JP4527634B2 - 光源装置及びサイド型バックライト - Google Patents

Description

本発明は、基板にＬＥＤパッケージを設けた光源装置、及び光源装置を用いたサイド型バックライトに関するものである。

光源としてＬＥＤを用いたバックライトは、ＬＥＤから発する熱のために、ＬＥＤ自身の発光効率低下、ＬＥＤの短寿命化（明るさの低下、発光色の変色）、ＬＥＤ近傍の材料の変色・変形によるバックライトの短寿命化、最終製品時の安全性の確保、液晶パネルの表示不具合（阿温度による液晶パネルの色ムラ、早期劣化）などの問題を生じる。

そのため、ＬＥＤを光源とするバックライトには、放熱対策を施すことが求められており、放熱対策としては、従来、次の１）〜３）の手法が実施されている。
１）ＬＥＤパッケージを実装する樹脂基板の裏側に金属板を貼り合わせる。
２）ＬＥＤパッケージを実装する基板を金属とする。
３）ファンをつけて強制的に熱を逃がす。

また、特許文献１には、ＬＥＤで発生した熱を金属基板で集め、金属納置ケース表面から放熱させるという、上記１）２）の手法を組み合わせたものが開示されている。
さらに、特許文献２，３には、ＬＥＤに放熱部材を接合させてＬＥＤの放熱を図ろうとするものが開示されている。

登録実用新案公報第３０９８４６３号 特開２００４−２３３８１０号公報 特開２００４−３１１７９１号公報

上記従来の手法１）では、樹脂基板に金属を貼り合わせるだけでよく簡便かつ安価であるが、ＬＥＤパッケージと直接接触しているのは、樹脂基板のため、熱は樹脂基板に逃げようとするが、樹脂は金属（アルミニウム）に比べて熱伝導性が大変悪いため、裏面の金属板に十分熱が伝わらず、十分な放熱効果が期待できない。
上記従来の手法２）では、熱伝導性の観点から樹脂基板に比べて有利であるが、金属基板上の電気配線がベース金属とショートしないように、非導電性の樹脂膜でＬＥＤと基板のベース金属との間を覆う必要があり、コスト高となる。しかも、樹脂を基板上に形成しているため、基板の形状やサイズの制約が多い。
上記従来の手法３）では、ファンを追加することにより製品の不要なサイズ増加やコスト増加、騒音の問題、電力消費の増加など諸問題がある。

また、特許文献１に記載の技術は、単に、従来手法１）２）を組み合わせただけで、従来手法１）２）それぞれの問題が解消されていない。
さらに、特許文献２，３に記載の技術では、ＬＥＤの実装基板への装着面とは別の面に放熱部材を接合しており、光源装置としての構造が従来と大きく異なって複雑化しており、しかも、ＬＥＤの実装基板への装着性が良くなかったり、放熱性が十分とはいえないものである。
そこで、本発明は、基板にＬＥＤパッケージを設けた光源装置における新たな放熱構造を提供することを目的とする。

本発明に係る光源装置は、実装面を有する基板と、基板への装着面を有し、当該装着面が前記基板の前記実装面と対向するように基板に実装されたＬＥＤパッケージと、前記基板の前記実装面の反対面側に配置された放熱体と、を備えているものである。
そして、前記基板は、ＬＥＤパッケージの前記装着面の一部を、当該基板の反対面側に露出させるための孔部を有している。この孔部は、基板の一部を切り欠いたものを含む。
さらに、前記放熱体は、前記基板の前記反対面側から前記孔部に挿入される突部を有し、前記突部の先端と前記ＬＥＤパッケージの装着面との間には、熱伝導性スペーサが介在して、前記ＬＥＤパッケージからの熱が前記熱伝導性スペーサを介して前記放熱体に伝わるように構成されている。

上記構成により、基板の裏面（実装面の反対面）に放熱体を配置するという従来手法１）と同様なシンプルな構成を採用しつつ、基板に形成された孔部によって、ＬＥＤパッケージの熱を前記熱伝導性スペーサを介して前記放熱体に伝えることができる。

また、本発明では、突部とＬＥＤパッケージを直接接触させず、クッション性のある熱伝導性スペーサを介在させているため、突部の公差を比較的大きくでき、製造を容易に行うことができる。つまり、突部とＬＥＤパッケージを直接接触させようとすると、突部の製作を非常に精度良く行う必要がある。例えば、突部の突出量が長すぎると、ＬＥＤパッケージを基板から押し外す方向にＬＥＤパッケージ装着面を押してしまい破損の原因となり、逆に、突部の突出量が小さすぎると突部とＬＥＤパッケージが離れて熱伝導性が低下するため、誤差なく突部先端とＬＥＤパッケージを当接させる必要がある。

前記熱伝導性スペーサは、粘着面を有し、当該粘着面が前記ＬＥＤパッケージ及び前記放熱体の前記突部に粘着しているのが好ましい。この場合、熱伝導性スペーサによって基板に設けられたＬＥＤパッケージ及び放熱体を一体化することができる。

前記熱伝導性スペーサは、非導電性であるのが好ましい。この場合、放熱体とＬＥＤパッケージ間の電気的ショートを考慮する必要がないため、設計の自由度が高まる。

前記放熱体の前記突部と前記基板の孔部との間には、前記突部が前記孔部に対して遊嵌状となるように、隙間が形成されているのが好ましい。クッション性を有する熱伝導性スペーサが突部とＬＥＤパッケージの間で圧縮変形したときに、突部と孔部との間に隙間が形成されていれば、前記圧縮に伴う膨張分が当該隙間に逃げることができる。したがって、ＬＥＤパッケージを基板から押し外す方向の力となるスペーサ圧縮圧力の上昇を押さえることができる。

サイド型バックライトに係る本発明は、前記光源装置と、前記光源装置からの光が入射する入射面を有する導光板と、を有するものであり、放熱対策の採られたサイド型バックライトが得られる。

本発明によれば、基板に形成された孔部によって、ＬＥＤパッケージから熱が前記熱伝導性スペーサを介して前記放熱体に伝えられる。
また、本発明では、突部とＬＥＤパッケージとの間に、クッション性のある熱伝導性スペーサを介在させているため、突部の公差を比較的大きくでき、製造を容易に行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、ＬＥＤパッケージを光源とする液晶表示装置用のサイド型バックライト１を示している。このバックライト１は、図示しない液晶パネルの背面側に設置されて、当該液晶パネルの背面から光を照射するためのものである。
バックライト１は、一面を光の出射面２ａとし側面を光の入射面２ｂとする導光板２と、導光板入射面２ｂに光を照射する光源装置３とを備えている。また、導光板２の出射面２ａ側には、拡散フィルム、偏光フィルム、レンズフィルムなどの光学フィルム４，４が配置され、出射面２ａの反対面である反射面２ｃには、反射シート５が設置されている。

上記導光板２、光源装置３、光学フィルム４、反射シート５などの部材は、フレーム（筐体）６内に収納されている。フレーム６は、上フレーム６１及び下フレーム６２とから構成され、下フレーム６は、導光板２及び反射シート５等を支持するための底面６２ａと、当該底面６２ｂから立設された側面６２ｂとを有しており、上フレーム６１は、前記下フレーム６に嵌合される。

光源装置３は、図２及び図３にも示すように、ＬＥＤパッケージ３１と、ＬＥＤパッケージ３１が実装される樹脂製の基板３２を有している。
ＬＥＤパッケージ３１は、図４に示すように、ＬＥＤ素子が配置される凹部を有するパッケージ材（セラミックス）３１ａの前記凹部を蛍光体入りのシリコン樹脂等の封止材３１ｂで封止し、パッケージ材３１ａにＬＥＤ素子へ接続された電極部（陽極、陰極）３１ｃ，３１ｃを設けたものであり、ＬＥＤ素子の発光により封止材３１ｂの部分が発光するものである。なお、封止材３１の部分の形状（光る部分の形状）は、円形に限らず、正方形、長方形等の他の形状であってもよい。また、ＬＥＤパッケージ平面全体形状も、正方形に限らず、長方形であってもよい。

また、このＬＥＤパッケージ３１は、天井面３１ｄ（の封止材３１の部分）が発光し、底面３１ｅに電極部３１ｃ，３１ｃが設けられて当該底面３１ｅが基板３２への装着面となるトップビュー型として構成されている。トップビュー型では、薄型化に適した構造であり、内部のＬＥＤ素子が金属面を介してＬＥＤパッケージ底面３１ｅに接しており、ＬＥＤ素子の発熱は、ＬＥＤパッケージ底面３１ｅへ最も伝わりやすい構造となっている。
なお、底面が基板への装着面となり、側面が発光するＬＥＤパッケージをサイドビュー型という。

ＬＥＤパッケージ３１の両電極部３１ｃ，３１ｃの間には、間隔が設けられており、両電極３１ｃ，３１ｃ間にはパッケージ材３１ａが露出した非導電領域３１ｆが形成されている。つまり、ＬＥＤパッケージ３１の装着面３１ｅには、電極部３１ｃ，３１ｃの他、非導電領域３１ｆが設けられているのである。

前記基板３２は、フレキシブルプリント基板であり、導光板入射面２ｂの長手方向に沿って長い長尺体として形成されており、ＬＥＤパッケージ３１は長手方向に沿って複数個基板３２に取り付けられる。なお、基板３２には、基板長手方向に長い長方形状のＬＥＤパッケージ３１を１個又は複数個取り付けても良い。
この基板３２は、樹脂製の基板本体３２ａの実装面３２ｂ側にＬＥＤパッケージ３１の電極部３１ｃ，３１ｃと接続される配線部３２ｃ，３２ｃが形成されている。配線部３２ｃ，３２ｃは、ＬＥＤパッケージ電極部３１ｃ，３１ｃに対応して、陰極側配線部３２ｃと陽極側配線部３２ｃとが基板長手方向に沿って互いに平行に形成されている。

基板３２の両配線部３２ｃ，３２ｃの間には、ＬＥＤパッケージ３１が実装される位置に対応して、複数個の孔部３３が形成されている。この孔部３３は、ＬＥＤパッケージ３１が基板３２に取り付けられ（ハンダ付けされ）て、電極部３１ｃ，３１ｃと配線部３２ｃ，３２ｃとが接続されたときに、ＬＥＤパッケージ背面（装着面）３１ｅの非導電領域３１ｅを、基板３２の実装面３２ｂとは反対面３２ｄ側に露出させるためのものである。

図４（ｂ）のＬＥＤパッケージ底面図では、非導電領域３１ｅのうち、孔部３３によって露出する範囲を点線Ａで囲んで示している。図４（ｂ）に示すように、孔部３３によって露出する範囲は、すべて非導電領域３１ｅであり、電極部３１ｃ，３１ｃは含まれていない。

本実施形態では、ＬＥＤパッケージ用の放熱体として、バックライト１のフレーム６（下フレーム６２）が用いられている。バックライト１の下フレーム６２は、金属板（アルミニウム、真鍮等）をプレス加工して形成されており、下フレーム側面６２ｂが基板３２の実装面３２ｂの反対面３２ｄ側に位置している。
基板反対面３２ｄ側に位置するフレーム側面６２ｂには、基板の孔部３３に挿入される突部３４が形成されている。この突部３４は、図３に示すように、孔部３３の数に対応して、基板３２長手方向に複数形成されている。なお、突部３４は、フレーム６２の製作のためのプレス加工（穴あけ加工、折り曲げ加工等）時に一緒に形成できるため、容易に作成できる。

この突部３４は、基板３２とフレーム側面６２ｂを当接させるなどして、当該突部３４を孔部３３に完全に挿入させても、突部３４の先端がＬＥＤパッケージ３１の背面３１ｅに接触しない程度に、その突出量が抑えられている。つまり、後述のスペーサ３５が存在しない状態では、突部３４とＬＥＤパッケージ３１は接触しないように構成されている。
また、突部３４は、根元側が太く先端側が細い先細り状に形成されており、孔部３３に挿入しやすい形状となっている。

そして、突部３４の先端には、シート状の熱伝導性スペーサ３５が設けられており、このスペーサ３５がＬＥＤパッケージ３１に当接している。スペーサ３５は、柔軟で熱伝導性に優れた材料である放熱ゴム等によって形成されており、伝熱性とともに厚さ方向への圧縮が可能なクッション性を有しており、また、電気的絶縁性（非導電性）も有している

このスペーサ３５は、両面が粘着面とされおり、突部３４には、その先端面にスペーサ３５の一面が貼り付けられているとともに、ＬＥＤパッケージ３１側に貼り付けられるスペーサ他面側には剥離シート（図示省略）が貼り付けられた状態で製作される。
そして、ＬＥＤパッケージ３１とスペーサ３５を接合する際には、前記剥離シートをスペーサ３５から剥離させて、露出したスペーサ粘着面にＬＥＤパッケージ背面３１ｅを取り付ければよい。
なお、スペーサ３５は、突部３４の先端面と同じ大きさ又は先端面よりも大きいのが好ましいが、先端面よりも小さくてもよい。

本実施形態では、ＬＥＤパッケージ３１と放熱体であるフレーム６とは直接接触していないが、放熱性に優れたスペーサ３５によってＬＥＤパッケージ３１の熱を放熱体であるフレーム６に逃がすことができる。なお、フレーム６は基板３２とも接触しているため、ＬＥＤパッケージ３１の熱は、副次的には、基板３２を介してフレーム６に逃げることもできる。
そして、フレーム６は、大きな面積を有しているため、効率よく放熱を行うことができる。また、放熱体としてフレーム６を利用することで、別途放熱体が不要であり、部品点数を削減することができる。

ここで、ＬＥＤパッケージ３１とフレーム６の突部３４を直接接触させようとすると、突部３４の突出量が僅かでも少なければＬＥＤパッケージ３１と突部３４とが離れて熱伝導性が低下し、突部３４の突出量が僅かでも大きければ突部３４がＬＥＤパッケージ３１を基板３２から押し外したり、ＬＥＤパッケージ３１を損傷させたりするおそれがあるため、突部３４の製作精度を非常に高くする必要があり、突部３４の突出量の公差は非常に小さいものとなる。特に、複数の突起３４のそれぞれの突出量を揃えようとすると困難を伴う。したがって、ＬＥＤパッケージ３１とフレーム６の突部３４を直接接触させる構造は、実質的に製造が困難である。

一方、本実施形態では、スペーサ３５がクッション性を有するため、突部３４の突出量（突部３４とＬＥＤパッケージ３１との間隔）に多少のバラツキがあっても、スペーサ３５の変形によって吸収でき、公差を比較的大きく（例えば、±０．２ｍｍ程度）できる。したがって、本実施形態のものでは、製造容易・コスト低減を図ることができる。

本実施形態では、前記スペーサ３５が、ＬＥＤパッケージ３１と突部３４とに挟まれて厚さ方向に圧縮された場合（図１，図３参照）、その圧縮に起因してスペーサ３５の周縁部が膨張して突部３４と孔部３３の間の隙間３６に張り出している。このように、本実施形態では、孔部３３よりも突部３４の方が小さく形成され（図４（ｂ）において孔部３３を示す点線Ａ及び突部３４先端を示す点線Ｂ参照）、突部３４と孔部３３との間にスペーサ３５の変形部分が張り出すための空間が確保されている。このようなスペーサ３５の変形許容により、スペーサ３５がＬＥＤパッケージ３１を押圧する圧力が低減され、ＬＥＤパッケージ３１を基板３２から押し外したり、ＬＥＤパッケージを破損させるような過度な力が生じるのを回避することができる。

また、本実施形態では、スペーサ３５は非導電性であるため、放熱体であるフレーム６が導電性であるか否かを問わず、ＬＥＤパッケージ３１とフレーム６との間の電気的ショート・漏電を考慮する必要がない。
しかも、本実施形態では、基板３２の孔部３３によってフレーム６側に露出しているのは、非導電性領域３１ｆだけであるため、この点からもＬＥＤパッケージ３１とフレーム６との間の電気的ショート・漏電を考慮する必要がない構造となっている。
さらに、本実施形態では、ＬＥＤパッケージ３１において、最も発熱しやすく面積の大きい底面３１ｅから放熱体であるフレーム６に熱が伝わるように構成しているため、放熱効率性の観点からみて有利である。

なお、本実施形態では、基板３２がＬＥＤパッケージ３１を介してフレーム６（下フレーム６２）に固定されるため、基板３２とフレーム６とを直接固定する手段を省略することができる。あるいは、基板３２とフレーム６とを直接固定する手段を別途有する場合には、スペーサ３５が、基板３２とフレーム６の補助的な固定又は仮止めの機能を有することになる。

また、基板３２にＬＥＤパッケージ３１が実装された状態で、ＬＥＤパッケージ３１と突部３４先端のスペーサ３５とを接合してもよいし、突部３４をＬＥＤパッケージ３１が実装されていない基板３２の孔部３３に挿入しておいてから、突部３４先端のスペーサ３５とＬＥＤパッケージ３１とを接合してもよい。後者の場合、ＬＥＤパッケージ３１を基板３２に固定（ハンダ付け）する前に、スペーサ３５の粘着面によってＬＥＤパッケージ３１を基板３２上に仮止めすることができ、ＬＥＤパッケージ３１を基板３２に固定（ハンダ付け）するのが容易になる。

さらに、スペーサ３５は、予め突部３４側に貼り付けておくのではなく、ＬＥＤパッケージ３１（の背面３１ｅ）側に貼り付けておき、ＬＥＤパッケージ３１に貼り付けられたスペーサ３５と突部３４とを接合するようにしてもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨に反しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、放熱体は、バックライトのフレーム６とは別の部材で構成されていてもよい。また、基板の形状は特に限定されない。

サイド型バックライトの部分断面図である。 光源装置の斜視図である。 光源装置の断面図である。 図４（ａ）はＬＥＤパッケージの平面図であり、図４（ｂ）はＬＥＤパッケージの底面図である。

符号の説明

１バックライト
２導光板
２ｂ 入射面
３光源装置
３１ ＬＥＤパッケージ
３１ｅ 装着面
３２ 基板
３２ｂ 実装面
３２ｄ 反対面
３３ 孔部
３４ 突部
３５ 熱伝導性スペーサ
３６ 隙間
６ フレーム
６２ 下フレーム（放熱体）

Claims (4)

1. 実装面を有する基板と、
   前記基板への装着面を有し、当該装着面が前記基板の前記実装面と対向するように前記基板に実装されたＬＥＤパッケージと、
   前記基板の前記実装面とは反対の面側に配置された放熱体と、を備え、
   前記基板は、前記ＬＥＤパッケージの前記装着面の一部を、当該基板の前記実装面とは反対の面側に露出させるための孔部を有し、
   前記放熱体は、前記基板の前記実装面とは反対の面側から前記孔部に挿入される突部を有し、
   前記突部の先端と前記ＬＥＤパッケージの装着面との間には、クッション性を有する熱伝導性スペーサが介在して、前記ＬＥＤパッケージからの熱が前記熱伝導性スペーサを介して前記放熱体に伝わるように構成されており、
   前記熱伝導性スペーサは、粘着面を有し、当該粘着面によって前記ＬＥＤパッケージ及び前記放熱体の前記突部が接合されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
2. 前記熱伝導性スペーサは、非導電性であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記放熱体の前記突部と前記基板の孔部との間には、隙間が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光が入射する入射面を有する導光板と、
   を有することを特徴とするサイド型バックライト。

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