背景

領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及用于液晶顯示設(shè)備的邊緣發(fā)光的背光單元，且更具體地，涉及包括光耦合器的背光單元，該光耦合器被配置成耦合光源與構(gòu)成背光單元的導(dǎo)光板之間的光。

背景技術(shù)：

液晶顯示(LCD)面板通常包括：包括設(shè)置在它們之間的液晶材料的兩片薄玻璃(濾色片襯底與TFT襯底)、聚合物光導(dǎo)(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差的彈性模量，整體結(jié)構(gòu)可能具有不足的剛性來(lái)耐受顯著的物理沖擊，尤其對(duì)于大顯示面板更是如此。PMMA的楊氏模量為大約2千兆帕(GPa)。相比而言，大多數(shù)硅基玻璃具有大約72GPa的楊氏模量。因此，可能需要額外的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)提供剛度。

濕度測(cè)試顯示，PMMA對(duì)濕度敏感，且尺寸可變化高達(dá)大約0.5％。對(duì)于具有大約一米長(zhǎng)度的聚合物光導(dǎo)來(lái)說(shuō)，這意味著大約5毫米的尺寸增加，這是顯著的，并因此使得背光單元的機(jī)械設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性。通常，在光源(例如，發(fā)光二極管-LED)與PMMA光導(dǎo)之間提供氣隙以容納PMMA的膨脹。不幸的是，光源與PMMA光導(dǎo)之間的光耦合對(duì)光源與光導(dǎo)之間的距離敏感，這可導(dǎo)致顯示亮度與濕度相關(guān)地改變。

PMMA具有大約75x10^-6/℃的熱膨脹系數(shù)(CTE)，且具有大約0.2W/m/K的相對(duì)低的熱導(dǎo)率，而硅基玻璃的相同屬性可以是8x10^-6/℃和0.8W/m/K。PMMA還具有大約105℃的塑性轉(zhuǎn)變溫度。PMMA的低熱導(dǎo)率妨礙從材料散熱。因此，當(dāng)光導(dǎo)靠近可耗散許多能量的光源時(shí)，PMMA可變得很熱。

由于PMMA差的熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性以及尺寸穩(wěn)定性，諸如硅基玻璃之類的玻璃在液晶顯示(LCD)背光單元中被認(rèn)為是PMMA的潛在替代解決方案。然而，因?yàn)楦哔|(zhì)量光學(xué)級(jí)(optical-grade)玻璃對(duì)于生產(chǎn)可能是比PMMA更貴的，玻璃的成本驅(qū)使技術(shù)發(fā)展朝向更薄的光導(dǎo)，而必須耦合到光導(dǎo)的LED的尺寸，例如在一些情況下至少2毫米厚，需要玻璃比傳統(tǒng)的0.07毫米(mm)厚的LCD玻璃更厚，以實(shí)現(xiàn)從LED到光導(dǎo)中的光接近100％的耦合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面，公開(kāi)了背光單元，該背光單元包括：玻璃板，該玻璃板包括第一主要表面、第二主要表面以及在它們之間的厚度Th1；以及光耦合器，該光耦合器被耦合至玻璃板并包括沿著玻璃板的邊緣部分，在第一主要表面或第二主要表面中的至少一個(gè)主要表面上延伸并接合至該至少一個(gè)主要表面的至少一個(gè)錐形部分。光源，例如一個(gè)或多個(gè)LED，可毗鄰光耦合器的輸入面定位。

光耦合器可進(jìn)一步包括毗鄰玻璃板的邊緣表面的基底部分。

玻璃板的厚度Th1除以輸入面的寬度Th2可在從大約0.5到1.0的范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，光耦合器可包括分別接合至玻璃板的第一主要表面與第二主要表面的一對(duì)錐形部分。光耦合器可進(jìn)一步包括在所述一對(duì)錐形部分之間延伸的基底部分，并進(jìn)一步包括尺寸設(shè)計(jì)成接收玻璃板的通道，其中玻璃板被定位在通道內(nèi)。通道包括底部表面，且光耦合器的長(zhǎng)度L_t等于輸入面與通道的底部表面之間的距離L1和通道的深度L2之和。因此，在一些實(shí)施例中，比率L2/L_t可在從大約0.1到大約0.9的范圍內(nèi)。L_t可在從大約1毫米到大約20毫米的范圍內(nèi)，例如，在從大約1毫米到大約10毫米的范圍內(nèi)。L2可在從大約1倍到大約1.2倍的Th1的范圍內(nèi)，例如，在從大約1倍到大約1.1倍的范圍內(nèi)，或在從大約1.1倍到大約1.05倍的范圍內(nèi)。L_t的長(zhǎng)度可大于大約1毫米，例如大于大約1.5毫米，或在一些實(shí)施例中大于大約2毫米。

在一些實(shí)施例中，Δn＝n_c-n_L可在從大約-0.4到大約0.8的范圍內(nèi)。

輸入面的寬度Th2可在1倍到1.5倍的光源(例如LED)的寬度Wd的范圍內(nèi)，例如，在從大約1倍到大約1.25倍的范圍內(nèi)，或在從大約1倍到大約1.1倍的范圍內(nèi)。

通道的寬度Wx可在1倍到1.1倍的Th1的范圍內(nèi)。

在另一方面，描述了顯示設(shè)備，該顯示設(shè)備包括：顯示面板；被配置成照明顯示面板的背光單元，該背光單元包括：玻璃板，該玻璃板包括第一主要表面、第二主要表面以及在它們之間的厚度Th1；沿著玻璃板的邊緣部分接合至第一主要表面的光耦合器，該光耦合器包括至少一個(gè)錐形部分；以及毗鄰光耦合器的輸入面定位的光源。光耦合器可包括毗鄰玻璃導(dǎo)光板的邊緣表面的基底部分。在某些實(shí)施例中，Th1除以輸入面的寬度Th2可在從大約0.5到1.0的范圍內(nèi)。

光耦合器可包括分別接合至玻璃板的第一主要表面以及第二主要表面的一對(duì)錐形部分，且進(jìn)一步包括尺寸設(shè)計(jì)成接收玻璃板的通道，其中玻璃板被定位在通道中。光耦合器可進(jìn)一步包括在所述一對(duì)錐形部分之間延伸的基底部分。通道包括底部表面，且光耦合器的長(zhǎng)度L_t等于輸入面與通道的底部表面之間的距離L1和通道的深度L2之和。因此，比率L2/L_t可在從大約0.1到大約0.9的范圍內(nèi)。L_t可在從大約1毫米到大約20毫米的范圍內(nèi)。通道的寬度Wx可等于Th1。

導(dǎo)光板包括折射率n_L，光耦合器包括折射率n_c，且n_c-n_L可在從大約-0.4到大約0.8的范圍內(nèi)，例如，在從大約-0.3到大約0.3的范圍內(nèi)，或在從大約-0.2到大約0.2的范圍內(nèi)。

光耦合器輸入面的寬度Th2可在1倍到1.5倍的光源(例如LED)的寬度Wd的范圍內(nèi)，例如，在從大約1倍到大約1.25倍的范圍內(nèi)，或在從大約1倍到大約1.1倍的范圍內(nèi)。

在另一方面，公開(kāi)了配置用于顯示設(shè)備中的導(dǎo)光板，該導(dǎo)光板包括：玻璃板，該玻璃板包括第一主要表面、與第一主要表面相對(duì)的第二主要表面、以及在它們之間的厚度Th1；以及光耦合器，該光耦合器包括接合到玻璃板的第一主要表面與第二主要表面中的至少一個(gè)的至少一個(gè)錐形部分。光耦合器可包括毗鄰玻璃板的邊緣表面的基底部分。

光耦合器包括具有寬度Th2的輸入面，且Th1除以Th2可在從大約0.5到1.0的范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，光耦合器包括分別接合至玻璃板的第一主要表面與第二主要表面的一對(duì)錐形部分，且可進(jìn)一步包括在所述一對(duì)錐形部分之間延伸的基底部分。光耦合器還可包括尺寸設(shè)計(jì)成接收玻璃板的通道，其中，玻璃板被定位在通道中。通道包括底部表面，且其中光耦合器的長(zhǎng)度L_t等于輸入面與通道的底部表面之間的距離L1和通道的深度L2之和。因此，比率L2/L_t可在從大約0.1到大約0.9的范圍內(nèi)，例如，在從大約0.1與0.9的范圍內(nèi)，或在從大約0.3到大約0.9的范圍內(nèi)。通道的寬度Wx在1倍到1.1倍的Th1的范圍內(nèi)，包括它們之間的所有范圍以及子范圍。

玻璃板包括折射率n_L，光耦合器包括折射率n_c，且n_c-n_L可在從大約-0.4到大約0.8的范圍內(nèi)，例如在從大約-0.3到大約0.3的范圍內(nèi)，或在從大約-0.2到大約0.2的范圍內(nèi)。

在又另一方面，描述了制作光耦合器的方法，該方法包括：將模具組件施加到玻璃板的邊緣部分，該模具組件包括用于接收聚合物材料的腔；將聚合物材料注入到模具組件中；將模具組件從玻璃板移除，且其中，玻璃板在移除模具組件之后包括光耦合器，該光耦合器包括沿著邊緣部分接合至玻璃板的第一主要表面與第二主要表面中的至少一個(gè)的至少一個(gè)錐形部分。聚合物材料例如可以是PMMA材料或聚碳酸酯材料。聚合物材料可以是可UV固化材料。

附圖簡(jiǎn)述

圖1是示出顯示面板與背光單元的示例液晶顯示設(shè)備的橫截面?zhèn)纫晥D；

圖2是用于圖1的背光單元中的示例LED光源的俯視圖；

圖3是適合用于圖1的液晶顯示設(shè)備的背光單元并示出接合至背光單元的玻璃導(dǎo)光板的光耦合器的橫截面?zhèn)纫晥D；

圖4是如從耦合器的一端看到的圖3的光耦合器的特寫橫截面圖；

圖5是圖3的背光單元的透視圖；

圖6是適合用于圖1的液晶顯示設(shè)備的背光單元并示出接合至背光單元的玻璃導(dǎo)光板的光耦合器的另一實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D；

圖7是圖6的背光單元的透視圖；

圖8是示出了對(duì)于若干光耦合器尺寸/特性的計(jì)算出的耦合效率的曲線圖；

圖9是又一光耦合器配置的橫截面端視圖；

圖10A-10C是將光耦合器直接模制到玻璃導(dǎo)光板的各個(gè)階段的橫截面表示；

圖11是樣品光耦合器的照片；

圖12是示出了銑削(mill)聚合物坯以形成光耦合器的橫截面?zhèn)纫晥D；

圖13示出了來(lái)自圖12的經(jīng)銑削坯的最后形成階段；

圖14A-14C是示出了光耦合器的壓縮模制的各個(gè)階段的橫截面?zhèn)纫晥D；

圖15A-15C是示出了光耦合器的注射模制的各個(gè)階段的橫截面?zhèn)纫晥D；

圖16是根據(jù)本公開(kāi)的另一示例光耦合器的橫截面端視圖；

圖17是示出了對(duì)于圖16的光耦合器的輸入面的各種寬度Th2，作為耦合器長(zhǎng)度L的函數(shù)的建模的光耦合效率的曲線圖；

圖18是示出了對(duì)于實(shí)施例a)沒(méi)有反射構(gòu)件；b)具有99％的朗伯(Lambertian)反射率的反射構(gòu)件；以及c)具有99％的鏡(mirror)(鏡面(specular))反射的反射構(gòu)件，作為耦合器長(zhǎng)度L_t的函數(shù)的光耦合器100的建模的光耦合效率的曲線圖；

圖19是示出了毗鄰圖16的光耦合器的反射面的反射構(gòu)件對(duì)耦合效率的影響的另一圖表；

圖20是示出了對(duì)于三個(gè)耦合器輸入寬度Th2，作為耦合器長(zhǎng)度的函數(shù)的建模的耦合效率的曲線圖，其中導(dǎo)光板的折射率n_L與光耦合器的折射率n_c之間的折射率差Δn為+0.1；

FIG.圖21是示出了對(duì)于三個(gè)耦合器輸入寬度Th2，作為耦合器長(zhǎng)度的函數(shù)的建模的耦合效率的曲線圖，其中導(dǎo)光板的折射率n_L與光耦合器的折射率n_c之間的折射率差Δn為-0.1；

圖22是示出了作為導(dǎo)光板(n_L)與光耦合器(n_c)之間的折射率差(Δn)的函數(shù)的建模的耦合效率的曲線圖；

圖23是示出了對(duì)于三個(gè)耦合器長(zhǎng)度，作為通道深度L2與耦合器長(zhǎng)度之間的比率(即L2/L_t)的函數(shù)的建模的耦合效率的曲線圖，其中光耦合器和導(dǎo)光板的折射率分別是1.4和1.5；

圖24是在與針對(duì)圖23所呈現(xiàn)的相同的條件下(除了光耦合器(n_c＝1.6)與導(dǎo)光板(n_L＝1.5)之間的折射率差是相反的)的作為L(zhǎng)2/L_t的函數(shù)的建模的耦合效率的曲線圖。

具體實(shí)施方式

圖1中示出了典型的液晶顯示設(shè)備10。對(duì)于當(dāng)前討論不必要的部件為清楚起見(jiàn)已被省略。液晶顯示設(shè)備10包括：包括頂部玻璃板14(例如，濾色片)、底部玻璃板16(例如，薄膜晶體管、TFT、背板)以及設(shè)置在它們之間的液晶材料18的液晶顯示面板12。玻璃板14與16的邊緣部分用密封材料20(例如，可UV-固化的粘合劑)密封，藉此密封頂部玻璃板與底部玻璃板之間的液晶材料。液晶顯示設(shè)備10進(jìn)一步包括背光單元22，該背光單元包括導(dǎo)光板24與光源26。現(xiàn)代液晶顯示設(shè)備通常包括沿著導(dǎo)光板的一個(gè)或多個(gè)邊緣布置并被配置成沿著導(dǎo)光板的一個(gè)或多個(gè)邊緣將光注入導(dǎo)光板的光源。注入導(dǎo)光板的光通過(guò)導(dǎo)光板傳播并沿著一個(gè)方向被散射(例如，通過(guò)各種漫射膜或轉(zhuǎn)光膜(turning film))，使得顯示面板12被背光單元照明。

參見(jiàn)圖2，用于照明LCD顯示器的典型的光源26可被形成為安裝在帶狀電路板30上的分立發(fā)光二極管(LED)28的線性陣列。各個(gè)LED通常具有矩形形狀(例如，長(zhǎng)度Ld乘寬度Wd分別為7x2毫米)，且陣列中相鄰的LED由從大約2毫米到大約5毫米的間隙δ隔開(kāi)。

如前所述，當(dāng)考慮玻璃作為PMMA的替代時(shí)，玻璃的材料以及制造成本可對(duì)背光單元的整體成本具有顯著的影響。因此，出于純粹的成本基礎(chǔ)，期望較薄的玻璃。另一方面，用于照明顯示面板12的各個(gè)LED與導(dǎo)光板的厚度相比相對(duì)大的尺寸可導(dǎo)致不能有效地將最佳量的光從光源耦合到玻璃導(dǎo)光板中，因?yàn)楦鱾€(gè)LED的寬度尺寸Wd可顯著大于玻璃導(dǎo)光板的厚度。

因此，在圖3和圖4中示出的一個(gè)實(shí)施例中，示出了背光單元22包括玻璃導(dǎo)光板24，該玻璃導(dǎo)光板包括第一主要表面32以及與第一主要表面32相對(duì)的第二主要表面34。導(dǎo)光板24進(jìn)一步包括在第一主要表面32與第二主要表面34之間延伸的至少一個(gè)邊緣表面36。導(dǎo)光板24在第一主要表面32與第二主要表面34之間的厚度Th1可在從大約0.5毫米到大約3毫米的范圍內(nèi)，例如，等于或大于0.7毫米、等于或大于1毫米、等于或大于1.5毫米、或者等于或大于2毫米，包括它們之間的所有范圍以及子范圍。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)光板24的Th1可等于或大于3毫米。背光單元22可進(jìn)一步包括在導(dǎo)光板的邊緣部分42處耦合到導(dǎo)光板24的第一主要表面32(或第二主要表面34)的光耦合器38。例如，光耦合器38可用折射率匹配粘合劑44耦合到邊緣部分42。

如在圖4中最佳地看到，光耦合器38包括錐形部分40，該錐形部分40包括輸入面46、反射面48以及輸出面50。如上所述，輸出面50可用折射率匹配粘合劑44耦合到玻璃導(dǎo)光板24的邊緣部分42。因此，反射面48與輸出面50形成角度α，其中α在下文被稱作錐角。光耦合器38進(jìn)一步包括錐形長(zhǎng)度(taper length)L_t，該錐形長(zhǎng)度L_t是輸入面46和反射面48與輸出面50匯聚的頂點(diǎn)之間的距離。錐形長(zhǎng)度L_t可在從大約5毫米到大約30毫米的范圍內(nèi)，包括它們之間的所有范圍以及子范圍，例如，在從大約10毫米到大約20毫米的范圍內(nèi)。

仍然參見(jiàn)圖4，由光源26(未在圖4中示出)產(chǎn)生的光線52進(jìn)入輸入面46并以光線從反射面48被全內(nèi)反射的角度撞擊反射面48，使得光線52離開(kāi)輸出面50并進(jìn)入導(dǎo)光板24的邊緣部分42。

圖5示出被附連至玻璃導(dǎo)光板24的背光單元22的透視圖。如在圖5中所示，導(dǎo)光板24的邊緣表面36具有長(zhǎng)度L_g，且光耦合器38具有長(zhǎng)度L_c。L_c可等于或小于L_g。在一些實(shí)施例中，L_c可等于或大于L_g的大約80％、等于或大于L_g的85％、或者等于或大于L_g的90％，或甚至等于或大于L_g的95％。

光耦合器38的耦合效率是兩個(gè)主要參數(shù)，光耦合器錐形長(zhǎng)度L_t與錐形比TR(計(jì)算為TR＝Th1/Th2)的函數(shù)，其中，Th1是玻璃導(dǎo)光板的厚度，且Th2是輸入面46的長(zhǎng)度。

在圖6和圖7中示出的另一實(shí)施例中，光耦合器38可包括毗鄰導(dǎo)光板24的邊緣表面36延伸的基底部分54?；撞糠?4可用折射率匹配粘合劑44耦合到邊緣表面36?；撞糠?4可保護(hù)玻璃光導(dǎo)的易受攻擊的邊緣。此外，如果邊緣表面36包括表面粗糙度，則用折射率匹配材料將基底部分54光學(xué)地接合至邊緣表面36可最小化由這種粗糙度引起的散射。

一般地，錐形長(zhǎng)度L_t應(yīng)當(dāng)被制成盡可能地小，因?yàn)楣怦詈掀骺杀粐@顯示面板的邊緣定位的顯示面板邊框隱藏，并且通常期望薄的邊框。而且，為獲得最薄的實(shí)際玻璃導(dǎo)光板，錐形比TR也應(yīng)當(dāng)盡可能地小，例如在從大約0.25到大約1.5的范圍內(nèi)，包括它們之間的所有范圍以及子范圍。

圖8中描繪的曲線圖示出了計(jì)算的耦合效率(忽略了菲涅爾損失)作為Th1的函數(shù)，假設(shè)Th2為2毫米，并進(jìn)一步認(rèn)為錐形長(zhǎng)度L_t為10毫米與20毫米(分別為曲線56與曲線57)。在從大約10毫米到大約20毫米的范圍內(nèi)的錐形長(zhǎng)度L_t以及在從大約0.5到大約1.0的范圍內(nèi)(例如，大約0.75)的錐形比Th1/Th2表示合適的光耦合器屬性的示例。

模擬已經(jīng)指示出，光耦合器材料的折射率與導(dǎo)光板的折射率之間的小的差值不會(huì)顯著地影響光耦合器的性能，且在沒(méi)有顯著的附加光學(xué)耦合損失的情況下，可以容忍光耦合器材料的折射率與導(dǎo)光板的折射率之間的高達(dá)大約+/-0.05的差值。

取決于制造工藝，生產(chǎn)其厚度在錐形物的一端處趨向于零的光耦合器可能是具有挑戰(zhàn)性的，因此在一些實(shí)施例中，如圖9中所示，光耦合器38可在錐形長(zhǎng)度L_t的一端處形成有臺(tái)階。即，與輸入面46相對(duì)的光耦合器的頂點(diǎn)被截?cái)囗敹?。臺(tái)階相對(duì)于第一主要表面32(或第二主要表面34)可具有90度的角度β。然而，角度β可以是高達(dá)大約120度的角度。如果臺(tái)階幅度dx變得太大，則耦合到光耦合器38中的光可漏到周圍空氣中，且耦合到導(dǎo)光板24中的光可顯著下降。

作為示例，假設(shè)Th1＝1.5毫米，且Th2＝0.5毫米，并進(jìn)一步假設(shè)10毫米的錐形長(zhǎng)度L_t，最大臺(tái)階幅度dx為大約0.1毫米以獲得大約90％的耦合效率。典型的臺(tái)階dx應(yīng)為：

0＜dx≤(Th2–Th1)/5 1)

因此，在某些實(shí)施例中，0＜|dx|≤0.5、0＜|dx|≤0.45、0＜|dx|≤0.3、0＜|dx|≤0.2或0＜|dx|≤0.1。

制造合適的光耦合器可以以若干方式處理。例如，在圖10A到圖10C中所示的一個(gè)實(shí)施例中，可將透明的可UV固化的樹(shù)脂注入到附連至玻璃導(dǎo)光板的主要表面(例如，第一主要表面34或第二主要表面34)的模具中。在圖10A到圖10C中描繪的實(shí)施例中，模具58是包括區(qū)段58a、58b以及58C的多部件模具。在第一步驟中，在邊緣部分42附近形成模具58。為注入將形成光耦合器的聚合樹(shù)脂，可穿過(guò)模具的區(qū)段，例如，區(qū)段58b鉆孔(未示出)。注入孔或多個(gè)注入孔的位置應(yīng)當(dāng)是使得它們與陣列中的LED之間的間隙排齊。附加的孔可用于在聚合樹(shù)脂被注入到由模具與玻璃導(dǎo)光板24限定的腔60中時(shí)允許空氣從模具排出。接下來(lái)，如在圖10B中描繪的，將聚合樹(shù)脂61注入到腔60中。為了一旦聚合樹(shù)脂被固化，使光耦合器從模具中容易地逐出，模具的部分(諸如部分58c)可由諸如硅樹(shù)脂之類的低彈性模量材料制成，從而使得模具可容易地從形成的光耦合器移除。圖10C示出了移除模具之后的光耦合器38。在本實(shí)施例中，折射率匹配粘合劑可能不是必要的，因?yàn)楣怦詈掀?8可直接在玻璃導(dǎo)光板上形成。圖11中示出了制造的耦合器的照片。

已在裝備有3毫米直徑的碳化鎢切割工具62的垂直軸銑床(圖12)上機(jī)加工樣品錐形形式。根據(jù)圖12，聚合物(例如，PMMA)坯64被固定在傾斜的臺(tái)虎鉗(vice)66中，以便呈現(xiàn)合適的錐角α，例如3.18°。硬化構(gòu)件68可被用于在銑削期間向聚合物坯添加剛性。由于僅光耦合器的內(nèi)側(cè)(例如，輸出面50)已被機(jī)加工，因此將使用具有與光耦合器材料的折射率基本匹配的固化折射率的環(huán)氧樹(shù)脂將該側(cè)接合到玻璃導(dǎo)光板。用折射率匹配的粘合劑接合可最小化或消除由于機(jī)加工引起的表面粗糙度造成的散射。圖13示出了銑削的聚合物坯的進(jìn)展。一旦已經(jīng)形成輸出面50，就可沿著虛線70切割聚合物坯以產(chǎn)生光耦合器38。假設(shè)2毫米的LED高度，并且玻璃導(dǎo)光板1.5毫米厚(Th1)，理想地，光耦合器38將沿著長(zhǎng)度L_t方向收斂到反射面與輸出面相遇的地方的零厚度。然而，因?yàn)榱愫穸扔靡话愕臋C(jī)加工工具是不切實(shí)際的且不可完成的，所以合適的目標(biāo)最小尖端厚度可以是例如50μm。

將這樣的微小部件操作為具有1米或更長(zhǎng)的整體長(zhǎng)度L_c的光耦合器38以用于大型LCD顯示器可能是不切實(shí)際的。因此，在進(jìn)一步的實(shí)施例中，可制造多個(gè)部件并且將該多個(gè)部件并排地附連至玻璃光導(dǎo)，藉此將具有比L_g小得多的長(zhǎng)度的多個(gè)部分連接以實(shí)現(xiàn)期望的長(zhǎng)度L_c。這還可幫助避免由于溫度改變以及差別的熱膨脹系數(shù)造成的分層。

在圖14A到14C中示出的又一實(shí)施例中，1毫米厚的PMMA坯可通過(guò)壓縮模制被形成為合適的光耦合器。此技術(shù)類似于注射模制，但是不需要用于原型制作(prototyping)的重型設(shè)備。該技術(shù)采用在兩個(gè)拋光的半模具(即，區(qū)段72a與72b)之間對(duì)加熱的聚合物坯64進(jìn)行壓縮。在一些情況下，可同時(shí)形成兩個(gè)光耦合器38以平衡圧縮力。耦合器可能是接合的，因此在虛線74處切割將使接合的耦合器分成單獨(dú)的部件。然而，本壓縮技術(shù)在幾何控制中呈現(xiàn)出限制，而且由于足夠低的粘度形成所需要的高溫還呈現(xiàn)出潛在的聚合物降解。

在圖15A到15C中示出的又一實(shí)施例中，注射模制可與由2個(gè)互補(bǔ)部件76a與76b制成的可打開(kāi)的模具76結(jié)合使用。組裝的模具部件76a與76b在它們之間形成腔78，熔融的聚合物或聚合物樹(shù)脂被注入到此腔中。在大約120-140℃將熔融的聚合物(例如PMMA或聚碳酸酯)注入到腔78中之后，打開(kāi)模具76，并且可使用一個(gè)或多個(gè)推出器(ejector)80來(lái)將注射件從模具腔推出。注射模制的光耦合器隨后例如在虛線84處從它的注射澆口82分開(kāi)(例如使用熱線切割方法)以形成如圖15C中所示的光耦合器38。

在又一實(shí)施例中，在圖16中以垂直于光耦合器的長(zhǎng)度L_c的橫截面示出光耦合器100，并且光耦合器100被示為包括由基底部分104接合的兩個(gè)錐形部分102。在一些實(shí)施例中，錐形部分102與基底部分104可以是可例如用折射率匹配粘合劑接合在一起的分開(kāi)的區(qū)段。然而，在某些其他實(shí)施例中，錐形部分與基底部分可以是均質(zhì)的(homogeneous)部件。即，光耦合器100可以通過(guò)前述方法中的任一種被模制或機(jī)加工為單個(gè)均質(zhì)件。

光耦合器100可以是包括尺寸設(shè)計(jì)成接收導(dǎo)光板24的通道106的準(zhǔn)三角形狀。光耦合器100包括具有寬度Th2的輸入面108、第一反射面110以及第二反射面112，其中第一反射面110與第二反射面112各自與相應(yīng)的輸出面114、116形成角度α。光耦合器100包括在輸入面108與通道106的底部115之間的長(zhǎng)度L1，且其中通道106包括深度L2。一起地，L1與L2表示在垂直于輸入面108的方向上，輸入面108和光耦合器100的最遠(yuǎn)范圍之間的總距離。L_t(其為L(zhǎng)1與L2之和)是耦合器長(zhǎng)度。虛線118和120分別表示反射面110與112的延長(zhǎng)，它們匯聚在角度θ處，其中θ＝2·α。光耦合器100例如可由聚合物材料形成，并包括折射率n_c。簡(jiǎn)而言之，光耦合器100在橫截面中被示為截?cái)嗟娜切?，例如包括在一個(gè)頂點(diǎn)處形成的通道106的截?cái)嗟牡妊切?，且其中，反射?10的長(zhǎng)度等于反射面112的長(zhǎng)度。通道106的寬度等于或稍大于導(dǎo)光板24的厚度Th1.在一些實(shí)施例中，反射構(gòu)件122可毗鄰反射面110、112定位。在一些實(shí)施例中，反射構(gòu)件124毗鄰光源26與光耦合器100之間的間隙定位。反射構(gòu)件122和124可一起使用或單獨(dú)使用。即，在一些實(shí)施例中，可使用反射構(gòu)件122，在其他的實(shí)施例中，可使用反射構(gòu)件124，且在又其他實(shí)施例中，可使用反射構(gòu)件122和124兩者。

圖17是示出了對(duì)于多個(gè)輸入面寬度Th2(即，輸入面108的長(zhǎng)度)，作為耦合器長(zhǎng)度L_t的函數(shù)的建模的光耦合效率的曲線圖。導(dǎo)光板厚度Th1為1.5毫米，且導(dǎo)光板24的折射率n_L＝1.5，等于光耦合器的折射率n_c。通道106的寬度Wx＝1.5毫米，等于導(dǎo)光板24的厚度Th1。假設(shè)LED光源的寬度Wd為2mm，其中，0.1mm的間隙將LED與輸入面108分開(kāi)。未采用反射構(gòu)件。數(shù)據(jù)顯示，對(duì)于輸入面108的尺寸(即，Th2)，在最底部曲線處開(kāi)始并向上前進(jìn)：3.6毫米、3.4毫米、3.2毫米、3.0毫米、2.8毫米、2.6毫米、2.4毫米、2.4毫米、2.2毫米以及2.0毫米，耦合效率從對(duì)于大約2毫米的耦合器長(zhǎng)度L_t的大約46％的低點(diǎn)增加到在從大約4毫米到大約15毫米的耦合器長(zhǎng)度范圍上的大約82％的高點(diǎn)。數(shù)據(jù)還顯示，隨著輸入面寬度Th2從3.6毫米減少到2.0毫米，作為耦合器長(zhǎng)度L_t的函數(shù)的耦合效率增加，并且變得更加一致(consistent)。從曲線圖明顯看出，對(duì)于耦合器輸入面寬度Th2＝3.6，在從大約2毫米到大約15毫米的耦合器長(zhǎng)度范圍上的耦合效率的正弦曲線特征是相當(dāng)明顯的，然而對(duì)于耦合器輸入面寬度Th2＝2.0毫米，耦合效率在大約4毫米到大約15毫米的耦合器長(zhǎng)度范圍上是非常均勻的。數(shù)據(jù)進(jìn)一步顯示，當(dāng)輸入面寬度Th2與LED的寬度Wd大約相同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)較大的耦合效率。

圖18是示出了對(duì)于實(shí)施例a)沒(méi)有反射構(gòu)件；b)具有99％的朗伯反射率的反射構(gòu)件122與124；以及c)具有99％的鏡(鏡面)反射的反射構(gòu)件122與124，作為耦合器長(zhǎng)度L_t的函數(shù)的光耦合器100的建模的光耦合效率的曲線圖；導(dǎo)光板厚度Th1為1.5毫米，且導(dǎo)光板24的折射率n_L＝1.5，等于光耦合器的折射率n_c。通道106的寬度Wx＝1.5毫米，等于導(dǎo)光板24的厚度Th1。假設(shè)LED光源的寬度Wd為2mm，其中，0.1mm的間隙將LED與輸入面108分開(kāi)。數(shù)據(jù)顯示，毗鄰光耦合器反射表面以及毗鄰光源26與輸入面108之間的間隙使用鏡面反射構(gòu)件對(duì)增加耦合效率是有效的。數(shù)據(jù)還顯示，對(duì)于以上描述的參數(shù)，耦合效率從等于大約1毫米的耦合器長(zhǎng)度L_t處的大約70％的低點(diǎn)急劇增加到在大約4毫米及以上(例如，多達(dá)15毫米)處的大致均勻的耦合效率。

圖19是示出了毗鄰光耦合器100的反射面的反射構(gòu)件對(duì)耦合效率的影響的另一圖表。從左到右，數(shù)據(jù)顯示了：無(wú)毗鄰光耦合器100的反射面的反射構(gòu)件的效果；使用具有朗伯反射率的反射構(gòu)件124的效果；使用具有朗伯反射率的反射構(gòu)件122與124的效果；使用具有鏡面反射率的反射構(gòu)件124的效果；以及使用具有鏡面反射率的反射構(gòu)件122與124的效果。至于圖18，當(dāng)使用反射構(gòu)件時(shí)，數(shù)據(jù)顯示顯著的改善。這在反射構(gòu)件具有鏡面反射率時(shí)尤其如此。對(duì)于使用反射構(gòu)件124，存在最小差異。即，利用朗伯反射率，結(jié)合反射構(gòu)件124連同反射構(gòu)件122與單獨(dú)使用反射構(gòu)件122相比，在耦合效率上僅提供大約0.2％的改善。同時(shí)，利用鏡(鏡面)反射率，結(jié)合反射構(gòu)件124連同反射構(gòu)件122與單獨(dú)使用反射構(gòu)件122相比，在耦合效率上未提供改善。

圖20是示出了對(duì)于三個(gè)耦合器輸入面寬度Th2(從頂部到底部，2.0毫米、2.2毫米、2.4毫米)，作為耦合器長(zhǎng)度的函數(shù)的建模的耦合效率的曲線圖。光耦合器的折射率n_c為1.4，而導(dǎo)光板24的折射率為1.5。光耦合器輸出的寬度Wx為1.5毫米，等于導(dǎo)光板的厚度。耦合器長(zhǎng)度與通道深度之間的比率L2/L_t為0.5。假設(shè)LED具有2毫米的寬度Wd。數(shù)據(jù)顯示，隨著Th2增加(例如，α增加)，耦合效率減小。如同在前面的曲線圖中，耦合效率對(duì)于大于大約4毫米(例如，在大約4毫米與15毫米之間)的耦合器長(zhǎng)度L_t也變得更加均勻。

圖21與圖20相同，除了光耦合器的折射率n_c增加到1.6。數(shù)據(jù)顯示出與在圖20中所描繪的類似的行為，但是對(duì)于每個(gè)輸入面寬度Th2具有較低的整體耦合效率。

圖22是示出了作為導(dǎo)光板(n_L)與光耦合器(n_c)之間的折射率差(即，Δn＝n_c-n_L)的函數(shù)的建模的耦合效率的曲線圖。假設(shè)耦合器長(zhǎng)度L_t為4毫米，同時(shí)假設(shè)通道深度L2為2毫米。假設(shè)光耦合器輸出的寬度Wx與導(dǎo)光板的厚度Th1相同，即1.5mm。如之前，假設(shè)LED具有2毫米的厚度Wd，其中LED與輸入面之間的間隙等于0.1mm。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)光耦合器的折射率近似等于導(dǎo)光板的折射率(即，其中折射率差的絕對(duì)值為|Δn|＝0.1)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)最佳耦合效率。然而，數(shù)據(jù)還顯示，對(duì)于0<|Δn|≤0.25(例如，0<|Δn|≤0.20)可實(shí)現(xiàn)可接受的耦合效率(例如，等于或大于80％)。

圖23是示出了對(duì)于三個(gè)耦合器長(zhǎng)度i)5毫米、ii)10毫米、以及iii)15毫米，作為通道深度L2與耦合器長(zhǎng)度之間的比率(即，L2/L_t)的函數(shù)的建模的耦合效率的曲線圖。光耦合器100的折射率n_c等于1.4，且導(dǎo)光板24的折射率n_L為1.5。假設(shè)光耦合器輸出的寬度Wx等于導(dǎo)光板的厚度Th1，即1.5mm。假設(shè)LED寬度Wd為2毫米，其中LED與輸入面46之間的間隙等于0.1毫米。假設(shè)耦合器輸入面的寬度Th2等于LED寬度Wd。數(shù)據(jù)顯示，隨著比率L2/L_t從0.1增加到大約0.4，越短的耦合器長(zhǎng)度顯示出越大的耦合效率。然而，數(shù)據(jù)還顯示，耦合效率在大約0.4的比率處收斂，且此后(即，直到大約0.9的比率)三個(gè)耦合器長(zhǎng)度的耦合效率保持大體相同。

圖24是在與針對(duì)圖23所呈現(xiàn)的相同的條件下(除了光耦合器(n_c＝1.6)與導(dǎo)光板(n_L＝1.5)之間的折射率差是相反的)的作為L(zhǎng)2/L_t的函數(shù)的建模的耦合效率的曲線圖。即，Δn＝n_c-n_L為+0.1而非-0.1。數(shù)據(jù)顯示了在從0.1到0.9的比率(L2/L)范圍上的相對(duì)均勻的耦合效率，但具有比Δn＝n_c-n_L為負(fù)的情境小大約2.5％的整體耦合效率，表明更期望利用稍微負(fù)的Δn(即，其中導(dǎo)光板24的折射率稍大于光耦合器100的折射率)。

將對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，可對(duì)本文公開(kāi)的實(shí)施例作出各種修改和變化而不背本公開(kāi)的精神和范圍。例如，根據(jù)本文所描述實(shí)施例的導(dǎo)光板可用于一般的照明應(yīng)用，并且不需要與背光單元或顯示設(shè)備一起使用。由此，本公開(kāi)旨在涵蓋這些實(shí)施例的修改和變型，只要它們落在所附權(quán)利要求書及其等價(jià)技術(shù)方案的范圍中即可。