JP5455816B2

JP5455816B2 - 表示装置及びその製造方法

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Publication number: JP5455816B2
Application number: JP2010146217A
Authority: JP
Inventors: 敏明板澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2030-06-28
Also published as: JP2012008459A

Description

本発明は表示パネルを用いた表示装置の構造に関し、詳しくは無線電力伝送技術を用いた表示装置とその製造方法に関するものである。

近年、画像表示パネルとして、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等、厚さが薄くかつ平坦なフラットパネルディスプレイ装置が用いられるようになった。特にテレビジョン装置等の映像表示装置に対しては大画面化への要求が強い。フラットパネルディスプレイ装置の形態的特長を十分に生かすには、視聴距離を犠牲にしないために映像表示装置を壁面に対して平行に配置することが好ましい。薄さと平坦性をより生かした壁寄せや壁掛け等の設置方法への要求が強まっている。
テレビジョン装置では外部装置から音声信号や映像信号等を入力して装置を動作させるための電力を必要とする。無線による信号の送受信は微弱な電波でも実用化されているが、テレビジョン装置では有線で電力が供給されている。このため、壁面に映像表示装置を設置する場合、壁に中空部を形成して壁内に配線を通す方法があり、また、外に出る電源線をカバーで被覆して電源線を隠蔽する工夫が行われている。電力を無線信号で送受信する技術としては、コイルを近接して使う電磁誘導を利用した方法が知られている。特許文献１に開示の移動型電子機器では、ブースターアンテナを介してアンテナ回路が無線信号を受信し、当該無線信号を受信することで得られる電力が信号処理回路を介してバッテリーに供給され、充電が行われる。また、室内の壁面等から各種電気製品へ電力を供給する方法も検討され始めている。

特開２００７−２８２４７７号公報

上述のように映像表示装置に有線で電力供給を行う場合、インテリア性や意匠性が損なわれる虞があり、また中空壁による方法では配線の引き廻しが困難となる。このため、映像表示装置は無線伝送で受電できることが望ましい。しかし、壁面から電力を供給する場合、映像表示装置以外の機器も給電対象となることや、所望の取付位置が電力の無線送受に最適な位置からずれ易いことが問題となる。これに加えて、映像表示装置を動作させるには大きな電力を無線送信して装置側で受電することが必要である。
場所を選ばずに設置できる映像表示装置に対して、無線電力伝送の受信性能を高めることが要請される。そこで本発明は、設置場所による影響を少なくし、無線電力伝送の受信性能を高めることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る装置は、映像を表示する表示パネルと、該表示パネルを背後から覆う背面部材と、該表示パネルの回路基板を有する表示装置であって、前記表示装置の外部から無線により伝送される電力を受信して再送信する電力送受信手段と、前記電力送受信手段によって再送信される電力を受信して前記回路基板に供給する電力受信手段を備え、前記電力送受信手段を前記背面部材に設けるとともに、前記電力受信手段を前記表示パネル側にて前記電力送受信手段に対向する位置に設けたものである。

本発明によれば、電力送受信手段で受信した電力を再送信して電力受信手段で受信して装置内で利用できるので、無線電力伝送の受信性能が高い表示装置を提供できる。

映像表示装置の壁面設置例を示す図である。図３及び４と併せて本発明の第１実施形態を説明するために、映像表示装置の背面外観図を（Ａ）に示し、背面カバーを（Ｂ）に示す図である。映像表示装置の内部レイアウトを例示する図である。映像表示装置の中央縦断面図である。図６と併せて本発明の第２実施形態を説明するために、映像表示装置の内部レイアウトを例示する図である。映像表示装置の中央縦断面図である。

以下、本発明の各実施形態を説明する。なお、以下に例示する映像表示装置は壁面等に設置して使用するテレビジョン装置やモニタ装置である。
[第１実施形態]
図１は本発明を適用した映像表示装置を、壁面に設置した設置例を示す。同図において室内の壁面１００には映像表示装置１が取り付けられており、その表示パネル２には各種の映像表示デバイスが使用される。フロントベゼル３は映像表示装置１の前面側の外装部材であり、表示パネル２のための表示開口部を有する。背面カバー４は映像表示装置１の背面側の外装部材（背面部材）であり、装置の筐体を構成する。映像表示装置１はこの他、スイッチ類を含む操作部やスピーカ等を備え、また映像及び音声処理、システム制御、受信処理等を行う複数の電気回路基板を内蔵する。コントローラ２００は映像信号や音声信号、操作制御信号等を無線通信によって映像表示装置１に送信する。

図２（Ａ）は映像表示装置１を背面から見た外観図であり、背面カバー４とシールド板１２を示す。図２（Ｂ）は背面カバー４の内面、つまり表示パネル２の側から見た状態を示す図である。
背面カバー４は合成樹脂材料で形成され、映像表示装置１の外部から無線伝送で電力を受信するための第１のコイル５（５Ａ乃至Ｄ参照）が貼設されている。なお、該コイルは装置外部から無線伝送される電力を受信して再送信する電力送受信手段としての役割をもつが、その詳細については後述する。映像表示装置１の主要機能である映像表示は表示パネル２により行われ、表示パネル２は矩形の平板状をしたデバイスである。よって、これを背後で覆う背面カバー４は、表示パネル２に対して略平行な状態で取り付けられ、平坦で比較的大きな面積の領域を設けることが可能である。このため背面カバー４に貼設する第１のコイルとして、大口径のコイルを配置することができる。

図３は、図２の背面カバー４を取り除いた状態を示す内部の配置図である。システム制御基板６は、外部機器との間で映像及び音声信号や放送信号の入出力を行う回路部及び信号処理回路と、テレビジョンシステムを制御する制御回路を含む。駆動制御基板７は表示駆動処理を行うための回路基板であり、パネル駆動基板８は駆動制御基板７からの制御信号を受けて、表示パネル２の表示駆動を行うための回路基板であり、フロントベゼル３の外周縁部に設けられている。これらの電気回路基板は、表示パネル２の保持部材を兼ねる金属製のシャーシ９にカシメ等で形成したスタッドにネジ締結で固定されている。なお、基板間の電気的接続を行う配線材等の図示は省略した。

図４は映像表示装置１の中央部で縦方向に切断した断面図を示す。本実施形態の表示パネル２には電界放出ディスプレイであるＦＥＤ（Field Emission Display）が使用される。ＦＥＤは平板状のガラスを用いて真空容器を構成しているので、シャーシ９に固定することで外力や衝撃に対する機械的性能を補強している。
表示パネル２はシャーシ９に対して粘着剤により貼設固定され、表示パネル側とは反対側の面でシャーシ９に設けたスタッドに前述の電気回路基板がネジ締結で固定されている。これらの部材はフロントベゼル３と背面カバー４によって形成される筐体内に収容され、表示パネル２の表示領域はフロントベゼル３の表示開口部から外部の露出している。

次に、背面カバー４に設けた第１のコイル５と容量性結合を行い電力の受信を可能にする第２のコイル１０（１０Ａ乃至Ｃ）について説明する。該コイルは、第１のコイル５により再送信された電力を受信して回路基板に供給する電力受信手段としての役割をもつ。
図３に示すように、本例ではコイル１０Ａがシステム制御基板６に、コイル１０Ｂが駆動制御基板７に、コイル１０Ｃがシャーシ９にそれぞれ設けられている。これらの第２のコイルは渦巻き状の導線からなる。コイル１０Ａ及び１０Ｂはシステム制御基板６及び駆動制御基板７にそれぞれ実装され、またコイル１０Ｃは絶縁材でラミネートしてシャーシ９上で基板が実装されていない領域に貼設されている。また、コイル１０Ａ及び１０Ｂは、不図示の心材に導線を巻き付けた上で基板に実装固定される。コイル１０Ｃは、図４に示すように、シャーシ９の背面からの距離が駆動制御基板７と略同じ距離となるように、所定の厚みをもつ絶縁部材１４を介してシャーシ９に貼設される。
第２のコイル１０はシステム制御基板６及び駆動制御基板７に対して、コイル部５Ａ乃至Ｃから受信した電力を供給する。本実施形態でシステム制御基板６が必要とする電力は数十ワット程度であり、駆動制御基板７での消費電力は表示パネル２を駆動するために大電力を必要とし、１００Ｗを越える。コイル１０Ａ及び１０Ｂだけは大電力の受信には口径が不足している。そこでシャーシ９に貼設したコイル１０Ｃを駆動制御基板７に対して電気的に接続することにより、大電力を必要とする駆動制御基板７に対して充分な電力を供給可能である。
表示パネル２にはパネル駆動基板８からパネル駆動のための電力が供給されるが、これは駆動制御基板７から不図示のケーブルによりパネル駆動基板８への電力を分配することで行っている。また、システム制御基板６にはコイル１０Ａの容量を決める容量子が実装され、駆動制御基板７にはコイル１０Ｂ及び１０Ｃの容量を決める容量子が実装される。これにより各コイル１０Ａ乃至Ｃについて、コイル部５Ａ乃至Ｃとの容量性結合時の容量が規定される。容量子は具体的にはコンデンサ等の容量性素子であり、各コイルの寄生容量を含めたＬＣ回路により容量規定が行われる。図３に容量規定用コンデンサ１１を示す。

図２（Ｂ）に示すように、背面カバー４に貼設した第１のコイル５はコイル部５Ａ乃至Ｄからなり、１本の線材を所定のパターンに巻回することで形成されている。コイル部５Ａ乃至Ｃは第２のコイル１０（１０Ａ乃至Ｃ）にそれぞれ対応する位置と形状、容量を有する。またコイル部５Ｄは、背面カバー４の外周縁近傍にて矩形状に巻回された状態で背面カバー４に付設されている。コイル部５Ｄは映像表示装置１が設置される壁面１００と容量性結合して装置外部からの電力受信を行う。コイル部５Ａ乃至Ｄは1本のコイル線材による連続体として構成され、コイル部５Ａ乃至Ｃを設けた領域（破線枠参照）の裏面にはシールド板１２が貼り付けられる。これは、コイル部５Ａ乃至Ｃが装置外部と容量性結合を起こり難くするための遮蔽部材である。本構成により、コイル部５Ａ乃至５Ｃとコイル１０Ａ乃至Ｃとの間、及びコイル部５Ｄと装置外部との間で強い結合状態を得ることができる。コイル部５Ｄにより外部から受信した電力を、コイル部５Ａ乃至Ｃを通じてコイル１０Ａ乃至Ｃに伝送可能となる。

次に壁面１００について述べる。本発明を実施可能な環境については、映像表示装置１を設置するリビングルーム等の設置空間の床や天井、壁面等から無線により電力が送信可能であることを条件とする。本例では壁面１００から電力送信される。一般的に映像表示装置１のみへの電力伝送を目的とした専用の壁面を設置することは現実的でない。つまり、テレビジョン装置以外の映像表示装置や照明装置等、他の機器にも壁面から電力伝送可能な汎用化された施工形態が望ましい。電力の受電側装置の都合からは、当該装置を設置した位置で良好な結合が可能なコイルを壁面に埋め込んでおくのが理想である。しかし、前述したように汎用化を念頭におく場合、その位置や形状等を予め特定することが困難であり、装置側で良好な受電状態（容量性結合）を保つことが要求される。そこで本例では、壁面１００と容量性結合するコイル部５Ｄを、映像表示装置１に搭載可能であってかつ最大口径を取り得る背面カバー４の外縁部に設けている。外装筐体である背面カバー４にコイル部５Ｄを設けることは、内蔵型コイルに比べてコイルの大口径化を実現できるだけでなく配置自由度の向上に寄与する。こうすることで壁面１００の電力送信部と、壁面１００に配置される映像表示装置１の電力受信部の位置や大きさ等が理想状態からずれたとしても、その影響を低減できる。

第１のコイル５は映像表示装置１に内蔵される第２のコイル１０と容量性結合する部分を、装置外部と容量性結合する部分とは別に持つ。前述したようにコイル部５Ｄで壁面１００から受信した電力は、コイル部５Ａ乃至５Ｃと対向する夫々のコイル１０Ａ乃至Ｃに伝送される。これらは映像表示装置１の設計事項として自由に設定可能であるため、互いに結合するコイル同士の位置、形状、距離等を電力伝送にとって好適に選定することが可能である。また、図２（Ｂ）に示すシールド板１２は、コイル部５Ａ乃至Ｃが設けられた範囲よりもやや大きな範囲をカバーしており、装置外部との結合領域と装置内部での結合領域を分割している。このため、外部と内部の干渉が起こり難く、干渉による結合性の低下等の影響が低減する。装置内部で容量性結合する第２のコイル１０については、容量規定用コンデンサ１１の定数を適切に選択することで結合性が向上し、干渉等による影響を更に低減させることができる。

電力伝送方式については幾つか方式があり、本例では壁面１００からの伝送には共鳴型を用い、装置内部への伝送には電磁誘導型を用いている。磁束を利用する電磁誘導型は送受信部（例えばコイル）が近接していなければならない。共鳴型では距離依存性はあるものの、電磁誘導型より長い距離のエネルギー伝送が可能となる。更に共鳴型の場合、エネルギーの伝送を磁場のみで実現可能であるため安全性が高く、室内における任意の装置への電力伝送に向いている。壁面への取付寸法や位置等を含む装置外部の環境について装置側で規定するのは一般に難しい。そこで、本例では装置外部からの電力伝送については共鳴型を採用し、内部の電力伝送については電磁誘導型を採用している。
次に、第１のコイル５を背面カバー４に貼設する製造方法について説明する。本例では導線であるコイル５をフィルムによりラミネートして複数台分に亘って連続して巻き取りロール状にした。背面カバー４の材質は樹脂であるので射出成形により背面カバーとしての形状が得られるが、コイルについてはインモールド成形によって背面カバー４と一体化させる。つまり本例では前述のロール状のコイル部材を射出前に順次に型内に送り込んで溶融樹脂を射出して背面カバー４を成形する。これにより、コイル５が背面カバー４の所定位置に貼設され、コイル５と背面カバー４が一体化した部材が得られる。

以上のように本実施形態によれば、映像表示装置の動作に必要な外部からの電力を大口径の受信コイルで受けてから、それを更に装置内部に伝達することで、外部からの無線での電力供給について受電性能の高い装置構造を実現できる。更には装置への電源ケーブルが不要になるので、壁面等に装置を設置する場合のインテリア性や意匠性が格段に向上するという効果もある。
また、本実施形態では、壁面１００と容量性結合する第１のコイル５を、フロントベゼル３ではなく背面カバー４に設けている。これにより受電性能の向上に加えて、組立性が向上するという効果が得られる。つまりフロントベゼル３に第１のコイル５を配置した場合、電力供給元である壁面１００からの距離が離れるだけでなく、その途中に表示パネル２や基板等の内蔵部品が存在するため、受電能力の低下や制御基板の誤動作を招く虞がある。また、フロントベゼル３の中央部には画像表示部が位置するので、そのための開口部を形成する必要がある。また電力の２次的送信が出来ず、有線で内蔵の回路基板に接続して給電しなければならない。平面表示パネルを用いたテレビジョン装置等の表示装置では、平面表示パネルと反対の面に制御基板等が実装されることが多く、配線等はそれらの基板等の位置で完結することが望ましい。つまりフロントベゼル３や背面カバー４等の外装部材への配線は組立性の低下を齎す原因となる。本実施形態では背面カバー４に第１のコイル５を設け、内部に設けた第２のコイル１０と第１のコイル５との容量性結合により、無線で電力を再伝送するので外装部材への配線が不要となる。
なお、本例では第１のコイル５をインモールド成形により背面カバー４と一体化させたが、これに限らず他の製造方法を用いてもよい。例えばシート状の第１のコイル５を背面カバー４に接着により貼り付ける方法や、成形時に導線を型内に装填して１次成形を行い、続いて２次成形で更に樹脂を充填する２色成形による製造も可能である。２色成形の場合、背面カバー４の板厚内にコイルを埋め込むことが可能である。

[第２実施形態]
次に本発明の第２実施形態について説明する。なお第２実施形態の説明において第１実施形態の場合と同様の部分については、既に使用した符号と同一の符号を用いることでそれらの説明を省略し、以下では相違点を中心に説明する。
第２実施形態では、コイル１０Ａ及び１０Ｂを回路基板のパターニングで形成している。図５は背面カバー４を取り外した状態を示す背面図である。コイル１０Ａ及び１０Ｂは夫々、システム制御基板６及び駆動制御基板７にて最も背面側となる層に配線パターン（１０１Ａ及び１０１Ｂ参照）として形成されている。これらの配線パターンの形成面には各コイル１０Ａ、１０Ｂの容量を規定する容量規定用コンデンサ１１がそれぞれ実装され、その他の部分にはグランド部１３が形成されている。システム制御基板６と駆動制御基板７は、内層に信号線を有する多層基板であり、コイルの形成面とは反対側の表層には電気回路の形成に必要なＩＣチップや抵抗等の電気部品が実装される。

図６は映像表示装置１を中央で切断した縦断面図であり、多層基板の部分断面図を丸枠内に拡大して示す。本例では４層基板を使用しており、配線パターン１０１Ｂとグランド部１３の形成層を第１層とし、電気部品２０の実装面を第４層とする。内層となる第２層はシールド層１５であり、第３層及び第４層は信号線層１６である。３枚の基材１７により多層基板が構成される。シールド層１５は基板面積とほぼ同等の領域をカバーする。第４層に実装する電気部品２０にはディスクリート部品を避けて、全て表面実装部品を使用し、各層には必要に応じてスルーホール等を形成して電気的に接続することで回路を構成する。更に第４層が表示パネル２のシャーシ９と対向するように配置した上で、多層基板がシャーシ９に対してネジ締結される。こうすれば、パターンニングで形成した配線パターン１０１Ａ及び１０１Ｂが、第１のコイル５に対向する配置となる。また、基板上の配線パターン１０１Ａ及び１０１Ｂでコイルを形成することは、導線を空中配置する方法に比べて、位置的な安定性が格段に高くなるだけでなく第１層を背面カバー４に接近させた配置が可能となる。即ち、第１のコイル５と第２のコイル１０との近接配置によって位置的安定性の高い構造が得られ、電力伝達効率が向上する。更にパターンニングでコイルを形成することは、別部品としてコイルを基板に搭載する場合に比べて、部品コストや製造コストの低減に有利である。また、シールド層１５は受電部と基板の電気回路部との間に位置しており、受電のための共振等が電気回路部に及ぼす影響を低減できるので、装置の動作安定性の向上に寄与する。
第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、コストを低減しつつ電力伝達効率や動作安定性に優れた表示装置を提供できるという効果が得られる。

１映像表示装置
２表示パネル
４背面カバー
５第１のコイル５
５Ａ乃至Ｄコイル部
６，７回路基板
９シャーシ
１０第２のコイル１０
１０Ａ乃至Ｃコイル
１１容量規定用コンデンサ
１２シールド板
１４絶縁部材

Claims

映像を表示する表示パネルと、該表示パネルを背後から覆う背面部材と、該表示パネルの回路基板を有する表示装置であって、
前記表示装置の外部から無線により伝送される電力を受信して再送信する電力送受信手段と、
前記電力送受信手段によって再送信される電力を受信して前記回路基板に供給する電力受信手段を備え、
前記電力送受信手段を前記背面部材に設けるとともに、前記電力受信手段を前記表示パネル側にて前記電力送受信手段に対向する位置に設けたことを特徴とする表示装置。
前記電力送受信手段を前記背面部材にて前記表示パネルと平行に配置し、
前記電力受信手段を前記回路基板に設けたことを特徴とする、請求項１記載の表示装置。
前記電力受信手段を前記回路基板の配線パターンとして形成したことを特徴とする、請求項２記載の表示装置。
前記回路基板は多層基板であって、前記電力送受信手段に対応する基板面に前記電力受信手段を設け、当該基板面とは反対側の基板面には電気部品を実装して、その実装面を前記表示パネルに対向させたことを特徴とする、請求項３記載の表示装置。
前記電力受信手段と前記実装面との間にシールド層を設けたことを特徴とする、請求項４記載の表示装置。
前記電力受信手段が前記電力送受信手段と容量性結合する際の容量を規定する容量規定手段を前記回路基板に設けたことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項記載の表示装置。
前記表示パネルを保持するとともに前記表示パネルとは反対側の面で前記回路基板を保持する保持部材を備え、
前記保持部材に絶縁部材を介して前記電力受信手段を取り付けたことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項記載の表示装置。
前記電力送受信手段は、前記表示装置の外部と容量性結合するコイル部と、前記電力受信手段と容量性結合するコイル部を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項記載の表示装置。
前記背面部材のうち前記電力受信手段と容量性結合するコイル部が設けられた側とは反対側の位置に遮蔽部材を備えることを特徴とする、請求項８記載の表示装置。
映像を表示する表示パネルと、該表示パネルを背後から覆う背面部材と、該表示パネルの回路基板を有する表示装置の製造方法であって、
前記背面部材を合成樹脂材料で成形する際に、前記表示装置の外部から無線により伝送される電力を受信して再送信する電力送受信手段を、前記背面部材に一体化して形成するステップと、
前記電力送受信手段によって再送信される電力を受信して前記回路基板に供給する電力受信手段を、前記表示パネル側にて前記電力送受信手段に対向する位置に配置するステップを有することを特徴とする表示装置の製造方法。