JP4937940B2 - Ｌｅｄを具備したバックライトユニット及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）を用いた液晶表示装置用バックライトユニットとその製造方法に関するもので、特に、複数のＬＥＤが所定の面領域にわたって並べて配置されたバックライトユニットとその製造方法に関するものである。

最近、画像表示装置の薄型化、高性能化の傾向によりＴＶ、モニタ等に液晶表示装置が多く使われている。液晶パネルは自ら光を出せないため、液晶表示装置は別途のバックライトユニット（Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ；以下「ＢＬＵ」と呼ぶ）を必要とする。既存のＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）を用いたＢＬＵは水銀による環境汚染、遅い応答速度、部分駆動の実現の難しさ等の短所があったが、これを克服するためにＣＣＦＬの代わりにＬＥＤがＢＬＵ光源として提案されている。このようなＬＥＤを用いたＢＬＵは高い色再現性を実現することができ、親環境的で、ローカルディミング（ｌｏｃａｌ ｄｉｍｍｉｎｇ）方式の駆動の実現が可能であるという長所がある。

ＬＥＤを用いたＢＬＵは、直下型ＢＬＵ（直下方式）とエッジ型ＢＬＵ（サイド方式）に分かれる。エッジ型では、ＬＥＤを有するバー（ｂａｒ）形態の光源が液晶パネルの側部に位置し、導光板を通じて液晶パネル側に光を照射するのに対して、直下型では液晶パネルの底にＬＥＤを用いた面光源を配置し、このＬＥＤ面光源から液晶パネルを直接照明する。

単一ＬＥＤは点光源に相当し、小さい光束を有しているため、大型ＬＣＤ―ＴＶ用等に用いられる直下型ＢＬＵを実現するためには、通常数百乃至数千個のＬＥＤを分割された複数のＰＣＢ上に実装し、これらをシャーシ構造物に取り付ける。このような直下型ＢＬＵの機械的な安全性と放熱特性の向上のためには、ネジ、ギャップパッド（ｇａｐ ｐａｄ）等の部品が必要で、複数のＰＣＢを電気的に連結するためのコネクタ等も要求される。

図１ａは、従来のＢＬＵ１０を概略的に示した断面図、図１ｂは平面図である。図１を参照すると、ＢＬＵ１０は複数のＬＥＤ２５が搭載されたＰＣＢ基板２１と、シャーシ１１と、ＰＣＢ基板２１から離れて配置された拡散板３１及びプリズム等の様々な光学シート３３を含む。ＢＬＵ１０の上には液晶パネル４０が配置され、ＢＬＵ１０の所定の面領域から出る白色光の供給を受ける。ＬＥＤ２５が搭載された複数のＰＣＢ基板２１はＢＬＵ１０の光源部２０を構成している。

図１ａ及び１ｂに図示されているように、点光源であるＬＥＤ２５はチップの状態で、またはパッケージングされた状態で、分割された複数のＰＣＢ基板２１上に実装され、このＰＣＢ基板２１はＰＣＢ基板２１の下に配置された金属材質のボトムシャーシ（以下、「シャーシ」と呼ぶ）１１に固定されている。ＬＥＤ２５において発生する熱を円滑に放出させるためにシャーシ１１とＰＣＢ基板２１の間にギャップパッド（ｇａｐ ｐａｄ）２２を設けることもできる。ＰＣＢ基板２１をシャーシ１１に固定するためにネジ等の締結手段が必要である。また、分割された複数のＰＣＢ基板２１はコネクタ２３を通じ電気的に連結することができる。

上記の従来のＢＬＵ１０を得るためには、複数の締結手段（ネジ等）を用いてＰＣＢ基板２１をシャーシ１１に固定するため、組み立て工程に多くの時間がかかり、その組み立ての効率性も良好でない。また、互いに分割されたＰＣＢ基板２１をコネクタで連結するための組み立て工程にも多くの資源と時間がかかる。その上、ＬＥＤ２５において発生した熱がＰＣＢ基板２１及び（高価な）ギャップパッド２２を通じ外部に放出されるため、材料費が高く、熱放出特性も充分ではない。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は組み立てが便利、且つ容易であり、材料費を含んだ製造費用が節減される上、放熱性能が高いＬＥＤを具備したバックライトユニットを提供することにある。

本発明の他の目的は、製造工程が容易で工程時間が短縮される上、製造費用が節減されるＬＥＤを具備したバックライトユニットの製造方法を提供することである。

前述の技術的目的を達成するために、本発明の第１の態様（ｆｉｓｔ ａｓｐｅｃｔ）は、上面に絶縁膜が形成されたシャーシと、絶縁膜上に形成された回路配線と、絶縁膜上に配置され回路配線に電気的に連結された複数のＬＥＤを含むバックライトユニットを提供する。

本発明の一実施態様によると、バックライトユニットはシャーシの下面に形成された絶縁膜をさらに含むことができる。複数のＬＥＤは白色ＬＥＤとすることができる。これと異なり、複数のＬＥＤは青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤを含むことができる。

本発明の他の実施態様によると、シャーシはアルミニウムまたはアルミニウム系合金で形成することができる。絶縁膜はアルミニウム陽極酸化膜（ａｎｏｄｉｚｅｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ）とすることができる。

本発明の他の実施態様によると、回路配線は銀（Ａｇ）を含むことができる。特に、回路配線は銀ペースト（Ａｇ ｐａｓｔｅ）の組成物で形成することができる。

本発明の第２の態様（ｓｅｃｏｎｄ ａｓｐｅｃｔ）は、シャーシを設ける段階と、シャーシの上面に絶縁膜を形成する段階と、絶縁膜上に回路配線を形成する段階と、絶縁膜上に回路配線と連結されるように複数のＬＥＤを実装する段階を含むバックライトユニットの製造方法を提供する。

本発明の一実施形態によると、シャーシはアルミニウムまたはアルミニウム系合金で形成することができる。シャーシの上面に絶縁膜を形成する段階は、シャーシの上面部を陽極酸化してシャーシの上面にアルミニウム陽極酸化膜を形成する段階を含むことができる。シャーシの上面部を陽極酸化するとき、シャーシの下面部も陽極酸化してもよい。

回路配線を形成する段階は、シャーシの上面の絶縁膜上に銀ペーストを配置する段階と、銀ペーストを定着させる段階を含むことができる。銀ペーストを配置する段階は、回路配線パターンで銀ペーストを塗布する段階を含むことができる。この場合、回路配線パターンを有する銀ペーストは、スクリーン印刷法またはインクジェット印刷法等の印刷法により塗布することができる。

本発明によると、上面に絶縁膜が形成されたシャーシ上に直接回路配線を形成し、その上にＬＥＤを実装することにより、ＰＣＢ、コネクタ、ネジ等の部品を省略し、これによって材料費を節減することができる。また、ＬＥＤにおいて発生した熱の放出特性が向上する。既存のＢＬＵ製造工程に比べ、ＰＣＢ組み立て工程が省略され、工程数が減少しＢＬＵ製造の生産性が高くなり、組み立て工程の自動化が容易になる。

以下、添付の図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変更することができ、本発明の範囲は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は当業界において平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供するものである。従って、図面における要素の形状及び大きさ等は説明をより明確にするために誇張されることがあり、図面上の同じ符合を付した要素は同じ要素である。

図２は本発明の一実施形態による直下型バックライトユニット１００の概略的な断面図で、図３は図２の一部を拡大した図面である。

図２及び３を参照すると、バックライトユニット１００は、金属材質のシャーシ１０１と、その上面に形成された絶縁膜１０２ａと、絶縁膜１０２ａ上に配置された複数のＬＥＤ１２５を含む。絶縁膜１０２ａ上には複数のＬＥＤ１２５を電気的に連結するための導電体からなる回路配線１０５が形成されている。また、シャーシ１０１の下面にも絶縁膜１０２ａと同じ材料、或いは異なる材料からなる下部絶縁膜１０２ｂが形成されている。夫々のＬＥＤ１２５は点光源を構成するが、複数のＬＥＤ１２５を配列することにより全体としてＢＬＵ用面光源を形成することができる。図示されているとおり、バックライトユニット１００はＬＥＤが搭載される別途のＰＣＢ基板を有していない（図１と比較）。ＬＥＤ１２５上には拡散板、プリズム等の多様な光学シート（不図示）をＬＥＤ１２５から離して配置することができる。

ＬＥＤ１２５は、白色ＬＥＤ（例えば、青色ＧａＮ系ＬＥＤと黄色蛍光体の組み合わせ、青色ＧａＮ系ＬＥＤと緑色及び赤色蛍光体の組み合わせ、または紫外線（ＵＶ）または近紫外線ＬＥＤと青色、緑色及び赤色蛍光体の組み合わせ等）からなることができる。これとは異なり、白色の出力光を得るために、複数のＬＥＤ１２５として青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤを含むこともできる。各ＬＥＤ１２５は個別のパッケージの形態で実装するか、絶縁膜１０２ａ上にＬＥＤチップが直接実装されたＣＯＢ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｂｏａｒｄ）の形態で実装することができる。

好ましい実施例として、シャーシ１０１はアルミニウム（Ａｌ）、またはアルミニウム系合金で形成することができる。このようにＡ１またはＡｌ系合金でシャーシ１０１の本体を形成する場合、そのシャーシ１０１の本体表面を簡単に陽極酸化（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）させることができる。これにより、シャーシ１０１の表面にはアルミニウム陽極酸化膜（Ａｎｏｄｉｚｅｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ）からなる絶縁膜１０２ａ，１０２ｂを形成することができる。しかし、本発明で使用することができる絶縁膜１０２ａ，１０２ｂはアルミニウム陽極酸化膜に限定されることはなく、例えば、ポリアミド等のポリマーまたはセラミックスのような他の絶縁体で形成することもできる。絶縁膜を形成する方法としても陽極酸化以外の他の物理的、化学的な方法を用いることもできる。

回路配線１０５はＬＥＤ１２５を電気的に連結し、駆動回路部（未図示）に連結することができる。回路配線１０５は、例えば、絶縁膜１０２ａ上に回路パターンに応じて銀ペースト（Ａｇ ｐａｓｔｅ）を塗布した後、これを定着させて得ることができる。しかし、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、回路配線１０５を構成する金属配線を絶縁膜上に直接形成することもできる。

本実施形態のバックライトユニット１００によると、従来のバックライトユニット（図１参照）と異なり、絶縁膜１０２ａが形成されたシャーシ１０１上に回路配線１０５が直接形成され、ＬＥＤが搭載される別途のＰＣＢ基板（図１の図面符合１１参照）を必要としない。これにより、「分割されたＰＣＢ基板を互いに連結するためのコネクタ（図１の図面符合２３参照）」が必要なく、「ＰＣＢ基板をシャーシに固定させるためのネジ等の締結手段」も必要なくなる。

従って、ＬＥＤ実装用ＰＣＢ、ＰＣＢ間を連結するためのコネクタ、ネジ等の締結手段のための材料費が節減され、全体としての部品数も大幅に減少し、構造が比較的簡単である。その上、ＬＥＤ１２５において発生した熱が絶縁膜１０２ａを通じて金属材質の広いシャーシ１０５に直接伝達されるので熱放出特性も大きく改善される。従来にはＰＣＢ、ギャップパッド等の構造物を通じＬＥＤからシャーシ下に熱が放出されるため、このようなＰＣＢ、ギャップパッドが熱抵抗として作用し、熱放出特性が充分に高くなかった。しかし、本実施形態によると、前記の熱抵抗として作用する部品を削除し、高熱伝導性の金属（例えば、アルミニウム、またはその合金）素材からなるシャーシ１０５の本体に直接熱が伝達されるため、放熱特性が従来より遥かに優れている。また、ＢＬＵ１００の製造工程の側面でも、ＰＣＢを固定するための組み立て工程が省略されるため、製造工程が大幅に簡素化され組み立てに必要な労務費が低減される。

図４は、本発明の他の実施形態によるＢＬＵの一部を示した部分拡大図である。図４の実施形態では、下部絶縁膜（図２の図面符合１０２ｂ参照）が省略されている。例えば、アルミニウム材質のシャーシ１０１（シャーシ本体）の下面をレジスト等でマスキングしてからシャーシを陽極酸化させることによりシャーシ１０１の上面のみに陽極酸化膜からなる絶縁膜１０２ａを形成し、下面には絶縁膜を形成しないことができる。回路配線１０５はシャーシ１０１上にのみ形成すればよいため、シャーシ１０１の下面には絶縁膜を形成しなくてもよい。シャーシ１０１の上面にのみポリマーフィルム等の他の材質の絶縁膜を形成することもできる。

以下、一実施形態によるＢＬＵ製造方法を説明する。

図５ａ乃至５ｅは、本発明の実施形態によるＢＬＵ製造工程を説明するための断面図である。先ず、図５ａに図示されているように、ＡｌまたはＡｌ系合金からなるシャーシ（シャーシ本体）１０１を用意する。シャーシ１０１は複数のＬＥＤを収容する空間を確保できるように適切に折れ曲がった形態を有することができる。

次に、図５ｂに図示されているように、アルミニウムの陽極酸化を通じシャーシ１０１の表面（上面及び下面）にアルミニウム陽極酸化膜からなる絶縁膜１０２ａ，１０２ｂを形成する。陽極酸化工程の条件（陽極酸化時間、電圧、使用する電解液の組成等）を制御し絶縁膜１０２ａ，１０２ｂ、即ち、陽極酸化膜を所望の厚さに形成することができる。陽極酸化時、回路配線の形成の必要がないシャーシ１０１の下面を適切な絶縁体（例えばレジスト膜）でマスキングし、シャーシ１０１の上面にのみ陽極酸化膜を形成することもできる（図４参照）。

次に、図５ｃに図示されているように、アルミニウム陽極酸化膜からなる絶縁膜１０２ａ上に回路配線用のパターンで銀（Ａｇ）ペースト１０５ａを塗布する。例えば、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等の印刷法を用いて銀ペースト１０５ａのパターンを形成することができる。印刷する銀ペースト１０５ａは銀粉末（ｓｉｌｖｅｒ ｐｏｗｅｒ）と有機物の混合物を含むことができる。その後、図５ｄに図示されているように、銀ペースト１０５ａを定着させることにより所望の回路配線１０５を形成する。

次に、図５ｅに図示されているように、ＬＥＤ１２５が回路配線１０５と連結されるように、陽極酸化膜からなる絶縁膜１０２ａ上に複数のＬＥＤ（またはＬＥＤパッケージ）１２５を実装する。実装する複数のＬＥＤ１２５は白色ＬＥＤとすることができる。例えば、黄色蛍光体（または赤色及び緑色蛍光体）を含む透光性樹脂で青色ＧａＮ系ＬＥＤチップを包んで製造された白色ＬＥＤパッケージを絶縁膜１０２ａ上に実装することができる。また、青色、緑色及び赤色蛍光体を含む透光性樹脂で近紫外線ＬＥＤチップを包んで製造された白色ＬＥＤパッケージを絶縁膜１０２ａ上に実装することもできる。これと異なり、青色ＬＥＤチップ（または近紫外線ＬＥＤチップ）を回路配線１０５が形成された絶縁膜１０２ａ上に直接実装した後、適切な蛍光体（または蛍光体の混合物）を含んだ樹脂で青色ＬＥＤチップ（または近紫外線ＬＥＤチップ）を包むこともできる。また、複数のＬＥＤ１２５を青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤの組み合わせで構成することもできる。

本発明のＢＬＵ製造方法は、上記の実施形態（図５ａ〜５ｅ）に限定されるものではない。ＡｌまたはＡｌ系合金の代わりに他の金属材質のシャーシを使用することもできる。また、陽極酸化膜の代わりに、例えばポリマーフィルムやシリコン酸化膜等の他の絶縁膜を形成することもできる。その上、印刷法による銀ペーストパターン形成と定着の代わりに他の配線形成工程を適用することもできる。例えば、回路配線を実現するために絶縁膜上に直接金属配線を形成したり、金属膜（銅膜等）を形成した後、これをパターニングしたりすることもできる。

前述のＢＬＵ製造方法によると、ＰＣＢ、コネクタ、ネジ等の構造物または締結手段を用いる必要がなく、ギャップパッドを取り付けたり、ネジ等で（ＬＥＤ実装用の）ＰＣＢをシャーシに固定したりする組み立て工程も省略される。従って、既存のＢＬＵ製造工程に比べ、工程が大幅に簡素化され、これによるリードタイム（ｌｅａｄ ｔｉｍｅ）も短縮され、組み立て工程に必要な労務費用も低減され、これらによって、ＢＬＵ製造において生産性向上が得られる。その上、既存のＢＬＵ組み立て工程では、多くの手作業が必要であったが、本実施形態で提案する方法によると、ＬＥＤマウンタ（ＬＥＤｍｏｕｎｔｅｒ）とリフローマシン（ｒｅｆｌｏｗ ｍａｃｈｉｎｅ）を用いてＢＬＵ組み立て工程の自動化が簡単に実現される。

本発明は、前述の実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、特許請求の範囲により規定される。また、本発明は請求範囲に記載の本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野において通常の知識を有する者には自明なことである。

ＬＥＤを用いた従来のバックライトユニットを図示した断面図である。 図１ａのバックライトユニットの平面図である。 本発明の実施形態によるバックライトユニットの断面図である。 図２のバックライトユニットの一部を拡大して図示した部分拡大図である。 本発明の他の実施形態によるバックライトユニットの断面図である。 本発明の実施形態によるバックライトユニットの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態によるバックライトユニットの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態によるバックライトユニットの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態によるバックライトユニットの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態によるバックライトユニットの製造方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１００ バックライトユニット
１０１ シャーシ
１０２ａ、１０２ｂ 絶縁膜
１０５ 回路配線
１２５ ＬＥＤ

Claims (15)

1. 上面に絶縁膜が形成されたシャーシと、
   前記絶縁膜上に形成された回路配線と、
   前記絶縁膜上に配置され前記回路配線に電気的に連結された複数のＬＥＤと、
   を含み、
   前記シャーシは、底面及び側壁を有し、当該底面及び側壁によって形成される内部空間に前記複数のＬＥＤを収容して支持することを特徴とするバックライトユニット。
2. 前記シャーシの下面に形成された絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 前記シャーシは、アルミニウムまたはアルミニウム系合金で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバックライトユニット。
4. 前記絶縁膜は、アルミニウム陽極酸化膜であることを特徴とする請求項３に記載のバックライトユニット。
5. 前記回路配線は、銀（Ａｇ）を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のバックライトユニット。
6. 前記回路配線は、銀ペーストの組成物で形成されていることを特徴とする請求項５に記載のバックライトユニット。
7. 前記複数のＬＥＤは、白色ＬＥＤであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のバックライトユニット。
8. 前記複数のＬＥＤは、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のバックライトユニット。
9. 底面及び側壁を有するシャーシを設ける段階と、
   前記シャーシの上面に絶縁膜を形成する段階と、
   前記絶縁膜上に回路配線を形成する段階と、
   前記絶縁膜上に前記回路配線と連結されるように複数のＬＥＤを実装する段階と、
   を含み、
   前記複数のＬＥＤは、前記シャーシの底面及び側壁によって形成される内部空間内に収容されて支持されることを特徴とするバックライトユニットの製造方法。
10. 前記シャーシは、アルミニウムまたはアルミニウム系合金で形成されることを特徴とする請求項９に記載のバックライトユニットの製造方法。
11. 前記シャーシの上面に絶縁膜を形成する段階は、前記シャーシの上面部を陽極酸化し、前記シャーシの上面にアルミニウム陽極酸化膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載のバックライトユニットの製造方法。
12. 前記シャーシの上面部を陽極酸化するとき、前記シャーシの下面部も陽極酸化することを特徴とする請求項１１に記載のバックライトユニットの製造方法。
13. 前記回路配線を形成する段階は、前記シャーシの上面の前記絶縁膜上に銀ペーストを配置する段階と、前記銀ペーストを定着させる段階を含むことを特徴とする請求項９から１２のいずれか１つに記載のバックライトユニットの製造方法。
14. 前記銀ペーストを配置する段階は、回路配線パターンで銀ペーストを塗布する段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載のバックライトユニットの製造方法。
15. 前記回路配線パターンを有する前記銀ペーストは、印刷法により塗布されることを特徴とする請求項１４に記載のバックライトユニットの製造方法。

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