CN102042558B - 色混合透镜及具有该色混合透镜的液晶显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种色混合透镜以及一种具有该色混合透镜的液晶显示设备，所述色混合透镜能够改善色彩再现性、被制成薄型并调整发射图案。该色混合透镜包括光接收部分，其具有位于侧面的用于发射颜色彼此不同的光的至少两个发光二极管，和用于在其中分别放置所述发光二极管的光接收凹槽；色混合部分，其在该光接收部分上形成，用于将该发光二极管发出的光混合成白色的光；以及发光部分，其在该色混合部分上形成，用于经由其侧面发射来自该色混合部分的白光。

Description

色混合透镜及具有该色混合透镜的液晶显示设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年10月22日提交的第10-2009-0100577号韩国专利申请的优先权，该专利申请在此引入作为参考，如同在本文中完全阐述该专利申请一样。

技术领域

本发明涉及一种色混合透镜，以及一种具有该色混合透镜的液晶显示设备，所述色混合透镜能够改善色彩再现性、被制成薄型、并能调整反射图案。

背景技术

一般而言，液晶显示设备是一种通过利用液晶来显示图像的平板显示设备，液晶显示设备由于其与其他平板显示设备相比更薄、更轻并具有低驱动电压和低功耗的优点而在各行业中广泛使用。

由于为显示图像而提供的液晶显示设备的液晶面板是不发光的器件，即其本身不发光，因此需要用于提供光的光源。

作为光源来说，使用产生白光的白色发光二极管。白色发光二极管是通过在蓝色发光二极管的表面上涂覆红色和绿色荧光层而形成的。虽然制造简单且成本低，但是白色发光二极管具有色彩均匀性、色彩再现性和光效率都很差的缺点。

为了解决这些问题，提出了一种通过利用红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管作为光源来产生白色的技术。也就是说，将红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管分别发射的红光、绿光和蓝光混合来产生白光。然而，为了将红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管分别发射的红光、绿光和蓝光混合，由于背光单元需要具有5～10cm的厚度并且需要诸如漫射膜之类的多个光学片，因此该技术难以用于平板显示设备的光源。此外，由于需要单独地驱动红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管，因此难以控制这些发光二极管。

发明内容

因此，本发明涉及一种色混合透镜以及一种具有该色混合透镜的液晶显示设备。

本发明的目的在于提供一种色混合透镜以及一种具有该色混合透镜的液晶显示设备，所述色混合透镜能够改善色彩再现性、被制成薄型、并能调整发射图案。

本发明的额外的优点、目的和特点将在随后的描述中部分地进行阐述，而部分将通过对下文的研究变得对于本领域技术人员来说是显而易见的，或者可以通过实践本发明而获悉。本发明的目的和其他优点可以通过所撰写的说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构而实现和获得。

为了实现这些目的和其他优点并且依照本发明的目标，如本文具体描述和概括描述的，一种色混合透镜包括光接收部分，其具有位于侧面的用于发射颜色彼此不同的光的至少两个发光二极管，和用于在其中分别放置所述发光二极管的光接收凹槽；色混合部分，其在该光接收部分上形成，用于将该发光二极管发出的光混合成白色的光；以及发光部分，其在该色混合部分上形成，用于经由其侧面而发射来自该色混合部分的白光。

该光接收凹槽具有设置在其中的光入射面，其相对于水平轴形成锐角并且具有曲率。

该光接收凹槽的线宽大于发光二极管的直径。

色混合透镜进一步包括光反射层，其形成在除了该光接收部分的位于光接收凹槽内的光入射面以及发光部分的侧面之外的光接收部分、色混合部分和发光部分上。

或者可选择的是，色混合透镜进一步包括光反射层，其形成在除了光接收部分的位于光接收凹槽内的光入射面之外的光接收凹槽上以及发光部分的前侧和后侧上。

或者可选择的是，色混合透镜进一步包括光反射层，其形成在除了光接收部分的位于光接收凹槽内的光入射面之外的光接收凹槽上以及发光部分的前侧上，该色混合透镜还包括光反射结构，其被形成为在除了与光接收部分的光接收凹槽连接的那一部分之外的光接收部分、色混合部分和发光部分均与该光反射结构分隔开的状态下，该光反射结构围绕该光接收部分、该色混合部分和该发光部分。

色混合部分具有多层结构，其中该多层的至少一层具有倾斜表面，该倾斜表面的宽度随着其高度从下部到上部增高而变小。

或者可选择的是，色混合部分具有单层结构，其具有倾斜表面，该倾斜表面的宽度随着其高度从下部到上部增高而变小。

发光部分具有直径大于该色混合部分的圆柱结构。

发光部分在前面和侧面都具有曲率。

在本发明的另一方面，一种液晶显示设备包括用于发射白色的光的色混合透镜和液晶面板，该液晶面板通过利用从该色混合透镜产生的白色的光来产生画面，其中该色混合透镜包括光接收部分，其具有位于侧面的用于发射颜色彼此不同的光的至少两个发光二极管，和用于在其中分别放置所述发光二极管的光接收凹槽；色混合部分，其在该光接收部分上形成，用于将该发光二极管发出的光混合成白色的光；以及发光部分，其在该色混合部分上形成，用于经由其侧面发射来自该色混合部分的白光。

应当理解，本发明前面的概述和后面的详述都是示范性的和解释性的，并且用于提供对所要求保护的发明的进一步的解释。

附图说明

所包括的附图提供对本发明的进一步的理解，附图合并到本申请中并构成本申请的一部分，用于图解说明本发明的(多个)实施例，并且连同文字描述一起用来解释本发明的原理。在附图中：

图1图解说明了依照本发明优选实施例的色混合透镜的截面图和透视图。

图2详细地图解说明了图1中的色混合透镜的透视图。

图3详细地图解说明了图1中的色混合透镜的截面。

图4A至4C分别图解说明了放在图2所示的光接收凹槽中的发光二极管的变型。

图5详细地图解说明了图2或3中所示的光接收部分。

图6A和6B图解说明了用于解释依据在本发明的光接收部分的光入射面与水平轴之间的角度所得到的光路的图。

图7图解说明了用于解释图3或4中的发光二极管发出的光朝着光接收部分的行进路径的截面。

图8A和8B分别图解说明了发光二极管发出的光和进入到光接收部分的光的发光图案的图表。

图9图解说明了图2或3中的色混合部分的透视图。

图10A至10C分别图解说明了图9中的色混合部分的变型。

图11A和11B均图解说明了图2或3中的发光部分的变型的截面图。

图12A和12B均是示出图1中的光反射层的变型的图。

图13A和13B图解说明了分别由图11A和11B中的色混合透镜所产生的白光的发光图案的图。

图14图解说明了将色混合透镜用作光源的液晶显示设备的截面。

具体实施方式

现在详细地参考本发明的实施例，附图中图解说明了本发明的例子。在任何可能的情况下，全部附图中所用的相同的附图标记指的是相同或相似的部件。

图1图解说明了依照本发明优选实施例的色混合透镜110的截面图和透视图，该色混合透镜110包括光接收部分120、色混合部分130、发光部分140和光反射层150。

图2详细地图解说明了显示出图1中的色混合透镜的光接收部分120、色混合部分130和发光部分140的透视图。

参见图3，光接收部分120接收从发光二极管124发出的光。为此，光接收部分120具有包括多个光接收凹槽122的侧面，每个光接收凹槽122都具有放在其中的发光二极管124。在这种情况下，如图4A(图4A图解说明了将发光二极管124放在光接收凹槽122中之前的状态)中所示，光接收凹槽122的尺寸与发光二极管124的尺寸相同(W1＝W2)，或者如图4B和4C中所示，光接收凹槽122的尺寸大于发光二极管124的尺寸。此外，如图4A和4B中所示，放在光接收凹槽122中的发光二极管124是具有导线的封装型发光二极管124，或者如图4C中所示，是芯片形的发光二极管124。而且，如图4B和4C中所示，发光二极管124被形成为与位于光接收凹槽122最内侧的光入射面126间隔开，或者如图7中所示，发光二极管124被形成为与光入射面126相接触。

这样，由于发光二极管124位于光接收部分120的侧面，从而使光从发光二极管124进入到色混合透镜110中并沿螺旋形状行进，因此本发明的色混合透镜与在光接收部分的后侧的下部设有发光二极管的现有技术色混合结构相比，能够在相对较低的高度内将色彩混合，从而能够降低色混合部分130的高度。

参考图5，光接收部分120是由光吸收率低的材料制成的圆柱，其直径为D_in，高度为H_in，所述材料如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。

发射彼此不同颜色的光的至少两个发光二极管124被分别放在多个光接收凹槽122中。例如，考虑到发光效率，该多个光接收凹槽122可以是3个，用于分别在其中放置红色R发光二极管、绿色G发光二极管和蓝色发光二极管124；或者可以是4个，用于分别在其中放置两个绿色G发光二极管124、一个红色R发光二极管124和一个蓝色发光二极管124。同时，发光二极管124的数量和光接收凹槽122的数量并不限于3个或4个，而是可以依据光学特性而改变。

参考图5，光接收凹槽122具有在内表面上形成的光反射层150。在这种情况下，光反射层150并没有在位于光接收凹槽122最内侧的光入射面126上形成。光反射层150由光反射率高的材料形成，如铝、银或金，用以将发光二极管124发出的光无损失地引导到色混合透镜110。此外，光接收部分120的光入射面126形成为与发光二极管124的发光表面相面对。如图5和6A中所示，光入射面126与水平轴成角θi倾斜，用以防止光由于邻近的发光二极管124和光接收凹槽122而受到损失。详细的说，如图6B中所示，如果光入射面126不倾斜(即倾斜角θi＝90°)，那么从发光二极管124发出的大部分光会由于邻近的发光二极管124和光接收凹槽122而行经不期望的光路，从而使色混合透镜110内的光受到损失。与此相反，如图6A中所示，如果光入射面126倾斜，那么由于从发光二极管124发出的大部分光不会朝着邻近的发光二极管124和光接收凹槽122行进，因此，能够防止该光经由邻近的发光二极管124而朝不期望的光路行进。

此外，参考图7，光接收部分120的位于光接收凹槽122最内侧的光入射面126具有一定的曲率。从发光二极管124发出的光在进入光接收部分120时在光入射面126处被准直。例如，当从发光二极管124发出的光如图8A中所示，在20°的最大值的一半处具有半宽度时，那么从发光二极管124发出并经由光入射面126而进入到光接收部分120中的光如图8B中所示，在10°的最大值的一半处具有半宽度。因此可知，经由具有曲率的光入射面126而进入到光接收部分120的光被准直。

参考图9，色混合部分130包括在光接收部分120上形成的第一混合部分132和在第一混合部分132上形成的第二混合部分134。色混合部分130在光接收部分120上形成，并由光吸收率低的材料构成，所述材料如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。色混合部分130通过与光接收部分120相同的材料形成，并且与光接收部分120形成为一个部件，或者分别地形成它们。

第一混合部分132调整光的行进方向，以便能够在较低的高度将经由光接收部分120进入的红光、绿光和蓝光混合。由于第一混合部分132被形成为其宽度随着高度从下部到上部增高而逐步变小，因此该第一混合部分132具有倾斜表面。

第二混合部分134没有倾斜表面，其将来自第一混合部分132的光进行混合，并且将该光引导到发光部分140。

同时，虽然已经以第一混合部分132具有倾斜表面而第二混合部分134没有倾斜表面为例描述了色混合部分130，但是除此之外，色混合部分130也可以具有图10A至10C中所示的任一种结构。图10A中所示的色混合部分130包括具有与光接收部分120相同的线宽但不具有倾斜表面的第一混合部分132，以及在第一混合部分132上形成并具有倾斜表面的第二混合部分134。图10B中所示的色混合部分130包括具有与光接收部分120相同的线宽但不具有倾斜表面的第一混合部分132、在第一色混合部分132上形成并具有倾斜表面的第二混合部分134、以及在第二混合部分134上形成并且不具有倾斜表面的第三混合部分136。

图10C中所示的色混合部分130形成为在整个色混合部分130上都具有倾斜表面。

这样，进入到色混合透镜110并在色混合部分130内部的侧面行进的光满足全反射条件，以便使其在具有相对较低高度的色混合部分中充分地混合。

发光部分140将来自色混合部分130的白光发射到色混合透镜110的外面。发光部分140在色混合部分130上形成，并由光吸收率低的材料构成，所述材料如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。发光部分140通过与光接收部分120或色混合部分130相同的材料形成，并与光接收部分120或色混合部分130形成为一个部件，或者分别地形成它们。

如图11A和11B中所示，发光部分140形成为具有高度h_o和大于色混合部分130的直径D_o，使得发光部分140无法再满足全发光条件，由此将白光发射到色混合透镜110的外面。

发光部分140具有前侧US，其形成为具有凹透镜的曲率从而使其边缘到色混合部分130的距离大于其中心部分到色混合部分130的距离，因此使引导到发光部分140的前侧的白光在发光部分140的前侧处，被反射朝向发光部分140的侧面。

发光部分140具有侧面ES，其形成为具有向外突出的凸透镜以发射白光。发光部分140具有后侧，其如图11A中所示形成为相对于水平轴具有0度的倾斜，或者如图11B中所示形成为相对于水平轴具有θ_bo度的倾斜。在这种情况下，能够根据后侧相对于发光部分140的水平轴的倾斜，来调整侧面发射图案的发射区域。

发光部分140具有光反射层150，该光反射层在除了发光部分140的侧面之外的前侧和后侧上形成，使得发光部分140具有横向发射图案，其中所述光反射层150由光反射率高的金属构成，如铝、银和金。

详细来讲，光反射层150形成为具有图1、12A和12B中所示的任一种结构。

参见图1，通过涂覆，在发光部分140的除了侧面之外的前侧和后侧上、除了光接收部分120的光入射面126之外的光接收部分120上、以及色混合部分130上形成光反射层150。光反射层150具有在分别与光接收部分120的光接收凹槽122相重叠的各区域处的穿通孔154。穿通孔154用作发光二极管124以及金属线(未示出)的通道，所述发光二极管124被放置在光接收凹槽122中，所述金属线用于将光源基板(未示出)连接到发光二极管124，以便向发光二极管124提供驱动信号。

参考图12A，通过涂覆，在除了光接收部分120的光入射面126之外的光接收部分120上、以及在发光部分140的除了侧面之外的前侧和后侧上形成光反射层150。这是因为，由于从光接收部分120和色混合部分130损失的光量很小，因此只要光接收部分120和色混合部分130满足全反射条件，那么不在光接收部分120和色混合部分130上形成光反射层150也没有关系。此外，由于没有在光接收部分120和色混合部分130上形成图12A中所示的光反射层150，因此穿过光接收部分120和色混合部分130的光不会接触到光反射层150。据此，由于防止了由光反射层150造成的光吸收，因此在满足全反射条件时，在光接收部分120和色混合部分130行进的光不会受到损失。

参见图12B，通过涂覆，在光接收部分120的除其光入射面126之外的光接收凹槽122上、以及在发光部分140的前侧上形成光反射层150。此外，形成图12B中的光反射结构152，其在发光部分140的后侧、光接收部分120和色混合部分130均与该光反射结构152分隔开的状态下，围绕该光接收部分120、色混合部分130和发光部分140。由于光反射结构152由此与发光部分140的后侧、光接收部分120和色混合部分130分隔开，因此在满足全反射条件时，在光接收部分120和色混合部分130行进的光不会接触到光反射结构152，这防止了光反射结构152吸收该光，由此防止了光损失。此外，围绕发光部分140的后侧、光接收部分120和色混合部分130而形成的光反射结构152不能满足使色混合透镜110发射的光发生反射的全反射条件，使得该光再进入色混合透镜110中，由此提高了光学效率。

同时，光反射结构152具有在与光接收部分120的光接收凹槽122相重叠的区域中形成的穿通孔154，以及被形成为比光接收部分120和色混合部分130的最大直径更大的容纳孔156，该容纳孔156用于容纳色混合部分110。在这种情况下，光反射结构152中的穿通孔154用作将发光二极管124连接到光源基板(未示出)的线路(未示出)的通路，所述发光二极管124被放置在光接收凹槽122中，所述光源基板用于向发光二极管124提供驱动信号。此外，与光反射层150类似，光反射结构152由高反射率的金属构成，所述金属如铝、银，或金。

表1示出了本发明的色混合透镜110的模拟结果。表1中所示的值仅仅是本实施例的值，而不是对这些值做出限制，并且这些值可以按用户要求改变。

[表1]

图13A和13B图解说明了具有表1中所示的值的色混合透镜110的模拟结果，其中，图13A图解说明了图11A中的色混合透镜110的发光图案，图13B图解说明了图11B中的色混合透镜110的发光图案。

可以知道，具有图11A中的没有倾斜的后侧的发光部分140具有如图13A中所示的发光图案，该发光图案从侧面发射光，而具有图11B中的有大约5度倾斜的后侧的发光图案140具有如图13B中所示的发光图案，该发光图案以距离水平轴大约5度的点为中心而分布。

表2示出了关于表1的色混合透镜110的效率、色彩均匀性和亮度均匀性，其中，效率是色彩混合之后发射到发光部分140外面的光束相对于光接收部分120所接收的光束的比率，亮度均匀性是亮度数据的最小值相对于最大值的比率，色彩均匀性是色度的相对标准偏差。

[表2]

	图11A中的结构	图11B中的结构
			效率	80.3％	81.6％
亮度均匀性	79.1％	78.9％
			色彩均匀性	0.1134	0.0948

参看表2，图11A和11B中所示的色混合透镜110在效率、色彩均匀性以及亮度均匀性方面具有优秀的光学特性，特别是，效率和亮度均匀性分别大于70％。

因此能够知道，本发明的色混合透镜110将来自红色发光二极管124、绿色发光二极管124和蓝色发光二极管124的红光、绿光和蓝光良好地混合成白色的光，并且从色混合透镜110的侧面发射该白色的光。

参考图14，色混合透镜110用作液晶显示设备中的背光单元的光源。

利用了本发明的色混合透镜110的液晶显示设备包括液晶面板40、背光单元和底盖50，所述液晶面板40根据用于显示图像的画面数据来控制液晶的光透射率，所述背光单元包括用于将光引导到液晶面板40的多个色混合透镜110，所述底盖用于将该背光单元安装到其上。

液晶面板40包括彼此相对地贴合的薄膜晶体管基板44和滤色片基板42、用于保持这两个基板42和44之间的单元间隙的间隔垫、以及在由间隔垫所形成的空间内填充的液晶。

用于将光提供到液晶面板40的背光单元包括多个色混合透镜110、用于将来自多个色混合透镜110的光进行漫射的漫射板20、以及用于对来自漫射板20的光进行偏振、会聚和漫射的多个光学片。

以芯片形状形成的色混合透镜110被安装在光源基板12上。

光从色混合透镜110入射在漫射板20上。漫射板20将来自多个色混合透镜110的光引导到液晶面板40的正面，对该光进行漫射以使其具有均匀分布，并照射液晶面板40。漫射板20具有由透明树脂构成的膜，其两侧均涂有光漫射部分。

来自漫射板20的光由于光漫射而形成大视角。当光垂直地入射到液晶面板40上时，入射在该液晶面板40上的光显示出最佳效率。为此，在漫射板20上布置多个光学片30。该多个光学片30将来自漫射板20的光的方向转成垂直于液晶面板40以提高光学效率。因此，光从漫射板20经由具有漫射片32、会聚片34、偏振片36等的多个光学片30而入射在液晶面板40上。

同时，尽管已经以色混合透镜110应用于直光型背光单元为例描述了本发明的色混合透镜110，但是除此之外，色混合透镜110也能够应用于侧光型背光单元。在背光单元应用于侧光型背光单元的情况下，形成由反射材料构成的外壳，以围绕除了发光部分140的面向光板的侧面之外的侧面。据此，从除了发光部分140的面向光板的光入射面的侧面之外的侧面发射出的光经由该外壳而入射到光板的光入射面上。

如已经描述的，本发明的色混合透镜和具有该色混合透镜的液晶显示设备具有下列优点。

红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管的应用改善了色彩再现性和发光效率。并且，本发明的色混合透镜允许制造纤薄的液晶显示设备和发光设备的发光图案。

本领域技术人员显而易见的是，在不背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，本发明意在覆盖本发明的这些修改和变化，只要这些修改和变化在随附的权利要求及其等效技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种色混合透镜，其包括：

光接收部分，其具有位于侧面的用于发射颜色彼此不同的光的至少两个发光二极管，和用于在其中分别放置所述发光二极管的光接收凹槽；

色混合部分，其在所述光接收部分上形成，用于将从所述发光二极管发出的光混合成白色的光；以及

发光部分，其在所述色混合部分上形成，用于经由其侧面发射来自所述色混合部分的白光，

其中所述发光部分具有直径大于所述色混合部分的圆柱结构。

2.如权利要求1所述的色混合透镜，其中所述光接收凹槽具有设置在其中的光入射面，该光入射面相对于水平轴形成锐角并且具有曲率。

3.如权利要求1所述的色混合透镜，其中所述光接收凹槽的线宽大于所述发光二极管的直径。

4.如权利要求1所述的色混合透镜，进一步包括光反射层，其形成在除了所述光接收部分的位于光接收凹槽内的光入射面以及所述发光部分的侧面之外的光接收部分、色混合部分和发光部分上。

5.如权利要求1所述的色混合透镜，进一步包括光反射层，其形成在除了所述光接收部分的位于光接收凹槽内的光入射面之外的光接收凹槽上以及所述发光部分的前侧和后侧上。

6.如权利要求1所述的色混合透镜，进一步包括：

光反射层，其形成在除了所述光接收部分的位于光接收凹槽内的光入射面之外的光接收凹槽上以及所述发光部分的前侧上；以及

光反射结构，其被形成为在除了与所述光接收部分的光接收凹槽连接的那一部分之外的光接收部分、所述色混合部分、以及所述发光部分的后侧均与该光反射结构分隔开的状态下，该光反射结构围绕所述光接收部分、所述色混合部分和所述发光部分。

7.如权利要求1所述的色混合透镜，其中所述色混合部分具有多层结构，其中该多层的至少一层具有倾斜表面，该倾斜表面的宽度随着其高度从下部到上部增高而变小。

8.如权利要求1所述的色混合透镜，其中所述色混合部分具有单层结构，其具有倾斜表面，该倾斜表面的宽度随着其高度从下部到上部增高而变小。

9.如权利要求1所述的色混合透镜，其中所述发光部分在前面和侧面具有曲率。

10.一种液晶显示设备，其包括：

色混合透镜，其用于产生白色的光；以及

液晶面板，其通过利用从所述色混合透镜产生的白色的光来产生画面，

其中所述色混合透镜包括：

光接收部分，其具有位于侧面的用于发射颜色彼此不同的光的至少两个发光二极管，和用于在其中分别放置所述发光二极管的光接收凹槽；

色混合部分，其在所述光接收部分上形成，用于将所述发光二极管发出的光混合成白色的光；以及

发光部分，其在所述色混合部分上形成，用于经由其侧面发射来自所述色混合部分的白光，

其中所述发光部分具有直径大于所述色混合部分的圆柱结构。

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