CN109581737B - 背光单元以及包括该背光单元的液晶显示装置 - Google Patents

背光单元以及包括该背光单元的液晶显示装置 Download PDF

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Abstract

一种背光单元以及包括该背光单元的液晶显示装置。背光单元包括：在电路板的顶表面上的多个发光二极管(LED)封装；设置在电路板上并覆盖所述多个LED封装的包封构件；以及在包封构件上的集成图案片，该集成图案片包括：基层；在基层的底表面处并分别与所述多个LED封装对应的多个反射图案；以及在基层的顶表面处的多个散射图案，其中，反射图案以关系表达式c+(t2‑t1)×tan{(sin‑1(1/n)}<d<1.8p配置，其中c、t1和p分别是LED封装的宽度、高度和螺距，t2和n分别是包封构件的高度和折射率，并且d是反射图案的宽度。

Description

背光单元以及包括该背光单元的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种背光单元以及包括该背光单元的液晶显示装置。
背景技术
面对信息社会，对显示装置的需求以各种方式增加。近来，使用诸如液晶显示器(LCD)装置、等离子体显示面板(PDP)装置和有机发光二极管(OLED)显示装置的平板显示装置。
在这些显示装置当中，LCD装置由于重量轻、外形薄、功耗低等优点而被广泛使用。LCD装置包括液晶面板以及在液晶面板下方的背光单元。
背光单元被分类为侧边型背光单元和直下型背光单元。
侧边型背光单元被配置为使得光源被设置在液晶面板下方的导光板的侧面，并且来自光源的测光被导光板转换为平面光。然而，由于光源被设置在背光单元的侧面，所以难以实现单独地驱动背光单元所分成的多个区域的局部调光。
直下型背光单元被配置为使得多个光源被布置在液晶面板正下方，因此向液晶面板供应光。直下型背光单元改进了供应给液晶面板的光的均匀度和亮度并实现了局部调光，因此降低了功耗。
然而，由于直下型背光单元的光源向其正上方的液晶面板供应光，所以在光源上方发生诸如热点的不均(mura)，因此显示质量下降。
发明内容
因此，本发明涉及一种基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或更多个问题的LCD装置。
本发明的目的在于提供一种可防止诸如热点的不均，因此改进显示质量的背光单元以及包括该背光单元的LCD装置。
本发明的附加特征和优点将在以下描述中阐述，并且部分地将从该描述显而易见，或者可通过本发明的实践学习。本发明的这些和其它优点将通过在所撰写的说明书及其权利要求书以及附图中具体指出的结构来实现和达到。
为了实现这些和其它优点并且根据本发明的目的，如本文具体实现并广义描述的，一种背光单元包括：在电路板的顶表面上的多个发光二极管(LED)封装；设置在电路板上并覆盖所述多个LED封装的包封构件；以及在包封构件上的集成图案片，该集成图案片包括：基层；在基层的底表面处并分别与所述多个LED封装对应的多个反射图案；以及在基层的顶表面处的多个散射图案，其中，反射图案以关系表达式c+(t2-t1)×tan{(sin-1(1/n)}<d<1.8p配置，其中c、t1和p分别是LED封装的宽度、高度和螺距，t2和n分别是包封构件的高度和折射率，d是反射图案的宽度。
在另一方面，一种液晶显示器(LCD)装置包括：液晶面板；以及在液晶面板下方的背光单元，该背光单元包括：在电路板的顶表面上的多个发光二极管(LED)封装；设置在电路板上并覆盖所述多个LED封装的包封构件；以及在包封构件上的集成图案片，该集成图案片包括：基层；在基层的底表面处并分别与所述多个LED封装对应的多个反射图案；以及在基层的顶表面处的多个散射图案，其中，反射图案以关系表达式c+(t2-t1)×tan{(sin-1(1/n)}<d<1.8p配置，其中c、t1和p分别是LED封装的宽度、高度和螺距，t2和n分别是包封构件的高度和折射率，d是反射图案的宽度。
将理解，以上总体描述和以下详细描述二者均是示例性和说明性的，旨在提供对要求保护的本发明的进一步说明。
附图说明
附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式，并且与说明书一起用来说明本发明的原理。附图中：
图1和图2是分别示意性地示出根据本发明的第一实施方式的背光单元以及包括该背光单元的LCD装置的分解立体图和横截面图；
图3是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的背光单元以及包括该背光单元的LCD装置的横截面图；
图4是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的穿过集成图案片的光传播路径的示图；
图5A是示出根据本发明的第二实施方式的包括透射区域的圆形反射图案的平面图；
图5B是示出根据本发明的第二实施方式的包括透射区域的矩形反射图案的平面图；
图6是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的凹陷散射图案的横截面图；
图7A是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的圆锥形散射图案的横截面图；
图7B是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的四棱锥形散射图案的横截面图；
图7C是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的半球形散射图案的横截面图；
图7D是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的侧表面为向内凹进的弧形式的圆锥形散射图案的横截面图；
图8是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的不同形状的散射图案混合并布置的横截面图；
图9是示出根据本发明的第二实施方式的反射图案、包封构件和LED封装的关系的横截面图；
图10和图11是分别示出根据本发明的第二实施方式和比较例的光分布的仿真结果的示图；以及
图12和图13是分别示出根据本发明的第一实施方式和第二实施方式的光分布的仿真结果的示图。
具体实施方式
现在将详细参照示例性实施方式，其示例示出于附图中。贯穿附图可使用相同的标号来表示相同或相似的部件。
<第一实施方式>
图1和图2是分别示意性地示出根据本发明的第一实施方式的背光单元以及包括该背光单元的LCD装置的分解立体图和横截面图。
参照图1和图2，该实施方式的LCD装置10包括背光单元200、液晶面板300、面板驱动电路310、底盖100。
底盖100被设置在背光单元200下方并支撑背光单元200。底盖100可用作包括在背光单元200中的组件。
底盖100可形成为盒形，因为其顶部敞开以将背光单元200容纳在其内。然而，底盖100可按照其它构造(例如，板形)形成。
尽管图中未示出，LCD装置10可包括围绕并支撑背光单元200和液晶面板300的侧面的引导面板以及覆盖液晶面板300的顶表面的边缘的顶盖。
背光单元200是直下型背光单元，其中彼此间隔开的多个光源(例如，发光二极管(LED))被布置在液晶面板300下方并面向液晶面板300。
背光单元200可包括电路板210、多个LED封装220、包封构件(或包封模具)230、反射图案片240、散射板250、荧光片260和光学片270。
电路板210被设置在底盖100的顶表面上。电路板210可通过诸如双面胶带的粘合剂120附接到底盖100。
多个LED封装220被安装在电路板210的顶表面上。电路板210的顶表面可具有反射性质，例如，反射膜可形成在电路板210的顶表面处。在这种情况下，光被电路板210反射，然后朝着液晶面板300传播。
LED封装220通过从背光驱动部分供应的驱动信号来发射光。
LED封装220可具有各种结构。例如，LED封装220可具有横向芯片结构、倒装芯片结构、垂直芯片结构、芯片级封装(CSP)结构等。
在这些结构当中，CSP结构被配置为包括LED芯片和包围LED芯片的模具，在这种情况下，可使LED封装220的尺寸最小化，并且背光单元200的厚度可相应减小。
包封构件230可被设置在电路板210的安装有LED封装220的顶表面上并完全覆盖该顶表面。包封构件230可按照大于LED封装220的厚度涂覆以覆盖安装在电路板210上的所有LED封装220。包封构件230可用于将LED封装220稳定地固定到电路板210上并保护LED封装220免受外部影响。
包封构件230可由基于树脂的材料制成，包括例如Si、UV树脂、PC和PMMA中的一种或组合。
散射板250被设置在包封构件230上。散射板250用于散射来自LED封装220的光并将均匀的平面光供应给液晶面板300。
反射图案片240可被设置在散射板250下方(即，设置在散射板250的底表面上)。反射图案片240可包括基层241以及形成在基层241的底表面上并被布置为分别与多个LED封装220对应的多个反射图案242。
反射图案242用于反射并在侧向上分布从其下方的LED封装220向上发射的一部分光，并且透射从LED封装220向上发射的光的剩余部分。因此，可防止大部分光在向上垂直方向上传播然后入射在液晶面板300上。因此，可防止出现由向上垂直方向上的光入射导致的热点，并且可防止显示质量下降。
荧光片260可被设置在散射板250上。荧光片260可包括至少一种荧光物质，其吸收由LED封装220生成的第一颜色的一部分光并形成不同于第一颜色的至少一种颜色。
在使用荧光片260的情况下，由LED封装220生成的第一颜色的光与由荧光片260生成的颜色的光被混合以最终形成白光，并且白光被供应给液晶面板300。
例如，当LED封装220生成蓝光作为第一颜色光时，荧光片260可吸收一部分蓝光并生成黄光作为第二颜色光。
另选地，当LED封装220生成白光时，荧光片260可被去除。
至少一个光学片270可被设置在荧光片260上。在该实施方式中，作为示例示出三个光学片270。
液晶面板300被设置在背光单元200上。液晶面板300调节其中的液晶层的透射率以显示图像。液晶面板300可包括第一基板(或下基板)301和面向第一基板301的第二基板(或上基板)302以及介于第一基板301和第二基板302之间的液晶层。
尽管图中未示出，第一偏振板和第二偏振板可分别附接到第一基板301的外表面和第二基板302的外表面。
在液晶面板300中，通过由施加到各个像素的数据电压和公共电压生成的电场来操作各个像素的液晶层，并且根据液晶层的透射率，可显示彩色图像。
面板驱动部分310可连接到第一基板301的焊盘部分并操作液晶面板300的各个像素。例如，面板驱动部分310可包括连接到液晶面板300的焊盘部分的多个电路膜311、安装在各个电路膜311上的数据IC 313、连接到电路膜311的显示印刷电路板312以及安装在显示印刷电路板312上的定时控制电路314。
定时控制电路314可响应于从外部驱动系统供应的定时信号来分类并处理从外部驱动系统输入的数字图像数据以生成用于液晶面板300的各个像素的像素数据，并将像素数据供应给数据IC 313。此外，定时控制电路314可基于定时信号来生成数据控制信号和选通控制信号，并将数据控制信号和选通控制信号分别供应给数据IC和选通IC。
此外，定时控制电路314可根据局部调光方法来控制背光单元200的发射操作，并且按区域单独地控制液晶面板300的亮度。
在该实施方式中，由于背光单元200是直下型背光单元，所以可实现按区域操作液晶面板的局部调光，因此可改进对比度并且可降低功耗。
此外，由于使用包括与各个LED封装220对应设置的反射图案242的反射图案片240，所以在垂直方向上输出的光减少，因此可防止热点，并且因此可改进显示质量。
由于光被反射图案片240反射并朝侧向传播，所以直下型背光单元200的光隙可减小。因此，背光单元200的厚度可减小，并且可实现外形薄的LCD装置10。此外，由于光隙减小，可防止局部调光区域中的光不可取地进入邻近局部调光区域中的光晕缺陷。
<第二实施方式>
图3是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的背光单元以及包括该背光单元的LCD装置的横截面图。
第一实施方式的相同或相似部件的说明可被省略。
参照图3，背光单元200可包括集成图案片290，作为具有(或集成了)第一实施方式的反射图案片240和散射板250的功能的功能集成单片。
集成图案片290可包括基层(或基础基板)291、形成在基层291的一个表面(例如，底表面)处的多个反射图案292以及形成在基层291的另一表面(例如，顶表面)处的多个散射图案293。
进一步参照图4，图4示出穿过该实施方式的集成图案片290的光传播路径，类似第一实施方式的反射图案242，反射图案292用于反射并在侧向上分布从其下方的LED封装220向上发射的一部分光，并且透射从LED封装220向上发射的剩余部分光。
类似第一实施方式的散射板250，散射图案293用于散射入射在其上的光。
因此，通过包括反射图案292和散射图案293二者的集成图案片290，可实施第一实施方式的反射图案片240和散射板250的所有功能，并且生成均匀平面光并供应给液晶面板300。
因此，与第一实施方式的背光单元相比，使用集成图案片290的背光单元200的厚度可大大减小。
更详细地说明集成图案片290以及包括其的背光单元。
集成图案片290的基层291可形成为大致平板型。基层291可由例如PMMA(聚(methyl methacrylate甲基丙烯酸甲酯))、PC(polycarbonate聚碳酸酯)、PS((polystyrene聚苯乙烯)、Si、COC(cyclic olefin copolymer环烯烃共聚物)、MS(methylmethacrylate styrene甲基丙烯酸甲酯苯乙烯)、UV树脂、玻璃等制成。
反射图案292被布置成彼此间隔开并与电路板210上的各个LED封装220对应。
可使用例如印刷方法在基层291的底表面上形成反射图案292。反射图案292可由例如金属、TiO2、二色性染料等的反射材料制成。
反射图案292中可包括透射区域，使得反射图案292透射入射在其上的一部分光和剩余部分光。此外，在平面图中，反射图案292可具有圆形形状或诸如矩形形状的多边形形状。
在这方面，图5A和图5B分别示出根据本发明的第二实施方式的各自包括透射区域的圆形反射图案和矩形反射图案。
参照图5A和图5B，圆形或矩形反射图案292可被配置为使得透射区域TA和反射区域RA从反射图案292的中心在外侧方向上交替地布置至少一次。由于反射图案292配置有透射区域TA和反射区域RA，所以入射在反射图案292上的一部分光可被反射，另一部分光可被透射，具体地讲，可实现在平面上的所有方向上基本上均匀的光分布。
基层291的顶表面上的散射图案293可彼此间隔开或接触邻近散射图案293。在该实施方式中，作为示例示出散射图案293彼此间隔开的布置方式。
散射图案293是执行光散射的透镜图案，并且可形成为浮凸形式或凹陷形式。图3和图4示出浮凸散射图案293的示例，图6示出凹陷散射图案293的示例。由于凹陷散射图案293向基层291内凹进，所以与使用从基层291向外突出的浮凸散射图案的情况相比，这种情况可具有减小集成图案片290的厚度的优点。
散射图案293可具有各种形状(参照图7A至图7D)。图7A示出根据本发明的第二实施方式的圆锥形散射图案的示例，图7B示出根据本发明的第二实施方式的四棱锥形散射图案的示例，图7C示出根据本发明的第二实施方式的半球形散射图案的示例，图7D示出根据本发明的第二实施方式的侧表面为向内凹进的弧形式的圆锥形散射图案的示例。不同于图7A至图7D那些形状的其它形状也适用于散射图案293。
此外，具有不同形状的散射图案293可被混合并布置在基层291的顶表面上。例如，参照图8，圆锥形或四棱锥形的第一散射图案293a与半球形的第二散射图案293b可被混合并布置，在这种情况下，第一图案293a和第二图案293b可沿着方向交替。
当布置不同形状的散射图案293时，不同形状的散射图案293可在散射功能方面彼此补充，并且可实现更均匀的光分布。
使用该实施方式的集成图案片290的背光单元200可具有与使用第一实施方式的反射图案片240和散射板250的背光单元基本上相同的光学性质。为此，优选的是反射图案292如下面的关系表达式配置。这参照图9说明。
关系表达式：c+(t2-t1)×tan(θ)<d<1.8p＝>c+(t2-t1)×tan{(sin-1(1/n)}<d<1.8p。
在该表达式中，“c”是光源(即，LED封装220)的宽度，“t1”是LED封装220的高度(或厚度)，“t2”是包封构件230的高度(或厚度)，“n”是包封构件230的折射率，“d”是反射图案292的宽度，“p”是LED封装220的螺距，“θ”是LED封装220的视角。
当根据该关系表达式形成反射图案292时，可获得与第一实施方式基本上相等的光学性质，因此可获得均匀光分布并且可防止热点。
这参照图10和图11说明，图10和图11分别示出该实施方式和比较例的仿真结果。图10和图11的仿真以LED封装按照3×3矩阵布置，各个LED封装具有700μm×700μm×150μm的尺寸，并且LED封装的螺距p为3mm的情况来进行。
如图10所示，在该实施方式中，反射图案292的宽度d为4.8mm，满足关系表达式。因此，光整体均匀地分布，因此图像的等级被评估为“1”，因此未观察到热点。在这种情况下，LED封装上的光通量为约183lm。
相反，如图11所示，在比较例中，其反射图案的宽度d为0.5mm，不满足关系表达式。因此，光没有整体均匀地分布，因此图像的等级被评估为“3”，因此在LED封装上观察到热点。在这种情况下，LED封装上的光通量为约339lm，高达该实施方式的光通量的185％。
因此，在该实施方式中，通过根据关系表达式来设计反射图案292，使用集成图案片290的背光单元200的厚度可减小，此外，可实现没有热点的均匀光分布，因此显示质量可改进。因此，可有效地实现显示高质量图像的超薄LCD装置。
参照图12和图13以及表1和表2来说明LCD装置的厚度的这种减小。图12和图13分别示出根据本发明的第一实施方式和第二实施方式的LCD装置的光分布。表1和表2分别示出根据本发明的第一实施方式和第二实施方式的LCD装置的厚度。具体地讲，在表1和表2中，写有第一实施方式和第二实施方式的LCD装置的除了液晶面板的厚度之外的厚度。
[表1]
Figure BDA0001806440450000091
[表2]
Figure BDA0001806440450000092
如图12和图13所示，第二实施方式的光分布基本上等于第一实施方式的光分布。因此，第二实施方式的LCD装置可利用与第一实施方式的LCD装置相同的光学性质显示图像。
参照表1，在第一实施方式中，反射图案片240具有0.15mm的厚度，散射板250具有1.5mm的厚度，除了液晶面板的厚度之外，LCD装置具有3.83mm的厚度。
参照表2，在第二实施方式中，集成图案片290具有0.25mm的厚度。换言之，散射图案293具有0.08mm的厚度，基层291具有0.15mm的厚度，并且反射图案292具有0.02mm的厚度。除了液晶面板的厚度之外，包括该组件的LCD装置具有2.42mm的厚度。
因此，在第二实施方式中，集成图案片290具有0.25mm的厚度，与第一实施方式的对应于集成图案片290的反射图案片240和散射板250的厚度1.65mm(即，0.15mm+1.5mm)相比显著减小。因此，第二实施方式的总厚度2.42mm约为第一实施方式的总厚度3.83mm的60％，第二实施方式的背光单元和LCD装置可大大减小。
因此，根据第二实施方式，可实现具有与第一实施方式基本上相同的光学性质的超薄背光单元和LCD装置。
如上所述，根据本发明的实施方式，反射图案被设置在LED封装上，并且诸如散射板或散射图案的散射构件被设置在LED封装上。因此，在LED封装上方向上传播的光输出可减少，并且光隙可减小。因此，可防止诸如热点的不均，因此可改进显示质量，并且可实现外形薄的背光单元和LCD装置。
此外，当使用包括反射图案和散射图案的单个集成图案片时，可维持光学性质，并且厚度可大大减小。因此，可实现具有高显示质量的超薄背光单元和LCD装置。
对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可对本发明进行各种修改和变化。因此，本发明旨在涵盖对本发明的这些修改和变化，只要其落入所附权利要求及其等同物的范围内。
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年9月28日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0126436的优先权，其出于所有目的整体通过引用并入，如同在本文中充分阐述一样。

Claims (14)

1.一种背光单元，该背光单元包括：
电路板；
在所述电路板的顶表面上的多个LED封装；
包封构件，所述包封构件被设置在所述电路板上并覆盖所述多个LED封装，并且用于将所述多个LED封装固定到所述电路板上并保护所述多个LED封装免受外部影响；以及
在所述包封构件上的集成图案片，
所述集成图案片包括：
基层；
在所述基层的底表面处并分别与所述多个LED封装对应的多个反射图案；以及
在所述基层的顶表面处的多个散射图案，
其中，所述反射图案以关系表达式c+(t2-t1)×tan{(sin-1(1/n))}<d<1.8p配置，其中，c、t1和p分别是所述LED封装的宽度、高度和螺距，t2和n分别是所述包封构件的高度和折射率，并且d是所述反射图案的宽度，并且
其中，所述多个反射图案中的每一个包括在相应反射图案的中心处的透射区域和围绕所述透射区域的反射区域。
2.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述透射区域和所述反射区域在从所述反射图案的中心朝外侧的方向上交替。
3.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述多个反射图案中的至少一个反射图案具有圆形或多边形形状。
4.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述多个散射图案包括具有圆锥形状、四棱锥形状或半球形状的散射图案。
5.根据权利要求1或4所述的背光单元，其中，所述多个散射图案包括具有不同形状的散射图案。
6.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述多个散射图案中的至少一个散射图案为浮凸形式或凹陷形式。
7.根据权利要求1所述的背光单元，该背光单元还包括在所述集成图案片上的荧光片。
8.一种液晶显示器LCD装置，该LCD装置包括：
液晶面板；以及
在所述液晶面板下方的背光单元，
所述背光单元包括：
电路板；
在所述电路板的顶表面上的多个LED封装；
包封构件，所述包封构件被设置在所述电路板上并覆盖所述多个LED封装，并且用于将所述多个LED封装固定到所述电路板上并保护所述多个LED封装免受外部影响；以及
在所述包封构件上的集成图案片，
所述集成图案片包括：
基层；
在所述基层的底表面处并分别与所述多个LED封装对应的多个反射图案；以及
在所述基层的顶表面处的多个散射图案，
其中，所述反射图案以关系表达式c+(t2-t1)×tan{(sin-1(1/n))}<d<1.8p配置，其中c、t1和p分别是所述LED封装的宽度、高度和螺距，t2和n分别是所述包封构件的高度和折射率，并且d是所述反射图案的宽度，
其中，所述多个反射图案中的每一个包括在相应反射图案的中心处的透射区域和围绕所述透射区域的反射区域。
9.根据权利要求8所述的LCD装置，其中，所述透射区域和所述反射区域在从所述反射图案的中心朝外侧的方向上交替。
10.根据权利要求8所述的LCD装置，其中，所述多个反射图案中的至少一个反射图案具有圆形或多边形形状。
11.根据权利要求8所述的LCD装置，其中，所述多个散射图案包括具有圆锥形状、四棱锥形状或半球形状的散射图案。
12.根据权利要求8或11所述的LCD装置，其中，所述多个散射图案包括具有不同形状的散射图案。
13.根据权利要求8所述的LCD装置，其中，所述多个散射图案中的至少一个散射图案为浮凸形式或凹陷形式。
14.根据权利要求8所述的LCD装置，其中，所述背光单元还包括在所述集成图案片上的荧光片。
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