一种匀光装置及包括该匀光装置的发光设备的制作方法

本发明涉及一种匀光装置及包括该匀光装置的发光设备，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。专利201510198194.5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。专利201521088224.9提出在出光面设计圆弧凸条和过渡圆弧面来提高出光均匀度和亮度。专利201621198948.3提出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，组成一种新型导光板。该导光板在一定程度上也提高了出光效率和均匀度。如图1-2所示，为现有技术中一种具有代表性的导光板的结构示意图，led灯条发出的光照射至导光板，由于导光板底面分布有激光雕刻、v型十字网格雕刻、uv网版印刷技术印上的导光点，当入射光照射至导光点时，会破坏反射条件，因此，反射光会往各个角度扩散，从导光板正面射出。通过各种疏密、大小不一的导光点，可使导光板均匀发光。该装置无法控制局部光线的开关与亮暗，其亮度均匀度也无法显著提升。

但显而易见，上述导光板结构均是被动发光，无法主动控制或者调节某区域的亮度变化；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。

为了能在实际应用中达到高亮度均匀度，亮度局部可控可调，使用寿命长等要求，本申请提出了一种新型匀光装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种匀光装置及包括该匀光装置的发光设备，从而可通过分光层和光谱调制层的调整，出射均匀的光线，满足实际需要。

除非特别指明本文中的“led(lightemittingdiode)”是指“发光二极管”。

除非特别指明本文中的“doe(diffractiveopticalelements)”是指“衍射光学元件，通常定义为—基于光波衍射理论，利用计算机辅助设计，并用超大规模集成电路制作工艺，在基片或者传统光学器件表面刻蚀产生两个或者多个台阶深度的浮雕结构形成纯相位、同轴再现、极高衍射效率的一类光学元件”。

除非特别指明本文中的“荧光”是“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)”。

除非特别指明本文中的“匀光板”类似于“导光板，能将点光源或者线光源转换为面光源”。

除非特别指明本文中的“量子点”是指“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”。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供一种匀光装置，包括分光层和拓宽光谱层，光源发出的光通过所述分光层散射，再通过所述拓宽光谱层调制并拓宽光谱。

进一步地，所述分光层为衍射光学元件。

进一步地，所述衍射光学元件上设有分光结构。

进一步地，所述分光结构为微纳结构。

进一步地，所述分光结构的排布结构为像素式、遍布式、沿衍射光学元件的周边均匀分布或在衍射光学元件成局部分布结构。

进一步地，当所述分光结构在衍射光学元件上局部分布时，所述局部分布结构整体成环形或方形。

进一步地，所述分光层和光谱调制层之间还设有匀光片,所述匀光片用于将从分光层发出的光散射。

进一步地，所述光谱调制层为荧光层或量子点层。

另一方面，本发明还提供一种发光设备，包括光源以及如上所述的匀光装置。

进一步地，所述光源为主动式发光光源，所述主动发光光源为led光源。

本发明的有益效果在于：光通过分光层时发生波前转换，一部分光直接透光分光层，另一部分光通过衍射元件衍射，使光散射，从而改变光线出射角度使光线散射；出射的光再通过匀光片时，进一步将光线散射，得到均匀度极高的光分布；最后，均匀的光激发荧光物质或者量子点，改变(调制)并扩宽照明光谱，形成均匀的可见光；使用该匀光装置发出的光具有亮度均匀度高，并且局部光线和亮暗都均可控可调，使用寿命长，环保节能等显著地技术优点，易于实现产业化，可能为整个产业带来革命性的变化，具有极高的经济价值和社会价值。

并且，本发明的发光装置利用led阵列光源主动发光，经过设计过的doe散射光线，保证获得光线极高的亮度均匀度；主动发光，调节指定区域的明暗和亮度，并且亮度均匀度大幅提高，环保节能、使用寿命长。

此外，本发明的衍射光学元件，匀光片，可通过现有的纳米压印技术工业化生产，制作工艺成熟，产品一致性容易保证，价格可控，成本低。

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1为现有技术中的一种具有代表性的导光板的结构示意图；

图2为图1的导光板的光线走向图；

图3为本发明的匀光装置的结构示意图；

图4为图3中的匀光装置的立体图；

图5为本发明的匀光装置控制局部光线开关的结构示意图；

图6为本发明的匀光装置调节局部光线亮暗的结构示意图；

图7a为本发明的匀光装置中的衍射光学元件为像素式时的结构示意图；

图7b为本发明的匀光装置中的衍射光学元件为遍布式时的结构示意图；

图8a为本发明实施例1的匀光装置中的衍射光学元件的匀光结构沿衍射光学元件的周边均匀分布时的结构示意图；

图8b为图8a中的匀光装置当单个led发出的光经过该衍射光学元件的光场分布图；

图8c为图8a中的匀光装置的光线走向图；

图9a为本发明实施例2的匀光装置中的衍射光学元件的局部分布结构整体成环形时衍射光学元件的结构示意图；

图9b为图9a中的匀光装置当单个led发出的光经过该衍射光学元件的光场分布图；

图9c为图9a中的匀光装置的光线走向图；

图10a为本发明实施例3的匀光装置中的衍射光学元件的局部分布结构整体成方形时衍射光学元件的结构示意图；

图10b为图10a中的匀光装置当单个led发出的光经过该衍射光学元件的光场分布图；

图10c为图10a中的匀光装置的光线走向图；

其中：1.主动发光光源，2.衍射光学元件，201.分光结构，3.光谱调制层，4.匀光片。

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。

如图3-4所示，本发明的实施例的一种匀光装置，包括分光层和光谱调制层3，光源发出的光通过分光层散射，再通过光谱调制层3调制并拓宽光谱。具体实施时，分光层可为衍射光学元件2，衍射光学元件2可以是两个或多个台阶深度的任意浮雕结构，光谱调制层3为可为荧光层或量子点层；光谱调制层3优选为量子点层，从而当吸收光后，发出特定频率范围的光，发出的光的频率随纳米半导体尺寸的改变而变化。

在上述实施例中，衍射光学元件2和光谱调制层3之间还设有匀光片4，匀光片4用于将从衍射光学元件2发出的光散射，使光线更加均匀的射出，led光源全部或者部分光源发出的光经过设计好的doe时，通过doe的波前转换进行第一次匀光，出射的光经过匀光片4时发生第二次匀光，两层匀光结构保证其光线充分散射，实现极高的亮度均匀度分布。具体实施时，匀光片4可以是毛玻璃等表面结构粗糙或者表面含有微结构的能使光线散射的任意物体。

本发明的实施例的一种发光装置，包括上述匀光装置，还包括光源，光源可为主动式发光光源1，具体实施时，主动式发光光源1可为led光源。

在上述实施例中，led光源1为led阵列，每个led独立控制开关，从而可使led光源1局部可调控，从而使最后发出的光也可控可调，其亮度满足用户需求，具体地可在任意指定区域控制led的开关和调节明暗，由于单独控制仅需在某些区域需要光线时打开相应的led，从而使不需要光的其他地方无法获得光线，调节其亮度使之出射出用户所需的不同亮度；此外，由于led寿命可达10万小时，且不含有害金属，价格平民化，因此本发明的发光设备兼具使用寿命长，环保节能，成本低等优势。如图5所示，led阵列光源含有9个led，每个led可独立控制其开关。当仅需要某些区域比如仅在图示眼睛处需要光线时，可打开编号为a的3个led同时关闭其余的led，当编号为a的led的光线依次通过doe、匀光片4、光谱调制层3(荧光层或者量子点层)时，就可以在眼睛处得到均匀的光照。而不需要光的其他地方则无法获得光线。如图6所示，led的阵列光源的匀光装置进行说明。led阵列光源含有9个led，每个led可独立调节其亮度。当需要将某些区域调节亮度的时候，可分别调节对应区域的led，比如将编号为a和b(请确认)的led调暗，将编号为c的led调亮，则光线依次通过doe、匀光片4、光谱调制层3(荧光层或者量子点层)时，就可以在相应区域得到不同亮度的均匀光照。

在上述实施例中，衍射光学元件2上设有分光结构201，分光结构可为微纳结构，分光结构201的排布结构可为像素式、遍布式、沿衍射光学元件2的周边均匀分布或在衍射光学元件2成局部分布结构，根据需要的可见光，设计分光结构201的具体结构形状，从而使光源通过该匀光装置形成需要的可见光，并且亮度均匀度大。

如图7a所示，分光结构201的排布结构为像素式，每块像素式doe对应一个led；如图7b所示，分光结构201的排布结构为遍布式，整个doe上都布满了所需要的结构。

在上述实施例中，当分光结构201在衍射光学元件2上局部分布时，局部分布结构整体成环形或方形。

在上述实施例中，led光源1发出的光为紫外波段的光，紫外波段的光依次经过衍射光学元件和匀光片被均匀散射，再入射到光谱调制层发出均匀的白光。

在上述实施例中，衍射光学元件2、匀光片4和光谱调制层3依次平行设置在led光源1上。

实施例1

本实施例的匀光装置中的分光结构201沿衍射光学元件的周边均匀分布，如图8a-c所示，具体为将光场设计为8个环绕的亮斑进行说明。led发出的光通过设计过的衍射光学元件2后，散射成8个明亮的亮斑和多个亮度不高的亮斑；这些亮斑入射至匀光片4后进一步散射，形成亮度均匀度极高的光照；最后，这些光线经过荧光物质或者量子点，调制并拓宽照明光谱，形成所需的可见光。

实施例2

本实施例的匀光装置中的局部分布结构整体成环形，如图9a-c所示，led光源发出的光通过设计过的衍射光学元件2后，散射成圆环状光线；这些光线入射至匀光片4后进一步散射，形成亮度均匀度极高的光照；最后，这些光线经过光谱调制层3(荧光物质或者量子点)，调制并拓宽照明光谱，形成所需的可见光。

实施例3

本实施例的匀光装置中的局部分布结构整体成环形，如图10a-c所示，led发出的光通过设计过的衍射光学元件2后，散射成正方形光线；这些光线入射至匀光片4后进一步散射，形成亮度均匀度极高的光照；最后，这些光线经过荧光物质或者量子点，调制并拓宽照明光谱，形成所需的可见光。

综上，本发明的有益效果在于：利用led阵列光源主动发光，经过设计过的doe散射光线，保证获得光线极高的亮度均匀度；led阵列光源对衍射光学元件照明，光通过衍射光学元件2时发生波前转换，改变光线出射角度使光线散射；出射的光再通过匀光片4时，进一步将光线散射，得到均匀度极高的光分布；最后，均匀的光激发荧光物质或者量子点，改变(调制)并扩宽照明光谱，形成均匀的可见光；该匀光装置发出的光具有亮度均匀度高，并且局部光线和亮暗都均可控可调，使用寿命长，环保节能等显著地技术优点，易于实现产业化，可能为整个产业带来革命性的变化，具有极高的经济价值和社会价值。

并且，本发明的发光装置利用led阵列光源主动发光，经过设计过的doe散射光线，保证获得光线极高的亮度均匀度；主动发光，调节指定区域的明暗和亮度，并且亮度均匀度大幅提高，环保节能、使用寿命长。

此外，本发明的衍射光学元件2，匀光片4，可通过现有的纳米压印技术工业化生产，制作工艺成熟，产品一致性容易保证，价格可控，成本低。

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。