CN101308282A - 多功能光学片和包括多功能光学片的液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于液晶显示器件的多功能光学片，包括：散射入射光的基板；聚光层，位于所述基板上并包括多个图案，使得峰和谷彼此交替；以及反射图案，位于所述基板和所述聚光层之间，并对应于所述谷。

Description

多功能光学片和包括多功能光学片的液晶显示器件
本申请要求享有2007年5月14日提交的韩国专利申请No.2007-0046644的优先权，在此引入其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器件，且尤其涉及一种用于液晶显示器件的多功能光学片。
背景技术
随着信息技术的迅速发展，平板显示(FPD)器件，例如液晶显示(LCD)器件、等离子显示面板(PDP)、电致发光显示(ELD)器件和场发射显示(FED)器件，已经得到了发展并取代了阴极射线管(CRT)。
在这些器件当中，液晶显示(LCD)器件由于其卓越的移动图像和高对比度，最广泛地用于笔记本型计算机的监视器、个人计算机和电视的监视器。
另外，由于LCD器件不能自发光，LCD器件需要额外的光源。因此，背光单元设置在液晶(LC)面板的背侧，并发射光进入LC面板，从而能够显示可辨别的图像。背光单元包括冷阴极荧光灯(CCFL)、外部电极荧光灯(EEFL)或发光二极管(LED)作为光源。
根据光源相对于显示面板的位置，背光单元分为侧光式和直下式。在侧光式背光单元中，一个或一对灯设置在背光单元的导光板的一侧或两侧之一。在直下式背光单元中，多个灯直接设置在显示面板的下方。
图1是根据现有技术的包括直下式背光单元的液晶显示(LCD)器件的横截面图。在图1中，现有技术的LCD器件包括液晶面板10、背光单元50、主支架(support main)60、顶盖70和底盖80。液晶面板10包括上基板13和下基板15。印刷电路板(未示出)连接到液晶面板10的一侧。主支架60围绕液晶面板10和背光单元50的侧表面。顶盖70覆盖液晶面板10的前表面的边缘，底盖80覆盖背光单元50的后表面。顶盖70和底盖80与主支架60结合在一起从而构成一个整体。
背光单元50包括反射片40、多个灯30、散射板22和多个光学片20。多个灯30设置在反射片40上方，且散射板22和多个光学片20依次设置在多个灯30的上方。
多个光学片20包括散射片(未示出)和至少一个聚光片(未示出)。将参照图2更详细地描述多个光学片20。
图2是图1中的散射板和多个光学片的示意图。在图2中，多个光学片20，即散射片24和聚光片26，依次设置在散射板22的上方。
散射板22可由透明的丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)或热塑性聚对苯二甲酸乙二醇酯(thermoplastic polyethylene terephthalate，PET)来形成，它们其中包含不规则的颗粒，散射板22可具有不同雾化(haze)特性。散射板22使得从图1的多个灯30发射的光传向图1的液晶面板10，并散射光，使得光可在相对较宽的角度范围内入射到图1的液晶面板10上。
散射板22上方的散射片24通常由PET基膜和在基膜两侧的丙烯酸树脂层构成，其包括光散射体，例如珠子(bead)。散射片24散射来自散射板22的光，从而可由于部分聚光而不存在修补部分(patched portion)，且散射片24控制光的方向，使得光可传向聚光片26。
聚光片26包括PET基膜和棱镜图案28。棱镜图案28规则地设置在基膜的上表面。棱镜图案28通常反射和聚集光。
图3是穿过图2的聚光片的光的路径的示意图。
在图3中，入射到聚光片26上的光相对于聚光片26的下表面的法线成约5度角。入射到聚光区域A的光由棱镜图案28折射，并聚向图1的液晶面板10，从而导致亮度的增加。入射到全反射区域B的光在棱镜图案28的表面向下反射。
反射光由反射片40再次反射，然后重新提供给聚光片26。因此，使光的损耗最小化。
然而，在聚光片26中除了光的聚集和反射，由于旁瓣(side lobe)的原因存在光的损耗。这降低了光效并减弱了视角特性。
尤其是，在图中，由C标记的区域表示出现旁瓣的区域，其中区域C是指旁瓣区域。入射到旁瓣区域C的光在棱镜图案28的表面折射向多余的方向，而不是朝向图1的液晶面板10，并因此被损耗掉。因此，在旁瓣区域C中存在漏光。
图4和图5分别示出了包含图3的现有技术的聚光片的背光单元中亮度的分布和光的分布对视角的图表。在图4和图5中，中心O的两侧存在亮度高的区域，且该区域是旁瓣区域C。
为了解决这个问题，用于循环利用光的反射偏光片或散射片还可设置在聚光片的上方，且可减少或去除旁瓣，从而提高了光效和视角特性。但是，这增加了光学片是数量和液晶显示模块的加工时间。因此，降低了加工效率，并增加了成本。
发明内容
因此，本发明提供了一种多功能光学片和包括该多功能光学片的液晶显示器件，其基本上消除了由现有技术的限制和缺陷导致的一个或多个问题。
本发明的优点在于提供了一种多功能光学片和包括该多功能光学片的液晶显示器件，其去除了背光单元的旁瓣，提高了光效和视角特性，从而显示具有均匀亮度和高质量的图像。
本发明的另一优点在于提供了一种多功能光学片和包括该多功能光学片的液晶显示器件，其由于简化了制造工艺，提高了加工效率并降低了制造成本。
本发明附加的特征和优点将在以下说明书中阐明，并且从以下描述中将部分显而易见，或者通过实施本发明可以理解。本发明的目的和其它优点将通过在书面说明书及其权利要求书以及附图中具体指出的结构得到实现和获得。
为了实现这些和其它优点并且根据本发明实施方式的目的，如此具体实施和广泛描述的，本发明提供了一种用于液晶显示器件的多功能光学片，其包括散射入射光的基板、位于基板上并包括多个图案使得峰和谷彼此交替的聚光层，以及位于基板和聚光层之间并对应于谷的反射图案。
另一方面，一种液晶显示器件包括液晶面板；在液晶面板下方的多功能光学片，该多功能光学片包括光散射装置；包括彼此交替的峰和谷的聚光装置；对应于谷的反射图案；在多功能光学片下方的至少一个灯；和在至少一个灯下方的反射片。
应该理解，前述概括描述和以下详细描述均为示例性和解释性的，并且意欲提供对于如权利要求所要求的本发明的进一步理解。
附图说明
附图用于对本发明提供进一步理解，并且合并构成本说明书一部分，其示出了本发明的实施方式并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1是根据现有技术的包括直下式背光单元的液晶显示(LCD)器件的横截面图；
图2是图1中的散射板和多个光学片的示意图；
图3是穿过图2的聚光片的光的路径的示意图；
图4和图5分别是示出了包含图3的现有技术的聚光片的背光单元中亮度的分布和光的分布对视角的图表；
图6是根据本发明的示例性实施方式的LCD模块的透视图；
图7是示意性的示出了根据本发明的第一实施方式的多功能光学片的结构的横截面图；
图8是示意性的示出了穿过图7的多功能光学片的光的路径的示意图；
图9和图10分别是示出了包含上述多功能光学片的背光单元中亮度的分布和光的分布对视角的图表；
图11是示意性的示出了根据本发明的多功能光学片和聚光片的横截面图；
图12是示出了包括图11的多功能光学片和聚光学片的背光单元中亮度分布对视角的图表；
图13是示出了根据本发明的背光单元中亮度分布对视角的图表；
图14是示意性的示出了根据本发明的第一实施方式的多功能光学片的另一个结构的横截面图；
图15是示意性的示出了根据本发明的第二实施方式的多功能光学片的结构的横截面图；以及
图16是示意性的示出了根据本发明的第二实施方式的多功能光学片的另一个结构的横截面图。
具体实施方式
以下将详细标注所示本发明实施方式，在附图中示出其示例。
图6是根据本发明的示例性实施方式的LCD模块的透视图。
在图6中，LCD模块包括液晶面板110、背光单元150、主支架160、顶盖170和底盖180。
液晶面板110显示图像。液晶面板110包括第一基板113和第二基板115，它们彼此相对并粘接，其间夹有液晶层。源和栅印刷电路板117a和117b经由例如柔性印刷电路板116分别连接到液晶面板110的相邻侧。在模块加工期间，源和栅印刷电路板117a和117b弯向底盖180的侧表面或后表面。栅印刷电路板117b向栅线提供用于导通/截止薄膜晶体管(未示出)的扫描信号，且源印刷电路板117a向数据线提供每一帧的图像信号。
背光单元150设置在液晶面板110的下方，且矩形框架的主支架160形成背光单元150和液晶面板110的边缘。顶盖170覆盖液晶面板110的前侧的边缘，且底盖180覆盖背光单元150的后表面。顶盖170和底盖180与主支架160结合在一起。
背光单元150包括反射片140、反射片140上方的多个灯130、灯130上方的多功能光学片120。灯130由一对侧支架132固定，该侧支架132与底盖180结合在一起。
虽然未在图中示出，背光单元150还包括灯导向装置(未示出)。灯导向装置防止多功能光学片120下垂，从而保持灯130和多功能光学片120之间的距离均匀，并防止灯130由于外部碰撞而抖动或损坏。
从灯130发射光，并传向多功能光学片120。当穿过多功能光学片120时，光变成均匀面光源。将该面光源提供给液晶面板110，从而液晶面板110显示图像。
在包括多功能光学片120的背光单元150中，没有旁瓣。这是因为优化的多功能光学片120去除发射光的旁瓣，从而提高聚光效率和前侧的亮度。
图7是示意性的示出了根据本发明的第一实施方式的多功能光学片的结构的横截面图。
在图7中，多功能光学片120包括底板121；散射层123，用于散射从图6的灯130发射的光；聚光层127，用于将由散射层123散射的光聚集到图6的液晶面板110；以及反射层125，用于循环利用部分光。
底板121包括透明材料。散射层123形成在底板121的下表面上。散射层123根据光的均匀性而具有不同雾化特性。这里，雾化是一种现象，其中当光透射透明薄膜时，除了反射或吸收，光被薄膜的材料散射，且薄膜的清晰度在外形上变模糊。雾化值由以下的等式1确定。
雾化值(％)＝((光的总透射量-直行光的量)/散射光线的透射量)×100------等式1。
通过控制雾化值，可获得预期的亮度和视角。如果雾化值小于30％，则光散射降低，因此视角变窄。如果雾化值大于90％，则光透射率降低，因此亮度降低。
因此，散射层123的雾化值理想地在40％到80％范围之内，从而光散射和光透射率是均匀的。
为了获得上述雾化值，散射层123可包括光散射装置，例如珠子123a。可选地，散射层123在其下表面可包括不具有珠子123a的精细图案(未示出)。
散射层123可由丙烯酸树脂材料形成，在其中具有珠子123a。珠子123a分散入射到散射层123上的光，并防止光部分聚集。
不包括珠子123a的散射层123根据精细图案(未示出)的形状来控制光的散射角。例如，该精细图案可以是椭圆图案或多边形图案。该精细图案可以是全息图案，并由于干涉图案，向不对称方向将光折射至入射方向，由此聚集的光可沿着更倾斜的角度散射。
如此，光被散射，并防止光部分聚集。
另外，聚光层127形成在底板121的上表面上，其中底板121的上表面与形成有散射层123的底板121的下表面相对。聚光层127包括圆顶形凸透镜图案127a，其沿直线平行设置，以聚集光线。凸透镜图案127a彼此平行设置，峰和谷彼此交替。
反射层125形成在底板121和聚光层127之间，更具体地是形成在底板121和凸透镜图案127a之间。反射层125包括反射图案125a，其对应于底板121的上表面上的凸透镜图案127a之间的谷。反射层125可由氧化钛(TiO2)或氧化镁(MgO)形成，并具有带状。在反射图案125a之间的部分可由透明绝缘材料125b形成。
这里，入射到多功能光学片120上的光相对于聚光层127的下表面的法线成约5度角。由于光的特性，根据光的光学路径可限定聚光区域L、全反射区域M和阻断反射(blocking-reflection)区域N。
如图8中所示，穿过散射层123的光入射在聚光区域L上，并通过凸透镜图案127a聚集，从而穿过凸透镜图案127a的光相对于聚光层127的下表面成约60度到90度角，从而提高亮度。
入射在全反射区域M上的光在凸透镜图案127a的表面被折射，并向入射方向反射。反射光由图6的反射片140再次反射，并被循环利用，从而使光的损耗最小化。
入射在阻断反射区域N上的光不穿过反射图案125a并向入射方向反射。与全反射区域M相似，被反射图案125a反射的光被图6的反射片140再次反射向图6的液晶面板110，并被循环利用，从而使光的损耗最小化。
如此，本发明的多功能光学片120包括阻断反射区域，来代替现有技术中的旁瓣区域。多功能光学片120使现有技术中折射向多余方向并被损耗掉的光被图6的反射片140再次反射，并防止了旁瓣。
在本发明中，多功能光学片120设置在图6的灯130的上方，使得多功能光学片120的散射层123邻近图6的灯130。这样防止了旁瓣，并达到了更均匀的亮度。
同时，反射层125的反射图案125a的宽度和厚度取决于聚光层127的厚度或折射系数，或取决于透射光的角度。由于反射图案125a，多功能光学片120的孔径比有利地在约30％到约70％的范围之内。
为了获得更宽的视角，由于反射图案125a，孔径比可在约45％到约70％的范围之内。可选地，为了在前侧获得更高的亮度，由于反射图案125a，孔径比可在约30％到约40％的范围之内。
图9和图10分别是示出了包含上述多功能光学片的背光单元中亮度的分布和光的分布对视角的图表。如图中所示，在阻断反射区域N中消除了包括图2的现有技术的聚光片26的背光单元的旁瓣。
这里，具有90度直角的棱镜图案可代替凸透镜图案127a来使用。
同时，如在图11中所示，聚光片129还可设置在多功能光学片120的上方。聚光片129可包括凸透镜图案或棱镜图案。例如，聚光片129可包括凸透镜图案，且聚光片129的凸透镜图案可与多功能光学片120的凸透镜图案127a交叉。
图12是示出了包括图11的多功能光学片和聚光片的背光单元中亮度分布对视角的图表。
在图12中，当聚光片129还设置在多功能光学片120的上方时，亮度更均匀，且更有效地聚集光。
散射片(未示出)还可设置在多功能光学片120的上方。在这种情况下，由于凸透镜图案127a的排列而出现的摩尔(Moiré)现象能够受到控制，并可提供更均匀的面光源。
可选地，根据目的，多功能光学片120的散射层123、聚光层127和反射层125可受到控制，以具有预定的雾化值、宽度或厚度、以及均匀的亮度，能够获得聚光效应和面光源。
图13是示出了根据本发明的背光单元中亮度分布对视角的图表。第一背光单元B1包括多功能光学片，第二背光单元B2包括多功能光学片和多功能光学片上方的聚光片，且第三背光单元B3包括多功能光学片和多功能光学片上方的散射片。
如在图13中所示，第二背光单元B2基本上已经增加了前侧的亮度并提高了视角特性，其中第二背光单元B2包括多功能光学片上方的凸透镜形聚光片。
同时，图14是示意性的示出了根据本发明的第一实施方式的多功能光学片的另一个结构的横截面图。在图14中，多功能光学片120包括散射板221、反射层125和聚光层127。散射板221可用作基板。即，散射板221可代替图7的底板121。散射板221包括不均匀颗粒并具有空间散射(volume scattering)特性。因而，也可省略图7的散射层123。
即使以直下式背光单元为例做出说明，本发明能够应用于侧光式背光单元。在这种情况下，还包括导光板(未示出)，且图6的灯130设置在导光板的一侧或两侧。多功能光学片120设置在导光板的上方。
图15是示意性的示出了根据本发明的第二实施方式的多功能光学片的结构的横截面图。图15的多功能光学片的结构与图7中相似。在图15中，与图7中相同的部件使用相同的标记，并可省略对相同部件的说明。
在图15中，多功能光学片120包括底板121、散射层123和聚光层127。散射层123形成在底板121的下表面，且具有约40％到约80％的雾化特性。聚光层127形成在与散射层123相对的底板121的上表面，并由凸透镜图案127a构成。多个凹槽225形成在对应于谷的底板121的上表面，其中凸透镜图案127a在谷处彼此相连。
多个凹槽225彼此隔开。每个凹槽225沿着长度方向具有带状，且横截面为矩形。反射图案125a形成在凹槽225内，并由氧化钛(TiO2)或氧化镁(MgO)制成。
图16是示意性的示出了根据本发明的第二实施方式的多功能光学片的另一个结构的横截面图。在图16中，多功能光学片120包括散射板221和聚光层127。散射板221可用作基板。散射板221可代替图15的底板121。散射板221包括不均匀颗粒并具有空间散射特性。多个凹槽225形成在散射板221的上表面。多个凹槽225对应于谷，其中凸透镜图案127a在谷处彼此相连。因而，也可省略图15的散射层123。
如此，本发明的多功能光学片120包括散射层123，用于散射从图6的灯130发射的光；聚光层127，用于将由散射层123散射的光聚集到图6的液晶面板110；以及反射层125，用于循环利用部分光。因而，可防止由于旁瓣引起的光的损耗。此外，也可防止光效和视角特性减小或降低。
更进一步，当聚光片129或散射片(未示出)设置在多功能光学片120的上方时，大大提高了聚光效率和前侧的亮度。液晶显示器件显示具有更均匀亮度和高质量的图像。
另外，当制造液晶显示器件时，提高了加工效率，并降低了成本。
对于本领域的技术人员来说显而易见的，在不偏离本发明原理或范围的情况下，可做出各种修改和变型。因此，本发明意欲包括在所附权利要求及其等同物的范围中的本发明的修改和变型。

Claims (20)

1、一种用于液晶显示器件的多功能光学片，包括：
基板，其散射入射光；
聚光层，其位于所述基板上并包括多个图案，使得峰和谷彼此交替；以及
反射图案，其位于所述基板和所述聚光层之间，并对应于所述谷。
2、根据权利要求1所述的多功能光学片，其特征在于，所述基板包括底板和所述底板下表面上的散射层，其中所述底板的下表面与所述底板的上表面相对，所述聚光层设置在所述底板的上表面上。
3、根据权利要求2所述的多功能光学片，其特征在于，所述散射层的雾化值在40％到80％范围内。
4、根据权利要求3所述的多功能光学片，其特征在于，所述散射层包括其中具有珠子的丙烯酸树脂材料。
5、根据权利要求3所述的多功能光学片，其特征在于，所述散射层在所述散射层的下表面包括椭圆图案、多边形图案和全息图案的其中之一。
6、根据权利要求1所述的多功能光学片，其特征在于，所述基板包括其中具有不均匀颗粒的散射板。
7、根据权利要求1所述的多功能光学片，其特征在于，在相邻的反射图案之间的部分包括透明绝缘材料。
8、根据权利要求1所述的多功能光学片，其特征在于，在所述基板的上表面形成凹槽，且所述反射图案分别设置在所述凹槽中。
9、根据权利要求1所述的多功能光学片，其特征在于，所述反射图案由氧化钛或氧化镁形成。
10、根据权利要求1所述的多功能光学片，其特征在于，多个图案包括圆顶形凸透镜图案和棱镜图案的其中之一。
11、一种液晶显示器件，包括：
液晶面板；
多功能光学片，其位于所述液晶面板的下方，所述多功能光学片包括光散射装置、包括彼此交替的峰和谷的聚光装置、以及对应于谷的反射图案；
至少一个灯，其位于所述多功能光学片的下方；
反射片，其位于所述至少一个灯的下方。
12、根据权利要求11所述的器件，其特征在于，在相邻的反射图案之间的部分包括透明绝缘材料。
13、根据权利要求11所述的器件，其特征在于，所述光散射装置的雾化值在40％到80％的范围内。
14、根据权利要求13所述的器件，其特征在于，所述光散射装置包括珠子或在所述散射层的下表面包括椭圆图案、多边形图案和全息图案的其中之
15、根据权利要求13所述的器件，其特征在于，所述光散射装置具有空间散射特性。
16、根据权利要求11所述的器件，其特征在于，还包括多功能光学片上方的聚光片。
17、根据权利要求16所述的器件，其特征在于，所述聚光装置和所述聚光片包括凸透镜图案和棱镜图案的其中之一，且所述聚光装置的图案与所述聚光片的图案交叉。
18、根据权利要求11所述的器件，其特征在于，还包括多功能光学片上方的散射片。
19、根据权利要求11所述的器件，其特征在于，多个灯直接设置在多功能光学片的下方，且并排设置。
20、根据权利要求11所述的器件，其特征在于，还包括多功能光学片下方的导光板，且至少一个灯设置在所述导光板的至少一个侧表面。
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