JP2008010390A - バックライトユニット及びこれを備えた液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ランプと光拡散板を固定するランプガイドを備えることにより、ランプと光拡散板が遊動して発生する不良を防止し得るバックライトユニット及び液晶表示素子を提供する。
【解決手段】本発明によるバックライトユニットは、光を発光する少なくとも１つのランプ１２１と、それぞれのランプ１２１の上部に位置してランプ１２１から発光された光を拡散させる少なくとも１つの光拡散板１４１とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示素子に関し、特に、液晶パネルのバックライトユニットのランプと光学部材との間に光拡散板を設置してバックライトユニットの厚さを低減し得る液晶表示素子に関する。

最近、情報通信分野の急速な発展により、各種の情報を表示するディスプレイ装置の重要性が次第に高まってきている。従来の表示装置の１つである陰極線管には一定の限界があり、最新のディスプレイ装置の傾向である軽量化、薄型化に対応できなかった。従って、フラットパネルディスプレイとして液晶表示素子（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、ＥＬＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）などが開発されて期待に応えており、これらに対する研究と開発が活発に行われている。

このような表示装置のうち、液晶表示素子は、軽量、薄型、低電力などの利点を有する表示装置である。このような利点により、液晶表示素子は、ノートブックコンピュータなどのディスプレイ装置だけではなく、デスクトップコンピュータ及び大型テレビなどに適用されて広範囲に使用されており、その需要は、増加し続けている。

一般に、液晶表示素子は、液晶パネルと、液晶パネルを駆動させる駆動部と、液晶パネルに光を供給するバックライトユニットとから構成される。液晶表示素子は、自発光できないため、液晶パネルに光を照射するための別途の装置として、バックライトユニットが必要となる。

図６は、従来の液晶表示装置を示す斜視図である。図６に示すように、液晶表示装置は、液晶パネル１０とバックライトユニット２０とから構成される。液晶パネル１０は、対向する２つの基板１０ａ、１０ｂと、２つの基板間に形成された液晶層（図示せず）とから構成される。

２つの基板１０ａ、１０ｂのうち下部基板１０ｂには、スイッチング素子である薄膜トランジスタが位置し、薄膜トランジスタのオン／オフ駆動によって信号が印加されて画像を表示する。一方、液晶パネル１０は、画像信号と走査信号を液晶パネルに出力するゲート及びソースプリント基板１５ａ、１５ｂと接続される。

このような液晶表示素子の光源として使用されるバックライトユニットは、発光ランプを配置する方式によって、エッジ型と直下型とに区分される。エッジ型は、バックライトユニットの一側又は両側にランプを配置した後、導光板によりランプから発光された光を液晶パネル１０に供給する。一方、直下型は、液晶パネル１０にランプを配置して、ランプから発光された光を直接供給する。通常、エッジ型は、小型の液晶表示素子に適用され、直下型は、大型の液晶表示素子に適用される。

図６に示すバックライトユニット２０は、直下型バックライトユニットである。図６に示すように、液晶パネル１０の下部には複数のランプ２１が配置されており、これらランプ２１の下部には反射シート２２及び下部ケース（図示せず）が配置され、光学シート２３を介して液晶パネル１０に光を供給する。また、ランプ２１と液晶パネル１０との間には光学シート２３が配置され、ランプ２１から液晶パネル１０に供給される光の効率を向上させる。

図７は、直下型バックライトユニットの断面図である。図７に示すように、光源として複数のランプ２１が並列に配置され、複数のランプ２１の下部には反射シート２２が位置する。複数のランプ２１の上部には、複数の光学シート２３が配置されている。ランプの上部の光学シート２３は、ランプ２１から出た光の拡散のために拡散シート、プリズムシート、及び保護シートなどから構成される。

しかし、このような直下型バックライトユニットにおいては、次のような問題点が発生する。図８に示すように、ランプ２１から発光された光が光学シート２３を経て液晶パネル１０に均一に供給されるためには、ランプ２１と液晶パネル１０との間の間隔を調節しなければならない。すなわち、ランプ２１と液晶パネル１０との間の間隔が狭すぎる場合には、液晶パネル１０に供給される光が入射しない領域が発生するために、液晶パネル１０に光が均一に供給されなくなって不良が発生するという問題点があった。

このように、従来の直下型バックライトユニットにおいては、ランプ２１と液晶パネル１０との間の間隔を設定距離以上にしなければならないために、液晶表示素子を製作した時に液晶表示素子の厚さが増加する大きな原因となる。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、光を発光するランプの上部に光を拡散させる光拡散板を設置し、ランプと光学シートとの間の間隔を減少させることによって厚さを低減し得るバックライトユニット及び液晶表示素子を提供することを目的とする。

また、本発明は、ランプと光拡散板を固定するランプガイドを備えることにより、ランプと光拡散板が遊動して発生する不良を防止し得るバックライトユニット及び液晶表示素子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、本発明によるバックライトユニットは、光を発光する少なくとも１つのランプと、それぞれのランプの上部に位置してランプから発光された光を拡散させる少なくとも１つの光拡散板とを備えることを特徴とする。

ランプ及び光拡散板は、ランプガイドにより固定されるが、ランプガイドは、ベースと、ベースに設置されてランプを固定する少なくとも１つのランプホルダーと、ベースに設置されて光拡散板を固定する少なくとも１つの光拡散板ホルダーとを含むことを特徴とする。ここで、ランプガイドは、ランプの延長方向に沿って複数設置され、光拡散板ホルダーは、ランプホルダーの上部に形成されることを特徴とする。

液晶表示素子の光源として使用されるランプとしては、主にＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｌａｍｐ）、ＥＥＦＬ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、ＨＣＦＬ（Ｈｏｔ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）などが使用されてきた。

このうち、ＣＣＦＬは、液晶表示素子の代表的な光源であり、自然光に近い白色光を発生し、発熱量が少なく、直径の小さい円柱状に製作が可能であるという利点があるので、直下型方式のバックライト製作に広く使用されてきた。また、ＥＥＦＬは、寿命が長く、電力損失が少ない上に、熱発生がほとんどないという利点があるので、直下型方式のバックライトの製作に使用されている。

本発明は、ＣＣＦＬやＥＥＦＬに適用し得るが、これに限定されるものではない。直下型バックライトの光源として使用され得るものとしてランプガイドが必要な他の光源があるなら、その場合にも本発明を適用し得る。

本発明においては、ランプと光学部材との間に光拡散板が配置される。光拡散板は、ランプから発光された光を拡散させる。このような光拡散板は、光拡散特性のある光学媒質からなり、入射した光を拡散させる。光拡散板により拡散された光は、再び光学シートにより拡散されて液晶パネルに供給されるため、ランプから発光された光の拡散特性が向上し、その結果、ランプと液晶パネルとの間の間隔が減少しても液晶パネルに均一な光を供給し得て液晶表示素子の厚さを低減し得る。

本発明による液晶表示素子は、ランプと光学部材とを同時に固定して支持するホルダーを有するランプガイドを含み、均一な光拡散効果を得ることができ、組立工程が簡単になり、ランプと光学部材の相対位置が一定なので一定の表示品質を得るという効果がある。また、外力及び熱などによる変形を防止することができるので、信頼性のある液晶表示素子を提供し得るという効果がある。

図１に本発明によるバックライトユニットの基本概念を示す。図１に示すように、本発明においては、ランプ１２１と光学シート１２３との間に光拡散板１４１が備えられており、ランプから発光された光を広い角度で拡散させる。光拡散板１４１は、光拡散物質からなり、ランプ１２１から発光された光が光拡散媒質を通過すると屈折されて拡散される効果を得ることができる。このように、光拡散板１４１が備えられることにより、ランプ１２１から発光された光が直進して光学シートに入射していた従来のものより広い領域に広がって入射する。

従って、光拡散板１４１により、広い領域の光入射が可能であるため、ランプ１２１と光学シート１２３との間の間隔をより狭く形成することができる。また、広い領域に光が拡散されるため、光の均一性が向上するという効果がある。従って、結果的に、バックライトユニットの厚さを低減することができ、液晶表示素子の厚さを低減することができる。

また、光拡散板１４１が備えられる場合、光学シート１２３に入射する光の入射角が大きいため、より少ない数のランプを使用することも可能になるので、製造コストを節減し得るだけではなく、液晶表示素子の電力消費を節減することもできる。

一方、本発明においては、光拡散板１４１が液晶パネル全体、すなわちバックライトユニット全体にわたって形成されるのでなく、ランプ１２１の上部に設置される。すなわち、ランプ１２１のそれぞれに該当する光拡散板１４１が配置される。従って、本発明においては、複数の光拡散板１４１が形成され、対応するランプ１２１から発光された光を拡散させる。

図２は、図１に示す構造のバックライトユニットにおいて、ランプ１２１と光拡散板１４１を固定するランプガイド１３０を示す図である。

図２に示すように、ランプガイド１３０は、ベース１３３と、ベース１３３に形成されてランプ１２１を固定して支持するランプホルダー１３１と、ベース１３３に形成されて光拡散板１４１を装着する光拡散板ホルダー１３２とを含む。ランプホルダー１３１は、上部を向いた開口部を備えて弾性を有する物質からなり、ランプ１２１を上部から開口部に向かって挿入すると、弾性によりランプ１２１を固定する。

ここで、図面においては、ランプホルダー１３１の形状が円形であるが、実質的にランプホルダー１３１の形状は、挿入されて固定されるランプ１２１の形状によって多様な形態が可能で、直径は、ランプの大きさによって変わる。また、図面においては、開口部が上部を向いた場合のみを示したが、開口部を側面やその他の方向に形成することもできる。

光拡散板ホルダー１３２及びランプホルダー１３１は、全てベース１３３と一体に形成されるか、又はベースに固定され、光拡散板ホルダー１３２は、ランプホルダー１３１に固定されるランプ１２１の長手方向に沿って形成される。このように、光拡散板ホルダー１３２がランプ１２１の長手方向に沿って形成されることによって、光拡散板ホルダー１３２に固定される光拡散板１４１が常にランプ１２１の上に位置するので、ランプ１２１と光拡散板１４１との誤整列を防止することができる。

光拡散板ホルダー１３２は、対向する２つの柱１３６からなり、これら２つの柱１３６には、光拡散板１４１が挿入されて固定される２つのガイド溝１３６ａが形成される。光拡散板１４１は、その両側面が２つのガイド溝１３６ａにそれぞれ挿入されて固定される。

ここで、ガイド溝１３６ａは、ランプホルダー１３１に固定されるランプ１２１の延長方向と同一方向に形成され、光拡散板ホルダー１３２に固定される光拡散板１４１がランプ１２１の直上に位置する。図面においては、光拡散板１４１が所定の厚さを有する板状である場合の光拡散板ホルダー１３２を備えたものを示している。

従って、ガイド溝１３６ａは、板状の光拡散板１４１が挿入されるように所定の厚さに形成される。しかし、本発明の光拡散板１４１は、板状に限定されるものでなく、断面を楕円状や三角形状に形成することもでき、三角形状や台形などの多角形状に形成することもできる。この場合、光拡散板ホルダー１３２のガイド溝１３６ａも、光拡散板１４１の断面、特に、両側面の断面と同一の形状に形成される。

上述のように、本発明においては、ランプホルダー１３１と光拡散板ホルダー１３２がベース１３３に形成され、ランプ１２１と光拡散板１４１とを同時に固定して支持し得るため、ランプ１２１と光拡散板１４１との間隔や位置が常に最初に設定した状態に維持され、ランプと光学部材の位置離脱を防止する。

また、光拡散板１４１に外力や熱などが加えられた場合にも、光拡散板１４１が光拡散板ホルダー１３２により固定されるため、外力や熱による変形を防止することができる。

図示していないが、ランプガイド１３０は、バックライトの下部ケースと結合される。ランプガイド１３０の下部には、固定用突起１３４が形成され、ランプガイド１３０を下部ケースと結合させる。ここで、ランプの下部には、ランプ１２１から発光された光を反射させる反射板（図示せず）が配置されるが、固定用突起１３４は、ランプガイド１３０を反射板と下部ケースに同時に固定する。

図３Ａは、ランプガイド１３０にランプ１２１が固定された状態を示す図であり、図３Ｂは、ランプガイド１３０に光拡散板１４１が固定された状態を示す図であり、図３Ｃは、ランプガイド１３０にランプ１２１及び光拡散板１４１が固定された状態を示す図である。

図３Ａに示すように、ランプ１２１は、上部からランプホルダー１３１の開口部に挿入され、ここで、ランプ１２１は、ランプホルダー１３１の弾性により固定される。図３Ｂに示すように、光拡散板１４１は、ランプガイド１３０に形成された光拡散板ホルダー１３２のガイド溝１３６ａに挿入されて固定される。

図３Ｃに示すように、ランプガイド１３０のランプホルダー１３１に結合、固定されたランプ１２１の上部には、光拡散板ホルダー１３２に固定された光拡散板１４１が位置し、この固定された位置は、外部の外力などによっては動かないので、ランプ１２１と光拡散板１４１が常に対応する位置に配置され、ランプ１２１から発光された光が光拡散板１４１により完全に拡散される。

一方、ベース１３３は、ランプ１２１の延長方向に沿って複数形成される。実質的に、１つのランプ１２１と光拡散板１４１を固定、維持するためには、少なくとも２箇所以上でランプ１２１と光拡散板１４１を固定しなければならないため、結果的に１つのランプ１２１と光拡散板１４１を固定、維持するベース１３３は、ランプ１２１及び光拡散板１４１の長手方向に沿って、少なくとも２つ形成されなければならない。

このようなランプホルダー１３１及び光拡散板ホルダー１３２は、特定数に限定されるものでなく、液晶表示素子の大きさ、すなわち、ランプ１２１の長さ及び光拡散板ホルダー１３２の長さによって変わる。

また、ベース１３３は、バックライトの一側面から他側面に延びる。すなわち、ベース１３３がランプ１２１と光拡散板１４１の配置方向と垂直に延びて１つのベース１３３に複数のランプホルダー１３１と光拡散板ホルダー１３２を形成することによって、隣接する複数のランプ１２１と光拡散板１４１を固定することができる。また、もちろん、ベース１３３は、ランプ１２１と光拡散板１４１の長手方向に沿って複数形成される。

図４にランプガイド１３０のベース１３３に２つのランプホルダー１３１及び光拡散板１４１が備えられたバックライトユニットを示す。図４に示すように、ベース１３３は、ランプ１２１及び光拡散板１４１の配置方向と垂直に延び、それぞれのランプホルダー１３１及び光拡散板１４１により２つのランプ１２１及び光拡散板１４１がそれぞれ固定される。このように、ベース１３３に複数のランプホルダー１３１及び光拡散板１４１を形成することによって、隣接するランプ１２１間の間隔を常に一定に維持することができる。

一方、図中符号１３５は、光学シート１２３を固定する支持台である。ランプ１２１と光拡散板１４１の上部には、光学シート１２３が配置され、ランプ１２１から発光されて光拡散板１４１により拡散された光の効率を向上させて、液晶パネルに供給する。従って、光学シート１２３は、ランプ１２１及び光拡散板１４１と設定距離離隔して配置しなければならない。

しかし、液晶パネルの大きさが増加することによって、光学シート１２３の大きさも増加し、重力により光学シート１２３が撓む。もちろん、光学シート１２３は、バックライトユニットに固定されているが、前述したように大きさが増加することによって一部が撓むが、この場合、光学シート１２３とランプ１２１及び光拡散板１４１との間の間隔が全体的に一定ではなくなり、光学特性が低下する。

本発明においては、光学シート支持台１３５を備えることによって、光学シート１２３が重力により撓むことを防止する。図４に示すように、光学シート支持台１３５は、光拡散板ホルダー１３２間のベース１３３に形成され、その端部が光学シート１２３に当接して光学シート１２３を支持する。光学シート支持台１３５の個数は、光学シート１２３の大きさによって変わり、また、ベース１３３の大きさによって変わる。

図５Ａと図５Ｂは、ランプホルダー１３１、光拡散板ホルダー１３２、及び光学シート支持台１３５が形成されたランプガイド１３０を示す図である。図５Ａに示すように、ランプガイド１３０のベース１３３には、２つのランプホルダー１３１及び光拡散板ホルダー１３２が形成されており、ランプホルダー１３１間（光拡散板ホルダー１３２間）に光学シート支持台１３５を設置することができる。

また、図５Ｂに示すように、ベース１３３に２つの光学シート支持台１３５が設置され、その間にランプホルダー１３１及び光拡散板ホルダー１３２を形成することもできる。実質的に、ランプホルダー１３１、光拡散板ホルダー１３２、及び光学シート支持台１３５は、液晶パネルの大きさ及び設置されるランプの個数などの変数によって配置位置が変わるであろう。

本発明によるバックライトユニットの基本的な概念を示す概念図である。 本発明によるバックライトユニットのランプガイドの斜視図である。 本発明によるバックライトユニットのランプガイドにランプを装着した状態を示す斜視図である。 本発明によるバックライトユニットのランプガイドに光学部材を装着した状態を示す斜視図である。 本発明によるバックライトユニットのランプガイドにランプと光学部材を装着した状態を示す斜視図である。 ランプガイドを備えた本発明の直下型バックライトユニットを示す断面図である。 ランプガイドを備えた本発明の直下型バックライトユニットを示す斜視図である。 ランプガイドを備えた本発明の直下型バックライトユニットを示す斜視図である。 従来の液晶表示装置を示す斜視図である。 従来の直下型バックライトユニットを示す断面図である。 従来のランプと光学シートとの間の光の進行を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１２１ ランプ、１２３ 光学シート、１３０ ランプガイド、１３１ ランプホルダー、１３２ 光拡散板ホルダー、１３３ ベース、１４１ 光拡散板。

Claims (14)

1. 光を発光する少なくとも１つのランプと、
   それぞれのランプの上部に位置してランプから発光された光を拡散させる少なくとも１つの光拡散板と
   を備えるバックライトユニット。
2. 前記ランプは、ＣＣＦＬ又はＥＥＦＬのいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 前記ランプ及び前記光拡散板を固定するランプガイドをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
4. 前記ランプガイドは、
   ベースと、
   前記ベースに設置されてランプを固定する少なくとも１つのランプホルダーと、
   前記ベースに設置されて光拡散板を固定する少なくとも１つの光拡散板ホルダーと
   を含むことを特徴とする請求項３に記載のバックライトユニット。
5. 前記ランプガイドは、ランプの延長方向に沿って複数設置されることを特徴とする請求項４に記載のバックライトユニット。
6. 前記光拡散板ホルダーは、ランプホルダーの上部に形成されることを特徴とする請求項４に記載のバックライトユニット。
7. 前記ベースには、複数のランプホルダー及び光拡散板ホルダーが形成され、隣接する複数のランプと光拡散板を固定することを特徴とする請求項４に記載のバックライトユニット。
8. 前記光拡散板の上部に配置された光学シートをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
9. 前記ランプガイドは、前記光学シートを支持する少なくとも１つの固定支持台をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のバックライトユニット。
10. 液晶パネルと、
    該液晶パネルに光を供給する少なくとも１つのランプと、
    該ランプの上部に位置してランプから発光する光を拡散させる少なくとも１つの光拡散板と、
    該光拡散板の上部に配置された光学シートと
    を備えることを特徴とする液晶表示素子。
11. 前記ランプ及び前記光拡散板を固定するランプガイドをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示素子。
12. 前記ランプガイドは、
    ベースと、
    前記ベースに設置されてランプを固定する少なくとも１つのランプホルダーと、
    前記ベースに設置されて前記光拡散板を固定する少なくとも１つの光拡散板ホルダーと
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示素子。
13. 前記光拡散板ホルダーは、ランプホルダーの上部に形成されることを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示素子。
14. 前記ランプガイドは、前記光学シートを支持する少なくとも１つの固定支持台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。

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