CN101055373B - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种将发光二极管用作光源的液晶显示装置，该装置考虑了发光二极管的散热性，可得到处理容易的线光源。在金属基板(161)上配置发光二极管(150)，将金属基板(161)形成为盒状，使收容在盒内部而发热的发光二极管(150)高效地散热。在金属盒的内部空间填充树脂材料(175)而形成板状光源部(130)。通过填充树脂材料(175)而形成板状光源部(130)，提高在制造工序等中处理时的可靠性。通过填充树脂材料(175)，也提高了散热效果。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及非自发光型的显示装置的光源，尤其涉及具有将发光元件用作光源的背光源的液晶显示装置。
背景技术
近年来，多使用液晶显示装置作为显示装置。尤其是液晶显示装置由于薄型、轻量及省电，因此作为便携用设备的显示部使用。
但是，由于液晶显示装置不是自发光型显示装置，所以需要照明机构。通常，在液晶显示装置中使用的照明装置，被称为背光源的面状照明装置较为普及。以往，背光源的发光元件(也称为光源)采用冷阴极放电管，但近年来，发光二极管(以下称为LED)也在便携用设备中用作发光元件。
将LED用作光源的液晶显示装置，例如由下述专利文献1等所提出。另外，涉及LED的散热的技术记载在下述专利文献2中。
[专利文献1]：日本特开昭64-88426号公报
[专利文献2]：日本特开2002-162626号公报
发明内容
但是，当要使用多个LED作为背光源来取得高亮度时，存在着动作温度上升而使发光效率降低的问题。为此，尝试做成使用金属板等用于散热的结构。但是，由于难以在LED的发光面形成散热构件，所以当要考虑散热和发光时，其结构受到限制。而且还出现制造时的处理变得不方便、成为可靠性较低的结构这样的问题。
因此，本发明是基于这样的情况而做出的，其目的在于提供一种具有考虑了散热性的结构的背光源的液晶显示装置，该装置具有考虑到背光源的散热性，在制造工序等中处理容易，而且可靠性高的光源部。
为了达到这样的目的，本发明的液晶显示装置，其特征在于，包括：在内表面具有像素形成用的电极的一对透明基板之间夹持液晶层的液晶显示板；和向该液晶显示板的背面照射照明光的背光源，其中，该背光源包括具有多个发光元件、配置多个发光元件的电路基板、以及收容该电路基板的金属盒，在该金属盒内部的上述电路基板上填充树脂材料而一体形成的光源，上述树脂材料包围上述发光元件的侧面的周围。
本发明的另一液晶显示装置，其特征在于，包括：在内表面具有像素形成用电极的一对透明基板之间夹持液晶层的液晶显示板；和向该液晶显示板的背面照射照明光的光源装置，其中，该光源装置具有呈线状配置的多个发光二极管、电连接多个发光二极管的电路基板、以及收容上述电路基板的具有侧面和底面的盒，且在上述盒的内部的上述多个发光二极管与侧面之间填充树脂材料而一体形成，上述树脂材料包围上述发光元件的侧面的周围。
本发明的又一液晶显示装置，包括：在内表面具有像素形成用电极的一对透明基板之间夹持液晶层的液晶显示板；向液晶显示板的背面照射照明光的背光源；以及控制液晶显示板的控制部，该液晶显示装置的特征在于：上述背光源具有导光板和沿上述导光板的一边而形成的板状光源部，上述板状光源部具有光出射面、与该光出射面相对的底部、以及形成在上述底部的周围的侧面，上述底部具有金属面、覆盖该金属面的绝缘层、以及设于该绝缘层上的布线，在该布线上电连接有多个发光二极管，在侧面或底部形成有开口，电连接多个发光二极管与控制部的连接布线配置于上述开口，在上述绝缘层上形成有树脂层，上述树脂材料包围上述发光元件的侧面的周围。
根据本发明，在将发光元件用作光源的液晶显示装置中，可得到这样的极其优良的效果，即，可实现在制造工序中处理容易、且具有可靠性高的光源部的液晶显示装置。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的液晶显示装置的概略结构的框
图2是示出本发明的实施方式的液晶显示装置的发光二极管的概略图。
图3是示出将本发明的实施方式的液晶显示装置的发光二极管安装在金属基板上的状态的概略图。
图4是示出本发明的实施方式的液晶显示装置的板状光源部的概略图。
图5是示出本发明的实施方式的液晶显示装置的板状光源部的概略图。
图6是示出本发明的实施方式的液晶显示装置的板状光源部的概略图。
图7是示出本发明的实施方式的液晶显示装置的板状光源部的概略图。
图8是示出将本发明的实施方式的液晶显示装置的发光二极管安装在金属基板上的状态的概略图。
图9是示出本发明的实施方式的液晶显示装置的背光源的概略展开图。
图10是示出本发明的实施方式的液晶显示装置的背光源的概略图。
图11是示出本发明的实施方式的液晶显示装置的背光源的概略图。
图12是示出本发明的实施方式的液晶显示装置的背光源的概略展开图。
图13是示出在本发明的实施方式的液晶显示装置的背光源上安装液晶显示板的状态的概略展开图。
图14是示出在本发明的实施方式的液晶显示装置的背光源上安装液晶显示板的状态的概略图。
图15是示出本发明的实施方式的液晶显示装置的面状光源部的概略展开图。
具体实施方式
以下，参照实施例的附图详细说明本发明的具体实施方式。
[实施例1]
图1是示出本发明的液晶显示装置的一实施例的整体结构的主要部分俯视图。在图1中，液晶显示装置100由液晶显示板1、背光源110、以及控制电路80构成。液晶显示板1是通过在具有像素形成用电极的玻璃基板之间密封液晶层而形成的。从控制电路80将液晶显示板1的显示所需的信号和电源电压供给到液晶显示板1。该控制电路80安装在挠性基板70上，通过布线71及其端子75而将控制信号供给到液晶显示板1。
背光源110由导光板120、光源130、以及收容盒180构成。该背光源110是以对液晶显示板1照射光为目的而设置的。在液晶显示板1中，控制从背光源110照射的光的透射量或反射量而进行显示。另外，背光源110相对观察者重叠设置于液晶显示板1的背面一侧或前面一侧，但在图1中为了便于理解，与液晶显示板1排在一起显示。关于背光源110的详细结构将后述。
在液晶显示板1的像素部8设有像素电极12。液晶显示板1矩阵状地具有多个像素部8，但为了避免图面复杂，在图1中仅示出1个像素部8。矩阵状配置的像素部8形成显示区域9，各像素部8起显示图像的像素的作用，在显示区域9显示图像。
在图1中，设有在图中X方向延伸在Y方向并排设置的栅极信号线(也称为扫描信号线)21、在Y方向延伸在X方向并排设置的漏极信号线(也称为视频信号线)22，在用栅极信号线21和漏极信号线22所包围起来的区域形成有像素部8。
在像素部8设有开关元件10。从栅极信号线21供给控制信号，控制开关元件10的接通/断开。通过使开关元件10成为导通状态，经漏极信号线22传送的视频信号被供给到像素电极12。
漏极信号线22与驱动电路5连接，从驱动电路5输出视频信号。栅极信号线21与驱动电路6连接，从驱动电路6输出控制信号。栅极信号线21及漏极信号线22与驱动电路5及驱动电路6同样形成在TFT基板2上。
图2是示出作为发光元件的LED150的概略结构的图。图2的(a)是剖视图，图2的(b)是从光出射面一侧看到的俯视图，图2的(c)是从背面一侧看到的仰视图。LED150是将作为发光部的LED芯片151安装到芯片基板157上的结构。LED芯片151具有pn结，当对pn结施加电压时，发射特定波长的光。分别在形成pn结的p型半导体层上设有p电极(阳极)158、在n型半导体层上设有n电极(阴极)159。
在各p电极158和n电极159上连接有导线152。导线152将为了使LED 150与外部连接而设置的芯片端子153和p电极158及n电极159电连接。
有时也在LED芯片151的出射面一侧设有荧光发光部156。荧光发光部156具有转换从LED芯片151发出的光的波长的功能。此外，附图标记155表示圆锥状反射面，使横向行进的光反射到出射面一侧。附图标记166是表示阴极(或阳极)的位置的标记。
芯片端子153在芯片基板157的背面与外部布线等连接，但从芯片基板157的背面经侧面延伸到出射面一侧地形成芯片安装部154。在用光反射率较高的金属形成芯片端子153和芯片安装部154的情况下，可以将芯片安装部154用作光反射面。当用导热系数较高的金属(也可以是导电材料)形成芯片端子153和芯片安装部154时，可以将在LED芯片151上产生的热散热到芯片基板157的背面一侧。
接着，使用图3说明安装LED芯片151的基板。图3的(a)是示出在金属基板161上安装了LED芯片151的情形的概略剖视图，图3的(b)是安装LED芯片151的部分的概略主视图。在图3中，安装基板160，在金属基板161上涂敷绝缘层162，在绝缘层162上用铜箔等导电层形成布线163。通过将安装基板160的基材取为金属，能够有效地对传导到芯片基板157的背面一侧的热进行散热。为了提高散热效率，优选绝缘层162薄到不会出现短路或泄漏等的程度。在本实施例中，使用绝缘层162的厚度约为0.12mm，导热系数约为6.5W/m·K的绝缘层。
而且，在布线端部形成有连接用的焊盘165，与LED芯片151的芯片端子153电连接。在安装基板160的表面涂敷有表面绝缘层164，为了防止布线在安装基板160的表面一侧与其他构成物短路而保持焊盘165之间的绝缘。另外，焊盘165的表面为了与芯片端子153电连接而除去了表面绝缘层164。在焊盘165的除去了表面绝缘层164的部分印刷涂敷有钎焊膏等，通过回流焊工序等LED芯片151被安装到安装基板160上。
由于要采用回流焊工序，所以表面绝缘层164选择与软钎焊的亲和性较低的材料，但由于要形成在安装基板160的表面，所以优选无颜色的材料。尤其考虑到光的利用效率时，优选反射光多的白色或接近白色的。作为反射率高的材料，氧化钛等较合适。167是标示阴极(或阳极)的位置的标记。为了提高辨认性，使用与表面绝缘层164所使用的颜色不同的颜色。
图4是示出在安装基板160上线状地安装了LED150的情形的概略图，图4的(a)是俯视图，图4的(b)是剖视图，图4的(c)是示出连接着外部连接布线173的情形的立体图。
在图4中，在安装基板160上并列配置6个LED150以形成线状光源。LED芯片151由于作为二极管的特性，在pn结间产生一定的电压差。该pn结间的电压差因制作工艺的原因而存在差异。为此，进行调整以将最佳的电压施加于pn结，但并联连接n个LED芯片151时，需要n个调整电路，存在着为了调整而增加制造费用的问题。
在图4中，每3个LED150串联连接，对每3个LED150调整电压。在电源电压使用车载用的12V，各LED芯片151产生的电位差为4V左右时，将3个串联连接是效率高的。即，将电源电压V、在LED芯片151产生的电位差的平均值Vd以及个数n的关系设定为满足V＞＝n×Vd时，效率较高。
另外，在各LED芯片151产生的电位差为3V左右、电源电压为12V时，将4个串联连接是效率高的。而且，在串联连接n个LED芯片151的最后的LED芯片151与接地电位之间插入电阻来进行调整时，每个串联连接需要2根布线。在本实施例中为4根布线，在各布线形成有外部连接端子171。如图4(c)所示，在外部连接端子171上连接有外部连接布线173。在外部连接布线173的端部设有连接器172，与图1所示的控制电路80等连接。
图5是说明将金属基板161形成为箱型形状的结构的立体图，图5的(a)示出在金属基板161的周边部形成了框状的侧面169的结构。包围金属基板161地形成侧面169，做成具有向上方射出来自LED150的光的射出口的容器的形状。
图5的(b)示出，在将金属基板161形成为箱型形状的容器内形成了图3及图4(c)所示的绝缘层162、布线163及表面绝缘层164等后，收容安装了LED150的安装基板160。在该安装基板160中，外部连接布线173从侧面169的上端被引出到外部。
图5的(c)示出在由金属基板161形成的容器内部填充了树脂材料175的结构。填充树脂材料175，使得留出LED150的上表面而掩埋其他部分。如图5的(c)所示，当将金属基板161形成为箱状用树脂材料175填充容器内部时，可以将安装基板160作为1个板状光源来使用。以下，将在安装基板160中填充(涂敷)了树脂材料175的结构称为板状光源部130。
当使用导热系数比空气高的树脂材料175时，散热效果提高。设空气的导热系数约为0.0261W/m·K时，树脂的导热系数的标准为，硅树脂约为0.16W/m·K，环氧树脂约为0.3W/m·K，丙烯酸树脂约为0.21W/m·K，聚碳酸酯树脂约为0.23W/m·K，分别相对于空气改善了1个数量级左右。
外部连接布线173被树脂材料175固定而变得容易处理，但由于从侧面169的上端引出到外部，因此存在板状光源部130的厚度增加外部连接布线173的厚度的量这样的问题。还存在板状光源部130的射出面与导光板120之间因外部连接布线173而产生间隙这样的问题点。
接着，使用图6说明在板状光源部130填充树脂材料175的结构。图6的(a)是从板状光源部130的上方看到的俯视图。在被侧面169包围的容器内部填充有树脂材料175。该树脂材料175留出LED150的上表面而覆盖其他部分。图6的(b)是剖视图。树脂材料175填充在LED150之间，填充到与LED150的厚度大致相同的高度，以使LED150的上表面露出到外部。
另外，当使侧面169的上端与LED150的上表面的高度对齐时，能够使包括树脂材料175的面在内的出光面平坦。但是，为了在导光板120与LED150上表面之间形成空气层，也可以将侧面169的高度提高某种程度，使侧面169的上端与导光板120抵接。
图6的(c)是用框状的侧面169包围金属基板161的周围的情况。还可以省略将金属基板161从平坦的状态加工成箱状的工序。图6的(d)是在树脂材料175填充后除去框状的侧面的状态。由此，简化了加工，并容易引出外部连接布线173。另外，从侧面漏光时，也可实施涂敷侧面等处理而在侧面形成遮光部。
图7是说明将外部连接布线173向外部引出的结构的图。如图7的(a)的俯视图所示，在侧面169的长边方向端面设有缺口(开口)176，在该缺口176使外部连接布线173穿过并将其引到外部。
如图7的(b)的立体图所示，在外部连接端子171的延长线上，以与外部连接布线173的线径同等的宽度设置该缺口176。通过使该缺口176与外部连接布线173的线径为同等宽度，能够防止树脂材料175从缺口176的间隙溢出外部、即所谓的越出。
如图7的(c)的立体图所示，将外部连接布线173从侧面169的缺口176引出到外部时，外部连接布线173不会重叠在侧面169的上端部，从而抑制了板状光源部130的厚度增加。另外，从缺口176漏光时，也可以在缺口176附近的树脂材料175上形成遮光部，或实施着色。
图8的(a)是说明在树脂材料175的上表面形成了反射层174的结构的主要部分的剖视图。在将板状光源部130接近导光板120配置时，在导光板120反射的光在反射层174反射，再次射向导光板120。反射层174优选是无彩色的，但在对于特定的颜色补正亮度时，也可以进行着色。此外，通过用氧化钛等反射率及导热系数较高的材料形成反射层174，可提高散热效果。
图8的(b)是说明取下了圆锥状的反射面155、在树脂材料175中混入了使光散射的材料的结构的主要部分剖视图。在从荧光发光部156射出的光中，入射到树脂材料175的光发生散射而一部分射出到导光板120。如上所述，在金属基板161的上表面设有反射率高的表面绝缘层164，在表面绝缘层164反射的光射出到导光板120一侧。另外，表面绝缘层164也优选是无彩色的，但在对于特定的颜色补正亮度时，进行着色也是有效的。
图9是说明收容板状光源部130和导光板120的背光源110的结构的展开图。由上侧收容盒181和下侧收容盒182而夹着板状光源部130和导光板120来将其保持。在上侧收容盒181的侧面设有凹部184，在下侧收容盒182的侧面设有凸部185，通过使凸部185嵌合到该凹部184中，来固定上侧收容盒181和下侧收容盒182，在内部保持板状光源部130和导光板120。
在上侧收容盒181开设窗183，以使从导光板120射出的光照射到液晶显示板上。而且，在上侧收容盒181和下侧收容盒182形成有供外部连接布线173穿过的缺口(开口)186。
图10是说明收容于下侧收容盒182中的板状光源部130与导光板120的位置关系的图。图10是示出收容于下侧收容盒182中的板状光源部130与导光板120的概略俯视图。在下侧收容盒182的侧面与板状光源部130之间设有按压构件188，板状光源部130被保持成其出光面与导光板120的侧面紧贴。这是用于防止从板状光源部130与导光板120的间隙漏光。另外，附图标记178是例如由着色带等构成的遮光构件，粘贴该遮光构件178来防止从板状光源部130与导光板120之间漏光。
如图10所示，在板状光源部130与下侧收容盒182之间设有按压构件188，板状光源部130被保持成其出光面与导光板120的侧面紧贴，但同时由于该按压构件188，使得下侧收容盒182的侧壁与板状光源部130之间产生间隙189。由于该间隙189可以进行空气对流，提高了板状光源部130的散热效率。
图11是说明板状光源部130的背面及导光板120的侧面与下侧收容盒182的内表面相接触而被保持的结构的俯视图。下侧收容盒182的内部的侧面确定板状光源部130和导光板120的位置。但是，在图11所示的结构中，当下侧收容盒182的导热系数较低时，存在着板状光源部130的散热效率降低这样的问题。为此，在与板状光源部130的背面接触的下侧收容盒182的侧壁，设有导热系数高的导热材料179。
图12是背光源110的展开图，说明板状光源部130和导光板120与下侧收容盒182的内表面接触而被保持的结构。导热材料179与下侧收容盒182同样地也形成得重叠于上侧收容盒181。另外，在图12中，在导热材料179的位置开窗，通过空气对流提高散热效率。在窗的位置设置导热材料179当然也可以提高散热效率。
图13是在背光源110上安装了液晶显示板1的本发明的液晶显示装置的展开图。在背光源110的光射出的窗183一侧安装有液晶显示板1。在液晶显示板1与背光源110之间根据需要设有光学片121。控制电路80经挠性基板70连接在液晶显示板1。
图14是说明在背光源110上安装了液晶显示板1的结构的概略图，图14的(a)是剖视图，图14的(b)是侧视图。如图14的(a)所示，板状光源部130的出光面与导光板120的入光面紧密贴合。另外，挠性基板70被折弯并延伸到背光源110的背面，在背光源110的背面设有控制电路80。
另外，如图14的(b)所示，在背光源110的侧面设有缺口186，外部连接布线173从该缺口186引出并与控制电路80连接。这样，缺口186的位置被设置在接近控制电路80的配置位置。
图15是说明将板状光源部130形成为面状的面状光源部的展开图。如图15的(a)所示，多个LED150构成矩阵状配置的面状光源。另外，如图15的(b)所示，在背面设有挠性布线基板177，对LED150供给电压。挠性布线基板177与LED150的连接通过设在金属基板161背面的缺口(开口)176进行。在挠性布线基板177的端部设有连接器172，可与控制电路80等连接。

Claims (8)

1.一种液晶显示装置，其特征在于，包括：
在内表面具有像素形成用电极的一对透明基板之间夹持液晶层而构成的液晶显示板；和
向上述液晶显示板的背面照射照明光的背光源，其中，
上述背光源包括具有多个发光元件、配置上述多个发光元件的电路基板、以及收容上述电路基板的金属盒，且在上述金属盒内部的上述电路基板上填充树脂材料而一体形成的光源，上述树脂材料包围上述发光元件的侧面的周围。
2.一种液晶显示装置，其特征在于，包括：
在内表面具有像素形成用电极的一对透明基板之间夹持液晶层而构成的液晶显示板；和
向上述液晶显示板的背面照射照明光的光源装置，其中，
上述光源装置具有呈线状配置的多个发光二极管、电连接上述多个发光二极管的电路基板、以及收容上述电路基板的具有侧面和底面的盒，且在上述盒的内部的上述多个发光二极管与上述侧面之间填充树脂材料而一体形成，上述树脂材料包围上述发光元件的侧面的周围。
3.一种液晶显示装置，包括：
在内表面具有像素形成用电极的一对透明基板之间夹持液晶层而构成的液晶显示板；
向上述液晶显示板的背面照射照明光的背光源；以及
控制上述液晶显示板的控制部，
上述液晶显示装置的特征在于：
上述背光源具有导光板和沿上述导光板的一边形成的板状光源部，
上述板状光源部具有光出射面、与该光出射面相对的底部、以及形成在上述底部的周围的侧面，
上述底部具有金属面、覆盖该金属面的绝缘层、以及设于该绝缘层上的布线，
在上述布线上电连接有多个发光二极管，
在上述侧面或底部形成有开口，
电连接上述多个发光二极管和上述控制部的连接布线配置在上述开口，
在上述绝缘层之上形成有树脂层，上述树脂材料包围上述发光元件的侧面的周围。
4.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：上述发光元件是发光二极管。
5.根据权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于：上述发光二极管被分成2个以上的组，对每个上述组调整施加于发光二极管的电压。
6.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于：上述发光二极管被分成2个以上的组，对每个上述组调整施加于发光二极管的电压。
7.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于：上述发光二极管被分成2个以上的组，对每个上述组调整施加于发光二极管的电压。
8.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于：在上述底部填充有树脂。
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