技术领域
[0001] 本
发明涉及一种背光模组，尤其涉及一种可提高光学利用率和降低功耗的高指向性背光模组。
背景技术
[0002]
液晶显示器的应用已经非常广泛，包括手机，
平板电脑，车载显示器，电视等。然而TFT-LCD显示器为非自主发光型显示器，需要外加背光模组提供平面
光源。传统侧发式背光模组采用导光板形成平面光源，主要构件除了LED光源、导光板、反射片、扩散片之外还有至少两片互相垂直的集光棱镜片，其作用在于限制出光
角度，使得大部分光线在
正面视角+/-22-25°出射，并且将其余光线回射再利用，达到集光增亮的效果。传统的液晶显示器光线利用率只有6%-10%，对于
笔记本电脑来说，液晶显示器耗电量为总体的40%-50%，如果能提高光学利用率和降低功耗则能大幅延长
电池使用时间。
[0003] 因此有必要提供一种能够提高光学利用率、降低功耗的背光模组，以解决
现有技术所存在的问题。
发明内容
[0004] 本发明的主要目的在于提供一种背光模组，用于实现高光学效率、低功耗、低成本的显示设备。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种高指向性背光模组，包括高
准直光源和导光板，所述导光板为一个由第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、底面和顶面组成的六面体；其中，所述第二侧面与所述第四侧面相对，所述第三侧面与所述第一侧面相对，所述顶面与所述底面相互平行；所述高准直光源紧贴所述入光面放置；
[0006] 所述第二侧面设置有第一微结构，所述第一微结构使从所述高准直光源发出并穿过所述第一侧面的光线能够反射到所述第三侧面；所述第三侧面设置有第二微结构，所述第二微结构使入射到所述第三侧面的光线能够反射到所述底面；所述底面设置有第三微结构，所述第三微结构使入射到所述底面的光线能够反射至所述顶面。
[0007] 进一步地，所述高准直光源为发光
二极管、
有机发光二极管、激光、自发形成的或经过调制的具有高指向性的光源。
[0008] 进一步地，所述第二侧面与所述第四侧面的夹角为第一角度，所述第一角度大于0°。
[0009] 进一步地，所述第三侧面被设置为与竖直面的夹角为第二角度，所述第二角度大于0°。
[0010] 进一步地，所述第一微结构为多个楔形体组成的阵列，每个所述楔形体在所述底面的投影为三角形。
[0011] 进一步地，所述第二微结构为多个楔形体组成的阵列，每个所述楔形体在所述底面的投影为三角形。
[0012] 进一步地，所述楔形体上表面为平行四边形、长方形、正方形或梯形。
[0013] 进一步地，所述第三微结构为多个三棱柱组成的阵列，每个所述三棱柱在所述第二侧面或第四侧面上的投影为三角形。
[0014] 进一步地，所述第一微结构、所述第二微结构和所述第三微结构表面均涂覆有全反射材料。
[0015] 本发明的一种高指向性背光模组，可将出光光场的半高全宽（Full With at Half Maximum，FWHM）度数大幅缩小，出射光线具有高准直特性，能有效地提高光学利用率，降低显示设备的能耗。
附图说明
[0016] 图1是本发明的一个较佳
实施例的等角视图；
[0017] 图2是本发明的一个较佳实施例的俯视图；
[0018] 图3是本发明的一个较佳实施例沿图1中的1-1截面的局部剖视图；
[0019] 图4是图2所示实施例中的光线传播路径的示意图；
[0020] 图5是图3所示实施例中的光线传播路径的示意图；
[0021] 图6为本发明的一个较佳实施例的高指向性背光模组与传统背光模组的出光光场的FWHM。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明保护范围不限于下述实施例。
[0023] 在本发明的一个较佳实施例中，如图1-3所示，一种高指向性背光模组，包括高准直光源10和导光板。其中高准直光源为发光二极管，在其它可替代的实施例中还可以为
有机发光二极管、激光、自发形成的或经过调制的具有高指向性的光源。导光板为一个由第一侧面31、第二侧面32、第三侧面33、第四侧面34、底面21和顶面20组成的六面体；其中，第二侧面32与第四侧面34相对，第三侧面33与第一侧面31相对，顶面20与底面21相对且相互平行，且第二侧面32与第四侧面34成一夹角，记为第一角度α1，第三侧面33与竖直面成一夹角，记为第二角度α2，α1和α2均大于0°；高准直光源10紧贴第一侧面31放置。
[0024] 第二侧面32设置有第一微结构，该第一微结构为多个楔形体40组成的阵列，每个楔形体40在底面21的投影为三角形，每个楔形体40的上表面与下表面的夹角记为β1，楔形体40的上表面可以为平行四边形、长方形、正方形或梯形。
[0025] 第三侧面33设置有第二微结构，第二微结构为多个楔形体41组成的阵列，每个楔形体41在底面21的投影为三角形，每个楔形体41的上表面与下表面的夹角记为β2，楔形体41的上表面可以为平行四边形、长方形、正方形或梯形。
[0026] 底面21设置有第三微结构，第三微结构为多个三棱柱42组成的阵列，每个三棱柱42在第二侧面32或第四侧面34上的投影为三角形，三棱柱42的其中一个侧面82与其底面的夹角记为β4。
[0027] 本发明的较佳实施例中，第一微结构、第二微结构和第三微结构表面均涂覆有全反射材料。
[0028] 图4为本发明的较佳实施例的高指向性背光模组俯视图中显示的光线传播路径，如图4所示，从高准直光源10发出光线100穿过第一侧面31，入射到第一微结构中的楔形体40的上表面并发生全反射变成光线200；光线200入射到第二微结构中的楔形体41的上表面并发生全反射变成光线300。在楔形体40的上表面，光线100与法线51的夹角记为θ1，光线200与法线51的夹角记为θ2；在楔形体41的上表面，光线200与法线52的夹角记为θ3，光线300与法线52的夹角记为θ4，以及光线200与楔形体41的下表面的夹角记为δ，光线200与光线100的夹角记为γ。各夹角满足下列公式：
[0029] α1=tan-1(Hcls/L)
[0030] γ=tan-1(W/L)
[0031] δ=tan-1(L/W)
[0032] θ1=θ2=(180-γ)/2
[0033] θ3=θ4=(90-δ)/2
[0034] β1=90-α1-θ1
[0035] β2=90-δ–θ3
[0036] 式中，L为第二侧面32的长度，W为第三侧面33的长度，Hcls为高准直光源10的宽度。
[0037] 图5为本发明的较佳实施例的高指向性背光模组沿图1中的1-1截面的剖视图中显示的光线传播路径，如图5所示，光线200入射到第二微结构中的楔形体41的上表面并发生全反射变成光线300，光线300入射到三棱柱42的表面并发生全反射变成400；最后，如图3所示，光线400从顶面20出射，为显示设备提供光源。在楔形体41的上表面，光线200与法线53的夹角记为ω1，光线300与法线53的夹角记为ω2，以及光线300与竖直方向夹角记为 ；在三棱柱42的表面，光线300与法线54的夹角记为ω3，光线300与
水平方向夹角记为ψ，光线400与法线54的夹角记为ω4。各夹角满足下列公式：
[0038]
[0039] ψ=tan-1(H/L)
[0040]
[0041] ω3=ω4=(90-ψ)/2
[0042]
[0043] β4=90-ψ-ω3
[0044] 式中，L为第二侧面32的长度，H为导光板的高度，即底面21与顶面20的距离。
[0045] 利用光学仿真
软件Lighttools对本发明较佳实施例的高指向性背光模组的出射面的光强分布进行模拟，结果发现导光板出射面上五个不同区域（四个角及中心）的光强均匀度分别为96%、100%、92%、95%和91%，显示了出射光线高度的均匀性。
[0046] 图6比较了本发明较佳实施例的高指向性背光模组与传统背光模组的出光光场的FWHM，如图6所示，传统背光模组出光光场的FWHM为±60°，而本发明较佳实施例的高指向性背光模组出光光场的FWHM仅为±5°，大大降低了出光光场的FWHM，显示了出射光线的高准直性，极大地提高了光学利用率，因而降低了显示设备的能耗。
[0047] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多
修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的
基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由
权利要求书所确定的保护范围内。
