JP2007335371A

JP2007335371A - 面照明装置

Info

Publication number: JP2007335371A
Application number: JP2006168933A
Authority: JP
Inventors: Yoji Kawasaki; 要二川崎
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】装置ケース内部の温度上昇を抑えてＬＥＤの発光効率の低下を抑制し、点灯中輝度を均一に維持することができる面照明装置を提供する。
【解決手段】本発明は、熱伝導性材料で形成された基材の表側に多数個のＬＥＤ２を実装したＬＥＤ実装基板３を、少なくとも底部が熱伝導性金属にて形成されたケース１の底部表側に密着させて固定し、ケースの底部背面に熱拡散材９を設置し、ケースの底部背面の端領域に熱放射部材１０を設置した面照明装置を特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液晶表示装置のバックライトユニットのような面光源として使用する面照明装置に関する。

近年、液晶表示装置用のバックライト装置の光源は、従来の冷陰極放電灯からＬＥＤに代替される動きが進んできている。これは、ＬＥＤには水銀が含まれず、環境調和型の光源として適していること、また近年目覚ましくＬＥＤの発光効率が向上していることによるところが大きい。そこで、ＬＥＤを光源とするバックライト装置は、これまで表示面積が比較的狭い携帯電話機やモバイル機器の液晶表示装置用で採用されていたが、最近では、２０インチ型以上の液晶モニタ装置、３０インチ型以上の液晶テレビ装置などの大画面表示装置用のバックライト装置としても採用する動きが活発化している。

大画面液晶表示装置用のバックライト装置は、高輝度が構造的に実現しやすい直下方式が主流である。そして直下式バックライト装置の場合、多数のＬＥＤを実装したＬＥＤ実装基板を装置ケース内の底部に設置し、面発光部には光拡散板、拡散シート、レンズシートなどを配置する構造にしている。図６は、そのような従来のバックライト装置の構造を示している。面発光部となる上面を開口した箱形のユニットケース１の底部上面側に、多数のＬＥＤ２を直線状に実装したＬＥＤ実装基板３を面光源として列設し、またユニットケース１の底部下面側に、駆動回路１１を配置している。尚、列設された複数体のＬＥＤ実装基板３の上方には光拡散及び集光用の各種光学シートを配置し、そしてフロントフレームをユニットケース１に嵌め込むことでバックライト装置として組み上がる構造である。

このようなＬＥＤ２を光源としてケース１内の底部にＬＥＤ実装基板３を設置しているバックライト装置では、特に、発光面積を大きくすることにより、次のような問題点があった。ケース１の底部に密閉した形でＬＥＤ実装基板３が設置されているので、ＬＥＤ２の点灯時の発熱によってケース１内の温度が上昇する。ところが、ＬＥＤ２の発光効率は温度上昇と共に低下する。そのために、ケース１内の温度上昇は、バックライトとしての輝度低下につながる。またケース１内の温度上昇は、面発光部の拡散板、拡散シート、レンズシートなどに熱による変形や変色を生じさせ、液晶の表示品質を低下させてしまう。さらに、バックライト装置が周囲に熱を放出するために、ケース１の底部下面側に配置されている駆動回路１１の回路部品に熱による悪影響が及び、誤動作、不安定動作の要因となる問題点があった。

このような問題点を解決するために、従来は、特開２００５−３１６３３７号公報（特許文献１）に記載されているように、面照明装置のケースの底面背部に配置したヒートパイプによってケースの側方部に配置したヒートシンクにＬＥＤで発生した熱を輸送し、さらに冷却ファンにてヒートシンクを冷却することによってＬＥＤが発生した熱を分散、放熱させる技術が知られている。

図７に別の従来例のバックライト装置の断面図を示している。この従来例のバックライト装置は、多数のＬＥＤ２を実装したＬＥＤ実装基板３をユニットケース１の底部上面側に密着して設置し、このユニットケース１の底部下面の全体にヒートシンク２０を配置した構成である。この従来例の場合、ＬＥＤ実装基板３からユニットケース１に伝達した熱は、ヒートシンク２０を経由してバックライト装置から大気中に放散されるが、ヒートシンク２０の体積が大きく、バックライト装置全体として大型化、重量化してしまう問題点があった。また、ユニットケース１の底部下面側に背面に配置した駆動回路１１に熱が放射されるため、回路部品に誤動作、不安定動作、故障などの不具合が起こる可能性がある問題点もあった。

図８にさらに別の従来例のバックライト装置の断面図を示している。この従来例のバックライト装置は、図７の従来例に対して、ユニットケース１の底部下面の端部領域のみにヒートシンク２１を配置した構成である。この従来例の場合、装置の大型化、重量化は最小限に抑えられるが、熱の放射がヒートシンク２１の配置部に限定されるため、ユニットケース１の中央付近の熱を放射させることが難しく、装置の温度上昇につながる問題点があった。
特開２００５−３１６３３７号公報

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、装置ケース内部の温度上昇を抑えてＬＥＤの発光効率の低下を抑制し、点灯中輝度を均一に維持することができる面照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、熱伝導性材料で形成された基材の表側に多数個のＬＥＤを実装したＬＥＤ実装基板を、少なくとも底部が熱伝導性金属にて形成されたケースの底部表側に密着させて固定し、前記ケースの底部背面に熱拡散材を設置し、前記ケースの底部背面の端領域に熱放射部材を設置した面照明装置を特徴とする。

上記発明の面照明装置において、前記熱拡散部材は、熱伝導層としてグラファイト層を備えたものを用いることができる。

また、上記発明の面照明装置おいて、前記熱放射部材は、熱放射性セラミック層又はカーボンブラック層を備えたものを用いることができる。

本発明の面照明装置によれば、多数のＬＥＤから発生する熱を熱拡散部材によって均一に拡散させ、さらに熱放射部材によって放熱させることができ、面照明装置全体として見た場合に部品数や重量を増加させずに、また構造を複雑化させることなしに、装置ケース内部の温度上昇を抑制することができ、この結果として、点灯中の輝度低下を抑制することができ、また面発光部の拡散板、拡散シート、レンズシートなどの熱変形や変色を防止でき、さらに、通常、ケースの底面背部に配置される駆動回路の回路部品に熱による悪影響を及ぼさず、誤動作、不安定動作、故障の発生を予防でき、装置の寿命を長くすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１、図２は、本発明の面照明装置の１つの実施の形態として、液晶表示装置用のバックライト装置を示している。本実施の形態のバックライト装置は、面発光部となる上面を開口した箱形のユニットケース１の底部上面側に、多数のＬＥＤ２を直線状に実装したＬＥＤ実装基板３を面光源として列設し、列設された複数体のＬＥＤ実装基板３の上方に拡散板４、拡散シート５、レンズシート６、拡散シート７の光拡散及び集光用の各種光学シートを配置し、そしてフロントフレーム８をユニットケース１に嵌め込むことで一体にした構造である。ユニットケース１の底部下面側には、熱拡散部材９を設置し、この熱拡散部材９のさらに下面両側に熱放射部材１０を設置してある。さらに、ユニットケース１の底部下面側に駆動回路１１を配置している。

ＬＥＤ実装基板３には、所望の白色色度に合成させるための数量比で配置した青色、緑色、赤色などに発色する複数のＬＥＤ２が実装してある。ＬＥＤ実装基板３の基材は、高熱伝導性のアルミ系、銅系合金などの金属や、窒化アルミニウムなどのセラミックにより形成してある。そしてＬＥＤ実装基板３は、アルミニウム合金などの高熱伝導性の金属で形成したユニットケース１の底部上面にネジ止めなどで固定している。このユニットケース１の底部とＬＥＤ実装基板３との間に高熱伝導性のシート若しくはグリスを介在させることでＬＥＤ実装基板３の熱をユニットケース１の底部に熱伝導させるようにしている。

ユニットケース１の底部下面側に設置した熱拡散部材９は、図３に示すように、シート状グラファイト層９Ａの片面に、ポリビニルアルコール層９Ｂを介してシリコーンエラストマー層９Ｃを設けることにより構成されたものである。シート状グラファイト層９Ａとしては、各種のグラファイトシートを適宜選択して用いることができる。例えば、天然グラファイトから製造したシートや、高分子化合物をグラファイト化してシート状としたものが挙げられる。また、取り付け対象部品に沿って密着させるため、可撓性を有することが好ましい。シート状グラファイト層９Ａの厚さは、厚過ぎると可撓性が損なわれ、逆に薄いと強度が低下するため、これらのバランスを考慮して適宜設定される。具体的には、０．１〜１．０ｍｍ程度とすることが適当である。本実施の形態では、この熱拡散部材９は厚さ約０．５ｍｍに形成し、シリコーンエラストマー層９Ｃ側をユニットケース１の底部下面側に密着させている。

ユニットケース１の底部下面側の両端部領域に設置した熱放射部材１０は、図４に示すように吸熱層１０Ａの表に熱放射膜１０Ｂを塗布形成し、吸熱層１０Ａの裏に熱伝導性接着剤のテープ又は熱伝導性物質を混合した熱伝導性接着剤の塗膜で成る接着層１０Ｃを貼付若しくは塗布形成したものである。吸熱層１０Ａは、アルミニウム又はその合金、銅又はその合金、ステンレス鋼等の金属材を用いた熱伝導性を有する薄板であって、比較的小さな力で撓ませることができる可撓性を有している。熱放射膜１０Ｂは、伝導された熱を赤外線及び／若しくは遠赤外線に変換して放射する赤外線放射効果を有すると共に比較的小さな力で撓ませることができる可撓性を有している。このような熱放射膜１０Ｂは、酸化珪素、酸化アルミニウムを含有する粉体にバインダを配合した液状体、例えばセラックα（商品名）をスプレー等で吸熱層１０Ａの表面に直接吹付け、その後に乾燥させた塗膜によって形成してある。また、同様の塗膜を形成するためには、カオリン、酸化珪素、酸化アルミニウム等の粉体を、シリコーン樹脂を含むエマルジョンに含有させた組成物（エマルジョン性組成物という。）等があるが、熱放射膜１０Ｂの形成は上記の例に限るものではなく、赤外線放射効果及び可撓性を有する塗膜を形成することができるものであればどのようなものであってもよい。接着層１０Ｃは、熱伝導性接着剤のテープ又は熱伝導性物質を混合した熱伝導性接着剤を吸熱層１０Ａの裏面に貼付又は塗布して形成してある。本実施の形態では、この熱放射部材１０を厚さ約０．２ｍｍのシート状に形成し、接着層１０Ｃ側を熱拡散部材９のさらに下面側に密着させている。

尚、熱拡散部材９、熱放射部材１０の厚みは限定されるものではなく、仕様に応じて適宜の厚さに設定されるものである。また、熱放射部材１０は、熱拡散部材９の上に直接設置してもよいし、あるいは熱拡散部材９を避けてユニットケース１の底部下面の両端部に直接に設置してもよい。

次に、上記構成の面照明装置におけるＬＥＤで発生した熱の伝導、放散の動作について説明する。多数のＬＥＤ２から発生した熱は高熱伝導性を有するＬＥＤ実装基板３の基材、ユニットケース１の底部を経由して底部下面側の熱拡散部材９に達する。この熱拡散部材９に含有されるグラファイトは、亀の甲状の層状構造で、層毎の面内は強い共有結合で繋がっているが層と層の間は弱いファンデルワールス力で結合しているという特性なので、横方向の熱伝導率がおよそ２００Ｗ／ｍＫという高い値を持つ。そのため、熱拡散部材９に到達した熱を効果的に拡散させることができる。

さらに、この熱拡散部材９を配置したユニットケース１の底部下面の両端部領域に設置した熱放射部材１０で熱を大気中に放散させる。この熱放射部材１０に含有させた窒化アルミニウムは、熱放射率が０．９以上と高い値であり、熱を効果的に放散させることができる。

これにより、本実施の形態のバックライト装置では、多数のＬＥＤ２が発生する熱を効果的に大気中に放散させることができ、ＬＥＤの発熱に起因するバックライト装置のケース１内の温度上昇を低減でき、温度上昇によるＬＥＤ２の発光効率の低下によりバックライト輝度が低下することを防ぎ、また拡散板４等の光学シート部材の熱変形・変色による液晶表示装置の表示品質の悪化を防止することができる。また、ユニットケース１の底部下面側でも特に端部領域から熱を放散させることにより、当該バックライト装置の下面側に配置した、駆動回路１１への熱の影響を低減させ、回路部品の誤動作・不安定動作を防止することができる。さらに、熱拡散部材９と熱放射部材１０とを薄型軽量な部材で構成したことによって、放熱構造を追加した場合にも装置として重量化、大型化しない利点がある。

尚、熱放射部材１０として、アルミニウム合金などに熱放射性の高いカーボンブラックを含有させた塗料をユニットケース１の底部下面側の両端部領域において、熱拡散部材９上に所定の厚さに塗布することで形成することができる。

また、本実施の形態では面照明装置としてバックライト装置を例示して説明したが、本発明の面照明装置の用途は液晶表示用バックライト装置に限定されず、一般照明あるいは看板照明等にも適用できる。

図５の表１に、３２インチ型液晶表示装置用で、定格消費電力２００Ｗのバックライト装置であって、熱拡散部材９、熱放射部材１０なしのもの（比較例）と、本発明の上記実施の形態の構成のもの（実施例）とのＬＥＤ実装基板３の温度の測定結果を示している。

本発明の実施例の熱拡散部材９には、基材であるシリコーンエラストマー層の上に熱伝導率の高いグラファイトを厚さ０．５ｍｍの層（シート状）に形成したもので、バックライト装置のサイズに合わせたサイズのもの、本実施の形態では３２インチ用として７０ｃｍ×４０ｃｍのサイズのものを用いた。また、熱放射部材１０は、アルミニウム合金製の吸熱層１０Ａの表面に酸化珪素、酸化アルミニウムを含有するセラミック熱放射膜１０Ｂを塗布形成し、吸熱層１０Ａの裏面に熱伝導性物質を混合した熱伝導性接着剤で成る接着層１０Ｃを塗布形成したもので、２０ｃｍ×４０ｃｍのサイズのものを、熱拡散材９の両端部それぞれに用いた。

本発明の実施例の場合、比較例に比して、ＬＥＤ実装基板温度を低減できることが確認できた。これにより、本発明の実施例によれば、ＬＥＤの発熱、すなわちバックライト装置の温度上昇を低減でき、ＬＥＤの発光効率低下によるバックライト輝度の低下や拡散板等の部材の熱変形・変色による表示品質の悪化を防止できること、また、ユニットケース背面の中でも、特に端部領域から熱を放射させることにより、バックライトの背面に配置した、駆動回路への熱の影響を低減させ、回路部品の誤動作・不安定動作を防止できることが確認できた。

本発明の１つの実施の形態のバックライト装置の分解斜視図。上記実施の形態のバックライト装置の断面図。上記実施の形態のバックライト装置にて用いる熱拡散材の断面図。上記実施の形態のバックライト装置にて用いる熱放射材の断面図。本発明の実施例のバックライト装置と比較例のバックライト装置とのＬＥＤ実装基板温度の測定結果の表。従来例である比較例１のバックライト装置の断面図。別の従来例のバックライト装置の断面図。さらに別の従来例のバックライト装置の断面図。

符号の説明

１ユニットケース
２ＬＥＤ
３ＬＥＤ実装基板
４拡散板
５拡散シート
６レンズシート
７拡散シート
８フロントフレーム
９熱拡散部材
９Ａシート状グラファイト層
９Ｂポリビニルアルコール層
９Ｃシリコーンエラストマー層
１０熱放射部材
１０Ａ吸熱層
１０Ｂ熱放射膜
１０Ｃ接着層
１１駆動回路

Claims

熱伝導性材料で形成された基材の表側に多数個のＬＥＤを実装したＬＥＤ実装基板を、少なくとも底部が熱伝導性金属にて形成されたケースの底部表側に密着させて固定し、
前記ケースの底部背面に熱拡散材を設置し、
前記ケースの底部背面の端領域に熱放射部材を設置したことを特徴とする面照明装置。
前記熱拡散部材は、熱伝導層としてグラファイト層を備えていることを特徴とする請求項１に記載の面照明装置。
前記熱放射部材は、熱放射性セラミック層又はカーボンブラック層を備えていることを特徴とする請求項１に記載の面照明装置。