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CN110032004B - 一种用于准直背光模组的楔形板及准直背光模组 - Google Patents

一种用于准直背光模组的楔形板及准直背光模组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于准直背光模组的楔形板，包括与光源相对的入光面、与反射镜相对的第一出光面和与光线准直机构相对的第二出光面，第一出光面与第二出光面之间成楔角，楔形板内设置有至少一层与第一出光面平行的空气间隙层，第二出光面为无缝封闭平面，优点是设置多层与第一出光面平行的空气间隙层，相当于整个楔形板是由多个相同楔角的分层楔形板叠加而成，光线传播时，此楔形板结构将光源的光分为多份每个分层楔形板的尾端产生较强的出射，相当于在第二出光面的不同位置出射，通过调整不同空气间隙层的长度即改变分层楔形板的位置和大小就可以人为地调整出光位置，使在整个第二出光面上形成均匀光出射，极大的改善了楔形板出光的均匀性。

Description

一种用于准直背光模组的楔形板及准直背光模组
技术领域
本发明涉及一种准直背光模组，尤其是涉及一种用于准直背光模组的楔形板及应用于液晶显示系统的准直背光模组。
背景技术
液晶显示器因具有成本低、分辨率高、色彩鲜艳等优点被广泛使用。然而，由于液晶显示器面板中的液晶本身不具有发光特性，需要利用背光模组提供光源，达到显示器显示效果。由于光源的发散角度较大，光源发出的光经过导光板耦合进显示器，实际最终被利用的能量不足10％，导致整个显示器的光能利用率较低。
近年来,随着显示行业的发展,越来越多的小尺寸液晶显示器如手机、计算器、手表等不仅要求显示器轻薄、结构紧凑、低功耗，而且显示器对出光角度也有了更多的特殊要求，例如具有防窥效果的显示屏，要求显示器的发散角小于特定角度，主要用于公共场所下私人信息的保护。而这些需求对背光源的结构、光源的发光角度、光源的使用效率提出了更高的要求。综上所述,液晶显示屏对背光模组的出射光具有一定的准直性要求，特别是特殊显示行业，对准直性的要求更高。
2008年8月21日公开的WO 2008/100443 A2号PCT专利提出了一种能产生平行光束的紧凑型准直反射膜(CCR)，如图1(a)所示。该准直反射膜位于背光模组的最下方，整体类似于船型结构，光源位于该准直反射膜的两端。准直反射膜包含一个入光面，该入光面也即是反光面，其结构为锯齿形结构。每一个锯齿设计不同的角度和斜率，光源发出的不同角度的光经过不同角度和斜率的锯齿反射，将其改变方向为垂直于液晶屏的方向出射。
图1(a)所述的结构虽然可以产生准直光束，但由于光源发出的光是连续的大角度发散光，而准直反射膜为不连续的锯齿形结构，因此所产生的准直光准直效果不理想。同时由于不连续的锯齿结构精细，每一个锯齿都有特定的角度和斜率，加工难度非常大，制作成本很高。
2012年7月18日公开的201210026819.6号中国发明专利申请公开说明书中公开了一种能产生平行光束的准直背光模组，该准直模组用于侧入式背光显示器中，其主体包括反射膜、楔形膜、棱镜膜和准直膜。楔形膜包含一个入光面和两个出光面，其中一个出光面贴合反射膜。楔形膜产生一定的较小发散角的平行光束，棱镜膜将楔形膜出射的光线准直为垂直于液晶屏的方向出射。但如图1(b)所示，该结构虽然可以产生准直光束，但是产生的准直光束在楔尖处的亮度大于楔尾处的亮度，均匀性有待进一步改善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种出射光均匀性好的用于准直背光模组的楔形板及准直背光模组。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于准直背光模组的楔形板，包括与光源相对的入光面、与反射镜相对的第一出光面和与光线准直机构相对的第二出光面，所述的第一出光面与所述的第二出光面之间成楔角，所述的楔形板内设置有至少一层与所述的第一出光面平行的空气间隙层，所述的第二出光面为无缝封闭平面。
与现有技术相比，本发明的优点在于设置有多层与第一出光面平行的空气间隙层，相当于整个楔形板是由多个相同楔角的分层楔形板叠加而成，而在光线传播时，此楔形板结构将光源的光分为多份每个分层楔形板的尾端产生较强的出射，相当于是在第二出光面的不同位置出射，这样通过调整不同空气间隙层的长度即改变分层楔形板的位置和大小就可以人为地调整出光位置，使在整个第二出光面上形成均匀光出射，极大的改善了楔形板出光的均匀性。
本发明解决上述技术问题所采用的另一个技术方案是将上述的楔形板应用于准直背光模组，具体的技术方案是：一种准直背光模组，包括光源、反射镜、光线准直机构和楔形板，所述的楔形板包括与所述的光源相对的入光面、与所述的反射镜相对的第一出光面和与所述的光线准直机构相对的第二出光面，所述的第一出光面与所述的第二出光面之间成楔角，其特征在于所述的楔形板内设置有至少一层与所述的第一出光面平行的空气间隙层，所述的第二出光面为无缝封闭平面。
所述的入光面为无缝封闭平面。
所述的入光面与所述的第一出光面的夹角为钝角，这样可以提高光能利用率。
所述的楔角小于等于10度。
所述的光线准直机构可以为平行六面体棱镜阵列或三角棱镜阵列。
再一个技术方案是使用上述准直背光模组的液晶显示系统。
附图说明
图1a为现有技术之一的准直背光模组的结构示意图；
图1b为现有技术之二的准直背光模组的结构示意图；
图2为本发明实施例示例1的楔形板的结构示意图；
图3为本发明实施例示例2的楔形板的结构示意图；
图4为本发明实施例示例3的楔形板的结构示意图；
图5为本发明实施例示例4的准直背光模组的结构示意图；
图6为本发明实施例示例5的准直背光模组的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明的实施例的示例1如：一种用于准直背光模组的楔形板20，包括与光源10相对的入光面21、与反射镜30相对的第一出光面22和与光线准直机构相对的第二出光面23，第一出光面22与第二出光面23之间成楔角，楔角通常小于等于10度。楔形板20内设置有多层与第一出光面22平行的空气间隙层，第二出光面23为无缝封闭平面。由此将整个楔形板20分割成梳状结构的具有多个平行光学分层的多层结构楔形板，各光学分层的厚度、长度可以相同也可不同，但是尾端连接成一个整体。此楔形板整体结构为光学材料，光学分层层数根据出光均匀性要求大于两层并且可多达数十层。图中 223、224为不同长度和厚度的光学分层，各光学分层上下两个面为平行平面。图2详细描述了光线经过本发明的楔形板20的光路轨迹，光线由楔形板20的入光面21入射各光学分层，经此结构将光源10进入楔形板20的光束分为与光学分层数相同的份数，图中221和222为光学分层之间的空气间隙层，光线在平行的各光学分层(例如n＝1.58) 中传播时，遵循斯涅耳折射定律；此时光线入射进楔形板20后角度范围为α＝±arcsin (1/1.58)＝±40°，在各光学分层中传播时与上下两个平行平面的法线夹角β＝90-α大于等于50°，而全反射角为40°，β大于全反射角时满足全反射条件，所以不会出射。当光线到达各分层尾端的楔形板20后，光线每经过一次反射与楔形板20的第一出光面22或第二出光面23的法线夹角就会减少一个楔角，直至满足出射条件才会出射。可以理解为此楔形板结构将光源10的光分为多份在两个出光面的不同位置出射，通过调整不同光学分层的长度即分层楔形板位置和大小从而调整出光位置，在第二出光面23 上形成均匀光出射。而反射镜30则放置于楔形膜20的短边第一出光面22一侧，其反射面与相邻的楔形膜20的第一出光面22平行，由楔形膜20中的第一出光面22的出射光照射到反射镜30上，经过反射镜30反射回楔形板中被重新利用。
本实施例的示例2如图3所示，为了提高光能利用率，将楔形板20的入光面21设置为与第一出光面22的夹角为钝角，使得光线在不同光学分层内传播至尾端小楔形板时与楔形板第二出光面23的法线夹角变小，可以更早从楔形板20的第二出光面23出射，从而增加出光率。
本实施例的示例3如图4所示，楔形板20的入光面21和第二出光面23均为一无缝封闭平面，中间区域为多光学分层结构，各光学分层间为空气间隙层，各光学分层的厚度、长度可以相同也可不同，此楔形板整体结构为光学材料，光学分层层数根据出光均匀性要求大于两层并且可多达数十层。
本实施例的示例4如图5所示，一种能提供平行面光束的背光模组，能够应用于液晶显示系统，包括光源10、多层结构形板20、反射镜30和准直棱镜阵列40，楔形板 20和准直棱镜阵列40基体为光学材料，反射镜30为具有一定反射率的膜片。准直棱镜阵列40放置于楔形板20的第二出光面23处，其结构是平行六面体棱镜阵列，该准直棱镜阵列与楔形板20出光面相邻的表面称为准直棱镜阵列入光面441，另一相对的平面为准直棱镜阵列出光面442。该准直棱镜阵列的作用为将由楔形板第二出光面23射出的与准直棱镜阵列入光面441呈较大入射角的准平行光束01、02和03经面443全反射后折射成与准直棱镜阵列40出光面442垂直或成特定夹角的准平行光束。
本实施例的示例5如图6所示，采用三角棱镜替换平行六面体棱镜，三角棱镜阵列的锯齿面为入光面，光线经过541面透射，在面542上实现全反射，最后经过三角棱镜阵列的平面543透射出去。而面542的倾斜角度由入射进入此结构的光线01和02的角度决定，因此被全反射后的光线近似准直出射，这个结构同样可以实现棱镜阵列所实现的对光线准直的作用。

Claims (10)

1.一种用于准直背光模组的楔形板，包括与光源相对的入光面、与反射镜相对的第一出光面和与光线准直机构相对的第二出光面，所述的第一出光面与所述的第二出光面之间成楔角，其特征在于所述的楔形板内设置有至少一层与所述的第一出光面平行的空气间隙层，所述的第二出光面为无缝封闭平面。
2.如权利要求1所述的一种用于准直背光模组的楔形板，其特征在于所述的入光面为无缝封闭平面。
3.如权利要求1所述的一种用于准直背光模组的楔形板，其特征在于所述的入光面与所述的第一出光面的夹角为钝角。
4.如权利要求1所述的一种用于准直背光模组的楔形板，其特征在于所述的楔角小于等于10度。
5.一种准直背光模组，包括光源、反射镜、光线准直机构和楔形板，所述的楔形板包括与所述的光源相对的入光面、与所述的反射镜相对的第一出光面和与所述的光线准直机构相对的第二出光面，所述的第一出光面与所述的第二出光面之间成楔角，其特征在于所述的楔形板内设置有至少一层与所述的第一出光面平行的空气间隙层，所述的第二出光面为无缝封闭平面。
6.如权利要求5所述的一种准直背光模组，其特征在于所述的入光面为无缝封闭平面。
7.如权利要求5所述的一种准直背光模组，其特征在于所述的入光面与所述的第一出光面的夹角为钝角。
8.如权利要求5所述的一种准直背光模组，其特征在于所述的楔角小于等于10度。
9.如权利要求5～8中任一项权利要求所述的一种准直背光模组，其特征在于所述的光线准直机构为平行六面体棱镜阵列或三角棱镜阵列。
10.使用权利要求5～8中任一项所述的准直背光模组的液晶显示系统。
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