導光板、背光模組及顯示裝置的製作方法
2023-10-08 09:16:19
專利名稱：導光板、背光模組及顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及顯示技術，尤其涉及一種導光板、包括該導光板的背光模組及顯示裝置。
背景技術：
近年來，液晶顯示器得到的廣泛應用。由於液晶層本身並不發光，因此一般來說液晶顯示器中會使用到背光源。背光源一般包括光源及導光板。光源設置在導光板的底面或側面。也就是說底面或側面作為導光板的入光側。目前，隨著技術的發展，發光二極體等點光源已逐漸取代傳統的冷陰極螢光燈而應用於背光源。在傳統的液晶顯示器中，只要接通電源，即使顯示的畫面是一幅全黑的圖片，背光源也在工作。由於液晶層的透光率極低，要使液晶顯示器的亮度達到足以完美顯示畫面的程度，背光源的亮度就要非常高，這意味著在顯示一幅畫面時，對於不需要進行高亮度顯示的區域來說，其高亮度的光源完全被浪費了。隨著液晶顯示面板尺寸的不斷增大，為了達到節省和提高動態對比度的目的，出現了一種分區調整背光亮度的方法。即將液晶顯示面板的背光源劃分為若干個區域，通過對每個區域內的圖像進行分析，根據分析結果對每個背光源的亮度單獨進行控制。這種設計方式要求每個區域內的光線分布單獨可控。在側導光型液晶顯示器中，為實現背光源分區掃描的方式，不外乎使用導光板分割或使用發光面V形槽等形式幾何結構的導光板，前者需追加擴散板，以勻化分割處造成的亮斑，致使厚度增加且光效降低，後者則易因幾何結構受損造成材料成本增加。且掃描方式實施時，因為發光二極體發光角度大，仍有相當多的光行進至無效區外，無法完全充分利用光能。
發明內容
為解決上述問題，本發明的目的在於提供一種可降低光源光束角、提升背光模組實現分區掃描時的能量利用效率進而提升顯示裝置亮度的導光板、背光模組及顯示裝置。本發明上述各目的是通過以下的技術方案實現的
一種導光板，其包括相對的底面與出光面，分別與底面及出光面相接的入光側，以及分別與底面、出光面及入光側相接的側面；入光側上具有入光幾何結構陣列，入光幾何結構陣列包括多個入光幾何結構，每個入光幾何結構包括集光部及兩個相對設置的折光部，兩個折光部分別從集光部兩端延伸而出從而在該兩個折光部之間圍成可收容光源的凹陷，且每兩個相鄰入光幾何結構之間形成有槽口。在本發明另一實施例中，上述折光部具有面向凹陷的折射面及面向槽口並與折射面相對的全反射面，折射面設置成將來自該光源的光線折射向全反射面，全反射面設置成將來自折射面的光線全反射至與側面及出光面大體平行的方向。在本發明另一實施例中，上述全反射面與出光面垂直。
在本發明另一實施例中，上述全反射面在出光面的方向上的投影為拋物線、橢圓線、或者多段線。在本發明另一實施例中，上述導光板包括兩個相對的側面，多個入光幾何結構以等間距方式分布於兩個側面之間。在本發明另一實施例中，上述凹陷及槽口貫穿出光面與底面。在本發明另一實施例中，上述槽口在側面上投影的長度大於凹陷在側面上的投影的長度。在本發明另一實施例中，上述集光部具有頂面，頂面為凸向光源的凸面且頂面即為凹陷的底壁面。一種背光模組，其包括導光板及多個光源。導光板包括相對的底面與出光面，分別與該底面及該出光面相接的入光側，以及分別與該底面、該出光面及該入光側相接的側面；入光側上具有入光幾何結構陣列，入光幾何結構陣列包括多個入光幾何結構，每個入光幾何結構包括集光部及兩個相對設置的折光部，兩個折光部分別從集光部兩端延伸而出從而在該兩個折光部之間圍成可收容光源的凹陷，且每兩個相鄰的入光微結構之間形成有槽口。多個光源與多個入光幾何結構一一對應設置。一種顯示裝置，其包括背光模組及顯示層，該背光模組包括導光板及多個光源。導光板，其包括相對的底面與出光面，分別與該底面及該出光面相接的入光側，以及分別與該底面、該出光面及該入光側相接的側面；入光側上具有入光幾何結構陣列，入光幾何結構陣列包括多個入光幾何結構，每個入光幾何結構包括集光部及兩個相對設置的折光部，兩個折光部分別從集光部兩端延伸而出從而在該兩個折光部之間圍成可收容光源的凹陷，且每兩個相鄰的入光微結構之間形成有槽口。多個光源與多個入光幾何結構一一對應設置。顯示層設置於導光板的出光面上。上述背光模組中，通過將集光部的頂面設置為凸面，可使光源發射出的小角度(相對於其光軸)光線更進一部集中。而折光部將更多大角度光線折射至全反射面，而全反射面透過幾何結構設計，使之與到達的大多數光線角度超越臨界角，以促使光線進行全反射，並縮減整體光束角。上述背光模組的光線更集中於光源的前方，有助於提升背光掃描分區驅動時的能量表現，使分區掃描時，該區亮度得以相對提升。為讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例， 並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1為本發明實施例提供的背光模組的立體示意圖。圖2為圖1所示的背光模組的導光板的局部放大圖。圖3為圖2所示的導光板的局部光路示意圖。圖4為圖1的背光模組的光束角-相對光強分布示意圖。圖5為圖本發明實施例提供的顯示裝置的立體示意圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為實現預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的導光板、背光模組及顯示裝置的具體實施方式
、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。圖1為本發明實施例提供的背光模組的立體示意圖。請參閱圖1，背光模組100包括導光板10及多個光源20。光源20例如可為發光二極體。導光板10例如為矩形平板，其可由高透光率、折射率的透明材料例如聚碳酸酯 (Polycarbonate, PC)、聚甲基丙烯酸甲酸(Poly (methyl methacrylate), PMMA)、聚苯乙烯 (Polystyrene、PS)等製成。導光板10包括底面101、與底面101相對且平行的出光面102、 分別與底面101及出光面102相接的入光側103、及三個側面104。其中兩個側面104分別與底面101、出光面102及入光側103相接。以下如未特別註明則側面104是指與底面101、 出光面102及入光側103相接的側面104。入光側103上具有入光幾何結構陣列11。入光幾何結構陣列11包括多個入光幾何結構12。多個的入光幾何結構12例如可以連續設置或者以等間距方式分布於兩個側面 104之間。請一併參考圖2，每個入光幾何結構12包括兩相對設置的折光部121及位於兩折光部121之間的集光部122。每個入光幾何結構12的兩個折光部121分別從集光部122 的兩端向遠離導光板10主體的方向延伸而出，兩個折光部121和集光部122共同圍成可收容光源20的凹陷125。每兩個相鄰的入光幾何結構12之間形成有槽口 14。凹陷125與槽口 14例如可貫穿底面101與出光面102。凹陷125在出光面102上的投影大體上呈U形，集光部122的頂面126即為凹陷 125的底壁面。頂面1 例如可為向光源20凸出的凸面，但本發明並不以此為限。由於集光部122的頂面126向光源20方向凸出，如此，集光部122相當於一個凸鏡，可對光源20 發出的光線起匯聚作用。頂面126的具體輪廓可根據具體的光線匯聚要求設計。例如，請參考圖2，集光部122的頂面1 可將光源20發出的光束匯聚折射成大體平行於側面104 的平行光束。槽口 14在出光面102上的投影大體上呈類似V形，但此類似V型的兩個邊為拋物線、橢圓線、或者多段線。因此，每相鄰的兩個入光幾何結構12的全反射面IM是相接的。 當然，每相鄰的兩個入光幾何結構12的全反射面IM還可以間隔一定距離。如此，則槽口 14在出光面102上的投影類似於U形。折光部121具有面向該折光部121圍成的凹陷125的折射面123及面向與該凹陷 122相鄰的槽口 14並與折射面123相對的全反射面124。即，折射面123為凹陷125的側壁面，而全反射面為槽口 14的側壁面。折射面123設置成將來自光源20的光線折射至全反射面1 且儘可能增大光線在全反射面1 上的入射角。折射面123例如可為平面，其可與側面104平行並與底面101及出光面102大致垂直。當然，折射面123也可以為曲面， 或者與側面104成一定角度，這可依據具體的光線折射要求改變。請參考圖3，圖3顯示了折射面123處的光路示意圖。根據斯涅耳定律 nl*Sin( θ l)=n2*sin(0 2)。其中nl為空氣的折射率，一般可取1。n2為導光板10的折射率，以PMMA為例，其為1. 48。θ 1為折射面123處光線的入射角，θ 2為折射面IM處光線的折射角。根據以上數值可以得到8^1(0 1)=1.48松^1(9 2)。因此Θ2<Θ1。也就是說， 由於折射面123的存在，相比於直接入射至導光板10的內部，會有更多的光線向全反射面 1 偏移。
而全反射面124的設置成將來自折射面123的光線全反射至導光板10的內部並使導光板10內的光線分布儘量均勻。例如，請參考圖2及圖3，全反射面IM將來自於折射面123的光線全反射至與出光面102及側面104大體平行的方向。上述大體平行，例如指角度偏差在小於30°、15°、10°或者5°範圍內。為達成全反射條件，即入射角Θ3大於臨界角。全反射面1 例如可為弧面。本實施例中，全反射面124為柱弧面，其可與出光面102垂直，且其在出光面102 上的投影可為拋物線。而光源20的中心可位於上述拋物線的焦點處，由於拋物線的特性， 則光源20發出的光線經全反射面IM反射後的方向均與出光面102及側面104平行。但由於光源20具有一定體積，並非所有的光線均能具有理想的拋物線反射，因此經折射面123 折射，再經全反射面1 反射的光線與出光面102及側面104大體平行。此外，全反射面IM 在平行於出光面102的方向上的截線並不限於拋物線，其還可為橢圓線、二次曲線、多段線等等。而且全反射面1 也並不限於柱弧面，其還可為其他曲面例如拋物面、球面、橢球面或者其他曲面。此外，為了增加全反射面1 處反射的光線，請參考圖2，槽口 14在側面104上的投影的長度L例如可大於等於凹陷125在側面104上的投影的長度H。L與H的比例越大， 就會有越多的光線在全反射面1 處被反射。L與H的比例例如可在1. 5-5、1. 5-3或者 1. 5-2之間。本實施例的背光模組100中，通過將集光部122的頂面1 設置為凸面，可使光源 20發射出的小角度(相對於其光軸)光線更進一步集中。在理想情況下，可使該小角度光線匯聚折射成大體與側面104及出光面102平行的光束。折光部121將更多大角度光線折射至全反射面124，而全反射面IM透過幾何結構設計，使之與到達的大多數光線角度超過臨界角，以促使光線進行全反射，並縮減整體光束角。在理想情況下，全反射面1 可將大角度的光線反射為大體與側面104及出光面102平行的光束。請參考圖4，其為本實施例的背光模組100 (曲線A)與傳統的平面入光側形的背光模組(曲線B)光源的光束角一相對光強分布示意圖。可以看出，本實施例的背光模組100 的光線更集中於光源20的前方，有助於提高背光掃描分區驅動時的能量表現，使分區掃描時，該區亮度得以相對提升。此外，本實施例的技術方案還可搭配其他實現背光分區掃描的手段使用。例如，可將導光板10直接拆分為多個，或者在導光板10的底面101形成溝槽以將導光板10區隔成多個區域。還可以在導光板10的出光面上形成V形槽結構。請參考圖5，其為本發明實施例提供的顯示裝置200的結構示意圖。顯示裝置200 包括背光模組100、反射板30、及顯示層40。反射板30由高反射率的材料例如鋁形成，當然，反射板30還可由直接形成在背光模組100的導光板10的底面101上的反射膜取代。顯示層40例如為液晶顯示面板或者電泳顯示層等任意需要依賴背光源進行顯示的顯示層。基於背光模組100的上述優點，本實施例的顯示裝置200在背光分區掃描時具有更好的能量表現，相對地，在同樣的能量消耗下顯示裝置200的亮度可以得到提升。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然而並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡介修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種導光板，其包括相對的底面與出光面，分別與該底面及該出光面相接的入光側， 以及分別與該底面、該出光面及該入光側相接的側面；其特徵在於，該入光側上具有入光幾何結構陣列，該入光幾何結構陣列包括多個入光幾何結構，每個入光幾何結構包括集光部及兩個相對設置的折光部，兩個折光部分別從集光部兩端延伸而出從而在該兩個折光部之間圍成可收容光源的凹陷，且每兩個相鄰的入光幾何結構之間形成有槽口。
2.如權利要求1所述的導光板，其特徵在於，該折光部具有面向該凹陷的折射面及面向該槽口並與該折射面相對的全反射面，該折射面設置成將來自該光源的至少部分光線折射向該全反射面，該全反射面設置成將來自該折射面的至少部分光線全反射至與該側面及出光面大體平行的方向。
3.如權利要求2所述的導光板，其特徵在於，該全反射面與該出光面垂直。
4.如權利要求3所述的導光板，其特徵在於，該全反射面在該出光面的方向上的投影為拋物線、橢圓線、或者多段線。
5.如權利要求1所述的導光板，其特徵在於，該導光板包括兩個相對的該側面，該多個並排設置的入光幾何結構以等間距方式分布於該兩個側面之間。
6.如權利要求1所述的導光板，其特徵在於，該凹陷及該槽口貫穿該出光面與該底面。
7.如權利要求1所述的導光板，其特徵在於，該槽口在該側面上投影的長度大於該凹陷在該側面上的投影的長度。
8.如權利要求1所述的導光板，其特徵在於，該集光部具有頂面，該頂面為凸向該光源的凸面，且該頂面即為該凹陷的底壁面。
9.一種背光模組，其包括導光板及多個光源；其特徵在於，該導光板為權利要求1-8任一項所述的導光板，該多個光源與該多個入光幾何結構一一對應設置。
10.一種顯示裝置，其包括背光模組及顯示層，該背光模組包括導光板及多個光源；其特徵在於，該導光板為權利要求1-8任一項所述的導光板，該多個光源與該多個入光幾何結構一一對應設置，該顯示層設置於該導光板的該出光面上。
全文摘要
本發明涉及一種導光板，其包括相對的底面與出光面，分別與底面及出光面相接的入光側，以及分別與底面、出光面及入光側相接的側面；入光側上具有入光幾何結構陣列，入光幾何結構陣列包括多個入光幾何結構，每個入光幾何結構包括集光部及兩個相對設置的折光部，兩個折光部分別從集光部兩端延伸而出從而在該兩個折光部之間圍成用於收容光源的凹陷，且每兩個相鄰入光幾何結構之間形成有槽口。上述導光板可降低光源光束角，提升背光模組實現分區掃描時的能量利用效率。本發明還提供包括上述導光板的背光模組及顯示裝置。
文檔編號G02B6/00GK102262262SQ20111018398
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者曾文保 申請人:青島海信電器股份有限公司