专利名称：背光单元和具有该背光单元的液晶显示器的制作方法
技术领域：
本总体发明构思涉及一种背光单元和具有该背光单元的液晶显示器，更具体地讲，涉及一种菲涅尔(Fresnel)透镜设置在点光源的上部以提高发光效率的背光单元和具有该背光单元的液晶显示器。
背景技术：
近来，平板显示装置诸如液晶显示器(LCD)、等离子体显示面板(PDP)和有机发光二极管(OLED)已经被开发用来替代传统的显示器诸如阴极射线管(CRT)。
LCD包括LCD面板，LCD面板具有薄膜晶体管(TFT)基底、滤色器基底以及位于TFT基底和滤色器基底之间的液晶。由于LCD面板本身不发光，所以LCD包括作为提供光的光源的在TFT基底背面的背光单元。根据液晶的排列来调节从背光单元发射的光的透射率。LCD面板和背光单元容纳在框架中。
根据光源的位置，背光单元可划分为边光型背光单元或直下型背光单元。边光型背光单元在导光板的侧面设置有光源，并且边光型背光单元通常用于相对小尺寸的LCD，诸如使用在便携式电脑或台式计算机中的LCD。边光型背光单元提供的光的均匀性高且耐久性好，适于在薄外形的LCD中使用。
随着市场中LCD面板尺寸的增加，已越来越强调直下型背光单元的开发。直下型背光单元通过在LCD面板的后面设置多个光源来在LCD面板的整个表面上提供光。与边光型背光单元相比，直下型背光单元通过使用多个光源而提供高亮度级，但是亮度通常不够均匀。
不是像灯一样的线光源而是点光源的传统的LED已被认为是用于直下型背光单元的合适的光源。
光学构件诸如用于提高从点光源发射的光的亮度的棱镜片被用于背光单元。
然而，由于传统的光学构件不对每个点光源进行调节，所以发光效率降低。
发明内容
因此，本总体发明构思提供了一种具有优良发光效率的背光单元。
因此，本总体发明构思提供了一种包括背光单元的LCD。
本总体发明构思的其它方面和优点在下面的描述中将被部分地阐述，并且从描述中部分将是显然的，或者部分可通过本总体发明构思的实施来了解。
本总体发明构思的上述和/或其它方面及效用可通过提供一种背光单元来实现，该背光单元包括光源电路板；多个光源，安装在光源电路板上；光学板，设置在光源的上部，并具有形成在光学板的平坦表面上的菲涅尔透镜。
菲涅尔透镜可形成在光学板的上面的面上。
光学板可以是透明的。
菲涅尔透镜的焦距可包括在5mm和2000mm之间。
菲涅尔透镜的锯齿高度可包括在0.01mm和2mm之间。
光学板的厚度可包括在0.3mm和20mm之间。
光源可包括LED器件。
背光单元还可包括设置在光学板之上的漫射片。
菲涅尔透镜可与每个光源相对应。
多个光源可构成提供白色光的光源单元，菲涅尔透镜可与每个光源单元相对应。
背光单元还可包括设置在光源之上的漫射透镜。
本总体发明构思的上述和/或其它方面及效用可通过提供一种液晶显示器来实现，该液晶显示器包括液晶显示面板；光源电路板，设置在液晶显示面板的后面；多个光源，安装在光源电路板上；光学板，设置在多个光源和液晶显示面板之间，并具有形成在光学板的平坦表面上的菲涅尔透镜。
菲涅尔透镜可形成在光学板的面向液晶显示面板的上面的面上。
光学板可以是透明的。
菲涅尔透镜的焦距可包括在5mm和2000mm之间。
菲涅尔透镜的锯齿高度可包括在0.01mm和2mm之间。
光学板的厚度可包括在0.3mm和20mm之间。
光源可包括LED器件。
背光单元还可包括设置在光学板之上的漫射片。
菲涅尔透镜可与每个光源相对应。
多个光源可构成提供白色光的光源单元，菲涅尔透镜可与每个光源单元相对应。
背光单元还可包括设置在光源之上的漫射透镜。
本总体发明构思的上述和/或其它方面及效用可通过提供一种显示器来实现，该显示器包括显示面板和设置成向显示面板的主表面产生光的背光单元，该背光单元包括电路板；多个光源，安装在电路板上；光学板，设置在显示面板和多个光源之间，并具有形成在光学板的表面上的菲涅尔透镜。
显示器还可包括反射板，反射板具有用来容纳从电路板朝光学板突出的光源的至少一个的多个孔，以将来自光源的光反射向光学板。
多个光源均可包括塑模，安装在电路板上，并设置在相对应的孔中；芯片，安装在塑模上；导线，设置在塑模中，用来将芯片连接到电路板的电路，从而向芯片供应电源；球形物，安装在塑模上，并在芯片之上；漫射透镜，漫射从芯片穿过球形物透射的光。
菲涅尔透镜可包括中心出射表面，设置在光源的中心轴上；多个外围出射表面，设置成根据离中心出射表面的距离具有不同漫射角地包围中心出射表面。
从下面结合附图对实施例的描述中，本总体发明构思的这些和/或其它方面及优点将变得清楚和更易理解，附图中图1是示出根据本总体发明构思的实施例的液晶显示器的分解透视图；图2是示出图1中的液晶显示器的剖视图；图3是示出图1中的液晶显示器中的LED器件和菲涅尔透镜的布置的视图；图4是示出图3中的菲涅尔透镜的剖视图；
图5是示出当使用根据本总体发明构思的菲涅尔透镜时亮度的提高的曲线图；图6是示出根据本总体发明构思的实施例的包括多个菲涅尔透镜的LED器件的排列的视图；图7是示出根据本总体发明构思的实施例的包括与多个LED器件相对应的菲涅尔透镜的LED器件的排列的视图。
具体实施例方式
现在将详细参照本总体发明构思的实施例，实施例的示例示出在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图来描述实施例以解释本发明。
将参照图1至图4来示出本总体发明构思的实施例。
LCD1包括LCD面板20和向LCD面板20的背面提供光的背光单元100。背光单元100包括漫射片31、光学板40、反射板50、发光二极管(LED)电路板61和LED器件62，所述LED器件62安装在LED电路板61上且被容纳在或设置在反射板50上的LED孔51的相对应的LED孔中。LCD面板20、漫射片31和LED电路板61容纳在上框架10和下框架70之间。
LCD面板20包括TFT基底21，TFT形成在TFT基底21上；滤色器基底22，面对TFT基底21；密封剂23，粘接滤色器基底22和TFT基底21，并在滤色器基底22和TFT基底21之间形成单元间隙(cell gap)；液晶层24，被滤色器基底22和TFT基底21以及密封剂23包围。LCD面板20控制液晶层24的排列，从而在其上形成图像。然而，因为LCD面板20本身不发光，所以LCD面板20必须被从设置在LCD面板20的后面的LED器件62供给光。驱动部分25设置在TFT基底21的边上，以将驱动信号施加到LCD面板20。驱动部分25包括柔性印刷电路(FPC)26、安装在柔性印刷电路26上的驱动芯片27、连接在柔性印刷电路26的边上的印刷电路板(PCB)28。驱动部分25可以是COF(膜上芯片)类型。然而，可以使用其它类型的驱动部分，诸如TCP(载带封装)或COG(玻璃上芯片)类型。在其它的实施例中，驱动部分25可以形成在TFT基底21的形成布线的部分上。
设置在LCD面板20的后面的漫射片31包括基板和形成在基板上的具有珠子(bead)的涂层。漫射片31漫射来自LED器件62的光，从而提高光的亮度均匀性。在另一实施例中，可以以与使用一个漫射片31的实施例不同的方式使用两个或更多个漫射片31。也可以与漫射板结合来使用漫射片31。
光学板40设置在漫射片31的下面。光学板40可由透明的塑料材料如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或玻璃制成。菲涅尔透镜41设置在光学板40的面对漫射片31或LCD面板20的上面的面上。例如，光学板40的厚度d3可以在0.3mm和20mm之间。如果光学板40的厚度d3小于0.3mm，则光学板40会是易碎的或易变形的。如果光学板40的厚度d3大于20mm，则光学效率会由于介质的透射率降低而降低。后面将描述菲涅尔透镜41的构造和功能。
虽然在图1中没有示出，但是LCD1还可包括支撑件，以维持LED器件62和光学板40之间的空间，支撑件也可维持光学板40和漫射片31之间的空间。
反射板50放置在LED电路板61的没有容纳LED器件62的区域上。LED孔51与LED器件62的排列相对应地形成在反射板50中。LED孔51的尺寸可形成为比各LED器件单元63稍大。LED器件62中的LED可通过LED孔51从反射板50突出。能够将多个LED设置在LED孔51中。
反射板50反射来自LED器件单元63的向下传播的光，并将所反射的光供给光学板40。反射板50可由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯(PC)制成，和/或可涂有银(Ag)或铝(Al)。在另一实施例中，反射板50可形成有足够的厚度，以防止由于LED器件62产生的热而导致的变形或收缩。
在本实施例中，LED电路板61可具有多个LED电路板，每个LED电路板具有延长的条形形状，并以规则的间隔平行地设置。每个LED电路板61与矩形形状的LCD面板20的长边平行地设置。当LCD1被驱动时，LED器件62会产生大量的热。因此，例如，LCD1还可包括在附图中没有示出的热管、散热片、冷却风扇或其它冷却装置，以辐射LED器件62产生的热。
安装在LED电路板61上的LED器件62可设置在LCD面板20的整个后表面上。每个LED器件62包括芯片65，用来发光；导线66，用来连接芯片65和LED电路板61；塑模67，用来容纳导线66并支撑芯片65；硅部分68和球形物69，设置在芯片65之上。例如，球形物69可由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或环氧树脂制成。
漫射透镜64设置在LED器件62之上。来自LED器件62的光主要朝LED器件62的上面发射，因而亮度会不均匀。漫射透镜64漫射朝漫射透镜64的上侧会聚的光，从而在各个方向上分散光。漫射透镜64可以是光主要朝侧边发射的边发射型，但是可使用顶发射型以提高亮度。可选择地，可以通过改变球形物69的形状来漫射来自LED器件62的光。
LED器件62可以以多个LED或LED器件的组来分组，例如，可以以三个LED的组来分组，所述多个LED或LED器件可构成一个LED器件单元63，所述LED器件单元63设置在图3中的LED电路板61上。LED器件单元63可包括各发射不同颜色例如红色、绿色和蓝色的三个LED器件62，以提供白色光。在LED器件单元63中的三个LED器件62被设置成正三角形形状。LED器件单元63被以规则的或预定的间隔设置在LED电路板61上。在相邻的LED电路板61中的LED器件单元63可以彼此交替地设置。构成LED器件单元63的LED器件62的构造和排列可以根据需要而改变。
图3中示出了LED器件62和安装在光学板40上的菲涅尔透镜41的排列。
安装在光学板40上的菲涅尔透镜41设置在LED器件单元63之上。因此，菲涅尔透镜41也以LED电路板61上的规则的或预定的间隔设置，以与LED器件单元63相对应。
在图3和图4中示出了设置在光学板40上的菲涅尔透镜41的构造和功能。
菲涅尔透镜41包括多个同心圆42a、42b、42c和42d。多个同心圆42a、42b、42c和42d中的每一个突出成具有锯齿形状，并且锯齿的高度为d2。高度d2可以在大约0.01mm和2mm之间。如果锯齿的高度d2小于0.01mm，则由于衍射而导致的效应会增加。如果锯齿的高度d2大于2mm，则相邻的锯齿形成的图形改变光路，并且会劣化来自LCD面板20的画面的质量。用来发出光的中心出射表面A相对平坦，外围出射表面B、C、D和E倾斜逐渐增加，使得逼近中心出射表面A的倾角增加。外围出射表面B、C、D和E的倾角远离中心出射表面A逐渐增加。因此，进入到越远离中心出射表面A的部分中的光被折射得越厉害，使得折射光面向菲涅尔透镜41的中心。因此，从LED器件62发射的光能够被导向期望的有效范围，因而可被聚集。根据本实施例，可对每个LED器件单元63单独地执行聚光。
在另一实施例中，菲涅尔透镜41的焦距可在5mm和2000mm之间。如果焦距小于5mm，则从漫射透镜64发射的光只有一部分穿过有效的直径，这是因为从折射率为大约1.5的塑料材料可获得的菲涅尔图形的区域变窄。如果焦距大于2000mm，则通过菲涅尔透镜41亮度几乎没有提高。
根据本实施例，由于能够对每个LED器件单元63实现最佳聚光，所以提高了光效率和亮度。因此，LED器件单元63之间的距离d1可增加，因而能够减少LED器件单元63的数目。因此，随着LED器件单元63的数目的减少，功耗也降低，因而能够减少从LED器件单元63产生的热。此外，能够降低用于散热的成本，并且也能够延长LED器件62的寿命期限。
图1至图4中的实施例的LED器件单元63的构造和布置可以根据需要而改变。此外，菲涅尔透镜41的形状也可改变，使得来自菲涅尔透镜41的光路变化。菲涅尔透镜41可形成在光学板40的面对LED器件62的下侧上，或者菲涅尔透镜41可形成在光学板40的上侧和下侧上。在同一光学板40内，菲涅尔透镜41的尺寸和形状可以不同。具体地讲，在光学板40的中心部分和外围部分中，菲涅尔透镜41的尺寸和形状可不同。
图5是示出当使用根据本发明实施例的菲涅尔透镜41时亮度的改进的曲线图。表1示出了实验结果。
表1
在实验中，使用了具有4个LED器件62的LED器件单元63。对离LED器件单元63预定距离的屏幕的各部分进行亮度测量。LED器件单元63包括四个LED，即红色LED、蓝色LED和一对绿色LED。
如在测量结果中所能看到的，发现使用菲涅尔透镜41，最大亮度增加了大约12％，在相对于LED器件单元63的中心-100mm和100mm之间的位置中光的积分量增加了25.7％。另外，2σ值增加了6.9％，这意味着即使LED器件单元63之间的距离增加，也可获得相同的亮度。
图6是示出根据本总体发明构思的第二实施例的LED器件和菲涅尔透镜之间的排列的视图，图7是示出根据本总体发明构思的第三实施例的LED器件和菲涅尔透镜之间的排列的视图。
在图6中示出的实施例中，LED器件62中的每个可以以规则的间隔设置。每个菲涅尔透镜41可被形成为与每个LED器件62相对应地安装在光学板40上。
在图7中示出的实施例中，LED器件62如图6中的实施例一样以规则的间隔设置。设置在光学板40上的每个菲涅尔透镜41与多个LED器件62相对应。
虽然已经示出和描述了本总体发明构思的一些实施例，但是本领域技术人员应该明白，在不脱离本总体发明构思的原理和精神的情况下，可对这些实施例作出改变。本总体发明构思的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种背光单元，包括光源电路板；多个光源，安装在所述光源电路板上；光学板，设置在所述光源的上部，并具有形成在所述光学板的平坦表面上的菲涅尔透镜。
2.如权利要求1所述的背光单元，其中，所述菲涅尔透镜形成在所述光学板的上面的面上。
3.如权利要求2所述的背光单元，其中，所述光学板是透明的。
4.如权利要求2所述的背光单元，其中，所述菲涅尔透镜的焦距包括在5mm和2000mm之间。
5.如权利要求1所述的背光单元，其中，所述菲涅尔透镜的锯齿高度包括在0.01mm和2mm之间。
6.如权利要求1所述的背光单元，其中，所述光学板的厚度包括在0.3mm和20mm之间。
7.如权利要求1所述的背光单元，其中，所述光源包括LED器件。
8.如权利要求1所述的背光单元，还包括漫射片，设置在所述光学板之上。
9.如权利要求1所述的背光单元，其中，所述菲涅尔透镜与每个光源相对应。
10.如权利要求1所述的背光单元，其中，所述多个光源构成提供白色光的光源单元，所述菲涅尔透镜与每个光源单元相对应。
11.如权利要求1所述的背光单元，还包括设置在所述光源之上的漫射透镜。
12.一种液晶显示器，包括液晶显示面板；光源电路板，设置在所述液晶显示面板的后面；多个光源，安装在所述光源电路板上；光学板，设置在所述多个光源和所述液晶显示面板之间，并具有形成在所述光学板的平坦表面上的菲涅尔透镜。
13.如权利要求12所述的液晶显示器，其中，所述菲涅尔透镜形成在所述光学板的面向所述液晶显示面板的上面的面上。
14.如权利要求12所述的液晶显示器，其中，所述光学板是透明的。
15.如权利要求12所述的液晶显示器，其中，所述菲涅尔透镜的焦距包括在5mm和2000mm之间。
16.如权利要求12所述的液晶显示器，其中，所述菲涅尔透镜的锯齿高度包括在0.01mm和2mm之间。
17.如权利要求12所述的液晶显示器，其中，所述光学板的厚度包括在0.3mm和20mm之间。
18.如权利要求12所述的液晶显示器，其中，所述光源包括LED器件。
19.如权利要求12所述的液晶显示器，还包括设置在所述光学板之上的漫射片。
20.如权利要求12所述的液晶显示器，其中，所述菲涅尔透镜与每个光源相对应。
21.如权利要求12所述的液晶显示器，其中，所述多个光源构成提供白色光的光源单元，所述菲涅尔透镜与每个光源单元相对应。
22.如权利要求12所述的液晶显示器，还包括设置在所述光源之上的漫射透镜。
23.一种显示器，包括显示面板；背光单元，设置成向所述显示面板的主表面产生光，所述背光单元包括电路板，多个光源，安装在所述电路板上，光学板，设置在所述显示面板和所述多个光源之间，并具有形成在所述光学板的表面上的菲涅尔透镜。
24.如权利要求23所述的显示器，还包括反射板，所述反射板具有用来容纳从所述电路板朝所述光学板突出的所述光源的至少一个的多个孔，以将来自所述光源的光反射向所述光学板。
25.如权利要求24所述的显示器，其中，所述多个光源均包括塑模，安装在所述电路板上，并设置在相对应的孔中；芯片，安装在所述塑模上；导线，设置在所述塑模中，用来将所述芯片连接到所述电路板的电路，从而向所述芯片供应电源；球形物，安装在所述塑模上，并在所述芯片之上；漫射透镜，漫射从所述芯片穿过所述球形物透射的光。
26.如权利要求23所述的显示器，其中，所述菲涅尔透镜包括中心出射表面，设置在所述光源的中心轴上；多个外围出射表面，设置成根据离所述中心出射表面的距离具有不同漫射角地包围所述中心出射表面。
全文摘要
本发明提供了一种用于LCD面板的背光单元，该背光单元包括光源电路板；多个光源，安装在光源电路板上；光学板，设置在光源的上部，并具有形成在光学板的平坦表面上的菲涅尔透镜。因此，该背光单元具有优良的发光效率。
文档编号G02F1/1335GK1912716SQ20061011570
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月11日 优先权日2005年8月11日
发明者朴惠恩, 张东燮, 尹晟镐, 金昌周, 李承宰 申请人:三星电子株式会社