CN110554449A - 匀光板及匀光照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种匀光板及匀光照明装置，所述匀光板设置有用于均匀分散光线的微纳结构，所述微纳结构具体为凹坑或自由曲面透镜或微透镜等微纳结构。所述匀光照明装置包括至少一个匀光板，还包括至少一个设置在所述匀光板入光侧的主动式发光光源及设置在所述匀光板出光侧的光谱调制层；所述主动式发光光源发出的光通过所述匀光板被均匀散射，再通过所述光谱调制层调制并拓宽光谱，形成所需的可见光。与现有技术相比，本发明在主动式发光光源及光谱调制层之间添加了一个匀光板，使得光线在匀光板中传播并被设置在匀光板上的微纳结构均匀且充分地散射，以使得照明装置的亮度均匀度大幅度提高。

Description

匀光板及匀光照明装置

技术领域

本发明涉及一种匀光板及匀光照明装置，属于光源领域。

背景技术

背光板是用来照明被动发光显示装置如液晶显示屏的光源装置。背光板具有光利用效率高，均匀度高，耗电量小以及体积轻薄易于集成的优点。背光板与液晶屏幕结合，应用在数位相机等照明或摄影器材，汽车仪表板、导航仪器及电动玩具，笔记型电脑显示屏幕，灯装置及扫瞄器等等方面，给人们生活带来巨大便利。

背光板通常由光源、导光板、光学用膜片等组成；其中，导光板是利用光学级的亚克力/PC板材，然后用具有极高反射率且不吸光的材料，在光学级的亚克力板材底面用激光雕刻、V型十字网格雕刻、UV网版印刷技术印上导光点。利用光学级亚克力板材吸取从灯发出来的光在光学级亚克力板材表面的停留，当光线射到各个导光点时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件由导光板正面射出。通过各种疏密、大小不一的导光点，可使导光板均匀发光。反射片的用途在于将底面露出的光反射回导光板中，用来提高光的使用效率。

由于导光板的广泛应用，无数科研工作者对其设计做了很多创新与尝试，希望进一步提高其均匀度和利用效率。中国专利申请第CN201510198194.5号提出了在反射片层设计两种朝向的V型槽，并通过改变平行入射面的V型槽与垂直入射面V型槽的面积比来提高出光的均匀度。中国专利申请第 CN201521088224.9号提出了在出光面设计圆弧凸条和过渡圆弧面以提高出光均匀度和亮度。中国专利申请第CN201621198948.3号提出了在导光板内表层布设圆柱型点状结构层，外表层布设条形结构层，与导光基材三者通过三层共挤设备挤压成一体，从而组成一种新型导光板，该新型导光板在一定程度上也提高了出光效率和均匀度。

但是，上述导光板结构均应用于被动发光光源装置，无法应用于由LED阵列光源组成的主动发光式匀光光源；同时，导光层表面结构一般采用丝印成型的点阵或者栅格，这类结构通常会出现油墨掉落现象，不易保存，使用寿命短；而点阵或栅格结构本身也在一定程度上限制了出光效率和亮度均匀度的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能在主动发光结构的光源中获得极高的亮度均匀度和较长的使用寿命匀光板及匀光照明装置。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种匀光板，所述匀光板设置有用于均匀分散光线的微纳结构。

进一步地，所述微纳结构为凹坑、自由曲面透镜、微透镜、光栅、微棱镜中的一种或至少两种的组合。

进一步地，所述匀光板包括第一表面及第二表面，所述第一表面的微纳结构与第二表面上的微纳结构匹配对应。

进一步地，所述微纳结构为周期性结构或非周期性结构。

进一步地，所述微纳结构的尺寸范围为100nm～1mm。

进一步地，所述微纳结构呈像素式或遍布式排布在所述匀光板上。

进一步地，所述匀光板由单个材料组成。

进一步地，所述匀光板还包括围设在微纳结构外围的外围部，所述外围部与微纳结构的折射率相异。

本发明还提供了一种匀光照明装置，包括至少一个如上所述的匀光板、至少一个设置在所述匀光板的入光侧的光源。

进一步地，还包括光谱调制层。

进一步地，所述光谱调制层设置在所述匀光板的入光侧。

进一步地，所述光谱调制层设置在所述匀光板的出光侧。

进一步地，所述光源、匀光板及光谱调制层平行设置。

进一步地，所述光谱调制层为荧光层或量子点层。

进一步地，所述匀光照明装置还包括设置在所述匀光板与光谱调制层之间的第二匀光结构。

进一步地，所述匀光照明装置还包括设置在所述光源出光侧最外层的第二匀光结构。

进一步地，所述第二匀光结构与所述匀光板及光谱调制层平行设置。

进一步地，所述第二匀光结构为棱镜。

本发明的有益效果在于：通过在匀光板上设置有微纳结构，达到接收光线并将光线均匀散射的效果；

通过在匀光板出光侧平行设置光谱调制层，达到改变或拓宽照明光谱，形成均匀分布的可见光的效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1a为本发明的匀光照明装置的结构示意图。

图1b为本发明的匀光照明装置的立体结构图。

图1c为实施例一所示的照明装置的结构示意图。

图1d为实施例一所示的照明装置的光线走向图。

图1e为实施例一所示的的照明装置的LED光源之间形成的暗纹。

图2a为本发明所用的微纳结构呈像素式排布在匀光板上的结构示意图。

图2b为本发明所用的微纳结构呈遍布式排布在匀光板上的结构示意图。

图3a为实施例二中采用凹坑结构的匀光板的结构示意图。

图3b为实施例二中采用凹坑结构的匀光板的另一结构示意图。

图4a为实施例二中采用自由曲面透镜结构的匀光板的结构示意图。

图4b为实施例二中采用自由曲面透镜结构的匀光板的另一结构示意图。

图5a为实施例二中采用微透镜结构的匀光板的结构示意图。

图5b为实施例二中采用微透镜结构的匀光板的另一结构示意图。

图6为实施例二所示的匀光照明装置的光线走向示意图。

图7为实施例三中LED光线在匀光板中传播的光线走向示意图。

图8a为实施例四照明装置的结构示意图。

图8b为图8a所示的匀光照明装置立体结构示意图。

图9a为实施例五所示的匀光照明装置的结构示意图。

图9b为图9a所示的匀光照明装置的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的匀光板2设置有用于均匀分散光线4的微纳结构24，具体的：所述微纳结构24可以为为凹坑、自由曲面透镜、微透镜、光栅、微棱镜中的一种或至少两种的组合。所述匀光板2包括第一表面23、第二表面21及内芯22，所述微纳结构24分别设置在所述第一表面23、第二表面21及内芯22上，以达到最佳的均匀散光的效果。诚然，在第一表面23、第二表面21和内芯22其中任意一个或多个上设置微纳结构24，也可达到均匀散光的效果，根据实际情况而定。所述匀光板2的第一表面23、第二表面21上的微纳结构24的深度可变，进而调节出光效率。为了使得获得的光线4更加均匀，匀光板2第一表面23的微纳结构24与匀光板2第二表面21上的微纳结构24应匹配对应。请结合图2a 与图2b所示，所述微纳结构24呈像素式或遍布式排布在所述匀光板2上，以此达到分光更加均匀的效果。像素式排布为将一个微纳结构24看作为一个像素单元，在限定区域中任意选定行列数目并进行排布；遍布式排布为将微纳结构 24排布至限定区域中所有地方；其中，像素式排布的微纳结构24之间的间距大于遍布式排布的微纳结构24之间的距离。所述微纳结构24为周期性结构或非周期性结构，尺寸范围为100nm～1mm。所述匀光板2可由单个材料组成，在制作所述匀光板2时，可选取塑料或者玻璃作为材料，优选的选择塑料制作所述匀光板2，以使得产品更加轻便，且成本较低，还可以利用灰度光刻工艺、激光刻蚀工艺等制备方法制作所述匀光板2上的微纳结构24，并利用纳米压印工艺实现批量复制。所述匀光板还包括围设在微纳结构外围的外围部，所述外围部与微纳结构的折射率相异，即由不同折射率的材料组成。

本发明还提供了一种匀光照明装置，如图1a和1b所示，所述匀光照明装置包括至少一个如上所述的匀光板2，所述匀光照明装置还包括：至少一个设置在所述匀光板2入光侧的光源1及设置在所述匀光板2出光侧或入光侧的光谱调制层3，所述光源1、匀光板2及光谱调制层3平行设置；所述光源1发出的光通过所述匀光板2被均匀散射，再通过所述光谱调制层3调制并拓宽光谱，以形成所需的可见光。所述光谱调制层3为荧光层或量子点层3，其中，荧光为光致发光的一种，物质吸收电磁辐射(光)后发出新的电磁辐射(光)；量子点为一种纳米级别的半导体，通过对这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压，它们便会发出特定频率的光，发出的光的频率随纳米半导体尺寸的改变而变化。在本实施例中，所述光源1为主动式发光光源1，所述主动式发光光源1为局部可调可控的LED阵列光源1(即由多个发光二极管阵列布置的光源)。例如：所述LED阵列光源1发出的光为紫外波段的光，所述紫外波段的光依次通过匀光板2的第二表面21、内芯22及第一表面23后被均匀散射，再入射到光谱调制层3发出均匀的白光。为了更好的进行叙述和对比，在下述实施例中，所述LED 阵列光源1均为9个阵列设置的LED光源，所述LED阵列光源1、匀光板2及荧光层或量子点层3的个数均为一个。

实施例一(现有技术)

请参见图1c至图1e，本实施例的照明装置未在主动式发光光源1与光谱调制层3之间设置匀光板2。其中，所述主动式发光光源1为LED阵列光源1，该 LED阵列光源1为9个阵列设置的LED光源，所述光谱调制层3为荧光层或量子点层3。所述LED阵列光源1发出的光直接照射荧光层或量子点层3，由于荧光物质或量子点构成的薄膜具备扩散性，因此，经过该薄膜的光线4会向各个方向出射，获得一定的匀光效果。但当阵列光源中的LED距离较大时，荧光层或量子点层3的扩散性不足以实现完全的匀光照明，在每两颗LED光源的中间位置会出现暗纹。

实施例二

请参见图1a与图1b，与上述实施例一不同的是，本实施例的匀光照明装置在LED阵列光源1与荧光层或量子点层3之间平行设置了一个匀光板2。所述 LED阵列光源1设置在最底层，在所述LED阵列光源1上面依次为匀光板2、荧光层或量子点层3。在本实施例中，所述LED阵列光源1、匀光板2及荧光层或量子点层3平行设置，以使得光线4达到最佳均匀分散的效果。诚然，在其他实施例中，LED阵列光源1、匀光板2及荧光层或量子点层3也可为不平行设置，相应的，其均匀分散光线4的性能也降低。所述匀光板2内部添加了微纳结构 24，LED阵列光源1照射匀光板2，经过匀光板2第二表面21结构使光线4发生散射；散射的部分光线4经过所述内部微纳结构24进一步散射，均匀出射至荧光层或量子点层3，其余部分光线4满足全反射条件在匀光板2内发生全反射，当全反射光线4经过匹配设计的第一表面23结构时，会破坏其全反射条件，这些反射光会往各个角度扩散，从匀光板2第一表面23射出；最终到达荧光层或量子点层3，实现匀光照明。此时，出射荧光层或者量子点层的光在整个平面内都均匀分布，不会出现暗区。

在本实施例中，所述微纳结构24周期性或非周期性的，所述微纳结构24 的尺寸优选在100nm～1mm之间，匀光性能更加优越。所述微纳结构24可以为凹坑或自由曲面透镜或微透镜或光栅或微棱镜等结构，在本实施例中，所述微纳结构24为凹坑或自由曲面透镜或微透镜。请参见图3a及图3b，该微纳结构 24为凹坑，其同时在所述匀光板2的第一表面23和第二表面21上设置有凹坑，以使得光线4被均匀散射。请参见图4a及图4b，该微纳结构24为自由曲面透镜，其同时在所述匀光板2的第一表面23和第二表面21上设置有自由曲面透镜，以使得光线4被均匀散射。请参见图5a及图5b，该微纳结构24为微透镜，其同时在所述匀光板2的第一表面23及第二表面21上设置有微透镜，以使得光线4被均匀散射。诚然，在其他实施例中，所述微纳结构24也可为其他结构，以达到光线4被均匀散射的效果。

请参见图6，所述LED阵列光源1、匀光板2及荧光层或量子点层3之间平行设置，所述匀光板2的第一表面23及第二表面21设置有微纳结构24。LED 阵列光源1发出的光经过匀光板2第二表面21结构时，光线4将发生散射。其中，部分光线4可直接透过结构照射至荧光层或量子点层3，剩余部分光线4将匀光板2视为波导，在匀光板2中来回反射。当光线4传播至匀光板2第一表面23特定结构时，部分光线4将从匀光板2中出射，其余光线4继续往波导传播方向传播，当光线4再次接触第一表面23结构时，仍会有部分光线4射出，以此类推，会有多个发光点在匀光板2中形成，以此来实现较好的匀光效果。每个LED光源会在平面内会形成多个发光点，因此，最终出射至荧光层或量子点层3的光的均匀性将会大大提高。

实施例三

本实施例的匀光照明装置与实施例二基本相同，区别点在于：所述LED阵列光源1、荧光层或量子点层3及匀光板2之间依次平行设置，相对于实施例二匀光板2与荧光层或量子点层3调换了先后顺序，光源1发出的光线先经过荧光层或量子点层3进行光谱调制，再通过匀光板2实现匀光。

实施例四

请参见图7，本实施例的匀光照明装置与实施例二基本相同，区别点在于：所述匀光板2的第一表面23上设置的微纳结构24的个数大于所述第二表面21 上设置的微纳结构24的个数。当LED阵列光源1照射匀光板2，由于匀光板2 第二表面21结构的特殊设计，可让部分光线4直接穿过匀光板2出射至荧光层或量子点层3，并使其余部分光线4发生散射；散射的光线4满足全反射条件在匀光板2内全反射，当全反射光线4经过特殊设计的第一表面23结构时，会破坏其全反射条件，这些反射光会往各个角度扩散，从匀光板2第一表面23射出；最终到达荧光层或量子点层3，实现匀光照明。此时，出射荧光层或者量子点层的光在整个平面内都均匀分布，不会出现暗区。

实施例五

本实施例的匀光照明装置与实施例二、四基本相同，区别点在于：匀光照明装置还包括设置在所述匀光板2与光谱调制层3之间的第二匀光结构5，所述第二匀光结构5与所述匀光板2及光谱调制层3平行设置。在本实施例中，所述第二匀光结构5为棱镜。请参见图8a及图8b，本实施例在匀光板2出光侧与荧光层或量子点层3入光侧额外附加一层棱镜5，其作用是使从匀光板2射出的光线4进一步散射，达到更好的匀光效果。

实施例六

本实施例的匀光照明装置与实施例二、实施例四基本相同，区别点在于：匀光照明装置还包括设置在所述光谱调制层3出光侧的第二匀光结构5，即在所述光源1出光侧最外层设置第二匀光结构5，所述第二匀光结构5与所述光谱调制层3平行设置。在本实施例中，所述第二匀光结构5为棱镜。请参见图9a及图9b，本实施例在荧光层或量子点层3出光侧额外附加一层棱镜5，其作用是使从匀光板2射出的光线4进一步散射，达到更好的匀光效果。

通过上述实验可以看出：实施例一的照明装置未在LED阵列光源1及荧光层或量子点层3之间设置有匀光板2，最终产生了在每两颗LED光源1的中间位置有暗纹的现象；实施例二及实施例四在LED阵列光源1及荧光层或量子点层3 之间设置有匀光板2，且匀光板2上设置有微纳结构24，使得LED阵列光源1 的光线4的穿过匀光板2时被均匀散射，最终到达荧光层或量子点层3时，实现匀光照明；而实施例五及实施例六则在实施例二、四的基础上，再增加一块棱镜5，使得光线4进一步被散射，达到更好的匀光效果。经过比对，实施例二至实施例六，因为在装置中添加了匀光板2，使得光线4被均匀分散，从而每两颗LED光源4的中间位置不会出现暗纹，以使得匀光照明装置的亮度均匀大幅提高。

综上所述：通过在匀光板2上设置有微纳结构24，达到接收光线4并将光线4均匀散射的效果；通过在匀光板2出光侧平行设置光谱调制层3，达到改变或拓宽照明光谱，形成均匀分布的可见光的效果，亮度均匀度大幅度提高，且匀光板2可通过现有的纳米压印技术工业化生产，制作工艺成熟且不适用油墨，避免在使用过程中造成油墨脱落的现象以减少使用寿命。

通过在匀光板2第二表面21、内芯22、第一表面23设置微纳结构24，产生均匀性极高的光线4分布。该匀光照明装置可设置成矩形形状，可与现有液晶屏幕构架兼容，应用领域广阔。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (18)

1.一种匀光板，其特征在于，所述匀光板设置有用于均匀分散光线的微纳结构。

2.如权利要求1所述的匀光板，其特征在于，所述微纳结构为凹坑、自由曲面透镜、微透镜、光栅、微棱镜中的一种或至少两种的组合。

3.如权利要求1所述的匀光板，其特征在于，所述匀光板包括第一表面及第二表面，所述第一表面的微纳结构与第二表面上的微纳结构匹配对应。

4.如权利要求1所述的匀光板，其特征在于，所述微纳结构为周期性结构或非周期性结构。

5.如权利要求1所述的匀光板，其特征在于，所述微纳结构的尺寸范围为100nm～1mm。

6.如权利要求1所述的匀光板，其特征在于，所述微纳结构呈像素式或遍布式排布在所述匀光板上。

7.如权利要求1所述的匀光板，其特征在于，所述匀光板由单个材料组成。

8.如权利要求1所述的匀光板，其特征在于，所述匀光板还包括围设在微纳结构外围的外围部，所述外围部与微纳结构的折射率相异。

9.一种匀光照明装置，其特征在于，包括至少一个如权利要求1～8中任意一项所述的匀光板、至少一个设置在所述匀光板的入光侧的光源。

10.如权利要求9所述的匀光照明装置，其特征在于，还包括光谱调制层。

11.如权力要求10所述的匀光照明装置，其特征在于，所述光谱调制层设置在所述匀光板的入光侧。

12.如权利要求10所述的匀光照明装置，其特征在于，所述光谱调制层设置在所述匀光板的出光侧。

13.如权利要求10所述的匀光照明装置，其特征在于，所述光源、匀光板及光谱调制层平行设置。

14.如权利要求10所述的匀光照明装置，其特征在于，所述光谱调制层为荧光层或量子点层。

15.如权利要求10所述的匀光照明装置，其特征在于，所述匀光照明装置还包括设置在所述匀光板与光谱调制层之间的第二匀光结构。

16.如权利要求10所述的匀光照明装置，其特征在于，所述匀光照明装置还包括设置在所述光源出光侧最外层的第二匀光结构。

17.如权利要求15或16任一所述的匀光照明装置，其特征在于，所述第二匀光结构与所述匀光板及光谱调制层平行设置。

18.如权利要求17所述的匀光照明装置，其特征在于，所述第二匀光结构为棱镜。