背光单元及具有该背光单元的液晶显示装置 【技术领域】
本发明涉及一种背光单元和一种液晶显示(LCD)装置，特别地，涉及一种能够防止光从共平面开关(in-plane switching，IPS)模式LCD装置沿对角线(diagonal)方向泄漏的背光单元，和具有该背光单元的LCD装置。
背景技术
近来，随着各种便携式电子装置的发展，例如移动电话、PDA、笔记本电脑等，轻、薄、小的平板显示装置的需求很大。对于平板显示装置，例如LCD、PDP(等离子显示面板)、FED(场发射显示器)、VFD(真空荧光显示器)等进行了积极的开发和研究。在这些装置中，LCD由于其简单的批量生产技术、容易的驱动系统和高画质的实现而吸引了更多的注意。
依据液晶分子的排列，LCD装置具有多种显示模式。目前，TN(扭曲向列)模式LCD装置由于其容易的黑白显示、短的响应时间和低驱动电压被广泛地使用。当电压被施加到TN模式LCD装置时，被定向(align)为水平于(horizontal to)基板的液晶分子被定向为几乎垂直于基板表面。因此，存在一个问题，即在电压施加下液晶分子的折射各向异向性使视角被窄化。
为了解决这个问题，已经提出了具有宽视角特性的各种模式的LCD装置。其中，共平面开关(IPS)模式LCD装置被应用于实际批量生产，从而被制造。这种IPS模式LCD装置通过在一像素中形成至少一对平行排列的电极，来产生实质上平行于基板表面的水平电场，从而液晶分子沿着平面被定向。
图1为根据现有技术的上述IPS模式LCD装置的结构示意图。图1A为平面图，图1B是沿图1A中‘I-I’线的截面图。如图1A所示，液晶显示面板1具有由沿纵向方向和横向方向设置的栅线3和数据线4限定的一个像素。虽然图1中只示出了第(n，m)个像素，但是在实际的液晶显示面板中设置有N(＞n)条栅线3和M(＞m)条数据线，从而在整个液晶显示面板1上形成N×M个像素。薄膜晶体管10形成在像素中的栅线3和数据线4的交叉处。薄膜晶体管10包括：栅极11，扫描信号从栅线3被施加到该栅极11；半导体层12，该半导体层12形成在栅极11上并且当扫描信号被施加其上时被激活以形成沟道层；以及源极电极13和漏极电极14，该源极电极13和漏极电极14形成在半导体层12上，图像信号通过数据线4被施加于其上，从而将外部输入的图像信号施加到液晶层。
在该像素中，多个公共电极5和多个像素电极7实质上平行于数据线4排列。此外，与公共电极5连接的公共线16设置在像素的中部，并且与像素电极7连接的像素电极线18设置在公共线16上，从而与公共线16重叠。由于公共线16和像素电极线18彼此互相重叠，所以在IPS模式LCD装置中形成存储电容。
如上面所讨论的那样，在现有技术的IPS模式LCD装置中，液晶分子实质上平行于公共电极5和像素电极7被定向。当操作薄膜晶体管10从而将信号施加在像素电极7上时，在公共电极5和像素电极7之间产生实质上平行于液晶显示面板1的水平电场。通过水平电场，液晶分子沿着相同的平面旋转，从而避免了由于折射各向异向性引起的灰度翻转(gradation inversion)。
现在将参照图1B更详细的描述具有这种结构的现有技术的IPS模式LCD装置。
如图1B所示，(图1A中的)薄膜晶体管10包括形成在第一基板20上的栅极11、层积在第一基板20整个表面之上的栅绝缘层22、形成在栅绝缘层22上的半导体层12、形成在半导体层12上的源极电极13和漏极电极14。此外，钝化层24形成在第一基板20的整个表面之上。在钝化层24上，通过摩擦工艺等形成用于使液晶分子定向到特定方向的具有确定定向方向的第一定向膜28a。
在一个像素中，多个公共电极5形成在第一基板20上，且像素电极7与数据线4形成在栅绝缘层22上，从而在公共电极5和像素电极7之间产生水平电场。
黑矩阵32和滤色层34形成在第二基板30。黑矩阵32用于阻止光泄漏到液晶分子没有被操作的区域中(也就是，不显示图像的非希望区域(undesiredarea))，并且通常形成在(图1中的)薄膜晶体管10区域并且位于像素之间(也就是，栅线和数据线区域)。滤色层34包括R(红)、B(蓝)和G(绿)色来实现实际的色彩。覆盖层(overcoating layer)36可以形成在滤色层34上以保护滤色层34并且改善平坦度。并且，具有确定的定向方向的第二定向膜28b形成在覆盖层36上。
液晶层40形成在第一基板20和第二基板30之间，从而构成LCD面板1。
如上所述，通过分别形成在第一基板20和栅绝缘层22上的公共电极5和像素电极7，在液晶层40中产生水平电场。由此，液晶层40内部的液晶分子在平面上旋转，从而避免了液晶分子的折射各向异向性引起的灰度翻转。
然而，传统的IPS模式LCD装置具有下面的问题。
由于液晶分子沿水平电场在相同的平面上旋转，所以避免了由于液晶分子折射各向异向性引起的灰度翻转。这可以增强上下方向上、或左右方向上的视角特性。然而，没有增强对角线方向上的视角特性，因此导致在常黑模式(Normally Black Mode)下的屏幕的对角线方向上出现了污迹(斑痕(mura))。斑痕主要产生于以多个发光二极管(LED)作为光源地LCD装置，每个LED用于向液晶显示面板的一些部分提供光。
【发明内容】
因此，本发明的一个目的在于提供一种能够通过适当地将光学片和偏振器相互组合来防止光从平面开关(IPS)模式LCD装置沿对角线方向泄漏的背光单元，和一种具有该背光单元的LCD装置。
为了实现这些和其他优点，根据本发明的目的，如这里具体和广义描述的那样，提供一种背光单元，包括：光源，用于发射光；扩散片，用于扩散来自光源的入射到其上的光；第一棱镜片，用于通过把入射到其上的由扩散片扩散的光聚集到正面(front side)来增强该光的亮度；第二棱镜片，用于通过折射而把由第一棱镜片聚集的光再次聚集到正面；和微透镜膜，用于折射来自第二棱镜片的入射到其上的光。
为了实现这些和其他优点，根据本发明的目的，如这里具体和广义描述的那样，还提供一种液晶显示(LCD)装置，包括：液晶显示面板，用于显示图像；背光单元，用于向LCD面板提供光，并且该背光单元包括光源、用于扩散来自光源的入射到其上的光的扩散片、用于把由扩散片扩散的光聚集到正面来增强该光的亮度的第一棱镜片、用于折射由第一棱镜片聚集的光来将该光再次聚集到正面的第二棱镜片、和用于折射来自第二棱镜片的光的微透镜膜；偏振器，设置于LCD面板和背光单元之间，该偏振器包括没有相位差(Rth)的零延迟(zero retardation)三醋酸纤维素(TAC：triacetyl cellulose)膜；和面向偏振器的检偏器(analyzer)，LCD面板夹在检偏器和偏振器之间，该检偏器包括没有相位差(Rth)的零延迟TAC膜。
通过适当地将光学片和偏振器相互组合，本发明的背光单元可以有效地防止从平面开关(IPS)模式LCD装置沿对角线方向发生光泄漏。
本发明的前述和其他目的、特征、方面和优点将通过结合附图时的下面的本发明的详细说明而更显而易见。
【附图说明】
被包括以对本发明提供进一步理解并且被结合在内组成本说明书的一部分的附图，图解了本发明的实施方式并且连同说明书文字一起用以解释本发明的原理。
在附图中：
图1A和1B是示出根据现有技术的平面开关(IPS)模式液晶显示(LCDZ)装置的结构图；
图2是示意性示出LCD装置结构的分解透视图；
图3A是示出从正面观察LCD装置时的上偏振器和下偏振器吸收轴(absorption axis)的图；
图3B是示出从对角线方向观察LCD装置时的上偏振器和下偏振器吸收轴的图；
图4是示出根据本发明的LCD装置的结构图；
图5是示出根据本发明第一实施方式的光学片的结构图；和
图6是示出根据本发明第二实施方式的光学片的结构图。
【具体实施方式】
现在，将参照附图给出本发明的详细说明。
在下文中，将结合附图更详细的解释根据本发明的背光单元以及具有该背光单元的LCD装置。
一般地，由于光泄漏发生在对角线方向上，降低了LCD装置在对角线方向上的视角特性。更具体地，如图2所示，普通IPS模式LCD装置包括LCD面板101、以及贴附于LCD面板101上表面和下表面的第一和第二偏振器152和154，用于线性偏振入射到LCD面板101或者从LCD面板101发出的光。
在常黑模式中，贴附于LCD面板101上表面和下表面的第一和第二偏振器152和154的偏振轴相互垂直。从而，已穿过第一偏振器152的光在X-轴方向上被线偏振而进入LCD装置。当没有信号被施加到LCD面板101时，LCD面板101的液晶分子142沿着X-轴方向定向。从而，入射到LCD面板101上的光以在X-轴方向上线偏振的状态穿过LCD面板101。贴附到上基板的第二偏振器154的偏振轴垂直于已穿过液晶层的光的偏振方向。因此，光被上基板的偏振器完全吸收，而不从第二偏振器154发射出来。这可以允许一种常黑模式得以实现。
然而，当从对角线方向观察LCD装置时，第一和第二偏振器152和154的偏振方向实质上并不互相垂直。更具体地，当从正面观察LCD装置时，第一和第二偏振器152和154的偏振方向互相垂直，然而当从对角线方向观察LCD装置时，该垂直状态不再被保持。
图3A是示出在光垂直通过LCD装置屏幕的路径上，也就是，当从正面观察LCD装置时，第一和第二偏振器152和154的偏振轴的布置图。图3B是示出在光以预定的极角(polar angle)和预定的方位角(azimuthal angle)通过LCD装置屏幕的路径上，也就是，当从对角线方向观察LCD装置时，第一和第二偏振器152和154的偏振轴的布置图。此处，虚线表示第一偏振器152的偏振轴(吸收轴)的方向，而实线表示第二偏振器154的偏振轴(吸收轴)的方向。
参看图3A，当从正面观察LCD装置时(也就是，当光以垂直方向通过LCD装置的屏幕时)，第一和第二偏振器152和154的偏振轴相互垂直。然而，参照图3B，当从对角线方向观察LCD装置时(也就是，当光以预定的极角和预定的方位角通过LCD装置的屏幕时)，第一和第二偏振器152和154的偏振轴被设置为它们之间具有不同于90°的预定的角(θ)。
当从对角线方向观察LCD装置时，第一和第二偏振器152和154的偏振轴不互相垂直。从而，被第一偏振器152线偏振之后穿过LCD面板101的光并没有被第二偏振器154完全吸收，而是部分穿过第二偏振器154。因此，即便是在常黑模式中，当从对角线方向观察LCD装置时，由于部分光泄漏而无法保持完全黑的状态。这种对角线方向上的光泄漏大都发生在以LED作为背光单元的光源并将LED发射的光提供给LCD面板的LCD装置一些部分中。在本发明中，通过适当地将多个光学片和偏振器相互组合，从而通过改变穿过光学片和偏振器的光的亮度和偏振状态，避免了常黑模式中从对角线方向观察LCD装置时发生的常见的部分光泄漏。
图4是示出根据本发明的LCD装置的结构图。
在本发明中，为方便起见，用LED作为背光单元的光源。然而，本发明并不限于此。
参照图4，LCD装置201主要由液晶(LC)面板210和背光单元220组成，其中背光单元220安装在LCD面板210的后表面上从而为LCD面板210提供光。虽然未示出，但用于实质上实现图像的LCD面板210包括诸如玻璃之类的上和下基板、和设置在上和下基板之间的液晶层。特别地，下基板为形成有驱动装置(例如，TFT)和像素电极的薄膜晶体管(TFT)基板，而上基板为形成有滤色层的滤色器基板。
背光单元220包括：多个用于实质上发射光的LED 221；基板227，例如印刷电路板或框架，其上安装有LED 221并且向LED 221提供信号；扩散板225，用于扩散从LED 221发射的光；和设置于扩散板225上的光学片230，用于通过再次扩散由扩散板225发出的光和聚集被再次扩散的光来向LCD面板210提供具有增强亮度和均匀亮度的光。
LCD面板210和背光单元220被分别固定到主支撑部分202，并且由下盖203与上盖204互相组装在一起。
扩散板225用来通过扩散入射到LED 221上的光，使具有均匀亮度的光入射到LCD面板210。在此，可以使用导光板取代扩散板225。
作为用来增强透过扩散板225或导光板入射到其上的光的效率的光学片230，扩散片、棱镜片、微透镜膜、双增亮膜(dual brightness enhanced film)等被相互组合。
图5是示出根据本发明第一实施方式的背光单元的光学片230的结构图。
如图5所示，光学片230设置于偏振器250下方。偏振器250由没有相位差(Rth)的零延迟三醋酸纤维素(TAC)膜构成。虽然没有示出，但检偏器以LCD面板210设置在检偏器与偏振器250之间的状态被定位成面向偏振器250，并且检偏器被构造为偏振已穿过LCD面板210的光。检偏器也由没有相位差(Rth)的零延迟TAC膜组成。
光学片包括：扩散片232，用于扩散从作为光源的LED 221发射的光；第一棱镜片233，用于通过把被扩散片232扩散而入射到其上的光聚集到正面来增强该光的亮度；第二棱镜片234，用于通过折射而把由第一棱镜片233聚集的光再次聚集到正面；和微透镜膜，用于折射来自第二棱镜片234的入射到其上的光。
扩散片232用来扩散从扩散板225或导光板发出的光，从而具有均匀的亮度。并且，通过在由聚酯(PET)形成的基膜(base film)上分布由丙烯酸树脂(acryl resin)形成的球状粒子来制造扩散片232。也就是说，从扩散板225发出的光被球状粒子扩散从而具有均匀的亮度。
第一棱镜片233和第二棱镜片234用来通过折射入射到其上的光而将光聚集到正面。并且，通过在由聚酯(PET)形成的基膜上规则地设置由丙烯酸树脂形成的棱镜来制造第一棱镜片233和第二棱镜片234。第一和第二棱镜片233和234上的棱镜具有三角形截面，并且从一侧延伸到另一侧。在此，第一棱镜片233上的棱镜排列在垂直方向，而第二棱镜片234上的棱镜排列在水平方向。按照这些结构，光被垂直方向上的第一棱镜片233上的棱镜折射从而被聚集到垂直方向。而且，被聚集到垂直方向的光被折射从而被聚集到水平方向。从而，光线被聚集到正面。
第一棱镜片233上的棱镜可以排列在水平方向，而第二棱镜片234上的棱镜可以排列在垂直方向。第一棱镜片233和第二棱镜片234上的棱镜可以被排列在任何方向上，只要它们互相垂直地排列以通过把光折射到正面来增强入射光的亮度。
微透镜膜236用来通过利用微透镜内的材料和微透镜外的材料之间的折射率差对光进行折射从而增强入射光的亮度，透镜以凹形或凸形形成在膜上并且其中含有材料。
从LED 221发射的光入射到扩散片232上而被扩散，接着使其入射到第一棱镜片233和第二棱镜片234上。之后，光被第一棱镜片233折射到垂直方向从而被聚集。并且，被聚集到垂直方向的光被第二棱镜片234折射到水平方向从而被聚集到正面。
之后，被第一棱镜片233和第二棱镜片234聚集的光被微透镜膜236折射而被提供给LCD面板210。
图6是示出根据本发明第二实施方式的光学片的结构图。
设置在光学片330上的偏振器350由没有相位差(Rth)的零延迟TAC膜和相位差膜组成。并且，以LCD面板设置在检偏器和偏振器350之间的状态而面向偏振器350的检偏器也由没有相位差(Rth)的零延迟TAC膜组成。
参照图6，光学片330包括：第一扩散片232，用于扩散从作为背光单元光源的LED发射的光；第二扩散片333，用于通过再次扩散来实现被第一扩散片332扩散而入射到其上的光的均匀亮度，和双增亮膜337，用于增强被第一和第二扩散片332和333扩散而入射到其上的光的亮度。
第一和第二扩散片332和333用来通过扩散从扩散板或导光板发出的光而实现均匀的亮度。并且，通过在聚酯(PET)形成的基膜上分布由丙烯酸树脂形成的球状粒子来制造第一和第二扩散片332和333。从而，入射光被球状粒子扩散。
双增亮膜337通过向反射型偏振膜的两面提供扩散功能来实现，其用于把入射光的亮度增强到大约两倍。特别地，本发明中采用双增亮膜-扩散体(diffuser)(DBEF-D)而不是DBEF-E或DBEF-M。DBEF-D是通过把聚碳酸酯(PC，polycarbonate)形成的扩散膜粘接到DBEF的两面上形成的。双增亮膜337用来通过将入射到其上的没有透过LCD面板的光反射到LCD面板来增强亮度。
在本发明中，如图5所示，光学片可以通过以组合的方式依次提供微透镜膜、棱镜片(垂直的)、棱镜片(水平的)和扩散片来形成。可选择地，如图6所示，光学片可以通过以组合的方式依次提供双增亮膜、扩散片和扩散片来形成。按照这些结构，提供给LCD面板的光的状态被改变，因而避免了LCD面板上斑痕的出现。
表1示出了当本发明的背光单元应用到LCD装置时，在LCD面板上显示的交叉图案(cross patterns)和文本的实验结果。在此，从极角为65°并且方位角为45°的对角线方向观察LCD面板上显示的图案和文本。
【表1】
参照表1，劣化率(deterioration)表示观察者识别出的由出现在屏幕上的斑痕引起的屏幕的劣化度(deteriorated quality)。一般地，当劣化率低于25％时，观察者几乎识别不出屏幕上的斑痕，而当劣化率高于25％时，观察者能够识别出屏幕上的斑痕。因此，劣化率高于25％的LCD装置被确定是劣等的(NG)，而劣化率低于25％的LCD装置被认为是正常的(OK)。并且，当光泄漏小于大约2尼特(nit)时，观察者几乎识别不出光泄漏。相反，当光泄漏大于大约2尼特时，观察者能够识别出光泄漏。
参照表1，光学片1表示图5中示出的背光单元的光学片，而光学片2表示图6中示出的背光单元的光学片。除了下面的不同外，光学片3具有与光学片2相同的结构(双增亮膜/扩散片/扩散片)。光学片2包括由没有相位差(Rth)的零延迟TAC膜和相位差膜组成的偏振器、以及由没有相位差(Rth)的零延迟TAC膜组成的检偏器。然而，光学片3包括由没有相位差(Rth)的零延迟TAC膜组成的偏振器、和由常规延迟TAC膜组成的检偏器。
光学片4具有的结构为双增亮膜/棱镜片(H)/扩散片，并且包括都是由没有相位差(Rth)的零延迟TAC膜组成的检偏器和偏振器。光学片5具有的结构为双增亮膜/棱镜片(H)/扩散片，并且包括分别由常规延迟TAC膜和没有相位差(Rth)的零延迟TAC膜组成的检偏器和偏振器。
并且，光学片6具有的结构为双增亮膜/扩散片/扩散片，并且包括由常规延迟TAC膜和没有相位差(Rth)的零延迟TAC膜组成的检偏器和偏振器。
参照表1，图5中所示的光学片1(扩散片/棱镜片(垂直的)/棱镜片(水平的)/微透镜膜)在对角线方向上的光泄漏大约为0.7尼特。并且，对于交叉图案的劣化率为10％，而对于文本的劣化率为5％，因此具有大约为8％的平均劣化率。因此，图5的光学片1在对角线方向上几乎不发生光泄漏，并且观察者几乎识别不出屏幕上的斑痕。图5的光学片1使观察者几乎识别不出在对角线方向上的斑痕(也就是，斑痕几乎被消除)，因此极大地提高了LCD装置的画质。
图6所示的光学片2(双增亮膜/扩散片/扩散片)在对角线方向上的光泄漏大约为2.3尼特。并且，对于交叉图案的劣化率为30％，而对于文本的劣化率为20％，因此具有大约25％的平均劣化率。因此，即使图6的光学片2在对角线方向上发生光泄漏，观察者也几乎识别不出光泄漏。这可使得观察者几乎识别不出屏幕上的斑痕。图6的光学片2使观察者几乎识别不出在对角线方向上的斑痕(也就是，斑痕几乎被消除)，因此极大地提高了LCD装置的画质。
另一方面，具有与本发明的光学片1和2不同的结构的光学片3到6在对角线方向上的光泄漏大于3.5尼特。这可能导致观察者明确地识别出对角线方向上的光泄漏漏光。此外，由于平均劣化率大于大约88％，观察者能够容易地识别出屏幕上的斑痕。也就是，在使用具有光学片3到6的背光单元的情况下，在对角线方向上屏幕上出现的斑痕没有被消除，从而使LCD装置的画质劣化。
在本发明中，多个光学片被适当地相互组合以防止LCD装置对角线方向上的斑痕的出现。即便所使用的光学片是常规的光学片，光学片也如表1所示被适当地相互组合。从而，本发明的光学片较之其他的光学片可以实现更增强的效果。
本发明公开了具有特定结构的光学片。然而，本发明并不限于此。例如，光学片可以具有任何结构，只要光学片发挥它们的功能。
此外，本发明公开了使用LED的直下式背光单元。然而，本发明并不限于此。例如，本发明也可以应用于使用冷阴极射线灯(CCFL)或外电极荧光灯(EEFL)的侧入式背光单元(edge-type back unit)或者直下式背光单元。并且，本发明也可以被应用在使用LED的侧入式背光单元中。
上面的实施方式以及优点仅仅是代表性的而并不解释为限制公开。本发明的教导能够容易地应用在其他类型的装置上。本说明书的意图是示例性的，而不是限制权利要求(本申请所要求保护的技术方案)的范围。对于本领域技术人员来说，多种选择、修改和改变是显而易见的。在此描述的典型实施方式的特征、结构、方法和其他特点可以以各种方式相结合以获得另外的和/或可选的典型实施方式。
在不脱离其特点的情况下本发明的各特征可以以几种形式来实施，应该理解，除非有另外的说明，上面描述的实施方式并不受到前面说明书的任何细节的限制，而是应该在所附权利要求(本申请所要求保护的技术方案)所限定的范围内被广义地解释，因此所有落入权利要求(本申请所要求保护的技术方案)的边界和界限内的改变和修改、或这些边界和界限的等同物都因此被意图包含在所附权利要求(本申请所要求保护的技术方案)中。