TWI341950B - Lighting unit and liquid crystal display device using the lighting unit - Google Patents

Description

^41950 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種照明單元及使用照明單元之液 曰曰顯不裝置，特別係有關於一種使用在照明單元的導光板 結構。 【先前技術】 液晶顯示（liquid crystal display，LCD)裝置具有 4個特徵，例如體積薄、重量輕、及低耗能等。因為這些 特徵’ LCD裝置被廣泛使用在各種領域包括自動化機械、 影音設備及行動電話使用裝置等。在可傳遞的LCE裝置的

!子中’顯示器包括被光以從LCD面板的背面照射。[CD 欢置可藉由控制背光光源之光線的傳送數量來表示資 讯。螢光管（Fluorescent lamp)被用來作為背光光源的一 種，不過在近幾年中，發光二極體（Hght —emitting diodes，LEDs)已經取代了螢光管。這是因為螢光管需要 周邊電路如反轉電路等來開啟光管，而且這些螢光管的反 轉電路會有嚼音。尤其，LE‘Ds分別發射出的紅（1〇綠（(5) 藍（B)會同時使用並將此三種顏色昆合以產生白光來做為 背光。 R、G ' B色作為光 傳統形式的LCD裝置利用LEDs的 源以組成LED光源、液晶裝置、—個或以上的光導板、折 射板、及光學薄板。LED光源發射出R、G、B色光的光線， 反射板減少光傳遞至LCD面板的損失，而光學薄板將光分 5

7061-8175-PF 1341950 散以使光均勻的提供至LCD面板。 每一 LEDs提供一點光源，每—LEDs 一般會與透鏡一 起提供以便提供經過考慮角度的外部發射的光強度的方 向。光強度的方向會使LED晶片發出的光線具有依據角度 所產生的焭度。因為這個原因，在每一 LEDs附近的區域， 光線會有影響LEDs方向性的傾向。因此LEDs的配置會導 致光線的強度有高有低，尤其會導致一個問題，在白色是 分別利用LEDs的RGB色的例子中，光線的強度有高有低 使色彩不規則的方式實現顯示在LCD面板。 在LED光源與LCD面板間的導光板面積可以被拉長， 以減少由混合不同顏色的光所組成的顏色的不均勻情 況。一組點光源的設置位置可以遠離導光板的邊緣，以便 鄰近LEDs的間隔及LEDs群組間與導光板邊緣間距離可以 符合預先設定的關係。以上的方法揭露在曰本早期公開第 2000-36209號專利案。 有多種形式的LED會發射彼此相異的顏色來做為光源 的例子中’重點在於這些分別代表彼此不同顏色的光線， 其光線會與上述中地另一個平均地混合以得到一均勻的 展合色。因此，自LED光源至LCD面板間之導光板會被設 計成具有較長面積。然而，因為自LED光源至顯示區域間 需要有長的距離，所以這個方法會增加結構上的限制，也 因此導光板的面積必須要擴大，LCD裝置的整個尺寸也會 跟著擴大，並且重量也會增加。 7061-8175-PP 6 1341950 【發明内容】 有鑑於此’本發明所示之一特徵在於提供一種照明單 儿及使用該照明單元之LCD裝置，整個尺寸及重量可以被 減少’並可利用他們簡單的結構來產生不均勻地較少顏色 的光線。 特別是’本發明之—照明單元，包括複數個LED光源， -發出複數種顏色；及—導光板，用以接收顏色，混合顏色 且發出一混合光至一顯示面板；其中複數個擴散材料散佈 在導光板上’且擴散材料具有與導光板之一基本材料相異 之一光學特性。 在一實施例中，擴散材料均勻地散佈在導光板之基本 材料上。 在另一實施例中，擴散材料不均勻地散佈在導光板之 δ玄基本材料上0 當擴散材料不均勻地散佈時，在導光板上鄰接LED光 _ 源的區域會具有較高濃度。 當擴散材料不均勻地散佈時，也有可能是會發生與上 述貫施例不同或者同時發生的另一實施例，就是在導光板 上的二主要表面會較二主要表面間的較中心區域具有較 高濃度（concentration)的擴散材料散佈。 較佳者’這個照明單元更包括一高反射片形成在導光 板的表面上。 本發明之照明單元之另一實施例包括LED光源用以發 射複數種不同顏色；一第一導光板用以接收複數種不同顏 7061-8175-ρρ 7 L341950 色，並混合不同顏色以發出一混合光；一第二導光板用以 接收來自第一導光板的混合光，並發出混合光至一顯示面 板；其中’擴散材料具有一與導光板之基本材料相異的光 特性。 擴散材料也被散佈在第二導光板上，在此例中，擴散 材料也具有一與第二導光板之基本材料相異的光特性。 照明單元更包括一反射器用以將混合光自第一導光 板引導至第二導光板。 照明單元更包括一光引導元件以將混合光自第一導 光板引導至第二導光板。 擴散材料可散佈在光引導元件上，且擴散材料具有一 與光引導元件之基本材料相異的光特性。 本發明之LCD裝置包括一 LCD面板；及如前所述之一 照明單元。 本發明之照明單元及使用他們的LCD裝置，可以達到 降低尺寸及重量，且可使用__個相對來說較為簡單的結構 來產生少數不均勻顏色的光線。 政佈在導光板的擴散材料，可以協助混合自LED光源 發射出之光線所表示的顏色。擴散材料由一具有反射率等 光特性的材料所製且與導光板之基本材料相異的光特

入射光線會因為使用擴散材料而被擴散。因此，可以 使導光板自LED光源的距離縮短，這個距離是將混合顏色 :而的距離，因此’在減少導光板的面積時仍可減少顯示 區域上顏色的残則。纟發明提供的結冑可允冑LCD顯示 7061-8175-PF 8 1341950 光學特性與導光板4之基本材料的光學特性不同。 必須注意的是，擴散材料8是由一種光學特性與導光 板4之基本材料不同的材料所製成。擴散材料8可以是一 種以上的類型，每一種的反射率都與基本材料不同，=散 佈在基本材料上。也可是_種類型以上金屬顆粒 (metallic partlcle)，每一種的反射係數都比基本材料 要大，也散佈在基本材料上。另外也可以是舊的擴散材料 8加上之後用金屬顆粒製成的擴散材料8混合散佈在導光 板4之内。 另外，在導光板4的製造方法中並沒有增加饪何特殊 的限制。導光板4可以利用例如以下所列之方法來製造。 由半透明樹脂所製成的基本材料先融化，然後擴散材料8 與溶化的基本材料混合，並且攪拌。之後，合成的基本材 料變硬以形成導光板4。 此外，擴散材料β夠大，以便將來自每一 LED光源】 發射至導光板4的光所表示的R，G B顏色折射或反射。擴 散材料8的尺寸並沒有特殊的限制。擴散材料8可、以全部 都一樣’也可以同時有多種類型，尺寸也可與另一個不 同。在第2圖中，擴散材料8均勻地散佈在導光板4的基 本材料上。然而’擴散材料8也可以隨意地散佈，或以第 3圖及第4圖所示之實施例，以一個預定的不均勻方式分 佈。在第3圖所示的範例中，相對於[CD面板2下方區域 而言’擴散材料8在導光板4的一個區域中以一高濃度分 散’並自鄰近LED光源1的地方擴大至LCd面板2的附近 7061-8175-PF 10 1341950 示的例子中係使用單一導光板4 ’在光線分別自led光源 1射出後’導光板4可使R、G、B顏色混合成另—種顏色。 然而’在本實施例中，導光板被分成兩個部份，以更減少 LCD裝置的尺寸。 特別的是，在第5圖中，LED光源21會發射出r、G、 B顏色’而且一散佈有擴散材料的混合導光板23會被設置 、 在LCD面板22的背後的表面，這一表面也就是光入射進 來的那一個表面。混合導光板23與其上所散佈的擴散材 料會混合自LED光源21發射出的這三個顏色。光在混合 導光板23上混合後，即設計成會被金屬或其他類似物質 所製成的反射器28等工具引導至主要導光板24。主要導 光板24會將混合光引導至LCD面板22。控制工具27會控 制母LED光源21的亮度。反射板2 5可減少光漏失的情 /兄，並使傳送到LCD面板22的光增加。LCD面板22即用 來顯示影像。光學薄板26位於主要導光板24與LCD面板 _ 22之間，用以使傳送到LCD面板22的光線變的均勻。 主要導光板24及混合導光板23可以用相同的材料製 成，也可分別用不同的材料製成。此外，兩個導光板的相 ’對厚度可以相同亦可以不同。主要導光板24的厚度可以 t匕混合導光板23厚，以便進行其他變形或修改。進一步 ，可以，¾足像在帛_實施例巾那樣，擴散材料會具有與 光板的基本材料相異的光特性。材料、尺寸、及散佈的 擴散材料同樣可以如第一實施例所述，可以具有多種的變 化。

7061-8175-PF 12 1341950 在本實施例中，如上所述’自設置於背面的LED光源 21所發射出的光線，會因為主要導光板24及混合導光板 23而擴散。不過，也有可能只有混合導光板23有擴散材 料而主要導光板24沒有。這個結構也可以使第一實施例 之LCD裝置的面積減少，並藉由混合不同顏色來降低顏色 強度的不均勻情況。 接著，第三實施例將配合第6圖來進行描述。本實施 例為本發明之第二實施例修改後的形式。與先前之實施例 共用的元件會以相同的編號表示，並且不再贅述。在第二 實施例中’反射器28係用來引導在混合導光板23中所混 合的光至主要導光板24,不過在本實施例中，為了更有效 地混合自發出r、G、B顏色的LED光源21所發射出之光 線的目的’光線被設計成可以部分被混合，被混合的光線 也是從混合導光板23至主要導光板24的光線。 特別是，如第6圖所示，發出R、G ' B顏色的LED光 原21和政佈有擴散材料的混合導光板2 3 —樣，都是設 置在LCD面板22的背部。並且，包含擴散材料的導光構 件29設置在其中一部份的區域，也是將光線從混合導光 板23引導至主要導光板24。主要導光板24、混合導光板 23、及導光構件29可以分別使用相同或相異的材料行製 :。此外，可以跟第—實施例—樣，擴散材料的材料在光 學特性上與基本材料*同。材料、尺寸、及擴散材料的分 佈可以如前述實施例般那麼多種。 主要導光板24、混合導光板23、及導光構件29上的

7061-8175-PF 13 1341950 擴散材料在本方法的分佈情兄，可以了解lcd裝置面 被減少，並且亦會因為顏色混合的緣故減少顏色 隋况。在本實施例τ以不須理會擴散材料係纟 或24其中哪一個亦或者在兩者之上。 接著，第四實施例將配合第7圖來進行描述。在本實 施例中，光線將藉由主要導光板24、混合導光板U、及 導光構件29來混合。不過在本實施例中，第三實施例所 述之主要導光板24、混合導光板23、及導光構件29會整 合製作成一體以減少光線在主要導光板24、混合導光板 23 '導光構件29傳入及傳出時所造成的漏失。 尤其是’如第7圖所示，發射出r、g、b顏色之led 光源21被設置在LCD面板22的背面，而導光板3〇則在 光源的附近。導光板30係整合一混合導光板、一主要導 光板、及一導光構件所製造而成。如第7圖所示，導光板 3 〇具有一個像字母U的不對稱切面6並且，混合導光板及 主要導光板經由光導管（1 ight gu i de)彼此連接。此外， 可以跟第一實施例一樣，擴散材料的材料在光學特性上與 導光板30的基本材料不同。材料、尺寸、及擴散材料的 分佈可以如前述實施例般那麼多種。此外，導光板3〇的 製造方法亦無限制。舉例來說’導光板3 0可利用材料鑄 造（casting)而成*其可在鑄模中將擴散材料散佈在基本 材料上來製造。導光板30亦可選擇另外一種藉由形成板 形構件（plate-shaped member)的方法來形成，其係藉由 在基本材料上散佈擴散材料，並緊接著在構件加熱時進行 7061-8175-PF 14 交叠的動作來形成。 提供由整合一混合導光板、-主要導光板、及一導光 構件所製造的導光板可以了解LGD裝置的光漏失會被減 二’增進亮度效率並降低尺寸，並且，亦會因為顏色混合 的緣故減少顏色不規則的情況。

接下來對第五實施例進行描述。在前述四個實施例 中’自光源發射出的光線會因為實施例中之各種的擴散材 枓及結構而以各種方向擴散。因&，光線會自每一導光構 件的前表面及後表面洩漏出來。 在第五實施例中，可以在第i至5圖所示之導光板的 任H戈全部纟面黏附上一個纟#冑反射係數的薄 板。舉例來說’可以利用沉積法或其他類似的方法，在第 1至5圖所示之導光板的一個或以上表面形成具有高反射 係數的金屬薄膜。 藉由這樣的結構’可以了解LCD I置會因為以下所述 的特徵而減少。具有高反射係數的薄膜可以允許光線自 LCD面板以不同方向反射出來，並降低光線的漏失情況， 並改善亮度效率’並且可藉由將顏色混合來減少顏色不規 則的情況。 本發明雖已以較佳實施例揭露如上，然並非用以限定 本發明，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作更動與 潤飾。舉例來說’在先前所述之任一實施例中，擴散材料 8會散佈在所有的導光板上，例如導光板4、合導光板 23、主要導光板24及導光板30、以及導光構件29上。缺 7061-8175-PF 15 1341950 而’需注意的是，本發明並非僅限於前述之實施例，只要 是導光板或導光構件的任一部分散佈有擴散材料皆合乎 本發明。 此外，在前述實施例中，三色都是用UDs。對照明單 元來說使用LEDs即可藉由LEDs分別發射出光線來裝配不 同形式的顏色光，其中只要將顏色光混合即可轉變成白 光。舉例來說，可以將兩種顏色的LEDs裝配在一起，來 達到混合兩色以產生白光的效果。在另一個例子中，亦可 以將四種或以上之顏色的LEDs裝配在一起，來達到混合 四種或以上顏色以產生白光的效果。 再者，在前述的每一個實施例中，可藉由將不同的顏 色混合以得到白光。同樣地，本發明亦可以應用在除了白 光之外任何所需要之顏色光。 本發明可應用在任何照明設備上，照明設備包含有可 產生不同顏色的複數種LED;亦可應用在任何利用此照明 單元照亮顯示面板的顯示裝置上。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 疋本發月任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内’當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當 視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明第一實施例之使用一照明單元之 LCD裝置的立體示意圖；

7061-8175-PF 16 1341950 第2圖係顯示本發明第一實施例之LCD裝置的垂直剖 面圖； 第3圖係顯示本發明第一實施例之LCD裝置的另一垂 直剖面圖； 第4圖係顯示本發明第一實施例之LCD裝置的再一垂 直剖面圖； ~ 第5圖係顯示本發明第二實施例之使用一照明單元之 LCD裝置的立體示意圖； • 第6圖係顯示本發明第三實施例之使用一照明單元之 LCD裝置的立體示意圖； 第7圖係顯示本發明第四實施例之使用一照明單元之 LCD裝置的立體示意圖。 【主要元件符號說明】 1〜L E D光源； 2〜LCD面板； ® 4〜導光板； * 5 ~反射板； . 6〜光學薄板； 7 ~控制工具； 8〜擴散材料； 9〜反射圖案； 1 0〜反射器； 21〜L E D光源； 7061-8175-PF 17 1.341950 ~LCD面板； 〜混合導光板； ~主要導光板； 〜反射板； 〜光學薄板； 〜控制工具； 〜反射器； 〜導光構件； '•導光板。 7061-8175-PF 18

Claims (1)

1341950 第95124622號申請專利範圍修正本 十、申請專利範圍： 修正日期•卜的1Π.4___ 曰修正替換頁 1. 一種照明單元，包括： 複數個LED光源’發出複數種顏色；及 導光板’用以接枚該等顏色，混合該等顏色且發出 一混合光至一顯示面板； 其中複數個擴散材料散佈在該導光板上，該等擴散材 料/、有與該導光板之一基本材料相異之一光學特性，該導 二板鄰接該等led光源之一區域較該導光板其他部分有較 高濃度的擴散材料散佈。 2. 如申4專利範圍第i項所述之照明單元其中在該 導光板上的一主要表面會較該二主要表面間的較中心區 域具有較高濃度的擴散材料散佈。 3 ‘如申清專利範圍第1項所述之照明單元，該導光板 之表面更包括一反射片。 4· 一種照明單元，包括： 複數個LED光源，發出複數種不同顏色； 第一導光板，用以接收該等顏色，混合該等顏色且 發出一混合光； 一第二導光板，用以接收來自該第一導光板之該混合 光且發出5玄说合光至一顯示面板；及 導光構件以將該混合光自該第一導光板引導至該第 一導光板， 其中複數個擴散材料散佈在該第一導光板上，該等擴 政材料具有與該第一導光板之一基本材料相異之—光學 19 1341950

特性，該等擴散材料也散佈在料光構件， 具有與該導光構件之一基本材料相 料 播， 先學特性，該坌 一導光板鄰接該等LED光源之_區域較該第第 部分有較高濃度的擴散材料散佈。 〃他 ’其中該等 具有與該第 5.如申請專利範圍第4項所述之照明單元 擴散材料散佈在該第二導光板，該等擴散材料 一導光板之一基本材料相異之一光學特性。 6,一種液晶顯示裝置，包括： 一液晶顯示面板；及 光源以發出複數種顏 色且發出一混合光至 一照明單元’具有複數個LED 色，及一導光板以接收並混合該等顏 该液晶顯示面板； 其中複數個擴散材料散佈在該導光板，該等擴散材料 具有與該導光板之-基本材料相異之—光學特性，該導光 板在鄰接該等LED光源之-區域較位於該液晶顯示面板下 方區域有較高濃度的擴散材料散佈。 7. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示裝置，其中 該擴散材料散佈在鄰接該導光板上的二主要表面的密度 會較該一主要表面間的一較中心部份的密度要來的高。 8. —種液晶顯示裝置，包括： 一液晶顯示面板；及 一照明單元，具有複數個LED光源以發出複數種顏 一第一導光板以接收並混合該等顏色且發出一混合 一第二導光板自該第一導光板接收該混合光且發出該 7061-8175-PF1 20 1341950 混合光至該液晶顯示面板’一導光構件以將該混合/u M

第—導光板引導至該第二導光板； 其中複數個擴散材料散佈在該第一導光板’該等擴散 材料具有與該第一導光板之一基本材料相異之一光學特 性’該等擴散材料也散佈在該導光構件，該等擴散材料具 有與該導光構件之一基本材料相異之一光學特性，該第一 導光板鄰接該等LED光源之一區域較該第一導光板其他部 分有較高濃度的擴散材料散佈。 9.如申請專利範圍第8項所述之液晶顯 該等擴散材料散佈在該第二導光板， 该第二導光板之一基本材料相異之一 衣直，甘φ 4U* -W· itil at. yju 丄»· ’、T 具有與 ，該等擴散材料 一光學特性。 7061-8175-PF1 21