CN112198569A - 一种光扩散结构及光扩散片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光扩散结构及光扩散片，涉及一种光学元件。一种光扩散结构，包括微透镜层Ⅰ和微透镜层Ⅱ，所述微透镜层Ⅰ包括多个呈竖向排列的柱状微透镜，以中心轴为基准，沿所述光扩散结构的横向往两端方向设置的所述柱状微透镜的高宽比逐渐减小，所述中心轴是所述微透镜层Ⅰ中高宽比为最大值的所述柱状微透镜的对称轴；所述微透镜层Ⅱ包括多个呈横向排列的柱状微透镜，沿所述光扩散结构的垂直方向设置的所述柱状微透镜的高宽比逐渐减小；其中，所述柱状微透镜的高宽比为所述柱状微透镜的高度与所述柱状微透镜的宽度之比。光扩散片包括基材和制作于基材上的上述光扩散结构。本发明的光扩散结构及光扩散片提升了显示均匀效果。

Description

一种光扩散结构及光扩散片

技术领域

本发明涉及一种光学元件，具体地，涉及一种光扩散结构及光扩散片。

背景技术

目前的光扩散结构主要应用于投影显示、裸眼3D及照明等领域，如在投影 显示领域中，作为投影显示核心组件之一的投影屏幕的关键部件，通过在投影屏 幕中设置竖向相连排布的大小相同的柱状透镜来对投影机的光线进行扩散。

国内专利申请公布号为CN107102508A中公开了一种大小相同的柱状透镜 用来扩大投影屏幕的观看视角，如图1所示，利用大小相同的竖向相连排列的柱 状透镜在投影屏幕上各个位置的水平扩散能力一样的原理，实现对水平方向上的 光强进行重新分布。但是投影机发出的光强在投影屏幕上各个位置的分布呈现中 间部分比两边部分强的现象，即投影机发出的光强分布在各个位置本身就是不一 样的，并且投影屏幕本身各个位置对不同角度入射的投影光线的损耗也是不一样 的以及投影屏幕上的光学微结构对光线的汇聚也造成光强在投影屏幕上的分布 不一致，使用大小相同并且相连排列的柱状透镜在各个位置的扩散能力一样，并 不能改善投影机本身亮度不均匀的问题，并且还会使投影屏幕上光强的重新分布 变得更加不均匀，使投影屏幕呈现出中间亮，两边暗的亮度不均匀问题。

故，需要提供一种新的光扩散结构，以解决上述技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光扩散结构，解决现有光扩散结构因 光源的光强分布不均匀而导致的光扩散不均匀造成显示亮度不均匀的问题。

为实现上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种光扩散结构，包括微透镜层Ⅰ和微透镜层Ⅱ，其中：

所述微透镜层Ⅰ包括多个呈竖向排列的柱状微透镜，以中心轴为基准，沿所 述光扩散结构的横向往两端方向设置的所述柱状微透镜的高宽比逐渐减小，所述 中心轴是所述微透镜层Ⅰ中高宽比为最大值的所述柱状微透镜的对称轴；

所述微透镜层Ⅱ包括多个呈横向排列的柱状微透镜，沿所述光扩散结构的垂 直方向设置的所述柱状微透镜的高宽比逐渐减小；

所述柱状微透镜的高宽比为所述柱状微透镜的高度与所述柱状微透镜的宽 度之比。

作为一种可选方式，所述微透镜层Ⅰ中呈竖向排列的所述柱状微透镜垂直于 所述中心轴的横截面为至少三条线段首尾相连组成的形状或至少两条曲线首尾 相连组成的形状或至少一条线段与至少一条曲线首尾相连组成的形状；所述微透 镜层Ⅱ中呈横向排列的所述柱状微透镜在所述光扩散结构的垂直方向的横截面 为至少三条线段首尾相连组成的形状或至少两条曲线首尾相连组成的形状或至 少一条线段与至少一条曲线首尾相连组成的形状。

作为一种可选方式，所述微透镜层Ⅰ中，以所述中心轴为基准，沿所述光扩 散结构的横向往两端方向设置的多个所述柱状微透镜的高度逐渐减小，多个所述 柱状微透镜的宽度不变；所述微透镜层Ⅱ中，沿所述光扩散结构的垂直方向设置 的多个所述柱状微透镜的高度逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度不变。

作为一种可选方式，所述微透镜层Ⅰ中，以所述中心轴为基准，沿所述光扩 散结构的横向往两端方向设置的多个所述柱状微透镜的高度逐渐减小，多个所述 柱状微透镜的宽度逐渐增大；所述微透镜层Ⅱ中，沿所述光扩散结构的垂直方向 设置的多个所述柱状微透镜的高度逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度逐渐增 大。

作为一种可选方式，所述微透镜层Ⅰ中，以所述中心轴为基准，沿所述光扩 散结构的横向往两端方向设置的多个所述柱状微透镜的高度逐渐减小，多个所述 柱状微透镜的宽度逐渐减小；所述微透镜层Ⅱ中，沿所述光扩散结构的垂直方向 设置的多个所述柱状微透镜的高度逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度逐渐减 小；其中，多个所述柱状微透镜的高度减小量大于宽度减小量。

作为一种可选方式，所述微透镜层Ⅰ中，以所述中心轴为基准，沿所述光扩 散结构的横向往两端方向设置的多个所述柱状微透镜的高度相同，多个所述柱状 微透镜的宽度逐渐增大；所述微透镜层Ⅱ中，沿所述光扩散结构的垂直方向设置 的多个所述柱状微透镜的高度相同，多个所述柱状微透镜的宽度逐渐增大。

作为一种可选方式，所述柱状微透镜内设置有扩散粒子。

作为一种可选方式，所述柱状微透镜内设置有光吸收材料。

作为一种可选方式，所述柱状微透镜表面设置有填平所述柱状微透镜的树脂 材料，所述树脂材料与所述柱状微透镜折射率不同。

基于上述光扩散结构，本发明还提供一种光扩散片，使中间和靠近光源位置 光强更多的往两边和远离光源位置分布，使中间和靠近光源位置亮度降低，两边 和远离光源位置亮度增加，从而使中间和靠近光源位置的亮度与两边和远离光源 位置的亮度接近或相同，极大的改善了光源的显示亮度均匀效果。

本发明实施例提供的光扩散片，包括基材和制作于所述基材上如前述的光扩 散结构。

本发明具有如下有益效果：

本发明的光扩散结构针对性的同时增加对中间和靠近光源位置的光强的扩 散能力，减小对两边和远离光源位置光强的扩散能力，使中间和靠近光源位置光 强更多的往两边和远离光源位置分布，使中间和靠近光源位置亮度降低，两边和 远离光源位置亮度增加，从而使中间和靠近光源位置的亮度与两边和远离光源位 置的亮度接近或相同，极大的改善了光源的显示亮度均匀效果，进一步提升组成 的光扩散片的显示亮度均匀效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例， 并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是现有技术中光扩散结构示意图；

图2是本发明实施例一的光扩散结构简图；

图3是本发明实施例一的柱状微透镜的横截面示意图；

图4是本发明实施例一的圆弧柱状微透镜构成的光扩散结构示意图；

图5是本发明实施例一的三棱柱状微透镜构成的光扩散结构示意图；

图6是本发明实施例一的三棱柱微透镜和圆弧柱状微透镜构成的光扩散结构示意图；

图7是本发明实施例一的微透镜层Ⅰ调节光强分布的原理图；

图8是本发明实施例一的微透镜层Ⅱ调节光强分布的原理图；

图9是本发明实施例二的光扩散结构对光强的扩散能力测试示意图；

图10是本发明实施例二的光扩散结构与现有技术对光强扩散能力的对比图；

图11是本发明实施例三的光扩散结构的横截面示意图；

图12是本发明实施例四的光扩散结构的横截面示意图；

图13是本发明实施例五的光扩散结构的横截面示意图；

图14是本发明实施例六的光扩散结构的横截面示意图；

图15是本发明实施例七的光扩散结构示意图；

图16是本发明实施例八的光扩散片示意图；

图标：10-光扩散结构；1011-微透镜层Ⅰ；1022-微透镜层Ⅱ；102-扩散粒子；103-光吸收材料；104-粗糙面；105-基材；Z-中心轴；G-入射光线；Y-光源；M-亮度 计。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实 施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附 图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求 保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施 例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一 项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“中心轴”、“竖向”、 “横向”、“垂直方向”应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具 体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参照图2示出的本发明实施例的光扩散结构简图，一种光扩散结构，包括两 层微透镜层，分别为微透镜层Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012，标记柱状微透镜的高 度为T，柱状微透镜的宽度为P，则柱状微透镜的高宽比为所述柱状微透镜的高 度与所述柱状微透镜的宽度之比，即柱状微透镜的高宽比＝T/P。其中：

微透镜层Ⅰ1011包括多个呈竖向排列的柱状微透镜，以中心轴Z为基准， 沿光扩散结构的横向往两端方向设置的柱状微透镜的高宽比逐渐减小，中心轴Z 是微透镜层Ⅰ1011中高宽比为最大值的柱状微透镜的对称轴；

微透镜层Ⅱ1012包括多个呈横向排列的柱状微透镜，沿光扩散结构的垂直 方向设置的柱状微透镜的高宽比逐渐减小。

作为进一步地补充，通过减小柱状微透镜的高度和宽度的比值，可以有效的 减小微透镜层Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012的扩散能力，也就是减小对光的散射角 度，实现任意的控制不同位置的光强分布，使观看者在任何位置都能获得更加均 匀的亮度分布视觉效果。本发明的光扩散结构通过同时减小竖向排列和横向排列 的柱状微透镜的高宽比，使光扩散结构中间的光强往两边扩散分布，又使下边的 光强往上边扩散分布，实现光扩散结构上各个位置的光强均匀分布。

作为进一步地解释说明，柱状微透镜的高宽比逐渐减小的表述应做广义的理 解，具体的减小情况，需要根据匹配的光源的光强分布情况进行设置，可以呈现 连续性减小，也可以呈现出间隔不连续的减小，还可以呈现出阶梯型的减小。比 如在微透镜层Ⅰ1011中竖向排列若干柱状微透镜，在微透镜层Ⅱ1012中横向排 列若干柱状微透镜，在一定区域内微透镜层Ⅰ1011的柱状微透镜和微透镜层 Ⅱ1012的柱状微透镜的高宽比相同，另一个区域内微透镜层Ⅰ1011的柱状微透 镜和微透镜层Ⅱ1012的柱状微透镜的高宽比相同，但是两个区域内的高宽比不 同，呈现出以区域减小的特征。

作为进一步地解释说明，在微透镜层Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光 扩散结构的横向往两端方向设置的柱状微透镜的高宽比逐渐减小，可以是从中心 轴Z往两端方向呈对称的减小；还可以是一边减小得多，另一边减小得少的非 对称减小，可用于对光强的分布存在两端分布不均的光强的调节。

进一步地，中心轴Z的表述应做广义的理解，它指的是在微透镜层Ⅰ1011 中，高宽比为最大值的柱状微透镜的对称轴，可以理解的是高度与宽度的比值为 最大值的柱状微透镜并不一定位于竖向排列的在微透镜层Ⅰ1011的中心，它是 需要根据光强分布的强弱而确定，如果光强分布的特征是中心最强，那么高宽比 最大值的柱状微透镜就位于在微透镜层Ⅰ1011的中心，但如果光强分布的特征 不是中心最强，那么高宽比最大值的柱状微透镜就不在微透镜层Ⅰ1011的中心， 所以该中心轴Z并不一定是在微透镜层Ⅰ1011的中心轴。另外当柱状微透镜的 分布是阶梯型分布时，高宽比为最大值的柱状微透镜可能是相连的多个微透镜， 该中心轴Z应是指柱状微透镜高度与宽度的比值最大的区域内相同比值的所有柱状微透镜的公共的对称中心轴。

作为进一步地解释说明，在微透镜层Ⅰ1011中竖向排列的柱状微透镜、在 微透镜层Ⅱ1012中横向排列的柱状微透镜都可以相互连接排列，也可以间隔一 定距离排列，可以是在光强分布强的区域排列密集，光强分布弱的区域排列稀疏 或者没有排列柱状微透镜。

需要补充说明的是，柱状微透镜的高宽比逐渐减小，其比值可以减小到零， 也就是说柱状微透镜的高度T可以减小到零，即在微透镜层Ⅰ1011和微透镜层 Ⅱ1012的边缘形成平面没有柱状微透镜。这种光扩散结构是用于只需要扩散某 一部分的光强的情况。另外本发明的光扩散结构是可以根据光源不同位置的光强 分布，对应设置柱状微透镜的高度和宽度，对光强分布强的位置，柱状微透镜结 构的高宽比大，相反的情况下，则柱状微透镜的高宽比小，可以灵活运用本发明 的柱状微透镜设置方法。

还需要进一步地补充说明的是，柱状微透镜101的高宽比沿光扩散结构的垂 直方向从一边往另一边逐渐减小，这里(也包括下文中)的“一边”指的是靠近 光源的位置，而相应的“另一边”指的是远离光源的位置，具体来说即高宽比大 的柱状微透镜一定比高宽比小的柱状微透镜更靠近光源，这样有利于对光源光强 分布强的地方进行扩散。

作为一种可选方式，所述微透镜层Ⅰ中呈竖向排列的所述柱状微透镜垂直于 所述中心轴的横截面为至少三条线段首尾相连组成的形状或至少两条曲线首尾 相连组成的形状或至少一条线段与至少一条曲线首尾相连组成的形状；所述微透 镜层Ⅱ中呈横向排列的所述柱状微透镜在所述光扩散结构的垂直方向的横截面 为至少三条线段首尾相连组成的形状或至少两条曲线首尾相连组成的形状或至 少一条线段与至少一条曲线首尾相连组成的形状。如图3所示，为本发明的柱状 微透镜的横截面示意图。如图3a所示，柱状微透镜的横截面为三角形，即三条 线段首尾相连组成的图形；如图3b所示，柱状微透镜的横截面为梯形，当然， 也可以是四条线段首尾相连组成的其它图形；如图3c所示，柱状微透镜的横截 面为两条曲线首尾相连组成的图形，当然，也可以是多条曲线首尾相连组成的图 形；如图3d所示，柱状微透镜的横截面为一条线段和一条曲线首尾相连组成的 图形；如图3e所示，柱状微透镜的横截面为三条线段和一条曲线首尾相连组成 的图形。当然，柱状微透镜的横截面还可以是多条直线段和多条曲线首尾相连组 成的图形，此处不一一举出。

作为进一步地解释说明，构成微透镜层Ⅰ和构成微透镜层Ⅱ的各柱状微透镜 的横截面形状图形可以是相同的，也可以是不同的，还可以是部分相同的。组成 光扩散结构的各柱状微透镜的横截面可以是上述横截面中的任意一种图形，也可 以是是上述横截面中至少两种图形的组合。

作为一种可选方式，构成微透镜层Ⅰ和构成微透镜层Ⅱ的各柱状微透镜为圆 弧柱状微透镜，微透镜层Ⅰ和微透镜层Ⅱ形成光扩散结构，以此光扩散结构来呈 现柱状微透镜高宽比变化。如图4所示为圆弧柱状微透镜构成的光扩散结构示意 图。光扩散结构包括微透镜层Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012，微透镜层Ⅰ1011由若 干竖向排列的圆弧柱状微透镜组成，微透镜层Ⅱ1012由若干横向排列的圆弧柱 状微透镜组成。

作为进一步地解释说明，微透镜层Ⅰ1011中的圆弧柱状微透镜的高度与宽 度变化、微透镜层Ⅱ1012中圆弧柱状微透镜的高度与宽度变化只要满足前述高 宽比趋势即可，具体变化可以是以下情况中任意一种：(1)以中心轴Z为基准， 沿着光扩散结构的横向往两端方向，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的 高度T逐渐减小，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的宽度P逐渐增大； 在微透镜层Ⅱ1012中，沿光扩散结构的垂直方向设置的多个柱状微透镜的高度T 逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度P逐渐增大。(2)微透镜层Ⅰ1011中， 以中心轴Z为基准，沿光扩散结构的横向往两端方向，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T逐渐减小，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的 宽度P不变；在微透镜层Ⅱ1012中，沿光扩散结构的垂直方向设置的多个柱状 微透镜的高度T逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度P不变。(3)微透镜层 Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光扩散结构的横向往两端方向，构成微透镜 层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T逐渐减小，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱 状微透镜的宽度P逐渐减小，但高度减小量大于宽度减小量；在微透镜层Ⅱ1012 中，沿光扩散结构的垂直方向设置的多个柱状微透镜的高度T逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度P逐渐减小，但高度减小量大于宽度减小量。(4)微透镜 层Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光扩散结构的横向往两端方向，构成微透 镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T不变，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状 微透镜的宽度P逐渐增大；在微透镜层Ⅱ1012中，沿光扩散结构的垂直方向设 置的多个柱状微透镜的高度T不变，多个所述柱状微透镜的宽度P逐渐增大。(5) 微透镜层Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光扩散结构的横向往两端方向，构 成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T逐渐减小，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的宽度P逐渐增大；在微透镜层Ⅱ1012中，沿光扩散结构的 垂直方向设置的多个柱状微透镜的高度T逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽 度P不变。(6)微透镜层Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光扩散结构的横向 往两端方向，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T逐渐减小，构成 微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的宽度P逐渐增大；在微透镜层Ⅱ1012中， 沿光扩散结构的垂直方向设置的多个柱状微透镜的高度T逐渐减小，多个所述 柱状微透镜的宽度P逐渐减小，但高度减小量大于宽度减小量。(7)微透镜层Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光扩散结构的横向往两端方向，构成微透镜 层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T逐渐减小，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱 状微透镜的宽度P逐渐增大；在微透镜层Ⅱ1012中，沿光扩散结构的垂直方向 设置的多个柱状微透镜的高度T不变，多个所述柱状微透镜的宽度P逐渐增大。 (8)微透镜层Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光扩散结构的横向往两端方向， 构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T逐渐减小，构成微透镜层Ⅰ1011 的圆弧柱状微透镜的宽度P不变；在微透镜层Ⅱ1012中，沿光扩散结构的垂直方向设置的多个柱状微透镜的高度T逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度P 逐渐增大。(9)微透镜层Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光扩散结构的横向 往两端方向，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T逐渐减小，构成 微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的宽度P不变；在微透镜层Ⅱ1012中，沿光 扩散结构的垂直方向设置的多个柱状微透镜的高度T逐渐减小，多个所述柱状 微透镜的宽度P逐渐减小，其中高度减小量大于宽度减小量。(10)微透镜层 Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光扩散结构的横向往两端方向，构成微透镜 层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T逐渐减小，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱 状微透镜的宽度P不变；在微透镜层Ⅱ1012中，沿光扩散结构的垂直方向设置 的多个柱状微透镜的高度T不变，多个所述柱状微透镜的宽度P逐渐增大。(11) 微透镜层Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光扩散结构的横向往两端方向，构 成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T逐渐减小，构成微透镜层Ⅰ1011 的圆弧柱状微透镜的宽度P逐渐减小，但高度减小量大于高度减小量；在微透镜 层Ⅱ1012中，沿光扩散结构的垂直方向设置的多个柱状微透镜的高度T不变， 多个所述柱状微透镜的宽度P逐渐增大，但高度减小量大于高度减小量。(12) 微透镜层Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光扩散结构的横向往两端方向，构 成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T逐渐减小，构成微透镜层Ⅰ1011 的圆弧柱状微透镜的宽度P逐渐减小，但高度减小量大于高度减小量；在微透镜 层Ⅱ1012中，沿光扩散结构的垂直方向设置的多个柱状微透镜的高度T逐渐减 小，多个所述柱状微透镜的宽度P不变。(13)微透镜层Ⅰ1011中，以中心轴Z 为基准，沿光扩散结构的横向往两端方向，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微 透镜的高度T逐渐减小，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的宽度P逐渐 减小，但高度减小量大于高度减小量；在微透镜层Ⅱ1012中，沿光扩散结构的 垂直方向设置的多个柱状微透镜的高度T不变，多个所述柱状微透镜的宽度P 逐渐增大。(14)微透镜层Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光扩散结构的横向 往两端方向，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T不变，构成微透 镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的宽度P逐渐增大；在微透镜层Ⅱ1012中，沿光 扩散结构的垂直方向设置的多个柱状微透镜的高度T逐渐减小，多个所述柱状 微透镜的宽度P逐渐增大。(15)微透镜层Ⅰ1011中，以中心轴Z为基准，沿光 扩散结构的横向往两端方向，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的高度T 不变，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的宽度P逐渐增大；在微透镜层 Ⅱ1012中，沿光扩散结构的垂直方向设置的多个柱状微透镜的高度T逐渐减小， 多个所述柱状微透镜的宽度P不变。(16)微透镜层Ⅰ1011中，以中心轴Z为基 准，沿光扩散结构的横向往两端方向，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜 的高度T不变，构成微透镜层Ⅰ1011的圆弧柱状微透镜的宽度P逐渐增大；在 微透镜层Ⅱ1012中，沿光扩散结构的垂直方向设置的多个柱状微透镜的高度T 逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度P逐渐减小，但高度减小量大于宽度减小 量。

作为一种可选方式，如图5所示为三棱柱状微透镜构成的光扩散结构示意图， 光扩散结构包括微透镜层Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012，微透镜层Ⅰ1011由若干竖 向排列的三棱柱状微透镜组成，微透镜层Ⅱ1012由若干横向排列的三棱柱状微 透镜组成。微透镜层Ⅰ1011中的三棱柱状微透镜的高度与宽度变化、微透镜层 Ⅱ1012中三棱柱状微透镜的高度与宽度变化只要满足前述高宽比趋势即可，具 体变化情况与圆弧柱状微透镜构成的光扩散结构类似，此处不再赘述。

作为一种可选方式，如图6所示为三棱柱微透镜和圆弧柱状微透镜构成的光 扩散结构示意图。光扩散结构包括微透镜层Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012，微透镜 层Ⅰ1011由若干竖向排列的圆弧柱状微透镜组成，微透镜层Ⅱ1012由若干横向 排列的三棱柱状微透镜组成。微透镜层Ⅰ1011中的圆弧柱状微透镜的高度与宽 度变化、微透镜层Ⅱ1012中三棱柱状微透镜的高度与宽度变化只要满足前述高 宽比趋势即可，具体变化情况与圆弧柱状微透镜构成的光扩散结构类似，此处不 再赘述。

作为进一步地解释说明，除以上列举的光扩散结构为两层结构外，光扩散结 构还可以是三层层叠、四层层叠、五层层叠……只要满足光扩散结构中至少含有 一层微透镜层Ⅰ1011，至少含有一层微透镜层Ⅱ1012，微透镜层Ⅰ1011和微透 镜层Ⅱ1012的组成、排列方式均满足上述要求即可。需要进一步说明的是，光 扩散结构层叠的层数越多，对光强分布均匀性的调节作用越强，但是需要注意的 是过多的层数层叠可能会导致光强的损失，因此，需要根据对亮度均匀性和显示 亮度的综合评价，选择合适的层叠层数。

如图7所示为微透镜层Ⅰ1011调节光强分布的原理图。入射到中心轴所在 的柱状微透镜的入射光线G在柱状微透镜的圆弧形面上发生折射，由于中心轴 所在的柱状微透镜的高宽比大于横向两端边缘处的柱状微透镜的高宽比，则中心 轴所在的柱状微透镜的曲率半径相对较小，同方向的入射光线G与中心轴所在 的柱状微透镜(圆心为O₂)的曲率半径组成的夹角大，即与中心轴所在的柱状 微透镜的光线入射角更大，所以从中心轴所在的柱状微透镜折射出射的光线的折 射角θ₁比从横向两端边缘处的柱状微透镜(圆心为O₁)折射出射的光线的折射 角θ₂更大，即中心轴所在的柱状微透镜对出射光线的偏折作用更明显，所以其 对光线光强的重新分布能力更强，而横向两端边缘处的柱状微透镜对出射光线的偏折作用很弱，当柱状微透镜的高度变成零时，就基本不改变光强分布状态，所 以通过上述的原理，就实现了对光强分布的横向调节作用。

如图8所示为微透镜层Ⅱ1012调节光强分布的原理图。微透镜层Ⅱ一边的 柱状微透镜的高宽比大于另一边的柱状微透镜的高宽比，入射到高宽比大的柱状 微透镜上的入射光线G在柱状微透镜的圆弧形面上发生折射，因此，高宽比大 的柱状微透镜的曲率半径相对较小，同方向的入射光线G与高宽比大的柱状微 透镜(圆心为O₄)的曲率半径组成的夹角大，即与高宽比大的柱状微透镜的光 线入射角更大，所以从高宽比大的柱状微透镜折射出射的光线的折射角θ₃比从 高宽比小的柱状微透镜(圆心为O₃)折射出射的光线的折射角θ₄更大，即高宽 比大的柱状微透镜对出射光线的偏折作用更明显，所以其对光线光强的重新分布 能力更强，而高宽比小的柱状微透镜对出射光线的偏折作用很弱，当柱状微透镜的高度变成零时，就基本不改变光强分布状态，所以通过上述的原理，就实现了 对光强分布的竖向调节作用。

因此，通过光扩散结构中微透镜层Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012的设置，实现 对光强分布的横向和竖向调节，即可以将光扩散结构中任意位置的光强调整到最 均衡的状态。

本实施例中柱状微透镜的材料包括但不限于是射线固化树脂，热固化树脂， 反应型固化树脂，透明玻璃，透明陶瓷等，使用上述原材料制作柱状微透镜的方 法是用制作有柱状微透镜结构的辊筒模具，将原材料转印涂布到基底材料上；使 用透明玻璃或透明陶瓷制作柱状微透镜的方法是通过刀具雕刻或激光雕刻或者 化学腐蚀在玻璃或陶瓷上形成柱状微透镜。

本发明实施例的光扩散结构针对性的同时增加对中间和靠近光源位置的光 强的扩散能力，减小对两边和远离光源位置光强的扩散能力，使中间和靠近光源 位置光强更多的往两边和远离光源位置分布，使中间和靠近光源位置亮度降低， 两边和远离光源位置亮度增加，从而使中间和靠近光源位置的亮度与两边和远离 光源位置的亮度接近或相同，极大的改善了光源的显示亮度均匀效果。

本发明实施例的光扩散结构可以进一步地应用于投影显示、裸眼3D及照明 等领域，如在投影显示领域中，作为投影显示核心组件之一的投影屏幕的关键部 件。

实施例二

图9是本发明实施例的光扩散结构对光强的扩散能力测试示意图。取一块长 方形的 光扩散结构样品作为样品1，此处的光扩散结构选用实施例一中圆弧柱状微透镜 构成的光扩散结构。从样品1上取9个测试点，分别为①、②、③、④、⑤、⑥、 ⑦、⑧、⑨。①、②和③在同一个水平线上，④、⑤和⑥在同一水平线上，⑦、 ⑧、⑨在同一水平线上，以中心轴Z为中心，其中①、④、⑦和③、⑥、⑨六 个测试点位置与最边缘处的线段的距离是对应边长的1/6，②、⑤、⑧位于中心 轴Z上，其中⑤位于整个样品1的中心。具体的测试方法是：使用斜入射的光 源Y投射光入射到样品1上，亮度计M位于样品1正前方3米位置，初始亮度 计的镜头中心垂直对齐样品1的中心点⑤点，测试其它点时，保持亮度计的位置 不变，通过转动亮度计M使亮度计M的镜头中心轴线对齐各点。

取与样品1大小完全一样的现有技术竖向排列的柱状微透镜组成的光扩散 结构作为样品2，并进行相应的标记。控制两个样品的测试环境完全一样，分别 在不同的照度值测试样品1和样品2上的9个点的亮度值，并进行记录，得到如 表1所示的亮度测试数据。

表1两种样品9点的亮度测试数据

表1中数据可以看出，光源Y本身在各个位置的照度就是中间亮、两边暗 和靠近光源处越近越亮、远离光源处越远越暗的不均匀的状态，所以很有必要使 用光扩散结构去改善光源本身亮度不均匀的问题，以便获得均匀的亮度显示效果。

通过表1的数据可以得到如图10所示的本发明的光扩散结构(样品1)与 现有技术的光扩散结构(样品2)对光强扩散能力的对比图。结合图10和表1 可以明显的看出现有技术的光扩散结构(样品2)对光强进行扩散后，还是明显 的存在中间亮，边缘暗的不均匀问题，其原因是现有技术的光扩散结构在横向各 个位置的扩散能力都是相近的，对于这种本身光源不均匀的情况，不能改变其本 身就存在的亮度不均匀的趋势。而通过本发明实施例的方案可以使中间亮度降低， 边缘亮度增加，靠近光源的位置的亮度降低，远离光源的位置的亮度增加，通过 综合调节从而使中间位置、边缘位置、靠近光源位置、远离光源位置的亮度都更 加接近，最终在光扩散结构上各个位置都获得极好的显示亮度均匀效果。可以看出，本实施例的技术方案可以很好的优化光源本身的亮度不均匀问题，相互配合 获得更好的亮度均匀性效果。

实施例三

如图11所示为含有扩散粒子的光扩散结构的横截面示意图。光扩散结构包 括微透镜层Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012，微透镜层Ⅰ1011包括若干竖向排列的柱 状微透镜，微透镜层Ⅱ1012包括若干横向排列的柱状微透镜，在微透镜层Ⅰ1011 和微透镜层Ⅱ1012的柱状微透镜内设置扩散粒子102，扩散粒子102能够使经过 柱状微透镜内部的光线发生均匀散射，进一步使光强的分布更均匀。扩散粒子包 括但不限于二氧化硅粒子、三氧化二铝粒子、氧化钛粒子、氧化铈粒子、氧化锆 粒子、氧化钽粒子、氧化锌粒子、氟化镁粒子等，它们的粒径优选5nm～200nm。

作为进一步地补充说明，本发明的光扩散结构主要依靠结构本身的变化，实 现对光的扩散调节作用，所以可以仅在微透镜层Ⅰ设置扩散粒子，也可以仅在微 透镜层Ⅱ设置扩散粒子，均能获得很好的光扩散效果。当在柱状微透镜内设置扩 散粒子102时，扩散粒子102可以均匀分布在柱状微透镜内，也可以非均匀分布 在柱状微透镜内，为了达到最佳效果，优选，扩散粒子102均匀分布在柱状微透 镜内的方式。

实施例四

如图12所示为含有光吸收材料的光扩散结构的横截面示意图。光扩散结构 包括微透镜层Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012，微透镜层Ⅰ1011包括若干竖向排列的 柱状微透镜，微透镜层Ⅱ1012包括若干横向排列的柱状微透镜，在微透镜层 Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012的柱状微透镜内设置光吸收材料103，光吸收材料103 能够对一些不需要的光线进行吸收，可选择性的透过需要的光线。此处的光吸收 材料包括但不限于各种颜料、染料或者炭黑、黑色氧化铁等，起到滤光调色的作 用。需要说明的是根据不同应用场景，在柱状微透镜中也可以不设置光吸收材料。

实施例五

如图13所示为同时含有扩散粒子和光吸收材料的光扩散结构的横截面示意 图。光扩散结构包括微透镜层Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012，微透镜层Ⅰ1011包括 若干竖向排列的柱状微透镜，微透镜层Ⅱ1012包括若干横向排列的柱状微透镜， 在微透镜层Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012的柱状微透镜内同时设置光吸收材料103 和扩散粒子102，可以起到匀光和滤光调色的作用，在显示应用有非常好的效果。

实施例六

如图14所示为本发明实施例的经粗糙化处理后的光扩散结构横截面示意图。 光扩散结构包括微透镜层Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012，微透镜层Ⅰ1011包括若干 竖向排列的柱状微透镜，微透镜层Ⅱ1012包括若干横向排列的柱状微透镜，在 微透镜层Ⅰ1011表面设置有粗糙面104。粗糙面104是通过在微透镜层Ⅰ1011 的柱面上经过如喷砂或模具表面粗糙化处理等方式进行粗糙化后，用胶水转印或 者喷涂具有扩散粒子的胶水形成的。粗糙面104可以进一步对光线进行扩散，起 到匀光、硬化保护或者成像的作用。

作为进一步地补充说明，微透镜层Ⅱ1012的表面也可以经过粗糙化处理， 设置粗糙面。一般为了便于加工制造，优选裸露在外侧的微透镜层进行粗糙化处 理。

实施例七

如图15所示为设置有填平微透镜层Ⅰ的树脂材料的光扩散结构示意图。光 扩散结构包括微透镜层Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012，微透镜层Ⅰ1011包括若干竖 向排列的柱状微透镜，微透镜层Ⅱ1012包括若干横向排列的柱状微透镜，在微 透镜层Ⅰ1011表面还覆盖一层将微透镜层Ⅰ1011填平的树脂材料，其中标记： 微透镜层Ⅰ1011中柱状微透镜的材料折射率为n₁，微透镜层Ⅱ1012中柱状微透 镜的材料折射率为n₂，树脂材料的折射率为n₃，微透镜层Ⅰ1011中柱状微透镜 的材料折射率n₁与树脂材料的折射率n₃不同。利用树脂材料将微透镜层Ⅰ1011 填平，不仅可以保护柱面微透镜，防止划伤损坏；还可以便于在柱状微透镜上加工其它微结构；还可以便于柱状微透镜与其它功能结构层粘接贴合。填平柱状微 透镜的树脂材料的折射率n₂与柱状微透镜材料的折射率n₁不同的目的是进一步 促进光线在两种材料的界面发生折射，增加光扩散结构对光线的扩散能力。

作为进一步地补充说明，微透镜层Ⅰ1011中柱状微透镜的材料折射率n₁与 微透镜层Ⅱ1012中柱状微透镜的材料折射率n₂不同，使光线能够在层叠的界面 因材料折射率的不同而发生折射，实现光扩散效果。需要说明的是只需要满足相 邻的两层材料的折射率不同即可实现光扩散的效果，所以可以是n₁、n₂、n₃的 值都不同，也可以是间隔的材料折射率相同。

实施例八

如图16所示为包括光扩散结构的光扩散片示意图。光扩散片包括基材105 和制作于基材上的如实施例一至七的光扩散结构，光扩散结构包括微透镜层 Ⅰ1011和微透镜层Ⅱ1012，微透镜层Ⅰ1011包括若干竖向排列的柱状微透镜， 微透镜层Ⅱ1012包括若干横向排列的柱状微透镜。

作为一种可选方式，基材105包括但不限于聚乙烯、高聚物聚丙烯、聚苯乙 烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚甲基 丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯弹性体等柔性塑料或橡胶材料，或者玻璃、 亚克力、陶瓷等有一定刚性的透明基板。

包括有光扩散结构的光扩散片针对性的同时增加对中间和靠近光源位置的 光强的扩散能力，减小对两边和远离光源位置光强的扩散能力，使中间和靠近光 源位置光强更多的往两边和远离光源位置分布，使中间和靠近光源位置亮度降低， 两边和远离光源位置亮度增加，从而使中间和靠近光源位置的亮度与两边和远离 光源位置的亮度接近或相同，极大的改善了光源的显示亮度均匀效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域 的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光扩散结构，包括微透镜层Ⅰ和微透镜层Ⅱ，其特征在于，

所述微透镜层Ⅰ包括多个呈竖向排列的柱状微透镜，以中心轴为基准，沿所述光扩散结构的横向往两端方向设置的所述柱状微透镜的高宽比逐渐减小，所述中心轴是所述微透镜层Ⅰ中高宽比为最大值的所述柱状微透镜的对称轴；

所述微透镜层Ⅱ包括多个呈横向排列的柱状微透镜，沿所述光扩散结构的垂直方向设置的所述柱状微透镜的高宽比逐渐减小；

其中，所述柱状微透镜的高宽比为所述柱状微透镜的高度与所述柱状微透镜的宽度之比。

2.根据权利要求1所述的一种光扩散结构，其特征在于，所述微透镜层Ⅰ中呈竖向排列的所述柱状微透镜垂直于所述中心轴的横截面为至少三条线段首尾相连组成的形状或至少两条曲线首尾相连组成的形状或至少一条线段与至少一条曲线首尾相连组成的形状；所述微透镜层Ⅱ中呈横向排列的所述柱状微透镜在所述光扩散结构的垂直方向的横截面为至少三条线段首尾相连组成的形状或至少两条曲线首尾相连组成的形状或至少一条线段与至少一条曲线首尾相连组成的形状。

3.根据权利要求1所述的一种光扩散结构，其特征在于，所述微透镜层Ⅰ中，以所述中心轴为基准，沿所述光扩散结构的横向往两端方向设置的多个所述柱状微透镜的高度逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度不变；所述微透镜层Ⅱ中，沿所述光扩散结构的垂直方向设置的多个所述柱状微透镜的高度逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度不变。

4.根据权利要求1所述的一种光扩散结构，其特征在于，所述微透镜层Ⅰ中，以所述中心轴为基准，沿所述光扩散结构的横向往两端方向设置的多个所述柱状微透镜的高度逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度逐渐增大；所述微透镜层Ⅱ中，沿所述光扩散结构的垂直方向设置的多个所述柱状微透镜的高度逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度逐渐增大。

5.根据权利要求1所述的一种光扩散结构，其特征在于，所述微透镜层Ⅰ中，以所述中心轴为基准，沿所述光扩散结构的横向往两端方向设置的多个所述柱状微透镜的高度逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度逐渐减小；所述微透镜层Ⅱ中，沿所述光扩散结构的垂直方向设置的多个所述柱状微透镜的高度逐渐减小，多个所述柱状微透镜的宽度逐渐减小；其中，多个所述柱状微透镜的高度减小量大于宽度减小量。

6.根据权利要求1所述的一种光扩散结构，其特征在于，所述微透镜层Ⅰ中，以所述中心轴为基准，沿所述光扩散结构的横向往两端方向设置的多个所述柱状微透镜的高度相同，多个所述柱状微透镜的宽度逐渐增大；所述微透镜层Ⅱ中，沿所述光扩散结构的垂直方向设置的多个所述柱状微透镜的高度相同，多个所述柱状微透镜的宽度逐渐增大。

7.根据权利要求1所述的一种光扩散结构，其特征在于，所述柱状微透镜内设置有扩散粒子。

8.根据权利要求1所述的一种光扩散结构，其特征在于，所述柱状微透镜内设置有光吸收材料。

9.根据权利要求1所述的一种光扩散结构，其特征在于，所述柱状微透镜表面设置有填平所述柱状微透镜的树脂材料，所述树脂材料与所述柱状微透镜折射率不同。

10.一种光扩散片，包括基材，其特征在于，还包括制作于所述基材上的如权利要求1至9任一所述的光扩散结构。

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