專利名稱：具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及液晶顯示和照明的技術(shù)領域，特別是涉及一種用于液晶顯示和照明的具有波導結(jié)構(gòu)的可實現(xiàn)區(qū)域動態(tài)調(diào)光能力的背光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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(fā)光二極管、冷陰極射線管或有機發(fā)光二極管)、導光板、散射片、棱鏡增亮片和反射片等構(gòu)成。其主要功能是把點或者線光源轉(zhuǎn)化為面光源。在傳統(tǒng)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(xiàn)調(diào)節(jié)。而廣告則是通過帶有彩色或者黑白涂料的紙張實現(xiàn)。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(tài)的，或者不同區(qū)域的顏色不一樣。 但由于背光都是整面打開，對于某一圖像，有些區(qū)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，一種具有低分辨率技術(shù)的區(qū)域可調(diào)光背光系統(tǒng)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(qū)域性的亮度和色度調(diào)節(jié)。根據(jù)調(diào)光的能力不同，區(qū)域調(diào)光的主要可分為全局、 一維和二維。其中二維調(diào)光在節(jié)能和圖像的質(zhì)量增加上更具有優(yōu)勢。根據(jù)背光的方式不同， 區(qū)域調(diào)光有兩種方法一種是側(cè)進光區(qū)域調(diào)光，光源分別位于導光板的四周。另外一種是直下式，即光源位于導光板的下方。而為了實現(xiàn)區(qū)域調(diào)光，傳統(tǒng)的冷陰極射線管(CCFL)已經(jīng)被發(fā)光二極管(LED)代替，同時LED代替CCFL的好處是增加顯色范圍。側(cè)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(xiàn)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(xiàn)更加輕薄的區(qū)域調(diào)光背光系統(tǒng)，一種結(jié)合了側(cè)入式和直下式的優(yōu)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(qū)域就是由每一個側(cè)光式的導光板單元構(gòu)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(diào)節(jié)。但是這種方法存在著光源的驅(qū)動布線復雜和散熱較差等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有局域調(diào)光功能，更加輕薄、光源的布置更加簡單、有利于散熱、能量效率高而且也省去很多的拼接問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，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(qū)域和波導結(jié)構(gòu)；所述波導結(jié)構(gòu)由折射率大于周圍物質(zhì)的纖芯構(gòu)成；所述LED光源發(fā)出的光束經(jīng)過所述波導導引輸入到所述導光板的各個區(qū)域，在該各區(qū)域上都設置有散射網(wǎng)點，該散射網(wǎng)點使所述的光束在所述各區(qū)域均勻地從所述導光板的出光面射出。所述導光板的區(qū)域是嵌入所述導光板背光面的倒V形槽隔離的區(qū)域，或是嵌入所述導光板背光面的矩形反射結(jié)構(gòu)隔離的區(qū)域。所述區(qū)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為內(nèi)嵌在所述導光板的折射率大于導光板的芯層構(gòu)成、掩埋在所述導光板內(nèi)的折射率大于導光板的芯層構(gòu)成或是光纖構(gòu)成。 所述波導結(jié)構(gòu)的截面為圓形、方形、梯形、倒梯形或錐形，所述波導結(jié)構(gòu)的尺寸隨遠離光源逐漸變小。所述散射網(wǎng)點設置在所述波導引導光行進的方向上，該散射網(wǎng)點的直徑大小沿著光行進方向逐漸增大，該散射網(wǎng)點的密度沿著光行進方向逐漸增大。所述的波導的構(gòu)成為
所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED構(gòu)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(gòu)成，所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED分別發(fā)出的紅光、綠光和藍光分別經(jīng)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(qū)域；
或所述的LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構(gòu)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(qū)域；
或所述的LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構(gòu)成，所述的波導由錐波導接一個輸入波導構(gòu)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(qū)域；
或所述的LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構(gòu)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(qū)域。所述輸入波導、組合輸入波導或總輸入波導在所述區(qū)域內(nèi)彎折。本發(fā)明的另一種技術(shù)解決方案是一種具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，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(gòu)成，由所述的紅光LED、綠光LED和藍光LED分別發(fā)出的紅光、綠光和藍光分別對應于紅光輸入波導、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(gòu)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(wǎng)點。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是可以在側(cè)入射光下把光源放置在導光板的四周，克服傳統(tǒng)側(cè)入式的出光不均勻和光學效率低等問題，實現(xiàn)更加小區(qū)域的動態(tài)區(qū)域調(diào)光，背光系統(tǒng)更加輕薄。


圖1為本發(fā)明第一種實施例中導光板、波導和光源配置圖。
圖2為本發(fā)明第二種實施例中光源和輸入波導設置圖。圖3為本發(fā)明第三種實施例中光源和輸入波導設置圖。圖4為本發(fā)明第四種實施例中導光板、波導和光源配置圖。圖5為本發(fā)明第五種實施例中在每個區(qū)域內(nèi)波導結(jié)構(gòu)圖。圖6為本發(fā)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(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步描述，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。請先參閱圖1-5，一種具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，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(qū)域和波導結(jié)構(gòu)；所述波導結(jié)構(gòu)由折射率大于周圍物質(zhì)的纖芯構(gòu)成；所述LED光源發(fā)出的光束經(jīng)過所述波導導引輸入到所述導光板的各個區(qū)域，在該各區(qū)域上都設置有散射網(wǎng)點，該散射網(wǎng)點使所述的光束在所述各區(qū)域均勻地從所述導光板的出光面射出。所述導光板的區(qū)域是嵌入所述導光板背光面的倒V形槽隔離的區(qū)域，或是嵌入所述導光板背光面的矩形反射結(jié)構(gòu)隔離的區(qū)域。所述區(qū)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為內(nèi)嵌在所述導光板的折射率大于導光板的芯層構(gòu)成、掩埋在所述導光板內(nèi)的折射率大于導光板的芯層構(gòu)成或是光纖構(gòu)成。所述波導結(jié)構(gòu)的截面為圓形、方形、梯形、倒梯形或錐形，所述波導結(jié)構(gòu)的尺寸隨遠離光源逐漸變小。所述散射網(wǎng)點設置在所述波導引導光行進的方向上，該散射網(wǎng)點的直徑大小沿著光行進方向逐漸增大，該散射網(wǎng)點的密度沿著光行進方向逐漸增大。圖1為本發(fā)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(gòu)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(gòu)成，所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED分別發(fā)出的紅光、綠光和藍光分別經(jīng)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(qū)域。導光板具有16個區(qū)域，由嵌入所述導光板背光面的倒V形槽隔離構(gòu)成。每個區(qū)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，最后匯合成一一組輸入波導，輸入到導光板內(nèi)的相應區(qū)域。波導結(jié)構(gòu)位于導光板的出光面，為矩形結(jié)構(gòu)，材料同導光板的一樣。為了提高輸入光的耦合效率，輸入波導做成錐形向?qū)Ч獍宓膬?nèi)部延伸。為了使每個區(qū)域的出光均勻，每個區(qū)域的出光面設置散射網(wǎng)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(qū)域內(nèi)部的波導位于倒V形槽之間。圖2為本發(fā)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(gòu)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(qū)域。每個區(qū)域?qū)粋€紅、綠、藍三顏色和一個白光LED，四個LED的光經(jīng)過波導最后輸入到導光板內(nèi)的相應區(qū)域。工作時，可以單獨對每一個LED進行控制，實現(xiàn)調(diào)色和調(diào)亮度。
圖3為本發(fā)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(gòu)成，所述的波導由錐波導接一個輸入波導構(gòu)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(qū)域。圖4為本發(fā)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(gòu)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(qū)域。波導的芯層結(jié)構(gòu)為內(nèi)嵌在導光板內(nèi)，波導折射率H1大于導光板n2。圖5為本發(fā)明第五種實施例中在每個區(qū)域內(nèi)波導行進圖。如圖所示，在每一個區(qū)域內(nèi)，波導結(jié)構(gòu)是彎折的，彎折角度應能滿足光在波導芯層和外層能發(fā)生全反射，否則不利于光的傳輸。在波導上設置散射網(wǎng)點，沿著波導方向，網(wǎng)點尺寸逐漸增大，網(wǎng)點的密度也逐漸增大。請參閱圖6，圖6為本發(fā)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(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，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(gòu)成，由所述的紅光LED、綠光LED和藍光 LED分別發(fā)出的紅光、綠光和藍光分別對應于紅光輸入波導、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(gòu)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(wǎng)點。使得同一波導上的正面出光亮度一致。這樣整個背光構(gòu)成一個和液晶面板像素對應的照明系統(tǒng)。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(jié)能的效果。
權(quán)利要求
1.一種具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，特征在于其包括多個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(qū)域和波導結(jié)構(gòu)；所述波導結(jié)構(gòu)由折射率大于周圍物質(zhì)的纖芯構(gòu)成；所述LED光源發(fā)出的光束經(jīng)過所述波導導引輸入到所述導光板的各個區(qū)域，在該各區(qū)域上都設置有散射網(wǎng)點，該散射網(wǎng)點使所述的光束在所述各區(qū)域均勻地從所述導光板的出光面射出。
2.如權(quán)利要求1所述的具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，其特征在于，所述導光板的區(qū)域是嵌入所述導光板背光面的倒V形槽隔離的區(qū)域，或是嵌入所述導光板背光面的矩形反射結(jié)構(gòu)隔離的區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，其特征在于，所述區(qū)域的形狀和大小是任意的。
4.如權(quán)利要求1所述的具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，其特征在于，所述導光板的背光面還設有反射板。
5.如權(quán)利要求1所述的具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，其特征在于，所述波導結(jié)構(gòu)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(quán)利要求1所述的具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，其特征在于，所述的波導結(jié)構(gòu)為內(nèi)嵌在所述導光板的折射率大于導光板的芯層構(gòu)成、掩埋在所述導光板內(nèi)的折射率大于導光板的芯層構(gòu)成或是光纖構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求書1所述的具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，其特征在于，所述波導結(jié)構(gòu)的截面為圓形、方形、梯形、倒梯形或錐形，所述波導結(jié)構(gòu)的尺寸隨遠離光源逐漸變小。
8.如權(quán)利要求1所述的具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，其特征在于，所述散射網(wǎng)點設置在所述波導引導光行進的方向上，該散射網(wǎng)點的直徑大小沿著光行進方向逐漸增大，該散射網(wǎng)點的密度沿著光行進方向逐漸增大。
9.如權(quán)利要求1至8任一項所述的具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，其特征在于，所述的波導的構(gòu)成為所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED構(gòu)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(gòu)成，所述的LED光源由紅光LED、綠光LED和藍光LED分別發(fā)出的紅光、綠光和藍光分別經(jīng)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(qū)域；或所述的LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構(gòu)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(qū)域；或所述的LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構(gòu)成，所述的波導由錐波導接一個輸入波導構(gòu)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(qū)域；或所述的LED光源由紅光LED、綠光LED、藍光LED和白光LED構(gòu)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(qū)域。
10.如權(quán)利要求書9所述的具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入波導、組合輸入波導或總輸入波導在所述區(qū)域內(nèi)彎折。
11.一種具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，其特征在于，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(gòu)成，由所述的紅光LED、綠光LED和藍光LED分別發(fā)出的紅光、綠光和藍光分別對應于紅光輸入波導、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(gòu)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(wǎng)點。
全文摘要
一種具有波導結(jié)構(gòu)的背光系統(tǒng)，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(qū)域和波導結(jié)構(gòu)；所述波導結(jié)構(gòu)由折射率大于周圍物質(zhì)的纖芯構(gòu)成；所述LED光源發(fā)出的光束經(jīng)過所述波導導引輸入到所述導光板的各個區(qū)域，在該各區(qū)域上都設置有散射網(wǎng)點，該散射網(wǎng)點使所述的光束在所述各區(qū)域均勻地從所述導光板的出光面射出。實現(xiàn)更加小區(qū)域的動態(tài)區(qū)域調(diào)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(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)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