JP5693624B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置の基板レイアウトおよび放熱構造に関する。
液晶パネルを用いた画像表示装置では、液晶パネルの背面から発光体で光を照射し、透過光で液晶パネルに画像を表示させる。液晶パネルを背面から照射するバックライトの光源は発光ダイオード(LED)が主流になっている。LEDの発熱に伴う発光効率の低下や短寿命化を防ぐ上で放熱が重要である。また、LEDのドライバに対しても放熱対策が必要である。よって、LEDやその実装基板の熱を空気に放熱させる空間と、ドライバやその実装基板の熱を放熱させる空間が必要である。つまり、十分な放熱用空間の確保が必要となるが、これは装置外形の薄型化の要請と相反する。
従来の画像表示装置の基板レイアウトおよび放熱構造として、特許文献1には、表示パネルの背面に配置される回路基板のレイアウトを工夫する方法が開示されている。図7は、従来の画像表示装置の構成を示す断面図である。
表示パネル100の背面には第1回路基板103と第2回路基板104が配置され、これらの回路基板は互いに重なり合わないように配置される。第1回路基板103の部品実装面は表示パネル100側(正面側)を向き、また第2回路基板104の部品実装面は背面側を向いている。第1回路基板103は、第2回路基板104の上側に配置されており、非部品実装面にはヒートシンク105が固定されている。表示パネル100と回路基板103および104はベゼル101とリアカバー102で覆われている。回路基板103および104の放熱のため、リアカバー102に形成した放熱孔(図示せず)から筺体内部に空気が流入する。筺体下部から流入した空気は、第2回路基板104を冷却すべく基板の両面に流れ、非部品実装面側の空気は第1回路基板103に向けて上昇する。また第2回路基板104の部品実装面側の空気は、その上部にて筺体外部へ排出される。第1回路基板103は、その部品実装面側にて第2回路基板104から上昇してきた空気で冷却される。また、その非部品実装面側の部分は、これに固定されたヒートシンク105にて、筺体中央部より流入した空気により冷却され、空気は筺体上部から排出される。この構成では、上下に配置された回路基板の部品実装面を互いに逆転させ、空気流路を分割することで、薄型化と放熱性能の向上を両立させている。
特開2010−160443号公報
特許文献1に記載の構成は、ファンを用いない自然対流による放熱対策を講じる場合に、薄型化と放熱性能の向上が期待できる。しかしながら、近年では、液晶パネルの背面側に使用されるバックライトのLEDは発熱量が大きいので、ファンを用いた強制対流による放熱対策の方が効率がよい。この場合、ファン用の空間が必要となる。
図7に示す構造にて、ファンを用いて放熱を行う場合、上部に配置された第1回路基板103はその部品実装面が表示パネル側を向いており、非部品実装面側にファンを配置する必要があり、装置の厚みが必要となる。
本発明に係る表示装置は、ファンを用いて放熱性能を維持しつつ、表示装置の薄型化を実現することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る表示装置は、表示部と、前記表示部の背面側に設けられるシャーシ部材と、前記シャーシ部材に取り付けられるファンと、前記表示部と前記シャーシ部材との間に設けられ、その部品実装面が前記ファンに対向する位置に配置される第1回路基板と、前記表示部と前記シャーシ部材との間に設けられ、その部品実装面が前記表示部側を向いて配置される第2回路基板と、を備え、前記シャーシ部材の側面部または下部に通気孔が形成されており、前記第2回路基板は、前記第1回路基板の側方または下方に配置されている。
本発明によれば、ファンを用いて放熱性能を維持しつつ、表示装置の薄型化を実現できる。
図2ないし4と併せて本発明の第1実施形態を説明するために、画像表示装置の構成例を示す正面図(A)および背面図(B)である。 画像表示装置の分解斜視図である。 画像表示装置のシャーシを取り除いた状態を例示する背面図である。 図3のA−A断面図(A)およびB−B断面図(B)である。 本発明の第2実施形態に係る画像表示装置からシャーシを取り除いた状態を例示する背面図である。 本発明の第3実施形態に係る画像表示装置からシャーシを取り除いた状態を例示する背面図である。 従来例の画像表示装置の放熱構造を示す断面図である。
以下に、本発明の各実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。各実施形態では、表示パネルおよび光源部を用いた表示手段の一例として、バックライト装置を使用して画像表示を行う構成を説明する。
[第1実施形態]
図1(A)は、本発明の第1実施形態に係る表示装置の正面図であり、図1(B)は背面図である。また、図2は、第1実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。以下では、装置の表示面を正面として、ユーザから見た場合の上面および下面、並びに左右の側面を定義して各部の位置関係を説明する。表示部が、表示パネル、および該表示パネルに光を照射する光源部を有するバックライト型構成を例示する。
図1(A)に示すように、画像表示装置は、表示パネルとして液晶パネル1を備え、金属材料等で形成したフレーム2で液晶パネル1の前面の周縁部を押さえている。図1(B)に示すように、フレーム2を背面から覆うシャーシ部材(以下、単にシャーシという)16には、装置内部に空気を取り込むために複数の通気孔16a、16b、16cが設けられている。第1の通気孔16aは、画像表示装置の下面部寄りの位置にて左右方向に亘って配列されている。第2の通気孔16bは画像表示装置の背面から見て左辺部寄りの位置にて上下方向に亘って配列されている。また、第3の通気孔16cは、画像表示装置の背面から見て右辺部寄りの位置にて上下方向に配列されている。シャーシ16の背面にはファンホルダ18が設けられており、複数のファン19が固定される。各ファン19は、複数の通気孔16a、16b、16cから内部に取り込んだ空気を装置外に排出する役割をもつ。シャーシ16は複数のネジ止め部16dにて、装置内部の構造体(図示せず)に締結で固定される。
次に図2を参照して、画像表示装置の構成を説明する。液晶パネル1は、正面側に位置するフレーム2、および背面側に位置するパネルホルダ3で狭持される。パネルホルダ3の背面には光学シート類4が配置されている。液晶パネル1に背面側から光を照射する面光源部は、複数の発光素子を実装した基板を備える。LED基板7には発光ダイオード(以下、LEDと記す)が格子状に実装されている。各LEDから出射する光は、光学シート類4を通して拡散および集光され、液晶パネル1に到達する。LED基板7の正面側には反射シート6、および複数のスペーサ5が配置される。スペーサ5は光学シート類4の撓みを抑制する為の部材である。
LED基板7の背面、つまり非部品実装面には熱伝導シート8が配置され、さらに放熱部を構成するLEDヒートシンク10が熱的に接触している。つまり、LED基板7の熱は熱伝導シート8を介して背面のLEDヒートシンク10に伝達される。LEDヒートシンク10はケース9に固定され、ケース9内にLED基板7が配置されることでバックライト装置が構成される。LEDヒートシンク10の背面には、表示制御基板12と、フレーム2を固定する固定金具11が装着される。表示制御基板12は、液晶パネル1の表示制御を行う第1回路基板であり、例えば液晶パネル1の面ムラ補正処理を行う。表示制御基板12は、データ線駆動信号(Y方向)を液晶パネル1のデータ線駆動回路に出力し、ゲート線駆動信号(X方向)を液晶パネル1のゲート線駆動回路に出力する。ただし、表示制御基板12は、画像のスケーリング(拡大・縮小)処理を行う回路基板であってもよいし、ガンマ補正処理やノイズ低減処理を行う回路基板であってもよく、表示制御に関わる各種画像処理を行う回路基板が適用可能である。LEDヒートシンク10の背面にはさらに、補助ヒートシンク13、複数のLEDドライバ基板15およびLEDドライバヒートシンク14が配置される。LEDドライバ基板15は面光源部を駆動させる第2回路基板である。LEDドライバ基板15には、LED基板7上のLEDを駆動する駆動回路部が実装され、駆動回路部により発生する熱は、LEDドライバヒートシンク14を介して放熱される。これらの構造体を覆うように背面からシャーシ16がLEDヒートシンク10に固定され、さらにその背面にはファンガイド17、ファンホルダ18および複数のファン19が取り付けられる。
図3は、本実施形態に係る画像表示装置からシャーシ16を取り除いた状態を示す背面図である。LEDヒートシンク10の背面側には、表示制御基板12と、その左右両側に複数のLEDドライバ基板15が配置されている。表示制御基板12は部品実装面が背面を向いてファン19に対向し、また、その非部品実装面が表示パネル側を向いてLEDヒートシンク10に対向している。2枚のLEDドライバ基板15は、表示制御基板12の中心部を通る上下方向の中心線Yに関して左右対称的にそれぞれ配置されている。LEDは温度により輝度にばらつきが生じるという性質があり、温度が高いと輝度は低下し、低いと輝度が上昇する。LED発光面の温度分布にムラがあると、輝度ムラの原因となり、画質に影響を及ぼす可能性がある。図3に示す構成にて送風冷却を行わない場合、LEDヒートシンク10での温度分布は、破線枠で示すように範囲A1の方が範囲A2より温度が高くなっている。範囲A1は表示制御基板12とその周辺領域、および各LEDドライバ基板15の一部領域を含む。また、範囲A2は範囲A1以外の領域を含む。シャーシ16の通気孔から吸入された空気は、吸入直後には温度が外気温度と同様に低く、装置内部で次第に温められて温度が上昇する。さらに表示制御基板12からの発熱により、範囲A1の温度が高くなる。例えば、表示制御基板12の左右に位置する複数のLEDドライバ基板15のうち、それらの片方しかない場合、LEDヒートシンク10においてLEDドライバ基板15が存在しない面上では、さらに空気が流れやすくなり放熱が促進される。この時、LEDヒートシンク10の一部分のみが過度に冷却されてしまうと、温度分布に偏りが生じる。つまり、左右にLEDドライバ基板15が配置されている場合と比べて温度差が大きくなってしまう。よって、表示制御基板12に対してLEDドライバ基板15を中心線Yに関して左右対称的に配置することにより、LEDヒートシンク10の放熱が左右で均等化されるので、輝度ムラを抑制できる。
また、表示制御基板12の下側には補助ヒートシンク13が固定されている。LED基板7から発生した熱はLEDヒートシンク10に伝わり、背面の略中央部に位置する補助ヒートシンク13から空気中に放熱される。これにより、LEDヒートシンク10による冷却効率をさらに高めることができる。表示制御基板12は、その上部において複数のFPC(Flexible Printed Circuits)12bを用いて液晶パネル1と接続されており、背面側からカバー12aで覆われている。カバー12aは表示制御基板12が発する電磁波を遮蔽する役割と、実装部品の放熱を行うヒートシンクの役割を併せもつ。LEDドライバ基板15は矩形の板状をなし、可とう性を有する複数の接続部材、例えばFFC(Flexible Flat Cable)15aを用いてLED基板7と接続されており、LED基板7に電源および電気信号を供給する。
バックライトの冷却については、図1(B)の通気孔16a、16b、16cから流入した空気が、図3の矢印W1およびW2、W3にそれぞれ沿って流れ、複数のファン19から装置外へ排出されることにより行われる。複数の通気孔16aから流入した空気は、図3に示す実線の矢印W1の通り、LEDヒートシンク10に沿って上昇し、補助ヒートシンク13、カバー12aを通過する。一方、複数の通気孔16bおよび16cから流入した空気は、図3に示す点線の矢印W2、W3の通り、各LEDドライバ基板15とLEDヒートシンク10の間を通過する。FFC15aは、各LEDドライバ基板15の長辺部にて画像表示装置の上下方向に沿って配置されている。図1(B)で示す通気孔16aの配列方向は、FFC15aの配列方向に対して直交している。通気孔16aからの空気の流動方向は、図3の矢印W1に示すように、FFC15aの配列方向に対して略平行である。つまり、FFC15aの配置によって空気流動を妨げて空気抵抗が増加しない構造を採用することにより、各FFC15aはバックライトの放熱に影響を及ぼさないように配置されている。
次に画像表示装置における放熱経路を説明する。図4(A)は図3のA−A断面図であり、LEDドライバ基板15を配置した部分の断面を示している。図4(B)は図3のB−B断面図であり、ファン19を配置した部分の断面を示している。前述した通り、LEDヒートシンク10に対向してLEDドライバ基板15が配置されており、複数の実装部品15bが搭載された部品実装面がLEDヒートシンク10の側に向いている。また、その非部品実装面がシャーシ16の側に向いている。LEDヒートシンク10とLEDドライバ基板15との間には空間Sが形成される。図1(B)に示す複数の通気孔16bは、図3に示す上下方向の中心線Yに平行な方向に沿って配列しており、これらの通気孔16bから流入した空気は、図4(A)に矢印で示すように空間Sを通って上昇する。この空気流動により、LEDヒートシンク10およびLEDドライバヒートシンク14からの放熱が行われる。
また、図1(B)に示す複数の通気孔16aは、図3に示す上下方向の中心線Yに直交する方向に沿って配列している。図4(B)に示す断面において、シャーシ16の下部に形成された複数の通気孔16aから流入した空気は、矢印で示すように上昇し、LEDヒートシンク10および補助ヒートシンク13を通過する。空気はさらに、表示制御基板12の部品実装面、およびカバー12aの上部を通り、送風用のファン19から排出される。よって、LEDヒートシンク10および補助ヒートシンク13から空気へ放熱できる。
次に、LEDヒートシンク10に対する、LEDドライバ基板15と表示制御基板12の配置について説明する。図4(A)に示すように、LEDヒートシンク10とLEDドライバ基板15との間隔をH1と表記し、図4(B)にて、LEDヒートシンク10と表示制御基板12との間隔をH2と表記する。本実施形態ではH1の値がH2の値よりも大きく設計されている。つまり、表示制御基板12はLEDドライバ基板15に比べて、LEDヒートシンク10に対してより接近して配置されている。これにより、ファン19を表示制御基板12の背面に配置する場合でも、LEDヒートシンク10からファン19までの距離を短くすることができる。また、図4(A)に示す空間Sを通る空気は、表示制御基板12の部品実装面側へと抵抗なく通過できるので、ファン19の吸気抵抗に影響を及ぼさない。
間隔H1とH2との差が大きい程、LEDドライバ基板15側から表示制御基板12側へと空気はより抵抗なく流動することができる。望ましくは、以下の不等式で示すように、H1の値をH2の値の2倍以上とする。
H1≧2×H2
なお、H2の値を小さくして、表示制御基板12をLEDヒートシンク10に近づけ過ぎると、LEDヒートシンク10から空気へ放熱し難くなるので、本実施形態では、H2の値を5mmに設定している。
第1実施形態では、LEDドライバ基板15の部品実装面がLEDヒートシンク10側を向き、表示制御基板12の部品実装面に対向してファン19が配置されている。表示制御基板12をLEDドライバ基板15に比べて正面側に配置し、表示制御基板12の背後にファン19を配置することで装置の薄型化が可能である。また、LEDドライバ基板15を表示制御基板12よりも背面側に配置しているので、LEDドライバ基板15の部品実装面を正面側にしてLEDヒートシンク10と対向させることができる。これにより、LEDヒートシンク10およびLEDドライバ基板15の両方を放熱することができる。空気を円滑に流動させる空間を確保し、放熱性能を維持しつつ装置の薄型化を実現できる。
なお、表示制御基板12およびLEDドライバ基板15の部品実装面を主実装面とし、非部品実装面を副実装面とした場合にも本発明は適用可能である。例えば、基板の両面に電子部品などの実装部品が搭載される場合、実装部品の総面積又は総体積が大きい方の基板面を主実装面とし、総面積又は総体積が小さい方の基板面を副実装面とする。
なお、表示制御基板12やLEDドライバ基板15に電源を供給するための電源回路基板は、図示していないが、例えばシャーシ16の背面に設けられ、ファン19よりも下側のスペースに配置される。そして、樹脂製のバックカバー部材で電源回路基板が覆われる。
本実施形態では、部品実装面がファンに対向する位置に配置される第1回路基板として、表示パネルの表示制御基板を例示し、また部品実装面が表示部側を向いて配置される第2回路基板として、光源部を駆動させる駆動基板を例示した。これに限らず、第1回路基板および第2回路基板のもつ機能については装置仕様に応じて適宜に設計変更が可能である。
[第2実施形態]
次に本発明の第2実施形態を説明する。以下では第1実施形態の場合と同様の構成要素については既に使用した符号を用いることでそれらの詳細な説明を省略し、主として相違点を説明する。なお、このような説明の省略の仕方は後述の実施形態でも同様である。図5は、第2実施形態に係る画像表示装置からシャーシを取り除いた状態を示す背面図である。
第2実施形態では、LEDドライバ基板の形状および配置が図3に示す第1実施形態の場合と相違する。複数のLEDドライバ基板214は、表示制御基板12の下方に配置されている。画像表示装置の上下方向の中心線Yに関して左右対称に配置された2枚のLEDドライバ基板214は、LEDヒートシンク210に形成した複数の穴210aをそれぞれ通して、複数のFFC214aでLED基板27に接続されている。LED基板27は、図5に破線枠で示す通り、短冊状の形状をしており、8枚で構成される。それに伴い、FFC214aは画像表示装置の下部寄りの位置で左右方向に沿って横一列に配置されている。
LEDヒートシンク210に対する、表示制御基板12とLEDドライバ基板214の位置関係では、表示制御基板12の方が、LEDドライバ基板214よりもLEDヒートシンク210に接近して配置されている。画像表示装置の下方に位置する複数の通気孔16aから流入した空気は、図5の矢印W21、W22に示す通り、LEDドライバ基板214とLEDヒートシンク210の間を通過し、表示制御基板12へ流れる。また、画像表示装置の左右の側面部より流入した空気、すなわち、図1(B)に示す通気孔16b、16cから流入した空気は、図5の矢印W23、W24に沿って流れる。矢印W24に沿う空気は、その流動方向がFFC214aの配列方向に対して略平行であり、表示制御基板12へと導かれる。なお、図示は省略するが、図3と同様に表示制御基板12の背後には送風手段として複数のファンが配置され、装置の外部に排気する。表示面とは反対側から見た場合、表示制御基板12と通気孔16b、16cとの間の略中間位置には、補助ヒートシンク213がそれぞれ配置されている。これらの補助ヒートシンク213を設けることで、LEDヒートシンク210をさらに効率よく放熱することができる。
第2実施形態によれば、表示制御基板12の下方に複数のLEDドライバ基板214を配置した構成において、放熱性能を維持しつつ装置の薄型化を実現できる。
[第3実施形態]
次に本発明の第3実施形態を説明する。図6は、第3実施形態に係る画像表示装置からシャーシを取り除いた状態を示す背面図である。
複数のLEDドライバ基板314はL字形の板状をしており、表示制御基板12の左右側方および下方に配置されている。各LEDドライバ基板314は、画像表示装置の上下方向の中心線Yに関して左右対称に配置されている。各LED基板37とLEDドライバ基板314は、LEDヒートシンク310に形成した複数の穴310aをそれぞれ通して、複数のFFC314aで接続されている。
図1(B)に示すシャーシ16の下方に位置する複数の通気孔16aから吸入した空気は、図6の矢印W31、W32に沿って、LEDドライバ基板314とLEDヒートシンク310の間を通り、矢印W33に沿って表示制御基板12を流れる。また、シャーシ16の左右側方に位置する複数の通気孔16b、16cから吸入した空気は、矢印W34に沿って流れる。複数のFFC314aは、画像表示装置の上下方向に沿って配列されている。つまり、複数のFFC314aの配列方向は、画像表示装置の下面部寄りに位置する複数の通気孔16aの配列方向に対して直交する方向である。よって、通気孔16aから流入した空気の流動方向は、FFC314aの配列方向と略平行となって空気抵抗とならないので、LEDヒートシンク310とLEDドライバ基板314の放熱が効率よく行われる。また、複数の通気孔16aとファン19(不図示)との間の略中間位置に補助ヒートシンク313を配置することにより、LEDヒートシンク310の放熱を効率良く行うことができる。
第3実施形態によれば、LEDドライバ基板314の部品実装面積を確保しつつ、放熱性能を維持して装置の薄型化を実現できる。なお、前記実施形態では、1対のLEDドライバ基板を例示したが、複数対のLEDドライバ基板を左右対称的に配置した構成等、各種実施形態が可能である。
1 液晶パネル
7,27,37 LED基板
10,210,310 LEDヒートシンク
12 表示制御基板
13,213,313 補助ヒートシンク
15,214,314 LEDドライバ基板
16 シャーシ
16a,16b,16c 通気孔
19 ファン

Claims (10)

  1. 表示部と、
    記表示部の背面側に設けられるシャーシ部材と、
    前記シャーシ部材に取り付けられるファンと、
    前記表示部と前記シャーシ部材との間に設けられ、その部品実装面が前記ファンに対向する位置に配置される第1回路基板と、
    前記表示部と前記シャーシ部材との間に設けられ、その部品実装面が前記表示部側を向いて配置される第2回路基板と、を備え、
    前記シャーシ部材の側面部または下部に通気孔が形成されており、
    前記第2回路基板は、前記第1回路基板の側方または下方に配置されていることを特徴とする表示装置。
  2. 前記第1回路基板と前記表示部との間隔は、前記第2回路基板と前記表示部との間隔よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記表示部は、表示パネル、該表示パネルに光を照射する光源部、該光源部が発生する熱を放熱する放熱部を備え、
    前記第1回路基板と前記放熱部との間隔は、前記第2回路基板と前記放熱部との間隔よりも小さいことを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記光源部は、前記表示パネルの背面側に位置して光を照射する面光源部を備え、
    前記放熱部は、前記面光源部の熱を放熱するヒートシンクであることを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記面光源部は複数の発光素子を実装した基板を備え、該基板の非部品実装面に前記ヒートシンクが熱的に接触していることを特徴とする請求項4に記載の表示装置。
  6. 前記表示装置は、複数の前記第2回路基板を備え、
    前記複数の第2回路基板のそれぞれの部品実装面が前記表示部側に向く状態で、前記複数の第2回路基板が、前記第1回路基板の中心部を通る上下方向の中心線に関して対称的に配置されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の表示装置。
  7. 前記表示装置は、複数の前記第2回路基板を備え、
    前記シャーシ部材には、上下方向の中心線に直交する方向に沿って複数の通気孔が形成されており、
    前記表示部が備える光源部と前記複数の第2回路基板を接続する複数の接続部材は、前記上下方向の中心線に平行な方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の表示装置。
  8. 前記表示装置は、複数の前記第2回路基板を備え、
    前記シャーシ部材には、上下方向の中心線に平行な方向に沿って複数の通気孔が形成されており、
    前記表示部が備える光源部と前記複数の第2回路基板を接続する複数の接続部材は、前記上下方向の中心線に直交する方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の表示装置。
  9. 前記表示部が備える光源部が発生する熱を放熱する放熱部を備え、
    前記表示部の表示面とは反対側から見た場合、前記放熱部は、前記通気孔と前記ファンとの間に配置される補助ヒートシンクを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の表示装置。
  10. 前記表示部は、表示パネルと、該表示パネルに光を照射する光源部を備え、
    前記第1回路基板は、前記表示パネルの表示制御を行う表示制御基板であり、
    前記第2回路基板は、前記光源部を駆動させる駆動基板であることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の表示装置。
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