 大致垂直于入光面 111 的出光面 112 以及与入光面相对的底面 （未标示）。 光源 13设置在导光板 11的入光面 111一 侧， 并使 LED 132正对入光面 111 , 以将 LED 132发出的光线射入导光板 11 , 导光板 11将接收到的 LED光线重新进行光学分配后，形成从出光面 112均匀出 射的出射光。
值得注意的是， 为了方便的描述本实施例， 图 1所示的背光模组 10中， 仅 示出了一个 LED 132以及与一个 LED 132对应的部分导光板 11 , 导光板 11其 他对应 LED 132的类似区域具有类似的结构和配置， 在此不再——列举。 虽然 LED 132—般具有一定的面积， 但在实际配置中， 其面积较小， 可将 LED 132看作是点光源来处理。 一般的， LED 132出射光的光线为扇形分布， 一 般能够有效利用的为其半光强区（即光线亮度衰减到最高亮度一半的扇形区域）。
进一步地， LED 132发射的半光强区的光线经入光面 111进入导光板 11 , 由于光线在空气中和导光板 11基面上形成折射，从而在导光板 11正对 LED 132 的区域内形成不同于空气中的半光强区。 设导光板 11内的半光强区辐射角度为 正负 Θ度， 如 LED 132在空气中的半光强区角度为 60度， 则导光板内的半光强 区角度计算方法公式（ 1 )所示：
sin 60 _ nLGP
sin Θ nair
(1)
其中" ^为导光板 u的折射率， 为空气的折射率， Θ为导光板 11内的半 光强区角度。
如果导光板 11选用折射率大约为 1.48的聚曱基丙烯酸曱酯（PMMA )材料 制成， 则
sin 60 _ nLGP _ 1.48
sin Θ nmr 1
^ = 35.81° 进一步地， 在导光板 11内的半光强区之内， 即正负 Θ角度范围内， 导光板 11的材料和结构为均匀的， 在此区域内， LED 132光线的传播不受干扰， 形成 较为均匀的光强； 在导光板 11内的半光强区之外， 即正负 Θ角度范围外， 设置 有多个微散射结构 118, 微散射结构 118可以是空气泡或镂空结构， 也可以是不 同于导光板 11主体的其他透明或半透明散射材料， 如玻璃、 水晶、 硅胶树脂等 填充物， 只要能够达到散射光线的目的即可， 微散射结构 118 可以贯穿导光板 11。 另外， 微散射结构 118 的形状也不受限制， 其截面形状可以是三角形、 矩 形、 多边形、 圓形、 半圓形、 不规则形状等， 如图 2、 图 3、 图 4以及图 5分别 所示的微散射结构 218、 318、 418、 518。 图 1所示的导光板 11内的半光强区内 的区域可以视为主导光区， 半光强区外的区域可以视为副导光区。 通过改变副 导光区的光学配置， 从而达到优化导光板 11导光效果的目的。
更进一步地， 微散射结构的截面的短边朝向点光源。 具体的， 如图 1 所示 的矩形截面的微散射结构 118的短边朝向 LED 132;图 2所示的半圓截面的微散 射结构 218的尖角朝向 LED 232; 图 3所示的三角形截面的 散射结构 318的 锐角朝向 LED 332;图 5所示的扇形截面的微散射结构 518的顶角朝向 LED 532。 如微散射结构的截面中心对称， 则不受此规则限制， 可自由设置， 如图 4 所示 的圓形截面的微散射结构 418与 LED 432的关系。
LED 132发出的光线进入半光强区外时， 光线在导光板 11主体和微散射结 构 118的界面发生反射和折射， 从而扩大 LED 132光线的发射角。 具体的， 由 于对微散射结构 118 的进行特殊设计， 散射光线将发散至更大的角度， 如图 1 中的光线 Ll、 L2所示， 这样反射光线 Ll、 L2向更大的角度反射， 进入更宽的 散射区域， 从而使 LED 132的半光强区外的发散角度更大、 更均匀； 对于由微 散射结构 118折射的光线， 如图 1中的光线 L3所示， 通过优化微散射结构 118 结构， 也可使折射光线的发散角度更大； 另外， 当微散射结构 118 的折射率大 于导光板 11主体的折射率时，在微散射结构 118和导光板 11主体界面可能发生 全反射的现象， 全反射也有助于将光线反射到更大的散射角度方向， 这也有利 于半光强区外的光线均匀性。
通过上述配置， 微散射结构 118 可以使半光强区外的入射光线向更大角度 范围散射， 从而增强半光强区外光线均匀度， 并提高半光强区外的光线出射强 度。 这样相邻的 LED 132在同一个半光强区外的光线发生重叠时， 可增加光线 均匀度， 并使半光强区外的光线亮度更趋向于半光强区内的光线亮度， 从而显 著地降低或消除热点现象的产生， 提升背光模组 10的品质。
进一步地， 如图 6所示的又一实施方式的背光模组 60, 图 6所示的背光模 组 60与图 1所示的背光模组 10结构和配置相似， 其主要区别点在于： 导光板 61的半光强区外的微散射结构 618的分布密度与其距离 LED 632的距离成正相 关的关系， 即， 越是部近 LED 632的微散射结构 618的分布密度越低， 越是远 离 LED 632的微散射结构 618的分布密度越高。 这样， 距离 LED 632较近的微 散射结构 618分布密度小， LED 632发出的光线被散射的也较少，避免影响 LED 632发出的光线传输到更远的区域； 随 LED 632发出的光线传输距离的增加， LED 632发出的光线的光亮度逐渐降低，微散射结构 618的分布密度逐渐增加， 从而增加对 LED 632发出的光线的散射， 这样使 LED 632发出的光线在该区域 出射的几率增加。 从而保证该区域 LED 632发出的光线的分布比较均匀。
当然对于不同规格的背光模组的设计， LED 和导光板的参数不同， 微散射 结构的参数设置也应相应的改变， 以能够使半光强区外的光线出射更加均匀。
上述实施例中的微散射结构可以是在导光板注塑成型过程中形成， 也可以 在后期加工中镂空设计， 并根据需要在镂空的微散射结构中填充合适的透明的 散射材料。
值得注意的是， 本领域技术人员完全可以选择背光模组的具体要求， 合理 的改变微散射结构的具体配置， 以完成本发明。
此外， 本发明还进一步提供了一种釆用上述背光模组的液晶显示装置。 该 液晶显示装置包括液晶显示面板和上述背光模组， 背光模组邻近液晶显示面板 设置， 以为液晶显示面板提供亮度充足且均匀的面光源。
以上所述仅为本发明的实施例， 并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利 用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换， 或直接或间接运 用在其他相关的技术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

权 利 要求
1、 一种背光模组， 包括导光板及为导光板提供光线的至少一个点光源， 其 特征在于， 所述导光板对应点光源的区域包括主导光区及副导光区， 所述主导 光区为以点光源为原点， 向导光板内部延伸的具有一定角度的扇形区域， 且所 述主导光区为入射光线强度大于点光源最高亮度一半的区域， 所述副导光区设 置在主导光区两侧且为入射光线强度小于点光源最高亮度一半的区域， 所述副 导光区内设置多个微散射结构， 用于散射进入副导光区的光线。
2、 一种背光模组， 包括导光板及为导光板提供光线的至少一个点光源， 其 特征在于， 所述导光板对应点光源的区域包括主导光区及副导光区， 所述副导 光区内设置多个微散射结构， 用于散射进入副导光区的光线。
3、 根据权利要求 2所述的背光模组， 其特征在于， 所述主导光区为以点光 源为原点， 向导光板内部延伸的具有一定角度的扇形区域， 所述副导光区设置 在主导光区两侧。
4、 根据权利要求 2所述的背光模组， 其特征在于， 所述主导光区为入射光 线强度大于点光源最高亮度一半的区域， 所述副导光区为入射光线强度小于点 光源最高亮度一半的区域。
5、 根据权利要求 2所述的背光模组， 其特征在于， 所述微散射结构增大进 入到副导光区的光线的发散角度， 并使进入到副导光区的光线亮度趋向均匀化。
6、 根据权利要求 2所述的背光模组， 其特征在于， 所述微散射结构的截面 为三角形、 矩形、 多边形、 圓形、 半圓形、 扇形、 不规则形状中的一种或多种。
7、 根据权利要求 2所述的背光模组， 其特征在于， 所述微散射结构为中空 或填充散射材料中的一种或多种。
8、 根据权利要求 6所述的背光模组， 其特征在于， 所述微散射结构的截面 为扇形， 且所述扇形的顶角朝向所述点光源。
9、 根据权利要求 2所述的背光模组， 其特征在于， 所述多个微散射结构的 分布密度与其距离所述点光源的距离成正相关的关系。
10、 根据权利要求 6 所述的背光模组， 其特征在于， 所述多个微散射结构 的截面为矩形， 且所述矩形的短边朝向所述点光源。
11、 一种液晶显示装置， 包括背光模组， 所述背光模组包括导光板及为导 光板提供光线的至少一个点光源， 其特征在于， 所述导光板对应点光源的区域 包括主导光区及副导光区， 所述副导光区内设置多个微散射结构， 用于散射进 入副导光区的光线。
12、 根据权利要求 11所述的液晶显示装置， 其特征在于， 所述主导光区为 以点光源为原点， 向导光板内部延伸的具有一定角度的扇形区域， 所述副导光 区设置在主导光区两侧。
13、 根据权利要求 11所述的液晶显示装置， 其特征在于， 所述主导光区为 入射光线强度大于点光源最高亮度一半的区域， 所述副导光区为入射光线强度 小于点光源最高亮度一半的区域。
14、 根据权利要求 11所述的液晶显示装置， 其特征在于， 所述微散射结构 增大进入到副导光区的光线的发散角度， 并使进入到副导光区的光线亮度趋向 均匀化。
15、 根据权利要求 11所述的液晶显示装置， 其特征在于， 所述微散射结构 的截面为三角形、 矩形、 多边形、 圓形、 半圓形、 扇形、 不规则形状中的一种 或多种。
16、 根据权利要求 11所述的液晶显示装置， 其特征在于， 所述微散射结构 为中空或填充散射材料中的一种或多种。
17、 根据权利要求 15所述的液晶显示装置， 其特征在于， 所述微散射结构 的截面为扇形， 且所述扇形的顶角朝向所述点光源。
18、 根据权利要求 11所述的液晶显示装置， 其特征在于， 所述多个微散射 结构的分布密度与其距离所述点光源的距离成正相关的关系。
19、 根据权利要求 15所述的液晶显示装置， 其特征在于， 所述多个微散射 结构的截面为矩形， 且所述矩形的短边朝向所述点光源。
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