CN100397201C - 背光模组和液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种背光模组，其包括一金属框架，该金属框架包括一收容空间，该金属框架对应该收容空间的表面设置有微结构，该微结构为次波长光栅结构。本发明还提供采用该背光模组的液晶显示器。该背光模组和液晶显示器散热效果较佳。

Description

背光模组和液晶显示器

【技术领域】

本发明是关于一种背光模组和采用背光模组的液晶显示器。

【背景技术】

液晶显示器为一种非自发光显示装置，其显示一般藉由控制光源所发出光束的通过或者不通过来实现，因此通常需要采用光源和相应的导光装置，如背光模组，该背光模组可将光源所发出的光束导向显示面板。

一般而言为了满足高亮度以及薄型化的要求，背光模组中光源通常为多组灯管，且组装在窄小的密闭空间内，工作时该光源散热量较高，因此在操作时所产生的热量无法顺利散发出去，当操作时间稍长，很容易造成光源附近的温度过高，因而对背光模组内部的元件造成不良影响，如光学膜片产生收缩，导光板变形或融化，光源在高温会产生辉度下降或色坐标偏移的现象等。

请参阅图1，是一种现有技术背光模组的剖面示意图。背光模组10包括一光源11、一导光板12、一上增亮片13、一下增亮片14、一扩散片15、一反射体16和一金属框架17。该金属框架17用于收容固定该反射体16、光源11、导光板12、上增亮片13、下增亮片14和扩散片15。

该导光板12包括一光出射面121、与该光出射面121相交的入光面122。该光源12对应该入光面122设置。

该反射体16为具一收容空腔的长方体，该长方体具有一开口161，该收容空腔内收容该光源11和导光板12，该开口161与导光板12的光出射面121对应，该反射体16将光源11和导光板12漏光反射向导光板12的光出射面121，以增加光的利用率，进而提高背光模组10的亮度。该反射体16上对应开口161依序设置该下增亮片14、上增亮片13和扩散片15，该上增亮片13、下增亮片14和扩散片15使光线均匀散射。

由于该平板金属框架17表面光滑，易反射大量来自背光模组10内部的热辐射，不利于向外界散热，因此在操作时所产生的热量往往无法顺利散发出去而会不断累积，使得背光模组10内的温度不断升高，从而损毁背光模组内部的元件，进而影响采用该背光模组10的液晶显示器的正常运作。

【发明内容】

为解决上述背光模组散热效果较差的问题，有必要提供一种散热效果较佳的背光模组。

且有必要提供一种采用上述背光模组的液晶显示器。

一种背光模组，其包括一金属框架，该金属框架包括一收容空间，该金属框架对应该收容空间的内表面设置有微结构，该微结构为次波长光栅结构。

一种液晶显示器，其包括一显示面板和一背光模组，从该背光模组出射的光线进入该显示面板，该背光模组包括一金属框架，该金属框架包括一收容空间，该金属框架对应该收容空间的内表面设置有微结构，该微结构为次波长光栅结构。

与现有技术相比，由于本发明背光模组的用于收容固定该背光模组其它各个元件的金属框架内表面设置有次波长光栅结构，因此可以防止热辐射在金属框架产生反射和高阶衍射，从而金属框架可顺利的将背光模组内部热辐射所产生的温度向外散发，因此防止背光模组和液晶显示器内部元件的损毁，进而保障液晶显示器的正常运作。

【附图说明】

图1是一种现有技术背光模组的示意图。

图2是本发明液晶显示器第一实施方式剖面示意图。

图3是图2所示液晶显示器区域III的放大示意图。

图4是图2所示液晶显示器框架的部分放大剖面立体示意图。

图5至图9是图4所示微结构的其它变形的部分剖面立体示意图。

【具体实施方式】

请参阅图2，是本发明液晶显示器的剖面示意图。该液晶显示器2包括一显示面板30和背光模组20，从该背光模组20出射的光线进入该显示面板30。

该背光模组20包括一光源21、一导光板22、一上增亮片23、一下增亮片24、一扩散片25、一反射体26和一金属框架27。该框架27用于收容固定该反射片26、光源21、导光板22、上增亮片23、下增亮片24和扩散片25。

该导光板22包括一光出射面221、与该光出射面221相交的入光面222。该光源22对应该入光面222设置。

该反射体26为具一收容空腔的长方体，该长方体具有一开口261，该收容空腔内收容该光源21和导光板22，该开261与导光板22的光出射面221对应，该反射体26将光源21和导光板22漏光反射向导光板22的光出射面221，以增加光的利用率，进而提高背光模组20的亮度。该反射体26上对应开口261依序设置该下增亮片24、上增亮片23和扩散片25，该上增亮片23、下增亮片24和扩散片25使光线均匀散射。

为了较好的散热，该金属框架27由热传导系数较高的金属制成，如型号为SUS430的不锈钢、镀锌钢板(SECC)、热浸镀锌钢板(SGCC)、铝、镁、铜、铁或其合金。

请一并参阅图3，是图2所示液晶显示器2区域III的放大示意图。为了减少对热辐射的反射而更好的吸收液晶显示器2内部的热辐射，在该金属框架27的内表面设置有多个周期性分布的微结构271。请一并参阅图4，是金属框架27的部分放大剖面立体示意图。该微结构271为一维方波光栅结构，并且该一维光栅结构的周期长度越小，该金属框架27的散热效果越好。

根据一维光栅方程式 $\mathrm{Sin}{\mathrm{\θ}}_n=\mathrm{Sin}{\mathrm{\θ}}_i+n\·\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Λ}}$ (θ_n为第n阶衍射角，θ_i为入射角，λ为辐射波长，Λ为光栅周期)，将该微结构271的光栅周期设置成小于传输至该金属框架27的热辐射波长，即一维次波长光栅结构(Sub-wavelength Optical Element，SOE)。由于θ_i和θ_n夹角均为锐角，因此Sinθ_i和Sinθ_n为0至1间某数值，即0≤Sinθ_i≤1，0≤Sinθ_n≤1，且如上所述λ/Λ＞1，因此由一维光栅方程式可知该微结构271采用一维次波长光栅结构就不会产生大于等于一阶的衍射，因此该金属框架27上不会产生高阶衍射。而且，该金属框架27内表面上设置微结构271即其内表面不为光滑面，因此产生热辐射的反射也较小。因此，将微结构271设置成一维次波长光栅结构，可有效提升该金属框架27的散热效果。

根据黑体辐射公式 $I_v=\frac{2\mathrm{\πh}{v}^3}{c^2}\frac{1}{e^{\mathrm{hv}/\mathrm{kT}}-1}$ [h＝6.6256e^-34(J·S)；k＝1.3805e^-23(J/K)；v为波长、T为温度、c为光速、I_v为辐射能量]，可计算得知不同温度下各波长的辐射量，由此可知随着温度的增高辐射能量频谱往短波长移动。

为简化设计，可根据维恩位移定律(Wien’s law)公式 $v_{\max }=\frac{2.82\mathrm{kT}}{h},$ 可计算出不同温度下黑体辐射强度量最高的波长。如表1所示，27℃下黑体辐射强度量最高的波长为17.019um、60℃下黑体辐射强度量最高的波长为15.333um、85℃下黑体辐射强度量最高的波长为14.262um、95℃下黑体辐射强度量最高的波长为13.874um、100℃下黑体辐射强度量最高的波长为13.688um、120℃下黑体辐射强度量最高的波长为12.992um等。

表1不同温度下黑体辐射能量最高的波长

如上所述，将该微结构271一维次波长光栅结构的光栅周期设计成小于14.262um(即85℃时黑体辐射能量最高的波长)，如13.874um或13.688um，因此可以抑制85℃和85℃以下温度主要热辐射波长的高阶衍射产生，从而可有效控制液晶显示器2内部的温度。

另外，为了有效抑制该金属框架27内表面对热辐射的反射，可将光栅深度/光栅周期的比值控制在1～2.5之间。因为光栅深度小于光栅周期时，即该光栅深度/光栅周期的比值小于1时金属框架27内表面对热辐射的反射的抑制效果较差，而且在理论上该光栅深度/光栅周期的比值越大越好，但当该光栅深度/光栅周期的比值大于2.5时，由于光栅结构的强度和精度在目前技术都会受到限制，因此将光栅深度/光栅周期比值控制在1～2.5之间。该光栅深度/光栅周期的比值1～2.5之间的取值一般也由所采用光栅结构图案所确定。

一般光源21附近温度较背光模组20内部其它部分温度高，因此该金属框架27之与光源21相邻的微结构271可采用其它结构来调节对热辐射之散热。或依据光源21附近处的热辐射波长设计光栅周期大小，即与光源21相邻的微结构271的光栅周期小于金属框架27其它部分的微结构271的光栅周期。

相较于现有技术，由于本发明液晶显示器2的用于收容固定该液晶显示器2各个元件的金属框架27内表面设置有微结构271，并且该微结构271是周期小于14.262um的一维次波长光栅结构，因此可以抑制85℃及85℃以上高温主要热辐射波长的高阶衍射产生，从而可有效控制液晶显示器2内部的温度。并且该一维次波长光栅结构的光栅深度/光栅周期比值控制在1～2.5之间，因此可有效抑制该金属框架27内表面对热辐射的反射，从而金属框架27可顺利的将液晶显示器2内部热辐射所产生的温度向外散发，因此防止液晶显示器2内部元件的损毁，进而保障液晶显示器2的正常运作。

其中，该复数微结构271也可以有其它变形，但光栅周期要设计成小于14.262um，光栅深度/光栅周期比值控制在1～2.5之间，如图5所示，该金属框架37的多个微结构371可设计为正弦波一维次波长光栅结构；如图6所示，该金属框架47的多个微结构471也可以设计为三角波一维次波长光栅结构。

还如图7所示，该金属框架57的多个微结构571也可以设计为方形二维次波长光栅结构，同样其光栅周期设计成小于14.262um，光栅深度/光栅周期比值控制在1～2.5之间；如图8所示，该金属框架67的多个微结构671也可以设计为半圆球形凹陷点阵；如图9所示，该金属框架77的多个微结构771也可以设计为半圆球形凸起点阵，也可以设计为其它形状的二维次波长光栅结构，如锥形二维次波长光栅结构或正弦波二维次波长光栅结构等等。

Claims (10)

1.一种背光模组，其包括一金属框架，该金属框架包括一收容空间，其特征在于：该金属框架对应该收容空间的内表面设置有微结构，该微结构为次波长光栅结构。

2.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于：该次波长光栅结构周期为14.262um以下。

3.如权利要求2所述的背光模组，其特征在于：该次波长光栅结构周期是13.874um。

4.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于：进一步包括一光源，其收容在该金属框架的收容空间内，该光源附近处的金属框架内表面光栅结构的光栅周期小于其它部分的光栅结构的光栅周期。

5.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于：该次波长光栅结构是一维次波长光栅结构。

6.如权利要求5所述的背光模组，其特征在于：该一维次波长光栅结构横截面为下述形状之一：正弦波、三角波和方波。

7.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于：该次波长光栅结构是二维次波长光栅结构。

8.如权利要求7所述的背光模组，其特征在于：该二维次波长光栅结构横截面为下述形状之一：方形凸点、半圆球形凸点和半圆球形凹点。

9.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于：该次波长光栅结构的光栅深度/光栅周期比值在1～2.5之间。

10.一种液晶显示器，其包括一显示面板和一背光模组，从该背光模组出射的光线进入该显示面板，其特征在于：该背光模组是权利要求1至9项中任意一项所述的背光模组。

Images