JP4587720B2 - Light source device and liquid crystal display device having the same - Google Patents
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Description
この発明は、液晶表示パネルとバックライトからなる液晶表示装置に関し、特に、バックライトの光源体に発光ダイオード(LED)を利用した液晶表示装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal display device including a liquid crystal display panel and a backlight, and more particularly to a liquid crystal display device using a light emitting diode (LED) as a light source body of a backlight.
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、光源体と導光板とからなり、光源体としては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。 2. Description of the Related Art Conventionally, among transmissive and transflective liquid crystal display devices among liquid crystal display device display methods, a liquid crystal display panel and a backlight that supplies light transmitted to the liquid crystal display panel are arranged. In general, a backlight includes a light source body and a light guide plate, and a small fluorescent tube called CCFL (cold cathode tube) is used as the light source body. The light guide plate faces the main surface (front surface) on the liquid crystal display panel side so as to correspond to the display area of the liquid crystal display panel, and the main surface (back surface) on the opposite side of the main surface is exposed to light. A diffusion part that diffuses and reflects is formed on the side. The CCFL light source is disposed on the end face of the light guide plate. CCFL light incident from the end face of the light guide plate is transmitted into the light guide plate, diffused and reflected on the back side of the light guide plate, and directed from the light guide plate to the liquid crystal display panel. And is converted from a linear light source to a uniform planar light source and used as a light source for a liquid crystal display device.
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。 However, in this CCFL light source, Hg (mercury) is sealed in a discharge tube, and ultraviolet rays emitted from mercury excited by discharge strike the phosphor on the CCFL tube wall and convert it into visible light. For this reason, in consideration of the environment, the use of an alternative light source is required by suppressing the use of harmful mercury. Further, in order to light the CCFL, a high-voltage high-frequency lighting circuit is required, and high-frequency noise is generated. Thus, there is a problem that not only a countermeasure against noise is separately required but also low-temperature lighting is difficult.
一方、新たな光源体として、点光源という特徴を持つ発光ダイオード(LED)チップが収容された発光ダイオードモジュール(LED光源)を光源に利用したバックライトが開発されている。このLED光源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。 On the other hand, as a new light source body, a backlight using a light emitting diode module (LED light source) containing a light emitting diode (LED) chip having a feature of a point light source as a light source has been developed. Backlights using this LED light source (LED backlights) are becoming widespread as backlights for liquid crystal display panels due to lower prices, improved luminous efficiency, and environmental regulations. At the same time, with the increase in brightness and size of liquid crystal display devices (increase in display area), there is an increasing demand for a plurality of LED light sources.
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光源を変換して、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光源の指向性に合わせて、最適な位置にLED光源を配置するなどの必要がある。 Therefore, in order to obtain an LED backlight for use in high-brightness and large-sized liquid crystal display panels, the LED light source, which is a point light source, is converted into a planar light source that emits light uniformly (converted into uniform light on the light exit surface of the light guide plate). For example, it is necessary to control the material and structure of the diffusion part on the back surface of the light guide plate and to arrange the LED light source at an optimum position according to the directivity of the LED light source. is there.
ここで最も大きな課題は、LED光源の発熱によりLED光源及びその周辺温度が上昇することで、LED光源のLEDチップの発光効率や寿命が低下することである。LED光源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を光源としたバックライトにおいては、この発生熱がLED光源及びLED光源を実装した絶縁基板に蓄熱され、LED光源やその周辺温度の上昇に伴い、LED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で発生する熱はLEDやそのLEDを実装した絶縁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。 The biggest problem here is that the LED light source and its surrounding temperature rise due to the heat generated by the LED light source, thereby reducing the light emission efficiency and life of the LED chip of the LED light source. Although the LED light source has been improved in luminous efficiency due to recent improvements, the luminous efficiency is about 10% at present, and the remaining 90% is released as heat. That is, in a backlight using an LED as a light source, the generated heat is stored in an LED light source and an insulating substrate on which the LED light source is mounted, and as the LED light source and its surrounding temperature rise, the light emission efficiency of the LED itself decreases. It will be. Regarding the lifetime, for example, the estimated lifetime data (luminance half-life) of Nichia Top View LED (NSCW455) at forward current IF = 20 mA is about 12000 hours at an ambient temperature of 25 ° C. On the other hand, it is only about 5500 hours at 50 ° C., and it can be seen that the lifetime decreases as the ambient temperature of the LED increases. Furthermore, the heat generated in the LED may cause damage to the LED and the wiring of the insulating substrate on which the LED is mounted. In addition, if the number of LEDs mounted is increased to increase the brightness of the backlight, the amount of heat generation increases, so this heat generation cannot be ignored further.
LED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発光ダイオードは一般的には、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のジャンクションの温度が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、電源供給端子を有する線状光源用基板である配線基板の片面に発光ダイオードを実装し、箱状金属ケース内に配された絶縁基板の電極を覆うが如く設けた放熱用絶縁樹脂層と該放熱用絶縁樹脂層上に、発光素子発光面を除いて導電性接着剤を箱状金属ケース内に充填した放熱構造の照明装置が知られている。
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、光源体を実装した絶縁基板とを液晶表素装置のヒートシンク機能を兼ねた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固定したり、また、バックライトを両面接着テープで筐体の所定部位に接着していた。 However, the LED backlight used in the liquid crystal display device and disposed on the back side of the liquid crystal display panel has a light guide plate and an insulating substrate on which a light source body is mounted in a casing that also serves as a heat sink function of the liquid crystal display device. It was fixed. As a fixing method, a support protrusion or the like is formed inside the housing in accordance with the shape of the backlight, and the support protrusion is used for fixing, or the backlight is attached to the housing with a double-sided adhesive tape. It adhered to a predetermined site.
ここで、絶縁基板は、ポリイミドまたはポリエステルからなるフレキシブル基板又はガラスエポキシからなる基板の一方主面(光源体の実装面)に銅等の金属配線を設け、その配線上にLED光源を実装し、その絶縁基板の他方主面(基板の裏面)を筐体などに接触させていた。 Here, the insulating substrate is provided with a metal wiring such as copper on one main surface (mounting surface of the light source body) of a flexible substrate made of polyimide or polyester or a substrate made of glass epoxy, and an LED light source is mounted on the wiring, The other main surface of the insulating substrate (the back surface of the substrate) was brought into contact with the housing or the like.
しかし、この絶縁基板の裏面と液晶表示装置の筐体は、面接触するものの、実際にはその表面の微細な凹凸のために面接触は不十分で、例えば、絶縁基板側の熱を筐体側に熱伝導させるにあたり、凹凸に起因する極めて小さい空気層が介在することになってしまう。また、両面接着テープで接着固定の場合も、両面接着テープの熱伝導率が小さいため、絶縁基板からヒートシンク基板への熱伝導が不十分であり、LED光源またはその絶縁基板に蓄熱され、LED光源の温度上昇により、LED光源の発光効率の低下、さらには、発光ダイオード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。 However, although the back surface of the insulating substrate and the housing of the liquid crystal display device are in surface contact, the surface contact is actually insufficient due to fine irregularities on the surface. When conducting heat conduction, an extremely small air layer due to unevenness is interposed. Also, in the case of adhesive fixing with a double-sided adhesive tape, since the thermal conductivity of the double-sided adhesive tape is small, heat conduction from the insulating substrate to the heat sink substrate is insufficient, and the LED light source or the insulating substrate stores heat, and the LED light source As the temperature rises, the luminous efficiency of the LED light source is lowered, and further, the light emitting diode chip is damaged in a short time.
また、LED光源を実装した絶縁基板の一方主面に熱伝導性樹脂を充填しLED光源の温度上昇を抑制する技術が開示されているが、熱伝導性樹脂を充填する作業が繁雑となり、さらに樹脂硬化の処理中に空気が入り込むことが多く、熱の伝導が不十分となってしまうことがある。 Moreover, although the technique which fills one main surface of the insulated substrate which mounted the LED light source with heat conductive resin and suppresses the temperature rise of LED light source is disclosed, the operation | work which fills heat conductive resin becomes complicated, and also Air often enters during the resin curing process, and heat conduction may be insufficient.
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LEDバックライトを備えた液晶表示装置であって簡単で安価な構造によりLED光源を実装する絶縁基板と液晶表示装置の筐体またはヒートシンク基板との面接触熱伝導を改善し、LED光源の発生熱をヒートシンク基板へ効率よく熱伝導させ、絶縁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光源の発光効率低下を抑制するとともに、発光ダイオードチップの損傷を防ぎ、明るい長寿命の液晶表示ができ、また、耐衝撃性に優れた発光ダイオード素子を有する液晶表示装置を提供することを目的としている。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is a liquid crystal display device provided with an LED backlight, and an insulating substrate and a liquid crystal display device on which an LED light source is mounted with a simple and inexpensive structure. By improving the surface contact heat conduction with the housing or heat sink substrate, efficiently transferring the heat generated by the LED light source to the heat sink substrate, reducing the heat storage of the insulating substrate, and reducing the temperature rise of the LED light source, An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having a light-emitting diode element that can suppress a decrease in light emission efficiency of an LED light source, prevent damage to a light-emitting diode chip, can display a bright and long-lived liquid crystal display, and has excellent impact resistance. It is said.
本発明の光源装置は、LED光源と、該LED光源が実装された一方主面、該一方主面の反対側に位置する他方主面、および前記一方主面と前記他方主面との間に位置する側面を有する実装基板と、該実装基板の前記一方主面側に配置された導光板と、前記実装基板の前記他方主面側に配置されたヒートシンク基板と、前記実装基板の前記一方主面、前記他方主面、前記側面および前記ヒートシンク基板を接触して覆う放熱シートとを備える。
The light source device of the present invention includes an LED light source, one main surface on which the LED light source is mounted, the other main surface located on the opposite side of the one main surface, and between the one main surface and the other main surface. A mounting substrate having a side surface located; a light guide plate disposed on the one main surface side of the mounting substrate; a heat sink substrate disposed on the other main surface side of the mounting substrate; and the one main surface of the mounting substrate. A heat radiating sheet that contacts and covers the surface, the other main surface, the side surface, and the heat sink substrate.
本発明の液晶表示装置では、発光ダイオードモジュールであるLED光源を実装した絶縁基板の一方主面である表面と他方主面である裏面及びこの両主面と直角をなす下面とヒートシンク基板に接触するように熱伝導率の大きいゴム弾性の熱伝導シートを用いている。 In the liquid crystal display device of the present invention, the insulating substrate on which the LED light source, which is a light emitting diode module, is mounted is in contact with the heat sink substrate and the front surface as one main surface, the back surface as the other main surface, and the lower surface perpendicular to both main surfaces. As described above, a rubber elastic heat conductive sheet having a high heat conductivity is used.
これにより、LED光源で発生した熱のうち、例えば絶縁基板の表面側に放出される熱は、表面側に配置した放熱シートを通じて、導光板や絶縁基板の下面とヒートシンク基板との間に配置された放熱シートを通じて逃がすことができる。 As a result, of the heat generated by the LED light source, for example, heat released to the surface side of the insulating substrate is disposed between the light guide plate or the lower surface of the insulating substrate and the heat sink substrate through the heat dissipation sheet disposed on the surface side. Can escape through the heat dissipation sheet.
また、LED光源から絶縁基板に伝達された熱は、絶縁基板の裏面は勿論のこと、絶縁基板の下面から放熱シートを通じてヒートシンク基板に安定して逃がすことができる。 Further, the heat transferred from the LED light source to the insulating substrate can be stably released from the lower surface of the insulating substrate to the heat sink substrate through the heat radiation sheet as well as the rear surface of the insulating substrate.
即ち、絶縁基板の表面側の熱や絶縁基板に伝達された熱を、効率的に絶縁基板から逃がすことができる。 That is, heat on the surface side of the insulating substrate and heat transferred to the insulating substrate can be efficiently released from the insulating substrate.
また、絶縁基板とヒートシンク基板との間の放熱シートが、両基板に圧接挟持されている。即ち、絶縁基板の表面状態やヒートシンク基板の表面状態が、微小な凹凸が存在していても、放熱シートの圧接によって、その凹凸内に放熱シートの一部を食い込ませるようになり、絶縁基板とヒートシンク基板との間の熱伝導率を低下させる空気の層の形成を有効に抑えることができる。これにより、絶縁基板からヒートシンク基板へ効率よく熱伝導させることができる。 In addition, a heat dissipation sheet between the insulating substrate and the heat sink substrate is pressed between the two substrates. That is, even if the surface state of the insulating substrate and the surface state of the heat sink substrate have minute unevenness, the heat dissipation sheet is pressed into the unevenness by pressing the heat dissipation sheet. Formation of an air layer that reduces the thermal conductivity with the heat sink substrate can be effectively suppressed. Thereby, it is possible to efficiently conduct heat from the insulating substrate to the heat sink substrate.
また、導光板は、液晶パネルの表示領域に合致させて固定する必要がある。具体的には、液晶表示装置の筐体の内側に、導光板や絶縁基板を所定位置に位置決めするための固定手段、例えば複数の支持突起部などが形成されている。また、筐体の内部壁と導光板や絶縁基板との間に両面接着材で接着固定していた。本発明では、絶縁基板と筐体(ヒートシンク基板)に放熱シートが圧接するようにして介在して、絶縁基板が位置決めされている。このため、外部衝撃を受けてもその衝撃が絶縁基板に印加されることないため、絶縁基板の破損や絶縁基板の所定位置からのずれ発生がなく、耐衝撃性を優れた安定した固定が可能となる。即ち、LED光源を実装した絶縁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光源の発光効率低下を抑制するとともに、LED光源の損傷を防ぎ、明るい長寿命の液晶表示ができるとともに、耐衝撃性に優れたLEDバックライトを有する液晶表示装置を提供することができる。 In addition, the light guide plate needs to be fixed in accordance with the display area of the liquid crystal panel. Specifically, fixing means for positioning the light guide plate and the insulating substrate at predetermined positions, for example, a plurality of support protrusions, are formed inside the casing of the liquid crystal display device. Further, the inner wall of the housing and the light guide plate or the insulating substrate are bonded and fixed with a double-sided adhesive. In the present invention, the insulating substrate is positioned with the heat radiating sheet interposed between the insulating substrate and the housing (heat sink substrate) so as to be in pressure contact therewith. For this reason, even if an external impact is received, the impact is not applied to the insulating substrate, so there is no damage to the insulating substrate or displacement of the insulating substrate from a predetermined position, and stable fixing with excellent impact resistance is possible. It becomes. That is, by reducing the heat storage of the insulating substrate on which the LED light source is mounted and reducing the temperature rise of the LED light source, the LED light source can be prevented from lowering the light emission efficiency, and the LED light source can be prevented from being damaged. In addition, a liquid crystal display device having an LED backlight having excellent impact resistance can be provided.
以下、本発明の液晶表示装置を図面に基づいて詳説する。 Hereinafter, the liquid crystal display device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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光源を搭載した絶縁基板の斜視図を示し、図5に断面コ字状の放熱シートの斜視図を示す。図6はLED光源を説明する概略断面図である。 1 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of an external appearance seen from the display surface of the liquid crystal display device, FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure of a liquid crystal display panel, and FIG. Fig. 5 shows a perspective view of an insulating substrate on which an LED light source is mounted, and Fig. 5 shows a perspective view of a heat radiating sheet having a U-shaped cross section. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating an LED light source.
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、液晶表示装置の筐体6、ヒートシンク基板10とから主に構成されている。尚、図の筐体6は主に液晶表示パネル1を保護する上側筐体であり、ヒートシンク基板10は主にLEDバックライトを保護する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ヒートシンク基板を兼ねるものである。
The liquid crystal display device of the present invention is mainly composed of a liquid crystal display panel 1, an LED backlight, a housing 6 of the liquid crystal display device, and a
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では下部透明基板の内面の構造物を単に符号15で示し、また、上部透明基板の構造物を単に符号16で示している。
The liquid crystal display panel 1 is surrounded by a
この下部透明基板11の内部構造物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。
The display electrodes constituting the internal structure of the lower
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。 One pixel constituting each display pixel area is a translucent liquid crystal display device in which, for example, in a transmissive liquid crystal display device, the display electrodes are all formed of transparent electrodes and serve as a light transmissive portion that can transmit the light of the backlight. In the display device, a light reflecting portion, part of which is made of a reflective metal film, and a light transmitting portion, which is partly capable of transmitting light from the backlight, are provided side by side. That is, in this transflective liquid crystal display device, external light incident from the display surface side is reflected by the light reflecting portion of the pixel area and returned to the display surface side, and the backlight light is transmitted. The light is given to the display surface side. As a result, when the external light is strong, the display is performed in the reflective mode, and when the external light is weak, the display is performed in the transmissive mode.
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。
Further, although not shown in the drawing, a polarizing plate, a retardation plate, and, if necessary, a scattering plate are arranged on the outer surface of the lower
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。
In order to achieve color display, a color filter corresponding to each pixel region of either the
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。
Further, depending on the display driving method, switching means may be formed in each pixel region of the
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、たとえば下部透明基板11の外周領域には、下部透明基板11の内面構造体15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、上部透明基板12の表示電極は、両基板11、12間の間隔に配置した導電性フィラー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。
In addition, in one of the upper
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。
Examples of the lower
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。
The lower
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。
In this way, the liquid crystal display panel 1 is configured. An LED backlight is disposed outside the
LEDバックライトは、図1に示すように、LEDモジュールであるLED光源7、導光板4、レンズシート2、拡散シート3、反射シート5、絶縁基板8、断面コ字状放熱シート9、ヒートシンク基板10とからなっている。
As shown in FIG. 1, the LED backlight includes an LED light source 7, which is an LED module, a
そして、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。
Then, one main surface (surface from which light is emitted) of the
LEDバックライトを構成する導光板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光源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。
The
絶縁基板8は、ガラス布基材エポキシ樹脂基板やセラミック基板からなり、LED光源7が実装される。このLED光源7の実装面には、LED光源7に所定駆動電流を供給する金属配線が形成されている。そして、この金属配線に導電部材を介して、LED光源7が複数、所定間隔をおいて実装されることになる。
The insulating
LED光源7は、図6に示す断面図のように、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の光出射面以外の外面に形成した端子部7cに接続されている。尚、すり鉢状のキャビティー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性樹脂が充填されている。
As shown in the cross-sectional view of FIG. 6, the LED light source 7 includes an
次に、LED光源7から発生する熱の放熱構造について説明する。 Next, a heat dissipation structure for heat generated from the LED light source 7 will be described.
LED光源7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、一部が絶縁基板8に伝わる。尚、容器7bの周囲に放熱された熱も、容器7bの絶縁基板8側においては絶縁基板8に伝わることになる。
Heat generated in the LED light source 7 is transmitted to the
まず、LED光源7が実装された絶縁基板8が、導光板4の端面とLED光源7の発光面が対向するように設置されている。さらに、絶縁基板8のLED光源7が実装されている面と、その面に対向する面と、さらにそれらの面に直角を成す下面に接触するように、断面コ字状の放熱シート9が設置されている。断面コ字状の放熱シート9は、図5(a)に示すように絶縁基板8の他方主面(裏面)とヒートシンク基板10とに挟持される第1の部位9aと、絶縁基板8の一方主面(実装面)と導光板4とに挟持されている第2の部位9bと、絶縁基板8の下面とヒートシンク基板10との間に配置される第3の部位9cとからなっている。即ち、第1の部位9a、第2の部位9b及び第3の部位9cとによって、図面の左右側から見て上部に開口している断面コ字状となっている。そして、第2の部位9bには、絶縁基板8の実装面に実装されたLED光源7の実装位置に対応して開口部9dが形成されている。
First, the insulating
図5(a)の放熱シートにおいて、LED光源7の周囲及び絶縁基板8の表面側に放熱シート9の第2の部位9bが存在することになるため、LED光源7の周囲に放出された熱や絶縁基板7の表面側の熱は、放熱シート9の第2の部位9bに伝わり、第2の部位9bから導光板4や第3の部位9cを通じてヒートシンク基板10に逃がすことができる。また、LED光源7から絶縁基板8に伝わった熱は、絶縁基板8の裏面側においては放熱シート9の第1の部位9aから、絶縁基板8の下面側においては放熱シート9の第3の部位9cからヒートシンク基板10に逃がすことができる。尚、ヒートシンク基板10が導光板4の裏面と絶縁基板8の下面に延びる金属製の平板状とし、バックライト及びヒートシンク基板10を収容する下部側のヒートシンクとして作用する筐体を用いた場合、放熱シート9に伝達した熱を、放熱シート9の第3の部位9cからヒートシンク基板10に、第1の部位9aから筐体に逃がすことができる。
In the heat radiating sheet of FIG. 5A, since the second portion 9b of the
尚、図5(a)に示す放熱シート9の開口部9dは、上部側が開口しているが、このような放熱シート9に絶縁基板8を配置する場合には、第1の部位9aと第2の部位9bとの間の上部側から、LED光源体7を開口部9dに位置させて圧入すればよい。
The
このような放熱シート9を用いることにより、放熱シート9は、例えば断面L字状のヒートシンク基板10の折り曲げ部を構成する2つの面に面接触する。
By using such a
ここで、放熱シート9の第1の部位9aの厚みについては、絶縁基板8とヒートシンク基板10の設計値の間隔より少し厚くしておく。そうすることで、放熱シート9の第1の部位9aが、絶縁基板8とヒートシンク基板10との間で確実に圧接狭持されることになる。また、放熱シート9の第2の部位9b、即ち、絶縁基板8と導光板4の端面との間に位置する部位についても同様に設定すれば、絶縁基板8と導光板4の端面との間で確実に圧接狭持されることになる。さらに、放熱シート9の第3の部位9cの厚みについても、絶縁基板8の下面とヒートシンク基板10の内側底面との間隔より少し厚めにしておく。そうすることで、放熱シート9の高さ方向についても、絶縁基板8の下面とヒートシンク基板10の内側底面との間で圧接狭持されることになる。
Here, the thickness of the
ここで、放熱シート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絶縁基板8の安定の固定だけでなく、絶縁基板8とヒートシンク基板10の表面の微細な凹凸形状は吸収され、絶縁基板8と放熱シート9とヒートシンク基板10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ためである。同時に、このように、放熱シート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、衝撃が絶縁基板8に直接伝わらず、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。
Here, it is important that the
尚、放熱シート9と断面L字状のヒートシンク基板10との面接触状態を確保するために、放熱シート9の第1の部位9aと第3の部位9cとで構成される角部の稜線を除去したC面加工(R面加工を含む)を行うことが重要である。このように、角部の稜線を除去しておけば、ヒートシンク基板10のL字状の加工(金属曲げや金属プレス加工)において、折り曲げ部に円弧(R)が発生しても、放熱シート9とヒートシンク基板10は、確実に密着されて面接触されることになる。
In addition, in order to ensure the surface contact state between the
図5(b)〜(c)は放熱シート9の他の例を示している。例えば、図5(b)の放熱シート9では、LED光源7に対応して第2の部位9bに形成された開口部9dが、窓状をなしている例である。この場合には、LED光源7の周囲には、実質的に放熱シート9の第2の部位9bが存在することになるため、LED光源7の周囲、具体的には絶縁基板8の一方主面側に放出された熱をすべて放熱シート9で受け、ヒートシンク基板10や導光板4に逃がすことができる。尚、放熱シート9に絶縁基板8を配置するにあたり、第1の部位9aと第2の部位9bとの間の隙間を上部側から広げて、この状態で絶縁基板8を配置して、放熱シート9の広げた状態の隙間を初期状態に戻せばよい。
5B to 5C show other examples of the
例えば、図5(c)の放熱シート9は、さらに上面側の第4の部位9eを設けている。そして、LED光源7が露出する開口部9eは、第2の部位9bを高さ方向に2分する開口を形成する。この場合、実質的に絶縁基板8の4つ面を放熱シート9で覆うことになるため、熱の伝導効率が向上させることができ、また、液晶表示装置の筐体部分で放熱シート9の上面側からも挟持することができる。また、放熱シート9によって絶縁基板8の4つ面で覆われているため、耐衝撃性に優れたものとなる。尚、放熱シート9に絶縁基板8を配置するにあたり、第2の部位9bに形成された開口部9dを上下方向にひらき、この状態で絶縁基板8を配置して、放熱シート9の広げた状態の開口部9eを初期状態に戻したり、また、側面側から絶縁基板8を圧入してもよい。
For example, the
また、LED光源7を実装する絶縁基板8の少なくとも下面が切削加工することにより、下面の凹凸が殆どなくすことができ、放熱シート9に密着することができるとともに、絶縁基板8の端面から発生するガラス屑、樹脂屑による絶縁基板8と放熱シート9間の空気断熱層の発生を防止することができるとともに、絶縁基板8端面から発生するガラス屑,樹脂屑のLED光源7の発光面に付着することによる遮光を防止し、熱伝導放熱を効率よく行うとともに、LED光源7の光を最大限利用することができる。さらに、上記絶縁基板8の上下面を、LED光源7を実装する金属配線から所定寸法位置になるように研磨切削加工することにより、LED光源7が配置される導光板4の端面の厚み方向の中央部に、絶縁基板8に直線状に配列されたLED光源7の配列を容易に配設できる。
In addition, by cutting at least the lower surface of the insulating
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光源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光源7から絶縁基板8に伝わり、絶縁基板8と放熱シート9とヒートシンク基板10がほとんど空気層を介在させることなく面接触されることにより、絶縁基板8、放熱シート9を経由し、ヒートシンク基板10に効率よく達することになる。
Here, in order to improve the visibility of display information on the liquid crystal display panel 1, when the backlight of the liquid crystal display device is driven (the LED light source 7 is turned on), heat is generated along with the light emission. The generated heat is transmitted from the LED light source 7 to the insulating
したがって、LED光源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光源7や絶縁基板8に蓄熱されにくくなるため、LED光源7やその周辺の温度上昇を有効に抑えることができる。
Therefore, the heat generated in the LED light source 7 is effectively radiated to the outside, and it is difficult for the LED light source 7 and the insulating
なお、LED光源7の熱はLEDの端子部7cから絶縁基板8に形成された金属配線を通じて最も多く伝わるため、放熱シート9は絶縁基板8の金属配線に接触、さらにはLEDの端子部7cと接触すると放熱の効果が大きい。
Since the heat of the LED light source 7 is transmitted most through the metal wiring formed on the insulating
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、絶縁基板8に多数のLED光源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。
These effects are that the display area of the liquid crystal display panel 1 is enlarged, the shape of the
放熱シート9に、放熱特性を有する断面コ字状の弾性シート(住友スリーエム(株)の型番No.5509)を使用し、ヒートシンク基板10に、厚み2mmのアルミニウムを使用し、絶縁基板8と放熱シート9とヒートシンク基板10が面接触するように固定した。
A heat-dissipating
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が0.45W/m・K、放熱シートが5W/m・K、ヒートシンク基板であるアルミニウムが236W/m・Kである。 Here, the thermal conductivity of each material used is 0.45 W / m · K for an insulating substrate made of glass epoxy, 5 W / m · K for a heat dissipation sheet, and 236 W / m · K for aluminum as a heat sink substrate.
LED光源7で発光とともに発生する熱は、絶縁基板8、放熱シート9を経由し、アルミニウムからなるヒートシンク基板10に熱伝導されて放熱される。しかも、絶縁基板8からヒートシンク基板10に伝わる熱は、絶縁基板8の表面側と裏面側、及び下面側の3つの系統から放熱されることになる。
The heat generated by the LED light source 7 along with light emission is thermally conducted to the
ここで、絶縁基板8や放熱シート9の熱伝導率はヒートシンク基板であるアルミニウムに比べて非常に小さいため、熱伝導を改善するためには、絶縁基板8と放熱シート9の厚みを限り無く薄くする方法が有効である。また、ヒートシンク基板10としては、マグネシウム、鉄であってもよい。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、放熱フィンを設ければよい。
Here, since the thermal conductivity of the insulating
そして、表示領域の大きさとして4.7インチサイズの液晶表示パネル1を用い、LED光源7を絶縁基板8に16個配列実装し、常温(25℃)状態にて各LED光源7に電流を20mA流し、バックライト内のLED光源7周辺温度の測定を行った。その結果、LED光源7の周辺温度は36℃に抑えることができ、LED光源の推定寿命はおよそ8500時間まで伸ばせることがわかった。また、LED光源の発光効率については、微小ではあるが改善の傾向が見られた。
Then, using the liquid crystal display panel 1 having a size of 4.7 inches as the size of the display area, 16 LED light sources 7 are arrayed and mounted on the insulating
一方で、放熱シートを除いた場合には、LED光源の周辺温度は44℃になり、LED光源の推定寿命はおよそ6600時間にとどまることがわかった。 On the other hand, when the heat radiating sheet was removed, it was found that the ambient temperature of the LED light source was 44 ° C., and the estimated life of the LED light source was only about 6600 hours.
上記実験確認結果から、放熱シート9を絶縁基板8とヒートシンク基板10に密着させて、熱伝導を改善し、LED光源7の発生熱をヒートシンク基板10へ効率良く放熱させることにより、LED光源7及び絶縁基板8の蓄熱を低減し、LED光源7及びその周辺の温度上昇を小さくすることにより、LED光源7の寿命低下と発光効率低下を抑制でき、長寿命で明るい液晶表示装置を実現できる。
From the above experimental confirmation results, the
また、放熱シート9が断面コ字状に形成されて、絶縁基板8の表面と裏面と下面とに配置されている。したがって、たとえば導光板4の端面とヒートシンク基板10との間にLED光源7及び絶縁基板8を平面方向(図の左右方向)で挟持して固定し、同時に、上側の筐体6とヒートシンク基板である下側の筐体10との間に絶縁基板8を上下方向から挟持する際に、非常に安定して絶縁基板8を所定位置に保持でき、しかも、外部衝撃が印加されてもその衝撃を吸収して、LED光源7の位置がずれたり、破損したりしにくい信頼性の高い液晶表示装置となる。
Further, the
尚、図1の導光板4はLED光源7を配置した側の端面の厚みに比較して、対向する端面の厚みが薄くなっているが、両端面の厚みが同一の平板部材としてもよい。また、ヒートシンク基板10を兼ねた下側の筐体も同様に、その側面の深さ方向の寸法が同一の筐体を用いても構わない。さらに、ヒートシンク基板10と筐体とを兼ねていることにより、液晶表示装置の裏面側がヒートシンク基板10の金属材料が露出している。上面側の筐体6との外観を合わせるためにヒートシンク基板10と筐体とを別部材で構成してもよいし、シートシンク基板10の露出側の面のみに樹脂をモールド成型しても構わない。
In addition, although the
1・・・・・液晶表示パネル
2・・・・・レンズシート
3・・・・・拡散シート
4・・・・導光板
5・・・・反射シート
6・・・・フレーム
7・・・・LEDモジュール(LED光源)
8・・・・絶縁基板
9・・・・放熱シート
10・・・・ヒートシンク基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid
8 .... Insulating
Claims (6)
該LED光源が実装された一方主面、該一方主面の反対側に位置する他方主面、および前記一方主面と前記他方主面との間に位置する側面を有する実装基板と、A mounting substrate having one main surface on which the LED light source is mounted, the other main surface located on the opposite side of the one main surface, and a side surface located between the one main surface and the other main surface;
該実装基板の前記一方主面側に配置された導光板と、A light guide plate disposed on the one main surface side of the mounting substrate;
前記実装基板の前記他方主面側に配置されたヒートシンク基板と、A heat sink substrate disposed on the other main surface side of the mounting substrate;
前記実装基板の前記一方主面、前記他方主面、前記側面および前記ヒートシンク基板を接触して覆う放熱シートとを備えた光源装置。A light source device comprising: a heat dissipation sheet that contacts and covers the one main surface, the other main surface, the side surface, and the heat sink substrate of the mounting substrate.
前記放熱シートは、前記実装基板の前記側面と前記ヒートシンク基板とによって圧接挟持されている請求項1記載の光源装置。 The heat sink substrate is extended toward the side from the other side main surface of the mounting substrate,
The heat dissipation sheet, the light source apparatus 請 Motomeko 1 wherein is nipped between the side surface of the mounting substrate by the the heat sink substrate.
前記光源装置と対向配置された液晶表示パネルとを備えた液晶表示装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 5,
A liquid crystal display device comprising the light source device and a liquid crystal display panel arranged to face the light source device.
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