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CN101078799A - 导光板和使用相同导光板的背光模组 - Google Patents

导光板和使用相同导光板的背光模组 Download PDF

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CN101078799A
CN101078799A CNA2007101048949A CN200710104894A CN101078799A CN 101078799 A CN101078799 A CN 101078799A CN A2007101048949 A CNA2007101048949 A CN A2007101048949A CN 200710104894 A CN200710104894 A CN 200710104894A CN 101078799 A CN101078799 A CN 101078799A
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CN
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light guide
guide plate
prism
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light
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朴成夏
尹熙相
韩相云
朴重完
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

一种导光板具有彼此相对的上表面和下表面以及彼此相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和第二侧面通过上表面和下表面之间的内反射来将通过第一侧面输入其中的光线导向第二侧面。该导光板包括：多个点阵图形，形成在下表面上以反射和漫射入射光线；第一棱镜凸出体，形成在上表面上并互相平行地延伸以透射和聚集由点阵图形反射的光线；第二棱镜凸出体，形成在上表面上以与第一棱镜凸出体交叉，并互相平行地延伸以透射和聚集由点阵图形反射的光线。

Description

导光板和使用相同导光板的背光模组
                         技术领域
本发明涉及一种用于平板显示装置的背光模组(BLU)，具体地涉及一种使用导光板(LGP)的背光模组。
                         背景技术
液晶显示器(LCD)，作为平板显示装置的代表，自身不产生光。不像作为发光类型显示装置的等离子显示板(PDP)或者场发射显示器(FED)，LCD需要用于提供在其整个表面上的均匀照明的外部照明(例如背光模组)。
图1是示出传统的背光模组的侧视图。如所示，背光模组100包括反光板140、光源130、导光板110、第一扩散板150和第二扩散板180，以及第一棱镜片160和第二棱镜片170。在图1中示出的坐标系中，Z轴代表背光模组100的照明方向，该方向垂直于导光板110的上表面114；X轴代表从光源130发射的光的前进方向；而Y轴代表和X轴与Z轴垂直的方向。
导光板110具有彼此相对的上表面114和下表面112以及彼此相对的第一侧面116和第二侧面118。光源130面向导光板110的第一侧面116并向该第一侧面116发射光线。导光板110通过上表面114和下表面112之间的内反射将从第一侧面116引入的光线导向第二侧面118。导光板110具有多个点阵图形(dot patterns)120，所述点阵图形均匀地形成于导光板110的下表面112上。每个点阵图形120都是半球槽的形状，并且反射和漫射入射光线。具体地说，每个点阵图形120防止在导光板110和外部空气之间的界面上的全内反射条件，从而可以通过导光板110的上表面114透射由点阵图像120反射和漫射的光线。当分析在导光板110的上表面114出现的亮度分布时，当视角为0°时获得低亮度并随着视角增加获得更高的亮度。0°的视角意味着观察者沿着Z轴观察。
反光板140的定位的方式是：其上表面面向导光板110的下表面112。反光板140反射通过导光板110的下表面112透射的光线并将该反射的光线重新导向导光板110。
第一扩散板150的定位方式是：其下表面面向导光板110的上表面114。第一扩散板150分散并透射输入的光线。第一扩散板150和第二扩散板180分散入射的光线，并用于使聚集在高视角上的亮度分布均匀化。
第一棱镜片160的定位方式是：其下表面面向第一扩散板150的上表面。第一棱镜片160包括：底板162和多个棱镜凸出体164，所述凸出体从底板162的上表面凸出并互相平行延伸。此时，棱镜凸出体164沿着X轴，即沿着与导光板110的第一侧面116垂直的方向排列。第一棱镜片160通过其垂直平面在Y-Z平面聚集并透射输入的光线。第一棱镜片160和第二棱镜片170的每一个都提供在低视角上的亮度增强。
第二棱镜片170的定位方式是：其下表面面向第一棱镜片160的上表面。第二棱镜片170包括：底板172和多个棱镜凸出体174，所述凸出体从底板172的上表面凸出并互相平行延伸。此时，棱镜凸出体174沿着Y轴，即沿着与导光板110的第一侧面116的法线垂直的方向排列。第二棱镜片170通过其垂直平面在X-Z平面聚集并透射输入的光线。
第二扩散板180的定位方式是：其下表面面向第二棱镜片170的上表面。第二扩散板180分散并透射输入的光线。
然而，如上述构造的传统的背光模组100具有下面的问题。
首先，由于传统背光模组100的背光模组100必须使用两个昂贵的棱镜片160和170，所以背光模组100的制造成本和厚度很高。
其次，由于通过导光板110的上表面114发射的光线通过第一棱镜片160和第二棱镜片170透射，所以在传统的背光模组100中出现光插入损失。该光插入损失造成传统背光模组100的光学效率的恶化。
                         发明内容
因此，通过提供一种可以改进光学效率并降低制造成本的导光板和使用相同导光板的背光模组，使得本发明解决了上面提到的在现有技术中出现的问题，并提供附加的优点。
本发明的一方面提供一种导光板，所述导光板具有：彼此相对的上表面和下表面；彼此相对的第一侧面和第二侧面，用于通过在上下表面之间的内反射将通过第一侧面输入其中的光线导向第二侧面。该导光板包括：多个点阵图形，形成在下表面上以反射和漫射入射的光线；第一棱镜凸出体，形成在上表面上并且互相平行以透射和聚集由点阵图形反射的光线；和第二棱镜凸出体，形成在上表面上以与第一棱镜片凸出体交叉，并且互相平行以透射和聚集由点阵图形反射的光线。
本发明的另一方面提供一种背光模组，包括：导光板，其具有：彼此相对的上表面和下表面，彼此相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和第二侧面通过上下表面之间的内反射将通过第一侧面输入其中的光线导向第二侧面；和光源，面向导光板的第一侧面以向第一侧面输出光线。该导光板包括：多个点阵图形，形成在下表面上以反射和漫射入射光线；和棱镜图形，形成在上表面上以具有字母X形状的棱镜凸出体，用于透射和聚集由点阵图形反射的光线。
                         附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述特征和优点将会变得更加明显，其中：
图1是示出传统背光模组的侧视图；
图2是示出根据本发明第一实施例的背光模组的侧视图；
图3A和图3B是示出具有圆形截面形状的点阵图形的横截面示图；
图4是示出具有变化密度的点阵图形的分布的示图；
图5是示出在图2中示出的导光板的上表面的平面图；
图6A和图6B是示出在图5中示出的第一和第二棱镜凸出体的示图；
图7A和图7B是示意地示出导光板的多种形状的示图；和
图8是示出根据本发明第二实施例的背光模组的侧视图。
                       具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的几个方面。为了清楚和简洁，由于对已知功能和配置的描述可能使得本发明的主题不清楚，所以省略合并到此的已知的功能和配置的详细说明。
图2是示出根据本发明第一实施例的背光模组的侧视图。背光模组200包括：反光板250、光源240、导光板210、扩散板260和棱镜片270。在图2中示出的坐标系中，Z轴代表背光模组200的照明方向，该方向与导光板210的上表面214垂直；X轴代表从光源240发射的光的前进方向；Y轴代表与X轴和Z轴垂直的方向。
导光板210具有：彼此相对的上表面214和下表面212以及彼此相对的第一侧面216和第二侧面218。光源240面向导光板210的第一侧面216，并向第一侧面216发射光线。例如，光源240可以是发光二极管(LED)、激光二极管(LD)或者灯，或者任何其他的发光装置。导光板210通过在上表面214和下表面212之间的内反射将从第一侧面216引入的光线导向第二侧面218。
导光板210还具有：多个点阵图形220，形成在导光板210的下表面212上或者靠近下表面212而形成。每个点阵图形220可以具有多种截面形状，例如，圆形、椭圆形、四边形或菱形。另外，点阵图形220可以以凹雕(intagilio)(也就是凹槽(groove))或者凸雕(embrossment)(也就是凸起(protrusion))的形式形成于导光板210的下表面212上。优选地，本发明的每个点阵图形220为半球槽的形状。然而，根据情况需要，每个点阵图形220也可以是漫反射图形，例如刻线(scratches)。
另外，可以通过将点阵图形220集成到导光板210来形成每个点阵图形220。点阵图形220可选择性地以凸起的形式从导光板210分离地形成，然后附着于导光板210的下表面212。
图3A和图3B是示出具有圆形截面形状的点阵图形的横截面示图。图3A示出了具有圆形截面形状的点阵图形220a，其通过凹雕而形成于导光板210的下表面212上。同时，图3B示出了具有圆形截面形状的点阵图形220b，其通过凸雕而形成于导光板210的下表面212上。
再次参照图2，每个点阵图形220都反射和漫射入射光线。具体地，每个点阵图形220防止光线在导光板210和外部空气的界面上的全内反射，从而通过导光板210的上表面214透射由点阵图形220反射和漫射的光线。
随着在导光板210中的光线从第一侧面216向第二侧面218前进，光线的强度被削弱。这样的削弱造成在导光板210的上表面214上出现的光从第一侧面216向第二侧面218逐渐减少，并造成在导光板210上的亮度分布不均匀。
可以通过从第一侧面216向第二侧面218逐渐增加点阵图形220的密度来校正不均匀亮度。为了描述本发明，可以将点阵图形220的密度定义为每导光板单位面积点阵图形220占用的面积。如此，可以通过如下方式来实现点阵图形220的密度的改变：改变每导光板210单位面积的点阵图形220的数量；沿着第一侧面216到第二侧面218的方向改变点阵图形220的尺寸来改变点阵图形220占用的导光板210的面积，或者二者的组合。
图4是示出具有变化密度的点阵图形的分布的示图。从图4可以清楚地看出，形成于导光板210的下表面212上的点阵图形220c具有相同的形状和尺寸，并且每单位面积点阵图形220c的数量从第一侧面216向第二侧面218逐渐增加。
回到图2，导光板210具有棱镜图形(prism pattern)230。棱镜图形230形成于导光板210的上表面214上，并具有按字母X形状安置的棱镜凸出体。棱镜图形230被设计为：具有交叉条纹的四边形，优选地被设计为具有交叉条纹的菱形。棱镜图形230透射和聚集由点阵图形220反射和漫射的光线。
图5是示出导光板210的上表面214的平面图。形成于导光板210的上表面214上的棱镜图形230包括第一棱镜凸出体232和第二棱镜凸出体234。如图5所示，线条232的每一条都代表一个第一棱镜凸出体232，而线条234的每一条都代表一个第二棱镜凸出体234。
第一棱镜凸出体232互相平行，并具有统一的间距(pitch)。第一棱镜凸出体232通过其垂直平面，经由与第一棱镜凸出体232的纵向方向垂直的垂直截平面透射和聚集由点阵图形220反射的光线。第二棱镜凸出体234的形成方式为：第二棱镜凸出体234与第一棱镜凸出体232交叉。第二棱镜凸出体234互相平行，并具有统一的间距。第二棱镜凸出体234通过其垂直平面，经由与第二棱镜凸出体234的纵向方向垂直的垂直截平面透射和聚集由点阵图形反射的光线。
根据本发明的本方面，第一棱镜凸出体232和第二棱镜凸出体234可以从导光板210的上表面214凸出。第一棱镜凸出体232和第二棱镜凸出体234中的每一个都具有不大于0.3mm的间距。
第一棱镜凸出体232和第二棱镜凸出体234之间的角度θ1在2～40°的范围之中，而X轴与第一棱镜凸出体232和第二棱镜凸出体234中的每一个之间的角度在1～20°的范围之中。如果棱镜凸出体和X轴平行，则不能通过棱镜凸出体透射导光板210内部的光线。取而代之，光线会沿着棱镜凸出体流动导致亮度恶化。如果棱镜凸出体与X轴垂直，则在导光板210中的光线可能迅速地被棱镜凸出体削弱，而到达导光板210的第二侧面218的光线总量会减少。在这样的情况中也会出现亮度恶化。
图6是示出第一棱镜凸出体232和第二棱镜凸出体234的示图。图6A是第一棱镜凸出体232的横截面示图，而图6B是第二棱镜凸出体234的横截面示图。第一棱镜凸出体232和第二棱镜凸出体234具有相同的截面形状。第一棱镜凸出体232和第二棱镜凸出体234中的每一个都具有在60～120°范围中的棱镜角θ2和在2～20μm范围中的高度H。例如，第一棱镜凸出体232和第二棱镜凸出体234中的每一个都具有等腰三角形的截面形状。虽然在图6中示出的第一棱镜凸出体232和第二棱镜凸出体234中的每一个都具有带尖的轮廓，但是第一棱镜凸出体232和第二棱镜凸出体234也可以具有预定半径的弯曲轮廓。
再次参照图2，反光板250的定位方式是：其上表面面向导光板210的下表面212。反光板250反射通过导光板210的下表面212透射的光线，并将该光线重新导向导光板210。如图2所示，虽然反光板250具有接近100％的反射率，但是如果需要可以使用另一个具有较低反射率的反光板。例如，虽然在本发明的本方面示出背光模组200用于单向照明，但是背光模组200也可以用于双向照明。在后面的情况中，反光板250的反射率可以设置为50～80％，而可以将另一扩散板和另一棱镜片按顺序地排列在反光板250下面。
扩散板260的安置方式是：其下表面面向导光板210的上表面214。扩散板260分散并透射输入的光线，并将聚集在高视角上的亮度分布均匀化。
棱镜片270的定位方式是：其下表面面向扩散板260的上表面。棱镜片270包括：底板272和多个第三棱镜凸出体274，所述第三棱镜凸出体274从底板272的上表面凸出并互相平行。可以沿着各种方向排列第三棱镜凸出体274。例如，沿着X轴，即与导光板210的第一侧面垂直的方向安排列第三棱镜凸出体274。棱镜片270聚集并透射从扩散板260输入的光线。棱镜片270提供在低视角的亮度增强。
在根据本发明的导光板中，靠近面向光源的第一侧面的导光板的末端部分可以整体地形成有倾斜的凸出体，或者，导光板可以有选择地在其上下表面之一具有斜面。这样的配置改进了导光板与光源的光耦合效率。
图7A和图7B是示意性地示出导光板的多种形状的示图。图7A示出在其一个表面上具有斜面的导光板210a。导光板210a具有彼此相对的上表面214a和下表面212a以及彼此相对的第一侧面216a和第二侧面218a。此外，导光板210a具有在其下表面212a上形成的多个点阵图形220以及在其上表面214a上排列的棱镜图形230。当观察整个导光板210a时，下表面212a相对于上表面214a是倾斜的，导光板212a的厚度从第一侧面216a向第二侧面218a逐渐减少。
图7B示出了具有整体地形成有倾斜的凸出体的末端的导光板210b。导光板210b具有彼此相对的上表面214b和下表面212b以及彼此相对的第一侧面216b和第二侧面218b。此外，导光板210b具有在其下表面212b上形成的多个点阵图形220以及在其上表面214b上形成的棱镜图形230。在导光板210b中，倾斜的凸出体整体地形成在靠近第一侧面216b的导光板210b的末端部分的上表面上。倾斜的凸出体朝上向导光板210b的第一侧面216b倾斜，从而倾斜凸出体的厚度从第一侧面216b向第二侧面218b逐渐减少。
如上所述，根据本发明的背光模组可以用于双向照明。
图8是示出根据本发明第二方面的背光模组的侧视图。该背光模组200a包括在图2中示出的背光模组200的所有元件，而且还包括另一扩散板和另一棱镜片。因此，将使用相同的标号来指示相同元件部分，并将省略详细的描述。背光模组200a包括反光板250a、光源240、导光板210、第一扩散板260和第二扩散板260a以及第一棱镜片270和第二棱镜片270a。
反光板250a的定位方式是：其上表面面向导光板210的下表面212，并具有50～80％的反射率。反光板250a反射通过导光板210的下表面212透射的光线的一部分，从而使相应的这部分光线被重新导向导光板210，并且所述反光板250a透射通过导光板210的下表面212透射的光线的其他部分。
第二扩散板260a的定位方式是：其上表面面向反光板250a的下表面。第二扩散板260a分散并透射输入的光线，并将聚集在高视角上的亮度分布均匀化。
第二棱镜片270a的定位方式是：其上表面面向第二扩散板260a的下表面。第二棱镜片270a包括：底板272a和多个第四棱镜凸出体274a，所述第四棱镜凸出体274a从底板272a的上表面凸出并互相平行。可以沿着各种方向安排第四棱镜凸出体274a。例如，沿着X轴排列第四棱镜凸出体274a，所述X轴在垂直于导光板210的第一侧面216的方向。第二棱镜片270a聚集并透射从第二扩散板260a输入的光线。第二棱镜片270a提供在低视角的亮度增强。
从上面的描述明显看出，由于本发明具有在导光板的上表面上形成的棱镜图形，并且本发明具有字母X形状的互相交叉的棱镜凸出体，所以根据本发明的导光板和背光模组的一个优点是在本发明中需要较少数量的棱镜片。结果，可以显著地减少背光模组的厚度，可以减少光插入损失，并且可以提升光学效率和整体亮度。
另外，由于本发明的导光板和背光模组需要较少数量的棱镜片，所以可以降低制造导光板或背光模组的成本。
此外，由于根据本发明的导光板和背光模组与传统技术相比具有更小的厚度，所以导光板和背光模组可以很容易地适用于移动终端。
尽管已经参照其优选实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1、一种导光板，具有彼此相对的上表面和下表面以及彼此相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和第二侧面用于通过所述上表面和下表面之间的内反射将从所述第一侧面输入的光线导向第二侧面，所述导光板包括：
多个点阵图形，形成在所述下表面上，并被构造为反射和漫射入射到每个点阵图形上的光线；
第一棱镜凸出体，形成在所述上表面上，互相平行，并被构造为透射和聚集由所述点阵图形反射的光线；和
第二棱镜凸出体，形成在所述上表面上，互相平行，并被构造为与所述第一棱镜凸出体交叉，并被构造为透射和聚集由所述点阵图形反射的光线。
2、如权利要求1所述的导光板，其中，点阵图形的密度从所述第一侧面向所述第二侧面逐渐增加。
3、如权利要求1所述的导光板，其中，每个点阵图形都包括在所述导光板的下表面上形成的槽。
4、如权利要求1所述的导光板，其中，第一棱镜凸出体和第二棱镜凸出体中的每一个都具有不大于0.3mm的间距。
5、如权利要求1所述的导光板，其中，第一棱镜凸出体和第二棱镜凸出体之间的角度是在2～40°的范围中。
6、如权利要求1所述的导光板，其中，所述第一棱镜凸出体和第二棱镜凸出体中的每一个都具有60～120°的棱镜角和2～20μm的高度。
7、如权利要求1所述的导光板，还包括：反光板，其被构造为将通过所述下表面离开所述导光板的光线的至少一部分反射回所述导光板。
8、如权利要求1所述的导光板，其中，所述导光板的上表面的一部分与所述导光板的下表面具有不平行的关系。
9、一种背光模组，包括：
导光板，具有彼此相对的上表面和下表面以及彼此相对的第一侧面和第二侧面，所述导光板被构造为通过所述上表面和所述下表面之间的内反射将从所述第一侧面输入的光线导向所述第二侧面；和
光源，被构造为面向所述导光板的第一侧面，并被构造为向所述第一侧面输出光线，
其中，所述导光板包括：
多个点阵图形，形成在所述下表面上，并被构造为反射和漫射入射光线；和
棱镜图形，形成在所述上表面上，并具有字母X形状的棱镜凸出体，所述棱镜图形被构造为透射和聚集由所述点阵图形反射的光线。
10、如权利要求9所述的背光模组，其中，所述棱镜图形被设计为具有交叉条纹的四边形。
11、如权利要求9所述的背光模组，其中，所述棱镜图形包括：
第一棱镜凸出体，形成在所述上表面上，互相平行，并被构造为透射和聚集由所述点阵图形反射的光线；和
第二棱镜凸出体，形成在所述上表面上，互相平行，并被构造为与所述第一棱镜凸出体交叉，并被构造为透射和聚集由所述点阵图形反射的光线。
12、如权利要求9所述的背光模组，还包括：扩散板，其被安置在所述导光板上以进行分散，并被构造为透射输入的光线。
13、如权利要求9所述的背光模组，还包括：棱镜片，其被安置在所述导光板上，并被构造为聚集和透射输入的光线。
14、如权利要求9所述的背光模组，还包括：反光板，其被安置在所述导光板下面，并被构造为将通过所述导光板的下表面透射的光线反射到所述导光板。
15、如权利要求9所述的背光模组，其中，所述点阵图形的密度从所述第一侧面向第二侧面逐渐增加。
16、如权利要求9所述的背光模组，其中，每个点阵图形都包括在所述导光板的下表面上形成的槽。
17、如权利要求11所述的背光模组，其中，所述第一棱镜凸出体和第二棱镜凸出体中的每一个都具有不大于0.3mm的间距。
18、如权利要求11所述的背光模组，其中，所述第一棱镜凸出体和第二棱镜凸出体之间的角度是在2～40°的范围中。
19、如权利要求11所述的背光模组，其中，所述第一棱镜凸出体和第二棱镜凸出体中的每一个都具有60～120°的棱镜角和2～20μm的高度。
20、如权利要求9所述的背光模组，其中，所述导光板的上表面的一部分与所述导光板的下表面具有不平行的关系。
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