阅读说明：本技术 显示系统 (Display system ) 是由 尤君平 阮德兰 于 2019-01-21 设计创作，主要内容包括：本公开提供了一种多功能光学单元(100)、具有多功能光学单元(100)的面板照明系统和显示系统(10)。形成为单层或多层结构的多功能光学单元(100)包括主填料(115)和辅助填料(116)。主填料(115)包括波长转换材料,其适于用作混合光、转换光和捕获/引导初级光中的至少一种。辅助填料(116)是具有细长形状、气相结构或非球面形状的尺寸、形状和孔隙率的填料的混合物,用于改善在多功能光学单元的x-y平面方向上的光捕获和传播以及改善光散射/混合。多功能光学单元(100)具有多个微结构,其具有三角形、梯形、梯形、正方形、弯曲形或矩形的横截面,以改善在其顶表面和底表面(112,111)之一上形成的角度颜色均匀性。(The present disclosure provides a multifunctional optical unit (100), a panel illumination system having the multifunctional optical unit (100), and a display system (10). A multifunctional optical unit (100) formed in a single-layer or multi-layer structure includes a main filler (115) and an auxiliary filler (116). The main filler (115) comprises a wavelength converting material adapted to act as at least one of mixing light, converting light and capturing/guiding primary light. The auxiliary filler (116) is a mixture of fillers having a size, shape and porosity of an elongated shape, a gas phase structure or an aspherical shape for improved light capture and propagation in the x-y plane direction of the multifunctional optical unit and improved light scattering/mixing. The multifunctional optical unit (100) has a plurality of microstructures having a triangular, trapezoidal, square, curved, or rectangular cross-section to improve angular color uniformity formed on one of its top and bottom surfaces (112, 111).)

显示系统

技术领域

本公开总体上涉及液晶显示器，并且更具体地涉及用于液晶显示器面板的背光单元和能够减少背光单元的部件的多功能量子光学构件。

背景技术

本文提供的背景描述是为了总体上呈现本公开的背景。在本公开部分的背景技术中讨论的主题不应仅仅因为在公开部分的背景技术中提及而认为是现有技术。类似地，在本公开部分的背景技术中提到的或与本公开部分背景技术的主题相关的问题不应该认为先前已在现有技术中被认识到。本公开部分背景技术中的主题仅表示不同的方法，这些方法本身也可以是公开内容。目前提到的发明人的工作，在一定程度上它在公开部分的背景技术中描述，以及在提交时可能不作为现有技术的描述的各方面，既不明示也不暗示地被认为是针对本公开的现有技术。

几乎所有的液晶显示器(LCD)现在都采用基于发光二极管(LED)的背光，这使得LCD的更薄的轮廓以及更好的质量和增强的能量效率成为可能。试图最小化背光模块的发光源的数量以降低成本。然而，它影响背光模块的质量，包括强度和颜色均匀性。

引入与LED光源分离的波长转换层用于美国专利公开号2001/0001207中所示的侧光式背光和美国专利号7,052,152中所示的直下式LCD背光。与LED光源分离的波长转换层可以具有更好的效率和均匀性。然而，这些方法可能比白色LED光源方法更昂贵，因为需要大量的波长转换和结合/基质材料。美国专利号7,052,152和美国专利公开号2001/0001207两者都没有为这个问题提供解决方案。此外，所提出的两种系统仍然需要其他膜，包括漫射膜(DF)、亮度增强膜(BEF)和/或双亮度增强膜(DBEF)，以改善背光系统的均匀性和亮度。这些膜的使用不仅增加了背光单元的材料成本，而且增加了整个单元的组装成本。因此，必须通过减少所用材料的量和部件的数量来降低材料和部件的成本。此外，使用额外的性能增强膜导致光输出具有不同于期望或设计的CIE xy颜色空间的CIE xy颜色空间。

因此，本领域中存在迄今未解决的需求以解决上述缺陷和不足。

发明内容

在一方面，本公开涉及多功能光学单元。在一实施例中，多功能光学单元包括主填料。主填料包括波长转换材料，其适于用作混合光、转换光和捕获/引导初级光中的至少一种，其中波长转换材料包括荧光体材料、量子点材料和/或染料材料中的至少一种，其可操作地且至少部分地吸收初级光和/或其他适当的激活光，然后发射不同波长的光。

多功能光学单元还包括辅助填料。辅助填料包括多孔颗粒和/或非多孔颗粒，其是包括二氧化钛(TiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锌(ZnO)等的金属氧化物、氧化硼(BN)、玻璃、聚合物、蓝宝石、二氧化硅(SiO₂)、聚碳酸酯和液晶材料中的至少一种。

多功能光学单元还包括基质，所述基质包括玻璃、聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、硅酮、陶瓷复合物、硫醇-烯烃树脂或者包含波长转换材料以形成波长转换层的任何光学透明材料中的一种。

在一实施例中，波长转换材料包括绿色、黄色、绿黄色、橙色和红色荧光体颗粒或量子点或染料中的至少一种，其至少部分地从光源或其他适当的激活光吸收蓝色、紫色或深蓝色的初级光并且发出分别被人眼感知为绿色、黄色、绿黄色、橙色和红色的光的波长。

在一实施例中，荧光体材料包括荧光体颗粒，所述荧光体颗粒每一固体颗粒体积量/百分比的平均自由程长度在最低平均自由程长度值附近的范围内，从而实现最大捕获水平，其中颗粒的尺寸在约0.01μm至10μm的范围内。

在一实施例中，波长转换材料均匀分布在单层结构上，或在单层结构上形成梯度浓度分布。

在一实施例中，辅助填料是尺寸、形状和孔隙率的填料的混合物。

在一实施例中，辅助填料包括具有热解结构、非球形形状和/或细长形状的颗粒，例如棒、椭圆体、管、纳米棒、纳米纤维、纳米线、纳米管、它们的组合。

在一实施例中，细长颗粒的纵横比在约1.01至1000的范围内，较短的尺寸在约4nm至4μm的范围内。

在一实施例中，细长颗粒随机布置，或布置成其长尺寸与x-y平面形成小角度，或者布置成其短尺寸与x-y平面形成小角度。

在一实施例中，辅助填料包含可操作地用作光混合剂的液晶材料，其中液晶材料嵌入含有波长转换材料的基质中。

在一实施例中，辅助填料包括球形颗粒，所述球形颗粒每一固体颗粒体积量/百分比的平均自由程长度在最低平均自由程长度值附近的范围内，从而实现最大捕获水平，其中颗粒的尺寸在约0.01μm至10μm的范围内。

在一实施例中，主填料和辅助填料在基质中混合以形成单层结构。

在一实施例中，在基质与主填料或辅助填料之间的绝对折射率差|Δnt|在约0.01至2的范围内。

在一实施例中，多功能光学单元的顶表面和底表面中的一个包括多个微结构，所述微结构是锥体、棱柱、棱锥、半球、弯曲泵、截锥、截棱锥、凹槽、突起、刻面、表面或体积全息图、光栅或其组合中的至少一种，以改善角度颜色均匀性。在一实施例中，多个微结构的尺寸在约0.1μm至约3mm的范围内，密度在约1000000/mm²至1/mm²的范围内。

在一实施例中，波长转换层完全由包括顶层、底层和侧层的外层嵌入，以防止水分渗透到波长转换材料中。

在一实施例中，多功能光学单元还包括形成在波长转换层的顶表面和底表面中的一个上的包层，其中包层包括玻璃、聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、硅树脂、陶瓷复合物或任何光学透明材料中的一种，其中包层的反射率不同于波长转换层的反射率。

在一实施例中，包层是不具有填料的透明层。

在一实施例中，包层形成在波长转换层的底表面上，其中与波长转换层的底表面相接合的包层的顶表面包括微结构的至少一种，所述微结构包括锥体、棱锥、半球、弯曲泵、截锥、截棱锥以及凹槽以将更多初级光导向水平方向，使得当光入射到波长转换层的顶表面上或者包层的底表面上并且反射回到波长转换层中时，初级光在提取区之外。

在一实施例中，包层包括辅助填料，以辅助通过散射将初级光引向x-y平面方向。

在一实施例中，波长转换层和包层之间的界面是光滑表面。

在一实施例中，多功能光学单元还包括形成在波长转换层的顶表面和底表面中的另一个上的另一包层。在一实施例中，另一包层是具有或不具有辅助填料的透明层。

在一实施例中，多功能光学单元具有位于波长转换层和顶部包层之间的液晶层，所述液晶层包含以扭曲向列相布置的液晶材料。

在本公开的另一方面，面板照明系统包括如上所述的多功能光学单元。

在本公开的又一方面，显示系统包括如上所述的多功能光学单元。

在一实施例中，显示系统还包括外壳，所述外壳是具有底壁和侧壁的开口壳体；至少一个放置在外壳的底部的印刷电路板(PCB)；至少一个放置在至少一个PCB上的光源，其中至少一个光源适于发射初级光；覆盖至少一个PCB和外壳的内侧表面的反射片，其中反射片具有对应于至少一个光源的位置限定的孔，以暴露至少一个光源；以及位于多功能光学单元上方的液晶显示(LCD)面板。在一实施例中，多功能光学单元通过气隙与至少一个光源分离，其中多功能光学单元包括单层结构或多层结构。

在一实施例中，至少一个光源包括发光二极管(LED)发射器、激光二极管(LD)发射器、量子点LED(DQLED)发射器或有机LED(OLED)发射器。

在一实施例中，显示系统还包括外壳，所述外壳是具有底壁和侧壁的开口壳体；至少一个放置在外壳侧壁的印刷电路板(PCB)；至少一个放置在至少一个PCB上的光源，其中至少一个光源适于发射初级光；覆盖外壳底表面的反射片；位于反射片和多功能光学单元之间的导光板；以及位于多功能光学单元上方的液晶显示(LCD)面板。多功能光学单元包括单层结构或多层结构。

通过以下结合附图对优选实施例的描述，本公开的这些和其他方面将变得显而易见，尽管可以在不脱离本公开的新颖概念的精神和范围的情况下影响其中的变化和修改。

附图说明

为了更好地说明在根据本公开的各种实施例中反映的或在现有技术中发现的技术方案，现在将简要描述用于描述本文实施例或用于现有技术的附图，显然，以下描述中列出的附图仅示出了根据本公开的一些实施例，并且本领域普通技术人员将能够基于这些附图中所示的布置获得其他附图而无需进行创造性的努力，其中在这些附图中。

图1是根据本公开的一实施例的LCD系统的示意性横截面图；

图2是根据本公开的一实施例的多功能光学单元的示意性横截面图；

图3是根据本公开的一实施例的多功能光学单元的横截面图的示意性部分；

图4是根据本公开的一实施例的在波长转换层和底部包层之间的界面处具有结构或微结构的多功能光学单元的横截面图的示意性部分；

图5是根据本公开的一实施例的多功能光学单元的示意性横截面图；

图6是根据本公开的一实施例的侧光式LCD系统的示意性横截面图。

参考附图和实施例，进一步具体描述了本发明的目的的实现、功能特征、优点。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开，附图中示出了本公开的示例性实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并且将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。相同的附图标记始终表示相同的元件。

本说明书中使用的术语在本公开的上下文中以及在使用每个术语的特定上下文中通常具有其在本领域中的普通含义。用于描述本公开的某些术语在下文或说明书中的其他地方讨论，以向从业者提供关于本公开的描述的额外指导。为方便起见，可以突出显示某些术语，例如使用斜体和/或引号。使用突出显示和/或大写字母不会影响术语的范围和含义；在相同的上下文中，术语的范围和含义是相同的，无论是否突出显示和/或以大写字母。应当理解，可以以不止一种方式说同样的事情。因此，替代语言和同义词可以用于本文所讨论的任何一个或多个术语，并且对于术语是否在本文中详细阐述或讨论也没有任何特殊意义。提供了某些术语的同义词。一个或多个同义词的叙述不排除使用其他同义词。本说明书中任何地方的示例的使用，包括本文所讨论的任何术语的示例，仅是说明性的，决不限制本公开或任何示例性术语的范围和含义。同样地，本公开不限于本说明书中给出的各种实施例。

应当理解，当一个元件称为在另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上，或者在它们之间可以存在中间元件。相反，当一个元件称为“直接在”另一元件上时，不存在中间元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离本公开的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以称为第二元件、部件、区域、层或部分。

应当理解，当一个元件称为在另一元件“上”、“附接”到另一元件，“连接”到另一元件，与另一元件“耦合”、“接触”另一元件等时，它可以直接连接在其他元件上，附接到其他元件，连接到其他元件，与其他元件耦合或接触其他元件或也可以存在中间元件。相反，当一个元件称为，例如，“直接在另一元件上”、“直接附接”到另一元件，“直接连接”到另一元件，“直接与另一元件耦合”或“直接接触”另一元件时，不存在中间元件。本领域技术人员还将理解，对与另一特征“相邻”设置的结构或特征的引用可具有与相邻特征重叠或位于相邻特征之下的部分。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”，或“包括(includes)”和/或“包括(including)”或“具有(has)”和/或“具有(having)”时，这些术语指定所声明的特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、区域、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组。

此外，本文可以使用例如“下”或“底”和“上”或“顶”之类的相对术语来描述一个元件与另一元件的关系，如图中所示。应当理解，除了图中所示的取向之外，相对术语旨在包括装置的不同取向。例如，如果其中一个图中的装置被翻转，则被描述为位于其他元件的“下”侧的元件将定向在其他元件的“上”侧。因此，示例性术语“下部”可以包括下部和上部的取向，这取决于图的特定取向。类似地，如果其中一个图中的装置被翻转，则描述为在其他元件“下方”或“下面”的元件将定向在其他元件“上方”。因此，示例性术语“在……下方”或“在……下面”可以包括上方和下方的取向。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解，例如在常用字典中定义的那些术语应解释为具有与其在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，除非本文明确定义，否则不会以理想化或过于正式的方式解释。

如本文所使用的，术语“包括(comprise)”或“包含(comprising)”、“包括(include)”或“包括(including)”、“带有(carry)”或“带有(carrying)”、“具有(has/have)”或“具有(having)”、“包含(contain)”或“含有(containing)”、“涉及(involve)”或“涉及(involving)”等应理解为开放式的，即包括但不限于。

如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应该被解释为使用非排他性逻辑OR表示逻辑(A或B或C)。应当理解，方法内的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行而不改变本公开的原理。

通常，除非另有说明，否则例如“约(about)”、“大约(approximately)”、“一般地(generally)”、“基本上(substantially)”等表示在给定值或范围的20％内，优选在10％内，优选在5％内，甚至更优选3％内。本文给出的数值是近似的，意味着如果没有明确说明，可以推断出术语“约”、“大约”、“一般地”或“基本上”。

下面参考附图详细地说明本公开的实施例。应当理解，本文描述的具体实施例仅旨在解释本公开，而不是旨在限制本公开。根据本公开的目的，如本文所体现和广泛描述的，在某些方面，本公开涉及多功能光学单元，具有多功能光学单元的面板照明系统和显示系统。

根据本公开，用于LCD的性能增强膜无背光单元利用多功能光学单元以低成本提供高效率，更好的色彩均匀性。LCD背光单元包括外壳、PCB、反射片和多功能光学单元，所述外壳是具有底壁和侧壁的开口壳体，在所述PCB上粘合有至少一个光源，例如LED器件，所述反射片具有与每个光源位置相对应的孔以暴露光源并位于PCB的顶部，以及所述多功能光学单元通过气隙与光源分离。

参考图1，根据本公开的一实施例示出了LCD系统的示意图。LCD系统10包括外壳105(外壳105是具有底壁105a和侧壁105b的开口壳体)、放置在外壳105的底部105a上的印刷电路板(PCB)102、放置在PCB 102上的至少一个光源101(例如LED器件)、具有对应于光源101的位置限定的孔并放置在PCB102上的反射片103，使得光源101暴露于反射片103的孔，以及多功能光学单元100，所述多功能光学单元100通过气隙104与光源101分离，并且位于LCD面板106和用于LCD面板106的所需部件下方。没有例如DF、BEF和DBEF部件的性能增强部件的LCD系统10不仅降低了部件成本，而且降低了组装成本。

在某些实施例中，反射片103覆盖外壳105的底部105a的内表面或外壳105的底壁105a和侧壁105b的内表面。在某些实施例中，外壳105的内表面可涂覆有具有高光反射率的材料。在某些实施例中，光源101可以是LED发射器或激光二极管(LD)发射器或DQLED发射器或OLED发射器。在各种实施例中，反射片103可以是漫反射的，以向背光单元10提供附加光混合功能。在各种实施例中，反射片103可以是镜面反射或镜面反射和漫反射的混合，以提供光扩散功能，从而可以用光源覆盖更大的照明区域。

在某些实施例中，多功能光学单元100构造成将多个功能集成到多功能光学单元100中，例如漫射膜的功能，延长波长转换材料激活光(也称为初级光)的光程长度的功能以增加初级光和波长转换材料之间的相互作用，光混合功能和发光增强功能。通过将这些功能集成到多功能光学单元100中，大大降低了LCD系统10的材料成本和组装成本，同时显著提高了LCD系统10的效率。根据本公开，多功能光学单元100消除了漫射膜的使用，从而减少了用于降低LCD系统10的总成本的材料。随着通过单位体积的波长转换材料吸收初级光的可能性增加以及其他材料的量减少，多功能光学单元100也可以形成为非常薄的膜以降低材料成本。

目前，波长转换材料成本是多功能光学单元100的总材料成本的很大一部分。在多功能光学单元100中使用的波长转换材料的量取决于多功能光学单元100的结构/架构，以及所使用的材料，包括波长转换材料、填料和粘合剂/基质的固有和物理性质，例如，折射率、尺寸、形状、材料之间的折射率不匹配，以及每单位量(例如体积或重量)的波长转换材料对初级光的吸收能力。在某些实施例中，通过增加多功能光学单元100中的初级光的捕获能力，特别是在包含波长转换材料的区域中，改善了波长转换材料对初级光的吸收能力。

在某些实施例中，增加初级光的捕获增加了初级光的有效光学路径长度，从而增加了波长转换材料与初级光之间的相互作用以及增加了波长转换材料对初级光的吸收，从而减少了所用波长转换材料的量。

在某些实施例中，可以以两种方法执行增加波长转换材料与背光配置中的初级光之间的相互作用：第一种方法是将光限制在多功能光学单元100和外壳105之间的空气空间中；第二种方法是将光限制在多功能光学单元100内，特别是在包含波长转换材料的区域内。第一种方法由于表面或例如反射片103、外壳105、PCB 102之类的其他部件的光吸收和光源101的封装而导致大量光效率损失。第二种方法需要将初级光导向水平或x-y平面方向，从而可以改善初级光的光学路径长度。当初级光导向x-y平面方向时，在初级光从多功能光学单元100传输出来之前，初级光可以在多功能光学单元100内部传播更长时间，特别是在包含波长转换材料的层中。

在某些实施例中，多功能光学单元100包括基质114、主填料115和辅助/添加填料116，该填料与基质114混合以形成多功能光学单元100，如图2所示，图2是多功能光学单元100的示意性横截面图，它是由沿着垂直方向(下文称为“垂直轴z”)的平面切割的，其垂直于x-y平面。在某些实施例中，主填料115包括波长转换材料，例如荧光体材料，其可被选择用作初级光捕获引导和光混合以及光转换中的至少一种。根据本公开，通过改善波长转换材料的初级光捕获功能和通过波长转换材料分配/引导初级光的x-y方向，可以实现改善波长转换材料与初级光之间的相互作用或多功能光学单元100内的初级光的光学路径长度。通过增强和增加对波长转换材料的捕获引导功能，可以增加波长转换材料对初级光的吸收，并且可以减少波长转换材料的量。在某些实施例中，波长转换材料包括球形或非球形微粒或颗粒，其可适于提供每一固体颗粒体积量/百分比的初级光的平均自由程长度，所述平均自由程长度在最低平均自由程长度值附近的范围内。在某些实施例中，波长转换微粒/颗粒的尺寸在约0.01μm至10μm的范围内。具有增强的初级光吸收概率的波长转换材料可以减少LCD系统的其他部件的光吸收损失，从而提高LCD系统的效率。

在某些实施例中，辅助填料116包括具有细长形状、气相结构或非球面形状的颗粒，用于改善在多功能光学单元100的x-y平面方向上的光捕获和传播以及改善光散射/混合。在某些实施例中，细长颗粒包括棒、椭圆体、管、纳米棒、纳米纤维、纳米线、纳米管，它们的组合等。在某些实施例中，细长颗粒适于提供高度散射现象，如球形填料，同时它向x-y平面方向反射更多向上传播的初级光，从而改善初级光的光学路径长度并增加初级光和波长转换材料之间相互作用的可能性。在某些实施例中，细长颗粒也适于使波长转换材料更均匀地分布。在某些实施例中，细长颗粒的纵横比可以为约1.01至1000，并且较短的尺寸可以为约4nm至4μm。在某些实施例中，细长颗粒随机布置。在某些实施例中，细长颗粒布置成其长尺寸与x-y平面形成小角度。在某些实施例中，细长颗粒布置成其短尺寸与x-y平面形成小角度。

在某些实施例中，辅助填料116包括液晶材料。在某些实施例中，将液晶材料嵌入含有波长转换材料的基质中。利用液晶材料的细长结构，液晶材料可操作地用作光混合剂。

在某些实施例中，辅助填料116包括具有球形、非球形和细长形状中的至少一种的多孔颗粒，其包括但不限于棒、椭圆管、纳米棒、纳米纤维、纳米线和纳米管。在某些实施例中，具有球形形状的多孔颗粒的尺寸在约5nm至10μm的范围内。优选地，其为约0.1μm至1μm。在某些实施例中，具有细长形状的多孔颗粒可具有约1.01至1000的纵横比，并且较短的尺寸可在约4nm至4μm的范围内。在某些实施例中，细长颗粒随机布置。在某些实施例中，多孔细长颗粒布置成其长尺寸与x-y平面形成小角度。

在某些实施例中，辅助填充物116包括球形颗粒，所述球形颗粒每一固体颗粒体积量/百分比的平均自由程长度可在最低平均自由程长度值附近的范围内，从而可以实现最大捕获水平。在某些实施例中，颗粒的尺寸在约0.01μm至10μm的范围内。在某些实施例中，颗粒的尺寸在约0.08μm至10μm的范围内。

根据本公开，要求在基质和填料之间存在折射率不匹配，以产生初级光向不同方向的弯曲和分布。在某些实施例中，基质和填料之间的绝对折射率差|Δnt|在约0.01至2的范围内。

在某些实施例中，基质材料包括玻璃、聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、硅氧烷、陶瓷复合物、硫醇-烯烃树脂或任何光学透明材料。

在某些实施例中，辅助填料116包括但不限于二氧化钛(TiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锌(ZnO)等的金属氧化物、氧化硼(BN)、玻璃、聚合物、蓝宝石、二氧化硅(SiO₂)、聚碳酸酯和液晶材料中的至少一种。

在某些实施例中，波长转换材料可以是荧光体颗粒或量子点材料。

在某些实施例中，波长转换材料可操作地且至少部分地吸收初级光然后发射不同波长的光。在某些实施例中，波长转换材料可操作地将例如蓝色、紫色、深蓝色的初级光转换为分别被人眼感知为绿色和红色的第二和第三光。波长转换材料可以是将一种波长的能量转换成另一种能量波长的任何材料，例如但不限于荧光体、量子点、染料等。

在某些实施例中，波长转换材料包括绿色、黄色、绿黄色、橙色和红色荧光体颗粒中的至少一种，其至少部分地从光源吸收例如蓝色的初级光并且发射分别被人眼感知为绿色、黄色、绿黄色、橙色和红色的光的波长。

在某些实施例中，波长转换材料包括绿色、黄色、绿黄色、橙色和红色量子点或染料材料中的至少一种，其至少部分地从光源吸收例如蓝色的初级光并且发射被人眼感知为绿色、黄色、绿黄色、橙色和红色的光的波长。

在某些实施例中，绿色、黄色、绿黄色、橙色和红色荧光体颗粒或量子点发射相应的颜色光，在每个对应的光谱功率分布中具有至少一个峰。

在某些实施例中，波长转换材料均匀地分布在包含波长转换材料的层上。

在某些实施例中，波长转换材料在包含波长转换材料的层上形成梯度浓度分布。

在某些实施例中，光源101发射至少一个可以激活波长转换材料的光谱初级光。在某些实施例中，光源101发射蓝光或紫光。

在某些实施例中，光源101包括发射蓝光初级光的蓝色芯片和发射红光的红色波长转换材料。这意味着光源提供光的主波长和红光。

在某些实施例中，光源101包括发射蓝色初级光的蓝色芯片和发射绿色光的绿色波长转换材料。这意味着光源提供蓝光和绿光。

在某些实施例中，多功能光学单元100的顶表面包括多个微结构，例如锥体、棱柱、棱锥、半球、弯曲泵、截锥、截棱锥，以及具有三角形、梯形(trapezium)、梯形(trapezoid)、正方形或矩形的横截面的凹槽，以改善角度颜色均匀性。在某些实施例中，多个微结构还包括凹槽、突起、刻面、表面或体积全息图、光栅等。

在某些实施例中，多功能光学单元100的底表面包括多个微结构，例如锥体、棱柱、棱锥、半球、弯曲泵、截锥、截棱锥，以及具有三角形、梯形、梯形、正方形或矩形的横截面的凹槽，以将更多的初级光导向水平方向，使得当光入射到多功能光学单元100的顶表面112上以及可以多功能光学单元内部反射回来时，如图3所示，图3是在底表面111上具有结构或微结构111a的多功能光学单元100的横截面图的示意性部分，来自光源101的光P的主波长可以在提取区之外。

在某些实施例中，多功能光学单元100包括波长转换层110和放置在波长转换层110下方的包层130。在某些实施例中，与波长转换层110的底表面111相接合的包层130的顶表面131包括以下微结构中的至少一种，例如锥体、棱锥、半球、弯曲泵、截锥、截棱锥和具有三角形、梯形(trapezium)、梯形(trapezoid)、正方形、弯曲或矩形形状的横截面的凹槽，以将更多的初级光导向水平方向，使得当光入射在多功能光学单元100的顶表面112上或入射在包层130的底表面132上以及可以反射回来进入波长转换层110时，如图4所示，图4是在波长转换层110和底部包层130之间的界面处具有结构或微结构的多功能光学单元的横截面图的示意性部分，初级光可以在提取区之外。波长转换层110至少包含前述的主填料。在操作中，从光源101发射的光P在进入底部包层130时向上折射，但是当它通过这两个层110和130之间的界面处的结构侧进入波长转换层110时，它向侧面弯曲。然后，光P以大于临界角(外部提取锥角)的角度入射在表面112上，并向下反射回波长转换层110内部。在某些实施例中，底部包层130是没有填料的透明层。在某些实施例中，底部包层130包含辅助填料，以进一步帮助通过散射将初级光引向x-y平面方向。底部包层130的反射率适于小于波长转换层110的反射率。在某些实施例中，底部包层130的反射率适于大于波长转换层110的反射率。

在某些实施例中，波长转换层110和包层130之间的界面是光滑表面。

在某些实施例中，波长转换层在包层下方，使得波长转换层110现在变为130并且包层130现在变为110，如图4中所示。

在某些实施例中，多功能光学单元是多层结构，其包括如上所公开的波长转换层的底表面或顶表面上的至少一个载体/包层。图5是根据本公开的一实施例的多功能光学单元的示意性横截面图，其由平行于垂直轴z的平面切割。多功能光学单元的多层结构包括前述波长转换层110，该波长转换层110夹在顶部载体/包层120和底部载体/包层130之间。在某些实施例中，载体/包层120可以是玻璃、聚合物、PMMA、聚苯乙烯、聚碳酸酯或任何光学透明材料。在某些实施例中，包层是没有填料的透明层。在某些实施例中，载体/包层中的至少一个含有如上所述的辅助填料。

在某些实施例中，多层多功能光学单元的波长转换层完全由外层：顶层、底层和侧层嵌入，以防止水分渗透到波长转换材料中。

在某些实施例中，底部包层足够厚使得多功能光学单元具有支撑功能以及材料如玻璃、聚合物、PMMA、聚苯乙烯、聚碳酸酯、或者任何光学透明材料，可用于制造底部包层而不是特殊的防潮材料，以保护湿度敏感的波长转换材料，例如量子点材料。

在某些实施例中，多功能光学单元的多层结构具有位于波长转换层和顶部包层之间的液晶层，该液晶层包含以扭曲向列相布置的液晶材料。

在某些实施例中，多功能光学单元包括顶表面和底表面，以及形成在顶表面和/或底表面上的多个微结构。

在某些实施例中，多个微结构包括但不限于凹槽、突起、刻面、表面或体积全息图、光栅等。在某些实施例中，多个微结构随机地布置在顶表面和/或底表面上。然而，在其他实施例中，多个微结构布置在顶表面和/或底表面上以形成规则或不规则图案。在某些实施例中，多个微结构的尺寸在约0.1μm至约3mm的范围内。在某些实施例中，多个微结构的密度在约1000000/mm²至1/mm²的范围内。

在某些实施例中，多个微结构的尺寸使得单个微结构在没有放大的帮助下不被正常人眼分辨。在某些实施例中，多个微结构中的每一个的尺寸在约0.1μm至1000μm的范围内。例如，在多个微结构中的一些包括凹槽的实施例中，凹槽的深度(或高度)在约1μm至约10μm、约5μm至20μm、约10μm至30μm、约30μm至约50μm、约40μm至约75μm、约50μm至80μm、约75μm至100μm，或约500μm，或其间的值的范围内。

作为另一示例，在多个微结构中的一些包括刻面的实施例中，刻面的高度在约1μm和约10μm之间、约5μm和约20μm之间、约10μm和约30μm之间、约30μm和约50μm之间、约40μm和约75μm之间、约50μm和约80μm之间、约75μm和约100μm之间，和约500μm，或其间的值的范围内。

例如，在多个微结构中的一些包括光栅的实施方式中，光栅的深度和/或两个连续光栅之间的距离可以约在1μm至10μm之间、约5μm至约20μm之间、约10μm至约30μm之间、约30μm至约50μm之间、约40μm至约75μm之间、约50μm至约80μm之间、约75μm至约100μm和约500μm，或其间的值的范围内。

在某些实施例中，多功能光学单元包括波长转换层和包层，其中波长转换层可以形成在包层的底表面上。

在某些实施例中，包层的反射率适合于大于波长转换层的反射率。在某些实施例中，包层的反射率适合于小于波长转换层的反射率。

在某些实施例中，通过提供具有期望结构的模具；将波长转换材料、光捕获引导材料、光混合材料和基质材料以预定比例混合以形成混合物；以及通过压缩成型法、注射成型法或传递成型法将混合物供给到模具中，来制造多功能光学单元。

在某些实施例中，通过提供包层；将波长转换材料、光捕获材料、光混合材料和基质材料以预定比例混合形成混合物；将混合物涂覆在包层表面上；在预定温度下固化涂覆的混合物或固化光能以在包层上形成多功能光学单元，来制造多功能光学单元。

在某些实施例中，PCB 102覆盖LCD系统10的整个底部区域，并且具有顶表面，该顶部表面具有高反射涂层以替换反射片103。反射涂层包含硫酸钡或金属氧化物(例如但不限于二氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化镁等)的白色散射填料。在某些实施例中，可以选择白色散射填料以辅助热辐射，使得热量可以通过辐射路径散发。

在某些实施例中，多功能光学单元也可用于其他系统，例如侧光式LCD系统以及通常的面板照明系统，在该侧光式LCD系统中，光源放置在屏幕的边缘而不是如图1所示的直下式LCD系统中的屏幕底部。如图6所示的侧光式LCD系统20包括外壳205，外壳205是具有底壁205a和侧壁205b的开口壳体，在底部表面205a顶部的反射片203、多功能光学单元100、反射片203与多功能光学单元100之间的导光板207、LCD面板106和在多功能光学单元100顶部用于LCD面板206的所需部件，以及导光板207一侧的光源201。

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