CN101000125A - 使用发光二极管的面光源及使用其的液晶显示器背光单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种面光源以及使用该面光源的液晶显示器背光单元，所述面光源能够减少色斑，发光二极管的数量减少并且降低制造成本。所述面光源包括：多个光源束，沿着第一方向和第二方向排列，所述光源束的每束包括以三角形排列设置的三个发光二极管，所述三个发光二极管包括绿色发光二极管、红色发光二极管和蓝色发光二极管。所述面光源还包括：第一阵列束，沿着第一方向排列成行并且关于第一方向交替地倒置；第二阵列束，沿着第二方向排列成行并且关于第二方向交替地倒置，所述第一阵列和所述第二阵列垂直。本发明减少了色斑以实现均匀的白光并且减少了发光二极管的数量，以低成本制造产品。

Description

使用发光二极管的面光源及使用其的液晶显示器背光单元
本申请要求于2006年1月10日提交到韩国知识产权局的第2006-0002842号韩国专利申请的利益，该申请的公开通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及一种使用发光二极管(以下称为LED)的用于减少色斑的面光源以及使用该面光源的液晶显示器(以下称为LCD)背光单元。更具体地讲，本发明涉及一种面光源以及使用该面光源的LCD背光单元，其中，LED被设置成多束(cluster)相互交替地倒置的三角形排列，从而显著地减少色斑并允许使用很少的LED以降低制造成本。
背景技术
随着汞气的使用，冷阴极荧光灯(CCFL)容易对环境产生污染，响应速度慢，色彩再现性差，并且不适于使LCD面板小型化。
相反地，LED对环境良好，能够具有对视频信号流有效的纳秒级高响应速度，能够脉冲驱动并且具有100％的色彩再现性。此外，能够调节红色LED、绿色LED和蓝色LED的光量以控制亮度、色温等。LED还适于LCD面板的小型化。因此，积极地使用LED将其作为LCD面板等的背光光源。
采用LED的LCD背光单元能够根据光源的位置分为侧边式和直下式。在侧边式背光单元中，条形光源(bar-shaped light source)位于侧面以使光照射通过导光面板。在直下式背光单元中，具有与LCD面板几乎相同面积的面光源位于LCD面板下方以将光照射到LCD面板的面上。
如图1(a)所示，为了将红光、绿光和蓝光混合以产生白光，在根据现有技术的直下式LCD面板中使用的面光源200包括按行和列排列的多个2×2LED矩阵205，每个矩阵包括在一个对角线方向设置的红色LED和蓝色LED以及在另一个对角线方向设置的两个绿色LED。
在附图中，标号“R”表示发射红光的红色LED，标号“G”表示发射绿光的绿色LED，标号“B”表示发射蓝光的蓝色LED。通常，为了产生白光，采用两个绿色LED、一个红色LED以及一个蓝色LED。
图1(b)示出了传统的面光源200的LED的排列，该面光源200包括按行和列排列的多个LED矩阵205。在如图1(b)所示的LED排列中，红光、绿光和蓝光相对适当地混合以在面光源200的中间部分产生均匀的白光。尽管如此，蓝色LED或者红色LED不适当地设置在面光源的拐角211和212中，因此会发射出微红或者微蓝的光。
也就是说，如图1(b)所示，在由211表示的拐角中，仅交替地排列有红色LED R和绿色LED G，而没有蓝色LED B，因此，发射出微红的光。在由212表示的拐角中，仅交替地排列有蓝色LED B和绿色LED G，而没有红色LED R，因此，发射出微蓝的光。
因此，根据现有技术具有上述LED排列的面光源200具有在其拐角211和212中不能均匀发射白光的问题。
作为克服这样的问题的方法，图2中显示了根据现有技术的面光源300的另一种LED排列。在图2所示的面光源300中，在第一行310中以蓝色、绿色、绿色和红色的顺序重复地排列多个LED。在与第一行相邻的第二行320中，以绿色、红色、蓝色和绿色的顺序重复地将多个LED排列在一行中。在第三行330中，以绿色、蓝色、红色和绿色的顺序排列LED，在第四行340中，以红色、绿色、绿色和蓝色的顺序排列LED。重复地设置这些行。
在这种面光源300中，绿色、红色、蓝色和绿色LED被设置在拐角311和312中以产生相对均匀的白光。然而，存在这样的部分315，四个绿色LED群集在面光源300的中间部分。从而在这些部分315中绿光是占主要的，导致了色斑。
对具有上述LED排列的面光源进行光模拟的结果表示，人敏锐地察觉到的绿光是主要的，这导致了在面光源上出现色斑。
因此，传统的面光源300和采用该面光源的LCD背光单元导致了白光的不均匀分布并具有色斑。
为了克服色斑这样的缺点，本发明的受让人在第2005-0062297号韩国专利申请中提出了另一种方法。
由本发明的受让人提出的这种传统技术包括：第一LED阵列410，两个连续绿色LED、一个红色LED和一个蓝色LED的重复；第二阵列420，两个连续的绿色LED、一个蓝色LED以及一个红色LED的重复。第一LED阵列和第二LED阵列按行和列的排列，从而两个绿色LED由红色LED或者蓝色LED围绕。
因此，如图4所示，如上所述传统的面光源400具有两个绿色LED由红色LED或者蓝色LED围绕的方式的红色LED、绿色LED和蓝色LED。这样使面光源400的拐角以及面光源400的中心部分反射均匀的白光，而没有色斑。此外，这种传统的技术使面光源400发射出与人类的色彩图相似的白光，减少色斑以获得均匀的白光。
然而，在这种传统的技术中，由两个相邻的绿色LED、一个红色的LED和一个蓝色的LED组成一束，即B LED、G LED、G LED和R LED单位，从而在面光源400的每单位面积上需要大量的LED。因此，传统技术仍然存在以低成本实现面光源的改善余地。
发明内容
本发明已经解决现有技术中的上述问题，从而本发明的一方面在于提供一种使用发光二极管的面光源以及一种使用该面光源的液晶显示器背光单元，所述面光源能够减少色斑，产生均匀的白光。
本发明的另一方面在于提供一种使用发光二极管的面光源，所述面光源在其每单位面积上使用了较少的发光二极管并且减少了色斑，实现了极好的白光。
根据本发明的一方面，本发明提供了一种用于减少色斑的面光源。所述面光源包括：多个光源束，沿着第一方向和第二方向排列，所述光源束的每束包括以三角形排列设置的三个发光二极管，所述三个发光二极管包括绿色发光二极管、红色发光二极管和蓝色发光二极管；所述束的第一阵列，沿着所述第一方向排列成行并且关于第一方向交替地倒置；所述束的第二阵列，沿着所述第二方向排列成行并且关于第二方向交替地倒置，所述第一阵列和所述第二阵列垂直。
根据本发明的实施例，所述三角形排列具有相等的内角。
根据本发明的实施例，所述三角形排列具有不同的内角。
根据本发明的实施例，所述三角形排列具有两个相等的内角。
优先地，所述三角形排列的内角分别等于与所述束的相邻的一束的三角形排列的内角。
优选地，相同类型的所述束相对于液晶显示器背光单元中的从反射片到漫射片的高度具有由D≤2H表示的范围中的节距，其中，D为节距，H为从反射片到漫射片的高度。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种附于液晶显示面板上的液晶显示器背光单元，所述液晶显示器背光单元包括：多个光源束，沿着第一方向和第二方向排列，所述束的每束包括以三角形排列设置的三个发光二极管，所述三个发光二极管包括绿色发光二极管、红色发光二极管和蓝色发光二极管，所述束的第一阵列，沿着第一方向排列成行并且关于第一方向交替地倒置，所述束的第二阵列，沿着第二方向排列成行并且关于第二方向交替地倒置，所述第一阵列和所述第二阵列垂直；漫射片，用于均匀地漫射从所述面光源入射的光；集光片，用于收集由所述漫射片漫射的光。
附图说明
通过下面参照附图进行的详细描述，本发明的上述和其它方面、特点和其它优点将会被更加清楚地理解，其中：
图1中的(a)是示出在传统的面光源中使用的LED矩阵的示意图，图1中的(b)是在图1中的(a)中显示的LED矩阵的排列的示意图；
图2是示出另一个传统面光源的LED排列的视图；
图3是示出另一个传统面光源的LED的R、G、G和B排列的视图；
图4是显示在采用具有R、G、G和B排列的面光源的LCD背光单元中具有色斑的白光的图片；
图5是示出根据本发明第一实施例具有三角形束的LED的面光源的视图；
图6是显示在采用根据本发明第一实施例的面光源的LCD背光单元中具有色斑的白光的图片；
图7是示出根据本发明第二实施例具有三角形束的LED的面光源的视图；
图8是显示在采用根据本发明第二实施例的面光源的LCD背光单元中具有色斑的白光的图片；
图9是示出在本发明的面光源中各束之间的节距与从反射片到漫射片的高度之间的相互关系的视图；
图10是示出根据本发明采用面光源的LCD背光单元的分解视图。
具体实施方式
现在，将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。
如图5所示，使用LED并用于减少色斑的面光源1包括沿着第一方向和第二方向排列的多个光源束10。光源束10的每一束由以三角形排列的绿色GLED、红色R LED和蓝色B LED组成。面光源1还包括沿第一方向排列成行并关于第一方向交替地倒置的束10的第一阵列20。
如图5所示，x轴假设为第一方向，y轴假设为第二方向。
因此，在第一阵列20中设置的多个光源束10沿第一方向x轴排列成行并关于第一方向交替地倒置。
因此，假定第一束10具有在顶部的G以及在底部的R和B，第二束10具有在顶部的R和B以及在底部的G。第三束10具有在顶部的G以及在底部的R和B，第四束10具有在顶部的R和B以及在底部的G。
另一方面，面光源1还包括与第一阵列20垂直设置的束10的第二阵列30。第二阵列30的束10的每束还由以三角形排列的绿色G LED、红色R LED和蓝色B LED组成。在第二阵列30中的束10沿第二方向排列成行并关于第二方向交替地倒置。
也就是说，如图5所示，假定y轴是第二方向，在第二阵列30中设置的多个束10沿第二方向排列成行并关于第二方向交替地倒置。
如图5所示，在第二阵列30中的第一束10具有在顶部的G、在左底部的R以及在右底部的B，而第二束10具有在顶部的G、在左底部的B以及在右底部的R。
在第二阵列30中的第三束10与第一束10的方式相同具有在顶部的G、在左底部的R以及在右底部的B，而第四束10与第二束10的方式相同具有在顶部的G、在左底部的B以及在右底部的R。
此外，在用于减少色斑的面光源1中，多束10的每束的三角形排列具有相同的内角θ1、θ2和θ3。在这种情况下，多束10的每束的G LED、R LED和B LED能够以等边三角形排列，多束10的每束是基本单位。
此外，多束10的每束的三角形排列能够具有不同的内角θ1、θ2和θ3。在这种情况下，多束10的每束的G LED、R LED和B LED能够以具有不同内角的普通三角形排列，多束10的每束是基本单位。
而且，根据本发明，多束10的每束的三角形排列在内角θ1、θ2和θ3中能够具有两个相等的内角。在这种情况下，多束10的每束的G LED、R LED和B LED能够以等腰三角形排列，多束10的每束是基本单位。
此外，多束10的每束的三角形排列的内角θ1、θ2和θ3能够与多束10中相邻的一个的三角形排列的内角θ1、θ2和θ3分别相等。即，由在第一阵列20和第二阵列30中按行排列的每束单位束10的G LED、R LED和BLED形成相同形式的三角形。
构成图6中所示的LCD背光单元100，根据本发明具有上述构造的面光源1能够减少色斑以获得均匀的白光。根据本发明使用LED的面光源1具有降低等级的色斑，这个降低等级与由本发明的受让人提交的第2005-0062297号韩国专利申请中教导的面光源400的等级相似，从而同样地实现了均匀的光源。
图7示出了根据本发明第二实施例用于减少色斑的使用LED的面光源1’另一种结构。
这种结构具有如图7中所示的第一阵列20’和第二阵列30’，但是GLED、R LED和B LED在每单位束10’中彼此更密集地排列。此外，与图5所示的实施例相比，多束10’的每束被设置成离相邻束10’的另一个更远。
在这个构造中，在面光源组成LCD背光单元100的情况下，束10’之间的节距D相对于反射片156到漫射片116的高度H而言具有由D≤2H表示的范围。优选地，因为各束之间的距离不会太长，所以各束10之间的节距D不会超过2H，这导致了各束之间光的量不足，导致色斑。
在构成如图8所示的LCD背光单元100的情况下，根据本发明的面光源1’能够减少色斑以获得均匀的白光。面光源1’实现了降低等级的色斑，类似于由本发明的受让人提交的第2005-0062297号韩国专利申请中教导的面光源400实现的等级，从而同样地实现了均匀的光源。
根据本发明使用用于减少色斑的面光源1、1’的LCD背光单元100具有如图10中所示的结构。
根据本发明的实施例的LCD背光单元100包括根据本发明的面光源1和用于均匀地漫射从面光源1入射的光的漫射片116。
此外，背光单元100还包括在LCD面板110的一侧设置在漫射片116上方的至少一个集光片114，所述至少一个集光片114收集在与液晶显示面板110的平面垂直的方向上由漫射片116漫射。
如上所述，在面光源1中设置的各束10之间的节距D相对于反射片156到漫射片116的高度H而言具有由D≤2H表示的范围。
此外，根据本发明的LCD背光单元100还可包括设置在集光片114上方的用于保护下面的光学结构的保护片112。而且，面光源1包括基底151和在基底151上的光源束10的每束中设置的多个LED152。此外，LCD背光单元100还可包括围绕设置在束10中的LED并且面向LED的斜面的侧壁154以及设置在基底151上的用于向上反射从LED发射出的光的反射片156。
此外，反射材料154最好涂覆在侧壁154斜面上，从而向上反射发射到侧面的光。
此外，设置在面光源1上方的漫射片116漫射从面光源1入射的光，以防止光的局部集中。而且，漫射片116调节向第一集光片传播的光的方向，从而减小相对于第一集光片114a的倾斜角度。
第一集光片114a和第二集光片114b的每一个都具有预定排列的棱镜，所述棱镜的每个具有三角柱的形状。此外，第一集光片114a的棱镜排列与第二集光片114b的棱镜排列交叉预定角度(例如90°)。第一集光片114a和第二集光片114b用作在与液晶显示面板的平面垂直的方向上收集由漫射片116漫射的光。这允许穿过第一集光片114a和第二集光片114b几乎理想地垂直入射到保护片112上的光。
因此，穿过第一集光片114a和第二集光片114b的大多数光垂直地传播，使得亮度分布均匀。
其间，本发明使用如图10中所示的两个集光片作为例子，但是在其它情况下能够仅使用一个集光片。
设置在第二集光片114b上方的保护片112不仅用作保护第二集光片114b的表面，而且还用作漫射光以获得均匀的光分布。此外，LCD面板110被安装在保护片112上方。
如在此所阐述的那样，根据本发明的LCD背光单元100使用根据本发明的面光源1以减少色斑，从而获得了均匀的白光。这使LCD背光单元100不用导光板等而具有简单的结构，实现了轻重量和小型化，并且提供了与传统的LCD背光单元相比的清晰的图像。
如上所述本发明使面光源和使用该面光源的LCD背光单元具有减少的色斑，并且与传统的R LED、G LED、G LED和B LED相比，利用比其少25％数量的LED排列实现了均匀的白光。
因此，根据本发明，面光源和使用该面光源的LCD背光单元具有每单位面积的更少数量的LED，因此，制造成本降低同时实现了极好的白光。
虽然已经结合示例性实施例显示并描述了本发明，但是本领于技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行修改和变化。

Claims (10)

1、一种面光源，包括：
多个光源束，沿着第一方向和第二方向排列，所述光源束的每束包括以三角形排列设置的三个发光二极管，所述三个发光二极管包括绿色发光二极管、红色发光二极管和蓝色发光二极管；
所述束的第一阵列，沿着所述第一方向排列成行并且关于所述第一方向交替地倒置；
所述束的第二阵列，沿着所述第二方向排列成行并且关于所述第二方向交替地倒置，所述第一阵列和所述第二阵列垂直。
2、如权利要求1所述的面光源，其中，所述第一阵列中的所述束关于第一方向的水平轴交替地倒置。
3、如权利要求1所述的面光源，其中，所述第二阵列中的所述束关于第二方向的竖直轴交替地倒置。
4、如权利要求1所述的面光源，其中，所述三角形排列具有相等的内角。
5、如权利要求1所述的面光源，其中，所述三角形排列具有不同的内角。
6、如权利要求1所述的面光源，其中，所述三角形排列具有两个相等的内角。
7、如权利要求1所述的面光源，所述三角形排列的内角分别等于与所述束的相邻的一束的三角形排列的内角。
8、如权利要求1所述的面光源，相同类型的所述束相对于液晶显示器背光单元中的从反射片到漫射片的高度具有由D≤2H表示的范围中的节距，其中，D为节距，H为从反射片到漫射片的高度。
9、一种附于液晶显示面板上的液晶显示器背光单元，所述液晶显示器背光单元包括：
多个光源束，沿着第一方向和第二方向排列，所述束的每束包括以三角形排列设置的三个发光二极管，所述三个发光二极管包括绿色发光二极管、红色发光二极管和蓝色发光二极管，所述束的第一阵列，沿着所述第一方向排列成行并且关于所述第一方向交替地倒置，所述束的第二阵列，沿着所述第二方向排列成行并且关于所述第二方向交替地倒置，所述第一阵列和所述第二阵列垂直；
漫射片，用于均匀地漫射从所述面光源入射的光；
集光片，用于收集由所述漫射片漫射的光。
10、如权利要求9所述的液晶显示器背光单元，其中，相同类型的所述束相对于从反射片到漫射片的高度具有由D≤2H表示的范围中的节距，其中，D为节距，H为从反射片到漫射片的高度。
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