JP4499692B2 - バックライトユニット及びこれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライトユニットに関し、特に、中間導光板を除去することより光効率を向上させるバックライトユニット及びこれを備えた液晶表示装置に関する。

今まで開発されてきた多くのフラットパネルディスプレイ装置のうち、液晶表示装置は、ノートブックコンピュータ、モニタ、テレビ、宇宙船及び航空機など、その応用分野が幅広くて多様である。

このような多様な分野に応用される液晶表示装置は、液晶表示パネル、駆動回路部、及びバックライトユニットとから構成される。
ここで、前記液晶表示パネルは、薄膜トランジスタアレイ（TFT-Array）が形成された基板と、カラーフィルタが形成された基板と、一定の間隔を維持して貼り合わせられた前記２つの基板間に液晶が注入された液晶層と、前記２つの基板の外部にそれぞれ取り付けられた偏光板とから構成される。 また、前記駆動回路部は、各種回路素子及びプリント基板（ＰＣＢ）などから構成される。
また、前記バックライトユニットは、発光ランプ、各種シート及び支持モールドなどから構成される。

前述したような構成要素から構成される液晶表示装置において、前記液晶表示パネルは、透過する光量を調節して画像を表示する機能を果たし、前記駆動回路部は、駆動システムから伝達された各種信号を前記液晶表示パネルに印加し、このような信号を制御する機能を果たす。また、前記バックライトユニットは、前記液晶表示パネルの全体に均一に光を照射する光照射装置として使用されるが、このようなバックライトユニットの装着は、厚さ、重量及び電力消費の面から非効率的であるため、現在も多くの研究が行われている。

前記液晶表示パネルは、前記液晶表示パネル自体が非発光性であるため、光がない場所では使用が不可能である。従って、このような短所を補完して暗所でも使用できるように、前記液晶表示パネルの表示面を均一に面照射する装置がバックライトユニットである。

前記バックライトユニットは、液晶表示装置の光源であり、最小限の消費電力で高出力の光を照射する必要がある。また、前記バックライトユニットは、蛍光灯の線のような細い光を液晶表示装置の表面の隅々まで同一の明るさで照射するために面光に変える役割を果たす。

このようなバックライトユニットは、発光ランプの位置によって、前記発光ランプが液晶表示装置の背面から前面に直接光を照射する直下型（Direct Type）と、前記発光ランプが導光板の側面に位置して光が前記導光板を経て前面に照射されるサイド型（Side Type）と、前記サイド型の一種として、傾斜した導光板を備え、前記発光ランプが一側面にのみ位置して、一側面からの光が前記傾斜した導光板を経て前面に照射されるエッジ型（Edge Type）とに分けられる。

ここで、前記サイド型バックライトユニットは、光を発散する発光ランプと、前記発光ランプを覆うランプカバーと、背面に漏れる光を導光板側に反射させる反射シートと、前面に向かう光の媒質を変化させるために、ドットスクリーン（Dot Screen）印刷過程により下部面に形成されたドット内に含まれる小さいガラス玉の表面で散乱した光が通過する導光板と、前記印刷された導光板を通過して前記散乱した光が直接目に入って前記導光板に印刷されたパターンの形状がそのまま映ることを最小化するための拡散シートと、前記拡散シートを通過して急激に低下した光輝度を向上させるために再び集光（focus）するプリズムシートと、外部の衝撃や異物の流入による汚染などを防止するための保護板と、これらの構成を支持するモールドフレームとから構成される。

このように構成されたサイド型バックライトユニットは、前記導光板を利用して全面に光を分散する構成であり、前記導光板の外郭に前記発光ランプを設置して光が前記導光板を通過するので、輝度が低いという問題があった。
また、均一な光度の分布のためには、前記導光板に対する高度な光学的設計技術及び加工技術が要求される。

一方、直下型バックライトユニットは、大画面及び高輝度の製品に多く適用されているが、最近は、光源として発光素子を適用する直下型バックライトユニットに関して多くの研究が行われている。

このような観点から、光源として発光素子を適用した既存の液晶表示装置のバックライトユニットについて図５及び図６を参照して詳細に説明する。

図５は、従来の液晶表示装置のバックライトユニットを示す概略図であり、図６は、従来の液晶表示装置のバックライトユニットにおいて、発光素子に対応する位置に反射体が取り付けられた導光板の背面を示す平面図である。

図５に示すように、従来のバックライトユニットは、複数の発光素子２１と、該複数の発光素子２１が所定間隔で配置された発光素子アレイ部が固定設定されるアレイ支持台１３と、該アレイ支持台１３に結合される下部カバー１１と、前記発光素子２１の底面に設置され、アルミニウムシートで構成された反射シート１５とを備える。ここで、アレイ支持台１３としては、熱に敏感な発光素子を適用したバックライトユニットの場合、ＣＣＦＬ及びＥＥＦＬを使用したバックライトユニットの場合と異なり、放熱のためにＭＣＰＣＢ（metal core PCB）を使用する。

また、複数の発光素子２１から構成された発光素子アレイ部の上側には、該発光素子アレイ部から所定間隔離隔して導光板２３が配置され、それぞれの複数の発光素子２１に対応する導光板２３の背面には、図６に示すように、プリズム構造又は反射材質の円形の反射体２５が取り付けられる。ここで、反射体２５は、垂直方向への発光の抑制及び混色のために使用される。特に、発光素子２１は、通常電源が供給されると該発光素子２１から発生する光ビームが、垂直方向には約２０％放出され、水平方向には約８０％放出されるため、反射体２５が垂直方向に放出される光ビームを水平方向に誘導する役割を果たす。
また、導光板２３の上側には、拡散プレート３１と複数の光学シート３３が配置され、該複数の光学シート３３の上側には液晶表示パネル４１が配置される。

このように構成される従来のバックライトユニットは、複数の発光素子２１に電源が供給されてこれら発光素子２１から水平方向及び垂直方向に光が放出されると、垂直方向に放出された光は、導光板２３の下面に配置された反射体２５により反射されて水平方向に誘導されるので、光がバックライトユニットの全面に均一に分布する。

前述したように、従来の液晶表示装置のバックライトユニットの場合、直下型バックライトユニットに使用される発光素子は、高電力側面発光タイプの発光素子（high power side emitting type LED）であり、単一の発光素子の光分布特性としては、垂直方向より側面方向に多く分布する。
しかしながら、垂直方向への放出光を遮断しないと、輝点が発生するため、液晶表示装置の表示品位が大きく低下するという問題があった。

これを解決するために、従来は、反射体を印刷した中間導光板を使用していた。
しかしながら、この従来の技術に適用された反射体は、垂直方向への放出光が完全に遮断できないため、他の光源を利用した液晶表示装置より表示品位が低下するという問題があり、中間導光板のような別途のシートをさらに備えるため、コストの上昇及び量産性の低下の問題があった。
また、導光板に取り付けられる反射体は、発光素子の数に比例して取り付けられるため、設置が複雑であり、設置費用が増加するという問題があった。

本発明は、前述したような問題を解決するために提案されたもので、本発明の目的は、中間導光板を除去し、反射体の構造を変更することにより、発光素子を適用したバックライトユニットを利用した液晶表示装置の表示品位及び量産性を改善したバックライトユニット及びこれを備えた液晶表示装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明による液晶表示装置のバックライトユニットは、複数の発光素子を備えた発光素子アレイ部と、該発光素子アレイ部に所定間隔を置いて形成され、連続的な反射面を有する反射体とから構成されることを特徴とする。

また、本発明による液晶表示装置のバックライトユニットは、複数の発光素子を備えた発光素子アレイ部と、該発光素子アレイ部の上側に、前記発光素子に対応する位置に配置され、円形領域を含む連続的な反射面を有する反射体とから構成されることを特徴とする。

また、本発明による液晶表示装置のバックライトユニットは、複数の発光素子を備える発光素子アレイ部と、前記発光素子アレイ部の上側に配置され、連続的な反射面を有する反射体とから構成される。

このような目的を達成するために、本発明による液晶表示装置は、液晶表示パネルと、該液晶表示パネルの下部に配置されるバックライトユニットと、から構成され、前記バックライトユニットは、複数の発光素子を有する発光素子アレイ部と、該発光素子アレイ部の上側に配置され、前記発光素子アレイ部と所定間隔を置いて発光素子に対応する位置に反射面を備えた反射体とから構成されることを特徴とする。

本発明による液晶表示装置のバックライトユニットは、一体型反射体を適用することで、既存の透明中間導光板を使用する必要がないため、透過率が低下せず、既存の構造より光効率が向上する。

また、直下型発光素子バックライトユニットの場合、発光素子の垂直方向の放出光を遮断するために一文字型反射体を使用するので、従来の円形の反射体と同様な役割を果たしながらも構造が単純であるため、円形の反射体より量産が容易であり、反射体が占める面積の増加により反射量が増加して発光素子から発散する光がより広く拡散する。 従って、このような構造を利用して駆動する場合、従来の発光素子の反射体より混色及び均一度が改善されるため、表示品位が向上するという効果がある。

一方、既存の発光素子を適用したバックライトユニットにおける中間導光板は、直接的な光の経路変更よりは反射体と発光素子との間隔を一定に維持する役割を果たしていたため、本発明における一文字型反射体を使用して一定の高さに支持することにより、既存の中間導光板を除去することができる。
従って、中間導光板を透過するときに発生する光損失の防止、及び表示品位の改善が可能となり、中間導光板の除去により、輝度及び量産性を改善することができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施形態によるバックライトユニット及びこれを備えた液晶表示装置について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による液晶表示装置のバックライトユニットを示す概略図であり、図２Ａは、本発明による液晶表示装置のバックライトユニットの一実施形態において、一体型反射板を示す平面図であり、図２Ｂは、図２ＡのIVＢ―IVＢ線断面図であり、図２Ｃは、図２ＡのIVＣ―IVＣ線断面図であり、図２Ｄは、反射体と隔壁との結合状態を示す平面図である。

本発明の一実施形態による液晶表示装置のバックライトユニットは、図１に示すように、複数の発光素子１２１と、該複数の発光素子１２１が所定間隔で配置された発光素子アレイ部が固定設置されるアレイ支持台１１３と、該アレイ支持台１１３が結合される下部カバー１１１と、発光素子１２１の底面に設置され、アルミニウムシートで構成された反射シート１１５とを備える。ここで、アレイ支持台１１３としては、熱に敏感な発光素子を適用したバックライトユニットの場合、ＣＣＦＬ及びＥＥＦＬを使用したバックライトユニットの場合と異なり、放熱のためにＭＣＰＣＢを使用する。

また、図２Ａ〜図２Ｄに示すように、複数の発光素子１２１から構成された発光素子アレイ部の上側には、該発光素子アレイ部から所定間隔離隔して一体型反射体１２５が配置される。ここで、一体型反射体１２５は、複数の発光素子１２１に対応するそれぞれの部分に、プリズム構造又は反射材質で構成された反射面１２５ａが形成される。また、場合によって、隣接する反射面１２５ａ間に反射体支持台１２７ａを設置することもできるが、これは、一体型反射体１２５が撓む現象を防止するためである。一方、他の実施形態として、前記発光素子アレイ部の両側に隔壁１２９を設置し、該隔壁１２９間に一体型反射体１２５を設置することもできる。これは、一体型反射体１２５に隔壁１２９が結合するように設置することで、反射体１２５をより安定的に支持するためである。さらに、隔壁１２９は、反射体１２５を支持する役割だけでなく、１つの単位セルに位置する発光素子から出光する光が他のセル区域に分散されずにこの単位セルで最大に光放出できるようにする機能も果たす。一方、反射体１２５は、前記発光素子アレイ部と所定間隔を置いて、一体に連続して形成された反射面１２５ａを含む。

反射体１２５は、発光素子アレイ部から約０．０１〜１０ｍｍ離隔して配置される。特に、各発光素子１２１は、光放出部を有するが、反射体１２５の反射面１２５ａの円形領域の直径は、発光素子１２１の光放出部の直径と同一であるか、あるいはより大きく形成される。ピン状の複数の反射体支持台１２７ｂは、反射体１２５から発光素子アレイ部まで延設されている。
従って、このような構造を適用すると、既存の透明中間導光板を使用しなくてもよいので、透過率が低下せず、既存の構造より光効率が向上する。

また、一体型反射体１２５の反射面１２５ａの表面積は、少なくとも発光素子１２１の上部表面積と同一であるか、あるいはより大きく形成される。また、一体型反射体１２５は、垂直方向への発光抑制及び混色のために使用される。特に、一体型反射体１２５の反射面１２５ａは、垂直方向に出光する光ビームを水平方向に誘導する役割を果たす。
また、一体型反射体１２５の上側には、拡散プレート１３１と複数の光学シート１３３が配置され、該複数の光学シート１３３の上側には、液晶表示パネル１４１が配置される。

前述したように構成される従来のバックライトユニットの場合、複数の発光素子１２１に電源が供給されてこれらの発光素子１２１から水平方向及び垂直方向に光が放出されると、垂直方向に放出された光は、一体型反射体１２５の反射面１２５ａにより反射されて水平方向に誘導されるので、光がバックライトユニットの全面に均一に分布される。

一方、反射体１２５は、発光素子１２１の領域以上の面積を有する反射面１２５ａを備える。反射体１２５は、反射面１２５ａの両側に反射体支持台１２７ｂを備える。また、反射体１２５は、発光素子アレイ部から反射体１２５まで延長した隔壁１２９を含み、該隔壁１２９は、複数の発光素子１２１が位置する各セルを含む複数のセルを定義するアレイを含む。さらに、反射体１２５は、隔壁１２９により支持される。

一方、本発明の他の実施形態による液晶表示装置のバックライトユニットについて図面を参照して説明する。

図３Ａ〜図３Ｄは、本発明による液晶表示装置のバックライトユニットの他の実施形態を示し、図３Ａは、発光素子アレイ部に対応する一文字型反射板を示す平面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＶＢ―ＶＢ線正断面図であり、図３Ｃは、発光素子アレイ部に対応する位置に一文字型反射板を配置した状態を示す断面図であり、図３Ｄは、反射体と隔壁との結合状態を示す平面図である。

図３Ａ〜図３Ｄに示すように、本発明の他の実施形態による液晶表示装置のバックライトユニットは、複数の発光素子２２１と、該複数の発光素子２２１が所定間隔で配置された発光素子アレイ部が固定設定されるアレイ支持台２１３と、該アレイ支持台２１３が結合される下部カバー２１１と、発光素子２２１の底面に設置され、アルミニウムシートで構成された反射シート２１５とを備える。ここで、アレイ支持台２１３としては、熱に敏感な発光素子を適用したバックライトユニットの場合、ＣＣＦＬ及びＥＥＦＬを使用したバックライトユニットの場合と異なり、放熱のためにＭＣＰＣＢを使用する。

また、複数の発光素子２２１から構成された発光素子アレイ部の上側には、該発光素子アレイ部に対応して一文字型の反射体２２５が配置される。ここで、一文字型の反射体２２５は、複数の発光素子２２１を含む発光素子アレイ部の全体に対応するように構成される。ここで、一文字型の反射体２２５の側面には、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、必要によって、反射体支持台２２７を設置することもできるが、これは、一文字型の反射体２２５が撓む現象を防止するために設置する。一方、他の実施形態として、発光素子アレイ部の中間に隔壁を設置し、該隔壁の中間に一文字型の反射体を設置することもできる。これは、一文字型の反射体に隔壁が結合するように設置することにより、反射体をより安定的に支持するためである。
従って、このような反射体構造を適用すると、既存の透明中間導光板を使用しなくてもよいので、透過率が低下せず、既存の構造より光効率が向上する。

また、図示してはいないが、一文字型の反射体２２５の上側には、拡散プレート（図示せず）と複数の光学シート（図示せず）が配置され、該複数の光学シートの上側には液晶表示パネル（図示せず）が配置される。

以下、本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置のバックライトユニットについて図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明する。

図４Ａ〜図４Ｃは、本発明による液晶表示装置のバックライトユニットのさらに他の実施形態を示し、図４Ａは、発光素子アレイ部に対応する位置に一文字型反射板が取り付けられた導光板と発光素子アレイ部を示す概略図であり、図４Ｂは、発光素子アレイ部に対応する位置に一文字型反射板が取り付けられた導光板を示す平面図であり、図４Ｃは、発光素子アレイ部に対応する位置に一文字型反射板が取り付けられた導光板と発光素子アレイ部を示す概略図である。

図４Ａ〜図４Ｃに示すように、本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置のバックライトユニットは、複数の発光素子３２１と、該複数の発光素子３２１が所定間隔で配置された発光素子アレイ部が固定設置されるアレイ支持台３１３と、該アレイ支持台３１３が結合される下部カバー３１１と、発光素子３２１の底面に設置され、アルミニウムシートで構成された反射シート３１５とを備える。ここで、前記アレイ支持台３１３としては、熱に敏感な発光素子を適用したバックライトユニットの場合、ＣＣＦＬ及びＥＥＦＬを使用したバックライトユニットと異なり、放熱のためにＭＣＰＣＢを使用する。

また、複数の発光素子３２１から構成された発光素子アレイ部の上側には、該発光素子アレイ部に対応して一文字型の反射体３２５が取り付けられた導光板３２３が配置される。ここで、導光板３２３の背面に形成された一文字型の反射体３２５は、複数の発光素子３２１を含む発光素子アレイ部の全体に対応して構成される。

また、図示していないが、一文字型の反射体３２５が取り付けられた導光板３２３の上側には、拡散プレート（図示せず）と複数の光学シート（図示せず）が配置されり、この複数の光学シート（図示せず）の上側には、液晶表示パネル（図示せず）が配置される。

本発明による液晶表示装置のバックライトユニットを示す概略図である。 本発明による液晶表示装置のバックライトユニットの一実施形態において、一体型反射板を示す平面図である。 図２ＡのIVＢ―IVＢ線の断面図である。 図２ＡのIVＣ―IVＣ線断面図である。 本発明による液晶表示装置のバックライトユニットの一実施形態において、反射体と隔壁との結合状態を示す平面図である。 本発明による液晶表示装置のバックライトユニットの他の実施形態において、発光素子アレイ部に対応する一文字型反射板を示す平面図である。 図３ＡのＶＢ―ＶＢ線の正断面図である。 本発明による液晶表示装置のバックライトユニットの他の実施形態において、発光素子アレイ部に対応する位置に一文字型反射板を配置した状態を示す断面図である。 本発明による液晶表示装置のバックライトユニットの他の実施形態において、反射体と隔壁との結合状態を示す平面図である。 本発明による液晶表示装置のバックライトユニットのさらに他の実施形態において、発光素子アレイ部に対応する位置に一文字型反射板が取り付けられた導光板と発光素子アレイ部を示す概略図である。 発光素子アレイ部に対応する位置に一文字型反射板が取り付けられた導光板を示す平面図である。 発光素子アレイ部に対応する位置に一文字型反射板が取り付けられた導光板と発光素子アレイ部を示す概略図である。 従来の液晶表示装置のバックライトユニットを示す概略図である。 従来の液晶表示装置のバックライトユニットにおいて、発光素子に対応する位置に反射板が付着した導光板の背面を示す平面図である。

符号の説明

１１１、２１１、３１１：下部カバー
１１３、２１３、３１３：アレイ支持台
１１５、２１５、３１５：反射シート
１２１、２２１、３２１：発光素子
１２５、２２５、３２５：反射体
１２５ａ：反射面
１２７ａ、１２７ｂ、２２７：反射体支持台
１２９、２２９：隔壁
１３１：拡散プレート
１３３：光学シート
１４１：液晶表示パネル
３２３：導光板

Claims (8)

1. 複数の発光素子を備えた発光素子アレイ部と、
   該発光素子アレイ部の上側に配置され、前記発光素子に対応する位置に配置される反射体と
   から構成され、
   前記反射体が、前記複数の発光素子の各々に対応する円形領域及びそれ以外の直線領域からなる連続的な反射面を有し、前記直線領域の幅が前記円形領域の幅よりも狭い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. 前記反射体が、前記発光素子アレイ部から０．０１〜１０ｍｍ離隔してい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. 前記各発光素子は光放出部を有し、前記円形領域の直径は、前記発光素子の光放出部の直径と同一であるか、あるいはより大きい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。
   
4. 前記連続的な反射面が、前記反射体と一体に形成され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。
   
5. 前記反射体から前記発光素子アレイ部まで延長した複数のピン状の支持台を含む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。
   
6. 前記発光素子アレイ部から前記反射体まで延長し、前記反射体に垂直な隔壁を含む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。
   
7. 前記隔壁が、複数の発光素子を含む各セルを画定することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
   
8. 液晶表示パネルと、
   該液晶表示パネルの下部に配置される請求項１から請求項７いずれか一項に記載のバックライトユニットと
   を備えた液晶表示装置。

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