(57)【要約】【課題】  発光ダイオードを備えた液晶表示パネルにおいて、縦長，横長の両方の表示設置姿勢において、発光ダイオードの温度上昇を抑制した自然空冷の表示装置を提供する。【解決手段】  液晶表示装置において、筐体側面に対して傾斜した複数の矩形状のフィン２３で形成されて成るフィン列を有し、隣り合うフィン列２３１とフィン列２３２との間に間隙２４を設けたヒートシンク２と、筐体の重力方向の上，下と側面に開口部６１，６２，６３，６４を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光ダイオードの照明により画像を表示する液晶表示装置において、
前記発光ダイオードを直線状に実装した基板と、この基板を介して前記発光ダイオードが結合された導光板と、この導光板の側面に対して傾斜した複数の矩形状フィンで形成されるヒートシンクとを備え、
前記導光板の重力方向の上下と側面に開口部を設けたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記ヒートシンクは前記導光板面と平行な縦方向若しくは横方向の長手方向に設けられた複数の矩形状フィンからなる少なくとも２つのフィン列であり、このフィン列間には間隙が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記フィン列の単体のフィンは前記導光板の少なくとも一方の側面の開口部に近い側が重力方向の低い位置にあり、導光板内部に向かって重力方向の上方に傾斜して配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
複数の発光ダイオードの照明により画像を表示する液晶表示装置において、
前記発光ダイオードを直線状に実装した基板と、この基板を介して前記発光ダイオードが結合された導光板と、この導光板の側面に対して傾斜した複数の矩形状フィンで形成されるヒートシンクとを備え、
前記導光板の重力方向に概略平行に配列した開口部を設け、前記矩形状のフィンは前記導光板の開口部に近い側が重力方向の低い位置から重力方向の上方に傾斜して配置する向きに液晶表示画面を縦長と横長の両方向に設置が可能なことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記導光板側面に対して傾斜した複数のフィン列で形成されるヒートシンクのフィンは重力方向に対して０＜θ＜９０度（θ≠０，θ≠９０）の角度で構成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記開口部の断面形状は、傾斜して配置されたフィン部と同じ傾斜方向に構成されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項２記載の液晶表示装置において、
前記隣り合うフィン列間に連通する複数の間隙は、発熱源となる発光ダイオードに近い側が、他方に比べて広く形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記ヒートシンクは、導光板と背面フレームとの間に設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置を備えた液晶表示装置に関するもので８４ある。
【背景技術】
【０００２】
従来、パソコン用のモニタに代表される液晶表示装置の照明装置（バックライト）には冷陰極管を用いるのが一般的である。
【０００３】
一方、近年主に印刷関係で用いられる専門用液晶表示装置として、冷陰極管に比べて現物に近い色を液晶パネル上に表現して色再現範囲の拡大を図ることと、環境上の配慮（水銀を用いない）から発光ダイオードＬＥＤ（Light Emitting Diode）をバックライトの光源とする構造が提案されている。
【０００４】
ＬＥＤをバックライトの光源としようとした場合、現状のＬＥＤでは輝度を高めるために発熱量が大きくなってしまうため、発光効率の良い所定の温度以下に保つための放熱構造が必要となる。
【０００５】
この放熱構造の一例として、冷却に起因する騒音の低減と長寿命を配慮してファンなどを用いない自然空冷による冷却構造が開示された特許文献１がある。
【０００６】
さらに、後述する自然対流用のヒートシンクで設置角度の依存性を小さくした特許文献２も提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１８１７５号公報
【特許文献２】特開２００３−１５２４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
液晶パネルの表示画面の大きさは、通常横方向の長さと縦方向の長さの比で４対３や５対４また１６対９などの長方形となっている。テレビ等のように画面を横長に用いる場合と、パソコン等で縦長の文書作成やＣＡＤ（Computer Aided Design）等の使用において縦長表示も可能とする表示装置がある。液晶画面が横長，縦長の両方向に設置することを考えた場合、ファンを使用しない自然空冷の場合には空気の密度差を駆動源とするために重力と浮力の方向が重要となる。
【０００９】
上述の特許文献１に添付された図９に示すように、矩形状のピンフィン型のヒートシンク２０１が用いられてきている。ピンフィン型のヒートシンク２０１は、指向性が少ないためそのままの形状で重力方向が縦方向ｇ１，横方向ｇ２の両方向に対応できる。またピンフィン型のヒートシンクは、一般的な平行平板型フィンに比べて空気の流れの方向に短く分断されているため、フィン面の摩擦損失を低減できる点や、各フィン前縁部と空気との間の高い熱伝達率を有効に用いることができる（前縁効果）等の利点がある。
【００１０】
しかしながら、各個別のピンフィンは伝熱面積が小さいため放熱量が限られてしまう。さらに図９のように重力ｇ１方向に長いピンフィン列のヒートシンクを構成した場合には、ヒートシンクの基板部２５に発達する温度境界層９が、下側から入った空気と熱交換することにより次第に厚みδを増す。その結果、重力方向の上方となる空気の下流部では熱伝達率が低く放熱性能が著しく小さくなるという欠点があった。そのため、重力方向の上方近傍に位置するＬＥＤは温度上昇が大きくなってしまう。そのため、ＬＥＤを所定の損傷温度以下で発光効率の良い温度範囲に保つためにＬＥＤに印加する電流を制限し画面輝度を下げなければならないという課題があった。
【００１１】
一方、特許文献２は傾斜したフィン構造のヒートシンクが開示されている。特許文献２では、フィン部が重力方向に対して斜めに設置されているため装置を縦置き，横置きの両方に適応できるようにしたものである。しかしながら、上記のヒートシンク構造においては、筐体構造の外側の開放空間での使用を想定している。
【００１２】
特許文献２の表示装置のように筐体内部の限られた狭小空間において使用した場合、大型のヒートシンクの場合にはヒートシンクの側面から離れた位置には低温の空気の供給が難しく、各フィン表面から発達する温度境界層により放熱量が限られるという課題がある。
【００１３】
本発明の目的は、液晶パネル表示部が横長や縦長に関係なく、発光ダイオードを一様に放熱し色変化を防止した液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、複数の発光ダイオードの照明により画像を表示する液晶表示装置において、前記発光ダイオードを直線状に実装した基板と、この基板を介して前記発光ダイオードが結合された導光板と、この導光板の側面に対して傾斜した複数の矩形状フィンで形成されるヒートシンクとを備え、前記導光板の重力方向の上下と側面に開口部を設けたことにより達成される。
【００１５】
前記ヒートシンクは前記導光板面と平行な縦方向若しくは横方向の長手方向に設けられた複数の矩形状フィンからなる少なくとも２つのフィン列であり、このフィン列間には間隙が形成されていることにより達成される。
【００１６】
前記フィン列の単体のフィンは前記導光板の少なくとも一方の側面の開口部に近い側が重力方向の低い位置にあり、導光板内部に向かって重力方向の上方に傾斜して配置されていることにより達成される。
【００１７】
前記発光ダイオードを直線状に実装した基板と、この基板を介して前記発光ダイオードが結合された導光板と、この導光板の側面に対して傾斜した複数の矩形状フィンで形成されるヒートシンクとを備え、前記導光板の重力方向に概略平行に配列した開口部を設け、前記矩形状のフィンは前記導光板の開口部に近い側が重力方向の低い位置から重力方向の上方に傾斜して配置する向きに液晶表示画面を縦長と横長の両方向に設置が可能なことにより達成される。
【００１８】
前記導光板側面に対して傾斜した複数のフィン列で形成されるヒートシンクのフィンは重力方向に対して０＜θ＜９０度（θ≠０，θ≠９０）の角度で構成されていることにより達成される。
【００１９】
前記開口部の断面形状は、傾斜して配置されたフィン部と同じ傾斜方向に構成されることにより達成される。
【００２０】
前記隣り合うフィン列間に連通する複数の間隙は、発熱源となる発光ダイオードに近い側が、他方に比べて広く形成されていることにより達成される。
【００２１】
前記ヒートシンクは、導光板と背面フレームとの間に設けられていることにより達成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、液晶パネル表示部が横長や縦長に関係なく、発光ダイオードを一様に放熱し色変化を防止した液晶表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ところで、上述したようにＣＡＤなどを取扱う職場では長方形の液晶画面を回転させて縦方向に向けたり横方向に向けたりする表示装置を備えたパソコンを設置している場合が多い。このように画面が縦横変更されても表示装置内部の熱を効率よく放熱可能な液晶表示装置の提供が必要である。特にバックライトとして発熱量が高いＬＥＤを搭載した場合には、その要求はますます高くなる可能性がある。
【００２４】
例えば、従来のバックライト構造としては、冷陰極管（ＣＣＦＬ）がある。これは現状のほとんどの電子機器用モニタに用いられている。この冷陰極管（ＣＣＦＬ）は、室内の天井に取り付けられる蛍光管程度のものであることから発熱は僅かであり、蛍光管周囲の自然対流で十分放熱され、積極的な冷却は不要である。
【００２５】
一方、ＬＥＤの劣る点としては温度によって発色が変わることである。したがって、バックライト用に並んだＬＥＤを出来るだけ一様な温度に冷却する必要があることから、ヒートシンクを搭載する必要がある。
【００２６】
このように、従来の冷陰極管（ＣＣＦＬ）では温度上昇はあまり問題とならず、管で１２０℃程度は問題ない範囲である。ところが、ＬＥＤはチップ内の最高温度で９０℃以下に保たなくてはならない。特に縦横回転可能な表示装置にＬＥＤを搭載した場合には、どちらの向きにも対応可能な放熱構造を提供しなくてはならない。
【００２７】
そこで、本発明の発明者らは縦横どの向きでも効果的に放熱可能な構造を種々検討した結果、以下のような実施例を得た。
【００２８】
以下、本発明の実施例を図面にそって説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は本発明の係る表示装置の概略の構成図である。
【００３０】
本実施例による表示装置は直線状に実装したＬＥＤの発光による線光源を、導光板の端面に光を照射し導光板の内部で拡散させ一様な面光源とするエッジ型のバックライトを内蔵したものである。
【００３１】
尚、図１は長方形の表示装置を縦方向（縦長方向）にした場合の実施例である。
【００３２】
図１において、１は図中のｘ方向に半田付け等によりＬＥＤ１１を多数直線状に実装したメタル基板である。このメタル基板１は熱伝導率が高く放熱性に優れた銅やアルミニウム等で作られた基板である。２はＬＥＤ１１から発生した熱を表示装置の筐体内部に流入した空気に放熱するヒートシンクである。３はＬＥＤの光を表示装置の前面に出射する導光板である。この導光板は光の分布を一様にするため光学設計に基づいた厚さで、かつ表面にスクリーン印刷等により部分的に密度を変えた模様を印刷したアクリル板等である。４は液晶パネルである。５は樹脂製等の前面フレームである。６は同樹脂製等の背面フレームである。
【００３３】
図１では、メタル基板１の実装方向であるｘ方向と重力方向が平行に設置した縦長の液晶表示の例を示したものである。なお、画面を横長に設置する場合には、背面フレーム６に設けられた回転支持部７の動作で容易に行うことができる。
【００３４】
図２は図１におけるＬＥＤ近傍の詳細斜視図である。
【００３５】
尚、図２は図１とは異なり、長方形の表示装置を横方向（横長方向）にした場合の実施例である。
【００３６】
図２において、パッケージ型やチップ型の単体のＬＥＤ１１は、画面輝度の仕様に必要な数量となるように、図中ｘ方向の直線状でメタル基板１上に間隔を開けて実装している。なお、個々のＬＥＤ１１は赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各単色の多数のＬＥＤで構成しても、白色一色（Ｗ）のＬＥＤであっても構わない。メタル基板１内部と上部には複数の配線パターンと絶縁層が積層して設けられており、個々のＬＥＤへの給電はこの配線を通して行う。
【００３７】
一方、ヒートシンク２には横基板２１と縦基板２２が直角をなして形成されている。ヒートシンク２は熱伝導率の高いアルミニウムや銅で作られている。メタル基板１のＬＥＤ実装面と反対側の面とヒートシンクの横基板２１とが面接触するようになっている。この両面の微小な間隙１２１には熱伝導率の高い柔軟な高分子シートやグリスを介在させ、接触による熱抵抗を小さくさせている。
【００３８】
なお、横基板２１と縦基板２２とは熱的に結合されていれば別部品をネジ等で締結した構造であっても構わない。
【００３９】
縦基板２２の平面上には矩形状のフィン２３が多数設けられている。このフィン２３は背面フレーム６の外形から角度θほど傾斜して配置されている。この矩形状フィン２３によって図２で示すｘ方向に空気の流動が最適な間隙となるように配列されてフィン列２３１が形成される。図２のＹ方向にはフィン列２３１と同様にフィン列２３２，２３３，２３４等がそれぞれ所定の間隙２４を開けて設けられている。図１と図２では縦基板２２上にフィン列を６列配列した例を示したが、この列数は少なくても多くても本発明の効果は達せられる。
【００４０】
図１と図２に示したように、液晶パネル４の画像の表示面と導光板３を挟み表示装置の画面の反対側には放熱構造が設けられている。縦基板２２と複数のフィン２３は熱的に結合されていれば良く、別部品をロウ付けやリベット締め等によって結合した構成であっても構わない。また、縦基板２２はｙ方向に多くのフィン列まで効果的に熱を伝えられる熱伝導率と厚さが要求される。
【００４１】
図１に示したように背面フレーム６の側面には開口部６１、反対側の側面には開口部６４が多数設けられ、上下には開口部６２と６３が設けられている。
【００４２】
次に、図１を用いて光の流れを説明すると、ＬＥＤ１１に通電するとＬＥＤ発光層が発光する。発光した光は図示しないＬＥＤ直上のレンズで拡散と混色しながら導光板３の端面に入る。導光板３内に入った光は導光板３の背面３１や側面に貼った鏡面反射シート材やスクリーン印刷等により施された導光板表面の模様の作用等で平面全体に光る。その結果、導光板３の前面３２から一様に白色の光が出射される。次に導光板３の前面３２に配置された液晶パネル４に所定の座標に信号電圧が印加されることにより、導光板３からの光が透過されて所望の画像が液晶パネル前面に表示される。
【００４３】
次に、図１と図２を用いて熱の流れを説明する。ＬＥＤから発生した熱はメタル基板１で母材の熱伝導により基板分の大きな面積に広げられ、間隙１２１に設けた熱伝導シート等を介してヒートシンク２の横基板２１に伝わる。横基板２１から縦基板２２に熱伝導で伝わった熱は複数設けられたそれぞれのフィン２３に伝えられる。フィン２３の表面からフィン間の空気へ自然対流熱伝達や放射によって放熱される。
【００４４】
図３は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００４５】
図３において空気の流れを説明すると、ヒートシンク２の各フィン２３と縦基板２２で温められた空気は各フィン２３の傾斜に沿った方向の垂直上昇流８１を生じる。一方、フィン列間の間隙２４には重力方向に平行な垂直上昇流８２が生じる。この二種類方向の空気の流れが各フィンで合流分岐を繰り返しながら重力方向の概略上方に向かって流れる。
【００４６】
次に、ヒートシンンク２を通過した空気は垂直上昇流８３に示すようなｙ方向の成分を持ちながら重力方向の上方に流れる。その結果、背面フレーム側面の開口部６１より周囲の低温の空気が吸い込まれる垂直上昇流８４が発生する。このように、ヒートシンク２内で空気の置換効果が得られるため重力方向の上方に位置するＬＥＤからも効果的に放熱できる。
【００４７】
換言すると、ヒートシンク２を構成する各フィン列間に所定間隔の間隙２４が形成されているため、この間隙２４によって垂直上昇流８２が生じる。このとき、各フィン２３は傾斜しているため、垂直上昇流８２は斜め方向の垂直上昇流８４を巻き込んで上昇しようとするため、垂直上昇流８３の空気流ができる。この垂直上昇流と垂直上昇流８３の合流によってＬＥＤの均一な放熱が可能となる。
【００４８】
本構造では、樹脂製の導光板背面３１と樹脂製の背面フレーム６との間で断熱の空間が存在する。垂直上昇流８３はヒートシンクの作用により温度が高いために密度が小さく同断熱空間内で強い浮力による煙突効果により一層、垂直上昇流８３は速度を増し開口部６３からの排出作用が促進される。
【００４９】
この作用により、ヒートシンク２を通過する空気量が増え、ＬＥＤから発生する熱を効果的に放熱できる。なおフィン２３は、図３に示したように背面フレーム６の側面開口部６１に近い側が重力方向の下側に位置し、筐体内部に向かって重力方向の上方に傾斜するように構成する。また、表示装置は液晶表示部の縦長と横長の表示方向に合わせて、図１中に示すように上記の方向に最小限角度φ回転可能な回転支持部７を設ける必要がある。
【００５０】
図４は、図１の構造で重力方向に対して液晶パネルを横長に配置した場合の例を示す斜視図である。
【００５１】
図４において、重力はｙ方向と平行に位置する。この場合、重力方向下方の開口部６１から低温の空気が吸い込まれフィン２３に沿いながら浮力の作用で上方に移動し、矢印８６に示すような空気の流れにより放熱できる。温められた空気は開口部６４を通過し表示装置筐体外部に排出される。この場合、上記の流れに沿うように側面の開口部６２からも空気が吸い込まれる。
【００５２】
なお、図１と図３および図４では複数の開口が配列した開口部の構造で示したが、塵埃や電磁ノイズを考慮した上で開口面積は大きい方ほど空気の通風抵抗が小さく放熱性能が高い。
【００５３】
さらに、ヒートシンク２の縦基板２２の大きさは導光板背面３１とほぼ同じであっても構わない。この場合、さらに放熱量の増加が見込める。
【００５４】
第一の実施例では、図１を代表図として導光板の片方の端面から光を照射するＬＥＤを１列の直線状の構成で示した。しかし、両方向の端面から左右対称にＬＥＤを配置した２方向のサイドエッジ型の構成であっても本発明の効果は達成される。この場合、さらに大きな表示画面にも本発明を適用できる。
【実施例２】
【００５５】
本発明の第二の実施例を図５に示す。
【００５６】
図５は第一の実施例における背面フレームの開口部６１とフィン２３の関係を図５に示す断面図である。
【００５７】
図５において、第一の実施例では背面フレーム６とフィン２３とがなす角度θは概略４５度の構成で示した。第二の実施例では、図６に示すように４５度よりも小さな角度θ２で構成したものである。
【００５８】
図６中に図５で示した傾斜角度も破線で示す。この場合重力方向ｇ２における設置方向の放熱性能は若干悪化するが、重力方向ｇ１に設置した場合、図５に示した構成よりも空気の通風抵抗が減り放熱性能が高まる。図６の構成の場合は、特に画面がワイドタイプや横長の大型液晶画面の放熱性能を確保する場合に有効である。
【実施例３】
【００５９】
図７は第三の実施例を備えたフィンと背面フレームとの位置関係を説明する断面図である。
【００６０】
図７において、背面フレーム６の開口部の形状をフィン２３の傾斜角度θに近い角度に設定したものである。このような構成により図５に示した構造と開口率が同じであっても開口部６１および６３における空気の流入流出時の通風抵抗が減り空気量を増加させることができる。
【実施例４】
【００６１】
図８は第四の実施例を備えたフィンと背面フレームとの位置関係を説明する断面図である。
【００６２】
図８において、図１から図７の実施例ではフィン列間の間隙２４は同一寸法で構成していた。しかし、図８に示すように発熱源に近い側の間隙２４１を他の部位２４２，２４３よりも広めにとることで、温度の高い部位の垂直上昇流を促進することにより高い放熱性能を得ることができる。
【００６３】
なお、図１から図８の発明では傾斜したフィン２３を長方形断面のフィンで示したが、端面に丸みを帯びた概略楕円形状等の断面のフィンであっても本発明の効果は達成される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る液晶表示装置の分解斜視図である。
【図２】図１における発明の発光源と発熱源部分を説明する斜視図である。
【図３】図１における組図の背面フレーム部分での断面図である。
【図４】図１における重力に対する設置方向をｙ方向とした場合の背面フレーム部での断面図である。
【図５】図１におけるヒートシンク上のフィンと背面フレームとの位置関係を説明する断面図である。
【図６】第二の実施形態に係るフィンと背面フレームとの位置関係を説明する断面である。
【図７】第三の実施形態に係るフィンと背面フレームとの位置関係を説明する断面である。
【図８】第四の実施形態に係るフィンと背面フレームとの位置関係を説明する断面である。
【図９】従来のピンフィン型のヒートシンクを説明する図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  メタル基板
２  ヒートシンク
３  導光板
４  液晶パネル
５  前面フレーム
６  背面フレーム
７  回転支持部
１１  ＬＥＤ
２１  横基板
２２  縦基板
２３  フィン
２４，１２１，２４２，２４３  間隙
６１，６２，６３，６４  開口部
８１，８２，８３，８４  垂直上昇流
２３１〜２３４  フィン列
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009104858.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009104858.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
2009104858.tif 000011