CN101592821B - 一种背光源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用侧面发光光纤做发光体的均匀发光的背光源，包括基板、压板、嵌在所述基板和压板之间凹槽内的侧面发光光纤以及与所述侧面发光光纤入射端连接的光源；所述侧面发光光纤的出射端以及位于基板一侧的圆周面均镀有全反膜。本发明能够提高光源光的利用率，具有发光亮度均匀、色度均匀和边缘光无扭曲等特性。并且，本发明的侧面发光光纤的光源放置在液晶屏的边缘端，有利于提高输出光场的均匀性。

Description

一种背光源

技术领域

本发明属于光源技术领域，具体地说，本发明涉及一种利用侧面发光光纤做发光体的均匀发光的背光源。 

背景技术

传统的LCD背光源从其结构大致分为正下方型和侧灯型，正下方型是在液晶面板正下方设置导光板，在导光板边缘端设置光源，由导光板射出的散射光照亮液晶面板。正下方型可以设置很多光源，因此很容易达到高亮度，但薄型化很难；侧灯型中，光源位于反光板的一侧，通过把导光板做得很薄，可以实现背光源的薄型化，但光源设置空间受限制，很难实现高亮度和大型化，而且这种侧灯型背光源光亮度不均匀，尤其是反光板的周边，甚至会发生图像变形等现象。针对这种问题有人提出利用侧面发光光纤制作LCD的背光源，例如公开号为US20040202436美国专利申请公开说明书提出一种利用塑料侧面发光光纤做背光源，该说明书中提出采用相位分离技术获得的一种侧面发光光纤，如图1所示，背光源单元101包括反射板102、导光板103和光纤104，散射光105从导光板103射出。这种光纤104的纤径在0.001μm到10cm之间，多条等长度光纤紧密平行排列，在光纤104的一端或者两端备有发光光源，光源可以是LED也可以是冷阴极荧光管。该专利的缺陷是光纤104和反射板102的结构和分布位置不合理，光纤朝下输出的光经过多次反射，尤其是多次进出光纤，造成严重的光损耗。例如如图1所示，在该专利中，光线a和光线c都是从光纤104与反射板102相邻一侧的圆周面透射出光纤104，再经反射板102的反射才射入导光板103；而光线b是从光纤内射出后打到反射板102上并由反射板102反射后入射到相邻光纤内。以上诸多情况均会造成严重的光损耗，降低了光源的利用效率。 

发明内容

本发明的目的是提出一种利用侧面发光光纤做发光体的均匀发光且低损耗的背光源。 

为实现上述发明目的，本发明提供的背光源包括侧面发光光纤以及与所述侧面发光光纤入射端连接的光源；所述侧面发光光纤的圆周表面上的一部分区域沿着轴线方向镀有全反膜，将所述圆周表面分为镀有全反膜的弧状反射面和未镀有全反膜的弧状发光面，并且散射光从所述侧面发光光纤的弧状发光面发出，为光调制器提供散射光源。 

上述技术方案中，所述侧面发光光纤为多条光纤或单条光纤；两条相邻光纤或光纤段的轴心间距不小于D/cos(θ/2)，其中D为光纤半径，所述θ为所述弧状发光面的圆心角的角度。 

上述技术方案中，所述弧状反射面的角度在192°至240°之间。 

上述技术方案中，所述侧面发光光纤是呈盘蛇状分布的单条发光光纤或多条平行排列的发光光纤。 

上述技术方案中，所述背光源还包括基板，所述基板上具有凹槽，所述侧面发光光纤嵌在所述凹槽内，并且所述基板的凹槽仅包围所述镀有全反膜的弧状反射面或其一部分。 

上述技术方案中，还包括透光材料制作的压板，所述压板也具有凹槽，且所述压板和基板扣合，所述侧面发光光纤嵌在所述压板和基板的凹槽扣合而形成的空腔内。 

上述技术方案中，所述侧面发光光纤粘结在所述基板的凹槽内，且所述侧面发光光纤的弧状反射面与所述凹槽紧密贴合。 

上述技术方案中，所述背光源还包括导光板，所述侧面发光光纤缠绕在所述导光板的四周侧面上，所述侧面发光光纤上的弧状发光面与所述导光板的侧面贴合。 

上述技术方案中，所述侧面发光光纤可以在所述导光板的侧面缠绕多圈，呈螺纹状盘布；也可以由多条侧面发光光纤在所述导光板的侧面缠绕，每条侧面发光光纤缠绕一圈且相邻圈的光纤平行。 

上述技术方案中，所述光源安装在基板和压板的边缘端；所述基板和压板四周的侧面均为吸光面。 

上述技术方案中，所述侧面发光光纤的两端均为入射端，两个所述入射端分别与光源连接；或者所述侧面发光光纤的一端为入射端，另一端为反射端，所述反射端镀有全反膜。 

上述技术方案中，所述侧面发光光纤采用塑料光纤、聚合物光纤、石英光纤或多组份玻璃光纤；所述光源采用激光、冷阴极荧光管、LED或LED 列阵光源；所述全反膜采用铝、银、铜或金膜；所述全反膜可以为单层膜也可以为多层膜。 

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果： 

本发明由于采用了具有全反膜的侧面发光光纤，使得射向基板一侧的光能够被高效地反射回压板，并合理的控制光纤间距，避免了光线穿过相邻光纤造成的吸收损耗，提高了光源光的利用率，并且使得背光源提高发光亮度均匀、色度均匀性等特性。另外，本发明的侧面发光光纤的光源放置在液晶屏的边缘端，压板可以为薄板式，能够实现液晶屏的薄型化，本发明同时具备高亮度和薄型化的优点。 

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中： 

图1为一个现有技术的背光源工作示意图； 

图2(a)为本发明的一种利用侧面发光光纤制成的背光源上视图； 

图2(b)为基板的前视截面图； 

图3为本发明的一种完成二次制备后的侧面发光光纤图； 

图4为本发明的一种给光纤镀制掩膜的装置图； 

图5为本发明的一种镀有掩膜和全反膜的侧面发光光纤侧视图； 

图6为本发明的一种利用侧面发光光纤制成的背光源前视截面图； 

图7为本发明的另一种利用侧面发光光纤制成的背光源上视图； 

图8为光束在光纤内传导的原理示意图； 

图9为本发明的一种利用侧面发光光纤制成的背光源的另一实施例的上视图； 

图10(a)为本发明的一种利用单条侧面发光光纤制成的背光源的左视图； 

图10(b)为本发明的一种利用多条侧面发光光纤制成的背光源的左视图； 

图11为计算相邻两光纤或光纤段的临界轴心间距的示意图。 

具体实施方式

下面结合附图更加详细的说明利用侧面发光光纤制作LCD的背光源。 

实施例1 

图2(a)为一种利用侧面发光光纤制成的背光源上视图，图2(b)为基板的前视截面图，图3为本发明的一种完成二次制备后的侧面发光光纤图。图2(a)包括基板1、基板1上的凹槽2、侧面发光光纤3和光源12。图3包括裸光纤5、全反膜6。本实施例中基板1为矩形，在其它实施例中也可以为非矩形，基板1的尺寸与液晶屏的尺寸相关，液晶屏的尺寸小于基板1，即避让开基板1边缘反射光不均匀的部位。如图2(a)所示的基板1的一侧表面有凹槽2，凹槽2的直径大小优选为保证侧面发光光纤3能够稳定的放置在其内并且紧密贴合。如图2(b)所示的角α为凹槽2的圆周开口角，如图3所示的θ角为侧面发光光纤3上未镀全反膜6的圆周面的角度，即弧状发光面的圆心角(定义在后文)，θ优选为120°到168°之间，角α应大于或等于角θ。凹槽2在基板1内分布外形为蛇盘状，这一分布形状是为了使得侧面发光光纤3能够尽量分布均匀，该形状也可以根据实际需要进行调整，这是本领域普通技术人员能够理解的。本实施例中的凹槽2按矩形蛇盘状分布，并且凹槽2任意相邻圈的间距是相同的。如图3所示，侧面发光光纤3的一侧镀有对光纤内所传导的光高反射率的全反膜6，侧面发光光纤3放置于凹槽2内，并且保证侧面发光光纤3镀有全反膜6的一侧与凹槽2通过胶相粘连，使未镀有全反膜6的圆周面露于基板1外。此处的胶应使用绝缘性好、阻燃、粘度高等特性的胶，并且对全反膜6无腐蚀等破坏性作用，例如聚酰亚胺双面胶。全反膜6可以为单层膜也可以为多层膜，可以采用铝、银、金或铜等材料，本实施例优选铝膜。 

位于凹槽2内的侧面发光光纤3可以为塑料光纤、聚合物光纤、石英光纤、多组份玻璃光纤等，但是在本发明中的应用均需要进行二次制备。首先需要剥离光纤的保护层获得裸光纤5再进行二次制备，完成二次制备的侧面发光光纤3的结构如图3所示。侧面发光光纤3的一种制备方法为首先把裸光纤5排列在如图4所示的模板7的沟道8内，沟道8的直径为刚好使裸光纤5放入并保证掩膜9不会流入沟道8内，沟道8等间距平行排列，沟道8的圆周开口角度为120°到168°之间，裸光纤5放置于沟道8内时刚好120°到168°之间(具体角度为沟道8的具体圆周开口角度)的圆周侧面露于模板7外。将露于模板7外的裸光纤5的圆周面涂上一层掩膜9。将涂有掩膜9的裸光纤5在真空镀膜机内将整个圆周面和/或尾部端面均镀上全反膜6，此时如果有光在光纤内传导，侧面不会发生漏光现象。如图5所示，裸光纤5表面涂的掩膜9在光源照射下即可脱落掉，而且镀在掩膜9外层的相应位置的全反膜6也连同掩膜9一起脱落，此时侧面发光光纤3仅有360°-θ(即192°到240°)的圆周面镀有全反膜6，未镀有全反膜6的部分形成该侧面发光光纤3的弧状发光面，镀有全反膜6的部分形成该侧面发光光纤3的弧 状反射面，弧状发光面所对应的圆心角即为θ，将制备完成的侧面发光光纤3放置在如图2(a)所示的基板1的凹槽2内，并且将侧面发光光纤3的弧状反射面一侧放置在凹槽2内，并使用聚酰亚胺双面胶把二者粘连在一起。光源12在光纤的输入端导入白光或者是红、绿、蓝三基色光同时导入，光源12可以采用激光器、冷阴极荧光管、LED或LED列阵等。侧面发光光纤3如果尾端的横截面镀有全反膜，则光束不能从尾端外泄。此外，为了消除散斑或增加输出光场均匀性，可以采用振动光纤端头的方法。 

图6为本实施例中的利用侧面发光光纤制成的背光源前视截面图，它包括基板1、凹槽2、侧面发光光纤3和压板4。其中，凹槽2的圆周开口角选为180°。基板1除上下表面以外的其它四个侧面为经过黑色阳极氧化的吸光面，压板4主体为透光材料，压板4除上下表面以外的其它四个侧面也为经过黑色阳极氧化的吸光面。压板4与基板1对应吻合，压板4下表面有与基板1上表面的凹槽2的形状和尺寸相同且对应设置位置的凹槽，压板4和基板1紧密扣合，固定侧面发光光纤3的同时也起到保护侧面发光光纤3的作用，本领域的普通技术人员能够理解压板4的形状也可以做适当的改变。此外，如果侧面发光光纤3放置得稳固，也可以取消压板4。 

由图6可见垂直发射光线a经过底部全反膜6的反射被反射回上部并从压板4透射出去；光线b经过全反膜6被反射到压板4的侧面吸光面并被吸收；光线c经过压板4直接透射出去；光线d为从侧面发光光纤3非轴心处直接发射出去的光线；光线e从全反膜6边界出射到相邻侧面发光光纤且与相邻侧面发光光纤边缘相切并通过压板4透射出去。如图11所示，若侧面发光光纤3的纤芯半径为D，弧状发光面的圆心角为θ，即未镀有全反膜6的圆周面开口的角度为θ，当侧面发光光纤沿全反膜的边缘出射的光线正好与相邻侧面发光光纤相切出射时，此时相邻两光纤或光纤段的轴心间距等于D/cos(θ/2)。所以，为了满足出射光不被相邻光纤或相邻光纤段阻挡，相邻光纤或相邻光纤段的轴心间距应大于或等于D/cos(θ/2)。当轴心间距较大时可能会造成散射光光强相对较弱，所以本发明中的实施例优选采用轴心间距等于D/cos(θ/2)。如图6所示，此时侧面发光光纤3出射的光线e正好沿着相邻侧面发光光纤3的边缘出射。采用上述的光纤轴心间距，使得光不会射入相邻侧面发光光纤，从而避免了光线再次经过侧面发光光纤，减小了光损耗，提高了光源的利用率。所以，以此作为确定平行排布的相邻光纤或相邻光纤段的间距的条件。例如侧面发光光纤3采用直径为0.5mm的光纤，弧状发光面的圆心角为168°，则相邻两光纤段的间距优选为2.39mm。当然，根据具体的需要，在能够满足光强的前提下，也可以采用大于D/cos(θ/2)的轴心间距。 

基板1的凹槽2也可以如图7所示平行排列，此时需要提供多个光源分 别从多根侧面发光光纤的入射端口导入，每根侧面发光光纤的尾端横截面可以镀有全反膜，也可以不镀全反膜，而采用两个光源同时从侧面发光光纤的两个端口导入。 

图8为光线在光纤内传导的原理示意图。如图8所示，将光源光从光纤的一端耦合到光纤内，耦合进来的光以不同入射角在光纤内多次反射并被传导出光纤，由图8可见，在传导出的光的焦点处将光线延长，可以得到N个二次光源像10，相当于有N个光源，二次光源像10越多，光场越均匀。由于本实施例中所采用的侧面发光光纤的侧面涂有全反膜，使得光能够在光纤内多次发生全反射，因此提高了光源光的利用率，并实现了匀场作用。 

实施例2 

图9为本发明的一种利用侧面发光光纤制成的背光源的另一实施例的上视图，它包括侧面发光光纤3、导光板11和光源12。图10(a)和图10(b)分别为对应实施例2的一种利用单条和多条侧面发光光纤制成的背光源的左视图，均包括侧面发光光纤3、导光板11。导光板11在本实施例中为矩形，当然也可以为其它形状，侧面发光光纤3缠绕在导光板11的四周侧面一圈或多圈，并保证弧状发光面贴合导光板11，光源12发射的光耦合进入侧面发光光纤3，光从侧面发光光纤3发出并入射到导光板11，并由导光板11散射到液晶屏上。如图10(a)所示，单条侧面发光光纤呈螺纹状盘布，相邻光纤段间互相平行；如图10(b)所示，多条侧面发光光纤与导光板11边缘线平行，侧面发光光纤间也互相平行。以上两种情况侧面发光光纤轴心间距均与上一实施例相同，即轴心间距优选为D/cos(θ/2)，其中D为光纤半径，θ为所述弧状发光面的圆心角的角度。 

为了防止因侧面发光光纤散射光光强大幅度衰减所导致的光纤尾部的散射光光强与光纤输入端的散射光光强相差悬殊的情况，侧面发光光纤透过率必须满足光纤尾部的散射光光强至少为输入端散射光光强的70％；除采用上述方法外，还可以从光纤两端同时提供光源(即光纤的两端均为入射端)，此时侧面发光光纤尾部端面未镀全反膜；也可以使相邻两条光纤分别从不同的两个端面输入光源，即一条光纤的输入端与相邻光纤的输出端处于同一侧，其中光纤尾端镀有全反膜。这样散射光光强互相得到补偿，减小了光强差。 

值得说明的是，本发明的背光源不仅能适用于LCD屏幕，也能够适用于其它种类的对透射光进行调制的光调制器。 

本发明提及的全反膜可以为对某一波长的单色光全反射的单层膜，也可 以为针对多个波长的光全反射的多层膜或宽带全反膜，还可以是对可见光全反射的宽带全反膜，全反膜的选择根据光纤内传导光的具体情况而定。 

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (12)

1.一种背光源，包括侧面发光光纤以及与所述侧面发光光纤入射端连接的光源；所述侧面发光光纤的圆周表面上的一部分区域沿着轴线方向镀有全反膜，将所述圆周表面分为镀有全反膜的弧状反射面和未镀有全反膜的弧状发光面，并且散射光从所述侧面发光光纤的弧状发光面发出，为光调制器提供散射光源。

2.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，所述侧面发光光纤为多条光纤或单条光纤；两条相邻光纤或光纤段的轴心间距不小于D/cos(θ/2)，其中D为光纤半径，所述θ为所述弧状发光面的圆心角的角度。

3.根据权利要求1或2所述的背光源，其特征在于，所述弧状反射面的角度在192°至240°之间。

4.根据权利要求2所述的背光源，其特征在于，所述侧面发光光纤是呈盘蛇状分布的单条发光光纤或多条平行排列的发光光纤。

5.根据权利要求4所述的背光源，其特征在于，所述背光源还包括基板，所述基板上具有凹槽，所述侧面发光光纤嵌在所述凹槽内，并且所述基板的凹槽仅包围所述镀有全反膜的弧状反射面或其一部分。

6.根据权利要求5所述的背光源，其特征在于，还包括透光材料制作的压板，所述压板也具有凹槽，且所述压板和基板扣合，所述侧面发光光纤嵌在所述压板和基板的凹槽扣合而形成的空腔内。

7.根据权利要求5或6所述的背光源，其特征在于，所述侧面发光光纤粘结在所述基板的凹槽内，且所述侧面发光光纤的弧状反射面与所述凹槽紧密贴合。

8.根据权利要求2所述的背光源，其特征在于，所述背光源还包括导光板，所述侧面发光光纤缠绕在所述导光板的四周侧面上，所述侧面发光光纤上的弧状发光面与所述导光板的侧面贴合。

9.根据权利要求8所述的背光源，其特征在于，所述侧面发光光纤可以在所述导光板的侧面缠绕多圈，呈螺纹状盘布；也可以由多条侧面发光光纤在所述导光板的侧面缠绕，每条侧面发光光纤缠绕一圈且相邻圈的光纤平行。

10.根据权利要求6所述的背光源，其特征在于，所述光源安装在基板和压板的边缘端；所述基板和压板四周的侧面均为吸光面。

11.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，所述侧面发光光纤的两端均为入射端，两个所述入射端分别与光源连接；或者所述侧面发光光纤的一端为入射端，另一端为反射端，所述反射端镀有全反膜。

12.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，侧面发光光纤采用塑料光纤、聚合物光纤、石英光纤或多组份玻璃光纤；所述光源采用激光、冷阴极荧光管、LED或LED列阵光源；所述全反膜采用铝、银、铜或金膜；所述全反膜可以为单层膜也可以为多层膜。

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