具有波導結構的背光系統的製作方法
2023-09-12 19:24:40 1
專利名稱：具有波導結構的背光系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及液晶顯示和照明的技術領域，特別是涉及一種用於液晶顯示和照明的具有波導結構的可實現區域動態調光能力的背光系統。
背景技術：
液晶顯示和廣告照明中，需要一個平面照明光源。其主要包括光源(如發光二極體、冷陰極射線管或有機發光二極體)、導光板、散射片、稜鏡增亮片和反射片等構成。其主要功能是把點或者線光源轉化為面光源。在傳統液晶顯示中，圖像的亮暗和顏色變化是通過對液晶施加電壓實現調節。而廣告則是通過帶有彩色或者黑白塗料的紙張實現。在液晶顯示或者廣告照明中，圖像信息往往都不是整面都是亮態的，或者不同區域的顏色不一樣。 但由於背光都是整面打開，對於某一圖像，有些區域不需要照明或者不需要其它顏色的光， 這些光就會因為被偏振片和彩色濾光片吸收而浪費掉，同時因為液晶的漏光，圖像的對比度也會下降。為了提高能源使用效率降低功耗以及提高圖像的對比度，一種具有低解析度技術的區域可調光背光系統被提出來，其主要的功能是配合液晶顯示的圖像信息，在相應的背光上做區域性的亮度和色度調節。根據調光的能力不同，區域調光的主要可分為全局、 一維和二維。其中二維調光在節能和圖像的質量增加上更具有優勢。根據背光的方式不同， 區域調光有兩種方法一種是側進光區域調光，光源分別位於導光板的四周。另外一種是直下式，即光源位於導光板的下方。而為了實現區域調光，傳統的冷陰極射線管(CCFL)已經被發光二極體(LED)代替，同時LED代替CCFL的好處是增加顯色範圍。側進光式的主要缺點是亮度不均勻，而直下式的缺點是厚度太高為了實現均勻的出光，光源距離導光板需要有一定的距離。最近，為了實現更加輕薄的區域調光背光系統，一種結合了側入式和直下式的優點的背光設計被提出來。如公開號為2007/0M7871 Al的美國專利，其背光劃分的區域就是由每一個側光式的導光板單元構成。每個單元具有自己的單獨LED光源，可以進行單獨的亮暗調節。但是這種方法存在著光源的驅動布線複雜和散熱較差等問題。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供了一種具有波導結構的背光系統，該系統具有局域調光功能，更加輕薄、光源的布置更加簡單、有利於散熱、能量效率高而且也省去很多的拼接問題。本發明的技術解決方案如下
一種具有波導結構的背光系統，包括多個LED光源和一塊具有出光面和入光面的導光板，該導光板上具有多個光學上相互隔離的區域和波導結構；所述波導結構由折射率大於周圍物質的纖芯構成；所述LED光源發出的光束經過所述波導導引輸入到所述導光板的各個區域，在該各區域上都設置有散射網點，該散射網點使所述的光束在所述各區域均勻地從所述導光板的出光面射出。所述導光板的區域是嵌入所述導光板背光面的倒V形槽隔離的區域，或是嵌入所述導光板背光面的矩形反射結構隔離的區域。所述區域的形狀和大小是任意的。所述導光板的背光面還設有反射板。所述波導結構具有至少一個輸入端，每個輸入端對應至少一個所述LED光源。所述的波導結構為內嵌在所述導光板的折射率大於導光板的芯層構成、掩埋在所述導光板內的折射率大於導光板的芯層構成或是光纖構成。 所述波導結構的截面為圓形、方形、梯形、倒梯形或錐形，所述波導結構的尺寸隨遠離光源逐漸變小。所述散射網點設置在所述波導引導光行進的方向上，該散射網點的直徑大小沿著光行進方向逐漸增大，該散射網點的密度沿著光行進方向逐漸增大。所述的波導的構成為
所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED構成，所述的波導由紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導匯合成一個組合輸入波導構成，所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED分別發出的紅光、綠光和藍光分別經所述的紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導匯合進所述的組合輸入波導，該組合輸入波導連接到所述導光板的相應的區域；
或所述的LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構成，所述的波導包括紅光輸入波導、綠光輸入波導、藍光輸入波導和白光輸入波導，所述的紅光輸入波導、綠光輸入波導、藍光輸入波導先合成一個組合輸入波導，所述的白光輸入波導再與所述的組合輸入波導合成為一個總輸入波導，該總輸入波導再連接到所述導光板的相應的區域；
或所述的LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構成，所述的波導由錐波導接一個輸入波導構成，所述的紅光、綠光、藍光和白光由所述的錐波導和輸入波導連接到所述導光板的相應區域；
或所述的LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構成，所述的LED紅光、 LED綠光和LED藍光分別對應一紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導，至少一束 LED白光對應一白光輸入波導，該各紅光輸入波導、綠光輸入波導、藍光輸入波導和白光輸入波導分別連接所述導光板的相應區域。所述輸入波導、組合輸入波導或總輸入波導在所述區域內彎折。本發明的另一種技術解決方案是一種具有波導結構的背光系統，包括多個LED光源和一塊具有出光面和入光面的導光板，所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED 構成，由所述的紅光LED、綠光LED和藍光LED分別發出的紅光、綠光和藍光分別對應於紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導，所述的紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導互相平行，形成一個紅綠藍相間的橫貫所述的導光板的條紋，構成一個像素單元，與液晶面板的像素對應，在沿著波導的方向上設置散射網點。與現有技術相比本發明的有益效果是可以在側入射光下把光源放置在導光板的四周，克服傳統側入式的出光不均勻和光學效率低等問題，實現更加小區域的動態區域調光，背光系統更加輕薄。
圖1為本發明第一種實施例中導光板、波導和光源配置圖。
圖2為本發明第二種實施例中光源和輸入波導設置圖。圖3為本發明第三種實施例中光源和輸入波導設置圖。圖4為本發明第四種實施例中導光板、波導和光源配置圖。圖5為本發明第五種實施例中在每個區域內波導結構圖。圖6為本發明第六種實施例中導光板、波導和光源配置圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明作進一步描述，但不應以此限制本發明的保護範圍。請先參閱圖1-5，一種具有波導結構的背光系統，包括多個LED光源和一塊具有出光面和入光面的導光板，該導光板上具有多個光學上相互隔離的區域和波導結構；所述波導結構由折射率大於周圍物質的纖芯構成；所述LED光源發出的光束經過所述波導導引輸入到所述導光板的各個區域，在該各區域上都設置有散射網點，該散射網點使所述的光束在所述各區域均勻地從所述導光板的出光面射出。所述導光板的區域是嵌入所述導光板背光面的倒V形槽隔離的區域，或是嵌入所述導光板背光面的矩形反射結構隔離的區域。所述區域的形狀和大小是任意的。所述導光板的背光面還設有反射板。所述波導結構具有至少一個輸入端，每個輸入端對應至少一個所述LED光源。所述的波導結構為內嵌在所述導光板的折射率大於導光板的芯層構成、掩埋在所述導光板內的折射率大於導光板的芯層構成或是光纖構成。所述波導結構的截面為圓形、方形、梯形、倒梯形或錐形，所述波導結構的尺寸隨遠離光源逐漸變小。所述散射網點設置在所述波導引導光行進的方向上，該散射網點的直徑大小沿著光行進方向逐漸增大，該散射網點的密度沿著光行進方向逐漸增大。圖1為本發明第一種實施例中導光板、波導和光源配置圖，由圖可知LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED構成，所述的波導由紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導匯合成一個組合輸入波導構成，所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED分別發出的紅光、綠光和藍光分別經所述的紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導匯合進所述的組合輸入波導，該組合輸入波導連接到所述導光板的相應的區域。導光板具有16個區域，由嵌入所述導光板背光面的倒V形槽隔離構成。每個區域分別對應一個紅、綠、藍三顏色LED，三個顏色的LED分別對應一個輸入波導，最後匯合成一一組輸入波導，輸入到導光板內的相應區域。波導結構位於導光板的出光面，為矩形結構，材料同導光板的一樣。為了提高輸入光的耦合效率，輸入波導做成錐形嚮導光板的內部延伸。為了使每個區域的出光均勻，每個區域的出光面設置散射網點，為了提高導光板的正面出光率，在導光板的背光面設置反射板。輸入到區域內部的波導位於倒V形槽之間。圖2為本發明第二種實施例中光源和輸入波導設置圖，由圖可知，LED光源由紅光 LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構成，所述的波導包括紅光輸入波導、綠光輸入波導、藍光輸入波導和白光輸入波導，所述的紅光輸入波導、綠光輸入波導、藍光輸入波導先合成一個組合輸入波導，所述的白光輸入波導再與所述的組合輸入波導合成為一個總輸入波導， 該總輸入波導再連接到所述導光板的相應的區域。每個區域對應一個紅、綠、藍三顏色和一個白光LED，四個LED的光經過波導最後輸入到導光板內的相應區域。工作時，可以單獨對每一個LED進行控制，實現調色和調亮度。
圖3為本發明第三種實施例中光源和輸入波導設置圖。由圖可知，LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構成，所述的波導由錐波導接一個輸入波導構成，所述的紅光、綠光、藍光和白光由所述的錐波導和輸入波導連接到所述導光板的相應區域。圖4為本發明第四種實施例中導光板、波導和光源配置圖。由圖可知，LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構成，所述的LED紅光、LED綠光和LED藍光分別對應一紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導，至少一束LED白光對應一白光輸入波導，該各紅光輸入波導、綠光輸入波導、藍光輸入波導和白光輸入波導分別連接所述導光板的相應區域。波導的芯層結構為內嵌在導光板內，波導折射率H1大於導光板n2。圖5為本發明第五種實施例中在每個區域內波導行進圖。如圖所示，在每一個區域內，波導結構是彎折的，彎折角度應能滿足光在波導芯層和外層能發生全反射，否則不利於光的傳輸。在波導上設置散射網點，沿著波導方向，網點尺寸逐漸增大，網點的密度也逐漸增大。請參閱圖6，圖6為本發明第六種實施例中導光板、波導和光源配置圖。由圖可知， 一種具有波導結構的背光系統，包括多個LED光源和一塊具有出光面和入光面的導光板， 所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED構成，由所述的紅光LED、綠光LED和藍光 LED分別發出的紅光、綠光和藍光分別對應於紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導，所述的紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導互相平行，形成一個紅綠藍相間的橫貫所述的導光板的條紋，構成一個像素單元，與液晶面板的像素對應，在沿著波導的方向上設置散射網點。使得同一波導上的正面出光亮度一致。這樣整個背光構成一個和液晶面板像素對應的照明系統。通過和液晶面板對準使用，使得每個顏色的背光可以通過液晶面板上相應顏色的彩色濾光片，可以避免彩色濾光片的吸收損耗，達到節能的效果。
權利要求
1.一種具有波導結構的背光系統，特徵在於其包括多個LED光源和一塊具有出光面和入光面的導光板，該導光板上具有多個光學上相互隔離的區域和波導結構；所述波導結構由折射率大於周圍物質的纖芯構成；所述LED光源發出的光束經過所述波導導引輸入到所述導光板的各個區域，在該各區域上都設置有散射網點，該散射網點使所述的光束在所述各區域均勻地從所述導光板的出光面射出。
2.如權利要求1所述的具有波導結構的背光系統，其特徵在於，所述導光板的區域是嵌入所述導光板背光面的倒V形槽隔離的區域，或是嵌入所述導光板背光面的矩形反射結構隔離的區域。
3.如權利要求1所述的具有波導結構的背光系統，其特徵在於，所述區域的形狀和大小是任意的。
4.如權利要求1所述的具有波導結構的背光系統，其特徵在於，所述導光板的背光面還設有反射板。
5.如權利要求1所述的具有波導結構的背光系統，其特徵在於，所述波導結構具有至少一個輸入端，每個輸入端對應至少一個所述LED光源。
6.如權利要求1所述的具有波導結構的背光系統，其特徵在於，所述的波導結構為內嵌在所述導光板的折射率大於導光板的芯層構成、掩埋在所述導光板內的折射率大於導光板的芯層構成或是光纖構成。
7.如權利要求書1所述的具有波導結構的背光系統，其特徵在於，所述波導結構的截面為圓形、方形、梯形、倒梯形或錐形，所述波導結構的尺寸隨遠離光源逐漸變小。
8.如權利要求1所述的具有波導結構的背光系統，其特徵在於，所述散射網點設置在所述波導引導光行進的方向上，該散射網點的直徑大小沿著光行進方向逐漸增大，該散射網點的密度沿著光行進方向逐漸增大。
9.如權利要求1至8任一項所述的具有波導結構的背光系統，其特徵在於，所述的波導的構成為所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED構成，所述的波導由紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導匯合成一個組合輸入波導構成，所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED分別發出的紅光、綠光和藍光分別經所述的紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導匯合進所述的組合輸入波導，該組合輸入波導連接到所述導光板的相應的區域；或所述的LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構成，所述的波導包括紅光輸入波導、綠光輸入波導、藍光輸入波導和白光輸入波導，所述的紅光輸入波導、綠光輸入波導、藍光輸入波導先合成一個組合輸入波導，所述的白光輸入波導再與所述的組合輸入波導合成為一個總輸入波導，該總輸入波導再連接到所述導光板的相應的區域；或所述的LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構成，所述的波導由錐波導接一個輸入波導構成，所述的紅光、綠光、藍光和白光由所述的錐波導和輸入波導連接到所述導光板的相應區域；或所述的LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構成，所述的LED紅光、 LED綠光和LED藍光分別對應一紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導，至少一束 LED白光對應一白光輸入波導，該各紅光輸入波導、綠光輸入波導、藍光輸入波導和白光輸入波導分別連接所述導光板的相應區域。
10.如權利要求書9所述的具有波導結構的背光系統，其特徵在於，所述輸入波導、組合輸入波導或總輸入波導在所述區域內彎折。
11.一種具有波導結構的背光系統，其特徵在於，包括多個LED光源和一塊具有出 光面和入光面的導光板，所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED構成，由所述的紅光LED、綠光LED和藍光LED分別發出的紅光、綠光和藍光分別對應於紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導，所述的紅光輸入波導、綠光輸入波導和藍光輸入波導互相平行，形成一個紅綠藍相間的橫貫所述的導光板的條紋，構成一個像素單元，與液晶面板的像素對應，在沿著波導的方向上設置散射網點。
全文摘要
一種具有波導結構的背光系統，包括多個LED光源和一塊具有出光面和入光面的導光板，該導光板上具有多個光學上相互隔離的區域和波導結構；所述波導結構由折射率大於周圍物質的纖芯構成；所述LED光源發出的光束經過所述波導導引輸入到所述導光板的各個區域，在該各區域上都設置有散射網點，該散射網點使所述的光束在所述各區域均勻地從所述導光板的出光面射出。實現更加小區域的動態區域調光，具有出光均勻、光學效率高和更加輕薄的特點。
文檔編號F21V8/00GK102287717SQ201110245870
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月25日 優先權日2011年8月25日
發明者葉志成, 鄭緯芹 申請人:上海交通大學, 廈門熠煌光電科技有限公司