CN106990605A - 可局部调光的背光单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可局部调光的背光单元。该背光单元包括：一个或多个发光装置；以及导光板，导光板包括顶面和底面，形成于底面且内置有发光装置的一个或多个凹槽，被安置在一个或多个凹槽内并反射从发光装置发射出的光的反射层，以及被安置在顶面中的多个逆棱镜图案。

Description

可局部调光的背光单元
技术领域
本发明涉及一种背光单元，尤其涉及一种可局部调光的背光单元。
背景技术
由于液晶显示器件本身不发光，它需要背光单元为液晶提供光。其中，液晶显示器件通常分为直下式和侧入式。
在直下式液晶显示器件中，光源位于导光板发光表面的下方。由于光源是二维排列，所以容易实现局部调光。然而，由于液晶显示器件的整体厚度非常大并需要多个LED光源，因此，直下式液晶显示器件不适用于移动设备。
同时，在侧入式液晶显示器件中，光源位于导光板发光表面的侧面。因此，液晶显示器件的整体厚度小且利用少量光源实现背光单元是可能的。然而，由于光源仅仅位于发光表面的侧面，因此将发光表面分成多个部分的局部调光难以实施。
专利文件1中涉及一种采用了在导光板上带有逆棱镜结构的导光板的侧入式背光单元。根据专利文件1，仅使用不带额外的反射板，扩散板和棱镜片的单个导光板形成一个背光单元是可能的。这种导光板可最大程度地减小导光板的厚度，这也是侧入式的优点所在。并且，由于仅仅使用一个导光板，因光损耗的减少而具有成本和效率优势。虽然专利文件1中采用逆棱镜结构的侧入式背光单元使现有的侧入式背光单元的优势最大化，但是，仍很难实现局部调光。
同时，专利文件2和专利文件3中被公开以解决局部调光而非厚度的限制。专利文件2和专利文件3中提出了可局部调光的侧入式背光单元，从而专注于低功耗和通过高对比度改善图像质量。然而，专利文件2和专利文件3中公开的背光单元在利用形成于导光板较低部分上的反射图案将光发射到导光板的前表面上是相同的。当LED被安置在导光板内时，这会在包含每个LED的导光板上形成热点。因此，当用户查看背光单元时，光均匀性被大大降低。
为了解决热点问题，在导光板中安置额外的扩散板和棱镜片或每个背光单元以组装片的形式制作被提出。然而，根据这些方法，单独地制作每个背光单元并将其组合在一起是非常复杂的。此外，使用额外的扩散板和/或棱镜片，也存在增加整体厚度、成本增加及在片之间的交界面处的光损耗的问题。
发明内容
一方面是一种可局部调光的背光单元。该背光单元包括：一个或多个发光装置以及一导光板，该导光板包括顶面和底面，形成于底面且内置发光装置被的一个或多个凹槽，被安置在一个或多个凹槽内并反射从发光装置发出的光的反射层，以及多个安置在顶面中的多个逆棱镜图案。
该导光板的多个凹槽可包括：在某一方向上平行地形成的多个第一凹槽；以及相对于多个第一凹槽以网格的形式形成的多个第二凹槽。该发光装置可被安置在多个第一凹槽之内。
上述导光板可包括一个上表面和界定凹槽的两个侧面。上述反射层可包括一个被安置在上表面的上反射层。
上述上反射层的宽度可大于或等于上述凹槽的宽度。
上述背光单元可进一步包括一个被安置在导光板的底面上的反射板。
上述导光板可包括一个上表面和界定凹槽的两个侧面。上述反射层可包括被安置在两个侧面中的任意一个上的侧反射层。
上述多个逆棱镜图案的材料可与导光板的材料相同。
上述多个逆棱镜图案的材料可与导光板的材料不同。
上述导光板可包括下导光板和被安置在下导光板上的上导光板。多个逆棱镜图案可被安置在上导光板上。上导光板的材料可与多个逆棱镜图案的材料相同。
上述多个逆棱镜图案可被非均匀地安置在导光板的顶面上。
上述导光板的顶面可具有与一个或多个凹槽相对应的部分。被安置在该部分上的逆棱镜图案的密度可大于被安置在其他部分上的多个逆棱镜图案的密度。
所述多个逆棱镜图案距离发光装置越远，被安置在其他部分上的多个逆棱镜图案的密度可被增加的越多。
附图说明
图1为根据本发明实施例可局部调光的背光单元的俯视图；
图2为沿图1所示的可局部调光的背光单元的A-A'线的剖面图；
图3为图2所示的可局部调光的背光单元的局部放大图；
图4为图2所示的导光板100的俯视图；
图5为图2所示的导光板100的仰视图；
图6为沿图4，5所示的B线和B'线的剖面图；
图7为图3所示的上反射层151改进后的示例的剖面图；
图8为图2或7所示的导光板改进后的示例的剖面图；以及
图9为图7所示的可局部调光的背光单元改进后的示例的剖面图。
具体实施方式
以下，本发明的示例性实施例将参考附图被详细描述。需要注意的是，在所有附图中相同的参考数字被用来表示相同的组件。在本发明接下来的描述中，当可能会使本发明的主题不清楚时，本文中已知的功能和设置的详细描述合并在此被省略。
以下，根据本发明实施例可局部调光的背光单元将参考附图被描述。
图1为根据本发明实施例可局部调光的背光单元的俯视图。图2为沿图1所示的可局部调光的背光单元的A-A'线的剖面图。图3为图2所示的可局部调光的背光单元的局部放大图。
参考图1-3，根据本发明实施例可局部调光的背光单元包括导光板100和发光装置300。
导光板100包括顶面，底面和多个侧面。多个侧面可被安置在顶面和底面之间。
导光板100包括逆棱镜图案110。
逆棱镜图案110可被安置在导光板100上。多个逆棱镜图案110可被安置在导光板100的顶面上。多个逆棱镜图案110可在导光板100的顶面上以多个列和排被排列。在多个逆棱镜图案110中两个相邻的逆棱镜图案可以预定的间隔与彼此分离被安置。
逆棱镜图案110的材料可与导光板100的材料相同且可与导光板100一体成型。如果逆棱镜图案110的材料与导光板100的材料不同，在两种不同材料之间的交界面处可能发生光损耗。而且，由于菲涅尔效应或交界面粗糙等，在光原本打算传输的方向上光的传输效率可能会被降低。然而，当逆反射图案110的材料与导光板100的材料相同时，由于在逆反射图案110与导光板100间没有交界面，从而不会发生光损耗且光的传输效率可被改善。
然而，逆棱镜图案110的材料并不限于与导光板100的材料相同，且逆棱镜图案110的材料可与导光板100的材料不同。例如：逆棱镜图案110的材料可以是易于制造精细结构的加工材料，例如：光刻胶(PR)，PDMS等，且上述导光板100的材料可以是能够大面积生产的固体材料，例如：玻璃，PMMA，丙烯酸等。逆棱镜图案110可被耦合或附接在导光板100的顶面。如上所述，当逆棱镜图案110的材料与导光板100的材料不同时，在两种材料的交界面处将发生光损耗。然而，可被共同用于逆棱镜图案110和导光板100的现有材料极其有限。实际上，由于导光板100的材料特性部分不同于可被容易地用于形成逆棱镜图案110的材料特性，所以在实际制作中，将逆棱镜图案110和导光板100分开制作是更容易的。
逆棱镜图案110能够弥补由反射层150造成的光均匀性降低。其详细说明将稍后被提供。
逆棱镜图案110能够作为均匀地保持光的均匀性的扩散板起作用。因此，根据本发明实施例的背光单元不需要单独的扩散板。
导光板100具有凹槽130。
凹槽130可形成于导光板100的较低部分中。凹槽130可形成于导光板100的底面中，其在导光板100的某一方向上有一个预设长度，且在垂直于上述某一方向的方向上有一个预设宽度。导光板100包括一个上表面和界定凹槽130的两个侧面。
多个凹槽130可形成于导光板100的底面中。多个凹槽130可参考图4-6进行描述。
图4为图2所示的导光板100的俯视图。图5为图2所示的导光板100的仰视图。图6为沿图4，图5所示的B线和B'线的剖面图。
参考图4-6，多个凹槽130包括在某一方向上平行地形成的多个第一凹槽130a以及在垂直于上述某一方向的方向上形成的多个第二凹槽130b。
多个第一凹槽130a与多个第二凹槽130b可以网格的形式被形成。
反射层150和一个或多个发光装置300被安置于多个第一凹槽内130a中。发光装置300未被安置在多个第二凹槽130b中。因此，图1-3中的多个凹槽130意为多个第一凹槽130a。因为多个第一凹槽130a与多个第二凹槽130b以网格形式排列，导光板100可具有多个块BL1和块BL2。
多个第二凹槽130b的宽度D3可小于或大于导光板100的厚度。
多个第二凹槽130b的宽度D3小于在两个相邻块BL1与块BL2中与彼此最近的两个相邻发光装置300a和300b之间的间距。此处，两个相邻块BL1与块BL2中与彼此最近的两个相邻发光装置300a和300b意味着发光装置300a位于块BL1的最外侧，与发光装置300a最近的发光装置300b位于另一相邻的块BL2中。当局部调光通过多个第二凹槽130b进行时，光是要仅被导向期望的块区，从而具有高对比度的图片质量可被获得。这是因为导光板100所用材料的反射率不同于填充第二凹槽130b的材料的反射率，全反射发生于两种材料之间的交界面，从而大的折射角阻止了大量的光泄露到相邻的块。
回图1-3，导光板100包括反射层150。
反射层150被安置于导光板100的凹槽130中。反射层150可以是金属层。如图3所示，反射层150包括被安置在导光板100的上表面和界定凹槽130的两个侧面之间的上表面上的上反射层151，以及被安置在导光板的侧面上的侧反射层153。
上反射层151除去由发光装置300造成的热点。上反射层151能够通过阻断从发光装置300发射到导光板100的顶面的光除去热点。此时，虽然由发光装置300造成的热点通过上反射层151被除去，由发光装置300发出的向上的光被上反射层151阻断。因此，在导光板100的发光表面中难以保持光均匀性。光均匀性可通过逆棱镜图案110被维持。尽管发光装置300发出的光被上反射层151阻断，但是从另一个相邻的发光装置所发出的光沿着图3所示的路径“A”被上反射层151的顶面反射，并通过逆棱镜图案110被射出，从而光均匀性可以按原样被维持。因此，逆棱镜图案110能够弥补光均匀性的降低。
如图3所示的路径“B”所说明的，上反射层151能够将发光装置300发射的光反射到另一个相邻的发光装置或导光板100的侧面。
上反射层151的宽度D1应当，如图3所示，大于凹槽130的宽度D2，并且应当，如图2所示，小于两个相邻发光装置300的间距是可取的。如果上反射层151的宽度D1小于凹槽130的宽度D2，那么由发光装置300造成的热点不能被完全除去，并且难以按原样维持光的均匀性。如果上反射层151的宽度D1等于或大于两个相邻发光装置300的间距，那么来自发光装置300的光无法到达导光板100上的逆棱镜图案110。
上反射层151的宽度D1被选择性地控制在上述范围内，从而光均匀性得以维持。
同时，上反射层151的宽度D1可等于凹槽130的宽度D2。这将参考图7详细描述。
图7为图3所示的上反射层151改进后的示例的剖面图。
参考图7，上反射层151'的宽度D1与凹槽130'的宽度D2'相同。然而，图3所示的凹槽130'的宽度D2'大于凹槽130的宽度D2。凹槽130'的宽度D2'应当，如图2所示，小于两相邻的发光装置300之间的间距是可取的。
图3所示的上反射层151可能会难以加工，而图7所示的上反射层151'可通过图形化而易于制造。
包括图7所示的上反射层151'的背光单元可进一步包括反射板500。
反射板500可被安置在导光板100的底面上。反射板500可被安置在凹槽130的下方，且可形成引导从发光装置300发出的光入射到导光板100上的全反射导向路径。
回到图1-3，侧反射层153阻止了在导光板100中行进的光通过凹槽130穿出导向板100。侧反射层153减少了导光板100中的光损耗，从而大量的光穿过导光板100的逆棱镜图案110被发射出来。因此，根据本发明的实施例的背光单元可利用侧反射层153获得高发光效率。
图8为图2或7所示的导光板改进后的示例的剖面图。
参考图8，导光板100'可包括下导光板100A和上导光板100B。
上导光板100B被安置在下导光板100A上。特别地，上导光板100B可被安装在下导光板100A的顶面上。
多个逆棱镜图案110被安置在上导光板100B上。特别地，多个逆棱镜图案110可被安置在上导光板100B的顶面上。
上导光板100B的材料与多个逆棱镜图案110的材料相同。上导光板100B的材料可与下导光板的材料100A不同。
图8所示的导光板100'可具有以下优点。
当逆棱镜图案110，如图2所示，形成于导光板100的顶面上时，导光板100可通过用于形成逆棱镜图案110的预定的化学制剂被腐蚀或裂解。然而，图8所示的导光板100'可通过在上导光板100B上形成逆棱镜图案110，然后将上导光板100B附接到下导光板100A的方式被制作。在这种情况下，可以提前防止下导光板100A因化学制剂被腐蚀或裂解。
当处于上导光板100B被安置在下导光板100A上的情况，逆棱镜图案110在上导光板100B的顶面上被形成时，用于形成逆棱镜图案110的化学制剂通过上导光板100B被避免与下导光板100A接触。因此，避免下导光板100A被化学制剂破坏是可能的。
当逆棱镜图案110，如图2所示，形成于导光板100的顶面上时，将逆棱镜图案110一个接一个地附接到导光板100的顶面既不方便又花费时间。然而，图8所示的导光板100'通过在薄的上导光板100B上形成多个逆棱镜图案110，然后将上导光板100B附接在下导光板100A的顶面上被制造。因此，这种制备工艺既方便又可以明显缩短制备时间。
图9为图7所示的可局部调光的背光单元的改进后的示例的剖面图。
如图9所示，因凹槽130'的形成而变得更窄的关于导光板100的一部分，从发光装置300入射的光穿过的光传输路径比导光板100的其他部分(凹槽130'尚未形成的部分)更窄。因此，该部分的发光效率可能相对于其他部分的发光效率更低。由于该原因，本着保持导光板100的顶面的均匀的光的目的，逆棱镜图案110被要求以具有非均匀的密度的方式被安置在导光板100的顶面上。例如，被安置在因凹槽130'的形成而变得更窄的部分，也就是说，与凹槽130'相对应，被安置在导光板100的顶面上的逆棱镜图案110的一部分上的逆棱镜图案110的密度，可能会比被安置在其他部分上的逆棱镜图案的大。而且，被安置在因凹槽130'的形成而变得更窄的部分，也就是说，与凹槽130'相对应，被安置在导光板100的顶面上的逆棱镜图案110的一部分上的逆棱镜图案110之间的间距可能比被安置在其他部分上的逆棱镜图案之间的间距小。
此处，其他部分可被定义为在被安置在多个凹槽130'的任意一个凹槽130'中的反射层151'和被安置在与一个凹槽130'相邻而形成的另一个凹槽中的反射层之间的部分。
为了保持导光板100的顶面的更均匀的光，优选逆棱镜图案110距离发光装置300越远，被安置在其他部分上的逆棱镜图案110的密度被逐渐增加的越多。而且，优选逆棱镜图案110距离发光装置300越远，逆棱镜图案之间的间距被逐渐减小的越多。
同样地，逆棱镜图案110被以通过利用图9所示的可局部调光的背光单元而具有的非均匀密度的方式被安置在导光板100的顶面上。因此，尽管导光板100的光传输路径因形成于导光板100中凹槽130'而变窄，通过变窄的光传输路径避免导光板100的光均匀性被破坏仍是可能的。
回到图1-3，一个或多个发光装置300被安置在导光板100的凹槽130内。此处，发光装置300可以被，如图5所示，安置在多个第一凹槽130a内，而不被安置在多个第二凹槽130b内。
发光装置300可包括发射白光，红光，绿光或蓝光的发光二极管(LED)芯片和发射紫外光的发光二极管(LED)芯片。此处，发光二极管(LED)可以为横向型、垂直型或倒装芯片类型等。
此处，发光装置300不限于LED。例如，发光装置可以是有机发光二极管，半导体激光二极管，固态激光二极管等。任何类型的可被放置在凹槽130内的光源均可被用作发光装置300。
发光装置300包括透镜(未示出)。透镜可被安置以覆盖LED芯片。透镜能够控制从LED芯片发出的光的定向角或方向。透镜可被形成以包含光导树脂，如硅树脂或环氧基树脂。光导树脂可包括全分布或部分分布式磷光剂。透镜具有平的发光表面，半球形剖面，或部分凸或凹面等。然而，透镜的形状不局限于此。
当发光装置300内的LED芯片是一个发射蓝光的二极管时，包含在光导树脂中的磷光剂可包括石榴石基磷光剂(YAG,TAG)，硅基磷光剂，氮基磷光剂和氮氧化物基磷光剂中的至少任意一种。
利用仅仅含有黄磷光剂的光导树脂形成自然光(白光)是可能的。另外，为了提高显色指数并降低色温，绿磷光剂或红磷光剂可被进一步包含其中。
石榴石磷光剂，硅磷光剂和氮氧化物磷光剂可被用作黄磷化剂。硅磷光剂和氮氧化物磷光剂可被用作绿磷化剂。氮磷化剂可被用作红磷化剂。然而，这些磷化剂不仅限于此。
发光装置300可以是一个可以被直流或交流驱动的高电压发光二极管(HV LED)封装件。HV LED封装件通过多个LED芯片以串联或串/并联的方式连接并被安置在一个封装件体内的工艺被形成。因为典型的LED驱动电压低于3V，典型的LED不适用于家用的220V的高压交流电。然而，因为发光装置300是由交流电流驱动并包含多个以串联或串/并联方式连接的LED芯片的HV LEV封装件，所以发光装置300可以被高压交流电例如家用交流电源或商用交流电源驱动。
根据本发明实施例的背光单元可进一步包括其上安置有发光装置的衬底(未示出)。衬底(未示出)可被安置在导光板100的凹槽130的内侧或可被安置在导光板100的凹槽130的外侧。
当衬底(未示出)被安置在导光板100的凹槽130的内侧时，一个或多个发光装置300可被安置在衬底(未示出)的一侧，且侧反射层153可被安置以与衬底(未示出)的另一侧相接触。当衬底(未示出)的另一侧接触侧反射层153时，从发光装置300放射出的热量可被辐射穿过侧反射层153。与此同时，衬底(未示出)的另一侧可以预设的间隔远离侧反射层153被安置。
当衬底(未示出)被安置在导光板100的凹槽130外侧时，衬底(未示出)可被安置在导光板100的底面上。在这种情况下，一个或多个发光装置300可被安置在衬底(未示出)的顶面，且为了反射发光装置300发射的光，反射层可被安置在衬底(未示出)的顶面上。
衬底(未示出)可以通过将电路图案印制在绝缘层上得到。例如，衬底(未示出)可包括普通的印制电路板(PCB)，金属芯PCB，柔性PCB及陶瓷PCB等。并且，衬底(未示出)可以是已印制有电路图案的绝缘片。
同样地，在根据本发明实施例的可局部调光的背光单元中，从位于导光板100中的凹槽130内的发光装置300发出的光穿过界定凹槽130的导光板100的一侧在导光板中入射。此处，光通过全反射在导光板100内传输。当传输的光入射到安置在导光板100上的逆棱镜图案110上时，由于逆棱镜图案110的斜面，光不能再次被全反射到导光板100的另一侧，而是被发射到导光板的外侧。当导光板100的凹槽130内没有反射层150时，来自发光装置300所在的导光板100的一部分的光的量变得比其他部分的多。然而，被安置在发光装置300上方的反射层150阻断了发光装置300向上发出的光，因此，解决了热点即眩光的成因。此处，虽然反射层150使导光板100的光均匀性难以按原样维持，被反射层150阻断的从与发光装置300相邻的另一个发光装置300发出的光从反射层150的顶面被逆棱镜图案110反射，从而光发射特性可以通过逆棱镜图案110获得。
虽然本发明实施例已参考附图被描述，这些仅为示例并不能限制本发明。进一步地，在不脱离本发明的本质特征的前提下，本发明通过多种途径被本领域技术人员进行改变及修饰。例如，本发明实施例中详细描述的组件可以被修饰。此外，由于修饰或应用产生的差异应当被解释为落入所附权利要求描述的本发明的精神和范围内。

Claims (9)

1.可局部调光的背光单元，所述背光单元包括：
一个或多个发光装置；以及
导光板，包括：顶面和底面，形成于底面且内置所述发光装置的一个或多个凹槽，被安置在一个或多个凹槽内并反射由所述发光装置发射的光的反射层，以及安置于所述顶面的多个逆棱镜图案。
2.如权利要求1所述的可局部调光的背光单元，其特征在于，所述导光板的多个凹槽包括：
在某一方向上平行形成的多个第一凹槽；以及
相对于所述多个第一凹槽以网格的形式形成的多个第二凹槽，
其中，所述发光装置被安置在所述多个第一凹槽之内。
3.如权利要求1所述的可局部调光的背光单元，其特征在于，所述的导光板包括：一个上表面和界定凹槽的两个侧面，并且其中所述反射层包括被安置在上表面的上反射层。
4.如权利要求3所述的可局部调光的背光单元，其特征在于，所述上反射层的宽度大于或等于所述凹槽的宽度。
5.如权利要求1所述的可局部调光的背光单元，其特征在于，还包括：被安置在所述导光板的底面上的反射板。
6.如权利要求1所述的可局部调光的背光单元，其特征在于，所述导光板包括一个上表面和界定凹槽的两个侧面，并且其中所述反射层包括被安置在所述两个侧面的任意一个上的侧反射层。
7.如权利要求1所述的可局部调光的背光单元，其特征在于，所述多个逆棱镜图案被非均匀地安置在所述导光板的顶面上。
8.如权利要求1所述的可局部调光的背光单元，其特征在于，所述导光板的顶面具有与一个或多个凹槽相对应的一部分，并且其中被安置在该部分上的逆棱镜图案的密度大于被安置在其他部分上的逆棱镜图案的密度。
9.如权利要求8所述的可局部调光的背光单元，其特征在于，所述多个逆棱镜图案距离所述发光装置越远，被安置在其他部分上的逆棱镜图案的密度被增加的越多。
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