JP4700469B2 - Liquid crystal display - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device.
液晶表示装置では、特に携帯電話用の小型液晶パネルには、青色半導体発光ダイオード素子と黄色蛍光体を組み合せた白色光源がバックライトとして用いられている。これに対して、中型及び大型液晶表示装置では、これまで冷陰極管を用いてバックライト光源としていたが、近年半導体発光ダイオード(LED)素子をバックライト光源に適用したモジュールが液晶テレビ用に開発されてきている。三原色を独立に制御して高画質や高速応答で色表示性能を向上させるためには、赤緑青三原色のLED素子を搭載し制御することが可能なLEDバックライトモジュールとする必要があり、さらにLEDバックライト光源に対する投入電力が大きくなるため放熱特性を向上させる必要がある。 In a liquid crystal display device, a white light source combining a blue semiconductor light emitting diode element and a yellow phosphor is used as a backlight, particularly in a small liquid crystal panel for a mobile phone. On the other hand, medium- and large-sized liquid crystal display devices have so far used a cold cathode tube as a backlight light source, but in recent years, a module using a semiconductor light-emitting diode (LED) element as a backlight light source has been developed for a liquid crystal television. Has been. In order to improve the color display performance with high image quality and high-speed response by controlling the three primary colors independently, it is necessary to provide an LED backlight module that can be mounted and controlled with red, green, and blue primary LED elements, and LED Since the input power to the backlight light source increases, it is necessary to improve the heat dissipation characteristics.
これまで放熱特性を向上させるため、半導体素子や電子部品,電子機器の放熱や冷却用の装置において、カーボングラファイトシートを用いて広い面積で効率よく放熱効果を得ることができ、薄型化と小型化や柔軟性を図る試みがなされている。これらについて、公知例として特許文献1や2および3において具体的な素子や装置に構成されている放熱手段が記述されている。
In order to improve the heat dissipation characteristics so far, heat dissipation and cooling devices for semiconductor elements, electronic components, and electronic equipment can be efficiently obtained over a wide area using carbon graphite sheets, making them thinner and smaller. Attempts have been made to increase flexibility. Regarding these, as known examples,
また特許文献4では、グラファイトシートをプラズマディスプレイ用途のヒートスプレッダとして適用した例を述べており、さらに発光ダイオードを適用したディスプレイ装置にも有効であることを記述している。 Patent Document 4 describes an example in which a graphite sheet is applied as a heat spreader for plasma display, and further describes that it is effective for a display device to which a light emitting diode is applied.
本発明は、液晶表示装置に関する内容であり、バックライトモジュールの放熱特性を向上させ、バックライト光源としてのLED素子を用いたバックライトやバックライトモジュールの光学特性を改善することを目的とする。 The present invention relates to a liquid crystal display device, and an object thereof is to improve the heat dissipation characteristics of a backlight module and to improve the optical characteristics of a backlight using an LED element as a backlight light source and the backlight module.
LED素子は点光源であるので、熱的観点で見ると熱源としてはヒートスポットとなり狭いエリアからの熱が生成拡散していくことになる。この熱源から発生する熱を素早く拡散させ、面積の広いバックライトやバックライトモジュールにおいて熱の拡がりを均一にして温度分布の均一性を向上させる必要がある。このため、熱伝導度の高い基板やシートが必要となる。しかしながら、放熱が十分になされなければ、基板やシートにおいて熱の拡がりが均一にならずまた温度分布を均一に保つことは困難になる。また排熱が十分になされなければ、熱の拡がりや温度分布の均一性が十分であっても、温度上昇が経時的に生じてさらに温度分布も均一に維持できない状況となる。 Since the LED element is a point light source, from a thermal viewpoint, it becomes a heat spot as a heat source, and heat from a narrow area is generated and diffused. It is necessary to quickly diffuse the heat generated from the heat source to make the heat spread uniform in a wide area backlight or backlight module to improve the uniformity of temperature distribution. For this reason, a board | substrate and a sheet | seat with high heat conductivity are required. However, if the heat radiation is not sufficiently performed, the heat spread does not become uniform in the substrate or sheet, and it becomes difficult to keep the temperature distribution uniform. Moreover, if the exhaust heat is not sufficient, even if the heat spread and the uniformity of the temperature distribution are sufficient, the temperature rises with time and the temperature distribution cannot be maintained uniformly.
本発明では、放熱と排熱の対策を考慮し、LED素子を用いたバックライト光源とバックライトモジュールの放熱特性を向上させ、さらに排熱に対しても十分に対策して、熱伝導度の高い基板やシートからの熱輸送をスムーズに適応できるように設定した。また全体的に温度上昇が経時的に生じたり温度分布の経時変化が生じたりせずに、熱の拡がりや温度分布の均一性を維持して定常的に制御することにより、LED素子の発光効率を低下させずに改善させることを目的とした。 In the present invention, in consideration of measures against heat dissipation and exhaust heat, the heat dissipation characteristics of the backlight light source and the backlight module using the LED elements are improved, and also sufficient measures against exhaust heat are taken. It was set so that heat transfer from high substrates and sheets could be applied smoothly. In addition, the luminous efficiency of LED elements can be controlled by maintaining the spread of heat and the uniformity of the temperature distribution in a steady manner without causing temperature increases over time or changes in temperature distribution over time. The purpose was to improve without lowering.
本発明において、液晶表示装置のバックライト光源やバックライトモジュールの放熱特性を向上させる手段について述べ、LED素子の効率を改善し低消費電力化を図る構成について以下に記述する。 In the present invention, means for improving the heat radiation characteristics of the backlight light source and the backlight module of the liquid crystal display device will be described, and a configuration for improving the efficiency of the LED element and reducing the power consumption will be described below.
本発明では、液晶表示装置のバックライト光源にLED素子を適用する際に、高出力高輝度で動作させると、消費電力が高くなることによって発熱の問題が大きくクローズアップされてくる。またLED素子は点光源であるため、発熱源としてはヒートポイントとなり発熱エリアが極小面積に限られて、熱がこもりがちになる傾向になる。 In the present invention, when an LED element is applied to a backlight light source of a liquid crystal display device, if it is operated at high output and high luminance, the problem of heat generation is greatly highlighted due to high power consumption. Further, since the LED element is a point light source, it becomes a heat point as a heat generation source, and the heat generation area is limited to a minimum area, and the heat tends to be trapped.
本内容では、上記の発熱の問題に対する対策を以下のように施した。光源となるLED素子のパッケージや放熱基板或いはディスプレイバックライトモジュールの筺体において、生じる発熱を十分に広いエリアへ拡散させ放熱させる構成をとった。従来熱伝導度が
200W/mK以上と高く広い面積に適用可能なカーボングラファイトシートを放熱用途に活用することは知られている。しかしながら、カーボングラファイトシートは黒色のカーボングラファイトを主成分としているので、黒体輻射に近くなり電磁波の吸収率が高く熱輻射率が小さくなる問題がある。また、カーボングラファイトシートでは、シートと平行な横方向の熱伝導度が高く熱拡散に優れているが、シート膜厚の縦方向には熱伝導度が一桁低く熱伝導や熱輸送は制限されることになる。このため、熱伝導や熱拡散が横方向に進行し均熱化を図るには有効であるが、カーボングラファイトシートにおいて全体に熱が拡がった後にさらに放熱し排熱することには限界があった。そこで、カーボングラファイトシートからさらに放熱し排熱する構成が必要であった。本内容では、電磁波の吸収率が小さく熱輻射率が0.9 以上と大きなセラミック粒子をフィラとしたセラミックフィラシートを活用することにより、課題の解決に対する対策とすることとした。即ち、カーボングラファイトシートの片面をセラミックフィラシートで覆う構成とした。カーボングラファイトシートで拡がった熱をセラミックフィラシートで赤外線電磁波の放射として、大気中へ熱輻射を十分に行い放熱と排熱を図ることが可能となる。別に、カーボングラファイトシートでは、側壁などから伝導性があるカーボングラファイト粒子が飛散して、電気的にショートやリークの原因になる可能性がある。この問題を解決するには、カーボングラファイト粒子が飛散しないように、絶縁処理をする必要がある。これに対しても、セラミックフィラシートで覆うことにより、絶縁処理が可能であり、絶縁耐圧が少なくとも1
kV以上に設定できる特徴がある。このため、ディスプレイ用途に必要な絶縁耐圧が十分に確保できる利点となる。
In this content, the countermeasures against the above-mentioned heat generation problem were taken as follows. In the package of the LED element serving as the light source, the heat dissipation substrate, or the housing of the display backlight module, the generated heat is diffused to a sufficiently wide area to dissipate heat. Conventionally, it is known to use a carbon graphite sheet having a high thermal conductivity of 200 W / mK or more and applicable to a wide area for heat dissipation. However, since the carbon graphite sheet is mainly composed of black carbon graphite, there is a problem that it is close to black body radiation and has a high electromagnetic wave absorption rate and a low thermal radiation rate. Carbon graphite sheets have high thermal conductivity in the transverse direction parallel to the sheet and excellent thermal diffusion, but the thermal conductivity is an order of magnitude lower in the longitudinal direction of the sheet thickness, and heat conduction and heat transport are limited. Will be. For this reason, it is effective for heat conduction and thermal diffusion to proceed in the lateral direction and soaking, but there is a limit to further heat dissipation and exhaust heat after the heat spreads throughout the carbon graphite sheet. . Therefore, a configuration that further dissipates heat from the carbon graphite sheet and exhausts heat is necessary. In this content, it was decided to take measures against the problem by utilizing a ceramic filler sheet with ceramic particles having a small electromagnetic wave absorption rate and a thermal radiation rate of 0.9 or more as a filler. In other words, one side of the carbon graphite sheet was covered with a ceramic filler sheet. The heat spread by the carbon graphite sheet is emitted as infrared electromagnetic waves by the ceramic filler sheet, so that heat can be sufficiently radiated into the atmosphere to release heat and exhaust heat. Separately, in the carbon graphite sheet, conductive carbon graphite particles may be scattered from the side wall or the like, which may cause electrical short-circuiting or leakage. In order to solve this problem, it is necessary to perform an insulation treatment so that the carbon graphite particles are not scattered. Again, insulation treatment is possible by covering with a ceramic filler sheet, and withstand voltage is at least 1
There is a feature that can be set to kV or more. For this reason, it becomes an advantage which can fully ensure the withstand voltage required for a display use.
本内容では、LED素子のパッケージや基板及び筺体に対して、カーボングラファイトシートを設け、さらにセラミックフィラシートを設ける二層構造とする放熱と排熱の構成を基本構成としている。LED素子の実装基板にセラミック基板を用いると、セラミック基板が高い絶縁耐圧と熱輻射を有している特徴があるので、セラミック基板裏側にカーボングラファイトシートを設け、その後セラミックフィラシートを設ける二層構造とした構成で十分対応できる。この場合には、カーボングラファイトシートがセラミック層であるセラミック基板とセラミックフィラシートに挟まれた三層構造として実効的に見ることもできる。さらに発展させて、カーボングラファイトシートの両側をセラミックフィラシートで挟み込む三層構造を基本構成とすることも可能である。LED素子の実装基板に金属基板を用いると、放熱特性を改善する構成として、セラミックフィラシートでカーボングラファイトシートを挟んだ三層構造として金属基板裏側に接着させることにより対応できる。これにより、ショートやリークの電気的な問題を生ずることなく、絶縁耐圧と放熱排熱の特性を十分に確保した基板構成として対応できる。 In this description, the basic structure is a heat dissipation and exhaust heat configuration in which a carbon graphite sheet is provided for a package, a substrate, and a housing of an LED element, and a ceramic filler sheet is further provided. When a ceramic substrate is used as the LED element mounting substrate, the ceramic substrate has a high dielectric strength and heat radiation, so a two-layer structure is provided in which a carbon graphite sheet is provided on the back side of the ceramic substrate and then a ceramic filler sheet is provided. This configuration is sufficient. In this case, it can be effectively seen as a three-layer structure in which the carbon graphite sheet is sandwiched between a ceramic substrate which is a ceramic layer and a ceramic filler sheet. Further, it is possible to adopt a basic structure of a three-layer structure in which both sides of a carbon graphite sheet are sandwiched between ceramic filler sheets. When a metal substrate is used as the mounting substrate for the LED element, a structure for improving heat dissipation can be dealt with by adhering to the back side of the metal substrate as a three-layer structure in which a carbon graphite sheet is sandwiched between ceramic filler sheets. Accordingly, it is possible to cope with a substrate configuration that sufficiently secures the characteristics of the withstand voltage and the heat radiation and exhaust heat without causing an electrical problem such as a short circuit or a leak.
実装基板の放熱特性を改善すると、実装基板の温度上昇を少なくとも20−25度抑制させることができる上に、LED素子を光源とする大型液晶テレビのバックライトモジュール筺体においても、温度上昇を少なくとも40−50度抑制させることが可能である。本内容では、従来均熱性に優れるヒートパイプの機能を上回る特徴がある。即ち、ヒートパイプの面積を上回る広いエリアに熱を拡散でき温度分布を均一にできる上に、1mm前後の薄いシートで対応できるので薄型基板の構成に仕上げることができ、ディスプレイの用途に十分有効となることが示される。さらには、従来放熱を効率よく行うためにバックライトモジュールの筺体に設けられるフィン構造や、排熱を十分に行う強制排気のためのファンを導入されているが、本内容では放熱のための筺体のフィン構造や排熱のための強制排気ファンを設ける必要がなく、目標とする消費電力を達成できる利点がある。これにより、簡略化した筺体構造が実現でき、バックライトモジュールを低コストで薄型に構成できる効果がある。 If the heat dissipation characteristics of the mounting substrate are improved, the temperature rise of the mounting substrate can be suppressed by at least 20-25 degrees, and also in the backlight module housing of a large-sized liquid crystal television using LED elements as light sources, the temperature rise is at least 40. It is possible to suppress -50 degrees. In this content, there is a feature that surpasses the function of a heat pipe that is superior in heat uniformity. In other words, heat can be diffused over a wide area that exceeds the area of the heat pipe, the temperature distribution can be made uniform, and a thin sheet of about 1 mm can be used, so that it can be made into a thin substrate structure, which is sufficiently effective for display applications. It will be shown. Furthermore, in order to efficiently dissipate heat, a fin structure provided in the backlight module housing and a fan for forced exhaust that exhausts heat sufficiently have been introduced. Therefore, there is no need to provide a forced exhaust fan for exhaust heat, and there is an advantage that a target power consumption can be achieved. As a result, a simplified housing structure can be realized, and the backlight module can be configured to be thin at low cost.
上記により、高電流での動作条件においてLED素子の発光効率を少なくとも20−
30%向上させ、消費電力を少なくとも20−30%低減できる効果がある。これはLED素子や封止樹脂の信頼性を向上させることにつながる。またカーボングラファイトシートをセラミック層により挟んだ三層構造とすることにより、実装基板やバックライトモジュールに対して、絶縁耐圧が少なくとも1kV以上確保することが可能であり、ディスプレイ用途に必要とされる絶縁耐圧を実現することが可能となる。
As described above, the luminous efficiency of the LED element is at least 20− under the operating condition at high current.
There is an effect that the power consumption can be reduced by at least 20-30% by 30% improvement. This leads to improving the reliability of the LED element and the sealing resin. In addition, by adopting a three-layer structure in which a carbon graphite sheet is sandwiched between ceramic layers, it is possible to secure a dielectric breakdown voltage of at least 1 kV or higher for a mounting substrate or a backlight module, and insulation required for display applications. A breakdown voltage can be realized.
上記に基づいて、本内容の技術により、放熱特性を向上させたLED素子のパッケージや基板及びバックライトモジュールの筺体が実現できるので、LED素子の発光効率を大電流動作時において改善させることが可能である。これにより、全体として消費電力を低減するのに有効となる。さらに、ディスプレイ用途に絶縁耐圧と信頼性を十分確保したバックライトモジュールを構成できる。 Based on the above, the technology of this content can realize the package of LED element package and substrate and backlight module with improved heat dissipation characteristics, so it is possible to improve the luminous efficiency of LED element during high current operation It is. This is effective for reducing power consumption as a whole. Further, it is possible to configure a backlight module that sufficiently secures a withstand voltage and reliability for display applications.
本発明では、液晶表示装置に対して光源とするLED素子の発光効率を改善させ、バックライトモジュールの消費電力を低減できる効果がある。本内容では、LED素子の基板に対して、金属基板やセラミック基板適用するが、これらの基板に高熱伝導のカーボングラファイトシートと高熱輻射率のセラミックフィラシートの組み合わせを基本として設ける。放熱特性を向上させる構成としては、カーボングラファイトシートとセラミックフィラシートを二層構造とするか、カーボングラファイトシートをセラミック層で挟み込む三層構造を適用する。本内容において、熱伝導度が少なくとも200W/mK以上と金属基板並みに高いカーボングラファイトシートは、点光源であるLED素子の熱源からの熱を素早く拡散させヒートスプレッダーとしての役目を果たし、均熱化を十分に図り温度分布を均一化させる効果がある。また熱輻射率が0.9 以上と高いセラミックフィラシートは、基板から輸送された熱を大気中へ排熱するのに十分作用する。 The present invention has an effect of improving the light emission efficiency of the LED element as a light source for the liquid crystal display device and reducing the power consumption of the backlight module. In this content, a metal substrate or a ceramic substrate is applied to the substrate of the LED element, and a combination of a high thermal conductivity carbon graphite sheet and a high thermal radiation ceramic filler sheet is basically provided on these substrates. As a structure for improving the heat dissipation characteristics, a two-layer structure of a carbon graphite sheet and a ceramic filler sheet or a three-layer structure in which the carbon graphite sheet is sandwiched between ceramic layers is applied. In this content, a carbon graphite sheet with a thermal conductivity of at least 200 W / mK, which is as high as that of a metal substrate, quickly diffuses the heat from the heat source of the LED element, which is a point light source, and serves as a heat spreader. This is effective in achieving a uniform temperature distribution. In addition, the ceramic filler sheet having a high thermal emissivity of 0.9 or more works sufficiently to exhaust the heat transported from the substrate to the atmosphere.
本内容では、少なくともカーボングラファイトシートとセラミックフィラシートを二層構造とした構成を基本として、以下のように放熱基板を構成するようにした。LED素子の実装基板にセラミック基板を適用した場合には、セラミック基板裏側にカーボングラファイトシートを設け、その後セラミックフィラシートを接着し設ける二層構造とした構成とする。またLED素子の実装基板に金属基板を用いた場合には、放熱特性を改善する構成として、セラミックフィラシートでカーボングラファイトシートを挟んだ三層構造として金属基板裏側に接着させることにより対応する。このようにLED素子の実装基板の放熱特性を改善すると、実装基板の温度上昇を少なくとも20−25度抑制させることができる上に、LED素子を光源とする大型液晶テレビのバックライトモジュール筺体では、温度上昇を少なくとも40−50度抑制させることが可能である。熱を広いエリアに拡散でき温度分布を均一にできるので、従来均熱化に優れるヒートパイプ以上の機能性を有している上に、薄型の構成に仕上げることができるので、ディスプレイの用途には十分有効であることが示される。さらに本内容では、放熱のための筺体のフィン構造や排熱のための強制排気ファンを設ける必要がなく、目標とする消費電力を達成できる利点がある。これにより、簡略化した筺体構造が実現でき、バックライトモジュールを低コストで薄型に構成できる効果がある。 In this description, the heat dissipation substrate is configured as follows based on a configuration in which at least a carbon graphite sheet and a ceramic filler sheet have a two-layer structure. When a ceramic substrate is applied to the LED element mounting substrate, a two-layer structure is adopted in which a carbon graphite sheet is provided on the back side of the ceramic substrate, and then a ceramic filler sheet is adhered. Further, when a metal substrate is used as a mounting substrate for the LED element, a structure for improving the heat radiation characteristic is dealt with by adhering to the back side of the metal substrate as a three-layer structure in which a carbon graphite sheet is sandwiched between ceramic filler sheets. Thus, by improving the heat dissipation characteristics of the mounting board of the LED element, it is possible to suppress the temperature rise of the mounting board by at least 20-25 degrees, and in addition, in the backlight module housing of the large-sized liquid crystal television using the LED element as a light source, It is possible to suppress the temperature rise by at least 40-50 degrees. Since heat can be diffused over a wide area and the temperature distribution can be made uniform, it has more functionality than a heat pipe, which is superior to conventional heat equalization, and can be finished in a thin configuration, so it can be used for display applications. It is shown to be effective enough. Furthermore, in this content, there is no need to provide a fin structure for heat dissipation or a forced exhaust fan for exhaust heat, and there is an advantage that the target power consumption can be achieved. As a result, a simplified housing structure can be realized, and the backlight module can be configured to be thin at low cost.
上記により、高電流での動作条件においてLED素子の発光効率を少なくとも20−
30%向上させ、消費電力を少なくとも20−30%低減できる効果がある。これは実装素子の信頼性を向上させることにつながる。
As described above, the luminous efficiency of the LED element is at least 20− under the operating condition at high current.
There is an effect that the power consumption can be reduced by at least 20-30% by 30% improvement. This leads to improving the reliability of the mounting element.
また本内容により、実装基板やバックライトモジュールに対して、絶縁耐圧が少なくとも1kV以上確保することが可能であり、ディスプレイ用途に必要とされる絶縁耐圧を実現することが可能となる。 Further, according to the present contents, it is possible to secure a dielectric breakdown voltage of at least 1 kV or higher with respect to the mounting substrate and the backlight module, and it is possible to realize a dielectric breakdown voltage required for display applications.
上記により、LED素子の発光効率を向上させ低消費電力化を図ることと、絶縁耐圧と信頼性をディスプレイ用途に十分確保したバックライトモジュールにできる効果が明らかである。 From the above, it is clear that the light emitting efficiency of the LED element can be improved and the power consumption can be reduced, and that the backlight module can sufficiently ensure the withstand voltage and the reliability for the display application.
以下に、本発明を実施するための形態を示す。 Below, the form for implementing this invention is shown.
図1から図7を用いて、本発明の一実施例を以下に説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
本実施例で構成する液晶表示装置において、まずバックライトモジュールを構成する発光ダイオード素子からなる光源について説明する。図1において、バックライト光源を構成する発光ダイオード素子を実装したパッケージ構成を記述する。まず基板として絶縁層付きの金属基板かセラミック基板或いはガラエポ基板1を用いて、その上に配線2を形成した配線基板を準備する。その後、発光ダイオード素子を例えば青色発光ダイオード素子3,緑色発光ダイオード素子4及び緑色発光ダイオード素子5,赤色発光ダイオード素子6を共晶合金や銀ペースト材を用いて配線2の片側にダイボンディングする。次に発光ダイオード素子3,4,5,6に対して、金ワイヤ7を用いてもう一方の配線2に各々ワイヤボンディングする。これらの発光ダイオード素子に対して、光反射板8となるモールド樹脂を接着し固定する。その後、図2の断面図に示す透明樹脂9を脱泡処理しながら形成し、発光ダイオード素子3,4,5,6に対して樹脂封止する。次に、縦方向より横方向の熱伝導率が非常に高く異方性の高いカーボングラファイトシート10を図2に示すように設定し、その上に覆いかぶさるようにセラミックフィラ含有のシート11を設ける。
In the liquid crystal display device configured in this embodiment, a light source composed of light-emitting diode elements constituting a backlight module will be described first. In FIG. 1, a package configuration in which a light emitting diode element constituting a backlight light source is mounted will be described. First, a metal substrate with an insulating layer, a ceramic substrate, or a
次に、上記図1と図2で記述したような発光ダイオード素子を実装したパッケージ構造の他に、図3の上面図に示すように、例えば4つ分のパッケージ構造が接近して或いは隣接してユニット構造12を構成し、一つの基板1上に設けてある場合でも同様に、バックライトモジュールを構成することができる。図4の断面図に示すように、基板1の下側に上記と同様に、カーボングラファイトシート10を図4に示すように設定し、その上に覆いかぶさるようにセラミックフィラ含有のシート11を設ける。
Next, in addition to the package structure in which the light emitting diode elements as described in FIGS. 1 and 2 are mounted, for example, as shown in the top view of FIG. Even when the
さらに、図5において、液晶表示装置のバックライト筺体13に対して、図1及び図2で示したパッケージ構造をそれぞれ搭載するか、図3及び図4で示したユニット構造をそれぞれ搭載して、図5に示す各々集合体とする構成によりバックライト光源を形成する。その後、図6に示すように、バックライト筺体13の下側に上記と同様に、カーボングラファイトシート10を図4に示すように設定し、その上に覆いかぶさるようにセラミックフィラ含有のシート11を設ける。
Further, in FIG. 5, the package structure shown in FIGS. 1 and 2 is mounted on the
上記のバックライト筺体13に設けた発光ダイオード素子のパッケージ構造或いはユニット構造の集合体をバックライト光源として、図7に示すように、液晶表示装置を構成する。この液晶表示装置の液晶パネルは、上記バックライト光源からの光線15により照射されることになる。液晶表示装置の光学系は、拡散板16と正プリズムシート17及び拡散フィルム18から少なくとも成り立っている。正プリズムシート17及び拡散フィルム18の間に、高い正反射率を有するシートを導入し設けてもよい。拡散フィルム18の上に、偏光板19と薄膜トランジスタ回路を有する液晶パネル20と偏光板21からなる液晶パネル構成を設けることにより、図7の断面図に示す液晶表示装置が形成される。
As shown in FIG. 7, a liquid crystal display device is configured using a light emitting diode element package structure or unit structure aggregate provided in the
本実施例によると、横方向の熱伝導率が非常に高く異方性の高いカーボングラファイトシート単体の場合に比べて、基板の温度上昇が相対的に小さくなり、発光ダイオード素子のようなヒートスポットとなる熱源に対して横方向の均熱性がさらに向上し基板の温度分布が平坦化できる。セラミックフィラ含有シートは、カーボングラファイトシートに広がって温度上昇した熱浴から熱を吸収し、熱輻射率が0.9 以上と高いため大気中に効率よく放熱していくことが可能である。このため、本内容に示すカーボングラファイトシート上にセラミックフィラ含有シートを設けた2層構造にするだけでも、放熱性を向上させる構成とすることができる。具体的には、図3及び図4に示すユニット構造の場合において、基板の温度上昇を数度から10度抑制することができ、温度差を数度以内に平坦化できることに相当し、図5及び図6に示すバックライトモジュール筺体の場合において、筺体の温度上昇を10度以上抑制することができ、温度差を10度以内に平坦化できることに対応する。これらのことは、液晶表示装置の低消費電力にも非常に有効であり、消費電力を15−20%低減するのに役立つ。さらに、図2,図4,図6と図7に示すように、カーボングラファイトシート上にセラミックフィラ含有シートを設ける際に、セラミックフィラ含有シートをカーボングラファイトシートの側壁を覆うように設けることにより、導電性のあるカーボングラファイトシートの絶縁性を十分に図り、絶縁耐圧を少なくとも1kV確保することにも対応できる。 According to this embodiment, the temperature rise of the substrate is relatively small compared to the case of a single carbon graphite sheet having a very high lateral thermal conductivity and high anisotropy, and a heat spot such as a light emitting diode element. The thermal uniformity in the lateral direction with respect to the heat source to be further improved, and the temperature distribution of the substrate can be flattened. The ceramic filler-containing sheet absorbs heat from the heat bath whose temperature has increased by spreading over the carbon graphite sheet, and since the thermal emissivity is as high as 0.9 or more, it can efficiently dissipate heat into the atmosphere. For this reason, it can be set as the structure which improves heat dissipation only by setting it as the two-layer structure which provided the ceramic filler containing sheet | seat on the carbon graphite sheet shown to this content. Specifically, in the case of the unit structure shown in FIGS. 3 and 4, the temperature rise of the substrate can be suppressed from several degrees to 10 degrees, and the temperature difference can be flattened within several degrees. In the case of the backlight module housing shown in FIG. 6, the temperature rise of the housing can be suppressed by 10 degrees or more, and the temperature difference can be flattened within 10 degrees. These are very effective for the low power consumption of the liquid crystal display device, and are useful for reducing the power consumption by 15 to 20%. Further, as shown in FIGS. 2, 4, 6, and 7, when providing the ceramic filler-containing sheet on the carbon graphite sheet, by providing the ceramic filler-containing sheet so as to cover the side wall of the carbon graphite sheet, It is possible to sufficiently ensure the insulation of the conductive carbon graphite sheet and to ensure a dielectric breakdown voltage of at least 1 kV.
また本実施例では、カーボングラファイトシート上にセラミックフィラ含有シートを設けた2層構造として説明したが、カーボングラファイトシート上にセラミックフィラ含有シートを設ける2層構造をさらに繰り返していくことによってさらに温度上昇を抑制し温度分布の平坦化を図ることが可能である。このことは、液晶表示装置の低消費電力に有効であることは言うまでも無い。 In this embodiment, the two-layer structure in which the ceramic filler-containing sheet is provided on the carbon graphite sheet is described. However, the temperature rises further by repeating the two-layer structure in which the ceramic filler-containing sheet is provided on the carbon graphite sheet. Can be suppressed and the temperature distribution can be flattened. Needless to say, this is effective for low power consumption of the liquid crystal display device.
本実施例の内容は、小型テレビ用から大型テレビ用の液晶パネルのバックライトモジュールに適用できる。 The contents of this embodiment can be applied to a backlight module of a liquid crystal panel for a small TV to a large TV.
図8から図11を用いて、本発明の他実施例を以下に説明する。 Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
本実施例では、実施例1と同様に、発光ダイオード素子のパッケージ構造及びバックライトモジュール筺体を構成するが、図8から図11に示すように、パッケージ基板やユニット基板及びバックライトモジュール筺体基板の下側に、まずセラミックフィラ含有シート11を設けてから、カーボングラファイトシート10とセラミックフィラ含有シート
11を設ける3層構造としている点が異なる。そのほかは、実施例1と全く同様に図10のバックライトモジュール及び図11の液晶表示装置を形成する。
In the present embodiment, the package structure of the light-emitting diode element and the backlight module housing are configured as in the first embodiment. However, as shown in FIGS. 8 to 11, the package substrate, the unit substrate, and the backlight module housing substrate are configured. The difference is that the ceramic filler-containing
本実施例によると、実施例1の構成である、カーボングラファイトシートとセラミックフィラ含有シートの2層構造の場合に比べて、基板の温度上昇が相対的にさらに小さくなり、発光ダイオード素子のようなヒートスポットとなる熱源に対して横方向の均熱性がさらに向上し基板の温度分布が平坦化できる。最初に設けるセラミックフィラ含有シートは、まず基板の熱量を吸収し、その高い熱輻射率からカーボングラファイトシートへ放熱して、まず熱分布を平坦化する。その後に、3層めのセラミックフィラ含有シートは、温度上昇したカーボングラファイトシートの熱量を吸収し、高い熱輻射により大気中に効率よく放熱していくことが可能である。このため、本内容に示すカーボングラファイトシート上にセラミックフィラ含有シートを設けた3層構造にすることにより、放熱性をさらに向上させる構成とすることができる。具体的には、図9のユニット構造の場合において、基板の温度上昇を10度以上抑制することができ、温度差を数度以内に平坦化できることに相当し、図10に示すバックライトモジュール筺体の場合において、筺体の温度上昇を
15度以上抑制することができ、温度差を10度以内に平坦化できることに対応する。これらのことは、液晶表示装置の低消費電力にも非常に有効であり、消費電力を20−30%低減するのに役立つ。
According to this example, the temperature rise of the substrate is relatively smaller than in the case of the two-layer structure of the carbon graphite sheet and the ceramic filler-containing sheet, which is the configuration of Example 1, and the light emitting diode element The thermal uniformity in the transverse direction with respect to the heat source that becomes the heat spot is further improved, and the temperature distribution of the substrate can be flattened. The first ceramic filler-containing sheet first absorbs the amount of heat of the substrate, dissipates heat from the high heat radiation rate to the carbon graphite sheet, and first flattens the heat distribution. Thereafter, the third layer ceramic filler-containing sheet absorbs the heat quantity of the carbon graphite sheet whose temperature has risen, and can efficiently dissipate heat to the atmosphere by high heat radiation. For this reason, it can be set as the structure which further improves heat dissipation by setting it as the 3 layer structure which provided the ceramic filler containing sheet | seat on the carbon graphite sheet shown to this content. Specifically, in the case of the unit structure of FIG. 9, the temperature rise of the substrate can be suppressed by 10 degrees or more, which corresponds to the fact that the temperature difference can be flattened within several degrees, and the backlight module housing shown in FIG. In this case, the temperature rise of the housing can be suppressed by 15 degrees or more, and the temperature difference can be flattened within 10 degrees. These are very effective for the low power consumption of the liquid crystal display device, and are useful for reducing the power consumption by 20 to 30%.
さらに、図8から図11に示すように、カーボングラファイトシート上にセラミックフィラ含有シートを設ける際に、セラミックフィラ含有シートをカーボングラファイトシートの側壁を覆うように設けることにより、導電性のあるカーボングラファイトシートの絶縁性を十分に図り、絶縁耐圧を少なくとも1kV確保することにも対応できる。 Further, as shown in FIGS. 8 to 11, when the ceramic filler-containing sheet is provided on the carbon graphite sheet, by providing the ceramic filler-containing sheet so as to cover the side wall of the carbon graphite sheet, the conductive carbon graphite is provided. It is possible to sufficiently ensure the insulation of the sheet and to secure a dielectric breakdown voltage of at least 1 kV.
また本実施例では、カーボングラファイトシート上にセラミックフィラ含有シートを設けた3層構造として説明したが、カーボングラファイトシート上にセラミックフィラ含有シートを設ける3層構造をさらに繰り返していくことによってさらに温度上昇を抑制し温度分布の平坦化を図ることが可能であり、最初にセラミックフィラ含有シートの後、実施例1での2層構造を繰り返す構成と構成上等価となる。 In this embodiment, the three-layer structure in which the ceramic filler-containing sheet is provided on the carbon graphite sheet has been described. However, the temperature is further increased by repeating the three-layer structure in which the ceramic filler-containing sheet is provided on the carbon graphite sheet. The temperature distribution can be flattened by suppressing the two-layer structure in Example 1 after the ceramic filler-containing sheet first.
本実施例の内容は、小型テレビ用から大型テレビ用の液晶パネルのバックライトモジュールに適用できる。 The contents of this embodiment can be applied to a backlight module of a liquid crystal panel for a small TV to a large TV.
図12から図16を用いて、本発明の他実施例を以下に説明する。 Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
実施例2と同様にして、発光ダイオード素子のパッケージ構造及びバックライトモジュール筺体を構成するが、配線2を図12と図13のようにパッケージ基板上に形成しておく。発光効率の高い発光ダイオード素子や光分布を拡大できるパッケージ構造では、図
14に示すように、バックライトモジュール筺体にパッケージ構造22を各ラインごとに交互に設け、千鳥格子状に配置設定することができる。その他の点では、実施例2と同様に、図14及び図15のバックライトモジュールと図16の液晶表示装置を形成する。
The light emitting diode device package structure and the backlight module housing are configured in the same manner as in the second embodiment, but the
本実施例によると、発光ダイオード素子を搭載するパッケージ構造間の距離が相対的に離れることになり、より孤立したヒートスポット状の熱源となるが、カーボングラファイトシートの前後にセラミックフィラ含有シートを設けた3層構造にすることにより、放熱性を向上させた構成としているので、ヒートスプレッダーとしての役目を十分に果たすことができる。実施例2とほぼ同等な放熱特性が得られ、放熱性として同等の効果が達成できる。このため、放熱特性が液晶表示装置での表示特性に影響を与えることはない。 According to the present embodiment, the distance between the package structures on which the light emitting diode elements are mounted becomes relatively large, and the heat source becomes a more isolated heat spot, but the ceramic filler-containing sheets are provided before and after the carbon graphite sheet. By adopting a three-layer structure, the heat dissipation is improved, so that it can sufficiently serve as a heat spreader. A heat dissipation characteristic substantially equivalent to that of Example 2 is obtained, and an effect equivalent to heat dissipation can be achieved. For this reason, the heat dissipation characteristics do not affect the display characteristics of the liquid crystal display device.
本実施例の内容は、小型テレビ用から大型テレビ用の液晶パネルのバックライトモジュールに適用できる。 The contents of this embodiment can be applied to a backlight module of a liquid crystal panel for a small TV to a large TV.
図17から図25を用いて、本発明の他実施例を以下に説明する。 Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
本実施例では、携帯電話用のバックライトモジュールと液晶表示装置を形成する。まず図17において、青色発光ダイオード素子を実装したパッケージ素子を形成する。図18及び図19に示すように、青色発光ダイオード素子を用いて、白色光を出すために、黄色系の蛍光体を含有した樹脂24を設けてある。これにより、白色発光ダイオード素子のパッケージ26を構成している。その他は、実施例1や2に示すパッケージ構造となっている。図18では、放熱構造が基板1にカーボングラファイトシートとセラミックフィラ含有シートを設けた2層構造であり、図19では、放熱構造として基板1にカーボングラファイトシートの前後にとセラミックフィラ含有シートを設けた3層構造としている。図
20には、配線付き絶縁膜シート25上に白色発光ダイオード素子のパッケージ26を搭載した構成の上面図を示し、図21及び図22にはその断面図を示す。図21では、放熱構造が配線付き絶縁膜シート25に対してカーボングラファイトシートとセラミックフィラ含有シートを設けた2層構造であり、図22では、放熱構造として配線付き絶縁膜シート25に対してカーボングラファイトシートの前後にとセラミックフィラ含有シートを設けた3層構造としている。図23には、携帯電話用途として、図21或いは図22で形成したバックライトモジュールを搭載し、導光板27を通してバックライト光線を拡大して、液晶パネルに照射する液晶表示装置の上面図を示す。図24には、配線付き絶縁膜シート25上に白色発光ダイオード素子のパッケージ26を搭載して、導光板27を通したバックライト光線15を導光板上面で拡大する。その後、逆プリズムシート28に導いて光線を立ち上げ、拡散フィルム29を通して、偏光板30と薄膜トランジスタ回路付き液晶パネル31及び偏光板32に照射させる。携帯電話用の液晶表示装置は、図25に示すように、バックライトモジュール33と液晶パネル画素34と絶縁層シート上配線35及び駆動回路36からなるように形成する。
In this embodiment, a backlight module for a mobile phone and a liquid crystal display device are formed. First, in FIG. 17, a package element on which a blue light emitting diode element is mounted is formed. As shown in FIGS. 18 and 19, a
本実施例によると、より少ないパッケージ個数で高出力高輝度の小型発光ダイオード素子を光源とした場合でも、カーボングラファイトシートとセラミックフィラ含有シートを組み合わせて設けることにより、放熱性を向上させることが可能である。即ち、放熱性を向上させているので、ヒートスプレッダーとしての役目を果たし、温度上昇の抑制と、発光ダイオード素子のパッケージ相互の熱干渉を防ぐことが可能である。このため、放熱特性が液晶表示装置の表示特性に影響を与えることなく、バックライト光源を駆動する回路の消費電力を低減することが可能である。 According to this example, even when a small light emitting diode element with high output and high brightness with a smaller number of packages is used as a light source, it is possible to improve heat dissipation by providing a combination of a carbon graphite sheet and a ceramic filler-containing sheet. It is. That is, since the heat dissipation is improved, it serves as a heat spreader, and it is possible to suppress the temperature rise and to prevent the heat interference between the packages of the light emitting diode elements. For this reason, it is possible to reduce the power consumption of the circuit that drives the backlight light source without the heat dissipation characteristics affecting the display characteristics of the liquid crystal display device.
本実施例の内容は、小型テレビ用液晶表示装置ではバックライトとして有効な効果を有する。このため、携帯電話用のバックライトモジュールや液晶表示装置だけでなく、カーナビやパソコン及びテレビパソコンなどのバックライトモジュールや液晶表示装置の用途にも適用でき、直下型のバックライトモジュールではなくサイドライトのバックライトモジュールに適用できる。 The contents of this embodiment have an effect that is effective as a backlight in a liquid crystal display device for a small television. For this reason, it can be applied not only to backlight modules and liquid crystal display devices for mobile phones, but also to backlight modules and liquid crystal display devices such as car navigation systems, personal computers and TV personal computers. Applicable to backlight module.
本発明内容は、放熱性が高い高出力高輝度の白色光源や、大型液晶テレビ用の液晶表示装置や携帯電話やパソコン用などの中小型液晶表示装置に対するバックライトモジュールやバックライト光源として適用できる。 The present invention can be applied as a backlight module or backlight source for a high-output, high-brightness white light source with high heat dissipation, a small-sized liquid crystal display device such as a liquid crystal display device for a large liquid crystal television, a mobile phone or a personal computer. .
1…絶縁層付き金属基板またはセラミック基板或いはガラエポ基板、2,35…配線、3…青色発光ダイオード素子、4,5…緑色発光ダイオード素子、6…赤色発光ダイオード素子、7…金ワイヤ、8…光反射板、9…透明樹脂、10…カーボングラファイトシート、11…セラミックフィラ含有シート、12…ユニット構造、13…バックライト筺体、14…発光ダイオード素子実装ユニット集合体、15…バックライト光線、16…拡散板、17…正プリズムシート、18…拡散フィルム、19,21,30,32…偏光板、20…テレビ用薄膜トランジスタ及び液晶パネル、22…パッケージ構造、23…絶縁層上配線、24…黄色系蛍光体含有樹脂、25…絶縁膜シート、26…パッケージ、27…導光板、28…逆プリズムシート、29…拡散フィルム、31…薄膜トランジスタ回路付き液晶パネル、33…バックライトモジュール、34…液晶パネル画素、36…駆動回路。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
11. The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 10, wherein a sheet on which a carbon graphite sheet and a ceramic layer are introduced is provided on a substrate on which a light emitting diode element is mounted, and the substrate or casing on which the light emitting diode element is mounted is backlit. A liquid crystal display device for a cellular phone, a personal computer, or a television, characterized by being configured as a module.
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