JP4890485B2 - バックライトユニットおよびこれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を光源とするバックライトユニットに関し、より詳しくは、印刷回路基板上に実装された多数の発光素子によって線光源、または面光源として機能するバックライトユニットおよびこれを備えた液晶表示装置に関するものである。

近年、急速に発展している半導体技術を中心として小型および軽量化されながら、性能がより向上した平板表示装置の需要が爆発的に増えている。

このような平板表示装置のうちで、近年脚光を浴びている液晶表示装置（ＬＣＤ）は小型化、軽量化および低電力消費化などの利点を有しており、既存のブラウン管（ＣＲＴ）の短所を克服できる代替手段として次第に注目されるようになり、現在はディスプレイ装置が必要なほとんどすべての情報処理機器に装着されて用いられている。

一般的な液晶表示装置は、液晶の特定の分子配列に電圧を印加して他の分子配列に変換させ、このような分子配列によって発光する液晶セルの複屈折性、旋光性、２色性および光散乱特性などの光学的性質の変化を視覚変化に変換するものであり、液晶セルによる光の変調を用いて情報を表示するディスプレイ装置である。

液晶表示装置の液晶表示パネルは、自ら発光できない受光素子であるため、液晶表示パネルの下部から液晶表示パネルに光を供給するバックライトが備えられている。モニターやＴＶなどの中大型液晶表示装置の場合、バックライトとしてランプを用いるが、ランプの場合、電力消耗が大きいだけでなく発熱によって液晶表示パネルの素子特性に悪影響が及ぼされる。また、ランプが通常棒状であるため、衝撃に弱いだけでなく各部位間での温度偏差が大きく、画像表示品質が低下するという問題点がある。

一方、携帯電話などのモバイル製品の小型液晶表示装置には、バックライトとして発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられている。発光ダイオードの場合、半導体素子であるため寿命が長くて点灯速度が速いだけでなく、消費電力が少なくて衝撃に強く、小型化および薄膜化に適するという利点がある。したがって、このような利点を有する発光ダイオードを中大型液晶表示装置に適用すれば、ランプが有する問題点を解決することができる。すなわち、点光源である発光ダイオードを線光源または面光源として機能させることができれば、中大型ＬＣＤ製品にも発光ダイオードを用いることができる。

図１は、従来の液晶表示装置のバックライトに用いられた発光素子モジュールを概略的に示したもので、図１ａは発光素子モジュールの断面図であり、図１ｂは発光素子モジュールを搭載しているボトムシャーシの断面図である。

これらの図に示すように、従来の液晶表示装置のバックライトとして用いられる発光素子モジュール１０は、複数の発光素子１１が実装された印刷回路基板１３と、印刷回路基板１３の背面に取付けられた熱伝達部材１５とを含む。

印刷回路基板１３には電極パターンが形成され、発光素子１１に信号を供給し、熱伝達部材１５は発光素子１１から発生した熱を放出させ、発光素子１１の劣化を防止する。

上記のように構成された発光素子モジュール１０は、収納空間が備えられたボトムシャーシ２０の内部に搭載される。すなわち、印刷回路基板１３上に発光素子１１を実装し、その下部に熱伝達部材１５を接着した後、熱伝達部材１５がボトムシャーシ２０に機構的に取付けられる。

したがって、熱伝達部材１５は、印刷回路基板１３とボトムシャーシ２０の間に介在するように収納される。

しかし、上記のように、ボトムシャーシ２０に収納された発光素子モジュール１０は、熱伝達部材１５の熱抵抗による抵抗成分の増加およびボトムシャーシ２０との接触不良によって熱伝達が円滑になされない。

このように、熱伝達が円滑になされない場合、発光素子の温度が上昇して輝度が低下し、発光素子の寿命が短くなることになる。

したがって、本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、熱放出効率に優れたバックライトユニットおよびこれを用いた液晶表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明は、印刷回路基板と、印刷回路基板上に実装された複数の発光素子と、外郭フレームだけで構成され、印刷回路基板を収納するボトムシャーシとを含む液晶表示装置のバックライトユニットを提供する。

印刷回路基板とボトムシャーシは、同一の金属材料、例えばスチールで形成することができる。

バックライトユニットは、発光素子の上方に複数の光学シートをさらに含んで構成されていてよく、光学シートは、拡散シートと、拡散シート上の集光シートと、集光シート上の保護シートとを含んで構成されていてよい。

ボトムシャーシは、外郭を囲むように延び閉じた形状の第１フレームと、第１フレームによって形成された開かれた領域を分割する少なくとも１つの第２フレームと、第１フレームから所定高さまで延びて、前記第１および第２フレームと共に収納空間を形成する第３フレームとを含んで構成されていてよい。

印刷回路基板は、ＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）によって第１フレームに接着し、第２フレームとはねじによって締結することができる。

また、本発明は、液晶表示パネルに光を供給するバックライトユニットを含んで構成され、バックライトユニットは、複数の発光素子が実装された印刷回路基板と、印刷回路基板上に備えられた光学シートと、外郭フレームだけで構成され、印刷回路基板および光学シートを収納するボトムシャーシとを含んで構成された液晶表示装置を提供する。

印刷回路基板とボトムシャーシは、同一の金属材料、例えばスチールで形成することができる。

液晶表示装置は、発光素子上部に複数の光学シートをさらに含んで構成されており、光学シートは、拡散シートと、拡散シート上の集光シートと、集光シート上の保護シートとを含んで構成されていてよい。

ボトムシャーシは、外郭を囲むように延び閉じた形状の第１フレームと、第１フレームによって形成された開いた領域を分割する少なくとも１つの第２フレームと、第１フレームから所定高さまで延び、第１および第２フレームと共に収納空間を形成する第３フレームとを含んで構成されていてよい。

印刷回路基板は、ＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）によって前記第１フレームに接着し、第２フレームとはねじによって締結することができる。

そして、液晶表示装置は、液晶パネルの縁を押して、液晶パネルを光学シート上に固定する上部ケースをさらに含んで構成されていてよい。

本発明によれば、熱伝達部材をなくし、金属材質の印刷回路基板を用いることによって、熱伝達部材の抵抗成分をなくし、印刷回路基板の熱伝達効果を向上させることができる。また、ボトムシャーシを外郭フレームだけで構成し、印刷回路基板を外部に露出させることによって熱放出効率をさらに向上させることができる。

また、熱伝達部材をなくし、またスチール印刷回路基板を用いることによって材料費負担を減らし、生産性をより向上させることができる。

以下、添付の図面を参照して本発明に係るバックライトユニットおよびこれを用いた液晶表示装置についてより詳しく説明する。

図２は、本発明に係る液晶表示装置を概略的に示した断面図である。

同図に示すように、本発明による液晶表示装置１００は、薄膜トランジスタアレイ基板１１０ａとカラーフィルタ基板１１０ｂ、そして２つの基板の間に形成された液晶層（図示せず）を含む液晶パネル１１０と、液晶パネル１１０に光を供給するバックライトユニット１５０とを含んで構成されている。

図面には詳細に示していないが、薄膜トランジスタアレイ基板１１０ａには第１方向に配列された複数のゲートラインと、ゲートラインと垂直に交差して、マトリックス形態に配列される複数の画素領域を規定する複数のテイトラインと、各画素をスイッチングするスイッチング素子が形成されている。

また、カラーフィルタ基板１１０ｂには画素に対応する位置に赤色、緑色および青色のカラーフィルタ層が形成され、カラーフィルタ層間で光が漏れるのを防止し、画素を通過する光の色干渉を防止するブラックマトリックスが形成されている。

そして、薄膜トランジスタアレイ基板とカラーフィルタ基板の内側面には各々画素電極および共通電極が形成され、液晶層に電界を印加し、共通電極および画素電極の間に印加される電圧を制御することによって、液晶層の液晶分子の配列状態が変化させられて、画素の光透過率が個別的に調節される。

バックライトユニット１５０は、液晶パネル１１０に光を供給する発光部１３０と、液晶パネル１１０と発光部１３０との間に備えられ、光効率を向上させる光学シート１４０とから構成されている。

光学シート１４０は、拡散板１４１と拡散板１４１の上部に備えられた集光シート１４３および保護シート１４５を含んで構成されている。

拡散板１４１は、発光部１３０から入射される光を分散させることによって、光の部分的な密集によるむらが発生しないようにする。

集光シート１４３は、第１および第２プリズムシートで構成されており、第１プリズムシートは第２プリズムシート側に進む光を前後方向に集光し、第２プリズムシートは保護シート１４５側に進む光を左右方向に集光することによって、結果的に拡散板１４１から保護シート１４５側に進行する光を起こして、垂直に進行するようにする。

これによって、集光シート１４３を通過した光は垂直に進行し、保護シート１４５の全表面に対し均一に分布するようになることによって輝度が向上する。

発光部１３０は発光素子モジュールから構成され、発光素子モジュールは光を発する光源と光源に信号を伝達する回路基板とから構成されている。

図３は、発光部１３０の構成を示したものである。

同図に示すように、発光部１３０は、複数の発光素子１３１と、発光素子１３１を実装した状態で、発光素子１３１に信号を供給するための回路パターンが印刷された印刷回路基板１３５で構成されている。

発光素子１３１は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）光を発する複数のＬＥＤランプが１つの単位グループを構成しているものか、白色（Ｗ）光を発するＬＥＤランプが１つの単位グループを構成しているものであってよい。

発光素子１３１が、Ｒ、ＧおよびＢ光を発する複数のＬＥＤランプが１つの単位グループを構成しているものである場合、Ｒ、ＧおよびＢ光を散乱させて、均一に混合できるようにするために光混合レンズを発光素子上部に構成することもできる。

印刷回路基板１３５は、スチールまたは金属材料で構成されており、印刷回路基板１３５の表面には発光素子１３１から下方に散乱される光を上部に反射させる反射板１３３をさらに備えることもできる。この時、反射板１３３は、反射特性に優れたＡｌ材質で形成することが好ましい。

本発明では、印刷回路基板１３５が金属材料で形成されているため、印刷回路基板１３５自体が反射機能を有し、反射板１３３を省略することもできるが、反射板１３３を別に備える場合、下方に散乱する光を上方に反射させる反射効率をより向上させることができる。

一方、図２によって、本発明の液晶表示装置のバックライトユニット１５０を続けて説明すれば、発光部１３０（発光素子および印刷回路基板）、光学シート１４０および液晶パネル１１０は、順次ボトムシャーシ１２０に収納されている。そして、液晶パネル１１０は、液晶パネル１１０の縁を押す上部ケース１６０によって光学シート１４０上に固定されている。

ボトムシャーシ１２０は外郭フレームだけで構成されており、印刷回路基板１３５と同一の金属材料で形成されている。

図４は、ボトムシャーシ１２０を示すものであり、同図に示すように、本発明に係わるボトムシャーシ１２０は、外郭に沿って形成され閉じた形状を有する第１フレーム１２１と、第１フレーム１２１によって形成された開かれた領域を分割する第２フレーム１２３と、第１フレーム１２１から所定高さまで延びて、収納空間１２７を形成する第３フレーム１２５とから構成されている。

第２フレーム１２３は、第１フレーム１２１によって形成された開かれた領域を２つ以上の開かれた領域に分割することもできる。すなわち、図面には第２フレーム１２３が第１フレーム１２１によって形成された開かれた領域の中心部を通って、開かれた領域を２つに分割している例が示されているが、第２フレーム１２３は１つ以上形成することもできる。

上記のように第１〜第３フレームで構成されたボトムシャーシ１２０は、その下面が開かれた形態を有している。

したがって、ボトムシャーシ１２０の第１および第２フレーム１２１，１２３上に収納される印刷回路基板１３５は、開かれた領域（これは分割された領域に対応する）によってその背面（発光素子が実装されない面）の一部が外部に露出するようになる。

また、印刷回路基板１３５は、ＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）または機構的手段によって、ボトムシャーシ１２０に接着および固定される。

すなわち、印刷回路基板１３５の、第１フレーム１２１の表面に接触する領域はＳＭＴによって、ボトムシャーシ１２０と接着させることができ、印刷回路基板１３５の、第２フレーム１２３の表面に接触する領域はねじのような機構的な締結によってボトムシャーシ１２０上により安定して固定することができる。

図５は、図２の印刷回路基板１３５が第２フレーム１２３の表面に接触しているＡ領域を拡大して示したものであり、同図に示すように、印刷回路板１３５および第２フレーム１２３を貫通する結合孔１３７にねじなどの結合手段１２９が締結され、それによって、第２フレーム１２３に印刷回路基板１３５を結合させることができる。場合によっては、ヘッドがない結合ねじを用いるか、締結後にねじのヘッドを除去することによって、印刷回路基板１３５が収納される側ではない第２フレーム１２３の他面上に望ましくない突出部が形成されるのを防止することができる。この時、ねじは１つまたはそれ以上締結することができる。

上記のように、外郭フレームだけで構成されたボトムシャーシ１２０に収納された印刷回路基板１３５は、金属材質で形成されているため、発光素子１３１から熱を伝達され、外部に放出することによって、内部温度の増加を防止する。

発光素子１３１が光を発することによって、発光素子１３１の内部には熱が発生するようになるが、発生した熱は反射板１３３に吸収され、印刷回路基板１３５に伝えられる。反射板がない場合、そのまま印刷回路基板１３５に伝えられる。

そして、印刷回路基板１３５に伝えられ、吸収された熱はボトムシャーシ１２０に伝えられ、外部に放出されるか、ボトムシャーシ１２０への伝達なしに直接外部に放出されるが、ボトムシャーシ１２０が外郭フレームだけで構成されているため、印刷回路基板１３５とボトムシャーシ１２０との接触面積が小さく、大部分がボトムシャーシ１２０への伝達なしに直ちに外部に放出される。

上記のように構成された本発明は、熱伝達部材がなくされ、印刷回路基板がボトムシャーシと同一の金属材質で形成されているため、従来に比べて、熱放出効率が高く、材料費を節減することができるという利点がある。

すなわち、従来では、印刷回路基板の下部に別の熱伝達部材が取付けられているため、熱伝達部材の抵抗成分によって、熱放出効率が落ちるだけでなく、熱伝達部材とボトムシャーシとの接着が均一になされていなかったために、局所的に熱伝達がなされない部分があり、熱を放出するのに限界があった。

さらに、熱伝達部材使用と共に印刷回路基板がセラミックのような高価な絶縁性物質で形成されていたため、材料費が増加するという問題点があった。

一方、本発明は、印刷回路基板をボトムシャーシのように安価な金属材料（例えばスチール）で構成して熱伝達効果を高め、ボトムシャーシを外郭フレームだけで構成し、印刷回路基板を外部に露出させることによって熱伝達部材をなくしても、従来よりも熱放出効率を高めることができる。

熱伝達部材をなくすことによって、その抵抗成分がなくなり、金属印刷回路基板が外部に露出しているため、空気の流れが円滑で、外部への熱放出がより効率的である。さらに、ボトムシャーシは外郭フレームだけで構成されているため、印刷回路基板と接触する面積が小さく、これらの間の接触不良も防ぐことができる。

また、熱伝達部材をなくし、印刷回路基板にはボトムシャーシと同一の金属材料を用いているため、従来に比べて材料費を減らすことができる。

以上のように、本発明は、熱放出効率に優れたバックライトユニットおよびこれを備えた液晶表示装置に関し、本発明の要旨は、光源として発光素子を用いて、発光素子を実装する印刷回路基板にはスチールのような安価な金属材料を用いる。そして、印刷回路基板を装着するボトムシャーシを外郭フレームだけで構成し、熱伝達部材をなくしてボトムシャーシに搭載される印刷回路基板を外部に露出させる。

したがって、上記のような本発明の構成のみを含むものであれば、液晶表示装置の種類、例えば、液晶表示パネルを駆動させるスイッチングの種類、画素電極の構造、または液晶パネル、光学シート、発光部などを搭載する構造物の種類などに関わらず、全て本発明に属するものである。

よって、本発明の権利範囲は、これらに限定されるものではなく特許請求の範囲に規定している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形および改良形態もまた本発明の権利範囲に属するものである。

従来液晶表示装置のバックライトに用いられた発光素子モジュールを概略的に示した断面図である。 ボトムシャーシに搭載された図１ａの発光素子モジュールを概略的に示した断面図である。 本発明に係る液晶表示装置を概略的に示した断面図である。 図２の発光部を詳細に示す図である。 ボトムシャーシを詳細に示す図である。 第２のＡ領域を拡大して示す図である。

符号の説明

１００ 液晶表示装置
１１０ 液晶パネル
１２０ ボトムシャーシ
１２１ 第１フレーム
１２３ 第２フレーム
１２５ 第３フレーム
１２７ 収納空間
１３０ 発光部
１３１ 発光素子
１３３ 反射板
１３５ 印刷回路基板
１４０ 光学シート
１４１ 拡散板
１４３ 集光シート
１４５ 保護シート
１５０ バックライトユニット

Claims (24)

1. 印刷回路基板と、
   前記印刷回路基板上に実装された複数の発光素子と、
   前記印刷回路基板の表面に備えられ、前記複数の発光素子から下方に散乱される光を反射させる反射板と、
   外郭を囲むように延び閉じた形状の第１フレームと、前記第１フレームによって形成された開かれた領域を分割する少なくとも１つの第２フレームと、前記第１フレームから所定高さまで延び、前記第１および第２フレームと共に収納空間を形成する第３フレームと、を含む外郭フレームだけで構成され、前記印刷回路基板を収納するボトムシャーシと、
   を含み、
   前記印刷回路基板は、ＳＭＴによって前記第１フレームに接着されている液晶表示装置のバックライトユニット。
2. 前記印刷回路基板と前記ボトムシャーシは、同一の金属材料から形成されている請求項１に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
3. 前記印刷回路基板および前記ボトムシャーシは、スチールから形成されている請求項２に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
4. 前記発光素子の上方に複数の光学シートをさらに含んで構成されている請求項１から３のいずれか１つに記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
5. 前記光学シートは、
   拡散シートと、
   前記拡散シート上の集光シートと、
   前記集光シート上の保護シートと、
   を含んで構成されている請求項４に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
6. 印刷回路基板と、
   前記印刷回路基板上に実装された複数の発光素子と、
   外郭を囲むように延び閉じた形状の第１フレームと、前記第１フレームによって形成された開かれた領域を分割する少なくとも１つの第２フレームと、前記第１フレームから所定高さまで延び、前記第１および第２フレームと共に収納空間を形成する第３フレームと、を含む外郭フレームだけで構成され、前記印刷回路基板を収納するボトムシャーシと、
   を含み、
   前記印刷回路基板は、ねじによって前記第２フレームに固定されている液晶表示装置のバックライトユニット。
7. 前記印刷回路基板と前記ボトムシャーシは、同一の金属材料から形成されている請求項６に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
8. 前記印刷回路基板および前記ボトムシャーシは、スチールから形成されている請求項７に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
9. 前記発光素子の上方に複数の光学シートをさらに含んで構成されている請求項６から８のいずれか１つに記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
10. 前記光学シートは、
    拡散シートと、
    前記拡散シート上の集光シートと、
    前記集光シート上の保護シートと、
    を含んで構成されている請求項９に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
11. 液晶パネルと、
    前記液晶パネルに光を供給するバックライトユニットと、
    を含んで構成され、
    前記バックライトユニットは、
    複数の発光素子が実装された印刷回路基板と、
    前記印刷回路基板の表面に備えられ、前記複数の発光素子から下方に散乱される光を反射させる反射板と、
    外郭を囲むように延び閉じた形状の第１フレームと、前記第１フレームによって形成された開いた領域を分割する少なくとも１つの第２フレームと、前記第１フレームから所定高さまで延び、前記第１および第２フレームと共に収納空間を形成する第３フレームと、を含む外郭フレームだけで構成され、前記印刷回路基板を収納するボトムシャーシと、
    を含み、
    前記印刷回路基板は、ＳＭＴによって前記第１フレームに接着されている液晶表示装置。
12. 前記印刷回路基板と前記ボトムシャーシは、同一の金属材料から形成されている請求項１１に記載の液晶表示装置。
13. 前記印刷回路基板および前記ボトムシャーシはスチールから形成されている請求項１２に記載の液晶表示装置。
14. 前記発光素子上部に複数の光学シートをさらに含んで構成されている請求項１１から１３のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
15. 前記光学シートは、
    拡散シートと、
    前記拡散シート上の集光シートと、
    前記集光シート上の保護シートと、
    を含んで構成されている請求項１４に記載の液晶表示装置。
16. 前記液晶パネルの縁を押して、前記液晶パネルを前記光学シート上に固定する上部ケースをさらに含んで構成されている請求項１４または１５に記載の液晶表示装置。
17. 液晶パネルと、
    前記液晶パネルに光を供給するバックライトユニットと、
    を含んで構成され、
    前記バックライトユニットは、
    複数の発光素子が実装された印刷回路基板と、
    外郭を囲むように延び閉じた形状の第１フレームと、前記第１フレームによって形成された開いた領域を分割する少なくとも１つの第２フレームと、前記第１フレームから所定高さまで延びて、前記第１および第２フレームと共に収納空間を形成する第３フレームと、を含む外郭フレームだけで構成され、前記印刷回路基板を収納するボトムシャーシと、
    を含み、
    前記印刷回路基板は、ねじによって前記第２フレームに締結されている液晶表示装置。
18. 前記印刷回路基板と前記ボトムシャーシは、同一の金属材料から形成されている請求項１７に記載の液晶表示装置。
19. 前記印刷回路基板および前記ボトムシャーシはスチールから形成されている請求項１８に記載の液晶表示装置。
20. 前記発光素子上部に複数の光学シートをさらに含んで構成されている請求項１７から１９のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
21. 前記光学シートは、
    拡散シートと、
    前記拡散シート上の集光シートと、
    前記集光シート上の保護シートと、
    を含んで構成されている請求項２０に記載の液晶表示装置。
22. 前記液晶パネルの縁を押して、前記液晶パネルを前記光学シート上に固定する上部ケースをさらに含んで構成されている請求項２０または２１に記載の液晶表示装置。
23. 前記印刷回路基板は、ＳＭＴによって前記第１フレームにさらに接着されている請求項６に記載の液晶表示装置のバックライトユニット。
24. 前記印刷回路基板は、ＳＭＴによって前記第１フレームにさらに接着されている請求項１７に記載の液晶表示装置。

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