CN103513320A - 一种导光膜及具有该导光膜的发光组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新的导光膜和发光组件。本发明的导光膜，包括导光膜片，所述导光膜片的两个表面上分别设有第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一微透镜阵列中单个微透镜与第二微透镜阵列中单个微透镜的光心均不在一条直线上，所述第一微透镜阵列中单个微透镜的焦深与第二微透镜阵列中单个微透镜的景深在所述导光膜片内部重叠。利用本发明的导光膜，当光源照射到第一微透镜阵列上时，光在第二微透镜阵列的表面平行出射，发光均匀，使人眼感觉不到亮点的存在。

Description

一种导光膜及具有该导光膜的发光组件

技术领域

 本发明涉及一种导光膜，尤其涉及一种用于顶发光LED的导光膜及具有该导光膜的发光组件。

背景技术

由于LED具有功耗低、亮度高、寿命长等优点，目前手机等便携式产品的按键背光及按钮发光多采用侧发光LED和导光膜结合的导光方案，虽然这种方案采用较少的光源数量就能达到良好的导光效果，但是侧发光LED的成本目前仍然高于顶发光LED，在大规模应用上存在不足。

专利申请CN101526194公开了一种用于按键背光的导光膜，通过在导光膜上开设导光孔，使得该导光膜可以与顶发光LED配合构成发光组件，实现了低成本、低耗电量的需要。

此方案虽然较好的实现了导光均匀且成本低，但是对光源的摆放位置及结构设计具有一定的限制，如将顶发光LED放置在导光膜发光区域下方时，则会出现明显的亮点，依靠导光膜很难调试均匀，所以通常需要在结构设计中进行避让。对于结构空间有限，需要按钮或键盘整面发光的情形，顶发光LED和导光膜结合的方式会形成明显的亮点，达不到均匀发光的理想效果，此问题已成为亟需解决的问题。

发明内容

为了解决现有顶发光LED与导光膜配合的发光组件由于顶发光LED的直接照射使导光膜上形成明显的亮点，造成发光不均匀的问题，本发明提供了一种新的导光膜。

本发明的导光膜，包括导光膜片，所述导光膜片的两个表面上分别设有第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一和第二微透镜阵列分别包括多个微透镜，第一微透镜阵列中单个微透镜与第二微透镜阵列中单个微透镜的光心均不在一条直线上，第一微透镜阵列中单个微透镜的焦深与第二微透镜阵列中单个微透镜的景深在所述导光膜片内部重叠。

本发明还提供了一种发光组件，包括光源和导光膜，所述导光膜包括导光膜片，所述导光膜片的两个表面上分别设有第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一和第二微透镜阵列分别包括多个微透镜；第一微透镜阵列中单个微透镜与第二微透镜阵列中单个微透镜的光心均不在一条直线上，第一微透镜阵列中单个微透镜的焦深与第二微透镜阵列中单个微透镜的景深在所述导光膜片内部重叠；所述光源发出的光照射导光膜的第一微透镜阵列，且光源与第一微透镜阵列的距离为第一微透镜阵列中单个微透镜大小的5-250倍。 

本发明中，当光源与导光膜第一微透镜阵列的距离远远大于单个微透镜大小的情况下，光源发出的光近似平行地照射到第一微透镜阵列的单个微透镜上，根据凸透镜成像原理，平行光经过微透镜后会汇聚到微透镜的焦平面上或焦深范围内，形成缩小的实像即微小亮斑。根据这一原理，当光源发出的光照射到第一微透镜阵列上时会在其焦平面上或者焦深范围内形成多个微小亮斑。本发明的导光膜第一微透镜阵列中单个微透镜的焦深与第二微透镜阵列中单个微透镜的景深在所述导光膜内部重叠，即这些在第一微透镜阵列的焦平面上或者焦深范围内形成的微小亮斑又会在第二微透镜阵列的焦平面上或者景深范围内，根据凸透镜成像原理，光源如果位于微透镜的焦平面或者景深范围内，经过微透镜后光源发出的光会以平行光的形式出射，这样多个微小亮斑发出的光经过第二微透镜阵列后平行照射人眼，使人不会感觉到亮点的存在。本发明的发明人通过大量实验发现，如果第一微透镜阵列中单个微透镜与第二微透镜阵列中单个微透镜的光心在一条直线上，即主光轴重合，则人眼会感觉到亮斑，无法实现发光均匀的效果。

本发明的导光膜构成的发光组件利用第一微透镜阵列可以将单个或数个光源发出的光转变为多个微小亮斑，且由于第一微透镜阵列中单个微透镜与第二微透镜阵列中单个微透镜的光心均不在一条直线上，第一微透镜阵列中单个微透镜的焦深与第二微透镜阵列中单个微透镜的景深在所述导光膜片内部重叠，因此这些微小亮斑作为单个发光体发出的光再经过第二微透镜阵列又会转变为平行光出射，使整个导光膜发光均匀且亮度很大。

附图说明

     图1为本发明实施例1中发光组件的立体图；

     图2为本发明实施例1中导光膜的剖视图；

     图3为本发明实施例1中导光膜的局部放大图；

     图4为本发明实施例1中发光组件的原理图；

     图5为本发明实施例2中的导光膜的剖视图；

     图6为本发明实施例3中导光膜的立体图；

     图7为本发明实施例3中导光膜的剖视图。

     图中标记1为第一微透镜阵列，11为第一微透镜阵列中的单个微透镜，2为第二微透镜阵列，21为第二微透镜阵列中的单个微透镜，3为导光膜片，4为光源，5为填充层，O＇为第一微透镜阵列中单个微透镜的光心，F＇为第一微透镜阵列中单个微透镜的焦点，A＇B＇为第一微透镜阵列的焦深，O为第二微透镜阵列的光心，F为第二微透镜阵列中单个微透镜的焦点，AB为第二微透镜阵列的景深，r1为第一微透镜阵列中单个微透镜的底面半径，r2为第二微透镜阵列中单个微透镜的底面半径，h1为第一微透镜阵列的球冠高度，h2为第二微透镜阵列的球冠高度，d为导光膜片的厚度。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的导光膜包括导光膜片，所述导光膜片的两个表面上分别设有第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一和第二微透镜阵列分别包括多个微透镜，第一微透镜阵列中单个微透镜与第二微透镜阵列中单个微透镜的光心均不在一条直线上，第一微透镜阵列中单个微透镜的焦深与第二微透镜阵列中单个微透镜的景深在所述导光膜片内部重叠。

本发明的导光膜片可以为现有技术中公知的导光材料制成，如PC或PET聚酯薄膜等透明光学材料。所述导光膜片的两个表面为光源直接照射的表面和发光表面。所述第一和第二微透镜阵列由一定数量的微透镜排列而成，所述微透镜为凸透镜，本发明对这些微透镜的数量和排列形式不做具体限定，只要满足第一微透镜阵列中单个微透镜与第二微透镜阵列中单个微透镜的光心均不在一条直线上即可。发明人通过大量实验发现若光心在一条直线上即主光轴重合，则人眼会看到多个亮斑形成，导致发光不均匀。所述第一和第二微透镜阵列可以采用与导光膜片相同的导光材料制成，也可采用不同的材料，本发明不做具体限定，优选情况下为与导光膜片相同的材料制成。所述第一微透镜阵列中单个微透镜的焦深与第二微透镜阵列中单个微透镜的景深重叠是指不在一条直线上的重叠，即光源发出的光经第一微透镜阵列后形成的微小亮斑在第一微透镜阵列焦深范围内的平面上同时也在第二微透镜阵列的景深范围内的平面上，这样这些微小亮斑作为单个光源发出的光经过第二微透镜阵列才会变为平行光。

当平行光或者近似平行的光照射到单个微透镜表面上时在微透镜的焦平面上可以形成清晰的像点，而且在以焦点为中心沿着主光轴上下移动一段距离的平面上也可形成较清晰的像点，这一距离即为第一微透镜阵列中单个微透镜的焦深。

反之，当光源位于微透镜焦平面上的焦点附近时，经过微透镜后光源发出的光会以平行光或近似平行的光出射，而且当光源位于以焦点为中心沿着主光轴上下移动一段距离的平面上时其发射的光经过微透镜后也能以平行光或近似平行的光出射，这一距离即为第二微透镜阵列中单个微透镜的景深。

优选情况下，所述第一微透镜阵列中单个微透镜的形状大小相同，所述第二微透镜阵列中单个微透镜的形状大小相同。第一微透镜阵列中单个微透镜的形状大小相同，则其中所有单个微透镜的焦点均位于同一平面上，形成第一微透镜阵列的焦平面。同理，第二微透镜阵列中所有单个微透镜的焦点也均位于同一平面上，形成第二微透镜阵列的焦平面。

优选情况下，所述第一和第二微透镜阵列的焦平面在导光膜片内部重合。此处所说的重合是指第一和第二微透镜阵列的焦平面位于同一平面上，即第一和第二微透镜阵列的焦距之和恰好等于导光膜片的厚度。这样光源发出的光经过第一微透镜阵列后成像在第一微透镜阵列的焦平面上，形成无数个微小亮斑；而第一微透镜阵列的焦平面同样也是第二微透镜阵列的焦平面，这些微小亮斑经过第二微透镜阵列后可以平行出射，发光亮度大且整个表面发光均匀，不会出现明显的亮点。

优选情况下，所述第一和第二微透镜阵列中单个微透镜的形状大小相同且焦平面在导光膜片内部重合。此处所说的重合是指第一和第二微透镜阵列的焦平面位于同一平面上，即第一和第二微透镜阵列的焦距之和恰好等于导光膜片的厚度。此时，第一微透镜阵列的焦深恰好等于第二微透镜阵列的景深，第一和第二微透镜阵列的焦平面恰好将导光膜片平均分成两份。当光源发出的光经过第一微透镜阵列后在其焦平面上形成多个微小亮斑，第一微透镜阵列的焦平面同样也是第二微透镜阵列的焦平面，这些微小亮斑经过第二微透镜阵列以更接近平行光的形式出射，使得整个导光膜发光更均匀。

优选情况下，所述第一和第二微透镜阵列中的单个微透镜为球冠状，包括顶面和底面，所述顶面为球面，底面为圆形平面；底面半径在0.05-0.3mm之间，相邻两微透镜的间距在0.1-0.65mm之间。所述单个微透镜的底面为与导光膜片连接的平面，顶面为接受光源照射的一面或者发光面。由于光源与第一微透镜阵列的距离要远大于单个微透镜的大小才能使光源发出的光近似平行地照射到第一微透镜阵列中的单个微透镜上，考虑到空间结构的限制，光源与导光膜的距离不能太远，因此单个微透镜需要做的很小。所述相邻的单个微透镜之间的距离不能太大，否则同样会形成明显亮点，造成发光不均匀。同时由于光经过单个微透镜后所形成的微小亮斑不一定在微透镜的焦点或主光轴上的焦深范围内，还有可能在焦平面或焦深范围内的平面上稍微偏离主光轴的其他位置，又由于第一和第二微透镜阵列中的单个微透镜的光心均不在一条直线上，发明人发现在单个微透镜的底面半径在0.05-0.3mm之间时若单个微透镜之间的间距设置成在0.1-0.65mm之间，则光经过第一微透镜阵列后形成的微小亮斑刚好在第二微透镜阵列中单个微透镜焦点上的概率更大即更接近焦点的位置，从而使经过第二微透镜阵列后出射的光更接近于平行光，使发光更均匀。

假设所述第一微透镜阵列中单个微透镜的球冠高度为h1，底面半径为r1，第二微透镜阵列中单个微透镜的球冠高度为h2，底面半径为r2，所述整个导光膜的折射率为n，导光膜片的厚度为d，优选情况下满足关系式                                               

。当h1、r1、h2、r2、n和d满足上述关系式时，可以保证第一微透镜阵列中单个微透镜的焦深与第二微透镜阵列中单个微透镜的景深在所述导光膜内部重叠。

优选情况下，所述导光膜片的两个表面上还设有填充层，所述第一和第二微透镜阵列位于填充层内，所述填充层的折射率小于第一和第二微透镜阵列的折射率。增加填充层可以使导光效果更好，若填充层的折射率大于或等于第一和第二微透镜阵列的折射率，则第一微透镜阵列无法将光源发出的光成像为多个微小亮斑，第二微透镜阵列也无法将多个微小亮斑发出的光平行出射。所述填充层的材料可以为UV油墨或者水性油墨。

本发明还提供了一种发光组件，包括光源和导光膜，所述导光膜包括导光膜片，所述导光膜片的两个表面上分别设有第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一和第二微透镜阵列分别包括多个微透镜；第一微透镜阵列中单个微透镜与第二微透镜阵列中单个微透镜的光心均不在一条直线上，第一微透镜阵列中单个微透镜的焦深与第二微透镜阵列中单个微透镜的景深在所述导光膜片内部重叠；所述光源发出的光照射导光膜的第一微透镜阵列，且光源与第一微透镜阵列的距离为第一微透镜阵列中单个微透镜大小的5-250倍。

光源与第一微透镜阵列的距离为第一微透镜阵列中单个微透镜大小的5-250倍时，可以使得光源发出的光相对于单个微透镜来说近似为平行光。此处所说的单个微透镜的大小是指微透镜与导光膜片接触的那一面即底面的最长距离，当底面为圆形时指底面的直径。本发明导光膜中的单个微透镜其底面可以为圆形也可以为多边形或椭圆形等其他形状，优选为圆形。优选情况下，光源与第一微透镜阵列的距离为第一微透镜阵列中单个微透镜大小的25-100倍。

在具体实施中，上述光源可以采用LED，也即上述光源为顶发光LED。利用本发明的导光膜，可以有效避免顶发光LED造成的发光不均匀产生明显亮点的问题，使得成本较低的顶发光LED得到了更广泛的应用。

优选情况下，本发明的发光组件的第一微透镜阵列中单个微透镜的形状大小相同，所述第二微透镜阵列中单个微透镜的形状大小相同。

优选情况下，本发明的发光组件的第一和第二微透镜阵列的焦平面在导光膜内部重合。

优选情况下，本发明的发光组件的第一和第二微透镜阵列中单个微透镜的形状大小相同且焦平面在导光膜片内部重合。

优选情况下，本发明的发光组件的第一和第二微透镜阵列中的单个微透镜的底面半径在0.05-0.3mm之间，相邻两微透镜的间距在0.1-0.65mm之间。

假设本发明的发光组件的第一微透镜阵列中单个微透镜的球冠高度为h1，底面半径为r1，第二微透镜阵列中单个微透镜的球冠高度为h2，底面半径为r2，所述整个导光膜的折射率为n，导光膜片的厚度为d，优选情况下，满足关系式。

优选情况下，本发明的发光组件的导光膜片的两个表面上还设有填充层，所述第一和第二微透镜阵列位于填充层内，所述填充层的折射率小于导光膜的折射率。

以下结合附图对本发明做进一步详细描述。

如图1所示，本发明的发光组件包括导光膜和光源4，所述导光膜包括导光膜片3以及设置在导光膜片3两个表面上的第一微透镜阵列1和第二微透镜阵列2。所述导光膜片3为由导光材料制成的光学薄膜。所述微透镜阵列由多个微透镜排列而成，多个微透镜可以排列成任意形状，如圆形或多边形，优选情况下所述微透镜阵列在导光膜片表面覆盖的面积越大越好。所述微透镜为球冠状，包括顶面和底面，所述顶面为球面，底面为圆形平面且与导光膜片的两个表面接触。光源4发出的光照射到第一微透镜阵列1的表面，所述光源4可以为任意一种光源，例如可以为顶发光LED。

如图2所示，在导光膜片的上下两个表面分别设置有两层微透镜阵列，第一和第二微透镜阵列中单个微透镜的光心均不在一条直线上，这样可以保证发光的均匀性。每层微透镜中的单个微透镜大小形状相同，这样能够保证它们的焦平面在同一平面上。优选情况下，第一和第二微透镜阵列中单个微透镜的形状大小都相同。

图3为本发明导光膜的局部放大图，图中示出了第一微透镜阵列中的单个微透镜11、第二微透镜阵列中的单个微透镜21和导光膜片3。如图所示，微透镜11的球冠高度为h1，底面半径为r1；微透镜21的球冠高度为h2，底面半径为r2；导光膜片的厚度为d；整个导光膜的折射率为n；上述参数满足关系式

。图3中O＇为微透镜11的光心，F＇为微透镜11的焦点，A＇B＇的线段为微透镜11的焦深范围；O为微透镜21的光心，F为微透镜21的焦点，AB为微透镜21的景深范围。如图中所示，微透镜11和21的光心不在一条直线上，第一微透镜阵列与第二微透镜阵列中的单个微透镜彼此错位排列。所述微透镜11的焦深和微透镜21的景深在导光膜片的内部重叠是指线段AB与A＇B＇的重叠，即：将线段AB平移到微透镜11的主光轴上时，线段AB与A＇B＇重合。

如图4所示，光源4发出的光照射到导光膜的第一微透镜阵列上，由于光源与导光膜的距离远远大于单个微透镜的大小，使得光源发出光可以近似为平行照射到微透镜上，这样可以使微透镜将光源成像在其焦平面或者焦深的范围内形成缩小的实像，这些实像就是微小的亮斑，多个微透镜就会形成多个微小亮斑。本发明导光膜的第二微透镜阵列的景深与第一微透镜阵列的焦深重叠，或者第一和第二微透镜阵列的焦平面在同一平面上，第一微透镜阵列的焦深范围也是第二微透镜阵列的景深范围或者第一微透镜阵列的焦平面同样是第二微透镜阵列的焦平面，这样能够保证多个微小亮斑经过第二微透镜阵列的发散作用使出射光为平行光，人眼感觉不到明显的亮点，达到亮度大且发光均匀的效果。

如图5所示，本发明的第二实施例，在此实施例中导光膜片3的两个表面均设有填充层5，所述第一和第二微透镜阵列位于填充层内，所述填充层可以与导光膜片的面积相同，也可以只覆盖微透镜阵列。填充层要采用比导光膜的折射率低的材料制成，增加填充层可以使整个导光膜的导光效果更好。

如图6和图7所示，本发明的第三实施例，所述导光膜片3的截面为拱形，其上下两个表面为曲面，第一和第二微透镜阵列按照导光膜片的形状设置，此时，单个微透镜的形状为不标准的球冠，顶面为球面，底面为与导光膜片的形状配合的曲面。此种形状的导光膜同样可以实现发光均匀且亮度大的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的特征和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种导光膜，包括导光膜片，其特征在于，所述导光膜片的两个表面上分别设有第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一和第二微透镜阵列分别包括多个微透镜，第一微透镜阵列中单个微透镜与第二微透镜阵列中单个微透镜的光心均不在一条直线上，第一微透镜阵列中单个微透镜的焦深与第二微透镜阵列中单个微透镜的景深在所述导光膜片内部重叠。

2.根据权利要求1所述的导光膜，其特征在于，所述第一微透镜阵列中单个微透镜的形状大小相同，所述第二微透镜阵列中单个微透镜的形状大小相同。

3.根据权利要求2所述的导光膜，其特征在于，所述第一和第二微透镜阵列的焦平面在导光膜片内部重合。

4.根据权利要求1所述的导光膜，其特征在于，所述第一和第二微透镜阵列中单个微透镜的形状大小相同且焦平面在导光膜片内部重合。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的导光膜，其特征在于，所述第一和第二微透镜阵列中的单个微透镜为球冠状，包括顶面和底面，所述顶面为球面，底面为圆形平面；底面半径在0.05-0.3mm之间，相邻两微透镜的间距在0.1-0.65mm之间。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的导光膜，其特征在于，所述第一微透镜阵列中单个微透镜的球冠高度为h1，底面半径为r1，第二微透镜阵列中单个微透镜的球冠高度为h2，底面半径为r2，所述整个导光膜的折射率为n，导光膜片的厚度为d，则满足关系式                                               

。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的导光膜，其特征在于，所述导光膜片的两个表面上还设有填充层，所述第一和第二微透镜阵列位于填充层内，所述填充层的折射率小于导光膜的折射率。

8.一种发光组件，包括光源和导光膜，所述导光膜包括导光膜片，其特征在于，所述导光膜片的两个表面上分别设有第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一和第二微透镜阵列分别包括多个微透镜；第一微透镜阵列中单个微透镜与第二微透镜阵列中单个微透镜的光心均不在一条直线上，第一微透镜阵列中单个微透镜的焦深与第二微透镜阵列中单个微透镜的景深在所述导光膜片内部重叠；所述光源发出的光照射导光膜的第一微透镜阵列，且光源与第一微透镜阵列的距离为第一微透镜阵列中单个微透镜大小的5-250倍。

9.根据权利要求8所述的发光组件，其特征在于，所述第一微透镜阵列中单个微透镜的大小相同，所述第二微透镜阵列中单个微透镜的大小相同。

10.根据权利要求9所述的发光组件，其特征在于，所述第一和第二微透镜阵列的焦平面在导光膜内部重合。

11.根据权利要求8所述的发光组件，其特征在于，所述第一和第二微透镜阵列中单个微透镜的形状大小相同且焦平面在导光膜片内部重合。

12.根据权利要求8至11中任意一项所述的发光组件，其特征在于，所述第一和第二微透镜阵列中的单个微透镜为球冠状，包括顶面和底面，所述顶面为球面，底面为圆形平面；所述单个微透镜的底面半径在0.05-0.3mm之间，相邻两微透镜的间距在0.1-0.65mm之间。

13.根据权利要求8至11中任意一项所述的发光组件，其特征在于，所述第一微透镜阵列中单个微透镜的球冠高度为h1，底面半径为r1，第二微透镜阵列中单个微透镜的球冠高度为h2，底面半径为r2，所述整个导光膜的折射率为n，导光膜片的厚度为d，则满足关系式

。

14.根据权利要求8至11中任意一项所述的发光组件，其特征在于，所述导光膜片的两个表面上还设有填充层，所述第一和第二微透镜阵列位于填充层内，所述填充层的折射率小于导光膜的折射率。

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