高指向性背光模組的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高指向性背光模組，包括高準(zhǔn)直光源和導(dǎo)光板，該導(dǎo)光板為一個由第一側(cè)面、第二側(cè)面、第三側(cè)面、第四側(cè)面、底面和頂面組成的六面體，其中第二側(cè)面、第三側(cè)面和底面均設(shè)置有微結(jié)構(gòu)，從高準(zhǔn)直光源發(fā)出并穿過第一側(cè)面的光線能夠通過各個微結(jié)構(gòu)發(fā)生全反射，最后從頂面出射，給顯示設(shè)備提供光源。本發(fā)明的高指向性背光模組可將出光光場的半高全寬度數(shù)大幅縮小，出射光線具有高準(zhǔn)直特性，能有效地提高光學(xué)利用率，從而降低顯示設(shè)備的能耗。
【專利說明】高指向性背光模組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種背光模組，尤其涉及一種可提高光學(xué)利用率和降低功耗的高指向性背光模組。
【背景技術(shù)】
[0002]液晶顯示器的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，包括手機(jī)，平板電腦，車載顯示器，電視等。然而TFT-LCD顯示器為非自主發(fā)光型顯示器，需要外加背光模組提供平面光源。傳統(tǒng)側(cè)發(fā)式背光模組采用導(dǎo)光板形成平面光源，主要構(gòu)件除了 LED光源、導(dǎo)光板、反射片、擴(kuò)散片之外還有至少兩片互相垂直的集光棱鏡片，其作用在于限制出光角度，使得大部分光線在正面視角+/-22-25°出射，并且將其余光線回射再利用，達(dá)到集光增亮的效果。傳統(tǒng)的液晶顯示器光線利用率只有6%-10%，對于筆記本電腦來說，液晶顯示器耗電量為總體的40%-50%，如果能提高光學(xué)利用率和降低功耗則能大幅延長電池使用時間。
[0003]因此有必要提供一種能夠提高光學(xué)利用率、降低功耗的背光模組，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種背光模組，用于實(shí)現(xiàn)高光學(xué)效率、低功耗、低成本的顯示設(shè)備。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高指向性背光模組，包括高準(zhǔn)直光源和導(dǎo)光板，所述導(dǎo)光板為一個由第一側(cè)面、第二側(cè)面、第三側(cè)面、第四側(cè)面、底面和頂面組成的六面體；其中，所述第二側(cè)面與所述第四側(cè)面相對，所述第三側(cè)面與所述第一側(cè)面相對，所述頂面與所述底面相互平行；所述高準(zhǔn)直光源緊貼所述入光面放置；
[0006]所述第二側(cè)面設(shè)置有第一微結(jié)構(gòu)，所述第一微結(jié)構(gòu)使從所述高準(zhǔn)直光源發(fā)出并穿過所述第一側(cè)面的光線能夠反射到所述第三側(cè)面；所述第三側(cè)面設(shè)置有第二微結(jié)構(gòu)，所述第二微結(jié)構(gòu)使入射到所述第三側(cè)面的光線能夠反射到所述底面；所述底面設(shè)置有第三微結(jié)構(gòu)，所述第三微結(jié)構(gòu)使入射到所述底面的光線能夠反射至所述頂面。
[0007]進(jìn)一步地，所述高準(zhǔn)直光源為發(fā)光二極管、有機(jī)發(fā)光二極管、激光、自發(fā)形成的或經(jīng)過調(diào)制的具有高指向性的光源。
[0008]進(jìn)一步地，所述第二側(cè)面與所述第四側(cè)面的夾角為第一角度，所述第一角度大于
0° 0
[0009]進(jìn)一步地，所述第三側(cè)面被設(shè)置為與豎直面的夾角為第二角度，所述第二角度大
于0°。
[0010]進(jìn)一步地，所述第一微結(jié)構(gòu)為多個楔形體組成的陣列，每個所述楔形體在所述底面的投影為三角形。
[0011]進(jìn)一步地，所述第二微結(jié)構(gòu)為多個楔形體組成的陣列，每個所述楔形體在所述底面的投影為三角形。[0012]進(jìn)一步地，所述楔形體上表面為平行四邊形、長方形、正方形或梯形。
[0013]進(jìn)一步地，所述第三微結(jié)構(gòu)為多個三棱柱組成的陣列，每個所述三棱柱在所述第二側(cè)面或第四側(cè)面上的投影為三角形。
[0014]進(jìn)一步地，所述第一微結(jié)構(gòu)、所述第二微結(jié)構(gòu)和所述第三微結(jié)構(gòu)表面均涂覆有全反射材料。
[0015]本發(fā)明的一種高指向性背光模組，可將出光光場的半高全寬(Full With at HalfMaximum, FWHM)度數(shù)大幅縮小，出射光線具有高準(zhǔn)直特性，能有效地提高光學(xué)利用率，降低顯示設(shè)備的能耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的等角視圖；
[0017]圖2是本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的俯視圖；
[0018]圖3是本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例沿圖1中的1-1截面的局部剖視圖；
[0019]圖4是圖2所示實(shí)施例中的光線傳播路徑的示意圖；
[0020]圖5是圖3所示實(shí)施例中的光線傳播路徑的示意圖；
[0021]圖6為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的高指向性背光模組與傳統(tǒng)背光模組的出光光場的FWHM。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。
[0023]在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，如圖1-3所示，一種高指向性背光模組，包括高準(zhǔn)直光源10和導(dǎo)光板。其中高準(zhǔn)直光源為發(fā)光二極管，在其它可替代的實(shí)施例中還可以為有機(jī)發(fā)光二極管、激光、自發(fā)形成的或經(jīng)過調(diào)制的具有高指向性的光源。導(dǎo)光板為一個由第一側(cè)面31、第二側(cè)面32、第三側(cè)面33、第四側(cè)面34、底面21和頂面20組成的六面體；其中，第二側(cè)面32與第四側(cè)面34相對，第三側(cè)面33與第一側(cè)面31相對，頂面20與底面21相對且相互平行，且第二側(cè)面32與第四側(cè)面34成一夾角，記為第一角度a i，第三側(cè)面33與豎直面成一夾角，記為第二角度α2，01和02均大于0° ;高準(zhǔn)直光源10緊貼第一側(cè)面31放置。
[0024]第二側(cè)面32設(shè)置有第一微結(jié)構(gòu)，該第一微結(jié)構(gòu)為多個楔形體40組成的陣列，每個楔形體40在底面21的投影為三角形，每個楔形體40的上表面與下表面的夾角記為β i，楔形體40的上表面可以為平行四邊形、長方形、正方形或梯形。
[0025]第三側(cè)面33設(shè)置有第二微結(jié)構(gòu)，第二微結(jié)構(gòu)為多個楔形體41組成的陣列，每個楔形體41在底面21的投影為三角形，每個楔形體41的上表面與下表面的夾角記為β 2，楔形體41的上表面可以為平行四邊形、長方形、正方形或梯形。
[0026]底面21設(shè)置有第三微結(jié)構(gòu)，第三微結(jié)構(gòu)為多個三棱柱42組成的陣列，每個三棱柱42在第二側(cè)面32或第四側(cè)面34上的投影為三角形，三棱柱42的其中一個側(cè)面82與其底面的夾角記為β4。[0027]本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，第一微結(jié)構(gòu)、第二微結(jié)構(gòu)和第三微結(jié)構(gòu)表面均涂覆有全反射材料。
[0028]圖4為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的高指向性背光模組俯視圖中顯示的光線傳播路徑，如圖4所示，從高準(zhǔn)直光源10發(fā)出光線100穿過第一側(cè)面31，入射到第一微結(jié)構(gòu)中的楔形體40的上表面并發(fā)生全反射變成光線200 ;光線200入射到第二微結(jié)構(gòu)中的楔形體41的上表面并發(fā)生全反射變成光線300。在楔形體40的上表面，光線100與法線51的夾角記為Θ i，光線200與法線51的夾角記為Θ 2 ;在楔形體41的上表面，光線200與法線52的夾角記為θ3，光線300與法線52的夾角記為θ4，以及光線200與楔形體41的下表面的夾角記為δ，光線200與光線100的夾角記為Y。各夾角滿足下列公式:
[0029]a FtarT1 (Hcls/L)
[0030]y =tan_1 (ff/L)
[0031]δ =tan_1 (L/ff)
[0032]θ 1= Θ 2= (180-y )/2
[0033]Θ 3= Θ 4= (90- δ ) /2
[0034]β !=90- Ct1-Q1
[0035]β 2=90- δ - θ 3
[0036]式中，L為第二側(cè)面32的長度，W為第三側(cè)面33的長度，Hcls為高準(zhǔn)直光源10的覽度。
[0037]圖5為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的高指向性背光模組沿圖1中的1-1截面的剖視圖中顯示的光線傳播路徑，如圖5所示，光線200入射到第二微結(jié)構(gòu)中的楔形體41的上表面并發(fā)生全反射變成光線300，光線300入射到三棱柱42的表面并發(fā)生全反射變成400 ;最后，如圖3所示，光線400從頂面20出射，為顯示設(shè)備提供光源。在楔形體41的上表面，光線200與法線53的夾角記為Q1，光線300與法線53的夾角記為ω2，以及光線300與豎直方向夾角記為Φ ;在三棱柱42的表面，光線300與法線54的夾角記為ω3，光線300與水平方向夾角記為Ψ，光線400與法線54的夾角記為ω4。各夾角滿足下列公式:
[0038]
φ = tan"1 (L/H)
[0039]iy=tan_1 (H/L)
[0040]
(D1 = 0)2 = (90-φ)/2
[0041]ω3=ω4=(90_Ψ)/2
[0042]
tt2 = 90-φ-ο)2
[0043]β 4=90— ψ — ω 3
[0044]式中，L為第二側(cè)面32的長度，H為導(dǎo)光板的高度，即底面21與頂面20的距離。
[0045]利用光學(xué)仿真軟件Lighttools對本發(fā)明較佳實(shí)施例的高指向性背光模組的出射面的光強(qiáng)分布進(jìn)行模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)導(dǎo)光板出射面上五個不同區(qū)域(四個角及中心)的光強(qiáng)均勻度分別為96%、100%、92%、95%和91%，顯示了出射光線高度的均勻性。
[0046]圖6比較了本發(fā)明較佳實(shí)施例的高指向性背光模組與傳統(tǒng)背光模組的出光光場的FWHM,如圖6所不,傳統(tǒng)背光模組出光光場的FWHM為±60° ,而本發(fā)明較佳實(shí)施例的高指向性背光模組出光光場的FWHM僅為±5°，大大降低了出光光場的FWHM，顯示了出射光線的高準(zhǔn)直性，極大地提高了光學(xué)利用率，因而降低了顯示設(shè)備的能耗。
[0047]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高指向性背光模組，包括高準(zhǔn)直光源和導(dǎo)光板，其特征在于，所述導(dǎo)光板為一個由第一側(cè)面、第二側(cè)面、第三側(cè)面、第四側(cè)面、底面和頂面組成的六面體；其中，所述第二側(cè)面與所述第四側(cè)面相對，所述第三側(cè)面與所述第一側(cè)面相對，所述頂面與所述底面相互平行；所述高準(zhǔn)直光源緊貼所述第一側(cè)面放置； 所述第二側(cè)面設(shè)置有第一微結(jié)構(gòu)，所述第一微結(jié)構(gòu)使從所述高準(zhǔn)直光源發(fā)出并穿過所述第一側(cè)面的光線能夠反射到所述第三側(cè)面；所述第三側(cè)面設(shè)置有第二微結(jié)構(gòu)，所述第二微結(jié)構(gòu)使入射到所述第三側(cè)面的光線能夠反射到所述底面；所述底面設(shè)置有第三微結(jié)構(gòu)，所述第三微結(jié)構(gòu)使入射到所述底面的光線能夠反射至所述頂面。
2.如權(quán)利要求1所述的高指向性背光模組，其特征在于，所述高準(zhǔn)直光源為發(fā)光二極管、有機(jī)發(fā)光二極管、激光、自發(fā)形成的或經(jīng)過調(diào)制的具有高指向性的光源。
3.如權(quán)利要求1所述的高指向性背光模組，其特征在于，所述第二側(cè)面與所述第四側(cè)面的夾角為第一角度，所述第一角度大于0°。
4.如權(quán)利要求1所述的高指向性背光模組，其特征在于，所述第三側(cè)面被設(shè)置為與豎直面的夾角為第二角度，所述第二角度大于0°。
5.如權(quán)利要求1所述的高指向性背光模組，其特征在于，所述第一微結(jié)構(gòu)為多個楔形體組成的陣列，每個所述楔形體在所述底面的投影為三角形。
6.如權(quán)利要求1所述的高指向性背光模組，其特征在于，所述第二微結(jié)構(gòu)為多個楔形體組成的陣列，每個所述楔形體在所述底面的投影為三角形。
7.如權(quán)利要求5或6所述的高指向性背光模組，其特征在于，所述楔形體上表面為平行四邊形、長方形、正方形或梯形。
8.如權(quán)利要求1所述的高指向性背光模組，其特征在于，所述第三微結(jié)構(gòu)為多個三棱柱組成的陣列，每個所述三棱柱在所述第二側(cè)面或第四側(cè)面上的投影為三角形。
9.如權(quán)利要求5、6或8所述的高指向性背光模組，其特征在于，所述第一微結(jié)構(gòu)、所述第二微結(jié)構(gòu)和所述第三微結(jié)構(gòu)表面均涂覆有全反射材料。
【文檔編號】F21S8/00GK103899994SQ201410155358
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】王祎君, 陸建鋼, 謝漢萍 申請人:上海交通大學(xué)