JP2006331969A - バックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源として発光ダイオードを用い、この発光ダイオードから発生する熱をより良好に放熱しうるバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】 本発明のバックライト装置は、導光板２と、前記導光板の側面に取り付けられ、前記導光板へ光を照射する光源ユニット４と、前記各部材を一体に収納する裏ケース３と、を備えるバックライト装置１であって、前記光源ユニット４は、所定の配線パターンが形成されたフィルム配線基板６及び前記配線基板上に取り付けられた少なくとも１つの発光ダイオード５からなり、前記発光ダイオード５の光出射面が前記導光板２の一側面に対向するように配置されるとともに、前記発光ダイオード５の光出射面と前記導光板２の一側面との間及び前記配線基板６と前記導光板２の一側面との間に良熱伝導性で透明な樹脂材７が密着して介在されている。
【選択図】 図１

Description

本発明はバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置に関し、特にバックライトの光源として発光ダイオードを用い、発光ダイオードから発生する熱を良好に放熱し得るバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示装置等に用いられるバックライト装置において、その光源として多く使用されている冷陰極管に比べ、長寿命であることや光のロスが少ないことから発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いたバックライト装置が多く存在している。

ところで、上述のようにバックライト装置の光源に用いられる発光ダイオードにおいては、例えば図４の発光ダイオードの特性図に示すように、発光ダイオードの温度が上昇すると発光ダイオードの相対光出力は低下するという特性を有している。加えて、図５に示す発光ダイオードの特性図からも明らかなように、発光ダイオードはその許容できる電力損失量（許容損失）においても周辺の温度に影響され、周辺温度が高いと許容できる電力損失量が減少する。したがって、この特性図に示す許容値を超える電力を発光ダイオードに供給すれば発光ダイオードが破壊されることから、供給電力量を増大させても必ずしも高い光出力を得ることはできず、高い光出力を得るためには発光ダイオードから発生する熱を良好に放熱することが必要不可欠である。

このような発光ダイオードの放熱という問題点を解決するための技術としては、例えば下記特許文献１に開示されたものがある。図６は下記特許文献１に記載の液晶表示装置の発光ダイオードを用いた光源ユニットの断面図である。この光源ユニット１０１は、複数個の発光ダイオード１０２を所定の配線がプリントされたフィルム配線基板１０４の所定位置に取り付けて形成され、また、フィルム配線基板１０４の発光ダイオード１０２が取り付けられた反対面には、フィルム配線基板１０４とほぼ同形状で発光ダイオード１０２放熱用の軟質金属シート１０７が接着剤で貼り付けられている。

また、光源ユニット１０１においては、発光ダイオード１０２の発光ダイオードチップ１０２ａで発生した熱は、発光ダイオード１０２のセラミック基板１０２ｂ、端子部１０２ｃに伝導し、さらには、フィルム配線基板１０４と発光ダイオード１０２を接合するはんだ付け部１０４ａ、フィルム配線基板１０４の端子領域であるランド部１０４ｂを介してフィルム配線基板１０４へ伝導する。そしてフィルム配線基板１０４へ伝導した熱は、軟質金属シート１０７へ伝導し放熱される。加えて、この軟質金属シート１０７は軟質金属シート１０７より大きな面積を有する他の軟質金属シートに接触され、発光ダイオード１０２から軟質金属シート１０７に伝導され発熱された熱をこの他の軟質金属シートに伝導することにより良好に外部に放熱するようになっている。

上記構成を備えることにより、光源ユニット１０１の発光ダイオード１０２で発生する熱を複数の発光ダイオード１０２が配置されたフィルム配線基板１０４の貼り付けられた放熱手段である軟質金属シート１０７に伝導させ、軟質金属シート１０７に伝導した熱は軟質金属シート１０７に接触させた軟質金属シート１０７より面積の大きい第２の放熱手段である他の軟質金属シートに伝導させ効果的に放熱させることができるので、反射シート、シート材の耐熱信頼性を向上することを可能とし、隣接して配置される電子機器への熱による影響を低減させることを可能とするものである。
特開２００２−２２９０２２号公報（図２、段落［００１６］〜［００２１］）

しかしながら、上記特許文献１においては、フィルム配線基板の裏面に放熱手段として軟質金属シートを設けることで放熱を良好に行うことができるようになっているが、この軟質金属シートはフィルム配線基板側に取り付けられることから、フィルム配線基板及び発光ダイオードの配線部に発生した熱については良好に放熱できるものの、発光ダイオードチップ１０２ａからの放熱経路が長く、しかも、発光ダイオード１０２の側面からの放熱性が十分ではなく、さらなる放熱効率の向上が求められている。

特に、液晶表示装置を車載用として用いた場合には、例えば携帯電話用として用いられるバックライトに比べ非常に高い輝度、例えば５００カンデラ以上の輝度が要求される。このような場合には、携帯電話用に用いられるような発光ダイオードでは輝度が不十分であり、そのため、より大きな電流を流すことができ、高輝度を有する所謂パワーＬＥＤといわれるものが用いられることがある。このパワーＬＥＤを用いた場合には発生する熱も携帯電話用の発光ダイオードに比べて大きくなり、従来の放熱手段だけでは十分な放熱を行うことが難しい。

本発明者らは、上記問題点に鑑み、発光ダイオードから発生する熱をより効果的に放熱する方法を種々検討した結果、発光ダイオードの光照射面と、導光板の光入射面である一側面との間及び前記配線基板と前記導光板の一側面との間に良熱伝導性の透明な樹脂材を介在させれば、発光ダイオードにおいて発生した熱を導光板に伝熱して放熱することができるだけでなく、さらには発光ダイオードの側面からも効率よく放熱できることを見出し、本発明に至ったものである。

すなわち、本発明の目的は、発光ダイオードから発生する熱をより良好に放熱して、高い光出力を得ることができるバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のバックライト装置の発明は、導光板と、前記導光板の側面に取り付けられ、前記導光板へ光を照射する光源と、前記各部材を一体に収納する裏ケースと、を備えるバックライト装置であって、前記光源は、所定の配線パターンが形成された配線基板及び前記配線基板上に取り付けられた少なくとも１つの発光ダイオードからなり、前記発光ダイオードの光出射面が前記導光板の一側面に対向するように配置されるとともに、前記発光ダイオードの光出射面と前記導光板の一側面との間及び前記配線基板と前記導光板の一側面との間に良熱伝導性で透明な樹脂材が配置されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバックライト装置において、前記発光ダイオードは、発光素子が中央部に凹状の窪みが形成された板状の発光素子基板の該中央部に載置され、前記発光素子基板の窪みは底部に平坦面を有し実質的にすり鉢状に形成されるとともにその表面には鏡面加工が施されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のバックライト装置において、前記樹脂材は光屈折率が１．３〜１．６の透明材料から形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のバックライト装置において、前記樹脂材は内部に光拡散材を含有していることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のバックライト装置において、前記発光素子基板及び導光板間に位置する前記樹脂材の厚さは０．２〜０．６ｍｍであることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のバックライト装置において、前記樹脂材はシリコンゴムからなることを特徴とする。

請求項７に記載の液晶表示装置の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載のバックライト装置と、液晶セルと、を備えたことを特徴とする。

本発明の上記構成を備えることにより以下に示す良好な効果を奏する。すなわち、請求項１の発明によれば、導光板の一側面と発光ダイオードの光出射面との間及び配線基板と導光板の一側面との間に良熱伝導性を備える透明な樹脂材を介在させたので、発光ダイオードの光出射面及び側面から熱を良好に外部へ伝導して放熱することができ、以って発光ダイオードの発光効率を良好に保つことができるバックライト装置を提供できる。

請求項２の発明によれば、発光素子が発光素子基板の窪み内に載置され、発光素子基板の窪みは底部に平坦面を有し実質的にすり鉢状に形成されるとともにその表面には鏡面加工が施されているので、発光ダイオードから発生した光が外部へ漏れることが少なくなり、バックライト装置の照射輝度を向上させることができる。

請求項３の発明によれば、前記樹脂材の光屈折率を１．３〜１．６とすることにより、導光板として汎用的に用いられるポリメチルメタクリレートの屈折率（屈折率≒１．４２）と発光ダイオードの窪みに充填されるモールド樹脂であるエポキシ系樹脂の屈折率（屈折率≒１．６）あるいはシリコン樹脂の屈折率（屈折率＝１．３〜１．６）をほぼ等しくすることができるため、各部材間での当接部での全反射等による光損失を防ぐことができ、照射効率を向上させることができる。

請求項４の発明によれば、樹脂材内に光拡散部材が含有されていることから発光ダイオードによって発光された光を拡散させることができるため、本来光指向性の高い発光ダイオードを光源として用いてもこの高い光指向性に起因する輝度ムラを防ぐことができ、均一な照射を行うことができるようになる。

請求項５の発明によれば、発光素子基板及び導光板間に位置する樹脂材の厚さを０．２〜０．６ｍｍと薄くしたとしても上述のような良好な効果を得ることができ、よってバックライト装置自体の大きさに影響を与えることがない。

請求項６の発明によれば、シリコンゴムは熱伝導率が非常に大きく、しかも屈折率が１．４と導光板の材料であるポリメチルメタクリレートないし発光ダイオードのモールド樹脂であるエポキシ系樹脂の屈折率と近いので、各部材間での当接部での全反射等による光損失を防ぐことができ、照射効率を向上させることができる。

請求項７の発明によれば、上記請求項１〜６の効果を奏するバックライト装置を液晶表示装置のバックライトとして採用することにより、高輝度で長寿命なバックライトを備える液晶表示装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を例示するものであって、本発明をこのバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。

図１は本発明の一実施例に係るバックライト装置を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図２のＢ部拡大図である。

本発明のバックライト装置１は、図１に示すように、ポリメチルメタクリレート(Poly methyl methacrylate：ＰＭＭＡ)等からなる板状の導光板２と、導光板２及び光源ユニット４等の各種構成部材を一体に収納する裏ケース３と、光源ユニット４と、導光板２の光入射面と光源ユニット４の光出射面との間及びフィルム配線基板６と導光板２の光入射面との間に密着配置させた樹脂材７と、裏ケース３の表面に設けられて導光板２及び光源ユニット４とを覆うように配置された反射シート８と、から構成されている。なお、図１においては、光源ユニット４及び樹脂材７の形状が分かりやすいように光源ユニット４及び樹脂材７の上面を覆う反射シート８を省いた状態を示している。

導光板２は例えば矩形状の板体であって、その一側壁が光入射面を形成し上面が光出射面を形成する。そしてこの上面に液晶セルを載置することにより液晶セルを照射する。なお、この導光板２としては光源から遠ざかるにしたがって厚さが薄くなる楔形形状のものも均しく使用し得る。

光源ユニット４は少なくとも１個（図１では４個）の発光ダイオード５と、表面に所定の配線パターンが形成され、発光ダイオード５をリフローはんだ付け等を用いて実装する発光ダイオード５駆動用のフィルム配線基板６と、からなり、このフィルム配線基板６には図示しないが種々の電気回路及び電源駆動用の端子等が設けられている。なお、ここでは反射シート８は、光源ユニット４及び樹脂材７をも覆う構成としたが、導光板２を覆うのみとし、代わりに光源ユニット４及び樹脂材７を覆うように断面が略コ字状のリフレクタを備えるようにしても良い。また、フィルム配線基板６の発光ダイオード５が実装されていない裏面には公知のヒートシンク等からなる放熱部材を設けても良い。

発光ダイオード５は、図２及び図３に示すように、発光素子５ａと、方形状であってその一面の中央部に所定の窪み５ｃが形成されたセラミック基板等からなる発光素子搭載基板５ｂとから形成され、発光素子搭載基板５ｂの窪み５ｃは底部が平坦面を形成し、その周壁が略すり鉢状に所定角度傾斜した側壁を形成している。そしてこの窪み５ｃの平坦面には発光素子５ａが載置されており、この発光素子５ａは、フィルム配線基板６に端子５ｄを介して電気的に接続され、フィルム配線基板６から電力が供給されることにより点灯する。また、この窪み５ｃはその壁面に鏡面加工が施されているとともに、その内部には発光ダイオードのモールド樹脂として慣用的に用いられているエポキシ系の透明樹脂が充填され、このエポキシ系の透明樹脂の上端面が発光素子搭載基板５ｂの一面に対して一様な平坦面となるようになされている。

光源ユニット４の発光ダイオード５の光出射面は、裏ケース３内に反射シート８を介して載置された導光板２の光入射面に向かうように配設され、この発光ダイオード５の光出射面と導光板２の光入射面との間及びフィルム配線基板６と導光板２の光入射面との間に樹脂材７が密着するようなかたちで配置されている。この樹脂材７は例えば良熱伝導性を有する透明なシリコンゴムからなり、その厚さＬは０．２〜０．６ｍｍとし、好ましくは０．５ｍｍとする。樹脂材７はこの厚さ方向が発光ダイオード５の光出射面と導光板２の光入射面とを結ぶ方向と同一となるようにされ、この樹脂材７に発光ダイオード５の光出射面及び導光板２の光入射面を密着させることにより、発光ダイオード５の光出射面と導光板２の光入射面との距離をこの幅方向の長さＬと同一とする。また、発光ダイオード５が設けられていない部分、つまり導光板の光入射面とフィルム配線基板６とにより形成される間隙にもこの樹脂材が密着するように樹脂材７が配置されている。

また、このシリコンゴムからなる樹脂材７の光屈折率は１．３〜１．６であるから、樹脂材７を介して対向配置された導光板２のポリメチルメタクリレートの屈折率（屈折率≒１．４２）と発光ダイオード５の窪み５ｃに充填されたエポキシ系樹脂の屈折率（屈折率≒１．６）と近いため、全反射によって導光板２に入射しない光が生じるのを減らすことができる。なお窪み５ｃに充填される樹脂としてはシリコン樹脂であっても良く、その場合は樹脂材７と実質的に同一材料であることから光屈折率もほぼ同一となり、エポキシ樹脂を用いた場合と同様に全反射を抑えることができる。

さらに、この樹脂材７内には光拡散材が含有されていると好ましい。これによれば、発光ダイオード５によって発光された光を拡散させることができるため、本来光指向性の高い発光ダイオード５を光源として使用した際に生じる輝度のばらつきを抑制することができ、表示画質の良好な液晶表示装置を得ることができる。また特にシリコンゴムのように弾力性を有するものであれば、使用中の衝撃などにより導光板にきづや欠けが生じるのを抑えることができるので好ましい。

以上の構成を備えることにより、本発明のバックライト装置１は発光ダイオード５の光出射面と導光板２の光入射面との間に良熱伝導性の樹脂材７を介在することにより、発光ダイオード５から照射された光により発生した熱がこの樹脂材７に伝導し、外部へ良好に放熱できるので、発光ダイオードの発光効率を良好に保つことができるようになる。

また、本発明のバックライト装置１によれば、上述のように樹脂材７による良好な放熱を行うことができるため、高輝度なパワーＬＥＤを用いた場合において特に有効である。

また、上記構成からなるバックライト装置を液晶表示装置のバックライトに採用すれば、高輝度で長寿命なバックライトを備える液晶表示装置を提供できる。

図１は本発明の一実施例に係るバックライト装置を示す平面図、 図２は図１のＡ−Ａ断面図、 図３は図２のＢ部拡大図、 図４は発光ダイオードの温度−光出力特性図、 図５は発光ダイオードの許容損失−温度特性図、 図６は従来技術の液晶表示装置の光源に用いられる発光ダイオードを示す断面図。

符号の説明

１ バックライト装置
２ 導光板
３ 裏ケース
４ 光源ユニット
５ 発光ダイオード
５ａ 発光素子
５ｂ 発光素子（搭載）基板
５ｃ 窪み
６ フィルム配線基板
７ 樹脂材
８ 反射シート

Claims (7)

1. 導光板と、前記導光板の側面に取り付けられ、前記導光板へ光を照射する光源と、前記各部材を一体に収納する裏ケースと、を備えるバックライト装置であって、
   前記光源は、所定の配線パターンが形成された配線基板及び前記配線基板上に取り付けられた少なくとも１つの発光ダイオードからなり、前記発光ダイオードの光出射面が前記導光板の一側面に対向するように配置されるとともに、前記発光ダイオードの光出射面と前記導光板の一側面との間及び前記配線基板と前記導光板の一側面との間に良熱伝導性で透明な樹脂材が配置されていることを特徴とするバックライト装置。
2. 前記発光ダイオードは、発光素子が中央部に凹状の窪みが形成された板状の発光素子基板の該中央部に載置され、前記発光素子基板の窪みは底部に平坦面を有し実質的にすり鉢状に形成されるとともにその表面には鏡面加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
3. 前記樹脂材は光屈折率が１．３〜１．６の透明材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
4. 前記樹脂材は内部に光拡散材を含有していることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
5. 前記発光素子基板及び導光板間に位置する前記樹脂材の厚さは０．２〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバックライト装置。
6. 前記樹脂材はシリコンゴムからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバックライト装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のバックライト装置と、液晶セルと、を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
   

Images