JP2008130412A - バックライトユニット及びこれを有する液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バックライトユニットのヒートシンクの放熱面積を増大する。且つ、新たな対流が追加される。これによって、光源の発熱を効率よく放散することができる小型バックライトユニットを供給する。
【解決手段】 光源２５１と、光源２５１の光が入射する面と入射した光が出射する面を有する導光板２４と、光源２５１が収納されるバックケース２１と、バックケース２１と当接する当接部３０Ｕｂ，３０Ｄｂを有し光源２５１の放熱を行うヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄと、を有するバックライトユニット２０において、ヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄはバックケース２１と間隙をもって略平行に延在する放熱部３０Ｕｅ，３０Ｄｅを備えた。
【選択図】 図４

Description

本発明は光源が収納されるケースに取り付けられるヒートシンクを有するバックライトユニット及びこれを使用する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は軽量、薄型、低消費電力という特徴があり、多くの電子機器に使用されている。この液晶表示装置の多くは液晶パネルの背後から光を照射するバックライトユニットを有している。このために、外光に頼らなくても表示を見ることができ、また、表示画面をより明るくすることができる。

一般的な液晶表示装置のバックライトは液晶パネルの背面に導光板を配置し、導光板の端面に蛍光放電管やＬＥＤなどの光源を配置し、導光板の側面から入射した光を液晶パネルの背面側に出射する構成となっている。蛍光放電管やＬＥＤなどの光源の発光効率は１０％程度であり、残りのほとんどは熱となる。この発熱のためにＬＥＤの温度が所定以上の温度になると発光効率が低下し、寿命が短くなる。このために各ＬＥＤはジャンクション温度の閾値を超えないように設計しなければならない。通常、ＬＥＤのジャンクション温度の閾値は１２０℃〜１５０℃程度である。また、光源の発熱により、液晶パネルや電子回路が高温になり、動作不良を起こしたり損傷したりすることもある。このために、光源の温度上昇を抑制し、発熱を放散しなければならない。

通常、光源はバックケースに保持される。そこで、バックケースを熱伝導性の高い材料にして放熱を行う。熱伝導性の高い材料としては銀（熱伝導率：約４２８Ｗ／ｍＫ）や銅（熱伝導率：約４０３Ｗ／ｍＫ）があるが、高価であるのでアルミニウム（熱伝導率：約２３６Ｗ／ｍＫ）が好ましい（特許文献１、特許文献２参照）。しかしながら、アルミニウムは強度が弱いために、鉄（熱伝導率：約８３．５Ｗ／ｍＫ）やステンレス（熱伝導率：約１６Ｗ／ｍＫ）などのバックケースとアルミニウムのヒートシンクの二重構造にすることも考えられた（特許文献３参照）。
特開２００６−１１２４２公報 特開２００４−１８６００４公報 特開平１１−２９５７３３公報 特開２００１−３３２６６９公報

近年、携帯電話やナビゲーション装置により屋外でテレビジョンを観ることが普及し、高輝度が要求されるようになった。高輝度にすると光源の発熱量が増大するために、光源の放熱機能を向上させることが要求された。また、照度の均一性も要求され、導光板の両側面に光源を配設することが考えられた。この場合も放熱機能の向上が要求される。特に車載用では高温なダッシュボードに収納されるために放熱機能を向上させなければならない。

放熱機能を向上させる方法として、アルミニウムの材質を厚くして保熱容量を大きくする方法が考えられる。しかしながら、裏シャーシが露出する面積には限度がある。放熱面
積は変わらないのにアルミニウムの保熱容量を大きくしても放熱が間に合わない。例えば、アルミニウムの厚さを２ｍｍから４ｍｍにしても、2倍の放熱効果は得られず、コストアップに見合った効果が得られないことになる。

そこで、アルミニウムの放熱面積を大きくするためにフィンを押出し材や削成（特許文献４参照）で形成する方法が考えられるが、いずれも高額である。また、アルミニウムの表面にエッチングなどのヒートシンク加工を施して表面積を大きくする方法、あるいは表面を黒色にする方法も考えられるが、これらも高額である。

本願発明は裏シャーシとの間に間隙をもってヒートシンクを取り付けることにより、放熱面積の拡大と対流による放熱も行う、安価なバックライトユニット及びこれを使用する液晶表示装置を供給するものである。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のバックライトユニットの発明は、ヒートシンクはケースと間隙をもって略平行に延在する延在部を備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載のバックライトユニットの発明は、前記当接部は前記光源が保持される前記ケースの側面と当接し、前記ケースは前記光源が保持される側面と当接し、前記延在部は前記ケースの底面と間隙をもって略平行に延在することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載のバックライトユニットの発明は、前記ケースは前記光源が保持される複数の側面を有し、前記ヒートシンクは前記複数の側面に対応して複数の当接部と複数の延在部を備え、前記複数の延在部は互いに間隙を有して重なることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載のバックライトユニットの発明は、前記ケースは前記光源が保持される上下の側面を有し、前記ヒートシンクは前記上下の側面に対応して上下の当接部と上下の延在部を備え、前記上下の延在部は互いに略平行な面上に夫々延在し、下の延在部が延在する前記平行面は上の延在部が延在する平行面より外側にあることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に記載のバックライトユニットの発明は、前記ヒートシンクに対流放熱の通気口としての孔を設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項６に記載の液晶表示装置の発明は、液晶パネルを有し、請求項１〜５に記載のバックライトユニットを用いて前記液晶パネルに光を照射することを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、ヒートシンクはケースと間隙をもって略平行に延在する延在部を備える。このように間隙をもつことにより、ヒートシンクの放熱面積のみならずケースの放熱面積も増大する。且つ、ヒートシンクとケースの間の新たな対流が追加される。よって、光源の発熱を安価に効率よく放散することができる。また、ヒートシンクはケースと略平行に延在するために、バックライトユニットは小型となる。

また、本発明の請求項２によれば、前記ケースは底面と前記光源が保持される側面を有し、前記当接部は前記光源が保持される前記ケースの側面と当接し、前記延在部は前記ケ
ースの底面と間隙をもって略平行に延在する。したがって、側面で発生する熱を裏面でも放熱することできる。

また、本発明の請求項３によれば、前記ケースは前記光源が保持される複数の側面を有し、前記ヒートシンクは前記複数の側面に対応して複数の当接部と複数の延在部を備え、前記複数の延在部は互いに間隙を有して重なる。このように、発熱の側面が複数あっても、請求項１の発明を適応することができる。また、複数の延在部が分離しているので、部品の寸法や角度にばらつきがあっても夫々の当接部がケースと密着することができる。したがって、複数の側面からの発熱を効率よく発散させることができる。

また、本発明の請求項４によれば、前記ケースは前記光源が保持される上下の側面を有し、前記ヒートシンクは前記上下の側面に対応して上下の当接部と上下の延在部を備え、前記上下の延在部は互いに略平行な面上に夫々延在し、下の延在部が延在する前記平行面は上の延在部が延在する平行面より外側にある。これにより、下から上方向への自然対流を効率よく発散させることができる。

また、本発明の請求項５によれば、前記ヒートシンクに対流放熱の通気口としての孔を設ける。これにより、下から上方向への自然対流を効率よく発散させることができる。

また、本発明の請求項６によれば、前述の効果を有するバックライトユニットを液晶表示装置に適用することができる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのバックライトユニットを例示するものであって、本発明をこのバックライトユニットに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。

図１は本発明の一実施形態に係るバックライトユニットを有する液晶表示装置の正面図であり、図２は液晶表示装置の右側面図であり、図３は液晶表示装置の背面図であり、図４は図１のＡ−Ａ’断面図であり、図５は図4より液晶パネルと上パネルを削除してバックライトのみを示した断面図である。

本発明の液晶表示装置１は、液晶パネル１０の背面にバックライトユニット２０を配設し、フロントケース１１とバックケース２１によりこれらを挟持する構成である。

本発明のバックライトユニット２０は液晶パネル１０に光を背面から照射するユニットであり、バックケース２１に、上下一対のスペーサ２２Ｕ，２２Ｄ、反射シート２３、導光板２４、光源であるＬＥＤ２５１を有する上下一対のフレキシブルプリント基板２５Ｕ，２５Ｄ、第1の拡散シート２６、Ｘ方向のレンズシート２７、Ｙ方向のレンズシート２８、拡散シート２９が収納される。そして、上下一対のヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄがバックケース２１の底面に複数のネジ３１で螺着される。

図４，５に示す如く、枠体３２がヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄに係合することにより、上下一対のスペーサ２２Ｕ，２２Ｄ、反射シート２３、導光板２４、第1の拡散シート２６、Ｘ方向のレンズシート２７、Ｙ方向のレンズシート２８、第２の拡散シート２９がバックケース２１と枠体３２で挟持される。枠体３２とヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄの係合はヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄの当接部３０Ｕｂ，３０Ｄｂに設けられた複数の凸部３０Ｕａ，３０Ｄａと枠体３２の側壁に設けられた複数の凹部３２ａの係合によって行われる
。

フロントケース１１が枠体３２に係合することにより、液晶パネル１０がフロントケース１１とバックケース２１で挟持される。フロントケース１１と枠体３２の係合はフロントケース１１の側壁に設けられた複数の凹部（図示せず）と枠体３２の側壁に設けられた複数の凸部（図示せず）の係合によって行われる。

バックケース２１は１．５ｍｍのアルミニウム板材の絞りによって箱形に形成される。ヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄを取り付けるネジ３１はメートルネジである。セルフタッピングネジにすると螺入口が盛り上がって面の密着を阻害する。したがって、バックケース２１にネジ３１が螺入するためのタップが切られている。また、図４，５に示す如く、突出したネジ３１が反射シート２３を損傷しないようにバックケース２１の底面のネジ部は反射シート２３と離間する方向に段差が設けられている。

この段差で生じた空部に上下一対のスペーサ２２Ｕ，２２Ｄが配設される。これらのスペーサ２２Ｕ，２２Ｄにはネジ３１が当接しないように丸孔２２Ｕａ，２２Ｄａが設けられる。

光源であるＬＥＤ２５１がマウントされた上下１対のフレキシブルプリント基板２５Ｕ，２５Ｄは熱伝導性に優れた両面テープ３３でバックケース２１に粘着される。そして、図４に示す如く、導光板２４の上下両側面に向けて発光する。この発光は反射シート２３で反射され、導光板２４、第1の拡散シート２６、Ｘ方向のレンズシート２７、Ｙ方向のレンズシート２８、第２の拡散シート２９を介して液晶パネル１０に照射される。

このように上下から発光するために、一方だけの発光と比較して照度ムラが少ない。しかしながら、一方だけの発光と比較してバックライトユニット２０はより高温になる。バックライトユニット２０が高温になるとＬＥＤと発光効率が低下したり、寿命が短くなったりする。また、液晶パネルや電子回路が高温になり、動作不良を起こしたり損傷したりすることもある。

そこで、バックケース２１の板厚を厚くして熱容量を大きくすることが考えられるが、バックケース２１が外気に触れる面積は変わらないために放熱面積は広くならない。したがって、板厚を厚くするコストアップに見合うだけの放熱効果が得られない。他の方法として、ヒートシンク加工なども考えられるが高額である。

そこで、本願発明は、放熱面積を広くするために空部をもってヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄを追加するものである。ヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄは厚さ１ｍｍのアルミニウムの板金加工によって形成される。上のヒートシンク３０Ｕと下のヒートシンク３０Ｄは同一形状であり、上下線対称に配設される。尚、ヒートシンクの追加による放熱効果が大きければ、バックシャーシの板厚を薄くすることができる。

次に上のヒートシンク３０Ｕの形状について説明するが、下のヒートシンク３０Ｄも同一形状である。図４に示す如く、ヒートシンク３０Ｕには一つのＬ曲げ（１箇所の９０度曲げによるフランジ形成）と一つのＺ曲げ（異なる方向の２箇所の９０度曲げによる段差形成）が施される。Ｌ曲げの短い方３０Ｕｂ（フランジ部）（ここでは当接部という）はバックケース２１のフレキシブルプリント基板２５Ｕが貼り付けられる側壁２１ａに当接する。尚、この当接部３０Ｕｂと側壁２１ａの間に放熱効果を高める為のシリコングリス（図示せず）などの補助材を介してもよい。つまり、ここでいう「当接」は放熱効果を高める為の補助材を介在させた場合も含む。

Ｌ曲げの長い方３０Ｕｃ（ここでは取付部という）はバックケース２１の底部２１ｂに当接する。尚、この取付部３０Ｕｃと底部２１ｂの間に放熱効果を高める為のシリコングリス（図示せず）などの補助材を介してもよい。取付部３０Ｕｃにはバックケース２１にネジ３１で螺着するためのネジ孔３０Ｕｄが設けられる。当接部３０Ｕｂと側壁２１ａが密着する方向にヒートシンク３０Ｕを寄せて取り付けることができるように、ネジ孔３０Ｕｄはネジ３１の外径よりも僅か大きくなっている。尚、ネジ３１の位置は高温部の密着の観点から当接部３０Ｕｂにすることが好ましいが、通常はバックケース２１の上側面の略全領域にフレキシブルプリント基板が貼り付けられるので、本実施例ではネジ３１の位置を取付部３０Ｕｃにした。

Ｚ曲げにより、取付部３０Ｕｃから段差をもって下方に延在する放熱部３０Ｕｅが形成される。この段差によりバックケース２１とヒートシンク３０Ｕの間に空部３４ａが形成される。また、ネジ３１が反射シート２３を損傷しないようにバックケース２１の底面に設けられた前述の段差によって空部３４ｂが形成され、ヒートシンク３０Ｕとバックケース２１の間隙である空部３４の大きさはこれらの空部３４ａ，３４ｂを合わせた大きさとなっている。この空部３４により放熱面積が広くなり、且つ、新たな対流が形成されて放熱効果が向上する。尚、空部３４ａまたは空部３４ｂのいずれか一方でも形成されれば放熱面積が広くなり、且つ、新たな対流が形成されて放熱効果が向上する。図６は、前述のＺ曲げ加工を無くして、空部３４ａが無くなり空部３４ｂのみとなった例を示す参考図である。

放熱の対流を良好にするために、図２に示す如く、フロントケース１１の両側面に切欠き１１ａを設けて通気口を広くする。また、ヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄの放熱部３０Ｕｅ，３０Ｄｅの延在先端は離間しており、この隙間が通気口となる。また、図３，４に示す如く、ヒートシンク３０Ｕ，３０ＤのＺ曲げ近傍に通気口となる孔３０Ｕｆ，３０Ｄｆを設けて放熱の対流を更に良好にする。

また、ヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄは分離しているために、ヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄの当接部３０Ｕｂ，３０Ｄｂはバックケース２１の上下の側壁２１ａと容易に密着することができる。もし、図７、図８に示す如く、ヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄの両放熱部３０Ｕｅ，３０Ｄｅが一体になっているヒートシンク３０であれば、曲げ加工のばらつきや変形などにより、ヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄの当接部３０Ｕｂ，３０Ｄｂはバックケース２１の上下の側面２１ａと密着することが困難である。また、上下が一体であれば、両方を密着するように寄せて取り付けることができない。

また、図２，３に示す如く、ヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄは間隙３５をもって分離している。このために、その間隙が通気口となり、放熱の対流を更に良好にする。

尚、図７、図８に示す如く、両放熱部３０Ｕｅ，３０Ｄｅが一体になっているヒートシンクにはヒートシンク３０Ｕ，３０Ｄ間の間隙３５はないが、空部３４は形成されるので、放熱面積が広くなり、且つ、新たな対流が形成されて放熱効果が向上する効果はある。

図９に示す如く、上下から中央に向けて延在する放熱部３０Ｕｅ，３０Ｄｅを離間して重層すれば、更に放熱面積を広げることができる。

図９及び図１０に示す如く、下の放熱部３０Ｄｅが延在する面は上の放熱部３０Ｕｅが延在する面よりも外側にある。これにより、下から上に向けて延在する放熱部３０Ｄｅの対流が上から下に向けて延在する放熱部３０Ｕｅによって遮られることが少なくなる。

また、図１〜図１０に記載の放熱部３０Ｕｅ，３０Ｄｅはいずれも液晶パネルの背面と
なるバックケース２１の底面に略沿って延在する。このために、放熱部３０Ｕｅ，３０Ｄｅを延在させる場合、幅×高さ×奥行となる容積が小さい方向に延在することになり、小型となる。

尚、上述の光源２５はＬＥＤ２５１であったが、本発明は蛍光放電管について適用することができる。

本発明の一実施形態に係るバックライトユニットを有する液晶表示装置を示す正面図である。 液晶表示装置を示す側面図である。 液晶表示装置を示す背面図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 バックライトユニットを示す断面図である。 図５のヒートシンクのＺ曲げ加工を削除した液晶表示装置を示す斜視図である。 ヒートシンクを分離しない例を示す液晶表示装置の側面図である。 ヒートシンクを分離しない例を示す液晶表示装置の背面図である。 ヒートシンクが重層した例を示す液晶表示装置の側面図である。 下の放熱部が上の放熱部よりも外向きに延在する例を示す液晶表示装置の側面図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置
１０ 液晶パネル
１１ フロントケース
２０ バックライトユニット
２１ バックケース
２２ スペーサ
２３ 反射シート
２４ 導光板
２５Ｕ，２５Ｄ フレキシブルプリント基板
２５１ ＬＥＤ
２６ 第１の拡散シート
２７ レンズシート（Ｘ方向）
２８ レンズシート（Ｙ方向）
２９ 第２の拡散シート
３０ ヒートシンク
３０Ｕ 上のヒートシンク
３０Ｄ 下のヒートシンク
３０Ｕａ，３０Ｄａ ヒートシンクの凸部
３０Ｕｂ，３０Ｄｂ ヒートシンクの当接部
３０Ｕｃ，３０Ｄｃ ヒートシンクの固定部
３０Ｕｄ、３０Ｄｄ ヒートシンクのネジ孔
３０Ｕｅ，３０Ｄｅ ヒートシンクの放熱部
３１ ビス
３２ 枠体
３３ 両面テープ
３４ 空部
３５ 間隙

Claims (6)

1. 光源と、該光源の光が入射する面と入射した光が出射する面を有する導光板と、前記光源が収納されるケースと、前記ケースと当接する当接部を有し前記光源の放熱を行うヒートシンクと、を有するバックライトユニットにおいて、
   前記ヒートシンクは前記ケースと間隙をもって略平行に延在する延在部を備えたことを特徴とするバックライトユニット。
2. 前記ケースは底面と前記光源が保持される側面を有し、前記当接部は前記光源が保持される前記ケースの側面と当接し、前記延在部は前記ケースの底面と間隙をもって略平行に延在す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. 前記ケースは前記光源が保持される複数の側面を有し、前記ヒートシンクは前記複数の側面に対応して複数の当接部と複数の延在部を備え、前記複数の延在部は互いに間隙を有して重な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。
4. 前記ケースは前記光源が保持される上下の側面を有し、前記ヒートシンクは前記上下の側面に対応して上下の当接部と上下の延在部を備え、前記上下の延在部は互いに略平行な面上に夫々延在し、下の延在部が延在する前記平行面は上の延在部が延在する平行面より外側に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。
5. 前記ヒートシンクに対流放熱の通気口としての孔を設けた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。
6. 液晶パネルを有し、請求項１〜５に記載のバックライトユニットを用いて前記液晶パネルに光を照射することを特徴とする液晶表示装置。

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