发光器件及以其为光源的背光单元和利用该单元的场序制LCD装置

摘要

一种发光器件，包括发光元件芯片和不对称地透射由该发光器件产生的光的透镜；一种利用该发光器件作为光源的背光单元以及一种采用该背光单元的场序制LCD装置。

说明书

本申请要求2005年11月2日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0104153的权益，其内容在此作为参考被全部引用。

技术领域

与本发明相一致的装置，涉及一种发光器件，一种利用该发光器件作为光源的背光单元，以及一种采用该背光单元的液晶显示(LCD)装置，并且更特别地，涉及一种不对称发射光的发光器件，以及一种在利用多个发光器件作为光源的单位域内能够分别发光的直射光型背光单元，以及一种包括该直射光型背光单元的LCD装置。

背景技术

液晶显示(LCD)装置是光接收型平板显示装置，其自身不会产生光，而利用外部光来显示图像。背光单元典型地安装在LCD装置的后面以向LCD装置提供光源。

冷阴极荧光灯(CCFL)主要用作用于LCD装置中的背光单元的光源。然而，CCFL具有相对短的寿命，以及低的颜色再现性。CCFL比发光二极管(LED)具有短的多的寿命和更低的颜色再现性，并且比LED具有更低的瞬时照明性能。

因此，利用CCFL以短的响应时间实现照明是困难的，并且因此，难以使用利用CCFL背光单元作为场序制LCD装置的光源。场序制LCD装置需要能够随着屏幕扫描时间分段地同步照亮的背光单元。利用LED作为光源的背光单元能够满足上述需要。

另外，根据光源的配置，背光单元可是直射光型背光单元，其中安装在LCD装置下面的多个光源向着液晶面板照射光；或者边缘光型背光单元，其中从安装在导光面板(LGP)的侧壁上的光源发射的光被照射至液晶面板。

直射光型背光单元可利用LED作为点光源。在利用LED作为点光源的背光单元中，LED以二维阵列排列。特别是，排列LED以形成多个LED行，并且在每个行上布置多个LED。

利用LED作为光源的直射光型背光单元能够用于场序制LCD装置。

在利用使用LCD作为光源的直射光型背光单元的场序制LCD装置中，LED的照明区域被分成多个域，并且LED根据照明区域单元随着液晶面板的扫描时间同步照亮。由于红(R)、绿(G)和蓝(B)LED布置在各照明区域中用于实现彩色图像，因此直射光型背光单元通过照明区域单元和颜色单元分别操作以显示RGB彩色而不利用液晶面板的子像素。

因此，场序制LCD装置并不利用滤色器，并且从而，能够利用由LED产生的初始彩色光而没有进一步的颜色改变，并且能够提高颜色再现。然而，上述场序制LCD装置具有以下缺点。

在场序制方法中，LED在液晶响应之后照亮，并且因此，如果R、G和B彩色图像在屏幕上顺序显示，当显示R图像时，在前的子帧的B色与R色混合。例如，当为了显示R色图像而操作R LED之前，第一域，即，第一行上的液晶响应时，从在前的子帧的最后一域，即在前的子帧的最后一行上操作的B LED发射的B光可到达该第一行的液晶。因此，一些B光可被传送到第一域中响应的液晶。当显示G图像和B图像时，同样受上述问题的影响。

因此，由于颜色混合，由显示装置产生的整个图像的颜色再现性降低，并且颜色均匀性同样降低。

发明内容

本发明的示范性实施方式提供一种发光器件，当其被用作场序制液晶显示(LCD)装置的直射光型背光单元的光源时，能够减小由于域之间的颜色分散引起的颜色再现性的降低，并且能够除去整个屏幕上的颜色不均匀性，并且提供一种能够通过利用该发光器件作为光源而顺序地照亮区域的直射光型背光单元，以及一种利用该直射光型背光单元的场序制LCD装置。

根据本发明的示范性方面，提供一种发光器件，包括：发光元件芯片；以及不对称地透射由该发光元件芯片产生的光的透镜。

该透镜可包括反射入射光的反射区域，该反射区域布置在该透镜的外表面的至少一部分上，其中该反射区域位于包括该发光元件芯片和该透镜的中心轴的参考平面的一侧上，并且由此不对称地透射由该发光元件芯片产生的光。

该反射区域可布置在位于该参考平面的一侧上的该透镜的该外表面的一半上。

该反射区域可具有反射率梯度。

与该反射区域较靠近该参考平面的部分相比，该反射区域越远离该参考平面的部分处，该反射区域可具有越大的反射率。

该反射区域包括涂敷在该透镜的该表面上的反射图案，并且与该透镜的该表面较靠近该参考平面的部分相比，该透镜的该表面越远离该参考平面的部分上，该反射图案可越密集，由此形成该反射率梯度。

该透镜可包括布置在该透镜的该外表面的至少一部分上的不对称区域，该不对称区域位于包括该发光元件芯片和该透镜的中心轴的参考平面的一侧上，并且其中该不对称区域不对称地透射由该发光元件芯片产生的光。

该透镜的该不对称区域可包括关于该参考平面倾斜的平面、锥形面、关于该参考平面倾斜的凸的表面、凸的锥形面、关于该参考平面倾斜的凹的表面以及凹的锥形面之一，从而使从发光元件入射的大部分光被不对称区域向着该参考平面或向着其中心轴内反射或者折射。

该锥形面、该平面、该凸的表面或者该凹的表面关于该中心轴或关于该参考平面的角度可小于45°。

该透镜的该外表面的不同于该不对称区域的区域可包括绕该中心轴弯曲的凸曲面和锥形面之一。

根据本发明的另一个示范性方面，提供一种背光单元，包括：基板；排列在该基板上的多个点光源；以及布置在该多个点光源上的透射和扩散板，该透射和扩散板扩散和透射入射光。该多个发光器件的每一个均包括：发光元件芯片；以及不对称地透射由该发光元件芯片产生的光的透镜，该透镜防止从该发光元件芯片发射的光沿着预定方向前进。

排列在该基板上的该多个点光源被分成域区域，其中每个域区域均可包括发射红、绿和蓝光之一的单个发光元件芯片。

每个域区域均可包括由点光源组成的行。

根据本发明的另一个示范性方面，提供一种场序制显示装置，包括：显示面板；以及安装在该显示面板的后面的背光单元，该背光单元向该显示面板照射光。

该显示面板可以是液晶面板。

附图说明

通过参考附图对其示范性的实施方式的下列详细描述，本发明的上述的和其它示范的方面将变得更加明显，其中：

图1是示出了场序制液晶显示(LCD)装置中的操作顺序的实施例的示图；

图2是解释场序制LCD装置中的颜色散布的示图；

图3是根据本发明的示范性实施方式的发光器件的示意性侧视图；

图4是图3的发光器件的透镜的平面图；

图5是示出了图3的透镜的反射区域，即根据本发明的实施方式通过涂覆反射图案形成的透镜的外表面上的反射区域的示例的图示；

图6是根据本发明的另一个示范性实施方式的发光器件的图示；

图7A是当透镜的不对称区域形成得具有向参考平面倾斜的平面或者平面锥形表面形状时，根据本发明的另一个示范性实施方式的发光器件的横截面图；

图7B是当透镜的不对称区域形成得具有向参考平面倾斜的一些凸面或者集中于中心轴上的一些凸的锥形面形状时，根据本发明的另一个示范性实施方式的发光器件的横截面图；

图7C是当透镜的不对称区域形成得具有向参考平面倾斜的一些凹面或者集中于中心轴上的一些凹的锥形面形状时，根据本发明的另一个示范性实施方式的发光器件的横截面图；

图8是示出了当一般的LED用作直射光型背光单元中的点光源时，从预定行上的点亮了的LED发射的光的散布范围的示图；

图9是示出了当本发明的发光器件用作直射光型背光单元的点光源时，从预定行上的点亮了的发光器件发射的光的散布范围的示图；

图10是包括本发明的发光器件的背光单元和包括该背光单元的场序制LCD装置的示意性横截面图；以及

图11是形成多个行的图10的发光器件的排列的平面图。

具体实施方式

下文中，将参考附图来描述发光器件(LED)、利用LED作为光源的场序制直射光型背光单元以及采用该背光单元的场序制液晶显示(LCD)装置。

在诸如LCD TV的场序制LCD装置中，一帧的图像从液晶面板的上部向液晶面板的下部顺序地扫描，并且在完成图像的下部扫描之前立即开始扫描下一帧的图像。

因此，在场序制LCD装置的背光单元中，例如多个行的多个域上排列了多个点光源，该多个域必须与液晶面板的扫描步骤同步地以预定时间间隔顺序地并且分段地照亮。

如上所述，当背光单元顺序地并且分段地按照域单元组点亮光源时，能够表现红(R)、绿(G)和蓝(B)色而没有利用液晶面板的子像素。场序制LCD装置中的域的顺序操作如图1中所示地实现。

图1示出了场序制LCD装置中的域的操作顺序的实例。图1中，横轴表示时间。

参考图1，一帧包括通过操作顺序显示R图像的子帧、通过操作顺序显示G图像的子帧以及通过操作顺序显示B图像的子帧。这里，域被从LCD装置的上面的域向下面的域顺序地操作以显示R、G和B图像。

场序制LCD装置中，光源在液晶已经响应之后被打开。图1中，TFT扫描时间是将图像信号输入预定域以驱动液晶所花费的时间，LC响应时间是液晶的响应时间，以及B/L闪光时间是背光单元闪光的时间长度。如图1中所示，在自从信号被输入预定域上的液晶中以来已经逝去预定时间(至少LC响应时间)之后背光单元闪光。

因此，如图2中所示，当LCD装置在行单元内从上面的域向下面的域顺序操作，并且例如彩色图像以R、G和B色的顺序显示时，在从后面的R子帧的第一行(行#1)中的背光发射R光之前的液晶响应期间，从在前的B子帧的至少最后一行(行#8)中的背光发射B光。

当B色背光向着屏幕的上部和下部广泛散布时，该光能够传送到下一子帧的第一行(行#1)，其开始显示不同颜色的图像。因此，当R色图像显示在屏幕上时，在前子帧的B色可与R色混合，并且因此，在屏幕上显示与B色混合的R图像。

同样，在从后面的G子帧的第一行(行#1)中的背光发射G光之前的液晶响应期间，从在前的R子帧的至少最后一行(行#8)中的背光发射R光。另外，在从后面的B子帧的第一行(行#1)中的背光发射B光之前的液晶响应期间，从在前的G子帧的至少最后一行(行#8)中的背光发射G光。因此，在屏幕上显示与R色混合的G色图像以及与G色混合的B色图像。

然而，当根据本发明的实施方式的发光器件，包括发光元件芯片和不对称地透过来自发光元件芯片的光的透镜，并且用作场序制LCD装置中的背光单元的光源时，从设置在预定域中的发光器件发射的光并未传送至先前在相同的帧(或者子帧)中操作的域。

例如，当在从R子帧的第一域发射R光之前的液晶响应期间，使用根据本发明的实施方式的发光器件时，即使当从先前的B子帧的至少一个最后的域中发射B光时，B光也并不传送到表现不同颜色(在这种情况下为R色)图像的下一R子帧的第一域。因此，能够在屏幕上显示没有混合B色的纯粹的R色图像。同样，没有混合R色的纯粹的G图像和没有混合G色的B色图像能够显示在屏幕上。

如上所述，当包括用于不对称地透射来自发光元件的光的透镜的发光器件被用作背光单元的光源时，并未出现由于彩色光的发散而产生的颜色混合。

下文中，如下将描述根据本发明的实施方式的发光器件。

图3是根据本发明的实施方式的发光器件的示意性侧视图，以及图4是图3的发光器件的透镜的平面图。

参考图3和4，根据本发明的实施例的发光器件10包括发光元件芯片11以及用于不对称地透射来自发光元件芯片11的光的透镜15。

发射发散的光的有机发光二极管(OLED)或发光二极管(LED)的芯片可被用作发光元件芯片11。

根据本发明，透镜15包括其位于包括发光元件芯片11和透镜15的中心轴(c)的参考平面(p)的一侧上的一部分外表面上的反射区域17，从而从发光元件芯片11发射的光能够不对称地射出。透镜15的外表面的除反射区域17之外的其它区域是折射和透射光的光透射区域。

本发明和权利要求中详细描述的参考平面p表示用作用于示出形成在发光器件10的透镜15上的反射区域17以及反射区域17的反射率特征的参考的平面，该反射区域17形成得具有反射率梯度。发光元件芯片11和透镜15的中心轴(c)平行于参考平面p设置在参考平面p上。参考平面p可平行于通过排列多个后面将描述的背光单元中的发光器件10而获得的行；并且可垂直于LCD装置的扫描方向，即从后面将描述的该装置的上屏幕到下屏幕的方向。本实施方式的发光器件10中的透镜15可以各种方式来描述而不是利用参考平面p。

反射区域17能够形成在参考平面p一侧的透镜15的外表面的半部分上。

反射区域17可形成得具有反射率梯度。更详细来说，透镜15的反射区域17的距离参考平面p越远的区域具有越大的反射率。

在反射区域17具有上述反射率梯度的情况下，反射区域17的具有最大反射率的部分是透镜15的外表面上距离参考平面p最远的部分。

具有上述反射率梯度的反射区域17能够通过如图5中所示用反射图案17a来涂覆透镜15的外表面而形成。反射图案17a在远离参考平面p的部分上密集地形成，而在靠近参考平面p的部分上稀疏地形成。图5是通过在透镜15的外表面上涂覆反射图案17a而形成的反射区域17的示图。

图3至5中，透镜15的外表面形成为基于中心轴的凸曲线，而具有反射区域17距离参考平面P越远的区域具有越大的反射率的反射率梯度的反射区域17形成在透镜15的一半外表面上，即图3至5的透镜15是半覆盖透镜。

图6示出了根据本发明的另一实施方式的发光器件20。图3和图6的发光器件10和20相比较，本实施方式的发光器件20具有透镜25，该透镜25具有绕轴对称形成的圆锥形状。在这种情况下，具有反射率梯度的反射区域27形成在圆锥透镜25的外表面的一半部分上，从而对于透镜25上的反射区域27的越远离参考平面p的部分，反射率越大。透镜25的外表面的不同于反射区域27的另一部分是折射和透射光的光透射区域26。

当反射区域17或27形成在透镜15或25上时，向着反射区域17或27发射的至少一些光未被透射。因此，该光不通过发光器件10或20的反射区域17或27射出，或者从反射区域17或27发射的光的量小于从其它部分，即透射区域16或26发射的光的量，并且因此，光被不对称地发射。

当包括利用本发明的发光器件10或20作为光源的背光单元的LCD装置被从屏幕的上部向屏幕的下部顺序驱动时，反射区域17或27关于参考平面p形成在面对屏幕的上部的透镜15或25的外表面上。另外，当形成LCD装置以从屏幕的下部向屏幕的上部顺序地发射光时，反射区域17或27关于参考平面p形成在面对屏幕的下部的透镜15或25的外表面上。

当发包括反射区域17或27的发光器件10或20被用作LCD装置中的背光单元的光源时，从相应于背光单元的预定域的发光器件10或20发射的光并未传送至先前在相同的帧(或者子帧)中操作的域。

尤其，当透镜15或25的反射区域17或27具有反射率梯度，即对于透镜15或25的反射区域17或27的距离参考平面p越远的部分反射率越大时，沿着能够传送一距离的方向传送的光可被进一步反射，从而使光的进程进一步被有效地切断。因此，从位于预定域上的发光器件10或20发射的光向着先前在相同的帧中操作的域的传送能够被有效地屏蔽。

因此，根据采用了利用本发明的发光器件10或20作为光源的背光单元的LCD装置，如果假设在一帧中以R、G和B图像的顺序显示彩色图像，并且从屏幕的上部向着屏幕的下部顺序地操作R色，那么在先前的子帧中屏幕的下部处发射的B光并不影响上面的域，即使在从来自第一行(行#1)的背光发射R光之前在屏幕的下部处发射先前子帧的B光。因此，由于彩色光的发散而产生的颜色混合，即与一些B色混合的R色图像并未出现。同样，在顺序地操作G色或者顺序地操作B色的情况下，颜色混合，即混合由R色的G色图像或者混合有G色的B色图像并未出现。

在上述实施方式中，由于发光器件10或20的透镜15或25的外表面的一半部分上的反射区域17或27的形成，光被不对称地发射。然而，代替形成反射区域17或27，为了不对称地传送光以防止颜色混合，该透镜能够被形成得具有如图7A至7C中所示的不对称形状。

图7A至7C是根据本发明的其他实施例的具有各种不对称外表面的发光器件30、40和50的横截面示图。参考图7A至7C，在发光器件30、40和50中，透镜35、45或55的至少一部分外表面，位于包括发光元件芯片11和透镜35、45或55的中心轴(c)的参考平面p的一侧，且关于形成不对称区域37、47或57的相对外表面不对称地形成。为了向着参考平面p或者中心轴c内反射或折射从发光元件芯片11发射的大部分光，透镜35、45或55的不对称区域37、47或57能够形成得具有向参考平面p倾斜的平面、圆锥平面、向参考平面p倾斜的些微凸的表面、些微凸的锥形面、向参考平面p情况下的些微凹的表面以及些微凹的锥形面的任何一个形状。

参考图7A至7C，透镜35、45或55的外表面的其它区域36、46或56(下文中，为了方便称为对称区域)，与不对称区域37、47或57相对，能够形成得具有曲面形状。

图7A是当透镜35的不对称区域37形成得具有圆锥平面形状或者向着参考平面P倾斜的平面时，根据本发明的另一个实施方式的发光器件30的横截面图。

参考图7A，透镜35能够具有形成得关于参考平面P在透镜35的半部分上具有曲面的对称区域36，并且能够具有形成得在透镜35的另一半部分上具有圆锥平面或着向参考平面P倾斜的表面的不对称区域37。这里，圆锥平面关于中心轴c不对称地形成。

由于从发光元件芯片11发射的光在所有方向上发散，当不对称区域37形成得具有锥形面或者倾斜表面时，为了满足对于大量光的全内反射条件以提高从发光元件芯片11发射并入射至锥形面或倾斜表面的光的内反射率，并且为了向着参考平面p或者中心轴c内反射该光以便多数光能够通过对称区域36射出，锥形面关于中心轴c的角度或者倾斜表面关于参考平面p的角度可以是小于45°。

图7B是当透镜45的不对称区域47形成得具有向参考平面P倾斜的些微凸的表面或者关于中心轴C些微凸的锥形面时，根据本发明的另一个实施方式的发光器件40的横截面图。图7C是当透镜55的不对称区域57形成得具有向参考平面P倾斜的些微凹的表面或者关于中心轴C些微凹的锥形面时，根据本发明的另一个实施方式的发光器件50的横截面图。图7B和7C中，关于中心轴c的些微凸的或凹的锥形面的角度或者关于参考平面p的些微凸的或凹的倾斜表面类似于图7A中可以是小于45°。

图7A至7C示出了透镜35、45或55，其具有形成在绕中心轴c弯曲的透镜35、45或55的一部分外表面上的对称区域36、46或56以及形成在透镜35、45或55的另一半部分上用于不对称发射光的不对称区域37、47或57。

可选择地，不对称区域能够形成在透镜35、45或55的一半部分的一部分上，其中不对称区域可形成在远离参考平面p的一半部分的一部分上。

图7A至7C的透镜35、45或55的不对称区域37、47或57可用反射材料涂敷以增加通过对称区域36、46或56发射的光的比例。

图7A至7C中，透镜35、45或55的除了不对称区域37、47或57的区域，即，对称区域36、46或56形成得具有关于中心轴c的曲面。然而，对称区域36、46或56能够形成为关于中心轴c的圆锥形状，如图6中所示。这里，由于尽可能多的光应该通过对称区域被折射和透射，关于中心轴的对称区域的锥形面的角度可大于45°，以便不发生光的全内反射。在这种情况下透镜的形状可由图6和7A至7C中所示的透镜来估计，并且因此，省略该透镜的详细描述。

透镜35、45和55的不对称区域37、47和57除了上述实施方式之外能够以各种形状形成。不对称区域的各种变型可由上面的描述和附图来估计，并且因此，将省略这些变型的详细描述。

图8示出了当传统的LED 70被用作背光单元中的点光源时，从在预定域上点亮了的一般LED 70发射的光的散布范围。图9示出了当本发明的发光器件90被用作直射光型背光单元的点光源时，从预定域上的本发明的发光器件90发射的光的散布范围。图8和9中，多个传统LED70和多个本发明的发光器件90排列在基板60和80上，从而分别形成多个行。

参考图8，当使用传统的LED 70时，从预定行上的LED发射的光向着屏幕的上面和下面的方向发散，并且因此，出现了由于彩色光的发散而产生的颜色混合。

然而，参考图9，当使用本发明的发光器件90时，从预定行的发光器件发射的光不向着先前操作的行前进，在这种情况下，该行在预定行之上。因此，并未出现由于彩色光的发散产生的颜色混合。这里，根据本发明的上述实施方式的发光器件之一可被用作发光器件90。

图10是包括本发明的发光器件的背光单元100和采用根据本发明的实施方式的该背光单元100的场序制LCD装置的示意图。图11是示出根据本发明实施例的图10的发光器件的布置的例子的平面图。在背光单元100中，发光器件布置在多个行中。

参考图10，本实施方式的背光单元100是直射光型背光单元，并且包括发光器件装置110和布置在该发光器件装置110的上部以扩散其上的入射光的透射和扩散板130。另外，根据本发明的实施方式的场序制LCD装置200包括液晶面板250，以及安装在液晶面板250的后方上以向液晶面板250照射光的背光单元100。

参考图11，发光器件装置110包括基板111，以及排列在基板111上作为点光源的多个发光器件115。发光器件115可以是根据本发明的上述实施方式的发光器件10、20、30、40和50之一。

当发光器件被分成多个域以被顺序驱动时，排列在背光单元100中的基板111上的多个发光器件115排列得防止从预定域发射的光前进到先前在相同的帧中操作的域。

即，在LCD装置200从屏幕的上部向屏幕的下部顺序驱动发光器件的情况下，发光器件115布置得使具有反射区域或基于参考平面p的不对称区域的透镜的外表面的部分面向LCD装置的屏幕的上部。另外，在LCD装置200从屏幕的下部向屏幕的上部顺序驱动发光器件的情况下，发光器件115布置得使具有反射区域或基于参考平面p的不对称区域的透镜的外表面的部分面向LCD装置的屏幕的下部。

然后，当排列有多个发光器件115的域以预定时间间隔以域单元与液晶面板250的扫描时间同步地顺序照亮时，在预定域中点亮的发光器件115发射的光不前进到先前在相同的帧(或相同的子帧)中的操作的域。因此，从先前的子帧中预定颜色的发光器件发射的光并不照射到随后的子帧的域上，其中输入了用于显示不同颜色图像的扫描信号。因此，并未出现由于彩色光的发散产生的颜色混合。

排列在背光单元100的各域上的多个发光器件115包括发射预定颜色光的单个芯片，并且多个发光器件115可布置在各个域上从而发射用于显示彩色图像的R、G和B光。

如图11中所示，背光单元100中，多个发光器件115布置得形成多个行，并且发光器件115能够一行接一行地分别发射光。在这种情况下，域即是行。

用于显示彩色图像的LCD装置200的场序制操作可由参考附图1和2的描述来估计，并且因此，将省略关于该操作的详细描述。

在上面的描述中，本发明的发光器件应用于直射光型背光单元，但是，本发明并不局限于此。即，本发明的发光器件能够被用作边缘光型背光单元的光源。

根据本发明的发光器件，当发光器件的二维排列被分成多个域以顺序地操作发光器件时，从预定域的发光器件发射的光未被传送到先前在相同的帧或子帧中操作的域。因此，当本发明的发光器件被用作场序制LCD装置中的背光单元的光源时，能够防止由于域之间的彩色光的发散而引起的颜色再现性的降低，并且能够除去整个屏幕的颜色不均匀性。

本发明已经被特别示出并参考其示范性的实施方式进行了描述，本领域普通技术人员将会理解其中可进行各种形式和细节上的改变而不偏离由随后的权利要求所限定的本发明的精神和范围。