CN115933253A - 前光模组和显示装置 - Google Patents

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陈怡敏
闫世康
武鹏
周淑金
李同
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Suzhou Jingzhi Iridium Nanometer Photoelectric Technology Co ltd
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SUZHOU CRYSTALENT CO Ltd
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Abstract

本发明公开了一种前光模组和显示装置,该前光模组包括:一导光板,具有入光面、第一表面以及第二表面,所述第一表面与所述第二表面连接所述入光面且彼此相对;一光源,邻近所述入光面设置;间隔设置的多个第一微结构,配置于所述第一表面上;透光盖板;以及介质层,形成于所述导光板和透光盖板之间,且覆盖于所述第一微结构的表面。本发明的前光模组中,微结构设置在导光板和透光盖板之间,且导光板和透光盖板之间设置介质层,光线可以依次通过导光板、微结构、介质层进入透光盖板并在透光盖板发生全反射,全反射的光线再依次经介质层、微结构并从导光板的背面射出,该结构的优点在于前光模组的使用简单,应用范围广、适用性强。

Description

前光模组和显示装置
技术领域
本发明是关于光学元件技术领域,特别是关于一种前光模组和显示装置。
背景技术
随着显示技术的发展,以及不同显示场景的需求,新型显示系统有了较大的市场前景。显示装置大体可以分为穿透式与反射式两类。穿透式显示装置主要光源来自其底部的背光模组,反射式显示装置可以利用环境光反射达到显示效果,同时在侧面会搭配一个前光模组,在昏暗环境下提供足够的光线达到显示的效果。
中国专利申请CN106773288A披露了一种前光模组及其显示装置,主要内容是通过在第一网点上设计结构排布,使得点亮前光模组时,屏幕呈现出预定图样。并利用光学胶降低光线穿越时的材料介面系数差异并使前光板与反射式显示屏相互黏合,前光板于未接收光源光线时,环境光即可以较小的折射角变化穿透第一网点区域,达到隐去第一网点的功效。其存在的问题至少包括:前光模组只能搭配特定的显示系统,并且显示的图案不可更改。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种前光模组和显示装置,其能够克服现有技术中前光模组。
为实现上述目的,本发明的实施例提供了一种前光模组,包括:
一导光板,具有入光面、第一表面以及第二表面,所述第一表面与所述第二表面连接所述入光面且彼此相对;
一光源,邻近所述入光面设置;
间隔设置的多个第一微结构,配置于所述第一表面上;
透光盖板;以及介质层,形成于所述导光板和透光盖板之间,且覆盖于所述第一微结构的表面。
在本发明的一个或多个实施方式中,至少一所述的第一微结构包括朝向所述入光面方向的一第一光学表面、朝向远离所述入光面方向的一第二光学表面、以及一连接所述第一光学表面与所述第二光学表面的第三光学表面,且该第三光学表面背对所述第一表面。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述导光板材料的折射率为1.58;和/或
所述第一微结构材料的折射率大于等于1.58;和/或
所述介质层材料的折射率小于等于1.4847;和/或
所述透光盖板材料的折射率大于所述介质层材料的折射率。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述第一光学表面为一平面,该第一光学表面与所述入光面的法线的倾斜角为80°~90°;和/或
所述第二光学表面为一平面,该第二光学表面与所述入光面的法线的倾斜角为40°~60°;和/或
所述第三光学表面为一平面,该第三光学表面与所述入光面的法线的倾斜角为25°~45°。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述第一光学表面和第三光学表面之间的连接点与所述第一表面之间的最小距离为1mm~5mm;和/或
所述第一微结构在所述第一表面上的长度为1μm-100μm。
在本发明的一个或多个实施方式中,相邻第一微结构之间的间距小于10μm。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述第一光学表面构造为背离所述第一表面凸出的弧形面;和/或
所述第三光学表面构造为背离所述第一表面凸出的弧形面。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述介质层采用可以将所述导光板和透光盖板粘贴在一起的光学贴合胶。
在本发明的一个或多个实施方式中,还包括楔形的阵列设置的多个第二微结构,配置于所述导光板的第二表面上。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述第二微结构楔形的表面与所述入光面的法线的夹角为1°~2°。
为实现上述目的,本发明的实施例还提供了一种显示装置,包括:
一显示面板;
一任一所述的前光模组,导光板的第二表面与所述显示面板相对设置。
与现有技术相比,本发明的前光模组中,微结构设置在导光板和透光盖板之间,且导光板和透光盖板之间设置介质层,光线可以依次通过导光板、微结构、介质层进入透光盖板并在透光盖板发生全反射,全反射的光线再依次经介质层、微结构并从导光板的背面射出,该结构的优点在于前光模组的使用简单,应用范围广、适用性强。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的前光模组的结构示意图;
图2是根据本发明一实施方式的第一微结构的放大示意图;
图3是根据本发明一实施方式的前光模组的光路原理示意图;
图4是根据本发明另一实施方式的第一微结构的示意图;
图5是根据本发明一实施方式的前光模组设置有第二微结构的示意图;
图6是根据本发明一实施方式第一微结构阵列排布的示意图;
图7是根据本发明另一实施方式第一微结构阵列排布的示意图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示,否则在整个说明书和权利要求书中,术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分,而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示,根据本发明优选实施方式的一种前光模组10,包括一导光板11、一光源12、间隔设置的多个第一微结构13、介质层14和透光盖板15。
导光板11具有入光面111、第一表面112以及第二表面113,第一表面112与第二表面113连接入光面111且彼此相对。入光面111用于接收来自光源12的光线,光线进入导光板11内传播并由第一表面112或第二表面113射出。
在一实施例中,导光板11为一矩形板体,第一表面112和第二表面113相平行,入光面111分别垂直于第一表面112和第二表面113。
在优选实施例中,导光板11采用聚碳酸酯,折射率在1.58左右,使光源12的光线通过空气进入导光板11时,角度收束到±40°之内(水平方向或入光面的法线δ为0°)。
在其他实施例中,导光板11的材料还可以为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的其中一种所制成。
结合图2所示,第一微结构13为凸起结构,配置于导光板11的第一表面112上。一实施例中,所有的第一微结构13采用相同的结构,第一微结构13的底面131与导光板11的第一表面112之间贴合,每个第一微结构13分别包括朝向所述入光面111方向的一第一光学表面132、朝向远离所述入光面111方向的一第二光学表面133、以及一连接所述第一光学表面132与所述第二光学表面133的第三光学表面134,且该第三光学表面134背对导光板11的第一表面112。
第一微结构13使用折射率较高的材料制作在导光板11的第一表面112。所选材料的折射率需大于等于1.58。优选采用大于1.58的材料,可以采用折射率为1.67的UV固化胶等。
第一微结构13的第一光学表面132、第二光学表面133以及第三光学表面134与底面131的角度搭配经过特定的设计,以使得向上传播的光线可以完成传播至透光盖板15再全反射的过程。全反射之后光线通过第二光学表面133和第三光学表面134的配合或是单独依靠第二光学表面133完成光线在导光板11的第二表面113出射。
定义第一光学表面132与底面131之间的夹角为α,夹角α优选为80°~90°。夹角α如果低于80°,会影响第三光学表面134的长度,导致光线反射回来之后传播到第一光学表面的概率增加,传播到第三光学表面134的概率降低。夹角α若是角度高于90°,则是生产工艺上会产生困难(结构底角若是钝角的话,难以生产。)
第二光学表面133与底面131之间的夹角为β,夹角β可以为40°~60°;第三光学表面134与底面131之间的夹角为γ,夹角γ可以为25°~45°。
第一光学表面132和第三光学表面134的连接点与底面131之间的垂直距离为h,h可以为1mm~5mm,优选为1mm~2mm。距离h如果过小,第二光学面133的长度会太短,不利于光线的准直出射,而h距离过大则是会导致第三光学平面134的长度过短。
第一微结构13在所述第一表面上的长度d为1μm~100μm。长度d过长会导致均匀性时产生困难,结构排布间距大的地方宏观上可能看到微结构阵列。长度d过小则是生产工艺上精度提升,成本增加,并且会影响光学效果。
在优选的实施例中,最终设计结构中α为85°,β为50°,γ为35°,底面131的长度d为5微米,h为2mm。
该实施例中,α角度不受折射率影响,第一微结构13的折射率对角度β、γ影响不大。介质层14的折射率对角度γ影响较大,介质层14的折射率降低,则角度γ应相应增大,反之介质层14折射率增大,角度γ应相应减小。角度β关系到光线出色的角度,应尽量不产生变化,或配合γ的变化而相应变化。当γ不宜再增大时,β可稍增大一些。
相邻第一微结构13之间的间距小于10μm。该处的间距指相邻的两个结构上同个地方之间的距离(可以是左底角到左底角,也可以是右底角到右底角,也可是顶角到顶角)。调整均匀度时,第一微结构13的间距应不大于三倍的第一微结构13在第一表面上的长度d。
每个第一微结构13之间的间距根部出光效果沿背离光源12的方向上由窄到宽排布,最宽的地方结构间距最好不要超过10微米,第一微结构13之间的间距超过10微米后可能会让光线直接传播到第一光学表面132,发生折射后角度变化,增加光线从透光盖板15直接出射的概率。
第一微结构13的排列方式可以是线性排列,也可以采用二维排列方式。当采用二维排列方式时,每一个结构采用打散点的方式激光雕刻,结构排布可以是整齐排列,如图6所示,也可以是交错排布或根据实际产品设计区域内密度自由分布,如图7所示。
另外需要说明的是,第一微结构13中,当底面131长度发生改变时,对应h、微结构之间的间距以及微结构的其他光学表面尺寸相应发生改变。
介质层14形成于所述导光板11和透光盖板15之间,且覆盖于所述第一微结构13的表面。具体地,介质层14填充于导光板11和透光盖板15之间,覆盖于第一微结构13的第一光学表面132、第二光学表面133以及第三光学表面134,并填充于相邻的第一微结构13之间。
介质层14采用低折射率的介质,需要满足光线传播至导光板11和介质层14交界面时发生全反射。假设光源12的光线通过空气进入导光板11时,角度收束在20°,使得小于等于20°的光线都可以在导光板11和介质层14交界处发生全反射,则介质层14材质的折射率nC需满足
nCsinθ≤1.58sin70°
取sinθ为最大值1,则可求得nC≤1.4847,即折射率要在1.485及1.485以下。
一实施例中,介质层14可以采用的是折射率为1.48左右的光学贴合胶(OCA),OCA使用起来可以较为方便地将导光板11与透光盖板15粘贴在一起。
其他实施例中,介质层14也可以采用折射率低于1.48的材料,比如1.34折射率的UV固化胶。若追求所有传播至A、C交界处的光线都可以全反射的话,则可求得nC≤1.2,可以留有折射率为1.2的材料或折射率为1的空气充当介质。
透光盖板15应选用折射率大于介质层14的材料,可以选用亚克力、玻璃、PC、PMMA等材料。透光盖板15可以根据需要添加随机磨砂等工艺来增加雾度以达到遮盖瑕疵的目的。
结合图3所示,为本实施例技术方案中光线的走向示意图。
光源12中发出的光经过空气进入导光板11后,光线角度会收束,光线a01经过导光板11传播到第一微结构13的第二光学表面133时,光线发生折射。
以第一微结构13的底面131为水平角度0°,记光线传播至第二光学表面133时的角度为θ,记第一微结构13的折射率为n1,记介质层14的折射率为n2,则在第二光学表面133上发生折射时的入射角为
θ+β-90
光线传播经过第二光学表面133后的出射角为
arcsin[n1sin(θ+β-90)/n2]
则其出射光线角度为
90-β+arcsin[n1sin(θ+β-90)/n2]
出射光线后续传播至透光盖板15顶部发生全反射以原角度回到介质层14中,接着传播到第一微结构13的第一光学表面132,发生折射,此时入射角为
-α+β+arcsin[n1sin(θ+β-90)/n2]
最终的出射角度为
arcsin<n2sin{-α+β+arcsin[n1sin(θ+β-90)/n2]}>
当导光板11选用折射率为1.58材质时,导光板11与空气的全反射角为39°左右,在上述光线a01出射角度不满足全反射条件时,可最终从导光板11第二表面113出射。当a01满足全反射条件时,发生全反射,重复光线a01或a02光程,直至最终不满足全反射条件,完成出射。
光线全反射回到介质层14之前,光程基本都与光线a01相似。当光线返回到介质层14之后会出现与光线a01不同的情况a02。光线a02会传播到第三光学表面134发生折射。
光线a02传播至面B03时的入射角为
-γ+β+arcsin[n1sin(θ+β-90)/n2]
光线a02经过第三光学表面134折射后的出射角为
arcsin<n2sin{-γ+β+arcsin[n1sin(θ+β-90)/n2]}>
经过第三光学表面134折射之后,光线a02将传播至第二光学表面133,并在第二光学表面133上发生全反射之后传播至导光板11。光线a02出射角度不满足全反射条件时,可最终从导光板11底部出射。当a02满足全反射条件时,发生全反射,重复光线a01或a02光程,直至最终不满足全反射条件,完成出射。
此外,还有部分光线,如a03,会传播到导光板11与介质层14的交界处,不能继续向上折射,而是发生全反射,在导光板11内部多次全反射,直至传播至导光板11与第一微结构13的交界处,继而重复光线a01或光线a02相似的光线途径。
综上所述,本实施例技术方案的优点在于前光模组的使用简单,应用范围广、适用性强。搭配不同的产品,只需要调节结构间距来调整整体的亮度均匀性。并且采用本实施例技术方案生产成本低,易于量产,贴合工艺简单。
结合图4所示,在一实施例中,第一微结构13的顶面还可以采用弧形的结构,具体地,第一光学表面132被构造成背离所述第一表面112凸起的弧形面,第三光学表面134被构造成背离所述第一表面112凸起的弧形面。在其他实施例中,第一光学表面132和第三光学表面134还可以分别由连续的多个表面拼接而成。
结合图5所示,导光板11的第二表面113上还设置有阵列排布的多个楔形的第二微结构(尺)16。光源12的光线通过空气进入导光板11时,向下传播的光线a04(角度收束到0~-40°之内)可以向上折射,帮助其完成全反射后出射。该技术方案有助于增加出射光线。其中第二微结构16的角度以尖角a为1~2°为佳。
第二微结构16的主要意义是帮助导光板11出光,第二微结构16的折射率优选与导光板11的折射率相近,比如采用1.58,可以采用UV固化胶。
在一实施例中,导光板11还可以采用楔形导光板,其中,光源12设置于楔形导光板厚度较大的一侧。
本发明实施方式还提供了一种显示装置,包括一显示面板(图未示)和一图1或图5所示的前光模组10。导光板11的第二表面113与显示面板相对设置。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (11)

1.一种前光模组,其特征在于,包括:
一导光板,具有入光面、第一表面以及第二表面,所述第一表面与所述第二表面连接所述入光面且彼此相对;
一光源,邻近所述入光面设置;
间隔设置的多个第一微结构,配置于所述第一表面上;
透光盖板;以及
介质层,形成于所述导光板和透光盖板之间,且覆盖于所述第一微结构的表面。
2.如权利要求1所述的前光模组,其特征在于,至少一所述的第一微结构包括朝向所述入光面方向的一第一光学表面、朝向远离所述入光面方向的一第二光学表面、以及一连接所述第一光学表面与所述第二光学表面的第三光学表面,且该第三光学表面背对所述第一表面。
3.如权利要求2所述的前光模组,其特征在于,所述导光板材料的折射率为1.58;和/或
所述第一微结构材料的折射率大于等于1.58;和/或
所述介质层材料的折射率小于等于1.4847;和/或
所述透光盖板材料的折射率大于所述介质层材料的折射率。
4.如权利要求3所述的前光模组,其特征在于,所述第一光学表面为一平面,该第一光学表面与所述入光面的法线的倾斜角为80°~90°;和/或所述第二光学表面为一平面,该第二光学表面与所述入光面的法线的倾斜角为40°~60°;和/或
所述第三光学表面为一平面,该第三光学表面与所述入光面的法线的倾斜角为25°~45°。
5.如权利要求4所述的前光模组,其特征在于,所述第一光学表面和第三光学表面之间的连接点与所述第一表面之间的最小距离为1mm~5mm;和/或
所述第一微结构在所述第一表面上的长度为1μm~100μm。
6.如权利要求5所述的前光模组,其特征在于,相邻第一微结构之间的间距小于10μm。
7.如权利要求2所述的前光模组,其特征在于,所述第一光学表面构造为背离所述第一表面凸出的弧形面;和/或
所述第三光学表面构造为背离所述第一表面凸出的弧形面。
8.如权利要求1所述的前光模组,其特征在于,所述介质层采用可以将所述导光板和透光盖板粘贴在一起的光学贴合胶。
9.如权利要求1所述的前光模组,其特征在于,还包括楔形的阵列设置的多个第二微结构,配置于所述导光板的第二表面上。
10.如权利要求9所述的前光模组,其特征在于,所述第二微结构楔形的表面与所述入光面的法线的夹角为1°~2°。
11.一种显示装置,其特征在于,包括:
一显示面板;
一权利要求1至10任一所述的前光模组,导光板的第二表面与所述显示面板相对设置。
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