CN1661439A - 微透镜阵列背光板模组液晶显示器和微透镜阵列制造方法 - Google Patents

微透镜阵列背光板模组液晶显示器和微透镜阵列制造方法 Download PDF

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Abstract

LCD器件包括：发光部件；具有多个用于收集从发光部件发出的光的微透镜的微透镜阵列；以及具有多个单元像素的液晶板，每个单元像素与多个微透镜匹配，通过使收集到微透镜阵列中的光透过每个单元像素显示图象。因此，减少了褪色，增加了视角，降低了制造成本，并缩短了制造时间。

Description

微透镜阵列背光板模组液晶显示器 和微透镜阵列制造方法
技术领域
本发明涉及具有采用微透镜阵列的背光板模组的液晶显示器件和微透镜阵列的制造方法。
背景技术
近期，对于可以实现大屏幕和高画质的LCD器件的需求逐渐增加。可是把用传统阴极射线管(CRT)的LCD器件做的细小以及实现比某种尺寸大的屏幕是困难的。因此，能够变得细小和实现大屏幕、高画质的平板显示屏(FPD)受到公众关注，并且对于FPD的研究正在积极地开展。
LCD是最受关注的平板显示屏之一。
LCD器件利用处于液态和固态之间的中间态的液晶的电-光特性，以作为显示装置。LCD器件通过利用通过外加电场，组成的具有如液体一样的流动性的液晶的有机分子的排列会改变的原理。
然而，LCD器件在亮度和视角方面不如那些利用自发光方法的显示器件。因此，对于为了增强LCD器件的亮度的背光板模组的各种研究正在开展。
作为增强LCD器件亮度的方法，有一种增加光源本身发光量的方法。如果光源本身的发光量增加，光源的发热值就会增加。而且，由于LCD器件主要用于便携式装置，如果用于维持光源发热值的能耗增加，便携式装置的电池使用时间就会急剧缩短。
图1所示为根据现有技术的使用背光板模组的LCD器件，图2为图1“A”部分的放大图，图3为根据现有技术的背光板模组的光收集功能的概念视图。
如图所示，应用于LCD器件的传统背光板模组1包括：第一棱镜片10；在与第一棱镜片10垂直状态的、布置在第一棱镜片10前表面的第二棱镜片20；形成于第二棱镜片20前表面的液晶板30；形成于第一棱镜片10下表面的光散射器40；形成于第一棱镜片10下表面、用于透光的导光板50；和形成于导光板50的下表面用于反射光的反射板60。
光源灯71设置在导光板50侧表面，灯71还配备有灯罩72，用来将从灯71发出的光反射到导光板50。
棱镜片10和20分别包括：精密布置以折射光路的多个棱镜透镜11和21；和由玻璃等形成的透明衬底12和22，且棱镜透镜11和21安装其上。
液晶板30包括：在透明衬底上形成并具有用于分割像素的方格形态的黑色网格31；以及在黑色网格31之间形成的单元像素32。
如图3所示，根据LCD器件的背光板模组，由导光板50发出的光80穿过光散射器40，并随后穿过第一和第二棱镜透镜11和21。光80在各垂直方向上折射两次，从而被收集到液晶板30之中。
然而，具有由棱镜透镜形成的背光板模组的传统LCD器件有如下问题。
由于从导光板发出来的光必须经水平方向和垂直方向两次折射之后才能被收集到液晶板中，所以必须提供两组昂贵的棱镜透镜片，从而使整个制造成本增加。
而且，由于照射到液晶板的光通过经过具有三角形截面形状的两个棱镜透镜被折射两次，所以散射角很宽，从而视角和亮度都降低。
如图2所示，由于棱镜顶端21a对划痕非常敏感，所以使用者必须要在组装操作时非常小心，以防划伤棱镜表面。因此，照射光的散射角大大降低且相差增加。通过增加的相差，从而就产生了色差，从而降低了视角和亮度。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有使用微透镜阵列的背光板模组的LCD器件，其通过具有简单的结构而能够降低制造成本，能够精密地制造，并且能够通过提高亮度和消除因相差而产生的色差来提供在宽视角下无色彩失真的画质。
本发明的另一个目的是提供一种微透镜阵列的制造方法，其能够通过可重复复制简单地制造相同的微透镜阵列来提高一致程度和产量。
为了达到这些目的和优点并根据本发明的目的，如在这里所体现和广泛描述的一样，提供一种LCD器件，包括：发光部分；具有多个用于收集来自发光部分的光的微透镜的微透镜阵列；通过使收集到微透镜阵列中的光透过而显示图象的液晶板。
为了达到这些目的和优点并根据本发明的目的，如在这里所体现和广泛描述的一样，还提供一种微透镜阵列的制造方法，包括：制作具有与微透镜阵列相同形状的电镀框架；制作模具以通过使用电镀框架来制造微透镜阵列；以及通过使用模具复制微透镜阵列。
本发明的前面所述的和其他的目的、特征、方案和优点将通过下面结合附图时的对本发明的具体描述而变得更加清晰。
附图说明
包括其中以对本发明提供进一步理解并构成说明书的一部分的附图说明本发明的具体实施方式并与说明书一起描述本发明的原理。
图中：
图1为表示根据现有技术的具有背光板模组LCD器件的分解立体图；
图2为图1“A”部分的放大图；
图3为表示根据现有技术的背光板模组的光收集功能概念视图；
图4为表示根据本发明一个具体实施方式的具有使用微透镜阵列的背光板模组LCD器件的分解立体图；
图5为沿图4的V-V线的微透镜阵列侧视图；
图6为沿图4的VI-VI线的侧视图；
图7为表示图4的液晶板和微透镜阵列布置状态的平面图；
图8为表示根据本发明的采用微透镜阵列的背光板模组的光收集功能的概念视图；
图9至12为表示根据本发明一个具体实施方式的用于LCD器件的微透镜阵列的制造方法的视图；
图13为表示根据本发明另一个具体实施方式的具有采用微透镜阵列的背光板模组的LCD器件的分解立体图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的优选实施方式，其实例在附图中说明。
以下，将更详细地说明采用微透镜阵列的背光板模组LCD器件和微透镜阵列的制造方法。
图4为根据本发明一个具体实施方式的具有采用微透镜阵列的背光板模组LCD器件的分解立体图，图5为沿图4V-V线的微透镜阵列侧视图，图6为沿图4VI-VI线的微透镜阵列侧视图，图7为表示图4的液晶板和微透镜阵列的布置状态的平面图，图8为表示根据本发明采用微透镜阵列的背光板模组的光收集功能的概念视图。
如图所示，根据本发明的一个具体实施方式具有采用微透镜阵列的背光板模组LCD器件包括：用于显示图象的液晶板100；以及用来将光照射到液晶板100上并置于液晶板100的一个表面的背光板模组200。
液晶板100包括：用于分割像素并形成于透明衬底400的一个表面之上的具有方格形态的黑色网格410；以及在黑色网格410上形成的多个单元像素420。
背光板模组200包括：用于产生光的发光部件150；以及具有多个用于收集从发光部件150发出的光的微透镜111的微透镜阵列110。
微透镜阵列110位于发光部件150和形成有黑色网格410的液晶板100的一个表面之间。
微透镜阵列110的多个微透镜111布置在透明衬底112的一个表面上，而微透镜111的位置设置在面朝向液晶板100的位置。
因为微透镜阵列110必须具有优良的透光性，所以它优选地用以下材料形成。
也就是说，微透镜111由透明材料，例如紫外线固化树脂、热固树脂或玻璃形成。而且，微透镜111安装其上的透明衬底112优选地用树脂，诸如PMMA、PET聚碳酸脂等或玻璃形成。
每个微透镜111可被制成在每个与光轴垂直的方向上具有固定半径的球形，光轴垂直入射到微透镜阵列110的一个表面上。每个微透镜111也可以形成为具有圆锥系数和在与光轴垂直的两个轴向上具有不同的曲率半径的非球面形状。因此，发射的光可以只通过一个微透镜阵列110被有效地收集在液晶板100中。
微透镜111可形成为在每个与光轴垂直的方向上具有固定半径的球形，或可形成为具有圆锥系数和在与光轴垂直的两个轴向上具有不同的曲率半径的非球面形状。
然而，为了改善液晶板的光收集功能和画质，微透镜111优选地形成为非球面形状。
如图5和6所示，微透镜111被紧密地布置，彼此之间没有气隙。也就是说，微透镜阵列110形成为具有全填充系数(full fill factor)。即使微透镜111被紧密地布置，由于其自身的形状也会在各微透镜111之间产生气隙。为了填充气隙，在微透镜阵列上形成间隙填充层(未示出)。
在具有全填充系数形成的微透镜阵列110中，多个微透镜111优选地布置成蜂窝状六边形密集填充结构。微透镜111也可以布置成直交形式的矩形密集填充结构(rectangular closely packed structureof an orthogonal form)。
微透镜阵列也可能形成为圆形、椭圆形等。
亦即，由于微透镜布置为具有全填充系数，故可降低不必要的光损失。因此，从发光部件700发出的光被有效地收集在液晶板100中，从而提高了LCD器件的亮度。
微透镜111的尺寸必须足够小，以具有与几微米到几十微米相应的直径和高度。
如图7所示，由于每个微透镜111形成为比在液晶板100上形成的单元像素420小，所以当微透镜阵列110和液晶板100彼此对准时，就可以将多个微透镜111分配到每个单元像素420中。
因此，无需排列液晶板100和微透镜阵列110使一个微透镜111能够对应液晶板100的各单元像素420那样对准。所以，装配过程简化，从而降低了制造成本。没有微透镜阵列和液晶板之间的上述一对一的对准过程，光收集功能得以维持，防止了LCD器件的亮度不均匀，并使光损失最小化。
光散射器130形成于微透镜阵列110面对发光部件700的一个表面，整体形成以便以适当的发散角分散照射光。
发光部件700包括：用于发光的灯710；位于灯710的一边、用来将灯710发出的光引导至微透镜阵列110的导光板500；遮盖灯710以便将从灯710发出的光反射到导光板500的灯罩720；以及在导光板500的一个表面形成的、用于将从灯710发出的光反射到微透镜阵列110的反射板600。
灯710主要采用冷阴极荧光灯(CCFL)。灯710设置在导光板500的侧表面，并且穿过导光板500将光发射到微透镜阵列110。此时，灯罩720有效地将从灯710发出的光反射到导光板500。
发光部件700和微透镜阵列110在液晶板100的背面对准为一个组件。
优选地，用来增加视角的光散射器800设置在显示图象的液晶板100表面。而且，优选地，用于保护液晶板100的液晶保护板900进一步设置于光散射器800之上。
下面说明依据本发明的一个具体实施方式具有采用微透镜阵列的背光板模组LCD器件的工作原理。
从发光部件700的灯710发出的光在灯罩720上被反射，从而传递到导光板500。然后，如图8所示，光被导光板500引导，并且通过安装于导光板500的一个表面的反射板600改变前进路径而朝向微透镜阵列110。已被导光板500和反射板600引导的光穿过微透镜111并且被收集在每个垂直于光轴的方向上。由于多个微透镜111紧密布置在液晶板100的单元像素420中，故所收集的光有效地入射到液晶板100的单元像素420中，从而在液晶板100上显示图象。
下面说明微透镜阵列110的制造过程。
图9至12为表示依据本发明的一个具体实施方式应用于LCD器件的微透镜阵列的制造方法的视图。
如图所示，依据本发明的一个具体实施方式的微透镜阵列的制造方法包括：制作具有与微透镜阵列110同样形状的电镀框架210；利用电镀框架210制作在其一个表面具有微透镜阵列110的反像的模具310；以及用模具310复制微透镜阵列110。
制作电镀框架210的步骤包括：在衬底212的一个表面形成由光阻材料或光敏聚合物形成的层；用光刻技术形成微透镜阵列图形；利用热过程通过回流方法形成球形的微透镜211；以及填充每个微透镜211之间的气隙，从而使微透镜阵列具有全填充系数。
光阻材料或光敏聚合物层是用涂覆方法、淀积方法、叠层方法等形成的。
同样，模具的制作步骤包括：用电镀或非电镀方法在形成微透镜211的电镀框架210的表面电镀金属；以及从电镀框架210分离电镀金属，并从而制作出微透镜阵列的反像转移在其上的模具310。
作为上述电镀金属，优选采用镍。然而，也能用其它种类的金属。
复制微透镜阵列的步骤包括：在透明衬底112上涂覆具有流动性的紫外线固化树脂；把紫外线固化树脂压在形成有微透镜阵列110的反像的模具310的表面上；通过照射紫外线使紫外线固化树脂硬化；以及将形成有紫外线固化树脂的透明衬底112从模具310分离。
同样，复制微透镜阵列的步骤包括：在透明衬底112上涂覆具有流动性的热固树脂；将热固树脂压在形成有微透镜阵列110的倒像的模具310的表面上；利用特定时间和特定温度的加热使热固树脂硬化；以及将形成有热固树脂的透明衬底112从模具310分离。
作为热压印方法，复制微透镜阵列的步骤包括：将透明衬底112压在形成有微透镜阵列110的反像的模具310的表面上；加热透明衬底以使其具有流动性，并从而将微透镜阵列110的形状转移到透明衬底112；以及冷却模具310和透明衬底112，并将透明衬底112从模具310分离。
作为注模成型法，复制微透镜阵列的步骤是通过采用模具310作为母板，并在比较高的温度和压力下将具有特定折射率的透明树脂注射在形成有微透镜阵列110的反像的模具310的表面上完成的。
更优选地，在形成微透镜111的微透镜阵列110的表面的反面形成光散射器130。
光散射器130是通过加热叠层方法或利用折射率匹配胶粘剂在微透镜阵列上作为一个组件形成的。
图13为表示根据本发明另一个具体实施方式具有采用微透镜阵列的背光板模组LCD器件的分解立体图，图中除发光部件950之外的其它组件与前述组件相同。
发光部件950由灯960和灯罩970组成，并置于微透镜阵列110的背面。至少能够安装一个发光部件950。当发光部分950置于微透镜阵列的背面时能够直接照射光的LCD器件适合用于具有大屏幕的显示器件，例如LCD TV。
如前所述，本发明的LCD器件包括：发光部件；具有多个用于收集从发光部件发射出的光的微透镜的微透镜阵列；以及使收集在微透镜阵列中的光穿过而显示图象的液晶板。由于通过球形或非球形微透镜照射在液晶板上的光比穿过传统的棱镜结构的光具有较窄的发散角，所以在光穿过液晶板时因双折射产生的相差造成的褪色减少了，并且亮度反转角增加。因此，视角大大增加。
在本发明中，一个微透镜阵列能够取代传统的两个棱镜透镜片，从而以低成本制造LCD器件。同样，由于微透镜具有光滑的曲面，故将微透镜的损伤减到了最小，从而在装配操作时容易对微透镜进行处理，并且缩短了制造时间。
同样，由于液晶板的每个单元像素中形成多个微透镜，故液晶板的每个单元像素无需与每个微透镜一个接一个地对准。因此，简化了装配过程且降低了制造成本。微透镜和液晶板的单元像素之间不用一对一地对准，就使光收集功能得以维持，避免了LCD器件的不均匀亮度，并使光学损失最小化，从而提高了产品的产量。
另外，在本发明中，用于制造微透镜阵列的模具通过使用电镀框架制成，因而用该模具可以重复地复制同样的微透镜阵列。
鉴于本发明可以若干个形式体现而不脱离其精神或基本特征，因此也应该理解，除非特别指出，上述具体实施方式不局限于前述说明书的任何细节，而应在其精神及如从属权利要求限定的范围内进行宽泛的解释，因此，所有落入权利要求的界限和范围或这些界限和范围的等同内的所有改变和修改都将因此被附加的权利要求所覆盖。

Claims (25)

1、一种LCD器件，包括：
发光部件；
具有多个用于收集从发光部件发出的光的微透镜的微透镜阵列；以及
通过使收集到微透镜阵列中的光透过以显示图象的液晶板。
2、如权利要求1所述的LCD器件，其特征在于：其中微透镜阵列由多个非球面微透镜形成。
3、如权利要求2所述的LCD器件，其特征在于：其中非球面微透镜在两个与光轴垂直的轴向上具有不同的球面系数，该光轴垂直入射到微透镜阵列上。
4、如权利要求3所述的LCD器件，其特征在于：其中非球面微透镜具有圆锥系数。
5、如权利要求1所述的LCD器件，其特征在于：其中微透镜阵列由多个球状微透镜形成。
6、如权利要求1所述的LCD器件，其特征在于：其中微透镜阵列的微透镜置于透明衬底上。
7、如权利要求1所述的LCD器件，其特征在于：其中多个微透镜布置成蜂窝状的六边形密集填充结构。
8、如权利要求1所述的LCD器件，其特征在于：其中多个微透镜布置成直交形的矩形密集充满结构。
9、如权利要求1所述的LCD器件，其特征在于：其中微透镜阵列形成为具有全填充系数。
10、如权利要求1所述的LCD器件，其特征在于：其中微透镜形成为具有与几微米到几十微米相应的直径和高度。
11、如权利要求1所述的LCD器件，其特征在于：其中液晶板包含用于分割液晶板以在其一个表面可以形成多个单元像素的黑色网格，且微透镜阵列和液晶板彼此对准，使在每个单元像素中可以布置多个微透镜。
12、如权利要求1所述的LCD器件，其特征在于：其中光散射层形成于微透镜阵列朝向发光部件的一个表面。
13、如权利要求1所述的LCD器件，其特征在于：其中发光部件包括：
用于发光的灯；
位于灯的一边、用来将灯发出的光导向微透镜阵列的导光板；
用于遮盖灯以便将灯发出的光反射到导光板的灯罩；以及
在导光板的一个表面形成、用来将灯发出的光反射到微透镜阵列的反射板。
14、如权利要求1所述的LCD器件，其特征在于：进一步包括在显示图象的液晶板表面用于增加视角的光散射器。
15、如权利要求14所述的LCD器件，其特征在于：进一步包括在光散射器上用于保护液晶板的液晶保护板。
16、一种LCD器件包括：
发光部件；
具有多个用于收集发光部件发出的光的微透镜的微透镜阵列；以及
具有多个单元像素的液晶板，每个单元像素与多个微透镜匹配，通过使收集到微透镜阵列中的光透过每个单元像素显示图象。
17、一种权利要求1的LCD器件微透镜阵列的制造方法，包括：
制作具有与微透镜阵列相同形状的电镀框架；
利用电镀框架制作在其一个表面具有微透镜阵列的倒像的模具；以及
利用模具复制微透镜阵列。
18、如权利要求17所述的方法，其特征在于：其中制作电镀框架的步骤包括：
在衬底的一个表面形成一层由光阻材料或光敏聚合物形成的层；
用光刻技术形成微透镜阵列图形；
利用热过程通过回流方法形成球形的微透镜；以及
填充各微透镜之间的气隙，从而微透镜阵列可具有全填充系数。
19、如权利要求17所述的方法，其特征在于：其中制作模具的步骤包括：
在用电解方法或非电解方法形成微透镜的电镀框架的表面上电镀金属；以及
从电镀框架分离电镀金属，从而制作出微透镜阵列的倒像转移在其上的模具。
20、如权利要求17所述的方法，其特征在于：其中复制微透镜阵列的步骤包括：
在透明衬底上涂覆具有流动性的紫外线固化树脂；
将紫外线固化树脂压在形成微透镜阵列的倒像的模具表面上；
通过照射紫外线使紫外线固化树脂硬化；以及
将形成紫外线固化树脂的透明衬底从模具分离。
21、如权利要求17所述的方法，其特征在于：其中复制微透镜阵列的步骤包括：
在透明衬底上涂覆具有流动性的热固树脂；
将热固树脂压在形成微透镜阵列的倒像的模具表面上；
利用特定时间及特定温度的加热使热固树脂硬化；以及
将形成热固树脂的透明衬底从模具分离。
22、如权利要求17所述的方法，其特征在于：其中复制微透镜阵列的步骤包括：
将透明衬底压在形成微透镜阵列的倒像的模具表面上；
加热透明衬底以使其具有流动性，并从而将微透镜阵列的形状转移到透明衬底上；以及
冷却模具和透明衬底并将透明衬底从模具分离。
23、如权利要求17所述的方法，其特征在于：其中复制微透镜阵列的步骤是通过注模成型法完成的，该方法通过采用模具作为母板，并在比较高的温度和压力下将具有特定折射率的透明树脂注射在形成有微透镜阵列110的反像的模具310的表面上完成的。
24、如权利要求17所述的方法，其特征在于：进一步包括在形成微透镜的微透镜阵列的一个表面的反面的光散射器。
25、如权利要求24所述的方法，其特征在于：其中光散射器是通过加热叠层方法或用折射率匹配胶粘剂在微透镜阵列上作为一个组件形成的。
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