JP4191160B2 - バックライトモジュールのバックパネル - Google Patents

Description

この発明は、大型テレビ等の液晶ディスプレイのバックライトモジュールに用いられるバックパネルに関する。

大型テレビ等の液晶ディスプレイには、その性能の向上に伴って、バックライト用のＬＥＤが用いられるようになってきた。図９は、従来の大型テレビ等の液晶ディスプレイ用のバックライトモジュールを示す図である。図９に示すように、液晶ディスプレイ１０１のバックライト用にＬＥＤ基板１０５に搭載されたＬＥＤ１０６が用いられている。ＬＥＤ基板１０５は、バックパネル１０２の板材１０３の一方の面に所定の数だけ配置されている。板材の他方の面には、ベース部とフィン部からなるヒートシンク１０４が熱的に接続されている。なお、板材には、更に、バックライトモジュールの回路類が配置される。

ＬＥＤは発熱量が多く、図９のように多数配置されると、その発熱量が大きくなり、効果的な放熱処理が必要とされる。発熱量が大きくなると、冷却のために大きなヒートシンク、更に、ヒートシンクの熱を強制的に放熱させるための容量の大きなファンが必要とされた。一方で、例えば大型テレビ等全体の厚さが薄くなり、液晶ディスプレイ用のバックライトモジュールは、それに伴って、厚さの薄いものが要求されている。

上述した従来のバックライトモジュールに用いられるバックパネルにおいては、上述したように、冷却のために大きなヒートシンク、更に、ヒートシンクの熱を強制的に放熱させるための容量の大きなファンが必要であり、バックパネルが厚くなってしまうという問題があった。更に、放熱能力が劣り、バックパネルのＬＥＤ基板が配置される板金パネル面における熱抵抗のバラツキが生じて、面内の温度が均一にならない。温度の不均一によって、ＬＥＤのＲＧＢの温度特性に差が生じて、色バランスがずれてしまうという問題点がある。
色バランスのずれを補正するためには、場所毎に細かく温度を測定して、温度に合わせてＬＥＤの電流を制御しなければならないという問題がある。

従って、この発明の目的は、放熱効率に優れ、板金パネル面内の温度が均一で、ＬＥＤの色バランスずれが生じない、バックライトモジュールに用いられる薄型のバックパネルを提供することにある。

上述した従来の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、次の事項が判明した。即ち、板金パネルの一方の面に、プレス成型によって溝状の絞りを形成して、ヒートパイプを直接埋め込み、板金パネルの他方の面にベース部およびフィン部からなるヒートシンクを配置し、ベース部の一部がヒートパイプ側に露出するように開口部を設けて、実質的に同一面となるベース部の一部およびヒートパイプを受熱面として、ＬＥＤ基板に直接熱的に接続する。

このように形成されたバックパネルによると、ＬＥＤ基板の熱を直接ヒートパイプによってバックパネルの両端部に移動して、効率的に放熱することができ、更に、ＬＥＤ基板の間に熱抵抗の差を生じないので、板金パネル面内の温度が均一で、ＬＥＤの色バランスずれが生じない。更に、実質的にフィン部の厚さだけでよいので、厚さを薄くすることができる。この発明は、上述した研究結果に基づいて行われたものである。

この発明のバックライトモジュールのバックパネルの第１の態様は、その各々が一方の側に突出するように並列にプレス成型された複数の収納溝部と、前記収納溝部の少なくとも一方の端部にそれぞれ形成された複数の開口部とを備えた板金部材と、
前記収納溝部の各々に、前記板金部材の一方の面と同一面を形成するように収納され、板金部材と熱的に接続する複数のヒートパイプと、
前記板金部材の他方の面に配置されて、前記ヒートパイプの端部が熱的に接続されるベース部およびフィン部を備え、前記ベース部の一部が、前記ヒートパイプ側に露出して、前記板金部材の前記一方の面と実質的に同一面に位置するように配置されるヒートシンクとを備えた、バックライトモジュールのバックパネルである。

この発明のバックライトモジュールのバックパネルの第２の態様は、前記開口部が前記収納溝部の両端部に設けられ、前記ヒートシンクの前記ベース部の一部が配置される、バックライトモジュールのバックパネルである。

この発明のバックライトモジュールのバックパネルの第３の態様は、前記ヒートパイプ、前記板金部材の一部、および、前記ヒートシンクのベース部の前記一部がLED搭載基板からの発熱に対する受熱部を直接的に形成する、バックライトモジュールのバックパネルである。

この発明のバックライトモジュールのバックパネルの第４の態様は、前記ヒートパイプ、前記板金部材の一部、および、前記ヒートシンクのベース部の前記一部が実質的に同一平面を形成する、バックライトモジュールのバックパネルである。

この発明のバックライトモジュールのバックパネルの第５の態様は、前記板金部材の前記収納溝部の側方に、プレス加工時に板金部材の変形を防止するための少なくとも１つのスリットを備えている、バックライトモジュールのバックパネルである。

この発明のバックライトモジュールのバックパネルの第６の態様は、前記板金部材および/または前記ヒートシンクに、前記ヒートパイプが機械的にカシメられて固定されている、バックライトモジュールのバックパネルである。

この発明のバックライトモジュールのバックパネルの第７の態様は、前記板金部材の前記ヒートシンクが配置される側の面の中央部にバックライトモジュールの回路類の配置が可能なスペースを備えている、バックライトモジュールのバックパネルである。

この発明のバックライトモジュールのバックパネルの第８の態様は、前記ヒートパイプの各々が１本の丸型または丸型を扁平化したヒートパイプからなっており、前記ヒートパイプの両端部に前記ヒートシンクが熱的に接続している、バックライトモジュールのバックパネルである。

この発明のバックライトモジュールのバックパネルの第９の態様は、前記ヒートパイプの各々が２本の丸型または丸型を扁平化したヒートパイプからなっており、それぞれのヒートパイプの一方の端部に前記ヒートシンクが熱的に接続され、他方の端部が相互に隣接して配置されている、バックライトモジュールのバックパネルである。

ＬＥＤ基板の熱を直接ヒートパイプによってバックパネルの両端部に移動して、効率的に放熱することができ、ＬＥＤの温度を低くすることができ、ＬＥＤの信頼性が向上する。更に、ＬＥＤ基板の間に熱抵抗の差を生じないので、板金パネル面内の温度が均一で、ＬＥＤの色バランスのずれが生じない。更に、実質的にフィン部の厚さだけでよいので、厚さを薄くすることができる。使用部材が少なくなり、軽量で低コスト化ができる。

この発明のバックライトモジュールのバックパネルを図面を参照しながら説明する。
この発明のバックライトモジュールのバックパネルの１つの態様は、その各々が一方の側に突出するように並列にプレス成型された複数の収納溝部と、収納溝部の少なくとも一方の端部にそれぞれ形成された複数の開口部とを備えた板金部材と、
収納溝部の各々に、板金部材の一方の面と同一面を形成するように収納され、板金部材と熱的に接続する複数のヒートパイプと、
板金部材の他方の面に配置されて、ヒートパイプの端部が熱的に接続されるベース部およびフィン部を備え、ベース部の一部が、ヒートパイプ側に露出して、板金部材の一方の面と実質的に同一面に位置するように配置されるヒートシンクとを備えた、バックライトモジュールのバックパネルである。

図１は、この発明のバックライトモジュールのバックパネル（ＬＥＤ基板配置側）を説明する図である。バックパネルとは、ＬＥＤ搭載基板を搭載する板金部材とヒートシンク等をそなえたものをいう。バックパネルモジュールは、バックパネルと所要の回路図類を含んだものをいう。図１に示すように、この発明のバックパネル１は、板金部材（板金パネル）２、板金部材の一方の面（即ち、ＬＥＤ基板配置側）に配置されたヒートパイプ３、および、他方の面に配置されたヒートシンク７からなっている。

即ち、板金部材２には、上述したヒートシンク側に突出するように並列にプレス成型された複数のヒートパイプ収納溝部６と、収納溝部の少なくとも一方の端部にそれぞれ形成された複数の開口部１０を備えている。ヒートパイプ収納溝部は、例えば、プレス成型によって、ヒートパイプを埋め込めるようにヒートパイプの外周形状と概ね同一形状の溝部が形成される。この際、収納溝部を形成する際に、板金部材が変形しないように、収納溝部の周囲にスリット５を形成する。スリットは、上述した変形を防止するための所定の形状からなっている。

上述した開口部１０には、板金部材のヒートパイプが取り付けられる面と反対側の面に取り付けられたベース部およびフィン部からなるヒートシンク７の、ベース部の底面の一部４が収まって、ヒートパイプが取り付けられた面側に露出する。ヒートパイプの一方の端部は、このように開口部に収まったヒートシンクのベース部に挿入され熱的に接続される。図１に示すように、６本のヒートパイプが並列してヒートパイプ収納溝部に埋め込まれて配置され、それぞれのヒートパイプの両端部には、ヒートシンクのベース部の一部が熱的に接続されている。図１に示すように、ヒートパイプとヒートシンクの本体とは別の面に配置されている。

図２は、この発明のバックライトモジュールのバックパネル（ヒートシンク本体の配置側）を説明する図である。図２に示すように、プレス成型された複数本の並列配置されたヒートパイプ収納溝部６が半円柱状に突出して形成されている。ヒートパイプ収納溝部６の両端部には、それぞれ、ヒートシンク本体が取り付けられている。ヒートシンク本体のベース部の底部の一部が上述した開口部に取り付けられて、ヒートパイプ側に露出している。このように、ヒートシンクを板金部材の両端部に配置することによって、板金部材の中央部に回路類を収納するスペースが確保できる。図２に示すように、ヒートパイプ収納溝部６の周囲にスリット５が設けられている。

図３は、図１における○で囲んだ部分の拡大図である。図３に示すように、板金部材２に、半円柱状に反対の側に突出してプレス成型によって形成されたヒートパイプ収納溝部６には、丸型ヒートパイプが扁平されて埋め込まれている。ヒートパイプは、その上に直接配置されるＬＥＤ基板との間の熱抵抗を小さくするため、表面が平らになるように扁平されて収納溝部に収められている。収納溝部に収められたヒートパイプは、更に、所定の位置１１において機械的にカシメられて固定されている。ヒートパイプ収納溝部６の周囲には、板金部材の変形を防止するために、複数のスリット５が設けられている。

板金部材２には、ヒートパイプ収納溝部６に連接して開口部１０が設けられ、図２を参照して説明したように、ヒートシンク本体のベース部の底部の一部４が、ヒートパイプ側に露出して配置されている。ベース部の底部の一部４には、ヒートパイプの端部が収納されるように溝部が設けられている。図３に示すように、底部の一部４に設けられた溝部に収納されたヒートパイプ３は、その一部が板金部材の表面に露出する。なお、上述したヒートパイプ、板金部材の一部、および、ヒートシンクのベース部の底部の一部が実質的に同一平面を形成する。このように形成された、ヒートパイプ、板金部材の一部、および、ヒートシンクのベース部の底部の一部が、ＬＥＤ搭載基板の受熱部を直接的に形成する。

図４は、図３におけるＡ−Ａ’に沿った断面図である。図５は、図３におけるＢ−Ｂ’に沿った断面図である。
図４は、ヒートシンクのベース部の底部の一部を通る断面図である。図４に示すように、板金部材２の開口部１０には、ヒートシンク７のベース部の一部４がヒートシンク７本体側から嵌め込まれて、ヒートパイプ３側に露出している。ヒートパイプ７のベース部の底面の一部４には、溝部１２が設けられてヒートパイプが収納されている。ヒートパイプとベース部とは熱抵抗が小さくなるように熱的に接続されている。更に、図４に示すように、ヒートパイプ３の表面部、板金部材２の一部、および、ヒートシンクのベース部の底部の一部４が実質的に同一平面を形成している。

図５は、ヒートシンクが存在しない部位における断面図である。図５に示すように、板金部材２には、半円柱状に反対の側に突出してプレス成型によって形成されたヒートパイプ収納溝部６が設けられている。ヒートパイプ収納溝部６には、丸型ヒートパイプ３が扁平されて埋め込まれている。ヒートパイプ３は、その上に直接配置されるＬＥＤ基板との間の熱抵抗を小さくするため、表面が平らになるように扁平されて収納溝部６に収められている。ヒートパイプ収納溝部６の周囲には、板金部材２の変形を防止するために、複数のスリット５が設けられている。図５に示すように、ヒートパイプ３の表面部、板金部材２の一部が実質的に同一平面を形成し、その上に配置されるＬＥＤ基板の受熱部を形成する。

図３から図５を参照して説明したように、板金部材の全般にわたって、ヒートパイプと板金部材の表面が概ね同一面に位置して、広い面にわたってその上に配置されるＬＥＤ基板の受熱部を形成する。
図６は、バックパネルに配置されたヒートパイプおよび板金部材を受熱部として、ＬＥＤ基板を直接配置した状態を説明する図である。

図６に示すように、板金部材２には、ヒートシンク側に突出するように並列にプレス成型された複数のヒートパイプ収納溝部６と、上述したように収納溝部の両端部にそれぞれ形成された複数の開口部を備えている。ヒートパイプ収納溝部は、プレス成型によって、ヒートパイプを埋め込めるようにヒートパイプの外周形状と概ね同一形状の溝部が形成される。この際、収納溝部を形成する際に、板金部材が変形しないように、収納溝部の周囲にスリット５を形成する。上述した開口部には、板金部材のヒートパイプが取り付けられる面と反対側の面に取り付けられたベース部およびフィン部からなるヒートシンク７の、ベース部の底面の一部が収まって、ヒートパイプが取り付けられた面側に露出する。

ヒートパイプの両端部は、このように開口部に収まったヒートシンクのベース部に挿入され熱的に接続される。図６に示すように、６本のヒートパイプが並列してヒートパイプ収納溝部に埋め込まれて配置され、それぞれのヒートパイプの両端部には、ヒートシンクのベース部の一部が熱的に接続されている。このように、ヒートパイプ、板金部材の一部、および、ヒートシンクのベース部の底部の一部が実質的に同一平面を形成し、ＬＥＤ搭載基板の受熱部を直接的に形成する。

図６に示すように、このように形成された受熱部にＬＥＤ搭載基板８が配置される。ＬＥＤ搭載基板８が配置される面と反対側にヒートシンク７本体が配置される。

図７は、図４に示す受熱部にＬＥＤ搭載基板が配置される状態を説明する図である。図４を参照して説明したように、ヒートシンクが位置する部分において、板金部材２の開口部１０には、ヒートシンク７のベース部の一部４がヒートシンク７本体側から嵌め込まれて、ヒートパイプ３側に露出している。ヒートシンク７のベース部の底面の一部４には、溝部１２が設けられてヒートパイプが収納されている。ヒートパイプとベース部とは熱抵抗が小さくなるように熱的に接続されている。更に、ヒートパイプ３の表面部、板金部材２の一部、および、ヒートシンクのベース部の底部の一部４が実質的に同一平面を形成している。このように形成された受熱部に、ＬＥＤ９を搭載したＬＥＤ搭載基板８が直接熱的に接続される。

図７に示すように、板金部材の両端部のヒートシンクが配置された部分においても、ヒートパイプ、ヒートシンクが直接熱的にＬＥＤ搭載基板８に接続される。

図８は、図５に示す受熱部にＬＥＤ搭載基板が配置される状態を説明する図である。図５を参照して説明したように、板金部材２には、半円柱状に反対の側に突出してプレス成型によって形成されたヒートパイプ収納溝部６が設けられている。ヒートパイプ収納溝部６には、丸型ヒートパイプ３が扁平されて埋め込まれている。ヒートパイプ３は、その上に直接配置されるＬＥＤ基板との間の熱抵抗を小さくするため、表面が平らになるように扁平されて収納溝部６に収められている。ヒートパイプ収納溝部６の周囲には、板金部材２の変形を防止するために、複数のスリット５が設けられている。ヒートパイプ３の表面部、板金部材２の一部が実質的に同一平面を形成し、その上に配置されるＬＥＤ基板の受熱部を形成する。このように形成された受熱部に、ＬＥＤ９を搭載したＬＥＤ搭載基板８が直接熱的に接続される。

図８に示すように、板金部材の中央部のヒートシンクが配置されない部分において、ヒートパイプ、ヒートシンクが直接熱的にＬＥＤ搭載基板８に接続される。受熱部からの熱はヒートパイプによって、板金部材の両端部に配置されたヒートシンクのベース部に移動し、ＬＥＤ搭載基板８が接続された面と反対側に配置されたヒートシンク本体のフィン部から放熱される。必要により、フィン部には、強制的に風を吹付けるファン部が設けられてもよい。

板金部材２、ヒートシンクのベース部の一部４、ヒートパイプ３とLED搭載基板８の間には、熱伝導シートを挟んだり、熱伝導グリスや熱伝導接着剤等を塗布することもできる。ここで板金部材２、ヒートシンクのベース部の一部４、ヒートパイプ３は、実質的に同一面を形成しているので、薄い熱伝導シートや薄く塗布した熱伝導グリス等でわずかな段差も埋めることができ、接触熱抵抗が低減する。これによって、LEDの温度差をより低くし、温度のばらつきもより小さくできるという、より望ましい結果が得られる。
板金部材のヒートパイプ収納溝部６および／またはヒートシンクの溝部１２に、ヒートパイプ３が機械的にカシメられることで、機械的な固定とともに、熱的にも接触が良好になり、接触熱抵抗が低減する。ここで板金部材のヒートパイプ収納溝部６とヒートパイプ３の間、およびヒートシンクの溝部１２とヒートパイプ３の間にも、熱伝導シートを挟んだり、熱伝導グリスや熱伝導接着剤等を塗布すると、接触熱抵抗がさらに低減し、さらに望ましい結果が得られる。
上述したヒートパイプの内部には作動流体の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動流体が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。即ち、ヒートパイプの吸熱側（ＬＥＤ搭載基板）において、ヒートパイプを構成する容器の材質中を熱伝導して伝わってきた被冷却部品が発する熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側（ヒートシンク）に移動する。放熱側においては、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動流体は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動によって熱の移動が行われる。

ヒートパイプの形状は、板金部材と同一平面を形成することができれば、どのような形状でもよい。ヒートパイプの本数は、発熱素子（ＬＥＤ）の発熱量に応じて適宜設定する。ヒートパイプの各々が１本の丸型ヒートパイプからなっており、ヒートパイプの両端部にヒートシンクが熱的に接続していてもよい。２本の丸型ヒートパイプが長軸方向に配置されて、それぞれのヒートパイプの一方の端部にヒートシンクが熱的に接続され、他方の端部が相互に隣接して配置されていてもよい。

この発明のバックライトモジュールのバックパネルによると、上述したように、ＬＥＤ基板の熱を直接ヒートパイプによってバックパネルの両端部に移動して、効率的に放熱することができ、ＬＥＤの温度を低くすることができ、ＬＥＤの信頼性が向上する。更に、本発明のバックモジュールのバックパネルによると、ＬＥＤの放熱が効率よく行えるので、ヒートシンクを小さくできる、ヒートシンクが両端部だけで済むといった効果もあり、ヒートシンクのない部分に電源回路等をおさめることができ、更に、ＬＥＤ基板の間に熱抵抗の差を生じないので、板金パネル面内の温度が均一で、ＬＥＤの色バランスのずれが生じない。更に、実質的にフィン部の厚さだけでよいので、厚さを薄くすることができる。使用部材が少なくなり、軽量で低コスト化ができる。
また、ファンの能力も小さくて良いので、ファンの騒音が小さくなる。このため映像と音響を同時に必要とする大型テレビ等では、音響の面でもより優れた性能を発揮することができる。

図１は、この発明のバックライトモジュールのバックパネル（ＬＥＤ基板配置側）を説明する図である。 図２は、この発明のバックライトモジュールのバックパネル（ヒートシンク本体の配置側）を説明する図である。 図３は、図１における○で囲んだ部分の拡大図である。 図４は、図３におけるＡ−Ａ’に沿った断面図である。 図５は、図３におけるＢ−Ｂ’に沿った断面図である。 図６は、バックパネルに配置されたヒートパイプおよび板金部材を受熱部として、ＬＥＤ基板を直接配置した状態を説明する図である。 図７は、図４に示す受熱部にＬＥＤ搭載基板が配置される状態を説明する図である。 図８は、図５に示す受熱部にＬＥＤ搭載基板が配置される状態を説明する図である。 図９は、従来の大型テレビ等の液晶ディスプレイ用のバックライトモジュールを示す図である。

符号の説明

１ この発明のバックパネル
２ 板金部材
３ ヒートパイプ
４ ベース部の底面の一部
５ スリット
６ ヒートパイプ収納溝部
７ ヒートシンク
８ ＬＥＤ搭載基板
９ ＬＥＤ
１０ 開口部
１１ カシメ部
１２ 溝部
１０１ 液晶ディスプレイ
１０２ バックパネル
１０３ 板材
１０４ ヒートシンク
１０５ ＬＥＤ搭載基板
１０６ ＬＥＤ

Claims (9)

1. その各々が一方の側に突出するように並列にプレス成型された複数の収納溝部と、前記収納溝部の少なくとも一方の端部にそれぞれ形成された複数の開口部とを備えた板金部材と、
   前記収納溝部の各々に、前記板金部材の一方の面と同一面を形成するように収納され、板金部材と熱的に接続する複数のヒートパイプと、
   前記板金部材の他方の面に配置されて、前記ヒートパイプの端部が熱的に接続されるベース部およびフィン部を備え、前記ベース部の一部が、前記ヒートパイプ側に露出して、前記板金部材の前記一方の面と実質的に同一面に位置するように配置されるヒートシンクとを備えた、液晶ディスプレイ用のバックライトモジュールのバックパネル。
2. 前記開口部が前記収納溝部の両端部に設けられ、前記ヒートシンクの前記ベース部の一部が配置される、請求項１に記載の液晶ディスプレイ用のバックライトモジュールのバックパネル。
3. 前記ヒートパイプ、前記板金部材の一部、および、前記ヒートシンクのベース部の前記一部がLED搭載基板からの発熱に対する受熱部を直接的に形成する、請求項１または２に記載の液晶ディスプレイ用のバックライトモジュールのバックパネル。
4. 前記ヒートパイプ、前記板金部材の一部、および、前記ヒートシンクのベース部の前記一部が実質的に同一平面を形成する、請求項１から３の何れか１項に記載の液晶ディスプレイ用のバックライトモジュールのバックパネル。
5. 前記板金部材の前記収納溝部の側方に、プレス加工時に板金部材の変形を防止するための少なくとも１つのスリットを備えている、請求項１から４の何れか１項に記載の液晶ディスプレイ用のバックライトモジュールのバックパネル。
6. 前記板金部材および/または前記ヒートシンクに、前記ヒートパイプが機械的にカシメられて固定されている、請求項１から５の何れか１項に記載の液晶ディスプレイ用のバックライトモジュールのバックパネル。
7. 前記板金部材の前記ヒートシンクが配置される側の面の中央部にバックライトモジュールの回路類の配置が可能なスペースを備えている、請求項１から６の何れか１項に記載の液晶ディスプレイ用のバックライトモジュールのバックパネル。
8. 前記ヒートパイプの各々が１本の丸型または丸型を扁平化したヒートパイプからなっており、前記ヒートパイプの両端部に前記ヒートシンクが熱的に接続している、請求項１から７に記載の液晶ディスプレイ用のバックライトモジュールのバックパネル。
9. 前記ヒートパイプの各々が２本の丸型または丸型を扁平化したヒートパイプからなっており、それぞれのヒートパイプの一方の端部に前記ヒートシンクが熱的に接続され、他方の端部が相互に隣接して配置されている、請求項１から７に記載の液晶ディスプレイ用のバックライトモジュールのバックパネル。
   
   
   
   

Images