JP4632720B2 - Light source device and liquid crystal display device - 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示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 is fixed to the housing that also serves as the heat sink function of the liquid crystal display device with the light guide plate and the insulating substrate on which the light source body is mounted. Was. 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光源からの光が入射する光入射面を有した導光板と、該導光板の前記光入射面に対向しかつ前記LED光源が実装される実装面、および該実装面の反対側に位置する背面を有した実装基板と、前記LED光源の熱が伝達されるヒートシンク基板と、前記LED光源を取り囲むように前記実装基板の前記実装面に設けられた第1熱伝導性弾性部材と、前記実装基板の前記背面に設けられた第2熱伝導性弾性部材と、を備え、前記第1熱伝導性弾性部材は、前記導光板の前記光入射面と前記実装基板の前記実装面とで圧接狭持されており、前記第2熱伝導性弾性部材は、前記実装基板の前記背面と前記ヒートシンク基板とで圧接狭持されている。
The light source device of the present invention includes an LED light source, a light guide plate having a light incident surface on which light from the LED light source is incident, and a mounting in which the LED light source is mounted facing the light incident surface of the light guide plate A mounting substrate having a surface and a back surface opposite to the mounting surface; a heat sink substrate to which heat of the LED light source is transmitted; and the mounting surface of the mounting substrate so as to surround the LED light source. A first heat conductive elastic member, and a second heat conductive elastic member provided on the back surface of the mounting substrate, wherein the first heat conductive elastic member is the light incident surface of the light guide plate. and the mounting surface and is pressed against grasped by the second thermal conductive elastic member of the mounting substrate is pressed sandwiched between the heat sink substrate and the rear surface of the mounting substrate.
本発明の光源装置では、LED光源と、該LED光源からの光が入射する光入射面を有した導光板と、該導光板の前記光入射面に対向しかつ前記LED光源が実装される実装面、および該実装面の反対側に位置する背面を有した実装基板と、前記LED光源の熱が伝達されるヒートシンク基板と、前記LED光源を取り囲むように前記実装基板の前記実装面に設けられた第1熱伝導性弾性部材と、前記実装基板の前記背面に設けられた第2熱伝導性弾性部材と、を備え、前記第1熱伝導性弾性部材は、前記導光板の前記光入射面と前記実装基板の前記実装面とで圧接狭持されており、前記第2熱伝導性弾性部材は、前記実装基板の前記背面と前記ヒートシンク基板とで圧接狭持されている。 In the light source device of the present invention, an LED light source, a light guide plate having a light incident surface on which light from the LED light source is incident, and a mounting in which the LED light source is mounted facing the light incident surface of the light guide plate A mounting substrate having a surface and a back surface opposite to the mounting surface; a heat sink substrate to which heat of the LED light source is transmitted; and the mounting surface of the mounting substrate so as to surround the LED light source. A first heat conductive elastic member, and a second heat conductive elastic member provided on the back surface of the mounting substrate, wherein the first heat conductive elastic member is the light incident surface of the light guide plate. And the mounting surface of the mounting substrate are pressed and sandwiched, and the second thermally conductive elastic member is pressed and sandwiched between the back surface of the mounting substrate and the heat sink substrate .
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、絶縁基板の表面側に配置された第1の熱伝導弾性シートを通じて、導光板に放熱することができる。また、第1の熱伝導弾性シートの端面に接触する部材、たとえば筐体の一部など(ヒートシンク基板)にも放熱することができる。 Thereby, for example, heat released from the LED light source to the surface side of the insulating substrate can be radiated to the light guide plate through the first heat conductive elastic sheet disposed on the surface side of the insulating substrate. it can. Further, heat can be radiated to a member that contacts the end face of the first heat conductive elastic sheet, for example, a part of the housing (heat sink substrate).
また、LED光源で発生した熱うち、たとえば発光ダイオードモジュールから絶縁基板に伝達された熱は、絶縁基板の表面側に伝達され、上述のように導光板に放熱することができる。また、絶縁基板の裏面側に伝達され、第2の熱伝導弾性シートを通してヒートシンク基板やヒートシンク機能を有する筐体に安定して逃がすことができる。 Of the heat generated by the LED light source, for example, heat transmitted from the light emitting diode module to the insulating substrate is transmitted to the surface side of the insulating substrate and can be radiated to the light guide plate as described above. Further, it is transmitted to the back side of the insulating substrate, and can be stably released to the heat sink substrate and the housing having the heat sink function through the second heat conductive elastic sheet.
即ち、絶縁基板の表面側の熱や絶縁基板の裏面側に伝達された熱を、効率的に絶縁基板以外に逃がすことができる。 That is, heat on the front surface side of the insulating substrate and heat transferred to the back surface side of the insulating substrate can be efficiently released to other than the insulating substrate.
また、絶縁基板と導光板との間に配置された第1の熱伝導弾性シートは、両部材間に圧接挟持されている。また、絶縁基板とヒートシンク基板との間に配置された第2の熱伝導弾性シートは、両部材間に圧接挟持されている。即ち、絶縁基板の表面状態や導体板の端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る状態であっても、第1及び第2の熱伝導弾性シートの圧接によって、この凹凸内に熱伝導弾性シートの一部を食い込ませることができ、絶縁基板と導光板との間の空気の層の形成を有効に抑えて熱伝導率を高くできる。また、絶縁基板とヒートシンク基板との間の空気の層の形成を有効に抑えて熱伝導率を高くできる。これらにより、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。 Moreover, the 1st heat conductive elastic sheet arrange | positioned between an insulated substrate and a light-guide plate is press-contacted between both members. In addition, the second heat conductive elastic sheet disposed between the insulating substrate and the heat sink substrate is sandwiched between the two members. That is, even if the surface state of the insulating substrate, the end surface state of the conductor plate, and the surface state of the heat sink substrate are in a state where minute irregularities exist, this is caused by the pressure contact of the first and second heat conductive elastic sheets. A part of the heat conductive elastic sheet can be bitten into the irregularities, and the formation of an air layer between the insulating substrate and the light guide plate can be effectively suppressed to increase the heat conductivity. In addition, the thermal conductivity can be increased by effectively suppressing the formation of an air layer between the insulating substrate and the heat sink substrate. Thus, it is possible to efficiently conduct heat from the insulating substrate to the heat sink substrate.
また、第1の熱伝導シートには、絶縁基板に実装した発光ダイオードモジュールを露出する開口が形成されているため、発光ダイオードモジュールからの光を安定して導体板に導くことができる。また、第1の熱伝導弾性シートの厚みは、前記発光ダイオードモジュールの厚みに比較して厚いため、導光板と第1の熱伝導弾性シートとの密着性が向上する。 Moreover, since the opening which exposes the light emitting diode module mounted in the insulating substrate is formed in the 1st heat conductive sheet, the light from a light emitting diode module can be stably guide | induced to a conductor board. Moreover, since the thickness of the 1st heat conductive elastic sheet is thick compared with the thickness of the said light emitting diode module, the adhesiveness of a light-guide plate and a 1st heat conductive elastic sheet improves.
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)に熱伝導弾性シートが圧接され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、耐衝撃性の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 to match 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. In addition, 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 conductive elastic sheet interposed between the insulating substrate and the casing (heat sink substrate). 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. In other words, 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 luminous efficiency, and the LED light source can be prevented from being damaged, and the bright long-life liquid crystal display 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に熱伝導弾性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 conducting elastic sheet. 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
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の内面側には、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内面側には表示電極、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側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 the light of 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. Thereby, 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シール部14に含有させた導電性フィラーや接続バンプ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、第1の熱伝導弾性シート17、第2の熱伝導弾性シート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
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 light guide plate 4 is disposed so as to face the display area of the liquid crystal display panel 1.
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 light guide plate 4 constituting the LED backlight is made of a transparent resin substrate, and a light scattering member may be contained in the resin component. On the other main surface of the light guide plate 4, a reflection sheet 5 for diffusing and reflecting light is disposed. The reflection sheet 5 is for radiating light propagating through the light guide plate 4 to one main surface side. Instead of the reflection sheet 5, a groove for diffusing and reflecting directly may be formed on the other main surface, or a coating film having a diffusing and reflecting function may be formed on the other main surface. The reflection sheet 5 may also be formed on three end surfaces of the four end surfaces of the light guide plate 4 except for the end surface on which 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7d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
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
LEDチップ7a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、配線導体を通し、端子部7cに伝わり、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。
The heat generated in the
まず、LED光源7が実装された絶縁基板8が、導光板4の端面からLED光源7の光が入射されるように、導光板4の端面に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側と、その面に対向する面側に接触する熱伝導弾性シート9、17が設置されている。即ち、絶縁基板8の実装面側の熱伝導弾性シートを第1の熱伝導弾性シート17、絶縁基板8の裏面側の熱伝導弾性シートを第2の熱伝導弾性シート9が配置されている。
First, the insulating
第2の熱伝導弾性シート9は、図5(b)に示すように平板状の形状をしており、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。また、第1の熱伝導弾性シート17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17aが形成され絶縁基板8の一方主面(実装面)と導光板4とに挟持されている。
The second heat conductive
LED光源7の周囲及び絶縁基板8の表面側の熱は第1の熱伝導弾性シート17が存在することにより導光板4及びヒートシンク基板10に伝わり放熱することができる。尚、ヒートシンク基板10へは第1の熱伝導弾性シート17の下側の端面を介して放熱される。また、絶縁基板8の裏面側の熱は、第2の熱伝導弾性シート9が存在することにより、ヒートシンク基板10に伝わり、放熱することができる。
The heat around the
尚、図5(a)に示す第1の熱伝導弾性シート17の開口部17aは、LED光源7に対応して窓状の開口が設けられているが、このような第1の熱伝導弾性シート17に絶縁基板8を配置する場合には、絶縁基板8に実装したLED光源7を開口部17aに位置させて圧入すればよい。
Incidentally, the opening 17a of the first heat conducting
ここで、第の1熱伝導弾性シート17の厚みについては、絶縁基板8と導光板4の設計値の間隔、即ち、LED光源7の実装高さよりも少し厚くしておくことが重要である。第2の熱伝導性弾性シート9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する。そうすることで、両熱伝導弾性シート9及び17は弾性を有することにより、LED光源7が実装された絶縁基板8は、導光板4やヒートシンク基板10間に圧接狭持でき、絶縁基板8の安定な固定だけでなく、導光板4の端面の表面状態や絶縁基板8の表面状態やヒートシンク基板10の表面状態、即ち、微細な凹凸形状が存在した状態であっても、微細な凹凸は吸収され、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る。これにより、導光板4、第1の熱伝導弾性シート17、絶縁基板8、第2の熱伝導弾性シート9、ヒートシンク基板10の接触部分には、ほとんど空気層を介在せず、確実に密着されて面接触させることができる。同時に、このように、熱伝導弾性シート9、17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、熱伝導弾性シート9、17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8自身が破損したり、LED光源7が離脱するということがなくなる。
Here, it is important that the thickness of the first heat conductive
図5(a)は第1の熱伝導弾性シート17の例を示している。第1の熱伝導弾性シート17では、絶縁基板8に実装されたLED光源7に対応してLED光源7を露出する開口部17a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、実質的に熱伝導弾性シート17の第1の部位17b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熱伝導弾性シート17で受け、導光板4に逃がすことができる。また、第1の熱伝導弾性シート17の下面側からヒートシンク基板10に逃がすことができる。
FIG. 5A shows an example of the first heat conductive
図5(b)は第2の熱伝導弾性シート9の例を示している。第2の熱伝導弾性シート9は薄い板状の熱伝導の良好な弾性ゴム材料からなっており、その形状は矩形状の平板形状となっており、絶縁基板8からヒートシンク基板10に安定して放熱されるようになっている。
FIG. 5B shows an example of the second heat conductive
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研磨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、ヒートシンク基板10に密着することができる。同時に、絶縁基板8の下側端面の稜線部分で発生するガラス屑、樹脂屑を排除できるため、絶縁基板8と熱伝導弾性シート9、17との間の空気層の発生を防止することができる。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切削研磨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、直線状に配列されたLED光源7の位置を制御することができる。
Further, 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。この熱は、LEDチップ7aで発生して、容器7bに伝わる。そして、この容器7bの外周に放熱し、同時に、容器7bと絶縁基板8との接触部分(端子部7cなど)を介して絶縁基板8に伝わる。LED光源7から絶縁基板8に伝わった熱は、絶縁基板8から第1及び第2の熱伝導弾性シート17、9を介して導光板4やヒートシンク基板10に伝わることになる。特に、第1及び第2の熱伝導弾性シート17、9を挟持する部材との間に、ほとんど空気層を介在させることなく面接触しているので、絶縁基板8、第1及び第2の熱伝導弾性シート17、9を経由し、導光板4やヒートシンク基板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
尚、容器7bの外周に放熱された熱は、LED光源7を取り囲むように配置された第1の熱伝導弾性シート17によって導光板4側や絶縁基板8側に伝えることになり、少なくともLED光源7の周囲の温度が極端に高くなることはない。
The heat radiated to the outer periphery of the
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
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、熱伝導弾性シート17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
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 light guide plate 4 is enlarged, and a large number of LED light sources are supplied to the insulating
熱伝導弾性シート9、17に、放熱特性を有する板状の弾性シート(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と熱伝導弾性シート9、17とヒートシンク基板10が面接触するように固定した。
The heat conductive
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、熱伝導弾性シート9、17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。一部の熱は熱伝導弾性シート17を通し、導光板4へも熱伝導放熱される。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
ここで、絶縁基板8や熱伝導弾性シート9、17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と熱伝導弾性シート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
一方で、熱伝導弾性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 conductive elastic 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、熱伝導弾性シート9、17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 heat conduction
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 light guide plate 4 of FIG. 1 has the thickness of the opposing end surface thinner than the thickness of the end surface on the side where 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・・・・熱伝導弾性シート
10・・・ヒートシンク基板
17・・・熱伝導弾性シート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 .... Liquid crystal display panel 2 .... Lens sheet 3 .... Diffusion sheet 4 .... Light guide plate 5 ....
8 ... Insulating
Claims (5)
該LED光源からの光が入射する光入射面を有した導光板と、
該導光板の前記光入射面に対向しかつ前記LED光源が実装される実装面、および該実装面の反対側に位置する背面を有した実装基板と、
前記LED光源の熱が伝達されるヒートシンク基板と、
前記LED光源を取り囲むように前記実装基板の前記実装面に設けられた第1熱伝導性弾性部材と、
前記実装基板の前記背面に設けられた第2熱伝導性弾性部材と、を備え、
前記第1熱伝導性弾性部材は、前記導光板の前記光入射面と前記実装基板の前記実装面とで圧接狭持されており、
前記第2熱伝導性弾性部材は、前記実装基板の前記背面と前記ヒートシンク基板とで圧接狭持されている、光源装置。 An LED light source;
A light guide plate having a light incident surface on which light from the LED light source is incident;
A mounting substrate having a mounting surface facing the light incident surface of the light guide plate and mounting the LED light source, and a back surface located on the opposite side of the mounting surface;
A heat sink substrate to which heat of the LED light source is transmitted;
A first thermally conductive elastic member provided on the mounting surface of the mounting substrate so as to surround the LED light source;
A second thermally conductive elastic member provided on the back surface of the mounting substrate,
The first heat conductive elastic member is pressed against sandwiched between the light incident surface of the light guide plate and the mounting surface of the mounting substrate,
It said second thermally conductive elastomer member is pressed sandwiched between the heat sink substrate and the rear surface of the mounting substrate, the light source device.
該光源装置における前記導光板の主面と対向して配置された液晶表示パネルと、を備える、液晶表示装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 4,
A liquid crystal display device comprising: a liquid crystal display panel disposed to face the main surface of the light guide plate in the light source device.
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