CN1419154A - 光导板、利用该光导板的液晶显示器及其显示图像的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光导板、一种利用该光导板的液晶显示器、以及用于显示其图像的方法。在光导板中光反射路径变化，从而提供到有效显示区域的明亮区域中的光线的一部分被偏移到黑暗区域，由此在整个有效显示区域上获得均匀的亮度分布。液晶显示器可以以改善的亮度显示信息，因此提高了显示质量。

Description

光导板、利用该光导板的液晶显示器 及其显示图像的方法

                        技术领域

本发明涉及一种光导板、利用该光导板的液晶显示器、以及利用该液晶显示器显示图像的方法，更具体地说，本发明涉及一种如下的光导板、利用该光导板的液晶显示器、以及利用该液晶显示器显示图像的方法，其中，通过优化有效显示区域内的亮度均衡而明显改善显示功能。

                        背景技术

一般地，液晶显示器为平面显示器的一种，其精确地控制液晶的光线透射，从而使用户可以识别到信息处理单元中处理的信息。

液晶显示器广泛地被分成透射型液晶显示器和反射型液晶显示器。反射型液晶显示器主要用于小尺寸和中尺寸的显示装置，而透射型液晶显示器主要用于中尺寸和大尺寸显示装置。

由于反射型液晶显示器通过接收器外部的光线来显示图像，因此反射型液晶显示器的结构简单。

另外，在显示图像时，反射型液晶显示器由于其可以利用控制液晶所需的较小的能量来显示图像因此功耗较低。

虽然反射型液晶显示器结构简单、能量消耗较低，但是在黑夜中或显示信息所需的光量不足时，他不能精确地显示图像。

这个问题可以用透射型液晶显示器予以解决。不同于反射型液晶显示器，透射型液晶显示器通过消耗外界提供的电能发光。投射型液晶显示器利用该光线显示图像。结果，透射型液晶显示器可以在任何地方自由地显示图像，而不论环境状况如何。

然而，除了用于控制液晶的能量之外，透射型液晶显示器需要额外的能量来产生显示图像所需的光线，因此，与反射型液晶显示器相比，其能量消耗增大。

另外，透射型液晶显示器需要多个元件，以用于均匀地形成为显示图像所产生的光线的光学分布。为此原因，透射型液晶显示器具有复杂的结构，随之制造步骤、制造时间以及制造成本增大。

最近，研制了解决透射型及反射型液晶显示器的问题但采纳了他们的优点的前照明型液晶显示器。

在外界光线充足时前照明型液晶显示器利用外界光线显示信息，另一方面，当外界光线不充足时，前照明型液晶显示器利用通过消耗电能而产生的人造光线显示图像。结果，前照明型液晶显示器可以以最小的能量消耗在任何地方显示图像。

另外，前照明型液晶显示器只需用于均匀分布人造光线的光导板，因此其结构非常简单。

图1示出传统的前照明型液晶显示器10(此后，简称为液晶显示器)。

参照图1，传统的液晶显示器10具有包括光源1和光导板3的前部光线组件3，和液晶显示板组件9。

液晶显示板组件9具有包括TFT基片5、液晶6、和滤光基片4的液晶显示板7和用于驱动液晶显示板7的驱动模块8，其中TFT基片5具有象素电极、TFT、和信号线，而滤光基片4具有与象素电极和R.G.B彩色象素相对的公共电极。

液晶显示板组件9适于精确控制每极小面积单位液晶的排列。然而，在光线不充足或没有光线的地方，液晶显示器10由于其本身不产生显示图像所需的光线，而即使在精确控制液晶显示板组件9的液晶时也不能显示图像。

因此，如图1所示，需要包括光源1和光导板2的前部光线组件3，以用于由液晶显示器10显示图像。

优选地是，用于向液晶显示板组件9提供光线的光源1在预定区域之内不提供亮度变化，就像太阳光一样。然而，要制造亮度分布与太阳光类似的光源是非常困难的，因此，容易制造的高亮度线光源或点光源被用于光源1。

虽然线光源或点光源容易制造并具有较高的局部两度，但是基于距离明显产生亮度变化。因此，如果由线光源或点光源产生的光线直接提供到液晶显示板组件9上，会由于明显的亮度变化而产生显示故障，如屏幕分区或屏幕上的斑点。

为此原因，如图1或图2所示，使用光导板2，以用于由线光源或点光源获得类似于太阳光的面光源效果。

光导板2为厚度较薄的六方形板状，这与液晶显示器10的有效显示区域的形状一致。

光导板2改变光线的光学分布。详细地说，光导板2使在狭窄区域内密集分布的光线均匀地分布在较大区域内。另外，光导板2改变具有不同光学分布的光线方向以使其指向液晶显示板组件9。

当光线从通过处理光线而将从光源1产生的光线传导到液晶显示板组件9的光导板2泄漏时，提供到液晶显示板组件9上的光量就会减小，因此光效率降低。为了防止光效率的恶化，在光导板2的上表面上依次形成多个光反射图案2a。如图2所示，多个光反射图案2a为V形沟槽的形式。

由于光反射图案2a依次以V形沟槽的形式形成，因此在光反射图案2a中交替地形成反射表面2c和非反射表面2b。此时，光反射图案2a的反射表面2c和光导板2的下侧2d之间的角度β恒定地形成为42度，由于角度β恒定不变地形成，非反射表面2b和下侧2d之间的角度α也恒定不变地形成。

为了使光效率最大，形成在光导板2上表面上的光反射图案2a和TFT基片5上形成的象素电极的方向至关重要，其原因为作为一种光学干涉现象的莫尔条纹基于光反射图案2a和象素电极的方向产生。

莫尔条纹现象降低液晶显示器10的显示特性。为此原因，如图3所示，最近，象素电极5a的水平定位方向以22.5度的角度从光反射图案2f的延伸方向偏移，从而减少莫尔条纹现象。

然而，虽然通过在光导板2上形成光反射图案2f防止了莫尔条纹现象，光导板2的显示特性由于亮度的不均匀性而被降低。非均匀的亮度是由于随着光源1靠近光导板2亮度越高，而随着光源1远离光导板2亮度将低而造成的。

以下，将参照图4和5描述非均匀亮度的原因。

首先，制备液晶显示器10，其中光源1位于形成有光反射图案2f的光导板2的一侧，而液晶显示板组件9组装在光导板2的下部。

然后，打开液晶显示器10的光源1，并测量亮度在液晶显示器10有效显示区域内的变化。此时，亮度变化从多个点，例如九个点加以测量。各测量点不应聚集在一个预定的部分中或彼此未间隔开。

图5示出表示测量结果的曲线。参照图5所示的曲线，有效显示区域的亮度随着其靠近光源而变高，并随着其远离光源1而降低。

具体地说，测量点1、4和7表示高亮度分布，而测量点3、6和9表示相对低的亮度分布。这意味着随着该距离远离光源1，从光源1不能充分地提供光线，即，光源1不能充分地向测量点3、6和9提供光线。

相反，大量光线提供到测量点1、4和7，因此，在测量点1、4和7形成过高的亮度。

也就是说，液晶显示器10具有不均衡的亮度，因此其显示特性将明显降低。

                           发明内容

已经提出本发明以解决现有技术的问题，因此，本发明的第一个目的是提供一种能够优化在有效显示区域内的亮度均衡的光导板。

本发明的第二个目的是提供一种液晶显示器，其能够通过优化亮度均衡而以减小亮度变化的方式进行高质量的显示。

本发明的第三个目的是提供一种用于显示图片的方法，该方法能够通过优化亮度均衡而以减小亮度变化的方式进行高质量的显示。

为了实现本发明的第一个目的，提供了一种由多个侧部构成的光导板，该侧部包括光线入射其内的光线入射侧部。一个第一表面邻近各侧部并具有包括多个光反射平面和靠近光反射侧的非反射平面的光反射图案。一个第二表面根据光线的反射角反射或透射由第一表面反射的光线。光反射平面与光线入射侧部相对地布置，从而反射通过光线入射侧部输入的光线，而光反射平面的入射角随着光反射平面远离光线入射侧部而增大。

为了实现本发明的第二个目的，提供了一种液晶显示器，其包括用于发光从而在一个方向上提供光线的灯组件。光导板具有多个侧部，该侧部包括光线入射其内的光线入射侧部。一个第一表面邻近各侧部并形成有包括多个光反射平面和靠近光反射平面的非反射平面的光反射图案。一个第二表面根据光线的反射角反射或透射从第一表面反射的光线。液晶显示板组件通过光调制从光导板的第二表面透射的光线而形成包含显示信息的图像光线(image light)。光反射平面与光线入射侧部相对地布置，从而反射通过光线入射侧部输入的光线，而光反射平面的入射角随着光反射平面远离光线入射侧部而增大。

为了实现本发明第三个目的，提供了一种用于在液晶显示器中显示图像的方法。在该方法中，从外界接收具有第一光学分布的第一光线。通过连续反射第一光线以使第一光线在入射方向行进的同时具有连续变化的反射角而形成具有第二光学分布的第二光线。通过使第二光线的一部分经过光导板投射而形成具有第三光学分布的第三光线。通过至少反射一次第二光线剩余部分以便偏移投射位置，而使该第二光线剩余部分从不同的投射位置通过光导板投射。通过光调制穿过液晶的第三光线而形成具有信息的第四光线。

根据本发明，在光量不充足的黑暗区域内，液晶显示器通过利用其内充有的能源显示信息。另外，在光量充足的明亮区域内，液晶显示器通过利用外界光线显示信息。当利用其内充有的能量显示信息时，可以进一步提高液晶显示器的亮度均匀性，因此可以实现高质量的显示。

                         附图说明

本发明的上述目的和其他优点将通过参照附图对其优选实施例的详细描述而变得显而易见。

图1是传统液晶显示器的示意图；

图2是示出在传统液晶显示器上表面上形成的光反射图案的剖视图；

图3是示出相对传统液晶显示器的光反射图案倾斜的象素电极的示意图；

图4是示出从图3所示的传统液晶显示器有效显示区域的多个点测量亮度的方法的示意图；

图5是示出图4中每个测量点的亮度的曲线；

图6是根据本发明一个实施例的前照明型液晶显示器的分解透视图；

图7是示出图6所示的TFT基片一部分的放大视图；

图8是根据本发明一个实施例的光导板的剖视图；

图9是用于解释在根据本发明一个实施例的光导板中光学偏移的视图；

图10是示出用于测量根据本发明一个实施例的液晶显示器的亮度的方法的视图；

图11是示出根据本发明一个实施例的液晶显示器中的亮度测量点的平面图；

图12是示出在根据本发明一个实施例的液晶显示器中测得的亮度的曲线；以及

图13是示出用于在根据本发明一个实施例的液晶显示器中显示图片的方法的视图。

                         具体实施方式

以下，将详细描述根据本发明优选实施例的光导板以及利用该光导板的液晶显示器。

根据本发明优选实施例的液晶显示器为“前照明型液晶显示器”。前照明型液晶显示器在具有充足的外界光线的地方利用外界光线显示图像，而在黑暗的地方利用通过消耗其内充有的电能而产生的人造光线来显示图像。因此，在体积、重量以及以低功耗显示信息方面，前照明型液晶显示器是有利的。

如图6所示，前照明型液晶显示器500包括反射型液晶显示板组件100、光导板200、以及通过消耗电能产生光线的灯组件300。

在此，反射型液晶显示板组件100适于调节外界光线或人造光线的透射率，从而正确地显示信息。

参照图6，反射型液晶显示板组件100包括滤色基片110、液晶层120、TFT基片130、以及驱动模块140。

详细地说，参照图7，TFT基片130包括六方形的基层基片131、薄膜晶体管132、反射电极133、以及信号线134。

更具体地说，薄膜晶体管132通过半导体制造工艺以矩阵图形形成在六角形基层基片131的上表面上。同时，薄膜晶体管132具有栅极电极G、源极电极S、漏极电极D以及选择性地具有导电或不导电特性的沟道层C。

薄膜晶体管132的栅极电极G和源极电极S连接到信号线134上。详细地说，导电的栅极导线134a在矩阵型薄膜晶体管132的行方向上连接到薄膜晶体管的栅极电极G上。另外，导电的数据导线134b在矩阵型薄膜晶体管132的列方向上连接到薄膜晶体管132的源极S上。

同时，反射电极133公共地形成在全部整个薄膜晶体管132的漏极D上，该反射电极包括具有较高光反射率的导电金属。另外，如图6所示，用于产生驱动信号的驱动模块安装在栅极导线134a和数据导线134b上。

电源依次施加到每条数据线134，而导通电源反复施加到所需的栅极线134a上，从而，所需的电源被施加到全部反射电极133上。

如图6所示，具有上述结构的TFT130在其上表面形成有滤色基片110。滤色基片110包括六角形的透明基片112、构图在透明基片112上的R.G.B.彩色象素(未示出)、以及由透明导电材料制成的公共电极。同时，R.G.B.彩色象素与形成在TFT基片130上的每个反射电极133相对。

另外，液晶层120形成在滤色基片110和TFT基片130之间，从而，其的光线透射率根据电场强度变化。

为了显示用户所需的图像，在向信号线134施加驱动信号的同时将光线提供到反射型液晶显示板组件100。

驱动反射型液晶显示板组件100所需的光线包括上述的诸如太阳光的外界光线或通过消耗液晶显示器内存储的电能而产生的“人造光线”。

根据本发明，如图6所示，灯组件300用于在黑暗地方显示信息。灯组件300包括灯罩310和灯320。例如，将冷阴极射线管型灯用于灯320。

在此，虽然由冷阴极射线管型灯320产生的光线适于普通的照明光线，但其不适用于显示光线。

由于冷阴极射线管型灯320产生的光线寿命较长并容易制造，其可以适用于普通的照明光线。相反，从冷阴极射线管型灯320产生的光线呈现出亮度随着距离极大改变，因此，其难于形成均匀亮度的图像。于是，从冷阴极射线管型灯320产生的光线不适用于显示光线。

本发明仍采用冷阴极射线管型灯320，尽管其具有上述缺点。为了解决上述缺点，冷阴极射线管型灯320与被称作光导板200的光分布改变装置一同使用。

通过使用光导板200，可以利用具有种种优点的冷阴极射线管型灯320显示信息，而克服冷阴极射线管型灯320的缺点。

详细地说，在前照明型液晶显示器500中，光导板200定位于上述反射型液晶显示板组件100的上表面上，从而通过利用外界光线和人造光线二者显示信息。

光导板200将具有狭窄区域内密集分布的光学分布的光线(如线光源光学分布)转变成具有在较大区域上的均匀光学分布的光线。

以下，将详细描述用于前照明型液晶显示器500的光导板200的结构。

参照图6或图8，光导板为三维结构形式，具有预定的光折射率，以改变光线的光学分布。

例如，光导板200包括多个侧部和彼此相对形成在各侧部的边缘的两个表面。

光导板200的形状与反射型液晶显示板组件100的平面形状一致。

详细地说，光导板200被制造成具有与反射型液晶显示板组件100的平面形状一致。例如，当反射型液晶显示板组件100被制造成六方形时，光导板200也被制造成六方形。

于是，由于本发明的反射型液晶显示板组件100为六方形板状，光导板200因此也是六方形板状。

因此，光导板200具有四个侧部210、220、230、和240、第一表面260以及与第一表面260相对的第二表面250。

在光导板200的四个侧部210、220、230和240中，一个侧部直接面对灯组件300。面对灯组件300从而接收具有密集分布的光学分布的光线的侧部被定义为“光线入射侧部210”。

此时，通过光线入射侧部210施加到光导板200的光线经由各种路线到达邻近光线入射侧部210的第一表面260，到达第一表面260的路径主要被分成两条路径。

第一条路径为穿过光线入射侧部210的光线直接到达第一表面260而没有任何反射。第二条路径为穿过光线入射侧部210的光线在由第二表面250至少反射一次的同时到达第一表面260。

在所有情况下，到达第一表面260的光线被反射向液晶显示板组件100。在光线由第一表面260反射的同时，光线的密集分布的光学分布发生改变。

此时，为了有效地由第一表面260反射光线，在第一表面260上形成光反射图案270，如图9所示。

参照图7，光反射图案270优选地具有多个单元光反射平面276(参照图9)，该平面连续并平行地布置在整个第一表面260上，同时相对光线入射侧部210和第一表面260之间形成的边界线212顺时针倾斜22.5度，以便防止莫尔条纹现象的产生。

形成光反射图案270的单元光反射部分276的详细形状示于图8中。参照图8，单元光反射部分276是通过在第一表面260上部沿行向连续形成V形延长的沟槽而确定的。也就是说，单元光反射部分276的形状与V形延长的沟槽和相邻的V形延长的沟槽之间所剩余的棱柱类似。

由于单元光反射部分276形状与棱柱类似，因此其包括两个倾斜平面272和274。

通过上述光线入射侧部210输入的光线到达两个倾斜平面272和274中的一个。入射光线所到达的倾斜平面面对光线入射侧部210。

以下，与通过光线入射侧部210输入的光线相接触的平面称作光反射平面274。另一倾斜平面272被称作非反射平面272。

此时，根据光反射平面274和第二表面250之间的角度，会在前照明型液晶显示器500的有效显示区域内发生亮度变化。

为了解决上述问题，如图8或图9所示，本发明以不同方式调节光反射平面274和第二表面250之间的角度。因此，光线在有效显示区域内从具有足够光量的位置向不具有足够光量的位置移动，从而，同时防止了亮度改变和莫尔条纹现象。

从具有足够光量的位置向不具有足够光量的位置移动的光线根据通过光线入射侧部210提供并从光反射平面274反射的光线是通过第二表面250透射还是由第二表面250反射来决定。

详细地说，为了通过光线偏离具有过度光量的位置来调节光均衡，当由光反射平面274反射的光线通过第二表面250透射时，光线的透射率降低，并且其反射率增大。透射率和反射率具有平衡关系。由第二表面250反射的光线被导引向光量不充足的位置。

为此原因，在第二表面250的光透射率和光反射率取决于光反射平面274和第二表面250之间形成的角度。在此，多个用于调节光透射率和光反射率的光反射平面274相对第二表面250彼此具有不同的角度。

详细地说，光反射平面247和第二表面250之间的倾斜角度随着光反射平面247靠近冷阴极射线管型灯320逐渐减小。相反，光反射平面247和第二表面250之间的倾斜角度随着光反射平面247远离冷阴极射线管型灯320而逐渐增大。

在此，由于光反射平面247和第二表面250之间的角度变小，由光反射平面274反射的光线难于穿过第二表面250。相反，由于光反射平面247和第二表面250之间的角度变大，由光反射侧274反射的光线就容易穿过第二表面250。

例如，参照图8或图9，形成在最靠近冷阴极射线管型灯320位置处的光反射平面相对第二表面250具有约35±3度的角度(β1)。另外，形成在最远离冷阴极射线管型灯320位置处的光反射平面相对第二表面250具有约42±4度的角度(β4)。

为了证实上述事项，如图10到12所示，在光导板200与液晶显示板组件100组装到一起，并且其中光反射平面的倾斜角度被设定位随着光反射平面远离冷阴极射线管型灯320而逐渐变大的情况下，利用探测器400测量前部亮度(front brightness)。

参照图11，探测器400从液晶显示板组件100有效显示区域内的九个测量点测量前部亮度。

图12是表示从九个测量点获得的前部亮度测量结果数据的曲线。参照图12，测量结果表示在整个有效显示区域上的亮度变化与图4和5所示的传统的亮度变化相比有所减小。

传统上，亮度随着靠近冷阴极射线管型灯320而变大，并随着远离冷阴极射线管型灯320而降低。然而，参照图11和12，本发明呈现出，亮度均匀一致，而不论相对冷阴极射线管型灯320的距离如何。

另一方面，图13示出用于在液晶显示器中显示图像的方法。

首先，灯组件300产生具有第一光学分布的第一光线321。具有第一光学分布的第一光线321为线光源，因此，其具有非常不均匀的亮度分布。

第一光线321入射到光导板200上。此时，入射到光导板200上的光线被转化为具有第二光学分布的第二光线322，并被反射向液晶显示板组件100，其中，第二光学分布比第一光学分布更均匀。

此时，向液晶显示板组件100反射的第二光线322的反射率和透射率根据其反射角变化。

第二光线322由于其靠近灯组件300而具有较高的反射率，但其透射率降低。相反，第二光线322由于其远离灯组件300而具有较低反射率和较高的透射率。

此后，从邻近灯组件300的位置反射的第二光线322的一部分再次被反射向光导板200的上表面。然后，被反射向光导板200上表面的第二光线322通过被反复向液晶显示板组件100反射至少一次而出现光偏移过程。然后，第二光线322从光导板200投射。此后，从光导板200投射的光线被称为第三光线323。

第三光线323入射到液晶显示板组件100内。然后，第三光线323在液晶显示板组件100内承受光调制，从而产生包括图像的第四光线324。此后，第四光线324穿过光导板200并入射到用户的眼睛中。

如上所述，在不具有充足光量的黑暗地方，本发明的液晶显示器通过消耗其内存储的电能显示信息。在具有充足光量的地方，本发明的液晶显示器通过利用外界光线显示信息。当利用其内充有的电能显示信息时，亮度均匀性得以提高，从而实现高质量的显示。

虽然本发明已经参照其优选实施例加以详细描述，本领域技术人员应理解的是，在不背离所附权力要求限定的本发明范围前提下，可以对其作出各种变化、替代或修改。

Claims (7)

1.一种光导板，包括：

多个侧部，该侧部包括光线入射其内的光线入射侧部；

邻近各侧部并具有光反射图案的第一表面，所述光反射图案包括多个反射平面和靠近该光反射平面的非反射平面，光反射平面布置成相对光线入射侧部以反射通过光线入射侧部输入的光线，光反射平面的倾斜角度随着光反射平面远离光线入射侧部而增大；以及

第二表面，其用于根据光线的反射角度反射或透射由第一表面反射的光线。

2.如权利要求1所述的光导板，其特征在于，倾斜角度在32到46度范围内。

3.如权利要求2所述的光导板，其特征在于，形成在第一表面上的光反射图案相对光线入射侧部和第一表面之间形成的边界线倾斜约22.5度。

4.一种液晶显示器，包括：

产生光线以沿一个方向提供光线的灯组件；

具有多个侧部的光导板，该侧部包括光线入射其内的光线入射侧部；邻近各侧部并形成有光反射图案的第一表面，所述光反射图案包括多个反射平面和靠近该光反射平面的非反射平面；以及基于光线的反射角度反射或透射由第一表面反射的光线的第二表面，所述光反射平面布置成相对光线入射侧部以反射通过光线入射侧部输入的光线，光反射平面的倾斜角度随着光反射平面远离光线入射侧部而增大；以及

液晶显示板组件，其通过光调制投射到光导板第二表面内的光线而形成包含显示信息的图像光线。

5.一种在液晶显示器中显示图像的方法，包括以下步骤：

i)从外界输出具有第一光学分布的第一光线；

ii)通过连续反射第一光线以使第一光线沿入射方向前进的同时具有连续改变的反射角，而形成具有第二光学分布的第二光线；

iii)通过使第二光线的一部分通过光导板投射并通过反射第二光线剩余部分至少一次以偏移投射位置而使第二光线剩余部分从不同的投射位置通过光导板投射而形成具有第三光学分布的第三光线；

iv)通过光调制穿过液晶的第三光线而形成包含信息的第四光线。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第二光线相对底面的反射角随着在相反方向上远离第一光线入射位置而增大。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，反射角在32到46度的范围内。

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