JP2007256953A - バックライトユニット及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＬＥＤパッケージをシャーシに直接実装することにより、熱抵抗と厚さを減らすと共に価格を低く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１００は、シャーシ１１０と、シャーシ１１０に塗布された絶縁樹脂１３０と、絶縁樹脂１３０に陰刻された回路パターンの模様に金属物質を充填して形成された回路パターン１４１、１４２と、回路パターン１４１、１４２と電気的に接続されて絶縁樹脂１３０に実装されたＬＥＤパッケージ１５０とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１

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、光源モジュールとしてＬＥＤパッケージをシャーシに直接実装するバックライトユニットに関する。
バックライトユニット(Backlight unit)は、液晶が印加電圧によって異なる分子構造となる原理を応用した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のために、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」という）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、放出特性には優れているが、価格があまりにも高いので、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。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、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たものであり、絶縁基板２１０の下面に、電気的絶縁を行うとともに接触熱抵抗を減少させる熱パッド２７０を介して設置されている。
上述した構成を持つ従来のバックライトユニット２００は、基板２１０の厚さ（ｔ基板）が０．８ｍｍ、基板２１０の熱伝導率（Ｋ基板）が０．３５Ｗ／ｍ℃、熱パッド２７０の厚さ（ｔ熱パッド）が０．２ｍｍ、熱伝導率（Ｋ熱パッド）が１．００Ｗ／ｍ℃である。基板２１０と熱パッド２７０の面積（Ａ）を３６ｍｍ２と仮定し、全熱抵抗を計算すると、
Ｒ全体＝Ｒ基板＋Ｒ熱パッド
＝（ｔ基板／Ｋ基板＋ｔ熱パッド／Ｋ熱パッド）／Ａ
＝（０．８×１０−３／０．３５＋０．２×１０−３／１．００）／（３６×１０−６）
＝６９．４℃／Ｗ
となり、熱パッド２７０の厚さが０．５ｍｍの場合には７７．８８℃／ＷＲとさらに高くなる。
したがって、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や波長の変化が発生するうえに、信頼度にも影響してＬＥＤチップの寿命を短縮させるという問題を生じていた。
また、ＬＥＤチップと接続されている回路パターンを設けるためには、必ず基板を使用しなければならなかったので、全厚が厚くなるうえに、価格も高くなった。
また、熱パッドが薄いゴム板と類似な外形的特性を持つ高分子物質からなるため、価格が高いうえに、組立工程では細密な注意を必要とした。
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、その目的は、光源モジュールであるＬＥＤパッケージを回路基板のないシャーシに直接実装することにより、熱抵抗と厚さを減らすと共に価格を低く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、本発明のある観点によれば、シャーシと、シャーシに塗布された絶縁樹脂と、絶縁樹脂に形成された回路パターンと、回路パターンと電気的に接続されるように絶縁樹脂に実装される光源モジュールとを含むことを特徴とするバックライトユニットを提供する。
ここで、絶縁樹脂は、２００μｍ以下の厚さであることを特徴とする。
また、絶縁樹脂は、固相フィルム状でシャーシにラミネーションされるか、液相状でスピンコーティングまたはブレードコーティングを用いた鋳造方式でシャーシに塗布されることを特徴とする。
また、回路パターンは、絶縁樹脂に陰刻された回路パターンの模様に金属物質を充填して形成されることを特徴とし、回路パターンの模様は、模様が陽刻されたスタンプを絶縁樹脂に押圧することによって形成されることを特徴とする。
また、光源モジュールは、ＬＥＤパッケージであることを特徴とする。
本発明の他の観点によれば、シャーシに絶縁樹脂を塗布する段階（Ｓ１１０）と、絶縁樹脂に回路パターン模様を陰刻する段階（Ｓ１２０）と、陰刻された回路パターン模様に金属物質を塗布またはメッキする段階（Ｓ１３０）と、回路パターン模様からはみ出た部分の金属物質を除去して回路パターンを形成する段階（Ｓ１４０）と、回路パターンと電気的に接続されるように光源モジュールを前記絶縁樹脂に実装する段階（Ｓ１５０）とを含むことを特徴とするバックライトユニットの製造方法を提供する。
ここで、シャーシに絶縁樹脂を塗布する段階（Ｓ１１０）において、絶縁樹脂は２００μｍ以下の厚さであることを特徴とする。
また、シャーシに絶縁樹脂を塗布する段階（Ｓ１１０）は、固相フィルム状の絶縁樹脂をシャーシにラミネーションするか、或いは液相状の絶縁樹脂を塗布することによって行われることを特徴とし、液相状の絶縁樹脂はスピンコーティングまたはブレードコーティングを用いた鋳造方式でシャーシに塗布されることを特徴とする。
また、光源モジュールはＬＥＤパッケージ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及びその製造方法によれば、シャーシに塗布された絶縁樹脂に回路パターンを形成するので、回路基板と熱パッドが不要で全厚を大きく減らすことができ、尚且つ全熱抵抗を減らすことができる。
また、回路基板をシャーシに連結するための熱パッドが必要ないので、作業が円滑になるうえに、価格を大幅に低くすることができる。
また、回路基板と熱パッドを使用するときに発生していた多数の界面を無くすことができるので、界面による熱抵抗もさらに減らすことができる。
また、熱抵抗が大幅に減少することにより、ＬＥＤチップから発生する熱を円滑に除去することができ、これによってＬＥＤチップの温度上昇を防いでＬＥＤチップの光量の減少や波長の変化を無くして信頼度を高めることができ、ＬＥＤチップの寿命も延ばすことができる。
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及びその製造方法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、シャーシ１１０上に絶縁樹脂１３０が塗布され、絶縁樹脂１３０上にＬＥＤパッケージ１５０が実装されている。
シャーシ１１０は、バックライトユニット１００のケースとなる要素であって、熱伝導性に非常に優れたアルミニウムや銅などの金属性の材質で製作され、重量を軽くする趣旨によりアルミニウム材質で製作されることが好ましい。
絶縁樹脂１３０は、従来の熱パッドと類似または同一の材料である薄いゴム板と類似な外形的特性を持つ高分子物質で作られ、表面には接着性がある固相フィルム状の絶縁樹脂または液相状の絶縁樹脂を使用する。
ここで、固相の絶縁樹脂の場合は、ラミネーション方法を用いてシャーシ１１０に形成し、液相の絶縁樹脂の場合には、スピンコーティングまたはブレードコーティングを用いた鋳造方式でシャーシ１１０に塗布する。
また、絶縁樹脂１３０には、銅などの金属物質で塗布またはメッキされた回路パターン１４０が形成される。回路パターン１４０は、陰刻されたパターン模様に金属物質を充填することにより得られる。このように、回路パターン１４０をシャーシ１１０に直接形成することにより、回路パターン１４０を形成するために回路基板を使用しなければならなかった従来とは異なり、回路基板を使用する必要がなくなり、これによって全厚を薄くすることができ、熱抵抗も大幅に減少させることができる。
ＬＥＤパッケージ１５０は、図示してはいないが、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パッケージをそれぞれ備えている。これらのＬＥＤパッケージが一つのセットを成してシャーシ上に設計に合わせて実装されている。各ＬＥＤパッケージは放出する色相以外の全ての構成要素が実質的に同様なので、図１では、説明上一つのＬＥＤパッケージ１５０のみを示した。
次に、図１に基づいてＬＥＤパッケージ１５０の構造を説明する。図１に示すように、 ＬＥＤパッケージ１５０は、ＬＥＤチップ１５１、ＬＥＤ電極１５２、１５３、プラスチックモールディングケース１５４及びレンズ１５５から構成されている。
ここで、ＬＥＤチップ１５１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１５２に直接接触するように実装され、他のＬＥＤ電極１５３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。
また、ＬＥＤ電極１５２は、シャーシ１１０に形成された回路パターン１４１、１４２のうち陽極パターン１４１に実装され、ＬＥＤ電極１５３は回路パターン１４１、１４２のうち陰極パターン１４２に実装されている。
また、ＬＥＤチップ１５１とＬＥＤ電極１５２、１５３は、プラスチックモールディングケース１５４によって外部から保護され、プラスチックモールディングケース１５４の上部は、エポキシ樹脂系列の透明なレンズ１５５で覆われている。
図１のバックライトユニット１００は、図２のフローチャートに示したような段階を経て製造される。この理解を助けるために、各段階におけるバックライトユニット１００の断面を図３Ａ〜図３Ｆに示した。
まず、図３Ａに示すように、段階Ｓ１１０では、シャーシ１１０に約１０μｍの厚さで絶縁樹脂１３０を塗布する。この絶縁樹脂１３０は、薄いゴム板と類似な外形的特性を持つ高分子物質で作られ、表面に接着性のある固相フィルム状の絶縁樹脂または液相状の絶縁樹脂を使用する。
この際、固相の絶縁樹脂を使用する場合には、ラミネーション方法を用いて絶縁樹脂１３０をシャーシ１１０に形成し、液相の絶縁樹脂を使用する場合にはスピンコーティングまたはブレードコーティングを用いた鋳造方式で絶縁樹脂１３０をシャーシ１１０に塗布する。また、液相の絶縁樹脂１３０を塗布する場合には、溶媒を蒸発させた後に、半硬化状態で次の段階を行うようにする。
次に、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、段階Ｓ１２０では、スタンプ１２０を用いて（半硬化状態の）絶縁樹脂１３０に回路パターン模様１３１、１３２を陰刻する。スタンプ１２０の下面には回路パターン模様が陽刻されており、このスタンプ１２０に所定の力を印加して絶縁樹脂１３０を押圧することにより、絶縁樹脂１３０に回路パターン模様が陰刻される。
次に、図３Ｄに示すように、段階Ｓ１３０では、回路パターン模様１３１、１３２が陰刻された絶縁樹脂１３０に銅などの金属物質を塗布またはメッキする。
その後、図３Ｅに示すように、段階Ｓ１４０では、陰刻模様内からはみ出して塗布またはメッキされた銅などの金属物質を除去して回路パターン１４１、１４２を形成する。この際、金属物質を除去するための塗布層またはメッキ層を平坦化する作業は、物理的または化学的方式を用いるようにする。
最後に、図３Ｆに示すように、段階Ｓ１５０では、回路パターン１４１、１４２と電気的に接続されるように光源モジュールであるＬＥＤパッケージ１５０をシャーシ１１０、具体的にはシャーシ１１０上の絶縁樹脂１３０に実装する。
本実施例のバックライトユニット１００は、従来とは異なり、回路基板と熱パッドを別途に必要としないので、厚さを大幅に減らすことができる。すなわち、従来の回路基板の厚さ約０．８ｍｍと熱パッドの厚さ約０．２ｍｍを、１０μｍの絶縁樹脂１３０で全て代替することができるので、厚さを約１／１００に大幅に減らすことができる。
本実施例では、絶縁樹脂１３０の厚さを１０μｍとしてバックライトユニット１００を形成したが、回路パターンの設計に応じてその厚さを１μｍ〜２００μｍに多様に変更することができる。表１には、実験的に得られた絶縁樹脂１３０の厚さの変化によるバックライトユニット１００の熱抵抗がまとめられている。
Figure 2007256953
この表１から分かるように、本発明に適用することが可能な絶縁樹脂の厚さは、従来の熱パッドの厚さである０．２ｍｍ（２００μｍ）を越えることはない。したがって、絶縁樹脂をいくら厚く製作したとしても、少なくとも従来の回路基板の厚さに相当する０．８ｍｍの厚さは減らすことができる。すなわち、全厚を少なくとも１／５に減らすことができる。
また、本実施例のように絶縁樹脂の厚さを１０μｍとする場合には、熱抵抗が０．７９℃／Ｗであった。すなわち、絶縁樹脂の厚さを１０μｍとした場合には、０．８ｍｍの回路基板と０．２ｍｍの熱パッドを必要としていた従来の熱抵抗６９．４℃／Ｗに比べて、熱抵抗を約１／８７．８に大きく減らすことができる。また、絶縁樹脂の厚さを１００μｍとした場合には、熱抵抗を約１／８．７に減らすことができ、厚さを２００μｍとした場合でも、熱抵抗を約１／４．４に減らすことができる。
以上、本発明の好適な実施例を参照して、本発明のＬＥＤバックライトユニット及びその製造方法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断面図である。 図１のバックライトユニットの製造方法を示すフローチャートである。 図２のフローチャートに示した各段階におけるバックライトユニットの構造を示す断面図である。 図２のフローチャートに示した各段階におけるバックライトユニットの構造を示す断面図である。 図２のフローチャートに示した各段階におけるバックライトユニットの構造を示す断面図である。 図２のフローチャートに示した各段階におけるバックライトユニットの構造を示す断面図である。 図２のフローチャートに示した各段階におけるバックライトユニットの構造を示す断面図である。 図２のフローチャートに示した各段階におけるバックライトユニットの構造を示す断面図である。 従来のバックライトユニットの構造を示す断面図である。
符号の説明
１００ バックライトユニット
１１０ シャーシ
１２０ スタンプ
１３０ 絶縁樹脂
１４０ 回路パターン
１５０ ＬＥＤパッケージ

Claims (11)

  1. シャーシと、
    前記シャーシに塗布された絶縁樹脂と、
    前記絶縁樹脂に形成された回路パターンと、
    前記回路パターンと電気的に接続されるように前記絶縁樹脂に実装される光源モジュールと
    を含むことを特徴とするバックライトユニット。
  2. 前記絶縁樹脂は、２００μｍ以下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. 前記絶縁樹脂は、固相フィルム状で前記シャーシにラミネーションされるか、液相状でスピンコーティングまたはブレードコーティングを用いた鋳造方式で前記シャーシに塗布され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. 前記回路パターンは、前記絶縁樹脂に陰刻された回路パターンの模様に金属物質を充填して形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
  5. 前記回路パターンの模様は、前記模様が陽刻されたスタンプを前記絶縁樹脂に押圧することによって形成され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。
  6. 前記光源モジュールは、ＬＥＤパッケージであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
  7. シャーシに絶縁樹脂を塗布する段階（Ｓ１１０）と、
    前記絶縁樹脂に回路パターン模様を陰刻する段階（Ｓ１２０）と、
    前記陰刻された回路パターン模様に金属物質を塗布またはメッキする段階（Ｓ１３０）と、
    前記回路パターン模様からはみ出た部分の金属物質を除去して回路パターンを形成する段階（Ｓ１４０）と、
    前記回路パターンと電気的に接続されるように光源モジュールを前記絶縁樹脂に実装する段階（Ｓ１５０）と
    を含むことを特徴とするバックライトユニットの製造方法。
  8. 前記シャーシに絶縁樹脂を塗布する段階（Ｓ１１０）において、前記絶縁樹脂は２００μｍ以下の厚さであることを特徴とする請求項７に記載のバックライトユニットの製造方法。
  9. 前記シャーシに絶縁樹脂を塗布する段階（Ｓ１１０）は、固相フィルム状の絶縁樹脂を前記シャーシにラミネーションするか、或いは液相状の絶縁樹脂を塗布することによって行われることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のバックライトユニットの製造方法。
  10. 前記液相状の絶縁樹脂は、スピンコーティングまたはブレードコーティングを用いた鋳造方式で前記シャーシに塗布されることを特徴とする請求項９に記載のバックライトユニットの製造方法。
  11. 前記光源モジュールは、ＬＥＤパッケージであることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のバックライトユニットの製造方法。
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