专利名称：导光板及背光模组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导光板以及背光模组，尤其涉及一种适用于直下式背光模组的导 光板以及直下式背光模组。
背景技术：
近年来，平面显示器发展迅速，已被广泛应用于个人计算机、电视、移动通讯及消 费性电子产品等领域。同时，电子产品对平面显示装置(如液晶显示装置)的要求不断提 高。背光模组为显示装置中的重要元件，其将点光源或线光源发出的光通过导光板的散射 后形成一面光源，所以设计各种背光模组成为目前的研究热点。背光模组通常包括光源与导光板，导光板引导从光源发出的光束的传输方向，将 线光源或点光源转换成面光源。按照光源放置位置的不同，背光模组可以分为直下式和侧 置式两类。直下式背光模组是指将光源置于导光板正下方，直接照明。而侧置式背光模组 一般将光源置于导光板的侧面，光线由侧面耦合入导光板，在导光板内形成全反射并不断 向前传播。通过对全反射条件的破坏，实现导光板出光面均勻射出光线。因此，导光板的结 构对背光模组的出光效果有着重要的影响。现有技术提供一种背光模组，该背光模组包括一导光板，一反射膜和一发光二极 管，该导光板包括一底面，一与该底面相对的出光面。该发光二极管设置于所述导光板底面 一侧。所述出光面对应发光二极管设置有微结构，该底面上设置有多个散射网点。该反射 膜设置于所述导光板底面一侧。由该发光二极管出射的光线入射导光板内部之后在出光面 的表面具有不同的入射角度，一部分光线在出光面的表面折射后由该出光面射出，另一部 分光线在出光面的表面反射后经由反射膜及所述底面上的多个散射网点再由出光面射出， 即该微结构会消弱所述导光板出光面的与发光二极管对应区域的光线分布。然而，发光二极管光源为点光源，所述出光面上与该发光二极管对应区域较其他 区域光照射强度强，并且照射在与该发光二极管对应区域即微结构表面强度较强的光线产 生折射后直接由此出射，即出光面的微结构的部分区域还有较强光出射，光线分布还是较 集中，所以导光板与发光二极管对应的区域出射光的均勻性较差，无法实现直下式背光模 组整体均勻出光。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种可以提高直下式背光模组出光均勻性的导光板以及 直下式背光模组。一种导光板，其包括一底面，一与该底面相对的出光面以及连接所述底面和所述 出光面的侧面，所述出光面包括至少一凹面，该至少一凹面包括光线入射角度大于导光板 全反射临界角的第一区域与光线入射角度小于导光板全反射临界角的第二区域，该第二区 域设置有反射结构。一种背光模组，其包括一导光板，该导光板包括一底面、一与该底面相对的出光面以及连接所述底面和所述出光面的侧面，所述出光面包括至少一凹面；以及至少一光源， 所述光源设置于所述导光板底面一侧，并与出光面的凹面相对，该光源与凹面一对一或多 对一对应，其中，该至少一凹面包括光线入射角度大于导光板全反射临界角的第一区域与 光线入射角度小于导光板全反射临界角的第二区域，该第二区域设置有反射结构。相较于现有技术，所述导光板出光面对应光源设置有凹面，且由入射角度的大小 将所述凹面分为两个区域，即光线入射角度大于导光板全反射临界角的第一区域与光线入 射角度小于导光板全反射临界角的第二区域，并仅在入射角度小于导光板全反射临界角的 第二区域设置反射结构，即凹面上没有强光直接出射。所以，更有效地削弱出光面的与光源 对应的区域的光线分布，同时更有效地增加出光面与光源相对应的区域的外围区域的光线 分布，使由导光板出射的光线更加均勻，进而背光模组具有较为均一的发光亮度。另外，节 省设置反射结构的制造工艺及材料。
图1为本发明背光模组的第一实施例的结构示意图。图2为本发明背光模组的第二实施例的结构示意图。图3至图7为本发明背光模组的第二实施例采用的不同结构的导光板的结构示意 图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的导光板以及背光模组作进一步的详细说明。请参阅图1，本发明第一实施例提供一种背光模组20，其包括光源200、导光板 202、反射膜204、微棱镜系统206、偏振转换系统208以及散射板210。该反射膜204、导光 板202、微棱镜系统206、偏振转换系统208以及散射板210依次层叠设置。所述光源200 设置于所述导光板202 —侧，由该光源200出射的光线经由导光板202、微棱镜系统206、偏 振转换系统208以及散射板210直接出射或者由该光源200出射的光线在导光板202内部 产生反射后再被反射膜204反射经由导光板202、微棱镜系统206、偏振转换系统208以及 散射板210后出射。所述导光板202包括一底面212，一与该底面212相对的出光面214以及连接所述 底面212和出光面214的侧面216，且所述底面212包括一中心218及围绕该中心设置的多 个散射网点220，所述出光面214具有一凹面222。所述导光板202为一圆形、方形、矩形或 其他多边形的透明基板。所述透明基板的材料可为工程塑料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或 玻璃等。该导光板202的厚度不限，可以根据实际情况选择。本实施例中，导光板202为边 长为50毫米的方形的PMMA基板，其具有一垂直于该出光面的中心轴。所述光源200为一点光源，如荧光灯或发光二极管(LED)等。本实施例中，所述 光源200为单色的发光二极管。该微棱镜系统206可以为透射式增光膜或反射式增光膜，用以将从导光板202射 出的光进行有效调整，使得导光板202射出的光线在整体上具有一定的集中度，从而调整 导光板202射出光线的整体亮度。所述偏振转换系统208设置于微棱镜系统206上，且设 置于微棱镜系统206的远离出光面214的一侧。该偏振转换系统208根据光线的偏振方向用于控制、调整光线的传播。所述散射板210设置于偏振转换系统208上，且设置于偏振转 换系统208的远离出光面214的一侧。该散射板210用于将从出光面214射出的光线进一 步分散和均勻化。可以理解，该微棱镜系统206、偏振转换系统208以及散射板210为一可 选择结构。所述光源200设置于该导光板202正下方的与底面212的中心218相对的位置。 所述反射膜204设置于该导光板202的底面212，其与该光源200对应之处具有光穿透部 (未标示)，即所述光穿透部可为反射膜204上形成的空心或透明膜。所述微棱镜系统206、 偏振转换系统208以及散射板210依次设置在导光板202的出光面214 —侧。所述导光板202的散射网点220可为凸点、凹槽或凸点与凹槽的组合。所述散射 网点220的形状包括锥体、长方体、立方体、椭球、圆球及半圆球中的一种或多种。所述散射 网点220的粒径可以为0. 1毫米 0. 5毫米。所述散射网点220的材料为油墨、钛系化合 物或硅系化合物。所述凹面222设置于导光板202出光面214的与底面212中心218相对应的位置， 且凹入导光板202内部。该凹面222可以为一半球面、圆锥面或类圆锥面等。所述凹面222 包括一第一区域2M及一第二区域226。在所述第一区域2M上光线入射角度大于全反射 临界角度，在所述第二区域2 上光线入射角度小于全反射临界角度。该第二区域2 设 置有反射结构228，所述反射结构2 可为反射膜、通过腐蚀形成的多个微结构或反射填充 物。所述凹面222是通过将导光板202的出光面214挖去一绕导光板202的中心轴旋转而 形成的旋转体形成。该旋转体包括一底圆盘(未标示)及一顶点(未标示)，其具有垂直 于所述底圆盘并且贯穿所述顶点的中心线，所述底圆盘半径若设定为R，则其最优选的满足 以下关系式# = 11*切119。，!1为导光板202厚度，θ。是导光板202的全反射临界角度。其 中，如上所述导光板202选用PMMA材料时，所述导光板202的全反射临界角度θ。已定，即 42度。所述导光板202厚度H优选的为5mm。即可计算出所述凹面222在该出光面214上 的底圆盘半径R值为4. 5mm。可以理解，所述凹面222在该出光面214上的底圆盘半径R满 足关系式R = H^tan θ。时，所述出光面214的除凹面222以外的区域上，由光源200出射 的光线的入射角度大于全反射临界角度。本实施例中，所述凹面222为圆锥面，其所述中心线与所述导光板202的中心轴相 重叠。该圆锥形凹面222的第一区域2Μ及第二区域2 的个数分别为一，并且所述第一区 域2M及第二区域2 的连接处形成一圆环形全反射临界带(未标示)。该圆环形全反射临界带的半径若设定为&，则其满足以下关系式Rf= (h-H) *，* COS (a+0c),COSfcfc其中，h为圆锥形凹面222在所述中心线上的深度，α是圆锥形凹面222的锥角。所述圆锥形凹面222的深度h应该满足以下条件0 < h < H ；所述圆锥形凹面222的锥角α满足 ι R以下关系式a=tan]( - λ圆锥形凹面222的深度h优选的为2mm，此时可计算得到& =η1. 247mm。本实施例的背光模组20工作时，点光源200发出的光束到达出光面214后，入射 角度大于全反射临界角度的一部分光线在出光面214的凹面222以外的其它区域及凹面 222的第一区域2M上产生反射后进入导光板202内部，入射角度小于全反射临界角度的另一部分光线被所述凹面222第二区域2 上设置的反射结构2 反射后进入导光板202内 部，如上所述，在出光面214反射后的光束部分经底面212上设置的反射膜204及散射网点 220反射并散射后再在出光面214产生折射后由该出光面214射出。即出光面214的与光 源200对应的区域的光线分布会被削弱，出光面214与光源200相对应的区域的外围区域 的光线分布会相应增加，这样从导光板202射出的光线分布比较均勻，从而背光模组20具 有较为均一的发光亮度。可以理解，本实施例所提供的导光板202并不限应用于本实施例所提供的背光模 组20中。即该导光板202可以根据实际需要应用于不同结构的背光模组20中，以提高背 光模组20的出光均勻性。所述导光板202的出光面214对应光源200设置有凹面222，且利用光全反射原理 确定凹面222的底圆盘半径及凹面222上应设置反射结构228的区域的截止半径。所以， 更有效地削弱出光面214的与光源200对应的区域的光线分布，同时更有效地增加出光面 214与光源200相对应的区域的外围区域的光线分布，使由导光板202出射的光线更加均 勻，进而背光模组20具有较为均一的发光亮度。另外，节省设置反射结构228的制造工艺 及材料。请参阅图2，本发明第二实施例提供一种背光模组30，其包括光源300、导光板 302、反射膜304、微棱镜系统306，偏振转换系统308以及散射板310。所述导光板302包括 一底面312，一与该底面312相对的出光面314以及连接所述底面312和出光面314的侧面 (图未标)，所述底面312上设有多个散射网点320，所述出光面314具有一凹面322。所述背光模组30与本发明第一实施例提供一种背光模组20的结构基本相同，其 区别在于，所述导光板302底面312具有一光源容置部318。所述光源300设置于该光源容 置部318内部。所述反射膜304设置在导光板底面312 —侧，且与所述光源容置部318 — 并形成收容腔体收容所述光源300。所述光源容置部318为一凹槽，且该凹槽的内表面可以为一球面、圆锥面或类圆 锥面等。所述光源容置部318的形状与所述凹面322的形状可以相同或不同。若光源容置 部318的在所述凹面322中心线上的深度设定为Iv则所述圆锥形凹面322的深度h应该 满足以下条件0 < h < (H-h0)。所述光源容置部318通过将导光板底面312挖去一绕导 光板302的中心轴旋转而形成的旋转体形成。请参阅图3，所述光源容置部318与凹面322均可以为一挖去一个由三角形绕导光 板302的中心轴旋转而形成的旋转体后形成的结构。请参阅图4，所述凹面322可以为一挖去一个由三角形绕导光板302的中心轴旋转 而形成的旋转体后形成的结构，所述光源容置部318可以为一挖去一个由任意曲线绕导光 板302的中心轴旋转形成的旋转体后形成的结构。请参阅图5，所述凹面322可以为一挖去一个由三角形绕导光板302的中心轴旋 转而形成的旋转体后形成的结构，所述光源容置部318可以为一挖去一个由梯形绕导光板 302的中心轴旋转形成的旋转体后形成的结构。请参阅图6，所述光源容置部318与凹面322均可以为一挖去一个半球体后形成的结构。请参阅图7，所述凹面322可以为一挖去一个半球体后形成的结构，所述光源容置部318可以为一挖去一个由任意曲线绕导光板302的中心轴旋转形成的旋转体后形成的结 构。本实施例中，所述光源容置部318为一挖去一个半球体后所形成的结构，所述凹 面322为一挖去一个由三角形绕导光板302的中心轴旋转而形成的旋转体后形成的结构。可以理解，本实施例中将所述光源300设置于该光源容置部318内部可以进一步 减小背光模组30的厚度。本发明所提供的背光模组并不限于上述实施例所述，如图2至7所示的导光板的 所述散射网点可以均勻分布或随机分布。另外，如图2至7所示的导光板可以是仅在出光 面上设置所述散射网点，还可以是出光面及底面均设置所述散射网点。当在所述导光板底 面与出光面上均设置所述散射网点时，光束于导光板的底面与出光面之间可以多次被散射 网点反射和散射，从而使得出光面射出的光更加均勻。还有，如图2至7所示的导光板可以 均勻区分为多个区域，在每一区域的中心处设置有如第一、二实施例所述的凹面等。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精 神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种导光板，其包括一底面，一与该底面相对的出光面以及连接所述底面和所述 出光面的侧面，其特征在于，所述出光面包括至少一凹面，该至少一凹面包括光线入射角度 大于导光板全反射临界角的第一区域与光线入射角度小于导光板全反射临界角的第二区 域，该第二区域设置有反射结构。
2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述反射结构为反射膜、通过腐蚀形成的 多个微结构或反射填充物。
3.如权利要求1所述的导光板，其特征在于，所述凹面为半圆球面、圆锥面或类圆锥
4.如权利要求3所述的导光板，其特征在于，所述凹面底圆盘半径为R，其满足以下关 系式R = H*tan θ。，其中，H为导光板厚度，θ。是导光板的全反射角。
5.如权利要求4所述的导光板，其特征在于，所述导光板的材料为聚甲基丙烯酸甲酯， 其全反射角Θ。为42°。
6.如权利要求5所述的导光板，其特征在于，所述导光板的厚度H为5毫米。
7.如权利要求6所述的导光板，其特征在于，所述凹面为圆锥面时，所述第一区域与第 二区域的连接处形成一环形全反射临界带，所述环形全反射临界带的半径为&，其满足以下关系式Rf= ( h-H) * ^ * cos,其中，h为圆锥形凹面的深度，α是圆COS 00锥形凹面的锥角。
8.如权利要求7所述的导光板，其特征在于，所述圆锥形凹面的深度h应该满足以下条 件0 < h < H。
9.如权利要求8所述的导光板，其特征在于，所述底面具有一光源容置部，该圆锥形凹 面具有垂直于圆锥形凹面的底圆盘并且贯穿圆锥形凹面顶点的中心线，所述光源容置部为 一通过将导光板底面挖去一绕所述中心线旋转而形成的旋转体形成的凹槽。
10.如权利要求9所述的导光板，其特征在于，所述光源容置部在所述中心线上的深度 为％，所述圆锥形凹面的深度h应该满足以下条件0 < h < (H-h0)。
11.一种背光模组，其包括光源及导光板，该光源的光线经导光板形成平面光出射， 其特征在于，所述导光板是权利要求1至7项任意一项所述的导光板。
12.如权利要求11项所述的背光模组，其特征在于，所述光源为发光二极管。
13.如权利要求11项所述的背光模组，其特征在于，所述光源设置于所述导光板底面 一侧，并与出光面的凹面相对。
全文摘要
一种导光板，其包括一底面，一与该底面相对的出光面以及连接所述底面和所述出光面的侧面，所述出光面包括至少一凹面，该至少一凹面包括光线入射角度大于导光板全反射临界角的第一区域与光线入射角度小于导光板全反射临界角的第二区域，该第二区域设置有反射结构。本发明进一步涉及一种采用上述导光板的背光模组。
文档编号F21Y101/02GK102042562SQ20091011052
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者张鹤, 朱钧, 赵燕, 金国藩 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司