CN1821845A - 多芯片发光二极管单元和背光单元以及液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多芯片发光二极管单元以及采用该多芯片发光二极管单元的背光单元和液晶显示装置。多芯片发光二极管单元包括：基底；多个发光元件，布置在基底上并且辐射至少两种波长的光；帽，设置在多个发光元件的每个的上面，由折射率大于相邻外部介质的折射率的材料制成，并且全内反射从发光元件发射的光。

Description

多芯片发光二极管单元和背光单元以及液晶显示装置
                        技术领域
本发明涉及一种多芯片发光二极管单元以及使用该多芯片发光二极管单元的背光单元和液晶显示装置，更具体地讲，涉及一种多芯片发光二极管单元和使用该多芯片发光二极管单元的背光单元和液晶显示装置，其中，通过减小光源和漫射板之间的距离能使背光单元和液晶显示装置变细。
                        背景技术
通常，液晶显示装置是用在笔记本电脑、台式电脑、LCD-TV或者移动通信终端中的平板显示装置，其中，液晶显示装置是一种光检测器并且除了液晶面板之外还具有背光单元。液晶显示(LCD)装置自身不发光形成图像。即，由于液晶显示装置是从外部接收光来形成图像的光接收元件，因此它需要背光单元。背光单元设置在液晶显示装置的后表面上。
背光单元通常分为两种类型：直下型，从设置在液晶面板下面的多个光源辐射光；边光型，从设置在液晶面板后面的导光面板(LGP)的侧部的光源辐射光。边光型背光单元通常使用冷阴极荧光灯(CCFL)。然而，由于冷阴极荧光灯的色域低，因此它不适于高清晰、高分辨率的TV或监视器。近来，发光二极管(LED)已经成为具有吸引力的CCFL的替代品。例如，直下型背光单元使用发射朗伯光的发光二极管作为点光源。
如图1中所示，传统背光单元包括：LED 500；漫射板503和漫射片505，用于将LED 500发射的光均匀地输入到液晶面板510。用于将LED 500发射的光反射到液晶面板510上的反射板502设置在LED 500的下面。纠正光路以将光引导到液晶面板510的棱镜片507位于漫射片505和漫射板503之间。
为了将来自LED 500的光混合为白光，在LED 500和漫射板503之间需要空间。如果LED和漫射板之间的距离D大，则背光单元厚。如果距离小，则背光单元薄，但是从LED发射的光不能很好的混合，当从前面观看背光单元时出现热点(hot spot)，降低了图像质量。
如果背光单元厚，则液晶显示装置例如LCD或TV也厚。
                        发明内容
本发明提供了一种多芯片发光二极管单元，该发光二极管单元以光在密封装置中混合的方式形成。
本发明也提供了一种背光单元和液晶显示装置，该背光单元和该液晶显示装置通过减小混合从光源辐射的光所需的距离能变细。
根据本发明的一方面，提供了一种多芯片发光二极管单元，该发光二极管单元包括：基底；多个发光元件，布置在基底上并且辐射至少两种波长的光；帽，设置在多个发光元件的每个的上面，由折射率大于相邻外部介质的折射率的材料制成，并且全内反射从发光元件发射的光。
多个发光元件可布置在基底的外围。
帽可形成为锥形、多边锥形或圆顶形中的至少一种。
帽可由透镜组成。
多个发光元件可包括辐射红光的第一发光元件、辐射绿光的第二发光元件和辐射蓝光的第三发光元件。
根据本发明的另一方面，提供了一种背光单元，该背光单元包括：反射板，反射入射光；多个多芯片发光二极管单元，设置在反射板上并且包括基底和布置在基底上并且辐射至少两种波长的光的多个发光元件；帽，设置在多个发光元件的每个的上面，由折射率大于相邻外部介质的折射率的材料制成，并且全内反射从发光元件发射的光；漫射板，位于多芯片发光二极管单元的上侧，并且漫射和透射入射光。
根据本发明的又一方面，提供了一种液晶显示装置，该液晶装置包括背光单元和液晶面板，所述液晶面板利用从背光单元辐射的光来形成图像。
                        附图说明
通过参照附图对本发明示例性实施例进行的详细描述，本发明的上面和其它特征及优点将变得更加清楚，其中：
图1示出了用在液晶显示装置中的传统直下型背光单元；
图2是根据本发明示例性实施例的背光单元的示意性剖视图；
图3示出了位于反射板上的根据本发明的多芯片发光二极管单元；
图4A是根据本发明第一实施例的多芯片发光二极管单元的透视图；
图4B是图4A中示出的多芯片发光二极管的剖视图；
图5示出了在根据本发明第一实施例的多芯片发光二极管单元中使用的锥形帽中的光反射路径；
图6A是根据本发明第二实施例的多芯片发光二极管单元的剖视图；
图6B是根据本发明第三实施例的多芯片发光二极管单元的透视图；
图7示出了采用根据本发明第一实施例的多芯片发光二极管单元的背光单元的光密度与辐射角的关系曲线；
图8示出了采用根据本发明第二实施例的多芯片发光二极管单元的背光单元的光密度与辐射角的关系曲线；
图9示出了采用根据本发明第一实施例的多芯片发光二极管单元的背光单元的热点测定；
图10示出了采用根据本发明第二实施例的多芯片发光二极管单元的背光单元的热点测定；
图11示意性地示出了根据本发明的液晶显示装置。
                        具体实施方式
参照图2，根据本发明示例性实施例的背光单元100包括：反射板1；多个多芯片发光二极管单元15，布置在反射板1上；漫射板40。如图3中所示，多个多芯片发光二极管单元15二维地布置在反射板1上。
根据本发明的多芯片发光二极管单元15包括：多个发光元件，用于辐射至少两种波长的光；帽，用于实现来自发光二极管的光的全内反射。来自发光元件的不同波长的光在发光二极管单元中被全内反射数次并且被混合。
在图4A和图4B中示出了根据第一实施例的多芯片发光二极管单元。在发光二极管单元15中，多个发光元件5布置在基底7上，帽10设置在多个发光元件5的每个的上面。
发光元件5发射至少两种不同波长的光。例如，发光元件5可包括发射红光的第一发光元件5a、发射绿光的第二发光元件5b和发射蓝光的第三发光元件5c。在图4A中，示出了八个发光元件，包括三个第一发光元件5a、两个第二发光元件5b和三个第三发光元件5c。考虑到从用于发射每种波长的发光元件发射的光的量，用于发射每种波长的发光元件的数目或排列可根据期望的色温范围来选择。在本发明中，由于发光二极管单元能根据发射多波长光的发光元件的不同数目和排列来设置，因此为了生产目的的颜色显示良好且颜色选择性大。同样，根据本发明的多芯片发光二极管单元和单芯片发光二极管单元的尺寸相近。
发光元件发射的光在帽10中被全内反射数次并且被混合。帽10由透明材料例如透镜制成。帽10的材料的折射率比发光二极管单元15和漫射板40之间的介质的折射率大，以满足全反射条件。例如，如果发光二极管15和漫射板40之间的介质为空气，则帽可由环氧树脂或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成，其折射率为1.49。由于帽10的折射率比空气的折射率大，因此以大于临界角θC的角入射的光在离开帽10之前被全内反射数次。从而，来自发光元件的光在帽中混合，发射白光。由于不同波长的光在帽10中混合并且从发光二极管单元15发射向漫射板40，所以在发光二极管单元15和漫射板40之间光不需要混合。因此，能减小发光二极管单元15和漫射板40之间的距离d(见图2)。
帽10可为锥形、圆顶型或棱锥形。在图4A和图4B中示出了锥形帽10。
优先地，但不是必要的，发光元件5a、5b和5c布置在基底7的外围，而不布置在基底7的中心。如果发光元件不布置在基底7的中心，能防止热点。当来自发光元件的光不均匀漫射时，能观察到局部过亮的热点，热点使显示质量下降。如果发光元件位于基底的中心，因为光以小于临界角θC的角到达帽10的表面，所以大部分光穿出帽10的顶点，而不是被全内反射。如果发光元件布置在基底7的外围，则来自发光元件的大部分光以大于临界角θC的角到达帽10，从而被全内反射。
图5示出了光束在锥形帽10表面的轨迹，并示出了射出之前被全内反射数次的光。
当来自发光二极管单元15的一部分光被发射向反射板1时，反射板1通过将光反射向漫射板40来提高光效率。
从发光二极管单元15发射的白光被漫射板40漫射。用于纠正光路的棱镜片50设置在漫射板40的上面。同样，用于提高从漫射板40发射的光的方向性的增亮膜(BEF)60和用于提高偏振效率的偏振增强膜70还可设置在棱镜片50的上面。增亮膜60通过折射和聚集从漫射板40发射的光以增加光的方向性来提高亮度。
例如，偏振增强膜70透射P偏振光并反射S偏振光。
如上所述，由于根据本发明的发光二极管单元包括：多个发光元件，用于辐射多波长的光；帽，用于全内反射并混合从发光元件发射的光；所以用于混合从发光二极管单元发射的光的空间会大大减小。从而，发光二极管单元15和漫射板40之间的空间或距离d(见图2)会大大减小，并且背光单元的整体厚度会减小。
发光二极管单元15′如图6A所示构造。根据第二实施例的发光二极管单元15′包括：发光元件5，其布置在基底7上并且发射至少两种波长的光；圆顶形帽11，位于发光元件5的上面。在根据第二实施例的发光二极管单元15′中，优选地，但不是必须的，发光元件5布置在基底7的外围，而不布置在基底7的中心。
从发光元件5辐射的不同波长的光在帽11中被全内反射数次并被混合，然后被发射到帽11的外部。
在根据第三实施例的发光二极管单元15″中，帽12形成为棱锥形例如四棱柱形。
图7示出了具有锥形帽10的发光二极管单元的光密度与辐射角的关系曲线，并示出了大部分光在大约50～60°范围内发射。
图8示出了具有圆顶形帽11的发光二极管单元的光密度与辐射角的关系曲线，并且示出了大部分光在大约30～40°范围内发射。
根据这个结果，从根据本发明的发光二极管单元的前表面中的0°附近发射的光的密度相对较小。因此，能通过将根据本发明的发光二极管单元应用到直下型背光单元来防止热点。图9示出了模拟从采用具有锥形帽的发光二极管单元的背光单元中发出的光的结果，图10示出了模拟从采用具有圆顶型帽的发光二极管单元的背光单元中发出的光的结果。对比图9和图10，锥形帽比圆顶型帽能更好地防止热点。然而，圆顶型帽的背光单元在防止热点方面仍比传统背光单元好得多。
图11示意性地示出了包括具有根据本发明的发光二极管单元15的背光单元的液晶显示装置。根据本发明的液晶显示装置包括背光单元100和设置在背光单元100上并形成图像的液晶面板200。背光单元100采用多芯片发光二极管单元15、15′、或15″。
液晶面板200包括薄膜晶体管和作为像素单元的电极，并且通过对液晶施加电场来显示图像。由于液晶面板的具体结构和根据液晶显示装置中的驱动电路的图像显示操作广为人知，所以将省略这些描述。
如上所述，根据本发明的多芯片发光二极管单元包括：多个发光元件，用于辐射至少两种不同波长的光，并且在光射出之前将从发光元件发射的光全内反射数次并将从发光元件发射的光混合数次。从而，发光二极管单元外部的用于混合光的空间可大大减小。因此，背光单元和液晶显示装置的厚度会大大减小。
同样，由于大部分光从发光二极管单元的侧部发射，因此能防止热点并能提高图像质量。
另外，与单芯片发光二极管单元相比，能容易地调节发射不同颜色光的发光元件的数目或发光元件的排列，从而色域能被大大增加，以确保逼真的图像质量。
尽管已经参照本发明的示例性实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可作形式和细节上的各种改变。
本申请要求2005年2月16日在韩国知识产权局提交的第10-2005-0012902号韩国专利申请的优先权，其公开通过引用完全包含于此。

Claims (14)

1、一种多芯片发光二极管单元，包括：
基底；
多个发光元件，布置在所述基底上并且辐射至少两种波长的光；
帽，设置在所述多个发光元件的每个的上面，由折射率大于相邻外部介质的折射率的材料制成，并且全内反射从所述发光元件发射的光。
2、如权利要求1所述的多芯片发光二极管单元，其中，所述多个发光元件布置在所述基底的外围。
3、如权利要求1所述的多芯片发光二极管单元，其中，所述帽形成为锥形、棱锥形或圆顶形中的至少一种。
4、如权利要求1所述的多芯片发光二极管单元，其中，所述帽由透镜组成。
5、如权利要求3所述的多芯片发光二极管单元，其中，所述帽由透镜组成。
6、如权利要求1所述的多芯片发光二极管单元，其中，所述多个发光元件包括辐射红光的第一发光元件、辐射绿光的第二发光元件和辐射蓝光的第三发光元件。
7、一种背光单元，包括：
反射板，反射入射光；
多个多芯片发光二极管单元，设置在所述反射板上并且包括：基底；多个发光元件，布置在所述基底上并且辐射至少两种波长的光；帽，设置在所述多个发光元件的每个的上面，由折射率大于相邻外部介质的折射率的材料制成，并且全内反射从所述发光元件发射的光；
漫射板，位于所述多芯片发光二极管单元的上面，并且漫射和透射所述入射光。
8、如权利要求7所述的背光单元，其中，所述多个发光元件布置在所述基底的外围。
9、如权利要求7所述的背光单元，其中，所述帽形成为锥形、多边锥形或圆顶形中的至少一种。
10、如权利要求7所述的背光单元，其中，所述帽由透镜组成。
11、如权利要求9所述的背光单元，其中，所述帽由透镜组成。
12、如权利要求7所述的背光单元，其中，所述多个发光元件包括辐射红光的第一发光元件、辐射绿光的第二发光元件和辐射蓝光的第三发光元件。
13、一种液晶显示装置，包括：
如权利要求7所述的背光单元；
液晶面板，利用从所述背光单元辐射的光来形成图像。
14、一种液晶显示装置，包括：
如权利要求8所述的背光单元；
液晶面板，利用从所述背光单元辐射的光来形成图像。
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