JP2015210852A - 照明装置及び照明装置を備えた液晶表示装置 - Google Patents

照明装置及び照明装置を備えた液晶表示装置 Download PDF

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和寛 大谷
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Abstract

【課題】金属ベース板にLEDチップを実装したLED光源を用いた照明装置及びこの照明装置を備えた表示装置であって、LED光源からの放熱性を高め、より一層の高輝度が要求されるような広告媒体用等として最適な照明装置及び照明装置を用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】導光板23と、金属ベース板31に実装されたLEDチップ32とを有し導光板の側面に対向配置されるLED光源24と、導光板とLED光源とを収容するシャーシ21と、を備えたバックライト20及びバックライトを備える液晶表示装置1であって、金属ベース板は、LEDチップが実装される第1放熱部31aと第1放熱部と異なる方向に伸びる第2放熱部31bとが一体化したものであることを特徴とする。
【選択図】図5

Description

本発明は、照明装置及び照明装置を備えた液晶表示装置に関する。
主に室内で使用されている液晶表示装置等からなるテレビでは、300〜400cd/m程度の輝度で十分である。
一方、主に屋外に設置される看板等の広告媒体は、従来から用いられている紙の他に、最近では表示装置を用いたものが普及してきている。屋外での使用が前提となるこのような広告媒体用の表示装置の場合、テレビで要求される400cd/m程度の輝度では表示情報を読み取ることができず、広告媒体として全く不十分であり、最低でも1000cd/m以上の輝度が必要となる。また、晴天下での視認性等を考慮すると、表示装置には2000cd/m以上というような超高輝度が要求される。
このような広告媒体用の表示装置としては、大型化が容易な液晶表示装置が多用されている。液晶表示装置は、Plasma Display Panel(PDP)等の自発光型表示装置とは異なり、表示を行うためにはバックライトと呼ばれる照明装置が必要となる。
このバックライトの光源としては、従来主流であった冷陰極管(CCFL)から、最近では発光ダイオード(LED)が主流となってきている。このLED光源を用いたバックライトとしては、例えば特許文献1に記載されている直下型バックライトが知られている。
また、特許文献1の直下型バックライトの他に、液晶表示装置の薄型化に適したエッジライト型バックライトもよく知られている。このエッジライト型バックライトは、導光板の側面にLED光源を複数配置することで線状光源化し、この線状光源を導光板の前面から出射して面状光源へと変換するものである。
このLED光源としては、配線パターンの形成されたフィルム基板上にLEDチップを半田付けしたものがよく知られているが、フィルム基板を用いるLED光源の他に、特許文献2に記載されているような金属ベース板を用いるLED光源も知られている。
特許文献2に記載されているLED光源は、図10に示すように、金属製の金属ベース板331の表面に絶縁層と配線となる導体箔層を形成し、LEDチップ332を導体箔層に半田付けしたものである。そして、この金属ベース板331を用いたLED光源324は、バックライト320を構成する筐体321の内の導光板323の側面に配置されるとともに、筐体321の内側に固定される。
特許文献2のような金属ベース板331を用いたLED光源324は、金属ベース板331そのものが放熱部として機能するため、フィルム基板を用いたLED光源に比べ、放熱性が高い等の利点を有している。
広告媒体用の表示装置として液晶表示装置を用いる場合、液晶表示装置で高輝度を実現しようとすると、LEDチップへ流す電流量が増えることになり、LED光源での発熱が非常に大きくなる。したがって、高輝度が要求されるような液晶表示装置においては、フィルム基板を用いたLED光源に比べ、放熱性の高い特許文献2のような金属ベース板を用いたLED光源の方がより適している。
特開2006−058487号公報 特開2012−119436号公報
しかしながら、放熱性の高い特許文献2のような金属ベース板を用いたLED光源であっても、広告媒体用の表示装置に要求されるような超高輝度を実現しようとすると、従来のように単にバックライトの筐体内に金属ベース板を用いたLED光源を配置しただけでは放熱が不十分であり、十分な輝度、信頼性などを得ることができなかった。
また、金属ベース板での放熱が間に合わなくなり、金属ベース板そのものが高温になると、液晶表示装置そのものも高温になり、液晶パネルの駆動温度を超えてしまう等の問題が生じてしまう。
そこで、本発明は、金属ベース板にLEDチップを実装したLED光源を用いた照明装置及びこの照明装置を備えた液晶表示装置であって、LED光源からの放熱性を高め、より一層の高輝度が要求されるような広告媒体用等として最適な照明装置及び照明装置を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の照明装置は、導光板と、金属ベース板と、前記金属ベース板に実装された複数のLEDチップとを有し前記導光板の側面に対向配置されるLED光源と、前記導光板と前記LED光源とを収容するシャーシと、を備え、前記金属ベース板は、前記LEDチップが実装される第1放熱部と前記第1放熱部と異なる方向に伸びる第2放熱部とが一体化したものであることを特徴とする。
本発明の照明装置によれば、金属ベース板が、LEDチップが実装される第1放熱部だけでなく、第1放熱部と一体化した第2放熱部とで形成されているため、金属ベース板での放熱性が非常に高まる。したがって、LEDチップへ流す電流量を増やすことができるため、照明装置は高輝度を実現することができる。
また、本発明の照明装置は、前記シャーシが、側壁と底面を有しており、前記第1放熱部は前記側壁と接触し、前記第2放熱部は前記底面と接触していることを特徴とする。
本発明の照明装置によれば、LEDチップから発生した熱を、第1放熱部と第2放熱部からシャーシを介して効率良く放熱することができる。
また、本発明の照明装置は、前記導光板と前記第2放熱部との間に反射シートが配置されていることを特徴とする。
本発明の照明装置によれば、第2放熱部の上に反射シートが配置されているため、第2放熱部へ直接光が当たることはない。したがって、第2放熱部による光への影響を防止できるため、照明装置は高輝度で良好な出射光を実現することができる。
また、本発明の照明装置は、前記第2放熱部の長さが10〜30cmであることを特徴とする。
本発明の照明装置によれば、第2放熱部による十分な放熱性の改善効果を得ることができるとともに、照明装置のコストを抑えることができる。
また、本発明の照明装置は、前記LED光源が、複数の前記金属ベース板を有していることを特徴とする。
本発明の照明装置によれば、照明装置の大型化に伴って、金属ベース板を大型化する必要がないため、第1放熱部と第2放熱部を形成した際の金属ベース板の加工精度を維持したままLED光源を製造することができる。
また、本発明の表液晶示装置は、前記照明装置と、前記照明装置の前方に配置される液晶パネルと、を備えることを特徴とする。
本発明の液晶表示装置によれば、照明装置の輝度が高めることができるため、液晶表示装置の輝度も非常に高い輝度を実現することができる。したがって、液晶表示装置は、非常に高い輝度が要求される広告媒体用として最適なものとなる。
実施形態の液晶表示装置の正面図である。 実施形態の液晶表示装置の分解斜視図である。 図1のA−A線断面図である。 図3の4Aの領域の拡大図である。 実施形態のバックライトの平面図である。 従来のLED光源と実施形態のLED光源との放熱特性を示した図である。 第2放熱部の長さLと第1放熱部の温度との関係を示した図である。 他の実施形態のバックライトの平面図である。 他の実施形態の金属ベース板の平面図である。 従来のバックライトの断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。ただし、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一例を示すものであり、本発明をこの実施形態に特定することを意図するものではない。本発明は、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態にも適応できるものである。
図1は本発明の実施形態に係る液晶表示装置1の正面図である。また、図2は液晶表示装置1の分解斜視図である。また、図3は図1のA−A線断面図である。
液晶表示装置1は、液晶パネル10と、照明装置の一例であるバックライト20とを備え、液晶パネル10の前面側に位置する額縁状の前面枠11によって一体に固定されている。
液晶パネル10は、一対の透明な矩形状のガラス基板が所定のギャップを保持して貼り合わせられているとともに、基板間に液晶層が充填形成されている。また、一対のガラス基板は、一方が薄膜トランジスタを有するアレイ基板であり、他方がカラーフィルタと透明電極が形成された基板である。
また、液晶パネル10には、駆動用ICや制御用IC等が実装された実装基板12がガラス基板の端部にフィルム配線13を介して接続されている。なお、図示していないが、液晶パネル10の前面側と後面側のガラス表面には、それぞれ偏光フィルムが貼り付けら
れている。また、本実施形態においては、液晶パネル10のサイズが47インチであり、縦の長さが約60cm、横の長さが約104cmの液晶パネル10を用いた。
前面枠11は、金属製の部材であり、図3に示すように断面が逆L字状となっている。前面枠11の開口部14から液晶パネル10の表示領域が露出する。
バックライト20は、箱状のシャーシ21と、シャーシ21の内側に収納された反射シート22と、導光板23と、LED光源24と、光学シート25と、シャーシ21の前部に位置する額縁状の中枠26と、によって構成されている。
シャーシ21は、アルミニウム等の熱伝導性の良い金属からなる箱状の部材である。また、シャーシ21は、液晶パネル10よりも若干大きな矩形状の部材である。このシャーシ21は、底面21aと、底面21aの4辺からそれぞれ立ち上がった側壁21bとで構成されている。
反射シート22は、シャーシ21の底面21aの内側と略同じ大きさであり、その上に導光板23が配置される。反射シート22は、ポリエステルフィルム等からなり、導光板23側の表面で光が鏡面反射や拡散反射するような加工が施されている。
導光板23は、矩形状の板状部材であり、可視光線に対して無色透明な樹脂等で形成されている。導光板23は、側面(入射面23a)側に配置されたLED光源24からの光が、導光板23内部を全反射しながら進んでいくうちに導光板23の裏面23b側に加工された反射ドットによって向きを変え、全反射角より小さくなった成分の光が導光板23の表面(出射面23c)から出射してくことを利用して、面状光源を形成するものである。この反射ドットは、導光板23にスクリーン印刷やインクジェット印刷によって形成されたり、導光板23とともに一体成型により形成されたりする。
また、図示していないが、導光板23の出射面23cには、導光板23の短辺と直交する方向に伸びる半円錐形状のレンチキュラーレンズ加工が施されている。バックライト20は、導光板23の出射面23cにレンチキュラーレンズ加工を施すことで、光の指向性と利用効率を高め、輝度の向上を図っている。
LED光源24は、詳細を後述するが、導光板23の短辺両側に配置されており、L字状の金属ベース板31と、金属ベース板31の表面に半田付けされたLEDチップ32を備えている。
光学シート25は、導光板23の出射面23cから出射した光を、効率良く液晶パネル10に照射するためのシート状部材である。本実施形態では、光学シート25は、3枚のシートからなり、導光板23の出射面23c上にプリズムシート25aを配置し、プリズムシート25aの上にプリズムシート25bを配置し、プリズムシート25bの上に、反射型偏光シート25cを配置している。
プリズムシート25a、25bは、熱可塑性樹脂シートに頂角90°のプリズム形状を高圧力で転写して形成したものである。このプリズム形状はシート短辺と直交する方向に伸びるものと、シート短辺と平行な方向に伸びるものがあり、プリズムシート25aと、プリズムシート25bには、どちらか一方のプリズム形状が形成されている。そして、プリズムシート25a、25bを重ねて用いることで、プリズム形状が直交することになり、プリズムシート25a、25bを通過した光がシートの法線方向へ集光され、輝度が向上する。
反射型偏光シート25cは、例えば住友スリーエム社のDBEF(登録商標)等があり、液晶パネル10の後面側に貼り付けられた偏光板を通過しない光を反射してリサイクルすることによって、偏光板を通過する光へと変換するものである。この反射型偏光シート25cを用いることで、バックライト20から出射される光の利用効率が上がり、輝度が向上する。
なお、光学シート25は、上記のシートに限られるものではなく、他のシートを用いたり、また他のシートと組み合わせたりして用いることができる。
中枠26は、金属製や樹脂製の額縁状の部材である。中枠26は、図示しない係合手段によって、シャーシ21の側壁21bと係合する。そして、中枠26は、シャーシ21の側壁21bと係合することによって、シャーシ21内に収納された光学シート25等をシャーシ21内で固定する。また、中枠26の前方側には液晶パネル10が載置される。液晶パネル10は、前面枠11と中枠26とが図示しない係合手段によって係合することによって、前面枠11と中枠26との間で強固に固定される。
このような構成の液晶表示装置1を広告媒体用の表示装置として用いる場合、晴天下での視認性を良好にするためには、1000〜2000cd/mという非常に高い輝度が必要となる。このような超高輝度を実現するためには、LED光源24のLEDチップ32へ流す電流量を増やせばよい。
そこでまず、特許文献2に記載されている金属ベース板にLEDチップを実装したLED光源を用いて、液晶表示装置の輝度2100cd/mに相当する電力(119W)をLEDチップに投入してみたところ、金属ベース板の温度が87℃にまで達してしまった。液晶パネルの最高動作温度は大体40℃程度であり、金属ベース板の温度が87℃にまで達してしまうと、この熱が中枠上に載置されている液晶パネルへと伝わり、液晶表示装置の表示不良や破損が生じてしまうおそれがある。
したがって、バックライトは、液晶パネルが金属ベース板からの熱による影響を受けたとしても、液晶パネルの温度が最高動作温度以下になるようにしなければならない。液晶パネルの温度が最高動作温度以下になる時の金属ベース板の温度を算出したところ、金属ベース板の温度は約70℃以下にしなければならないことがわかった。
そこで、本実施形態のLED光源24の詳細について説明する。図4は図3の4Aで示した領域の拡大図である。図5はバックライト20の平面図である。なお、図5で示したバックライト20の平面図には、シャーシ21と、LED光源24のみを示している。
LED光源24を構成する金属ベース板31は、図4に示すように、断面L字状の部材からなる。金属ベース板31は、放熱性に優れた部材が最適であり、例えば、銅やアルミニウムを主成分とする金属板からなり、0.5〜1.5mmの板厚からなる。
また、断面L字状の金属ベース板31は、シャーシ21の側壁21bと隣接する領域がLEDチップ32の実装される第1放熱部31aを形成し、シャーシ21の底面21aと隣接する領域が第2放熱部31bを形成している。なお、金属ベース板31は、熱伝導性のよい接着剤を用いてシャーシ21へ固定している。金属ベース板31をネジ止めによりシャーシ21へ固定しても構わないが、接着剤で固定することにより、LEDチップ32からの光へのネジ等による影響を防ぐことができる。
第1放熱部31aには、金属ベース板31の表面に絶縁層33が形成され、絶縁層33の上には銅箔からなる金属箔層34がLEDチップ32へ給電するための配線形状をなし
て形成されている。そして、LEDチップ32が金属箔層34の所定位置に半田付けされている。図5に示すようにLEDチップ32が側壁21bに沿って複数配置されることによって、側壁21bの横に線状光源化されたLED光源24が形成される。なお、LEDチップ32から照射された光を効率良く反射するために、LEDチップ32が半田付けされる個所を除き、金属箔層34の表面や絶縁層33の表面には白色絶縁膜(図示せず)が形成されている。
第2放熱部31bには、金属ベース板31の表面に絶縁層33が形成されている。LEDチップ32から照射された光に影響を与えないよう、この第2放熱部31bは、シャーシ21の底面21aと反射シート22との間に配置されている。
なお、バックライト20から出射された光が白色光となるものであれば、LEDチップ32は、既知の様々なものを用いることができる。例えば、LEDチップ32は、LED照明に使われている青色発光素子表面に、黄色蛍光体を塗布することにより得られる疑似白色発光するものでもよいが、液晶表示装置1の色再現性を良くするには、LEDチップ32に、赤色、緑色、青色の3色の発光素子をそれぞれ用いたLED白色光とするものでもよい。
LED光源24は、まず、所定の大きさの金属板の表面に絶縁層33を形成し、次に金属箔層34を形成し、次に所定の配線形状に金属箔層34をパターニングし、次に金属板を第1放熱部31aと第2放熱部31bとに折り曲げ、最後に第1放熱部31aの所定位置にLEDチップ32を半田付けすることによって製造される。なお、LED光源24は、この製造方法以外で製造してもよく、例えば、金属板を折り曲げてから第1放熱部31aの領域だけに絶縁層33等を形成してもよい。
このように、LEDチップ32の実装される第1放熱部31aと、第1放熱部31aとは異なる方向に伸びる第2放熱部31bとを備える金属ベース板31と、で構成されるLED光源24の放熱特性を調べたところ、LEDチップの実装される第1放熱部のみで構成された従来のようなLED光源に比べ、放熱特性が非常に改善されていた。
図6は、従来のLED光源と本実施形態のLED光源24との放熱特性を示した図であり、それぞれの光源を用いた時のLEDチップへの投入電力(W)と第1放熱部の温度(℃)との関係を示している。なお、図6の点線Dは、液晶パネルの最高動作温度を40℃とした時、第1放熱部での温度は約70℃となり、この70℃を示している。つまり、第1放熱部での温度はこの点線Dよりも下でなければならない。
破線で示した従来のLED光源の熱抵抗は0.9℃/Wであるのに対し、実線で示したLED光源24の熱抵抗は0.29℃/Wであり、LED光源24は従来のものに比べ熱抵抗が約1/3に減少していた。また、従来のLED光源に、液晶表示装置の輝度が2100cd/mに相当する電力119Wを投入すると、第1放熱部の温度は87℃にまで達してしまった。一方、LED光源24に、同様の電力119Wを投入すると、第1放熱部31aの温度は57℃まで低減された。
以上のように、第1放熱部31aと第2放熱部31bとが一体化した金属ベース板31と、LEDチップ32と、を備えるLED光源24は、第2放熱部31bを備えることによって、第1放熱部だけであった従来のLED光源に比べ、非常に放熱性が改善された。
また、図7は第2放熱部31bの長さLと第1放熱部31aの温度との関係を示した図である。なお、液晶パネル10の最高動作温度を40℃とした時、第1放熱部31aでの温度は約70℃となり、この70℃を点線で示している。第1放熱部31aでの温度はこ
の点線よりも下でなければならない。
図7からもわかるとおり、第2放熱部31bの長さLが短ければ、放熱性があまり改善されず、第1放熱部31aの温度が70℃以下にならない。したがって、第2放熱部31bの長さLは10cm以上が好ましい。
また、第1放熱部31aの面積に対して、第2放熱部31bの面積を変えて実験したところ、第1放熱部31aの面積と第2放熱部31bの面積との比が1:16〜1:87の範囲内であれば、金属ベース板31の放熱性が良好であることがわかった。したがって、第1放熱部31aの面積と第2放熱部31bの面積との比が1:16〜1:87の範囲内であれば、第2放熱部31bの長さLは調整可能である。ただし、製造コストや液晶表示装置1の重量等の観点から、第2放熱部31bの長さLが10〜30cmの範囲であれば、第2放熱部31bを設けたことによる放熱性として十分である。また、第2放熱部31bをシャーシ21の底面21a全面を覆う大きさにした場合に、第1放熱部31aの面積と第2放熱部31bの面積との比が1:87となる。
なお、本実施形態では図5に示すように、シャーシ21の短辺側にそれぞれLED光源24が配置されており、LED光源24を構成する金属ベース板31はそれぞれ一つの部材からなる。このような金属ベース板31以外の形状を図8に示す。図8はバックライト120の平面図である。なお、バックライト20と同様の構成に関しては、同じ符号を用いるとともに、その説明を省略する。バックライト120のそれぞれのLED光源124は、金属ベース31と異なり、金属ベース板131が2個に分割されている。このように金属ベース板131を複数で構成することにより、バックライト120は、より大型化したとしても、金属ベース板131を構成する第1放熱部131aと第2放熱部131bの加工を精度よく行うことができる。
また、他の実施形態として、液晶表示装置1は、図9に示すような金属ベース板231を用いることができる。金属ベース板231には、第2放熱部231bの一部に開口孔35や切欠部36が形成されていても構わない。
また、上記実施形態において、バックライト20は、LED光源24が導光板23の両短辺側にそれぞれ配置されていたが、LED光源24が導光板23の短辺片側にだけ配置された構成でも構わない。また、バックライト20は、LED光源24が導光板23の短辺側に配置されていたが、導光板23の長辺側に配置された構成でも構わない。
また、とくに図示してないが、バックライト20の放熱性を更に高めるために、バックライト20は、シャーシ21の底面21a裏側に、ヒートシンク等の部材を取り付けても構わない。
1…液晶表示装置
10…液晶パネル
11…前面枠
12…実装基板
13…フィルム配線
14…開口部
20、120…バックライト
21…シャーシ
21a…底面
21b…側壁
22…反射シート
23…導光板
24、124…LED光源
25…光学シート
25a、25b…プリズムシート
25c…反射型偏光シート
26…中枠
31、131、231…金属ベース板
31a、131a…第1放熱部
31b、131b、231b…第2放熱部
32…LEDチップ
33…絶縁層
34…金属箔層
35…開口孔
36…切欠部

Claims (6)

  1. 導光板と、
    金属ベース板と、前記金属ベース板に実装された複数のLEDチップと、を有し、前記導光板の側面に対向配置されるLED光源と、
    前記導光板と前記LED光源とを収容するシャーシと、を備え、
    前記金属ベース板は、前記LEDチップが実装される第1放熱部と前記第1放熱部と異なる方向に伸びる第2放熱部とが一体化したものであることを特徴とする照明装置。
  2. 前記シャーシは、側壁と底面を有しており、
    前記第1放熱部は前記側壁と接触し、前記第2放熱部は前記底面と接触していることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記導光板と前記第2放熱部との間に反射シートが配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。
  4. 前記第2放熱部の長さは10〜30cmであることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の照明装置。
  5. 前記LED光源は、複数の前記金属ベース板を有していることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の照明装置。
  6. 前記1から5の何れか1項に記載の照明装置と、
    前記照明装置の前方に配置される液晶パネルと、を備えることを特徴とする液晶表示装置。
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