DE112006000187T5

DE112006000187T5 - Feste kolloidale Dispersionen für die Rückseitenbeleuchtung von Flüssigkristallanzeigen

Info

Publication number: DE112006000187T5
Application number: DE112006000187T
Authority: DE
Inventors: Gerald H. Negley; Antony P. Van De Ven; Ban Poh Loh
Original assignee: Cree Inc
Current assignee: Wolfspeed Inc
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2007-11-29
Also published as: US7304694B2; TWI393937B; US20060152651A1; TW200639486A; WO2006076218A1; JP2008527672A

Abstract

Anzeigeelement für eine Flachbildschirmanzeige mit:
einem planaren Array von Flüssigkristallanzeige-(LCD-)vorrichtungen,
einer Mehrzahl von Leuchtdioden-(LED)vorrichtungen, die so eingerichtet sind, dass sie Licht in einen Lichtpfad strahlen, der auf das planare Array von LCD-Vorrichtungen auftrifft, sodass eine Rückseitenbeleuchtung des planaren Arrays von LCD-Vorrichtungen bereitgestellt wird, und
einer festen Schaumstruktur in dem Lichtpfad.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Flüssigkristallanzeige-(LCD-)Vorrichtungen und insbesondere die Rückseitenbeleuchtung von LCD-Vorrichtungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
LCD-Vorrichtungen sind in Flachbildschirmanzeigen für Monitore, Fernseher oder andere Anzeigen weit verbreitet. Wie es Fachleuten wohl bekannt ist, weist eine LCD-Anzeige im Allgemeinen ein planares Array von LCD-Vorrichtungen auf, die als ein Array von optischen Verschlüssen wirken. Durchlässige LCD-Anzeigen verwenden eine Rückseitenbeleuchtung, wobei fluoreszierende kalte Kathodenröhren über, neben, und manchmal hinter dem Array der LCD-Vorrichtungen verwendet werden. Eine Streueinrichtung hinter den LCD-Vorrichtungen kann verwendet werden, um das Licht gleichmäßig neu auszurichten und zu streuen, sodass eine gleichmäßigere Anzeige bereit gestellt wird.
Zum Beispiel ist es bekannt, eine oder mehrere fluoreszierende kalte Kathodenröhren neben einer oder mehreren Kanten des planaren Arrays von LCD-Vorrichtungen zu verwenden und einen Lichtleiter oder eine Lichtführung, die das Licht von den fluoreszierenden kalten Kathodenrohren leitet, so dass die Fläche des planaren Arrays von LCD-Vorrichtungen beleuchtet wird. Leider kann eine solche Kantenbeleuchtung ineffizient sein, wobei bis zu 50% oder mehr des Lichtes verloren geht.
Es ist auch bekannt ein Array von fluoreszierenden kalten Kathodenröhren hinter dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen vorzusehen, welche auf dieses hin zeigen. Leider kann ein Array von fluoreszierenden kalten Kathodenröhren die Dicke der LCD-Anzeige vergrößern und/oder deren Leistungsverbrauch erhöhen. Es kann auch schwierig sein, das planare Array von LCD-Vorrichtungen mit dem Array von fluoreszierenden kalten Kathodenröhren gleichmäßig zu beleuchten.
Lichtemittierende Halbleitervorrichtungen, wie z. B. Leuchtdioden-(LED-)Vorrichtungen können auch zur Kantenbeleuchtung eines planaren Arrays von LCD-Vorrichtungen verwendet werden. Zum Beispiel beschreibt die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/898,608, angemeldet am 23. Juli 2004, mit dem Titel "Reflective Optical Elements for Semiconductor Light Emitting Devices" für den Miterfinder Negley, wobei der Inhaber der Inhaber der vorliegenden Erfindung ist, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird als ob sie hierin vollständig wiedergegeben wäre, Seitenemissions LEDs, die für eine großflächige LCD- und/oder Fernseherrückseitenbeleuchtung verwendet werden können.
Lichtemittierende Halbleitervorrichtungen, wie z.B. LED-Vorrichtungen, können auch zur direkten Rückseitenbeleuchtung von LED-Anzeigen verwendet werden; z. B. beschreibt die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/022,332, angemeldet am 23. September 2004, mit dem Titel "Light Emitting Diode Arrays For Direct Backlighting of Liquid Crystal Displays", der Miterfinder Negley et al., wobei der Inhaber der Inhaber der vorliegenden Erfindung ist, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird als sei sie hierin vollständig dargelegt, ein Array von LED-Vorrichtungen, das nahe an einem Array von LCD-Vorrichtungen angeordnet ist, sodass eine Rückseitenbeleuchtung für diese bereitgestellt wird.
Es ist im Allgemeinen erwünscht, eine Rückseitenbeleuchtung für eine LCD-Anzeige bereitzustellen, die dem Benutzer der Anzeige gleichmäßig erscheint. Eine gleichmäßige Rückseitenbeleuchtung kann bereitgestellt werden durch Erhöhen des Abstandes zwischen den LED-Vorrichtungen oder den kalten Kathodenröhren und dem Streuelement, sodass eine relativ dicke „Mischzone" ermöglicht wird, in der der Lichtausgang von den LED-Vorrichtungen und/oder den fluoreszierenden Röhren sich gleichmäßig mischen kann. Leider kann sich, wenn die Dicke der Mischzone vergrößert wird, die Gesamtdicke Flachbildschirmanzeige ebenfalls unerwünschterweise vergrößern. Eine Gleichmäßigkeit der Rückseitenbeleuchtung kann ebenfalls bereitgestellt werden durch Verringern des Abstandes zwischen benachbarten LED-Vorrichtungen und/oder fluoreszierenden kalten Kathodenröhren. Leider können, wenn der Abstand verringert wird, mehr LED-Vorrichtungen und/oder fluoreszierende kalte Kathodenröhren verwendet werden, was die Kosten und/oder den Leistungsverbrauch der Flachbildschirmanzeige unerwünschterweise erhöhen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Anzeigeelement für eine Flachbildschirmanzeige bereit, welches ein planares (das heißt ein zweidimensionales) Array von LCD-Vorrichtungen und eine Mehrzahl von LED-Vorrichtungen, die so eingerichtet sind, dass sie Licht in einen Lichtpfad abstrahlen, der auf das planare Array von LCD-Vorrichtungen auftrifft, sodass eine Rückseitenbeleuchtung auf dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen bereitgestellt wird, aufweist. Eine feste Schaumstruktur ist in dem Lichtpfad vorgesehen. So wie es Fachleuten wohl bekannt ist, ist eine feste Schaumstruktur eine kolloidale Dispersion (das heißt eine Mischung, in der Partikel eines ersten Materials innerhalb eines zweiten Materials dispergiert sind), wobei Gaspartikel, wie zum Beispiel Luft in einem festen Material dispergiert sind.
In einigen Ausführungsformen weist die feste Schaumstruktur einen offenporigen Schaumblock auf, wie zum Beispiel einen offenporigen Polyethylenschaumblock. In anderen Ausführungsformen weist die feste Schaumstruktur eine feste kolloidale Dispersion von Luftblasen in einem optisch transparenten Material auf, welches einen Brechungsindex aufweist, der von Luft verschieden ist. In noch anderen Ausführungsformen weist die feste Schaumstruktur komprimierbaren und/oder nicht komprimierbaren Schaum auf. In noch weiteren Ausführungsformen weist die feste Schaumstruktur ein Aerogel auf. Es ist Fachleuten wohl bekannt, dass ein Aerogel ein fester Schaum mit einer sehr geringen Dichte ist, der typischerweise ungefähr 50 Volumenprozent bis ungefähr 99,5 Volumenprozent Luft enthalten kann. Ein Aerogel kann Leuchtstoffmate rialien darin aufweisen. In noch anderen Ausführungsformen ist die feste Schaumstruktur thermisch isoliert, sodass der Einfluss von Wärme, die durch die LED-Vorrichtungen auf den LCD-Vorrichtungen erzeugt wird, reduziert ist.
In anderen Ausführungsformen weisen Anzeigeelemente für Flachbildschirmanzeigen ein planares Array von LCD-Vorrichtungen und eine Lichtquelle, die so eingerichtet ist, dass sie Licht in einen Lichtpfad abstrahlt, der auf das planare Array von LCD-Vorrichtungen auftrifft, aufweist, sodass eine Rückseitenbeleuchtung auf dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen bereitgestellt wird. Eine feste kolloidale Dispersion von Teilchen eines ersten Materials, das einen ersten Brechungsindex aufweist, in einem zweiten Material, das einen zweiten Brechungsindex aufweist, ist vorgesehen. Die feste kolloidale Dispersion ist in dem Lichtpfad angeordnet und sie ist so eingerichtet, dass sie die räumliche Ungleichmäßigkeit der Rückseitenbeleuchtung auf dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen reduziert verglichen mit der Rückseitenbeleuchtung, die bei der Abwesenheit der festen kolloidalen Dispersion in dem Lichtpfad bereitgestellt wird.
In einigen Ausführungsformen kann die Lichtquelle mindestens eine LED-Vorrichtung und/oder mindestens eine fluoreszierende kalte Kathodenröhre aufweisen. In anderen Ausführungsformen weisen die LED-Vorrichtungen ein planares Array von LED-Vorrichtungen auf, das nahe dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen angeordnet ist, sodass der Lichtpfad definiert wird, wobei mindestens ein Teil der LED-Vorrichtungen innerhalb einer Umgebung des planaren Arrays von LCD-Vorrichtungen angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen weist das erste Material einen Feststoff und/oder ein Gas auf. In einigen Ausführungsformen ist die feste kolloidale Dispersion so eingerichtet, dass sie Licht in den Lichtpfad reflektiert, bricht und/oder streut. In einigen Ausführungsformen sind die ersten und zweiten Materialien optisch transparent, das heißt sie ermöglichen es mindestens einem Teil des einfallenden Lichtes durch sie hindurch zu treten. Darüber hinaus ist in einigen Ausführungsformen der Brechungsindex des ersten Materials größer als der des zweiten Materials und in anderen Ausführungsformen ist der Brechungsindex des zweiten Materials größer als der des ersten Materials.
Anzeigeelemente für Flachbildschirmanzeigen gemäß noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen einen LCD-Vorrichtungsschirm, ein Streuelement auf dem LCD-Vorrichtungsschirm und eine Lichtquelle, die von dem Streuelement so beabstandet ist, dass ein Lichtpfad von der Lichtquelle zu dem Streuelement gebildet wird, auf, und stellen eine Rückseitenbeleuchtung auf den LCD-Vorrichtungsschirm mit einer vorbestimmten räumlichen Gleichmäßigkeit bereit. Ein optisches Mittel ist in dem Lichtpfad von einer Lichtquelle zu dem Streuelement vorgesehen zum Reduzieren der räumlichen Ungleichmäßigkeit der Rückseitenbeleuchtung auf dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen. In einigen Ausführungsformen sind auch ein oder mehrere die Helligkeit erhöhende Filme zwischen dem LCD-Vorrichtungsschirm und dem Streuelement vorgesehen. In einigen Ausführungsformen weist das Streuelement einen Acrylstreufilm auf. In einigen Ausführungsformen weist die Lichtquelle mindestens eine LED-Vorrichtung auf. Das optische Mittel zum Reduzieren räumlicher Ungleichmäßigkeit kann ein Material in dem Lichtpfad aufweisen, das so eingerichtet ist, dass es Licht in den Lichtpfad reflektiert, bricht und/oder streut. In einigen Ausführungsformen kann das Material eine feste Schaumstruktur, ein Aerogel und/oder eine feste kolloidale Dispersion, wie oben beschrieben, aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht eines Anzeigeelementes für eine Flachbildschirmanzeige, die eine Ungleichmäßigkeit der Rückseitenbeleuchtung aufweisen kann.
2-4 sind Querschnittsansichten von Anzeigeelementen für Flachbildschirmanzeigen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung wird nun hier nach vollständiger gemäß den beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Jedoch sollte diese Erfindung nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt angesehen werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen vorgesehen, sodass die Offenbarung genau und vollständig ist und sie vermitteln dem Fachmann den Schutzbereich der Erfindung vollständig. In den Zeichnungen sind die Dicken von Schichten und Bereichen aus Gründen der Klarheit übertrieben dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen durchweg ähnliche Elemente. So wie er hierin verwendet wird, umfasst der Ausdruck „und/oder" irgendeine und alle Kombinationen eines oder mehrerer der zugehörigen aufgezählten Gegenstände und kann als „/" abgekürzt sein.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und sie ist nicht dafür gedacht, die Erfindung zu beschränken. So wie sie hierin verwendet werden, ist beabsichtigt, dass die Singularformen „ein" und „der, die, das" die Pluralformen ebenfalls umfassen, es sei denn der Zusammenhang zeigt es deutlich anders. Es ist darüber hinaus offensichtlich, dass der Ausdruck „aufweisen", wenn er in dieser Beschreibung verwendet wird, das Vorhandensein der genannten Merkmale, Bereiche, Schritte, Betriebsschritte, Elemente und/oder Komponenten spezifiziert, jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Bereiche, Schritte, Betriebsschritte, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt.
Es ist offensichtlich, dass wenn ein Element, wie zum Beispiel eine Schicht oder ein Bereich, als „auf" oder sich erstreckend „auf" ein weiteres Element beschrieben wird, es direkt auf oder sich direkt auf das andere Element erstreckend sein kann oder dazwischen liegende Elemente ebenfalls vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind, wenn ein Element als „direkt auf" oder sich „direkt auf" ein anderes Element erstreckend bezeichnet wird, keine dazwischen liegenden Elemente vorhanden. Es ist auch offensichtlich, dass wenn ein Element als „verbunden" oder „gekoppelt" mit einem anderen Element beschrieben ist, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind, wenn ein Element als mit einem anderen Element „direkt verbunden" oder „direkt gekoppelt" bezeichnet ist, keine dazwischen liegenden Elemente vorhanden.
Es ist offensichtlich, dass obwohl die Ausdrücke „erster, zweiter, etc." hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, diese Elemente, Materialien, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke beschränkt sein sollen. Diese Ausdrücke werden nur verwendet, um ein Element, ein Material, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Element, Material, Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Daher könnte ein nachfolgend diskutiertes erstes Element, Material, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein zweites Element, Material, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Darüber hinaus können relative Ausdrücke, wie zum Beispiel „unten", „Boden" oder "horizontal", und „obere", oder „vertikal" hierin verwendet werden, um die Beziehung eines Elementes zu einem anderen Element wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben. Es ist offensichtlich, dass relative Ausdrücke so gedacht sind, dass sie verschiedene Orientierungen der Vorrichtung zusätzlich zu den in den Figuren dargestellten Orientierungen umfassen. Zum Beispiel werden, wenn die Vorrichtung in der Figur umgedreht wird, Elemente, die als auf der „unteren" Seite von anderen Elementen beschrieben sind, dann auf „oberen" Seiten der Elemente angeordnet. Der beispielhafte Ausdruck „unten" kann daher sowohl eine Orientierung von „unten" als auch von „oben” umfassen, in Abhängigkeit von der bestimmten Orientierung der Figur. Ähnlich wären, wenn die Vorrichtung in einer der Figuren umgedreht wird, Elemente, die als „unten" oder „unter" anderen Elementen beschrieben sind, dann „über" den anderen Elementen angeordnet. Die beispielhaften Ausdrücke „unter" oder „unterhalb" können daher sowohl eine Orientierung von über als auch unter umfassen. Darüber hinaus werden die Ausdrücke „vorne" und „hinten" hierin verwendet, um gegenüber liegende äußere Flächen einer Flachbildschirmanzeige zu beschreiben. Herkömmlich wird die Anzeigefläche als Vorderseite angenommen, jedoch kann die Anzeigefläche auch als Rückseite angenommen werden in Abhängigkeit von der Orientierung.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hierin gemäß Querschnittsansichten beschrieben, die schematische Darstellung idealisierter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind. Daher sind Änderungen gegenüber den Formen der Darstellung als ein Ergebnis, zum Beispiel von Herstellungstechniken und/oder -toleranzen zu erwarten. Daher sollten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht als beschränkend für die hierin dargestellten bestimmten Formen von Bereichen angesehen werden, sondern sie sollen Abweichungen in Formen, die beispielsweise von der Herstellung herrühren, umfassen. Zum Beispiel kann ein Bereich, der als typischerweise flach dargestellt oder beschieben ist, raue und/oder nichtlineare Merkmale aufweisen. Darüber hinaus können typischerweise spitz dargestellte Winkel abgerundet sein. Daher sind die in den Figuren dargestellte Bereiche schematischer Natur und es ist nicht beabsichtigt, dass ihre Formen die präzise Form eines Bereichs darstellen und es ist nicht beabsichtigt, dass sie den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beschränken.
Alle Ausdrücke (einschließlich technischer und naturwissenschaftlicher Ausdrücke), die hierin verwendet werden, haben die gleiche Bedeutung, so wie sie von einem Fachmann zu dessen Gebiet dieser Erfindung gehört, allgemein verstanden werden, es sei denn es ist anders definiert. Es ist darüber hinaus offensichtlich, dass Ausdrücke, wie zum Beispiel diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, interpretiert werden sollten als ob sie eine Bedeutung haben, die in ihrer Bedeutung in dem Zusammenhang des relevanten Standes der Technik und der vorliegenden Erfindung konsistent ist und sie werden nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne interpretiert, es sei denn es ist hierin ausdrücklich so definiert.
1 ist eine Querschnittsansicht von Anzeigeelementen für Flachbildschirmanzeigen, die Ungleichmäßigkeiten der Rückseitenbeleuchtung zeigen können. Wie in 1 gezeigt, weisen diese Anzeigenelemente 100 ein planares Array 110 von LCD-Vorrichtungen auf, die hierin auch als ein „LCD-Schirm" oder ein "LCD-Vorrichtungsschirm" 110 bezeichnet werden. So wie es dem Fachmann wohl bekannt ist, kann ein LCD-Schirm 110 eine Flüssigkristallsubstanz zwischen Stücken aus Glas oder anderem Material aufweisen, und er kann auch polarisierende Filme und eine oder mehrere Elektrodenschichten aufweisen. Die Konstruktion eines Arrays 110 von LCD-Vorrichtungen ist dem Fachmann wohl bekannt und muss hierin nicht weiter beschrieben werden.
Noch gemäß 1 ist ein Streuelement 130 ebenfalls auf dem LCD-Vorrichtungsschirm 110 vorgesehen. Das Streuelement 130 weist im Allgemeinen einen Acrylstreufilm auf, der ungefähr 2 Millimeter dick sein kann. Ein oder mehrere die Helligkeit erhöhende Filme (brightnessenhancing films, BEF) 140 können zwischen dem LCD-Vorrichtungsschirm 110 und dem Streuelement 130 vorgesehen sein. Die Konstruktion von Streuelementen 130 und die Helligkeit erhöhenden Filmen 140 sind dem Fachmann ebenfalls wohl bekannt und müssen hierin nicht weiter beschrieben werden. Darüber hinaus können das Array von LCD-Vorrichtungen 110, das Streuelement 130 und die die Helligkeit erhöhenden Filme 140 wie in 1 gezeigt direkt aufeinander angeordnet sein oder sie können voneinander beabstandet sein, wobei dazwischen liegende Filme und/oder Luftspalte verwendet werden.
Noch gemäß 1 ist eine Lichtquelle 120 vorgesehen, die von dem Streuelement beabstandet ist, sodass ein Lichtpfad 150 von der Lichtquelle 120 zu dem Streuelement 130 gebildet wird und wodurch eine Rückseitenbeleuchtung auf dem LCD-Vorrichtungsschirm 110 bereit gestellt wird. Die Lichtquelle 120 kann ein planares Array von LCD-Vorrichtungen aufweisen, sowie es in irgendeiner der Ausführungsformen der oben zitierten Anmeldung mit der Seriennummer 11/022,332 beschrieben wurde, sie kann irgendwelche anderen herkömmlichen Arrays von LED-Vorrichtungen aufweisen, sie kann ein Array von fluoreszierenden kalten Kathodenröhren aufweisen und/oder andere geeignete Lichtquellen, die eine direkte Rückseitenbeleuchtung des LCD-Vorrichtungsschirms 110 bereitstellen. Eine oder mehrere LED-Vorrichtungen und/oder fluoreszierende kalte Kathodenröhren können ebenfalls so eingerichtet sein, dass sie eine Kantenrückseitenbeleuchtung bereitstellen.
Wie in 1 gezeigt, können die Lichtpfade 150 nicht überlappend sein und/oder sie können überlappen, sodass eine vorbestimmte räumliche Ungleichmäßigkeit der Rückseitenbeleuchtung auf dem LCD-Vorrichtungsschirm 110 bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, einen Abstand S von ungefähr 17 Millimetern zwischen der Lichtquelle 120 und dem Streuelement 130 vorzusehen, sodass eine Mischzone gebildet wird. Wenn die Lichtquelle 120 ein Array von LEDs verwendet, zum Beispiel eine oder mehrere rote, grüne und/oder blaue LEDs, sodass der Anschein weißen Lichts erzeugt wird, kann eine räumliche Ungleich mäßigkeit der Lichtintensität über den LCD-Schirm 110 auftreten, sodass die Rückseitenbeleuchtung ungleichmäßig ist. So wie es hierin verwendet wird, bedeutet eine „gleichmäßige" Rückseitenbeleuchtung, dass ein herkömmlicher Betrachter, der die Anzeige in einem herkömmlichen Betrachtungsabstand betrachtet, keine Variationen der Rückseitenbeleuchtungsintensität wahrnimmt. In einigen Ausführungsformen können Variationen von weniger als ungefähr 25 Prozent eine gleichmäßige Intensität bereitstellen, wohingegen in anderen Ausführungsformen Variationen von weniger als 5 Prozent eine gleichmäßige Intensität liefern.
Es wurde abgeschätzt, dass bei einem 26 mm LED-Abstand der Abstand S auf ungefähr 25 mm erhöht werden können sollte, um eine gleichmäßige Rückseitenbeleuchtung bereitzustellen. Jedoch kann diese Erhöhung des Abstandes S unerwünscht sein. Es ist auch möglich, den Abstand zwischen benachbarten LED-Vorrichtungen in dem Array zu reduzieren. Jedoch kann ein reduzierter LED-Abstand unerwünschterweise die Kosten und/oder den Leistungsverbrauch der Flachbildschirmanzeige erhöhen.
2 ist eine Querschnittsansicht von Anzeigeelementen für Flachbildschirmanzeigen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 gezeigt, weisen diese Anzeigeelemente 200 optische Mittel 210 in dem Lichtpfad 150' von der Lichtquelle 120 zu dem Streuelement 130 auf, zum Reduzieren der räumlichen Ungleichmäßigkeit der Rückseitenbeleuchtung auf einem planaren Array von LCD-Vorrichtungen 110. Es wurde beobachtet, dass gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch Hinzufügen optischer Mittel 210 in dem Lichtpfad 150' zum Reduzieren der räumlichen Ungleichmäßigkeit der Rückseitenbeleuchtung auf dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen 110 eine gleichmäßigere Rückseitenbeleuchtung erreicht werden kann, während der Abstand S der gleiche bleibt, zum Beispiel 17 mm.
In einigen Ausführungsformen kann das optische Mittel zum Reduzieren der räumlichen Ungleichmäßigkeit 210 Material in dem Lichtpfad 150' aufweisen, dass so eingerichtet ist, dass es Licht in dem Lichtpfad 150' bricht, reflektiert und/oder streut. In einigen Ausführungsformen weist das Mittel zum Reduzieren räumlicher Ungleichmäßigkeit 210 eine feste Schaumstruktur, so wie sie im Detail in 3 beschrieben wird, auf. In anderen Ausführungsformen weist das optische Mittel zum Reduzieren räumlicher Ungleichförmigkeit 210 eine feste kolloidale Dispersion von Teilchen eines ersten Materials, das einen ersten Brechungsindex aufweist, in einem zweiten Material, das einen zweiten Brechungsindex aufweist, sowie es im Detail in 4 beschrieben wird, auf. Der Brechungsindex des ersten Materials kann größer sein oder kleiner sein als der Brechungsindex des zweiten Materials. In einigen Ausführungsformen weist die feste Schaumstruktur ein Aerogel auf. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass das optische Mittel zum Reduzieren der räumlichen Ungleichmäßigkeit 210 in 2 so gezeigt ist, dass es sowohl von der Lichtquelle 120 als auch von dem Streuelement 130 beabstandet ist. Jedoch kann in anderen Ausführungsformen das optische Mittel zum Reduzieren räumlicher Ungleichmäßigkeit 210 direkt auf der Lichtquelle 120 und/oder direkt auf dem Streuelement 130 sein.
3 ist eine Querschnittsansicht von Anzeigeelementen für Flachbildschirmanzeigen gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 gezeigt, weisen diese Anzeigeelemente 300 ein planares Array 320 von LED-Vorrichtungen 322 auf, die so eingerichtet sind, dass sie Licht in einen Lichtpfad 150'' abstrahlen, der auf das planare Array von LCD-Vorrichtungen 110 auftrifft, sodass eine Rückseitenbeleuchtung auf dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen 110 bereitgestellt wird. Wie in 3 gezeigt, kann die Mehrzahl von LED-Vorrichtungen 322 ein planares Array von LED-Vorrichtungen 322 aufweisen, das nahe dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen 110 angeordnet ist, sodass der Lichtpfad 150'' gebildet wird, wobei mindestens ein Teil der LED-Vorrichtungen 322 in einer Umgebung 110a des planaren Arrays von LCD-Vorrichtungen 110 angeordnet ist. Das planare Array von LED-Vorrichtung 322 kann gemäß irgendeiner der Ausführungsformen, die in der Anmeldung mit der Seriennummer 11/022,332 beschrieben sind, vorgesehen sein und/oder andere Konfigurationen verwenden.
Noch gemäß 3 ist eine massive Schaumstruktur 310 in dem Lichtpfad vorgesehen. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die feste Schaumstruktur 310 einen offenporigen Schaumblock auf. So wie es dem Fachmann wohl bekannt ist, enthält geschlossenporiger Schaum diskret voneinander beabstandete Blasen darin, wohingegen offenporiger Schaum verbundene Blasen enthält, die miteinander verbundene Durchlässe bilden. In anderen Ausführungsformen kann jedoch geschlossenporiger Schaum ebenfalls verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen weist die feste Schaumstruktur 310 leicht verfügbaren offenporigen Polyethylenschaum auf, der zum Beispiel von Sealed Air Corporation, Polyethylene Foam Division, Saddle Brook, NJ erhältlich ist und von anderen Quellen. Obwohl dieser Polyethylenschaum aufgrund von Brechung farblich weiß erscheint, kann er für Licht in dem Lichtpfad transparent sein. So wie er hierin verwendet wird, bedeutet der Ausdruck „transparent", dass mindestens ein Teil des einfallenden Lichtes durch das Material hindurchtritt, um aus diesem heraus zu kommen. In einigen Ausführungsformen werden ungefähr 20% oder weniger des einfallenden Lichtes durch den offenporigen Polyethylenschaum absorbiert. Es ist offensichtlich, dass die Luftblasen 312 in der Schaumstruktur 310 eine gleichmäßige und/oder ungleichmäßi ge Größe, Form und/oder Verteilung in dem optisch transparenten Kunststoffmaterial 314 aufweisen können. Darüber hinaus kann die feste Schaumstruktur 310 komprimierbaren und/oder unkomprimierbaren Schaum aufweisen. In noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die feste Schaumstruktur 310 ein Aerogel, zum Beispiel erhältlich von Cabot Corporation, Billerica, MA und von vielen anderen Quellen, auf. Das Aerogel kann so konstruiert sein, dass es einen Leuchtstoff und/oder andere optische Materialien darin aufweist, wenn dies erwünscht ist. Zum Beispiel können blaue LEDs 322 in Verbindung mit roten, grünen und/oder anderen Leuchtstoffen in dem Aerogel verwendet werden, sodass der Anschein weißen Lichts hervorgerufen wird.
Zuletzt kann in einigen Ausführungsformen die feste Schaumstruktur 310 ein thermisch isolierendes Material sein, das eine thermische Barriere zwischen der Lichtquelle 320 und dem LCD-Schirm 110 bereitstellt. Wie es dem Fachmann wohl bekannt ist, können LCDs sehr temperaturempfindlich sein und die thermische Barriere, die durch die feste Schaumstruktur 310 bereitgestellt wird, kann wünscheswerterweise die Temperatur des LCD-Schirms reduzieren.
4 ist eine Querschnittsansicht von Anzeigelementen für Flachbildschirmanzeigen gemäß noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 gezeigt, weisen diese Anzeigelemente 400 eine Lichtquelle 420 auf, die eine Kantenbeleuchtungsquelle 422 (einschließlich mindestens einer LED-Vorrichtung und/oder mindestens einer fluoreszierenden kalten Kathodenröhre) und einen Hohllichtleiter oder einen Lichtleiter 424 aufweist, um das Licht von der Kantenbeleuchtungsquelle 422 zu führen. Die Konstruktion von Hohllichtleitern 422 ist dem Fachmann wohl bekannt und muss hierin nicht weiter beschrieben werden.
In 4 ist eine feste kolloidale Dispersion 410 von Teilchen 412 eines ersten Materials, das einen ersten Brechungsindex aufweist, das in einem zweiten Material 414, das einen zweiten Brechungsindex aufweist, dispergiert ist, vorgesehen. Die feste kolloidale Dispersion 410 ist in dem Lichtpfad 150''' angeordnet und sie ist so eingerichtet, dass sie die räumliche Ungleichmäßigkeit der Rückseitenbeleuchtung in dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen 110 reduziert verglichen mit einer Rückseitenbeleuchtung, die ohne die feste kolloidale Dispersion 410 in dem Lichtpfad 510''' realisiert ist. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass feste Schaumstrukturen 310 aus 3 auch Ausführungsformen von festen kolloidalen Dispersionen 410 aus 4 bereitstellen können, wobei das erste Material ein Gas aufweist. Die feste kolloidale Dispersion 410 ist so eingerichtet, dass sie Licht in dem Lichtpfad reflektiert, bricht und/oder streut.
In einigen Ausführungsformen sind die ersten und zweiten Materialien 412 und 414 optisch transparent, haben jedoch unterschiedliche Brechungsindizes. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen die Teilchen 412 des ersten Materials Luft sein und das zweite Material 414 kann Polyethylen und/oder Siliciumdioxid sein. In anderen Ausführungsformen können die Teilchen 412 des ersten Materials Titanoxidteilchen sein und das zweite Material 414 kann Polyethylen und/oder Siliciumdioxid sein. Kombinationen anderer Materialien können ebenfalls verwendet werden. Es ist offensichtlich, dass der Brechungsindex der Teilchen 412 des ersten Materials größer oder kleiner sein kann als der Brechungsindex des zweiten Materials 414.
Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Kombinationen und Unterkombinationen von Ausführungsformen der 1-4 gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden können. Daher kann zum Beispiel jedes der optischen Elemente 210, 310 oder 410 mit irgendeiner Anordnung der Lichtquellen 120, 320 und/oder 420 verwendet werden. Darüber hinaus muss in einigen Ausführungsformen kein Streuelement 130 und/oder kein die Helligkeit erhöhender Film oder keine die Helligkeit erhöhende Filme 140 vorhanden sein. Zuletzt ist es offensichtlich, dass die in 1-4 dargestellten Abstände lediglich erläuternd sind. Daher kann zum Beispiel wenn optische Elemente 210, 310 und/oder 410 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, der Abstand S zwischen der Lichtquelle 120, 320 und/oder 420 und dem Array von LCD-Vorrichtungen 110 verglichen mit 1 reduziert sein. Darüber hinaus können, wie es bereits dargelegt wurde, die verschiedenen in 2-4 gezeigten Elemente voneinander beabstandet sein und/oder direkt aufeinander liegen.
Nun wird eine zusätzliche Diskussion von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen bereitgestellt. Insbesondere gemäß einigen Ausführungsformen kann ein hochgradig transparentes, diffus machendes, streuendes und Licht leitendes Material vorgesehen sein, sodass die räumliche Gleichmäßigkeit des Lichts für Rückseitenbeleuchtungsanwendungen verbessert wird. In einigen Ausführungsformen kann durch Einfügen einer Schicht eines offenporigen Schaums eine erwünschte Gleichmäßigkeit bei einer erwünschten Dicke erreicht werden. Der Schaum kann als ein geordnetes und/oder zufälliges Array von den Index änderndem Material angesehen werden. Der transparente Kunststoff kann einen Brechungsindex von ungefähr 1,5 aufweisen und die Luft kann einen Brechungsindex von 1,0 aufweisen. Bei jeder Indexänderung wird das Licht zumindest gebrochen. Darüber hinaus kann eine Reflexionskomponente vorhanden sein. Es kann auch eine gewisse diffuse Streuung des Lichts vorhanden sein. Andere konstruierte Materialien mit zwei Brechungsindizes, die eine gewünschte Geometrie aufweisen, können verwendet werden. Zum Beispiel ist es bekannt, als „photonische Kristalle" konstruierte Materialien zu verwenden, um die Lichtextraktion von den LEDs selbst zu verbessern. Darüber hinaus können Materialien, wie zum Beispiel ein Aerogel oder Xerogel (ein Aerogel mit mikroskopisch großen Blasen eines ersten Materials, die in einem zweiten Material dispergiert sind) verwendet werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um die Größe der Mischzone zu reduzieren und/oder die Wirksamkeit der Mischzone zu reduzieren, die herkömmlicherweise in rückseitenbeleuchteten LCD-Anzeigen vorgesehen sind.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ebenfalls betrachtet werden, als ob sie eine Anordnung der direkten LED-Rückseitenbeleuchtung von LCD-Schirmen darstellen, die eine gedruckte Schaltkreisplatine (printed circuit board, PCB), auf der eine Mehrzahl von LEDs in einem Array mit einem vorbestimmten Abstand montiert sind, eine dünne Streuplatte aus Acryl und eine Schicht aus Streukörpermaterial zwischen der PCB und der Streuplatte aus Acryl aufweisen. Der Streukörper kann die räumliche Gleichmäßigkeit des Lichts aus dem Array verbessern und er kann ein Material aufweisen, das einen Brechungsindex aufweist und welches lokalisierte Bereiche eines Materials enthält, die einen anderen Brechungsindex aufweisen und das darin in einer geordneten und/oder zufälligen Weise dispergiert ist. Der Streukörper kann eine gleichmäßige Struktur sein und/oder er kann einen offenporigen Schaum eines transparenten Kunststoffs mit darin eingebetteten Luftblasen aufweisen. Der Abstand der LED-Cluster (pitch) kann auf 25 mm eingestellt sein, was zu einer räumlich ungleichmäßigen Lichtintensität an der LCD führen kann, wenn ein Abstand von 17 mm zwischen diesen LEDs und der Acrylstreuplatte verwendet wird. Die Streukörperschicht kann diese Ungleichmäßigkeit reduzieren oder beseitigen ohne den Abstand zwischen dem LED-Array und der Streuplatte zu erhöhen, durch Verbesserung der Streuung, der diffusen Streuung und/oder des Lichttransports zwischen den beiden. Die Streukörperschicht kann ein Array von indexänderndem Material und Luftblasen ähnlich zu Schaum sein. Zusätzlich können ebenfalls gleichmäßig oder ungleichmäßig strukturierte Materialien verwendet werden, so wie es oben beschrieben wurde.
In den Zeichnungen und der Beschreibung wurden Ausführungsformen der Erfindung offenbart und obwohl spezielle Ausdrücke verwendet wurden werden sie nur in einem generischen und beschreibenden Sinne verwendet und nicht zum Zwecke der Beschränkung, wobei der Schutzbereich der Erfindung in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Erfindung betrifft Flüssigkristallanzeige-(LCD)Vorrichtungen und insbesondere die Rückseitenbeleuchtung von LCD-Vorrichtungen. Es sind LCD-Vorrichtungen bekannt, die eine ungleichmäßige Rückseitenbeleuchtung der LCD-Vorrichtungen aufweisen. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Anzeigeelement für eine Flachbildschirmanzeige bereitzustellen, welches ein planares Array von LCD-Vorrichtungen und eine Mehrzahl von LED-Vorrichtungen, die so eingerichtet sind, dass sie Licht in einen Lichtpfad abstrahlen, der auf das planare Array von LCD-Vorrichtungen auftrifft, sodass eine Rückseitenbeleuchtung auf dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen bereitgestellt wird, aufweist, wobei eine feste Schaumstruktur in dem Lichtpfad vorgesehen ist.

Claims

Anzeigeelement für eine Flachbildschirmanzeige mit: einem planaren Array von Flüssigkristallanzeige-(LCD-)vorrichtungen, einer Mehrzahl von Leuchtdioden-(LED)vorrichtungen, die so eingerichtet sind, dass sie Licht in einen Lichtpfad strahlen, der auf das planare Array von LCD-Vorrichtungen auftrifft, sodass eine Rückseitenbeleuchtung des planaren Arrays von LCD-Vorrichtungen bereitgestellt wird, und einer festen Schaumstruktur in dem Lichtpfad.
Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von LED-Vorrichtungen ein planares Array von LED-Vorrichtungen aufweist, das nahe an dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen angeordnet ist, sodass der Lichtpfad gebildet wird, wobei mindestens einige der LED-Vorrichtungen in einer Umgebung des planaren Arrays von LCD-Vorrichtungen angeordnet sind.
Anzeigeelement, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Schaumstruktur einen offenporigen Schaumblock aufweist.
Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Schaumstruktur eine feste kolloidale Dispersion von Luftblasen in einem optisch transparenten Material mit einem Brechungsindex, der von Luft verschieden ist, aufweist.
Anzeigeelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Schaumstruktur komprimierbaren und/oder unkomprimierbaren Schaum aufweist.
Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Schaumstruktur ein Aerogel aufweist.
Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerogel einen Leuchtstoff darin aufweist.
Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Schaumstruktur thermisch isolierend ist.
Anzeigeelement für eine Flachbildschirmanzeige mit: einem planaren Array von Flüssigkristallanzeige-(LCD-)vorrichtungen, einer Lichtquelle, die so eingerichtet ist, dass sie Licht in einen Lichtpfad strahlt, der auf das planare Array von LCD-Vorrichtungen auftrifft, sodass eine Rückseitenbeleuchtung des planaren Arrays von LCD-Vorrichtungen bereitgestellt wird, und einer festen kolloidalen Dispersion von Teilchen eines ersten Materials, das einen ersten Brechungsindex aufweist, die in einem zweiten Material, das einen zweiten Brechungsindex auweist, dispergiert sind, wobei die feste kolloidale Dispersion in dem Lichtpfad angeordnet ist und so eingerichtet ist, dass sie räumliche Ungleichmäßigkeiten der Rückseitenbeleuchtung auf dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen reduziert, verglichen mit einer räumlichen Ungleichmäßigkeit der Rückseitenbeleuchtung beim Fehlen der festen kolloidalen Dispersion in dem Lichtpfad.
Anzeigeelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mindestens eine Leuchtdioden-(LED-)vorrichtung und/oder mindestens eine fluoreszierende kalte Kathodenröhre aufweist.
Anzeigeelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine LED-Vorrichtung ein planares Array von LED-Vorrichtungen aufweist, das nahe dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen angeordnet ist, sodass der Lichtpfad gebildet wird, wobei zumindest einige der LED-Vorrichtungen in einer Umgebung des planaren Arrays von LCD-Vorrichtungen angeordnet sind.
Anzeigeelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material einen Festkörper und/oder ein Gas aufweist.
Anzeigeelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die feste kolloidale Dispersion so eingerichtet ist, dass sie Licht in den Lichtpfad reflektiert, bricht und/oder streut.
Anzeigeelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Materialien optisch transparent sind.
Anzeigeelement für eine Flachbildschirmanzeige mit: einem Flüssigkristall-(LCD-)vorrichtungsschirm, einem Streuelement auf dem LCD-Vorrichtungsschirm, einer Lichtquelle, die von dem Streuelement beabstandet ist, sodass ein Lichtpfad von der Lichtquelle zu dem Streuelement gebildet wird und eine Rückseitenbeleuchtung auf dem LCD-Vorrichtungsschirm mit einer vorbestimmten räumlichen Gleichmäßigkeit gebildet wird, und einem optischen Mittel in dem Lichtpfad von der Lichtquelle zu dem Streuelement zum Reduzieren der räumlichen Ungleichmäßigkeit der Rückseitenbeleuchtung auf dem planaren Array von LCD-Vorrichtungen.
Anzeigeelement nach Anspruch 15, darüber hinaus mit: einem die Helligkeit erhöhenden Film zwischen dem LCD-Vorrichtungsschirm und dem Streuelement.
Anzeigeelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuelement einen Streufilm aus Acryl aufweist.
Anzeigeelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mindestens eine Leuchtdioden-(LED-)vorrichtung aufweist und/oder mindestens eine fluoreszierende kalte Kathodenröhre.
Anzeigeelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel zum Reduzieren räumlicher Ungleichmäßigkeit ein Material in dem Lichtpfad aufweist, das so eingerichtet ist, dass es Licht in dem Lichtpfad reflektiert, bricht und/oder streut.
Anzeigeelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel zum Reduzieren räumlicher Ungleichmäßigkeit eine feste Schaumstruktur in dem Lichtpfad aufweist.
Anzeigeelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Schaumstruktur ein Aerogel aufweist.
Anzeigeelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerogel einen Leuchtstoff darin aufweist.
Anzeigeelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Schaumstruktur thermisch isolierend ist.
Anzeigeelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel zum Reduzieren räumlicher Ungleichmäßigkeit eine feste kolloidale Dispersion von Teilchen eines ersten Materials mit einem ersten Brechungsindex in einem zweiten Material mit einem zweiten Brechungsindex aufweist.