JP2002162626A - 液晶表示用光源の放熱装置及びその製造方法 - Google Patents

液晶表示用光源の放熱装置及びその製造方法

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JP2002162626A
JP2002162626A JP2000356253A JP2000356253A JP2002162626A JP 2002162626 A JP2002162626 A JP 2002162626A JP 2000356253 A JP2000356253 A JP 2000356253A JP 2000356253 A JP2000356253 A JP 2000356253A JP 2002162626 A JP2002162626 A JP 2002162626A
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light
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liquid crystal
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Isataka Yoshino
功高 吉野
Kazuo Hashimoto
一雄 橋本
Hirokazu Nakayoshi
浩和 中吉
Kaoru Hatta
薫 八田
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Sony Corp
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
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    • G02F1/133628—Illuminating devices with cooling means

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バックライト光源である発光ダイオードの発
熱を効果的に放熱し、光源周辺部への熱による影響を回
避するようにした液晶表示用光源の放熱装置及びその製
造方法を得る。 【解決手段】 配線パターンが形成されているフィルム
基板１５と、フィルム基板１５に列状にマウントされて
配置されるようにした複数の発光ダイオード１４と、フ
ィルム基板１５の裏面に熱伝導性接着剤により接着固定
されるようにした金属材からなる光源支持フレーム２０
と、各発光ダイオード１４に対応しランド部１６を避け
たフィルム基板１５及び光源支持フレーム２０に連通す
るように開口した孔２１及び２２と、孔２１，２２に発
光ダイオード１４の背面側に達するように充填した熱伝
導性の高い接着性充填剤２３とから構成した液晶表示用
光源の放熱装置及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばビデオカメ
ラ装置に旋回自在に外付けされる液晶表示パネル（ＬＣ
Ｄ）のバックライト光源に使用して好適な面状光源方式
の液晶表示用光源の放熱装置及びその製造方法に関し、
詳しくは、液晶表示用光源が発光ダイオードからなり、
この発光ダイオードの発熱を熱伝導性の高い接着性充填
剤によって放熱し、光源周辺部への熱による影響を回避
するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、液晶表示パネルのバックライト光
源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用したものが提
案されている。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、
リフレクタ等の反射板の必要もなく、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して極
めて好適である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光ダ
イオードはその特性上、電流を多く流すと高温に発熱す
る特性があり、発光ダイオードの周辺部への熱による影
響を受け易いといった問題がある。このため、発光ダイ
オード自体も特性維持のため規定された電流値に抑えな
ければならず、従って、光源として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やすことが必要とな
るが、このことは光源のコストアップの要因となる。
【０００４】本発明は、上述したような課題を解消する
ためになされたもので、光源の発熱を効果的に放熱し、
光源周辺部への熱による影響を回避するようにした液晶
表示用光源の放熱装置及びその製造方法を得ることを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め本発明による液晶表示用光源の放熱装置は、配線パタ
ーンが形成されているフィルム基板と、フィルム基板に
マウントされて配置されるようにした発光ダイオードか
らなる複数の光源チップと、フィルム基板の裏面に熱伝
導性接着剤により接着固定されるようにした光源支持フ
レームと、配線ランド部を避けたフィルム基板及び光源
支持フレームに連通する貫通孔と、貫通孔に充填した熱
伝導性の高い接着性充填剤とから構成したものである。
【０００６】また、本発明による液晶表示用光源の製造
方法は、配線パターンが形成されているフィルム基板
と、このフィルム基板の裏面に光源支持フレームを熱伝
導性接着剤により接着固定する工程と、接着固定状態の
フィルム基板と光源支持フレームに、配線ランド部を避
けたフィルム基板及び光源支持フレームに連通するよう
に貫通孔を開口する工程と、フィルム基板の配線ランド
部に発光ダイオードからなる複数の光源チップをマウン
トする工程と、貫通孔に熱伝導性の高い接着性充填剤を
充填する工程とからなる。
【０００７】上述した液晶表示用光源の放熱装置によれ
ば、光源チップの発熱による熱は、主に熱伝導性の接着
性充填剤を伝導してフィルム基板に伝導され放熱され
る。さらに、フィルム基板に伝導された熱は熱伝導性接
着剤により接着固定されている光源支持フレームに伝導
され放熱されると共に、接着性充填剤から直に光源支持
フレームに伝導され放熱される。これによって、光源チ
ップの発熱による熱は、光源チップ自体にこもることも
なく効果的に放熱され、光源チップへ流せる電流量を増
やすことができることから、光源チップの輝度を高める
ことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明による液晶表示用光
源及びその製造方法の実施の形態を図面を参照して説明
する。
【０００９】図１は面状光源方式のバックライト装置の
各構成部材を分離して示した斜視図、図２は光源部の組
立て状態の拡大断面図である。
【００１０】符号１は断面が楔形状の透明度の高いアク
リル樹脂板からなる導光板であり、導光板１の一側面が
平坦面にカットされた後述する光源からの光が入射する
光入射面２となる。この導光板１の一面側（図１におい
て裏面側）が光反射面１ａ側であり、導光板１の他面
（図２において表面側）が光出射面１ｂ側となる。光反
射面１ａ側には光の反射効率の高い反射シート３が面接
触して配置されている。この反射シート２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が適している。
【００１１】また、導光板１の光出射面１ｂ上には下か
ら拡散シート４、縦プリズムシート５、横プリズムシー
ト６の順に重ねた状態で配置されている。これらシート
４，５，６は導光板１に形成された凸部７，７で位置決
めされる。
【００１２】導光板１は反射シート３と３枚の拡散シー
ト４、縦プリズムシート５、横プリズムシート６と共に
例えば、ステンレス等の金属材からなるバックライトフ
レーム８内に組付けられる。バックライトフレーム８は
導光板１の光入射面２側以外の３方を包囲する枠体から
構成されている。
【００１３】バックライトフレーム８に導光板１と共に
反射シート３及び３枚のシート４，５，６が挿入される
と、導光板１の楔状の先端部に形成されている位置決め
片９，９がバックライトフレーム８の位置決め孔１０，
１０に係合され、また、導光板１の側部に形成されてい
る位置決め片１１，１１がバックライトフレーム８の位
置決め孔１２，１２に係合され、バックライトフレーム
８内で導光板１がガタ付くことなく安定して保持され
る。
【００１４】ここで、本発明の要部であるバックライト
装置の光源部の構成を図２を含めて説明する。光源部の
全体を符号１３で示し、光源チップとしてパッケージ形
状、いわゆる面実装タイプの複数個（本例では６個）の
発光ダイオード（ＬＥＤ）１４が使用される。これら発
光ダイオード１４はそれぞれに一対ずつ備えた端子１４
ａ，１４ａがポリイミドフィルムからなるフィルム基板
１５に形成されている導電パターンのランド部１６，１
６にマウントされる。
【００１５】フィルム基板１５の詳細な断面を図３に示
す。ベースフィルム１５ａの表裏両面に接着剤１５ｂ，
１５ｂを介して圧延銅からなる導電箔１５ｃ，１５ｃが
形成され、両導電箔１５ｃ，１５ｃの外側に接着剤１５
ｄ，１５ｄを介してカバーフィルム１５ｅ，１５ｅが形
成されているいわゆる両面フレキシブル基板である。そ
して、上方のカバーフィルム１５ｅ及び接着剤１５ｄを
除去し、露出する導電箔１５ｃに形成されている上述し
たランド部１６，１６に発光ダイオード１４の端子１
４，１４が接続されてマウントされる。
【００１６】また、フィルム基板１５には配線パターン
が形成されたフレキシブルフィルム１７が引き出され、
このフレキシブルフィルム１７の端子部１８から各発光
ダイオード１４への電源が供給される。尚、図４に発光
ダイオード１４の結線図を示し、端子部１８の端子
「１」と端子「３」とに６つの発光ダイオード１４が直
列接続され、端子「４」と接地端子「６」とにサーミス
ター１９が接続さている。また、Ｒは発光ダイオード１
４の保護抵抗であり、端子「２」と端子「５」は空端子
（予備端子）である。
【００１７】かくして、上述したフィルム基板１５は背
面側の最外層に形成した接着剤１５ｆを介して金属材か
らなる光源支持フレーム２０に接着固定される。尚、各
接着剤１５ｂ、１５ｄ及び１５ｆは熱伝導性の高い接着
剤が使用されている。
【００１８】ここで、上述したフィルム基板１５には発
光ダイオード１４の中心に対応する位置でランド部１
６，１６を避けるように貫通する孔２１が開口され、光
源支持フレーム２０にも孔２１に連通する孔２２が開口
されている。そして、孔２１，２２に熱伝導性の高いシ
リコーン系樹脂からなる接着性充填剤２３が充填されて
いる。
【００１９】次に、上述のように構成した光源部１３の
製造工程を図５〜図８について説明する。まず、予め製
作された積層状態のフィルム基板１５の裏面に接着剤
（図３における接着剤１５ｆ）を介して光源支持フレー
ム２０を接着固定する（図５参照）。
【００２０】次に、接着固定状態のフィルム基板１５と
光源支持フレーム２０に、ランド部１６，１６を避けた
位置においてプレス機２４によりフィルム基板１５及び
光源支持フレーム２０に貫通する孔２１及び２２を開口
する（図６参照）。
【００２１】次に、フィルム基板１５のランド部１６，
１６に半田層（図示せず）を介して発光ダイオード１４
を搭載し、リフロー炉により半田層を溶融して発光ダイ
オード１４をマウントする（図７参照）。
【００２２】次に、発光ダイオード１４をマウントした
フィルム基板１５を上下反転し、光源支持フレーム２０
側から孔２１及び２２内にスキージ（図示せず）によっ
て接着性充填剤２３を充填する。この際、接着性充填剤
２３は発光ダイオード１４の裏面にまで達するように充
分に充填し（図８参照）、この後、接着性充填剤２３を
乾燥し固化することによって、光源部１３の製作が完了
する。
【００２３】尚、光源支持フレーム２０は図１に示すよ
うにその両端部を屈曲して支持片２５，２５を形成し、
この支持片２５，２５に内面側へ山形に抜き起こすよう
に凸部２６，２６が形成されている。
【００２４】このように構成した光源部１３は、発光ダ
イオード１４を導光板１の光入射面２に対面させた状態
で光源支持フレーム２０をバックライトフレーム８に組
付けることによって、支持片２５，２５の凸部２６，２
６がバックライトフレーム８に形成されている係止孔２
７，２７に係止されると同時に、発光ダイオード１４が
導光板１の光入射面２に接合しバックライト装置の組立
てセット状態となる。
【００２５】以上のように構成されたバックライト装置
は、発光ダイオード１４から発光した光が光入射面２よ
り導光板１内に入射し、そして、光反射面１ａを反射し
た光が光出射面１ｂより面光源なって出射し図示しない
液晶表示素子のバックライトとして機能する。
【００２６】さて、発光ダイオード１４は図９に示す周
囲温度−許容順電流特性を有し、順方向電流ＩF は最大
定格が２５mAにされている。これによれば、発光ダイオ
ード１４は例えば１７mA程度の電流を流すと６０℃前後
の高温に発熱する。この発熱による熱の一部はランド部
１６を伝わってフィルム基板１５に伝熱して放熱し、さ
らに、フィルム基板１５から光源支持フレーム２０に伝
わって放熱されるが、熱の大部分は発光ダイオード１４
から直に熱伝導性の接着性充填剤２３を伝導してフィル
ム基板１５に伝熱され放熱され、さらに、フィルム基板
１５に伝わった熱は光源支持フレーム２０に伝導され放
熱されると共に、接着性充填剤２３から直に光源支持フ
レーム２０に伝わって放熱させることができる。
【００２７】すなわち、発光ダイオード１４の発熱はそ
れ自体にこもることもなく、効果的にフィルム基板１５
や光源支持フレーム２０へ放熱させることができるよう
になるので、発光ダイオード１４の周辺への熱による影
響を回避することかできる。しかも、効果的な放熱が可
能となったことから、発光ダイオード１４へ流せる電流
量が増大でき、その分、発光ダイオードの輝度向上が可
能となる。
【００２８】また、発光ダイオード１４の直流順電圧Ｖ
F については順方向電流ＩF が２０mAに対して最小２．
８V 、最大４．０V まで許容可能に規格されている。こ
のため、同一規格の発光ダイオード１４でも同じ電流量
を流しても発熱量の大きいものと小さいもとが存在す
る。このような点を考慮して本発明ではフィルム基板１
５への発光ダイオード１４の配列を、発熱量の大きい発
光ダイオード１４を外側に配置し、発熱量の小さい発光
ダイオード１４を内側に配置することによって、放熱効
果をより一層高めることができる。
【００２９】ここで、本発明による光源部が放熱効果に
優れていることを計算式について説明する。図１０は接
着性充填剤２３を充填した本発明による光源部（以下、
光源部Ａという）であり、図１１が接着性充填剤を充填
しない場合の光源部（以下、光源部Ｂという）である。
【００３０】まず、前提条件として発光ダイオード１４
の発熱温度を６５℃、発光ダイオード以外のフィルム基
板１５等の部材の温度が２５℃と仮定し、これら温度差
ΔＴが４０℃とし、また、光源部Ａ，Ｂのフィルム基板
１５の厚みＤ1 ，Ｄ2 は共に０．１ｍｍとし、また、光
源部Ａの接着性充填剤２３が充填される孔径φ1 を１ｍ
ｍとした。
【００３１】上述した前提条件において、温度差ΔＴが
４０℃であるときの光源部ＡとＢとの熱伝導の差を計算
した。この際、光源部Ａの場合は接着性充填剤２３から
の放熱とし、光源部Ｂの場合はランド部１６より伝わる
熱として計算した。
【００３２】すなわち、熱伝導Ｗは次式で求めることが
できる。
【００３３】
【数１】
【００３４】
【００３５】まず、光源部Ｂの場合の熱伝導Ｗを求め
る。ランド部１６の片側の面積Ｓ1 は１．５×１０-3×
１．７×１０-3＝２．５５×１０-6となる。ランド部は
一対あるので、２Ｓ1 ＝５．１×１０-6となる。すなわ
ち、光源部Ｂの条件を（１）式に代入すると、 となり、これを計算すると、２４．４８×１０-3 すな
わち、光源部Ｂの場合の熱伝導Ｗは０．２４４８とな
る。
【００３６】一方、本発明の光源部Ａの場合の熱伝導Ｗ
を求める。接着性充填剤２３を充填する直径１ｍｍの孔
の面積Ｓ2 は３．１４×（０．５×１０-3）2 ＝０．７
８５×１０-6となる。すなわち、光源部Ａの条件を
（１）式に代入すると、 となり、これを計算すると、５３．３８×１０-3 すな
わち、光源部Ａの場合の熱伝導Ｗは０．５３３８とな
る。
【００３７】つまり、光源部Ａの熱伝導Ｗは光源部Ｂの
熱伝導Ｗに比べて２．１８０５倍の効果があることが判
った。因みに、接着性充填剤２３を充填する孔の直径を
１．４ｍｍにすると、光源部Ｂの場合に比べて４．２７
倍の差が生じることが計算の結果から判明した。
【００３８】本発明は、上述しかつ図面に示した実施の
形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範
囲内で種々の変形実施が可能である。
【００３９】本例では、光源部１３の構成としてフィル
ム基板１５と光源支持フレーム２０とにそれぞれ貫通す
る孔２１及び２２を開口し、これら孔に熱伝導性の高い
接着性充填剤２３を充填した場合について説明したが、
フィルム基板１５のみに孔を開口し、この孔に接着性充
填剤を充填することであっても上述の場合と同様に放熱
効果を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明による液晶表
示用光源の放熱装置によれば、配線パターンが形成され
ているフィルム基板と、フィルム基板にマウントされて
配置されるようにした発光ダイオードからなる複数の光
源チップと、フィルム基板の裏面に熱伝導性接着剤によ
り接着固定されるようにした光源支持フレームと、配線
ランド部を避けたフィルム基板及び光源支持フレームに
連通する貫通孔と、貫通孔に充填した熱伝導性の高い接
着性充填剤とから構成したことで、光源チップからの発
熱をフィルム基板や光源支持フレームへ効果的に放熱さ
せることができるようになり、光源チップの周辺への熱
による影響を回避することかできる。しかも、効果的な
放熱が可能となったことから、光源チップへ流せる電流
量が増大でき、その分、光源チップの輝度を向上するこ
とができるといった効果がある。
【００４１】また、本発明による液晶表示用光源の製造
方法によれば、配線パターンが形成されているフィルム
基板と、このフィルム基板の裏面に光源支持フレームを
熱伝導性接着剤により接着固定する工程と、接着固定状
態のフィルム基板と光源支持フレームに配線ランド部を
避けたフィルム基板及び光源支持フレームに連通するよ
うに貫通孔を開口する工程と、フィルム基板の配線ラン
ド部に発光ダイオードからなる複数の光源チップをマウ
ントする工程と、貫通孔に熱伝導性の高い接着性充填剤
を充填する工程とからなるので、複雑な製造工程を有す
ることなく安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるバックライト装置の分
離状態の斜視図である。
【図２】光源部の拡大断面図である。
【図３】光源部のフィルム基板をさらに詳細に示した拡
大断面図である。
【図４】発光ダイオードの結線図である。
【図５】光源部のフィルム基板と光源支持フレームとが
接着固定された工程図である。
【図６】フィルム基板と光源支持フレームとにプレス機
で貫通孔を開口した工程図である。
【図７】フィルム基板のランド部に発光ダイオードをマ
ウントした工程図である。
【図８】フィルム基板と光源支持フレームとの貫通孔に
接着性充填剤を充填した工程図である。
【図９】発光ダイオードの周囲温度−許容順電流の特性
図である。
【図１０】本発明による光源部Ａの放熱効果を説明する
ための断面図である。
【図１１】本発明の光源部Ａと対比するための光源部Ｂ
の放熱効果を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１…導光板、２…光入射面、１３…光源部、１４…発光
ダイオード、１５…フィルム基板、１６…ランド部、２
０…光源支持フレーム、２１，２２…孔、２３…接着性
充填剤、２４…プレス機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (72)発明者 中吉 浩和 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 八田 薫 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2H089 HA40 JA10 KA17 QA06 QA12 TA06 TA07 TA18 2H091 FA45Z FD14 GA11 GA17 LA04 LA12 5F041 AA33 BB22 DB09 DC08 DC25 EE25 FF11 5G435 AA12 BB12 CC09 EE27 GG24 GG26 HH14 KK05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導光板の一側面である光入射面に配置し
    た光源からの光により液晶表示素子を照光するようにし
    た面状光源方式の液晶表示用光源において、 配線パターンが形成されているフィルム基板と、 上記フィルム基板に列状にマウントされて配置されるよ
    うにした発光ダイオードからなる複数の光源チップと、 上記フィルム基板の裏面に熱伝導性接着剤により接着固
    定されるようにした金属材からなる光源支持フレーム
    と、 上記各光源チップに対応し配線ランド部を避けた上記フ
    ィルム基板及び上記光源支持フレームに連通するように
    開口した貫通孔と、 上記貫通孔に上記光源チップの背面側に達するように充
    填した熱伝導性の高い接着性充填剤とから構成したこと
    を特徴する液晶表示用光源の放熱装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の液晶表示用光源の放熱装
    置において、 上記光源チップは、特性上のバラ付きが生じることか
    ら、発熱量の大きい光源チップを外側に配置し、発熱量
    の小さい光源チップを内側に配置したことを特徴とする
    液晶表示用光源の放熱装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の液晶表示用光源の放熱装
    置において、 上記接着性充填剤は、シリコーン系接着剤であることを
    特徴とする液晶表示用光源の放熱装置。
  4. 【請求項４】 導光板の一側面である光入射面に配置し
    た光源からの光により液晶表示素子を照光するようにし
    た面状光源方式の液晶表示用光源の製造方法において、 導電配線パターンが形成されているフィルム基板と、こ
    のフィルム基板の裏面に金属材からなる光源支持フレー
    ムを熱伝導性接着剤により接着固定する工程と、 上記接着固定状態のフィルム基板と光源支持フレーム
    に、上記配線ランド部を避けた上記フィルム基板及び上
    記光源支持フレームに連通するようにプレス機により貫
    通孔を開口する工程と、 上記フィルム基板の上記配線ランド部に発光ダイオード
    からなる複数の光源チップをマウントする工程と、 上記光源支持フレーム側から上記貫通孔に熱伝導性の高
    い接着性充填剤を充填する工程とからなることを特徴と
    する液晶表示用光源の製造方法。
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