JP4585989B2

JP4585989B2 - バックライト、液晶表示素子

Info

Publication number: JP4585989B2
Application number: JP2006181473A
Authority: JP
Inventors: ビョン−チョル・キム
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: JP2007011374A; CN1892355B; CN1892355A; DE102006029000B4; DE102006029000A1; KR20070002866A; US8891041B2; KR101186868B1; TW200705051A; US20130222733A1; US20070001569A1; US8520166B2; TWI359312B

Description

本発明は、バックライト及び液晶表示素子に関する。

近年、携帯電話、ＰＤＡ(Personal digital assistant)、ノートブックコンピュータなどの各種携帯用電子機器の発展により、これに適用できる小型・軽量・薄型のフラットパネルディスプレイ装置に対する要求が増大している。このようなフラットパネルディスプレイ装置としては、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＶＦＤ（Vacuum Fluorescent Display）などが活発に研究されているが、量産化技術、駆動手段の容易性、高画質の実現という理由により、現在は液晶表示素子（ＬＣＤ）が注目を集めている。

液晶表示素子は、透過型表示素子であり、液晶分子の屈折率異方性により液晶層を透過する光の量を調節することにより所望の画像を画面上に表示する。従って、液晶表示素子には、画像を表示するために、液晶層を透過する光源であるバックライトが設置される。一般に、バックライトは、２種類に大別される。

その１つ目は、ランプが液晶パネルの側面に設置されて液晶層に光を提供するエッジ型バックライトであり、２つ目は、ランプが液晶パネルの下部から直接光を提供する直下型バックライトである。

エッジ型バックライトは、液晶パネルの側面に設置されて反射板及び導光板を利用して液晶層に光を供給する。従って、液晶表示素子の厚さを薄くすることができ、薄型の表示装置が要求されるノートブックなどに主に使用される。しかしながら、エッジ型バックライトは、光を発光するランプが液晶パネルの側面に位置するため、面積の広い液晶パネルへの適用が困難であり、導光板を利用して光を供給するので、高輝度を得ることが難しい。従って、最近注目を集めている面積の広いＬＣＤテレビ用の液晶パネルには適さないという問題があった。

直下型バックライトは、ランプから発光した光を直接液晶層に供給するので、面積の広い液晶パネルに適用できると共に、高輝度を得ることができるため、ＬＣＤテレビ用の液晶パネルの製造に主に使用されている。

一方、最近は、バックライトのランプとして、蛍光ランプの代わりにＬＥＤ（Light Emitting Device）のように自発光する発光素子を使用している。この発光素子は、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色光を放出するため、バックライトに適用されたとき、色再現性が良好であり、駆動電力が節減できるという利点がある。

図７は、このような発光素子を備えたバックライトが適用された従来の液晶表示素子の構造を示す。

図７に示すように、液晶表示素子１は、液晶パネル（liquid crystal display panel）３と、該液晶パネル３の背面に設置されたバックライト１０とから構成される。液晶パネル３は、実際に画像が実現される場所であり、ガラスのような透明な下部基板３ａ及び上部基板３ｂと、該下部基板３ａと上部基板３ｂ間に形成された液晶層（図示せず）とからなる。特に、図示されてはいないが、下部基板３ａは、薄膜トランジスタのような駆動素子及び画素電極が形成されるＴＦＴ基板であり、上部基板３ｂは、カラーフィルタ層（color filter layer）が形成されるカラーフィルタ基板である。また、下部基板３ａの側面に駆動回路部５が備えられることで、下部基板３ａに形成された薄膜トランジスタと画素電極にそれぞれ信号を印加する。

バックライト１０は、液晶パネル３の下部の側面に設置されて実際に光を放出して液晶パネル３に光を供給する複数の発光素子１１と、該発光素子１１から発光した光を液晶パネル３にガイドする導光板１５と、発光素子１１から放出された光を液晶パネル３に反射して光効率を向上させる反射板１７とから構成される。

図示されてはいないが、導光板１５の上部には、光を拡散して均一の光を液晶パネル３に供給する拡散板などの各種光学部材が備えられる。

発光素子１１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色光を発光するＲ、Ｇ、Ｂ発光素子であり、バックライト１０の側面に複数の発光素子１１が所定間隔で２列（又は、それ以上の列）に配列される。それぞれのＲ、Ｇ、Ｂ発光素子からはＲ、Ｇ、Ｂの単色光が発光する。このＲ、Ｇ、Ｂの単色光は、混合して白色光となった後、導光板１５を経て液晶パネル３に供給される。

しかしながら、前述したような構造のバックライトは、以下のような問題がある。図８に示すように、発光素子１１は、バックライトの側壁１２に複数列（図面では２列）に配列されている。ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂ発光素子１１は順番に設置される。発光素子１１から放出されたＲ、Ｇ、Ｂの単色光は、直接導光板１５に入射するか、下部に備えられた反射板１７で反射した後、導光板１５に入射する。

Ｒ、Ｇ、Ｂ発光素子１１からそれぞれ発光した単色光が反射板１７に反射するとき、特に、発光素子１１の近傍で反射する単色光は、他の光に比べて強度が大きい。従って、この単色光は、他の単色光と混合しても単色光の強度差により白色光とならずに液晶パネル３に供給されるが、このような現象は、液晶パネル３の画質の低下の大きな原因となる。

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、液晶パネルの下部に光を散乱して放射する側面放射型発光素子を設置することで、均一に混合した白色光を液晶パネルに供給し、さらに例えば発光素子の下面に反射板を傾斜して設置することで、バックライトにおいて単色光が発光素子の近傍で反射して短距離で液晶層を透過することにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色光が白色光として混合しない状態で液晶パネルに供給されることを防止し得るバックライト及び液晶表示素子を提供することにある。

本発明によるバックライトは、上面、側面、及び底面からなり、発光した光が前記側面で屈折して放出される複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤの上面に取り付けられ、前記ＬＥＤの上面から放出される光を側面に反射させる反射体と、前記ＬＥＤの上部に設置され、前記ＬＥＤから放出された光を液晶パネルにガイドする導光板と、前記ＬＥＤが底面が支持されて配置される第１領域及び該第１領域間に形成された第２領域からなり、前記ＬＥＤから放出された光を前記導光板に反射させる反射板と、から構成され、前記反射板の第２領域は、第１領域から所定角度で下部に傾斜しているバックライトにある。
また、本発明による液晶表示素子は、液晶パネルと、上面、側面、及び底面からなり、発光した光が前記側面で屈折して放出されて前記液晶パネルに光を供給する複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤの上面に取り付けられ、前記ＬＥＤの上面から放出される光を側面に反射させる反射体と、前記ＬＥＤの上部に設置され、前記ＬＥＤから放出された光を液晶パネルにガイドする導光板と、前記ＬＥＤが底面が支持されて配置される第１領域及び該第１領域間に形成された第２領域からなり、前記ＬＥＤから放出された光を前記導光板に反射させる反射板と、から構成され、前記反射板の第２領域は、第１領域から下部に傾斜して形成される液晶表示素子にある。

本発明によるバックライトは、液晶パネルの下面に複数の側面放射型発光素子を備え、該発光素子の下部に形成される反射板を所定角度で傾斜させて形成するか、又は散乱部材を形成することで、発光素子の近傍でＲ、Ｇ、Ｂの単色光が反射することを防止する。従って、十分混合した白色光が液晶パネルに供給されて液晶パネルの画質の低下が防止できるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明によるバックライトを詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明によるバックライトを備えた液晶表示素子の構造を示す図である。
図１に示すように、液晶表示素子１０１は、液晶パネル１０３と、該液晶パネル１０３に光を供給するバックライト１１０とから構成される。液晶パネル１０３は、ガラスのような透明な下部基板１０３ａ及び上部基板１０３ｂと、下部基板１０３ａと上部基板１０３ｂ間に形成された液晶層（図示せず）とからなるが、ここで、下部基板１０３ａは、薄膜トランジスタ及び画素電極が形成されるＴＦＴ基板であり、上部基板１０３ｂは、カラーフィルタ層が形成されるカラーフィルタ基板である。また、下部基板１０３ａの側面に駆動回路部１０５が備えられることで、下部基板１０３ａに形成された薄膜トランジスタと画素電極にそれぞれ信号を印加する。

バックライト１１０は、液晶パネル１０３の下部に装着されて液晶パネル１０３に光を供給する装置であり、液晶パネル１０３の下部に設置された複数の発光素子１１１と、該発光素子１１１と液晶パネル１０３間に設置されて液晶パネル１０３に光をガイドする導光板１１５と、発光素子１１１の下部に設置されて発光素子１１１から放出された光を液晶パネル１０３に反射して光効率を向上させる反射板１１７とから構成される。

また、図示されてはいないが、導光板１１５の上部には、光を拡散して均一の光を液晶パネル１０３に供給する拡散板や拡散シートなどの各種光学部材が備えられる。

発光素子１１１は、ＬＥＤのようにＲ、Ｇ、Ｂの単色光を発光する発光素子であり、液晶パネル１０３の下部に複数設置される。本発明のバックライトと図７に示す従来のバックライトとを比較すると、従来は、発光素子１１がバックライトの側面に設置されているが、本発明は、発光素子１１１が液晶パネル１０３の下部に配置されている。すなわち、従来のバックライトは、発光素子がエッジ型に設置されているが、本発明のバックライトは、発光素子１１１が直下型に配置されている。

発光素子１１１は、側面放射型発光素子１１１である。すなわち、図１のＡ領域の拡大図である図２に示すように、本発明の発光素子１１１は、側面が曲率を有する曲線状に形成されている。従って、発光素子１１１から発光するＲ、Ｇ、Ｂの単色光が外部に放出されるとき、曲率を有する側面の境界で散乱して放出される。このように、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色光が発光素子１１１の側面から放射されて放出されるため、このような発光素子を側面放射型発光素子という。

図２に示すように、側面放射型発光素子１１１の上面には、反射体１１８が形成されている。反射体１１８は、発光素子１１１の曲線状の側面からでなく、平らな上面から光が放出されることを防止し、上面から放出されるＲ、Ｇ、Ｂの単色光を反射して側面から散乱させて放出する。

前述したように、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色光が側面から放射されて放出されるため、従来の発光素子に比べて放出されるＲ、Ｇ、Ｂの単色光が容易に混合され、その結果、液晶パネル１０３には常に完全な白色光が供給される。

一方、発光素子１１１の下面には、反射板１１７が形成されている。反射板１１７は、発光素子１１１から発光したＲ、Ｇ、Ｂの単色光を導光板１１５に反射することで、液晶パネル１０３に供給される光効率を向上させる。図２に示すように、反射板１１７は、発光素子１１１の下面から該下面に対して所定角度θで傾斜して形成される(下面に平行な部分とその外側の傾斜した部分を含む)。図１に示すように、全発光素子１１１の下面に反射板１１７を傾斜させて形成することで、該反射板１１７は、ジグザグ状に折り曲げられるように形成される。

前述したように、反射板１１７を発光素子１１１の下面と又は光が入射する液晶パネル１０３の入射面と所定角度で傾斜して形成するのは、発光素子１１１の近傍で反射するＲ、Ｇ、Ｂの単色光が直ちに液晶パネル１０３に入射することを防止するためである。

図３に示すように、反射板５１７が発光素子５１１の下面又は液晶パネルの入射面に平行な場合、発光素子５１１の近傍で反射するＲ、Ｇ、Ｂの単色光は強度が強いため、他のＲ、Ｇ、Ｂの単色光と混合するとき、完全な白色光とならずに不完全な白色光（又は、単色光）のままで液晶パネルに供給される。すなわち、図７に示すように発光素子がバックライトの側面に設置された従来よりは、反射するＲ、Ｇ、Ｂの単色光の強度が弱いため、白色光に混合しない程度は低いが、この反射板５１７が発光素子５１１の下面又は液晶パネル１０３の入射面に平行な場合は、ある程度白色光でないＲ、Ｇ、Ｂの単色光又は特定色の光が液晶パネルに入射する。

これに対して、図２に示すように、反射板１１７を所定角度θで傾斜させて形成することにより、発光素子１１１から発光して反射板１１７側に入射するＲ、Ｇ、Ｂの単色光は反射板１１７により反射しない。もちろん、結局は反射板１１７によりＲ、Ｇ、Ｂの単色光が反射するが、このときのＲ、Ｇ、Ｂの単色光は強度が弱いため、他の単色光と十分混合して完全な白色光として液晶パネル１０３に供給される。

前述したように、本発明において、反射板１１７を所定角度θで傾斜して形成するのは、発光素子１１１から放出されたＲ、Ｇ、Ｂの単色光が発光素子１１１の近傍で反射することを防止するためである。従って、反射板１１７の傾斜角度θは、発光素子１１１から放出されたＲ、Ｇ、Ｂの単色光を発光素子１１１近傍で反射させない角度であれば、どのような角度でもよい。

実施の形態２．
また、本発明によるバックライト１１０の反射板１１７は、必ずしも前述したように傾斜させて形成しなければならないのではない。図４に示すように、反射板６１７が発光素子６１１の下面の外側に段差を有するように、従来の反射板より所定距離だけ下部に形成することも可能である(下面に平行な部分とその外側の段差を付けられた部分を含む)。このような構造では、バックライトから放出されたＲ、Ｇ、Ｂ単色光が反射板６１７に反射する比率が低下するだけでなく、反射してもその強度が従来より弱いため、Ｒ、Ｇ、Ｂ単色光が十分混合して白色光として液晶パネルに供給できる。

実施の形態３．
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明によるバックライドのさらに他の実施の形態を示す図である。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、本実施の形態では、複数の突起１７１ａ、１７１ｂが発光素子７１１の近傍の反射板７１７に設置される。発光素子７１１から放出された単色光が突起７１７ａ、７１７ｂにより散乱して他の発光素子から発光した他の単色光と混合した後、液晶パネルに供給される。突起７１７ａ、７１７ｂは、反射板７１７と一体に形成することもできる。すなわち、突起７１７ａ、７１７ｂを反射板７１７と同一物質で形成することもできる。また、突起７１７ａ、７１７ｂは、反射板７１７と別個に形成することもできる。すなわち、突起７１７ａ、７１７ｂを反射板７１７と異なる物質で反射板７１７上に形成することもできる。

ここで、突起７１７ａ、７１７ｂは、発光素子７１１から放出されて反射板７１７により反射した単色光が、隣接する発光素子７１１から放出された光と混合しない領域に形成される。従って、突起７１７ａ、７１７ｂが形成される領域は、隣接する発光素子７１１間の間隔及び液晶パネルと反射板７１７間の距離により変わる。

一方、突起７１７ａ、７１７ｂは、多様な形状に形成することができる。例えば、突起７１７ａ、７１７ｂは、図５Ａ及び図５Ｂのような形状以外にも、他の多様な形状に形成することができる。

実施の形態４．
図６は、本発明によるバックライドのさらに他の実施の形態を示す図である。本実施の形態において、散乱部材８２０は、発光素子８１１から放出されて反射板８１７により反射した光が、隣接する発光素子８１１からの光と混合しない発光素子８１１の近傍領域に形成される。発光素子８１１から発光した光は、散乱部材８２０により散乱して他の発光素子８１１から発光した光と混合した後、液晶表示素子に供給される。図６では、散乱部材８２０が平らに形成されるが、散乱部材８２０は、このような形状に限定されるものでなく、光を散乱させるための多様な形状に形成することができる。

本発明によるバックライトを備えた液晶表示素子の構造を示す図である。図１のＡ領域の拡大図である。反射板が平行に形成されたときの発光素子近傍の反射板でＲ、Ｇ、Ｂの単色光が反射されることを説明するための図である。本発明によるバックライトの別の実施の形態を示す図である。本発明によるバックライトのさらに別の実施の形態を示す図である。本発明によるバックライトのさらに別の実施の形態を示す図である。本発明によるバックライトのさらに別の実施の形態を示す図である。一般的な液晶表示素子の構造を示す図である。側面に発光素子が設置されたバックライトで光が反射することを説明するための部分拡大図である。

符号の説明

１０３液晶パネル、１１０バックライト、１１１，５１１，６１１，７１１，８１１発光素子(側面放射型発光素子)、１１５導光板、１１７，５１７，６１７，７１７，８１７反射板、１１８，５１８，６１８，７１８，８１８反射体、７１７ａ，７１７ｂ突起、８２０散乱部材。

Claims

上面、側面、及び底面からなり、発光した光が前記側面で屈折して放出される複数のＬＥＤと、
前記ＬＥＤの上面に取り付けられ、前記ＬＥＤの上面から放出される光を側面に反射させる反射体と、
前記ＬＥＤの上部に設置され、前記ＬＥＤから放出された光を液晶パネルにガイドする導光板と、
前記ＬＥＤが底面が支持されて配置される第１領域及び該第１領域間に形成された第２領域からなり、前記ＬＥＤから放出された光を前記導光板に反射させる反射板と、
から構成され、前記反射板の第２領域は、第１領域から所定角度で下部に傾斜しているバックライト。
前記導光板の上部に設置され、前記導光板から出力された光の光学的特性を向上させる少なくとも１つの光学部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
液晶パネルと、
上面、側面、及び底面からなり、発光した光が前記側面で屈折して放出されて前記液晶パネルに光を供給する複数のＬＥＤと、
前記ＬＥＤの上面に取り付けられ、前記ＬＥＤの上面から放出される光を側面に反射させる反射体と、
前記ＬＥＤの上部に設置され、前記ＬＥＤから放出された光を液晶パネルにガイドする導光板と、
前記ＬＥＤが底面が支持されて配置される第１領域及び該第１領域間に形成された第２領域からなり、前記ＬＥＤから放出された光を前記導光板に反射させる反射板と、
から構成され、前記反射板の第２領域は、第１領域から下部に傾斜して形成される液晶表示素子。
上面、側面、及び底面からなり、発光した光が前記側面で屈折して放出される複数のＬＥＤと、
前記ＬＥＤの上面に取り付けられ、前記ＬＥＤの上面から放出される光を側面に反射させる反射体と、
前記ＬＥＤが底面が支持されて配置される第１領域及び該第１領域間に形成された第２領域からなり、前記ＬＥＤから放出された光を反射させる反射板と、
から構成され、前記反射板の第２領域は、下部方向に傾斜して第１領域に対して段差を有するように形成されるバックライト。
上面、側面、及び底面からなり、発光した光が前記側面で屈折して放出される複数のＬＥＤと、
前記ＬＥＤが底面が支持されて配置される第１領域及び該第１領域間に形成された第２領域からなり、前記ＬＥＤから放出された光を反射させる反射板と、
該反射板の第２領域のうちの前記ＬＥＤの近傍のみに形成された前記ＬＥＤから発光した光を散乱させる散乱手段と
から構成されるバックライト。
前記散乱手段が、前記反射板と一体に形成された突起であることを特徴とする請求項５に記載のバックライト。
前記突起が、前記反射板と同一物質で形成されたことを特徴とする請求項６に記載のバックライト。
前記散乱手段が、前記反射板と別個に形成された突起であることを特徴とする請求項５に記載のバックライト。