CN1769972A - 提高光效的背光组件及设有该背光组件的显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高光效的背光组件及设有该背光组件的显示器件。根据本发明的背光组件包括：发光的光源；引导光源发出的光的导光板；位于导光板上的棱镜片，其中该棱镜片收集光源发出的光。在棱镜片上沿一个方向不连续地形成有多个棱镜，在沿着各棱镜宽度方向截取横截面时，各棱镜的横截面的顶面部形成弧形。

Description

提高光效的背光组件及设有该背光组件的显示器件
技术领域
本发明涉及一种背光组件及设有该背光组件的显示器件，尤其涉及一种设有改良棱镜片的背光组件及设有该背光组件的显示器件，以提高光效。
背景技术
近来，随着半导体技术的快速发展，对具有更高性能的小尺寸轻型显示器件的需求已经显著增长。
液晶显示(LCD)器件通常具有小尺寸轻型低能耗的性质。因此，LCD器件作为现有阴极射线管(CRT)的替代品而倍受关注。目前，LCD器件被广泛用于几乎所有需要显示器件的信息处理装置中。
在通常的LCD器件中，通过向特定分子排列施加电压使之改变成另一种分子排列，然后液晶盒光学特性的改变，诸如双折射、光旋转功率、二向色性、光散射等，被转换成视觉变化。即，通常的LCD器件为光接收型显示器件，其基于液晶盒的光调制而显示信息。
LCD器件在接收背光组件的光之后在LCD面板上显示图像。从背光组件内包含的灯发出的光经由导光板(LGP，light guiding plate)被导向并穿过位于LGP上的光学片，然后被提供到LCD面板，此时具有增强的亮度。包含在光学片内的棱镜片将来自所有方向的入射光沿LCD面板方向聚集。然而，当棱镜片上沾有颗粒或棱镜片被损时，光聚集效率会降低，由此LCD器件显示质量变差。
通常，在LCD器件中，两棱镜片以各偏振面互相成直角的方式叠置。这样，尽管所有方向的入射光可被聚集，但由于穿过该两棱镜片的透射而使得亮度降低。尤其是，当光沿垂直于下棱镜片的棱镜构成方向的方向传播时，可能会使光返回下棱镜片而没有穿过上棱镜片。从而，LCD器件的显示质量因光损失而变差。
发明内容
本发明提供一种设有能够高效聚集光的棱镜片的背光组件。
另外，本发明提供一种设有该背光组件的显示器件。
根据本发明的背光组件包括发光光源，引导从光源发出的光的LGP，以及位于LGP上用于收集由光源发出的光的棱镜片。在一个实施例中，在棱镜片上沿一个方向不连续地形成有多个棱镜。在另一个实施例中，各棱镜沿着其宽度方向的横截面的上表面部形成一个弧形。
在这些棱镜中，第一棱镜的高度与相邻的第二棱镜的高度不同。第一和第二棱镜的高度比可在大约2.5至大约4.0的范围内。第一和第二棱镜之间的高度差可在大约10微米至大约25微米的范围内。
入射在第一和第二棱镜上的大约85％至大约95％的光由第一棱镜发出，剩下的由第二棱镜发出。
在一个实施例中，理想的是棱镜高度向棱镜的两端递减。在另一个实施例中，还理想的是棱镜宽度向棱镜的两端递减。在又一个实施例中，棱镜垂角大致为直角。
在一个实施例中，显示器件包括显示图像的面板单元，及向面板单元提供光的背光组件。背光组件包括发光光源，引导光源发出的光的LGP，及位于光导板上的棱镜片。从光源发出的光被LGP引导之后，被棱镜片收集。在一个实施例中，在棱镜片上沿一个方向不连续地形成有多个棱镜。在另一个实施例中，当棱镜的横截面沿棱镜宽度方向截取时，棱镜横截面的上表面部形成一个弧形。
在多个棱镜中，第一棱镜的高度可与相邻第一棱镜的第二棱镜的高度不同。第一和第二棱镜的高度比可在大约2.5至大约4.0的范围内。第一和第二棱镜之间的高度差可在大约10微米至大约25微米的范围内。
入射在第一和第二棱镜上的大约85％至大约95％的光由第一棱镜发出，而剩下的由第二棱镜发出。
在一个示例性实施例中，理想的是棱镜高度向棱镜两端递减。在另一个实施例中，还理想的是棱镜宽度向棱镜两端递减，其中，棱镜垂角大致为直角。面板单元可以是LCD面板。
附图说明
本发明上述及其它特征与优点将在参照附图对其示例性实施例的详细描述中变得清晰，其中：
图1是本发明一个示例性实施例中设有背光组件的显示器件的剖视图；
图2是本发明一个示例性实施例中的图1的显示器件组装透视图；
图3是本发明一个示例性实施例中的沿图2的线III-III截取的横截面图；
图4是本发明一个示例性实施例中的包括在背光组件中的棱镜片的示意简图；
图5是本发明一个实施例中的沿图4的线V-V截取的横截面图；
图6A和6B分别是本发明实验性实施例与现有技术比较例亮度分布的图解表示图。
具体实施方式
应当注意，在这里，术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序或重要性，而是用于元件之间的区别，并且术语“该”、“一”、“一个”不并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个参考的部件。另外，这里公开的所有范围都是包含端点的及，而且是可以独立组合的。
以下，将参照图1-图5描述本发明的实施例。在附图中，层、膜及区的厚度为了清楚起见而被夸大了。在整个说明中，相似的数字指的是相似的元件。应当理解，当诸如层、膜、区或基板的元件被称作位于另一元件“之上”时，该元件可以直接位于其它元件之上或可存在插入元件。本发明的这些实施例仅仅用于解释本发明而并非对本发明的限制。
图1示出依照本发明的一个实施例，设有背光组件70的显示器件1000的分解状态。在图1中显示器件1000的结构只是用于解释本发明，本发明并未限于此。因而，本发明还可适于具有其它结构的显示器件。
图1中示出的显示器件包括提供光的背光组件70及接收光而显示图像的面板单元50。顶盘60将面板单元50固定到背光组件70上。
面板单元组件40包括面板单元50；驱动集成电路(IC)封装43、44；及印刷电路板(PCB)42。驱动IC封装可以是膜上芯片(COF)或载带封装(TCP)。
虽然面板单元50在图1中显示为LCD面板，但这只是用于解释本发明，而并未限于此。因此，还可采用除LCD面板之外的其它面板。
面板单元50包括具有多个TFT的TFT(thin film transistor，薄膜晶体管)面板51、设置在TFT面板51之上的滤色器面板53、以及注入在该两个面板之间包含液晶(未示出)的材料。设置在滤色器面板53的上部和TFT面板51下部的偏振器(未示出)使由背光组件70提供的光偏振化。
TFT面板51是一块透明玻璃板，在其上，多个薄膜晶体管形成为矩阵状，多条数据线分别连接到晶体管的各个源极端，及多条栅极线分别连接到晶体管的各个栅极端。另外，由导电材料如透明氧化铟锡(ITO，indium tinoxide)制成的像素电极连接到漏极端。
当电信号从PCB 42施加到面板单元50的数据线和栅极线时，电信号就被施加给TFT的源极端和栅极端。TFT依据该电信号可以以这种方式开启或断开，即使得利于从像素输出所需的电信号通过TFT的漏极端输出。
在一个实施例中，滤色器面板53设置于TFT面板51上并面对TFT面板51。滤色器面板53是一个其上放置有RGB(“红、绿、蓝”)像素的面板。当光入射到这些像素上时，与光的相互作用可以促进想要颜色的形成。这些像素采用例如薄膜加工法形成。滤色器面板53的整个表面涂有ITO制成的公共电极。当通过向TFT的栅极端和源极端施加电能而使薄膜晶体管开启时，在滤色器面板53的像素电极和公共电极之间形成一个电场。该3电场改变TFT面板51和滤色器面板53之间注入的液晶分子的取向角。光的透射率根据该取向角而变化，以便获得理想的像素输出。
为了控制面板单元50液晶的取向角及控制获得这样一个取向角所需的时间，向TFT的栅极线和数据线施加驱动信号及时钟信号。每个驱动IC封装43、44确定数据驱动信号和栅极驱动信号的适用时间。
从面板单元50外部接收图像信号并向数据线和栅极线施加驱动信号的PCB 42，连接到附着于面板单元50的驱动IC封装44。PCB 42产生数据驱动信号及栅极驱动信号以驱动显示器件1000。PCB 42还产生多个用于以定时方式施加这种信号的驱动信号，并分别向面板单元50的栅极线和数据线施加栅极驱动信号和数据驱动信号。
背光组件70设在面板单元组件40的下部之下，以向面板单元50供给均匀光。
背光组件70的上部和下部分别被上模架62和下模架66牢固保持。背光组件70包括光源74、光源盖76、LGP导光板78、反射片79、以及光学片72。这些元件容纳在底座64中。
从光源74发出的光进入LGP 78的侧面。光源盖76覆盖光源74并为其提供保护。进入LGP 78的光在LGP 78中均匀地漫射并被LGP 78导向到光学片72中。反射片79被设置在LGP 78的下面并反射光，由此使光损失最小化。光学片72增强了光的亮度并将其提供至面板单元50。
虽然在图1中光源74为一个灯具，但这只是用于解释本发明，而本发明不限于此。因此，其它除灯以外的光源也可以被采用，如果需要的话。
在底座64的后侧安装有变换器(未示出)和控制板(未示出)。变换器将外部功率(例如电功率)转换为恒压功率源并将其提供给光源。控制板连接到PCB 42并将模拟信号转换为数字信号以将其提供到面板单元50。
光学片72包括保护片14、棱镜片10、12及漫射片18。棱镜片10、12包括上棱镜片12和下棱镜片10。被LGP 78引导并从其顶面射出的光通过漫射片18均匀地漫射，并在穿过棱镜片10、12的同时收集。LGP 78的顶面面对着漫射片18。形成在各自棱镜片10、12上的棱镜具有三维结构，以使被漫射片18漫射的光可以被有效收集并可以被更均匀地漫射。保护片14设在上棱镜片12上以保护包含于其中的棱镜。
图1中示出的光学片72的结构只用于解释本发明，本发明并未限于此。因此，光学片72可改进为其它想要的结构。尤其是，如图1所示，尽管棱镜片10、12包括上棱镜片12和下棱镜片10，但这只用于解释本发明，本发明并未限于此。因此，仅一个棱镜片也可用来代替两个棱镜片。
图1中示出的放大的圈是形成在下棱镜片10上的棱镜100的放大视图。如图1放大的圈所示，多个棱镜100沿一个方向不连续地形成在下棱镜片10上。各棱镜100可具有一个形状，其沿着Y方向并肩排列、沿X方向端对端排列。每个棱镜100的高度(Z方向)向其两端递减，其为每个棱镜100的宽度。多个棱镜还可以相似的方式形成在上棱镜片12上。于是，形成在上棱镜片12上的棱镜可以形成为三维横跨下棱镜片10的棱镜。换言之，上棱镜片12上的各棱镜在X方向并肩而在Y方向端对端地延伸。本领域技术人员很容易理解形成这种棱镜的方法。图2示出了各部件组装在一起时的显示器件1000。
光在穿过棱镜片后，被供给到面板单元50以显示想要的图像。即，使所有已经穿过棱镜片的光在Z方向上传播，因此显示具有增强亮度的图像。以下，将参照图3详细描述获得具有增强亮度的图像的原理。
图3是沿着图2的线III-III的横截面图。图3显示的是光被下棱镜片10聚集并被射出的状态。
如图3放大的圈所示，棱镜100形成在下棱镜片10上。如图3所示，每个棱镜100的上表面部1011截面形成弧形。棱镜100的截面通过沿着棱镜100的宽度方向切割棱镜100而形成。当棱镜100的上表面部1011形成一个圆角状时，光在棱镜100内的损失可最小化。因此，如箭头所示，棱镜100中的光在上表面部1011会聚，由此向面板单元50平滑出射。入射到棱镜100侧面的一部分光被全反射并从另一个棱镜100射出。
另外，互相邻接的棱镜101、103形成为不同高度，以此有效会聚光线。
以下，将参照图4和图5对本发明实施例中包括在背光组件中的棱镜片进行说明。
图4显示出图1所示的上棱镜片12。图4中放大的圈显示形成在上棱镜片12上的棱镜120的结构。棱镜120与下棱镜片10(图1所示)上所形成的棱镜100相似。然而，上棱镜片中的棱镜120的形成方向与下棱镜片中的棱镜100的形成方向不同。在一个实施例中，上棱镜片中的棱镜120的形成方向与下棱镜片中棱镜100的形成方向大致成直角。在另一个实施例中，下棱镜片的棱镜120的宽度与下棱镜片中棱镜100的宽度成一个角度。优选地，该角度大致为直角。
如图4所示，尺寸不同的棱镜121、123互相邻接。这样的棱镜121、123之间的关系将参照图5进行描述。
图5是沿着图4中线V-V截取的横截面图，示出了沿着棱镜121、123宽度方向截取的棱镜121、123横截面的顶面部。在该实施例中，棱镜120的剖切面与上棱镜片12的水平面之间的垂角(α)大致形成一个直角。
如图5所示，第一棱镜121和第二棱镜123的高度互相不同，并且，第一棱镜与第二棱镜的高度比在大约2.5至大约4.0的范围之内。此处，第一棱镜121和第二棱镜123为棱镜120中相互邻接的棱镜。如果第一棱镜121的高度h1与第二棱镜123的高度h2的比小于2.5，则棱镜片外观不良。另外，如果第一棱镜121的高度h1与第二棱镜123的高度h2的比高于4.0，则棱镜片12的表面将变得太不平坦从而使入射光难以聚集。
为了详细说明第一棱镜121的高度h1与第二棱镜123的高度h2的关系，期望的是第一棱镜121的高度h1与第二棱镜123的高度h2之间的差在大约10微米至大约25微米的范围之内。如果高度差小于大约10微米，则棱镜高度没有实质差别，然而由此导致的棱镜片的外观变差。另一方面，如果高度差大于大约25微米，则光线难以聚集。
如上所述，由于第一棱镜121的高度h1与第二棱镜123的高度h2具有特定关系，因此入射到第一棱镜121及第二棱镜123上的大约85％至大约95％的光只从第一棱镜121射出，而剩下的光从第二棱镜123射出。结果，光从棱镜片12有效射出。
下面的实施例只是示例性的而非限定性的，用以说明此处描述的本发明的各种实施实施方式。尽管这些例子阐述本发明所选择的实施方式，但应该注意本发明并未限于此。
实施例
下面的实施例用于阐述包含此处描述的棱镜片的背光组件与带有由3M公司生产的作为比较的棱镜片的背光组件之间的差别。由3M生产的棱镜片具有若干连续形成在仅一个方向上的棱镜。
关于3M生产的棱镜片，形成在顶面上的棱镜节距为50微米并且垂角为90°。和现有技术一样，本发明背光组件中采用两个棱镜片。
本例子中，除棱镜片外，包括在本发明背光组件内的大部分其它部件与现有技术比较例中采用的相似。图6A和图6B分别为示意性示出本发明实验例和现有技术比较例的亮度分布的图表。在图6A和6B中，中心部(色图中为红色)显示一个亮区而环绕部(色图中为蓝色)显示暗区。每种色的亮度采用图6A和6B右侧所示的色带表示。对于整个方向的亮度分布，对应于最大亮度的50％的点的角度，即，半值宽度在表1中示出。在图6A和6B中，采用红实线表示影响对比度的半值宽度。
                                                          表1
  半值宽度           垂直边             水平边
  实验例   +22.2°   -22.5°   +25.0°   -25.3°
  比较例   +20.1°   -20.4°   +23.4°   -22.9°
如表1所示，对本发明实验例与现有技术比较例做比较发现，对于本发明的实验例，垂直边和水平边的半值宽度在+向及-向延伸大约2°。这些结果显示，本发明棱镜片与3M生产的作为比较的棱镜片相比在给定亮度的区域方面得以增加。这也可从图6A和6B中看出，在图6A中用实线圈出的区域比图6B中实线圈出的区域要大些。因此，本发明棱镜片可允许比3M生产的棱镜片具有更广的光视角。
如上所述，在包括本发明棱镜片的背光组件中，棱镜截面的顶面部形成一个弧形，由此使光损失最小化。
另外，由于这些棱镜中第一棱镜和第二棱镜的高度互相不同，因此棱镜片的外观得到改善。
本发明棱镜片以这种方式生产，即使得棱镜高度向棱镜两端递减、并且棱镜宽度向棱镜两端递减，从而不平坦棱镜得以形成，由此有效收集光线。
在一个实施例中，由于第一和第二棱镜的高度比在大约2.5至大约4的范围内，因此亮度可大大提高。
在另一个实施例中，由于第一棱镜和第二棱镜的高度差在大约10微米到大约25微米的范围内，因此亮度可大大提高。
在又一个实施例中，由于入射到第一和第二棱镜的光的大约85％至大约95％只从第一棱镜射出而剩下的从第二棱镜射出，因此亮度可被大大提高并且光视角也可扩展。
在又一个实施例中，由于棱镜的垂角大致为直角，因此光损失可基本上被最小化。
在又一个实施例中，由于显示器件包括上述棱镜片，因此显示质量显著提高。
尽管上面已经描述了本发明，但对于那些本领域熟练技术人员来说，应当理解，可以对本发明作出各种没有脱离其由所附权利要求限定的精神和范围的变化和修改。
本申请要求于2004年8月13日提交的韩国专利申请No.2004-0064024的优先权，其全文内容引入此文作为参考。

Claims (18)

1.一种背光组件，包括：
一发光的光源；
一引导该光源发出的光的导光板；及
一位于该导光板上的棱镜片，该棱镜片收集所述光源发出的光；
其中，在所述棱镜片上沿一个方向不连续地形成有多个棱镜，并且在沿着所述各棱镜的宽度方向截取横截面时，所述各棱镜的横截面的顶面部形成一弧形。
2.如权利要求1所述的背光组件，其中在所述多个棱镜中，一第一棱镜的高度与邻接该第一棱镜的一第二棱镜的高度不同。
3.如权利要求2所述的背光组件，其中所述第一棱镜和所述第二棱镜的高度比在约2.5至约4.0的范围内。
4.如权利要求2所述的背光组件，其中所述第一棱镜和所述第二棱镜之间的高度差在约10微米至25微米的范围内。
5.如权利要求2所述的背光组件，其中入射到所述第一棱镜和所述第二棱镜的光的约85％至约95％从所述第一棱镜射出，剩余的光从所述第二棱镜射出。
6.如权利要求1所述的背光组件，其中所述棱镜片的棱镜高度向该棱镜的两端递减。
7.如权利要求6所述的背光组件，其中所述棱镜片的棱镜宽度向该棱镜的两端递减。
8.如权利要求1所述的背光组件，其中所述棱镜片的棱镜的垂角大致为直角，其中该垂角是指所述棱镜片的横截面的剖切面和水平面之间的角。
9.如权利要求1所述的背光组件，其中还包括另一邻接所述棱镜片而设的棱镜片，该另一棱镜片包括不连续形成在该另一棱镜上的多个棱镜，其中，所述棱镜片中的棱镜形成方向与所述另一棱镜片中的棱镜形成方向大致成直角。
10.一种显示器件，包括：
一显示图像的面板单元，及
一向该面板单元提供光的背光组件，
其中该背光组件包括：
一发光的光源；
一引导该光源发出的光的导光板；及
一位于该导光板上的棱镜片，该棱镜片收集所述光源发出的光；
其中，在所述棱镜片上沿一个方向不连续地形成有多个棱镜，在沿着所述各棱镜的宽度方向截取横截面时，所述各棱镜的横截面的顶面部形成一弧形。
11.如权利要求10所述的显示器件，其中在所述多个棱镜中，一第一棱镜的高度与邻接该第一棱镜的一第二棱镜的高度不同。
12.如权利要求11所述的显示器件，其中所述第一棱镜和所述第二棱镜的高度比在约2.5至约4.0的范围内。
13.如权利要求11所述的显示器件，其中所述第一棱镜和所述第二棱镜之间的高度差在约10微米至25微米的范围内。
14.如权利要求11所述的显示器件，其中入射到所述第一棱镜和所述第二棱镜的光的约85％至约95％从所述第一棱镜射出，剩余的光从所述第二棱镜射出。
15.如权利要求10所述的显示器件，其中所述棱镜片的棱镜的高度向该棱镜的两端递减。
16.如权利要求15所述的显示器件，其中所述棱镜片的棱镜的宽度向该棱镜的两端递减。
17.如权利要求10所述的显示器件，其中所述棱镜片的棱镜的垂角大致为直角，其中该垂角是指所述棱镜片的横截面的剖切面和水平面之间的角。
18.如权利要求10所述的显示器件，其中所述面板单元为一液晶显示面板。
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