CN111624815A - 一种背光模组及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种背光模组及显示装置，由于在导光板的出光侧还设置有微棱镜膜层，且微棱镜膜层位于导光板由靠近光源一侧向远离光源一侧延伸预设距离的范围内；微棱镜膜层包括多个第一微棱镜结构，第一微棱镜结构用于当导光板中的光线由导光板进入第一微棱镜结构后再从第一微棱镜结构进入导光板时，使光线在进入第一微棱镜结构时在第一界面的入射角大于光线从第一微棱镜结构出来时在第一界面的出射角。与不设置微棱镜膜层相比，相当于减小了光线在第一界面的反射角度，从而使得光线出射的光程缩短，光线延后性减轻，从而在不改变背光光亮度视角以及出光角度的基础上有效的改善背光模组靠近光源侧偏暗的现象。

Description

一种背光模组及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤指一种背光模组及显示装置。
背景技术
指向型背光，由于具有出光亮度视角、正向光亮度可调等方面的优势，近些年在车载高亮度显示、笔记本防窥显示、VR高亮度显示等方面得到越来越多的应用。
实现指向型背光的方式主要有两种：由逆棱镜+匹配的导光板形成的逆棱镜指向型背光模组和在传统的背光中引入光栅的光栅指向型背光模组。其中，光栅指向型背光模组一般是和液晶面板搭配实现裸眼3D显示，但通常视点数有限；而逆棱镜指向型背光模组由于不受视点数的限制，并且在加工上难度相对较低而获得更多的应用。
但在小尺寸的逆棱镜指向型背光模组中，在背光模组出光亮度和背光均一性取最优时，会出现导光板靠近光源侧偏暗的现象。
发明内容
本发明实施例提供一种背光模组及显示装置，用以改善指向型背光模组靠近光源侧偏暗的现象。
本发明实施例提供的一种背光模组，包括：光源、导光板、逆棱镜膜层和微棱镜膜层；其中：
所述光源发出的光以侧入式入射到所述导光板中；
所述导光板的背光侧具有若干网点；
所述微棱镜膜层的折射率与所述导光板的折射率相同，所述微棱镜膜层位于所述导光板的出光侧，且所述微棱镜膜层位于所述导光板由靠近所述光源一侧向远离所述光源一侧延伸预设距离的范围内；
所述微棱镜膜层包括多个第一微棱镜结构，所述第一微棱镜结构用于当所述导光板中的光线由所述导光板进入所述第一微棱镜结构后再从所述第一微棱镜结构进入所述导光板时，使所述光线在进入所述第一微棱镜结构时在第一界面的入射角大于所述光线从所述第一微棱镜结构出来时在所述第一界面的出射角，所述第一界面为所述导光板与所述第一微棱镜结构的交界面。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，所述第一微棱镜结构沿第一方向的截面为三角形，且所述三角形远离所述光源一侧的底角的范围为2°～10°，所述第一方向为垂直于所述光源的方向。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，所述三角形的高为2μm～5μm。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，所述三角形靠近所述光源一侧的底角的范围为Arcsin(1/n)～90°，n为所述微棱镜膜层的折射率；
所述第一微棱镜结构沿第二方向的截面为梯形，且所述梯形的底角的范围为Arcsin(1/n)～90°，所述第二方向为平行于所述光源的方向。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，所述梯形的底边的长度为20μm～70μm；
所述三角形的底边的长度为20μm～70μm。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，所述微棱镜膜层中所述多个第一微棱镜结构在所述导光板的出光侧呈二维阵列排布；
所述二维阵列的行方向与所述光源平行，所述二维阵列的列方向与所述光源垂直；
沿列方向相邻的两个所述第一微棱镜结构的中心之间的间距为0.1mm～0.3mm；
沿行方向相邻的两个所述第一微棱镜结构的中心之间的间距为0.1mm～0.4mm。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，所述导光板和所述微棱镜膜层为一体结构。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，所述网点的图形和所述第一微棱镜结构的图形关于所述导光板镜像对称。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，还包括：逆棱镜片；
所述微棱镜膜层位于所述逆棱镜片和所述导光板之间。
相应地，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明上述实施例提供的任一种背光模组。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的上述背光模组及显示装置，由于在导光板的出光侧还设置有微棱镜膜层，且微棱镜膜层位于导光板由靠近光源一侧向远离光源一侧延伸预设距离的范围内；微棱镜膜层包括多个第一微棱镜结构，第一微棱镜结构用于当导光板中的光线由导光板进入第一微棱镜结构后再从第一微棱镜结构进入导光板时，使光线在进入第一微棱镜结构时在第一界面的入射角大于光线从第一微棱镜结构出来时在第一界面的出射角。与不设置微棱镜膜层相比，相当于减小了光线在第一界面的反射角度，从而使得光线出射的光程缩短，光线延后性减轻，从而在不改变背光光亮度视角以及出光角度的基础上有效的改善背光模组靠近光源侧偏暗的现象。
附图说明
图1为现有背光模组的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种背光模组的剖面结构示意图之一；
图3为本发明实施例提供的一种背光模组的光程示意图；
图4a为本发明实施例提供的一种背光模组中第一微棱镜结构的示意图；
图4b为图4a所示的第一微棱镜结构沿第二方向AA’的剖面示意图；
图4c为图4a所示的第一微棱镜结构沿第二方向BB’的剖面示意图；
图5为本发明实施例提供的一种背光模组的俯视结构示意图；
图6a为现有背光模组的背光出光面照度模拟结果示意图；
图6b为本发明实施例提供的一种背光模组的背光出光面照度模拟结果示意图；
图7为沿第一方向的光照度数据对比曲线；
图8为本发明实施例提供的一种背光模组的剖面结构示意图之二。
具体实施方式
逆棱镜指向型背光模组的结构如图1所示，包括：光源01、导光板02和位于导光板出光侧的逆棱镜03。导光板02的背光侧具有网点021，由于网点021的设置，使光出射方向固定。但是光的出光区域会减少，从而使得越靠近光源01侧，出射光线相对较少，从而整体上表现出靠近光源侧偏暗的现象，在小尺寸背光模组中尤为明显。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种背光模组及显示装置，用以改善背光模组靠近光源侧偏暗的现象。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。本发明的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。
需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
下面结合附图，对本发明实施例提供的背光模组及显示装置进行具体说明。
本发明实施例提供的一种背光模组，如图2所示，包括：光源10、导光板20和微棱镜膜层40；其中：
光源10发出的光以侧入式入射到导光板20中；
导光板20的背光侧具有若干网点30；
微棱镜膜层40的折射率与导光板20板的折射率相同，微棱镜膜层40位于导光板20的出光侧，且微棱镜膜层30位于导光板20由靠近光源10一侧向远离光源10一侧延伸预设距离S的范围内；
如图3所示，微棱镜膜层40包括多个第一微棱镜结构41，第一微棱镜结构41用于当导光板20中的光线由导光板20进入第一微棱镜结构41后再从第一微棱镜结构41进入导光板20时，使光线在进入第一微棱镜结构41时在第一界面的入射角θ1大于光线从第一微棱镜结构41出来时在第一界面的出射角θ2；第一界面为导光板20与第一微棱镜结构41的交界面。其中。图3中实线箭头表示设置有微棱镜膜层时光线的光程示意，虚线箭头表示不设置微棱镜膜层时光线的光程示意。
本发明实施例提供的背光模组，由于在导光板的出光侧还设置有微棱镜膜层，且微棱镜膜层位于导光板由靠近光源一侧向远离光源一侧延伸预设距离的范围内；微棱镜膜层包括多个第一微棱镜结构，第一微棱镜结构用于当导光板中的光线由导光板进入第一微棱镜结构后再从第一微棱镜结构进入导光板时，使光线在进入第一微棱镜结构时在第一界面的入射角大于光线从第一微棱镜结构出来时在第一界面的出射角。与不设置微棱镜膜层相比，相当于减小了光线在第一界面的反射角度(参见图3，由原来的θ1减小为θ2)，从而使得光线出射的光程缩短，光线延后性减轻，从而在不改变背光光亮度视角以及出光角度的基础上有效的改善背光模组靠近光源侧偏暗的现象。
如果微棱镜膜层的折射率与导光板的折射率不相同，导光板中传输的全反射光线在没有小于全反射临界角(即达到原始应有的光程之前)时，是不会入射到微棱镜结构膜层的，这样便起不到缩短光程的作用了。因此，在本发明中，微棱镜膜层的折射率必须与导光板的折射率相同。可选地，微棱镜膜层与导光板的材质相同。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，如图4a和图4b所示，第一微棱镜结构41沿第一方向AA’的截面为三角形，且该三角形远离光源一侧的底角α的范围为2°～10°，第一方向AA’为垂直于光源的方向。
在具体实施时，α较越大，光线出射的光程就越短，在有效的缩短光程的斜面(组成α角的斜面)的面积尺寸不变的基础上，三角形的高度h就会变得越高，在该背光模组应用于VR显示时，由于需要放大显示画面，因此第一微棱镜结构41的轮廓容易显示出来。因此，α的范围可以进一步控制在2°～5°之间，例如为2°、3°4°或5°。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，如图4b所示，该三角形的高h为2μm～5μm，例如，h为2μm、3μm、4μm或5μm，在此不作限定。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，如图4b所示，该三角形靠近光源一侧的底角β只要在Arcsin(1/n)～90°即可，n为微棱镜膜层的折射率，Arcsin(1/n)为光线在导光板中发生全反射的临界角。这是因为如果β大于或等于90°，或者β小于Arcsin(1/n)，组成第一微棱镜结构的β角的斜面会改变出射光线的指向，从而产生杂散光。但是，如果β角越小，相同长宽尺寸下，有效的缩短光程的斜面(组成α角的斜面)的面积就越小，则能使光程缩短的光线就越少，β角不能太小，也不能太大。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，如图4a和图4c所示，第一微棱镜结构41沿第二方向BB’的截面为梯形，第二方向BB’为平行于光源的方向。该梯形的底角γ1和γ2只要在Arcsin(1/n)～90°即可，这是因为如果γ1角或γ2角大于或等于90°，或者γ1或γ2小于Arcsin(1/n)，组成第一微棱镜结构的γ1角或γ2角的斜面会改变出射光线的指向，从而产生杂散光。但是，如果γ1角或γ2角越小，相同长宽尺寸下，有效的缩短光程的斜面(组成α角的斜面)的面积就越小，则能使光程缩短的光线就越少，γ1角或γ2角不能太小，也不能太大。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，γ1和γ2相等。
在具体实施，在本发明实施例提供的背光模组中，第一微棱镜结构的底面面积不能设置的过大，过大在显示时轮廓容易被人眼识别，面积过小，工艺加工困难。因此，综合各方面考虑，可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，如图4a至图4c所示，该梯形的底边b的长度为20μm～70μm；该三角形的底边a的长度为20μm～70μm。进一步地，b的长度控制在54±10μm的范围内，a的长度控制在58±10μm的范围内。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，导光板背光侧的网点一般是通过网点撞点方法直接形成在导光板上。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，微棱镜膜层可以通过网点撞点方法直接形成在导光板上。从而使导光板和微棱镜膜层为一体结构。不用改变背光厚度。
进一步地，在本发明实施例提供的背光模组中，网点的图形和第一微棱镜结构的图形相同。这样在导光板上形成网点和微棱镜膜层时可以共用一个撞点针，从而简化制作工艺，降低生产成本。
需要说明的是，在本发明实施例提供的背光模组中，虽然网点的图形和第一微棱镜结构的图形相同，由于网点和第一微棱镜结构分别位于导光板的相对两侧，因此假如网点和第一微棱镜结构的位置重叠时，网点和第一微棱镜结构关于导光板呈镜像对称。在具体实施时，由于网点的排布与第一微棱镜结构的排布不一样，因此，一般网点和第一微棱镜结构的位置不会完全重叠。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，如图5所示，微棱镜膜层中多个第一微棱镜结构41在导光板20的出光侧呈二维阵列排布。其中，二维阵列的行方向X与光源10平行，二维阵列的列方向Y与光源10垂直。多个第一微棱镜结构41排布的越规律，制作难度月底，因此将多个第一微棱镜结构设置为二维阵列排布可以降低制作工艺难度。当然，多个第一微棱镜结构还可以有其它排布方式，例如贝塞尔排布方式等，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例中，呈二维阵列排布的多个第一微棱镜结构，第一微棱镜结构的分布密度不能太大，也不能太小。分布密度大意味着分布密集，第一微棱镜结构分布太密集会导致靠近光源侧出光增多，从而远离光源侧亮度变暗。分布密度小意味着分布疏散，第一微棱镜结构分布太疏散，相当于能有效的缩短光程的斜面面积较少，因此能缩短光程的光线较少，改善光源侧背光偏暗的效果不明显。因此，需要根据实施情况来权衡第一微棱镜结构的间距。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，如图5所示，可以将沿列方向Y相邻的两个第一微棱镜结构41的中心之间的间距l1设计为0.1mm～0.3mm，例如为0.1mm、0.2mm或者0.3mm，在此不作限定。同理，可以将沿行方向X相邻的两个第一微棱镜结构41的中心之间的间距l2设计为0.1mm～0.4mm，例如为0.1mm、0.2mm、0.3mm或者0.4mm，在此不作限定。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，可以将沿列方向Y相邻的两个第一微棱镜结构41的中心之间的间距l1设计为等于沿行方向X相邻的两个第一微棱镜结构41的中心之间的间距l2，在此不作限定。
具体地，在小尺寸背光模组中，例如2～3英寸的背光模组中，如图5所示，预设距离S为8mm～15mm，例如为8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm或者15mm，在此不作限定。预设距离S长度太长，背光出光视角宽度可能会受到影响，长度太小，则改善效果不大，因此，预设距离S的大小需要根据背光模组的实际出光情况以及背光模组的尺寸进行设计。
可选地，在本发明实施例提供的背光模组中，如图8所示，还包括：逆棱镜片50；
微棱镜膜层40位于逆棱镜片50和导光板20之间。
在具体实施时，在本发明实施例提供的背光模组中，逆棱镜片的结构与现有结构相同，在此不作限定。逆棱镜片一般通过微纳转印或者刀轮加工方式形成，在此不作限定。
具体地，在2.48英寸的背光模组为例进行测试，当背光模组中不设置微棱镜膜层时，采用光学建模软件(Light tools)模拟的背光出光面照度结果如图6a所示。当背光模组中增加微棱镜膜层时，预设距离S＝10mm，l1＝l2＝0.2mm,第二微棱镜结构的图形和第一微棱镜结构的图形相同,其中：α＝2°，β＝45°，γ1＝γ2＝45°，b＝54μm，a＝58μm，h＝2μm，采用光学建模软件(Light tools)模拟的背光出光面照度结果如图6b所示。由图6a、图6b以及图7可知，当背光模组中增加微棱镜膜层时，能够有效的改善光源侧背光偏暗的状态。图7中虚线表示图6a沿第一方向光照度数据对比曲线，实现表示图6b沿第一方向光照度数据对比曲线。横轴从负值到正值依次表示为从远离光源侧部到靠近光源侧。
综上，本发明实施例提供的背光模组，具有如下优势：1.可以有效的改善指向型背光光源侧偏暗的现象；2.不需要改变背光模组厚度以及宏观尺寸；3.不改变背光光亮度视角以及出光角度；4.工艺上简单可行。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括液晶显示面板和本发明实施例提供的任一种背光模组。由于该显示装置解决问题的原理与前述一种背光模组相似，因此该显示装置的实施可以参见前述背光模组的实施，重复之处不再赘述。
在具体实施时，该显示装置可应用于车载高亮度显示、笔记本防窥显示、VR高亮度显示等方面，在此不作限定。
本发明实施例提供的上述背光模组及显示装置，由于在导光板的出光侧还设置有微棱镜膜层，且微棱镜膜层位于导光板由靠近光源一侧向远离光源一侧延伸预设距离的范围内；微棱镜膜层包括多个第一微棱镜结构，第一微棱镜结构用于当导光板中的光线由导光板进入第一微棱镜结构后再从第一微棱镜结构进入导光板时，使光线在进入第一微棱镜结构时在第一界面的入射角大于光线从第一微棱镜结构出来时在第一界面的出射角。与不设置微棱镜膜层相比，相当于减小了光线在第一界面的反射角度，从而使得光线出射的光程缩短，光线延后性减轻，从而在不改变背光光亮度视角以及出光角度的基础上有效的改善背光模组靠近光源侧偏暗的现象。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种背光模组，其特征在于，包括：光源、导光板和微棱镜膜层；其中：
所述光源发出的光以侧入式入射到所述导光板中；
所述导光板的背光侧具有若干网点；
所述微棱镜膜层的折射率与所述导光板的折射率相同，所述微棱镜膜层位于所述导光板的出光侧，且所述微棱镜膜层位于所述导光板由靠近所述光源一侧向远离所述光源一侧延伸预设距离的范围内；
所述微棱镜膜层包括多个第一微棱镜结构，所述第一微棱镜结构用于当所述导光板中的光线由所述导光板进入所述第一微棱镜结构后再从所述第一微棱镜结构进入所述导光板时，使所述光线在进入所述第一微棱镜结构时在第一界面的入射角大于所述光线从所述第一微棱镜结构出来时在所述第一界面的出射角，所述第一界面为所述导光板与所述第一微棱镜结构的交界面。
2.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述第一微棱镜结构沿第一方向的截面为三角形，且所述三角形远离所述光源一侧的底角的范围为2°～10°，所述第一方向为垂直于所述光源的方向。
3.如权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述三角形的高为2μm～5μm。
4.如权利要求3所述的背光模组，其特征在于，所述三角形靠近所述光源一侧的底角的范围为Arcsin(1/n)～90°，n为所述微棱镜膜层的折射率；
所述第一微棱镜结构沿第二方向的截面为梯形，且所述梯形的底角的范围为Arcsin(1/n)～90°，所述第二方向为平行于所述光源的方向。
5.如权利要求4所述的背光模组，其特征在于，所述梯形的底边的长度为20μm～70μm；
所述三角形的底边的长度为20μm～70μm。
6.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述微棱镜膜层中所述多个第一微棱镜结构在所述导光板的出光侧呈二维阵列排布；
所述二维阵列的行方向与所述光源平行，所述二维阵列的列方向与所述光源垂直；
沿列方向相邻的两个所述第一微棱镜结构的中心之间的间距为0.1mm～0.3mm；
沿行方向相邻的两个所述第一微棱镜结构的中心之间的间距为0.1mm～0.4mm。
7.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述导光板和所述微棱镜膜层为一体结构。
8.如权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述网点的图形和所述第一微棱镜结构的图形关于所述导光板镜像对称。
9.如权利要求1-8任一项所述的背光模组，其特征在于，还包括：逆棱镜片；
所述微棱镜膜层位于所述逆棱镜片和所述导光板之间。
10.一种显示装置，其特征在于，包括液晶显示面板和权利要求1-9任一项所述的背光模组。
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