CN101093317A - 集成光学板、具有其的背光组件和液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种集成光学板、以及具有该集成光学板的背光组件和液晶显示装置。该集成光学板包括凸透镜板、微透镜片和粘结元件。该凸透镜板包括光入射于其中的第一光入射表面和与该第一光入射表面相对设置的第一光出射表面，且在该第一光出射表面上形成凸透镜图案。微透镜片设置在第一光出射表面上，并包括微透镜图案。粘结元件设置在凸透镜板和微透镜片之间以结合凸透镜板和微透镜片。凸透镜图案包括多个凸透镜，该多个凸透镜具有沿凸透镜板纵向延伸的条纹形状。

Description

集成光学板、具有其的背光组件和液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种集成光学板、以及具有该集成光学板的背光组件和液晶显示装置。
背景技术
液晶显示器(LCD)是一类利用液晶显示图像的平板显示装置。LCD一般比其他类型的显示装置轻薄，并具有低驱动电压和低功耗。因此，LCD被广泛使用。
典型的LCD装置包括LCD面板和向LCD面板提供光的单独背光组件。
用于大尺寸产品例如电视机等的背光组件包括设置在LCD面板下方的光源，以及设置在光源和LCD面板之间用于增强亮度的光学元件，例如扩散板、扩散片、棱镜片和反射偏振片。
然而，由于在LCD装置中使用多种光学元件，所以制造成本高，且光学效率和组装效率低。
发明内容
根据本发明示范性实施例的集成光学板包括凸透镜板、微透镜片和粘结元件。凸透镜板具有第一光入射表面和第一光出射表面，光入射到第一光入射表面中，第一光出射表面与第一光入射表面相对设置，凸透镜图案形成在第一光出射表面上。微透镜片设置在具有凸透镜图案的第一光出射表面上，微透镜图案形成在微透镜片上。粘结元件设置在凸透镜板和微透镜片之间以结合凸透镜板和微透镜片。
凸透镜图案包括多个凸透镜，所述多个凸透镜具有沿凸透镜板纵向延伸的条纹形状。每个凸透镜包括第一和第二斜面、以及曲面。第一和第二斜面之间的分隔距离从第一和第二斜面的下端到上端变窄。曲面连接第一斜面的上端到第二斜面的上端。凸透镜的垂直于纵向排列方向的横截面具有半圆形或梯形。
微透镜片包括面对凸透镜板的第二光入射表面和与第二光入射表面相对设置的第二光出射表面。微透镜图案形成在第二光出射表面上。微透镜图案可具有其中扩散珠通过粘合剂被固定的结构，且可具有不规则地形成的微凹凸结构。
粘结元件具有与微透镜片基本相同的折射率。
根据本发明示范性实施例的背光组件包括发光单元，以及设置在发光单元上方的集成光学板，用于会聚和扩散来自发光单元的光。集成光学板包括凸透镜板、微透镜片和粘结元件。凸透镜板包括面对发光单元的第一光入射表面和与第一光入射表面相对设置的第一光出射表面，凸透镜图案形成在第一光出射表面上。微透镜片设置在具有凸透镜图案的第一光出射表面上，微透镜图案形成在微透镜片上，粘结元件设置在凸透镜板和微透镜片之间，用于结合凸透镜板和微透镜片。
根据本发明示范性实施例的LCD装置包括背光组件和利用来自背光组件的光显示图像的LCD面板，背光组件具有用于发光的发光单元和设置在发光单元上方的集成光学板。集成光学板包括凸透镜板、微透镜片和粘结元件。凸透镜板包括面对发光单元的第一光入射表面和与第一光入射表面相对设置的第一光出射表面，凸透镜图案形成在第一光出射表面上并包括多个凸透镜，该多个凸透镜具有沿凸透镜板纵向延伸的条纹形状。该微透镜片包括面对第一光出射表面的第二光入射表面和与第二光入射表面相对设置的第二光出射表面，微透镜图案形成在第二光出射表面上。粘结元件设置在第一光出射表面与第二光入射表面之间，用于结合凸透镜板和微透镜片。
附图说明
通过参考附图对本发明具体示范性实施例的描述，本发明将变得更为明显，在附图中：
图1是示出根据本发明示范性实施例的背光组件的透视图；
图2是示出图1中的集成光学板的分解透视图；
图3是示出图1中的集成光学板的横截面的横截面图；
图4是部分示出图3中的集成光学板的横截面图；
图5是示出根据本发明另一示范性实施例的集成光学板的横截面图；
图6是示出根据本发明再一示范性实施例的集成光学板的横截面图；
图7是示出根据本发明再一示范性实施例的集成光学板的横截面图；
图8是示出根据本发明再一示范性实施例的集成光学板的透视图；
图9是示出根据本发明另一示范性实施例的图1的发光单元的透视图；
图10是沿图1的线I-I’取得的平荧光灯的横截面图；
图11是示出根据本发明示范性实施例的液晶显示(LCD)装置的分解透视图。
具体实施方式
通过参考附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示范性实施例。然而，本发明可以实施为许多不同形式且不应理解为限于这里给出的实施例。而是，提供这些实施例使得本公开充分和完整，并将本发明的范围充分地向本领域技术人员传达。在附图中，为了清楚而夸大了层和区域的尺寸和相对尺寸。
下面，将参考附图详细描述本发明的示范性实施例。
图1是示出根据本发明示范性实施例的背光组件的透视图。
参考图1，根据本示范性实施例的背光组件100包括用于发光的发光单元200和设置在发光单元200之上的集成光学板300。
发光单元200包括多个荧光灯210。荧光灯210在集成光学板300下基本平行地设置，用于响应于从外部逆变器(inverter)施加的驱动信号而产生光。
荧光灯210可包括具有细长圆柱形状的冷阴极荧光灯(CCFL)。可替换地，荧光灯210可具有弯曲的U形。荧光灯210可包括外部电极荧光灯(EEFL)，其中电极形成在每个EEFL的两边缘的外表面上。优选地，荧光灯210以固定间距设置，以保持背光组件100的均匀亮度。
反射板220设置在具有荧光灯210的发光单元200的下方。反射板220沿集成光学板300的方向反射荧光灯210的光，从而提高光学效率。
集成光学板300设置在发光单元200上方，用于会聚和扩散从发光单元200入射的光。
图2是示出图1的集成光学板300的分解透视图，图3是示出图1中的集成光学板300的横截面的横截面图。
参考图2和3，集成光学板300包括凸透镜板310、微透镜片330和粘结(adhesion)元件350。
凸透镜板310包括第一光入射表面311和第一光出射表面312。来自发光单元200的光入射到第一光入射表面311上。第一光出射表面312与第一光入射表面311相对设置，凸透镜图案320形成在第一光出射表面312上。
凸透镜板310包括透明材料，用于降低光损耗。可以用于凸透镜板310的材料的示例是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。可替换地，用于凸透镜板310的材料可包括聚碳酸酯(PC)，具有比PMMA更大的耐热性。凸透镜板310可包括雾度(haze)，用于减小由于荧光灯210而导致的线。
凸透镜板310的光入射于其上的第一光入射表面311包括光滑表面。第一光出射表面312包括凹凸结构，在该凹凸结构上形成凸透镜图案320，用于会聚光。
凸透镜图案320包括多个凸透镜321，该多个凸透镜321具有沿凸透镜板310纵向延伸的条形。凸透镜321基本沿与荧光灯210的纵向相同的方向延伸。凸透镜321可以均匀且连续设置在第一光出射表面312的整个表面上。可替换地，凸透镜321可以以基本固定的间距彼此分开地设置。
微透镜片330设置在具有凸透镜图案320的第一光出射表面312上。微透镜片330包括面对凸透镜板310的第一光出射表面312的第二光入射表面331，以及与第二光入射表面331相对的第二光出射表面332。
微透镜片330形成得具有比凸透镜板310更薄的厚度。可用于微透镜片330的材料的示例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或PC。
微透镜片330包括形成在第二光出射表面332上的微透镜图案340，用于会聚和扩散光。微透镜图案340包括不规则地形成在整个第二光出射表面332之上的微凹凸结构。微凹凸结构形成有比凸透镜板310上的凸透镜321更小的尺寸。例如，微透镜图案340可包括各种微凹凸结构，例如半球、锥形(cone)、多边锥形等，且微凹凸结构的尺寸可为约5μm到约10μm之间。微透镜图案340可以通过喷砂工艺等形成。可替换地，微透镜图案340可以部分形成在与荧光灯210对应的位置，以减少由于荧光灯210而导致的线。
粘结元件350设置在凸透镜板310与微透镜片330之间，用于结合凸透镜板310和微透镜片330。例如，粘结元件350可以是通过变压吸附(pressureswing absorption，PSA)工艺形成的粘结层，或者可包括具有低玻璃转变温度(TG)的双面粘结片。
优选地，粘结元件350可具有与微透镜片330类似的折射率，以最小化粘结元件350与微透镜片330之间粘结界面中的折射。优选地，粘结元件350可具有与微透镜片330基本相同的折射率。例如，粘结元件350通过具有约1.1到约1.7之间的折射率的材料形成。
优选地，粘结元件350可具有超过约95％的透射率，以减小光损耗。粘结元件350可包括雾度，用于减少由于荧光灯210而导致的线。
当凸透镜板310和微透镜片330通过粘结元件350一体地形成时，气隙360由于凸透镜图案320而形成在凸透镜板310与粘结元件350之间。
图4是示出图3的集成光学板的横截面图。
参考图3和4，凸透镜321形成在凸透镜板310的第一光出射表面312上。
每个凸透镜321具有带倒圆上侧的三角棱形。例如，每个凸透镜321形成为具有约50μm到约100μm之间的宽度，以及约20μm到约25μm之间的高度。
每个凸透镜321包括第一斜面321a、第二斜面321b和曲面321c。
第一斜面321a与第二斜面321b之间的分隔距离从下端到上端变窄，从而第一和第二斜面321a和321b形成为倾斜的。例如，第一和第二斜面321a和321b具有约30°到60°之间的倾斜角。
曲面321c将第一斜面321a的上端连接到第二斜面321b的上端。曲面321c包括在上方向(upper direction)上倒圆的曲面，从而具有预定曲率。可替换地，曲面321c可包括在下方向上倒圆的曲面，从而具有预定曲率。
凸透镜321的会聚和扩散效率取决于曲面321c的曲率。例如，当曲面321c形成为具有大的曲率时，会聚效率比扩散效率更为增强，当曲面321c形成为具有小曲率时，扩散效率比会聚效率更为增强。因此，曲面321c的曲率可根据集成光学板300的应用和期望的光特性而确定。
从凸透镜板310的第一光入射表面311向凸透镜板310的第一光出射表面312倾斜传播的光束L1被每个凸透镜321的第一斜面321a和第二斜面321b向上方向会聚，穿过气隙360、粘结元件350和微透镜片330，并基本无折射地出射。由于每个凸透镜321的第一和第二斜面321a和321b接触气隙360，且具有不同于气隙360的折射率，因此穿过第一和第二斜面321a和321b与气隙360之间的界面的大部分光被折射到上方向从而被会聚。光束L2从凸透镜板310的第一光入射表面311垂直前进到凸透镜板310的第一光出射表面312，且被微透镜图案340会聚。
集成光学板300在凸透镜板310和粘结元件350之间形成气隙360，用于会聚穿过凸透镜板310的光。此外，具有会聚和扩散功能的微透镜片330会聚和扩散穿过凸透镜板310的光。因此，光损耗和线可以减少，从而背光组件100的总厚度可以降低。
图5是示出根据本发明另一示范性实施例的集成光学板300的横截面图。
参考图3和5，包括多个凸透镜323的凸透镜图案320形成在凸透镜板310的第一光出射表面312上。垂直于每个凸透镜323的纵向排列方向的横截面具有半椭圆形。因此，气隙360形成在凸透镜板310和粘结元件350之间。
当每个凸透镜323具有半椭圆形时，会聚效率可能低于图4所示具有凸透镜321的凸透镜图案320，但由于集成光学板300包括气隙360，所以会聚效率仍可以提高。
图5的集成光学板300与图4中基本相同，除了凸透镜323的形状。因此，相同的附图标记将用于指代与先前描述过的那些相同的或相似的部件，而且关于上述元件的任何进一步的重复说明将被省略。
图6是示出根据本发明再一示范性实施例的集成光学板300的横截面图。
参考图6，垂直于多个凸透镜325中每个的纵向排列方向的横截面具有梯形。当每个凸透镜325具有梯形时，会聚效率可以通过每个凸透镜325中的斜面而提高。此外，由于每个凸透镜325的上表面是平坦的，所以与具有凸起上表面的凸透镜相比，每个凸透镜325可以更稳定地与微透镜片330结合。
图6的集成光学板300与图4中基本相同，除了凸透镜325的形状。因此，相同的附图标记将用于指代与先前描述过的那些相同的或相似的部件，而且关于上述元件的任何进一步的重复说明将被省略。
图7是示出根据本发明再一示范性实施例的集成光学板300的横截面图。
参考图3和7，微透镜图案340形成在微透镜片330的第二光出射表面332上，用于会聚和扩散光。微透镜图案340具有其中扩散珠(bead)341固定到粘合剂(binder)342的结构。扩散珠341可由PMMA形成，扩散珠341的颗粒尺寸为约5μm到约10μm之间。可用于粘合剂342的材料的示例包括热固型树脂或光聚合树脂。粘合剂342将扩散珠341固定在微透镜片330的第二光出射表面332上。
由于被粘合剂342固定的扩散珠341从第二光出射表面332突出预定高度，所以凹凸结构形成在第二光出射表面332上，从而扩散珠342执行会聚和扩散功能。
图8是示出根据本发明再一示范性实施例的集成光学板的透视图。
参考图1和8，扩散图案315形成在集成光学板300的面对发光单元200的下表面上，用于扩散和反射从发光单元200入射的光，该下表面是凸透镜板310的第一光入射表面311。
扩散图案315形成在与每个荧光灯210对应的每个位置，用于减少由于荧光灯210而产生的线。此外，扩散图案315可以在与荧光灯210对应的位置形成有高密度，并且可以在与相邻荧光灯210之间的空间对应的位置上形成有低密度。
扩散图案315包括其中白墨(white ink)形成为点(dot)形的印制图案。可替换地，扩散图案315可包括其中微凹凸结构形成为点形的凹凸图案。
图8的集成光学板300与图4到7中基本相同，除了扩散图案315。因此，相同的附图标记将用于指代与先前描述过的那些相同的或相似的部件，而且关于上述元件的任何进一步的重复说明将被省略。
图9是示出根据本发明另一示范性实施例的图1的发光单元的透视图，图10是沿图1的线I-I’取得的平荧光灯的横截面图。
参考图1、9和10，发光单元200包括具有与集成光学板300基本相同的面积的平荧光灯400。
平荧光灯400包括灯体410和电极420。灯体410被分为多个放电空间460，用于发光。电极420形成在灯体410的两边缘，与每个放电空间460交叉。
灯体410包括第一基板440和第二基板450。第二基板450与第一基板440结合，并被模制以用于形成多个放电空间460。当从平面图观察时，灯体410包括矩形，用于以灯体410表面的形状发射光。
灯体410利用从外部逆变器施加到电极420的放电电压而在放电空间460内引起等离子放电。灯体410将等离子放电产生的紫外线变为可见光，从而向外发射可见光。由于灯体410具有宽阔的发射面积，所以灯体410的内部空间被分为多个放电空间460从而提高发射效率。例如，灯体410的内部空间可分为二十八个放电空间460。连接路径452形成在第二基板450上，用于连接相邻放电空间460。
电极420形成为交叉所有的放电空间460，用于向多个放电空间460施加放电电压。电极420形成在放电空间460的纵向排列方向的两侧。电极420形成在灯体410的外表面上。可替换地，电极420可以形成在灯体410的内表面上。
平荧光灯400还包括第一荧光层470和第二荧光层480。第一荧光层470形成在面对第二基板450的第一基板440的内表面上。第二荧光层480形成在面对第一基板440的第二基板450的内表面上。第一和第二荧光层470和480被放电空间460中的等离子放电产生的紫外线激励，并发射可见光。
平荧光灯400还可包括形成在第一基板440和第一荧光层470之间的反射层490。反射层490反射由第一和第二荧光层470和480发射的可见光，从而基本防止可见光从第一基板440泄漏。
图11是示出根据本发明示范性实施例的液晶显示(LCD)装置的分解透视图。
参考图11，LCD装置600包括用于提供光的背光组件100和用于显示图像的显示单元500。
背光组件100可以与上述图1到10中的示范性实施例基本相同。因此，相同的附图标记将用于指代与先前描述过的那些相同的或相似的部件，而且关于上述元件的任何进一步的重复说明将被省略。
显示单元500包括LCD面板510和驱动电路部件520。LCD面板510利用背光组件100提供的光显示图像。驱动电路部件520驱动LCD面板510。
LCD面板510包括第一基板512、面对第一基板512的第二基板514、以及夹置在第一和第二基板512和514之间的液晶层516。液晶层516包括液晶分子。
第一基板512包括薄膜晶体管(TFT)基板，其上以矩阵形状形成作为开关元件的多个TFT。每个TFT的源极端子连接到数据线，每个TFT的栅极端子连接到栅线，每个TFT的漏极端子连接到像素电极，像素电极包括透明导电材料。
第二基板514包括滤色器基板，其上以薄膜形状形成用于显示颜色的多个红-绿-蓝(RGB)滤色器。包括透明导电材料的公共电极形成在第二基板514上。可替换地，RGB滤色器可形成在第一基板512上。
驱动电路部件520包括用于向LCD面板510提供数据驱动信号的数据印刷电路板(PCB)522，用于向LCD面板510提供栅极驱动信号的栅极PCB524，将数据PCB 522连接到LCD面板510的数据驱动电路膜526，以及将栅极PCB 524连接到LCD面板510的栅极驱动电路膜528。
数据驱动电路膜526和栅极驱动电路膜528包括其上安装数据驱动芯片和栅极驱动芯片的载带封装(TCP)或膜上芯片(COF)。可替换地，通过在LCD面板510和栅极驱动电路膜528上形成额外的信号线，可以除去栅极PCB 524。
当栅极驱动信号施加到TFT的栅极端子，使TFT导通时，数据驱动信号施加到像素电极，且在像素电极和公共电极之间产生电场。第一和第二基板512和514之间液晶分子的纵向排列方向通过电场被改变。根据液晶分子的纵向排列方向的改变，从背光组件100提供的光的光透射率变化，从而可以显示灰度图像。
根据本发明的实施例，集成光学板包括具有凸透镜图案的凸透镜板、具有微透镜图案的微透镜片、以及形成在凸透镜板和微透镜片之间的气隙，使得集成光学板可以同时具有会聚和扩散功能，并可以提高光效率。
此外，通过微透镜片可以减少线，从而产品厚度可以减小。
此外，可以除去除了集成光学板之外的额外光学片，从而制造成本可以降低，光学效率和组装效率也可以提高。
已经描述了本发明的示范性实施例及其优点，应注意到，这里可以进行各种变化、替换和改变而不脱离本公开的精神和范围。

Claims (21)

1、一种集成光学板，包括：
凸透镜板，具有接收光的第一光入射表面和与所述第一光入射表面相对设置的第一光出射表面，凸透镜图案形成在所述第一光出射表面上；
微透镜片，设置在具有凸透镜图案的所述第一光出射表面上，微透镜图案形成在所述微透镜片上；以及
粘结元件，设置在所述凸透镜板与所述微透镜片之间以将该凸透镜板和该微透镜片结合。
2、根据权利要求1所述的集成光学板，其中所述凸透镜图案包括多个凸透镜，所述多个凸透镜具有沿所述凸透镜板纵向延伸的条纹形状。
3、根据权利要求2所述的集成光学板，其中所述凸透镜包括：
第一和第二斜面，所述第一和第二斜面之间的分隔距离从所述第一和第二斜面的下端到上端变窄；以及
曲面，用于将所述第一斜面的上端连接到所述第二斜面的上端。
4、根据权利要求2所述的集成光学板，其中所述凸透镜的基本垂直于纵向排列方向的横截面具有半圆形。
5、根据权利要求2所述的集成光学板，其中所述凸透镜的基本垂直于纵向排列方向的横截面具有梯形。
6、根据权利要求1所述的集成光学板，其中
所述微透镜片包括面对所述凸透镜板的第二光入射表面和与所述第二光入射表面相对设置的第二光出射表面，且
所述微透镜图案形成在所述第二光出射表面上。
7、根据权利要求6所述的集成光学板，其中所述微透镜图案具有其中通过粘合剂固定扩散珠的结构。
8、根据权利要求6所述的集成光学板，其中所述微透镜图案具有不规则形成的微凹凸结构。
9、根据权利要求1所述的集成光学板，其中所述粘结元件和所述微透镜片具有基本相同的折射率。
10、根据权利要求1所述的集成光学板，其中在所述凸透镜板和所述粘结元件之间形成气隙。
11、一种背光组件，包括：
用于发光的发光单元；以及
集成光学板，设置在所述发光单元上方，用于会聚和扩散来自所述发光单元的光，
其中所述集成光学板包括：
凸透镜板，具有面对所述发光单元的第一光入射表面和与所述第一光入射表面相对设置的第一光出射表面，凸透镜图案形成在所述第一光出射表面上；
微透镜片，设置在具有该凸透镜图案的所述第一光出射表面上，微透镜图案形成在所述微透镜片上；以及
粘结元件，设置在所述凸透镜板与所述微透镜片之间以将该凸透镜板与该微透镜片结合。
12、根据权利要求11所述的背光组件，其中所述凸透镜图案包括多个凸透镜，所述多个凸透镜具有沿所述凸透镜板纵向延伸的条纹形状。
13、根据权利要求12所述的背光组件，其中所述凸透镜包括：
第一和第二斜面，所述第一和第二斜面之间的分隔距离从所述第一和第二斜面的下端到上端变窄；以及
曲面，用于将所述第一斜面的上端连接到所述第二斜面的上端。
14、根据权利要求12所述的背光组件，其中所述凸透镜的基本垂直于纵向排列方向的横截面具有半圆形和梯形之一。
15、根据权利要求12所述的背光组件，其中
所述微透镜片包括面对所述凸透镜板的第二光入射表面和与所述第二光入射表面相对设置的第二光出射表面，且
所述微透镜图案形成在所述第二光出射表面上。
16、根据权利要求12所述的背光组件，其中所述发光单元包括多个荧光灯，每个荧光灯基本平行地设置在所述集成光学板之下。
17、根据权利要求16所述的背光组件，其中所述凸透镜基本沿所述荧光灯的纵向方向延伸。
18、根据权利要求16所述的背光组件，其中所述集成光学板还包括扩散板，所述扩散板形成在所述第一光入射表面上以对应于所述荧光灯的排列。
19、根据权利要求12所述的背光组件，其中所述发光单元包括平荧光灯，其中所述平荧光灯与集成光学板的面积基本相同。
20、一种液晶显示装置，包括：
背光组件，具有用于发光的发光单元和设置在所述发光单元上方的集成光学板；以及
液晶显示面板，用于使用来自所述背光组件的光显示图像，
其中所述集成光学板包括：
凸透镜板，具有面对所述发光单元的第一光入射表面和与所述第一光入射表面相对设置的第一光出射表面，凸透镜图案形成在所述第一光出射表面上并包括多个凸透镜，该多个凸透镜具有沿所述凸透镜板纵向延伸的条纹形状；
微透镜片，具有面对所述第一光出射表面的第二光入射表面和与所述第二光入射表面相对设置的第二光出射表面，微透镜图案形成在所述第二光出射表面上；以及
粘结元件，设置在所述第一光出射表面与所述第二光入射表面之间，用于将所述凸透镜板和所述微透镜片结合。
21、根据权利要求20所述的液晶显示装置，其中所述凸透镜包括：
第一和第二斜面，所述第一和第二斜面之间的分隔距离从该第一和第二斜面的下端到上端变窄；以及
曲面，用于将所述第一斜面的上端连接到所述第二斜面的上端。
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