CN111239870A - 一种防窥膜及防窥膜显示装置 - Google Patents

一种防窥膜及防窥膜显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明所提供的一种防窥膜及防窥膜显示装置。所述防窥膜从下往上依次包括第一纳米线金属层、百叶窗微结构层、棱镜层和第二纳米线金属层；所述百叶窗微结构层包括多个基材区和多个白色光栅区，所述基材区和所述白色光扇区交替排列；所述棱镜层的折射率大于所述基材区的折射率；多个所述白色光栅区用于多次反射入射光线，所述棱镜层用于收缩白色光栅区反射出的光线的视角。本发明利用白色光栅代替黑色光栅，利用白色材料具有最大程度反射光线的原理，减小膜材对光的吸收，实现最大透过率。利用纳米线金属层和白色光栅形成类似闭合腔体压缩视角，实现窄视角的同时屏蔽外界光线干扰。

Description

一种防窥膜及防窥膜显示装置
技术领域
本发明涉及防窥膜领域，特别是涉及一种防窥膜及防窥膜显示装置。
背景技术
传统防窥膜利用黑色光栅吸光的原理，使得光线汇聚正视角，实现正视角可见，左右视角防窥的效果。但是由于黑色光栅吸光，导致应用于背光和显示器外面的防窥膜透过率低，一般只有60％，且由于工艺制备困难难以实现超窄视角的防窥功能(目前小pitch的光栅为30um左右，由于工艺限制难以进一步减小)。同时普通防窥膜表面没有处理，容易受到外界光线的干扰，影响防窥显示效果。
传统防窥膜由于利用黑色光栅吸光原理，可以实现正视角可视，侧视角发黑，因此实现左右防窥的效果，但是由于黑色的材料吸光严重，无论防窥膜应用在背光还是显示器表面都会导致透过率大大下降。由于工艺设备条件限制，难以减小光栅pitch，实现窄视角防窥，且小pitch的光栅，会导致黑线、白线、脏污等不良的比例大大增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种防窥膜及防窥膜显示装置，以提高防窥膜透过率，并实现窄视角防窥，避免外界光线的干扰。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种防窥膜，所述防窥膜从下往上依次包括第一纳米线金属层、百叶窗微结构层、棱镜层和第二纳米线金属层；
所述百叶窗微结构层包括多个基材区和多个白色光栅区，所述基材区和所述白色光扇区交替排列；
所述棱镜层的折射率大于所述基材区的折射率；多个所述白色光栅区用于多次反射入射光线，所述棱镜层用于收缩白色光栅区反射出的光线的视角。
可选的，所述百叶窗微结构层与所述棱镜层之间还设置有折射层，所述折射层的折射率大于所述棱镜层的折射率。
可选的，所述棱镜层包括依次排布的多个三角形棱镜，所述三角形棱镜的顶部角度为90°。
可选的，所述第一纳米线金属层和所述第二纳米金属线层由金属纳米线交叠形成。
一种防窥膜显示装置，所述防窥膜显示装置从下往上依次包括：背光源组件，液晶显示面板，防窥膜；
所述防窥膜从下往上依次包括第一纳米线金属层、百叶窗微结构层、棱镜层和第二纳米线金属层；
所述百叶窗微结构层包括多个基材区和多个白色光栅区，所述基材区和所述白色光扇区交替排列；
所述棱镜层的折射率大于所述基材区的折射率；多个所述白色光栅区用于多次反射入射光线，所述棱镜层用于收缩白色光栅区反射出的光线的视角。
可选的，所述百叶窗微结构层与所述棱镜层之间还设置有折射层，所述折射层的折射率大于所述棱镜层的折射率。
可选的，所述棱镜层包括依次排布的多个三角形棱镜，所述三角形棱镜的顶部角度为90°。
可选的，所述第一纳米线金属层和所述第二纳米金属线层由金属纳米线交叠形成。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种防窥膜及防窥膜显示装置。所述防窥膜从下往上依次包括第一纳米线金属层、百叶窗微结构层、棱镜层和第二纳米线金属层；所述百叶窗微结构层包括多个基材区和多个白色光栅区，所述基材区和所述白色光扇区交替排列；所述棱镜层的折射率大于所述基材区的折射率；多个所述白色光栅区用于多次反射入射光线，所述棱镜层用于收缩白色光栅区反射出的光线的视角。本发明利用白色光栅代替黑色光栅，利用白色材料具有最大程度反射光线的原理，减小膜材对光的吸收，实现最大透过率。利用纳米线金属层和白色光栅形成类似闭合腔体压缩视角，实现窄视角的同时屏蔽外界光线干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种防窥膜显示装置的结构图；
图2为本发明提供的防窥膜压缩视角结构原理图；
图3为本发明提供的银纳米线微观结构图；
图4为本发明提供的金属纳米线层正视角透光大视角反光效果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种防窥膜及防窥膜显示装置，以提高防窥膜透过率，并实现窄视角防窥，避免外界光线的干扰。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种防窥膜，所述防窥膜从下往上依次包括第一纳米线金属层3、百叶窗微结构层、棱镜层43和第二纳米线金属层5；
所述百叶窗微结构层包括多个基材区41和多个白色光栅区42，所述基材区41和所述白色光扇区42交替排列；所述棱镜层43的折射率n3大于所述基材区41的折射率n1；多个所述白色光栅区42用于多次反射入射光线，所述棱镜层43用于收缩白色光栅区反射出的光线的视角。
所述百叶窗微结构层与所述棱镜层43之间还设置有折射层44，所述折射层44的折射率n2大于所述棱镜层的折射率n3。
所述棱镜层n3包括依次排布的多个三角形棱镜，所述三角形棱镜的顶部角度为90°。所述三角形棱镜为高折射率的材料。
本发明采用白色光栅替代黑色光栅，利用白色材料具有最大程度反射光线的原理，减小膜材对光的吸收，实现最大透过率，但同时为了收集和压缩大视角的反射光，在膜材上表面增加一层高折射率的材料(折射层44)，折射率为n2，且防窥膜光栅之间基材的折射率为n1，且n2>n1，如图2所示，根据折射原理：
n1sinθ1＝n2sinθ2
其中，
Figure BDA0002433517780000041
经过棱镜(棱镜角度为90°)结构后n3<n2，为了使得出射角θ3＝45°，即沿着垂直方向出射，可得：
Figure BDA0002433517780000042
本发明的防窥膜由于采用白色光栅，大角度的光线不仅不会被吸收，而且会在光栅表面多次反射，出射光会被高折射率的棱镜结构收缩视角，减小侧视角的光线出射，且白色光栅底部光线也会经历多次反射，重新回收二次利用，并在光栅之间出射，例如光栅的宽度为N，光栅的pitch为W+N，那么光线的压缩比率就提高了N/(W+N)，因此大大提高防窥膜的视角压缩比。
所述第一纳米线金属层3和所述第二纳米金属线层5由金属纳米线交叠形成。
本发明的防窥膜上下表面各增加了一层超薄的纳米线金属层，利用金属纳米线交叠形成可透光的金属层，不仅可以让小角度光透射出去，而且可以使得大角度的光发生全反射，因此新型防窥膜内部的大角度反射光会集中在白色光栅腔体内发生多次的反射，且由于光栅和纳米线金属层的表面不是绝对的光滑，因此经过多次反射后出射光线随机出射，小角度的光线可以透射出去，大角度的光在纳米线金属层的表面发生反射，重新回收二次利用，直到出射光为小角度光时才能出射。
且最表面的纳米金属层不仅可以最大程度的隔离外界大角度光线的干扰，而且让外界小角度的光入射到光栅腔体内，提高正视角亮度，减小左右视角亮度，实现更加显著的防窥效果。
光滑金属表面的反射率高，但是传统金属层，由于厚度大，只能实现表面反射，但是不具有光透过率，因此应用范围很局限。纳米材料的发展，让金属材料不仅具有反射作用，而且具有透光性。
纳米线：被定义为一种具有在横向上被限制在100纳米以下(纵向没有限制)的一维结构。悬置纳米线指的是纳米线在真空条件下末端被固定。典型纳米线的纵横比在1000以上，因此它们通常被称为一维材料。
纳米线的分类：根据组成材料的不同，纳米线可分为不同的类型，包括金属纳米线(如：Ni，Pt，Au等)，半导体纳米线(如：InP，Si，GaN等)和绝缘体纳米线(如：SiO2，TiO2等)。分子纳米线由重复的分子元组成，可以是有机的(如：DNA)或者是无机的(如：Mo6S9-xIx)。
纳米线的制备：纳米线的制备有被悬置法、沉积法、元素合成法等。
被悬置法：指纳米线在真空条件下末端被固定。悬置纳米线可以通过对粗线的化学刻蚀得来，也可以用高能粒子轰击粗线产生。
沉积法：指纳米线被沉积在其他物质的表面上，例如它可以是一条覆盖在绝缘体表面上的轴向线。
元素合成法：这种技术采用激光融化的粒子或者一种原料气硅烷作原材料，然后把原材料暴露在一种催化剂中。对纳米线来说，最好的催化材料是液体金属的纳米簇。原材料进入到这些纳米簇中并充盈其中，一旦达到了超饱和，源材料将固化，并从纳米簇上向外生长。最终产品的长度可由原材料的供应时间来控制。具有交替原子的超级网格结构的化合物纳米线可以通过在生长过程中交替原材料供应来实现。
另一种方式产生纳米线是通过STM的尖端来刻处于熔点附近的金属。这种方法可以形象地比作“用叉子在披萨饼上的奶酪上划线”。
本发明中为了做一维结构的高光泽度的透光金属表面，采用的金属纳米线，其中目前比较成熟而且透光率较高的是银纳米线，银纳米线的结构如图3所示，且根据显示器的类型，可以制备在玻璃或PET等高透明硬质或柔性基材上，因此本发明制备在防窥膜(材质为PC或PET)的上下表面选用的是沉积法。
银纳米线除具有银优良的导电性之外，由于纳米级别的尺寸效应，还具有优异的透光性、耐曲挠性。因此被视为是最有可能替代传统ITO透明电极的材料，为实现柔性、可弯折LED显示、触摸屏等提供了可能，并已有大量的研究将其应用于薄膜太阳能电池。此外由于银纳米线的大长径比效应，使其在导电胶、导热胶等方面的应用中也具有突出的优势。
金属高反射率的原理解释：金属最主要的光学性质是它对光的吸收和反射，而反射率和吸收率均由其复折射率(n＝n－iχ)决定。式中n为实折射率，χ是消光系数，决定波的衰减。二者常称为金属的光学常数。复折射率n的引入，使透明媒质情况的各项公式(如折射定律、菲涅耳公式等)在吸收情况下形式仍然有效(见光的吸收)。
光由空气入射到金属表面时，根据菲涅耳公式反射率为：
R＝[(n－n0)2+χ2]/[(n+n0)2+χ2]
式中n0为空气的折射率。而吸收率为：
A＝1－R＝4n0n/[(n+n0)2+χ2]
光在金属中传播时其强度I的衰减规律则满足比尔定律：
I＝I0e－αZ
式中I0为波长为λ的入射光的强度，α为总极化率，Z是光的传导深度，称为吸收系数。金属的光学常数n和χ随光波长λ而变。从近红外向长波方向，二者随λ单调增大，这是由于在此波长范围内金属中的自由电子与光的相互作用起主要作用。
具有一定关泽度的透明表面在正视角不仅透光，而且不会有眩光产生。但是将高光泽度的表面旋转到一定的角度，照射在其表面的光，类似发生镜面反射，尤其环境光较强的情况下，会产生一定的眩光，这也是大多数户外平整的建筑材料或者室内办公用具或者结构，为了防止眩光要用雾化处理的原因。
,本发明中利用高光泽度的表面沉积300-400A(金属厚度在400A以下开始透光)，同时由于银纳米线是互相线状且互相交叠的一维结构，因此如图4a所示，正视角观察薄膜，纳米线呈稀疏分布，且线与线之间的孔洞结构在正视角具有很强的透光性，因此正视角下不仅不影响正常的显示观察效果，而且无眩光，对正视角的观察者没有任何不良影响。如图4b所示，由于薄膜孔洞大小、形状呈随机分布，因此在侧视角左右和上下小视角下观察薄膜表面，银纳米呈密集分布，可以反射大部分的环境光，如图4c所示，在侧视角左右和上下大视角下观察薄膜表面，几乎可以100％反射环境光。屏蔽外界环境光对防窥效果的影响。
本发明还提供一种防窥膜显示装置，如图1所示所述防窥膜显示装置从下往上依次包括：
背光源组件1，液晶显示面板2，防窥膜4；所述防窥膜从下往上依次包括，第一纳米线金属层3，百叶窗微结构层，棱镜层43和第二纳米线金属层5；所述百叶窗微结构层包括多个基材区41和多个白色光栅区42，所述基材区41和所述白色光扇区42交替排列；所述棱镜层43的折射率n3大于所述基材区41的折射率n1；多个所述白色光栅区42用于多次反射入射光线，所述棱镜层43用于收缩白色光栅区反射出的光线的视角。
所述百叶窗微结构层与所述棱镜层43之间还设置有折射层44，所述折射层44的折射率n2大于所述棱镜层的折射率n3。
所述棱镜层n3包括依次排布的多个三角形棱镜，所述三角形棱镜的顶部角度为90°。
所述第一纳米线金属层3和所述第二纳米金属线层5由金属纳米线交叠形成。
通过使用本发明的新型防窥膜，相比传统的防窥膜可以实现以下效果：
1、最大地提升防窥膜的透过率(传统黑色防窥膜的透过率只有60％，新型防窥膜有望达到90％以上)。
2、利用棱镜结构和闭合腔体折射反射原理，收缩视角，实现窄视角防窥。
3、利用纳米线金属层，屏蔽外界光线干扰，适用于多种不同场合显示效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种防窥膜，其特征在于，所述防窥膜从下往上依次包括第一纳米线金属层、百叶窗微结构层、棱镜层和第二纳米线金属层；
所述百叶窗微结构层包括多个基材区和多个白色光栅区，所述基材区和所述白色光扇区交替排列；
所述棱镜层的折射率大于所述基材区的折射率；多个所述白色光栅区用于多次反射入射光线，所述棱镜层用于收缩白色光栅区反射出的光线的视角。
2.根据权利要求1所述的防窥膜，其特征在于，所述百叶窗微结构层与所述棱镜层之间还设置有折射层，所述折射层的折射率大于所述棱镜层的折射率。
3.根据权利要求1所述的防窥膜，其特征在于，所述棱镜层包括依次排布的多个三角形棱镜，所述三角形棱镜的顶部角度为90°。
4.根据权利要求1所述的防窥膜显示装置，其特征在于，所述第一纳米线金属层和所述第二纳米金属线层由金属纳米线交叠形成。
5.一种防窥膜显示装置，其特征在于，所述防窥膜显示装置从下往上依次包括：背光源组件，液晶显示面板，防窥膜；
所述防窥膜从下往上依次包括第一纳米线金属层、百叶窗微结构层、棱镜层和第二纳米线金属层；
所述百叶窗微结构层包括多个基材区和多个白色光栅区，所述基材区和所述白色光扇区交替排列；
所述棱镜层的折射率大于所述基材区的折射率；多个所述白色光栅区用于多次反射入射光线，所述棱镜层用于收缩白色光栅区反射出的光线的视角。
6.根据权利要求5所述的防窥膜显示装置，其特征在于，所述百叶窗微结构层与所述棱镜层之间还设置有折射层，所述折射层的折射率大于所述棱镜层的折射率。
7.根据权利要求5所述的防窥膜显示装置，其特征在于，所述棱镜层包括依次排布的多个三角形棱镜，所述三角形棱镜的顶部角度为90°。
8.根据权利要求5所述的防窥膜显示装置，其特征在于，所述第一纳米线金属层和所述第二纳米金属线层由金属纳米线交叠形成。
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