JPWO2011135973A1 - バックライトユニットおよび液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、放熱特性の優れたバックライトユニットを提供することを目的とし、本発明によるバックライトユニット(100)は、シャーシ(110)と、シャーシ(110)に取り付けられた光源(120)とを備える。光源(120)としてLEDが好適に用いられる。シャーシ(110)は、アルミニウム基材またはアルミニウム層と、アルミニウム基材またはアルミニウム層の表面に設けられたポーラスアルミナ層(114a)または封孔処理の行われたポーラスアルミナ層とを有する。
Description
本発明は、バックライトユニットおよび液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、軽量、薄型および低消費電力等の利点を有しており、携帯電話の表示部等の小型の表示装置としてだけでなく大型テレビジョンとしても利用されている。液晶パネルは、ブラウン管(Cathode Ray Tube:CRT)やプラズマディスプレイパネル(Plasma Display Panel:PDP)などの自発光型パネルとは異なり、液晶パネル自体は発光しない。このため、一般に、高輝度を呈する液晶表示装置では、液晶パネルの裏面に配置されたバックライトユニットの光を利用して表示を行う。
バックライトユニット内において光源はシャーシに取り付けられるため、シャーシは、ある程度の強度を必要とする。例えば、特許文献1には、冷延鋼板から形成されたシャーシを備えるバックライトユニットが開示されている。なお、特許文献1のバックライトユニットでは、シャーシに光源を固定するための孔が形成されている。
しかしながら、特許文献1のシャーシでは、バックライトユニットの放熱特性が十分ではなく、動作が不安定となることがある。また、近年、いわゆるテレビジョン装置以外の表示装置として、デジタルサイネージが注目されている。屋外で太陽光下に設置されたデジタルサイネージに液晶表示装置を用いる場合、視認可能な表示を行うためにはバックライトユニットの輝度を充分に高くする必要がある。この場合、バックライトユニットにおいて発生する熱によって動作が不安定になるおそれがある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱特性に優れたバックライトユニットおよび液晶表示装置を提供することにある。
本発明によるバックライトユニットは、シャーシと、前記シャーシに取り付けられた光源とを備えるバックライトユニットであって、前記シャーシは、アルミニウム基材またはアルミニウム層と、前記アルミニウム基材またはアルミニウム層の表面に設けられたポーラスアルミナ層または封孔処理の行われたポーラスアルミナ層とを有する。
ある実施形態において、前記バックライトユニットは前記光源を制御する光源制御回路をさらに備える。
ある実施形態において、前記シャーシは、前面および背面を有しており、前記光源は前記シャーシの前記前面に設けられており、前記光源制御回路は前記シャーシの前記背面に設けられている。
ある実施形態において、前記シャーシには開口部が設けられており、前記バックライトユニットは、前記開口部に設けられた、前記光源制御回路と前記光源とを電気的に接続する接続部をさらに備える。
ある実施形態において、前記光源は発光ダイオードを含む。
ある実施形態において、前記バックライトユニットは、送風ファンおよび排熱ファンの少なくとも一方をさらに備える。
本発明によるバックライトユニットは、前面および背面を有するシャーシと、前記シャーシの前記前面に取り付けられた発光ダイオードと前記シャーシの前記背面に設けられたファンとを備える。
ある実施形態において、前記ファンは、送風ファンおよび排熱ファンの少なくとも一方を含む。
ある実施形態において、前記送風ファンは、前記シャーシの前記背面の法線方向とほぼ平行に取り付けられる。
ある実施形態において、前記排熱ファンは、前記シャーシの前記背面の法線方向とほぼ垂直に取り付けられる。
本発明による液晶表示装置は、液晶パネルと、前記液晶パネルに光を照射する、上記に記載のバックライトユニットとを備える。
本発明によるデジタルサイネージは、上記に記載の液晶表示装置を備える。
本発明によれば、放熱特性に優れたバックライトユニットおよび液晶表示装置を提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明によるバックライトユニットおよび液晶表示装置の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
(実施形態1)
以下に、本発明によるバックライトユニットの第1実施形態を説明する。図1(a)に、本実施形態のバックライトユニット100の模式的な前面図を示す。バックライトユニット100は、シャーシ110と、シャーシ110に取り付けられた光源120とを備えている。光源120として、例えば、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)が用いられる。また、光源120として、冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp:CCFL)を用いてもよい。ただし、光源120としてLEDを用いることにより、消費電力の抑制、および、コントラスト比の向上を図ることができる。
以下に、本発明によるバックライトユニットの第1実施形態を説明する。図1(a)に、本実施形態のバックライトユニット100の模式的な前面図を示す。バックライトユニット100は、シャーシ110と、シャーシ110に取り付けられた光源120とを備えている。光源120として、例えば、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)が用いられる。また、光源120として、冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp:CCFL)を用いてもよい。ただし、光源120としてLEDを用いることにより、消費電力の抑制、および、コントラスト比の向上を図ることができる。
図1(b)に、シャーシ110の模式的な分解斜視図を示す。本実施形態のバックライトユニット100では、シャーシ110は、アルミニウム基材112と、封孔処理の行われたポーラスアルミナ層114aとを有している。ポーラスアルミナ層114aは、アルミニウム基材112の表面に設けられている。強度の観点から、アルミニウム基材112の厚さは1.0mm以上であることが好ましく、例えば、1.5mmである。ポーラスアルミナ層114aの厚さは例えば約10μmである。なお、ポーラスアルミナ層114aが厚いほど放熱性が向上するが、加工時間およびそれに伴うコストが増大する。シャーシ110の内部には、熱伝導率の比較的高いアルミニウム基材112が存在し、アルミニウム基材112の表面には、熱放射率の比較的高い酸化アルミニウムから形成されたポーラスアルミナ層114aが設けられている。
光源120が点灯する場合、光源120に供給される電流によって熱が発生する。このような熱がシャーシ110に伝達されると、熱は、熱伝導率の高いアルミニウム基材112の全体に効率的に伝達し、熱放射率の高いポーラスアルミナ層114aによって効率的に外部に放射される。このため、シャーシ110は、バックライトユニット100において発生した熱を効率的に外部に放出させることができ、動作安定性を確実にすることができる。
例えば、シャーシ110は以下のように形成される。まず、厚さ1.5mmのアルミニウム基材112を用意する。アルミニウム基材112は剛性の比較的高いものであり、例えば、アルミニウム基材112におけるアルミニウムの純度は99.50質量%以上99.99質量%未満である。アルミニウム基材112は不純物を含んでいる。この不純物は、Fe、Si、Cu、Mn、Zn、Ni、Ti、Pb、SnおよびMgからなる群から選択された少なくとも1つの元素であり、アルミニウム基材112は不純物としてMgを含むことが好ましい。このようなアルミニウム基材はアルミニウム合金とも呼ばれる。
次に、アルミニウム基材112に対して陽極酸化を行う。陽極酸化は、例えば、濃度10質量%以上20質量%以下、浴温20℃以上30℃以下の硫酸水溶液を電解液として用い、電流密度DCが1A/dm2以上2A/dm2以下、印加電圧10V以上30V以下で、10分以上30分以下の間アルミニウム基材112を浸漬させることによって行われ、これにより、ポーラスアルミナ層が形成される。なお。このような陽極酸化はアルマイト処理とも呼ばれ、アルマイト処理によって形成された膜はアルマイト膜とも呼ばれる。
なお、必要に応じて陽極酸化後にエッチング処理を行ってもよい。エッチング処理により、陽極酸化によって形成された細孔の孔径および深さを増大させることができる。エッチング処理は、例えば、10質量%の燐酸や、蟻酸、酢酸、クエン酸などの有機酸の水溶液やクロム燐酸混合水溶液を、エッチング液として用いて行われる。また、必要に応じて上述した陽極酸化およびエッチング処理を繰り返し行ってもよい。
その後、封孔処理を行う。例えば、封孔処理は、加圧水蒸気、沸騰水を用いて行う。具体的には、数気圧の水蒸気を付与することによって封孔処理を行ってもよい。あるいは、pH5.5〜6.5程度に調製された沸騰水で数十分間加熱することによって封孔処理を行ってもよい。また、いずれの場合にも、酢酸ニッケル等の封孔剤を添加してもよい。以上のようにしてシャーシ110が形成される。
図2に、バックライトユニット100の模式的な分解側面部を示す。シャーシ110は前面110aおよび背面110bを有しており、光源120はシャーシ110の前面110aに設けられている。バックライトユニット100には、光源120を制御する光源駆動部130がさらに設けられている。シャーシ110の前面110aに光源120が設けられているのに対して、シャーシ110の背面110bに光源駆動部130が設けられている。なお、シャーシ110には開口部116(図5(b)参照)が設けられており、光源120と光源駆動部130との電気的な接続は開口部116を介して行われる。
光源駆動部130は、光源制御回路132と、光源制御回路132を支持する光源制御基板134を有している。光源制御回路132は集積チップとして実装される。例えば、光源制御回路132の動作保証温度は約120℃である。また、光源制御基板134は、絶縁性基板と、絶縁性基板上に設けられた配線とを有している。絶縁性基板は、例えば、Flame Retardant Type 4(FR4)である。
光源駆動部130が光源120を駆動する場合、光源駆動部130から熱が発生する。なお、一般に、光源駆動部130において発生する熱量は光源120において発生する熱量よりも高く、光源駆動部130の温度は光源120よりも高い。光源駆動部130が駆動する場合に光源駆動部130から発生する熱がシャーシ110に伝達されると、熱は、熱伝導率の高いアルミニウム基材112によってアルミニウム基材112全体に効率的に伝達し、熱放射率の高いポーラスアルミナ層114aによって効率的に外部に放射される。このため、シャーシ110は、光源駆動部130から発生した熱を効率的に外部に放出させることができ、動作安定性を確実にすることができる。なお、光源120の取り付けられたシャーシ110は、例えば、カバー部材(ここでは図示せず)によってカバーされる。
図3に、バックライトユニット100を備える液晶表示装置10の模式図を示す。液晶表示装置10は、バックライトユニット100と、液晶パネル20とを有している。
液晶パネル20は、複数の行および複数の列のマトリクス状に配列された複数の画素を有している。典型的には、画素として赤画素、緑画素および青画素が設けられており、赤画素、緑画素、青画素から構成されたカラー表示画素が任意の色の表示単位として機能する。なお、カラー表示画素は、赤、緑および青画素以外に別の画素(例えば、黄画素)をさらに有してもよい。例えば、カラー表示画素は、赤、緑および青画素以外に白画素をさらに有してもよく、これにより、輝度を効率的に増加させることができる。なお、ここでは図示しないが、液晶パネル20は、前面基板、背面基板、および、それらに挟まれた液晶層を備えている。
バックライトユニット100は直下型であってもよい。例えば、シャーシ110から液晶パネル20までの間に、順番に、拡散板、レンズシート(H2K)、輝度向上フィルム(Brightness Enhanncement Film:BEF)、別の輝度向上フィルム(Dual Brightness Enhancement Film:DBEF)が設けられてもよい。
あるいは、バックライトユニット100はエッジ型であってもよい。例えば、カバー部材内には、光源120の取り付けられたシャーシ110とともに導光板が設置されてもよい。
図4に、液晶表示装置10のブロック図を示す。液晶表示装置10は、液晶パネル20と、信号入力部30と、映像処理部40と、信号変換部50と、光源駆動部130と、バックライトユニット100とを備えている。信号入力部30には入力映像信号が入力される。映像処理部40は、入力映像信号に基づいて表示信号およびバックライト駆動信号を生成する。信号変換部50は、表示信号に基づいて走査信号およびソース信号等を生成する。光源駆動部130は、バックライト駆動信号に基づいて光源120(図2参照)を制御する。例えば、光源駆動部130はタイミングコントローラ内に設けられる。なお、後述するように、光源駆動部130は、バックライトユニット100に取り付けられてもよい。また、信号入力部30、映像処理部40および信号変換部50のいずれかは、液晶パネル20の額縁領域に実装されてもよい。なお、光源駆動部130は、必要に応じて領域ごとに光源120の点灯を制御してもよく、これにより、コントラスト比の高い表示を行うことができる。
上述したように、光源120としてLEDが好適に用いられる。本明細書において、光源120としてLEDを用いた場合の光源駆動部、光源制御回路および光源制御基板をそれぞれLED駆動部、LED制御回路およびLED制御基板と呼ぶことがある。
ここで、図5を参照してバックライトユニット100を説明する。図5(a)に、バックライトユニット100の背面を示す。LED駆動部130はシャーシ110の背面110bの中央に配置されており、フレキシブル基板136はLED駆動部130から左方向または右方向に延びている。なお、ここでは、フレキシブル基板136は、シャーシ110の背面110bに配置されているが、本発明はこれに限定されない。ただし、フレキシブル基板136をシャーシ110の前面110aに設けたとすると、フレキシブル基板136で覆われる部分にはLED120を設置できず、輝度ムラが発生することがある。また、フレキシブル基板136をシャーシ110の側面に設けたとすると、額縁領域が拡大してしまうことになる。このため、フレキシブル基板136をシャーシ110の背面110bに配置することが好ましく、これにより、LED120の輝度ムラおよび額縁領域の拡大を抑制することができる。なお、ここでは、フレキシブル基板136は、シャーシ110の背面110bに左列および右列の2列のそれぞれに複数の行にわたって配列されており、ここでは、24枚のフレキシブル基板136が12行2列に配列されている。
図5(b)は、図5(a)に示したバックライトユニット100から、紙面に対して向かって右上のフレキシブル基板136を1枚取り外した図である。図5(b)に示すように、シャーシ110には、各フレキシブル基板136に対応して開口部116が設けられている。
図5(c)に、バックライトユニット100の前面を示す。シャーシ110の前面110aには、それぞれが横方向に延びた複数のLED基板122が貼り付けられており、各LED基板122には複数のLED120が設けられている。このようにLED120はLED基板122を介してシャーシ110に取り付けられる。
なお、シャーシ110の前面110aのLED基板122は、シャーシ110の背面110bのフレキシブル基板136に対応して設けられている。具体的には、LED基板122は、シャーシ110の前面110aに左列および右列の2列のそれぞれにおいて複数の行にわたって配列されており、24枚のLED基板122が12行2列に配列されている。
図5(d)に、LED基板122の背面を示す。LED基板122の背面には接続部124が取り付けられている。接続部124のサイズは、図5(b)に示したシャーシ110の開口部116のサイズと整合するように設計されている。LED基板122をシャーシ110の前面110aに取り付けた場合、接続部124がシャーシ110の開口部116から背面110bに突出し、この接続部124をフレキシブル基板136と連絡させることができる。このように、光源120は、接続部124およびフレキシブル基板136を介してLED制御回路132と電気的に接続する。
図5(e)に、LED基板122の前面を示す。LED基板122の前面には複数のLED120が設けられている。
図5(f)に、LED基板122における1つのLED120の断面を示す。LED120とLED基板122との間は配線126が設けられている。LED基板122を多層構造にすることにより、LED基板122に設けられる回路を省略することなく配線126の幅を増大させることができ、LED120に大電流を供給することができる。なお、LED基板122の背面にも配線を形成してもよい。また、LED基板122の少なくとも前面側のLED120の設置されていない領域に白色塗料を付与することが好ましい。
以上から理解されるように、LED120は、フレキシブル基板136を介してLED駆動部130と電気的に接続されている。なお、ここでは、LED120はLED基板122を介してシャーシ110の前面110aに取り付けられていたが、本発明はこれに限定されない。LED120はLED基板122に取り付けられることなくシャーシ110の前面110aに取り付けられてもよい。
液晶表示装置10を一般的なテレビジョン装置として用いる場合には、バックライトユニット100は500cd/m2程度の輝度を有する必要があるのに対して、屋外下で用いられるデジタルサイネージに液晶表示装置10を用いる場合には、バックライトユニット100は1000cd/m2以上(さらに好ましくは2500cd/m2程度)の輝度を有する必要がある。
例えば、52インチの液晶表示装置10を一般的なテレビジョン装置として用いる場合に、バックライトユニット100の出力輝度は約450cd/m2であり、光源120および光源駆動部130の全電力は約100Wであり、約1.0Aの電流が流れる。これに対して、52インチの液晶表示装置10をデジタルサイネージ用のディスプレイとして用いる場合、バックライトユニット100の出力輝度は約2000cd/m2であり、光源120および光源駆動部130の全電力は約400Wであり、約9.0Aの電流が流れる。このように大電流が流れる場合、バックライトユニットの放熱特性の改善がさらに求められる。
以下、比較例1のバックライトユニットと比較して本実施形態のバックライトユニット100の利点を説明する。まず、図6を参照して比較例1のバックライトユニットを説明する。図6(a)に比較例1のバックライトユニット700の模式的な前面図を示し、図6(b)にバックライトユニット700の模式的な分解側面図を示す。
バックライトユニット700は、シャーシ710が電気亜鉛メッキ鋼板(Steel Electrolytic Cold Commercial:SECC)から形成されている点を除いてバックライトユニット100と同様の構成を有している。なお、バックライトユニット700では、シャーシ710とLED720との導通を防ぐために、LED720はシャーシ710の前面710a上に絶縁シート750を介して設けられている。
以下に、図7を参照して、バックライトユニット100、700の複数箇所の温度の測定結果を説明する。温度の測定は、シャーシ110、710の背面110b、710b、LED120、720およびLED制御回路132、732に対して熱電対を用いて行われた。バックライトユニット100の測定は、図4に示した映像処理部40および/またはLED駆動部130において生成される信号のパラメータを調整することによって行われ、バックライトユニット700の測定も同様に行われる。図7において、横軸は、LED120、720の点灯を開始してからの時間を示し、縦軸は、バックライトユニット100、700の各箇所の温度を示す。
図7(a)は、バックライトユニット700の温度変化を示すグラフである。図7(a)において、A1はLED制御回路732の温度変化を示し、A2はLED720の温度変化を示し、A3はシャーシ710の背面710bの温度変化を示す。なお、バックライトユニット700から離れた空気中の温度は約22℃である。
図7(b)は、バックライトユニット100の温度変化を示すグラフである。図7(b)において、B1はLED制御回路132の温度変化を示し、B2はLED120の温度変化を示し、B3はシャーシ110の背面110bの温度変化を示す。なお、ここでは、比較のために、LED120はシャーシ110の前面110a上に絶縁シート150(図10参照)を介して設けられている。
図7(a)および図7(b)から理解されるように、温度は40分程度で平衡状態となる。図7(a)および図7(b)のそれぞれに平衡状態に達した温度を示しており、本明細書において、このような温度を平衡温度とも呼ぶ。また、図7(a)および図7(b)の比較から理解されるように、バックライトユニット100における各箇所の平衡温度はバックライトユニット700よりも7〜10℃程度低い。シャーシ110では、表面に、熱放射率の高いポーラスアルミナ層114aが設けられているため、放熱性が向上していると考えられる。また、シャーシ110の内部にはSECCよりも熱伝導率の高いアルミニウム基材112が存在しているため、シャーシ110に伝達された熱はシャーシ110全体に広がり、結果として、シャーシ110全体で放熱が効率的に行われていると考えられる。なお、シャーシ110内の平衡温度を比較すると、LED制御回路132の平衡温度が最も高く、シャーシ110の背面110bの平衡温度が最も低い。
図8に、バックライトユニット100、700の平衡温度を示す。ここでは、LED120、720およびLED駆動部130、730の温度を測定している。
なお、バックライトユニット100は複数のLED120を備えているが、LED120の順方向電圧Vfは一定ではなく、ばらつきが生じている。すべてのLED120を点灯させる場合、LED駆動部130が、順方向電圧Vfの高いLED120を点灯させるように各LED120に共通の電力を供給すると、順方向電圧Vfの低いLED120には過剰な電力が供給されることになる。このため、LED駆動部130は、順方向電圧Vfの低いLED120に過剰な電力が供給されることを抑制してもよい。この場合、この電力はLED制御回路132において熱として発生する。
図8から理解されるように、LED120、720、LED駆動部130、730の平衡温度は、カバー部材を設けたことにより、20℃以上増加する。これは、カバー部材によって、空気の流れが妨害されるためと考えられる。
次に、バックライトユニット100、700の平衡温度を個別に検討する。カバー部材を設けない場合、バックライトユニット700においてLED720の平衡温度はLED駆動部730よりも高い。これは、LED720の順方向電圧Vfの平均値が高いため、過剰な電力供給が必要となり、LED720において多くの熱が発生するためと考えられる。また、カバー部材を設けない場合、バックライトユニット100においてLED駆動部130の平衡温度はLED120よりも高い。これは、シャーシ110により、LED120において発生した熱が効率的に放出されたためと考えられる。
これに対して、カバー部材を設けた場合、バックライトユニット700においてLED720の平衡温度はLED駆動部730よりも低い。これは、カバー部材により、LED駆動部730からの熱が放出されにくくなるためと考えられる。また、カバー部材を設けた場合、バックライトユニット100においてLED駆動部130の平衡温度はLED120よりも高い。これは、シャーシ110により、LED120において発生した熱が効率的に放出されただけでなく、カバー部材により、LED駆動部130からの熱が放出されにくくなるためと考えられる。
次に、LED120およびLED720の平衡温度に着目する。カバー部材を設けない場合、LED120の平衡温度はLED720よりも10℃以上低い。また、カバー部材を設けた場合、LED120の平衡温度はLED720よりも10℃以上低い。このように、シャーシ110、710に応じて、LED120の平衡温度はLED720よりも低下する。LED120、720の平衡温度の違いは、シャーシ110、710の違いが寄与していると考えられる。なお、カバー部材を設けたことによるLED120、720の平衡温度の変化量は互いにほぼ等しい。これは、LED120、720の消費電力がほぼ同程度であるためと考えられる。
次に、LED駆動部130およびLED駆動部730の平衡温度に着目する。カバー部材を設けない場合、LED駆動部130の平衡温度はLED駆動部730とほぼ等しい。同様に、カバー部材を設けた場合も、LED駆動部130の平衡温度はLED駆動部730とほぼ等しい。これは、LED駆動部130、730は、LED120、720の順方向電圧Vfに応じてLED120、720を駆動しており、LED駆動部130、730からの発熱量がほぼ等しいためと考えられる。
また、カバー部材の有無に応じたLED駆動部130、730の平衡温度の変化はLED120、720の平衡温度の変化よりも大きい。LED駆動部130、730は、LED120、720よりもカバー部材の近くに配置されており、LED駆動部130、730は自身の熱伝導率の低い絶縁性基板((例えば、FR4)とカバー部材との間に挟まれるため、LED120、720よりも温度が上がりやすいと考えられる。
なお、ここで、熱放射率に着目すると、SECCの熱放射率は0.1未満と極めて低いのに対してシャーシ110の平均輻射率は、ポーラスアルミナ層114の厚さにも依存するが、約0.78と高い。なお、酸化アルミニウムの熱放射率は0.85である。
また、熱伝導率に着目すると、SECCの熱伝導率は53W/mkであるのに対して、アルミニウム基材112の熱伝導率は120W/mKである。なお、純アルミニウムの熱伝導率は236W/mKとさらに高いが、純アルミニウムは十分な強度を有していない。
なお、アルミニウムは十分な強度を有しないものがあるが、アルミニウム基材112としてSECCよりも機械的強度が比較的高いものを用いることが好ましい。SECCの引っ張り強さ、耐力および伸びは、それぞれ、350N/mm2、213N/mm2、21%である。これに対して、アルミニウム基材112として、例えば、引っ張り強さ、耐力および伸びがそれぞれ、400N/mm2、310N/mm2、12%のアルミニウム合金が好適に用いられる。あるいは、アルミニウム基材112として5000系のアルミニウム合金を用いてもよい。例えば、アルミニウム基材112として、引っ張り強さ、耐力および伸びがそれぞれ、240N/mm2、190N/mm2、12%の%のアルミニウム合金を用いてもよい。
なお、上述したように、バックライトユニット700では、シャーシ710とLED720との導通を抑制するためにシャーシ710とLED720との間に絶縁シート750を設けている。このため、放熱性の観点からは、LED720で発生した熱はシャーシ710に伝達しにくい。また、絶縁シート750として放熱性の比較的高い絶縁放熱シートを用いたとしても、その排熱効果は小さい。これは、絶縁放熱シートを粘着させる粘着層部分が、熱伝導率の低い樹脂から形成されているためと考えられる。
なお、ポーラスアルミナ層114aの厚さが10μmである場合、絶縁破壊電圧は540Vであり、ポーラスアルミナ層114aの厚さが6μmの場合、絶縁破壊電圧は360Vである。このように、シャーシ110とLED基板122との絶縁耐性は充分である。
また、ポーラスアルミナ層114aの厚さが10μmの場合、ポーラスアルミナ層114aの表面ビッカース硬度Hvは200程度であり、一般的なアルミニウム基材の表面ビッカース硬度Hv(50)よりも高く、ステンレス鋼の表面ビッカース硬度Hv(150〜200)と同等である。
アルミニウムの比重(Al:2.7)はSECC(Fe:7.8)に比べて約1/3であり、シャーシ110は比較的軽いため、搬送および設置に関するコストを抑制でき、特に壁掛け用の液晶表示装置10に好適に利用される。また、ポーラスアルミナ層114aが設けられていることにより、耐腐食性も向上される。
なお、本実施形態のバックライトユニット100では、シャーシ110がポーラスアルミナ層114aを有しているため、シャーシ110と光源120と間の絶縁性を向上させることができ、絶縁シートを用いなくてもよい。もちろん、必要に応じて、シャーシ110とLED基板122との間に絶縁シートを設けてもよい。
次に、比較例1および比較例2のバックライトユニットと比較して本実施形態のバックライトユニット100の利点を説明する。比較例1のバックライトユニット700は、図6を参照して説明したのと同様であり、ここでは説明を省略する。
図9を参照して比較例2のバックライトユニット800を説明する。図9(a)に比較例2のバックライトユニット800の模式的な前面図を示し、図9(b)にバックライトユニット800の模式的な分解側面図を示す。
バックライトユニット800は、陽極酸化を行っていないアルミニウム基材から形成されたシャーシ810を有する点を除いてバックライトユニット100と同様の構成を有している。バックライトユニット800でも、シャーシ810とLED820との導通を防ぐために、LED820はシャーシ810の前面810a上に絶縁シート850を介して設けられている。なお、アルミニウム基材表面の自然酸化膜の厚さは約数nm〜数十nm程度である。
なお、以下に、バックライトユニット100、700、800のそれぞれにおいて、1つのLED基板122、722、822およびそれに対応するサイズのシャーシ110、710、810を備えるモデルを作製してLED120、720、820を点灯させた状態でバックライトユニット100、700、800の複数の箇所の温度を測定した結果を説明する。なお、このモデルのシャーシ110、710、810の主面はそれぞれ縦約10cm、横約30cmである。
まず、これらのモデルを説明する。図10(a)にバックライトユニット100のモデルの模式的な前面図を示し、図10(b)に上面図を示す。なお、ここでは、バックライトユニット100においてもバックライトユニット700、800と同様に、LED120は絶縁シート150を介してシャーシ110の前面110aに取り付けられている。また、カバー部材に代えてモデルの外枠を発泡スチロールで覆い、その表面にはレンズシートとしてH2Kシートを配置している。また、H2Kシートに代えてBEFを用いてもよい。なお、バックライトユニット700、800のモデルは、シャーシ710、810が異なる点を除いてバックライトユニット100のモデルと同様に作製される。
ここで、各材料の熱放射率に着目する。上述したように、SECCの熱放射率は0.1未満と極めて低い。また、純アルミニウムの熱放射率は0.03であり、一般的なアルミニウムの平均輻射率は0.14と低い。これに対して、シャーシ110の平均輻射率は、ポーラスアルミナ層114の厚さにも依存するが、約0.78と高い。なお、酸化アルミニウムの熱放射率は0.85である。
また、各材料の熱伝導率に着目する。上述したように、SECCの熱伝導率は53W/mkである。また、純アルミニウムの熱伝導率は236W/mKと高いが、十分な強度を有していない。なお、一般的なアルミナの熱伝導率は29W/mKである。これに対して、アルミニウム基材112の熱伝導率は120W/mKである。
以下に、図11を参照して、バックライトユニット100、700、800のモデルの平衡温度を説明する。なお、ここでは、同一条件および同一箇所におけるバックライトユニット100、700、800の平衡温度の比較が重要であり、平衡温度の絶対値が重要ではないことに留意されたい。具体的には、ここでは、サイズの小さく、かつ、発熱量の少ない、バックライトユニット100、700、800のモデルにおける平衡温度を比較しており、バックライトユニット100、700、800のモデルの平衡温度の差はバックライトユニット100、700、800の実際の平衡温度の差よりも小さい。
図11(a)に、バックライトユニット100、700、800のLED基板122、722、822の平衡温度を示す。図10に、測定箇所をLと示している。
バックライトユニット100、700、800のうちバックライトユニット700の平衡温度が最も高い。これは、シャーシ710が熱放射率の比較的低いSECCから形成されており、LED基板722において発生した熱が絶縁シート750およびシャーシ710を介して放出されにくいためと考えられる。また、バックライトユニット100の平衡温度が最も低い。これは、シャーシ110の表面は熱放射率の比較的高いポーラスアルミナ層114aから形成されており、LED基板122において発生した熱が絶縁シート150およびシャーシ110を介して放出されやすいためと考えられる。このように、平衡温度は、シャーシ110、710、810の主として熱放射率の大きさに応じて異なると考えられる。
図11(b)に、シャーシ110、710、810の背面110b、710b、810bのうちのLED基板122、722、822と重なる領域のそれぞれの温度を示すグラフである。図10に、この測定箇所をMと示している。
バックライトユニット100、700、800のうち、バックライトユニット700の平衡温度が最も高く、また、バックライトユニット100の平衡温度が最も低い。上述したように、平衡温度は、シャーシ110、710、810の主として熱放射率の大きさに応じて異なると考えられる。
図11(c)に、シャーシ110、710、810の背面110b、710b、810bのうちのLED基板122、722、822と重ならない領域のそれぞれの温度を示すグラフである。図10に、この測定箇所をNと示している。なお、この箇所Nは、LED基板122、722、822の対応する端部から5cm離れている。
バックライトユニット100、700、800のうち、バックライトユニット800の平衡温度が最も高い。シャーシ810は、比較的高い熱伝導率および比較的低い熱放射率を有するアルミニウムから形成されており、LED基板822において発生した熱が絶縁シート850およびシャーシ810を介して移動する一方で、シャーシ810から放出されにくいためと考えられる。また、バックライトユニット100の平衡温度が最も低い。これは、シャーシ110は、内部にアルミニウム基材112を有するだけでなく表面にポーラスアルミナ層114aが設けられており、LED基板122において発生した熱が絶縁シート150およびシャーシ110を介して移動し、シャーシ110から放出されやすいためと考えられる。
以上から、本実施形態のバックライトユニット100では、比較例1、2のバックライトユニット700、800と比べて温度を低下させることができ、このため、動作の安定性をより確実にすることができる。
なお、図11を参照した説明では、同一条件で比較するために、バックライトユニット100においても絶縁シート150を設けたが、シャーシ110の表面にはポーラスアルミナ層114aが設けられており、シャーシ110自体が高い絶縁性を示すため、バックライトユニット100において絶縁シート150を設けなくてもよい。絶縁シート150を設けない場合、バックライトユニット100の温度をさらに低下させることができる。
例えば、図12に示すように、絶縁シート150を設けないバックライトユニット100においてLED基板122の温度は42.2℃となる。このように、バックライトユニット100では、絶縁シート150を設けないことにより、バックライトユニット700と比べて、LED基板122の平衡温度をさらに低下させることができる。また、このように絶縁シート150を用いないことにより、絶縁シート150のコストを抑制することができる。なお、後述するように、バックライトユニット100においてシャーシ110の背面110bにファンを設けてもよい。
(実施形態2)
上述した説明では、アルミニウム基材に対して陽極酸化を行ったが、本発明はこれに限定されない。アルミニウム基材を用いなくても、蒸着等によってアルミニウム層を形成した後に、アルミニウム層に陽極酸化を行うことによって同様の効果を得ることができる。なお、この場合には、基材とアルミニウム層との密着性を向上させるために、無機下地層および緩衝層を合わせて蒸着させることが好ましい。
上述した説明では、アルミニウム基材に対して陽極酸化を行ったが、本発明はこれに限定されない。アルミニウム基材を用いなくても、蒸着等によってアルミニウム層を形成した後に、アルミニウム層に陽極酸化を行うことによって同様の効果を得ることができる。なお、この場合には、基材とアルミニウム層との密着性を向上させるために、無機下地層および緩衝層を合わせて蒸着させることが好ましい。
例えば、無機下地層として酸化チタン層および酸化シリコン層を形成することが好ましい。また、緩衝層としてはアルミニウムと酸素または窒素とを含み、緩衝層においてアルミニウム層側のアルミニウムの含有率が無機下地層よりも高くなるように緩衝層内のアルミニウムの含有率は変化させることが好ましい。
以下、図13を参照して、本発明によるバックライトユニットの第2実施形態を説明する。本実施形態のバックライトユニット100Aは、シャーシの構成が異なる点を除いて実施形態1を参照して上述したバックライトユニットと同様の構成を有しており、冗長を避けるために重複する説明を省略する。
図13(a)に、本実施形態のバックライトユニット100Aの模式図を示し、図13(b)に、バックライトユニット100Aにおけるシャーシ110Aの模式的な断面図を示す。シャーシ110Aは、基材112と、ポーラスアルミナ層114aとの間に、無機下地層115、緩衝層116、アルミニウム層117をさらに有している。例えば、基材112として、ガラス基材またはプラスチックフィルムが用いられる。具体的には、プラスチックフィルムとして、ポリエチレンテレフタレート(Polyethylene Terephthalate:PET)フィルムまたはトリアセチルセルロース(Triacetylcellulose:TAC)フィルムが用いられる。あるいは、基材112としてSECCを用いてもよい。
無機下地層115は基材112の表面に形成され、緩衝層116は無機下地層115の上に形成され、アルミニウム層117は緩衝層116の表面に形成される。ポーラスアルミナ層114aは、アルミニウム層117に陽極酸化(必要に応じてエッチング処理)および封孔処理を行うことによって形成される。なお、アルミニウム層117に対して均一に陽極酸化を行うために下地に導電層を設ける場合、無機下地層115と緩衝層116の間、または、緩衝層116とアルミニウム層117との間に導電層(好ましくはバルブ金属層)を設けることが好ましい。
基材112としてガラス基材を用いる場合、無機下地層115は、基材112の表面に直接形成され、基材112に含まれているアルカリ金属元素が溶出するのを防止するように作用する。基材112との接着性の観点から、無機酸化物または無機窒化物で形成されることが好ましい。無機酸化物を用いる場合、例えば酸化シリコン層または酸化チタン層が好ましく、無機窒化物を用いる場合、例えば窒化シリコン層が好ましい。また、無機酸化物層または無機窒化物層に不純物を添加することによって、熱膨張係数を整合させることが好ましい。例えば、酸化シリコン層を用いる場合には、ゲルマニウム(Ge)、りん(P)またはボロン(B)を添加することによって、熱膨張係数を増大させることができる。酸化シリコンに、例えば5質量%のGeを添加すると、熱膨張係数は約2.8×10-6/℃となり、Geを添加しない場合の約3倍に増大する。
無機下地層115の厚さは、40nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがさらに好ましい。また、無機下地層115の厚さは、500nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがさらに好ましい。無機下地層115の厚さが500nm超であると、無機下地層115の形成時間が不必要に長くなる。また、基材112と無機下地層115との間の熱膨張係数の違いに起因する熱応力(剪断応力)によって、基材112と無機下地層115との間の接着力が低下することがある。また、基材112として、プラスチックフィルムのように可撓性を有する基材を用いた場合には、無機下地層115の厚さが500nmを超えると、基材を屈曲させたときに無機下地層115に割れが発生することがある。
緩衝層116は、無機下地層115とアルミニウム層117との間に設けられており、無機下地層115とアルミニウム層117との間の接着性を向上させるように作用する。また、緩衝層116は、耐酸性に優れた材料から形成されており、無機下地層115を酸から保護する。
緩衝層116は、アルミニウムと、酸素または窒素とを含むことが好ましい。酸素または窒素の含有率は一定であってもよいが、特に、アルミニウムの含有率が無機下地層115側よりもアルミニウム層117側において高いプロファイルを有することが好ましい。熱膨張係数などの物性値の整合に優れるからである。緩衝層116の厚さは、40nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがさらに好ましく、また、緩衝層116の厚さは、500nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがさらに好ましい。緩衝層116の厚さが40nm未満であると、アルミニウム層117側から浸透する処理液(陽極酸化工程における電解液および/またはエッチング工程におけるエッチング液)から、無機下地層115を十分に保護することが困難となり、緩衝層116を設けた効果が十分に発揮されないことがある。また、緩衝層116の厚さが500nm超であると、緩衝層116の形成時間が不必要に長くなるので好ましくない。
緩衝層116内のアルミニウムの含有率の厚さ方向におけるプロファイルは、段階的に変化してもよいし、連続的に変化しても良い。例えば、緩衝層116をアルミニウムと酸素とで形成する場合、酸素含有率が漸次低下する複数の酸化アルミニウム層を形成し、最上層の上にアルミニウム層117を形成する。アルミニウムと窒素とを含む緩衝層116を形成する場合も同様である。
アルミニウム層117は、公知の方法(例えば電子線蒸着法またはスパッタ法)で形成される。アルミニウム層117は、例えば99.99質量%以上の純度のアルミニウムターゲットを用いてスパッタリング法で形成する。アルミニウム層117の厚さは、例えば1000nm(1μm)である。ここで、厚さが約1μmのアルミニウム層117は、一度に堆積するよりも複数回に分けて堆積する方が好ましい。すなわち、所望の厚さ(例えば1μm)まで連続して堆積するよりも、ある厚さまで堆積した段階で中断し、ある時間が経過した後に、堆積を再開するという工程を繰り返し、所望の厚さのアルミニウム層117を得ることが好ましい。例えば、厚さが50nmのアルミニウム層を堆積するたびに中断し、それぞれの厚さが50nmの20層のアルミニウム層で、厚さが約1μmのアルミニウム層117を得ることが好ましい。このように、アルミニウムの堆積を複数回に分けることによって、最終的に得られるアルミニウム層117の品質(例えば、耐薬品性や接着性)を向上させることができる。アルミニウムを連続的に堆積すると、基材(アルミニウム層が堆積される表面を有するものを指す)の温度が上昇し、その結果、アルミニウム層117内に熱応力の分布が生じ、膜の品質を低下させるためと考えられる。
なお、上述した説明では、アルミニウム層117およびポーラスアルミナ層114aはシャーシ110Aの前面110aおよび背面110bの両方に設けられたが、本発明はこれに限定されない。アルミニウム層117およびポーラスアルミナ層114aは、シャーシ110Aの前面110aおよび背面110bの一方のみに設けられてもよい。
(実施形態3)
上述したポーラスアルミナ層の厚さは略一定であったが、本発明はこれに限定されない。ポーラスアルミナ層の厚さは場所に応じて異なってもよい。
上述したポーラスアルミナ層の厚さは略一定であったが、本発明はこれに限定されない。ポーラスアルミナ層の厚さは場所に応じて異なってもよい。
以下、図14を参照して、本発明によるバックライトユニット100Bの第3実施形態を説明する。本実施形態のバックライトユニット100Bは、シャーシ110におけるポーラスアルミナ層の厚さが一定でない点を除いて実施形態1、2を参照して上述したバックライトユニットと同様の構成を有しており、冗長を避けるために重複する説明を省略する。
図14(a)に、本実施形態のバックライトユニット100Bの模式図を示し、図14(b)に、シャーシ110の模式的な分解斜視図を示す。シャーシ110は、図1(b)を参照して上述したように、アルミニウム基材112と、厚さの異なるポーラスアルミナ層114aとを有している。例えば、アルミニウム基材112全体を電解液に浸漬して陽極酸化を行うことによってポーラスアルミナ層114a1を形成した後に、アルミニウム基材112の一部のみを電解液に浸漬し、残りを電解液に浸漬することなく陽極酸化を行うことによってポーラスアルミナ層114a2を形成し、最後に、封孔処理を行う。このようにして厚さの異なるポーラスアルミナ層114aを形成してよい。なお、陽極酸化によってポーラスアルミナ層の体積は膨張によって増大するため、合計の浸漬時間の長いポーラスアルミナ層114a2の厚さは合計の浸漬時間の短いポーラスアルミナ層114a1よりも厚くなる。
なお、図14(b)に示したシャーシ110では、厚さの異なるポーラスアルミナ層114aがアルミニウム基材112の表面に設けられたが、本発明はこれに限定されない。アルミニウム基材の一部の領域にポーラスアルミナ層を設ける一方で、他の領域にはポーラスアルミナ層を設けなくてもよい。
図14(c)に、別のシャーシ110の模式的な分解斜視図を示す。このシャーシ110では、アルミニウム基材112の一方の側(ここでは、紙面に向かって左側)の上にのみポーラスアルミナ層114aが設けられており、他方の側の上にはポーラスアルミナ層は設けられていない。このようなポーラスアルミナ層114aは、アルミニウム基材112の一部のみを電解液に浸漬し、残りを電解液に浸漬することなく陽極酸化を行うことによって形成される。
また、図14(b)および図14(c)ではアルミニウム基材112に対して部分的な陽極酸化を行ったが、本発明はこれに限定されない。
例えば、アルミニウム基材112またはアルミニウム層117の表面の一部を保護フィルムで覆ったマスキング状態でアルミニウム基材112またはアルミニウム層117を電解液に浸漬させることによって陽極酸化を部分的に行ってもよい。このような保護フィルムとして、例えば耐酸性の高いフィルムが用いられる。あるいは、一方の主面にアルミニウム層が設けられた支持体の他方の主面に部分的に熱伝導の低い材料から形成された低熱伝導部材を設けてアルミニウム層の陽極酸化を行うと、アルミニウム層のうち低熱伝導部材に対応する領域の温度が他の領域よりも高くなり、低熱伝導部材に対応する領域の陽極酸化を早く進行させることができる。参考のために、特願2010−052304号の開示内容の全てを本明細書に参照する。
図14(d)に、シャーシ110Aの模式的な断面図を示す。シャーシ110Aは、図13を参照して上述したように、基材112と、ポーラスアルミナ層114aと、無機下地層115と、緩衝層116と、アルミニウム層117とを有している。アルミニウム層117の一部のみの陽極酸化を行うことによって、ポーラスアルミナ層114aを部分的に形成することができる。また、図14(d)には、アルミニウム層117の表面に部分的にポーラスアルミナ層114aを設けたが、図14(b)に示したように、アルミニウム層117の表面全体に厚さの異なるポーラスアルミナ層114aを設けてもよい。
以上のように、シャーシ110、110Aにおいて、特に放熱性が必要となる領域のポーラスアルミナ層114aを厚くすることにより、熱放射性を向上させることができる。また、ポーラスアルミナ層114aを部分的に設けることにより、ポーラスアルミナ層114aの表面積を大きくすることができ、放熱特性を改善することができる。
(実施形態4)
上述した説明では、アルミニウム基材またはアルミニウム層に対して陽極酸化および封孔処理を行ったが、本発明はこれに限定されない。
上述した説明では、アルミニウム基材またはアルミニウム層に対して陽極酸化および封孔処理を行ったが、本発明はこれに限定されない。
以下、図15を参照して、本発明によるバックライトユニットの第4実施形態を説明する。本実施形態のバックライトユニット100Cは、ポーラスアルミナ層に封孔処理が行われていない点を除いて上述した実施形態1〜3のバックライトユニットと同様の構成を有しており、冗長を避けるために重複する説明を省略する。
図15(a)にバックライトユニット100Cの模式図を示し、図15(b)にシャーシ110の分解斜視図を示す。バックライトユニット100Cにおいて、シャーシ110は、アルミニウム基材112およびポーラスアルミナ層114bを有している。ここでは、ポーラスアルミナ層114bは、アルミニウム基材112に対して陽極酸化を行うことによって形成され、封孔処理は行われない。
上述したように、陽極酸化を行った後には細孔が形成されるが、封孔処理を省略することにより、ポーラスアルミナ層114bの比較的広い表面積を利用して放熱効果を増大させることができる。特に、孔径の小さい細孔をポーラスアルミナ層114bの全面に形成することにより、一般的な陽極酸化によって形成されたポーラスアルミナ層よりも表面積が増加し、外気に接触する面積が増大するため、熱対流による放熱効果を増大させることができる。例えば、ポーラスアルミナ層114bとして、いわゆる反射防止材の型(スタンパ)として利用されるポーラスアルミナ層114bを形成し、ポーラスアルミナ層114bに、表面の法線方向から見たときの2次元的な大きさが10nm以上500nm未満の複数の凹部を形成することが好ましい。なお、厳密には、封孔処理を行わなくても、空気によって酸化は若干進行する。
また、ポーラスアルミナ層114bに大きさの異なる凹部を形成してもよい。例えば、Mn、MgおよびFeからなる群から選択された少なくとも1つの元素を含むアルミニウム基材に陽極酸化およびエッチング処理を行うことにより、大きさの異なる凹部を形成することができる。あるいは、陽極酸化の前に陰極電解を行うことにより、大きさの異なる凹部を形成することができる。
このようなポーラスアルミナ層114bは、例えば、以下のように形成される。
以下、図16を参照して、ポーラスアルミナ層114bの形成方法を説明する。まず、図16(a)に示すように、アルミニウム(Al)の含有率が99.0質量%以下のアルミニウム基材112を用意する。このとき、アルミニウム基材112は、Mn、MgおよびFeからなる群から選択された少なくとも1つの元素を含むことが好ましく、これらの元素の含有率の総和が1質量%以上であることが好ましい。なお、アルミニウム基材112は、Siをさらに含んでもよい。
次に、図16(b)に示すように、アルミニウム基材112の表面部分を陽極酸化することによってポーラスアルミナ層を形成する。ポーラスアルミナ層には、複数の凹部が形成されている。続いて、ポーラスアルミナ層をアルミナのエッチャントに接触させることによって、ポーラスアルミナ層の複数の微細な凹部を拡大させ凹部(細孔)114pを形成する。凹部114pは、アルミニウム基材112が99.0質量%以下の場合、特に、Mn、MgおよびFeからなる群から選択された少なくとも1つの元素を含む場合に形成され、アルミニウム基材112のアルミニウム純度が99.0質量%を超えると凹部114pの数は少なくなり、99.5質量%を超えるとさらに少なくなる。なお、凹部114pは、ポーラスアルミナ層を最初にエッチングする際に形成され、その後の複数回のエッチングでは、凹部114pの数や大きさはほとんど変化しない。凹部114pは不規則に分布する。
その後、上記陽極酸化工程およびエッチング工程を交互に複数回行うことによって、ポーラスアルミナ層にそれぞれが階段状の側面を有する複数の微細な凹部114qを形成する。微細な凹部114qは、凹部114pの内面を含むアルミニウム基材112の表面全体に形成される。ポーラスアルミナ層114bはこのようにして形成される。
例えば、陽極酸化の条件(例えば化成電圧、電解液の種類、濃度、さらには陽極酸化時間など)によって、凹部114qの大きさ、生成密度、深さなどを制御することが出来る。また化成電圧の大きさを制御することによって、凹部114qの配列の規則性を制御することができる。例えば、規則性の高い配列を得るための条件は、(1)電解液に固有の適切な定電圧で陽極酸化し、(2)長時間陽極酸化を行うことである。このときの電解液と化成電圧の組合せは、硫酸では28V、シュウ酸では40V、燐酸では195Vであることが知られている。不規則な配列の凹部114qを形成するためには、上記(1)の工程は同じであるが、陽極酸化に要する時間を出来るだけ短くし、エッチング工程と陽極酸化工程とを交互に繰り返し行う。このようなポーラスアルミナ層114bの形成は、例えば、国際公開第2009/147858号公報に開示されている。本明細書において国際公開第2009/147858号公報の開示内容を参考のために援用する。
また、大きさの異なる凹部(細孔)が形成されたポーラスアルミナ層114bは、さら別の方法で形成することもできる。以下、図17を参照して、ポーラスアルミナ層114bの形成方法を説明する。
まず、図17(a)に示すように、アルミニウム基材112を用意する。アルミニウム基材112は、変質層を有していてもよい。なお、アルミニウム基材112に代えて、例えばガラス基板などの基材に支持されたアルミニウム層117(図13(b)参照)(例えば、厚さ0.5μm〜5μm程度)を用いることもできる。
次に、図17(b)に示すように、水溶液中において、アルミニウム基材112またはアルミニウム層117の表面を陰極として、表面と対向電極との間に通電処理を行うことにより、表面の法線方向から見たときの2次元的な大きさが200nm以上100μm以下である複数の凹部(第1凹部)114pを形成する。水溶液(電解液)としては、陽極酸化に用いる電解液を用いることもできるし、抵抗値が1M以下の水を用いることもできる。液温に特に制限はない。電流は、例えば1〜100A/dm3程度の範囲内で、陰極電解の時間を調整することによって、2次元的な大きさが200nm以上100μm以下の凹部114pを形成することができる。
なお、陰極電解の条件を調整することによって、上述のように2次元的な大きさが数十nm程度の微細な凹凸構造を形成することができ、また、2次元的な大きさが200nm以上100μm以下の凹部114pを形成することもできる。凹部114pの隣接平均距離は、陰極電解の条件によって変わり得るが、凹部114pの隣接平均距離は0.5μm以上100μm以下であることが好ましい。
次に、図17(c)に示すように、表面を陽極酸化することによって、複数の凹部114pの内面および複数の凹部114pの間に、表面の法線方向から見たときの2次元的な大きさが10nm以上500nm未満の複数の微細な凹部(第2凹部)114qを有するポーラスアルミナ層を形成する。さらにその後に、ポーラスアルミナ層をエッチング液に接触させることによって、複数の微細な凹部114qを拡大させる。上述したように、陽極酸化工程とエッチング工程とを交互に複数回繰り返すことによって、所望の断面形状を有する微細な凹部114qを有するポーラスアルミナ層を形成することができる。微細な凹部114qは、エッチングによって孔径を拡大し(断面形状を略コーン状とし)、微細な凹部114qの2次元的な大きさ(直径)と隣接距離とはほぼ等しく、10nm以上500nm未満となるように調整することが好ましい。微細な凹部114qは、2次元的な大きさが200nm以上100μm以下の凹部114pに重畳されて形成される。以上のようにして、ポーラスアルミナ層114bが形成される。このようなポーラスアルミナ層の形成は、例えば、特願2009−255534号に開示されている。本明細書において特願2009−255534号の開示内容を参考のために援用する。
なお、冗長を避けるために重複する説明を省略するが、上述した実施形態1〜3のバックライトユニット100、100におけるポーラスアルミナ層114aに代えて、封孔処理を行わないポーラスアルミナ層114bを形成してもよい。
(実施形態5)
以下、本発明によるバックライトユニットの第5実施形態を説明する。まず、図18を参照して、本実施形態のバックライトユニット200を説明する。図18(a)はバックライトユニット200の模式的な前面図であり、図18(b)はバックライトユニット200の模式的な分解側面図であり、図18(c)はバックライトユニット200の模式的な背面図である。
以下、本発明によるバックライトユニットの第5実施形態を説明する。まず、図18を参照して、本実施形態のバックライトユニット200を説明する。図18(a)はバックライトユニット200の模式的な前面図であり、図18(b)はバックライトユニット200の模式的な分解側面図であり、図18(c)はバックライトユニット200の模式的な背面図である。
バックライトユニット200は、前面210aおよび背面210bを有するシャーシ210と、前面210aに設けられたLED220と、背面210bに設けられたファン240とを有している。なお、ここでは、LED220はLED基板222を介してシャーシ210の前面210aに設けられている。また、シャーシ210の背面210bにはLED駆動部230が設けられている。具体的には、LED駆動部230は、LED制御回路232およびLED制御基板234を有しており、LED制御回路232は、LED制御基板234を介してシャーシ210の背面210bに取り付けられている。なお、ここでは、図示していないが、バックライトユニット200においてシャーシ210はカバー部材によって覆われている。
バックライトユニット200では、ファン240として、2つの排熱ファン240aが設けられている。排熱ファン240aは、シャーシ210の背面210bの法線方向にほぼ垂直になるように配置されており、これにより、バックライトユニット200の熱が排出される。なお、ここでは、2つの排熱ファン240aが設けられたが、排熱ファン240aの数は1つでもよく、あるいは、排熱ファン240aの数は3以上であってもよい。
上述したように、LEDおよびLED駆動部は、発生する熱によって動作が不安定になることがあり、特に、液晶表示装置をデジタルサイネージ(特に屋外用の大型デジタルサイネージ)用のディスプレイとして用いる場合、LEDおよびLED駆動部に大電流が流れるため、動作が不安定になりやすい。しかしながら、バックライトユニット200では、LED220から発生する熱は排熱ファン240aによって効率的に外部に排出されるため、動作を安定化することができる。
次に、図19を参照して、別の実施形態のバックライトユニット200’を説明する。図19(a)はバックライトユニット200’の模式的な前面図であり、図19(b)はバックライトユニット200’の模式的な分解側面図である。
なお、バックライトユニット200’は、ファン240として排熱ファン240aではなく送風ファン240bが設けられている点を除いて上述したバックライトユニット200と同様の構成を有しており、冗長を避けるために重複する説明を省略する。
バックライトユニット200’では、ファン240として、送風ファン240bが設けられている。送風ファン240bは、シャーシ210の背面210bの法線方向にほぼ平行になるように配置されており、これにより、バックライトユニット200’の背面から放出された熱をバックライトユニット200’の近傍から遠ざけることができる。このように、バックライトユニット200’では、LED220およびLED駆動部230から発生した熱は送風ファン240bによって効率的に遠方に送出されるため、動作を安定させることができる。
なお、上述したバックライトユニットには、排熱ファンおよび送風ファンの一方が設けられたが、本発明はこれに限定されない。バックライトユニットは、排熱ファンおよび送風ファンの両方を備えていてもよい。
図20に、別の実施形態のバックライトユニット200’’の模式的な背面図を示す。LED駆動部230はシャーシ210の背面の中央に配置されており、フレキシブル基板236はLED駆動部230から左方向または右方向に延びている。
バックライトユニット200’’では、シャーシ210の背面210bに排熱ファン240aおよび送風ファン240bの両方が設けられている。ここでは、2つの排熱ファン240aが設けられている。排熱ファン240aは、シャーシ210の背面210bの法線方向にほぼ垂直になるように配置されており、これにより、バックライトユニット200’’内の熱が排出される。また、送風ファン240bは、シャーシ210の背面210bの法線方向にほぼ平行になるように配置されており、これにより、バックライトユニット200’’の背面から放出された熱(その多くが排熱ファン240aによって排出された熱)をバックライトユニット200’’の近傍から遠ざける。このように、排熱ファン240aおよび送風ファン240bの両方を設けることにより、LED220およびLED駆動部230から発生する熱を効率的に排出することができる。このため、LED220およびLED駆動部230の動作の安定性を確保することができる。
なお、本実施形態のバックライトユニット200、200’、200’’において、シャーシ210はSECCから形成されてもよく、あるいは、シャーシ210は別の材料から形成されていてもよい。あるいは、本実施形態のバックライトユニット200、200’、200’’においてもシャーシ210は、その表面に上述したポーラスアルミナ層を有していてもよい。例えば、シャーシ210は、アルミニウム基材またはアルミニウム層に陽極酸化(必要に応じてエッチング処理)を行うことによって形成されたポーラスアルミナ層を有してもよい。また、さらに、封孔処理を行うことによって、アルミニウム基材またはアルミニウム層の表面にポーラスアルミナ層を形成してもよい。
ここで、参考例のバックライトユニットと比較して本実施形態のバックライトユニット200の利点を説明する。まず、図21を参照して参考例のバックライトユニットを説明する。図21(a)に参考例のバックライトユニット900の模式図を示し、図21(b)に、バックライトユニット900の模式的な背面図を示す。
バックライトユニット900は、ファンが設けられていない点を除いて図18に示したバックライトユニット200と同様な構成を有している。バックライトユニット900は、前面910aおよび背面910bを有するシャーシ910と、シャーシ910の前面910aにLED基板922を介して取り付けられたLED920と、シャーシ910の背面910bに取り付けられたLED駆動部930とを備えている。
なお、以下の説明において、アルミニウム基材に対して陽極酸化および封孔処理を行うことによってその表面に形成されたポーラスアルミナ層を有するシャーシ210、910をそれぞれシャーシ210p、910pと示す。また、SECCから形成されたシャーシ210、910をそれぞれシャーシ210s、910sと示す。また、シャーシ210、910として、210p、210s、910p、910sを有するバックライトユニット200、900をそれぞれバックライトユニット200a、200b、900a、900bと示す。
図22に、バックライトユニット200a、200b、900a、900bの平衡温度を示す。ここでは、バックライトユニット200a、200b、900a、900bのLED220、920およびLED駆動部230、930の温度を測定している。なお、ここでは図示していないが、バックライトユニット200a、200b、900a、900bのいずれにも同様にカバー部材を設けているが、参考のために、カバー部材を設けないバックライトユニット900a、900bの温度も測定している。
バックライトユニット900a、900bにおいてLED920の平衡温度は、カバー部材を設けたことにより、25℃程度増加する。なお、バックライトユニット900aの平衡温度の変化量は、バックライトユニット900bよりも低い。これは、シャーシ910pの表面にポーラスアルミナ層が設けられているのに対して、シャーシ910sはSECCから形成されており、シャーシ910pの熱放射率がシャーシ910sよりも高いためと考えられる。
本実施形態のバックライトユニット200a、200bでは、排熱ファン240aを設けたことにより、参考例のバックライトユニット900と比べて平衡温度を低減させることができる。具体的には、排熱ファン240aにより、バックライトユニット200a、200bにおけるLED220の平衡温度をバックライトユニット900a、900bのLED920と比べてそれぞれ約20℃低下させることができる。また、排熱ファン240aにより、バックライトユニット200a、200bにおけるLED駆動部230の平衡温度をバックライトユニット900a、900bのLED駆動部930と比べて約30℃低下させることができる。
なお、バックライトユニット200a、200bにおいて、排熱ファン240aによるLED駆動部230の温度低減効果はLED220よりも高い。これは、LED駆動部230はシャーシ210の背面210bに設けられているのに対して、LED220はシャーシ210の前面210aに設けられており、排熱ファン240aはシャーシ210の背面210b近傍において熱の伝達された空気をシャーシ210の背面210bから効率的に遠ざけるからと考えられる。
また、排熱ファン240aによるバックライトユニット200a、200bの平衡温度の低減量は互いにほぼ同程度である。なお、表面にポーラスアルミナ層の形成されたアルミニウム基材から形成されたシャーシ210pと、SECCから形成されたシャーシ210sとの違いにより、バックライトユニット200aの平衡温度はバックライトユニット200bよりも低い。
以上のように、排熱ファン240aを設けることにより、バックライトユニット200a、200bの温度を低下させることができる。したがって、LED220およびLED駆動部230の動作を安定化させることができる。
以下に、図23を参照して、参考例のバックライトユニット900および本実施形態のバックライトユニット200、200’、200’’の平衡温度を説明する。
図23には、バックライトユニット900、カバー部材を設けないバックライトユニット900、排熱ファン240aを備えるバックライトユニット200、送風ファン240bを備えるバックライトユニット200’、ならびに、排熱ファン240aおよび送風ファン240bの両方を備えるバックライトユニット200’’のそれぞれにおけるシャーシ210、910の背面210b、910b、LED220、920、および、LED制御回路232、932の平衡温度の測定結果を示す。なお、ここでは、バックライトユニット200、200’、200’’、900のシャーシ210、910は、いずれも、平衡温度を効率的に低減させるために、アルミニウム基材に陽極酸化および封孔処理を行うことによってその表面に形成されたポーラスアルミナ層を有している。
バックライトユニット200、200’、200’’のそれぞれにおいてシャーシ210の背面210b、LED220およびLED制御回路232の平衡温度を比較すると、LED制御回路232の平衡温度が最も高く、シャーシ210の背面210bの温度が最も低い。なお、バックライトユニット900も同様である。
まず、シャーシ910の背面910bに着目する。カバー部材を設けることにより、背面910bの平衡温度は増加する。ただし、カバー部材を設けても、バックライトユニット200において排熱ファン240aを設けることにより、背面210bの平衡温度を低下させることができる。また、カバー部材を設けても、バックライトユニット200’において送風ファン240bを設けることにより、背面210bの平衡温度を低下させることができる。なお、ここでは、送風ファン240bによる平衡温度の低下は排熱ファン240aよりも大きい。これは、送風ファン240bはLED制御回路232に直接的に空気を送るため、LED制御回路232から発生する熱による温度の上昇を効率的に抑制することができるのに対して、排熱ファン240aは主にLED220から発生した熱を外部に放出するため、排熱ファン240aによる温度低減効果が送風ファン240bほど高くないからである。また、バックライトユニット200’’において排熱ファン240aおよび送風ファン240bの両方を設けることにより、背面210bの平衡温度をさらに低下させることができる。
なお、LED220、920の平衡温度も同様の傾向を有しており、また、LED制御回路232、932の平衡温度も同様の傾向を有している。ただし、排熱ファン240aおよび/または送風ファン240bによる温度低減効果はシャーシ210の背面210bに取り付けられたLED制御回路232に対して最も大きい。
以上のように、ファン240を設けることにより、バックライトユニット200、200’、200’’の平衡温度を、カバー部材を取り外したときよりもさらに低くすることができる。具体的には、排熱ファン240aを設けることによって平衡温度をある程度低下させることができるが、送風ファン240bを設けることによって平衡温度をさらに低下させることができる。なお、排熱ファン240aおよび送風ファン240bの両方を設けることにより、平衡温度をさらに低下させることができる。
本発明によれば、バックライトユニットの放熱効果を改善することができる。このようなバックライトユニットは、デジタルサイネージのディスプレイとして利用される液晶表示装置に好適に用いられる。
100、200 バックライトユニット
110、210 シャーシ
120、220 光源(LED)
110、210 シャーシ
120、220 光源(LED)
Claims (12)
- シャーシと、
前記シャーシに取り付けられた光源と
を備えるバックライトユニットであって、
前記シャーシは、アルミニウム基材またはアルミニウム層と、前記アルミニウム基材またはアルミニウム層の表面に設けられたポーラスアルミナ層または封孔処理の行われたポーラスアルミナ層とを有する、バックライトユニット。 - 前記光源を制御する光源制御回路をさらに備える、請求項1に記載のバックライトユニット。
- 前記シャーシは、前面および背面を有しており、
前記光源は前記シャーシの前記前面に設けられており、
前記光源制御回路は前記シャーシの前記背面に設けられている、請求項2に記載のバックライトユニット。 - 前記シャーシには開口部が設けられており、
前記開口部に設けられた、前記光源制御回路と前記光源とを電気的に接続する接続部をさらに備える、請求項2または3に記載のバックライトユニット。 - 前記光源は発光ダイオードを含む、請求項1から4のいずれかに記載のバックライトユニット。
- 送風ファンおよび排熱ファンの少なくとも一方をさらに備える、請求項1から5のいずれかに記載のバックライトユニット。
- 前面および背面を有するシャーシと、
前記シャーシの前記前面に取り付けられた発光ダイオードと
前記シャーシの前記背面に設けられたファンと
を備えるバックライトユニット。 - 前記ファンは、送風ファンおよび排熱ファンの少なくとも一方を含む、請求項7に記載のバックライトユニット。
- 前記送風ファンは、前記シャーシの前記背面の法線方向とほぼ平行に取り付けられる、請求項8に記載のバックライトユニット。
- 前記排熱ファンは、前記シャーシの前記背面の法線方向とほぼ垂直に取り付けられる、請求項8に記載のバックライトユニット。
- 液晶パネルと、
前記液晶パネルに光を照射する、請求項1から10のいずれかに記載のバックライトユニットと
を備える、液晶表示装置。 - 請求項11に記載の液晶表示装置を備えるデジタルサイネージ。
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