CN203191572U - 仿生复眼结构功能膜 - Google Patents

Abstract

一种仿生复眼结构功能膜，包括一基底层，所述基底层上涂布有光学复眼阵列，所述光学复眼阵列由若干均匀分布的复眼单元组成，所述复眼单元由与基底层相连的通道层以及位于通道层上的透镜层组成。本实用新型仿生复眼结构功能膜，通过在透镜层下加设通道层，以实现每个复眼单元对光线的单独耦合，将反射光线耦合到单元下方，增加了光能利用率，有效改善了复眼结构在实际应用中的分辨率和灵敏度，可用于半导体照明、成像技术、背光模组等。

Description

仿生复眼结构功能膜

技术领域

    本实用新型涉及光学器件，特别涉及一种仿生复眼结构功能膜。 

背景技术

昆虫的复眼是由许多小眼组成的，每个小眼成六角形由一个凸透镜、一个晶椎和若干感光细胞构成。晶椎的折射率高于周围介质的折射率，因而能够束缚耦合进晶椎的光束，使其不断的全反射而沿着晶椎传播至感光细胞。复眼具有体积小、重量轻、视场大、灵敏度高等优点，得到科学家的持续关注，20世纪90年代后出现了许多人工复眼光学系统，并应用到很多领域。传统的复眼结构也即是微透镜阵列，是在玻璃或塑料薄膜上形成微小的凸透镜阵列，这种微透镜阵列结构以其独特的性能被广泛应用在半导体照明、背光模组、3D成像等领域。 

以背光模组为例，传统的某种侧光式背光模组如图1所示，其包括冷阴极光源10、导光板11、光学膜片组12和反射板13，其中光学膜片组12由下扩散片121、第一棱镜片122、第二棱镜片123和上扩散片124组成。光源10的光线射入导光板11后，经导光板11底板的网点引导入射至光学膜片12。光线先经下扩散片121的扩散和均光，然后依次通过第一棱镜片122和第二棱镜片123以修正光线方向、提高正面辉度，最后再经由上扩散片124稍稍扩散，以模糊经棱镜片后产生的亮纹，这样便可产生亮度充足、分布均匀的面光源，供给液晶显示板使用。 

上述模组属于单一膜片、单一功能的多膜片结构，这种结构使得模组结构复杂、厚度大、且制造成本高。针对上述缺点，复眼仿生光学概念被应用，例如中国专利CN101726770A中公开的“大视角微透镜复制阵列增亮膜”，在基材上布置若干微透镜形成阵列（参见图2），模拟复眼功能，通过单一膜片实现扩散和增量的功能，部分入射光会被反射回去而被再利用，实现增益的目的。 

然后，在这种复眼结构下，相当于每只小眼睛（微凸透镜）的通道是共用的，不能像真正复眼结构那样实现每个单元对光线的单独耦合，因此其光能利用率较低，对复眼结构在实际应用中的分辨率和灵敏度等都有很大限制。 

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种光能利用率高的仿生复眼结构功能膜。 

本实用新型所要解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现： 

一种仿生复眼结构功能膜，包括一基底层，所述基底层上涂布有光学复眼阵列，所述光学复眼阵列由若干均匀分布的复眼单元组成，所述复眼单元由与基底层相连的通道层以及位于通道层上的透镜层组成。

进一步，所述复眼单元材料选自热压型材料或紫外固化型材料，所述基底层选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯（PC）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。 

进一步，所述透镜层矢高为2um-500um，透镜层口径宽度为10um-1000um，通道层高度为2um-1000um，每个复眼单元之间的间距为1um-100um。 

再进一步，所述透镜层矢高为20um，透镜层口径宽度为50um，通道层高度为10um，每个复眼单元之间的间距为4um。 

进一步，所述通道层横截面为正六边形、正方形或圆形。 

本实用新型仿生复眼结构功能膜，通过在透镜层下加设通道层，以实现每个复眼单元对光线的单独耦合，将反射光线耦合到单元下方，增加了光能利用率，有效改善了复眼结构在实际应用中的分辨率和灵敏度，可用于半导体照明、成像技术、背光模组等。 

附图说明

图1为现有技术背光模组原理图。 

图2为现有技术中一种增亮扩散膜结构示意图。 

图3为本实用新型一个实施例的结构示意图。 

图4a为现有技术中透镜光能利用率效果图。 

图4b为本实用新型一个实施例的光能利用效果图。 

图5为本实用新型的一种复眼单元排列方式示意图。 

图6为本实用新型的另一种复眼单元排列方式示意图。 

图7为本实用新型的另一种复眼单元排列方式图。 

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。 

如图3所示，基底层5由PET材料裁切而成，基底层5上涂布有通道层6以及位于通道层6上的透镜层7，通道层6和透镜层7共同组成复眼单元，若干复眼单元组成光学阵列。与图2所示的现有技术增亮扩散膜相比，本实用新型的复眼单元可实现对光线的单独耦合，可更好地将反射光线集中在复眼单元下方以再次利用，提高了光能利用率。 

本实施例中的复眼单元，即通道层6和透镜层7均采用UV材料制成，采用相同材料可降低制造成本。 

本实用新型的仿生复眼结构功能膜，主要透过调整以下参数来获得不同的扩散和增益效果：1、透镜层矢高h；2、透镜层口径宽度D；3、通道层高度H；4、复眼单元之间的间距d。通过调整上述参数来改变入射反射方向、提高辉度、改变复眼单元填充率等。经多次模拟和实验发现，本实用新型在以下参数范围内可获得较好的增益和扩散效果：透镜层7矢高为2um-500um，口径宽度为10um-1000um，通道层6高度为2um-1000um，每个复眼单元之间的间距为1um-100um。 

实施例

透镜层7为球面透镜，基底层5为30um厚度的PET薄膜，透镜层7矢高h为20um，口径宽度D为50um，通道层6高度H为10um，且每个复眼单元之间的间距d为4um（见图3）。通道层6横截面为正六边形，排列方式如图5。在上述参数下，经光学模拟软件模拟，本实施例的增益率为46.6%，与现有技术相比，获得了很大提升。 

图4a为现有技术中的透镜阵列的光学模拟图，而图4b为本实用新型实施例的光学模拟图，对比图4a和图4b可以很容易的发现，本实用新型结构将光线耦合到单元下方，大大提高了其光线利用率。 

在本实用新型的其他实施例中，透镜层7也可以是非球面透镜。 

改变通道层6横截面的形状，并结合复眼单元之间的间距d，可以调整基底层上的复眼单元填充率。通道层6的横截面不限于正六边形，在本实用新型的其他实施例中，通道层6的横截面也可以是圆形，排列方式参见图6；或者也可以是正方形（如图7）；也可以是其他多边形。 

本实用新型仿生复眼结构功能膜有效改善了复眼结构在实际应用中的分辨率和灵敏度，可用于半导体照明、成像技术、背光模组等。 

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 。 

Claims (5)

1.一种仿生复眼结构功能膜，其特征在于包括：一基底层，所述基底层上涂布有光学复眼阵列，所述光学复眼阵列由若干均匀分布的复眼单元组成，所述复眼单元由与基底层相连的通道层以及位于通道层上的透镜层组成。

2.如权利要求1所述的仿生复眼结构功能膜，其特征在于：所述复眼单元材料选自热压型材料或紫外固化型材料，所述基底层选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。

3.如权利要求1或2所述的仿生复眼结构功能膜，其特征在于： 所述透镜层矢高为2um-500um，透镜层口径宽度为10um-1000um，通道层高度为2um-1000um，每个复眼单元之间的间距为1um-100um。

4.如权利要求3所述的仿生复眼结构功能膜，其特征在于：所述透镜层矢高为20um，透镜层口径宽度为50um，通道层高度为10um，每个复眼单元之间的间距为4um。

5.如权利要求1、2或4所述的仿生复眼结构功能膜，其特征在于：所述通道层横截面为正六边形、正方形或圆形。

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