JP2006128129A - バックライトユニットおよび液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを光源にするバックライトユニットにおいて、ＬＥＤから発生した熱を迅速に外部に放出することのできるバックライトユニットおよび液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るバックライトユニットは、カバーボトム１２０と、カバーボトム１２０上に一定の間隔を有して配列される複数のヒートパイプ１８０と、各ヒートパイプ１８０上に一定の間隔を有して配置された複数の光源１７０とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特にＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源に用いるバックライトユニット、およびバックライトユニットが装着された液晶表示装置に関するものである。

一般的に用いられている表示装置の中の一つであるＣＲＴは、ＴＶをはじめ計測機器、情報端末機器などのモニタに主に用いられているが、ＣＲＴ自体の重量と大きさによる限界から、電子製品の小型化、軽量化の要求に積極的に対応できなかった。

したがって、各種の電子製品の小型化、軽量化の傾向に伴い、電界光学的な効果を用いた液晶表示装置（ＬＣＤ）、ガス放電を用いたプラズマ表示素子（ＰＤＰ）、および電界発光効果を用いたＥＬ表示素子（ＥＬＤ）などがＣＲＴの代わりに用いられており、その中でも液晶表示装置が最も広く用いられている。

小型化、軽量化および低消費電力などの長所を有する液晶表示装置は、最近、平板表示装置としての役割を十分に果たせる程度に開発され、ラップトップ型コンピュータのモニタばかりでなく、デスクトップ型コンピュータのモニタおよび大型サイズの表示装置などに用いられており、液晶表示装置の需要は、継続的に増加しているのが実状である。

かかる液晶表示装置は、画像を表示する液晶パネルと、液晶パネルに駆動信号を印加するための駆動部と、液晶パネルに光源を提供するバックライトユニットとに大きく分けられる。

液晶表示パネルは、一定の空間を有して貼り付けられた第１、第２ガラス基板と、第１、第２ガラス基板の間に注入された液晶層とで構成されている。ここで、第１ガラス基板（ＴＦＴアレイ基板）には、一定の間隔を有して一方向に配列される複数のゲートラインと、各ゲートラインと垂直な方向に一定の間隔で配列される複数のデータラインと、各ゲートラインとデータラインとが交差して定義された各画素領域にマトリックス状に形成される複数の画素電極と、ゲートラインの信号によってスイッチングされ、データラインの信号を各画素電極に伝達する複数の薄膜トランジスタとが形成される。

そして、第２ガラス基板（カラーフィルター基板）には、画素領域を除いた部分の光を遮断するためのブラックマトリックス層と、カラーを表現するための赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）カラーフィルター層と、画像を実現するための共通電極とが形成される。

このような第１、第２ガラス基板は、スペーサーによって一定の空間を有し、液晶注入口を有するシール材によって貼り合わせられ、両基板の間には液晶が注入される。

一方、液晶表示装置の大部分は、外部から入る光源の量を調節して、画像を表示する受光性素子であるため、液晶パネルに光を照射するための別途の光源、つまりバックライトが必ず必要であり、このようなバックライトは、ランプユニットが設置される位置によってエッジ方式と直下方式とに区分される。

ここで、光源としてはＥＬ、ＬＥＤ、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp：冷陰極蛍光ランプ）、ＨＣＦＬ（Hot Cathode Fluorescent Lamp：熱陰極蛍光ランプ）などを用い、特に寿命が長くて消費電力が少なく、薄く形成することが可能なＣＣＦＬ方式が大画面カラーＴＦＴ ＬＣＤで多く用いられている。

ＣＣＦＬ方式は、ペニング効果を用いるために、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）などを添加した水銀（Ｈｇ）ガスを低圧で封入した蛍光放電管を用いている。管の両端には電極が形成されるが、陰極は、板状で広く形成され、電圧が印加される場合、スパッタリング現象のように、放電管内の荷電粒子が板状の陰極と衝突して２次電子を発生させ、これが周辺の元素を励起させ、プラズマを形成する。この元素は、強い紫外線を放出し、この紫外線が再び蛍光体を励起させて蛍光体が可視光線を放出する。

エッジ方式において、ランプユニットは、光を案内する導光板の側面に設置されるものであって、光を発散するランプと、ランプの両端に挿入されてランプを保護するランプホルダーと、ランプの外周面を包み、一側面が導光板の側面にはめ込まれてランプから発散した光を導光板の方へ反射させるランプ反射板とを備えている。

このように、導光板の側面にランプユニットが設置されるエッジ方式は、主にラップトップ型コンピュータおよびデスクトップ型コンピュータのモニタのように、比較的サイズの小さい液晶表示装置に適用されるもので、光の均一性に優れ、耐久寿命が長く、液晶表示装置の薄型化に有利である。

以下、添付の図面を参照して従来のバックライトユニットについて説明する。

図１は、従来の蛍光ランプを含むエッジ型バックライトユニットを示す断面図である。従来のエッジ方式のバックライトユニットは、図１に示したように、内面に蛍光体がコーティングされて光を発散する蛍光ランプ１１と、蛍光ランプ１１を固定させると同時に、蛍光ランプ１１から照射された光を一方向に集光させるランプハウジング１２と、蛍光ランプ１１から発散した光を液晶パネルに均一に供給する導光板１３と、導光板１３の下部に設置され、液晶パネルの反対側に漏れ出る光を導光板１３に反射させる反射板１４と、導光板１３の上部に位置して、導光板１３から出る光を均一に拡散させる拡散板１５と、拡散板１５の上部に位置して、拡散板１５から拡散した光を集光させ、液晶パネルに伝達するプリズムシート１６と、プリズムシート１６の上部に位置して、プリズムシート１６を保護する保護シート１７と、構成要素を収納して固定させるメイン支持台１８とで構成されている。

上記のように構成されたバックライトユニットにおいて、蛍光ランプ１１から発散した光は、導光板１３の入光面に集光して導光板１３を経て、拡散板１５とプリズムシート１６を順に経て液晶パネルに伝達される。

しかし、上記のように従来の蛍光ランプを用いたバックライトユニットは、光源自体の発光特性によって色再現率が低い。また、蛍光ランプの大きさおよび容量の制約のため、高輝度のバックライトユニットを得にくい。

上述したエッジ方式と、光源の位置および配列において違いを有する直下方式は、液晶表示装置の大きさが２０インチ以上に大型化されるのに伴い、重点的に開発され始めたもので、拡散板の下部面に複数のランプを一列に配列させ、液晶パネルの全面に光を直接照光するものである。

このような直下方式は、エッジ方式に比べて光の利用効率が高いため、高輝度を要求する大画面の液晶表示装置に主に用いられる。

上述したエッジ方式および直下方式は、光源として蛍光ランプを用いるものである。近来は、蛍光ランプに入るガスの有害性のため、環境汚染問題を勘案して新たな光源の開発が進んでいる。その中、ＬＥＤは、環境汚染がなく、多様なカラーの表現が可能で、消費電力を減少させることができるため、新素材として脚光を浴びている。

図２は、従来のＬＥＤを含むバックライトユニットを示す平面図で、図３は、図２のＩ−Ｉ’線上のバックライトユニットが装着された液晶表示装置を示す断面図である。図２のように、従来のＬＥＤを含むバックライトユニットは、カバーボトム２０と、カバーボトム２０上に互いに平行して形成された複数の金属ＰＣＢ（Printed Circuit Board：プリント基板）７５と、複数の金属ＰＣＢ７５のそれぞれに一定の間隔で離隔して配置される複数の赤色ＬＥＤ７０ａ、緑色ＬＥＤ７０ｂ、青色ＬＥＤ７０ｃと、複数の赤、緑、青色ＬＥＤ７０ａ、７０ｂ、７０ｃの上部に配置された複数の光学シート（図３の５０）を含んでなる。

図２に示した従来のＬＥＤを含むバックライトユニットは、直下方式のバックライトユニットであり、液晶パネル（図３の４０参照）の下部にアレイ形態で光源（ＬＥＤ）７０ａ、７０ｂ、７０ｃが形成されている。

従来のＬＥＤを含むバックライトユニットが装着された液晶表示装置は、図３に示すように、カバーボトム２０と、カバーボトム２０上に互いに平行して形成された複数の金属ＰＣＢ７５と、複数の金属ＰＣＢ７５のそれぞれに一定の間隔で離隔して配置される複数の赤、緑、青色ＬＥＤ７０ａ、７０ｂ、７０ｃ（通称７０）と、複数のＬＥＤ７０上に形成された複数の光学シート５０と、光学シート５０上に形成された液晶パネル４０と、液晶パネル４０および光学シート５０を支持するガイドパネル６０と、液晶パネル４０の上部の周縁およびガイドパネル６０とカバーボトム２０の側面に形成されるケーストップ３０とを含んでなる。

ここで、ＬＥＤ７０は、ボディー部７３と発光部７１とで構成され、各ＬＥＤ７０のボディー部と発光部７１との間に反射板２５が形成される。

液晶パネル４０と光学シート５０との間には、ガイドパネル６０の突出したパターンが挿入され、離隔空間が存在する。そして、カバーボトム２０は、光学シート５０の下部から所定の高さだけ間隔を有し、複数の金属ＰＣＢ７５および複数のＬＥＤ７０が形成される空間と、複数のＬＥＤ７０から放熱し得る空間を確保する。
それぞれの金属ＰＣＢ７５の間は、互いに同一の離隔間隔を有し、ＬＥＤ７０から発散する熱が放熱するようにする。

液晶パネル４０は、互いに所定の間隔で離隔した上下部の基板と、両基板の間に充眞された液晶層（図示せず）および上下部の基板の表面に形成された上下部の偏光板とを含んでなる。

そして、光学シート５０は、第１、第２プリズムシート、拡散板などを含む。

上記のように構成されたＬＥＤを含むバックライトユニットは、液晶パネル４０に画像を実現する場合に、ＬＥＤ７０を点灯させる。ＬＥＤ７０のうち、赤色ＬＥＤ７０ａ、緑色ＬＥＤ７０ｂ、青色ＬＥＤ７０ｃに、全て又は選択的に電圧が印加され、該当ＬＥＤが発光し、発光した赤色、緑色、青色の光は、ＬＥＤ７０と光学シート５０の離隔空間および光学シート５０によって色混合され、液晶パネル４０の背面に照明される。

このように、ＬＥＤを含むバックライトユニットは、発光素子のＬＥＤ７０が金属ＰＣＢ７５に装着され、金属ＰＣＢ７５は金属材質のカバーボトム２０に締結される。このようなＬＥＤ７０は、ＣＣＦＬに比べて光効率が低いため、液晶パネルの全面で所望の輝度を得るためには、相対的に多くの消費電力が必要で、結果的に多量の熱が発生する。

上述した構造から分かるように、ＬＥＤ７０の発熱した熱の大部分は、一次的に金属ＰＣＢ７５に伝導拡散され、背面のカバーボトム２０に伝達されて外部に放熱される。金属ＰＣＢ７５は、アルミニウムで形成され、カバーボトム２０は、アルミニウム、アルミニウムの合金、又はＭＣＰＥＴなどの物質で形成される。

この場合、熱伝導係数は、アルミニウム又はアルミニウム合金は、１００Ｗ／ｍＫ以下で、ＭＣＰＥＴは０．２Ｗ／ｍｋ程度と低く、ＬＥＤ７０から出る熱を短時間内に放出することができない。また、ＬＥＤ７０から出る熱を放出する経路（ＰＣＢおよびカバーボトム）がＬＥＤ７０の下側にのみ位置するため、下側である程度の放熱が行われるとしても、ＬＥＤ７０の動作特性に影響を与えないほど十分に速く放熱が行われるのではなく、通常の液晶表示モジュールの駆動環境で、ＬＥＤ７０の熱的な信頼性を確保するのにはまだ充分ではない水準である。

即ち、上記のＬＥＤを光源に用いる従来のバックライトユニットにおいては次のような問題点があった。

第一に、ＬＥＤが配置された金属ＰＣＢの主成分は、アルミニウムであり、ＬＥＤから発散する熱を外気に放出するが、バックライトユニットを長時間使用する場合、アルミニウムの有する熱伝導性には限界があるため、熱を迅速に外気に放出するのには制約が伴う。

第二に、従来のＬＥＤを含むバックライトユニットは、大部分の熱がＬＥＤの下端のＰＣＢとカバーボトムを介して背面に放熱される構造である。したがって、熱を迅速に外気に放出するのに制約が伴う。

第三に、ＬＥＤの中で実際に熱が集中する部位は、ＬＥＤチップの装着された部位であるが、ＬＥＤチップの部位に形成される反射板のため、熱の放出空間が確保されず、放熱が迅速に行われない。
したがって、上記のように放熱が迅速に行われない場合、複数のＬＥＤ間のジャンクション部の温度が大きく上昇して、ＬＥＤの動作の信頼性が得にくい。

本発明は上記のような問題点を解決するために案出したもので、ＬＥＤを光源にするバックライトユニットにおいて、ＬＥＤから発生した熱を迅速に外部に放出することのできるバックライトユニットおよび液晶表示装置を提供することにその目的がある。

上記目的を達成するために、本発明に係るバックライトユニットは、カバーボトムと、カバーボトム上に一定の間隔を有して配列される複数のヒートパイプと、各ヒートパイプ上に一定の間隔を有して配置された複数の光源とを含んでなることを特徴とする。

ここで、ヒートパイプのそれぞれは、互いに対向した第１、第２プレートと、第１、第２プレートの向き合う面に形成される第１、第２ウィックと、第１、第２ウィックがそれぞれ備えられた第１、第２プレート間に空間を設けるようにシーリングするシーリング膜と、シーリングした第１、第２プレート間の空間に満たされた作動流体とを含んでなることを特徴とする。

また、光源から出る光を上部に反射させる反射板と、反射板の背面に形成され、複数の光源から出る熱を放熱させる黒鉛スプレッダとを更に含むことを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明に係るバックライトユニットは、カバーボトムと、カバーボトム上に複数の平行した列で配置されたプリント基板と、それぞれのプリント基板上に一定の間隔を有して配置された複数の光源と、光源から出る光を上部に反射させる反射板と、反射板の背面に形成され、複数の光源から出る熱を放熱させる黒鉛スプレッダとを含んでなることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、カバーボトムと、カバーボトム上に一定の間隔で配置された複数のヒートパイプと、それぞれのヒートパイプ上に一定の間隔を有して配置された複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤ上に配置された複数の光学シートと、光学シート上に形成された液晶パネルと、光学シートおよび液晶パネルを支持するガイドパネルと、液晶パネルの周縁、およびガイドパネルとカバーボトムの側部を包むケーストップとを含んでなることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、カバーボトムと、カバーボトム上に複数の平行した列で配置されたプリント基板と、それぞれのプリント基板上に一定の間隔を有して配置された複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤの周辺に形成され、複数のＬＥＤから出る光を上部に反射させる反射板と、反射板の背面に形成され、複数の光源から出る熱を放熱させる黒鉛スプレッダと、複数のＬＥＤ上に配置された複数の光学シートと、光学シート上に形成された液晶パネルと、光学シートおよび液晶パネルを支持するガイドパネルと、液晶パネルの周縁、およびガイドパネルとカバーボトムの側部を包むケーストップとを含んでなることを特徴とする。

さらに、上記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、カバーボトムと、カバーボトム上に一定の間隔を有して配列される複数のヒートパイプと、それぞれのヒートパイプ上に一定の間隔を有して配置された複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤの周辺に形成され、複数のＬＥＤから出る光を上部に反射する反射板と、反射板の背面に形成され、複数のＬＥＤから出る熱を放熱させる黒鉛スプレッダと、複数のＬＥＤ上に配置された複数の光学シートと、光学シート上に形成された液晶パネルと、光学シートおよび液晶パネルを支持するガイドパネルと、液晶パネルの周縁、およびガイドパネルとカバーボトムの側部を包むケーストップとを含んでなることを特徴とする。

本発明によるバックライトユニットおよびこれを用いた液晶表示装置においては、次のような効果がある。

第一に、本発明の第１実施例によるバックライトユニットは、熱拡散能力が銅やアルミニウムに比べて数百から数千倍に至るヒートパイプ上にＬＥＤアレイを取り付けることで、発熱性能を向上させ、ＬＥＤとヒートパイプのジャンクション部の温度を低減させる。したがって、ＬＥＤ素子を備えたバックライトユニットおよび液晶表示装置の熱的な信頼性を向上させることができる。

第二に、本発明の第２実施例によるバックライトユニットは、上述したように、ヒートパイプを使用することは勿論、熱拡散能力に優れた黒鉛スプレッダ上にＬＥＤチップおよびＬＥＤレンズを取り付けることで、放熱性能を向上させ、ＬＥＤチップで集中する熱を迅速に下げることができる。また、ＬＥＤの上側およびその周辺への熱伝達量を増加させ、下側部位の放熱ロードを減少させ、ＬＥＤの周囲の四方への放熱効果を向上させることができる。

第三に、全体的に速い放熱によって、バックライト駆動時にＬＥＤ素子の温度が従来に比べて非常に下がり、光効率を増加させることができる。したがって、全面輝度が上昇し、光効率の増加によって相対的にバックライトユニットの消費電力を減少させた状態で従来と等価の輝度を得ることができる。

以下、本発明に係るバックライトユニットおよび液晶表示装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図４は、本発明の第１実施例によるバックライトユニットを示す平面図で、図５は、本発明の第１実施例による図４のＩＩ−ＩＩ’線上のバックライトユニットが装着された液晶表示装置を示す断面図である。

本発明の第１実施例によるバックライトユニットは、図４に示したように、カバーボトム１２０と、カバーボトム１２０上に一定の間隔を有して互いに平行に形成された複数のヒートパイプ１８０と、複数のヒートパイプ１８０のそれぞれに一定の間隔離隔して配置される複数の赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）、青色ＬＥＤ（Ｂ）、および複数の赤、緑、青色ＬＥＤ１７０の上部に配置された複数の光学シート（図５の１５０）とを含んでなる。

ヒートパイプ１８０は、同一の間隔で離隔して形成され、その上部に複数のＬＥＤ１７０が所定の同一の間隔で取り付けられて配置される。

図４に示したＬＥＤを含むバックライトユニットは、直下方式のバックライトユニットであり、液晶パネル（図５の１４０参照）の下部にアレイ形態で光源（ＬＥＤ）１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃが形成されている。

ここで、ヒートパイプ１８０は、板形状で、二つの互いに離隔した金属板の間に潜熱の大きい作動流体が入っており、熱を輸送する装置である。以下、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の第１実施例によるＬＥＤを含むバックライトユニットが装着された液晶表示装置は、図５に示したように、カバーボトム１２０と、カバーボトム１２０上に互いに平行に形成された複数のヒートパイプ１８０と、複数のヒートパイプ１８０のそれぞれに所定の間隔離隔して配置される複数の赤、緑、青色ＬＥＤ１７０と、複数のＬＥＤ１７０上に形成された複数の光学シート１５０と、光学シート１５０上に形成された液晶パネル１４０と、液晶パネル１４０および光学シート１５０を支持するガイドパネル１６０、および液晶パネル１４０の上部の周縁およびガイドパネル１６０とカバーボトム１２０の側面に形成されるケーストップ１３０とを含んでなる。

ここで、液晶パネル１４０と光学シート１５０との間には、ガイドパネル１６０の突出したパターンが挿入され、離隔空間が存在する。そして、カバーボトム１２０は、光学シート１５０の下部から所定の高さだけ間隙を有し、複数のヒートパイプ１８０、および複数のヒートパイプ１８０が形成される空間と、複数のＬＥＤ１７０から放熱し得る空間を確保する。

それぞれのヒートパイプ１８０の間は、互いに同一の離隔間隔を有し、ＬＥＤ１７０から発散する熱が放熱される。

液晶パネル１４０は、互いに所定の間隔離隔した上下部基板と、両基板の間に充填した液晶層（図示せず）、および上下部の基板の表面に形成された上下部の偏光板を含んでなる。そして、光学シート１５０は、第１、第２プリズムシート、拡散板などを含む。

上記のように構成されたＬＥＤを含むバックライトユニットは、液晶パネル１４０に画像を実現する場合に、ＬＥＤ１７０を点灯させる。ＬＥＤ１７０の中、赤色ＬＥＤ１７０ａ、緑色ＬＥＤ１７０ｂ、青色ＬＥＤ１７０ｃに、全て又は選択的に電圧が印加され、該当ＬＥＤが発光し、発光した赤、緑、青色の光は、ＬＥＤ１７０と光学シート１５０との離隔空間および光学シート１５０によって色混合され、混合された光を液晶パネル１４０の背面に照明する。

図６は、本発明の第１実施例によるヒートパイプの熱伝達能力の比較説明図である。即ち、各物質（ヒートパイプ、銅、およびアルミニウム）は、長さ（Ｌ）が５０ｃｍで、直径が１．２７ｃｍの円の断面を有するパターンで構成され、２０Ｗの熱量を運搬する時に必要な温度差を示すものである。

図６から見ると、アルミニウムは、２０Ｗの熱量を運搬する時、４６０℃の温度差が必要であり、銅は、同一の熱量を運搬する時、２０５℃の温度差が必要であり、ヒートパイプは、同一の熱量を運搬する時、６℃の温度差が必要であることが分かる。このように、同一の熱量を運搬する時、ヒートパイプが他の金属に比べて非常に速い輸送能力を有することが分かる。したがって、ヒートパイプは、熱伝達能力に非常に優れていることが分かる。

以下ではヒートパイプの構造について説明する。

図７は、本発明の第１実施例による図４のヒートパイプを示す断面図で、図８は、本発明の第１実施例によるヒートパイプの熱伝達の作用を示す図面である。図７に示すように、本発明に係るヒートパイプ１８０は、互いに所定の間隔離隔して対向している第１、第２プレート１８１、１８２と、第１、第２プレート１８１、１８２が向き合っている面に形成される第１、第２ウィック１８３、１８４と、第１、第２ウィック１８３、１８４をそれぞれ備えた第１、第２プレート１８１、１８２を一定の空間を設けてシーリングするシーリング膜１８５と、シーリング膜１８５によってシーリングされた第１、第２プレート１８１、１８２間の内部空間に満たされた作動流体１８６とを含んでなる。

第１、第２プレート１８１、１８２は、銅などの金属からなる。第１、第２ウィック１８３、１８４は、第１、第２プレート１８１、１８２の向き合う面に網状の構造を有しており、その網状構造の内部は、空いている。

シーリング膜１８５は、内部の作動流体１８６が外部に抜け出ないようにし、第１、第２プレート１８１、１８２間の空間で作動流体１８６が作動（循環）するように第１、第２プレートをシーリングする。

作動流体１８６は、潜熱の大きい液体で、その時の潜熱は、水と類似の水準かそれより大きい。本発明の第１実施例において、ヒートパイプの作動流体としては、水を用いた。

図８に示すように、ヒートパイプ１８０は、一側が熱を受けると、内部の作動流体１８６が循環する。まず、熱を受けた部位の作動流体１８６は、水蒸気（水の場合）に変わり他側に移動する。熱が印加されていないヒートパイプ１８０の他側は、冷却部として機能する。そして、水蒸気は、再び液体状態となる。このように、水蒸気および液体は、ヒートパイプ１８０の内部を循環することとなる。この場合、ヒートパイプ１８０の他側が接地されていれば、熱の外部に抜け出る冷却部を備えたことになり、このような循環動作は、非常に迅速に行われる。

本発明の第１実施例によるバックライトユニットは、カバーボトム１２０上にヒートパイプ１８０が位置した形状であり、ヒートパイプ１８０上のＬＥＤ１７０で発生した熱がカバーボトム１２０を介して外気に抜け出る動作が円滑に行われる。

従来のバックライトユニットは、ＬＥＤが金属ＰＣＢ上に位置しており、熱放出時にある程度限界があったが、本発明の第１実施例によるバックライトユニットは、熱伝導能力に優れたヒートパイプ１８０という材料を用いることで、ＬＥＤ１７０から発生した熱を迅速に放出できるようにしたものである。したがって、ＬＥＤ１７０とヒートパイプ１８０との間のジャンクション部で熱がこもらず、直ぐにカバーボトム１２０および外気に伝達され、ＬＥＤ１７０の動作信頼性を確保できるようになる。また、結果的に、ＬＥＤ１７０の動作信頼性が確保され、光効率が上昇し、全面輝度が大きく上昇する。

図９は、本発明の第１実施例によるバックライトユニットのＬＥＤを示す図面である。図９に示すように、各ＬＥＤ１７０は、光を発光するチップ１７０ａと、チップ１７０ａの表面にコーティングされる透明モールド又はレンズ１７０ｂと、チップ１７０ａおよび透明モールド、又はレンズ１７０ｂを支持するボディー１７０ｃと、ボディー１７０ｃの両側に構成されるチップダイ１７０ｄとで構成されている。

上記のように構成された発光ダイオードのチップダイ１７０ｄを、半田付けをするなどしてヒートパイプ１８０上に取り付け、発光ダイオードのボディー１７０ｃとヒートパイプ１８０との間には、熱伝導率の低い絶縁膜を挿入する。

一方、図１０は、本発明の第２実施例によるバックライトユニットを示す平面図で、図１１は、本発明の第２実施例による図１０のＩＩＩ−ＩＩＩ’線上のバックライトユニットが装着された液晶表示装置を示す断面図である。

本発明の第２実施例によるバックライトユニットは、図１０に示したように、カバーボトム１２０と、カバーボトム１２０上に互いに平行に形成された複数のＰＣＢ１９０と、それぞれのＰＣＢ１９０上に一定の間隔を有して配置される複数の赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）、青色ＬＥＤ（Ｂ）１７０と、複数の赤、緑、青色ＬＥＤ１７０の周辺にＬＥＤ１７０から出る光を上部に反射させる反射板１２５と、反射板１２５の背面の下部にＬＥＤ１７０から出る熱を放熱させる黒鉛スプレッダ（図１１の１２７参照）と、複数の赤、緑、青色ＬＥＤ１７０の上部に配置された複数の光学シート（図１１の１５０参照）とを含んでなる。

本発明の第２実施例によるバックライトユニットは、熱伝導性に優れた黒鉛スプレッダ１２７を介してＬＥＤ１７０から発生する熱を上下部に全て放熱することができ、特に、ＬＥＤ１７０のチップに集中する熱を反射板１２５およびＬＥＤ１７０のレンズ上部およびカバーボトム（図１１の１２０参照）の下側に放出させることができる。黒鉛スプレッダ１２７は、熱拡散性に優れ、ＬＥＤ１７０の内部のチップで発生する熱を短時間で周辺へ拡げることができ、また、ＬＥＤ１７０の上、下側で共に対流や伝導によって熱を放出させることができ、放熱効果を極大化することができる。

例えば、黒鉛スプレッダの熱伝導係数（Ｗ/ｍＫ）は、４００ないし８００Ｗ／ｍＫで、一般的に、反射板の下側にＰＣＢやカバーボトムのみ存在する従来の構造に比べて、より熱拡散効果に優れた物質を介在することにより、ＬＥＤ１７０の駆動による放熱が急速に行われ、バックライトユニットの信頼性を確保することができる。

一方、カバーボトム１２０をなす物質は、ＭＣＰＥＴ（Micro Polyethylene Ether-phthalein）で、ＰＣＢ１９０をなす物質はＡｌＳＥＴ（アルミニウムとＥ６０Ｌの合金）である。熱伝導係数は、それぞれ０．２Ｗ／ｍＫ、１００Ｗ／ｍｋであり、黒鉛スプレッダ１２７に比べて相対的に小さい熱伝導係数を有するもので、ＬＥＤ１７０と隣接した黒鉛スプレッダ１２７で放熱がさらに効率的に起こることが分かる。

このように、本発明の第２実施例によるバックライトユニットは、従来のＬＥＤに対する熱放出の経路として、ＰＣＢおよびカバーボトムのみ存在する構造に比べて、少なくは４倍ないし多くは４０００倍程度まで熱伝導率が上昇して、放熱が短時間に行われるようになる。

以下では、黒鉛スプレッダおよびその他の物質別の熱伝導率を表で示す。

上記表から、黒鉛スプレッダが相対的に他材料に比べて熱放出効果に優れていることが分かる。

ＰＣＢ１９０は、複数が同一の間隔で離隔して形成され、それぞれのＰＣＢ１９０上に複数のＬＥＤ１７０がそれぞれ所定の間隔で離隔して取り付けられ、配置される。

図１０に示すＬＥＤを含むバックライトユニットは、直下方式のバックライトユニットで、液晶パネル（図１１の１４０参照）の下部にアレイ形態で光源ＬＥＤ１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃが形成されている。

ここで、黒鉛スプレッダ１２７は平板状で、反射板１２５の背面の下側に取り付けられたり、或いは離隔させて形成される。このような黒鉛スプレッダ１２７は、黒鉛の均等な粒子を撒き散らした後、これをローラーなどによって均等な圧力を加えて板状に凝固させ形成したものである。近来、このような黒鉛スプレッダ１２７は、熱拡散能力が大きくて、放熱が要求される機器などに用いられている。このような黒鉛スプレッダ１２７は、カバーボトム１２０又はＰＣＢ１９０に比べて熱拡散能力（熱伝導率）の高い性質を有する。

本発明の第２実施例によるバックライトユニットが装着された液晶表示装置は、図１１に示したように、カバーボトム１２０と、カバーボトム１２０上に互いに平行に形成された複数のＰＣＢ１９０と、それぞれのＰＣＢ１９０上に一定の間隔を有して配置される複数の赤、緑、青色ＬＥＤ１７０と、赤、緑、青色ＬＥＤ１７０の周辺に形成された反射板１２５と、反射板１２５の背面の下側に形成された黒鉛スプレッダ１２７と、複数のＬＥＤ１７０の上部に形成された複数の光学シート１５０と、光学シート１５０上に形成された液晶パネル１４０と、液晶パネル１４０および光学シート１５０を支持するガイドパネル１６０と、液晶パネル１４０の上部の周縁、およびガイドパネル１６０とカバーボトム１２０の側面に形成されるケーストップ１３０とを含んでなる。

ここで、液晶パネル１４０と光学シート１５０との間には、ガイドパネル１６０の突出したパターンが挿入され、離隔空間が存在する。そして、カバーボトム１２０は、光学シート１５０の下部から所定の高さだけ間隙を有し、複数のＰＣＢ１９０および複数のＰＣＢ１９０が形成される空間と、複数のＬＥＤ１７０から放熱し得る空間を確保する。

それぞれのＰＣＢ１９０の間は、互いに同一の離隔間隔を有し、ＬＥＤ１７０から発散される熱が放熱される。

液晶パネル１４０は、互いに所定の間隔離隔した上下部基板と、両基板の間に充填された液晶層（図示せず）、および上下部の基板の表面に形成された上下部の偏光板を含んでなる。

そして、光学シート１５０は、第１、第２プリズムシート、拡散板などを含む。

上記のように構成された本発明の第２実施例によるバックライトユニットを用いた液晶表示装置は、液晶パネル１４０に画像を実現する場合に、ＬＥＤ１７０を点灯させる。ＬＥＤ１７０の中、赤色ＬＥＤ１７０ａ、緑色ＬＥＤ１７０ｂ、青色ＬＥＤ１７０ｃに全て又は選択的に電圧が印加され、該当ＬＥＤが発光し、発光した赤色、緑色、青色の光は、ＬＥＤ１７０と光学シート１５０の離隔空間および光学シート１５０によって色混合され、液晶パネル１４０の背面に照明される。

以下では、黒鉛スプレッダ１２７の組立方法を説明する。

図１２ａないし図１２ｃは、本発明の第２実施例による反射板、黒鉛スプレッダ、およびＬＥＤの組立順序を示す工程斜視図である。まず、図１２ａに示したように、反射板１２５の背面の下側に黒鉛スプレッダ１２７を取り付ける。ここで、黒鉛スプレッダ１２７は、粒子状態からなる黒鉛を凝固させ、板状に形成されたものである。

図１２ｂに示したように、取り付けられた反射板１２５および黒鉛スプレッダ１２７に複数のホール１２８を形成する。ホール１２８は、ＬＥＤ１７０に対応する場所に形成され、ホール１２８を介してＬＥＤ１７０のレンズが外部に抜け出る。ホール１２８は、反射板１２５および黒鉛スプレッダ１２７に同一の位置に形成される。反射板１２５および黒鉛スプレッダ１２７は、所定の接着層を介在して取り付けることもでき、或いは接着層なしで板状を互いに重ねて配置できる。

工程上では、反射板１２５および黒鉛スプレッダ１２７を取り付けた状態でホールを形成すると、反射板１２５および黒鉛スプレッダ１２７の間のホールシフト現象なしで同一の部位に容易にホールを形成できる。

図１２ｃに示したように、ＬＥＤ１７０のレンズがホール１２８の上部に出るように、ＬＥＤ１７０を組み立てる。この際、ＬＥＤの構成は、図９で説明した通りである。但し、ＬＥＤ１７０は、リード端子１７０ｄを半田付けをするなどしてＰＣＢ１９０上に取り付ける。

ここで、ＬＥＤのレンズ１７０ｂは、ＬＥＤチップをカバーして、ＬＥＤチップから出る光を透過させるように形成される。そして、ＬＥＤのレンズ１７０ｂは、図９に示したように、なるべくその表面が曲面を有するように形成される。そして、ＬＥＤのレンズ１７０ｂの下側、およびＬＥＤのボディー１７０ｃの上部面に対応して、それぞれ反射板１２５および黒鉛スプレッダ１２７が順次積層され、ＬＥＤ１７０から出る光を上側に反射させ、ＬＥＤ１７０から出る熱を均等に拡散させ放熱を促進させる。

本発明の第２実施例によるバックライトユニット、およびこれを用いた液晶表示装置は、カバーボトム１２０上にＰＣＢ１９０が位置し、ＬＥＤ１７０の周辺に黒鉛スプレッダ１２７が位置し、ＬＥＤ１７０から発生した熱が黒鉛スプレッダ１２７とＰＣＢ１９０、およびカバーボトム１２０を介して上側および外気に抜け出る動作が円滑になる。

即ち、本発明の第２実施例によるバックライトユニットは、熱伝導能力に優れた黒鉛スプレッダ１２７という材料をＬＥＤ１７０で最も発熱の激しいチップ１７０ａに隣接して位置させることで、ＬＥＤ１７０から発生した熱を迅速に放出できるようにしたものである。したがって、ＬＥＤ１７０と黒鉛スプレッダ１２７との間のジャンクション部で熱がこもらず、直ぐに黒鉛スプレッダ１２７を介してカバーボトム１２０および上側の空気層に伝達され、ＬＥＤ１７０の動作信頼性を確保できるようになった。

また、図示してはいないが、本発明の第１実施例のように、カバーボトム１２０上に互いに平行に複数のヒートパイプ１８０を形成し、複数のヒートパイプ１８０のそれぞれに複数の赤、緑、青色ＬＥＤ１７０を配置し、本発明の第２実施例のように、赤、緑、青色ＬＥＤ１７０の周辺に反射板１２５および黒鉛スプレッダ１２７を配置して、本発明の第３実施例によるバックライトユニットを構成することもできる。

従来の蛍光ランプを含むバックライトユニットを示す断面図である。 従来のＬＥＤを含むバックライトユニットを示す平面図である。 図２のＩ−Ｉ’線上のバックライトユニットが装着された液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第１実施例によるバックライトユニットを示す平面図である。 本発明の第１実施例による図４のＩＩ−ＩＩ’線上のバックライトユニットが装着された液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第１実施例によるヒートパイプの熱伝達能力の比較説明図である。 本発明の第１実施例による図４のヒートパイプを示す断面図である。 本発明の第１実施例によるヒートパイプの熱伝達の作用を示す図面である。 本発明の第１実施例による図４のＬＥＤを示す図面である。 本発明の第２実施例によるバックライトユニットを示す平面図である。 本発明の第２実施例による図１０のＩＩＩ−ＩＩＩ’線上のバックライトユニットが装着された液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第２実施例による反射板、黒鉛スプレッダ、およびＬＥＤの組立順序を示す工程斜視図である。 本発明の第２実施例による反射板、黒鉛スプレッダ、およびＬＥＤの組立順序を示す工程斜視図である。 本発明の第２実施例による反射板、黒鉛スプレッダ、およびＬＥＤの組立順序を示す工程斜視図である。

符号の説明

１２０ カバーボトム、１２５ 反射板、１２７ 黒鉛スプレッダ、１２８ ホール、１３０ トップケース、１４０ 液晶パネル、１５０ 光学シート、１６０ ガイドパネル、１７０ ＬＥＤ、１７０ａ ＬＥＤチップ、１７０ｂ 透明モールド、１７０ｃ ボディー、１７０ｄ チップダイ、１８０ ヒートパイプ、１８１ 第１プレート、１８２ 第２プレート、１８３ 第１ウィック、１８４ 第２ウィック、１８５ シーリング膜、１８６ 作動流体、
１９０ ＰＣＢ。

Claims (21)

1. カバーボトムと、
   前記カバーボトム上に一定の間隔を有して配列される複数のヒートパイプと、
   前記各ヒートパイプ上に一定の間隔を有して配置された複数の光源と
   を含んでなることを特徴とするバックライトユニット。
2. 前記複数の光源は、赤色、青色、緑色のＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 前記ＬＥＤのそれぞれは、
   ＬＥＤチップと、
   前記ＬＥＤチップが装着されたボディーと、
   前記ボディーを前記ヒートパイプに連結するチップダイと、
   前記ＬＥＤチップをカバーする透明モールド又はレンズと
   を含んでなることを特徴とする請求項２に記載のバックライトユニット。
4. 前記複数の光源は、前記ヒートパイプ上に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
5. 前記ヒートパイプのそれぞれは、
   互いに対向した第１、第２プレートと、
   前記第１、第２プレートの向き合う面に形成される第１、第２ウィックと、
   前記第１、第２ウィックがそれぞれ備えられた第１、第２プレート間に空間を設けるようにシーリングするシーリング膜と、
   前記シーリングした第１、第２プレート間の空間に満たされた作動流体と
   を含んでなることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
6. 前記作動流体は、液体であることを特徴とする請求項５に記載のバックライトユニット。
7. 前記作動流体は、水であることを特徴とする請求項６に記載のバックライトユニット。
8. 前記各ヒートパイプは、互いに一定の間隔を有することを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
9. 前記光源から出る光を上部に反射させる反射板と、
   前記反射板の背面に形成され、前記複数の光源から出る熱を放熱させる黒鉛スプレッダと
   を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
10. カバーボトムと、
    前記カバーボトム上に互いに平行に形成された複数の（）プリント基板と、
    前記それぞれのプリント基板上に一定の間隔を有して配置された複数の光源と、
    前記光源から出る光を上部に反射させる反射板と、
    前記反射板の背面に形成され、前記複数の光源から出る熱を放熱させる黒鉛スプレッダと
    を含んでなることを特徴とするバックライトユニット。
11. 前記複数の光源は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１０に記載のバックライトユニット。
12. 前記ＬＥＤのそれぞれは、
    ＬＥＤチップと、
    前記ＬＥＤチップが装着されたボディーと、
    前記ボディーを前記黒鉛スプレッダに連結するリード端子と、
    前記ＬＥＤチップをカバーし、前記ＬＥＤチップから出る光を透過させるレンズと
    を含んでなることを特徴とする請求項１１に記載のバックライトユニット。
13. 前記ＬＥＤのリード端子は、前記ＰＣＢ上に取り付けられることを特徴とする請求項１２に記載のバックライトユニット。
14. 前記反射板および黒鉛スプレッダは、前記ＬＥＤレンズの下側に位置することを特徴とする請求項１２に記載のバックライトユニット。
15. 前記黒鉛スプレッダは、前記カバーボトムより熱伝導率の高い材質からなることを特徴とする請求項１０に記載のバックライトユニット。
16. 前記黒鉛スプレッダは、粒子状態からなる黒鉛を凝固させた板状に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のバックライトユニット。
17. 前記黒鉛スプレッダは、平らであることを特徴とする請求項１０に記載のバックライトユニット。
18. 前記黒鉛スプレッダは、熱伝導係数が４００ないし８００Ｗ／ｍＫであることを特徴とする請求項１０に記載のバックライトユニット。
19. カバーボトムと、
    前記カバーボトム上に一定の間隔で配置された複数のヒートパイプと、
    前記それぞれのヒートパイプ上に一定の間隔を有して配置された複数のＬＥＤと、
    前記複数のＬＥＤ上に配置された複数の光学シートと、
    前記光学シート上に形成された液晶パネルと、
    前記光学シートおよび前記液晶パネルを支持するガイドパネルと、
    前記液晶パネルの周縁、および前記ガイドパネルと前記カバーボトムの側部を包むケーストップと
    を含んでなることを特徴とする液晶表示装置。
20. カバーボトムと、
    前記カバーボトム上に互いに平行に形成された複数のプリント基板と、
    前記それぞれのプリント基板上に一定の間隔を有して配置された複数のＬＥＤと、
    前記複数のＬＥＤの周辺に形成され、前記複数のＬＥＤから出る光を上部に反射させる反射板と、
    前記反射板の背面に形成され、前記複数の光源から出る熱を放熱させる黒鉛スプレッダと、
    前記複数のＬＥＤ上に配置された複数の光学シートと、
    前記光学シート上に形成された液晶パネルと、
    前記光学シートおよび前記液晶パネルを支持するガイドパネルと、
    前記液晶パネルの周縁、および前記ガイドパネルと前記カバーボトムの側部を包むケーストップと
    を含んでなることを特徴とする液晶表示装置。
21. カバーボトムと、
    前記カバーボトム上に一定の間隔を有して配列される複数のヒートパイプと、
    前記それぞれのヒートパイプ上に一定の間隔を有して配置された複数のＬＥＤと、
    前記複数のＬＥＤの周辺に形成され、前記複数のＬＥＤから出る光を上部に反射する反射板と、
    前記反射板の背面に形成され、前記複数のＬＥＤから出る熱を放熱させる黒鉛スプレッダと、
    前記複数のＬＥＤ上に配置された複数の光学シートと、
    前記光学シート上に形成された液晶パネルと、
    前記光学シートおよび前記液晶パネルを支持するガイドパネルと、
    前記液晶パネルの周縁、および前記ガイドパネルと前記カバーボトムの側部を包むケーストップと
    を含んでなることを特徴とする液晶表示装置。
    

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