CN113805267A - 一种导光板及背光源结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导光板，其具有入光面、出光面和反射面，入光面与出光面垂直并相邻，入光面位于靠近光源的一侧，反射面与出光面位置相对设置，反射面和出光面至少其一上具有多个凸型或凹型的网点微结构，网点微结构的表面上任一点的切线与反射面的接触角不大于7°。本发明还公开了包括上述导光板的背光源结构，背光源结构还包括光源；光线矫正膜，光线矫正膜位于导光板的出光面一侧，光线矫正膜背离导光板的一侧具有沿平行于入光面方向延伸并间断排布的多个微棱镜结构；反射片，反射片位于导光板的反射面一侧。本发明的导光板及背光源结构，有效提高光线利用率，增加正视方向显示亮度，降低背光模组厚度和成本。

Description

一种导光板及背光源结构
技术领域
本发明涉及液晶显示背光源技术领域，特别涉及一种导光板及背光源结构。
背景技术
目前，背光源的主要作用是将LED排布的线光源形成均匀的面光源，其中的光学组件包括导光板和将导光板出射光线进行调整矫正的多种光学元件。在传统的背光源结构中，通常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（例如导光板表面的圆形外凸型、圆形内凹型、V型槽等），导光板出射的光线之后经过扩散膜进行再调整，这时横/纵向的出光角度会变大，最后经过两层增亮膜，将光线进行收缩，最终的出射光线角度控制在70°范围内。但现有的背光源存在以下方面的缺点：现有背光源结构中，导光板的光线经扩散片、增亮膜后出光角度较大，大视角损失光线占比较多，光线利用率低，造成正视亮度不足。另一方面，现有背光的出光角度不利于用户隐私的保护，对于亮度要求高以及有防窥要求的产品，具有小角度出光范围的背光更加符合要求，而现有的防窥手段是通过增加光学元件的方式过滤掉大视角的光线，而这种方法是以牺牲背光亮度为代价。传统的背光源结构主要由光源、导光板、扩散片、下增亮膜、上增亮膜等构成，光学元件多，成本较高，另外，现有的背光源结构，面对不同的出光分布要求，缺少光线调整的灵活性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的以上技术问题，提出一种导光板及背光源结构，有效提高光线利用率，增加正视方向显示亮度，降低背光模组厚度和成本。
本发明采用以下技术方案：
一种导光板，所述导光板具有入光面、出光面和反射面，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光源的一侧，所述反射面与所述出光面位置相对设置，所述反射面和所述出光面至少其一上具有多个凸型或凹型的网点微结构，所述网点微结构的表面上任一点的切线与所述反射面的接触角不大于7°。
优选地，所述网点微结构为棱锥结构、棱台结构或弧面结构。
优选地，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射面上的投影为圆形或椭圆形。
优选地，所述圆形的直径或所述椭圆形的长轴的尺寸不大于130微米。
另一方面，提供一种背光源结构，其包括上述任一项所述的导光板，所述背光源结构还包括：光源；光线矫正膜，所述光线矫正膜位于所述导光板的所述出光面一侧，所述光线矫正膜背离所述导光板的一侧具有沿平行于所述入光面方向延伸并间断排布的多个微棱镜结构；反射片，所述反射片位于所述导光板的所述反射面一侧。
优选地，所述微棱镜结构沿垂直于入光面方向的剖面为三角形，所述微棱镜结构沿平行于入光面方向的剖面为梯形。
优选地，所述三角形为等腰三角形，所述梯形为等腰梯形，所述等腰三角形和所述等腰梯形的底角在65°-77°范围内。
优选地，所述等腰梯形的底边长度在100-500微米之间。
优选地，所述三角形的顶角为弧形倒角，所述弧形倒角的曲率半径小于5微米，所述三角形的底边长度为18-40微米。
优选地，所述多个微棱镜结构沿垂直于入光面方向相邻并平行地重复排列。
优选地，还包括位于所述光线矫正膜背离所述导光板一侧的扩散片。
本发明的导光板及背光源结构，有效提高光线利用率，增加正视方向显示亮度，降低背光模组厚度和成本。
附图说明
通过参照本发明的实施方案的图示说明可以更好地理解本发明，在附图中：
图1是本发明第一实施例的导光板及背光源结构的剖面结构示意图；
图2是本发明第一实施例的背光源结构中的导光板反射面具有棱锥结构的网点微结构示意图；
图3是本发明第一实施例中棱锥结构的网点微结构可能的剖面结构示意图；
图4是本发明第一实施例中光线矫正膜沿垂直于入光面方向的剖面结构示意图；
图5是本发明第一实施例中光线矫正膜沿平行于入光面方向的剖面结构示意图；
图6是本发明第一实施例中微棱镜结构沿垂直于入光面方向的剖面结构示意图；
图7是本发明第一实施例中微棱镜结构沿垂直于入光面方向的另一剖面结构示意图；
图8是本发明第一实施例中微棱镜结构沿平行于入光面方向的剖面结构示意图；
图9是本发明第二实施例的背光源结构的剖面结构示意图；
图10是本发明第二实施例的背光源结构中的导光板反射面具有弧面结构的网点微结构示意图；
图11是本发明第二实施例中弧面结构的网点微结构的剖面结构示意图；
图12是本发明第三实施例的背光源结构的剖面结构示意图；
图13是本发明第四实施例的背光源结构的剖面结构示意图；
图14是本发明第五实施例的背光源结构的剖面结构示意图；
图15是本发明第五实施例的背光源结构的出光角度示意图；
图16是本发明第一实施例的垂直视场角度与传统背光源结构对比图；
图17是本发明第一实施例的水平视场角度与传统背光源结构对比图；
图18是本发明可根据不同需求场景实现不同可视方向角度设置示意图。
具体实施方式
在以下的描述中，为了达到解释说明的目的以对本发明有一个全面的认识，阐述了大量的具体细节，然而，很明显的，对本领域技术人员而言，无需这些具体细节也可以实现本发明。本发明所列举的说明性的示例实施方案仅为了说明，并不对本发明造成限制。因此，本发明的保护范围并不受具体实施方案所限，仅以所附的权利要求书的范围为准。
下面结合附图对本发明具体实施方式的背光源结构做详细描述。
第一实施例：
图1是本发明第一实施例的导光板及背光源结构的剖面结构示意图，如图1所示，本实施例的背光源结构包括：光源10、导光板20、光线矫正膜30和反射片50，本实施例的导光板20具有入光面21、出光面22和反射面23，入光面21与出光面22垂直并相邻，入光面21位于靠近光源10的一侧，反射面23与出光面22位置相对设置，本实施例中，反射面23上具有多个凸型或凹型的网点微结构24。本实施例中，以凹型（凹入导光板20本体内）的网点微结构为例，本实施例中，如图1所示，网点微结构24为凹型的棱锥结构。光线矫正膜30位于导光板20的出光面22一侧，光线矫正膜30背离导光板20的一侧具有多个沿平行于入光面21方向延伸并间断排布的微棱镜结构32，微棱镜结构32沿垂直于入光面方向的剖面为三角形或顶角为弧形的三角形，微棱镜结构32沿平行于入光面方向的剖面为梯形，梯形的上底长即为间断排布的微棱镜结构32的顶部的长，梯形的下底长即为间断排布的微棱镜结构32的底部的长，多个梯形之间的缝隙即为微棱镜结构32的间断部分。本实施例的背光源结构还包括反射片50，反射片50位于导光板20的反射面一侧，用于反射从导光板20入射到反射片50上的光线，对这部分光线重新利用以提高背光源模组的光利用率。
图2是本发明第一实施例的背光源结构中的导光板反射面具有棱锥结构的网点微结构示意图，但并不限于此，本实施例中，网点微结构还可以是棱台结构。如图2所示，本实施例中，具有棱锥结构的网点微结构24为凹入导光板20本体内的凹型网点。图3是本发明第一实施例中棱锥结构的网点微结构可能的剖面结构示意图，如图3所示，本实施例中，网点微结构24的剖面为三角形，但不限于此，网点微结构24若采用类棱锥结构，例如棱锥的顶点为弧面，则网点微结构24的剖面为顶角为弧形倒角的三角形。本实施例中，网点微结构24还可以是棱台结构，此时网点微结构24的剖面为梯形，网点微结构24还可以是多个棱台叠加的结构，此时网点微结构的剖面为角度阶梯变化的多边形等形状。本发明中，网点微结构24所限定的棱锥结构或棱台结构包括棱锥结构或棱台结构的适当变形，例如棱锥或棱台的棱还可以为弧形形状等变形，不再赘述。本发明中，网点微结构的表面上任一点的切线与反射面的接触角不大于7°，本发明中，对于网点微结构24的剖面为棱锥或棱台的结构而言，此时网点微结构的表面上任一点的切线与反射面的接触角指的是棱锥或棱台的棱面与反射面之间的锐角夹角，针对本实施例，具体地，只要棱锥或棱台结构的每个棱面与反射面23的夹角α均不大于7°即可，若是由多个棱台叠加组成，则每个棱面与反射面的夹角均不大于7°，从而使得本发明中具有该网点微结构24的导光板20的出光角度在60°-90°之间即可。本发明中，网点微结构24沿着远离光源10的方向排布由疏到密，使得整体背光源结构中从靠近光源10一侧到远离光源10一侧的出射光线在整个出光面上更均匀。
图4是本发明第一实施例中光线矫正膜沿垂直于入光面方向的剖面结构示意图，图5是本发明第一实施例中光线矫正膜沿平行于入光面方向的剖面结构示意图，结合图4和图5所示，本实施例中，光线矫正膜30例如包括基材31和形成于基材31上的微棱镜结构32，基材31可以与微棱镜结构32采用相同的材料或不同材料。优选地，微棱镜结构32的折射率在1.55-1.70之间。图6是本发明第一实施例中微棱镜结构沿垂直于入光面方向的剖面结构示意图，图7是本发明第一实施例中微棱镜结构沿垂直于入光面方向的另一剖面结构示意图，本实施例中，微棱镜结构沿垂直于入光面方向的剖面为三角形，如图6所示。优选地，剖面为等腰三角形，等腰三角形的底角β（即图6中横向倾斜面321与三角形底面之间的夹角）在65°-77°范围内。如图7所示，微棱镜结构沿垂直于入光面方向的剖面也可以是顶角为弧形倒角的三角形，优选地，弧形倒角的曲率半径小于5微米。图7中，顶角为弧形倒角的三角形的底角β（即图7中横向倾斜面321与顶角为弧形倒角的三角形底面之间的夹角）在65°-77°范围内，三角形或顶角为弧形倒角的三角形的底边长度在18-40微米范围内。
本实施例中，多个微棱镜结构32沿着垂直于入光面21的方向相邻并平行地重复排列，对所有从导光板20进入光线矫正膜的光线进行横向矫正，使得横向出光角度矫正到垂直于出光面±15°范围内出射，同时，对进入光线矫正膜的光线进行纵向矫正，使得纵向出光角度矫正到垂直于出光面±20°范围内出射，采用本实施例背光源结构的液晶显示器件具有较佳的防窥效果。
图8是本发明第一实施例中微棱镜结构沿平行于入光面方向的剖面结构示意图；如图8所示，本实施例中，微棱镜结构32沿平行于入光面21方向延伸并间断排布，微棱镜结构32沿平行于入光面方向的剖面为梯形，优选地，该梯形为等腰梯形，梯形的底角γ（即纵向倾斜面322与梯形下底之间的夹角）在65°-77°范围内，梯形的底边长度在100-500微米之间。本实施例中，可以根据不同纵向出光角度的要求对梯形的上底和下底的长度以及梯形的底角γ做相应调整设置，即可以根据需要设置间断排布的微棱镜结构32设置间断之间的距离和调整纵向倾斜面322与梯形下底之间的夹角，以满足对纵向出光角度进行调整。本实施例中，相互间隔的多个棱镜段长度可以相同，也可以是长度在100-500微米范围内随机分布，梯形的底角γ和底角β可以角度相同，也可以为不同角度，
本发明中，通过设置在背离导光板20的一侧的光线矫正膜30，光线矫正膜30具有多个沿平行于入光面21方向延伸并间断排布的微棱镜结构32，达到同时对横向和纵向出光角度的调节，具体调节原理满足几何光学原理，不再赘述。
本实施例中，优选地，光源10为LED灯条，但不限于此，也可以采用其他光源。网点微结构24还可以为从导光板20本体向外凸出的凸型网点，不再赘述。
第二实施例：
本实施例与第一实施例相同之处不再赘述，其不同之处在于，本实施例中，网点微结构24为凹型的弧面结构。
图9是本发明第二实施例的背光源结构的剖面结构示意图，如图9所示，本实施例中，网点微结构24为凹型（凹入导光板20本体内）的弧面结构。图10是本发明第二实施例的背光源结构中的导光板反射面具有弧面结构的网点微结构示意图，本实施例中，网点微结构24同样沿着远离光源10的方向排布由疏到密，使得整体背光源结构中从靠近光源10一侧到远离光源10一侧的出射光线在整个出光面上更均匀。
图11是本发明第二实施例中弧面结构的网点微结构的剖面结构示意图，如图11所示，本发明中，网点微结构的表面上任一点的切线与反射面的接触角不大于7°，本实施例中，接触角指的是弧面结构上任一点的切线与反射面的夹角，本实施例中弧面结构上任一点的切线与反射面的夹角θ均不大于7°，使得本发明中具有该网点微结构24的导光板20的出光角度在60°-90°之间，出射光线之后经过光线矫正膜30后，出光角度矫正到垂直于出光面±15°范围内出射，采用本实施例背光源结构的液晶显示器件具有较佳的防窥效果。
本发明中，弧面结构可以为部分球面、椭球面或椭圆抛物面中的一种，弧面结构在反射面上的投影为圆形或椭圆形，圆形的直径或椭圆形的长轴的尺寸不大于130微米。本实施例中如图11所示，弧面结构为部分球面结构，弧面结构上任一点的切线与反射面的夹角θ均不大于7°，弧面结构在反射面上的投影为圆形并且圆形的直径R的尺寸不大于130微米。
本实施例中，如图11所示，弧形结构上任意点的坐标需满足以下方程：
Ax2+By2=z
其中，0≤z≤6.5；0≤A≤6.2×10-3；0≤B≤6.2×10-3；
本实施例中，光线矫正膜30的结构与第一实施例相同，不再赘述。
第三实施例：
本实施例与第一实施例相同之处不再赘述，其不同之处在于，本实施例中，出光面22和反射面23上均分布有棱锥结构的网点微结构24，网点微结构24同样为凹型（凹入导光板20本体内）的网点微结构。
图12是本发明第三实施例的背光源结构的剖面结构示意图，如图12所示，本实施例中，光线A为光源10出射的经导光板20的反射面上的网点微结构24作用下的出射光线光路图，光线B为光源10出射的经导光板20的出光面上的网点微结构24作用下的出射光线光路图，本实施例中，光线A和光线B从导光板20的出光面22出射后，出光角度在60°-90°之间，出射光线之后经过光线矫正膜30后，出光角度矫正到垂直于出光面±15°范围内出射，采用本实施例背光源结构的液晶显示器件具有较佳的防窥效果，正视方向亮度大幅提升。
本实施例中，网点微结构24还可以为从导光板20本体向外凸出的凸型网点，不再赘述。
第四实施例：
本实施例与第二实施例相同之处不再赘述，其不同之处在于，本实施例中，出光面22和反射面23上均分布有弧形结构的网点微结构24，网点微结构24同样为凹型（凹入导光板20本体内）的网点微结构。
图13是本发明第四实施例的背光源结构的剖面结构示意图，如图13所示，本实施例中，光线从导光板20的出光面22出射后，出光角度在60°-90°之间，出射光线之后经过光线矫正膜30后，出光角度矫正到垂直于出光面±15°范围内出射，采用本实施例背光源结构的液晶显示器件具有较佳的防窥效果，正视方向亮度大幅提升。
本实施例中，网点微结构24还可以为从导光板20本体向外凸出的凸型网点，不再赘述。
第五实施例：
本实施例与第一实施例相同之处不再赘述，其不同之处在于，本实施例中，还包括位于光线矫正膜30背离导光板20一侧的扩散片40。
图14是本发明第五实施例的背光源结构的剖面结构示意图，如图14所示，本实施例的背光源结构中，进一步在光线矫正膜30的外侧设置扩散片40，对背光源结构的出射光进一步调整。
图15是本发明第五实施例的背光源结构的出光角度示意图，如图15所示，本实施例中，由于出射光线经过光线矫正膜30后，出光角度矫正到垂直于出光面±15°范围内出射，出射光角度相对集中在该角度范围内，扩散片40是具有一定光线扩散作用的膜片，通过扩散片40可以对从光线矫正膜30出射的光线进行二次调整，起到提高亮度均一性和对出光方向调整的作用，以满足具有不同视角要求的显示器件方面的应用。由于传统的背光源结构在扩散片之后光束的角度范围较大，对光线可以调整的程度有限，难度也较大，而本发明的背光源结构则可以根据需要对出射光角度进一步灵活而简易地进行调控。
本发明中，扩散片40同时还可以应用于第二至第四实施例的结构中，起到大致相同的技术效果，不再赘述。
本发明中，通过在导光板的反射面上设置具有特定结构和角度分布的网点微结构，并设置具有特定结构的光线矫正膜，使得从导光板出射具有一定角度的光进入光线矫正膜后将出射光线矫正到所需要的方向上，采用本发明背光源结构的显示器件可以实现具有特定方向可视的功能。图16是本发明第一实施例的垂直视场角度与传统背光源结构对比图，图17是本发明第一实施例的水平视场角度与传统背光源结构对比图，由图16和图17可以看出，本发明的背光源结构在垂直视场和水平视场均大幅提高正向出光强度（大约为传统背光源结构正向出光强度的两倍），本发明的背光源结构的垂直视场主要集中在±15°范围内，水平视场主要集中在±20°范围内，采用本发明背光源结构的液晶显示器件具有较佳的防窥效果。
图18是本发明可根据不同需求场景实现不同可视方向角度设置示意图，本发明的背光源结构，可以根据需要设定具有不同视角方向最大光强出射的可视效果，如图18所示，举例性地设置几种角度的最大光强出射角度分布：与出光面的垂直方向夹角分别为0°、18°、26°、48°，图16仅是几个角度的举例，本发明不限于这几种举例的角度，可以根据不同角度的需要或不同使用场景对本发明中的微棱镜结构的底角进行相应设置，不再赘述。
本发明中导光板的反射面上的网点微结构可以例如采用撞点或精密加工工艺形成，网点微结构可以是凹型网点结构或凸型网点结构。本发明的背光源结构，可以有效提高光线利用率，增加正视方向显示亮度，相比传统背光源结构，减少了光学膜层的使用，降低背光模组厚度和成本，可以应用于低功耗、轻薄的手机、pad、笔记本电脑等电子产品领域或其他具有特定可视方向要求的显示产品。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种导光板，其特征在于，所述导光板具有入光面、出光面和反射面，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光源的一侧，所述反射面与所述出光面位置相对设置，所述反射面和所述出光面至少其一上具有多个凸型或凹型的网点微结构，所述网点微结构的表面上任一点的切线与所述反射面的接触角不大于7°。
2.根据权利要求1所述的导光板，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。
3.根据权利要求2所述的导光板，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射面上的投影为圆形或椭圆形。
4.根据权利要求3所述的导光板，其特征在于，所述圆形的直径或所述椭圆形的长轴的尺寸不大于130微米。
5.一种背光源结构，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项所述的导光板，所述背光源结构还包括：
光源；
光线矫正膜，所述光线矫正膜位于所述导光板的所述出光面一侧，所述光线矫正膜背离所述导光板的一侧具有沿平行于所述入光面方向延伸并间断排布的多个微棱镜结构；
反射片，所述反射片位于所述导光板的所述反射面一侧。
6.根据权利要求5所述的背光源结构，其特征在于，所述微棱镜结构沿垂直于入光面方向的剖面为三角形，所述微棱镜结构沿平行于入光面方向的剖面为梯形。
7.根据权利要求6所述的背光源结构，其特征在于，所述三角形为等腰三角形，所述梯形为等腰梯形，所述等腰三角形和所述等腰梯形的底角在65°-77°范围内。
8.根据权利要求7所述的背光源结构，其特征在于，所述等腰梯形的底边长度在100-500微米之间。
9.根据权利要求6所述的背光源结构，其特征在于，所述三角形的顶角为弧形倒角，所述弧形倒角的曲率半径小于5微米，所述三角形的底边长度为18-40微米。
10.根据权利要求5所述的背光源结构，其特征在于，所述多个微棱镜结构沿垂直于入光面方向相邻并平行地重复排列。
11.根据权利要求5所述的背光源结构，其特征在于，还包括位于所述光线矫正膜背离所述导光板一侧的扩散片。
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