CN1716027B - 液晶显示装置的棱镜片及使用其的背光单元 - Google Patents

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Abstract

一种LCD的棱镜片包括由透明树脂材料制成的主体部分和在主体部分上以凹雕类型形成的多个多棱锥形状的光学单元结构。这多个光学单元结构具有它们多边形结构内的凹雕型多棱锥形状。凹雕部分的中心对应于多棱锥的顶点，从而形成一点。

Description

液晶显示装置的棱镜片及使用其的背光单元
本申请要求2004年7月2日提交的韩国专利申请No.2004-51490的优先权，在此并入全文以供参考。
发明背景
发明领域
本发明涉及不发光的平面显示装置，尤其涉及液晶显示装置中的背光单元的光学片。
相关技术的讨论
近来，已开发了各种平板显示器，以克服阴极射线管(CRT)的重量和体积缺点。
这种平板显示器包括液晶显示器(LCD)装置、场发射显示器、等离子体显示板(PDP)、场致发光(EL)等等。针对提升显示质量和增加平板显示器的屏幕尺寸的研究正积极地进行。
在这些平板显示器中，LCD本身是不发光装置，它利用诸如灯的光源显示图像并具有尺寸小、重量轻、功耗低的特点。特别是，LCD利用插入液晶显示器内部的液晶分子的电光属性显示信息。
与CRT不同，LCD本质上需要单独的单元用于发光，即背光单元，因为置于薄膜晶体管(TFT)基板和滤色基板之间的液晶分子自身不会发光。
背光单元包括：具有接纳空间的模制框架；安装于接纳空间的最下表面上用于将光向液晶显示板反射的反射器；设置在反射器上用于光导的光导板；设置于光导板和接纳空间侧壁之间用于发光的灯单元；堆叠于光导板上用于扩散和集中光的光学片；以及设置于模制框架上用于从液晶显示器边缘的预定部分到模制框架的侧部围绕液晶显示器的上机架。
光学片包括：用于扩散光的扩散片；设置于扩散片上用于集中扩散光并将集中的光传到液晶显示器的棱镜片；以及用于保护扩散片和棱镜片的保护片。
图1是相关技术LCD的剖视图。
参考图1，相关技术LCD60包括：用于发光的背光单元50；以及用于从背光单元50接收光并显示图像的显示单元40。
背光单元50包括：用于发光的灯单元51；以及用于将灯单元51产生的光引导向液晶显示器10的光导单元。
显示单元40包括：液晶显示板10；以及分别设置于液晶显示板10的上表面和下表面上的上偏振器30和下偏振器20。液晶显示板10包括：TFT基板11；每一个上都形成有电极的滤色基板12；以及置于TFT基板11和滤色基板12之间的液晶层。
更具体地，灯单元51包括：用于发光的灯51a；以及包围灯51a的灯反射器51b。灯51a产生的光被提供入光导板51，它将在以下进行描述。灯反射器51b将灯51a产生的光反射向光导板52，从而增加提供给光导板52的光量。
光导单元包括反射板54、光导板52和光学片53.光导板52设置于灯单元51的一端以便引导从灯单元51发出的光，从而从灯单元51发出的光被入射到LCD板10.
反射板54设置于光导板52下并将从光导板52漏出的光再次反射向光导板52。
多个光学片53设置于光导板52上以便提升通过光导板52的光效率。特别是，光学片53包括扩散片53a、棱镜片53b和保护片53c，且顺序地堆叠在光导板52上。
扩散片53a散射从光导板52入射的光，以使光亮度分布均匀。棱镜片53b具有重复形成于其上表面上的多个棱镜并在与LCD板10的平面垂直的方向上集中由扩散片53a扩散的光。因此，通过棱镜片53b的光大多在与LCD板10的平面垂直的方向上前进，从而获得均匀的亮度分布。
设置于棱镜片53b上的保护片53c不仅用于保护棱镜片53b的上表面，还用于扩散光，以使从棱镜片53b入射的光的分布均匀。
图2A和2B分别是图1所示的棱镜片的剖视图和透视图。
参考图2A和2B，相关技术的棱镜片200包括：主体部分210，由光导板和扩散片扩散的光最初通过该主体部分210引入；以及成形为含预定顶角α的等边三角形棱镜的突出部分220，用于不变地保持扩散光的路径。突出部分220具有按条纹形式线性排列在主体部分210上的多个等边三角棱镜。
在三角棱镜形状的突出部分220向前侧安装的情况中，即突出部变成光输出表面并面向液晶显示板的情况，从主体部分210引入的扩散光被折射并集中于前侧，但入射到突出部分的倾斜平面的光损耗，由于全内折射而不能帮助改善前方亮度。
为了克服该问题，棱镜片被相反地设置，从而突出部分220变成光接收表面并面向光导板。但是在这种情况中，可以改善前方亮度但视角变窄，其不适于需要宽视角的平面显示器，诸如家用电视机。
此外，两个棱镜片可以被重叠并以其突出部分的排列方向彼此交叉的方式使用。但是，这种结构增加了LCD中使用的部件数量并增加了制造成本。
发明内容
因此，本发明针对LCD的棱镜片和使用其的背光单元，其基本消除了由于相关技术的限制和缺点引起的一个或多个问题。
本发明的优点在于提供一种LCD棱镜片和使用其的背光单元，能通过在棱镜片的一侧上形成凹雕型多棱锥形状的光学单元结构以会集中来自包括上下左右的所有方向的光，增加/降低亮度。
为了实现这些和其它优点且根据本发明的目的，如这里体现和广泛描述的，一种LCD的棱镜片包括：主体部分，它由透明树脂材料制成；以及在主体部分上按凹雕类型形成的多个多棱锥形状的光学单元结构，其中这多个光学单元结构具有多边形结构内的凹雕类型多棱锥形状，与多棱锥的顶点相对应的凹雕部分的中心，从而形成一点。
在本发明的另一个方面，一种LCD的背光单元包括：用于发光的灯；光导板，它设置于灯的一端用于导光；反射板，它设置于光导板的下部分用于防止从灯发出的光漏出；扩散片和棱镜片，它们设置于光导板的上部分用于改善从光导板发出的光的效率，棱镜片具有由透明树脂材料制成的主体部分以及主体部分上多边形结构内凹雕型多棱锥形状的多个光学单元结构，这些光学单元结构的凹雕部分的中心对应于多棱锥的顶点，从而形成一点.
可以理解，以上的本发明一般描述和以下的详细描述是实例性和说明性的，并旨在提供所要求的本发明的进一步说明。
附图说明
包含附图以提供本发明的进一步说明并结合成本申请的组成部分，附图说明了本发明的实施例并与描述一起用于说明本发明的原理。
附图中：
图1是说明相关LCD的构成的剖视图；
图2A和2B分别是图1所示的棱镜片的剖视图和透视图；
图3A和3B是说明根据本发明的LCD的背光单元的构成的剖视图；
图4A和4B是说明根据本发明的LCD的棱镜片的透视图和剖视图；
图5A到5C是说明根据本发明实施例的背光单元的一部分的透视图；以及
图6是说明根据本发明的制造棱镜片的方法的示图。
具体实施方式
现在详细参考本发明的实施例，其实例在附图中示出。
图3A和3B是说明根据本发明的LCD的背光单元的构成的剖视图。
参考图3A和3B，根据本发明的背光单元300包括用于发光的灯单元310，和用于将来自灯单元310的光引导向液晶显示板的光导单元。
这里，光导单元具有多个光学片340。在这些光学片340中，棱镜片344被配置成由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)制成的多个多棱锥形状的光学单元结构360排列于由诸如PET(聚对苯二甲酸乙二酯)或PC(聚碳酸酯)的透明树脂材料制成的主体部分上。
在这点上，棱镜片344上排列和形成的这多个光学单元结构360被配置成多棱锥形状以凹雕或凹入类型形成于该多边形结构内且与该多棱锥的顶点相对应的凹雕部分的中心形成一点。
此外，当需要调节或折衷棱镜片344的光集中度和视角特性时，通过改变主体部分350上复数个形成的光学单元结构的中心点之间的最短距离以及光学单元结构的深度就可以获得这种调节折衷。
例如，在形成有光学单元结构360的棱镜片344一侧变成光输出表面的情况下，光集中度可以被设计成使得光学单元结构360的深度小于凹雕类型光学单元结构360的中心点之间的最短距离。这样，光学单元结构360的深度被确定为在中心点之间的最短距离的约0.3-0.6倍的范围内。
此外，即使在形成有光学单元结构360的棱镜片344一侧变成光接收表面的情况中，光集中度可以被设计成使得光学单元结构360的深度小于凹雕类型光学单元结构360的中心点之间的最短距离。在这点上，光学单元结构的深度可被确定为在中心点之间的最短距离的约0.5-0.8倍的范围内。
构成主体部分350的透明树脂材料可以具有超过约70％的透射比.通过压花用作扩散光结构的小尺寸突出物或者通过提供PMMA制成的颗粒，它是用于将光扩散入主体部分内部的材料，透明树脂材料可以形成于主体部分的一侧上，即与形成有光学单元结构360的表面相对的表面.
此外，灯单元310包括：用于发光的灯312；以及包围灯312的灯反射器314。从灯312发出的光入射到光导板312且光反射板330通过将灯312发出的光反射向光导板320改善入射到光导板320的光量，它们与普通灯单元的构成相同。
这里，光导单元包括：反射板330；光导板320；和光学片340。光导板320设置于灯单元310的一侧以便引导从灯单元310发出的光。在这点上，光导板320改变从灯单元310发出的光路以便向液晶显示板导光。
反射板330设置于光导板320下并将从光导板320漏出的光反射回到光导板320。
多个光学片340设置于光导板320上以便提升通过光导板320的光效率。特别是，光学片340包括扩散片342；棱镜片344；和保护片346。这些片顺序地堆叠于光导板320上。
扩散片342散射从光导板320入射的光，以使光的亮度分布均匀。
此外，本发明的上述棱镜片344可以设置成多个凹雕类型光学单元结构与扩散片342相对，如图3A所示，或者可以设置成没有形成突出部分的另一个表面与扩散片342相对，这样另一个表面变成光输出表面，如图3B所示。
但是，在用作扩散光结构的小尺寸突出物被压花于棱镜片的主体部分表面(即与形成光学单元结构的表面相对的表面)上的情况中，可以省去扩散片。
此外，棱镜片344上设置的保护片346扩散光，以使从棱镜片346入射的光分布均匀，并保护棱镜片344的表面。可根据情况除去保护片346。
图4A和4B是说明根据本发明的LCD的棱镜片的透视图和剖视图。
这里，参考图4说明的棱镜片与早先参考图3说明的提供给背光单元的棱镜片相同。
如图4所示，根据本发明的棱镜片被配置成由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)制成的多个凹雕类型多棱锥形状的光学单元结构420排列于由诸如PET(聚对苯二甲酸乙二酯)或PC(聚碳酸酯)制成的透明树脂材料制成的主体部分上。
这里，构成主体部分的透明树脂材料可具有大于70％的透射比。通过压花用作扩散光结构的小尺寸突出物或者通过提供作为将光扩散入主体部分内的材料的PMMA制成的颗粒，透明树脂材料可形成于主体部分的一侧上，即与形成有光学单元结构的表面相对的表面。
主体部分410的厚度可以至少大于25μm。
在这点上，棱镜片400上排列和形成的多个光学单元结构420被配置成：多棱锥形状以凹雕类型形成于它们的多边形结构内且与多棱锥的顶点相对应的凹雕部分中心形成一点。
这样，凹雕类型的多棱锥形状是凹雕立方体结构，其中超过3个等边三角形的顶点在一点处会合，即凹雕部分的中心，且等边三角形的平面用作光的折射平面。
例如，光学单元结构420可以按四边形结构内部形成的凹雕类型的四边形棱锥形式实现，如图4所示。
此外，当棱镜片的光集中度和视角特性需要折衷时，通过调节主体部分410上复数个形成的光学单元结构420的中心点之间的最短距离p以及光学单元结构的深度h就可以获得这种折衷.
例如，在形成有光学单元结构420的棱镜片一侧变成光输出表面的情况中，光集中度可以被设计成使得光学单元结构420的深度小于凹雕类型光学单元结构420的中心点之间的最短距离。这样，光学单元结构420的深度h被确定为在中心点之间的最短距离p的约0.3-0.6倍的范围内。
此外，即使在形成有光学单元结构420的棱镜片一侧变成光接收表面的情况中，光集中度可以被设计成使得光学单元结构420的深度h小于凹雕类型光学单元结构420的中心点之间的最短距离p。在这点上，光学单元结构的深度h可被确定为在中心点之间的最短距离p的约0.5-0.8倍的范围内。
此外，光学单元结构的深度h大于中心点之间最短距离p的至少约四分之一，并可大于至少约10μm。
此外，由于本发明的棱镜片上按凹雕类型形成的光学单元结构具有多个等边三角平面，将每个等边三角平面用作光接收平面可以可观地改善视角特性。
图5A到5C是说明根据本发明实施例的背光单元的一部分的透视图。
参考图5A到5C，说明了采用“L”形灯500的边缘型背光组件。多个突出部分512形成于光导板510的表面上，从而入射到光导板510的约80％的光以特定角度(约60°-80°)发出。
这里，光导板510的表面上形成的突出部分512可以按图5A所示的条纹型棱镜形状形成，或者可以按图5B或5C所示的浮雕或凹雕型三角棱锥形成。
灯500按“L”形状形成，以便将光同时提供给光导板510的两个非面对侧。可以提供一个以上的灯500。
在这种情况中，参考图4描述的本发明的棱镜片400被颠倒设置，即棱镜片上按凹雕类型形成的光学单元结构420被排列成面向光导板510，从而以特定角度入射的光通过构成棱镜片400上的光学单元结构420的多个等边三角形平面被折射到各方向，且可以在较宽的范围上获得均匀的光学特性。这样，对于包括上下左右的所有方向都可以改善视角特性。
此外，构成主体部分410上形成的多个凹雕类型多棱锥形状的光学单元结构420，从而液体PMMA材料可通过浮雕模具制成为凹雕并形成于主体部分410上，随后通过紫外线固化方法固化以便最终与主体部分410组合。
这样，为了制造根据本发明的棱镜片，使用与棱镜片上形成的凹雕型多棱锥形状的光学单元结构几乎尺寸相同的浮雕模具。
对于模具，可以使用金属材料，或者根据情况可以使用具有弯曲属性的材料，诸如树脂。
考虑到其剥落(提取)属性和处理属性，可以通过在基本具有弯曲表面的金属表面上形成浮雕或者通过在可弯曲的树脂表面上形成浮雕来制备模具。
通过利用上述浮雕模具制造形成有凹雕型多棱锥形状的光学单元结构的棱镜片，可以以较高的生产率有效地生产有助于光的反射和折射的光学单元结构。
这样，通过利用凹雕方法形成根据本发明的棱镜片的光学单元结构，可以提升制造速度并最大程度地改善光学特性.
图6是说明根据本发明的棱镜片的制造的示图。
参考图6，制造根据本发明的棱镜片，从而液态的透明树脂材料420被注射于浮雕模具500和由透明树脂材料制成的主体部分410之间，且在其上施加适当的压力；液态树脂材料通过紫外线装置510固化以便与主体部分410组合，从而通过从浮雕模具500上剥落(提取)可以最终获得棱镜片。
本领域已知一种用于利用诸如钻石的超硬工具通过机械过程制造含良好的形状均匀性的第一模具的方法，且利用通过上述机械过程获得的第一浮雕模具可以制造本发明的棱镜片。
在这点上，树脂材料可用作制造第一模具的材料，且更优选地，考虑到耐用性，可以使用金属材料。
此外，为了延长通过上述机械过程获得的第一模具的寿命，可以从第一模具复制具有凹雕的第二模具，且随后可以从第二模具再次复制具有浮雕的第三模具，并用于制造棱镜片。如必要，在通过大规模生产复制第二模具后，从第二模具复制第三模具，并可将该第三模具用作用于生产本发明的棱镜片的浮雕模具。
如上所述，根据本发明，提供了棱镜片一侧上的凹雕类型形式的多棱锥形状的光学单元结构，从而来自包括上下左右的所有方向的光被集中并可实现亮度增加/降低。
本领域熟练技术人员显而易见的是，本发明中可以进行各种修改和变型。因此，本发明旨在覆盖本发明的修改和变型，只要它们在所附权利要求书及其等效物的范围之内。

Claims (18)

1.一种液晶显示器(LCD)的棱镜片，其特征在于，包括：
主体部分，它由透明树脂材料制成，其中，所述主体部分包括由聚甲基丙烯酸甲酯制成的颗粒；以及
在主体部分上按凹雕类型形成的多个光学单元结构，其中所述多个光学单元结构具有多边形结构内的凹雕类型的多棱锥形状，凹雕部分的中心与多棱锥的顶点相对应从而形成一点。
2.如权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，所述凹雕类型的多棱锥形状是凹雕型立方体结构，其中超过3个的等边三角形平面的顶点在凹雕部分中心处会合。
3.如权利要求2所述的棱镜片，其特征在于，所述等边三角形平面用作光的折射表面且按偶数提供该等边三角形平面，以构成凹雕类型的多棱锥。
4.如权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，构成所述主体部分的透明树脂材料包括聚对苯二甲酸乙二酯和聚碳酸酯之一。
5.如权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，所述光学单元结构包括聚甲基丙烯酸甲酯。
6.如权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，作为扩散光结构的小尺寸突出物被压花处理并形成于与其中形成光学单元结构的主体部分的表面相对的主体表面上。
7.如权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，液体聚甲基丙烯酸甲酯材料通过浮雕模具被制成所述凹雕类型的光学单元结构，并形成于所述主体部分上，随后通过紫外线固化方法固化，从而使所述多个凹雕类型的光学单元结构与所述主体部分组合。
8.如权利要求7所述的棱镜片，其特征在于，考虑到模具的剥落属性和处理属性，通过在含弯曲表面的金属表面上形成浮雕或者通过在柔性树脂表面上形成浮雕，制造浮雕模具。
9.如权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，所述凹雕类型的光学单元结构的深度(h)至少大于所述凹雕类型的光学单元结构的中心点之间的最短距离(p)的四分之一。
10.如权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，所述凹雕类型的光学单元结构的深度h至少大于10μm。
11.如权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，在形成有光学单元结构的棱镜片一侧是光输出表面的情况中，所述光学单元结构的深度(h)形成为在中心点之间的最短距离(p)的0.3-0.6倍的范围内。
12.如权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，在形成有光学单元结构的棱镜片一侧是光接收表面的情况中，所述光学单元结构的深度(h)形成为在中心点之间的最短距离(p)的0.5-0.8倍的范围内。
13.一种LCD的背光单元，其特征在于，包括：
灯；
光导板，它设置于所述灯的一端；
反射板，它设置于所述光导板的下部分；以及
扩散片和棱镜片，它们设置于所述光导板的上部分，其中棱镜片具有由透明树脂材料制成的主体部分以及所述主体部分上多边形结构内凹雕类型的多棱锥形状的多个光学单元结构，所述光学单元结构的凹雕部分的中心对应于所述多棱锥的顶点，从而形成一点，且形成有所述光学单元结构的棱镜片的一侧被设置成面对所述光导板，
其中，所述棱镜片的主体部分包括由聚甲基丙烯酸甲酯制成的颗粒。
14.如权利要求13所述的背光单元，其特征在于，所述灯以“L”形状构成，以便将光同时提供给所述光导板的两个非面对的侧边。
15.如权利要求13所述的背光单元，其特征在于，还包括多个形成于所述光导板的表面之上的突出。
16.一种形成棱镜片的方法，该棱镜片具有由透明树脂材料制成的主体部分；以及在主体部分上以凹雕类型形成的多个光学单元结构，其中所述多个光学单元结构具有多边形结构内的凹雕类型的多棱锥形状，凹雕部分的中心对应于所述多棱锥的顶点，从而形成一点，所述方法包括：
提供包括透明树脂的主体部分；
提供液体聚甲基丙烯酸甲酯材料给所述主体部分的第一表面上的浮雕模具；以及
固化所述液体聚甲基丙烯酸甲酯。
17.如权利要求16所述的形成棱镜片的方法，其特征在于，考虑到模具的提取属性和处理属性，通过在含弯曲表面的金属表面上形成浮雕或者通过在柔性树脂表面上形成浮雕，来制造浮雕模具。
18.如权利要求16所述的形成棱镜片的方法，其特征在于，进一步包括：
用小尺寸突出物对所述主体部分的第二表面进行压花，其中该第二表面与形成有多棱锥形状的光学单元结构的主体部分的表面相对。
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