JP2007219075A - バックライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、ＬＥＤの熱を効率的に放出することができる、バックライト装置を提供する。
【解決手段】多数のＬＥＤ２１が実装された配線基板２と液晶パネル５との間に、液晶パネル５の背面側の閉空間と、ＬＥＤ２１が実装された配線基板２が位置する開放空間とを仕切る仕切り部材３が配置されている。仕切り部材３には、ＬＥＤ２１に対応する位置に開口部３１が設けられると共に、開口部３１の周縁部には、ＬＥＤ２１のパッケージが当接している。配線基板２が開放空間に位置しているので放熱を促進することができる。また、液晶パネル５の背面側の閉空間により、配線基板２から液晶パネル５への熱を遮断することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、多数個の発光ダイオードから出射した表示光を、たとえば透過型の液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）等の透過型表示パネルに照射するバックライト装置に関し、より特定的には多数の発光ダイオードから発生した熱を効率的に放熱できるバックライト装置に関する。

液晶表示装置は、陰極線管（ＣＲＴ：Cathode-Ray Tube）と比較して大型表示画面化、軽量化、薄型化、低電力消費化等が図られることから、たとえば自発光型のＰＤＰ（Plasma Display Panel）等とともにテレビジョン受像機や各種のディスプレイ用に用いられている。

ここで液晶表示装置は、各種サイズの２枚の透明基板の間に液晶を封入し、電圧を印加することにより、液晶分子の向きを変えて光透過率を変化させて所定の画像等を光学的に表示する装置である。

液晶表示装置においては、液晶自体が発光体ではないために、たとえば液晶パネルの背面部に光源として機能するバックライト装置が設けられる。バックライト装置は、たとえば光源、反射板、拡散板、レンズシート等を備え、液晶パネルに対して全面に亘って表示光を照射する。

バックライト装置には、従来光源として水銀やキセノンを蛍光管内に封入した冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）を用いたものが多かった。しかし、近年、表示画像の色再現性を向上させるために、拡散フィルムの背面側に赤緑青の多数個の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を２次元配列して白色光を得るＬＥＤバックライトが注目されている。

現在のＬＥＤは、電力―発光輝度効率が、これまで使用されてきたＣＣＦＬより低く、さらに温度上昇により、この発光効率が低下する特性が顕著である。また、赤色ＬＥＤでは温度上昇により波長変動が顕著である。そのため、温度上昇によりＬＣＤ上での色が変化していくという問題がある。

これらの課題を解決するため、特許文献１（特開２００５−３１６３３７号公報）および特許文献２（特開２００５−３１７４８０号公報）に開示されたバックライト装置においては、図６に示すように、放熱特性のすぐれた大型のＬＥＤ２１を直線状に数行配置している。直線状に配置した大型のＬＥＤの下にはヒートパイプ８を設けている。

特許文献３（特開２００５−３３９８８１号公報）に開示されたバックライト装置においては、複数のモジュールを平面状に集合させてバックライト装置を構成している。そして、各モジュールの裏面中央部にはヒートシンクを設けている。
特開２００５−３１６３３７号公報 特開２００５−３１７４８０号公報 特開２００５−３３９８８１号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示されたバックライト装置においては、図７に示すように高価なヒートパイプ８を用いている。そのため、これがコストアップの要因となるという問題がある。

また、ＬＥＤ２１から発生した熱は、金属で構成された配線等を介して配線基板２に伝達される。特許文献１および２のバックライト装置においては、配線基板２がフレーム１と光学部材４などにより囲まれた閉空間内に配置されており、配線基板に伝達した熱の一部は、この閉空間内に放出される。

閉空間内に放出された熱は閉空間内に留まり、閉空間内の温度が上昇する。この熱により液晶パネルは背面側から加熱される。この状態が継続し、液晶パネルの温度がその耐熱温度を超える温度にまで上昇した場合には、液晶パネルが破損する可能性がある。

一方、特許文献３に記載されたバックライト装置においても、バックライト装置を構成するモジュールは、液晶パネルの背面側の閉空間内に配置されている。ＬＥＤで発生した熱の一部は、この閉空間内に放熱される。よって、特許文献１や特許文献２に開示されたバックライト装置と同様に、ＬＥＤの熱によりこの閉空間内の温度が上昇しやすい。この閉空間内の熱により加熱されて、液晶パネルの温度がその耐熱温度を超えると液晶パネルが破損する恐れがある。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、低コストで、ＬＥＤの熱を効率的に放出することができる、バックライト装置を提供することを目的とする。

この発明に基づいたバックライト装置のある局面に従えば、配線基板と該配線基板上に実装された複数の発光ダイオードとを備え、透過型表示パネルの背面側に配置されて該透過型表示パネルを背面側から照明するバックライト装置であって、上記配線基板と上記透過型表示パネルとの間には、上記透過型表示パネルの背面側の閉空間と、上記発光ダイオードが実装された上記配線基板が位置する開放空間とを仕切る仕切り部材が配置されている。上記仕切り部材には、上記発光ダイオードに対応する位置に開口部が設けられると共に、上記開口部には、上記発光ダイオードのパッケージが当接している。

この発明に基づいたバックライト装置の他の局面に従えば、配線基板と該配線基板上に実装された複数の発光ダイオードとを備え、透過型表示パネルの背面側に配置されて該透過型表示パネルを背面側から照明するバックライト装置であって、上記配線基板と上記透過型表示パネルとの間には、上記透過型表示パネルの背面側の閉空間と、上記発光ダイオードが実装された配線基板が位置する開放空間とを仕切る仕切り部材が配置されている。上記仕切り部材の、上記発光ダイオードから出射された光が照射される領域の少なくとも一部には透明部が設けられている。

これらの構成によると、仕切り部材により透過型表示パネルの背面側の閉空間を仕切ったので、この閉空間内にほとんど熱が伝達しなくなる。これにより、閉空間内の温度上昇を抑制することが可能となり、透過型表示パネルの温度上昇を抑制することができる。

また、発光ダイオードからの熱が伝導する配線基板は開放空間に位置するので、配線基板の表裏面両方から放熱が可能となり、配線基板の温度上昇を抑制することができる。その結果、発光ダイオードの温度上昇を抑制することが可能となり、発光ダイオードの発光効率の低下や波長変動を抑制することができる。

上記バックライト装置において好ましくは、上記仕切り部材の、上記開口部および上記透明部を除く領域の少なくとも閉空間側の面は反射面とされている。これにより、仕切り部材を反射板として利用可能であり、部品点数の削減とコスト削減を行なうことが可能となる。

上記バックライト装置において好ましくは、上記配線基板は、金属板と、該金属板上に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた配線パターンとを有している。上記金属板はアルミニウム製であってもよい。

これらの構成によると、配線基板を構成する金属板は熱伝導率が高いので、発光ダイオードで発生した熱をすばやく移動させることができる。また、配線基板全体の温度を略一様にすることができるため、配線基板の放熱効率を向上させることができる。また、配線基板をアルミニウムで構成することで、低コストで高い放熱効率を得ることができる。

上記バックライト装置において好ましくは、上記配線基板は、通気孔を有している。この構成によると、配線基板表裏で空気の導通が可能となり、さらに放熱効率が向上する。

上記バックライト装置において好ましくは、上記開放空間に送風機が設けられている。また、上記配線基板の背面側に、上記送風機から供給された空気の流路を形成する流路形成部材を設置してもよい。このとき、上記送風機は上記流路の中央部付近に配置してもよい。

これらの構成によると、送風機により配線基板の放熱効率をさらに向上することが可能となる。また、配線基板の背面側に流路を形成することで、配線基板に集中的に送風機の空気を供給することが可能となり、放熱効率をさらに向上させることが可能となる。

さらには、流路の略中央付近に送風機を配置することで、流路の吸気口からファンまでの距離を短くすることができる。これにより流路の圧力損失を下げ、風量を増やすことが可能となり、放熱効率を一層向上させることができる。

本発明に係るバックライト装置においては、低コストで、ＬＥＤの熱を効率的に放出することができる。

以下、この発明に基づいた各実施の形態におけるバックライト装置の構造について説明する。なお、各実施の形態において、同一または相当箇所については同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さないこととする。

（実施の形態１）
本発明に係る実施の形態について、図１から図６を参照して説明する。図１は、本実施の形態におけるバックライト装置の要部の構造を示す分解斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態では、フレーム１に、ＬＥＤパッケージ２１が多数実装されたアルミニウムを基材とする配線基板２が設置されている。配線基板２の上側にはＬＥＤパッケージ２１に対応する位置に設けられた多数の開口部３１を有する板状の仕切り部材３が配設されている。

仕切り部材３の、液晶パネル５の側の面３２は、反射面とされている。具体的には、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリカーボネート、アクリル等の透明または白色フィルム、またはアルミニウム板により構成された仕切り部材３の面３２に、硫酸バリウムと二酸化チタンを混合したものなどを白色顔料として塗布することにより、反射面としている。

さらに、拡散板、レンズシート等の光学部材４が、フレーム１の外周枠の上端面に載るように配設される。その上に、外周枠５ａを有する液晶パネル５が配設される。液晶パネル５の外周枠５ａは、フレーム１の外側を囲むように位置する。

図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面の一部を示す図である。図２に示すように、フレーム１は、下端部に配線基板２を支持するフランジ部１ａを有している。フランジ部１ａに囲まれる領域（配線基板２の背面側）は開放している。

フランジ部１ａとフレーム１の本体部１ｃとは側壁部１ｂで連結されている。側壁部１ｂは、フランジ部１ａに直交し、また本体部１ｃの下端部の内側にその上端部が連結されるように設けられている。側壁部１ｂには、側壁部１ｂの長手方向に並ぶ、多数の通気孔１１が設けられている（併せて図１参照）。

配線基板２は、フランジ部１ａ上に載置されている。配線基板２にも、多数の通気孔２２が設けられている。配線基板２に実装されたＬＥＤパッケージ２１は略円柱状に構成されている。ＬＥＤパッケージ２１の上端部には、小径部が設けられている。ＬＥＤパッケージ２１は、仕切り部材３の開口部３１に当接している。具体的には、ＬＥＤパッケージ２１の小径部が仕切り部材３の開口部３１に挿入されて、開口部３１の内周面に当接している。また、ＬＥＤパッケージ２１の小径部に連続する段部が、開口部３１の周縁部に当接している。

本実施の形態では、ＬＥＤパッケージ２１の小径部を開口部３１の内周面に当接すると共に段部を開口部３１の周縁部に当接することで開口部３１を塞いでいるが、ＬＥＤパッケージ２１を開口部３１の周縁部に当接することのみで、開口部３１を塞ぐようにしてもよい。逆に、ＬＥＤパッケージ２１を開口部３１の内周面に当接することのみで開口部３１を塞ぐようにしてもよい。

一方、仕切り部材３は、側壁部１ｂの上端面にその外周部が保持されている。光学部材４は、本体部１ｃの上端面にその外周部が保持されている。また、光学部材４の外周部は、本体部１ｃの上端面と、液晶パネル５のフランジ部５ｃとに挟まれる空間に位置する。光学部材４は熱により膨張収縮する。そのため、光学部材４の外周部は、本体部１ｃおよびフランジ部５ｃに対して自由に移動できることが好ましい。

液晶パネル５は、外周を囲む外周枠５ａと、外周枠５ａに保持された液晶パネル本体５ｂを有している。外周枠５ａは、その上端に沿って内向きに突出するフランジ部５ｃを有している。液晶パネル本体５ｂは、フランジ部５ｃに設けられた凹部にその外周部を挿入することで外周枠５ａに保持されている。

フレーム１の側壁部１ｂには多数の通気孔１１が設けられているので、配線基板２と仕切り部材３とに挟まれる空間は、通気孔１１を介して外部空間につながっており、開放空間である。また、配線基板２にも多数の通気孔２２が設けられており、この通気孔２２でも配線基板２と仕切り部材３とに挟まれる空間は外部空間につながっている。このように、本実施の形態のバックライト装置においては、その配線基板２は開放空間内に位置している。

一方、配線基板２と液晶パネル本体５ｂとの間は、仕切り部材３により仕切られている。仕切り部材３には上述のようにＬＥＤパッケージ２１の位置と一致する位置に開口部３１設けられているが、この開口部３１はＬＥＤパッケージ２１により閉じられている。その結果、液晶パネル５の背面側の空間は、フレーム１と、光学部材４および液晶パネル５と、仕切り部材３とに囲まれた閉空間となっており、配線基板２が設けられた開放空間とは分離されている。

図３は、配線基板の構造を示す拡大された断面図である。配線基板２は、アルミニウムからなる基材２ａと、基材２ａの上に塗布された絶縁材料２ｂと、その上にパターニングされた回路配線２ｃとを有している。回路配線２ｃには、ＬＥＤパッケージ２１の電極２３がはんだにより接続されている。

なお、ＬＥＤパッケージ２１内には、ＬＥＤチップ２１ａが内蔵されている。熱を発するこのＬＥＤチップ２１ａは、仕切り部材３より開放空間側に位置していることが好ましい。

上述のような構成のバックライト装置においては、ＬＥＤチップ２１ａから発生した熱は、主として、ＬＥＤパッケージ２１内の図示しない配線および電極２３を介して配線基板２に伝達される。特に、ＬＥＤパッケージ２１の電極２３と配線基板２の回路配線２ｃとは、はんだ付けされているため熱抵抗が小さく、効率的に熱が伝達される。

また、配線基板２はアルミニウムの基材２ａ上に絶縁材料２ｂが塗布され、その上に回路配線２ｃをパターニングしたアルミコア基板であるため、熱伝導率が高い。その結果、回路配線２ｃに伝達された、ＬＥＤチップ２１ａの熱は、配線基板２の全面に効率良く伝達される。

そして、本実施の形態においては、配線基板２が開放空間に位置しており、その表裏面が共に開放空間に露出している。そのため配線基板２の表裏面の全面から開放空間へ放熱され、配線基板２の温度上昇を抑制することができる。

また、液晶パネル５の背面側の空間は、配線基板２とは分離された閉空間とされている。これにより、配線基板２の熱が液晶パネル５に伝わることを、効果的に抑制することができる。

図７に示したような従来のバックライト装置では、ＬＥＤパッケージ２１が実装された配線基板２がフレーム１と光学部材４によって囲まれた閉空間内に配置されていたため、外部空間へ効率的に放熱させることができず、液晶パネル温度の上昇などを引き起こしていた。しかし、本実施の形態の構成ではＬＥＤで発生した熱は外部空間へと効率良く放熱され、このような問題を解決することができる。

フレーム１の通気孔１１および配線基板２の通気孔２２は、両方とも設けられているのが最善であるが、いずれか一方が設けられていれば、仕切り部材３と配線基板２との間の空間が開放空間となるので、従来のバックライト装置より放熱性が改善される。

また、上記の説明では配線基板２の材料はアルミニウムとしたが、アルミニウム以外にも鉄、銅、銀などの金属やシリコン等の熱伝導率が高い材料であれば良い。

図４は、本実施の形態の変形例の構造を示す断面図である。上述の実施の形態においては、仕切り部材３に開口部３１を設け、この開口部３１にＬＥＤパッケージ２１の上端部を挿入している。これに代えて、図４に示すように、ＬＥＤパッケージ２１から光が照射される領域に透明部３３を設けるようにしてもよい。

透明部３３は、閉空間内に効率良く光を入射させる意味では各ＬＥＤパッケージ２１から光が照射される領域のすべてに設けることが好ましいが、この場合には、光学部材４で反射され再度透明部３３を透過して外部空間へと出ていく光も増加し、光利用効率が低下する。そのため、光が照射される領域の一部を透明部とし、外部空間へ出ていく光を減少させることで、光利用効率を向上させることが好ましい。また、ＬＥＤパッケージ２１と仕切り部材３とは接触せずに離間していることが好ましい。

具体的には、透明部３３は、仕切り部材３に開口部を設け、その開口部に透明な樹脂材料を配設することで構成する。また、仕切り部材３そのものを透明な材料で構成し、透明部３３に対応する位置に孔が設けられた反射フィルムを閉空間側の面に配設して透明部３３を構成してもよい。また、仕切り部材３そのものを透明な材料で構成し、透明部３３に対応する位置以外に反射膜を塗布することで透明部３３を構成してもよい。

この変形例によると、ＬＥＤパッケージ２１と仕切り部材３とが直接接触しないので、仕切り部材３により仕切られた閉空間の内部への放熱を、さらに少なくすることができる。

（実施の形態２）
上記の実施の形態でも放熱性を向上させることが可能となるが、さらに放熱性を向上させるために、以下に説明するような送風機および流路を設けるようにしてもよい。

図５は、本実施の形態のバックライト装置の構造を示す断面図である。本実施の形態においては、図５に示すように、送風機を構成するファン６と、ファン６により供給された空気を配線基板２に導く流路形成部材７とを設けている。ファン６は、配線基板２の端部に向かって配設されている。

流路形成部材７は、配線基板２の裏面側全面を覆うように設けられている。またファン６が設けられた箇所には、ファン６により供給された空気を通気孔１１にも導くことができるように、通気孔１１に対向する位置にも流路形成部材７が設けられている。ファン６は複数設けることで、冷却効率がより向上する。ファン６は、吸気用として用いても良いし、逆に排気用として用いても良い。

流路形成部材７を省略し、ファン６のみを設置することでも冷却効率は向上するが、両方設けることで、ファン６による冷却風を配線基板２の全面に均等に供給することができる。

ファン６により供給された冷却風は、流路形成部材７により導かれて、配線基板２の裏面側に供給される。同時に、通気孔１１および２２を介して、仕切り部材３と配線基板２と間の空間にも供給される。これにより、ファン６から供給される冷却風により、配線基板２の両面を冷却することができる。

図６は、本実施の形態の変形例の構造を示す断面図である。この変形例においては、流路形成部材７により形成される流路の略中央部にファン６を設けている。このように構成することで、ファン６から冷却風の出口までの流路を短くすることができるので、冷却風を供給するときの圧力損失を低減することができる。これによりファン６の冷却風を効率的に供給することができる。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

この発明に基づいた実施の形態１におけるバックライト装置の要部の構造を示す分解斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態１における図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面の一部を示す図である。 この発明に基づいた実施の形態１における配線基板の構造を示す拡大された断面図である。 この発明に基づいた実施の形態１におけるバックライト装置の変形例の構造を示す断面図である。 この発明に基づいた実施の形態２におけるバックライト装置の構造を示す断面図である。 この発明に基づいた実施の形態２におけるバックライト装置の変形例の構造を示す断面図である。 従来の技術におけるバックライト装置の構造を示す断面図である。

符号の説明

１ フレーム、１ａ フランジ部、１ｂ 側壁部、１ｃ 本体部、２ 配線基板、２ａ 基材、２ｂ 絶縁材料、２ｃ 回路配線、３ 仕切り部材、４ 光学部材、５ 液晶パネル、５ａ 外周枠、５ｂ 液晶パネル本体、５ｃ フランジ部、６ ファン、７ 流路形成部材、１１ 通気孔、２１ ＬＥＤパッケージ、２１ａ ＬＥＤチップ、２２ 通気孔、２３ 電極、３１ 開口部、３２ 面、３３ 透明部。

Claims (9)

1. 配線基板と該配線基板上に実装された複数の発光ダイオードとを備え、透過型表示パネルの背面側に配置されて該透過型表示パネルを背面側から照明するバックライト装置であって、
   前記配線基板と前記透過型表示パネルとの間には、前記透過型表示パネルの背面側の閉空間と、前記発光ダイオードが実装された前記配線基板が位置する開放空間とを仕切る仕切り部材が配置され、
   前記仕切り部材には、前記発光ダイオードに対応する位置に開口部が設けられると共に、前記開口部には、前記発光ダイオードのパッケージが当接している、バックライト装置。
2. 配線基板と該配線基板上に実装された複数の発光ダイオードとを備え、透過型表示パネルの背面側に配置されて該透過型表示パネルを背面側から照明するバックライト装置であって、
   前記配線基板と前記透過型表示パネルとの間には、前記透過型表示パネルの背面側の閉空間と、前記発光ダイオードが実装された配線基板が位置する開放空間とを仕切る仕切り部材が配置され、
   前記仕切り部材の、前記発光ダイオードから出射された光が照射される領域の少なくとも一部には透明部が設けられている、バックライト装置。
3. 前記仕切り部材の、前記開口部および前記透明部を除く領域の少なくとも閉空間側の面は反射面とされている、請求項１または請求項２に記載のバックライト装置。
4. 前記配線基板は、金属板と、該金属板上に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた配線パターンとを有する、請求項１から３のいずれかに記載のバックライト装置。
5. 前記金属板はアルミニウム製である、請求項４に記載のバックライト装置。
6. 前記配線基板は、通気孔を有する、請求項１から５のいずれかに記載のバックライト装置。
7. 前記開放空間に送風機が設けられている、請求項１から６のいずれかに記載のバックライト装置。
8. 前記配線基板の背面側に、前記送風機により供給された空気の流路を形成する流路形成部材が設置されている、請求項７に記載のバックライト装置。
9. 前記送風機は前記流路の中央部付近に配置されている、請求項８に記載のバックライト装置。

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