CN116879996A - 匀光器及显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种匀光器及显示装置，该匀光器包括：至少一个入光部，用于导入光源的光，所述入光部具有入光面；匀光部，与所述入光部连接，所述光源的光经所述入光面进入所述匀光部进行全反射，所述入光面使进入所述匀光部中光的入射角不大于第一预设角θ；出光部，连接于所述匀光部，所述匀光部中全反射的光经所述出光部射出所述匀光部。该匀光器及显示装置，无需针对不同的需求匹配设计透镜，具有通用性，节约成本。

Description

匀光器及显示装置

技术领域

本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种匀光器及显示装置。

背景技术

在显示及照明领域中，发光二极管(LED)被广泛应用，但由于LED发光光源小，发光遵循朗伯定律，导致其光能较为集中，因此在显示及照明领域中LED往往搭配自由曲面透镜(Lens)使用。Lens的主要作用是将光能分布做二次调整，将光线角度增大，使得背光或照明系统成为一个较为均匀的面光源。但是，在将LED应用到不同的应用场景时，如在显示领域中，直下式背光有多种形态，不同的混光距离(OD)对透镜有不同的需求，在照明领域，不同形态的产品使用的透镜也有差异。这就造成在不同的应用场景下需要频繁对透镜进行配套设计，造成资源浪费，成本增加。

发明内容

本申请的目的在于提供一种匀光器及显示装置，无需针对不同的需求匹配设计透镜，具有通用性，节约成本。

为此，第一方面，本申请实施例提供了一种匀光器，包括：

至少一个入光部，用于导入光源的光，所述入光部具有入光面；

匀光部，与所述入光部连接，所述光源的光经所述入光面进入所述匀光部进行全反射，所述入光面使进入所述匀光部中光的入射角不大于第一预设角θ；

出光部，连接于所述匀光部，所述匀光部中全反射的光经所述出光部射出所述匀光部。

在一种可能的实现方式中，所述入光面包括相连的入光底面和入光侧面，所述入光底面和所述入光侧面围合形成的凹陷覆盖所述光源，且所述入光底面位于所述光源上方；

所述光源一部分的光经所述入光底面在所述入光部折射后射入所述匀光部，另一部分的光经所述入光侧面在所述入光部反射后射入所述匀光部。

在一种可能的实现方式中，所述入光底面为向所述光源方向凸起的弧形面，所述入光部中与所述入光侧面相对的外侧壁为向外凸起的弧形面。

在一种可能的实现方式中，所述第一预设角θ不大于80°。

在一种可能的实现方式中，所述匀光部为沿自身长度方向延伸的线性条状结构，或者，所述匀光部为以所述入光部为中心绕设的环状结构。

在一种可能的实现方式中，所述匀光部的横截面为圆形，所述匀光部设置为环状结构时的折弯曲率R满足公式：

R≥-(d*sin(θ-θc)-d*cos(θ-θc)*tan(θ))/(tan(θ)+sin(θ-θc)-cos(θ-θc)*tan(θ))，其中，θc为光在所述匀光部全反射的全反角，d为匀光部的直径。

在一种可能的实现方式中，所述出光部包括多个间隔布置于所述匀光部表面的微结构，在所述匀光部全反射的光能够穿过所述微结构射出。

在一种可能的实现方式中，所述微结构为设置于匀光部表面的凹槽，或者，所述微结构为设置于所述匀光部表面凸起的透镜。

第二方面，本申请实施例提供一种显示装置，包括发光元件和上述中所描述的匀光器，所述发光元件用于提供光源。

在一种可能的实现方式中，还包括背板，多个发光元件阵列布置于所述背板上，多个所述入光部连接于所述匀光部，所述入光部与所述发光元件一一对应，所述入光部与所述发光元件封装连接，以使多个所述发光元件发出的光源分别通过各自连接的所述入光部进入同一所述匀光部进行全反射。

根据本申请实施例提供的匀光器及显示装置，入光部能够将光源的光导入并转换为以不大于第一预设角θ的入射光射入匀光部，以保证能够导入不同角度的光源的同时使得射入匀光部的光能够被限制在匀光部内进行全反射，提高光的利用率，并通过设置的出光部破坏匀光部局部的全反射，以将全反射后的光从出光部射出。此种配合结构能够替代传统的透镜的同时，满足不同场景下的发光需求，具有通用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。另外，在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，且附图并未按照实际的比例绘制。

图1示出本申请实施例提供的一种匀光器的结构示意图；

图2示出本申请实施例提供一种匀光器另一方向的结构示意图；

图3示出本申请实施例提供的一种匀光器与发光元件配合时的光路图；

图4示出本申请实施例提供的一种匀光器的剖面图；

图5示出本申请实施例提供的一种匀光器中匀光部的横截面图；

图6示出本申请实施例提供的另一种匀光器中匀光部的横截面图；

图7示出本申请实施例提供的又一种匀光器中匀光部的横截面图；

图8示出本申请实施例提供的再一种匀光器中匀光部的横截面图；

图9示出本申请实施例提供的另一种匀光器的结构示意图；

图10示出本申请实施例提供的一种匀光器中匀光部环状结构的折弯曲率设计示意图；

图11示出本申请实施例提供的一种匀光器中匀光部全反射的光路图；

图12示出本申请实施例提供的一种匀光器中匀光部经一种出光部射出的光路图；

图13示出本申请实施例提供的一种匀光器中匀光部经另一种出光部射出的光路图。

附图标记：

1-入光部；11-入光底面；12-入光侧面；121-反射面；2-匀光部；21-反射层；3-出光部；4-发光元件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1示出本申请实施例提供的一种匀光器的结构示意图。图2示出本申请实施例提供一种匀光器另一方向的结构示意图。图3示出本申请实施例提供的一种匀光器与发光元件4配合时的光路图。

参见图1至图3，本申请实施例提供了一种匀光器，该匀光器可以应用于照明领域，也可以应用于显示领域，在此不做具体限定。匀光器包括至少一个入光部1，用于导入光源的光，入光部1具有入光面；匀光部2，与入光部1连接，光源的光经入光面进入匀光部2进行全反射，入光面使进入匀光部2中光的入射角不大于第一预设角θ；出光部3，连接于匀光部2，匀光部2中全反射的光经出光部3射出匀光部2。入光部1能够将光源的光导入并转换为以不大于第一预设角θ的入射光射入匀光部2，以保证能够导入不同角度的光源的同时使得射入匀光部2的光能够被限制在匀光部2内进行全反射，提高光的利用率，并通过设置的出光部3破坏匀光部2局部的全反射，以将全反射后的光从出光部3射出。此种配合结构能够替代传统的透镜的同时，满足不同场景下的发光需求，具有通用性。

以下以将匀光器应用于显示领域为例，对本申请实施例的匀光器进行详细说明。

背板上阵列布置有发光元件4，背板为玻璃基板，发光元件4为发光二极管(LED)。发光元件4的光型能量分布呈朗博状分布，其中心光线能量最大。发光元件4用于提供光源，匀光器与一个或多个发光元件4配合，用于提供所需的光。

可选地，当匀光器中的入光部1设置为一个时，一个匀光器对应一个发光元件4设置，入光部1设置于发光元件4上方并将发光元件4封装，以使一个发光元件4发出的光源需要经过其上封装的匀光器的全反射后才能射出。当匀光器中的入光部1设置为两个或两个以上时，多个入光部1可以设置于匀光部2的不同位置，以使每个入光部1对应封装一个发光元件4，每个发光元件4发出的光经过其上封装的入光部1均经同一匀光器全反射后射出，以达到更高亮度的需求，在此不做具体限定。以下以一个匀光器中设置一个入光部1为例，对本申请实施例中匀光器的具体结构进行详细说明。

在一可选实施例中，参见图4，入光面包括相连的入光底面11和入光侧面12，入光底面11和入光侧面12围合形成的凹陷覆盖光源，且入光底面11位于光源上方；光源一部分的光经入光底面11在入光部1折射后射入匀光部2(见图4中射向入光底面11边缘处的相对较粗的光路图)，另一部分的光经入光侧面12在入光部1反射后射入匀光部2(见图4中射向入光侧面12的相对较细的光路图)。入光底面11位于光源的正上方，光源发出的光以竖直方向为中心呈发散状射向入光部1，光相对竖直方向的夹角较小的光更容易进入匀光部2进行全反射，故该部分的光射向入光底面11，经入光底面11进入匀光部2的入射角不超过第一预设角θ，从而能够达到全反射。而相对竖直方向的夹角较大的大角度的光很难在匀光部2中发生全反射，故通过设置的入光侧面12将光先进行反射后再以不超过第一预设角θ的角度射入匀光部2。从而通过所设置的入光底面11和入光侧面12，能够充分利用光源中不同角度的光，经转换后使得大部分的光均能在匀光部2中全反射，以提高光的利用率。

可选地，入光底面11为向光源方向凸起的弧形面，入光部1中与入光侧面12相对的外侧壁为向外凸起的弧形面。入光底面11设置为向光源凸起的弧形面使得小角度的光能够通过弧形面的折射后即可满足不超过第一预设角θ的要求而进入匀光部2中进行全反射。而为了能够利用光源发出的大角度的光，利用入光侧面12以及外侧壁设置弧形的反射面121，以使光经入光侧面12射向反射面121后能够在内部被一次反射后，以不超过第一预设角θ的角度射入匀光部2，从而实现光在匀光部2的全反射。

可以理解的是，对于所设置的弧形面的入光底面11和大小、向外凸起的程度等，可以根据光源所发射光的具体情况进行适应性调整，在此不做具体限定。而对于所设置的入光侧面12，可以设置为平面，而对于外侧壁所设置的弧形反射面121，也可以根据需求进行适应性调整，只要能够使得经入光面能够将不同角度的光转换为符合全反射要求的光射入匀光部2即可，以提高光的利用率，能够通过于不同发光需求的场景，在此不做具体限定。

可选地，第一预设角θ为光路与法线(如图4中，发光元件4和匀光器沿竖直方向布置时，法线方向即为水平方向)之间的夹角，第一预设角θ不大于80°，以满足进入光的能够在匀光部2中达到全反射的要求。

在一可选实施例中，对于所设置的匀光部2，从其横截面看，参见图5，匀光部2可以设置为如光纤等实体结构，光在该实体内部发生全反射。或者，也可以设置为如图6中所设置的双层结构，不同层中所用的材料不同，以形成不同的折射率，从而使光能够在其内部发生全反射。亦或者，也可以设置为如图7中所设置的外部包覆反射层21的配合结构。对于匀光部2的具体配合结构在此不做具体限定，只要能够使得光经入光部1进入匀光部2能够进行全反射即可，在此不做具有限定。

可选地，对于匀光部2横截面的形状，可以为如图5和图6中的圆形的实心或空心管状结构，也可以设置为如图8中的多边形结构，如方形、五边形等，在此不做具体限定。

以下以将匀光部2设置为横截面为圆形的实心单体结构为例进行详细说明。

在一可选实施例中，匀光部2为沿自身长度方向延伸的线性条状结构，或者，匀光部2为以所述入光部1为中心绕设的环状结构。对于所设置的匀光部2，所设置的具体形状可以根据需求适应性调整，如以线光源为目的进行设计时，匀光部2可以设置为长条结构，可以应用于照明等相对简单的场景。而当需要匀光部2在多种不同且变化差异相对较大的场景下，将匀光部2设置为环状结构使其能够具有较强灵活性，使其通用性更高。

可选地，根据所设置的匀光部2结构的不同，第一预设角θ也有所不同，当将匀光部2设置为条状结构时，对第一预设角θ要求较低，不超过50°即可满足大部分光线的全反射需求。当匀光部2设置为环状结构时，对第一预设角θ要求较高，需要不超过80°可满足大部分光线的全反射需求，对于所设置的第一预设角θ的具体大小，可以根据匀光部2的具体配合结构进行匹配限定，在此不做具体限定。

可选地，对于所设置的环状结构的匀光部2，可以为图1中呈盘状锥形绕设的结构，以能够便于调节匀光器的高度和发光角度。或者也可以为图9中在平面上呈多环绕设的结构，以能够用于较小容纳空间的放置，在此不做具体限定。

在一可选实施例中，参见图10，当将匀光部2设置为环状结构时，需要注意的是，环状结构的折弯曲率R满足公式：

R≥-(d*sin(θ-θc)-d*cos(θ-θc)*tan(θ))/(tan(θ)+sin(θ-θc)-cos(θ-θc)*tan(θ))，其中，θc为光在匀光部2全反射的全反角，d为匀光部2的直径，以避免过大的折弯曲率破坏全反射条件。

可以理解的是，全反角θc根据所设置的匀光部2的结构和材质的不同而有所不同。当匀光部2采用图5中的单体结构时，若其折射率为n，则全反角为：

当匀光部2采用图6中的同心环多层结构时，若内层材料折射率为n1，外层材料折射率为n2，则全反角为：

当匀光部2采用图7中的反射层21配合结构时，仅考虑反射层21的反射率即可。且对于所设置的反射层21，可以为涂层或镀膜，在此不做具体限定。

在此需要强调的是，所设置的环状结构，能够适配不同场景需求，如在将匀光器用于大混光距离下的显示装置中时，锥形的环状结构在高度方向可以做高，用于充分打开光线，实现大角度匀光。应用于小混光距离的显示装置中时，设置为平面的环状结构以满足小空间的容置需求的同时，能够实现小混光距离的平面光。

在一可选实施例中，出光部3包括多个间隔布置于匀光部2表面的微结构，在匀光部2全反射的光能够穿过微结构射出。通过设置在匀光部2表面的多个微结构，以在对应位置用于破环图11中匀光部2的全反射，使全反射的光线在射到微结构时能够射出匀光部2，从而实现出光。

可以理解的是，对于所设置的微结构，可以设置于匀光部2表面的任意位置，且相邻微结构之间的间隔距离没有限定，只要在需要出射光的位置设置微结构即可，在此不做具体限定。当将环状结构的匀光部2应用于显示装置时，微结构设置于匀光部2远离背板一侧的表面，以使光经微结构能够朝上方射入以提供背光。

可选地，对于所设置的微结构，参见图12，可以为设置于匀光部2表面的凹槽，凹槽通过热压印或镭射形成，或者，参见图13，微结构也可以为设置于匀光部2表面凸起的透镜，经透镜在破坏全反射的同时，使得射出的光能够经过透镜以某一需要的角度射出，从而满足不同出射角度的需求。亦或者，微结构也可以为其他能够破坏匀光部2局部全反射而使光线射出的结构，在此不做具体限定。

在一可选实施例中，对于所设置的匀光器，其入射部和匀光部2中可以加入荧光粉或量子点实现色转换，可以搭配蓝光光源进行白光转换，在此不做详细说明。

另外，本申请实施例还提供了一种显示装置，包括如前所述的匀光器，发光元件4用于提供光源，在此不再赘述。

可选的，显示装置包括背板，多个发光元件4阵列布置于背板上，多个入光部1连接于匀光部2，入光部1与发光元件4一一对应，入光部1与发光元件4封装连接，以使多个发光元件4发出的光源分别通过各自连接的入光部1进入同一匀光部2进行全反射，以达到更高亮度的需求，在此不做具体限定。

显示装置还包括光学组件，间隔设置于匀光器上方，光学组件可以包括扩散板和位于扩散板背离背板一侧的光学膜片，扩散板用于扩散发光元件发射的光，以均衡整个背板、发光元件4以及匀光器所形成的背光模组的亮度。

显示装置还包括液晶显示面板，液晶显示面板设置于背光模组的背光侧，用于向液晶显示面板提供背光。

液晶显示面板包括阵列基板、与阵列基板相对设置的彩膜基板和设置于阵列基板与彩膜基板之间的液晶层。液晶层包括多个液晶分子，液晶分子通常为棒状，既可以像液体一样流动，又具有某些晶体特征。当液晶分子处于电场中时，其排列方向会根据电场的变化而改变。液晶显示面板8通过在阵列基板和彩膜基板上施加驱动电压来控制液晶层的液晶分子的旋转，以将背光模组提供的光线折射出来产生画面。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在……上”、“在……以上”和“在……之上”，以使得“在……上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在……以上”或者“在……之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。

此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种匀光器，其特征在于，包括：

至少一个入光部，用于导入光源的光，所述入光部具有入光面；

匀光部，与所述入光部连接，所述光源的光经所述入光面进入所述匀光部进行全反射，所述入光面使进入所述匀光部中光的入射角不大于第一预设角θ；

出光部，连接于所述匀光部，所述匀光部中全反射的光经所述出光部射出所述匀光部。

2.根据权利要求1所述的匀光器，其特征在于，所述入光面包括相连的入光底面和入光侧面，所述入光底面和所述入光侧面围合形成的凹陷覆盖所述光源，且所述入光底面位于所述光源上方；

所述光源一部分的光经所述入光底面在所述入光部折射后射入所述匀光部，另一部分的光经所述入光侧面在所述入光部反射后射入所述匀光部。

3.根据权利要求2所述的匀光器，其特征在于，所述入光底面为向所述光源方向凸起的弧形面，所述入光部中与所述入光侧面相对的外侧壁为向外凸起的弧形面。

4.根据权利要求1所述的匀光器，其特征在于，所述第一预设角θ不大于80°。

5.根据权利要求1所述的匀光器，其特征在于，所述匀光部为沿自身长度方向延伸的线性条状结构，或者，所述匀光部为以所述入光部为中心绕设的环状结构。

6.根据权利要求5所述的匀光器，其特征在于，所述匀光部的横截面为圆形，所述匀光部设置为环状结构时的折弯曲率R满足公式：

R≥-(d*sin(θ-θc)-d*cos(θ-θc)*tan(θ))/(tan(θ)+sin(θ-θc)-cos(θ-θc)*tan(θ))，其中，θc为光在所述匀光部全反射的全反角，d为匀光部的直径。

7.根据权利要求1所述的匀光器，其特征在于，所述出光部包括多个间隔布置于所述匀光部表面的微结构，在所述匀光部全反射的光能够穿过所述微结构射出。

8.根据权利要求7所述的匀光器，其特征在于，所述微结构为设置于匀光部表面的凹槽，或者，所述微结构为设置于所述匀光部表面凸起的透镜。

9.一种显示装置，其特征在于，包括发光元件和如权利要求1-8任一项所述的匀光器，所述发光元件用于提供光源。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，还包括背板，多个发光元件阵列布置于所述背板上，多个所述入光部连接于所述匀光部，所述入光部与所述发光元件一一对应，所述入光部与所述发光元件封装连接，以使多个所述发光元件发出的光源分别通过各自连接的所述入光部进入同一所述匀光部进行全反射。