CN100578318C - 平板显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有液晶元件(26)，比如LCD元件，用于显示图像的平板显示器；还设有多个点光源，比如LED(32)。在点光源(32)和液晶元件(26)之间，设置光导元件(34)。为使亮度分布均匀，光导元件(34)在其一个表面(36)上包括设置在单元(38)内的多个表面衍射元件(44)。
Description
本发明涉及平板显示器，并且具体涉及通过LED照明的LCD显示器。
已知的具有液晶元件的显示器包括照明元件，比如光盒，其中设置多个荧光管，尤其是CCFL。为使液晶元件的照明更为均匀，在照明元件(即荧光管)和液晶元件之间设置光导元件。这些光导元件是被称为BEF、DBEF和PRF的薄膜。为所述目的，BEF薄膜具有包括多个小棱镜的表面。这些棱镜是折射表面元件。DBEF薄膜用于改变从液晶元件后侧反射的光的极化方向，并使该反射光返回到液晶元件。PRF薄膜用于将光极化。使用此类薄膜的缺点是，薄膜吸收一部分光，使显示器的整体亮度降低。
此外，已知有平板显示器使用白LED代替荧光管，比如CCFL。为获得相对均匀的照明，从而获得在平板显示器的截面上相对均匀的亮度分布，有必要提供多个LED。在已知的LED平板显示器中，LED被设置为彼此相距大约1mm。因此，在边长40cm×30cm的显示器内，设有至少500-1000个LED。这导致相当大的成本和较多的组装人力。此外，大量LED导致发热不少。
本发明的目的在于提供一种平板显示器，其可以低成本生产，又具有优良的光效率。
按照本发明，此目的利用权利要求1的特征来实现。
根据本发明的平板显示器包括液晶元件，比如LCD元件，目的在于呈现影像。这里，单独的液晶可由TFT驱动。根据本发明的平板显示器还包括多个光源，比如LED，作为照明元件和/或光盒。在液晶元件和照明元件之间，设置有光导元件。按照本发明，光导元件表面包括衍射表面元件，尤其是众多的表面元件。通过设置衍射表面元件，光源所发射的光发生衍射，使得亮度分布和/或波长分布更为均匀。
通过在光导元件表面设置衍射表面元件，例如由LED成圆锥形发射的光可衍射和分布成使平板显示器的整个截面上的亮度分布更为均匀。
由于表面元件具有例如波状表面结构，因此衍射表面元件所发出的光的波长的确定取决于所述波状结构的配置，即尤其是各个波的高度和宽度。因此，可进一步使发出的光的波长范围更为均匀。这里，可具体包括不同形状表面的各个表面元件影响由点光源所发射的光的波长，使得可以优选地产生单色光和/或白光。
尤为优选的是配置各表面元件，使得不同表面结构的幅度不变，只有频率改变。这样可确保整个截面上的衍射效率不变。取决于表面结构的类型(其不一定是正弦表面结构)，一般地说，全部隆起部分是同等高度，但设置成具有不同的间距。因此，光源发射的光由各表面元件以不同方式衍射。其特别优越之处在于，变化的距离与变化的高度相比，制造起来更容易。
按照本发明，包括设置在表面上的多个表面元件的光导元件的提供，使得单独的点光源和/或LED的数量大为减少。在平板显示器的亮度分布和有效亮度恒定的条件下，LED数可减少10％以上，尤其是40％以上。
根据本发明的光导元件优选由透明塑料材料比如PMMA、PEC、PET、PE等，和/或无机玻璃制成。光导元件的厚度最好在0.1mm至20mm的范围内，尤其是在0.5mm至5mm之间。
根据本发明的光导元件使得可省略介于光导元件出射表面和显示器和/或液晶元件的显示侧之间的任何其它光导部件，比如薄膜。尤其是可以省略BEF薄膜。除以框架方式包围光导元件的任何反射元件外，本发明还提供透反性或者透射性背景照明，而无需任何其它光导元件。通过在光导元件的出射表面提供衍射表面元件，可以简化平板显示器的构造。这样可改进平板显示器的质量，尤其是使用寿命。
优选地，各表面元件宜被配置成作为衍射元件来用，优选地产生具有光谱分离的准直光束。为此目的，各表面元件优选包括具有波状截面的表面结构，其中波间的距离的选择取决于要被偏转的波长。这里，各表面元件优选包括不同的衍射光栅。尤其优选的是表面元件被设置成使得通过至少两个相邻光束的迭加，产生主要为单色的或白色的光。在本文中，单色光指±100nm的波长范围，尤其是±50nm。通过提供根据本发明的此类表面元件，可产生具有高的光通量密度的很大程度上为单色的光，尤其是准直光。
表面元件的表面的配置还使得光从出射表面的辐射方向可被调节。为此目的，设置于表面元件的衍射光栅要按照夫琅和费衍射定律来改变。调节程度宜相对于出口表面在0-90°范围内。
还可利用表面元件结构的选择和/或配置，来调节所发射光的色温。色温最好可在3000K-10,000K范围内调节。
根据本发明，通过用衍射性表面元件来配置出射表面，特别可防止或大大减少光谱分裂。还可确保以低能耗实现充分的光增强。而且，衍射表面元件的提供，尤其是表面元件的布置，可实现光的良好准直。这里尤为优选的是不需提供任何另外的光导系统，比如衍射性或折射性薄膜，即可实现这些优点，达到光增强或准直的目的。
根据本发明的衍射性表面元件尺寸宜在0.04μm2至10,000μm2，尤其是0.04μm2至500μm2。若表面元件具体地提供正弦表面结构，则该表面结构的幅度为550nm。例如，提供六种不同配置的表面元件，其优选具有相同幅度550nm。这里，各表面元件的频率例如为490nm、503nm、517nm、530nm、575nm和620nm。尤其是，衍射性表面元件具有正弦振动。各表面元件彼此间的距离宜在0-100μm范围内，尤其是0-50μm，更好的是0-15μm。各表面元件彼此间的距离优选始终＞0μm，尤其是始终＞5μm，最好始终＞10μm。
在尤为优选的平板显示器配置中，将具有不同表面结构的多个表面元件组合，形成表面元件组。这里，选择不同的表面结构，使表面元件组基本上发射白光。表面结构类型，尤其是表面结构所造成的光波长的变化，依赖于点光源比如LED所发射的波长范围来决定，其中最好使用基本上发射白光的LED。
光导元件最好只包括少数不同的表面元件组。尤为理想的是只提供单一表面元件组。
每个单独的表面元件组宜包括至少两个表面元件，优选六或八个。各表面元件宜被设置成交错关系。具体言之，单独的表面元件被设置成交错布置的几行，优选为两行。
这里，例如将六个表面元件组合形成表面元件组，其中六个表面元件最好具有相同幅度，例如550nm。六个表面元件的频率最好彼此不同。具体而言，各表面元件具有490nm、503nm、517nm、530nm、575nm和620nm的频率。
在本发明的尤为优选的实施例中，在光导元件的出射和/或入射表面，每点光源和/或每LED设置一个单元。每个单元包括多个表面元件和/或表面元件组。这里，各表面元件组和/或表面元件配置成，使得由每个点光源所发射光的亮度和波长分布更为均匀。为此目的，表面元件和/或表面元件组的密度，从一个位置(尤其是单元中心)在朝外的方向增加。因此表面元件和/或表面元件组彼此间的距离随到该位置和/或中心的距离增加而减小。点光源最好设置在单元中心的后面。
为使离开光导元件的光更为均匀，尤为优选的是在点光源所在的区域中(尤其在中心处)以配置单元，使其具有较低透明性。透明性宜从单元中心在朝外的方向增加。透明性的变化可优选通过施加不同厚度的漆来实现。尤为理想的是在光导元件的一侧提供漆或另一种固化液，而在光导元件另一侧提供各表面元件。
为实现整个显示器表面尤其是显示器角部的亮度分布尽量均匀，各表面元件和/或各表面元件组间的距离彼此不同，使得在现有技术显示器中较暗的区域内，距离较小。这些区域尤其是边缘区域和角部。
各点光源和/或LED最好设置成彼此距离至少为5mm，优选至少10mm。
特别适于制造衍射性表面元件的装置以及对应的方法在EP 05 003 354号中进行了描述。
为制造衍射性表面元件，下述材料特别适用：
将11克1H，1H，2H，2H-全氟辛基丙烯酸酯(perfluoroctyl acrylate)与8克二丙二醇二丙烯酸酯(dipropylene glycol diacrylate)、0.1克
819和0.2克
184(为Ciba
Lampersheim GmbH产品)混合，将该混合物60μl施加于2×2cm大镍板上，该大镍板表面包括具有散射中心的模具的负图案，随即在镍板上的混合物表面施加1mm厚和1×1cm大的PMMA薄片。然后将镍板上这样产生的其中含有混合物的夹层，在市场上可得到的UV水银灯的UV辐射下曝光2秒。随后，从负铸模取下基板和与之相粘结的固化成型化合物。
下面参考附图对本发明的优选实施例进行详细描述。
图1显示以LED照明的现有技术LCD显示器的亮度示意图；
图2显示根据本发明的LCD显示器基本构造的简化透视示意图；
图3显示光导元件的单元示意顶视图；
图4显示表面元件组内表面元件的可能的布置示例；
图5显示单个表面元件的表面结构示例。
图1简单示出了LCD显示器的亮度分布。该显示器是通过LED背后照亮的LCD显示器，其中根据现有技术，在LED和LCD显示器之间设有BEF薄膜和DBEF薄膜，目的在于使照明更为均匀。图中亮度在内区10最大，并且基本上按同心圆朝外在12，14，16，18诸区内递减。最暗区在角部，在此亮度也是从区域20，经区域22朝区域24递减。
根据本发明的LCD平板显示器(图2)包括LCD元件和/或液晶元件26，在所述元件的前侧28呈现影像。在光盒和/或照明元件30内，设置多个LED32形式的点光源。在图示的实施例中，所述LED 32按均匀的相互间距10mm布置。
按照本发明，透明塑料材料或玻璃的光导元件34设置在照明元件30和LCD元件26之间。在光导元件34的表面36，设置多个单元38。彼此相邻的每个单元38包括多个单独的表面元件组40(图3)。单个的表面元件组宜以中心42同心设置，其中点光源32设置在中心42后面。如图3所示，各表面元件组40的间距随到中心42的距离增加而减小。对于单元38，表面元件组40的密度从内部和/或中心朝外递增。
位于表面36对面的光导元件34表面最好施以漆，该漆遮蔽中心42(LED32设置于该处)。所施的漆宜使每个单元的光导元件34的透明性从中心42朝外递增。
单个表面元件组40包括多个表面元件44个体。在图示的实施例中，每个单独的表面元件组40包括六个表面元件42，在图4内标示为1-6。
各表面元件44用作衍射光栅。这里可设不同的表面元件44，其被配置为具有不同光栅常数的线性衍射光栅。各表面元件44的表面46(图5)被配置为例如相位正弦光栅。
按照本发明，各表面元件44，尤其是表面元件44的表面结构46，通过例如光刻工艺来制造。
尤为优选的是借助于固化漆，将表面元件附着于光导元件的表面。为此目的，最好使用模具，其中利用光刻工艺制造衍射光栅的负图案。借助于单一模具，最好能够模铸出多个衍射性表面元件。用于制造表面元件的尤为优选的制造工艺和适用材料在EP 05 003 358中记载。
为了耦合出不同波长的光，最好设有不同表面元件44，即具有不同表面结构46的表面元件44。例如在图4所示实施例中，所述表面元件是六个不同的表面元件44，在图4中以1至6标示。如图4所示，在图示的实施例中，被配置为耦合出特定波长的光的不同表面元件1至6接重复结构布置。
在图示的实施例中，表面元件44为方形结构，边长大约15μm。
Claims (16)
1.一种平板显示器，包括：
液晶元件(26)，用于呈现图像；
照明元件，包括多个点光源(32)；以及
光导元件(34)，设置在所述照明元件(30)和所述液晶元件(26)之间；
在所述光导元件(34)的表面(36)处的衍射性表面元件(44)，用于使亮度分布和/或波长分布更为均匀；
其中，所述表面元件(44)的尺寸为0.04-10,000μm2，且被设置成彼此相距0-100μm，且在边缘区的表面元件(44)和/或表面元件组(40)的数量被增加。
2.根据权利要求1所述的平板显示器，其特征在于，各表面元件(44)用作衍射光栅，产生具有光谱分裂的准直光束。
3.根据权利要求1或2所述的平板显示器，其特征在于，所述表面元件(44)被设置成，通过至少两个相邻光束的迭加，产生单色光或白光。
4.根据权利要求1所述的平板显示器，其特征在于，所述表面元件(44)和/或表面元件组(40)的位置与点光源(32)的位置匹配。
5.根据权利要求1所述的平板显示器，其特征在于，在所述光导元件(34)的上侧(36)设置单元(38)，所述单元包括多个表面元件(44)和/或表面元件组(40)，其中每个点光源(32)被分配一个单元(38)。
6.根据权利要求5所述的平板显示器，其特征在于，每个点光源(32)与单元(38)同心设置。
7.根据权利要求5或6所述的平板显示器，其特征在于，所述表面元件(44)和/或所述表面元件组(40)之间的距离从单元中心(42)在朝外的方向上递减。
8.根据权利要求5所述的平板显示器，其特征在于，所述光导元件包括与所述点光源(32)相对的较低透明性的区域。
9.根据权利要求8所述的平板显示器，其特征在于，每个单元的光导元件的透明性从中心(42)在朝外的方向上递增。
10.根据权利要求1所述的平板显示器，其特征在于，所述点光源(32)被设置成彼此相距至少5mm处。
11.根据权利要求1所述的平板显示器，其特征在于，所述点光源是基本上发出白光的LED。
12.根据权利要求1所述的平板显示器，其特征在于，所述表面元件(44)的尺寸为0.04-500μm2。
13.根据权利要求1所述的平板显示器，其特征在于，各表面元件(44)被设置成彼此相距0-50μm。
14.根据权利要求1所述的平板显示器，其特征在于，各表面元件(44)被设置成彼此相距0-15μm。
15.根据权利要求10所述的平板显示器，其特征在于，所述点光源(32)被设置成彼此相距至少10mm处。
16.根据权利要求1所述的平板显示器，其中，所述边缘区包括角部。
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