JP2006011239A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
LEDの発光効率低下を抑制するとともに、信頼性の高い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。
【解決手段】
ＬＥＤモジュールを実装する実装基板の実装面に、実装金属膜２２、金属駆動配線２４、
金属膜パターン２５を、裏面に放熱用金属膜２６を形成し、その間を金属スルーホール２７に接合するとともに、ＬＥＤモジュール２３を実装するにあたり、実装金属膜との間に放熱材３０を介在させた。
【選択図】 図６

Description

本発明は、液晶表示素子とバックライトとを備えた液晶表示装置に関するものであり、特に、発光ダイオード（以下、単にＬＥＤという）光源を利用した液晶表示装置に関するものである。

従来、液晶表示装置は、外部の光を利用して表示を行う反射型液晶表示装置と、液晶表示装置自身に光源（バックライト）を備えその光源を利用して表示を行う透過型液晶表示装置とが存在する。

また、その両機能を備える半透過型液晶表示層も復旧している。たとえば、半透過型液晶表示装置は、表示を行う各画素領域に光反射領域と光透過領域を形成し、外部の光を利用して表示を行うとともに、必要に応じてバックライトの光を利用して表示を行うものである。

即ち、液晶表示装置は、液晶表示素子とバックライトとを備えた装置と、液晶表示素子に反射板のみを備えた装置とに大別できる。

たとえば、バックライトを備えた液晶装置の液晶表示素子は、下部側透明基板、上部側透明基板、両透明基板との間に配置された液晶層が配置されている。

そして、下部透明基板の内面には、例えば、表示電極、配向膜などが形成されており、また、上部透明基板内面にも表示電極、配向膜が形成されている。そして、下部透明基板の表示電極と上部透明基板の表示電極は、互いに対向してマトックス状に配列された複数の表示画素領域を形成している。そして、この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。

また、下部透明基板の外面および上部透明基板の外面には、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。

また、カラー表示を達成するために、下部透明基板または上部透明基板の内面、たとえば配向膜と基板との間には、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。

また、表示駆動方式によっては、下部透明基板などに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している。

また、下部透明基板は上部透明基板よりも大きく形成されており、下部透明基板の外周領域には、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。

また、
このようにして、液晶表示素子の下部基板の外部側に、この下部基板とほぼ平行にバックライトが配置されている。なお、具体的には、バックライトは、液晶表示領域に対応する導光板と、厚みのある導光板に光を供給される光源を備えている。バックライトには光源としてＣＦＬ（冷陰極管）と称される小型の蛍光管を使用している。この冷陰極管は導光板の端面に配置され、導光板の端面から入光させた白色光を導光板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せる。これにより、冷陰極管の光源から導光板の面状光源へと変換し利用されている。しかしこの冷陰極管の光源は、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為、環境面から有害な水銀の使用抑制のため、代替光源の使用が求められている。また、冷陰極管は放電によって点灯するため点灯回路が高調回路を具備する高周波回路であるため回路が複雑となる。また、高周波ノイズの発生源となり、液晶表示駆動を行う駆動回路に悪影響を与えることになる。

一方、新たな光源として、点光源という特徴を持つＬＥＤ光源を利用したバックライトが開発された。このＬＥＤ光源の低価格化と発光効率向上にともない、また環境規制を伴わないなどの利点でバックライトの光源として普及しつつある。

また、液晶表示装置の高輝度化・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。

従って、高輝度・大型の透過型または半透過型液晶表示素子のバックライトとするために、点光源であるＬＥＤ光源を面状光源とする導光板の裏面に設けられた光拡散部に対し、ＬＥＤ光源の指向性に合わせて最適な位置にＬＥＤ光源を複数配置する必要がある。

具体的には、ＬＥＤ光源を有するバックライトは、上述導光板とＬＥＤが複数実装されたＬＥＤ実装基板とからなる。そしてＬＥＤは、ＬＥＤをキャビティー内部に収容するとともに、実装面に該ＬＥＤに接続する端子部が設けられた容器とから構成されているＬＥＤモジュールを用いることが一般的である。これは、ＬＥＤチップは、ガリウ砒素などの半導体基板（半導体層）に所定の拡散材料を拡散して形成して形成された、さらにアノード電極、カソード電極が形成される。このようなＬＥＤチップを導光板の端面にアレイ状に配置することが理想であるが、光が導光板の端面に効率的に照射されればよく、また、ＬＥＤチップは取り扱いに困難である。

このため、ＬＥＤチップを、容器対に収容したＬＥＤモジュールとして用いられ、このＬＥＤモジュールを実装基板上に複数配列実装していた。ＬＥＤモジュールは、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを収容するキャビティーが形成され、同時にＬＥＤチップと接続する端子部が設けられて容器とから構成され、ＬＥＤモジュールを１つの電子部品のように実装基板に配列実装して用いられる。

しかし、ＬＥＤ光源の発光効率は、ＬＥＤチップの改善が進められているものの、現状約１０％程度であり、残りの９０％は熱として放出される。このＬＥＤチップから発生した熱が、容器を通じてＬＥＤモジュールの周囲に放熱されていた。このため、ＬＥＤチップ自身の温度上昇により、さらに発光効率の低下をまねき、さらにはＬＥＤチップや液晶表示素子の駆動回路に損傷、悪影響を与える恐れがある。

このことから、ＬＥＤ光源を用いるバックライトは、ＬＥＤチップから発生する発生熱を液晶表示装置外部に如何に放熱する手段が必要で有る。

また、従来技術では、例えば特開２００２−７５０３８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を搭載した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させない、さらにＬＥＤ光源の損傷を防止する提案はなされてない。
特開２００２−７５０３８号公報

しかし、液晶表示装置に用いられるＬＥＤのバックライトは、上述のようにポリイミドまたはポリエステル等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モジュールを実装し、その絶縁基板の裏面（ＬＥＤモジュール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。しかし、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モジュールの発生熱が該絶縁基板上に蓄熱され、ＬＥＤモジュール周囲の温度上昇により、ＬＥＤチップの発光効率の低下、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。即ち、上述した放熱による各不具合を積極的に解消には至っていない。

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を用いたバックライトを有する液晶表示装置において、ＬＥＤ実装基板の熱伝導を改善し、ＬＥＤ光源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実装基板の蓄熱を低減し、ＬＥＤ光源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である。

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、且つ導光板と発光ダイオードモジュールが複数実装された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モジュールは、発光ダイオードチップと、キャビティー内部に前記発光ダイオードチップを収容するとともに、実装面に該発光ダイオードに接続する端子部が設けられた容器とから構成されているとともに、
前記実装基板は、その発光ダイオード実装面に前記発光ダイオードモジュール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、該金属駆動配線に離間する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、前記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が形成されるとともに、
前記発光ダイオードモジュールを、実装金属膜との間に絶縁性を有する放熱接合材を介させて実装基板に実装したことを特徴とする。

また、前記バックライトは、前記導光板の外部側主面および前記実装基板の放熱用金属膜が形成された面に延びるように形成された放熱板を具備していることを特徴とする。

また、バックライトは、導光板の外部側主面および前記実装基板の放熱用金属膜が形成された面に延びるように形成された放熱板を具備しており、前記実装基板の放熱用金属膜は実質的に密着されていることを特徴とする。

また、実装基板と放熱板とは、放熱性部材を介して密着されていることを特徴とする。また、放熱接合材は、実装金属膜から金属膜パターンに延在していることを特徴とする。また、実装金属膜は、前記金属パターンに連結されている。また、実装金属膜、金属膜パターン、放熱用金属膜および金属スルーホールは、銅を主成分とする材料で形成されており、少なくとも前記金属駆動配および金属スルーホール、放熱用金属膜の表面は半田層によって覆われていることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置では、バックライトの光源としてＬＥＤチップを収容した発光ダイオードモジュールを用いて、発光ダイオード（ＬＥＤ）実装基板のＬＥＤ実装面（一方主面側）の金属駆動配線に接続されている。そして、ＬＥＤモジュールを構成する容器は基板に形成した実装金属膜との間には放熱接合材を介して実装されている。したがって、ＬＥＤチップの発光によって発生した熱は、ＬＥＤチップを収容する容器に蓄積されやすいが、容器と実装基板との間に介在した放熱接合材によって、効率的に実装基板側に伝導させることができるので、発光ダイオードモジュール自体の温度上昇を防止することかできる。即ち、容器に蓄積される熱を効率的に外部に放出できるため、ＬＥＤチップ自身の温度上昇を有効に抑えることができ、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となる。

実装基板のその実装面には上述したＬＥＤモジュールが実装される実装金属膜と、ＬＥＤに駆動電流を供給する金属駆動配線、実装面側での放熱作用を促進する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チップで発生する熱が、実装面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。

しかも、この発熱源であるＬＥＤチップを収容したＬＥＤモジュールは実装金属膜に実装され、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（ＬＥＤモジュール）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。

特に、ＬＥＤモジュールと実装金属膜との間の放熱接合材を、実装金属膜から金属膜パターンにまで延在するように金属パターンにも効率的に熱を伝えることができ、金属パターンにも複数の金属スルーホールを形成して、ＬＥＤモジュールの熱を実装金属膜から金属スルーホールだけではなく、金属パターンから金属スルーホールを介して、ＬＥＤモジュールの熱を実装基板の他方主面側の放熱用金属膜に伝えることができる。

このような効果は放熱材を実装金属膜から金属パターンに延在させるだけではなしに、実装金属膜と金属パターンとを連続して形成しても同様の効果が得られる。

また、実装金属膜、金属膜パターン、放熱用金属膜および金属スルーホールは、銅を主成分とする材料または表面に銅が形成することにより、材料的に熱伝達が効率的に行うことができ、金属駆動配および金属スルーホール、放熱用金属膜の表面は半田層によって覆われているのでＬＥＤモジュールの半田接合が簡単になり、また、放熱用金属膜において厚みを厚くすることができ放熱特性をより向上させることができる。

さらに、バックライトは、導光板の外部面および前記実装基板の放熱用金属膜が形成された面に延びるように形成された放熱板を具備しており、前記実装基板の放熱用金属膜は実質的に密着されている。このため、ＬＥＤチップで発生した熱は、ＬＥＤモジュールの容器を通じて実装基板に伝わり、さらに、実装基板の放熱用金属膜から有効に放熱板に伝えることができ、実装基板の温度上昇を最小限に抑えることができる。実装基板と放熱板との関係については、実装基板の放熱用金属膜を放熱板に密着させることが重要であるが、
その密着性を向上させるため、実装基板と放熱板との間に放熱接合材、たとえば放熱シートを介在させることにより確実に、且つ簡単に実装基板と放熱板とを密着させて、熱を放熱板に伝導させることができる。

結局、ＬＥＤチップで発生した熱を、容器、実装基板、放熱板の順で効率的に熱伝達を行うができ、ＬＥＤモジュールの容器や実装基板での蓄熱を低減し、ＬＥＤチップでの温度上昇を抑え、発光効率低下を抑制するとともに、ＬＥＤチップの損傷を防ぎ、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。

またＬＥＤ実装基板には、容器に端子部が形成されたＬＥＤモジュールを通常の電子部品のように簡単に半田を用いて実装接続することかでき、また、ＬＥＤを駆動する回路をも非常に簡単に形成する光源やその駆動用部品等の容易に半田接続ができる。

また、前記ＬＥＤ実装基板の各種配線パターンと金属膜の材質がＣｕ（銅）を用いており、金属スルーホールについても材質がＣｕであるため、熱の伝達を向上させることができ、材料的にも熱伝達を促進できる。

以下、本発明の液晶表示装置を図面に基づいて詳説する。

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は斜視図であり、図３は、本発明の液晶表示装置に用いられる液晶表示素子の断面図であり、図４〜８は、バックライトを説明する図である。

本発明の液晶表示装置は、液晶表示素子１と、主に導光板３、ＬＥＤ光源２とからなるＬＥＤバックライトと両者を収容する筐体４、５とから構成されている。

液晶表示素子１は、図３に示すように他方の基板である下部側の透明基板１１、一方の基板である上部側の透明基板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、下部側透明基板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、上部側透明基板１２内面にも表示電極、配向膜が形成されている。尚、図３では下部側透明基板１１の内面に形成した表示電極１５を含む構造物を単に符号１７で示し、また、上部側透明基板内部に形成した表示電極１６を含む構造物を単に符号１８で示している。

この下部側透明基板１１の表示電極１５と上部側透明基板１２の表示電極１６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。

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ＬＥＤバックライトからの光を表示面側に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ＬＥＤバックライト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、ＬＥＤバックライト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。

また、下部側透明基板１１の外面および上部側透明基板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。

また、カラー表示を達成するために、下部側透明基板１１の内部構造物１７または上部側透明基板１２の内部構造物１７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。

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１７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。このような駆動素子は透明基板１１、１２のいずれかの表示領域の外周に実装されることが多い。図１ではこの駆動素子１９は表示面側に位置した透明基板の内面の外周領域に配置されている。

下部側透明基板１１や上部側透明基板１２は、ガラス、透光性プラスチックなどが例示できる。また、表示電極１５、１６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。

このような下部側透明基板１１や上部側透明基板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。

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の他方の下部側透明基板１１の外部側には、ＬＥＤバックライトが配置されている。

このような液晶表示素子１とＬＥＤバックライトは、たとえば表示領域が開口した上側の筐体４とバックライトを保護して、各ＬＥＤ光源から発する熱を外部に放熱する機能を兼ねる下側の筐体５とに収容される。

ＬＥＤバックライトは、導光板３と導光板３に供給されるＬＥＤ光源２とから構成されている。

ＬＥＤ光源２は図６に示すように、ＬＥＤチップを収容したＬＥＤモジュール２３と、このＬＥＤモジュール２３が実装された実装基板２１とからなっている。さらに、導光板３の下面および実装基板２１の実装と対向する他の主面を取り囲むように放熱板を具備している。尚、この放熱板は、液晶表示装置の下側の筐体５を兼ねることができ、以下の例では放熱板と下側の筐体５を兼用している。

また、導光板３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。

導光板３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３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のであり、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、他方主面に拡散・反射機能を有する塗膜を形成して構わない。

ＬＥＤ光源２を構成するＬＥＤモジュール２３は、図８に示す断面図のように、半導体材料からなる発光部、アノード電極、カソード電極を有するＬＥＤチップ２３ａと、耐熱樹脂材料やセラミック材料などからなる容器２３ｂとから構成されている。容器２３ｂの光が出射される面には、すり鉢状キャビティー２３ｄが形成されており、このキャビティー２３ｄの底部にＬＥＤチップ２３ａが配置・収容されている。このＬＥＤチップ２３ａのアノード電極、カソード電極は、容器２３ｂの光出射面以外の外面に形成した端子部２３ｃ、２３ｃに接続されている。尚、すり鉢状のキャビティーの内壁面に反射塗料が塗布されており、また、キャビティー内にはＬＥＤチップ２３ａを埋設するように透光性樹脂が充填されている。

このような構造のＬＥＤモジュール２３は、容器２３ｂの光出射面が、導光板３の端面部に位置するように、発光ダイオード実装基板２１に所定間隔をおいて複数実装されている。尚、図２〜図７では複数個配列されたＬＥＤモジュールのうち１つのＬＥＤモジュールの実装部分で説明している。たとえば、図１ではＬＥＤ光源２の光出射面が、実装基板２１と平行な面をなしているため、この面が導光板３の端面と対向するように配置されている。即ち、導光板３とＬＥＤモジュール２３を実装した実装基板２１とが概略垂直関係となっている。

また、実装基板２１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モジュール２３を実装する実装金属膜２２、ＬＥＤチップ２３ａに所定駆動電流を供給する金属駆動配線２４、金属駆動配線２４に離間する金属膜パターン２５が形成されている。また、実装面と対向する面、即ち基板裏面には、略全面にわたり放熱用金属膜２６が形成されている。

さらに、実装基板２１の厚み方向に、実装金属膜２２と放熱用金属膜２６とを、金属膜パターン２７と放熱用金属膜２６とを接続する複数の金属スルーホール２７が形成されている。

そして、各実装金属膜２２、金属駆動配線２４、金属膜パターン２５、放熱用金属膜２６、金属スルーホール２７は、たとえば銅または銅系金属材料（実施的に銅材料や銅メッキ）などで形成され、そのうち特に金属駆動配線２４の一部や実装金属膜２２、放熱用金属膜２６、金属スルーホール２７は図７（図６の丸で囲まれたＡ領域）に示す半田２８によって覆われている。また、金属膜パターン２５の表面は樹脂レジスト膜によって覆われている。このレジスト膜は白色であればＬＥＤモジュール２３から漏れた光を効率的に導光板３に供給できる。なお、ＬＥＤモジュール２３に供給される所定駆動電流は、金属駆動配線２４の一部が外部駆動回路に接続されている。

ＬＥＤモジュール２３は、たとえば実装金属膜２２に、放熱性が良好で且つ接着性を有する放熱材３０を介して実装され、ＬＥＤモジュール２３の端子部２３ｃが、金属駆動配線２６に半田などの導電接合部材を介して接続されている。このように実装基板２１上には複数、所定間隔をおいて実装されることになる。ここで、実装基板２１の実装金属膜２５とＬＥＤモジュール２３との間に介在された放熱材３０は、絶縁性を有するものであり、ＬＥＤモジュール２３の端子部２３ｃ、２３ｃ間の短絡を防止するためである。また、この放熱材３０は図９に示すように、端子部２３ｃ、２３ｃが接合する金属駆動配２６の領域を除いて、実装金属膜２２の形成領域から延在し、金属膜パターン２７の形成領域に到達するように形成してもよい。このようにすれば、ＬＥＤモジュール２３の容器２３ｂに蓄積した熱が、放熱材３０を介して実装金属膜２２のみならず、直接、金属膜パターン２５に熱が伝わり、実装基板２１の裏面側の放熱用金属膜２６に、数多くの金属ビアホール２７を経由して伝えることができる。即ち、ＬＥＤモジュール２３の容器２３ｂに蓄積した熱を効率的に実装基板２１の放熱用金属膜２８に逃がすことができる。

同様の効果を得るために、図１０に示すように、実装金属膜２２を延在して実質的に金属膜パターン２５と一体的に形成（実装金属膜２２と金属膜パターン２５と結合）しても構わない。

下側筐体と兼ねた放熱板５は導光板３の下面と導光板３の端面に配置した実装基板２１の放熱用金属膜２８を形成した面に互いに対向するように、たとえば少なくとも一端がＬ字状に屈曲され金属製部材である。この放熱板５はＬＥＤモジュール２３内のＬＥＤチップ２３ａで発生した熱を容器２３ｂ、放熱材５、実装基板２１を介してより広い面積を有する部材に伝え、この部材から主に外気に熱を放出するものである。

放熱板５の平板領域、即ち、導光板３の下面に対向する領域には必要に応じて外気との接触を増加させるため、放熱用孔を形成してもよい。また、Ｌ字状に屈曲された領域は、実装基板２１の放熱用金属膜２６に密着するようになっている。この密着性を高めため、具体的には放熱板５の表面の微小な凹凸などにより形成される空気の層の発生することを防止するために、図１１にその凹凸を吸収しえる弾性を有する放熱シート３１などを介在させてもよい。尚、実装基板２１の端面（図面の下側の端面）には、放熱板５の平板部に当接することから、上述の放熱シート３１を断面Ｌ字状に成形し、実装基板２１のこの端面と放熱板５との間にも介在させてもよい。このようにすれば実装基板２１の裏面のみならず、この面にも放熱シート３１を用いることで、実装基板２１に蓄積された熱を、直接、放熱板５に熱を伝えることができる。

本発明の特徴的なことは、上述したように、ＬＥＤモジュール２３と実装基板２１の実装構造において、ＬＥＤモジュール２３と実装基板２１との接触面積を増加させるための、少なくとも両者の間隙に放熱材３０を充填配置したことである。

通常、ＬＥＤモジュール２３と実装基板２１は、接続端子部の２箇所で導電性部材、たとえば半田を用いて接続されたにすぎない。したがって、ＬＥＤモジュール２３のＬＥＤチップ２３ａで発生した熱は、容器２３ｂに蓄積するが、従来においては容器２３ｂから実装基板２１に接続端子部を通じて伝わり、それ以外は容器周囲の外気に放出されていた。これに対して、本発明ではＬＥＤモジュール２３の容器２３ｂと実装基板２１との間の間隙（空気層）を排除して放熱材３０を充填することにより、容器２３ｂに蓄積された熱を効率的に実装基板２１側の実装金属膜２２に伝導することができ、複数の金属スルーホール２７を介して効率的に放熱用金属膜２６に伝導することができる。

しかも、実装金属膜２２と金属膜パターン２５とを一体的に形成することにより、また、実装金属膜２２と金属膜パターン２５とが別々に形成されていたとしても放熱材３０を両者にまたがるように被覆することにより、容器２３ｂの熱を有効に実装基板２１側に伝え、複数の金属スルーホール２７を用いて放熱用金属膜２６に伝えることができる。

以上のように、放熱接合材３０を用いたこと、実装基板２１の構造でＬＥＤ実装面側からその反対面にまで金属スルーホール２７を用いたこと、これらの金属スルーホール２７の伝熱効果を高めるため実装面側に実装金属膜２２、金属膜パターン２５を設け、反対面では放熱用金属膜２６を用いたこと、これらの金属膜２２、２６、金属膜パターン２５、金属スルーホール２７に銅系の良熱伝導材料を用いたことにより、ＬＥＤモジュール２３の容器２３ｂの熱を確実に、且つ効率的に実装基板２１の放熱用金属膜２６側に伝え、ＬＥＤチップ２１ａの周囲での温度上昇を有効に抑えるものである。

さらに、本発明では、この放熱用金属膜２６から放熱板５への放熱作用を向上することになる。

実装基板２１は、絶縁基板の厚みが０．１mmでその両面に配置する各種金属膜２２、２６、金属膜パターン２５、金属駆動配線２４の厚みが３５μｍの銅箔を使用した。金属スルーホール２９は、直径０．２mmの貫通孔を設け、貫通孔の内周にメッキ材料として銅で行い２５μｍの厚みの銅メッキを行った。

放熱板５の厚みが２mmで材質がアルミニウムの矩形状の板を使用し、実装基板２１の放熱用金属膜２６に面接触するように断面Ｌ字状に屈曲して、実装基板２１にネジ固定した。ここで各使用材料の熱伝導率は、ガラス布基材エポキシ樹脂からなる絶縁基板（実装基板の基体部分）が０．４５Ｗ／ｍ・Ｋ、銅が４０３Ｗ／ｍ・Ｋ、アルミニウムが２３６Ｗ／ｍ・Ｋ、半田が６２．１Ｗ／ｍ・Ｋ、放熱接合材が０．９２Ｗ／ｍ・Ｋである。

ＬＥＤモジュール２３のＬＥＤチップ２３ａで発光とともに発生する熱は、ＬＥＤモジュール２３の容器２３ｂと実装基板２１との間に充填配置した放熱材３０を介して実装基板２１に伝わる。この放熱材３０としては、たとえば放熱樹脂（東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）のＳＥ４４２０を使用）が例示できる。

実装基板２１の絶縁基板の熱伝導率は金属膜２２、２６や金属膜パターン２５や放熱板５に使用される金属材料に比べ非常に小さいため、放熱板５の熱伝導を改善するためには、基板の厚みを限り無く薄くする方法が有効である。また、絶縁信頼性、コストから薄いガラスエポキシ基板を用いた。また、実装基板２１の放熱用金属膜２６は、実装面側の他の実装金属膜２２、金属膜パターン２５に比較して厚みを３５μｍから６０μｍに厚くすることにより、熱が伝導拡散しやすい構造とした。即ち、銅材料の金属膜の表面を２０μｍ程度の厚みの半田層２８で被覆した。これにより、上述の放熱効果の向上のみならず、実装基板２１にＬＥＤモジュール２３やその駆動部品等の半田付け実装が容易になるとともに、各銅の表面の酸化や銅の変色及び腐食が防止できる。

また、液晶表示装置として５．７インチサイズの矩形状の液晶表示素子１を用い、実装基板２１に線状にＬＥＤモジュール２３を５個実装し、各ＬＥＤモジュールに電流を２５０ｍA流し、実装基板２１の実装面での温度上昇を測定した。その結果、温度上昇を２５℃以下に、また、裏面側の温度上昇を１８℃以下に押さえることができた。即ち、ＬＥＤモジュール２３を含む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、明るい表示が可能となった。

これに対してＬＥＤモジュールを有するバックライトを具備した液晶表示装置では、実装基板、特にＬＥＤモジュールの周囲での温度上昇が大きく、実装基板の実装面側での温度上昇で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。

上記実験確認結果から、ＬＥＤモジュール２３の実装構造（放熱材３０を介在させる）、実装基板２１の金属膜２２、２６、金属膜パターン２５、金属スルーホール２７の各種構造により熱伝導を改善し、ＬＥＤモジュール２３の発生熱を放熱板５へ効率よく放熱させることにより、ＬＥＤモジュールや実装基板での蓄熱を低減し、ＬＥＤ光源２の温度上昇を小さくすることにより、ＬＥＤチップ２３ａ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装置を実現できた。

本発明の液晶表示装置の断面図である 本発明の液晶表示装置の概略斜視図である 本発明の液晶表示装置に用いられる液晶表示素子の構造を示す断面図である。 本発明の液晶表示装置に用いられるＬＥＤ光源の実装面側からみた概略斜視図である。 本発明の液晶表示装置に用いられるＬＥＤ光源の裏側からみた概略斜視図である。 本発明に係るＬＥＤ光源の概略断面図である。 図６のＡ部分の拡大断面図である。 ＬＥＤモジュールの構造を示す概略図である。 本発明に係るＬＥＤ光源の他の実施例を示す概略断面図である。 本発明に係るＬＥＤ光源の別の実施例を示す概略断面図である。 本発明のＬＥＤ光源と放熱板との関係を示す概略断面図である。

符号の説明

１・・・・・液晶表示素子
２・・・・・ＬＥＤ光源
３・・・・・導光板
２１・・実装基板
２２・・実装金属膜
２３・・ＬＥＤモジュール
２４・・金属駆動配線
２５・・金属膜パターン
２６・・放熱用金属膜
２７・・金属スルーホール
３０・・放熱材

Claims (7)

1. 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、且つ導光板と発光ダイオードモジュールが複数実装された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モジュールは、発光ダイオードチップと、キャビティー内部に前記発光ダイオードチップを収容するとともに、実装面に該発光ダイオードに接続する端子部が設けられた容器とから構成されているとともに、
   前記実装基板は、その発光ダイオード実装面に前記発光ダイオードモジュール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、該金属駆動配線に離間する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、前記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が形成されるとともに、
   前記発光ダイオードモジュールを、実装金属膜との間に絶縁性を有する放熱接合材を介させて実装基板に実装したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記バックライトは、前記導光板の外部側主面および前記実装基板の放熱用金属膜が形成された面に延びるように形成された放熱板を具備していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記バックライトは、導光板の外部側主面および前記実装基板の放熱用金属膜が形成された面に延びるように形成された放熱板を具備しており、前記実装基板の放熱用金属膜は実質的に密着されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記実装基板と放熱板とは、放熱性部材を介して密着されていることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
5. 前記放熱接合材は、実装金属膜から金属膜パターンに延在していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
6. 前記実装金属膜は、前記金属パターンに連結されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
7. 実装金属膜、金属膜パターン、放熱用金属膜および金属スルーホールは、銅を主成分とする材料で形成されており、少なくとも前記金属駆動配および金属スルーホール及び放熱用金属膜の表面は半田層によって覆われていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。

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