KR20160041753A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양자 도트의 열화를 억제하고 소망하는 발광색을 가지며 고휘도이고 발광 스펙트럼의 반값폭이 좁은, 장수명 직하형 백라이트 유닛을 구비하고 있고, 게다가 저비용으로 박형화, 빛 이용 효율의 향상, 저소비전력화, 색 재현 범위의 확대가 가능한 액정 표시 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 액정 표시 장치(1)는 액정 패널(2)과, 액정 패널(2)에 빛을 조사하는 직하형 백라이트 유닛(3)을 갖는다. 이 액정 표시 장치(1)에서 직하형 백라이트 유닛(3)은, LED(6)가 실장된 프레임(7), LED(6) 상부에 배치되고 수지 또는 유기 용매(8) 중에 분산된 양자 도트(9)를 내포하는 밀폐 부재(10), 밀폐 부재(10) 상에 배치된 제1 편광판(11), 프레임(7) 측으로 반사된 빛을 액정 패널(2) 측으로 반사시키는 광 리사이클 구조를 갖고, 액정 패널(2)은 직하형 백라이트 유닛(3) 측에 배치된 제2 편광판(5)을 가지며, 제1 편광판(11)의 광 투과축 방향과 제2 편광판(5)의 광 투과축 방향이 일치해 있다.

Description

액정 표시 장치{Liquid Crystal Display Device}
본 발명은 직하형 백라이트 유닛을 사용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
종래 액정 표시 장치에 적용되는 백라이트 유닛으로서, 광원을 도광판의 엣지에 배치하고 도광판을 통하여 광원으로부터 출사된 빛을 액정 패널에 입사시키는 엣지라이트형 백라이트 유닛이 알려져 있다.
그러나 엣지라이트형 백라이트 유닛은 도광판을 사용할 필요가 있기 때문에 특히 대형 액정 표시 장치에서는 중량이 무거워진다는 문제가 있다. 또한 엣지라이트형 백라이트 유닛은 광원을 도광판의 엣지에 배치하기 때문에 액정 패널 주위의 베젤 부분을 넓게 할 필요가 있어, 디자인성이 저하된다는 문제도 있다.
한편 상기 엣지라이트형 백라이트 유닛에 대비하여, 광원을 액정 패널의 이면에 배치하고 광원으로부터 출사된 빛을 각종 광학 필름(확산 시트, 프리즘 시트, 렌즈 시트 등)의 조합에 의해 확산, 집광하여 액정 패널에 입사시키는 직하형 백라이트 유닛이 알려져 있다.
또한 직하형 백라이트 유닛으로서, 복수의 광원과 광원에 대응하는 복수의 광학 렌즈를 구비하고, 광학 렌즈의 각각이 볼록 형상을 갖는 중심 렌즈부, 오목 형상을 갖고 중심 렌즈부의 외측에 형성된 주변 렌즈부, 주변 렌즈부로부터 연장된 도광부를 포함하는 백라이트 어셈블리가 제안되고 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
그러나 직하형 백라이트 유닛은 광원을 액정 패널의 배면에 배치하기 때문에 디스플레이의 두께가 두꺼워진다는 문제가 있다. 또한 액정 표시 장치의 공통적인 문제로서, 광원으로부터 출사된 빛의 대부분이 액정 패널의 입사면(백라이트 유닛 측의 면)에 설치된 편광판에서 흡수되기 때문에 빛의 이용 효율이 낮다는 문제도 있다.
직하형 백라이트 유닛의 두께를 얇게 하는 수단으로서 고굴절률 렌즈 재료를 사용하는 수법이 제안되고 있지만, 일반적인 고굴절률 재료는 굴절률이 1.7 정도로, 더 이상의 개선을 요구할 때에는 고가의 특수 재료를 사용할 필요가 있다.
또한 액정 표시 장치의 빛의 이용 효율을 높이는 수단으로서, 액정 패널과 직하형 백라이트 유닛 사이에 편광성 광학 필름을 배치하고, 직하형 백라이트 유닛으로부터의 빛 중에서 P파(입사면에 평행한 편광성분파)를 투과시키는 한편 S파(입사면에 수직한 편광성분파)를 직하형 백라이트 유닛 측으로 반사시키고, 직하형 백라이트 유닛의 광원 주위에 배치된 반사판에 의해 S파를 반사하여 리사이클하는 구조가 알려져 있다. 편광성 광학 필름의 예로서는 굴절률이 다른 다층 박막으로 이뤄지는 DBEF(DUAL BRIGHTNESS ENHANCEMENT FILM)를 들 수 있다.
그러나 상기와 같은 구성을 갖는 액정 표시 장치에서, 편광성 광학 필름의 사이즈는 액정 패널의 사이즈와 거의 동등하게 하지 않으면 안 된다. 또한 편광성 광학 필름은 다층막으로 형성되어 있기 때문에 특히 대화면화된 경우에 비용이 높아진다는 문제도 있다. 또한 편광성 광학 필름의 S파로부터 P파로의 변환 효율이 100%는 아니므로, 저비용으로 더욱더 광 이용 효율을 달성하기에는 새로운 돌파구가 필요한 상황이다.
일반적으로 직하형 백라이트 유닛에 사용되는 광원으로서는 CCFL(냉음극 형광등)과 LED(발광 다이오드) 등이 알려져 있지만, LED는 다른 광원에 비하여 소비 전력이 적고 또한 소형화도 용이하기 때문에 액정 표시 장치의 광원으로서 적합하다.
한편 근년 유기 EL 디스플레이의 실용화에 따라 액정 표시 장치의 색 재현성 향상이 중요해졌다. 액정 표시 장치의 컬러 표시는 백색 광원으로부터 방출된 빛을 컬러 필터에 의해 일부 파장 영역의 빛을 흡수시킴으로써 실현되고 있다. 액정 표시 장치의 색 재현성을 향상시키기 위해서는 컬러 필터를 투과하는 파장 영역을 좁게 하는 것이 유효하지만, 한편으로 빛의 이용 효율이 저하된다는 문제가 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해서는 빛의 삼원색에 대응하는 좁은 파장 범위의 빛을 광원으로부터 방출시키고, 더욱이 그들의 파장 영역과 컬러 필터가 투과시키는 파장 영역을 일치시키는 것이 필요하다.
상기와 같은 배경으로, 최근에는 LED와 양자 도트(quantum dot: QD)를 조합한 백라이트 유닛이 적극적으로 검토되고 있다(예를 들면 특허문헌 2 참조).
양자 도트는 LED로부터의 빛을 여기원(勵起源, excitation source)으로 하고, 여기원의 파장보다 긴 파장에서 발광시킬 수 있다. 또한 양자 도트는 종류와 사이즈를 변경함으로써 파장 조정이 가능한 한편 YAG(이트륨 알루미늄 가넷) 형광체에 육박하는 높은 양자 효율을 갖는다. 따라서 양자 도트를 사용함으로써 소망하는 발광색을 갖고, 고휘도이며 또한 발광 스펙트럼의 반값 폭이 좁은 백라이트 유닛을 얻을 수 있다. 또한 양자 도트를 사용한 백라이트 유닛은 색 재현 범위가 넓은 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.
특허문헌 1: 일본특허 제4959971호 공보 특허문헌 2: 일본공개특허 2013-539170호 공보
그러나 양자 도트는 수분과 산소 존재 하에서 LED로부터 빛을 받으면 단시간에 열화되어 버리는 문제가 있다. 또한 양자 도트가 여기원인 LED 근방에 존재하는 경우, 고광량 및 고온의 환경 하에서 양자 도트의 열화가 가속된다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 이뤄진 것으로, 양자 도트의 열화를 억제하고 소망하는 발광색을 가지며, 고휘도이고 발광 스펙트럼의 반값 폭이 좁은, 장수명 직하형 백라이트 유닛을 구비하고 있으며, 게다가 저비용으로 박형화, 빛의 이용 효율 향상, 저소비전력화, 색 재현 범위의 확대가 가능한 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 액정 패널과, 상기 액정 패널에 빛을 조사하는 직하형 백라이트 유닛을 갖는 액정 표시 장치로서, 상기 직하형 백라이트 유닛은, LED가 실장된 프레임, 상기 LED의 상부에 배치되고 수지 또는 유기 용매 중에 분산된 양자 도트를 내포하는 밀폐 부재, 상기 밀폐 부재 상에 배치된 제1 편광판, 상기 프레임 측으로 반사된 빛을 상기 액정 패널 측으로 반사시키는 광 리사이클 구조를 가지며, 상기 액정 패널은 상기 직하형 백라이트 유닛 측에 배치된 제2 편광판을 갖고, 상기 제1 편광판의 광 투과축 방향과 상기 제2 편광판의 광 투과축 방향이 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치이다.
본 발명에 따르면, 양자 도트의 열화를 억제하고 소망하는 발광색을 가지며, 고휘도이고 발광 스펙트럼의 반값 폭이 좁은, 장수명 직하형 백라이트 유닛을 구비하고 있고, 게다가 저비용으로 박형화, 빛의 이용 효율 향상, 저소비전력화, 색 재현 범위의 확대가 가능한 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 액정 표시 장치를 도시한 단면 모식도이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치의 요부(a)를 도시한 확대 단면도이다.
도 3은 유리 셀의 단면 모식도이다.
도 4는 도 1의 액정 표시 장치의 요부(a)를 도시한 다른 확대 단면도이다.
도 5는 도 1의 액정 표시 장치의 요부(a)를 도시한 다른 확대 단면도이다.
이하, 본 발명의 액정 표시 장치의 바람직한 실시 형태에 대해서 도면을 이용하여 설명한다. 또한 각 도면에서 동일하거나 상당한 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명한다.
도 1은 본 발명의 액정 표시 장치를 도시한 단면 모식도이다. 도 1에서, 본 발명의 액정 표시 장치(1)는 액정 패널(2)과, 액정 패널(2)에 빛을 조사하는 직하형 백라이트 유닛(3)으로 구성되어 있다. 직하형 백라이트 유닛(3)은 액정 패널(2)에 대향하여 설치되어 있다. 또한 도 1에서는 직하형 백라이트 유닛(3)이 5개의 광원(LED)을 갖는 예를 도시하고 있지만, 광원 수는 특별히 한정되지 않고 제조하는 액정 표시 장치의 크기에 따라 적당하게 조정할 수 있다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치의 요부(a)를 도시한 확대 단면도이다. 도 2에서, 액정 패널(2)은 액정층(4)과, 액정층(4)의 직하형 백라이트 유닛(3) 측에 배치된 제2 편광판(5)을 갖고 있다. 제2 편광판(5)은 특정 진동 방향의 빛만을 투과시킬 수 있다. 또한 도 2의 액정 패널(2)에서는 액정층(4) 및 제2 편광판(5) 이외의 구성에 대해서 도시하고 있지 않지만, 복수의 기판과 제2 편광판(5)과는 다른 편광판 등 당해 기술 분야에서 공지된 구성을 가지고 있어도 된다.
직하형 백라이트 유닛(3)은, LED(6)가 실장된 프레임(7), LED(6) 상부에 배치되고 수지 혹은 유기 용매(8) 중에 분산된 양자 도트(9)를 내포하는 밀폐 부재(10), 밀폐 부재(10) 상에 배치된 제1 편광판(11)을 갖는다. 또한 필수는 아니지만 직하형 백라이트 유닛(3)은, 제1 편광판(11) 상에 배치된 기판(12)과 기판(12) 상에 배치된 렌즈(13)를 더욱 가질 수 있다.
프레임(7)은 LED(6)를 실장하는 것이 가능한 것이라면 특별히 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다.
프레임(7)의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 폴리카보네이트, 폴리프탈아미드, 나일론(등록상표), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, PC(폴리카보네이트)/ABS 합금 등의 수지를 사용할 수 있다.
프레임(7)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 오목부를 갖는 것이 바람직하다. 특히 상부 직경이 하부 직경보다 크고, 또한 측면이 경사진 오목부를 형성함으로써 발광 효율을 높일 수 있다. 이러한 형상을 갖는 프레임(7)은 사출 성형 등 당해 기술 분야에서 공지된 방법을 이용하여 제작할 수 있다.
프레임(7)에 실장되는 LED(6)는 특별히 한정되지 않고, 청색 LED, 녹색 LED, 적색 LED 등 당해 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 그 중에서도 LED(6)로부터의 빛과 양자 도트(9)로부터의 빛의 조합에 의해 백색광을 실현하는 경우, LED(6)는 청색 LED인 것이 바람직하다. 또한 도시하지는 않았지만 LED(6)는 리드 전극 등에 접속되어 있고, 리드 전극으로부터의 전기적인 신호 인가에 의해 빛을 발생시킬 수 있다.
LED(6)의 상부에 배치된 밀폐 부재(10)는, 수지 또는 유기 용매(8) 중에 분산된 양자 도트(9)를 내포한다.
밀폐 부재(10)는 특별히 한정되지 않고, 유리나 수지 등으로 제작된 용기인 것이 바람직하다. 그 중에서도 밀폐 부재(10)는 수분과 산소를 방지하는 효과가 뛰어난 유리 셀이 바람직하다.
여기서, 본 명세서에서 '유리 셀'은, 양자 도트(9)를 분산한 수지 또는 유기 용매(8)를 층상으로 충전하는 것이 가능한 내부 공간을 갖는 유리제 부재를 의미한다. 구체적으로 유리 셀은 적어도 2개의 유리판을 갖고, 2개의 유리판 사이에 층상의 내부 공간이 형성된 구조를 가진다. 예를 들면 유리 셀은 도 3에 도시한 것과 같은 2개의 유리판(20)이 유리벽(21)을 개재하여 간격을 두고 대향된 구조를 가진다. 또한 유리판(20)은 평면 형상으로 한정되지 않고 곡면 형상이어도 된다.
또한 본 명세서에서 '양자 도트(9)'는 양자 역학에 따른 독특한 광학 특성을 갖는 나노 스케일의 재료로서, 입경이 일반적으로 1nm ~ 100nm, 바람직하게는 1nm ~ 50nm, 더욱 바람직하게는 1nm ~ 20nm인 매우 작은 반도체 입자를 의미한다. 양자 도트(9)는 밴드갭(가전자대 및 전도대의 에너지 차)보다 큰 에너지 광자를 흡수하고, 그 입경에 따른 파장의 빛을 방출한다. 따라서 양자 도트(9)는 일정 이하의 파장의 빛을 흡수하는 성질을 갖고, 입경을 제어함으로써 다양한 파장의 빛을 발생시킬 수 있다.
양자 도트(9)는 1종 이상의 반도체 재료를 일반적으로 포함한다. 반도체 재료는 특별히 한정되지 않지만 제Ⅳ족 원소, 제Ⅱ-Ⅵ족 화합물, 제Ⅱ-Ⅴ족 화합물, 제Ⅲ-Ⅵ족 화합물, 제Ⅲ-Ⅴ족 화합물, 제Ⅳ-Ⅵ족 화합물, 제Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 화합물, 제Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ족 화합물, 제Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ족 화합물 등을 들 수 있다. 구체적으로는 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP, GaSe, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, AlSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, Ge, Si 등을 사용할 수 있다.
또한 양자 도트(9)는 1개 이상의 반도체 재료를 포함하는 코어와, 1개 이상의 반도체 재료를 포함하는 쉘로 구성되는 코어쉘형 구조를 가져도 된다. 구체적으로는 코어로서 CdSe, 쉘로서 CdZnS를 갖는 양자 도트(9, 적색 발광), 코어로서 CdZnSe, 쉘로서 CdZnS를 갖는 양자 도트(9, 녹색 발광), 코어로서 CdS, 쉘로서 CdZnS를 갖는 양자 도트(9, 청색 발광) 등을 사용할 수 있다.
도 2 및 도 3에서는 구 형상의 양자 도트(9)의 예를 도시했지만, 양자 도트(9)의 형상은 구 형상으로 한정되지는 않고 막대 형상, 판 형상 등 다양한 형상이어도 된다.
상기와 같은 특징을 갖는 양자 도트(9)는 당해 기술 분야에서 공지되었으며, 공지 방법에 준하여 제조할 수 있다.
양자 도트(9)의 분산에 사용되는 수지는 특별히 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 그 중에서도 양자 도트(9)의 분산성 및 수분과 산소 배리어성 등의 특성이 뛰어난 에폭시 수지, 우레아 수지 및 실리콘 수지가 바람직하다.
양자 도트(9)의 분산에 사용되는 유기 용매는 특별히 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 유기 용매는 양자 도트(9)의 분산성이 좋은 고비점(비점이 바람직하게는 100℃ 이상)의 유기 용매인 것이 바람직하다. 유기 용매의 예로서는 톨루엔, 스틸렌, 크실렌 등을 들 수 있다.
수지 또는 유기 용매(8) 중에 분산된 양자 도트(9)를 내포하는 밀폐 부재(10)의 형상은, 프레임(7)의 오목부 형상에 따라서 적당하게 설정하면 되고 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는 밀폐 부재(10)는 프레임(7)의 오목부(개구부)의 형상에 대응하는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
또한 밀폐 부재(10)는 LED(6)와 직접 접하고 있지 않는 것이 바람직하다. LED(6)의 표면 온도가 상당한 고온이 되기 때문에 밀폐 부재(10)를 LED(6)로부터 떨어뜨려 배치함으로써, LED(6)로부터 발생하는 열에 의한 양자 도트(9)의 열화에 기인하는 형광 효율 저하를 억제할 수 있다.
밀폐 부재(10)를 LED(6)로부터 떨어뜨려 배치하는 경우, 도 2에 도시한 것과 같이 LED(6)와 밀폐 부재(10) 사이에 스페이스(14)를 설치하면 된다.
또한 밀폐 부재(10)는 도 2에 도시한 것과 같이 프레임(7)의 오목부 내부에 배치되지만, 도 4에 도시한 것과 같이 프레임(7)의 오목부 상부에 배치되어 있어도 된다.
밀폐 부재(10)에서는, LED(6)로부터의 빛을 양자 도트(9)가 흡수하여 양자 도트(9)가 여기되는 결과로서 LED(6)로부터의 빛보다 긴 파장의 빛을 발생한다. 따라서 LED(6)의 종류 및 양자 도트의 종류 및 수를 제어함으로써 소망하는 발광색을 실현할 수 있다. 특히 백색광을 실현하는 경우, LED(6)가 청색 LED이고 또한 양자 도트(9)가 청색광에 의해 여기되어(청색광을 흡수하여) 510 ~ 610nm, 바람직하게는 520 ~580nm에 피크 중심 파장을 갖는 빛을 발광하는 제1 양자 도트와, 청색광에 의해 여기되어(청색광을 흡수하여) 600 ~ 700nm, 바람직하게는 610 ~ 680nm에 피크 중심 파장을 갖는 빛을 발광하는 제2 양자 도트를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써 청색 LED로부터의 청색광, 제1 양자 도트로부터의 녹색광, 제2 양자 도트로부터의 적색광의 조합으로 백색광을 실현할 수 있다.
밀폐 부재(10)와 LED(6) 사이에 형성되는 스페이스(14)는 공기 그대로여도 상관없지만, 질소 등의 불활성 가스나 봉지 수지로 충전해도 된다. 봉지 수지는 특별히 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 또한 봉지 수지로서 양자 도트(9)의 분산에 사용되는 수지와 동일한 것을 사용해도 된다.
또한 입자를 분산시킨 봉지 수지를 스페이스(14)에 충전해도 된다. 미립자를 분산시킨 봉지 수지를 사용함으로써 LED(6)로부터의 빛을 분산시킬 수 있기 때문에 양자 도트(9)에 균일하게 빛이 조사되고, 양자 도트(9)로부터의 균일한 발광을 실현할 수 있다. 입자는 특별히 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다.
밀폐 부재(10) 상에 배치되는 제1 편광판(11)은, 특정 진동 방향의 빛만을 투과시킨다.
제1 편광판(11)은 반사형 편광판인 것이 바람직하다. 반사형 편광판을 사용함으로써, 반사형 편광판에 입사하는 빛 중에서 P파만을 투과시키는 한편 S파를 반사시킬 수 있다.
반사형 편광판으로는 일반적으로 광학 슬릿이 형성된 금속판을 사용할 수 있다. 본 발명에서 바람직한 반사형 편광판은 와이어 그리드 편광판이다. 와이어 그리드 편광판은 금속 배선이 예를 들면 50 ~ 100nm 피치로 배열된 편광판으로, 금속 배선과 수직 방향으로 진동하는 빛(P파)을 투과시키는 한편 금속 배선과 평행한 방향으로 진동하는 빛(S파)을 반사시킨다. 또한 와이어 그리드 편광판은 내열성이 높기 때문에 고온에 노출되는 LED(6) 근방에서 사용하기에 최적이다.
제1 편광판(11)은 직하형 백라이트 유닛(3)에 배치되는 각 LED(6)에 대응하여 설치된다. 구체적으로 제1 편광판(11)은 LED(6)의 개수만큼 설치된다. 또한 제1 편광판(11)의 사이즈는 특별히 한정되지 않지만 LED(6), 밀폐 부재(10) 및 렌즈(13)의 크기에 맞춰 조정하면 된다. 또한 종래의 직하형 백라이트 유닛에서는 액정 패널의 사이즈와 거의 동등한 사이즈의 DBEF와 반사판을 사용할 필요가 있기 때문에 비용이 높아지는데 비해, 본 발명에서는 제1 편광판(11)을 LED(6) 등의 크기에 맞춰서 설치할 수 있기 때문에 비용을 삭감할 수 있다.
제1 편광판(11)으로서 반사형 편광판을 사용하는 경우, 반사형 프레임(7)으로 하던지 또는 LED(6)가 실장되는 측의 프레임(7) 표면에 반사판을 설치함으로써, 광 리사이클 구조를 형성할 수 있다. 반사형 프레임(7)은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 반사율이 높은 수지 재료 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 프레임(7)의 표면에 배치되는 반사판은 특별히 한정되지 않지만, 반사율이 높은 금속판 등을 사용할 수 있다.
LED(6) 및 밀폐 부재(10) 중의 양자 도트(9)로부터의 빛 중에서 P파는 제1 편광판(11)을 투과하는 한편 S파는 제1 편광판(11)에 의해 LED(6) 측으로 반사된다. 이 반사된 빛을 반사형 프레임(7) 또는 LED(6)가 실장되는 측의 프레임(7) 표면의 반사판에 의해, 제1 편광판(11) 측으로 반사시킨다. 반사 시, 편광 상태가 변화되기 때문에 반사를 반복함으로써 100%에 가까운 효율로 제1 편광판(11)을 투과하는 것이 가능한 P파로 변환시킬 수 있다.
혹은 제1 편광판(11)으로서 흡수형 편광판을 사용해도 된다. 제1 편광판(11)으로서 흡수형 편광판을 사용하는 경우, 도 5에 도시한 것과 같이 제1 편광판(11)과 밀폐 부재(10) 사이에 편광성 광학 필름(15)이 배치된다. 편광성 광학 필름(15)은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 DBEF 등의 굴절률이 다른 다층 박막 구조를 갖는 필름을 사용할 수 있다. 편광성 광학 필름(15)은 반사형 편광판과 동일하게, 입사된 빛 중에서 P파를 투과시키는 한편 S파를 반사시킬 수 있다. 따라서 편광성 광학 필름(15)과 반사형 프레임(7) 또는 반사판 사이에서 광 리사이클 구조가 형성된다.
또한 제1 편광판(11)으로서 흡수형 편광판을 사용하는 경우, 흡수형 편광판의 광 투과축 방향과 편광성 광학 필름(15)의 광 투과축 방향을 일치시키는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 편광성 광학 필름(15)을 투과한 빛이 흡수형 편광판에 흡수되지 않고 전부 투과되기 때문에 반사형 편광판과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제1 편광판(11)의 광 투과축 방향은 액정 패널(2)의 제2 편광판(5)의 광 투과축 방향과 일치시킨다. 이와 같이 광 투과축 방향을 일치시킴으로써 제1 편광판(11)을 투과한 빛 전부를 제2 편광판(5)에서도 투과시키는 것이 가능해진다. 따라서 광 이용 효율을 높이는 한편 소비 전력을 저감할 수 있다.
제2 편광판(5)은 특별히 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 또한 제2 편광판(5)으로서 제1 편광판(11)과 동일한 것을 사용해도 된다.
프레임(7)의 외측 표면(LED(6)가 실장되는 면과 반대 면)에는 필요에 따라 LED(6)에서 발생한 열을 방열하기 위한 방열판(미도시) 등이 설치되어 있어도 된다.
기판(12)은, 직하형 백라이트 유닛(3)을 지지할 수 있고 또한 광 투과성이 뛰어난 것이라면 특별히 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 기판(12)의 예로서는 유리나 투명 수지 등을 들 수 있다.
일반적으로 직하형 백라이트 유닛(3)에서는 복수의 LED(6)를 액정 패널(2) 하부에 배치하므로 LED(6)의 수가 많아진다. 또한 LED(6) 수를 삭감하기 위해서는 LED(6)로부터의 빛을 확산시키기 위해서 LED(6)로부터 액정 패널(2)까지의 사이에 일정 거리를 둘 필요가 있어, 엣지라이트형 백라이트 유닛을 사용한 경우와 비교하여 액정 표시 장치(1)의 두께가 두꺼워지는 경향이 있다.
본 발명에서는 LED(6) 수를 삭감하는 한편 액정 표시 장치(1)를 박형화하는 관점에서, 제1 편광판(11) 상에 굴절률이 높은 렌즈(13)를 배치하는 것이 바람직하다. 단, 일반적인 고굴절률 재료는 굴절률이 1.7 정도로, 더 이상의 개선을 요구할 때에는 고가의 재료를 사용할 필요가 있다.
그런 이유로 본 발명에서는 비교적 저비용으로 고굴절률인 렌즈(13)를 형성하는 관점에서, 일축 배향된 액정성 수지 재료, 예를 들면 비스비페닐디아세틸렌계 재료, 디나프틸디아세틸렌계 재료 등으로 구성되는 렌즈(13)를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
렌즈(13)를 구성하는 액정성 수지 재료의 일축 배향은 특별히 한정되지 않지만, 러빙법, 광 배향법, 어긋남(전단)을 부여하는 방법 또는 자장 배향에 따른 방법 등을 이용하여 실현할 수 있다. 또한 일축 배향된 액정 재료 대신 일축 배향된 결정 재료를 사용해도 된다.
액정 수지 재료를 사용한 렌즈(13)는 액정 수지 재료의 길이 방향 굴절률 ne와 폭 방향 굴절률 no의 차이 Δn이 0.4 정도로 크고, 굴절률 ne는 2.0 정도의 높은 값을 나타낸다. 따라서 액정 수지 재료의 길이 방향의 굴절률 ne를 이용함으로써 비교적 저비용으로 고굴절률 렌즈를 제작할 수 있어, LED(6) 수를 삭감하는 한편 액정 표시 장치(1)를 박형화 할 수 있다.
액정 수지 재료를 사용한 렌즈(13)의 광축(굴절률 ne를 나타내는 방향)은, 제1 편광판(11)의 광 투과축 방향 및 액정 패널(2)의 제2 편광판(5)의 광 투과축 방향과 일치시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써 제1 편광판(11)을 투과한 빛이 굴절률 ne를 나타내는 방향과 평행하게 입사하므로, 굴절률 ne로 굴절되어 제2 편광판(5)을 투과하는 것이 가능해진다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 액정 표시 장치(1)에 따르면, 양자 도트(9)를 수지 또는 유기 용매(8) 중에 분산하여 밀폐 부재(10)에 내포하고 있기 때문에 양자 도트(9)의 열화를 억제할 수 있고, 소망하는 발광색을 가지며 고휘도이고 발광 스펙트럼의 반값 폭이 좁은, 장수명 직하형 백라이트 유닛(3)을 얻을 수 있다. 또한 이 직하형 백라이트 유닛(3)은, 상기와 같은 구성으로 함으로써 박형화가 가능한 동시에 엣지라이트형 백라이트 유닛처럼 액정 패널 주변에 LED를 배치하기 위한 스페이스를 확보할 필요가 없고, 도광판도 불필요하기 때문에 고온과 흡습에 의한 도광판의 팽창을 고려할 필요 없이 초슬림 베젤화를 용이하게 실현할 수 있어 디자인성을 향상시킬 수 있다. 더욱이 이 직하형 백라이트 유닛(3)과 액정 패널(2)을 조합함으로써 빛 이용 효율의 향상, 저소비전력화, 색 재현 범위 확대가 가능한 액정 표시 장치(1)를 얻을 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 상세히 설명하지만, 이들에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 2의 구조를 갖는 직하형 백라이트 유닛을 제작하였다. 이 직하형 백라이트 유닛에서는 LED로서 청색 LED, 양자 도트로서 청색광에 의해 여기되어(청색광을 흡수하여) 녹색광을 발광하는 제1 양자 도트 및 적색광을 발광하는 제2 양자 도트가 혼합된 것을 사용했다. 또한 양자 도트를 분산시키는 수지로서 실리콘 수지를 사용했다. 또한 제1 양자 도트와 제2 양자 도트는, 청색 LED로부터의 청색광, 제1 양자 도트로부터의 녹색광, 제2 양자 도트로부터의 적색광의 조합으로 백색광이 되는 듯한 비율로 혼합되어 있다.
다음으로, 얻어진 직하형 백라이트 유닛에 대하여 신뢰성 시험을 수행했다. 신뢰성 시험은 온도 60℃, 상대 습도 90%의 조건으로 설정된 항온항습조 내에 직하형 백라이트 유닛을 설치하고, LED에 20mA의 전류를 흘려서 1026시간 점등시켜, 그 때의 LED의 전광속 및 색도 변화를 측정하는 것에 의해 수행되었다. 그 결과, 초기값에 대한 1026시간 후의 전광속의 변화는 +1%, 색도 변화는 Cx가 -0.012, Cy는 -0.001이었다.
또한 액정 표시 장치의 광원으로서, 상기 LED 패키지 및 형광체로서 YAG(이트륨 알루미늄 가넷)를 사용한 비교용 LED 패키지를 구비한 액정 표시 장치에서 색 재현성 평가를 수행했다. 또한 2종류의 액정 표시 장치는 광원이 다른 점을 제외하고 다른 구성은 완전히 동일하다. 측정 결과, 광원으로서 YAG 형광체를 사용한 LED 패키지를 구비한 액정 표시 장치의 색 재현 범위가 NTSC비로 약 72%였는데 비해, 상기 LED 패키지를 구비한 액정 표시 장치의 색 재현 범위는 NTSC비로 약 96%였다. 상기 결과는 사이드엣지형 백라이트에서의 시험 결과이지만, 색 재현성 확대에 대해서는 직하형 백라이트에서도 동일한 결과를 기대할 수 있다.
<비교예 1>
밀폐 부재(10)의 상부 유리판을 제거한 것을 사용한 점 이외는 실시예 1과 동일한 구조를 갖는 LED 패키지를 제작했다.
다음으로, 얻어진 직하형 백라이트 유닛에 대하여 신뢰성 시험을 수행했다. 신뢰성 시험은 온도 60℃, 상대 습도 90%의 조건으로 설정된 항온항습조 내에 직하형 백라이트 유닛을 설치하고, LED에 20mA의 전류를 흘려서 1010시간 점등시키고, 실시예 1과 마찬가지로 그 때의 LED의 전광속 및 색도 변화를 측정하는 것에 의해 수행되었다. 그 결과, 초기값에 대한 1010시간 후의 전광속의 변화는 -8%이고, 색도 변화는 Cx가 -0.075, Cy는 -0.117이었다.
실시예 1의 결과와 비교예 1의 결과를 대비하면, 실시예 1의 직하형 백라이트 유닛은 비교예 1의 직하형 백라이트 유닛에 비하여 전광속 및 색도 변화가 대폭 저감되었다.
이상의 결과로부터 알 수 있듯이 본 발명에 따르면, 양자 도트의 열화를 억제하고 소망하는 발광색을 가지며 고휘도이고 발광 스펙트럼의 반값 폭이 좁은, 장수명 직하형 백라이트 유닛을 구비하고 있으며, 게다가 저비용으로 박형화, 빛 이용 효율의 향상, 저소비전력화, 색 재현 범위의 확대가 가능한 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
1: 액정 표시 장치 2: 액정 패널
3: 직하형 백라이트 유닛 4: 액정층
5: 제2 편광판 6: LED
7: 프레임 8: 수지 또는 유기 용매
9: 양자 도트 10: 밀폐 부재
11: 제1 편광판 12: 기판
13: 렌즈 14: 스페이스
15: 편광성 광학 필름

Claims (13)

  1. 액정 패널과, 상기 액정 패널에 빛을 조사하는 직하형 백라이트 유닛을 가지는 액정 표시 장치로서,
    상기 직하형 백라이트 유닛은,
    LED가 실장된 프레임;
    상기 LED 상부에 배치되고, 수지 또는 유기 용매 중에 분산된 양자 도트를 내포하는 밀폐 부재;
    상기 밀폐 부재 상에 배치된 제1 편광판;
    상기 프레임 측으로 반사된 빛을 상기 액정 패널 측으로 반사시키는 광 리사이클 구조;를 가지고,
    상기 액정 패널은 상기 직하형 백라이트 유닛 측에 배치된 제2 편광판을 가지며,
    상기 제1 편광판의 광 투과축 방향과 상기 제2 편광판의 광 투과축 방향이 일치해 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐 부재가 유리 셀인 액정 표시 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밀폐 부재는 상기 LED와 직접 접촉해 있지 않는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양자 도트는 발광 파장이 다른 2종 이상의 양자 도트인 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 LED는 청색광을 방출하고, 또한 상기 양자 도트는 상기 청색광에 의해 여기되어 510 ~ 610nm에 피크 중심 파장을 갖는 빛을 발광하는 제1 양자 도트와, 상기 청색광에 의해 여기되어 600 ~ 700nm에 피크 중심 파장을 갖는 빛을 발광하는 제2 양자 도트를 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양자 도트가 분산되는 상기 수지가 에폭시 수지, 우레아 수지 및 실리콘 수지로 이뤄지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 액정 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 편광판이 반사형 편광판인 액정 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반사형 편광판이 와이어 그리드 편광판인 액정 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 편광판이 흡수형 편광판인 액정 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 흡수형 편광판과 상기 밀폐 부재 사이에 편광성 광학 필름이 배치되고, 상기 흡수형 편광판의 광 투과축 방향과 상기 편광성 광학 필름의 광 투과축 방향이 일치하는 액정 표시 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 편광판 상에 렌즈가 설치되어 있는 액정 표시 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 프레임이 반사형 프레임인 액정 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 LED가 실장되는 측의 상기 프레임 표면에 반사판이 설치되어 있는 액정 표시 장치.
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