TW201001025A - Folded backlight systems for liquid crystal displays - Google Patents

Description

201001025 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於具有一背光系統之一液晶顯示器，且 具體而言，係關於具有一折疊背光系統之一液晶顯示器。 【先前技術】 已進行多種嘗試研究及發展顯示裝置之各種類型作為陰 極射線管（CRT)之替代品，例如液晶顯示裝置（LCD)、電漿 顯示面板（PDP)、電致發光顯示器（ELD)及真空螢光顯示器 (VFD)。例如，因為LCD的高品質影像、亮度、薄度、小 型尺寸及低功率消耗，其已積極發展成為膝上型電腦、桌 上型電腦及大尺寸資訊顯示器中之平板顯示器。因此，對 LCD之要求不斷提高。 LCD通常包括其上形成影像之一 LCD面板及用於在該 LCD面板上照明該等影像之一背光系統。一般而言，該背 光系統包括一或多個光源且可包括一光導。當存在一光導 時，通常鄰近該光導之一或多個邊緣配置該等光源。該光 導自該等光源接收並混合光且引導光以照射LCD面板。背 光系統之設計及操作係尤其重要之一考慮。某些背光系統 會遭受以下常見缺點：不均勻之照度及/或照度點；亮度 問題；熱管理問題；尺寸限制；及顏色混合問題。 因此，期望提供具有一小型設計之一更小型之背光系 統，其提供充足的顏色混合、照度特性及熱管理。此外， 期望提供具有此一背光系統之改良LCD。此外，結合附圖 及本發明之此背景，從後續實施方式及隨附申請專利範圍 139588.doc 201001025 可明白本發明之其他所需特徵及特性。 【發明内容】 根據本發明之一範例性具體實施例，提供一種 a日頌不 器。錢晶顯示器包括：一液晶顯示面板，其具有經版態 用以形成-影像之像素；及一背光系統’其鄰近該液晶顯 7面板且經組態用以照射該液晶顯示面板之該等像素。該 背光系、先包括· 一光導，其包括大體平行於該液晶 板部分，及從該板部分大體垂直地延伸之—第二 邛/刀’-光源’其經組態用以經由該第一側部分發射 該光導t，·及一散熱器，Α '、1示祸口主5亥光源且經組鲅用 在操作期間移除藉由該光源產生之熱。 、、用以 根據本發明之另—範例性具體實施 括：一光導，甘6 1 月光糸統包 伸之一 “：包括—板部分及從該板部分大體垂直地延 : 則部分；-光源，其經組態用以-由兮第〇 部分發射光至該光導 H亥第—側 且經組態用以f ρ/ν — 1…、态，其係耦合至該光源 夕矛、稭由該光源所產生之瓿。 根據本發明之£ 、 液晶顯示面板， ，‘，，員不m匕括·一 其包含：經組態用以形成一旦 . 及一背光系統，政钟战衫像之像素； 其鄰近該液晶顯示面板且 該液晶顯示面蚁且經組悲用以照射 其具有大體4:ΠΓ。”光系统包括I 一光導， 有四側之—周/液曰曰顯示面板之一板部分且具有至少具 之折疊部分，w R 忒至少四側之母一側 及叙合至該等折疊部分备一 分，且從該板部八 之母一者之側部 刀基本上垂直地延伸，該等側部分及該板 I39588.doc 201001025 部分形成一空腔；-光源’其經組態用以經由該等側部分 發射先至该光導中；及-散熱器，其係耦合至該光源且經 組態用以在操作期間移除藉由該光源產生之熱。該液晶顯 不器進-步包括電路’其係配置在該空腔中且經組態用以 驅動該液晶顯示面板及該光源。 【實施方式】 以下實施方式本質上僅係範例性，且非意於限制本發明

或本發明之應用及㈣。此外’不希望受到前述背景或隨 後貝知方式内闡明的任何理論的限制。 。/義而言，提供包括具有光導之背光系統之液晶顯示 器。該等背光系統可用於各種應用中，包括但不限於載具 照明、探照燈、工作燈及投影系统。該顯示系統尤其可用、 於載具應用（例如飛機座艙）中及其中考慮視角、空間、熱 及/或結構問題之其他應用中。根據範例性具體實施例 該等背光系統之光導可包括從一板部分大體垂直地延伸之 侧部分。該等延伸之側部分允許在—位置中放置光源以用 於有效的熱移除。此外，該等側部分可具有足以混合來自 彩色光源之光的一長度且可與該板部分建立一空腔以容納 電路。折疊部分可將該等側部分耦合至板部分且提供額外 的光學優點。 圖1係根據一範例性具體實施例之一液晶顯示器 (LCD)IOO之一橫截面圖。一般而言，如稍後將詳細討論， LCD 100包括一 LCD面板11 〇及照射該LCD面板丄丨〇之一背 光系統120。LCD面板110—般包括夾置在兩個玻璃基板之 139588.doc 201001025 間且分割像素之一液晶層。通常，將薄膜電晶體（TFT)安 裝在該等玻璃基板上以開啟/關閉該等像素使得在LCD面板 110上形成影像。除所述LCD面板11〇及背光系統12〇外， LCD 100可包括一或多個濾光器、擴散板及/或稜鏡片。 为光系統120包括一光導（或「波導」）13〇、一光源 160、一反射器170、一散熱器18〇及電路19〇。如下文更詳 細所述，光導130引導來自光源16〇之光以照射lcd面板 110。圖2係具有移除散熱器18〇(圖”之一 LCD 1〇〇之一後 視圖且將結合圖1加以討論。 光源160可包括一或多個發光二極體（LED)。通常，該等 LED包括紅色、綠色或藍色LED之線性或平坦陣列，儘管 亦可使用白色及其他顏色之LED。在其他具體實施例中， 光源160可為一或多個螢光燈。最佳如圖2中所示且在下文 進一步詳細討論，光源16G通常圍繞背光系統⑵之周邊延 伸’例如圍繞全部四個周邊侧。儘管所述光源⑽圍繞背 光系統m之全部四個周邊延伸，但在替代性具體實施例 中’可僅在背光系統120之側邊的—或二或三者上提供光 源 16 0。 在所述具體實施例中 几柯、括從頂側及底 :具有-大體矩形形狀之—板部分132、自板部分132之拜 :延伸之-或多個側部分134及將側部分134輕合至板部矣 ^之-或多個折疊部分136。藉由相對於相關波長之每一 二一高透射率之一材料(例如一透明丙稀酸， 將板部分132形成為一實質平板之形狀。 139588.doc 201001025 最佳如圖1所示，由於侧部 ^ 132 > Ri th ll 了在一角度上延伸至板 丨刀乂因此，此配置可猶a 「 KL , ^ ,, 马—折疊背光」系統。因 此，藉由將此一背光系統丨

100) Φ , -T ^ , 併入至一顯示器（例如LCD _中，可降低顯示褒置相對㈣ 之面積之外部尺寸。亦即 I置之^顯不工間 之一資料顯-允叫 不破置相較於具有相同面積 寸。可在伴#《 顯示襄置可具有較小的外部尺 此小型配置。 以之照明優點的同時，實現 '在所述具體實施例中， Λ90° H ^ 1 邠刀U4相對於板部分132大約 為90且朝光源ι6〇延伸。 同‘，最佳如圖2所示，在背光 系統120之周邊側之每一 ^ ^ φ 側上緹供侧部分134且其一般對應 於光源16 0之配置。下令 '隹 —ν詳細討論折疊部分13 6及A 與板部分132及側部分134H '、 光導13〇之側部分134及板部分m形成容納電路⑽之一 内部空腔142。電路19〇驅動背 110。在許多習知LCD中’ Φ p n LCD面板 電路係定位於背光系統後，藉 此不利地建立額外的戸择 卜的厚度。必要時可將側部分134之長度 139調整為容納額外或較少之電路190。 、般而5 ’板部分132、側部分134及折疊部分136可由 透明聚口物材料(例如丙烯酸或聚碳酸酯)形成。或者， 可使用玻璃（例如炫融石夕土）、打或BK7及該等材料之一組 合。 將反射器170定位在空腔142中之光導13()胃^_ 間。反射器17〇較伟主 r； ό . , -a- 杈么為一反射白片，但亦可為擴散或鏡面 139588.doc 201001025 反射’且可含有下列數個反射材料或結構之任何一者：例 如’聚合物、金屬、金屬膜、塗料、纖維、結構化玻璃或 陶瓷。反射器1 70平行於板部分132延伸並延伸至側部分 134之每一者。 散熱器1 80係鄰近光源160定位且作用於自光源16〇吸去 熱。一般而言，散熱器180可為任何適當的材料，例如 鋁、銅、其他金屬或特定的結晶結構。亦可使用複合材 料，尤其當複合物包括具有高熱導率特質之顆粒或成分 時。光導130之折疊性質致能散熱器180之一更有效率及有 效之使用且尤其能夠在離LCD面板11 0之一距離處移除 熱。在LCD面板與散熱器180及光源160之組合之間的距離 (例如0.25至0.5英吋或以上）藉由允許散熱器表面積或橫截 面更大及在更高溫度下操作來增強散熱，而不會對Lcd面 板11 0之溫度及因此對其光學性能產生不利影響。此外， 與LCD面板110之隔離亦使電路19〇共用相同散熱器18〇更 實用。 現已介紹了 LCD 100之結構，將說明LCD i 00之操作。 在此範例中藉由電路190驅動之光源ι6〇發射（例如）射線 135。射線135在側部分134之一底面138上進入光導130。 由於側部分134之垂直性質，光導13〇與光源16〇之間的光 學麵合可接近一邊緣光背光，即時光源丨6〇定位於光導丨3 〇 背後。射線135自側部分134傳遞至折疊部分136中，且接 者自折分I36傳遞至板部分1]2中。下文參考圖3更詳 細討論通過折疊部分136之光。射線135可直接自板部分 139588.doc 201001025 132通過，如照射LCD面板110之光137，或可在板部分132 内全内反射直至被擷取，如光137。板部分132可包括一或 多個擷取特徵（未顯示）以有助於擷取光。自板部分i 3 2之後 側洩漏出去之任何光均可藉由反射器1 70反射回至板部分 13 2 内。 如上所述，光源16〇通常包括多個顏色的LED。該等顏 色可包括紅色、綠色、藍色及白色LED，且進入側部分 134之光（例如射線135)通常分離成多個顏色。側部分134可 具有一長度139，該長度足以致能彩色光混合以使得一白 色光在到達板部分132及自光導130發射之前形成^ 一般而 言’側部分134越長，則出現越多顏色混合。多種顏色之 光源160之提供允許在需要時混合該等顏色以用於實現具 有所需混合顏色或色度之背光或顯示輸出。在一具體實施 例中’可「調譜」側部分丨3 4之長度13 9以產生所需量之顏 色混合。額外的顏色混合可出現或不出現在板部分132 中。 圖3係圖1之區段3〇〇之一近視圖且尤其說明折疊部分 130。在所述具體實施例中，折疊部分136具有一直角三角 形之橫截面形狀，該三角形具有一邊3〇2係耦合至側部分 134且一邊304係耦合至板部分132 ^折疊部分136可為任何 適當的材料’例如聚碳酸酯。類似地，折疊部分136可為 與板部分132及/或側部分I”相同或不同之材料。 —般而言’折疊部分136之橫截面形狀之邊302、3〇4具 有相同長度且分別對應於側部分134及板部分132之厚度。 139588.doc 201001025 外側306(或該橫載面形狀之第三邊）可包括一反射材料（例 如一塗層或一相鄰鏡），使得以其他方式自折疊部分136逸 出之任何光反射回光導130中且引導至板部分132。 藉由低折射率區域308可將折疊部分136耦合至板部分 1 32及側部分1 34。低折射率區域308通常具有一低折射 率，其低至足以保持在光導13〇内傳播之光的全内反射 (TIR)。在一具體實施例中’可藉由一黏著劑形成低折射 率區域308，該黏著劑將折疊部分136黏結至板部分132或 側部分1 3 4。該黏著劑可為（例如）其間具有空氣間隙之一黏 著劑層或黏著劑點。在其他具體實施例中，可藉由空氣、 透明PTFE、聚矽氧或任何適當材料形成低折射率區域 3〇8。藉由防止光以不滿足板部分132内之TIR的條件之角 度進入板部分1 32，低折射率區域之存在有助於最小化在 折疊區域處之有用光之損失。 儘管所述光導13〇係一多片光導，但在一替代性具體實 施例中，光導130可為一單片。換言之，可將光導13〇實體 折f以形成側部分i 3 4及折疊部分丨3 6，或可將光導1 3 〇模 製成板部分132、側部分134及折疊部分136 d此外，儘管 圖1及圖3中之折疊部分丨36之橫截面形狀為三角形，但折 疊部分136可具有其他橫截面形狀，例如半圓形或梯形。 即使作為一單片，光導130仍可包括低折射率區域3〇8。例 如’可藉由切、洗注或以其他方式成型該單片提供空氣 間隙以包括結構内之全部或部分通道，且或者可採用^ 折射率之材料填充該等线間隙。在其他具體實施例中: 139588.doc 10 201001025 可將光源160定位在空腔142内，且來自光源160之光可在 側部分1 34之内側上進入光導130。 圖4係根據一替代性具體實施例之一背光系統400之一部 分橫截面圖。如上述具體實施例中所述，背光系統4〇〇包 括一光源460及一光導430。光導430包括一板部分432、一 或多個側部分434及一或多個折疊部分43 6。 在此具體實施例中，側部分434具有錐形矩形橫截面。 f 換言之，側部分434具有耦合至折疊部分436之一第一末端 450及相鄰光源460之一第二末端455。該第一末端450具有 大於第一末端455之一厚度或面積。錐形側部分434可用作 準直器及/或複合拋物線聚光器，且可包括如圖4中所示或 沿正交轴之錐形。角度錐形之引入使側部分434之光學輸 出更准直或更具方向性。 藉由錐形側部分434產生之准直光可較佳用於最佳化材 料選擇及光導430之折疊部分436及板部分432之性能。藉 U 由減少進入折疊部分436之光之角度傳播，較少的光將自 折疊區域逸出，且將增強任何低折射率區域（若存在）之效 能。 雖’、、、上述貫施方式中已提出至少一個範例性具體實施 J 了月白存在大s之變更。亦應明白，範例性具體實施 例僅係耗例，並非意欲以任何方式限制本發明之範嘴、適 用1·生或組悲。相反地，上述實施方式將為熟習此項技術人 士提供用於實施本發明之範例性具體實施例之方便途徑。 應明白在不背離隨附申請專利範圍所設定的本發明之範脅 139588.doc .11 - 201001025 下’在範例性較佳具體實施例中說明的元件之功能及配置 中可進行各種變更。 【圖式簡單說明】 本發明已結合以下圖式予以說明，其中相同的數字表示 相同的元件，以及 圖1係根據一範例性具體實施例之具有一背光系統之一 液晶顯示器（LCD)之一橫截面圖； 圖2係圖1之背光系統之一部分後平面圖； 圖3係圖1之一部分之近視圖；及 圖4係根據另一具體實施例之一背光系統之一部分橫截 面圖。 【主要元件符號說明】 100 液晶顯示器 110 液晶顯示面板 120 为光系統 130 光導 132 板部分 134 第一側部分 135 射線 136 第一彎曲部分 137 光 138 底面 139 長度 142 空腔 139588.doc -12- 201001025

160 光源 170 反射器 180 散熱器 190 電路 300 區段 302 邊 304 邊 306 外側 308 低折射率區域 430 光導 432 板部分 434 側部分 436 折疊部分 450 第一末端 455 第二末端 460 光源 139588.doc -13

Claims (1)

1. 201001025 七、申請專利範圍： 1. 一種液晶顯示器（1 〇〇)，其包含： 一液晶顯不面板（110)，其包含經組態用以形成一影像 之像素；及 月光系統（120)，其鄰近該液晶顯示面板（丨丨〇)且經 組態用以照射該液晶顯示面板（1 1 〇)之該等像素，該背光 • 系統（120)包含： f% 一光導（130) ’其包括大體平行於液晶顯示面板 (110)之一板部分（132),及從該板部分（132)大體垂直地 延伸之一第一側部分（134)， 一光源（160)，其經組態用以經由該第一側部分 〇34)發射光至該光導（130)中，及 一散熱器（180)，其係耦合至該光源（160)且經組態 用以在操作期間移除藉由該光源（丨6〇)產生之熱。 2. 如s青求項1之液晶顯示器（1〇〇) ’其中該第一側部分（丨34) 與該板部分（132)形成一空腔（142)，且其中該液晶顯示 器（100)進一步包含電路（190)，其係配置在該空腔（142) 内且經組態用以驅動該液晶顯示面板（11〇)及該光源 (160)。 . 3.如凊求項2之液晶顯示器（1〇〇)’其進一步包含定位在該 電路（190)與該光導（130)之間的一反射器（170)。 4-如請求項1之液晶顯示器（1 〇〇)，其中該板部分（丨32)具有 至少具有四側之一周邊，該第一侧部分（134)在該等至少 四側之一第一側上自該周邊延伸。 139588.doc 201001025 5·如請求項4之液晶顯示器（1⑻），其中該背光系統（i2〇)進 -步包含分別自該板部分（132)之該周邊之該等至少四側 之第二、第三及第四側延伸之第二、第三及第四側部分 (134)。 6. 如請求項1之液晶|員示器（1〇〇)，其中該第一側部分（134) 為錐形。 7. 如凊求項i之液晶顯示器（1〇〇)，其中該第一側部分（134) 具有耦合至該板部分（132)之一第一末端及鄰近該光源 (160)之—第二末端，該第一末端具有比該第二末端大之 一厚度。 8. 如請求項丨之液晶顯示器（1〇〇)，其中該光源（16〇)包括一 第一 LEO及一第二LED ,其分別經組態用以發射一第一 色度及一第二色度之光，且其中該第一側部分混合該第 一色度之光與該第二色度之光以產生一第三色度之光。 9. 如《月求項1之液晶顯示器（1 〇〇)，其中採用一第一彎曲部 分（136)將該第一側部分（134)耦合至該板部分（132)。 10. 如1求項9之液晶顯示器（1〇〇)，其中該第一彎曲部分 (1 36)具有一三角形橫截面形狀。 139588.doc