JP2004063439A

JP2004063439A - 液晶表示装置用パネル光源及びバックライトモジュール

Info

Publication number: JP2004063439A
Application number: JP2002272186A
Authority: JP
Inventors: Kaiyu Yo; 楊界雄
Original assignee: Hannstar Display Corp
Current assignee: Hannstar Display Corp
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】高輝度、均一な明るさ、低消費エネルギー及び低コストの要求を満たす液晶ディスプレイのバックライトモジュール及びパネル光源装置を提供する。
【解決手段】光源１５０、光源を取り囲むＵ字形反射材１６１、光ガイド１８０、及び複数の金属グリッドワイヤ１９０からなるパネル光源装置であって、該光ガイド１８０は、光源と対向する入射面１８４と、出射面１８５を有し、光は入射面１８４から光ガイド１８０に透過し、その後出射面１８５から光ガイド１８０の外に透過する。金属グリッドワイヤ１９０は入射面１８４と光源１５０の間に配置され、あらかじめ偏光された光を透過し、残りの光をそこから反射する。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全般的には液晶表示装置（ＬＣＤ）のパネル照明装置に関し、特に、バックライトモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１において、代表的な液晶表示装置の構造が表されている。一般的に、液晶表示装置は、２枚の基板とその間にシールされた液晶材料からなる液晶パネル１０、該液晶パネル１０の下側に配置されたバックライトユニット２０、ケース１１及び１２を含む。
【０００３】
バックライトユニット２０は、光源により光を液晶パネル１０の表面上に均等に拡散するために用いられる。バックライトユニット２０には、直下式バックライト（ｄｉｒｅｃｔ　ｂａｃｋ　ｌｉｇｈｔ　ｔｙｐｅ）　、エッジ式バックライト（ｅｄｇｅ　ｌｉｇｈｔ　ｔｙｐｅ）等のいくつかの種類がある。
【０００４】
図２は、図１における２−２断面模式図であり、直下式のバックライトモジュール２１が示されている。直下式バックライトモジュール２１は、ハウジング７０、ハウジング７０の下表層に配置される反射シート６０、ハウジング７０の下部に配置される蛍光陰極管等のランプ５０、ハウジング７０の上層に配置される拡散シート４０、拡散シート４０の上部に配置されるプリズムシート３０を含む。ランプ５０は液晶パネル１０のディスプレイエリアの中に一定の間隔を置いて配置されているため、液晶パネルの輝度の分布は均等になりにくい。また、液晶パネル１０のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スイッチング素子がバックライト源の熱により損傷を受ける可能性もある。
【０００５】
従って、ランプ５０と拡散シート４０との間にはいくらかの距離や空間が必要とされる。この距離や空間は、典型的には、ハウジング７０中に配置される支持台５５により提供される。これらの必要とされる構造的要因により、直下式バックライトモジュール２１の厚みを減少させるのは非常に困難となっている。
【０００６】
図３は、図１における２−２断面模式図であり、エッジライト方式のバックライトモジュール２２を示す。エッジライト方式のバックライトモジュール２２は、光ガイド８０、光ガイド８０の少なくとも一方の端部につけられたランプ５０、及びランプ５０を取り囲むＵ字形の反射材６１を含む。反射材６１の開口部は光ガイド８０の端部に配置され、反射シート６０は光ガイド８０の下方に配置され、拡散シート４０は光ガイド８０の上方に配置され、プリズムシート３０は拡散シート４０の上方に配置されている。ランプ５０は光ガイド８０の端部に配置されているため、ＬＣＤの厚みは比較的薄くすることが可能となる。
【０００７】
光ガイド８０は、光ガイド８０の中において光を散乱し液晶パネル１０を照明するため少なくとも一方の表面に印刷されたドットパターン、もしくはＶ字型の刻み模様を有している。光ガイド８０は、典型的にはＰＭＭＡをプレス成形もしくは射出成形の過程により製造される。拡散シート４０は、光ガイド８０の上方に設置され、典型的には半透明ＰＥＴもしくはポリカーボネートで製造されるので、光ガイド８０から放出された光をさらに均等に拡散することができる。プリズムシート３０は、拡散シート４０の上方に配置され、拡散シート４０から拡散された光を垂直方向に集めることができる。
【０００８】
液晶パネル１０は、一方の偏光方向の光のみ透過し、他方の偏光方向の光は吸収する偏光シートを有しているため、約５０％の光のエネルギーが光の偏光シート透過時に失われる。
従って、偏光リサイクルフィルム３５が特徴的にプリズムシート３０の上方に配置され、他の偏光方向の光を反射し、その反射された光は光学素子によって下方に反射され、偏光方向を変えられた後に再利用され、液晶ディスプレイの輝度が向上する。
【０００９】
しかしながら、上述の偏光リサイクルフィルムは特に３Ｍ^ＴＭ社製、商品名：デュアル　ブライトネス　エンハンスメント　フィルム（ＤＢＥＦ）として得ることができこれにより液晶ディスプレイは１６０〜１７０％の輝度に向上するが、非常に高価である。
さらに、近年液晶ディスプレイの面積が増加しているため、液晶ディスプレイのコストは、増加の一途をたどるであろう。
【００１０】
そのため、液晶ディスプレイのバックライトモジュールは、面積減少と同様に、能力効率及び画面輝度の増加、均一な明るさの供給、低消費エネルギー及び低コストの要求を満たさなければならない。
これらの要求を満足させるよう試みている先行技術は、例えばＬｅｅらにより２０００年１２月２６日に発行された米国特許番号：６，１６４，７９０、Ｈｏｏｋｅｒらにより１９９５年１２月１９日に発行された米国特許番号：５，４７７，４２２、Ｃｉｕｐｋｅらにより１９９６年１月１６日に発行された米国特許番号：５，４８５，３５４、である。
これらの特許は全て参考とすることができる。しかしながら、これらの特許のバックライトモジュールや、他の先行技術は未だ上記の要求を満たすものではない。
【００１１】
さらに、Ｏｎｉｓｈｉらにより２０００年７月１１日に発行された米国特許番号：　６，０８６，２１２は、光ガイドに設置された出力光変調器及び、光源と光ガイドとの間に設置された入射光変調器から構成されるバックライトユニットを提示している。
しかしながら、バックライトユニットの構造は複雑であり、液晶パネルの輝度は未だ大きく向上していない。
そのため、上記の要求を満たす液晶ディスプレイのバックライトモジュールを得ることが必要となる。
【特許文献１】
米国特許番号第６，０８６，２１２号明細書
【００１２】
【発明が解決すべき課題】
本発明は、パネル光源のエネルギー効率、液晶ディスプレイの輝度を向上させた偏光液晶表示装置を供給するための、パネル光源装置を提供することを目的とする。
本発明は、低コストで製造することができ、パネル光源のエネルギー効率を高めることができるパネル光源を提供することを他の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は光源、該光源を取り囲む反射材、光ガイド、及び複数の金属グリッドワイヤからなるパネル光源装置を提供する。光ガイドは、光源に対向する入射面と出射面とを有する。光は光ガイドに入射面より透過され出射面より光ガイドの外に透過する。金属グリッドワイヤは入射面と光源の間に配置され、あらかじめ偏光された光は透過し、残りの光を反射する。
【００１４】
本発明の他の側面によれば、本発明は液晶ディスプレイの液晶ディスプレイパネルを照明するためのバックライトモジュールを提供する。
バックライトモジュールは、光源、光源を取り囲む反射材、光ガイド及び金属グリッドワイヤからなる。光ガイドは、光源に対向する入射面と、散乱素子と、出射面を有する。光源から発された光は入射面から光ガイドに透過され、散乱素子により散乱され、その後出射面より光ガイドの外へ透過する。金属グリッドワイヤは、入射面と光源との間に配置され、あらかじめ偏光された光を透過し、残りの光を反射する。液晶ディスプレイはさらに、光ガイドの出射面と液晶パネルとの間に配置される光学フィルムから構成される。
【００１５】
従って、本発明のバックライトモジュールもしくはパネル光源は、反射式偏光板を含み、これによりエネルギー効率を減少することなく偏光された光を供給することが可能となる。また、偏光された光は液晶ディスプレイの偏光フィルムを通り偏光フィルムによる光の吸収を最小限に押さえることができる。それゆえ、本発明のバックライトモジュールもしくはパネル光源は高価な光学フィルムを用いなくとも全体のエネルギー効率の向上、明るさの向上、液晶ディスプレイのコスト低下の要求を満たすことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の他の目的、効果及び新規な特徴は図面を参照しながら行われる以下の詳細な説明によって、より明らかとなる。
【００１７】
図４に、本発明の第一の実施形態による液晶ディスプレイ１００を示す。該液晶ディスプレイ１００は、液晶パネル１１０及びバックライトモジュール１２０を含む。液晶パネル１１０は２つの透明基板１１２、１１４、及びその間に配置された液晶材料１１６を有する。液晶パネル１１０の透明基板１１２，１１４の外側表面は偏光シート１１８、１１９で覆われており、内側表面にはスイッチング素子が配され液晶材料１１６の分子の配置が変化し、画像を形成する。
【００１８】
バックライトモジュール１２０は、液晶パネル１１０を照明するためのパネル照明装置として機能する。バックライトモジュール１２０は、光源１５０、光源１５０を取り囲むＵ字形反射材１６１、くさび型光ガイド１８０及び複数の光学フィルム、例えば拡散シート１４０及びプリズムシート１３０を含む。
【００１９】
光源１５０は、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）とすることができる。拡散シートは光ガイド１８０から放出された光をさらに均一に拡散するために用いられる。
プリズムシート１３０としては、３Ｍ^ＴＭ社製商品名ブライトネス　エンハンスメント　フィルム　ＩＩ　（ＢＥＦ　ＩＩ）を用いることができ、該シートに垂直に光を集める。
光ガイド１８０には散乱素子１８２が配され、印刷されたドットパターンやＶ字型の刻み模様が光ガイドの下表面に設けられ、光ガイド１８０中の光を散乱するとともに光をライトガイド１８０の上表面もしくは出射面に送り出し、パネル光源に均等に供する。
光ガイド１８０は特にＰＭＭＡによりプレス成形もしくは射出成形の過程により製造される。光ガイド１８０はさらに、光ガイド１８０の端部に配置される反射材１６５を含み、光ガイド１８０に光を反射し戻す。
【００２０】
光ガイド１８０の入射面１８４はさらに金属グリッドワイヤ１９０を有する。図５に示すように、金属グリッドワイヤ１９０は一定の間隔で直接入射面１８４上に形成されており、偏光され金属グリッドワイヤ１９０に垂直方向の光は光ガイド１８０に送られ、金属グリッドワイヤ１９０に平行方向の光は反射される。図４に示すように、光源１５０から放出された光は偏光されていない光（ランダム偏光）であり、金属グリッドワイヤ１９０に平行な偏光である成分Ｐ、及び金属グリッドワイヤに垂直な偏光である成分Ｖからなる。
【００２１】
平行成分Ｐは金属グリッドワイヤ１９０により反射され、垂直成分Ｖは光ガイド１８０に送られる。従って、金属グリッドワイヤに垂直な偏光方向の光（垂直成分Ｖ）のみが金属グリッドワイヤを通り光ガイドに送られる。反射された光（平行成分Ｐ）はその後反射材１６１により反射され、偏光方向が変化し、金属グリッドワイヤ１９０を通り光ガイド１８０に送られる。光ガイド１８０中においては、偏光された光（垂直成分Ｖ）は散乱素子１８２によって散乱され、液晶ディスプレイパネル１１０に送られる。液晶ディスプレイパネル１１０に送られた光の偏光は実質的に金属グリッドワイヤ１９０に対して垂直である。従って液晶ディスプレイパネル１１０の偏光シート１１９により吸収される光は減少し、液晶ディスプレイ１００の光効率は増加する。
【００２２】
本発明によれば、金属グリッドワイヤ１９０は、アルミニウム、銀、銅、もしくは合金からなり、好ましくはアルミニウムからなる。図５に示すように、好ましくは、金属グリッドワイヤ１９０の間隔Ｐは約３００ｎｍ以下であり、金属グリッドワイヤ１９０の厚さＴは約３０〜約２００ｎｍの間であり、金属グリッドワイヤ１９０の幅Ｗに対する間隔Ｐの比は約０．１〜約０．８である。
本発明によれば、金属グリッドワイヤ１９０はまた光ガイド１８０と光源１５０の間の基板上に形成することも可能であることは、技術に熟練した者にとっては明らかであろう。
【００２３】
金属グリッドワイヤ１９０が反射タイプ（偏光線スプリッタ）の偏光板として機能していることは、技術に熟練した者にとっては明らかであろう。つまり、偏光板と平行な光を反射し、その後反射された光の偏光方向は反射材１６１により変化し、金属グリッドワイヤに送られ、その結果液晶ディスプレイ１００の照明効率が向上する。
従って、他の反射タイプの偏光板、例えば、コレステリック液晶ポリマー、１／４λの薄膜コレステリック液晶ポリマー、及び上述の３Ｍ^ＴＭ社製のＤＢＥＦ等は、金属グリッドワイヤの代わりに用いることができる。
【００２４】
液晶パネル１１０の偏光シート１１９の偏光方向は反射タイプの偏光板のそれに対応するので、液晶ディスプレイ１００の輝度は向上することは、技術に熟練した者にとっては明らかであろう。一般に、液晶ディスプレイの配置により本発明のバックライトモジュール１２０は特に、横電解スイッチング方式、垂直配向方式、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）液晶ディスプレイパネルに適する。
【００２５】
次に、図６に本発明の第二の好ましい実施の形態である液晶ディスプレイ２００を表す。液晶ディスプレイ２００は、概して液晶ディスプレイ１００と同様であり、類似の要素は同じような数字で示されている。液晶ディスプレイ２００は光ガイド２８０のそれぞれ反対側の両端に配置される二つの光源２５０を有する後方光ガイド２２０を有する。光ガイド２８０は実質的に立方形で、二組の金属グリッドワイヤ２９０が、それぞれ二つの光源２５０と光ガイド２８０の端部の間に配置され、入ってくる光を偏光させる。液晶ディスプレイ２００の機能及び原理は、第一の実施形態である液晶ディスプレイ１００と同様であり、簡潔にするため繰り返し記述しない。
【００２６】
次に図７において、本発明の第三の実施形態である液晶ディスプレイ３００を示す。液晶ディスプレイ３００は概して液晶ディスプレイ１００と同様であり、類似の要素は同じような数字で示されている。液晶ディスプレイ３００は、それぞれ光ガイド３８０の三箇所の端部に配置される三つの光源３５０を有する後方光ガイド３２０からなる。光ガイド３８０の三箇所の端部と光源３５０との間には金属グリッドワイヤ３９０が配置される。液晶ディスプレイ３００の機能及び原理は、第一の実施形態である液晶ディスプレイ１００と同様であり、簡潔にするため繰り返し記述しない。
【００２７】
次に図８において、本発明の第四の実施形態である液晶ディスプレイ４００を示す。液晶ディスプレイ４００は概して液晶ディスプレイ１００と同様であり、類似の要素は同じような数字で示されている。液晶ディスプレイ４００は、それぞれ光ガイド４８０の四箇所の端部に配置される四つの光源４５０を有する後方光ガイド４２０からなる。光ガイド４８０の四箇所の端部と光源４５０との間には金属グリッドワイヤ４９０が配置される。液晶ディスプレイ４００の機能及び原理は、第一の実施形態である液晶ディスプレイ１００と同様であり、簡潔にするため繰り返し記述しない。
【００２８】
前記の説明のとおり、本発明によるバックライトモジュールもしくはパネル光源は、液晶ディスプレイの偏光フィルムを通る偏光された光を供給するため、偏光フィルムに吸収される光を最小限にすることが可能となる。従って、本発明によるバックライトモジュールもしくはパネル光源は高価な光学フィルムを用いることなく、全体のエネルギー効率の向上、明るさの向上、コスト低下等の要求を満たすことができる。
【００２９】
以上、好ましい実施形態により本発明を説明してきたが、本発明はこの範囲に限られない。その他多くの変容例や変形例が、特許請求の範囲に記載されている本発明の要旨及び範囲から逸脱しうることなくなし得ることは理解できるであろう。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に係る液晶ディスプレイのバックライトモジュール及びパネル光源装置によれば、高輝度、均一な明るさ、低消費エネルギー及び低コスト等の要求を満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術の液晶ディスプレイの透視分解模式図である。
【図２】先行技術の直下式バックライトモジュールの、図１における２−２断面模式図である。
【図３】先行技術のエッジライト式のバックライトモジュールの、図１における２−２断面模式図である。
【図４】本発明の第一の実施形態による液晶ディスプレイの断面模式図である。
【図５】本発明の第一の実施形態による光ガイドの入射面の一部拡大透視模式図である。
【図６】本発明の第二の実施形態による液晶ディスプレイの断面模式図である。
【図７】本発明の第三の実施形態による液晶ディスプレイの断面模式図である。
【図８】本発明の第四の実施形態による液晶ディスプレイの断面模式図である。
【符号の説明】
１０　：液晶パネル
１１　：ケース
１２　：ケース
２０　：バックライトユニット
２１　：直下式バックライトモジュール
２２　：エッジライト式バックライトモジュール
３０　：プリズムシート
３５　：偏光リサイクルフィルム
４０　：拡散シート
５０　：ランプ
６０　：反射シート
６１　：反射材
７０　：ハウジング
８０　：光ガイド
１００：液晶ディスプレイ
１１０：液晶パネル
１１２：透明基板
１１４：透明基板
１１６：液晶材料
１１８：偏光シート
１１９：偏光シート
１２０：バックライトモジュール
１３０：プリズムシート
１４０：拡散シート
１５０：光源
１６１：Ｕ字形反射材
１６５：反射材
１８０：くさび形光ガイド
１８２：散乱素子
１８４：入射面
１９０：金属グリッドワイヤ
２００：液晶ディスプレイ
２２０：後方光ガイド
２５０：光源
２８０；光ガイド
２９０：金属グリッドワイヤ
３００：液晶ディスプレイ
３２０：後方光ガイド
３５０：光源
３８０；光ガイド
３９０：金属グリッドワイヤ
４００：液晶ディスプレイ
４２０：後方光ガイド
４５０：光源
４８０；光ガイド
４９０：金属グリッドワイヤ

Claims

光源と、
入射面及び出射面を有し、入射面から光ガイドへ光が送られ、その後出射面から光ガイドの外に光が送られる光ガイドと、
入射面と光源の間に配置され、あらかじめ偏光された光を通し残りの光を反射する、複数の金属グリッドワイヤと、
からなるパネル光源装置。
前記光ガイドを取り囲む反射材をさらに含む、請求項１に記載のパネル光源装置。
前記光ガイドはさらに複数の拡散素子を含み、入射光を拡散し、出射面から入射光を発する、請求項１に記載のパネル光源装置。
前記金属グリッドワイヤはアルミニウムで製造されている、請求項１に記載のパネル光源装置。
前記金属グリッドワイヤは、アルミニウム、銀、銅、及び合金、或いはこれらの組合せから選択される材料により製造されている、請求項１に記載のパネル光源装置。
前記金属グリッドワイヤの間隔は約３００ｎｍ以下である、請求項１に記載のパネル光源装置。
前記金属グリッドワイヤの厚さは、約３０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲である、請求項１に記載のパネル光源装置。
前記金属グリッドワイヤの幅と間隔の比は、約０．１〜約０．８の範囲である、請求項１に記載のパネル光源装置。
前記金属グリッドワイヤは光ガイド上に直接設けられている、請求項１に記載のパネル光源装置。
光源と、
光源に対向する入射面と、出射面とを有し、光が入射面から光ガイドに送られ、出射面から光ガイドの外に送り出される光ガイドと、
光ガイドの入射面と光源との間に配置され、垂直な偏光を透過し残りの光を反射する、１／４λの薄膜コレステリック液晶ポリマーと、
からなるパネル光源装置。
前記光ガイドを取り囲む反射材をさらに含む、請求項１０に記載のパネル光源装置。
前記光ガイドはさらに複数の拡散素子を含み、入射光を拡散し、出射面から入射光を発する、請求項１０に記載のパネル光源装置。
液晶ディスプレイパネルと、
液晶ディスプレイパネルを照明するバックライトモジュールと、
光ガイドの出射面と液晶パネルの間に配置される複数の光学フィルムと、
からなる液晶ディスプレイであって、
前記バックライトモジュールは、
少なくとも一つの光源と、
光源を取り囲む少なくとも一つの反射材と、
光源から発された光が入射面から光ガイドに送られ、散乱素子により散乱され、その後出射面から光ガイドの外に送られる、光源に対向する少なくとも一つの入射面と、複数の散乱素子と、出射面と、
入射面と光源との間に配置され、垂直方向の偏光を送り出し、残りの光を反射する、少なくとも一組の金属グリッドワイヤと、
からなる、液晶ディスプレイ。
前記金属グリッドワイヤはアルミニウムで製造されている、請求項１３に記載の液晶ディスプレイ。
前記金属グリッドワイヤは、アルミニウム、銀、銅、及び合金、或いはこれらの組合せから選択される材料により製造されている、請求項１３に記載の液晶ディスプレイ。
前記金属グリッドワイヤの間隔は約３００ｎｍ以下である、請求項１３に記載の液晶ディスプレイ。
前記金属グリッドワイヤの厚さは、約３０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲である、請求項１３に記載の液晶ディスプレイ。
前記金属グリッドワイヤの幅と間隔の比は、約０．１〜約０．８の範囲である、請求項１３に記載の液晶ディスプレイ。
前記光学フィルムは、
光ガイドから送られる光を散乱する、少なくとも一つの散乱シート、及び
垂直に光を集めるための、少なくとも一つのプリズムシート、
からなる、請求項１３に記載の液晶ディスプレイ。
液晶ディスプレイパネルと、
液晶ディスプレイパネルを照明するバックライトモジュールと、
光ガイドの出射面と液晶パネルの間に配置される複数の光学フィルムと、
からなる液晶ディスプレイであって、
前記バックライトモジュールは、
少なくとも一つの光源と、
光源を取り囲む少なくとも一つの反射材と
光源から発された光が入射面から光ガイドに送られ、散乱素子により散乱され、その後出射面から光ガイドの外に送られる、光源に対向する少なくとも一つの入射面と、複数の散乱素子と、出射面と、
入射面と光源との間に配置され、垂直方向の偏光を送り出し、残りの光を反射する、１／４λの薄膜コレステリック液晶ポリマーと、
からなる、液晶ディスプレイ。