CN100476542C

CN100476542C - 背光单元和具有该背光单元的液晶显示器

Info

Publication number: CN100476542C
Application number: CNB2006101485096A
Authority: CN
Inventors: 李承宰; 张东燮; 尹晟镐; 金昌周; 金善吉; 朴惠恩; 金基洙
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-11-19
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: KR20070053067A; CN1967345A; US20070115660A1; KR100788426B1

Abstract

本发明提供了一种在LCD中使用的背光单元，该背光单元包括：点光源电路板；多个点光源，位于点光源电路板上；漫射透镜，设置在各点光源上并包括凹点和从该凹点径向突出的曲面。

Description

背光单元和具有该背光单元的液晶显示器

本申请要求于2005年11月19日在韩国知识产权局提交的第2005-0111041号韩国专利申请的优先权，该申请通过引用全部包含于此。

技术领域

本发明总体构思涉及一种背光单元和一种具有该背光单元的液晶显示器，更具体地讲，涉及一种具有点光源的背光单元和一种具有该背光单元的液晶显示器。

背景技术

近来，已经开发了平板显示设备如液晶显示器(LCD)、等离子体显示面板(PDP)和有机发光二极管(OLED)来代替传统的显示器如阴极射线管(CRT)。

液晶显示器(LCD)包括具有薄膜晶体管(TFT)的LCD面板、滤色器基底以及置于LCD面板和滤色器基底之间的液晶。由于LCD面板本身不发光，所以LCD包括在TFT基底的背面的作为提供光的光源的背光单元。根据液晶的取向调节从背光单元产生的光的透射率。LCD面板和背光单元容纳在平板显示设备的机壳中。

根据光源的位置，背光单元可分为边光型背光单元或直下型背光单元。边光型背光单元在导光板的侧面布置光源，通常用于尺寸相对小的LCD，如用于在膝上电脑和桌上电脑所使用的LCD。边光型背光单元提供的光均匀性好并提供良好的耐久性，并且适用于薄框架的LCD。然而，因为在发射的光穿过导光板的同时损失了，所以降低了它的发光效率。另外，在大尺寸的LCD面板中，使用一个模制框不能制造导光板。

随着LCD面板的尺寸的增大，已经重点开发直下型背光单元。直下型背光单元通过将多个光源布置在LCD面板的背面来对LCD面板的整个表面提供光。与边光型背光单元相比，直下型背光单元通过利用多个光源提供的亮度等级高，但是由于颜色的模糊导致亮度不够充分地均匀。

发明内容

本发明提供了一种具有改进的颜色均匀性和良好的光效率的背光单元以及一种具有所述背光单元的液晶显示器。

将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。

本发明的前述和/或其它方面可通过提供一种背光单元来实现，所述背光单元包括：点光源电路板；多个点光源，位于所述点光源电路板上；漫射透镜，设置在每个点光源上，并包括凹点和从所述凹点径向突出的表面。

所述表面可具有像对称的非圆形曲线形状的部分。

所述凹点可与所述点光源隔开预定的距离。

所述表面通过下述方程形成，并且A₁不等于0。

z (r) = \frac{c \cdot r^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 - k) c^{2} r^{2}}} + A_{1} r + A_{2} r^{2} + A_{3} r^{3} + A_{4} r^{4} + A_{5} r^{5} + \cdot \cdot \cdot + A_{n} r^{n}

其中，c是漫射透镜的曲率，k是二次曲面常数。

所述漫射透镜的所述表面可包括与所述点光源相邻的第一透镜表面和具有所述凹点的曲面的第二透镜表面，c可以是负数且A₁可以是正数。

所述表面包括具有一个或多个对称的圆形曲线的形状的部分。

所述曲面的部分的至少一部分可成形为像至少两个或多个不同圆形曲线。

所述背光单元还包括形成在所述漫射透镜的所述表面上的突出和凹陷部分。

本发明的前述和/或其它方面还可以通过提供一种液晶显示器来实现，所述液晶显示器包括：液晶显示面板；点光源，设置在所述液晶显示面板的整个后表面上；漫射透镜，设置在所述液晶显示面板和各点光源之间，并包括凹点和从所述凹点径向突出的表面。

所述表面可具有像对称的非圆形曲线形状的部分。

所述表面通过下述方程形成，并且A₁不等于0。

z (r) = \frac{c \cdot r^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 - k) c^{2} r^{2}}} + A_{1} r + A_{2} r^{2} + A_{3} r^{3} + A_{4} r^{4} + A_{5} r^{5} + \cdot \cdot \cdot + A_{n} r^{n}

其中，c是漫射透镜的曲率，k是二次曲面常数。

所述表面可包括具有一个或多个对称的圆形曲线的形状的部分。

所述液晶显示器还包括形成在所述漫射透镜的表面上的突出和凹陷部分。

本发明的前述和/或其它方面还可以通过提供一种在平板显示器中使用的背光单元来实现，所述背光单元包括：电路板；多个光源，设置在所述电路板上以产生光；漫射透镜，具有用于从对应的光源接收光的第一表面和用于发射接收的光的第二表面，所述第二表面具有凹点和表面，所述凹点具有距离所述第一表面的凹陷距离，所述表面从所述凹点延伸并具有距离所述第一表面的距离，所述距离根据距离所述凹点的距离，从所述凹陷距离变化到最高距离和最低距离。

根据距离所述漫射透镜的中心的半径，所述距离可从所述凹陷距离增大到最高距离，然后从所述最高距离减小到所述最低距离。

所述第二表面可包括具有第一半径的第一球形表面和具有第二半径的第二球形表面。

所述第一球形表面可具有从所述凹陷距离到所述最高距离变化的距离，所述第二球形表面可具有从所述最高距离到所述最低距离变化的距离。

所述第二表面可包括曲面和非曲面。

所述非曲面可包括在所述凹点的圆周方向形成的平面。

所述第二表面包括相对于穿过所述凹点的直线线性变化的曲面。

所述第二表面包括具有线性变化的距离的第一部分和具有非线性变化的距离的第二部分。

附图说明

通过下面结合附图进行的对本发明实施例的描述，本发明总体构思的这些和/或其它方面和优点将会变得清楚并更易于理解，其中：

图1是示出根据本发明总体构思的实施例的LCD的分解透视图；

图2A和图2B分别是示出图1中的LCD的漫射透镜的剖视图和分解透视图；

图3是示出根据本发明总体构思的实施例的漫射透镜的剖视图；

图4是示出根据本发明总体构思的实施例的漫射透镜的剖视图；

图5是示出根据本发明总体构思的实施例的漫射透镜的亮度和传统漫射透镜的亮度的视图。

具体实施方式

现在，将详细解释本发明总体构思的实施例，在附图中示出了本发明总体构思的示例，其中，相同的标号始终表示相同的元件。以下通过参照附图来描述这些实施例以解释本发明的总体构思。

将参照图1、图2A、图2B和图5来描述根据本发明总体构思的实施例的液晶显示器(LCD)。图1是根据本发明总体构思的实施例的LCD 1的分解透视图，图2A和图2B分别是图1中的LCD的剖视图和分解透视图，图5是示出了根据本发明总体构思的实施例的漫射透镜的亮度和传统漫射透镜的亮度的视图。

LCD 1包括LCD面板20、调光构件30、反射板40、发光二极管(LED)电路板51和LED 60，其中，所述调光构件30、反射板40、LED驱动电路板51按顺序位于LCD面板20的后面，LED 60位于LED电路板51上并与反射板40的LED孔41对应地布置。将多个LED布置在LED电路板51上作为LED 60。LED 60可用作LED的示例。

LCD面板20、调光构件30和LED电路板51容纳在上机壳10和下机壳100之间。

LCD面板20包括：TFT基底21，在所述TFT基底21上形成有TFT；滤色器基底22，面向TFT基底21；密封剂23，将两个基底21和22附着在一起以形成盒间隙；液晶层24，被两个基底21和22以及密封剂23围绕并布置在所述盒间隙里。提供的根据本实施例的LCD面板20为具有长边和短边的矩形形状。

LCD面板20控制液晶层24的液晶的分子取向，从而在LCD面板20上形成图像。然而，因为LCD面板20本身不发光，所以必须从位于LCD面板20后面的LED 60对LCD面板20提供光。在TFT基底21的一侧布置有将驱动信号施加到LCD面板20的驱动部分25。驱动部分25包括：柔性印刷电路(FPC)26，连接到LCD面板20；驱动芯片27，安装在FPC 26上以驱动LCD面板20；印刷电路板(PCB)28，连接在FPC 26的一侧以控制驱动芯片27。这里，图1中示出的驱动部分25为COF(薄膜覆晶)型。然而，可以使用其它类型的驱动部分，如TCP(载带封装)型或COG(玻璃覆晶)型。可选择的，驱动部分25可形成在形成有配线的TFT基底21上。

位于LCD面板20的后面的调光构件30可包括漫射板31、棱镜膜32和保护膜33。

漫射板31包括基板和形成在基板上并具有珠子的涂层。漫射板31漫射来自LED 60的光，从而提高亮度的均匀性。

按预定的布置将三棱镜放置在棱镜膜32上。棱镜膜32将从漫射板31漫射的光聚集在垂直于LCD面板20的表面的方向上。当使用两个棱镜膜32时，形成在棱镜膜32上的微棱镜彼此形成预定的角度。穿过棱镜膜32的光竖直行进，从而形成均匀的亮度分布。如果需要，可以将反射偏振膜与棱镜膜32一起使用，或者只使用反射偏振膜而不使用棱镜膜32。

位于调光构件30的顶部的保护膜33保护易受刮擦的棱镜膜32。

在其上放置有LED 60的LED电路板51上放置反射板40。一个或多个LED孔41与LED 60的布置对应地布置在反射板40上。多组LED孔41包括一行或相互平行的多行，每行包括以规则的间隔布置的多个LED孔41。相邻行之间的LED孔41位于相对于彼此交错的位置上。在每个LED孔41中布置了LED 60的白色供光单元61。LED孔41可略微大于白色供光单元61形成。

除了产生LED 60的光的芯片62(图2A)之外，大部分部件都布置在反射板40的上方。例如，当白色的供光单元61被布置在对应的LED孔41中时，大部分部件和芯片62从反射板40突出，从而反射板40反射向下传递的光，并将反射的光指引到漫射板31。例如，反射板40可由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯(PC)制成，和/或涂敷有银(Ag)或铝(Al)。此外，反射板40可形成有足够的厚度，以防止由于LED 60产生的热量而导致的变形或收缩。

因为LED 60会产生大量的热，所以LED电路板51可主要由具有良好导热性的铝(Al)制成。尽管在图中没有示出，但是LCD 1还可以包括热管、散热片、冷却扇、或其它用于去除LED 60产生的热的冷却装置。

位于LED电路板51上的LED 60遍布LCD面板20的整个后表面布置。在多个白色供光单元61的每个中包括预定数量的LED 60以提供白色的光。预定数量的LED 60对应于LED孔41布置。在本实施例中，白色供光单元61包括红色LED、蓝色LED和一对绿色LED，它们分别产生红色、蓝色和绿色的光，这些光被合成为白色的光。白色供光单元61以规则的间隔布置在LED电路板51上。

参照图2A，LED 60包括：芯片62，用于产生光；引线63，用于连接芯片62与LED电路板51；塑料模制框64，用于容纳引线63和围绕芯片62；填充材料65，包含硅并布置在芯片62的上部；和漫射透镜70。LED 60产生的光的图案主要受漫射透镜70的形状的影响。以下将详细描述根据本实施例的漫射透镜70。

图2A是LED 60的剖视图，图2B是以三维示出漫射透镜70的透视图。如图2A和图2B所示，根据本实施例的漫射透镜70包括表面73，该表面73相对于凹点71径向突出并具有与苹果上部类似的形状。表面73可以是在其中心具有凹点71的曲面。凹点71和芯片62彼此间隔预定的距离。

凹点71可设置在与图2A中的z轴对应的直线上。漫射透镜70可包括设置在塑料模制框60和/或填充材料65的顶表面上的底表面74，在平行于图2A中的z轴的方向上的表面73和底表面74之间的距离d可以根据距离z轴和/或凹点71的半径r而变化。距离d(d1)可以在第一半径ra到最大的距离dh内增大，根据第二半径rb大于第一半径ra，距离d(d2)会变小。凹点71和底表面74之间的距离dz(预定的距离)小于最大的距离dh。

漫射透镜70可由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)制成。优选地，芯片62的上部上的与漫射透镜70接触的填充材料可具有与漫射透镜70的折射率近似的折射率。优选地，填充材料65的折射率与漫射透镜70的折射率的比率在0.8到1.2之间。另外，优选地，连接漫射透镜70与芯片62的粘合材料如环氧树脂具有与漫射透镜70的折射率近似的折射率。

作为由漫射透镜70形成的非球面表面的曲面73是这样的形状，即，非圆形的曲线相对于z轴以360度的角度旋转，如剖视图中所示。换言之，一对非圆形曲线沿着曲面73的部分对称地成形。由曲面73形成的非球面方程与下面的数学方程1相同，且A₁不等于0。

[数学方程1]

z (r) = \frac{c \cdot r^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 - k) c^{2} r^{2}}} + A_{1} r + A_{2} r^{2} + A_{3} r^{3} + A_{4} r^{4} + A_{5} r^{5} + \cdot \cdot \cdot + A_{n} r^{n}

其中，r＝x²+y²，c＝漫射透镜的曲率，k＝二次曲面常数。

变量r对应于从中心到x-y平面的距离，如三维的图2B所示。因此，数学方程1是图2A中非圆形曲线的方程。

在普通透镜的情况下，当非球形表面方程包含奇次项时，由于透镜的非球形表面相对于z轴不对称，所以非球形表面的方程不包含奇次项，如第一项系数A₁。然而，在本实施例的漫射透镜70的情况下，在非球形表面方程中，r可以是正数。另外，非圆形曲线相对于z轴旋转，然后形成漫射透镜70。因为形成了非球形表面，所以漫射透镜70可具有旋转对称的形状。利用奇次项的系数以及偶次项的系数来形成非球形表面，可以以各种变形来形成漫射透镜70。另外，当形成漫射透镜70时，由于系数的各种组合致使设计中的自由度增大。以不同的值来调整漫射透镜70的二次曲面常数和曲率。

c是负数且第一项系数A₁是与c的值相反的正数，能够形成从x-y平面向z轴方向突出的球形表面。

如果非球形表面方程包括奇次项中的第一项系数A1，则形成不连续的部分，像根据本发明的凹点71。因为这种向芯片62的方向凹陷的形状像凹点71以大的发光角度使被汇聚地辐射到芯片62的最上部的光分散，所以热点(hot spot)减少，从而提高了光亮度分布的均匀性和颜色的均匀性。

根据本实施例的非球形表面可以包括平面，而不是曲面。另一方面，两个或多个不同的曲面可以形成为表面73，非球形表面可以包括二维的平坦的表面。在这种情况下，漫射透镜70的部分的曲线可部分地包括直线。

图5是示出根据本发明实施例的漫射透镜70的改进的亮度和传统漫射透镜的亮度的曲线。在本发明实施例中使用的白色供光单元61包括红色LED、蓝色LED和一对绿色LED。使用在其上形成有凹点71的漫射透镜70，从而从漫射透镜70发射的光的范围扩大，即，光被分散到更宽的区域中。因此，当漫射透镜70位于离布置有LED 60的中心预定距离的位置以及位于布置有LED 60的中心时，漫射透镜70的亮度比传统漫射透镜的传统亮度亮。利用表示曲面的非球形表面方程中的多项式的透镜表面的精细形状调节有效地控制了透镜的发光角度。另外，在光从透镜表面发射后，朝向底部的光减少，朝向LCD面板20的光增多。因此，与传统的亮度相比，所述中心的亮度增大大约40％，并且根据增加的亮度能耗降低。

另外，根据本发明的另一实施例，突出和凹陷部分可以形成在漫射透镜70的表面上。通过突出和凹陷部分提高了漫射透镜70的表面粗糙度，并引起光的漫射。因此，提高了对LCD面板20提供的光的亮度均匀性和颜色均匀性。突出和凹陷部分的尺寸和形状并不受限制，例如，可以通过刮擦漫射透镜70的表面来形成突出和凹陷部分。

图3是示出根据本发明总体构思的实施例的漫射透镜80的视图。参照图3，漫射透镜80的部分具有一对圆形曲线对称地连接的形状以形成表面83。与图2B示出的实施例不同，根据本实施例的漫射透镜80由半圆形的一部分相对于z轴旋转的球形表面构成。

圆形的半径为R1，从z轴到圆形的中心的距离为R2。这里，R2会小于R1。如果R2与R1相同，则因为漫射透镜80变成半球的形状，所以漫射的作用会显著地降低。另外，如果R2大于R1，则在漫射透镜80的中心上形成空腔，从芯片62发射的光不能穿过漫射透镜80。

如果凹点距离漫射透镜80的底表面84的距离是d1，则在本实施例中，由于圆形的中心位于r轴上，所以距离d1等于(R1²-R2²)^1/2。如果圆形的中心的z轴坐标是正数，即，距离d1大于(R1²-R2²)^1/2，则制造漫射透镜80的过程会有些麻烦。更具体地讲，由于漫射透镜80的中心向下凹陷，所以漫射透镜80的注射的难点在于成形工艺。因此，如果距离d1大于(R1²-R2²)^1/2，则漫射透镜80的边缘会有形成为直线的可能。

图4是示出根据本发明总体构思的实施例的漫射透镜90的视图。参照图4，漫射透镜90的部分具有一对圆形曲线对称地连接的形状。根据本实施例的漫射透镜90的曲面93由两个不同的圆形组成的形状构成。

内圆的半径是R4，外圆的半径是R3，且R3大于R4。可选择地，两个圆的各自的半径和它们的长度的相对关系不受限制。然而，在两个圆相结合的结点的切线的各自的斜率具有相同的值，从而两个圆不受影响地平滑连接。

另外，如果z轴坐标以正数开始，则漫射透镜90的边缘有形成直线的可能。

从LED 60产生的光通过漫射透镜70、80和90可具有较高的均匀性，并将具有较高的均匀性的光提供到LCD面板20。漫射透镜70、80和90的形状不受前述实施例的限制，并可具有各种变形。

尽管已经示出和描述了本发明总体构思的实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明总体构思的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变，本发明总体构思的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1、一种背光单元，包括：

点光源电路板；

多个点光源，位于所述点光源电路板上；

漫射透镜，设置在每个点光源上，并包括凹点和从所述凹点径向突出的表面。

2、根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述表面的部分具有一个或多个对称的非圆形曲线的形状。

3、根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述凹点与所述点光源隔开预定的距离。

4、根据权利要求2或1所述的背光单元，其中，所述表面通过下述方程形成：

z (r) = \frac{c \cdot r^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 - k) c^{2} r^{2}}} + A_{1} r + A_{2} r^{2} + A_{3} r^{3} + A_{4} r^{4} + A_{5} r^{5} + \cdot \cdot \cdot + A_{n} r^{n}

其中，A₁不等于0，c是漫射透镜的曲率，k是二次曲面常数。

5、根据权利要求4所述的背光单元，其中，当c是负数且A₁是正数时，所述漫射透镜的所述表面包括与所述点光源相邻的第一透镜表面和具有所述凹点的曲面的第二透镜表面。

6、根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述表面的部分具有一个或多个对称的圆形曲线的形状。

7、根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述表面包括曲面，所述曲面的至少部分具有多个不同圆形曲线的形状。

8、根据权利要求1所述的背光单元，还包括：

突出和凹陷部分，形成在所述漫射透镜的所述表面上。

9、一种液晶显示器，包括：

液晶显示面板；

点光源，设置在所述液晶显示面板的整个后表面上；

漫射透镜，设置在所述液晶显示面板和各点光源之间，并包括凹点和从所述凹点径向突出的表面。

10、根据权利要求9所述的液晶显示器，其中，所述表面的部分具有一个或多个对称的非圆形曲线的形状。

11、根据权利要求10或9所述的液晶显示器，其中，所述曲面通过下述方程形成：

z (r) = \frac{c \cdot r^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 - k) c^{2} r^{2}}} + A_{1} r + A_{2} r^{2} + A_{3} r^{3} + A_{4} r^{4} + A_{5} r^{5} + \cdot \cdot \cdot + A_{n} r^{n}

其中，A₁不等于0，c是漫射透镜的曲率，k是二次曲面常数。

12、根据权利要求9所述的液晶显示器，其中，所述表面的部分具有一个或多个对称的圆形曲线的形状。

13、根据权利要求9所述的液晶显示器，其中，所述表面包括弯曲部分，所述弯曲部分的至少部分具有多个不同圆形曲线的形状。

14、根据权利要求9所述的液晶显示器，还包括：

突出和凹陷部分，形成在所述漫射透镜的所述表面上。

15、一种用于平板显示器的背光单元，包括：

电路板；

多个光源，设置在所述电路板上以产生光；

漫射透镜，具有用于从对应的光源接收光的第一透镜表面和用于发射接收光的第二透镜表面，所述第二透镜表面具有凹点和表面，所述凹点具有距离所述第一透镜表面的凹陷距离，所述第二透镜表面的表面从所述凹点延伸并具有距离所述第一透镜表面的表面距离，所述表面距离根据距离所述凹点的距离，从所述凹陷距离变化到最高距离和最低距离。

16、根据权利要求15所述的背光单元，其中，根据距离所述漫射透镜的中心的半径，所述表面距离从所述凹陷距离增大到最高距离，然后从所述最高距离减小到所述最低距离。

17、根据权利要求15所述的背光单元，其中，所述第二透镜表面包括具有第一半径的第一球形表面和具有第二半径的第二球形表面。

18、根据权利要求17所述的背光单元，其中，所述第一球形表面具有从所述凹陷距离到所述最高距离变化的所述表面距离，所述第二球形表面具有从所述最高距离到所述最低距离变化的所述表面距离。

19、根据权利要求15所述的背光单元，其中，所述第二透镜表面包括曲面和非曲面。

20、根据权利要求19所述的背光单元，其中，所述非曲面包括在所述凹点的径向方向形成的平面。

21、根据权利要求15所述的背光单元，其中，所述第二透镜表面包括相对于穿过所述凹点的直线线性变化的表面。

22、根据权利要求15所述的背光单元，其中，所述第二透镜表面包括具有线性变化的所述表面距离的第一部分和具有非线性变化的所述表面距离的第二部分。