专利名称：一种用于液晶显示器的二维准直背光模组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于液晶显示器的背光模组，尤其是涉及一种用于液晶显示器的二维准直背光模组。
背景技术：
从上世纪七十年代开始，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，其在电子设备中的应用几乎无处不在，从小尺寸的腕表到大尺寸的TV。发展到现今的液晶显示器已具有较高的分辨率、结构紧凑、高亮度且低成本。然而，尽管经过了四十多年的发展和进步，液晶显示器由于其使用的背光源不足的限制，仍存在光源使用率低、对比度差及产生色偏等问题。液晶显示器面板中的液晶本身不具有发光特性，其利用背光模组提供光源，达到显示器显示效果。通常背光源采用发光二级管(LED)或冷阴极荧光灯管(CCFL)作为光源，光源发出的光经过导光板耦合进显示器。但光源的发散角度较大，实际进入导光板(LGP))被利用的的能量不足10%，导致整个显示器的效率降低。此外由于背光的发散角度较大，导致光线进入显示器后会产生串扰(crosstalk)，对比度降低。大尺寸TV的发展尤其是HDTV (高清电视)的发展对显示器的对比度，画面品质要求更高。以垂直于液晶显示屏的法线为轴，LC对来自背光源的近轴的光线利用率高，因此若背光源的发散角度大，则光源利 用率会降低，且大角度离轴的光线会造成对比度下降、漏光、color washout (色偏)等问题。20世纪后发展了很多用于个人使用的诸如手机、数码相机、计算器、手表等小尺寸液晶显示器，这些小尺寸的显示器其液晶面板的像素尺寸相对大尺寸的面板来说更小，因此为避免串扰，提高对比度，其对背光源的准直性能要求更高。这就需要背光源是一个二维均匀的准直面光源。然而，现有市场上的几乎所有液晶显示用的背光源都不是准直背光源，均存在较大的发散角，且光源利用率很低，大角度的发散光穿过液晶显示屏后导致整个液晶显示器对比度下降，且存在串扰的问题。中国专利(201210026819.6 )提出了一种现有的能产生准直光的背光模组结构，它的结构包括光源、光源反射罩、楔形膜、反射膜和棱镜膜。其中楔形膜为三角形的楔形体，位于所述光源的正前方，用于将光源发出的不同角度的发散光通过多次的全反射汇聚成邻近全反射角的平行光束出射。其中反射膜放置于楔形膜的出光面一方，被用来将光线重新反射回楔形膜中重复利用。棱镜膜位于所述楔形膜出光面的另一方，用于将从楔形膜出射的与液晶屏呈较大入射角的平行光束折射成垂直于液晶屏的平行光束。该发明所介绍的背光模组虽然能提供一种准直光，但仅是在一维方向上进行聚光准直，对于像素尺寸较大的大尺寸面板可满足使用的需求，但对于像素尺寸极小，对比度要求又很高的小尺寸液晶显示器，不能满足其对背光源二维准直度的要求。
发明内容
针对现有技术背光模组只能在一维方向进行准直的问题，本发明提出一种出射光准直性好、光线利用率高的二维准直背光模组结构。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种用于液晶显示器的二维准直背光模组，包括光源、楔形膜、反射膜和棱镜膜，所述的楔形膜为一个由第一入光面、第一出光面、第二出光面、第一楔形端面和第二楔形端面构成的多边形楔形体，所述的第一出光面为平面，所述的第二出光面为曲面或由两个以上的无缝拼接的平面组成的非平面，所述的第一楔形端面和所述的第二楔形端面与所述的入光面之间的夹角大于100度，所述的光源设置在所述的第一入光面一侧，所述的棱镜膜设置在所述的第一出光面一侧，所述的反射膜设置在所述的第二出光面一侧。所述的第一出光面与所述的第二出光面之间至少形成一条相交线。所述的楔形膜和所述的棱镜膜为光学材料，所述的反射膜表面镀有金属膜或介质反射膜。所述的第一出光面与所述的第二出光面之间形成的楔形体中最大的楔形角小于等于10。。所述的光源紧贴所述的第一入光面放置。所述的反射膜的反射面与所述的第二出光面紧贴，用于将所述的第二出光面出射的光线反射回所述的楔形膜中重复利用。
所述的棱镜膜的结构为若干个沿所述的第一入光面法线方向依次排列的圆弧形平行四边形体阵列，所述的圆弧形平行四边形体的剖面为平行四边形。所述的棱镜膜包括相互平行的第二入光面和第三出光面，所述的第二入光面与所述的第一出光面平行，所述的第一出光面出射的光线从所述的第二入光面进入所述的棱镜膜，所述的棱镜膜将由所述的楔形膜第一出光面射出的与所述的第二入光面呈较大入射角的平行光束折射成垂直于所述的第三出光面的平行光束射出。与现有技术相比，本发明的优点在于可以产生二维准直面光源，且所产生的平行光束准直性好，光源利用率非常高。
图1为现有技术背光模组的横截面结构示意图；图2为本发明的二维准直背光模组的结构示意图；图3为本发明的二维准直背光模组俯视结构图；图4为本发明的二维准直背光模组剖视结构图；图5为本发明的楔形膜的立体结构示意图之一；图6为本发明的楔形膜的立体结构示意图之二 ；图7为本发明中构成棱镜膜的圆弧形平行四边形体的立体结构示意图；图8为本发明的楔形膜出光示意图；图9为本发明的楔形膜和棱镜膜工作原理示意图；图10为根据斯涅尔定律绘制的从光密到光疏的反射曲线图；图11为本发明的二维准直背光模组的出射光示意图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。本发明提供了一种能产生二维准直光的背光模组，其结构如图2所示。背光模组包括光源00、反射膜10、楔形膜20和棱镜膜30。光源00为LED。楔形膜20为一个由第一入光面201、第一出光面202、第二出光面203、第一楔形端面204和第二楔形端面205构成的多边形楔形体，其中第一入光面201位于楔形体最厚端，光源00紧贴第一入光面201放置，第一出光面202和第二出光面203为多边形的两个底面，他们所形成的楔形体中最大的楔形角α小于等于10°。第一出光面202为一平面，第二出光面203可以为拼接式平面或一曲面。反射膜10位于第二出光面203的一方,其反射面与第二出光面203紧贴,用于将由第二出光面203出射的光反射回楔形膜20中重复利用。棱镜膜30位于第一出光面202的一方，其结构为若干个沿第一入光面201法线方向依次排列的圆弧形平行四边形体阵列，圆弧形平行四边形体的剖面为平行四边形，棱镜膜30包括相互平行的第二入光面301和第三出光面304，第二入光面301与第一出光面202平行，第一出光面202出射的光线从第二入光面301进入棱镜膜30，棱镜膜30将由楔形膜20的第一出光面202射出的与第二入光面301呈较大入射角的平行光束折射成垂直于第三出光面304的平行光束射出。图3为本发明二维准直背光模组的俯视示意图，可以看到棱镜膜为若干个沿第一入光面201法线方向依次排列的圆弧形平行四边形体阵列，光源00位于第一入光面201上。图4是本发明二维准直背光模组剖视示意图，楔形膜20剖面为一类似三角形的楔形体，棱镜膜剖面为平行四边形，其组合结构类似于图一中的现有技术。
图5为本发明核心部件楔形膜20的立体结构示意图之一，其结构为多边形楔形体。该楔形体包括第一入光面201、第一出光面202、第二出光面203、第一楔形端面204和第二楔形端面205,在垂直于第一出光面202方向，楔形体存在一最厚端和最薄端,第一入光面201为最厚端多边形的一条边所在的侧面。第二出光面203由两个平面无缝拼接而成。图6为本发明核心部件楔形膜20另一种结构示意图，其结构为多边形楔形体。该楔形体包括第一入光面201、第一出光面202、第二出光面203、第一楔形端面204和第二楔形端面205,在垂直于第一出光面202方向，楔形体存在一最厚端和最薄端,第一入光面201为最厚端多边形的一条边所在的侧面。第二出光面203为一曲面。图7为本发明中构成棱镜膜30的圆弧形平行四边形体的结构示意图，从图中可以看出，该圆弧平行四边形体包括相互平行的第二入光面301和第三出光面304，其截面为一平行四边形结构。图8为本发明的核心部件楔形膜20的工作原理示意图，光源发出的不同角度的光线进入楔形膜后经过多次的全反射在楔形膜中传播，最后当介质中入射角小于等于全反射临界角时光线从楔形膜的第一出光面202和第二出光面203射出。该楔形膜的作用即为将光源发出的具有大发散角的发散光通过多次全反射会聚成邻近全反射临界角的平行光束射出楔形膜。由图8可以看出光线由楔形膜薄端出射。图9详细阐述了一条光线经过本发明中的楔形膜和棱镜膜中的光路轨迹。楔形膜的工作原理基于斯涅耳折射定律:
Ii1Sin Θ ^n2Sin θ 2式中ηι为介质I的折射率，θ 为入射角，η2为介质2的折射率，Θ 2为折射角。从光源00发出的光线通过楔形膜20的第一入光面201进入楔形膜20折射变成光线01，光线01照射到第一出光面202上发生全反射变成光线02，光线02照射到楔形膜20的第二出光面203上再次发生全反射变成光线03。图10是根据斯涅耳定律绘制的从光密到光疏的反射率曲线，从图10上可以看出，如果假设介质的折射率为1.5，全反射临界角大概在42°左右。因此当光线03照射到第一出光面202上时，若光线03与法线的夹角Θ小于或等于全反射临界角，则通过第一出光面202出射，变成光线04。从楔形膜20的第一出光面202以接近全反射临界角出射的光线04与液晶屏呈较大的入射角，不满足液晶屏使用的需求，需要添加棱镜膜30将光线反射成与液晶屏垂直的正入射平行光束。上述图9中棱镜膜30的反射面302将从楔形膜20中出射的光线04反射，反射光线经棱镜膜出光面304折射后成与棱镜膜30的第三出光面304垂直的光线05出射。为提高光线的利用率，避免能量损失，要求从楔形膜20出射照到棱镜膜30上的所有光线满足两个条件:(I)所有光线进入棱镜膜30后必须经过棱镜膜30的反射面302反射；(2)所有被棱镜膜30的反射面302反射的光线不能照到棱镜膜30的另一侧反射面303 上。图11为本发明二维准直背光模组出射光示意图，从图中可以看出，由光源00出射的大角度的发散光经过本发明的结构后变成均匀准直面光束射出，其在二维平面内，该出射光束均具有准直性高，发散角小的特点。
权利要求
1.一种用于液晶显示器的二维准直背光模组，包括光源、楔形膜、反射膜和棱镜膜，其特征在于所述的楔形膜为一个由第一入光面、第一出光面、第二出光面、第一楔形端面和第二楔形端面构成的多边形楔形体，所述的第一出光面为平面，所述的第二出光面为曲面或由两个以上的无缝拼接的平面组成的非平面，所述的第一楔形端面和所述的第二楔形端面与所述的第一入光面之间的夹角大于100度，所述的光源设置在所述的第一入光面一侧，所述的棱镜膜设置在所述的第一出光面一侧，所述的反射膜设置在所述的第二出光面一侧。
2.如权利要求1所述的一种用于液晶显示器的二维准直背光模组，其特征在于所述的第一出光面与所述的第二出光面之间至少形成一条相交线。
3.如权利要求1所述的一种用于液晶显示器的二维准直背光模组，其特征在于所述的楔形膜和所述的棱镜膜为光学材料，所述的反射膜表面镀有金属膜或介质反射膜。
4.如权利要求1所述的一种用于液晶显示器的二维准直背光模组，其特征在于所述的第一出光面与所述的第二出光面之间形成的楔形体中最大的楔形角小于等于10°。
5.如权利要求1 4中任一项权利要求所述的一种用于液晶显示器的二维准直背光模组，其特征在于所述的光源紧贴所述的第一入光面放置。
6.如权利要求5所述的一种用于液晶显示器的二维准直背光模组，其特征在于所述的反射膜的反射面与所述的第 二出光面紧贴，用于将所述的第二出光面出射的光线反射回所述的楔形膜中重复利用。
7.如权利要求1 4中任一项权利要求所述的一种用于液晶显示器的二维准直背光模组，其特征在于所述的棱镜膜的结构为若干个沿所述的第一入光面法线方向依次排列的圆弧形平行四边形体阵列，所述的圆弧形平行四边形体的剖面为平行四边形。
8.如权利要求7所述的一种用于液晶显示器的二维准直背光模组，其特征在于所述的棱镜膜包括相互平行的第二入光面和第三出光面，所述的第二入光面与所述的第一出光面平行，所述的第一出光面出射的光线从所述的第二入光面进入所述的棱镜膜，所述的棱镜膜将由所述的楔形膜第一出光面射出的与所述的第二入光面呈较大入射角的平行光束折射成垂直于所述的第三出光面的平行光束射出。
全文摘要
本发明公开了一种用于液晶显示器的二维准直背光模组，包括光源、楔形膜、反射膜和棱镜膜，特点是楔形膜为一个由第一入光面、第一出光面、第二出光面、第一楔形端面和第二楔形端面构成的多边形楔形体，第一出光面为平面，第二出光面为曲面或由两个以上的无缝拼接的平面组成的非平面，第一楔形端面和第二楔形端面与第一入光面之间的夹角大于100度，光源设置在第一入光面一侧，棱镜膜设置在第一出光面一侧，反射膜设置在第二出光面一侧，优点在于可以产生二维准直面光源，且所产生的平行光束准直性好，光源利用率非常高。
文档编号G02F1/13357GK103226261SQ20131010040
公开日2013年7月31日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者李同, 杨淑敏, 陈志明, 杨静, 朱宗杰, 吴永荣 申请人:苏州晶智科技有限公司