一种可滑动调光的光机结构

1.本发明属于液晶显示技术领域，具体涉及一种可滑动调光的光机结构。


背景技术：

2.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。因此能够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.本发明的目的在于提供一种可滑动调光的光机结构，该机构有利于实现发光区域动 态调光。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可滑动调光的光机结构，包括背 板、驱动机构、若干个组合板和一个遮光板，所述组合板主要由自下而上依次设置的反 射板、铝基板、光源阵列和扩散板组成，所述驱动机构设置于背板上，所述组合板和遮 光板倾斜叠设于驱动机构上并与驱动机构活动连接，以在其驱动下向一侧滑动并改变倾 斜角度及重叠区域，进而调节出光角度和出光区域；处于上方的组合板下表面全反射， 则处于下方的组合板向上出射光被阻挡反射，导致组合板重叠区域不出光，以通过改变 重叠区域面积调节出光区域面积；所述组合板的扩散板将光线扩散为朗伯余弦散射出射； 在平行于组合板出光面方向，总的出光面积s随组合板个数n、组合板倾斜角度θ、组 合板长度l1、组合板宽度l2和组合板总高度h而定，其计算公式为：
[0006][0007]
其中，组合板的总高度h为反射板高度h1、铝基板高度h2、led光源高度h3、扩 散板高度h4之和；在平行于底部背板方向，总的出光面积s'的计算公式为：
[0008]s′
＝s*cosθ。
[0009]
进一步地，所述背板表面为漫反射，用于将向下的光线反射利用，以增加其光线利 用率；所述背板面积a由组合板尺寸、最小倾斜角度θ0和组合板的个数n而定，其计算 公式为：
[0010][0011]
其中，最小倾斜角度θ0由组合板的长度l1和总高度h决定，其计算公式为：
[0012][0013]
进一步地，所述组合板四周设置有全反射板，以防止光线从组合板侧边透出；所述 组合板最下方的反射板将向下的光线反射利用以增加光线利用率，并遮挡重叠区域以调 节出光区域面积；所述反射板、铝基板、扩散板的长度、宽度均与组合板的长度、宽度 相同。
[0014]
进一步地，所述光源阵列用于提供整块组合板的光源，其包括阵列分布在铝基板上 的x*y个led光源，光源阵列的下表面贴合铝基板，上表面贴合扩散板；所述扩散板 采用光吸收率小且上下表面透射率大的材料制成；所述扩散板内部填充散射粒子，散射 粒子为均匀分布或根据光源的分布而呈非均匀分布；所述扩散板的厚度由混光因子t决 定，其计算公式为：
[0015][0016]
其中，h4为扩散板的厚度，p为光源之间的距离。
[0017]
进一步地，所述组合板调节出光的方法包括：1)调节光源阵列中led光源的亮暗 来调节组合板的亮暗；2)通过驱动机构驱动组合板在其上滑动，进而通过改变组合板 的倾斜角度来改变叠设在一起的相邻组合板之间重叠区域的大小，从而调节出光区域面 积的大小；3)通过改变组合板的倾斜角度，调节出光角度。
[0018]
进一步地，所述铝基板上设置有光源阵列驱动电路，用于点亮光源阵列中的led 光源以及调节其亮暗。
[0019]
进一步地，所述驱动结构包括滑动导轨、上连接块、伸缩支撑杆和下连接块，所述 滑动导轨沿背板长度方向设置，所述各组合板和遮光板自左而右依次倾斜叠设，各组合 板的右下端设有滚动轴，所述滚动轴与滑动导轨滑动连接，以使组合板可绕着滚动轴摆 动并在滑动导轨上左右滑动，所述遮光板的右下端与组合板的右侧端部转动连接，以使 遮光板可左右摆动，所述伸缩支撑杆上、下端分别与上连接块、下连接块转动连接，所 述上连接块与最左侧的组合板的左下端部固定连接，所述下连接块与滑动导轨的左侧端 部固定连接，以在伸缩支撑杆伸缩运动时，推动各组合板和遮光板左右滑动并改变倾斜 角度，所述下连接块与滑动导轨的连接位置与最左侧组合板右下端的滑动连接点之间的 距离f，其计算公
式为：
[0020]
f＝l1*cosθ0[0021]
所述伸缩支撑杆根据外部需求进行伸缩长度控制，所述伸缩支撑杆的伸缩长度x由 导光板个数n、导光板长度l1、最小倾斜角度θ0和组合板所需倾斜角度θ1而定，其计算 公式为：
[0022][0023]
所述伸缩支撑杆的伸缩长度x的变化范围为：
[0024][0025]
在初始状态，即组合板的倾斜角度最小时，伸缩支撑杆为竖直状态；当所有组合板 和遮光板滑动至竖直状态时，伸缩支撑杆与水平面成夹角α。
[0026]
进一步地，所述遮光板设置于所有组合板的最右侧，且其倾斜角度与组合板相同， 并随着组合板倾斜角度的变化而变化；所述遮光板的长宽与组合板一致，以在滑动至竖 直状态时，使遮光板完全遮住导光板，反射所有光，进而使整体结构呈现出全黑的状态。
[0027]
进一步地，所述光机结构实现白光出光的方法为：1)采用白光led光源组成光源 阵列，利用白光led光源直接发出白光；2)采用蓝光led光源组成光源阵列，在扩 散板中设置红绿量子点，利用蓝光led光源激发红绿量子点发出白光。
[0028]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种可滑动调光的光机结构， 该机构通过改变组合板的倾斜角度和重叠区域，并结合光源阵列的亮暗调节，实现出光 区域和出光角度可调。通过倾斜角度的限制和亮暗情况的不同，可实现多种情况的调光 操作。因此，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
[0029]
图1是本发明实施例的光机结构处于最小倾斜角度时的结构示意图；
[0030]
图2是本发明实施例的光机结构处于部分遮光时的结构示意图；
[0031]
图3是本发明实施例的光机结构处于最大倾斜角度时的结构示意图；
[0032]
图4是本发明实施例中组合板透视情况下的结构示意图；
[0033]
图5是本发明实施例的整体结构俯视图；
[0034]
图6是本发明实施例中驱动结构的结构示意图；
[0035]
图7是本发明实施例的光机结构在组合板上表面遮光一半时的一仿真模拟图(三个 调光区域全亮)；
[0036]
图8是本发明实施例的光机结构在组合板上表面遮光一半时的另一仿真模拟图(中 间的调光区域不亮)。
具体实施方式
[0037]
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0038]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另 有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通 常理解的相同含义。
[0039]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据 本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形 式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和 /或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0040]
如图1所示，本实施例提供了一种可滑动调光的光机结构，包括背板1、驱动机构 2、若干个组合板3和一个遮光板4，所述组合板3主要由自下而上依次设置的反射板 31、铝基板32、光源阵列33和扩散板34组成，所述驱动机构2设置于背板1上，所述 组合板3和遮光板4倾斜叠设于驱动机构2上并与驱动机构2活动连接，以在其驱动下 向一侧滑动并改变倾斜角度及重叠区域，进而调节出光角度和出光区域；处于上方的组 合板下表面全反射，则处于下方的组合板向上出射光被阻挡反射，导致组合板重叠区域 不出光，以通过改变重叠区域面积调节出光区域面积；所述组合板3的扩散板将光线扩 散为朗伯余弦散射出射；在平行于组合板出光面方向，总的出光面积s随组合板个数n、 组合板倾斜角度θ、组合板长度l1、组合板宽度l2和组合板总高度h而定，其计算公 式为：
[0041][0042]
其中，组合板的总高度h为反射板高度h1、铝基板高度h2、led光源高度h3、扩 散板高度h4之和；在平行于底部背板方向，总的出光面积s'的计算公式为：
[0043]s′
＝s*cosθ。
[0044]
所述背板1表面为漫反射，用于将向下的光线反射利用，以增加其光线利用率；所 述背板面积a由组合板尺寸(长度l1、宽度l2、总高度h)、最小倾斜角度θ0和组合板 的个数n而定，其计算公式为：
[0045][0046]
这里的背板面积a定义为该光机结构在最小倾斜角度下组合板在背板上的垂直投 影面积。
[0047]
其中，最小倾斜角度θ0由组合板的长度l1和总高度h决定，其计算公式为：
[0048][0049]
图4示出了组合板透视情况下的侧视图和俯视图。所述组合板3四周设置有全反射 板35，以防止光线从组合板侧边透出，从而提高光的利用率。所述组合板最下方的反射 板将向下的光线反射利用以增加光线利用率，并遮挡重叠区域以调节出光区域面积。对 于四周的全反射板和反射板的材料，可用白色聚乙烯对二本酸脂，但不限于该材料。所 述反射板31、铝基板32、扩散板34的长度、宽度均与组合板的长度、宽度相同。所述 铝基板32上方
设置光源阵列33，通过光源阵列的亮暗实现整块组合板的亮暗。
[0050]
所述光源阵列33用于提供整块组合板的光源，其包括阵列分布在铝基板上的x*y 个led光源，led的数目越多，出光面的出光均匀性越高。为了实现更好的出光均匀 性，可以增加led光源的数量。光源阵列的下表面贴合铝基板，上表面贴合扩散板。
[0051]
所述铝基板32上设置有光源阵列驱动电路，用于点亮光源阵列33中的led光源 以及调节其亮暗。
[0052]
扩散板34选材对led的光吸收率应尽可能小，上下表面的透射率应尽可能大，因 此，扩散板采用光吸收率小且上下表面透射率大的材料制成，可选用但不限于透明的亚 克力(pmma)材料。所述扩散板内部填充散射粒子，散射粒子为均匀分布或根据光源 的分布而呈非均匀分布；所述扩散板的厚度由混光因子t决定，其计算公式为：
[0053][0054]
其中，h4为扩散板的厚度，p为光源之间的距离，t的值在1.3-1.4时较佳，使得光 线在扩散板中更好地发生折射、反射与散射，以此产生光学扩散的效果，光线在出光面 各个方向都变得更加均匀。
[0055]
所述组合板调节出光的方法包括：1)调节光源阵列中led光源的亮暗来调节组合 板的亮暗；2)通过驱动机构驱动组合板在其上滑动，进而通过改变组合板的倾斜角度 来改变叠设在一起的相邻组合板之间重叠区域的大小，从而调节出光区域面积的大小； 3)通过改变组合板的倾斜角度，调节出光角度。
[0056]
所述驱动结构2包括滑动导轨11、上连接块21、伸缩支撑杆23和下连接块25，所 述滑动导轨11沿背板长度方向设置，所述各组合板3和遮光板4自左而右依次倾斜叠 设，各组合板的右下端设有滚动轴36，所述滚动轴36与滑动导轨11滑动连接，以使组 合板3可绕着滚动轴36摆动并在滑动导轨11上左右滑动，所述遮光板4的右下端与滑 动导轨11的右侧端部转动连接，以使遮光板4可左右摆动，所述伸缩支撑杆23上、下 端分别经转轴22、24与上连接块21、下连接块25转动连接，所述上连接块21与最左 侧的组合板的左下端部固定连接，所述下连接块25与滑动导轨的左侧端部固定连接， 以在伸缩支撑杆伸缩运动时，推动各组合板和遮光板左右滑动并改变倾斜角度，所述下 连接块与滑动导轨的连接位置与最左侧组合板右下端的滑动连接点之间的距离f，其计 算公式为：
[0057]
f＝l1*cosθ0[0058]
所述伸缩支撑杆根据外部需求进行伸缩长度控制，所述伸缩支撑杆的伸缩长度x由 导光板个数n、导光板长度l1、最小倾斜角度θ0和组合板所需倾斜角度θ1而定，其计算 公式为：
[0059][0060]
所述伸缩支撑杆的伸缩长度x的变化范围为：
[0061][0062]
在初始状态，即组合板的倾斜角度最小时，伸缩支撑杆为竖直状态；当所有组合板 和遮光板滑动至竖直状态时，伸缩支撑杆与水平面成夹角α，α的值在45
°
左右，且伸缩 支撑杆在条件允许的范围内尽可能使用坚固材质和合适的直径。
[0063]
所述遮光板4设置于所有组合板3的最右侧，且其倾斜角度与组合板3相同，并随 着组合板倾斜角度的变化而变化；涂敷包括但不限于白色聚乙烯对二本酸脂反射材料用 于遮光；所述遮光板的长宽与组合板一致，以在滑动至竖直状态时，使遮光板完全遮住 导光板，反射所有光，进而使整体结构呈现出全黑的状态。遮光板的厚度可根据吸光度 和机构需要进行调整。
[0064]
所述光机结构实现白光出光的方法为：1)采用白光led光源组成光源阵列，利用 白光led光源直接发出白光；2)采用蓝光led光源组成光源阵列，在扩散板中设置 红绿量子点，利用蓝光led光源激发红绿量子点发出白光。
[0065]
如图1所示，为倾斜组合板最小角度的情况。在本实施例中，共有三个调光区域， 即遮光板和第一个组合板、第一个组合板和第二个组合板、第二个组合板和第三个组合 板。组合板实现出光区域面积可调的方式包括：第一，led的亮暗决定了阈值对应的组 合板区域的亮暗；第二，每个组合板可调光区域的大小由上下叠层的两块组合板共同决 定，上组合板的下表面由反射板作为遮光板，下组合板作为出光板，从而控制发光区域。 随着机械结构的作用，组合板的移动，倾斜角度变化，由于组合板上的滚轮始终与背板 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，由散射粒子散射出组合板的光线服从朗伯余弦分布，垂直出射组合 板的光强最强，因此通过改变组合板的倾斜角度，实现出光角度可调。
[0066]
在本实施例中，所述背板1上表面的尺寸为189.81mm*48mm，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2条相对于组合 板中心对称的滑动导轨11，用于给安装在组合板上的两个滚动轴滑动，滑动导轨的长度 和背板一致，宽度由滚轴36决定。
[0067]
在本实施例中，所述倾斜组合板3从下到上依次设置反射板31、铝基板32、光源 阵列33和扩散板34。组合板的四周35附反射材料或反射膜，以防止光线从组合板侧边 透出。并在组合板的左下方安装有两个对称放置的滚轴36。组合板的最小倾斜角度为 12.12
°
。
[0068]
在本实施例中，所述反射板31尺寸为48mm*48mm*0.2mm，反射板31材料为反射 材料，使得两块组合板层叠时，下层板的上表面只有露出部分能出光，被上层板遮挡部 分不出光，从而通过改变组合板3的倾斜角度，来改变组合板的出光面积，从而实现出 光区域可调。
[0069]
在本实施例中，所述铝基板32尺寸为48mm*48mm*0.3mm，铝基板32放置在反射 板上方，其上设置有光源阵列，因此通过对铝基板通电与否，实现与铝基板相接的所有 led光源亮暗。
[0070]
在本实施例中，每一个组合板的光源阵列33是由25个led光源组成，led的尺 寸为3mm*3mm*0.5mm，led光源按5*5的方式规则的放置在铝基板的上端。led光 源为单侧发光，
即其上表面发光，led光源出光侧贴合扩散板。
[0071]
在本实施例中，扩散板34的尺寸为48mm*48mm*9mm，材料为透明的亚克力 (pmma)，其下表面与光源阵列相接，扩散板34内部填充散射粒子，散射粒子的分布 可为均匀，也可根据光源的分布而调整成非均匀浓度分布。扩散板的作用为使光线在扩 散板中发生折射、反射与散射，以此产生光学扩散的效果，光线在出光面各个方向都变 得更加均匀。
[0072]
在本实施例中，组合板的四周35涂敷有高反射率材料白色聚乙烯对本二酸脂，以 放置光线从组合板侧边透出，提高光线的利用率。
[0073]
在本实施例中，所述两个相对于组合板中心对称的滚轴36设置在组合板3的左下 方，滚轴36的安装是通过在组合板上打孔嵌入安装。滚轴的位置由对应的沟道位置决 定，其主要作用是带动倾斜组合板3移动，从而改变其倾斜角度，实现出光区域可调和 出光角度可调。
[0074]
在本实施例中，所述遮光板4设置在整体结构最右端，其放置方式与倾斜组合板3 放置方式相同，并且其左下方不设置滚动轴，直接将其与背板1或滑动导轨11右侧端 部转动连接。遮光板4的尺寸设置为48mm*48mm*10mm，其厚度可以根据具体情况而 改变。遮光板4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，当所有倾斜组合板3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。
[0075]
如图2所示，当倾斜组合板3上表面遮光一半时，倾斜角度为23
°
。
[0076]
如图3所示，当所有倾斜组合板3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。
[0077]
如图6所示，伸缩支撑杆23在最小角度时处于竖直状态，在组合板竖直状态下处 于倾斜状态，其长度的变化范围为10.1mm到164.3mm，通过控制伸缩支撑杆的长度， 对最右侧组合板进行施力，从而控制倾斜组合板的倾斜角度。
[0078]
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对光机结构进行光线追迹。如图7所示，当遮光板上表面遮光一半，且 三个调光区域都亮时，由模拟结果看，可滑动调光的光机结构的出光效果较好。
[0079]
如图8所示，当遮光板上表面遮光一半，且左右两个调光区域亮，中间的调光区域 不亮时，由模拟结果看，可滑动调光的光机结构的区域调光效果也是较好的。
[0080]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任 何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的 等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施 例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。