CN101261330A - 白色表面光源和液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括光漫射板和布置在该光漫射板背面上的光源的白色表面光源,其中,光源包括至少一个发射包括红色在内的光的LED元件,和包括透明材料和分散在透明材料中的光漫射颗粒的光漫射板,并且,其中,该透明材料和光漫射颗粒之间折射率差的绝对值Δn,与光漫射颗粒的50%累计颗粒直径D50(μm)满足关系:0.25<Δn×D50<0.61或者0.75<Δn×D50。
Description
技术领域
[0001]
本发明涉及一种包括发光二极管(LEDs)作为光源的具有高白色度的表面光源,和一种能够使用这种表面光源实现自然色显示的液晶显示器。
背景技术
[0002]
有建议使用LEDs作为液晶显示器的背光光源,代替传统的冷阴极荧光管(参见,例如,2004年12月20日出版的“LED Backlight Changing TV Colours”,NIKKEI ELECTRONICS,Nikkei BPMarketing,Inc.,第889卷,第57-62页;和2006年8月3 1日出版的“Backlight Technique for Liquid Crystal Display-LiquidCrystal Illumination System and Materials-”,CMC Publishing Co.,Ltd.,第148-149页)。也就是说,建议使用红,绿和蓝色LEDs作为液晶显示器的背光源。最近使用三色,R(红色),G(绿色)和B(蓝色)LEDs的液晶显示器倍受关注,因为这种液晶显示器具有这样的优点:颜色重现性的范围能够提高,液晶显示器无水银从而有益于地球环境,并且它具有长寿命。
[0003]
当背光系统包括上述的红,绿和蓝LEDs,也就是,能够发出各有不同波长的红,绿和蓝色的光的三种LEDs,应当调整红、绿、蓝三种LEDs的光量比例以在背光的整个表面获得白光。
[0004]
但是,当从红,绿和蓝三种LEDs射出的光(红光,绿光和蓝光)通过光漫射板时,从背光表面射出的漫射光往往变成偏红的白光,因为光漫射特性取决于波长。因此,包括这种LED背光的液晶显示器,例如液晶TV屏幕,存在不能得到高质量图像的问题,因为显示的彩色图像略有发红。
[0005]
在光漫射板中混入一些能够吸收红光的染料可以解决红色色调的问题。在这种情形,出现了另一个问题,从表面光源发射的光的总量由于红光的吸收而减少,从而不能获得充足亮度。
发明概要
[0006]
本发明的一个目的是提供一种能够发射具有高白色度且基本上没有红色色调的漫射光的表面光源。
[0007]
本发明的另一个目的是提供一种能够显示自然的、高质量的基本上没有红色色调的彩色图像的液晶显示器。
[0008]
根据第一方面,本发明提供一种包括光漫射板和布置在该光漫射板背面的光源的白色表面光源,
其中,该光源包括至少一个发射光,包括红光的LED元件,该光漫射板包括一个透明材料和散布在透明材料中的光漫射颗粒,并且
其中,该透明材料和光漫射颗粒之间折射率差的绝对值Δn,和光漫射颗粒的50%累计颗粒直径D50(μm)满足关系:
0.25<Δn×D50<0.61或者
0.75<Δn×D50
[0009]
根据第二方面,本发明提供一种包括根据本发明的上述白色表面光源,和在该白色表面光源的前侧(发光侧)设置的液晶面板的液晶显示器。
[0010]
作为LED元件,例如,使用包括红,绿和蓝色LEDs的光源元件。
[0011]
具有根据本发明的第一方面的白色表面光源,在通过光漫射板的光中,长波长范围的光(即红光)更强烈地漫射,因为光漫射板满足关系:0.25<Δn×D50<0.61或者0.75<Δn×D50。结果,从表面光源单元的发光表面发射的漫射光的红色色调显著地降低,从而能够发射具有高白色度且基本上没有红色色调的漫射光。
[0012]
利用根据本发明的第二方面的液晶显示器,能够精确地重现液晶面板的色彩,因为尽管使用LED作为光源元件,但是能够从表面光源发出具有高白色度且基本上没有红色色调的漫射光。
附图说明
[0013]
图1是展示根据本发明的液晶显示器的一个实施方案的示意侧视图。
[0014]
图2是展示LED元件(LED芯片)的布置图样的一个实施方案的平面视图。
[0015]
图3是展示在表面光源中的LED元件的布置图样的改进的示意侧视图。
发明详述
[0016]
图1示出了根据本发明的液晶显示器(1)的一个实施方案。液晶显示器(1)包括表面发光光源(9)和装在该表面发光光源(9)的前侧的液晶面板(30)。
[0017]
液晶面板(30)包括由在彼此相距一定距离地平行设置的一对透明电极(12)和(13)之间插入液晶(11)组成的液晶单元(20),和布置在液晶单元(20)两侧的偏振片(14)和(15)。这些部件(11),(12),(13),(14)和(15)组成显示模块。一个光延迟膜(未示出)层压在每个透明电极(12)和(13)内表面(面向液晶)上。
[0018]
表面光源单元(1)装在底侧偏振片(15)的下表面上(背面侧)。表面光源(9)包括在平面视图上具有矩形形状且在上表面侧(前表面)开口的薄盒结构的灯箱(5),以彼此间隔一定距离布置在灯箱(5)中的多个LED元件(2),和布置在该多个LED元件(2)的上侧(前表面侧)的光漫射板(3)。光漫射板(3)固定到灯箱(5)上以覆盖在灯箱上方的开口。在灯箱(5)的内侧表面,形成光反射层(未示出)。
[0019]
LED元件(2)可以具有任何结构,只要它们包括发射包括红色在内的光的LED元件(发射包括红色作为主导波长的光的LED元件)。在该实施方案中,多个红色LEDs(2R),多个绿色LEDs(2G)和多个蓝色LEDs(2B)用作LED元件(2)(见图1和2)。这些红色LEDs(2R),绿色LEDs(2G)和蓝色LEDs(2B)的排列模式的实例包括但不限于,如在图2中示出的基本上栅格形状排列(基本上格子形状排列),规则排列比如锯齿排列,和随机的不规则排列。红LED,绿LED和蓝LED可以是独立封装型的,其中这些LEDs如在图1和2中示出的实施方案那样彼此分开,或者是RGB一体封装型的,其中发红光部分,发射绿光部分和发射蓝光部分结合到一个LED封装中(参见上述“BacklightTechnique for Liquid Crystal Display-Liquid Crystal Illumination System andMaterials-”第149页上的表4)。
[0020]
光漫射板(3)是由含有分散在其中的光漫射颗粒的透明材料形成的板。
[0021]
光漫射板(3)的形成方式使得该透明材料和光漫射颗粒之间折射率差的绝对值Δn,和光漫射颗粒的50%累计颗粒直径D50(μm)满足关系:0.25<Δn×D50<0.61或者0.75<Δn×D50。满足上述关系的透明材料和光漫射颗粒被用于形成光漫射板(3)。
[0022]
在具有上述结构的表面光源单元(9)中,在通过该光漫射板的光中,长波长范围内的光(红光)比其它波长的光更强烈地被漫射,因为光漫射板满足关系:0.25<Δn×D50<0.61或者0.75<Δn×D50。结果,从表面光源单元的发光面发射的漫射光的红色色调被显著地降低,从而能够发射具有高白色度且基本上没有红色色调的漫射光。
[0023]
因此,液晶显示器(1)能精确地重现液晶面板的色彩,因为具有高白色度且基本上没有红色色调的漫射光从表面光源(9)向着液晶面板(30)发射。于是,能够得到具有高白色度且基本上没有红色色调的自然的、高质量的彩色图像。
[0024]
在满足下述关系:0.75<Δn×D50的矩阵材料和光漫射颗粒的排列中,特别优选满足关系:0.75<Δn×D50<1.10的结构,因为表面光源单元(9)能发射具有高白色度的光。
[0025]
如果满足关系:Δn×D50≤0.25或关系:0.61≤Δn×D50≤0.75,长波长(即,红光)范围内的光的漫射度是不足的,或者短波长范围(比如,蓝光)内的光被更强烈的漫射,从而表面光源(9)发射出红色色调更强的光,并且不能发出具有高白色度的光。结果,不能获得能够显示自然的、高质量彩色图像的液晶显示器。
[0026]
光漫射板(3)的类型没有特别限定,只要它是由含有分散在其中的光漫射颗粒的透明材料形成的板,可以使用任何光漫射板。
[0027]
透明材料的实例包括,但不限于,玻璃和透明树脂。透明材料的具体例子包括聚碳酸酯树脂,ABS树脂(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯聚合树脂),甲基丙酸烯树脂,MS树脂(甲基丙烯酸酯-苯乙烯共聚树脂),聚苯乙烯树脂,AS树脂(丙烯腈-苯乙烯共聚树脂),和聚烯烃树脂(如,聚乙烯或聚丙烯)。
[0028]
光漫射颗粒(光漫射体)的种类没有特别限制,只要它们是具有不同于组成光漫射板(3)的透明材料的折射率并且能漫射透过的光的颗粒,可以使用任何光漫射颗粒。其具体例子包括:无机颗粒,如玻璃颗粒,二氧化硅颗粒,氢氧化铝颗粒,碳酸钙颗粒,硫酸钡颗粒,氧化钛颗粒和云母;和树脂颗粒,如苯乙烯聚合物颗粒,丙烯酸聚合物颗粒,和聚硅氧烷颗粒。
[0029]
加入的光漫射颗粒的数量优选调节在每100重量份透明材料从0.01份到20份的范围内。当数量是0.01重量份或更多时,可以获得足够的光漫射作用,当数量是20重量份或更少时,长波长范围内(即,红光)的漫射度的降低被阻止。
[0030]
光漫射颗粒的50%累计颗粒直径(D50)通常是20μm或更小,优选为0.3至15μm。
[0031]
透明材料和光漫射颗粒之间折射率差的绝对值Δn通常调节在0.01至0.20的范围内,并且优选为0.02至0.18。
[0032]
光漫射板(3)可以包括任何传统添加剂,如紫外线吸收剂,热稳定剂,抗氧化剂,抗风化剂,光稳定剂,荧光增白剂,加工稳定剂,等等。也可以添加与满足上述特殊关系的光漫射颗粒不同的其它光漫射颗粒,只要对本发明的效果无不利影响。
[0033]
对于光漫射板(3)的厚度没有特别的限制。它通常为0.05至15mm,优选0.1至10mm,更优选0.5至5mm。
[0034]
可以任选地在光漫射板(3)的表面上施加涂层,只要对本发明的效果无不利影响。当施加涂层时,其厚度优选调节为光漫射板(3)的厚度的20%或更小,特别优选10%或更小。
[0035]
作为制造光漫射板(3)的方法,可以使用已知的模制树脂板的模制方法,其例子包括,但不限于,热压模制法,熔体挤压法和注射成型法。
[0036]
在本发明中,可以选择组成LED光源(2)的各种颜色的LEDs的数目,从而适当调整LEDs的比例以获得在表面光源单元(9)的整个面积上具有高白色度的光。各种颜色的LEDs的排列顺序没有特别的限制,可以是在表面光源(9)的整个面积上获得高白色度的光的排列顺序。LEDs的总数可以根据所需亮度适当地选择。
[0037]
沿横向方向(图像平面的纵向方向)相邻LED元件(2)之间的距离(L)通常调节在从5到50mm的范围内,而在纵向方向上(图像平面的高度方向)相邻LED元件(2)之间的距离(M)通常调节在从20到100mm的范围内(见图2)。
[0038]
在上述实施方案中,采用包括红,绿,和蓝色LEDs的结构作为LED元件(2),但不限于这种组合。也可能采用一种组合,其中除了这些红,绿和蓝LEDs之外,还使用了至少一个能发射其它颜色光的LED,以进一步改善色彩重现性。
[0039]
LED元件(2)的构型不限于至少包括红,绿和蓝LEDs的构型,可以是任何构型,只要它包含能发射包括红色在内的光的LED元件。例如,可以采用具有红LEDs,能够发出不同于红色的颜色的光的LEDs,和能够发射不同于上述两种LEDs的颜色的光的LEDs的构型。
[0040]
在上述实施方案中,LED光源(2)设置成在光漫射板(3)的背面上,从中心区域到周边区域呈基本上分散的状态(见图1和2)。但是,不限于这样一种构型。例如,在图3中所示,也可以采用LED部件(2)只设置在光漫射板(3)背面的一对周边区域的构型。在图3中,参考数字(5a)表示反光器。
[0041]
根据本发明的表面光源(9)和液晶显示器(1)不限于上述实施方案,在不偏离本发明的精神的情况下可以做出权利要求范围内的任何设计改进。
实例
[0042]
通过以下实例说明本发明,其不以任何方式限制本发明的范围。
[0043]
实例1
一百(100)重量份的聚苯乙烯树脂和0.3重量份的硅酮树脂颗粒(由Momentive Performance Materials Inc.(之前的Toshiba Silicone Co.,Ltd.)制造的“Tospearl120”)(光漫射颗粒)在亨舍尔混合机中混合,然后,混合物被熔化-捏合并且用挤压机挤压以制作具有2mm厚度的光漫射板(3)。聚苯乙烯树脂的折射率是1.59,硅酮树脂颗粒的折射率是1.43。这样,折射率差的绝对值(Δn)是0.16。硅酮树脂颗粒的50%累计颗粒直径(D50)是1.7(μm)。
[0044]
使用该光漫射板(3),装配具有在图1中所示的构型的液晶显示器(1)。采用包括红LEDs,绿LEDs和蓝LEDs的LED光源单元(从可商购的40-英寸液晶TV装置移除的LED光源,产品代码:XDM-4000Q,由SONY Inc.制造)作为光源(2)。
[0045]
实例2
一百(100)重量份的聚苯乙烯树脂和1.2重理份的丙烯树脂颗粒(由SekisuiChemical Co.,Ltd制造的“Tecpolymer MBX-5”)(光漫射颗粒)在亨舍尔混合机中混合,然后,混合物被熔化-捏合,并且用挤压机挤压以制作具有2mm厚度的光漫射板(3)。聚苯乙烯树脂的折射率是1.59,丙烯树脂颗粒的折射率是1.49。这样,它们的折射率差的绝对值(Δn)是0.10。丙烯树脂颗粒的50%累计颗粒直径(D50)是4.2(μm)。然后,使用该光漫射板(3)装配具有在图1中所示的结构的液晶显示器(1)。采用与实例1中使用的光源相同的LED光源作为光源(2)。
[0046]
实例3
一百(100)重量份的聚苯乙烯树脂和2.0重量份的丙烯树脂颗粒(由SekisuiChemical Co.,Ltd制造的“Tecpolymer MBX-5”)(光漫射颗粒)在亨舍尔混合机中混合,然后,混合物被熔化-捏合,并用挤压机挤压以制作具有2mm厚度的光漫射板(3)。聚苯乙烯树脂的折射率是1.59,丙烯树脂颗粒的折射率是1.49。这样,它们的折射率差的绝对值(Δn)是0.10。丙烯树脂颗粒的50%累计颗粒直径(D50)是6.0(μm)。然后,使用该光散射板(3)装配具有在图1中所示构型的液晶显示器(1)。采用与实例1中使用的光源相同的LED光源作为光源(2)。
[0047]
实例4
一百(100)重量份的聚苯乙烯树脂和0.8重量份的硅酮树脂颗粒(由Momentive Performance Materials Inc.制造的“Tospearl 3120”)(光漫射颗粒)在亨舍尔混合机中混合,然后,混合物被熔化-捏合,并用挤压机挤压以制作具有2mm厚度的光漫射板(3)。聚苯乙烯树脂的折射率是1.59,硅酮树脂颗粒的折射率是1.43。这样,它们的折射率差的绝对值(Δn)是0.16。硅酮树脂颗粒的50%累计颗粒直径(D50)是6.4(μm)。然后,使用该光漫射板(3)装配具有在图1中所示构型的液晶显示器(1)。采用与实例1中使用的光源相同的LED光源作为光源(2)。
[0048]
比较实例1
一百(100)重量份的聚苯乙烯树脂和0.1重量份的硅酮树脂颗粒(由Shin-Etsu Chemical Co.制造的“XC99-A8808”)(光漫射颗粒)在亨舍尔混合机中混合,然后,混合物被熔化-捏合,并用挤压机挤压以制作具有2mm厚度的光漫射板(3)。聚苯乙烯树脂的折射率是1.59,硅酮树脂颗粒的折射率是1.43。这样,它们的折射率差的绝对值(Δn)是0.16。硅酮树脂颗粒的50%累计颗粒直径(D50)是0.6(μm)。然后,使用该光漫射板(3)装配具有在图1中所示构型的液晶显示器(1)。使用与实例1中使用的光源相同的LED光源作为光源(2)。
[0049]
比较实例2
一百(100)重量份的聚苯乙烯树脂和1.0重量份的丙烯树脂颗粒(由SekisuiChemical Co.,Ltd制造的“Tecpolymer MBX-2H”)(光漫射颗粒)在亨舍尔混合机中混合,然后,混合物被熔化-捏合,并用挤压机挤压以制作具有2mm厚度的光漫射板(3)。聚苯乙烯树脂的折射率是1.59,丙烯树脂颗粒的折射率是1.49。这样,它们的折射率差的绝对值(Δn)是0.10。丙烯树脂颗粒的50%累计颗粒直径(D50)是2.3(μm)。然后,使用该光漫射板(3)装配具有在图1中所示的结构的液晶显示器(1)。采用与实例1中使用的光源相同的LED光源作为光源(2)。
[0050]
比较实施例3
一百(100)重量份的聚苯乙烯树脂和0.5重量份的硅酮树脂颗粒(由Momentive Performance Materials Inc.制造的“Tospearl 145”)(光漫射颗粒)在亨舍尔混合机中混合,然后,混合物被熔化-捏合,并用挤压机挤压以制作具有2mm厚度的光漫射板(3)。聚苯乙烯树脂的折射率是1.59,硅酮树脂颗粒的折射率是1.43。这样,它们的折射率差的绝对值(Δn)是0.16。硅酮树脂颗粒的50%累计颗粒直径(D50)是3.9(μm)。然后,使用该光漫射板(3)装配具有在图1中所示构型的液晶显示器(1)。采用与实例1中使用的光源相同的LED光源作为光源(2)。
[0051]
参考实例1
按照与比较实例1相同的方式装配液晶显示器(1),除了用荧光管代替LED元件作为光源(2)。
[0052]
参考实例2
按照与比较实例2相同的方式装配液晶显示器(1),除了用荧光管代替LED元件作为光源(2)。
[0053]
参考实例3
按照与实例1相同的方式装配液晶显示器(1),除了用荧光管代替LED元件作为光源(2)。
[0054]
参考实例4
按照与实例2相同的方式装配液晶显示器(1),除了用荧光管代替LED元件作为光源(2)。
[0055]
参考实例5
按照与实例3相同的方式装配液晶显示器(1),除了用荧光管代替LED元件作为光源(2)。
[00056]
参考实例6
按照与比较实例3相同的方式装配液晶显示器(1),除了用荧光管代替LED元件作为光源(2)。
[0057]
参考实例7
按照与实例4相同的方式装配液晶显示器(1),除了用荧光管代替LED元件作为光源(2)。
[0058]
光漫射颗粒的50%累计颗粒直径的测量
使用NIKKISO Co.,Ltd.制造的利用激光的前向散射的Microtrac颗粒直径分析仪(Model 9220FRA),用夫琅和费衍射方法测量50%累计颗粒直径(D50)。在测量中,将光漫射颗粒(大约0.1g)分散在甲醇中以获得分散液。该分散液用超声处理5分钟,倒入microtrac颗粒直径分析仪的样品容器中,之后进行测量。50%累计颗粒直径(D50)是指如下测定的颗粒直径:
测量所有颗粒的直径和体积,并将体积从具有最小颗粒直径的颗粒到具有较大颗粒直径的颗粒累计相加,然后,确定累计体积占所有颗粒的总体积的50%的颗粒的颗粒直径。
[0059]
根据下述评估方法评估这样装配的各个液晶显示器。
[0060]
图像色彩质量的评估
对各个液晶显示器,在被LED光源照明的状态下从垂直方向目测观察液晶显示器上的图像,然后,评估目测观察的图像的色彩质量。显示没有红色色调的自然色彩图像的液晶显示器被评价为“A”(好),显示具有轻微红色色调的图像的液晶显示器被评价为“B”(中等),显示具有强烈红色色调的图像的液晶显示器被评价为“C”(差)。
[0061]
该结果在表1和表2中示出。
[0062]
表1
[0063]
表2
[0064]
如从在表1的结果可以看出的,根据本发明的实例1到实例4的液晶显示器可以显示没有红色色调的自然的、高质量彩色图像。
[0065]
与此相反,不在本发明范围内的比较实例1到3的液晶显示器,显示具有红色色调的彩色图像。
[0066]
从在表2中示出的评价结果显然可见,当传统荧光管作为光源使用时,没有观察到红色色调的图像,即使“Δn×D50”的值是任何数值,也就是说,传统荧光管不存在显示红色色调图像的问题,不管荧光管中的“Δn×D50”的值如何。如上所述,在背景技术的说明部分中描述的显示红色色调图像的问题,是当LED作为光源使用时特殊产生的问题。
[0067]
本发明的表面光源优选作为液晶显示器的背光源使用,但不限于该应用。本发明的液晶显示器优选作为液晶TV显示器使用,但不限于这种应用。
Claims (5)
1.一种白色表面光源,包括光漫射板和布置在该光漫射板背面的光源,
其中,所述光源包括至少一个发射包括红色在内的光的LED元件,和包括透明材料和分散在透明材料中的光漫射颗粒的光散射板,并且
其中,该透明材料和光漫射颗粒之间折射率差的绝对值Δn和光漫射颗粒的50%累计颗粒直径D50(μm)满足关系:
0.25<Δn×D50<0.61或者
0.75<Δn×D50。
2.权利要求1的白色表面光源,其中,所述折射率差的绝对值Δn和光漫射颗粒的50%累计颗粒直径D50(μm)满足关系:
0.75<Δn×D50<1.10
3.权利要求1的白色表面光源,其中所述折射率差的绝对值Δn是从0.01到0.20。
4.权利要求1的白色表面光源,其中光漫射颗粒的50%累计颗粒直径D50(μm)是20μm或更小。
5.一种液晶显示器,包括根据权利要求1的白色表面光源,和布置在该白色表面光源前侧的液晶面板。
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