CN111929945A - 准直器件、光学膜、背光模组及显示装置 - Google Patents

准直器件、光学膜、背光模组及显示装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111929945A
CN111929945A CN201910393419.0A CN201910393419A CN111929945A CN 111929945 A CN111929945 A CN 111929945A CN 201910393419 A CN201910393419 A CN 201910393419A CN 111929945 A CN111929945 A CN 111929945A
Authority
CN
China
Prior art keywords
microstructure
light
backlight module
guide plate
collimating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910393419.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111929945B (zh
Inventor
汤海
高亮
张冰
耿霄霖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BOE Technology Group Co Ltd
Hefei BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
Original Assignee
BOE Technology Group Co Ltd
Hefei BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BOE Technology Group Co Ltd, Hefei BOE Optoelectronics Technology Co Ltd filed Critical BOE Technology Group Co Ltd
Priority to CN201910393419.0A priority Critical patent/CN111929945B/zh
Priority to PCT/CN2020/089372 priority patent/WO2020228632A1/zh
Priority to US17/264,101 priority patent/US11385396B2/en
Publication of CN111929945A publication Critical patent/CN111929945A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111929945B publication Critical patent/CN111929945B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133615—Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133524—Light-guides, e.g. fibre-optic bundles, louvered or jalousie light-guides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133605—Direct backlight including specially adapted reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0053—Prismatic sheet or layer; Brightness enhancement element, sheet or layer

Abstract

本公开提供了一种准直器件、光学膜、背光模组及显示装置。该准直器件包括：至少一个微结构部分；其中，每个微结构部分包括底面、与所述底面相连的侧面、以及与所述底面相对的顶面；所述顶面是凸形自由曲面；每个微结构部分具有垂直于所述底面的旋转对称轴；所述底面和所述侧面之间的夹角为钝角。通过微结构部分的侧面和顶面对光线进行两次准直，能够实现两个维度的光线准直，并且提供了高的光效。

Description

准直器件、光学膜、背光模组及显示装置
技术领域
本公开涉及显示技术领域，具体涉及一种准直器件、光学膜、背光模组及显示装置。
背景技术
智能显示具有防窥、HDR、低功耗、模组结构极致化等特点，是当今显示行业发展的技术趋势之一。准直光束在智能显示技术中发挥重要作用。现有的准直方法包括薄膜挖孔、增加吸收光栅等，这些方法虽然能获得一定的近准直效果，但是背光亮度降低40%以上，模组厚度也会有所增加，这样不仅不符合低功耗的设计要求，也不满足模组结构极致化的发展趋势。
公开内容
根据本公开的一方面，提供了一种准直器件。所述准直器件包括：至少一个微结构部分；其中，每个微结构部分包括底面、与所述底面相连的侧面、以及与所述底面相对的顶面；所述顶面是凸形自由曲面；每个微结构部分具有垂直于所述底面的旋转对称轴；所述底面和所述侧面之间的夹角为钝角。
可选地，所述凸形自由曲面由下式确定：
Figure 389569DEST_PATH_IMAGE002
其中，(x,y)是自由曲线上的点的坐标，n1为与所述顶面接触的介质的折射率，n2为微结构部分的折射率，α为出射光线与y轴的夹角。
可选地，每个微结构部分的底面为圆形，所述底面和侧面之间的夹角
Figure 119758DEST_PATH_IMAGE004
其中，θmax为入射至所述底面的光的入射角θ的最大值，R1为所述圆形的半径，h为所述微结构部分的高度，n2为所述微结构部分的折射率，n3为与所述底面接触的介质的折射率。
可选地，所述准直器件包括相交的两个微结构部分；其中所述两个微结构部分的旋转对称轴彼此平行。
可选地，所述准直器件包括两个微结构部分以及位于所述两个微结构部分之间的填充部分；其中两个微结构部分的旋转对称轴彼此平行。
根据本公开的另一方面，提供了一种光学膜。所述光学薄膜包括基底和在所述基底上阵列布置的多个如上所述的准直器件；其中，每个微结构部分的底面平行于所述基底的表面。
根据本公开的又一方面，提供了一种背光模组。所述背光模组包括光源、导光板和如上所述的准直器件；其中，所述光源的发光面朝向所述导光板的入光面；所述准直器件的底面朝向所述导光板的出光面。
可选地，所述准直器件包括相交的两个微结构部分；其中所述两个微结构部分的旋转对称轴彼此平行；所述两个微结构部分的底面中心的连线平行于所述导光板的入光面。
可选地，所述准直器件包括两个微结构部分以及位于所述两个微结构部分之间的填充部分；其中两个微结构部分的旋转对称轴彼此平行；所述两个微结构部分的底面中心的连线平行于所述导光板的入光面。
可选地，所述准直器件的折射率与所述导光板的折射率基本相同。
可选地，所述背光模组还包括位于所述准直器件和所述导光板的出光面之间的胶合层；所述胶合层的折射率与所述导光板的折射率基本相同。
可选地，所述背光模组还包括反射层；其中，所述反射层位于导光板的与所述入光面相对的表面上。
根据本公开的又一方面，提供了一种显示装置。所述显示装置包括如上所述的背光模组以及液晶显示面板；其中，所述液晶显示面板位于所述背光模组的出光侧。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1(a)-(c)为根据本公开实施例的准直器件的结构示意图；
图2为根据本公开实施例的准直器件的准直效果示意图；
图3为根据本公开实施例的准直器件的光路的简化模型示意图；
图4为根据本公开实施例的准直器件的设计方法示意图；
图5为根据本公开实施例的准直器件的光路示意图；
图6为根据本公开实施例的光学膜的俯视示意图；
图7为根据本公开实施例的光学膜的截面示意图；
图8为根据本公开实施例的背光模组的截面示意图；
图9为根据本公开的一个实施例的背光模组的俯视示意图；
图10为根据本公开的另一个实施例的背光模组的俯视示意图；
图11为根据本公开实施例的计算背光模组的开口率的原理示意图；
图12为根据本公开实施例的背光模组的开口率及角亮度的关系图；
图13为根据本公开实施例的背光模组的角亮度的模拟图；
图14为根据本公开实施例的显示装置的结构示意图；以及
图15(a)-(c)为根据本公开实施例的准直器件的立体结构示意图。
附图中各部分的形状和大小不反映各部分的真实比例，只是示意性地说明本公开内容。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
根据本公开的一方面，本公开的实施例提供了一种准直器件。图1(a)-(c)示例性地示出了准直器件的三种结构示意图，其中图1(a)-(c)的上部为准直器件的截面示意图，图1(a)-(c)的下部为准直器件的底面的示意图。图15(a)-(c)为根据本公开实施例的准直器件的立体结构示意图。所述准直器件10包括：至少一个微结构部分100，如图1(a)所示；每个微结构部分100包括底面101、与所述底面相连的侧面102、以及与所述底面相对的顶面103；所述顶面103是凸形自由曲面；每个微结构部分100具有垂直于所述底面101的旋转对称轴；所述底面101和所述侧面102之间的夹角为钝角。
如图2所示，当光线入射到上述准直器件时，首先在侧面102发生全反射，即对光进行第一次准直，然后光被投射到顶面103上，顶面103对侧面102反射的光进行第二次准直。由此，通过侧面102和顶面103对光线进行两次准直，可以获得近准直光束，并且提供了高的光效。
为了获得理想的微结构部分，简化和优化准直器件的设计，可以使用以下方法来设计本公开实施例所述微结构部分。
首先，假设沿第一方向的光线为单方向传导光，如图3所示。根据光路规律，可以认为经微结构部分的侧面102反射的光是从假想的点光源O发射的，然后光线投射到顶面103的凸形自由曲面上。
建立如图4所示的坐标系，以点光源O的位置为坐标原点，与顶面接触的介质的折射率为n1，微结构折射率为n2，出射光与y轴方向夹角为α，入射光单位向量为rn，出射光单位向量为vn，DC为一条自由曲线，Mn(x,y)、Mn+1(x',y')是自由曲线DC上相邻极近的两点，Nt为这两点连线的单位法向向量。
根据光路向量关系可得：
Figure 899495DEST_PATH_IMAGE006
由折射定理可知，Nt是折射光线与入射光线的矢量之差的单位向量，即
Figure 294705DEST_PATH_IMAGE008
。
因为Nt与MnMn+1互相垂直，所以MnMn+1·Nt=0，由此可得：
Figure 171394DEST_PATH_IMAGE010
。
因此，在一些实施例中，所述凸形自由曲面可以由上式确定。
在本公开中，期望光线垂直出射，即α=0，此时
Figure 993856DEST_PATH_IMAGE012
，根据DC自由曲线△x和△y的关系，利用微分法计算坐标点，可拟合DC曲线。将所得的自由曲线按一定轨迹运动可以获得所需要的自由曲面。如果需要光线按一定角度平行出射，设定α的取值即可获得相应的自由曲线，本公开对此不作限定。
此外，为了保证光在微结构部分的侧面发生全反射，侧面与底面的夹角需要满足全反射设计要求。
参考图5推导微结构部分100的侧面102与底面101的夹角。在图5中，R1为底面101圆形的半径，h为所述微结构部分100的高度，n2为所述微结构部分100的折射率，n3为与所述底面101接触的介质的折射率，θ为入射至底面101的光的入射角，θ1为光经过底面101后在微结构部分100中折射角，折射光然后被侧面102全反射，反射光与底面101的法线方向的夹角为θ2，将侧面102与底面的法线之间的夹角记为γ，侧面102与底面101的夹角记为β，则
Figure 260890DEST_PATH_IMAGE014
(公式1)，
根据折射定律，可得
Figure 459790DEST_PATH_IMAGE016
(公式2)，
根据图中各角度的关系，可得
Figure 440253DEST_PATH_IMAGE018
(公式3)。
当θ2＞0°，光线位于法线右侧，当θ2＜0°，光线位于法线左侧，当θ2=0°，光线平行法线，即处于竖直方向。
为了充分利用微结构部分100，且侧面102反射的光不超过微结构部分100的中心，对于以最大入射角θmax入射的光，需要θ2满足θ2=-φ，其中
Figure 433617DEST_PATH_IMAGE020
，即
Figure 984684DEST_PATH_IMAGE022
(公式4)。
将θ=θmax代入公式1-4，可以得到：
Figure 721696DEST_PATH_IMAGE024
(公式5)。
因此，在一些实施例中，每个微结构部分100的底面101为圆形，所述底面101和侧面102之间的夹角由公式5确定。
上面通过简化的模型，对单个微结构部分100进行了优化设计。
在一些实施例中，所述准直器件10可以包括相交的两个微结构部分100；其中所述两个微结构部分100的旋转对称轴彼此平行，如图1(b)所示。具体地，通过将两个微结构部分100在垂直于其旋转对称轴的同一个平面内相对的移动而相交可以获得图1(b)所示的这种准直器件10。对于相交的程度，此处不做限定，两个微结构部分100的底面101可以相离、相切、或相交，只要两个微结构部分100存在重合的部分即可。在图1(b)中，两个微结构部分100的底面101相切，仅是这种准直器件10的一种示例性实施例。
在一些实施例中，所述准直器件10可以包括两个微结构部分100以及位于所述两个微结构部分100之间的填充部分；其中两个微结构部分100的旋转对称轴彼此平行，如图1(c)所示。具体地，通过将微结构部分100在垂直于其旋转对称轴的同一个平面内沿一直线移动一定距离，微结构部分100的边缘在空间形成的包络可以形成图1(c)所示的这种准直器件10。这种准直器件10的底面101是圆形沿直线运动形成的形状。对于移动的具体长度，此处不做限定。在图1(c)中，将微结构部分100移动圆形的直径的长度，仅是这种准直器件10的一种示例性实施例。
准直器件可以采用PMMA、PC等聚合物材料通过注塑成型等工艺制作，也可以通过在玻璃上进行纳米压印等工艺来制作。
根据本公开的另一方面，本公开的实施例提供了一种光学膜20。图6是光学膜20的俯视图，所述光学薄膜20包括基底200和在所述基底上阵列布置的多个如上所述的准直器件10。其中，每个微结构部分的底面101平行于所述基底200的表面，如图7的截面图所示。在光学膜20中，基底200支撑所述多个准直器件10。
将所述多个准直器件10集成在连续的膜状结构上，便于将其施加到导光板或其他光学器件的表面。当光线入射到光学膜20的准直器件10时，首先在侧面发生全反射，即对光进行第一次准直，然后光被投射到顶面上，顶面对侧面反射的光进行第二次准直。由此，通过侧面和顶面对光线进行两次准直，可以获得近准直光束，并且提供了高的光效。
根据本公开的又一方面，本公开的实施例提供了一种背光模组30。如图8所示，所述背光模组30包括光源300、导光板301和如上所述的准直器件10。其中，所述光源300的发光面朝向所述导光板301的入光面，所述准直器件10的底面101朝向所述导光板301的出光面。
在一些实施例中，所述准直器件10包括相交的两个微结构部分，其中所述两个微结构部分的旋转对称轴彼此平行，所述两个微结构部分的底面中心的连线(即，第二方向)平行于所述导光板301的入光面，如图9所示，这种布置有利于光线在垂直于入光面的方向(即，第一方向)上的准直。
在一些实施例中，所述准直器件10包括两个微结构部分以及位于所述两个微结构部分之间的填充部分，其中两个微结构部分的旋转对称轴彼此平行，所述两个微结构部分的底面中心的连线(即，第二方向)平行于所述导光板301的入光面，如图10所示，这种布置有利于光线在垂直于入光面的方向(即，第一方向)上的准直。
在一些实施例中，所述准直器件10的折射率与所述导光板301的折射率基本相同，这样可以避免光线在导光板301和准直器件10的界面处的折射。例如，准直器件和导光板可以由相同的材料制成。例如，二者都由PMMA制成，即，在图5中，n2=n3=1.49，在顶面接触空气的情况下，n1=1，根据折射定律可知：进入导光板的光线夹角
Figure 245081DEST_PATH_IMAGE026
，其中，朗伯光源的出射角度0≤σ≤180°，因此图5中0≤
Figure DEST_PATH_IMAGE028
＜42.2°，即47.8°＜θ = θ1≤90°。假设R1=7μm，h=55μm，当θmax=90°,代入公式5可以计算出β=131.3°。
在一些实施例中，每个微结构部分100的底面朝向所述导光板301的出光面，这样可以将尽量多的光线从导光板301抽取到准直器件10中。
将准直器件10的底面面积与每个准直器件10占据导光板301的面积的比值定义为开口率η，η越大，单位面积光学膜所能抽取的光线越多，光效越高。下面分别计算图1(a)-(c)中所示的三种示例性准直器件在相应的背光模组中的开口率。在图11中，(a)、(b)、(c)三种结构分别对应图1(a)、1（b）和1(c)中的三种准直器件结构，设微结构部分的底面圆形的直径为D0，准直器件之间的最小间隙为d，由几何关系可以求得(a)、(b)、(c)三种背光模组开口率分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
其中，D1=D0+d，D2=D0+d+2R1，因为R1远小于D0，所以可知ηc＞ηb＞ηa。
假设，D0=100μm，d=10μm，R1=10μm，可计算三者开口率的变化规律。在图12中，线1201为图1(a)-(c)中所示的三种示例性准直器件构成的背光模组的开口率，线1202为图1(a)-(c)中所示的三种示例性准直器件构成的背光模组在0°的角亮度。可见，随着开口率的增大，0°的角亮度也随着增大，两者成正相关，由此可知，提高开口率可明显提高背光模组的光效。
图13示出了(a)、(b)、(c)三种背光模组的角亮度的模拟结果，其中，线1301表示在第一方向的角亮度，线1302表示在第二方向的角亮度，结果显示(a)、(b)、(c)三种背光模组的角亮度依次增大，在0°的情况下，(c)结构的背光模组的角亮度相较于(a)结构的背光模组的角亮度提高了70%。虽然(c)结构的背光模组的在第二方向上的截止角相较于(a)结构的背光模组在第二方向上的截止角增大了5°，但是(c)结构的背光模组的在第一方向上的准直效果却明显优于(a)结构的背光模组在第一方向上的准直效果。当本公开的实施例应用于光源位于导光板单侧的背光模组时，光线在第一方向上的发散更严重，即更关注第一方向上的准直效果。因此，在第二方向上的截止角变化不大的情况下，(c)结构的背光模组能够提供理想的准直效果。
本领域技术人员将理解，随着构成准直器件的微结构部分的数量越多，开口率越大，本公开对构成准直器件的微结构部分的数量不作限定。对于由三个或更多个微结构部分构成的准直器件，在形成背光模组时，也可以使多个微结构部分的底面中心的连线平行于导光板的入光面，这样布置有利于光线在垂直于入光面的方向(即，第一方向)上的准直。
在一些实施例中，如图8所示，所述背光模组30还包括位于所述准直器件10和所述导光板301的出光面之间的胶合层302。所述胶合层302的折射率与所述导光板301的折射率基本相同。通过设置胶合层302，可以将尽量多的光线抽取到准直器件10中，同时增加准直器件10与导光板301之间的连接强度。
在一些实施例中，如图8所示，所述背光模组30还包括反射层303。其中，所述反射层303位于导光板301的与所述入光面相对的表面上。通过设置反射层303，能够将可能从导光板301的与所述入光面相对的表面逸出的光重新反射回到导光板301中，从而进一步减少光的损耗，提高了光效。
在上述背光模组中，当光源的光线经过导光板入射到准直器件时，首先在侧面发生全反射，即对光进行第一次准直，然后光被投射到顶面上，顶面对侧面反射的光进行第二次准直。由此，通过侧面和顶面对光线进行两次准直，获得近准直光束，并且提供了高的光效。
根据本公开的又一方面，本公开的实施例提供了一种显示装置40。如图14所示，所述显示装置40包括如上所述的背光模组30以及液晶显示面板400；其中，所述液晶显示面板400位于所述背光模组30的出光侧。该显示装置40具有与如上所述准直器件、光学膜、背光模组相同的优点，在此不再详细描述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开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公开的保护范围。

Claims (13)

1.一种准直器件，包括：至少一个微结构部分；
其中，每个微结构部分包括底面、与所述底面相连的侧面、以及与所述底面相对的顶面；所述顶面是凸形自由曲面；每个微结构部分具有垂直于所述底面的旋转对称轴； 所述底面和所述侧面之间的夹角为钝角。
2.根据权利要求1所述的准直器件，所述凸形自由曲面由下式确定：
Figure 749233DEST_PATH_IMAGE002
其中，(x,y)是自由曲线上的点的坐标，n1为与所述顶面接触的介质的折射率，n2为微结构部分的折射率，α为出射光线与y轴的夹角。
3.根据权利要求1或2所述的准直器件，其中每个微结构部分的底面为圆形，所述底面和侧面之间的夹角
Figure 666374DEST_PATH_IMAGE004
其中，θmax为入射至所述底面的光的入射角θ的最大值，R1为所述圆形的半径，h为所述微结构部分的高度，n2为所述微结构部分的折射率，n3为与所述底面接触的介质的折射率。
4.根据权利要求1或2所述的准直器件，包括相交的两个微结构部分；其中所述两个微结构部分的旋转对称轴彼此平行。
5.根据权利要求1或2所述的准直器件，包括两个微结构部分以及位于所述两个微结构部分之间的填充部分；其中两个微结构部分的旋转对称轴彼此平行。
6.一种光学膜，包括基底和在所述基底上阵列布置的多个如权利要求1-5任一项所述的准直器件；其中，每个微结构部分的底面平行于所述基底的表面。
7.一种背光模组，包括光源、导光板和如权利要求1所述的准直器件；其中，所述光源的发光面朝向所述导光板的入光面；所述准直器件的底面朝向所述导光板的出光面。
8.根据权利要求7所述的背光模组，其中，所述准直器件包括相交的两个微结构部分；其中所述两个微结构部分的旋转对称轴彼此平行；所述两个微结构部分的底面中心的连线平行于所述导光板的入光面。
9.根据权利要求7所述的背光模组，其中，所述准直器件包括两个微结构部分以及位于所述两个微结构部分之间的填充部分；其中两个微结构部分的旋转对称轴彼此平行；所述两个微结构部分的底面中心的连线平行于所述导光板的入光面。
10.根据权利要求7-9任一项所述的背光模组，其中，所述准直器件的折射率与所述导光板的折射率基本相同。
11.根据权利要求7-9任一项所述的背光模组，还包括位于所述准直器件和所述导光板的出光面之间的胶合层；所述胶合层的折射率与所述导光板的折射率基本相同。
12.根据权利要求7-9任一项所述的背光模组，还包括反射层；其中，所述反射层位于导光板的与所述入光面相对的表面上。
13.一种显示装置，包括如权利要求7-12任一项所述的背光模组以及液晶显示面板；其中，所述液晶显示面板位于所述背光模组的出光侧。
CN201910393419.0A 2019-05-13 2019-05-13 准直器件、光学膜、背光模组及显示装置 Active CN111929945B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910393419.0A CN111929945B (zh) 2019-05-13 2019-05-13 准直器件、光学膜、背光模组及显示装置
PCT/CN2020/089372 WO2020228632A1 (zh) 2019-05-13 2020-05-09 准直器件、光学膜、背光模组及显示装置
US17/264,101 US11385396B2 (en) 2019-05-13 2020-05-09 Collimating device, optical film, backlight module and display apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910393419.0A CN111929945B (zh) 2019-05-13 2019-05-13 准直器件、光学膜、背光模组及显示装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111929945A true CN111929945A (zh) 2020-11-13
CN111929945B CN111929945B (zh) 2021-09-28

Family

ID=73282827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910393419.0A Active CN111929945B (zh) 2019-05-13 2019-05-13 准直器件、光学膜、背光模组及显示装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11385396B2 (zh)
CN (1) CN111929945B (zh)
WO (1) WO2020228632A1 (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6876408B2 (en) * 2000-02-14 2005-04-05 Fuji Photo Film Co., Ltd. Collimating plate, lighting apparatus and liquid crystal display apparatus
CN101067663A (zh) * 2007-06-15 2007-11-07 清华大学 一种用于led光源的透镜
CN101268387A (zh) * 2005-11-30 2008-09-17 日立麦克赛尔株式会社 背光灯用光学片、背光灯及显示装置
CN201876559U (zh) * 2010-11-30 2011-06-22 杭州中科新松光电有限公司 曲面棱锥形微透镜阵列及带有该透镜阵列的背投屏幕
US8061857B2 (en) * 2008-11-21 2011-11-22 Hong Kong Applied Science And Technology Research Institute Co. Ltd. LED light shaping device and illumination system
CN105842774A (zh) * 2016-04-22 2016-08-10 福建船政交通职业学院 一种具有调光、准直和保偏的复合光学薄膜及其背光模组
CN106526976A (zh) * 2017-01-05 2017-03-22 京东方科技集团股份有限公司 一种背光结构及显示装置
CN106764708A (zh) * 2017-02-16 2017-05-31 京东方科技集团股份有限公司 光源组件、背光模组及显示装置
CN107065307A (zh) * 2017-06-05 2017-08-18 京东方科技集团股份有限公司 一种光线准直结构、基板、背光模组和显示装置
CN107631209A (zh) * 2016-11-14 2018-01-26 佛山市中山大学研究院 一种用于补偿洗墙灯底部暗区的透镜结构
CN108845458A (zh) * 2018-07-16 2018-11-20 京东方科技集团股份有限公司 光线收敛结构和背光模组

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6129439A (en) * 1993-11-05 2000-10-10 Alliedsignal Inc. Illumination system employing an array of multi-faceted microprisms
JPH11352474A (ja) * 1998-06-08 1999-12-24 Sharp Corp 液晶表示装置用バックライト及び液晶表示装置
CN202484729U (zh) 2011-08-29 2012-10-10 魏子涵 一种反光面led照明灯
TWI487983B (zh) * 2012-05-03 2015-06-11 Univ Nat Chiao Tung 光學膜及使用光學膜之背光模組
CN105737099A (zh) 2016-04-12 2016-07-06 深圳市百康光电有限公司 一种高效率偏光装置
CN106597599A (zh) * 2017-01-17 2017-04-26 京东方科技集团股份有限公司 背光模组、显示面板及显示装置
CN209638930U (zh) 2019-03-22 2019-11-15 深圳京龙睿信科技有限公司 具有准直和匀光功能的tir透镜及装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6876408B2 (en) * 2000-02-14 2005-04-05 Fuji Photo Film Co., Ltd. Collimating plate, lighting apparatus and liquid crystal display apparatus
CN101268387A (zh) * 2005-11-30 2008-09-17 日立麦克赛尔株式会社 背光灯用光学片、背光灯及显示装置
CN101067663A (zh) * 2007-06-15 2007-11-07 清华大学 一种用于led光源的透镜
US8061857B2 (en) * 2008-11-21 2011-11-22 Hong Kong Applied Science And Technology Research Institute Co. Ltd. LED light shaping device and illumination system
CN201876559U (zh) * 2010-11-30 2011-06-22 杭州中科新松光电有限公司 曲面棱锥形微透镜阵列及带有该透镜阵列的背投屏幕
CN105842774A (zh) * 2016-04-22 2016-08-10 福建船政交通职业学院 一种具有调光、准直和保偏的复合光学薄膜及其背光模组
CN107631209A (zh) * 2016-11-14 2018-01-26 佛山市中山大学研究院 一种用于补偿洗墙灯底部暗区的透镜结构
CN106526976A (zh) * 2017-01-05 2017-03-22 京东方科技集团股份有限公司 一种背光结构及显示装置
CN106764708A (zh) * 2017-02-16 2017-05-31 京东方科技集团股份有限公司 光源组件、背光模组及显示装置
CN107065307A (zh) * 2017-06-05 2017-08-18 京东方科技集团股份有限公司 一种光线准直结构、基板、背光模组和显示装置
CN108845458A (zh) * 2018-07-16 2018-11-20 京东方科技集团股份有限公司 光线收敛结构和背光模组

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020228632A1 (zh) 2020-11-19
US20210302642A1 (en) 2021-09-30
US11385396B2 (en) 2022-07-12
CN111929945B (zh) 2021-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014143213A (ja) 発光アプリケーションのための光取り込み構造
WO2020192300A1 (zh) 光学准直组件、背光模组及显示装置
US9423553B2 (en) Backlight device
JP2008139845A (ja) 光学板
US7753543B2 (en) Prism sheet and backlight module using the same
CN103392134A (zh) 包括棱柱形层堆叠的准直器以及包括这种准直器的照明单元
JP2020504846A (ja) 水平面の視野向上のための転向フィルム及びレンズ状ディフューザを有する光制御フィルム
CN110161758A (zh) 光转换结构、背光模组及虚拟现实显示装置
CN101196583A (zh) 光学板
CN101191850A (zh) 光学板
JP2008146058A (ja) 光学板
JP2008139850A (ja) 光学板
CN111929945B (zh) 准直器件、光学膜、背光模组及显示装置
TWI818782B (zh) 多層光學膜結構及其製作方法
US7712945B2 (en) Prism sheet and backlight module using the same
CN106772726A (zh) 棱镜层
CN108562969B (zh) 高光效方形灯具
CN102072433A (zh) 背光模组及其光学板
CN101191846A (zh) 光学板
CN220828782U (zh) 带可视角矩阵的厚壁件
US11796151B2 (en) Optical film and light emitting module using the same
WO2022082730A1 (zh) 光源模组及其制备方法和显示模组
CN116068684A (zh) 一种匀光膜、一种三棱锥匀光膜及其制备方法
CN115755423A (zh) 一种约束视角的准直光学薄膜
TWI390253B (zh) 背光模組及其稜鏡片

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant