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

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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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