JP2006235399A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＬＥＤの発光効率の低下を抑制するとともに、安定してＬＥＤの光源体を固定できる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
液晶表示パネル１と、液晶表示パネル１の外側に配置され、導光板、該導光板の端面に配置した光源体とを備えたバックライトと、これらを収納する外装部材６、１０とから構成される液晶表示装置であり、光源体を構成するＬＥＤユニット７と実装された実装基板８の上面側の主面に熱伝導弾性シート９を、下面側主面に熱伝導性接着剤１７を介して、実装基板８を固定した。
【選択図】 図１

Description

この発明は、液晶表示装置に関し、詳しくは、バックライトの光源体にＬＥＤユニット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、液晶表示パネルと液晶表示パネルに透過する光を供給するバックライトが配置されて構成されている。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ＣＣＦＬ（冷陰極管）と称される小型の蛍光管を使用している。また、導光板は、液晶表示パネル側の主面（表面）は、液晶表示パネルの表示領域に対応するように対向し、この主面の反対側の主面（裏面）側には、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。ＣＣＦＬ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ＣＣＦＬの光は、導光板内に伝達され、導光板の裏面側で拡散・反射され、導光板から液晶表示パネルに向けて出射され、線光源から均一な面状光源へと変換し、液晶表示装置の光源として利用されている。

しかしこのＣＣＦＬ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ＣＣＦＬ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。またＣＣＦＬを点灯させる為には、高電圧高周波点灯回路が必要であり、高周波ノイズが発生する為、ノイズ対策が別途必要なばかりでなく、低温点灯しにくい等の問題があった。

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チップ（ＬＥＤ）が収容された発光ダイオードユニット（ＬＥＤユニット）を光源に利用したバックライトが開発された。このＬＥＤユニットを利用したバックライト（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、液晶表示パネル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。

従って、高輝度・大型液晶表示パネルに用いられるＬＥＤバックライトとするために、点光源であるＬＥＤユニットを変換して、均一に発光する面状光源（導光板の出射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ユニットの指向性に合わせて、最適な位置にＬＥＤユニットを配置する必要がある。

ここで最も大きな課題は、ＬＥＤユニットのＬＥＤチップの発熱により、ＬＥＤユニット及びその周辺温度が上昇することで、ＬＥＤチップ自身の発光効率や寿命が低下することである。ＬＥＤチップ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チップを光源としたバックライトにおいては、この発生熱がＬＥＤユニット及びＬＥＤユニットを実装した実装基板に蓄熱され、ＬＥＤユニットやその周辺温度の上昇に伴い、ＬＥＤチップ自身の発光効率の低下を招くことになる。また寿命に関しては、たとえば、日亜化学製のトップビュー型ＬＥＤ（ＮＳＣＷ４５５）の順電流ＩＦ＝２０ｍＡにおける推定寿命データ（輝度半減期）は、周囲温度が２５℃において寿命は約１２０００時間であるのに対し、５０℃では約５５００時間しかなく、ＬＥＤの周辺温度の上昇に伴って、寿命が短くなることが分かる。さらにはＬＥＤチップで発生する熱はＬＥＤユニットやそのＬＥＤユニットを実装した実装基板の配線などを破損させる原因にもなりえる。しかも、バックライトの高輝度化のために、ＬＥＤユニットの実装数を増加させると、その発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出来ない。

ＬＥＤチップで発生する熱に関する従来技術として、例えば特開２００３−２８１９２４号に開示されているようにＬＥＤは一般的には、ジャンクション温度が上昇すると、この発光効率が低下する不都合があり、たとえばＧａＮのジャンクション温度が１℃上昇すると発光効率が１％程度低下することがある。発光ダイオードの温度上昇を抑制するため、金属配線を有する実装基板の一方主面上にＬＥＤユニットを実装し、この実装した光源体を筐体容器の所定箇所に収容して、放熱用絶縁樹脂層を充填するとともに、さらに、該放熱用絶縁樹脂層上にＬＥＤユニットの発光面を除いて導電性接着剤を充填した放熱構造の照明装置が知られている。
特開２００３−２８１９２４

しかしながら、液晶表示装置に用いられ、液晶表示パネルの裏面側に配置されるＬＥＤバックライトは、導光板と、ＬＥＤユニットを実装した実装基板とを液晶表示装置の筐体に固定していた。尚、固定方法としては、バックライトの形状に合わせて筐体の内部に支持突起部などを形成し、その支持突起部を用いて嵌合・固定したり、また、バックライトを両面粘着テープで筐体の所定部位に接着していた。

しかし、この実装基板の裏面と液晶表示装置の筐体との接触部分においては、その表面の微細な凹凸の存在により面接触は不十分で、熱伝導が極めて小さい空気層が介在することになっている。また、両面粘着テープ固定の場合も、両面粘着テープの熱伝導率が小さいため、実装基板から容器への熱伝導が不十分となる。その結果、ＬＥＤユニットまたはその実装基板に熱が蓄積され、ＬＥＤユニットのＬＥＤチップの温度上昇により、発光効率の低下、さらには、ＬＥＤチップが短時間で損傷するという問題が発生してしまう。

また、ＬＥＤユニットを実装した実装基板の表面に熱伝導性樹脂を充填して、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制する技術が開示されているが、実装基板から筐体側への放熱が不十分であったため、絶縁基板に熱が蓄熱される。

また、熱伝導性樹脂となる樹脂ペーストを非常に狭い領域に充填するという工程が非常に困難であった。

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、バックライトを構成するＬＥＤユニットを実装する実装基板と液晶表示装置の外装部材との接合構造を改善して、ＬＥＤチップの発生熱を効率よく熱伝導させ、ＬＥＤユニットを実装した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、発光効率低下を抑制するとともに、実装基板の固定が非常に安定するＬＥＤ光源を有する液晶表示装置を提供するものである。

本発明は、表示電極、配向膜を有する１対の基板間に液晶を介在させて、複数の画素領域で表示領域を構成してなる液晶表示パネルと、
該液晶表示パネルの一方の基板の外側に配置されるとともに、表示領域に対応するように配置された導光板及び該導光板の端面に配置した光源体を備えたバックライトと
前記液晶表示パネルとバックライトとを収容するとともに、少なくとも上部内面と下部内面とを有する外装部材とから構成される液晶表示装置において、
前記光源体は、ＬＥＤユニットと、該ＬＥＤユニットが上面側の主面に実装される実装基板とからなるとともに、前記実装基板の下面側の主面は熱伝導性接着剤を介して前記外装部材の下部内面に接着固定されていることを特徴とする液晶表示装置である。

このような構成により、実装基板の下面側の主面が、外装部材の下部内面に、熱伝導性接着剤を介して比較的広い面積で接着されるため、実装基板が外装部材に比較的安定して固定されることになる。しかも、その接着剤が熱伝導性接着剤を用いるため、実装基板に蓄熱されるＬＥＤユニットからの熱を安定・かつ効率的に外装部材に熱伝導することができる。

また、前記外装部材の下部内面には、ヒートシンク金属板が配置されており、前記熱伝導性接着剤を介して実装基板が接着固定されていることを特徴とする。即ち、外装部材として、比較的大きな面積の平板からなるヒートシンク金属板を用いているため、特に、実装基板に蓄熱されるＬＥＤユニットからの熱を安定・かつ効率的にヒートシンク金属板に放熱することができる。

また、前記実装基板の上面側は、熱伝導弾性シートを介し、前記外装部材の上部内面から押圧されることを特徴とする。これにより、熱伝導弾性シートの存在により、実装基板の上面側から外装部材の上部内面側にも熱伝導されることになり、実装基板に蓄熱されるＬＥＤユニットからの熱を安定かつさらに効率的に外装部材から放熱することができる。また、実装基板が下面側主面が熱伝導性接着剤で外装部材の下部内面に固定され、さらに、上部側から熱伝導弾性シートを介して実装基板が外装部材によって押圧・固定されるため、実装基板の固定が非常に安定・強化されることになる。また、熱の伝導からしても、実装基板の上面側の主面に圧接することになるため、熱伝導の効率も向上する。

また、前記実装基板の上面側の主面には、ＬＥＤユニットを駆動する電源が供給される金属配線パターンと、少なくとも該金属配線パターン領域を取り囲む第１の金属パターンが形成されているとともに、その下面側の主面には、熱伝導性接着剤を介して前記外装部材の下部内面に熱を放出する第２の金属パターンが形成されていることを特徴とする。これにより、実装基板の表面、たとえば、上部側の主面が第１の金属パターンで、下部側の主面が第２の金属パターンで実質的に覆われることから、実装基板から熱伝導性接着剤を介して外装部材の下部側内面に、熱伝導弾性シートを介して外装部材の上部側内面に効率よく熱を伝導することができる。

また、前記ＬＥＤユニットは、前記実装基板の上面側の主面に形成された金属配線パターンに接続するとともに、第１の金属パターンに実装されていることを特徴とする。これにより、金属配線パターンのみならず、ＬＥＤユニットの底面を金属パターンに接合させることができ、ＬＥＤユニットからの熱を、金属配線パターンを介して、また、第１の金属パターンを介して実装基板側に効率的に伝えることができる。

前記実装基板は、その厚み方向に第１の金属パターンと第２の金属パターンとを接合するスルーホール部が形成されていることを特徴とする。これにより、実装基板の上面側主面（ＬＥＤユニットを実装した側の主面）から、外装部材の下部内面に接着される実装基板の下面側主面に熱を安定的に伝えることができる。

また、前記実装基板の金属配線パターン、第１の金属パターン及び第２の金属パターン及びスルーホール部はＣｕ（銅）を主成分とする材料で形成されているとともに、第１の金属配線パターン及び第２の金属配線パターンの表面は半田メッキまたは金メッキが被膜されていることを特徴とする。これにより、材料的に熱を安定的に伝えることができる。

本発明の液晶表示装置では、ＬＥＤ実装基板の熱伝導を改善し、ＬＥＤ光源の発生熱を外装部材側に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できる。また、実装基板の下面側で接着・固定し、実装基板の上面側から熱伝導弾性シートを介して押圧するため、実装基板や熱伝導弾性シートが外装部材内で安定的に固定されることになる。

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し、図２に液晶表示装置の表示面から見た外観斜視図を示し、図３に液晶表示パネルの概略断面構造を示し、図４にＬＥＤ光源を搭載した実装基板の斜視図を示し、図５に熱伝導弾性シートの斜視図を示す。図６はＬＥＤ光源を説明する概略平面図である。

本発明の液晶表示装置は、液晶表示パネル１、ＬＥＤバックライト、液晶表示装置の外装部材の上側部材６、ヒートシンク金属板を含む下側部材１０とから主に構成されている。尚、上側部材６は主に液晶表示パネル１を保護する上側筐体である。また、下側部材１０は主にＬＥＤバックライトを保護する下側筐体であるとともに、外部に熱を放出するヒートシンク機能を有するものである。

液晶表示パネル１は、図３に示す他方の基板である下部透明基板１１、一方の基板である上部透明基板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３では下部透明基板１１の内面の構造物を単に符号１５で示し、また、上部透明基板１２の内面の構造物を単に符号１６で示している。

この下部透明基板１１の内部構造物１５を構成する表示電極と上部透明基板１２の内部構造物１６を構成する表示電極は、互いに対向してマトリ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、位相差板、必要に応じて散乱板が配置されている。

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。

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。

また、上部透明基板１２や下部透明基板１１のいずれか一方の基板、たとえば形状の大きい基板、たとえば上部透明基板１２の外周領域には、上部透明基板１２の内面構造体１６のうち表示電極やスイッチング素子に接続する配線パターンを設け、この配線パターンに所定信号、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、下部透明基板１１の表示電極は、両基板１１、１２間の間隔に配置した導電性粒子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。

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を構成する表示電極は、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。

このようにして、液晶表示パネル１が構成されている。この液晶表示パネル１の他方の透明基板である下部基板１１の外部側には、ＬＥＤバックライトが配置されている。

ＬＥＤバックライトは、主に導光板４及び導光板４の端面に配置した光源体とからと構成される。尚、導光板側には、レンズシート２、拡散シート３、反射シート５を含み、光源体は、ＬＥＤユニット７、実装基板８、熱伝導弾性シート９を含んでいる。

そして、バックライトの導光板４の一方の主面（光が出射される面）が、液晶表示パネル１の表示領域に対向するように配置されている。この導光板４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４の他方の主面には、光が拡散・反射される反射シート５が配置されている。この反射シート５は、導光板４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る。尚、反射シート５の代わりに他方の主面に直接、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。また、この反射シート５は、導光板４の４つの端面のうちＬＥＤユニット７が配置される端面を除く３つの端面にも形成してもよい。

光源体を構成する実装基板８は、図７に示すように、ガラス布基材エポキシ樹脂やセラミックなどからなる絶縁基板８０と、その上面側の主面に実装されるＬＥＤユニット７から構成される。このＬＥＤユニット７を実装する実装面には、ＬＥＤユニット７に所定駆動電流を供給する金属配線８１が形成されている。そして、この金属配線８１に半田などの導電部材８９を介して、ＬＥＤユニット７が複数、所定間隔をおいて実装されることになる。そして、このようなＬＥＤユニット７は、４つの側面のうち１つの側面として、実装基板８の上部側の主面に実装されることになるため、発光面は、図４のように、実装基板８の一方の長辺側に整列されて実装される。

ＬＥＤユニット７は、図６に示す平面図のように、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７ａと、耐熱樹脂材料やセラミック材料などからなる容器７ｂとから構成されている。容器７ｂの光が出射される面には、すり鉢状キャビティー７ｄが形成されており、このキャビティー７ｄの底部にＬＥＤチップ７ａが配置・収容されている。このＬＥＤチップ７ａのアノード電極、カソード電極は、容器７ｂの光出射面以外の側面に形成した電圧供給の端子部7ｃに接続されている。尚、すり鉢状のキャビティー７ｄ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７ａを埋設するように透光性樹脂や蛍光体材料が充填されている。このＬＥＤユニット７の容器において、この発光面に対向する背面と４つの側面を有しており、特に、実装基板８の一方主面に実装される側面を実装面という。そして、図６においては、端子部７ｃは、実装面と実装面に隣接する側面に跨がるＬ字状に形成され、２つの側面には端子部７ｃの一部が形成されている。

つぎに、図７を用いて、実装基板８について説明する。実装基板８は、ガラス布基材エポキシ樹脂基板やセラミック基板などの絶縁基板８０と、絶縁基板８０の上面側の主面（ＬＥＤ実装面）には、ＬＥＤユニット７を実装して固着する実装用の金属パターン８２ａと、ＬＥＤユニット７に所定駆動電流を供給する金属配線８１と、金属配線８１に離間し、金属配線８１を取り囲む第１の金属パターン８２とが形成されている。また、絶縁基板８０の下面側の主面には、絶縁基板８０の略全面にわたり放熱用の第２の金属パターン８３が形成されている。なお、図７では、ＬＥＤユニット７を実装して固着する金属パターン８２ａと第１の金属パターン８２とが一体的に形成される。また、この金属パターン８２ａと第１の金属パターン８２とを別々に形成しても構わない。

さらに、絶縁基板８０の厚み方向に、実装用の第１の金属パターン８２ａと放熱用の第２の金属パターン８３とを、また、第１の金属パターン８２と放熱用の第２の金属パターン８３とをそれぞれ接続する複数のスルーホール部８４が形成されている。

そして、実装用の金属パターン８２ａ、第１の金属パターン８２、放熱用の第２の金属パターン８３及びスルーホール部８４は、たとえば銅系金属材料などで形成され、具体的には、実装用の金属パターン８２ａ、第１の金属パターン８２、放熱用の第２の金属パターン８３及びスルーホール部８４の金属下地導体膜上に、必要に応じて銅メッキ層８５が被覆されている。そして、銅メッキ層８５が形成されていない領域や金属パターン間で短絡が発生しそうな部位には、樹脂レジスト膜８６が覆われている。なお、このレジスト膜８６は、絶縁基板８０の実装側の主面においては、白色系顔料や白色系の染料を用いた樹脂を用いることが望ましい。このレジスト膜が白色であればＬＥＤユニット７から漏れた光を効率的に導光板４に供給することができる。

なお、図７（ｃ）において、丸で囲まれた領域は、図７（ｄ）に示している。また、ＬＥＤユニット７には、金属配線パターン８１を介して所定駆動電流が外部駆動回路より供給されることになる。

ＬＥＤユニット７は、実装用の第１の金属パターン８２ａに熱伝導性の接着剤や金属の接着層を介して密着されて実装され、ＬＥＤユニット７の端子部７ｃが金属配線８１に半田などの導電部材８９を介して接続される。これにより、ＬＥＤユニット７のＬＥＤチップ７ａで発生した熱は、容器７ｂや端子部７ｃを介して、この実装用の第１の金属パターン８２ａや金属配線パターン８１に良好よく伝わり、その結果、絶縁基板８０側に伝わることになる。

また、絶縁基板８０には、第１の金属パターン８２（８２ａ）と第２の金属パターン８３とを接続するスルーホール部８４が形成されている。このスルーホール部８４によって、ＬＥＤユニット７が実装された実装基板８の上面側の主面側から下面側の主面側にＬＥＤユニット７で発生した熱を伝えることができる。

このようなＬＥＤユニット７を実装した実装基板８の主面は、ＬＥＤユニット７の発光面に対して垂直方向となっている。さらに、ＬＥＤユニット７の光を導光板４の端面から導光板４内に照射することから、バックライトの導光板４と実装基板８とは、平面的に並列されて配置されることになる。即ち、図１に示すように、外装部材の下側部材１０の下側内面に、導光板４と並んで、実装基板８の下面側主面を接着面として配置・固定される。

なお、図１において、外装部材の下部部材１０が、熱の放熱性に優れた金属部材で構成されている場合には、外装部材の下側部材１０自身がヒートシンク金属板として利用できる。また、外装部材の下側部材１０が、実質的には樹脂で構成される場合、この樹脂内に熱伝導性を向上させるため、実装基板８が配置・固定される領域を含む所定位置に、樹脂材料中に金属粉末を含有させたり、また、樹脂で下側部材１０を樹脂成型する際に、ヒートシンク金属板を、モールド成型して、実装基板８が配置・固定される領域を含む所定位置がヒートシンク金属板を露出するようにしてもよい。

このような、外装部材の下側部材１０の下側内面と実装基板８は、熱伝導性接着剤１７を介して接着される。

このようにすれば、実装基板８の放熱用の第２の金属パターン８３が熱伝導性接着剤１７と接触して、外装部材に、または、ヒートシンク金属板基板に、ＬＥＤユニット７からの熱を広い面積に伝え、この外装部材を通じて外気に効率的に放出することができる。

このとき、実装基板８の放熱用の第２の金属パターン８３と、外装部材との間の接合において、接合面に微小な凹凸などが存在していても、熱伝導率性接着剤１７を介在させることにより、接合面の微小な凹凸にこの接着剤が充填されて、熱伝導の効率を高めることができる。

また、実装基板８の上面側の主面において、熱伝導弾性シート９が配置されている。具体的には、熱伝導弾性シート９は、図５に示すように、実装基板８上のＬＥＤユニット７を覆うことができるように収納開口部９ａが形成されており、同時に、ＬＥＤユニット７間の実装基板８の上面実装領域に接触する脚部９ｂが形成されている。なお、収納開口部９ａの奥行き面（背面）は、図１に示すようにこの開口部９ａが閉塞されている。即ち、熱伝導弾性シート９に被覆されたるＬＥＤユニット７は、実装面及び発光面を除く４つの面を取り囲むように被覆される。なお、実装基板８の第１の金属パターン８２との間には、この間隙を充填するように、液状またはシート状の熱伝導部材の接着部材が介在されている。

この熱伝導弾性シート９は、その開口部９でＬＥＤユニット７を収容し、かつ脚部９ｂで実装基板８の上面側の主面に接触するように配置される。なお、熱伝導弾性シート９はＬＥＤユニット７の端子部７ｃおよび実装基板８の上面側に配置する金属配線８１に接触するため、絶縁性であることが必要である。さらに、この熱伝導弾性シート９の上面は、外装部材の上部側部材６の内面に接触して、しかも、外装部材を構成する上側部材６と下側部材１０とを一体化した結果、この熱伝導弾性シート９の上面側から実装基板８に押圧される。即ち、実装基板８は、外装部材の下側部材１０に接着・固定され、外装部材の上側部材６によって、押圧・挟持されることになる。また、同時に、上側部材６が下部側に延出する壁面を有する場合や、下側部材１０が上部側に延出する壁面を有する場合には、実装基板８の端面及びまたは熱伝導弾性シート９の背面側から、導光板４に向かって押圧・挟持しても構わない。

このような構造により、ＬＥＤユニット７のＬＥＤチップ７ａに発生する熱は、容器７ｂに伝わり、一部が容器７ｂの周囲に放熱される。また、容器７ｂから実装用の金属パターン８２ａに伝わり、また端子部７ｃを介して金属配線８１に伝わる。特に、ＬＥＤユニット７の周囲に放熱された熱は、ＬＥＤユニット７を取り囲むように配置された熱伝導弾性シート９を介して、外装部材の上側部材６や壁面に効率よく、伝わるために、ＬＥＤユニット７の熱による温度上昇を有効に抑えることができ、ＬＥＤチップ７ａの熱的な影響を有効に抑え、ＬＥＤチップ７ａの発光効率や寿命が低下することを有効に防止できることになる。

尚、図５に示す熱伝導弾性シート９の開口部９aは、ＬＥＤユニット７に対応して、下部側開放された開口部であるが、これに代えて、ＬＥＤユニット７の発光部のみを露出する窓状としても構わない。このような熱伝導弾性シート９に実装基板８を配置する場合には、実装基板８に実装したＬＥＤユニット７を開口部９aに位置させるように圧入すればよい。

ここで、熱伝導弾性シート９の厚み（脚部９ｂ部分の厚み）については、実装基板８と外装部材の上側部材６との間隔より少し厚くしておく。これは、外装部材を組み立てた時、実装基板８上に熱伝導弾性シート９を押圧・固定できるようにするためである。なお、開口部９ａの高さは、熱伝導弾性シート９が押圧された時、ＬＥＤユニット７に極度の負荷力が加わり、ＬＥＤユニット７の実装状態が不安定にならないように、ＬＥＤユニット７の実装基板８上の高さと実質的に同一にする必要がある。したがって、外装部材の上側部材６と下側部材１０とを機械的に、例えば金属かしめ又はねじ止めの構造で一体化しても、前記実装基板８の上面に、また、実装基板８に実装されたＬＥＤユニット７の上側面に熱伝導弾性シート９を密着配置することができる。

ここで、熱伝導弾性シート９には弾性を有することが重要となる。これは、上述のように圧接挟持が実装基板８の安定の固定だけでなく、実装基板８と外装部材の下側部材１０の反りや凹凸形状は吸収され、熱伝導弾性シート９、実装基板８、外装部材の下側部材１０、上側部材６は、ほとんど空気層を介在させることなく確実に密着されて面接触することができる。同時に、このように、熱伝導弾性シート９に弾性をもたせることにより、液晶表示装置に外部からの衝撃が印加されても、その衝撃は、放熱シート９で吸収でき、衝撃が実装基板８に直接伝わらず、実装基板８の位置ずれが発生したり、また、絶縁基板自身が破損するということがなくなる。

さらに、実装基板８の外装部材の下側部材１０に接触する稜線部分ＣをＣ面取り処理することにより、外装部材の下面部材１０のプレス曲げ加工等によるコーナー膨らみがあっても、実装基板８の裏面に空気層浮きが発生しないように容易に配設することができる。

また、熱伝導弾性シート９はＬＥＤユニット７を収容する開口部９ａを設け、脚部９ｂを実装基板８の実装面に当接しているため、導光板４端面方向以外の光は遮光し、その面にて反射し、外部に漏れる光を防止するとともに、光利用効率を高めることができる。なお、熱伝導弾性シート９は白色であれば光の反射が多くなり、より光利用効率を高められる。

ここで、液晶表示パネル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を駆動（ＬＥＤユニット７が点灯駆動）させた時、その発光とともに、熱が発生する。この発生した熱は、ＬＥＤユニット７から実装基板８に伝わり、実装基板８−熱伝導弾性シート９−外装部材の上側部材６の順で、また、実装基板８−熱伝導性接着材１７−外装部材の下側部材１０の順で、熱を放熱できる。しかも、実装基板８と熱伝導弾性シート９との間、外装部材の上側部材６と熱伝導弾性シート９との間、ＬＥＤユニット７の容器７ｂと熱伝導弾性シート９との間に空気層をほとんど介在させることなく面接触されることにより、実装基板８と外装部材の上側部材６との間に、空気層を介在させることなく面接触されることにより、効率よく熱を外部に放出することができる。

したがって、ＬＥＤユニット７で発生した熱は外部に有効に放熱されることになり、ＬＥＤユニット７や実装基板８に蓄熱されにくくなるため、ＬＥＤユニット７やその周辺の温度上昇を有効に抑えることができる。

これらの作用は、液晶表示パネル１の表示領域が大型化して、導光板４の形状が大型化して、大型化した導光板４に十分な光を供給すべく、実装基板８に多数のＬＥＤユニット７を搭載するようになればなるほど、その効果が大きくなる。

実装基板８には、絶縁基板８０の厚みを１．０mmでその両面に配置する金属パターン８２、８３を厚みが３５μｍの銅箔を使用し、絶縁基板８０の厚み方向に直径０．２mmでメッキを施したスルーホール部８４を設けた。スルーホール部８４のメッキは２５μｍのＣｕメッキを行い、さらに最表面には２５μｍの半田メッキを行った。
外装部材の下側部材１０としてヒートシンク金属板を用いた。厚みは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８をこのヒートシンク金属板に熱伝導性接着剤１７を介し接着固定した。

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絶縁基板８０が０．４５Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｃｕが４０３Ｗ／ｍ・Ｋ、ヒートシンク金属板基板のアルミニウムが２３６Ｗ／ｍ・Ｋ、熱伝導性接着剤１７が０．９２Ｗ／ｍ・Ｋ、熱伝導弾性シート９が５Ｗ／ｍ・Ｋである。

ここで、絶縁基板８０の熱伝導率は金属配線８１、各金属パターン８２、８３やヒートシンク金属板に使用される金属材料に比べ非常に小さいため、ヒートシンク金属板基板への熱伝導を改善するためには、絶縁基板８０の厚みを限り無く薄くする方法が有効であるが、絶縁基板８０を薄くすると表面に微小な穴欠陥等により、絶縁性が確保できない、さらにはコストアップ要因になるため、絶縁基板８０は、一般的に使用されている薄いガラスエポキシ基板を実施例で使用した。

尚、第２の金属パターン８３には、上記スルーホール部のメッキ８５と同時に、工数を増やすこと無く、ＬＥＤ実装基板８の下側主面の全面に広がるように形成し、厚みを３５μｍ〜６０μｍと厚くする。これにより、実装基板８の下側主面においても熱が伝導拡散しやすい構造とした。

また、熱伝導性接着剤は、たとえば、東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製の熱伝導率が０．９２Ｗ／ｍＫの熱伝導性接着剤ＳＥ４４２０を使用した。また、ＬＥＤユニット７及び実装基板８を押圧して当接する熱伝導弾性シート９として、住友スリーエム（株）の熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導弾性シートN0．５５０９を使用した。

また、本発明の液晶表示装置のヒートシンク金属板及び外装部材の材質は、一般的に使用される金属材料で、熱伝導率が比較的大きく、且つ安価な金属であるアルミニウム、マグネシウム、鉄とした。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実装基板との面接触部を除き、放熱フィン等を設けるか、液晶表示装置を載置する装置本体に密着載置すれば放熱の問題は解決できる。

液晶表示装置として５．７インチサイズの矩形状の液晶パネル１を用い、バックライトの光源体として、ＬＥＤユニット７を実装基板８に５個実装し、各ＬＥＤ電流を２５０ｍA流し、実装基板８の上面側の主面の温度上昇を測定した。その結果、２４℃以下、外装部材の下側部材１０（ヒートシンク金属板基板）の裏面の温度上昇を１５℃以下に押さえることができ、ＬＥＤチップ７ａ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。

一方では本発明の上記のような構造とせず、第１の金属パターン８２のみを設け、第２の金属パターン８３とスルーホール部８４を設けない同様の構造では、実装基板８の上面側主面の温度上昇が大きく、温度上昇が５０℃以上になり、ＬＥＤチップ７ａの発光効率が４％以上低下してしまう。また、液晶表示装置の使用環境が常温（２５℃）と比較し、仮に、使用環境温度が７０℃になったとすると、実装基板８の上面側の温度が１２０℃以上となり、容易に、ＬＥＤチップ７ａ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、実装基板８と外装部材である下側部材１０のヒートシンク金属板基板間の熱伝導性接着剤１７により熱伝導を改善し、さらに実装基板８及びＬＥＤユニット７を熱伝導弾性シート９を介し、押圧固定することにより、ＬＥＤユニット７の発生熱をヒートシンク金属板基板及び筐体へ効率よく熱伝導放熱させることができる。これにより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装置を実現することができる。

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外観斜視図である。 本発明の液晶表示装置の液晶表示パネルの断面図である。 本発明の液晶表示装置に用いるバックライトの光源体であり、熱伝導弾性シートを省略した状態の斜視図である。 本発明の液晶表示装置に用いるバックライトの光源体に用いる熱伝導弾性シートの斜視図である。 本発明に用いるＬＥＤユニットを説明する一部透視状態の概略図である 本発明の実装基板を説明する図であり、（ａ）は、上面側の外観斜視図、（ｂ）は裏面側の外観斜視図、（ｃ）は断面図であり、（ｄ）は、（ｃ）の丸部分のスルーホール部分の拡大図である。

符号の説明

８・・・・・実装基板
８０・・絶縁基板
８２・・・第１の金属パターン
８３・・・第２の金属パターン
８１・・・金属配線
８４・・・スルーホール部
７・・・・・ＬＥＤユニット
１・・・・・液晶表示パネル
１７・・・・熱伝導接着剤
９・・・・・熱伝導弾性シート
４・・・・導光板

Claims (7)

1. 表示電極、配向膜を有する１対の基板間に液晶を介在させて、複数の画素領域で表示領域を構成してなる液晶表示パネルと、
   該液晶表示パネルの一方の基板の外側に配置されるとともに、表示領域に対応するように配置された導光板及び該導光板の端面に配置した光源体を備えたバックライトと
   前記液晶表示パネルとバックライトとを収容するとともに、少なくとも上側部材と下側部材とを有する外装部材とから構成される液晶表示装置において、
   前記光源体は、ＬＥＤユニットと、該ＬＥＤユニットが上面側の主面に実装される実装基板とからなるとともに、前記実装基板の下面側の主面は熱伝導性接着剤を介して前記外装部材の下部内面に接着固定されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記外装部材の下部内面には、ヒートシンク金属板が配置されており、前記熱伝導性接着剤を介して実装基板が接着固定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。
3. 前記実装基板の上面側は、熱伝導弾性シートを介し、前記外装部材の上部内面から押圧されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記実装基板の上面側の主面には、ＬＥＤユニットを駆動する電源が供給される金属配線パターンと、少なくとも該金属配線パターン領域を取り囲む第１の金属パターンが形成されているとともに、その下面側の主面には、熱伝導性接着剤を介して前記外装部材の下部内面に熱を放出する第２の金属パターンが形成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。
5. 前記ＬＥＤユニットは、前記実装基板の上面側の主面に形成された金属配線パターンに接続するとともに、第１の金属パターンに実装されていることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
6. 前記実装基板は、その厚み方向に第１の金属パターンと第２の金属パターンとを接合するスルーホール部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
7. 前記実装基板の金属配線パターン、第１の金属パターン及び第２の金属パターン及びスルーホール部はＣｕ（銅）を主成分とする材料で形成されているとともに、第１の金属パターン及び第２の金属パターンの表面は半田メッキまたは金メッキが被膜されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。

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