JP2004220031A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バックライト装置を備える液晶表示装置において薄型化、高輝度化及び低コスト化を実現する。
【解決手段】 液晶表示装置は、側面に入射された光を上面に放出させる微細構造体を備えた下部基板と、下部基板の側面に光を放射する光源と、下部基板の上面に設けられて一定の入射角度以上の光は反射し、残りの光は通過させる選択的反射板と、下部基板の下方に設けられる反射板とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は液晶表示装置に係り、特にバックライト装置を備える液晶表示装置に関する。

図１は、従来の液晶表示装置を示した断面図である。
図１を見れば、液晶表示装置は液晶パネル１０及びバックライト装置３０を含む。
液晶パネル１０は、下部基板１、下部電極２、液晶層３、上部電極４及び上部基板５が順次積層されたものである。下部基板１の下方及び上部基板５の上方には偏光板６、７がさらに設けられる。液晶パネル１０は、下部電極２及び上部電極４に印加される電気信号によって液晶層３の液晶分子の配向を変化させてバックライト装置３０から入射する光を通過させるかまたは遮断することによって所望の画像を表示する。

バックライト装置３０は液晶パネル１０に光を供給する照明装置であって、導光板１２、散乱パターン１８、反射板１１、及び光源１３を含み、導光板１２の上面には光学フィルム層２０が積層される。光源１３から放出された光は導光板１２の側面に入射する。導光板１２は屈折率が約１.５である光透過体であって、臨界角は約４２°となる。したがって、導光板１２に入射した光のうち、導光板１２の上面に対する入射角が臨界角より小さな光は導光板１２の上面を通じて放出され、残りの光は全反射されて導光板１２全域に広がる。導光板１２の下方には散乱パターン１８が設けられる。散乱パターン１８は光を散乱させるものであって、図１に図示されたように散乱された光のうち一部は導光板１２の上面に向い、散乱パターン１８を透過した光は反射板１１により反射されて上方に向う。このうち、導光板１２の上面に入射される入射角が臨界角より小さな光は透過され、そうでない光はまた全反射されて導光板１２の内部に広がる。このように、透過、全反射及び散乱過程を反復することによってバックライト装置３０は液晶パネル１０に光を供給する面光源としての役割をする。

導光板１２の上面を通過した光は光学フィルム層２０を経て液晶パネル１０に入射される。光学フィルム層２０は拡散板１４、プリズムシート１５、１６、保護膜１７を含むことができる。拡散板１４は光を拡散させて導光板１２の上面に出る光の強度を均一にする。プリズムシート１５、１６は法線方向の輝度を向上させる。
前記のような液晶表示装置では、光源から放射された光が液晶パネルに到達するまで導光板と光学フィルム層など多数の光学的媒質を経つつ各媒質に吸収されて光損失が発生する。したがって、液晶パネルで所望の輝度を得るためには高出力光源を使用する必要がある。光出力が大きい光源は、普通、サイズが大きくて消費電力も大きく、さらに高コストである。導光板は普通厚さが約２〜３ｍｍであるが、導光板を使用するバックライト装置としては液晶表示装置を薄型化するのに限界がある。

本発明は前記問題点を解決するために創出されたものであって、光源と液晶パネル間の光学的媒質の数を減らすことによって薄型化、高輝度化、及び低コスト化を実現できるように改善された液晶表示装置を提供するところにその目的がある。

前述した目的を達成するための本発明の液晶表示装置は、二基板間に封入された液晶層の配向を変化させることによって画像を表示する液晶表示装置において、側面に入射した光を上面に放出させる微細構造体を備える下部基板と、前記下部基板の側面に光を放射する光源と、前記下部基板の上面に設けられて一定の入射角度以上の光は反射し、残りの光は通過させる選択的反射板と、前記下部基板の下方に設けられる反射板とを含む。

前記液晶表示装置は液晶層に入射する光を偏光させる偏光板をさらに具備し、前記偏光板は前記微細構造体と前記反射板間に位置し、前記選択的反射板の上方に位置する構成とすることもできる。
前記選択的反射板は光を偏光させる偏光機能をさらに行うように形成することができる。

前記微細構造体は回折格子構造を有するホログラムパターンとすることが好ましい。前記ホログラムパターンは前記下部基板の下面と上面のうち少なくともいずれか一面に形成することが望ましく、前記ホログラムパターンの格子間隔は２μｍ以下であることが望ましい。
本発明の他の特徴による液晶表示装置は、二基板間に封入された液晶層の配向を変化させることによって画像を表示する液晶表示装置において、側面に入射した光を上面に放出させる微細構造体を備える下部基板と、前記下部基板の側面に光を放射する光源と、前記下部基板の上面に設けられるものであって、一定の入射角度以上の光は反射し、残りの光は通過させる選択的反射部及びあらゆる光を反射させる全反射部が備えられた光学板と、前記下部基板の下方に設けられる反射板とを含む。

前記光学板は、各画素内に前記選択的反射部と前記全反射部とがそれぞれ少なくとも一つずつ位置するように形成されることが望ましい。
前記微細構造体は前記選択的反射部を通じて光を透過させうる位置にのみ選択的に形成することが好ましい。

本発明による液晶表示装置によれば、下部基板を導光板として使用することによって液晶表示装置の薄型化が可能であり、コストを節減できる。また光損失が減少し、同じ出力の光源を使用する場合にはさらに明るい液晶表示装置を具現できる。

以下添付した図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
図２は本発明による液晶表示装置の一実施例を示した断面図である。
図２には、上部基板１０２、上部電極１０３、液晶層１０４、下部電極１０５、下部基板１１０が図示されている。液晶層１０４の液晶分子は配向膜（図示せず）により一定の方向に配向処理されている。下部基板１１０及び上部基板１０２は光透過体であって普通ガラスより製作される。上部電極１０３及び下部電極１０５は透明な導電膜であって、印加される電気信号によって液晶層１０３の配向を変化させる。上部基板１０２の上方には偏光板１０１が備えられる。

下部基板１１０の側面１１２には光源１６０が設置される。光源１６０はＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）のような点光源とすることができ、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：ｃｏｌｄ ｃａｔｈｏｄｅ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｌａｍｐ）のような線光源とすることもできる。光源１６０は多数設置することも可能である。また、下部基板１１０の一側面だけでなく他の側面にも設置することができる。

下部基板１１０には光源１６０から入射して下部基板１１０の内部を進む光を上方に放出する微細構造体が設けられる。微細構造体は散乱パターンまたは回折格子構造を有するホログラムパターンとすることができる。ホログラムパターンは格子間隔が２μｍ以下であることが回折効率面で望ましい。本実施例では微細構造体として格子間隔０．４μｍ、格子深さ０．２μｍのホログラムパターン１２０を形成する。ホログラムパターン１２０は下部基板１１０の底面１１３及び／または上面１１４に設けられる。

ホログラムパターン１２０の下方には反射板１４０が設けられる。反射板１４０はホログラムパターン１２０により回折されて下方に進んだ光を上方に反射させる。
本発明による液晶表示装置は下部基板１１０が導光板の役割を兼ねることを特徴とする。従来の液晶表示装置では、下部基板の上面に下部基板と屈折率がほぼ同じである下部電極が積層されるために、下部基板と下部電極間の境界面で全反射が起きる臨界角はほぼ９０°となる。したがって、下部基板の側面を通じて入射した光が下部基板と下部電極間の境界面で全反射をほとんど起こさないために、下部基板が導光板の役割を行えない。

本実施例では下部基板１１０を導光板として使用するためにその上面１１４に選択的反射板１３０が設けられる。選択的反射板１３０は、下部基板１１０の上面１１４に入射する光のうち入射角Ａが一定の角度を超える光は反射し、残りの光は通過させる。たとえば、下部基板１１０が約４２°の臨界角を有するＰＭＭＡ導光板のような役割を行うためには、選択的反射板１３０は入射角Ａが約４２°を超える光は反射し、それ以下の入射角Ａを有する光は通過させるように形成すればよい。選択的反射板１３０がいかなる角度範囲の光を通過させるかは液晶表示装置の輝度及び輝度均一度を考慮して適切に選択できる。また、下部基板１１０から出る光はなるべく上面１１４に対して垂直に近いものが望ましいために、選択的反射板１３０は入射角Ａが３０°以内、言い換えれば下部基板１１０の上面と６０°以上の角をなす光だけを透過させるように形成することができる。

ホログラムパターン１２０と反射板１４０間には偏光板１５０が設けられる。偏光板１５０は偏光板１０１と偏光方向が同じかまたは異なる。これは液晶層１０４の配向方向と、電極１０３、１０５に電流が印加された時に光を通過させるかまたはその反対にするかによって決定される。光は液晶層１０４に入射する前に一定の方向に偏光されればよい。したがって、偏光板１５０は選択的反射板１３０の上方に設置してもよい。

さらに、このような構成による作用効果を説明する。
光源から放射した光は下部基板１１０の側面１１２を通じて下部基板１１０に入射する。下部基板１１０の内部から上面１１４に向う光はその入射角Ａが一定の角度以下であれば選択的反射板１３０を透過して上方に放出される。残りの光は反射されて再び下部基板１１０の内部に進む。このように、選択的反射板１３０により光は下部基板１１０の全領域に伝えられて導光板の役割を行う。

ホログラムパターン１２０に入射した光は回折されて反射板１４０側に進み、一部は反射されて下部基板１１０内部に広がる。回折されてホログラムパターン１２０を透過した光は偏光板１５０を通過しながら偏光され、反射板１４０で反射されて再び上方に進む。この光が選択的反射板１３０に入射した場合、前記のように入射角Ａが一定の角度以上になれば再び反射され、それ以下の入射角Ａを有する光は選択的反射板１３０を透過して液晶層１０４側に入射する。

下部電極１０５及び上部電極１０３には表示しようとする画像によって液晶層１０４内部の液晶分子が適切な方向に配向されるように電気信号が印加される。液晶分子はその配向方向によって上部基板１０２側に光を通過させるか、または遮断する。これにより液晶表示装置には所望の画像が表示される。
結局、下部基板１１０は光源１６０、選択的反射板１３０及び微細構造体と共にバックライト装置を形成する。

このように、本実施例による液晶表示装置は下部基板が導光板の役割を行うために従来の液晶表示装置のような導光板を必要としない。したがって、従来の液晶表示装置に比べて薄型化された液晶表示装置の具現が可能である。また、コストも節減できる。また、光源から液晶層に至る過程で少なくとも導光板という光学的媒質を省略することによって光損失を減らすことができ、光利用効率を向上させうる。また、バックライト装置の機能を行う各種構成要素、例えば選択的反射板、微細構造体などが下部基板を中心に設けられるために、液晶表示装置の製造工程において下部基板を中心にあらゆる工程を進めることができる。

図２に図示された実施例では偏光板１５０が別途に設けられている。しかし、選択的反射板１３０が偏光板の役割を行えるように形成することもできる。この場合、偏光板を別途設ける必要がなくなる。
図３は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を示したものであり、図４は光学板２００の形成例を示した平面図である。

図３を見れば、図２に図示された構成とほぼ同一であるが、半透過型液晶表示装置を具現するために下部基板１１０の上面１１４に選択的反射板１３０の代りに光学板２００が形成されている。
図４に示されるように、光学板２００は、下部基板１１０の上面１１４を一画素Ｐずつ区分して各画素Ｐ毎に一定の入射角度以上の光は反射し、残りの光は通過させる選択的反射部２１０及びあらゆる光を反射させる全反射部２２０を形成したものである。一つの画素Ｐ内に選択的反射部２１０と全反射部２２０とは少なくとも一つずつ形成されることが望ましい。カラー液晶表示装置の場合、一つの画素ＰはＲ（ｒｅｄ）、Ｇ（ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（ｂｌｕｅ）３つの画素よりなる。

選択的反射部２１０は前述した図２の選択的反射板１３０のような役割を行う。全反射部２２０は外部から上部基板１０５を通じて入る光と、光源１６０から放射されて下部基板１１０の内部に進む光とをいずれも反射する。
このような構成による作用効果を説明する。
光源１６０から放射された光は側面１１２を通じて下部基板１１０に入射する。下部基板１１０内で光は選択的反射部２１０、全反射部２２０、及びホログラムパターン１２０に入射する。ホログラムパターン１２０に入射した光は、一部は反射されて下部基板１１０の他の領域に進み、一部は回折されて反射板１４０に進む。この時、偏光板１５０を通過しながら一方向に偏光される。反射板１４０で反射した光は上方に進んで全反射部２２０または選択的反射部２１０に入射する。選択的反射部２１０に入射した光のうち入射角Ａが一定の入射角度を超える光及び全反射部２２０に入射した光は反射されて下部基板１１０の全領域に均一に伝えられる。光源１６０からホログラムパターン１２０を経ずに直ちに光学板２００に入射した光も前記のような過程を経て下部基板１１０の内部に均一に伝えられる。選択的反射部２１０に入射した光のうち入射角Ａが一定の角度以内である光は透過されて上方に出光される。

外部から入射した光は全反射部２１０で反射されて直ちに液晶層１０４側に進むか、または選択的反射部２１０を通じて下部基板１１０に入射する。
このような構成による液晶表示装置は図２に示された実施例の効果に加えて次のような効果を有する。本実施例による液晶表示装置は２つのモードで動作される。すなわち、液晶表示装置を使用する空間が明るい空間である場合には外部光を使用できるために光源１６０の出力を減らして消費電力を減らすことができ、暗い空間で使用する場合には外部光源を使用できないために光源１６０から放射された光を使用する。

図５は、本発明による液晶表示装置のまた他の実施例を示した断面図である。
図５を見れば、図４に図示された構成とほぼ同一であるが、ホログラムパターン１２０が下部基板１１０の底面１１３全体にわたって形成されず、ホログラムパターン１２０により回折された光が選択的反射部２１０を通過できる領域のみに形成される。
図４に示されたように、底面１１３の全面にわたってホログラムパターン１２０を形成する場合には、ホログラムパターン１２０により回折されて上方に進む光のうち全反射部２２０に進んだ光は反射されて下部基板１１０に広がりながら再びホログラムパターン１２０に入射する過程を反復する。しかし、本実施例に選択的反射部２１０を通過できる領域のみにホログラムパターン１２０を形成すれば、下部基板１１０を離脱するまでの光路が短くなって光路中の媒質に吸収されて損失する光量が減る。したがって、光利用効率が向上する。すなわち、同じ出力の光源を使用してもさらに明るい液晶表示装置が具現できる。

本発明は前記に説明され図面に例示されたものにより限定されず、特許請求の範囲内でさらに多くの変形及び変容例が可能である。

本発明は電気信号により液晶層の液晶分子の配向を変化させて光源からの光を通過させるかまたは遮断することによって所望の画像を表示する液晶表示装置に適用される。

従来の液晶表示装置を示した断面図である。 本発明による液晶表示装置の一実施例を示した断面図である。 本発明による液晶表示装置の他の実施例を示した断面図である。 図３に図示された光学板の一例を示した平面図である。 本発明による液晶表示装置のまた他の実施例を示した断面図である。

符号の説明

１０１ 偏光板
１０２ 上部基板
１０３ 上部電極
１０４ 液晶層
１０５ 下部電極
１１０ 下部基板
１１２ 下部基板の側面
１１３ 下部基板の底面
１１４ 下部基板の上面
１２０ ホログラムパターン
１３０ 選択的反射板
１４０ 反射板
１５０ 偏光板
１６０ 光源

Claims (17)

1. 二基板間に封入された液晶層の配向を変化させることによって画像を表示する液晶表示装置において、
   側面に入射する光を上面に放出させる微細構造体を備える下部基板と、
   前記下部基板の側面に光を放射する光源と、
   前記下部基板の上面に設けられて一定の入射角度以上の光は反射し、残りの光は通過させる選択的反射板と、
   前記下部基板の下方に設けられる反射板と、
   を含む液晶表示装置。
2. 液晶層に入射する光を偏光させる偏光板をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記偏光板は前記微細構造体と前記反射板間に位置することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記偏光板は前記選択的反射板の上方に位置することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記選択的反射板は光を偏光させる偏光機能をさらに行うよう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。
6. 前記微細構造体は回折格子構造を有するホログラムパターンであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記ホログラムパターンは前記下部基板の下面と上面のうち少なくともいずれか一面に形成されることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記ホログラムパターンの格子間隔は２μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
9. 二基板間に封入された液晶層の配向を変化させることによって画像を表示する液晶表示装置において、
   側面に入射する光を上面に放出させる微細構造体を備える下部基板と、
   前記下部基板の側面に光を放射する光源と、
   前記下部基板の上面に設けられるものであって、一定の入射角度以上の光は反射させ、残りの光は通過させる選択的反射部及びあらゆる光を反射させる全反射部を備える光学板と、
   前記下部基板の下方に設けられる反射板と、
   を含む液晶表示装置。
10. 液晶層に入射する光を偏光させる偏光板をさらに具備することを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 前記偏光板は前記微細構造体と前記反射板間に位置することを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記偏光板は前記光学板の上方に位置することを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
13. 前記光学板は、各画素内に前記選択的反射部と前記全反射部とがそれぞれ少なくとも一つずつ位置するように形成されることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
14. 前記微細構造体は前記選択的反射部を通じて光を透過させうる位置にのみ選択的に形成されることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
15. 前記微細構造体は回折格子構造を有するホログラムパターンであることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
16. 前記ホログラムパターンは前記下部基板の下面と上面のうち少なくともいずれか一面に形成されることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
17. 前記ホログラムパターンの格子間隔は２μｍ以下であることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
    

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