CN101419312A - 背光模组及其光耦合装置 - Google Patents

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Abstract

一种光耦合装置，用以耦合包括至少一激光的多束光线，该光耦合装置包括与上述激光相对应的光纤与依次设置于光路上的至少一耦合透镜与至少一准直透镜，该光纤将对应激光导入耦合透镜准直后用于混光，混光后的复合光经准直透镜准直后输出。本发明还提供一种采用上述光耦合装置的背光模组。该背光模组还包括多个光源、一个导光板以及一个光转换装置，该多个光源中包括至少一激光源，该光耦合装置的光纤与该至少一激光源耦合连接，并将该至少一激光源产生的激光传输至耦合透镜准直后用于混光，混光后的复合光经准直透镜准直后传输至光转换装置，并由该光转换装置转换后进入该导光板。该背光模组亮度高，视觉效果佳。

Description

背光模组及其光耦合装置
技术领域
本发明涉及一种背光模组及其光耦合装置，尤其涉及一种用于液晶显示器的背光模组及其光耦合装置。
背景技术
近年来，随着液晶显示技术的发展，大尺寸液晶面板的开发与应用日益增多，相应的，背光模组的尺寸也随之增大，所消耗的材料与功率也随之增加。因此，在背光模组尺寸增大的同时，为保证液晶显示器轻、薄、能耗低的优点，业界常采用减少光源数量等方式来减重、降耗及控制成本。但是，此种方式又会导致背光模组的亮度及出光均匀性变差，从而影响液晶显示器的视觉效果。目前，背光模组有直下式及侧光式两种，由于侧光式背光模组更易于实现薄型化设计，使用较为广泛。
请参阅图1，所示为一种侧光式背光模组100的结构示意图，其包括两光源11、导光板12、光学膜片组13、反射片14、框架15及底板16。该两光源11分别由冷阴极荧光灯管、反射罩及高压线(未标示)所组成，其分别设置于导光板12两侧。该光学膜片组13包括第一扩散片133、增光片132及第二扩散片131，其依次设置于导光板12上方，用于调整出光均匀性。该反射片14设置于导光板12下方，用于将从导光板12下表面射出的光线反射回导光板12内，从而提高光线利用率。该框架15与底板16配合形成一个腔体，用以容置上述元件。由于冷阴极荧光灯管的发光原理是利用电子碰撞惰性气体产生紫外线，紫外线照射灯管内壁的三原色荧光粉，激发其产生并输出白色光，由于其所产生的白色光波幅较宽，将降低液晶显示器的色彩饱和度，进而影响液晶显示器的视觉效果。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种适用于大尺寸液晶显示器且视觉效果好的背光模组及其光耦合装置。
一种光耦合装置，用以耦合包括至少一激光的多束光线，该光耦合装置包括与上述激光相对应的光纤与依次设置于光路上的至少一耦合透镜与至少一准直透镜，该光纤将对应激光导入耦合透镜准直后用于混光，混光后的复合光经准直透镜准直后输出。
一种背光模组，包括多个光源及一个导光板，该多个光源中包括至少一激光源，该背光模组还包括一个光耦合装置以及一个光转换装置；该光耦合装置包括与上述激光源相对应的光纤与依次设置于光路上的至少一耦合透镜与至少一准直透镜；该光纤与该至少一激光源耦合连接，并将该至少一激光源产生的激光传输至耦合透镜准直后用于混光，混光后的复合光经准直透镜准直后传输至光转换装置，并由该光转换装置转换后进入该导光板。
本发明的背光模组采用了至少一激光源，光耦合装置的光纤将该至少一激光源发射的激光传输至耦合透镜准直后用于混光，从而得到所需颜色的光，因激光具有单色性好的特性，所以混光后的复合光具有较高的色彩饱和度；混光后的复合光经光耦合装置的准直透镜准直后输出，并由光转换装置转换后进入导光板内进一步散射，从而形成一均匀面光源，因此使背光模组具有良好的出光均匀性；另外，激光还具有强度高的特性，从而使背光模组具有较高的出光亮度。
本发明的光耦合装置与光转换装置可组合应用于各种尺寸的背光模组，尤其在应用于大尺寸背光模组时，能够在保证良好视觉效果的同时，实现背光模组轻、薄、能耗低的优点。
附图说明
图1是一种现有的侧光式背光模组的分解立体示意图。
图2是本发明较佳实施例一的背光模组的分解立体示意图。
图3是图2所示背光模组的光耦合装置的透视立体示意图。
图4是图3所示光耦合装置的准直透镜的截面剖示图。
图5是图2所示背光模组的多面体旋转反射镜的立体示意图。
图6是图2所示背光模组的光路示意图。
图7是图6所示光路示意图的局部VII的放大图。
图8是本发明较佳实施例二的背光模组的分解立体示意图。
图9是本发明较佳实施例三的背光模组的分解立体示意图。
图10是本发明较佳实施例四的背光模组的分解立体示意图。
图11是图10所示分解立体结构示意图的局部XI的放大图。
图12是本发明较佳实施例五的背光模组的分解立体结构示意图。
图13是图12所示的背光模组组装后的局部剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的背光模组及其光耦合装置作进一步的详细说明。
请参阅图2，所示为本发明较佳实施例一的背光模组200。该背光模组包括三个半导体激光器(图未示)、一光耦合装置21、一多面体旋转反射镜22、一导光板23、一光学膜片组24、一反射片25、一框架26及一底板27。该半导体激光器所发射的激光传输至光耦合装置21用于混光与准直后输出，并由多面体旋转反射镜22反射进入导光板23内进一步散射，从而被转换为一面光源。该光学膜片组24包括第一扩散片243、增光片242及第二扩散片241，其依次设置于导光板23上方，用于使光线产生散射且分布的更为均匀。该反射片25设置于导光板23下方，用于将从导光板23下表面射出的光线反射回导光板23内，以提高光能利用率。该框架26与底板27配合形成一个腔体，用以容置上述元件。
请同时参阅图3与图4，所述光耦合装置21包括三根光纤211与依次设置于光路上的三个耦合透镜212与三个准直透镜213。每个光纤211一端与耦合透镜212耦合连接，另一端通过透镜组(图未示)与半导体激光器耦合连接，从而将半导体激光器所发射的激光导入耦合透镜212准直后用于混光，以得到所需颜色的光；混光后的复合光经准直透镜213准直后沿特定方向输出。该准直透镜213一般采用折射式菲涅尔透镜。
该光耦合装置21还包括一方形的套管214，用于收容及保护该三个耦合透镜212及三个准直透镜213。该套管214包括一入光端2141及一与入光端2141相对的出光端2142。透镜支架215支撑耦合透镜212，并与耦合透镜212一起靠近该入光端2141设置。准直透镜213通过透镜支架215靠近该出光端2142设置。入光端2141灌封有填充胶(未标示)，用以固持光纤211，以使该三根光纤211与耦合透镜212稳固连接。
可以理解，耦合透镜212与准直透镜213还可分别通过胶粘的方式固定于套管214内。该套管214亦可设计为圆柱形，此时可在套管214内开设卡槽，用以固定耦合透镜212与准直透镜213。
可以理解，该半导体激光器的数量不限于三个，可仅采用一个半导体激光器与若干发光二极管搭配使用；相应的，该光纤211的数量不限于三根，可仅用一根光纤211将一个半导体激光器所发射的激光导入耦合透镜212准直后与发光二极管所发射的光进行混光；该耦合透镜212与准直透镜213的数量也不限于三个，可根据不同的设计要求而定。为节约成本，也可仅设置一耦合透镜212与一准直透镜213。
请参阅图5，所述多面体旋转反射镜22包括一反射部221以及连接于该反射部221下表面的驱动部223，该驱动部223用于驱动反射部221以一定速度顺时针旋转。该反射部221为多棱柱状，其每一侧面2210均为一平面反射镜，该驱动部223为一微型电机。该多面体旋转22可将光耦合装置21输出的光转换为扫描光束。
由于本实施例中多面体旋转反射镜22设置于导光板23边角处，且导光板23为矩形，所以由多面体旋转反射镜22转换得到的扫描光束有效的扫描范围在90度以内，即当多面体旋转反射镜22的某一侧面221旋转45度后，便完成了一轮90度范围内的扫描，而与其相邻的另一侧面221将接替其继续进行下一轮90度范围内的扫描。如此，便可保证光耦合装置21输出的光全部进入导光板23内，而无光线损耗。为达到此设计要求，本实施例中多面体旋转反射镜22的反射部221设计为八棱柱状。
可以理解，当多面体旋转反射镜22设置于导光板23不同位置或导光板23为矩形以外的其他形状时，该多面体旋转反射镜22需进行相应设计变更。
例如，当多面体旋转反射镜22设置于矩形导光板23某一侧边中点时，该多面体旋转反射镜22的反射部221应为四棱柱状；当导光板23为正三角形，多面体旋转反射镜22设置于正三角形顶点时，该多面体旋转反射镜22的反射部应相应设计为十二棱柱状。
请同时参阅图6与图7，该光耦合装置21与该多面体旋转反射镜22设置于导光板23同一侧边。该导光板23一侧边一端部形成一矩形缺口231，该光耦合装置21相应容置于该矩形缺口231内。该导光板23侧边另一端部形成一圆弧缺口232，该多面体旋转反射镜22相应容置于该圆弧缺口232内。需要指出的是，该光耦合装置所输出的光在多面体旋转反射镜上的入射点邻近该圆弧缺口的圆弧所定义的圆的圆心，以利于反射光束最大限度的进入导光板中。
光耦合装置21所输出的光21a沿导光板23边缘直线传播至多面体旋转反射镜22，并经多面体旋转反射镜22反射后获得以一定角速度顺时针方向旋转的扫描光束21b。该扫描光束21b在导光板23内扫描并经导光板23进一步散射，从而被转换为一均匀面光源。
可以理解，该光耦合装置21与该多面体旋转反射镜22不限于设置在导光板23同一侧边，还可有其他设置方式。例如，光耦合装置21设置于导光板23一边角处，且位于导光板23的对角线上，多面体旋转反射镜22设置于导光板23另一边角处，且与光耦合装置21共线。即该光耦合装置21相对于该多面体旋转反射镜22共线设置，并使得光耦合装置21输出的光射向该多面体旋转反射镜22，以被转换为扫描光束进入导光板23内即可。
由于背光模组200采用了至少一个半导体激光器，光耦合装置21的光纤211将该至少一个半导体激光器发射的激光导入耦合透镜212准直后用于混光，从而得到所需颜色的光。因激光具有单色性好的特性，所以混光后的复合光具有较高的色彩饱和度。混光后的复合光经光耦合装置21的准直透镜213准直后输出，又因激光具有传播方向性强的特性，且经准直透镜213准直后光束更为集中，使得从光耦合装置21输出的光沿直线传输至多面体旋转反射镜22的过程中，光束能量集中、发散度极小，从而较大的提高了背光模组200的光能利用率。同时，光耦合装置21输出的光被多面体旋转反射镜22转换为扫描光束，并进一步经导光板23扩散为一均匀面光源，从而使背光模组200具有良好的出光均匀性；另外，激光还具有强度高的特性，从而使背光模组200具有较高的出光亮度。
更进一步地，由于半导体激光器尺寸较大，多个半导体激光器所发射的激光难于一起进入光耦合装置21中，所以本发明采用光纤导入的方式将半导体激光器所发射的激光导入光耦合装置21中。由于光纤211具有柔性且直径较小(0.1毫米左右)，所以可将多个半导体激光器发射的较为分散的激光轻易汇聚并一起导入光耦合装置21中，从而使得光耦合装置21的尺寸可以设计的很小，以利于背光模组200实现薄型化设计。
请参阅图8，所示为本发明较佳实施例二的背光模组300，其与较佳实施例一的背光模组200相似，不同之处在于：该多面体旋转反射镜22被一导光棒32取代。该导光棒32为长条方形，其一端面为一入光面320。该导光棒32还包括一个与入光面320相连的出光面321、一个与出光面321相对的反射面322、一个上表面323以及一个与上表面323相对的下表面324。该出光面321与反射面322之间的距离沿远离该入光面320的方向逐渐减小，即该导光棒32为楔形。该出光面321与导光板33的一侧边紧密贴合，该反射面322形成有高反射层。本实施例中，光耦合装置31、导光棒32和导光板33处于同一平面，光耦合装置31的出光端3142与导光棒32的入光面320相连接，并设置于导光板33同一侧边。
光耦合装置31输出的光31a沿直线传输至入光面320，并沿着近似与导光棒32平行的方向进入导光棒32内。该光31a经导光棒32的反射面322反射后转换为一线性光束31b，该线性光束31b从导光棒32的出光面321出射并进入导光板33内进一步散射，从而被转换为一均匀面光源。可以理解，导光棒32的反射面322可不具有高反射层，只要背光模组300进一步包括一个反光罩38即可。该反光罩38围住导光棒32的反射面322、上表面323及下表面324，该反光罩38可将从导光棒32射出的光线反射入导光板33内。
请参阅图9，所示为本发明较佳实施例三的背光模组400。该背光模组400包括处于于同一平面的光耦合装置41、导光棒42和导光板43。该背光模组400与较佳实施例二的背光模组300相似，不同之处在于：光耦合装置41设置于导光板43一侧边一端，导光棒42设置于导光板43相邻另一侧边；该光耦合装置41的出光端4142与该导光棒42的一端相接触；与该光耦合装置41接触的该导光棒42的一端具有一个朝向该光耦合装置41的倾斜反射面420；该光耦合装置41输出的光经倾斜反射面420反射后进入该导光棒42内，并被转换为线性光束。本实施例中，该倾斜反射面420与导光棒42的出光面421之间成一锐角夹角，其取值范围优选30度至60度。
光耦合装置41输出的光41a沿直线传输至导光棒42端部，并经倾斜反射面420反射后沿着近似与导光棒42平行的方向进入导光棒42内。该光41a经导光棒42的反射面422反射后转换为一线性光束41b，该线性光束41b从导光棒42的出光面421出射并进入导光板43内进一步散射，从而被转换为一均匀面光源。
请同时参阅图10与图11，所示为本发明较佳实施例四的背光模组500。其与较佳实施例三的背光模组400相似，不同之处在于：该光耦合装置51及该导光棒52与该导光板53位于不同平面；该光耦合装置51设置于该导光板53的下方并靠近其一侧边一端，该导光棒52设置于该导光板53相邻另一侧边；该导光棒52具有一朝下延伸的光转向凸起520；该光转向凸起520为多面体结构，其具有两个相对的第一倾斜反射面5201及第二倾斜反射面5202；该光耦合装置51的出光端5142与该导光棒52的光转向凸起520相接触，第一倾斜反射面5201朝向光耦合装置51的出光端5142，第二倾斜反射面5202位于该第一倾斜反射面5201的上方；该光耦合装置51输出的光经第一倾斜反射面5201及第二倾斜反射面5202二次反射后进入该导光棒52内，并被转换为线性光束。本实施例中，该第一倾斜反射面5201和第二倾斜反射面5202分别与导光棒52的下表面524之间成一锐角夹角，该锐角夹角的取值范围优选30度至60度。
光耦合装置51所发出的光51a沿直线传播至导光棒52的光转向凸起520，并经第一倾斜反射面5201与第二倾斜反射面5202二次反射后沿着近似与导光棒52平行的方向进入导光棒52内。该光51a经导光棒52的反射面522反射后转换为一线性光束51b，该线性光束51b从导光棒52的出光面521出射并进入导光板53内进一步散射，从而被转换为一均匀面光源。
请同时参阅图12与图13，所示为本发明较佳实施例五的背光模组600，其与较佳实施例三的背光模组400相似，不同之处在于：该光耦合装置61及该导光棒62均与该导光板63位于不同平面；该光耦合装置61及该导光棒62分别位于该导光板63的下方，且该光耦合装置61靠近该导光板63一侧边的一端，该导光棒62靠近该导光板63相邻另一侧边；该光耦合装置61的出光端6142与该导光棒62的一端相接触；与该光耦合装置61接触的该导光棒62的一端具有一个朝向该光耦合装置61的倾斜反射面620；该光耦合装置61输出的光经倾斜反射面620反射后进入该导光棒62内，并被转换为线性光束。本实施例中，该倾斜反射面620与导光棒62的反射面622之间成一锐角夹角，其取值范围优选30度至60度；该反射面622靠近该具有倾斜反射面620的端部的部分未形成高反射层；背光模组600还包括一反光罩68，该反光罩68的横截面为半圆形，其围住导光棒62的下表面624、出光面621以及导光板63的与导光棒62靠近且平行的一侧边。
光耦合装置61所发出的光61a沿直线传播至导光棒62端部，并经导光棒62端部的倾斜反射面620反射后沿着近似与导光棒62平行的方向进入导光棒62内。该光61a经导光棒62的反射面622反射后转换为一线性光束61b。该线性光束61b从导光棒62的出光面621出射并经反光罩68反射后进入导光板63内进一步散射，从而被转换为一均匀面光源。
可以理解，本发明的光转换装置不限于较佳实施例一采用的多面体旋转反射镜22，及较佳实施例二、较佳实施例三、较佳实施例四与较佳实施例五的导光棒32、42、52、62，其他诸如转摆式平面反射镜等光转换装置亦可实现本发明的技术效果。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

  1. 【权利要求1】一种光耦合装置，用以耦合包括至少一激光的多束光线，其特征在于：该光耦合装置包括与上述激光相对应的光纤与依次设置于光路上的至少一耦合透镜与至少一准直透镜，该光纤将对应激光导入耦合透镜准直后用于混光，混光后的复合光经准直透镜准直后输出。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的光耦合装置，其特征在于：该光耦合装置还包括一套管，用于收纳该至少一耦合透镜和该至少一准直透镜，该套管包括一入光端及一与入光端相对的出光端，该至少一耦合透镜靠近该入光端设置，该至少一准直透镜靠近该出光端设置，该光纤与该至少一耦合透镜耦合连接。
  3. 【权利要求3】一种背光模组，包括多个光源及一个导光板，该多个光源中包括至少一激光源，其特征在于：该背光模组还包括一个光耦合装置以及一个光转换装置；该光耦合装置包括与上述激光源相对应的光纤与依次设置于光路上的至少一耦合透镜与至少一准直透镜；该光纤与该至少一激光源耦合连接，并将该至少一激光源产生的激光传输至耦合透镜准直后用于混光，混光后的复合光经准直透镜准直后传输至光转换装置，并由该光转换装置转换后进入该导光板。
  4. 【权利要求4】如权利要求3所述的背光模组，其特征在于：该多个光源中，激光源为半导体激光器，其他光源为发光二极管。
  5. 【权利要求5】如权利要求3所述的背光模组，其特征在于：该光转换装置为一多面体旋转反射镜，该多面体旋转反射镜包括一反射部以及驱动该反射部以一定角速度旋转的驱动部；该光耦合装置相对于该多面体旋转反射镜共线设置，该光耦合装置输出的光射向该多面体旋转反射镜，并被转换为扫描光束进入该导光板。
  6. 【权利要求6】如权利要求5所述的背光模组，其特征在于：该反射部为一八棱柱状反射镜，该驱动部为一微型电机。
  7. 【权利要求7】如权利要求5所述的背光模组，其特征在于：该光耦合装置与该多面体旋转反射镜设置于导光板同一侧边，该导光板一侧边开设有一矩形缺口，该光耦合装置相应容置于该矩形缺口内；该导光板侧边的另一端部形成一圆弧缺口，该多面体旋转反射镜相应容置于该圆弧缺口内，该光耦合装置所输出的光在多面体旋转反射镜上的入射点邻近该圆弧缺口的圆弧所定义的圆的圆心。
  8. 【权利要求8】如权利要求3所述的背光模组，其特征在于：该光转换装置为一导光棒。
  9. 【权利要求9】如权利要求8所述的背光模组，其特征在于：该光耦合装置、该导光棒及该导光板位于同一平面，该光耦合装置输出的光射入该导光棒内，并被转换为线性光束进入该导光板。
  10. 【权利要求10】如权利要求9所述的背光模组，其特征在于：该导光棒包括一入光面，一与入光面相连的出光面及一与出光面相对的反射面；该出光面与该导光板一侧边贴合，该反射面具有高反射层。
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