JP4362048B2 - 導光装置とこれを有するバックライトアセンブリ及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は導光装置とこれを有するバックライトアセンブリ及び液晶表示装置に関するものであり、より詳細には、厚さを最少化するための導光装置とこれを有するバックライトアセンブリ及び液晶表示装置
に関するものである。

一般に、使用者が情報処理装置で処理された情報を目で確認するためにはインターフェース機能を有するディスプレー装置を必要とする。
最近、ＣＲＴ方式のディスプレー装置に比べて、軽量、小型でありながら、フル−カラー、高解像度化などの機能を有する液晶表示装置の開発が進んでいる。その結果、液晶表示装置は代表的な情報処理装置であるコンピュータのモニター、家庭用壁掛けテレビ、それ以外の情報処理装置のディスプレー装置として広く使用されることになった。

図１は一般的の液晶表示装置の構造を示す断面図である。図２は図１に示した拡散板の構造を具体的に示した断面図である。

図１に示したように、液晶表示装置８０は画像を示す液晶表示パネルを含むディスプレーユニット５０及びディスプレーユニット５０に光を提供するバックライトアセンブリ６０とを含む。

ディスプレーユニット５０は液晶表示パネル５９、データ及びゲート印刷回路基板（図示せず）、データ及びゲートテープキャリアパッケージ（図示せず）を含む。

液晶表示パネル５９は薄膜トランジスター５２とカラーフィルタ基板５４及び液晶（図示せず）を含む。

薄膜トランジスター５２はマトリックス状の薄膜トランジスターが形成されている透明なガラス基板である。前記薄膜トランジスターのソース及びゲート端子には各々データ及びゲートラインが連結され、ドレーン端子は透明な導電性材質であるインジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）より成る画素電極を用いて形成される。

前記薄膜トランジスター基板５２に対向してカラーフィルタ基板５４が具備されている。カラーフィルタ基板５４は光が通過する際所定の色が発現される色画素であるＲＧＢ画素が薄膜工程により形成された基板である。カラーフィルタ基板５４の前面にはＩＴＯから成る共通電極が塗布されている。

前述した薄膜トランジスター基板５２のトランジスターのゲート端子及びソース端子には電圧が印加されて薄膜トランジスターがターンオンされると、画素電極とカラーフィルタ基板５４の共通電極との間には電界が形成される。このような電界により薄膜トランジスター基板５２とカラーフィルタ基板５４の間に注入された液晶の配列角が変化し、変化した配列角に従って光透過率が変更されて所望の画素を得ることになる。

前記ディスプレーユニット５９の下には前記ディスプレーユニット５９に均一な光を提供するためのバックライトアセンブリ６０が具備されている。バックライトアセンブリ６０には、光を発生させるためのランプユニット１０、前記光をディスプレーユニット５９側に案内するよう光の経路を変更するための導光板２０、前記導光板２０から射出される光の輝度を均一にするための光学シート類４０及び前記導光板２０の下で導光板２０から漏洩する光を導光板２０に反射させて光の効率を高めるための反射シート３０が含まれる。

図面には図示しなかったが、前記ディスプレーユニット５９とバックライトアセンブリ６０は収納容器であるモールドフレーム（図示せず）に順次に収納され、前記ディスプレーユニット５９が離脱することを防止するために、前記モールドフレーム（図示せず）と対向して結合するトップシャーシ（図示せず）が提供される。

前記光学シート類４０は導光板２０からの光を等しい輝度分布を有する光として射出するための拡散板４２、前記拡散板４２からの光を相異する方向へ集光して指向性を高めるための第１及び第２集光シート４４、４６、また第２集光シート４６の上部に備えられ、第２集光シート４６の表面を保護してかつモアレ現象によるディスプレー不良を防止する
保護シート４８からなる。特に、前記拡散板４２は導光板２０から射出される光の等しい輝度分布を確保するために散乱剤を添加して製造される。

図２に示したように、前記拡散板４２はベース層４２ａと前記ベース層４２ａの両面を覆っている第１及び第２拡散層４２ｂ、４２ｃを備える。ここで、前記第１及び第２拡散層４２ｂ、４２ｃには複数のビーズ（粒状物質）４２ｄが内在させられていて、即ちベース層４２ａはビーズを含む層でコーティングされたようになっていて、前記拡散板４２と導光板２０が密着されることを防止する。

しかし、前記光学シート類４０は導光板２０からの光の指向性及び輝度特性を向上させるために拡散板４２、第１及び第２集光シート４４、４６のように、かなり多くの部品が使用される。これにより、液晶表示装置の製造費用が上昇する問題点があり、液晶表示装置の最大長所である小型、軽量に限界をもたらす。

本発明の目的は、光反射面に形成された微細ドットと光射出面に形成された所定の粗さを有する導光装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、導光装置を備えて、複数の光学シート類のうち、一部を除去して厚さを減少することを可能としたバックライトアセンブリを提供することにある。

また、本発明他の目的は、前記したバックライトアセンブリを有する液晶表示装置を提供することにある。

上述した目的を達成するための本発明による導光装置は、液晶表示装置に用いられて光をガイドする導光装置において、光発生部により発生された第１光の提供を受ける光入射面と、前記光入射面のうちの第1辺に接し、複数の微細ドットが形成されて前記第１光を前記ドットを通じて拡散反射して第２光を出光する光反射面と、前記光入射面のうちの第２辺に接し、前記光をガイドして出光し、所定の粗さを有して前記第２光を拡散させて出光する光射出面を含む。

上述した他の目的を達成するための本発明によるバックライトアセンブリは、光を発散する光発生部と、前記光発生部により発生された第１光の提供を受ける光入射面と、第１凹凸部が形成され、前記第１凹凸部を通じて前記第１光を拡散反射する光反射面と、所定の粗さを有する第２凹凸部が形成され、前記第１凹凸部により拡散反射された光を再び拡散させて出光する光射出面を有する導光部材と、前記導光部材の上部に配置され、前記導光部材によりガイドされた光の輝度を制御する光輝度制御部材とを含む。

また、上述した他の目的を達成するための本発明による液晶表示装置は、複数の微細ドットが基底面に形成され、所定の粗さを有する凹凸部材が上部面に形成された導光部材と、前記導光部材の下に配置されて前記導光部材を透過した第１光を前記導光部材に反射する反射シートと、前記導光部材の上部に配置され、前記導光部材によりガイドされた第２光の経路を制御する光学シートを含むバックライトアセンブリと、アレイ基板とカラーフィルタ基板との組み合わせに液晶層を内蔵し、前記バックライトアセンブリから出力された第３光に応答して画像をディスプレーする液晶表示パネルアセンブリとを含む。

このような、導光装置とこれを有するバックライトアセンブリ及び液晶表示装置によると、ランプから射出された光をガイドする導光板の光反射面に微細パターンを形成して光を拡散反射させ、前記導光板の光射出面に所定の粗さを有する凹凸を形成して光を拡散させるので、前記導光板の上部に備えられる拡散シートを除去することができる。

以下、図面を参照して本発明の望ましい一実施形態をより詳細に説明する。

図３は本発明によるバックライトアセンブリを説明するための図面である。

図３に示すように、本発明によるバックライトアセンブリは導光板１１０、ランプ１２０、ランプリフレクタ１３０、反射シート１４０、第１集光シート１５０及び第２集光シート１６０を含む。

導光板１１０はランプ１２０により発生した光が提供される光入射面１１２と、光入射面１１２のうちの第１辺に接する光反射面１１４と、光入射面１１２のうちの第２辺に接し光を出光する光射出面１１６を含み、ランプ１２０から提供される光をガイドして第１集光シート１５０に射出する。より詳細には、光反射面１１４には複数の微細ドット１１４ａが形成され光入射面１１２を通じて光が入射されるにつれて、微細ドット１１４ａを通じて拡散反射し、また光射出面１１６は所定の粗さを有し、光反射面１１４の微細ドット１１４ａにより拡散反射された光を再び拡散させて出光する。

ここで、光反射面に形成される微細ドットの単位面積当りの密度は、ランプ１２０に近接するほど低く、ランプ１２０から遠ざかるほど高くなるようにすることが望ましい。

また、前記所定の粗さは前記光射出面１１６に形成された凹凸部により提供され、前記凹凸部の高さは０．６３μｍ〜１．６μｍであることが望ましい。その理由は、一般に導光板の光射出面上に位置する拡散シートは導光板を通じて射出される光を拡散させ、またはプリズムシートと導光板の光射出面との密着性を防止する役割を有する。このような拡散シートの役割に代えるために本発明では導光板の光射出面にサンドブラスト処理を通じて光射出面を粗くして光を拡散させ、導光板の上部に位置する第１集光シート１５０との密着を防止することができる。

また、前記微細ドット１１４ａの直径は３０μｍ〜２００μｍであることが望ましい。それは、一般に導光板の光反射面に形成される印刷技法あるいは腐蝕技法により生成されるドットパターンの場合には、ドットの大きさが２００μｍ〜１５００μｍ程度であるが、このようなドットパターンが見えないようにする役割を拡散シートが担当する。しかし、前述した拡散シートを除去してもドットパターンが見えないようにするためには、微細ドットの直径は３０μｍ〜２００μｍでなければならない。

ランプ１２０は外部から供給される電力に応答して光を射出する。

ランプリフレクタ１３０はランプ１２０を取囲むようにして導光板１１０に結合され、ランプ１２０から射出された光が漏洩することを遮断する。即ち、ランプ１２０から射出された光は放射状に射出されるので、直接導光板１１０に向かわない光はランプリフレクタ１３０の内側面により反射されて導光板１１０に反射される。

反射シート１４０は導光板１１０の下部に備えられ、導光板１１０の光反射面を通じて漏洩する光を導光板１１０に反射させる。

第１集光シート１５０は上部面に三角柱形状の第１プリズムが一定の配列を有するように形成され、導光板１１０から射出された光の指向性を高めるために第１段の集光をし、第１段の集光をされた光を第２集光シート１６０に射出する。

第２集光シート１６０は上部面に三角柱形状の第２プリズムが一定の配列を有するように形成され、第１集光シート１５０の上部に備えられ、第１段の集光をされた光の提供を受けて光の指向性を高めるために第２段の集光をした後に射出する。また、第２プリズムはラウンド形状を有するように形成することもできる。ここで、第２集光シート１６０は所定のマット（Ｍａｔｔ）値（微細凹凸によるつや消しの度合い）を有するように、処理することが望ましい。前記のようなラウンド形状を有する第２プリズムを第２集光シート１６０の上部面に形成し、第２集光シート１６０の下部面にマット処理することにより、一般にプリズムシートの上部に備えられる保護シートを除去することができる。即ち、第２集光シート１６０の下部面にビーズ（ｂｅａｄｓ）をコーティングすることにより、モアレ現象によるディスプレー不良が発生することを防止でき、かつ、前記第２集光シート１６０の上部面を保護するようにするために第２集光シート１６０の上部面に形成されたプリズムをラウンド形態に形成して第２集光シート１６０の表面が他の部分との接触衝突により破壊されることを防止する。その結果、前記保護シートを省略することができる。さらに、第２集光シートの背面、即ち、プリズム形状が形成されない面に４．５〜５．５μｍの大きさ、望ましくは５μｍ内外のビーズがコーティング処理されるマット処理を通じて保護シートを除去することができる。

一方、第１集光シート１５０に配列される第１プリズムが第１方向を有して配列される場合、第２集光シート１６０に配列される第２プリズムは前記第１方向と一定の角、例えば直交する第２方向を有して配列されることが望ましい。このような、配列を通じて導光板から射出された光を横方向に関し集光すると共に縦方向に関し集光して指向性を十分に高めることができることになる。

以上では導光板の一側部にランプを備えるウェッジ（楔）タイプのバックライトアセンブリを一つの例として説明したが、導光板の両側部にランプを備えるフラットタイプのバックライトアセンブリにも同様に適用することができる。

次に、本発明による導光板の製造方法について説明する。

サンドブラスト工程が実施されるクリーンルームに金型を作るための対象試料を用意する。

その後、前記試料の全面にわたって珪素粒子を噴射すると、高い圧力により高速で噴射された珪素粒子が試料の表面と衝突して、前記試料の表面に凹凸部を形成する。この時、珪素粒子は所定の圧力が加えられるノズルを通じて、試料側に噴射される。

前記試料の表面に形成される凹凸部の大きさ、即ち、高さは平均的に０．６３μｍより大きく、１．６μｍより小さいサイズを有する。勿論、部分的には試料の表面に形成される凹凸部のサイズが０．６３μｍより小さく、１．６μｍより大きく形成されることもあり得る。しかし、珪素粒子を噴射するために前記ノズルに加えられる圧力を適切に制御して、前記珪素粒子が前記試料の表面と衝突する力を調節することにより、大部分の凹凸の高さを０．６３μｍ〜１．６μｍの範囲内で形成することができる。

このように、所定の表面粗さを有する金型を利用して導光板を射出成形すると、前記金型に形成された凹凸と同一のサイズの凹凸を有する導光板が形成される。

続いて、導光板の反射面に微細ドットパターンを形成する。即ち、印刷パターン処理工程ではない工程を通じて上述の凹凸が形成されない側である導光板の他面に、微細ドットパターンを形成する。前記印刷パターン処理行程ではない行程とは、導光板の射出成形時ドットパターンを形成した金型を利用したり、レーザービームにより導光板の反射面にドットパターンを形成する方法を通じて印刷パターン処理なしに行うことを意味する。ここで、導光板の一面に形成される各々の微細ドットの直径は約３０μｍ〜２００μｍであることが望ましい。以上の実施形態では導光板の光射出面に所定の粗さを有する凹凸部を形成した後、光反射面に印刷パターン工程ではない工程を通じて微細ドットパターンを形成することを説明したが、その逆も可能である。

また、本発明による導光板の製造時に、圧延などに適用されるローラを利用して製造することもできる。例えば、第１ローラの外周面には微細ドット処理のための機能を付与し、第２ローラの外周面には所定の粗さを有する凹凸部形成のための機能を付与すると、一つの工程下で導光板の光反射面には微細ドットを形成し、光射出面には所定の粗さを有する凹凸部を形成することもできる。

上述したように、前記導光板の光射出面に所定の粗さを有する凹凸を形成する理由は、次のとおりである。

図３に示したように、本発明によるバックライトアセンブリは前記導光板１１０からの光を散乱させ、等しい輝度分布を有する光を射出するための別途の拡散板を用いない。

即ち、前記導光板１１０からの光を所定の方向へ集光して指向性を高めるための前記第１集光シート１５０が前記導光板１１０の上面に直接的に接触して設けられる。また、前記第１集光シート１５０の上面には前記第１集光シート１５０と相異する集光方向を有する第２集光シート１６０が定着される。ここで、前記導光板１１０の光射出面１１６に形成された複数の凹凸は前記導光板１１０と第１集光シート１５０が互いに密着されることを防止する。

またそれだけでなく、前記複数の凹凸は前記導光板１１０により面光源形態に射出されるよう光を拡散させ、等しい輝度分布を有するように制御する役割を実施する。

このような理由で、本発明によるバックライトアセンブリでは拡散板を用いなくても等しい輝度分布を有する光を射出することができる。

上述の構成を有した本発明によるバックライトアセンブリによる光の提供を説明する。

まず、ランプが点灯されると、光入射面を経て導光板内に光が導入される。前記光は光反射面と光射出面間を反復しながら導光板の末端に接近するように伝播する。ここで、光反射面と光射出面での反射時に、光反射面を通じては微細ドットパターンを通じて拡散反射とからなり、光射出面を通じては所定の粗さの凹凸部を通じて拡散光となって、導光板外に射出される。導光板外に射出される光は第１集光シートにより第１段の集光をされ、第１段の集光をされた光は第２集光シートにより第２段の集光をされて射出される。

図４は本発明による液晶表示装置を説明するための図面である。

図４に示すように、本発明による液晶表示装置は線光源を面光源に変換して射出するバックライトアセンブリ１００と、変換された面光源に基づいて画像をディスプレーする液晶表示パネル２００を含む。

バックライトアセンブリ１００は導光板１１０、ランプ１２０、ランプリフレクタ１３０、反射シート１４０、第１集光シート１５０及び第２集光シート１６０を含み、ランプ１２０から提供される線光源を面光源に変更して液晶表示パネル２００に提供する。ここで、上述したバックライトアセンブリは図３で説明したので、その説明は省略する。

液晶表示パネル２００はアレイ基板と称する下部基板２１０と、カラーフィルタ基板と称する上部基板２２０と、下部基板２１０と上部基板２２０間に充填された液晶層（図示せず）を備えてバックライトアセンブリから提供される光に応答して画像をディスプレーする。ここで、下部基板の下部には第１偏光板２３０を、また上部基板の上部には第２偏光板２４０をさらに備えることが望ましい。

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できるであろう。

本発明によると、導光板の光反射面に微細ドットパターン処理をし、導光板の出光面にサンドブラスト処理することにより、一般に使用される４枚の光学シートを２枚の光学シートに減少させることができ、軽量化及び薄型化をなすことができる。勿論、導光板の上部に備えられる集光シートのうちの最上部の集光シートにビーズコーティング層をさらに備えるマット処理を通じて、保護シートを除去することもできる。

本発明は液晶表示装置における導光装置を作るにあたり、これを改良された薄い形態で作ることに利用できる。

一般的な液晶表示装置の構造を示した断面図である。 図１に示した拡散板の構造を具体的に示した断面図である。 本発明によるバックライトアセンブリを説明するための図面である。 本発明による液晶表示装置を説明するための図面である。

符号の説明

５０ ディスプレーユニット
６０ バックライトアセンブリ
１１０ 導光板
１２０ ランプ
１３０ ランプリフレクタ
１４０ 反射シート
１５０ 第１集光シート
１６０ 第２集光シート
２００ 液晶表示パネル
２１０ 下部基板
２２０ 上部基板

Claims (10)

1. 第１光を発生する光発生部と、
   前記第１光の提供を受ける光入射面と、直径が３０〜２００μｍの複数の微細ドットが形成され、前記微細ドットを通じて前記第１光を拡散反射する光反射面と、０．６３〜１．６μｍの高さを有する凹凸部が形成され、前記微細ドットにより拡散反射された第１光を再び拡散させて第２光を出光する光射出面と、を有する導光部材と、
   前記導光部材の上部に配置され、前記導光部材によりガイドされた前記第２光の輝度を制御する光輝度制御部材と、を含み、
   前記微細ドットは、前記光発生部に近接するほど単位面積当りの密度が低く、前記光発生部から遠ざかるほど単位面積当りの密度が高くなるように形成され、
   前記光輝度制御部材は、上部面上に複数の三角形プリズムを含み前記導光部材によりガイドされた光を集光する２枚の集光シートからなり、前記２枚の集光シートのうち、上部に配置される集光シートの背面にはビーズコーティング層が形成されることを特徴とするバックライトアセンブリ。
2. 前記バックライトアセンブリは前記導光部材の下に配置され、前記導光部材を透過した光を前記導光部材に反射する反射部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバックライトアセンブリ。
3. 前記ビーズコーティング層は、４．５〜５．５μｍの大きさを有する少なくとも一つのビーズ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アセンブリ。
4. 前記集光シートのうちの下部に配置される集光シートは前記導光部材の光射出面に形成された凹凸部と直接接触することを特徴とする請求項１に記載のバックライトアセンブリ。
5. 前記集光シートは、互いに異なる方向に配列されることを特徴とする請求項１記載のバックライトアセンブリ。
6. 前記２枚の集光シートのうち上部に配置される集光シートの上部面上に形成されるプリズムは、ラウンド形状であることを特徴とする請求項１に記載のバックライトアセンブリ。
7. 第１光を発生する光発生部と、前記第１光の提供を受けて前記第１光を再び拡散させて第２光を出光する導光部材と、前記導光部材の下に配置されて前記導光部材を透過した第１光を前記導光部材に反射する反射シートと、前記導光部材の上部に配置され、前記導光部材により出光された前記第２光の経路を制御する光輝度制御部材を含むバックライトアセンブリと、
   アレイ基板とカラーフィルタ基板との組み合わせに液晶層を内蔵し、前記バックライトアセンブリから出力された第３光に応答して画像をディスプレーする液晶表示パネルアセンブリと、を含み、
   前記導光部材は、前記第１光の提供を受ける光入射面と、前記光発生部に近接するほど単位面積当りの密度が低く前記光発生部から遠ざかるほど単位面積当りの密度が高くなるように、直径が３０〜２００μｍの複数の微細ドットが形成され前記微細ドットを通じて前記第１光を拡散反射する光反射面と、０．６３〜１．６μｍの高さを有する凹凸部が形成され前記微細ドットにより拡散反射された第１光を再び拡散させて第２光を出光する光射出面と、を有し、
   前記光輝度制御部材は、上部面上に複数の三角形プリズムを含み前記導光部材によりガイドされた光を集光する２枚の集光シートからなり、前記２枚の集光シートのうち、上部に配置される集光シートの背面にはビーズコーティング層が形成されることを特徴とする液晶表示装置。
8. 前記ビーズコーティング層は、４．５〜５．５μｍの大きさを有する少なくとも一つのビーズを含むことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記集光シートのうちの下部に配置される集光シートは前記導光部材の光射出面に形成された凹凸部と直接接触することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
10. 前記２枚の集光シートのうち上部に配置される集光シートの上部面上に形成されるプリズムは、ラウンド形状であることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
    
    

Images