CN1196961C - 具有光导板的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶显示装置，其具有带新结构的光导板，该液晶显示装置具有包括光源和光导板的背光组件、用于显示图像的显示单元和用于固定地容纳背光组件和显示单元的壳体。光导板在其底部形成有用于均匀输出入射光的光漫射图形。用于使光在光导板内发散的光弥散元件设置在光导板中。泄漏的光通过使其与光弥散元件的弥散颗粒紧密接触而朝显示单元输出，从而提高了光的效率和亮度。

Description

具有光导板的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种用于液晶显示装置的背光组件和具有该背光组件的液晶显示装置。具体地说，本发明涉及一种具有新颖结构光导板的液晶显示装置，其中弥散颗粒分布在光导板中，并在光导板的后部分上形成光漫射图形，从而提高了液晶显示装置的亮度和光效率。
背景技术
阴极射线管通常用作电视机、测量仪器和信息显示中的监测器。因为阴极射线管的重量比较重且尺寸大，所以阴极射线管不能与电子装置的小型化和轻重量要求的趋势相适应。
为了解决上述问题，而研制利用填充在液晶显示屏内的液晶的电光特性而显示信息的液晶显示装置。液晶显示装置不仅可以与电子装置的小型化和轻重量化的需要的趋势相适应，还可以减少电能的浪费。目前，液晶显示器件用于扁平的显示面板装置中。
在液晶显示器件中，电压施加到液晶的预定分子取向上，以使液晶的分子取向改变。通过改变液晶的分子取向，使液晶单元的光学特性例如双折射、圆偏振、二向色性和光散射特性变化，从而以不同的方式显示图像。也就是说，液晶显示装置通过液晶单元调制光。液晶显示装置分为扭曲向列液晶和超扭曲向列液晶。另外液晶显示装置按其驱动方式分为利用开关装置和扭曲向列液晶的有源矩阵显示型和利用超扭曲向列液晶的无源矩阵显示型。
充入TFT(薄膜晶体管)基片与滤光片基片之间的液晶是借助调整来自外部的入射光量在屏上显示信息的光接收材料，因此该液晶显示装置需要一个独立的光源，例如一个用于把光射入液晶显示屏中的背光组件。
因为背光组件在液晶显示装置中需要用大量的能量，背光组件的尺寸和光效率与液晶显示装置机械/光学特性密切相关。目前为了提高背光组件的亮度和光效率以及减少电功率的浪费而研制出各种类型的背光组件。背光组件按照光源位置分为垂直型和边缘型，而按照光导板的形状分为扁平型和倾斜型。优选地，为了减少重量并提高亮度且使光均匀照射，使用具有倾斜光导板的边缘型的背光组件。
在名称为“用于LCD监视器的光源冷却器”的美国专利5,502,582、名称为“用于LCD监视器的光源冷却器”的美国专利5,871,770和名称为“带LCD监视器的小型个人电脑”的美国专利5,825,614中公开了一些液晶显示装置的例子。
入射到背光组件光导板中的光量根据相对光源的距离而不同地形成。因此在远离光源的光导板的区域不仅光的均匀性下降，而且光的亮度也降低。为了解决上述问题，美国专利5,178,447公开了可以提高光亮度和可以使在LCD板的方向传播的光均匀分布的光导板。
图1是表示传统的用于液晶显示装置的背光组件的透视图，图2是沿图1的线“A1-A2”部分剖切的液晶显示装置的剖视图。
参考图1和2，用于液晶显示装置的背光组件由灯单元100和光导单元200组成，灯单元100包括用于发射光的灯110和环绕灯110的灯反射器120。
优选地将冷阴极管用作为灯110。从灯110发射的光射入光导板210。
这时，因为从灯110产生的光是无定向辐射的，所以射向与光导板210相反方向的光必须被灯反射器120反射到光导板210上，从而提高光效率。
光导单元200包括反射板200、光导板210、漫射片和多个光聚焦片240。
光导板210是由透明的塑料材料，例如丙烯树脂构成。光导板210为具有倾斜的后表面、水平光输出表面、光入射表面和侧表面的板状。从灯110发射的光通过光导板210的光输出表面朝向液晶显示装置(未示出)传播。
这时，为了把光的方向改变成朝液晶装置的方向，而在光导板210的后表面上印制有点状的漫射涂料(ink)图形212。借助漫射涂料图形212使入射到光导板210中的光紊乱反射。于是射入到光输面中的光的入射角小于光导板210的临界角，以便光容易引导到液晶显示屏(未示出)中。
为了改进输入到液晶屏的光的均匀性，而在光导板的后表面上形成不同密度的漫射涂料图形。也就是说，漫射涂料图形212的密度随着距光源的距离的增加而增加。
反射板220形成在光导板210的后表面上。漫射片230和聚焦片240顺次重叠在光导板210上。
反射板220将没有被漫射涂料211反射的光反射到光导板的光输出表面，以便可以减少在其输入到液晶显示屏时的光损失，并可以提高透过光导板220的光输出表面的光的均匀性。
定位在光导板210与光聚焦片240之间的漫射片230把相对光输出表面具有预定倾斜度的输出光折射到液晶显示屏上，从而提高了前面亮度。
光聚焦片240定位在漫射板230与液晶显示屏之间。光聚焦片240具有多个三棱镜形状并具有预定排列的片。光聚焦片240彼此偏离一个预定的角度。光聚焦片240减少了来自漫射板230的入射光的视角，从而提高了入射到液晶显示屏的光的前面亮度(front brightness)。于是可以节省电功率。通常光聚焦片240包括用于保护棱镜片的保护片，液晶显示屏安装在保护片上。
然而，在传统背光组件中，光源定位在光导板的一侧或两侧上，因而输入到光导板中的光部分地通过相对光入射表面定位的光导板的侧面漏出。于是，液晶显示屏的亮度和光效率降低。
特别是因为用于监视器的液晶显示屏的厚度比用于笔记本式个人计算机的液晶显示屏的厚度厚，因此漏光量增加，从而导致该液晶显示装置的光效率下降。
发明内容
本发明是为了解决现有技术中的上述问题而提出。于是，本发明的第一个目的是提供一种液晶显示装置，该装置能防止光通过相对光入射表面定位的光导板的侧面漏出，从而提高了光效率和亮度。
本发明的第二目的是提供一种具有可防止光通过相对光入射表面定位的光导板的侧面漏出的光导板的背光组件。
为了达到本发明的第一目的，提供一种包括背光组件、用于显示图像的显示单元和用于容放背光组件和显示单元的容器模块的液晶显示装置。所述背光组件包括发射光的光源和定位在光源一侧的光导板。所述光导板包括用于接收来自光源的光的光入射表面，相对光入射表面定位的侧面，用于输出光的光输出表面以及相对光输出表面定位的后表面，所述后表面形成有用于使光源产生的光向光输出表面均匀输出的光漫射部分，所述光导板在其内部形成有用于发散输入到光导板中的光的光弥散元件，其中所述光弥散元件的密度随着光弥散元件距光入射表面的距离的增加而变大。
为了达到本发明的第二目的，提供了一种用于显示装置的背光组件，该背光组件由用于发射光的光源和定位在光源一侧的光导板构成。所述光导板包括：用于接收来自光源的光的光入射表面、相对入射表面定位的侧面、用于输出光的光输出表面和相对光输出表面定位的后表面，所述后表面形成有用于使光源产生的光向光输出表面均匀输出的光漫射部分，所述光导板在其内部形成有用于发散输入到光导板中的光的光弥散元件，其中所述光弥散元件的密度随着光弥散元件距光入射表面的距离的增加而变大。
根据本发明的另一个方面，提供一种液晶显示装置，包括：背光组件，其包括光导板、第一光源和第二光源，所述光导板包括用于接收来自该第一光源的光的第一光入射表面、用于接收来自该第二光源的光的与该第一光入射表面相对定位的第二光入射表面、用于输出所述光的光输出表面和相对该光输出表面定位的后表面，所述后表面形成有用于使光源产生的光向该光输出表面均匀输出的光漫射部分，所述光导板在其内部形成有用于发散输入到该光导板中的光的光弥散元件；用于显示图像的显示单元；以及用于容纳该背光组件和该显示单元的容器模块，其中所述光弥散元件的密度随着所述光弥散元件距该第一和第二光入射表面的距离的增加而变大。
根据本发明，通过光与漫射件的弥散颗粒紧密接触把通过侧面漏出的光输出到输出表面上，从而提高了光效率和亮度。
附图说明
通过下面参考附图详细描述本发明的实施例，可以使本发明的上述目的和其它的优点变得更加清楚。
图1是用于液晶显示装置的传统背光组件的透视图。
图2是沿图1的线“A1-A2”剖切的背光组件的剖视图。
图3是示出根据本发明一个实施例的液晶显示装置的示意图。
图4是示出根据本发明一个实施例的液晶显示装置的分解视图。
图5是根据本发明一个实施例的背光组件的剖视图。
图6A至6D是用于比较传统背光组件与本发明的背光组件之间的亮度的视图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明。在这个应用中，以在计算机的监测器中用的背光组件作为背光组件的示例予以说明。
图3是示出根据本发明一个实施例的液晶显示装置的透视图。
参看图3，计算机系统900包括具有键盘510和鼠标器520的输入装置500、具有逻辑和计算电路以及存储装置的本体600和用于显示图像信息的监视器700。
由输入装置500输入的数据被本体600的逻辑和计算电路处理后存储在存储装置中或输出给监测器700。
监视器700为能减少电能浪费并轻重量且薄结构的液晶显示装置。液晶显示装置包括：图像显示部分A和用于容纳图像显示装置A的壳体400。在壳体400的下部形成支承板450以用于支承监视器700。壳体400包括具有矩形环状的容纳空间的底架和具有用于安装图像显示部分A的开口部分的顶架410，底架420与顶架410相连接，以便构成壳体400。
图4是根据本发明一个实施例的液晶显示装置的分解透视图。
参见图4，液晶显示装置700包括用于显示图像的显示单元100、用于将光提供给显示单元100的背光组件200、用于容纳显示单元100和背光组件200的底架420和用于将显示单元和背光组件固定到底架420上的顶架410。
显示单元100包括用于显示图像的液晶显示屏110、用于将驱动信号施加给数据线的源极侧印刷电路板120、用于确定提供数据驱动信号的时间的源极侧带载封装(tape carrier package)121、用于把驱动信号提供给栅极线的栅极侧挠性电路板130和用于确定提供栅极驱动信号时间的栅极侧带载封装131。液晶显示屏110由薄膜晶体管基片111，滤光片基片112和薄膜晶体管基片111与滤光片基片112之间设置的液晶(未示出)构成。
薄膜晶体管基片111是形成有矩阵形薄膜晶体管的透明玻璃基片。数据线与薄膜晶体管基片111的源极端子相连，而栅极线与薄膜晶体管基片111的栅极端子相连，另外由铟锡氧化物(ITO)制成的象素电极与薄膜晶体管基片111的漏极端子相连。
光通过由薄膜制造工艺形成红、绿、青象素于其内的滤光片基片112。由ITO制成的公共电极涂在滤光片基片112的前部上。
当电源供给到薄膜晶体管基片111的栅极端子和源极端子上时，在滤光片112的象素电极与公共电极之间产生一个电场。电场改变填充在薄膜晶体管基片111与滤光片基片112之间的各液晶颗粒的角度，从而使光的透射率变化，借此获得所需要的象素。
这时，为了控制施加到数据线和控制线的驱动信号及定时信号(timingsignal)，提供了具有驱动积分电路的源极侧带载封装121和栅极侧带载封装131。
背光组件200配置在显示单元100的下方，以便把光均匀射向显示单元100，背光组件200由灯单元和光导单元组成。灯单元包括发光的灯210和用于环绕灯的灯反射器212。光导单元包括光导板220、反射板230和光片240。
优选地，将冷阴极射线管用作灯210。灯210定位在光导板220的一侧或两侧。从灯210发射的光射入到光导板220。灯反射器212把光反射到光导板220上。
光导板220具有与液晶显示屏110尺寸一致的尺寸，并定位在液晶显示屏110的下方。从灯210发出的光由光导板220引向显示单元100。
为了把光的方向改变到朝液晶显示屏110的方向，在光导板220的后表面上印制点状的漫射图形。用于发散光的弥散颗粒分布在光导板220中。
因此，直接射向光导板220侧表面的光通过使其与弥散颗粒接触而漫射并被漫射图形漫射到光输出表面上。从而可以防止光漏出，并可以提高光的亮度。
用于增加光效率的反射板230定位在光导板220的下面。反射板230将从光导板220上漏出的光反射到光导板220上。在光导板220的上方设置有多个光片240，以便使从光导板220入射到液晶显示屏中的光的亮度均匀。光片240包括用于漫射输入到光导板220中的光的漫射片、用于使该漫射过的光在垂直于液晶显示屏110的方向上聚焦的光聚焦片和用于保护光聚焦片的表面的保护片。
容放在底架420中的背光组件200和显示单元100顺序堆砌在底架420的底部。底架420具有六边形的箱体形状和矩形环状，底架420的上部是开口的。也就是说，底架420有四个侧壁和一个底面。在其侧壁上形成可向灯210供给电源的开口部分。
在将显示单元100和背光组件200装入底架420中后，使顶架410与底架420相连接，以便把显示单元100和背光组件200固定到底架420的下部。顶架410也具有与底架420相对应的六边形形状。为了露出液晶显示屏110，顶架410的上部是开口的，且顶架410的侧壁垂直折弯，以便覆盖显示单元210的上周边部分。用于支承顶架410的支承板与顶架410整体形成。
如上所述，通过把顶架410连接到容纳显示单元100和背光组件200的底架420上，完成本发明的液晶显示装置700的组装。
下面详细说明光导板220的结构和功能。
图5是示出根据本发明一个实施例的背光组件的剖视图。
如上所述，背光组件200包括具有预定厚度及平板形状的光导板220，以及一对定位在光导板220的两侧的灯210。
光导板220将来自灯210的光引导向显示单元100。为了将光的方向改变成朝向液晶显示屏110，在光导板220的后表面上印制具有细点形状的漫射图形224。用于发射光的弥散颗粒分布在光导板220中。
光漫射图形224主要由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成。为了提高粘结力，而在PMMA中填加聚乙烯醇(PVA)。在利用一种有机溶剂溶解PMMA和PVA后，将一种与光漫射剂混合的涂料用丝网印刷在光导板220的后表面上。也可以直接把弥散元件形成在光导板220上。此外，入射光可以通过棱形形状的孔反射。光可以通过把弥散剂涂在反射表面上而输出。该孔可以形成各种形状例如凸透镜形状，凹透镜形状梯形形状或六边边形状。
光漫射图形22紊乱地反射入射到光导板220的光。于是，入射到光导板200的光输出表面的光的入射角小于光导板220的临界角，从而提高了输出到液晶显示屏110上的光量。另外在灯210附近区域的光漫射图形224的尺寸相对地小，以便使射向输出表面的漫射光量减少。另一方面，在远离灯210的区域的光漫射图形相对地大，从而使射向输出表面上的漫光量增加。于是，改善了光导板220的输出表面上的光的均匀性。
另外，分布在光导板220的弥散颗粒222与光导板220整体形成。弥散颗粒222由有机聚合物(例如PMMA)构成，该聚合物不影响光的特性，且其能够改变泄漏光的方向。因为弥散颗粒由精细颗粒形成，弥散颗粒222具有较高的发散效应，而在光导板中不需要较大的空间。优选地弥散颗粒222的总体积不大于光导板220的总体积10％。
另外，在光入射表面上弥散颗粒的分布密度比在侧表面上的弥散颗粒的分布密度高，以便可以进一步提高光的均匀性。在光导板220中直线传播的光与弥散颗粒接触，然后通过光导板220的输出表面输出。否则，该光朝后表面传播，并在光通过光导板220的输出表面输出之前，被光漫射图形224发散。因为弥散颗粒222的密度随着距光入射表面的距离增加而增加，所以输出光的密度也随着距光入射表面的增加而增加。从而使在光入射表面上的光密度及在远离光入射表面的区域上的光密度均匀形成。
通过在光导板220的后表面上形成光漫射图形224并通过在光输出表面和后表面之间的内部空间内分布弥散颗粒222，可以减少光的泄漏，并提高光亮度。在输入到光导板220的光中，直接从光漫射图形224上反射的光II和光III通过光导板220的输出表面输出，直线朝光导板220的侧面传播的光I和光IV与弥散颗粒222接触，然后光I通过光导板220的光输出表面输出，而光IV朝向光导板220的后侧传播，并在光IV通过光输出表面输出之前被漫射图形224反射。
图6A至图6B是用于比较传统背光组件与本发明的背光组件之间的亮度的视图。
图6A示出具有光导板但没有漫射图形和弥散颗粒的第一背光组件的亮度。图6B示出具有形成有光漫射图形的光导板的第二背光组件的亮度。图6C示出具有形成有弥散颗粒的光导板的第三背光组件的亮度。图6D示出具有形成有光漫射图形和弥散颗粒的光导板的第四背光组件的亮度。
在将通常使用的第二背光组件的亮度设定为100％时，则第一，第三和第四背光组件的亮度分别测得为10％，40％和120％。
于是，与第一到第三背光组件相比，形成有光漫射图形和弥散颗粒的第四背光组件的亮度被改善。
形成有弥散颗粒的第三背光组件在光输出表面方向上不能输出光，其中光与弥散颗粒接触而朝向光导板的后表面发散，所以其亮度下降。在形成有光漫射图形的第二背光组件中，光通过光导板的侧面泄漏，所以光效率减少。
然而，在形成有光漫射图形和光弥散颗粒的第四背光组件中，通过与弥散颗粒接触而朝向光导板的后表面发散的光可以借助漫射图形在光输出表面的方向上输出。所以可以提高亮度。另外，借助光弥散颗粒可以防止光通过光导板的侧面漏出，所以可以提高光效率。
本发明的背光组件可以用于各种电子装置上，例如笔记本计算机，电子计算机和带有译码器的数码相机上。
虽然已经描述了本发明的优选的实施例，但是应理解，对于本领域技术人员不应受限于上述的优选实施例，而可以在如权利要求书所限定的本发明的精神和范围内在进行各种变化或修改。

Claims (16)

1.一种液晶显示装置，包括：
包括光源和定位在光源侧的光导板的背光组件，所述光导板包括用于接收来自光源的光的光入射表面，相对入射表面定位的侧面，用于输出光的光输出表面和相对光输出表面定位的后表面，所述后表面形成有用于使光源产生的光向光输出表面均匀输出的光漫射部分，所述光导板在其内部形成有用于发散输入到光导板中的光的光弥散元件；
用于显示图像的显示单元；以及
用于容纳背光组件和显示单元的容器模块，
其中，所述光弥散元件的密度随着光弥散元件距光入射表面的距离的增加而变大。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光漫射部分是一丝网印刷的图形层。
3.如权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光漫射部分由聚甲基丙烯酸酯组成。
4.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光漫射部分直接形成在光导板上。
5.如权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光漫射部分的形状为棱镜形、凸透镜形、凹透镜形、梯形或六边形。
6.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光漫射部分的密度随着光漫射部分距光入射表面距离的增加而变大。
7.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光弥散元件随机分布光导板内。
8.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光弥散元件由精细的颗粒组成。
9.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光弥散元件由有机聚合物构成。
10.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光弥散元件的总的体积不大于光导板的总体积的10％。
11.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包括：用于将从后表面泄漏的光朝光输出表面反射的反射板，所述反射板定位在光导板的下部。
12.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包括用于将输入到光导板中的光聚焦到显示单元的方向的光调节装置，所述光调节装置定位在显示单元附近。
13.一种用于显示装置的背光组件，包括：
光源；以及
定位在光源一侧的光导板，所述光导板包括用于接收来自光源的光的光入射表面，与该入射表面相对定位的侧面，用于输出光的光输出表面以及与所述光输出表面相对定位的后表面，所述后表面形成有用于使光源产生的光向光输出表面均匀输出的光漫射部分，所述光导板在其内部形成有用于发散输入到光导板中的光的光弥散元件，
其中，所述光弥散元件的密度随着光弥散元件距光入射表面的距离的增加而变大。
14.如权利要求13所述的背光组件，还包括：用于把从后表面泄漏的光朝光输出表面反射的反射板，所述反射板定位在光导板的下部。
15.如权利要求13所述的背光组件，还包括用于聚焦从光导板输出的光的光调节装置，所述光调节装置在光导板的光输出表面附近定位。
16.一种液晶显示装置，包括：
背光组件，其包括光导板、第一光源和第二光源，所述光导板包括用于接收来自该第一光源的光的第一光入射表面、用于接收来自该第二光源的光的与该第一光入射表面相对定位的第二光入射表面、用于输出所述光的光输出表面和相对该光输出表面定位的后表面，所述后表面形成有用于使光源产生的光向该光输出表面均匀输出的光漫射部分，所述光导板在其内部形成有用于发散输入到该光导板中的光的光弥散元件；
用于显示图像的显示单元；以及
用于容纳该背光组件和该显示单元的容器模块，
其中，所述光弥散元件的密度随着所述光弥散元件距该第一和第二光入射表面的距离的增加而变大。
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