JP2007242617A - バックライトユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】基板に低価格の絶縁基板を使用しながらも、光源であるＬＥＤチップから発生する多量の熱を円滑に放出することのできるバックライトユニットを提供する。
【解決手段】本発明のバックライトユニットは、所定の回路パターン１１１が形成された絶縁基板１１０と、回路パターン１１１と電気的に接続された多数のＬＥＤパッケージ１３０と、回路パターン１１１と接触するように形成され、ＬＥＤパッケージ１３０から発生する熱を放出する上部熱拡散板１１４と、上部熱拡散板１１４によって伝達された熱をシャーシ１５０に伝達する下部熱拡散板１１６とを含み、上部熱拡散板１１４と下部熱拡散板１１６との間は、絶縁基板１１０を貫通して内壁がメッキ処理された貫通孔１１５によって連結され、貫通孔１１５と上部熱拡散板１１４は、所定の面積比となるように形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置に設置されるバックライトユニットに係り、より詳しくは、光源であるＬＥＤから発生する多量の熱を円滑に放出することが可能なバックライトユニットに関する。
バックライトユニットは、液晶が印加電圧によって異なる分子構造を持つ原理を応用したＬＣＤに設置されるものであり、光源を提供して画面を表示するための装置である。このようなバックライトユニットは、以前には冷陰極管が主流を成していたが、寿命や明るさ、色再現性などの問題により、発光ダイオードを適用したものが脚光を浴びている。
冷陰極管の場合とは異なり、ＬＥＤを光源として用いるためには基板が必要であるが、ＬＥＤは光を出しながら多量の熱を放出するので、放熱特性に優れたメタルコア基板(Metal Core Printed Circuit Board)が使用されてきた。ところが、メタルコア基板は、放熱特性には優れているが、価格があまりにも高くてバックライトユニットの価格競争力を低下させる主な要因の一つとして指摘されている。したがって、価格が相対的に安いエポキシ樹脂系列の絶縁基板を使用することが、現在では趨勢となっている。このような絶縁基板にＬＥＤを実装したバックライトユニットの従来例を図４に示す。
図４に示すように、バックライトユニット２００は、絶縁基板２１０、ＬＥＤパッケージ２３０及びシャーシ２５０から構成されている。
絶縁基板２１０には、回路パターン２１１、２１２が形成されている。この回路パターン２１１、２１２は、エポキシ樹脂系列であるＦＲ４−ｃｏｒｅ上に銅箔を被せた後に、エッチング工程によって形成されている。
ＬＥＤパッケージ２３０は、ＬＥＤチップ２３１、ＬＥＤ電極２３２、２３３、プラスチックモールディングケース２３４及びレンズ２３５などから構成されている。ＬＥＤチップ２３１は、ＬＥＤ電極２３２上に直接接続されるように実装され、ＬＥＤ電極２３３にワイヤボンディングされている。
また、ＬＥＤチップ２３１とＬＥＤ電極２３２、２３３は、プラスチックモールディングケース２３４内に保管されており、ケース２３４は、エポキシ樹脂系列のレンズ２３５で覆われている。
また、ＬＥＤパッケージ２３０は、回路パターン２１１、２１２の陽極電極２１１と陰極電極２１２にそれぞれ電気的に接続されるように、絶縁基板２１０に実装されている。
シャーシ２５０は、金属などの熱伝導性に優れた材質で製造され、絶縁基板２１０の下面に熱パッド２７０を介して設置されている。この熱パッド２７０は電気的絶縁を行うとともに接触熱抵抗を減少させている。
このような従来のバックライトユニット２００は、基板の厚さ（Ｌ）が０．８ｍｍ、基板の熱伝導率（Ｋ）が０．３５、面積（Ａ）が３６ｍｍ２の場合、Ｒ＝Ｌ／ＫＡから得られる熱抵抗が約６３．５Ｋ／Ｗと非常に高かった。
したがって、上述した構成の従来のバックライトユニットは、絶縁基板の熱伝導率が非常に悪くてＬＥＤチップからの熱を円滑に除去することが難しく、これによってＬＥＤチップの温度が上昇し続けてＬＥＤチップの光量の減少及び波長の変化が発生し、さらに信頼度にも影響してＬＥＤチップの寿命を短縮させてしまうという結果を生じていた。
そこで、本発明は、上述した従来の問題点を解決するために創案されたもので、その目的とするところは、基板に低価格の絶縁基板を使用しながらも、光源であるＬＥＤチップから発生する多量の熱を円滑に放出することが可能なバックライトユニットを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のバックライトユニットは、一面に所定の回路パターンが形成された絶縁基板と、前記回路パターンと電気的に接続され、前記絶縁基板に実装された多数のＬＥＤパッケージと、前記回路パターンと接触するように前記絶縁基板に形成され、前記ＬＥＤパッケージから発生する熱を放出する上部熱拡散板と、前記絶縁基板の他面に形成され、前記上部熱拡散板によって伝達される熱を外部へ伝達する下部熱拡散板とを含み、前記上部熱拡散板と前記下部熱拡散板との間は、前記絶縁基板を貫通して内壁がメッキ処理された少なくとも一つの貫通孔によって連結され、前記少なくとも一つの貫通孔と前記上部熱拡散板は、所定の面積比となるように形成されていることを特徴とする。
ここで、上部熱拡散板と下部熱拡散板は、銅材質で製作され、約０．３５μｍの厚さであることを特徴とする。
また、少なくとも一つの貫通孔と上部熱拡散板との面積比は、１：１０〜１：３００であることを特徴とする。
また、絶縁基板は、下部熱拡散板を覆うように形成された絶縁薄膜を備え、この絶縁薄膜はスパッタリング法またはスプレー法によってコート処理されて形成されることを特徴とする。
また、絶縁薄膜は、約０．３５μｍの厚さであることを特徴とする。
本発明のバックライトユニットによれば、基板に絶縁基板を使用するので価格を安くすることができ、熱拡散板によって円滑な熱放出を行うのでＬＥＤの輝度を高め尚且つ寿命を長く保つことができる。
また、基板とシャーシとの間に介在していた従来の熱パッドの代わりに、非常に薄い絶縁膜がコートされているので、熱抵抗が大幅に減少して熱放出量を大きく増加させることができる。
また、ＬＥＤから発生する熱の放出を熱拡散板における対流と伝導によって最大化できるように、熱拡散板の面積と貫通孔の面積との割合を所定の割合にするので、熱の放出を極大化することができる。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施例に係るバックライトユニットについて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施例のバックライトユニット１００は、基板１１０とＬＥＤパッケージ１３０からなるバックライトモジュール及びこのバックライトモジュールが固着されるシャーシ１５０を含んでいる。
基板１１０は、絶縁基板であって、回路パターン（図示せず）が形成されている。回路パターンは、エポキシ樹脂系列のＦＲ４−ｃｏｒｅ上に銅箔を被せた後、エッチング工程によって形成する。
また、基板１１０の下面には、既存の熱パッドではなく、絶縁物質で薄くコート処理が施された絶縁薄膜１１３が形成される。
このように基板１１０として金属基板ではなく絶縁基板を使用するので、ユニット１００の価格をダウンさせることができるうえに、ユニット１００が搭載される液晶表示装置の価格も大幅にダウンさせることができる。
ＬＥＤパッケージ１３０は、赤色光を出すＬＥＤパッケージ、緑色光を出すＬＥＤパッケージ及び青色光を出すＬＥＤパッケージがそれぞれ一つのセットとなっている。そして、多数のセットが基板１１０上に設計に基づいて実装されている。
シャーシ１５０は、バックライトユニット１００のケースとなる構成要素であって、熱伝導性に非常に優れたアルミニウム、銅などの金属性の材質によって製作され、重量を軽くするという趣旨によりアルミニウム材質で製作することが好ましい。
基板１１０とシャーシ１５０とは、それぞれのコーナー部位に形成された多数の貫通孔１１５、１５５を貫通するボルト１２０などの結合手段によって結合されている。
次に、バックライトユニット１００の要部を拡大して示した図２及び図３を参照して、バックライトユニット１００についてより詳細に説明する。
図２及び図３に示すように、バックライトユニット１００は、前述したように、基板１１０、ＬＥＤパッケージ１３０及びシャーシ１５０から構成されている。
基板１１０は、絶縁基板であって、その上面には銅箔で回路パターン１１１、１１２が形成され、下面には絶縁物質で薄くコート処理を施すことにより絶縁薄膜１１３が形成されている。この際、コーティング方法としては、スパッタリングやスプレーなどの様々な方法が利用できる。
また、基板１１０の上面と下面には、ＬＥＤパッケージ１３０から発生する熱の放出に用いられる上部熱拡散板１１４と下部熱拡散板１１６が形成されているが、特に、上部熱拡散板１１４は回路パターン１１１と直接接触している。
本実施例において、絶縁薄膜１１３として用いられた絶縁物質は、従来の熱パッドに比べて熱伝導度が非常に低いが、非常に薄く、具体的には約３５μｍの厚さに形成することができるので、従来の熱パッドに比べて低い熱抵抗を実現することができる。
具体的に示すと、厚さ約０．２ｍｍの従来の熱パッドの場合には熱抵抗が単位面積当たり約２×１０−４Ｗ／Ｋであったのに対して、本実施例の絶縁薄膜１１３では、約５．８×１０−５Ｗ／Ｋとなり、約７１％の熱抵抗を減少できることが分かった。
基板１１０と上部及び下部熱拡散板１１４、１１６には、基板１１０に対して垂直な２つの貫通孔１１５が形成されている。また、２つの貫通孔１１５は、内壁が銅メッキ処理されており、基板１１０の上面と下面にそれぞれ形成された上部及び下部熱拡散板１１４、１１６を互いに連結している。したがって、ＬＥＤパッケージ１３０から発生した熱が、上部熱拡散板１１４を経て下部熱拡散板１１６へ伝導され、これにより熱をシャーシ１５０から外部へ放出することができる。
また、上部及び下部熱拡散板１１４、１１６は、熱伝導率に非常に優れた銅などの材質で製作されており、面積が大きければ大きいほど放熱効果が大きくなるので、他の外部条件、すなわちＬＥＤの個数や基板の全ての広さなどを考慮に入れ、なるべく面積を十分に大きく設計することが好ましい。
ここで、貫通孔１１５は、内壁のみが銅メッキ処理されており、内部にはその他の充填物が充填されているわけではないので、バックライトユニット１００の重量を減らすことができ、尚且つ価格を低減することができる。
この際、貫通孔１１５を多く形成すればするほど、上部熱拡散板１１４から下部熱拡散板１１６へ伝達される熱伝導量が多くなり、伝導による熱放出量を増加させることはできるが、貫通孔１１５を多く形成すると、上部熱拡散板１１４の面積が減少して対流による熱放出量が減少する結果をもたらす。
したがって、貫通孔１１５は、伝導による熱放出と対流による熱放出が最大となるように形成することが好ましい。このため、本実施例では、貫通孔１１５と上部熱拡散板１１４の総面積比を約１：１２９とした。ただし、この総面積比は１：１０〜１：３００とすることが好ましい。
次に、ＬＥＤパッケージ１３０は、ＬＥＤチップ１３１、ＬＥＤ電極１３２、１３３、プラスチックモールディングケース１３４及びレンズ１３５などから構成されている。
ＬＥＤチップ１３１は、赤色、緑色または青色の光を出す手段であって、一つのＬＥＤ電極１３２に直接接触するように実装され、他のＬＥＤ電極１３３とはワイヤボンディングによって電気的に接続されている。
ＬＥＤ電極１３２は、基板１１０に形成された回路パターン１１１、１１２のうち、陽極パターン１１１に実装され、ＬＥＤ電極１３３は、陰極パターン１１２に実装されている。
また、ＬＥＤチップ１３１とＬＥＤ電極１３２、１３３は、プラスチックモールディングケース１３４によって外部から保護されている。ケース１３４の上部はエポキシ樹脂系列の透明なレンズ１３５で覆われている。
シャーシ１５０は、金属などの熱伝導性に優れた材質で製造され、絶縁基板１１０の下面に設置されている。
本実施例では、基板１１０の厚さを約０．８ｍｍ、上部及び下部熱拡散板１１４、１１６及び絶縁薄膜１１３の厚さを約０．３５μｍ、絶縁薄膜１１３の広さを約３６ｍｍ２、貫通孔１１５の直径を約０．３ｍｍとした。
これらに基づいて熱抵抗を算定すると、
Figure 2007242617
を得ることができる。
これは、同一の基板を使用したとき、従来の技術から得られた熱抵抗６３．５Ｋ／Ｗの約３５％に相当する数値であって、熱抵抗が６５％も減少したことを示している。
以上、本発明の好適な実施例を参照して、本発明のバックライトユニットについて説明したが、本発明の思想から逸脱しない範囲内において、様々な修正、変更及び変形を加え得ることは、当業者には明らかである。
本発明の好適な実施例に係るバックライトユニットの構造を示す概略図である。 図１のバックライトユニットの要部を拡大して示す部分平面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿って切断したバックライトユニットの部分断面図である。 従来の技術に係るバックライトユニットの構造を示す概略断面図である。
符号の説明
１００ バックライトユニット
１１０ 基板
１１１、１１２ 回路パターン
１１３ 絶縁薄膜
１１４ 上部熱拡散板
１１５ 貫通孔
１１６ 下部熱拡散板
１３０ ＬＥＤパッケージ
１３１ ＬＥＤチップ
１３２、１３３ ＬＥＤ電極
１３４ プラスチックモールディングケース
１３５ レンズ
１５０ シャーシ

Claims (5)

  1. 一面に所定の回路パターンが形成された絶縁基板と、
    前記回路パターンと電気的に接続され、前記絶縁基板に実装された多数のＬＥＤパッケージと、
    前記回路パターンと接触するように前記絶縁基板に形成され、前記ＬＥＤパッケージから発生する熱を放出する上部熱拡散板と、
    前記絶縁基板の他面に形成され、前記上部熱拡散板によって伝達される熱を外部へ伝達する下部熱拡散板とを含み、
    前記上部熱拡散板と前記下部熱拡散板との間は、前記絶縁基板を貫通して内壁がメッキ処理された少なくとも一つの貫通孔によって連結され、前記少なくとも一つの貫通孔と前記上部熱拡散板は、所定の面積比となるように形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
  2. 前記上部熱拡散板と前記下部熱拡散板は、銅材質で製作され、約０．３５μｍの厚さ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. 前記少なくとも一つの貫通孔と前記上部熱拡散板との面積比は、１：１０〜１：３００であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバックライトユニット。
  4. 前記絶縁基板は、前記下部熱拡散板を覆うように形成された絶縁薄膜を備え、前記絶縁薄膜はスパッタリング法またはスプレー法によってコート処理されて形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
  5. 前記絶縁薄膜は、約０．３５μｍの厚さであることを特徴とする請求項４に記載のバックライトユニット。
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