CN1828388A - 背光单元以及使用其的液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种背光单元，该背光单元包括多个灯阵列单元，各单元包括沿一个方向均匀设置的多个LED灯；形成在所述多个灯的上表面上以沿横向方向反射由所述多个LED灯中的每一个发射的光；光散射体，设置在所述灯阵列单元上方；以及外壳，支撑所述光散射体。

Description

背光单元以及使用其的液晶显示器件
本申请要求享有2005年2月28日递交的韩国专利申请P2005-0017029号的权益，在此引用其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器件(LCD)，尤其涉及一种背光单元以及使用其的液晶显示器件。尽管本发明适于更广范围的应用，但是尤其适用于改善背光的均匀性以及混色。
背景技术
通常，主要将阴极射线管(CRT)用作诸如电视机(TV)显示器、测量设备、信息终端等的各种显示器件之一。然而，CRT不能满足具有减小尺寸和重量的电子产品的需求。为此，研发了许多平板显示器件以代替CRT，例如采用电场光学效应的LCD、采用气体放电的等离子体显示面板(PDP)以及采用电致发光的电致发光显示器(ELD)。在这些平板显示器件中，LCD由于尺寸小、重量轻并且能耗低而引起了极大关注。因此，对LCD具有极大的需求以用于膝上型电脑显示器、桌面型电脑显示器以及大尺寸信息显示器。
LCD器件为光接收器件，其通过调整光源的光量显示图像。光源为单独的实体，其可以是向LCD面板提供光的背光。所述背光可以根据该背光中灯单元的安装位置分为侧光型和直下型两种。目前，具有可以用作背光光源的各种类型的光源，诸如EL(电致发光)、LED(发光二极管)、CCFL(冷阴极荧光灯)和HCFL(热阴极荧光灯)。具体的，由于CCFL外形薄、寿命长并且能耗低，其已经被广泛用于大尺寸彩色TFT-LCD中。
CCFL包括荧光放电管，其中密封有Hg气体以及Ar、Ne等以利用彭宁(penning)效应。在该管的两端设置有电极。阴极形成为扁平状以具有宽的区域。在施加电压时，放电管中的带电粒子与扁平阴极相碰撞以产生像溅射一样的二次电子。产生的二次电子激发邻近的元素以产生等离子体。所述被激元素放出激发荧光物质以发出可见光的强UV射线。
在侧光型背光中，将灯单元设置在导光板的横向侧。该灯单元包括发光的灯、安装在灯两端以保护灯的灯支撑以及具有适配在导光板横向侧中以将由灯发出的光反射向导光板的灯反射器。该侧光型背光适用于诸如膝上型或者桌面型电脑显示器的小尺寸LCD器件。使用该侧光型背光的LCD器件的优点在于：光均匀、寿命长并且尺寸小。
在直下型背光中，按照行设置多个灯以直接照射LCD面板的前侧。该直下型背光比侧光型背光具有更高的光效率并且主要应用于需要高亮度的大尺寸LCD(超过20英寸)中。将具有直下型背光的LCD用作比膝上型电脑驱动时间更长的大尺寸显示器或者电视机，并且包括更多的灯。因而，直下型背光中的一些灯可能会由于这些灯的故障或者长期使用而不发光。结果，不被所述相应的灯照射的部分比屏幕的正常部分明显变暗，从而可以直接识别出来。因此，直下型背光需要经常更换灯并且需要背光单元具有便于组装/拆卸的结构。
如上所述，LCD利用液晶调整透过屏幕的光量并且采用调整的光决定色彩和亮度。因而，LCD在如下方面不同于通用显示器件。例如，LCD器件提供视角，根据观看屏幕的角度图像质量明显变化；透射比，根据光照射显示器的照射类型；色彩再现力，通过滤色片传输的多少光可以重现R、G和B色；亮度，表示图片的明亮程度；以及残余图像(after image)，由长期滞留的图像产生。
LCD将其领域从便携式产品的显示扩展到桌面型PC监视器以及家庭TV。尽管LCD具有重量轻以及扁平、短小的物理优点，但是其在色彩再现力和亮度等方面不如CRT。传统的笔记本监视器LCD具有比按照NTSC(国家电视系统委员会)采用的系统的彩色TV低40％-50％的色彩再现力。然而，其可以只通过色彩再现力满足用户的需求。这样，LCD市场要求研发一种可以实现超过用于TV中的CRT的色彩再现力的LCD。
包括液晶面板、背光以及滤色片的通用多色彩LCD通过将从具有3-波长荧光灯的背光照射的白光分为R、G和B三种颜色并通过增加或者混合这三种颜色而实现各种颜色。当蓝、绿和红LED同时用于实现白颜色时，应用中会产生许多问题。具体地说，由于通过收集来自各自LED位置的不同颜色而产生白色的技术困难，这一应用很难。因而，为了实现白颜色，一个LED至少能够发出具有预定强度的三波长。这样，急需研发一种背光，其能够提供具有低能耗的移动电话的小SMD(表面安装器件)LED的优点以及具有良好的色彩再现力的笔记本计算机的CCFL的优点。
参照图1说明根据现有技术的背光。图1示出了根据现有技术的背光的截面图。如图1所示，背光单元具有荧光灯1、导光板2、扩散物质3、反射片4、扩散片5以及棱镜片6。当将电压施加到荧光灯1时，存在于荧光灯1中的剩余电子迁移到正极。该迁移电子与Ar碰撞。Ar被激发以增加正离子。然而，增加的正离子与负极碰撞以产生二次电子。当产生的二次电子流入管中以开始放电时，电子流通过放电碰撞以与Hg蒸汽电离从而发射UV射线和可见光。发射的UV射线激发涂布在荧光灯1内壁上的荧光物质从而发射可见光。
导光板2为波导管，其通过将从荧光灯1发射的光引入其内而发射面光源。导光板2由具有良好光透射比的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)树脂形成。与导光板2的入射光效率相关的因素包括导光板厚度到灯直径、导光板2与灯1之间的距离以及灯反射器类型。通过在偏离导光板2中央的厚度方向倾斜设置荧光灯1可以增加入射光效率。LCD背光的导光板2可以是印刷型导光板、V型沟槽型导光板和扩散型导光板其中之一。
扩散物质3包括SiO2颗粒、PMMA、溶剂等。SiO2颗粒用于光散射并且具有多孔结构。PMMA用具将SiO2颗粒粘附于导光板2的下表面。将散射物质3以圆点形式涂布在导光板2的下表面。圆点区域逐步增加以在导光板2的上部分上获得均匀的面光源。即，每单位区域由圆点所占的区域率在邻近荧光灯1处比较小，而每单位区域由圆点所占的区域率在远离荧光灯1处比较大。而且，所述圆点可以具有不同形状。如果每单位区域的区域率相等，则可以从导光板2的上部获得相同亮度的效果。
反射片4设置在导光板2的后端以使从荧光灯1投射的光进入导光板2的内侧。散射片5设置在导光板2上方并且具有涂布其上的圆点图案，从而根据视角提供均匀的亮度。散射片5由PET或者PC(聚碳酸酯)树脂形成。在散射片5上设置颗粒涂布层以起散射的作用。棱镜片6用于增强要被反射的通过散射片5的上部透射的光的前亮度。棱镜片6使特定角度的光透射。其余角度的入射光由于全内反射返回到棱镜片6的下部。返回的光被粘附于导光板2下部的反射片4反射。
将图1所示的背光单元固定到模框上。设置在背光单元上表面的显示单元通过顶盘被保护。将顶盘和模框装配到一起以在其间容纳背光单元和显示单元。
下面参照附图说明根据现有技术的其它背光单元。图2示出了根据现有技术的背光单元的光波导管板的透视图。图3示出了根据现有技术的另一背光单元的布局图。图4A和4B示出了分别沿图3中的I-I’和II-II’线提取的背光单元的截面图。
如图2所示，现有技术背光单元的矩形光波导管板10由透明物质形成。该光波导管盘10包括处于突出(couple-out)的上横向侧的光发射表面11、设置于光发射表面11相对侧的下横向侧12以及四个横向侧13到16。用于光源的多个凹槽20设置于光波导管板10的下横向侧12以沿光发射表面11的方向延伸。分别在多个凹槽20下方设置R/G/B LED灯(未示出)。优选地，多个凹槽20以矩形格栅结构均匀分布在光波导管板10上。
上述采用R/G/B LED灯的背光单元结构的优点是不使用Hg而改善了色彩再现力。为了混合和发射来自R/G/B LED灯的色彩，各凹槽需要具有上横向侧以及横向侧壁以对应于光发射表面11。上横向侧应该涂布有第一反射层而各凹槽的下横向侧应该涂布有第二反射层。各凹槽20的边缘应该有第三反射层包围。而且，需要复杂的布局以使光波导管板10与各凹槽20之间的LED灯通过横向侧壁结合。
图3所示的背光单元具有直下型中间导光板。如图4A和4B所示，现有技术的背光包括多个灯阵列单元30(参见图3)，各单元具有沿一个方向设置的多个LED灯31；光散射体34，设置于所述灯阵列单元30上方用于扩散光以传输到LCD面板；中间导光板32，设置在LED灯31与光散射体34之间；多个反射片33，设置在中间导光板32下方以分别与LED灯31相对；以及外壳40，其中LED灯31固定其上以支撑中间导光板32和光散射体34。
在现有技术的背光单元中，具有反射片33分别粘附于其底部以与LED灯31相对的透明中间导光板32设在在LED灯31附近，从而从LED灯31发射的R/G/B色彩能够很好混合。而且，通过设置在中间导光板32下方以与LED灯31相对的反射片33，防止了分别从LED灯31发射的强光直接照射到LCD面板。
然而，在现有技术的LCD背光单元中，中间导光板32能通过热量、振动、冲击等沿LED灯31的方向下移以改变背光单元或打碎LED灯31，从而使色彩均匀性和混色率降低。为了解决这一问题，可以去除中间导光板32和反射片33。然而，如图去除这些，来自LED灯31上部的光直接照射到散射片而不能被混合在一起，从而降低了光的均匀性。
发明内容
因此，本发明涉及一种背光单元以及使用其的LCD器件，其基本上克服了由于现有技术的限制和缺点而产生的一个或者多个问题。
本发明的一个目的是提供一种背光单元以及使用其的LCD器件，其可以不使用现有技术的中间导光板而获得简单的结构。
本发明的另一目的在于提供一种背光单元以及使用其的LCD器件，其可以通过各在LED灯上形成反射物质而防止LED灯破碎或者变形。
本发明的再一目的在于提供一种背光单元以及使用其的LCD器件，其可以通过沿横向方向反射来自LED灯的光而改善色彩均匀性和混色。
本发明的附加优点、目的和特征将在后面的描述中得以阐明，通过以下描述，将使其对本领域技术人员来说显而易见，或者可通过实践本发明来认识。本发明的这些目的和其它优点可通过说明书及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和得到。
为了实现这些目的和其它优点，按照本发明的目的，作为具体和广义的描述，一种背光单元，包括：多个灯阵列单元，各单元包括沿一个方向均匀设置的多个灯；多个第一反射物质，分别设置在所述各LED灯的上表面以沿横向方向反射由相应的LED灯发射的光；光散射体，设置在所述灯阵列单元上方；以及外壳，支撑光散射体。
根据本发明另一个方面，一种LCD器件，包括：顺序并且均匀设置的多个LED灯；形成在多个灯中的每一个的上表面上以沿横向方向反射由所述多个灯中的每一个发射的光的第一反射物质；设置在LED灯上方用于散射以照射出由反射物质反射的光的光散射体；将LED灯固定其上并且支撑光散射体的外壳；设置在光散射体上以通过接收由所述光散射体照射的光显示图像的LCD面板；以及设置到LCD面板的边缘以及外壳横向侧以将LCD面板和外壳固定其上的顶盖。
应该理解，本发明上面的概述和下面的详细说明都是示例性和解释性的，意欲对所要求保护的本发明提供进一步解释。
附图说明
所包括的用于提供对本发明进一步解释并引入构成本申请一部分的附图说明了本发明的实施方式，并与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中：
图1示出了按照现有技术的背光单元的截面图；
图2示出了按照现有技术的背光单元的光波导管板的示意性透视图；
图3示出了按照现有技术的另一背光单元的示意性布局图；
图4A和4B分别示出了沿图3中的I-I’和II-II’线提取的背光单元的示意性截面图；
图5示出了按照本发明一示例性实施方式的背光单元的示意性布局图；
图6A和6B分别示出了沿图5中的III-III’和IV-IV’线提取的背光单元的示意性截面图；
图7示出了在本发明的背光单元和现有技术的背光单元之间从各自LED灯发射的光的路径的比较的示意性截面图；
图8A到8C示出了设置于根据本发明的LCD背光单元的具有反射物质的LED灯的示意性截面图；以及
图9示出了具有按照本发明图5所示的背光单元的LCD器件的示意性截面图。
具体实施方式
以下将参照附图中所示的实施例来详细描述本发明的优选实施方式。尽可能的，在整个附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。
图5示出了根据本发明一实施方式的背光单元的示意性布局图，并且图6A和6B分别示出了沿图5中的II I-III’和IV-IV’线提取的背光单元的示意性截面图。如图5、图6A和图6B所示，直下型LED背光单元包括多个灯阵列单元50，各单元具有沿一个方向顺序设置的多个R/G/B LED灯51；反射物质52，形成在所述各LED灯51的上表面以沿横向方向反射光；光散射体53，设置在所述灯阵列单元50上方以散射来自LED灯51的光；以及外壳60，将LED灯51固定其上以支撑光散射体53。
光散射体53用于防止LED灯51的图像显现在LCD面板的显示屏幕上并且提供具有均匀亮度分布完全的光源。光散射体53包括多个设置在LCD面板和光散射体53之间的多个散射片和散射板，以改善光散射效果。
在外壳60的内表面上形成反射物质(图中未示出)以将通过形成在LED灯51上的反射物质52反射的光朝向光散射体53反射。形成在各LED灯51上的反射物质52可以由漫反射、镜反射、金属反射等的白材料形成。在根据该示例性实施方式的背光单元中，反射物质52形成在各LED灯51上，使得从相应LED灯51发射的光通过反射物质52被发射以沿横向方向散射，从而改善均匀性和混色。
图7示出了在本发明的背光单元和现有技术的背光单元之间从各自LED灯发射的光的路径的比较的示意性截面图。如图7所示，在现有技术中，从LED灯100沿向上方向发射的光直接照射到光散射体200。相反，在本发明中，从LED灯100发生的光先由形成在LED灯100上表面上的反射物质110沿横向方向反射，然后射向光散射体200。
图8A到8C示出了设置于根据本发明的LCD背光单元的具有反射物质的LED灯的示意性截面图。如图8A和8B所示，LED灯51(参见图5)包括发光的LED芯片51a、保护LED芯片51a并且收集发出的光的透镜51b、形成在透镜51b上表面上以沿横向方向反射由LED芯片51a发出的光的反射物质52以及支撑LED芯片51a和透镜51b的支架51c。在该示例性实施方式中，可以设置透镜51b以包围LED芯片51a及其周围，并且透镜51b的上表面可以具有凸起形状、平坦形状或者类似“V”的凹陷形状。这样，形成在LED灯51a上方的反射物质52涂布在透镜51b的上表面上。或者，透镜51b可以具有包括上述形状的各种形状之一。
如图8C所示，将透明或者半透明材料54粘附于透镜51b的上部。将反射物质52涂布在透明或者半透明材料54上。在该示例性实施方式中，镜51b可以具有包括上述形状的各种形状之一。而且，将透明或者半透明材料54主要粘附于透镜51b的上部，从而顺利执行由LED芯片51a发出的光的混色。
图9示出了具有图5所示的背光单元的LCD器件的示意性截面图。如图9所示，该LCD器件包括多个顺序并且均匀设置的LED灯51以分别发射R/G/B光；反射物质52，形成在各LED灯51的上表面上以沿横向方向反射由相应的LED灯51发射的光；光散射体53，设置在LED灯上方以散射由反射物质52反射的光；外壳60，将LED灯51固定其上并支撑光散射体53；LCD面板70，设置在光散射体53上以通过接收经由光散射体53的光显示图像；以及顶盖80，设置在LCD面板70的边缘以及外壳60的横向侧以将LCD面板70和外壳60固定其上。
当LCD器件在LCD面板70上显示图像时，LED灯51发光。将电压整体性地或者选择性地施加到多个LED灯51，使得相应的LED灯51能够发光。发光的LED灯51分别发射R/G/B光。从各LED灯51发生的光并不直接向前行进而是通过形成在相应LED灯51上表面上的反射物质沿横向方向反射。接着，经反射物质52沿横向方向反射的光通过在光散射体53和LED灯51之间的空间内执行的混色而产生白光。该白光由光散射体53散射以施加到LCD面板70的背面，从而在LCD面板70上显示指定图像。
因此，本发明提供了下列的效果。首先，本发明的背光单元不使用现有技术的中间导光板而能够获得简单的结构。第二，通过在各LED灯上形成反射物质，本发明的背光单元能够防止由于热量、振动、冲击等由中间导光板引起的LED灯破碎或者变形。最后，通过沿横向方向反射由LED灯发射的光，本发明能够改善色彩均匀性和混色。
很显然，本领域的熟练技术人员可以在不脱离本发明的精神或者范围内对本发明的背光单元以及使用其的液晶显示器件进行各种的修改和改进。因此，本发明旨在覆盖所有落入所附权利要求及其等同物范围内的对本发明进行的修改和改进。

Claims (18)

1、一种背光单元，包括：
多个灯阵列单元，各单元包括沿一个方向均匀设置的多个灯；
多个第一反射物质，分别设置在所述多个灯的上表面以沿横向方向反射由所述多个灯中的每一个发射的光；
光散射体，设置在所述多个灯阵列单元上方；以及
外壳，支撑所述多个灯阵列单元和所述光散射体。
2、根据权利要求1所述的背光单元，其特征在于，所述包括在各灯阵列单元中的多个灯为顺序设置的红/绿/蓝发光二极管灯。
3、根据权利要求1所述的背光单元，其特征在于，还包括形成在所述外壳内表面上的第二反射物质。
4、根据权利要求1所述的背光单元，其特征在于，所述第一反射物质包括选自由漫反射、镜反射和金属反射组成的组中的白材料。
5、根据权利要求1所述的背光单元，其特征在于，还包括位于所述第一反射物质和所述灯之间的材料，该夹入的材料由透明材料和半透明材料其中之一形成。
6、根据权利要求1所述的背光单元，其特征在于，所述多个灯的每一个包括：
发射光的显示芯片；
保护所述显示芯片并且收集发射的光的透镜；以及
支撑所述显示芯片和镜的支架。
7、根据权利要求6所述的背光单元，其特征在于，所述显示芯片为发光二极管芯片。
8、根据权利要求6所述的背光单元，其特征在于，所述第一反射物质形成在所述透镜的上表面上。
9、根据权利要求1所述的背光单元，其特征在于，所述光散射体包括多个散射片和散射板以改善光散射效果。
10、一种液晶显示器件，包括：
顺序并且均匀设置的多个灯；
形成在所述多个灯中的每一个的上表面上以沿横向方向反射由所述多个灯中的每一个发射的光的第一反射物质；
设置在所述多个灯上方用于散射以照射出由所述反射物质反射的光的光散射体；
将所述多个灯固定其上并且支撑所述光散射体的外壳；
设置在所述光散射体上以通过接收由所述光散射体照射的光显示图像的液晶显示面板；以及
设置到所述液晶显示面板的边缘以及所述外壳横向侧以将所述液晶显示面板和所述外壳固定其上的顶盖。
11、根据权利要求10所述的液晶显示器件，其特征在于，所述多个灯为分别发射红/绿/蓝光的发光二极管灯。
12、根据权利要求10所述的液晶显示器件，其特征在于，还包括形成在所述外壳内表面上的第二反射物质。
13、根据权利要求10所述的液晶显示器件，其特征在于，所述第一反射物质包括选自由漫反射、镜反射和金属反射组成的组中的白色材料。
14、根据权利要求10所述的液晶显示器件，其特征在于，还包括位于所述第一反射物质和所述灯之间的材料，该夹入的材料由透明材料和半透明材料其中之一形成。
15、根据权利要求10所述的液晶显示器件，其特征在于，所述多个灯中的每一个包括：
发射光的显示芯片；
保护所述显示芯片并且收集发射的光的透镜；以及
支撑所述显示芯片和镜的支架。
16、根据权利要求15所述的液晶显示器件，其特征在于，所述显示芯片为发光二极管芯片。
17、根据权利要求15所述的液晶显示器件，其特征在于，所述第一反射物质形成在所述透镜的上表面上。
18、根据权利要求10所述的液晶显示器件，其特征在于，所述光散射体包括多个散射片和散射板以改善光散射效果。
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