一种防窥视背光模组的制作方法

1.本实用新型涉及一种液晶显示器的背光模组，尤其是涉及一种防窥视背光模组。


背景技术：

2.近年来，液晶显示器已经广泛运用到各种显示装置中，与人们的生活相关性越来越密切。液晶显示器，由于自身无法发光，需要配置可以提供背光的背光模组。其中，在一切特殊的使用场景或者一些使用者的隐私性需求，不希望他人能看到自己屏幕上的内容，因此有了防窥屏的应用。目前防窥屏有两种模式，一种是静态防窥，通过并列排布的光栅结构实现，在一定的角度，透过的光线被光栅拦阻，不会出射。这种结构虽然能实现一定角度的防窥效果，但是整体透过率低，整体较暗，使用者的体验感不好，并且不能实现防窥和广角显示的选择。第二种是动态防窥，主要有以下几种：
3.1)在普通背光模组中搭载3m防窥膜，在3m防窥膜和显示屏之间搭载pdlc、近晶相调光膜等，利用调光膜在全透明态和散射态之间切换来进行隐私态和共享态之间的切换。该方案存在的问题是3m防窥膜价格偏高，而且pdlc在全透明态下的视角差，会影响隐私态的效果；近晶相调光膜的驱动电压高且低温下的响应速度过慢。
4.2)在准直背光模组中搭载pdlc、近晶相调光膜等，该方案存在的问题是准直背光的成本高且良率低。
5.3)基于液晶光阀的防窥显示系统，通过在液晶光阀两侧设置两对不同形态的电极，显示隐私态和共享态的快速切换。此方案因为对入射光的角度有要求，存在效率损失。
6.以上几个方案出射角度基本只能在一个维度固定在一定的范围，不能兼顾两维，角度范围不可调，使用范围有局限性。


技术实现要素：

7.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种防窥视背光模组，可以实现角度可调两维防窥，并且可以切换防窥和广角两种显示模式，切换速度快，几乎没有响应时间，整体透过率高。
8.本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种防窥视背光模组，由上背光模组和下背光模组和设置在所述的下背光模组下方的反射膜叠合组成，所述的上背光模组是透明模组，所述的下背光模组是透明模组或非透明模组，所述的上背光模组是准直背光模组或扩散背光模组，所述的下背光模组是准直背光模组或扩散背光模组，且所述的上背光模组和所述的下背光模组性质不同。
9.所述的准直背光模组包括第一导光板和设置在所述的第一导光板侧面的第一光源，所述的第一导光板的上表面设置的第一微棱镜阵列，所述的第一微棱镜阵列沿所述的第一光源的光线传输方向排列，所述的扩散背光模组包括第二导光板和设置在所述的第二导光板侧面的第二光源，所述的第二导光板的上表面设置的第二微棱镜阵列，所述的第二微棱镜阵列沿所述的第二光源的光线传输方向排列。
10.所述的上背光模组为准直背光模组，所述的下背光模组为扩散背光模组，所述的第一微棱镜阵列和所述的第二微棱镜阵列相互正交或相互平行。
11.所述的上背光模组为扩散背光模组，所述的下背光模组为准直背光模组，所述的第一微棱镜阵列和所述的第二微棱镜阵列相互正交或相互平行。
12.所述的第一导光板为平行平板，所述的第一光源为设置在所述的第一导光板的一个侧面，所述的第一光源对面的侧面上设置有第一反射面。
13.所述的第一导光板为平行平板，所述的第一光源为设置在所述的第一导光板的一个侧面，所述的第一光源对面的侧面上设置有第一辅助光源。
14.所述的第一导光板是楔形板，所述的第一光源设置在所述的楔形板的厚端侧面。所述的楔形导光板的楔角为小于等于5
°
。
15.所述的楔形板的尾端侧面设置有反射面。
16.所述的第一导光板是双向楔形板，所述的第一光源设置在所述的楔形板的两个厚端侧面。
17.所述的第一微棱镜阵列为梯形或杯状结构，所述的第一微棱镜阵列与所述的第一导光板互为一体。
18.所述的第一微棱镜阵列是均匀排列或不均匀排列。
19.所述的第一微棱镜阵列将由所述的第一导光板入射的光线以会聚的方式折射出所述的第一微棱镜阵列。
20.所述的第二导光板为平行平板，所述的第二光源为设置在所述的第二导光板的一个侧面，所述的第二光源对面的侧面上设置有第二反射面。
21.所述的第二导光板为平行平板，所述的第二光源为设置在所述的第二导光板的一个侧面，所述的第二光源对面的侧面上设置有第二辅助光源。
22.所述的第二微棱镜阵列将由所述的第二导光板入射的光线以发散的方式折射出所述的第一微棱镜阵列。
23.所述的下背光模组的上表面上贴合有防窥膜，所述的防窥膜与所述的上背光模组的下表面之间设置有空气间隙。
24.所述的双向楔形导光板的下界面可以是线性的，也可以是非线性的。
25.所述的第一微棱镜阵列和所述的第二微棱镜阵列的侧面轮廓可以是直线也可以是弧线或者多线段。
26.所述的弧线或者多线段轮廓可以是内凹的(会聚)，可以是内凸的(发散)，也可以是凹凸结合的。
27.所述的上背光模组为扩散背光模组，所述的下背光模组为准直背光模组，所述的准直背光模组包括第一导光板和第一光源，所述的扩散背光模组包括第二导光板和第二光源，所述的第二导光板为平行平板，所述的第二导光板的上表面设置的第二微棱镜阵列，所述的第二微棱镜阵列沿所述的第二光源的光线传输方向排列，所述的第二光源设置在所述的第二导光板的一个侧面，所述的第二光源对面的侧面上设置有第二辅助光源，所述的第一导光板是楔形板，所述的第一光源设置在所述的楔形板的厚端侧面，所述的第一导光板与所述的第二导光板之间设置有斜方棱镜膜。
28.所述的上背光模组为扩散背光模组，所述的下背光模组为准直背光模组，所述的
准直背光模组包括第一导光板和第一光源，所述的扩散背光模组包括第二导光板和第二光源，所述的第二导光板为平行平板，所述的第二导光板的上表面设置的第二微棱镜阵列，所述的第二微棱镜阵列沿所述的第二光源的光线传输方向排列，所述的第二光源设置在所述的第二导光板的一个侧面，所述的第二光源对面的侧面上设置有第二辅助光源，所述的第一导光板是楔形板，所述的第一光源设置在所述的楔形板的厚端侧面，所述的第一导光板与所述的第二导光板之间设置有逆棱镜膜。
29.所述的逆棱镜膜与所述的第二导光板之间设置防窥膜。
30.与现有技术相比，本实用新型的优点在于可以同时实现分束和准直两种出光方向，可应用于多种背光模组中。分束角度可调，效率高，可独立控制。通过双侧入光和入光头的设计实现分束功能，并且通过出光面微棱镜结构的设计，例如从边缘到中心逐步变密实现均匀出光，以解决传统面板中间颜色较浅不够亮的问题。
附图说明
31.图1为本实用新型实施例示例一中的单光源准直背光模组第一种结构的光路示意图；
32.图2为本实用新型实施例示例一中的单光源准直背光模组第二种结构的光路示意图；
33.图3为本实用新型实施例示例一中的单光源准直背光模组第三种结构的光路示意图；
34.图4为本实用新型实施例示例一中的单光源扩散背光模组的结构示意图；
35.图5为本实用新型实施例示例二中的双光源准直背光模组第一种结构的光路示意图；
36.图6为本实用新型实施例示例二中的双光源准直背光模组第二种结构的光路示意图；
37.图7为本实用新型实施例示例二中的双光源准直背光模组第三种结构的光路示意图；
38.图8为本实用新型实施例示例二中的双光源扩散背光模组的结构示意图；
39.图9为本实用新型的实施例示例三的双光源背光模组第一种结构的示意图；
40.图10为本实用新型的实施例示例三的双光源背光模组第二种结构的示意图；
41.图11为本实用新型的实施例示例三的双光源背光模组第二种结构的具体的扩散背光模组与准直背光模组组合的光路示意图；
42.图12为本实用新型的实施例示例三的双光源背光模组第二种结构的具体的扩散背光模组、防窥膜与准直背光模组组合的光路示意图；
43.图13为本实用新型的实施例示例三的双光源背光模组中上、下背光模组垂直设置的平面结构示意图；
44.图14为本实用新型的实施例示例三的双光源背光模组中上、下背光模组垂直设置的第一种结构的立体结构示意图；
45.图15为本实用新型的实施例示例三的双光源背光模组中上、下背光模组垂直设置的第二种结构的立体结构示意图；
46.图16为本实用新型的实施例示例三的双光源背光模组中上、下背光模组垂直设置第一种结构中加入防窥膜的立体结构示意图；
47.图17为本实用新型的实施例示例四的背光模组第一种结构的示意图；
48.图18为本实用新型的实施例示例四的背光模组第二种结构的示意图；
49.图19为本实用新型的实施例的双光源背光模组的出光光谱示意图。
具体实施方式
50.以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
51.实施例：一种光线角度可控的背光模组，该光线角度可控的背光模组由上背光模组、下背光模组和设置在下背光模组下方的反射膜叠合组成，上背光模组是透明模组，下背光模组可以是透明模组或非透明模组，上背光模组可以是准直背光模组或扩散背光模组，下背光模组是准直背光模组或扩散背光模组，且上背光模组和下背光模组性质不同，准直背光模组包括第一导光板和设置在第一导光板侧面的第一光源，第一导光板的上表面设置的第一微棱镜阵列，第一微棱镜阵列沿第一光源的光线传输方向排列，扩散背光模组包括第二导光板和设置在第二导光板侧面的第二光源，第二导光板的上表面设置的第二微棱镜阵列，第二微棱镜阵列沿第二光源的光线传输方向排列。
52.示例一：单光源结构的准直背光模组或扩散背光模组：
53.图1是单光源准直背光模组的第一种结构的示意图，第一导光板32为平行平板，第一微棱镜阵列33设置在第一导光板32的表面，第一光源31为设置在第一导光板32 的一个侧面321，第一光源31对面的侧面324上设置有第一反射膜片34，第一反射膜片34的表面是具有一定反射率的第一反射面，第一导光板32和第一微棱镜阵列33的基体为光学材料。
54.从图中可以看出，当从第一光源31出射的光线301从端面321进入第一导光板32 后，根据斯涅尔定律(n1sinθ1＝n2sinθ2，式中n1为介质1的折射率，θ1为入射角，n2为介质2的折射率，θ2为折射角)，其光路轨迹为在上下2个界面322和323间被连续反射、并前行，直到301从第一微棱镜阵列33的下开口进入折射其中的一个微棱镜331，并在微棱镜331的侧面3311上被折射出第一微棱镜阵列33的微棱镜331表面333。从第一光源31出射的另一条光线302进入第一导光板32后，同样根据斯涅尔定律，其光路轨迹为在上下2个界面322、323间被连续反射、并前行，由于其在行进的过程中没有遇见第一微棱镜阵列33，在侧面324被第一反射膜片34反射从反向再在第一导光板 32中行进。被反射的光线302在返程中遇见微棱镜332的下端并进入微棱镜332，光线在微棱镜332侧面3321被折射出第一微棱镜阵列33的表面333。
55.图2是单光源准直背光模组的第二种结构的示意图，第一导光板53采用楔形结构，第一光源51设置在楔形板厚端(正楔形)。假定第一导光板53的折射率为1.58，光线入射进楔形板后角度范围为α＝
±
arcsin(1/1.58)＝
±
40
°
，在楔形板中传播时与楔形板上下两个反射面的法线夹角90
‑
α大于等于50
°
，而全反射角为γ＝arcsin(1/1.58)＝40
°
， 90
‑
α大于γ时满足全反射条件，所以不会出射。楔形板的角度为β，光线每经过一次与上下界面531或532的反射，光线与楔形板的上下界面531或532的法线夹角减少β，直至满足出射条件才会出射。由于该方案中第一导光板53的楔角β很小，绝大多数光线能量(如光线501)在前进中都满足全反射条件而被上下2个界面531和532包络住，由于在本示例中光线是单向行进，所
以第一微棱镜阵列52呈单向排列(非对称)，光线只有在照射到微棱镜结构下开口时才会由微棱镜的一个侧面521折射出背光模组，而微棱镜的另一个侧面522则不会产生折射。
56.图3是单光源准直背光模组的第三种结构的示意图，在楔形导光板尾端置第一反射膜片55，形成双向出光的背光模组，第一微棱镜阵列54呈对称的排列，从光源51出射的光线502出光过程与图2中的光线501雷同，但是在前行中没有遇见第一微棱镜阵列 54下开口的光线(如光线503)在楔形板的端面被第一反射膜片55反射回楔形板，其在楔形板的上下两个反射面531、532间反射前行时与相向的过程正好相反(负楔形)，光线每经过一次与上下界面531或532的反射，光线与楔形板的上下界面531或532的法线的夹角增大β，所以光线与界面的法线夹角会变得越来越大，直到返回的光线遇见第一微棱镜阵列54的下开口后由微棱镜的侧面523反射出第一微棱镜阵列54。
57.图4是单光源扩散背光模组的结构示意图，第二微棱镜阵列43的微棱镜的两个侧面设计为将在侧面折射的光线射向以棱镜阵列表面法线对称(或不对称)的不同方向。从第二光源41射出的光线401、402从侧面421进入第二导光板42后在第二导光板42 中前行，其中光线401遇见微棱镜下开口后由侧边432折射出背光模组。而光线402由于在前行中未遇到微棱镜下开口而在第二导光板42的另一侧面423被第二反射膜片44 反射回第二导光板42反向而行，在与光线401相向而行的过程中遇见微棱镜的下开口，而被微棱镜的侧边431折射出背光模组。通过改变微棱镜的侧面轮廓，相向而行的光线 401和402被微棱镜折射到2个不同的方向，因此实现与第二微棱镜阵列43表面433 的法线434方向没有光线，而法线434方向的两侧分布着光线。光束的发散程度(范围) 可以通过改变微棱镜的侧面轮廓来控制。
58.示例二：双光源结构的准直背光模组或扩散背光模组：
59.图5是双光源准直背光模组的第一种结构的示意图，第一导光板32为平行平板，第一微棱镜阵列33设置在第一导光板32的表面，第一光源31设置在第一导光板32的一个侧面321，第一光源31对面的侧面324上设置有第一辅助光源35。第一导光板32 和微棱镜阵列33的基体为光学材料。
60.从图中可以看出，两个光源发出的光相向而行，其出光机理与图2相同。在图6中，微棱镜的侧面可以设计为其出光分布是以出光面333的法线334为中心分布的，既两个方向行进的光线出光范围重叠，如图6中的光线301、302与303、304，它们的分布范围重合。
61.图6是双光源准直背光模组的第二种结构的示意图，第一导光板57设为薄端相连的两个线性楔形板结构，形成双向出光模组，在这种案例中第一微棱镜阵列呈对称的排列。具体实施方案为，从第一辅助光源56出射的光线504射入线性楔形板时，光线首先遇见的是厚度由大到小的结构(正楔形)，光线在上下两个界面571、572间反射中前行，楔形板的角度为β，光线每经过一次与上下界面571或572的反射，光线与楔形板的上下界面571或572的法线夹角减少β，直至满足出射条件才会出射。由于该方案中楔形导光板的楔角β很小，绝大多数光线能量(如光线504)在前进中都满足全反射条件而被上下2个界面571和572包络住，光线只有在照射到第一微棱镜阵列的下开口时才会由微棱镜侧面522折射出背光模组。在厚度由大到小的楔形结构中没有遇见第一微棱镜阵列下开口的光线继续前行，进入厚度由小到大的楔形结构(负楔形)，其经历与负楔形情形雷同，如光线505从第一微棱镜阵列的出射点在负楔形的部分。与第一辅助光源56相对应的第一光源51的情形与上述相同。
62.图7是双光源准直背光模组的第三种结构的示意图，在双向楔形导光板方案中，楔形板的下界面571可以是非线性多线段的。其工作原理与图7雷同。
63.图8是双光源扩散背光模组的结构示意图，其结构与图5基本相同，不同的是将第二反射膜片44替换为第二辅助光源45。
64.示例三：如图9所示，一种能提供准直和大角度(发散)出光两种方案的双边入射 (双光源)的背光模组1，包括提供准直出光的准直背光模组11作为上背光模组，提供发散出光的扩散背光模组12作为下背光模组，及置于下背光模组下方的反射膜13用于将由光学界面向下反射的杂散光反射回出光的方向以重复利用杂散光，提高背光模组的光学效率。
65.如图10所示，一种能提供准直和大角度(发散)出光两种方案的双边入射背光模组2，包括提供发散出光的扩散背光模组12作为上背光模组，提供准直出光的准直背光模组11作为下背光模组，及置于下背光模组下方的反射膜13。在图10和图11的示例三中，上背光模组和下背光模组按同一方向放置，即上下两个背光模组同一侧的光源上下叠置，如111和121、112和122。
66.如图11所示，双光源扩散背光模组15为上背光模组，以双向楔形准直背光模组16 为下背光模组，上下背光模组15、16组合置于反射膜17之上。以下背光模组16为例，从光源621和622射出的光线601和602进入楔形导光板后相向而行，并在遇见微棱镜下开口时被折射出下背光模组16。准直背光模组16出射的光线601、602、603、604 透射上背光模组15后形成准直方向的光束，但其在透射上背光模组时由于上背光模组 15中的微棱镜结构所产生的雾度效应会造成准直光束的部分离散。同样，上背光模组 15的两个光源611、612发出的光线进入平行导光板后相向而行，当光线遇到微棱镜下开口时被微棱镜侧面以大角度折射出扩散背光模组15，如光线605、606。这样光线601、 602、605、606形成了全角度光束，当上背光模组15关闭时，光束范围只有准直部分 601、602。控制上背光模组15的光源的开关，就能够实现光束视角的切换。本案例中下置的反射膜17是用于反射从楔形导光板下方漏出的光线、及背光模组结构中不同的界面向下反射的光线，以重复利用向下出射的光线，提高背光模组的整体光学效率。本技术方案的组合除了上背光模组平行平板、下背光模组楔形；也可以是下列组合：上背光模组楔形、下背光模组平行平板，上、下模背光组均为平行平板，上、下背光模组均为楔形。
67.如图12所示，图12的结构中可以加入防窥膜18，以进一步提高准直(角度)截止区域的黑度(模组的对比度)。在这种构架中防窥膜18的下表面181与下背光模组64 的出光面641做光学贴合以减少界面光学损耗；同时防窥膜18的上表面182不能与扩散背光模组63的下表面631贴合，而必须保持非光学接触。
68.如图13所示，上、下背光模组以正交的方式放置，即其中一个背光模组的光源如 72、73在水平方向，另一个背光模组的光源71、74在垂直方向布置。正交布置使得上下两个模组可以更紧密的结合，同时光源布置不相互干扰。在实现紧凑的结构设计的同时，减小了上模组微棱镜结构对下背光模组产生的实际雾度。正交背光模组组合的光束规律与平行背光模组组合雷同。
69.如图14所示的是正交布置准直背光模组81在下，扩散背光模组82在上的构架。而图15所示的是扩散背光模组82在下，准直背光模组81在上的组合。
70.如图16所示，在准直背光模组81在下、扩散背光模组82在上的构架中，可以在 81、
82之间加入防窥膜84，以进一步提高准直(角度)截止区域的黑度(背光模组的对比度)。在这种构架中防窥膜84的下表面841与下背光模组81的出光面811做光学贴合以减少界面光学损耗。同时防窥膜84的上表面842不能与扩散背光模组82的下表面821贴合，而必须保持非光学接触。
71.示例四：
72.如图17所示，背光模组由非透明的全楔形准直背光模组92为下背光模组、透明的扩散背光模组91为上背光模组，其中上、下两背光模组的放置方向相同，即两背光模组的光源911、924互为上下叠置。与一体型楔形模组结构不同，图17中斜方棱镜膜922、楔形导光板921、与反射膜923均为分离器件，其中斜方棱镜膜922与楔形导光板921 两种材料的折射率相同或接近。其工作原理如下：光源924发出的光线901、902由楔形导光板921前端入射，光线在楔形导光板921(例如n＝1.58)中传播时，遵循斯涅耳折射定律：
73.n1sinθ1＝n2sinθ274.式中n1为介质1的折射率，θ1为入射角，n2为介质2的折射率，θ2为折射角。
75.光线入射进楔形导光板921后角度范围为α＝
±
arcsin(1/1.58)＝
±
40
°
，在楔形导光板921中传播时与楔形导光板921的上下两个反射面9211、9212的法线夹角90
‑
α大于等于50
°
，而全反射角为γ＝arcsin(1/1.58)＝40
°
，90
‑
α大于γ时满足全反射条件，所以不会出射。楔形板的角度为β，光线每经过一次反射与楔形导光板921的出射面9211的法线夹角减少β，直至满足出射条件才会出射。可以理解，从出射面9211出射进入上方斜方棱镜膜922的光，均为接近全反射角时出射，光线方向基本一致，即不管光线901和902在楔形导光板921中的起始方向怎样，它们入射到斜方棱镜膜922中的方向基本一致。因此经过斜方棱镜膜922的折射后，光束呈现很好的在指定方向上的会聚度。这种构架在对准直度要求高的应用中尤其必要。在此，上扩散导光板921模组91 的工作机理与上述各种案例雷同，需要指出的是由于全楔形准直背光模组的准直性更好，扩散背光模组的出光范围也相应会变大，以与准直背光模组的出光光束形成无缝的全覆盖。
76.如图18所示，在图17的结构中，在透明的扩散背光模组91与非透明的准直背光模组92之间设置防窥膜93，以进一步提高准直(角度)截止区域的黑度(背光模组的对比度)。在这种构架中防窥膜93的下表面932与下背光模组的出光面9251做光学贴合以减少界面光学损耗。同时防窥膜93的上表面931不能与扩散背光模组912的下表面9121贴合，而必须保持非光学接触。此处，图17中楔形导光板上方的斜方棱镜膜由逆棱镜膜925取代，其工作原理雷同，将楔形导光板的出光由全反射的方式折射到特定的方向上。
77.图19是为本实用新型的实施例的双光源背光模组的出光光谱，从图中可以看出，当上下背光模组同时工作时，背光模组提供一个涵盖整个视场的出光范围轮廓23。当发散背光模组关闭后，虚线光谱21不再出现，背光模组仅提供准直方向的出光光谱22。