专利名称：光学系统及其液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明关于一种光学系统及其液晶显示装置，特别是关于一种具有较佳 光线均匀度的光学系统及其液晶显示装置。
背景技术：
在现代社会中，光源是不可或缺的要件之一，从室内照明、车用照明显 示设备等应用领域，皆需要使用光源提供光线。其中，显示设备例如投影机 或液晶电视更是需要光源提供均匀的光线，以使得该等设备具有较佳的色彩 表现。
一般而言，应用于显示设备的白光光源可包括一热阴极焚光灯、 一冷阴 极荧光灯或一发光二极管。以发光二极管为例说明，目前有多种的材料搭配
使用以使其产生白光，例如以发出蓝光的发光二极管管芯(die)搭配发黄光 的荧光粉，利用蓝光来激发荧光粉使其发出黄光，而在蓝光与黄光混合后即 可产生白光。另外例如以发出紫光或紫外光的发光二极管管芯搭配特殊单色 焚光粉，而使其产生白光。又例如将氮化铟镓(GalnN)管芯搭配焚光粉设 置于一透镜(lens)中，而使其产生白光。
请参照图l所示，以发出蓝光的发光二极管管芯搭配发黄光的荧光粉所 产生的白光为例，其所分析而得的频镨分布约在450nm以及585nm之处分
别具有一峰值P(H、 PG2,而峰值P(n、 P。2分别对应到一相对强度，在此分析
所得的数据，其中450nm的峰值P(H对应到相对强度约95y。，而峰值P。2对 应到相对强度约42%。由此可知，蓝光相对于黄光具有较强的发光强度，导 致所混合而成的白光较不纯，而会产生白光偏蓝的现象，若是应用于显示设 备中，将会影响其色彩表现的纯度不够。
当然，除了白光光源之外，其它藉由光线混合的技术皆会因为相对强度 的差异，而产生相同的问题。因此，本发明要解决的问题是提供一种光学系 统及液晶显示装置，以使其能产生高纯度的红、绿与蓝色频宽所组成的白光， 藉以增加色彩的鲜艳度。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种能够产生高纯度的红、绿与 蓝三元色的光学系统及其液晶显示装置。
因此，为达上述目的，依据本发明的一种光学系统包括一光源以及一电 介质光学膜。光源产生至少一第一光线，其具有一第一频谱分布，且第一频
谱分布具有多个水平不同的第一波峰；电介质光学膜设置于第一光线的光学 路径，并将第一光线转换为一第二光线，且第二光线具有一第二频谱分布， 其中第二频语分布具有多个水平相似的第二波峰。
为达上述目的，依据本发明的另一种光学系统包括一发光二极管以及一 电介质光学膜。发光二极管产生至少一第一光线，且第一光线具有一第一频 谱分布，其中第一频谱分布具有多个水平不同的第一波峰；电介质光学膜设 置于第一光线的光学路径，并将第一光线转换为一第二光线，且第二光线具 有一第二频语分布，其中第二频谱分布具有多个水平相似的第二波峰。
为达上述目的，依据本发明的一种液晶显示装置包括一背光模块、 一液 晶显示面板以及一电介质光学膜。背光模块至少具有一光源，其产生至少一 第一光线，且第一光线具有一第一频语分布，其中第一频谱分布具有多个水 平不同的第一波峰；液晶显示面板具有一出光面；电介质光学膜设置于光源 与出光面之间，电介质光学膜将第一光线转换为一第二光线，且第二光线具 有一第二频镨分布，其中第二频谱分布具有多个水平相似的第二波峰。
上述的光源可为一发光二极管、 一冷阴极荧光灯、 一热阴极荧光灯或其 它可产生光线的光源。而电介质光学膜具有多个光学层，用以将一色纯度不 平衡的第 一光线调整为具高纯度色频谱的第二光线。
承上所述，因依据本发明的一种光学系统及液晶显示装置藉由电介质光 学膜以将原本具有不同水平的第 一光线转换为具有相似水平的第二光线。藉 此，第二光线即具有较高纯度的色彩表现，意即，当第二光线为白光时，其 可位于CIE-1931模型上较纯粹的白光的坐标上，以使其具有较高纯度的色 彩表现。
图1为一种现有的白光频镨分布的示意图2为依据本发明较佳实施例的一种光源系统的示意图； 图3为依据图2中的光源所产生的第一光线的第一频语分布示意图； 图4为依据图2中经由电介质光学膜转换而得的第二光线的第二频镨分 布示意图5A及图5B为图2中的第一光线及第二光线的发射角的示意图；以
及
图6为依据本发明较佳实施例的一种液晶显示装置的示意图。
组件符号说明
1:发光系统
11:光源
111:基板
112:发光二极管管芯 113:透镜 12:电介质光学膜 2:液晶显示装置 21:背光模块 211:壳体 212:光源 213:扩散板 214:导光板 215:增亮膜 22:液晶显示面柘^ 221:下偏光斧反 222:像素数组基板 223:彩色滤光片 224:液晶层 225:上偏光板 23:电介质光学膜 Loi: 第一光线 Lo2: 第二光线 L。ut: 出光面
P(h、 P。2:峰值 Ph、 P12:第一波峰 P21:第二波峰
具体实施例方式
以下将参照相关图式，说明依据本发明较佳实施例的一种光学系统及液 晶显示装置。
请参照图2所示，其为本发明较佳实施例的一种光学系统1的示意图， 其中光学系统1应用于一显示设备，例如是(但不限定于)液晶显示装置或投 影机。如图2所示，光学系统1包括一光源11以及一电介质光学膜12。其 中光源11可包括一发光二极管(Light Emitting diodes, LED)、 一冷阴极焚光 灯(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)、 一热阴极焚光灯(Hot Cathode Fluorescent Lamp, HCFL)或其它会产生光线的电子装置，在本实施例中，光 源11以发光二极管为例，而发光二极管可包括一基板111、 一管芯(die) 112及一透镜(lens)113。管芯112设置于基板111上，透镜113的材质可为 树脂，其设置于基板111上并包覆管芯112。
光源11产生至少一第一光线L(h，其具有一第一频谱分布，且第一频谦 分布具有多个水平不同的第一波峰，其中水平为一光相对强度。在本实施例
中，光源ll为一白光光源，意即第一光线L(h为白光，当然，光源亦可为其
它颜色的光源，在此并不加以限定。而如图3所示，第一频谱分布具有二个 第一波峰Pu、 P12，其分别介于400nm至500nm及500nm至700nm之间， 意即其分别位于蓝光波长及黄光的波长范围。
请再参照图2所示，电介质光学膜12设置于第一光线L(h的光学路径上， 而第一光线L(h在进入电介质光学膜12后，转换为一第二光线Lo2而射出电 介质光学膜12。其中第二光线Lo2具有一第二频谱分布，且第二频谱分布具 有多个水平相似的第二波峰P21，较佳者为第二频谱分布的第二波峰P21的水 平皆相同。在此，水平亦可为光相对强度。
在本实施例中，电介质光学膜12由多个光学层所组成，其包括至少一 低折射率膜材与至少一 高折射率膜材互相搭配。低折射率膜材例如是二氧化 硅(Si02)、氟化镁(MgF2)等，而高折射率膜材例如是氮化铝(A1N)、氧化钽 (Ta205)、氧化钛(T102)、氧化锆(Zr02)及氧化铌(Nb205)等等。这些光学
层可例如以蒸镀的方式形成于一透明基板上、形成于发光二极管的透镜上或
是形成于发光二极管的二次光学组件上(图未示)。而如图4所示，第二频 谱分布具有三个第二波峰Pu、 P12、 P13，其分别介于430nrn至490nm、 490nm 至560nm及570nm至650nm之间，意即其分别位于蓝光、绿光及红光的波 长范围。
如图5A所示，在本实施例中，第一光线L(h的发散角约为80度，再如 图5B所示，因电介质光学膜12本身的光学特性，电介质光学膜12对角度 较为敏感， 一旦角度过大则其光频将偏移太多而导致效果不佳。故较佳地可 使光源发射的光线较为集中，亦即，使第二光线的发散角为小于15度。或 者，将电介质光学膜12置于系统中发散角较小的位置。承上所述，电介质 光学膜12除可将三元色频宽分布不平衡的第 一光线L(h转换为分布平衡的第
二光线L()2之外，以增加色彩表现。
接着，请参照图6所示，其为本发明较佳实施例的一种液晶显示装置2 的示意图。如图6所示，本发明较佳实施例的液晶显示装置2包括一背光模 块21、 一液晶显示面板22以及一电介质光学膜23。
背光模块21可为一直下式(direct type)背光模块或为一侧光式 (side-edge type )背光模块，在本实施例中以側光式背光模块为例。背光模 块21具有一壳体211及至少一光源212,其中光源212设置于壳体211之上， 且光源212产生至少一第一光线，其具有一第一频语分布，其中第一频语分 布具有多个水平不同的第一波峰。
液晶显示面板22与背光模块21相对而设，且液晶显示面板22具有一 出光面L0UT。电介质光学膜23设置于背光模块21的光源212与液晶显示面 板22的出光面LouT之间。电介质光学膜23将第一光线转换为一第二光线 并射至出光面L0UT，且第二光线具有一第二频谱分布，其中第二频谱分布具 有多个水平相似的第二波峰。
在本实施例中，背光模块21的光源212及电介质光学膜23与图2所述 的实施例的光源11及电介质光学膜12具有相同的变化、构造及功能，于此 不再加以赘述。
以下请再参照图6，以说明液晶显示装置2的各构件。如图6所示，由 于本实施例以一侧光式背光模块为例，因此背光模块21还包括一扩散板 213、 一导光板214及一增亮膜215。扩散板213设置于壳体211与液晶显示
面板22之间；导光板214设置于壳体211与扩散板213之间；增亮膜215 设置于扩散板213与液晶显示面板22之间。
液晶显示面板22还包括一下偏光板221、 一像素数组基板222、 一彩色 滤光片223、 一液晶层224及一上偏光板225。像素数组基板222设置于下 偏光板221之上；彩色滤光片223与像素数组基板222相对而设；液晶层224 设置于像素数组基板222与彩色滤光片223之间；上偏光板225设置于彩色 滤光片之上。在本实施例中，出光面Lout位于上偏光板225。
承上所述，电介质光学膜23可设置或形成于扩散板213、导光板214、 增亮膜215、下偏光板221、像素数组基板222、彩色滤光片223或上偏光板 225上或其之间的任一位置。在本实施例中，以电介质光学膜23设置于增亮 膜215与下偏光板221之间为例。
综上所述，因依据本发明的一种光学系统及液晶显示装置，其藉由电介 质光学膜将不色带频宽分布不平衡的第一光线转换为色带频宽分布平衡的 第二光线而输出，意即，其将具有不同光相对强度的第一光线转换为具有相 似光相对强度的第二光线。藉此，第二光线即具有高纯度的色彩表现，而当 第二光线为白光时，其可位于CIE-1931模型上较纯粹的白光坐标上，以使 其应用设备具有较佳的色彩表现。
以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴， 而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的权利要求中。
权利要求
1、一种光学系统，包括光源，产生至少第一光线，该第一光线具有第一频谱分布，且该第一频谱分布具有多个水平不同的第一波峰；以及电介质光学膜，设置于该第一光线的光学路径上，并将该第一光线转换为第二光线，该第二光线具有第二频谱分布，且该第二频谱分布具有多个水平相似的第二波峰。
2、 如权利要求1所述的光学系统，其中该光源包括发光二极管、热阴 极焚光灯或冷阴极焚光灯。
3、 一种光学系统，包括发光二极管，产生至少第一光线，该第一光线具有第一频语分布，且该 第一频语分布具有多个水平不同的第一波峰；以及电介质光学膜，设置于该第一光线的光学路径，并将该第一光线转换为 第二光线，该第二光线具有第二频谱分布，且该第二频语分布具有多个水平 相似的第二波峰。
4、 如权利要求1或3所述的光学系统，其中该水平为光相对强度。
5、 如权利要求1或3所述的光学系统，其中该第一频镨分布具有二个 第一波峰，且该些第一波峰介于400nm至500nm或500nm至700nm之间。
6、 如权利要求1或3所述的光学系统，其中该第二频谱分布具有三个 第二波峰，且所述第二波峰介于430nm至490nm、 490nm至560nm或570nm 至650nm之间。
7、 如权利要求1或3所述的光学系统，其中该电介质光学膜具有多个 光学层，且所述光学层包括至少一低折射率膜材与至少一高折射率膜材。
8、 如权利要求7所述的光学系统，其中所述折射率膜材包括二氧化硅 或氟化镁。
9、 如权利要求7所述的光学系统，其中该高折射率膜材包括氮化铝、 氧化钽、氧化钛、氧化锆或氧化铌。
10、 如权利要求l或3所述的光学系统，其中该第二光线的发散角可依 照该电介质光学膜的一光学特性而设计。
11、 如权利要求IO所述的光学系统，其中该第二光线的发散角小于15度。
12、 如权利要求2或3所述的光学系统，其中该发光二极管包括管芯及 透镜，且该电介质光学膜形成于该透镜上。
13、 如权利要求2或3所述的光学系统，其中该发光二极管还包括二次 光学组件，其包覆该透镜及该管芯，且该电介质光学膜形成于该二次光学组件上。
14、 一种液晶显示装置，包括背光模块，具有壳体及至少一光源，该光源设置于该壳体之上，且该光 源产生至少第一光线，该第一光线具有第一频镨分布，且该第一频谱分布具 有多个水平不同的第一波峰；液晶显示面板，与该背光模块相对而设，该液晶显示面板具有出光面；以及电介质光学膜，设置于该光源与该出光面之间，该电介质光学膜将该第 一光线转换为第二光线并发射至该出光面，该第二光线具有第二频谱分布， 且该第二频i普分布具有多个水平相似的第二波峰。
15、 如权利要求14所述的液晶显示装置，其中该水平为光相对强度， 而该光源为白光光源。
16、 如权利要求14所述的液晶显示装置，其中该电介质光学膜具有多 个光学层，且该些光学层包括至少一低折射率膜材与至少一高折射率膜材。
17、 如权利要求14所述的液晶显示装置，其中该背光模块还包括扩散 板，其设置于该壳体与该液晶显示面板之间，且该电介质光学膜设置或形成 于该扩散板上。
18、 如权利要求17所述的液晶显示装置，其中该背光模块还包括导光 板，其设置于该壳体与该扩散板之间，且该电介质光学膜设置或形成于该导 光板上。
19、 如权利要求17所述的液晶显示装置，其中该背光模块还包括增亮 膜，其设置于该扩散板与该液晶显示面板之间，且该电介质光学膜设置或形 成于该增亮膜上。
20、 如权利要求14所述的液晶显示装置，其中该液晶显示面板还包括 下偏光板；像素数组基板，设置于下偏光板之上；彩色滤光片，与该像素数组相对而设；液晶层；设置于该像素数组基板与该彩色滤光片之间；以及 上偏光板，设置于该彩色滤光片之上；其中该电介质光学膜设置或形成于该下偏光板、该像素数组基板、该彩 色滤光片或该上偏光板上或其之间的任一位置。
全文摘要
一种光学系统，包括光源以及电介质光学膜。光源产生至少第一光线，其具有第一频谱分布，且第一频谱分布具有多个水平不同的第一波峰；电介质光学膜设置于第一光线的光学路径上，并将第一光线转换为第二光线，其中第二光线具有第二频谱分布，且第二频谱分布具有多个水平相似的第二波峰。另外，本发明还揭露一种液晶显示装置。
文档编号G02F1/1335GK101191948SQ200610162798
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月23日 优先权日2006年11月23日
发明者张绍雄, 贺方涓, 陈央嶙 申请人:台达电子工业股份有限公司