[发明专利]用于导光板的空间多路复用耦合器

说明书

一种适合用于液晶显示装置的导光板，所述导光板包含玻璃板和结合到导光板的边缘表面的光耦合器。还公开了一种使用导光板的用于液晶显示装置的背光单元，以及使用该背光单元的显示装置。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2015年10月6日提交的系列号为62/237761的美国临时申请的优先权权益，本申请以该申请的内容为基础，并通过引用的方式全文纳入本文。

技术领域

本公开一般涉及用于液晶显示装置的边缘发光背光单元，更具体地，涉及包含耦合器的背光单元，所述耦合器被构造成耦合光源阵列和包含背光单元的导光板之间的光。

背景技术

液晶显示器(LCD)面板通常包括两片薄玻璃(滤色器基材和TFT基材)，其包含设置在该两片薄玻璃之间的液晶材料；聚合物光导(例如聚(甲基丙烯酸甲酯)—PMMA)和少量塑料薄膜(漫射器、DBEF膜等)。由于PMMA的弹性模量较差，因此整体结构的刚性可能不足以承受大的物理冲击。因此，可能需要额外的机械结构来提供刚度。对于PMMA来说，PMMA的杨氏模量为约2千兆帕斯卡(GPa)。相反，大多数基于二氧化硅的玻璃的杨氏模量为约72GPa。

湿度测试显示PMMA对水分极敏感，并且尺寸可改变约0.5％。对于大约一米的长度，这意味着尺寸增加约5mm，这是非常明显的并且对背光单元的机械设计造成挑战。通常，在光源(例如发光二极管—LED)与PMMA光导之间提供空气间隙以适应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，这可导致显示器亮度随湿度而变化。

PMMA具有约75x10^-6/℃的热膨胀系数(CTE)并且具有约0.2W/m/K的相对较低的热导率，而对于基于二氧化硅的玻璃来说，热膨胀系数可以为8x10^-6/℃并且热导率可以为0.8W/m/K。PMMA还具有约105℃的塑性转变温度。PMMA的低的热导率阻碍了材料的热耗散。因此，当光导接近LED时，可耗散大量能量，PMMA可变得非常热。

由于PMMA的热稳定性、机械稳定性和尺寸稳定性较差，因此，在液晶显示器(LCD)背光单元中，玻璃(例如基于二氧化硅的玻璃)被认为是PMMA的潜在替代方案。但是，由于生产高品质的光学级玻璃比生产PMMA可能更加昂贵，因此，玻璃成本驱使技术向着更薄的光导发展，同时需耦合光导的LED的尺寸(例如至少2毫米厚)要求玻璃比传统的0.07毫米(mm)厚的LCD玻璃更厚，从而能够将来自LED的光近乎100％地耦合到光导中。

发明内容

在一些实施方式中，提供了一种光学耦合装置，其能够有效地将来自光源的光耦合到薄的导光板。该光学耦合装置由在垂直(横向)和水平方向上均弯曲的多层波导组成。

在一些实施方式中，提供了一种背光单元，其包括厚度为Th₁的玻璃导光板，所述玻璃导光板包含第一主表面、第二主表面和至少一个边缘表面；连接到导光板的光耦合器，所述光耦合器包含与部分的边缘表面结合的整数n个波导；以及定位在光耦合器的输入面附近的光源，所述输入面的厚度为Th₂。

在一些实施方式中，提供了一种背光单元，其包括厚度为Th₁的玻璃导光板，所述玻璃导光板包含第一主表面、第二主表面和至少一个边缘表面；连接到导光板的具有输入面的光耦合器，所述光耦合器包含与部分的边缘表面结合的整数n个波导，每个波导具有输出面；以及定位在光耦合器的输入面附近的光源，所述输入面的厚度为Th₂。

在一些实施方式中，提供了一种光耦合器，其包含输入面；以及整数n个波导，每个波导具有输出面。

在以下的具体实施方式中给出了本公开的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述方法而被认识。