JP2010044223A - 駆動用ｉｃチップの放熱構造および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置における駆動用ＩＣチップを実装するベース基材に対して非接触で駆動用ＩＣチップから放熱する放熱構造を提供する。
【解決手段】液晶表示装置１００は、直下型バック・ライトとしてのランプ・ハウス２００を備える。アレイ基板１１には、駆動用ＩＣ１７ｃ、１７ｉが接続されている。ランプ・ハウスの筐体２０１の上面と下面には、駆動用ＩＣチップに対向する位置に放熱用通気口２０９ａ、２０９ｂが形成されている。蛍光ランプ２０５が点灯すると、ランプ・ハウスの内部の温度が上昇して放熱用通気口を通じた空気流が発生し、近辺の駆動用ＩＣチップから放熱をする。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置の駆動用ＩＣチップから放熱する技術に関する。

非発光型ディスプレイの典型である液晶ディスプレイは、液晶自体は発光しないので文字や画像を表示させるためには、何らかの光源が必要となる。直視型の液晶ディスプレイは光源の利用方法により、バック・ライトを利用する透過型液晶ディスプレイ、自然光や室内光を利用する反射型液晶ディスプレイ、および透過型と反射型の機能を備えた半透過型液晶ディスプレイに分類される。そしてテレビ受像機やパーソナル・コンピュータには、高い輝度で画面を表示できる透過型液晶ディスプレイが採用されている。

透過型液晶ディスプレイに使用されるバック・ライトには、光源の配置によりエッジライト型バック・ライト方式と直下型バック・ライト方式が存在する。エッジライト型バック・ライト方式では、液晶パネルの側面に配置した一つまたは複数の光源から放射した光を液晶パネルの裏面に配置した導光体で全反射させて液晶パネル方向の面光源として利用する。直下型バック・ライト方式では、発光ダイオード（ＬＥＤ）、エレクトロルミネセンス素子（ＥＬ）、冷陰極管（ＣＣＦＬ）、および熱陰極管（ＨＣＦＬ）などの複数の発光源が液晶パネルの裏側に配置されて液晶パネルを直射する。

液晶パネルには、画像信号に基づいて薄膜トランジスタの動作を制御する駆動用ＩＣチップ（ドライバＩＣともいう。）が接続される。駆動用ＩＣチップは、近年液晶パネルの細密化が進み、かつ、大型化するのに伴って発熱量が多くなり温度を一定値以下に保持するための放熱対策が必要になってきた。特許文献１は、ドライバＩＣのプリント配線フィルムに熱伝導ラバーを接触させて、筐体およびヒート・シンクに放熱する技術を開示する。特許文献２は、直下型バック・ライトのハウジングの上面と下面に通気管を形成して内部に自然対流を発生させ、熱をバック・ライト背面のキャビネット内に排出する技術を開示する。
特開２００２−１１１２６１公報 特開２００５−２３４１５０号公報

ドライバＩＣは、典型的にＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方式で可撓性のあるベース基材にＴＣＰ（Tape Carrier Package）またはＣＯＦ（Chip On Film）として実装されるため、放熱部材やヒート・シンクを直接接触させると、振動により液晶パネルとの接続部分が断線したり、ベース基材が破損したりする可能性がある。また、放熱ファンを使用すると電力のロスが増大する。さらにまた、ベース基材の材料を変更したり、ドライバＩＣの大きさを増大させたりして放熱性を向上させたりする方法もあるがコストが増大する。

そこで、本発明の目的は、簡単な方法で液晶パネルの駆動用ＩＣチップからの放熱を可能にする放熱構造を提供することにある。さらに、本発明の目的は、非接触で駆動用ＩＣチップから放熱する放熱構造を提供することにある。さらに本発明の目的は、余分なエネルギーを使用しないで駆動用ＩＣチップから放熱する放熱構造を提供することにある。さらに本発明の目的は、それらの放熱構造を採用した液晶表示装置およびテレビ受像機を提供することにある。

本発明にかかる駆動用ＩＣチップの放熱構造は、直下型バック・ライトのランプ・ハウスにより実現される。駆動用ＩＣチップはアレイ・セル基板に接続されている。駆動用ＩＣチップは、可撓性のベース基材に実装することができる。直下型バック・ライトを構成するランプ・ハウスには、駆動用ＩＣチップに対面する位置に放熱用通気口が形成されている。その結果、放熱用通気口を通じてランプ・ハウスの内と外との間で空気流が発生し、その近辺に配置された駆動用ＩＣチップはその空気流により放熱される。駆動用ＩＣチップが複数で構成されている場合は、ランプ・ハウスの各駆動用ＩＣチップに対応する位置にそれぞれ放熱用通気口を形成することができる。

ランプ・ハウスの内部に発生した空気の熱対流による煙突効果を効果的に利用するには、放熱用通気口の開口縁の大きさが駆動用ＩＣチップの外形より大きいことが望ましい。またランプ・ハウスから流出またはランプ・ハウスに流入する空気流を放熱のために効果的に利用するには、放熱用通気口の開口縁で形成された面に対する駆動用ＩＣチップの正投影が開口縁の中に入るように放熱用通気口の位置を選定することが望ましい。放熱用通気口の開口縁で形成される面と駆動用ＩＣチップとの距離は１５ｍｍ以下が望ましく、１０ｍｍ以下が最も望ましい。

放熱用通気口をランプ・ハウスの上面と下面に形成すれば、下側の放熱用通気口から流入した空気が上側の放熱用通気口から流出する。そして、駆動用ＩＣチップをいずれかの放熱用通気口に対面する位置に配置することで放熱することができる。駆動用ＩＣチップを、アレイ・セル基板の上側の端部で配線パターンに接続されたり、下側の端部で配線パターンに接続されたり、あるいは上側の端部と下側の端部で配線パターンに接続されたりしたデータ線駆動ＩＣとすることができる。ランプ・ハウスの上面が放熱用通気口に向かって傾斜するように構成すると、内部での滞留を防ぎ、放熱に有効な空気流を生成することができる。放熱用通気口は、ランプ・ハウスを構成する拡散板に形成してもよい。また、ランプ・ハウスに駆動用ＩＣチップに空気を誘導する空気誘導部材を設けるようにしてもよい。ランプ・ハウスに収納する光源を蛍光ランプとすれば、ＬＥＤに比べて発熱による対流をより有効に利用できるため放熱効果を大きくすることができる。

本発明により、簡単な方法で液晶パネルの駆動用ＩＣチップからの放熱を可能にする放熱構造を提供することができた。さらに、本発明により、非接触で駆動用ＩＣチップから放熱する放熱構造を提供することができた。さらに本発明により、余分なエネルギーを使用しないで駆動用ＩＣチップから放熱する放熱構造を提供することができた。さらに本発明により、それらの放熱構造を採用した液晶表示装置およびテレビ受像機を提供することができた。

図１は、液晶表示装置に使用されるアレイ・セル基板と駆動用ＩＣチップの平面図である。アレイ・セル基板１０は、図１において、アレイ基板１１とカラー・フィルター（ＣＦ）基板１３を含む。アレイ基板１１とＣＦ基板１３は平行に対向して配置され、両者間には複数のフォト・スペーサによりセル・ギャップが形成されている。ＣＦ基板の周囲に設けた封止材が、液晶材料をアレイ基板１１の内側とＣＦ基板１３の内側との間に封じ込める。

アレイ基板１１はアクティブ・マトリクス方式に対応しており、透明な基板上に所定の間隔で隣接するｎ本のデータ線とｍ本の走査線が直交して配置され、データ線と走査線が交差する領域の近くにはそれぞれ同一構造の画素領域が形成されてｎ×ｍの画素マトリクスを構成している。１つの画素領域は、画素トランジスタ（薄膜トランジスタ）、画素容量、および蓄積容量で構成されている。

アレイ基板１１は両端駆動方式に対応しており、その左右の端部にはそれぞれの走査線の両端に接続された１０個の走査線駆動用ＩＣチップ１５ａ〜１５ｊが配置されている。走査線駆動用ＩＣチップ１５ａ〜１５ｊは、ＣＯＧ（chip on glass）方式でアレイ基板１１に直接実装される。走査線駆動用ＩＣチップ１５ａ〜１５ｊは画素トランジスタをオンにするために、１水平走査期間ごとに順番に走査線にパルス状の走査信号を印加してデータを書き込む画素トランジスタを選択する。

アレイ基板１１の上下の端部には、それぞれデータ線に接続された１２個のデータ線駆動用ＩＣチップ１７ａ〜１７ｌが配置されている。上側に配置されたデータ線駆動用ＩＣチップ１７ａ〜１７ｆと下側に配置されたデータ線駆動用ＩＣチップ１７ｇ〜１７ｌは、隣接してパターン形成されたデータ線に交互に接続される。なお、本発明の適用においては、データ線駆動用ＩＣチップは、アレイ基板１１の上側の端部または下側の端部にだけ配置することでもよい。

データ線駆動用ＩＣチップ１７ａ〜１７ｌは、ＴＣＰまたはＣＯＦとしてポリイミド・フィルムのような可撓性のあるベース基材１８ａ〜１８ｌに実装されている。図１では、データ線駆動用ＩＣチップ１７ａ〜１７ｌは、ベース基材１８ａ〜１８ｌの裏側に配置されている。データ線駆動用ＩＣチップ１７ａ〜１７ｌは、１水平走査期間の間に、選択された画素トランジスタに対応する画素容量にデータを書き込む。ベース基材１８ａ〜１８ｌの一端に設けられたＣｕリードとアレイ基板１１のデータ線のパターンとは、導電粒子と接着剤で形成された異方性導電膜（ＡＣＦ）により接続される。ベース基材１８ａ〜１８ｌの他端も同様にＡＣＦにより対応する中継用配線基板１９ａ〜１９ｄに接続される。

図２は、液晶表示装置を備えるテレビ受像機の概略構造を示す断面図である。本明細書においては、テレビ受像機１００が使用のために設置されるときの方向で上側と下側を定義するものとし、図２では上が上側に相当する。テレビ受像機１００は、合成樹脂で形成された化粧用の筐体１０１の中に、図１に示したアレイ・セル基板１０とデータ線駆動用ＩＣチップおよび走査線駆動用ＩＣチップを含んでいる。筐体１０１には、通気口１０３ａ〜１０３ｄが形成されている。金属フレーム１０５は、テレビ受像機１００の構成部品を取り付けるための構造体である。

筐体１０１および金属フレーム１０５はともにＣＦ基板１３の前面に位置する部分に開口が形成されている。図２では、折り曲げられた状態のベース基材１８ｃ、１８ｉおよびデータ線駆動用ＩＣチップ１７ｃ、１７ｉだけが示されているが、他のベース基材およびデータ線駆動用ＩＣチップも同様に金属フレーム１０５の中に収納されている。中継用配線基板１９ａ、１９ｃは、それぞれフレキシブル印刷回路基板（ＦＰＣ）１０７ａ、１０７ｂで回路基板１０９に接続されている。中継用配線基板１９ａ、１９ｃおよび回路基板１０９に対するＦＰＣ１０７ａ、１０７ｂの接続にはコネクタが使用される。回路基板１０９には、音声データおよび画像データを処理して、走査線駆動用ＩＣチップ１５ａ〜１５ｊおよびデータ線駆動用ＩＣチップ１７ａ〜１７ｌを制御する信号処理回路および電源回路などが実装されている。

アレイ基板１１の裏側には、直下型のバック・ライトを構成するランプ・ハウス２００が配置されている。バック・ライトは、ランプ・ハウス２００とこれに電源を供給したり、電圧を制御したりする電源回路（図示せず。）で構成される。バック・ライトの電源回路用の基板は、ランプ・ハウス２００の裏側に配置される。ランプ・ハウス２００は、非発光型ディスプレイである液晶ディスプレイに文字や画像を表示するための光源として機能する。ランプ・ハウス２００は箱形の金属製の筐体２０１と拡散板２０７でほぼ密閉した空間を形成する。筐体２０１の内部には反射板２０３が設けられ、反射板２０３の前面に複数の蛍光ランプ２０５がほぼ等間隔で水平に配置されている。

蛍光ランプ２０５は、冷陰極管でも熱陰極管でもよい。本発明は発光源としてのＬＥＤを排除するものではないが、ランプ・ハウス２００の内部温度がある程度上昇したときの対流および煙突効果を利用するものなので、光源は蛍光ランプが望ましい。拡散板２０７は、蛍光ランプから直接放射される光および反射板２０３および筐体２０１の内面を反射して放射される光を拡散して面光源にしてからアレイ基板１１を照射する機能を果たす。

拡散板２０７とアレイ基板１１との間には、拡散板２０７から放射される光を法線方向に向ける光学シートが配置される（図示せず。）。筐体２０１の上面と下面には、放熱用通気口２０９ａ、２０９ｂが形成されている。なお、図２では放熱用通気口が２カ所だけ示されているが、実際には筐体２０１の上面２１０ａと下面２１０ｂのデータ線駆動用ＩＣチップ１７ａ〜１７ｌに対面する位置または対応する位置にそれぞれ形成されている。

つづいて、図２を参照して、データ線駆動用ＩＣチップから放熱する方法を説明する。テレビ受像機１００の電源を投入すると、蛍光ランプ２０５が点灯して発熱する。図２ではテレビ受像機１００が動作している間の気流を矢印で示している。蛍光ランプ２０５の表面温度は１００℃程度まで上昇し、ランプ・ハウス２００の内部の空気の温度は６０℃程度まで上昇する。ランプ・ハウス２００の内部には対流が生じ、上面の放熱用通気口２０９ａを通じてランプ・ハウス２００の外部に温度の高い空気が流出し、それを補って圧力バランスを保つために下面の放熱用通気口２０９ｂからランプ・ハウス２００に温度の低い空気が流入する。

放熱用通気口２０９ａから流出した空気は、データ線駆動用ＩＣチップ１７ｃと接触してその表面から熱を奪い、ベース基材１８ｃと他のベース基材との間の空間を通過して、通気口１０３ａから外部に放出される。一方、通気口１０３ｄから流入した空気は、ベース基材１８ｉと他のベース基材との間の空間を通過してデータ線駆動用ＩＣチップ１７ｉの表面と接触してその表面から熱を奪い、放熱用通気口２０９ｂを通じてランプ・ハウス２００の内部に流入する。このように本発明では、ランプ・ハウス２００を構成する筐体２０１の上側と下側に放熱用通気口を設けて煙突効果によりデータ線駆動用ＩＣチップから放熱することができる。なお、回路基板１０９に実装されたＩＣチップは、通気口１０３ｂ、１０３ｃから流入して通気口１０３ａを通じて排気される空気により放熱される。

シミュレーションの結果によれば、放熱用通気口２０９ａ、２０９ｂを設けない場合に１３４℃であったデータ線駆動用ＩＣチップの表面温度は、放熱用通気口２０９ａ、２０９ｂを設けてランプ・ハウス２００からの空気流を利用して放熱した場合に１０３℃まで低下した。駆動用ＩＣチップの許容温度は、８０℃〜１００℃程度であるが、現在さらに上昇する傾向にある。したがって、ランプ・ハウス２００内部の６０℃程度の空気流を駆動用ＩＣチップの表面に誘導することで、従来のように放熱部材やヒート・シンクを利用しないでも安全な温度まで放熱することができることが確認できた。

図３は、ランプ・ハウスから駆動用ＩＣチップまで空気流を誘導する構造の例を示す図である。データ線駆動用ＩＣチップ１７ａ〜１７ｌは、可撓性のあるベース基材１８ａ〜１８ｌに実装されているため、設計上の理由でテレビ受像機の筐体１０１内のさまざまな位置に配置される。また、ランプ・ハウスの筐体２０１の上面または下面に対面する位置に配置されない場合もある。駆動用ＩＣチップがいずれの場所におかれても、ランプ・ハウス２００から駆動用ＩＣチップに向かって十分な流速および流量の空気が流れることが望ましい。

図３（Ａ）は、筐体の上面３０１を駆動用ＩＣチップ３０３に対向する放熱用通気口３０２に向かって傾斜させて、ランプ・ハウスの内部に空気が滞留することを防いで煙突効果を高める構造の例を示す。図３（Ｂ）は、駆動用ＩＣチップ３０９が筐体の上面３０５に対面する位置ではなく、拡散板３０７に対面する位置に配置されているため、拡散板３０７の上側に放熱用通気口３０６を形成し、さらに筐体の上面３０５が上側に向かって傾斜している構造の例を示す。図３（Ｃ）は、水平に形成された筐体の上面３１１の開口部に、空気誘導部材３１３ａ、３１３ｂを形成して、駆動用ＩＣチップ３１５ａ、３１５ｂに空気流を誘導する構造の例を示す。

煙突効果を効果的に発揮させるためには、図３（Ｄ）に示すように、各放熱用通気口の開口縁３２１で形成される面積は対応する駆動用ＩＣチップ３２３の外形より大きいことが望ましい。また、放熱用通気口から空気流を駆動用ＩＣチップに効果的に誘導するために、放熱用通気口と駆動用ＩＣチップの位置ズレは小さくする必要がある。この点で、開口縁３２１で形成される面に対する駆動用ＩＣチップ３２３の正投影が開口縁３２１の範囲に収まることが望ましい。また、放熱用通気口の開口縁３２１で形成される面と駆動用ＩＣチップとの距離は１５ｍｍ以下にすることが望ましく、１０ｍｍ以下にすることが最も望ましい。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

液晶表示装置に使用されるアレイ・セル基板と駆動ＩＣチップの平面図である。 テレビ受像機の概略構造を示す断面図である。 ランプ・ハウスから駆動用ＩＣチップまで空気流を誘導する構造の例を示す図である。

符号の説明

１０…アレイ・セル基板
１１…アレイ基板
１３…ＣＦ基板
１５ａ〜１５ｊ…走査線駆動用ＩＣチップ
１７ａ〜１７ｌ…データ線駆動用ＩＣチップ
１８ａ〜１８ｌ…ベース基材
２００…ランプ・ハウス
２０１…ランプ・ハウスの筐体
２０９ａ、２０９ｂ、３０２、３０６…放熱用通気口
３２１…放熱用通気口の開口縁

Claims (16)

1. 液晶表示装置に使用される駆動用ＩＣチップの放熱構造であって、
   薄膜トランジスタが形成されたアレイ・セル基板と、
   前記アレイ・セル基板に接続され前記薄膜トランジスタを駆動する駆動用ＩＣチップと、
   前記駆動用ＩＣチップに対面する位置に放熱用通気口が形成された直下型バック・ライトのランプ・ハウスと
   を有する放熱構造。
2. 前記駆動用ＩＣチップが可撓性のベース基材に実装されている請求項１に記載の放熱構造。
3. 複数の駆動用ＩＣチップのそれぞれに対応する位置に前記放熱用通気口がそれぞれ形成されている請求項１または請求項２に記載の放熱構造。
4. 前記放熱用通気口の開口縁の大きさが前記駆動用ＩＣチップの外形より大きい請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放熱構造。
5. 前記放熱用通気口の開口縁で形成される面に対する前記駆動用ＩＣチップの正投影が前記開口縁の中に入るように前記放熱用通気口の位置が選定されている請求項４に記載の放熱構造。
6. 前記放熱用通気口の開口縁で形成される面と前記駆動用ＩＣチップとの距離は１５ｍｍ以下である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の放熱構造。
7. 前記放熱用通気口が前記ランプ・ハウスの上面と下面に形成されている請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の放熱構造。
8. 前記駆動用ＩＣチップが前記アレイ・セル基板の上側の端部で配線パターンに接続されたデータ線駆動用ＩＣチップである請求項７に記載の放熱構造。
9. 前記駆動用ＩＣチップが前記アレイ・セル基板の下側の端部で配線パターンに接続されたデータ線駆動用ＩＣチップである請求項７に記載の放熱構造。
10. 前記駆動用ＩＣチップが前記アレイ・セル基板の上側の端部と下側の端部で配線パターンに接続されたデータ線駆動用ＩＣチップである請求項７に記載の放熱構造。
11. 前記ランプ・ハウスの上面が前記放熱用通気口に向かって傾斜している請求項７に記載の放熱構造。
12. 前記放熱用通気口が前記ランプ・ハウスの拡散板に形成されている請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の放熱構造。
13. 前記ランプ・ハウスに取り付けられ前記駆動用ＩＣチップに空気を誘導する空気誘導部材を有する請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の放熱構造。
14. 前記ランプ・ハウスに収納された光源が、蛍光ランプである請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の放熱構造。
15. 薄膜トランジスタが形成されたアレイ・セル基板と、
    前記アレイ・セル基板を照射する直下型バック・ライトと、
    前記薄膜トランジスタを駆動する駆動用ＩＣチップの放熱構造とを有し、
    前記放熱構造が請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載された放熱構造である液晶表示装置。
16. 直下型バック・ライトを含む液晶表示装置と、
    前記液晶表示装置の薄膜トランジスタを駆動する駆動用ＩＣチップの放熱構造とを有し、
    前記放熱構造が請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載された放熱構造であるテレビ受像機。

Images