JP2013131407A - 線状光源ユニットおよび面状光源ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子を実装する回路基板とヒートシンクとの長期にわたる密着性を確保し、信頼性の高い線状光源ユニット、および面状光源ユニットを提供する。
【解決手段】線状光源ユニット１０は、複数の発光素子２と、複数の発光素子２が長手方向に沿って実装される長方形状の回路基板１と、回路基板１が搭載されるヒートシンク７とを有し、ヒートシンク７は回路基板１を収納する凹部７０と、ヒートシンク７に一体で形成されて回路基板１を押さえるために回路基板１の長手方向に沿って形成される押さえ部７１を有する。線状光源ユニット１０で発光された光を面状の導光板９０に導いて面光源ユニット２０を構成する。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、複数の発光素子を直線状に配列した線状光源ユニット、およびその線状光源ユニットを用いた面状光源ユニットに関する。

従来から液晶表示装置の液晶表示パネルに光を供給するバックライトユニットとして種々のものが開発されている。通常、バックライトユニットは、光を発する光源を含む。例えば、バックライトユニットは、図１０、図１１の断面図に示すように、紙面垂直方向に長い長方形状の回路基板１に一列に実装された複数の発光素子２を光源とする。そして、発光素子２は光を導光板３に入射させ、その光は、導光板３を通過し、反射シート４で反射され、光学シート５群を経て、液晶表示パネル６に進行する。

このような光は、発光素子２の駆動により発光されるが、この駆動にともなって、発光素子２は発熱する。このような熱は、例えば、発光素子２の発光効率を低下させたり、発光素子２の寿命を短縮させたりして発光素子２自体を劣化させる。発光素子２に帯びる熱は回路基板１にも伝わり、その熱で回路基板１が早期に劣化したり、反り返ったりもする。

このような熱に起因する不具合を防止するために、回路基板１をヒートシンク７上に搭載した線状光源ユニットを用いることで、発光素子２および実装基板１に熱を留めることなく、発光素子２からの熱をヒートシンク７に逃がすことができる。線状光源ユニットにおいて、回路基板１のヒートシンク７への搭載方法としては、例えば、特許文献１に記載のように回路基板１の裏面に放熱シート８を介して搭載する方法（図１０）、あるいは、特許文献２のように回路基板１をネジ９で固定するような方法（図１１）、さらには、特許文献３のようにヒートスプレッダ７ａを用いる方法（図１２）がある。

また、線状光源ユニットの回路基板１については、発光素子２の発熱密度の高いサイドエッジ型のバックライトユニットでは、放熱性を高めるために、熱伝導率の高いアルミベース基板や、セラミック基板が用いられている。

また、コスト削減の観点から、最近ではアルミベース基板や、セラミックス基板から、ガラスエポキシに代表される樹脂基板への置き換えが検討されている。

特開２００７‐１６３６２０号公報 特開２００９‐３０８１号公報 特許第４７７７４６９号

しかしながら、回路基板１として樹脂基板を用いた場合、樹脂基板の熱伝導率が小さいために、発光素子２から発せられた熱は、回路基板１の長手方向には伝わりにくく、発光素子２が実装された回路基板１の直下から、主にヒートシンク７に伝えられる。そのため、発光素子２直下の回路基板１とヒートシンク７との間の熱伝導性が発光素子２から発せられた熱の放熱性を決定する要因となる。

図１０に示すような回路基板１とヒートシンク７との接着を放熱シート８で行う方法では、放熱シート８の貼り付け時に空気が入ることがあり、回路基板１と放熱シート８との間に気泡を噛み込む部分が発生する。回路基板１と放熱シート８との間に、気泡による空気層が存在すると、その部分の熱伝導性が低下する。回路基板１にアルミ等の金属をベースに用いた基板では、回路基板１の長手方向に熱が伝達され、発光素子２からの熱を気泡以外の箇所から十分にヒートシンク７に伝達することが可能となる。

しかし、回路基板１が樹脂製である場合、アルミ等の金属をベースに用いた基板と異なり、長手方向への熱伝導性が低い。そのため、気泡発生部分では、基板温度が高まり、結果として発光素子２の温度が高くなる不具合が発生する。

また、例え、回路基板１とヒートシンク７との貼り付け時に、気泡が混入しない場合においても、長期使用環境下で、放熱シート８の一部で剥離が発生し、気泡混入時と同様の不具合が発生する。このように、樹脂製の基板を用いた場合、従来の線状光源ユニットでは、発光素子２の温度が上昇する不具合が発生する。

また、図１１に示すような回路基板１とヒートシンク７との接続方法として、ネジ９によるネジ止めによる方法では、ネジ止め箇所付近のみ、回路基板１とヒートシンク７とが十分に接触されているが、ネジ９で回路基板１とヒートシンク７とを締結した部分以外の回路基板１とヒートシンク７との間の熱伝導が非常に悪く、発光素子２の劣化が早まる問題が発生する。

回路基板１としてアルミ等の金属をベースに用いた基板では、回路基板１の長手方向に熱が伝達され、ネジ止め箇所付近からヒートシンク７への放熱のみでも、発光素子２からの熱を十分にヒートシンク７に伝達できる。しかし、回路基板１が樹脂製である場合、従来のようなアルミ等の金属をベースに用いた基板と異なり、非常に熱伝導性が低い。よって、発光素子２で発生した熱は、ネジ止め箇所付近においては、発光素子２直下の回路基板１に放熱され、さらに、ヒートシンク７へと放熱される。しかし、ネジ止め箇所付近以外は、回路基板１とヒートシンク７との熱伝導が非常に悪いため、ヒートシンク７ヘの放熱が不十分となり、基板温度が上昇し、発光素子２の温度が高まる不具合が発生する。

図１２に示すようなヒートスプレッダ７ａは、図１０に示したヒートシンク７のシャーシに接触する面を延長して放熱効果を高めるものである。ヒートスプレッダ７ａは、断面がＬ字状になるように形成するか、四角柱のヒートシンク７の下に板状の放熱板を配置することなどが考えられるが、部品の構造が複雑化して、製造が容易でない、あるいは部品点数が増えてしまう。

本発明は、前記の状況を鑑みてなされたものであり、発光素子の回路基板に樹脂基板を用いた場合に、回路基板とヒートシンクとの長期にわたる密着性を確保し、信頼性の高い線状光源ユニット、および面状光源ユニットを提供することを目的とする。

本発明に係る線状光源ユニットは、複数の発光素子と、複数の発光素子が長手方向に沿って実装される長方形状の基板と、基板が搭載される放熱部材とを有する線状光源ユニットであって、放熱部材は、基板を収納する収納部と、基板を押さえる押さえ部を有し、押さえ部は収納部に収納された基板の長手方向に沿って形成されていることを特徴とする。

したがって、本発明に係る線状光源ユニットによれば、放熱部材が有する押さえ部によって基板が、放熱部材側に物理的に押し付けられることによって、基板と放熱部材が密着する。特に、押さえ部が基板の長手方向連続的に形成されているために、基板の長手方向に沿って、基板が放熱部材に押さえつけられ、その一部が、放熱部材と離れるという問題が発生しない。よって、基板と放熱部材との熱伝導が悪化する箇所が発生せず、信頼性の高い線状光源ユニットを得ることができる。

本発明に係る線状光源ユニットは、放熱部材と押さえ部が一体的に形成されている。

したがって、本発明に係る線状光源ユニットによれば、放熱部材と押さえ部が一体となっているために、放熱部材と押さえ部とを繋ぐ箇所が不要となり、コンパクトな構成の線状光源ユニットとなる。

本発明に係る線状光源ユニットは、収納部が基板を収納する凹部を含み、凹部の基板の一方面に接触する面と、押さえ部の基板の他方面に接触する部分との間の隙間が、基板の厚みより薄いことを特徴とする。

したがって、本発明に係る線状光源ユニットによれば、基板を放熱部材に搭載した場合に、押さえ部によって基板を長手方向に沿って、ヒートシンクに十分に押さえ付けることが可能となる。

本発明に係る線状光源ユニットは、押さえ部は、基板に接触する部分の断面の厚みが厚く、放熱部材の長辺側端部に向かうにつれて厚みが薄いことを特徴とする。

したがって、本発明に係る線状光源ユニットによれば、押さえ部によって、基板を長手方向に渡って、放熱部材に十分に押し付けることが可能で、なおかつ、基板を放熱部材に搭載する際に必要な、押さえ部に対するはめ込みの力が減り、基板を放熱部材に搭載し易くなる。

本発明に係る線状光源ユニットは、押さえ部が凹部に収納された基板の対向する長手方向の両端部を押さえるように形成されることを特徴とする。

したがって、本発明に係る線状光源ユニットによれば、基板の対向する長手方向の両端部を押さえることにより、より強固に基板を放熱部材に搭載できる。

本発明に係る線状光源ユニットは、押さえ部が凹部に収納された基板の対向する長手方向端部のうちの一方端部のみを押さえるように形成されることを特徴とする。

したがって、本発明に係る線状光源ユニットによれば、放熱部材の有する押さえ部によって、基板を長手方向に渡って、放熱部材に十分に押し付けた状態で、線状光源ユニットの短手方向の一方のみを、短くすることが可能となり、面状光源ユニットであるバックライトユニットの薄型化に貢献することが可能となる。

本発明に係る線状光源ユニットは、押さえ部が長手方向に沿って周期的に切り欠かれていることを特徴とする。

したがって、本発明に係る線状光源ユニットによれば、基板を放熱部材に搭載する際に必要な、押さえ部に対するはめ込みの力が減り、基板を長手方向に渡って、放熱部材に十分に押し付けた状態で、放熱部材に基板をより搭載し易くなる。

本発明に係る面状光源ユニットは、線状光源ユニットからの光を透過させて一方表面に導く面状の導光板を有することを特徴とする。

したがって、本発明に係る面状光源ユニットによれば、線状光源ユニットと導光板という比較的簡単な構成で面状に光を発光できる。

本発明によれば、基板を、放熱部材に搭載する際に、放熱部材が有する押さえ部により、基板が放熱部材側に物理的に押し付けられることによって基板と放熱部材とが密着する。特に、放熱部材に形成された押さえ部が、基板の長手方向に沿って形成されているために、基板の長手方向に渡って、基板が放熱部材に押さえつけられ、その一部が、放熱部材と離れるという問題が発生しない。よって、基板と放熱部材との熱伝導が悪化する箇所が発生せず、信頼性の高い線状光源ユニットを得ることができるという効果を奏することができる。

本発明の線状光源ユニットの一実施形態を搭載した液晶表示装置の模式的な平面図である。 本発明の線状光源ユニットの一実施形態を搭載した液晶表示装置の模式的な断面図である。 本発明の線状光源ユニットの一実施形態を示す模式的な斜視図である。 本発明の線状光源ユニットの一実施形態を示す模式的な断面図である。 本発明の線状光源ユニットの一実施形態を示す模式的な平面図である。 本発明の線状光源ユニットの他の実施形態を示す模式的な断面図である。 本発明の線状光源ユニットのさらに他の実施形態を示す模式的な断面図である。 本発明の線状光源ユニットのその他の実施形態を示す模式的な断面図である。 本発明の線状光源ユニットのその他の実施形態を示す模式的な断面図である。 本発明の線状光源ユニットのその他の実施形態を示す模式的な平面図である。 本発明の線状光源ユニットのその他の実施形態を示す模式的な断面図である。 本発明の面状光源ユニットの一実施形態を示す模式的な断面図である。 従来の線状光源ユニットの一例を搭載する液晶表示装置の模式的な断面図である。 従来の線状光源ユニットの他の例を搭載する液晶表示装置の模式的な断面図である。 従来の線状光源ユニットのさらに他の例を搭載する液晶表示装置の模式的な断面図である。

以下、本発明の線状光源ユニットの実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図において同一の符号を用いたものは、実質的に同様の構成を示す。

図１Ａは、本発明の線状光源ユニットの一実施形態を搭載した液晶表示装置の模式的な平面図、図１Ｂは、図１Ａに示す線Ａ−Ａ’に沿う断面図である。

本液晶表示装置は、線状光源ユニット１０と、液晶パネルと６、アルミニウム、ステンレス、鉄等の金属により構成された下フレーム１１と、この下フレーム１１に保持されるように配置されている導光板３と、導光板３の上方に配置されるプリズムシートや拡散シート等の光学シート５と、上フレーム１２とによって構成されている。なお、下フレーム１１と導光板３の間には反射シート４が配置されている。線状光源ユニット１０から導光板３の一方面側に光が入光される。

本発明の特徴である線状光源ユニット１０について、図２Ａ〜図２Ｃを用いてさらに詳しく説明する。
図２Ａは本発明の線状光源ユニット１０の一実施形態における模式的な斜視図を示し、図２Ｂは断面図を示し、図２Ｃは正面図を示している。

線状光源ユニット１０は、複数の発光素子２が回路基板１の長手方向に沿って実装されており、回路基板１の発光素子２の実装面の反対面に、アルミニウム、ステンレス、鉄等の金属により構成された放熱部材としてのヒートシンク７が配置されている。回路基板１は、長方形状のエポキシ、ポリアミド、液晶ポリマー等の樹脂材料をベースとしており、回路パターンはＣｕによって形成されている。

回路基板１には、図２Ａに示すように、パッケージ化された複数の発光素子２が長手方向に沿って一列に並ぶように半田付けされて固定されている。ヒートシンク７は長方形状の回路基板１を収納できる収納部である凹部７０を有しており、図２Ｂに示すように、回路基板１の長手方向に沿う端部を押さえるように、断面コの字型の押さえ部７１が凹部７０の短辺側の両側に沿って対向するように形成されている。回路基板１は、図２Ｃに示すように、その長辺端部がヒートシンク７の押さえ部７１によって押さえられた状態でヒートシンク７上に搭載される。押さえ部７１は、ヒートシンク７と一体に形成されている。

回路基板１は、その一方面が凹部７０に接触し、押さえ部７１の先端は回路基板１の他方面に接触する。凹部７０の回路基板１に接触する接触面と、押さえ部７１の先端との間の隙間は、回路基板１の厚みの一部よりも薄くなっている。例えば、回路基板１の厚みには、１．５ｍｍ〜０．３ｍｍのものが用いられ、押さえ部７１の下面と凹部７０の回路基板１との接触面との間の隙間は、用いる回路基板１の厚みにより異なるが、０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度だけ回路基板１よりも薄く形成される。

また、押さえ部７１の回路基板１に接触する押さえ幅については、用いる回路基板１、ヒートシンク７によって異なるが、例えば０．２ｍｍ〜５ｍｍの幅で形成される。回路基板１は、ヒートシンク７の長辺側の両側に押さえ部７１が存在するため、ヒートシンク７の短辺側の端部から、挿入することにより搭載される。

本発明では、押さえ部７１の下面と凹部７０の回路基板１との接触面との間の隙間が、回路基板１の厚みよりも薄いために、回路基板１をこの隙間に挿入し、ヒートシンク７側に押さえつけることが可能となる。

なお、押さえ部７１に回路基板１を挿入する際には、樹脂製の回路基板１の形状の一部を変形させることで挿入可能となる。

このように、回路基板１がヒートシンク７に物理的に押しつけられることで、回路基板１の裏面側とヒートシンク７の凹部７０とが完全に密着する。そのため、回路基板１上に実装された発光素子２から発せられた熱は、発光素子２が実装された直下から、回路基板１を通ってヒートシンク７へと伝えられる。

回路基板１とヒートシンク７とが回路基板１の長手方向に沿って密着しているために、発光素子２からの熱が、長手方向のいずれの箇所においても、発光素子２の直下に留まることなくヒートシンク７側に伝えられ、発光素子２の一部分のみが熱くなるという不具合が発生しなくなる。

ヒートシンク７へ伝わった熱は、ヒートシンンク７が設置された下フレーム１１全体に拡散することで、空気層の熱放射と空気に触れることにより冷却される。

なお、ヒートシンク７は、樹脂性の回路基板１と比較して十分に熱伝導率が高い金属製である。そのため、ヒートシンク７に伝わった熱は、容易にヒートシンク７の長手方向に伝わる。よって、下フレーム１１へのヒートシンク７の固定方法に関しては、ネジ止め、放熱シート、接着剤による接着、いずれであっても発光素子２の一部分が熱くなるという不具合にはつながらず、いずれを用いてもよい。

また、ヒートシンク７の押さえ部７１をヒートシンク７とは異なる別部品として用いることも考えられるが、ヒートシンク７と押さえ部７１とを接続する機構が必要となる。特に、回路基板１を長手方向に沿って固定する必要があり、ヒートシンク７と押さえ部７１との接続箇所も長手方向の全域に渡って確保する必要が生じ、小型化が困難となる。よって、線状光源ユニット１０をコンパクトな構成とするためには、ヒートシンク７と押さえ部７１とが一体で形成されていることが必要となる。

以上のように、本発明における線状光源ユニットにおいては、ヒートシンク７が有する押さえ部７１によって、樹脂製の回路基板１を、回路基板１の裏面側を長手方向の全域に渡って、ヒートシンク７側に押さえつけることが可能となるため、回路基板１の一部分が熱くなるという不具合が発生しない。

また、金属性の押さえ部７１によって回路基板１を物理的に押さえつけていることから、長期間に安定して回路基板１とヒートシンク７との密着性を確保することが可能となり、長期信頼性の高い線状光源ユニット１０を提供することができる。また、押さえ部７１とヒートシンク７とが一体で形成されていることから、押さえ部７１とヒートシンク７との結合部が不要で、コンパクトな構成の線状光源ユニット１０を提供することができる。

続いて、本発明の線状光源ユニットの他の実施形態について説明する。本発明の他の実施形態の線状光源ユニットでは、図３に示すように押さえ部７１の先端に下方に突出する突起部７２を形成し、この突起部７２で回路基板１を押さえるようにする。なお、突起部７２の先端は、平坦に形成されるが、円弧を描いていてもよく、突起部７２の先端で回路基板１を押さえられるような形状であれば、平坦あるいは円弧に限ることなく他の形状となるように形成してもよい。

あるいは、図２Ａ〜図２Ｃに示す押さえ部７１に代えて図４に示すように角錐型押さえ部７３を設けてもよい。角錐型押さえ部７３は回路基板１に接する部分の断面の厚みを厚くし、ヒートシンク７の長辺側端部に向かうにつれて厚みが薄くなるように角錐型に形成される。この実施形態では、回路基板１と角錐型押さえ部７３との隙間に挿入する際の応力が軽減され、回路基板１のヒートシンク７への挿入が、容易となる。

また、本発明の線状光源ユニットにおいては、図２Ａ〜図２Ｃに示すような対向する押さえ部７１に代えて、図５に示すように回路基板１の片側の長辺のみを押さえる片側押さえ部７４を有するヒートシンク７を用いてもよい。この例では、回路基板１の片側の長辺のみを押さえるだけでよいので、ヒートシンク７の幅を狭くできる。

このように、ヒートシンク７の長辺の片側のみに片側押さえ部７４を設けた場合、長方形状の線状光源ユニット１０の幅を狭くできる。そのため、片側押さえ部７４を有する線状光源ユニット１０をバックライトユニットに用いれば、図１からわかるように液晶表示装置の厚みを薄型化することが可能となる。

また、本発明の線状光源ユニット１０においては、図６に示すように、図５に示したヒートシンク７の片側に設けた押さえ部７４を垂直方向に延ばしたヒートスプレッダ型押さえ部７５を用いてもよい。このヒートスプレッダ７５は垂直方向の面積を大きくできるので、図１に示した液晶表示装置の下フレーム１１に搭載することにより、発光素子２から発せられた熱を、効率よく下フレーム１１に伝えることが可能になる。

ヒートスプレッダ型押さえ部７５を有するヒートシンク７を下フレーム１１に搭載するためには、ネジ止め、放熱シート・接着剤による接着等を用いることができる。

また、本発明の線状光源ユニット１０においては、図７に示すようにヒートシンク７の押さえ部７１が長手方向に沿って周期的に分断されるように切り欠かれている分断部７６を有する周期型押さえ部７７を用いてもよい。周期型押さえ部７７を有する場合、分断部７６の周期が発光素子２のサイズと比較して小さければ、回路基板１とヒートシンク７との密着性を失わずに、押さえ部７１への回路基板１の挿入圧力を低減することができる。そのため、ヒートシンク７に周期型押さえ部７７を有することで、回路基板１のヒートシンク７への搭載が容易になる。

また、線状光源ユニットに用いられる発光素子２と回路基板１の構成については、図１〜図７示したようなパッケージ化された発光素子２を半田付けにより回路基板１に複数個固定されたものに限らず、図８に示すような樹脂性のリードフレーム基板８１に、ＣＯＢ（chip on board）方式により、発光素子チップ８２を直接リードフレーム基板８１に実装したものを用いてもよい。この時、リードフレーム基板８１はＣｕ製のリードフレームを樹脂でモールドしたものであり、樹脂部の材質は、回路基板１と同様にエポキシ、ポリアミド、液晶ポリマー等の樹脂を用いることができる。リードフレーム部には、Ｃｕ表面に、Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ等のめっきを施してもよい。

また、本発明における面状光源ユニット２０は、図９に示すように導光板９０と線状光源ユニット１０で形成される。線状光源ユニット１０で発光された光は、導光板９０に入射され、９０度折り曲げられて表面から出射される。このような構成であれば、発光素子２の回路基板１に樹脂材料を用いても、線状光源ユニット１０の回路基板１とヒートシンク７の搭載面で、高い熱伝導を全面に渡って確保可能であることから、信頼性の高い面状光源ユニットを提供できる。

１ 回路基板（基板）
２ 発光素子
３ 導光板
４ 反射シート
５ 光学シート
６ 液晶パネル
７ ヒートシンク（放熱部材）
８ 放熱シート
１０ 線状光源ユニット
１１ 下フレーム
１２ 上フレーム
２０ 面状光源ユニット
７０ 凹部（収納部）
７１ 押さえ部
７２ 突起
７３ 角錐型押さえ部
７４ 片側押さえ部
７５ ヒートスプレッダ型押さえ部
７６ 分断部
７７ 周期型押さえ部
８１ リードフレーム基板
８２ 発光素子チップ
９０ 導光板

Claims (8)

1. 複数の発光素子と、前記複数の発光素子が長手方向に沿って実装される長方形状の基板と、前記基板が搭載される放熱部材とを有する線状光源ユニットであって、
   前記放熱部材は、前記基板を収納する収納部と、前記基板を押さえる押さえ部とを有し、
   前記押さえ部は、前記基板の長手方向に沿って形成されていることを特徴とする線状光源ユニット。
2. 請求項１に記載の線状光源ユニットであって、
   前記放熱部材と前記押さえ部は一体的に形成されていることを特徴とする線状光源ユニット。
3. 請求項１または２に記載の線状光源ユニットであって、
   前記収納部は、前記基板を収納する凹部を含み、
   前記凹部の前記基板の一方面に接触する面と、前記押さえ部の前記基板の他方面に接触する部分との間の隙間が、前記基板の厚みより薄いことを特徴とする線状光源ユニット。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の線状光源ユニットであって、
   前記押さえ部は、前記基板に接触する部分の断面の厚みが厚く、前記放熱部材の長辺側端部に向かうにつれて厚みが薄いことを特徴とする線状光源ユニット。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の線状光源ユニットであって、
   前記押さえ部は、前記基板の対向する長手方向の両端部を押さえるように形成されていることを特徴とする線状光源ユニット。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の線状光源ユニットであって、
   前記押さえ部は、前記基板の対向する長手方向端部のうちの一方端部のみを押さえるように形成されていることを特徴とする線状光源ユニット。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の線状光源ユニットであって、
   前記押さえ部は、前記長手方向に沿って周期的に切り欠かれていることを特徴とする線状光源ユニット。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の線状光源ユニットからの光を透過させて一方表面に導く面状の導光板を有することを特徴とする面状光源装置。

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