CN112882148A - 一种背光源结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种背光源结构，包括：照明组件、导光板、调光膜以及位于导光板反光面一侧的反射片。导光板具有入光面、出光面和反光面，其中，位于反光面上的第一表面微结构表面上任一点的切线与反光面的接触角不大于9°，位于入光面上的第二表面微结构表面上任一点的切线与入光面的夹角为30°～70°，位于出光面上的第三表面微结构表面上任一点的切线与入光面的夹角不大于70°。位于导光板出光面一侧的调光膜包括基材层和微结构层，微结构层设计为具有沿平行于所述入光面方向延伸并间断或连续排布的三角形棱镜条。该结构设计与传统的背光源结构相比，减少了大角度光线和出光角度，提升了背光源利用率以及背光源的亮度。

Description

一种背光源结构
技术领域
本发明涉及液晶显示背光源技术领域，尤其涉及一种背光源结构。
背景技术
背光源是应用在显示和照明领域的重要组件，起到形成均匀面光源的作用。传统的背光源结构通常是在导光板的表面增加网点或沟槽等结构破坏光的波导传播，对导光板出射的光线经过扩散膜进行扩散，然后经过增亮膜将光线收缩。传统背光源最终的出射光线角度通常在垂直于出光面±35°内。传统背光源由于扩散片的扩散作用出光角度较大，在正视方向亮度受到限制。
另外，在某些特殊行业，如：在网络上进行购物或者账户交易等操作，在进行上述操作过程中，操作者经常需要在电脑、手机、自动柜员机、自动取票机等显示设备上输入个人信息，从而很容易造成个人信息的泄露，需要特殊的显示装置，力求保证操作者的个人信息安全，尤其机密的信息更需要传给特定的人员，这就需要传递信息的显示设备具有防偷窥性能，需要背光源具有小的出光范围。因此，基于提升背光源亮度、减小出光角度等要求，需要一种可实现的背光源结构设计方案。
发明内容
本申请主要解决了背光源结构设计出光角度较大、正视方向亮度受到限制等问题，提供了一种背光源结构。
为实现上述目的，本申请提供了一种背光源结构，所述背光源结构包括：照明组件；导光板，所述导光板具有入光面、出光面和反光面，所述入光面与所述出光面垂直并相邻，所述入光面位于靠近所述照明组件的一侧，所述反光面与所述出光面位置相对设置，所述反光面上设置为具有第一表面微结构，所述第一表面微结构的表面上任一点的切线与所述反光面的接触角不大于9°，所述入光面设置为具有第二表面微结构，所述第二表面微结构的表面上任一点的切线与所述入光面的夹角为30°～70°，所述出光面设置为具有第三表面微结构，所述第三表面微结构的表面上任一点的切线与所述入光面的夹角不大于70°，所述导光板的光线出光角度在65°～90°之间；调光膜，所述调光膜位于所述导光板的所述出光面一侧，所述调光膜包括基材层和微结构层，所述微结构层为具有沿平行于所述入光面方向延伸并间断或连续排布的三角形棱镜条；反射片，所述反射片位于所述导光板的所述反光面一侧。
作为本申请的进一步改进，所述第一表面微结构为多个凸型或凹型的网点微结构。
作为本申请的进一步改进，所述网点微结构为棱锥结构、棱台结构或弧面结构。
作为本申请的进一步改进，所述弧面结构为部分球面、椭球面或椭圆抛物面中的一种，所述弧面结构在所述反光面上的投影为圆形或椭圆形。
作为本申请的进一步改进，所述第二表面微结构和/或所述第三表面微结构为外凸或内凹的条状结构。
作为本申请的进一步改进，所述条状结构的表面上任一点的切线与所述入光面或所述出光面的角度为30°～70°。
作为本申请的进一步改进，所述条状结构为棱镜条、圆柱条或梯形条中的一种或多种。
作为本申请的进一步改进，相邻所述条状结构之间的间距为30μm～140μm。
作为本申请的进一步改进，所述三角形棱镜条位于背离所述导光板出光面的一侧，靠近所述入光面一侧的三角形棱镜条的底角A为86°～90°，远离所述入光面一侧的三角形棱镜条的底角B为66°～74°，所述三角形棱镜条的底部宽度L为6μm～25μm。
作为本申请的进一步改进，所述三角形棱镜条位于靠近所述导光板出光面的一侧，靠近所述入光面一侧的三角形棱镜条的底角C为30°～80°，远离所述入光面一侧的三角形棱镜条的底角D为30°～80°，所述三角形棱镜条的底部宽度P为5μm～35μm。
作为本申请的进一步改进，所述微结构层由折射率在1.45～1.7之间的树脂材料制备而成。
作为本申请的进一步改进，还包括固定到所述调光膜背离所述导光板一侧的掺杂散射粒子的改善层。
作为本申请的进一步改进，所述散射粒子分布在靠近所述入光面的所述改善层的热斑区M中。
作为本申请的进一步改进，所述散射粒子分布整个所述改善层中，且从靠近所述入光面的一侧到背离所述入光面的一侧所述散射粒子在所述改善层中的分布密度逐渐降低。
作为本申请的进一步改进，在所述调光膜背离所述导光板一侧还设有调光元件。
作为本申请的进一步改进，所述调光元件包括基础材料和掺杂材料，所述掺杂材料通电时在所述基础材料内转动。
作为本申请的进一步改进，所述基材材料的折射率n1与所述掺杂材料的折射率n2之间的折射率差值为0.3～3之间。
作为本申请的进一步改进，所述掺杂材料由棒状分子组成。
作为本申请的进一步改进，所述棒状分子的宽度在50nm～1000nm之间，所述棒状分子的长度在500nm～50um之间。
本申请的有益效果在于，本申请设计的背光源结构与传统的背光源结构相比，不仅减少了大角度光线，提升了背光源利用率，而且还使出光角度变小，提升了背光源的亮度；此外，本申请设计的背光源结构还避免了照明组件在入光面造成的热斑或亮暗不均的光学不良问题。
附图说明
图1为一实施例背光源结构的立体结构示意图；
图2为一实施例背光源结构的主视图；
图3为导光板结构的主视图；
图4为导光板结构的俯视图；
图5为导光板结构的左视图；
图6为第二表面微结构和/或第三表面微结构中条状结构类型图；
图7为第二表现微结构和/或第三表面微结构中条状结构角度示意图；
图8为一实施例调光膜结构主视图；
图9为一实施例调光膜结构光线矫正示意图；
图10为另一实施例调光膜结构主视图；
图11为另一实施例调光膜结构光线矫正示意图；
图12为复合调光膜结构示意图；
图13为复合调光膜中一实施例改善层掺杂粒子分布；
图14为复合调光膜中另一实施例改善层掺杂粒子分布；
图15为另一实施例背光源结构的主视图；
图16为调光元件结构示意图；
图17为宽视角下调光元件中掺杂材料分子状态的俯视图；
图18为窄视角下调光元件中掺杂材料分子状态的俯视图；
图中：1、照明组件；2、反射片；3、导光板；4、调光膜；5、调光元件；31、第一表面微结构；32、第二表面微结构；33、第三表面微结构；41、基材层；42、微结构层；43、改善层；51、基础材料；52、掺杂材料。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，不用来限制本发明的范围。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
针对现有技术中背光源结构设计出光角度较大、正视方向亮度受到限制等问题，本申请实施例提供了一种背光源结构，所述背光源结构包括照明组件1、导光板3、调光膜4以及位于所述导光板3的反光面一侧的反射片2。其中：所述照明组件1进一步优选为LED光源；所述导光板3具有入光面、出光面和反光面，所述入光面与所述出光面垂直并相邻，所述入光面位于靠近所述照明组件1的一侧，所述反光面与所述出光面位置相对设置，所述反光面上设置为具有第一表面微结构31，所述第一表面微结构31的表面上任一点的切线与所述反光面的接触角不大于9°，所述入光面设置为具有第二表面微结构32，所述第二表面微结构32的表面上任一点的切线与所述入光面的夹角为30°～70°，所述出光面设置为具有第三表面微结构33，所述第三表面微结构33的表面上任一点的切线与所述入光面的夹角不大于70°，上述导光板的结构设计使所述导光板3的光线出光角度在65°～90°之间；所述调光膜4位于所述导光板3的出光面一侧，所述调光膜4包括基材层41和微结构层42，所述微结构层42为具有沿平行于所述入光面方向延伸并间断排布的三角形棱镜条。
本申请中，作为优选的实施方案，所述三角形棱镜条的剖面结构为等腰三角形或非等腰三角形，所述调光膜4的作用主要是对从导光板3的出光进行矫正，所述微结构层42由折射率在1.45～1.7之间的树脂材料制备而成。由上述结构设计的导光板3和调光膜4制备而成的背光源结构，使从背光源结构出来的光线角度矫正到垂直于出光面±15°范围内，同时减小大角度光线，将更多的光线聚拢在小的出光范围内，提升背光源正视亮度。
本申请中，作为优选的实施方案，所述第一表面微结构31为多个凸型或凹型的网点微结构。作为进一步优选的实施方案，所述网点微结构为棱锥结构、棱台结构或弧面结构。作为更进一步优选的实施方案，所述弧面结构为部分球面、椭球面或椭圆抛物面中的一种，所述弧面结构在所述反光面上的投影为圆形或椭圆形。
本申请中，作为优选的实施方案，所述第二表面微结构32和/或所述第三表面微结构33为外凸或内凹的条状结构。作为进一步优选的实施方案，所述条状结构的表面上任一点的切线与所述入光面或所述出光面的角度为30°～70°。作为更进一步优选的实施方案，所述条状结构为棱镜条、圆柱条或梯形条中的一种或多种。优选的，相邻所述条状结构之间的间距为30μm～140μm。
本申请中，作为优选的实施方案，所述三角形棱镜条位于背离所述导光板3出光面的一侧，靠近所述入光面一侧的三角形棱镜条的底角A为86°～90°，远离所述入光面一侧的三角形棱镜条的底角B为66°～74°，所述三角形棱镜条的底部宽度L为6μm～25μm；所述三角形棱镜条位于靠近所述导光板3出光面的一侧，靠近所述入光面一侧的三角形棱镜条的底角C为30°～80°，远离所述入光面一侧的三角形棱镜条的底角D为30°～80°，所述三角形棱镜条的底部宽度P为5μm～35μm。
本申请中，作为优选的实施方案，还包括固定到所述调光膜4背离所述导光板3一侧的掺杂散射粒子的改善层43。作为进一步优选的实施方案，所述散射粒子分布在靠近所述入光面的所述改善层43的热斑区M中；所述散射粒子分布整个所述改善层43中，且从靠近所述入光面的一侧到背离所述入光面的一侧所述散射粒子在所述改善层43中的分布密度逐渐降低。
本申请中，作为优选的实施方案，在所述调光膜4背离所述导光板3一侧还设有调光元件5。所述调光元件5的主要用途是对通过所述调光膜4±15°的出光进行二次处理，在提高亮度的同时，增加对可视角度范围的调整。所述调光元件5包括基础材料51和掺杂材料52，所述掺杂材料52通电时在所述基础材料51内转动。作为进一步优选的实施方案，所述基材材料的折射率n1与所述掺杂材料52的折射率n2之间的折射率差值为0.3～3之间。优选的，所述掺杂材料52由棒状分子组成，所述棒状分子的长度是宽度的至少10倍。进一步优选的，所述棒状分子的宽度在50nm～1000nm之间，所述棒状分子的长度在500nm～50um之间。
下面结合附图对本申请具体实施方式的背光源结构做详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种背光源结构，如图1和图2所示，背光源结构由LED光源组件、底部反射片2、导光板3和调光膜4；底部反射片2将射向底部的光线反射回导光板3内，提高光线利用率；导光板3可以将波导传播的光线形成均匀的面光源；调光膜4对导光板3的出射光线进行矫正。
本实施例中，导光板3的结构如图3所示，所述导光板3具有反光面、入光面、出光面；所述反光面上通过撞点、精密加工等工艺形成第一表面微结构31；所述第一表面微结构31可以是但不仅仅限于凹形或凸性的棱锥、弧型等结构；其主要特征在于所述第一表面微结构31上的每一点的切线同水平方向的角度小于9°。
本实施例中，在靠近LED光源一侧的导光板3的入光面上设有第二表面微结构32，所述第二表面微结构32的排布如图4和图5所示。第二表面微结构32为外凸或内凹的条状结构，可以是但不仅仅限于棱镜条、圆柱条、梯形条等结构，如图6所示。本实施例中，第二表面微结构32的条状结构的延伸方向为图5中Y方向排列，第二表面微结构32的条状结构的排布方向为图4中的Z方向；第二表面微结构32中相邻条状结构之间间距为30um～140um，也可设置相邻条状结构之间紧挨排列；第二表面微结构32上的任意条状结构上的任意一点的切线与水平面的角度β为30°～70°，角度标识示意如图7所示。
本实施例中，在导光板3出光面上还设有第三表面微结构33，第三表面微结构33的排布如图4和图5所示，所述第三表面微结构33可以为外凸或内凹的条状结构，所述条状结构可以是但不仅仅限于棱镜条、圆柱条等，如图6所示。本实施例中第三表面微结构33的条状结构的延伸方向为图4中X方向排列，第三表面微结构33的条状结构的排布方向为图5中的Z方向；第三表面微结构33中相邻条状结构之间间距为30um～140um，也可设置相邻条状结构之间紧挨排列；第三表面微结构33上的任意条状结构上的任意一点的切线与水平面的角度不大于70°，本实施例中，第三表面微结构33上的任意条状结构上的任意一点的切线与水平面的角度为30°～70°，该角度例如可以是随着微结构表面连续变化的，也可以是单一固定角度，或者是间断变化或无规则变化的情况，不在赘述，角度标识示意如图7所示。
本实施例中，通过在导光板3上设置第一表面微结构31、第二表面微结构32、第三表面微结构33，使从LED发射出的光线经过导光板3后形成65°～90°的窄角度出光范围。
本实施例中，还在导光板3上方设有调光膜4，所述调光膜4的作用主要是对导光板3出光进行矫正。所述调光膜4包括基材层41和微结构层42，如图8和图10所示，所述微结构层42为三角形的棱镜条排布，所述三角形的延伸方向为Z方向，排布方向为X方向，所述微结构层42是由折射率在1.45～1.7之间的树脂材料制备而成的。图8为调光膜4的一个实施例结构示意图，所述微结构层42为非等腰三角形的棱镜条排布，其微结构层42的剖面结构如图9所示，在靠近导光板3入光侧棱镜条的底角A为86°～90°，在远离入光面侧棱镜条的底角B为66°～74°，所述非等腰三角形的底部宽度L为6um～25um。图10为调光膜4的另一个实施例结构示意图，所述微结构层42为等腰三角形或非等腰三角形的棱镜条排布，其微结构层42的剖面结构如图11所示，在靠近导光板3入光侧棱镜条的底角C为30°～80°，在远离入光面侧棱镜条的底角D为30°～80°，棱镜条结构底部宽度P为5um～35um。由基材层41和微结构层42组成的调光膜4可以减小大角度光线，将导光板3的光线出光角度矫正到垂直于出光面±15°范围内，提升背光源正视亮度，其光线矫正示原理结构如图9和图11所示。
本实施例中，还在调光膜4上方设有改善层43，如图12所示。在改善层43中通过掺杂散射粒子对热斑区M的出光进行均化。掺杂例子分布如图13和图14所示，图13中掺杂粒子仅分布在靠近入光侧的热斑区M中，图14中掺杂粒子在X方向密度成变化趋势，靠近入光侧粒子密度较大，远离入光侧粒子密度较小。由调光膜4、改善层43组成的复合调光膜4可以有效改善入光侧常见的热斑问题。
实施例2
本实施例中的背光源结构的基础设计如实施例1所述，本实施例仅在实施例1的基础上进行了改进，即在调光膜4的上方还设有调光元件5，如图15所示。所述调光元件5的结构如图16所示，所述调光元件5包括基础材料51、掺杂材料52。其中，所述掺杂材料52由棒状分子组成，其分子宽度在50nm～1000nm之间，分子长度在500nm～50um之间，分子长度是分子宽度的3倍-50倍，优选地，分子长度是分子宽度的至少10倍以上。基础材料51折射率n1和掺杂材料52折射率n2的折射率差值0.3～3之间。掺杂材料52在电压下，可以在基础材料51内进行转动。在相同的掺杂密度下，当掺杂分子分别处于图17的状态1、图18的状态2下时，其对光线的作用效果不同，因而形成对调光膜4的出射光线不同的调光效果，形成不同的出光视角。因此，在不同电压的作用下，光学元件5对出光形成宽视角、窄视角的调节，其中：图17为宽视角下调光元件5中掺杂材料分子状态的俯视图，图18为窄视角下调光元件5中掺杂材料分子状态的俯视图，调节效果强弱可通过电压进行控制。
综上所述，本申请通过设计了一款背光源结构，与传统的背光源结构相比，导光板3上的网点结构无光线的强散射，因此在垂直出光面方向无网点结构相关的亮斑或可视性不良，该亮斑或可视性不良在传统导光板3中是可见的。此外，还减小了背光源结构的出光角度，起到提升亮度和防窥效果；降低了产品功耗。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种背光源结构，其特征在于，所述背光源结构包括：照明组件；
导光板，所述导光板具有入光面、出光面和反光面，所述入光面与所述出光面垂直并相邻，所述入光面位于靠近所述照明组件的一侧，所述反光面与所述出光面位置相对设置，所述反光面上设置为具有第一表面微结构，所述第一表面微结构的表面上任一点的切线与所述反光面的接触角不大于9°，所述入光面设置为具有第二表面微结构，所述第二表面微结构的表面上任一点的切线与所述入光面的夹角为30°～70°，所述出光面设置为具有第三表面微结构，所述第三表面微结构的表面上任一点的切线与所述入光面的夹角不大于70°，所述导光板的光线出光角度在65°～90°之间；
调光膜，所述调光膜位于所述导光板的所述出光面一侧，所述调光膜包括基材层和微结构层，所述微结构层为具有沿平行于所述入光面方向延伸并间断或连续排布的三角形棱镜条；
反射片，所述反射片位于所述导光板的所述反光面一侧。
2.如权利要求1所述的背光源结构，其特征在于，所述第一表面微结构为多个凸型或凹型的网点微结构。
3.如权利要求2所述的背光源结构，其特征在于，所述网点微结构为棱锥结构、棱台结构或弧面结构。
4.如权利要求3所述的背光源结构，其特征在于，所述弧面结构为部分球面、椭球面或椭圆抛物面中的一种，所述弧面结构在所述反光面上的投影为圆形或椭圆形。
5.如权利要求1所述的背光源结构，其特征在于，所述第二表面微结构和/或所述第三表面微结构为外凸或内凹的条状结构。
6.如权利要求5所述的背光源结构，其特征在于，所述条状结构的表面上任一点的切线与所述入光面或所述出光面的角度为30°～70°。
7.如权利要求5所述的背光源结构，其特征在于，所述条状结构为棱镜条、圆柱条或梯形条中的一种或多种。
8.如权利要求5所述的背光源结构，其特征在于，相邻所述条状结构之间的间距为30μm～140μm。
9.如权利要求1所述的背光源结构，其特征在于，所述三角形棱镜条位于背离所述导光板出光面的一侧，靠近所述入光面一侧的三角形棱镜条的底角A为86°～90°，远离所述入光面一侧的三角形棱镜条的底角B为66°～74°，所述三角形棱镜条的底部宽度L为6μm～25μm。
10.如权利要求1所述的背光源结构，其特征在于，所述三角形棱镜条位于靠近所述导光板出光面的一侧，靠近所述入光面一侧的三角形棱镜条的底角C为30°～80°，远离所述入光面一侧的三角形棱镜条的底角D为30°～80°，所述三角形棱镜条的底部宽度P为5μm～35μm。
11.如权利要求1所述的背光源结构，其特征在于，所述微结构层由折射率在1.45～1.7之间的树脂材料制备而成。
12.如权利要求1所述的背光源结构，其特征在于，还包括固定到所述调光膜背离所述导光板一侧的掺杂散射粒子的改善层。
13.如权利要求12所述的背光源结构，其特征在于，所述散射粒子分布在靠近所述入光面的所述改善层的热斑区M中。
14.如权利要求12所述的背光源结构，其特征在于，所述散射粒子分布整个所述改善层中，且从靠近所述入光面的一侧到背离所述入光面的一侧所述散射粒子在所述改善层中的分布密度逐渐降低。
15.如权利要求1所述的背光源结构，其特征在于，在所述调光膜背离所述导光板一侧还设有调光元件。
16.如权利要求15所述的背光源结构，其特征在于，所述调光元件包括基础材料和掺杂材料，所述掺杂材料通电时在所述基础材料内转动。
17.如权利要求16所述的背光源结构，其特征在于，所述基材材料的折射率n1与所述掺杂材料的折射率n2之间的折射率差值为0.05～2.5之间。
18.如权利要求16所述的背光源结构，其特征在于，所述掺杂材料由细长型的棒状分子组成。
19.如权利要求18所述的背光源结构，其特征在于，所述棒状分子的宽度在50nm～1000nm之间，所述棒状分子的长度在500nm～50um之间。
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