液晶表示装置
【課題】集中配置された発光ダイオードにより画像形成領域全域を照射するバックライトユニットを備えた液晶表示装置において、発光ダイオードからの発熱を効率よく放散する。
【解決手段】液晶表示装置において、液晶パネルと、前記液晶パネルの背面側に配置され、前記液晶パネルに対向する面が凹となるよう湾曲した形状の反射シートと、複数の発光ダイオードが長手方向に沿って配置された発光ダイオード列を複数有するとともに、前記発光ダイオードに接続された電極を有する発光ダイオード基板と、を備え、一の前記発光ダイオード列に属する前記電極と、他の前記発光ダイオード列に属する前記電極は、前記長手方向について、互いに重なり合う形状である。
【解決手段】液晶表示装置において、液晶パネルと、前記液晶パネルの背面側に配置され、前記液晶パネルに対向する面が凹となるよう湾曲した形状の反射シートと、複数の発光ダイオードが長手方向に沿って配置された発光ダイオード列を複数有するとともに、前記発光ダイオードに接続された電極を有する発光ダイオード基板と、を備え、一の前記発光ダイオード列に属する前記電極と、他の前記発光ダイオード列に属する前記電極は、前記長手方向について、互いに重なり合う形状である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献1は、直下型バックライトユニットを有する液晶表示装置を開示している。かかる液晶表示装置では、複数の発光ダイオード(Light Emitting Diord)が、バックライトユニットの光源として利用されている。発光ダイオードはバックライトユニットの全域に格子状に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007−286627号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の液晶表示装置では発光ダイオードがバックライトユニットの全域に配置されるため、かかる多数の発光ダイオードを配置する基板の大きさを、バックライトユニットの全域をカバーするものとしなければならない。そのため、多数の発光ダイオードを用意するコストだけでなく、発光ダイオードを配置する基板の材料コストも高くなる。
【0005】
そこで、発光ダイオードをバックライトユニットの一部分に特定の方向に沿って配置する、例えば、バックライトユニットの短辺方向の中央近辺に、バックライトユニットの長辺方向に沿って発光ダイオードを集中的に配置し、発光ダイオードからの光線を適宜の反射シートにより反射、拡散して画像形成領域全域に光線を照射するようにすることが考えられる。このとき、液晶表示装置の大きさによっては、発光ダイオードを直線上に1列となるよう配置するだけでは、画像形成領域全域を照射するだけの十分な光量が得られないため、発光ダイオードを2列以上の複数列となるよう配置しなければならない。
【0006】
図10は、発光ダイオード基板7上に複数の発光ダイオード13が2列となるよう直線的に配列されている様子の一部を拡大して示す平面図である。なお、各発光ダイオード13の発光面側には、光線を拡散するためレンズ14が配置されている。同図では、レンズ14の背後に位置する部分を破線で示した。図に示すように、各発光ダイオード13は、液晶表示装置の長手方向、この図では左右方向に直列となり、液晶表示装置の短手方向、この図では上下方向に並列となるよう2列に配置されている。また、それぞれの列に配置される発光ダイオード13は、互い違いの位置となるよう配置されている。これは、長手方向にできる限り均等な照明を得るためである。
【0007】
ここで、各発光ダイオード13のアノード及びカソードに接続される電極21は、図に示すように、平面的に広がっており、いわゆるベタパターンとなっている。これは、発光ダイオード13からの熱を、熱伝導率の高い電極21により拡散し放散するためである。そして、発光ダイオード13の最大出力及び配置密度は、この熱の放散能力により上限が決まる。換言すれば、より高い放熱性能を有するほど、同じ面積の発光ダイオード基板7に対しより出力の大きい発光ダイオード13を使用でき、または発光ダイオード13の配置密度を高くできることになる。或いは、発光ダイオード13の出力が同じであれば、より高い放熱性能を有するほど発光ダイオード基板7の大きさを小さくすることができることになる。
【0008】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、集中配置された発光ダイオードにより画像形成領域全域を照射するバックライトユニットを備えた液晶表示装置において、発光ダイオードからの発熱を効率よく放散することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本出願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
(1)液晶パネルと、前記液晶パネルの背面側に配置され、前記液晶パネルに対向する面が凹となるよう湾曲した形状の反射シートと、複数の発光ダイオードが長手方向に沿って配置された発光ダイオード列を複数有するとともに、前記発光ダイオードに接続された電極を有する発光ダイオード基板と、を備え、一の前記発光ダイオード列に属する前記電極と、他の前記発光ダイオード列に属する前記電極は、前記長手方向について、互いに重なり合う形状である液晶表示装置。
(2)(1)において、一の前記発光ダイオードを中心とし、当該発光ダイオードから、当該発光ダイオードに最も近い他の発光ダイオードまでの距離を直径とする円内において、当該発光ダイオードの低温側電極に接続された前記電極の面積よりも、当該発光ダイオードの高温側電極に接続された前記電極の面積のほうが広い液晶表示装置。
(3)(1)又は(2)において、前記低温側電極は前記発光ダイオードのアノードであり、前記高温側電極は前記発光ダイオードのカソードであることを特徴とする液晶表示装置。
(4)(2)又は(3)において、前記電極の前記低温側電極に接続された部分の短手方向の長さよりも、前記電極の前記高温側電極に接続された部分の短手方向の長さの方が長い液晶表示装置。
(5)(2)乃至(4)のいずれかにおいて、前記発光ダイオードを中心とし、前記低温側電極側において、前記電極に内接する半円の半径よりも、前記発光ダイオードを中心とし、前記高温側電極側において、前記電極に内接する半円の半径の方が長い液晶表示装置。
【発明の効果】
【0010】
以上の本出願において開示される発明によれば、集中配置された発光ダイオードにより画像形成領域全域を照射するバックライトユニットを備えた液晶表示装置において、発光ダイオードからの発熱を効率よく放散することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の好適な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のII−II線による液晶表示装置の概略断面図である。
【図3】液晶表示装置の構成を表す構成図である。
【図4】液晶パネルに形成される画素の一つを回路図により示したものである。
【図5】液晶表示装置の反射シート、発光ダイオード基板及び放熱板を前面側からみた図である。
【図6】図5のVI−VI線による部分拡大断面図である。
【図7】発光ダイオード基板の部分拡大図である。
【図8】発光ダイオードのアノードとカソードにおける発熱量が異なる場合の例における発光ダイオード基板の部分拡大図である。
【図9】発光ダイオードのアノードとカソードにおける発熱量が異なる場合の別の例における発光ダイオード基板の部分拡大図である。
【図10】発光ダイオード基板上に複数の発光ダイオードが2列となるよう直線的に配列されている様子の一部を拡大して示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0013】
図1は、本実施形態に係る液晶表示装置1の分解斜視図である。同図に示すように、液晶表示装置1は、その前側から、上枠2、液晶パネル3、中間枠4、光学シート群5、反射シート6、発光ダイオード基板7、放熱板8及び下枠9をこの順に配置し組み立てることにより構成される。なお、光学シート群5、反射シート6、発光ダイオード基板7及び放熱板8は、液晶パネル3をその背面側から照明する平面光源として機能するバックライトユニット10を構成している。また、同図では、液晶表示装置1の構造部品のみを示し、その他の構成部材、例えば、制御基板やスピーカなどは図示を省略している。
【0014】
図2は、図1のII−II線による液晶表示装置1の概略断面図である。同図は組み立て後の液晶表示装置1の概略の断面を示している。同図に示すように、液晶表示装置1は、液晶パネル3や及びバックライトユニット10を上枠2及び下枠9からなる外枠に収容した構造となっている。そして、液晶パネル3とバックライトユニット10の間には中間枠4が設けられ、液晶パネル3とバックライトユニット10は個別に保持される。同図において左側が、ユーザが画像を観察する側であり、以降、前側と呼ぶとともに、前側を向く面を前面と呼ぶこととする。また、その逆方向を背面側、背面側を向く面を背面と呼ぶこととする。
【0015】
なお、本実施形態で示した液晶表示装置1は、テレビジョン受像機である。そのため、液晶表示装置1は、テレビジョン受像機として機能するための部品を含んでいる、例えば、図2に示されたスピーカ11が挙げられる。また、同図に示された制御基板12には、電源、液晶パネル3の制御回路やバックライトユニット10の制御回路に加え、テレビジョン放送を受信するためのチューナ等の回路が含まれる。なお、液晶表示装置1は、必ずしもテレビジョン受像機でなくともよく、例えば、コンピュータのモニタ等であってもよい。その場合、テレビジョン受像機として機能するための部品は省略して差し支えない。
【0016】
上枠2及び下枠9は、液晶パネル3やバックライトユニット10を収容する筺体を構成するものであり、軽量でかつ剛性の高い材料で形成することが好ましく、鋼板、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの金属や、FRPや各種合成樹脂を用いてよい。特に、下枠9は発光ダイオード基板7から放熱板8を介して伝導される発光ダイオードの発光に伴う発熱を効率よく放散するため熱伝導率の高い材料であることが好ましく、本実施形態では、鋼板を用いている。上枠2の材質は、下枠9と同じであっても、異なっていてもよく、液晶表示装置1のサイズ、用途、外観、重量等の要素を考慮して適宜決定してよい。上枠2の液晶パネル3に面する側の面には、緩衝材2aが設けられ、振動などにより液晶パネル3が揺れ動き、上枠2と接触する際の衝撃を緩和するようになっている。緩衝材2aには、適宜のゴムや樹脂、スポンジ等が用いられる。もちろん、ここで示した液晶パネル3の支持及び緩衝構造は一例である。
【0017】
中間枠4は、液晶パネル3とバックライトユニット10を隔て個別に保持する部材である。中間枠4の前面には、液晶パネル3が揺れ動き、中間枠4に接触する際の衝撃を緩和する緩衝材4aが設けられる。緩衝材4aには、適宜のゴムや樹脂、スポンジ等が用いられる。なお、ここで示した中間枠4の構造は一例であり、液晶パネル3やバックライトユニット10を適正に支持するものであればどのようなものであってもよく、場合によっては省略してもよい。
【0018】
中間枠4の材質もまた特に限定はないが、成形の容易さ及びコストの面から、合成樹脂を用いることが好ましい。本実施形態では、強度の点からポリカーボネートを用いているが、必ずしもこれに限られない。FRP(Fiber Reinforced Prastic)のように、合成樹脂に強化材を混入してもよい。また、中間枠4は遮光性を有することが好ましく、そのため、黒色あるいは濃色であることが好ましい。中間枠4の着色は、その材料自体が黒色あるいは濃色のものを用いてもよいし、中間枠4の表面を塗装してもよい。本実施形態では、黒色あるいは濃色に着色されたポリカーボネートを成形して中間枠4を得ている。
【0019】
バックライトユニット10は、光学シート群5、反射シート6、発光ダイオード基板7及び放熱板8から構成される。発光ダイオード基板7は、本実施形態では、複数の発光ダイオード13を直線状に実装した細長い基板であり、液晶表示装置1の長手方向に発光ダイオード基板7の長手方向が一致するように設けられている。また、発光ダイオード基板7は放熱板8に取り付けられる。ここで、発光ダイオード13は、本実施形態では発光ダイオードチップを封止樹脂で封入した、いわゆる発光ダイオードパッケージであり、発光ダイオード基板7上に実装されるが、これに限定されず、その他にも例えば、発光ダイオード基板7上に発光ダイオードチップを直接形成したものであってもよい。レンズ14は、発光ダイオード13からの光線を拡散し、液晶パネル3の画像形成領域全域にわたり均等な輝度の照明を得るための光学部品である。
【0020】
なお、発光ダイオード基板7の大きさは、本実施形態においては、長手方向の長さが液晶パネル3の対応する方向の長さよりやや短く、本実施形態では70〜80%程度である。またその短手方向(発光ダイオード基板7の面内であって、長手方向と直交する方向)の長さは、液晶パネル3の短手方向の長さより短く、好ましくは半分以下である。本実施形態では、おおむね10〜20%程度である。また、発光ダイオード基板7の材質は、絶縁性の材料であれば特に制限はなく、ガラスエポキシや紙フェノール、紙エポキシなどの絶縁性の材料や、絶縁性の被覆が施された金属によって形成されてよい。以降、本明細書で長手方向という場合には、発光ダイオード基板の長手方向、すなわち、発光ダイオード13が配列される方向を指すものとする。なお、本実施形態では、発光ダイオード基板7の長手方向を液晶パネルの長辺と平行な方向としたが、これに換え、液晶表示装置1の短辺と平行な方向を長手方向としてもよい。また、上述の発光ダイオード基板7の具体的な寸法は一例であり、液晶表示装置1の設計に依存して任意に変更してよい。
【0021】
反射シート6は、発光ダイオード13からの光を反射し、液晶パネル3の背面に均等に照射するための部材であり、図示のとおり、湾曲した断面形状をしている。発光ダイオード13からの光線は、発光ダイオード13の前面に設けられたレンズ14により上下方向に拡散され、図中矢印15に示すように直接光学シート群5に入光するか、或いは反射シート6により反射され、光学シート群5に入光する。反射シート6及び光学シート群5は、液晶パネル3に相応した大きさとなっており、そのため、液晶パネル3はその背面側から均等に照明される。
【0022】
反射シート6は、前述の通り液晶パネル3に相応した大きさを有し、前面側からみて凹となるような湾曲形状をしている。また、発光ダイオード13が配置される位置には、発光ダイオード13が反射シート6の前面側に露出するよう、穴が設けられている。反射シート6の材質は特に限定されないが、PET樹脂等を用いた白色の反射シートを用いてもよいし、鏡面反射シート等を用いてもよい。本実施形態では、白色の反射シートである。また、光学シート群5は、発光ダイオード13から入光した光を拡散させる拡散シートや、光線の向きを前面側に屈折させるプリズムシートなどを含む、複数の光学フィルムである。
【0023】
放熱板8は、発光ダイオード基板7が取り付けられるとともに、反射シート6を保持する金属板である。また放熱板8自体は下枠9に固定される。放熱板8の材質は、熱伝導率の高いものが好ましく、各種の金属や合金を好適に用いて良い。本実施形態では、アルミニウムを用いている。放熱板8の成形方法は特に問わず、プレス、切削等任意の方法で良いが、本実施形態では、押し出し成型により放熱板8を得ている。
【0024】
図3は液晶表示装置1の構成を表す構成図である。以下同図を用いて、液晶表示装置1の各部機能を説明する。
【0025】
液晶パネル3は矩形であり、その左右方向及び上下方向の長さは、当該液晶表示装置1の用途に応じて定められる。また、液晶パネル3は横長形状(左右方向の長さが上下方向の長さより長い)であっても縦長形状(左右方向の長さが上下方向の長さより短い)であっても、左右方向と上下方向の長さが等しくともよい。本実施形態では、液晶表示装置1はテレビジョン受像機であるので、液晶パネル3は横長形状である。
【0026】
液晶パネル3は一対の透明基板を有している。透明基板の一方の基板であるTFT基板には複数の映像信号線Yと複数の走査信号線Xとが形成されている。映像信号線Yと走査信号線Xは互いに直交しており、格子状に形成されている。そして隣接する2つの映像信号線Yと隣接する2つの走査信号線Xとによって囲まれた領域が1つの画素となっている。
【0027】
図4は、液晶パネル3に形成される画素の一つを回路図により示したものである。図中に示した映像信号線Yn及びYn+1、並びに走査信号線Xn及びXn+1に囲まれた領域が一つの画素となっている。ここで注目する画素は、映像信号線Yn及び走査信号線Xnにより駆動されるものとする。各画素のTFT基板側には、TFT(Thin Film Transistor)3aが設けられている。TFT3aは走査信号線Xnから入力される走査信号によってオン状態となる。映像信号線Ynは当該画素の画素電極3bに、オン状態のTFT3aを介して電圧(各画素の階調値を表す信号)を加える。
【0028】
一方、透明基板の他方の基板であるカラーフィルタ基板にはカラーフィルタが形成されており、TFT基板とカラーフィルタ基板の間に液晶3cが封入されている。そして、画素電極3bと液晶3cを介して容量を形成するように共通電極3dが形成されている。共通電極3dは、共通電位に電気的に接続される。そのため、画素電極3bに印加された電圧に応じて、画素電極3bと共通電極3dの間の電界が変化し、それにより液晶3cの配向状態が変化し、液晶パネル3を透過する光線の偏光状態を制御する。そして、液晶パネル3の表示面と表示面とは反対側の面である裏面には偏光フィルタが貼り付けられている。これにより、液晶パネル3に形成された各画素は、光の透過率を制御する素子として機能する。そして、各画素の光の透過率を入力された画像データに応じて制御することにより画像が形成される。従って、液晶パネル3において、画素が形成されている領域が画像形成領域となる。
【0029】
なお、共通電極3dはTFT基板及びカラーフィルタ基板のいずれに設けてもよい。共通電極3dの配置は液晶の駆動方式に依存する。例えば、IPS(In Plane Switching)方式であれば共通電極3dはTFT基板上に設けられる。VA(Vertical Alignment)方式やTN(Twisted Nematic)方式であれば、共通電極はカラーフィルタ基板上に設けられる。本実施形態では、IPS方式を用いているため、共通電極3dはTFT基板上に設けられている。また、透明基板は本実施形態ではガラスであるが、樹脂など他の材質を用いてもよい。
【0030】
図3に戻り、制御装置16には、不図示のチューナやアンテナで受信した映像データや、映像再生装置など別の装置が生成した映像データが入力される。制御装置16は、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)やRAM(Randam Access Memoly)などのメモリとを備えたマイクロコンピュータであってよい。制御装置16は入力された映像データに対して色調整などの各種画像処理を行い、各画素の階調値を示す映像信号を生成する。制御装置16は生成した映像信号を映像線駆動回路17bに出力する。また、制御装置16は入力された映像データに基づいて、映像線駆動回路17b、走査線駆動回路17a、バックライト駆動回路18が同期を取るためのタイミング信号を生成し、各駆動回路に向けて出力する。ただし、本実施形態は制御装置16の形態を特に限定するものではない。例えば、制御装置16は複数のLSI(Large Scale Integration)から構成されてもよいし、単体であってもよい。また、バックライト駆動回路18とその他の回路との同期を取らないものとしてもよい。
【0031】
バックライト駆動回路18は、バックライトユニット10の光源である複数の発光ダイオード13に必要な電流を供給する回路である。本実施形態では、制御装置16は入力される映像データに基づいて発光ダイオード13の輝度を制御するための信号を生成し、バックライト駆動回路18に向けて出力する。そして、バックライト駆動回路18は、当該生成された信号に応じて発光ダイオード13に流れる電流の量を制御し、発光ダイオード13の輝度を調節する。発光ダイオード13の輝度は、発光ダイオード13毎に調節してもよいし、複数の発光ダイオード13をいくつかのグループに分け、グループ毎に調節するものとしてもよい。なお、発光ダイオード13の輝度を制御する方法として、電流量を一定として、発光期間で明るさを制御するPWM(Pulse Width Modulation)方式としてもよい。あるいは、発光ダイオード13の輝度を制御せず、一定の光量で発光するように電流量を一定としてもよい。
【0032】
走査線駆動回路17aはTFT基板に形成された走査信号線Xに接続されている。走査線駆動回路17aは制御装置16から入力されるタイミング信号に応じて走査信号線Xを順番に選択し、選択した走査信号線Xに電圧を印加する。走査信号線Xに電圧が印加されると、当該走査信号線Xに接続されたTFTがオン状態となる。
【0033】
映像線駆動回路17bはTFT基板に形成された映像信号線Yに接続されている。映像線駆動回路17bは走査線駆動回路17aによる走査信号線Xの選択に合わせて、当該選択された走査信号線Xに設けられるTFTのそれぞれに、各画素の階調値を表す映像信号に応じた電圧を印加する。
【0034】
なお、本実施形態では、図3に示した制御装置16及びバックライト駆動回路18は、いずれも図2の制御基板12上に形成されている。また、走査線駆動回路17a及び映像線駆動回路17bからなる液晶パネル駆動回路17は、液晶パネル3(図3)に電気的に接続されたFPC(Flexible Printed Circuits)上あるいは、液晶パネル3を構成する基板上に形成されている(いわゆる、SOG(System On Glass))。なお、これらの配置は一例であり、各回路をどの部分に設けるかは任意である。
【0035】
図5は、液晶表示装置の反射シート6、発光ダイオード基板7及び放熱板8を前面側からみた図である。なお、同図では、発光ダイオード基板7及び放熱板8が反射シート6に隠れて見えない部分を破線で示した。
【0036】
反射シート6の周縁には、舌状に突出する固定部6aが適宜の間隔で適宜の数設けられている。これは、反射シート6の周縁部を固定するためのものであり、本実施形態では、中間枠4に設けられた突起(図示せず)に引っ掛けて固定するよう各々穴が設けられている。しかしながら、反射シート6の周縁部を固定する構造はどのようなものであってもよい。
【0037】
また、反射シート6の短手方向の中央部の領域には、レンズ14を反射シート6の前面側に露出させる穴6bが、レンズ14、すなわち、発光ダイオードの配列に相応して設けられている。発光ダイオードは長手方向に沿って直線状に配列された発光ダイオード列を形成しており、本実施形態では、発光ダイオード列は短手方向に平行に2列設けられている。なお、発光ダイオード列の数は複数であればよく、3列以上であってもよい。また、それぞれの発光ダイオード列に属する発光ダイオードは、隣り合う発光ダイオード列に属する発光ダイオードに対し、互い違いになるように配列されている。また、発光ダイオードの配列密度は、長手方向中央部近辺で高く、両端部付近で低くなっている。すなわち、隣り合う発光ダイオード同士の間隔は、画像形成領域の中央部より、画像形成領域の周辺部の方が大きい。図5に示されたレンズ14及び穴6bの位置は、上述の発光ダイオードの位置に対応している。なお、同図では、発光ダイオード13及び穴6bは、代表として1つのみ符号を付した。
【0038】
図6は、図5のVI−VI線による部分拡大断面図である。図6では、下枠9を同時に示した。また、同図左側が前面側、右側が背面側である。同図には、反射シート6に設けられた穴6bを貫通して、発光ダイオード基板7上に実装された発光ダイオード13及びその前面に配置されたレンズ14が、反射シート6の前面側に露出している様子が示されている。さらに、反射シート6には、固定穴6cが設けられており、この固定穴6cを貫通する固定具19により、発光ダイオード基板7の幅方向外側の領域において放熱板8に固定される。固定穴6cの大きさは、固定具19の貫通部分の断面よりやや大きい。これは、発光ダイオード13の発熱による熱膨張において、各部材の線膨張係数の差による寸法の相対的な変化を許容するためである。また、発光ダイオード基板7及び放熱板8の前面は略面一となっており、その前面側では、反射シート6は波打つことなく平坦に保持される。固定具19はどのようなものであってもよく特に限定はないが、本実施形態では、図示するようなスナップ止め機構を有する固定ピンを用いており、反射シート6の固定を簡便に行える。固定具19の材質は、反射シート6と同じか、若しくは同様の白色の合成樹脂製とすることが好ましい。これにより、固定具19が配置されている位置における輝度むらが最小に抑えられる。
【0039】
図7は、発光ダイオード基板7の部分拡大図である。同図は、図5に示されている発光ダイオード基板7の中央付近を示したものであり、説明の簡略化のため、レンズは省略して示している。図示の通り、発光ダイオード13A及び発光ダイオード13Bは、長手方向に配列され、発光ダイオード列20A及び発光ダイオード列20Bを形成している。なお、発光ダイオードを示す符号13に付したアルファベットA及びBは、それぞれ、発光ダイオード列20Aまたは発光ダイオード列20Bに属することを示している。また、隣接する発光ダイオード13Aのアノードとカソードの間にはベタパターンの電極21Aが、隣接する発光ダイオード13Bのアノードとカソードの間にはベタパターンの電極21Bが形成されている。
【0040】
ここで、図7に示されているように、発光ダイオード列20Aに属する電極21Aと発光ダイオード列20Bに属する電極21Bとの境界22は、長手方向に延びる直線状ではなく、発光ダイオード列20A側と発光ダイオード列20B側に交互に入り込むジグザグ形状となっている。このため、電極21Aと電極21Bは、その一部が長手方向について互いに重なり合う形状である。すなわち、特定の長手方向に延びる直線、例えば、発光ダイオード列20Aと発光ダイオード列20Bの中間における直線23を考えた場合(図中破線で示した)、直線23は電極21A及び電極21Bの両方と交わる。そして、境界22の形状は、ある発光ダイオード列に関し、発光ダイオードが設けられている長手方向の位置において、電極が隣接する発光ダイオード列に短手方向に入り込む形状である。例えば、発光ダイオード列20Aに関しては、発光ダイオード13Aが設けられている長手方向の位置において、電極21Aが発光ダイオード列20B側に入り込んでいる。
【0041】
電極21A及び21Bをこのような形状とする理由について説明する。発光ダイオード13A,13Bによる発熱は、アノード及びカソードを通じ、電極21A,21Bに伝播し、その後外気と熱交換を行うことにより放散される。このとき、アノード及びカソードから電極21A,21Bに伝わった熱は、電極21A及び21Bの面内を放射状に伝播し拡散する。そのため、電極21A及び21Bの温度分布は、アノード及びカソードを中心とし、アノード及びカソードから遠ざかるにつれ温度が低下する同心円状となる。一方、電極21A及び21Bから外気への熱伝達により生じる熱流速密度は、周知の通り、電極21A及び21Bと、外気との温度差に比例する。そのため、外気温度は対流によりほぼ一定であるとみなせば、電極21A及び21Bが高温となる部分の面積が大きいほど電極21A及び21Bから外気への熱伝達が増加し、放熱効率が向上することになる。すなわち、電極21A及び21Bは、熱源である発光ダイオード13A及び13Bに近く、高温となる部分の面積がより大きくなるような形状であることが望ましい。このことから、本実施形態では、境界22を単純な直線形状でなく、ジグザグ形状としているのである。なお、発光ダイオード13A及び13Bからの発熱量が等しく、また、アノード及びカソードからの発熱量に差異がないと仮定すれば、境界22を、隣接する発光ダイオード13A及び13Bを結ぶ線分の垂直二等分線に沿った形状とすると最も放熱効率が向上する。図7は、その場合を示す図である。
【0042】
ところで、以上の説明では、発光ダイオードからの発熱量は、アノード及びカソードにおいて等しいものと仮定した。しかしながら、実際の発光ダイオードでは、アノードとカソードそれぞれからの発熱量が異なっていることが多い。アノードとカソードのうち、発熱量がより大きく、高温となる方を高温側電極、発熱量が小さく、相対的に低温となる方を低温側電極と呼ぶこととすると、このような場合においては、電極の形状を、高温側電極に接続されている側と低温側電極に接続されている側とで変え、高温側電極に接続されたために高温となる部分の面積をより大きくなるような形状とすることが好ましい。なお、現在使用されている発光ダイオードでは、アノードにおける発熱量に比して、カソードにおける発熱量のほうが多いものがほとんどである。
【0043】
図8は、発光ダイオード13A,13Bのアノードとカソードにおける発熱量が異なる場合の例における発光ダイオード基板7の部分拡大図である。同図中に示した発光ダイオード13A,13Bにおいて、左側が低温側電極であり、右側が高温側電極である。そのため、発光ダイオード13A,13Bの高温側電極側である右側の発熱量が、その反対側に比して大きい。なお、この例では、アノードが低温側電極、カソードが高温側電極となっている。
【0044】
このとき、電極21A,21Bの境界22の形状は、図示のような互いに噛み合う鋸刃状となっており、電極21A,21Bの内、低温側電極に接続され、その近傍に位置する部分の面積よりも、高温側電極に接続され、その近傍に位置する部分の面積の方がより大きくなるような形状とされている。この形状においても、図7に示した形状と同様に、電極21Aと電極21Bは、その一部が長手方向について互いに重なり合う形状となっている。
【0045】
図8に示す形状に代表される、アノードとカソードにおける発熱量が異なる発光ダイオード13A,13Bからの熱の放熱効率を向上させる電極形状において重要な点は、電極21A,21Bが高温となる部分の面積が可能な限り大きくなるような電極形状であるという点である。そこで、このような形状を有する電極21A,21Bの特徴を図8を参照しつつ以下に挙げることとする。
【0046】
そのような特徴の一つ目は、一の発光ダイオードを中心とし、当該発光ダイオードから、当該発光ダイオードに最も近い他の発光ダイオードまでの距離を直径とする円内において、当該発光ダイオードの低温側電極に接続された電極の面積よりも、当該発光ダイオードの高温側電極に接続された電極の面積のほうが広いということである。
【0047】
このことを図8に即して説明すると、任意の発光ダイオード、例えば、符号13Aを付して示した発光ダイオードを中心とし、隣接する発光ダイオード、すなわち、図中発光ダイオード13Aの左右下側に位置する発光ダイオード13Bまでの距離を直径とする円24(図中破線で示した)を考えたときに、円24内に含まれ、発光ダイオード13Aの低温側電極に接続されている電極21Aの部分25a(図中ハッチングで示した)の面積よりも、円24内に含まれ、発光ダイオード13Aの高温側電極に接続されている電極21Aの部分25c(図中ハッチングで示した)の面積のほうが広い。
【0048】
また、二つ目の特徴としては、一の発光ダイオードに関し、電極の低温側電極に接続された部分の短手方向の長さよりも、電極の高温側電極に接続された部分の短手方向の長さの方が長いということである。
【0049】
このことを図8に即して説明する。任意の発光ダイオード、例えば、符号13Bを付して示した発光ダイオードについてみると、かかる発光ダイオード13Bの低温側電極側に接続された電極21B(この電極21Bは、発光ダイオード13Bの図中左側に位置する電極21Bである)の、低温側電極に接続されている部分の短手方向の長さLaよりも、発光ダイオード13Bの高温側電極側に接続された電極21B(この電極21Bは、発光ダイオード13Bの図中右側に位置する電極21Bである)の、高温側電極に接続されている部分の短手方向の長さLcの方が長い。
【0050】
さらに、三つ目の特徴としては、一の発光ダイオードを中心とし、低温側電極側において電極に内接する半円の半径よりも、かかる発光ダイオードを中心とし、高温側電極側において電極に内接する半円の半径の方が大きいということである。
【0051】
このことを図8に即して説明すると、任意の発光ダイオード、例えば、図中左から2つ目に示されている発光ダイオード13Aについてみると、かかる発光ダイオード13Aを中心とし、電極21Aに内接する半円を描いた場合に、低温側電極側の半円26a(図中一点鎖線で示した)の半径よりも、高温側電極側の半円26c(図中二点鎖線で示した)の半径の方が大きい。
【0052】
以上挙げた特徴は、これら全てが同時に満たされる必要はなく、いずれかが満たされていればよい。これらの特徴を満たす形状は、図8に示したもの以外にも種々のものを適宜選択して差し支えない。
【0053】
なお、図8においては、発光ダイオード13A,13Bを挟んで隣接する電極21A,21Bの境界は短手方向に平行となっているが、これに限定されない。例えば、図9に示すように、発光ダイオード13A,13Bを挟んで隣接する電極21A,21Bの境界を短手方向に非平行とするなどし、一の発光ダイオード列20A,20Bに属し、互いに隣接する電極21A,21Bが、短手方向に互いに重なり合う形状としてもよい。このとき、発熱量の大きい端子、この場合は高温側電極側の電極21A,21Bが、低温側電極側の電極21A,21B側に入り込むような形状とすることにより、電極21A,21Bが高温となるカソード側の部分の面積が増大するため、放熱効率が向上する。
【0054】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の説明のために示した具体例であって、これらの実施形態に本発明を限定するものではない。例えば、実施形態において、発光ダイオードの前面にはレンズが設けられているが、発光ダイオード素子からの発光が十分に拡散している場合には必ずしもレンズは必要ではない。また、実施形態においては、液晶表示装置は発光ダイオード基板を液晶表示装置の短手方向中央に1つのみ有する構成として示したが、発光ダイオード基板を2つ以上有し、短手方向に並列に配置される構成としてもよい。さらに、実施形態において示した発光ダイオードの数や配置、その他各部材の数、形状及び配置は、実施形態において示したものに限定されず、必要に応じ適宜最適化すべきものである。
【符号の説明】
【0055】
1 液晶表示装置、2 上枠、2a 緩衝材、3 液晶パネル、4 中間枠、4a 緩衝材、5 光学シート群、6 反射シート、6a 固定部、6b 穴、6c 固定穴、7 発光ダイオード基板、8 放熱板、9 下枠、10 バックライトユニット、11 スピーカ、12 制御基板、13,13A,13B 発光ダイオード、14 レンズ、15 光線、16 制御装置、17 液晶パネル駆動回路、17a 走査線駆動回路、17b 映像線駆動回路、18 バックライト駆動回路、19 固定具、20A 発光ダイオード列、21,21A,21B 電極、22 境界、23 直線、24 円、25a,25c 部分、26a,26c 半円。
【技術分野】
【0001】
本発明は液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献1は、直下型バックライトユニットを有する液晶表示装置を開示している。かかる液晶表示装置では、複数の発光ダイオード(Light Emitting Diord)が、バックライトユニットの光源として利用されている。発光ダイオードはバックライトユニットの全域に格子状に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007−286627号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の液晶表示装置では発光ダイオードがバックライトユニットの全域に配置されるため、かかる多数の発光ダイオードを配置する基板の大きさを、バックライトユニットの全域をカバーするものとしなければならない。そのため、多数の発光ダイオードを用意するコストだけでなく、発光ダイオードを配置する基板の材料コストも高くなる。
【0005】
そこで、発光ダイオードをバックライトユニットの一部分に特定の方向に沿って配置する、例えば、バックライトユニットの短辺方向の中央近辺に、バックライトユニットの長辺方向に沿って発光ダイオードを集中的に配置し、発光ダイオードからの光線を適宜の反射シートにより反射、拡散して画像形成領域全域に光線を照射するようにすることが考えられる。このとき、液晶表示装置の大きさによっては、発光ダイオードを直線上に1列となるよう配置するだけでは、画像形成領域全域を照射するだけの十分な光量が得られないため、発光ダイオードを2列以上の複数列となるよう配置しなければならない。
【0006】
図10は、発光ダイオード基板7上に複数の発光ダイオード13が2列となるよう直線的に配列されている様子の一部を拡大して示す平面図である。なお、各発光ダイオード13の発光面側には、光線を拡散するためレンズ14が配置されている。同図では、レンズ14の背後に位置する部分を破線で示した。図に示すように、各発光ダイオード13は、液晶表示装置の長手方向、この図では左右方向に直列となり、液晶表示装置の短手方向、この図では上下方向に並列となるよう2列に配置されている。また、それぞれの列に配置される発光ダイオード13は、互い違いの位置となるよう配置されている。これは、長手方向にできる限り均等な照明を得るためである。
【0007】
ここで、各発光ダイオード13のアノード及びカソードに接続される電極21は、図に示すように、平面的に広がっており、いわゆるベタパターンとなっている。これは、発光ダイオード13からの熱を、熱伝導率の高い電極21により拡散し放散するためである。そして、発光ダイオード13の最大出力及び配置密度は、この熱の放散能力により上限が決まる。換言すれば、より高い放熱性能を有するほど、同じ面積の発光ダイオード基板7に対しより出力の大きい発光ダイオード13を使用でき、または発光ダイオード13の配置密度を高くできることになる。或いは、発光ダイオード13の出力が同じであれば、より高い放熱性能を有するほど発光ダイオード基板7の大きさを小さくすることができることになる。
【0008】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、集中配置された発光ダイオードにより画像形成領域全域を照射するバックライトユニットを備えた液晶表示装置において、発光ダイオードからの発熱を効率よく放散することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本出願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
(1)液晶パネルと、前記液晶パネルの背面側に配置され、前記液晶パネルに対向する面が凹となるよう湾曲した形状の反射シートと、複数の発光ダイオードが長手方向に沿って配置された発光ダイオード列を複数有するとともに、前記発光ダイオードに接続された電極を有する発光ダイオード基板と、を備え、一の前記発光ダイオード列に属する前記電極と、他の前記発光ダイオード列に属する前記電極は、前記長手方向について、互いに重なり合う形状である液晶表示装置。
(2)(1)において、一の前記発光ダイオードを中心とし、当該発光ダイオードから、当該発光ダイオードに最も近い他の発光ダイオードまでの距離を直径とする円内において、当該発光ダイオードの低温側電極に接続された前記電極の面積よりも、当該発光ダイオードの高温側電極に接続された前記電極の面積のほうが広い液晶表示装置。
(3)(1)又は(2)において、前記低温側電極は前記発光ダイオードのアノードであり、前記高温側電極は前記発光ダイオードのカソードであることを特徴とする液晶表示装置。
(4)(2)又は(3)において、前記電極の前記低温側電極に接続された部分の短手方向の長さよりも、前記電極の前記高温側電極に接続された部分の短手方向の長さの方が長い液晶表示装置。
(5)(2)乃至(4)のいずれかにおいて、前記発光ダイオードを中心とし、前記低温側電極側において、前記電極に内接する半円の半径よりも、前記発光ダイオードを中心とし、前記高温側電極側において、前記電極に内接する半円の半径の方が長い液晶表示装置。
【発明の効果】
【0010】
以上の本出願において開示される発明によれば、集中配置された発光ダイオードにより画像形成領域全域を照射するバックライトユニットを備えた液晶表示装置において、発光ダイオードからの発熱を効率よく放散することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の好適な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のII−II線による液晶表示装置の概略断面図である。
【図3】液晶表示装置の構成を表す構成図である。
【図4】液晶パネルに形成される画素の一つを回路図により示したものである。
【図5】液晶表示装置の反射シート、発光ダイオード基板及び放熱板を前面側からみた図である。
【図6】図5のVI−VI線による部分拡大断面図である。
【図7】発光ダイオード基板の部分拡大図である。
【図8】発光ダイオードのアノードとカソードにおける発熱量が異なる場合の例における発光ダイオード基板の部分拡大図である。
【図9】発光ダイオードのアノードとカソードにおける発熱量が異なる場合の別の例における発光ダイオード基板の部分拡大図である。
【図10】発光ダイオード基板上に複数の発光ダイオードが2列となるよう直線的に配列されている様子の一部を拡大して示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0013】
図1は、本実施形態に係る液晶表示装置1の分解斜視図である。同図に示すように、液晶表示装置1は、その前側から、上枠2、液晶パネル3、中間枠4、光学シート群5、反射シート6、発光ダイオード基板7、放熱板8及び下枠9をこの順に配置し組み立てることにより構成される。なお、光学シート群5、反射シート6、発光ダイオード基板7及び放熱板8は、液晶パネル3をその背面側から照明する平面光源として機能するバックライトユニット10を構成している。また、同図では、液晶表示装置1の構造部品のみを示し、その他の構成部材、例えば、制御基板やスピーカなどは図示を省略している。
【0014】
図2は、図1のII−II線による液晶表示装置1の概略断面図である。同図は組み立て後の液晶表示装置1の概略の断面を示している。同図に示すように、液晶表示装置1は、液晶パネル3や及びバックライトユニット10を上枠2及び下枠9からなる外枠に収容した構造となっている。そして、液晶パネル3とバックライトユニット10の間には中間枠4が設けられ、液晶パネル3とバックライトユニット10は個別に保持される。同図において左側が、ユーザが画像を観察する側であり、以降、前側と呼ぶとともに、前側を向く面を前面と呼ぶこととする。また、その逆方向を背面側、背面側を向く面を背面と呼ぶこととする。
【0015】
なお、本実施形態で示した液晶表示装置1は、テレビジョン受像機である。そのため、液晶表示装置1は、テレビジョン受像機として機能するための部品を含んでいる、例えば、図2に示されたスピーカ11が挙げられる。また、同図に示された制御基板12には、電源、液晶パネル3の制御回路やバックライトユニット10の制御回路に加え、テレビジョン放送を受信するためのチューナ等の回路が含まれる。なお、液晶表示装置1は、必ずしもテレビジョン受像機でなくともよく、例えば、コンピュータのモニタ等であってもよい。その場合、テレビジョン受像機として機能するための部品は省略して差し支えない。
【0016】
上枠2及び下枠9は、液晶パネル3やバックライトユニット10を収容する筺体を構成するものであり、軽量でかつ剛性の高い材料で形成することが好ましく、鋼板、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの金属や、FRPや各種合成樹脂を用いてよい。特に、下枠9は発光ダイオード基板7から放熱板8を介して伝導される発光ダイオードの発光に伴う発熱を効率よく放散するため熱伝導率の高い材料であることが好ましく、本実施形態では、鋼板を用いている。上枠2の材質は、下枠9と同じであっても、異なっていてもよく、液晶表示装置1のサイズ、用途、外観、重量等の要素を考慮して適宜決定してよい。上枠2の液晶パネル3に面する側の面には、緩衝材2aが設けられ、振動などにより液晶パネル3が揺れ動き、上枠2と接触する際の衝撃を緩和するようになっている。緩衝材2aには、適宜のゴムや樹脂、スポンジ等が用いられる。もちろん、ここで示した液晶パネル3の支持及び緩衝構造は一例である。
【0017】
中間枠4は、液晶パネル3とバックライトユニット10を隔て個別に保持する部材である。中間枠4の前面には、液晶パネル3が揺れ動き、中間枠4に接触する際の衝撃を緩和する緩衝材4aが設けられる。緩衝材4aには、適宜のゴムや樹脂、スポンジ等が用いられる。なお、ここで示した中間枠4の構造は一例であり、液晶パネル3やバックライトユニット10を適正に支持するものであればどのようなものであってもよく、場合によっては省略してもよい。
【0018】
中間枠4の材質もまた特に限定はないが、成形の容易さ及びコストの面から、合成樹脂を用いることが好ましい。本実施形態では、強度の点からポリカーボネートを用いているが、必ずしもこれに限られない。FRP(Fiber Reinforced Prastic)のように、合成樹脂に強化材を混入してもよい。また、中間枠4は遮光性を有することが好ましく、そのため、黒色あるいは濃色であることが好ましい。中間枠4の着色は、その材料自体が黒色あるいは濃色のものを用いてもよいし、中間枠4の表面を塗装してもよい。本実施形態では、黒色あるいは濃色に着色されたポリカーボネートを成形して中間枠4を得ている。
【0019】
バックライトユニット10は、光学シート群5、反射シート6、発光ダイオード基板7及び放熱板8から構成される。発光ダイオード基板7は、本実施形態では、複数の発光ダイオード13を直線状に実装した細長い基板であり、液晶表示装置1の長手方向に発光ダイオード基板7の長手方向が一致するように設けられている。また、発光ダイオード基板7は放熱板8に取り付けられる。ここで、発光ダイオード13は、本実施形態では発光ダイオードチップを封止樹脂で封入した、いわゆる発光ダイオードパッケージであり、発光ダイオード基板7上に実装されるが、これに限定されず、その他にも例えば、発光ダイオード基板7上に発光ダイオードチップを直接形成したものであってもよい。レンズ14は、発光ダイオード13からの光線を拡散し、液晶パネル3の画像形成領域全域にわたり均等な輝度の照明を得るための光学部品である。
【0020】
なお、発光ダイオード基板7の大きさは、本実施形態においては、長手方向の長さが液晶パネル3の対応する方向の長さよりやや短く、本実施形態では70〜80%程度である。またその短手方向(発光ダイオード基板7の面内であって、長手方向と直交する方向)の長さは、液晶パネル3の短手方向の長さより短く、好ましくは半分以下である。本実施形態では、おおむね10〜20%程度である。また、発光ダイオード基板7の材質は、絶縁性の材料であれば特に制限はなく、ガラスエポキシや紙フェノール、紙エポキシなどの絶縁性の材料や、絶縁性の被覆が施された金属によって形成されてよい。以降、本明細書で長手方向という場合には、発光ダイオード基板の長手方向、すなわち、発光ダイオード13が配列される方向を指すものとする。なお、本実施形態では、発光ダイオード基板7の長手方向を液晶パネルの長辺と平行な方向としたが、これに換え、液晶表示装置1の短辺と平行な方向を長手方向としてもよい。また、上述の発光ダイオード基板7の具体的な寸法は一例であり、液晶表示装置1の設計に依存して任意に変更してよい。
【0021】
反射シート6は、発光ダイオード13からの光を反射し、液晶パネル3の背面に均等に照射するための部材であり、図示のとおり、湾曲した断面形状をしている。発光ダイオード13からの光線は、発光ダイオード13の前面に設けられたレンズ14により上下方向に拡散され、図中矢印15に示すように直接光学シート群5に入光するか、或いは反射シート6により反射され、光学シート群5に入光する。反射シート6及び光学シート群5は、液晶パネル3に相応した大きさとなっており、そのため、液晶パネル3はその背面側から均等に照明される。
【0022】
反射シート6は、前述の通り液晶パネル3に相応した大きさを有し、前面側からみて凹となるような湾曲形状をしている。また、発光ダイオード13が配置される位置には、発光ダイオード13が反射シート6の前面側に露出するよう、穴が設けられている。反射シート6の材質は特に限定されないが、PET樹脂等を用いた白色の反射シートを用いてもよいし、鏡面反射シート等を用いてもよい。本実施形態では、白色の反射シートである。また、光学シート群5は、発光ダイオード13から入光した光を拡散させる拡散シートや、光線の向きを前面側に屈折させるプリズムシートなどを含む、複数の光学フィルムである。
【0023】
放熱板8は、発光ダイオード基板7が取り付けられるとともに、反射シート6を保持する金属板である。また放熱板8自体は下枠9に固定される。放熱板8の材質は、熱伝導率の高いものが好ましく、各種の金属や合金を好適に用いて良い。本実施形態では、アルミニウムを用いている。放熱板8の成形方法は特に問わず、プレス、切削等任意の方法で良いが、本実施形態では、押し出し成型により放熱板8を得ている。
【0024】
図3は液晶表示装置1の構成を表す構成図である。以下同図を用いて、液晶表示装置1の各部機能を説明する。
【0025】
液晶パネル3は矩形であり、その左右方向及び上下方向の長さは、当該液晶表示装置1の用途に応じて定められる。また、液晶パネル3は横長形状(左右方向の長さが上下方向の長さより長い)であっても縦長形状(左右方向の長さが上下方向の長さより短い)であっても、左右方向と上下方向の長さが等しくともよい。本実施形態では、液晶表示装置1はテレビジョン受像機であるので、液晶パネル3は横長形状である。
【0026】
液晶パネル3は一対の透明基板を有している。透明基板の一方の基板であるTFT基板には複数の映像信号線Yと複数の走査信号線Xとが形成されている。映像信号線Yと走査信号線Xは互いに直交しており、格子状に形成されている。そして隣接する2つの映像信号線Yと隣接する2つの走査信号線Xとによって囲まれた領域が1つの画素となっている。
【0027】
図4は、液晶パネル3に形成される画素の一つを回路図により示したものである。図中に示した映像信号線Yn及びYn+1、並びに走査信号線Xn及びXn+1に囲まれた領域が一つの画素となっている。ここで注目する画素は、映像信号線Yn及び走査信号線Xnにより駆動されるものとする。各画素のTFT基板側には、TFT(Thin Film Transistor)3aが設けられている。TFT3aは走査信号線Xnから入力される走査信号によってオン状態となる。映像信号線Ynは当該画素の画素電極3bに、オン状態のTFT3aを介して電圧(各画素の階調値を表す信号)を加える。
【0028】
一方、透明基板の他方の基板であるカラーフィルタ基板にはカラーフィルタが形成されており、TFT基板とカラーフィルタ基板の間に液晶3cが封入されている。そして、画素電極3bと液晶3cを介して容量を形成するように共通電極3dが形成されている。共通電極3dは、共通電位に電気的に接続される。そのため、画素電極3bに印加された電圧に応じて、画素電極3bと共通電極3dの間の電界が変化し、それにより液晶3cの配向状態が変化し、液晶パネル3を透過する光線の偏光状態を制御する。そして、液晶パネル3の表示面と表示面とは反対側の面である裏面には偏光フィルタが貼り付けられている。これにより、液晶パネル3に形成された各画素は、光の透過率を制御する素子として機能する。そして、各画素の光の透過率を入力された画像データに応じて制御することにより画像が形成される。従って、液晶パネル3において、画素が形成されている領域が画像形成領域となる。
【0029】
なお、共通電極3dはTFT基板及びカラーフィルタ基板のいずれに設けてもよい。共通電極3dの配置は液晶の駆動方式に依存する。例えば、IPS(In Plane Switching)方式であれば共通電極3dはTFT基板上に設けられる。VA(Vertical Alignment)方式やTN(Twisted Nematic)方式であれば、共通電極はカラーフィルタ基板上に設けられる。本実施形態では、IPS方式を用いているため、共通電極3dはTFT基板上に設けられている。また、透明基板は本実施形態ではガラスであるが、樹脂など他の材質を用いてもよい。
【0030】
図3に戻り、制御装置16には、不図示のチューナやアンテナで受信した映像データや、映像再生装置など別の装置が生成した映像データが入力される。制御装置16は、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)やRAM(Randam Access Memoly)などのメモリとを備えたマイクロコンピュータであってよい。制御装置16は入力された映像データに対して色調整などの各種画像処理を行い、各画素の階調値を示す映像信号を生成する。制御装置16は生成した映像信号を映像線駆動回路17bに出力する。また、制御装置16は入力された映像データに基づいて、映像線駆動回路17b、走査線駆動回路17a、バックライト駆動回路18が同期を取るためのタイミング信号を生成し、各駆動回路に向けて出力する。ただし、本実施形態は制御装置16の形態を特に限定するものではない。例えば、制御装置16は複数のLSI(Large Scale Integration)から構成されてもよいし、単体であってもよい。また、バックライト駆動回路18とその他の回路との同期を取らないものとしてもよい。
【0031】
バックライト駆動回路18は、バックライトユニット10の光源である複数の発光ダイオード13に必要な電流を供給する回路である。本実施形態では、制御装置16は入力される映像データに基づいて発光ダイオード13の輝度を制御するための信号を生成し、バックライト駆動回路18に向けて出力する。そして、バックライト駆動回路18は、当該生成された信号に応じて発光ダイオード13に流れる電流の量を制御し、発光ダイオード13の輝度を調節する。発光ダイオード13の輝度は、発光ダイオード13毎に調節してもよいし、複数の発光ダイオード13をいくつかのグループに分け、グループ毎に調節するものとしてもよい。なお、発光ダイオード13の輝度を制御する方法として、電流量を一定として、発光期間で明るさを制御するPWM(Pulse Width Modulation)方式としてもよい。あるいは、発光ダイオード13の輝度を制御せず、一定の光量で発光するように電流量を一定としてもよい。
【0032】
走査線駆動回路17aはTFT基板に形成された走査信号線Xに接続されている。走査線駆動回路17aは制御装置16から入力されるタイミング信号に応じて走査信号線Xを順番に選択し、選択した走査信号線Xに電圧を印加する。走査信号線Xに電圧が印加されると、当該走査信号線Xに接続されたTFTがオン状態となる。
【0033】
映像線駆動回路17bはTFT基板に形成された映像信号線Yに接続されている。映像線駆動回路17bは走査線駆動回路17aによる走査信号線Xの選択に合わせて、当該選択された走査信号線Xに設けられるTFTのそれぞれに、各画素の階調値を表す映像信号に応じた電圧を印加する。
【0034】
なお、本実施形態では、図3に示した制御装置16及びバックライト駆動回路18は、いずれも図2の制御基板12上に形成されている。また、走査線駆動回路17a及び映像線駆動回路17bからなる液晶パネル駆動回路17は、液晶パネル3(図3)に電気的に接続されたFPC(Flexible Printed Circuits)上あるいは、液晶パネル3を構成する基板上に形成されている(いわゆる、SOG(System On Glass))。なお、これらの配置は一例であり、各回路をどの部分に設けるかは任意である。
【0035】
図5は、液晶表示装置の反射シート6、発光ダイオード基板7及び放熱板8を前面側からみた図である。なお、同図では、発光ダイオード基板7及び放熱板8が反射シート6に隠れて見えない部分を破線で示した。
【0036】
反射シート6の周縁には、舌状に突出する固定部6aが適宜の間隔で適宜の数設けられている。これは、反射シート6の周縁部を固定するためのものであり、本実施形態では、中間枠4に設けられた突起(図示せず)に引っ掛けて固定するよう各々穴が設けられている。しかしながら、反射シート6の周縁部を固定する構造はどのようなものであってもよい。
【0037】
また、反射シート6の短手方向の中央部の領域には、レンズ14を反射シート6の前面側に露出させる穴6bが、レンズ14、すなわち、発光ダイオードの配列に相応して設けられている。発光ダイオードは長手方向に沿って直線状に配列された発光ダイオード列を形成しており、本実施形態では、発光ダイオード列は短手方向に平行に2列設けられている。なお、発光ダイオード列の数は複数であればよく、3列以上であってもよい。また、それぞれの発光ダイオード列に属する発光ダイオードは、隣り合う発光ダイオード列に属する発光ダイオードに対し、互い違いになるように配列されている。また、発光ダイオードの配列密度は、長手方向中央部近辺で高く、両端部付近で低くなっている。すなわち、隣り合う発光ダイオード同士の間隔は、画像形成領域の中央部より、画像形成領域の周辺部の方が大きい。図5に示されたレンズ14及び穴6bの位置は、上述の発光ダイオードの位置に対応している。なお、同図では、発光ダイオード13及び穴6bは、代表として1つのみ符号を付した。
【0038】
図6は、図5のVI−VI線による部分拡大断面図である。図6では、下枠9を同時に示した。また、同図左側が前面側、右側が背面側である。同図には、反射シート6に設けられた穴6bを貫通して、発光ダイオード基板7上に実装された発光ダイオード13及びその前面に配置されたレンズ14が、反射シート6の前面側に露出している様子が示されている。さらに、反射シート6には、固定穴6cが設けられており、この固定穴6cを貫通する固定具19により、発光ダイオード基板7の幅方向外側の領域において放熱板8に固定される。固定穴6cの大きさは、固定具19の貫通部分の断面よりやや大きい。これは、発光ダイオード13の発熱による熱膨張において、各部材の線膨張係数の差による寸法の相対的な変化を許容するためである。また、発光ダイオード基板7及び放熱板8の前面は略面一となっており、その前面側では、反射シート6は波打つことなく平坦に保持される。固定具19はどのようなものであってもよく特に限定はないが、本実施形態では、図示するようなスナップ止め機構を有する固定ピンを用いており、反射シート6の固定を簡便に行える。固定具19の材質は、反射シート6と同じか、若しくは同様の白色の合成樹脂製とすることが好ましい。これにより、固定具19が配置されている位置における輝度むらが最小に抑えられる。
【0039】
図7は、発光ダイオード基板7の部分拡大図である。同図は、図5に示されている発光ダイオード基板7の中央付近を示したものであり、説明の簡略化のため、レンズは省略して示している。図示の通り、発光ダイオード13A及び発光ダイオード13Bは、長手方向に配列され、発光ダイオード列20A及び発光ダイオード列20Bを形成している。なお、発光ダイオードを示す符号13に付したアルファベットA及びBは、それぞれ、発光ダイオード列20Aまたは発光ダイオード列20Bに属することを示している。また、隣接する発光ダイオード13Aのアノードとカソードの間にはベタパターンの電極21Aが、隣接する発光ダイオード13Bのアノードとカソードの間にはベタパターンの電極21Bが形成されている。
【0040】
ここで、図7に示されているように、発光ダイオード列20Aに属する電極21Aと発光ダイオード列20Bに属する電極21Bとの境界22は、長手方向に延びる直線状ではなく、発光ダイオード列20A側と発光ダイオード列20B側に交互に入り込むジグザグ形状となっている。このため、電極21Aと電極21Bは、その一部が長手方向について互いに重なり合う形状である。すなわち、特定の長手方向に延びる直線、例えば、発光ダイオード列20Aと発光ダイオード列20Bの中間における直線23を考えた場合(図中破線で示した)、直線23は電極21A及び電極21Bの両方と交わる。そして、境界22の形状は、ある発光ダイオード列に関し、発光ダイオードが設けられている長手方向の位置において、電極が隣接する発光ダイオード列に短手方向に入り込む形状である。例えば、発光ダイオード列20Aに関しては、発光ダイオード13Aが設けられている長手方向の位置において、電極21Aが発光ダイオード列20B側に入り込んでいる。
【0041】
電極21A及び21Bをこのような形状とする理由について説明する。発光ダイオード13A,13Bによる発熱は、アノード及びカソードを通じ、電極21A,21Bに伝播し、その後外気と熱交換を行うことにより放散される。このとき、アノード及びカソードから電極21A,21Bに伝わった熱は、電極21A及び21Bの面内を放射状に伝播し拡散する。そのため、電極21A及び21Bの温度分布は、アノード及びカソードを中心とし、アノード及びカソードから遠ざかるにつれ温度が低下する同心円状となる。一方、電極21A及び21Bから外気への熱伝達により生じる熱流速密度は、周知の通り、電極21A及び21Bと、外気との温度差に比例する。そのため、外気温度は対流によりほぼ一定であるとみなせば、電極21A及び21Bが高温となる部分の面積が大きいほど電極21A及び21Bから外気への熱伝達が増加し、放熱効率が向上することになる。すなわち、電極21A及び21Bは、熱源である発光ダイオード13A及び13Bに近く、高温となる部分の面積がより大きくなるような形状であることが望ましい。このことから、本実施形態では、境界22を単純な直線形状でなく、ジグザグ形状としているのである。なお、発光ダイオード13A及び13Bからの発熱量が等しく、また、アノード及びカソードからの発熱量に差異がないと仮定すれば、境界22を、隣接する発光ダイオード13A及び13Bを結ぶ線分の垂直二等分線に沿った形状とすると最も放熱効率が向上する。図7は、その場合を示す図である。
【0042】
ところで、以上の説明では、発光ダイオードからの発熱量は、アノード及びカソードにおいて等しいものと仮定した。しかしながら、実際の発光ダイオードでは、アノードとカソードそれぞれからの発熱量が異なっていることが多い。アノードとカソードのうち、発熱量がより大きく、高温となる方を高温側電極、発熱量が小さく、相対的に低温となる方を低温側電極と呼ぶこととすると、このような場合においては、電極の形状を、高温側電極に接続されている側と低温側電極に接続されている側とで変え、高温側電極に接続されたために高温となる部分の面積をより大きくなるような形状とすることが好ましい。なお、現在使用されている発光ダイオードでは、アノードにおける発熱量に比して、カソードにおける発熱量のほうが多いものがほとんどである。
【0043】
図8は、発光ダイオード13A,13Bのアノードとカソードにおける発熱量が異なる場合の例における発光ダイオード基板7の部分拡大図である。同図中に示した発光ダイオード13A,13Bにおいて、左側が低温側電極であり、右側が高温側電極である。そのため、発光ダイオード13A,13Bの高温側電極側である右側の発熱量が、その反対側に比して大きい。なお、この例では、アノードが低温側電極、カソードが高温側電極となっている。
【0044】
このとき、電極21A,21Bの境界22の形状は、図示のような互いに噛み合う鋸刃状となっており、電極21A,21Bの内、低温側電極に接続され、その近傍に位置する部分の面積よりも、高温側電極に接続され、その近傍に位置する部分の面積の方がより大きくなるような形状とされている。この形状においても、図7に示した形状と同様に、電極21Aと電極21Bは、その一部が長手方向について互いに重なり合う形状となっている。
【0045】
図8に示す形状に代表される、アノードとカソードにおける発熱量が異なる発光ダイオード13A,13Bからの熱の放熱効率を向上させる電極形状において重要な点は、電極21A,21Bが高温となる部分の面積が可能な限り大きくなるような電極形状であるという点である。そこで、このような形状を有する電極21A,21Bの特徴を図8を参照しつつ以下に挙げることとする。
【0046】
そのような特徴の一つ目は、一の発光ダイオードを中心とし、当該発光ダイオードから、当該発光ダイオードに最も近い他の発光ダイオードまでの距離を直径とする円内において、当該発光ダイオードの低温側電極に接続された電極の面積よりも、当該発光ダイオードの高温側電極に接続された電極の面積のほうが広いということである。
【0047】
このことを図8に即して説明すると、任意の発光ダイオード、例えば、符号13Aを付して示した発光ダイオードを中心とし、隣接する発光ダイオード、すなわち、図中発光ダイオード13Aの左右下側に位置する発光ダイオード13Bまでの距離を直径とする円24(図中破線で示した)を考えたときに、円24内に含まれ、発光ダイオード13Aの低温側電極に接続されている電極21Aの部分25a(図中ハッチングで示した)の面積よりも、円24内に含まれ、発光ダイオード13Aの高温側電極に接続されている電極21Aの部分25c(図中ハッチングで示した)の面積のほうが広い。
【0048】
また、二つ目の特徴としては、一の発光ダイオードに関し、電極の低温側電極に接続された部分の短手方向の長さよりも、電極の高温側電極に接続された部分の短手方向の長さの方が長いということである。
【0049】
このことを図8に即して説明する。任意の発光ダイオード、例えば、符号13Bを付して示した発光ダイオードについてみると、かかる発光ダイオード13Bの低温側電極側に接続された電極21B(この電極21Bは、発光ダイオード13Bの図中左側に位置する電極21Bである)の、低温側電極に接続されている部分の短手方向の長さLaよりも、発光ダイオード13Bの高温側電極側に接続された電極21B(この電極21Bは、発光ダイオード13Bの図中右側に位置する電極21Bである)の、高温側電極に接続されている部分の短手方向の長さLcの方が長い。
【0050】
さらに、三つ目の特徴としては、一の発光ダイオードを中心とし、低温側電極側において電極に内接する半円の半径よりも、かかる発光ダイオードを中心とし、高温側電極側において電極に内接する半円の半径の方が大きいということである。
【0051】
このことを図8に即して説明すると、任意の発光ダイオード、例えば、図中左から2つ目に示されている発光ダイオード13Aについてみると、かかる発光ダイオード13Aを中心とし、電極21Aに内接する半円を描いた場合に、低温側電極側の半円26a(図中一点鎖線で示した)の半径よりも、高温側電極側の半円26c(図中二点鎖線で示した)の半径の方が大きい。
【0052】
以上挙げた特徴は、これら全てが同時に満たされる必要はなく、いずれかが満たされていればよい。これらの特徴を満たす形状は、図8に示したもの以外にも種々のものを適宜選択して差し支えない。
【0053】
なお、図8においては、発光ダイオード13A,13Bを挟んで隣接する電極21A,21Bの境界は短手方向に平行となっているが、これに限定されない。例えば、図9に示すように、発光ダイオード13A,13Bを挟んで隣接する電極21A,21Bの境界を短手方向に非平行とするなどし、一の発光ダイオード列20A,20Bに属し、互いに隣接する電極21A,21Bが、短手方向に互いに重なり合う形状としてもよい。このとき、発熱量の大きい端子、この場合は高温側電極側の電極21A,21Bが、低温側電極側の電極21A,21B側に入り込むような形状とすることにより、電極21A,21Bが高温となるカソード側の部分の面積が増大するため、放熱効率が向上する。
【0054】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の説明のために示した具体例であって、これらの実施形態に本発明を限定するものではない。例えば、実施形態において、発光ダイオードの前面にはレンズが設けられているが、発光ダイオード素子からの発光が十分に拡散している場合には必ずしもレンズは必要ではない。また、実施形態においては、液晶表示装置は発光ダイオード基板を液晶表示装置の短手方向中央に1つのみ有する構成として示したが、発光ダイオード基板を2つ以上有し、短手方向に並列に配置される構成としてもよい。さらに、実施形態において示した発光ダイオードの数や配置、その他各部材の数、形状及び配置は、実施形態において示したものに限定されず、必要に応じ適宜最適化すべきものである。
【符号の説明】
【0055】
1 液晶表示装置、2 上枠、2a 緩衝材、3 液晶パネル、4 中間枠、4a 緩衝材、5 光学シート群、6 反射シート、6a 固定部、6b 穴、6c 固定穴、7 発光ダイオード基板、8 放熱板、9 下枠、10 バックライトユニット、11 スピーカ、12 制御基板、13,13A,13B 発光ダイオード、14 レンズ、15 光線、16 制御装置、17 液晶パネル駆動回路、17a 走査線駆動回路、17b 映像線駆動回路、18 バックライト駆動回路、19 固定具、20A 発光ダイオード列、21,21A,21B 電極、22 境界、23 直線、24 円、25a,25c 部分、26a,26c 半円。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液晶パネルと、
前記液晶パネルの背面側に配置され、前記液晶パネルに対向する面が凹となるよう湾曲した形状の反射シートと、
複数の発光ダイオードが長手方向に沿って配置された発光ダイオード列を複数有するとともに、前記発光ダイオードに接続された電極を有する発光ダイオード基板と、
を備え、
一の前記発光ダイオード列に属する前記電極と、他の前記発光ダイオード列に属する前記電極は、前記長手方向について、互いに重なり合う形状である
液晶表示装置。
【請求項2】
一の前記発光ダイオードを中心とし、当該発光ダイオードから、当該発光ダイオードに最も近い他の発光ダイオードまでの距離を直径とする円内において、当該発光ダイオードの低温側電極に接続された前記電極の面積よりも、当該発光ダイオードの高温側電極に接続された前記電極の面積のほうが広い請求項1記載の液晶表示装置。
【請求項3】
前記低温側電極は前記発光ダイオードのアノードであり、前記高温側電極は前記発光ダイオードのカソードであることを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。
【請求項4】
前記電極の前記低温側電極に接続された部分の短手方向の長さよりも、前記電極の前記高温側電極に接続された部分の短手方向の長さの方が長い請求項2記載の液晶表示装置。
【請求項5】
前記発光ダイオードを中心とし、前記低温側電極側において、前記電極に内接する半円の半径よりも、前記発光ダイオードを中心とし、前記高温側電極側において、前記電極に内接する半円の半径の方が大きい請求項2記載の液晶表示装置。
【請求項1】
液晶パネルと、
前記液晶パネルの背面側に配置され、前記液晶パネルに対向する面が凹となるよう湾曲した形状の反射シートと、
複数の発光ダイオードが長手方向に沿って配置された発光ダイオード列を複数有するとともに、前記発光ダイオードに接続された電極を有する発光ダイオード基板と、
を備え、
一の前記発光ダイオード列に属する前記電極と、他の前記発光ダイオード列に属する前記電極は、前記長手方向について、互いに重なり合う形状である
液晶表示装置。
【請求項2】
一の前記発光ダイオードを中心とし、当該発光ダイオードから、当該発光ダイオードに最も近い他の発光ダイオードまでの距離を直径とする円内において、当該発光ダイオードの低温側電極に接続された前記電極の面積よりも、当該発光ダイオードの高温側電極に接続された前記電極の面積のほうが広い請求項1記載の液晶表示装置。
【請求項3】
前記低温側電極は前記発光ダイオードのアノードであり、前記高温側電極は前記発光ダイオードのカソードであることを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。
【請求項4】
前記電極の前記低温側電極に接続された部分の短手方向の長さよりも、前記電極の前記高温側電極に接続された部分の短手方向の長さの方が長い請求項2記載の液晶表示装置。
【請求項5】
前記発光ダイオードを中心とし、前記低温側電極側において、前記電極に内接する半円の半径よりも、前記発光ダイオードを中心とし、前記高温側電極側において、前記電極に内接する半円の半径の方が大きい請求項2記載の液晶表示装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【公開番号】特開2013−47737(P2013−47737A)
【公開日】平成25年3月7日(2013.3.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−186080(P2011−186080)
【出願日】平成23年8月29日(2011.8.29)
【出願人】(506087819)パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 (443)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年3月7日(2013.3.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年8月29日(2011.8.29)
【出願人】(506087819)パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 (443)
【Fターム(参考)】
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