CN111338128B - 一种用于显示装置的透明光源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于显示装置的透明光源系统，包括光源和导光板，导光板包括与光源相对的入光面、上表面、下表面和与入光面相对的侧表面，上表面与下表面相互平行，特点是上表面外设置有导光外膜，上表面上设置有能够使在导光板内传输的光线从上表面射出的第一光学微结构，导光外膜的内表面上设置有与第一光学微结构相对的第二光学微结构，第二光学微结构能够使第一光学微结构射出的光线从导光外膜的外表面射出，优点在于出光单向性好，可以保证只有一个方向出光，光学薄膜一次成型，工艺难度小，产品良率高；此结构导光内膜可以和导光板合并，产品能够实现一体化成型，工艺流程简单，成本低。

Description

一种用于显示装置的透明光源系统
技术领域
本发明涉及一种用于显示装置的光源系统，尤其是涉及一种用于显示装置的透明光源系统。
背景技术
透明光源系统是适用于液晶显示装置的光源系统；其原理如下：当环境光较强时，环境光线透过透明光源系统，进入显示装置，之后反射到人眼中，并使此时光线携带显示信息；当环境光较弱时，透明光源自身发出光线，进入显示装置后反射到人眼中，使人眼接受到足够能量的光线以识别显示信息，此技术能够有效提高能源利用率，符合节能场景需求。
专利US20180052274A1公开了一种薄膜导光膜，如图1所示。在导光膜上制作微结构，使光线经过微结构后破坏其传播的全反射条件，之后在另一面出射，将多层此种结构的导光膜压合构成薄膜导光膜，在光学上各层导光膜为单个个体。此种结构成本较高且工艺复杂，同时效率较低。
专利CN 109031512A公开的导光膜结构为梯形结构，如图2所示。将此导光膜与导光板用胶层粘结在一起，相当于在导光板表面存在一倒梯形结构，光线射入到倒梯形结构侧面发散全反射后，在梯形底面出光。此种导光膜结构，其需要胶层将两层结构粘结在一起，其胶层平整性会极大影响其出光效果，并因而造成对比度下降，亮度降低等问题。
专利CN 108519637A公开了在导光板上制作微结构，如图3所示。微结构形状为圆台型，光线照射到微结构表面，在表面折射出光。此种结构存在背面漏光现象，虽然通过在其背面贴合半透半反膜，可以抑制其背面漏光，但同时也会降低光透过率，此外，半透半反结构要与其对面的微结构对准，所以工艺复杂，成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制作简单、成本较低，而且出光效率高的用于显示装置的透明光源系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于显示装置的透明光源系统，包括光源和导光板，所述的导光板包括与所述的光源相对的入光面、上表面、下表面和与所述的入光面相对的侧表面，所述的上表面与所述的下表面相互平行，所述的上表面外设置有导光外膜，所述的上表面上设置有能够使在所述的导光板内传输的光线从所述的上表面射出的第一光学微结构，所述的导光外膜的内表面上设置有与所述的第一光学微结构相对的第二光学微结构，所述的第二光学微结构能够使所述的第一光学微结构射出的光线从所述的导光外膜的外表面射出。
所述的导光板与所述的导光外膜之间设置有导光内膜，所述的导光内膜的下表面与所述的导光板的上表面贴合，所述的第一光学微结构设置在所述的导光内膜的上表面。
所述的导光外膜的外表面与所述的导光内膜的下表面平行。
所述的第一光学微结构为沿光线传输方向并列设置的多个第一条形独立结构，所述的第一条形独立结构的宽度尺寸小于显示装置的最小像素尺寸，所述的第二光学微结构为沿光线传输方向并列设置的多个第二条形独立结构，所述的第二条形独立结构的宽度尺寸小于显示装置的最小像素尺寸。
所述的第一条形独立结构与所述的第二条形独立结构对应配合构成多个并列的条形独立结构单元，所述的条形独立结构单元使所述的导光板内传输的光线从所述的导光外膜的外表面射出。
所述的条形独立结构单元由一个第一条形独立结构和一个第二条形独立结构对应配合构成。
所述的条形独立结构单元由一个第一条形独立结构和二个第二条形独立结构对应配合构成。
所述的第二条形独立结构可以沿光线传输方向连续分布，所述的第一条形独立结构则可以沿光线传输方向不连续分布。也可以是第一条形独立结构和第二条形独立结构均沿光线传输方向不连续分布。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的弧形对应弧形。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的弧形对应三角形对置。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的弧形对应多边形对置。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的弧形对应梯形对置。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的三角形对应三角形对置。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的三角形对应弧形对置。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的三角形对应多边形对置。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的三角形对应梯形对置。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的梯形对应三角形对置。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的梯形对应弧形对置。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的梯形对应多边形对置。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的梯形对应梯形对置。
第一条形独立结构和第二条形独立的截面可以为凸起的以互补的形状对置。
所述的第一条形独立结构与所述的第二条形独立结构以光学胶水胶合为一个整体。
所述的导光板的侧表面可以设有反射面。
所述的侧表面外也可以设有辅助光源。
所述的光学微结构也可以为沿光线传播方向排列设置的离散的二维结构，所述的二维光学微结构可以是均匀分布的；也可以是非均匀分布的。所述的二维结构的横截面包括但不限于四方形、六方形、圆形和锥形。
一种使用上述的透明光源系统的显示装置，所述的导光外膜的外侧设置有显示装置。
所述的导光板的下表面的外侧设置有反射板。
与现有技术相比，本发明的优点在于出光单向性好，可以保证只有一个方向出光，光学薄膜一次成型，工艺难度小，产品良率高；此结构导光内膜可以和导光板合并，产品能够实现一体化成型，工艺流程简单，成本低。
附图说明
图1为美国专利US20180052274A1公开的结构示意图；
图2为中国专利CN 109031512A公开的结构示意图；
图3为中国专利CN 108519637A公开的结构示意图；
图4(a)为本发明实施例一的平面结构示意图；
图4(b)为本发明实施例一的立体结构示意图；
图5(a)为本发明实施例一的示例一的结构示意图；
图5(b)为本发明实施例一的示例二的结构示意图；
图5(c)为本发明实施例一的示例三的结构示意图；
图5(d)为本发明实施例一的示例四的结构示意图；
图5(e)为本发明实施例一的示例五的结构示意图；
图5(f)为本发明实施例一的示例六的结构示意图；
图5(g)为本发明实施例一的示例七的结构示意图；
图5(h)为本发明实施例一的示例八的结构示意图；
图5(i)为本发明实施例一的示例九的结构示意图；
图5(j)为本发明实施例一的示例十的结构示意图；
图5(k)为本发明实施例一的示例十一的结构示意图；
图5(l)为本发明实施例一的示例十二的结构示意图；
图6为本发明实施例一的导光内膜与导光外膜结合的示意图；
图7为本发明实施例二的结构示意图；
图8为本发明实施例三的结构示意图；
图9(a)为本发明实施例四的示例一的单向带反射光线示意图；
图9(b)为本发明实施例四的示例二的双向入射光线示意图；
图10(a)为本发明实施例五的示例一的结构示意图；
图10(b)为本发明实施例五的示例二的结构示意图；
图10(c)为本发明实施例五的示例三的结构示意图；
图11(a)为使用本发明透明光源系统的反射式显示装置的最终光线观察效果示意图；
图11(b)为使用本发明透明光源系统的透明式显示装置的最终光线观察效果示意图；
图11(c)为使用本发明透明光源系统的透射式显示装置的最终光线观察效果示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一，如图4(a)所示，一种用于显示装置的透明光源系统，包括光源1和导光板2，导光板2为平行平板，包括与光源1相对的入光面21、上表面22、下表面23和与入光面21相对的侧表面24，上表面22与下表面23相互平行，侧表面24可以为为斜面、也可以与入光面21相互平行，上表面22设置有导光内膜4，导光内膜4下表面41与导光板2的上表面22贴合，导光内膜4的上表面42设置有第一光学微结构43，能够使在导光板2内传输的光线从导光板2的上表面22射出，第一光学微结构43为沿光线传输方向并列设置的多个第一条形独立结构，通过UV成型设置在导光内膜4的上表面42上，第一条形独立结构43的宽度小于显示装置的最小像素尺寸，相邻第一条形独立结构之间的间距441大于第一条形独立结构43的宽度的2倍，导光内膜4外侧设置有导光外膜5，导光外膜5外表面51与导光内膜4的下表面41平行，导光外膜5内表面52设置有与第一光学微结构43相对的第二光学微结构53，第二光学微结构53能够使第一光学微结构43射出的光线从导光外膜5的外表面51射出。第二光学微结构53为沿光线传输方向并列设置的多个第二条形独立结构，通过UV成型设置外膜5的内表面52上，第二条形独立结构的宽度尺寸小于显示装置的最小像素尺寸。
导光内膜4和导光外膜5的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，也可以采用聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯或其混合物透明材料。
第一光学微结构43和第二光学微结构53的材料为丙烯酸树脂，也可以为环氧树脂或硅橡胶，同样也可以采用聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯等材料整体注塑加工制作完成。
导光板2其材料可以为聚甲基丙烯酸甲酯，也可以采用聚碳酸酯，玻璃等。
第一条形独立结构的截面为凸起的弧形，第二条形独立结构的截面为凸起的弧形。
本实施例的工作原理如图4(a)所示如下：
光源1发出光线进入导光板2中，根据菲涅尔反射定律光线在平行介质内传播时由于在与空气交界的界面形成全反射，如光线4010在经过第一(42)、第二次界面(23)反射后将在导光板2中继续传播(导光内膜4的折射率可以与导光板2的相同、也可以不同，不影响光线在介质内被全反射的条件)。当光线在传播过程中进入条形弧形第一光学微结构43时(如光线4020、光线4050)界面条件已不满足全反射条件，光线将射出第一光学微结构43的表面44而进入外膜的第二光学微结构53，其中条形的第二光学微结构53的轮廓54为一弧形结构，其轮廓应满足照射到其表面的光线在界面的入射角大于等于全反射角，照射到轮廓54上的光线被折射出第二光学微结构53并在外表面51出光(如光线4011、4021和4051)；若光线在传播过程中未进入第一光学微结构43，将会在导光板2中继续传播(如光线4030、4040)，直到照射到侧面24上射出导光板2。所有光线只会在导光外膜5的外表面51出光。通常情况下，第一光学微结构43和第二光学微结构53做在折射率高于导光板的导光内膜4和导光外膜5上，既在导光板2和第一光学微结构43间有一层光学材料，导光内膜4与导光板2一般用光学胶水键合。第一条形独立结构和第二条形独立结构的排列间距可以是均匀的也可以是不均匀的。另外，导光外膜5的出光面(外表面51)可以涂上光学胶水，整个膜可以直接贴合到液晶平板上去，以进一步减少光学界面。
本发明的第一条形独立结构与第二条形独立结构对应配合构成多个并列的条形独立结构单元，可以由一个第一条形独立结构和一个第二条形独立结构对应配合构成，也可以由一个第一条形独立结构和二个第二条形独立结构对应配合构成。
除图4中的弧形对弧形的条形独立结构单元外，图5的各个图中还公开了各种条形独立结构单元的示例。
示例一如图5(a)所示的三角形对三角形；
示例二如图5(b)所示的三角形对弧形；
示例三如图5(c)所示的三角形对多边形；
示例四如图5(d)所示的三角形对梯形；
示例五如图5(e)所示的梯形对三角形；
示例六如图5(f)所示的梯形对弧形；
示例七如图5(g)所示的梯形对多边形；
示例八如图5(h)所示的梯形对梯形；
示例九如图5(i)所示的与示例八反向结构配对；
示例十如图5(j)所示的弧形对三角形；
示例十一如图5(k)所示的弧形对多边形；
示例十二如图5(l)所示的弧形对梯形。
如图6所示，第一光学微结构43的表面44而进入外膜的与第二光学微结构53的配对也可以用光学胶将导光内膜4和导光外膜5胶合，以形成导光内膜4和导光外膜5间无光学界面的一体化结合。
实施例二：如图7所示，将导光内膜4上的第一光学微结构43直接成型在导光板2上，或者采用较厚的导光内膜基材直接做导光板，而减少实施例一中的导光内膜43和导光板2间的界面，节省了材料同时减少了界面损失。当以导光膜做导光板时，必须要选择透光性好的材料，否则介质内光程过长会导致光学损耗过大。
实施例三：如图8所示，也可将实施例一中导光外膜5上的第二光学微结构53做成连续分布的第二条形独立结构，而不是如图4至图7中所示的非连续的分布模式。
实施例四：如图9(a)所示的示例一中，在实施例一的结构中，在导光板2的侧面24上设置反射面25，照射到侧面24上的光线被反射后光线重新进入导光板2中传播，再进入导光内膜4的第一光学微结构43中后，将由导光外膜5的第二光学微结构53折射出出光面51，如光线9010、9020流程同之前实施例一叙述一致，但方向相反。也可以如图9(b)所示的示例二，在导光板2的侧面24再设置一个辅助光源，第一条形独立结构和第二条形独立结构的分布对称排列，光线折射原理和流程同之前叙述一致。
实施例五：如图10所示，上述实施例中的导光内膜4上的第一光学微结构43与导光外膜5上的第二光学微结构53的配合也可以是二维结构。
示例一如图10(a)所示的四方体配合；示例二如图10(b)所示的六边体配合；示例三如图10(c)所示的圆锥体配合。光学微结构的分布可以是均匀的也可以是不均匀的。
上述实施例中，条形或二维的光学微结构可以采用热压成型，注塑成型或激光刻蚀工艺制作；其阵列排布方式可以靠近光源侧疏排，远离光源侧密排，也可以均匀排布；材料为丙烯酸树脂，也可以采用环氧树脂，聚碳酸酯材料等，其折射率与导光板折射率一致，也可以小于导光板材料的折射率。
实施例六：本发明提供一种透明光源的应用方式。
示例一：如图11(a)所示，包括显示装置60和上述透明光源，透明光源设置在显示装置60的显示侧(上方)，透明光源中导光外膜5的外表面51与显示装置60相对设置。显示装置60为反射式显示装置，其内部为液晶层，其下表面为反光面。上述透明光源的发出光线入射至显示装置60，进入显示装置60中，光线通过液晶后在下表面发生反射后，返回至透明光源中，此光线将会穿透导光板2、导光内膜4和导光外膜5被观察者观察，如光线93所示。由于导光外膜5外表面51是平面，此透明光源可以整体贴合在显示装置60上，以减少光学界面损耗并消除不同膜层间的物理摩擦。透明光源的出光角度可以根据显示装置60的需求通过改变导光内膜4和导光外膜5上的光学微结构的轮廓定制。
示例二：如图11(b)所示，包括透明显示装置70、需展示物品和上述透明光源，透明光源设置在透明显示装置70显示侧的下方，透明光源中导光外膜5的外表面51与透明显示装置70相对设置，需展示物品设置于透明光源的下方。透明显示装置70内部为液晶层，上下表面为透明表面。上述透明光源的发出光线入射至透明显示装置70，进入透明显示装置70中，光线通过液晶后，进入观察者观察范围，如光线94所示。需展示物品发出或反射的光线照射到透明光源上，将会穿透导光内膜4、导光外膜5、导光板2和透明显示装置70进入观察者的观察范围，如光线95所示。所以观察者在观察到透明显示装置70的信息同时，能够通过透明显示装置70和透明光源来观察需展示物品。由于导光外膜5的外表面51是平面，此透明光源可以整体贴合在显示装置70上，以减少光学界面损耗并消除不同膜层间的物理摩擦。透明光源的出光角度可以根据显示装置70的需求通过改变导光内膜4和导光外膜5上的光学微结构的轮廓定制。
示例三：如图11(c)所示，包括透射式显示装置80、反射板81和上述透明光源，透明光源设置在透射式显示装置80的下方，透明光源中导光外膜5的外表面51与透射式显示装置80相对设置，反射板81设置在透明光源中的导光板2一侧，反射板81与显示装置80将透明光源夹在中间。透射式显示装置80内部为液晶层。上述透明光源发出的光线入射至透射式显示装置80，光线通过液晶后，进入观察者观察范围，如光线96所示。反射板81将由于光学界面的反射从导光板2下方漏出的光线反射回去以提高模组的光学效率。由于导光外膜5的外表面51是平面，此透明光源可以整体贴合在显示装置80上，以减少光学界面损耗并消除不同膜层间的物理摩擦。透明光源的出光角度可以根据显示装置80的需求通过改变导光内膜4和导光外膜5上的光学微结构的轮廓定制。

Claims (7)

1.一种用于显示装置的透明光源系统，包括光源和导光板，所述的导光板包括与所述的光源相对的入光面、上表面、下表面和与所述的入光面相对的侧表面，所述的上表面与所述的下表面相互平行，所述的上表面外设置有导光外膜，所述的上表面上设置有能够使在所述的导光板内传输的光线从所述的上表面射出的第一光学微结构，所述的导光外膜的内表面上设置有与所述的第一光学微结构相对的第二光学微结构，所述的第二光学微结构能够使所述的第一光学微结构射出的光线从所述的导光外膜的外表面射出，其特征在于所述的第一光学微结构为沿光线传输方向并列设置的多个第一条形独立结构，所述的第一条形独立结构的宽度尺寸小于显示装置的最小像素尺寸，相邻第一条形独立结构之间的间距大于第一条形独立结构的宽度的2倍，所述的第二光学微结构为沿光线传输方向并列设置的多个第二条形独立结构，所述的第二条形独立结构的宽度尺寸小于显示装置的最小像素尺寸, 所述的第一条形独立结构与所述的第二条形独立结构对应配合构成多个并列的条形独立结构单元，所述的条形独立结构单元由一个所述的第一条形独立结构和二个所述的第二条形独立结构对应配合构成，所述的条形独立结构单元使所述的导光板内传输的光线从所述的导光外膜的外表面射出。
2.如权利要求1所述的一种用于显示装置的透明光源系统，其特征在于所述的导光板与所述的导光外膜之间设置有导光内膜，所述的导光内膜的下表面与所述的导光板的上表面贴合，所述的第一光学微结构设置在所述的导光内膜的上表面。
3.如权利要求2所述的一种用于显示装置的透明光源系统，其特征在于所述的导光外膜的外表面与所述的导光内膜的下表面平行。
4.如权利要求1所述的一种用于显示装置的透明光源系统，其特征在于所述的第一条形独立结构与所述的第二条形独立结构以光学胶水胶合为一个整体。
5.如权利要求1所述的一种用于显示装置的透明光源系统，其特征在于所述的导光板的侧表面设有反射面。
6.如权利要求1所述的一种用于显示装置的透明光源系统，其特征在于所述的侧表面外设有辅助光源。
7.一种使用权利要求1所述的透明光源系统的显示装置，其特征在于所述的导光外膜的外侧设置有显示装置。
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