1.本发明涉及光源技术领域，尤其是一种层叠可调发光区域的大面积光源结 构。


背景技术：

2.如今，显示技术是发展十分迅速的，平板显示技术已经成为如今生活中应用 最广泛的技术之一，随着平板显示技术的发展，对效果更好的显示产品的需求也 越来越高，这个需求对室内外大尺寸显示同样适用，如用于商品广告、营造环境 氛围等。而目前室内外大尺寸显示屏大多数采用的是大尺寸的led阵列显示， 就目前技术水平而言，在功耗和成本的限制下无法做到较好显示效果。由于液晶 具有低电压，微功耗，易彩色化，被动显示等特点，所以液晶显示器相比较于 oled、pdp、fed，其研究最多，技术也最成熟，兼具低功耗、低成本、寿命 高和显示效果较好的优势，具有取代普通led成为室内外大尺寸显示的潜力。 然而液晶面板(lcd)本身并不发光，所以需要担任着发光角色的背光模组。同时 为了提高液晶的显示效果，实现高对比度乃至hdr效果，背光模组需要具有动 态区域调光的功能。因此低成本的动态区域调光背光模组对于室内外高显示效果 的大尺寸液晶显示具有重要意义。
3.背光模组按照led光源入射方式，分为侧入式背光和直下式背光。传统的 led直下式背光能够区域调光，即分别设置不同的背光区域，根据液晶显示图 像单独控制每颗led的发光亮度，独立调整区域明暗度；传统侧入式led背光， 是把led晶粒配置在液晶屏幕的四周边缘，再搭配导光板，让led背光模块发 光时，把从屏幕边缘发射的光透过导光板输送到屏幕中央的区域。但是，为了让 画面色彩鲜艳，传统led直下式背光需要上千颗led晶粒，其线路与设计成本 不易并且整个显示器的功耗特别大，在大尺寸显示下更加不合理。而传统侧入式 led背光在画面变换过程中，区域变换存在灰度层次降低而产生模糊的现象； 边缘效应也会使屏幕画面亮度均匀性不佳，即边缘部分区域亮度要比中间部分区 域亮度高，因此基本无法实现区域动态调光。


技术实现要素：

4.本发明提出一种层叠可调发光区域的大面积光源结构，能解决现有平板显示 技术下，侧入式背光不能进行区域动态调光和角度可调的问题。
5.一种层叠可调发光区域的大面积光源结构，所述光源结构包括多个顺序地置 于背板(1)顶面的沟道处形成光源阵列(3)的发光单元(4)；所述沟道的一端 为减光侧，另一端为增光侧；所述发光单元为斜向或竖向设置且可在沟道(11) 处滑移的板状物；所述光源阵列的光输出端包括各发光单元顶部处的发光面；发 光单元一侧为置于沟道处滑移的滑行端；在沟道的增光侧方向上，发光单元的底 面滑置于下一发光单元的顶面处形成遮光面，对下一发光单元的发光面进行遮 挡；各发光单元的滑行端均朝向沟道的减光侧；当光源阵列各发光单元向沟道减 光侧滑移时，各发光单元之间的遮光面增大以减少发光量，各发光单元向沟道增 光侧滑移时，各发光单元之间的遮光面减小以增大发光量。
6.所述发光单元包括led光源(31)、导光板的导光结构(41)和安装于滑行 端处的滚轴(33)；所述led光源安装于发光单元侧沿处的金属基板(32)处， led光源的发光侧与导光板相连；导光结构顶部的发光面处贴附有透光的扩散 层(43)，导光结构侧面和底面附有光反射层，使导光结构侧面和底面形成为不 透光面。
7.所述沟道的减光侧处设有一侧与背板铰接的遮光板(5)，所述遮光板对各发 光单元在沟道中的滑移进行限位，遮光板的底面滑置于最近发光单元的顶面处形 成遮光面。
8.所述沟道的增光侧处设有可驱动光源阵列各发光单元在沟道处滑移的推杆 机构(2)；所述当光源阵列各发光单元向沟道减光侧滑移时，遮光板和各发光单 元的倾斜度增大，光源阵列的发光量减少，当遮光板和各发光单元的倾斜度增大 至垂直于背板时，各发光单元的发光面全被遮挡，使光源阵列的工况呈现为不发 光状态。
9.所述背板顶面为漫反射表面，当各发光单元的倾斜度变化时，光源阵列的出 光角度随之变化。
10.所述推杆机构以伸缩支撑杆(23)驱动光源阵列各发光单元在沟道处滑移， 伸缩支撑杆经上支撑面(21)连接于最近发光单元的底面处，所述伸缩支撑杆上 端以上可动滑轮(22)与上支撑面铰接，下端经下可动滑轮(24)铰接于下支撑 面(25)处；所述下支撑面固定于沟道的增光侧处。
11.所述背板处的沟道与可升降的长条升降器相邻，所述长条升降器处设有可对 发光单元滚轴限位的限位阻挡物(12)；当伸缩支撑杆停止驱动光源阵列各发光 单元滑移时，长条升降器的限位限挡物对各发光单元的滚轴限位以固定发光单元 的位置；当伸缩支撑杆驱动光源阵列各发光单元滑移时，长条升降器的限位限挡 物不对各发光单元的滚轴限位以使发光单元可在沟道内滑移。
12.所述金属基板包括向led光源供电的导电结构；所述滚轴安装于金属基板 处；导光板处安装有多个led光源；
13.所述光源阵列的白光出光工况，可采用以下任一方法实现；
14.方法a、使用白光led器件作为led光源直接输出白光；
15.方法b、在导光板处设置红绿量子点结构，使用蓝光led器件作为led光 源，以蓝光led器件激发红绿量子点结构，实现白光输出。
16.所述导光板导光结构顶部发光面处贴附的扩散层(43)可调控导光板光线呈 朗伯余弦出射；
17.所述导光板导光结构底面处设有网点阵列(42)；所述网点阵列由导光板底 面处密集分布的具有光反射面的凹坑组成；靠近led光源的导光板部位，其底 面的凹坑密度低，远离led光源的导光板部位底面的凹坑密度大。
18.所述光源阵列包括多个倾斜相同角度的led光源和导光板按n*n形式排放 组合，其中n为导光板个数，即光源列数目，n为光源每一行的数目，即光源行 数目，光源阵列整体的出光均匀性可通过增加n的值来优化，
19.光源阵列内各导光板的列距离a，由导光板的高度l和倾斜角度θ决定，其中 θ≥θ0，具体公式为
20.21.当光源阵列内所有发光单元的导光板滑动至垂直于底板的状态时，支撑杆与 水平面有一定夹角α，α的值约45
°
，且支撑杆采用坚固材质，对于伸缩杆长度 x的变化范围限定如下
[0022][0023]
光源阵列中，在平行于导光板出光面的方向，光输出端总的出光面积随导光 板个数n、导光板倾斜角度θ、导光板长度l1和导光板高度l而定，其具体值由 如下公式确定：
[0024][0025]
对于平行于底部背板方向，其总的出光面积由下式定义：
[0026]
s'＝s*cosθ
[0027]
所述导光板尺寸为长l1、宽l2、高l，背板顶面为可反射利用光线的漫反 射表面，背板尺寸a由导光板尺寸、最小倾斜角度θ0和导光板的个数n决定，其 具体值由如下公式确定：
[0028][0029]
其中最小倾斜角θ0由导光板的长l1和高l决定，
[0030][0031]
所述背板处的沟道数量与发光单元的滚轴数量相同；
[0032]
所述限位阻挡物在每一个沟道上都安装，用于对发光单元的滚轮进行限位， 使导光板倾斜角度能被限制于固定的角度以达到实际使用需求；
[0033]
限位阻挡物的结构为两侧为内凹弧形的小薄片，其厚度应小于沟道的厚度， 限位阻挡物的高度小于滚轴的半径；
[0034]
限位阻挡物的安装位置x随导光板高度l、导光板所限的倾斜角度θ和导光 板的级数n而定，具体限制公式如下：
[0035][0036]
其中θ0《θ《90
°
。
[0037]
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
[0038]
1.本发明通过光源阵列的亮暗和导光板倾斜角度的变化，实现出光区域可调 和出光角度可调，并且随着倾斜角度的限制个数和亮暗情况的不同，可实现多种 情况的调光操作。
[0039]
本发明通过使用机械结构实现大面积动态调光，不需要复杂的驱动电路，从 而节约成本。
附图说明
[0040]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
[0041]
附图1是本发明实施例的整体结构最小倾斜角度时的结构示意图；
[0042]
附图2是本发明实施例的整体结构在导光板上表面遮光一半时的结构示意 图；
[0043]
附图3是本发明实施例的整体结构在导光板滑动至垂直于底板的状态时的结 构示意图；
[0044]
附图4a是本发明实施例的导光板的侧视示意图；
[0045]
附图4b是本发明实施例的导光板的俯视示意图；
[0046]
附图5是本发明实施例的整体结构的俯视示意图；
[0047]
附图6是本发明实施例的导光板运动情况下限位阻挡物的状态示意图；
[0048]
附图7是本发明实施例的导光板静止情况下限位阻挡物的状态示意图；
[0049]
附图8是本发明实施例的机械结构示意图；
[0050]
附图9是本发明实施例的一种层叠可调发光区域的大面积光源结构在导光板 上表面遮光一半时的仿真模拟示意图(三个调光区域全亮)；
[0051]
附图10是本发明实施例的一种层叠可调发光区域的大面积光源结构在导光 板上表面遮光一半时的仿真模拟示意图(中间的调光区域不亮)；
[0052]
图中：1-背板；2-推杆机构；3-光源阵列；4-发光单元；5-遮光板；
[0053]
11-沟道12-限位阻挡物；
[0054]
21-上支撑面；22-上可动滑轮；23-伸缩支撑杆；24-下可动滑轮；25-下支撑 面；
[0055]
31-led光源；32-金属基板；33-滚轴；
[0056]
41-导光结构；42-网点阵列；43-扩散层。
具体实施方式
[0057]
如图所示，一种层叠可调发光区域的大面积光源结构，所述光源结构包括多 个顺序地置于背板1顶面的沟道处形成光源阵列3的发光单元4；所述沟道的一 端为减光侧，另一端为增光侧；所述发光单元为斜向或竖向设置且可在沟道11 处滑移的板状物；所述光源阵列的光输出端包括各发光单元顶部处的发光面；发 光单元一侧为置于沟道处滑移的滑行端；在沟道的增光侧方向上，发光单元的底 面滑置于下一发光单元的顶面处形成遮光面，对下一发光单元的发光面进行遮 挡；各发光单元的滑行端均朝向沟道的减光侧；当光源阵列各发光单元向沟道减 光侧滑移时，各发光单元之间的遮光面增大以减少发光量，各发光单元向沟道增 光侧滑移时，各发光单元之间的遮光面减小以增大发光量。
[0058]
所述发光单元包括led光源31、导光板的导光结构41和安装于滑行端处的 滚轴33；所述led光源安装于发光单元侧沿处的金属基板32处，led光源的 发光侧与导光板相连；导光结构顶部的发光面处贴附有透光的扩散层43，导光 结构侧面和底面附有光反射层，使导光结构侧面和底面形成为不透光面。
[0059]
所述沟道的减光侧处设有一侧与背板铰接的遮光板5，所述遮光板对各发光 单元在沟道中的滑移进行限位，遮光板的底面滑置于最近发光单元的顶面处形成 遮光面。
[0060]
所述沟道的增光侧处设有可驱动光源阵列各发光单元在沟道处滑移的推杆 机构2；所述当光源阵列各发光单元向沟道减光侧滑移时，遮光板和各发光单元 的倾斜度增大，光源阵列的发光量减少，当遮光板和各发光单元的倾斜度增大至 垂直于背板时，各发光单元的发光面全被遮挡，使光源阵列的工况呈现为不发光 状态。
[0061]
所述背板顶面为漫反射表面，当各发光单元的倾斜度变化时，光源阵列的出 光角度随之变化。
[0062]
所述推杆机构以伸缩支撑杆23驱动光源阵列各发光单元在沟道处滑移，伸 缩支撑杆经上支撑面21连接于最近发光单元的底面处，所述伸缩支撑杆上端以 上可动滑轮22与上支撑面铰接，下端经下可动滑轮24铰接于下支撑面25处； 所述下支撑面固定于沟道的增光侧处。
[0063]
所述背板处的沟道与可升降的长条升降器相邻，所述长条升降器处设有可对 发光单元滚轴限位的限位阻挡物12；当伸缩支撑杆停止驱动光源阵列各发光单 元滑移时，长条升降器的限位限挡物对各发光单元的滚轴限位以固定发光单元的 位置；当伸缩支撑杆驱动光源阵列各发光单元滑移时，长条升降器的限位限挡物 不对各发光单元的滚轴限位以使发光单元可在沟道内滑移。
[0064]
所述金属基板包括向led光源供电的导电结构；所述滚轴安装于金属基板 处；导光板处安装有多个led光源；
[0065]
所述光源阵列的白光出光工况，可采用以下任一方法实现；
[0066]
方法a、使用白光led器件作为led光源直接输出白光；
[0067]
方法b、在导光板处设置红绿量子点结构，使用蓝光led器件作为led光 源，以蓝光led器件激发红绿量子点结构，实现白光输出。
[0068]
所述导光板导光结构顶部发光面处贴附的扩散层43可调控导光板光线呈朗 伯余弦出射；
[0069]
所述导光板导光结构底面处设有网点阵列42；所述网点阵列由导光板底面处 密集分布的具有光反射面的凹坑组成；靠近led光源的导光板部位，其底面的 凹坑密度低，远离led光源的导光板部位底面的凹坑密度大。
[0070]
所述光源阵列包括多个倾斜相同角度的led光源和导光板按n*n形式排放组 合，其中n为导光板个数，即光源列数目，n为光源每一行的数目，即光源行数 目，光源阵列整体的出光均匀性可通过增加n的值来优化，
[0071]
光源阵列内各导光板的列距离a，由导光板的高度l和倾斜角度θ决定，其中 θ≥θ0，具体公式为
[0072][0073]
当光源阵列内所有发光单元的导光板滑动至垂直于底板的状态时，支撑杆与 水平面有一定夹角α，α的值约45
°
，且支撑杆采用坚固材质，对于伸缩杆长度 x的变化范围限定如下
[0074][0075]
光源阵列中，在平行于导光板出光面的方向，光输出端总的出光面积随导光 板个数n、导光板倾斜角度θ、导光板长度l1和导光板高度l而定，其具体值由 如下公式确定：
[0076]
[0077]
对于平行于底部背板方向，其总的出光面积由下式定义：
[0078]
s'＝s*cosθ
[0079]
所述导光板尺寸为长l1、宽l2、高l，背板顶面为可反射利用光线的漫反 射表面，背板尺寸a由导光板尺寸、最小倾斜角度θ0和导光板的个数n决定，其 具体值由如下公式确定：
[0080][0081]
其中最小倾斜角θ0由导光板的长l1和高l决定，
[0082][0083]
所述背板处的沟道数量与发光单元的滚轴数量相同；
[0084]
所述限位阻挡物在每一个沟道上都安装，用于对发光单元的滚轮进行限位， 使导光板倾斜角度能被限制于固定的角度以达到实际使用需求；
[0085]
限位阻挡物的结构为两侧为内凹弧形的小薄片，其厚度应小于沟道的厚度， 限位阻挡物的高度小于滚轴的半径；
[0086]
限位阻挡物的安装位置x随导光板高度l、导光板所限的倾斜角度θ和导光 板的级数n而定，具体限制公式如下：
[0087][0088]
其中θ0《θ《90
°
。
[0089]
实施例：
[0090]
请参照图1，本发明提供一种层叠可调发光区域的大面积光源结构，包括从 下到上依次设置的背板1、机械结构2(推杆机构)、光源阵列3、倾斜导光板4 (发光单元)和遮光板5。所述背板1上表面设置有沟道，用于给装在光源阵列 3的滚轴滚动，通过机械结构2对倾斜导光板4和遮光板5施力，结合限位阻挡 物，使倾斜角度发生变化，从而使得出光区域和出光角度可调。
[0091]
优选的，遮光板5设置在整体结构最左端，其放置方式与倾斜导光板4放置 方式一致，并且其左下方不设置滚轴，直接将其固定在背板上。遮光板5的长和 宽与倾斜导光板4一致，其厚度可以根据情况调整。遮光板5的材料为反射材料， 因此也可以成为调光区域的上层板，当所有导光板滑动至垂直于底板的状态时， 遮光板反射所有的光，因此没有光线透出，导致整体结构呈现出全黑的状态。
[0092]
参考图4a和图4b，在本实施例中，所述光源阵列3包括多个led光源31、 铝基板32和两个相对于导光板中心对称的滚轴33。所述倾斜导光板4包括导光 板导光结构41、网点42和扩散膜43(扩散层)。
[0093]
优选的，在本实施例中，所述led光源31发光侧连接在导光板上，其背面 连接在铝基板32(金属基板)上，使得铝基板32通电使得整行的led光源31 被点亮，实现对应的导光板区域的亮暗。
[0094]
优选的，在本实施例中，所述两个相对于导光板中心对称的滚轴33即在铝 基板32上挖孔安装，其具体位置由其对应的沟道决定。滚轴在本实施例中的作 用为带动倾斜导光
板移动，使得导光板的倾斜角度发生变化，从而改变出光区域 和出光角度。
[0095]
优选的，在本实施例中，所述导光板导光结构41，其前后表面、远光侧表面 和下表面均附反射材料或反射膜，并且下表面设置有网点42，上表面有扩散层 以调控光线为朗伯余弦出射，使得光出射时更加均匀。
[0096]
优选的，为了保证所述倾斜导光板出光更加均匀，该凹陷网点自近光源侧到 远光源侧，网点分布越来越密集，在led同方向的排布可以为均匀或非均匀排 布，使导光板出光更加均匀。
[0097]
参考图6，在本实施例中，所述背板1含有多条沟道11和限位阻挡物12。 沟道11的数目由倾斜导光板的数目决定，沟道相对于导光板中心对称排列，用 于装在光源阵列上的滚轴滚动。
[0098]
优选的，为了防止限位阻挡物12损坏滚轴，使滚轴在运动时更加方便，限 位阻挡物装有长条升降器，可以通过外部施力与否，使得长条升降器上升和下降， 从而做到支撑杆施力时不限位，不施力时进行限位，使滚轴滚动更加方便，并减 小对滚轴的损伤。
[0099]
参考图8，在本实施例中，所述机械结构2包括上支撑面21、上可动滑轮22、 伸缩支撑杆23、下可动滑轮24和下支撑面25。其中上支撑面21固定于最右侧 导光板的下表面，下支撑面25固定于起始点，上可动滑轮22和下可动滑轮24 使得上支撑面更好的贴合倾斜导光板，伸缩支撑杆23可以在一定长度范围内调 整，从而对最右侧导光板进行施力。
[0100]
实施例1：
[0101]
参考图1，为倾斜导光板最小角度的情况。在本实施例中所述调光区域由两 块板组成，其中一块可以为遮光板5。因此在本实施例中共有三个调光区域，即 遮光板和第一个导光板、第一个导光板和第二个导光板、第二个导光板和第三个 导光板。倾斜导光板4实现出光区域面积可调的方法包括：第一，led光源31 的亮暗决定了与之对应的导光板区域的亮暗；第二，每个导光板可调光区域的大 小由上下叠层的两块导光板共同决定，上导光板的下表面由反射膜作为遮光板， 下导光板作为出光板，从而控制发光区域。随着机械结构2的作用，光源阵列3 和倾斜导光板4的移动，倾斜角度变化，由于铝基板32上的滚轴33始终与背板 相接，则导致随着倾斜角度的增大，遮光面积越大，出光区域也随之变化，从而 实现出光区域可调。第三，由网点42散射出导光板的光线服从朗伯余弦分布， 垂直出射导光板的光强最强，因此通过改变导光板的倾斜角度，实现出光角度可 调。
[0102]
在本实施例中，所述背板1上表面的尺寸为398.93mm*100mm，且上表面设 置漫反射表面，用于将向下的光线反射利用，以增加其光线利用率。并设置有6 条相对于导光板中心对称的沟道11，每个倾斜导光板对应两条沟道，沟道的长 度和背板一致，宽度由滚轴33决定。
[0103]
在本实施例中，所述led光源31的尺寸为7mm*7mm*2mm，每个倾斜导 光板4有5个led光源，其分布为中心一个，相距20mm一个，对称分布。led 光源为单面侧壁发光，且发光区域高度等于或略小于所述倾斜导光板的高度。 led光源出光侧贴合倾斜导光板，背面固定于铝基板32上，用于实现铝基板通 电则与铝基板相连的所有led全亮，从而实现区域的亮暗。
[0104]
优选的，在本实施例中，所述相对于导光板中心对称的滚轴33即在铝基板 32上挖两个孔安装，其具体位置由其对应的沟道决定。滚轴在本实施例中的作 用为带动倾斜导光
板移动，使得导光板的倾斜角度发生变化，从而改变出光区域 和出光角度。
[0105]
在本实施例中，所述倾斜导光板4的尺寸为100mm*100mm*10mm，材料为 透明的亚克力(pmma)，其底面、前后两个侧面和右侧表面都涂有高反射率材 料白色聚乙烯对本二酸脂，其左侧表面与光源阵列3相接，下表面还设置有网点 42，用于破坏光线的全反射条件，使光线透出导光板，上表面镀有扩散膜43， 为了使光线变得更加均匀。其中，倾斜导光板的最小角度为5.75
°
。
[0106]
优选的，为了保证所述倾斜导光板出光更加均匀，该凹陷网点自近光源侧到 远光源侧，网点分布越来越密集，在led同方向的排布可以为均匀或非均匀排 布，使导光板出光更加均匀。
[0107]
优选的，所述白光出光的实现主要以下方法：第一种为利用白光led直接 实现白光出光；第二种则是利用蓝光led光源，激发红绿量子点发出白光，则 红绿量子点设置于导光板某结构处，包括但不限于管、膜等结构。
[0108]
在本实施例中，所述遮光板5设置在整体结构最左端，其放置方式与倾斜导 光板4放置方式相同，并且其左下方不设置滚轴，直接将其固定在背板1上。遮 光板5的尺寸设置为100mm*100mm*10mm，其厚度可以根据具体情况而改变。 遮光板5下表面涂敷有高反射率材料白色聚乙烯对本二酸脂，因此也可以成为调 光区域的上层板，当所有倾斜导光板4滑动至垂直于底板的状态时，遮光板反射 所有的光，因此没有光线透出，导致整体结构呈现出全黑的状态。
[0109]
参考图2，在本实施例中，当倾斜导光板4上表面遮光一半时，倾斜角度为 11.18
°
。
[0110]
参考图3，在本实施例中，当所有倾斜导光板4滑动至垂直于底板的状态时， 遮光板反射所有的光，因此没有光线透出，导致整体结构呈现出全黑的状态。
[0111]
参考图6，在本实施例中，所述限位阻挡物12在结构上，为了防止其对滚轴 33或其他附件进行损坏，在限位阻挡物12下方安装有长条升降器，能控制限位 阻挡物升降。当机械结构施力2时，滚轴33开始运动，控制芯片发送第一信号， 使得长条升降器下降，从而限位阻挡物下降，滚轴运动不受限位阻挡物的限制。
[0112]
参考图7，当在机械结构2不施力时，控制芯片传递第二信号，使长条升降 器上升，从而限位阻挡物12上升，对滚轴33运动进行限制，将导光板限制在对 应的倾斜角度。由于可以对倾斜导光板4倾斜角度进行不同的限制，不同倾斜角 度所调光的面积会有所不同，因此可以实现导光板的无极调光。
[0113]
参考图8，在本实施例中，所述机械结构2分为上支撑面21、上可动滑轮22、 伸缩支撑杆23、下可动滑轮24和下支撑面25。其中伸缩支撑杆23在最小角度 时处于竖直状态，在导光板竖直状态下处于倾斜状态，其长度的变化范围为 10mm到382.9mm。
[0114]
在本实施例中，为了验证本发明实施例的出光均匀性和区域调光效果，通过 光学仿真软件tracepro对一种层叠可调发光区域的大面积光源结构进行光线追 迹，当导光板上表面遮光一半的时候，三个调光区域都亮时如图9所示，由模拟 结果看，层叠可调发光区域的大面积光源结构的出光效果较好。
[0115]
进一步的，如图10所示，为导光板上表面遮光一半时，左右两个调光区域 亮，中间的调光区域不亮的情况，由模拟结果看，层叠可调发光区域的大面积光 源结构的区域调光效果也是较好的。
[0116]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变 化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。