(57)【要約】【課題】強制送風手段を用いずに効果的にＬＥＤ光源を冷却して小型且つ軽量で効率が高く寿命特性に優れる衝撃に強い液晶表示装置を提供する。【解決手段】配線基板（１６２）の上に配列されて接続された複数の個体光源素子（１６１）を有する光源部（１６０）からの出射光をその側面から入射して面状の照明光に変換する導光板（１３０）とを備え、配線基板（１６２）は金属製の基材（１１０）により支持され、金属性基材（１１０）と外装部（２００）とは熱伝導を促進する熱良導部材（５００）によって接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネルと、
前記液晶パネルを背面から照明するバックライトと、
前記液晶パネルおよび前記バックライトをその内部に収納するとともにその外面が外気と接する外装部とを備え、
前記バックライトは、配線基板の上に配列されて接続された複数の個体光源素子を有する光源部と
前記光源部からの出射光をその側面から入射して面状の照明光に変換する導光板とを備え、当該配線基板は金属製の基材により支持され、当該金属性基材と前記外装部とが熱伝導を促進する熱良導部材によって接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶パネル、前記光源部および前記導光板を一体的に支持するフレームをさらに備え、当該フレームは緩衝部材を介して前記外装部に装着され、当該光源部の配線基板は金属製の基材により支持されており、当該金属性基材と当該外装部とが柔軟性を有しかつ熱伝導を促進する熱良導部材によって接続されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記外装部を形成する主材料は金属であることを特徴とする請求項１乃至２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記外装部を形成する主材料はアルミニウム、マグネシウム、またはそれらを含む合金で構成されるグループから選択されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記柔軟性を有する熱良導性部材は金属箔であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記柔軟性を有する熱良導性部材はグラスファイバーシートであることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記柔軟性を有する熱良導性部材は、弾性体の周囲を金属箔で囲む構造を有し、前記フレームと前記外装部との間に介在する緩衝部材の一部を形成していることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の液晶表示装置を備えた携帯型情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置、特にそのバックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、特に薄型軽量で画像表示が可能なことから携帯電話やデジタルスチルカメラあるはノート型パーソナルコンピュータなどの携帯用情報機器の画像表示部に広く用いられている。液晶表示装置としては、透過型液晶表示装置が一般的に用いられている。透過型液晶表示装置は、バックライトと呼ばれる面状光源を備え、そこからの照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。
【０００３】
バックライトとしては、ほぼ線状光源である冷陰極管から出射された光を薄板状の導光板の側面より入射する方式のものが良く用いられている。導光板の側面から入射された光は、導光板の対向する主面間で全反射を繰り返しながら伝播する。このとき、出射面となる面とは逆の面に形成された特定の密度分布および大きさの拡散反射層、あるいは反射用凹凸によって、伝播する光の一部を出射面から出射させるのが一般的である。拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成する密度分布および大きさ分布などを適度に設定することにより、液晶パネルの全面に渡るほぼ一様な照明が可能になる。
【０００４】
最近、発光効率の高い発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」）が開発され、これをバックライト用の光源に用いられている。事実、携帯電話などの小型画面では従来の冷陰極管に代わってＬＥＤが光源として主流になっている。特に、２〜３型程度の小型画面の照明には、２〜４個程度のＬＥＤ素子により十分な明るさが得られている。
【０００５】
ＬＥＤの発光効率の向上と価格低下はなお進展しており、表示画面の比較的大きな携帯型情報端末（以下「ＰＤＡ」）あるいは携帯型パーソナルコンピュータ（以下「ノートＰＣ」）への応用も検討されている。この用途には多数のＬＥＤを用い大きな電力を投入する必要があり、必然的に放熱および冷却の問題が発生する。特にＬＥＤは温度上昇とともに発光効率が低下するという特性を有する。それ故に、必要な照度を確保するためにさらにＬＥＤの個数を増やして消費電力が増大せざるを得ないという悪循環に陥たってしまう。
【０００６】
また、ＬＥＤは使用温度が高いほど寿命が短くなる傾向にある。それために、使用時の放熱および冷却が重要である。ＬＥＤの放熱および冷却を促進するために、ＬＥＤ光源部とバックライトフレームとを熱的に接続して、ＬＥＤで発生した熱をバックライトフレームを介して外部に逃がす方法（特許文献１）、あるいはシート状の放熱部材を設けてＬＥＤ光源部と接続して外部に逃がす方法（特許文献２）などが提案されている。これらの方法は、ＬＥＤ光源部をバックライトフレームやシート状の熱伝導部材に接続して、空気と接する放熱面積を増加させることによる放熱および冷却の促進を図っている。
【特許文献１】特開２００３−０３６７１７号公報
【特許文献２】特開２００４−００４５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上述の方法においては、バックライトフレームやシート状熱伝導部材は装置内部に格納される部品である。それゆえに、ＬＥＤで発生された熱がバックライトフレームやシート状熱伝導部材を介して放出されると装置の内部に熱がこもって装置内部温度の上昇をもたらすので、肝心のＬＥＤの熱を十分放出できずに、ＬＥＤの冷却効果が損なわれる。
【０００８】
この装置内部での熱放出に起因する問題は、ファンなどによる強制送風により装置内部の空気を外気と交換すれば解決する。しかしながら、軽量が重要な要件であるＰＤＡやノートＰＣなどの携帯機器においてファンを搭載することはその商品価値を大きく損なう要因となる。
【０００９】
また、上述のファンの問題に対しては、フレームを金属などの熱良導体で形成した上で外装部に装着することにより、ファンなどの強制送風機構を割愛することも考えられる。しかし、この場合フレームを外装部に直接装着する必要があり、美観などの新たな問題が生じる。
【００１０】
ノートＰＣやＰＤＡなどの携帯型情報機器では携帯の便宜のための軽量化を図るために液晶パネルに極力薄いガラス基板が用いられる。そのために液晶パネルは割れ易い。一方、さらに携帯に供されるために、落下などの事態も考慮して、液晶パネルには衝撃にある程度耐える強度が要求される。この携帯のために薄型化と、対衝撃強度という相矛盾する要求を満たすためには、フレームを緩衝部材を介して支持する構造が有効である。つまり、外装部に直接装着することは好ましくない。
本発明は、上述の問題に鑑みて、ファンなどの強制送風手段を用いずに、液晶ユニット部を緩衝部材で支持しながら効果的にＬＥＤ光源を冷却すること可能にし、小型且つ軽量で効率が高く寿命特性に優れる衝撃に強い液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明に係る液晶表示装置は、
液晶パネルと、
前記液晶パネルを背面から照明するバックライトと、
前記液晶パネルおよび前記バックライトをその内部に収納するとともにその外面が外気と接する外装部とを備え、
前記バックライトは、配線基板の上に配列されて接続された複数の個体光源素子を有する光源部と
前記光源部からの出射光をその側面から入射して面状の照明光に変換する導光板とを備え、当該配線基板は金属製の基材により支持され、当該金属性基材と前記外装部とが熱伝導を促進する熱良導部材によって接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる液晶装置は、比較的大きな画面を構成するために多数のＬＥＤを用い大きな電力を投入した場合でも、ファンなどの強制送風手段を用いずに、かつ液晶ユニット部を緩衝部材で支持しながらＬＥＤ光源部の温度上昇を抑え、ＬＥＤの発光効率が高く従って明るい表示が可能で、時間的な性能劣化が軽微で寿命の長い画像表示を実現し、かつ衝撃にも強い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態）
以下に、図１、図２、図３、および図４を参照して、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置について説明する。図１に示すように、本実施の形態に液晶表示装置に用いられる液晶ユニット１００は、大別してバックライトＢＬと液晶パネル１５０を含む。バックライトＢＬは、樹脂フレーム１１０、反射シート１２０、導光板１３０、光学フィルム１４０、および光源部１６０を含む。
【００１４】
具体的には、樹脂フレーム１１０の上に反射シート１２０、導光板１３０、および光学フィルム１４０が順番に積層されている。そして、導光板１３０の側方には、光源部１６０が設けられている。光源部１６０は、配線基板１６２の上に直線上に配列された複数のＬＥＤ１６１によって出射面が構成されている。導光板１３０はこの出射面が導光板１３０の導光面と対抗するように設置されている。さらに、２枚のミラーシート１７０が複数のＬＥＤ１６１を挟み込むように、かつ、配線基板１６２と導光板１３０の入射面との間の空間を囲むように配置されている。このように構成されたバックライトＢＬの導光板１３０の上に液晶パネル１５０が装着されて、液晶ユニット１００が構成される。
【００１５】
図２に示すように、液晶ユニット１００はマグネシウム合金から成る外装部２００に納めて装着枠３００で固定される。その際、液晶ユニット１００の光源部１６０の配線基板１６２の金属基材部と外装部２００の底面とは銅箔シートで接続されるとともに、液晶ユニット１００は緩衝部材を介して外装部２００に装着される。なお、図２においては、視認性を考慮して表示が省略されている要素については、以下に図３を参照して説明する。
【００１６】
図３に、外装部２００に収納されて装着枠３００で固定されて状態の液晶ユニット１００を、光源部１６０の配線基板１６２の長手方向に対して垂直な方向に切断した状態の断面を示す。上述のように、フレーム１１０の上に反射シート１２０、導光板１３０、光学フィルム１４０が積層され、光源部１６０が装着されて構成されたバックライトＢＬに液晶パネル１５０が装着して構成された表示ユニット１００が緩衝部材４００を介して外装部２００に装着されているのが見て取れる。
【００１７】
外装部２００に液晶ユニット１００を装着する場合には、銅箔などで構成される熱伝導シート５００の一端をあらかじめ、外装部２００の内側底面部に接着しておき、他端を光源部１６０の配線基板１６２の金属基材部に対応するように配置しておいた状態で、緩衝部材４００によって押圧し、熱伝導シート５００の面と配線基板１６２の金属基材の面とを接触させる。この時、熱伝導シート５００の一端は熱伝導性フィラーを分散した熱伝導性接着剤で外装部２００の底部に接着され、熱伝導シート５００の他端と配線基板１６２の金属基材部の間にあらかじめ塗布されている熱伝導性グリスによって、金属基板とマグネシウムからなる外装部２００との間を小さな熱抵抗で接続できる。
【００１８】
なお、外装部２００は軽量と強度を兼ね備えたマグネシウム合金で形成されている。外装部２００の熱伝導率は約１００Ｗ／ｍ・Ｋであり、銅の約４００Ｗ／ｍ・Ｋやアルミの約２４０Ｗ・ｍ・Ｋの伝導率に比べると小さいが一般的な樹脂の約０．２Ｗ／ｍ・Ｋと比べるとはるかに大きい。よって、外装部２００に伝達された熱は、速やかに外装部２００の全面に分散されて、その表面から外気へと放出される。
【００１９】
外装部２００を放熱板に見立て、その表面からの自然対流放熱を経験式に基づいて算出すると、その熱抵抗Ｒｏｕｔ（Ｋ／Ｗ）は材質によらずほぼ表面積Ｓ（ｍ２）に反比例しＲ＝０．１／Ｓである。仮に１２型程度のノートＰＣを想定すると、その外装部の表面積は約０．０５ｍ2 であるので、熱抵抗は２Ｋ／Ｗ程度と見積もることができる。
【００２０】
一方、光源部の消費電力は、現行ＣＣＦＬ方式の１２型ノートＰＣで５Ｗ程度である。ＬＥＤ方式の実用化条件としてＣＣＦＬ方式と同等の発光効率を設定すると、光源部の消費電力は同様に５Ｗ程度と見積もることができる。５Ｗの消費電力のうち光エネルギーに変換されるのはせいぜい２０％である。残りの８０％である４Ｗ程度は、ＬＥＤのジャンクション部で熱に変わる。すなわち、ＬＥＤ光源部の発熱量は４Ｗ程度と想定される。
【００２１】
上述より、外装部２００を放熱板として用いたときの温度上昇は２Ｋ／Ｗ×４Ｗ＝８Ｋである。よって、外装部２００の外気に対する温度上昇は８℃程度に抑えることができ、十分な放熱効果が期待できる。
【００２２】
本実施の形態においては、上述のごとく、配線基板１６２の金属基材と外装部２００とを銅箔シートという柔軟性のある材料（熱伝導シート５００）で結び、かつ、液晶ユニット部１００を緩衝部材４００を介して支持している。よって、外装部２００に加わる衝撃は液晶パネル１５０に至る前に減衰されるので、ある程度の衝撃が加わっても液晶パネル１５０が破損することがない対衝撃性に優れた液晶表示装置を実現することができる。
【００２３】
本実施の形態においては、外装部２００は軽量性、機械強度、および加工性に優れたマグネシウム合金を用いる例が示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、比重はマグネシウムより大きい金属としては軽量性、加工性に優れたアルミニウムおよびその合金なども好適である。さらに、ＬＥＤ光源で発生する熱を外部に放熱すると言う本発明の目的を達成するためには、熱伝導率が一定値以上（例えば８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上）であれば良く、ほぼ全ての金属を用いることが可能である。
【００２４】
また、柔軟性のある熱伝導性材料として熱伝導シートを用いる例が示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。熱伝導性に優れ柔軟性のある材料であれば良く、他の金属シートや、グラスファイバーシートなどを使用できる。さらに、柔軟性のある熱伝導材料は必ずしもシート状である必要はなく、例えば図４に示すように、スポンジ、ゴムなどの緩衝部材を緩衝コア６１０として周囲に金属フィルム６２０や金属メッシュ６２０を形成した緩衝部材を用い、光源部の支持と放熱とを兼用しても良い。
【００２５】
このように、本発明においては、面状光源は複数のＬＥＤアレイモジュールを用いてＬＥＤアレイモジュール１個当たりの搭載ＬＥＤチップ数を歩留まりの良好な値に設定してコストパフォーマンスを向上させるとともに連結導光部材を用いることにより複数のＬＥＤアレイモジュールを離散的に配置しながら光を均一に導光板に入射することが可能になる。よって、比較的多数のＬＥＤチップが必要な場合でも、発光が均一でコンパクトな面状光源装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、比較的大きな光量を必要とする大画面で、かつ軽量性が必要なＰＤＡおよびノートＰＣなどの携帯型情報機器の表示装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる液晶ユニット部の構成を示す分解斜視図。
【図２】図１に示した液晶ユニットの収納方法の説明図
【図３】図２示した方法で収納された液晶ユニットを中心とする断面図
【図４】本発明の別の実施の形態示す断面図
【符号の説明】
【００２８】
１００  液晶ユニット
１１０  樹脂フレーム
１２０  反射シート
１３０  導光板
１４０  光学フィルム
１５０  液晶パネル
１６０  光源部
１６１  ＬＥＤ
１６２  配線基板
１７０  ミラーシート
２００  外装部
３００  装着枠
４００  緩衝部材
６００  緩衝熱伝導部材
６１０  緩衝コア
６２０  金属フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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