JP4238234B2

JP4238234B2 - バックライトユニット

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Publication number: JP4238234B2
Application number: JP2005177389A
Authority: JP
Inventors: ヘソプソ; マンハンイ; ソンクンイ
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2025-06-17
Also published as: CN100422816C; US7566158B2; US20060139956A1; KR101114854B1; JP2006185892A; KR20060073809A; CN1794052A

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に、液晶表示装置用バックライトユニットに関する。

現在、常用化されている薄型の表示装置としては、液晶の複屈折の特性を利用して画像を表示する液晶表示装置ＬＣＤと、プラズマから発生する光により画像を表示するプラズマ平板表示装置ＰＤＰ、有機物質の発光により画像を表示する有機電界発光素子ＯＬＥＤ等がある。

前述した薄型の表示装置のうち、ＰＤＰやＯＬＥＤは、自発的に発光する特性を利用して画像を表示するが、ＬＣＤは、別途の光源を必要とする。

このような別途の光源は、液晶表示装置の液晶パネルの背面に構成され、液晶パネルに向けて連続的に光を照射して、照射された光は、液晶パネルの内部でスイチング動作によって変化する液晶の配列方向により調節され、観察者は、画像の形態で見ることができる。

図１は、従来のバックライドユニットを含む液晶表示装置を示した断面図である。
図１に示したように、液晶表示装置１０は、液晶パネルＬＰＤと、液晶パネルＬＰＤの背面に構成されたバックライドユニットＢＬを含む。

液晶パネルＬＰＤは、下部のアレイ基板と上部のカラーフィルター基板を合着して構成する。

アレイ基板は、スイチング領域Ｓを含む多数の画素領域Ｐと、ストレージ領域Ｃが定義された透明な第１基板２２と、第１基板２２の一面のスイチング領域Ｓに対応して構成された薄膜トランジスタＴと、画素領域Ｐに対応して構成された画素電極１７と、ストレージ領域Ｃに対応して構成されたストレージキャパシターとを含む。
また、画素領域Ｐの一方の側と他方の側に、垂直に交差して構成されたゲート配線１３及びデータ配線１５を含む。

薄膜トランジスタＴは、ゲート電極３２と、ゲート電極３２の上部にゲート絶縁膜Ｇ１を間に構成された半導体層と、半導体層の上部に離隔して構成されたソース電極３６及びドレイン電極３８とを含む。

ストレージキャパシターは、ストレージ領域Ｃに位置したゲート配線１３の一部を第１電極として、第１電極の上部に位置して画素電極１７と接触するアイランド状の金属パターン３０を第２電極とする。

カラーフィルター基板は、第２基板５と、画素領域Ｐに対応する第２基板５の一面に構成されたカラーフィルター７ａ、７ｂ、７ｃと、カラーフィルター７ａ、７ｂ、７ｃの周辺に対応して構成されたブラックマトリックス６と、ブラックマトリックス６とカラーフィルター７ａ、７ｂ、７ｃの下部に構成された共通電極１８とを含む。

アレイ基板とカラーフィルター基板間には、液晶層１４が構成される。

前述したように構成された液晶パネルＬＰＤの下部には、バックライドユニットＢＬを構成して、バックライドユニットＢＬから入射された光が液晶パネルＬＰＤの上部へ照射されると、薄膜トランジスタＴのスイチングにより画素電極１７と共通電極１８間に、特定なレベルの電位の差が発生して液晶が配列される。

光は、液晶層１４を通過しながら液晶層１４の配列によって遮断されたり、透過される。

前述したバックライドユニットＢＬは、ランプが液晶パネルの下部の全面に位置する直下型(direct type)と、液晶パネルの一方の側下部に構成したエッジ型(edge type)とに区分される。

図２を参照してエッジ型のバックライドユニットを説明する。
図２は、従来の液晶表示装置用バックライトユニットを示した斜視図である。

図２に示したように、従来のバックライトユニットＢＬは、ランプ５２と、ランプ５２を覆うランプガイド５４と、ランプ５２へと流入された光を面光源に変える導光板５６と、導光板５６の下部に構成された反射板５８と、導光板５６の上部に構成された多数の機能性光学シート６０とで構成される。

多数の機能性光学シート６０は、拡散シート(diffusion sheet)６１と、拡散シート６１の上部に位置する第１プリズムシート(prism sheet)６２ａ及び第２プリズムシート６２ｂと、第２プリズムシート６２ｂの上部に位置する保護シート６３とで構成される。

前述したバックライトユニットの各機能を説明する。
導光板５６は、通常アクリルパネルを使用して、ランプ５２から流入された光を、画面全体に均一に拡散させる部品であって、このために、表面に一定なパターンを印刷して効率を高めるように構成する。

反射板５８は、導光板５６の下部へと拡散された光を導光板５６の方向に反射させて、光の効率を高める役割をする。

拡散シート６１は、導光板５６から反射される光を、さらに均一にして、全体的に柔らかく処理する。

第１プリズムシート６２ａ及び第２プリズムシート６２ｂは、拡散シート６１による輝度低下を補償するために、光を屈折及び集光させて輝度を高める役割をして、第１プリズムシート６２ａ及び第２プリズムシート６２ｂの谷は、相互に垂直になるように構成する。

保護シート６３は、第１プリズムシート６２ａ及び第２プリズムシート６２ｂを保護するための役割をして、また、垂直水平の第１プリズムシート６２ａ及び第２プリズムシート６２ｂによる干渉現象を除去する機能をする。

前述したような多数の構成によりバックライトユニットＢＬが構成される。
ところが、多数の光学シート６０は、光効率を極大化する特性にも拘わらず、入射された光の一部が反射される特性がある。

これを、図３を参照して説明する。
図３は、従来のバックライトユニットの光学シートで起きる光の損失を示した図面である。

図３に示したように、バックライトユニットの導光板５６と液晶パネルＬＰＤ間に、多数の光学シート６０が位置されて、導光板５６から出射した第１光Ｌ１の輝度を１００％だとすると、第１光Ｌ１が光学シート６０を通過する比率、すなわち、第２光Ｌ２の輝度は、約６０％〜７０％であって、光学シート６０の背面から反射される比率、すなわち、第３光Ｌ３の輝度は、約２０％〜３０％に至る。

従って、光学シート６０により相当な光の損失が発生して、よって、液晶パネルの性能低下及び原価上昇が発生する問題がある。このような問題は、バックライトユニットを使用する表示装置に対しても同様に発生する。

前述したような問題を解決するための本発明は、光学シートでの光の損失を減少させるバックライトユニットを提供することを目的とする。

前述したような目的を達成するために本発明は、第１光学シートと；第１光学シートに光を供給する光源と；第１光学シートの表面に位置する第１非反射層とを含むバックライトユニットを提供する。

ここで、第１非反射層は、第１光学シートの下部面に位置される。
また、第１非反射層は、第１光学シートの上部面に位置される。
第１光学シートの下部面に位置する第１下部非反射層をさらに含む。

第１非反射層は、屈曲状の表面を有して、また、ＡＺＯポリマーを含み、表面に分散されたコロイド粒子を含む。
コロイド粒子は、ポリスチレン(polystylene)を含む。

第２光学シート、第３光学シート、第４光学シートをさらに含み、第１光学シートないし第４光学シートは、拡散シート、第１プリズムシート、第２プリズムシート、保護シートである。

第２光学シートないし第４光学シートの表面等に位置する、少なくとも１つ以上の第２非反射層をさらに含む。

少なくとも１つ以上の第２非反射層は、屈曲状の表面を有する。少なくとも１つ以上の第２非反射層は、ＡＺＯポリマーを含む。少なくとも１つ以上の第２非反射層は、表面に分散されたコロイド粒子を含む。

少なくとも１つ以上の第２非反射層のコロイド粒子は、ポリスチレンを含む。

第１光学シートの下部に位置する導光板をさらに含み、光源は、導光板の一方の側に位置する。
導光板の下部に位置する反射板をさらに含む。

光源は、第１光学シートの下部に位置する。また、光源は、平行に配列された多数のランプを含む。
光源の下部に位置する反射板をさらに含む。

他の側面から本発明は、表示パネルと；表示パネルの下部に位置する第１光学シートと；第１光学シートに光を供給する光源と；第１光学シートの表面に位置する第１非反射層を含む表示装置を提供する。

少なくとも１つ以上の第２非反射層は、屈曲状の表面を有する。
少なくとも１つ以上の第２非反射層は、ＡＺＯポリマーを含む。

少なくとも１つ以上の第２非反射層は、表面に分散されたコロイド粒子を含む。
少なくとも１つ以上の第２非反射層のコロイド粒子は、ポリスチレンを含む。

表示パネルは、平板パネルである。
表示パネルは、液晶パネルである。

以下、添付した図面を参照して、本発明による横電界方式の液晶表示装置用アレイ基板の構成を説明する。

本発明によるバックライトユニットは、光の損失が大きい光学フィルムに、広帯域波長帯の光を透過させる非反射層をさらに構成することによって、バックライトユニットの光効率を改善することができる。
また、これによって、高輝度が具現される液晶表示装置が製作できる。
さらに、ランプ数の多い直下型である場合、ランプの数が減少されるので、費用を節減して製品の価額競争力を高めることができる。

図４は、本発明の実施例１による液晶表示装置用バックライトユニットを示した図面である。
図４に示したように、本発明の実施例１によるバックライトユニットＢＬは、ランプ１０２と、ランプ１０２を覆うランプガイド１０４と、ランプ１０２から流入された光を面光源に変える導光板１０６と、導光板１０６の下部に構成された反射板１０８と、導光板１０６の上部に構成された多数の機能性光学シート１１１、１１２ａ、１１２ｂ、１１３と、多数の非反射層１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄとを含む。冷陰極蛍光ランプ(cold cathode fluorescent lamp：ＣＣＦＬ)のような光源がランプ１０２として利用される。

多数の機能性光学シート１１１、１１２ａ、１１２ｂ、１１３は、拡散シート１１１と、拡散シート１１１の上部に位置する第１プリズムシート１１２ａ及び第２プリズムシート１１２ｂと、第２プリズムシート１１２ｂの上部に位置する保護シート１１３とを含む。各光学シート１１１、１１２ａ、１１２ｂ、１１３の背面には、非反射層１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄが構成される。

非反射層１１２の表面を、一定周期で構成された波(wave)状のような屈曲状に形成して、光を透過させる微細コロイド粒子層を構成して形成することもできる。

以下、図５と図６を参照して説明する。
図５は、本発明の実施例１により屈曲状の表面の非反射層を示した図面である。
図５に示したように、非反射層１１５の表面は、一定周期で凸部と凹部が反復配置された波(wave)状の屈曲状を有する。ここで、凸部または、凹部は、約１００μｍ以下、特に、約１００μｍないし１００ｎｍの幅を有する。すなわち、このような幅は、凸部の最高点と凹部の最下点間の距離に当たる。

このようなパターンは、多様な方法によって形成される。代表的にポリマー、例えば、ＡＺＯポリマーをパターンした原板の表面にレーザーを照射して屈曲するパターンを形成する方法と、ポリジメチルシロキサン(polydimethylsiloxane：ＰＤＭＳ)を利用したモールディング方法によって前述したように、表面に屈曲状の非反射層１１５を形成する。

このように表面が屈曲状の非反射層１１５は、広い範囲の波長帯に当たる光を全て透過する機能をする。従って、光学シート(図４の１１１、１１２ａ、１１２ｂ、１１３)の背面に位置して導光板(図４の１０６)から入射される光のほとんどが光学シートを透過させる機能をする。非反射層１１５の屈曲状は、光学シートと接触しない面、すなわち、背面に形成される。

以上、表面が屈曲状の非反射層に関して説明しており、その外にも、表面に微細コロイド粒子層を形成して非反射層を形成することができる。

図６は、本発明の実施例１により多数のコロイド粒子を有する非反射層を示した図面である。
図６に示したように、非反射層１１５は、基底膜１３０の表面に多数のコロイド粒子１４０が分散された状態で構成される。コロイド粒子１４０は、約１００μｍ以下、特に、約１００μｍないし１０ｎｍの幅を有して、ポリスチレン(polystylene)が使用される。

このようなコロイド粒子１４０等は、非常に小さくて、質量に比べて表面積が非常に大きいために、粒子の質量による重力の影響は、重要ではなく、主に表面現象がこのような粒子の挙動を制御する。
また、コロイド粒子等の表面に電荷を有しており、この表面電荷は、粒子間の静電気的反発力によって粒子等が相互に凝集されなく、均一に分布できる。

このように、表面に微細なコロイド粒子が分散された状態を、コロイドディマーレイヤ(colloidal dimmer layer)と称する。

表面にコロイドが分散された非反射層１１５は、コロイド粒子１４０の大きさが大きいほど、長波長での透過率が大きい特徴があって、一般的に、コロイドの大きさを多様にして広帯域の波長に当たる光を透過させることができる。非反射層１１５のコロイド粒子１４０は、光学シートと接触しない面、すなわち、背面に形成される。

前述したような非反射層１１５を光学シートの背面にコーティングまたは、付着すると、光の効率が改善される効果がある。これを、図７を参照して説明する。

図７は、本発明の実施例１による非反射層を備える光学シートの透過特性を示した図面である。
図７に示したように、導光板１０６と液晶パネルＬＰ間に非反射層を備えた光学シート１１０が位置する。導光板１０６から出射した第１光Ｌ１の輝度を１００％とする場合、非反射層を備えた光学シート１１０を通じて６０〜７０％の輝度の、従来の第２光Ｌ２だけではなく、第４光Ｌ４がさらに透過される。すなわち、非反射層を備えた光学シート１１０を通過した第２光Ｌ２及び第４光Ｌ４の輝度は、導光板１０６から出射した第１光Ｌ１の輝度とほとんど同様である。

従って、導光板１０６から入射された光のほとんどが液晶パネルＬＰに入射されるために、液晶パネルＬＰは高輝度を具現することができて、高輝度を具現するために、値段の高いランプを使用しなくても済むので、費用が節減される長所がある。

一方、本発明の実施例１では、非反射層が光学シートの背面に形成されることだけを説明したが、輝度の上昇のために、光学シートの上部面に形成することができる。すなわち、非反射層は、必要によって、光学シートの背面及び上部面に１つ以上形成されて、多数の光学シートのうち、１つ以上に形成される。このように、光学シートの配置は、必要によって、可変である。

前述したように構成された非反射層は、エッジ型のバックライトユニットだけではなく、直下型のバックライトユニットにも適用できる。

図８は、本発明の実施例２による直下型のバックライトユニットを含む液晶表示装置を示した図面である。本発明の実施例２によるバックライトユニットは、ランプの配置関係等を除いては、本発明の実施例１による直下型のバックライトユニットと類似である。従って、本発明の実施例２では、本発明の実施例１と同様または類似である事項に関する説明は、省略する。

図８に示したように、直下型のバックライトユニットを含む液晶表示装置２００は、液晶層(図示せず)を間に、第１基板及び第２基板が合着された液晶パネルＬＰと、液晶パネルＬＰの一方の側及びこれに垂直な他方の側に構成したソースＰＣＢ(Printed Circuit Board)２３０ａ及びゲートＰＣＢ２３０ｂが付着されており、液晶パネルＬＰの下部には、直下型のバックライトユニットＢＬが位置する。

バックライトユニットＢＬは、液晶パネルＬＰの全面に直接照らせるように、相互に平行に離隔して構成された多数のランプ２０２と、ランプ２０２を固定するランプガイド(図示せず)と、ランプ２０２の下部に構成された反射板２０８と、ランプ２０２の上部に位置して背面に非反射層２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、２１５ｄを備える多数の光学シート２１１、２１２ａ、２１２ｂ、２１３とを含む。

この時、多数の光学シート２１１、２１２ａ、２１２ｂ、２１３は、前述したように、ランプ２０２の上部へ順に構成された拡散シート２１１と、第１プリズムシート２１２ａと第２プリズムシート２１２ｂと保護シート２１３とを含む。

多数の光学シート２１１、２１２ａ、２１２ｂ、２１３の背面に形成した非反射層２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、２１５ｄは、実施例１のように、表面を屈曲状に構成してもよいし、表面にコロイド粒子が分散された状態で構成してもよい。

以上のように、光学シートに非反射層を構成すると、光の損失を最大に小さくすることができるので、直下型のバックライトユニットでのランプ数を少なくする長所がある。

前述したような本発明の実施例によるバックライトユニットは、液晶表示装置だけではなく、バックライトユニットを使用する表示装置にも使用される。

従来のバックライトユニットを含む液晶表示装置を示した断面図である。従来の液晶表示装置用バックライトユニットを示した斜視図である。従来のバックライトユニットの光学シートで起きる光の損失を示した図である。本発明の実施例１による液晶表示装置用バックライトユニットを示した図である。本発明の実施例１により屈曲状の表面の非反射層を示した図である。本発明の実施例１により多数のコロイド粒子を有する非反射層を示した図である。本発明の実施例１による非反射層を備えた光学シートの透過特性を示した図である。本発明の実施例２による直下型のバックライトユニットを含む液晶表示装置を示した図である。

符号の説明

ＢＬ：バックライトユニット
１０２：ランプ
１０４：ランプガイド
１０６：導光板
１０８：反射板
１１１：拡散シート
１１２ａ：第１プリズムシート
１１２ｂ：第２プリズムシート
１１３：保護シート
１１５ａ：第１非反射層
１１５ｂ：第２非反射層
１１５ｃ：第３非反射層
１１５ｄ：第４非反射層

Claims

第１光学シート、第２光学シート、第３光学シート及び第４光学シートと；
前記第１光学シートに光を供給する光源と；
前記第１光学シートの表面に位置する第１非反射層とを含み、
前記第１光学シートないし第４光学シートが、それぞれ拡散シート、第１プリズムシート、第２プリズムシート、保護シートであり、
さらに、前記第２光学シートないし第４光学シートの表面に位置する少なくとも１つ以上の第２非反射層を含み、
前記第１非反射層が屈曲状の表面を有し、前記第１非反射層の屈曲状表面の凸部と凹部が１００μｍから１００ｎｍの間の幅を有することを特徴とするバックライトユニット。
前記第１非反射層は、前記第１光学シートの下部面に位置することを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
前記第１非反射層は、前記第１光学シートの上部面に位置することを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
前記第１光学シートの下部面に位置する第１下部非反射層をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のバックライトユニット。
前記第１非反射層は、ＡＺＯポリマー(Polymer)を含むことを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
前記第１非反射層は表面に分散されたコロイド粒子を含み、前記コロイド粒子が１００μｍから１０ｎｍの幅を有することを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
前記コロイド粒子は、ポリスチレン(polystylene)を含むことを特徴とする請求項６に記載のバックライトユニット。
前記少なくとも１つ以上の第２非反射層が屈曲状の表面を有し、前記第２非反射層の屈曲状表面の凸部と凹部が１００μｍから１００ｎｍの間の幅を有することを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
前記少なくとも１つ以上の第２非反射層は、ＡＺＯポリマーを含むことを特徴とする請求項８に記載のバックライトユニット。
前記少なくとも１つ以上の第２非反射層が表面に分散されたコロイド粒子を含み、前記コロイド粒子が１００μｍから１０ｎｍの幅を有することを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
前記少なくとも１つ以上の第２非反射層のコロイド粒子は、ポリスチレンを含むことを特徴とする請求項１０に記載のバックライトユニット。
前記第１光学シートの下部に位置する導光板をさらに含み、前記光源は、前記導光板の一方の側に位置することを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
前記導光板の下部に位置する反射板をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のバックライトユニット。
前記光源は、前記第１光学シートの下部に位置することを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
前記光源は、平行に配列された複数のランプを含むことを特徴とする請求項１４に記載のバックライトユニット。
前記光源の下部に位置する反射板をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のバックライトユニット。
表示パネルと；
表示パネルの下部に位置する第１光学シート、第２光学シート、第３光学シート及び第４光学シートと；
前記第１光学シートに光を供給する光源と；
前記第１光学シートの表面に位置する第１非反射層とを含む
前記第１光学シートないし第４光学シートが、それぞれ拡散シート、第１プリズムシート、第２プリズムシート、保護シートであり、
さらに、前記第２光学シートないし第４光学シートの表面に位置する少なくとも１つ以上の第２非反射層を含み、
前記第１非反射層が屈曲状の表面を有し、前記第１非反射層の屈曲状表面の凸部と凹部が１００μｍから１００ｎｍの間の幅を有することを特徴とする表示装置。
前記第１非反射層は、前記第１光学シートの下部面に位置することを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
前記第１非反射層は、前記第１光学シートの上部面に位置することを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
前記第１光学シートの下部面に位置する第１下部非反射層をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の表示装置。
前記第１非反射層は、ＡＺＯポリマーを含むことを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
前記第１非反射層は表面に分散されたコロイド粒子を含み、前記コロイド粒子が１００μｍから１０ｎｍの幅を有することを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
前記コロイド粒子は、ポリスチレン(polystylene)を含むことを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
前記少なくとも１つ以上の第２非反射層が屈曲状の表面を有し、前記第２非反射層の屈曲状表面の凸部と凹部が１００μｍから１００ｎｍの間の幅を有することを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
前記少なくとも１つ以上の第２非反射層は、ＡＺＯポリマーを含むことを特徴とする請求項２４に記載の表示装置。
前記少なくとも１つ以上の第２非反射層は表面に分散されたコロイド粒子を含み、前記コロイド粒子が１００μｍから１０ｎｍの幅を有することを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
前記少なくとも１つ以上の第２非反射層のコロイド粒子は、ポリスチレンを含むことを特徴とする請求項２６に記載の表示装置。
前記第１光学シートの下部に位置する導光板をさらに含み、前記光源は、前記導光板の一方の側に位置することを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
前記導光板の下部に位置する反射板をさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の表示装置。
前記光源は、前記第１光学シートの下部に位置することを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
前記光源は、平行に配列された複数のランプを含むことを特徴とする請求項３０に記載の表示装置。
前記光源の下部に位置する反射板をさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の表示装置。
前記表示パネルは、平板パネルであることを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
前記表示パネルは、液晶パネルであることを特徴とする請求項３３に記載の表示装置。