JP5704964B2 - 表示装置およびその放熱方法 - Google Patents

Description

本発明は表示装置に使用する面光源装置（バックライト）の放熱構造および方法に関するものである。

テレビジョン受像機やコンピュータ端末、広告媒体、標識などの用途で薄型画像表示装置が用いられている。該装置の基本構造は、面光源装置と液晶表示パネルを内蔵した画像表示部、電気回路部、および、それらを支持する構造部、更には外装部材を備える。近年、注目されている表示装置は、本体厚みが数十ｍｍといった薄型ディスプレイや、発光ダイオード（ＬＥＤ: Light-emitting diode）光源を使用した、長寿命で高い色再現性をもつ液晶ディスプレイである。
液晶ディスプレイにてＬＥＤ光源を使用した面光源装置には、大別して２種類の構造がある。第１の構造（サイドライト型）は、ＬＥＤ光源を面光源装置の側面部に配置し、光束の角度変換と拡散性を付与した導光体を利用して面で発光させる。また第２の構造（直下型）は、ＬＥＤ光源を面光源装置の内底面に配置し、拡散性を付与した光学板に光を直接当てて面で発光させる。高輝度化を目的とする場合、一般的に後者の直下型が採用される。
ＬＥＤ光源を用いた直下型の面光源装置では、例えば、表示面側に開口したケースの内底面部にＬＥＤ光源が面状に配置される。ＬＥＤ光源の駆動基板はケースの背面外壁に取り付けられ、ＬＥＤ光源が発する熱を伝達するための金属板から、ヒートシンクのフィンで空気中に放熱する構造が採用される。ケースの背面外壁に取り付けた金属製シャーシには強制空冷用のファンが固定されており、ＬＥＤ光源から金属板を介してヒートシンクに伝達された熱で加熱された空気を排気する。つまり、ケースの背面外壁と金属製シャーシとの間に形成される空間内を通気するために、吸気穴と排気穴が金属製シャーシに形成されており、吸気穴から取り入れた外気はヒートシンクのフィンの間を通った後、排気穴から外に排出される。

従来の放熱構造にて光源部の効率的な放熱を行う上で問題となる点は、ケースの背面外壁と、これに取り付ける金属製シャーシとの密着度である。両者をともに金属板の板金加工で形成する場合、加工精度のバラツキが原因で密着部分に隙間が発生する可能性がある。この隙間を通る空気はヒートシンクの近辺を通過し難いため、フィンは冷やされない。換言すれば、ケースの背面外壁とシャーシとの密着度を高めることが要求される。
そこで本発明は、面光源装置を用いた表示装置の放熱性を高めることを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明に係る装置は、画像表示手段と面光源装置を有し、該面光源装置と通気用部材との間に空気の流路を形成した放熱構造を有する表示装置であって、電気絶縁性及び可撓性を有する樹脂材で形成した前記通気用部材を前記面光源装置の外壁に取り付けて前記流路を形成し、前記流路には前記面光源装置の光源部に電力供給を行う回路基板及び該光源部が発する熱を放熱する放熱部材を配置し、前記通気用部材に形成した吸気穴から外気を前記流路内に取り入れ、前記放熱部材によって加熱された空気を前記通気用部材に形成した排気穴から送風手段で排気する構成を有する。表示装置は前記通気用部材の外側から前記面光源装置の外壁に取り付けられる取付部材を備え、前記取付部材に取り付けられた第１回路基板と、前記流路に配置された第２回路基板とを接続する配線材と、前記配線材を前記通気用部材に貫通させる切り込み部を有する。

本発明によれば、面光源装置を用いた表示装置の放熱性を高めることができる。

図２乃至４と併せて本発明の第１実施形態を説明するために、表示装置を構成する面光源装置を例示する背面図（Ａ）と縦断面図（Ｂ）である。 図１（Ａ）の表示装置から主要な実装部品を除去した状態を示す背面図（Ａ）と、配線用切り込み部を例示する拡大図（Ｂ）である。 面光源装置の背面部が露出した状態を示す、図１（Ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。 面光源装置へのダクト部材の取り付けを（Ａ）および（Ｂ）に示す説明図である。 図６と併せて本発明の第２実施形態を説明するために、表示装置の構成する面光源装置を例示するＥ−Ｅ断面図（Ａ）と縦断面図（Ｂ）である。 配線用切り込み部の形成例を示す図である。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る表示装置を構成する直下型の面光源装置を例示する。図１（Ａ）は背面図、図１（Ｂ）は縦断面図である。尚、図１（Ｂ）の左方を表示面側、つまり正面側とする。
表示装置のバックライト部を構成する面光源装置１では、開口部を設けたケースの内底面部にＬＥＤ光源（図示せず）を面状に配置しており、開口部には光学シート類（図示せず）が配置される。面光源装置１の正面側には液晶表示パネルなどの画像表示手段が配置されており、面光源装置１からの光で画像表示が行われる。
面光源装置１のケースは金属製であり、その平坦な背面である外壁１ａには、電装部品やファンなどが取り付けられる。
ダクト部材（以下、単にダクトという）２は電気絶縁性及び可撓性を有する樹脂材で形成される。ダクト２は、例えば、厚み約１ｍｍの軟質樹脂板を折り曲げ加工で略直方体の箱形状に仕上げた部材である。ダクト２は、面光源装置１に対向する平面部と、その周囲４辺から正面側に向かって屈曲された側壁部２ｄを有する。側壁部２ｄの先端部は外側に折り曲げられてフランジ部２ｃが形成されており、この部分が面光源装置１の外壁１ａと密着した状態で固定されている。また、ダクト下部の側壁部２ｄには吸気穴２ａが形成されており、この穴を通って外気が、ダクト２と外壁１ａとの間に形成される空間に入り込む。更にダクト２の平面部の上部寄りには排気穴２ｂが形成されており、基板ブラケット３に取り付けた後述のファンが配置される。

図２（Ａ）は装置から主要な実装部品を除去した状態を示す背面図である。
基板ブラケット３は、アルミニウム合金製または鉄系合金製の板をプレス加工により所望の形状にした取付部材であり、ダクト２の外側に配置されて面光源装置１の外壁１ａに取り付けられる。基板ブラケット３は、面光源装置１に対向する平面部を有し、これには基板取り付け部３ａが形成されている。また基板ブラケット３の周辺部は面光源装置１側に折り曲げられ、その先端部は外側に屈曲されることで、面光源装置１の外壁１ａに対する固定部３ｂを形成している。つまり、基板ブラケット３は、固定部３ｂに設けた貫通穴にネジを通してダクト２とともに面光源装置１の外壁１ａに固定される。また、基板ブラケット３の平面部のうち、後述の実装基板の素子足（図１（Ｂ）の符号８参照）が配置される範囲には開口部３ｃが形成されている。以下では、基板ブラケット３に取り付けられた回路基板を第１回路基板とする。また面光源装置１の外壁１ａとダクト２の間に形成される流路４に配置された回路基板を第２回路基板とする。
図１（Ｂ）に示すように、流路４にて外気はダクト２の吸気穴２ａから進入し、ヒートシンク１３などの放熱部材で加熱された空気は排気穴２ｂからファン５などの送風手段によって強制排気される。ファン５は基板ブラケット３にネジ締結で取り付けられ、排気穴２ｂを塞ぐ位置にて流路４の空気を排気穴２ｂから外へ排出する。
図１（Ａ）に示す２つの実装基板６はいずれも第１回路基板であり、基板ブラケット３の開口部３ｃを覆うようにネジ締結で取り付けられている。本例では左側が電源供給回路部を構成し、右側がシステム制御回路部を構成している。各実装基板６の表面には電気部品やコネクタ７などが実装されている。図１（Ｂ）に示す素子足８は、実装基板６に実装される電気部品の半田実装用の金属線であり、実装基板６を構成する印刷回路基板の貫通穴を抜けて、面光源装置側に数ｍｍ程度突出している。

ケーブル９は、その一端部がコネクタ７に接続され、他端部が実装基板１０に接続される配線材であり、表面が絶縁性の樹脂で被覆されている。
実装基板１０やベース１２は、面光源装置１の外壁１ａとダクト２の間の流路４に配置されている。図３は装置から更に主要な部品を除去した状態を示す図であり、図１（Ｂ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
面光源装置１の外壁１ａに取り付けられる実装基板１０は第２回路基板であり、面光源装置１の光源部（不図示のＬＥＤ光源）に電力供給を行う回路部と、制御および輝度センサや温度センサの信号処理を行う回路部を構成する。本例では図３に示すように実装基板１０が中央と左端寄りの位置に分離して配置されており、それらの表面には図示しない電気部品やコネクタ１１が実装されている

ベース１２は面光源装置１の外壁１ａに密着状態で取り付けられており、ＬＥＤ光源が発する熱を伝達するための金属板である。例えばアルミニウム合金製のベース１２にはヒートシンク１３を用いた放熱構造が設けられており、ベース１２から受けたＬＥＤ光源の熱が、ヒートシンク１３のフィンで空気中に放散される。
図１（Ａ）や図２に示す配線用切り込み部１４は、ダクト２の平面部に加工した切り込み部（刃物による切断部分）であり、ケーブル９を通すために形成されている。ケーブル９は、その一端部がダクト２の外部にある実装基板６のコネクタ７に接続され、他端部はダクト２と外壁１ａとの間にある実装基板１０のコネクタ１１に接続される。作業者はケーブル９を配線用切り込み部１４に押し込むとき、弱い力でダクト２を貫通させることが出来る。

次に、図４を用いて、本実施形態における構成上の特徴を詳説する。
図４はダクト２のフランジ部２ｃ、および基板ブラケット３の固定部３ｂを外壁１ａに取り付ける様子を示す拡大図である。図４（Ａ）は基板ブラケット３の固定前の状態を示し、図４（Ｂ）は基板ブラケット３の固定状態を示す。
図４（Ａ）に示すように、固定部３ｂがフランジ部２ｃに当接する前の状態では、フランジ部２ｃの折り曲げ角度（Ａと記す）は鈍角に加工されている。この角度Ａはフランジ部２ｃが側壁部２ｄに対してなす外角である。作業者が固定部３ｂをフランジ部２ｃに当接させると、図４（Ｂ）に示すように、フランジ部２ｃの折り曲げ角度Ａは直角となって外壁１ａに密着する。よって、ダクト２と外壁１ａの隙間が生じないように防止できる。従来の構造では、金属部品の加工精度のバラツキが原因で生じる隙間を空気が通ることが問題となる。これに対し、本実施形態では、基板ブラケット３の固定部３ｂをダクト２の外側から外壁１ａにネジ締結で固定した状態にてダクト２と外壁１ａの密着度を十分に高めることができる。

次に、配線用切り込み部１４について説明する。配線穴から流入する空気はヒートシンクのフィンを通過し難いため、フィンが冷やされないという問題がある。従来の配線穴は板金加工で打ち抜いて形成されるため、その端面が配線穴を通る配線材の被覆に傷をつけないようにする必要があり、樹脂製のグロメットなどを装着している。これに対して、本実施形態の配線用切り込み部１４は薄刃による切り込み加工で形成されるので、配線材の被覆を傷つけることがなく、またグロメットなどの部品は不要である。
図２（Ｂ）に例示する配線用切り込み部１４において、２本の横線１４ａは水平方向の切り込み部を表し、縦線１４ｂは垂直方向の切り込み部を表す。破線１４ｃは、ケーブル９を貫通させる場合の、ダクト２の折れ曲がり線を表す。つまり、作業者がケーブル９を配線用切り込み部１４に挿通させる際に、破線１４ｃが折れ曲がる。配線用切り込み部１４に通すケーブル９の太さ、および先端のコネクタ形状（図示せず）に合わせて、横線１４ａの長さＢ、および縦線１４ｂの長さＣの寸法を決めることができる。

次に、ダクト２が電気絶縁性を有することについて説明する。
図１（Ｂ）に示す素子足８は電気部品のリード線であり、実装基板６の貫通穴を抜けて、面光源装置１側に突出している。このため、仮にダクト２が導電性を有する場合には、素子足８の接触を回避するために電気絶縁シートを設ける必要がある。しかし、表示装置全体の薄型化が求められる場合、電気絶縁シートの存在は装置全体の厚みの増加につながる。また電気絶縁シートの使用は、製品質量や部品点数の増加、延いてはコスト上昇につながる。そこで、本実施形態ではダクト２が電気絶縁性を有することで、電気絶縁シートを廃している。

以上に説明した構成上の特徴をまとめると、以下の通りである。
・面光源装置１の背面側に実装基板１０を搭載した構造において、面光源装置１の外壁１ａとダクト２によって空気の流路４を形成したこと。
・ＬＥＤ光源の熱は、外壁１ａに密着させたベース１２を介してヒートシンク１３に伝わり、フィンから流路４で放熱される構造にしたこと。
・可撓性を有するダクト２に形成したフランジ部２ｃは、その折り曲げ角度Ａ（図４参照）を鈍角とし、組み立て後に面光源装置１の外壁１ａに対して確実に密着すること。
・ダクト２には吸気穴２ａと排気穴２ｂを形成し、ファン５を用いて流路４の空気を排出すること。
・ケーブル９を貫通させるために、軟質樹脂製のダクト２に配線用切り込み部１４を形成し、ケーブル９の太さ等に合わせて切り込み部の長さＢおよびＣを調整できること。
・ダクト２を電気絶縁性の樹脂材で形成し、金属製の基板ブラケット３には実装基板６の素子足８の逃げ穴として開口部３ｃを設けたこと。

第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
１．吸入した空気を効率良くヒートシンク１３に通過させる流路４を実現できること。
面光源装置１に対して密着度の高い軟質樹脂製ダクト２を使用し、さらにはケーブル９の配線用切り込み部１４をダクト２に形成することで、空気漏れが最小限に抑えられる。切り込み部は、貫通するケーブル９の断面形状に合わせた形状にできるため、密閉性が更に向上し、延いては放熱効率の向上につながる。
２．ＬＥＤ光源の耐久性が向上すること。
ＬＥＤ光源の熱は、面光源装置１の外壁１ａに密着するベース１２を介してヒートシンク１３に伝わり、フィンから流路内の空気に伝わって強制空気冷却により排出される。
３．表示装置全体の厚みが薄くなり、商品性が向上すること。
これは、金属製ヒートシンク１３と実装基板６の素子足８との間に電気絶縁性のダクト２が配置されること、更には金属製の基板ブラケット３に開口部３ｃを設け、面光源装置１に対して実装基板６を近づけて配置できることに拠る。また従来の構造において実装基板６に対して配置されていた電気絶縁シートが不要となるので、その分、薄型化に寄与する。
４．部品点数およびコストを低減し、装置を軽量化できること。
前記電気絶縁シートが不要となり、また、従来必要だった金属エッジ対策用のグロメットが不要となる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態を説明する。
図５（Ａ）は、外壁とダクトの間に形成される空間に配置される部品の配置例を示す背面図であって、図５（Ｂ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。図５（Ｂ）は縦断面図であり、左方が正面側である。以下では、第１実施形態に示す構成との相違点を中心に説明し、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によってそれらの説明を省略する。
面光源装置２０内には、液晶表示パネルのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を駆動するためのドレイン基板（図示せず）が実装されている。面光源装置２０の背面は平坦な外壁２０ａとされ、ダクト２が取り付けられる。ダクト２の延長部２２は、フランジ部２ｃの一部を面光源装置２０の外周方向に延長した部分であり、面光源装置２０の天面に廻り込むように折り曲げられ、正面側へ延びている。
コントローラ基板２３は第２回路基板であり、液晶表示パネルへ出力する映像信号を制御する回路部を構成している。その表面には図示しない複数の電気部品や、入力コネクタ２３ａ、出力コネクタ２３ｂが実装されている。なお、発熱量の多い素子を実装している制御基板を流路４に配置すると、空気冷却効果によって制御基板の信頼性が向上する。
フラットケーブル２４は、その一方の接続部が出力コネクタ２３ｂに接続されており、ダクト２の延長部２２の表面に沿って延在する。フラットケーブル２４の他方の接続部は、面光源装置２０内部のドレイン基板（図示せず）に接続されている。また、複数のケーブルを断面丸型に結束した入力ケーブル２５は、その一方の接続部が実装基板６のコネクタ７に接続され、他方の接続部はコントローラ基板２３の入力コネクタ２３aに接続されている。ここで、フラットケーブル２４と入力ケーブル２５をダクト２に貫通させるための切り込み部の形状について説明する。

図６（Ａ）は、フラットケーブル２４を接続するために、ダクト２の側面（本例では天面）に貫通させる配線用切り込み部２６の形状例を示す図である。
配線用切り込み部２６は、ダクト２の天面部にて切り込み加工（刃物による切断）によってＨ字状に形成されている。２本の縦線２６ａは垂直方向の短い切り込み部を表しており、それらの間に位置する横線２６ｂは、フラットケーブル２４に断面形状に対応する水平方向の切り込み部を表している。横線２６ｂに示す切り込み部の長さは、フラットケーブル２４の幅にほぼ一致しており、フラットケーブル２４を配線用切り込み部２６に通すと、破線２６ｃに示す折れ曲がり線の位置でダクト２が僅かに内側（奥行き方向）に曲がる。すなわち、横線２６ｂで示す水平方向の切り込み部には、フラットケーブル２４の厚みに相当する隙間が空く。
図６（Ｂ）は、入力ケーブル２５を貫通させるために、ダクト２の背面部に形成される配線用切り込み部２７の形状例を示す図である。
配線用切り込み部２７は、ダクト２の背面部にて切り込み加工（刃物による切断）によって放射状に形成される。互い交差する４本の線分２７ａは切り込み部をそれぞれ表している。入力ケーブル２５を配線用切り込み部２７に通すと、破線２７ｂに示す折れ曲がり線の位置でダクト２が僅かに内側に曲がる。すなわち、４つの切り込み部の交点の位置には、入力ケーブル２５の太さに相当する隙間が空く。配線用切り込み部２７に通すケーブルの太さに合わせて切り込み部の寸法Ｆを調整することで、入力ケーブル２５をダクト２に通す場合の密閉性を制御できる。

以上に説明した構成上の特徴をまとめると、以下の通りである。
・液晶表示パネルのドレイン基板を制御するコントローラ基板２３を、面光源装置２０とダクト２で形成した空間に配置したこと。
・コントローラ基板２３からの制御信号をドレイン基板に伝えるフラットケーブル２４がダクト２を貫通する構造にしたこと。
・ダクト２の延長部２２を、面光源装置２０の背面から天面に沿って配置したこと。
・フラットケーブル２４を通す配線用切り込み部２６は、両端に切り込み部（縦線２６ａ）を有し、その間に切り込み部（横線２６ｂ）を有すること。
・入力ケーブル２５を通す配線用切り込み部２７は、該ケーブルの円形断面に合わせて同じ長さの切り込み部（線分２７ａ）が、二等分位置を交点として放射状に形成されること。

第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて以下の効果が得られる。
１．発熱する素子を実装しているコントローラ基板２３の信頼性が向上すること。
これは、吸入した空気が効率よくヒートシンク１３を通過する流路４内にコントローラ基板２３を配置できるためである。
２．フラットケーブル２４の配線が容易であること。
液晶表示パネルのドレイン基板へ接続するフラットケーブル２４は、ダクト２の延長部２２に沿って面光源装置２０内に引き込まれるため、フラットケーブル２４の被覆を破損する心配がない。
３．ダクト２に配線穴を形成する場合の密閉性が向上すること。
ダクト２には、これを貫通する配線材の断面形状に合わせた切り込み部を直線状に形成できるので、ダクト２の密閉性が向上し、放熱効率が高まる。

１ 面光源装置
１ａ 外壁
２ ダクト
２ａ 吸気穴
２ｂ 排気穴
２ｃ フランジ部
２ｄ 側壁部
３ 基板ブラケット
３ｃ 開口部
４ 流路
５ ファン
６，１０，２３ 基板
９ ケーブル
１３ ヒートシンク
１４，２６，２７ 配線用切り込み部
２３ コントローラ基板

Claims (6)

1. 画像表示手段と面光源装置を有し、該面光源装置と通気用部材との間に空気の流路を形成した放熱構造を有する表示装置であって、
   電気絶縁性及び可撓性を有する樹脂材で形成した前記通気用部材を前記面光源装置の外壁に取り付けて前記流路を形成し、
   前記流路には前記面光源装置の光源部に電力供給を行う回路基板及び該光源部が発する熱を放熱する放熱部材を配置し、
   前記通気用部材に形成した吸気穴から外気を前記流路内に取り入れ、前記放熱部材によって加熱された空気を前記通気用部材に形成した排気穴から送風手段で排気するようにし、
   前記通気用部材の外側から前記面光源装置の外壁に取り付けられる取付部材を備え、
   前記取付部材に取り付けられた第１回路基板と、前記流路に配置された第２回路基板とを接続する配線材と、
   前記配線材を前記通気用部材に貫通させる切り込み部を有する
   ことを特徴とする表示装置。
2. 前記通気用部材のフランジ部を外側に折り曲げた形状とし、該フランジ部に前記取付部材を当接させ、前記通気用部材をその側壁部が前記面光源装置の外壁に対して垂直となる状態で取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記放熱部材は前記流路に沿って延びるフィンを有するヒートシンクであることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記画像表示手段に映像信号を供給する制御基板を前記流路に配置し、
   前記通気用部材の延長部を前記フランジ部から前記面光源装置の側面にかけて配置するとともに、前記制御基板からの配線材を前記通気用部材に形成した切り込み部から引き出して前記通気用部材の延長部に沿って配置したことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
5. 前記配線材の断面形状に対応する、直線状の切り込み部とこれに交差する直線状の切り込み部を前記通気用部材に形成したことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 前記取付部材に形成した開口部を覆う位置に前記第１回路基板を取り付け、
   前記第１回路基板に実装された電気部品のリード線を前記開口部から前記面光源装置側に突出させ、該リード線と前記放熱部材との間に前記通気用部材を位置させたことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の表示装置。
   

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