CN104819434A - 一种匀光膜及使用该匀光膜的照明设备和显示设备背光源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明设备以及显示设备的背光源技术领域，尤其涉及一种匀光膜及使用该匀光膜的照明设备以及显示设备的背光源。为了解决现有匀光膜的匀光原理单一的缺点，本发明提供一种匀光膜及使用该匀光膜的照明设备以及显示设备背光源。所述匀光膜包括透明基膜，基膜的上表面设置有微结构，所述微结构与横截面相交的轮廓线为主结构线，所述主结构线由子曲线相连接而形成，所述主结构线为高低起伏交替的周期性的结构线；所述子曲线为凹凸子曲线。该匀光膜能够使光源发出的光线通过多次反射和/或折射，实现匀光单元内/间的光线匀化，具有匀光方式多样化，光线更加均匀柔和的特点。

Description

一种匀光膜及使用该匀光膜的照明设备和显示设备背光源

技术领域

本发明涉及照明设备以及显示设备的背光源技术领域，尤其涉及一种匀光膜及使用该匀光膜的照明设备以及显示设备的背光源。

背景技术

许多LED照明设备要求扩散片的发光要更均匀，光束角度需可控，同时又不损失光输出量。在另一些照明设备中，还需要扩散片混合多种颜色光源或是照射更大的对称、非对称区域。同时，“Hotspots”和不均匀光分布一直是LED光源存在的普遍问题。

除了照明设备，显示设备背光源中的LED灯珠也存在同样的问题。

匀光膜可以将光源的发光点或灯丝轮廓掩盖，并在一个方向内扩大照明范围，使光源的发光形式更加柔和均匀，不会刺伤人眼，尤其适合用于LED的照明设备以及显示设备背光源中。

中国专利申请200920319175.3(公开日：2010年9月1日)提供了一种球面匀光膜，由两层材料紧密贴合而成，上层为不规则密集分布的透明非等直径的半球状结构，下层为透明聚合物基膜。光源发出的光线自内向外经过半球面时，一些入射角大的光线通过折射出去，一些入射角小的光线则被球面反射，经多次反射最终形成球面状散射，起到使发光形式更加柔和均匀的效果。对于此种结构，匀光的原理仅仅基于球面自身内部的多次全反射原理，使得光线反射回基膜层，并依靠基膜层与结构层的界面再次向上反射，起到光路的变化。然而此种结构，对于高低差并不明显的两个球面(匀光单元)，始终无法实现两者之间的光线穿梭(多次折射)，因而损失了这样一种更加有效的光路变化的方式。

中国专利申请201210342331.4(公开日：2013年1月16日)提供了一种匀光膜，该匀光膜的入光面和/或出光面设置有主结构，所述主结构上设置有若干子结构，主结构由弦态函数曲线和直线相间隔连接组成，子结构由与主结构延伸方向相同的凹槽结构、凸起结构或两者的结构组成。该专利并未定义凹槽结构、凸起结构的曲线形态以及曲率变化特点的权利范围，依据其优选的实施例，该专利所用子结构(匀光单元)为凸起劣圆弧相连接构成。然而，对于高低差并不明显的两个劣弧面，与球面类似，也始终无法实现两者之间的光线穿梭，因而同专利200920319175.3类似，专利申请201210342331.4依然具有匀光原理单一的缺点，无法实现光线在匀光单元之间发生穿梭(多次折射)，不具备这样一种更加有效的光路变化方式。现有技术的缺点，可用以下原理进行解释：

实际上，球面和圆弧面的截面，都是圆弧，即曲率处处相等。因此可以认为，在现有匀光膜技术专利中，匀光膜用于光路变化(匀光)的匀光单元其截面轮廓线均为圆弧曲线。

图1为现有匀光膜微结构的匀光单元中的基本光路示意图。如图1所示，匀光膜3的微结构中，1为入光面，2为出光面，4为发光光源，10为基膜层，20为出光面的微结构(局部)，21为匀光单元的截面轮廓线，5为入射光线，6为经过匀光单元表面的全反射光线，7为经过匀光单元表面的折射光线，8为入射光线相对于基膜层的入射角α，9为入射光线相对于匀光单元表面的入射角β。

如图2所示，若匀光单元为圆弧曲线，其中的光路变化可分为四种情形：(1)当α较小，且β小于临界角时，光线仅发生一次折射；(2)当α较小，但β大于等于临界角时，由于曲率相等，发生全反射后β不变，光线在圆弧内部(曲线内)发生多次反射；(3)当α较大，且β小于临界角时，光线可以从圆弧发生折射并再次发生折射穿入另一个圆弧(曲线间)，然而这一部分光线极少；(4)α较大，且β大于等于临界角时的情况几乎不存在。

由此可见，若匀光单元为圆弧曲线，确实无法使光线在结构之间发生穿梭，存在匀光原理单一的缺点。

发明内容

为了解决现有匀光膜的匀光原理单一的缺点，本发明提供一种匀光膜及使用该匀光膜的照明设备以及显示设备背光源。该匀光膜能够使光源发出的光线通过多次反射和/或折射，实现匀光单元内/间的光线匀化，具有匀光方式多样化，光线更加均匀柔和的特点。

其原理如图3所示，当匀光单元为凹凸曲线，且曲率并非处处相等时，对于情形(2)：光线发生一次或多次折射后β会随之改变，当β足够小时，便会发生折射，而折射后的α若满足条件，则光线能轻易再次发生折射并穿入另一个凹凸曲线，如此便会大大增加发生多次折射改变光路的光线，使匀光的方式多样化，同时实现多次反射与多次折射，即匀光单元内/间的光线匀化。

为了实现此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种匀光膜，所述匀光膜包括透明基膜，基膜的上表面设置有微结构，微结构的上表面为出光面，基膜的下表面为入光面，所述微结构与横截面相交的轮廓线为主结构线，所述主结构线由子曲线相连接而形成，所述主结构线为高低起伏交替的周期性的结构线；所述子曲线为凹凸子曲线。

所述凹凸子曲线由上凸曲线和下凹曲线交替连接构成，一个上凸曲线和相邻的一个下凹曲线合起来称为凹凸子曲线的一个周期。

所述微结构是由主结构线沿垂直于横截面(端面)的方向延伸形成的三维结构。所述微结构的一个重复周期结构为一个匀光单元。

进一步的，所述的匀光膜中，所述主结构线的一个重复周期的长度(P)是0.1-1.0mm，高度(H)是0.05-0.50mm；所述凹凸子曲线的振幅(A)为0.005-0.05mm。周期的长度(P)是一个周期的两个端点之间的距离，例如，是相邻的两个最低点之间的距离。高度(H)是主结构线的最高点至基膜的上表面的距离。凹凸子曲线的振幅(A)是指一个周期内的最高点与相邻的最低点的垂直距离。

进一步的，所述的匀光膜中，所述主结构线在一个重复周期内，由具有4-40个周期的凹凸子曲线构成。

进一步的，所述凹凸子曲线之间平滑相连。进一步的，所述凹凸子曲线均匀分布，整体呈现波浪形态。

所述凹凸子曲线的宽度(W)由主结构线的一个重复周期的长度和一个重复周期内凹凸子曲线的数量确定，振幅或称波动范围(A)为0.005-0.05mm。

进一步的，所述的匀光膜中，所述主结构线的一个重复周期的长度(P)是0.1-0.4mm，高度(H)是0.05-0.20mm；所述凹凸子曲线的振幅(A)为0.005-0.020mm。

进一步的，所述主结构线在一个重复周期内，由具有10-40个周期的凹凸子曲线构成。

进一步的，所述主结构线的一个重复周期的长度(P)是0.4mm，高度(H)是0.20mm；所述凹凸子曲线的振幅(A)为0.010-0.020mm。

进一步的，所述的匀光膜中，在所述主结构线的一个重复周期内，所述凹凸子曲线的数量为10-20个周期。

进一步的，所述的匀光膜中，所述主结构线为弦态函数曲线、三角形折线、由向上凸和向下凹的劣圆弧交替相连形成的曲线、由向上凸的半圆相连形成的曲线、或由向上凸和向下凹的椭圆圆弧交替相连形成的曲线。进一步的，所述劣圆弧是半圆。

所述弦态函数曲线是指正弦函数曲线或余弦函数曲线。

进一步的，所述的匀光膜中，所述凹凸子曲线为弦态函数曲线。

本发明还提供一种照明设备，所述设备包括所述的匀光膜，所述匀光膜的入光面设置有发光光源。

本发明还提供一种显示设备，包括背光源，所述背光源包括所述的匀光膜，所述匀光膜的入光面设置有发光光源。

本发明还提供一种制备所述的匀光膜的方法，所述方法包括下述步骤：

(1)在透明基膜层的上表面涂布紫外光固化树脂；

(2)用具有特定互补结构的模具碾压步骤(1)中涂布的紫外光固化树脂层，紫外光固化树脂层经光固化后形成微结构层。

与现有技术相比，本发明所提供的产品具有以下功能：本发明通过提供一种匀光膜及使用该匀光膜的照明设备以及显示设备的背光源，利用由曲率变化的凹凸子曲线构成的微结构面，进行光线的多次反射以及多次折射以实现多样的匀光方式，避免球面或圆弧面仅发生多次反射的单一匀光方式，将光源发出的光线打乱、发散得更加彻底，产生更好的发光均匀度。本发明提供的匀光膜具有更好的匀光性和透光率。

附图说明

图1为现有匀光膜的匀光单元中的基本光路示意图；

图2为当匀光单元是圆弧曲线时的匀光原理示意图；

图3为当匀光单元是凹凸曲线时的匀光原理示意图；

图4为本发明实施例1提供的匀光膜的立体结构示意图；

图5为本发明实施例1提供的匀光膜的横截面结构示意图；

图6为本发明实施例8提供的匀光膜的横截面结构示意图；

图7为本发明实施例9提供的匀光膜的横截面结构示意图；

图8为本发明实施例10提供的匀光膜的横截面结构示意图；

图9为本发明实施例11提供的匀光膜的横截面结构示意图；

图10为对比例1提供的匀光膜的横截面结构示意图。

图中：1：入光面；2：出光面；3：匀光膜；4：发光光源；

5：入射光线；6：全反射光线；7：折射光线；

8：入射角α(相对于基膜)；9：入射角β(相对于匀光单元表面)

10：基膜层；20：微结构层；21：匀光单元；

22：主结构线；23：凹凸子曲线；24：圆弧子曲线；

(1)：情形1；(2)：情形2；(3)：情形3；

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图4至图9所示，本发明提供一种匀光膜3，所述匀光膜3包括透明基膜10，基膜10的上表面设置有微结构20，微结构20的上表面为出光面2，基膜10的下表面为入光面1，所述微结构20与横截面相交的轮廓线为主结构线22，所述主结构线22由子曲线23相连接而形成，所述主结构线22为高低起伏交替的周期性的结构线；所述子曲线23为凹凸子曲线。

所述凹凸子曲线由上凸曲线和下凹曲线交替连接构成。所述凹凸子曲线的两个相邻的上凸曲线的最高点之间，或者相邻的两个下凹曲线的最低点之间称为凹凸子曲线的一个周期。

所述微结构20由主结构线22沿垂直于横截面(端面)的方向延伸形成。

进一步的，所述主结构线22的一个重复周期的长度(P)是0.1-1.0mm，高度(H)是0.05-0.50mm；所述凹凸子曲线23的振幅(A)为0.005-0.05mm。

进一步的，所述主结构线在一个重复周期内，由具有4-40个周期的凹凸子曲线构成。进一步的，所述凹凸子曲线之间平滑相连。进一步的，所述凹凸子曲线均匀分布，整体呈现波浪形态。

所述凹凸子曲线的宽度(W)由主结构线22的一个重复周期的长度和一个重复周期内凹凸子曲线的数量确定，振幅或称波动范围(A)为0.005-0.05mm。

进一步的，所述主结构线为弦态函数曲线(正弦或余弦函数曲线)、三角形折线、由向上凸和向下凹的劣圆弧交替相连形成的曲线、由向上凸的半圆相连形成的曲线、或由向上凸和向下凹的椭圆圆弧交替相连形成的曲线。

进一步的，所述凹凸子曲线为弦态函数曲线。

进一步的，在所述主结构线的一个周期内，所述凹凸子曲线的数量为10-40个周期。进一步的，在所述主结构线的一个周期内，所述凹凸子曲线的数量为10-20个周期。

在实施例1至11和对比例1中，基膜层的材质为PET，厚度是0.25mm；微结构层的材质是丙烯酸类紫外固化树脂。

实施例1

本发明提供的一种匀光膜3，如图4、图5所示，1为入光面，2为出光面，10为基膜层，微结构20是主结构线22的垂直拉伸结构，主结构线22为弦态函数曲线，重复周期的长度(P)为0.5mm,高度(H)为0.25mm，主结构线22的一个周期包含了10个周期的平滑相连的凹凸子曲线，且凹凸子曲线也为弦态函数曲线，振幅(A)为0.025mm。

实施例2

本发明提供的一种匀光膜，出光面包含微结构，该微结构是其主结构线的垂直拉伸结构，主结构线为弦态函数曲线，重复周期的长度(P)为0.1mm,高度(H)为0.05mm，主结构线的一个周期包含了10个周期的平滑相连的凹凸子曲线，且凹凸子曲线也为弦态函数曲线，振幅(A)为0.005mm。

实施例3

本发明提供的一种匀光膜，出光面包含微结构，该微结构是其主结构线的垂直拉伸结构，主结构线为弦态函数曲线，重复周期的长度(P)为1.0mm,高度(H)为0.50mm，主结构线的一个周期包含了10个周期的平滑相连的凹凸子曲线，且凹凸子曲线也为弦态函数曲线，振幅(A)为0.050mm。

实施例4

本发明提供的一种匀光膜，出光面包含微结构，该微结构是主结构线的垂直拉伸结构，主结构线为弦态函数曲线，重复周期的长度(P)为0.4mm,高度(H)为0.20mm，主结构线的一个周期包含了4个周期的平滑相连的凹凸子曲线，且凹凸子曲线也为弦态函数曲线，振幅(A)为0.050mm。

实施例5

本发明提供的一种匀光膜，出光面包含微结构，该微结构是主结构线的垂直拉伸结构，主结构线为弦态函数曲线，重复周期的长度(P)为0.4mm,高度(H)为0.20mm，主结构线的一个周期包含了40个周期的平滑相连的凹凸子曲线，且凹凸子曲线也为弦态函数曲线，振幅(A)为0.005mm。

实施例6

本发明提供的一种匀光膜，出光面包含微结构，该微结构是主结构线的垂直拉伸结构，主结构线为弦态函数曲线，重复周期的长度(P)为0.4mm,高度(H)为0.20mm，主结构线的一个周期包含了10个周期的平滑相连的凹凸子曲线，且凹凸子曲线也为弦态函数曲线，振幅(A)为0.020mm。

实施例7

本发明提供的一种匀光膜，出光面包含微结构，该微结构是主结构线的垂直拉伸结构，主结构线为弦态函数曲线，重复周期的长度(P)为0.4mm,高度(H)为0.20mm，主结构线的一个周期包含了20个周期的平滑相连的凹凸子曲线，且凹凸子曲线也为弦态函数曲线，振幅(A)为0.010mm。

实施例8

本发明提供的一种匀光膜，如图6所示，1为入光面，2为出光面，10为基膜层，微结构20是主结构线的垂直拉伸结构，主结构线22为三角形折线，每个三角形的顶角的两条边为一个重复周期，重复周期的长度(P)为0.6mm,高度(H)为0.3mm，主结构线的一个周期包含了10个周期的平滑相连的凹凸子曲线，且凹凸子曲线为弦态函数曲线，振幅(A)为0.030mm。

实施例9

本发明提供的一种匀光膜，如图7所示，1为入光面，2为出光面，10为基膜层，微结构20是主结构线的垂直拉伸结构，主结构线22为圆弧曲线，由向上凸的半圆相连形成的曲线，一个半圆为一个重复周期，重复周期的长度(P)为0.6mm,高度(H)为0.4mm，主结构线的一个周期包含了10个周期的平滑相连的凹凸子曲线，且凹凸子曲线为弦态函数曲线，振幅(A)为0.03mm。

实施例10

本发明提供的一种匀光膜，如图8所示，1为入光面，2为出光面，10为基膜层，微结构20是主结构线的垂直拉伸结构，主结构线22为由向上凸的劣圆弧和向下凹的劣圆弧交替相连形成的具有固定重复周期的曲线，两个相邻的向下凹的劣圆弧的最低点之间是一个周期，重复周期的长度(P)为0.6mm,高度(H)为0.3mm，主结构线的一个周期包含了10个周期的平滑相连的凹凸子曲线，且凹凸子曲线为弦态函数曲线，振幅(A)为0.03mm。

实施例11

本发明提供的一种匀光膜，如图9所示，1为入光面，2为出光面，10为基膜层，微结构20是其主结构线的垂直拉伸结构，主结构线22为由向上凸的椭圆弧和向下凹的椭圆弧交替相连形成的具有固定重复周期的曲线，两个相邻的向下凹的椭圆弧的最低点之间是一个周期，重复周期的长度(P)为0.6mm,高度(H)为0.2mm，主结构线的一个周期包含了10个周期的平滑相连的凹凸子曲线，且凹凸子曲线为弦态函数曲线，振幅(A)为0.03mm。

对比例1

提供一种用于对比的匀光膜，如图10所示，1为入光面，2为出光面，10为基膜层，微结构20是其主结构线的垂直拉伸结构，主结构线22为弦态函数曲线，重复周期的长度(P)为0.4mm,高度(H)为0.20mm，主结构线22的一个周期包含了20个周期的圆弧子曲线，弧度(R)均为0.25π。

按照下述方式测试本发明提供的匀光膜的透光率和发光均匀性。

透光率测试：取一张A4大小的待测膜片，放入透光率/雾度测试仪中测得其透光率值。

发光均匀度：用相应大小的待测膜片遮盖直下式背光源或照明用LED灯组，采用照度计多次测量不同位置的照度，用均齐度(最小值/最大值％)代表发光均匀度。发光均匀度以百分数表示，发光均匀度越高表示光的均匀度越高，表示匀光膜的匀光性越好。

实施例1-11与对比例1的测试结果如表1、2、3、4所示。

表1 实施例1至3提供的匀光膜的测试结果

	透光率(％)	发光均匀度(％)
			实施例1	86.50	89.53
实施例2	83.35	91.47
			实施例3	87.67	88.35

表2 实施例4至7提供的匀光膜的测试结果

	透光率(％)	发光均匀度(％)
			实施例4	89.23	87.65
实施例5	81.35	92.12
			实施例6	86.21	90.13
实施例7	85.59	90.83

表3 实施例8至11提供的匀光膜的测试结果

	透光率(％)	发光均匀度(％)
			实施例8	86.81	89.93
实施例9	85.36	89.35
			实施例10	84.78	88.36
实施例11	84.18	89.12

表4 实施例7和对比例1提供的匀光膜的测试结果

	透光率(％)	发光均匀度(％)
			实施例7	85.59	90.83
对比例1	85.70	83.12

由表1中实施例1-3的测试结果可以比较得出，结构线长度、高度以及凹凸子曲线的振幅在一定程度上会影响透光率和出光均匀度，尤其是作为关键匀光单元的凹凸子曲线，凹凸子曲线的宽度(由结构线长度和凹凸子曲线数量决定)和振幅对透光率和出光均匀度的影响更大。在一个主结构周期上的相同子结构数目下，主结构的一个周期的长度越大，子结构越大，因而透光越高，但匀光越差。

由表2中实施例4-7的测试结构可以比较得出，若结构线形态、长度、高度固定，当凹凸子曲线较少时(如实施例4)，具有较高透光率，但出光均匀度较低；当凹凸子曲线较多时(如实施例5)，具有较高出光均匀度，但透光率较低；当凹凸子曲线数量适中为10-20个周期时(如实施例6、7)，同时具有较高的透光率和出光均匀度。

由表3中实施例8-11的测试结构可以比较得出，当凹凸子曲线的宽度和振幅固定，结构线本身的形态在一定程度上也会影响透光率和出光均匀度，但影响并不明显。

由表4中实施例7与对比例1的测试结果可以比较得出，当结构线形态、长度、高度以及子曲线数量固定时，凹凸子曲线能够使光源发出的光线通过多次反射和/或折射，实现微结构中凹凸子曲线内/间的光线匀化，因而相比圆弧子曲线(对比例1)匀光方式多样化，光线更加均匀柔和，在差异不大的透光率下，具有较高的发光均匀度。

综上所述，本发明提供的匀光膜具有较好的透光率和发光均匀度。而且，实施例2，实施例5-7提供的均光膜在透光率高于80％的情况下，发光均匀度高于90％。特别的，实施例6和实施例7提供的匀光膜的透光率和匀光性都较好，透光率高于85％，发光均匀度高于90％。

应当注意，以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种匀光膜，所述匀光膜包括透明基膜，基膜的上表面设置有微结构，微结构的上表面为出光面，基膜的下表面为入光面，其特征在于，所述微结构与横截面相交的轮廓线为主结构线，所述主结构线由子曲线相连接而形成，所述主结构线为高低起伏交替的周期性的结构线；所述子曲线为凹凸子曲线。

2.根据权利要求1所述的匀光膜，其特征在于，所述主结构线的一个重复周期的长度(P)是0.1-1.0mm，高度(H)是0.05-0.50mm；所述凹凸子曲线的振幅(A)为0.005-0.05mm。

3.根据权利要求1所述的匀光膜，其特征在于，所述主结构线在一个重复周期内，由具有4-40个周期的凹凸子曲线构成。

4.根据权利要求1所述的匀光膜，其特征在于，所述主结构线的一个重复周期的长度(P)是0.1-0.4mm，高度(H)是0.05-0.20mm；所述凹凸子曲线的振幅(A)为0.005-0.020mm。

5.根据权利要求1所述的匀光膜，其特征在于，在所述主结构线的一个重复周期内，所述凹凸子曲线的数量为10-20个周期。

6.根据权利要求1所述的匀光膜，其特征在于，所述主结构线为弦态函数曲线、三角形折线、由向上凸和向下凹的劣圆弧交替相连形成的曲线、由向上凸的半圆相连形成的曲线、或由向上凸和向下凹的椭圆圆弧交替相连形成的曲线。

7.根据权利要求1所述的匀光膜，其特征在于，所述凹凸子曲线为弦态函数曲线。

8.一种照明设备，其特征在于，所述设备包括权利要求1-7之一所述的匀光膜，所述匀光膜的入光面设置有发光光源。

9.一种显示设备，包括背光源，其特征在于，所述背光源包括权利要求1-7之一所述的匀光膜，所述匀光膜的入光面设置有发光光源。

10.一种制备权利要求1-7之一所述的匀光膜的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)在透明基膜层的上表面涂布紫外光固化树脂；

(2)用具有特定互补结构的模具碾压步骤(1)中涂布的紫外光固化树脂层，紫外光固化树脂层经光固化后形成微结构层。