专利名称：一种具有微光学结构背光系统及导光板的制作方法
一种具有樣史光学结构背光系统及导光板
技术领域：
本发明涉及一种微光学结构背光系统及导光板，特别涉及一种用于被动发 光平板显示的微光学结构背光系统及导光板。背景技术：
现有的被动发光平板显示装置，例如液晶显示器(Light crystal display, LCD ) 具有重量轻、厚度薄、能耗低、无辐射等优点，因而广泛应用于手机、数码相 机、摄影机、mp3等产品。由于液晶材料本身不具备发光特性，所以需要为其 提供附加光源来实现显示功能。
如图1所示，为美囯3M公司于2002/9/3公告的US6443583中所涉及的一 种现有背光系统的结构示意图。该背光系统包括光源11、导光板12、反射片13、 扩散片14和棱镜片15、 16,其中棱镜片15、 16设置有相互垂直的微棱镜结构。 光源11所发出的光线经导光板12的入光面进入导光板12内部，由设置在导光 板12的底面下方的反射片13反射并经导光板12的出光面输出。导光板12的 底面进一步设有网点图案，以便对导光板12内部传输光线进行散射，进而实现 面光源输出并达到均光效果。经导光板12的出光面输出的光线由扩散片14进 行进一步均光后，再由棱镜片15、 16的微棱镜结构在相互垂直的两个方向进行 会聚，使出射光集中到导光板12的出光面法线附近正负25度的范围内，以提 高显示亮度。
如图2所示，为另一现有背光系统的结构示意图。该背光系统同样包括光 源21、导光板22、反射片23、扩散片24和棱镜片25,其与图1所示背光系统 的不同之处在于导光板22的出光面上设置有V形棱镜结构(V-cut),而棱镜 片25为一片锯齿状朝下的棱镜片。通过采用这种结构减少一片棱镜片，降低制 造成本，同时将光利用率提高了 30%。图2所示的背光系统虽然可减少一片棱 镜片、减小了装置厚度和增加了光能利用率，但导光板的上述V形棱镜结构的 聚光效果较差，导致光能利用率偏低，而且还容易使导光板产生明暗带条紋。
发明内容
为了解决现有技术的导光板出光面的V形棱镜结构的聚光效果较差，导致
光能利用率低的技术问题，本发明提供一种能够提高光能利用率并改善聚光效 果的导光板及使用该导光板的背光模组。
本发明解决现有的技术问题所采用的技术方案是提供一种具有微光学结 构背光系统，所述背光系统包括具有入光面、出光面及与所述出光面相对的 底面的导光板；设置在所述入光面附近的光源，以及设置在所述底面附近的反 射片；所述导光板的出光面上设置有具有顶端凹陷区域的微光学聚光结构。
根据本发明一优选实施例，所述具有顶端凹陷区域的微光学聚光结构包括 顶端凹陷的圆锥、棱锥、圓台或棱台。
根据本发明一优选实施例，所述微光学聚光结构的底宽为l|iim 2000|Lim。
根据本发明一优选实施例，所述反射片包括平面反射片或设置有微反射结构。
根据本发明一优选实施例，所述微反射结构包括微棱镜、棱锥或棱台。
根据本发明一优选实施例，所述微反射结构的结构尺寸均匀分布或沿远离 所述入光面的方向上增加；所述微反射结构的分布密度均匀分布或沿远离所述 入光面的方向上增力口。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是，提供一种导光板，所述导 光板包括入光面、出光面及与所述出光面相对的底面，其特征在于所述导光 板的出光面设置有具有顶端凹陷区域的微光学聚光结构。
根据本发明 一优选实施例，所述具有顶端凹陷区域的微光学聚光结构包括 顶端凹陷的圆锥、棱锥、圓台或棱台。
通过采用上述结构，本发明提供一种导光板，利用该导光板具有顶端凹陷 区域的微光学聚光结构对出射光进行会聚，增加了系统的光能利用率。此外， 本发明的导光板进一步结合具有微反射结构的反射片，利用反射片的微反射结
场，可以避免使用传统的棱镜片，减少装置的元件数量，实现装置的高度集成， 并提高光能利用率、降低成本。
图l是一种现有背光系统的结构示意图； 图2是另一种现有背光系统的结构示意图3是本发明微光学结构背光系统及导光板一实施例的结构示意图4是本发明具有顶端凹陷区域的微光学聚光结构的结构示意图5是本发明该具有顶端凹陷区域的微光学聚光结构的剖面示意图6是本发明微光学聚光结构具有顶端凹陷区域的棱锥的结构示意图7是本发明微光学聚光结构为棱台的结构示意图8是本发明微光学聚光结构为棱锥的结构示意图9是本发明反射片一实施例的结构^ 部放大示意图IO是本发明反射片的微反射结构另一实施例的结构示意图11是本发明反射片的微^^射结构再一实施例的结构示意图12是本发明反射片的微反射结构的排列方式一实施例的示意图13是本发明反射片的孩i反射结构的排列方式另一实施例的示意图。具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图3 ~图8所示，图3是本发明具有微光学结构背光系统及导光板一实施 例的结构示意图。在本实施例的背光系统中包括光源31、导光板32以及反射 片33。其中，导光板32包括用于接收光源31发出光线的入光面、用于出射光 线的出光面以及与出光面相对的底面，在该导光板32的出光面上设置有微光学 聚光结构321 ，图4即为该微光学聚光结构321具有顶端凹陷区域的结构示意图， 图5为该具有顶端凹陷区域结构的剖面示意图，图6所示为具有顶端凹陷区域 的棱锥的结构示意图，图7所示为^t光学聚光结构为棱台的结构示意图；图8 所示为微光学聚光结构为棱锥的结构示意图；总之，该微光学聚光结构321包 括顶端凹陷的圆锥、棱锥、圆台、棱台或其它悉知的形状。为了实现出射光有 较高的均匀性，微光学聚光结构可以设计出不同的排列方式，如结构尺寸全部 一致或沿远离入光面的方向逐渐增大；或分布密度全部一致或沿远离入光面的 方向逐渐增大，结构单元的底宽一般为l)Lim 2000|Lim。导光板32的形状可采用 平板形、楔形或者其它适当形状，厚度通常为0.5mm-10mm，材料从透光性材 料中选取，通常采用丙烯基树脂或聚碳酸酯树脂，优选是扭射率为1.49的聚甲 基丙烯酸甲脂(PMMA)。微光学聚光结构321可采用微光学、二元光学加工方 法制成，例如成型或激光直写法、光刻、蚀刻方法等方法。光源31可采用目前 公知的LED光源、冷阴极荧光灯管或者其它适当光源，并以适当方式设置在导 光板32的入光面附近。反射片33则设置在导光板32的底面的下方，用于反射 从该底面透出的光线。该底面还可以进一步包括各种散射结构，例如印刷网点 或者以成型方式制成的散射网点，以便对导光板32内部的传输光线进行散射， 进而实现面光源输出并保持导光板32出光的均匀性。
本发明的反射片可以设置成平面反射或是微反射结构，该微反射结构包括 微棱镜、棱锥或棱台。如图9所示，图9是本发明的反射片一实施例的结构及 局部放大示意图。在本实施例中，反射片33上的微反射结构为棱镜形331,具 有与导光板32的出光面相倾斜的反射面。经导光板32的底面透射的光由棱镜 形331的反射面以预定角度反射后再次进入导光板32,并经导光板32出光面的 微光学聚光结构321会聚后出射。在本实施例中，棱镜形331的底宽优选为10jLim -1000|um,并且通过改变棱镜形331的底角(反射面倾角)、高度以及分布密度 来调节经导光板32的底面透出的光线的反射方向，由此垂直该棱镜形起331的 延伸方向对导光板32的内部传输光线进行会聚、调制。而导光板32的出光面 的微光学聚光结构321则进一步在对光线进行会聚和调制，由此实现出射光的 两次会聚。
本发明的微反射结构可以根据实际情况设计出不同形式的结构，例如，图 10和图11中分别公开了适用于本发明的反射片的两种不同形式的微反射结构， 其中图10的孩i反射结构为棱台形，而图11的樣i反射结构则为棱锥形。本发明 的微反射结构可以通过在预定材料的基板上直接成型制成，或以微光学、二元 光学加工方法，例如激光直写法、光刻、蚀刻方法等纟鼓加工方法制出所需形状 的结构，并在该结构表面涂敷适当材料的反射涂层实现。
此外，为了实现出射亮度峰值调节和高均匀性，可以根据不同的设计需要 对微反射结构的结构尺寸和分布密度进行调节，可以是一致的或是沿远离入光 面的方向逐渐增加。如图12和图13所示，图12中的微反射结构采用结构尺寸 一致、分布密度也一致的排列方式，而图13的微反射结构的结构尺寸则是在远 离导光板入光面方向上逐渐增加，以便根据距导光板入光面的距离调节反射强
度和角度，实现出射光场的亮度峰值调节和高均匀性。
通过采用上述结构，利用反射片微反射结构的反射面对光进行反射，通过 改变反射面的倾角来会聚、调制出射光场，并配合导光板的具有凹陷区域的结 构单元的微光学聚光结构，使得导光板的出射光可以调节到理想视场，可以避 免使用传统的棱镜片，可以减少装置的元件数量，实现装置的高度集成，并提 高光能利用率、降低成本。此外，本发明的反射片可以解决传统平面反射片应 用到集成导光板中出现的亮度偏离问题，很好地把出射光场的峰值调节到我们 所需要的视场，具有很强的灵活性。通过实验可以发现，本发明的背光系统的
亮度指标可以达到传统双棱镜片配置的背光系统的1 - 1.5倍，并且光能利用率 高，均匀性好。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在 不脱离本发明所保护的范围和精神的情况下，可根据不同的实际需要设计出各 种实施方式。
权利要求
1.一种具有微光学结构背光系统，所述背光系统包括具有入光面、出光面及与所述出光面相对的底面的导光板；设置在所述入光面附近的光源，以及设置在所述底面附近的反射片；其特征在于所述导光板的出光面上设置有具有顶端凹陷区域的微光学聚光结构。
2. 根据权利要求1所述的背光系统，其特征在于所述具有顶端凹陷区域 的微光学聚光结构包括顶端凹陷的圆锥、棱锥、圆台或棱台。
3. 根据权利要求2所述的背光系统，其特征在于所述微光学聚光结构的 底宽为lnm 2000|um。
4. 根据权利要求]所述的背光系统，其特征在于所述反射片包括平面反 射片或设置有微反射结构。
5. 根据权利要求4所述的背光系统，其特征在于所述微反射结构包括微 棱镜、棱锥或棱台。
6. 根据权利要求1所述的背光系统，其特征在于所述微反射结构的结构 尺寸均匀分布或沿远离所述入光面的方向上增加；所述微反射结构的分布密度 均匀分布或沿远离所述入光面的方向上增加。
7. —种导光板，所述导光板包括入光面、出光面及与所述出光面相对的底 面，其特征在于所述导光板的出光面设置有具有顶端凹陷区域的微光学聚光 结构。
8. 根据权利要求7所述的导光板，其特征在于所述具有顶端凹陷区域的 微光学聚光结构包括顶端凹陷的圓锥、棱锥、圆台或棱台。
全文摘要
本发明涉及一种具有微光学结构背光系统，所述背光系统包括具有入光面、出光面及与所述出光面相对的底面的导光板；设置在所述入光面附近的光源，以及设置在所述底面附近的反射片；所述导光板的出光面上设置有具有顶端凹陷区域的微光学聚光结构。同时，本发明亦涉及一种导光板，所述导光板包括入光面、出光面及与所述出光面相对的底面，所述导光板的出光面设置有具有顶端凹陷区域的微光学聚光结构。通过采用上述结构，利用具有顶端凹陷区域的微光学聚光结构对出射光进行会聚，增加了系统的光能利用率。此外，本发明的背光系统进一步结合具有微反射结构的反射片，利用反射片的微反射结构和导光板出光面的微光学聚光结构使得导光板的出射光可以调节到理想视场，可以避免使用传统的棱镜片，减少装置的元件数量，实现装置的高度集成，并提高光能利用率、降低成本。
文档编号G02F1/13GK101349834SQ200710147059
公开日2009年1月21日 申请日期2007年8月18日 优先权日2007年7月20日
发明者平 徐, 黄洁锋 申请人:深圳大学;徐 平