CN103672609A - 使用量子点的发光源及其制作方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液晶显示技术领域,尤其是对一种直下式背光源的结构改进。本发明提供一种使用量子点的发光源,其包括基板,所述基板上装设有灯条以及环绕所述灯条设置的混光体;在所述混光体顶部设有量子点条块,所述灯条的发射光线均经过所述量子点条块折射后出射,所述量子点条块的出光面呈曲面。本发明还提供这种量子点条块的制作方法,以及利用量子点条块组装成新的直下式背光源。本发明通过对量子点条块的结构改进,使量子点条块的出光面形成曲面。实现了增大灯条发射光穿过量子点条块后的光扩散角度,最终使发光源的出光角度增大。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示器技术领域,尤其是对一种背光源结构的改进。
背景技术
量子点(Quantum Dot,QD)又可以称为纳米晶体,是一种由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒。量子点的粒子直径一般介于1~10nm之间,由于电子和空穴被量子限域,连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构,受激后可以发射荧光。基于量子效应,量子点在太阳能电池,发光器件,光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。
量子点的光电特性与其尺寸和形状紧密相连。研究发现量子点的能带带隙与尺寸成反比,即量子点尺寸约小能带带隙约宽,发射光往蓝光偏移。因此通过控制量子点的尺寸,制备出具有不同发射光谱的量子点。量子点发光光谱结构如图2所示,从图中可知,量子点发光光谱半峰宽(约50~60nm)相较于目前LED常用的绿色(半峰宽约80nm),红色荧光粉(半峰宽约100nm)半峰宽窄。在TV中使用时,能很好的搭配光阻(color filter,CF),实现高穿透率,同时保证高色域(NTSC)。
目前商业量子点材料主要以CdSe为核,CdS为壳。量子点材料受高温及氧气的影响会导致其失效,因此目前商业上量子点的运用都需保护量子点材料。做法主要分为两种,一为采用量子点膜片(QD-film)的形式,通过PET将量子点材料封装起来;另一种为量子点条块(QD-rail)形式,即将量子点材料封装在空心玻璃管封中。
量子点膜片需要使用的量子点材料多,且在BLU中色度控制困难,量产性低;而量子点条块则在价格及色度控制上都较有量产性。现常见量子点条块与LED的配合及组装成的发光源1结构如图2(a)(b)所示,其包括基板2,所述基板2上装设有灯条4以及环绕所述灯条4设置的混光体3;在所述混光体3顶部设有量子点条块6,所述灯条4的发射光线均经过所述量子点条块6折射后出射。从图中可以看到,现有的量子点条块6呈方形长条形状,与光源灯条4配合后,发光源1出射光角度仍约为120°。将上述发光源1运用于直下式背光源中时,如图3,背光源从下至上包括背板10、反射板20和扩散板30,以及若干个装设在反射板20面向扩散板30一侧的发光源1。从图中可知,反射板20和扩散板30之间的距离是一定的,行业内常用的发光源1出光角度基本固定(约120°),通过调整相邻两发光源1的间距,使相邻发光源1的边缘出射光线在扩散板30接收面处刚好交叠,此时接收面30光能分布比较平缓,可令该液晶显示器具有较好的背光源品位,人眼接收度高。然而,由于量子点制作成本高昂,在背光源中使用大数量的量子点条块不符合经济效益。为提高量子点条块在直下式背光源中使用效益同时保证背光源品味可接受,最佳方案是通过增大发光源的出光角度,实现量子点条块数量的减少。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种使用量子点的发光源,其包括基板,所述基板上装设有灯条以及环绕所述灯条设置的混光体;在所述混光体顶部设有量子点条块,所述灯条的发射光线均经过所述量子点条块折射后出射,所述量子点条块的出光面呈曲面。
进一步地,所述量子点条块出光面的短轴截面呈半椭圆形或半圆形。
进一步地,所述量子点条块的出光面具有内凹的沟槽。
进一步地,所述沟槽与所述灯条的发光中心对应。
进一步地,所述量子点条块出光面的短轴截面呈并列的双拱形。
进一步地,所述量子点条块出光面的短轴截面呈并列的双楔形。
本发明还提供一种直下式背光源,其从下至上包括背板、反射板和扩散板,还包括若干个如上所述的使用量子点的发光源,所述发光源装设在所述反射板面向所述扩散板的一侧。
本发明还提供一种所述量子点条块的制作方法,包括如下步骤:制作一空心玻璃管,然后将量子点材料封装到所述空心玻璃管中;所述量子点条块出光面对应的空心玻璃管第一侧面呈曲面。
进一步地,所述空心玻璃管第一侧面的短轴截面呈半椭圆形或半圆形。
进一步地,所述量子点条块出光面对应的空心玻璃管第一侧面具有内凹的沟槽。
进一步地,所述沟槽与所述灯条的发光中心对应。
进一步地,所述空心玻璃管第一侧面的短轴截面呈并列的双拱形。
进一步地,所述空心玻璃管第一侧面的短轴截面呈并列的双楔形。
本发明还提供第二种所述量子点条块的制作方法,包括如下步骤:采用模具成型的方法在一量子点条块原材的第一出光面上制作一散光元件,形成目标量子点条块;所述散光元件顶面为所述量子点条块出光面,所述散光元件顶面呈曲面。
进一步地,所述散光元件顶面的短轴截面呈半椭圆形或半圆形。
进一步地,所述散光元件的顶面具有内凹的沟槽。
进一步地,所述沟槽与所述灯条的发光中心对应。
进一步地,所述散光元件顶面的短轴截面呈并列的双拱形。
进一步地,所述散光元件顶面的短轴截面呈并列的双楔形。
进一步地,所述量子点条块原材的折射率为1.3~1.4;所述散光元件材质的折射率为1.45~1.55。
进一步地,,所述散光元件材质为硅胶、树脂或二氧化硅中的一种。
有益效果:
本发明通过对量子点条块的结构改进,使量子点条块的出光面形成曲面。实现了增大灯条发射光穿过量子点条块后的光扩散角度,最终使发光源的出光角度增大。将这种发光源应用到直下式背光源中,可在保证背光源品位不降低的情况下,大大节约发光源的数量,从而有效降低成本,节省资源。
附图说明
图1为现有的量子点材料发射光谱图。
图2(a)为现有的发光源短轴截面的结构示意图;(b)为现有的发光源俯视结构示意图。
图3为现有的直下式背光源剖面结构局部示意图。
图4为本发明的发光源短轴截面的结构示意图。
图5(a)为本发明实施例1量子点条块的制作流程图;(b)为本发明实施例1量子点条块的结构示意及其光路图。
图6(a)为本发明实施例1另一种量子点条块的制作流程图;(b)为本发明实施例1另一种量子点条块的结构示意及其光路图。
图7为本发明实施例2量子点条块的结构示意及其光路图。
图8为本发明实施例2另一种量子点条块的结构示意及其光路图。
图9为本发明实施例3量子点条块的结构示意及其光路图。
图10为本发明实施例3另一种量子点条块的结构示意及其光路图。
图11为本发明实施例4量子点条块的结构示意及其光路图。
图12为本发明实施例4另一种量子点条块的结构示意及其光路图。
具体实施方式
下面,将结合附图对本发明各实施例作详细说明。
实施例1
图4图示出了本实施例提供的使用量子点的发光源40其短轴截面结构。该发光源40包括:基板41,所述基板41上装设有灯条43以及环绕所述灯条43设置的混光体42。其中,灯条43具体可由LED灯44及其电路板构成。在所述混光体42顶部架设有量子点条块45,所述灯条43的发射光线均经过所述量子点条块45折射后出射,所述量子点条块45的上表面(即出光面)呈曲面,使得发射光线经过量子点条块45被进一步发散再出射,出光角度可达到150°~160°,实现了发光源的发光角度有效增加。
将这种发光源40组装到现有的直下式背光源中应用,可获得明显的有益效果。参见图3所示,将现有的发光源1替换为本实施例的发光源40,形成新的直下式背光源。本领域技术人员可知,反射板20与扩散板30的距离相对固定的情况下,增大发光源出光角度,可使得相邻发光源的边缘出射光线在扩散板接收面处交叠程度增加。此时若拉大两相邻发光源的距离,重新使相邻发光源的边缘出射光线在扩散板接收面处刚好交叠,仍然能获得较好的背光源品位。即,在相同面积的反射板、扩散板上,增大发光源的出光角度,可减少发光源的安装密度,从而减少量子点条块的使用数量,降低成本。
例如,以32寸(长*宽=700mm*400mm)的直下式背光源为例:需要反射板20、扩散板30之间的距离为25mm,发光源可呈阵列排列。为保证背光源的品位可接受,按照现有发光源1的出光角度(120°),在反射板20长轴方向上至少需要安装8个发光源1。若更换为本实施例的发光源40(出光角度增大至150°),则反射板40长轴方向上只需要安装4个发光源40即可满足要求。
进一步地,为实现本发明目的,所述量子点条块的出光面可以有多种曲面图形的变化。例如,在本实施例中,图4可见,量子点条块45出光面呈圆滑过渡的弧形,如半椭圆形或半圆形。
本实施例还提供这种量子点条块的制作方法,其包括如下步骤:如图5(a)所示,制作一空心玻璃管50。该空心玻璃管50第一侧面51呈曲面,作为所述量子点条块的出光面。然后将量子点材料60封装到所述空心玻璃管50中获得目标产品量子点条块45a。由于空心玻璃管的管壁比较薄,光从管壁的折射可以忽略,这样从目标产品量子点条块45a的光路图(图5(b))可知,从该出光面出射的光线进一步被发散,达到增大发光源出光角度的目的。
本实施例的量子点条块还可以采用另一种制作方法获得,具体包括如下步骤:如图6(a)所示,采用模具成型的方法在量子点条块原材(可采用现有的矩形量子点条块6)的第一出光面61上制作一的散光元件70,形成新的量子点条块45b。所述散光元件70顶面即为所述量子点条块45b出光面,所述散光元件70顶面呈曲面。在该制作方法中,对应于常见的量子点条块原材(折射率为1.3~1.4),散光元件的材料可采用折射率范围(1.45~1.55)较大的硬性材质,如硅胶、树脂或二氧化硅等,实现光发散,使出光角度增加。所获得目标量子点条块45b的光路图6(b)所示。
实施例2
本实施例是对量子点条块结构和制作方法的进一步改进或变化。本实施例的量子点条块的出光面具有内凹的沟槽。例如,如图7所示,可以在实施例1所获得的量子点条块45a顶部上开设一沟槽48,使获得的出光面并非圆滑过渡的弧面,形成新的量子点条块45c。进一步地,为了使得灯条(图中未示出)的发射光从中心均匀分散,所述沟槽48优选与所述灯条的发光中心对应。
上述量子点条块45c可以采用实施例1第一种制作方法获得,得到的量子点条块光路图如图7所示,同样可以实现发光源出光角度增大的发明目的。
本实施例还提供另一种带沟槽量子点条块的制作方法,即参照实施例1所提供的第二种制作方法获得。得到的量子点条块45d的结构及其光路图如图8所示,同样可以实现发光源出光角度增大的发明目的。
实施例3
本实施例对实施例2所提供的量子点条块的结构作进一步改进,随着量子点条块出光面曲面图形的变化,出光面上的沟槽形状也可随之改变。如图9所示,本实施例的量子点条块45e其出光面的短轴截面呈左右并列的双拱形。为了使得灯条(图中未示出)的发射光从中心均匀分散,并列的拱形呈对称设置,双拱形所构成的沟槽48a与所述灯条的发光中心对应。
类似地,本实施例的量子点条块45e可采用实施例1所提供的第一种制备方法获得,其结构和光路图如图9所示。
也可以通过实施例1所提供的第二种制备方法获得另一种带沟槽48a的量子点条块45f,其结构和光路图如图10所示。
实施例4
本实施例对实施例2所提供的量子点条块的结构作进一步改进。如图11所示,本实施例的量子点条块45g其出光面的短轴截面呈左右并列的双楔形,同样可达到本发明目的。为了使得灯条(图中未示出)的出射光能在沟槽48b底面最大限度被发散,需要根据散光元件或量子点材质的折射率设计沟槽48b底面的倾斜坡度,使灯条的出射光在沟槽48b底面所对应的出光面形成全反射或接近全反射,而反射光尽可能从双楔形量子点条块45g的两侧出射,光路图如图11所示。
类似地,本实施例的量子点条块45g结构可采用实施例1所提供的第一种制备方法获得。
也可以通过实施例1所提供的第二种制备方法获得另一种带沟槽48b的量子点条块45h,其结构和光路图如图12所示。
Claims (21)
1.一种使用量子点的发光源(40),其包括基板(41),所述基板(41)上装设有灯条(43)以及环绕所述灯条(43)设置的混光体(42);在所述混光体(42)顶部设有量子点条块(45),所述灯条(43)的发射光线均经过所述量子点条块(45)折射后出射,其特征在于,所述量子点条块(45)的出光面呈曲面。
2.根据权利要求1所述的发光源(40),其特征在于,所述量子点条块(45)出光面的短轴截面呈半椭圆形或半圆形。
3.根据权利要求1或2所述的发光源(40),其特征在于,所述量子点条块(45)的出光面具有内凹的沟槽(48)。
4.根据权利要求3所述的发光源(40),其特征在于,所述沟槽(48)与所述灯条(43)的发光中心对应。
5.根据权利要求4所述的发光源(40),其特征在于,所述量子点条块(45)出光面的短轴截面呈并列的双拱形。
6.根据权利要求4所述的发光源(40),其特征在于,所述量子点条块(45)出光面的短轴截面呈并列的双楔形。
7.一种直下式背光源,其从下至上包括背板(10)、反射板(20)和扩散板(30),其特征在于,还包括若干个如权利要求1~6任一项所述使用量子点的发光源(40),所述发光源(40)装设在所述反射板(20)面向所述扩散板(30)的一侧。
8.一种如权利要求1所述量子点条块(45)的制作方法,包括如下步骤:制作一空心玻璃管(50),然后将量子点材料封装到所述空心玻璃管(50)中;其特征在于,所述量子点条块(45)出光面对应的空心玻璃管(50)第一侧面(51)呈曲面。
9.根据权利要求8所述量子点条块(45)制作方法,其特征在于,所述空心玻璃管(50)第一侧面(51)的短轴截面呈半椭圆形或半圆形。
10.根据权利要求8或9所述量子点条块(45)制作方法,其特征在于,所述空心玻璃管(50)第一侧面(50)具有内凹的沟槽(48)。
11.根据权利要求10所述量子点条块(45)制作方法,其特征在于,所述沟槽(48)与灯条(43)的发光中心对应。
12.根据权利要求10或11所述量子点条块(45)制作方法,其特征在于,所述空心玻璃管(50)第一侧面(51)的短轴截面呈并列的双拱形。
13.根据权利要求10或11所述量子点条块(45)制作方法,其特征在于,所述空心玻璃管(50)第一侧面(51)的短轴截面呈并列的双楔形。
14.一种如权利要求1所述量子点条块(45)的制作方法,其特征在于,包括如下步骤:采用模具成型的方法在一量子点条块原材(6)的第一出光面(61)上制作一散光元件(70),形成目标量子点条块(45);所述散光元件(70)顶面为所述量子点条块(45)出光面,所述散光元件(70)顶面呈曲面。
15.根据权利要求14所述量子点条块(45)制作方法,其特征在于,所述散光元件(70)顶面的短轴截面呈半椭圆形或半圆形。
16.根据权利要求14或15所述量子点条块(45)制作方法,其特征在于,所述散光元件(70)的顶面具有内凹的沟槽。
17.根据权利要求16所述量子点条块(45)制作方法,其特征在于,所述沟槽(48)与所述灯条(43)的发光中心对应。
18.根据权利要求17所述量子点条块(45)制作方法,其特征在于,所述散光元件(70)顶面的短轴截面呈并列的双拱形。
19.根据权利要求17所述量子点条块(45)制作方法,其特征在于,所述散光元件(70)顶面的短轴截面呈并列的双楔形。
20.根据权利要求14所述量子点条块(45)制作方法,其特征在于,所述量子点条块原材(6)的折射率为1.3~1.4;所述散光元件(70)材质的折射率为1.45~1.55。
21.根据权利要求20所述量子点条块(45)制作方法,其特征在于,所述散光元件(70)材质为硅胶、树脂或二氧化硅中的一种。
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