CN101042497A - 表面光源、背光单元和具有它们的液晶显示器 - Google Patents

表面光源、背光单元和具有它们的液晶显示器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用光导管的表面光源设备。本发明也涉及提供有这种表面光源的背光单元和液晶显示器。光导管包括构造有多个棱镜的内表面,其中,来自光源的光入射到该内表面上;和光滑的外表面,其具有基本上平行于液晶面板设置的发光表面,其中,入射光通过该发光表面发射。

Description

表面光源、背光单元和具有它们的液晶显示器
相关申请的交叉引用
本申请要求基于2006年3月24日提交的韩国专利申请号10-2006-0026962的优先权。将本申请包括在此作为参考。
技术领域
本发明涉及利用光导管的表面光源设备。本发明也涉及提供了这种表面光源设备的背光单元和液晶显示器。
背景技术
液晶显示器,也称为LCD,是通过利用根据所施加的电压的液晶的透射性的改变将电信号转换为视觉信号的电子设备。
在现有技术中已知,液晶显示器是非发光显示设备。因此,液晶显示器需要使用外部光源单元从其外部照亮液晶面板的视平面,以显示视觉信息。传统地,使用背光单元作为这种用途。
图1是示出液晶显示器的透视图。
参考图1,液晶显示器30包括液晶面板20和设置在液晶面板背后的背光单元10。液晶面板20接收由背光单元10提供的光以显示图像。
通常,背光单元10包括光源单元12,光导向板14,反光片16和光学片18
光源单元12包括光源12a和光源反射器12b。可以使用冷阴极荧光灯(CCFL)或外部电极荧光灯(EEFL)用于光源12a。在光源反射器12b中容纳光源12a并且沿光导向板14的一个表面设置其。将光源反射器12b设置在光源12a的外面以反射光源12a所产生的光,使得光被输入到光导向板14中。
邻近光源单元12设置的光导向板14的侧表面变为光的入射表面用于接收光。将光源单元12处产生的光通过光入射表面输入光导向板14中,并且通过光导向板14的上表面发射。光导向板14的上表面变为用于发射光的光发射表面。
反光片16反射通过光导向板14的下表面发射的光使得光被重新输入光导向板14的内侧,其改进背光单元10的光效率。
光学片18可包括扩散片18a、棱镜片18b和保护器片18c。光学片18a、18b和18c控制光使得将光有效地提供至液晶面板20的视平面。
然而,仅使用通过光导向板的侧表面输入的光照明的边缘光型背光单元10具有这样的问题,在光源12处产生的光不能充分地用于照明,因为在光导向板14处发生显著的光损失。
此外,具有直接安装在液晶面板下的多个光源的直接型背光单元也具有在比如扩散板的光学板处发生光损失的问题。另外,相互邻近安排的光源在背光单元中产生热对流,并且这种热对流使光源上设置的光学片变形。光学片的变形恶化显示质量。
为了解决这种问题,最近进行了各种尝试以开发以表面光的形式发射光的表面光源设备。可以在美国专利No.6,771,330和6,514,113和美国专利申请No.2004-004757中找到相关的致力于以上问题的尝试的信息,其公开了利用平面荧光灯(FEL)、LED或碳纳米管(CNT)的表面光源。然而,上述出版物的表面光源设备仍然受到一个或多个以下缺点的困扰:复杂的制造工艺、不理想的光学性质,和高能耗。
出于前述原因,需要一种表面光源设备,其可以容易地制造,其具有满意的光学性质并且消耗很低的电能。
发明内容
本发明的目的是提供可以被容易地制造的表面光源设备。
本发明的另一目的是提供消耗低电能并且避免热相关的问题的表面光源设备。
本发明的另一目的是提供可容易地应用于大尺寸且薄的显示设备的表面光源设备。
本发明的另一实施例提供了背光单元以及提供了这种表面光源设备的液晶显示器。
为了实现以上的目的中的一个或多个,根据本发明的一方面,本发明提供了一种液晶显示器,包括:液晶面板,其根据从外部设备提供的电信号显示图像;和背光单元,其用于从液晶面板的背后照明液晶面板。该背光单元包括表面光源设备,其用于提供表面光。该表面光源设备包括产生光的至少一个光源;和至少一个光导管,其包括构造有多个棱镜的内表面,其中来自光源的光入射到该内表面上;和平滑的外表面,其具有基本平行液晶面板设置的光发射表面,其中通过该光发射表面发射入射光;和至少一个光学片,其被设置在表面光源设备的一侧,其中光学片接收从表面光源设备发射的光并且将光提供至液晶面板。
根据本发明的另一方面,本发明提供用于从液晶面板的背后照明液晶面板的背光单元。该背光单元包括用于提供表面光的表面光源设备。表面光源设备包括产生光的至少一个光源;和至少一个光导管,其包括构造有多个棱镜的内表面,其中来自光源的光入射到该内表面上;和平滑的外表面,其具有基本平行液晶面板设置的光发射表面,其中通过该光发射表面发射入射光。
根据本发明的另一方面,本发明提供用于提供表面光的表面光源设备。表面光源包括产生光的至少一个光源;和至少一个光导管,其包括构造有多个棱镜的内表面,其中来自光源的光入射到该内表面上;和平滑的外表面,其具有基本平行液晶面板设置的光发射表面,其中通过该光发射表面发射入射光。
根据本发明的另一方面,表面光源设备能够具体体现为与点光源或线光源结合的光导管。因此,本发明具有表面光源易于制造的优点。
此外,根据本发明的表面光源使用较少数量的光源。因此,本发明具有另一优点,即表面光源设备消耗较少的电能。
此外,因为根据本发明的表面光源设备具有可以在光导管内容纳产生热量的光源的结构,在光源处产生的热量仅在光导管的内部循环并且防止热量轻易地传递至光学片。因此,可以防止光学片的热相关变形。
此外,根据本发明的表面光源设备可容易地应用于大尺寸和薄的显示设备。
附图说明
参考以下描述、附加的权利要求和附图,本发明的这些和其他特点、方面和优点将变得更易理解,其中:
图1是示出液晶显示器的透视图;
图2a是示出根据本发明的一个实施例的液晶显示器的分解透视图;
图2b是示出图2a的液晶显示器的截面图;
图2c是示出沿线A-A的图2b的光导管的截面图;
图2d是示出图2c的区域C的放大的部分截面图;
图2e是示出根据本发明的另一实施例的液晶显示器的一部分的截面图;
图2f是示出根据本发明的又一实施例的液晶显示器的一部分的截面图;
图2g是示出根据本发明的再一实施例的液晶显示器的一部分的局部截面图;
图3a是示出根据本发明的进一步的另一实施例的液晶显示器的截面图;
图3b是沿线B-B的图3a的表面光源的截面图;
图3c和3d是图3b的区域D的放大的局部截面图;和
图4a-4c是示出图3b的扩散层和反射器的其他实施例的截面图。
具体实施方式
本发明的实用性的进一步的范围将在此后给出的具体描述中变得明显。然而,应理解具体描述和特定实例,当指示本发明的优选实施例时,仅由说明的方式给出,因为在本发明的精神和范围内的各种变更和修改对本领域的技术人员来说,将从此具体描述中变得明显。
在以下附图中,在所有实施例中将使用相同的参考数字表示相同或相似的部件。另外,不重复相同部件的具体描述。
图2a是示出根据本发明的一个实施例的液晶显示器的分解透视图;并且图2b是示出图2a的液晶显示器的截面图。
参考图2a和2b,根据本发明的液晶面板300包括液晶显示面板200和背光单元100A。
液晶面板300根据外部设备提供的驱动信号和数据信号显示图像。对于理解和作出本发明,描述液晶面板200的结构并不重要。并且,本发明的理念广泛地适用于液晶显示器中通常使用的任何类型的液晶面板。因此,不需要在此描述液晶面板200的结构。
将背光单元100A安装在液晶面板200的背后提供光,例如白光,给液晶面板200。背光单元100A包括表面光源设备100A,其用于提供适于照亮液晶面板200的视平面的表面光。选择性地,背光单元100A可包括光学片180,其被设置在液晶面板200和表面光源设备100A之间以将表面光源设备100A提供的光转换为更适合于照明液晶面板200的光。
根据本发明的一个实施例的表面光源设备110A包括光源单元120、光导管140和反光片160。
每个光源单元120包括产生光的光源120a。根据本发明的一个实施例的光源120a是比如发光二极管(LED)的点光源。在这种情况中,在印刷电路板(PCB)120b上以一定的排列安装光源120a,并且外部的电源通过PCB 120b的布线图形电气连接至光源120a。
根据本发明的一个实施例,沿两个侧表面设置光源120a。因此,在光源120a产生的光通过其侧表面输入光导管140中。每个光源单元120包括用于容纳和支撑安装有光源120a的PCB 120b的外壳120c。外壳120c可由金属和塑料材料制成,并且每个外壳120c具有内槽以使PCB插入其中。优选地,外壳120c的内壁具有反光涂层以反射从光源120a发射的光。
光导管140的两个侧表面变成光入射表面,在光源单元120处产生的光通过其输入光导管140中,并且光导管140的上表面变为光发射表面,光通过其从光导管140输出。光发射表面优选地至少与液晶面板200的视平面同样宽或者更宽,使得将光均匀地提供至视平面。
尽管在光导管140的侧面区域设置光源单元120,但背光单元100A具有几乎等于现有的直接光类型背光单元的光效率,这是因为光导管140具有优异的光传输能力和微小的光损失。另外,对于相同的亮度级,在本发明的背光单元100A中比在现有的直接光型背光单元中使用更少的LED。
根据本发明的另一实施例,仅在光导管140的一侧区域设置光源单元120。在这种情况中,可通过在光导管140的相对侧区域安装反射装置以反射并重新使用传输至光导管140的末端的光来保证光效率。优选地,以光导管140的截面面积沿轴向变小的方式设计光导管140以获取均匀的发射光。
以下将参考附图具体描述光导管140的结构。
图2c是示出沿线A-A的图2b的光导管的截面图;并且图2d是示出图2c的区域C的放大的局部截面图。
参考图2c和2d,光导管140的内部是空心的并且填充了空气,并且光导管140的截面是椭圆的或者矩形的。光导管140是一种空心的光波导管。光导管140具有适当的结构用于传输通过它的一个或两个侧表面以轴向输入的光。
根据本发明的一个实施例,以精细间距排列的微棱镜构造光导管140的内表面140b,其中,每个微棱镜沿轴向延伸。可以将微棱镜形成为正三角形、不等边三角形和等腰三角形等。如图2d中所示,每个棱镜的截面优选地是具有90°顶角的等腰三角形。
将光导管140的外表面不是有纹理的而是光滑的,并且外表面的一部分变为光发射表面用于发射光到液晶面板(未示出)。
可选地,可以构造光导管140的外表面140a为有纹理的,并且光导管140的内表面140b是光滑的。
可选地,可以构造光导管140的外和内表面140a和140b为有纹理的。
外表面140a和内表面140b之间的距离根据应用环境而改变很大。然而,考虑到光损失,优选地该距离具有50~300μm之间的值。
光导管140由具有良好的光透射性、机械强度(尤其是冲击阻力)、耐热性和电稳定性的热塑树脂制成。优选地,光导管140由对苯二酸聚乙烯(PET)、聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。更优选地,光导管140由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。
可由已知的比如喷射模塑或挤压模塑的塑料成型工艺塑造光导管140。本领域的技术人员在能力之内可通过已知的成型工艺以上述材料制造光导管140,而不需具体描述。
根据本发明的另一实施例,可以通过另一方法制造光导管140,其中在高分子基础带基薄膜上涂覆UV固化树脂。更具体地说,首先将UV固化树脂涂覆在模型上,并且由具有UV固化树脂的模型压制基带薄膜以在基带薄膜的表面上转换微棱镜图形。然后紫外线照射在微棱镜图形上用于固化,从而获得具有纹理表面的光学薄膜。最后,在所施加的热量下,卷起光学薄膜使得获得光导管140。
参考图2a和2b,根据本发明的一个实施例的表面光源设备110A包括反光片160。反光片160反射通过光导管140的下表面输出的光以将光重新输入至光导管140,从而改进光效率。
可通过在由SUS、铜、铝、PET等制成的薄片上应用银来制造反射器片180,并以钛涂覆它以防止热吸收导致的热变形。
可选地,可通过散布能够在比如PET的树脂薄片中散射光的微孔获得反光片160。
背光单元100A可包括设置在表面光源设备110A和液晶面板200之间的一组光学薄片180。该组光学薄片180可包括扩散片180a、棱镜片180b和保护器片180c。
将通过光发射表面发射的光输入至扩散片180a。扩散片180a散射光以使亮度均匀并拓宽视角。
因为当光穿过扩散片180a时亮度急剧减退,在背光单元100A中提供棱镜片180b以补偿这种亮度减退。棱镜片180b将从扩散片180a发射的光以低角度折射以朝前对准光;从而在有效的视角内提供改进的亮度。
在棱镜片180b上设置保护器片180c。保护器片180c防止棱镜片180b的表面被破坏,并且一旦棱镜片180b使视角狭窄,也重新拓宽视角。
光学片180的特定的结构和材料性质对于理解和作出本发明来说不重要,并且本领域中通常使用的任何现有结构和材料广泛地适用于本发明的光学片180。
以下,将描述根据本发明的一个实施例的表面光源设备110A、背光单元100A和液晶显示器300的工作。
回来参考图2b,光源120a以施加的电能产生光。光通过光导管140的侧表面输入光导管。
输入光导管140的一部分光以已知的现象,即全反射在光导管140中沿轴向传播。如以上所述,填充光导管140内部的介质是空气,并且因此可以在光导管140内部较少损失或无损地传播。
另一方面,当在光导管140内传播时进入光导管140的光通过光导管140的外表面发射。这里,经过光导管140的下表面发射的光在反光片160上反射并且重新输入到光导管140中,反之通过光导管140的上表面,即发光表面,发射的光被通过光学片180提供至液晶面板200。
通过发光表面发射的光首先输入扩散片180a中。扩散片180a散射光以使亮度均匀并且拓宽视角。光通过扩散片180a输入到棱镜片180b,并且棱镜片180b以低角度折射从扩散片180a发射的光以将光对准朝前的方向。通过棱镜片180b将光输入保护器片180c,并且由保护器片180c将在穿过棱镜片180b时变窄的视角重新拓宽以输入液晶面板200中。液晶面板200调整液晶分子的排列并且控制它的光透射性以显示图像。
以下,将描述本发明的其他实施例。
图2e是示出根据本发明的另一实施例的液晶显示器的一部分的截面图。图2f是示出根据本发明的又一实施例的液晶显示器的一部分的截面图。并且,图2g是示出根据本发明的再一实施例的液晶显示器的一部分的截面图。为简便起见,不再描述与前述实施例相同的部分。
在前述实施例中,使用点光源形式的LED用于光源120a。然而,可使用比如CCFL或EEFL的线光源用于光源120a。在这种情况中,如图2e中所示,在光导管140内相互邻近地设置线光源130。
同样,如图2f中所示,可以沿光导管140的两个侧面设置光源130。因此,光源130产生的光通过光导管140的侧表面输入光导管中。
另外,在前述实施例中,以一个光导管140具体表现表面光源设备110A。然而,如图2g中所示,也可以以与邻近的光导管140互相接触的方式设置的多个光导管140来具体表现表面光源设备110A。因为每个光导管140具有相同的尺寸,光导管140的这种简单设置允许光导管140之间的光互通。
这允许本发明的表面光源应用到大尺寸的显示器。即,根据液晶面板的尺寸垂直和水平地简单排列光导管140并且在光导管140的侧面区域使用光导管140的侧面区域的点光源(图2b的120)安装光源单元,在光导管140的侧面区域插入线光源(图2e的130)或使用线光源(图2f的130)可实现大尺寸的表面光源设备。
图3a是示出根据本发明的再一实施例的液晶显示器的截面图;图3b是沿线B-B的图3a的表面光源的截面图;并且图3c和3d是图3b的区域D的放大的局部截面图。
参考图3a和图3b,液晶显示器400包括液晶面板200和背光单元100B。
背光单元100B包括用于提供表面光的表面光源设备110B。背光单元100B可以可选地包括光学片180以将由表面光源设备110B提供的光转换为更适于面板200的照明的光。
表面光源设备110B包括光源单元120、光导管140、设置在光导管外部的扩散层142和设置在光导管140内部的反射器144。
扩散层142使得限制在光导管140内的光被发射到光导管140外并且为了亮度均匀而散射光。
参考图3c和3d,扩散层142包括基底材料142b,其由树脂和分布在基底材料142b中的多个扩散粒子142a和142a’构成。
基底材料142b优选地是丙烯酸树脂,其具有良好的光透射性、耐热性和机械强度。更优选地,基底材料142b是聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
可以使用由其他树脂作为基底材料142b构成的珠作为扩散粒子142a和142a’。优选地包含相对基底材料142b的25-35wt%的扩散粒子142a和142a’。更优选地,包含相对基底材料142b的30wt%的扩散粒子142a和142a’。
根据本发明的一个实施例,扩散粒子142a的尺寸和分布是随机的。这样的随机结构增加了模糊效果以防止比如在基底材料142b或扩散片(图3的130a)上物理接触造成的划痕的缺陷反映到液晶面板(图3a的200)上。
根据本发明的另一实施例,扩散粒子142a’的尺寸和分布基本上是均匀的。这样的均匀结构允许亮度增加,尽管模糊效果减少。通常,随着扩散粒子142a’的均匀性的增加,模糊效果减少但亮度增加。
可以由本领域中已知的各种方法来形成扩散层142。例如,可以通过这样的方法获得扩散层142,其中比如珠的扩散粒子与液态树脂混合并且将该混合物应用于基底薄膜,然后将混合物固化;并且在光导管140的外表面上热压该薄膜。可选地,可以通过另一方法获得扩散层142,其中将散布有珠的液态树脂应用于光导管140的外表面。
再参考图3a和3b,在光导管140内设置反射器144。反射器144防止光通过光导管140的下表面发射并且因此改进了光效率。此外,反射器144能够使限制在光导管140中的光发射到光导管140外侧。
反射器144可由高反光材料构成。例如,反射器144包括由比如铝或银的金属构成的反光涂层。
在液晶面板200和表面光源设备110B之间设置光学片180,并且光学片180可包括扩散片180a、棱镜片180b和保护器片180c。
以下,将参考附图描述表面光源设备110B、背光单元100B和液晶显示器400的工作。
再参考图3a,光源120a以所施加的电能产生光。光通过光导管140的侧表面输入光导管中。输入光导管140的一部分光以已知的现象,即全反射在光导管140中沿轴向传播。如以上所述,填充光导管140内部的介质是空气,并且因此可以在光导管140内部较少损失或无损地传播。当在光导管140内传播时在反射器144的上表面反射光,并且将所反射的光输入到扩散层142中。这里,由分布在扩散层142中的扩散粒子(图3a和3b的142a和142a’)散射和统一所输入的光。穿过扩散层142的光被通过扩散片180a、棱镜片180b和保护器片180c输入到液晶面板200中。
在前述实施例中,扩散层142充分地覆盖光导管140的外表面,并且将反射器144插入光导管140中。然而,可以由本领域的技术人员修改扩散层142和反射器144的结构和配置。以下,将参考附图描述扩散层142和反射器144的一些修改。
图4a-4c是示出图3b的扩散层和反射器的其它实施例的截面图。出于简便,只主要描述与扩散层142和反射器144的结构上的差别。
参考图4a,根据另一实施例,设置扩散层142以充分地覆盖光导管140的外表面,并且如附图中所示在扩散层142的下表面上设置反射器244。
参考图4b,根据另一实施例,仅在光导管140的外表面的一定区域上设置扩散层342和反射器344。这里,在面对液晶面板(未示出)的位置形成扩散层342,并且在光导管140的下表面上设置反射器344并且该反射器344面对其间具有光导管140的扩散层342。
参考图4c,根据另一实施例,形成扩散层442以充分地覆盖光导管440的外表面,并且在光导管440中设置反射器444。在这种情况中,仅其中设置反射器444的光导管440的内部区域没有微棱镜结构。

Claims (19)

1.一种液晶显示器,其包括:
液晶面板,其根据从外部设备提供的电信号显示图像;和
背光单元,其用于从液晶面板的背后照明液晶面板,该背光单元包括:
表面光源设备,其用于提供表面光,该表面光源设备包括:
产生光的至少一个光源;和
至少一个光导管,其包括:
构造有多个棱镜的内表面,其中,来自光源的光入射到该内表面上;和
光滑的外表面,其具有基本上平行于液晶面板设置的发光表面,其中,入射光通过该发光表面发射;和
设置在表面光源设备的一侧的至少一个光学片,其中,该光学片接收从表面光源设备发射的光并且将光提供至液晶面板。
2.如权利要求1所述的液晶显示器,其中,该至少一个光源是LED,并且其中,该表面光源进一步包括:
印刷电路板,其将电源电气连接至LED,其中,在印刷电路板上安装LED;和
容纳并支撑印刷电路板的外壳。
3.如权利要求1所述的液晶显示器,进一步包括反光片,其被设置在光导管下以反射通过光导管的下表面发射的光并且将光重新输入光导管的内部。
4.如权利要求1所述的液晶显示器,其中,至少光源是设置在光导管内或沿光导管两个侧表面设置的CCFL或EEFL。
5.如权利要求1所述的液晶显示器,进一步包括扩散层,其被设置在光导管的外表面上以至少接收从发光表面发射的光,该扩散层包括:
基底材料,其由光透射树脂构成;和
分布在基底材料中的多个扩散粒子。
6.如权利要求5所述的液晶显示器,进一步包括反射器,其具有能够反射光的表面,其中,该反射器被设置在光导管中或光导管外面。
7.一种背光单元,其用于从液晶面板的背后照明液晶面板,该背光单元包括用于提供表面光的表面光源设备,该表面光源设备包括:
产生光的至少一个光源;和
至少一个光导管,其包括:
构造有多个棱镜的内表面,其中,来自光源的光入射在该内表面上;和
光滑的外表面,其具有基本上平行于液晶面板设置的发光表面,其中,入射光通过该发光表面发射。
8.如权利要求7所述的背光单元,进一步包括至少一个光学片,其被设置在表面光源设备的一侧,其中,该光学片接收从表面光源设备发射的光并且将光提供至液晶面板。
9.如权利要求7所述的背光单元,其中,该至少一个光源是LED,并且其中,该表面光源进一步包括:
印刷电路板,其将电源电气连接至LED,其中,在印刷电路板上安装LED;和
容纳并支撑印刷电路板的外壳。
10.如权利要求7所述的背光单元,进一步包括反光片,其被设置在光导管下以反射通过光导管的下表面发射的光并且将光重新输入光导管的内部。
11.如权利要求7所述的背光单元,该光源是被设置在光导管内或沿光导管的两个侧表面设置的CCFL或EEFL。
12.如权利要求7所述的背光单元,进一步包括扩散层,其被设置在光导管的外表面上以至少接收从发光表面发射的光,该扩散层包括:
基底材料,其由光透射树脂构成;和
分布在基底材料中的多个扩散粒子。
13.如权利要求12所述的背光单元,其中,该扩散粒子是珠。
14.如权利要求12所述的背光单元,进一步包括反射器,其具有能够反射光的表面,其中,该反射器片被设置在光导管中或光导管外面。
15.一种用于提供表面光的表面光源设备,其包括:
产生光的至少一个光源;和
至少一个光导管,其包括:
构造有多个棱镜的内表面,其中,来自光源的光入射在该内表面上;和
光滑的外表面,其具有基本上平行于液晶面板设置的发光表面,其中,入射光通过该发光表面发射。
16.如权利要求15所述的表面光源设备,其中,该至少一个光源是LED,并且其中,该表面光源进一步包括:
印刷电路板,其将电源电气连接至LED,其中,在印刷电路板上安装LED;和
容纳并支撑印刷电路板的外壳。
17.如权利要求15所述的表面光源设备,其中,该至少一个光源是被设置在光导管内或沿光导管的两个侧表面设置的CCFL或EEFL。
18.如权利要求15所述的表面光源设备,进一步包括扩散层,其被设置在光导管的外表面上以至少接收从发光表面发射的光,该扩散层包括:
基底材料,其由光透射树脂构成;和
分布在基底材料中的多个扩散粒子。
19.如权利要求18所述的表面光源设备,进一步包括反射器,其具有能够反射光的表面,其中,该反射器片被设置在光导管中或光导管外面。
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