CN114415273A - 光控制板，具有其的光学模组及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光控制板，包括基板和至少位于基板一个表面的呈周期性分布的微结构，每个微结构为不对称微结构或是由不对称微结构形成的对称微结构，入射光线通过光控制板上微结构的调节作用，改变光路形成所需要的输出光分布，例如拓宽水平方向上左右两侧或左右某一侧方向上的视角，抑制竖直方向上的视角，用于车载显示系统，从而能够避免显示影像映射到挡风玻璃影响驾驶员的视线，且本发明是对基板赋予具有光学特性元素的形状，结构简单，加工成本较低。

Description

光控制板，具有其的光学模组及显示装置

技术领域

本发明涉及一种光学技术领域，尤其涉及一种改变出光角度的光控制板，具有该光控制板的光学模组以及显示装置。

背景技术

在车载显示领域中，需要一种能够扩大X方向的出射角，抑制Y方向的出射角的显示装置。这是因为抑制Y方向的出射角能够避免显示影像映入挡风玻璃影响驾驶人员的视线。而在X方向，需要从驾驶员，副驾驶视点以相同的亮度来观赏显示内容，因此有必要扩大X方向视野角度。目前的技术是通过增加遮蔽物(louver)扩大X方向(左右)出射角，通过增加膜片(film)，抑制Y方向(上下)的出射角度，这种扩大扩大X方向，抑制Y方向的结构较复杂，成本较高。另外，近来随着显示装置的大型化，大到可以延伸到副驾驶侧的产品也存在，如果产品X方向的视野角过大的话，可以预测到图像会映入到侧窗上的问题发生。因此，需要开发一种构造简单，成本低，可以仅在左右某一侧方向或者左右两侧都扩大出射角度的光控制板。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种光控制板，具有该光控制板的光学模组及显示装置，该控制板的结构简单，成本低，且能够抑制Y方向视角，扩大水平方向左右某一侧的视角或者水平方向左右两侧的视角都扩大。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光控制板，包括：基板，具有第一表面和第二表面；多个微结构，周期性地配置于基板的至少一个表面；每个微结构包括至少一个不对称微结构；其中，不对称微结构包括第一侧面和第二侧面，所述第一侧面为基本平坦的，所述第二侧面限定为非平坦的。

作为本发明的进一步改进，每个微结构为一个不对称微结构，或者每个微结构为由两个面对面设置的不对称微结构形成的对称微结构。

作为本发明的进一步改进，所述第二侧面为呈凸状的曲面。

作为本发明的进一步改进，第一侧面和第二侧面形成的夹角的角度值介于20°至60°之间。

作为本发明的进一步改进，所述第二侧面包括呈基本平坦的第一部分区域和呈基本平坦的第二部分区域，所述第一部分区域和第二部分区域之间不光滑连续。

作为本发明的进一步改进，以与基板表面平行的面为基准面，第一部分区域与基准面的第一角度值介于20°至55°之间；第二部分区域与基准面的第二角度值介于25°至70°之间。

作为本发明的进一步改进，每个微结构在基板水平延伸面的投影尺寸H，与相邻的两个微结构之间的距离D的比值介于1：0.5至1：3之间；第二侧面从第一侧面和第二侧面相交的顶点处延伸至第二侧面和形成微观结构的基板表面交汇的端点处的距离C是H的1～8倍。

作为本发明的进一步改进，所述第一侧面沿着基本上垂直于基板表面的平面延伸。

本发明的另一方面，提供一种光学模组，包括：光源，多个光学膜片，以及如前面所介绍的一种光控制板，所述光控制板可加集成于光学膜片内或者位于光学膜片外。

本发明的另一方面，提供一种显示装置，包括：显示面板；和如前面介绍的光控制板。

本发明的有益效果是：本发明实施例提供一种光控制板，包括基板和至少位于基板一个表面的呈周期性分布的微结构，每个微结构为不对称微结构或是由不对称微结构形成的对称微结构，入射光线通过光控制板上微结构的调节作用，改变光路形成所需要的输出光分布，例如拓宽水平方向上左右两侧或左右某一侧方向上的视角，抑制竖直方向上的视角，可用于车载显示系统，从而能够避免显示影像映射到挡风玻璃影响驾驶员的视线，且本发明是对基板赋予具有光学特性元素的形状，结构简单，加工成本较低。

附图说明

图1为本发明的一个实施例提供的光控制板的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例提供的光控制板的结构示意图；

图3为本发明一个实施例提供的不对称微结构的结构示意图；

图4a和4b是当微结构为不对称微结构时，理论计算得出的光线路径图；

图5a，5b和5c是当微结构为对称微结构时，理论计算得出的光线路径图；

图6是光微结构为对称微结构时，视角的光学模拟结果图；

图7是当微结构是对称微结构时，相对亮度随视角分布的波形图以及现有技术相对亮度随视角分布的波形图；

图8为本发明一个实施例提供的一种光学模组的结构示意图。

结合附图，作以下说明：

10——光控制板； 11——基板；

111——第一表面； 112——第二表面；

12——微结构； 121——不对称微结构；

1211——第一侧面； 1212——第二侧面；

120——顶点； 1212a——第一部分区域；

1212b——第二部分区域； 122——过渡点；

123——端点； 20——光学模组；

21——光学膜片； 22——导光板。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的一个较佳实施例作详细说明。

光控制板可用于控制光的输出分布，以满足显示系统的特定视角需求，例如在车载显示系统中，需要抑制Y方向上的视角范围，以避免显示影像映射到挡风玻璃影响驾驶员的视线。同时扩大X方向上的视角范围，以方便驾驶员，副驾驶视点以相同的亮度来观赏显示内容。图1是本发明一个实施例提供的光控制板10的结构示意图，如图1所示，光控制板10包括基板11，基板11具有第一表面111和第二表面112，第二表面112背离第一表面111设置；多个微结构12，周期性地配置于基板11的至少一个表面上，例如本实施例的第一表面111，当然在其他实施例中，多个微结构可以配置在第二表面112，或者配置在第一表面111和第二表面111上。可以理解，这里所谓的“配置于基板11的至少一个表面”具体是多个微结构12形成于基板11的表面处，例如可以是在基板11的表面向内凹陷加工形成多个微结构12，也可以是在基板11的表面向外凸起加工形成多个微结构12。每个微结构12包括至少一个不对称微结构121，具体地，如图1所示，在本发明的一个实施例中，微结构12为一个不对称微结构121，多个不对称微结构121周期性地配置于基板11的一个表面例如第一表面111。在本发明的其他实施例中，例如图2所示，微结构12为由两个面对面设置的不对称微结构121形成的对称微结构，该多个对称微结构周期性地配置于基板11的一个表面例如第一表面111。

在本发明的一些实施例中，不对称微结构121例如是线性的微观结构，在基板11的一个表面上沿着平行于基板11的一个侧边的方向延伸，多个不对称微结构121具有基本相同的截面形状。不对称微结构121包括第一侧面1211和第二侧面1212，第一侧面1211和第二侧面1212相交于顶点120处，第一侧面1211为基本平坦的，第一侧面1211沿着基本上垂直于基板11表面的平面延伸，这样一方面方便加工，另一方面实现较佳地控制出光分布，本领域技术人员容易理解，当第一侧面1211也设计为曲面或者与基准面呈一定的角度，则不同角度的光线入射到该第一侧面1211时，必然会由于光的折射或者反射作用沿不同角度出射，势必会对出射光的分布产生影响。第二侧面1212为非平坦的，如图1所示，在本发明的一个实施例中，第二侧面1212是呈凸状的曲面，以便获取想要的光输出分布。第二侧面1212与第一侧面1211于顶点120处的夹角的角度α值介于20°至60°之间。

在本发明的其他一个实施例中，如图3所示，第二侧面1212包括呈基本平坦的第一部分区域1212a和呈基本平坦的第二部分区域1212b，第一部分区域1212a和第二部分区域1212b之间不光滑连续，第一部分区域1212a和第二部分区域1212b之间存在过渡点122。第一部分区域1212a从顶点120延伸至过渡点122，第二部分区域1212b从过渡点122向配置微结构的基板11的表面处延伸。以与基板11表面平行的面为基准面，第一部分区域1212a与基准面的第一角度值A介于20°至55°之间；第二部分区域1212b与基准面的第二角度值B介于25°至70°之间。

在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，若将每个微结构12在基板11水平延伸面的投影尺寸称为H，相邻的两个微结构12之间的距离(间隔)称为D，则这两个尺寸之间的关系满足H与D的比值介于1：0.5至1：3之间，测试结果显示，若H与D之间的尺寸关系不在该范围内，亮度峰值将会大幅度偏离预设结果，若H与D之间的尺寸关系在该范围内，可以得到预设的出射角度值；第二侧面1212的长度C,具体指从第一侧面1211和第二侧面1212相交的顶点120处延伸至第二侧面1212和基板11配置微观结构的表面交汇的端点123处的距离，则C是H长度的1～8倍。此外，对具体的H值，D值以及C值没有特别的限定，可以根据预设的出射角特性设置任何合适的值。

具体地，基板11可以例如为0.05mm～5mm之间的任何合适的厚度，基板11的材料可以是透明树脂，例如可以是PMMA、PC、PET、COP中的一种或多种。当是通过在基板11的表面向内凹陷加工形成多个微结构12时，微结构12例如是通过UV硬化树脂成形法、射出成型法、热转印、赋形挤压成形法等方法形成，除此以外，还可以使用直接切削树脂的方法形成。当是通过在基板11的表面向外凸起加工形成多个微结构12时，例如可以是先形成多个微结构12通过粘结的方式将多个微结构12周期性地布置于基板11的表面。当在基板11的一个表面处形成微结构12时，基板12的另一表面可以是镜面，金属处理面，或者棱镜面。

图4a和4b是当微结构为不对称微结构时，根据理论计算得出的光线路径图，图5a，5b和5c是当微结构为对称微结构时，根据理论计算得出的光线路径图，如图4a和4b所示，可以看出，光线从不同的角度入射到光控制板后，经过不对称微结构的调节作用，出射光主要分布在水平方向的一侧，使得水平方向左右某一侧的视角扩宽，抑制另一侧的视角，从而当显示装置大型化到可以延伸到副驾驶侧，可以采用仅拓宽一侧视角的光控制板，进而避免预测到的显示影像映射到侧面玻璃影响视线的问题。若想要使得输出光分布在水平方向的左右两侧，则微结构12为对称的微结构，该对称的微结构例如可以是两个不对称微结构121面对面设置形成，具体地，面对面例如是两个不对称微结构121的第二侧面1212面对面，更加具体地是两个不对称微结构121的第二侧面1212彼此靠近，并在彼此和基板11配置微观结构的表面交汇端点123处重合，两个不对称微结构121的第一侧面1211彼此远离，如图5a，5b和5c所示，当微结构12为对称的微结构，光线从不同的角度入射到光控制板后，经过对称微结构的调节作用，出射光在左右两侧都有较宽的出光分布。

图6是光微结构为对称微结构时，视角的光学模拟结果图，图7是当微结构是对称微结构时，相对亮度随角度分布的波形图以及现有技术相对亮度随角度分布的波形图，其中，图7中，71(x)代表本发明水平方向上相对亮度随角度分布的波形图，71(y)代表本发明竖直方向上相对亮度随角度分布的波形图，72(x)代表现有技术水平方向上相对亮度随角度分布的波形图，72(y)代表现有技术竖直方向上相对亮度随角度分布的波形图。如图6和图7所示，当光控制板的微结构为对称微结构时，水平方向上中心与左右两侧较宽角度上的亮度基本相同，体现在波形图上，就是在水平方向上相对亮度随角度分布的波形呈一定宽度的平顶，这表明，水平方向上的视角更宽阔，水平方向上偏离中心一定程度位置处的视角同中心视角具有基本相同的亮度，这样在特定的应用场合，例如车载显示系统，以驾驶员，副驾驶视点可以观赏到相同亮度的显示内容。

本发明的另一方面提供一种光学模组，如图8所示，一般地，光学模组20包括多种光学膜片22例如扩散片，棱镜片；导光板23，还包括光控制板10，光控制板10例如可以位于光学膜片的远离导光板的外侧或者面向导光板的内侧，当然并不以此为限，光控制板10还可以位于光学模组20的其他位置。可以理解，光学模组20还包括一个或多个光源，光源例如是发光二极管，或者冷阴极荧光管(CCFL)或者白炽灯，此外光源可以是直下式或者侧光型。

本发明的再一方面提供一种显示装置，该显示装置包括显示面板和光控制板10，显示面板例如是液晶显示面板(LCD)，或者OLED显示面板，当显示面板是液晶显示面板时，显示装置还包括背光模组，光控制板可以是集成在背光模组或者位于外挂在背光模组的外侧，例如位于偏光片的外侧。当显示面板是OLED显示面板，由于是自发光，无需背光模组，则光控制板可以位于OLED显示面板的一侧。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种光控制板，其特征在于，包括：

基板，具有第一表面和第二表面；

多个微结构，周期性地配置于基板的至少一个表面；

每个微结构包括至少一个不对称微结构；

其中，不对称微结构包括第一侧面和第二侧面，所述第一侧面为基本平坦的，所述第二侧面为非平坦的。

2.根据权利要求1所述的光控制板，其特征在于：每个微结构为一个不对称微结构，或者每个微结构为由两个面对面设置的不对称微结构形成的对称微结构。

3.根据权利要求1所述的光控制板，其特征在于：所述第二侧面为呈凸状的曲面。

4.根据权利要求3所述的光控制板，其特征在于：第一侧面和第二侧面形成的夹角的角度值介于20°至60°之间。

5.根据权利要求1所述的光控制板，其特征在于：所述第二侧面包括呈基本平坦的第一部分区域和呈基本平坦的第二部分区域，所述第一部分区域和第二部分区域之间不光滑连续。

6.根据权利要求5所述的光控制板，其特征在于：以与基板表面平行的面为基准面，第一部分区域与基准面的第一角度值介于20°至55°之间；第二部分区域与基准面的第二角度值介于25°至70°之间。

7.根据权利要求1所述的光控制板，其特征在于：每个微结构在基板水平延伸面的投影尺寸H，与相邻的两个微结构之间的距离D的比值介于1：0.5至1：3之间；第二侧面从第一侧面和第二侧面相交的顶点处延伸至第二侧面和形成微观结构的基板表面交汇的端点处的距离C是H的1～8倍。

8.根据权利要求1所述的光控制板，其特征在于：所述第一侧面沿着基本上垂直于基板表面的平面延伸。

9.一种光学模组，其特征在于，包括：光源，多个光学膜片，以及如权利要求1-8任一项所述的光控制板，所述光控制板可加集成于光学膜片内或者位于光学膜片外。

10.一种显示装置，其特征在于，包括：

显示面板；和

如权利要求1-8任一项所述的光控制板。

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