JP4525492B2 - 照明装置及び液晶表示モジュール - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及び液晶表示モジュールに関するものである。

従来、液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイのバックライトとして、導光板の端面に光源を対向配置し、光源から射出され、対向端面から入射した光を導光板の一方の主面から面状に出射させるサイドライト型面状照明装置が用いられている。

上述のような面状照明装置の光源として、発光ダイオード等の点光源が、低消費電力である等の利点から好適に用いられている。
特開平８−３１３９０２号公報

しかし、大型表示装置のバックライトとして上述した点光源によるサイドライト型面状照明装置を用いる場合、１個の点光源の射出光量は冷陰極管等の他の光源に比べて少ないため、相当の数の点光源を用いる必要がある。また一方、近年の表示装置に対する小型薄型化の要求に応ずるため、そのバックライトとして用いられる照明装置に対しても一段の小型薄型化が求められている。従って、発光ダイオード等の点光源を光源として複数個設置する場合、それらを高密度に実装する必要がある。

ところが、複数の点光源が高密度に実装された照明装置においては、個々の点光源の温度上昇が大きな問題となる。すなわち、点光源の温度が上昇すると、その寿命が低下するだけでなく、発光効率も低下する。特に、発光ダイオードにおいては、その傾向がより顕著に発現する。

本発明の目的は、複数の点光源が高密度に実装されて小型薄型化が促進されると共に個々の点光源の温度上昇が有効に抑制されてその寿命及び発光効率の低下が防止された照明装置及び液晶表示モジュールを提供することである。

本発明の照明装置は、複数の点光源と、通電用配線パターンと第１の伝熱用配線パターンとが同一材料により表面に一括形成され、前記複数の点光源が前記通電用配線パターンに導通設置された駆動回路基板と、前記第１の伝熱用配線パターンに接触するように配置され、前記複数の点光源が発生させた熱を第１の所定部位に伝導する第１の伝熱部材と、を有することを特徴とするものである。
また、本発明の液晶表示モジュールは、液晶表示パネルに向けて光を照射する照明装置を備えた液晶表示モジュールであって、前記照明装置は、複数の点光源と、通電用配線パターンと第１の伝熱用配線パターンとが同一材料により表面に一括形成され、前記複数の点光源が前記通電用配線パターンに導通設置された駆動回路基板と、前記第１の伝熱用配線パターンに接触するように配置され、前記複数の点光源が発生させた熱を第１の所定部位に伝導する第１の伝熱部材と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、複数の点光源を高密度に実装したにも拘わらず個々の点光源の温度上昇が有効に抑制され、複数の点光源の寿命及び発光効率が高度に維持された照明装置及び液晶表示モジュールを提供することができる。

図１は本発明の一実施形態としての面状照明装置が搭載された液晶表示モジュールを示す模式的断面図、図２はその面状照明装置を示す平面図、図３（ａ）、（ｂ）はその面状照明装置の要部Ｑを示す部分断面図と部分斜視図で、（ｂ）は（ａ）におけるＱ1 部を示している。

図１に示されるように、本液晶表示モジュールの筐体は、扁平な直方体をなす箱の天板を除去した形状の収納ケース１に、底板を除去した同形状のカバーケース２が、嵌装されてなる。これら両ケース１、２は、共に金属板を加工して形成されている。カバーケース２の天板２ａには、表示を観察するための表示窓２ｂが穿設されている。

上記筐体内には、メインフレーム３が配置されている。本実施形態のメインフレーム３は、共に扁平な略直方体をなす前室３ａと後室３ｂの２室の空間が２段に形成されてなる。すなわち、四角筒状の枠体をなす側板３ｃの所定高さ位置に、その内面全周にわたって仕切り棚３ｄが突設され、この仕切り棚３ｄを境界として、前室３ａと後室３ｂとが２段に重ねて形成され、これら前室３ａと後室３ｂは、仕切り棚３ｄで囲まれた空間により連通されている。

メインフレーム３の前室３ａには、液晶表示パネル４が収納されている。液晶表示パネル４は、電極（不図示）が形成された一対のガラス基板５、６を、それぞれの電極形成面を対向させて枠状シール材（不図示）により所定の間隙を保って接合し、枠状シール材で囲まれたガラス基板５、６間に液晶（不図示）を封入して、構成されている。ガラス基板５、６の液晶封入側とは反対側の各外面には、一対の前、後偏光板７、８がそれぞれ貼着されている。

本例の液晶表示パネル４における一対のガラス基板５、６の大きさは、表示面側となる前側ガラス基板５よりも後側ガラス基板６の方が大きく、これら大きさの異なるガラス基板５、６は後側ガラス基板６の一縁辺が前側ガラス基板５の対応する縁辺から突出する配置で接合されている。後側ガラス基板６の突出縁辺６ａには、各電極から引き出された配線とその各端部の接続端子（不図示）が配設されて駆動回路部が形成されており、これら駆動回路部には駆動回路素子としてのドライバＬＳＩ９がＣＯＧ（Chip On Glass）搭載されている。そして、この駆動回路部の入力端子エリアには、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）１０が導通接合されている。

メインフレーム３の後室３ｂ内には、サイドライト型の面状照明装置１１が収容されている。このサイドライト型面状照明装置１１は、外形が照射対象の液晶表示パネル４に大略対応した矩形をなす導光板１２を備えている。導光板１２は、端面を光入射面とし主面の一方を光出射面として、端面から入射させた光をその一方の主面から面状に出射させる透明な板である。本実施形態の導光板１２は、アクリル樹脂等の透明な樹脂材料を用いて型成形により形成され、長手方向の両端面１２ａ、１２ａ（図２参照）をそれぞれ光入射面とし、光出射面とする前面１２ｂの反対側の後面１２ｃは、入射した導光板１２内の伝播光を光出射面（前面）１２ｂに向けて反射させるために微細な凹凸面に形成されている。

図２に示されるように、導光板１２の長手方向両端面（光入射面）１２ａ、１２ａに沿って、それぞれ、点光源としての発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）という）１３が、本例では１２個づつ対向配置されている。これら１２個づつのＬＥＤ１３は、それぞれ、ＰＣＢ（Printed-Circuit Board）１４、１４上に等間隔で直接搭載されている。なお、本実施形態の液晶表示モジュールでは、液晶表示パネル４の大きさが６．４インチ（対角距離：約１６３ｍｍ）の表示画面に向けて、２４個のＬＥＤ１３を約０．９Ｗの出力で点灯させて得られる面状光を照射する。

ＰＣＢ１４には、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、銅パターン１４ａが形成されている。この銅パターン１４ａは、搭載されている各ＬＥＤ１３に対する通電用の配線（不図示）とは別に設けられた伝熱用の伝熱専用銅パターンであり、ＰＣＢ１４の表裏両面に通電用の銅パターン（不図示）と同一工程で一括形成されている。ＰＣＢ表裏両面に形成された伝熱用銅パターン１４ａは、スルーホール１４ｂの内面に被着形成された銅層により連通接続されている。そして、表側銅パターン１４ａには、他の部分よりも幅広の接触部１４ｃが、各ＬＥＤ１３間にそれぞれ形成されている。また、各駆動回路基板１４には、それぞれ、給電用のリード線１４ｄ、１４ｄ（図２参照）が導通接続されている。

図１に戻って、導光板１２の後面１２ｂには光反射シート１５が装着されている。この光反射シート１５は、微小な凹凸面に形成された後面１２ｂで反射されずに外部に出射した光を反射して導光板１２内に再入射させるために設けられており、これにより、ＬＥＤ１３からの射出光の利用効率が格段に高められる。

そして、図２に示されるように、上述した複数のＬＥＤ１３が搭載された一対のＰＣＢ１４、１４と後面１２ｃに光反射シート１５（図１参照）が装着された導光板１２は、ライトフレーム１６内の所定位置に設置されている。ライトフレーム１６は本発明の第２の伝熱部材となるもので、熱伝導性に富む板金材を加工して形成されており、収容する導光板１２の長手方向両端面（光入射面）１２ａ、１２ａに対応する各側部には、一対の側板１６ａ、１６ａが底板１６ｂ（図１参照）に対し垂直に立設されている。

ＬＥＤ１３が搭載された一対のＰＣＢ１４、１４は、それぞれ、上記側板１６ａと押え板１７により挟持された状態でライトフレーム１６内に設置されている。この押え板１７は、本発明の第１の伝熱部材となるもので、ライトフレーム１６と同様に熱伝導性に富む板金材を加工してなり、図３（ａ）に示されるように、その一方の端部には、断面がＬ字形をなす複数の押圧片１７ａがＬＥＤ１３間隙に対応させて櫛歯状に延出形成されている。この各Ｌ字押圧片１７ａをＬＥＤ１３間のＰＣＢ１４表面に接触させ、ＰＣＢ１４裏面を側板１５ａに接触させている。この場合、各Ｌ字押圧片１７ａは、ＰＣＢ１４表面に配設されている銅パターン１４ａのうち、ＬＥＤ１３間の幅広に形成された接触部１４ｃと広い面積にわたり密接している。従って、ＬＥＤ１３が発生させた熱は、熱伝導率の高い銅パターン１４ａとＬ字押圧片１７ａとを広い面積で密接させて構成された伝熱経路を通じて速やかに押え板１７の他端側に伝播される。

各押え板１７の他端側は、それぞれ、図１に示されるように、メインフレーム３の貫通穴を通してメインフレーム３その外側に延出され、フレーム側板３ｃの外面に沿って折曲されている。これら折曲端部１７ｂは、シールドケース２を収納ケース１に嵌装した状態において、シールドケース側板２ｃの内面にそれぞれ密接している。これにより、各押え板１７の折曲端部１７ｂまで伝播した熱が、熱伝導性に富むシールドケース２を通じて液晶表示モジュール外部へ速やかに放散される。

導光板１２の前面１２ｂには、光拡散シート１８とプリズムシート１９の２枚の光学シートが、この順序で重畳設置されている。光拡散シート１８は導光板１２から面状に出射される照射光の輝度分布を均一化するために、プリズムシート１９は照射光の出射方向を正面方向に揃えるために、それぞれ設置されている。

上述のように構成されたサイドライト型面状照明装置１１は、そのライトフレーム１６が後室３ｂの底を閉じる配置でメインフレーム３に嵌合装着され、後室３ｂ内の所定位置に収納保持されている。

このサイドライト型面状照明装置１１においては、２４個のＬＥＤ１３から射出された光が、導光板１２内にその対向する端面（光入射面）１２ａから入射し、この入射光が微小な凹凸が形成された後面１２ｂに入射すると、ここで前面（光出射面）１２ａに向けて全反射され、前面１２ａから面状に出射される。前面１２ａから出射された面状照射光は、光拡散シート１８とプリズムシート１９を透過することにより、輝度分布が略均一で正面方向の輝度が高い面状光となって液晶表示パネル４に照射される。

ライトフレーム１６の後面側で収納ケース１における底板１ａの内面に、駆動制御回路基板２０が設置されている。この駆動制御回路基板２０は、本液晶表示モジュール全体の駆動を制御するものであり、従って、前述した液晶表示パネル４のガラス基板６端部に導通接合されたフレキシブル配線基板１０やＬＥＤ１３が搭載されたＰＣＢ１４から引き出されたリード線１４ｄが、導通接続されている。

ここで、上記液晶表示モジュールにおいてＬＥＤ１３から発生する熱の放散作用について、詳細に説明する。

各ＰＣＢ１４に搭載されている１２個のＬＥＤ１３を点灯させることにより発せられた熱は、主に表面の銅パターン１４ａからこれに接触させた第１の伝熱部材である押え板１７のＬ字押圧片１７ａを経て押え板１７のメインフレーム３外に延出させた他端側の折曲端部１７ｂに伝わり、この折曲端部１７ｂに密接するシールドケース側板２ｃに伝わってモジュール外に放散される。この第１の伝熱部材を介する放熱経路は、熱伝導性に優れた銅や板金材を互いに密接させて形成され、且つ銅パターン１４ａとＬ字押圧片１７ａの接触面積が幅広の接触部１４ｃを形成することにより大きく確保されているから、速やかな放熱効果を奏することができる。

また、ＬＥＤ１３から発せられた熱は、ＰＣＢ表面の銅パターン１４ａからスルーホール１４ｂの銅層を経て裏面の銅パターン１４ａに伝わり、この裏面側に伝わった熱は、ＰＣＢ１４裏面の銅パターン１４ａに密接する第２伝熱部材としてのライトフレーム側板１６ａを経て底板１６ｂに伝わり、ここから収納ケース１内の空間中に放散される。この第２の伝熱部材を介する放熱経路も、熱伝導性に優れた銅や板金材を互いに密接させて形成されているので、速やかな放熱効果が奏される。

以上のように、本実施形態の液晶表示モジュールに用いられている照明装置１１は、複数のＬＥＤ１３が高密度に搭載された駆動回路基板１４を第１伝熱部材である押え板１７と第２の伝熱部材であるライトフレーム１６で挟持し、これら伝熱部材１６、１７を介してＬＥＤ１３が発生させた熱を照明装置１１外に速やかに放散させる構成としたから、複数のＬＥＤ１３が高密度に実装されて小型薄型化が促進されると共に個々のＬＥＤ１３の温度上昇が顕著に抑制されてその寿命及び発光効率が高度に維持される。

また、第２の伝熱部材が導光板１２を収容保持するライトフレーム１６を兼ねることにより構造が簡素化されると共に部品点数が低減され、且つ、熱伝導性に優れた高価な材質の駆動回路基板を使用しなくても上述した所望の放熱効果が得られるから、照明装置のコストが大幅に低減される。

その結果、本実施形態の照明装置が適用された液晶表示モジュールによれば、小型薄型化と低コスト化が促進されるだけでなく、バックライトとしての照明装置の寿命及び発光効率が高度に維持されるために充分に明るい表示を長期にわたって得ることができる。

次に、上記実施形態の変形例について、図４（ａ）、（ｂ）に基づき説明する。なお、上記実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

本変形例は、ＬＥＤ１３の温度上昇を、ＬＥＤ１３に通電することにより発生する熱を速やかに放散させるだけでなく、ＬＥＤ１３の雰囲気温度の上昇を抑制することによっても、防止することを企図したものである。

すなわち、図４（ａ）に示されるように、本変形例における第１の伝熱部材としての押え板４１は、ＬＥＤ１３が搭載された駆動回路基板１４をライトフレーム側板１６ａとで挟持するための押圧片４１ａと、導光板１２の前面１２ｂの端部を係止するための係合片４１ｂを備えている。

押え板４１は熱伝導性に優れた板金材を加工して形成されており、図３（ｂ）に示されるように、その隣設ＬＥＤ１３間の間隙に対応する部分が櫛歯状に直角に折曲されて押圧片４１ａが形成され、これら押圧片４１ａの間の部分が折曲されずに延出されて、係合片４１ｂが形成されている。すなわち、押圧片４１ａと係合片４１ｂが交互に形成されている。そして、係合片４１ｂのＬＥＤ１３側に向ける内面４１ｃは、鏡面に仕上げ処理されている。

上述のように形成された押え板４１は、押圧片４１ａをＬＥＤ１３間のＰＣＢ１４表面に接触させてＰＣＢ１４裏面を側板１５ａに密接させ、係合片４１ｂを導光板１２における前面１２ｂの光入射側端部に圧接係合させた状態で、メインフレーム３に装着されている。この場合上記実施形態と同様に、押え板４１のメインフレーム３外に延出された端部がフレーム側板３ｃの外面に沿って折曲され、シールドケース側板２ｃの内面に密接させる折曲端部４１ｃが形成されている。

以上のように構成された本変形例においては、各ＬＥＤ１３本体の熱は、上記実施形態と同様に、第１の伝熱部材である押え板４１を介する第１の放熱経路と第２の伝熱部材であるライトフレーム１６を介する第２の放熱経路を通じて速やかに放散され、且つ、導光板１２に蓄積するＬＥＤ１３からの輻射熱等は、前記押え板４１の係合片４１ｂを介する第１の放熱経路を通じて放散される。これにより、各ＬＥＤ１３の温度上昇が、各ＬＥＤ１３の雰囲気温度の上昇が有効に防止されことも相俟って、より顕著に抑制される。

また、押え板４１の係合片４１ｂを導光板１２における前面（光出射面）１２ｂの光入射側端部に圧接係合させたから、この部分から光が出射して漏れ光や迷光が発生する不具合が防止され、且つ、その係合片４１ｂの内面４１ｃを鏡面に形成したから、この内面４１ｃで各ＬＥＤ１３からの射出光を鏡面反射させて光の利用効率を上げることができる。

その結果、本変形例の照明装置が適用された液晶表示モジュールは、小型薄型化と低コスト化が促進されるだけでなく、バックライトとしての照明装置の寿命及び発光効率がより高度に維持され、且つ、漏れ光や迷光の発生が防止されると共に光の利用効率が高められるために高品位で明るい表示を長期にわたり実現することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、本発明は上記実施形態の照明装置のように導光板を用いたサイドライト形面状照明装置に限らず、導光板を用いないで多数のＬＥＤをＰＣＢに高密度実装しただけの構成で、ＬＥＤからの射出光をそのまま照射光とするカード型照明装置等、複数の点光源を基板に高密度実装してなる他の種々の照明装置に広く適用可能である。

また、点光源としてＬＥＤを用いる照明装置に限らず、電球等の他の点光源を用いる照明装置にも、本発明を適用できることは、勿論である。

本発明の一実施形態としての面状照明装置が適用された液晶表示モジュールを示す模式的断面図である。 上記液晶表示モジュールにおける面状照明装置を示す平面図である。 （ａ）は上記面状照明装置の要部Ｑを示す斜視図で、（ｂ）はそのＱ1 部を示す模式的断面図である。 （ａ）は上記実施形態の変形例における要部を示す斜視図で、（ｂ）はその内の押え板を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ 収納ケース
２ カバーケース
３ フレーム
４ 液晶表示パネル
５、６ ガラス基板
７、８ 前、後偏光板
９ 駆動回路素子
１０ フレキシブル配線基板
１１ 面状照明装置
１２ 導光板
１３ ＬＥＤ（Light-Emitted Diode）
１４ ＰＣＢ（Printed-Circuit Board）
１５ 光反射シート
１６ ライトフレーム
１７、４１ 押え板
２０ 電子回路基板

Claims (11)

1. 複数の点光源と、
   通電用配線パターンと第１の伝熱用配線パターンとが同一材料により表面に一括形成され、前記複数の点光源が前記通電用配線パターンに導通設置された駆動回路基板と、
   前記第１の伝熱用配線パターンに接触するように配置され、前記複数の点光源が発生させた熱を第１の所定部位に伝導する第１の伝熱部材と、
   を有することを特徴とする照明装置。
2. 前記複数の点光源が発生させた熱を第２の所定部位に伝導する第２の伝熱部材を有し、
   前記駆動回路基板は、裏面に第２の伝熱用配線パターンが形成され、
   前記第２の伝熱部材は、前記第２の伝熱用配線パターンに接触するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記駆動回路基板は、該駆動回路基板の表面と該駆動回路基板の裏面との間を連通させるスルーホールが形成され、
   前記第１の伝熱用配線パターンと前記第２の伝熱用配線パターンは、スルーホールを介して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記駆動回路基板は、前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材とにより挟持されるように配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
5. 前記第１の伝熱用配線パターンは、隣接する２つの前記点光源間に配置された第１の領域と前記点光源に覆われた第２の領域とを有しているとともに、前記第１の領域の配線幅が前記第２の領域の配線幅よりも広く形成され、
   前記第１の伝熱部材は、前記第１の領域で前記第１の伝熱用配線パターンに接触するように配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の照明装置。
6. 前記複数の点光源から射出された光を端面から入射させ一方の主面から面状に出射させる導光板を有し、
   前記第２の伝熱部材は、前記導光板、前記複数の点光源及び前記駆動回路基板を収納するケース部材であることを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の照明装置。
7. 前記駆動回路基板は、該駆動回路基板の表面が前記導光板の前記端面に対して平行になるように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記第１の伝熱部材または前記第２の伝熱部材が金属からなることを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の照明装置。
9. 前記通電用配線パターンと前記第１の伝熱用配線パターンとが銅からなることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の照明装置。
10. 前記点光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の照明装置。
11. 液晶表示パネルに向けて光を照射する照明装置を備えた液晶表示モジュールであって、
    前記照明装置は、
    複数の点光源と、
    通電用配線パターンと第１の伝熱用配線パターンとが同一材料により表面に一括形成され、前記複数の点光源が前記通電用配線パターンに導通設置された駆動回路基板と、
    前記第１の伝熱用配線パターンに接触するように配置され、前記複数の点光源が発生させた熱を第１の所定部位に伝導する第１の伝熱部材と、
    を有することを特徴とする液晶表示モジュール。

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