一种约束视角的准直光学薄膜的制作方法

1.本发明涉及一种光学膜片，尤其是涉及一种约束视角的准直光学薄膜。


背景技术：

2.约束视角的准直光学薄膜是一种控制光线只在一定中心角度内出光的光学膜片，其基本结构是在光学基片上设置由黑色吸光结构与透明的出光结构相互交错搭配构成的准直出光结构，将大角度的光线由黑色吸光结构进行遮挡吸收，而小角度方向的光线则不受遮挡地由透明出光结构射出，可以进行正常的传播。约束视角的准直光学薄膜作为一种保护隐私、控制出光角度不可或缺的膜片，使用广泛，且对于准直角度的要求也在逐渐提升，但在电子产品越来越注重能效的背景下，在普通准直膜下，若需要提高准直性能，则需要提高准直结构，此举将降低准直膜的整体透过率，需要将亮度进一步提升才能达到正常所需的使用需求，因此准直要求的提升与设备节能的需求本质上是相互冲突的。
3.目前准直膜片是由准直结构与基片两者组成，基片可使用符合要求的pet以及pc 薄膜，准直结构由正梯形出光结构与倒梯形吸光结构相结合而成，仅通过百叶窗原理进行准直，此结构虽有利于对大角度光线的遮挡，且加工过程较为简单，但若需减小准直角度时，则需要增大黑色吸光结构的高度，而在增大高度后，相应的底边宽度也会进行增大，将导致透过率的减小，对于膜片的整体透过率会有较大的影响。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种具有良好准直效果且能够有效提高整体透过率的约束视角的准直光学薄膜。
5.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种约束视角的准直光学薄膜，包括基片和设置在所述的基片上的准直出光结构，所述的准直出光结构由多个准直出光单元组成，所述的准直出光单元由并列设置的黑色吸光结构和透明出光结构组成，所述的黑色吸光结构的横截面由下部的用于吸收光线的第一区域和上部的用于反射光线的第二区域组成。
6.进一步的，所述的黑色吸光结构和所述的透明出光结构之间设置有空气间隙。
7.进一步的，所述的空气间隙可以设置有低折射率涂层。
8.优选地，所述的透明出光结构的顶面设置有凸起或凹陷的用于汇聚光线的光学结构。通过对透明出光结构的出光侧微结构改善，可以进一步提高中心亮度。
9.优选地，所述的凸起为三角形或弧形，所述的凹陷为弧形。
10.优选地，所述的第一区域为矩形，所述的第二区域两侧面为斜面，所述的矩形的侧面与所述的第二区域的侧面之间的夹角小于180度。
11.优选地，所述的第二区域为等边梯形或等边三角形。
12.优选地，所述的斜面为弧形斜面或阶梯形斜面或不规则斜面。
13.与现有技术相比，本发明的优点在于通过对现有技术准直出光单元中黑色吸光结
构的梯形两侧边进行改变，在保证相同准直效果的情况下，实现中心亮度的大幅提升，将中心的亮度提升10％以上，特别是对于一些移动设备，此项提升将极大的延长设备的续航。且与现有膜片制造工艺兼容，可快速部署现有的相现有的准直膜结构。
附图说明
14.图1为现有技术的黑色吸光结构的横截面示意图；
15.图2为本发明实施例的约束视角的准直光学薄膜的结构示意图；
16.图3为本发明示例1准直出光结构的结构示意图；
17.图4为本发明示例1准直出光结构的光线走向示意图；
18.图5为现有技术朗伯光源空间亮度分布示意图片；
19.图6为本发明示例1准直出光结构的空间亮度分布示意图；
20.图7为本发明示例2准直出光结构的结构示意图；
21.图8为本发明示例3准直出光结构的结构示意图；
22.图9为本发明示例4准直出光结构的结构示意图；
23.图10为本发明示例5黑色吸光结构的结构示意图；
24.图11为本发明示例6黑色吸光结构的结构示意图；
25.图12为本发明示例7黑色吸光结构的结构示意图；
26.图13为本发明示例8准直出光结构的结构示意图。
具体实施方式
27.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
28.实施例一：一种约束视角的准直光学薄膜如图2所示，包括基片1和设置在基片1 上的准直出光结构2，准直出光结构2由多个准直出光单元21组成，准直出光单元21 由并列设置的黑色吸光结构211和透明出光结构212组成，黑色吸光结构211的横截面由下部的用于吸收光线的第一区域2111和上部的用于反射光线的第二区域2112组成，透明出光结构212的顶面设置有用于汇聚光线的凸起或凹陷的光学结构。
29.示例1：准直出光结构2如图3所示，由矩形第一区域2111和等边梯形的第二区域 2112组成黑色吸光结构211，透明出光结构212的顶面设置有三角形凸起。
30.图3中光线入射到透明出光结构212时，会产生第一次折射，进入透明出光结构 212中，进入透明出光结构212后，光线将在透明出光结构212中沿直线传播，当再次到达透明出光结构212的界面处时，由于结构存在一个斜面，此时透明出光结构212界面的法线发生改变，造成出射的光线在折射时发生偏转，垂直于整体膜片的方向出射。若膜片用于背光系统中，可在上一步的基础上再进行一次uv成型，制作一种聚光结构，可将光线进一步集中，从而优化准直效果，最终的膜片如图2所示。经过优化后的膜片，可在相同的准直效果下，提升15％以上的中心亮度，极大的优化膜片的整体透过率。除此之外，还可将膜片中的黑色吸光结构211部分的胶水折射率更换为折射率较小的胶水，根据全反射原理，可计算出发生全反射的最少的入射角，入射角是从折射界面的法线量度计算的。临界角可从以下方程计算根据全反射临界角公式通过与折射率较高的出光结构212进行匹配使
用，可将部分光线进行全反射，从而进一步提高准直角度内的透过率。
31.上述结构最终的光线走向如图4所示，光线a与b从准直入光侧进入透明出光结构212中，由于折射率有所差异，造成一次折射，之后光线在透明出光结构212中传播，再次到达透明出光结构212边界，由于存在斜面结构，使得法线产生偏转，最终光线以小角度出射
32.光线c从准直入光侧进入透明出光结构212中，由于折射率有所差异，造成一次折射，之后光线在透明出光结构212中传播，当到达透明出光结构212与黑色吸光结构 211相交处时，由于出光结构212与吸光结构211间存在折射率差异，此时光线与黑色吸光结构211间的夹角满足全反射条件，造成全反射，光线由结构面反射至透明出光结构212中继续传播，之后到达透明出光结构212边界，由于存在斜面结构，使得法线产生偏转，最终光线以小角度出射。
33.光线d从准直入光侧进入，由于角度过大，部分光线将会重新反射回光源处，若角度满足全反射条件，则将完全反射。若不满足全反射条件，如光线e，则部分光线将在经过折射后进入透明出光结构212，在传播至透明出光结构212与黑色吸光结构211相交处时，由于无法满足全反射条件，进入黑色吸光结构211后被吸光结构211吸收，结束传播。
34.图5和图6为空间亮度模拟图，其中图5为现有技术朗伯光源空间亮度分布示意图片；图6为本发明示例1准直出光结构2的空间亮度分布示意图；从上述两张图片可看到在结构间距、高度参数一致的情况下，v方向大角度出光被完全吸收，h方向大角度出光也得到了极大的降低，整体出光角度被限制在了极小的角度内。
35.示例2，准直出光结构2如图7所示，由矩形第一区域2111和等边梯形的第二区域 2112组成黑色吸光结构211，透明出光结构212的顶面为凸起的弧形，最终的出光效果仍不会发生大的变化。
36.示例3，准直出光结构2如图8所示，由矩形第一区域2111和等边梯形的第二区域 2112组成黑色吸光结构211，透明出光结构212的顶面为凹陷的弧形，最终的出光效果仍不会发生大的变化。
37.示例4，准直出光结构2如图9所示，由矩形第一区域2111和等边梯形的第二区域2112组成黑色吸光结构211，透明出光结构212的顶面将示例1的三角形结构更改为锯齿状，出现此情况会对最终的出光情况造成细微影响，但由于整体形状并不会完全发生改变，所以对最终的出光效果影响可忽略不计。
38.示例5，黑色吸光结构211如图10所示，将示例1的两斜面更改为弧面，最终的出光效果不受此改动的影响。
39.示例6，黑色吸光结构211如图11所示，将吸光结构211结构侧边两斜面更改为不规则的曲面，并不会对最终出光效果造成影响。
40.示例7，黑色吸光结构211如图12所示，将顶部平台缩小至尖角，此改变并不会对最终的出光效果造成影响。
41.示例8，准直出光结构2如图13所示，由矩形第一区域2111和等边梯形的第二区域2112组成黑色吸光结构211，透明出光结构212的顶面为凸起的三角形，将低折射率吸光结构211胶水更换为具有较高收缩率的胶水，使得吸光结构211在固化后，通过收缩在黑色吸光结构211和透明出光结构212之间设置空气间隙213，由于空气折射率极低，也可造成全反射，提高准直角度内的透过率。图13中光线入射到出光结构212时，会产生第一次折射，进入
出光结构212后，沿直线传播，在接触到吸光结构211与出光结构212间的空气间隙213后，由于折射率差，当光线入射角度小于全反射角度时，发生全反射现象，光线将不再继续沿直线传播，而是在出光结构212与空气间隙213的界面处发生反射，此过程几乎不损失光线能量，光线在经过反射后到达出光结构212的界面处，由于存在一个斜面，此时出光结构212界面的法线发生改变，造成出射的光线在折射时发生偏转，垂直于整体膜片的方向出射。本示例中，也可以在空气间隙213设置低折射率涂层。
42.本方案的实行，首先需在成型模具上雕刻出相反的图案，再使用出光结构212成型。针对此缺点，本发明进行了一种改善，将原有梯形结构更改为六边形结构，此结构可在实现相同准直效果的情况下，将中心的亮度提升10％以上。本发明的关键点为针对准直膜的吸光结构211以及出光结构212形状的改变，待出光结构212成型固化后，再使用平面轮，将吸光结构211填充进上一步出光结构212的缝隙中，待填充完成后，若需进行微结构的二次成型，则使用微结构模具轮，对结构出光侧(吸光结构211填充侧)进行二次成型。