一种视角膜及背光模组

技术领域

本发明涉及一种光学视角膜，尤其是涉及一种适用于准直背光源下的视角膜及背光模组。

背景技术

随着信息技术的不断发展，显示技术在日常生活中的应用越来越广泛，同时对于显示设备的性能要求也日益增加。例如在车载显示中，驾驶员在查看仪表或中控显示时通常需要转头或低头等方式来切换视角，造成短时间内的视角盲区，因此在车载显示中往往需要有特定的视角需求。除此之外，像智能手机及其他便携式电子产品，往往会作为导航系统被广泛使用，但是这种设备在使用过程中通常是被放置于一侧，造成观看不便或显示效果不佳的问题。上述的情况就需要显示模组在二维方向上具有差异化的视角性能，如水平方向具有宽的亮度视角，在垂直方向具有窄的亮度视角，或者能实现特定角度的出光。

对此，常规的解决方案多是在显示面板中搭配复杂的背光控制，例如不同发光角度的发光二极灯条、光栅膜、广视角膜等，来实现最终显示画面的窄视角或宽视角的效果；而满足特定视角的需求则通过导光膜等来实现光线偏转，即中心亮度视角的偏移。这些方案往往都是只能实现单一维度的调控，而无法同时实现水平/垂直等多维度的调控。

除此之外，目前常规的显示模组中背光源通常都是朗伯体光源，这种光源在初始状态下会存在部分大角度的出射光，这部分光会出现无法被利用的情况，造成最终光效的降低。而为了实现更高的光亮度，目前在显示背光领域已逐步开始尝试采用准直光源，极小角度出射的准直光源光效更集中，中心亮度更佳。然而到目前为止，在准直背光源下，利用光学膜来实现二维视角差异化及视角的偏移等还研究较少。

为此，有必要设计一种光学膜，以便在准直背光源下，以实现二维视角的差异化以及视角的偏移。

发明内容

为了解决在准直背光源下，二维视角无法差异化的技术问题，本发明提供一种用于准直背光源下的视角膜及一种背光模组。在准直背光源中，特别的是在包含反射模组的准直背光源中，采用本发明提供的视角膜，可有效实现水平和垂直方向二维亮度视角的差异化，并且，实现中心高亮显示区域的视角偏移。

二维视角差异化指水平视角和垂直视角不同，即产生差异。例如：水平视角增大，垂直视角减小。进一步的，差异化是指水平方向和垂直方向的视角角度大小不同，及视角角度增大或减小的变化不同。

为了解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案。

本发明提供一种视角膜，所述的视角膜从下至上包括光学偏向层、功能层、下棱镜层和上棱镜层。

本发明提供一种视角膜，所述的视角膜从下至上包括光学偏向层、功能层、下棱镜层和上棱镜层四层结构。

当光线通过本发明提供的视角膜后，其水平方向的半峰宽亮度视角可实现22°-56°的调节，和垂直方向半峰宽亮度视角可实现40°-74°的调节，并于实际显示中呈现出中心区域扁平状高亮显示效果(即水平方向宽、垂直方向窄的亮度显示效果)。

本发明提供的视角膜可使原本居中的高亮显示区域实现垂直方向的适当偏移，满足特定视角的需要，其视角的偏移量在-9.7°--30.0°。

进一步的，所述的四层结构均可以由基底层和结构层组成，也可以是单一结构层。当所述的结构层成型工艺采用模压工艺时，所述的基底层可不存在，此时仅有结构层。而所述的结构层成型工艺采用光固化工艺时，则基底层为常规基材层，此时所述光学偏向层的结构层处于基材层的下方，而功能层和棱镜层的结构层则处于基材层的上方。

进一步的，所述的基材层都为透明基材。

进一步的，所述的基材材质可选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、三醋酸纤维素(TAC)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃聚合物(COP)等的一种或多种的组合。

进一步的，所述的基材层厚度为25-250μm。

进一步的，所述的第一结构层光学偏向层主要作用是对准直背光源出射的准直光进行定向的偏转，实现最终显示画面中心亮度的视角偏移。

光学偏向层为第一结构层。功能层为第二结构层。下棱镜层为第三结构层。上棱镜层为第四结构层。

进一步的，所述的第一结构层光学偏向层的微结构是由三棱镜平铺而成，所述的三棱镜的横断面为普通三角形或直角三角形，三角形的底边宽度可为50-200μm。

进一步的，所述光学偏向层的三棱镜的横断面的三角形的顶角向下。功能层的棱镜结构的横截面的三角形的顶角向上；上棱镜层和下棱镜层的棱镜结构的顶角朝上。

进一步的，所述第一结构层光学偏向层的三棱镜横断面的三角形两底角为一大一小(即α

进一步的，所述的三角形较小的底角α

进一步的，所述的第一结构层光学偏向层的材质可选自丙烯酸树脂类、PMMA、PC等中的一种。当材质为丙烯酸树脂类时优选UV固化工艺。而材质为PMMA、PC等时优选为模压成型工艺，此时光学偏向层的基底层可不存在(即基底层与结构层为同一材质)。

进一步的，所述的光学偏向层的材质折射率选自1.4-1.6。

进一步的，所述的第二结构层功能层主要作用是对所有入射光线的出射角度进行差异化，如形成水平和垂直方向视角分布的差异化。

进一步的，所述的功能层的微结构是圆环式的菲涅尔棱镜结构。所述的菲涅尔棱镜结构是宽度和角度为常数的常数型菲涅尔棱镜结构。

进一步的，所述的常数型菲涅尔棱镜结构具有对光线进行中心收敛的作用。

功能层的菲涅尔结构的棱镜结构的横截面的三角形的顶角向上。

进一步的，所述的功能层菲涅尔结构的外围横断面是普通三角形，其中心区域为等腰三角形。所述的外围普通三角形底边长(宽度)是固定常数。所述的三角形的两底角是一大一小性质，β

当准直光线入射规整棱镜等相似结构时，其所有出射的折射光线或者反射光线依然具有良好的准直性能，因而水平和垂直方向上的亮度视角很难实现差异化。而所述的菲涅尔结构对于所有准直入射光线在三维方向上都是各向异性的，因而其可有效差异化处理准直光线，并实现对二维亮度视角的差异化。

进一步的，所述的菲涅尔结构横断面三角形较小的底角β

值得注意的是，本发明目前的功能层结构为常数型菲涅尔结构，也可根据光学性能选择常规的角度/高度变化的变量型菲涅尔结构，这里不做特别的约束。

进一步的，所述的第二结构层功能层材质可选自丙烯酸树脂类、PMMA、PC等中的一种。当材质为丙烯酸树脂类时优选UV固化工艺。而材质为PMMA、PC等时优选为模压成型工艺，此时功能层的基底层可不存在。

进一步的，所述的功能层的材质折射率选自1.4-1.6。

进一步的，所述的第三和第四结构层的棱镜层的作用是对光型进行收敛。

进一步的，所述的第三和第四结构层的棱镜层具有相同的结构性质，均是由三棱镜平铺而成，所述的三棱镜的横断面都是等腰直角三角形。所述的第三和第四结构层的棱镜层的横断面的三角形的顶角向上。

进一步的，所述的等腰直角三角形的底边宽度是10-150μm，两底角均为45°。

进一步的，所述的第三和第四结构层的棱镜层材质可选自丙烯酸树脂类、PMMA、PC等中的一种。当材质为丙烯酸树脂类时优选UV固化工艺。而材质为PMMA、PC等时优选为模压成型工艺，此时棱镜层的基底层可不存在。

进一步的，所述的第三和第四结构层的棱镜层的材质折射率选自1.4-1.6。所述的第三和第四结构层的材质折射率可以是一样，也可以是不同。

进一步的，所述的第三和第四结构棱镜层可以是结构方向相交贴合，也可以是平行方向贴合，优选平行方向贴合方式。

进一步的，当第三第四结构棱镜层平行组合时，第一结构层光学偏向层可以与其正交组合，也可以平行组合。优选正交方式组合；即当第一结构层光学偏向层的结构方向是90°时，则第三和第四棱镜层的结构方向均为0°。

进一步的，所述的视角膜各层(四层)结构层之间可通过目前市面上常规的光学级OCA光学胶或PSA压敏胶等进行贴合。

进一步的，所述的视角膜各层结构的折射率搭配可根据实际光学性能的需求进行选择，本发明不做优选。

进一步的，所述的视角膜的制备方法包括下述步骤:

(1)制备第一结构层光学偏向层的模具辊1；

(2)利用辊1在基底层上采用UV固化成型或模压成型工艺制备第一结构层光学偏向层光学偏向层，得到半成品1；

(3)制备第二结构层功能层的模具辊2；

(4)利用辊2在基底层上采用UV固化成型或模压成型工艺制备第二结构层功能层，得到半成品2；

(5)制备第三和第四结构层棱镜层的模具辊3；

(6)利用辊3在基底层上采用UV固化成型或模压成型工艺制备第三/第四结构层棱镜层，得到半成品3和半成品4；

(7)采用OCA光学胶或PSA压敏胶等对半成品1-4进行依次贴合，得到所述的成品视角膜。

进一步的，所述的视角膜的第一结构层和第二结构层可根据工艺可行性将其两层结构制备于一个基底的正反两面。

进一步的，所述的视角膜的制备方法包括下述步骤：

(1)制备第一结构层光学偏向层的模具辊1；

(2)利用辊1在基底层背面上采用UV固化成型或模压成型工艺制备第一结构层光学偏向层，得到半成品1；

(3)制备第二结构层功能层的模具辊2；

(4)利用辊2在半成品1的正面采用UV固化成型或模压成型工艺制备第二结构层功能层，得到半成品2；

(5)制备第三和第四结构层棱镜层的模具辊3；

(6)利用辊3在基底层上采用UV固化成型或模压成型工艺制备第三/第四结构层棱镜层，得到半成品3和半成品4；

(7)采用OCA光学胶或PSA压敏胶等对半成品2-4进行依次贴合，得到所述的成品视角膜。

进一步的，本发明提供的视角膜制备方法，适用于片材的生产，同样适用于卷材的生产。

值得注意的是，本发明涉及的二维亮度视角的差异化，并非仅限水平和垂直方向，可根据需求偏转膜片实现其他角度的视角差异化。同时中心高亮显示区域的视角偏移效果亦可调整膜片结构方向以调节偏移方向。本发明不做特别说明。

进一步的，上棱镜层和下棱镜层的结构方向平行且与光学偏向层结构正交叠加。

当上下棱镜层结构方向平行且与光学偏向层结构正交叠加时，高亮显示区域为扁平状，并且其半峰宽亮度视角说明其水平和垂直方向的视角范围都在50°以上。且能有效实现高亮显示区域的视角偏移。

进一步的，功能层的棱镜结构底角，β

进一步的，光学偏向层的棱镜结构底角为0°<α

进一步的，光学偏向层的棱镜结构底角为α

进一步的，光学偏向层的结构方向为90°，结构横断面为普通三角形，底角α

本发明提供的视角膜可以作为光学组件用于需要实现水平和垂直方向二维亮度视角的差异化以及视角偏移的光学系统中。特别是适用于光源为准直背光源且包含反射模组的背光模组体系。

另一方面，本发明还提供一种背光模组，包括本发明提供的视角膜。

本发明提供的视角膜在实际的光照显示中可实现水平方向宽的亮度视角及垂直方向窄的亮度视角，并且使中心高亮显示区域实现一定角度的偏移，以满足特定的视角需求。

本发明提供的视角膜功能层结构采用菲涅尔棱镜结构，可有效实现对准直光源的收敛，并实现二维亮度视角的差异化。

本发明提供的背光模组，可实现水平方向宽的亮度视角及垂直方向窄的亮度视角(二维亮度视角的差异化)，并且使中心高亮显示区域实现一定角度的偏移，以满足特定的视角需求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的视角膜的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的视角膜光学偏向层微结构示意图；

图3为本发明实施例提供的视角膜功能层微结构截面示意图；

图4是本发明视角膜光学偏向层微结构的光线路径示意图；

图5是本发明视角膜功能层微结构的截面光线路径示意图；

图6是本发明视角膜功能层微结构的俯视光线路径示意图；

图7是本发明视角膜仅包含光学偏向层和功能层时的光照图；

图8是本发明视角膜使用后显示效果示意图；

图9A是本发明实施例1视角膜的亮度视角曲线图；

图9B是本发明实施例1视角膜的光照图；

图10A是本发明对比例2视角膜的亮度视角曲线图；

图10B是本发明对比例2视角膜的光照图；

图11A是本发明对比例3视角膜的亮度视角曲线图；

图11B是本发明对比例3视角膜的光照图；

图12A是本发明实施例2视角膜的亮度视角曲线图；

图12B是本发明实施例2视角膜的光照图；

图13A是本发明实施例5视角膜的亮度视角曲线图；

图13B是本发明实施例5视角膜的光照图；

图14A是本发明实施例6视角膜的亮度视角曲线图；

图14B是本发明实施例6视角膜的光照图；

图15A是本发明实施例8视角膜的亮度视角曲线图；

图15B是本发明实施例8视角膜的光照图。

注：亮度视角曲线图中实线表示水平方向的视角角度数据，虚线表示垂直方向的视角角度数据。

图中标识说明：

1-光学偏向层；11-光学偏向层微结构主作用面；12-光学偏向层微结构次作用面；α

2-功能层；211-功能层收敛光型侧微结构主作用面；212-功能层收敛光型侧微结构次作用面；221-功能层发散光型侧微结构主作用面；222-功能层发散光型侧微结构次作用面；β

3-下棱镜层。

4-上棱镜层。

具体实施方式

为了更易理解本发明的结构及所能达成的功能特征和优点，下文将本发明的较佳的实施例，并配合图式做详细说明如下：

如图1所示，本发明提供的视角膜，自下而上包括光学偏向层1，功能层2，下棱镜层3和上棱镜层4。

如图2和图5所示，本发明提供的视角膜的光学偏向层1的微结构是三角形，当其三角形的两底角α

如图3、图5和图6所示，本发明提供的视角膜功能层2结构为常数型菲涅尔棱镜结构。所述的菲涅尔结构接收到光学偏向层1出射的光线后，可有效实现对其光线的中心收敛处理。首先以图6横断面所示，入射菲涅尔结构圆心左侧的准直光线出射后向中心偏转，且偏转角度较大；而入射菲涅尔结构右侧的准直光线出射后同样朝向中线偏转，但其偏转角度相对较小。如图6俯视图所示，左侧结构的出射光线由四周向中心区域大角度收敛，而右侧结构的出射光线虽也整体由四周向中心小角度收敛。从而其功能层2的菲涅尔结构对准直光源实现二维方向(水平方向及垂直方向)不对称式的收敛，实现二维方向(水平及垂直)亮度视角的差异化(如图7所示)。

如图9B、10B等视角膜表现的光照图所示，经功能层出射后的光线再次经过上层的两层棱镜层时，其光型可实现进一步的收敛及变形。当下棱镜层3和上棱镜层4结构方向(棱镜延伸方向)平行，并与光学偏向层1结构方向垂直时，此时中心高亮显示区域实现扁平状的亮度显示效果，水平方向具有宽的亮度视角，而垂直方向则有较窄的亮度视角。

如图9A、10A等视角膜表现的亮度视角曲线图所示，准直背光经过本发明视角膜后，在水平及垂直方向会表现出不同的亮度视角。下述实施例数据中采用其亮度视角曲线的半峰宽数据(角度)来定量表征各视角膜在水平及垂直方向的亮度视角性能差异；即亮度视角曲线中的中心最大峰值的一半处，横坐标方向上的宽度(视角角度)代表本发明中涉及的半峰宽亮度视角。如当中心峰数值未达到最大值，但中心与两侧最高峰数值距离较近且差异不大时，此时中心峰即作为中心最大峰处理计算(如9A中的垂直方向的亮度视角曲线)。如当中心峰数值较低而与两侧最大峰差异较大时(如图11A中的亮度视角曲线)，此时中心亮度较低，不满足光学需求，不做半峰宽亮度视角计算。

如图8所示，原本均匀的准直面光源穿过本发明提供的视角膜，并到达显示面板后中心的高亮显示区域会表现出扁平状的视角效果，该高亮显示区域在水平方向(y方向)具有较宽的视角范围，而在垂直方向(x方向)则具有较窄的视角范围。与此同时，该高亮显示区域的中心点会在其垂直方向上发生一定角度的视角偏移(θ)，以实现特定角度的视角需求。此时所述的视角偏移量(θ)有如下的计算方式：

其中d表示高亮显示区域的中心点O

实施例1

本发明提供一种视角膜，如图1所示，所述的第一结构层为光学偏向层1，第二结构层为功能层2，第三结构层为下棱镜层3，第四结构层为上棱镜层4。所述的各结构层详细设计参数如下：(1)光学偏向层：结构方向为90°(结构方向为棱镜条延长方向；其角度定义垂直纸面的方向为90°，平行纸面方面为0°)，此微结构横断面为普通三角形，底角α

对比例1-2

如实施例1提供的视角膜设计参数，所述其他的各项参数如表1所述。

表1实施例1和对比例1-2提供的视角膜的设计参数和光学性能

注：(1)高亮显示区形貌：光照图中的中心高亮显示区的形貌结构。扁平状-说明实际显示中的水平方向视角较宽，垂直方向视角较窄；圆斑-说明显示水平方向及垂直方向的视角范围相近，并未实现二维亮度视角的差异化。

如表1所示，为上棱镜层、下棱镜层和光学偏向层的结构方向不同搭配方式的视角膜的实施例。可以发现，当上下棱镜结构方向(棱镜延长方向)与光学偏向层结构方向一致时(对比例1)其高亮显示区域形貌近似为圆斑，其视角膜未有效实现二维亮度视角的差异化。而当上下棱镜层正交组合时(对比例2)，虽其高亮显示区域为扁平状，但半峰宽亮度视角数据表明其视角膜的水平和垂直方向的半峰宽亮度视角均较窄(水平25°、垂直36°)。而当上下棱镜层结构方向平行且与光学偏向层结构正交叠加时(实施例1)，高亮显示区域为扁平状，并且其半峰宽亮度视角说明其水平和垂直方向的视角范围都在50°以上。而由于模组架构的差异会造成实际光路呈现出不同的结构，但上述的方案均能有效实现高亮显示区域的视角偏移。

实施例2

本发明提供一种视角膜，如图1所示，所述的第一结构层为光学偏向层1，第二结构层为功能层2，第三结构层为下棱镜层和第四结构层为上棱镜层。所述的各结构层详细设计参数如下：(1)光学偏向层：结构方向为90°(定义垂直纸面的方向为90°，平行纸面方面为0°)，此微结构横断面为普通三角形，底角α

实施例3-5

如实施例2提供的视角膜设计参数，所述其他的各项参数如表2所述。

表2实施例2-5和对比例3-6提供的视角膜的设计参数和光学性能

注：半峰宽亮度视角未标注的是其视角膜的亮度视角曲线的高亮区域主要分布于两侧，而中心区域相较两侧高峰其亮度相差较大(如图11A所示效果)。整个亮度视角曲线呈现出中间低，两边为一高或多高的趋势，此时画面亮度显示效果较差，半峰宽亮度视角无实际意义。

如表2所示，为功能层不同菲涅尔结构参数搭配的视角膜的实施例。据此可知，当功能层菲涅尔棱镜结构的两底角(β

实施例6

本发明提供一种视角膜，如图1所示，所述的第一结构层为光学偏向层1，第二结构层为功能层2，第三结构层为下棱镜层3和第四结构层为上棱镜层4。所述的各结构层详细设计参数如下：(1)光学偏向层：结构方向为90°(定义垂直纸面的方向为90°，平行纸面方面为0°)，此微结构横断面为普通三角形，底角α

如实施例6提供的视角膜设计参数，所述其他的各项参数如表3所述。

表3实施例6-8和对比例7-9提供的视角膜的设计参数和光学性能

如表3所示，为不同光学偏向层结构参数搭配的视角膜的实施例。随着光学偏向层微结构偏向侧较小角α

综上，当上下棱镜层结构方向平行且与光学偏向层正交，功能层菲涅尔棱镜结构的底角为20°≤β

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。