[发明专利]用于液晶显示设备的边缘发光的背光单元

说明书

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L_t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/L_t可在从大约0.1到大约0.9的范围内。L_t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。L_t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＝n_c-n_L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。