JP4815675B2 - 液晶表示装置及び液晶表示素子用のバックライト装置 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子を照明するバックライトを備えた液晶表示装置及び液晶表示素子を照明するバックライト装置に関するものであり、詳しくは、バックライト装置で発生する熱の放熱に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示素子のバックライト光源として発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を使用したものが提案されている。
【0003】
発光ダイオードは光に指向性があり、特にフィルム基板への面実装タイプでは正面方向に光が取り出されるため、従来の蛍光管方式の構造とは異なり、光のロスも少ないことから面状光源方式のバックライト光源に使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
発光ダイオードをバックライト光源として使用した際に、バックライト光源の発光量を向上させるためには、発光ダイオードの数を増加させるか、発光ダイオード1個あたりに流す電流量を増加させる必要がある。
【0005】
しかし、発光ダイオードは、非常に高価なデバイスであるため使用する数を増加させるとバックライト光源のコストが高くなってしまうといった問題がある。
【0006】
また、発光ダイオードは、電流を多く流すと高温となり熱を発生し、発生した熱によって発光ダイオードが破壊されてしまうため、発光ダイオードの特性維持のために所定の電流値以下の電流しか流すことができないといった問題がある。
【0007】
そこで、本発明は上述したような問題を解消するために案出されたものであり、光源が発する熱を効果的に放熱することで熱による光源への影響を回避し、光源に供給する電流量を増加させることができる液晶表示装置及び液晶表示素子用のバックライト装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、光入射面と、光入射面から入射された光を面状に出射する光出射面とを有する導光板と、導光板の光出射面に対向する面である光反射面に面接触するように配し、導光板の側面に接着部を接着させることで導光板に固定される反射シートと、配線パターンが形成されたフィルム基板に複数の発光素子が列状に配置され、導光板の光入射面に入射させる光を出射する光源と、光源のフィルム基板の複数の発光素子を配置した面と対向する面に貼り付けられた第1の放熱手段と、導光板の凸部と、当該反射手段に形成された切欠き部とが係合することで光源の複数の発光素子を導光板の光入射面に面接触させるように光源を配置し、光源のフィルム基板に貼り付けられた第1の放熱手段を露出させる放熱口が開けられた、光源の光入射面に対する漏れ光を反射して再び光入射面に入射させる反射手段と、反射手段に開けられた放熱口から露出している第1の放熱手段に接触させ、且つ、導光板の光入射面に光源の複数の発光素子が密着して面接触するように光源と導光板とを固定する第1の放熱手段より面積の大きい第2の放熱手段と、導光板の光出射面に重ねて配置される拡散シート及びプリズムシートからなるシート材と、光源を配置した反射手段と係合され第2の放熱手段で光源と固定された導光板と、シート材とを保持するフレームと、所定の画像を生成し、シート材を介して導光板の光出射面から出射された光を入射して、生成した画像を表示する液晶表示素子とを備えることを特徴とする。
【0009】
また、上述の目的を達成するために、本発明に係る液晶表示素子用のバックライト装置は、所定の画像を生成して表示する液晶表示素子を照明する液晶表示素子用のバックライト装置において、光入射面と、光入射面から入射された光を面状に出射する光出射面とを有する導光板と、導光板の光出射面に対向する面である光反射面に面接触するように配し、導光板の側面に接着部を接着させることで導光板に固定される反射シートと、配線パターンが形成されたフィルム基板に複数の発光素子が列状に配置され、導光板の光入射面に入射させる光を出射する光源と、光源のフィルム基板の複数の発光素子を配置した面と対向する面に貼り付けられた第1の放熱手段と、導光板の凸部と、当該反射手段に形成された切欠き部とが係合することで光源の複数の発光素子を導光板の光入射面に面接触させるように光源を配置し、光源のフィルム基板に貼り付けられた第1の放熱手段を露出させる放熱口が開けられた、光源の光入射面に対する漏れ光を反射して再び光入射面に入射させる反射手段と、反射手段に開けられた放熱口から露出している第1の放熱手段に接触させ、且つ、導光板の光入射面に光源の複数の発光素子が密着して面接触するように光源と導光板とを固定する第1の放熱手段より面積の大きい第2の放熱手段と、導光板の光出射面に重ねて配置される拡散シート及びプリズムシートからなるシート材と、光源を配置した反射手段と係合され第2の放熱手段で光源と固定された導光板と、シート材とを保持するフレームとを備えることを特徴とする。
【0010】
上述の目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、光入射面と、上記光入射面から入射された光を面状に出射する光出射面とを有する導光板と、上記導光板の光出射面に対向する面である光反射面に面接触するように配し、上記導光板の側面に接着部を接着させることで上記導光板に固定される反射シートと、配線パターンが形成されたフィルム基板に複数の発光素子が列状に配置され、上記導光板の光入射面に入射させる光を出射する光源と、上記導光板から突出する突起部と、当該反射手段に形成された孔部とが係合することで、上記光源の複数の発光素子を上記導光板の光入射面に面接触させるように上記光源を配置し、上記光源の上記光入射面に対する漏れ光を反射して再び上記光入射面に入射させる反射手段と、上記反射手段と接触し、且つ、上記導光板の光入射面に上記光源の複数の発光素子が密着して面接触するように上記反射手段を上記導光板に引き寄せて固定させる放熱手段と、上記導光板の光出射面に重ねて配置される拡散シート及びプリズムシートからなるシート材と、上記光源を配置した反射手段が上記放熱手段で固定された上記導光板と、上記シート材とを保持するフレームと、所定の画像を生成し、上記シート材を介して上記導光板の光出射面から出射された光を入射して、生成した上記画像を表示する液晶表示素子とを備えることを特徴とする。
【0011】
上述の目的を達成するために、本発明は、所定の画像を生成して表示する液晶表示素子を照明する液晶表示素子用のバックライト装置において、光入射面と、上記光入射面から入射された光を面状に出射する光出射面とを有する導光板と、上記導光板の光出射面に対向する面である光反射面に面接触するように配し、上記導光板の側面に接着部を接着させることで上記導光板に固定される反射シートと、配線パターンが形成されたフィルム基板に複数の発光素子が列状に配置され、上記導光板の光入射面に入射させる光を出射する光源と、上記導光板から突出する突起部と、当該反射手段に形成された孔部とが係合することで、上記光源の複数の発光素子を上記導光板の光入射面に面接触させるように上記光源を配置し、上記光源の上記光入射面に対する漏れ光を反射して再び上記光入射面に入射させる反射手段と、上記反射手段と接触し、且つ、上記導光板の光入射面に上記光源の複数の発光素子が密着して面接触するように上記反射手段を上記導光板に引き寄せて固定させる放熱手段と、上記導光板の光出射面に重ねて配置される拡散シート及びプリズムシートからなるシート材と、上記光源を配置した反射手段が上記放熱手段で固定された上記導光板と、上記シート材とを保持するフレームとを備えることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液晶表示装置及び液晶表示素子用のバックライト装置の実施の形態を図面を参照にして詳細に説明する。
【0013】
まず、本発明の第1の実施の形態として適用するバックライト装置40について図1を用いて説明をする。図1は、バックライト装置40を構成する各部材を分離した斜視図である。
【0014】
バックライト装置40は、光を発する光源部1と、光源部1で発生された光を、例えば、液晶表示素子へと導く導光板21とに大別される。
【0015】
始めに光源部1について説明をする。光源部1は以下のようにして生成される。
【0016】
まず、複数個(本実施の形態では7個)の発光ダイオード(LED)2を所定の配線がプリントされたフィルム配線基板の所定の位置にリフローはんだ付け方式で等間隔に一列に取り付ける。また、このフィルム配線基板には図示しないサーミスタ、静電破壊防止抵抗も同様にして取り付ける。
【0017】
発光ダイオード2、図示しないサーミスタ、静電破壊防止抵抗を取り付けられたフィルム配線基板は、金型でフィルム配線基板4、可撓性のフレキシブルフィルム5、発光ダイオードへ電源供給をする駆動回路などに接続するための端子部6を備えた形状に抜き取られ、光源ユニット3が形成される。
【0018】
光源ユニット3を形成する際、光源ユニット3のフィルム配線基板4は、プリントされた配線と後述する軟質金属シート12との短絡を防止するために、軟質金属シート12との接触箇所4cがカットされた形で抜き取られる。
【0019】
さらに、フィルム配線基板4の発光ダイオード2が取り付けられた反対面には、フィルム配線基板4とほぼ同形状で発光ダイオード2の放熱用の軟質金属シート7が接着剤で張り付けられる。
【0020】
この放熱用の軟質金属シート7は、例えば、アルミや銅などの熱伝導率の高い金属をシート状にしたものであり、厚さは0.1mm程度である。
【0021】
ところで、光源ユニット3では、図2に示すように発光ダイオード2の発光ダイオードチップ2aで発生した熱が、発光ダイオード2のセラミック基板2b、端子部2cに伝導し、発光ダイオード2と、フィルム配線基板4と接合するはんだ付け部4a、フィルム配線基板4の端子領域であるランド部4bを介してフィルム配線基板4へ伝導する。そしてフィルム配線基板4へ伝導した熱は、軟質金属シート7へ伝導し放熱される。
【0022】
軟質金属シート7が張り付けられた光源ユニット3は、図3に示すように金属リフレクタ8の背面に開けられた放熱口9から金属リフレクタ8に挿入され、図4の断面図に示すようにコの字型をした金属リフレクタ8で覆われるように取り付けられる。金属リフレクタ8は、放熱口9から挿入された光源ユニット3を固定するために、コの字型の開放されている口が狭められている。この時点では、金属リフレクタ8に取り付けられた光源ユニット3は、完全には固定されておらず、発光ダイオード2が配列されている方向である長手方向に金属リフレクタ8内を動かすことができる。
【0023】
このようにして、光源ユニット3を金属リフレクタ8に取り付けると、金属リフレクタ8に開けられた放熱口9からは軟質金属シート7が露出することになる。
【0024】
また、発光ユニット3を取り付けた金属リフレクタ8の内側の面である反射面10は、発光ダイオード2で発光した光のうち光入射面2へ入射できなかった漏れ光が反射して光入射面2へ再び入射されるように鏡面となっている。
【0025】
反射面10は、図5に示すように、絶縁性のあるPETフィルム10bに銀を蒸着することでできる光を反射させるための銀蒸着面10aを備えたシートを、例えば、真鍮製の金属リフレクタ8に貼り付けることで形成される。したがって、発光ダイオード2と金属リフクレタ8はPETフィルム10bで絶縁されるため、発光ダイオード2に流す電流は金属リフレクタ8には流れない。
【0026】
続いて、光源部1で生成された光を所定の装置、又は、所定の素子へと導く導光板21について説明をする。導光板21は、側面形状が楔形状をした透明度の高いアクリル樹脂板からなる。導光板21の一側面は、平坦面にカットされ、光入射面22となる。この導光板21の一方主面が光を反射する光反射面21aとなり、他方主面が光反射面21aで反射された光を出射する光出射面21bとなる。
【0027】
導光板21の光反射面21aには、光の反射効率の高い反射シート23が面接触している。反射シート23は、接着シートが張り付けられた1対の接着部23aによって、導光板21の側面に接着される。反射シート23は、例えば、ポリエステルやポリオレフィンあるいは樹脂シートに銀等の金属粒子を蒸着したものである。
【0028】
続いて、反射シート23が接着された導光板21は、上述した光源部1と組み付けられる。導光板21と、光源部1とは、光源部1の金属リフレクタ8の4箇所の切欠き11と、導光板21の4つの凸部24とがそれぞれ係合するように導光板1を金属リフレクタ8に押し込むことで組み付けられる。
【0029】
放熱用の軟質金属シート12は、軟質金属シート7と同様に例えば、アルミや銅などの熱伝導率の高い金属をシート状にしたものであり、厚さは0.1mm程度である。軟質金属シート12のシート面積は、軟質金属シート7よりも大きくなっている。また、軟質金属シート12は、バックライト装置40を構成するその他の部材に応じて任意の形状とすることができる。
【0030】
金属リフクレタ8と導光板21とが組み付けられた後、上述した放熱用の軟質金属シート12は、図6に示すように金属リフレクタ8の放熱口9から露出している軟質金属シート7と接触するように金属リフレクタ8のコの字形状に合わせて折り曲げて張り付けられ、余った部分は反射シート23に張り付けられる。
【0031】
このように放熱口9で露出している軟質金属シート7に、シート面積の大きい軟質金属シート12を接触させて張り付けることで、軟質金属シート7に伝導され放熱された発光ダイオード2で発生した熱を、軟質金属シート12に伝導させ放熱させることができる。
【0032】
ところで、軟質金属シート12を貼り付ける前は、光源部1と導光板21とは係合され固定されているが、光源部1の金属リフレクタ8に取り付けられた光源ユニット3は、金属リフレクタ8に完全に固定されておらず、導光板21との間にも遊びの部分ができている。
【0033】
そこで、軟質金属シート12を張り付ける際に、光源ユニット3の発光ダイオード2を導光板21の光入射面22に密着して面接触させるように導光板21と、光源ユニット3とを固定することで、導光板21へ入射する光の漏れ光が少なくなり光の利用効率がよくなる。
【0034】
軟質金属シート12が張り付けられた後、光源部1が係合された導光板21は、拡散シート25、縦プリズムシート26、横プリズムシート27と共にステンレスなどの金属材からなるフレーム30に組み付けられる。
【0035】
フレーム30には、光源部1が係合された導光板21を組み付けた際に、光出射面21b上に下から拡散シート25、縦プリズムシート26、横プリズムシート27が順に重なるようにあらかじめ挿入されている。
【0036】
そして、導光板21をフレーム30に楔状の先端部から挿入し押し込むことで、導光板21の楔状の先端部に形成されている位置決め片28がフレーム30の位置決め孔31に係合され、また、導光板21の側部に形成されている位置決め片29がフレーム30の位置決め孔32に係合され、バックライト装置40が形成される。
【0037】
上述のようにして形成されたバックライト装置40の光出射面21b側に、例えば、透過型の液晶表示素子41を配することで図7に断面図で示すような液晶表示装置が形成される。バックライト装置40は、液晶表示素子41で生成された画像を照明する。
【0038】
ここで、発光ダイオード2に電流を流した際の電流値と、図2に示したはんだ付け部4aの温度との関係を示すはんだ付け部温度Ta−許容順電流If特性を図8に示す。この特性図よると、発光ダイオード2の最大定格は25mAであり、例えば、発光ダイオード2に、20mAの電流を流すと、はんだ付け部4aの温度Taは70℃の高温になることが分かる。このはんだ付け部4aの熱は、ランド部4bを介して、フィルム配線基板4に伝導する。そしてさらに、軟質金属シート7、軟質金属シート12へと伝導し放熱される。
【0039】
軟質金属シート7は、フィルム配線基板4の背面へ張り付けるため、その大きさはフィルム配線基板4とほぼ同等に規定されるが、軟質金属シート12の大きさは、任意に設定することができる。つまり、軟質金属シート12は、面積の大小を任意に選択可能である。
【0040】
以下に軟質金属シート12のシート面積が2.4cm2の軟質金属シート12(以下、軟質金属シート12Aとも呼ぶ)と、シート面積が11.4cm2の軟質金属シート12(以下、軟質金属シート12Bとも呼ぶ)をそれぞれ使用した際の、発光ダイオード2に印加した電流Ifの代表的な値とはんだ付け部4aの温度Taとの関係を表1に示す。
【0041】
【表1】
【0042】
表1に示すように、例えば、発光ダイオード2への印加電流が20mAのとき、軟質金属シートとして、軟質金属シート12Aを使用した場合のはんだ付け部4aの温度Taは、77.1℃、軟質金属シート12bを使用した場合のはんだ付け部4aの温度Taは69.4℃となっている。
【0043】
したがって、図8に示したはんだ付け部温度Ta−許容順電流If特性より、シート面積が2.4cm2の軟質金属シート12bを使用するとはんだ付け部4aの温度は70℃を越えてしまうので発光ダイオード2は破壊されてしまう。従って、バックライト装置40の構成で20mAの電流を流すためには、シート面積11.4cm2の軟質金属シート12Bを使用することが好ましい。このように使用する軟質金属シート12のシート面積によって放熱される熱量が異なり、シート面積が大きいほど放熱効果が高くなっていることが分かる。
【0044】
上述のように、バックライト装置40を構成することで、光源となる発光ダイオード2で発生する熱はそれ自体にこもることなく、効果的にフィルム配線基板4、軟質金属シート7、軟質金属シート12へ伝導させ放熱させることができるので、発光ダイオード2の発熱による影響を回避することができる。
【0045】
さらに、軟質金属シート12のシート面積を大きくすることで、効果的な放熱が可能となることから、発光ダイオード2へ流せる電流量を増加させることができ、発光ダイオード2の輝度を向上させることができる。したがって高額な発光ダイオード2の使用個数を制限することが可能となる。
【0046】
また、軟質金属シート12は加工する自由度が高いため、フレーム30に、導光板21などを組み付けた際、軟質金属シート12を加工して、フレーム30と、軟質金属シート12とが接するようにすることで、軟質金属シート12に伝導された熱をさらにフレーム30へと伝導させ放熱を促進させることができる。
【0047】
このようにしてバックライト装置40は、発光ダイオード2で発光した光が光入射面22より導光板21内に入射し、光反射面21aで反射した光が光出射面21bより面光源となって出射し、液晶表示素子41のバックライトとして機能するとともに、発光ダイオード2で発生した熱を軟質金属シート7、軟質金属シート12、フレーム30へと伝導させ効果的に放熱させることができる。
【0048】
また、発光ダイオード2から光入射面22へ入射できなかった漏れ光を反射させ、再び光入射面22へと入射させるリフレクタに金属リフクレタ8を使用し、導光板21と機械的に係合させることで、接着剤を使用したリフレクタと導光板21との接合部における、発光ダイオード2の熱による接着剤の剥がれや、光の吸収による損失光を減少させることができる。
【0049】
次に、本発明の第2の実施の形態として適用するバックライト装置50について図9を用いて説明をする。図9は、バックライト装置50を構成する各部材を分離した斜視図である。
【0050】
バックライト装置50は、第1の実施の形態として示したバックライト装置40とほぼ同じ構成をしており、光を発する光源部51と、光源部51で発生された光を、例えば、液晶表示素子へと導く導光板71とに大別される。
【0051】
始めに光源部51について説明をする。光源部51は以下のようにして生成される。
【0052】
まず、複数個(本実施の形態では5個)の第1の実施の形態で使用した発光ダイオード2と同一の発光ダイオード(LED)52を所定の配線がプリントされたフィルム配線基板の所定の位置にリフローはんだ付け方式で等間隔に一列に取り付ける。また、このフィルム配線基板には図示しないサーミスタ、静電破壊防止抵抗も同様にして取り付ける。
【0053】
発光ダイオード52、図示しないサーミスタ、静電破壊防止抵抗を取り付けられたフィルム配線基板は、金型でフィルム配線基板54、可撓性のフレキシブルフィルム55、発光ダイオードへ電源供給をする駆動回路などに接続するための端子部56を備えた形状に抜き取られ、光源ユニット53が形成される。
【0054】
さらに、フィルム配線基板54の発光ダイオード52が取り付けられた反対面には、フィルム配線基板54とほぼ同形状で発光ダイオード52の放熱用の軟質金属シート57が接着剤で張り付けられる。
【0055】
この放熱用の軟質金属シート57は、例えば、アルミや銅などの熱伝導率の高い金属をシート状にしたものであり、厚さは0.1mm程度である。また軟質金属シート57は、バックライト装置を構成するその他の部材に応じて任意の形状とすることができる。
【0056】
軟質金属シート57が張り付けられた光源ユニット53は、上述した金属リフレクタ8と同様にコの字型をした金属リフレクタ58の端部58aからスライドさせて挿入され、金属リフレクタ58で覆われるように取り付けられる。
【0057】
金属リフレクタ58は、挿入された光源ユニット53を固定するために、コの字型の開放されている口が狭められている。また、金属リフクレタ58の端部58aの反対側の端部58bは、挿入した光源ユニット53が金属リフレクタ58から抜け落ちないようにするためにストッパー状に切り起こされている。
【0058】
この時点では、金属リフレクタ58に取り付けられた光源ユニット53は、完全には固定されていない。
【0059】
光源ユニット53を取り付けた金属リフレクタ58の内側の面である反射面10は、発光ダイオード52で発光した光のうち光入射面72へ入射できなかった漏れ光が反射して光入射面72へ再び入射されるように鏡面となっている。
【0060】
反射面60は、図5を用いて説明した金属リフレクタ8の反射面10と同様に、絶縁性のあるPETフィルム10bに銀を蒸着することでできる光を反射させるための銀蒸着面10aを備えたシートを、例えば、真鍮製の金属リフレクタ58に貼り付けることで形成される。したがって、発光ダイオード52と金属リフクレタ58はPETフィルム10bで絶縁されるため、発光ダイオード52に流す電流は金属リフレクタ58には流れない。
【0061】
続いて、光源部51で生成された光を所定の装置、又は、所定の素子へと導く導光板71について説明をする。導光板71は、側面形状が楔形状をした透明度の高いアクリル樹脂板からなる。導光板71の一側面は、平坦面にカットされ、光入射面22となる。この導光板71の一方主面が光を反射する光反射面71aとなり、他方主面が光反射面71aで反射された光を出射する光出射面71bとなる。
【0062】
導光板71の光反射面71aには、光の反射効率の高い反射シート73が面接触している。また、反射シート73は、接着シートが張り付けられた1対の接着部73aによって、導光板71の側面に接着される。反射シート73は、例えば、ポリエステルやポリオレフィンあるいは樹脂シートに銀等の金属粒子を蒸着したものである。
【0063】
さらに、反射シート73が接着された導光板71は、上述した光源部51と組み付けられる。金属リフレクタ58には、導光板71と組み付けるための1対の孔59が開口されており、導光板71の端部に突出形成された1対の突起部74に係合される。この突起部74の形状は円錐形状あるいは弧面形状となっている。
【0064】
ここで、導光板71の突起部74の外径は0.7mm、金属リフレクタ58の孔59の孔径は1.2mmとなっており、突起部74の外径に対して孔59の孔径は余裕のある大きな孔となっているため、光源51と導光板71とは完全に密着して係合されていない。
【0065】
放熱用の軟質金属シート62は、軟質金属シート57と同様に例えば、アルミや銅などの熱伝導率の高い金属をシート状にしたものであり、厚さは0.1mm程度である。軟質金属シート62のシート面積は、軟質金属シート57よりも大きくなっている。また、軟質金属シート62は、バックライト装置50を構成するその他の部材に応じて任意の形状とすることができる。
【0066】
導光板71とを組み付けられた金属リフレクタ58には、上述した軟質金属シート62が金属リフレクタ58のコの字型形状に合わせて貼り付けられる。さらに軟質金属シート62の余った部分を金属リフレクタ58を引っ張るようにして反射シート73の反射面と対向する面に貼り付けることで、金属リフレクタ58に挿入された光源ユニット53の発光ダイオード52を導光板51の光入射面72に密着して面接触させる。
【0067】
このように、軟質金属シート62を張り付けるとき、光源ユニット53の発光ダイオード52を導光板71の光入射面72に密着して面接触させるように、導光板71と、光源ユニット53とを固定することで、発光ダイオード52と光入射面72との密着度が高まり導光板71へ入射する光の漏れ光が少なくなるため光の利用効率がよくなる。
【0068】
ところで、発光ダイオード52で発生した熱は、上述した第1の実施の形態と同様にフイルム配線基板54、軟質金属シート57へと伝導する。軟質金属シート57へと伝導した熱は、金属リフレクタ58へと伝導し、さらに金属リフレクタ58に貼り付けられた軟質金属シート62に伝導して放熱される。
【0069】
軟質金属シート62が張り付けられた後、光源部51が係合された導光板71は、拡散シート75、縦プリズムシート76、横プリズムシート77と共にステンレスなどの金属材からなるフレーム80に組み付けられる。
【0070】
フレーム80には、光源部51が係合された導光板71を組み付けた際に、光出射面71b上に下から拡散シート75、縦プリズムシート76、横プリズムシート77が順に重なるようにあらかじめ挿入されている。
【0071】
そして、導光板71をフレーム80に楔状の先端部から挿入し押し込むことで、導光板71の楔状の先端部に形成されている位置決め片78がフレーム80の位置決め孔81に係合され、また、導光板71の側部に形成されている位置決め片79がフレーム80の位置決め孔82に係合され、さらに金属リフクレタ58の孔59と係合している導光板71の突起部74がフレーム80の係合孔83に係合され、さらにまた、フレーム80の枠片84のバネ付勢力により皿状の座面85の底部が金属リフレクタ58を導光板71側に押し付けて抑えるようにすることでバックライト装置が形成される。
【0072】
また、フレーム80には左右一対ずつの4つの支持フランジ86が切り起こされていて、この支持フランジ86に、例えば、透過型の液晶表示素子51をはめ込むことで図10に断面で示すような液晶表示装置が形成される。バックライト装置50は液晶表示素子51で生成された画像を照明する。
【0073】
このようにして形成されたバックライト装置50の発光ダイオード52に電流を印加すると、発光ダイオードは印加された電流値に応じて熱を発生し、発生した熱によって発光ダイオード52及び発光ダイオード52に接した周辺部材の温度は上昇することになる。
【0074】
そこで、発光ダイオード52に、印加する電流IfをIf=18mA,20mA,22mAとした場合のはんだ付け部の温度Taを測定すると図11(a)に示すようになる。なお、温度の測定点となるはんだ付け部とは、図2で示した発光ダイオード2のはんだ付け部4aと同一の箇所である。
【0075】
発光ダイオード52に印加する電流がIf=18mAのとき、はんだ付け部の温度Taは、電流を印加すると上昇していきTa=65℃で一定となる。続いて、If=20mAのときはTa=68℃で一定値となり、If=22mAのときはTa=71℃で一定値となる。
【0076】
続いて、バックライト装置50において、軟質金属シート57、金属リフレクタ58、軟質金属シート62を使用しない構成とした場合の、発光ダイオード52に印加する電流とはんだ付け部の温度との関係を図11(b)に示す。発光ダイオードに印加する電流は、図11(a)のときと同じでIf=18mA,20mA,22mAとする。
【0077】
図11(b)によると、発光ダイオード52に印加する電流がIf=18mAのとき、はんだ付け部の温度Taは、電流を印加すると上昇していきTa=71℃で一定となる。続いて、If=20mAのときはTa=75℃で一定値となり、If=22mAのときはTa=79℃で一定値となる。
【0078】
このようにバックライト装置50で、放熱効果を担う部材である軟質金属シート57、金属リフレクタ58、軟質金属シート62を使用しない場合は図11(b)に示すように、はんだ付け部の温度は放熱手段を備える図11(a)の場合よりも高くなっており、その温度差を平均すると7℃にもなることが分かる。
【0079】
また、発光ダイオード2と、発光ダイオード52は同一の発光ダイオードを使用しているため、図8に示したはんだ付け部温度Ta−許容順電流If特性も同一となる。例えば、発光ダイオード52への印加電流がIf=20mAである場合、はんだ付け部の温度は70℃が上限であり、これ以上温度が上昇すると発光ダイオード52は破壊されてしまう。
【0080】
軟質金属シート57、金属リフレクタ58、軟質金属シート62といった放熱手段を備えるバックライト装置50は、発光ダイオード52へIf=20mAの電流が印加されても、図11(a)に示すようにはんだ付け部の温度はTa=68℃となり、70℃を越えない。しかし、上述の放熱手段がない場合は、図11(b)に示すようにはんだ付け部の温度はTa=75℃となって、70℃を越えてしまうので、発光ダイオード52にIf=20mAの電流を流すことができないことが分かる。
【0081】
上述のように、放熱手段を備えたバックライト装置50を構成することで、光源となる発光ダイオード52で発生する熱はそれ自体にこもることなく、効果的にフィルム配線基板54、軟質金属シート57、金属リフレクタ58、軟質金属シート62へ伝導させ放熱させることができるので、発光ダイオード52の発熱による影響を回避することができる。
【0082】
さらに、バックライト装置40における軟質金属シート12と同様に軟質金属シート62のシート面積を大きくすることで、効果的な放熱が可能となることから、発光ダイオード52へ流せる電流量を増加させることができ、発光ダイオード52の輝度を向上させることができる。したがって高額な発光ダイオード52の使用個数を制限することが可能となる。
【0083】
また、軟質金属シート12と同様に軟質金属シート62は、加工する自由度が高いため、フレーム80に、導光板71などを組み付けた際、軟質金属シート62を加工して、フレーム80と、軟質金属シート62とが接するようにすることで、軟質金属シート62に伝導された熱をさらにフレーム80へと伝導させ放熱を促進させることができる。
【0084】
このようにしてバックライト装置50は、発光ダイオード52で発光した光が光入射面72より導光板71内に入射し、光反射面71aで反射した光が光出射面71bより面光源となって出射し、液晶表示素子51のバックライトとして機能するとともに、発光ダイオード52で発生した熱を軟質金属シート57、軟質金属シート62、フレーム80へと伝導させ効果的に放熱させることができる。
【0085】
また、発光ダイオード52から光入射面72へ入射できなかった漏れ光を反射させ、再び光入射面72へと入射させるリフレクタに金属リフクレタ58を使用し、導光板71と機械的に係合させることで、接着剤を使用したリフレクタと導光板71との接合部における、発光ダイオード52の熱による接着剤の剥がれや、光の吸収による損失光を減少させることができる。
【0086】
なお、バックライト装置50の光源部51で、フィルム配線基板54の背面に貼り付けた軟質金属シート57を使用せずに、フィルム配線基板54が金属リフレクタ58と直接接するようにしても放熱効果を得ることができる。
【0087】
ところで、第1の実施の形態として示したバックライト装置40及び第2の実施の形態として示したバックライト装置50では、それぞれの軟質金属シート12、軟質金属シート62のシート面積を大きくして放熱効果を高めるために、図12に示すように、例えば、バックライト装置40又はバックライト装置50を組み込む電子機器の筐体100と一体となるように貼り付けてもよい。
【0088】
さらにまた、図13に示すように、第1の実施の形態として示したバックライト装置40の光源部1を作成する際、発光ダイオード2と、フィルム配線基板4とをはんだ付けするだけではなく、フィルム配線基板4、軟質金属シート7とが連通する孔を開け、開けられた孔に、熱伝導性の高い、例えばシリコーン系樹脂からなる接着性充填剤90を充填し、発光ダイオード2、フィルム配線基板4、軟質金属シート7を接着固定してもよい。
【0089】
このように熱伝導性の高い接着性充填剤90を用いることで、発光ダイオード2で発生した熱の大部分は、発光ダイオード2から直接、接着性充填材90を伝導してフィルム配線基板4、軟質金属シート7へ伝わり効果的に放熱させることができる。
【0090】
また、図14に示すように第2の実施の形態として示したバックライト装置50もバックライト装置40と同様にして、フィルム配線基板54、軟質金属シート57、金属リフレクタ58とが連通する孔を開け、開けられた孔に、熱伝導性の高い、例えばシリコーン系樹脂からなる接着性充填剤90を充填し、発光ダイオード52、フィルム配線基板54、軟質金属シート57、金属リフレクタ58を接着固定してもよい。
【0091】
このように熱伝導性の高い接着性充填剤90を用いることで、発光ダイオード52で発生した熱の大部分は、発光ダイオード52から直接、接着性充填材90を伝導してフィルム配線基板54、軟質金属シート57、金属リフクレタ58へ伝わり効果的に放熱させることができる。
【0092】
なお、第2の実施の形態では、軟質金属シート57を使用しないでフィルム配線基板54が金属リフレクタ58に直接接触していてもよいので、その場合はフィルム配線基板54と、金属リフレクタ58とに連通する孔が開けられ、接着性充填剤90が充填される。
【0093】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明の液晶表示装置及び液晶表示素子用のバックライト装置は、光源の発光素子で発生する熱を複数の発光素子が配置されたフィルム基板の貼り付けられた第1の放熱手段に伝導させ、第1の放熱手段に伝導した熱を反射手段の放熱口から露出した第1の放熱手段に接触させた第1の放熱手段より面積の大きい第2の放熱手段に伝導させ効果的に放熱させることができるので、反射シート、シート材の耐熱信頼性を向上することを可能とし、隣接して配置される電子機器への熱による影響を低減させることを可能とする。
【0094】
また、第2の放熱手段を熱伝導率が高く、加工成形が容易な金属シートとし、光源を配置した反射手段と係合され第2の放熱手段で光源と固定された導光板と、シート材とを保持するフレームを熱伝導率の高い金属とし、第2の放熱手段がフレームに接するように加工成形することで、第2の放熱手段に伝導された熱をさらにフレームへと伝導させ放熱を促進させること可能とする。
【0095】
このようにして、効果的な放熱が可能となることから、発光素子へ流せる電流量を増加させることができ、発光素子の輝度を向上させることができる。したがって高額な発光素子の使用個数を制限することが可能となる。
【0096】
また、導光板の凸部と、反射手段に形成された切欠き部とで導光板と反射手段とを係合させ、第2の放熱手段で導光板の光入射面に光源の複数の発光素子が密着して面接触するように光源と導光板とを固定することで、光の吸収による損失光を減少させ、光を有効利用することを可能とする。
【0097】
さらにまた、フィルム基板と、フィルム基板に貼り付けられた第1の放熱手段とが発光素子が配置される位置で連通するように開口した貫通孔に、発光素子の背面側に達するように熱伝導性の高い接着性充填剤を充填することで、さらに効果的に発光素子で発生する熱を放熱させることを可能とする。
【0098】
以上の説明から明らかなように、本発明の液晶表示装置及び液晶表示素子用のバックライト装置は、光源の発光素子で発生する熱を複数の発光素子が配置されたフィルム基板に伝導させ、フィルム基板に伝導した熱を熱伝導率の高い反射手段に伝導させ、反射手段に伝導した熱を、反射手段に接触させた放熱手段に伝導させ効果的に放熱させることができるので、反射シート、シート材の耐熱信頼性を向上することを可能とし、隣接して配置される電子機器への熱による影響を低減させることを可能とする。
【0099】
また、放熱手段を熱伝導率が高く、加工成形が容易な金属シートとし、光源を配置した反射手段が放熱手段で固定された導光板と、シート材とを保持するフレームを熱伝導率の高い金属とし、放熱手段がフレームに接するように加工成形することで、放熱手段に伝導された熱をさらにフレームへと伝導させ放熱を促進させること可能とする。
【0100】
このようにして、効果的な放熱が可能となることから、発光素子へ流せる電流量を増加させることができ、発光素子の輝度を向上させることができる。したがって高額な発光素子の使用個数を制限することが可能となる。
【0101】
また、導光板の突起部と、反射手段に形成された孔部とで導光板と反射手段とを係合させ、放熱手段で導光板の光入射面に光源の複数の発光素子が密着して面接触するように反射手段を導光板に引き寄せて固定することで、光の吸収による損失光を減少させ、光を有効利用することを可能とする。
【0102】
さらにまた、フィルム基板と、反射手段とが発光素子が配置される位置で連通するように開口した貫通孔に、発光素子の背面側に達するように熱伝導性の高い接着性充填剤を充填することで、さらに効果的に発光素子で発生する熱を放熱させることを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態として示すバックライト装置の全体構成を説明するための斜視図である。
【図2】同バックライト装置において、使用する発光ダイオードが発生する熱の伝導の様子を説明するための断面図である。
【図3】同バックライト装置において、発光ユニットの金属リフレクタへの取り付け方法ついて説明するための図である。
【図4】同バックライト装置において、金属リフレクタに発光ユニットを取り付けた際の様子を説明するための断面図である。
【図5】同バックライト装置において、金属リフレクタの反射面について説明するための断面図である。
【図6】同バックライト装置において、軟質金属シートを張り付けた際の様子を説明するための断面図である。
【図7】同バックライト装置において、透過型の液晶表示素子を配した様子を説明するための断面図である。
【図8】同バックライト装置において、発光ダイオードのはんだ付け部の温度と許容順電流との関係を示した図である。
【図9】本発明の第2の実施の形態として示すバックライト装置の全体構成を説明するための斜視図である。
【図10】同バックライト装置において、透過型の液晶表示素子を配した様子を説明するための断面図である。
【図11】同バックライト装置において、(a)は放熱手段を備えたバックライト装置の発光ダイオードに所定の電流を印加した際のはんだ付け部の温度の様子を示した図であり、(b)は、放熱手段を備えないバックライト装置の発光ダイオードに所定の電流を印加した際のはんだ付け部の温度の様子を示した図である。
【図12】同バックライト装置において、バックライト装置を軟質金属シートで筐体に貼り付けた様子を示す図である。
【図13】本発明の第1の実施の形態として示すバックライト装置において、接着性充填剤を用いて発光ダイオードを接着させた様子を示す図である。
【図14】本発明の第2の実施の形態として示すバックライト装置において、接着性充填剤を用いて発光ダイオードを接着させた様子を示す図である。
【符号の説明】
1,51 光源部、2,52 発光ダイオード、3,53 光源ユニット、4,54 フィルム配線基板、5,55 フレキシブルフィルム、6,56 端子部、7,57 軟質金属シート、8,58 金属リフレクタ、9 放熱口、10,60 反射面、11 切欠き、12,62 軟質金属シート、21,71 導光板、21a,71a 光反射面、21b,71b 光出射面、22,72 光入射面、23,73 反射シート、23a,73a 接着部、25.75 拡散シート、26,76 縦プリズムシート、27,77 横プリズムシート、28,78 位置決め片、29,79 位置決め片、30,80 フレーム、31,81 位置決め孔、32,82 位置決め孔、40,50 バックライト装置、41,51 液晶表示素子、59 孔、74 突起部
Claims (16)
- 光入射面と、上記光入射面から入射された光を面状に出射する光出射面とを有する導光板と、
上記導光板の光出射面に対向する面である光反射面に面接触するように配し、上記導光板の側面に接着部を接着させることで上記導光板に固定される反射シートと、
配線パターンが形成されたフィルム基板に複数の発光素子が列状に配置され、上記導光板の光入射面に入射させる光を出射する光源と、
上記光源のフィルム基板の上記複数の発光素子を配置した面と対向する面に貼り付けられた第1の放熱手段と、
上記導光板の凸部と、当該反射手段に形成された切欠き部とが係合することで上記光源の複数の発光素子を上記導光板の光入射面に面接触させるように上記光源を配置し、上記光源のフィルム基板に貼り付けられた上記第1の放熱手段を露出させる放熱口が開けられた、上記光源の上記光入射面に対する漏れ光を反射して再び上記光入射面に入射させる反射手段と、
上記反射手段に開けられた放熱口から露出している上記第1の放熱手段に接触させ、且つ、上記導光板の光入射面に上記光源の複数の発光素子が密着して面接触するように上記光源と上記導光板とを固定する上記第1の放熱手段より面積の大きい第2の放熱手段と、
上記導光板の光出射面に重ねて配置される拡散シート及びプリズムシートからなるシート材と、
上記光源を配置した反射手段と係合され上記第2の放熱手段で上記光源と固定された上記導光板と、上記シート材とを保持するフレームと、
所定の画像を生成し、上記シート材を介して上記導光板の光出射面から出射された光を入射して、生成した上記画像を表示する液晶表示素子とを備えることを特徴とする液晶表示装置。 - 上記第1の放熱手段及び第2の放熱手段は、アルミニウム又は銅をシート状にした金属シートであることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
- 上記フレームは、ステンレスからなり、上記第2の放熱手段と接することを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
- 上記フィルム基板と、上記フィルム基板に貼り付けられた上記第1の放熱手段とが上記発光素子が配置される位置で連通するように貫通孔を開口し、
上記貫通孔に上記光源の発光素子の背面側に達するようにシリコーン系樹脂からなる接着性充填剤を充填することを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。 - 所定の画像を生成して表示する液晶表示素子を照明する液晶表示素子用のバックライト装置において、
光入射面と、上記光入射面から入射された光を面状に出射する光出射面とを有する導光板と、
上記導光板の光出射面に対向する面である光反射面に面接触するように配し、上記導光板の側面に接着部を接着させることで上記導光板に固定される反射シートと、
配線パターンが形成されたフィルム基板に複数の発光素子が列状に配置され、上記導光板の光入射面に入射させる光を出射する光源と、
上記光源のフィルム基板の上記複数の発光素子を配置した面と対向する面に貼り付けられた第1の放熱手段と、
上記導光板の凸部と、当該反射手段に形成された切欠き部とが係合することで上記光源の複数の発光素子を上記導光板の光入射面に面接触させるように上記光源を配置し、上記光源のフィルム基板に貼り付けられた上記第1の放熱手段を露出させる放熱口が開けられた、上記光源の上記光入射面に対する漏れ光を反射して再び上記光入射面に入射させる反射手段と、
上記反射手段に開けられた放熱口から露出している上記第1の放熱手段に接触させ、且つ、上記導光板の光入射面に上記光源の複数の発光素子が密着して面接触するように上記光源と上記導光板とを固定する上記第1の放熱手段より面積の大きい第2の放熱手段と、
上記導光板の光出射面に重ねて配置される拡散シート及びプリズムシートからなるシート材と、
上記光源を配置した反射手段と係合され上記第2の放熱手段で上記光源と固定された上記導光板と、上記シート材とを保持するフレームとを備えることを特徴とする液晶表示素子用のバックライト装置。 - 上記第1の放熱手段及び第2の放熱手段は、アルミニウム又は銅をシート状にした金属シートであることを特徴とする請求項5記載の液晶表示素子用のバックライト装置。
- 上記フレームは、ステンレスからなり、上記第2の放熱手段と接することを特徴とする請求項5記載の液晶表示素子用のバックライト装置。
- 上記フィルム基板と、上記フィルム基板に貼り付けられた上記第1の放熱手段とが上記発光素子が配置される位置で連通するように貫通孔を開口し、
上記貫通孔に上記光源の発光素子の背面側に達するようにシリコーン系樹脂からなる接着性充填剤を充填することを特徴とする請求項5記載のバックライト装置。 - 光入射面と、上記光入射面から入射された光を面状に出射する光出射面とを有する導光板と、
上記導光板の光出射面に対向する面である光反射面に面接触するように配し、上記導光板の側面に接着部を接着させることで上記導光板に固定される反射シートと、
配線パターンが形成されたフィルム基板に複数の発光素子が列状に配置され、上記導光板の光入射面に入射させる光を出射する光源と、
上記導光板から突出する突起部と、当該反射手段に形成された孔部とが係合することで、上記光源の複数の発光素子を上記導光板の光入射面に面接触させるように上記光源を配置し、上記光源の上記光入射面に対する漏れ光を反射して再び上記光入射面に入射させる反射手段と、
上記反射手段と接触し、且つ、上記導光板の光入射面に上記光源の複数の発光素子が密着して面接触するように上記反射手段を上記導光板に引き寄せて固定させる放熱手段と、
上記導光板の光出射面に重ねて配置される拡散シート及びプリズムシートからなるシート材と、
上記光源を配置した反射手段が上記放熱手段で固定された上記導光板と、上記シート材とを保持するフレームと、
所定の画像を生成し、上記シート材を介して上記導光板の光出射面から出射された光を入射して、生成した上記画像を表示する液晶表示素子とを備えることを特徴とする液晶表示装置。 - 上記放熱手段は、アルミニウム又は銅をシート状にした金属シートであることを特徴とする請求項9記載の液晶表示装置。
- 上記フレームは、ステンレスからなり、上記放熱手段と接することを特徴とする請求項9記載の液晶表示装置。
- 上記フィルム基板と、上記反射手段とが上記発光素子が配置される位置で連通するように貫通孔を開口し、
上記貫通孔に上記光源の発光素子の背面側に達するようにシリコーン系樹脂からなる接着性充填剤を充填することを特徴とする請求項9記載の液晶表示装置。 - 所定の画像を生成して表示する液晶表示素子を照明する液晶表示素子用のバックライト装置において、
光入射面と、上記光入射面から入射された光を面状に出射する光出射面とを有する導光板と、
上記導光板の光出射面に対向する面である光反射面に面接触するように配し、上記導光板の側面に接着部を接着させることで上記導光板に固定される反射シートと、
配線パターンが形成されたフィルム基板に複数の発光素子が列状に配置され、上記導光板の光入射面に入射させる光を出射する光源と、
上記導光板から突出する突起部と、当該反射手段に形成された孔部とが係合することで、上記光源の複数の発光素子を上記導光板の光入射面に面接触させるように上記光源を配置し、上記光源の上記光入射面に対する漏れ光を反射して再び上記光入射面に入射させる反射手段と、
上記反射手段と接触し、且つ、上記導光板の光入射面に上記光源の複数の発光素子が密着して面接触するように上記反射手段を上記導光板に引き寄せて固定させる放熱手段と、
上記導光板の光出射面に重ねて配置される拡散シート及びプリズムシートからなるシート材と、
上記光源を配置した反射手段が上記放熱手段で固定された上記導光板と、上記シート材とを保持するフレームとを備えることを特徴とする液晶表示素子用のバックライト装置。 - 上記放熱手段は、アルミニウム又は銅をシート状にした金属シートであることを特徴とする請求項13記載の液晶表示素子用のバックライト装置。
- 上記フレームは、ステンレスからなり、上記放熱手段と接することを特徴とする請求項13記載の液晶表示用のバックライト装置。
- 上記フィルム基板と、上記反射手段とが上記発光素子が配置される位置で連通するように貫通孔を開口し、
上記貫通孔に上記光源の発光素子の背面側に達するようにシリコーン系樹脂からなる接着性充填剤を充填することを特徴とする請求項13記載の液晶表示素子用のバックライト装置。
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