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CN106662701A - 用于液晶显示设备的边缘发光的背光单元 - Google Patents

用于液晶显示设备的边缘发光的背光单元 Download PDF

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CN106662701A
CN106662701A CN201580038470.XA CN201580038470A CN106662701A CN 106662701 A CN106662701 A CN 106662701A CN 201580038470 A CN201580038470 A CN 201580038470A CN 106662701 A CN106662701 A CN 106662701A
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CN
China
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photo
coupler
major surfaces
glass plate
passage
Prior art date
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Pending
Application number
CN201580038470.XA
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English (en)
Inventor
T·L·A·达努克斯
J·格利尔
李沈平
Y·张
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Corning Inc
Original Assignee
Corning Inc
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Publication date
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Abstract

适用于液晶显示设备中的导光板，该导光板包括玻璃板以及接合至该导光板的主要表面的光耦合器。还公开了采用该导光板的用于液晶显示设备的背光单元，以及采用该背光单元的显示设备。

Description

用于液晶显示设备的边缘发光的背光单元
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2014年5月16日提交的美国临时申请S/N 61/994,369，以及2015年4月23日提交的美国临时申请S/N 62/151508的优先权权益，本申请基于临时申请的内容且临时申请的内容通过引用整体结合于此。
背景
领域
本公开涉及用于液晶显示设备的边缘发光的背光单元，且更具体地，涉及包括光耦合器的背光单元，该光耦合器被配置成耦合光源与构成背光单元的导光板之间的光。
背景技术
液晶显示(LCD)面板通常包括：包括设置在它们之间的液晶材料的两片薄玻璃(滤色片衬底与TFT衬底)、聚合物光导(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)-PMMA)、以及一些薄塑料膜(漫射器、DBEF膜，等等)。由于PMMA差的弹性模量，整体结构可能具有不足的刚性来耐受显著的物理冲击，尤其对于大显示面板更是如此。PMMA的杨氏模量为大约2千兆帕(GPa)。相比而言，大多数硅基玻璃具有大约72GPa的杨氏模量。因此，可能需要额外的机械结构来提供刚度。
湿度测试显示，PMMA对湿度敏感，且尺寸可变化高达大约0.5％。对于具有大约一米长度的聚合物光导来说，这意味着大约5毫米的尺寸增加，这是显著的，并因此使得背光单元的机械设计具有挑战性。通常，在光源(例如，发光二极管-LED)与PMMA光导之间提供气隙以容纳PMMA的膨胀。不幸的是，光源与PMMA光导之间的光耦合对光源与光导之间的距离敏感，这可导致显示亮度与湿度相关地改变。
PMMA具有大约75x10-6/℃的热膨胀系数(CTE)，且具有大约0.2W/m/K的相对低的热导率，而硅基玻璃的相同属性可以是8x10-6/℃和0.8W/m/K。PMMA还具有大约105℃的塑性转变温度。PMMA的低热导率妨碍从材料散热。因此，当光导靠近可耗散许多能量的光源时，PMMA可变得很热。
由于PMMA差的热稳定性、机械稳定性以及尺寸稳定性，诸如硅基玻璃之类的玻璃在液晶显示(LCD)背光单元中被认为是PMMA的潜在替代解决方案。然而，因为高质量光学级(optical-grade)玻璃对于生产可能是比PMMA更贵的，玻璃的成本驱使技术发展朝向更薄的光导，而必须耦合到光导的LED的尺寸，例如在一些情况下至少2毫米厚，需要玻璃比传统的0.07毫米(mm)厚的LCD玻璃更厚，以实现从LED到光导中的光接近100％的耦合。
发明内容
在一个方面，公开了背光单元，该背光单元包括：玻璃板，该玻璃板包括第一主要表面、第二主要表面以及在它们之间的厚度Th1；以及光耦合器，该光耦合器被耦合至玻璃板并包括沿着玻璃板的边缘部分，在第一主要表面或第二主要表面中的至少一个主要表面上延伸并接合至该至少一个主要表面的至少一个锥形部分。光源，例如一个或多个LED，可毗邻光耦合器的输入面定位。
光耦合器可进一步包括毗邻玻璃板的边缘表面的基底部分。
玻璃板的厚度Th1除以输入面的宽度Th2可在从大约0.5到1.0的范围内。
在一些实施例中，光耦合器可包括分别接合至玻璃板的第一主要表面与第二主要表面的一对锥形部分。光耦合器可进一步包括在所述一对锥形部分之间延伸的基底部分，并进一步包括尺寸设计成接收玻璃板的通道，其中玻璃板被定位在通道内。通道包括底部表面，且光耦合器的长度Lt等于输入面与通道的底部表面之间的距离L1和通道的深度L2之和。因此，在一些实施例中，比率L2/Lt可在从大约0.1到大约0.9的范围内。Lt可在从大约1毫米到大约20毫米的范围内，例如，在从大约1毫米到大约10毫米的范围内。L2可在从大约1倍到大约1.2倍的Th1的范围内，例如，在从大约1倍到大约1.1倍的范围内，或在从大约1.1倍到大约1.05倍的范围内。Lt的长度可大于大约1毫米，例如大于大约1.5毫米，或在一些实施例中大于大约2毫米。
在一些实施例中，Δn＝nc-nL可在从大约-0.4到大约0.8的范围内。
输入面的宽度Th2可在1倍到1.5倍的光源(例如LED)的宽度Wd的范围内，例如，在从大约1倍到大约1.25倍的范围内，或在从大约1倍到大约1.1倍的范围内。
通道的宽度Wx可在1倍到1.1倍的Th1的范围内。
在另一方面，描述了显示设备，该显示设备包括：显示面板；被配置成照明显示面板的背光单元，该背光单元包括：玻璃板，该玻璃板包括第一主要表面、第二主要表面以及在它们之间的厚度Th1；沿着玻璃板的边缘部分接合至第一主要表面的光耦合器，该光耦合器包括至少一个锥形部分；以及毗邻光耦合器的输入面定位的光源。光耦合器可包括毗邻玻璃导光板的边缘表面的基底部分。在某些实施例中，Th1除以输入面的宽度Th2可在从大约0.5到1.0的范围内。
光耦合器可包括分别接合至玻璃板的第一主要表面以及第二主要表面的一对锥形部分，且进一步包括尺寸设计成接收玻璃板的通道，其中玻璃板被定位在通道中。光耦合器可进一步包括在所述一对锥形部分之间延伸的基底部分。通道包括底部表面，且光耦合器的长度Lt等于输入面与通道的底部表面之间的距离L1和通道的深度L2之和。因此，比率L2/Lt可在从大约0.1到大约0.9的范围内。Lt可在从大约1毫米到大约20毫米的范围内。通道的宽度Wx可等于Th1。
导光板包括折射率nL，光耦合器包括折射率nc，且nc-nL可在从大约-0.4到大约0.8的范围内，例如，在从大约-0.3到大约0.3的范围内，或在从大约-0.2到大约0.2的范围内。
光耦合器输入面的宽度Th2可在1倍到1.5倍的光源(例如LED)的宽度Wd的范围内，例如，在从大约1倍到大约1.25倍的范围内，或在从大约1倍到大约1.1倍的范围内。
在另一方面，公开了配置用于显示设备中的导光板，该导光板包括：玻璃板，该玻璃板包括第一主要表面、与第一主要表面相对的第二主要表面、以及在它们之间的厚度Th1；以及光耦合器，该光耦合器包括接合到玻璃板的第一主要表面与第二主要表面中的至少一个的至少一个锥形部分。光耦合器可包括毗邻玻璃板的边缘表面的基底部分。
光耦合器包括具有宽度Th2的输入面，且Th1除以Th2可在从大约0.5到1.0的范围内。
在一些实施例中，光耦合器包括分别接合至玻璃板的第一主要表面与第二主要表面的一对锥形部分，且可进一步包括在所述一对锥形部分之间延伸的基底部分。光耦合器还可包括尺寸设计成接收玻璃板的通道，其中，玻璃板被定位在通道中。通道包括底部表面，且其中光耦合器的长度Lt等于输入面与通道的底部表面之间的距离L1和通道的深度L2之和。因此，比率L2/Lt可在从大约0.1到大约0.9的范围内，例如，在从大约0.1与0.9的范围内，或在从大约0.3到大约0.9的范围内。通道的宽度Wx在1倍到1.1倍的Th1的范围内，包括它们之间的所有范围以及子范围。
玻璃板包括折射率nL，光耦合器包括折射率nc，且nc-nL可在从大约-0.4到大约0.8的范围内，例如在从大约-0.3到大约0.3的范围内，或在从大约-0.2到大约0.2的范围内。
在又另一方面，描述了制作光耦合器的方法，该方法包括：将模具组件施加到玻璃板的边缘部分，该模具组件包括用于接收聚合物材料的腔；将聚合物材料注入到模具组件中；将模具组件从玻璃板移除，且其中，玻璃板在移除模具组件之后包括光耦合器，该光耦合器包括沿着边缘部分接合至玻璃板的第一主要表面与第二主要表面中的至少一个的至少一个锥形部分。聚合物材料例如可以是PMMA材料或聚碳酸酯材料。聚合物材料可以是可UV固化材料。
附图简述
图1是示出显示面板与背光单元的示例液晶显示设备的横截面侧视图；
图2是用于图1的背光单元中的示例LED光源的俯视图；
图3是适合用于图1的液晶显示设备的背光单元并示出接合至背光单元的玻璃导光板的光耦合器的横截面侧视图；
图4是如从耦合器的一端看到的图3的光耦合器的特写横截面图；
图5是图3的背光单元的透视图；
图6是适合用于图1的液晶显示设备的背光单元并示出接合至背光单元的玻璃导光板的光耦合器的另一实施例的横截面侧视图；
图7是图6的背光单元的透视图；
图8是示出了对于若干光耦合器尺寸/特性的计算出的耦合效率的曲线图；
图9是又一光耦合器配置的横截面端视图；
图10A-10C是将光耦合器直接模制到玻璃导光板的各个阶段的横截面表示；
图11是样品光耦合器的照片；
图12是示出了铣削(mill)聚合物坯以形成光耦合器的横截面侧视图；
图13示出了来自图12的经铣削坯的最后形成阶段；
图14A-14C是示出了光耦合器的压缩模制的各个阶段的横截面侧视图；
图15A-15C是示出了光耦合器的注射模制的各个阶段的横截面侧视图；
图16是根据本公开的另一示例光耦合器的横截面端视图；
图17是示出了对于图16的光耦合器的输入面的各种宽度Th2，作为耦合器长度L的函数的建模的光耦合效率的曲线图；
图18是示出了对于实施例a)没有反射构件；b)具有99％的朗伯(Lambertian)反射率的反射构件；以及c)具有99％的镜(mirror)(镜面(specular))反射的反射构件，作为耦合器长度Lt的函数的光耦合器100的建模的光耦合效率的曲线图；
图19是示出了毗邻图16的光耦合器的反射面的反射构件对耦合效率的影响的另一图表；
图20是示出了对于三个耦合器输入宽度Th2，作为耦合器长度的函数的建模的耦合效率的曲线图，其中导光板的折射率nL与光耦合器的折射率nc之间的折射率差Δn为+0.1；
FIG.图21是示出了对于三个耦合器输入宽度Th2，作为耦合器长度的函数的建模的耦合效率的曲线图，其中导光板的折射率nL与光耦合器的折射率nc之间的折射率差Δn为-0.1；
图22是示出了作为导光板(nL)与光耦合器(nc)之间的折射率差(Δn)的函数的建模的耦合效率的曲线图；
图23是示出了对于三个耦合器长度，作为通道深度L2与耦合器长度之间的比率(即L2/Lt)的函数的建模的耦合效率的曲线图，其中光耦合器和导光板的折射率分别是1.4和1.5；
图24是在与针对图23所呈现的相同的条件下(除了光耦合器(nc＝1.6)与导光板(nL＝1.5)之间的折射率差是相反的)的作为L2/Lt的函数的建模的耦合效率的曲线图。
具体实施方式
图1中示出了典型的液晶显示设备10。对于当前讨论不必要的部件为清楚起见已被省略。液晶显示设备10包括：包括顶部玻璃板14(例如，滤色片)、底部玻璃板16(例如，薄膜晶体管、TFT、背板)以及设置在它们之间的液晶材料18的液晶显示面板12。玻璃板14与16的边缘部分用密封材料20(例如，可UV-固化的粘合剂)密封，藉此密封顶部玻璃板与底部玻璃板之间的液晶材料。液晶显示设备10进一步包括背光单元22，该背光单元包括导光板24与光源26。现代液晶显示设备通常包括沿着导光板的一个或多个边缘布置并被配置成沿着导光板的一个或多个边缘将光注入导光板的光源。注入导光板的光通过导光板传播并沿着一个方向被散射(例如，通过各种漫射膜或转光膜(turning film))，使得显示面板12被背光单元照明。
参见图2，用于照明LCD显示器的典型的光源26可被形成为安装在带状电路板30上的分立发光二极管(LED)28的线性阵列。各个LED通常具有矩形形状(例如，长度Ld乘宽度Wd分别为7x2毫米)，且阵列中相邻的LED由从大约2毫米到大约5毫米的间隙δ隔开。
如前所述，当考虑玻璃作为PMMA的替代时，玻璃的材料以及制造成本可对背光单元的整体成本具有显著的影响。因此，出于纯粹的成本基础，期望较薄的玻璃。另一方面，用于照明显示面板12的各个LED与导光板的厚度相比相对大的尺寸可导致不能有效地将最佳量的光从光源耦合到玻璃导光板中，因为各个LED的宽度尺寸Wd可显著大于玻璃导光板的厚度。
因此，在图3和图4中示出的一个实施例中，示出了背光单元22包括玻璃导光板24，该玻璃导光板包括第一主要表面32以及与第一主要表面32相对的第二主要表面34。导光板24进一步包括在第一主要表面32与第二主要表面34之间延伸的至少一个边缘表面36。导光板24在第一主要表面32与第二主要表面34之间的厚度Th1可在从大约0.5毫米到大约3毫米的范围内，例如，等于或大于0.7毫米、等于或大于1毫米、等于或大于1.5毫米、或者等于或大于2毫米，包括它们之间的所有范围以及子范围。在一些实施例中，导光板24的Th1可等于或大于3毫米。背光单元22可进一步包括在导光板的边缘部分42处耦合到导光板24的第一主要表面32(或第二主要表面34)的光耦合器38。例如，光耦合器38可用折射率匹配粘合剂44耦合到边缘部分42。
如在图4中最佳地看到，光耦合器38包括锥形部分40，该锥形部分40包括输入面46、反射面48以及输出面50。如上所述，输出面50可用折射率匹配粘合剂44耦合到玻璃导光板24的边缘部分42。因此，反射面48与输出面50形成角度α，其中α在下文被称作锥角。光耦合器38进一步包括锥形长度(taper length)Lt，该锥形长度Lt是输入面46和反射面48与输出面50汇聚的顶点之间的距离。锥形长度Lt可在从大约5毫米到大约30毫米的范围内，包括它们之间的所有范围以及子范围，例如，在从大约10毫米到大约20毫米的范围内。
仍然参见图4，由光源26(未在图4中示出)产生的光线52进入输入面46并以光线从反射面48被全内反射的角度撞击反射面48，使得光线52离开输出面50并进入导光板24的边缘部分42。
图5示出被附连至玻璃导光板24的背光单元22的透视图。如在图5中所示，导光板24的边缘表面36具有长度Lg，且光耦合器38具有长度Lc。Lc可等于或小于Lg。在一些实施例中，Lc可等于或大于Lg的大约80％、等于或大于Lg的85％、或者等于或大于Lg的90％，或甚至等于或大于Lg的95％。
光耦合器38的耦合效率是两个主要参数，光耦合器锥形长度Lt与锥形比TR(计算为TR＝Th1/Th2)的函数，其中，Th1是玻璃导光板的厚度，且Th2是输入面46的长度。
在图6和图7中示出的另一实施例中，光耦合器38可包括毗邻导光板24的边缘表面36延伸的基底部分54。基底部分54可用折射率匹配粘合剂44耦合到边缘表面36。基底部分54可保护玻璃光导的易受攻击的边缘。此外，如果边缘表面36包括表面粗糙度，则用折射率匹配材料将基底部分54光学地接合至边缘表面36可最小化由这种粗糙度引起的散射。
一般地，锥形长度Lt应当被制成尽可能地小，因为光耦合器可被围绕显示面板的边缘定位的显示面板边框隐藏，并且通常期望薄的边框。而且，为获得最薄的实际玻璃导光板，锥形比TR也应当尽可能地小，例如在从大约0.25到大约1.5的范围内，包括它们之间的所有范围以及子范围。
图8中描绘的曲线图示出了计算的耦合效率(忽略了菲涅尔损失)作为Th1的函数，假设Th2为2毫米，并进一步认为锥形长度Lt为10毫米与20毫米(分别为曲线56与曲线57)。在从大约10毫米到大约20毫米的范围内的锥形长度Lt以及在从大约0.5到大约1.0的范围内(例如，大约0.75)的锥形比Th1/Th2表示合适的光耦合器属性的示例。
模拟已经指示出，光耦合器材料的折射率与导光板的折射率之间的小的差值不会显著地影响光耦合器的性能，且在没有显著的附加光学耦合损失的情况下，可以容忍光耦合器材料的折射率与导光板的折射率之间的高达大约+/-0.05的差值。
取决于制造工艺，生产其厚度在锥形物的一端处趋向于零的光耦合器可能是具有挑战性的，因此在一些实施例中，如图9中所示，光耦合器38可在锥形长度Lt的一端处形成有台阶。即，与输入面46相对的光耦合器的顶点被截断顶端。台阶相对于第一主要表面32(或第二主要表面34)可具有90度的角度β。然而，角度β可以是高达大约120度的角度。如果台阶幅度dx变得太大，则耦合到光耦合器38中的光可漏到周围空气中，且耦合到导光板24中的光可显著下降。
作为示例，假设Th1＝1.5毫米，且Th2＝0.5毫米，并进一步假设10毫米的锥形长度Lt，最大台阶幅度dx为大约0.1毫米以获得大约90％的耦合效率。典型的台阶dx应为：
0＜dx≤(Th2–Th1)/5 1)
因此，在某些实施例中，0＜|dx|≤0.5、0＜|dx|≤0.45、0＜|dx|≤0.3、0＜|dx|≤0.2或0＜|dx|≤0.1。
制造合适的光耦合器可以以若干方式处理。例如，在图10A到图10C中所示的一个实施例中，可将透明的可UV固化的树脂注入到附连至玻璃导光板的主要表面(例如，第一主要表面34或第二主要表面34)的模具中。在图10A到图10C中描绘的实施例中，模具58是包括区段58a、58b以及58C的多部件模具。在第一步骤中，在边缘部分42附近形成模具58。为注入将形成光耦合器的聚合树脂，可穿过模具的区段，例如，区段58b钻孔(未示出)。注入孔或多个注入孔的位置应当是使得它们与阵列中的LED之间的间隙排齐。附加的孔可用于在聚合树脂被注入到由模具与玻璃导光板24限定的腔60中时允许空气从模具排出。接下来，如在图10B中描绘的，将聚合树脂61注入到腔60中。为了一旦聚合树脂被固化，使光耦合器从模具中容易地逐出，模具的部分(诸如部分58c)可由诸如硅树脂之类的低弹性模量材料制成，从而使得模具可容易地从形成的光耦合器移除。图10C示出了移除模具之后的光耦合器38。在本实施例中，折射率匹配粘合剂可能不是必要的，因为光耦合器38可直接在玻璃导光板上形成。图11中示出了制造的耦合器的照片。
已在装备有3毫米直径的碳化钨切割工具62的垂直轴铣床(图12)上机加工样品锥形形式。根据图12，聚合物(例如，PMMA)坯64被固定在倾斜的台虎钳(vice)66中，以便呈现合适的锥角α，例如3.18°。硬化构件68可被用于在铣削期间向聚合物坯添加刚性。由于仅光耦合器的内侧(例如，输出面50)已被机加工，因此将使用具有与光耦合器材料的折射率基本匹配的固化折射率的环氧树脂将该侧接合到玻璃导光板。用折射率匹配的粘合剂接合可最小化或消除由于机加工引起的表面粗糙度造成的散射。图13示出了铣削的聚合物坯的进展。一旦已经形成输出面50，就可沿着虚线70切割聚合物坯以产生光耦合器38。假设2毫米的LED高度，并且玻璃导光板1.5毫米厚(Th1)，理想地，光耦合器38将沿着长度Lt方向收敛到反射面与输出面相遇的地方的零厚度。然而，因为零厚度用一般的机加工工具是不切实际的且不可完成的，所以合适的目标最小尖端厚度可以是例如50μm。
将这样的微小部件操作为具有1米或更长的整体长度Lc的光耦合器38以用于大型LCD显示器可能是不切实际的。因此，在进一步的实施例中，可制造多个部件并且将该多个部件并排地附连至玻璃光导，藉此将具有比Lg小得多的长度的多个部分连接以实现期望的长度Lc。这还可帮助避免由于温度改变以及差别的热膨胀系数造成的分层。
在图14A到14C中示出的又一实施例中，1毫米厚的PMMA坯可通过压缩模制被形成为合适的光耦合器。此技术类似于注射模制，但是不需要用于原型制作(prototyping)的重型设备。该技术采用在两个抛光的半模具(即，区段72a与72b)之间对加热的聚合物坯64进行压缩。在一些情况下，可同时形成两个光耦合器38以平衡圧缩力。耦合器可能是接合的，因此在虚线74处切割将使接合的耦合器分成单独的部件。然而，本压缩技术在几何控制中呈现出限制，而且由于足够低的粘度形成所需要的高温还呈现出潜在的聚合物降解。
在图15A到15C中示出的又一实施例中，注射模制可与由2个互补部件76a与76b制成的可打开的模具76结合使用。组装的模具部件76a与76b在它们之间形成腔78，熔融的聚合物或聚合物树脂被注入到此腔中。在大约120-140℃将熔融的聚合物(例如PMMA或聚碳酸酯)注入到腔78中之后，打开模具76，并且可使用一个或多个推出器(ejector)80来将注射件从模具腔推出。注射模制的光耦合器随后例如在虚线84处从它的注射浇口82分开(例如使用热线切割方法)以形成如图15C中所示的光耦合器38。
在又一实施例中，在图16中以垂直于光耦合器的长度Lc的横截面示出光耦合器100，并且光耦合器100被示为包括由基底部分104接合的两个锥形部分102。在一些实施例中，锥形部分102与基底部分104可以是可例如用折射率匹配粘合剂接合在一起的分开的区段。然而，在某些其他实施例中，锥形部分与基底部分可以是均质的(homogeneous)部件。即，光耦合器100可以通过前述方法中的任一种被模制或机加工为单个均质件。
光耦合器100可以是包括尺寸设计成接收导光板24的通道106的准三角形状。光耦合器100包括具有宽度Th2的输入面108、第一反射面110以及第二反射面112，其中第一反射面110与第二反射面112各自与相应的输出面114、116形成角度α。光耦合器100包括在输入面108与通道106的底部115之间的长度L1，且其中通道106包括深度L2。一起地，L1与L2表示在垂直于输入面108的方向上，输入面108和光耦合器100的最远范围之间的总距离。Lt(其为L1与L2之和)是耦合器长度。虚线118和120分别表示反射面110与112的延长，它们汇聚在角度θ处，其中θ＝2·α。光耦合器100例如可由聚合物材料形成，并包括折射率nc。简而言之，光耦合器100在横截面中被示为截断的三角形，例如包括在一个顶点处形成的通道106的截断的等腰三角形，且其中，反射面110的长度等于反射面112的长度。通道106的宽度等于或稍大于导光板24的厚度Th1.在一些实施例中，反射构件122可毗邻反射面110、112定位。在一些实施例中，反射构件124毗邻光源26与光耦合器100之间的间隙定位。反射构件122和124可一起使用或单独使用。即，在一些实施例中，可使用反射构件122，在其他的实施例中，可使用反射构件124，且在又其他实施例中，可使用反射构件122和124两者。
图17是示出了对于多个输入面宽度Th2(即，输入面108的长度)，作为耦合器长度Lt的函数的建模的光耦合效率的曲线图。导光板厚度Th1为1.5毫米，且导光板24的折射率nL＝1.5，等于光耦合器的折射率nc。通道106的宽度Wx＝1.5毫米，等于导光板24的厚度Th1。假设LED光源的宽度Wd为2mm，其中，0.1mm的间隙将LED与输入面108分开。未采用反射构件。数据显示，对于输入面108的尺寸(即，Th2)，在最底部曲线处开始并向上前进：3.6毫米、3.4毫米、3.2毫米、3.0毫米、2.8毫米、2.6毫米、2.4毫米、2.4毫米、2.2毫米以及2.0毫米，耦合效率从对于大约2毫米的耦合器长度Lt的大约46％的低点增加到在从大约4毫米到大约15毫米的耦合器长度范围上的大约82％的高点。数据还显示，随着输入面宽度Th2从3.6毫米减少到2.0毫米，作为耦合器长度Lt的函数的耦合效率增加，并且变得更加一致(consistent)。从曲线图明显看出，对于耦合器输入面宽度Th2＝3.6，在从大约2毫米到大约15毫米的耦合器长度范围上的耦合效率的正弦曲线特征是相当明显的，然而对于耦合器输入面宽度Th2＝2.0毫米，耦合效率在大约4毫米到大约15毫米的耦合器长度范围上是非常均匀的。数据进一步显示，当输入面宽度Th2与LED的宽度Wd大约相同时，可实现较大的耦合效率。
图18是示出了对于实施例a)没有反射构件；b)具有99％的朗伯反射率的反射构件122与124；以及c)具有99％的镜(镜面)反射的反射构件122与124，作为耦合器长度Lt的函数的光耦合器100的建模的光耦合效率的曲线图；导光板厚度Th1为1.5毫米，且导光板24的折射率nL＝1.5，等于光耦合器的折射率nc。通道106的宽度Wx＝1.5毫米，等于导光板24的厚度Th1。假设LED光源的宽度Wd为2mm，其中，0.1mm的间隙将LED与输入面108分开。数据显示，毗邻光耦合器反射表面以及毗邻光源26与输入面108之间的间隙使用镜面反射构件对增加耦合效率是有效的。数据还显示，对于以上描述的参数，耦合效率从等于大约1毫米的耦合器长度Lt处的大约70％的低点急剧增加到在大约4毫米及以上(例如，多达15毫米)处的大致均匀的耦合效率。
图19是示出了毗邻光耦合器100的反射面的反射构件对耦合效率的影响的另一图表。从左到右，数据显示了：无毗邻光耦合器100的反射面的反射构件的效果；使用具有朗伯反射率的反射构件124的效果；使用具有朗伯反射率的反射构件122与124的效果；使用具有镜面反射率的反射构件124的效果；以及使用具有镜面反射率的反射构件122与124的效果。至于图18，当使用反射构件时，数据显示显著的改善。这在反射构件具有镜面反射率时尤其如此。对于使用反射构件124，存在最小差异。即，利用朗伯反射率，结合反射构件124连同反射构件122与单独使用反射构件122相比，在耦合效率上仅提供大约0.2％的改善。同时，利用镜(镜面)反射率，结合反射构件124连同反射构件122与单独使用反射构件122相比，在耦合效率上未提供改善。
图20是示出了对于三个耦合器输入面宽度Th2(从顶部到底部，2.0毫米、2.2毫米、2.4毫米)，作为耦合器长度的函数的建模的耦合效率的曲线图。光耦合器的折射率nc为1.4，而导光板24的折射率为1.5。光耦合器输出的宽度Wx为1.5毫米，等于导光板的厚度。耦合器长度与通道深度之间的比率L2/Lt为0.5。假设LED具有2毫米的宽度Wd。数据显示，随着Th2增加(例如，α增加)，耦合效率减小。如同在前面的曲线图中，耦合效率对于大于大约4毫米(例如，在大约4毫米与15毫米之间)的耦合器长度Lt也变得更加均匀。
图21与图20相同，除了光耦合器的折射率nc增加到1.6。数据显示出与在图20中所描绘的类似的行为，但是对于每个输入面宽度Th2具有较低的整体耦合效率。
图22是示出了作为导光板(nL)与光耦合器(nc)之间的折射率差(即，Δn＝nc-nL)的函数的建模的耦合效率的曲线图。假设耦合器长度Lt为4毫米，同时假设通道深度L2为2毫米。假设光耦合器输出的宽度Wx与导光板的厚度Th1相同，即1.5mm。如之前，假设LED具有2毫米的厚度Wd，其中LED与输入面之间的间隙等于0.1mm。数据显示，当光耦合器的折射率近似等于导光板的折射率(即，其中折射率差的绝对值为|Δn|＝0.1)时，可实现最佳耦合效率。然而，数据还显示，对于0<|Δn|≤0.25(例如，0<|Δn|≤0.20)可实现可接受的耦合效率(例如，等于或大于80％)。
图23是示出了对于三个耦合器长度i)5毫米、ii)10毫米、以及iii)15毫米，作为通道深度L2与耦合器长度之间的比率(即，L2/Lt)的函数的建模的耦合效率的曲线图。光耦合器100的折射率nc等于1.4，且导光板24的折射率nL为1.5。假设光耦合器输出的宽度Wx等于导光板的厚度Th1，即1.5mm。假设LED宽度Wd为2毫米，其中LED与输入面46之间的间隙等于0.1毫米。假设耦合器输入面的宽度Th2等于LED宽度Wd。数据显示，随着比率L2/Lt从0.1增加到大约0.4，越短的耦合器长度显示出越大的耦合效率。然而，数据还显示，耦合效率在大约0.4的比率处收敛，且此后(即，直到大约0.9的比率)三个耦合器长度的耦合效率保持大体相同。
图24是在与针对图23所呈现的相同的条件下(除了光耦合器(nc＝1.6)与导光板(nL＝1.5)之间的折射率差是相反的)的作为L2/Lt的函数的建模的耦合效率的曲线图。即，Δn＝nc-nL为+0.1而非-0.1。数据显示了在从0.1到0.9的比率(L2/L)范围上的相对均匀的耦合效率，但具有比Δn＝nc-nL为负的情境小大约2.5％的整体耦合效率，表明更期望利用稍微负的Δn(即，其中导光板24的折射率稍大于光耦合器100的折射率)。
将对本领域的技术人员显而易见的是，可对本文公开的实施例作出各种修改和变化而不背本公开的精神和范围。例如，根据本文所描述实施例的导光板可用于一般的照明应用，并且不需要与背光单元或显示设备一起使用。由此，本公开旨在涵盖这些实施例的修改和变型，只要它们落在所附权利要求书及其等价技术方案的范围中即可。

Claims (35)

1.一种背光单元，包括：
玻璃板，所述玻璃板包括第一主要表面、第二主要表面以及在它们之间的厚度Th1；以及
光耦合器，所述光耦合器被耦合至所述玻璃板并包括沿着所述玻璃板的边缘部分，在所述第一主要表面或所述第二主要表面中的至少一个主要表面上延伸并接合至所述至少一个主要表面的至少一个锥形部分；以及
光源，所述光源毗邻所述光耦合器的输入面定位。
2.如权利要求1所述的背光单元，其特征在于，所述光耦合器包括毗邻所述玻璃板的边缘表面的基底部分。
3.如权利要求1-2中任一项所述的背光单元，其特征在于，Th1除以所述输入面的宽度Th2在从大约0.5到1.0的范围内。
4.如权利要求1-3中任一项所述的背光单元，其特征在于，所述光耦合器包括分别接合至所述第一主要表面与第二主要表面的一对锥形部分。
5.如权利要求4所述的背光单元，其特征在于，所述光耦合器包括通道，且所述玻璃板被定位在所述通道内。
6.如权利要求4所述的背光单元，其特征在于，所述玻璃板包括折射率nL，所述光耦合器包括折射率nc，且nc-nL在从大约-0.4到大约0.8的范围内。
7.如权利要求1-4中任一项所述的背光单元，其特征在于，所述输入面的宽度Th2在所述光源的宽度Wd的1倍到1.5倍的范围内。
8.如权利要求5所述的背光单元，其特征在于，所述通道包括底部表面，且其中，所述光耦合器的长度Lt等于所述输入面与所述通道的所述底部表面之间的距离L1和所述通道的深度L2之和，且比率L2/Lt在从大约0.1到大约0.9的范围内。
9.如权利要求5所述的背光单元，其特征在于，Lt在从大约1毫米到大约20毫米的范围内。
10.如权利要求5所述的背光单元，其特征在于，Lt在从大约1毫米到大约10毫米的范围内。
11.如权利要求4所述的背光单元，进一步包括在所述一对锥形部分之间延伸的基底部分。
12.如权利要求5所述的背光单元，其特征在于，所述通道的宽度Wx在Th1的1倍到1.1倍的范围内。
13.一种显示设备，包括：
显示面板；
背光单元，所述背光单元被配置成照明所述显示面板，所述背光单元包括：
玻璃板，所述玻璃板包括第一主要表面、第二主要表面以及在它们之间的厚度Th1；以及
光耦合器，所述光耦合器沿着所述玻璃板的边缘部分被接合到所述第一主要表面，所述光耦合器包括至少一个锥形部分；以及
光源，所述光源毗邻所述光耦合器的输入面定位。
14.如权利要求13所述的背光单元，其特征在于，所述光耦合器包括毗邻所述玻璃板的边缘表面的基底部分。
15.如权利要求13-14中任一项所述的背光单元，其特征在于，Th1除以所述输入面的宽度Th2在从大约0.5到1.0的范围内。
16.如权利要求15所述的显示设备，其特征在于，所述光耦合器包括分别接合至所述第一主要表面与第二主要表面的一对锥形部分。
17.如权利要求16所述的显示设备，其特征在于，所述光耦合器包括通道，且所述玻璃板被定位在所述通道内。
18.如权利要求16所述的显示设备，其特征在于，所述玻璃板包括折射率nL，所述光耦合器包括折射率nc，且nc-nL在从大约-0.4到大约0.8的范围内。
19.如权利要求16所述的显示设备，其特征在于，所述输入面的宽度Th2在所述光源的宽度Wd的1倍到1.5倍的范围内。
20.如权利要求17所述的显示设备，其特征在于，所述通道包括底部表面，且其中，所述光耦合器的长度Lt等于所述输入面与所述通道的所述底部表面之间的距离L1和所述通道的深度L2之和，且比率L2/Lt在从大约0.1到大约0.9的范围内。
21.如权利要求17所述的显示设备，其特征在于，Lt在从大约1毫米到大约20毫米的范围内。
22.如权利要求16所述的显示设备，其特征在于，所述光耦合器进一步包括在所述一对锥形部分之间延伸的基底部分。
23.如权利要求17所述的显示设备，其特征在于，所述通道的宽度Wx在Th1的1倍到1.1倍的范围内。
24.一种被配置用于液晶显示设备中的导光板，包括：
玻璃板，所述玻璃板包括第一主要表面、与所述第一主要表面相对的第二主要表面以及在它们之间的厚度Th1；以及
光耦合器，所述光耦合器包括接合至所述第一主要表面与所述第二主要表面中的至少一个的至少一个锥形部分。
25.如权利要求24所述的导光板，其特征在于，所述光耦合器包括毗邻所述玻璃板的边缘表面的基底部分。
26.如权利要求24-25中任一项所述的导光板，其特征在于，所述光耦合器包括具有宽度Th2的输入面，且Th1除以Th2在从大约0.5到1.0的范围内。
27.如权利要求24-26中任一项所述的导光板，其特征在于，所述光耦合器包括分别接合至所述第一主要表面与第二主要表面的一对锥形部分。
28.如权利要求27所述的导光板，其特征在于，所述光耦合器包括通道，且所述玻璃板被定位在所述通道内。
29.如权利要求27所述的导光板，其特征在于，所述玻璃板包括折射率nL，所述光耦合器包括折射率nc，且nc-nL在从大约-0.4到大约0.8的范围内。
30.如权利要求28所述的导光板，其特征在于，所述通道包括底部表面，且其中，所述光耦合器的长度Lt等于输入面与所述通道的所述底部表面之间的距离L1和所述通道的深度L2之和，且比率L2/Lt在从大约0.1到大约0.9的范围内。
31.如权利要求27所述的导光板，进一步包括在所述一对锥形部分之间延伸的基底部分。
32.如权利要求27所述的导光板，其特征在于，所述通道的宽度Wx在Th1的1倍到1.1倍的范围内。
33.一种制作光耦合器的方法，包括：
将模具组件施加到玻璃板的边缘部分，所述模具组件包括用于接收聚合物材料的腔；
将所述聚合物材料注入到所述模具组件中；
移除所述模具组件；且
其中所述玻璃板在移除所述模具组件之后包括光耦合器，所述光耦合器包括沿着所述边缘部分接合至所述玻璃板的第一主要表面与第二主要表面中的至少一个的至少一个锥形部分。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述聚合物材料是PMMA材料或聚碳酸酯材料。
35.如权利要求33-34中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物材料是可UV固化材料。
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