專利名稱：透鏡以及具有該透鏡的顯示設備的制作方法
技術領域：
本發明的示范性實施例涉及一種透鏡以及具有該透鏡的背光組件和顯示設備。更具體地，本發明的示范性實施例涉及關于較少光源的透鏡、以及具有該透鏡的背光組件和顯示設備。
背景技術：
液晶顯示(IXD)設備需要外部光源來顯示具有期望亮度的圖像，因為IXD設備自身不能產生光。IXD設備包括作為外部光源的背光組件、以及利用來自外部光源的光顯示圖像的IXD顯示面板。背光組件包括光源，光源可以安裝在印刷電路板(PCB)基板上并可以根據光源的位置分類為邊緣型組件和直下型組件。在邊緣型組件中，光源設置在LCD顯示面板的邊緣，使得光源產生的光穿過設置在LCD顯示面板下面的光導板并被提供到LCD顯示面板中。在直下型組件中，多個光源設置在LCD顯示面板下方，由光源產生的光直接提供到LCD顯示面板中。直下型組件與邊緣型組件相比可以具有更高的亮度和更好的對比度。冷陰極熒光燈(CCFL)可以用于直下型組件的光源。由于壽命長、功耗低、重量輕及厚度小的優點，發光二極管(LED)燈可以用作光源。LED燈包括產生光的點光源和多個LED封裝。LED封裝散布由點光源產生并發射的光。來自點光源的點狀光(point light)被透鏡轉變成平面光或表面光。然而，LED燈的點光源具有對于每個點光源的小的光分布面積以及有限的亮度。因此，背光組件會包括幾百個點光源和/或LED燈。隨著點光源和/或LED燈的數量增加，PCB的數量和/或PCB的尺寸增加。因此，LCD顯示設備的制造成本被極大地增加。
發明內容
本發明的一個或更多示范性實施例提供一種使用較少光源的透鏡。本發明的一個或更多示范性實施例還提供包括該透鏡的背光組件。本發明的一個或更多示范性實施例還提供包括該透鏡的顯示設備。根據本發明的示范性實施例，一種透鏡包括:上平坦表面，具有第一外徑；底表面，具有第二外徑和第三內徑；外部彎曲表面，連接上平坦表面和底表面；以及內部彎曲表面，在第三內徑處從底表面朝向上平坦表面突出。 在示范性實施例中，第二外徑可以為第一外徑的約六倍。在示范性實施例中，內部彎曲表面在垂直于上平坦表面截取的截面圖中可以包括半橢圓形狀。在示范性實施例中，距離B與距離A的比率可以為約1.5至約2.0。在所述截面圖中，距離A定義為半橢圓形狀平行于上平坦表面取得的最大長度的一半，距離B為半橢圓形狀垂直于上平坦表面取得的最大長度。在示范性實施例中，底表面和內部彎曲表面之間的角度可以為約105度至約115度。在示范性實施例中，底表面可以包括粗糙度小于約4微米的浮雕圖案(embossedpattern)。在示范性實施例中，第一外徑可以大于第三內徑的兩倍。在示范性實施例中，透鏡還可以包括從底表面突出并遠離上平坦表面的對準突起。在示范性實施例中，透鏡還可以包括兩個透鏡結合部，所述透鏡結合部從透鏡的底表面和外部彎曲表面相遇的側部延伸。在示范性實施例中，從外部彎曲表面發射的光可以包括約65度至約75度的光取向角分布。在示范性實施例中，從外部彎曲表面發射的光可以包括小于約20度的強度帶寬度。 在示范性實施例中，從外部彎曲表面發射的光的中心強度與峰值強度的比率可以為約0.15。根據本發明的示范性實施例，一種背光組件包括透鏡、基板、光源和底板。透鏡包括:上平坦表面，具有第一外徑；底表面，具有第二外徑和第三內徑；外部彎曲表面，連接上平坦表面和底表面；內部彎曲表面,在第三內徑處從底表面朝向上平坦表面突出；以及兩個或更多透鏡結合部。基板具有比兩個或更多透鏡結合部中的彼此相對的兩個透鏡結合部的末端之間的距離小的寬度。光源位于基板上并產生光。底板包括與每個透鏡結合部結合的底結合部。基板位于透鏡和底板之間。在示范性實施例中，背光組件還可以包括位于透鏡和基板之間的反射片。根據本發明的示范性實施例，一種顯示設備包括:液晶顯示模塊；光漫射板，在其表面上包括點圖案；以及背光組件。背光組件包括透鏡、基板、光源和底板。透鏡分別與光漫射板的點圖案重疊。透鏡包括:上平坦表面，具有第一外徑；底表面，具有第二外徑和第三內徑；外部彎曲表面，連接上平坦表面和底表面；內部彎曲表面，在第三內徑處從底表面朝向上平坦表面突出；以及兩個透鏡結合部。基板具有比透鏡結合部之間的距離小的寬度。光源位于基板上并產生光。底板包括與每個透鏡結合部結合的底結合部。基板位于透鏡和底板之間。在示范性實施例中，點圖案包括多個點，相鄰點之間的距離可以為約I毫米(mm)至約1.5毫米(mm)。在示范性實施例中，點圖案包括多個點，所述點的外邊緣之間的最大距離可以為約 0.3mm 至 1.0_。在示范性實施例中，點圖案包括多個點，相鄰點之間的距離可以隨著離點圖案的中心的距離減小而減小。在示范性實施例中，點圖案包括多個點，所述點的外邊緣之間的最大距離可以隨著離點圖案的中心的距離減小而逐漸增加。在示范性實施例中，點圖案可以通過在漫射板的表面上印刷具有約50%的二氧化欽(TiO2)的墨而在漫射板的表面上。根據一個或更多本發明的示范性實施例，由于被透鏡折射的光更均勻且更寬地分布，背光組件可以包括更少的光源。此外，由于通過使用條形基板減少了印刷電路板(PCB)基板的使用，所以節省了PCB基板的高材料成本，并且降低了背光組件和/或包括該背光組件的顯示設備的總體制造成本。此外，由于漫射板的點圖案更均勻地分散光，所以減少或有效防止了由不規則光分布引起的亮斑和暗斑。
通過參照附圖詳細描述本發明的示范性實施例，本發明的上述和其它的特征將變得更加明顯，附圖中:圖1是分解透視圖，示出根據本發明的顯示設備的示范性實施例；圖2是平面圖，示出圖1中的顯示設備的背光組件的示范性實施例；圖3是圖2中的背光組件沿線1-1’截取的截面圖；圖4是透視圖，示出圖2中的背光組件的透鏡的示范性實施例；圖5是圖4中的透鏡沿線11-11’截取的截面圖；圖6是圖4中的透鏡沿線II1-1II’截取的截面圖；圖7是透視圖，示出圖1中的背光組件和漫射板的示范性實施例；圖8是平面圖,示出圖7中的漫射板的點圖案的示范性實施例；及圖9是圖7中的背光組件和漫射板沿線IV-1V’截取的截面圖。
具體實施例方式將理解，當一元件或層被稱為“在”另一元件或層上、“連接到”或“耦接到”到另一元件或層時，它可以直接在另一元件或層上、直接連接或耦接到另一元件或層，或者有居間元件或層。相反，當一元件被稱為“直接在”另一元件或層上、“直接連接到”或“直接耦接至IJ”到另一元件或層時，沒有居間元件或層存在。當在這里使用時，連接可以指元件彼此物理連接或電連接。相似的附圖標記始終表示相似的元件。當在這里使用時，術語“和/或”包括一個或多個所列相關項目的任意和全部組合。將理解，盡管術語第一、第二、第三等可以在這里用來表示各個元件、部件、區域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區域、層和/或部分不應受到這些術語限制。這些術語僅用于將一個元件、部件、區域、層或部分與另一元件、部件、區域、層或部分區別開。因此，下面論述的第一元件、部件、區域、層或部分可以被稱為第二元件、部件、區域、層或部分而不會偏離本發明的教導。為了描述的方便，這里可以使用空間相對性術語例如“下”、“之下”、“之上”、“上”等來描述如附圖中所示的一個元件或特征與另一元件(或多個元件)或特征(或多個特征)的關系。將理解，空間相對術語旨在涵蓋除附圖所示的取向之外器件在使用或操作中的不同取向。例如，如果附圖中的器件被翻轉，那么相對其他元件或特征描述為“之下”或“下面”的元件將相對于其他元件或特征取向為“之上”。因此，示例性術語“之下”可以包括之上和之下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉90度或者在其他取向)，這里使用的空間相對性描述語也相應地理解。
這里使用的術語僅用于描述特定實施例而無意限制本發明。當在這里使用時，單數形式“一”和“該”意在也包括復數形式，除非上下文另外地清楚描述。還將理解，當在本說明書中使用時，術語“包含”和/或“包括”指定所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一個或更多其它特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或增加。這里參照截面圖描述本發明的實施例，這些截面圖是本發明的理想化實施例(以及中間結構)的示意圖。因此，由于例如制造技術和/或公差引起的圖示形狀的變化是可以預期的。因此，本發明的實施例不應被理解為限于這里示出的區域的特定形狀，而是將包括由例如制造導致的形狀偏差在內。除非另行定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)都具有本發明所屬領域內的普通技術人員所通常理解的同樣的含義。將進一步理解的是，諸如通用詞典中所定義的術語，除非此處加以明確定義，否則應當被解釋為具有與它們在相關領域的語境中的含義相一致的含義，而不應被解釋為理想化的或過度形式化的意義。下面，將參照附圖詳細解釋本發明。圖1是分解透視圖，示出根據本發明的顯示設備的示范性實施例。參照圖1，顯示設備1000包括頂框架400、液晶顯示(LCD)模塊300、漫射板200和背光組件100。頂框架400與背光組件100結合以收納IXD模塊300和漫射板200。IXD模塊300根據信號顯示圖像，并使用由背光組件100產生的光來顯示圖像。漫射板200漫射由背光組件100產生的光以使光更均勻的分布，并向LCD模塊300提供基本均勻的光。背光組件100包括多個透鏡110、基板120和底板130，基板120包括多個點光源(未示出)。多個基板120可以設置在底板130上并彼此基本平行地布置，但本發明不限于此。在安裝于基板120 上的多個點光源處產生的光穿過多個透鏡110并朝向IXD模塊300發射。多個透鏡110使多個點光源產生的光分散從而覆蓋比點光源的發射區域更大的區域。因此，由于透鏡使光分散，所以利用較少的點光源提供光到LCD模塊300中。當需要較高的亮度時，可以使用以較高亮度發射光的點光源，而不增加點光源的數量。背光組件100還可以包括接收底板130、基板120和透鏡110的底框架500。底框架500可以包括與底板130的后表面的一部分重疊的底部和/或從底部朝向IXD模塊300延伸的側壁。圖2是平面圖，示出圖1中的顯示設備的背光組件的示范性實施例。參照圖2，背光組件100包括多個透鏡110、基板120和底板130，基板120包括多個點光源(未示出)。多個透鏡110根據基板120上的多個點光源設置。多個透鏡110分散點光源處產生的光。每個透鏡Iio包括兩個或更多透鏡結合部115。結合部115與底板130
彡口口 基板120設置在底板130與透鏡110之間。基板12僅通過將透鏡110與底板130結合而固定到底板130。在平面圖中，基板120包括沿第一方向延伸的縱軸(在圖2中，水平的)以及沿垂直于第一方向的第二方向延伸的橫軸(在圖2中，垂直的)。基板120在第二方向上的寬度小于透鏡110的透鏡結合部115的末端之間在第二方向上的寬度。基板120僅通過將透鏡110的透鏡結合部115與底板130結合而固定到底板130。因此，基板120不覆蓋(例如，重疊)整個底板130。基板120可以另外地稱為條形的，因為基板120是窄部件，相對長且具有基本均勻的寬度。由于基板120不重疊整個底板130，所以基板120的尺寸減小。通常，用于基板120的材料的成本很高。當條形基板120被使用并僅通過將透鏡110與底板130結合而固定到底板130時，背光組件120以較少的基板120的材料制造。因此，可以降低背光組件100和顯示設備1000的總體制造成本。圖3是圖2中的背光組件沿線1-1’截取的截面圖。參照圖2和圖3，背光組件100的示范性實施例包括透鏡110、在透鏡110下面的基板120、以及底板130。更具體地，透鏡110包括上平坦表面111、底表面112、外部彎曲表面113和內部彎曲表面114。上平坦表面111基本平坦，來自透鏡110的底部的入射光在上平坦表面111處被全部折射。外部彎曲表面113將上平坦表面111與底表面112連接。內部彎曲表面114與底表面112的內部表面連接并接收入射光。透鏡110還可以包括兩個或更多透鏡結合部115。透鏡結合部115可以包括完全穿過透鏡結合部115的厚度延伸的封閉開口 116，從而透鏡結合部115單獨限定封閉開口116。每個透鏡結合部115可以通過固定部件117與底板130結合。底板130包括底結合部135。底結合部135與透鏡結合部115的開口 116對準，從而底板130和透鏡110可以利用各種方法固定到彼此。底結合部135可以包括僅由底板130限定的孔或封閉開口。在示范性實施例中，固定部件117可以是結合螺釘，以及可以是用于將透鏡110較容易地組裝到底板130的各種結合結構。在另一示范性實施例中，透鏡結合部115可以不包括開口 116，而是包括固定部件。透鏡110是包括透鏡結合部115的單個、整體、不可分部件。光源121安裝在基板120上。光源121可以是發光二極管(LED)。光源121是點光源，從基板120接收電力并被基板120控制。光源121設置在透鏡110的內部彎曲表面114內。由光源121產生的光通過內部彎曲表面114進入透鏡110。反射片125可以位于基板120和透鏡110之間。反射片125向上反射被透鏡110折射的光，改善光效率。反射片125設置在基板120上并包括開口，光源121穿過該開口突出到透鏡110中。反射片125僅通過透鏡110的透鏡結合部115與底板130的結合而被固定在透鏡110和底板130之間。圖4是透視圖，示出圖2中的背光組件的透鏡的示范性實施例。圖5是圖4中的透鏡沿線11-11’截取的截面圖。參照圖4和圖5，透鏡110包括上平坦表面111、底表面112、外部彎曲表面113和內部彎曲表面114。另外，透鏡110包括兩個或更多透鏡結合部115。在平面圖中，上平坦表面111具有圓形形狀，該圓形形狀具有第一外徑2F。上平坦表面111增加全部折射來自透鏡110的底部的入射光的比率，并改善光的分布的均勻性。在平面圖中，底表面112為包括第二外徑2D和第三內徑2L的環形。具有第二外徑2D的底表面112與外部彎曲表面113連接，外部彎曲表面113與上平坦表面111連接。外部彎曲表面113實際上是透鏡110的側表面。在平面圖中外部彎曲表面113的直徑的分度(graduation)被調整，使得從外部彎曲表面113發射的光具有約65度至約75度的光取向角分布。光取向角分布通常定義為光的強度大于最大強度的一半的角度范圍。從外部彎曲表面113發射的光具有這樣的光取向角分布，即在約65度至約75度的點處透鏡110的光的強度大于最大強度的一半。另外，外部彎曲表面113形成為使得從外部彎曲表面113發射的光具有小于約20度的強度帶寬度。另外，從外部彎曲表面113發射的光可以調整為使得中心強度與峰值強度的比率為約0.15。中心強度定義為從透鏡110的的中心點沿法線方向(也就是，從上平坦表面111的中心沿法線方向)發射的光的強度。峰值強度定義為在透鏡110的側表面的最大光強度處的強度。當外部彎曲表面113的直徑調整為使得中心強度與峰值強度的比率為約0.15時，從透鏡110發射的光可以更均勻地分布。底表面112在第三內徑2L處與內部彎曲表面114連續連接，且內部彎曲表面114形成透鏡110的入口部分，光通過該入口部分進入透鏡110。底表面112的第二外徑2D可以是上平坦表面111的第一外徑2F的約五至七倍。而且，底表面112的第二外徑2D可以為上平坦表面111的第一外徑2F的約六倍。上平坦表面111的第一外徑2F與底表面112的第二外徑2D的比率用于調整光被透鏡全反射的范圍。內部彎曲表面114在相對于上平坦表面111的豎向(例如，垂直)方向截取的截面圖中具有半橢圓形狀。在內部彎曲表面114的半橢圓形狀中，當距離B定義為半橢圓形狀垂直于底表面112截取的最大長度，距離A定義為半橢圓形狀平行于底表面112截取的最大距離的一半時，距離B與距離A的比率可以為約1.5至約2.0。另外，第一外徑2F可以大于距離A的2倍。另外，內部彎曲表面114與底表面112相遇處的角度Θ可以為約105度至約115度。內部彎曲表面114與底表面112相遇處的角度Θ調整來自光源的光在內部彎曲表面114處被初始折射的折射角。底表面112可以包括浮雕圖案(未示出)。當在上平坦表面111處被全反射的光在底表面112處被反射時，浮雕圖案分散光。浮雕圖案可以具有小于約4微米的粗糙度。當浮雕圖案具有大于約4微米的粗糙度時，在上平坦表面111處被全反射而在底表面112處分散的光具有不規則的反射，光分布會不規則。在小于約4微米的指定范圍內的粗糙度產生均勻的光分布。圖6是圖4中透鏡的沿線II1-1II’截取的截面圖。參照圖6，透鏡110還可以包括對準突起119。基板120還可以包括從基板120的上表面向其內部區域延伸的對準凹口。對準凹口可以部分地或完全穿過基板120的厚度延伸。對準突起119突出到對準凹口中，與基板120結合，將透鏡110對準在背光組件100中的適當位置。透鏡110通過兩個或更多透鏡結合部115和對準突起119固定。由于透鏡110通過至少三個點固定，所以透鏡110可以固定在背光組件100中的適當位置。而且，由于透鏡110僅包括單個對準突起119，與透鏡110包括兩個或更多對準突起相比，減少或有效防止了光的泄露。圖7是透視圖，示出圖1中的背光組件和漫射板的示范性實施例。圖8是平面圖，示出圖7中的漫射板的點圖案的示范性實施例。參照圖7和圖8，漫射板200設置在背光組件100上并與之重疊。漫射板200包括多個點圖案210。多個點圖案210根據背光組件110的透鏡110而設置，也就是一個點圖案210與背光組件100的至少一個透鏡110重疊。點圖案210漫射從透鏡110發射的光。點圖案210可以通過在漫射板200上印刷圖案形成。在一個示范性實施例中，在印刷點圖案210時可以使用具有約50%的TiO2的墨。
每個點圖案210包括多個凸起，或稱為點顆粒211。在平面圖中由點顆粒211定義的點圖案210的總體形狀可以為圓形或矩形，但本發明不限于此。在平面圖中，相鄰點顆粒211之間的距離，或稱為點圖案210的點節距，可以為約I毫米(mm)至約1.5毫米(mm)。另夕卜，點顆粒211的外邊緣之間的最大距離，或稱為點圖案210的點直徑，可以為約0.3_至約 1.0mnin由于提供到點圖案210的光在點圖案210的中心處更密集，所以在點圖案210的中心處點顆粒211的分布可以更密集。為實現在點圖案210的中心處的點顆粒211的更高密度，在點圖案210的中心處點顆粒211的密度可以增加，或者隨著到點圖案210的中心的距離的減小，點顆粒211的尺寸可以逐漸增大。點顆粒211的根據到點圖案210的中心的距離的分布可以均勻地分散光。圖9是圖7中背光組件和漫射板的沿線IV-1V’截取的截面圖。參照圖9，背光組件100的透鏡110的示范性實施例對應于漫射板200的點圖案210設置，例如以一一對應的方式。在平面圖中，點圖案210設置在背光組件100的透鏡110上方并與之重疊。從透鏡110的頂部中心發射的光朝向點圖案210的中心行進。點顆粒211在點圖案210的中心處比點圖案210的周圍區域以更高的密度設置。在平面圖中點顆粒211的尺寸是均勻的，如圖8的實施例中所示，且在截面圖中點顆粒211的尺寸是均勻的，如圖9的實施例中所示。然而，本發明不限于此或不被此所限，點顆粒211的尺寸可以改變以調整光的分散。如上所述，根據一個或更多本發明的示范性實施例，由于被透鏡折射的光更均勻且更寬地分布，背光組件可以包括更少的光源。此外，由于通過使用條形基板減少了印刷電路板(PCB)基板的使用，節省了 PCB基板的高材料成本，且減少了背光組件和/或包括背光組件的顯示設備的總體制造成本。此外，由于漫射板的點圖案更均勻地分散光，減少或有效防止了由不規則光分布引起的亮斑和暗斑。以上是對本發明的說明而不應解釋為對其進行限制。雖然已經描述了本發明的幾個示范性實施例，但是本領域技術人員將容易地理解在示范性實施例中可以有許多修改而在實質上不偏離本發明的新穎性教導和優點。因此，所有這樣的修改旨在被包括于本發明的如權利要求限定的范圍內。在權利要求中，裝置加功能條款旨在覆蓋執行所述功能時這里所述的結構，且不僅覆蓋結構的等價物而且覆蓋等價的結構。因此，將理解，以上是對本發明的說明而不應解釋為限于所公開的特定示范性實施例，并且對所公開的實施例的修改以及其它實施例旨在被包括于權利要求的范圍內。本發明由權利要求和所包括的權利要求的等同物限定。
權利要求
1.一種透鏡，包括: 上平坦表面，具有第一外徑； 環形的底表面，具有第二外徑和第三內徑； 外部彎曲表面，連接所述上平坦表面和所述底表面；以及 內部彎曲表面，在所述第三內徑處從所述底表面朝向所述上平坦表面突出。
2.如權利要求1的透鏡，其中所述第二外徑為所述第一外徑的約六倍。
3.如權利要求1的透鏡，其中所述內部彎曲表面在垂直于所述上平坦表面截取的截面圖中包括半橢圓形狀。
4.如權利要求1的透鏡，其中所述底表面和所述內部彎曲表面之間的角度為105度至115 度。
5.如權利要求1的透鏡，其中所述底表面包括粗糙度小于4微米的浮雕圖案。
6.如權利要求1的透鏡，其中所述上平坦表面的所述第一外徑大于所述底表面的所述第三內徑的兩倍。
7.如權利要求1的透鏡，還包括從所述底表面且遠離所述上平坦表面突出的對準突起。
8.一種顯示設備，包括: 液晶顯不|旲塊； 光漫射板，在所述光漫射板的表面上包括點圖案；以及 背光組件，包括: 透鏡，分別與所述光漫射板的所述點圖案重疊，所述透鏡包括: 上平坦表面，具有第一外徑， 底表面，具有第二外徑和第三內徑， 外部彎曲表面，連接所述上平坦表面和所述底表面， 內部彎曲表面，在所述第三內徑處從所述底表面朝向所述上平坦表面突出，以及 兩個或更多透鏡結合部； 基板，具有比所述兩個或更多透鏡結合部中彼此相對的兩個透鏡結合部的末端之間的距離小的寬度； 光源，在所述基板上，其中所述光源產生光；以及 底板，包括與每個所述透鏡結合部結合的底結合部，其中所述基板位于所述透鏡和所述底板之間。
9.如權利要求8的顯示設備，其中所述點圖案包括多個點，相鄰點之間的距離為I毫米至1.5毫米。
10.如權利要求8的顯示設備，其中所述點圖案包括多個點，所述點的外邊緣之間的最大距離為0.3毫米至1.0毫米。
全文摘要
本發明涉及一種透鏡以及具有該透鏡的顯示設備。一種透鏡包括上平坦表面，具有第一外徑；底表面，具有第二外徑和第三內徑；外部彎曲表面，連接上平坦表面和底表面；以及內部彎曲表面，在第三內徑處從底表面朝向上平坦表面突出。
文檔編號G02F1/13357GK103162233SQ20121053502
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月12日 優先權日2011年12月12日
發明者河周和, 金重玄, 徐瑨, 孫珠淵, 呂東珉, 芮相憲, 李榮根, 李智元 申請人:三星顯示有限公司