CN1896839A - 发光单元和使用这种发光单元的液晶显示设备 - Google Patents

Abstract

在使用发出多种颜色的LED作为光源的液晶显示设备中，把扩散材料散置在导光板中。所述导光板用于引导和相互混合所述多种颜色。所述扩散材料由具有与所述导光板的基材的光学特性不同的光学特性的材料制成，所述光学特性诸如是折射率。

Description

发光单元和使用这种发光单元的液晶显示设备

技术领域

本发明涉及发光单元和使用这种发光单元的液晶显示设备，并且特别涉及这种发光单元中使用的导光板结构。

背景技术

液晶显示(LCD)设备具有若干特性，如薄、轻和低功耗。由于这些特性，LCD设备广泛用于各种领域，包括办公自动化(OA)机、音频和视频(AV)装置及蜂窝电话终端设备。对于透射式LCD设备的情况，显示器包括用于照射LCD面板背面的背光。LCD设备通过控制从背光光源发出的光线的透射量来表现信息。荧光灯被用作背光光源。在近些年，采用发光二极管(LED)来代替荧光灯。这是因为荧光灯需要外围电路，如用于开灯的逆变电路，并且由于用于荧光灯的逆变电路会产生噪声。特别是，分别发射红(R)绿(G)蓝(B)颜色的LED一起用于通过混合这三种颜色来获得用于背光的白光。

使用R、G和B颜色的LED作为光源的传统类型的LCD设备由LED光源、LCD设备、一个或多个光导板、反射板和光学镜片组成。LED光源发出R、G和B颜色的光线。光导板把所发出的光线从LED光源导向LCD面板。光学镜片均匀分布提供给LCD面板的光。

LED中的每一个用作点光源。每个LED通常配备有镜头，用于提供关于外部光发射角度的光强度的方向性。光强度的方向性使得LED晶片以对应于所述角度的亮度来发出光线。为此，在每个LED的附近，光线容易影响该LED的方向特性。这样，LED的布置造成光线的高强度和低强度。特别是，在通过分别使用R、G和B颜色的LED来实现白光的情况下，这引起光线的高强度和低强度按颜色不规则的方式显示在LCD面板上。

考虑到这个问题，将从LED光源到LCD面板的导光板的尺寸加长，以降低由于不同色光的颜色混合而造成的颜色不均匀性。离开光导板的边缘来布置一组点光源，以使得相邻LED的间隔以及该组LED与该导光板的边缘之间的距离可满足预定的关系。在日本专利特开2000-36209号公报中提出了这种方法。

对于想使用发出相互不同颜色的多种类型LED来作为光源的情况，重要的是，分别表现相互不同颜色光线的各光线应该按照上述方式来相互均匀混合，以获得均匀混合的颜色。为此，从LED光源至LCD的导光板的尺寸被设计成加长的。但是，这种方法在结构设计上增加了限制，因为从LED光源到显示区域的颜色混合要求长距离。这样，需要加大导光板的尺寸，作为整体的LCD设备尺寸也相应地加大。另外，重量也增加了。

发明内容

因此，本发明的示例性特性是要提供一种发光单元和使用这种发光单元的LCD设备，其尺寸和重量可以降低，并且通过使用它们各自的简单结构可产生颜色不均匀性较低的光线。

特别地，本发明的发光单元包括：LED光源，发出多种不同颜色；以及导光板，用于接收所述多种不同颜色，混合所述多种不同颜色以及发出用于显示面板的混合光；其中在所述导光板上散置扩散材料，并且其中所述扩散材料具有不同于所述导光板的基材的光学特性的光学特性。

在一个实施例中，所述扩散材料被均匀散置在所述导光板的所述基材中。

在另一实施例中，所述扩散材料被非均匀散置在所述导光板的所述基材中。

当所述扩散材料非均匀地分布时，它们可以在导光板邻近LED光源的区域按较高的浓度出现。

当所述扩散材料非均匀地分布时，还可以作为上述实施例的替换或增加，较之导光板的两个主表面之间的更中心区域，在邻近所述两个主表面每个的地方以较高的浓度出现所述扩散材料。

优选地，所述发光单元还包括形成在所述导光板表面的具有高反射系数的镜片。

本发明的发光单元的另一实施例包括：LED光源，发出多种不同颜色；第一导光板，用于接收所述多种不同颜色，混合所述多种不同颜色以及发出混合光；以及第二导光板，用于接收来自所述第一导光板的所述混合光，并发出用于显示面板的混合光；并且其中在所述第一导光板上散置扩散材料，并且其中所述扩散材料具有不同于该导光板基材光学特性的光学特性。

扩散材料也可以散置在所述第二导光板中，在这种情况下，这种扩散材料也具有不同于所述第二导光板基材光学特性的光学特性。

所述发光单元还可包括从所述第一导光板向所述第二导光板引导所述混合光的反射镜。

所述发光单元还可包括从所述第一导光板向所述第二导光板引导所述混合光的导光部件。

扩散材料可散置在所述导光部件中，并且这种扩散材料应该具有不同于所述导光部件基材光学特性的光学特性。

根据本发明的LCD设备包括：LCD面板；以及根据上述任何实施例的发光单元。

根据本发明的发光单元以及使用这种发光单元的LCD设备，通过利用它们相对简单的结构，可以达到降低尺寸和重量并产生较低颜色不均匀性光线的目的。

散置在所述导光板中的所述扩散材料有助于混合由LED光源发出的光线所表现的颜色。所述扩散材料由光学特性(例如折射率)不同于所述导光板的基材的光学特性的材料制成。通过使用这些扩散材料，入射的光线被扩散。这样，就能缩短导光板和LED光源之间的距离，该距离是混合颜色所需要的，并且在致力于缩小导光板尺寸的同时还可以降低显示区域上的颜色不均匀性。尽管本发明提供了可减小LCD显示器尺寸和重量的结构，但权利要求书旨在覆盖这样的结构，而不管这种显示器的设计者是否利用这种降低尺寸和重量的能力。

附图说明

通过结合下述的附图，参考下面所说明的各优选实施例，本发明上述和其他的目的和优点以及进一步的描述对本领域的技术人员是显而易见的。

图1是示意性示出根据本发明第一实施例的使用发光单元的LCD设备的构造的透视图；

图2是示出根据本发明第一实施例的LCD设备的构造的垂直截面图；

图3是示出根据本发明第一实施例的LCD设备的另一构造的垂直截面图；

图4是示出根据本发明第一实施例的LCD设备的又一构造的垂直截面图；

图5是示意性示出根据本发明第二实施例的使用发光单元的LCD设备的构造的透视图；

图6是示意性示出根据本发明第三实施例的使用发光单元的LCD设备的构造的透视图；以及

图7是示意性示出根据本发明第四实施例的使用发光单元的LCD设备的构造的透视图。

具体实施方式

在下文中，将参考图1至图7来说明LCD设备的具体构造。

参考图1至图4说明根据本发明第一实施例的发光单元和使用这种发光单元的LCD设备。如图1和图2所示，根据该实施例的LCD设备主要包括：用于红(R)、绿(G)和蓝(B)颜色的LED光源1，控制装置7，LCD面板2，导光板4，反射板5，光学镜片6和反射镜10。控制装置7控制LED光源1中每一个的亮度。反射镜10使每个LED光源1发出的光投射到导光板4。导光板混合从LED光源发出的三种颜色并把混合光引导至LCD面板2。在导光板4靠近反射板5的表面设置反射图形9。反射板5减少光的损失并增加透射到LCD面板2的光。反射板5由金属板等制成。LCD面板2是显示图像的地方。光学镜片6位于导光板4和LCD面板2之间，用于使至LCD面板2的透射光均匀。光学镜片6由扩散片制成。另外，在本实施例的情况下，扩散材料8被散置在导光板4之内。扩散材料8的光学特性不同于导光板4的基材的光学特性。

应该注意，扩散材料8采用光学特性不同于导光板4的基材的光学特性的材料制作就可以了。还可以在基材中散置一种以上类型的扩散材料8，这些扩散材料的每种都具有与所述基材的折射率不同的折射率。还可以在基材中散置一种以上类型的金属颗粒，其每种都具有大于该基材反射系数的反射系数。还可以采用前一类扩散材料8和后一类由金属颗粒制成的扩散材料8混合散置在导光板4之内。

另外，关于导光板4的制作方法没有特别的限制。例如，可通过下述的方法制作导光板4。熔化半透明树脂制成的基材，并且扩散材料8与熔化的基材混合，接着进行搅动。然后，所得到的基材被硬化，从而形成导光板4。

另外，扩散材料8大到足以在导光板4中折射或反射从每个R、G和B颜色的LED光源发出的光就可以了。对扩散材料8的尺寸没有特别的限制。各扩散材料8可以都一样，或者可以是在尺寸上互不相同的多种类型。在图2中，扩散材料8均匀散置在导光板4的基材中。但是，也可以随机分布扩散材料8，或者如图3和图4的实施例按预定的非均匀方式来分布。在图3所示的情况下，较之LCD面板2下面的区域，在从LED光源1邻近处向LCD面板2附近延伸的导光板4的区域扩散材料8以更高的浓度散置。靠近LED光源1那一侧至LCD面板2的边缘之间的距离因此可被缩短。在图4所示的情况下，沿导光板4的深度方向，扩散材料8的分布浓度是变化的。特别是，较之两个主要表面之间的更中心的区域，在靠近导光板4的两个主要表面的地方按更高的浓度来散置扩散材料8。

现在说明包含上述发光单元的LCD设备的操作。在根据本例的LCD设备的情况下，控制装置7使R、G和B颜色的LED光源1分别按对每种颜色设置的预定亮度来发光。从每个LED光源1发出的光被直接地或通过反射镜10反射后引导至导光板4。

在本实施例的发光单元中，如图2所示，扩散材料8的光学特性与导光板4中包含的基材的光学特性不同，由于这种效应，入射在导光板4的光被折射和扩散。例如，扩散材料8的折射率与导光板4中包含的基材的折射率不同。这种折射效应扩散了直射到导光板4中的光的强度。这降低了由各LED的方向特性所引起的光强度之间的差异。因此，这就可以分别降低从各LED光源1的用于均匀三种颜色混合的距离。根据该实施例，即使缩短形成在导光板4中的从LED光源1至LCD面板2的光路径，来自LED光源1的入射光也能在导光板4中均匀混合。因此，导光板4的宽度可以被设计得更窄。这样，就可以使发光单元和包含它的LCD设备的尺寸和重量降低，并产生颜色更规则的光。

现在参照图5说明根据本发明第二实施例的发光单元以及使用该发光单元的LCD设备。在第一实施例的情况中，使用单个的导光板4，并利用该导光板4来混合分别从R、G和B颜色的LED光源1发出的光线。在本实施例的情况下，导光板被划分成两部分，用于进一步降低LCD设备的尺寸。

特别地，如图5所示，发出R、G和B颜色的LED光源21以及其中散置有扩散材料的混合导光板23被设置在LCD面板22的表面的背后，光入射到所述表面上。混合导光板23和散置在该混合导光板23中的扩散材料一起来混合从LED光源21发出的三种颜色。利用经处理金属板等而形成的反射镜28，设计在混合导光板23中混合的光被引导至主导光板24。主导光板24把混合光引导至LCD面板22。控制装置27控制光源21中每一个的亮度。反射板25减少光的损失并增加透射至LCD面板22的光。LCD面板22是显示图像的地方。位于主导光板24和LCD面板22之间的光学镜片26使得至LCD面板22的透射光变得均匀。

主导光板24和混合导光板23可以用相同的材料或各自不同的材料制成。另外，这两个导光板的厚度可以相同也可以不同。主导光板24可以做的比混合导光板23更厚，也可以做其他的改型。另外，如同在第一实施例的情况，扩散材料只要与导光板的基材具有不同的光学特性就可以了。扩散材料的材料、尺寸和分布可以按结合第一实施例所讨论的方式来变化。

在本实施例中，按照上述的方式，通过主导光板24和混合导光板23来扩散从设置在背后的LED光源21发出的光线。但是还可以在导光板23中提供这种光扩散材料，而不是在导光板24中提供。这种构造还使得较之第一实施例可实现尺寸进一步减小的LCD设备，并可降低由不同颜色的混合而引起的颜色强度的不均匀性。

现在参考图6说明第三实施例。该实施例是本发明第二实施例的修改。与前一实施例相同的元件用相同的参考标号来标记，并且不再重复它们的说明。在第二实施例的情况中，使用反射镜28来将在混合导光板23中混合的光引导到主导光板24。在本实施例的情况中，为了更有效地混合分别从R、G和B颜色的LED光源发出的光线，设计光线还可以在引导光线从混合导光板23至主导光板24的部分中被混合。

特别地，如图6所示，在LCD面板22的背后设置发出R、G和B颜色的LED光源21以及其中散置有扩散材料的混合导光板23。另外，包含有扩散材料的导光部件29还被设置在把光线从混合导光板23引导至主导光板24的部分中。主导光板24、混合导光板23和导光部件29可以用相同的材料制成或分别用不同的材料制成。另外，如第一实施例的情况，扩散材料的材料与基材在光学特性方面不同就可以了。扩散材料的材料、尺寸和分布可以按照结合前面实施例所述的方式来改变。

按这种方式在主导光板24、混合导光板23和导光部件29中的扩散材料的分布可以实现尺寸降低的LCD设备，并且可进一步降低由于颜色混合而引起的颜色不规则性。在本实施例中还可以省去导光板23和24中的一个或两者中的扩散材料。

现在参考图7说明第四实施例。在第三实施例的情况中，光线优选在混合导光板23、主导光板24和导光部件29的每个中混合。然而，在本实施例的情况中，为了减少在进出混合导光板23、主导光板24和导光部件29中的每个时所造成的光线损失，把第三实施例的混合导光板23、主导光板24和导光部件29整体地形成。

特别地，如图7所示，在LCD面板22背后设置发出R、G和B颜色的LED光源21，并且在光源附近使用导光板30。导光板30是通过把混合导光板、主导光板和导光部件整个形成在一起而获得的。如图7所示，导光板30具有字母U形状的对称截面。另外，混合导光板和主导光板通过导光部件相互连接。如第一实施例的情况，扩散材料的材料在光学特性上与导光板30的基材不同就可以了。扩散材料的材料、尺寸和分布可以按结合前面实施例所述的方式来变化。而且，对制造导光板30的方法也没有限制。例如，可通过对材料铸模而形成导光板30，其通过在模子中的基材中散置扩散材料而得到。可替换地，导光板30还可以通过形成片状部件来制成，所述片状部件通过在基材中散置扩散材料并且然后在对该部件加热时折叠该部件而获得。

通过整体形成混合导光板、主导光板和导光部件而提供导光板，可以实现具有低光损失、改进的亮度效率和尺寸降低的LCD设备。另外，还降低了由于颜色混合而引起的颜色不均匀性。

现在说明第五实施例。在上述四个实施例中，根据不同构造的扩散材料和这些实施例的结构，从LED光源发出的光线沿不同方向扩散。这样，光线可能从每个引导部件的正面和背面泄漏。

在第五实施例中，把具有高反射系数的镜片粘附在图1至图5示出的导光板的任何或全部表面。例如，通过沉积等在图1至图5示出的导光板的任何一个或多个表面形成具有高反射系数的金属膜。

这样的构造使得可实现具有如下特性的LCD设备。具有高反射系数的镜片使得从LCD面板朝不同方向反射光线，并减少光线的损失。亮度效率也改进了。另外，由于颜色混合而引起的颜色不规则也降低了。

尽管前面已经说明了各种优选实施例，但本发明并不限于此，各种的改变和应用是可能的。例如，在上述每个实施例的情况中，扩散材料8散置在所有的导光板中，例如导光板4、混合导光板23、主导光板24和导光板30以及导光部件29。但是，应该理解，本发明不限于上述实施例。扩散材料只要散置在这些导光板或导光部件的至少一部分中就可以了。

而且，在上述每个实施例的情况中，使用用于三种颜色中每种的LED。但只要如下这样就可以了，可使用用于发光单元的LED，构造多种类型的LED，分别发出光线，当混合时变成白光。例如，在混合两种颜色产生白光的情况下，可使用LED通过两种不同颜色的LED来构造。在使用四种和更多种颜色来产生白光的情况下，可使用LED通过四种或更多种不同颜色的LED来构造。

另外，在上述每个实施例中，通过混合不同颜色的光来产生白光。但是，类似地，本发明也可以应用在这样的情况，产生所期望的颜色的光，而不是白色。

本发明可应用于任何包含多种类型的产生不同颜色的LED的发光装置，并且可应用于通过使用这种发光单元而照射显示面板的任何显示设备。

尽管参考附图说明了本发明的优选实施例，但在不脱离本发明真实范围的前提下，各种改变和修改对于本领域的技术人员是显而易见的。

Claims (21)

1.一种发光单元，其包括：

LED光源，发出多种颜色；以及

导光板，用于接收所述多种颜色、混合所述多种颜色以及发出用于显示面板的混合光；

其中，在所述导光板中散置扩散材料，并且其中所述扩散材料具有与所述导光板的基材的光学特性不同的光学特性。

2.如权利要求1所述的发光单元，

其中所述扩散材料被均匀地散置在所述导光板的所述基材中。

3.如权利要求1所述的发光单元，

其中所述扩散材料被非均匀地散置在所述导光板的所述基材中。

4.如权利要求3所述的发光单元，

其中，散置所述扩散材料，使其在所述导光板邻近所述LED光源的区域的浓度高于在所述导光板其他部分的浓度。

5.如权利要求3所述的发光单元，

其中，散置所述扩散材料，使其在邻近所述导光板的两个主表面处的浓度高于该两个主表面之间的更中心的内部区域的浓度。

6.如权利要求1所述的发光单元，

还包括在所述导光板表面的反射镜片。

7.一种发光单元，其包括：

发光二极管(LED)光源，发出多种不同颜色；

第一导光板，用于接收所述多种颜色、混合所述多种颜色以及发出混合光；以及

第二导光板，用于从所述第一导光板接收所述混合光并发出用于显示面板的混合光；

其中扩散材料被散置在所述第一导光板中，并且其中所述扩散材料具有与所述第一导光板的基材的光学特性不同的光学特性。

8.如权利要求7所述的发光单元，

其中扩散材料被散置在所述第二导光板，并且其中所述扩散材料具有与所述第二导光板的基材的光学特性不同的光学特性。

9.如权利要求7所述的发光单元，

还包括把混合光从所述第一导光板引导至所述第二导光板的反射镜。

10.如权利要求7所述的发光单元，

还包括把混合光从所述第一导光板引导至所述第二导光板的导光部件。

11.如权利要求10所述的发光单元，

其中，在所述导光部件中散置扩散材料，并且其中所述扩散材料具有与所述导光部件的基材的光学特性不同的光学特性。

12.一种液晶显示设备，其包括：

液晶显示面板；以及

发光单元，该发光单元具有：发出多种颜色的发光二极管(LED)光源，以及用于接收所述多种颜色、混合所述多种颜色并发出用于所述液晶显示面板的混合光的导光板；

其中，在所述导光板中散置扩散材料，并且其中所述扩散材料具有与所述导光板的基材的光学特性不同的光学特性。

13.如权利要求12所述的液晶显示设备，

其中，所述扩散材料被均匀地散置在所述导光板的基材中。

14.如权利要求12所述的液晶显示设备，

其中，所述扩散材料被非均匀地散置在所述导光板的基材中。

15.如权利要求14所述的液晶显示设备，

其中，散置所述扩散材料，使其在所述导光板邻近所述LED光源的区域的浓度高于在所述液晶面板下面区域的浓度。

16.如权利要求14所述的液晶显示设备，

其中，散置所述扩散材料，使其在邻近所述导光板的两个主表面处的密度高于该两个主表面之间的更中心的内部部位的密度。

17.一种液晶显示设备，其包括：

液晶显示面板；以及

发光单元，该发光单元具有：发出多种颜色的发光二极管(LED)光源，用于接收所述多种颜色、混合所述多种颜色并发出混合光的第一导光板，以及用于从所述第一导光板接收所述混合光并发出用于所述液晶显示面板的混合光的第二导光板；

其中，在所述第一导光板中散置扩散材料，并且其中所述扩散材料具有与所述第一导光板的基材的光学特性不同的光学特性。

18.如权利要求17所述的液晶显示设备，

其中，在所述第二导光板中散置扩散材料，并且其中所述扩散材料具有与所述第二导光板的基材的光学特性不同的光学特性。

19.如权利要求17所述的液晶显示设备，

所述发光单元还包括把混合光从所述第一导光板引导至所述第二导光板的反射镜。

20.如权利要求17所述的液晶显示设备，

所述发光单元还包括把混合光从所述第一导光板引导至所述第二导光板的导光部件。

21.如权利要求20所述的液晶显示设备，

其中，在所述导光部件中散置扩散材料，并且其中所述扩散材料具有与所述导光部件的基材的光学特性不同的光学特性。

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