TWI431327B - 混色透鏡及具有該混色透鏡之液晶顯示裝置 - Google Patents

Description

混色透鏡及具有該混色透鏡之液晶顯示裝置

本發明涉及一種可以改善顏色重現性、形成超薄並調整發射圖案的混色透鏡、以及一種具有該混色透鏡的液晶顯示裝置。

一般而言，液晶顯示裝置，藉由利用液晶顯示影像的平板顯示之一，相較於其他平板顯示裝置，通常基於液晶顯示裝置更薄、更輕並具有低驅動電壓和低功率消耗等優點，而廣泛應用於工業。

由於提供用於顯示影像的液晶顯示裝置的液晶面板為本身不能發光的非發光裝置，需要用於提供光的光源。

使用產生白色光的白色發光二極體作為光源。藉由在藍色發光二極體的表面上塗佈紅色和綠色螢光層，而形成白色發光二極體。雖然製造簡單且費用低，但是白色發光二極體具有在顏色均勻性、顏色重現性的缺點，且發光效率低。

為了解決該等問題，建議一種技術，其藉由利用紅色、綠色和藍色發射二極體作為光源而產生白色。即混合從紅色、綠色和藍色發光二極體分別發出的紅色光、綠色光和藍色光以產生白色光。然而，為了混合從紅色、綠色和藍色發光二極體分別發出的紅色光、綠色光和藍色光，由於背光單元需要具有5cm-10cm的厚度，並且需要複數個光學片，例如擴散膜等，該技術難以作為平板顯示裝置的光源。此外，由於需要分別驅動紅色、綠色和藍色發射二極體，控制發光二極體是困難的。

因此，本發明旨在提供一種混色透鏡以及一種具有該混色透鏡的液晶顯示裝置。

本發明的目的在於提供一種可以改善顏色重現性、形成超薄並調整發射圖案的混色透鏡、以及一種具有該混色透鏡的液晶顯示裝置。

對於本發明額外的優點，目的和特點將在隨後的描述中闡明，部分內容將對於此領域具有技術者將在審視隨後的描述，或者可以藉由實施本發明瞭解到而顯而易見。本發明的目的和其他優點將藉由特別在描述中指出的結構和在此的申請專利範圍以及所附附圖說明實現和獲得。

為了實現上述目標和其他優點並依據本發明的目的，此處具體並大體描述，一種混色透鏡包括：一光接收部分，具有設置在一側的至少兩個發光二極體，用於發出彼此相互不同顏色的光、以及用於分別將該等發光二極體設置於其中的複數個光接收凹部；一混色部分，形成在該光接收部分上，用於將來自該等發光二極體的光混合為白色光；以及一光發射部分，形成在該混色部分上，用於通過其一側發出來自該混色部分的白色光。

該光接收凹部具有設置於其中的一光入射面，該光入射面與一水平軸形成一銳角並具有一曲率。

該光接收凹部具有大於發光二極體之直徑的一線寬。

該混色透鏡進一步包括一光反射層，該光反射層形成在該光接收部分、該混色部分以及該光發射部分上，但不包括設置在該光接收凹部之該光接收部分的光入射面、以及該光發射部分的側面。

或者，可替代地，該混色透鏡進一步包括一光反射層，該光反射層形成在該光接收凹部、以及該光發射部分的正面和背面上，但不包括設置在該光接收凹部之該光接收部分的光入射面。

或者，可替代地，該混色透鏡進一步包括：一光反射層，形成在光接收凹部以及光發射部分的正面上，但不包括設置在該光接收凹部之該光接收部分的光入射面；以及一光反射結構，形成以圍繞該光接收部分、該混色部分以及該光發射部分，但不包括連接至該光接收部分之該光接收凹部的一部分的該光接收部分，該混色部分和該光發射部分的背面與該光反射結構分隔。

該混色部分具有多層的結構，多層的至少其中之一具有一斜面，該斜面的寬度隨其高度從下側至上側而變得越小。

或者，可替代地，該混色部分具有單層結構，該單層結構具有一斜面，該斜面的寬度隨其高度從下側至上側而變得越小。

該光發射部分具有大於該混色部分之直徑的一圓柱結構。

該光發射部分在一正面和側面具有曲率。

在本發明的又一方面中，一種液晶顯示裝置包括一混色透鏡，用於發出一白色光；以及一液晶面板，用於藉由使用由該混色透鏡產生的該白色光而產生一影像，其中該混色透鏡包括：一光接收部分，具有設置在一側的至少兩個發光二極體，用於發出彼此相互不同顏色的光、以及用於分別將該等發光二極體設置於其中的複數個光接收凹部；一混色部分，形成在該光接收部分上，用於將來自該等發光二極體的光混合為白色光；以及一光發射部分，形成在該混色部分上，用於通過其一側發出來自該混色部分的白色光。

可以理解的是，本發明的上文的概括說明和下文的詳細說明都具有示例性和解釋性，並意圖在於為本發明所提出的申請專利範圍作進一步的解釋說明。

參考所附圖式描述實施例，將描述本發明的具體實施例。在任何可能的情況下，貫穿附圖使用相同的附圖標記代表相同或相似的部分。

第1圖說明根據本發明較佳實施例的混色透鏡110的剖視圖和示意圖，該混色透鏡110包括光接收部分120、混色部分130、光發射部分140以及光反射層150。

第2圖詳細說明顯示第1圖中混色透鏡的光接收部分120、混色部分130以及光發射部分140的示意圖。

參見第3圖，光接收部分120接收來自發光二極體124的光。為此，光接收部分120具有複數個光接收凹部122的一側，每個光接收凹部122具有發光二極體124置於其中。在這種情況下，如第4A圖所示(第4A圖為說明顯示將發光二極體124放置在光接收凹部122中之前的狀態的圖式)，光接收凹部122具有與發光二極體124相同的尺寸(W1=W2)，或者如第4B圖和第4C圖所示，大於發光二極體124。此外，如第4A圖和第4B圖所示，設置於光接收凹部122內的發光二極體124為含有導線之封裝型發光二極體124，或者如第4C圖所示，為微晶片型發光二極體124。再者，如第4B圖和第4C圖所示，發光二極體124形成與設置在光接收凹部122最內側的光入射面126分隔，或如第7圖所示，形成為與光入射面126接觸。

因此，由於發光二極體124設置在光接收部分120的一側，使得光從發光二極體124進入至混色透鏡110並沿螺旋傳播，本發明的混色透鏡可在相對較低的高度內混合顏色，而相較於在光接收部分背面的下側處具有發光二極體的現有技術混色結構，能夠減低了混色部分130的高度。

參見第5圖，光接收部分120為具有低光吸收率材料，如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)或PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)之具有直徑D_in 和高度H_in 的圓柱體。

至少兩個發出彼此相互不同顏色之光的發光二極體124設置在複數個光接收凹部122中。舉例來說，考慮到光發射效率，該複數個光接收凹部122可為三個以用於分別設置紅色R、綠色G和藍色發光二極體124，或四個以用於分別設置兩個綠色G發光二極體124，一個紅色R發光二極體124和一個藍色發光二極體。同時，發光二極體124和光接收凹部122的數量並未限制為三個或四個，但可隨著光學特性而變化。

參見第5圖，光接收凹部122具有形成在內表面上的光反射層150。在這種情況下，光反射層150並未形成在設置在光接收凹部122之最內側的光入射面126上。光反射層150由具有高光反射率的材料而形成，如鋁、銀或金，用於偵測光從發光二極體124至混色透鏡110而無損失。此外，光接收部分120的光入射面126形成為面對發光二極體124的光發射表面。如第5圖和第6A圖，光入射面126從水平軸以角θi傾斜，用以防止光藉由鄰近的發光二極體124和光接收凹部122而損失。詳細地，如第6B圖所示，如果光入射面126不傾斜(如傾斜角θi=90°)，來自發光二極體124的大多數光經由鄰近的發光二極體124和光接收凹部122在多餘的光路徑傳播，而損失了來自混色透鏡110內部的光。與此相反，如第6A圖所示，如果光入射面126傾斜，由於來自發光二極體124的大多數光未朝向鄰近發光二極體124和光接收凹部122傳播，可阻止經由鄰近發光二極體124朝向多餘的光路徑的傳播。

此外，參見第7圖，設置在光接收凹部122的最內側的光接收部分120的光入射面126具有曲率。來自發光二極體124的光在光入射面126進入光接收部分120處被調整為平行。例如，當來自發光二極體124的光具有如第8A圖所示的20度的半高寬時，從發光二極體124通過光入射面126進入至光接收部分120的光具有如第8B圖所示之10度的半高寬。因此，可以知道的是通過具有曲率的光入射面126進入至光接收部分120的光是平行的。

參見第9圖，混色部分130包括形成在光接收部分120上的第一混合部分132、以及形成在第一混合部分132上的第二混合部分134。混色部分130形成在具有如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)或PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)之低光吸收率材料的光接收部分120上。混色部分130由與光接收部分120以相同的材料作為一單元形成，或是獨立地形成。

第一混合部分132調整光傳播的方向，使得通過光接收部分120進入的紅色、綠色和藍色光可以在低高度混合。由於第一混合部分132形成有以隨其高度從下側至上側而變小的寬度，第一混合部分132具有一傾斜表面。

第二混合部分134沒有傾斜表面，混合來自第一混合部分132的光並將光導向光發射部分140。

同時，儘管以第一混合部分132具有傾斜表面且第二混合部分134沒有傾斜表面為例已描述混色部分130，除此之外，混色部分130可具有第10A圖至第10C圖中顯示的任意一個結構。第10A圖中顯示的混色部分130包括具有與光接收部分120相同的線寬而無傾斜表面的第一混合部分132、以及形成在第一混合部分132上具有傾斜表面的第二混合部分134。第10B圖中顯示的混色部分130包括具有與光接收部分120相同的線寬而無傾斜表面的第一混合部分132、形成在第一混合部分132上具有傾斜表面的第二混合部分134、以及形成在第二混合部分134上沒有傾斜表面的第三混合部分136。

第10C圖中顯示的混色部分130形成為具有貫穿混色部分130的傾斜表面。

因此，進入至混色透鏡110並在混色部分130內部的一側傳播的光滿足全反射條件，從而能夠在具有相對低高度的混色部分130中充分地混合。

光發射部分140將來自混色部分130的白色光發射至混色透鏡110的外側。光發射部分140形成在具有如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)或PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)之低光吸收率材料的混色部分130上。光發射部分140與光接收部分120或混色部分130以相同材料形成為一單元，或獨立地形成。

如第11A圖和第11B圖所示，光發射部分140形成為具有高度h_o 以及大於混色部分130的直徑D_o ，從而光發射部分140不能再滿足全光發射條件，因此將白色光發射至混色透鏡110的外側。

光發射部分140具有形成為具有凹透鏡的曲率的正面US，使得其邊緣至混色部分130的距離大於其中心部分至混色部分130的距離，進而導向光發射部分140正面的白色光在光發射部分140的正面被反射朝向光發射部分140的一側。

光發射部分140具有形成為具有向外投射的凹透鏡的一側面ES，以發射白色光。光發射部分140具有形成為如第11A圖所顯示之對於水平軸之斜率為0度，或是如第11B圖顯示之對於水平軸以θ_bo 度傾斜的背面。在這種情況下，側面發射圖案的發射區域可以根據光發射部分140背面對於水平軸斜率而調整。

光發射部分140具有光反射層150，該光反射層150形成在光發射部分140的正面和背面上，但不包括光發射部分140的側面，係以具有高光反射率的金屬如鋁、銀和金形成，使得光發射部分140具有橫向發射圖案。

詳細地，光反射層150形成為具有如第1圖、第12A圖和第12B圖中顯示的任意一個結構。

參見第1圖，光反射層150藉由塗佈而形成在光發射部分140的正面和背面、光接收部份120及混色部份130上，但不包括光發射部分140的側面以及光接收部份120的光入射面126。光反射層150具有在分別與光接收部分120之光接收凹部122的交疊區域通孔154。通孔154被使用作為設置在光接收凹部122中之發光二極體124，以及將光源基板(未顯示)連接至發光二極體124的導線(未顯示)的通道，而能將驅動信號提供至發光二極體124。

參見第12A圖，光反射層150藉由塗佈而形成在光接收部分120及光發射部分140的正面和背面上，但不包括光接收部分120的光入射面126以及光發射部分140側面。這是因為只要光接收部分120和混色部分130滿足全反射條件，因為從光接收部分120和混色部分130損失的光的量較小，在光接收部分120和混色部分130上無光反射層150的形成是沒有太大關係。此外，由於第12A圖中顯示的光反射層150未形成在光接收部分120和混色部分130上，通過光接收部分120和混色部分130的光並沒有與光反射層150接觸。據此，當滿足全反射條件時，由於藉由光反射層150的光吸收的預防，通過光接收部分120和混色部分130的光未損失。

參見第12B圖，光反射層150藉由塗佈而形成在光接收凹部122以及光發射部分140的正面上，但不包括光接收部分120的光入射面126。此外，在第12B圖中的光反射結構152，形成以圍繞光接收部分120、混色部分130以及處於光發射部分140的背面狀態的光發射部分140，光接收部分120和混色部分130與光反射結構152分隔。由於光反射結構152與光發射部分140的背面、光接收部分120以及混色部分130分隔，因此，當滿足全反射條件時，通過光接收部分120和混色部分130的光並未與光反射結構152接觸，而防止光反射結構152吸收光，從而防止光損失。再者，形成以圍繞光發射部分140背面、光接收部分120以及混色部分130的光反射結構152無法滿足全反射條件以反射由混色透鏡110發出的光時，使光再次進入混色透鏡110中，從而提高光學效率。

同時，光反射結構152具有形成在與光接收部分120的光接收凹部122交疊之區域的通孔154、以及形成為大於光接收部分120和混色部分130的最大直徑的容置孔156，用於容置混色部分130。在這種情況下，光反射結構152中的通孔154使用作為將設置在光接收凹面122中的發光二極體124連接至光源基板(未顯示)的線路的通道(未顯示)，用於將驅動信號提供至發光二極體124。此外，相似於光反射層150，光反射結構152由具有高反射率金屬，如鋁、銀或金形成。

表1顯示本發明混色透鏡110的模擬結果。顯示在表1中的該等數值僅為實施例值，但並不限於該等值，且隨使用者選擇而改變。

第13A圖和第13B圖說明具有在表1中顯示之數值的混色透鏡110的模擬結果，其中第13A圖說明第11A圖中混色透鏡110的光發射圖案，以及第13B圖說明第11B圖中混色透鏡110的光發射圖案。

可以知道的是如第13A圖所示，第11A圖中有無傾斜背面的光發射部分140具有從側面發出光的光發射圖案，以及如第13B圖所示，具有第11B圖中有大約5度傾斜背面的光發射部分140具有在遠離水平軸5度點處中心分佈的光發射圖案。

表2顯示表1中混色透鏡110的效率、顏色均勻性以及照明均勻性，其中效率為在顏色被混合後，發射至光發射部分140外側的光束與在光接收部分120處接收的光束之比率，照明均勻性為照明資料最小值與最大值

參見表2，第11A圖和第11B圖中顯示的混色透鏡110在效率、顏色均勻性以及照明均勻性中都具有良好的光學性能，尤其是，效率和照明均勻性分別大於70%。

因此，可以知道的是本發明的混色透鏡110將來自紅色、綠色和藍色發光二極體124的紅色、綠色和藍色光混合為白色光，並從混色透鏡110的側面發射白色光。

參見第14圖，混色透鏡110用作液晶顯示裝置中背光單元的光源。

使用本發明的混色透鏡110的液晶顯示裝置包括根據用以顯示影像的影像資料而控制液晶的光透射率的液晶面板40、包括複數個混色透鏡110而將光導向液晶面板40的背光單元，以及用以將在背光單元設置於其中的底蓋50。

液晶面板40包括彼此相對連接的薄膜電晶體基板44和彩色濾光片基板42、用於維持彩色濾光片基板42和薄膜電晶體基板44之間的間隙之間隔件、以及填充在由間隔件所形成之空間中的液晶。

將光提供至液晶面板40的背光單元包括複數個混色透鏡110、用於擴散來自該複數個混色透鏡110光的擴散板20、以及複數個用於偏極化、會聚及擴散來自擴散板20的光的光學片。

以晶片的形狀形成的混色透鏡110設置在光源基板12上。

光從混色透鏡110入射至擴散板20上。擴散板20將來自複數個混色透鏡110的光導向至液晶面板40的前面，擴散光以具有均勻分佈並照亮液晶面板40。擴散板20具有塗佈在其兩側上之光擴散組件的透明樹脂薄膜。

來自擴散板20的光由於光擴散而形成大的視角。當光垂直地入射至液晶面板40上時，入射至液晶面板40上的光顯示出最佳效率。為此，將複數個光片30排列在擴散板20上。複數個光片30將來自擴散板20的光的方向轉為垂直於液晶面板40用以提高光學效率。因此，光來自擴散板20通過具有擴散片32、聚光片34、偏極化片36等複數個光學片30的光入射至液晶面板40上。

同時，雖然本發明的混色透鏡110已舉例為混色透鏡110被應用於直下式背光單元，除此以外，混色透鏡110也可被應用於側光式背光單元。在背光單元應用為側光式背光單元的情況下，形成反射材料外殼以圍繞面對光板的一側，但不包括的光發射部分140的一側。據此，從面對光板的光入射面的一側，但不包括的光發射部分140的一側所發出的光，通過外殼而入射在光板的光入射面上。

如上所述，混色透鏡和具有本發明該混色透鏡的液晶顯示裝置具有以下優點。

紅色、綠色和藍色發光二極體的應用提高了顏色重現性和光發射效率。並且本發明的混色透鏡允許製造為超薄液晶顯示裝置以及光發射裝置的光發射圖案。

對於熟悉本領域的技術人員能夠在不脫離本發明的精神或範疇而做出各種修飾及變更是顯而易見的。因此，本發明意圖涵蓋了落入本發明申請專利範圍及其等效之發明的各種修飾及變更

12．．．光源基板

20．．．擴散板

30．．．光學片

32．．．擴散片

34．．．聚光片

36．．．偏極化片

40．．．液晶面板

42．．．彩色濾光片基板

44．．．薄膜電晶體基板

50．．．底蓋

110．．．混色透鏡

120．．．光接收部分

122．．．光接收凹部

124．．．發光二極體

126．．．光入射面

130．．．混色部分

132．．．第一混合部分

134．．．第二混合部分

136．．．第三混合部分

140．．．光發射部分

150．．．光反射層

152．．．光反射結構

154．．．通孔

156．．．容置孔

ES．．．側面

US．．．正面

所附圖式其中提供關於本發明實施例的進一步理解並且結合與構成本說明書的一部份，說明本發明的實施例並且與描述一同提供對於本發明實施例之原則的解釋。圖式中：

第1圖說明根據本發明較佳實施例的混色透鏡的剖面圖和示意圖；

第2圖詳細說明第1圖中混色透鏡的示意圖；

第3圖詳細說明第1圖中混色透鏡的剖面圖；

第4A圖至第4C圖分別為說明將如第2圖中所示每個顯示發光二極體置於光接收凹部中之變化的圖式；

第5圖詳細說明第2圖或第3圖中顯示的光接收部分的圖式；

第6A圖和第6B圖說明根據本發明光接收部分的光入射面和水平軸之間的角度，提供用於解釋光路的圖式；

第7圖說明提供用於解釋第3圖或第4圖中來自發光二極體的光朝向光接收部分的光路的剖面；

第8A圖和第8B圖分別說明顯示來自發光二極體的光以及進入至光接收部分的光的光發射圖案的圖式；

第9圖說明第2圖或第3圖中混色部分的示意圖；

第10A圖至第10C圖分別說明每個顯示第9圖中混色部分的變化的圖式；

第11A圖和第11B圖說明每個顯示第2圖或第3圖中光發射部分的變化的剖面；

第12A圖和第12B圖說明每個顯示第1圖中光反射層的變化的圖式；

第13A圖和第13B圖分別說明由第11A圖和第11B圖中混色透鏡產生的白色光的光發射圖案的圖式；以及

第14圖說明具有用作光源的混色透鏡的液晶顯示裝置的剖面。

110．．．混色透鏡

120．．．光接收部分

122．．．光接收凹部

124．．．發光二極體

130．．．混色部分

140．．．光發射部分

150．．．光反射層

154．．．通孔

Claims (10)

1. 一種混色透鏡，包括：一光接收部分，具有設置在一側的至少兩個發光二極體，用於發出彼此相互不同顏色的光、以及用於分別將該等發光二極體設置於其中的複數個光接收凹部；一混色部分，形成在該光接收部分上，用於將來自該等發光二極體的光混合為白色光；以及一光發射部分，形成在該混色部分上，用於通過其一側發出來自該混色部分的白色光，其中該光發射部分具有大於該混色部分之直徑的一圓柱結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述的混色透鏡，其中該光接收凹部具有設置於其中的一光入射面，該光入射面與一水平軸形成一銳角並具有一曲率。
3. 如申請專利範圍第1項所述的混色透鏡，其中該光接收凹部具有大於該發光二極體之直徑的一線寬。
4. 如申請專利範圍第1項所述的混色透鏡，進一步包括一光反射層，形成在該光接收部分、該混色部分以及該光發射部分上，但不包括設置在該光接收凹部之該光接收部分的光入射面、以及該光發射部分的側面。
5. 如申請專利範圍第1項所述的混色透鏡，進一步包括一光反射層，形成在該光接收凹部、以及該光發射部分的一正面和一背面上，但不包括設置在該光接收凹部之該光接收部分的光入射面。
6. 如申請專利範圍第1項所述的混色透鏡，進一步包括：一光反射層，形成在該光接收凹部以及該光發射部分的一正面上，但不包括設置在該光接收凹部之該光接收部分的光入射面；以及一光反射結構，形成以圍繞該光接收部分、該混色部分以及該光發射部分，但不包括連接至該光接收部分之該光接收凹部的一部分的該光接收 部分，該混色部分和該光發射部分的背面與該光反射結構分隔。
7. 如申請專利範圍第1項所述的混色透鏡，其中該混色部分具有多層的結構，該多層的至少其中之一具有一斜面，該斜面的寬度隨其高度從一下側至一上側而變得越小。
8. 如申請專利範圍第1項所述的混色透鏡，其中，該混色部分具有單層結構，該單層結構具有一斜面，該斜面的寬度隨其高度從一下側至一上側而變得越小。
9. 如申請專利範圍第1項所述的混色透鏡，其中該光發射部分在一正面和一側面具有曲率。
10. 一種液晶顯示裝置，包括：一混色透鏡，用於發出白色光；以及一液晶面板，用於藉由使用由該混色透鏡所產生的該白色光產生一影像，其中該混色透鏡包括：一光接收部分，具有設置在一側的至少兩個發光二極體，用於發出彼此相互不同顏色的光、以及用於分別將該等發光二極體設置於其中的複數個光接收凹部；一混色部分，形成在該光接收部分上，用於將來自該等發光二極體的光混合為白色光；以及一光發射部分，形成在該混色部分上，用於通過其一側發出來自該混色部分的白色光，其中該光發射部分具有大於該混色部分之直徑的一圓柱結構。