CN100474008C - 导光板和具有该导光板的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导光板和具有该导光板的液晶显示装置。该导光板设置在液晶面板的上游，以向液晶面板折射穿过导光板的一侧供给的光。在导光板中，板体设置在施加电源电压时供给光的光源的侧面。多个棱锥形漫射元件以预定图案布置在板体的表面上。顺时针或者逆时针旋转各漫射元件，所述轴延伸穿过漫射元件的顶点并与板体的表面垂直，使得漫射元件的面向基线的边缘关于基线成10°至35°角，所述基线连接光源的中心点和板体的中心点。

Description

导光板和具有该导光板的液晶显示装置
本申请要求于2006年4月4日在韩国知识产权局提交的第2006-30570号韩国专利申请的权益，其公开通过引用被包含于此。
技术领域
本发明涉及一种导光板和具有该导光板的液晶显示装置，更具体地讲，在该液晶显示装置中，该导光板具有漫射片和棱镜片的功能，以在前视角(front visual angle)范围内显著提高从导光板向液晶面板折射的光的亮度，并减少部件的数量，从而减小装置的厚度并节省制造成本。
背景技术
通常，由于液晶显示装置自身不能自发光，所以液晶显示装置需要单独的光源。光源可以设置在显示器的后面或者显示器的侧面。
当光源设置在显示器的侧面时，减小装置的整体厚度，因此通常用在具有薄显示表面的笔记本电脑或者移动电话上。
图1是示出传统液晶显示装置的构造图。光源10(例如荧光灯或者发光二极管)沿着长度方向设置在导光板20的侧面，以将产生的光发射到液晶面板50。
反射片25设置在导光板20下面，以向液晶面板50反射光。另外，漫射片30设置在导光板20上方，以在各个方向上漫射光，所述光在反射片25上反射、被导光板20折射并向液晶面板50出射。
另外，棱镜片41和42设置在漫射片和液晶面板50之间，以将穿过漫射片30传播的光聚集到前视角内。
图2是示出穿过传统液晶显示装置的各部分传播的光的亮度分布的曲线图。穿过导光板20的光的亮度分布用线“d1”表示。这里，示出的是，在50°至70°的视角位置亮度高。另一方面，在前视角为0°的位置，亮度相对显著地降低。
另外，在采用漫射片30的情况下，穿过漫射片30的光的亮度分布用线“c1”表示。这里，偏向一侧的亮度分布向前视角偏移。在除了漫射片30还设置棱镜片41和42的情况下，穿过棱镜片的光的亮度分布完全向前视角偏移，如用线“b1”和“a1”所示。因此发现在±30°的前视角处，亮度分布增加。
如曲线图所示，传统液晶显示装置中的导光板在亮度分布上有缺陷，该亮度分布从前视角向一侧偏移。为了克服这个缺陷并得到具有期望图像的显示器，应该另外提供漫射片30和棱镜片41、42。然而这样作增加了液晶显示装置的厚度和体积。
另外，漫射片30和棱镜片41、42在液晶显示装置中占有相当一部分比例的成本。这样主要导致液晶显示装置的整体制造成本增加。
同时，在用来提高方向性和聚集从导光板20折射的光的方法中，可以在导光板20上形成微观结构(microstructure)，以将光源10产生的光均匀地向液晶面板折射。微观结构可以通过金属蚀刻、透镜形成工艺或者机械加工来形成。
第2003-12568号韩国专利申请公布(2003年2月12日公布)公开了在导光板的下侧表面上形成的半球形或棱锥形元件。
图3是示出穿过其上形成有漫射元件的导光板传播的光的亮度分布的曲线图。穿过其上形成有半球形和棱锥形元件的导光板传播的光的亮度分布向一侧(图3中的右侧)偏移，如用线“d2”和线“b2”所示。
同时，在其上具有半球形元件的导光板20上方另外设置漫射片30、第一棱镜片41和第二棱镜片42的情况下，其中，第二棱镜片42具有与第一棱镜片41的棱镜阵列交叉的棱镜阵列，光的亮度分布用线“c2”表示。另外，在其上具有棱锥形元件的导光板20上方另外设置漫射片30和水平棱镜片42的情况下，用线“a2”表示光的亮度分布，“a2”的亮度分布与“c2”的亮度分布基本相似。
因此，与半球形元件相比，当在导光板上布置棱锥形元件时产生的效果更好。即，当确保在基本相同的前视角处亮度基本相同时，与采用半球形元件相比，采用棱锥形元件需要相对较少数量的棱镜片。
此外，根据棱锥形元件的阵列结构，改进棱锥形元件，从而得到更高更均匀的亮度分布，所述棱锥形元件是如刚刚描述的与半球形元件相比，在前视角处确保更好的亮度的棱锥形元件。
图4中的(a)和(b)是示出布置在导光板上的棱锥形漫射元件的各种结构的平面图。如图4中的(a)所示，沿着假想线T在导光板20上布置漫射元件21，该假想线T连接棱锥形元件21的顶点并与连接光源10的中心点和导光板20的中心点的基线O平行。在漫射元件中，面对假想线T的两个边缘与基线O平行设置。这意味着漫射元件关于基线O旋转0°。可选地，如图4中的(b)所示，各漫射元件21关于轴顺时针或者逆时针旋转45°，其中，所述轴延伸穿过漫射元件的顶点并与导光板的主体的表面垂直，从而漫射元件的阵列关于基线O成45°角。
图5是示出穿过具有以0°旋转角布置的棱锥形漫射元件的导光板传播的光的亮度分布的曲线图、穿过具有以45°旋转角布置的棱锥形漫射元件的导光板传播的光的亮度分布的曲线图以及穿过其上布置有半球形漫射元件的导光板传播的光的亮度分布的曲线图。如所示，线“a3”表示穿过具有以0°旋转角形成的棱锥形漫射元件的导光板的光的亮度分布。线“b3”表示穿过具有以45°旋转角布置的棱锥形漫射元件的导光板的光的亮度分布。线“c3”表示穿过其上具有半球形漫射元件的导光板和设置在导光板上方的漫射片、第一棱镜片和第二棱镜片的光的亮度分布。
如曲线图所示，为了得到与采用其上具有半球形漫射元件的导光板、漫射片和棱镜片情况下相同的前视角亮度，其上具有棱锥形漫射元件的导光板还需要将漫射片和棱镜片设置在导光板上方。这样增加了整个装置的厚度和重量并提高了制造成本。
发明内容
本发明已经解决了现有技术中的上述问题，因此本发明的一方面是提供一种导光板，所述导光板显著提高了在前视角向液晶面板发射的光的亮度。
本发明的另一方面提供了一种液晶显示装置，在该液晶显示装置中，漫射片和棱镜片的功能被包含在导光板中，以显著增加在前视角处从导光板向液晶面板折射的光的亮度，并减少部件的数量以减小装置的厚度，从而节省制造成本。
根据本发明的一方面，本发明提供了一种导光板，所述导光板位于液晶面板的上游，以向所述液晶面板折射通过所述导光板的侧面供给的光，所述导光板包括：板体，位于施加电源电压时供给光的光源的侧面；多个棱锥形漫射元件，以预定图案布置在所述板体的表面上，其中，关于轴顺时针或逆时针旋转所述各漫射元件，使得所述漫射元件的面向基线的边缘关于所述基线成10°至35°角，所述轴延伸穿过所述漫射元件的顶点并与所述板体的表面垂直，所述基线连接所述光源的中心点和所述板体的中心点。
优选地，所述漫射元件关于所述基线对称布置。
优选地，所述漫射元件在所述板体的与所述液晶面板平行的外表面上限定凹陷。
优选地，所述漫射元件在所述板体的与所述液晶面板平行的外表面上限定凸起。
优选地，所述漫射元件以交错关系布置。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种液晶显示装置，包括：至少一个光源，用于在施加电源电压时产生光；导光板，包括板体和以预定图案在所述板体的表面上布置的多个棱锥形漫射元件，其中，关于轴顺时针或逆时针旋转所述各漫射元件，使得所述漫射元件的面向基线的边缘关于所述基线成10°至35°角，所述轴延伸穿过所述漫射元件的顶点并与所述板体的表面垂直，所述基线连接所述光源的中心点和所述板体的中心点；反射片，位于所述导光板的下面，以反射从所述导光板泄漏的光；液晶面板，位于所述导光板上方。
优选地，所述液晶显示面板还包括位于所述导光板和所述液晶面板之间的至少一个漫射片。
优选地，所述液晶显示装置还包括位于所述导光板和所述液晶面板之间的至少一个棱镜片。
优选地，所述漫射元件关于所述基线对称地布置。
优选地，所述漫射元件在所述板体的与所述液晶面板平行的外表面上限定凹陷。
优选地，所述漫射元件在所述板体的与所述液晶面板平行的外表面上限定凸起。
优选地，所述漫射元件以交错关系布置。
优选地，所述光源包括与所述板体的边缘一体设置的至少一个光源。
优选地，所述光源包括与所述板体的边缘分开设置的至少一个光源。
附图说明
从下面结合附图进行的详细描述中，本发明的以上和其它目的、特征和其它优点将变得更容易理解，其中：
图1是示出传统液晶显示装置的结构图；
图2是示出穿过传统液晶显示装置的各部分的光的亮度分布的曲线图；
图3是示出穿过其上布置有漫射元件的导光板的光的亮度分布的曲线图；
图4中的(a)和(b)是示出在传统导光板上布置的棱锥形漫射元件的各种结构的平面图；
图5是示出穿过具有以0°旋转角布置的棱锥形漫射元件的导光板传播的光的亮度分布的曲线图、穿过具有以45°旋转角布置的棱锥形漫射元件的导光板传播的光的亮度分布的曲线图以及穿过其上布置有半球形漫射元件的导光板传播的光的亮度分布的曲线图；
图6中的(a)和(b)是示出根据本发明第一实施例的导光板的平面图；
图7中的(a)和(b)是示出根据本发明第二实施例的导光板的平面图；
图8是示出根据漫射元件的旋转角度穿过导光板传播的光的亮度分布的曲线图；
图9是示出在除了前视角之外的视角处光的亮度分布的曲线图；
图10是示出从其上布置有各种形状的漫射元件的导光板发射的光的亮度分布的曲线图；
图11是示出采用根据本发明的导光板的液晶显示装置的结构图；
图12是示出采用根据本发明另一实施例的导光板的液晶显示装置的结构图；
图13是示出采用根据本发明又一实施例的导光板的液晶显示装置的结构图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。
图6中的(a)和(b)是示出根据本发明第一实施例的导光板的平面图。本发明的导光板100设置在液晶面板的上游(upstream)。导光板100接收线光源或者点光源发射的并穿过导光板100的一侧的光，并将所述光转换为具有面光源分布，以向液晶面板折射。另外，导光板100包括板体110和布置在板体110的表面上的漫射元件120。
板体110设置在施加电源电压时供给光的光源101的侧面并由矩形透明板制成。
光源可选地采用施加电源电压时产生具有线光源分布的光的荧光灯或者产生具有点光源分布的光的发光二极管。
这里，光源101与板体110的边缘分开地设置来供给光，但是本发明不限于此。可选地，光源101可以一体地设置在板体110的边缘来供给光。
此外，形成漫射元件120来向液晶面板折射从光源101供给的光或者从设置在导光板100下面的反射片102反射的光。
漫射元件120可以在板体110的面向液晶面板的上表面上限定棱锥形凹陷。可选地，漫射元件120可以在板体110的面向反射片的下表面上限定棱锥形凸起。
同时，漫射元件120的特征是具有四个倾斜表面的棱锥形状，使得入射到漫射元件120上的光的一部分被反射到板体或者穿过板体透射，所述光的剩余部分被折射向液晶面板。
各漫射元件120关于轴顺时针或者逆时针旋转，所述轴延伸穿过漫射元件的顶点并与板体110的表面垂直，使得漫射元件的面向基线的边缘关于基线O成10°至35°角，所述基线O连接光源的中心点和板体的中心点。这里，漫射元件的四个倾斜表面相交成顶点。如刚刚描述所构造的漫射元件120用来提高向液晶面板150折射的光的折射率。
如上所述，漫射元件120关于与板体110的表面垂直的轴顺时针或逆时针旋转，使得漫射元件的面向基线O的边缘关于基线O成10°至35°角。这里，漫射元件120沿着长度方向以均匀的间隔布置在多行上。
优选地，漫射元件120按交错关系布置。这样使得入射到板体110的光以更大的量向液晶面板折射，从而增加亮度。
如图6中的(a)所示，在导光板100的漫射元件120逆时针旋转，从而使漫射元件的面向基线的边缘关于基线O成10°至35°角的情况下，由于折射和全内反射(internal total reflection)，所以入射到板体110的光的大部分向前视角传播。同时，光的其它部分在漫射元件120的入射面被反射，向板体110的侧面传播。
另外，如图6中的(b)所示，在导光板100的每个漫射元件120顺时针旋转使得漫射元件的面向基线的边缘按如上述相同的方式成10°至35°角的情况下，由于折射和全内反射，入射到板体110的大部分光向前视角传播。此外，光的其它部分在漫射元件120的入射表面被反射，向板体110的侧面传播。
图7中的(a)和(b)是示出根据本发明第二实施例的导光板的平面图。每个漫射元件120顺时针或逆时针旋转，使得漫射元件的面向基线O的边缘关于基线O成0°至35°角。这里，漫射元件120关于基线O对称布置。
即，如图7中的(a)的左侧所示，漫射元件120a逆时针旋转，使得漫射元件的面向基线的边缘成10°至35°角。另外，如图7中的(a)的右侧所示，漫射元件120b顺时针旋转，使得漫射元件的面向基线的边缘成10°至35°角。
可选地，与图7中的(a)相反，如图7中的(b)的左侧所示，漫射元件120b可以顺时针旋转，使得漫射元件的面向基线O的边缘成10°至35°角。同时，如图7中的(b)的右侧所示，漫射元件120a可以逆时针旋转，使得漫射元件的面向基线O的边缘成10°至35°角。
这里，采用两个硅晶片作为板体110，漫射元件120a和120b可以关于基线O对称地布置。
另外，漫射元件120a和120b可以顺时针或逆时针旋转，使得漫射元件的面向基线O的边缘成各种不同的角度。图8是示出根据角度变化的前视角的亮度分布的变化的曲线图。
如图8中的曲线图所示，在测量穿过其上具有半球形元件的导光板、漫射片和棱镜片的光的亮度时发现，在前视角(即，从0°至45°)光的亮度均匀，为大约33cd(如用虚线所示)。
同时，图8示出了在没有采用漫射片和棱镜片的情况下穿过其上具有棱锥形漫射元件120的导光板的光的亮度分布的测量，如用实线所示。这里，旋转各棱锥形漫射元件120，使得漫射元件的面向基线的边缘成0°至45°角。可以看出，在旋转漫射元件120使得漫射元件的面向基线的边缘成10°至35°角时，与采用具有半球形元件的导光板、漫射片和棱镜片的情况相比，穿过采用具有棱锥形漫射元件120的导光板而不采用漫射片和棱镜片的光的亮度与上面情况下的亮度相同或者更高。
因此，优选地，顺时针或逆时针旋转漫射元件120，使得漫射元件的面向基线O的边缘成10°至35°角。
图9是示出除了前视角之外的视角的亮度分布的曲线图，即，与前视角偏离引起的光损失，这是液晶显示装置中的必不可少的经验。
在图9中，线“a4”表示穿过漫射元件之后(即，从出射面)测量的光的亮度分布。线“b4”表示穿过漫射元件之前(即，从入射面)测量的光的亮度分布。线“c4”表示从导光板的左侧测量的光的亮度分布。另外，线“d4”表示从导光板的右侧测量的光的亮度分布。
因此，如图9中的线“a4”至“d4”所示，当旋转漫射元件使得漫射元件的面向基线的边缘成0°和45°角时，在除了前视角之外的视角得到高亮度，因此带来大量的光损失。另一方面，当旋转漫射元件使得漫射元件的面向基线的边缘成22.25°角时，在除了前视角之外的视角得到相对低的亮度，因此带来少的光损失。
即，在旋转漫射元件120使得漫射元件的面向基线的边缘成在22.25°附近的10°至35°角的情况下，光在出射面、入射面和侧面损失较少，这与非前视角对应。这是如图8中所示在前视角内相对增加亮度的结果。
相反，在旋转漫射元件120使得漫射元件的面向基线的边缘成0°至45°角的情况下，光在出射面、入射面和侧面经受较多的损失，这与非前视角对应。这是相对降低前视角内的亮度的结果。
另外，当以上述方式旋转的漫射元件120关于基线O对称地布置时，入射到漫射元件120上的光在从漫射元件120反射并向侧面传播时经受较少的损失。该光在漫射元件120中被折射并全内反射，从而使更多的光向前视角传播。
图10是示出从其上布置有各种形状的漫射元件的导光板发射的光的亮度分布的曲线图。
在图10中，线“a”表示当采用其上具有漫射元件的导光板、漫射片以及第一棱镜片和第二棱镜片时光的亮度分布。线“b”表示当采用棱锥形的漫射元件以0°的旋转角布置在其上的导光板、漫射片和水平棱镜片时的亮度分布。线“c”和线“d”表示当旋转导光板的棱锥形漫射元件120使得漫射元件的面向基线的边缘成22.25°的角时的亮度分布。此外，线“e”和线“f”表示当旋转棱锥形漫射元件120a和120b使得漫射元件的面向基线的边缘成22.25°并对称布置时的亮度分布。
如图10中所示，分别与采用其上具有半球形漫射元件的导光板、漫射片和棱镜片的情况(如线“a”所示)以及采用其上具有以0°旋转角布置的棱锥形漫射元件的导光板、漫射片和水平棱镜片的情况(如线“b”所示)相比，将其旋转使得漫射元件的面向基线的边缘成10°至35°的角的棱锥形漫射元件确保在前视角处与上述两种情况相同或者更高的亮度。
因此，即使不采用如现有技术中的漫射片和棱镜片的情况下，将其旋转使得漫射元件的面向基线的边缘成10°至35°角的棱锥形漫射元件也确保相同或更高的亮度。
另外，如图10中所示，测量亮度为最大值亮度的1/2的位置的辐射角，发现采用本发明的棱锥形元件的情况下辐射角最宽。即，当采用半球形漫射元件时，辐射角为大约±20°；当棱锥形漫射元件以0°的旋转角布置时，辐射角为大约±30°；当旋转棱锥形漫射元件使得漫射元件的面向基线的边缘关于基线成10°至35°的角时，辐射角为±40°。
结果，与漫射片和棱镜片与导光板一起使用的情况相比，只有从本发明的导光板出射的光在更宽的视角得到更高的亮度。
如上所述，根据本发明，导光板100具有顺时针或逆时针旋转的漫射元件120，使得漫射元件的面向基线O的边缘关于基线O成10°至35°角，或者关于基线O对称布置。当将这种导光板100应用到液晶显示装置100时，实现了如图11中所示的薄的液晶显示装置200。液晶显示装置200包括：光源101，位于导光板100的侧面；液晶面板150，位于导光板100上方；反射片102，位于导光板100下方。然而，这里液晶显示装置200没有设置漫射片和棱镜片。
另外，如图12和图13所示，可以得到液晶显示装置200a和200b的可选类型，其中，在导光板100和液晶面板150之间可选地设置漫射片130或者棱镜片140，以进一步增加光亮度。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，漫射元件形成在导光板的表面上，顺时针或者逆时针旋转漫射元件，使得漫射元件的面向基线的边缘关于基线成10°至35°的角。因此，入射到漫射元件上的光从漫射元件反射并向侧面传播时经历较少的损失。同时，更多的光可以向前视角传播。与现有技术相比，这样即使在不采用漫射片和棱镜片情况下也能够确保相同或更高的亮度。
如刚刚所述的，在导光板和液晶面板之间不设置漫射片和棱镜片的情况下，可以得到与现有技术相同或者比现有技术更高的亮度。这样减小了装置的厚度和体积、部件的数量和组装工艺，从而节约制造成本。
尽管已经结合优选实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将清楚的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行修改和改变。

Claims (12)

1、一种导光板，所述导光板位于液晶面板的上游，以向所述液晶面板折射通过所述导光板的侧面供给的光，所述导光板包括：
板体，位于施加电源电压时供给光的光源的侧面；
多个棱锥形漫射元件，以预定图案布置在所述板体的表面上，
其中，关于轴顺时针或逆时针旋转所述各漫射元件，使得所述漫射元件的面向基线的边缘关于所述基线成10°至35°角，其中，所述轴延伸穿过所述漫射元件的顶点并与所述板体的表面垂直，其中，所述基线连接所述光源的中心点和所述板体的中心点，
其中，所述漫射元件关于所述基线对称布置。
2、根据权利要求1所述的导光板，其中，所述漫射元件在所述板体的与所述液晶面板平行的外表面上限定凹陷。
3、根据权利要求1所述的导光板，其中，所述漫射元件在所述板体的与所述液晶面板平行的外表面上限定凸起。
4、根据权利要求1所述的导光板，其中，所述漫射元件以交错关系布置。
5、一种液晶显示装置，包括：
至少一个光源，用于在施加电源电压时产生光；
导光板，包括板体和以预定图案布置在所述板体的表面上的多个棱锥形漫射元件，
其中，关于轴顺时针或逆时针旋转所述各漫射元件，使得所述漫射元件的面向基线的边缘关于所述基线成10°至35°角，其中，所述轴延伸穿过所述漫射元件的顶点并与所述板体的表面垂直，所述基线连接所述光源的中心点和所述板体的中心点；
反射片，位于所述导光板的下面，以反射从所述导光板泄漏的光；
液晶面板，位于所述导光板上方，
其中，所述漫射元件关于所述基线对称地布置。
6、根据权利要求5所述的液晶显示装置，还包括位于所述导光板和所述液晶面板之间的至少一个漫射片。
7、根据权利要求5所述的液晶显示装置，还包括位于所述导光板和所述液晶面板之间的至少一个棱镜片。
8、根据权利要求5所述的液晶显示装置，其中，所述漫射元件在所述板体的与所述液晶面板平行的外表面上限定凹陷。
9、根据权利要求5所述的液晶显示装置，其中，所述漫射元件在所述板体的与所述液晶面板平行的外表面上限定凸起。
10、根据权利要求5所述的液晶显示装置，其中，所述漫射元件以交错关系布置。
11、根据权利要求5所述的液晶显示装置，其中，所述光源包括与所述板体的边缘一体设置的至少一个光源。
12、根据权利要求5所述的液晶显示装置，其中，所述光源包括与所述板体的边缘分开设置的至少一个光源。
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