JP2006293182A

JP2006293182A - バックライトユニットおよび液晶表示装置

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Publication number: JP2006293182A
Application number: JP2005116414A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Yamauchi; 忍山内
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: JP4819389B2

Abstract

【課題】ＬＥＤ光源により高輝度が得られ、かつ優れた放熱性を有する液晶表示装置用バックライトユニットを提供する。
【解決手段】液晶パネルの背面側に配置されるバックライトユニット(1)において、プレート型放熱部(30)と、このプレート型放熱部(30)の側端部に配置されたＬＥＤ光源(10)と、このＬＥＤ光源(10)に接して受熱し、前記プレート型放熱部(30)に接続される受熱部(20)(21)とを備える。
【選択図】図１Ｂ

Description

この発明は、液晶表示パネルの背面側に配置するバックライトユニットに関する。

コンピュータや携帯電話の液晶表示装置として、透過型液晶パネルの背面側にバックライトユニットを配置し、後方から光を照射するように構成したものが知られている。このような液晶表示装置においては、閉鎖された狭いスペースでバックライト光源を使用するため、光源から発生した熱がこもって装置内の温度が上昇しがちである。装置内の温度が上昇すると、光源の輝度が変動したり、他の半導体や電気部品の動作特性を劣化させるため、放熱する必要がある（特許文献１，２参照）。

特許文献１に記載された放熱装置は、蛍光管の後方に配置するバックライト反射板の裏面に放熱フィンを設け、さらに空冷ファンで強制空冷するものである。また、特許文献２に記載された放熱装置は、蛍光管に沿って冷却液チューブを配置して表示パネルを冷却するとともに、前記冷却液チューブをスタンドに設けた冷却液タンクに接続して冷却液を循環させ、冷却チューブで受熱し冷却液タンクで放熱するものとなされている。

また、従来液晶表示装置の光源として蛍光管が用いられてきたが、近年では蛍光管よりも高い輝度が得られるＬＥＤが注目されている。高輝度型のＬＥＤは発熱量は高く、数Ｗ／ｍｍ²にも達するため、なお一層高い放熱性能が要求されている。
実開平６−４３６２５号公報特開２００５−１７４１３号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載された放熱装置では、ＬＥＤ光源を用いた場合に冷却能力が不十分である。しかも、特許文献１の放熱装置では、冷却ファンの稼働音が騒音となることがあり、放熱性能を高めるためにファンの回転速度を上げると稼働音も大きくなる。一方、特許文献２の放熱装置は、冷却液を循環させるものであるから冷却ファンによる騒音はないが、熱の発生源から離れたスタンドで放熱しているため、発熱量の大きいＬＥＤ光源に対しては冷却能力が著しく不十分である。

本発明は、上述した技術背景に鑑み、ＬＥＤ光源により高輝度が得られ、かつ優れた放熱性を有するバックライトユニット、およびこのバックライトユニットを組み込んだ液晶表示装置の提供を目的とする。

即ち、本発明のバックライトユニットは、下記〔１〕〜〔１１〕に記載の構成を有する。

〔１〕液晶パネルの背面側に配置されるバックライトユニットにおいて、
プレート型放熱部と、このプレート型放熱部の側端部に配置されたＬＥＤ光源と、このＬＥＤ光源に接して受熱し、前記プレート型放熱部に接続される受熱部とを備えることを特徴するバックライトユニット。

〔２〕前記受熱部は冷却液が流通する通路を有するチューブである前項１に記載のバックライトユニット。

〔３〕前記通路の水力相当直径（Ｄｅ）が０．２〜３．１ｍｍである前項２に記載のバックライトユニット。

〔４〕前記通路内における冷却液の流速が０．０５〜２ｍ／ｓｅｃである前項２または３に記載のバックライトユニット。

〔５〕前記受熱部上に絶縁層を介して通電層が一体に積層され、この通電層にＬＥＤ光源が取り付けられている前項１〜４のいずれか１項に記載のバックライトユニット。

〔６〕前記プレート型放熱部に冷却液が流通する通路が設けられている前項１〜５に記載のバックライトユニット。

〔７〕前記チューブの通路とプレート型放熱部の通路とが連通している前項２〜４、６のいずれか１項に記載のバックライトユニット。

〔８〕前記プレート型放熱部の背面に放熱フィンが取り付けられている前項１〜７のいずれか１項に記載のバックライトユニット。

〔９〕前記プレート型放熱部の前面がＬＥＤ光源の反射板となされている前項１〜８のいずれか１項に記載のバックライトユニット。

〔１０〕前記プレート型放熱部の前面側に配置される導光板を備える前項１〜９のいずれか１項に記載のバックライトユニット。

〔１１〕前記チューブの通路またはパネル型放熱器の通路に連通し、冷却液を循環させるポンプおよび冷却液を貯留するリザーバータンクを備える前項２〜４、６、７のいずれか１項に記載のバックライトユニット。

また、本発明の液晶表示装置は下記〔１２〕に記載の構成を有する。

〔１２〕液晶パネルの背面側に前項１〜１１のいずれか１項に記載のバックライトユニットが配設されていることを特徴とする液晶表示装置。

〔１〕の発明に係るバックライトユニットによれば、ＬＥＤ光源で発生した熱を受熱部で吸熱し、広い面積を有するプレート型放熱部で放熱されるため、優れた冷却能力が得られる。

〔２〕の発明によれば、チューブの通路を流通する冷却液によってさらに優れた冷却能力放熱性能が得られる。

〔３〕〔４〕の各発明によれば、特に優れた冷却能力が得られる。

〔５〕の発明によれば、ＬＥＤ光源で発生した熱を速やかに受熱部に伝えることができる。

〔６〕〔７〕〔８〕の各発明によれば、特に優れた放熱性能が得られる。

〔９〕の発明によれば、別途反射板を設置する必要がない。

〔１０〕の発明によれば、導光板によって光を液晶パネル側に反射させることができる。〔１１〕の発明によれば、優れた冷却能力が得られる。

〔１２〕の発明に係る液晶表示装置は、〔１〕〜〔１１〕のいずれかの発明に記載されたバックライトユニットを用いたものであるから、ＬＥＤ光源で発生した熱が十分に放熱されるため、装置内に熱がこもることがない。このため、液晶表示装置を長時間使用しても、光源の輝度が変動がなく、かつ他の半導体や電気部品が正常に動作させることができる。

図１Ａおよび図１Ｂに、この発明のバックライトユニット(1)の一実施形態を示す。前記バックライトユニット(1)は、液晶表示装置において液晶パネルの背面側に配置されるものである。

バックライトユニット(1)は、上下に配設された多数のＬＥＤ光源(10)、ＬＥＤ光源(10)が発生する熱を受熱する受熱部(20)(21)、受熱部(20)で受熱した熱を放熱するプレート型放熱部(30)、ＬＥＤ光源(10)の光を面全体に導く導光板(2)を備える。

ＬＥＤ光源(10)は、プリント回路板(11)に一列に多数個が搭載され、さらにこのプリント回路板(11)が伝熱性コンパウンド等の接着層を介して密着状態に受熱部(20)に接合されている。そして、導光板(2)の背面側に設置されたプレート型放熱部(30)の上下の側端には、上下のＬＥＤ光源(10)が向かい合う方向に受熱部(20)(21)が密着状態に取り付けられている。

前記受熱部(20)は、長手方向に貫通し、冷却液が流通する通路(24)を有するアルミニウム製扁平チューブ(22)(23)で構成されている。また、下側の扁平チューブ(22)は、一端が冷却液の入口(40)に連通接続されている。

前記プレート型放熱部(30)は、液晶パネルとほぼ同等の平面寸法に形成されている。このプレート型放熱部(30)は、受熱部(20)(21)で受熱し、熱吸収した冷却液を広い面積に拡散するとともに、冷却液が流通するパイプ部(31)(32)を蛇行させることにより冷却液の流通量を増大させ、放熱効率の向上が図られている。また、パイプ部は左右の２つの経路で形成されている。第１経路のパイプ部(31)は、下端が下側扁平チューブ(22)の他端に連通接続され、上端が上側扁平チューブ(23)の一端に連通接続されている。一方、第２経路のパイプ部(32)は、上端が上側扁平チューブ(23)の他端に連通接続し、下端が冷却液の出口(41)に連通接続されている。また、前記入口(40)と出口(41)との間には冷却液を循環させるポンプ(42)および冷却液を貯留するリザーバータンク(43)が連通接続されている。従って、前記ポンプ(42)によって入口(40)から送り込まれた冷却液は、下側扁平チューブ(22)、プレート型放熱部(30)の第１経路のパイプ部(31)、上側扁平チューブ(23)、プレート型放熱部(30)の第２経路(32)の順に流れ、出口(41)から排出されてリザーバータンク(43)に戻る。この順路で冷却液が循環する間に、ＬＥＤ光源(10)で発生した熱は上下の受熱部(20)で吸熱され、さらにプレート型放熱部(30)で放熱される。この吸熱と放熱を繰り返しによって、ＬＥＤ光源(10)およびバックライトユニット(1)内が冷却される。

前記チューブ(22)(23)は、通路(24)の壁面に多数の微細突起(25)をすることによって微細チャンネルとなされ、通路内表面積の拡大により優れた放熱性が得られる。また、図２に示す多孔チューブ(27)においては、横断面において多数の通路(26)に仕切ることによって微細チャンネルが形成され、通路通路内表面積が拡大されて優れた放熱性を得ることができる。

図３に、上述したチューブ(22)(23)(27)において、冷却液を流入させるためのポンプの動力が一定の場合における、通路(24)(26)の水力相当直径（Ｄe）と熱抵抗および圧力損失の関係を示す図（グラフ）を示す。なお、通路(24)(26)の断面積Ａ、濡れ周長さｐのときの水力相当直径（Ｄｅ）は、Ｄｅ＝４Ａ／ｐで算出される。また一般に、熱抵抗の絶対値はチューブ(22)(23)(27)のサイズにより変化するが、水力相当直径に対する熱抵抗の変化傾向はチューブ(22)(23)(27)のサイズに依らず、同図と同様となる。

同図に示すように、チューブ(22)(23)(27)の通路(24)(26)の水力相当直径（Ｄｅ）が０．２ｍｍ以上で圧力損失が小さくなり、３．１ｍｍ以下で熱抵抗が小さくなり、高い冷却効率を発揮することができる。このため、本発明においては、通路(24)(26)の水力相当直径（Ｄｅ）を０．２〜３．１ｍｍの範囲に設定することを推奨する。また、圧力損失は０．２５ｍｍ以上でさらに小さくなり、０．３ｍｍ以上でなお一層小さくなる。また、熱抵抗は２ｍｍ以下でさらに小さくなる。よって、特に好ましい水力相当直径（Ｄｅ）は０．３〜２ｍｍである。

また、通路(24)(26)内の冷却液の流速は０．０５〜２ｍ／ｓｅｃであることが好ましい。０．０５ｍ／ｓｅｃ未満では十分な冷却性能が得られず、２ｍ／ｓｅｃを越えると管内にエロージョンが発生するおそれがある。特に好ましい流速は０．５〜１ｍ／ｓｅｃである。

上述した微細チャンネルを有するチューブの製造方法は限定されないが、例えば精密押出法や、薄板を精密型ロール加工により管に仮成形し、継ぎ目をろう付することにより製造することができる。また、受熱部の材料として、アルミニウムや銅またはこれらの合金等の伝熱性の高いものを推奨できる。

本発明において、ＬＥＤ光源および受熱部は、パネル型放熱部の少なくとも１辺の側縁部に配置されていれば良く、上下左右のいずれか１辺のみ配置されている場合、任意の２辺以上に配置されている場合も本発明に含まれる。

ところで、ＬＥＤ光源(10)を搭載するプリント回路板(11)は、アルミニウム板等の基板上に絶縁層を積層し、さらに銅箔等からなる通電層を積層したもが一般的である。そして、上述した実施形態では、プリント回路板(11)の基板と受熱部(20)とを伝熱性コンパウンド等の接着層を介して密着状態に接合し、発生した熱を速やかに受熱部(20)に吸熱させるものとしている。しかしながら、プリント回路板(11)と受熱部(20)を一体化することによって、さらに伝熱性を高めることができる。

図４に示すＬＥＤ用基板(50)は、受熱部となるチューブ(27)上に絶縁層(51)が直接接合され、さらにこの絶縁層(51)上に所要回路形状の通電層(52)が形成され、これらが一体化された基板である。ＬＥＤ光源(10)は通電層(52)上に取り付けられる。このＬＥＤ基板(50)では、上述したプリント回路板(11)における基板部分が無く、チューブ(27)に接合するための接着層も無いため、ＬＥＤ光源(10)で発生した熱が直接チューブ(27)に速やかに伝わり、放熱効率が向上する。また、受熱部であるチューブ(27)が回路用基板を兼ねているので、基板としての強度を充足するものである。

前記ＬＥＤ用基板(50)において、通電層(52)は、導電性材料による層であり、例えば銅箔やアルミニウム箔が用いられる。

絶縁層(51)は、チューブ(27)に直接接合可能な絶縁材料で構成される。具体的には、絶縁性樹脂または前記絶縁性樹脂に熱伝導性フィラーを配合した絶縁性樹脂組成物を推奨できる。これらの樹脂ベースの絶縁層は、セラミックに比べて割れにくく、大面積の基板の製作が可能である。

前記絶縁性樹脂としては、耐熱性が優れて熱膨張率が小さく、金属製のチューブに密着して接着性の優れているものが好ましい。これらの条件を満たす樹脂として、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂を推奨できる。

また、前記絶縁性樹脂に熱伝導性フィラーを配合した絶縁性樹脂組成物を用いることによって、絶縁層の熱伝導性を高め、ひいては放熱性能を高めることができる。熱伝導性フィラーは絶縁体であって高熱伝導率を有するものが好ましく、金属酸化物または金属窒化物が好ましく、具体的にはＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＢｅＯ、ＭｇＯ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ、ＡｌＮを例示できる。これらの熱伝導性フィラーは単独で使用しても任意の複数種を併用しても良い。熱伝導性フィラーは、樹脂組成物中の含有量が多くなるほど絶縁層(51)の熱伝導率が高くなり、４０〜９０容量％が好ましい。４０容量％未満では熱伝導率向上効果が乏しく、９０容量％を超えると扁平チューブとの密着性が低下して放熱性能が低下する。特に好ましい含有量は６０〜８０容量％である。また、熱伝導性フィラーの粒径は１０〜４０μｍが好ましい。

絶縁層(51)の厚さは、上記の２種類のいずれの場合も０．０１〜０．５ｍｍが好ましい。

上述したチューブ(27)、絶縁層(51)、通電層(52)の接合は、ホットプレス等の周知の方法により適宜行う。例えば、絶縁層(51)の絶縁性樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合を例に挙げて説明すると、通電層(52)、絶縁層(51)、チューブ(27)を重ね合わせて押圧し、加熱する。このホットプレスにより、絶縁層(51)が硬化するとともにチューブ(27)と通電層(52)に接合され、これらが一体化される。

冷却液通路を有するプレート型放熱部において、通路の経路は任意に設定することができる。図５に例示したバックライトユニット(60)において、プレート型放熱部(62)は、上下方向に貫通して上側受熱器(61)および下側受熱器(63)に連通する多数のパイプ部(64)を有し、冷却液が上側受熱器(61)−プレート型放熱部(62)−下側受熱器(63)−プレート型放熱部(62)−上側受熱器(61)…というように上下の受熱部(61)(63)間でＵターンを繰り返して流通するものである。図１Ａおよび図５のように、受熱部(20)(21)(61)(63)とプレート型放熱部(30)(62)とで流路を連通させることによって、受熱部(20)(21)(61)(63)で吸収した熱をプレート型放熱部(30)(62)で効率良く放熱することができる。なお、本願発明は、プレート型放熱部の通路と受熱部の通路とが連通して１本の流路が形成されたものに限定されず、複数の流路が形成されていても良い。

プレート型放熱部においては、放熱性能を高めるために、冷却液通路を蛇行させて通路の全長を長くすることが好ましい。また、流路抵抗を減少するために、平行流回路とすることが好ましい。また、一つのプレート型放熱部の側端部にＬＥＤ光源を取り付け、受熱部とプレート型放熱部とが実質的に一体に形成されていても良い。

また、冷却液通路を有するプレート型放熱部の形状や製造方法は限定されない。例えばロールボンドにより金属平板を圧着するとともにパイプ部を成形したロールボンドパネルや、平板上に別途製作したパイプを接合したパイプオンシートを例示できる。また、プレート型放熱部の材料として、アルミニウムや銅またはこれらの合金等の伝熱性の高いものを推奨できる。

また、プレート型放熱部(10)の前面は反射板として用いることができ、別途反射板を設置する必要がない。要すれば、光を均一に反射させるために、白色塗装等の表面処理を行う。背面は、熱の放射率を高めるための陽極酸化処理や塗装を行うことも好ましい。

さらに、プレート型放熱部(10)においては、放熱性能を高めるための手段として、プレート型放熱部(30)の背面に放熱フィン(33)を取り付けたり（図６）、空冷用ファン（図示なし）を設置することも任意である。空冷ファンは稼働音が過大にならない程度の回転速度とすることが好ましい。

導光板(2)は、周知のものを任意に用いることができ、樹脂板に光反射用ドットを印刷したものを例示できる。また、本発明のバックライトユニットにおいて導光板は必須構成要件でなく、導光板を有さずＬＥＤ光源、受熱部、パネル型放熱部によりバックライトユニットを構成することもできる。

本発明の液晶表示装置は、液晶パネルの背面側に上述した本発明のバックライトユニットを配置したものである。この液晶表示装置においては、ＬＥＤ光源で発生した熱が十分に放熱されるため、装置内に熱がこもることがない。このため、液晶表示装置を長時間使用しても、光源の輝度が変動がなく、かつ他の半導体や電気部品が正常に動作させることができる。

本発明のバックライトユニットは優れた放熱性能を有するものであるから、コンピュータや携帯電話等の各種電子機器の液晶表示装置に組み込んで利用することができる。

本発明のバックライトユニットの一実施形態を示す斜視図である。図１Ａにおける１Ｂ−１Ｂ線断面図である。多孔チューブからなる受熱部とＬＥＤ光源を示す断面図である。チューブの流路において、水力相当直径と熱抵抗および圧力損失の関係を示すグラフである。ＬＥＤ用基板とＬＥＤ光源を示す断面図である。バックライトユニットにおいて、他の冷却液流路を模式的に示す図である。パネル型放熱部と放熱フィンを示す斜視図である。

符号の説明

１,60…バックライトユニット
２…導光板
10…ＬＥＤ光源
11…プリント回路板
20,21…受熱部
22,23,27…チューブ（受熱部）
24…通路
30…プレート型放熱部
31,32…通路
50…ＬＥＤ用基板
51…絶縁層
52…通電層

Claims

液晶パネルの背面側に配置されるバックライトユニットにおいて、
プレート型放熱部と、このプレート型放熱部の側端部に配置されたＬＥＤ光源と、このＬＥＤ光源に接して受熱し、前記プレート型放熱部に接続される受熱部とを備えることを特徴するバックライトユニット。
前記受熱部は冷却液が流通する通路を有するチューブである請求項１に記載のバックライトユニット。
前記通路の水力相当直径（Ｄｅ）が０．２〜３．１ｍｍである請求項２に記載のバックライトユニット。
前記通路内における冷却液の流速が０．０５〜２ｍ／ｓｅｃである請求項２または３に記載のバックライトユニット。
前記受熱部上に絶縁層を介して通電層が一体に積層され、この通電層にＬＥＤ光源が取り付けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
前記プレート型放熱部に冷却液が流通する通路が設けられている請求項１〜５に記載のバックライトユニット。
前記チューブの通路とプレート型放熱部の通路とが連通している請求項２〜４、６のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
前記プレート型放熱部の背面に放熱フィンが取り付けられている請求項１〜７のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
前記プレート型放熱部の前面がＬＥＤ光源の反射板となされている請求項１〜８のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
前記プレート型放熱部の前面側に配置される導光板を備える請求項１〜９のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
前記チューブの通路またはパネル型放熱器の通路に連通し、冷却液を循環させるポンプおよび冷却液を貯留するリザーバータンクを備える請求項２〜４、６、７のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
液晶パネルの背面側に請求項１〜１１のいずれか１項に記載のバックライトユニットが配設されていることを特徴とする液晶表示装置。