JP4395131B2 - バックライトユニット及びそれを具備した液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に係るもので、詳しくは、輝度向上及び高色再現を実現し得るバックライトユニット及びそれを具備する液晶表示装置に関するものである。

一般に、液晶表示装置は、対向する薄膜トランジスタアレイ基板とカラーフィルタ基板と、該二つの基板間に形成された液晶層を含む液晶パネルと、該液晶パネルを駆動させる駆動部及び前記液晶パネルに光を供給するバックライトユニットとを含む。

また、前記薄膜トランジスタアレイ基板には、縦に所定間隔で配列される複数のデータラインと、横に所定間隔で配列される複数のゲートラインと、が交差し、該交差して区画される領域には、画素が定義されるが、該画素はマトリックス状に配列される。

そして、前記カラーフィルタ基板には、前記各画素に対応する位置に赤色、緑色及び青色のカラーフィルタ層が形成されて、前記カラーフィルタ層間の光漏れを防止し、前記画素を通過する光の色干渉を防止するためのブラックマトリックスが形成される。

前記カラーフィルタ基板及び薄膜トランジスタアレイ基板の対向する内側面には、それぞれ共通電極と画素電極が形成されて前記液晶層に電界を印加する。この時、画素電極は、薄膜トランジスタアレイ基板上に画素ごとに形成される反面、共通電極は、カラーフィルタ基板の全面に一体化して形成される。したがって、共通電極に電圧を印加した状態で画素電極に印加される電圧を制御することで、液晶層の各液晶分子の配列状態を変化させて各画素の光透過率を個別に調節し得る。

また、前記バックライトユニットは、自発光し得ない液晶表示装置に光を供給するが、前記バックライトユニットから発散された光が液晶層を通過する時、各液晶の配列状態により光透過率が決定されて画像が表示される。

バックライトユニットは、光源として用いられるランプの位置によってエッジライト方式と直下方式に区分される。

エッジライト方式は、ランプが液晶パネルの一側面または両側面に配置され、ランプから発生した光を導光板により液晶パネル画面の全体に投射させる方式である。

そして、直下方式は、液晶パネルの大きさが２０インチ以上に大型化するに伴って重点的に開発され始めたが、拡散板の下部面に複数個の蛍光ランプを一列に配列させて液晶パネルの全面に光を直接照射する方式である。このような、直下方式は、エッジライト方式に比べて光の利用効率が高いため、高輝度が要求される大画面の液晶表示装置に主に用いられる。

そして、前記光源としては、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、熱陰極蛍光ランプ（ＨＣＦＬ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などが用いられていて、その中でも、電力消費が少ない冷陰極蛍光ランプ及びＬＥＤランプが多く用いられている。

しかし、従来の蛍光ランプは、高輝度の実現が可能で、輝度の均一性も向上させ得るという利点があるが、高色再現の実現が難しいという問題があった。
また、ＬＥＤまたはＥＬランプは、部分輝度の制御が可能で、高色再現の実現が可能であるという利点があるが、冷陰極蛍光ランプに比べて輝度及び輝度の均一性が低いという問題があった。

本発明は、従来の問題に鑑みてなされたもので、高輝度及び高色再現を実現し得る液晶表示装置のバックライトユニットを提供することを目的とする。
また、本発明は、高輝度及び高色再現を実現し得る液晶表示装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置のバックライトユニットは、緑色光を発生させる受動発光型ランプ、及び赤色光、青色光を発生させる自発光型ランプから構成された発光部と、前記受動発光型ランプと前記自発光型ランプの間に備えられ、前記自発光型ランプから発光した赤色光と青色光を混合して上部に導く導光板と、前記自発光型ランプの下部に設けられた反射板と、前記受動発光型ランプの上部に設けられた光散乱手段とを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る液晶表示装置は、液晶パネル、及び前記液晶パネルに光を供給するバックライトユニットから構成され、前記バックライトユニットは、緑色光を発生させる受動発光型ランプ、及び赤色光、青色光を発生させる自発光型ランプから構成された発光部と、前記受動発光型ランプと前記自発光型ランプの間に備えられ、前記自発光型ランプから発光した赤色光と青色光を混合して上部に導く導光板と、前記自発光型ランプの下部に設けられた反射板と、前記受動発光型ランプの上部に設けられた光散乱手段を含むことを特徴とする。

本発明によると、緑色光を発生させる蛍光ランプと赤色光及び青色光を発生させるＥＬ、ＬＥＤとを併合してＲ、Ｇ、Ｂ光源に使用することで、高輝度及び高色再現を実現し、高画質の液晶表示装置を提供し得るという効果がある。

以下、本発明に係る液晶表示装置に対し、図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係る液晶表示装置を概略的に示した断面図で、図２は、受動発光型ランプを概略的に示した図で、図３は、図１における受動発光型ランプと自発光型ランプの配置を概略的に示した平面図である。

まず、本発明に係る液晶表示装置１００は、図１に示したように、薄膜トランジスタアレイ基板１１０ａとカラーフィルタ基板１１０ｂ、二つの基板間に形成された液晶層（図示せず）を含む液晶パネル１１０と、該液晶パネル１１０に光を供給するバックライトユニット１５０とを含む。

図示していないが、前記薄膜トランジスタアレイ基板１１０ａには、第１方向に配列された複数のゲートラインと、該ゲートラインと直交してマトリックス状に配列される複数の画素領域を定義する複数のデータラインと、各画素をスイッチングするスイッチング素子と、が形成されている。

また、前記カラーフィルタ基板１１０ｂには、前記各画素に対応する位置に赤色、緑色及び青色のカラーフィルタ層が形成され、該カラーフィルタ層間の光漏れを防止し、前記画素を通過する光の色干渉を防止するブラックマトリックスが形成されている。

そして、前記薄膜トランジスタアレイ基板とカラーフィルタ基板の内側面には、それぞれ画素電極及び共通電極が形成されて前記液晶層に電界を印加し、前記共通電極及び画素電極の間に印加される電圧を制御することで、液晶層の各液晶分子の配列状態を変化させて各画素の光透過率を個別に調節することができる。

また、前記バックライトユニット１５０は、受動発光型の第１ランプ１２８が構成された第１発光部１２０と自発光型の第２ランプ１３８が構成された第２発光部１３０から成る。

また、前記第１発光部１２０に構成された第１ランプ１２８は、冷陰極蛍光ランプまたは熱陰極蛍光ランプの何れか一つから構成され、前記第２ランプ１３８は、緑色光のみを発生させる。図２に示したように、直下方式における第１ランプ１２８は、放電ガスが充填されているガラス管１５１の両端に外部電源（図示せず）の供給のための外部電極１５２a、１５２bが形成されていて、該各外部電極１５２a、１５２bは、インバータ１５３に共通に接続される。

このように構成された第１ランプ１２８は、前記各外部電極１５２a、１５２bを介して電圧が印加されると、ガラス管内に存在する残留電子は両極に移動し、移動中の残留電子がアルゴン（Ａｒ）と衝突してアルゴンが励起されることで、陽イオンが増加し、該増加された陽イオンが陰極に衝突して２次電子を放出する。この時、放出された２次電子が管の内部で放電を開始すると、該放電により電子の流れが水銀蒸気と衝突、電離して紫外線と可視光を放出し、該放出された紫外線がランプの内壁に塗布された蛍光体を励起させて可視光を放出することで、緑色光を発生させる。

一方、図示していないが、第１ランプは、外郭ケースの両側面に形成された溝に固定されて一定の間隔をおいて配置され、前記第１ランプのガラス管の内部の両端に外部電源（図示せず）の供給のための電極が形成されて、該電極にワイヤーを接続することもできる。この時、該ワイヤーは、別途のインバータ（図示せず）に接続されて駆動回路と接続するため、各ランプごとに別途のインバータが必要になる。

図１に示したように、前記第１発光部１２０をさらに説明すると、前記第１ランプ１２８の上部には、前記液晶パネル１１０に透過する光の均一性を向上させる光散乱手段１４０が構成されるが、該光散乱手段１４０は、拡散板１２３と該拡散板１２３の上部に備えられた第１及び第２プリズムシート１２５a、１２５b及び保護シート１２７を含む。

また、前記第１ランプ１２８の上部に形成された拡散板１２３は、前記第１及び第２ランプ１２８、１３８から入射する光を分散させることで、光の部分的な密集によるムラが発生しないようにする。また、前記拡散板１２３は、前記第１プリズムシート１２５a側に進行する光の方向を垂直にする役割も果たす。そして、前記第１プリズムシート１２５aは、平らな下面と前後方向にしわのある上面を有する反面、前記第２プリズムシート１２５bは、平らな下面と左右方向にしわのある上面を有し、前記第１プリズムシート１２５aは、前記第２プリズムシート１２５b側に進行する光を前後方向から集光し、前記第２プリズムシート１２５bは、前記保護シート１２７側に進行する光を左右方向から集光することで、結果的に、前記拡散板１２３から保護シート１２７側に進行する光の方向を垂直にする。よって、前記第１及び第２プリズムシート１２５a、１２５bを通過する光は、垂直に進行して前記保護シート１２７の全表面に対して均一に分布することで、輝度が向上する。

一方、前記第２発光部１３０に構成された第２ランプ１３８は、ＬＥＤランプまたはＥＬランプの何れか一つから構成することができる。前記第２ランプ１３８は、図３に示したように、前記各第１ランプ１２８間に位置するように配置しなければならない。また、前記第２ランプ１３８は、Ｒ、Ｂランプ１３８a、１３８bが一定の間隔をおいて一直線上に連続的に配置されていて、前記第２ランプ１３８は、前記第１ランプ１２８と交互に配置されていて、前記第２ランプ１３８から発光した光は、前記第１ランプ１２８から発光した光と混合して白色光を形成する。即ち、前記Ｒランプ１３８a及びＧランプ１３８bから発光した赤色光と青色光が前記第１ランプ１２８から発光する緑色光と混合して前記液晶パネル１１０に白色光を供給する。

一方、第１ランプ２２８は、図４に示したように、第２ランプ２３８の両側に配置することもできる。即ち、Ｒランプ２３８ａとＢランプ２３８ｂが一直線上に配列された第２ランプ２３８一つに二つの第１ランプ２２８を具備することもできる。前記のように、一つの第２ランプ２３８が二つの第１ランプ２２８を具備する場合、緑色光の強度が増加することで、全体の輝度が増加する。この時も、前記第２ランプ２３８から発光した赤色光と青色光が前記第１ランプ２２８から発光する緑色光と混合して液晶パネルに白色光を供給する。

図１に示したように、前記第２発光部１３０についてさらに説明すると、前記第２ランプ１３８は、メタルコアプリント基板１３１（ＭＣＰＣＢ）上に形成されるが、前記第２ランプ１３８とＭＣＰＣＢ１３１間には、下部に散乱される光を上部に反射させる反射板１３３が構成されていて、該反射板１３３は、反射特性に優れたＡｌ材質で形成することができる。

また、前記自発光型ランプ、特に、ＬＥＤランプは、蛍光ランプ（冷陰極、熱陰極）に比べて輝度及び色再現性に優れる反面、輝度の増加によって必然的に内部の温度が上昇し、ＬＥＤランプの内部温度が上昇するほど出力輝度が減少する。したがって、前記ＭＣＰＣＢ１３１の下面には、前記放熱板１３７が備えられていて、該放熱板１３７は、前記ランプ１３８から伝達された熱を外部に放出することで、内部温度の上昇を防止する。即ち、ＬＥＤランプが光を発生させることで、該ＬＥＤの内部には熱が発生するが、該発生した熱は、前記反射板１３３に吸収されて前記ＭＣＰＣＢ１３１に伝達される。そして、該ＭＣＰＣＢ１３１に伝達されて吸収された熱は、前記外部放熱板１３７に伝達され、最終的に外部に放出される。

一方、第１発光部１２０と第２発光部１３０間には導光板１３５が構成されていて、該導光板１３５は、前記第２ランプ１３８から入射する光の大部分を第１発光部１２０に透過させて、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ガラス基板、ポリカーボネート（ＰＣ）などの透明な材質で形成される。

そして、前記第２ランプ１３８の上部には、垂直に入射する光を側面に散乱させて光の均一性を向上させるダイバータ１３９が構成されていて、該ダイバータ１３９により散乱された光の一部は、前記反射板１３３に再反射されて前記拡散板１２３を透過する。また、前記ダイバータ１３９は、各第２ランプ１３８と対応する位置に形成されていて、特に、前記導光板１３５の下面に形成されるか、または前記導光板１３５の上面に形成される。

また、前記ダイバータ１３９が前記導光板１３５の上面に形成される場合、該導光板１３５と第２ランプ１３８との間隔を短くし得るという利点がある。即ち、前記第２ランプ１３８と前記ダイバータ１３９は、一定の間隔で離隔させなければならないが、図１に示したように、前記ダイバータ１３９を前記第２ランプ１３８の直上部に配置する場合、前記第２ランプ１３８と前記ダイバータ１３９間の間隔が確保されなければならない。それに対して、前記ダイバータ１３９が前記導光板１３５の上面に配置されると、前記導光板１３５により前記第２ランプ１３８と前記ダイバータ１３９間の間隔が確保されるため、前記導光板１３５と前記第２ランプ１３８との間隔を短くし得る。

前記のように構成された本発明に係る液晶表示装置は、緑色光を発生させる第１ランプ１２８により高輝度及び輝度の均一性を図ることができ、赤色及び青色光を発生させる第２ランプ１３８により高色再現を実現することができる。
このように、前記第１ランプ１２８を緑色光にするのは、白色光を発生させる蛍光ランプが緑色波長帯で色再現が最も高いからである。

図５は、白色光を発生させる従来の蛍光ランプの波長による光の強度を示した図である。グラフに示したように、白色光を発生させる蛍光ランプは、Ｒ、Ｇ、Ｂ波長帯に分離されて、前記Ｇ波長帯（５３０ｎｍ〜５６０ｎｍ）は単一ピークを有し、Ｒ波長帯（５８０ｎｍ〜６３０ｎｍ）とＢ波長帯（４００ｎｍ〜４８０ｎｍ）は複数個のピークを有する。また、前記Ｇ波長帯のピークの強度の１/２の地点における幅（ＦＷＨＭ）は約１０ｎｍを越えないが、Ｒ、Ｂ波長帯のＦＷＨＭは３０ｎｍ以上で、Ｇ波長帯が最も鮮明に示される。ここで、単一ピークを有し、ＦＷＨＭが狭いということは、高色再現に優れるということを意味し、前記Ｇ波長帯の波形は、ＬＥＤまたはＥＬで観察される波形のＦＷＨＭに似ている。

したがって、本発明においては、Ｒ、Ｇ、Ｂ波長の中で最もＦＷＨＭの狭い形態を示す緑色光のみを発生させる蛍光ランプを製作し、これを赤色及び青色を発生させる自発光ランプと併合することで、Ｒ、Ｇ、Ｂ色の高色再現を実現する。即ち、図６に示したように（図６は、図３の第１ランプ１２８及び第２ランプ（Ｒランプ、Ｂランプ）から発生した光の波長による強度及びＦＷＨＭを示したグラフである。）、前記第１ランプ１２８から発生したＧ波長帯と、前記第２ランプのＲランプ１３８aから発生したＲ波長帯及びＢランプ１３８bから発生したＢ波長帯は、すべてＦＷＨＭが２０ｎｍ以下である。

このように、本発明は、Ｒ、Ｇ、Ｂ波長のＦＷＨＭがすべて狭くなるため、高色再現が可能であるだけでなく、蛍光ランプ（第１ランプ）により全体の輝度を制御することも可能になる。

本発明に係る液晶表示装置を概略的に示した断面図である。 本発明に係るバックライトユニットの第１発光部に構成された第１ランプを示した図である。 図１の第１ランプと第２ランプの配置を概略的に示した図である。 本発明に係る他の実施例を示した図である。 従来の白色光を発生させる蛍光ランプのスペクトラムを示したグラフである。 本発明に係るバックライトのスペクトラムを示した図である。

符号の説明

１００：液晶表示装置
１１０ａ：薄膜トランジスタアレイ基板
１１０ｂ：カラーフィルタ基板
１１０：液晶パネル
１５０：バックライトユニット

Claims (12)

1. 緑色光を発生させる受動発光型ランプ、及び赤色光、青色光を発生させる自発光型ランプから構成された発光部と、
   前記受動発光型ランプと前記自発光型ランプの間に備えられ、前記自発光型ランプから発光した赤色光と青色光を混合して上部に導く導光板と、
   前記自発光型ランプの下部に設けられた反射板と、
   前記受動発光型ランプの上部に設けられた光散乱手段とを含み、
   前記受動発光型ランプが、冷陰極蛍光ランプ又は熱陰極蛍光ランプであり、
   前記自発光型ランプが、ＥＬ又はＬＥＤである
   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. 前記自発光型ランプの上部に形成されて、前記自発光型ランプから垂直に入射する光を側面に散乱させるダイバータをさらに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。
3. 前記ダイバータが、前記自発光型ランプと対応する前記導光板の下面に形成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
4. 前記光散乱手段は、
   前記受動発光型ランプ及び前記自発光型ランプから入射する光を分散させる拡散板と、
   前記拡散板の上部に透過して反射される光の正面輝度を向上させるプリズムシートと、
   前記プリズムシートの上部に取り付けられた保護シートと、
   から構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. 液晶パネル、及び前記液晶パネルに光を供給するバックライトユニットから構成され、
   前記バックライトユニットは、
   緑色光を発生させる受動発光型ランプ、及び赤色光、青色光を発生させる自発光型ランプから構成された発光部と、
   前記受動発光型ランプと前記自発光型ランプの間に備えられ、前記自発光型ランプから発光した赤色光と青色光を混合して上部に導く導光板と、
   前記自発光型ランプの下部に設けられた反射板と、
   前記受動発光型ランプの上部に設けられた光散乱手段とを含み、
   前記受動発光型ランプが、冷陰極蛍光ランプ又は熱陰極蛍光ランプであり、
   前記自発光型ランプが、ＥＬ又はＬＥＤである
   を含むことを特徴とする液晶表示装置。
6. 前記自発光型ランプの上部に形成されて、前記自発光型ランプから垂直に入射する光を側面に散乱させるダイバータをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記ダイバータが、前記自発光型ランプと対応する前記導光板の下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. 前記光散乱手段は、
   前記受動発光型ランプ及び前記自発光型ランプから入射する光を分散させる拡散板と、
   前記拡散板の上部に透過して反射される光の正面輝度を向上させるプリズムシートと、
   前記プリズムシートの上部に取り付けられた保護シートと、
   から構成されることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
9. 液晶パネルと、
   受動発光型ランプを有する第１発光部、及び自発光型ランプを有する第２発光部を含むバックライトユニットと、
   前記受動発光型ランプと前記自発光型ランプの間に備えられた導光板と、
   前記自発光型ランプの下部に設けられた反射板とを含み、
   前記受動発光型ランプが、冷陰極蛍光ランプ又は熱陰極蛍光ランプであり、
   前記自発光型ランプが、ＥＬ又はＬＥＤである
   を含むことを特徴とする液晶表示装置。
10. 前記自発光型ランプの上部に形成されて、前記自発光型ランプから垂直に入射する光を側面に散乱させるダイバータをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 前記ダイバータが、前記自発光型ランプと対応する前記導光板の下面に形成されることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記光散乱手段は、
    前記第１及び第２発光部から入射する光を分散させる拡散板と、
    前記拡散板の上部に透過して反射される光の正面輝度を向上させるプリズムシートと、
    前記プリズムシートの上部に取り付けられた保護シートと、
    から構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。

Images