CN108780242B - 带有聚光器的平板照明器 - Google Patents

Abstract

公开了涉及将光耦合到用于背光***的光导中的示例。一个公开的示例提供了一种平板照明器，其包括聚光反射器、光导和一个或多个光发射器。聚光反射器包括弯曲的反射部分。光导包括平面和位于聚光反射器附近的输入边缘，并且一个或多个光发射器被布置在聚光反射器内并与光导的输入边缘隔开。

Description

带有聚光器的平板照明器

背景

一些电子显示器包括由一排发光二极管(LED)边缘照亮的光导。这种显示器的一个考虑因素是来自LED的光发射被耦合到光导中的效率。LED/光导接口处的损耗可能导致显示亮度降低、功耗增加、以及可能降低显示图像质量的杂散光效应。

概述

公开了涉及将光耦合到用于背光***的光导中的示例。一个公开的示例提供了一种平板照明器，其包括聚光反射器、光导和一个或多个光发射器。背光***包括弯曲反射部分，包括平面和位于聚光反射器附近的输入边缘的光导，并且一个或多个光发射器被布置在聚光反射器内并与光导的输入边缘隔开。

提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开中标识的缺点的实现。

附图简述

图1示出了具有电子显示器的示例设备的各方面。

图2是示例电子显示器的示意截面图。

图3是示例聚光反射器的截面图。

图4是另一示例聚光反射器的视图。

详细描述

如上所述，在侧光式背光应用中，通常需要将光从发光器有效地光耦合到光导中。例如，背光***可以利用具有近似朗伯辐射图案的白色LED作为光发射器。然而，光导可以配置成在更有限的角度范围内接收光。这在“实心”背光配置中尤其如此，其中光导的接受角度范围可以特别窄。因此，聚光器可被使用来使得光发射器输出的光的分布变窄。以前，用于将LED发射耦合到光导中的聚光器已经包括了模制或机加工到光导边缘中的透镜状突起，这种配置可能难以制造且制造昂贵。此外，在光导的输入边缘处大耦合光学器件的使用可能导致边框宽度和/或厚度增加。

因此，本公开描述了光学聚光器的示例，其可以通过将来自光发射器的大部分光转换成跨越期望的椭圆角度范围的光束来实现高耦合效率。所公开的示例不是被模制或机加工到光导中，而是通过充气间隙与光导分离。这可以有助于缩短光发射器和光导的功能区域(向空间光调制器提供光的部分)相对于集成到光导的边缘区域中的聚光器之间的距离。

现在将通过示例并参考上文列出的附图来描述该实现和其它实现的各方面。在一个或多个附图中，可能基本相同的组件、处理步骤和其他元件被协调地标识并且以最小的重复被描述。然而，将指出，协调地标识的元件也可能在一定程度上有所不同。将进一步指出，附图是示意性的且未必按比例绘制。除非特别说明，附图中所示的各种绘图比例、纵横比和组件数量可能被故意失真以使某些特征或关系更容易被看到。

图1示出了具有电子显示器12的示例设备10。图1的装置是具有***显示监视器的台式计算机***。然而，所公开的示例还适用于其他设备，包括但不限于例如，具有集成显示监视器的膝上型计算机、平板电视、平板计算机、智能电话、便携式游戏***、控制台游戏***和媒体播放器。

图2示出了设备10的示例电子显示器12的各方面。电子显示器包括平板照明器22和图像形成层24，图像形成层24被配置为通过空间调制由平板照明器释放的光在显示区域26中形成显示图像。这种调制可以通过电子控制器28来被控制。

在一些实现中，图像形成层24可以是布置在保护玻璃或透明模制片29下方的液晶显示器(LCD)层。这样，图像形成层可以包括上游偏振器30、下游偏振器32和布置在上游和下游偏振器之间的像素矩阵34。上游和下游偏振器中的每一个可以被配置成透射平面偏振光。来自平板照明器22的光被上游偏振器过滤，以选择预定偏振态的光。在一些实现中，上游偏振器30可包括位于吸收偏振器38上游的再循环偏振器36。再循环偏振器将至少一些不希望的偏振态的光反射回平板照明器。吸收偏振器吸收不需要的偏振态的剩余光，以帮助在偏振态选择中保持适当高的整体对比度。因此，基本上平面偏振的光进入图像形成层的像素矩阵34。

在像素矩阵34的每个可单独寻址的像素元件40处，入射光的偏振面可以通过其中的扭曲向列液晶旋转。当像素元件通过电子控制器28被通电偏置时，形成扭曲向列液晶。当偏置被移除时，扭曲向列液晶松弛到扭曲状态，这不会使偏振面旋转。在其中上游和下游偏振器具有相同取向的实现中，具有旋转偏振面的光被下游偏振器阻挡，该下游偏振器与旋转度相当。因此，通过向每个像素元件提供受控的电偏置，通过穿过图像形成层24的光在显示区域26中形成显示图像。

在一些实现中，图像形成层24包括与像素元件40对齐布置的个体滤色器元件44的滤色器矩阵42。红色、绿色和蓝色透射滤色器元件可以在滤色器矩阵中以重复图案来被布置，以使得能够形成全色图像。在单色显示器实现中，滤色器矩阵可被省略。

平板照明器22包括光导46和一个或多个光发射器48，光发射器48被配置为经由聚光反射器50将光引导到光导中。光发射器48的配置不被特别限制。在一些实现中，光发射器可为侧发射表面安装发光二极管(LED)。下面更详细描述的聚光反射器50使来自一个或多个光发射器的光的角度分布变窄，以帮助将光有效地耦合到光导46中。

光导46包括透明材料52，例如聚碳酸酯，丙烯酸树脂或玻璃。光导包括输入边缘54，来自光发射器48的光发射在边缘54处被接收。邻近光导的输入边缘54是平行的平面56(即，56F和56B)，每个面由输入边缘限定。该结构通过来自平面的全内反射(TIR)允许在输入边缘处接收的光的传播。在一些实现中，平面56F和56B可以直接与空气接合。在其他实现中，光导46包括第一包覆层58F和第二包覆层58B中的一个或多个。第一和第二包覆层被布置在芯材料52的相对侧上。在一些实现中，光导可经由前包覆层被光学耦合到图像形成层24。

第一包覆层58F和第二包覆层58B的折射率低于材料52的折射率。在一些实现中，前包覆层的折射率可以低于背包覆层的折射率，使得传播的光从背面56B(完全地或优选地)被释放。为了促进传播光的释放，光导46包括多个光提取特征60。提取特征可以以任何合适的方式形成，例如通过机械加工，压花或其他模制方法，并且可以具有任何合适的尺寸。

当传播光与提取特征相互作用时，一些光以亚临界角被散射并因此被从光导释放。更具体地，一部分光被向下朝向转向膜散射，而另一部分被向上朝向显示器发送。因此，平板照明器还包括转向结构62，该转向结构62被配置为将出射的光线以可接受的角度重定向通过图像形成层24以用于图像产生和观察。这些光线被图像形成层24过滤，以在显示区域26中形成显示图像。在所示的实现中，转向结构包括层压到金属板63上的刻面模制膜86，但是转向结构可以具有任何其他合适的结构。

聚光反射器50包括弯曲的反射部分。在所示的实现中，弯曲的反射部分是抛物面反射部分64，其具有轴66和焦点68。偏离严格抛物线几何的曲率也可以被使用。在一些示例中，聚光反射器50可以沿着光导的输入边缘54的长度延伸，以沿着一个横截面尺寸成角度地聚集光(例如，使得光沿着光导的厚度，而不是沿着光导输入边缘54的长度的方向，成角度地聚集)。在其他示例中，聚光反射器50可以被配置为沿着两个横截面尺寸成角度地聚光，使得光沿着输入边缘54的长度和厚度两者被聚集。

在图3的实现中，聚光反射器50还包括相对于轴线66倾斜定向的平面反射部分70。在图3中，平面反射部分70大致平行于光导46的平面56。在其他实现中，轴、平面反射部分和光导可以相对于彼此不同地定位。平面反射部分70和抛物面反射部分64中的每一者可以被涂覆有适当反射的外层(例如涂银的铝)，或者可以由具有足够的反射率(从而可以省略外层)的材料形成。

在包括平面反射部分70的示例中，不是将抛物面反射部分64设置成由对称平面划分的两半，而是提供一半。这使得聚光器能够被安装在比每侧具有抛物面反射器的聚光器更小的空间中。更具体地，LED光发射器48(见下文)可以搁置在直接在LED孔前面和下面的平面中延伸的电路板上。在这种配置中，可能没有足够的空间用于成形反射器。平坦的镜面因此可以节省空间。方便地，该镜面可以采用施加到电路板上的薄反射膜(例如聚合物反射膜或其他合适的材料)的形式。

继续图3，一个或多个光发射器48可以被布置成合适地接近抛物面反射部分64的焦点68。在一维聚光变体中(其中焦点68是平行于输入边缘54的线)，一系列光发射器可以沿着焦点68附近的输入边缘的长度被布置。在二维聚光变体中，单个光发射器可以定位在焦点68附近，并且一系列离散的聚光反射器和相关的光发射器可以沿着输入边缘被布置。在图3的示例中，光导46相对于抛物面反射部分的轴66倾斜，使得轴与光导的平面56形成角度A。

在图3的实现中，光发射器48通过延伸通过横向距离D的充气间隙与光导46的输入边缘54分开。可选的弱漫射器74可以被布置在发射器和输入边缘之间。这有助于通过在光导入口处横向散布光来减少输入边缘处的热点的出现。在其他实现中，可以使用棱镜结构代替弱漫射器。与其中聚光器被集成到光导的边缘区域中的配置相比，气隙提供了节省空间的优点。实际上，低折射率的空气使得高角度射线能够进入聚光器，这使得距离D小于其他情况。在另一种全固态聚光器中，一旦射线进入固体射线角度就会立刻减小。因此，必须通过来自抛物线轮廓的反射来改变射线的角度，这将占用更多空间。这样，从光发射器48到光导的功能部分(例如，用于背光的光发射的部分)的横向距离D可以比小角度耦合的情况更短。这种缩短的横向距离可有助于在输入边缘处实现较窄的边框以容纳光发射器和聚光器。此外，与其他聚光器相比，所公开的示例可以有助于减少以高角度离开聚光器的光线的数量，从而减少光导中和显示器26中靠近输入边缘的“热点”的传播损耗。然而，在其他示例中，光发射器48可以通过透明固体与输入边缘54分离。这里，聚光反射器50可以包括抛物面反射部分64内的拉直反射部分。图3示出了在抛物面反射部分上绘制的散列标记之间的拉直反射部分的位置76。在其中包括拉直反射部分的各实现中，该部分可以邻接抛物面反射部分64并且可以相对于抛物面反射部分的轴线66被倾斜地定向。拉直的反射部分校正了全固态实施中的“已经扩展的”发射轨迹。

图4示出了聚光反射器50的示例实现的视图，该聚光反射器50被配置为在沿着光导的厚度的方向上(即，沿着一个横截面维度)聚集光。在图4的配置中，光发射器48是侧面发射的表面安装LED，其耦合到电路板78。在一些实现中，聚光反射器50的平面反射部分70可被层压到电路板78。此外，在所示的示例中，聚光反射器50的抛物面反射部分64和平面反射部分70是同一形成的片80的一部分，并且光导46部分地延伸到抛物面反射部分64和平面反射部分70之间的空间中，使得输入边缘46位于这些结构之间。另外，在光发射器48和光导46之间存在充气间隙。如上所述，这可以允许光发射器和光导的功能部分(例如，发光用于背光)之间的距离被减小，从而减小用于隐藏聚光反射器50和电路板78的显示装置边框的尺寸。

所形成的片可包括一系列开口82以容适一个或多个光发射器48的高度。在其他实现中，形成的片80可以包括一系列突起的凸起，其被配置为容适一个或多个光发射器的高度，代替开口或者除了开口之外。此外，所形成的片80可包括一个或多个开口(未示出)以容适电路板78。在一些示例中，所形成的片包括涂有适当反射涂层的冲压金属片。在其他示例中，所形成的片可以具有足够的反射性以省略这种涂层。

在任何意义上，前述配置的任何方面都不应被解释为限制，因为也设想了许多变化，以及添加和省略。例如，聚光反射器50不仅可以用于将光发射器48的直接输出耦合到光导46中，而且还可以用于为从反射器外部返回的光提供“回收腔”。这种光可以被引导通过聚光反射器内的一个或多个反射，并再次作为所需角度的有用光出射。返回光的一个源可以是来自光导46的输入边缘54的反射。另一个潜在的光源是从光导的远后边缘反射并通过整个***返回到光发射器48的轨迹的光。另一个光源可能是在输入边缘附近从光导漏出的光——例如，没有被适当地引导到所需角度范围的光。通过使用为此目的添加的反射器或透镜，可以将这种光返回到***中。

另一个例子提供了一种平板发光器，包括：聚光反射器，所述聚光反射器包括弯曲的反射部分；光导，所述光导包括平面和位于所述聚光反射器附近的输入边缘；以及一个或多个光发射器，所述一个或多个光发射器被设置在所述聚光反射器内并且通过充气间隙与所述光导的所述输入边缘隔开。

在一些实现中，所述弯曲的反射部分是抛物面反射部分，并且所述聚光反射器替换地或附加地包括平面反射部分。在一些实现中，所述平面反射部分替换地或附加地定向成倾斜于所述抛物面反射部分的轴线。在一些实现中，所述光导替换地或附加地至少部分地被定位在所述抛物面反射部分和所述平面反射部分之间。在一些实施方式中，所述平板照明器替换地或附加地还包括结合在所述光导的所述输入边缘处的漫射器或棱镜结构。在一些实现中，所述弯曲的反射部分替换地或附加地被配置为在沿着光导的厚度方向的方向上聚集光。在一些实现中，所述弯曲的反射部分替换地或附加地被配置为沿着光导的厚度并沿着输入边缘的长度聚集光。在一些实现中，所述一个或多个光发射器替换地或附加地包括一个或多个侧面发光的发光二极管。

另一个例子提供了一种平板发光器，所述平板发光器包括具有平面和输入边缘的光导，具有抛物面反射部分和平面反射部分的聚光反射器，所述抛物面反射部分和平面反射部分的每一者都沿着所述光导的所述输入边缘延伸，所述聚光反射器位于所述光导的所述输入边缘附近，所述平面反射部分倾斜于所述抛物面反射部分的轴线被定向，并且一个或多个光发射器设置在所述平面反射部分和所述抛物面反射部分之间并与所述光导的所述输入边缘分离。

在一些实现中，所述一个或多个光发射器替换地或附加地是侧面发光的\表面贴装发光二极管。在一些实现中，所述一个或多个光发射器替换地或附加地被耦合到电路板，并且所述平面反射部分替换地或附加地被层压到所述电路板。在一些实现中，所述抛物面反射部分和所述平面反射部分替换地或附加地是同一个形成的片的各部分。在一些实现中，所形成的片替换地或附加地包括开口以容适所述一个或多个光发射器的高度。在一些实现中，所形成的片替换地或附加地包括突起的凸起以容适所述一个或多个光发射器的高度。在一些实现中，所述光导的所述输入边缘替换地或附加地被至少部分地布置在所述抛物面反射部分和所述平面反射部分之间，并且所述一个或多个光发射器替换地或附加地通过充气间隙与所述光导的所述输入边缘分开。在一些实现中，所述平面反射部分替换地或附加地标称地偏离所述抛物面反射部分的焦点。在一些实现中，所述抛物面反射部分和所述平面反射部分中的一个或多个替换地或附加地包括反射涂层。

另一个例子提供了一种电子显示器，所述电子显示器包括具有平面和输入边缘的光导，具有抛物面反射部分和平面反射部分的聚光反射器，所述抛物面反射部分和平面反射部分的每一者都在平行于所述输入边缘的方向上沿着所述光导的所述输入边缘延伸，所述抛物面反射部分的轴线倾斜于所述光导的平面，一个或多个光发射器设置在所述平面反射部分和所述抛物面反射部分之间并与所述光导的所述输入边缘分开，以及与光导平行布置的图像形成层。

在一些实现中，所述抛物面反射部分和所述平面反射部分替换地或附加地是同一个冲压金属片的各部分。在一些实现中，所述光导的所述输入边缘替换地或附加地被置于所述抛物面反射部分和所述平面反射部分之间，并且其中所述一个或多个光发射器替换地或附加地通过充气间隙与所述光导的所述输入边缘分开。

应该理解，本文所述的配置和/或方法是示例的目的来描述的，且这些特定示例不应被认为是局限性的，因为众多变体是可能的。本文中所描述的具体例程或方法可表示任何数量的处理策略中的一个或多个。由此，所例示和/或所描述的各种动作可以以所解说和/或所描述的顺序、以其他顺序、并行地执行，或者被省略。同样，以上所描述的过程的次序可被改变。

本公开的主题包括本文中所公开的各种过程、***和配置以及其他特征、功能、动作、和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合，以及其任何和所有等同物。

Claims (18)

1.一种平板照明器，包括：

包括弯曲的反射部分的聚光反射器；

包括平面和位于所述聚光反射器附近的输入边缘的光导；并且

布置在所述聚光反射器内并通过充气间隙与所述光导的所述输入边缘隔开的一个或多个光发射器，

其中所述弯曲的反射部分是抛物面反射部分，并且其中所述聚光反射器包括平面反射部分，并且其中所述光导至少部分地被定位在所述抛物面反射部分和所述平面反射部分之间。

2.如权利要求1所述的平板照明器，其特征在于，所述平面反射部分被定向成倾斜于所述抛物面反射部分的轴线。

3.如权利要求1所述的平板照明器，其特征在于，进一步包括结合在所述光导的所述输入边缘处的漫射器和棱镜结构。

4.如权利要求1所述的平板照明器，其特征在于，所述弯曲的反射部分被配置为在沿着所述光导的厚度的方向上聚集光。

5.如权利要求1所述的平板照明器，其特征在于，所述弯曲的反射部分被配置为沿着所述光导的厚度并沿着所述输入边缘的长度集中光。

6.权利要求1所述的平板照明器，其特征在于，所述一个或多个光发射器包括一个或多个侧面发光的发光二极管。

7.一种平板照明器，包括：

包括平面和输入边缘的光导；

具有抛物面反射部分和平面反射部分的聚光反射器，所述抛物面反射部分和平面反射部分的每一者都沿着所述光导的所述输入边缘延伸，所述聚光反射器位于所述光导的所述输入边缘附近，所述平面反射部分倾斜于所述抛物面反射部分的轴线被定向；以及

一个或多个光发射器设置在所述平面反射部分和所述抛物面反射部分之间并与所述光导的所述输入边缘分离，

其中所述光导的所述输入边缘被至少部分地布置在所述抛物面反射部分和所述平面反射部分之间。

8.权利要求7所述的平板照明器，其特征在于，所述一个或多个光发射器为侧发射、表面安装发光二极管。

9.权利要求7所述的平板照明器，其特征在于，所述一个或多个光发射器被耦合到电路板，并且其中所述平面反射部分被层压到所述电路板。

10.如权利要求7所述的平板照明器，其特征在于，所述抛物面反射部分和所述平面反射部分是同一个形成的片的各部分。

11.如权利要求10所述的平板照明器，其特征在于，所述形成的片包括开口以容适所述一个或多个光发射器的高度。

12.如权利要求10所述的平板照明器，其特征在于，所述形成的片包括突起的凸起以容适所述一个或多个光发射器的高度。

13.如权利要求7所述的平板照明器，其特征在于，所述一个或多个光发射器通过充气间隙与所述光导的所述输入边缘分开。

14.权利要求13所述的平板照明器，其特征在于，所述平面反射部分标称地偏离所述抛物面反射部分的焦点。

15.如权利要求7所述的平板照明器，其特征在于，所述抛物面反射部分和所述平面反射部分中的一个或多个包括反射涂层。

16.一种电子显示器，包括：

包括平面和输入边缘的光导；

具有抛物面反射部分和平面反射部分的聚光反射器，所述抛物面反射部分和平面反射部分的每一者都在平行于所述输入边缘的方向上沿着所述光导的所述输入边缘延伸，所述抛物面反射部分的轴线倾斜于所述光导的平面；

一个或多个光发射器设置在所述平面反射部分和所述抛物面反射部分之间并与所述光导的所述输入边缘分离；以及

与所述光导平行布置的图像形成层，

其中所述光导的所述输入边缘位于所述抛物面反射部分和所述平面反射部分之间。

17.如权利要求16所述的电子显示器，其特征在于，所述抛物面反射部分和所述平面反射部分是同一个的冲压金属片的各部分。

18.如权利要求16所述的电子显示器，其特征在于，所述一个或多个光发射器通过充气间隙与所述光导的所述输入边缘分开。

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