JP4413871B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、反射板とこれを含む液晶表示装置に関する。

最近、従来のＣＲＴの代わりに液晶表示装置（LCD）、ＰＤＰ（plasma display panel、ＯＬＥＤ（organic light emitting diode）などの平板表示装置が多く開発されている。
このうちの液晶表示装置は、薄膜トランジスタ基板、カラーフィルタ基板、及び両基板の間に液晶が注入されている液晶表示パネルを含む。液晶表示装置は非発光素子であるため、薄膜トランジスタ基板の後面には光を供給するためのバックライトユニットが位置する。バックライトユニットから照射された光は、液晶の配列状態によって透過量が調整される。液晶表示パネルとバックライトユニットはシャーシ内に収容されている。

前記バックライトユニットは光源の位置によってエッジ型と直下形に区分される。エッジ型は導光板の側面に光源が設置される構造であって、主にラップトップ型及びデスクトップコンピュータのように比較的に大きさが小さい液晶表示装置に適用される。このようなエッジ型バックライトユニットは、光の均一性が良く、かつ耐久寿命が長く、液晶表示装置の薄形化に有利である。

直下型は、液晶表示装置の大きさが大型化することによって重点的で開発された構造であって、液晶パネルの下部面に一つ以上の光源を配置させ、液晶パネルに全面的に光を供給する構造である。このような直下型バックライトユニットは、エッジ型バックライトユニットに比べていくつかの光源を利用することができるため、高い輝度を確保できるという長所がある反面、輝度が均一でないという短所がある。

一方バックライトユニットの光源として、輝度が高くて色再現性に優れたＬＥＤ（light emitting diode）が多く使用されている。ところが、ＬＥＤを光源として使用する直下型バックライトは、画面に輝線を発生させるという問題がある。
本発明の目的は、液晶表示パネルに均一な光を供給する反射板を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、液晶表示パネルに均一な光を供給する反射板を含む液晶表示装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、発明１は、光を投射する複数のＬＥＤが一列に配列されたＬＥＤ列を複数具備する液晶表示装置であって、前記複数のＬＥＤ列に対向して設けられ、入射する光を拡散して前記ＬＥＤ列側へ出射させるための表面部と、前記表面部に配置されると同時に前記ＬＥＤ列の位置に対応する上部に配置され、入射する光を遮断するための光遮断部と、を有する導光板と、前記複数のＬＥＤ列の各ＬＥＤと、入射する光を拡散反射させる第１反射面と、入射する光を正反射させる第２反射面と、を有する反射板と、を含み、前記第１反射面は、前記各ＬＥＤが位置するように前記ＬＥＤ列の配列に対応して配置され、前記第２反射面は、隣接する２つのＬＥＤ列の間に平行に配置されている液晶表示装置を提供する。
発明２は、前記発明１において、前記第２反射部が帯状である液晶表示装置を提供する。
発明３は、前記発明２において、複数の第２反射部を含み、前記複数の第２反射部が並列に配置されている液晶表示装置を提供する。

発明４は、前記発明３において、前記第２反射部が一定の間隔で配置されている液晶表示装置を提供する。
発明５は、前記発明１において、前記第１反射部は入射する光を拡散反射し、前記第２反射部は入射する光を正反射する液晶表示装置を提供する。
発明６は、前記発明１において、前記第１反射部は、入射するすべての波長の可視光線を四方に拡散反射させる表面粗度を有し、前記第２反射部は、入射するすべての波長の可視光線を、輝線が生じない特定角度にのみ反射するよう正反射させる表面粗度を有する液晶表示装置を提供する。

発明７は、前記発明１において、前記第２反射部の幅は、隣接した前記貫通孔列間の距離の１０乃至４０％である液晶表示装置を提供する。
発明８は、前記発明７において、前記貫通孔列が等間隔に配置されている液晶表示装置を提供する。

発明１２は、前記発明１１において、前記第２反射部が隣接した前記ＬＥＤ列の間の中央部に沿って形成されている液晶表示装置を提供する。
発明１３は、前記発明１１において、前記第２反射部の幅が隣接した前記ＬＥＤ列の間隔に反比例する液晶表示装置を提供する。
発明１４は、前記発明１１において、前記第２反射部の幅が隣接した前記ＬＥＤ列の間隔の１０乃至４０％である液晶表示装置を提供する。

発明１５は、前記発明１１において、前記ＬＥＤと連結されているＬＥＤ回路基板をさらに含む液晶表示装置を提供する。この装置において、前記反射板は前記ＬＥＤ回路基板上に位置している。

本発明を用いれば、液晶表示パネルに均一な光を供給する反射板を提供することができる。また、液晶表示パネルに均一な光を供給する反射板を含む液晶表示装置を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明についてさらに詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態による反射板を含む液晶表示装置の分解斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態による反射板を含む液晶表示装置の断面図である。
液晶表示装置１は、液晶表示パネル２０、液晶表示パネル２０の背面に位置した複数の光学部材３０、液晶表示パネル２０の背面全体にわたって備えられているＬＥＤ５１、ＬＥＤ５１の下部に位置する反射板４０、及びＬＥＤ５１が装着されているＬＥＤ回路基板６０を含む。

液晶表示パネル２０は、薄膜トランジスタが形成されている薄膜トランジスタ基板２１と、該薄膜トランジスタ基板２１と対面しているカラーフィルタ基板２２、両基板２１、２２を接合させ、セルギャップ （cell gap）を形成するシラント２３、及び両基板２１、２２とシラント２３の間に位置する液晶層２４を含む。液晶表示パネル２０は、液晶層２４の配列を調整して画面を形成するが、非発光素子であるため、背面に位置したＬＥＤ４０から光の供給を受けなければならない。薄膜トランジスタ基板２１の一側には駆動信号の印加のための駆動部２５が備えられている。駆動部２５は、軟性印刷回路基板（FPC）２６、軟性印刷回路基板２６に装着されている駆動チップ２７、及び軟性印刷回路基板２６の他側に連結されている回路基板（PCB）２８を含む。図示した駆動部２５は、ＣＯＦ（chip on film）方式を示したものであり、ＴＣＰ（tape carrier package）、ＣＯＧ（chip on glass）など公知の他の方式も可能である。また、駆動部２５が配線形成の過程で薄膜トランジスタ基板２１に形成されることも可能である。

液晶表示パネル２０の背面に位置する光学部材３０は、導光板３１、拡散板３２、拡散フィルム３３、プリズムフィルム３４、及び保護フィルム３５を含む。
導光板３１は、空気との屈折率の差によって入射した光が平面上に効率的に拡散して出光するように、高分子材料を処理したものである。導光板３１の表面には、必要に応じてドットパターンなどが形成されていることができる。導光板３１はＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）のようなアクリル系樹脂からなることができる。導光板３１は、後述する拡散板３２、拡散フィルム３３、プリズムフィルム３４、及び保護フィルム３５より多少厚く備えられる。導光板３１には複数の列で配置された光遮断部３６が備えられている。光遮断部３６は、ＬＥＤ５１と対向する導光板３１の面に、ＬＥＤ５１の大きさと類似するように備えられており、ＬＥＤ５１の上部に位置している。光遮断部３６は、ＬＥＤ５１で液晶表示パネル２０の垂直方向に発生する光を遮断して、色相の均一性を向上させる。このような光遮断部３６は、後述する反射板４０と同一の材質で備えられることができ、この場合、光遮断部３６に入射した光は反射されて反射板４０に入射するようになる。

拡散板３２と拡散フィルム３３は、ベース板と該ベース板に形成された玉状のコーティング層からなる。導光板３１から出射した光は正面方向の光が少なく、法線方向の角度を有する光が多い。拡散フィルム３３は２枚または３枚を重なって使用することができる。
プリズムフィルム３４は、上部面に三角柱状のプリズムが一定の配列を有して形成されている。プリズムフィルム３４は、拡散フィルム３３で拡散した光を上部の液晶表示パネル２０の平面に垂直した方向に集光する役割を果たす。プリズムフィルム３４は通常２枚が使用され、各プリズムフィルム３４に形成されたマイクロプリズムは所定の角度をなしている。プリズムフィルム３４を通過した光のほとんどは、垂直に進行して均一な輝度分布を提供する。

最も上部に位置する保護フィルム３５は、スクラッチに弱いプリズムフィルム３４を保護する。
反射板４０は、ＬＥＤ５１とＬＥＤ熱伝逹部材５２の間に位置する。このために反射板４０にはＬＥＤ５１を突出させるための貫通孔４３が形成されている。反射板４０は、貫通孔から突出したＬＥＤ５１の背面側に位置する。貫通孔４３はＬＥＤ５１の配置と対応する様に配置され、第１実施形態においては４つの貫通孔列４５が互いに同じ間隔で平行に配置されている。各貫通孔列４５には貫通孔４３が一列に配置されている。ＬＥＤ熱伝逹部材５２は、ＬＥＤ５１で発生した熱を外部に排出させるためのものであって、金属からなっている。

ある物質の表面に入射して反射された光は、拡散反射または正反射される。拡散反射になるか正反射になるかは、入射物質の表面粗度と関係がある。入射する光を拡散反射（乱反射）する表面の粗度（RMS粗度）は可視光線の波長（４００乃至７００ｎｍ）より大きく、入射する光を正反射する表面粗度は可視光線の波長より小さい。
反射板４０は表面粗度が互いに異なる第１反射部４１と第２反射部４２を含み、第２反射部４２の表面粗度が第１反射部４１の表面粗度に比べて小さい。第１実施形態では、第１反射部４１は最も大きい可視光線の波長（７００ｎｍ）より大きい表面粗度を有して入射する光を拡散反射し、第２反射部４２は可視光線の最も小さい波長（４００ｎｍ）より小さい表面粗度を有して入射する光を正反射する。第２反射部４２は貫通孔列４５の間に３つ備えられ、帯状を有している。また、第２反射部４２は隣接した貫通孔列４５の間の中央部に沿って、一定間隔で並列に配置されている。第１反射部４１はベースフィルム４６とベースフィルム４６上に形成される拡散反射層４７とで構成される。ベースフィルム４６はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート（ＰＣ）からなり、拡散反射層４７は炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）等のビーズ（ｂｅａｄｓ）を含む。反射板４０はＬＥＤ５０で発生する強い熱により歪みが発生しないように、厚さを多少厚く備えることができる。

第２反射部４２はベースフィルム４６とベースフィルム４６上に形成される正反射層４８とで構成される。ベースフィルム４６はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート（ＰＣ）からなり、正反射層４８は銀（Ａｇ）を含む。
本発明では、正反射層４８としてベースフィルム４６上に銀（Ａｇ）が形成された構造を例示したが、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）の単一層構造または積層構造で形成することも可能である。

第２反射部４２は他の方法によっても備えられることができる。例えば、第２反射部４２は第１反射部４１と一体であり、第１反射部４１の表面を処理して備えられるか、または単純にベースフィルム４６だけで構成することもできる。表面処理はスパッタリング方法を通じて表面に粗度の小さい金属膜をメッキする方法などが可能である。第２反射部４２を備える他の例としては、表面粗度が小さい銀シートやフィルムなどを反射板４０に付着する方法がある。

ＬＥＤ５１で供給する光の方向は多様に調節でき、上部で発光する光はできるだけ制限することが好ましい。上部に直ちに直進する光は色相の均一性を低下させるためである。ＬＥＤ５１はＬＥＤ回路基板６０に一列に配置されている。
ＬＥＤ回路基板６０には各々赤色、緑色、青色を発光するＬＥＤ５１が一列に配置され、液晶表示パネル２０に白色光を提供する。ＬＥＤ回路基板６０は液晶表示パネル２０の背面側に４つ備えられており、等間隔で並列に配置されている。これにより、ＬＥＤ回路基板６０に装着されたＬＥＤ列５５もまた等間隔で配置されている。ＬＥＤ回路基板６０は印刷回路基板と下部面にアルミニウム（Ａｌ）層を含む。なお、本発明ではＬＥＤ回路基板６０が４つ配置されていることを例示したが、バックライトの大きさや所望の輝度によって多様な個数を配置することができる。

以上、上述した液晶表示パネル２０、光学部材３０、反射板４０、ＬＥＤ５１、及びＬＥＤ回路基板６０は、上部シャーシ１０と下部シャーシ７０によって収容されている。
以下、本発明による液晶表示装置１で輝線が発生しない理由について、図３と図４を参照して説明する。図４は、図３のＩＶ-ＩＶによる断面図である。

まず、液晶表示装置１の画面に輝線が発生する理由について説明する。
ＬＥＤ５１では、これに限定されないが、９０％以上の光が側面から発生する。このようなＬＥＤ５１を有するＬＥＤ５１をサイド−エミティングＬＥＤ（side emitting LED）という。
上部で発生した光は導光板３１に形成された光遮断部３６によって遮断され、これによりＬＥＤ５１で発生した光の２乃至３％だけが光遮断部を通過する。ＬＥＤ５１の光は直進性が強いことが特徴であり、この直進光は光の強さを大きくし光を集めるのに効果的であるが、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ各々を使用する場合、色均一性を阻害する要素となる。このために上部で発生する光を抑制し、上部で発生して直進する光を遮断する。

反面、ＬＥＤ５１の間では、ＬＥＤ５１で直接供給される光と反射板４０で反射される光が加えられて輝度が強くなる。これにより、ＬＥＤ５１の上部は輝度が弱く、反対にＬＥＤ５１の間は輝度が強くて、画面にＬＥＤ５１の間に沿って輝線が発生する。輝線はＬＥＤ列５５の間に位置する。本発明ではＬＥＤ５１の間に配置された第２反射部４２を通じてこのような輝線を除去する。

図４をみれば、反射板４０の第２反射部４２はＬＥＤ列５５の間に位置している。さらに詳しくは、第２反射部４２は、ＬＥＤ列５５の間に帯状に形成されており、隣接したＬＥＤ列５５の間の中央部に位置している。各ＬＥＤ列５５の間隔ｄ２は一定であり、第２反射部４２の幅ｄ１はＬＥＤ列５５の間隔ｄ２の１０乃至４０％であると好ましい。
このような構成において、ＬＥＤ５１の上部で発生した光は光遮断部３６によってほとんど遮断されて、ＬＥＤ５１の上部Ａに直接供給される光は非常に少なくなる。ＬＥＤ５１の側面から発生した光の一部は直接ＬＥＤ５１の間Ｂに供給される。また、ＬＥＤ５１の側面から発生した残り光は、第１反射部４１または第２反射部４２で反射されて導光板３１の方向に進行する。ここで第１反射部４１に入射した光は、いくつかの方向に拡散して、ＬＥＤ５１の上部ＡとＬＥＤの間Ｂの全てに供給される。一方、第１反射部４１に入射した光と異なって、第２反射部４２に入射した光は正反射される。第２反射部４２によって正反射された光は、経路が単純であるためにＬＥＤの間Ｂに入射する可能性が、第１反射部４１で拡散反射された光がＬＥＤの間Ｂに入射する可能性に比べて少ない。これにより、ＬＥＤの間Ｂの輝度が減少して導光板３１全体に均一な光が供給され、画面上に輝線発生が減少する。

図５は、従来の液晶表示装置画面の輝度分布を示したグラフであり、図６は、本発明の第１実施例による反射板を含む液晶表示装置の画面の輝度分布を示したグラフである。
図示した輝度分布は図３のＩＶ-ＩＶによる断面であって、ＬＥＤ列５５の延長方向と垂直方向に沿って輝度分布を示したものである。入射する光を正反射する第２反射部４２が備えられていないため、反射板４０全体が拡散反射する従来の場合、ＬＥＤ列５５の間に形成された３つの輝線と、隣接した輝線の間に位置する２つの暗線が観察される。暗線が観察された部分は、画面の上部や下部に比べては輝度が高いが、輝度が高い輝線の間に位置するために暗線として認識されることである。また、３つの輝線のうちの中央に位置する輝線の輝度が最も強い。

反面、反射板４０に第２反射部４２が備えられている図６では輝線や暗線が観察されず、中央部分の輝度が最も高いガウス(Gaussian)分布を示す。
図５と図６を考慮すれば、反射板４０に備えられる第２反射部４２の位置は輝線が発生する位置と一致する。つまり、輝線が発生する位置に第２反射部４２が備えられて入射する光を正反射し、光が第２反射部４２上部に供給されないようにする。これにより、第２反射部４２上部の輝度増加が制限されて輝線発生が減少する。

図７ａ乃至図７ｄは、第２反射部４２の幅ｄ１による液晶表示装置の画面の輝度分布を示した図面である。図７ａは第２反射部４２がない場合であり、図７ｂ乃至図７ｄは、第２反射部４２の幅ｄ１が各々ＬＥＤ列５５の間の間隔ｄ２の１２％、２２％、４５％である。図７aと図７ｄでは輝線が観察されるが、７ｂと図７ｃは輝度分布が相対的に均一であることが確認される。したがって、第２反射部４２の幅ｄ１はＬＥＤ列５５の間の間隔ｄ２の１０乃至４０％であることが好ましい。

＜第２実施形態＞
図８は、本発明の第２実施形態による反射板の正面図である。
ＬＥＤ５１のＬＥＤ５１が通過するための貫通孔４３が一列に配置されている貫通孔列４５が４列備えられている。貫通孔列４５間の間隔ｄ４は一定である。各貫通孔列４５の間には３つの第２反射部４２が位置する。ここで、第２反射部４２のうちの外側に位置した第２反射部４２ａの幅ｄ３は、中央に位置した第２反射部４２ｂの幅ｄ４に比べて狭くなっている。画面の輝度は図５と図６で観察したように、中央で最も強い。したがって、中央部に位置した第２反射部４２ｂの幅ｄ４を他の部分の第２反射部４２ａの幅ｄ３より大きくすれば、画面中央の輝度を減少させて全体画面の輝度をさらに均一にすることができる。

＜第３実施形態＞
図９は、本発明の第３実施形態による反射板の正面図である。
ＬＥＤ５１のＬＥＤ５１が通過するための貫通孔４３が一列に配置されている貫通孔列４５が４列備えられている。第１実施形態とは異なって、外側で隣接した貫通孔列４５間の間隔ｄ７は中央で隣接した貫通孔列４５間の間隔ｄ８に比べて大きく備えられている。一方、外側で隣接した貫通孔列４５の間に形成された第２反射部４２ｃの幅ｄ５は、中央で隣接した貫通孔列４５の間に形成された第２反射部４２ｄの幅ｄ６に比べて小さい。つまり、貫通孔列４５間の間隔とその間に位置する第２反射部４２の幅は、互いに反比例するように形成されている。

貫通孔列４５間の間隔が狭くて貫通孔列４５に位置するＬＥＤ５１の間の間隔が狭い場合、光の移動経路が短いため、光が均一に分散せずＬＥＤ５１の間に集中する。反面、貫通孔列４５間の間隔が広くて貫通孔列４５に位置するＬＥＤ５１の間の間隔が広い場合、光の移動経路が長くて多様になるため、相対的に光が均一に分散する。したがって、貫通孔列４５間の間隔が狭い場合、第２反射部４２を広く形成すれば、輝度をさらに均一にすることができる。一方、貫通孔列４５間の間隔をさらに大きくすることは、輝線防止には効果的であるが、全体的な輝度が低いので限界がある。

以上、上述した本発明は多様に変更することができる。例えば、ＬＥＤはＬＥＤ列のみに存在することではなく、ＬＥＤ列の間にも存在することができる。この場合、ＬＥＤが装着されるＬＥＤ回路基板の形態及び反射板の貫通孔の配置もＬＥＤ配置に応じて変形する。

本発明の第１実施形態による反射板を含む液晶表示装置の分解斜視図 本発明の第１実施形態による反射板を含む液晶表示装置の断面図 本発明の第１実施形態による反射板とＬＥＤとの関係を説明するための図面 本発明の第１実施形態による反射板を含む液晶表示装置において輝線発生が減少する理由を説明するための図面 従来の液晶表示装置の画面の輝度分布を示したグラフ 本発明の第１実施形態による反射板を含む液晶表示装置の画面の輝度分布を示したグラフ 第２反射部の幅による液晶表示装置の画面の輝度分布を示した図面 第２反射部の幅による液晶表示装置の画面の輝度分布を示した図面 第２反射部の幅による液晶表示装置の画面の輝度分布を示した図面 第２反射部の幅による液晶表示装置の画面の輝度分布を示した図面 本発明の第２実施形態による反射板の正面図 本発明の第３実施形態による反射板の正面図

符号の説明

１ 液晶表示装置
１０ 上部シャーシ
２０ 液晶表示パネル
３０ 光学部材
４０ 反射板
４１ 第１反射部
４２ 第２反射部
４３ 貫通孔
４５ 貫通孔列
５０ ＬＥＤ
５１ ＬＥＤ
５２ 熱伝逹部材
６０ ＬＥＤ回路基板
７０ 下部シャーシ

Claims (8)

1. 光を投射する複数のＬＥＤが一列に配列されたＬＥＤ列を複数具備する液晶表示装置であって、
   前記複数のＬＥＤ列に対向して設けられ、入射する光を拡散して前記ＬＥＤ列側へ出射させるための表面部と、前記表面部に配置されると同時に前記ＬＥＤ列の位置に対応する上部に配置され、入射する光を遮断するための光遮断部と、
   を有する導光板と、
   前記複数のＬＥＤ列の各ＬＥＤと、
   入射する光を拡散反射させる第１反射面と、入射する光を正反射させる第２反射面と、
   を有する反射板と、を含み、
   前記第１反射面は、前記各ＬＥＤが位置するように前記ＬＥＤ列の配列に対応して配置され、
   前記第２反射面は、隣接する２つのＬＥＤ列の間に平行に配置されている、液晶表示装置。
2. 前記第２反射部は帯状である、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 複数の第２反射部を含み、前記複数の第２反射部は並列に配置されている、請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第２反射部は一定の間隔で配置されている、請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１反射部は入射する光を拡散反射し、
   前記第２反射部は入射する光を正反射する、請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１反射部は、入射するすべての波長の可視光線を四方に拡散反射させる表面粗度を有し、
   前記第２反射部は、入射するすべての波長の可視光線を、輝線が生じない特定角度にのみ反射するよう正反射させる表面粗度を有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記第２反射部の幅は、隣接した前記貫通孔列間の距離の１０乃至４０％である、請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記貫通孔列は等間隔に配置されている、請求項７に記載の液晶表示装置。

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