CN116449604A - 一种新型准直背光模组及显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型准直背光模组及显示器；所述新型准直背光模组包括从下到上依次叠合的反射膜，第一出光板，第二出光板，第一增亮板和第二增亮板；所述第一出光板和第二出光板相互配合，使出射光相对于所述第一增亮板和第二增亮版在一角度范围内射出，从而实现准直出光，并且通过微结构方向相互垂直的第一增亮板和第二增亮板拓宽了第二横截面方向和第一横截面方向的出光角。此外，在所述第一出光板和第二出光板之间还可设置保护膜，以避免所述第一出光板和第二出光板间摩擦而损坏。本发明在应用中可以实现在20°视角内亮度无较大波动，在20°~30°视角内亮度大幅衰减，以及30°视角以外几乎完全防窥；并且还对背光模组的整体亮度有很大的提升。

Description

一种新型准直背光模组及显示器

技术领域

本发明涉及显示器背光模组技术领域，特别涉及一种新型准直背光模组及显示器。

背景技术

随着智能化技术飞速发展，汽车用户对车内显示屏的显示效果需求逐步严苛，对显示屏在不同视角下的亮度有了更加明确的需求，一方面希望大视角下的亮度尽可能的低，从而避免其反射到车窗从而干扰司机前方和后视镜的视线，另一方面需要让副驾驶座的显示屏的信息不干扰到主驾驶司机的注意力。

基于这种需求，许多客户都对显示屏都做出防窥的要求，业内的实现方式多是通过将光线控制膜组装到背光内部来实现。目前市面上的光控膜都是通过3M公司开发的百叶窗结构来实现，这种结构将大视角下的光线通过百叶窗结构吸收，使得大视角下的亮度大幅下降。但是缺点在于包括垂直视角在内的所有视角亮度都会下降20%~30%，若不增加光源的数量或强度，就会满足不了客户对显示屏的亮度需求。另一方面，这部分被光控膜吸收的光能以热能的形式散发在背光内部，使得整个屏幕表面的热量积累更多，很多时候无法满足车规需求。此外，客户对防窥视角和防窥效果也逐渐有了更高的要求，目前光控膜的收光效果并不能满足客户需求。

并且市面上的准直背光模组诸多都面临无法量产的问题，且相当一部分实现准直背光的产品由于结构过于精细，无法通过车规级的实验标准。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供一种新型准直背光模组及显示器，通过设置第一背光层和第二背光层的微结构，实现外部入射光可以在一角度范围内射出。

具体的，本发明提供一种新型准直背光模组，至少包括第一背光层；所述第一背光层至少包括第一出光板和第二出光板；所述第一出光板上下两面分别设置有出光结构，以在第一横截面上将出射光的角度集中在所述第一出光板的法线方向，以及在第二横截面上将所述出射光偏离所述第一出光板的法线方向第一预设角度范围；通过所述第二出光板的折射使所述出射光偏转至所述第一出光板的法线方向；所述第一出光板和第二出光板相互配合使外部入射光在第二预设角度范围内射出。

其中，所述新型准直背光模组还包括第二背光层，反射膜和光源。

所述反射膜，第一出光板，第二出光板和第二背光层从下到上依次叠合；所述光源设置于所述第一出光板一侧。

所述第一出光板由第一出光面，第二出光面，面向所述光源的入光面，第一侧面和第二侧面围成。

所述第一出光面设置在所述第一出光板面向所述反射膜的一面；所述第二出光面设置在所述第一出光板背离所述的反射膜的一面。

所述第一出光面上设置有多个依次排列的第一出光条，所述第一出光条从第一侧面向第二侧面延伸，并且所述第一出光条的第一横截面为圆弧形。

在相邻的所述第一出光条之间设置有多个在所述第一出光条的延伸方向上依次排列的第二出光条，所述第二出光条为四棱台结构，并且所述第二出光条的第二横截面为斜边朝上的梯形。

所述第二出光面上设置有多个依次排列的第三出光条，所述第三出光条的延伸方向与所述第一出光条的延伸方向垂直，并且所述第三出光条的第二横截面为第一圆角三角形。

在预设个所述第三出光条之间设置有第四出光条，所述第四出光条的延伸方向与所述第三出光条的延伸方向相同，并且所述第四出光条的第二横截面为第二圆角三角形。

在相邻的所述第三出光条之间，以及所述第三出光条和第四出光条之间设置有多个在第三出光条的延伸方向上依次排列的第五出光条，所述第五出光条为四棱台结构，并且所述第五出光条的第一横截面为斜边朝上的梯形。

其中，所述第一圆角三角形的高L1小于所述第二圆角三角形的高L2。

所述第二出光板用于将所述出射光偏转至所述第一出光板的法线方向，从而完成准直出光；所述第二出光板有微结构的一面面向所述第二出光面；所述微结构依次排列并在所述第一出光条的延伸方向上延伸，所述微结构的第一横截面为等腰三角形。

所述第二背光层包括第一增亮板和第二增亮板，用于扩大第二横截面方向和第一横截面方向的视角。

所述第一增亮板与所述第二出光板相互叠合，所述第一增亮板在背离所述第二出光板一面设置多个第一增亮条，所述第一增亮条在所述第一出光条的延伸方向上延伸，并且所述第一增亮条的第一横截面为圆弧形。

所述第二增亮板与所述第一增亮板相互叠合，所述第二增亮板在背离所述第一增亮板一面设置有多个第二增亮条，所述第二增亮条在所述第三出光条的延伸方向上延伸，并且所述第二增亮条的第二横截面为圆弧形。

在所述第一出光板和第二出光板之间可设置保护膜。

设置框架结构件将所述反射膜，第一出光板，第二出光板，第一增亮板和第二增亮板半包围，所述框架结构件将所述第二增亮板的两端覆盖预设大小。

基于同一发明构思，本发明还提供一种显示器，为液晶显示器的一种，所述显示器至少包括所述新型准直背光模组。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的第一出光板用于在第二横截面上将出射光的角度集中在所述第一出光板的法线方向，以及在第一横截面上将所述出射光偏离所述第一出光板的法线方向第一预设角度范围，然后通过第二出光板的折射使所述出射光偏转至所述第一出光板的法线方向，从而达到准直出光的效果；并且所述第二出光板上还设置有方向相互垂直的第一增亮板和第二增亮板，将-10°~10°方向的准直入射光通过折射偏转，将出光角拓宽至-20°~20°，而在20°~30°之间，视角亮度可以保持断崖式的急剧下降，以及30°视角以外的亮度相较于0°视角的亮度衰减了90%以上，以实现防偷窥效果。

此外，本发明对光的利用率较高，相较于传统背光模组的背光亮度提升了50％以上，可以满足客户对显示屏的亮度需求。

附图说明

图1为本发明所述的新型准直背光模组示意图。

图2为图1所述的第一出光面示意图。

图3为图1所述第二出光面示意图。

图4为图1所述的第二出光面在第二横截面的截面示意图。

图5为图1所述的第一增亮板或第二增亮板的截面示意图。

图6为一实施例的准直背光模组出光示意图。

图7为未增加增亮板时的视角亮度比例示意图。

图8为增加增亮板后的视角亮度比例示意图。

其中，1-第一背光层，11-第一出光板，12-第二出光板，13-第一出光面，131-第一出光条，132-第二出光条，14-第二出光面，141-第三出光条，142-第四出光条，143-第五出光条，144-第一圆角三角形，145-第二圆角三角形，15-入光面，16-第一侧面，17-第二侧面，2-第二背光层，21-第一增亮板，211-第一增亮条，22-第二增亮板，221-第二增亮条，3-反射膜，4-光源，5-保护膜，6-框架结构件。

具体实施方式

本发明实施例提供一种新型准直背光模组及显示器，用于解决现有技术中的背光模组防偷窥效果和视角亮度下降的问题。

本发明实施例提供一种新型准直背光模组，总体思路如下：

所述新型准直背光模组包括从下到上依次叠合反射膜3，第一出光板11，第二出光板12，第一增亮板21和第二增亮板22；所述第一出光板11用于在第二横截面上将出射光集中在所述第一出光板的法线方向，以及在第一横截面上将所述出射光偏离所述第一出光板的法线方向第一预设角度范围，然后通过所述第二出光板12将所述出射光偏转至所述第一出光板的法线方向，从而实现准直出光，并且通过方向相互垂直的第一增亮板21和第二增亮板22拓宽了第二横截面方向和第一横截面方向的出光角。此外，在所述第一出光板11和第二出光板12之间还可设置保护膜5，以避免所述第一出光板11和第二出光板12间摩擦而损坏。

下面结合具体实施例及附图对本发明的一种新型准直背光模组及显示器，作进一步详细描述。

具体的，请参见图1，本发明实施例提供一种新型准直背光模组，至少包括第一背光层1；所述第一背光层1至少包括第一出光板11和第二出光板12；所述第一出光板11上下两面分别设置有出光结构，以在第一横截面上将出射光的角度集中在所述第一出光板11的法线方向，以及在第二横截面上将所述出射光偏离所述第一出光板11的法线方向第一预设角度范围；通过所述第二出光板12的折射使所述出射光偏转至所述第一出光板11的法线方向；所述第一出光板11和第二出光板12相互配合使外部入射光在第二预设角度范围内射出。

一种可能的实施方式，第一背光层1中的第一出光板11和第二出光板12分别为导光板和逆棱镜。

所述导光板上下两面均设置出光结构作为网点实现特定方向导光，所述出光结构为纵横交错的V-cut结构，使得在第一横截面上将出射光集中在导光板的法线方向，在第二横截面上将该出射光偏离所述导光板的法线方向65°~85°，然后通过逆棱镜的折射再使该出射光偏转至导光板的法线方向。

第一出光板和第二出光板的相互配合实现了准直出光，此时，外部入射光在-10°~10°范围内射出。

定义所述第一出光板11的法线方向为Z方向，与该Z方向垂直的面为X-Y面，在所述X-Y面上任意两条相互垂直的线所在的方向，分别定义为X方向和Y方向。

需要说明的是，坐标系中的Y-Z面即上述中的第一横截面，X-Z面即第二横截面。

所述新型准直背光模组还包括第二背光层2，反射膜3和光源4；所述反射膜3，第一出光板11，第二出光板12和第二背光层2从下到上依次叠合；所述光源设置于所述第一出光板一侧。

一种可能的实施方式，光源4选用LED灯条，LED灯条采用低电压DC12V或DC24V供电，安全性非常高，正常使用寿命长达30000小时以上，在环境温度-30℃- +60℃都可以正常工作，且可以根据照明环境不同选择不同的颜色。所述LED灯条的长度等于所述第一出光板11在X方向上的长度。

所述第一出光板11相当于导光板，所述导光板的正反面都使用V-cut结构，在X-Z面上使得极大部分出射光的角度都集中在该导光板的法线方向，在Y-Z面上使得大部分出射光的角度都集中在偏离该导光板法线方向65°~85°，然后通过第二出光板12的折射使所述出射光偏转至所述导光板的法线方向，从而达到准直出光的效果。

需要说明的是，所述第二出光板12为逆棱镜，通过逆棱镜将偏离法线方向65°~85°的出射光通过折射和全内反射的原理偏转至-10°~10°，此时就实现了准直出光。

其中，所述第一出光板11由第一出光面13，第二出光面14，面向所述光源4的入光面15，第一侧面16和第二侧面17围成。

所述第一出光面13为反射面，所述第二出光面14为出光面。

所述反射面设置在所述导光板面向反射膜3的一面。请参见图2，所述反射面的V-cut结构为多个依次排列的第一出光条131，所述第一出光条131在X方向上延伸，并且所述第一出光条131在Y-Z面的截面为圆弧形。

在相邻的所述第一出光条131之间设置有多个在X方向上依次排列的第二出光条132，所述第二出光条132为四棱台结构。

所述第二出光条132的侧视图为斜边朝上的梯形；并且该侧视图上的梯形的左底边边长大于右底边边长。

对于第二出光条132，任意一个四棱台结构A的底面端A1与在X方向上相邻的另一个四棱台结构B的底面端B1相接，底面端A1小于底面端B1预设大小，且在Z方向上，底面端B1高于底面端A1预设高度。

所述出光面设置在所述导光板背离所述的反射膜3的一面。请参见图3，所述出光面的V-cut结构设置有多个依次排列的第三出光条141，所述第三出光条141在Y方向上延伸，并且所述第三出光条141在X-Z面的截面为第一圆角三角形244。

在4个所述第三出光条141之间设置有第四出光条142，所述第四出光条142在Y方向上延伸，并且所述第四出光条142在X-Z面的截面为第二圆角三角形145。

请参见图4，所述第一圆角三角形144的高L1小于所述第二圆角三角形145的高L2。

在相邻的所述第三出光条141之间，以及所述第三出光条141和第四出光条142之间设置有多个在Y方向上依次排列的第五出光条143，所述第五出光条143为四棱台结构。

所述第五出光条143的侧视图为斜边朝上的梯形；并且该侧视图上的梯形的左底边边长小于右底边边长。

对于第五出光条143，任意一个四棱台结构C的底面端C1与在X方向上相邻的另一个四棱台结构D的底面端D1相接，底面端C1大于底面端D1预设大小，且在Z方向上，底面端D1高于底面端C1预设高度。

在所述出光面上设置逆棱镜，所述逆棱镜有微结构121的一面面向所述出光面；所述微结构121依次排列并在X方向上延伸，所述微结构121在Y-Z面的截面为等腰三角形。

此外，在所述导光板和逆棱镜之间可设置保护膜5，所述逆棱镜的微结构较为尖锐，设置保护膜5可以在一定程度上避免所述导光板和逆棱镜间摩擦而造成膜层的损坏，以防止影响出光效果。

所述第二背光层2包括第一增亮板21和第二增亮板22，所述第二背光层2定义为增亮膜，所述第一增亮板21定义为下增亮膜，所述第二增亮板22定义为上增亮膜，分别用于拓宽Y方向和X方向的出光角。

所述下增亮膜与所述逆棱镜相互叠合，所述下增亮膜在背离所述逆棱镜一面设置多个第一增亮条211，所述第一增亮条211在X方向上延伸，并且所述第一增亮条211在Y-Z面的截面为圆弧形。

所述上增亮膜与所述下增亮膜相互叠合，所述上增亮膜在背离所述下增亮膜一面设置有多个第二增亮条221，所述第二增亮条221在Y方向上延伸，并且所述第二增亮条221在X-Z面的截面为圆弧形。

需要说明的是，所述增亮膜用于改善整个背光模组的发光效率；增亮膜主要包括四种类型，分别是一般棱镜片，多功能棱镜片，柱棱镜膜和反射型偏光片。

在一种可能的实施方式中，所述上增亮膜和下增亮膜均选用柱棱镜膜，使出射光直接在微结构处发生折射，从而实现光线的聚焦，提高发光效率。所述柱棱镜膜上的微结构在X-Z面的截面为圆弧形，圆弧可以认为是顶角为132°~152°的棱镜的内切圆，连接圆弧两个端点所形成的弦的长度小于等于0.1毫米；请参见图5，所述顶角优选为142°，此时，弦的长度为0.05毫米，根据实际工艺能力所述弦的长度可以略微放宽，并不是只限定于此；。

设置框架结构件6将所述反射膜3，导光板，逆棱镜，下增亮膜和上增亮膜半包围，所述框架结构件6将所述上增亮膜的两端覆盖预设大小。

一种可能的实施方式，所述框架结构件6选用铝框，但是并不是只限制于该种材料，本领域技术人员可以根据实际情景选择合适的框架材质。

请参见图6，由LED灯条发出的光线通过反射膜后以角度a折射至导光板，然后通过逆棱镜的折射使该光线偏转至导光板的法线方向，从而实现了准直出光，并通过下增亮膜和上增亮膜提升了视角亮度。

为了进一步说明上述增亮膜的有效性，对本发明所述的增亮膜进行了仿真计算，分别得到未增加增亮膜时和增加增亮膜后的视角亮度比例等数据

如图7所示，给出了未增加增亮膜时的视角亮度比例，此时在X方向上和Y方向上的视角均只能在-10°~10°范围内对视角亮度比例有提升。

如图8所示，给出了增加增亮膜后的视角亮度比例，可见，在-30°~30°范围内，视角亮度比例在X方向上和Y方向上的视角均有较大的提升。

需要说明的是，本发明实施例只对各膜层上的微结构的形状和大致尺寸进行定义，而对于所述反射膜3，第一出光板11，第二出光板12，保护膜5，第一增亮板21和第二增亮板22的厚度，长度和宽度均不进行限定。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种显示器，为液晶显示器的一种，所述显示器至少包括所述新型准直背光模组。

综上所述，本发明提供一种新型准直背光模组及显示器；通过设置第一背光层和第二背光层的微结构，实现外部入射光可以在一角度范围内射出；本发明在应用中可以实现在20°视角内亮度无较大波动，在20°~30°视角内亮度大幅衰减，以及30°视角以外几乎完全防窥；并且还对背光模组的整体亮度有很大的提升。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种新型准直背光模组，其特征在于，至少包括第一背光层（1）；所述第一背光层（1）至少包括第一出光板（11）和第二出光板（12）；所述第一出光板（11）上下两面分别设置有出光结构，以在第一横截面上将出射光的角度集中在所述第一出光板（11）的法线方向，以及在第二横截面上将所述出射光偏离所述第一出光板（11）的法线方向第一预设角度范围；通过所述第二出光板（12）的折射使所述出射光偏转至所述第一出光板（11）的法线方向；所述第一出光板（11）和第二出光板（12）相互配合使外部入射光在第二预设角度范围内射出。

2.根据权利要求1所述的新型准直背光模组，其特征在于，还包括第二背光层（2），反射膜（3）和光源（4）；

所述反射膜（3），第一出光板（11），第二出光板（12）和第二背光层（2）从下到上依次叠合；

所述光源（4）设置于所述第一出光板（11）一侧。

3.根据权利要求2所述的新型准直背光模组，其特征在于，所述第一出光板（11）由第一出光面（13），第二出光面（14），面向所述光源（4）的入光面（15），第一侧面（16）和第二侧面（17）围成；

所述第一出光面（13）设置在所述第一出光板（11）面向所述反射膜（3）的一面；

所述第二出光面（14）设置在所述第一出光板（11）背离所述的反射膜（3）的一面。

4.根据权利要求3所述的新型准直背光模组，其特征在于，所述第一出光面（13）上设置有多个依次排列的第一出光条（131），所述第一出光条（131）从第一侧面（16）向第二侧面（17）延伸，并且所述第一出光条（131）的第一横截面为圆弧形；

在相邻的所述第一出光条（131）之间设置有多个在所述第一出光条（131）的延伸方向上依次排列的第二出光条（132），所述第二出光条（132）为四棱台结构，并且所述第二出光条（132）的第二横截面为斜边朝上的梯形。

5.根据权利要求4所述的新型准直背光模组，其特征在于，所述第二出光面（14）上设置有多个依次排列的第三出光条（141），所述第三出光条（141）的延伸方向与所述第一出光条（131）的延伸方向垂直，并且所述第三出光条（141）的第二横截面为第一圆角三角形（144）；

在预设个所述第三出光条（141）之间设置有第四出光条（142），所述第四出光条（142）的延伸方向与所述第三出光条（141）的延伸方向相同，并且所述第四出光条（142）的第二横截面为第二圆角三角形（145）；

在相邻的所述第三出光条（141）之间，以及所述第三出光条（141）和第四出光条（142）之间设置有多个在第三出光条（141）的延伸方向上依次排列的第五出光条（143），所述第五出光条（143）为四棱台结构，并且所述第五出光条（143）的第一横截面为斜边朝上的梯形；

其中，所述第一圆角三角形（144）的高L1小于所述第二圆角三角形（145）的高L2。

6.根据权利要求5所述的新型准直背光模组，其特征在于，所述第二出光板（12）用于将所述出射光偏转至所述第一出光板（11）的法线方向，从而完成准直出光；所述第二出光板（12）有微结构（121）的一面面向所述第二出光面（14）；所述微结构（121）依次排列并在所述第一出光条（131）的延伸方向上延伸，所述微结构（121）的第一横截面为等腰三角形。

7.根据权利要求6所述的新型准直背光模组，其特征在于，所述第二背光层（2）包括第一增亮板（21）和第二增亮板（22），用于扩大第二横截面方向和第一横截面方向的视角；

所述第一增亮板（21）与所述第二出光板（12）相互叠合，所述第一增亮板（21）在背离所述第二出光板（12）一面设置多个第一增亮条（211），所述第一增亮条（211）在所述第一出光条（131）的延伸方向上延伸，并且所述第一增亮条（211）的第一横截面为圆弧形；

所述第二增亮板（22）与所述第一增亮板（21）相互叠合，所述第二增亮板（22）在背离所述第一增亮板（21）一面设置有多个第二增亮条（221），所述第二增亮条（221）在所述第三出光条（141）的延伸方向上延伸，并且所述第二增亮条（221）的第二横截面为圆弧形。

8.根据权利要求7所述的新型准直背光模组，其特征在于，在所述第一出光板（11）和第二出光板（12）之间可设置保护膜（5）。

9.根据权利要求8所述的新型准直背光模组，其特征在于，设置框架结构件（6）将所述反射膜（3），第一出光板（11），第二出光板（12），第一增亮板（21）和第二增亮板（22）半包围，所述框架结构件（6）将所述第二增亮板（22）的两端覆盖预设大小。

10.一种显示器，为液晶显示器的一种，其特征在于，所述显示器至少包括如权利要求1-9中任一项所述的新型准直背光模组。