JP2009169204A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子を光源として用いる液晶表示装置において、半導体発光素子の放熱効率を高め、輝度向上と小型・軽量を可能とした液晶表示装置を可能にする。
【解決手段】複数のＬＥＤ５をＦＰＣ６を貫通させてインライン配置し、このＬＥＤ５の前方の導光板４との間に、透過率が高く、かつ熱伝導率の高い透明板９を配置し、この透明板９をケース７に結合した。
【選択図】図３

Description

本発明は、非自発光型の表示装置の光源に関し、特に発光ダイオードに代表される半導体発光素子を光源として用いたバックライトを有する液晶表示装置に関するものである。

近年、表示装置として液晶表示装置が多用されている。特に液晶表示装置は、薄型，軽量及び省電力であることからＴＶ受像機、携帯端末、車載用機器等の表示部として用いられている。

このような液晶表示装置は、自発光型でないために照明手段を必要とする。一般に液晶表示装置で用いられる照明装置には、バックライトと称される照明装置が普及している。
このバックライトの発光光源には従来から冷陰極放電管が用いられている。
又、近年、発光光源として発光ダイオードに代表される半導体発光素子（以下、ＬＥＤと称する）からなる発光素子も携帯用機器等を始めとして多くの液晶表示装置のバックライトに用いられている。

ＬＥＤを光源として用いる液晶表示装置として、例えば多数個のＬＥＤをインライン配置しその光出射面を導光板の側面に対向させるエッジライト方式の構成が特許文献１に開示されている。更に、この特許文献１には前記ＬＥＤの背面側に放熱素子を直接接合し、更に光出射面側の一部を覆うように接続基板が配置された構成も開示されている。

特開２００４−３１１７９１号公報

前述した特許文献１に示すエッジライト方式のバックライトは液晶表示装置の低小化に適している。
このような特徴を備えたエッジライト方式のバックライトでは、輝度向上を図るために電流値を大きくする手段が採られる。
しかし、この方法では前記ＬＥＤの自己発熱によりＬＥＤ自体の熱で電流値の制約を受けることと寿命の問題が新たに発生し、所望の輝度向上、長寿命化が得られない問題が有った。この問題の解決策の一つとして、例えばＬＥＤの配置個数を増加する手段も考えられるが、この方法では表示装置の小型・軽量化に逆行する問題があり、更なる解決策が求められている。

又、特許文献１の如く接続基板をＬＥＤの光出射面側に配置することは、出射光の一部を遮光し、発光効率の低下を招く問題もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ＬＥＤを発光源とするバックライトを有する液晶表示装置において、前記ＬＥＤの放熱効率を高めて輝度向上を図ると共に出射光の利用効率を高め、高輝度化と長寿命化及び小型・軽量化を合わせて可能とした液晶表示装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明による液晶表示装置は、ＬＥＤを発光源とするバックライトを有する液晶表示装置で、前記バックライトを構成するＬＥＤの背面側を放熱体に直接接合すると共に出射面の前面に透過率が高く、熱伝導率の高い特性の透明板を配置し、この透明板を前記ＬＥＤを収容するケースと直接接触させて熱的導通を図る構成としたことを特徴としている。

又、本発明による液晶表示装置は、ＬＥＤを発光源とするバックライトを有する液晶表示装置で、前記発光源のＬＥＤとフレキシブルプリント基板との接続をＬＥＤの側面部で行うと共にＬＥＤの背面部を前記ケースと固定された熱伝導板に対向配置したことを特徴としている。

本願発明によれば、ＬＥＤの出射面前面にガラス等の透明板を配置し、その板をケースと直接接触させることで、ＬＥＤの熱をケースへ放熱させることで、空気による放熱より効率的に熱を放散させることが出来る。又、本願発明によれば、ＬＥＤの背面側をアルミ板等熱伝導率の高い放熱体に直接接触させる構成としたことで、ＬＥＤの熱を効率的に放熱させることが出来る。

更に、本願発明によれば、ＬＥＤの表裏両面から熱を放熱できることにより、ＬＥＤの温度上昇を抑えながら大電流での使用が可能となり、同じ輝度を得るのに必要なＬＥＤの実装数量を減らすことができる。この効果は、装置の小型・軽量化のみならず原価低減効果も可能となる。更に又、ＬＥＤの側面部でフレキシブルプリント基板と導通を採ることで放出面の遮光の問題は発生せず、出射光の利用効率を高めて輝度向上を可能に出来る。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１乃至図５は、本発明による液晶表示装置の実施例を説明する模式図で、図１は全体構成の概略を示す展開図、図２は図１の要部斜視図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４は図３の要部拡大斜視図、図５は図２の要部拡大斜視図である。
図１乃至図５において、液晶表示装置１００は、液晶パネル１と、この液晶パネル１に光を照射するバックライト２と、このバックライト２と前記液晶パネル１との間に配置された光学シート３とから構成されている。

前記液晶パネル１は、画素形成用の電極を有するガラス基板の間に液晶層を封止して形成され、ガラス基板の外側には偏光板が配置されている。液晶パネル１には制御回路から液晶パネルの表示に必要な信号及び電源電圧が供給される。液晶パネル１ではバックライト２から照射された光の透過量または反射量を制御して表示を行う。前記バックライト２の構成の詳細は後述するが、このバックライト２は上側ケース２１と下側ケース２２とにより構成された収納ケース２３内に保持される。

上側ケース２１には、光源部から出射する光が液晶パネル１に照射されるように窓２４が開口されている。このバックライト２の光が出射する窓２４側に液晶パネル１が搭載される。前記液晶パネル１とバックライト２間に配置された光学シート３は、必要により、拡散板と、プリズムシートと、拡散フイルム等を組み合わせて積層して構成されている。

本発明による液晶表示装置に用いられるバックライト２の構成例を図２乃至図５を用いて説明する。これら図２乃至図５おいて、参照符号４は導光板、５は半導体発光素子（ＬＥＤ）、６はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、７はケース、８は熱伝導板、９は透明板、１０は反射シートである。発光光源となるＬＥＤ５は、ＦＰＣ６に穿孔された複数の開口６１をそれぞれ前記ＬＥＤ５の光放出面５１と側面部５２の一部とが貫通して配置されている。前記開口６１はインライン配列されており、これに係合するＬＥＤ５もインライン配列となっている。

更に、これらのＬＥＤ５は前記放出面５１の反対側に位置する背面部５３を熱伝導板８の前面側８１に直接接触配置している。又、更に、前記ＬＥＤ５はその側面部５２に導通用の端子部５４を配置している。前記熱伝導板８は、熱伝導率の高い例えばアルミニュム（Ａｌ）を主成分とする板状体から構成され、その背面側８２はケース７と接触配置されている。

このケース７は前述した下側ケース２２に対応しており、下側ケース２２自体又は下側ケース２２の内側に積層配置された別体構成の何れかで、例えば金属板から構成され、バックライトユニットの筐体であると同時に放熱体としても作用する。

一方、前記インライン配列されたＬＥＤ５の前記放出面５１の前方には、所定の間隔を隔てて透明板９が配置されている。この透明板９は全てのＬＥＤ５に対面している。
この透明板９は透過率が高く、かつ熱伝導率の高い後述する材料から構成されて前記ケース７に固定されている。この固定は、透明板９の下端側に脚部９１を設け、この脚部９１をケース７の図示しない凹孔に挿入固定するか、或は熱伝導率の優れたテープ、接着剤で固定するなど種々の構成が採られ、放熱経路を確保する手段が講じられる。

又、前記透明板９の透過率は８０％程度以上が、又、熱伝導率も４程度以上が望ましく、これらの条件を満足する材料として、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）、フッ化バリウム（ＢａＦ₂）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ランタン（ＬａＦ₃）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、イットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ₃Ａ₁₅Ｏ₁₂）、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、石英（ＳｉＯ₂）等を用いることが可能である。

一方、ＦＰＣ６は前記開口６１の端部から表面に略垂直に立ち上がるように配線の一部を折り曲げ成形した接続部６２を備えた構成となっている。この接続部６２と前記端子５４とを接続してこのＦＰＣ６とＬＥＤ５との導通を図っている。この接続部６２と端子５４は側面部５２の４面で対向して配置することも勿論可能である。

ＬＥＤ５の光放出面５１から出た光は、前記透明板９を通過し、光学シート３の一部を構成する板状の導光板４内へ入射する。この導光板４は、光入射側が終端側より厚肉で、その底面４１側が傾斜面、上面４２側が水平面を持つ略楔形状を呈している。

この導光板４に入射した光は、前記底面４１とケース７との間に配置された反射シート１０で反射されて導光板４の上面４２側から放出され、光学シート３の残部を構成する例えばプリズム等を経由して液晶パネル１を照明する。

この実施例１の構成では、ＬＥＤ５の光放出面５１に近接して透明板９を対向配置し、この透明板９をケース７に直結した。これにより、ＬＥＤ５の熱を透明板９を介してケース７へ放熱させる放熱経路を新たに設けたことになり、従来の透明板９の存在しない単なる空気による放熱に比べ一層効率的に放熱することが可能となり、ＬＥＤ５の温度上昇を抑制できる。

又、上述した透明板９を介する放熱に加え、ＬＥＤ５の背面部５３を熱伝導板８に接触させて放熱する構成としたことにより、放熱効率を一層高めることが出来、輝度向上は勿論のこと、小型・軽量化も同時に可能とした。更に、ＦＰＣ６に設けた開口６１をＬＥＤ５の光放出面５１が貫通する配置とし、ＦＰＣ６とＬＥＤ５との導通をＬＥＤ５の側面部５２で行う構成としたことにより、出射光が遮光される恐れは皆無となり、光の利用効率を高めることが出来、輝度向上は勿論のこと、小型・軽量化も同時に可能とした。

図６は本発明による液晶表示装置の他の実施例を説明する模式断面図で、前述した図と同じ部分には同一記号を付してある。図６において、ＬＥＤ５は背面部５３を熱伝導板８の前面側８１に絶縁性の熱伝導性接着剤１２で、又ＦＰＣ６も同様に両面接着テープ１３で熱伝導板８とそれぞれ接着固定している。この構成で、前記ＬＥＤ５とＦＰＣ６相互の位置関係及び熱伝導板８との接着固定の信頼性を確保し、放熱効率の向上と出射光の遮光の防止を図り、輝度向上は勿論のこと、小型・軽量化も同時に可能としている。

図７は本発明による液晶表示装置の更に他の実施例を説明する模式断面図で、前述した図と同じ部分には同一記号を付してある。図７において、ＬＥＤ５はＦＰＣ６との導通を半田ボール１４とクリーム半田１５とを介して行う構成である。この構成により、半田ボール１４とクリーム半田１５がそれぞれ有する特徴を有効に利用し、ＬＥＤ５の端子５４とＦＣＰ６の接続部６２との導通接続の信頼性を確保している。又、ＦＣＰ６のスルーホール内にＬＥＤ５を挿入配置すれば、改めて開口６１を設ける必要も無い。

図８は本発明による液晶表示装置の更に他の実施例を説明する模式断面図で、前述した図と同じ部分には同一記号を付してある。図８において、ＬＥＤ５の前方に透明板９を所定の間隔を隔てて配置し、ＬＥＤ５の放熱の一部を前記透明板９を介して行う構成としたものである。

図９は本発明による液晶表示装置の更に他の実施例を説明する模式断面図で、前述した図と同じ部分には同一記号を付してある。実施例５は前述した実施例１のエッジライト型とは異なる背面型構成のもので、ＬＥＤ５を平面状に配列した構成である。図９において、ケース７内に熱伝導板８とＦＰＣ６とＬＥＤ５をそれぞれ積層・接続配置してある。この積層・接続構造は前述した図５と略同一構成である。

この様な構成の下で、前記ＬＥＤ５の前方に透明板９を所定の間隔を隔てて配置し、更にその前方に拡散板１６と、プリズム１７と、拡散フイルム１８とを順次配列してバックライト２としている。なお、参照記号１ａ、１ｂは偏光板である。この構成では、前記ＬＥＤ５の熱は透明板９を介して放熱される経路と、熱伝導板８を介して放熱される経路を含むことになり、放熱効率を高めることが出来る。

本発明の液晶表示装置の一実施例の全体構成の概略を示す模式展開図である。 図１の要部斜視図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。 図３の要部拡大模式斜視図である。 図２の要部拡大模式斜視図である。 本発明の液晶表示装置の他の実施例を説明する模式断面図である。 本発明の液晶表示装置の更に他の実施例を説明する模式断面図である。 本発明の液晶表示装置の更に他の実施例を説明する模式断面図である。 本発明の液晶表示装置の更に他の実施例を説明する模式断面図である。

符号の説明

１・・・液晶パネル、２・・・バックライト、３・・・光学シート、４・・・導光板、５・・・半導体発光素子、５１・・・放出面、５２・・・側面部、５３・・・背面部、５４・・・端子部、６・・・フレキシブルプリント基板、６１・・・開口、６２・・・接続部、７・・・ケース、８・・・熱伝導板、８１・・・前面、８２・・・背面、９・・・透明板、１０・・・反射シート、１２・・・熱導伝性接着剤、１３・・・両面接着テープ、１００・・・液晶表示装置。

Claims (11)

1. 一対の基板間に液晶層を挟持した液晶パネルと、複数の半導体発光素子を備え前記液晶パネルに光を照射するバックライトとを備えた液晶表示装置であって、
   前記バックライトは前記半導体発光素子を収容するケースと、光学シートと、前記半導体発光素子の光出射面に対向して配置された熱伝導率及び光透過率の高い透明板を有し、この透明板を前記ケースと接触させて配置したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記透明板は前記半導体発光素子と非接触状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記透明板は透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記透明板はフッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、臭化カリウム、塩化カリウム、イットリウムアルミニウムガーネット、サファイア、石英及びフッ化ランタンの何れかからなることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 一対の基板間に液晶層を挟持した液晶パネルと、半導体発光素子を備え前記液晶パネルに光を照射するバックライトとを備えた液晶表示装置であって、
   前記バックライトは前記半導体発光素子を収容するケースと光学シートとを有し、
   前記半導体発光素子は光を放出する放出面と、前記半導体発光素子の端子を備えた側面部と、放出面の反対側に位置する背面部を有し、
   前記側面部の端子部にフレキシブルプリント基板が接続され、前記背面部は熱伝導板と対向し、
   前記熱伝導板は前記ケースに固定されていることを特徴とする液晶表示装置。
6. 前記半導体発光素子の背面部は前記熱伝導板に接触していることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記半導体発光素子の背面部は前記熱伝導板に熱伝導性接着剤により固定されていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
8. 前記フレキシブルプリント基板は前記熱伝導板に固定されていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
9. 前記フレキシブルプリント基板は前記半導体発光層の側面部に沿って折り曲げられていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
10. 前記熱伝導板は、アルミニゥムを主成分とし、前記半導体発光素子との対向面に絶縁層を備えることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
11. 前記半導体発光素子の光出射面に対向して熱伝導率及び光透過率の高い透明板を配置し、この透明板を前記ケースと接触させたことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。

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