JP4711916B2 - 発光装置及びその発光装置を用いた表示装置 - Google Patents

発光装置及びその発光装置を用いた表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、LEDなどの発光素子を用いた発光装置及びその発光装置を用いた表示装置に関する。
近年、液晶装置に使われるバックライトの光源として、従来から用いられている冷陰極型蛍光管(Cold Cathode Fluorescent light、以下「CCFL」とする。)に加えて発光ダイオード(light−emitting diode、以下「LED」とする。)を一部併用する方式、あるいはCCFLを全部LEDに置き換えて用いる方式の開発が進められている。輝度調整が容易なことと、水銀を含まないため対環境性に優れるという特徴を有する。
特許文献1に開示されたLEDを用いた液晶表示装置の例を図5に示す。図5(a)は装置裏側から、図5(b)は装置表側からみた図である。プリント回路基板21の表側にはLED22がほぼ表面全域にアッセンブリされている。また、プリント回路基板21裏面には輝度調整回路23とドライバ及び制御回路を含む半導体チップ24が備わっており、LED22の駆動制御を行っている。プリント回路基板21裏面にはヒートシンク25が設置され、LED22やプリント回路基板21裏面に備わっている集積回路から放出される熱を効率よく排出するようになっている。ヒートシンク25とプリント回路基板21とを密着させて熱伝導性を高めるため、ヒートシンク25にはくぼみ26を設け、プリント回路基板21裏面に備わっている集積回路がくぼみ26に収納できるようになっている。また、プリント回路基板21表側にはLED22から発せられた光を均一化するための拡散板27が設置されている。また、これらのヒートシンク25、プリント回路基板21、拡散板27を納める光学チャンバー28の正面には液晶パネル29が備え付けられ、LED22から発せられた光を用いて液晶表示装置として機能している。
この液晶表示装置においては、1枚のプリント回路基板21の表面にLED、裏面にLED駆動制御のための半導体チップが搭載されているため、プリント回路基板の温度が上昇するといった問題があった。
特許文献2に開示されたLEDを用いた点灯装置の例を図6に示す。LED実装基板30と電源回路基板31の2枚が内蔵されており、2枚はケーブル32にて電気接続している。LED実装基板30の表側にはLED33がアッセンブリされている。また、LED実装基板30の裏面にはLED33で生じた熱を放出するための放熱手段34が接着されており、その先に熱伝達手段35を通して装置外部に排出している。また、LED実装基板30と電源回路基板31との電気接続は、LED33に電流を供給する配線をLED実装基板30裏面から、ケーブル32で取り出されている。
米国特許6439731号明細書 特開2004―55800号公報
しかし、上記特許文献2に上げたようなLED実装基板と電源回路基板とを別基板で構成している点灯装置においては、放熱性は確保できるものの、LED実装基板と電源回路とを電気的に接続するのに、以下のような問題点があった。
上記特許文献2では、LED実装基板に電源線を引き込む孔(スルーホール)を設けている。この場合、孔を設ける為に、LED実装回路基板の基板材料として絶縁性のものが選ばれるが、絶縁性の基板は一般に熱伝導性が悪く、放熱性を低下させていた。
また、別の接続方法として、LED実装基板上にコネクタを配し、電源回路基板と接続
する方法もあるが、LED実装基板上にコネクタがある為に、そのコネクタ周辺のLEDの光が遮られ、光の均一性を損なうという問題があった。
本発明においては、放熱性を確保しながら、発光面からの光の均一性を得られる発光装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するために、平面状に隣接する複数のバックライトタイルを備え、各バックライトタイルは、複数の発光素子と、複数の発光素子を有する折り曲げ可能な折り曲げ基板と、前記折り曲げ基板を、その表面側に重ねて支持し、折り曲げ基板と同等の大きさを有する平板状の放熱性支持基板と、前記複数の発光素子を制御する回路素子と、前記回路素子を有し、前記支持基板の裏面側に支持基板を超えない大きさを有し、前記支持基板と重なるように配置される回路素子基板とを備え、前記折り曲げ基板の端部が前記支持基板よりはみ出た端部を支持基板および回路素子基板を回り込むように折り曲げられて、前記回路素子基板の支持基板とは反対側に電気的に接続されて構成され前記隣接するバックライトタイル間に反射材を形成した発光装置である。
本発明は、上記課題を解決するために、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を制御する回路素子と、前記複数の発光素子を中央領域に、前記回路素子を周辺領域に有する折り曲げ可能な折り曲げ基板と、前記折り曲げ基板の中央領域を表面側に支持する支持基板とを備え、前記折り曲げ基板は、その周辺領域が前記支持基板の裏面側へ回り込むように折り曲げられた発光装置である。
本発明は、前記支持基板が、金属であることが好ましい。
本発明は、前記折り曲げ基板と前記回路素子基板との間に、空間を有することが好ましい。
本発明は、前記空間に空気が流れることが好ましい。
本発明は、前記折り曲げ基板が、ガラスエポキシ基板であることが好ましい。
本発明は、前記折り曲げ基板が、複層ガラスエポキシ基板であることが好ましい。
本発明は、前記折り曲げ基板の折り曲げられる部分が、前記基板の辺に切り込み部を有することが好ましい。
本発明は、前記発光素子がLEDであることが好ましい。
本発明は、前記発光装置の前面に拡散板を介して非自発光型画像表示パネルを備えた表示装置である。
本発明によれば、放熱性を確保しながら、発光面からの光の均一性が得ることが可能である。
また、発光素子を実装する基板を折り曲げ可能な基板とすることにより、発光素子を駆動する回路素子を有する基板との接続が容易になる。
図1は実施の形態1の液晶ディスプレイ装置1の全体模式図である。
複数のバックライトタイル2が拡散板3を介して液晶パネル4を照明している。1つのバックライトタイル2には、そのタイルに搭載されているLEDを駆動するための駆動回路素子5が搭載されている。また周囲温度を測定し、LEDの発光輝度を制御し、輝度を一定に保つための温度センサ(図示しない)が搭載されている場合もある。
駆動回路素子5は、各バックライトタイル2に共通のコントロール基板6に設置された制御回路7にケーブル8を介して接続されている。なお、液晶パネル4をその他の非自発光型画像表示パネル、例えばMEMS(マイクロエレクトロメカニカルシステム)パネル、電気光学効果や電気泳動効果を用いたシャッターパネルなどに置き換えても表示装置とすることができる。
図2は実施の形態1で使用しているバックライトタイル2の全体模式図(図2(a))と断面模式図(図2(b))である。
アルミニウムを材料とした熱伝導性のよい基板9の上面を覆うように、複数のLEDを搭載するとともにそのLEDに接続される配線パターンを備えた薄型ガラスエポキシ基板11が伝熱性の接着剤(図示せず)にて基板9と接着していることが好ましい。
基板9は、薄型ガラスエポキシ基板11を支持する支持基板としての役割と薄型ガラスエポキシ基板上のLED10から生じる熱を放熱するための放熱基板としての役割の両方を有する。この支持基板としての基板9の材質は金属が好ましく、さらにアルミニウムの様な伝熱性のすぐれた材質のものが好ましい。基板9により、薄型ガラスエポキシ基板11は湾曲することがないので、LED10からの光を薄型ガラスエポキシ基板11に対して垂直な方向に照射することが可能となる。
また、薄型ガラスエポキシ基板11のLED10搭載側の表面には、搭載部品以外のところに光を効率よく取り出すための反射シート(図示せず)を貼り付けても良い。
基板9の薄型ガラスエポキシ基板11との接着側とは反対面には、複数のスペーサ12を介して駆動回路実装基板13を配置している。このスペーサ12により、薄型ガラスエポキシ基板11と駆動回路実装基板13との間に、空間を設けることが可能となっている。この空間により、放熱が効率的に行われる。
さらに、駆動回路実装基板13の大きさは基板9を超えない大きさになっている。これは、後述するバックライトタイル2を組み合わせて表示装置に使用する際に、薄型ガラスエポキシ基板11が隣のバックライトタイル2の領域にはみ出さないようにし、薄型ガラスエポキシ基板11間での信号干渉を極力おさえる為である。
また、駆動回路実装基板13には駆動回路素子14がアッセンブリされ、LED10に供給する電流の制御を司っている。ここで、発光素子としてLEDを例に挙げたが、有機EL、レーザーを蛍光体に照射する発光素子などであってもよい。
薄型ガラスエポキシ基板11は、低弾性率熱硬化性樹脂と極薄ガラス布との組み合わせた素材で出来ており、寸法安定性・反りねじれが少ない特徴がある。複層の構成としても0.2mm程度の厚さということと、低弾性の性質とあわせて90度や鋭角の折り曲げ可能な基板となっている。このような折り曲げを行うためには、基板の厚さが0.3mm以下であることが好ましい。このように、LED10を実装する基板を、従来用いられていた基板の厚さに比べて遥かに薄くすることにより、LED10で生じる熱を基板9に伝達することが可能となり、放熱性が向上する。
また、折り曲げ性を向上させるために、薄型ガラスエポキシ基板は複数の層からなるものであることが好ましい。また、材質は、例えばポリイミドベースのフレキシブルプリント基板(FPC)やガラスエポキシ基板とFPCの複合基板(ADF基板)といった、ガラスエポキシ以外のものであってもよい。
このように薄型ガラスエポキシ基板11を折り曲げが出来ることにより、例えばLED10を搭載している面にコネクタを配置することなくLED10と駆動回路素子14とを接続することが出来るため、コネクタによる出っ張りがなくなり光学特性の均一なバックライトとすることが出来る。この光学特性の均一化は、本実施形態のような液晶ディスプレイのバックライトとして用いられる発光装置の場合において、表示品質を高めるという効果を奏し、特に有用である。
LED10と駆動回路素子14との電気接続のために、基板9の1辺(図示しない)もしくは対向する2辺で、複数のLED10が搭載されている薄型ガラスエポキシ基板11の端部に一部箇所もしくは複数箇所から、基板9の辺9Aに沿って90度に折り曲げられ、駆動回路実装基板13に設けられたコネクタ15に接続している構成となっている。この為、基板9にスルーホール等を作成する必要が無く、アルミニウムを材料とした熱伝導性のよい基板9に貼り付けることができ、放熱性を高めている。
また、LED10を複数実装している薄型ガラスエポキシ基板11を駆動回路実装基板13に直接配線する構成にすることにより、設計・取付けの容易化、薄型ガラスエポキシ基板11側のコネクタの削減、生産時の組み立て工数の削減といった効果がでてくる。
このコネクタ15と駆動回路素子14とが電気的に接続しており、複数のLED10に駆動電流を供給することが可能となっている。駆動回路実装基板13は単層もしくは多層の配線構造を有しており、駆動回路素子14の数により駆動回路実装基板13の片面、あるいは両面に駆動回路素子14を搭載することが可能となっている。駆動回路実装基板13の基板9とは反対側には制御用コネクタ16が取り付けられており、コントロール基板6との電気接続がなされており、液晶ディスプレイ装置1全体としての制御信号の入出力をおこなうインターフェイスとなっている。
また、LED10を実装している薄型ガラスエポキシ基板11を折り曲げ、駆動回路実装基板側に回し込み、その回し込んだ薄型ガラスエポキシ基板11の上に駆動回路素子14を実装する構成にすることも可能である。すなわち、LEDを実装している領域と回路素子を実装している領域の間で折り曲げる構成にする。この場合、駆動回路素子14を実装している領域を、駆動回路実装基板13とは別の支持基板(図示しない)に接着し、その支持基板を駆動回路実装基板13に接合することにより支持しても良い(図2(c))。これらの構成にすることにより、先に示した例(図2(a)、(b))よりも駆動回路実装基板13側のコネクタの削減、生産時の組み立て工数の削減といった効果が出てくる。しいては、故障率の低減や低コストが計れる。
液晶ディスプレイ装置としてのバックライトでは十分な輝度の白色光が要求されており、LEDに駆動電流を流し発光させたとき、LEDおよび駆動回路には大量の熱が生じる。この大量の熱がバックライト内に留まると、LEDの温度特性により輝度・色調が変化して要求される白色光が得られなくなる。そのため十分に熱の排出をおこない、安定した輝度・色調を得る必要がある。しかし、バックライトタイル2のLED搭載側は拡散板を間に挟み液晶パネルがあり、この液晶パネルは無塵に近い環境で使用しなければないため、内部空間17に空気を流すことが許されない。そのため、バックライトのLED搭載側での空冷による放熱は一般に行わない。また、駆動回路素子14でも大量の放熱が起こるため、同様の排熱の問題が生じる。
本実施の形態においては、駆動回路実装基板13の両面には隙間空間18と外部空間19における空気の流れによって放熱する場所もあるため、効率的な排熱が可能となる。自然対流を用いてもよく、ファン等を用いた強制空冷でもよい。
図3にバックライトタイルを複数組み合わせた時の模式図(図3(a))と断面模式図(図3(b))を示す。
大型液晶ディスプレイ装置1では、このバックライトタイル2を複数枚組み合わせて使用する。電気接続の為に薄型ガラスエポキシ基板11の一部箇所もしくは複数箇所が折り曲げられている。薄型ガラスエポキシ基板11を折り曲げているバックライトタイル2の1辺と他のバックライトタイル2の1辺を合わせるときには隙間を空けないか、基板9の熱膨張を考慮した1mm程度の微少な隙間を空けて配置し、その他の基板9の辺は隙間を空けずに配置する。微少な隙間を空けて配置するときには、その部分にテープ状の反射材を貼り付けるか、薄型ガラスエポキシ基板11を折り曲げる箇所の反射シートを少し大きめに設計して、隙間がかくれるようにしてもよい。これにより、各バックライトタイルの継ぎ目における反射率の低下によるバックライトとしての発光の不均一性を抑制することが出来る。
また、図3(c)はバックライトタイル2を複数組み合わせたときの裏面から見た模式図である。対向する2辺で薄型ガラスエポキシ基板11を折り曲げて電気接続する場合、その折り曲げる箇所(図3(c)に示すA)を対向する辺でも同じ場所(図3(c)に示すB)にすると、バックライトタイル2間での空気の流れ(図3(c)に示すC)が妨げられずに流すことが可能となり、放熱効率がさらに上がる。これらの1つのバックライトタイル2での、あるいは複数枚バックライトタイル2を組み合わせたときの空気の流れはLED10や駆動回路素子14での発熱による対流により自然に発生はするが、バックライトタイル2の外周に小型ファンなどを設置すれば(図示せず)、さらなる放熱効果が期待できる。
1つのバックライトタイル2が故障した場合には、そのバックライトタイル2を取り出して交換することができる。LED10に不具合が有った場合には薄型ガラスエポキシ基板11を取り外し、LED10を交換することができる。また、薄型ガラスエポキシ基板11ごと交換してしまうとか、修理時間の短縮や修理コストを抑えることが可能となる。
(折り曲げ可能な基板の形状)
図4にバックライトタイルの薄型ガラスエポキシ基板11折り曲げ部分を示す。
図4(a)は折り曲げ前の薄型ガラスエポキシ基板11の上面図、図4(b)は折り曲げ後の断面図である。実施の形態1で、薄型ガラスエポキシ基板11を基板9の辺9Aに沿って、薄型ガラスエポキシ基板11の前面部11Aと折り曲げ部11Bとの境界線で90度に折り曲げて、先端部11Cを駆動回路実装基板13側に回し込み、先端部11Cに設けている電極(図示せず)を駆動回路実装基板13上のコネクタ15に接続している。
薄型ガラスエポキシ基板11は厚さ0.2mm程度のものを使用しているが、折り曲げる際、基板9の辺9Aで折り曲げると角でたるみ11Eが生じる。この角で生じるたるみ11Eがあると、不必要な出っ張りとなる場合があり、バックライトタイル2の辺を合わせたとき設計通りに組み合わせることが出来なくなる。そこで、薄型ガラスエポキシ基板11を折り曲げる部分を以下のようにする。
基板9の辺9Aに沿って薄型ガラスエポキシ基板11の辺に基板9の内側にわずかに切り込み部11Dを設け(図4(c)上面図、図4(d)上面拡大図)、その切り込み部11Dの最奥部分20から折り曲げを開始するようにする(図4(e)折り曲げたあとの上面図、図4(f)折り曲げたあとの断面図)。このような構造にすると、折り曲げの際のたるみは無くなり、バックライトタイル同士の設計通りの隣接が可能となる。この切り込み部11Dの形状は図示した円弧の他、矩形などでもよい。
尚、以上の説明では、バックライトタイル2が複数有る場合について記載したが、必ずしも複数に分ける必要はなく、一つであってもよい。
また、液晶パネル4を取り除いたバックライトタイル2自体を、LED照明装置として用いることができる。
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
実施の形態1の大型液晶ディスプレイ装置を裏面から見た模式図である。 実施の形態1のバックライトタイルの模式図である。 実施の形態1のバックライトタイルを複数組み合わせた模式図である。 実施の形態1の薄型基板を折り曲げ状態を示す模式図である。 従来のバックライト装置である。 従来の点灯装置である。
符号の説明
1 液晶ディスプレイ装置
2 バックライトタイル
3 拡散板
4 液晶パネル
5 駆動回路素子
6 コントロール基板
7 制御回路
8 ケーブル
9 基板
10 LED
11 薄型ガラスエポキシ基板
12 スペーサ
13 駆動回路実装基板
14 駆動回路素子
15 コネクタ
16 制御用コネクタ
18 隙間空間
A B 薄型ガラスエポキシ基板折り曲げ位置
C 空気の流れ

Claims (9)

  1. 平面状に隣接する複数のバックライトタイルを備え、
    各バックライトタイルは、
    複数の発光素子と、
    複数の発光素子を有する折り曲げ可能な折り曲げ基板と、
    前記折り曲げ基板を、その表面側に重ねて支持し、折り曲げ基板と同等の大きさを有する平板状の放熱性支持基板と、
    前記複数の発光素子を制御する回路素子と、
    前記回路素子を有し、前記支持基板の裏面側に支持基板を超えない大きさを有し、前記支持基板と重なるように配置される回路素子基板とを備え、
    前記折り曲げ基板の端部が前記支持基板よりはみ出た端部を支持基板および回路素子基板を回り込むように折り曲げられて、前記回路素子基板の支持基板とは反対側に電気的に接続されて構成され
    前記隣接するバックライトタイル間に反射材を形成したことを特徴とする発光装置。
  2. 前記支持基板は、金属であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記折り曲げ基板と前記回路素子基板との間に空間を有することを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。
  4. 前記空間に空気が流れることを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
  5. 前記折り曲げ基板は、ガラスエポキシ基板であることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の発光装置。
  6. 前記折り曲げ基板は、複層ガラスエポキシ基板であることを特徴とする請求項5に記載の発光装置。
  7. 前記折り曲げ基板の折り曲げられる部分は、前記基板の辺に切り込み部を有することを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の発光装置。
  8. 前記発光素子はLEDであることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の発光装置。
  9. 請求項1から8の何れか1項に記載の発光装置の前面に拡散板を介して非自発光型画像表示パネルを備えた表示装置。
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