專利名稱：光模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及適用于液晶顯示器背光單元的光模塊。
背景技術：
隨著信息技術的發展，作為用戶和信息之間連接媒體的顯示器的市場也越 來越大。因此，平板顯示器(FPD)諸如液晶顯示器(LCD)、有機發光二極 管(OLED)和等離子顯示板(PDP)的需求也增加了。其中，能夠實現高分 辨率并在尺寸上能大能小的液晶顯示器被廣泛使用。
液晶顯示器利用液晶的光電特性來顯示圖像。
因為這個原因，液晶顯示器可以包括液晶板和背光單元。液晶板可以利用 背光單元提供的光線顯示圖像。
背光單元可以設置在液晶板下面給液晶板提供光線。這樣的背光單元根據 光源的位置可以分為邊緣型和直接型。
邊緣型背光單元指的是光源設置在臨近液晶板側面的背光單元。在邊緣型 背光單元中，從光源發出的光可以被安放在液晶板后面的光導板引導，然后提 供給液晶板。
由于它具有薄這一優勢，邊緣型背光單元主要用作小型到中型液晶顯示器。
直接型背光單元指的是具有設置在液晶板背面的多個光源的背光單元。綜 上所述，在直接型背光單元中，光源設置在液晶板后面，因此從光源發出的光 不需要光導板就能直接照射到液晶板上。直接型背光單元包括設置在液晶板后 面的散射板，防止通過液晶板看到光源形狀。
跟邊緣型背光單元相比，直接型背光單元能利用很多光源，因此主要用作
有高強度需求的大尺寸液晶顯示器。
按照慣例，冷陰極熒光燈(CCFL)有穩定的照明和亮度特性并發出白光。
這些冷陰極熒光燈(CCFL)通常用作邊緣型和直接型背光單元的光源。
然而，冷陰極熒光燈(CCFL)在變薄限制上存在困難，需要高功耗，而 且色彩再現性低。
因此，近年來，點光源已用作邊緣型和直接型背光單元中的光源。這里， 點光源可以包括，例如，紅/綠/藍發光二極管(LED)。從紅/綠/藍發光二極管 發出的單色光分別與液晶板的濾色鏡匹配，這樣能提高色彩再現性。
然而，點光源發出的光坦率強，因此點光源不單獨使用，而是與光學透鏡 一起使用以折射從點光源發出的入射光并將折射后的光發送出去。換句話說， 點光源和光學透鏡可配置在一個封裝里。下面將參考圖1對光學透鏡作更多具 體的描述。
圖1是示意性示出傳統光學透鏡的透視圖。
參考圖1，傳統光學透鏡30能夠對設置在下面的點光源發出的入射光進 行均勻折射并發送出去。這里，光學透鏡30對點光源發出的入射光均勻折射 并發送出去是為了通過在任一方向角度發出光線，依靠方向角度確保亮度均勻 分布。
這樣，光學透鏡30可以包括在頂部以倒錐的形狀形成并暴露于外界的外 部曲面40。這個外部曲面40可以根據觀察外部曲面40的方向均勻的形成。 換句話說，不管在哪個方向以直角切開光學透鏡30，通過光學透鏡，以直角 在橫截面觀察到的外部曲面形狀可能都一樣。
圖2是利用圖1中示出的光學透鏡模擬色彩混合程度的結果圖。
如圖2所示，如果光學透鏡30的外部曲面40是均勻形成的，包括紅/綠/ 藍發光二極管的點光源發出的單色光的色彩混合程度將降低。由于這一點，在 具有帶均勻形成的外部曲面40的光學透鏡30的邊緣型背光單元中，存在設置 在臨近光學透鏡30的光導板的光入射部分亮度不均的問題。而且，邊緣型背 光單元可能具有低光效的問題。這是由于在邊緣型背光單元中，光學透鏡30 設置在靠近光導板的光入射部分，因此不需要從各個方向發出的任一光線。
同時，在具有含均勻形成的外部曲面40的光學透鏡30的直接型背光單元 中，存在需要在光學透鏡30和散射板之間另外安排散射部分以提高色彩混合
度的問題。由于這個原因，在實現直接型背光單元的薄化時可能存在局限性。 而且，在直接型背光單元中，點光源發出的光可能會橫向傾斜。因此，直接型
背光單元存在需要增加散射板的渾濁(haze)工藝以在直角方向引導光線的問
題。這可能導致直接型背光單元的低光效問題。
發明內容
本發明是為了解決上述問題。因此，本文獻提供光模塊是一個優勢，能根 據方向角度實現非均勻亮度分布。
本文獻的另一個目的是提供光模塊，通過實現在方向角度上亮度的非均勻 分布提高色彩混合度。
本文獻還有另外一個目的是提供光模塊，通過實現在方向角度上亮度的非 均勻分布提高光效。
本發明還有另一個目的是提供光模塊，通過實現在方向角度上亮度的非均 勻分布實現背光單元的薄化。
本發明要實現的目標不限于上述方面，通過下面給出的描述，其它沒有提 到的方面對于本領域的技術人員來說也顯而易見。
為了實現上述目標，根據本發明的一個方面提供了一個光模塊，包括點 光源，和用空氣層將其與點光源隔離開并不均勻折射和發送來自點光源的入射 光的光學透鏡。
點光源設置在帶有空氣層的光學透鏡的內部空間。
根據本發明的另一方面，光模塊包括點光源；和靠近點光源形成的光學 透鏡，其具有沿著彼此正交的軸線獲得的橫截面觀察在形狀方面不同的外表 面，以不均勻折射來自點光源的入射光。
依照本發明，非均勻亮度分布能夠通過具有不均勻形狀的光學透鏡實現。 因此可能提高色彩混合度、光效并實現背光單元的薄化。
其它實施例的詳細資料包含在詳細描述和附圖中。
本文獻的執行將參考下面的附圖詳細說明，其中相似的元件用相同的數字表示。
圖1是示意性的示出傳統透鏡的透視圖； 圖2示出了利用圖1中所示的透鏡模擬色彩混合度的結果； 圖3是根據本發明的第一實施例示出光學透鏡的透視圖； 圖4是沿著圖3中線IV-IV'的透視圖； 圖5是沿著圖3中線IV-IV'的橫截面圖6是沿著圖3中線vi-vr的橫截面圖7是利用圖3中所示的光學透鏡模擬亮度分布的結果；
圖8是利用圖3中所示的光學透鏡模擬色彩混合度的結果-, 圖9是根據本發明的第二實施例示出光學透鏡的透視圖； 圖10是沿著圖9中線X-X'的透視圖11是沿著圖9中線X-X'的橫截面圖12是沿著圖9中線xn-xn'的橫截面圖13是示意性示出具有圖3中光學透鏡的光模塊的橫截面圖； 圖14是示意性示出具有圖9中光學透鏡的光模塊的橫截面圖； 圖15是示意性示出具有圖13所示光模塊的背光單元的分解透視圖。
具體實施例方式
參考附圖和下面詳細描述的示意性實施例，本發明的優勢和特點以及實現 優勢和特點的方法很明顯。
下面，依據本發明的示意性實施例，參考附圖詳細描述光學透鏡、具有光 學透鏡的光模塊以及具有光模塊的背光單元。
圖3是根據本發明的第一實施例示出光學透鏡的透視圖。圖4是沿著圖3 中線IV-IV'獲得的透視圖。圖5是沿著圖3中線IV-IV'獲得的橫截面圖。圖6 是沿著圖3中線VI-VI'獲得的橫截面圖。
參考圖3到圖6，根據本發明的第一實施例可以形成光學透鏡130，壓低 光學透鏡130較低部分的一部分以在下面形成的點光源和光學透鏡130之間形 成空氣層。為了產生白光，點光源可以包括紅/綠/藍光電二極管。在點光源和 光學透鏡130之間形成空氣層的原因是確保一段距離，使點光源發出的光在到 達光學透鏡130之前有些散射。由于空氣層的存在，點光源以預知的距離與光 學透鏡130隔離開。
通過現有存在的空氣層，光學透鏡130能夠不均勻折射來自點光源的入射 光并發送出去。這里，光學透鏡130不均勻折射并發送來自點光源的入射光的
原因是根據方向角度確保非均勻亮度分布。因為這個原因，光學透鏡130可以 包括暴露于空氣層的內表面132，因為光學透鏡130較低部分的部分被拉低， 和暴露于外界的外表面140。
通過存在于光學透鏡130內部的空氣層，內表面132能不均勻折射來自點 光源的折射光。這樣，通過光學透鏡130，分別沿著第一和第二方向，在直角 獲得的截面圖上觀察到的內表面132形狀可能不同。換句話說，根據觀察內表 面132的方向，內表面132可以不均勻的形成。
例如，如圖5所示，可以通過光學透鏡130，沿著第一方向也就是線IV-IV' 的方向，以直角獲得的橫截面上相交于一點的第一直線134和第二直線136 的形式觀察內表面132。而且，如圖6所示，可以通過光學透鏡130，沿著第 二方向也就是線VI-VI'的方向，以直角獲得的橫截面上半圓曲面138的形式觀 察內表面132。這里，點光源可以在沿著線VI-VI'的方向排成一排。
或者，可以通過光學透鏡沿著第一方向，以直角獲得的橫截面上相交于一 點的第--直線B4和第二直線136的形式觀察內表面132，也可以通過光學透 鏡130沿著第二方向，以直角獲得的橫截面上橢圓曲面的形式觀察內表面。第 一和第二方向分別為沿著線1V-IV'和VI-VI'的方向。
外表面140能夠再一次折射內表面132折射過的光線。這樣，外表面可以 以半球狀表面或橢圓體表面的形式形成。光學透鏡的厚度，也就是內表面132 和外表面140之間的距離，會根據內表面132和外表面140之間形狀的不同而 變化。這樣，根據位置點光源發出的入射光和通過光學透鏡130的光線可能出 現程差。這可能導致通過光學透鏡130的光線進一步的散射。
內表面132和外表面140種的至少一個會被渾濁化(hazed)，這是為了通 過渾濁化內表面132和外表面140中的至少一個，進一步散射通過光學透鏡 130發出的光線。
光學透鏡130可以由透明材料組成，諸如聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯 酸甲酯(PMMA)，因為從點光源發出的光需要通過光學透鏡130發射。
圖7是利用圖3中所示光學透鏡模擬亮度分布的結果圖。圖8是利用圖3 中所示光學透鏡模擬色彩混合度的結果圖。如圖7所示，假設利用光學透鏡130仿真，根據方向角度可以看到非均勻
亮度分布。確切的說，雖然光線是從X軸大約-40度到+40度的方向發出去的， 在超出上述光線范圍的方向上沒有光線發出。這里，點光源可以沿著Y軸方
向排成一列。
由于這個原因，如果使用紅/綠/藍發光二極管，所有的紅/綠/藍發光二極 管能夠在上述角度范圍內發出光線。因此，如圖8所示，可以在垂直方向提高 色彩亮度。紅/綠/藍發光二極管可以沿著水平方向排成一列。這樣，可以提高 使用光模塊110的背光單元的光效并實現背光單元的薄化，其中光模塊含有光 學透鏡130。
圖9是根據本發明的第二實施例光學透鏡的透視圖。圖10是沿著圖9中 線X-X'得到的透視圖。圖11是沿著圖9中線X-X'得到的橫截面圖。圖12是
沿著圖9中線xn-xn，方向得到的橫截面圖。圖9中線x-x鄰線xn-xn'互相正交。
參考圖9到圖12，根據本發明的第二實施例，光學透鏡230能夠不均勻 的折射并發送來自點光源的入射光，點光源在光學透鏡靠近中央的較低部分形 成。光學透鏡230不均勻折射和發射來自點光源的入射光的原因是確保根據方 向角度非均勻亮度分布。這里，為了產生白光，點光源可以包括紅/綠/藍發光 二極管。
綜上所述，光學透鏡230和點光源可看作一個整體，因為他們在彼此靠近 的地方形成。
光學透鏡230可以包括暴露于外界的外表面240，以非均勻的折射和發射 來自點光源的入射光。
外表面240能通過內表面232非均勻折射和發射來自點光源的入射光，其 中內表面232在靠近點光源的光學透鏡240的中央的較低部分形成。
這樣，通過光學透鏡230，分別沿著第三和第四方向，在以直角得到的橫 截面上觀察到的外表面形狀不同，換句話說，根據觀察外表面240的方向，外 表面240可以不均勻的形成。
例如，如圖11所示，可以沿著第三方向，也就是線X-X'的方向，通過光 學透鏡230，以直角獲得的橫截面頂部下拉的半圓曲面242的形式觀察外表面
240。而且，如圖12所示，可以沿著第四方向，也就是線xn-xir的方向，以
直角獲得橫截面上半圓曲面244的形式觀察外表面240。
或者，可以通過光學透鏡230，沿著第三方向，以直角獲得的橫截面頂部 半圓曲面244的形式觀察外表面240，也可以沿著第四方向，通過光學透鏡230，
以直角獲得橫截面上橢圓形曲面的形式觀察外表面。這里，第三和第四方向分
別是沿著線x-x'和線xii-xn'的方向。
外表面240可以渾濁化，這是為了通過渾濁化外表面240進一歩散射通過 光學透鏡230發出的光線。
光學透鏡可以由透明材料組成，比如硅，因為點光源發出的光線需要通過 光學透鏡230發射。
綜上所述，通過具有不均勻外形的外表面240可以實現視方向角度的非均 勻亮度分布。這可以提高色彩混合度和光效，并實現背光單元的薄化。
圖13是示意性示出圖具有圖3中所示光學透鏡的光模塊的橫截面圖。由 于圖13中所示的光學透鏡與圖3中一樣，圖3中所用的相同圖標用來標示相 同的元件，對結構的重復描述將省略，只描述本發明的特性。
參考圖13，光模塊110能發出不均勻的折射光。
這樣，光模塊110可以包括點光源120和與點光源120隔離開的光學透鏡 130。同樣，光學透鏡110還包括反射部分150。這里，點光源120可以在光 學透鏡130下面形成。
點光源120利用外界施加的驅動電壓可以產生光線，并將產生的光線發射 到光學透鏡130。這里，點光源120可以包括紅/綠/藍發光二極管以發出白光。 這里，點光源可以安放在金屬核印刷電路板(MCPCB)上。這里，利用硅等 能噴射成型的材料可以掩蓋點光源120避免點光源120直接暴露于光學透鏡中 的空氣層。
光學透鏡130可以包括內表面132和外表面140，內表面132和外表面140 以不均勻外形形成，以通過內部存在的空氣層不均勻的折射和發射來自點光源 的入射光。
反射部分150能夠反射通過光學透鏡不均勻折射并發出的光線。這里，反 射部分150可以由，例如鋁材料構成，并可以涂敷在金屬核印刷電路板上。
圖14是示意性示出具有圖9中所示光學透鏡的光模塊的橫截面圖。由于 圖14中的光學透鏡與圖9中一樣，圖9中所用的相同的圖標將用來表示相同 元件，結構的重復描述將省略，只描述本發明的特性。 參考圖14，光模塊110能發出不均勻折射光。
這樣，光模塊110可以包括點光源120和靠近點光源120的光學透鏡。這 樣，光模塊110還可以包括反射部分150。
點光源120利用外界施加的驅動電壓可以產生光，并將光發射到光學透鏡 130。這里，點光源120可以包括紅/綠/藍發光二極管以產生白光。這里，點光 源可以安放在金屬核印刷電路板(MCPCB)上。這里，如果用硅作光學透鏡 230的材料，點光源220要提前準備好，然后通過硅噴射成型，這樣光學透鏡 230和點光源彼此靠近。
光學透鏡230可以包括暴露于外界的外表面240，以不均勻的折射和發射 來自點光源220的入射光。
反射部分250能夠反射通過光學透鏡230折射和發射出來的光。這里，反 射部分250可以由，例如鋁材料構成，并涂敷在金屬核印刷電路板上。
圖15是示意性的示出具有圖13所示光模塊的背光單元的分解透視圖。由 于圖15中的光學透鏡與圖13中一樣，圖9中所用的相同的圖標用來標示相同 的元件，結構的重復描述將省略，只描述本發明的特性。圖14中所示的具有 光模塊的背光單元與圖15中所示的背光單元相似，因此，省略其詳細描述。 在圖15中，邊緣性背光單元已作為背光單元進行了說明。這僅僅是為了根據 本發明的實施例說明背光單元，無意限制。
參考圖15，背光單元100能夠給設置其上的液晶板提供光。
背光單元100可以包括光模塊110、光導板170和光片180。背光單元還 包括反射板190。如果背光單元100是直接型，則可以沒有光導板170。
光模塊lio可以包括點光源120和光學透鏡130，光學透鏡130與點光源 120隔離開并發出不均勻光。光模塊110還包括反射板190。光學透鏡130的 外表面140面向光導板170形成。光模塊110可以沿著光導板170的一邊縱向 設置。點光源120可以沿著Z軸方向排成一列。未作說明的圖標160標示金 屬核印刷電路板160并在上面安放點光源120。
光導板170設置在靠近光模塊110的地方，能夠引導來自光模塊110的入 射光向上發射。
光片180設置在光導板170上面，能夠散射和聚集通過光導板170向上發
出的光，也就是，從光模塊UO發出的光并向上發射。光片180具有散射片、 棱鏡片和亮度增強片中的至少一種。
反射板190可以設置在光導板170下面，能向上反射來自光模塊中通過光 導板170向下發出的光。反射板190可以由泡沫塑料，例如泡沫聚對苯二甲酸 乙二醇酯構成。
盡管參考
和描述了本發明的示意性實施例，本領域的技術人員應 該理解在不改變本發明的技術精神和本質特征的情況下還可有其它的具體實 施方式。
因此，這些實施例只是告訴本領域的技術人員本發明的范圍。這些應該理 解為說明性的而不是約束，而且本發明僅由下面權利要求的范圍定義。
權利要求
1、光模塊包括點光源；用內部存在的空氣層將點光源與之隔離開并不均勻折射和發射來自點光源的入射光的光學透鏡。
2、 根據權利要求1所述的光模塊，其特征在于，所述點光源包括紅、綠 和藍發光二級管(LED)中的至少一種。
3、 根據權利要求1所述的光模塊，其特征在于，所述光學透鏡與空氣層 接觸，其中所述光學透鏡包括內表面和暴露于外界的外表面，而且所述光學透 鏡折射通過內表面發射的光并將折射后的光發送到外界。
4、 根據權利要求3所述的光模塊，其特征在于，分別沿著所述光學透鏡 的第一和第二方向以直角獲得的橫截面上看到的內表面形狀不同，因此不均勻 折射沿著第一和第二方向行進的光線。
5、 根據權利要求4所述的光模塊，其特征在于，沿著所述第一方向通過 光學透鏡以直角獲得的橫截面上第一和第二直線交于一點的形式觀察內表面， 而沿著所述第二方向通過光學透鏡以直角獲得的橫截面上半圓曲面的形式觀 察內表面。
6、 根據權利要求4所述的光模塊，其特征在于，沿著所述第一方向通過 光學透鏡以直角獲得的橫截面上第一和第二直線交于一點的形式觀察內表面， 而沿著所述第二方向通過光學透鏡以直角獲得的橫截面上橢圓曲面的形式觀 察內表面。
7、 根據權利要求3所述的光模塊，其特征在于，所述內表面以半球表面 或橢圓表面的形式形成。
8、 根據權利要求3所述的光模塊，其特征在于，至少渾濁化所述內表面 和所述外表面之一。
9、 根據權利要求1所述的光模塊，其特征在于，所述光學透鏡至少包括 聚碳酸酯(PC)和丙烯酸酯(PMMA)之一。
10、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述點光源和光學透鏡作 為顯示器件的背光單元的光源使用。
11、 光模塊包括 點光源；靠近點光源形成的光學透鏡，其具有在沿著兩個正交軸線在橫截面上觀察 到的形狀方面不同的內表面，以不均勻折射來自點光源的入射光。
12、 根據權利要求11所述的光模塊，其特征在于，所述點光源包括紅/ 綠/藍發光二極管。
13、 根據權利要求11所述的光模塊，其特征在于，沿著所述第一方向通過光學透鏡以直角獲得的橫截面頂部半圓曲面下拉的形式觀察外表面，而沿著 與所述第一方向正交的第二方向通過光學透鏡以直角獲得的橫截面上半圓曲 面的形式觀察外表面。
14、 根據權利要求n所述的光模塊，其特征在于，沿著第一方向通過光學透鏡以直角獲得的橫截面頂部半圓曲面下拉的形式觀察外表面，而沿著所述 第二方向通過光學透鏡以直角獲得的橫截面上橢圓曲面的形式觀察外表面。
15、 根據權利要求ll所述的光模塊，其特征在于，所述外表面是渾濁的。
16、 根據權利要求11所述的光模塊，其特征在于，所述點光源和光學透 鏡作為顯示器件背光單元的光源使用。
全文摘要
本發明公開了適用于背光單元的光模塊。該光模塊包括點光源；和用內在的空氣層將其與點光源隔離開并折射和發射來自點光源的入射光的光學透鏡。
文檔編號G02B3/00GK101206346SQ200710195978
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月14日 優先權日2006年12月19日
發明者李成根 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會社