CN104133318A - 聚光片、背光单元和使用它们的液晶显示装置 - Google Patents

聚光片、背光单元和使用它们的液晶显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚光片、背光单元和使用它们的液晶显示装置。所述聚光片包括基膜以及形成在该基膜上的多个聚光图案，其中，在所述基膜的上表面上交替地限定第一区域和第二区域，在所述第一区域中设置有至少两个聚光图案，并且在所述第二区域中形成平坦表面，并且其中，各个所述聚光图案的宽度可以大于所述平坦表面的宽度。

Description

聚光片、背光单元和使用它们的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及聚光片、背光单元和使用它们的液晶显示装置。
背景技术
近年来，在各种平板显示装置当中，液晶显示（LCD）装置由于其优秀的图像质量、轻重量、超薄设计和低功耗的特征而被最广泛地使用。
液晶显示装置通过利用电场调节具有介电各向异性的液晶的光透射率来显示图像。为此，液晶显示装置设置有液晶面板以及向液晶面板发射光的背光单元，所述液晶面板具有按照矩阵的形式排列的液晶单元。
作为背光单元的光源，使用冷阴极荧光灯（CCFL）、外置电极荧光灯（EEFL）和发光二极管（LED）。根据光源的位置，背光单元可分为边缘型背光单元和直下型背光单元。边缘型背光单元被配置为使得导光板设置在液晶面板的下部，并且光源设置在液晶面板的一个侧面处。直下型背光单元被配置为使得扩散板设置在液晶面板的下部，并且光源设置在液晶面板的下部。
如上面所公开的，背光单元在导光板或扩散板的上部设置有多个光学片。所述光学片包括至少一个扩散片和至少一个聚光片。
扩散片设置有由聚对苯二甲酸乙二酯（PET）形成的基膜、形成在基膜的两侧并包含诸如珠子（bead）的光扩散剂的丙烯酸树脂层。扩散片使入射光扩散，以防止由于光的局部集中而引起的炫光。
聚光片可以是棱镜片，该棱镜片设置有由PET形成的基膜以及按照图案形成在该基膜的上表面上的棱镜。聚光片使得入射光能够在垂直于液晶面板的方向上离开聚光片，从而增加每单位面积的亮度。
例如，如图1所示，作为棱镜片实现的聚光片5具有三角形横截面，其中，第一倾斜表面5a和第二倾斜表面5b交替重复。入射在聚光片上的光被分成垂直入射的垂直光L1以及按照倾斜方式入射的倾斜光L2。
具体地讲，垂直入射在聚光片5的后表面上的垂直光L1在棱镜的第一倾斜表面5a和第二倾斜表面5b上经历全反射，然后再循环。按照预定角度入射在棱镜的第一倾斜表面5a和第二倾斜表面5b上的倾斜光L2在棱镜的第一倾斜表面5a或第二倾斜表面5b处被折射，并且在液晶面板处被垂直地收集。当倾斜光L2入射时，倾斜光L2中的一些光L2-1沿着棱镜的第一倾斜表面5a或第二倾斜表面5b传播，并在没有折射的情况下离开棱镜。此现象称为旁瓣。
在现有技术的聚光片的情况下，旁瓣使聚光片的聚光效率变差，并且使液晶显示装置的前面的亮度以及视角下的对比度降低。因此，现有技术的聚光片需要改进。
发明内容
因此，本发明的实施方式涉及一种聚光片、背光单元和使用它们的液晶显示装置，其克服了由于现有技术的局限和缺点引起的一个或更多个问题。
本发明的优点在于提供一种可减少旁瓣的影响并增加视角下的亮度，从而增强视角下的对比度的聚光片、背光单元和使用它们的液晶显示装置。
本发明的另外的优点和特征将在下面的描述中部分地阐述，并且对于本领域普通技术人员而言，在检查下面的描述时将部分地变得明显，或者可从对本发明的实践而了解。本发明的目的和其它优点可通过所撰写的说明书及其权利要求书以及附图中描述的结构的任何组合来实现和获得。
在本发明的一个方面中，一种聚光片包括：基膜；以及形成在该基膜上的多个聚光图案，其中，在所述基膜的上表面上交替地限定第一区域和第二区域，在所述第一区域中设置有至少两个聚光图案，并且在所述第二区域中形成平坦表面。
在本发明的另一方面中，一种背光单元包括：至少一个扩散片；至少一个聚光片，其中，所述聚光片包括基膜以及形成在该基膜上的多个聚光图案，其中，在所述基膜的上表面上交替地限定第一区域和第二区域，至少两个聚光图案被设置在所述第一区域中，并且平坦表面形成在所述第二区域中；至少一个导光板；以及至少一个反射片。
在本发明的另一方面中，一种液晶显示装置包括：显示图像的液晶面板；以及向所述液晶面板提供光的背光单元，其中，所述背光单元包括至少一个扩散片和至少一个聚光片，其中，所述聚光片包括基膜以及形成在该基膜上的多个聚光图案，其中，在所述基膜的上表面上交替地限定第一区域和第二区域，至少两个聚光图案被设置在所述第一区域中，并且平坦表面形成在所述第二区域中，其中，各个所述聚光图案的宽度大于所述平坦表面的宽度。
应该理解，本发明的以上总体描述和以下详细描述均是示例性和说明性的，旨在提供对要求保护的本发明的进一步说明。
附图说明
附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并且被并入本申请并构成本申请的一部分，附图示出本发明的实施方式并且与说明书一起用于说明本发明的原理。附图中：
图1是示出入射在现有技术的聚光片上的光的路径的示图；
图2是示意性地示出根据本发明的一个实施方式的包括背光单元的液晶显示装置的分解立体图；
图3是示出图2所示的聚光片的一部分的立体图；
图4是沿线X-X’截取的图3所示的聚光片的横截面图；
图5是示出根据本发明的另一实施方式的聚光片的横截面图；
图6是示意性地示出入射在图4所示的聚光片上的光的路径的示图；
图7A至图7C是示出表明本发明的效果的模拟结果的示图；
图8是示出根据本发明的一个实施方式的聚光片的横截面图；以及
图9是根据本发明的一个实施方式的通过测量各个视角下的对比度而获得的实验数据。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的示例性实施方式，其示例示出在附图中。只要可能，贯穿附图将使用相同的标号来指代相同或相似的部件。
图2是示出根据本发明的一个实施方式的包括背光单元的液晶显示装置的分解立体图。
图2所示的液晶显示装置包括显示图像的液晶面板164、向液晶面板164提供光的背光单元150、以及容纳液晶面板164和背光单元150的上壳体105和下壳体110。
背光单元150设置有聚光片115，所述聚光片115具有交替形成在基膜6上的聚光图案2和平坦表面4。因此，可抑制旁瓣，增加视角下的亮度，从而增强视角下的对比度。将参照图3和图7详细描述聚光片115。
上壳体105弯曲以包围液晶面板164的非显示区域和下壳体110的侧面。这里，上壳体105被紧固并固定到包围下壳体110的侧面的面板引导件90。
液晶面板164安放在面板引导件90上，并通过根据图像信号调节来自背光单元150的光的透射率来显示图像。液晶面板164设置有形成在下基板162与上基板160之间的液晶层（未示出）以及用于维持下基板162与上基板160之间的恒定距离的间隔件（未示出）。
上基板160包括滤色器、黑色基底和公共电极。液晶面板164的下基板162包括薄膜晶体管以及连接到薄膜晶体管的像素电极。另选地，根据液晶的模式，公共电极可形成在下基板162上。
连接到相应数据线（未示出）的数据焊盘区域以及连接到相应选通线（未示出）的选通焊盘区域设置在下基板162的非显示区域中。安装有数据集成电路124以向数据线提供图像信号的多个数据电路膜122附着到数据焊盘区域。安装有选通集成电路128以向选通线提供选通扫描信号的多个选通电路膜126附着到选通焊盘区域。另选地，数据集成电路124和选通集成电路128可利用玻璃上芯片（COG）技术直接安装在下基板162上。另选地，选通集成电路128可在薄膜晶体管的制造工艺期间形成在下基板162上。
背光单元150包括：边缘型光源104，其在液晶面板164的一侧生成光；导光板130，其将从光源104发射的光转换为面光并将转换的光提供给在导光板130的上部的液晶面板164；扩散片120，其被构造成单片并被设置在导光板130的上部，以使光均匀地扩散；聚光片115，其被设置在扩散片120的上部；以及反射片140，其附着到下壳体110，以反射从液晶面板164向下引导的光并将所述光传送给导光板130。
尽管未示出，但是背光单元150可包括：直下型光源，其在液晶面板的下部生成光；扩散板，其设置在光源的上部以使从光源发射的光扩散；扩散片，其设置在扩散板的上部，并被构造成单片；聚光片，其设置在扩散片的上部；以及反射片，其设置在光源的下部，以反射从直下型光源向下引导的光并将所述光传送给扩散板。
作为边缘型光源和直下型光源，可使用冷阴极荧光灯（CCFL）、外置电极荧光灯（EEFL）和发光二极管（LED）。
以下将详细描述聚光片115。
图3是示出图2所示的聚光片115的一部分的立体图。
参照图3，聚光片115包括基膜6、形成在基膜6上的聚光图案2以及布置在聚光图案2之间并彼此间隔开特定距离的平坦表面4。
基膜6由诸如聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚碳酸酯（PC）的材料形成。从导光板130发射的光入射在基膜6的后表面上。入射在基膜6的后表面上的光在基膜6的后表面处被折射，并被提供给聚光图案2或平坦表面4。
聚光图案2被设置在基膜6上。聚光图案2在垂直于液晶面板164的方向上折射入射在基膜6的后表面上的光。为此，各个聚光图案2的峰2a和谷2b被设置在基膜6的纵向上。这里，基膜6的纵向与液晶面板164的纵向相同。因此，各个聚光图案2的峰2a和谷2b被设置在液晶面板164的纵向上。
平坦表面4布置在聚光图案2之间并且彼此间隔开特定距离。因此，类似于聚光图案2，平坦表面4被设置在基膜6的纵向上。平坦表面4增强入射在基膜6的后表面上的光的直线度，从而减少旁瓣并增强视角下的亮度。
图4是沿X-X’截取的图3所示的聚光片115的横截面图，图5是示出根据本发明的另一实施方式的聚光片115的横截面图。
参照图4，基膜6的上表面分成形成有聚光图案2的第一区域A1以及形成有平坦表面4的第二区域A2。这里，第一区域A1和第二区域A2在上表面上被交替地限定。
具体地讲，各个第一区域A1中设置有至少两个聚光图案2。各个聚光图案2可具有设置有第一倾斜表面和第二倾斜表面的三角形横截面。另选地，各个聚光图案2可具有如图5所示的半圆形横截面。
平坦表面4形成在第二区域A2中。由于第二区域A2和第一区域A1被交替地限定，所以平坦表面4设置在聚光图案2之间并且彼此间隔开特定距离。
为了防止聚光图案2和平坦表面4中的可见缺陷，如下设计聚光片115。
各个聚光图案2的宽度d1被设计为大于20μm且小于80μm。另外，各个聚光图案2的高度d2被设计为大于8μm且小于45μm。
各个平坦表面4的宽度d3被设计为大于1μm，各个聚光图案2的宽度1被设计为大于各个平坦表面4的宽度d3。
如上所述，平坦表面4用于增强入射在基膜6的后表面上的光的直线度，以减少旁瓣并增强视角下的亮度。为此，相邻的第一区域A1和第二区域A2的组合的长度d4需要小于20mm。即，第一区域A1的宽度与相邻的第二区域A2的宽度（即，平坦表面的宽度）的组合的长度d4应该<20mm。
图6是示出入射在图4所示的聚光片上的光的路径的示图。以下将参照图6详细描述入射在聚光片115上的光的路径。
在具有多个聚光图案2的第一区域A1中，垂直入射在基膜6的后表面上的垂直光L1依次经历聚光图案2的第一倾斜表面和第二倾斜表面上的全反射，然后再循环。另外，倾斜入射在基膜6的后表面上的倾斜光L2在聚光图案2的第一倾斜表面或第二倾斜表面处被折射，并在液晶面板164处在垂直方向上被收集。另外，入射在基膜6的后表面上的倾斜光L2的一部分L3沿着聚光图案2的第一倾斜表面或第二倾斜表面传播，并在没有折射的情况下离开基膜6。
因此，在图4中，在设置有多个聚光图案2的第一区域A1中，垂直透射的那部分光大于倾斜透射的那部分光。倾斜透射的光在前面具有相对高的亮度，但是在视角下具有相对低的亮度。
在形成有平坦表面4的第二区域A2中，垂直入射在基膜6的后表面上的垂直光L1透射穿过基膜6。另外，倾斜入射在基膜6上的倾斜光L4在基膜6的上表面处按照预定角度折射，并以初始入射角离开基膜。因此，在形成有平坦表面4的第二区域A2中旁瓣减少。
作为参照，在公共背光单元的情况下，入射在聚光片115的后表面上的光的倾斜光部分L2、L3和L4大于垂直光部分L1。因此，在形成有平坦表面4的第二区域A2中，以倾斜角透射穿过第二区域A2的那部分光大于垂直地透射穿过第二区域A2的那部分光。倾斜透射的光在前面具有相对低的亮度，但是在视角下具有相对高的亮度。
由于设置有多个聚光图案2的第一区域A1和设置有平坦表面4的第二区域A2在基膜6的上表面上被交替地限定，所以在第一区域A1中出现的旁瓣减少，并且在第二区域A2中视角下的亮度增加。因此，透射穿过聚光片115的光的均匀度可增强。
另外，对比度被定义为白色的亮度与黑色的亮度之比。聚光片115可通过增加视角下的亮度（即，视角下白色的亮度）来增强视角下的对比度。
图7A至图7C是示出表明本发明的效果的模拟结果的示图。具体地讲，图7A示出现有技术的背光单元的前表面上的亮度分布的图像。图7B示出根据本发明的背光单元的前表面上的亮度分布的图像。图7C示出对图7A和图7B所示的亮度分布的曲线进行比较的曲线图。
参照图7A，在现有技术的背光单元的情况下，表示高亮度的红色区域和黄色区域分布在中心区域中，表示中间亮度的天蓝色区域布置在背光单元的上侧和下侧。表示低亮度的蓝色区域布置在中心区域与所述上侧和下侧之间的中间区域中。现有技术的背光单元由于聚光片中的旁瓣而表现出从中心区域到周边区域的不均匀的亮度分布，并且在中间区域中经历亮度劣化。
在根据本发明的实施方式的背光单元的情况下，如图7B所示，亮度从中心区域到外侧区域均匀地分布。即，如图7C所示，与现有技术的背光单元相比，根据此实施方式的背光单元减小了中心部分与外侧区域之间的亮度差异。具体地讲，根据此实施方式，中心区域与上侧和下侧外侧区域之间的中间区域中的亮度增加，因此在指示沿纵向观看液晶面板时的角度的视角下（即，在左视角和右视角下）的亮度增加。因此，在左视角和右视角下对比度可增强，因此视角下的图像质量可能改进。
因此，根据本发明的实施方式的聚光片、背光单元和使用它们的液晶显示装置可减少旁瓣并增加左视角和右视角下的亮度，从而增强视角下的对比度。因此，使用根据本发明的实施方式的聚光片的背光单元可容易地应用于在左视角和右视角下需要高对比度的显示装置，例如设置在驾驶员的座椅与前排乘客座椅之间的显示装置。
此外，可通过在基膜上交替形成聚光图案和平坦表面来提高视角下的亮度的根据本发明的实施方式的聚光片115可通过如下设计来使对比度的增强最大化。
图8是示出根据本发明的一个实施方式的聚光片115的横截面图。图9是根据本发明的实施方式的通过测量各个视角下的对比度而获得的实验数据。
参照图8，聚光片115可如下优化：
首先，各个第一区域A1设置有28至30个聚光图案2。
聚光图案2的高度d2被设计为在20μm和25μm之间。
另外，各个聚光图案2的峰的横截面被设计为具有在88°和92°之间的角度。
设置在各个第二区域A2中的平坦表面4的宽度d3被设计为在5μm和10μm之间。
通过在聚光片115的第一区域A1中形成30个聚光图案2，将各个聚光图案2的高度d2设计为25μm，将各个聚光图案2的峰的横截面的角度设计为92°，并且将设置在各个第二区域A2中的平坦表面4的宽度d3设计为5μm，视角下的对比度可最大化。实验结果讨论如下。
图9示出根据传统技术和本发明的棱镜片的对比度。实验数据包括在片的中心处测量的对比度以及在第一区域至第三区域A+、A和B中测量的对比度。
第一区域A+是以+/-10°的侧向倾斜角、8°的向上倾斜角、4°的向下倾斜角观看中心时的视角区域。
第二区域A是以+/-40°的侧向倾斜角、20°的向上倾斜角、10°的向下倾斜角观看中心时的视角区域。
第三区域B是以+/-50°的侧向倾斜角、20°的向上倾斜角、10°的向下倾斜角观看中心时的视角区域。
作为参照，对比度数据是在各个区域（即，中心、A+、A和B）的四个最远点处测量的对比度的平均值。
参照图9，可以看出，与传统情况相比，通过简单地在根据本发明的实施方式的聚光片115的基膜上交替形成聚光图案和平坦表面，在中心处测量的对比度以及在第一区域至第三区域A+、A和B处测量的对比度提高。
在未优化的情况1中，与传统情况相比，中心以及区域A+、A和B处的对比度仅增加了4%。
如情况2中所示，与传统情况相比，通过在聚光片115的各个第一区域A1中形成30个聚光图案2，将各个聚光图案2的高度d2设计为25μm，将各个聚光图案2的峰的横截面的角度设计为92°，并且将设置在各个第二区域A2中的平坦表面4的宽度d3设计为5μm，中心以及区域A+、A和B处的对比度可增加大约11%至12%。
对于本领域技术人员而言明显的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。因此，本发明旨在覆盖对本发明的这些修改和变化，只要它们落入所附权利要求及其等同物的范围内即可。
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年4月30日提交的韩国专利申请No.10-2013-0048719和2013年8月9日提交的韩国专利申请No.10-2013-0094988的优先权，针对所有目的，通过引用将它们并入本文，如同在此充分阐释一样。

Claims (31)

1.一种聚光片，该聚光片包括：
基膜；以及
形成在所述基膜上的多个聚光图案，
其中，在所述基膜的上表面上交替地限定第一区域和第二区域，在所述第一区域中设置有至少两个聚光图案，并且在所述第二区域中形成平坦表面。
2.根据权利要求1所述的聚光片，其中，各个所述聚光图案的宽度大于所述平坦表面的宽度。
3.根据权利要求1所述的聚光片，其中，所述第一区域的宽度与相邻的第二区域的宽度的组合的长度小于20mm。
4.根据权利要求1所述的聚光片，其中，各个所述聚光图案的宽度大于20μm且小于80μm。
5.根据权利要求1所述的聚光片，其中，各个所述聚光图案的高度大于8μm且小于45μm。
6.根据权利要求1所述的聚光片，其中，各个所述聚光图案的峰和谷被设置在所述基膜的纵向上。
7.根据权利要求1所述的聚光片，其中，各个所述聚光图案的横截面具有三角形形状。
8.根据权利要求7所述的聚光片，其中，所述第一区域包含设置在所述第一区域中的28至30个聚光图案，
其中，所述平坦表面的宽度为5μm至10μm，并且
其中，各个所述聚光图案的高度为20μm至25μm。
9.根据权利要求7所述的聚光片，其中，所述三角形形状具有相对于所述基膜在88°至92°之间的角度。
10.根据权利要求1所述的聚光片，其中，各个所述聚光图案的横截面具有半圆形形状。
11.根据权利要求1所述的聚光片，其中，所述平坦表面的宽度大于1μm。
12.一种背光单元，该背光单元包括：
至少一个扩散片；
至少一个聚光片，其中，所述聚光片包括基膜以及形成在该基膜上的多个聚光图案，其中，在所述基膜的上表面上交替地限定第一区域和第二区域，至少两个聚光图案被设置在所述第一区域中，并且平坦表面形成在所述第二区域中；
至少一个导光板；以及
至少一个反射片。
13.根据权利要求12所述的背光单元，其中，各个所述聚光图案的宽度大于所述平坦表面的宽度。
14.根据权利要求12所述的背光单元，其中，所述第一区域的宽度与相邻的第二区域的宽度的组合的长度小于20mm。
15.根据权利要求12所述的背光单元，其中，各个所述聚光图案的宽度大于20μm且小于80μm。
16.根据权利要求12所述的背光单元，其中，各个所述聚光图案的高度大于8μm且小于45μm。
17.根据权利要求12所述的背光单元，其中，各个所述聚光图案的峰和谷被设置在所述基膜的纵向上。
18.根据权利要求12所述的背光单元，其中，各个所述聚光图案的横截面具有三角形形状。
19.根据权利要求18所述的背光单元，其中，所述第一区域包含设置在所述第一区域中的28至30个聚光图案，
其中，所述平坦表面的宽度为5μm至10μm，并且
其中，各个所述聚光图案的高度为20μm至25μm。
20.根据权利要求18所述的背光单元，其中，所述三角形形状具有相对于所述基膜在88°至92°之间的角度。
21.根据权利要求12所述的背光单元，其中，各个所述聚光图案的横截面具有半圆形形状。
22.根据权利要求12所述的背光单元，其中，所述平坦表面的宽度大于1μm。
23.一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括：
显示图像的液晶面板；以及
向所述液晶面板提供光的背光单元，
其中，所述背光单元包括：
至少一个扩散片；以及
至少一个聚光片，其中，所述聚光片包括基膜以及形成在该基膜上的多个聚光图案，其中，在所述基膜的上表面上交替地限定第一区域和第二区域，至少两个聚光图案被设置在所述第一区域中，并且平坦表面形成在所述第二区域中，并且其中，各个所述聚光图案的宽度大于所述平坦表面的宽度。
24.根据权利要求23所述的液晶显示装置，其中，所述第一区域的宽度与相邻的第二区域的宽度的组合的长度小于20mm。
25.根据权利要求23所述的液晶显示装置，其中，各个所述聚光图案的宽度大于20μm且小于80μm。
26.根据权利要求23所述的液晶显示装置，其中，各个所述聚光图案的高度大于8μm且小于45μm。
27.根据权利要求23所述的液晶显示装置，其中，各个所述聚光图案的峰和谷被设置在所述基膜的纵向上。
28.根据权利要求23所述的液晶显示装置，其中，各个所述聚光图案的横截面具有三角形形状。
29.根据权利要求23所述的液晶显示装置，其中，各个所述聚光图案的横截面具有半圆形形状。
30.根据权利要求23所述的液晶显示装置，其中，所述平坦表面的宽度大于1μm。
31.根据权利要求28所述的液晶显示装置，其中，
28至30个聚光图案被设置在所述第一区域中；
各个所述聚光图案的高度在20μm和25μm之间；
各个所述聚光图案的峰的横截面具有在88°和92°之间的角度；并且
所述平坦表面的宽度在5μm和10μm之间。
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