CN109031512B - 导光膜组件、前置光源和反射式显示装置 - Google Patents

导光膜组件、前置光源和反射式显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种导光膜组件、前置光源和反射式显示装置，属于显示技术领域，其可至少部分解决现有反射式显示装置对比度较低的问题。本发明的导光膜组件包括导光膜，所述导光膜包括相对的前出光面和后出光面、以及连接在所述前出光面和所述后出光面之间的入光面，在所述后出光面上设置有多个微结构条，所述微结构条用于将从所述导光膜内射向所述微结构条的光向远离所述后出光面的方向反射出去。

Description

导光膜组件、前置光源和反射式显示装置
技术领域
本发明属于显示技术领域，具体涉及一种导光膜组件、前置光源和反射式显示装置。
背景技术
反射式显示装置例如是反射式液晶显示装置或者电子纸显示装置等。以反射式液晶显示装置为例，其显示原理如下：环境光线入射到反射式液晶面板后被反射回去，通过控制液晶分子的状态使得反射式液晶面板的每个亚像素反射的光的比率不同，从而实现显示。
在环境光较暗的环境下需要为反射式面板提供前置光源，前置光源中的发光件(其为一线光源，例如是灯条)发出的光经前置光源中的导光膜组件转换为射向反射式面板的面光源。现有的前置光源的前出光量相对较高、后出光量相对较低，这造成反射式显示装置的对比度不高。
发明内容
本发明至少部分解决现有的反射式显示装置中如何提高对比度的问题，提供一种导光膜组件、前置光源和反射式显示装置。
根据本发明第一方面，提供一种导光膜组件，用于反射式面板，所述导光膜组件包括导光膜，所述导光膜包括相对的前出光面和后出光面、以及连接在所述前出光面和所述后出光面之间的入光面，在所述后出光面上设置有多个微结构条，所述微结构条用于将从所述导光膜内射向所述微结构条的光向远离所述后出光面的方向反射出去。
可选地，所述微结构条的长度方向与所述入光面的长度方向平行。
可选地，所述微结构条的垂直于其长度方向的截面为梯形，所述梯形的接近所述导光膜的一边为顶边，所述梯形的远离所述导光膜的一边为底边，所述梯形的任意一个腰与其底边的夹角为直角或锐角。
可选地，所述微结构条与所述导光膜为一体成型结构。
可选地，所述微结构条与所述导光膜通过第一胶层粘贴在一起，所述微结构条、所述导光膜、所述第一胶层三者中最大折射率与最小折射率的差小于或等于0.02。
可选地，所述微结构条、所述导光膜、所述第一胶层三者折射率相等。
可选地，所述梯形的至少一个腰与其底边的夹角α满足：49.8°≤α≤59.8°。
可选地，所述梯形为等腰梯形。
可选地，所述梯形的高t满足以下公式：
Figure BDA0001788299460000021
其中p为所述梯形顶边的长，
Figure BDA0001788299460000022
n为所述微结构条的折射率。
可选地，任意微结构条与相邻的并且远离所述入光面的微结构条的间距小于或等于该微结构条与相邻的并靠近所述入光面的微结构图的间距。
可选地，相邻微结构条之间的间距在2q到10q之间，其中，q为所述梯形底边的长。
可选地，在所述微结构条的远离所述后出光面的一侧还设置有下基材层。
可选地，所述下基材层的折射率比所述微结构条的折射率大。
根据本发明的第二方面，提供一种前置光源，包括发光件和本发明第一方面所提供的导光膜组件，所述发光件的出光面朝向所述导光膜的入光面。
根据本发明的第三方面，提供一种反射式显示装置，包括反射式面板和设于所述反射式面板的显示面外的前置光源，所述前置光源为根据本发明第二方面所提供的前置光源，且所述导光膜的后出光面朝向所述反射式面板。
可选地，所述反射式面板为反射式液晶面板。
附图说明
图1为本发明的实施例的一种反射式液晶显示装置的剖面图；
图2为本发明的实施例的一种反射式液晶显示装置的光线成分示意图；
图3为本发明的实施例的一种前置光源的部分结构的剖面图；
图4为本发明的实施例的一种前置光源的部分结构的剖面图；
图5为本发明的实施例的一种前置光源的部分结构的剖面图；
图6为本发明的实施例的微结构条的剖面尺寸关系示意图；
图7为本发明的实施例的一个反射式液晶显示装置实例的光强与出射角度关系示意图；
其中，附图标记为：10、发光件；20、导光膜；30、第一胶层；40、微结构条；50、下基材层；60、第二胶层；70、反射式液晶面板。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
以下说明均以反射式液晶面板70作为反射式面板的具体形式。相同的发明构思同样适用于对于其他形式的反射式面板(例如电子纸)。
实施例1：
本实施例提供一种导光膜组件，如图1所示，用于反射式面板(如反射式液晶面板70)，导光膜组件包括导光膜20，导光膜20包括相对的前出光面(图1中的上表面，用于显示时朝向用户)和后出光面(图1中的下表面，用于显示时朝向反射式液晶面板70)、以及连接在前出光面和后出光面之间的入光面(与发光件10相对的表面)，在后出光面上设置有多个微结构条40，微结构条40用于将从导光膜20内射向微结构条40的光向远离后出光面的方向反射出去。
发光件10为线光源，例如是多个LED灯排列成的灯条。发光件10发出的光经导光膜20的入光面进入导光膜20，通过对发光件10的出射光线的角度进行设计，可使得其中大部分光在导光膜20内发生全反射。当导光膜20内的光射向微结构条40后，微结构条40将这部分光反射向反射式液晶面板70，从而为反射式液晶面板70提供面光源。反射式液晶面板70再将射向它的光反射出导光膜20，实现显示。
为了实现显示，在反射式液晶面板70中还应设置偏光片、半波片等膜片，这部分膜片均可采用常规设计，故在图1中没有示出。
参见图2，导光膜组件(图2中以导光膜20代表)、发光件10与反射式液晶面板70配合构成反射式液晶显示装置后，发光件10所发出的光进入导光膜20后可分为两部分：直接从前出光面射出的光，其出光量记为A(前侧出光量)，以及经微结构条40反射向反射式液晶面板70的光，其出光量记为B(后侧出光量)。由反射式液晶面板70反射到导光膜20的光，其出光量记为C，该部分光经导光膜20最终射出的光的出光量记为D。
在不考虑C与D的差异的情况下，该反射式液晶显示装置的对比度CR由如下公式确定：
Figure BDA0001788299460000041
其中，R1为最亮灰阶下反射式液晶面板70的反射率，R2为最暗灰阶下反射式液晶面板70的反射率。
在反射式液晶面板70性质确定的情况下(即R1和R2确定的情况下)，为提高反射式液晶显示装置的对比度，需要尽量增大B并减小A，也即是尽量让进入导光膜20的光尽量多的射向反射式液晶面板70。
在导光膜20内进行反射的光，绝大多数为全反射光，从而前侧出光量A被控制地很小。这些全反射的光绝大多数经微结构条40反射向反射式液晶面板70，从而后侧出光量B被控制地很大。从而这种结构的导光膜组件有利于提升反射式液晶显示装置的对比度。
可选地，微结构条40的长度方向与入光面的长度方向平行。通常入光面的长度方向是平行于发光件10的长度方向的，如此可使得微结构条40朝反射式液晶面板70所反射的光在发光件10的长度方向上是均匀的。
当然本领域技术人员也可依据发光件10所发出的光的特性对微结构条40的长度方向的形状做出调整，例如局部位置处微结构条40的长度方向上呈一定弧度。
可选地，微结构条40的垂直于其长度方向的截面为梯形，该梯形的接近导光膜20的一边为顶边，梯形的远离导光膜20的一边为底边，梯形的任意一个腰与其底边的夹角为直角或锐角。
参见图3-图5，梯形截面的腰与其底边的夹角为直角或锐角，如此，可有效地将从导光膜20射入微结构条40的光向朝向反射式液晶面板70的方向反射出去，如此可增大图2中标注为C的光的出光量，同样有利于提高对比度。
可选地，微结构条40与导光膜20为一体成型结构。由于二者一体成型，二者的折射率相等，光线在二者之间传播的衰减更小。例如，该一体成型结构可通过机械加工等方式实现。
可选地，微结构条40与导光膜20通过第一胶层30粘贴在一起，微结构条40、导光膜20、第一胶层30三者中最大折射率与最小折射率的差小于或等于0.02。如此设计也是为了使光线在三者之间传播的衰减尽量低。其中，微结构条40可通过注塑的工艺、UV胶成型的工艺、曝光显影的工艺等方式实现制备后再通过第一胶层30粘结在导光膜20上。
可选地，微结构条40、导光膜20、第一胶层30三者折射率相等。
例如导光膜20选材为聚碳酸酯(PC)，其折射率为1.58；第一胶层30和微结构条40的选材均为UV胶，其折射率也是1.58，该折射率可通过调整UV胶的具体成分实现。
需要说明的是，以图3-图5当前的视角，在导光膜20内进行全反射的光绝大多数是从左向右射向微结构条40的，少部分光是从右向左射向微结构条40的，虽然两个方向上的光的强弱不同，但这两个方向的光与上述梯形截面的顶边的夹角的范围是相同的。这部分图中的虚线为水平和垂直方向的标示。
图3-图5中各标出了两条光路，其中一条是对应导光膜20内全反射临界角的光(图3-图5中标注的角度θ、β、y均与之对应)，另一条是从导光膜20向微结构条40接近水平射出的光(图3-图5中标注的角度x与之对应)。具体地，θ角为对应该全反射临界角的光与出光面的平面方向(图3中在上的水平虚线)的夹角，β角为对应全反射临界角的光刚进入微结构条40的入射角，y角为90°与对应于全反射临界角的光射向反射式液晶面板70(图3中在下的水平虚线表示该反射式液晶面板70的上表面的平面方向)的入射角的差，x角为90°与对应于接近水平射出的光射向反射式液晶面板70的入射角的差。
可选地，上述梯形截面的至少一个腰与其底边的夹角α满足以下公式：
Figure BDA0001788299460000061
其中n为微结构条40的折射率。
如此设置是为了使从微结构条40反射向反射式液晶面板70的光的方向都是基本垂直于反射式液晶面板70的。如此有利于提高反射式液晶显示装置的亮度和对比度。
根据以上公式，如选取折射率为1.58的UV胶作为微结构条40的材料，那么上述梯形的任意一个腰与底边的夹角α的取值范围可设为：49.8°≤α≤59.8°。常用的微结构条40和导光膜20的折射率一般都不会太大的差异，以上α角的取值范围也适用于其他材料的微结构条40。
具体地，参见图4，如果微结构条40的梯形截面的底边与腰的夹角α过大，则部分光线会从该梯形的腰处射出微结构条40，即不能保证在微结构条40内进行的反射是全反射。
具体地，参见图5，如果微结构条40的梯形截面的底边与腰的夹角α过小，则这个腰反射向反射式液晶面板70的光都是倾斜的，不利于亮度和对比度的提升。
可选地，梯形为等腰梯形。也即是图3-图5中从导光膜20射向微结构条40的光，不论方向是从左到右还是从右到左，都是基本沿垂直于反射式液晶面板70的方向射向反射式液晶面板70的。
可选地，参见图6，梯形的高t满足以下公式：
Figure BDA0001788299460000071
其中p为所述梯形顶边的长，θ的定义同上。
如果该梯形的高t太小，那么从导光膜20射向微结构条40的光会直接射到该梯形的底边处，该梯形的腰无法对这部分光进行反射。而如果梯形的高t太大，则会增大导光膜组件的整体厚度；同时可能导致不同梯形的底边相互接触。
以下为上述公式中下限值的由来：图6中标出的光线是全反射临界角对应的光线，这条光线刚好从该梯形的顶边的左侧端点射到该梯形底边的右侧端点，可以得到如下等式：
Figure BDA0001788299460000081
求解该等式即得到该梯形的高t的下限值。以导光膜20由PC材料形成，第一胶层30和微结构条40由UV胶形成为例，θ取值为39.3°，当α取值为54.8°时，微结构条40高度t的下限值为1.94p。
可选地，任意微结构条40与相邻的并且远离入光面的微结构条40的间距小于或等于该微结构条40与相邻的并靠近入光面的微结构图的间距。
从入光面到远离入光面的方向也即远离发光件10的方向，导光膜20内的光是逐渐减弱的，为了保证从微结构条40射向反射式液晶面板70的光的均一性，相邻微结构条40的间距应当呈现逐渐缩短的趋势。
可选地，相邻微结构条40之间的间距在2q到10q之间，其中，q为所述梯形底边的长。
相邻微结构条40的间距过小则会导致光基本都在靠近发光件10处射出，远离发光件10的区域内出光量不足；相邻微结构条40的间距过大则会导致亮度均匀性不好，对应有微结构条40和无微结构条41处分别呈现亮、暗条纹。
可选地，在微结构条40的远离后出光面的一侧还设置有下基材层50。下基材层50作为微结构条40的承载物，对微结构条40进行保护。
可选地，下基材层50的折射率比微结构条40的折射率大。也即是下基材层50的折射率应当尽量大于微结构条40的折射率，从而光线在下基材层50的出射角会更小，光线更接近垂直地射向反射式液晶面板70，有利于提高亮度。
实施例2：
本实施例提供一种前置光源，用于反射式面板。参见图1，该前置光源包括发光件10和实施例1所提供的导光膜组件，发光件10的出光面朝向导光膜20的入光面。
实施例3：
本实施例提供一种反射式显示装置，包括反射式面板(例如反射式液晶面板70)和设于反射式液晶面板70的显示面外的前置光源，该前置光源为根据本发明实施例2所提供的前置光源，且其导光膜20的后出光面朝向反射式液晶面板70。
当然该反射式面板也可为电子纸等其它反射式的显示面板。
具体的，该反射式显示装置可为反射式液晶显示模组、电子纸显示装置、显示器等任何具有显示功能的产品或部件。
在一个具体的实例中，导光膜20选材为PC，厚度为300um；第一胶层30选材为UV胶，厚度为10um；微结构条40选材为UV胶，厚度为9.7um；下基材层50选材为PET，厚度为100um；反射式液晶面板70通过第二胶层60粘贴在下基材层50，第二胶层60选材为OCA，厚度为20um。其中的微结构条40的横截面为等边梯形，该梯形的顶边长5um，底边长18.7um，高为9.7um，其腰与底边的夹角为54.8°。
实测该反射式液晶显示模组的导光膜20的前侧出光量A为0.048Lm，后侧出光量B为35.5Lm，A：B＝1：740，极大提升了该反射式液晶显示模组的对比度。
图7为该反射式液晶显示模组的所显示的光强与出射角度(出射光线与反射式液晶面板70间沿特定方向的夹角)之间关系的实测结果。可以看到绝大多数光是以接近垂直于反射式液晶面板70的方向被反射出去的，这表明从前置光源射入反射式液晶面板70的光也主要垂直于反射式液晶面板70，故反射式液晶显示模组的亮度得到提升。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种导光膜组件，用于反射式面板，所述导光膜组件包括导光膜，所述导光膜包括相对的前出光面和后出光面、以及连接在所述前出光面和所述后出光面之间的入光面，其特征在于，在所述后出光面上设置有多个微结构条，所述微结构条用于将从所述导光膜内射向所述微结构条的光向远离所述后出光面的方向反射出去；
所述微结构条的垂直于其长度方向的截面为梯形，所述梯形的接近所述导光膜的一边为顶边，所述梯形的远离所述导光膜的一边为底边，所述梯形的任意一个腰与其底边的夹角为直角或锐角，所述梯形的底边用于朝向反射式面板的显示面；
所述梯形为等腰梯形，所述梯形的高t满足以下公式：
Figure FDA0002937197680000011
其中p为所述梯形顶边的长，
Figure FDA0002937197680000012
α为梯形的腰与底边的夹角，n为所述微结构条的折射率；
任意微结构条与相邻的并且远离所述入光面的微结构条的间距小于或等于该微结构条与相邻的并靠近所述入光面的微结构图的间距，相邻微结构条之间的间距在2q到10q之间，其中，q为所述梯形底边的长；
在所述微结构条的远离所述后出光面的一侧还设置有下基材层；
所述下基材层的折射率比所述微结构条的折射率大。
2.根据权利要求1所述的导光膜组件，其特征在于，所述微结构条的长度方向与所述入光面的长度方向平行。
3.根据权利要求1所述的导光膜组件，其特征在于，所述微结构条与所述导光膜为一体成型结构。
4.根据权利要求1所述的导光膜组件，其特征在于，所述微结构条与所述导光膜通过第一胶层粘贴在一起，所述微结构条、所述导光膜、所述第一胶层三者中最大折射率与最小折射率的差小于或等于0.02。
5.根据权利要求4所述的导光膜组件，其特征在于，所述微结构条、所述导光膜、所述第一胶层三者折射率相等。
6.根据权利要求3或5所述的导光膜组件，其特征在于，所述梯形的至少一个腰与其底边的夹角α满足：
49.8°≤α≤59.8°。
7.一种前置光源，用于反射式面板，其特征在于，包括发光件和根据权利要求1-6任意一项所述的导光膜组件，所述发光件的出光面朝向所述导光膜的入光面。
8.一种反射式显示装置，包括反射式面板和设于所述反射式面板的显示面外的前置光源，其特征在于，所述前置光源为根据权利要求7所述的前置光源，且所述导光膜的后出光面朝向所述反射式面板。
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