JP4190268B2 - 照明装置およびそれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置およびそれを備えた液晶表示装置に関し、特に、光源としてＬＥＤ光源を備えた照明装置およびそれを備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置（Liquid Crystal Display）は、薄型で低消費電力であるという特徴を生かして、ワードプロセッサやパーソナルコンピュータなどのＯＡ機器、電子手帳などの携帯情報機器、あるいは液晶モニターを備えたカメラー体型ＶＴＲなどに広く用いられている。
【０００３】
液晶表示装置の構成部材である液晶は、自らは発光しないので、液晶表示装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）などの自発光型の表示装置とは異なり、面状の照明手段を必要とする。
【０００４】
この照明手段として、モバイル用途に使用される液晶表示装置では、薄板状の導光板を備えたサイドライト方式（導光板方式）の照明装置が用いられることが多い。サイドライト方式の照明装置では、導光板に光を出射する光源として、例えば細い蛍光管やチップ型ＬＥＤが用いられるが、近年、チップ型ＬＥＤが用いられることが多くなってきている。
【０００５】
このようなサイドライト方式の照明装置は、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００６】
図７および図８に、特許文献１および特許文献２に開示されている照明装置５００，６００をそれぞれ示す。
【０００７】
照明装置５００，６００は、図７および図８に示したように、導光板５２２，６２２と、導光板５２２，６２２の角部に配置された光源としてのチップ型ＬＥＤ５２１，６２１とを備えている。導光板５２２，６２２の表面には、チップ型ＬＥＤ５２１，６２１を中心とする同心円状のパターンでマイクロプリズム５２２ａ，６２２ａが形成されている。
【０００８】
照明装置５００，６００においては、チップ型ＬＥＤ５２１，６２１から出射して導光板５２２，６２２内部に入射した光は、導光板５２２，６２２内部を伝搬する過程でマイクロプリズム５２２ａ，６２２ａによって反射されて導光板５２２，６２２から出射し、被照射物（例えば液晶表示素子）に照射される。
【０００９】
なお、ここでは、チップ型ＬＥＤから出射された光が直接導光板に入射する構成の照明装置を説明したが、チップ型ＬＥＤからの光を一旦線状導光体に入射させ、この線状導光体から線状光を導光板に入射させる構成の照明装置も知られている。
【００１０】
光源として用いられるＬＥＤは半導体素子であるので、高温では熱破壊や断線などの問題が発生する。そのため、より明るい輝度を得るべく電力負荷を増やすためには、放熱機構が必要である。また、ＬＥＤは低温時ほど発光効率が高いので、熱放散効率が高いほど、より低消費電力でより高い輝度を確保することができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−１３３７７６号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２００１−１４３５１２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光源としてＬＥＤを備えた照明装置における好適な放熱構造はいまだ見出されていないのが現状である。
【００１４】
例えば、図９に示す液晶表示装置７００のように、導光板７２２の近傍に設けられるチップ型ＬＥＤ７２１が、プラスチックフレーム７０４やリフレクタ（反射シート）７２４によって包み込まれる構造を採用すると、チップ型ＬＥＤ７２１と周囲の部材との間にはクリアランスが存在し、空気層が介在するので、チップ型ＬＥＤ７２１で発生する熱が籠もりやすく、放熱効果が少ない。そのため、このような構造では、発熱を抑制するためにはＬＥＤ７２１に供給する電流を少なくせざるを得ず、輝度を高くすることができないし、低消費電力で高い輝度を得ることもできない。
【００１５】
特開２００１−２８４６５９号公報には、図１０に示すように、内部に形成された中空部８１１ａ内に熱伝導性の液体８１２が充填された基板８１１（筐体８１４にねじ８１５によって取り付けられている）の表面にチップ型ＬＥＤ８２１を接合することによって放熱を行うＬＥＤ照明装置８００が開示されているが、このような複雑な実装構造は、小型化、薄型化という昨今のニーズに沿うものではなく、チップ型ＬＥＤの小型化が進み、数ミリオーダーのチップ型ＬＥＤが主流のモバイル液晶用の照明装置（バックライト）では、このような構成は採用できない。
【００１６】
また、特開２００１−２２２９０２号公報には、図１１に示すように、線状導光体を覆う断面形状がコの字型の金属フレーム９２７の端部にチップ型ＬＥＤ９２１が挿入される包み込み部９３１を設け、この包み込み部９３１を介して放熱を行う照明装置９００が開示されているが、この構成は、線状導光体の端部にチップ型ＬＥＤが実装される場合のみを考慮した構成であるので、チップ型ＬＥＤの個数や場所が制限されてしまう。具体的には、線状導光体の端部にＬＥＤを一個備える場合にしか適用できず、線状導光体を備えていない照明装置において複数のチップ型ＬＥＤを任意の位置に実装する際には適用できない。また、チップ型ＬＥＤ６２１は包み込み部６３１にスライド挿入されるので、包み込み部６３１とチップ型ＬＥＤ６２１の接触が不十分となりやすく、十分な放熱効果を得ることができない。
【００１７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＥＤ光源から発生する熱を効率よく放散でき、且つ、小型化、薄型化が容易な照明装置およびそれを備えた液晶表示装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による照明装置は、少なくとも１つのＬＥＤ光源と、前記少なくとも１つのＬＥＤ光源から出射された光を被照射物に導く導光板と、前記少なくとも１つのＬＥＤ光源および前記導光板を収容する金属製のシャーシと、を備え、前記少なくとも１つのＬＥＤ光源および前記金属製のシャーシは、前記金属製のシャーシが前記少なくとも１つのＬＥＤ光源の複数の側面に接触することにより前記ＬＥＤ光源が前記金属製のシャーシに熱伝導するように設けられており、そのことによって上記目的が達成される。
【００１９】
前記金属製のシャーシには、前記ＬＥＤ光源側に向かって凹んだ絞り部が形成されており、前記絞り部が前記ＬＥＤ光源の複数の側面に接触していてもよい。
【００２０】
ある好適な実施形態において、前記少なくとも１つのＬＥＤ光源は複数のＬＥＤ光源である。
【００２１】
前記金属製のシャーシの、前記少なくとも１つのＬＥＤ光源に対向する部分は、光反射率が７０％以上であることが好ましい。
【００２２】
本発明による液晶表示装置は、上記の構成を有する照明装置と、前記照明装置から出射された光を変調する液晶表示素子と、を備えており、そのことによって上記目的が達成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態の液晶表示装置を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
まず、図１および図２を参照しながら、本発明による実施形態の液晶表示装置１００の構造を説明する。
【００２５】
液晶表示装置１００は、図１および図２に示すように、透過型の液晶表示素子１０と、液晶表示素子１０の背面側に設けられた照明装置（バックライト）２０とを備えている。液晶表示素子１０と照明装置２０とは、これらの周囲を囲うように配置されたフレーム２によって保持・固定されている。
【００２６】
液晶表示素子１０は、公知の透過型の液晶表示素子であってよい。液晶表示素子１０は、例えば、観察者側から順に、偏光板１１ａ、対向基板１２、液晶層（不図示）、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板１３および偏光板１１ｂを有する。ＴＦＴ基板１３の液晶層側には、画素ごとに透明電極（画素電極；不図示）が形成されている。これによって、照明装置２０から出射された光を所望の状態に変調することができ、所定の画像を表示することができる。また、液晶表示素子１０には、外部信号入力用のフレキシブル基板１４が搭載されている。
【００２７】
照明装置２０は、図２に示したように、複数のＬＥＤ光源２１と、ＬＥＤ光源２１から出射された光を液晶表示素子１０に導く導光板２２と、ＬＥＤ光源２１および導光板２２を収容する金属製のシャーシ２３とを備えている。
【００２８】
ＬＥＤ光源２１は、典型的には、チップ型のＬＥＤ光源である。本実施形態では、ＬＥＤ光源２１として、チップ型の白色サイド発光ＬＥＤ（例えば日亜化学株式会社製ＮＳＣＷ２１５Ｔ）を用いる。ＬＥＤ光源２１は、電流を供給されることによって発光し、その際には発熱を伴う。本実施形態では、ＬＥＤ光源２１は、ＬＥＤを点灯させるための配線が形成されたＬＥＤ−ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）２４上に実装されており、ＬＥＤ−ＦＰＣ２４は、液晶表示素子１０と照明装置２０との間に設けられたプラスチックフレーム４に両面テープを用いて貼付されている。
【００２９】
導光板２２は、ＬＥＤ光源２１の発光面２１ａ側に配置されている。導光板２２は、例えば略直方体状であり、ＬＥＤ光源２１から出射された光を受ける入射面（第１側面）２２ａと、入射面２２ａに対向する第２側面２２ｂと、入射面２２ａと第２側面２２ｂとの間に位置し互いに対向する第３および第４側面と、これら４つの側面を介して互いに対向する出射面２２ｃおよび対向面２２ｄとを有している。勿論、導光板２２の形状はこれに限定されず、例えば入射面２２ａから第２側面２２ｂに向かうにつれて厚さが薄くなる楔状であってもよい。本実施形態では、導光板２２の対向面２２ｄ側にはリフレクタ（反射シート）２５が配置されている。また、導光板２２の出射面２２ｃ側には光学シート２６が配置されている。光学シート２６は、例えば、厚さ約１２０μｍの拡散シートと、厚さ約１５５μｍのレンズシートとが積層されて構成されている。
【００３０】
ＬＥＤ光源２１から出射された光は、入射面２２ａから導光板２２内部に入射し、第２側面２２ｂに向けて伝搬する。第２側面２２ｂに向けて伝搬する光は、伝搬する過程で出射面２２ｅから液晶表示素子１０に向けて出射される。例えば導光板２２の出射面２２ｃまたは対向面２２ｄにプリズムやドットパターンあるいはしぼパターンが形成されていることによって、導光板２２内部を伝搬する光が出射面２２ｃから出射される。
【００３１】
また、本実施形態では、入射面２２ａ側に配置された複数のＬＥＤ光源２１からの光を導光板２２に直接入射させるので、導光板２２が、導光板２２から出射する光の輝度分布を均一にするための構造を有していることが好ましい。例えば、導光板２２の入射面２２ａに光を拡散させる構造（プリズムなど）を設けることが好ましく、具体的には断面形状が三角の山あるいは溝状の構造が入射面２２ａに形成されていることが好ましい。あるいは、導光板２２の出射面２２ｃ（または対向面２２ｄ）に形成するプリズムの大きさやプリズムまたはドットパターンの密度分布を、ＬＥＤ光源２１の配置に応じて変化させることも好ましく、例えばＬＥＤ光源２１の近傍ではドット密度を低く、ドット深さを小さくすることが好ましい。
【００３２】
ＬＥＤ光源２１および導光板２２を収容する金属製のシャーシ２３は、本実施形態では、照明装置２０の最下部（液晶表示装置１００の最下部）に配置され、照明装置２０の筐体（液晶表示装置１００の筐体）としても機能する。
【００３３】
なお、シャーシ２３およびプラスチックフレーム４は、ＬＥＤ光源２１を保持・固定するだけでなく、ＬＥＤ光源２１からの光を反射する反射面としても機能することが好ましい。反射面として好適に機能させる観点からは、ＬＥＤ光源２１に対向する部分の光反射率が７０％以上であることが好ましい。また、同様の観点から、シャーシ２３のＬＥＤ光源２１側の表面（特にＬＥＤ光源２１の近傍）は、鏡面であることが好ましい。本実施形態では、シャーシ２３としてアルミニウム製のシャーシを用い、ＬＥＤ光源２１近傍の表面には銀を蒸着して反射率９５％以上の鏡面光沢仕上げを施す。なお、アルミニウム製のシャーシはそのままでも反射率が９０％以上あるので、必ずしも銀を蒸着する必要はない。また、同様の観点から、プラスチックフレーム４は、白色であることが好ましく、高反射グレードの材料から形成されていることが好ましい。本実施形態では、プラスチックフレーム４として、高反射グレードで白色のポリカーボネート樹脂製のものを用いる。
【００３４】
本発明による液晶表示装置１００においては、ＬＥＤ光源２１と、これを収容する金属製のシャーシ２３とは、ＬＥＤ光源２１が金属製のシャーシ２３に熱伝導するように設けられている。具体的には、シャーシ２３が、ＬＥＤ光源２２の発光面２１ａに対向する発光裏面２１ｂと下面２１ｃとに直接接触しており、そのことによって、ＬＥＤ光源２１が金属製のシャーシ２３に熱を伝導することができるようになっている。
【００３５】
図３および図４は、液晶表示装置１００の断面斜視図および分解斜視図である。本実施形態では、プラスチックフレーム４が有する爪状部材（フック）４ａと、シャーシ２３が有する穴（開口部）２３ａとを嵌合させて、ＬＥＤ光源２１の発光裏面２１ｂおよび下面２１ｃにシャーシ２３を当接させている。さらに、金属製のシャーシ２３のＬＥＤ光源２１近傍には、ＬＥＤ光源２１側に向かって凹んだ絞り部２３ｂが形成されており、それによって、ＬＥＤ光源２１とシャーシ２３とがより確実に接触するようになっている。
【００３６】
このように、本発明による液晶表示装置１００では、ＬＥＤ光源２１および金属製のシャーシ２３は、ＬＥＤ光源２１が金属製のシャーシ２３に熱伝導するように設けられているので、ＬＥＤ光源２１から発生する熱が、金属製のシャーシ２３に伝導されることによって放散される。ここで、図２や図３においてシャーシ２３からのびる矢印は、熱が放散される様子を模式的に示している。従って、ＬＥＤ光源２１から発生する熱を効率よく放散することができる。そのため、ＬＥＤ光源２１の温度の上昇を抑制でき、熱破壊や断線などの発生を抑制できる。また、比較的低い消費電力で高輝度を得ることも容易となる。
【００３７】
ＬＥＤ光源２１および導光板２２を収容する金属製のシャーシ２３は、照明装置２０の最下部（液晶表示装置１００の最下部）に配置されることによって、照明装置２０の筐体（液晶表示装置１００の筐体）としても機能する。そのため、照明装置２０の内部に配置される部材とは異なり、その形状設計の自由度が高いので、放熱に寄与する部分の面積を十分に大きく確保することが容易であり、照明装置２０の外部への熱放散効果を大きくしてＬＥＤ光源２１の温度上昇を十分に抑制することができる。
【００３８】
また、液晶表示装置１００では、特開２００１−２２２９０２号公報に開示されている照明装置９００とは異なり、ＬＥＤ光源２１を導光板２２の角部以外の場所に配置でき、ＬＥＤ光源２１を導光板２２のあらゆる箇所に個数の制限なく配置することができる。図５に、図２の５Ａ−５Ａ’線に沿った断面を示す。図５に示したように、ＬＥＤ光源２１は導光板２２の入射面２２ａに沿って所定の間隔で複数配置されており、それぞれのＬＥＤ光源２１が金属製のシャーシ２３に熱を伝導するので、すべてのＬＥＤ光源２１についてシャーシ２３を介した放熱効果が得られる。このように、液晶表示装置１００では、複数のＬＥＤ光源２１が設けられている場合でも、すべてのＬＥＤ光源２１について熱放散効果を得つつ、放熱に寄与する部分の面積を十分に大きく確保することが容易であるので、ＬＥＤ光源２１の発光効率および寿命特性が良好となる。また、照明装置９００のようにＬＥＤ光源をスライド挿入する必要がなく、ＬＥＤ光源２１とシャーシ２３とを十分に接触させることが容易である。
【００３９】
ＬＥＤ光源２１から発生する熱を放散する金属製のシャーシ２３の材料としては、種々の材料を用いることができるが、熱伝導率が高い金属を用いることが好ましい。具体的には、例えば、上述したアルミニウム（熱伝導率が約２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ））や鉄（熱伝導率が約８３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ））、あるいはステンレスを用いることが好ましい。より効率よく熱を放散する観点からは、銀（熱伝導率が約４２８Ｗ／（ｍ・Ｋ））や銅（熱伝導率が約４０３Ｗ／（ｍ・Ｋ））などを用いることも好ましいが、コスト、強度および加工の容易さの観点からは、アルミニウム、鉄、およびステンレスを用いることが好ましい。
【００４０】
また、シャーシ２３の形状は、ここまで図示したものに限定されず、熱放散に好適な任意の形状、すなわち、ヒートシンクとして機能する様々な形状とすることができる。例えば、図６に示すように、シャーシ２３が、放熱面積をさらに大きくするための放熱フィン２３ｃを備えていてもよい。さらに、シャーシ２３は、図３や図４などに示したような、箱状の「ケース」に限定されず、開口部を有する枠体状の「フレーム」であってもよい。
【００４１】
なお、本実施形態では、ＬＥＤ光源２１の発光裏面２１ｂと下面２１ｃとが金属製のシャーシ２３に接触する構成を例示したが、本発明は勿論これに限定されない。シャーシ２３がＬＥＤ光源２１のさらに他の側面と接触してもよいし、１つの側面のみと接触していてもよい。ただし、ＬＥＤ光源２１から発生する熱を速やかに放散する観点からは、ＬＥＤ光源２１のなるべく多くの側面がシャーシ２３に接触していることが好ましい。
【００４２】
また、ここでは、ＬＥＤ光源２１が金属製のシャーシ２３に直接接触している場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤ光源２１が金属製のシャーシ２３に熱伝導体を介して接触している構成としてもよい。例えば、ＬＥＤ光源２１とシャーシ２３との接触をより確実にするために、厚さ３０μｍ程度のアクリル基材からなる両面テープでＬＥＤ光源２１とシャーシ２３とを固定してもよいし、ＥＭＩ（electromagnetic interference）を抑制するために、ＬＥＤ光源２１とシャーシ２３との間に銅箔を設けてもよい。ＬＥＤ光源２１とシャーシ２３との間に介在する熱伝導体は、熱伝導率が高いことが好ましく、具体的には０．５８２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。１０℃における水の熱伝導率が０．５８２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることから、この数値以上の熱伝導率を有することによって熱伝導体として好適に機能しうる。
【００４３】
なお、ここではＬＥＤ光源２１が複数設けられている場合について説明したが、ＬＥＤ光源２１が１つであってもよいことは言うまでもない。
【００４４】
また、ここでは、シャーシ２３が金属製である場合を示したが、シャーシ２３は金属製でなくてもよい。ＬＥＤ光源２１から発生する熱が、主にシャーシ２３に伝導することによって放散される構成、すなわち、ＬＥＤ光源２１から発生する熱が放散されるのに際して、他のメカニズムによる放散（輻射や対流など）ではなくシャーシ２３への伝導による放散が支配的になる構成とすることによって上記の効果を得ることができる。具体的には、１０℃における水の熱伝導率が０．５８２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることから、熱伝導率が０．５８２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料からシャーシが形成されていると、ＬＥＤ光源２１から発生する熱を好適に放散することができる。なお、シャーシ２３が金属製であると、容易に高い熱伝導率が得られ、また、その加工も容易であるなどの利点が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によると、ＬＥＤ光源から発生する熱を効率よく放散でき、且つ、小型化、薄型化が容易な照明装置が提供される。従って、本発明による照明装置を用いると、明るく、長寿命で、コンパクトな液晶表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による実施形態の液晶表示装置１００を模式的に示す斜視図である。
【図２】 本発明による実施形態の液晶表示装置１００を模式的に示す断面図であり、図１中の２Ａ−２Ａ’線に沿った断面を示す。
【図３】 本発明による実施形態の液晶表示装置１００を模式的に示す断面斜視図である。
【図４】 本発明による実施形態の液晶表示装置１００を模式的に示す分解斜視図である。
【図５】 本発明による実施形態の液晶表示装置１００を模式的に示す断面図であり、図２中の５Ａ−５Ａ’線に沿った断面を示す。
【図６】 本発明による実施形態の液晶表示装置１００の改変例を模式的に示す断面図である。
【図７】 従来の照明装置５００を模式的に示す斜視図である。
【図８】 従来の照明装置６００を模式的に示す上面図である。
【図９】 液晶表示装置７００を模式的に示す断面図である。
【図１０】 従来のＬＥＤ照明装置８００を模式的に示す断面図である。
【図１１】 従来の照明装置９００を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
２ フレーム
４ プラスチックフレーム
４ａ 爪状部材（フック）
１０ 液晶表示素子
１１ａ、１１ｂ 偏光板
１２ 対向基板
１３ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板
１４ 外部信号入力用のフレキシブル基板
２０ 照明装置
２１ ＬＥＤ光源
２１ａ 発光面
２１ｂ 発光裏面
２１ｃ 下面
２２ 導光板
２２ａ 入射面（第１側面）
２２ｂ 第２側面
２２ｃ 出射面
２２ｄ 対向面
２３ 金属製のシャーシ
２３ａ 開口部（穴）
２３ｂ 絞り部
２４ ＬＥＤ−ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）
２５ リフレクタ（反射シート）
２６ 光学シート

Claims (5)

1. 少なくとも１つのＬＥＤ光源と、
   前記少なくとも１つのＬＥＤ光源から出射された光を被照射物に導く導光板と、
   前記少なくとも１つのＬＥＤ光源および前記導光板を収容する金属製のシャーシと、を備え、
   前記少なくとも１つのＬＥＤ光源および前記金属製のシャーシは、前記金属製のシャーシが前記少なくとも１つのＬＥＤ光源の複数の側面に接触することにより前記ＬＥＤ光源が前記金属製のシャーシに熱伝導するように設けられている、照明装置。
2. 前記金属製のシャーシには、前記ＬＥＤ光源側に向かって凹んだ絞り部が形成されており、前記絞り部が前記ＬＥＤ光源の複数の側面に接触している、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記少なくとも１つのＬＥＤ光源は複数のＬＥＤ光源である、請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記金属製のシャーシの、前記少なくとも１つのＬＥＤ光源に対向する部分は、光反射率が７０％以上である、請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の照明装置と、
   前記照明装置から出射された光を変調する液晶表示素子と、を備えた液晶表示装置。

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