專利名稱：背光單元以及使用其的液晶顯示器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示器件(LCD)，尤其涉及一種背光單元以及使用其的液晶顯示器件。盡管本發(fā)明適于更廣范圍的應用，但是尤其適用于改善背光的均勻性以及混色。
背景技術：
通常，主要將陰極射線管(CRT)用作諸如電視機(TV)顯示器、測量設備、信息終端等的各種顯示器件之一。然而，CRT不能滿足具有減小尺寸和重量的電子產(chǎn)品的需求。為此，研發(fā)了許多平板顯示器件以代替CRT，例如采用電場光學效應的LCD、采用氣體放電的等離子體顯示面板(PDP)以及采用電致發(fā)光的電致發(fā)光顯示器(ELD)。在這些平板顯示器件中，LCD由于尺寸小、重量輕并且能耗低而引起了極大關注。因此，對LCD具有極大的需求以用于膝上型電腦顯示器、桌面型電腦顯示器以及大尺寸信息顯示器。
LCD器件為光接收器件，其通過調(diào)整光源的光量顯示圖像。光源為單獨的實體，其可以是向LCD面板提供光的背光。所述背光可以根據(jù)該背光中燈單元的安裝位置分為側光型和直下型兩種。目前，具有可以用作背光光源的各種類型的光源，諸如EL(電致發(fā)光)、LED(發(fā)光二極管)、CCFL(冷陰極熒光燈)和HCFL(熱陰極熒光燈)。具體的，由于CCFL外形薄、壽命長并且能耗低，其已經(jīng)被廣泛用于大尺寸彩色TFT-LCD中。
CCFL包括熒光放電管，其中密封有Hg氣體以及Ar、Ne等以利用彭寧(penning)效應。在該管的兩端設置有電極。陰極形成為扁平狀以具有寬的區(qū)域。在施加電壓時，放電管中的帶電粒子與扁平陰極相碰撞以產(chǎn)生像濺射一樣的二次電子。產(chǎn)生的二次電子激發(fā)鄰近的元素以產(chǎn)生等離子體。所述被激元素放出激發(fā)熒光物質以發(fā)出可見光的強UV射線。
在側光型背光中，將燈單元設置在導光板的橫向側。該燈單元包括發(fā)光的燈、安裝在燈兩端以保護燈的燈支撐以及具有適配在導光板橫向側中以將由燈發(fā)出的光反射向導光板的燈反射器。該側光型背光適用于諸如膝上型或者桌面型電腦顯示器的小尺寸LCD器件。使用該側光型背光的LCD器件的優(yōu)點在于光均勻、壽命長并且尺寸小。
在直下型背光中，按照行設置多個燈以直接照射LCD面板的前側。該直下型背光比側光型背光具有更高的光效率并且主要應用于需要高亮度的大尺寸LCD(超過20英寸)中。將具有直下型背光的LCD用作比膝上型電腦驅動時間更長的大尺寸顯示器或者電視機，并且包括更多的燈。因而，直下型背光中的一些燈可能會由于這些燈的故障或者長期使用而不發(fā)光。結果，不被所述相應的燈照射的部分比屏幕的正常部分明顯變暗，從而可以直接識別出來。因此，直下型背光需要經(jīng)常更換燈并且需要背光單元具有便于組裝/拆卸的結構。
如上所述，LCD利用液晶調(diào)整透過屏幕的光量并且采用調(diào)整的光決定色彩和亮度。因而，LCD在如下方面不同于通用顯示器件。例如，LCD器件提供視角，根據(jù)觀看屏幕的角度圖像質量明顯變化；透射比，根據(jù)光照射顯示器的照射類型；色彩再現(xiàn)力，通過濾色片傳輸?shù)亩嗌俟饪梢灾噩F(xiàn)R、G和B色；亮度，表示圖片的明亮程度；以及殘余圖像(after image)，由長期滯留的圖像產(chǎn)生。
LCD將其領域從便攜式產(chǎn)品的顯示擴展到桌面型PC監(jiān)視器以及家庭TV。盡管LCD具有重量輕以及扁平、短小的物理優(yōu)點，但是其在色彩再現(xiàn)力和亮度等方面不如CRT。傳統(tǒng)的筆記本監(jiān)視器LCD具有比按照NTSC(國家電視系統(tǒng)委員會)采用的系統(tǒng)的彩色TV低40％-50％的色彩再現(xiàn)力。然而，其可以只通過色彩再現(xiàn)力滿足用戶的需求。這樣，LCD市場要求研發(fā)一種可以實現(xiàn)超過用于TV中的CRT的色彩再現(xiàn)力的LCD。
包括液晶面板、背光以及濾色片的通用多色彩LCD通過將從具有3-波長熒光燈的背光照射的白光分為R、G和B三種顏色并通過增加或者混合這三種顏色而實現(xiàn)各種顏色。當藍、綠和紅LED同時用于實現(xiàn)白顏色時，應用中會產(chǎn)生許多問題。具體地說，由于通過收集來自各自LED位置的不同顏色而產(chǎn)生白色的技術困難，這一應用很難。因而，為了實現(xiàn)白顏色，一個LED至少能夠發(fā)出具有預定強度的三波長。這樣，急需研發(fā)一種背光，其能夠提供具有低能耗的移動電話的小SMD(表面安裝器件)LED的優(yōu)點以及具有良好的色彩再現(xiàn)力的筆記本計算機的CCFL的優(yōu)點。
參照圖1說明根據(jù)現(xiàn)有技術的背光。圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的背光的截面圖。如圖1所示，背光單元具有熒光燈1、導光板2、擴散物質3、反射片4、擴散片5以及棱鏡片6。當將電壓施加到熒光燈1時，存在于熒光燈1中的剩余電子遷移到正極。該遷移電子與Ar碰撞。Ar被激發(fā)以增加正離子。然而，增加的正離子與負極碰撞以產(chǎn)生二次電子。當產(chǎn)生的二次電子流入管中以開始放電時，電子流通過放電碰撞以與Hg蒸汽電離從而發(fā)射UV射線和可見光。發(fā)射的UV射線激發(fā)涂布在熒光燈1內(nèi)壁上的熒光物質從而發(fā)射可見光。
導光板2為波導管，其通過將從熒光燈1發(fā)射的光引入其內(nèi)而發(fā)射面光源。導光板2由具有良好光透射比的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)樹脂形成。與導光板2的入射光效率相關的因素包括導光板厚度到燈直徑、導光板2與燈1之間的距離以及燈反射器類型。通過在偏離導光板2中央的厚度方向傾斜設置熒光燈1可以增加入射光效率。LCD背光的導光板2可以是印刷型導光板、V型溝槽型導光板和擴散型導光板其中之一。
擴散物質3包括SiO2顆粒、PMMA、溶劑等。SiO2顆粒用于光散射并且具有多孔結構。PMMA用具將SiO2顆粒粘附于導光板2的下表面。將散射物質3以圓點形式涂布在導光板2的下表面。圓點區(qū)域逐步增加以在導光板2的上部分上獲得均勻的面光源。即，每單位區(qū)域由圓點所占的區(qū)域率在鄰近熒光燈1處比較小，而每單位區(qū)域由圓點所占的區(qū)域率在遠離熒光燈1處比較大。而且，所述圓點可以具有不同形狀。如果每單位區(qū)域的區(qū)域率相等，則可以從導光板2的上部獲得相同亮度的效果。
反射片4設置在導光板2的后端以使從熒光燈1投射的光進入導光板2的內(nèi)側。散射片5設置在導光板2上方并且具有涂布其上的圓點圖案，從而根據(jù)視角提供均勻的亮度。散射片5由PET或者PC(聚碳酸酯)樹脂形成。在散射片5上設置顆粒涂布層以起散射的作用。棱鏡片6用于增強要被反射的通過散射片5的上部透射的光的前亮度。棱鏡片6使特定角度的光透射。其余角度的入射光由于全內(nèi)反射返回到棱鏡片6的下部。返回的光被粘附于導光板2下部的反射片4反射。
將圖1所示的背光單元固定到?？蛏稀ＴO置在背光單元上表面的顯示單元通過頂盤被保護。將頂盤和模框裝配到一起以在其間容納背光單元和顯示單元。
下面參照
根據(jù)現(xiàn)有技術的其它背光單元。圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的背光單元的光波導管板的透視圖。圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的另一背光單元的布局圖。圖4A和4B示出了分別沿圖3中的I-I’和II-II’線提取的背光單元的截面圖。
如圖2所示，現(xiàn)有技術背光單元的矩形光波導管板10由透明物質形成。該光波導管盤10包括處于突出(couple-out)的上橫向側的光發(fā)射表面11、設置于光發(fā)射表面11相對側的下橫向側12以及四個橫向側13到16。用于光源的多個凹槽20設置于光波導管板10的下橫向側12以沿光發(fā)射表面11的方向延伸。分別在多個凹槽20下方設置R/G/B LED燈(未示出)。優(yōu)選地，多個凹槽20以矩形格柵結構均勻分布在光波導管板10上。
上述采用R/G/B LED燈的背光單元結構的優(yōu)點是不使用Hg而改善了色彩再現(xiàn)力。為了混合和發(fā)射來自R/G/B LED燈的色彩，各凹槽需要具有上橫向側以及橫向側壁以對應于光發(fā)射表面11。上橫向側應該涂布有第一反射層而各凹槽的下橫向側應該涂布有第二反射層。各凹槽20的邊緣應該有第三反射層包圍。而且，需要復雜的布局以使光波導管板10與各凹槽20之間的LED燈通過橫向側壁結合。
圖3所示的背光單元具有直下型中間導光板。如圖4A和4B所示，現(xiàn)有技術的背光包括多個燈陣列單元30(參見圖3)，各單元具有沿一個方向設置的多個LED燈31；光散射體34，設置于所述燈陣列單元30上方用于擴散光以傳輸?shù)絃CD面板；中間導光板32，設置在LED燈31與光散射體34之間；多個反射片33，設置在中間導光板32下方以分別與LED燈31相對；以及外殼40，其中LED燈31固定其上以支撐中間導光板32和光散射體34。
在現(xiàn)有技術的背光單元中，具有反射片33分別粘附于其底部以與LED燈31相對的透明中間導光板32設在在LED燈31附近，從而從LED燈31發(fā)射的R/G/B色彩能夠很好混合。而且，通過設置在中間導光板32下方以與LED燈31相對的反射片33，防止了分別從LED燈31發(fā)射的強光直接照射到LCD面板。
然而，在現(xiàn)有技術的LCD背光單元中，中間導光板32能通過熱量、振動、沖擊等沿LED燈31的方向下移以改變背光單元或打碎LED燈31，從而使色彩均勻性和混色率降低。為了解決這一問題，可以去除中間導光板32和反射片33。然而，如圖去除這些，來自LED燈31上部的光直接照射到散射片而不能被混合在一起，從而降低了光的均勻性。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種背光單元以及使用其的LCD器件，其基本上克服了由于現(xiàn)有技術的限制和缺點而產(chǎn)生的一個或者多個問題。
本發(fā)明的一個目的是提供一種背光單元以及使用其的LCD器件，其可以不使用現(xiàn)有技術的中間導光板而獲得簡單的結構。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種背光單元以及使用其的LCD器件，其可以通過各在LED燈上形成反射物質而防止LED燈破碎或者變形。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種背光單元以及使用其的LCD器件，其可以通過沿橫向方向反射來自LED燈的光而改善色彩均勻性和混色。
本發(fā)明的附加優(yōu)點、目的和特征將在后面的描述中得以闡明，通過以下描述，將使其對本領域技術人員來說顯而易見，或者可通過實踐本發(fā)明來認識。本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點可通過說明書及其權利要求以及附圖中具體指出的結構來實現(xiàn)和得到。
為了實現(xiàn)這些目的和其它優(yōu)點，按照本發(fā)明的目的，作為具體和廣義的描述，一種背光單元，包括多個燈陣列單元，各單元包括沿一個方向均勻設置的多個燈；多個第一反射物質，分別設置在所述各LED燈的上表面以沿橫向方向反射由相應的LED燈發(fā)射的光；光散射體，設置在所述燈陣列單元上方；以及外殼，支撐光散射體。
根據(jù)本發(fā)明另一個方面，一種LCD器件，包括順序并且均勻設置的多個LED燈；形成在多個燈中的每一個的上表面上以沿橫向方向反射由所述多個燈中的每一個發(fā)射的光的第一反射物質；設置在LED燈上方用于散射以照射出由反射物質反射的光的光散射體；將LED燈固定其上并且支撐光散射體的外殼；設置在光散射體上以通過接收由所述光散射體照射的光顯示圖像的LCD面板；以及設置到LCD面板的邊緣以及外殼橫向側以將LCD面板和外殼固定其上的頂蓋。
應該理解，本發(fā)明上面的概述和下面的詳細說明都是示例性和解釋性的，意欲對所要求保護的本發(fā)明提供進一步解釋。
所包括的用于提供對本發(fā)明進一步解釋并引入構成本申請一部分的
了本發(fā)明的實施方式，并與說明書一起用于說明本發(fā)明的原理。在附圖中圖1示出了按照現(xiàn)有技術的背光單元的截面圖；圖2示出了按照現(xiàn)有技術的背光單元的光波導管板的示意性透視圖；圖3示出了按照現(xiàn)有技術的另一背光單元的示意性布局圖；圖4A和4B分別示出了沿圖3中的I-I’和II-II’線提取的背光單元的示意性截面圖；圖5示出了按照本發(fā)明一示例性實施方式的背光單元的示意性布局圖；圖6A和6B分別示出了沿圖5中的III-III’和IV-IV’線提取的背光單元的示意性截面圖；圖7示出了在本發(fā)明的背光單元和現(xiàn)有技術的背光單元之間從各自LED燈發(fā)射的光的路徑的比較的示意性截面圖；圖8A到8C示出了設置于根據(jù)本發(fā)明的LCD背光單元的具有反射物質的LED燈的示意性截面圖；以及圖9示出了具有按照本發(fā)明圖5所示的背光單元的LCD器件的示意性截面圖。
具體實施例方式
以下將參照附圖中所示的實施例來詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。盡可能的，在整個附圖中使用相同的附圖標記表示相同或相似的部件。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的背光單元的示意性布局圖，并且圖6A和6B分別示出了沿圖5中的II I-III’和IV-IV’線提取的背光單元的示意性截面圖。如圖5、圖6A和圖6B所示，直下型LED背光單元包括多個燈陣列單元50，各單元具有沿一個方向順序設置的多個R/G/B LED燈51；反射物質52，形成在所述各LED燈51的上表面以沿橫向方向反射光；光散射體53，設置在所述燈陣列單元50上方以散射來自LED燈51的光；以及外殼60，將LED燈51固定其上以支撐光散射體53。
光散射體53用于防止LED燈51的圖像顯現(xiàn)在LCD面板的顯示屏幕上并且提供具有均勻亮度分布完全的光源。光散射體53包括多個設置在LCD面板和光散射體53之間的多個散射片和散射板，以改善光散射效果。
在外殼60的內(nèi)表面上形成反射物質(圖中未示出)以將通過形成在LED燈51上的反射物質52反射的光朝向光散射體53反射。形成在各LED燈51上的反射物質52可以由漫反射、鏡反射、金屬反射等的白材料形成。在根據(jù)該示例性實施方式的背光單元中，反射物質52形成在各LED燈51上，使得從相應LED燈51發(fā)射的光通過反射物質52被發(fā)射以沿橫向方向散射，從而改善均勻性和混色。
圖7示出了在本發(fā)明的背光單元和現(xiàn)有技術的背光單元之間從各自LED燈發(fā)射的光的路徑的比較的示意性截面圖。如圖7所示，在現(xiàn)有技術中，從LED燈100沿向上方向發(fā)射的光直接照射到光散射體200。相反，在本發(fā)明中，從LED燈100發(fā)生的光先由形成在LED燈100上表面上的反射物質110沿橫向方向反射，然后射向光散射體200。
圖8A到8C示出了設置于根據(jù)本發(fā)明的LCD背光單元的具有反射物質的LED燈的示意性截面圖。如圖8A和8B所示，LED燈51(參見圖5)包括發(fā)光的LED芯片51a、保護LED芯片51a并且收集發(fā)出的光的透鏡51b、形成在透鏡51b上表面上以沿橫向方向反射由LED芯片51a發(fā)出的光的反射物質52以及支撐LED芯片51a和透鏡51b的支架51c。在該示例性實施方式中，可以設置透鏡51b以包圍LED芯片51a及其周圍，并且透鏡51b的上表面可以具有凸起形狀、平坦形狀或者類似“V”的凹陷形狀。這樣，形成在LED燈51a上方的反射物質52涂布在透鏡51b的上表面上?；蛘?，透鏡51b可以具有包括上述形狀的各種形狀之一。
如圖8C所示，將透明或者半透明材料54粘附于透鏡51b的上部。將反射物質52涂布在透明或者半透明材料54上。在該示例性實施方式中，鏡51b可以具有包括上述形狀的各種形狀之一。而且，將透明或者半透明材料54主要粘附于透鏡51b的上部，從而順利執(zhí)行由LED芯片51a發(fā)出的光的混色。
圖9示出了具有圖5所示的背光單元的LCD器件的示意性截面圖。如圖9所示，該LCD器件包括多個順序并且均勻設置的LED燈51以分別發(fā)射R/G/B光；反射物質52，形成在各LED燈51的上表面上以沿橫向方向反射由相應的LED燈51發(fā)射的光；光散射體53，設置在LED燈上方以散射由反射物質52反射的光；外殼60，將LED燈51固定其上并支撐光散射體53；LCD面板70，設置在光散射體53上以通過接收經(jīng)由光散射體53的光顯示圖像；以及頂蓋80，設置在LCD面板70的邊緣以及外殼60的橫向側以將LCD面板70和外殼60固定其上。
當LCD器件在LCD面板70上顯示圖像時，LED燈51發(fā)光。將電壓整體性地或者選擇性地施加到多個LED燈51，使得相應的LED燈51能夠發(fā)光。發(fā)光的LED燈51分別發(fā)射R/G/B光。從各LED燈51發(fā)生的光并不直接向前行進而是通過形成在相應LED燈51上表面上的反射物質沿橫向方向反射。接著，經(jīng)反射物質52沿橫向方向反射的光通過在光散射體53和LED燈51之間的空間內(nèi)執(zhí)行的混色而產(chǎn)生白光。該白光由光散射體53散射以施加到LCD面板70的背面，從而在LCD面板70上顯示指定圖像。
因此，本發(fā)明提供了下列的效果。首先，本發(fā)明的背光單元不使用現(xiàn)有技術的中間導光板而能夠獲得簡單的結構。第二，通過在各LED燈上形成反射物質，本發(fā)明的背光單元能夠防止由于熱量、振動、沖擊等由中間導光板引起的LED燈破碎或者變形。最后，通過沿橫向方向反射由LED燈發(fā)射的光，本發(fā)明能夠改善色彩均勻性和混色。
很顯然，本領域的熟練技術人員可以在不脫離本發(fā)明的精神或者范圍內(nèi)對本發(fā)明的背光單元以及使用其的液晶顯示器件進行各種的修改和改進。因此，本發(fā)明旨在覆蓋所有落入所附權利要求及其等同物范圍內(nèi)的對本發(fā)明進行的修改和改進。
權利要求
1.一種背光單元，包括多個燈陣列單元，各單元包括沿一個方向均勻設置的多個燈；多個第一反射物質，分別設置在所述多個燈的上表面以沿橫向方向反射由所述多個燈中的每一個發(fā)射的光；光散射體，設置在所述多個燈陣列單元上方；以及外殼，支撐所述多個燈陣列單元和所述光散射體。
2.根據(jù)權利要求1所述的背光單元，其特征在于，所述包括在各燈陣列單元中的多個燈為順序設置的紅/綠/藍發(fā)光二極管燈。
3.根據(jù)權利要求1所述的背光單元，其特征在于，還包括形成在所述外殼內(nèi)表面上的第二反射物質。
4.根據(jù)權利要求1所述的背光單元，其特征在于，所述第一反射物質包括選自由漫反射、鏡反射和金屬反射組成的組中的白材料。
5.根據(jù)權利要求1所述的背光單元，其特征在于，還包括位于所述第一反射物質和所述燈之間的材料，該夾入的材料由透明材料和半透明材料其中之一形成。
6.根據(jù)權利要求1所述的背光單元，其特征在于，所述多個燈的每一個包括發(fā)射光的顯示芯片；保護所述顯示芯片并且收集發(fā)射的光的透鏡；以及支撐所述顯示芯片和鏡的支架。
7.根據(jù)權利要求6所述的背光單元，其特征在于，所述顯示芯片為發(fā)光二極管芯片。
8.根據(jù)權利要求6所述的背光單元，其特征在于，所述第一反射物質形成在所述透鏡的上表面上。
9.根據(jù)權利要求1所述的背光單元，其特征在于，所述光散射體包括多個散射片和散射板以改善光散射效果。
10.一種液晶顯示器件，包括順序并且均勻設置的多個燈；形成在所述多個燈中的每一個的上表面上以沿橫向方向反射由所述多個燈中的每一個發(fā)射的光的第一反射物質；設置在所述多個燈上方用于散射以照射出由所述反射物質反射的光的光散射體；將所述多個燈固定其上并且支撐所述光散射體的外殼；設置在所述光散射體上以通過接收由所述光散射體照射的光顯示圖像的液晶顯示面板；以及設置到所述液晶顯示面板的邊緣以及所述外殼橫向側以將所述液晶顯示面板和所述外殼固定其上的頂蓋。
11.根據(jù)權利要求10所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述多個燈為分別發(fā)射紅/綠/藍光的發(fā)光二極管燈。
12.根據(jù)權利要求10所述的液晶顯示器件，其特征在于，還包括形成在所述外殼內(nèi)表面上的第二反射物質。
13.根據(jù)權利要求10所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述第一反射物質包括選自由漫反射、鏡反射和金屬反射組成的組中的白色材料。
14.根據(jù)權利要求10所述的液晶顯示器件，其特征在于，還包括位于所述第一反射物質和所述燈之間的材料，該夾入的材料由透明材料和半透明材料其中之一形成。
15.根據(jù)權利要求10所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述多個燈中的每一個包括發(fā)射光的顯示芯片；保護所述顯示芯片并且收集發(fā)射的光的透鏡；以及支撐所述顯示芯片和鏡的支架。
16.根據(jù)權利要求15所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述顯示芯片為發(fā)光二極管芯片。
17.根據(jù)權利要求15所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述第一反射物質形成在所述透鏡的上表面上。
18.根據(jù)權利要求10所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述光散射體包括多個散射片和散射板以改善光散射效果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種背光單元，該背光單元包括多個燈陣列單元，各單元包括沿一個方向均勻設置的多個LED燈；形成在所述多個燈的上表面上以沿橫向方向反射由所述多個LED燈中的每一個發(fā)射的光；光散射體，設置在所述燈陣列單元上方；以及外殼，支撐所述光散射體。
文檔編號G02B5/02GK1828388SQ20051013449
公開日2006年9月6日 申請日期2005年12月15日 優(yōu)先權日2005年2月28日
發(fā)明者方珠榮 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會社