JP2013205539A - 表示装置およびその放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶ドライバＩＣの放熱性を高め、液晶ドライバＩＣの過熱を防止した放熱構造を提供することである。
【解決手段】 表示パネルと、基板上に実装部品を有する該表示パネルの駆動回路基板と、該表示パネルの周縁部を覆うフレーム部材を備えた表示装置であって、前記表示パネルと前記駆動回路基板を繋ぐ配線上に実装された駆動素子部を備え、前記フレーム部材の前記駆動素子部と対向する内側面を段差状に形成し、前記駆動素子部と近接させ、前記駆動素子部に熱的に結合していることを特徴とする表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置の放熱構造に関するものである。

液晶パネルを用いた表示装置では、液晶パネルの駆動素子（液晶ドライバＩＣ）で発生する熱を装置外に排出するために放熱対策が講じられる。

図６に示すように従来の液晶表示置は、液晶パネル６０１の背面に直下型のバックライト装置を備え、液晶パネル６０１の周縁部を表示面側から金属製の上フレーム６０２で覆っている。液晶パネル６０１の非表示面側には該パネルの周縁部を支持する支持部材６０６が設けられ、さらに箱形状に形成したバックライトケース６０４が配置される。液晶パネル６０１と駆動回路基板６１０を繋ぐＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）６０７上には、液晶パネル６０１を駆動する液晶ドライバＩＣ６０７ａが実装され、該ＩＣが発生した熱は、外枠の上フレーム６０２に熱伝導シート６０８を介して伝熱され筐体外に排出される。その放熱方式は、表示装置全体の発熱量や筐体厚寸法などの条件により、自然空気冷却式、または冷却ファンなどによる強制空気冷却式が採用される。

近年液晶表示装置は、表示画面の大型化や高精細化に伴い液晶ドライバＩＣ６０７ａの発熱量が増加傾向にある。このため液晶表示装置の表示不良を防ぐために更なる放熱構造の工夫が求められている。

特許文献１には、液晶ドライバＩＣで発生した熱を、液晶ドライバＩＣとの接触部を突出状に形成した金属製の上フレームに直接または間接的に伝熱させて放熱を行う技術が開示されている。

特開２００９−１４９００号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来技術のように、金属製パネル保持部材の液晶ドライバＩＣとの接触部はプレス加工などにより突出状に成型しているため、以下の問題がある。

保持部材の突出部周囲で材料の伸びによる薄肉部が生じ、液晶ドライバＩＣで発生した熱の保持部材における面方向での拡散が充分でなかったり、液晶ドライバＩＣと突出部の接触面積が充分取れず熱接触抵抗が増加する可能性があった。このため、液晶パネルの大型化や高精細化、液晶ドライバＩＣの高密度化に伴い、液晶ドライバＩＣの過熱を防止するための、更なる放熱構造が必要であった。

そこで本発明の目的は、液晶ドライバＩＣの放熱性を高め、液晶ドライバＩＣの過熱を防止した放熱構造を提供することである。

上記課題を解決するために本発明に係る装置は、表示パネルと、基板上に実装部品を有する該表示パネルの駆動回路基板と、該表示パネルの周縁部を覆うフレーム部材を備えた表示装置であって、前記表示パネルと前記駆動回路基板を繋ぐ配線上に実装された駆動素子部を備え、前記フレーム部材の前記駆動素子部と対向する内側面を段差状に形成し、前記駆動素子部と近接させ、前記駆動素子部に熱的に結合させた構成を有する。

本発明によれば、液晶ドライバＩＣの放熱性を高めることで、液晶ドライバＩＣの過熱を防止することができる。

図２と併せて本発明の第１実施形態に係る表示装置の構成例を示す断面図である。 第１実施形態の変形例に係る表示装置の構成例を示す断面図である。 図２の表示パネル面側から見た正面図である。 図５と併せて本発明の第２実施形態に係る表示装置の構成例を示す断面図である。 第２実施形態の変形例に係る表示装置の構成例を示す断面図である。 従来のバックライト装置の放熱構造を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが、本発明に必須とは限らない。

［実施例１］
以下、添付図面を参照して本発明の各実施形態を説明する。

図１および図２を用いて本発明の第１実施形態に係る表示装置を説明する。図１は、直下型バックライト装置を有する液晶表示装置１００の駆動回路基板１１０を通る部分断面図である。

図１は、液晶パネル１０１の周縁部を表示面側から支持する上フレーム１０２と、液晶パネル１０１を非表示面側から支持する下ホルダー１０６と、光源部１０３を収容するバックライトケース１０４（以下、ＢＬケースという）を示す。液晶パネル１０１と駆動回路基板１１０を接続するＦＰＣ１０７には液晶ドライバＩＣ１０７ａが実装されている。液晶ドライバＩＣ１０７ａへの制御信号を生成するコントロール基板１１１は、ＢＬケース１０４の背面に配置され、液晶ドライバＩＣ１０７ａに信号を分配する駆動回路基板１１０は上フレーム１０２と下ホルダー１０６との間に形成された空間に位置する。

まず、液晶パネル１０１の支持構造を説明すると、その周縁部を表示面側から覆う枠状の金属製の上フレーム１０２設けられている。液晶パネル１０１の周縁部はその非表示面側から樹脂製の下ホルダー１０６によって保持されている。上フレーム１０２と液晶パネル１０１との間には弾性部材１１４が配置され、液晶パネル１０１と下ホルダー１０６の間には弾性部材１１３が配置されている。これらの弾性部材は、液晶パネル１０１に局所的な応力がかからないよう液晶パネル１０１に近接または接触している。

下ホルダー１０６は液晶パネル１０１の周縁部を非表示面側から支持する支持部材としての役割に加え、直下型バックライト光源部１０３の光学シート群１０５を液晶パネル１０１と対向する側から押えつつ、駆動回路基板１１０を保持する機能を有する。液晶パネル１０１に背面から光を照射する光源部１０３には発光ダイオードなどが使用され、光学シート群１０５は光を拡散させるシート部材や輝度を向上させるためのシート部材などを含む。下ホルダー１０６は駆動回路基板１１０の絶縁やその断面形状を考慮して、ＡＢＳ樹脂や、ＡＢＳおよびＰＣ（ポリカーボネート）などのポリマーアロイ樹脂で形成されている。下ホルダー１０６の内側には、バックライト装置を構成するＢＬケース１０４が位置しており、金属製の板状材料を用いたプレス加工により略箱形状に形成される。光源部１０３は、ＢＬケース１０４の開口部を光学シート群１０５が閉塞して形成される空間内にてＢＬケース１０４の内底面に配置されている。ＢＬケース１０４の背面には、光源部１０３より発生した熱を放熱するために放熱器１１５が取り付けられている。

本実施形態に係る液晶表示装置１００にて、上フレーム１０２の液晶ドライバＩＣ１０７ａと対向する内側面に熱拡散部材１０９をネジ締結または耐熱性の両面テープで取り付けた。さらに液晶ドライバＩＣ１０７ａと熱拡散部材１０９の間には、電気絶縁性を有する熱伝導シート１０８が配されている。液晶ドライバＩＣ１０７ａは、ＦＰＣ１０７の熱伝導シート１０８と反対側に実装されている。液晶ドライバＩＣ１０７ａと熱伝導シート１０８との熱接触抵抗を低減するために、耐熱性のクッション材１１６を用いて液晶ドライバＩＣ１０７ａを熱伝導シート１０８側に向けて押圧力を加えるとより好ましい。下表１は、熱拡散部材１０９、上フレーム１０２、熱伝導シート１０８、クッション材１１６の熱伝導率、ヤング率（縦弾性係数）の一例を示す。

熱伝導率は、熱の伝え易さを示し数値が大きいほど熱を伝えやすい。ヤング率は、ある物質の弾性範囲（物質に加わる応力を取り除いても元の寸法に戻る範囲）において、単位ひずみあたりの応力を示し、数値が大きいほど剛性が高い。

上フレーム１０２及びＢＬケース１０４は、液晶ドライバＩＣ１０７ａから発生する熱を伝導させつつ、液晶表示装置１００のねじれやたわみを抑えるための剛性が必要である。ゆえに上フレーム１０２及びＢＬケース１０４の材質として、熱伝導率約５０(Ｗ/ｍ・Ｋ)、ヤング率２００(ＧＰａ)で、板厚０．８〜１．２(ｍｍ)程度の電気亜鉛メッキ鋼板（ＳＥＣＣ）などの板金部材が用いられる。

熱拡散部材１０９は、液晶ドライバＩＣ１０７ａから発生する熱を厚み方向や面方向に伝熱拡散させる目的で、熱伝導率が高い材質のアルミ材(Ａ５０５２やＡ１０５０)等が用いられる。その熱伝導率は材質ごとに異なり、Ａ５０５２で１３８(Ｗ/ｍ・Ｋ)、Ａ１０５０で２２５(Ｗ/ｍ・Ｋ)程度である。

駆動回路基板１１０には、実装高さ１．０(ｍｍ)前後の実装部品１１０ａ（チップコンデンサ等）が実装され、その上方にシート厚約０．２(ｍｍ)の絶縁シート１１７とのクリアランスを１．５(ｍｍ)程度を有している。上記数値より、駆動回路基板１１０実装面側から上フレーム１０２までの距離は、１．０＋１．５＋０．２＝２．７(ｍｍ)となる。

一方で熱拡散部材１０９と熱伝導シート１０８は、厚さの合計値が上記２．７(ｍｍ)程度になるよう、熱拡散部材１０９の板厚２．５(ｍｍ)、熱伝導シート１０８のシート厚０．２(ｍｍ)程度を用いると、ＦＰＣ１０７と駆動回路基板１１０の接合部に加わる物理的ストレスを抑えられＦＰＣ１０７の断線を未然に防ぐことができる。熱伝導シート１０８の熱伝導率も高い方が好ましいが、シート厚０．２(ｍｍ)程度で弾性を有するエラストマー系やシリコン系の材質を考慮すると、その値は１〜２(Ｗ/ｍ・Ｋ)程度である。

本実施例で熱伝導シート１０８は、液晶ドライバＩＣ１０７ａと熱拡散部材１０９の電気絶縁も兼ねているが、放熱構造に必須の構成部品ではなく熱拡散部材１０９を直接ＦＰＣ１０７に熱的に接触させても良い。

クッション材１１６は、液晶ドライバＩＣ１０７ａと熱伝導シート１０８又は熱拡散部材１０９との熱接触抵抗を小さくするために圧縮して用いられる。クッション材１１６の圧縮荷重値は、大きいほど熱接触抵抗を小さくする効果があるが、大きすぎるとＦＰＣ１０７に加わる機械的負荷により、ＦＰＣ１０７を断線させるおそれがある。本実施例において、クッション材１１６の材質は耐熱性シリコンフォームとし、厚さ３．０(ｍｍ)を２．５(ｍｍ)まで圧縮して用い、圧縮量０．５(ｍｍ)による圧縮荷重は１００〜１５０(ｇ/ｃｍ²)程度とした。

さらに上フレーム１０２と背面基板シャーシ１１２をねじ１１８で締結し、液晶ドライバＩＣ１０７ａから発生する熱を、熱伝導シート１０８、熱拡散部材１０９、上フレーム１０２、背面基板シャーシ１１２の順に伝熱させることで一層の放熱性能を得ることができる。

以上、本実施例の構成による温度測定結果の一例として、図６の従来例で熱伝導シート６０８の熱伝導率３(Ｗ/ｍ・Ｋ)、厚さ３．５(ｍｍ)を用いた場合に比べ、本実施例の放熱構造を用いることにより液晶ドライバＩＣ１０７ａの温度上昇値を約１７℃低減させることができた。

本実施例で用いた熱伝導シート１０８は、熱伝導率１．４(Ｗ/ｍ・Ｋ)と熱伝導シート６０８のそれよりも低い値である。しかしながら、熱伝導シート１０８の厚さを０．２(ｍｍ)と薄くしたこと、クッション材１１６の押圧力により熱接触抵抗を低減させたこと、背面基板シャーシ１１２にも液晶ドライバＩＣ１０７ａの熱を伝熱させたことにより本効果が得られる。

図２は、第１実施形態の変形例を示す。ＦＰＣ２０７上の液晶ドライバＩＣ２０７ａの実装位置は、液晶パネル２０１によって異なる。本変形例は、液晶ドライバＩＣ２０７ａが液晶パネル２０１の表示面と平行な面に配置されている例を表している。本変形例では図１と同様に上フレーム１０２の液晶ドライバＩＣ２０７ａと対向し液晶パネル２０１と平行な内側面に熱拡散部材２０９を設ければ良い。

図３は、図２の液晶パネル２０１の表示面側から見た正面図であり、コントロール基板１１１と熱拡散部材２０９を破線で透過して示す。液晶パネル２０１の有効表示領域２０１ａを斜線部で示す。図３(Ａ)において熱拡散部材２０９の形状は、液晶表示装置２００の長辺方向に延伸して、幅が一様な短冊状である。

図３(Ｂ)において熱拡散部材３０９の形状は、液晶表示装置２００の長辺方向に延伸して、表示画面の中央からある距離まで幅が一定（断線Ａ-Ａの領域）で、ある距離から両端部に向かって幅が徐々に減少する（断線Ｂ-Ｂの領域）台形状となっている。

図２、図３(Ａ)に示すようにコントロール基板１１１は、液晶表示装置２００のバックライトケース１０４背面の中央上部に配置されるため、画面中央近傍に配置される液晶ドライバＩＣ２０７ａの温度は両端部と比べて高くなる。その温度差の一例として、中央部の液晶ドライバＩＣの温度が両端部の液晶ドライバＩＣに比べて約４℃高い値が測定結果から得られている。

上述した温度差は液晶表示パネル２０１の表示ムラの一因となるため、表示ムラを低減するためにも液晶ドライバＩＣの温度差を低減することが好ましい。そのため図３(Ｂ)に示す熱拡散部材３０９を用いて中央部の液晶ドライバＩＣと両端部の液晶ドライバＩＣの温度が均等になるように放熱し、温度差を低減した放熱構造をとることがより好ましい。

図３(Ｂ)において熱拡散部材３０９の一例として台形状を示したが、液晶ドライバＩＣの放熱を配置部位によらず均等に行えれば良く、その形状を限定するものではない。また図３(Ｂ)の熱拡散部材３０９の形状は、図２の熱拡散部材２０９に対して適用した例であるが、同様に図１の熱拡散部材１０９に適用しても良い。

［実施例２］
図４および図５を用いて本発明の第２実施形態に係る表示装置を説明する。図４は、直下型バックライト装置を有する液晶表示装置４００の駆動回路基板１１０を通る部分断面図である。本実施形態に係る液晶表示装置４００にて、上フレーム４０２の液晶ドライバＩＣ１０７ａと対向する面をステップ状（段差状）に形成し、液晶ドライバＩＣ１０７ａに向かって近接させた。図４においてステップ状の段差距離の値をＹ１とすると、図１の熱拡散部材１０９が板厚２．５(ｍｍ)であるため、Ｙ１＝２．５(ｍｍ)とすれば同様の放熱構造を構成することができる。本実施例による効果として、図１で用いられる熱拡散部材１０９や熱拡散部材１０９と上フレーム１０２の接合方法を考慮する必要が無く、部品点数や組立工数の削減が可能である。

図５は、第２実施形態の変形例を示す。本変形例では図２と同様に上フレーム５０２の液晶ドライバＩＣ２０７ａと対向する液晶パネル２０１と平行な内側面をステップ状（段差状）に形成し、液晶ドライバＩＣ２０７ａに向かって近接させた。図５において液晶パネル２０１は、非表示面側のアレイ基板２０１ｂと表示面側のカラーフィルタ基板２０１ｃの２枚のガラス基板の間に挟まれた液晶層（図示せず）で構成される。ＦＰＣ２０７は、２枚のガラス基板の貼合わせ面から鉛直方向に伸び、その上方で曲げ部を有し駆動回路基板１１０に向かって水平方向に伸び接続される。

図５においてＹ２は、上フレーム５０２のステップ状の段差寸法を表している。液晶表示パネル２０１に接続されたＦＰＣ２０７は、２枚のガラス基板の貼合わせ面から略鉛直状になるように配置すると液晶表示パネル２０１とＦＰＣ２０７の接合部に加わる負荷を抑えられ好適である。本実施例においてＹ２の値は、上フレーム５０２と液晶パネル２０１とのクリアランス(Ｄ)、カラーフィルタ基板２０１ｃの板厚(ｔ)、熱伝導シート１０８のシート厚０．２(ｍｍ)によって決まる。各々に数値を代入して
Ｙ２＝（Ｄ＋ｔ）−０．２＝１．８(ｍｍ)
が得られる。図５の構成による効果として、図２で用いられる熱拡散部材２０９や熱拡散部材２０９と上フレーム１０２の接合方法を考慮する必要が無く部品点数や組立工数の削減が可能である。

以上のような構成によって、液晶ドライバＩＣで発生した熱を厚み方向及び面方向に伝熱拡散させることで放熱性を高め、液晶ドライバＩＣの過熱を防止することができる。

１００、２００、４００、５００、６００ 液晶表示装置
１０１、２０１、６０１ 液晶パネル
１０２、４０２、５０２、６０２ 上フレーム
１０３ 光源部
１０４、６０４ バックライトケース
１０５ 光学シート群
１０６ 下ホルダー
１０７、２０７、６０７ ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）
１０７ａ、２０７ａ、６０７ａ 液晶ドライバＩＣ
１０８、６０８ 熱伝導シート
１０９、２０９、３０９ 熱拡散部材
１１０、６１０ 駆動回路基板
１１０ａ 実装部品
１１１ コントロール基板
１１２ 背面基板シャーシ
１１３、１１４ 弾性部材
１１５ 放熱器
１１６ クッション材
１１７ 絶縁シート
１１８ ねじ
２０１ａ 有効表示領域
２０１ｂ アレイ基板
２０１ｃ カラーフィルタ基板

Claims (7)

1. 表示パネルと、基板上に実装部品を有する該表示パネルの駆動回路基板と、該表示パネルの周縁部を覆うフレーム部材を備えた表示装置であって、
   前記表示パネルと前記駆動回路基板を繋ぐ配線上に実装された駆動素子部を備え、
   前記フレーム部材の前記駆動素子部と対向する内側面を段差状に形成し前記駆動素子部と近接させ、前記駆動素子部と熱的に結合していることを特徴とする表示装置。
2. 表示パネルと、基板上に実装部品を有する該表示パネルの駆動回路基板と、該表示パネルの周縁部を覆うフレーム部材を備えた表示装置であって、
   前記表示パネルと前記駆動回路基板を繋ぐ配線上に実装された駆動素子部を備え、
   前記フレーム部材の前記駆動素子部と対向する内側面に熱拡散部材を設けて段差状を形成し前記駆動素子部と近接させ、前記駆動素子部と熱的に結合していることを特徴とする表示装置。
3. 前記フレーム部材と前記熱拡散部材の熱的に接触する面積は、前記熱拡散部材の両端部に比べて中央部が大きいことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記フレーム部材または前記放熱部材は、シート状の熱伝導部材を介して前記駆動素子部と熱的に結合していることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の表示装置。
5. 前記部材の熱伝導率は、高い順に前記熱拡散部材、前記フレーム部材、前記熱伝導部材であることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 前記部材の剛性は、高い順に前記フレーム部材、前記熱拡散部材、前記熱伝導部材であることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
7. 前記駆動素子部に近い順に前記熱伝導部材、前記熱拡散部材、前記フレーム部材であることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。