ES2287827T3 - Pantalla plana. - Google Patents
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Abstract
Pantalla plana con un elemento de cristal líquido (2C) para la representación de la imagen, un elemento de luz que presenta una serie de fuentes de luz puntual (32), un elemento de direccionamiento de luz (34) dispuesto entre el elemento de luz (30) y el elemento de cristal líquido (26), y elementos superficiales de difracción (44) previstos en una superficie (36) del elemento de direccionamiento de luz (34), para la distribución de la luminosidad y/o para igualar la distribución de longitudes de onda, presentando los elementos superficiales, un tamaño de 0, 04 - 10.000 µm2 y una distancia entre sí de más de 0-100 µm.
Description
Pantalla plana.
La invención se refiere a una pantalla plana,
especialmente a una pantalla LCD con iluminación LED.
Las pantallas conocidas con elementos de cristal
líquido presentan un elemento luminoso, como una caja de luz, en el
que están dispuestos varios tubos fluorescentes, especialmente CCFL.
Para igualar la iluminación del elemento de cristal líquido, entre
el elemento de iluminación, es decir, los tubos, y el elemento de
cristal líquido están dispuestos elementos de bien direccionamiento
de la luz. En este caso se trata de láminas identificadas con BEF,
DBEF y PRF. Para ello, la lámina BEF posee una superficie que
presenta muchos prismas pequeños. Se trata de elementos
superficiales de refracción. La lámina DBEF sirve para modificar la
dirección de polarización de la luz reflectada desde la cara
posterior del elemento de cristal líquido, y dirigirla nuevamente
hacia el elemento de cristal líquido. La lámina PRF sirve para la
polarización de la luz. La disposición de láminas de este tipo
tiene el inconveniente de que una parte de la luz es absorbida por
las láminas, de manera que disminuye la luminosidad integral de la
pantalla.
Se conocen además pantallas planas en las que en
lugar de tubos, como CCFL, se utilizan LEDs de color blanco. Sin
embargo, a fin de obtener una iluminación relativamente homogénea y,
por consiguiente, una distribución de la luminosidad relativamente
uniforme a través de la sección transversal de la pantalla plana, es
necesario prever una serie de LEDs. En las pantallas LED conocidas,
los diodos presentan una distancia entre sí de 1 mm
aproximadamente. Por lo tanto, en una pantalla con una longitud de
cantos de 40 cm x 30 cm están previstos entre 500 y 1000 diodos
como mínimo. Esto conlleva unos costes considerables, así como un
gran trabajo de montaje. Por otra parte, el gran número de diodos
también conlleva una notable generación de calor.
Por el documento EP 0 985 952 se conoce una
pantalla plana que presenta LEDs. Ésta posee un elemento de cristal
líquido para la representación de la imagen, previéndose para la
generación de la luz, una pluralidad de LEDs. Entre los LEDs y el
elemento de cristal líquido se dispone un elemento de
direccionamiento de la luz. El elemento de direccionamiento de la
luz presenta para el direccionamiento de la luz, varios elementos
superficiales que a su vez pueden estar dotados de una rejilla de
difracción.
Por el documento JP 2005-049763
se conoce además un elemento de direccionamiento de la luz con dos
rejillas de difracción y una capa de reflexión dispuesta por cada
una de las caras de un material plástico transparente.
La invención está basada en el objetivo de crear
una pantalla plana que pueda fabricarse a buen precio y ofrezca un
buen aprovechamiento de la luz.
Este objetivo se consigue según la invención
gracias a las características de la reivindicación 1.
La pantalla plana según la invención posee un
elemento de cristal líquido para la representación de la imagen
como, por ejemplo, un elemento LCD. Los distintos cristales de
líquido se pueden controlar a través de TFT. La pantalla plana
según la invención presenta además una serie de fuentes de luz,
tales como LEDs, que forman un elemento de luz o una caja de luz.
Entre el elemento de cristal líquido y el elemento de luz se dispone
un elemento de direccionamiento de luz.
De acuerdo con la invención, el elemento de
direccionamiento de luz presenta en su superficie, elementos
superficiales de difracción. Gracias a la disposición de los
elementos superficiales de difracción, la luz emitida por las
fuentes de luz se difracta, de manera que se consiga una unificación
de la distribución de la luminosidad y/o de la distribución de las
longitudes de onda.
Gracias a la disposición de elementos
superficiales de difracción en la superficie del elemento de
direccionamiento de la luz, la luz radiada, por ejemplo, en forma
de cono por un LED, se puede difractar y distribuir, de manera que
se consigue una unificación de la distribución de la luminosidad por
toda la sección transversal de la pantalla plana.
Con este objetivo, los distintos elementos
superficiales tienen un tamaño de 0,04 - 10.000 \mum^{2} y una
distancia entre sí de más de 0 - 100 \mum^{2}.
Dado que los elementos superficiales presentan,
por ejemplo, una estructura superficial ondular, se puede definir
la longitud de onda de la luz emitida por los elementos
superficiales de difracción en función de la configuración de la
estructura de las ondas, es decir, en especial de la altura y de la
anchura de las distintas ondas. De este modo resulta además posible
unificar la gama de longitudes de onda de la luz emitida. Como
consecuencia, los distintos elementos superficiales, que en
particular pueden tener superficies de forma diferente, pueden
influir en la longitud de onda de la luz emitida por las fuentes de
luz puntual, de modo que se produzca preferiblemente una luz
monocromática y/o una luz blanca.
Se prefiere especialmente que los diferentes
elementos superficiales se configuren de manera que la amplitud de
las estructuras superficiales distintas sea constante, variando
únicamente la frecuencia. De este modo se garantiza que la
eficiencia de difracción sea la misma en toda la superficie. En
función de la clase de estructura superficial, en la que no
forzosamente se tiene que tratar de una estructura superficial
senoidal, todas las elevaciones tienen, dicho de forma general, la
misma altura, presentando, sin embargo, diferentes distancias. Esto
da lugar a que la luz emitida por la fuente de luz sea difractada de
manera diferente por los distintos elementos superficiales. Resulta
especialmente ventajoso que la variación de las distancias sea más
sencilla que la variación de las alturas.
Como consecuencia de la disposición según la
invención de un elemento de direccionamiento de luz con una serie
de elementos superficiales de difracción situados en la superficie,
es posible reducir considerablemente el número de las distintas
fuentes de luz puntual o de LEDs. Manteniendo igual la distribución
de la luminosidad y la luminosidad efectiva constante de la
pantalla plana, se puede ahorrar más de un 10%, en especial más de
un 40% de LEDs.
El elemento de direccionamiento de luz según la
invención consta preferiblemente de un material plástico
transparente como, por ejemplo, PMMA, PEC, PET, PE, etc, y/o de un
vidrio mineral. El grosor del elemento de direccionamiento de luz
oscila preferiblemente entre 0,1 mm y 20 mm y, en especial, entre
0,5 mm y 5 mm.
Con ayuda del elemento de direccionamiento de
luz según la invención es posible que entre la superficie de salida
del cuerpo de direccionamiento de luz y el display de la pantalla o
del elemento de cristal líquido, no se dispongan más componentes
para el direccionamiento de la luz como, por ejemplo, láminas. En
particular se puede suprimir la lámina BEF. Dejando al margen los
elementos de reflexión en su caso previstos para rodear el elemento
de direccionamiento de luz a modo de marco, se crea, por lo tanto,
según la invención, una iluminación de fondo transflectiva o
transmisiva sin más componentes para el direccionamiento de la luz.
Debido a la disposición de elementos superficiales de difracción en
la superficie de salida del elemento de direccionamiento de luz, se
puede simplificar la estructura de la pantalla plana. Por lo tanto,
mejora la calidad de la pantalla plana y, en especial, su vida
útil.
Con preferencia, los distintos elementos
superficiales se configuran de manera que actúen a modo de elementos
de difracción que generan, preferiblemente, un haz de luz colimado
con disociación espectral de la luz. A esos efectos, los diferentes
elementos superficiales posee, preferiblemente, estructuras
superficiales de sección ondular, seleccionándose la distancia
entre ondas en función de la longitud de onda a desviar. Para ello,
los distintos elementos superficiales presentan, preferiblemente,
diferentes rejillas de difracción. Con especial preferencia, los
elementos superficiales se disponen de manera que, como consecuencia
de la superposición de, por lo menos, dos haces de luz contiguos,
se produzca fundamentalmente luz monocromática y/o luz blanca. Por
luz monocromática se entiende una gama de longitud de onda de \pm
100 nm, especialmente de \pm 50 nm. Gracias a la disposición
según la invención de tales elementos superficiales, se puede
generar, por lo tanto, una luz esencialmente monocromática, en
especial, una luz colimada con una elevada densidad del flujo
luminoso.
A causa de la configuración de la superficie del
elemento superficial también es posible regular la radiación de la
luz desde la superficie de salida. Con esta finalidad, hay que
modificar la rejilla de difracción dispuesta en los elementos
superficiales conforme a la ley de difracción de Fraunhofer. La
posibilidad de regulación oscila preferiblemente entre los 0 y los
90º con respecto a la superficie de salida.
También es posible regular la temperatura de
color de la luz emitida en virtud de la elección o configuración de
la estructura de los elementos superficiales. Se elige con
preferencia una regulación de la temperatura de color entre los
3.000 K y los 10.000 K.
Configurando la superficie de salida según la
invención con elementos superficiales de difracción, se evita o
reduce considerablemente, en especial, una disociación espectral. Al
mismo tiempo, se garantiza una intensificación suficiente de la luz
con un consumo de energía reducido. A causa de la disposición de
elementos superficiales de difracción y, sobre todo, de la
disposición de elementos superficiales, se puede conseguir además
una buena colimación de la luz. Resulta especialmente ventajoso que
estas ventajas se logran sin disponer más sistemas de
direccionamiento de luz como, por ejemplo, láminas de difracción o
refracción para intensificar la luz o la colimación.
Los elementos superficiales de difracción según
la invención presentan preferiblemente un tamaño de 0,04
\mum^{2} a 10.000 \mum^{2}, en especial de 0,04
\mum^{2} a 500 \mum^{2}. Con una estructura superficial
especialmente senoidal, ésta tiene preferiblemente una amplitud de
550 nm. Se prevén, por ejemplo, seis elementos superficiales de
distinta estructura que presentan preferiblemente la misma amplitud
de 550 nm. Los diferentes elementos superficiales tienen una
frecuencia de, por ejemplo, 490 nm, 503 nm, 517 nm, 530 nm, 575 nm y
620 nm. Uno de los elementos superficiales de difracción presenta,
en especial, una vibración senoidal. La distancia entre los
distintos elementos superficiales oscila preferiblemente entre 0 -
100 \mum, en especial entre 0 - 50 \mum y con especial
preferencia entre 0 - 15 \mum.
Con una configuración especialmente preferida de
la pantalla plana, varios elementos superficiales de distinta
estructura superficial se reúnen en un grupo de elementos
superficiales. Las distintas estructuras superficiales se eligen de
manera que un grupo de elementos superficiales emita
fundamentalmente luz blanca. La clase de estructura superficial, en
particular la variación de la longitud de onda de la luz provocada
por la estructura superficial, se define en función de las gamas de
longitud de onda emitidas por la fuente de luz puntual, como el
LED, utilizándose con preferencia LEDs que emiten fundamentalmente
luz blanca.
El elemento de direccionamiento de luz presenta,
preferiblemente, pocos grupos de elementos superficiales distintos.
Se prefiere especialmente la disposición de un solo grupo de
elementos superficiales.
Con preferencia, cada grupo de elementos
superficiales posee, como mínimo, dos, preferiblemente seis u ocho
elementos superficiales. Los distintos elementos superficiales se
disponen preferiblemente de forma alternada. En especial, los
diferentes elementos superficiales se disponen en varias filas,
preferiblemente dos filas, de forma discontinua.
Se recogen, por ejemplo, seis elementos
superficiales en un grupo de elementos superficiales, presentando
los seis elementos superficiales preferiblemente la misma amplitud
de, por ejemplo, 550 nm. La frecuencia de los seis elementos
superficiales varía con preferencia. Los distintos elementos
superficiales presentan en especial una frecuencia de 490 nm, 503
nm, 517 nm, 530 nm, 575 nm y 620 nm.
En una variante de realización especialmente
preferida de la invención, se prevé por fuente de luz puntual o por
LED, una célula por la superficie de salida y/o de entrada del
elemento de direccionamiento de luz. Cada célula muestra una serie
de elementos superficiales y/o de grupos de elementos superficiales.
Los distintos grupos de elementos superficiales o elementos
superficiales se disponen de manera que la luz emitida por cada
fuente de luz puntual se iguale en lo que se refiere a su
luminosidad y su distribución de longitud de onda. A esos efectos,
la densidad de los elementos superficiales o de los grupos de
elementos superficiales va ascendiendo hacia fuera, partiendo de un
punto, en especial del centro de la célula. Por consiguiente, la
distancia de los elementos superficiales o de los grupos de
elementos superficiales va disminuyendo con el aumento de la
distancia del punto o del centro. Con preferencia la fuente de luz
puntual se dispone detrás del centro de la célula.
Resulta especialmente ventajoso configurar la
célula en la zona en la que se encuentra la fuente de luz puntual,
de manera que presente una transparencia menor para lograr una
unificación aún mayor de la luz que sale del elemento de
direccionamiento de luz. La transparencia se va incrementando
preferiblemente desde el centro de la célula hacia fuera. La
variación de la transparencia se puede llevar a cabo preferiblemente
aplicando un barniz en capas de distinto grosor. En este sentido se
prefiere especialmente que el barniz u otro líquido que se
endurece, se disponga por una de las caras del elemento de
direccionamiento de luz y los distintos elementos superficiales por
la cara opuesta del elemento de direccionamiento de luz.
Para conseguir una distribución lo más uniforme
posible de la luminosidad por toda la superficie de la pantalla y,
en especial, también por las esquinas de la pantalla, las distancias
de los diferentes elementos superficiales o de los distintos grupos
de elementos superficiales varían de manera que las distancias sean
menores en las zonas que, según el estado de la técnica, son más
oscuras. Se trata, en especial, de las zonas marginales y de las
esquinas.
Las distintas fuentes de luz puntual o LEDs
presentan preferiblemente una distancia de, al menos, 5 mm,
preferiblemente de, al menos, 10 mm.
En el documento EP 05 003 354 se describen un
dispositivo especialmente apropiado para la fabricación de elementos
superficiales de difracción, así como el correspondiente
procedimiento.
Para la fabricación de elementos superficiales
de difracción resulta especialmente apropiado el siguiente
material:
11 g de 1H, 1H, 2H,
2H-perfluoroctilacrilato se mezclaron con 8 g de
dipropilenglicoldiacrilato, 0,1 g de Irgacure® 819 y 0,2 g de
Irgacure® 184 de la compañía Ciba Spezialitätenchemie Lampersheim
GmbH. 60 \mul de esta mezcla se aplicaron a una placa de níquel
de 2 x 2 cm, en cuya superficie se había creado un molde negativo
de un cuerpo de moldeo con centros de difusión. A continuación se
colocó una plaquita de 1 mm de grosor y un tamaño de 1 x 1 cm de
PMMA sobre la superficie de la mezcla en la placa de níquel. A
continuación, el sándwich así obtenido se expuso en la placa de
níquel con la mezcla situada entre medias, durante 2 segundos, a
rayos UV de una lámpara de mercurio UV comercial. Posteriormente, se
extrajo del molde negativo el sustrato con la composición de
desmoldeo endurecida.
A continuación la invención se describe con
mayor detalle a la vista de una variante de realización preferida y
con referencia a los dibujos adjuntos:
Se ve en la
Fig. 1 un diagrama de luminosidad de una
pantalla LCD iluminada por LEDs según el estado de la técnica;
Fig. 2 una representación esquemática en
perspectiva simplificada de la estructura principal de una pantalla
LCD según la invención;
Fig. 3 una vista esquemática sobre una célula
del elemento de direccionamiento de la luz;
Fig. 4 un ejemplo de una posible disposición de
elementos superficiales en grupos de elementos superficiales, y
Fig. 5 un ejemplo de una estructura superficial
de un solo elemento superficial.
En el diagrama mostrado en la figura 1 se
representa esquemáticamente una distribución de la luminosidad de
una pantalla LCD. En este caso se trata de una pantalla LCD
iluminada por detrás con LEDs, estando prevista para la
distribución de la luminosidad entre los LEDs y la pantalla LCD, una
lámina BEF y una lámina DBEF. En el diagrama, la luminosidad es
mayor en una zona interior 10 y disminuye fundamentalmente de forma
concéntrica hacia fuera en la zonas 12, 14, 16, 18. Las zonas más
oscuras se producen en las esquinas, disminuyendo la luminosidad a
su vez desde las zonas 20 hacia las zonas 24 a través de las zonas
22.
La pantalla plana LCD según la invención (figura
2) muestra un elemento LCD o un elemento de cristal líquido 26, en
cuya cara anterior 28 se produce la representación de la imagen. En
una caja de luz o un elemento de luz 30 se disponen varias fuentes
de luz puntual en forma de LEDs 32. En el ejemplo de realización
representado, los LEDs 32 tienen una distancia regular de 10
mm.
Entre el elemento de luz 30 y el elemento LCD 26
se dispone, según la invención, un elemento de direccionamiento de
luz 34 de un material plástico transparente o de cristal. En la
superficie 36 del elemento de direccionamiento de luz 34 se dispone
una serie de células 38. Cada una de las células adyacentes 38
presenta una pluralidad de distintos de grupos de elementos
superficiales 40 (figura 3). Con preferencia, los distintos grupos
de elementos superficiales se disponen concéntricamente con
respecto a un punto central 42, situándose detrás del punto central
42 la fuente de luz puntual 32. Como se ve en la figura 3, la
distancia de los distintos grupos de elementos superficiales 40
disminuye con el aumento de la distancia con respecto al punto
central 42. La densidad en los grupos de elementos superficiales 40
aumenta, por consiguiente, con respecto a una célula 38 desde el
interior o el punto central 42 hacia el exterior.
Preferiblemente, en una superficie opuesta a la
superficie 36 del elemento de direccionamiento de luz 34 se aplica
un barniz mediante el cual se produce un oscurecimiento del punto
central 42, a cuya altura se encuentra el LED 32. El barniz se
aplica preferiblemente de manera que la transparencia del elemento
de direccionamiento de luz 34 aumente por célula, partiendo desde
el punto central o el centro 42 hacia fuera.
Los distintos grupos de elementos superficiales
40 presentan varios elementos superficiales distintos 44. En el
ejemplo de realización representado, cada uno de los grupos de
elementos superficiales 40 presenta seis elementos superficiales 42
identificados en la figura 4 con los números de referencia
1-6.
Los distintos elementos superficiales 44 actúan
a modo de rejilla de difracción. Se pueden disponer distintos
elementos superficiales 44 configurados a modo de rejillas de
difracción lineales con diferentes constantes de rejilla. La
superficie 46 (figura 5) de distintos elementos superficiales 44 se
configura, por ejemplo, en forma de rejilla senoidal de fases.
Los diferentes elementos superficiales 44 y
especialmente la estructura superficial 46 de los elementos
superficiales 44 se fabrican, según la invención, por ejemplo, por
medio de procedimiento foto-litográficos.
Se prefiere especialmente colocar los elementos
superficiales con ayuda de un barniz que se endurece en la
superficie del elemento de direccionamiento de luz. Para ello se
emplea preferiblemente un sistema de desmoldeo en el que se coloca
el negativo de la rejilla de difracción, por ejemplo, mediante
procedimientos litográficos. Con ayuda de un solo dispositivo de
desmoldeo, se pueden moldear preferiblemente varios elementos
superficiales de difracción.
Para el desacoplamiento de luz con diferentes
longitudes de onda están dispuestos preferiblemente distintos
elementos superficiales 44, es decir, elementos superficiales 44 con
diferentes estructuras superficiales 46. En este caso se trata, por
ejemplo, como se representa en el ejemplo de realización mostrado en
la figura 4, de seis elementos superficiales distintos 44
identificados en la figura 4 con los números de referencia 1 a 6.
Como resulta de la figura 4, en el ejemplo de realización
representado, los distintos elementos superficiales 1 a 6, que
sirven respectivamente para el desacoplamiento de luz de una
longitud de onda determinada, están dispuestos en una estructura
que se repite.
En el ejemplo de realización representado, los
elementos superficiales 44 son cuadrados y poseen una longitud de
cantos de 15 \mum aproximadamente.
Claims (15)
1. Pantalla plana con un elemento de cristal
líquido (2C) para la representación de la imagen,
un elemento de luz que presenta una serie de
fuentes de luz puntual (32),
un elemento de direccionamiento de luz (34)
dispuesto entre el elemento de luz (30) y el elemento de cristal
líquido (26), y
elementos superficiales de difracción (44)
previstos en una superficie (36) del elemento de direccionamiento
de luz (34), para la distribución de la luminosidad y/o para igualar
la distribución de longitudes de onda,
presentando los elementos superficiales, un
tamaño de 0,04 - 10.000 \mum^{2} y una distancia entre sí de más
de 0-100 \mum.
2. Pantalla plana según la reivindicación 1,
caracterizada porque los distintos elementos superficiales
(44) actúan como elementos de difracción que generan un haz de luz
colimado con disociación espectral de la luz.
3. Pantalla plana según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque los elementos superficiales (44) están
dispuestos de manera que como consecuencia de la superposición de,
por lo menos, dos haces de luz contiguos, se produce luz
monocromática y/o luz blanca.
4. Pantalla plana según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los elementos
superficiales (40) poseen un tamaño de 0,04 - 500 \mum^{2}.
5. Pantalla plana según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque los distintos
elementos superficiales (44) presentan una distancia entre sí de
más de 0 - 50 \mum y, en especial, de más de 0 - 15 \mum.
6. Pantalla plana según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque varios elementos
superficiales (44) de distinta estructura superficial (46) para la
generación fundamentalmente de luz blanca, se reúnen en un grupo de
elementos superficiales (40).
7. Pantalla plana según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la posición de
los elementos superficiales (44) o del grupo de elementos
superficiales (40) se adapta a la posición de las fuentes de luz
puntual (32).
8. Pantalla plana según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el número de
elementos superficiales (44) o de grupos de elementos superficiales
(40) y/o el número de fuentes de luz puntual (32) se incrementa en
la zona marginal, especialmente en las esquinas.
9. Pantalla plana según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque en una cara
superior (36) del elemento de direccionamiento de luz (34) están
dispuestas células (38) con una serie de elementos superficiales
(44) o bien grupos de elementos superficiales (40), estando
asignada a cada fuente de luz puntual (32), una célula (38).
10. Pantalla plana según la reivindicación 9,
caracterizada porque las fuentes de luz puntual (32) están
dispuestas respectivamente en el centro de una célula (38).
11. Pantalla plana según la reivindicación 9 ó
10, caracterizada porque la distancia de los elementos
superficiales (44) o bien de los grupos de elementos superficiales
(40) disminuye desde un punto central de célula (42) hacia el
exterior.
12. Pantalla plana según una de las
reivindicaciones 9 a 11, caracterizada porque el elemento de
direccionamiento de luz presenta en distintas fuentes de luz puntual
(32), zonas opuestas con una menor transparencia.
13. Pantalla plana según la reivindicación 12,
caracterizada porque la transparencia del elemento de
direccionamiento de luz aumenta en cada célula, partiendo desde el
punto central (42) hacia fuera.
14. Pantalla plana según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque las fuentes de
luz puntual (32) presentan una distancia de, como mínimo, 5 mm,
preferiblemente de, como mínimo, 10 mm.
15. Pantalla plana según una de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque las fuentes de
luz puntual son LEDs que fundamentalmente emiten luz blanca.
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