JP2006091841A - 高輝度液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＦＴアレイ基板の背面に反射層をさらに形成することにより、光が液晶パネルを通過する過程で発生する損失を最小化する高輝度液晶表示装置を提供する。
【解決手段】高輝度液晶表示装置は、液晶パネル１０１と、液晶パネル１０１の下部に配置され、液晶パネル１０１に光を照射するバックライトアセンブリ１０２と、液晶パネル１０１とバックライトアセンブリ１０２との間に配置され、液晶パネル１０１に入射される光の量を増加させる反射層１４０とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、光効率の高い高輝度液晶表示装置に関する。

近来、携帯電話、ＰＤＡ、ノートブックコンピュータのような各種の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型の平板表示装置(Flat Panel Display Device)に対する要求が次第に増大している。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、高画質の実現という理由により、現在は液晶表示装置(ＬＣＤ)が脚光を浴びている。

一般に、液晶表示装置は、マトリックス状に配列された各画素に画像情報によるデータ信号を個別的に供給して、これらの画素の光透過率を調節することにより、所望の画像を表示できるように設計した表示装置である。

図３は、従来の液晶表示装置を示す断面図で、図３に示すように、液晶表示装置は、大きく複数の画素がマトリックス状に配列される液晶パネル１と、液晶パネル１に光を照射するバックライトアセンブリ２とから構成される。

液晶パネル１は、所定のセルギャップが維持されるように互いに対向して合着されたＴＦＴ(Thin Film Transistor)アレイ基板３及びカラーフィルタ基板５と、これらのＴＦＴアレイ基板３とカラーフィルタ基板５との離隔空間内に充填される液晶層７とから構成される。

図には示していないが、ＴＦＴアレイ基板３には、ゲートライン及びデータラインにより定義される複数の画素が形成され、これらの各画素には、薄膜トランジスタ９のような駆動素子が形成される。また、カラーフィルタ基板５には、ＴＦＴアレイ基板３に形成されるゲートライン、データライン及び薄膜トランジスタ９の上部領域から光漏れが生じることを防止するためのブラックマトリックス１１と、実際にカラーを実現するためのＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層１３とが形成される。且つ、ＴＦＴアレイ基板３及びカラーフィルタ基板５には、それぞれ画素電極(図示せず)及び共通電極１５が形成され、液晶層７の液晶分子を配向するための配向膜１９ａ、１９ｂが塗布される。
ＴＦＴアレイ基板３とカラーフィルタ基板５とは、シール材２１により合着されており、液晶パネル１の上部及び下部には、それぞれバックライトアセンブリ２から入射する光を偏光させる上部偏光板２３ｂ及び下部偏光板２３ａが形成される。

液晶パネル１は、自体的に発光することなく、光の透過率を調節して画像を表示する特性を有する代表的な受光型表示装置であるので、液晶パネル１の背面には、該液晶パネル１に光を照射するための別途の手段、即ち、バックライトアセンブリ２が備えられる。

バックライトアセンブリ２の照明光源２５は、導光板２７の一側に設置され、導光板２７の背面には反射シート２９が、上面には光学シート３１がそれぞれ積層されている。

従って、照明光源２５から照射される光は、導光板２７により集光されて、拡散シート及びプリズムシートの光学シート３１を通過した後、図３の矢印ｉで示すように、液晶表示装置の液晶パネル１に入射し、液晶パネル１を経て画面上に文字や映像を表示させることになる。

しかしながら、従来の液晶表示装置においては、照明光源であるバックライトアセンブリから照射される光ｉが、下部のＴＦＴアレイ基板、液晶層及び上部のカラーフィルタ基板を通過する過程で大部分吸収または遮断されるので、最終的にディスプレイされる光iiiの量は、最初に入射される光量の３％〜５％に過ぎず、光効率が悪いという欠点があった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、ＴＦＴアレイ基板の背面に反射層をさらに形成することにより、光が液晶パネルを通過する過程で発生する損失を最小化する高輝度液晶表示装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明による液晶表示装置は、複数の画素がマトリックス状に配列される液晶パネルと、液晶パネルに光を照射するためのバックライトアセンブリとを含む。

液晶パネルは、ＴＦＴアレイ基板である第１基板と、カラーフィルタ基板である第２基板と、第１基板上に縦横に配列されて画素を定義するゲートライン及びデータラインと、ゲートラインとデータラインとの交差領域に形成されるＴＦＴと、ゲートライン、データライン及びＴＦＴに対応する第２基板上の領域に形成されるブラックマトリックスと、ブラックマトリックスと同じ形状のパターンを有するように、第１基板の背面に形成される反射層とを含む。

反射層は、光の反射率を極大化できる金属物質を基本として構成され、バックライトアセンブリから出射された光を、第１基板背面上の反射層が形成されていない領域に集光させる。

そして、本発明による液晶表示装置は、第１基板上にスイッチング素子と電気的に連結される画素電極をさらに含み、第２基板上に共通電極及びカラーフィルタをさらに含む、ＴＮ(Twisted Nematic)モードの液晶表示装置であり得る。

且つ、本発明による液晶表示装置は、第１基板上に横電界を発生する画素電極及び共通電極をさらに含み、第２基板上にカラーフィルタをさらに含む、ＩＰＳ(In-Plain Switching)モードの液晶表示装置であり得る。

バックライトアセンブリは、第１基板の背面に配置された導光板と、導光板の側面に配置された照明光源と、導光板の背面に配置された反射シートと、導光板の上面に配置された拡散シート及びプリズムシートとを含む。

本発明による高輝度液晶表示装置においては、液晶パネルを構成するＴＦＴアレイ基板の背面に反射層をさらに形成することにより、ブラックマトリックスに向かう光を導光板内に帰還させ、帰還された光を液晶パネルの光透過領域に集光させて、液晶表示装置の輝度を向上させるという効果がある。

以下、添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
一般に、図３に示すような従来の液晶表示装置における光効率は、実質的に約５％未満の低い数値を示す。このように、液晶表示装置内で光効率が悪くなる主な原因の１つが、カラーフィルタ基板５上に形成されるブラックマトリックス１１の遮光作用である。

ブラックマトリックス１１は、ＴＦＴアレイ基板３上に形成されるゲートライン、データライン及び薄膜トランジスタ９の上部領域から光漏れが生じることを防止するために、これらの領域に照射される光を根本的に遮断して光遮断領域ｂｍを形成するもので、図３に示すように、液晶パネル１内で光の投射面積を制限して、液晶表示装置の輝度を低下させることになる。

即ち、液晶パネル１内の所定領域で光が根本的に通過できないように光遮断領域ｂｍを形成して、図３の矢印ii、iiiで示すように、液晶層７を通過して進行する光iiの一部を遮断することにより、結果的に、カラーフィルタ基板５を透過してディスプレイされる光iiiの量を減少させ、液晶表示装置の輝度を減少させることになる。

しかしながら、ブラックマトリックス１１により形成される光遮断領域ｂｍは、前述したように、ＴＦＴアレイ基板３上に形成されるゲートライン、データライン及び薄膜トランジスタ９の上部領域から光漏れが生じることを防止するための必須要素として、液晶表示装置内で排除できない部分でもある。

従って、本発明においては、バックライトアセンブリから照射されて液晶パネルに入射される光の量を増加させることにより、液晶表示装置の輝度を増加させる。特に、本発明は、バックライトアセンブリを構成するランプの容量を増加させることなく、液晶パネルに供給される光の量を増加させることにより、液晶表示装置の輝度を高めるものである。

このために、本発明は、従来の液晶表示装置のブラックマトリックスのパターンと同じ形状のパターンを有する反射層をＴＦＴアレイ基板の背面上に形成して、反射層により、光遮断領域上に照射される光を再び光透過領域に反射させて供給する。

これは結局、バックライトアセンブリから出射される光のうち、ブラックマトリックスに向かって進行する成分が、ブラックマトリックスに到達する前に予め反射層で反射されるように誘導して、光の進行経路を変更させることにより、液晶パネルの光透過領域に入射される光の集光率、即ち、光の強さを高め、結果的に、ブラックマトリックスの遮光作用による光の損失を最小化する。言い換えれば、本発明においては、カラーフィルタ基板のブラックマトリックスに向かって進行する光を反射層で反射させて、再び導光板内に光を帰還させ、導光板内に帰還された光を該導光板下部の反射板で再反射させて、液晶パネルの光透過領域に集光させることにより、光効率を向上させ、高輝度液晶表示装置の製造を実現可能にする。

以下、本発明の一実施形態による液晶表示装置の構成を図１を参照して説明する。
図１に示すように、本発明による液晶表示装置は、複数の画素がマトリックス状に配列される液晶パネル１０１と、液晶パネル１０１の側面にそれぞれ接続されるゲート駆動部１５０及びデータ駆動部１５２と、液晶パネル１０１の背面に配置されるバックライトアセンブリ１０２とから構成される。

液晶パネル１０１は、均一なセルギャップが維持されるように互いに対向して合着されたＴＦＴアレイ基板及びカラーフィルタ基板と、これらのＴＦＴアレイ基板とカラーフィルタ基板との離隔間隔に形成される液晶層とから構成される。

図には示していないが、ＴＦＴアレイ基板とカラーフィルタ基板とが合着された液晶パネル１０１には、共通電極及び画素電極が形成されて液晶層に電界を印加する。共通電極に電圧が印加された状態で、画素電極に印加されるデータ信号の電圧を制御すると、液晶層の液晶は、共通電極と画素電極間の電界によって配向されることにより、画素別に光の透過量を調節して文字や画像を表示することになる。また、ＴＦＴアレイ基板上には、画素電極に印加されるデータ信号の電圧を画素別に制御するために、薄膜トランジスタのようなスイッチング素子が各画素に個別的に備えられる。

ゲート駆動部１５０及びデータ駆動部１５２は、液晶パネル１０１と多様な形態で結合され、液晶パネル１０１に形成された各ゲートライン及び各データラインに走査信号及び画像情報を供給することにより、液晶パネル１０１の画素を駆動させる。
バックライトアセンブリ１０２は、液晶パネル１０１の背面に配置された導光板１２７と、導光板１２７の側面に配置された照明光源１２５と、導光板１２７の背面に配置された反射板１２９とから構成され、液晶パネル１０１と導光板１２７との間に光学シート１３１が配置される。

バックライトアセンブリ１０２から発生する光は、透明な材質を有する導光板１２７の側面に入射した後、所定角度傾斜して形成されたくさび型の導光板１２７により導かれ、導光板１２７の背面に配置された反射板１２９により反射され、再び導光板１２７により上面に導かれて、液晶パネル１０１に入射される。

液晶パネル１０１と導光板１２７との間に配置された光学シート１３１としては、拡散シート及びプリズムシートを適用することができ、保護シートを追加することもできる。

実質的に、本発明のバックライトアセンブリとしては、図に示すようなウエッジ型バックライトアセンブリのみに限定して適用されるものではない。本発明のバックライトアセンブリは、複数の光源が液晶パネルの背面に配置されて、光が液晶パネルの全面に直接投射されるようにする直下型バックライトアセンブリも有用に適用することができる。

一方、液晶パネル１０１及びバックライトアセンブリ１０２は、ガイドパネル１５５により取り囲まれ、これらの取り囲まれた液晶パネル１０１及びバックライトアセンブリ１０２の側面は、下部カバー１５７により支持される。

また、液晶パネル１０１上面の縁部には、トップケース１５９が圧着され、トップケース１５９は、ガイドパネル１５５と結合される。且つ、ガイドパネル１５５は、下部カバー１５７と結合され、下部カバー１５７は、カバーシールド１６１により覆われる。

図２は、図１の液晶パネル１０１及びバックライトアセンブリ１０２を示す断面図である。図２に示すように、液晶パネル１０１は、所定のセルギャップが維持されるように互いに対向して合着されたＴＦＴアレイ基板１０３及びカラーフィルタ基板１０５と、これらのＴＦＴアレイ基板１０３とカラーフィルタ基板１０５との離隔空間内に充填される液晶層１０７とから構成される。

また、ＴＦＴアレイ基板１０３には、ゲートライン及びデータラインにより定義される複数の画素が形成され、これらの各画素には、薄膜トランジスタ１０９のような駆動素子が形成される。カラーフィルタ基板１０５には、ＴＦＴアレイ基板１０３に形成されるゲートライン、データライン及び薄膜トランジスタ１０９の上部領域から光漏れが生じることを防止するための光遮断領域ｂｍ'を形成するブラックマトリックス１１１と、実際にカラーを実現するためのカラーフィルタ層１１３とが形成される。且つ、ＴＦＴアレイ基板１０３及びカラーフィルタ基板１０５には、それぞれ画素電極(図示せず)及び共通電極１１５が形成され、液晶層１０７の液晶分子を配向するための配向膜１１９ａ、１１９ｂが塗布される。

ここで、液晶パネル１０１は、共通電極１１５と画素電極の両方ともＴＦＴアレイ基板１０３に形成されるＩＰＳモードの液晶表示装置として構成することもできる。
ブラックマトリックス１１１は、ゲートライン、データライン及び薄膜トランジスタ１０９に対応するカラーフィルタ基板１０５上の領域に形成され、液晶パネル１０１内で光遮断領域ｂｍ'を定義する。

ここで、ブラックマトリックス１１１は、クロム(Ｃｒ)やクロムオキサイド(ＣｒＯｘ)のような金属物質により形成することができるが、共通電極１１５と画素電極の両方ともＴＦＴアレイ基板１０３に形成されるＩＰＳモードの液晶表示装置に適用される場合は、ブラックマトリックス１１の金属成分が２つの電極(共通電極１１５、画素電極)間の横電界に影響を与えることができるため、金属成分の代わりにブラック樹脂からなる樹脂膜を使用することもできる。

ＴＦＴアレイ基板１０３とカラーフィルタ基板１０５とは、シール材１２１により合着されており、液晶パネル１０１の上部及び下部には、それぞれバックライトアセンブリ１０２から入射する光を偏光させる上部偏光板１２３ｂ及び下部偏光板１２３ａが形成される。

また、下部偏光板１２３ａの下部には、液晶パネル１０１に光ｉ'を照射するバックライトアセンブリ１０２が備えられ、バックライトアセンブリ１０２の照明光源１２５から照射される光は、導光板１２７により集光され、拡散シート及びプリズムシートの光学シート１３１を通過した後、図２の矢印ｉ'で示すように、液晶表示装置の液晶パネル１０１に入射することになる。

一方、液晶パネル１０１と下部偏光板１２３ａとの間には、カラーフィルタ基板１０３上に形成されるブラックマトリックス１１１と同じ形状のパターンを有する反射層１４０が形成されて、バックライトアセンブリ１０２から出射される光ｉ'を液晶パネル１０１の光透過領域ｏ'に集光させる。

ここで、反射層１４０は、モリブデン(Ｍｏ)、アルミニウム(Ａｌ)、アルミニウム−ネオジム(Ａｌ−Ｎｄ)、銅(Ｃｕ)、クロム(Ｃｒ)、チタニウム(Ｔｉ)、またはこれらの合金などにより構成された不透明金属層であり、光の反射率を極大化できる金属物質を基本とし、その他に反射率を最大化できる全ての物質により形成することができる。

反射層１４０は、ブラックマトリックス１１１が形成する光遮断領域ｂｍ'と同じ形状にパターニングされ、バックライトアセンブリ１０２から出射される光のうち、ブラックマトリックス１１１に向かって照射される成分を、バックライトアセンブリ１０２の内部に反射させて、進行経路を変更させることにより、光透過領域ｏ'に向かって照射される光の量を増加させる。

一方、反射層１４０は、液晶パネル１０１のＴＦＴアレイ基板１０３の下部にフォトリソグラフィ工程により形成することもでき、液晶パネル１０１と別に形成して(この場合、反射層１４０も別の基板に形成することができる。)、液晶パネル１０１とバックライトアセンブリ１０２との間に設置することもできる。反射層１４０の表面は滑らかなものであってもよいし粗いものであってもよい。表面が粗い場合は、それによる反射光は散乱される。

言い換えれば、カラーフィルタ基板１０５のブラックマトリックス１１１に向かって進行する光が、ＴＦＴアレイ基板１０３の背面に形成された反射層１４０により反射されて、再びバックライトアセンブリ１０２の導光板１２７内に帰還され、導光板１２７内に帰還された光が、該導光板１２７下部の反射板１２９により再反射されて、液晶パネルの光透過領域ｏ'に供給される。

結局、図２に示すように、バックライトアセンブリ１０２から出射される光ｉ'のうち、反射層１４０に向かって進行する成分が、反射層１４０により遮断され、バックライトアセンブリ１０２に帰還されて、光透過領域ｏ'に進行する光ii'の量を増加させることにより、液晶表示装置の光効率を向上させ、結果的に、高輝度を実現可能になる。

前述したように、本発明の要旨は、液晶パネルを構成するＴＦＴアレイ基板の背面に反射層をさらに形成することにより、ブラックマトリックスに向かう光を導光板内に帰還させ、帰還された光を液晶パネルの光透過領域に集光させて輝度を向上させる液晶表示装置を提供するもので、本発明の権利範囲は前述の実施形態に限定されることはない。

言い換えれば、本発明は、本発明の思想内で、多様な形態の液晶表示装置に全て適用することができる。例えば、本発明による液晶表示装置においては、バックライトアセンブリとして、エッジ型バックライトアセンブリだけでなく、直下型バックライトアセンブリを適用することができ、液晶パネルとしても、ＴＮモード液晶パネル、ＩＰＳモード液晶パネル、またはＶＡ(Vertical Alignment)モード液晶パネルを適用することができる。また、液晶表示装置の遮光用ブラックマトリックスは、カラーフィルタ基板ではないＴＦＴアレイ基板上に形成することもできるが、この場合、カラーフィルタ基板とＴＦＴアレイ基板との合着時に発生し得る両基板間の誤整列に対応するための余裕分を加えなくても良いので、ブラックマトリックスの幅を減らすことができ、液晶パネルの光遮断領域の面積を減少させることができるという利点がある。

本発明による液晶表示装置を示す構成図である。 本発明による液晶表示装置を示す断面図である。 従来の液晶表示装置を示す断面図である。

符号の説明

１０１．液晶パネル
１０２．バックライトアセンブリ
１０３．ＴＦＴアレイ基板
１０５．カラーフィルタ基板
１０７．液晶層
１０９．薄膜トランジスタ
１１１．ブラックマトリックス
１１３．カラーフィルタ層
１１５．共通電極
１１９ａ、ｂ．配向膜
１２３ａ．下部偏光板
１２３ｂ．上部偏光板
１２５．照明光源
１２７．導光板
１２９．反射板
１３１．光学シート
１４０．反射層
１５０．ゲート駆動部
１５２．データ駆動部
１５５．ガイドパネル
１５７．下部カバー
１５９．トップケース
１６１．カバーシールド

Claims (13)

1. 液晶表示装置であって、
   液晶パネル、
   該液晶パネルの下部に配置されたバックライトアセンブリ、
   該液晶パネルと該バックライトアセンブリとの間に配置された反射層であって、複数の反射領域及び複数の透過領域を有する反射層、及び
   該バックライトアセンブリの下面に配置された反射板
   からなることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１記載の液晶表示装置において、前記反射層は前記バックライトアセンブリ及び前記反射板からの光の一部を前記反射領域で反射し、該反射板は該反射層からの反射光を反射することを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置において、
   前記液晶パネルは、
   対向して配置され、少なくとも一方に電界を発生する電極を有するカラーフィルタ基板及びＴＦＴ(Thin Film Transistor)アレイ基板、
   前記ＴＦＴアレイ基板上に縦横に配列されて画素領域を定義する複数のゲートライン及びデータライン、
   前記ゲートラインとデータラインとの交差領域に形成される薄膜トランジスタ、
   前記カラーフィルタ基板上に形成されるカラーフィルタ層、
   前記カラーフィルタ基板とＴＦＴアレイ基板との間に形成される液晶層、及び
   光漏れを防止するブラックマトリックスからなり、
   前記ブラックマトリックスによりその内部が光遮断領域と光透過領域とに区分されることを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項３に記載の液晶表示装置において、前記ブラックマトリックスは、前記カラーフィルタ基板上に形成されることを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項３に記載の液晶表示装置において、前記ブラックマトリックスは、前記ＴＦＴアレイ基板上に形成されることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項３に記載の液晶表示装置において、前記液晶パネルは、ＴＮ(Twisted Nematic)モード液晶パネル、ＩＰＳ(In-Plain Switching)モード液晶パネル、又はＶＡ(Vertical Alignment)モード液晶パネルであることを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項３に記載の液晶表示装置において、前記反射層の該反射領域は、前記バックライトアセンブリから前記ブラックマトリックスに向かって照射される光を、前記バックライトアセンブリに反射させて光の経路を変更させることにより、前記光透過領域に向かって照射される光の集光率を増加させることを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項３に記載の液晶表示装置において、前記反射層の該反射領域は前記ブラックマトリックスと同じ形状で形成されたことを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項３に記載の液晶表示装置において、前記反射層は、前記液晶パネルのＴＦＴアレイ基板の下部に、フォトリソグラフィ工程により形成されることを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項３に記載の液晶表示装置において、前記反射層は前記液晶パネルと別個に形成され、前記液晶パネルとバックライトアセンブリとの間に設置されることを特徴とする液晶表示装置。
11. 請求項３に記載の液晶表示装置において、前記反射層は、モリブデン(Ｍｏ)、アルミニウム(Ａｌ)、アルミニウム−ネオジム(Ａｌ−Ｎｄ)、銅(Ｃｕ)、クロム(Ｃｒ)、チタニウム(Ｔｉ)、またはこれらの合金からなる群から選択される何れか１つにより形成されることを特徴とする液晶表示装置。
12. 請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置において、前記バックライトアセンブリはエッジ型バックライトアセンブリ、又は直下型バックライトアセンブリであることを特徴とする液晶表示装置。
13. 請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置であって、さらに、前記液晶パネルの上部及び下部にそれぞれ配置されて光を偏光させる上部偏光板及び下部偏光板からなることを特徴とする液晶表示装置。
    

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