一种面光源、背光模组和显示装置制造方法
【专利摘要】本发明属于显示【技术领域】，涉及一种面光源、背光模组和显示装置。一种面光源，包括光纤和设置于所述光纤一端的光源，所述光纤沿长度方向上间隔开设有多个出光窗口，所述光源发出的光束沿所述光纤传播，并经所述出光窗口射出所述光纤。该面光源具有高聚光、宽色域、高效率的优点；相应的，使得采用该面光源的背光模组具有高聚光、宽色域、高效率的优点；采用该背光模组的显示装置具有更好的显示效果。
【专利说明】一种面光源、背光模组和显示装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于显示【技术领域】，涉及一种面光源、背光模组和显示装置。
【背景技术】
[0002]液晶本身不发光，因此,在液晶显示装置(Liquid Crystal Display)中采用背光模组(Back Light Module)为液晶面板提供均匀亮度的光源。一般来说，背光模组通常是将常用的点光源或线型，透过一系列光学膜片转化成高亮度且均一辉度的面光源，使液晶面板能正常显示影像。
[0003]通常，背光模组主要包括光源(Light Source)、反射膜(Reflector)、导光板(Light Guide Plate)及外框等部件。现有技术中，光源包括CCFL(Cold CathodeFluorescent Lamp,冷阴极突光灯)或LED (Light Emitting Diode,发光二极管)，这些光源发射的光束经导光板导光后通常较为分散，聚光效果差，需要额外采用棱镜膜来聚集散光，以增强聚光效果，提高背光模组的亮度；另外，这些光源还存在色域窄、效率低的不足。
[0004]因此，实现背光模组的高聚光性、宽色域以及高效率，成为目前亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种面光源、背光模组以及显示装置，该背光模组具有宽色域、高效率和高聚光的优点。
[0006]解决本发明技术问 题所采用的技术方案是一种面光源，包括光纤和设置于所述光纤一端的光源，所述光纤沿长度方向上间隔开设有多个出光窗口，所述光源发出的光束沿所述光纤传播，并经所述出光窗口射出所述光纤。
[0007]优选的是，所述光纤的中心轴弯曲设置于同一布设平面，所述出光窗口开设于所述光纤对应着所述布设平面的上方或下方。
[0008]优选的是，随着所述出光窗口与所述光纤设置有所述光源一端之间的长度的增长，所述出光窗口的开设密度增大。
[0009]优选的是，所述出光窗口为在所述光纤表面等间距形成多个狭缝的光栅，所述狭缝的排列方向垂直于所述光纤的长度方向。
[0010]优选的是，所述光源为激光光源，所述激光沿所述光纤传输，并经所述光栅射出所述光纤。
[0011]优选的是，所述光栅的线间周期与所述激光的波长满足公式:0.Λ/λ < 1，其中，Λ为所述光栅的线间周期，λ为所述激光的波长。
[0012]优选的是，所述激光射入所述光栅的入射角以及射出所述光栅的出射角满足公式:n’ sin<i)m-nssin θ ?η=λ.ηι/Λ，其中，θ in为所述激光入射所述光栅的入射角，(J)m为射出所述光栅的出射角，η’为空气的折射率，ns为所述光栅的折射率，m为所述光栅的衍射中光谱的级数。[0013]优选的是，所述激光射入所述光栅的入射角的范围为50°?80°，射出所述光栅的出射角的范围为-15°?15°。
[0014]其中，所述光纤包括同轴设置的芯线和保护层，所述保护层包裹于所述芯线的外围；所述保护层采用透明树脂形成，所述出光窗口为在所述保护层中等间距形成多个狭缝的光栅。
[0015]或者，所述光纤包括芯线，所述出光窗口为在所述芯线的外表面形成多个狭缝的光栅。
[0016]一种背光模组，包括上述的面光源。
[0017]优选的是，所述布设平面与所述显示面板的板面平行。
[0018]优选的是，包括三根所述光纤，三根所述光纤的中心轴并行弯曲设置于所述布设平面内；所述光源包括红光激光光源、绿光激光光源和蓝光激光光源，所述红光激光光源、所述绿光激光光源和所述蓝光激光光源各设置于三根所述光纤的一端；所述红光激光光源、所述绿光激光光源和所述蓝光激光光源各发出的红光激光、绿光激光和蓝光激光经所述出光窗口出射后混色形成白光。
[0019]优选的是，所述出光窗口朝向所述显示面板。
[0020]优选的是，所述出光窗口背向所述显示面板，所述背光模组还包括反射膜，所述反射膜设置于所述光纤远离所述显示面板的一侧。
[0021]优选的是，所述背光模组还包括扩散膜，所述扩散膜设置于所述光纤靠近所述显示面板的一侧。
[0022]一种显示装置，包括上述的背光模组。
[0023]本发明的有益效果是:本发明中的面光源，采用光纤和设置于光纤一端的激光光源形成，具有高聚光、宽色域、高效率的优点；
[0024]相应的，使得采用该面光源的背光模组具有高聚光、宽色域、高效率的优点；
[0025]采用该背光模组的显示装置具有更好的显示效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明实施例1面光源的结构示意图；
[0027]图2为图1中一种光纤在垂直于长度方向上的剖面示意图；
[0028]图3为图2中光纤在长度方向上的剖面示意图；
[0029]图4为图1中另一种光纤在垂直于长度方向上的剖面示意图；
[0030]图5为图4中光纤在长度方向上的剖面示意图；
[0031]图6为本发明实施例2背光模组中面光源的结构示意图；
[0032]图中:1 —光源；2 —光纤；21_芯线；22_保护层；3_出光窗口 ；30 —光栅。
【具体实施方式】
[0033]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明面光源、背光模组和显示装置作进一步详细描述。
[0034]一种面光源，包括光纤和设置于所述光纤一端的光源，所述光纤沿长度方向上间隔开设有多个出光窗口，所述光源发出的光束沿所述光纤传播，并经所述出光窗口射出所述光纤。
[0035]实施例1:
[0036]本实施例提供一种面光源。面光源是一种发光模式，相对LED点光源及普通灯具光源而言，面光源如平板光源，具有出光柔和、不伤眼、省电、光束自然等特点，是将来光源产品发展的重要方向。
[0037]如图1所不,本实施例中，一种面光源，包括光纤2和设置于光纤2 —端的光源I,光纤2沿长度方向上间隔开设有多个出光窗口 3，光源I发出的光束沿光纤2传播，并经出光窗口 3射出光纤2。其中，出光窗口 3为在光纤2表面等间距形成多个狭缝的光栅30，狭缝的排列方向垂直于光纤2的长度方向。
[0038]在本实施例中，光源I为激光光源，激光沿光纤2传输，并经光栅30射出光纤2。同时，光纤2的中心轴弯曲设置于同一布设平面中，出光窗口 3开设于光纤2对应着布设平面的上方或下方，以形成易于控制光亮强度的面光源。
[0039]光纤通常为一种细长的圆柱形实体复合纤维，在本实施例中，如图2、3所示，光纤2为多层同轴圆柱形实体，其包括同轴设置的芯线21和保护层22，保护层22包裹于芯线21的外围；芯线21和保护层22共同构成介质光波导，形成对光束的传导和约束，以实现光的传输。其中，保护层22采用透明树脂形成，出光窗口 3为在保护层22中等间距形成多个狭缝的光栅30 ;或者，如图4、5所示，光纤2仅包括芯线21，出光窗口 3为在芯线21的外表面形成多个狭缝的光栅30。芯线21通常采用二氧化硅形成，因此形成的光纤对光的折射率在
1.5-1.6 之间。
[0040]由于激光在光纤2传输的过程中会发生衰减，为保证面光源在各处亮度的均匀性，优选随着出光窗口 3与光纤2设置有光源I 一端之间的长度的增长,出光窗口 3的开设密度增大，即光栅30的设置密度随着其远离激光光源的出光端的长度的增长而增大。
[0041]其中，光栅30可采用构图工艺形成。具体的，当光栅30形成在光纤2的保护层22中时，可以通过光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀等步骤在保护层22中形成具有多个狭缝的光栅结构，如图2、3所示。此时，保护层22的厚度等于光栅30的高度h。
[0042]同理，当光栅30形成在芯线21的外表面时，也可以通过上述方法形成。
[0043]为了实现激光从光栅30射出，光栅30的线间周期(即一个透光狭缝的周期)与激光的波长满足公式:
[0044]0.5 ≤ Λ/λ ≤1............(I)
[0045]在公式(I)中，如图3所示，Λ为光栅30的线间周期，λ为激光光源发出的激光的波长。
[0046]如图3所示，光栅30的效率由光栅30的宽度w和高度h决定。在本实施例中，光栅30的宽度w的范围为:0.05 λ <ff<0.99 λ，如果宽度w小于0.05 λ，则光栅30的衍射效率低，出射光少，制作工艺困难；如果宽度w大于0.99 λ，则大部分激光会产生全反射，衍射效率低下。光栅30的高度h的范围为:0.05 λ <h<5 λ，如果高度h小于0.05 λ，则光栅30的衍射效率低，出射光少；如果高度h大于5 λ，制作工艺困难。
[0047]在本实施例中,对应图3中激光相对光栅30的入射角和出射角的示意,激光射入光栅30的入射角以及射出光栅30的出射角满足公式:
[0048]n，sin <J>m-nssin θ in= λ.m/Λ............(2)[0049]在公式(2)中，η’为空气的折射率，ns为光栅30的折射率，Θ in为激光入射光栅30的入射角，(K为射出光栅的出射角，m为光栅30的衍射中光谱的级数，其中，m=0，±1，±2...。这里应该理解的是，入射角和出射角与通常意义上入射角和出射角相同，即相对于光栅30在某点所在平面的法线方向而言。
[0050]优选的是，激光射入光栅30的入射角的范围为50°~80°，射出光栅30的出射角的范围为-15°~15°。
[0051]较佳的，激光射入光栅30的入射角的范围为60°~70°时，可获得更窄的光栅30的出射角范围。
[0052]在一个示例中，红色激光光源R发出的红色激光的入射角9in=65°，红色激光的波长为635nm，根据公式(2)，红色激光光源R对应的光纤2中光栅30的线间周期为可以取值为455nm，η，=1，ns=l.5，当取m=0，1,2, -2,3, _3…时，根据公式(2)，(^m不存在，即这个时候没有衍射，所有激光光束进行了全反射；取111=-1时，根据公式(2)，可以得出Φπ近似于O的角度。
[0053]本实施例中，由于经光栅30最终射出的光束与法线方向的夹角范围为-15°~15°，即激光光束经光栅30后接近垂直角度射出光栅，因此使得该面光源具有较好的聚光效果。
[0054]在很多场合，面光源通常有特殊的需求，根据混色原理，可以采用不同颜色的激光光源，并结合一根以上光纤和多个光栅，从而实现不同的面光源颜色、发光面积的要求。
[0055]本实施例中的面 光源，米用激光光源和具有光栅的光纤形成，具有高聚光、宽色域、高效率的优点。
[0056]实施例2:
[0057]本实施例提供一种背光模组，也称背光源(Back Light)，用于为显示面板(panel)提供光源，背光模组包括实施例1中的面光源。
[0058]在液晶显示技术中，由于液晶本身并不发光，所以通常需要采用面光源提供光源。在液晶显示装置中，面光源通常要求为白光光源。如图6所示，根据三基色的混色原理，在本实施例中，面光源包括三根光纤2,三根光纤2的中心轴并行弯曲设置于布设平面内，为使得光源能得到充分利用，优选面光源中三根光纤2的布设平面与液晶显示面板的板面平行；同时，出光窗口 3朝向液晶显示面板，以使得激光光束通过光栅30直接射向液晶显示面板。
[0059]其中，光源I包括红光激光光源R、绿光激光光源G和蓝光激光光源B，红光激光光源R、绿光激光光源G和蓝光激光光源B各设置于三根光纤2的一端；红光激光光源R、绿光激光光源G和蓝光激光光源B各发出的红光激光、绿光激光和蓝光激光经出光窗口 3出射后混色形成白光，提供给液晶显示面板。通常，红色激光的波长为635nm，绿色激光的波长523nm，蓝色激光的波长470nm ;相应的，根据公式(2)，红色激光光源R对应的光纤2中光栅30的线间周期为455nm，绿色激光光源G对应的光纤2中光栅30的线间周期为375nm，蓝色激光光源B对应的光纤2中光栅30的线间周期为337nm。图6中，不同颜色的出光窗口采用不同的图形形状给予标识，其中，方形出光窗口代表红光出光，圆形出光窗口代表绿光出光，三角形出光窗口代表蓝光出光。
[0060]在实施例1中，激光射入光栅30的入射角的范围为50°~80°，本实施例中进一步优选红色激光、绿色激光、蓝色激光相对光栅30的入射角为65°左右，以使得红色激光、绿色激光、蓝色激光通过一次透射或反射可实现射出光栅30的出射角的范围为-15°?15°。由于经光栅30最终射出的光束与法线的夹角范围为-15°?15°的窄角度发光，即激光光束经光栅30后接近垂直角度射出光栅30，因此具有较好的聚光效果。即使不采用现有技术中的棱镜膜来对散光进行聚集，该面光源也能实现较好的聚光效果，从而得到更好的背光效果；同时，由于采用了激光作为光源，因此该面光源还具有色域宽、效率高的优点。
[0061]在本实施例中，用于传输红色激光、绿色激光、蓝色激光的光纤2，随着出光窗口 3距离激光出光端的长度的增长，出光窗口的开设密度增大，也即使得光栅30的设置密度增大，以实现整个面光源上的均一灰度，同时提高光栅30的出光效率。
[0062]在本实施例中，进一步优选的是，背光模组还包括扩散膜(图4中未示出)，扩散膜设置于光纤2靠近显示面板的一侧，以便将混光后的激光光束进行扩散，实现更均匀的、更接近白色的背光。
[0063]本实施例中的背光模组，采用激光光源和具有光栅的光纤形成面光源，不需采用棱镜膜就可实现背光模组的高聚光；且激光光源本身就具有较宽的色域和较高的光利用率，从而实现了背光模组的宽色域、高效率。
[0064]实施例3:
[0065]本实施例提供一种背光模组，该背光模组中的光源仍可以米用实施例1中的面光源。本实施例与实施例2的区别在于,光纤中出光窗口的开设位置不同。
[0066]在本实施例中，出光窗口背向显示面板，相应的，为了进一步提高光源的利用率，背光模组还包括反射膜，反射膜设置于光纤远离显不面板的一侧，以将光栅中射出的光反射到液晶显不面板，提闻売度。
[0067]同样可以优选的是，为了进一步提供光源的均匀度，优选背光模组还包括扩散膜，扩散膜设置于光纤靠近显示面板的一侧。
[0068]本实施例中背光模组中的其他结构与实施例2中相应的结构相同，这里不再赘述。
[0069]本实施例中的背光模组，采用激光光源和具有光栅的光纤形成面光源，实现了背光模组的宽色域、高效率和高聚光。
[0070]实施例4:
[0071]本实施例还提供一种显示装置，包括实施例2或实施例3中的背光模组。
[0072]该显示装置可以为:液晶面板、电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
[0073]该显示装置由于采用了具有宽色域、高效率和高聚光的背光模组，因此具有更好的显示效果。
[0074]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种面光源，其特征在于，包括光纤和设置于所述光纤一端的光源，所述光纤沿长度方向上间隔开设有多个出光窗口，所述光源发出的光束沿所述光纤传播，并经所述出光窗口射出所述光纤。
2.根据权利要求1所述的面光源，其特征在于，所述光纤的中心轴弯曲设置于同一布设平面，所述出光窗口开设于所述光纤对应着所述布设平面的上方或下方。
3.根据权利要求2所述的面光源，其特征在于，随着所述出光窗口与所述光纤设置有所述光源一端之间的长度的增长，所述出光窗口的开设密度增大。
4.根据权利要求3所述的面光源，其特征在于，所述出光窗口为在所述光纤表面等间距形成多个狭缝的光栅，所述狭缝的排列方向垂直于所述光纤的长度方向。
5.根据权利要求4所述的面光源，其特征在于，所述光源为激光光源，所述激光沿所述光纤传输，并经所述光栅射出所述光纤。
6.根据权利要求5所述的面光源，其特征在于，所述光栅的线间周期与所述激光的波长满足公式:0.5≤ Λ/λ≤ 1，其中，Λ为所述光栅的线间周期，λ为所述激光的波长。
7.根据权利要求6所述的面光源，其特征在于，所述激光射入所述光栅的入射角以及射出所述光栅的出射角满足公式:n’ sin<i)m-nssin θ ?η=λ.ηι/Λ，其中，θ in为所述激光入射所述光栅的入射角，Φπ为射出所述光栅的出射角，η’为空气的折射率，ns为所述光栅的折射率，m为所述光栅的衍射中光谱的级数。
8.根据权利要求7所述的面光源，其特征在于，所述激光射入所述光栅的入射角的范围为50°~80°，射出所述光栅的出射角的范围为-15°~15°。
9.根据权利要求1-8任一项所述的面光源，其特征在于，所述光纤包括同轴设置的芯线和保护层，所述保护层包裹于所述芯线的外围；所述保护层采用透明树脂形成，所述出光窗口为在所述保护层中等间距形成多个狭缝的光栅。
10.根据权利要求1-8任一项所述的面光源，其特征在于，所述光纤包括芯线，所述出光窗口为在所述芯线的外表面形成多个狭缝的光栅。
11.一种背光模组，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的面光源。
12.根据权利要求11所述的背光模组，其特征在于，所述布设平面与所述显示面板的板面平行。
13.根据权利要求12所述的背光模组，其特征在于，包括三根所述光纤，三根所述光纤的中心轴并行弯曲设置于所述布设平面内；所述光源包括红光激光光源、绿光激光光源和蓝光激光光源，所述红光激光光源、所述绿光激光光源和所述蓝光激光光源各设置于三根所述光纤的一端；所述红光激光光源、所述绿光激光光源和所述蓝光激光光源各发出的红光激光、绿光激光和蓝光激光经所述出光窗口出射后混色形成白光。
14.根据权利要求13所述的背光模组，其特征在于，所述出光窗口朝向所述显示面板。
15.根据权利要求13所述的背光模组，其特征在于，所述出光窗口背向所述显示面板，所述背光模组还包括反射膜，所述反射膜设置于所述光纤远离所述显示面板的一侧。
16.根据权利要求14或15所述的背光模组，其特征在于，所述背光模组还包括扩散膜，所述扩散膜设置于所述光纤靠近所述显示面板的一侧。
17.一种显示装置，包括权利要求11-16任一项所述的背光模组。
【文档编号】F21Y101/02GK103807672SQ201410030483
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】金起满, 柳在健 申请人:京东方科技集团股份有限公司