DE202008017887U1

DE202008017887U1 - Planare Lichtquelle und LCD-Hinterleuchtungseinheit mit einer solchen planaren Lichtquelle

Info

Publication number: DE202008017887U1
Application number: DE202008017887U
Authority: DE
Original assignee: Samsung LED Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2010-09-23
Anticipated expiration: 2018-05-16
Also published as: EP1992871A2; US20130303044A1; JP5313287B2; US20110211347A1; KR20080100870A; EP1992871B1; JP4773477B2; JP2011171306A; TWI439767B; US8432511B2; US20140119011A1; KR100982980B1; US20080284944A1; EP2644980A3; JP2008288202A; EP1992871A3; EP2644980A2; US7940350B2; TWI460501B; TW200907498A

Abstract

Planare Lichtquelle, die eine Vielzahl von Leuchtvorrichtungen aufweist, die in einer Reihen und Spalten aufweisenden Leuchtvorrichtungsmatrix auf einem Substrat angeordnet sind, wobei die planare Lichtquelle Folgendes umfasst:
eine erste Matrix, die eine Vielzahl von Leuchtvorrichtungen aufweist, die in Reihen und Spalten angeordnet sind; und
eine zweite Matrix, die eine Vielzahl von Leuchtvorrichtungen aufweist, die in Reihen und Spalten angeordnet sind, wobei jede der Leuchtvorrichtungen innerhalb eines Rechtecks angeordnet ist, das durch vier benachbarte Leuchtvorrichtungen gebildet wird, die in der ersten Matrix enthalten sind,
wobei ein Abstand S zwischen einer in der Leuchtvorrichtungsmatrix enthaltenen Leuchtvorrichtung und einer anderen Leuchtvorrichtung, die der einen Leuchtvorrichtung am nächsten ist, die folgende Gleichung erfüllt, um eine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung an einer Position zu erhalten, die von einer Leuchtfläche der Leuchtvorrichtung um eine optische Länge l entfernt liegt: S ≤ l2 × tan(θ2 + α) wobei –π/18 ≤ α ≤ π/18 erfüllt ist und...

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2007-0046845 , eingereicht am 15. Mai 2007 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum, deren Offenbarung durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine planare Lichtquelle und eine LCD-Hinterleuchtungseinheit mit einer solchen planaren Lichtquelle und insbesondere eine planare Lichtquelle, die die Effizienz erhöht und die Anzahl der Leuchtvorrichtungen verringert, indem die Anordnung und der Abstand mehrerer Leuchtvorrichtungen optimiert werden, sowie eine LCD-Hinterleuchtungseinheit mit einer solchen planaren Lichtquelle.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Im Allgemeinen enthalten Kaltkathodenröhren (Cold Cathode Fluorescent Lamps – CCFLs), die gemäß dem Stand der Technik als Lichtquellen von Flüssigkristallanzeigen (LCDs) verwendet werden, Quecksilbergas. Aus diesem Grund können CCFLs die Umwelt belasten, haben ein langsames Ansprechver halten und ein schlechteres Farbwiedergabevermögen und verhindern möglicherweise eine Verringerung der Größe, der Dicke und des Gewichts eines LCD-Panels.
Im Gegensatz zur CCFL ist eine Leuchtdiode (Light Emitting Diode – LED) umweltfreundlich, hat eine Ansprechgeschwindigkeit von einigen Nanosekunden, was ein sehr schnelles Ansprechen ermöglicht, wodurch sie für einen Videosignalstrom geeignet sind, und erlaubt Impulsansteuerung. Des Weiteren besitzt die LED ein Farbwiedergabevermögen von 100% oder mehr, variiert in Leuchtdichte, Farbtemperatur und dergleichen durch Steuern der Lichtintensität von roten, grünen und blauen LEDs und kann eine Verringerung in Größe, Dicke und Gewicht des LCD-Panels ermöglichen. Dementsprechend ist die LED weithin als eine Lichtquelle für Hinterleuchtungseinheiten von LCD-Panelen oder dergleichen eingesetzt worden.
Die LCD-Hinterleuchtung, die mit LEDs arbeitet, kann je nach der Position einer Lichtquelle in eine Randhinterleuchtung und eine Direkthinterleuchtung unterteilt werden. Im Fall der Randhinterleuchtung ist eine stabförmige CCFL mit einer Breite größer als ihre Länge seitlich angeordnet und sendet unter Verwendung eines LichtleitPanels Licht auf eine Frontfläche des LCD-Panels. Im Fall der Direkthinterleuchtung ist eine planare Lichtquelle in einem unteren Teil des LCD-Panels angeordnet, und Licht wird von der planaren Lichtquelle, die fast die gleiche Fläche wie das LCD-Panel hat, direkt zu einer Frontfläche des LCD-Panels abgestrahlt.
1 ist eine Ansicht, die eine Anordnung von Leuchtvorrichtungen in einer planaren Lichtquelle gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht.
Wie in 1 gezeigt, enthält eine planare Lichtquelle 100, die in einem LCD-Panel vom Direkttyp gemäß dem Stand der Technik verwendet wird, mehrere LEDs 102, die in Reihen und Spalten auf einem Substrat 101 angeordnet sind. Hier kann in Betracht gezogen werden, dass vier benachbarte LEDs 102 der mehreren LEDs 102 ein Rechteck bilden.
Jedoch erfordert eine solche Anordnung eine größere Anzahl von LEDs als nötig, die zum Abdecken der gleichen Lichtabstrahlungsfläche verwendet werden.
Des Weiteren kann ein Helligkeitsunterschied zwischen einem der LED 102 benachbarten Bereich und einem von der LED 102 entfernt liegenden Bereich groß sein, besonders in der Mitte des Rechtecks, das durch die vier LEDs 102 gebildet wird. Das heißt, wenn eine Anzahl der LEDs 102 angeordnet werden, so kann eine gleichmäßige Helligkeit erreicht werden. Wenn jedoch die Anzahl der LEDs verringert wird, um – wie oben angesprochen – die Effizienz zu verbessern, so wird die Distanz zwischen den benachbarten LEDs größer. Das kann eine Veränderung der Helligkeitsverteilung hervorrufen.
Darum besteht für eine planare Lichtquelle, die in einem LCD-Panel oder dergleichen verwendet wird, Bedarf an einem Verfahren zum Verbessern der Leistung der planaren Lichtressource durch Verringern der Anzahl der Leuchtvorrichtungen, die in der planaren Lichtquelle verwendet werden, um Helligkeitsunterschiede so gering wie möglich zu halten, das heißt, um eine gleichmäßige Leuchtdichte zu erreichen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine planare Lichtquelle, die die Anzahl der Leuchtvorrichtungen verringert und die Effizienz erhöht, indem die Anordnung und der Abstand mehrerer Leuchtvorrichtungen optimiert werden, sowie eine LCD-Hinterleuchtungseinheit mit einer solchen planaren Lichtquelle bereit.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine planare Lichtquelle bereitgestellt mit mehreren Leuchtvorrichtungen, die in einer Leuchtvorrichtungsmatrix in Reihen und Spalten auf einem Substrat angeordnet sind, wobei die planare Lichtquelle Folgendes enthält: eine erste Matrix mit mehreren Leuchtvorrichtungen, die in Reihen und Spalten angeordnet sind; und eine zweite Matrix mit mehreren Leuchtvorrichtungen, die in Reihen und Spalten angeordnet sind, wobei jede der Leuchtvorrichtungen innerhalb eines Rechtecks angeordnet ist, das durch vier benachbarte Leuchtvorrichtungen gebildet wird, die in der ersten Matrix enthalten sind, wobei ein Abstand S zwischen einer Leuchtvorrichtung, die in der Leuchtvorrichtungsmatrix enthalten ist, und einer anderen Leuchtvorrichtung, die der einen Leuchtvorrichtung am nächsten angeordnet ist, die folgende Gleichung erfüllt, um eine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung an einer Position zu erhalten, die von einer Leuchtfläche der Leuchtvorrichtung um eine optische Länge l entfernt ist, S ≤ 12 × tan(θ2 + α) Gleichung wobei –π/18 ≤ α ≤ π/18 erfüllt ist und θ ein Ausrichtungswinkel der Leuchtvorrichtung ist.
Die planare Leuchtvorrichtung kann des Weiteren eine Diffusionslage enthalten, die entlang eines Lichtaussendepfades der Leuchtvorrichtung angeordnet ist.
Die Diffusionslage kann von der Leuchtfläche der Leuchtvorrichtung um die optische Länge l beabstandet sein.
Jede der Leuchtvorrichtungen, die in der zweiten Matrix enthalten sind, kann in der Mitte des Rechtecks angeordnet sein.
Die Leuchtvorrichtung kann weißes Licht aussenden.
Der Abstand S zwischen einer Leuchtvorrichtung, die in der Leuchtvorrichtungsmatrix enthalten ist, und einer anderen Leuchtvorrichtung, die der einen Leuchtvorrichtung am nächsten angeordnet ist, kann die oben gezeigte Gleichung erfüllen.
θ kann im Bereich von 110° ≤ θ ≤ 130° liegen.
α kann im Bereich von –π/90 ≤ α ≤ π/90 liegen.
Die Leuchtvorrichtung ist eine LED.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine LCD-Hinterleuchtungseinheit bereitgestellt, die an einer Rückseite eines LCD-Panels angebracht ist, wobei die LCD-Hinterleuchtungseinheit Folgendes enthält: die planare Lichtquelle, eine Diffusionslage, die in Richtung eines LCD-Panels nahe der planaren Lichtquelle angeordnet ist und gleichmäßig Licht zerstreut, das von der planaren Lichtquelle kommend darauf trifft, und mindestens eine Lichtsammellage, die in Richtung des LCD-Panels nahe der Diffusionslage angeordnet ist und das Licht, das durch die Diffusionslage diffundiert wird, in einer Richtung vertikal zu einer Ebene des LCD-Panels sammelt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen sowie weitere Aspekte, Merkmale und sonstige Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung von Leuchtvorrichtungen einer planaren Lichtquelle gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung von Leuchtvorrichtungen einer planaren Lichtquelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
3 ist eine Ansicht, die eine relative Intensität mit Bezug auf einen Divergenzwinkel von Licht in einer Leuchtvorrichtung veranschaulicht.
4 ist eine Ansicht, die eine Leuchtdichte gemäß einer Distanz von einer Leuchtvorrichtung an einer Position, die von der Leuchtvorrichtung um eine optische Länge entfernt ist, veranschaulicht.
5 ist eine Ansicht, die Veränderungen beim Lichtfluss und der Leuchtdichte in einer optischen Lage gemäß einem Lichtemissionswinkel bzw. einer horizontalen Distanz in der Leuchtvorrichtung veranschaulicht.
6 ist eine Ansicht, die eine Leuchtdichteverteilung zweier benachbarter Leuchtvorrichtungen veranschaulicht, die um eine Distanz S voneinander beabstandet sind.
7 ist eine auseinandergezogene Seitenansicht, die eine LCD-Hinterleuchtungseinheit 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
8A, 8B und 8C sind Ansichten, die eine Anordnung von Leuchtvorrichtungen und eine Leuchtdichteverteilung veranschaulichen, um einen Vergleich zwischen einer planaren Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Leuchtvorrichtung gemäß dem Stand der Technik anzustellen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es werden nun beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert sein und soll nicht auf die im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsformen beschränkt werden. Diese Ausführungsformen dienen vielmehr einer gründlichen und vollständigen Offenbarung, um dem Fachmann den Geltungsbereich der Erfindung in vollem Umfang zu vermitteln. In den Zeichnungen können die Formen und Abmessungen aus Gründen der Klarheit übertrieben dargestellt sein, und es werden überall die gleichen Bezugszahlen zum Bezeichnen gleicher oder ähnlicher Komponenten verwendet.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung von Leuchtvorrichtungen in einer planaren Lichtquelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
Eine planare Lichtquelle 200 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung enthält mehrere Leuchtvorrichtungen 202, die auf einem Substrat 201 angeordnet sind.
Die Leuchtvorrichtungen 202 sind in einer Matrix mit Reihen und Spalten in einer Zickzackform angeordnet. Eine zweite Matrix mit der gleichen Konfiguration wie eine erste Matrix ist innerhalb der ersten Matrix angeordnet, die mehrere Leuchtvorrichtungen in Reihen- und Spaltenform aufweist, die in einer geraden Linie angeordnet sind. Genauer gesagt, sind bei der ersten Matrix die Leuchtvorrichtungen in Reihen und Spalten in einer geraden Linie angeordnet, und jede der Leuchtvorrichtungen, die in der zweiten Matrix enthalten sind, ist im Inneren eines Rechtecks angeordnet, das durch vier benachbarte Leuchtvorrichtungen gebildet wird, die in der ersten Matrix enthalten sind.
Um die Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte und die Leuchteffizienz der planaren Lichtquelle zu verbessern, können die Anordnung und der Abstand der Leuchtvorrichtungen der ersten und der zweiten Matrix voneinander verschieden sein.
Da, wie oben angesprochen, die Spalten der Leuchtvorrichtungen nicht in einer geraden Linie, sondern in einer Zickzacklinie angeordnet sind, kann die Anzahl der Leuchtvorrichtungen um etwa 15 bis 25% für die gleiche Lichtabstrahlungsfläche verringert werden.
Den Leuchtvorrichtungen 202 sind dabei keine besonderen Grenzen gesetzt. Es können aber LEDs als die Leuchtvorrichtungen 202 verwendet werden. Vorzugsweise werden Vorrichtungen verwendet, die weißes Licht aussenden, so dass die Vorrichtungen in einem weiten Anwendungsfeld als Lichtquellen verwendet werden können.
In dieser Ausführungsform werden – zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verfahren des Anordnens der mehreren Leuchtvorrichtungen – die Abstände S1 und S2 zwischen den benachbarten Leuchtvorrichtungen 202 der planaren Lichtquelle 200 so optimiert, dass die Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte der planaren Lichtquelle 200 gewährleistet ist. In diesem Fall kann ein Abstand S zwischen einer Leuchtvorrichtung 202 und einer Leuchtvorrichtung, die der einen Leuchtvorrichtung 202 am nächsten angeordnet ist, anhand der folgenden Gleichung 1 ermittelt werden. S ≤ 12 × tan (θ2 + α) [Gleichung 1]
In Gleichung 1 ist l eine optische Länge, worunter man eine Distanz verstehen kann, die Licht in einer vertikalen Richtung von einer Leuchtfläche der Leuchtvorrichtungen 202 zurücklegt. In diesem Fall kann ein (nicht gezeigte) Diffusionslage an einer Position angeordnet werden, die der optischen Länge l entspricht, um Licht zu streuen. Des Weiteren ist in der Gleichung 1 die Bedingung –π/18 ≤ α ≤ π/18 erfüllt, und θ ist ein Ausrichtungswinkel.
Die Gleichung 1 ist so gewählt, dass die Leuchtdichte der planaren Lichtquelle 200 gleichmäßig wird. Es wird nun ein Prinzip davon beschrieben.
Zuerst wird die Bedeutung des Ausrichtungswinkels, der in der Beschreibung der Erfindung verwendet wird, mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist eine Ansicht, die eine relative Intensität gemäß dem Divergenzwinkel von Licht in einer Leuchtvorrichtung veranschaulicht. Hier kann in Betracht gezogen werden, dass die Leuchtintensität den Lichtstrom unabhängig vom Einfallsbereich von Licht meint.
Wie in 3 gezeigt, wird Licht, das von der Leuchtfläche der Leuchtvorrichtungen 202 nach außen abgestrahlt wird, von der Leuchtfläche in einem Winkel von 0 bis 180° zurückgestreut. Hier wird eine maximale Leuchtintensität I₀ in einer oberen vertikalen Richtung mit Bezug auf die Leuchtfläche erhalten, und eine Leuchtintensität, die gleich der Hälfte der maximalen Leuchtintensität I₀ ist, wird in einem vorgegebenen Winkel erhalten. Ein Ausrichtungswinkel liegt innerhalb des Bereichs des Winkels, bei dem die Hälfte der maximalen Leuchtintensität I₀ erhalten wird. In 3 ist θ der Ausrichtungswinkel.
Der Ausrichtungswinkel hängt von den strukturellen Eigenschaften der Leuchtvorrichtungen 202 ab. In Leuchtvorrichtungen mit einer allgemeinen Struktur kann der Ausrichtungswinkel im Bereich von 110 bis 130° liegen. Doch selbst wenn der Ausrichtungswinkel nicht in dem Bereich liegt, können die Bedingungen der Gleichung 1 gemäß der Ausführungsform der Erfindung erfüllt werden.
4 ist eine Ansicht, die die Leuchtdichte gemäß einer Distanz von Leuchtvorrichtung an einer Position veranschaulicht, die von der Leuchtvorrichtung um die optische Länge l entfernt liegt. Angesichts der symmetrischen Konfiguration von 3 ist in 4 lediglich die Hälfte des Bereichs des Ausrichtungswinkels gezeigt.
Wie oben angesprochen, wird das von der Leuchtvorrichtung 202 ausgesendete Licht in alle Richtungen gestreut. In 4 erreichen unter den ausgesendeten Lichtkomponenten eine Lichtkomponente, die in der oberen vertikalen Richtung ausgesendet wird, und eine Lichtkomponente, die in einem Winkel von θ/2 mit Bezug auf die obere vertikale Richtung ausgesendet wird, eine (nicht gezeigte) Diffusionslage, die von der Leuchtvorrichtung 202 um die optische Länge l beabstandet ist.
In dieser Ausführungsform, wie oben angesprochen, berücksichtigt die in 3 gezeigte Leuchtintensität nicht den Einfallsbereich von Licht. Praktischerweise wird ein Wert, der durch Dividieren des Intensitätsstromes durch den Lichteinfallsbereich erhalten wird, als Leuchtdichte verwendet, um die Leuchtintensität anzugeben.
Zuerst verläuft das in der oberen vertikalen Richtung ausgesendete Licht entlang der optischen Länge l und erreicht die Diffusionslage. In Anbetracht des Lichts, das innerhalb eines kleinen Winkelbereichs δ ausgesendet wird, kann eine Länge L1, entlang der das Licht in dem Winkelbereich δ auf die Diffusionslage trifft, zu l × δ angenähert werden. Es wird hier angenommen, dass die Länge l, entlang der das Licht verläuft, viel größer als der Winkel δ ist. Darum ist ein Bereich, wo das in der oberen vertikalen Richtung ausgesendete Licht auf die Diffusionslage trifft, L1 × L1, und die Leuchtdichte L₀ ist I₀/(l × δ)².
In der gleichen Weise kann, wenn die Leuchtdichte von Licht, das in einem Winkel von θ/2 an der Diffusionslage ausgesendet wird, berechnet wird, eine Distanz D, entlang der das ausgesendete Licht die Diffusionslage erreicht, zu l/{cos(θ/2)} genähert werden, und eine Länge L2, entlang der das ausgesendete Licht auf die Diffusionslage trifft, ist l × δ/{cos(θ/2)}. Des Weiteren ist ein Bereich, wo man das in dem Winkel von θ/2 ausgesendete Licht auf die Diffusionslage treffen lässt, L2 × L2, was gleich (l × δ)²/{cos(θ/2)}² ist. Darum ist die Leuchtdichte mit Bezug auf den Winkel von θ/2 gleich I₀ × {cos(θ/2)}²/{2 × (l × δ)²}. Dies würde als Leuchtdichte in der oberen vertikalen Richtung von L₀/2 × {cos(θ/2)}² ausgedrückt werden.
Wie oben angesprochen, hat der Lichtstrom des in dem Winkel von θ/2 ausgesendeten Lichts die Hälfte der Größe des Lichtstroms des Lichts, das in der oberen vertikalen Richtung ausgesendet wird. Wenn das in dem Winkel von θ/2 ausgesendete Licht zu der Diffusionslage gelangt, die ein Ziel sein kann, um eine Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte zu erreichen, so wird eine viel schwächere Leuchtdichte erhalten. Dies wird mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist eine Ansicht, die Veränderungen beim Lichtstrom und der Leuchtdichte in einer Diffusionslage gemäß einem Lichtemissionswinkel bzw. einer horizontalen Distanz in der Leuchtvorrichtung veranschaulicht.
Wie in 5 gezeigt, ist die relative Leuchtdichte des in dem Winkel von θ/2 ausgesendeten Lichts viel geringer als die Hälfte des maximalen Wertes. Das liegt daran, dass {cos(θ/2)}² kleiner als 1 ist. Wenn zum Beispiel θ gleich 120° als Ausrichtungswinkel beträgt, was allgemein in Betracht gezogen werden kann, so beträgt die relative Leuchtdichte nur ein Achtel des maximalen Wertes. In 5 ist eine Distanz, die mit d_c bezeichnet ist, eine Distanz, um die sich das in dem Winkel von θ/2 ausgesendete Licht in einer horizontalen Richtung mit Bezug auf die Leuchtvorrichtung 202 ausbreitet, bevor das Licht die Diffusionslage erreicht. Die Distanz d_c hat einen Wert von l/{tan(θ/2)}.
Wenn also die Distanz zwischen den benachbarten Leuchtvorrichtungen justiert wird, um die Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte in der planaren Lichtquelle w zu verbessern, sind die mehreren Leuchtvorrichtungen angeordnet, wenn die zwei benachbarten Leuchtvorrichtungen um die Distanz 2d_c voneinander beabstandet sind, so ist die relative Leuchtdichte, die in der Mitte der Leuchtvorrichtungen durch Addieren der Leuchtdichtewerte beider Leuchtvorrichtungen erhalten wird, viel kleiner als 1. Das heißt, um die Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte der planaren Lichtquelle zu verbessern, muss eine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung an der Position erreicht werden, die der optischen Länge l entspricht. Darum muss ein Wert, der durch Addieren der relativen Leuchtdichtewerte der zwei benachbarten Leuchtvorrichtungen erhalten wird, nahe bei 1 liegen, aber er hat einen Wert viel kleiner als 1. Wenn zum Beispiel θ gleich 120° ist, so ist der Wert gleich 1/4(1/8 + 1/8).
Darum müssen die benachbarten Leuchtvorrichtungen näher beieinander liegen. Eine detaillierte Beschreibung davon wird mit Bezug auf 6 gegeben.
6 ist eine Ansicht, die die Leuchtdichte zweier benachbarter Leuchtvorrichtungen veranschaulicht, die einen Abstand S voneinander entfernt sind. Wie in 6 zu sehen, ist – wenn die zwei Leuchtvorrichtungen durch den Abstand S voneinander getrennt sind – ein Punkt, an dem die relative Leuchtdichte einer einzelnen Leuchtvorrichtung ½ beträgt, fast der gleiche wie der Punkt, an dem die relative Leuchtdichte der anderen Leuchtvorrichtung ½ beträgt. Darum wird im Vergleich zu der Situation, wo der Abstand S größer als die Distanz d_c ist, die Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte signifikant verbessert.
In diesem Fall kann ein Bereich des Wertes S zweckmäßig auf etwa die Hälfte des Bereichs des Wertes d_c gesteuert/geregelt werden. Da die Distanz d_c gleich l/{tan(θ/2)} ist, kann eine Gleichung ähnlich Gleichung 1 erhalten werden.
Obgleich hier der Fall beschrieben wurde, wo Lichtkomponenten der zwei Leuchtvorrichtungen kombiniert werden, müssen aufgrund der großen Anzahl der Leuchtvorrichtungen, die in der planaren Lichtquelle angeordnet sind, Einflüsse von anderen entfernten Leuchtvorrichtungen in Betracht gezogen werden. Das heißt, selbst wenn die benachbarten Leuchtvorrichtungen durch eine Distanz in einer oberen vertikalen Richtung voneinander getrennt sind, die mehr oder weniger größer als der Abstand S von 6 ist, kann eine gleichmäßige Leuchtdichte erhalten werden.
Darum kann in dieser Ausführungsform der Winkel innerhalb eines Bereichs nahe dem Ausrichtungswinkel gesteuert werden. Darum kann eine solche Gleichung wie die Gleichung 1 vorgeschlagen werden. In diesem Fall liegt der Wert α, der ein Faktor ist, der als das Steuerungsverfahren dient, im Bereich von –π/18 ≤ α ≤ π/18. Der zweckmäßigste Wert, der aus der in 2 gezeigten Struktur durch Experimente erhalten wird, ist ungefähr π/90. In dieser Ausführungsform kann der Wert α gemäß dem Ausrichtungswinkel der Leuchtvorrichtung, dem Abstand zwischen den Leuchtvorrichtungen und der Anordnung der Leuchtvorrichtungen variieren.
Die oben beschriebene planare Lichtquelle gemäß der Ausführungsform der Erfindung kann in einer LCD-Hinterleuchtungseinheit 300 verwendet werden, die das Hinterlicht eines LCD-Panels aussendet.
7 ist eine auseinandergezogene Seitenansicht, die die LCD-Hinterleuchtungseinheit 300 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Wie in 7 gezeigt, hat die LCD-Hinterleuchtungseinheit 300, die an der Rückseite des LCD-Panels angebracht ist, die oben beschriebene planare Lichtquelle 1 gemäß der Ausführungsform der Erfindung und eine Diffusionslage 316. Die Diffusionslage 316 ist in Richtung eines LCD-Panels 310 nahe der planaren Lichtquelle 1 angeordnet und streut gleichmäßig Licht, das von der planaren Lichtquelle 1 kommend darauf trifft.
Des Weiteren enthält die LCD-Hinterleuchtungseinheit 300 mindestens eine Lichtsammellage 314. Die mindestens eine Lichtsammellage 314 ist in Richtung des LCD-Panels 310 nahe der Diffusionslage 316 angeordnet und sammelt durch die Diffusionslage 316 gestreutes Licht in einer vertikalen Richtung mit Bezug auf die Ebene des LCD-Panels 310. Die LCD-Hinterleuchtungseinheit 300 kann des Weiteren eine Schutzlage 312 enthalten. Die Schutzlage 312 ist an der Lichtsammellage 314 angeordnet und schützt eine optische Struktur unter der Schutzlage 312.
Des Weiteren enthält die planare Lichtquelle 1 ein Substrat 351 und mehrere Leuchtvorrichtungen 352, die in einer Matrix auf dem Substrat 351 angeordnet sind. Die planare Lichtquelle 1 kann des Weiteren eine Seitenwand 354 und eine Reflexionsschicht 356 enthalten. Die Seitenwand 354 ist am Rand einer Oberseite des Substrats 351 ausgebildet und umfasst die Leuchtvorrichtungen 352, die in der Matrix angeordnet sind. Des Weiteren hat die Seitenwand 354 geneigte Flächen in einer Richtung, in der die Leuchtvorrichtungen 352 angeordnet sind. Die Reflexionsschicht 351 ist auf der Oberseite des Substrats 351 ausgebildet und reflektiert Licht aufwärts, das von den Leuchtvorrichtungen 352 ausgesendet wird.
Vorzugsweise wird ein reflektierendes Material 354a auf die geneigten Flächen der Seitenwand 354 aufgebracht, um Licht, das zur Seite hin ausgesendet wurde, aufwärts auszusenden.
Die Diffusionslage 316, die über der planaren Lichtquelle 1 angeordnet ist, streut Licht, das von der planaren Lichtquelle 1 kommend darauf trifft, um dadurch eine teilweise Konzentration von Licht zu verhindern. Des Weiteren justiert die Diffusionslage 316 eine Richtung des Lichts, das sich in Richtung der ersten Lichtsammellage 314a ausbreitet, um einen Neigungswinkel mit Bezug auf die erste Lichtsammellage 314a zu verkleinern. Wie oben angesprochen, entsprechen die Distanzen zwischen den Leuchtvorrichtungen 352, die in der planaren Lichtquelle 1 enthalten sind, und der Diffusionslage 316 der optischen Länge l in der Gleichung 1, und darum kann die Distanz dazwischen gemäß der Anordnung der Leuchtvorrichtungen 352 bestimmt werden. Umgekehrt kann die Anordnung der Leuchtvorrichtungen 352 gemäß den Distanzen zwischen den Leuchtvorrichtungen 352 und der Diffusionslage 316 bestimmt werden.
Die erste Lichtsammellage 314a und die zweite Lichtsammellage 314b enthalten jeweils Dreiecksprismen, die in einer vorgegebenen Weise auf einer Oberseite davon angeordnet sind. Die Prismen der ersten Lichtsammellage 314a sind in einem vorgegebenen Winkel (zum Beispiel 90°) mit Bezug auf diejenigen der zweiten Lichtsammellage 314b angeordnet. Die erste Lichtsammellage 314a und die zweite Lichtsammellage 314b sammeln jeweils Licht, das durch die Diffusionslage 316 gestreut wird, in einer Richtung vertikal zu der Ebene des LCD-Panels 310. Auf diese Weise erreicht man ein wünschenswertes vertikales Auftreffen von Licht, das durch die erste und die zweite Lichtsammellage 314a bzw. 314b hindurchtritt, mit Bezug auf die Schutzlage 312. Der größte Teil des Lichts, das durch die erste und die zweite Lichtsammellage 314a bzw. 314b hindurchtritt, breitet sich in einer vertikalen Richtung aus, um eine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung in der Schutzlage 312 zu erhalten. In 7 werden die zwei Lichtsammellagen als ein Beispiel verwendet. Es kann jedoch auch nur eine einzige Lichtsammellage verwendet werden.
Die Schutzlage 312, die über der zweiten Lichtsammellage 314b ausgebildet ist, schützt die Oberfläche der zweiten Lichtsammellage 314b und zerstreut gleichzeitig Licht, um eine gleichmäßige Lichtverteilung zu erhalten. Das LCD-Panel 310 ist über der Schutzlage 312 ausgebildet.
Somit kann die LCD-Hinterleuchtungseinheit 300 gemäß dieser Ausführungsform, die die planare Lichtquelle 1 benutzt, um eine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung von ausgesendetem Licht zu erhalten, eine Veränderung der Helligkeit gemäß Regionen des LCD-Panels verringern.
Zum Schluss ist 8 eine Ansicht, die einen Vergleich der Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte zwischen der planaren Lichtquelle gemäß der Ausführungsform der Erfindung und einer planaren Lichtquelle gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht.
Zunächst einmal ist eine Anordnung von Leuchtvorrichtungen, wie in 8A gezeigt, die gleiche wie die in 2 beschriebene Anordnung. Die Distanz zwischen den Leuchtvorrichtungen erfüllt die Gleichung 1. Des Weiteren wird – für Experimente – die planare Lichtquelle mit der in 2 gezeigten Anordnung in einer 40-Zoll-Hinterleuchtungseinheit wie in 7 verwendet. Wenn die 40-Zoll-Hinterleuchtungseinheit die planare Lichtquelle mit der in 2 gezeigten Anordnung verwendet, so kann die Anzahl der Leuchtvorrichtungen im Vergleich zu der Anzahl der Leuchtvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik um ungefähr 25% verringert werden.
8B ist eine Ansicht, die eine Leuchtdichteverteilung von Licht veranschaulicht, das von der in 1 gezeigten planaren Lichtquelle gemäß dem Stand der Technik entlang einer Richtung vertikal zu einer Lichtaussenderichtung ausgesendet wird. 8C ist eine Ansicht, die ein Ergebnis der Ausführungsform von 8A veranschaulicht. Hier ist zu verstehen, dass eine horizontale Achse eines jeden der Diagramme der 8B und 8C Distanzen in rechter und linker Richtung auf der Basis einer vorgegebenen Leuchtvorrichtung wie in den 4 bis 6 angibt.
Mit Bezug zu den 8B und 8C zeigt die planare Lichtquelle gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung fast die gleiche Leuchtdichte-Intensität wie beim Stand der Technik. Bedenkt man die Tatsache, dass die Anzahl der Leuchtvorrichtungen um ungefähr 25% verringert ist, so erkennt man, dass die Effizienz im Vergleich zu vorher signifikant verbessert wurde.
Des Weiteren wird, obwohl die verringerte Anzahl der Leuchtvorrichtungen eine Vergrößerung der durchschnittlichen Distanz zwischen den Leuchtvorrichtungen im Vergleich zum Stand der Technik verursacht, die Gleichmäßigkeit der Leuchtdichteverteilung in keiner Weise gemindert. Vielmehr wird die Gleichmäßigkeit der Leuchtdichteverteilung im Vergleich zu vorher noch verbessert.
Wie oben dargelegt, ist es gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung möglich, eine planare Lichtquelle, welche die Anzahl der Leuchtvorrichtungen verringert und die Effizienz erhöht, indem die Anordnung und der Abstand mehrerer Leuchtvorrichtungen optimiert werden, sowie eine LCD-Hinterleuchtungseinheit mit einer solchen planaren Lichtquelle bereitzustellen. Des Weiteren kann die planare Lichtquelle gemäß den Ausführungsformen der Erfindung eine gleichmäßige Leuchtdichte erreichen.
Obgleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass Modifizierungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angehängten Schutzansprüche definiert wird.
Zusammenfassung:
Eine planare Lichtquelle (200) und eine LCD-Hinterleuchtungseinheit mit einer solchen planaren Lichtquelle. Eine planare Lichtquelle (200) mit mehreren Leuchtvorrichtungen (202), die in einer Matrix aus Leuchtvorrichtungen in Reihen und Spalten auf einem Substrat angeordnet sind, enthält gemäß einem Aspekt der Erfindung eine erste Matrix mit mehreren Leuchtvorrichtungen (202), die in Reihen und Spalten angeordnet sind, und eine zweite Matrix mit mehreren Leuchtvorrichtungen, die in Reihen und Spalten angeordnet sind, wobei jede der Leuchtvorrichtungen (202) innerhalb eines Rechtecks angeordnet ist, das durch vier benachbarte Leuchtvorrichtungen, die in der ersten Matrix enthalten sind, gebildet wird, wobei ein Abstand S zwischen einer Leuchtvorrichtung (202), die in der Matrix aus Leuchtvorrichtungen enthalten ist, und einer anderen Leuchtvorrichtung (202), die der einen Leuchtvorrichtung (202) am nächsten angeordnet ist, die folgende Gleichung erfüllt, um eine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung an einer Position zu erhalten, die von einer Leuchtfläche der Leuchtvorrichtung um eine optische Länge l entfernt ist: S ≤ 12 × tan(θ2 + α)wobei –π/18 ≤ α ≤ π/18 erfüllt ist und θ ein Ausrichtungswinkel der Leuchtvorrichtung ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- KR 2007-0046845 [0001]

Claims

Planare Lichtquelle, die eine Vielzahl von Leuchtvorrichtungen aufweist, die in einer Reihen und Spalten aufweisenden Leuchtvorrichtungsmatrix auf einem Substrat angeordnet sind, wobei die planare Lichtquelle Folgendes umfasst: eine erste Matrix, die eine Vielzahl von Leuchtvorrichtungen aufweist, die in Reihen und Spalten angeordnet sind; und eine zweite Matrix, die eine Vielzahl von Leuchtvorrichtungen aufweist, die in Reihen und Spalten angeordnet sind, wobei jede der Leuchtvorrichtungen innerhalb eines Rechtecks angeordnet ist, das durch vier benachbarte Leuchtvorrichtungen gebildet wird, die in der ersten Matrix enthalten sind, wobei ein Abstand S zwischen einer in der Leuchtvorrichtungsmatrix enthaltenen Leuchtvorrichtung und einer anderen Leuchtvorrichtung, die der einen Leuchtvorrichtung am nächsten ist, die folgende Gleichung erfüllt, um eine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung an einer Position zu erhalten, die von einer Leuchtfläche der Leuchtvorrichtung um eine optische Länge l entfernt liegt: S ≤ l2 × tan(θ2 + α) wobei –π/18 ≤ α ≤ π/18 erfüllt ist und θ ein Ausrichtungswinkel der Leuchtvorrichtung ist.
Die planare Lichtquelle nach Anspruch 1, die des Weiteren Folgendes umfasst: eine Diffusionslage, die entlang eines Lichtemissionspfades der Leuchtvorrichtung angeordnet ist.
Die planare Lichtquelle nach Anspruch 2, wobei die Diffusionslage von der Leuchtfläche der Leuchtvorrichtung durch die optische Länge l getrennt ist.
Die planare Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei jede der Leuchtvorrichtungen, die in der zweiten Matrix enthalten sind, in der Mitte des Rechtecks angeordnet ist.
Die planare Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Leuchtvorrichtung weißes Licht aussendet.
Die planare Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei der Abstand S zwischen einer in der Leuchtvorrichtungsmatrix enthaltenen Leuchtvorrichtung und einer anderen Leuchtvorrichtung, die der einen Leuchtvorrichtung am nächsten angeordnet ist, die oben beschriebene Gleichung erfüllt.
Die planare Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei θ im Bereich von 110° ≤ θ ≤ 130° liegt.
Die planare Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei α im Bereich von –π/90 ≤ α ≤ π/90 liegt.
Die planare Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Leuchtvorrichtung eine LED ist.
LCD-Hinterleuchtungseinheit, die an einer Rückseite eines LCD-Panels angebracht ist, wobei die LCD-Hinterleuchtungseinheit Folgendes umfasst: die planare Lichtquelle nach Anspruch 1, eine Diffusionslage, die in Richtung eines LCD-Panels nahe der planaren Lichtquelle angeordnet ist und gleichmäßig Licht zerstreut, das von der planaren Lichtquelle kommend darauf trifft, und mindestens eine Lichtsammellage, die in Richtung des LCD-Panels nahe der Diffusionslage bereitgestellt ist und das Licht, das durch die Diffusionslage zerstreut wird, in einer Richtung vertikal zu einer Ebene des LCD-Panels sammelt.