CN101211064A

CN101211064A - 发光模块、平光单元和包括发光模块的液晶显示器

Info

Publication number: CN101211064A
Application number: CN200710129976.9A
Authority: CN
Inventors: 金宰范; 姜载炅; 李成根; 金在辰; 金亨东; 李象大
Original assignee: LG Philips LCD Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2027-07-20
Also published as: TWI396008B; KR20080062086A; KR101396658B1; JP2008166250A; CN101211064B; US20080158875A1; JP4589361B2; TW200827855A; US7922368B2

Abstract

一种液晶显示器件可包括用于为显示器件提供光的背光单元。背光单元可包括发光模块。发光模块包括彩色LED，其由用于使来自LED的光折射的第一透镜围绕。第二透镜围绕第一透镜，用于进一步折射光，以改善光的亮度和均匀性。

Description

发光模块、平光单元和包括发光模块的液晶显示器

本发明要求享有2006年12月29日提交的韩国专利申请No.10-2006-0137414的优先权，在此引入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明的公开内容涉及一种发光器件。更尤其地，发射白光的发光模块(light module)为液晶显示器提供光。另外，本发明的公开内容提供通过使用发光模块均匀发光的平光单元(flat light unit)，以及包括发光模块的液晶显示器件。

背景技术

为了产生以平面均匀行进的光，相关技术的平光单元包括多个冷阴极荧光灯(CCFL)或多个外部电极荧光灯(EEFL)。由平光单元或者背光单元组件发出的均匀行进的光在此可以称为平光。CCFL和EEFL可平行设置以产生具有预定面积的平光。这些CCFL和EEFL需要相对大的功耗，以及可能还需要较大或较厚的平光单元以容纳CCFL和EEFL的大小。因此，难以通过合成在这些CCFL和EEFL中的红光、绿光和蓝光产生白光。

由于CCFL和EEFL的这个缺点，平光器件可包括发光二极管(LED)。LED可设置为平面。LED消耗较少的功率，并且考虑到与CCFL和EEFL相比更容易改变平光单元的尺寸，所以LED还可能较小和/或较薄。另外，白光可通过在合成LED中的红光、绿光和蓝光产生。因此，包括LED的平光单元(在下文中，LED型平光单元)已经越来越普遍。

为了产生白色平光，LED型平光单元包括在垂直和水平方向交替排列的红色、绿色和蓝色LED。红色、绿色和蓝色LED每个都包括侧发射器透镜(未示出)。如图1所示，排列成平面的各个红色、绿色和蓝色LED在侧方向发光。换句话说，各个红色、绿色和蓝色LED发出相对于LED平面在预定角度范围内行进的光。换句话说，从LED的侧部发出的光包括关于平面在已知的角范围内透过的一系列光。

关于平面在预定角度范围内发出的红、绿和蓝光组合以形成白光。基于从LED的侧部发出的光，在平光单元中使用具有高雾度(haze)的散射片和厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板以改善光分布。通过使用散射片和PMMA板，在斜(diagonal)方向行进的红、绿和蓝光改变方向为基本垂直的方向。斜方向可包括从LED的任何非垂直方向。使光改变方向以更垂直于平面。然而，由于散射片，发生光损失。另外，由于PMMA板的厚度，平光单元可能不能薄。此外，可能难以保持从平面基本上垂直的方向行进的白光中的红、绿和蓝光的组合平衡。

这些问题在LED型平光单元用作背光单元的液晶显示器件(LCD)中显而易见的。图2是包括相关技术的LED型背光单元的液晶显示器件的展开透视图。图2的液晶显示器件包括在液晶面板10下面设置的背光单元20。顶盖30环绕液晶面板10的边缘和背光单元20的侧部。

背光单元20包括反射片24、光学片组28和矩形主支架26。反射片24、光学片组28和矩形主支架26顺序堆叠在底盖22上。多个LED阵列基板40以共平面方式设置在底盖22的表面上。各个LED阵列基板40包括多个LED42。在LED阵列基板40上的LED 42通过反射片24上的相应的通孔24A朝向反射片24的上表面暴露。通孔24A可以称为孔，并且设计为符合LED 42。

多个LED 42包括红色、绿色和蓝色LED。红色、绿色和蓝LED每个都包括侧反射器透镜(未示出)。每个红色、绿色和蓝LED发出在关于平行于阵列基板40的平面的预定角度范围内行进的光。光在关于平面的预定角度范围内行进，从而来自LED 42的红、绿和蓝光组合以形成白光。

反射片24将液晶面板10反射的光再次反射回液晶面板10，从而改善光利用效率。主支架26容纳并支撑光学片组28以及支撑液晶面板10的边缘。光学片组28使从LED 42倾斜(或非垂直)发出的白光基本垂直于平面行进并朝向液晶面板10的背面。为了改变从LED倾斜发出的光的角度，光学片组28包括PMMA片28A、具有高雾度的散射片28B，以及聚光片28C。

如图3所示，PMMA片28A设置在红色、绿色和蓝色LED 42与散射片28B之间。PMMA片28A改变斜着进入红色、绿色和蓝色LED 42的红、绿和蓝光的行进方向。斜光更多地朝向垂直方向传输。

散射片28B再次改变从PMMA片28A以垂直方向朝向液晶面板10的背面斜着进入的红、绿和蓝光的方向。聚光片28C使来自散射片28B的红、绿和蓝光聚焦在液晶面板10的背面。

驱动集成电路(IC)12安装在或者连接到液晶面板10的部分边缘。驱动IC 12根据像素数据按像素区域驱动液晶面板10。液晶面板10以对应于显示器的每个像素区域处的像素数据的灰度的量传输来自背光单元20(即，聚光片28C)的平面白光。

因此，在平光单元中使用具有高雾度的散射片和厚PMMA板。散射片导致光损失，从而在液晶面板上显示的图像亮度退化。另外，大量光的损失使组成白光的红、绿和蓝光不平衡。这可能导致在液晶面板上显示的图像的颜色清晰度的退化，其降低了图像品质。另外，由于PMMA板的厚度，其可能很难减小液晶显示器件的厚度。

发明内容

因此，本发明的实施方式涉及一种液晶显示器件，其基本上消除由于相关技术的局限性和缺陷引起的一个或多个问题。本发明的其它优点、目的和特征将在以下的说明书中阐明，部分将通过说明书是显而易见的，或者可以通过实施方式的实践而了解。实施方式的优点将通过在所写的说明书和权利要求书以及附图中指出的特定结构实现和获得。

在第一方案中，液晶显示器件包括与反射片结合的液晶面板。基板与反射片结合并包括多个发光模块。发光模块包括至少一个发光二极管(LED)和覆盖该至少一个发光二极管的第一透镜。发光模块还包括与第一透镜结合的第二透镜，该第二透镜包括在第一透镜上方设置的凹部。第一透镜和第二透镜用以使来自至少一个LED的光折射，以及发光模块用以提供通过液晶面板的光。

在第二方案中，背光单元组件包括与反射片结合的主支架，该反射片包括多个孔。阵列基板与反射片结合并包括与多个孔对应的多个发光模块。多个发光模块通过多个孔邻近反射片设置。发光模块包括用于围绕至少一个发光二极管(LED)的第一透镜和用于围绕第一透镜且包括凹部的第二透镜。从至少一个LED发出的光通过第一透镜和第二透镜。

在第三个方案中，在显示器件中用于发光的发光模块包括与阵列基板结合并用以提供光的至少一个LED。第一透镜设置在阵列基板上至少一个LED的上方。包括凹部的第二透镜设置在第一透镜上方。凹部是在第二透镜中的开口(opening)，该凹部具有从凹部的顶部到凹部的底部逐渐降低的曲率。

一种发光模块，包括：设置在基板上的红色、绿色和蓝色发光二极管；第一透镜，设置在所述基板上以覆盖所述红色、绿色和蓝色发光二极管；以及第二透镜，具有容纳所述第一透镜的凹部，并在所述第一透镜和所述第二透镜之间形成空间。

一种平光单元，包含：第二基板，包括至少一个发光模块，所述发光模块具有：红色、绿色和蓝色发光二极管，设置在第一基板上；第一透镜，设置在所述第一基板上以覆盖所述红色、绿色和蓝色发光二极管；以及第二透镜，具有容纳所述第一透镜的凹处，并且在所述第一透镜和所述第二透镜之间形成空间；散射片，设置在所述第二基板上；以及聚光片，设置在所述散射片上。

一种液晶显示器件，包含：平光单元；以及液晶面板，调整来自所述平光器件的透光量，其中所述平光单元包含：包括至少一个发光模块的第二基板，所述发光模块具有：红、绿和蓝发光二极管，设置在第一基板上；第一透镜，设置在所述第一基板上以覆盖所述红、绿和蓝发光二极管；以及第二透镜，具有容纳所述第一透镜的凹处，并且在所述第一透镜和所述第二透镜之间形成空间；散射片，设置在所述第二基板上；以及聚光片，设置在所述散射片上。

通过以下的附图和详细说明的审查，其它系统、方法、特征和优点对于本领域的普通技术人员将是或者将变得显而易见。其意欲所有其它的系统、方法、特征和优点都包括于该说明书内，包括在该发明的范围内，并由以下的权利要求保护。但是在该部分中不应理解为对权利要求的限制。进一步的方案和优点在以下结合实施方式讨论。应该理解本发明的前述一般性描述和以下的详细描述都是示意性的和解释性的，并意欲提供对权利要求的进一步解释。

附图说明

本申请所包含的用于提供对实施方式的进一步理解并结合进入本发明组成该申请的一部分的附图，其示出了本发明的实施方式并与说明书一起解释本发明的原理。在附图中：

图1是来自相关技术LED的辐射属性的视图；

图2是包括相关技术LED型背光单元的液晶器件的展开透视图；

图3是通过相关技术图1的PMMA和散射片的光路的视图；

图4是根据实施方式具有发光模块的液晶显示器件的展开透视图；

图5是图4的发光模块的展开透视图；

图6是沿着图5的发光模块的直径提取的截面图；

图7是图4的发光模块的辐射角度属性的视图；

图8是图4的发光模块的另一实施方式的展开透视图；以及

图9是沿着图8的发光模块的直径提取的截面图。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本发明公开的实施方式，其实施例在附图中示出。尽可能的，相同的附图标记在所有的图中指代相同或相似的部分。

图4是根据一个实施方式包括发光模块的液晶显示器件的展开透视图。图4的液晶显示器件包括在液晶面板110下面设置的背光单元120。顶盖113围绕液晶面板110的边缘和背光单元120的侧部。

驱动集成电路(IC)1 12设置在或连接到液晶面板110的边缘上。驱动IC112根据像素数据按像素区域驱动液晶面板110。液晶面板110以对应于用于显示的像素区域处的像素数据的灰度的量传输来自背光单元120的白光。顶盖113保护液晶面板110的边缘和背光单元120的侧部不受外部影响。背光单元120包括顺序堆叠在底盖122上的反射片124、光学片组128和矩形主支架126。多个发光模块基板140在底盖122的表面上平行设置。各个发光模块基板140包括多个发光模块150。

在发光模块基板140上的发光模块150通过反射片124上的相对的通孔124A朝向反射片124的上表面暴露。在一个实施方式中，各个发光模块150与在反射片124上的通孔124A相对应。各个发光模块150穿过反射片124在相应的通孔124A处暴露。通孔124A还称为孔。在一个实施方式中，通孔124A是圆形的并具有比发光模块150稍微大的直径。可选地，通孔124A可具有多个形状，使得发光模块150穿过孔安装。

如上所述，发光模块150可包括光源和用于该光源的至少一个透镜。发光模块可被称为发光立方体、光组件、光部分或光供应器。如在此所述，发光模块150可包括由第一透镜和第二透镜覆盖的多个LED。来自LED的光通过第一透镜折射，然后通过第二透镜进一步折射，从而至少部分光在预定角度范围内发射。在以下描述第一透镜和第二透镜的实施方式，但是只是示例性的。在各种实施方式或等效物中，发光模块150的形状可改变。

各个发光模块150发出朝向垂直中心轴行进的一系列白光，其中光的范围在关于垂直中心轴的预定角度范围内。垂直中心轴垂直于显示器的平面。来自各个发光模块150的白光在辐射角度内保持红、绿和蓝光的均匀合成平衡和强度。反射片124朝向液晶面板110的背面再反射由液晶面板110反射的任意光。该再反射改善光使用效率。反射片124可与液晶面板110结合。在此，术语“结合(couple with)”定义为直接连接或者通过一个或多个中间组件间接连接。

主支架126容纳并支撑光学片组128，以及支撑液晶面板110的边缘。光学片组128使从发光模块150发出的白光更加均匀并平行地朝向液晶面板110的背面投射。在一个实施方式中，光学片组128包括散射片128A和聚光片128B。

散射片128A使通过片1 28A进入的白光(即，红、绿和蓝光)更加垂直地朝向液晶面板110的背面行进。散射片128A使用低雾度散射，从而使通过散射片128A的光损失量最小。

聚光片128B将来自散射片128A的大部分白光投射到液晶面板110的背面。光学片组128可以靠近发光模块150的平面设置。这使以基本垂直方向光学片组128的平面行进的白光(即，红、绿和蓝光)以更宽辐射角度范围内发射，从而不再需要相关技术的PMMA板。由于不再使用PMMA板，平光单元可用作液晶显示器件的背光单元120，其可以减少器件的总厚度。另外，白光在液晶面板110的整个表面上保持红、绿和蓝光均匀的合成平衡和强度。另外，图像的彩色组合和亮度均匀显示。因此，本发明实施方式的液晶显示器件可提供改善的图像品质。

图5是图4的发光模块150的展开透视图。图6是沿着图5的发光模块的直径提取的截面视图。

如图5和图6所示，发光模块150可包括具有红色、绿色和蓝色LED 202、204、206的基板200。发光模块150还包括：半球状的第一透镜210，在基板200上形成，以覆盖红色、绿色和蓝色LED 202至206；第二透镜220，容纳第一透镜210并与基板200结合。基板200在其下包括焊盘(未示出)。这些焊盘输入用于驱动在基板200中的红色、绿色和蓝色LED 202至206所需的驱动电压。输入到焊盘的驱动电压通过沿着接触(未示出)的表面穿过基板200形成的线(未示出)。该驱动电压供应到红色、绿色和蓝色LED 202至206。通过来自焊盘的驱动电压，各个红色、绿色和蓝色LED 202至206发出在侧方向中径向行进的光。

半球状的第一透镜210用以接收从红色、绿色和蓝色LED 202至206径向发出的光。在一个实施方式中，第一透镜210是设置在LED 202至206上的半球状。第一透镜可与LED 202至206结合。在可选实施方式中，第一透镜210可成形为不同形状以折射来自LED 202至206的光。

基于光撞到第一透镜210的内侧时的折射和然后在光离开第一透镜210时的折射，第一透镜210折射光两次。具体地说，红、绿和蓝光首先在第一透镜210和LED 202至206之间的各自界面处以关于垂直的中心轴成一角度的方向上折射。所折射的红、绿和蓝光在第一透镜210的外表面处以大于上述角度的方向上再次折射。因此，红、绿和蓝光(即，白光的分量)关于垂直中心轴以预定角度范围折射。这可以实现部分是因为第一透镜210的均匀曲率。

在一个实施方式中，第一透镜210可由包括珠的材料(例如，硅)形成，具有2到20的雾度。该珠使红、绿和蓝光关于垂直中心轴以预定角度折射，并加速红、绿和蓝光的合成。在可选实施方式中，第一透镜210可由不同的材料形成，并且珠可包括较小或更大的雾度。

凹部222在第二透镜220中形成以容纳第一透镜210。凹部222是第二透镜220中的开口。凹部222的形状可变化。第二透镜220的凹部222设计为用于容纳第一透镜210。确定凹部222的尺寸，从而当第一透镜插入凹部222时，在第一透镜210和凹部222之间有空间。在一个实施方式中，凹部222具有在顶部有大曲率以及在底部有小曲率的倾斜表面。换句话说，凹部222为分别在顶部、中间和底部具有大曲率、中间曲率和小曲率的锥形空间。

在该实施方式中，锥形凹部222具有从顶部到底部变得越来越小的曲率，并具有锥形透镜表面。在一个实施方式中，凹部222的不同截面的曲率减小。因此，凹部222的截面关于垂直中心轴不弯曲，但是具有恒定角度。凹部222的截面的角度可全部变化。由于曲率从顶部到底部变得越来越小，红、绿和蓝光在凹部222的表面处以关于垂直中心轴的较小角度折射。

具体地说，凹部222的顶部使进入到其中的红、绿和蓝光以关于垂直中心轴的大角度折射，从而它们远离垂直中心轴。相反地，在凹部222的倾斜底部进入的红、绿和蓝光以相对于垂直中心轴的小角度折射以在垂直中心轴附近出现。因此，光在凹部222的表面折射，然后关于垂直中心轴在67.5°以内均匀发射并且分布。在第一透镜210和第二透镜220之间的空间可用作第三透镜以在第一透镜210的表面和第二透镜220的凹部表面处进行更多的折射。

第二透镜220的外表面包括每个都具有小曲率的顶表面和侧表面，以及具有逐渐增加然后减小的曲率量的边缘。边缘形成在顶表面与侧表面相遇处。因此，第二透镜220的外表面包括从边缘到垂直中心轴减小并且从边缘到底部减小的曲率。第二透镜220的边缘朝向发光模块的垂直中心轴折射红、绿和蓝光并到达底部。该折射的光将扩散。换句话说，光折射角度从边缘到底部和从边缘到垂直中心轴逐渐减小。因此，光在关于垂直中心轴的预定角度内均匀分布。另外，类似于第一透镜210，第二透镜220可包括珠，具有2到20的雾度。这些珠使红、绿和蓝光均匀合成，以及关于垂直中心的更大辐射角度。

因此，在一个实施方式中，如图7所示，从发光模块150发出的光的辐射角度可增加到关于垂直中心轴大于67.5°并高达70°。第一透镜210的表面，在第二透镜220中的凹部222的表面，和第二透镜220的外表面可形成为以镜像图像的形状。第二透镜220的内表面可以为凹部222类似于第一透镜210的形状成形。同样地，第一透镜210的形状可类似于第二透镜220中的凹部222。

图8是图4的发光模块的另一实施方式的展开透视图。图9是沿着图8的发光模块150的直径提取的截面图。

除了用两个绿色LED 204A和204B代替一个绿色LED 204之外，图8和图9的发光模块1 50类似于图5的发光模块。两个绿色LED 204A和204B邻近红色LED 202和蓝色LED 206设置。在一个实施方式中，两个绿色LED 204A和204B彼此成对角线，同时蓝色LED 206与红色LED 202成对角线。如果可能，在整个附图中将使用相同的附图标记表示相同或类似的部件。两个绿色LED 204A和204B可邻近红色LED 202和蓝色LED 206设置，并相互成对角线以增加红、绿和蓝色的颜色合成。

如上所述，本发明实施方式的发光模块具有围绕红、绿和蓝色LED的不同曲率表面。分别不同的曲率使来自红、绿和蓝色LED的光在关于垂直中心轴的大角度范围内均匀照射。红、绿和蓝光均匀合成为白光。因此，随着从发光模块发出的光的量增加，红、绿和蓝光均匀混合以形成白光。因此，亮度、彩色合成和亮度均匀性在使用发光模块的平光器件和使用具有发光模块的背光的液晶显示器件中增加。同样，这可能允许器件具有更小的厚度。

显然，对于熟悉本领域的技术人员来说可以对本发明可以进行各种修改和变形。从而，本发明意在覆盖落入所附的权利要求书及其等同物范围内的本发明的修改和变形。

Claims

1.一种发光模块，包括：

设置在基板上的红色、绿色和蓝色发光二极管；

第一透镜，设置在所述基板上以覆盖所述红色、绿色和蓝色发光二极管；以及

第二透镜，具有容纳所述第一透镜的凹部，并在所述第一透镜和所述第二透镜之间形成空间。

2.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于，所述第一透镜包括具有恒定曲率的外表面。

3.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于，所述凹处包括从顶到底逐渐减少的曲率。

4.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于，所述第二透镜包含具有从顶到底逐渐增加然后减少的曲率的外表面。

5.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜其中至少之一包含珠。

6.根据权利要求5所述的发光模块，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜其中至少之一包含约2到20的雾度。

7.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于，进一步包含在所述基板上的第二绿色LED，所述第二绿色LED和所述绿色LED垂直于所述红色和蓝色LED设置。

8.一种平光单元，包含：

第二基板，包括至少一个发光模块，所述发光模块具有：红色、绿色和蓝色发光二极管，设置在第一基板上；第一透镜，设置在所述第一基板上以覆盖所述红色、绿色和蓝色发光二极管；以及第二透镜，具有容纳所述第一透镜的凹处，并且在所述第一透镜和所述第二透镜之间形成空间；

散射片，设置在所述第二基板上；以及

聚光片，设置在所述散射片上。

9.根据权利要求8所述的平光单元，其特征在于，所述第一透镜包含具有恒定曲率的外表面。

10.根据权利要求8所述的平光单元，其特征在于，所述凹部包含从顶到底部逐渐减小的曲率。

11.根据权利要求8所述的平光单元，其特征在于，所述第二透镜包含具有从顶部到底部逐渐增加然后减小的曲率的外表面。

12.根据权利要求8所述的平光单元，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜其中至少之一包含珠。

13.根据权利要求12所述的平光单元，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜其中至少之一包含约2到20的雾度。

14.根据权利要求8所述的平光单元，其特征在于，进一步包含在所述基板的第二绿色LED，所述第二绿色LED和所述绿色LED垂直于所述红色和蓝色LED设置。

15.一种液晶显示器件，包含：

平光单元；以及

液晶面板，调整来自所述平光器件的透光量，

其中所述平光单元包含：

包括至少一个发光模块的第二基板，所述发光模块具有：红、绿和蓝发光二极管，设置在第一基板上；第一透镜，设置在所述第一基板上以覆盖所述红、绿和蓝发光二极管；以及第二透镜，具有容纳所述第一透镜的凹处，并且在所述第一透镜和所述第二透镜之间形成空间；

散射片，设置在所述第二基板上；以及

聚光片，设置在所述散射片上。

16.根据权利要求15所述的液晶显示器件，其特征在于，所述第一透镜包含具有恒定曲率的外表面。

17.根据权利要求15所述的液晶显示器件，其特征在于，所述凹处包含从顶到底部逐渐减小的曲率。

18.根据权利要求15所述的液晶显示器件，其特征在于，所述第二透镜包含具有从顶部到底部逐渐增加然后减小的曲率的外表面。

19.根据权利要求15所述的液晶显示器件，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜其中至少之一包含珠。

20.根据权利要求19所述的液晶显示器件，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜其中至少之一包含约2到20的雾度。