JP2006018261A

JP2006018261A - 液晶表示装置のバックライトデバイス及びこれを利用した液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006018261A
Application number: JP2005181536A
Authority: JP
Inventors: Hee Jeong Park; ヒチョンパク
Original assignee: LG Philips LCD Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2025-06-22
Also published as: US20060002151A1; US8235571B2; JP4607682B2; CN1716040A; KR20060000977A; CN100385312C

Abstract

【課題】本発明は、輝度均一度向上及びバックライト全体の厚さを減らすことができる液晶表示装置のバックライトデバイス及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置のバックライトデバイスは、光を発生する多数のLEDと;前記多数のLED下部に形成された印刷回路基板(PCB)と;前記LED等のそれぞれには光拡散機能を遂行することができる光拡散手段を含む。本発明の他の実施例による液晶表示装置は、液晶パネルと;前記液晶パネルに光源を供給して、自体的に光拡散手段を具備した多数のLEDと;前記多数のLED下部に配置された印刷回路基板(PCB)を含む。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特にLEDレンズが具備された直下型バックライトデバイス及び液晶表示装置に関するものである。

一般的に使われている表示装置等の中の一つであるCRT(Cathode Ray Tube)はTVを初め計測器機、情報端末器機等のモニターに主に利用されているが、 CRTはそれ自体がとても重く、かつ大きいため、電子製品の小型化、軽量化の要求に積極的に対応することができなかった。

従って各種電子製品の小型、軽量化される傾向でCRTは重さや大きさ等におにいて一定な限界を持っていた。これに取って代わるものとして予想されるものには、電界光学的な效果を利用した液晶表示装置(Liquid Crystal Display :LCD)、ガス放電を利用したプラズマ表示素子(PDP : Plasma Display Panel)及び電界発光効果を利用したEL表示素子(ELD : Electro Luminescence Display)等があり、その中で液晶表示装置に対する研究が活発に進行されている。

そのため、最近液晶表示装置は平板表示装置としての役目を充分に遂行することができる程に開発されてラップトップ型コンピューターのモニターだけではなくデスクトップ型コンピューターのモニター及び大型情報表示装置等に使われつつあり、液晶表示装置の需要は継続的に増加しているのが実情である。

このような液晶表示装置の大部分は外部から入ってくる光の量を調節して画像を表示する受光性装置のため、LCDパネルに光を調査するための別途の光源、すなわちバックライト(Back Light)が必ず必要である。

一般的に、液晶表示装置の光源で使われるバックライトは円筒状の発光ランプを配置する方式として、エッジ方式と直下方式に区分される。

この中のエッジ方式は、光を案内する導光板の側面にランプユニットが設置され、ランプユニットは光を発散するランプ、ランプの両端に挿入されてランプを保護するランプホルダー及びランプの外周面を覆いかぶせて一側面が導光板の側面に挟まれてランプで発散された光を導光板の方に反射させるランプ反射板を具備する。

このように反射板の側面にランプユニットから設置されるエッジ方式は主にラップトップ型コンピューター及びデスクトップ型コンピューターのモニターのように比較的大きさが小さい液晶表示装置に適用されるものである。

一方、直下方式は、液晶表示装置の大きさが20インチ以上で大型化され始めてきたことに伴ない開発がなされたものであり、拡散板の下部面に複数個のランプを一列で配列させてLCDパネルの前面に光を直接照射する構成をとる。

このような、直下方式はエッジ方式に比べて光の利用効率が高いため、高輝度を要求する大画面液晶表示装置に主に使われる。

しかし、直下方式が採択された液晶表示装置は大型モニターやテレビ等で使われるため、ラップトップ型コンピューターに比べて使う時間が長くなって、ランプの個数も多いため、エッジ方式の液晶表示装置より直下方式の液晶表示装置でランプの故障及び寿命が終えて点燈しないランプが現われる可能性がより多くなった。

一方、導光板の幅方向両側面にランプユニットが設置されるエッジ方式の場合は、ランプの寿命及び故障によって、例えば、一つのランプが点燈しない場合には画面上の輝度だけ低下されるだけで特別なことはない。

しかし直下方式では画面底面にランプ等が複数個設置されるためランプの寿命及び故障によって例えば、一つのランプが点燈しない場合、ランプが点燈しない部分が他の部分より著しく暗くなるのでランプが点燈しない部分が画面上に直ぐに現われるようになる。

このため、直下方式の液晶表示装置ではランプの入れ替えが頻繁におきるため、直下方式の液晶表示装置ではランプユニットを分解して組立てるのに容易な構造が要望されることとなる。

前記のように円筒型の発光ランプを使ってエッジ方式と直下方式で配列するバックライトデバイスでは、発光ランプの分解と組み立て及び発光ランプ自体の熱発生で光効率が落ちる問題点がある。

以下、添付図面を参照して従来のバックライトデバイスについて説明すると次のようになる。

図1は従来の直下型バックライトの斜視図である。
図1に図示されるように、複数個の発光ランプ(1)、前記発光ランプ(1)を固定させて支持する外郭ケース(3)、前記発光ランプ(1)と液晶パネル(未図示)の間に配置された光散乱手段(5a,5b,5c)で構成される。

前記光散乱手段(5a,5b,5c)は発光ランプの形象が液晶パネルの表示面に現われることを防止して全体的に均一な明るさの分布を持つ光源を提供するためのものである。従って、光散乱効果を増進させるために液晶パネルとの間に多数の拡散シート(Diffusion sheet)及び拡散プレート(Diffusion plate)等が配置される。

前記外郭ケース(3)の内面には発光ランプ(1)から発生された光が液晶パネルの表示部で集中照査されるように反射板(7)が配置されているし、これは光の利用効率を極大化するためのものである。

前記発光ランプ(1)は冷陰極管ランプ(Cold Cathode Fluorescent Lamp :CCFL)として、管(Tube)内部の両端に電極が配置されて前記電極に電源が印加されれば発光して、前記発光ランプ(1)の両端は図2のように、外郭ケース(3)の両方面に形成されたホームに挟まれている。

前記発光ランプ(1)の両側電極にはランプ駆動のための電源を伝逹する電源引入線(9,9a)が繋がれて、前記電源引入線(9,9a)は別のコネクターに繋がれて駆動回路と接続される。従って、各発光ランプ(1)ごとに別のコネクターが必要である。

すなわち、発光ランプの一側電極に繋がれた電源引入線(9)と他側電極に繋がれた電源引入線(9a)が一つのコネクターに繋がれて、電源引入線(9,9a)の中のある一つは外郭ケース(3)の下部で曲がってコネクターと繋がれる。

一方、発光ランプを前記冷陰極管ランプ(Cold Cathode Fluorescent LampCCFL)の代りに管(tube)両端の外部に電極を持つEEFL(External Electrode Fluorescent Lamp)を使って構成することもできる。

しかし、前記のような従来の直下方式のバックライトデバイスには次のような問題点がある。

第一、光源で使われる発光ランプが液晶モジュール内に含まれているので発光ランプから発生する熱がそのまま液晶モジュールに伝逹され液晶モジュール自体に熱が発生して、車用、軍事用のような特殊な環境で使う場合には早く性能低下をもたらすことがある。
第二、大型のサイズに適用しようとすれば光効率を高めるために複数個のランプを使わなければならないので消費電力が増加する問題が発生する。
第三、ガラス管と水銀のようなガスで構成された線形構造のランプを使えば衝撃に弱くて環境汚染のような問題点等が擡頭する。

本発明は多数の発光ダイオード(Light Emitting Diode : 'LED')ユニットが液晶パネル下部に具備される直下型バックライトデバイスにおいて、前記LEDレンズ自体で光の拡散及び光遮断機能を遂行するように前記レンズ表面上に微細パターン又は金属膜を形成することで、液晶パネルの間に具備された光学シートの数が減って輝度均一度向上及びバックライト全体の厚さを減らすことができる液晶表示装置のバックライトデバイス及び液晶表示装置を提供することにその目的がある。

本発明の上記目的を達成するために、本件発明のある局面において、液晶表示装置で用いるバックライトデバイスが提供される。このバックライトデバイス又は、印刷回路基板（ＰＣＢ）と、該ＰＣＢ基板上に形成され、光を放射する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）ユニットと、該ＬＥＤユニットの各々の上に設けられる光拡散手段であって、各ＬＥＤユニットの頂部表面上に設けられるコーティングから成る光拡散手段と、を備える。

そして、該光拡散手段は、該放射された光を、該ＰＣＢに対して横方向に反射するよう機能する。

典型的には、該光拡散手段は、各ＬＥＤユニット上のレンズの表面を不透明材料で被覆することにより形成される。

この不透明材料は、金属、又は光拡散剤と、顔料と、接着剤の混合物から成るものである。

本発明のバックライトデバイスにおいて、各ＬＥＤのレンズ表面の微細パターンは、光拡散剤の密度によって多様な光透過特性を有する。

典型的には、用いられるＬＥＤは点光源であり、赤色光、青色光、緑色光および青色光のうちのいずれか１つの光を放射するものである。

好ましくは、該ＰＣＢは、該ＬＥＤユニットを制御する回路を含み、さらには、該ＰＣＭは、該ＬＥＤユニットを支持し、および該ＰＣＢ内に含まれる回路を用いてＬＥＤの光放射を制御するものである。

本発明の別の局面においては、液晶表示装置が提供される。この液晶表示装置は、液晶パネルと、該液晶パネルに光源を提供するための複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）ユニットであって、その各々のユニットがその法線方向に透過する光を低減させるための光拡散手段を有している複数のＬＥＤユニットと、該複数のＬＥＤユニットの下部に配置される印刷回路基板（ＰＣＢ）と、を備える。

該光拡散手段は、該ＬＥＤユニットから放射される光を拡散する、又は該光拡散手段が、該ＬＥＤユニットから法線方向に放射される光をさえぎるよう機能するものである。

典型的には、該ＬＥＤユニットは、点光源であり、赤色光、緑色光および青色光のうちのいずれか１つの光を放射するものである。そして、好ましくは、該光拡散手段は、該ＬＥＤユニット上のレンズの表面を、金属又は光拡散剤と、顔料と、接着剤との混合物で被覆することにより形成される。

本発明により、前述した発明目的が効果的に達成されるばかりか、次のような技術的な効果が得られる。
（ｉ）垂直方向に透過する光の量が低減され、結果として輝点が見えないようになるため画面品質が改善される。
（ii）バックライトデバイスと液晶パネルの間の距離を、ＬＥＤレンズ表面の微細パターンの密度を用いて、適切な値に制御できる。
（iii）光拡散手段として金属コーティングが用いられる場合には、ＬＥＤユニットからの赤色光、緑色光および青色光が十分に混合されるため、良好な白色光を発生することができる。
（iv）バックライトデバイスと液晶パネルの間の距離を減少させるよう表示装置を組み立てることが可能なため、液晶表示装置を小型化することができる。
（ｖ）ＬＥＤレンズ表面上に光拡散のための微細パターン又は金属膜を形成することで、不均一な光輝度発生を防止することができる。

図2はLEDが具備された直下方式のバックライトデバイスを示す図面である。
図2を参照すれば、LED(Light Emitting Diode)が発光ランプに具備された直下型バックライトデバイスは光を発生する多数のLED(44)と、多数のLED(44)下部に形成された印刷回路基板(Printed Circuit Board ; PCB)(42)と、多数のLED(44)から発生された光を拡散させる拡散板(46)で構成される。
ここで、前記LED(44)のレンズはプラスチック材質で構成されて、透明で拡散処理になっていない状態である。

前記LED(44)は点光源で赤色光、緑色光及び青色光を発生して、PCB(42)は前記LED(44)を制御する回路が構成されている。又PCB(42)はLED(44)を支持することと同時にそれに構成された回路によってLED(44)の発光を制御する。

前記LED(44)のレンズの上側は前記LED(44)で発生する光が周囲にだけ拡散するように反射膜が形成されている。

従って、前記LED(44)から発生される赤色光、緑色光及び青色光は前記下部カバー(60)内側で混合して白色光になった後、前記液晶パネル(50)に光を供給する。

そして、前記拡散板(46)はLED(44)から混合した白色光を均一な分布で拡散させるために前記LED(44)と所定の間隔を置いて配置される。

図3は図2に図示された直下型バックライトデバイスLEDランプのレイアウト(Lay out)を概略的に図示した図面である。
図3を参照すれば、それぞれレッド(R: Red)、グリーン(G: Green)、ブルー(B: Blue)の色を表現するそれぞれの発光ダイオードが順次に配列されている。

前記LED等はフレーム単位で点燈させるとか、全部点燈させる方式で白色光を生成した後、これを前記液晶パネルに供給するようになる。

しかし、前記のように光拡散及び混合のためにレンズ表面に反射膜を形成されたLEDは、レンズ表面で所定の光が透過される。約10％位の光が垂直方向に透過されて混合しない。

このように、LEDレンズ表面で10％光が混合しないで液晶パネル方向に進行する場合には垂直方向で赤色、緑色、青色等の輝点が発生して画質品位を落とす。

同時に、前記の輝点を除去するためにはバックライトデバイスと液晶パネルとの距離を所定距離の間隔に置かなければならないが、こういう場合液晶表示装置の奥行きが大きくなる問題がある。

この本発明はLEDが具備された直下方式のバックライトデバイスにおいて、LEDレンズ自体で光の拡散又は遮断機能を遂行するようにして垂直方向に透過される10％の光を減らす、もしくは遮断されるように前記レンズ表面上に微細パターンが具備されるように構成した。

図4Aは本発明によるLEDバックライトデバイスを図示した図面で、図4Bは本発明によるLEDバックライトデバイスが組立てられた液晶表示装置の断面図である。

図4Aを参照すれば、本発明の液晶表示装置はバックライトデバイスと液晶パネル(59)で構成されている。

前記バックライトデバイスは光を発生する多数のLED(54)と、多数のLED(54)下部に形成された印刷回路基板(Printed Circuit Board ; PCB)(52)が含まれて構成される。

前記LED(54)は点光源で赤色光、緑色光及び青色光を発生して、PCB(52)は前記LED(54)を制御する回路が内蔵されている。又PCB(52)はLED(54)を支持することと同時にそれに構成された回路によってLED(54)の発光を制御する。

図4Bを参照すれば、本発明のバックライトデバイスであるLED(54)とPCB(52)が下部カバー(60)に付着している。そして、前記バックライトデバイス上部には拡散板(63)と液晶パネル(50)が配置されている。

前記LED(54)レンズには光拡散のための微細パターン又は光遮断のための金属膜が形成されていて、垂直方向に進行する光を減らす機能を有する。

図5と図6で詳細に説明するが、微細パターンは（光拡散剤としての）拡散粉塵に顔料と接着剤を混合してLEDレンズ表面にコーティングする方式で形成して、金属膜は垂直方向に透過するLED光を完全に遮断するために金属コーティングで形成される。

ここで、前記LED(54)は図5に図示されたところのようにLEDレンズ自体で光の拡散機能を遂行するように前記レンズ表面(55)に微細パターンが形成されている。

前記レンズ表面(55)に形成される微細パターンは拡散粉塵と顔料及び接着剤を混合して形成して、拡散粉塵の密度によって光拡散率を変化させる。

そのため、前記LED(54)の垂直方向に透過される光量を10％以下に低めて輝点が見えないようにできるため画面品質を向上させることができる。

そしてレンズ表面(55)に形成される微細パターンの密度が高い程バックライトデバイスと液晶パネルとの距離を短くできて、微細パターンの密度が低い程バックライトと液晶パネルの距離を長くできる。

図6は本発明の他の実施例によるLEDレンジの表面を示すものであり、図示されるように、LED(74)のレンズ表面(75)上に金属膜(76)を形成して垂直方向に透過される光を完全に遮断するようになっている。

従って、LED(74)から発生される光は側面方向のみに進行し、接したLED光等と光混合がよくなされるようにして白色光を発生させることができる。
それで白色光発生効率を高めることができる。

同時に、前記レンズ表面(75)の密度が非常に高いので液晶パネルとの距離を近く短くして組立てることができ、液晶表示装置を小型化することが可能となる利点がある。

一方、前記レンズ表面(55)上に直接拡散処理のための微細パターン(56)形成が難しい場合には、前記レンズ形象と等しい拡散シート等の構造物(未図示)を前記レンズに付着させてレンズの拡散機能を遂行することができる。すなわち、透明材質(プラスチック)に微細パターンを形成して形成された拡散シートを前記LEDレンズ上に付着して形成する。

従来の場合、前記LED(44)からの光が均一な分布を持つようにLED(44)と所定間隔を間に置いて拡散板(46)が配置されたが、本発明によるLED(56)レンズが具備される場合には、前記拡散板(46)は除去されることもある。

又、本発明によるバックライトデバイスは先に図3を通じて説明したようなランプのレイアウトを利用して、それによって前記多数のLEDレンズ等はそれぞれレッド(R: Red)、グリーン(G: Green)、ブルー(B: Blue)の色を表現するそれぞれの発光ダイオードが順次に配列される。

そして前記のような配列を持つLED(56)等はカラー映像をディスプレーするために順次ターンオン(turn on)あるいはターンオフ(turn off)することとなる。

以上の説明においては、ＬＥＤユニット用のレンズとしてもっぱら凸レンズが例示されたが、ＬＥＤ用のレンズとしては、凸レンズにのみ限定されない。例えば、図７に示すような形状を有するレンズ８２を使用することもできる。図７において、参照番号８０はＬＥＤ、８２はレンズ、８４はレンズ８２の頂部表面上に形成されるコーティングを、８６は、光の軌路をそれぞれ示している。図７に示される形態からわかるように、ＬＥＤ８０から説明された光はコーティング８４により反射されて横方向に拡散されることとなる。

従来の直下型バックライトの斜視図である。 LEDが具備された直下方式のバックライトデバイスを示す図である。図2に図示された直下型バックライトデバイス用LEDランプのレイアウト(Lay out)を概略的に図示した図である。本発明によるLEDバックライトデバイスを図示した図である。本発明によるLEDバックライトデバイスが組立てられた液晶表示装置の断面図である。図4Aに図示されたLEDレンズの表面を示す図である。本発明の他の実施例によるLEDレンジの表面を示す図である。本発明のさらに他の実施例による、コーティングが設けられたレンズをもつＬＥＤユニットの断面である。

符号の説明

42, 52 : PCB
44, 54 : LED
55 : LEDレンズ表面
56 :微細パターン

Claims

液晶表示装置で用いるバックライトデバイスであって、
印刷回路基板（ＰＣＢ）と、
該ＰＣＢ基板上に形成され、光を放射する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）ユニットと、
該ＬＥＤユニットの各々の上に設けられる光拡散手段であって、各ＬＥＤユニットの頂部表面上に設けられるコーティングから成る光拡散手段と、
を備えることを特徴とするバックライトデバイス。
請求項１に記載のバックライトデバイスにおいて、
該光拡散手段が、放射された光を、該ＰＣＢに対して横方向に反射するものであるバックライトデバイス。
請求項１に記載のバックライトデバイスにおいて、
該光拡散手段が、各ＬＥＤユニット上のレンズの表面を不透明材料で被覆することにより形成されるバックライトデバイス。
請求項３に記載のバックライトデバイスにおいて、
該不透明材料が、金属から成るものであるバックライトデバイス。
請求項３に記載のバックライトデバイスにおいて、
該不透明材料が、光拡散剤と、顔料と、接着剤との混合物から成るものであるバックライトデバイス。
請求項５に記載のバックライトデバイスにおいて、
各ＬＥＤの該レンズの表面の微細パターンが、光拡散剤の密度によって多様な光透過特性を有するバックライトデバイス。
請求項１に記載のバックライトデバイスにおいて、
該ＬＥＤが点光源であり、赤色光、緑色光および青色光のうちのいずれか１つの光を放射するものであるバックライトデバイス。
請求項１に記載のバックライトデバイスにおいて、
該ＰＣＢが、該ＬＥＤユニットを制御する回路を含むバックライトデバイス。
請求項８に記載のバックライトデバイスにおいて、
該ＰＣＭが、該ＬＥＤユニットを支持し、および該ＰＣＢ内に含まれる回路を用いてＬＥＤの光放射を制御するものであるバックライトデバイス。
液晶表示装置であって、
液晶パネルと、
該液晶パネルに光源を提供するための複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）ユニットであって、その各々のユニットがその法線方向に透過する光を低減させるための光拡散手段を有している複数のＬＥＤユニットと、
該複数のＬＥＤユニットの下部に配置される印刷回路基板（ＰＣＢ）と、
を備えることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１０に記載の液晶表示装置において、
該光拡散手段が、該ＬＥＤユニットから放射される光を拡散するものである液晶表示装置。
請求項１０に記載の液晶表示装置において、
該光拡散手段が、該ＬＥＤユニットから法線方向に放射される光をさえぎるものである液晶表示装置。
請求項１０に記載の液晶表示装置において、
該ＬＥＤユニットが、点光源であり、赤色光、緑色光および青色光のうちのいずれか１つの光を放射するものである液晶表示装置。
請求項１０に記載の液晶表示装置において、
該光拡散手段が、該ＬＥＤユニット上のレンズの表面を、金属又は光拡散剤と、顔料と、接着剤との混合物で被覆することにより形成されるものである液晶表示装置。