CN101097272B - 使用光纤的背光单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使用光纤的背光单元，包括：光源；光学介质管，具有使来自光源的光光耦合至光学介质管的光入射表面和用于发射通过光学介质管导引的光的发光表面；发光板，包括具有与光学介质管的发光表面光耦合以接收来自所述发光表面的光的第一端的多个光纤；连接壳体，围绕所述光源和所述光学介质管，其中光纤的第一端彼此平行并且共面，所述连接壳体的内表面上涂敷反射材料，以增强引导从所述光源发出的光以入射到所述光学介质管，并且所述连接壳体具有围绕所述光源和所述光学介质管的第一端的光源壳体以及围绕所述光纤第一端和所述光学介质管的第二端的光纤壳体。

Description

使用光纤的背光单元
本申请要求2006年6月28日递交的韩国专利申请第10-2006-0058943的优先权，在此将其全部内容结合进来作为参考。
技术领域
本发明涉及一种背光单元，尤其涉及一种使用光纤的背光单元。
背景技术
通常平板显示器件非常薄并且非常轻，使得他们能非常好地适用于诸如笔记本计算机、移动电话和PDA的便携式数据设备的显示器。液晶显示(LCD)器件是平板显示器件的一种类型，其通过施加并控制电场而控制具有电介质各向异性的液晶层的透光率，从而显示图像。为了这个目的，液晶显示器件包括具有排列成矩阵状的液晶单元的液晶面板，并且对于每个像素的每个液晶单元控制透光率。背光单元向液晶显示面板发射白光以使允许示出图像。
对于便携式电器中引入平板显示器件，最重要的是将耗电量减少到最小。除了反射性平板显示器件使用环境光显示图像外，平板显示器件通常使用背光单元。对于平板显示器件，能耗的主要决定性因素是背光单元的耗电量。例如，对于笔记本计算机，使用数百坎德拉的亮度以适宜地在液晶显示器件上显示图像。使用具有高发光并能在整个显示区域内提供均匀亮度的光源为平板显示器件供应光。为了这个目的，引入了多个背光系统。
在所提出的系统中，背光系统利用光纤以长距离传输光而没有损失，并利用低耗电量发光二极管(LED)作为光源。来自LED的光可长距离传输并利用光纤在相当大的区域内分布。另外，使用光纤的背光单元可以自由地并轻松地弯曲。因此，使用光纤的背光系统不仅可以用于使用硬质基板的LCD器件而且可以用于使用软塑性基板的柔性LCD器件。
图1是示出相关技术的柔性背光单元的视图，而图2是相关技术的柔性背光单元的发光板的光纤的详细视图。
参照图1和图2，相关技术的柔性背光单元包括：由编织为具有多个弯曲部分的多个光纤10a形成的发光板10、设置在发光板10的上表面上的散射板12、设置在发光板10的下部分的反射板14、与发光板10的一端连接以向光纤10a发射光的光源16，以及以将发光板10连接到光源16的连接端18。另外，相关技术的背光单元还包括设置在散射板12的上部分上的多个光学片(未示出)。
如图2所示，通过编织光纤10a和具有与光纤10a的厚度相似的细丝10b形成发光板10。编织在一起的细丝10b和光纤10a在发光板10的整个宽度上均匀地分布，从而扩大发光区域以覆盖发光板10。光纤中在发光板10的一侧的端部捆扎在一起，并通过连接端18与光源16连接。
连接端18将从光源16发出的光传输到在连接端捆扎在一起的光纤10a。
散射板12设置在发光板10的上表面上以扩散从发光板10发出的光。
反射板14设置在发光板10的下部分以将从发光板110向下发射出的光以向上的方向反射向散射板12的下部分。
光源16通过连接端18连接至每个捆扎在一起的光纤10a以向光纤10a中发射光。
如图2所示，相关技术的柔性背光单元包括与细丝10b编织在一起的光纤10a。因此，如图3所示，光纤10a通过编织在背光单元中的细丝10b形成弯曲状(曲线图案)。当来自光源16的光发射到光纤10a的内部时，在弯曲图案中光纤10a的全反射条件打乱了，并且从光源16发射到光纤10a内部的光在弯曲部分从光纤10a透出，从而允许光纤向柔性液晶显示器件上发射光。
相关技术的柔性背光单元通过连接端18连接光纤10a和光源16，使得从光源16发出的光传输到光纤10a。将光纤10a捆扎成束以通过小的连接端18将光纤10a与光源16连接起来。因此，如图4所示，在相关技术的使用光纤的背光单元的发光板10中光纤10a捆扎成束状的位置处形成束状区域A。因此，应用相关技术的使用光纤的背光单元的柔性液晶显示器件具有缺点，其占用了至少与发光板10的束状区域A一样大的边框区域(bezel area)。
如图5所示，边框区域在液晶显示器件的屏幕的外部区域，并且由于边框区域为液晶显示器件中的非显示区域，所以如果不必要地扩大边框区域，则窄边框区域无益地变大。
如图6A所示，为了减小边框区域，可以将发光板10的束状区域A折叠到柔性背光单元的侧面。然而，在相关技术的使用光纤的柔性背光单元中，发光板10的束状区域A可以比发光板10的宽度W长。因此，仍然保留有区域B，该区域B具有对应于发光板10的宽度W和发光板10的束状区域A之间差别的尺寸，即使发光板10的束状区域A折叠到柔性背光单元的侧面。因此，通过将发光板10的束状区域A折叠到背光单元的侧面能够实现的边框区域的减小量受到限制。
如图6B所示，在另一个减少边框区域的方法中，柔性背光单元的束状区域A弯向柔性背光单元的背面。然而，在将发光板10的束状区域A弯曲到柔性背光单元的背面的方法中，因为限制弯曲的锐度以防止光纤由于弯曲过于急超过临界值而受到破坏，所以通过折叠束状区域可以实现的对于边框区域的减少量受到限制。例如，可以防止以小于可允许的最小弯曲半径1.6mm的弧弯曲光纤。
发明内容
因此，本发明提供一种使用光纤的背光单元，其基本上避免了相关技术的局限和缺点引起的一个或多个问题。
本发明的使用光纤的背光单元的一个优点是可以允许减小显示器的边框区域。
本发明的其它特征和优点将在下面的说明中给出，其中一部分特征和优点对于本领域的普通技术人员可以从以下的说明书中明显得出或是通过对本发明的实践而得到。通过在文字说明部分、权利要求书以及附图中特别指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其它优点。
为了达到这些和其它优点并根据本发明的目的，作为概括性的和广义的描述，根据本发明一个方案的使用光纤的背光单元包括：光源；光介质管，具有使来自光源的光光耦合到所述光学介质管的光入射表面和用于发射通过所述光学介质管引导的光的发光表面；发光板，包括具有与光学介质管的发光表面光耦合以接收来自所述发光表面的光的第一端的多个光纤；连接壳体，围绕所述光源和所述光学介质管，其中光纤的第一端彼此平行并且共面，所述连接壳体的内表面上涂敷反射材料，以增强引导从所述光源发出的光以入射到所述光学介质管，并且所述连接壳体具有围绕所述光源和所述光学介质管的第一端的光源壳体以及围绕所述光纤第一端和所述光学介质管的第二端的光纤壳体。
应当理解，前面对本发明的概括性描述和下面的详细说明都是示例性和解释性的，意欲对要求保护的本发明的权利要求作进一步解释。
附图说明
本申请所包括的用于进一步理解本发明并且与说明书相结合以构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式并与说明书一起解释本发明的原理。
在图中：
图1示出相关技术的使用光纤的柔性背光单元的实施例的图；
图2示意性地详细示出使用光纤以形成相关技术的柔性背光单元的发光板的示意图；
图3示出从相关技术的柔性背光单元发光板中的光纤透出的光的图；
图4示出相关技术的使用光纤的柔性背光单元的束状区域的平面图；
图5示出典型的液晶显示器件的边框区域的平面图；
图6A和图6B示出相关技术的使用光纤的柔性背光单元的发光板的其他实施例；
图7是示出根据本发明的第一实施方式使用光纤的柔性背光单元的透视图；
图8是从图7中的线I-I’提取的截面图；
图9A、9B和9C是示出根据本发明的第一实施方式通过使用光学介质管在光纤和光源之间的连接的视图；
图10A、10B和10C示出可用于本发明的实施方式的光源的各种实施例；
图11A和图11B示出根据本发明的第二实施方式使用光纤的柔性背光单元；以及
图12A和12B示出根据本发明使用光纤的背光单元的第三实施方式。
具体实施方式
现在将参照本发明的优选实施方式进行详细说明，在附图中示出了所述实施例。
将参照图7至图12B解释本发明的实施方式。
图7是示出根据本发明的第一实施方式使用光纤的柔性背光单元的透视图。图8是从图7中的线I-I’提取的截面图；
参照图7和图8，根据本发明实施方式使用光纤的背光单元包括由每个都具有多个弯曲部分的多个光纤110a形成的发光板110；设置在发光板110的上表面上方的多个光学片111；设置在发光板110的下表面下方的反射板114；用于向光纤110a中发射光并且与发光板110的一端连接的光源116；以及连接光纤110a与光源116的光学介质管120。
通过光纤110a和具有与光纤110a的厚度类似的细丝110b编织在一起形成发光板110。与细丝110b编织在一起的光纤110a散布在发光板110的整个宽度，以在整个发光板110上方加宽发光区域。每个光纤110a的一端通过光学介质管120与光源116连接。
光学片111可执行以下功能：会聚从发光板110发出的光、偏振发出的光或者散射发出的光以使光在显示器件的整个显示区域上以均匀强度入射。
光学介质管120中作为光入射表面122的一侧与光源116光耦合。换句话说，光源116设置成面对光入射表面122并与光源116紧密地接近，使得从光源发出的光入射到光入射表面上而基本上不会衰减。光学介质管的相对侧是发光表面124，并与每个光纤110a的第一端光耦合，其中光纤的第一端基本上平行且共平面地排列。光学介质管120使从光源116发出的光引导入射到所有光纤110a的第一端，而避免或减小了光损耗。
反射板114设置在发光板110的下方以朝发光板110的上表面反射从发光板110的下表面透出的光。
在下文中，参照图9A、9B和9C，详细描述光学介质管120和通过使用光学介质管120的光源116与光纤110a的光耦合。
光学介质管120可以由透明塑料材料制成，诸如通常用于反射液晶显示器件的背光系统中的导光板的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。更具体地讲，PMMA具有有助于将光导引向预定方向并散射入射光以具有均匀的光强度分布的特性。光学介质管120还可以由聚碳酸酯或其他透明塑料材料制成。
参照图9A，光源116设置在光学介质管120的光入射表面122的附近，并面对光入射表面122，从而形成光耦合。另外，发光表面124与光入射表面122相对，光学介质管120设置在所有平行排列的光纤110a的第一端附近，从而形成第二光耦合。光学介质管120可以是具有多边形截面的拉长的多面体的形状。光学介质管120的长度可以大约与发光板110的宽度(W)相等或者略小于它。光学介质管120的宽度以及用于容纳光源的空间主要取决于边框区域的尺寸。光学介质管可以设计为具有最小的宽度以减小边框的尺寸。另外，可以使光源116的尺寸最小。在光入射表面122处的光学介质管120的高度可以大于光源116的直径以有助于接收从光源116发出的光，并且光学介质管120的高度可以随光源116的光的发射角度变化。另一方面，在发光表面124处的光学介质管120的高度可以大于光纤110a的直径以有效地促进将光导引并会聚到在光纤110a的端部的横截面表面上。
考虑到环境条件描述了上述尺寸作为实施例并且本发明的实践并不局限于具有所述尺寸关系的光学介质管。例如，光源116的直径可以比光纤110a的直径大2～3倍，用于有效地会聚来自光源116发出的光以入射到光纤110a的端部中。然而，作为选择，光入射表面122和发光表面124的尺寸可以相同或者相似。另外，发光表面124的尺寸可以大于光学介质管120的光入射表面122的尺寸。在这种情况下，可以在光纤110a的入射表面周围形成介质层以更有效地会聚光。另外，为了减少在将来自光入射表面122的入射光引导到发光表面中的损失，可以在光学介质管120的表面上涂敷用于确保全反射的反射介质层121。
在图9A中示出的根据本发明的实施方式的柔性背光单元依靠光学介质管120耦合光源116和光纤110a。因此，可以消除或者省略与相关技术的发光板110相关的束状区域“A”。因此，根据本发明的实施方式的柔性背光单元可以使用最小的或者减小了尺寸的边框区域。
另外，如图9B所示，在光学介质管120与光源116耦合的光入射表面122处，可以设置光源壳体130以有效地减少光损耗并保证光源116和光介质管120之间的光连接。为了促进将从光源116发出的光导引到光学介质管120的入射表面122，可以用反射材料132涂敷光源壳体130的内表面。另外，在光学介质管120与光纤110a耦合的发光表面124处，可以设置光纤壳体以提高光纤110a和光学介质管120之间光耦合的效率。为了促进将从光学介质管120的发光表面124发出的光引导到光纤110a，可以用反射材料132涂敷光纤壳体140的内表面。
如图9C所示，作为增强光学介质管120和光源116以及光纤110a之间的光耦合的另一方法，可以在其中设置围绕光学介质管120的连接壳体150。为了使在光学介质管120的入射表面和发光表面的光损耗最小，可以在连接壳体150的内表面上涂敷反射材料132。反射材料132的使用可以增强引导从光源116发出的光以入射到光学介质管120。另外，反射材料增强进入光学介质管120的光的引导以入射到光纤110a。因此，可以保证并改善光传输效率。
如图10A和图10B所示，诸如由LED阵列和诸如冷阴极荧光灯(CCFL)或者外部电极荧光灯(EEFL)的荧光灯形成的光源，线性形状的或线光源116可以与图9A-9C中所示的光学介质管一起使用，尽管这类光源的使用可能对减少耗电量没有帮助。另外，如图10C所示，可以使用点光源216，诸如单独的LED。如图11A所示，在根据本发明的实施方式并使用点光源的背光单元中，光学介质管220可以包括导光板，其具有与典型液晶显示面板的边缘型背光单元的导光板相似的结构。
在以下文中，将参照图11A详细描述采用点光源的本发明的第二实施方式。光源可以包括单个LED。发光板210与参照图7的上述描述相同。光纤210a的第一端彼此平行设置，并靠近光学介质管220的发光表面224。点光源216靠近光学介质管220的光入射表面222设置，以将来自光源的光光耦合到光学介质管。在本发明的示例性实施方式中，光入射表面222在基本上垂直于光学介质管220的发光表面224的平面内。例如，点光源216可以位于与光学介质管220所处的边框区域基本上成直角的边框区域内。因此，光学介质管220可以构造为在光学介质管220的侧表面处环绕并容纳点光源216。然后在光学介质管220内以大约90°引导来自点光源216的入射光的路径，以引导到光学介质管220的发光表面224。即，与光学介质管220的发光表面224相对的表面是光反射表面226。相比而言，光反射表面为在图7中示出的实施方式的光学介质管120中的光入射表面122。光学介质管220的光反射表面226朝与光纤210a光耦合的发光表面224反射所述入射光。为了实现这样的重新定向，可以在光学介质管220的光反射表面226上涂敷反射材料221。另外，为了增加反射率并允许将所反射的光导引到发光表面上，可以将光学介质管220形成为波导管结构。例如，光学介质管220的发光表面224设置在水平方向而没有倾斜，但是光反射表面226具有相对于发光表面的非零度的倾斜，使得光反射表面226沿着远离光源的方向朝发光表面会聚。结果，光学介质管220的宽度沿着光学介质管220远离点光源216的方向变窄。光学介质管220可以由诸如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的透明塑料材料或者其他诸如聚碳酸酯或丙烯酸的透明塑料材料形成。
在图11A示出的根据本发明的实施方式的使用光纤的背光单元中，单一点光源位于光纤的一端。然而，如图11B所示，本发明并不局限于用单一点光源实现，而可以用在光纤相对端处具有另外点光源的结构实现本发明，从而将光同时供应到光纤的两端。发光板210的光纤210a的第一端与具有光反射表面226a和光入射表面222a的第一光学介质管220a的发光表面224a耦合。光纤210a的相反端与具有光反射表面226b和光入射表面222b的第二光学介质管220b的发光表面224b耦合。第一点光源216a与第一光学介质管220a的光入射表面222a耦合。第二点光源216b与第二光学介质管220b的光入射表面222b耦合。如图11B所示，第一点光源216a和第二点光源216b可以以对角对称结构设置。
具有这类结造和操作效果的背光单元可以应用为液晶显示器件的背光，而且也可以应用为诸如电子墨水(E-Link)的电泳显示器的背光。这样的背光还可以应用为柔性平板显示器件的背光。
根据图12A和图12B所示的本发明的第三实施方式，在使用光纤的背光单元中，线光源316设置在光学介质管320的下表面之下并与其相对。通过将光源316设置在光学介质管320的下面，可以减小用于容纳光学介质管的边框空间。如图12B所示，光学介质管320可以具有三棱柱的形状或者基本上为具有切去一个或多个角的矩形棱柱的形状。通过靠近光源的光入射表面322，来自光源316的光进入到光学介质管320中。入射光在反射表面326处反射并通过光学介质管320将其引导到在基本上垂直于光入射表面的平面中的发光表面324。光纤的第一端靠近发光表面324设置以形成光耦合，从而将从发光表面324发出的光传输到光纤310a。为了更有效地在反射表面326处反射入射光，可以将反射材料或膜321涂敷或者附加到光学介质管320的外表面上。例如，可以将反射材料321涂敷在反射表面326上。当光源316设置在光学介质管320下方时，可以增加平板的厚度以适应光源316和光学介质管的组合高度。如图10A所示，光源316的LED可以是采用多个芯片型LED排列的线光源。可以采用与图9B或图9C所示的类似壳体以减少线光源316和光学介质管320之间的光损耗。
如上所述，根据本发明实施方式的背光单元通过光学介质管光耦合光纤和光源，在光学介质管的光入射表面处光源与光学介质管耦合并且在光学介质管的第二发光表面处光学介质管与光纤耦合，并且从光源发出的光导引到光学介质管，以通过光学介质管入射到每个光纤。在这里，光学介质管的宽度可以比相关技术中用于将来自光源的光传输到光纤的光纤束状区域窄很多。因此，通过使用根据本发明的柔性背光单元，相关技术中使用光纤的背光单元的发光板的束状区域可以取消或者尺寸减小。另外，根据本发明的柔性背光单元可以允许减小或者使显示器的边框最小。
另外，根据本发明的背光单元可以使用具有低耗电量的光源，诸如使用单一LED的点光源，以在整个大区域内分布光而没有大的光损耗，允许根据本发明的背光单元用于具有低耗能量的移动显示器件。
另外，使用光纤的背光单元使用光学介质管，该光学介质管可以分散光以具有均匀的光强度以及将均匀分散开的光导引到光纤。背光可以在整个显示面板的大区域内具有均匀的光强度和亮度以促使在显示器件上显示高质量图像。
很显然，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种变化或改进。因此，本发明旨在覆盖由所附的权利要求书及其等同物及对其对所做的变化和改进。

Claims (17)

1.一种使用光纤的背光单元，包括：
光源；
光学介质管，具有使来自所述光源的光光耦合至所述光学介质管的光入射表面和用于发射通过所述光学介质管导引的光的发光表面；
发光板，包括具有与所述光学介质管的所述发光表面光耦合以接收来自所述发光表面的光的第一端的多个光纤，
连接壳体，围绕所述光源和所述光学介质管，
其中所述光纤的所述第一端彼此平行并且共面，
所述连接壳体的内表面上涂敷反射材料，以增强引导从所述光源发出的光以入射到所述光学介质管，并且
所述连接壳体具有围绕所述光源和所述光学介质管的第一端的光源壳体以及围绕所述光纤第一端和所述光学介质管的第二端的光纤壳体。
2.根据权利要求1所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，所述光学介质管的所述光入射表面和所述发光表面平行。
3.根据权利要求1所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，所述光学介质管的所述光入射表面和所述发光表面垂直。
4.根据权利要求3所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，所述光学介质管为矩形棱柱形状。
5.根据权利要求3所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，所述光学介质管中与所述发光表面相对的表面是光反射表面，用于将光重新定向到所述发光表面。
6.根据权利要求5所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，通过在所述光学介质管中所述与所述发光表面相对的表面上增加反射膜形成所述光反射表面。
7.根据权利要求5所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，所述光反射表面上涂覆有反射材料。
8.根据权利要求5所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，所述光反射表面为倾斜的以沿远离所述光入射表面的方向朝向所述发光表面会聚。
9.根据权利要求3所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，所述光源是点光源。
10.根据权利要求1所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，所述光源是线光源。
11.根据权利要求10所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，所述线光源包括发光二极管阵列。
12.根据权利要求10所述使用光纤的背光单元，其特征在于，所述线光源包括荧光灯。
13.根据权利要求12所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，所述荧光灯是冷阴极荧光灯和外部电极荧光灯其中之一。
14.根据权利要求1所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，还包括在所述光学介质管中除所述发光表面和所述光入射表面之外的外表面上的反射介质层。
15.根据权利要求1所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，所述光学介质管包括第一光学介质管和第二光学介质管，所述第一光学介质管光耦合所述多个光纤的所述第一端与所述第一光学介质管的发光表面，以及所述第二光学介质管光耦合所述多个光纤的第二端与所述第二光学介质管的发光表面；以及
其中所述光源包括与所述第一光学介质管的光入射表面光耦合的第一光源和与所述第二光学介质管的光入射表面光耦合的第二光源。
16.根据权利要求1所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，还包括设置在所述发光板下方的反射板。
17.根据权利要求1所述的使用光纤的背光单元，其特征在于，还包括设置在所述发光板上方的一个或多个光学片。
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