JP2008010361A - Backlight device - Google Patents
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Description
本発明は、バックライト装置に関するものである。特に、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)で用いられる透過型液晶表示パネルに向けて照射するバックライト装置に関する。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。 The present invention relates to a backlight device. In particular, the present invention relates to a backlight device that irradiates display light emitted from a plurality of light emitting diodes toward a transmissive liquid crystal display panel used in, for example, a transmissive liquid crystal display (LCD). More specifically, the present invention relates to a backlight device that can efficiently dissipate heat generated from a large number of light emitting diodes.
液晶表示装置は、陰極線管(CRT:Cathode-Ray Tube)と比較して表示画面の大型化、装置自体の軽量化、薄型化、消費電力の削減などを図ることができることから、たとえば自発光型のPDP(Plasma Display Panel)などとともにテレビジョン受像機や各種のディスプレイに用いられている。 Since a liquid crystal display device can increase the size of the display screen, reduce the weight of the device itself, reduce its thickness, reduce power consumption, etc., compared to a cathode ray tube (CRT), for example, a self-luminous type. It is used for television receivers and various displays together with PDP (Plasma Display Panel).
液晶表示パネルは、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などを光学的に表示するための基本的な装置である。液晶表示パネルに必要な付帯装置を取り付けて実際に画像表示ができるようにしたものを「液晶表示装置」と呼ぶものとする。液晶自体は発光体ではないために、たとえば液晶表示パネルの背面側に光源として機能するバックライト装置を設けたものが液晶表示装置に該当する。バックライト装置は、たとえば光源、反射板、拡散板、レンズシートなどを備えており、液晶表示パネルの表示領域の全域にわたって表示光を照射することができる。 A liquid crystal display panel encapsulates liquid crystal between two transparent substrates of various sizes and applies a voltage to change the direction of liquid crystal molecules and change the light transmittance to optically display a predetermined image or the like. It is a basic device for displaying. A liquid crystal display panel attached with a necessary auxiliary device so that an image can be actually displayed is referred to as a “liquid crystal display device”. Since the liquid crystal itself is not a light emitter, for example, a liquid crystal display device includes a backlight device that functions as a light source on the back side of the liquid crystal display panel. The backlight device includes, for example, a light source, a reflection plate, a diffusion plate, a lens sheet, and the like, and can emit display light over the entire display area of the liquid crystal display panel.
バックライト装置には、従来は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、拡散板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。 Conventionally, many backlight devices use a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) in which mercury or xenon is enclosed in a fluorescent tube as a light source. However, in recent years, in order to improve the color reproducibility of a display image, an LED backlight that obtains white light by two-dimensionally arranging a large number of red, green, and blue light emitting diodes (LEDs) on the back side of the diffusion plate Is attracting attention.
しかし、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より低い。また、温度上昇により、この電力−発光輝度効率がさらに低下する傾向が顕著である。さらに、赤色LEDでは温度上昇による波長変動が顕著である。そのため、温度上昇により液晶表示装置の画面上での色が変化していくという問題がある。 However, current LEDs have lower power-emission luminance efficiency than CCFLs that have been used so far. In addition, the tendency of the power-light emission luminance efficiency to further decrease due to temperature rise is remarkable. Furthermore, wavelength variation due to temperature rise is significant in red LEDs. Therefore, there is a problem that the color on the screen of the liquid crystal display device changes due to the temperature rise.
これらの課題を解決するため、特開2006−59607号公報(特許文献1)に開示されたバックライト装置においては、LEDを支持するバックパネルの背面側に「ヒートシンク」と称する上下方向に長い構造物を設置している。この様子を図6に示す。ヒートシンク7はベースに多数のフィンが平行に立てられたものであり、これらのフィンは画面の上下方向に延在している。図6ではバックパネル8の上下方向の長さをhとし、バックパネル8の上下方向の中央位置よりΔhだけ上寄りに冷却ファン4が位置するようにヒートシンク7が設置されている。このバックライト装置においては、ヒートシンク7は縦長であり、ヒートシンク7の幅が冷却ファン4の直径と略等しいため、図7に矢印で示すように、ヒートシンク7の上下から吸い込まれた空気が真っ直ぐに冷却ファン4に吸い込まれ、その結果、淀みの発生が少なく効率の良い放熱が可能である。
特許文献1に開示されたバックライト装置ではヒートシンク7は表示素子の背面の左右両端をそれぞれ帯状に覆うのみである。このバックライト装置において放熱量をさらに増大させるためには、ヒートシンク7が表示素子背面のなるべく多くの領域を被覆することが好ましいので、ヒートシンク7の幅を広げることが好ましい。
In the backlight device disclosed in
そこで、ヒートシンク7のフィンの延在する方向は変えずに、ヒートシンク7の幅を大きくすると、図8に示すようなヒートシンク71が考えられる。ヒートシンク71においては、図8に示すようにヒートシンク7上下から吸い込まれた空気は途中から冷却ファン4の方に向きを変えて冷却ファン4に吸い込まれていく。したがって、冷却ファン4の左右には、図8にハッチングで示すように、ほとんど流れが発生しない領域(以下「淀み」という。)が発生する。このため、効率良く放熱を行なうことが困難となる。この淀みを解消するためにはヒートシンク71の幅、すなわち流路の幅を広げるに伴い、その流路の幅に見合った大きな直径の冷却ファンを設置するか、あるいは流路の幅をカバーする程度に多数の冷却ファンを並べて設置することが考えられる。しかし、このような大きな直径の冷却ファンを設置したり、多数の冷却ファンを設置したりすることは、コストアップや騒音レベルの増大につながる。
Therefore, if the width of the heat sink 7 is increased without changing the direction in which the fins of the heat sink 7 extend, a
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、放熱量増大のために流路の幅を広げた場合でも、LEDから発する熱を低コストで効率的に放出することができるようなバックライト装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and even when the width of the flow path is widened to increase the amount of heat radiation, the heat generated from the LED can be efficiently released at low cost. An object of the present invention is to provide such a backlight device.
上記目的を達成するため、本発明に基づくバックライト装置は、複数の発光ダイオードと、互いに平行に対向し合う第1の辺と第2の辺とを有し上記発光ダイオードの点灯動作によって発生した熱を放出するための放熱部材と、上記放熱部材の近傍空間を囲むことによって上記第1の辺から上記第2の辺まで連続するような流路を形成する流路形成部材と、上記流路に上記第1の辺から上記第2の辺に向けて空気を流すための1以上の冷却ファンとを備える。上記流路の幅は上記冷却ファンの直径と上記冷却ファンの個数との積の3倍以上である。上記1以上の冷却ファンは、上記流路のうち上記第1の辺沿いまたは上記第2の辺沿いに配置されている。 To achieve the above object, a backlight device according to the present invention has a plurality of light emitting diodes and a first side and a second side facing each other in parallel, and is generated by a lighting operation of the light emitting diodes. A heat radiating member for releasing heat, a flow path forming member that forms a continuous flow path from the first side to the second side by surrounding a space near the heat radiating member, and the flow path And one or more cooling fans for flowing air from the first side toward the second side. The width of the flow path is at least three times the product of the diameter of the cooling fan and the number of cooling fans. The one or more cooling fans are arranged along the first side or the second side in the flow path.
本発明によれば、温度上昇幅の最大値を小さく抑えることができ、その結果、バックライト装置の点灯後の色変化、色ムラを小さく抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the maximum value of the temperature rise width, and as a result, it is possible to suppress color change and color unevenness after the backlight device is turned on.
(実施の形態1)
(構成)
図1、図2を参照して、本発明に基づく実施の形態1におけるバックライト装置について説明する。図1は、バックライト装置10を後ろ側の斜め上から見たところである。バックライト装置10は、横長の長方形の外形を有し、後ろ側の下方に露出するように2つの冷却ファン4を備えている。図2は図1におけるII−II線に関する矢視断面図である。
(Embodiment 1)
(Constitution)
With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the backlight apparatus in
このバックライト装置10は、複数の発光ダイオード(「LED」とも表記する。)21と、互いに平行に対向し合う第1の辺と第2の辺とを有し前記発光ダイオードの点灯動作によって発生した熱を放出するための放熱部材と、前記放熱部材の近傍空間を囲むことによって前記第1の辺から前記第2の辺まで連続する流路を形成する流路形成部材と、前記流路に前記第1の辺から前記第2の辺に向けて空気を流すための1以上の冷却ファン4とを備える。前記流路の幅Wは前記冷却ファン4の直径と前記冷却ファン4の個数との積の3倍以上であって、前記1以上の冷却ファン4は、前記流路のうち前記第1の辺沿いまたは前記第2の辺沿いに配置されている。
The
このバックライト装置10は、横長画面を有する表示素子を背後から照明するためのものであり、流路11は前記横長画面における上下方向に相当する方向に延びていることが好ましい。このバックライト装置10において、第1の辺は図1における上辺であり、第2の辺は図1における下辺である。
The
図2に示すように、バックライト装置10は、フレーム1とサブフレーム3とを備え、フレーム1の内側には、LED21が多数実装された配線基板2が設置されている。配線基板2は、アルミニウムなどの高熱伝導材料に絶縁層を成膜し、この絶縁層の上に回路配線をパターニングしたものである。配線基板2の前側の表面には複数のLED21が実装されている。配線基板2は、LED21の点灯動作に伴って発生する熱を空気中に放熱するための放熱部材の役割も兼ねている。配線基板2の前側には拡散板、レンズシートなどの光学部材6が設置されている。また、流路形成部材として配線基板2の後ろ側にサブフレーム3が設けられている。サブフレーム3と配線基板2との間の空間は流路11となっている。流路11の上端は開口5となっている。サブフレーム3の最下部には冷却ファン4が設置されている。このバックライト装置10は、流路11の上部の開口5から吸い込んだ空気をサブフレーム3の最下部から冷却ファン4を通じて排気する構造となっている。冷却ファン4の個数は上述のように1以上であればよいが、本実施の形態では、2つの冷却ファン4が配置されている。
As shown in FIG. 2, the
(作用・効果)
本実施の形態におけるバックライト装置の作用・効果を説明するにあたって、まず、上述の構造において冷却ファン4が2個の場合の空気の流れを図3に示す。また、比較のために、冷却ファン4を流路の上下方向の中央に設置し、流路の上端および下端を開口とした場合の空気の流れを図4に示す。図3、図4において流路11の幅をWとする。
(Action / Effect)
In describing the operation and effect of the backlight device according to the present embodiment, first, FIG. 3 shows the air flow when the number of
図3では、流路11の上端の開口5から吸い込まれた空気の流れは、まず下方に進んだ後、流路11下部においては冷却ファン4の方に向かって曲がり、最終的には冷却ファン4に到達する。このとき、冷却ファン4の左右ではハッチングで示す位置に淀みが発生する。
In FIG. 3, the flow of air sucked from the
図4では、流路11の上端と下端とからそれぞれ吸い込まれた空気の流れが流路11の上下方向の中央部に接近したときに冷却ファン4の方に向かって曲がり、やはり冷却ファン4左右のハッチングで示す位置に淀みが発生する。
In FIG. 4, when the air flows sucked from the upper end and the lower end of the
次に、冷却ファン4が配置される上下方向での位置と流路11の幅Wとが配線基板2上の温度上昇に与える影響についてコンピュータ上で解析を行ない、確認した。その結果のグラフを図5に示す。図5の横軸は、流路11の幅をW、冷却ファン4の直径をD、冷却ファン4の個数をNとしたときのW/DNを表す。図5の縦軸は、冷却ファン4を最下部に配置したときの温度上昇幅の最大値をΔT1、冷却ファン4を上下方向の中央に配置したときの温度上昇幅の最大値をΔT2としたときのΔT1/ΔT2を表している。ここでは、「温度上昇幅の最大値」に注目しているが、これは、バックライト装置の点灯後の色変化すなわちLEDの波長変動を最小にするには、温度上昇幅の最大値を小さく抑えるのが有効だからである。温度上昇幅の最大値を小さく抑えれば温度ムラも小さくなり、その結果、色ムラも小さくなる。
Next, the effect of the position in the vertical direction where the cooling
一般的に、冷却ファン4を最下部に設置した場合と上下方向の中央に設置した場合とで温度上昇幅の最大値は異なるが、両者がほぼ等しくなるのは、W/DNが3付近のときであることが、図5からわかる。さらに図5のグラフからは、W/DNが3より小さい場合には冷却ファン4を上下方向の中央に設置した方が、また、W/DNが3より大きい場合には冷却ファン4を流路の最下部に設置した方が温度上昇幅の最大値を小さくできることが分かる。
Generally, the maximum value of the temperature rise is different between the case where the cooling
バックライト装置の放熱量を増加させるためには放熱領域を広げることが有効である。そのためには、流路11の幅Wを広くすることが有効である。D,Nを変えずに幅Wを大きくしていった場合、W/DNが3以上となるが、その場合は、冷却ファン4を流路11の最下部に設置した方が有利といえる。冷却ファン4を流路11の最下部に設置した方が有利になる原因は、図3より図4の方が淀みの占める領域が大きいためと考えられる。たとえばコストを考慮した通常の設計では、液晶表示装置の背面全体を流路とした場合、W/DN≧3となるので、冷却ファン4を流路の上下方向の中央に設置するよりも最下部に設置した方が有利となることが分かる。
In order to increase the heat dissipation amount of the backlight device, it is effective to widen the heat dissipation area. For this purpose, it is effective to increase the width W of the
以上の説明では、放熱部材を兼ねる配線基板の材料として低コスト化に有利なアルミニウムを用いたが、熱伝導率の高い銅や銀などや、放熱性に優れるセラミックなどを用いてもよい。また、上述の説明では、冷却ファン4を流路の最下部に設置するのがよいとしたが、流路の最上部に配置しても最下部に設置したときと同様に淀みを抑制できるので同様に好ましい。また、図3、図4では冷却のための空気を上端の開口から吸い込んで冷却ファン4から吹き出す構造としたが、冷却のための空気を冷却ファン4から吸い込んで上端開口から吹き出す構造にしても同様に淀みを小さくできるので、放熱効果を高めることが可能となる。
In the above description, aluminum, which is advantageous for cost reduction, is used as a material for the wiring board that also serves as a heat radiating member. However, copper, silver, or the like having high thermal conductivity, or ceramic having excellent heat radiating properties may be used. In the above description, the cooling
本実施の形態におけるバックライト装置では、1以上の冷却ファン4は、流路11のうち第1の辺沿いまたは第2の辺沿いに配置されているので、限られた個数、大きさの冷却ファンの使用条件下で温度上昇幅の最大値を小さく抑えることができ、バックライト装置の点灯後の色変化、色ムラを小さく抑えることができる。本実施の形態では、冷却ファン4の個数を増やしたり大きさを拡大したりするわけではないので、低コストで、LEDの熱を効率的に放出することができる。
In the backlight device according to the present embodiment, one or
冷却ファン4を流路最下部に設置する構成では冷却ファン4から排気し、冷却ファン4を流路最上部に設置する構成では冷却ファン4から吸気する構造が望ましい。すなわち、流路内では空気が上から下に向かって流れることが好ましい。なぜなら、配線基板2と光学部材6で挟まれたバックライト内部空間12(図2参照)では、配線基板2からの放熱により上部の方が温度が高くなっており、その結果、温度ムラの原因となりやすいのに対して、流路内では空気が上から下に向かって流れるようにした方がバックライト内部空間12内の熱を効率良く奪うことができ、温度ムラの抑制ができるからである。LEDは温度により発光波長が変化するため、LED式のバックライト装置では温度ムラは色ムラの原因になる。
In the configuration in which the cooling
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制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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を含むものである。 In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 フレーム、2 配線基板、3 サブフレーム、4 冷却ファン、5 開口、6 光学部材、7,71 ヒートシンク、8 バックパネル、10 バックライト装置、11 流路、12 バックライト内部空間、21 LED。 1 frame, 2 wiring board, 3 subframe, 4 cooling fan, 5 opening, 6 optical member, 7, 71 heat sink, 8 back panel, 10 backlight device, 11 flow path, 12 backlight internal space, 21 LED.
Claims (5)
互いに平行に対向し合う第1の辺と第2の辺とを有し前記発光ダイオードの点灯動作によって発生した熱を放出するための放熱部材と、
前記放熱部材の近傍空間を囲むことによって前記第1の辺から前記第2の辺まで連続するような流路を形成する流路形成部材と、
前記流路に前記第1の辺から前記第2の辺に向けて空気を流すための1以上の冷却ファンとを備え、
前記流路の幅は前記冷却ファンの直径と前記冷却ファンの個数との積の3倍以上であって、
前記1以上の冷却ファンは、前記流路のうち前記第1の辺沿いまたは前記第2の辺沿いに配置されている、バックライト装置。 A plurality of light emitting diodes;
A heat dissipating member having a first side and a second side facing each other in parallel, and for releasing heat generated by the lighting operation of the light emitting diode;
A flow path forming member that forms a flow path that is continuous from the first side to the second side by surrounding a space near the heat dissipation member;
One or more cooling fans for flowing air from the first side toward the second side in the flow path;
The width of the flow path is at least three times the product of the diameter of the cooling fan and the number of cooling fans,
The one or more cooling fans are backlight devices arranged along the first side or the second side of the flow path.
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