JP2005283852A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示素子とバックライトとからなる液晶表示装置に関し、特に、バックライトの光源に発光ダイオード(LED)を利用した液晶表示装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal display device including a liquid crystal display element and a backlight, and more particularly to a liquid crystal display device using a light emitting diode (LED) as a light source of the backlight.
従来、液晶表示装置の表示方式のうち透過型、半透過型の液晶表示装置は、液晶表示素子と該液晶表示素子に透過する光源を供給するバックライトが配置されて構成されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, among transmissive and transflective liquid crystal display devices among liquid crystal display device display methods, a liquid crystal display element and a backlight for supplying a light source that transmits the liquid crystal display element are arranged.
一般に、バックライトは、光源と導光板とからなり、光源としてはCFL(冷陰極管)といわれる小型の蛍光管を使用していた。また、導光板は、液晶表示素子側の主面(表面)は、液晶表示素子の表示領域に対向するように対向し、この主面の反対側の主面(裏面)は、光を表面側に拡散・反射する拡散部が形成されて構成されている。そして、冷陰極管である光源は、導光板の端面に配置され、導光板の端面から入射された冷陰極管の光は、導光板内に伝達され、また、裏面側で拡散・反射して導光板の表面側から出射することになり、液晶表示素子の表示領域に供給される。即ち、この冷陰極管は導光板の端面に配置され端面から入光させた冷陰極管の白色光が、導光板のなかたの裏面に設けられた拡散部により導光板面内を均一に拡散され、線光源から面状光源へと変換し利用される。 In general, a backlight includes a light source and a light guide plate, and a small fluorescent tube called a CFL (cold cathode tube) is used as the light source. Further, the light guide plate faces the liquid crystal display element side main surface (front surface) so as to face the display area of the liquid crystal display element, and the main surface (back surface) opposite to the main surface transmits light to the surface side. A diffusion part that diffuses and reflects is formed. The light source, which is a cold cathode tube, is disposed on the end face of the light guide plate, and the light of the cold cathode tube incident from the end face of the light guide plate is transmitted into the light guide plate and diffused / reflected on the back side. The light is emitted from the surface side of the light guide plate and supplied to the display area of the liquid crystal display element. That is, the cold cathode tube is disposed on the end face of the light guide plate, and the white light of the cold cathode tube incident on the end face is uniformly diffused in the light guide plate surface by the diffusion portion provided on the back surface of the light guide plate. , Converted from a linear light source to a planar light source.
しかし、このCFLの光源は、放電管の中にHg(水銀)を封入し、放電により励起された水銀から放出される紫外線がCFL管壁の蛍光体にあたり可視光に変換させている。このため、環境面を考慮すると、有害な水銀の使用抑制により、代替光源の使用が求められている。 However, in this CFL light source, Hg (mercury) is enclosed in a discharge tube, and ultraviolet rays emitted from mercury excited by discharge strike the phosphor on the CFL tube wall and convert it into visible light. For this reason, in consideration of the environment, the use of an alternative light source is required by suppressing the use of harmful mercury.
一方、新たな光源として、点光源という特徴を持つ発光ダイオード(LED)を光源に利用したバックライトが開発された。このLEDを光源としたバックライト(LEDバックライト)は、低価格化と発光効率向上、環境規制に伴い、液晶表示素子のバックライトとして普及しつつある。同時に、液晶表示装置の高輝度化・大型化(表示領域の大型化)に伴い、LED光源を複数構成することの要求がますます高まりを見せている。 On the other hand, a backlight using a light emitting diode (LED) having a feature of a point light source as a light source has been developed as a new light source. A backlight using this LED as a light source (LED backlight) is becoming widespread as a backlight of a liquid crystal display element with a reduction in price, improvement in luminous efficiency, and environmental regulations. At the same time, with the increase in brightness and size of liquid crystal display devices (increase in display area), there is an increasing demand for a plurality of LED light sources.
従って、高輝度・大型化の液晶表示素子とともに用いられるLEDバックライトとするために、点光源であるLED光源を変換して、均一に発光する面状光源(導光板の表面で均一な光に変換された光源)とする必要があり、たとえば、導光板の裏面の拡散部の材料、構造を制御するとともに、LED光源の指向性に合わせて最適な位置にLED光源を配置する必要がある。 Therefore, in order to obtain an LED backlight for use with a high-luminance and large-sized liquid crystal display element, a point light source is converted into a planar light source (uniform light on the surface of the light guide plate) by converting the LED light source. For example, it is necessary to control the material and structure of the diffusion portion on the back surface of the light guide plate and to arrange the LED light source at an optimum position according to the directivity of the LED light source.
最も大きな課題は、LEDの光源の発光効率である。LEDは最近の改善により発光効率の向上はなされているものの、発光効率は現状で約10%程度であり、残りの90%は熱として放出されることになる。即ち、LEDを光源としたバックライトにおいても、この発生熱がLEDを実装した基板に蓄熱され、基板の温度上昇に伴い、LED自身の発光効率の低下を招くことになる。さらに、この熱がLEDやそのLED実装基板の配線などの破損の原因となる。しかも、バックライトの高輝度化のために、LEDの実装数を増加させると、その発生熱量が増大することから、一層、この発熱を無視することができない。 The biggest problem is the luminous efficiency of the LED light source. Although the luminous efficiency of LEDs has been improved by recent improvements, the luminous efficiency is about 10% at present, and the remaining 90% is released as heat. That is, even in a backlight using an LED as a light source, this generated heat is stored on the substrate on which the LED is mounted, and the luminous efficiency of the LED itself is reduced as the temperature of the substrate increases. Furthermore, this heat causes damage to the LED and the wiring of the LED mounting substrate. In addition, if the number of mounted LEDs is increased to increase the brightness of the backlight, the amount of heat generated increases, so this heat generation cannot be ignored further.
従来技術、例えば特開2001−75038に開示されているように電源供給端子を有する線状光源用基板であるフレキシブル基板の片面に白色LEDを構造が知られているが、LED光源から発生する熱を放熱し、LED光源の発光効率を低下を防止し、さらにLED光源の損傷を防止する提案はなされてない。
しかし、液晶表示装置に用いられ、液晶表示素子の裏面側に配置されるLEDバックライトは、ポリイミドまたはポリエステルからなるフレキシブル基板又はガラスエポキシからなる絶縁基板の片面上に銅等の金属配線を設け、その配線上にLED光源を実装し、その絶縁基板の裏面(LED光源を実装する面の裏面)を液晶表示装置の筐体または放熱板に面接触載置した構造をしていた。この絶縁基板の熱伝導率が金属材料等に比べ極めて小さく、LEDの光源からの発生熱が該絶縁基板上に蓄熱され、LEDの温度上昇により、LEDの発光効率の低下、さらには、LED光源が損傷するという問題が発生してしまうものであった。 However, the LED backlight used in the liquid crystal display device and disposed on the back side of the liquid crystal display element is provided with a metal wiring such as copper on one side of a flexible substrate made of polyimide or polyester or an insulating substrate made of glass epoxy, The LED light source is mounted on the wiring, and the back surface of the insulating substrate (the back surface of the surface on which the LED light source is mounted) is placed in surface contact with the casing or the heat sink of the liquid crystal display device. The heat conductivity of the insulating substrate is extremely small compared to a metal material or the like, and heat generated from the light source of the LED is stored on the insulating substrate. As the temperature of the LED increases, the luminous efficiency of the LED decreases. The problem of damage would occur.
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、LEDバックライトを備えた液晶表示装置において、LED光源をその上に実装するLED実装基板の熱伝導を改善し、LED光源の発生熱を、効率よく基板裏面側に放熱し、さらに、外部に放熱することにより、LED実装基板の蓄熱を低減し、LEDの温度上昇を小さくすることにより、LEDの発光効率低下を抑制するとともに、LEDの損傷を防ぎ、明るい長寿命の液晶表示ができるLEDバックライトを有する液晶表示装置を提供することになる。 The present invention has been devised in view of the above-described problems, and its object is to improve the heat conduction of an LED mounting substrate on which an LED light source is mounted in a liquid crystal display device having an LED backlight. The heat generated by the LED light source is efficiently dissipated to the back side of the substrate, and further to the outside, the heat storage of the LED mounting substrate is reduced, and the temperature rise of the LED is reduced, thereby reducing the luminous efficiency of the LED. In addition, it is possible to provide a liquid crystal display device having an LED backlight capable of suppressing the damage of the LED and preventing the LED from being damaged and performing a bright and long-life liquid crystal display.
本発明の液晶表示装置は、少なくとも表示電極、配向膜を有する一対の透明基板を、互いの表示電極が対向するようにして液晶層を介在させてなる液晶表示素子と、
該液晶表示素子の他方の透明基板に対向するように外部側に配置され、且つ導光板と該導光板に供給される発光ダイオードチップが実装された発光ダイオード実装基板とからなるバックライトとを備えた液晶表示装置において、前記発光ダイオード実装基板の発光ダイオード実装面には、前記発光ダイオードチップが実装される実装金属膜、前記発光ダイオードチップに駆動電流を供給する金属駆動配線、該金属駆動配線を取り囲むように形成された金属膜パターンが形成され、且つ該発光ダイオードチップ実装面と対向する面には放熱用金属膜が形成されるとともに、前記発光ダイオード実装基板の厚み方向に、前記金属膜パターンと前記放熱用金属膜とを接続する金属スルーホールを形成したことを特徴とする。
The liquid crystal display device of the present invention comprises at least a display electrode and a pair of transparent substrates having an alignment film, a liquid crystal display element having a liquid crystal layer interposed so that the display electrodes face each other,
A backlight comprising a light guide plate and a light emitting diode mounting substrate on which a light emitting diode chip to be supplied to the light guide plate is mounted, facing the other transparent substrate of the liquid crystal display element; In the liquid crystal display device, a light-emitting diode mounting surface of the light-emitting diode mounting substrate includes a mounting metal film on which the light-emitting diode chip is mounted, a metal driving wiring for supplying a driving current to the light-emitting diode chip, and the metal driving wiring. A metal film pattern formed so as to surround is formed, and a metal film for heat dissipation is formed on a surface facing the light emitting diode chip mounting surface, and the metal film pattern is formed in the thickness direction of the light emitting diode mounting substrate. And a metal through-hole connecting the heat-dissipating metal film.
また、前記実装金属膜は、発光ダイオード実装基板の厚みを方向に形成した金属スルーホールを介して放熱用金属膜に接続されていることを特徴とする。 The mounting metal film is connected to the heat radiating metal film through a metal through hole formed in the direction of the thickness of the light emitting diode mounting substrate.
また、前記発光ダイオード実装基板は前記導光板の端面に配されるとともに、前記発光ダイオード実装基板の導光板面の外側主面と、発光ダイオード実装基板の発光ダイオードチップ実装面と対向する面とが略同一面を形成して、該同一面に反射金属板が配置されていることを特徴とする。 The light emitting diode mounting substrate is disposed on an end face of the light guide plate, and an outer main surface of the light guide plate surface of the light emitting diode mounting substrate and a surface facing the light emitting diode chip mounting surface of the light emitting diode mounting substrate are provided. A substantially identical surface is formed, and a reflective metal plate is disposed on the same surface.
また、前記発光ダイオード実装基板の各金属膜、配線及び金属スルーホールは、銅または銅系金属材料で形成されていることを特徴とする。 Further, each metal film, wiring, and metal through hole of the light emitting diode mounting substrate is formed of copper or a copper-based metal material.
さらに、前記液晶表示素子及びバックライトは、Al(アルミニウム)又はMg(マグネシウム)、Fe(鉄)又はそれら金属の合金からなる筐体に収容されているとともに、該筐体は、直接または間接的に放熱用金属膜に接合されていることを特徴とする。 Further, the liquid crystal display element and the backlight are accommodated in a casing made of Al (aluminum), Mg (magnesium), Fe (iron), or an alloy of these metals, and the casing is directly or indirectly It is characterized by being bonded to a metal film for heat dissipation.
本発明の液晶表示装置では、発光ダイオード(LED)実装基板のLEDチップ実装面(一方主面側)には、LEDチップが実装される実装金属膜と、LEDチップに駆動電流を供給する金属駆動配線と、放熱を目的とした金属膜パターンが形成され、LEDチップ実装面と対向する面(他方主面側)には放熱用金属膜が形成され、LED実装基板の厚み方向に、一方主面側の金属膜パターンと他方主面側の放熱用金属膜とを接続する金属スルーホールを形成している。従って、LEDチップで変換された熱が、一方主面側の金属膜パターンから金属スルーホールを介して他方主面側の放熱用金属膜を伝達されることになり、LEDチップの発生熱を放熱用金属膜に効率よく熱伝導され、放熱させることができる。 In the liquid crystal display device of the present invention, a mounting metal film on which the LED chip is mounted on the LED chip mounting surface (one main surface side) of the light emitting diode (LED) mounting substrate, and metal driving for supplying a driving current to the LED chip. A wiring and a metal film pattern for heat dissipation are formed, a metal film for heat dissipation is formed on the surface facing the LED chip mounting surface (the other main surface side), and one main surface in the thickness direction of the LED mounting substrate A metal through hole that connects the metal film pattern on the side and the metal film for heat dissipation on the other main surface side is formed. Therefore, the heat converted by the LED chip is transferred from the metal film pattern on the one main surface side to the heat radiating metal film on the other main surface side through the metal through hole, and the heat generated by the LED chip is dissipated. Is efficiently conducted to the metal film for heat dissipation.
これにより、LED実装基板の蓄熱を低減し、LEDチップの温度上昇を小さくすることにより、LEDチップの発光効率低下を抑制するとともに、LEDの損傷を防ぎ、明るい長寿命の液晶表示ができるLEDバックライトを有する液晶表示装置を提供することができる。 This reduces the heat storage of the LED mounting substrate and reduces the temperature rise of the LED chip, thereby suppressing the light emission efficiency of the LED chip, preventing damage to the LED, and enabling a bright long-life LCD display A liquid crystal display device having a light can be provided.
しかも、この発熱源であるLEDチップは実装金属膜を実装され、しかもこの実装金属膜は、他方主面側の放熱用金属膜に金属スルーホールを介して接合されている。このため、LEDチップから発熱した熱を最短距で放熱用金属膜に伝達することができる。但し、このLEDチップの形状は非常に小さいものであり、実装金属膜の面積が限られており、直下に形成できる金属スルーホールの数も限られている。このため、実装金属膜を金属膜パターンに接合させて一体的に形成して、実装金属膜の熱を、金属膜パターンに効率よく伝達させて、金属スルーホールの形成に制約のない金属スルーホールを介して、LED実装基板の裏面側に形成した放熱用金属膜に伝達しても構わない。 Moreover, the LED chip as the heat source is mounted with a mounting metal film, and the mounting metal film is bonded to the heat radiation metal film on the other main surface side through a metal through hole. For this reason, the heat generated from the LED chip can be transmitted to the metal film for heat dissipation at the shortest distance. However, the shape of this LED chip is very small, the area of the mounting metal film is limited, and the number of metal through holes that can be formed immediately below is also limited. For this reason, the mounting metal film is integrally formed by joining the metal film pattern, and the heat of the mounting metal film is efficiently transferred to the metal film pattern, so that there is no restriction on the formation of the metal through hole. It may be transmitted to the metal film for heat dissipation formed on the back surface side of the LED mounting substrate.
また、LED実装基板は導光板の端面に並設されるとともに、導光板面の外側主面と、LED実装基板のLEDチップ実装面と対向する面(裏面)とが略同一面になるようにして、この同一面に導光板、LED実装基板に共通となる反射金属板を配置する。このため、反射金属板は、LED実装基板の裏面側の放熱用金属膜に簡単に面接触させることができ、これにより、放熱用基板膜から非常に大面積の反射金属板を介して効率よく外部に放熱することができる。 In addition, the LED mounting substrate is arranged in parallel with the end surface of the light guide plate, and the outer main surface of the light guide plate surface and the surface (back surface) facing the LED chip mounting surface of the LED mounting substrate are substantially the same surface. Then, a reflective metal plate that is common to the light guide plate and the LED mounting substrate is disposed on the same surface. For this reason, the reflective metal plate can be easily brought into surface contact with the heat dissipating metal film on the back surface side of the LED mounting substrate, whereby the heat dissipating substrate film is efficiently passed through the very large area reflective metal plate. It can dissipate heat to the outside.
また、前記発光ダイオード実装基板の各金属膜、配線及び金属スルーホールは、銅または銅系金属材料で形成されていることから、実装基板に比較して熱伝導率がよいため、非常に効率よく放熱させることができる。 In addition, since each metal film, wiring, and metal through hole of the light emitting diode mounting substrate are made of copper or a copper-based metal material, the thermal conductivity is better than that of the mounting substrate, so it is very efficient. Heat can be dissipated.
また、先の反射金属板や実装基板の他方主面側の放熱用金属薄膜が、液晶表示素子及びバックライトを収容するAl(アルミニウム)又はMg(マグネシウム)、Fe(鉄)又はそれら金属の合金からなる筐体に接合されているため、これにより、液晶表示装置の外部に熱を安定的に放熱することができる。 Further, the heat-dissipating metal thin film on the other main surface side of the reflective metal plate or the mounting substrate is Al (aluminum), Mg (magnesium), Fe (iron), or an alloy of these metals that accommodates the liquid crystal display element and the backlight Accordingly, heat can be stably dissipated to the outside of the liquid crystal display device.
以下、本発明の液晶表示装置を図面に基づいて詳説する。 Hereinafter, the liquid crystal display device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の液晶表示装置の概略断面図を示すものである。図2〜図4は、本発明の液晶表示装置に用いられるLEDバックライトのLED実装基板の概略図であり、図5は、バックライトの要部拡大図である。 FIG. 1 is a schematic sectional view of a liquid crystal display device of the present invention. 2 to 4 are schematic views of an LED mounting substrate of an LED backlight used in the liquid crystal display device of the present invention, and FIG. 5 is an enlarged view of a main part of the backlight.
本発明の液晶表示装置は、液晶表示素子1、LEDバックライト2及び両者を収容する筐体3とから主に構成されている。
The liquid crystal display device of the present invention is mainly composed of a liquid crystal display element 1, an
液晶表示素子1は、他方の基板である下部側透明基板11、一方の基板である上部側透明基板12、両透明基板11、12との間には、シール部14によって周囲が囲まれた液晶層13が配置されている。また、下部透明基板11の内面には、例えば、表示電極、配向膜などが形成されており、また、上部透明基板12内面にも表示電極、配向膜が形成されている。尚、図1では下部透明基板の内面の構造物を単に符号15で示し、また、上部透明基板の構造物を単に符号16で示している。
The liquid crystal display element 1 includes a lower
この下部透明基板11の内部構造物を構成する表示電極と上部透明基板12の内部構造物を構成する表示電極は、互いに対向してマトックス状に配列された表示画素領域を形成している。
The display electrode constituting the internal structure of the lower
なお、各表示画素領域を構成する1画素は、たとえば透過型液晶表示装置においては、表示電極が全て透明電極で構成されてバックライト2の光を透過しえる光透光部となり、半透過型液晶表示装置においては、一部が反射金属膜で構成された光反射部と、一部がバックライト2の光を透過しえる光透過部を並設している。即ち、この半透過型液晶表示装置では、表示面側から入射した外部の光を利用して、画素領域の光反射部で反射し表示面側に戻すとともに、また、バックライト2の光を透過させてその光を表示面側に与えている。これにより、外光が強い場合には、反射型モードで表示して、外光が弱い時とには、透過型モードで表示を行っている。
For example, in a transmissive liquid crystal display device, one pixel constituting each display pixel region serves as a light transmissive portion in which the display electrodes are all transparent electrodes and can transmit the light of the
また、下部透明基板11の外面および上部透明基板12の外面には、図では省略しているが、偏光板、位相差フィルム、必要に応じて拡散フィルタが配置されている。
Further, although not shown in the drawing, a polarizing plate, a retardation film, and a diffusion filter as necessary are arranged on the outer surface of the lower
また、カラー表示を達成するために、下部透明基板11の内部構造物15または上部透明基板12の内部構造物16のいずれかの各画素領域に対応したカラーフィルタを形成してもよい。
In order to achieve color display, a color filter corresponding to each pixel region of either the
また、表示駆動方式によっては、下部透明基板11の内部構造物15の各画素領域にスイッチング手段を形成し、画素領域ごとに表示を制御するようにしてもよい。
Further, depending on the display driving method, switching means may be formed in each pixel region of the
また、上部透明基板11や下部透明基板12のいずれか一方の基板、たとえば形状の大きい基板、たとえば下部透明基板11の外周領域には、下部透明基板11の内面構造体15のうち表示電極やスイッチング手段に接続する配線パターンを設け、この配線パターンに表示電極やスイッチング手段に所定信号、所定電圧を供給する駆動回路や外部の駆動回路に接続する入力端子を設けても構わない。なお、配線パターンを形成しない側の基板、たとえば、上部透明基板12の表示電極は、両基板11、12間の間隔に配置した導電性フィラーを介して下部透明基板側の配線パターンに接続しても構わない。
In addition, in one of the upper
下部透明基板11や上部透明基板12は、ガラス、透光性プラスチックなどが例示できる。また、内部構造物15、16をする表示電極は、たとえば透明導電材料であるITOや酸化錫などで形成され、また、反射部を構成すると反射金属膜はアルミニウムやチタンなどで構成されている。また、配向膜はラビング処理したポリイミド樹脂からなる。また、カラーフィルタを形成する場合には樹脂に染料や顔料など添加して、画素領域ごとに赤、緑、青の各色のフィルタを形成し、さらに各フィルタ間や画素領域の周囲を遮光目的で黒色樹脂を用いてもよい。
Examples of the lower
このような下部透明基板11や上部透明基板12は、シール部14を介して貼り合わせ圧着し、そのシール部14の一部の開口よりネマチック液晶などからなる液晶材を注入し、しかる後に、その注入口を封止する。この貼り合わせに際し、両透明基板11、12に配列した双方の表示電極を両者が直交するようになし、表示電極の交差部分が各画素領域となり、この画素領域が集合して表示領域となる。
The lower
このようにして、液晶表示素子1が構成されている。この液晶表示素子1の他方の透明基板である下部基板11の外部側には、LEDバックライト2が配置されている。なお、具体的には、LEDバックライト2は、導光板21と導光板21に供給される発光ダイオードチップ23が実装された発光ダイオード実装基板22とからなっており、導光板21の一方の主面(光が出射される面)が、液晶表示素子1の表示領域に対向するように配置されている。
In this way, the liquid crystal display element 1 is configured. The
LEDバックライト2を構成する導光板21は、透明樹脂基板からなり、その樹脂成分中に光散乱部材を含有させても構わない。導光板21の他方の主面には、光が拡散・反射される反射部が形成されている。この反射部は、基板中を伝搬する光を一方主面側に放射させるためのもいであり、他方主面に直接、拡散・反射させるための溝を形成したり、さらに、他主面に拡散・反射機能を有する塗膜を形成したり、さらに、他方主面に反射金属基板を貼附して構わない。
The
図では、反射金属板24を用いた例を示す。なお、反射金属板24の表面は光散乱の目的で散乱層を形成してもよいし、また、細かな散乱溝を形成しても構わない。また、導光板21の他方主面側に細かな散乱溝を形成しても構わない。
In the figure, an example using a
この導光板21の端面部分には、導光板21と並設されるように発光ダイオード実装基板22が配置されている。図1では、たとえば発光ダイオード実装基板22の発光ダイオードチップ23が、導光板21の端面と対向するように配置されている。なお、LED実装基板22の裏面は液晶表示装置の金属筐体30の側面内面に直接接合されている。
A light emitting
また発光ダイオード実装基板22の発光ダイオードチップ23が実装される実装面が導光板1の端面に直交するように配置されたりする。これは、発光ダイオードチップ23の光の指向性を考慮して選択すればよく、導光板21の端面から発光ダイオードチップ23の光が最大限供給できるように配置すればよい。
Further, the mounting surface on which the light emitting
また、発光ダイオード実装基板22は、ガラス布基材エポキシ樹脂基板やセラミック基板からなり、LED実装面には、LEDチップ23を実装する実装金属膜25、LEDチップに所定駆動電流を供給する金属駆動配線26、金属駆動配線26を取り囲むように形成された金属膜パターン27が形成されている。また、実装面と対向する面、裏面側には、略全面にわたり放熱用金属膜28が形成されている。
Further, the light emitting
さらに、LED実装基板22の厚み方向に、金属膜パターン27と放熱用金属膜28とを接続する複数の金属スルーホール29が形成されている。
Further, a plurality of metal through
実装金属膜25についても、LED実装基板22の厚みを方向に形成した金属スルーホール29を介して放熱用金属膜27に接続されている。
The mounting
そして、各金属膜25、27、28や配線26、金属スルーホール29は、たとえば銅または銅系金属材料(銅合金や表面に酸化銅で覆われた銅)で形成されている。
Each of the
なお、発光ダイオード23に供給される所定駆動電流は、金属駆動配線26が実装基板22の端部に延出して、入力端子を構成している。
Note that the predetermined drive current supplied to the
LEDチップ23は、たとえば実装金属膜25に接着固定され、LEDチップ23の電極が、金属駆動配線26に導電部材を介して接続され、実装基板22上に複数、所定間隔をおいて実装されることになる。ここで、実装金属膜25にLEDチップ23を接着する際には、絶縁性接着剤を用いている。これは、LEDチップ23と不要な短絡を防止するためである。また、LEDチップ23の実装金属膜25に接続する部分が、アース電位の箇所であれば、実装金属膜25、金属スルーホール29、放熱用金属膜28、金属膜パターン27をともにアース電位としておくことが重要である。
The
このようなLED実装基板22と導光板21との関係には、図1に示すような、LED実装基板22の裏面を金属筐体30に直接接合し、且つLEDチップ23を導光板21の端面に対向させる構造がある。また、別の構造として、図5(a)のように、LED実装基板22の裏面と、導光板21の他方主面と同一面にして、たとえば、導光板21の他方主面に貼付した反射金属板24を延長させて、この反射金属板24の上にLED実装基板22を実装する構造がある。即ち、導光板21の厚みに比較して、LED実装基板22の厚みを薄く設定して、LEDチップ23から発光された光が、導光板21の端面に供給されることが重要である。このとき、反射金属板24と、LED実装基板22の裏面側の放熱用金属膜28とが面接触する。この構造の場合には、LEDチップ23の発光指向性が広いチップが望ましい。
The relationship between the
さらに、図5(b)に示すように、導光板21の端面とLED実装基板22の実装面とが互いに対向するように配置するとともに、反射金属板24を延長させて、その先端部分をL字状に屈曲させて、屈曲させた反射金属板24の一部にLED実装基板22の裏面とが面接触するように固定する構造がある。
Further, as shown in FIG. 5B, the end surface of the
いずれの場合には、LED実装基板22の裏面に形成された放熱用金属膜28が、実装基板22の以外の部材の金属部材、たとえば、導光板21に貼付けた反射金属板24や装置全体の金属筐体30に、直接または接着材料を介して間接的に面接触して固定されることが重要となる。
In any case, the heat
これにより、液晶表示素子1の表示情報の視認性を向上させるため、液晶表示装置のバックライト2を駆動(LEDチップ23が点灯駆動)させた時、その発光とともに、発熱が発生する。この発熱された熱は、LED実装基板22の実装面側で発生することになるが、実装金属膜25や実装面側の金属膜パターン27から金属スルーホール29を介して裏面側の放熱用金属膜28に伝わることになる。
Thereby, in order to improve the visibility of the display information of the liquid crystal display element 1, when the
したがって、LEDチップ23で発生した熱が基板22に蓄熱されにくくなるため、LEDチップ23の温度上昇を有効に抑えることができる。
Therefore, since the heat generated in the
しかも、この放熱用金属膜28がLED実装基板22とは別の部材、たとえば反射金属板24や液晶表示装置の金属筐体30に、直接または間接的にLED実装基板22の放熱用金属膜28が面接触するため、これらの反射金属板24や液晶表示装置の金属筐体30がヒートシンクとして作用して、LED実装基板22に蓄積される熱を、外部に有効に放熱されることになり、LEDチップ23の温度上昇を非常に有効に抑えることができる。
Moreover, the heat
これらの作用は、液晶表示素子1の表示領域が大型化して、導光板21の形状が大型化して、大型化した導光板21に十分な光を供給すべく、LED実装基板22に多数のLEDチップ23を形成するようになればなるほど、その効果が非常に大きくなる。
These functions are such that the display area of the liquid crystal display element 1 is enlarged, the shape of the
また、金属スルーホール29は、LEDチップ23での発熱を、LED実装基板22の裏面側に伝達する手段として非常に重要である。その金属スルーホールの数は、多いほど有効に働く。しかも、特に放熱のためには実装用金属膜25に金属スルーホール29を設けることは非常に有効である。しかし、実装目的のために形成した実装用金属膜25はその表面の平坦化が求められているので、金属スルーホール29の形成においては、表面形状に影響のないように形成することが望ましい。
The metal through-
実用的には、実装用金属膜25と金属膜パターン27を一体的に形成し、LEDチップ23が実際に実装される領域をさけて、この領域に近接するように、複数の金属スルーホール29を設けることが重要となる。
Practically, the mounting
LED実装基板22のヒートシンクとして作用する金属筐体30の厚みが2mmで、材質がアルミニウムを使用し、LED実装基板22の放熱用金属膜28に面接触するように、ネジ固定した。
The
ここで各使用材料の熱伝導率は、ガラスエポキシからなるLED実装基板22が0.45W/m・K、金属膜、配線や金属スルーホールであるCuが403W/m・K、金属筐体であるアルミニウムが236W/m・Kである。
Here, the thermal conductivity of each material used is 0.45 W / m · K for the
LEDチップ23で発光とともに発生する熱は、LEDチップ23の直下に設けられた実装用金属膜25を通し、熱伝導性の極めて高いCuの全面に設けられた金属配線パターン27の全面に拡散されるとともに、さらに、複数の金属スルーホール29を介してLED実装基板22の裏面側に形成した放熱用金属膜28に伝わることになる。
Heat generated along with light emission in the
そして、放熱用金属膜28は、アルミニウムからなる金属筐体30に熱伝導されて放熱される。
The heat radiating
ここで、LED実装基板22の熱伝導率は金属膜や金属配線パターンや金属スルーホールに比較して、また、ヒーチシンクとして作用する金属筐体30に使用される金属材料に比べ非常に小さいため、熱伝導を改善するためには、実装基板22の厚みを限り無く薄くする方法が有効である。また、金属筐体30としては、アルミニウム、マグネシウム、鉄であってもよい。ちなみに、マグネシウムの熱伝導率は、157W/m・K,鉄の熱伝導率は83.5W/m・Kであり、放熱性が悪い場合は、板厚を増すか、LED実装基板22との面接触部を除き、放熱フィーンを設ければよい。
Here, the thermal conductivity of the
そして、表示領域の大きさきとして5.7インチサイズの液晶表示素子1を用い、LEDチップ23をLED実装基板22に5個配列実装し、各LEDチップに電流を250mA流し、LED実装基板22の実装面の温度上昇を測定した。その結果、実装面側を25℃以下、実装基板22の裏面側の温度上昇を18℃以下に押さえることができ、LED光源の常温発光効率に比べても2%程度の発光効率低下にとどめることができ、明るい表示が可能となった。
Then, using the 5.7 inch size liquid crystal display element 1 as the size of the display area, five
一方では、LED実装基板の実装面側のみに金属配線パターンを形成しただけでは、LED実装基板の温度上昇が大きく、LED実装基板の温度上昇が50℃以上になり、LED光源の発光効率が4%以上低下するとともに、液晶表示装置の使用環境が常温(25℃)と比較し、70℃とするとLED実装基板の温度が120℃以上となり、LED発光素子の損傷も予想される状態になった。 On the other hand, if the metal wiring pattern is formed only on the mounting surface side of the LED mounting board, the temperature rise of the LED mounting board is large, the temperature rise of the LED mounting board is 50 ° C. or more, and the luminous efficiency of the LED light source is 4 %, And the usage environment of the liquid crystal display device is 70 ° C. compared to normal temperature (25 ° C.), the temperature of the LED mounting substrate is 120 ° C. or higher, and the LED light emitting element is expected to be damaged. .
上記実験確認結果から、LED実装基板の熱伝導を改善し、LEDチップ23の発生熱を放熱板へ効率よく、熱伝導放熱させることにより、LED実装基板22の蓄熱を低減し、LEDチップ23の温度上昇を小さくすることにより、LEDチップの発光効率低下を抑制するとともに、LEDチップまたはLEDチップの接続部分での接合の損傷を防ぎ、明るい長寿命の液晶表示装置を実現できる。
From the above experimental confirmation results, the heat conduction of the
1・・・・・液晶表示素子
2・・・・・バックライト
21・・・・導光板
22・・・・発光ダイオード(LED)実装基板
23・・・・発光ダイオード(LED)チップ
24・・・・反射金属板
25・・・・実装金属膜
26・・・・金属駆動配線
27・・・・金属膜パターン
28・・・・放熱用金属膜
29・・・・金属スルーホール
30・・・・金属筐体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid
Claims (5)
該液晶表示素子の他方の透明基板に対向するように外部側に配置され、且つ導光板と該導光板に供給される発光ダイオードチップが実装された発光ダイオード実装基板とからなるバックライトとを備えた液晶表示装置において、
前記発光ダイオード実装基板の発光ダイオード実装面には、前記発光ダイオードチップが実装される実装金属膜、前記発光ダイオードチップに駆動電流を供給する金属駆動配線、該金属駆動配線を取り囲むように形成された金属膜パターンが形成され、且つ該発光ダイオードチップ実装面と対向する面には放熱用金属膜が形成されるとともに、前記発光ダイオード実装基板の厚み方向に、前記金属膜パターンと前記放熱用金属膜とを接続する金属スルーホールを形成したことを特徴とする液晶表示装置。 A pair of transparent substrates having at least a display electrode and an alignment film, a liquid crystal display element having a liquid crystal layer interposed so that the display electrodes face each other;
A backlight comprising a light guide plate and a light emitting diode mounting substrate on which a light emitting diode chip to be supplied to the light guide plate is mounted, facing the other transparent substrate of the liquid crystal display element; In the liquid crystal display device
The light emitting diode mounting surface of the light emitting diode mounting substrate is formed so as to surround the mounting metal film on which the light emitting diode chip is mounted, the metal driving wiring for supplying a driving current to the light emitting diode chip, and the metal driving wiring. A metal film pattern is formed, and a heat radiating metal film is formed on a surface facing the light emitting diode chip mounting surface, and the metal film pattern and the heat radiating metal film are formed in the thickness direction of the light emitting diode mounting substrate. A liquid crystal display device characterized in that a metal through hole is formed to connect the two.
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