CN100529889C - 光混合特性改善了的背光单元 - Google Patents

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Abstract

光束被从光学装置输出，并混合在一起以获得无颜色污染的均匀的白光，从而获得一种光混合特性改善了的背光单元。在所述背光单元中，表面光源具有反射表面，多个光学装置安装在所述反射表面上。光学片设置在所述表面光源之前。反射层设置在所述表面光源和所述光学片之间，并具有通过来自所述光学装置的光束的入射角而改变的反射率。所述背光单元能够使来自所述光学装置的光束混合在一起。从所述光学装置输出的光束通过具有随来自所述光学装置的光束的入射角而改变反射率的反射层有效地混合在一起，从而获得无颜色污染的均匀的白光。

Description

光混合特性改善了的背光单元
本申请要求于2006年1月11日在韩国知识产权局提交的第2006-03129号韩国专利申请的利益，该申请的内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及一种采用多个光学装置的液晶显示(LCD)背光单元，更具体地讲，涉及一种光混合特性改善了的背光单元，在所述背光单元中，从光学装置输出的光束有效地分布并混合在一起，从而产生没有颜色模糊(color blur)的均匀的白光。
背景技术
冷阴极荧光灯(CCFL)已经被用作传统的液晶显示(LCD)背光单元的光源。使用汞气的CCFL可引起环境污染。此外，CCFL具有低响应率和低颜色再现性，并且不适于较轻和较小的LCD面板。
相反，发光二极管(LED)无环境污染，响应较快，响应率为几毫微秒，并在视频信号流方面较有效。此外，LED可被瞬时驱动，并可100％或者更多地再现颜色，并调节红LED、绿LED和蓝LED的光量以任意改变色温度和亮度。此外，LED有利于较轻和较小的LCD面板，从而被有效地用作背光源，例如用作LCD面板的背光源。
如上所述，CCFL或者LCD背光单元直接将光从表面光源向着LCD面板照射，所述表面光源与LCD面板在尺寸上基本相同。
如图1所示，传统的LCD背光单元200包括表面光源220和光学片230。表面光源220具有多个光学装置210，例如排列在其上的绿LED、蓝LED和红LED。光学片230设置在表面光源220的上方，用于将从表面光源220入射的光束输出到外部。
在传统的LCD背光单元200中，设置在表面光源220之上的光学片230包括漫射片236和至少一个聚光片238。漫射片236将从光学装置210入射的光束均匀地漫射。聚光片238按照与LCD面板的平面垂直的方向聚集由漫射片236漫射的光束。
此外，传统的LCD背光单元200还可包括设置在聚光片238之上用于保护下面的光学结构的保护片240。
表面光源220包括形成在基底250的上面用于向上反射从光学装置210发出的光束的反射层256。
因此，如图2所示，为了将红光、绿光和蓝光结合成白光，传统的LCD背光单元200采用其上排列有光学装置210的表面光源220和固定地设置在表面光源220之上的光学片230。
在传统的LCD背光单元200中，当从表面光源220的光学装置210发出的光束通过光学片230输出到外部时，在布置光学装置210的那些区域和未设置光学装置的那些区域之间可观察到输出的光量明显不同。结果，这导致颜色污染。
也就是说，为了获得产品竞争力，传统的LCD背光单元200不仅应该在成本方面而且应该在质量方面具有竞争性。其一个因素涉及是否能够输出没有颜色模糊的均匀的白光。
因此，为了获得在成本方面具有竞争力的产品，传统的LCD背光单元200每单位面积最好应该配置较少数量的光学装置，从而加宽光学装置210之间的间距D。
如上所述，随着光学装置210之间的间距的增大，如图2所示，输出到光学装置210之间的区域的光量明显少于输出到光学装置210正上方的区域的光量。因此，传统的LCD背光单元的表面光源220由于颜色污染而不能输出均匀的白光。
也就是说，在传统的LCD背光单元200中，从光学装置210输出的绝大部分光束直接透过光学片230以被输出到外部。
光学片230使来自光学装置210的光束分散并使它们混合在一起，然而，效果不明显。
结果，如图2的曲线图所示，在传统的LCD背光单元200中，输出到光学装置210正上方的P1区域的光量和输出到光学装置之间的P2区域的光量存在很大差别，从而由于颜色模糊不能获得均匀的白光。
发明内容
提出本发明以解决现有技术的上述问题，因此，本发明的一方面在于提供一种光混合特性改善了的背光单元，在所述背光单元中，从光学装置输出的光束有效地分布并混合在一起，从而获得无颜色污染的均匀的白光。
本发明的另一方面在于提供一种光混合特性改善了的背光单元，所述背光单元产生无颜色污染的均匀的白光，从而显著地提高成品质量，并增强产品竞争性。
根据本发明的一方面，本发明提供一种光混合特性改善了的背光单元。所述背光单元包括：表面光源，具有反射表面，多个光学装置安装在所述反射表面上；光学片，设置在所述表面光源之前；反射层，设置在所述表面光源和所述光学片之间，并具有通过来自所述光学装置的光束的入射角而改变的反射率，其中，来自所述光学装置的光束被混合在一起。
优选地，所述光学片包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，所述反射层涂覆在所述光学片的下面。
优选地，所述背光单元还包括多个盖子，所述盖子的每个由透明材料制成并设置在所述光学装置的每个的上方，其中，所述反射层涂覆在所述盖子的下面。
优选地，所述盖子限定水平顶表面，所述反射层涂覆在所述顶表面的下面。
优选地，所述反射层适于反射具有较小入射角的光束并透射具有较大入射角的光束。
优选地，所述反射层使按照0°角从所述光学装置入射的光束反射90％并透射10％，使按照60°角入射的光束反射30％并透射70％，使按照90°角入射的光束反射5％并透射95％。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和其它的优点将会变得更易于理解，其中：
图1是示出根据现有技术的背光单元的分解剖视图；
图2是示出根据现有技术的输出到光学装置正上方的光量和输出到光学装置之间的光量的差别的说明性视图；
图3是示出根据本发明的光混合特性改善了的背光单元的剖视图；
图4示出设置在光混合特性改善了的背光单元中的反射层的特征，其中，(a)是反射率和入射角对比的曲线图；(b)是示出根据入射角的反射率和透射率的图表；
图5是示出根据本发明的输出到光学装置正上方的光量和输出到光学装置之间的光量之间具有较小的差别的说明性视图；
图6是示出根据本发明修改的实施例的光混合特性改善了的背光单元的剖视图；
图7示出根据本发明的在光混合特性改善了的背光单元的示例中使用的光学装置的特征，其中，(a)是示出波长的曲线图；(b)是示出根据光束角的光量的轮廓的曲线图；
图8a至图8c示出从背光单元的示例获得的结果，其中，图8a是根据传统的示例获得的图片和曲线图；图8b是示出对比示例的图片和曲线图；图8c是从本发明的示例获得的图片和曲线图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
如图3所示，根据本发明的光混合特性改善了的背光单元1包括表面光源20，所述表面光源20具有反射表面12并且在其表面上安装有多个光学装置10。
表面光源20在与安装有光学装置10的前侧相对的后侧上形成有反射表面12。反射表面12使从光学装置10输出的光束沿着向前方向反射。
这里，不仅将LED装置而且将装置，例如灯作为光学装置10的示例。
根据本发明的光混合特性改善了的背光单元1包括设置在表面光源20之前的光学片30。光学片30最好由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成，反射层32涂覆在光学片30的下面。
反射层32设置在表面光源20和光学片30之间，用于使具有较小入射角θ的光束反射并使具有较大入射角θ的光束透射。
图3、图4a和图4b中示出了这种反射层32。
也就是说，从光学装置10发出的光束按照特定入射角θ进入设置在光学装置10之前的反射层32。从光学装置10输出的光束相对于与反射层32的平面垂直的方向形成入射角θ。
来自光学装置10的光束的入射角θ改变反射层32的反射率。
如图4a和图4b所示，较小的入射角θ，即较接近与反射层32平面垂直的方向的入射角θ增大反射层32的反射率，并减小反射层32的透射率。另一方面，较大的入射角θ，即较接近反射层32平面的入射角θ减小反射层32的反射率，并增大反射层32的透射率。
例如，根据本发明，反射层32最好使按照0°角从光学装置10入射的光束反射90％并透射10％，使按照60°角入射的光束反射30％并透射70％，使按照90°角入射的光束反射5％并透射95％。
具有通过入射角θ改变反射率的反射层32非常有效地用来将来自光学装置10的光束混合在一起，从而使颜色污染减少。
也就是说，如图3所示，由于入射角θ较小而部分地从反射层32透射和从反射层32反射的光束传播回表面光源20的反射表面12以再次进入反射层32。这里，形成的入射角θ大于起始入射角。
因此，按照入射角θ再次进入反射层32的光束按照更大的量从反射层32透射，其余的再次被反射。被第二次反射的光束返回到反射表面12并被反射表面12第三次反射以再次进入反射层32。
因此，被第三次反射的光束的入射角θ远远大于被第二次反射的光束的入射角θ。由于入射角θ较大，所以大部分光束从反射层32透射，其余的被反射表面12部分地反射。通过这个过程，从光学装置10中的一个发出的光束与来自相邻光学装置10的光束叠加起来以产生均匀的白光。
结果，如图5所示，在光混合特性改善了的背光单元1中，输出到光学装置10之间的区域的光量与输出到光学装置10正上方的区域P1的光量基本相等或者仅仅相差非常小的量。结果，这就使颜色模糊减小并产生均匀的白光。
图6示出了根据本发明的修改的实施例的在光混合方面改善了的背光单元1。
本发明的背光单元1还包括多个盖子50，每个盖子50由透明材料制成，并设置在每个光学装置10的上方。这里，反射层32涂覆在盖子50的下面。
每个盖子50设置在每个光学装置10的上方，并由透明材料制成以能够使来自光学装置10的光束透射。盖子50限定水平顶表面，并且反射层32涂覆在顶表面的下面。
这里，盖子50与光学片30分开地设置，反射层32形成在盖子50的下面。这种结构确保与上述解释的图3的结构效果相同。
也就是说，按照小入射角θ从光学装置10输出的光束部分地从反射层32透射，而剩余部分从反射层32传播回反射表面12以再次进入反射层32。然后，这些光束部分地从反射层32透射，剩余部分再次被反射。
被第二次反射的光束返回到反射表面12，并被反射表面12第三次反射以通过由透明材料制成的盖子50向着光学片30输出。
因此，如图5所示，在根据本发明的光混合特性改善了的背光单元1中，输出到光学装置10之间的区域P2的光量与输出到光学装置10正上方的区域P1的光量基本相等或者仅仅相差非常小的量。结果，本发明的背光单元1产生颜色模糊较少的均匀的白光。
为了更具体地说明本发明的效果，对一些示例进行了比较。
通过使用光线跟踪软件(SPEOS)的计算机模拟将本发明的示例与传统的示例进行比较。
与本发明的示例进行比较的传统的示例具有从图3的结构移除反射层32的结构。具有100％反射率的反射表面12形成在表面光源20上，所述表面光源20具有安装在其上的光学装置10。从反射表面12至光学片30的高度为30mm。
这里，光学片30由厚度为2mm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)片制成。光学片30具有20％的反射率、70％的透射率和10％的吸收率。
此外，光学装置10采用LED装置，每个LED装置具有如图7a所示的特定波长和如图7b所示的光束角轮廓(beam angle profile，每光束角的光量)。
本发明示例的反射层32涂覆在光学片30的下面。反射层32具有通过光束的入射角θ而改变的反射率。反射层32使按照0°角从光学装置10入射的光束反射90％并透射10％，使按照60°角入射的光束反射30％并透射70％，使按照90°角入射的光束反射5％并透射95％。
在比较的示例中，反射层32形成在光学片30的下面以具有固定的反射率，而与光束的入射角无关。这种具有固定反射率的反射层使85％的入射光束反射，使15％的入射光束透射。
图8a、图8b和图8c示出了结果。
图8a是示出没有反射层的传统的光学装置的图片和曲线图。光量集中在光学装置10的正上方，少量光输出到光学装置10之间。这就导致颜色污染，从而不能获得均匀的白光。
图8b是示出具有反射层32的光学装置结构的图片和曲线图，所述反射层32具有使85％的入射光束反射，使15％的入射光束透射的固定反射率。这里，光学装置10正上方的光量有些分布在光学装置10之间。因此，输出到光学装置10正上方的光量与输出到光学装置10之间的光量相比呈现出适中的差别。这仍然导致颜色污染，从而不能获得均匀的白光。
图8c是示出根据本发明的光学装置结构的图片和曲线图。输出到光学装置10正上方的光量大量分布在光学装置10之间。因此，输出到光学装置10正上方的光量与输出到光学装置10之间的光量相比呈现出较小差别。结果，能够产生几乎无颜色模糊的均匀的白光。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，从光学装置输出的光束通过具有通过其入射角而改变反射率的反射层有效地分布并混合在一起。这就产生无颜色模糊的均匀的白光。
此外，本发明获得在表面光源上的无颜色污染的均匀的白光。这显著地提高了成品背光单元的质量，并明显增强了产品在成本和质量方面的竞争性。
虽然已经结合优选实施例表示和描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，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，可对其进行修改和更改。

Claims (4)

1、一种光混合特性改善了的背光单元，包括：
表面光源，具有反射表面，多个光学装置安装在所述反射表面上；
光学片，与所述表面光源的反射表面隔开预定距离；
反射层，设置在所述表面光源和所述光学片之间，并具有根据来自所述光学装置的光束的入射角而改变的反射率，
其中，所述入射角是入射光与反射层的表面的垂直方向之间的角度；
其中，来自所述光学装置的光束被混合在一起；
多个盖子，所述盖子的每个由透明材料制成并设置在所述光学装置的每个的上方，并且所述盖子的每个设置在所述光学片的下方，
其中，所述反射层涂覆在所述盖子的下面。
2、如权利要求1所述的背光单元，其中，所述盖子限定水平顶表面，所述反射层涂覆在所述顶表面的下面。
3、如权利要求1或2所述的背光单元，其中，所述反射层适于反射具有较小入射角的光束并透射具有较大入射角的光束。
4、如权利要求3所述的背光单元，其中，所述反射层使按照0°角从所述光学装置入射的光束反射90％并透射10％，使按照60°角入射的光束反射30％并透射70％，使按照90°角入射的光束反射5％并透射95％。
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