CN111045256B - 背光模组及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种背光模组，包括光源、导光组件和光准直组件，导光组件包括通过粘合层连接的导光层和反射层，导光层包括入光面和与入光面相邻的出光面，粘合层的折射率小于导光层的折射率和反射层的折射率；光准直组件包括第一棱镜结构和第二棱镜结构，第一棱镜结构设置于导光层的出光面，第二棱镜结构设置于反射层远离导光层的一面，光准直组件使得以小于第一角度的入射角度入射至导光层的光线、沿着第一方向从第一棱镜结构中出射，第一角度为导光层与粘合层之间的全反射临界角度，第一方向为垂直于导光层的出射面的方向；还包括光扩散结构，设置于第一棱镜结构的出光侧和/或第二棱镜结构的远离第一棱镜结构的一侧。本发明还涉及一种显示装置。

Description

背光模组及显示装置
技术领域
本发明涉及显示产品制作技术领域，尤其涉及一种背光模组及显示装置。
背景技术
为了追求模组低功耗，提高显示隐私性，新一代的显示产品对光的方向性控制提出了新的要求，防窥显示为最基本的光指向的应用。而通过光准直实现光指向的应用，存在中心视角方向光线准直度高，光束过于集中，出现眩光现象的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种背光模组及显示装置，解决眩光问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种背光模组，包括光源、导光组件和光准直组件，
所述导光组件包括通过粘合层连接的导光层和反射层，所述导光层包括入光面和与入光面相邻的出光面，所述粘合层的折射率小于所述导光层的折射率和所述反射层的折射率；
所述光准直组件包括第一棱镜结构和第二棱镜结构，所述第一棱镜结构设置于所述导光层的出光面，所述第二棱镜结构设置于所述反射层远离所述导光层的一面，所述光准直组件使得以小于第一角度的入射角度入射至所述导光层的光线、经由所述粘合层、所述第二棱镜结构的反射后、沿着第一方向从所述第一棱镜结构中出射，其中，所述第一角度为所述导光层与所述粘合层之间的全反射临界角度，所述第一方向为垂直于所述导光层的出射面的方向；
所述背光模组还包括光扩散结构，用于使得从所述第一棱镜结构出射的光的扩散角度位于预设范围之内，所述光扩散结构设置于所述第一棱镜结构的出光侧和/或所述第二棱镜结构的远离所述第一棱镜结构的一侧。
可选的，所述光扩散结构包括扩散层，所述扩散层设置于所述第一棱镜结构的出光侧，所述扩散层包括基材，所述基材内包括按照预设图案设置的填充区，所述填充区内填充有扩散粒子。
可选的，所述基材内沿着第二方向间隔分布有多个条形的所述填充区，所述填充区的延伸方向与所述第二方向相垂直，所述第二方向为所述光源发出的光线在所述导光层内的传播方向。
可选的，所述预设范围为-30～+30度。
可选的，所述第二棱镜结构包括用于反射从所述粘合层入射的光线的多个反射面，所述反射面为自由曲面以形成所述光扩散结构，每个所述反射面包括沿着所述光源发出的光线在所述导光层的传播方向依次设置的第一端和第二端，所述自由曲面的切线斜率由所述第一端到所述第二端逐渐减小。
可选的，与所述导光层的入光面相邻的、四周侧面包括靠近所述光源设置的第一区域，至少一个所述侧面的所述第一区域上设置有沿着第二方向延伸的条纹图案，所述第二方向为所述光源发出的光线在所述导光层内的传播方向。
可选的，所述第一区域在所述第二方向上的长度为2.9mm～3.1mm，所述条纹图案的粗糙度小于Ra0.1um。
可选的，所述导光层包括与所述入光面相对设置的第一面，所述第一面上设置有吸光层。
可选的，所述第一棱镜结构包括多个阵列排布的棱镜部，所述多个棱镜部的排布密度沿着所述光源发出的光线在所述导光层内的传播方向逐渐增大。
可选的，每个所述棱镜部在垂直于所述导光层的出光面的方向上的截面为三角形，该截面与所述光源发出的光线在所述导光层内的传播方向平行，每个所述三角形包括与所述导光层的出光面相对的第一斜面，位于所述第一斜面相对的两侧的两个侧面，以及位于所述两个侧面之间、并与所述第一斜面相邻的第二斜面，所述第二斜面靠近所述导光层的底角的角度大于预设角度、以减少入射到所述两个侧面的光线。
可选的，在所述第一棱镜结构的出光侧设置有折射率低于所述导光层的折射率的介质层，用于对从所述第一棱镜结构出射的光中大于预设出光角度的光线进行收敛。
可选的，每个所述棱镜部在垂直于所述导光层的出光面的方向上的截面为三角形，该截面与所述光源发出的光线在所述导光层内的传播方向平行，每个所述三角形包括与所述导光层的出光面相对的第一斜面，位于所述第一斜面相对的两侧的两个侧面，以及位于所述两个侧面之间、并与所述第一斜面相邻的第二斜面，所述第二斜面靠近所述导光层的底角的角度α3与所述介质层的折射率n4之间的关系满足以下公式：
Figure BDA0002356464870000031
可选的，还包括调光结构，用于使得背光模组的出光模式在光指向模式和共享模式之间转换，所述调光结构为液晶调光膜，包括相对设置的第一基体、第二基体和位于所述第一基底和第二基底之间的液晶层，所述第一基体上设置有第一电极层，所述第二基体上设置有第二电极层；
在所述光指向模式，对所述第一电极层和所述第二电极层施加电压，使得所述液晶层处于有序状态，入射至所述液晶调光膜的光线透过所述液晶调光膜，所述液晶调光膜呈透明态；
在所述共享模式，所述第一电极层和所述第二电极层未施加电压，所述液晶层处于无序状态，入射所述液晶调光膜的光线发生散射，所述液晶调光膜呈散射态。
本发明还提供一种显示装置，包括上述的背光模组。
本发明的有益效果是：通过光扩散结构的设置，在预设范围内对光线进行扩散，消除眩光，同时不影响光的指向性；通过条纹图案的设置解决了灯口射线的问题；通过吸光层的设置、和/或优化第一棱镜结构的棱镜部、和/或设置折射率小于粘合层的折射率的介质层的设置，解决大角度杂光的问题，提升大视角防窥性能。
附图说明
图1表示眩光画面示意图；
图2表示本发明实施例中背光模组结构示意图一；
图3表示本发明实施例中扩散层的结构示意图一；
图4表示本发明实施例中扩散层的结构示意图二；
图5表示本发明实施例中背光模组结构示意图二；
图6表示图5的局部放大示意图；
图7表示灯口射线现象示意图；
图8表示本发明实施例中条纹图案结构示意图；
图9表示本发明实施例中大视角杂光模拟分析曲线示意图；
图10表示本发明实施例中第一棱镜部的分布示意图；
图11表示本发明实施例中第一棱镜部的结构示意图；
图12表示本发明实施例中第一棱镜部的第二斜面的示意图；
图13表示本发明实施例中第二斜面的底角对杂光的影响模拟分析示意图；
图14表示本发明实施例中第二方向发散的光线示意图；
图15表示本发明实施例中未设置介质层的光路示意图；
图16表示本发明实施例中设置介质层后的光路示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了追求模组低功耗，提高显示隐私性，新一代的显示产品对光的方向性控制提出了新的要求，防窥显示为最基本的光指向的应用。
公告号为CN109212660A的专利，公开了一种导光组件、光准直组件、背光模组及显示装置，为了实现防窥设计，采用光准直组件的设置，但是这样会造成中心视角方向光线准直度高，光束过于集中，出现眩光现象，如图1所示。
针对上述技术问题，本实施例提供一种背光模组，通过光扩散结构的设置，使得出射光在预设范围内进行扩散，既可以改善眩光现象，同时又不影响防窥效果。
具体的，如图2-图6所示，本实施例中的背光模组具体包括光源10、导光组件和光准直组件，
所述导光组件包括通过粘合层30连接的导光层20和反射层40，所述导光层20包括入光面和与入光面相邻的出光面，所述粘合层30的折射率小于所述导光层20的折射率和所述反射层40的折射率；
所述光准直组件包括第一棱镜结构和第二棱镜结构，所述第一棱镜结构设置于所述导光层20的出光面，所述第二棱镜结构设置于所述反射层40远离所述导光层20的一面，所述光准直组件使得以小于第一角度的入射角度入射至所述导光层20的光线、经由所述粘合层30、所述第二棱镜结构的反射后、沿着第一方向从所述第一棱镜结构中出射，其中，所述第一角度为所述导光层20与所述粘合层30之间的全反射临界角度，所述第一方向为垂直于所述导光层20的出射面的方向，如图2中的Y方向；
所述背光模组还包括光扩散结构，用于使得从所述第一棱镜结构出射的光的扩散角度位于预设范围之内，所述光扩散结构设置于所述第一棱镜结构的出光侧和/或所述第二棱镜结构的远离所述第一棱镜结构的一侧。
本实施例中，如图2所示，所述导光层20包括入光面和与入光面相邻的出光面，以及与所述出光面相对设置的底面，所述底面为一平面结构，所述粘合层30与所述底面连接，所述第一棱镜结构设置于所述导光层20的出光面，且所述第一棱镜结构与所述导光层20为一体结构，所述第一棱镜结构用于将经过所述导光层20的底面发生全反射的光线、继续进行全反射、并减小所述全反射光线与垂直于导光层20的底面的方向之间的夹角，即C点处入射至粘合层30的光的入射角θ3小于A点处入射至粘合层30的光的入射角θ1，当θ3减小到θ3<θ，即C点处入射至粘合层30的光的入射角θ3小于发生全反射的临界角θ时，光线可进入所述粘合层30，并经由所述第二棱镜结构调制为准直光线。
所述第一棱镜结构包括多个第一棱镜部201，每个第一棱镜部201包括与所述导光层20的底面相对且沿着第二方向(即所述光源发出的光线在导光层20内的传播方向，如图2中的X方向)延伸设置的第一斜面2011，所述第一斜面2011与第二方向之间的夹角为α，α的角度可以为0.1-10°，可以为2°(但并不以此为限)，所述第一斜面2011与第二方向之间的夹角可以朝向所述导光层20的入光面设置，
由于光准直组件的设置，使得出射光具有高度收敛性，所以画面存在眩光的问题，如图2所示，光线1会在A点发生全反射，在B点全反射后，从C点进入粘合层30，最终在E点处被调控为准直光线，而能够入射至粘合层30的光线的入射角的角度小于能够在粘合层30的表面发生全反射的临界角，入射至粘合层30的光的入射角θ3＝θ1-2α，光线1在A点发生全反射的入射角
Figure BDA0002356464870000061
由此获得以下公式：
Figure BDA0002356464870000062
其中，α为棱镜部上与导光层20的出光面相对的第一斜面2011与导光层20的出光面之间的角度；n1为导光层20的折射率，n2为粘合层30的折射率。
由公式(1)可知，入射光比较集中，经过E点的反射光也只会小角度波动，由此会造成画面眩光问题，如图1所示。为了改善画面眩光问题，本实施例中设置了光扩散结构，使得从所述第一棱镜结构出射的光的扩散角度位于预设范围之内，也就是说，使得从所述第一棱镜结构出射的光在预设角度范围内发生扩散，该预设角度范围一般较小，既可以改善画面眩光问题，同时不会影响防窥性能。
需要说明的是，所述预设范围可以根据实际需要设定，但是为了不影响防窥性能，所述预设范围是一个较小的范围，例如，-30～+30度，但并不以此为限。
需要说明的是，所述光准直组件使得以小于第一角度的入射角度入射至所述导光层20的光线、经由所述粘合层30、所述第二棱镜结构的反射后、沿着第一方向从所述第一棱镜结构中出射，所述第一方向为垂直于所述导光层20的出射面的方向，为了保证防窥性能，一般所述光准直组件使得从所述背光模组出射的光的出光角度在-30～+30度之内。
需要说明的是，所述导光层20的折射率大于或等于所述反射层40的折射率。
所述光扩散结构的具体结构形式可以有多种，只要可以实现改善画面眩光的问题，同时不会影响防窥性能即可，所述光扩散结构可以只对出现眩光的位置出射的光进行扩散，也就是局部实现光扩散，也可以对从第一棱镜结构出射的所有的光进行扩散，提高光的利用率。
本实施例的一实施方式中，所述光扩散结构包括扩散层50，如图2-图4所示，所述扩散层50设置于所述第一棱镜结构的出光侧，所述扩散层50包括基材501，所述基材501内包括按照预设图案设置的填充区，所述填充区内填充有扩散粒子502。
所述扩散粒子502为小角度扩散粒子，即所述扩散粒子502的设置保证光线扩散角度在一个较小的范围内进行扩散，例如±30°内，所述基材501的设置保障扩散层50的稳定性和所述扩散层50的表面平坦。
为了实现改善画面眩光的问题，但同时可以有效的控制扩散角度，避免影响防窥性能，本实施方式中，所述基材501内沿着第二方向间隔分布有多个条形的所述填充区，所述填充区的延伸方向与所述第二方向相垂直，且所述填充区的延伸方向所在的平面与所述导光层的出光面相平行，所述第二方向为所述光源10发出的光线在所述导光层20内的传播方向，如图3中的X方向。
需要理解的是，所述填充区的具体结构形式以及分布形式可以根据具体的防窥方向进行具体设定，并不限于上述所述，例如，所述填充区可以是块状的，阵列排布于所述基材501上。
本实施方式中，为了提高扩散层50的光效，所述扩散层50靠近所述第一棱镜结构的一面为雾面结构，所述扩散层50远离所述第一棱镜结构的一面为光面结构。
雾面结构的设置可以打破全反射，有效的实现光的扩散。
本实施例的一实施方式中，所述反射层40与粘合层30连接的一面为平面，所述反射层40远离所述粘合层30的一面连接有所述第二棱镜结构，所述第二棱镜结构与所述反射层40为一体结构，所述第二棱镜结构包括多个第二棱镜部，每个第二棱镜部包括用于反射从所述粘合层30入射的光线的反射面4011，以及与所述反射面4011相邻的斜面，所述反射面4011与所述光源发出的光线在导光层内的传播方向之间的夹角为γ，与所述反射面相邻的斜面与所述光源发出的光线在导光层内的传播方向之间的夹角为β，参考图2和图5，γ和β的大小决定了指向光的方向(即光的出射方向)，每个第二棱镜部在所述光源发出的光线在导光层内的传播方向上的宽度可以相同，也可以不相同，在此不做限定。
所述反射面4011为自由曲面以形成所述光扩散结构，每个所述反射面4011包括沿着所述光源发出的光线在所述导光层20的传播方向依次设置的第一端4001和第二端4002，所述自由曲面的切线斜率由所述第一端4001到所述第二端4002逐渐减小。
由光源10发出的光线入射至A处的角度，小于临界角θ，则可直接进入粘合层30，然后经第二棱镜结构调制为准直光线，若光源10发出的光线入射至A处的角度，大于临界角θ，光线会在A处发生全反射，出射至B处，第一棱镜结构在将光线反射的同时可以减小光线与垂直于导光层20的底面(即垂直于所述光源发出的光线在导光层20内的传播方向的方向)的夹角，当减小到小于或等于临界角θ，则光线可进入到粘合层30(例如，从图2、图5中的C点处进入到粘合层30)，再通过第二棱镜结构的调制，形成准直光线。
如图5所示，当光线入射至F，E，G三点时，E点的反射光位于竖直方向(图示方向，即垂直于所述光源发出的光线在导光层20内的传播方向的方向，可参考图6中的光线2)，F点的反射光、G点反射光分别位于竖直方向的逆时针方向、顺时针方向(参考图6中的光线1和光线3)。所述第二棱镜结构包括多个第二棱镜部401，单个第二棱镜部401的反射面4011的自由曲面的切线斜率由F点到G逐渐减小，也就是说，每个所述反射面4011包括沿着所述光源发出的光线在所述导光层20的传播方向依次设置的第一端和第二端，所述自由曲面的切线斜率由所述第一端到所述第二端逐渐减小，如此可满足入射到反射面4011的光线会在一个小角度区间波动。
图6为图5的局部放大图，如图6所示，自由曲面反射面4011的反射光波动最大角度为λ1(即从反射面4011远离光源10的第二端出射的光线3与竖直方向的角度)，背光模组的出射光的波动角为λ，根据公式(2)可知，定义λ的大小即可以确定λ1的大小，然后根据λ1和反射面4011在平行于所述光源发出的光线在导光层20内的传播方向上的宽度可确定自由曲面收尾(第二端)切线的斜率，如此可获得自由曲面。
Figure BDA0002356464870000091
其中，n3为第二棱镜结构的折射率。
需要说明的是，所述光扩散结构可同时包括所述扩散层50和将所述反射面4011设置为自由曲面的设置，也可以包括其中之一，在本实施例的一实施方式中，所述光扩散结构为将所述反射面4011设置为自由曲面，相比包括扩散层50的设置，可减小背光模组的厚度。
因灯口缺少有效混光结构造成灯口射线，如图7所示，灯口射线严重影响防窥画面显示效果，为了改善这一现象，本实施例中，与所述导光层20的入光面相邻的、四周侧面包括靠近所述光源10设置的第一区域(即灯口)，至少一个侧面的所述第一区域上设置有沿着第二方向延伸的条纹图案，所述第二方向为所述光源发出的光线在所述导光层20内的传播方向，如图8所示中的X方向。
可选的，所述第一区域在所述第二方向上的长度D为2.9mm～3.1mm，所述条纹图案的粗糙度小于Ra0.1um，避免对光线扩散范围过大，但并不以此为限。
射线一般是因为光线过于集中造成的，本实施例中，所述条纹图案的设置，可以打破光线在所述第一区域的全反射，改善出现射线的现象。
可利用砂轮在所述第一区域磨出一道在第二方向上的宽度D≈3mm，粗糙度小于Ra0.1μm的竖条纹以形成所述条纹图案，条纹图案的方向由所述导光层20的入光侧向所述导光层20的尾部延伸，即所述条纹图案的延伸方向与所述光源发出的光线在导光层20内的传播方向相同。
需要说明的是，本实施例中，对条纹图案的加工方法不做限定，可以是砂轮加工、刀具加工，或者利用撞点机、镭射机补点加工出具备方向特性(在平行于所述光源发出的光线在导光层20内的传播方向的方向上对光进行扩散)的所述条纹图案。
如图9所示，箭头01表示的是出现的杂光，箭头02表示的是大视角杂光，曲线03表示0％反射，曲线04表示25％反射，曲线05表示75％反射，曲线06表示100％反射，所述导光层20尾部(与所述入光面相对的一侧)的反射率对大视角杂光大小影响较大，尾部反射光越多杂光占比越多，尤其是大视角杂光，为了解决这一问题，本实施例中，所述导光层20包括与所述入光面相对设置的第一面，所述第一面上设置有吸光层70。
所述吸光层70可以通过在所述第一面涂覆黑色油墨形成，本实施例的一具体实施方式中，所述第一面的反射率小于5％。
本实施例中，所述背光模组包括胶框，所述胶框为灰色胶框或黑色胶框，以使其具有吸光作用，利于减少从所述导光层20尾部反射的光。
本实施例中，所述第一棱镜结构包括多个阵列排布的棱镜部(即第一棱镜部201)，所述多个棱镜部的排布密度沿着所述光源发出的光线在所述导光层20内的传播方向逐渐增大。
如图10和图11所示，所述第一棱镜部201为块状结构，本实施例中，第一棱镜部201的设置方式可以是规则的阵列排布，也可以是不规则的排布，本实施例对此不做限定。
阵列排布的第一棱镜部201利于调整画面的均一性。
本实施例中，每个所述棱镜部在垂直于所述导光层20的出光面的方向上的截面为三角形，该截面与所述光源发出的光线在所述导光层内的传播方向平行，每个所述三角形包括与所述导光层20的出光面相对的第一斜面2011，位于所述第一斜面2011相对的两侧的两个侧面2013，以及位于所述两个侧面2013之间、并与所述第一斜面2011相邻的第二斜面2012，所述第二斜面2012靠近所述导光层20的底角的角度大于预设角度、以减少入射到所述两个侧面的光线。
需要说明的是，每个第一棱镜部在所述光源发出的光线在导光层内的传播方向(图11中的X方向)的长度L1可以相同，可以不同，每个第一棱镜部在与所述光源发出的光线在导光层内的传播方向相垂直的方向上的长度L2的长度可以相同，也可以不同，在此均不作限定。
设定所述第一斜面2011与第二方向(所述光源发出的光线在导光层20内的传播方向)之间的角度为α1，所述第二斜面2012与所述第二方向之间的角度为α2，所述第二斜面2012靠近所述导光层20的底角为α3。每个第一棱镜部201的α1均相同(也可不同)，α1的角度可以为0.1-10°，优选2°，α2的角度可为10-90°，优选90°，α3可为10-90°，优选90°。
所述第二斜面2012靠近所述导光层20的底角α3的大小对大视角杂光影响较大，当光线打在第一棱镜部201的侧面2013时，有可能迫使本该射出背光模组的光线发生全发射，从而再次经过粘合层30进入反射层40形成大视角杂光。如图12所示，假设三个不同的角度的α3，分别为α3＝25°，α3＝60°，α3＝90°，设定O点为有可能打在第一棱镜部201上的光源点，由图12可知，随着α3减小，O点光源打在第一棱镜部201的侧面2013的光线的发光角(如光线1，2，3)逐渐变小，说明侧边α3越大，打在第一棱镜部201的侧面的光线占比越少。
另外，根据第一棱镜部201的第二斜面2012的底角的变化，通过Lighttools模拟可得一致的结果，模拟结果如图13所示，箭头所指为大视角杂光，曲线01表示α3为25度，曲线02表示α3为60度，曲线03表示α3为90度，由此可进一步说明α3对大视角杂光的关系。α3角度越小正视角杂光越多。
因此，为了减少大角度杂光，本实施例的一具体实施方式中，α3为90度。
需要说明的是，所述预设角度可根据实际需要设定，并不限于上述所述。
本实施例中，在所述第一棱镜结构的出光侧设置有折射率低于所述导光层20的折射率的介质层60，用于对从所述第一棱镜结构出射的光中大于预设出光角度的光线进行收敛。
需要说明的是，所述第一棱镜结构出射的光中大于预设出光角度的光线为大角度杂光，是本领域技术中的常规定义，一般出光角度大于45度均定义为大角度杂光。
在实际应用中，因为受限于加工工艺，α3无法做到90°，甚至60°也存在极大加工难度。当α3无法满足最优设计要求时，必然会存在少量大视角杂光影响防窥效果，为了进一步降低大视角杂光，本实施例通过在导光层20顶部涂覆一层具有低折射率的介质层60，既可以降低大视角杂光，又可以保护导光层20上的第一棱镜结构，以及位于第一棱镜结构之上的膜材不被棱镜尖角划伤。
所述介质层60的折射率设定为n4，介质层60的折射率小于导光层20的折射率，且小于反射层40的折射率，介质层60可以是低折射率UV胶制成，但并不以此为限，例如，水、低折射率镀层等，优选的，介质层的折射率小于1.41。
本实施例中，每个所述棱镜部在垂直于所述导光层20的出光面的方向上的截面为三角形，该截面与所述光源发出的光线在所述导光层内的传播方向平行，每个所述三角形包括与所述导光层20的出光面相对的第一斜面2011，位于所述第一斜面2011相对的两侧的两个侧面，以及位于所述两个侧面之间、并与所述第一斜面2011相邻的第二斜面2012，所述第二斜面2012靠近所述导光层20的底角的角度α3与所述介质层60的折射率n4之间的关系满足以下公式：
Figure BDA0002356464870000121
如图14所示，光源10发出的光线进入导光层20，除了在第二方向(防窥方向，本实施例中指的是所述光源发出的光线在导光层20内传播的方向)是发散的，第三方向(在平行于所述导光层20的出光面的平面上、与所述第二方向相垂直的方向)也是发散的，设定发散角为μ，该发散角可由公式(3)表示。
Figure BDA0002356464870000122
如图15和图16所示，当入射光线打在所述第一棱镜部201的侧面2013时，入射角分别为μ1和μ5，其大小可分别由公式(4)和公式(5)表示。因为光线为左右对称分布，所以本实施例以下只对其中一种光路规律进行分析，本实施例以入射角为μ1的光线，即打在第一棱镜部201的侧面(左边的侧面，参考图15和图16的图示方向)，对入射至左边的侧面的光线展开分析。
Figure BDA0002356464870000131
Figure BDA0002356464870000132
如图15所示，当导光层20没有涂覆介质层60时，根据公式(3)、公式(4)和公式(5)的关系，可获得会在第一棱镜部201的侧面发生全发射的光线的角度范围如以下公式(6)所示，其中，n1为导光层20的折射率，α3为第一棱镜部201的第二斜面2012与第二方向(光线在导光层20内的传播方向)之间的夹角。
Figure BDA0002356464870000133
需要说明的是，所述第一棱镜结构与导光层20为一体结构，所以第一棱镜结构的折射率与导光层20的折射率相同。
具体的，当入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最小角度大于发生全反射临界角，且入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最大角度大于发生全反射临界角、并小于90度，则会在第一棱镜部201的侧面发生全发射的光线的角度范围为：
Figure BDA0002356464870000134
当入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最小角度大于发生全反射临界角，且入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最大角度大于90度，则会在第一棱镜部201的侧面发生全发射的光线的角度范围为：
Figure BDA0002356464870000135
当入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最小角度小于发生全反射临界角，且入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最大角度大于发生全反射临界角且小于90度，则会在第一棱镜部201的侧面发生全发射的光线的角度范围为：
Figure BDA0002356464870000141
当入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最小角度小于发生全反射临界角，且入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最大角度大于90度，则会在第一棱镜部201的侧面发生全发射的光线的角度范围为：
Figure BDA0002356464870000142
当设置了具有低折射率的介质层60时，会发生全反射的角度范围如以下公式(7)所示，其中，n1为导光层20的折射率，n4为介质层60的折射率：
Figure BDA0002356464870000143
具体的，当入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最小角度大于发生全反射临界角，且入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最大角度大于发生全反射临界角、并小于90度，则会在第一棱镜部201的侧面发生全发射的光线的角度范围为：
Figure BDA0002356464870000144
当入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最小角度大于发生全反射临界角，且入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最大角度大于90度，则会在第一棱镜部201的侧面发生全发射的光线的角度范围为：
Figure BDA0002356464870000151
当入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最小角度小于发生全反射临界角，且入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最大角度大于全反射临界角且小于90度，则会在第一棱镜部201的侧面发生全发射的光线的角度范围为：
Figure BDA0002356464870000152
当入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最小角度小于发生全反射临界角，且入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度的最大角度大于90度，则会在第一棱镜部201的侧面发生全发射的光线的角度范围为：
Figure BDA0002356464870000153
当入射至第一棱镜部201的侧面的光线的角度小于发生全反射的角度时，则在第一棱镜部201的侧面发生全反射的光线则不存在。
另外，当导光层20的出光层设置有具有低折射率的介质层60时，为满足光线的正常射出，光线1还需要在介质层60的出光侧满足折射条件，如此可推断公式(8)
Figure BDA0002356464870000154
其中，μ2为从所述第一棱镜结构出射的光线的出射角，μ3为入射至介质层60的出光面的入射角，μ4为从介质层60的出光面出射的出射角，参照图16，因为μ2＜90°，获得当介质层60的折射率n4和第一棱镜部201的第二斜面2012与第二方向之间的夹角α3满足公式(9)时，大角度杂光的占比最少。
Figure BDA0002356464870000155
对比公式(6)和公式(7)可知，当导光层20的出光侧不设置具有低折射率的介质层60时，入射至第一棱镜部201的侧面的光线的入射角μ1满足全反射条件的角度区间较大，而当导光层20的出光侧设置具有低折射率的介质层60时，入射至第一棱镜部201的侧面的光线的入射角μ1满足全反射条件的角度区间较小，由此可知，通过增加介质层60，可有效减少会发生全反射的光线的占比，从而降低大视角杂光，提升防窥模组画面品质。
假设导光层20的折射率n1＝1.582，采用PC材料制成；粘合层30的折射率n2＝1.337，采用UV胶制成；介质层60的折射率n4＝1.3，采用低折射率的UV胶制成；第一棱镜部201的第二斜面2012与第二方向(即所述光源发出的光线在导光层20中传播的方向)之间的夹角α3＝25°；根据公式(3)可知入射至第一棱镜部201的侧面的光线的入射角μ∈(-39.2°，39.2°)；
当不设置介质层60时，第一棱镜部201的侧面可发生全反射的光线的入射角的角度区间为(39.2°，64.2°)；
当设置介质层60时，第一棱镜部201的侧面可发生全反射的光线的入射角的角度区间为(55.3°，64.2°)；
由以上对比可知，增加介质层60可大大减少会在第一棱镜部201的侧面发生全反射的光线的占比，从而降低大视角杂光占比。
本实施例中，背光模组还包括调光结构，用于使得背光模组的出光模式在光指向模式和共享模式之间转换，所述调光结构为液晶调光膜80，包括相对设置的第一基体、第二基体和位于所述第一基底和第二基底之间的液晶层，所述第一基体上设置有第一电极层，所述第二基体上设置有第二电极层；
在所述光指向模式，对所述第一电极层和所述第二电极层施加电压，使得所述液晶层处于有序状态，入射至所述液晶调光膜80的光线透过所述液晶调光膜80，所述液晶调光膜80呈透明态；
在所述共享模式，所述第一电极层和所述第二电极层未施加电压，所述液晶层处于无序状态，入射所述液晶调光膜80的光线发生散射，所述液晶调光膜80呈散射态。
光源10发射出的光线经过导光组件的导光、光准直组件的准直以及光扩散结构的扩散后、入射至液晶调光膜80，然后射入显示面板，使显示面板实现显示功能。在向PDLC(液晶调光膜80)施加外电场时，液晶调光膜80的液晶层中的液晶分子有序排列且液晶分子的光轴方向与外电场的电场方向平行，液晶分子的折射率与液晶调光膜80的基体(包括第一基体和第二基体)的折射率达到了一定程度的匹配，光线透过基体使液晶调光膜80呈透明态，显示面板基于射入自身的光线实现光指向显示功能，背光模组处于光指向模式；在不向液晶调光膜80施加外电场时，液晶调光膜80的液晶层中的液晶分子的光轴方向随机，液晶分子呈无序状态，入射至液晶调光膜80的光线被强烈散射，液晶调光膜80呈散射态，液晶调光膜80将射入自身的光线打散并透射至显示面板，显示面板基于射入自身的光线实现共享显示功能，背光模组处于共享模式。
本实施例还提供一种显示装置，包括上述的背光模组。
本实施例的显示装置具有以下优点：
本实施例中的显示装置适用于各类具有特定使用距离(即用户在使用时的观看距离)和特定倾角(即用户在使用时，视线与屏幕之间的角度)的显示产品；
本实施例的显示装置针对叠层LGP(即导光组件)出射光半亮度角为±5°的眩光问题(半亮度角指的是光亮度为最高亮度一半时的角度，可用于评价光的准直度，半亮度角越小，光的准直度越高)，通过搭配小角度扩散膜(即在预设范围内对光线进行扩散的扩散层50)或者使得第二棱镜结构的棱镜部的反射面4011为自由曲面，改善眩光问题；.
本实施例的显示装置通过在导光层20的近光侧顶部设计具有特定方向的混光结构，也就是在导光层20的至少一个侧面的第一区域设置条纹图案，打破全反射，避免光线集中，可有效解决灯口射线问题；
本实施例的显示装置使用吸光材料制成吸光层吸收导光层20尾部(与入光面相对的一侧)的光，减少导光层20尾部的反射光，降低防窥模组大视角杂光；
本实施例显示装置，第一棱镜结构进行网点分布，优化第一棱镜部201的第二斜面2012的底角，使得底角大于预设角度，减小入射至第一棱镜部201的侧面的光线，降低防窥模组大视角杂光；
本实施例的显示装置，在第一棱镜部201的第二斜面2012的底角达到加工极限的基础上，在导光层20上表面涂覆一层具有低折射率的介质层60，介质层60的折射率小于导光层20的折射率，且介质层60的折射率小于反射层的折射率，减少入射至第一棱镜部201的侧面的光线中发生全反射的光线的占比，进一步降低大视角杂光，提高防窥模组画面品质。
所述显示装置可以为：液晶电视、液晶显示器、数码相框、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或部件，其中，所述显示装置还包括柔性电路板、印刷电路板和背板。
以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述远离的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。

Claims (12)

1.一种背光模组，其特征在于，包括光源、导光组件和光准直组件，
所述导光组件包括通过粘合层连接的导光层和反射层，所述导光层包括入光面和与入光面相邻的出光面，所述粘合层的折射率小于所述导光层的折射率和所述反射层的折射率；
所述光准直组件包括第一棱镜结构和第二棱镜结构，所述第一棱镜结构设置于所述导光层的出光面，所述第二棱镜结构设置于所述反射层远离所述导光层的一面，所述光准直组件使得以小于第一角度的入射角度入射至所述导光层的光线、经由所述粘合层、所述第二棱镜结构的反射后、沿着第一方向从所述第一棱镜结构中出射，其中，所述第一角度为所述导光层与所述粘合层之间的全反射临界角度，所述第一方向为垂直于所述导光层的出射面的方向；
所述背光模组还包括光扩散结构，用于使得从所述第一棱镜结构出射的光的扩散角度位于预设范围之内，所述光扩散结构设置于所述第一棱镜结构的出光侧和/或所述第二棱镜结构的远离所述第一棱镜结构的一侧；
其中，在所述第一棱镜结构的出光侧设置有折射率低于所述导光层的折射率的介质层，用于对从所述第一棱镜结构出射的光中大于预设出光角度的光线进行收敛；
其中，每个棱镜部在垂直于所述导光层的出光面的方向上的截面为三角形，该截面与所述光源发出的光线在所述导光层内的传播方向平行，每个所述三角形包括与所述导光层的出光面相对的第一斜面，位于所述第一斜面相对的两侧的两个侧面，以及位于所述两个侧面之间、并与所述第一斜面相邻的第二斜面，所述第二斜面靠近所述导光层的底角的角度α3与所述介质层的折射率n4之间的关系满足以下公式：
Figure FDA0003866678550000011
2.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述光扩散结构包括扩散层，所述扩散层设置于所述第一棱镜结构的出光侧，所述扩散层包括基材，所述基材内包括按照预设图案设置的填充区，所述填充区内填充有扩散粒子。
3.根据权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述基材内沿着第二方向间隔分布有多个条形的所述填充区，所述填充区的延伸方向与所述第二方向相垂直，所述第二方向为所述光源发出的光线在所述导光层内的传播方向。
4.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述预设范围为-30～+30度。
5.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第二棱镜结构包括用于反射从所述粘合层入射的光线的多个反射面，所述反射面为自由曲面以形成所述光扩散结构，每个所述反射面包括沿着所述光源发出的光线在所述导光层的传播方向依次设置的第一端和第二端，所述自由曲面的切线斜率由所述第一端到所述第二端逐渐减小。
6.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，与所述导光层的入光面相邻的四周侧面包括靠近所述光源设置的第一区域，至少一个所述侧面的所述第一区域上设置有沿着第二方向延伸的条纹图案，所述第二方向为所述光源发出的光线在所述导光层内的传播方向。
7.根据权利要求6所述的背光模组，其特征在于，所述第一区域在所述第二方向上的长度为2.9mm～3.1mm，所述条纹图案的粗糙度小于Ra0.1um。
8.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述导光层包括与所述入光面相对设置的第一面，所述第一面上设置有吸光层。
9.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第一棱镜结构包括多个阵列排布的棱镜部，多个所述棱镜部的排布密度沿着所述光源发出的光线在所述导光层内的传播方向逐渐增大。
10.根据权利要求9所述的背光模组，其特征在于，所述第二斜面靠近所述导光层的底角的角度大于预设角度、以减少入射到所述两个侧面的光线。
11.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，还包括调光结构，用于使得背光模组的出光模式在光指向模式和共享模式之间转换，所述调光结构为液晶调光膜，包括相对设置的第一基体、第二基体和位于所述第一基底和第二基底之间的液晶层，所述第一基体上设置有第一电极层，所述第二基体上设置有第二电极层；
在所述光指向模式，对所述第一电极层和所述第二电极层施加电压，使得所述液晶层处于有序状态，入射至所述液晶调光膜的光线透过所述液晶调光膜，所述液晶调光膜呈透明态；
在所述共享模式，所述第一电极层和所述第二电极层未施加电压，所述液晶层处于无序状态，入射所述液晶调光膜的光线发生散射，所述液晶调光膜呈散射态。
12.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的背光模组。
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