CN100520527C - 背光组件以及采用该组件的液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高效率和高亮度的液晶显示器背光组件。该背光组件包括结合第一发光二极管和第二发光二极管的光源，安装该光源的板，以及设置于该光源前面的光学片。通过以不同结构交替设置前发光式发光二极管和侧发光式发光二极管，可以采用少量发光二极管获得高效率和高亮度。

Description

背光组件以及采用该组件的液晶显示器
本申请要求享有2005年8月8日提交的韩国专利申请No.72076/2005的优先权，在此引入其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及用于液晶显示的背光组件，并尤其涉及具有高效率和亮度的背光组件。
背景技术
液晶显示(“LCD”)器件采用液晶的介电各向异性显示图像，液晶的扭曲角度随施加电压而变化。由于LCD薄而且轻并且可在低电压下驱动，因此可以广泛应用于便携式电子设备显示器和诸如监视器的大尺寸显示器件中。
LCD包括形成有透明导电层的两个基板、两基板之间注入液晶的液晶层、偏振器、补偿层和滤色片。LCD具有多个液晶单元。该液晶单元本身不发光。因此，由于液晶单元为非自发光物质，所以LCD需要背光组件。
背光组件分为光源位于屏幕前面或者侧面的侧光式背光组件和光源位于屏幕背面的直下式背光组件。随着屏幕变大以及对于高图像质量需求的增加，直下式背光组件得到更广泛的应用。背光组件光源的实施例包括电致发光(“EL”)、冷阴极荧光灯(“CCFL”)和热阴极荧光灯(“HCFL”)。在这些光源中，由于CCFL可以形成为较薄的厚度因此CCFL广泛用于具有大尺寸屏幕的LCD中并可以形成较薄LCD器件。
在CCFL型背光组件中，在荧光灯内密封的汞与金属结合并因此很容易形成汞合金。因此，降低了灯的使用寿命，并且亮度随温度变化很大。而且，适用有毒的汞导致有毒的汞废弃排放物污染的问题。
基于这些问题，优选采用发光二极管(LED)的背光组件。由于红、绿和蓝LED可以提供最小化尺寸的背光组件而且发光均匀因此采用红、绿和蓝LED可以实现高亮度背光组件。
以下，将参照图1、2A和2B描述现有技术LCD。
图1为采用LCD的现有技术LCD的分解透视图。参照图1，现有技术LCD包括液晶显示板15；用于保护液晶显示板15的上盖16；多个用作光源的LED12；用于向LED12提供电压的多个印刷电路板(“PCB”)14；用于分布和聚集来自LED12光的光学片10；用作光散射单元的中间导光板11；设置于LED12下部的下盖17；以及用于从LED12向液晶显示板15反射光的反射板(未示出)。
对于LCD的LED 12，由于侧发光式LED可以对光进行均匀混和并且具有稳定亮度，因此采用侧发光式LED。LED 12包括红(R)、绿(G)和蓝(B)LED并且与PCB 14的电极图案连接以在向其施加电压时产生光。将来自R、G和B LED的光混和在一起以发射白(W)光。
图2A为现有技术的LCD中LED的截面图，并且图2B为在现有技术LCD中随LED角度变化的亮度曲线。参照图2A，现有技术LCD的LED 12包括发光芯片22，透镜21、主体23以及PCB 14。将从其侧面发光的侧发光式LED用作LED 12。通过透镜21将来自发光芯片22的光分散于LED 12的两侧。
参照图2B，该侧发光式LED 12在相对于发光芯片22在-100到300范围和1500到1900范围内显示高亮度。因此，需要许多侧发光式LED12才能提供均匀亮度。
可以根据液晶显示显示板15的尺寸改变LED 12的数量。在LED中，为了亮度稳定，采用了多个可以均匀混和光的侧发光式LED 12。但是，由于现有技术背光组件必须包括中间导光板11以向液晶显示板15提供充分亮度，使其结构复杂并增加了厚度。此外，必须使用多个侧发光式LED，导致增加功耗。
发明内容
因此，本公开提出一种用于LCD的背光组件，在其中前发光式LED和侧发光式LED彼此结合设置。
在一方面中，背光组件包括具有第一发光二极管(LED)和第二LED的光源。第一LED的主发光方向不同于第二LED的主发光方向。该光源设置于板上。在该光源的前面设置至少一个光学片。
在第二方面中，液晶显示器件包括用于显示图像的液晶显示板。用于向液晶显示板发光的背光组件包括第一发光二极管(LED)和第二发光二极管(LED)彼此相邻的光源。第一LED的类型不同于第二LED。
在第三方面中，背光组件包括一个或者多个前发光式发光二极管(LED)和一个或者多个侧发光式LED。一个或者多个侧发光式LED与前发光式LED至少其中之一相邻。该组件还包括容纳前发光式LED和侧发光式LED的至少一个板。
通过交替设置前发光式LED和侧发光式LED可以获得高效率和高亮度。此外，由于液晶显示器件可提供高效率和稳定亮度，因此可以省略中间导光板，从而降低了液晶显示器件的制造成本。
应该理解对本发明进行的上述的概括说明和以下的详细说明为示例性的和解释性的，并旨在提供如权利要求所述实施方式的进一步解释。
附图说明
包含用来提供本发明进一步理解并结合进来组成本申请一部分的附图，其示出了本发明的实施方式，并和说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1为采用LED的现有技术的分解透视图；
图2A为现有技术LED的截面图；
图2B为在有技术LCD中亮度关于LED角度的曲线图；
图3为根据一实施方式采用LED的LCD的分解透视图；
图4为根据一实施方式LED的截面图；
图5A、5B和5C为根据一实施方式亮度关于LED角度的曲线图；
图6A、6B、6C和6D为根据一实施方式LED的结构示图；
图7A为图6A的部分I的放大示图以及一LED群集的实施方式的示图；
图7B为一LED群集的替代实施方式的示图；
图7C为一LED群集的替代实施方式的示图；
图7D为一LED群集的替代实施方式的示图；
图7E为一LED群集的替代实施方式的示图；
图7F为一LED群集的替代实施方式的示图；
图7G为一LED群集的替代实施方式的示图；
图7H为一LED群集的替代实施方式的示图；
图7I为一LED群集的替代实施方式的示图；
图8为根据一实施方式一组LED群集的示图；
图9为根据替代实施方式一组LED群集的示图；
图10为根据替代实施方式一组LED群集的示图；
图11为根据替代实施方式一组LED群集的示图；
图12为根据替代实施方式一组LED群集的示图；
图13为根据多组集群LED结合的实施方式的LED结构示图。
具体实施方式
下面详细参考本发明的优选实施方式，在附图中示出其实施例。尽可能，在整个附图中对于相同或者相似的部件使用同样附图标记。
图3为采用根据本发明的LED的LCD的分解透视图。参照图3，根据本发明的LCD包括用于显示图像的液晶显示板115、用于保护液晶显示板115的上盖116、多个用作光源的LED112、用于向LED 112施加电压的多个印刷电路板(“PCB”)114、用于扩散和聚集来自LED 112光并将扩散和聚集光照射在液晶显示板115上的光学片110、设置于LED 112下部的下盖117，以及位于下盖117和PCB114上以从LED 112向液晶显示板115反射光的反射板(未示出)。该PCB114与LED 112连接以向其提供电压。通过结合前发光式LED和侧发光式LED设置该LED 112。
将位于前发光式LED上的透镜表面设置为圆顶形，从而使得可以向上发射来自LED的光，从而提高发光效率。此外，侧发光式LED侧面发光，从而可以提供均匀而稳定的亮度。这样，通过采用前发光式LED和侧发光式LED的结合可以同时获得高效率和高亮度。
通过结合前发光式LED和侧发光式LED可以实现具有高效率和稳定亮度的LCD。因此，可以省略在现有技术中为了高效率和亮度稳定性而设置的中间导光板(图1的11)。
图4为根据本发明的LED的截面图。具体地，在图4中示出前发光式LED212和侧发光式LED 212’。在PCB 114上安装前发光式LED212和侧发光式LED212’并通过预定距离彼此间隔设置。
前发光式LED 212和侧发光式LED 212’分别包括用于确定发光位置的透镜221和221’。他们还分别包括发光芯片222和222’，并且其分别与PCB 114连接的主体223和223’。
交替设置前发光式LED 212和侧发光式LED 212’。当通过PCB 114的图案施加电压是，发光芯片222和222’产生光。然后，前发光式LED 212通过圆顶型透镜221向上发光，而侧发光式LED 212’通过侧光式透镜221’边缘发光。
因此，具有本实施方式的LED的光源混合向上发射的光和边缘发射的光，从而产生具有提高效率和均匀亮度的光。
图5A为根据一实施方式亮度关于LED角度的曲线图。具体地，图5A为用于前发光式LED 212的发光芯片222的有关发光芯片222的角度亮度曲线。前发光式LED 212在相对于发光芯片222在300到1500角度范围显示高亮度。因此，由于大多数光来自该透镜221的上表面因此该前发光式LED 212具有高效率。
图5B为亮度关于侧发光式LED 212’的发光芯片222’的角度的曲线图。具体地，图5B为侧发光式LED 212’的发光芯片222’的角度关于发光芯片222’的曲线图。侧发光式LED 212’在相对于发光芯片222’在-100到300和1500到1900的角度范围显示高亮度。因此，由于大多数光来自透镜221’的侧面因此亮度稳定。
图5C为在前发光式LED 212和侧发光式LED 212’交替设置时亮度关于角度的曲线图。在该实施方式中，LCD在-100到1900的角度范围内可以获得高效率和稳定的亮度。
因此，和仅具有侧发光式LED的LCD比较，具有前发光式LED 212和侧发光式LED 212’组合的LCD可以减少LED的数量并且稳定亮度。此外，由于不需要中间导光板(图1的11)，所以可减少LCD的成本和厚度。由于高效和稳定的亮度，和现有技术中具有同样亮度仅具有侧发光式LED的现有技术LCD相比可以降低LCD的功耗。在替代实施方式中，可以结合各种类型的LED以提高显示亮度。
图6A、6B、6C和6D为根据一实施方式的LED结构示图，并且图7A为图6A、6B、6C和6D的部分I的放大示图。
参照图6A和图7A，一实施方式的LED包括具有圆顶型透镜从而可以向上发光的前发光式LED 212、向侧面发光的侧发光式LED212’、电极端子223，以及具有连接到电极端子223上的电极图案224的板。而且，在该板上设置用于向液晶显示板反射光的反射板(未示出)。
图7A所示为以集群来设置多个LED的实施方式。可以通过各种方式形成该LED集群。具体地，如图7A所示，该集群包括分两排设置的8个LED。上排包括绿、蓝、红和绿LED且下排包括绿、蓝、红和绿LED。而且，在上排，蓝色和第二绿LED为侧发光式LED，在下排中，第一绿和红LED为侧发光式LED。其余LED为前发光式LED。
可以通过修改图7所示的实施方式来修改LED颜色的排列方式。换句话说，在替代实施方式中，颜色可以是与图7所示的排列方式不同的排列方式。同样，在替代实施方式中前发光对侧发光的LED也可以不同。
图7A所示的实施方式仅是LED集群的一个实施方式。可以通过多种排列方式形成LED集群。图7B-7I示出LED集群的替代实施方式。这些实施方式仅是示例性的。对于每个替代实施方式，应该理解在其他实施方式中可以修改颜色的具体排列以及LED为侧发光式还是另一种LED。
交替设置前发光式LED 212和侧发光式LED212’。以如图6A所示的“H”结构设置这些LED。该“H”结构设置有6个LED集群。分两组设置该6个LED集群。在PCB 114中间水平设置第一由2个LED构成的组，并在水平中间组的两侧垂直设置其余两组。在PCB 114的四个拐角中的每个设置4个LED集群并在PCB 114的中间并排设置其余2个LED集群。
前发光式LED 212和侧发光式LED 212’的组合结构可以仅采用少量的LED 212和212’使LED具有高效率和稳定亮度。
图7A仅是LED集群排列的一个实施方式。图7B-7I示出其他示例性实施方式。如上所述，可以通过具体实施方式修改LED的颜色和类型。
图7B所示为与图7A所示实施方式类似的集群实施方式。具体地，下排LED设置为绿、红、蓝和绿LED。第一绿LED和蓝LED为侧发光式LED 212；而红和第二绿LED为前发光LED 212。图7C除了修改了LED排列方式以外，和图7A和7B一样。具体地，图7C的集群示出包括前发光LED的上排和包括侧面发光LED的下排。
如图7A-7C所示，在替代实施方式中集群内的LED具体排列方式为可变的。具体地，在替代实施方式中可以修改颜色的排列方式。而且，可以以各种集群实施方式改变LED的类型。
图7D为集群替代实施方式。图7D与图7A-7C的集群的相同点在于集群具有成对排列的8个LED。但是，图7D中的集群为垂直排列而非水平排列的成对LED。可以根据图7D的具体实施方式改变作为前发光LED 212的LED和作为侧发光式LED 212’的LED，以及LED颜色的排列方式。
图7E为包括以菱形排列的四个LED集群的实施方式。图7F为包括一排设置的5个LED的集群替代实施方式。图7G为包括一排设置三个LED集群的替代实施方式。图7H包括以三角形设置的三个LED的集群替代实施方式。图7I为包括一排设置四个LED的集群替代实施方式。如上所述，这些实施方式仅为示例性的。而且，可以通过图中所示的具体实施方式修改LED的颜色和类型。
图8-12为根据各种实施方式的LED集群组示图。图8-12分别为集群组的示例性实施方式。在图8-12所示的实施方式可以包括图7A-7I所示的任意集群实施方式构成的集群。可选地，图8-12中的组可以包括在图7A-7I的示例性实施方式中没有示出的集群实施方式。而且，应该理解图8-12中所示的集群组的实施方式仅为示例性的。根据不同实施方式可以推断出集群组的不同实施方式。
参照图8，一实施方式的LED包括向上发光的前发光式LED 212；向侧面发光的侧发光式LED212’；电极端；以及与该电极端223连接的PCB 114。而且，在PCB 114上设置反射板(未示出)以向液晶显示板反射光。
交替设置前发光式LED212和侧发光式LED 212’。以“
Figure C200610086594D0011094557QIETU
”和“
Figure C200610086594D0011094605QIETU
”组合结构设置这些LED。即，在靠近“
Figure C200610086594D0011094622QIETU
”结构的位置设置“
Figure C200610086594D0011094633QIETU
”结构。根据该实施方式，可以存在6个LED集群。每个集群包括四个前发光式LED 212和四个侧发光式LED 212’，在该PCB 114的四个拐角设置6个LED集群中的四个。在该PCB的顶部和底部但是和中间存在一定偏移的位置设置其余两个LED集群。两个中间集群中的每一个都直接与彼此正交的拐角集群相邻。如图6C所示，上部中间集群位于中间靠右而下部中间集群位于中部靠左。可选地，两个集群可以在相对方向上有一定偏移。
“
Figure C200610086594D0012094652QIETU
”和“”组合结构仅采用少量的LED 212和212’即可以实现具有高效率和稳定亮度的LED。
参照图9，一实施方式的LED包括向上发光的前发光式LED 212、向侧面发光的侧发光式LED 212’、电极端223，以及与该电极端223连接的PCB114。而且，在PCB 114上设置反射板(未示出)以向液晶显示板反射光。
交替设置前发光式LED 212和侧发光式LED 212’。以“[”和“]”组合结构设置这些LED。即，在靠近“]”结构的位置设置“[”结构。在该实施方式中，在该PCB 114的四个拐角设置4个LED集群。四个其他LED集群与位于PCB 114的拐角的各集群直接相邻设置。
“[”和“]”组合结构仅采用少量的LED 212和212’即可以实现具有高效率和稳定亮度的LED。
图10-12为集群组的其他替代实施方式。图10为集群组的替代实施方式。在图7A-7I的集群实施方式中没有示出图10所示的集群。以8个LED一排的方式设置该组中所示的集群。设置5个集群使得四个位于PCB 114的拐角并且一个位于PCB114的中心。较小集群与图7I所示的集群实施方式一样。
图11为集群组的一替代实施方式。图11所示的集群与图7E所示的集群实施方式一样。图11所示的集群组具有10个以“XX”图案设置的集群。
图12为集群组的一替代实施方式。图11所示的集群与图7E所示的集群实施方式一样。图12所示的组包括以相邻菱形形状排列的集群。
图8-12仅为集群组的示例性实施方式。根据可选实施方式可以考虑在组中集群的其他排列方式。可以对集群组实施方式使用不同于图7A-12所示集群的实施方式。
图13为集群组组合示图。具体地，图13的实施方式为图6所示的组实施方式的组合。图13示出将集群组结合或者排列在一起以建立产生提高亮度的背光组件。在组的组合的替代实施方式中，可以通过与不同于图13所示的示例性实施方式排列或者组合集群和组。
LCD显示器可以包括图13所示组的任意组合。在替代实施方式中，显示器可以仅包括任意数量如上所述集群的单独组。在其他替代实施方式中，显示器可以仅包括单独集群。
LED 212和212’的结构不限于图8-12所示的集群组结构。在不脱离本发明的范围的情况下可以通过各种排列方式修改LED 212和212’的结构。换句话说，在替代实施方式中对于集群内LED的排列方式、组内集群的排列方式以及组的组合中组的排列方式都可以进行修改。
由于集群包括不同类型LED，因此本实施方式可以实施为采用少量LED即可实现具有高效率和高亮度的背光组件以及具有该背光组件的LCD。此外，由于LCD可以提供高效率和稳定亮度，因此可以省略中间导光板，从而降低降低材料成本、制造工艺数量并实现低功耗。
显然，熟悉本领域的技术人员可以对本发明进行改进和修改。因此，本发明意欲覆盖所附权利要求及其等同范围内对本发明所规定的所有改进和变形。

Claims (26)

1、一种背光组件，包括
包含第一发光二极管和第二发光二极管的光源，第一发光二极管的主发光方向不同于第二发光二极管的主发光方向；
板，在所述板上设置有所述光源；以及
设置于所述光源的前面的至少一个光学片，
其中，所述第一发光二极管为前发光式发光二极管并且所述第一发光二极管的主发光方向为前向，
所述第二发光二极管为侧发光式发光二极管并且所述第二发光二极管的主发光方向为侧向。
2、根据权利要求1所述的背光组件，其特征在于，所述第一发光二极管包括圆顶形的上部透镜。
3、根据权利要求1所述的背光组件，其特征在于，所述第一发光二极管和所述第二发光二极管交替设置。
4、根据权利要求1所述的背光组件，其特征在于，所述第一发光二极管和所述第二发光二极管发出红色、绿色和蓝色光其中之一。
5、根据权利要求1所述的背光组件，其特征在于，所述光源包括红发光二极管、绿发光二极管和蓝发光二极管，所述红发光二极管、绿发光二极管和蓝发光二极管为第一发光二极管或者为第二发光二极管。
6、根据权利要求1所述的背光组件，其特征在于，所述光源包括至少一LED集群，所述至少一集群包括红发光二极管、绿发光二极管和蓝发光二极管至少其中之一或者其组合。
7、根据权利要求6所述的背光组件，其特征在于，在所述至少一集群发光二极管中的各发光二极管具有第一主发光方向或者第二主发光方向。
8、根据权利要求6所述的背光组件，其特征在于，所述光源包括所述集群的组。
9、根据权利要求8所述的背光组件，其特征在于，所述集群的组包括第一集群和第二集群，所述第一集群具有不同于所述第二集群的发光二极管排列方式。
10、根据权利要求8所述的背光组件，其特征在于，排列所述集群的组使得所述集群为至少一“X”形式。
11、根据权利要求8所述的背光组件，其特征在于，排列所述集群的组使得所述集群为至少一菱形形式。
12、根据权利要求8所述的背光组件，其特征在于，排列所述集群的组从而以“H”结构、
Figure C200610086594C00031
和
Figure C200610086594C00032
组合结构和“[”和“]”组合结构其中之一或者这些结构的组合排列所述集群。
13、根据权利要求12所述的背光组件，其特征在于，彼此相对设置
Figure C200610086594C00033
和
Figure C200610086594C00034
结构。
14、根据权利要求12所述的背光组件，其特征在于，所述“[”结构的开口与“]”结构的开口相对。
15、根据权利要求6所述的背光组件，其特征在于，所述光源包括所述多个集群组的组合。
16、一种液晶显示器件，包括：
用于显示图像的液晶显示板；
用于向所述液晶显示板发光的背光组件，所述背光组件包括第一发光二极管和第二发光二极管彼此相邻的光源，其中所述第一发光二极管的主发光方向不同于所述第二发光二极管的主发光方向，
其中，所述背光组件具有至少一个设置在光源的前面的光学片，
所述第一发光二极管的主发光方向为前向，
所述第二发光二极管的主发光方向为侧向。
17、根据权利要求16所述的背光组件，其特征在于，交替设置所述第一发光二极管和所述第二发光二极管。
18、根据权利要求16所述的背光组件，其特征在于，以“H”结构、
Figure C200610086594C00035
和
Figure C200610086594C00036
组合结构和“[”和“]”组合结构其中之一或者这些结构的组合排列所述第一发光二极管和所述第二发光二极管。
19、根据权利要求16所述的背光组件，其特征在于，彼此相对设置
Figure C200610086594C00037
和
Figure C200610086594C00038
结构。
20、根据权利要求16所述的背光组件，其特征在于，所述“[”结构的开口与“]”结构的开口相对。
21、根据权利要求16所述的背光组件，其特征在于，以“H”结构、和组合结构和“[”和“]”结构至少其中之一的组合排列所述第一发光二极管和所述第二发光二极管。
22、一种背光组件，包括：
一个或者多个前发光式发光二极管；
与所述前发光式发光二极管至少其中之一相邻设置的一个或者多个侧发光LED；
用于容纳所述前发光式发光二极管和侧发光式发光二极管的至少一个板；以及
设置在前发光LED和侧发光LED的前面的至少一个光学片，
其中，相邻的前发光式发光二极管和侧发光式发光二极管构成集群，所述集群排列在所述至少一个板上。
23、根据权利要求22所述的背光组件，其特征在于，所述集群包括多个对，每个所述对均包括前发光式发光二极管和侧发光式发光二极管。
24、根据权利要求22所述的背光组件，其特征在于，所述至少一个板包括多个集群，每个所述集群均包括相邻的前发光式发光二极管和侧发光式发光二极管。
25、根据权利要求24所述的背光组件，其特征在于，分别在所述至少一个板的每个角设置多个集群中的四个，并且两个集群以水平排列方式设置于靠近至少一个板的中心位置。
26、根据权利要求24所述的背光组件，其特征在于，分别在所述至少一个板的每个角设置多个集群中的四个，并且两个集群分别靠近位于所述至少一个板的拐角处的集群之一而设置。
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