CN115494572A - 前光模组及显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种前光模组及显示装置，前光模组设置在显示面板的一侧，前光模组包括：光源、导光板和导光网点；导光板包括相对设置的第一表面和第二表面，电子纸显示面板面向第二表面设置，光源设置在导光板的侧面，多个导光网点设置在导光板的第一表面或第二表面上，导光网点具有与导光板的表面呈夹角设置的导光面，光线在导光面上经过全反射和/或折射以向显示面板传播。本申请实施例提供一种前光模组及显示装置，可以减少反向出光，提高显示效果。

Description

前光模组及显示装置

技术领域

本申请涉及显示设备技术领域，尤其涉及一种前光模组及显示装置。

背景技术

反射式显示技术指的是利用光线反射在显示面板上，来实现画面显示的一种显示技术，在反射式显示技术中，若仅利用环境光来显示，显示效果和对比度随着环境光亮度的强弱而变化，在光线较弱环境下，显示画质下降明显，因此需要搭配前光模组来使用，以满足不同环境光对应的使用场景。

相关技术中，前光模组可以包括前置光源和导光板，前置光源设置在导光板的侧面，导光板的正反面分别通过光学胶与触控板、显示面板贴合，前置光源发射的光线经导光板的侧面进入导光板后，在导光板内传播并反射至显示面板，以用于提高显示亮度。

但是，部分光线未反射至显示面板，而是反向出光，直接出射至人眼观看的一侧，会严重影响到显示的对比度和色域，造成画面漂白的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种前光模组及显示装置，可以减少反向出光，提高显示效果。

本申请实施例一方面提供一种前光模组，前光模组设置在显示面板的一侧，前光模组包括：光源、导光板和导光网点；导光板包括相对设置的第一表面和第二表面，显示面板面向第二表面设置，光源设置在导光板的侧面，多个导光网点设置在导光板的第一表面或第二表面，导光网点具有与导光板的表面呈夹角设置的导光面，光线在导光面上经过全反射和/或折射以向显示面板传播。

本申请实施例提供的前光模组，通过设置具有一定形貌和夹角的导光网点，可以最大限度地将光线耦合至显示面板侧，从而可以大大减少反向出光，解决画面漂白的问题。

在一种可能的实施方式中，导光网点设置在导光板的第二表面，导光网点呈梯形结构，梯形结构的顶面与第二表面连接，梯形结构的远离收光元件的一侧腰构成导光面，光线在导光面上经过全反射向显示面板传播。

设置位于导光板第二表面的梯形结构的导光网点，使光线在导光面上经全反射向显示面板传播，可以大大提高出光比，解决画面漂白的问题。

在一种可能的实施方式中，导光面和导光板的表面之间的夹角为θ，光线在导光板的侧面的入射角为β，β和θ满足：

β+θ≥90°+arcsin(n1/n) 公式一

其中，n为导光板的折射率，n1为导光板的外侧介质的折射率。

这样设置，可以使光线在导光面上经过全反射向显示面板传播。

在一种可能的实施方式中，梯形结构的顶面的宽度为D，梯形结构的高度为H，D和H满足：

D/H≤1/tanβ-tan(θ-90°) 公式二

其中，θ为导光面和导光板的表面之间的夹角，β为光线在导光板的侧面的入射角。

这样设置，可以使入射光无法入射到梯形结构的底面，从而避免底面反射造成的反向出光。

在一种可能的实施方式中，导光网点设置在导光板的第二表面，导光网点呈柱状结构，柱状结构的远离光源的侧面构成导光面，部分光线在导光面上经过反射向显示面板传播，部分光线在导光面上经过折射向显示面板传播。

设置位于导光板第二表面的柱状结构的导光网点，使光线在导光面上经反射或折射向显示面板传播，以提高出光比。

在一种可能的实施方式中，相邻两个导光网点之间的距离为S，S满足：

S>H*tan(arcsin((n/n1)sin(90°-β))) 公式三

其中，H为柱状结构的高度，n为导光板的折射率，n1为导光板的外侧介质的折射率，β为光线在导光板的侧面的入射角。

这样设置，可以实现导光网点出射光线无法传播到下一个导光网点引起反射。

在一种可能的实施方式中，柱状结构的截面呈矩形，矩形的宽度为D，矩形的高度为H，D和H满足：

D/H≤1/tanβ 公式四

其中，β为光线在导光板的侧面的入射角。

这样设置，可以使得入射光无法入射到柱状结构的底面，而是全部入射到导光面上，从而避免底面反射造成的反向出光。

在一种可能的实施方式中，柱状结构的截面呈倒梯形，倒梯形的顶面与第二表面连接，倒梯形的顶面宽度为D，倒梯形的高度为H，D和H满足：

D/H≤1/tanβ+1/tanθ 公式五

其中，β为光线在导光板的侧面的入射角，θ为导光面和导光板的表面之间的夹角。

这样设置，可以使得入射光无法入射到柱状结构的底面，而是全部入射到导光面上，从而避免底面反射造成的反向出光。

在一种可能的实施方式中，导光面和导光板的表面之间的夹角θ处于80°和90°之间。

设置导光面和导光板的表面之间的夹角θ处于80°和90°之间，可以满足较高的出光比。

在一种可能的实施方式中，前光模组还包括收光元件，收光元件连接在光源和导光板之间，收光元件用于收拢光源发出的光线，以使入射到导光板内的入射光的发射角处于预设角度范围内。

在光源和导光板之间增加设置收光元件，将光源的发射角做一定程度的收拢，使入射在导光板内的光线发散角大于全反射临界角，限制光线在导光板内传播；并收光元件将发光角度收窄，同时可以起到减少入光侧漏光的作用，从而可以减少显示装置的边框的宽度。

在一种可能的实施方式中，收光元件包括微结构膜，微结构膜通过光学胶粘贴在导光板的侧面。

在一种可能的实施方式中，微结构膜包括多个挡光栅格，挡光栅格的延伸方向垂直于导光板的厚度方向，多个挡光栅格沿着导光板的厚度方向间隔排布，相邻的两个挡光栅格之间为透光区。

利用微结构膜作为收光元件，收光效果良好，并且还具有占用空间小、组装简单等优势，从而有利于减少显示装置在入光侧的边框宽度，提高显示装置的显示面积占比。

在一种可能的实施方式中，挡光栅格在导光板的厚度方向上的截面为三角形，三角形的尖角朝向接近导光板的一侧。

设置具有尖角的挡光栅格，可以在起到收光作用的基础上，增加出光效率。

在一种可能的实施方式中，预设角度范围为-35°至35°。

收光元件收拢光源发出的光线，使入射到导光板内的入射光的发射角处于-35°至35°，以限制光线在导光板内传播，并减少入光侧漏光。

在一种可能的实施方式中，前光模组还包括折射率缓冲层，折射率缓冲层设置在导光板的面向导光网点的一侧，折射率缓冲层的折射率小于导光板的折射率。

通过增加设置折射率更低的折射率缓冲层，可以降低全反射的临界角，以增加光线反射效率，减少反向出光量。

在一种可能的实施方式中，折射率缓冲层的缓冲率处于1.2-1.6的范围内。

本申请实施例另一方面提供一种显示装置，包括：显示面板和上述的前光模组，显示面板通过光学胶和前光模组连接。

本申请实施例提供一种前光模组及显示装置，通过设置具有一定形貌和夹角的导光网点，可以最大限度地将光线耦合至显示面板侧，从而可以大大减少反向出光，解决画面漂白的问题。另外，通过在光源和导光板之间增加设置收光元件，将光源的发射角做一定程度的收拢，使入射在导光板内的光线发散角大于全反射临界角，限制光线在导光板内传播；并且，收光元件将发光角度收窄，同时可以起到减少入光侧漏光的作用，从而可以减少显示装置的边框的宽度。

附图说明

图1为相关技术提供的一种电子纸显示装置的正面结构示意图；

图2为相关技术提供的一种电子纸显示装置的堆叠结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的一种电子纸显示装置的正面结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的一种电子纸显示装置的堆叠结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的收光元件和导光板的结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的微结构膜的一种结构示意图；

图7a为本申请一实施例提供的微结构膜的一种制备工艺流程示意图；

图7b为本申请一实施例提供的微结构膜的另一种制备工艺流程示意图；

图8为本申请一实施例提供的微结构膜的另一种结构示意图；

图9为本申请一实施例提供的微结构膜的仿真效果图；

图10为本申请一实施例提供的收光元件的另一种结构示意图；

图11为图10对应的侧视图；

图12为本申请一实施例提供的反射元件处的光路示意图；

图13为本申请一实施例提供的反射元件的仿真效果图；

图14为本申请一实施例提供的双凸透镜的结构示意图；

图15为本申请一实施例提供的单凸透镜的结构示意图；

图16为本申请一实施例提供的导光板和导光网点内的光路示意图；

图17a为本申请一实施例提供的光线在导光面上反射的示意图；

图17b为本申请一实施例提供的光线在导光网点底面上反射的极限情况的示意图；

图18为本申请一实施例提供的光线在导光网点底面上反射的极限情况的示意图；

图19为本申请一实施例提供的导光板和导光网点内的光路示意图；

图20a为本申请一实施例提供的光线在相邻两个导光网点上传播的极限情况的示意图；

图20b为本申请一实施例提供的光线在导光网点底面上反射的极限情况的示意图；

图21为本申请一实施例提供的光线在另一种导光网点底面上反射的极限情况的示意图；

图22为本申请一实施例提供的导光网点的另一种制备工艺流程示意图；

图23为本申请一实施例提供的导光板和导光网点内的光路示意图；

图24为本申请一实施例提供的导光板和导光网点内的光路示意图；

图25为本申请一实施例提供的导光网点的排布示意图；

图26为本申请一实施例提供的导光网点的排布示意图；

图27为图26中导光网点的结构示意图。

附图标记说明：

100-光源；21-电子纸显示面板；22-导光板；23-光学胶；24-触摸屏；25-盖板；26-油墨；27-涂层；28-散射网点；300-收光元件；31-微结构膜；311-挡光栅格；312-透光区；32-反射元件；321-折射平面；322-凹槽；323-凸面；324-反射弧面；33-双凸透镜；34-单凸透镜；400-导光网点；401-导光面；402-底面；500-折射率缓冲层；AA-显示区域；BB-边框区域。

具体实施方式

相关技术中，显示装置除了液晶显示面板+背光结构的组合外，还包括反射式显示技术。反射式显示技术可以利用环境光反射方式实现画面显示，加上前置光源的补充实现良好的显示效果，具备低蓝光护眼、超低功耗、机身轻薄，低成本等优点。

电子纸技术即电泳显示技术(electrophoresis display，EPD)，为反射式显示技术中的一种，广泛应用于电子阅读器市场。区别于常规LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)/OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)屏幕，EPD是利用环境光来显示，显示效果受限于环境光亮度的强弱，而且对比度也会随之变化，所以在强烈光线下反射式显示器显示优势明显。在较弱环境下，显示画质下降明显，在暗室下无法显示。所以为了满足不足不同的使用场景，必须搭配前置光源来使用。

图1为相关技术提供的一种电子纸显示装置的正面结构示意图，图2为相关技术提供的一种电子纸显示装置的堆叠结构示意图，图2对应于图1中虚线位置处的剖面。参考图1和图2所示，相关技术提供的电子纸显示装置，包括光源100、电子纸显示面板21、导光板22、光学胶23、触摸屏24、盖板25、油墨26、涂层27和散射网点28。

其中，电子纸显示面板21、导光板22、触摸屏24和盖板25自下而上依次层叠设置，电子纸显示面板21和导光板22之间通过光学胶23结合，导光板22和触摸屏24之间通过光学胶23贴合，触摸屏24和盖板25之间通过光学胶23贴合，涂层27涂覆在盖板25的外表面上，光源100设置在导光板22的侧面，入射光经导光板22的侧面进入导光板22内，经导光板22的上表面反射至电子纸显示面板21，以用于提高电子纸显示面板21的显示亮度。

如图2中的光线A1所示，由于导光板22的上下表面的光学胶23的折射率低于导光板22的折射率，造成光源100出射的光线可能会存在一部分直接出射，这一部分光线即为导光板22入光侧的漏光，需要通过油墨26遮挡，入光侧的油墨宽度为D1。其余三边上，边框区域BB处油墨的宽度为D2，这三边的边框用来减少边缘漏光以及油墨散射导致的荧光效果。并且，在光源100的功耗较低时，入射光侧混光区的面积需要增大，导致D1大于D2，入光侧的边框非常宽，影响显示区域AA的面积。

导光板22的上表面处设置有多个散射网点28，光线入射至散射网点28处，在散热网点28处发生反射，以提高向下导光的效率。但是，如图2中的A2所示，散热网点28处依然存在一部分光线会反向出光，如图2中的A3所示，触摸屏24内部的网格结构会导致一部分光散射，如图2中的A4所示，涂层27会破坏盖板25的全反射界面，如图2中的A5所示，边缘漏光及油墨散射现象也会导致一部分的反向出光。反向出光不仅会造成发光效率下降，而且会拉低电子纸显示面板21的显示对比度和色域，造成画面漂白的问题。

需要说明的是，前光开启时出射到EPD侧的能量与反向出射到人眼侧的能量比，即出光比，是与显示对比度直接相关的参数，在出光比大于100时，前光开启对显示画质基本无负面影响。

基于上述问题，本申请实施例提供一种前光模组及显示装置，通过设置具有一定形貌和夹角的导光网点，最大限度地将光线耦合至电子纸显示面板侧，从而可以大大减少反向出光，解决画面漂白的问题。并且，在光源和导光板之间增加设置收光元件，将光源的发射角做一定程度的收拢，使入射在导光板内的光线发散角大于全反射临界角，限制光线在导光板内传播；并收光元件将发光角度收窄，同时可以起到减少入光侧漏光的作用，从而可以减少显示装置的边框的宽度。

以下参考附图和具体的实施例对本申请提供的前光模组及显示装置的结构和原理做具体描述。

本申请实施例提供一种具有前光模组的显示装置，该显示装置采用反射式显示技术，前光模组设置在显示面板的接近人眼的一侧，通过环境光和前光模组的光配合，来实现画面显示。该显示装置可以包括采用电泳显示技术EPD的电子纸类显示设备，例如电子阅读器、手表、户外广告牌、公交指示牌等设备，该显示装置还可以包括采用反射式液晶显示屏LCD的手表、电视、电脑的设备，该显示装置还可以包括LCOS(Liquid Crystal on Silicon)投影仪，即采用新型反射式micro LCD的投影技术的投影仪，该显示装置还可以包括其它类型，在此不再一一列举。

以下，以应用了电泳显示技术EPD的电子阅读器作为显示装置的示例，对本申请提供的前光模组及显示装置的结构做说明。

电子阅读器中的显示面板，采用的是电子纸显示面板EPD。图3为本申请一实施例提供的一种电子纸显示装置的正面结构示意图，图4为本申请一实施例提供的一种电子纸显示装置的堆叠结构示意图，图4对应于图3中虚线位置处的剖面。参考图3和图4所示，本申请实施例提供一种电子纸显示装置，可以包括电子纸显示面板21和前光模组，前光模组可以包括光源100、导光板22、光学胶23、触摸屏24、盖板25、油墨26、涂层27、收光元件300、导光网点400和折射率缓冲层500。

应理解，导光板22包括相对设置的第一表面和第二表面，电子纸显示面板可以面向第一表面设置或者面向第二表面设置。为了便于说明，本申请实施例中，可以定义第一表面为上表面，第二表面为下表面，其中上下方向的定义与图中的上下方向一致，以下，以电子纸显示面板设置在前光模组的下方作为示例，对前光模组整体的结构做说明。

折射率缓冲层500可以设置在导光板22的上层或者下层，或者导光板22的上层和下层均设置有折射率缓冲层500。位于导光板22下侧的折射率缓冲层500和电子纸显示面板21之间通过光学胶23贴合，位于导光板22上侧的折射率缓冲层500和触摸屏24通过光学胶23贴合，触摸屏24和盖板25之间通过光学胶23贴合，涂层27涂覆在盖板25的外表面上。

其中，导光板22的折射率为n，假设导光板22外侧介质的折射率为n1，则若要满足入射光在导光板22内全反射传播，需要满足，β≤90°-arcsin(n1/n)。相关技术中，导光板22外侧介质为光学胶，光学胶的折射率较高，导致β的最大值较小，光线反射效率低。本申请实施例中，通过增加设置折射率更低的折射率缓冲层500，可以降低全反射的临界角，以增加光线反射效率，减少反向出光量。

光源100和收光元件300设置在导光板22的侧面，光源100为发光元件，例如可以为电子发光二极管LED灯珠结构，收光元件300可以设置在光源100和导光板22之间，光源发射的光线经过收光元件300后，经导光板22的侧面进入导光板22内。收光元件300可以将光源100发光的发散角做一定程度的收拢，示例性地，经收光元件300入射到导光板22内的光线发射角在±35°的范围内。

另外，导光板22的上侧或下侧还设置有导光网点400，导光网点400可以使光线在导光网点400的导光面上发生全反射或者折射，以改变光线路径，使光线向下反射或者折射，进一步降低反向出光量。

整体上，本申请实施例中，设置收光元件300、导光网点400和折射率缓冲层500，各自均可以起到降低反向出光量的效果。

其中，收光元件300的具体实现方式有多种，以下，参考多种示例来描述本申请实施例提供的收光元件300。

图5为本申请一实施例提供的收光元件和导光板的结构示意图。参考图5所示，在一种可能的实施方式中，收光元件300可以为微结构膜，微结构膜设置在光源100和导光板22之间，微结构膜的厚度方向垂直于导光板22所在的平面，微结构膜可以通过光学胶贴合在导光板22的侧面以实现组装。

图6为本申请一实施例提供的微结构膜的一种结构示意图。参考图6所示，微结构膜31可以包括挡光栅格311，多个挡光栅格311间隔排列，挡光栅格311的延伸方向为微结构膜31的厚度方向，挡光栅格311处光线无法透过，光线在挡光栅格311的边界处发生反射，相邻的挡光栅格311之间的开口则为透光区312。

挡光栅格311可以设置为柱状结构，透光区312的尺寸决定着微结构膜31的收光角度，图5中，微结构膜31的厚度为h，透光区312的宽度为d，则微结构膜31的最大出光发散角度α＝arctan(d/h)。

其中，形成挡光栅格311的黑色吸光材料，可以为有机材料掺杂黑色染料形成，形成透光区312的压印胶可以由高透过率有机高分子材料形成。微结构膜31可以采用压印填充工艺或者逐层涂覆工艺来制作。

图7a为本申请一实施例提供的微结构膜的一种制备工艺流程示意图。参考图7a所示，压印填充工艺的流程包括：首先，提供基材313；然后，在基材313上涂覆压印胶314；接着，利用模具压印该压印胶314，以在压印胶314上形成凹槽3141；接着，采用黑色吸光材料填充在凹槽314内，形成挡光栅格311，挡光栅格311之间的压印胶构成透光区312；最后，贴附保护层315，切割以得到合适尺寸的微结构膜31。

图7b为本申请一实施例提供的微结构膜的另一种制备工艺流程示意图。参考图7b所示，逐层涂覆工艺的流程可以包括：首先，提供基材313；然后，在基材313上涂覆一层黑色吸光材料，构成挡光栅格311；接着，涂覆一层透光材料，形成透光区312；重复轮流涂覆黑色吸光材料和透光材料，形成多层挡光栅格311和透光区312；最后，贴附保护层315，切割以得到合适尺寸的微结构膜31。

图8为本申请一实施例提供的微结构膜的另一种结构示意图。参考图8所示，挡光栅格311可以设置为楔形结构，楔形结构的尖角位于接近导光板22的一侧，从而在起到收光作用的基础上，可以增加出光效率。此时，透光区312的宽度d可以看作是远离导光板22的一侧的宽度。

对于楔形结构的挡光栅格311，其制作工艺可以采用上述图7a提供的压印填充的工艺，在压印步骤采用不同的模具，压印出三角形的凹槽，以使填充后形成的挡光栅格311可以为楔形结构。

在一种具体的示例中，h为100um，d为47um，微结构膜31的最大出光发散角度θ约为25度。图9为本申请一实施例提供的微结构膜的仿真效果图，图中横坐标表示光线角度，纵坐标表示分布概率，曲线S1代表未经过微结构膜的光线，曲线S2代表经过微结构膜的光线。参考图9可以得出，实际测试中，经过微结构膜31收光后，光线发散角可以控制在±35°的范围内。

利用微结构膜31作为收光元件300，除了收光效果良好外，微结构膜31还具有占用空间小、组装简单等优势，从而有利于减少显示装置在入光侧的边框宽度，提高显示装置的显示面积占比。

图10为本申请一实施例提供的收光元件的另一种结构示意图，图11为图10对应的侧视图。参考图10和图11所示，在另一种可能的实施方式中，收光元件300可以包括反射元件32，反射元件32设置在导光板22的侧面，反射元件32的接近导光板22的一侧设置为折射平面321，反射元件32的远离导光板22的一侧设置有凹槽322，光源100嵌设或者卡设在凹槽322内，光源100为侧出光，即向着平面321的方向发射光线。凹槽322的与折射平面321相对的表面向着远离折射平面321的方向凸出，形成凸面323；反射元件32还包括两个反射弧面324，反射弧面324相对于凹槽321呈对称设置，向着反射元件32的外部凸出。

图12为本申请一实施例提供的反射元件处的光路示意图。参考图11所示，光源100发出光线后，发散角较大的一部分光线进入反射元件32内部，经过反射弧面324的反射后，再经折射平面321的折射后，发散角大大减小；另一部分发散角较小的光线，经过凸面323的折射和折射平面321的折射后，发散角减小，再进入到导光板22内。

在一种具体的示例中，光源100伸入凹槽322内的长度b1为0.2mm，反射元件32的长度b2为0.85mm，反射元件32的宽度b3为1.2mm。图13为本申请一实施例提供的反射元件的仿真效果图，其中周向坐标表示光线角度，径向坐标表示出光强度值。参考图13可以得出，实际测试中，经过反射元件32收光后，光线发散角可以控制在±35°的范围内。

在又一种可能的实施方式中，收光元件300还可以为透镜或者透镜的组合结构。图14为本申请一实施例提供的双凸透镜的结构示意图。参考图14所示，收光元件300可以为双凸透镜33，双凸透镜33具有聚拢光线的作用。图15为本申请一实施例提供的单凸透镜的结构示意图。参考图15所示，收光元件300可以为单凸透镜34，单凸透镜34同样具有聚拢光线的作用。双凸透镜33和单凸透镜34的具体尺寸，在本申请实施例中不做具体限制。

除了上述多种示例外，收光元件300还可以为其它利用反射式元件或者折射性元件等结构组成的具有收拢光线作用的结构。收光元件300将光线的入射角收窄后，入射到导光板22内的光线发射角大于全反射临界角，从而可以限制光线在导光板22内传播；并且，收光元件300将光线的入射角收窄后，同时可以起到减小入光侧漏光的效果。

另外，导光网点400的具体实现方式有多种，以下，参考多种示例来描述本申请实施例提供的导光网点400。

在一种可能的实施方式中，导光网点400可以设置在导光板22的下侧，利用导光网点400的导光面401，使光线在导光面401处发生全反射，以实现高出光的效果。

图16为本申请一实施例提供的导光板和导光网点内的光路示意图。参考图16所示，导光网点400可以设置为梯形结构，多个导光网点400分布在导光板22的下侧，梯形结构的顶面和导光板22的下表面贴合，梯形结构的底面长度大于顶面的长度，梯形结构的远离入光侧的腰构成导光面401。如图中光线B1所示，入射光照射在导光面401上时，光线向下反射，即向着电子纸显示面板21反射；如图中光线B2所示，入射光照射在梯形结构的底面402上时，光线向上反射，构成反向出光。

为了降低反向出光，本申请实施例中，通过对导光网点400的形貌和尺寸做更具体的限定，以使光线如B1，在导光面401上发生全反射，并避免B2的光线。

图17a为本申请一实施例提供的光线在导光面上反射的示意图。参考图17a所示，导光面401与导光板22的下表面的夹角为θ，入射光与水平法线的夹角为β，光线照射在导光面401上的入射角为γ。导光板22的折射率为n，折射率缓冲层500的折射率为n1。由折射定律可知，光线入射到导光面401上的全反射临界角度γ0＝arcsin(n1/n)，为了满足光线在导光面401上全反射向下传播，则需要满足γ≥γ0。根据三角形的三角之和等于180°的定律可知，β+θ+90°-γ＝180°，可得γ＝β+θ-90°。综上可得，若要实现光线在导光面401上全反射向下传播，需要满足：

β+θ≥90°+arcsin(n1/n) 公式一

图17b为本申请一实施例提供的光线在导光网点底面上反射的极限情况的示意图。参考图17b所示，梯形结构的导光网点400，顶面长度为D，底面402的长度为D1，高度为H，从梯形的右顶点向底面402做垂直线，该垂直线与底面402的交点与梯形的右底点的距离假设为x，则由三角函数可知，tan(θ-90°)＝x/H，又有tanβ＝H/(D+x)，可得极限情况下：D/H＝1/tanβ-tan(θ-90°)。综上，为了使得入射光无法入射到底面402，而是全部入射到导光面401上，从而避免底面402反射造成的反向出光，需要满足：

D/H≤1/tanβ-tan(θ-90°) 公式二

另外，为了满足入射光在导光板22内全反射传播，需要满足：β≤90°-arcsin(n1/n)。

接下来，通过仿真结果，来得到关键因子的可选范围。

首先，在θ＝135°，n＝1.59的条件下，通过仿真折射率缓冲区500的折射率n1的不同值，可以仿真出对应的出光比的值如下表1：

表1

由表1可知，在n1<n的前提下，n1的值越大，出光比越高。本申请实施例中，可以选择n1处于1.2-1.6的范围内。

在θ＝115°，n＝1.59，n1＝1.47的条件下，通过仿真不同的最大的入光角度βmax的值，可以仿真出对应的出光比的值如下表2：

表2

由表2可知，入光角度βmax的值越大，出光比越高。

在β＝22，n＝1.59，n1＝1.47的条件下，通过仿真不同的θ和D/H的值，可以仿真出对应的出光比的值如下表3：

表3

由表3可知，θ小于160时，出光比大于1000。本申请实施例中，可以选择θ处于90-160°的范围内。

导光网点400的材料可以和导光板22的材料一致，并采用热压印工艺，利用模具，将导光网点400和导光板22压印成型。或者，导光网点400的材料可以为紫外光固化胶，其折射率与导光板22的折射率相近，大于外部光学胶的折射率，通过在导光板22上涂覆一层紫外光固化胶，通过模具将导光网点400的结构压印成型。

对于本申请实施例提供的设置在导光板22下方的梯形的导光网点400，脱模时容易破坏导光网点400的结构，因此不能直接利用压印工艺成型。图18为本申请一实施例提供的导光网点的一种制备工艺流程示意图。参考图18所示，本申请实施例提供的导光网点400的成型工艺可以包括以下步骤：首先，提供基板41，基板41可以采用与导光板22一致的材料；然后，可以在基板41上涂覆一层压印胶42；接着，可以利用具有倒梯形凸起的模具对压印胶42压印，以使压印胶42上形成梯形的网点结构400；最后，将网点结构400通过高折射率的光学胶42粘贴到导光板22的下表面上，该光学胶42的折射率可以与导光板22的折射率相同，以降低光学胶42对光路的影响。

在另一种可能的实施方式中，导光网点400可以设置在导光板22的下侧，利用导光网点400的导光面401，使光线在导光面401处发生部分全反射和部分折射，以实现高出光的效果。

图19为本申请一实施例提供的导光板和导光网点内的光路示意图。参考图19所示，导光网点400可以设置为柱状结构，多个导光网点400分布在导光板22的下侧，柱状结构的顶面和导光板22的下表面贴合，柱状结构的侧面构成导光面401。光线照射在导光面401上后，一部分发生全反射，向着电子纸显示面板21反射，另一部分发生折射，发生折射后的光线，可能入射到电子纸显示面板21上，也可能如图中光线B3所示，照射到相邻的导光网点400上，造成反向出光。光线还可能照射在柱状结构的底面上，如图中光线B4所示，造成反向出光。

为了降低反向出光，本申请实施例中，通过对导光网点400的形貌和尺寸做更具体的限定，以避免B3和B4的光线。

图20a为本申请一实施例提供的光线在相邻两个导光网点上传播的极限情况的示意图。参考图20a所示，入射光与水平法线的夹角为β，经过折射后，光线的折射角为β1，柱状结构的导光网点400的宽度为D，高度为H，相邻两个导光网点400之间的距离为S。由折射定律可知，nsin(90°-β)＝n1sinβ1，又知tanβ1＝S/H，可计算出S＝H*tan(arcsin((n/n1)sin(90°-β)))。综上可得，若要实现导光网点400出射光线无法传播到下一个导光网点400引起反射，需要满足：

S>H*tan(arcsin((n/n1)sin(90°-β))) 公式三

图20b为本申请一实施例提供的光线在导光网点底面上反射的极限情况的示意图。参考图20b所示，柱状结构的截面呈矩形，柱状结构的导光网点400的宽度为D，高度为H，由三角定律可知，tanβ＝H/D。由此，为了使得入射光无法入射到底面402，而是全部入射到导光面401上，从而避免底面402反射造成的反向出光，需要满足：

D/H≤1/tanβ 公式四

图21为本申请一实施例提供的光线在另一种导光网点底面上反射的极限情况的示意图。参考图21所示，导光网点400还可以设置为接近柱状结构的倒梯形结构，倒梯形结构的导光网点400，顶面宽度为D，高度为H，顶角为θ，从倒梯形的右底点向顶面402做垂直线，该垂直线与顶面的交点与倒梯形的右顶点的距离假设为x，则由三角函数可知，tanβ＝H/(D-x)，又有tanθ＝H/x，可得极限情况下：D/H＝1/tanβ+1/tanθ。综上，为了使得入射光无法入射到底面402，而是全部入射到导光面401上，从而避免底面402反射造成的反向出光，需要满足：

D/H≤1/tanβ+1/tanθ 公式五

需要说明的是，本申请实施例中，柱状结构的导光网点400的形状，包括但不限于长方体柱状、倒梯形柱状、圆柱状等。

接下来，通过仿真结果，来得到关键因子的可选范围。

首先，在D＝30um，H＝20um的条件下，通过仿真θ的不同值，可以仿真出对应的出光比的值如下表4：

表4

由表4可知，在导光网点400的宽度和高度尺寸一定的情况下，顶角θ越大，出光比越高。因此，本申请实施例中，可以选择θ处于80°-90°的范围内。

在θ＝87°，D＝30um的条件下，通过仿真H的不同值，可以仿真出对应的出光比的值如下表5：

表5

由表5可知，在在导光网点400的宽度和顶角一定的情况下，高度H越小，出光比越高。本申请实施例中，可以选择H处于1-30um的范围内。

在θ＝87°，H＝16um且S足够大的条件下，通过仿真不同的D的值，可以仿真出对应的出光比的值如下表6：

表6

由表6可知，在导光网点400的高度和顶角一定的情况下，宽度D越小，出光比越高。本申请实施例中，可以选择D处于10-30um的范围内。

图22为本申请一实施例提供的导光网点的另一种制备工艺流程示意图。参考图22所示，本申请实施例提供的导光网点400的成型工艺可以包括以下步骤：首先，提供导光板22作为基板；然后，可以在导光板22上涂覆一层压印胶42；接着，可以利用具有矩形凸起或倒梯形凸起的模具对压印胶42压印，以使压印胶42上形成矩形或梯形的网点结构400；最后，将导光板22和导光网点400上下翻转，即得到位于导光板22的下方且形状为矩形或者倒梯形的导光网点400。不难理解，本申请实施例中，导光网点400也可以直接通过热压印工艺成型。

在又一种可能的实施方式中，导光网点400可以设置在导光板22的下侧，利用导光网点400的导光面401，使光线在导光面401处破坏全反射反向出光，以实现高出光的效果。

图23为本申请一实施例提供的导光板和导光网点内的光路示意图。参考图23所示，导光网点400可以设置为倒三角结构，多个导光网点400分布在导光板22的下侧，倒三角结构的一面和导光板22的下表面贴合，远离入光侧的侧面构成导光面401，导光面401和导光板22的下表面之间的夹角为θ。光线照射在导光面401上，入射角为γ，一部分光线发生折射，向着电子纸显示面板21出光，另一部分可能发生全折射，如图中光线B5所示，造成反向出光。

为了降低反向出光，本申请实施例中，通过对导光网点400的形貌和尺寸做更具体的限定，以避免B5的光线。

由折射定律可知，光线入射到导光面401上的全反射临界角度γ0＝arcsin(n1/n)，为了避免光线在导光面401上全反射向上传播，则需要满足γ<γ0。根据三角形的三角之和等于180°的定律可知，β+θ+90°+γ＝180°，可得γ＝90°-β+θ。综上可得，若要避免光线在导光面401上全反射向上传播，需要满足：

β+θ>90°-arcsin(n1/n) 公式六

本申请实施例中，导光网点400的制作方式可以参考上述实施例，利用热压印工艺或者紫外光固化工艺成型，在此不再赘述。

上述本申请实施例中，导光网点400设置在导光板22的下侧，通过控制光线全反射向下传播、折射向下传播或者破坏全反射向上传播等多种手段，以减少反向出光，提高出光比。在另外一些可能的实施例中，导光网点400也可以设置在导光板22的上侧，通过控制光线全反射向下传播，以减少反向出光。

图24为本申请一实施例提供的导光板和导光网点内的光路示意图。参考图24所示，导光网点400可以设置为梯形结构，多个导光网点400分布在导光板22的上侧，梯形结构的底面和导光板22的上表面贴合，远离入光侧的腰构成导光面401，导光面401和导光板22的上表面之间的夹角为θ。光线照射在导光面401上，入射角为γ，为了实现正向出光，本申请实施例中，可通过设置导光网点400的结构，使光线在导光面401处发生向下的全反射。

由折射定律可知，光线入射到导光面401上的全反射临界角度γ0＝arcsin(n1/n)，为了使光线在导光面401上全反射向下传播，则需要满足γ>γ0。根据三角形的三角之和等于180°的定律可知，β+θ+90°+γ＝180°，可得γ＝90°-β+θ。综上可得，若要避免光线在导光面401上全反射向上传播，需要满足：

β+θ≤90°-arcsin(n1/n) 公式七

接下来，通过仿真结果，来得到关键因子的可选范围。

首先，D/H＝1.41的条件下，通过仿真θ、n1、β的不同值，可以仿真出对应的出光比的值如下表7：

表7

由表7可知，在导光网点400的宽度和高度比值以及导光面401与导光板之间的夹角一定的情况下，n1的值越低，且入射角β的值越低，出光比越高，可以达到1000以上。本申请实施方式可以和上述收光元件300的方案结合，以达到较低的入射角β。

本申请实施例中，导光网点400的制作方式可以参考上述实施例，利用热压印工艺或者紫外光固化工艺成型，在此不再赘述。

需要补充说明的是，上述实施例中，导光面401指的是导光网点400的远离光源100的一侧面，即图中的右侧面，应理解，光源100设置在导光板22的左侧，光源100发出的光线自左往右传播，不会发射至导光网点400的左侧面，而是自导光网点400的与导光板22连接的顶面或底面进入导光网点400内部，再自导光网点400的右侧面(即上述定义的导光面401)发生反射或折射。

理论上，存在一部分光线传播至导光板22的右侧后反射回来，自右向左传播，可能会在导光网点400的左侧面上发生反射或折射，但是这部分光线占比较低，在本申请实施例中不作考虑。因此，导光网点400的靠近光源100的一侧形状可以不做具体限制，导光网点400的形状可以有更多实施方式，例如对于图16提供的梯形结构的导光网点400来说，其左侧腰无需与导光面401对称，即该梯形结构的导光网点400可以不是等腰梯形，例如可以是直角梯形，从而更有利于导光网点400的工艺成型。

另外，需要说明的是，导光网点400的位置排布对显示效果也具有影响。

图25为本申请一实施例提供的导光网点的排布示意图。参考图25所示，在一种可能的实施方式中，多个导光网点400的结构和尺寸相同，例如可以为上述实施例中提供的梯形结构。多个间隔设置的导光网点400在与光源100的延伸方向一致的方向上成行排列，相邻两行的导光网点400呈错位排布，以解决折射型网点带来的亮暗条纹问题，使出光更加均匀一致。相邻两行之间的间距，自接近光源100的一侧至远离光源100的一侧，逐渐减小，即接近光源100的一侧的导光网点400分布更为稀疏，而远离光源100的一侧的导光网点400分布更为密集，以解决远离光源100的一侧出光效率下降的问题。

图26为本申请一实施例提供的导光网点的排布示意图，图27为图26中导光网点的结构示意图。参考图26和图27所示，在另一种可能的实施方式中，导光网点400例如可以为上述实施例中提供的梯形结构，多个导光网点400的与导光板22连接的底面的宽度D保持相同，导光面与导光板22的夹角即梯形结构的顶角也保持相同，多个导光网点400的高度H不同。导光网点400可以沿着与光源100的延伸方向一致的方向延伸，多个导光网点400间隔排布，相邻两个导光网点400的中心距P保持相同，多个导光网点400的高度，自接近光源100的一侧至远离光源100的一侧逐渐增加，即靠近光源100的一侧的导光网点400的高度较低，远离光源100的一侧的导光网点400的高度较高。通过改变网点的高度，可以解决远离光源100的一侧出光效率下降的问题，实现整面的出光均匀性。

在一种具体的实施方式中，相邻两个导光网点400的中心距P可以处于20-500um范围内，优选可以处于50-200um，高度H与宽度D的比值H/D的范围可以处于0.1-10的范围内，优选可以处于0.1-2的范围内。

不难理解的是，基于上述实施方式同样的原理，还可以通过改变导光面与导光板22的夹角即梯形结构的顶角，或者改变宽度D的大小来实现整面出光的均匀性，在此不再展开描述。

需要补充说明的是，上述本申请实施例提供的前光模组，通过设置导光网点、收光元件等结构来减少反向出光，该改进适用于不同类型的显示面板，除了上述电子纸显示面板外，显示面板还可以为液晶显示器LCD、硅基液晶LCOS等类型，以构成反射式液晶显示屏、LCOS投影仪等显示装置，以提高这些不同类型的显示装置的显示效果。

本申请实施例提供的前光模组及显示装置，通过设置具有一定形貌和夹角的导光网点，最大限度地将光线耦合至显示面板侧，从而可以大大减少反向出光，解决画面漂白的问题。并且，通过在光源和导光板之间增加设置收光元件，将光源的发射角做一定程度的收拢，使入射在导光板内的光线发散角大于全反射临界角，限制光线在导光板内传播；并收光元件将发光角度收窄，同时可以起到减少入光侧漏光的作用，从而可以减少显示装置的边框的宽度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的范围。

Claims (17)

1.一种前光模组，设置在显示面板的一侧，其特征在于，所述前光模组包括：光源、导光板和导光网点；

所述导光板包括相对设置的第一表面和第二表面，所述显示面板面向所述第二表面设置，所述光源设置在所述导光板的侧面，多个所述导光网点设置在所述导光板的第一表面或第二表面上，所述导光网点具有与导光板的表面呈夹角设置的导光面，光线在所述导光面上经过全反射和/或折射以向所述显示面板传播。

2.根据权利要求1所述的前光模组，其特征在于，所述导光网点设置在所述导光板的第二表面，所述导光网点呈梯形结构，所述梯形结构的顶面与所述第二表面连接，所述梯形结构的远离所述光源的一侧腰构成所述导光面，光线在所述导光面上经过全反射向所述显示面板传播。

3.根据权利要求2所述的前光模组，其特征在于，所述导光面和所述导光板的表面之间的夹角为θ，光线在所述导光板的侧面的入射角为β，所述β和所述θ满足：

β+θ≥90°+arcsin(n1/n) 公式一

其中，n为所述导光板的折射率，n1为所述导光板的外侧介质的折射率。

4.根据权利要求2所述的前光模组，其特征在于，所述梯形结构的顶面的宽度为D，所述梯形结构的高度为H，所述D和所述H满足：

D/H≤1/tanβ-tan(θ-90°) 公式二

其中，θ为所述导光面和所述导光板的表面之间的夹角，β为光线在所述导光板的侧面的入射角。

5.根据权利要求1所述的前光模组，其特征在于，所述导光网点设置在所述导光板的第二表面，所述导光网点呈柱状结构，所述柱状结构的远离所述光源的侧面构成所述导光面，部分光线在所述导光面上经过反射向所述显示面板传播，部分光线在所述导光面上经过折射向所述显示面板传播。

6.根据权利要求5所述的前光模组，其特征在于，相邻两个所述导光网点之间的距离为S，所述S满足：

S>H*tan(arcsin((n/n1)sin(90°-β))) 公式三

其中，H为所述柱状结构的高度，n为所述导光板的折射率，n1为所述导光板的外侧介质的折射率，β为光线在所述导光板的侧面的入射角。

7.根据权利要求5或6所述的前光模组，其特征在于，所述柱状结构的截面呈矩形，所述矩形的宽度为D，所述矩形的高度为H，所述D和所述H满足：

D/H≤1/tanβ 公式四

其中，β为光线在所述导光板的侧面的入射角。

8.根据权利要求5或6所述的前光模组，其特征在于，所述柱状结构的截面呈倒梯形，所述倒梯形的顶面与所述第二表面连接，所述倒梯形的顶面宽度为D，所述倒梯形的高度为H，所述D和所述H满足：

D/H≤1/tanβ+1/tanθ 公式五

其中，β为光线在所述导光板的侧面的入射角，θ为所述导光面和所述导光板的表面之间的夹角。

9.根据权利要求8所述的前光模组，其特征在于，所述导光面和所述导光板的表面之间的夹角θ处于80°和90°之间。

10.根据权利要求1-9任一项所述的前光模组，其特征在于，所述前光模组还包括收光元件，所述收光元件连接在所述光源和所述导光板之间，所述收光元件用于收拢所述光源发出的光线，以使入射到所述导光板内的入射光的发射角处于预设角度范围内。

11.根据权利要求10所述的前光模组，其特征在于，所述收光元件包括微结构膜，所述微结构膜通过光学胶粘贴在所述导光板的侧面。

12.根据权利要求11所述的前光模组，其特征在于，所述微结构膜包括多个挡光栅格，所述挡光栅格的延伸方向垂直于所述导光板的厚度方向，多个所述挡光栅格沿着所述导光板的厚度方向间隔排布，相邻的两个所述挡光栅格之间为透光区。

13.根据权利要求12所述的前光模组，其特征在于，所述挡光栅格在所述导光板的厚度方向上的截面为三角形，所述三角形的尖角朝向接近所述导光板的一侧。

14.根据权利要求10-13任一项所述的前光模组，其特征在于，所述预设角度范围为-35°至35°。

15.根据权利要求1-14任一项所述的前光模组，其特征在于，所述前光模组还包括折射率缓冲层，所述折射率缓冲层设置在所述导光板的面向所述导光网点的一侧。

16.根据权利要求15所述的前光模组，其特征在于，所述折射率缓冲层的折射率小于所述导光板的折射率，所述折射率缓冲层的缓冲率处于1.2-1.6的范围内。

17.一种显示装置，其特征在于，包括：显示面板和权利要求1-16任一项所述的前光模组，所述显示面板通过光学胶和所述前光模组连接。

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