JP2008016425A - 液晶表示装置のバックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示パネルに均一かつ高輝度な光を供給できる、液晶表示装置のバックライトユニットを提供する。
【解決手段】光源１３２ａと、前記光源から光が入射する導光板１３１と、前記導光板から導かれる光を液晶表示パネル１００に供給する光学シート１３４と、を含む、液晶表示装置のバックライトユニット１３０が提供される。本バックライトユニットにおいて、前記導光板の一面には、前記光源から入射する光の放射角に応じて幅および深さが変化する第１溝１３６が形成されている。かかる構成によれば、導光板の一面には、光源から入射する光の放射角に応じて幅および深さが変化する溝が形成されているので、幅および深さが変化する第１溝により、光の散乱度が変化する。よって、導光板から光学シートを介して供給される光の強度および分布が均一化され、輝線および明部の発生が抑制される。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ）に適用されるバックライトユニット（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｕｎｉｔ）に関し、より詳しくは、入射光の放射角に応じて幅および深さが変化する溝が形成されている導光板（ｌｉｇｈｔ ｇｕｉｄｅ ｐａｎｅｌ）を備えるバックライトユニットに関する。

情報通信産業の急速な発展に伴い表示装置の使用が急増しており、近来、低消費電力、軽量、薄型、高解像度の条件を満たす表示装置が求められている。このような要求に応じて液晶表示装置や有機発光特性を用いた表示装置が開発されている。

色再現性に優れ、消費電力が低く、薄型で製作される薄膜トランジスタ液晶表示装置（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＴＦＴ−ＬＣＤ）は、広範に用いられている平板表示装置の一つであって、２つの基板の間に液晶が注入された液晶表示パネルと、液晶表示パネルの下部に配され、光源として用いられるバックライトユニットと、液晶表示パネルを駆動させる駆動部（ＬＣＤ Ｄｒｉｖｅ ＩＣ；ＬＤＩ）とから構成される。

図１は、従来の一般的な液晶表示装置を示す分解斜視図であって、画像が表示される液晶表示パネル１０と、液晶表示パネル１０に光を供給するバックライトユニット３０とが示される。

液晶表示パネル１０は、互いに対向配置された２つの基板と、２つの基板の間に介在された液晶層とからなり、基板にマトリクス状に配列された複数のゲート線およびデータ線により画素領域が定義される。ゲート線とデータ線とが交差する部分の基板には、各画素に供給される信号を制御する薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに連結された画素電極とが形成され、他の部分の基板には、カラーフィルタおよび共通電極が形成される。

バックライトユニット３０は、光を供給する光源部３２と、光源部３２から供給される光の分布を変更させて誘導する導光板３１と、導光板３１から供給される光の輝度分布を均一化して垂直入射性を向上させる光学シート３４と、導光板３１の背面側に放出される光を導光板３１側に反射させる反射シート３３とから構成される。

光源部３２は、導光板３１の側面に配置される光源３２ａと、光源３２ａから発散された光を導光板３１側に反射させる反射板３２ｂとから構成される。光学シート３４は、導光板３１から入射する光を液晶表示パネル１０に拡散させる拡散シート３４ａと、拡散された光を集光して垂直入射性を向上させるプリズムシート３４ｂとから構成される。

従来の液晶表示装置では、輝度を向上させるために、１枚の拡散シート３４ａと２枚のプリズムシート３４ｂとから構成された光学シート３４と、例えば、ドット（ｄｏｔ）状のパターン（図示せず）が形成された導光板３１とが適用された。

しかしながら、光源３２ａから発散された光の強度が放射角の絶対値の増加に応じて低下する点、光源３２ａに近接する面では光の拡散がほとんど生じない点、入射する光の強度が不均一であるので光源３２ａに近接する面では輝線（光の直進現象）および明部が生じる点などに起因して、液晶表示パネルの視認性が低下するという問題が生じる場合がある。
特開２００５−１２３０４９号公報 特開１９９６−１７９６９７号公報 特開１９９７−１８４９２０号公報 米国特許出願第２００４／０２３４２２９号明細書 米国特許第６６３３７２２号明細書 大韓民国特許公開第１０−２００６−００４４５０１号

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、液晶表示パネルに均一かつ高輝度な光を供給できる、新規かつ改良された、液晶表示装置のバックライトユニットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、光源と、光源から光が入射する導光板と、導光板から導かれる光を液晶表示パネルに供給する光学シートと、を含む、液晶表示装置のバックライトユニットが提供される。本バックライトユニットにおいて、導光板の一面には、光源から入射する光の放射角に応じて幅および深さが変化する第１溝が形成されている。

かかる構成によれば、導光板の一面には、光源から入射する光の放射角に応じて幅および深さが変化する溝が形成されているので、幅および深さが変化する第１溝により、光の散乱度が変化する。よって、導光板から光学シートを介して供給される光の強度および分布が均一化され、輝線および明部の発生が抑制される。これにより、バックライトユニットから均一かつ高輝度な光が供給されるので、液晶表示パネルの視認性が向上する。

また、上記光源が冷陰極管およびＬＥＤのいずれか一つからなるようにしてもよい。

また、上記導光板の他面には、第１溝と直交する方向に配される第２溝が形成されるようにしてもよい。

また、上記導光板の一面には、光源から入射する光の放射角の絶対値の増加に応じて、幅および深さを増加する第１溝が形成されるようにしてもよい。

また、上記光学シートがプリズムシートからなるようにしてもよい。

また、上記導光板の背面側に放出される光を導光板に入射させる反射シートをさらに含むようにしてもよい。

さらに、本発明の第２の観点によれば、光源と、光源から光が入射する導光板と、導光板から導かれる光を液晶表示パネルに供給する光学シートと、を含む、液晶表示装置のバックライトユニットが提供される。本バックライトユニットにおいて、導光板の一面には、第１方向に平行に配される第１溝が形成され、導光板の他面には、第２方向に平行に配される第２溝が形成されており、第２溝の少なくとも一つの平面形状および断面形状が波状である。

かかる構成によれば、導光板の一面には、第１方向に平行に配される第１溝が形成され、導光板の他面には、第２方向に平行に配される第２溝が形成されており、第２溝の少なくとも一つの平面形状および断面形状が波状であるので、第１溝と幅および深さが変化する第２溝とにより、光の散乱度が変化する。よって、導光板から光学シートを介して供給される光の強度および分布が均一化され、輝線および明部の発生が抑制される。これにより、バックライトユニットから均一かつ高輝度な光が供給されるので、液晶表示パネルの視認性が向上する。

また、上記光源が冷陰極管およびＬＥＤのいずれか一つからなるようにしてもよい。

また、上記第１方向と第２方向とが互いに直交するようにしてもよい。

また、上記光源から入射する光の放射角に応じて、第２溝を形成する平面形状の幅および断面形状の深さが変化するようにしてもよい。

また、上記光学シートがプリズムシートからなるようにしてもよい。

また、上記導光板の背面側に放出される光を導光板に入射させる反射シートをさらに含むようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、液晶表示パネルに均一かつ高輝度な光を供給できる、液晶表示装置のバックライトユニットが提供される。

以下に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図２は、本発明の一実施形態に係るバックライトユニットを備える液晶表示装置を示す分解斜視図であって、画像が表示される液晶表示パネル１００と、液晶表示パネル１００に光を供給するバックライトユニット１３０とが示される。

液晶表示パネル１００は、互いに対向配置された２つの基板と、２つの基板の間に介在された液晶層とからなり、基板にマトリクス状に配列された複数のゲート線およびデータ線により画素領域が定義される。ゲート線とデータ線とが交差する部分の基板には、各画素に供給される信号を制御する薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに連結された画素電極とが形成され、他の部分の基板には、カラーフィルタおよび共通電極が形成される。また、各々の基板の背面には、偏光板が形成される。

バックライトユニット１３０は、光を供給する光源部１３２と、光源部１３２から供給される光の分布を変更させて誘導する導光板１３１と、導光板１３１から供給される光の輝度分布を均一化して垂直入射性を向上させる光学シート１３４と、導光板１３１の背面側に放出される光を導光板１３１側に反射させる反射シート１３３とから構成される。

導光板１３１は、狭小な領域に集中された光の分布を広範な領域で均一に変更させる装置であって、アクリルやポリカーボネートなどのような透明樹脂を用いて薄板（直方体）状に製作される。導光板１３１の側面から光が入射すると、導光板１３１の上面および下面に互いに直交するように形成されたＶ溝１３６およびＶ溝１３７により光の経路および分布が変更される。

光源部１３２は、導光板１３１の側面に配置される光源１３２ａと、光源１３２ａから発散された光を導光板１３１側に反射させる反射板１３２ｂとから構成される。光源１３２ａとしては、冷陰極管や白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などのような点光源が用いられ、導光板１３１の大きさに応じて一つ以上配置される。

光学シート１３４は、導光板１３１から供給される光を液晶表示パネル１００に拡散および集光させて垂直入射性を向上させるために、導光板１３１との対向面にＶ溝１３５が形成されたプリズムシートから構成される。

導光板１３１の両面には、光源１３２の配列方向に対して、平行に配列されるＶ溝１３６と垂直に配列されるＶ溝１３７とが各々に形成される。

図３ａおよび図４ａは、本発明の一実施形態に係る導光板１３１の斜視図であって、導光板１３１の上面には、図３ａに示すように、光源１３２ａの配列方向に対して垂直に配列される複数のＶ溝１３７が形成され、導光板１３１の下面には、図４ａに示すように、光源１３２の配列方向に対して平行に配列される複数のＶ溝１３６が形成される。

図３ｂに示すように、垂直方向のＶ溝１３７が一定の幅および深さで形成される一方で、図４ｂに示すように、水平方向のＶ溝１３６が異なる幅および深さで形成される。例えば、図５に示すように、光源１３２ａから発散された光の放射角、または光源１３２ａからの距離に応じてＶ溝１３６の幅および深さが変化する。すなわち、放射角の絶対値の増加に応じてＶ溝１３６の幅および深さが増加するので、光源１３２ａの正面におけるＶ溝１３６の幅および深さは、一の光源１３２ａと他の光源１３２ａとの間におけるＶ溝１３６の幅および深さより小さくなり、全体としては波状に形成される。図４ｃ〜図４ｅは、図４ｂのＡ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２およびＣ１−Ｃ２の断面を各々に示す断面図であって、Ｖ溝１３６の幅および深さの変化を示す。

Ｖ溝１３６の幅および深さは、導光板１３１の大きさ、光源１３２ａの種類などに応じて調節されるが、図６ｂに示すように、例えば、光源１３２ａの正面（放射角０゜）における光の強度を１００％とすると、放射角の絶対値の増加に応じて光の強度が低下するので、放射角に応じてＶ溝１３６の幅および深さが表１のように調節される。

表１を参照すると、放射角の絶対値の増加に伴い低下する光の強度に応じて、Ｖ溝１３６の幅および深さが増加している。

前述の説明では、水平方向のＶ溝１３６が導光板１３１の下面に形成された構造を示したが、水平方向のＶ溝１３６が導光板１３１の上面に形成された構造も考えられる。また、全ての水平方向のＶ溝１３６で幅および深さが変化する場合を示したが、導光板１３１および光源１３２ａの条件によっては、光源１３２から入射する光の放射角に応じて、水平方向のＶ溝１３６の少なくとも一つで平面形状の幅および断面形状の深さが変化する場合、または水平方向のＶ溝１３６の一部のみで幅および深さが変化する場合も考えられる。

本発明の一実施形態に係る導光板１３１を介して液晶表示パネル１００に光が供給される過程は、以下のように説明される。

光源１３２ａから発散された光は、導光板１３１の側面に設けられた入射面を介して導光板１３１の内部に入射する。ここで、光源１３２ａから発散された光は、図５に示す矢印の大きさに比例する強度で、放射角に応じて入射するが、幅および深さの異なるＶ溝１３６により光の散乱度が変化するので、入光部における光の強度が均一化される。すなわち、放射角が０゜となる光源１３２ａの正面においては、入射する光の強度が最高となるが、Ｖ溝１３６の幅および深さが減少する一方で、放射角の絶対値の増加に応じて、入射する光の強度が低下するが、Ｖ溝１３６の幅および深さが増加するので、導光板１３１に入射する光の強度は全体として均一化される。

導光板１３１に入射する光の一部は、導光板１３１の内部を伝播する過程において、Ｖ溝１３６または１３７により導光板１３１の上面を介して出射するが、Ｖ溝１３６または１３７により出射角が一定となるように誘導され、一定方向に集光され、均一に分布される。さらに、入射する光の他部は、導光板１３１の下面を透過して出射するが、出射する光は、反射シート１３３により反射された後、再び導光板１３１に入射し、前述の伝播過程において均一に分布された状態で上面を介して出射する。このように一定方向に均一に分布された光は、プリズムシート１３４に入射し、Ｖ溝１３５により液晶表示パネル１００の全面に対して垂直方向に均一に出射する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記入された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本発明の一実施形態としては、光学シート１３４および導光板１３１にＶ溝１３５，１３６，１３７が形成されている場合について説明した。しかしながら、本発明は、かかる場合に限定されず、Ｖ字状の溝の代わりに、例えば、Ｕ字状、半円状または方形状などの溝が形成されている場合についても同様に適用可能である。

また、本発明の一実施形態としては、Ｖ溝１３５，１３６，１３７の幅および深さが変化する場合について説明した。製造工程上の観点によれば、幅および深さが変化する溝を形成する方が容易であるが、本発明は、かかる場合に限定されず、幅または深さのいずれかが変化する溝を形成する場合についても同様に適用可能である。

従来の一般的な液晶表示装置を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るバックライトユニットを備える液晶表示装置を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る導光板を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る導光板を示す部分詳細図である。 本発明の一実施形態に係る導光板を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る導光板を示す部分詳細図である。 本発明の一実施形態に係る導光板を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る導光板を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る導光板を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る導光板に形成された溝の幅および深さを示す平面図である。 放射角に応じた入射光の強度変化を示すグラフである。

符号の説明

１０、１００ 液晶表示パネル
３０、１３０ バックライトユニット
３１、１３１ 導光板
３２、１３２ 光源部
３２ａ、１３２ａ 光源
３２ｂ、１３２ｂ 反射板
３３、１３３ 反射シート
３４、１３４ 光学シート
３４ａ 拡散シート
３４ｂ プリズムシート
１３５、１３６、１３７ Ｖ溝

Claims (12)

1. 光源と、
   前記光源から光が入射する導光板と、
   前記導光板から導かれる光を液晶表示パネルに供給する光学シートと、を含み、
   前記導光板の一面には、前記光源から入射する光の放射角に応じて幅および深さが変化する第１溝が形成されていることを特徴とする、液晶表示装置のバックライトユニット。
2. 前記光源が冷陰極管およびＬＥＤのいずれか一つからなることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
3. 前記導光板の他面には、前記第１溝と直交する方向に配される第２溝が形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
4. 前記導光板の一面には、前記光源から入射する光の放射角の絶対値の増加に応じて、幅および深さを増加する前記第１溝が形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
5. 前記光学シートがプリズムシートからなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
6. 前記導光板の背面側に放出される光を前記導光板に入射させる反射シートをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
7. 光源と、
   前記光源から光が入射する導光板と、
   前記導光板から導かれる光を液晶表示パネルに供給する光学シートと、を含み、
   前記導光板の一面には、第１方向に平行に配される第１溝が形成され、前記導光板の他面には、第２方向に平行に配される第２溝が形成されており、前記第２溝の少なくとも一つの平面形状および断面形状が波状であることを特徴とする、液晶表示装置のバックライトユニット。
8. 前記光源が冷陰極管およびＬＥＤのいずれか一つからなることを特徴とする、請求項７に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
9. 前記第１方向と前記第２方向とが互いに直交することを特徴とする、請求項７または８に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
10. 前記光源から入射する光の放射角に応じて、前記第２溝を形成する平面形状の幅および断面形状の深さが変化することを特徴とする、請求項７〜９のいずれかに記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
11. 前記光学シートがプリズムシートからなることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれかに記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
12. 前記導光板の背面側に放出される光を前記導光板に入射させる反射シートをさらに含むことを特徴とする、請求項７〜１１のいずれかに記載の液晶表示装置のバックライトユニット。

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