CN104102044B - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种显示装置。该显示装置包括：基板单元、发光单元、反射层、光学片和显示面板。发光单元包括安装在基板单元中的发光元件和布置在发光元件上方的透镜。反射层布置在基板单元的上表面上方。光学片布置在反射层上方，并且与所述发光单元隔开地布置在一高度处。显示面板布置在光学片的上表面上方。这里，透镜包括：上表面部分，该上表面部分以非球面的形式凸状变圆；下表面中心部分，该下表面中心部分从透镜的底面向上凹陷，并且具有其中一对棱镜或横置三角棱柱彼此交叉的形状。

Description

显示装置
技术领域
本公开涉及一种显示装置。
背景技术
随着面向信息社会的发展，针对各种显示装置的需求也正在增加。因此，近来已经研究并广泛使用了诸如液晶显示设备（LCD）、等离子体显示面板（PDP）、电致发光显示器（ELD）和真空荧光显示器（VFD）的各种显示装置。
在这些显示装置中，LCD的液晶面板包括液晶层以及TFT基板和滤色器基板，上述TFT基板与滤色器基板跨越该液晶层彼此相对，并且由于液晶面板无法自发光，所以使用从背光单元提供的光来显示图像。
利用各向同性透镜的相关技术的背光单元的结构为：光源被排列为正交结构或蜂窝结构，并且透镜以各向同性光分布的形式来分散从光源发出的光。在这种结构中，由于光源之间的节距（pitch）随着光源的数量减少而增大，所以难以利用二次透镜以圆形各向同性光分布的形式来分散光。
而且，如果在将多个光源布置于背光单元下方之后使导光层的厚度减小，以减小背光单元的厚度，则由于热斑的出现，可能会降低发光强度均匀性。
发明内容
实施方式提供一种可以提高所显示图像的质量、具有光学组件的显示装置。
实施方式还提供一种具有透镜的背光单元，尽管背光单元的厚度减小，但是由于一个热斑会被分散为多个点，所以该具有透镜的背光单元可以使亮度均匀性的下降最小化。
在一个实施方式中，一种显示装置，包括：基板单元；发光单元，该发光单元包括安装在所述基板单元中的发光元件和布置在所述发光元件上方的透镜；反射层，该反射层布置在所述基板单元的上表面上方；光学片，该光学片布置在所述反射层上方，并且与所述发光单元隔开地布置在一高度处；显示面板，该显示面板布置在所述光学片的上表面上方，其中，所述透镜包括：上表面部分，该上表面部分以非球面的形式凸状变圆；下表面中心部分，该下表面中心部分从所述透镜的底面向上凹陷，并且具有其中一对棱镜或横置三角棱柱彼此交叉的形状。
在附图和下面的描述中阐述一个或更多个实施方式的细节。其它特征将从说明书、附图以及权利要求中变得明显。
附图说明
图1是例示根据实施方式的显示装置的分解立体图。
图2是例示根据实施方式的显示装置的纵向截面图。
图3是例示根据实施方式的透镜的立体图。
图4是沿图3中根据实施方式的透镜的I-I线截取的纵向截面图。
图5是例示根据实施方式的透镜的底面的视图。
图6是例示根据实施方式的透镜的中心部分的形状的立体图。
图7是背光单元的纵向截面图，该图示出通过根据实施方式的透镜的光的反射或折射。
图8是例示具有根据实施方式的透镜的发光单元处的光分布与相关技术的发光单元处的光分布之间的比较的模拟图。
图9是例示具有根据实施方式的透镜的发光单元处的热斑强度与相关技术的发光单元处的热斑强度之间的比较的曲线图。
具体实施方式
在以下优选实施方式的详细描述中，参照构成其一部分的附图，并且附图中以例示的方式示出可以实施本发明的具体优选实施方式。足够详细地描述这些实施方式，以使本领域技术人员能够实施本发明，并且应当理解的是，可以利用其它实施方式，并且可以在不偏离本发明的精神或范围的情况下做出逻辑结构改变、机械改变、电气改变和化学改变。为了避开使得本领域技术人员实践本发明所不需要的细节，描述可以省略本领域技术人员已知的特定信息。因此，以下详细的描述不是为了进行限制，并且仅由所附权利要求来限制本发明的范围。
根据实施方式的一种显示装置，可包括：基板单元；发光单元，该发光单元包括安装在所述基板单元中的发光元件和布置在所述发光元件上方的透镜；反射层，该反射层布置在所述基板单元的上表面上方；光学片，该光学片布置在所述反射层上方，并且与所述发光单元隔开地布置在一高度处；显示面板，该显示面板布置在所述光学片的上表面上方，其中，所述透镜包括：上表面部分，该上表面部分以非球面的形式凸状变圆；下表面中心部分，该下表面中心部分从所述透镜的底面向上凹陷，并且具有其中一对棱镜或横置三角棱柱彼此交叉的形状。
而且，所述上表面部分可具有各向同性结构，在所述各向同性结构中，所述透镜的表面从所述透镜的中心部分向所述透镜的边缘以特定曲率凸状弯曲。
而且，所述透镜的上表面中心部分可凹陷至特定深度，并且所述下表面中心部分的上端与所述上表面中心部分的下端可彼此隔开特定距离。
而且，所述上表面部分可包括：第一曲面部分，在所述第一曲面部分中，在所述下表面中心部分的表面处被折射的光的至少一部分被全反射；第二曲面部分，该第二曲面部分在所述第一曲面部分的端部处限定所述透镜的边缘区域。
而且，具有棱镜或横置三角棱柱形状的多个凹陷部分可分别具有第一倾斜面和第二倾斜面，所述第一倾斜面与所述第二倾斜面的上端部在与底表面向上隔开的点处彼此接触。
而且，所述具有棱镜或横置三角棱柱形状的多个凹陷部分可彼此交叉，并且所述凹陷部分的上端部可在所述透镜的中心点处彼此交叉。
而且，所述透镜可具有在大约0.3至大约0.5的范围内的发光强度分布（S/P）。这里，S是从所述透镜的上表面中心部分至所述透镜的上端的垂直长度，P是从所述透镜的中心至所述透镜的所述上表面部分的梯度变为零的点的水平长度。
而且，所述透镜的所述上表面部分可以以特定曲率变圆，使得光的入射角等于或大于42度。
而且，至少一部分所述反射层可向上倾斜。
而且，所述光学片可包括形成在其中的多个遮光图案，所述遮光图案可包括突起式图案、以深色印制的圆点图案、以及孔图案中的一种。
而且，所述反射层可包括形成在其中的多个反射图案，所述反射图案可包括透明突起式图案。
而且，所述显示装置可包括导光层，该导光层是所述反射层与所述光学片之间的间隙。这里，所述导光层包括空气层或真空层中的一种。
图1是例示根据实施方式的显示装置的分解立体图。图2是例示根据实施方式的显示装置的纵向截面图。
参照图1和图2，根据实施方式的显示装置10可以包括在上面显示图像的显示面板16、布置在显示面板16的背侧以向显示面板16发射光的背光单元、扩散或处理从背光单元发出的光的光学片15。
光学片15可以包括扩散片和棱镜片。背光单元可以包括作为光源的发光二极管（LED），并且可以被实现为从光源发出的光的行进方向面向显示面板16的顶视型。
背光单元可以包括布置在面板壳体11底部上的基板层12、安装在基板层12上的发光单元20和布置在基板层12的上表面上的反射层13。
更具体地，多个发光单元20可以以特定间隔排列在反射层13的中心部分上。反射层13可以以平板形式来布置，并且另选地，可以布置为使得反射层13的边缘部分以特定角度朝上侧倾斜。例如，反射层13的边缘部分可以在与布置在最外侧的发光单元20向外隔开特定距离的点处向上倾斜至端部。于是，反射层13的纵向截面可以具有其底表面是平的并且其侧表面朝上端伸展的“U”形。由于反射层13的一部分形成为倾斜，所以从发光单元20发出并且折射至反射层13的光可以被反射至光学片15，从而提高表面发光效率。反射图案或光提取图案131可以形成在反射层13的上表面上，以允许从发光单元20发出的光被图案朝向显示面板16反射。如图2所示，反射图案或光提取图案131可以以突起形式设置。反射图案或光提取图案131可以包括透明突起式图案。
基板12可以包括利用聚对苯二甲酸乙二醇酯、玻璃、聚碳酸酯和硅形成的PCB基板，并且可以以膜的形式设置。
同时，发光单元20可以包括具有LED的发光元件21和布置在发光元件21上方的透镜22。发光元件21可以是发光面面向上侧的顶视型LED封装，并且可以向上发出具有大约120度的光束角的光。发光元件21发出的大部分光可以在横向上被全反射。更具体地，从发光元件21发出的大约37%的光可以行进到光学片15，并且大约57%的光可以被透镜22反射和折射，以在横向上行进。因此，通过将透镜22设置在发光元件21上方，可以减小背光单元的厚度，并且可以提高表面发光效率和发光均匀性。
而且，导光层14可以布置在反射层13与光学片15之间，并且导光层14可以填充有空气或者可以被维持在真空状态。
图3是例示根据实施方式的透镜的立体图。图4是沿图3中根据实施方式的透镜的I-I线截取的纵向截面图。图5是例示根据实施方式的透镜的底面的视图。图6是例示根据实施方式的透镜的中心部分的形状的立体图。
参照图3至图6，根据本发明的实施方式的发光单元20可以包括发光元件21和设置在发光元件21上方的透镜22。如上所述，发光元件21可以包括LED封装，并且LED封装可以包括衬底基板和安装在衬底基板中的LED元件。衬底基板可以由包括玻璃、透明陶瓷或树脂的透明高分子材料形成。
具体地，为了通过引发从发光元件21发出的光的全反射来在横向上引导光，透镜22的发光面可以是凸状变圆的非球面。可以利用透明高分子树脂，通过注射成型工艺来制造透镜22。
更具体地，透镜22可以包括面向基板层（或反射层）12的下表面部分222、从下表面部分222凸状变圆的上表面部分221和从下表面部分222的中心向上凹陷的下表面中心部分226。透镜可以具有向下凹陷至特定深度的上表面中心部分225。中心部分225的凹陷可以由透镜22的上表面部分221从透镜22的中心点向外凸状变圆的形状造成。
而且，阶梯形面223可以从在中心方向上与下表面部分222的边缘隔开特定距离的点到下表面部分222的中心点向上形成特定深度。而且，多个支撑突起224可以从阶梯形面223向下突出。然而，根据实施方式的透镜22不限于此，下表面部分222可以具有平面，而没有阶梯形面。在这种情况下，支撑突起224可以从下表面部分222突出。
下表面中心部分226可以形成为在多个支撑突起224的内侧（即，透镜22的中心区域）具有特定形状和深度。发光元件21可以布置在下表面中心部分226正下方。从发光元件21向上发出的光可以在下表面中心部分226内部在所有方向上分散，并且可以被下表面中心部分226的表面折射。部分折射光可以透过透镜22的上表面，并且部分折射光可以被全反射，当从背光单元的上表面看时，折射光以各向同性光分布的形式扩散。
而且，透镜22的上表面部分221可以分为从透镜22的上表面中心部分225至梯度变为0的最高点的第一区间a和从第一区间a的边缘到梯度变为1的点的第二区间b。上表面部分221的第一区间a可以被定义为第一曲面部分221a，并且上表面部分221的第二区间b可以被定义为第二曲面部分221b。到达第一曲面部分221a的光可以被全反射到透镜22的下表面部分222，并且被反射层13全反射的光可以被反射到第二曲面部分221b。可以使部分到达第二曲面部分221b的光透射，以照射到光学片15，并且其它光可以在透镜22的横向上折射，或者可以被再反射到下表面部分222。由此，因为从发光元件21发出的大部分光被折射或被再反射，以在透镜22的横向上扩散，所以光可以较远地分散，并且可以增加背光单元的亮度均匀性。另一方面，经过第二曲面部分221b的光可能在光学片15上形成热斑。然而，可以通过形成在光学片15上的扩散图案来去除热斑。形成在光学片15上的扩散图案可以包括反射一部分光的透明突起式扩散图案，用深色散布圆点的扩散图案，或由具有各种尺寸的多个孔形成的孔图案。这些扩散图案可以允许到达突起或圆点（而不是图案孔点）的光被反射，并且可以允许到达其它区域的光透过光学片15移动到显示面板16。由此，可以减少光会聚在光学片15的一个点上时所形成的热斑，并且可以均匀地控制亮度。
下表面中心部分226的内部空间可以形成其中棱镜或横置三角棱柱彼此交叉的形状。更具体地，下表面中心部分226可以具有其中一对棱镜或横置三角棱柱彼此交叉的凹陷空间。这里，在透镜22的横向上反射或折射的光量、亮度大小和/或亮度可以由棱镜或横置三角棱柱的宽度和高度来控制。而且，可以通过调整对下表面中心部分226的轮廓进行限定的透镜表面粗糙度来控制从发光元件21发出的光的透射率。透镜22的下表面中心部分226的上表面与上表面中心部分225可以彼此隔开特定长度L1。即，上表面中心部分225可以与下表面中心部分226的上端隔开，使得下表面中心部分226不与布置有透镜22的导光层14连通。如果导光层14与下表面中心部分226连通，则光可以通过连通通路照射在光学片15上，这在光学片15上形成具有过高亮度的热斑。
关于由在彼此交叉的同时形成下表面中心部分226的该一对棱镜或横置三角棱柱限定的空间，由棱镜或横置三角棱柱限定的空间的底表面226a可以放置在与透镜的下表面部分222或阶梯形面223相同的平面上。而且，从底表面226a延伸的第一倾斜面226b和第二倾斜面226c可以彼此相对。即，第一倾斜面226b和第二倾斜面226c可以在其上端彼此倾斜接触。一对棱镜或横置三角棱柱可以彼此交叉，以形成下表面部分226的空间。该一对棱镜或横置三角棱柱的上端部可以在透镜22的中心部分上的一点处彼此接触，并且透镜22的上表面中心部分225可以位于该点正上方。发光元件21可以布置在下表面中心部分226的中心处。
在这种结构中，可以向上照射从发光元件21发出的光，以被第一倾斜面226b和第二倾斜面226c折射。折射光可以到达上表面部分221，以被全反射或被折射。
图7是背光单元的纵向截面图，该图示出通过根据实施方式的透镜的光的反射或折射。
参照图7，从发光元件21发出的光可以首要地被透镜22的下表面中心部分226折射，然后折射光可以被透镜22的上表面部分221全反射和折射。
被下表面中心部分226折射的一部分光可以被上表面部分221的第一曲面部分221a全反射，并且其它部分光可以被上表面部分221的第二曲面部分221b全反射或折射。被第一曲面部分221a全反射的光可以被背光单元的反射层13再反射，以照射在第二曲面部分221b上。而且，照射在第二曲面部分221b上的一部分光可以再次透射、折射或全反射。
同时，透镜22的上表面部分221可以用于在横向上全反射从发光元件21向上发出的光。可以利用斯涅尔定律将全反射角θc表示为以下等式(1)。
sinθc=（n2/n1） …(1)
这里，n1是透镜的折射率，n2是空气的折射率。
当透镜22由折射率为大约1.58的聚碳酸酯形成时，大约42度的临界角可能适合于全反射。因此，上表面部分221的曲率可以被配置为使得光入射到上表面部分221的入射角等于或大于大约42度。于是，入射到透镜22的上表面部分221的大部分光可以被全反射，以扩散到导光层14中，并且仅一部分光可以朝向光学片15透过透镜22。这里，遮光图案层可以布置在透镜22的上表面上方，使得行进至显示面板15的一部分光可以被再反射至导光层。
可以通过将透镜22的中心部分225的深度S除以透镜22的上表面部分221的节距P，来确定从发光元件21入射到透镜22中的光的分散程度。透镜22的上表面部分221的节距表示从透镜22的上表面中心部分225至透镜22的上表面部分221的梯度变为零的点的距离，即，第一区域a的长度。下文中，表示入射到透镜22中的光的分散程度的S/P值将被定义为透镜的发光强度分布。当发光强度分布的值变大时，光的全反射可能增加，这允许光均匀地分散到远处。
在测试结果中，当发光强度分布变大时，热斑中心部分的亮度降低，以提高表面发光效率。而且，由于在发光强度分布小于大约0.3时，光损耗明显增加，所以期望发光强度分布等于或大于大约0.3，更优选地，大约0.5。
图8是例示具有根据实施方式的透镜的发光单元处的光分布与相关技术的发光单元处的光分布之间的比较的模拟图。图9是例示具有根据实施方式的透镜的发光单元处的热斑强度与相关技术的发光单元处的热斑强度之间的比较的曲线图。
参照图8，（a）是相关技术的发光单元处示出的光分布，并且（b）是根据实施方式的发光单元处示出的光分布。
如图8所示，在相关技术的发光单元中，热斑点h形成在发光元件的中心部分，但是在根据实施方式的发光单元20中，多个热斑点H1至H4形成在与发光元件21的中心部分向外隔开的点处。
如图9所示，可以看出，与由相关技术的发光单元形成的热斑点h处所测量的亮度相比，由根据实施方式的发光单元形成的热斑点H1至H4处所测量的光亮度降低大约75%。
根据这些测试结果，可以看出，当应用根据实施方式的透镜22时，与相关技术相比，增加了热斑的数量，但是，与相关技术相比，在热斑中心处测量的亮度明显降低。
在相关技术中，由于热斑亮度过高，所以难以实现亮度均匀性，这导致减小导光层14的厚度时的局限性。另一方面，当具有根据实施方式的透镜的发光单元安装在背光单元中时，与相关技术相比，热斑的数量增加，但是热斑中心部分的亮度明显降低。因此，与相关技术相比，容易实现亮度均匀性，并且可以使导光层14的厚度减小一半。
根据实施方式，可以减小背光单元的厚度，并且由此，可以改善包括背光的显示装置的外观。
而且，显示装置可以通过将根据实施方式的透镜结构布置在LED元件上方，在侧表面的向下方向上全反射从发光元件发出的光，并且可以通过允许热斑分散为多个点，使发光强度均匀性的降低最小化。即，与从一个光源形成具有相当高亮度的单个热斑的相关技术的背光单元相比，因为分散了多个具有低亮度的热斑，所以利用根据实施方式的透镜的背光单元可以确保具有均匀亮度的面光源。
而且，因为尽管构成背光单元的导光层的厚度，但可以使由热斑引起的亮度均匀性的下降最小化，所以与相关技术相比，可以使背光单元的厚度减小一半。因此，可以减小显示装置的总厚度，这使得能够生产更薄的显示装置。
而且，由于从光源发出的大部分光在经过根据实施方式的透镜的下表面中心部分的同时在横向上被全反射和分散，所以可以更远地分散光。
另外，由于可以更远地分散光，所以可以减少所需光源的数量，由此还可以降低显示装置的制造成本。
尽管已经参照多个示例性实施方式描述了实施方式，但是应当理解，本领域技术人员可以设计出落入本公开原理的精神和范围之内的许多其它修改和实施方式。更具体地说，在本公开、附图以及所附权利要求的范围之内，在主题组合设置的组成部分和/或设置中可以做出各种变型和修改。除了组成部分和/或设置的变型和修改之外，另选用途对于本领域技术人员也将是显而易见的。
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年4月4日提交的韩国专利申请No.10-2013-0036885的优先权权益，此处以引证的方式将其整体并入。

Claims (13)

1.一种显示装置，该显示装置包括：
基板单元；
发光单元，该发光单元包括安装在所述基板单元中的发光元件和布置在所述发光元件上方的透镜；
反射层，该反射层布置在所述基板单元的上表面上方；
光学片，该光学片布置在所述反射层上方，并且与所述发光单元隔开地布置在一高度处；
显示面板，该显示面板布置在所述光学片的上表面上方，
其中，所述透镜包括：
上表面部分，该上表面部分以非球面的形式凸状变圆；
下表面中心部分，该下表面中心部分从所述透镜的底面向上凹陷，并且具有其中一对棱镜或横置三角棱柱彼此交叉的形状，
其中，多个反射图案形成在所述反射层的上表面上。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述上表面部分具有各向同性结构，在所述各向同性结构中，所述透镜的表面从所述透镜的中心部分向所述透镜的边缘以特定曲率凸状弯曲。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其中，所述透镜的上表面中心部分凹陷至特定深度，并且所述下表面中心部分的上端与所述上表面中心部分的下端彼此隔开特定距离。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其中，所述上表面部分包括：
第一曲面部分，在所述第一曲面部分中，在所述下表面中心部分的表面处被折射的光的至少一部分被全反射；以及
第二曲面部分，该第二曲面部分在所述第一曲面部分的端部处限定所述透镜的边缘区域。
5.根据权利要求1所述的显示装置，其中，具有棱镜或横置三角棱柱形状的多个凹陷部分分别具有第一倾斜面和第二倾斜面，所述第一倾斜面与所述第二倾斜面的上端部在与底表面向上隔开的点处彼此接触。
6.根据权利要求5所述的显示装置，其中，所述具有棱镜或横置三角棱柱形状的多个凹陷部分彼此交叉，并且所述凹陷部分的上端部在所述透镜的中心点处彼此交叉。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其中，具有棱镜或横置三角棱柱形状的多个凹陷部分彼此交叉，并且所述凹陷部分的上端部在所述透镜的中心点处彼此交叉。
8.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述透镜具有在大约0.3至大约0.5的范围内的发光强度分布S/P，
其中，S是从所述透镜的上表面中心部分至所述透镜的上端的垂直长度，P是从所述透镜的中心至所述透镜的所述上表面部分的梯度变为零的点的水平长度。
9.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述透镜的所述上表面部分以特定曲率变圆，使得光的入射角等于或大于42度。
10.根据权利要求1所述的显示装置，其中，至少一部分所述反射层向上倾斜。
11.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述光学片包括形成在其中的多个遮光图案，所述遮光图案包括突起式图案、以深色印制的圆点图案、以及孔图案中的一种。
12.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述反射图案包括透明突起式图案。
13.根据权利要求1所述的显示装置，所述显示装置包括导光层，该导光层是所述反射层与所述光学片之间的间隙，
其中，所述导光层包括空气层或真空层中的一种。
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