CN103364864A - 导光装置及显示设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种导光装置及显示设备。所述导光装置，包括：侧漏光纤，按照预定规则，其一部分侧面透出光。所述显示设备利用所述导光装置来构造其背光模组。通过利用侧漏光纤传播并透射对应的激光光源所产生的激光来给显示设备中的显示单元提供照明光，从而省略了对传统背光式显示设备中的导光板的需要。

Description

导光装置及显示设备

技术领域

本发明涉及背光提供技术，更具体地涉及一种导光装置及使用该导光装置的显示设备。

背景技术

目前，在诸如液晶显示器LCD之类的背光式显示设备中，需要提供背光来照亮液晶单元。通常，可以采用发光二极管LED作为照明光源(即，背光光源)，还提出了冷阴极萤光灯管CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)作为照明光源(即，背光光源)。此外，需要采用导光板将背光光源发出的白光转换为在平面上均匀分布的白光。由此，所述背光光源和导光板一起组成了背光模组作为面光源。

然而，无论是LED还是CCFL作为背光光源提供背光，液晶显示器的色彩都不如阴极射线管CRT和等离子显示器PDP漂亮。一般而言，传统CRT的色彩表现数量是无限多的，等离子显示器PDP可以达到几十亿，而LCD的色彩表现数量只有可怜的16.7M，在色彩表现上多少有些偏差。

因此，希望提供一种具备远远优于现有的背光式显示设备的色彩表现能力的色彩表现能力并且同时具备卓越的功耗特性的显示设备。

此外，目前的显示器大多为矩形显示器，这大大限制了显示器的应用。也希望能够提供非矩形的异形显示器。

发明内容

考虑到上述问题而作出了本发明，本发明的一个目的是提供一种导光装置及显示设备，其通过利用侧漏光纤传播并透射对应的激光光源所产生的激光，来给显示设备中的显示单元提供照明光，从而省略了对传统背光式显示设备中的导光板的需要。

根据本发明的一方面，提供了一种导光装置，包括：侧漏光纤，按照预定规则，其一部分侧面透出光。

根据本发明的另一方面，提供了一种显示设备，包括：背光模组，用于为显示模组提供背光；以及显示模组，用于根据输入的图像数据来显示图像，其中，所述背光模组包括：至少一组侧漏光纤，每组侧漏光纤用于传播并透射对应的激光光源发出的光，按照预定规则布置所述侧漏光纤，使得其一部分侧面透出光。

在根据本发明的导光装置和显示设备中，所述侧漏光纤包括荧光侧光光纤、液体侧漏光纤、塑料光纤、以及侧漏玻璃光纤。

在根据本发明的导光装置和显示设备中，所述侧漏光纤包括纤芯和包裹所述纤芯的包层，其中，按照所述预定规则布置所述包层，使得：沿着光纤的轴向方向，所述包层具有多个开口部分，并且在所述开口部分中，所述纤芯没有被包层包裹。

在根据本发明的导光装置和显示设备中，按照所述预定规则布置所述包层，使得：沿着光纤的轴向方向并且沿着光传播方向，所述开口部分的面积逐渐增小。

在根据本发明的导光装置和显示设备中，在所述侧漏光纤中，投射到所述侧漏光纤的开口部分处的光发生全反射，而投射到所述侧漏光纤的非开口部分处的光发生部分透射。

在根据本发明的导光装置和显示设备中，光入射到所述侧漏光纤的纤芯外边缘处的角度为θ_i0，纤芯和包层之间的全反射临界角为θ_i0c1，纤芯和空气之间的全反射临界角为θ_i0c2，在满足θ_i0c2＜θ_i0＜θ_i0c1的情况下，投射到所述侧漏光纤的开口部分处的光发生全反射，而投射到所述侧漏光纤的非开口部分处的光发生部分透射。

在根据本发明的导光装置和显示设备中，所述每组侧漏光纤沿着显示器的纵向被排列为列，或者沿着显示器的横向被排列为行。

在根据本发明的导光装置和显示设备中，所述每组侧漏光纤沿着显示器的四周呈螺旋状缠绕直至到达显示器的中心位置。

根据本发明的导光装置和显示设备，通过利用侧漏光纤传播并透射对应的激光光源所产生的激光偏振光，可以改善显示设备的色域，同时可以省略传统显示设备中用于将点光源转换为面光源的导光板、用于将非偏振光背光转换为偏振光的偏振片，这不仅简化了系统的配置，而且也提高了背光的利用效率。

附图说明

通过结合附图对本发明的实施例进行详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出光由光密物质入射至光疏物质时发生折射到发生全反射的示意图。

图2是示出光在光纤中发生全反射的示意图。

图3是示出根据本发明实施例的侧漏式光纤的示意图。

图4是示出根据本发明实施例的侧漏式光纤排列的示意图。

图5是示出根据本发明实施例的显示设备的示意性框图。

具体实现方式

下面将参照附图来描述根据本发明实施例的导光装置及显示设备。应当理解：这里描述的实施例仅仅是说明性的，而不应被解释为限制本发明的范围。

首先，将结合图1来简要说明光由光密物质入射至光疏物质时发生折射到发生全反射的原理。

如图1(a)所示，当光由光密物质(折射率为n₁)入射至光疏物质(折射率为n₂且n₁＞n₂)时，其折射角θ_r大于入射角θ_i，并且满足以下关系：

n₁sinθ_i＝n₂sinθ_r                (1)

在折射角θ_r小于90°的情况下，随着入射角θ_i的增大折射角θ_r也相应增大，并且折射角θ_r始终大于入射角θ_i。

在入射角θ_i增大到θ_ic时，折射角θ_r增大至等于90°，如图1(b)所示。此时满足以下关系：

n₁sinθ_ic＝n₂                    (2)

将此时的入射角θ_i0称为临界角，并且该临界角为：

θ_ic＝arcsin(n₂/n₁)              (3)

然后，如图1(c)所示，在入射角θ_i增大至大于θ_ic时，光在光密物质和光疏物质之间的界面上发生全反射。

接下来，将结合图2来说明光纤的工作原理。

如图2(a)所示，通常的光纤包括纤芯和包层，纤芯的折射率为n₁，包层的折射率为n₂，且n₁＞n₂。为了保证光在纤芯内全反射传播而不从纤芯透射到包层，必须满足光从纤芯入射到包层时的入射角θ_i大于纤芯与包层之间的临界角θ_1c。纤芯与包层之间的临界角可以被计算为：

θ_1c＝arcsin(n₂/n₁)                   (4)

另一方面，结合光从光纤端面(即，纤芯端面)入射到纤芯来进一步说明光纤的光传播。

如图2(b)所示，光以入射角θ_i0入射到纤芯端面上，在该纤芯端面上发生折射并以折射角θ_r0进入纤芯，入射角θ_i0和折射角θ_r0之间的关系为：

n₀sinθ_i0＝n₁sinθ_r0                  (5)

然后，光以入射角θ_i入射到纤芯和包层之间的界面上。入射角θ_i与折射角θ_r0之间的关系为：θ_i＝90°-θ_r0。因此，上式(5)可以被变换为：

n₀sin θ_i0＝n₁cosθ_i                  (6)

如前所述，为了保证光在纤芯内全反射传播而不从纤芯透射到包层，必须满足光从纤芯入射到包层时的入射角θ_i大于临界角θ_1c。相应地，应满足：

$\sin {\mathrm{\&theta;}}_{i0}<\frac{n_1}{n_0}\cos {\mathrm{\&theta;}}_{1c}=\frac{n_1}{n_0}\sqrt{1-{\left(\sin {\mathrm{\&theta;}}_{1c}\right)}^2}$

$=\frac{n_1}{n_0}\sqrt{1-\sin {\left(\arcsin (n_2/n_1)\right)}^2}$

$=\frac{n_1}{n_0}\sqrt{1-{(n_2/n_1)}^2}=\frac{1}{n_0}\sqrt{{n_1}^2-{n_2}^2}---\left(7\right)$

相应地，

${\mathrm{\&theta;}}_{i0}<{\mathrm{\&theta;}}_{i0c}=\arcsin \left(\frac{1}{n_0}\sqrt{{n_1}^2-{n_2}^2}\right)---\left(8\right)$

换句话说，在光入射到光纤的纤芯端面处的入射角θ_i0小于临界入射角θi_0c时，光可以在光纤内全反射传播。然而，在光入射到光纤的纤芯端面处的入射角θ_i0大于临界入射角θ_i0c时，光在纤芯和包层之间的界面处发生折射并从包层漏光。

接下来，将结合图3来说明根据本发明实施例的侧漏光纤的透光原理。根据本发明实施例，从侧漏光纤的一部分侧面透出光，并利用所透出的光来照亮例如液晶显示器的液晶像素。例如，可以通过在传统光纤的包层上按照预定规则布置多个开口部分，而改变了传统光纤的结构，从而实现侧漏光纤。再例如，所述侧漏光纤还可以包括荧光侧光光纤、液体侧漏光纤、塑料光纤。

下面，仍基于以上的包括纤芯和包层的光纤来进行说明。

如图3所示，根据本发明实施例的侧漏光纤包括纤芯和包裹所述纤芯的包层。按照预定规则布置所述包层，使得：沿着光纤的轴向方向，所述包层具有多个开口部分，并且在所述开口部分中，所述纤芯没有被包层包裹，即所述纤芯直接与空气接触。

在开口部分处，所述纤芯与空气直接接触形成界面。在下面的描述中，将纤芯与包层之间的界面称为第一界面，而将纤芯与空气之间的界面称为第二界面。

如前所述，在光线入射到光纤的纤芯端面处的入射角θ_i0小于临界入射角θ_i0c(下面将其称为第一临界入射角θ_i0c1)时，光在纤芯与包层之间所形成的第一界面处发生全反射。类似地，在光线入射到光纤的纤芯端面处的入射角θ_i0小于临界入射角θ_i0c2(下面将其称为第二临界入射角θ_i0c2)时，光在纤芯与空气之间所形成的第二界面处发生全反射。入射角θ_i0和第二临界入射角θ_i0c2之间的关系可以被表示为：

${\mathrm{\&theta;}}_{i0}<{\mathrm{\&theta;}}_{i0c2}=\arcsin \left(\frac{1}{n_0}\sqrt{{n_1}^2-{n_0}^2}\right)---\left(9\right)$

已知：空气的折射率n₀、纤芯的折射率n₁、以及包层的折射率n₂之间的关系满足：n₀＜n₂＜n₁。因此，从上式(8)和(9)中可以看出，θ_i0c2＜θ_i0c1。

因此，当光线在纤芯端面处的入射角满足θ_i0c2＜θ_i0＜θ_i0c1时，光纤内的光会出现以下规律：投射到第二界面(即，纤芯与空气之间的界面)处的光线全反射传播，而投射到第一界面(即，纤芯与包层之间的界面)处的光线发生部分透射。

通过按照所需显示器的形状排列根据本发明的侧漏光纤，可以利用侧漏光纤来提供背光式显示器所需的背光，而无需传统背光式显示器中的导光板。

在图4中示出了根据本发明的侧漏光纤的几种示例排列。

如图4(a)所示，可以沿着显示器的纵向被排列为列，例如，从上到下以及/或者从下到上布置侧漏光纤；如图4(b)所示，可以沿着显示器的横向被排列为行，例如，从左到右以及/或者从右到左布置侧漏光纤。

另外，如图4(c)和(d)所示，可以沿着显示器的四周呈螺旋状缠绕直至到达显示器的中心位置。如图(c)所示，示出了矩形显示屏情况下的侧漏光纤排列。另一方面，如图(d)所示，示出了圆形显示屏情况下的侧漏光纤排列。

由于根据本发明实施例的侧漏光纤被设计为部分透光，因此沿着光纤的延伸方向(即，光的传播方向或者光纤的轴向方向)在光纤中传播的光量会越来越少。考虑到该问题，为了使得根据本发明实施例的侧漏光纤透光均匀，有必要沿着光纤的延伸方向相应地改变纤芯外有包层部分(非开口部分)和无包层部分(开口部分)的面积，使得无包层部分的面积逐渐减小，从而使得从有包层部分透出的光量基本相同。

作为示例，以预定光纤长度为周期，在该周期中，排列有包层部分(即，非开口部分)和无包层部分(即，开口部分)。下面，将与一个周期对应的纤芯面积称为周期纤芯面积。

在此情况下，沿着光传播方向，使得：有包层部分的纤芯面积占周期纤芯面积的比例逐渐增加，而无包层部分的纤芯面积占周期纤芯面积的比例逐渐减小。由此，在每个周期中，从相应的包层部分(即，非开口部分)透出的光量基本相同。

作为示例，有包层部分和无包层部分可以分别被布置为围绕纤芯的圆环，并且有包层部分的圆环与无包层部分的圆环彼此相邻。在一个周期中，可以布置至少一个有包层部分圆环和至少一个无包层部分圆环。

作为另一示例，可以将有包层部分布置为岛。在一个周期中，可以布置至少一个岛。

作为又一示例，可以包括纤芯和包层的现有普通光纤中切除部分包层，从而提供无包层部分。

接下来，将参考图5来说明根据本发明实施例的显示设备500。该显示设备500包括背光模组510和显示模组520。

背光模组510用于为显示模组520提供背光，并且包括至少一个激光光源5110、以及至少一组侧漏光纤5120。

显示模组520用于根据输入的图像数据来显示图像。该显示模组520可以例如利用现有的背光显示技术来构造，在此不再进行赘述。

所述至少一个激光光源5110可以包括至少一个发出红色激光的红色激光光源、至少一个发出绿色激光的绿色激光光源、以及至少一个发出蓝色激光的蓝色激光光源。

该显示设备500利用所述至少一组侧漏光纤来传播所述至少一个激光光源5110发出的激光，从而采用激光偏振光直接作为显示模组的背光，由此提高了显示设备的色域。

以以下情况为例来进行说明：所述至少一个激光光源5110包括一个红色激光光源、一个绿色激光光源、以及一个蓝色激光光源，所述至少一组侧漏光纤5120包括三组侧漏光纤，所述三组侧漏光纤分别对应于红色激光光源、绿色激光光源、和蓝色激光光源。

红色激光光源发出红色激光，第一组侧漏光纤可以如图4中的(a)、(b)、(c)或(d)地排列，用于传播并透射红色激光光源发出的红色激光。

同理，绿色激光光源发出绿色激光，第二组侧漏光纤可以如图4中的(a)、(b)、(c)或(d)地排列，用于传播并透射绿色激光光源发出的绿色激光；蓝色激光光源发出蓝色激光，第三组侧漏光纤可以如图4中的(a)、(b)、(c)或(d)地排列，用于传播并透射蓝色激光光源发出的蓝色激光。

图4(a)中所示的各条线可以是例如如下情况之一：

1.一条线对应于一条光纤，一条线对应于一列的红色像素(类似地，对应于一列的绿色像素、对应于一列的蓝色像素)，由多条光纤组成一组侧漏光纤；

2.至少两条线对应于一条光纤，一条线对应于一列的红色像素(类似地，对应于一列的绿色像素、对应于一列的蓝色像素)，由多条光纤组成一组侧漏光纤；

3.所述各条线由一条光纤绕制而成，一条线对应于一列的红色像素(类似地，对应于一列的绿色像素、对应于一列的蓝色像素)，由一条光纤组成一组侧漏光纤。

类似地，图4(b)中所示的各条线可以是上述三种情况之一。

同理，图4(c)和(d)中所示的螺旋线也可以是间断的，并且由多条光纤拼合而成，所述多条光纤组成一组侧漏光纤。

如上所述，按照预定规则布置所述侧漏光纤，使得其一部分侧面透出光。优选地，所述侧漏光纤包括荧光侧光光纤、液体侧漏光纤、塑料光纤、以及侧漏玻璃光纤。

在所述侧漏光纤包括纤芯和包裹所述纤芯的包层的情况下，按照所述预定规则布置所述包层，使得：沿着光纤的轴向方向，所述包层具有多个开口部分，并且在所述开口部分中，所述纤芯没有被包层包裹。

根据光从光密物质入射到光疏物质时发生全反射的原理，如上所述，使得：在所述侧漏光纤中，投射到所述侧漏光纤的开口部分处的光发生全反射，而投射到所述侧漏光纤的非开口部分处的光发生部分透射。

优选地，光入射到所述侧漏光纤的纤芯外边缘处的角度为θ_i0，纤芯和包层之间的全反射临界角为θ_i0c1，纤芯和空气之间的全反射临界角为θ_i0c2，在满足θ_i0c2＜θ_i0＜θ_i0c1的情况下，投射到所述侧漏光纤的开口部分处的光发生全反射，而投射到所述侧漏光纤的非开口部分处的光发生部分透射。

由于根据本发明实施例的侧漏光纤被设计为部分透光，因此沿着光纤的延伸方向(即，光的传播方向或者光纤的轴向方向)在光纤中传播的光量会越来越少。考虑到该问题，为了使得根据本发明实施例的侧漏光纤透光均匀，有必要沿着光纤的延伸方向相应地改变纤芯外有包层部分(非开口部分)和无包层部分(开口部分)的面积，使得无包层部分(开口部分)的面积逐渐减小，从而使得从有包层部分透出的光量基本相同。

作为示例，以预定光纤长度为周期，在该周期中，排列有包层部分(即，非开口部分)和无包层部分(即，开口部分)。下面，将与一个周期对应的纤芯面积称为周期纤芯面积。

在此情况下，沿着光传播方向，使得：有包层部分的纤芯面积占周期纤芯面积的比例逐渐增加，而无包层部分的纤芯面积占周期纤芯面积的比例逐渐减小。由此，在每个周期中，从相应的包层部分(即，非开口部分)透出的光量基本相同。

在该显示设备中，直接利用激光偏振光提供激光背光，从而提高了显示设备的色域。下面以单个液晶单元(例如，单个红色液晶单元)为例来简要描述利用激光背光进行显示的情况。

红色激光透过根据本发明实施例的侧漏光纤之后，照射到红色液晶单元上。该红色液晶单元对照射到其上的红色偏振光进行调制，具体地，由于在该红色液晶单元上施加了电压而使得该红色液晶单元中的液晶发生偏转，由此改变了照射到该红色液晶单元上的红色偏振光的偏振方向，即，使从根据本发明实施例的侧漏光纤透出的红色偏振光的偏振方向旋转一定角度，该角度由在该红色液晶单元上施加的电压决定。

最后，调制后的红色偏振光(即，偏振方向旋转了一定角度后的红色偏振光)被用于红色偏振光的偏振片进行过滤，该偏振片透过所述调制后的红色偏振光中特定偏振方向的偏振光分量，所述特定偏振方向可以与从光学通道传输而来的红色偏振光的偏振方向相同或不同。优选地，所述特定偏振方向与从光学通道传输而来的红色偏振光的偏振方向垂直。

根据本发明实施例的显示设备，通过利用红色激光光源发出的红色激光偏振光、绿色激光光源发出的绿色激光偏振光、以及蓝色激光光源发出的蓝色激光偏振光作为激光背光，并且对于每一种颜色，通过其专有光学通道传输该种颜色的偏振光，使得单色背光成为可能。这也大大提高了背光的效率。

此外，通过利用侧漏光纤传播并透射对应的激光光源所产生的激光偏振光，可以省略传统显示设备中用于将点光源转换为面光源的导光板、用于将非偏振光背光转换为偏振光的偏振片，这不仅简化了系统的配置，而且也提高了背光的利用效率。

更进一步，由于通过光纤传输激光，由此可以将激光光源放置在显示设备的外部，这也进而简化了显示设备的系统配置，即使在淘汰原显示设备时，仍可以使用与原显示设备配套使用的激光光源，这也相应地降低了显示设备的成本。因此，尽管在图5中将所述至少一个激光光源图示为被包括在显示设备500中，但是应理解，这仅仅是示例，并且本发明不限于此，所述至少一个激光光源可以被放置在显示设备500的外部。

利用根据本发明实施例的导光装置及显示设备，利用侧漏光纤传播并透射对应的激光光源所产生的激光偏振光，改善了显示设备的色域，提高了显示设备的色彩显示效果，并且也简化了显示设备的结构。另一方面，利用根据本发明实施例的导光装置可以实现异性显示器。

应当理解，给出这里的描述，相关领域的普通技术人员将能够想到本发明的这些和类似的实现或配置。

尽管在这里参照附图描述了本发明的一些实施例，但是应当理解，所述实施例仅是示例性的，而非限制性的。本领域技术人员应当理解，在不背离权利要求及其等价物中限定的本发明的范围和精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出各种形式和细节上的变化。

Claims (16)

1.一种导光装置，包括：

侧漏光纤，按照预定规则，其一部分侧面透出光。

2.如权利要求1所述的导光装置，其中，所述侧漏光纤包括荧光侧光光纤、液体侧漏光纤、塑料光纤、以及侧漏玻璃光纤。

3.如权利要求1所述的导光装置，其中，

所述侧漏光纤包括纤芯和包裹所述纤芯的包层，

其中，按照所述预定规则布置所述包层，使得：沿着光纤的轴向方向，所述包层具有多个开口部分，并且在所述开口部分中，所述纤芯没有被包层包裹。

4.如权利要求3所述的导光装置，其中，

按照所述预定规则布置所述包层，使得：沿着光纤的轴向方向并且沿着光传播方向，所述开口部分的面积逐渐减小。

5.如权利要求3所述的导光装置，其中，在所述侧漏光纤中，投射到所述侧漏光纤的开口部分处的光发生全反射，而投射到所述侧漏光纤的非开口部分处的光发生部分透射。

6.如权利要求5所述的导光装置，其中，光入射到所述侧漏光纤的纤芯外边缘处的角度为θ_i0，纤芯和包层之间的全反射临界角为θ_i0c1，纤芯和空气之间的全反射临界角为θ_i0c2，在满足θ_i0c2＜θ_i0＜θ_i0c1的情况下，投射到所述侧漏光纤的开口部分处的光发生全反射，而投射到所述侧漏光纤的非开口部分处的光发生部分透射。

7.如权利要求1所述的导光装置，其中，所述侧漏光纤沿着显示器的纵向被排列为列，或者沿着显示器的横向被排列为行。

8.如权利要求1所述的导光装置，其中，所述侧漏光纤沿着显示器的四周呈螺旋状缠绕直至到达显示器的中心位置。

9.一种显示设备，包括：

背光模组，用于为显示模组提供背光；以及

显示模组，用于根据输入的图像数据来显示图像，

其中，所述背光模组包括：至少一组侧漏光纤，每组侧漏光纤用于传播并透射对应的激光光源发出的光，

按照预定规则布置所述侧漏光纤，使得其一部分侧面透出光。

10.如权利要求9所述的显示设备，其中，所述侧漏光纤包括荧光侧光光纤、液体侧漏光纤、塑料光纤、以及侧漏玻璃光纤。

11.如权利要求9所述的显示设备，其中，

所述侧漏光纤包括纤芯和包裹所述纤芯的包层，

其中，按照所述预定规则布置所述包层，使得：沿着光纤的轴向方向，所述包层具有多个开口部分，并且在所述开口部分中，所述纤芯没有被包层包裹。

12.如权利要求11所述的显示设备，其中，

按照所述预定规则布置所述包层，使得：沿着光纤的轴向方向并且沿着光传播方向，所述开口部分的面积逐渐增小。

13.如权利要求11所述的显示设备，其中，在所述侧漏光纤中，投射到所述侧漏光纤的开口部分处的光发生全反射，而投射到所述侧漏光纤的非开口部分处的光发生部分透射。

14.如权利要求13所述的显示设备，其中，光入射到所述侧漏光纤的纤芯外边缘处的角度为θ_i0，纤芯和包层之间的全反射临界角为θ_i0c1，纤芯和空气之间的全反射临界角为θ_i0c2，在满足θ_i0c2＜θ_i0＜θ_i0c1的情况下，投射到所述侧漏光纤的开口部分处的光发生全反射，而投射到所述侧漏光纤的非开口部分处的光发生部分透射。

15.如权利要求9所述的导光装置，其中，所述每组侧漏光纤沿着显示器的纵向被排列为列，或者沿着显示器的横向被排列为行。

16.如权利要求9所述的导光装置，其中，所述每组侧漏光纤沿着显示器的四周呈螺旋状缠绕直至到达显示器的中心位置。

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