(57)【要約】【課題】ランプの下部及び上部に光を拡散させる拡散手段を備えることで、液晶パネルに均一な光が供給できる液晶表示素子のバックライト構造を提供することにある。【解決手段】液晶パネルに光を供給する複数のランプと、前記ランプの上部に設置され、前記ランプから発生した光を拡散させるマイクロレンズと、内部にランプが配置される複数の凹部が形成され、前記ランプから発生した光を反射及び拡散させるマイクロレンズとから構成されるバックライト構造を提供する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネルに光を供給するランプと、
前記ランプから発生した光を反射する反射板と、
前記ランプの上部に設置され、複数の凹部または凸部を含むマイクロレンズと
を含むことを特徴とする液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項２】
前記凹部に充填された拡散物質をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項３】
液晶パネルに光を供給する複数のランプと、
前記ランプから発生した光を反射する反射板と、
前記反射板上に設置された第１のマイクロレンズと
を含むことを特徴とする液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項４】
前記第１のマイクロレンズは、数μｍ〜数ｃｍのピッチで形成されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項５】
前記第１のマイクロレンズには、拡散物質が充填されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項６】
前記拡散物質は、アクリル樹脂を含むことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項７】
前記第１のマイクロレンズは、円形状または円筒形状を含むことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項８】
前記ランプの上部に設置された拡散板をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項９】
前記ランプの上部に設置された第２のマイクロレンズをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項１０】
液晶パネルに光を供給するランプと、
マイクロレンズが形成され、前記ランプの下部に設置されてランプから発生する光を反射する反射板と
を含むことを特徴とする液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項１１】
前記マイクロレンズは、数μｍ〜数ｃｍのピッチで形成されることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項１２】
液晶パネルに光を供給するランプと、
内部にランプが配置される複数の凹部が形成された反射板と
を含むことを特徴とする液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項１３】
前記凹部は、円形、三角形または台形であることを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項１４】
前記凹部には、空気とは異なる屈折率を有する透明物質が充填されたことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項１５】
前記ランプの上部に設置された拡散板をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項１６】
前記ランプの上部に設置されたマイクロレンズをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項１７】
液晶パネルに光を供給するランプと、
前記ランプから発生した光を反射する反射板と、
前記ランプの上部に設置された第１のマイクロレンズと
を含むことを特徴とする液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項１８】
前記第１のマイクロレンズは、数μｍ〜数ｃｍのピッチで形成されることを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項１９】
前記第１のマイクロレンズは、バックライト側に突出された凸レンズであることを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項２０】
前記第１のマイクロレンズは、バックライト側に凹んだ凹レンズであることを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項２１】
前記第１のマイクロレンズには、拡散物質が充填されたことを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項２２】
前記拡散物質は、アクリル樹脂を含むことを特徴とする請求項２１に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項２３】
前記第１のマイクロレンズの上部に設置された拡散板をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項２４】
前記反射板上に設置された第２のマイクロレンズをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項２５】
前記反射板は、マイクロレンズからなることを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【請求項２６】
前記反射板には、複数の凹部が形成され、前記ランプは、凹部の内部に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示素子のバックライト構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子のバックライト構造に関し、特に、バックライトの拡散特性を向上させることで、液晶表示素子の正面輝度を向上させ、バックライトの半値角を容易に調節し得る直下形バックライト構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、携帯電話、ＰＤＡ（Parsonal Digital Assistance：携帯情報端末）、ノートブックコンピュータのような各種携帯用電子機器が発展するにつれて、これに適用できる軽薄短小の平板表示装置（Flat Panel Display Device）に対する要求が増大している。このような平板表示装置としては、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、高画質の実現などの理由によって、現在、液晶表示素子（ＬＣＤ）が注目を集めている。
【０００３】
前記液晶表示素子は、透過形表示素子であり、液晶分子の屈折率異方性によって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、液晶表示素子においては、画像の表示のために、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。一般的に、バックライトは、２種類に区分される。
【０００４】
第１は、ランプ（lamp）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側面型バックライトであり、第２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。
【０００５】
側面型バックライトは、液晶パネルの側面に設置され、反射板と導光板を通して液晶層に光を供給することができる。従って、厚さを薄くすることができるので、薄い厚さの表示装置が要求されるノートブックコンピュータなどに主に使用される。しかしながら、側面型バックライトは、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、大面積の液晶パネルに適用することが困難であるだけでなく、導光板を通して光が供給されるので、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大面積のＬＣＤテレビ用液晶パネルには適合しないという問題があった。
【０００６】
直下型バックライトは、ランプから発光した光が直接液晶層に供給されるので、大面積の液晶パネルに適用できるだけでなく、高輝度を得ることができるため、最近ＬＣＤテレビ用液晶パネルの製造に主に使用されている。
【０００７】
図７は、直下型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である。図示されたように、液晶表示素子１は、液晶パネル３と、前記液晶パネル３の後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、実際に画像が表示される場所で、ガラスのような透明な下部基板３ａ及び上部基板３ｂと、それらの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、カラーフィルター層が形成されるカラーフィルター基板である。また、前記下部基板３ａの側面には駆動回路部５が備わり、下部基板３ａに形成された薄膜トランジスタ及び画素電極にそれぞれ信号を印加する。
【０００８】
バックライト１０は、実際に光を放出するランプ１１と、該ランプ１１から放出される光を反射して光効率を向上させる反射板１７と、前記ランプ１１から放出された光を液晶パネル３に均一に入射させる光学シート１５とから構成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
直下型バックライト１０において、光学シート１５は、主に拡散板及び拡散シートからなっている。前記拡散板は、ランプ１１から発生した光を散乱させることで、液晶パネル３に均一な光が入射されるようにする。しかしながら、前述したように、光学シートである拡散板を配置して光を拡散させることによって完全に均一な光を液晶パネルに供給することには限界がある。また、拡散板は、入射される光を全方向に均一に広まるようにするので、多くの光成分が側面に広まるようになり、光効率が低下するという問題があった。拡散シートを拡散板の上部に配置して光が側面に広まることを防止することができるが、この場合、前記拡散板及び拡散シートの後方散乱によって光効率が低下するだけでなく、バックライトの内部温度が上昇するという問題があった。
【００１０】
さらに、バックライト１０から放出される光の直進性を一層向上させるために、プリズムシートを採用することもあるが、このようなプリズムシートは、費用の上昇の原因になるだけでなく、実質的に前記プリズムシートによって直進性の向上には限界があった。
【００１１】
本発明は、前述したような問題点を解決するために提案されたもので、本発明の目的は、ランプの下部及び上部に光を拡散させる拡散手段を備えることで、液晶パネルに均一な光が供給できる液晶表示素子のバックライト構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明の第１実施形態によるバックライト構造は、液晶パネルに光を供給する複数のランプと、前記ランプから発生した光を反射する反射板と、前記反射板上に設置されてランプから発生した光を拡散させる第１のマイクロレンズとから構成される。
【００１３】
前記第１のマイクロレンズは、円形状または円筒形状に形成され、数μｍ〜数ｃｍのピッチで形成され、その内部にはアクリル樹脂のような拡散物質を充填させることができる。前記ランプの上部には、拡散板または第２のマイクロレンズを形成させることもできる。
また、本発明の第２実施形態によるバックライト構造は、液晶パネルに光を供給する複数のランプと、内部にランプが配置される複数の凹部が形成されて前記ランプから発生した光を反射及び拡散させる反射板とから構成される。前記凹部は、円形、三角形または台形に形成され、その内部には空気とは異なる透過率を有する透明物質が充填される。
また、本発明の第３実施形態によるバックライト構造は、液晶パネルに光を供給する複数のランプと、前記ランプから発生した光を反射する反射板と、前記ランプ上部に設置されてランプから発生した光を拡散させる第１のマイクロレンズとから構成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、バックライトの上部または下部にマイクロレンズを設置するか、または、反射板に凹部を形成することで、ランプから発生する光の拡散特性を向上させる。従って、液晶パネルに一層均一な光を印加して液晶パネルの輝度を均一にすることができるだけでなく、レンズのピッチや凹部のサイズなどを調節することによって半値角を容易に制御することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１実施形態
一般的に、直下型バックライトにおいて光を拡散させる手段が必要な理由は、次のような点にある。バックライトに設置される複数のランプは、所定距離離隔して配置される。従って、ランプが位置する液晶パネル領域と位置しない領域との輝度に差が発生する。もちろん、ランプから放出される光は、ランプから所定角度の範囲で放出されるので、ランプと液晶パネルを所定距離離隔させると、輝度差を減少させることはできるが、ランプと液晶パネルの隔離距離の増加は、液晶表示素子のサイズの増加の原因になる。
【００１６】
ＰＭＭＡ（Poly-Methyl-Metacryl Acrylate）のように拡散特性の良いアクリル樹脂などからなる関連技術の拡散板は、入力される光を散乱させて光を液晶パネル全体に均一に入射させるが、その性能には限界がある。さらに、前記ＰＭＭＡは、熱に弱いため、破損しやすく、軟らかな材質で形成されているため、重力によって曲げられるようになり、均一な光の拡散が不可能である短所もあった。
【００１７】
本発明では、ＰＭＭＡのように光を散乱させる特性を有する物質による光の散乱でなく、形態的特性によって光を散乱させる。このような形態的特徴によって、拡散特性が向上するだけでなく、熱による影響及び重力による曲げ現象などを効果的に防止することができる。
【００１８】
光の拡散特性が良くなるということは、液晶パネル全体の輝度が均一になって単純に液晶表示素子の画質が向上するということを意味するだけではない。拡散手段の拡散特性が向上するということは、ランプと前記拡散手段の間隔を狭くすることができるということを意味し、これは、即ち、バックライトのサイズを減少させることができるということを意味する。従って、拡散特性が良い拡散手段を備えることによって、液晶表示素子の全体サイズを減少させることができる。
【００１９】
以下、図面を参照して本発明による液晶表示素子のバックライト構造に対して詳細に説明する。このとき、図示されたバックライトは、図７に示したバックライトと同様に、液晶パネルの下部に位置して前記液晶パネルに光を供給する。図面には、本発明の特徴を明確にするために、バックライトの構造を簡略に示した。
【００２０】
図１Ａは、本発明の第１実施形態によるバックライトの構造を簡略に示す断面図で、図１Ｂは、図１ＡのＡ部分の拡大図である。
【００２１】
図１Ａに示すように、直下型バックライト１１０には複数のランプ１１１が備わっており、バックライト１１０上部に位置する液晶パネル（図示せず）に光を供給する。前記ランプ１１１は、主に冷陰極管（Cold Cathode Fluorescent Lamp:ＣＣＦＬ）からなり、その両端にはインバータが連結されて電流が印加される。前記ランプ１１１の下部には反射板１１７が設置され、ランプ１１１から放出された光を液晶パネル側に反射させることにより光効率が向上される。
【００２２】
前記反射板１１７の上部には、マイクロレンズ１１４が付着されている。図１Ｂに示すように、前記マイクロレンズ１１４は、凹レンズで、そのピッチＸが約数μｍ〜数ｃｍに微細に形成される。従って、反射板１１７の上部には数多くのマイクロ凹レンズが形成されたマイクロレンズ１１４が配置されるので、反射板１１７に入射される光が隙間なく前記レンズ１１４によって散乱（または、拡散）される。
【００２３】
一方、前記マイクロレンズ１１４は、反射板１１７の上部に設置される。従って、ランプ１１１から発生して反射板１１７に入射される光は、前記マイクロレンズ１１４によってまず拡散（または、散乱）された後、反射板１１７によって反射される。該反射された光は、またマイクロレンズ１１４によって２回再び拡散された後、液晶パネルに入射される。言い換えると、ランプ１１１から発光された光は、反射板１１７によって反射されるとき、２回の拡散過程を経ることとなる。従って、反射板１１７によって反射された光は、完全に拡散された状態で液晶パネルに入射される。
【００２４】
前述したように、本発明は、反射板１１７にマイクロレンズ１１４を設置して、反射板１１７に入射される均一な光を全体バックライト１１０にわたって、微細に拡散させるので、完全に拡散された光を液晶パネルに供給し得る。さらに、反射板１１７に入射される光及び反射板１１７で反射される光を２回にかけて拡散させるので、拡散効率を一層向上させることができる。従って、ＰＭＭＡからなる拡散板を使用した関連技術の液晶表示素子に比べて、光を一層効率的に拡散させることができるため、液晶表示素子の画質を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明では、前記マイクロレンズ１１４の形状を円形状または円筒形状に形成できるだけでなく、必要によって異なるピッチ（または、レンズの曲率）を有するマイクロレンズ１１４を設置し得るので、輝度の半値角を容易に調節することができる。
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の第１実施形態によるバックライト１１０の他の例を示す図で、基本的な構造は、図１Ａに示すバックライト１１０の構造と同一である。
【００２６】
図２Ａに示すバックライト１１０においては、反射板１１７の上部に設置されるマイクロレンズ１１４に拡散物質１１４ａが充填されている。前記拡散物質は、拡散特性の良いＰＭＭＡのようなアクリル樹脂からなり、マイクロレンズ１１４によって拡散された光が再び前記拡散物質１１４ａによって拡散されるので、拡散特性を一層向上させることができる。
【００２７】
図２Ｂに示すバックライト１１０においては、バックライト１１０の上部に拡散板１１５が設置されている。前記拡散板１１５は、ＰＭＭＡからなり、前記拡散板１１５の設置によってマイクロレンズ１１４を通して拡散された光が再び前記拡散板１１５によって拡散されるので、拡散効率を大幅に向上させることができる。
【００２８】
図２Ｃに示すバックライト１１０においては、反射板１１７自身がマイクロレンズ形状になっている。従って、バックライト１１０から入射されて反射される光は、単純に反射されるだけでなく、反射と同時に拡散される。このような反射板１１７によって拡散効率を向上させるだけでなく、別途のマイクロレンズを備える必要がないので、製造コストも節減し得る。
【００２９】
図２Ａ〜図２Ｃに示す例は、本発明による第１実施形態の他の例に過ぎず、他の構造も可能である。例えば、図２Ａに示す構造と図２Ｂに示す構造を組合わせたバックライト、即ち、マイクロレンズ１１４に拡散物質が充填され、バックライトの上部には拡散板１１５が備わった構造も可能であり、反射板がレンズ形状に形成されたバックライト１１０の上部に拡散板１１５を設置することもできる。
【００３０】
第２実施形態
図３Ａは、本発明の第２実施形態によるバックライト２１０の構造を示す図である。図３Ａに示すように、この実施形態では、反射板２１７に半円形状からなる複数の凹部２１７が形成され、ランプ２１１は、前記凹部２１７ａの内部に配置される。従って、前記ランプ２１１から発光された光は、半円形状（または、井戸形状）の凹部２１７ａの表面、即ち、反射板２１７の表面に反射されて多様な方向に反射（拡散）されることにより、反射された光を均一に液晶パネルに供給するようになる。このとき、前記反射板２１７に形成される凹部２１７ａは、反射される光を多様な方向に反射させることさえできればよく、多様な形状に形成することができる。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、凹部２１７ａを三角形状または台形状に形成することもできる。また、図示していないが、可能な他の形状に凹部２１７ａを形成することもできる。
【００３１】
一方、図３Ｂに示すように、前記反射板２１７の凹部２１７内には、透明物質２１８を充填させることができる。前記透明物質２１８は、空気とは屈折率が異なるため、凹部２１７の表面で反射された光（即ち、反射板によって反射された光）が透明物質２１８と空気境界面に到達すると、スネルの法則によって前記光が屈折して一層拡散特性が向上する。
【００３２】
このとき、前記凹部２１７の形状、曲率（円形状の場合）、透明物質２１８の種類（即ち、屈折率による種類）を任意に調節してバックライト２１０を製造し得るので、前記凹部２１７における光の拡散程度や半値角を調節することができる。
【００３３】
一方、このような透明物質２１８は、図４Ａ及び図４Ｂに示す構造の凹部、即ち、三角形上の凹部及び台形状の凹部にも充填させることができる。
【００３４】
第３実施形態
図５Ａは、本発明の第３実施形態によるバックライト３１０の構造を示す概略断面図で、図５Ｂは、図５ＡのＢ部分の拡大図である。
【００３５】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、本実施形態のバックライト３１０は、上部にマイクロレンズ３３４が装着されている。前記マイクロレンズ３３４は、数μｍ〜数ｃｍの微細なピッチで形成され、前記ランプ３１１から入射される光を隙間なく微細に散乱（拡散）させて液晶パネルに供給する。従って、液晶パネルに均一な光を入射させることができる。前記マイクロレンズ３３４は、多様な形状及びサイズに形成することができる。従って、マイクロレンズ３３４の形状及びサイズを調節することにより、光の拡散程度や直進性の調節が可能になるため、半値角の調整が容易になる。
【００３６】
一方、図５Ａ及び図５Ｂに示すバックライト３１０は、前記マイクロレンズ３３４が凹レンズ（または、バックライトから見ると凸レンズ）に形成されるが、図５Ｃに示すように、上部に向かって凸レンズ（または、バックライトから見ると凹レンズ）に形成することもできる。また、図示していないが、前記レンズの形状は、球面または非球面形状のように入射される光を拡散させることさえできれば、いかなる形状も形成できる。
【００３７】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の第３実施形態によるバックライトの他の例を示す図である。図６Ａに示すバックライト３１０は、上部に設置されるマイクロレンズ３３４にＰＭＭＡのような拡散物質３３４ａが充填されている。従って、前記マイクロレンズ３３４によって拡散された光がもう一度前記拡散物質３３４ａによって拡散されるので、光の拡散効率が向上し、その結果、液晶パネルに一層均一な光を供給することができる。一方、図６Ｂに示すバックライト３１０には、マイクロレンズ３３４の上部に拡散板３１５が設置されている。従って、マイクロレンズ３３４及び拡散板３１５によってランプ３１１から発生した光が２回拡散されるので、拡散特性が大幅に向上する。
【００３８】
前述したように、本発明では、バックライトの下部にマイクロレンズを設置するか、反射板に凹部を形成することで、反射板によって反射される光を散乱させることにより拡散特性を向上させるか、バックライトの上部にマイクロレンズを設置して液晶パネルに直接入射される光の拡散特性を向上させることで、液晶パネルに均一な光を供給する。
【００３９】
このとき、前述したような説明において、第１〜第３実施形態は、別個の構造として説明しているが、実質的には、本発明の実施形態の構造のみに形成されることに限定されず、各実施形態に開示された構造を組合わせることによってできる全ての構造に形成することができる。例えば、バックライトの下部にマイクロレンズ（または、拡散物質が充填されたマイクロレンズ）を設置するか、反射板に凹部（または、空気とは異なる屈折率を有する透明物質が充填された凹部）を形成し、上部にはマイクロレンズ（または、拡散物質が充填されたマイクロレンズ）を設置したバックライトも本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態によるバックライトの構造を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ部分の拡大図である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態によるバックライトの他の例を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態によるバックライトの他の例を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の第１実施形態によるバックライトの他の例を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態によるバックライトの構造を示す断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第２実施形態によるバックライトの構造を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明の第２実施形態によるバックライトの他の例を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の第２実施形態によるバックライトの他の例を示す図である。
【図５Ａ】本発明の第３実施形態によるバックライトの構造を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＢ部分の拡大図である。
【図５Ｃ】図５ＡのＢ部分拡大図で、本発明の第３実施形態によるバックライトの他の例を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第３実施形態によるバックライトの他の例を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の第３実施形態によるバックライトの他の例を示す図である。
【図７】従来のバックライトを備える液晶表示素子の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１１０  バックライト、１１１  ランプ、１１４  マイクロレンズ、１１４ａ  拡散物質、１１５  拡散板、１１７  反射板、２１０  バックライト、２１１  ランプ、２１７  反射板、２１８  透明物質、３１０  バックライト、３１１  ランプ、３１５  拡散板、３３４  マイクロレンズ、３３４ａ  拡散物質。
【図１Ａ】
2005196178.tif 000003
【図１Ｂ】
2005196178.tif 000004
【図２Ａ】
2005196178.tif 000005
【図２Ｂ】
2005196178.tif 000006
【図２Ｃ】
2005196178.tif 000007
【図３Ａ】
2005196178.tif 000008
【図３Ｂ】
2005196178.tif 000009
【図４Ａ】
2005196178.tif 000010
【図４Ｂ】
2005196178.tif 000011
【図５Ａ】
2005196178.tif 000012
【図５Ｂ】
2005196178.tif 000013
【図５Ｃ】
2005196178.tif 000014
【図６Ａ】
2005196178.tif 000015
【図６Ｂ】
2005196178.tif 000016
【図７】
2005196178.tif 000017