發光二極體背光單元以及具有該背光單元的液晶顯示器件的製作方法
2023-05-13 22:37:46 2
專利名稱：發光二極體背光單元以及具有該背光單元的液晶顯示器件的製作方法
技術領域：
本公開涉及一種發光二極體(LED)背光單元，特別是涉及一種可以均勻地將來自LED的光發射到導光板的背光單元以及具有該背光單元的液晶顯示器件。
背景技術：
液晶顯示(LCD)器件是用於顯示圖像的平板顯示器件，並且由於其外形薄、重量輕和功耗低的優點已經被廣泛用作計算機、電視機等的監視器。LCD器件典型地包括用於顯示圖像的液晶面板和用於將光發射到液晶面板的背光組件。
背光單元根據光源的設置可以分為側光型和直下型。側光型背光組件包括導光板和設置在導光板的側表面上的光源。導光板用來將從光源發出的光向前引導。直下型背光組件適於大尺寸(例如，大於12英寸)LCD器件，並且包括形成在液晶面板的背面上的多個光源。從光源發出的光直接發射到液晶面板。
背光組件的光源可以選自電致發光(EL)、冷陰極螢光燈(CCFL)、熱陰極螢光燈(HCFL)和發光二極體(LED)中任意之一。LED包括紅、綠和藍LED以及白LED。因為LED的優點是當減少LCD器件的厚度時可以保持光的均勻性，LED可以用於高亮度背光組件。
圖1示出了具有LED的側光型LCD器件的分解透視圖。如圖1所示，現有技術側光型LCD器件包括液晶面板10，以及將光發射到液晶面板10的背光組件20。
參照圖1，背光組件20包括底蓋90、反射板70、導光板50、多個光學片30、以及多個LED 60。LED 60設置在底蓋90一側並且彼此間隔。背光組件20還包括提供有導電圖案以向LED 60供電的印刷電路板(PCB)61。
參照圖1，LED 60和導光板50設置在相同的平面上，以使從LED 60產生的光入射到導光板50的側表面上。此外，LED 60具有約100°的發光角度，並且因而從LED 60發出的光入射到導光板50的入射面上。由於在導光板50的入射面上的介質不同，光路改變。
然而，在現有技術LCD中，從LED 60發出併入射到導光板的入射面上的光的發射角度由於介質不同而減少。所以，在導光板50的入射面區域交替產生亮部A和暗部B，從而產生在設置LED 60的區域亮度不均勻的熱斑(hotspots)。
發明內容
一種背光單元包括多個LED(發光二極體)晶片；用於將從LED晶片產生的光轉變為面光的導光板；以及對應於各LED晶片並且設置在LED晶片和導光板之間的多個導光模塊。
應該理解，本公開上面的概括性描述和下面的詳細描述都是示意性和解釋性的，意欲對本發明的權利要求提供進一步的解釋。
本申請所包括的附圖用於提供對本發明的進一步理解，並且包括在該申請中並且作為本申請的一部分，示出了本發明的實施方式並且連同說明書一起用於解釋本發明的原理。附圖中圖1示出了傳統的背光單元；圖2示出了LCD器件；圖3示出了導光模塊和LED晶片的電路板；圖4示出了背光單元的導光模塊；圖5A示出了從LED晶片產生的光通過導光模塊的行進圖；圖5B示出了導光模塊的前視圖；圖5C示出了從LED晶片行進通過導光模塊的光的外觀；圖6A和圖6B示出了安裝在導光模塊中的狹縫柵並說明通過狹縫柵行進的光的圖；圖7示出了在背光單元行進的光；圖8A示出了在背光單元和導光模塊行進的光；圖8B示出了圖8A中部分A的放大圖；圖8C示出了圖8B中部分A的放大圖；圖9A和圖9B示出了圖8A的主要光行進和導光模塊；圖10A示出了具有導光模塊的背光單元；圖10B示出了圖10A中導光模塊的部分B的放大圖；以及圖10C示出了圖10A中導光模塊的部分B的放大圖。
具體實施例方式
現在具體描述本發明的優選實施方式，它們的實施例示於附圖中。儘可能，所有附圖採用相同的附圖標記表示相同或類似部件。
圖2示出了LCD器件。如圖2所示，LCD器件100包括顯示圖像的顯示面板130和將光向顯示面板130發射的背光單元。
背光單元包括設置在導光板114一側以發光的LED晶片(見圖4)，用於向LED晶片供電的電路板110，設置在導光板114和LED晶片之間以引導光的導光模塊120，設置在導光板114下方的反射板115，設置在導光板114上方的散射板116，以及設置在導光板114上方的垂直和水平稜鏡片118a和118b。
反射板115用來將從導光板114向下洩漏的光向上反射。散射板116以及垂直和水平稜鏡片118a和118b用來散射和補償從導光板114產生的面光。
圖3示出了導光模塊和用於LED晶片的電路板。如圖3所示，多個LED晶片(未示出)以固定的間隔設置在電路板110上。導光模塊120設置各LED晶片的周圍以均勻地引導從LED晶片發出的光。
導光模塊120彼此相鄰。各導光模塊120包括多個光散射元件，例如多個狹縫柵130a和多個百葉板130b。LED晶片設置在狹縫柵130a的內部區域。在本公開中，散射可以包括衍射、反射、傳播、以及分散從LED晶片111產生的光。
因此，LED晶片產生的光被引導到狹縫柵130a和百葉板130b的外部。因此，減少了光損失並因而可以避免亮度和光斑的惡化。
當導光模塊120不彼此接觸時，光學反射部件和光學散射部件可以附接在LED晶片之間的電路板110上以減少光損失。
圖4示出了背光單元的導光模塊。如圖4所示，產生光的LED晶片111連接到導光模塊120。LED晶片111可以包括其上沉積有磷以發白光的白LED或者可以包括紅、綠和藍LED以發射通過混合紅、綠和藍光而形成的白光。
狹縫柵130a和百葉板130b設置在導光模塊120內部以通過散射光將光引導到預定區域。
狹縫柵130a包括分別具有以三角形、圓形、或正方形形成的截面的多個條。此外，狹縫柵130a衍射、反射、散射並分散從LED晶片111產生的光以避免光斑。
設置在導光模塊120中的狹縫柵130a放置在LED晶片111的前面以衍射、反射和散射從LED晶片111的中央區域產生的光。在對應於LED晶片111的中央區域的狹縫柵130a緊密地彼此相隔以分散和散射從LED晶片111的中央產生的強光。在對應於LED晶片111的兩側邊緣區域的狹縫柵130a較寬地彼此相隔，從而對於從LED晶片111的側面邊緣產生的光，光的衍射、反射和散射率相對較低。因此，在導光模塊120的整個區域可以實現均勻的亮度。
此外，設置在導光模塊120內部的百葉板130b相對於狹縫柵130a對稱。
相對於狹縫柵130a(即，從導光模塊120的中心線)的第二百葉板130b比其他的長。這一設置用於將從LED晶片111的中央區域產生的光均勻地分散到導光模塊120的兩側邊緣。
因此，如果從LED晶片111的中央區域產生的光可以更均勻地分散到導光模塊120的兩側邊緣，則還可以提供較長的百葉板。例如，相對於狹縫柵130a，第一和第二百葉板130b可以比其他的長。可選地，第一、第二和第三百葉板可以比其他的長。
在附圖中，雖然在導光模塊120的各側的百葉板數量是四個，但是也可以有其他的設置。
百葉板130b和狹縫柵130a反射、散射和衍射從LED晶片111產生的光，以使光不能直接入射到導光板上。因此，因為光必須混合以在導光模塊120中具有均勻的亮度，所以導光模塊的內表面可以由高反射材料形成以避免光損失。同樣地，狹縫柵130a和百葉板130b也可以由高反射材料形成。
圖5A示出了從LED晶片產生的光通過導光模塊的行進圖，並且圖5B示出了導光模塊的前視圖。如圖5A和圖5B所示，從LED晶片111的中央區域產生的光通過設置在導光模塊120的中央區域上的狹縫柵130a反射、衍射和散射。虛線箭頭表示從LED晶片111產生的光被衍射和傳播的方向。實線箭頭表示從LED晶片111產生的光穿過狹縫柵之間的空間的方法或者根據百葉板130b的引導而傳播的方向。
具體地，從LED晶片111發出的光通過長和短百葉板130b的結合有效地引導到導光模塊120的兩側。即，設置在LED晶片111的中央區域的長百葉板130b將來自LED晶片111的中央區域的光和來自設置有狹縫柵130a的區域的光引導到導光模塊120的兩側邊緣。
因此，當光通過導光模塊120發射到外部時，從LED晶片111產生的光的強度在導光模塊120的整個區域上是均勻的。
可以適當調整百葉板130b的傾斜從而可以有效地分散從LED晶片111產生的光。
因此，導光模塊120設計為將從LED晶片111的中央區域產生的強光均勻地分散到兩側端部，從而發出具有均勻亮度的光。
如圖5B所示，由條形成的狹縫柵130a排列在LED晶片111的中央區域並且百葉板130b關於狹縫柵130a對稱地排列在左側和右側。
圖5C示出了從LED晶片111行進通過導光模塊130的光的外觀。通過導光模塊130可以獲得如圖所示沿第一方向均勻的外觀。
圖6A和圖6B示出了安裝在導光模塊中的狹縫柵並說明光通過狹縫柵傳播的圖。
如圖6A和圖6B所示，排列在導光模塊的中央的各狹縫柵130a包括具有三角形截面的條形。狹縫柵130a的上部是三角錐形的。
然而，也可以為其他形狀。現在將描述在包括具有三角形截面的條形和三角錐形的上部的狹縫柵中光的反射、散射和衍射。
狹縫柵排列為使三角錐形的上部面對LED晶片以通過反射、衍射和散射光來均勻地分散從LED晶片產生的光。
從LED晶片發出的光從狹縫柵的三角錐形的上部的傾斜面反射並且從狹縫柵的側面衍射。因此，當以固定間隔設置多個狹縫柵時，入射到一個狹縫柵的傾斜面上的光反射到相鄰狹縫柵的傾斜面。反射到相鄰狹縫柵的傾斜面的光進一步發生反射。因此，從LED晶片發出的光不直接傳播通過狹縫柵。
此外，光從狹縫柵的側面衍射，在狹縫柵之間散射和輸出，從而在沒有產生光斑的情況下發出具有均勻亮度的光。
圖7示出了光在背光單元中的傳播圖。如圖7所示，當導光模塊120應用於側光型LCD器件時，其上安裝有LED晶片111的電路板110設置在導光板114的側面或兩側。導光模塊120分別提供在LED晶片111的前面。各導光模塊120的光發射區域接觸導光板114的光入射區域。因此，從導光模塊120發出並具有均勻亮度的光可以完全入射到導光板114上。
即，從LED晶片111發出的光在導光模塊114中反射、衍射和散射，並且均勻入射到導光板114上，從而解決光斑問題。
雖然如上示出了導光模塊120應用於側光型背光組件的情況，但是本公開不限於該情況。
圖8A示出了光在背光單元和導光模塊中的行進圖，並且圖8B示出了圖8A中部分A的放大圖。
如圖8A和圖8B所示，其上以固定間隔安裝有多個LED晶片211的電路板210設置在導光板300的側面或兩側。
此外，反射單元215形成在LED晶片211之間的電路板210上。反射單元215可以是反射塗層和反射板之一。反射單元215可以單獨地製備並附接在電路板210上或者與反射單元215一體形成。
因為反射單元215通過散射和反射光而將在LED晶片211之間洩漏的光引導到導光板300，從而減少光損失。
導光模塊設置在導光板300的光入射區域。導光模塊包括具有板221和形成在板221上的多個狹縫柵222的狹縫柵板220。各狹縫柵由具有三角形截面、圓形截面或橢圓形截面的條形成。
對應於LED晶片211的狹縫柵222密集地形成，並且在LED晶片211的兩側形成的狹縫柵222稀疏地形成。
即，該實施方式的狹縫柵的排列與圖4A和圖4B的狹縫柵的排列相同。這種排列使光均勻發射。即，這種狹縫柵的排列在允許更少地反射、散射和衍射從LED晶片211的邊緣區域發出的光的同時，允許更多地衍射、散射和反射從LED晶片211的中央區域發出的光，從而發射具有均勻亮度的光。
當從LED晶片211發出的光通過附接在導光板300的光入射部分上的狹縫柵板220時，光被狹縫柵222均勻地分散併入射到導光板300上，從而避免了可能由傳統背光組件中的不均勻亮度引起的光斑。
圖8C示出了圖8A中部分A的放大圖。圖8C示出了從LED晶片111發出的光在向反射單元215和狹縫柵222散射的過程中的路徑的例子。
圖9A和圖9B示出了在圖8A的導光模塊中光的傳播圖。如圖9A和圖9B所示，用作導光模塊的狹縫柵板220包括由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成的板221和形成在板221上的多個狹縫柵222。
狹縫柵222由不同形狀形成。在該系統中，將以具有三角形截面的條形成的狹縫柵222為例進行說明。
形成在板221上的狹縫柵密集設置在對應於LED晶片的區域並且在LED晶片的兩側彼此間隔更寬。
狹縫柵222設置為使其頂點朝向光的入射方向。因此，從LED晶片發出的光被狹縫柵222反射、衍射和散射。
如圖9B所示，從LED晶片發出的光通過被狹縫柵板220的狹縫柵222反射和衍射而分散。分散的光和通過狹縫柵222之間的光當其從板221發出時具有均勻的亮度。
如上所述，當從LED晶片產生的光嚮導光板的光入射區域行進時，光將具有均勻亮度，從而解決光斑問題。
圖10A示出了具有導光模塊的背光單元的圖，並且圖10B示出了圖10A中部分B的放大圖。
如圖10A和圖10B所示，其上以固定間隔安裝有多個LED晶片211的電路板210設置在導光板300的側面或兩側。
此外，反射單元215形成在LED晶片211之間的電路板210上。反射單元215可以是反射塗層和反射板之一。
因為反射單元215通過散射和反射光而將在LED晶片211之間洩漏的光引導到導光板300，從而減少光損失。
導光模塊400設置在導光板300的光入射區域。導光模塊包括多個上板401和多個下板402以及設置在上和下板401和402之間的多個百葉板405。
百葉板405由高反射材料形成，以使其可以均勻地散射從LED晶片211發出的光。
因此，對於一個LED晶片211提供兩個或多個百葉板405。即，可以根據百葉窗條件適當地選擇百葉板405的數量。可以根據光分散和光散射的程度適當地設定百葉板405的傾斜。
此外，因為導光模塊400附接在導光板300的光入射區域上，從LED晶片211發出的光和從反射單元215反射的光可以具有均勻亮度屬性。即，百葉板405均勻地分散從LED晶片211產生的光，從而避免光斑並使光亮度均勻。
如上所述，從導光模塊400發出並具有均勻亮度的光入射到導光板300上並且轉變為具有均勻亮度的面光。
圖10C示出了圖10A的導光模塊中部分B的放大圖。如圖10C所示，從LED晶片211發出的光行進通過導光模塊400並且轉變為具有均勻亮度的面光。
可以解決不均勻亮度問題的上述導光模塊可以應用到側光型背光組件以及直下型背光組件中。
因為LED用作背光單元的光源，可以減少功耗並且可以增加其使用壽命。此外，因為LED晶片安裝到電路板上並且電路板設置在導光板的側面，背光單元可以用作小顯示器件的光源。
此外，因為在LED晶片和導光板之間設置用於將從LED晶片產生的光均勻引導到導光板的導光模塊，所以可以解決光斑問題。
很明顯，本領域技術人員可在不背離本發明精神或範圍的基礎上對本發明做出修改和變化。因此，本發明意欲覆蓋落入本發明權利要求及其等效範圍內的各種修改和變化。
權利要求
1.一種背光單元，包括多個發光二極體晶片；用來將從發光二極體晶片產生的光轉變為面光的導光板；以及對應於各發光二極體晶片並設置在多個發光二極體晶片和導光板之間的多個導光模塊，其中多個導光模塊還包括至少一光散射單元和多個板。
2.根據權利要求1所述的背光單元，其特徵在於，多個發光二極體晶片的每個包括紅、綠和藍發光二極體。
3.根據權利要求1所述的背光單元，其特徵在於，多個發光二極體晶片的每個包括白髮光二極體。
4.根據權利要求1所述的背光單元，其特徵在於，多個發光二極體晶片以固定間隔安裝在電路板上。
5.根據權利要求1所述的背光單元，其特徵在於，多個板包括多個百葉板。
6.根據權利要求5所述的背光單元，其特徵在於，多個光散射元件包括多個狹縫棚。
7.根據權利要求6所述的背光單元，其特徵在於，多個狹縫柵具有三角形截面的條形。
8.根據權利要求7所述的背光單元，其特徵在於，多個狹縫柵設置在多個發光二極體晶片的前面。
9.根據權利要求6所述的背光單元，其特徵在於，多個百葉板相對於多個狹縫柵對稱設置。
10.根據權利要求5所述的背光單元，其特徵在於，多個百葉板相對於多個發光二極體晶片中發光二極體晶片的中心線以確定角度傾斜。
11.根據權利要求5所述的背光單元，其特徵在於，多個百葉板的每個具有彼此不同的長度。
12.根據權利要求6所述的背光單元，其特徵在於，設置在對應於多個發光二極體晶片的區域的狹縫柵之間的距離小於設置在其他區域的多個狹縫柵之間的距離。
13.根據權利要求1所述的背光單元，其特徵在於，還包括形成在多個發光二極體晶片之間的電路板上的反射單元。
14.一種背光單元，包括多個發光二極體晶片；用來將從發光二極體晶片產生的光轉變為面光的導光板；以及對應於各發光二極體晶片並設置在多個發光二極體晶片和導光板之間的多個導光模塊，其中多個導光模塊還包括多個光散射元件和多個板。
15.根據權利要求14所述的背光單元，其特徵在於，多個發光二極體晶片的每個包括紅、綠和藍發光二極體。
16.根據權利要求14所述的背光單元，其特徵在於，多個發光二極體晶片的每個包括白髮光二極體。
17.根據權利要求14所述的背光單元，其特徵在於，多個發光二極體晶片以固定間隔安裝在電路板上。
18.根據權利要求14所述的背光單元，其特徵在於，多個板包括多個百葉板。
19.根據權利要求18所述的背光單元，其特徵在於，多個光散射元件包括多個狹縫柵。
20.根據權利要求19所述的背光單元，其特徵在於，多個狹縫柵具有三角形截面的條形。
21.根據權利要求20所述的背光單元，其特徵在於，多個狹縫柵設置在多個發光二極體晶片的前面。
22.根據權利要求19所述的背光單元，其特徵在於，多個百葉板相對於多個狹縫柵對稱地設置。
23.根據權利要求18所述的背光單元，其特徵在於，多個百葉板相對於多個發光二極體晶片的發光二極體晶片的中心線以確定角度傾斜。
24.根據權利要求18所述的背光單元，其特徵在於，多個百葉板的每個具有彼此不同的長度。
25.根據權利要求18所述的背光單元，其特徵在於，設置在對應於多個發光二極體晶片的區域的狹縫柵之間的距離小於設置在其他區域的多個狹縫柵之間的距離。
26.根據權利要求15所述的背光單元，其特徵在於，還包括形成在多個發光二極體晶片之間的電路板上的反射單元。
27.根據權利要求19所述的背光單元，其特徵在於，多個百葉板相對於所述多個狹縫柵對稱地設置。
28.一種背光單元，包括多個發光二極體晶片；用來將從發光二極體晶片產生的光轉變為面光的導光板；以及對應於各發光二極體晶片並設置在多個發光二極體晶片和導光板之間的多個導光模塊，其中多個導光模塊還包括形成在板上的多個光散射元件。
29.根據權利要求28所述的背光單元，其特徵在於，多個發光二極體晶片的每個包括紅、綠和藍發光二極體。
30.根據權利要求28所述的背光單元，其特徵在於，多個發光二極體晶片的每個包括白髮光二極體。
31.根據權利要求28所述的背光單元，其特徵在於，多個發光二極體晶片以固定間隔安裝在電路板上。
32.根據權利要求28所述的背光單元，其特徵在於，多個光散射元件包括多個狹縫柵。
33.根據權利要求32所述的背光單元，其特徵在於，多個狹縫柵具有三角形截面的條形。
34.根據權利要求33所述的背光單元，其特徵在於，多個狹縫柵設置在多個發光二極體晶片的前面。
35.根據權利要求32所述的背光單元，其特徵在於，設置在對應於多個發光二極體晶片的區域的狹縫柵之間的距離小於設置在其他區域的多個狹縫柵之間的距離。
36.根據權利要求28所述的背光單元，其特徵在於，還包括形成在多個發光二極體晶片之間的電路板上的反射單元。
37.一種背光單元，包括多個發光二極體晶片；用來將從發光二極體晶片產生的光轉變為面光的導光板；以及對應於各發光二極體晶片並設置在多個發光二極體晶片和導光板之間的多個導光模塊，其中多個導光模塊還包括形成在多個發光二極體晶片的每個之間的多個百葉板，其中多個百葉板設置在上板和下板之間。
38.根據權利要求37所述的背光單元，其特徵在於，多個發光二極體晶片的每個包括紅、綠和藍發光二極體。
39.根據權利要求37所述的背光單元，其特徵在於，多個發光二極體晶片的每個包括白髮光二極體。
40.根據權利要求37所述的背光單元，其特徵在於，多個發光二極體晶片以固定間隔安裝在電路板上。
41.根據權利要求37所述的背光單元，其特徵在於，多個百葉板相對於多個發光二極體晶片的發光二極體晶片的中心線以確定角度傾斜。
42.根據權利要求37所述的背光單元，其特徵在於，多個百葉板的每個具有彼此不同的長度。
43.根據權利要求37所述的背光單元，其特徵在於，還包括形成在多個發光二極體晶片之間的電路板上的反射單元。
44.一種液晶顯示器件，包括液晶顯示面板；多個發光二極體晶片；用來將從發光二極體晶片產生的光轉變為面光的導光板；以及對應於各發光二極體晶片並設置在多個發光二極體晶片和導光板之間的多個導光模塊，其中多個導光模塊還包括多個光散射元件和多個板中至少之一。
45.根據權利要求44所述的液晶顯示器件，其特徵在於，多個發光二極體晶片的每個包括紅、綠和藍發光二極體。
46.根據權利要求44所述的液晶顯示器件，其特徵在於，多個發光二極體晶片的每個包括白髮光二極體。
47.根據權利要求44所述的液晶顯示器件，其特徵在於，多個發光二極體晶片以固定間隔安裝在電路板上。
48.根據權利要求44所述的液晶顯示器件，其特徵在於，多個光散射元件包括板和多個狹縫柵。
49.根據權利要求48所述的液晶顯示器件，其特徵在於，多個狹縫柵具有三角形截面的條形。
50.根據權利要求49所述的液晶顯示器件，其特徵在於，多個狹縫柵設置在多個發光二極體晶片的前面。
51.根據權利要求48所述的液晶顯示器件，其特徵在於，設置在對應於多個發光二極體晶片的區域的狹縫柵之間的距離小於設置在其他區域的多個狹縫柵之間的距離。
52.根據權利要求44所述的液晶顯示器件，其特徵在於，還包括形成在多個發光二極體晶片之間的電路板上的反射單元。
53.一種液晶顯示器中的顯示方法，所述液晶顯示器件包括多個發光二極體晶片，用來將從發光二極體晶片產生的光轉變為面光的導光板，以及對應於各發光二極體晶片並設置在多個發光二極體晶片和導光板之間的多個導光模塊，所述方法包括設置用於向在導光板的光入射區域的多個發光二極體晶片供電的電路板；將多個發光二極體晶片以固定間隔安裝在電路板上；設置多個導光模塊以包圍多個發光二極體晶片中各發光二極體晶片，其中多個導光模塊包括多個光散射元件和多個板中至少之一。
54.根據權利要求53所述的方法，其特徵在於，多個導光模塊還包括多個狹縫柵和多個百葉板，所述方法還包括在多個發光二極體晶片的前面設置多個狹縫柵；以及相對於多個狹縫柵對稱地設置多個百葉板。
55.根據權利要求54所述的方法，其特徵在於，還包括相對於多個發光二極體晶片的發光二極體晶片的中心線以確定角度傾斜多個百葉板。
全文摘要
本發明提供了一種背光單元和具有該背光單元的液晶顯示器。所述背光單元包括多個發光二極體(LED)晶片，用於將從LED晶片產生的光轉變為面光的導光板，以及對應於各LED晶片並設置在多個LED晶片和導光板之間的多個導光模塊。
文檔編號H01L33/00GK101046578SQ200610152488
公開日2007年10月3日 申請日期2006年10月9日 優先權日2006年3月27日
發明者韓政訓 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會社