CN113267844A - 一种透明单向出光光源模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透明单向出光光源模组，包括光源和导光板，所述的导光板包括入光面、第一表面和第二表面，特点是其特征在于所述的第一表面上设置有贴合层，所述的导光板的折射率大于所述的贴合层的折射率，优点在于各组件的结构简单，制作难度和成本较小，能够有效地实现单面出光，且所产生的扩大截面的平行光束准直性好，整体模组透明度极高，与其他技术具有极大的兼容性。

Description

一种透明单向出光光源模组

技术领域

本发明涉及一种光源模组，尤其是涉及一种透明单向出光光源模组。

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，例如更加节能护眼的反射式液晶显示系统，电子纸显示系统，以及应用更加前沿的透明显示系统，但是这些系统所需求的光源要求具有很高的透明性，同时具有良好的出光单向性，因此透明单向出光光源系统是这些新型显示系统应用于市场的前提，本发明提出了一种高透明性的单向出光光源模组。

专利US20180052274A1为薄膜导光膜，如图1所示，在导光膜上制作微结构，使光线经过微结构后破坏其传播的全反射条件，之后在另一面出射，多层此薄膜导光膜压合而成，在光学上为各层导光膜为单个个体。成本较高且工艺复杂，同时效率较低。

专利CN 109031512 A中导光膜结构为梯形结构，如图2所示，将此导光膜与导光板用胶层粘结在一起，相当于在导光板表面存在一倒梯形结构，光线射入到倒梯形结构侧面发散全反射后，在梯形底面出光。导光膜结构，其需要胶层将两层结构粘结在一起，其胶层平整性极大影响其出光效果，因而造成对比度下降，亮度降低等问题；

专利CN 108519637 A导光板上制作微结构，如图3所示，微结构形状为圆台型，光线照射到微结构表面，在表面折射出光。存在背面漏光现象，虽然其背面贴合有半透半反膜，可以抑制其背面漏光，但会降低光透过率，同时，半透半反结构要与其对面的微结构对准，所以工艺复杂，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种准直性好、透明度高且制作工艺简单，成本较低的透明单向出光光源模组。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种透明单向出光光源模组，包括光源和导光板，所述的导光板包括入光面、第一表面和第二表面，其特征在于所述的第一表面上设置有贴合层，所述的导光板的折射率大于所述的贴合层的折射率。

所述的导光板的折射率最好大于所述的贴合层的折射率0.05以上。

所述的导光板为楔形导光板，所述的入光面与所述的第一表面的夹角在为80～100度。

所述的楔形导光板的第二表面设置有保护层，所述的贴合层的折射率大于所述的保护层的折射率。

所述的楔形导光板朝向所述的光源的一侧一体设置有喇叭状的第一辅助导光板。

所述的贴合层的非贴合面设置有倒梯形的准直微棱镜阵列。

所述的导光板为平行导光板，所述的第二表面上设置有锯齿形微结构，所述的导光板朝向所述的光源的一侧一体设置有第二辅助导光板，所述的第二辅助导光板与所述的第二表面同侧的面上设置有辅助锯齿形微结构，所述的锯齿形微结构与所述的辅助锯齿形微结构的锯齿方向相反。

所述的导光板为平行导光板，所述的第一表面上设置有锯齿形微结构，所述的贴合层充满所述的锯齿形微结构，所述的导光板朝向所述的光源的一侧一体设置有第二辅助导光板，所述的第二辅助导光板与所述的第一表面同侧的面上设置有辅助锯齿形微结构，所述的锯齿形微结构与所述的辅助锯齿形微结构的锯齿方向相反。

与现有技术相比，本发明的优点在于各组件的结构简单，制作难度和成本较小，能够有效地实现单面出光，且所产生的扩大截面的平行光束准直性好，整体模组透明度极高，与其他技术具有极大的兼容性。

附图说明

图1为专利US20180052274A1的结构示意图；

图2为专利CN 109031512 A的结构示意图；

图3为专利CN 108519637 A的结构示意图；

图4为本发明实施例一的结构示意图；

图5为本发明实施例一的应用示例的结构示意图；

图6为本发明实施例二的结构示意图；

图7为本发明实施例三的结构示意图；

图8本发明实施例四的结构示意图；

图9为本发明实施例五的结构示意图。

图10为本发明实施例六的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：如图4所示，一种透明单向出光光源模组，包括光源1和楔形导光板2，楔形角为γ，楔形导光板2包括入光面20、第一表面21和第二表面22，第一表面21上设置有贴合层3，楔形导光板2的材料选择折射率为1.5～1.7的PC、PMMA或玻璃，大于贴合层3的折射率0.05以上，贴合层3的材料可以选择折射率为1.5～1.3PMMA、硅胶、丙烯酸树脂或环氧树脂等，光源1出射的光线进入楔形导光板2，光线201到达楔形导光板2与贴合层3的交界处第一表面21时，其入射角为α，当α大于两种材料的全反射角时，光线在楔形导光板2内传播，由于楔形结构会使光线入射角α以2γ倍的速度逐渐变小，因此当入射角α小于两种材料的全反射角时，光线出射进入贴合层3。由于光线201进入贴合层3中为刚刚破坏全反射条件，因此出射角β为接近90°的大角度准直光线，最终进入显示系统中。由于楔形角度γ限制其出射角度，因此所有出射光线的入射角度均不超过(全反射角-2γ)度内，因此所有出射光线均为准直大角度出射光线，又因为另一面22无贴合，为空气介质，因此当入射角α不满足第一表面21的全反射角时，但仍然满足第二表面22空气与楔形导光板2材料的全反射角，因此其能够做到单面出光，由于楔形导光板2角度γ极小，且表面并无其他出光结构，因此整体模组透明度极高。

作为本实施例的一个示例如图5所示，在贴合层3的非贴合面31上设置有显示器4。

实施例二：如图6所示，在实施例一的基础上，在楔形导光板2背向贴合层3的第二表面22一侧设置保护层5，保护层5的折射率低于贴合层的折射率，因此对于楔形导光板2中的光线，其对于贴合层3在第一表面21上的全反射角α要大于保护层5在第二表面22上的全反射角Ω，因此光线202在第二表面22上时会发生全反射，但在第一表面21上时有可能不会发生全反射。由于每次全反射后，光线202趋近全反射角的速度为2γ度，所以全反射角α只需大于全反射角Ω角度2γ度即可，即

α-Ω≥2γ

所以保护层5的折射率n₂与贴合层3的折射率n₁以及楔形导光板的折射率n，只需满足以下关系即可

arcsin(n₁/n)-arcsin(n₂/n)≥2γ

存在保护层5后，整体模组可以继续贴合其他结构而不影响其光学效果，能够适应全贴合的工艺要求。

实施例三：如图7所示，在实施例一的基础上，在楔形导光板2朝向光源1的一侧一体设置喇叭状的第一辅助导光板6，喇叭口夹角角度为θ，其包含两个辅助面23和24，光线照射到辅助面23和24上会使光线得到有效准直，光线301照射到辅助面23上，在23面上发生全反射，其行进角度按逆时针方向偏折θ度，光线302照射到辅助面24上，在24面上发生全反射，其行进角度按顺时针方向偏折θ度，因此光线301和302经过辅助面23和24后得到准直，之后光线达到第一表面21，其光线301和302相对于第一表面21的入射角α₁和α₂与原来相比将会增大，更加满足第一表面21的全反射条件，极大提高整体系统效率，同时，光线301和302更加接近于0度光线，照射到第一表面21的范围更向尾端移动，更加有利于系统均匀性的调整。

实施例四：如图8所示，在贴合层3的表面31设置倒梯形的准直微棱镜阵列50，将使得大角度光线601等经过倒梯形的准直微棱镜阵列50的准直，垂直出射，光线601能够在导光板2出射，是因为光线未满足第一表面21的全反射条件，但是由于导光板2的楔角γ极小，因此光线601的出射角度范围仅在楔角γ范围内，所以类似光线601的所有光线为高度准直光线，光线601经过贴合层3后，光线601经过贴合层3与准直微棱镜阵列50的接触面31进入准直微棱镜阵列50，光线601进入准直微棱镜阵列50后，照射到表面51上，在表面51发生全反射，光线601经过表面52，垂直出射，其光线601在进入倒梯形的准直微棱镜阵列50前的角度准直度极高，具有良好的单向准直出光特性，准直微棱镜阵列50可以根据光线601的角度，调整表面51的角度，使光线601能够在表面52垂直出射，准直微棱镜阵列50也可以为二维阵列，对两个维度的光线进行准直。

实施例五：如图9所示，导光板2为平行导光板，第二表面22上设置有第一锯齿形微结构25，第一锯齿的顶角为γ，导光板2朝向光源1的一侧一体设置有平板状的第二辅助导光板7，平板状的第二辅助导光板7与第二表面22同侧的面上设置有第二锯齿形微结构26，第二锯齿的顶角为θ，光线701照射到第二锯齿形微结构26的锯齿面上，在其表面发生全反射，全反射后光线701的行进角度按顺时针方向偏折θ度，光线701更加接近于零度光线，因此，第二锯齿形微结构26与实施例三中喇叭口结构功能一致；之后光线701照射到第一表面21上发生全反射继续向前传输，之后照射到第一锯齿形微结构25的锯齿面上，在其表面发生全反射，光线按逆时针方向偏折γ度，之后继续照射到第一表面21上，光线701对于第一表面21的入射角较之前减少2γ度，当其入射角小于全反射角时，光线701在第一表面21上出射，进入后续光学结构，因此第一锯齿形微结构25能够完成实施例1中楔形板的功能。一般来说，第一锯齿形微结构25与第二锯齿形微结构26的锯齿方向相反。本实施例中，将实施例三的楔形导光板2与喇叭状的第一辅助导光板6等效为相同角度的锯齿形微结构，在一些极薄或工艺要求的场景，可以采用此替代方案进行设计加工，具有极高的可加工性，利于大规模生产。

实施例六：如图10所示，导光板2为平行导光板，第一表面21上设置有第一锯齿形微结构25，贴合层3充满第一锯齿形微结构25，导光板2朝向光源1的一侧一体设置有平板状的第二辅助导光板7，第二辅助导光板7与第一表面21同侧的面上设置有第二锯齿形微结构26，第一锯齿形微结构25与第二锯齿形微结构26的锯齿方向相反。由于锯齿形微结构会产生一定的雾度，为满足透明性要求，将锯齿性微结构使用贴合层材料填充，在不影响光学效果的前提下，极大的降低锯齿形微结构的雾度，使整体模组仍然具有极高的透明性。

Claims (8)

1.一种透明单向出光光源模组，包括光源和导光板，所述的导光板包括入光面、第一表面和第二表面，其特征在于所述的第一表面上设置有贴合层，所述的导光板的折射率大于所述的贴合层的折射率。

2.如权利要求1所述的一种透明单向出光光源模组，其特征在于所述的导光板的折射率大于所述的贴合层的折射率0.05以上。

3.如权利要求1所述的一种透明单向出光光源模组，其特征在于所述的导光板为楔形导光板，所述的入光面与所述的第一表面的夹角在为80～100度。

4.如权利要求3所述的一种透明单向出光光源模组，其特征在于所述的楔形导光板的第二表面设置有保护层，所述的贴合层的折射率大于所述的保护层的折射率。

5.如权利要求3所述的一种透明单向出光光源模组，其特征在于所述的楔形导光板朝向所述的光源的一侧一体设置有喇叭状的第一辅助导光板。

6.如权利要求1～5所述的一种透明单向出光光源模组，其特征在于所述的贴合层的非贴合面设置有倒梯形的准直微棱镜阵列。

7.如权利要求1所述的一种透明单向出光光源模组，其特征在于所述的导光板为平行导光板，所述的第二表面上设置有锯齿形微结构，所述的导光板朝向所述的光源的一侧一体设置有第二辅助导光板，所述的第二辅助导光板与所述的第二表面同侧的面上设置有辅助锯齿形微结构，所述的锯齿形微结构与所述的辅助锯齿形微结构的锯齿方向相反。

8.如权利要求1所述的一种透明单向出光光源模组，其特征在于所述的导光板为平行导光板，所述的第一表面上设置有锯齿形微结构，所述的贴合层充满所述的锯齿形微结构，所述的导光板朝向所述的光源的一侧一体设置有第二辅助导光板，所述的第二辅助导光板与所述的第一表面同侧的面上设置有辅助锯齿形微结构，所述的锯齿形微结构与所述的辅助锯齿形微结构的锯齿方向相反。

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