JP2009229900A - 薄型ディスプレイ用のヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】製品の設計に自由度をもたせつつ、軽量で、発熱素子の熱を効果的に放熱することができる、薄型ディスプレイ用のヒートシンクを提供する。
【解決手段】薄型ディスプレイ装置の背面側に配置されて、各種基板等の変形を抑制する、一部に切り抜き部分を有するバックシャーシの切り抜き部分に、発光素子の熱を放熱する伝熱板材を備えた、薄型ディスプレイ用のヒートシンク。複数個の分離した切り抜き部分の端部側に位置する少なくとも１つの部分に嵌め込まれた金属板材の表面に、熱的に接続された複数の薄板状の放熱フィンを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、薄型ディスプレイ用のヒートシンク、特に、各種基板等の変形を抑制するバックシャーシを備えた薄型ディスプレイ用のヒートシンクに関する。

テレビ受像機用の表示装置として陰極線管（ＣＲＴ）に代わり、液晶表示装置や、プラズマディスプレイ等の非常に薄型化された表示装置が実用化されてきた。液晶表示装置においては、カラーフィルタを備えた透過型の液晶表示パネルを背面側から面状に照明するバックライト装置によって照明することによって、カラー画像を表示させるバックライト方式が主流になっている。バックライト装置の光源としては、蛍光管を使用して白色光を発光する冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）や、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が使用されている。

透過型カラー液晶表示装置は、一般に、透過型のカラー液晶表示パネルと、カラー液晶表示パネルの背面側に設けられたバックライト装置とからなっている。透過型のカラー液晶表示パネルは、ガラス等で構成された２枚の透明な基板（ＴＦＴ基板、対向電極基板）を互いに対向配列させ、その間隙に、ＴＮ（ツイステッドネマチック）液晶を封入した液晶層を設けている。
ＴＦＴ基板には、マトリックス状に配列された信号線、走査線、信号線および走査線の交点に配列されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ、および、画素電極が形成されている。対向電極基板には、その内表面に対向電極およびカラーフィルタが形成されている。

バックライト装置は、光源や、光源から出射された光を白色光へと混色するために、バックライト筐体内に、拡散板、拡散板上に重ねて配列される拡散シート、プリズムシート、偏光変換シート等の光学機能シート群を備えている。
光学機能シート群は、例えば、入射光を直交する偏光成分に分解する機能、光波の位相差を補償して広角視野角化や着色防止を図る機能、入射光を拡散させる機能、輝度向上を図る機能などを備えたシートからなっている。

液晶表示パネルの背面側に組み合わされて照明光を照射するバックライト装置は、液晶表示パネルの背面と概ね同じ大きさの外形寸法を有しており、背面フレーム部材に組み合わされるバックシャーシと、バックシャーシに取り付けられ、複数の発光素子を光源として照明光を照射する光源ブロックと、バックシャーシと対向間隔を介して取り付けられ光学機能を有する光学機能シート群とを有している。

上述した透過型カラー液晶表示装置としての薄型ディスプレイにおいては、その性能が高まるにつれて、発熱素子（ＬＥＤ）の発生する熱を無視することができず、発熱素子（ＬＥＤ）の発生する熱を効果的に処理することが必要である。
特開２００７−３２２６９７号公報 特開２００５−２０２０３６号公報

上述した透過型カラー液晶表示装置としての薄型ディスプレイにおいては、その性能が高まるにつれて、発熱素子（ＬＥＤ）の発生する熱を無視することができず、発熱素子（ＬＥＤ）の発生する熱を効果的に処理することが必要である。
従来、光源がＣＣＦＬの場合であっても、ＬＥＤの場合であっても、光源が背面全体から照射されていた。このように発熱素子がバックライト装置の全体にわたって配列されている場合でも、高い能力を要求されるが故に、薄型ディスプレイの放熱処理が問題になってきている。

最近では、バックライト装置において光源が、薄型液晶装置の両側端部、または、上下端部から照射されるようになってきている。
このように、薄型液晶装置の両側端部、または、上下端部から照射されるようになってくると、発熱素子がバックライト装置の両側端部、または、上下端部のみに熱的に接続され、発熱素子の発熱密度が高くなり、薄型ディスプレイの冷却が難しくなってきている。

したがって、本発明の目的は、製品の設計に自由度をもたせつつ、軽量で、発熱素子の熱を効果的に放熱することができる、薄型ディスプレイ用のヒートシンクを提供することにある。

発明者は上述した従来の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、薄型ディスプレイのバックライト装置に使用されている、各種基板等の変形を抑制し、これらを保護するバックシャーシの一部を切り抜き、切り抜いた部分に熱伝導性に優れた伝熱材料を嵌め込むことによって、バックシャーシの他方の面に取り付けられた発光素子の熱を効率的に放熱することができることが判明した。

更に、発光素子に対応する位置に複数個の切り抜き部分を形成し、切り抜き部分に伝熱材料を嵌め込み、伝熱材料に放熱フィンをフィン方向が垂直になるように配置すると、放熱フィンに沿って自然対流が生じ、効果的な放熱が可能になることが判明した。この発明は上述した研究結果に基づいてなされたものである。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの第１の態様は、薄型ディスプレイ装置の背面側に配置されて、各種基板等の変形を抑制する、一部に切り抜き部分を有するバックシャーシの前記切り抜き部分に、発光素子の熱を放熱する伝熱板材を備えた、薄型ディスプレイ用のヒートシンクである。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの第２の態様は、前記切り抜き部分は、前記バックシャーシの上部に、所定形状で形成され、前記切り抜き部分に、対応する形状の前記伝熱板材を嵌め込んで固定されている、薄型ディスプレイ用のヒートシンクである。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの第３の態様は、前記切り抜き部分は、複数個の分離した部分からなっており、前記分離した部分のそれぞれに前記伝熱板材が嵌め込まれている、薄型ディスプレイ用のヒートシンクである。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの第４の態様は、複数個の分離した前記切り抜き部分の端部側に位置する少なくとも１つの部分に嵌め込まれた前記金属板材の表面に、熱的に接続された複数の薄板状の放熱フィンを備えている、薄型ディスプレイ用のヒートシンクである。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの第５の態様は、前記放熱フィンに一方の端部が熱的に接続されたヒートパイプを備えており、他方の端部が少なくとも１つの他の分離した部分に嵌め込まれた金属材料に熱的に接続されている、薄型ディスプレイ用のヒートシンクである。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの第６の態様は、複数個の分離した前記切り抜き部分の両端側に位置する部分に嵌め込まれた前記金属板材の表面に、熱的に接続された複数の薄板状の放熱フィンを備えており、前記放熱フィンに一方の端部が熱的に接続され、他方の端部が分離した部分に嵌め込まれた金属材料に熱的に接続されたヒートパイプを備えている、薄型ディスプレイ用のヒートシンクである。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの第７の態様は、薄型ディスプレイ装置の正面側に複数個のLED光源が配置されており、前記LED光源の配列に沿って前記ヒートパイプが配置されている、薄型ディスプレイ装置である。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの第８の態様は、前記バックシャーシが亜鉛めっき鋼板からなっており、前記金属板材がアルミニウムプレートからなり、前記アルミニウムプレートが、前記バックシャーシに機械的にかしめられて固定されている、薄型ディスプレイ用のヒートシンクである。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの第９の態様は、前記バックシャーシが亜鉛めっき鋼板からなっており、前記金属板材がアルミニウムプレートからなり、前記アルミニウムプレートが、前記バックシャーシに半田付けされて固定されている、薄型ディスプレイ用のヒートシンクである。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの第１０の態様は、前記複数個の分離した部分が概ね矩形からなっており、前記分離した部分の形状は前記バックシャーシの所望の剛性を保持するように形成されている、薄型ディスプレイ用のヒートシンクである。

この発明の薄型ディスプレイ装置は、上述したヒートシンクが備わった薄型ディスプレイ装置である。

この発明によると、薄型ディスプレイのバックライト装置に使用されている、各種基板等の変形を抑制し、これらを保護するバックシャーシの一部を切り抜き、切り抜いた部分に熱伝導性に優れた伝熱材料を嵌め込むことによって、バックシャーシの他方の面に取り付けられた発光素子の熱を効率的に放熱することができる。

更に、発光素子に対応する位置に複数個の切り抜き部分を形成し、切り抜き部分に伝熱材料を嵌め込み、伝熱材料に放熱フィンをフィン方向が垂直になるように配置すると、放熱フィンに沿って自然対流が生じ、効果的な放熱が可能になる。
更に、この発明によると、製品の設計に自由度をもたせつつ、軽量で、発熱素子の熱を効果的に放熱することができる、薄型ディスプレイ用のヒートシンクを提供することができる。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクについて図面を参照しながら説明する。
この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの１つの態様は、薄型ディスプレイ装置の背面側に配置されて、各種基板等の変形を抑制する、一部に切り抜き部分を有するバックシャーシの前記切り抜き部分に、発光素子の熱を放熱する伝熱板材を備えた、薄型ディスプレイ用のヒートシンクである。切り抜き部分は、バックシャーシの上部に、所定形状で形成され、切り抜き部分に、対応する形状の伝熱板材を嵌め込んで固定されている。

図１は、この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの１つの態様を説明する図である。バックシャーシ２は、薄型ディスプレイのバックライト装置に使用されて、各種基板等の変形を抑制し、これらを保護する。バックシャーシ２の液晶表示パネル側の面には、光源として複数の発光素子が取り付けられている。図１に示すように、バックシャーシ２には、垂直方向に、バックシャーシ２の強度を補完するために複数の柱状部材３（図の態様では、２本）が設けられている。

バックシャーシ２は、上述したように各種基板等の変形を抑制し、これらを保護する機能を備えているので、亜鉛メッキ鋼板等の強度の大きい鋼板が使用されている。バックシャーシ２の好ましくは、上部の所定位置に切り抜き部１０を形成し、切り抜き部分１０にその形状に対応した熱伝導性に優れた伝熱部材４を嵌め込む。バックシャーシ２は上述したように、各種基板等の変形を抑制しこれらを保護するため所望の強度が要求される。このため、切り抜き部分１０を形成するときには、所望の強度を維持するように留意する必要がある。

従って、柱状部材３の近傍に相対的に大きな切り抜き部１０を形成し、柱状部材３から離れた部位には小さいサイズの切り抜き部１０を形成する。図１に示す態様では、２つの柱状部材３の中央部に概ねＵ字形の切り抜き部１０を形成している。バックシャーシ２の上部に切り込み部を設けるのは、バックライト装置内で発光素子によって生じた熱は、上部に上昇して、バックシャーシ２の上部の温度が上昇するからである。このようにバックシャーシ２の上部に切り抜き部１０を形成し、切り抜き部１０に熱伝導性に優れた伝熱部材４を嵌め込むことによって、バックシャーシ２の液晶表示パネル側の面に取り付けられた、光源として複数の発光素子の熱を効果的に放熱することができる。

図２は、この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの別の態様を説明する図である。図２に示す態様では、バックシャーシの所望の強度を保つために、切り抜き部を形成する際に、切り抜き部間のバックシャーシの縦方向の部位を残している。即ち、切り抜き部分は、複数個の分離した部分からなっており、分離した部分のそれぞれに伝熱板材が嵌め込まれている。

図２においては、２つの柱状部材３の中央部に分離した３つの切り抜き部を形成している。柱状部材３の近傍に相対的に大きな切り抜き部１０を形成し、柱状部材３から離れた部位には小さいサイズのそれぞれ分離した切り抜き部１０を形成する。切り抜き部にはそれぞれ対応した大きさの伝熱部材が嵌め込まれて固定されている。このように切り抜き部を形成することによって、バックシャーシの強度を維持しながら、放熱効果を高めて伝熱部材を嵌め込むことができる。

図１および図２では、バックシャーシの強度を維持するために、バックシャーシの上部のみに切り込み部を形成して、そこに伝熱部材を嵌め込んでいるが、所望の強度が維持できるときは、バックシャーシの全体にわたって、切り込み部を設けて、そこに伝熱部材を嵌め込んでもよい。切り抜き部分に嵌め込んだ伝熱部材は、機械的な変形、即ちかしめによって固定し、または、更に半田を併用してもよい。鉛メッキ鋼板は、半田によってアルミニウム等の伝熱部材を容易に接合することができる。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの他の１つの態様においては、複数個の分離した切り抜き部分の端部側に位置する少なくとも１つの部分に嵌め込まれた金属板材の表面に、熱的に接続された複数の薄板状の放熱フィンを備えている。

図３は、図２に示した切り抜き部分の拡大図である。図３に示すように、バックシャーシの柱状部材間の上部に３つの分離した切り込み部１０−１、１０−２、１０−３を形成し、対応した形状の伝熱部材４−１、４−２、４−３を嵌め込み機械的かしめと半田付けを併用して固定した。更に伝熱部材４−１、４−２、４−３のそれぞれの表面に半田付けによって、放熱フィン５−１、５−２、５−３を熱的に接合した。

このようにバックシャーシ２に切り抜き部１０を形成し、そこに伝熱部材４を嵌め込み、伝熱部材４の表面に放熱フィン５を熱的に接続すると、バックシャーシ２の液晶表示パネル側の面に取り付けられた、光源として複数の発光素子の熱が伝熱部材の材質中を通って放熱フィン５に伝わり、大気中に放熱される。

放熱フィン５−１、５−２、５−３は、例えば、図６に示すように、底面部６および垂直面部７からなる概ねＬ字形の金属部材からなっており、複数の放熱フィン４が並列配置されて使用される。このように複数の放熱フィン４を並列配置すると、複数の底面部６が合わさって平らな受熱面を形成する。複数の放熱フィン４は例えば垂直面部７を貫通する固定部材を備えていてもよく、個々の放熱フィン４に凹凸部を設けてこれらを相互に嵌合させて固定してもよい。このように形成された平らな受熱面が切り込み部に嵌め込まれた伝熱部材４の表面に半田等によって直接接合される。

この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの他の１つの態様においては、放熱フィンに一方の端部が熱的に接続されたヒートパイプを備えており、他方の端部が少なくとも１つの他の分離した部分に嵌め込まれた金属材料に熱的に接続されている。更に、複数個の分離した切り抜き部分の両端側に位置する部分に嵌め込まれた金属板材の表面に、熱的に接続された複数の薄板状の放熱フィンを備えており、放熱フィンに一方の端部が熱的に接続され、他方の端部が分離した部分に嵌め込まれた金属材料に熱的に接続されたヒートパイプを備えていてもよい。

図４は、バックシャーシの切り抜き部分に嵌め込まれた他の態様のヒートシンクを説明する図である。図４に示すように、バックシャーシの柱状部材間の上部に３つの分離した切り込み部１０−１、１０−２、１０−３を形成し、対応した形状の伝熱部材４−１、４−２、４−３を嵌め込み機械的かしめと半田付けを併用して固定した。更に伝熱部材４−１、４−３のそれぞれの表面に半田付けによって、放熱フィン５−１、５−２を熱的に接合した。

放熱フィン５−１に放熱部が熱的に接続されたヒートパイプ１６を備えており、ヒートパイプ１６の残りの大部分が中央部に位置する伝熱部材４−２に半田等で接合されている。放熱フィン５−２に放熱部が熱的に接続されたヒートパイプ１５を備えており、ヒートパイプ１５の残りの大部分が中央部に位置する伝熱部材４−２に半田等で接合されている。このようにヒートパイプを備えることによって、発光素子から伝熱部材４−２に伝わった熱は、ヒートパイプ１５、１６によって放熱フィン５−１、５−２に輸送されて、大気中に放散される。

ヒートパイプ１５、１６の内部には作動流体の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動流体が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。即ち、ヒートパイプ１５、１６の吸熱側において、ヒートパイプ１５、１６を構成する容器の材質中を熱伝導して伝わってきた被冷却部品が発する熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプ１５、１６の放熱側に移動する。放熱側においては、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動流体は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動によって、大量の熱の移動が行われる。

なお、薄型ディスプレイ装置の正面側に複数個のLED光源が配置されているので、LED光源の配列に沿ってヒートパイプ１５、１６が配置されていることが好ましい。このように配置すると、バックシャーシ２の液晶表示パネル側の面に取り付けられた、光源として複数の発光素子の熱が伝熱部材４の材質中を通って、ヒートパイプ１５、１６の受熱部に伝わり、ヒートパイプ１５、１６によって放熱フィン５−１、５−２に熱が移動される。

図５は、バックシャーシの切り抜き部分に嵌め込まれた他の態様のヒートシンクを説明する図である。図５に示すように、バックシャーシの柱状部材間の上部に４つの分離した切り込み部１０−１、１０−２、１０−３、１０−４を形成し、対応した形状の伝熱部材４−１、４−２、４−３、４−４を嵌め込み機械的かしめと半田付けを併用して固定した。更に伝熱部材４−１、４−４のそれぞれの表面に半田付けによって、放熱フィン５−１、５−２を熱的に接合した。

両端部の放熱フィン５−１および放熱フィン５−２にヒートパイプの端部がそれぞれ熱的に接続されて放熱部を形成し、ヒートパイプの中央部が、伝熱部材４−２、４−３に半田等で接合されている。このように両端部の伝熱部材４−１、４−４に配置された放熱フィン５−１、５−２間をヒートパイプ１５に熱的に接続すると、ヒートパイプ１５によって、温度の低い方の放熱フィンに熱が輸送され、全体として効果的な放熱が行われる。

図７は、概ねコの字形の金属部材からなる放熱フィンを説明する図である。図７に示すように、放熱フィン５は、底面部８、垂直面部９および上面部１１からなる概ねコの字形からなっている。個々の放熱フィンは、固定部材または相互に嵌合される爪部、爪受け部１２によって固定される。このように形成された断面概ねコの字形の放熱フィン４を上述した各種態様の伝熱部材４の上に垂直方向に配置すると、中空空間が形成され、空気の自然対流を容易にすることができる。伝熱部材は、金属板材からなり、例えば、アルミニウムプレートからなっている。

上述したように、薄型ディスプレイのバックライト装置に使用されている、各種基板等の変形を抑制し、これらを保護するバックシャーシに切り込み部を形成し、そこに放熱フィン、ヒートパイプを備えた伝熱部材を嵌め込んで固定するので、バックシャーシの他方の面に取り付けられている、光源としての発光素子の熱を効率的に放熱することができる。

図１は、この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの１つの態様を説明する図である。 図２は、この発明の薄型ディスプレイ用のヒートシンクの別の態様を説明する図である。 図３は、図２に示した切り抜き部分の拡大図である。 図４は、バックシャーシの切り抜き部分に嵌め込まれた他の態様のヒートシンクを説明する図である。 図５は、バックシャーシの切り抜き部分に嵌め込まれた他の態様のヒートシンクを説明する図である。 図６は、概ねＬ字形の金属部材からなる放熱フィンを説明する図である。 図７は、概ねコの字形の金属部材からなる放熱フィンを説明する図である。

符号の説明

１ 薄型ディスプレイ用のヒートシンク
２ バックシャーシ
３ 柱状部材
４ 伝熱部材
５ ヒートパイプ
６ 底面部
７ 垂直面部
８ 底面部
９ 垂直面部
１０ 切り抜き部
１１ 上面部
１２ 爪部、爪受け部

Claims (11)

1. 薄型ディスプレイ装置の背面側に配置されて、各種基板等の変形を抑制する、一部に切り抜き部分を有するバックシャーシの前記切り抜き部分に、発光素子の熱を放熱する伝熱板材を備えた、薄型ディスプレイ用のヒートシンク。
2. 前記切り抜き部分は、前記バックシャーシの上部に、所定形状で形成され、前記切り抜き部分に、対応する形状の前記伝熱板材を嵌め込んで固定されている、請求項１に記載の薄型ディスプレイ用のヒートシンク。
3. 前記切り抜き部分は、複数個の分離した部分からなっており、前記分離した部分のそれぞれに前記伝熱板材が嵌め込まれている、請求項２に記載の薄型ディスプレイ用のヒートシンク。
4. 複数個の分離した前記切り抜き部分の端部側に位置する少なくとも１つの部分に嵌め込まれた前記金属板材の表面に、熱的に接続された複数の薄板状の放熱フィンを備えている、請求項３に記載の薄型ディスプレイ用のヒートシンク。
5. 前記放熱フィンに一方の端部が熱的に接続されたヒートパイプを備えており、他方の端部が少なくとも１つの他の分離した部分に嵌め込まれた金属材料に熱的に接続されている、請求項４に記載の薄型ディスプレイ用のヒートシンク。
6. 複数個の分離した前記切り抜き部分の両端側に位置する部分に嵌め込まれた前記金属板材の表面に、熱的に接続された複数の薄板状の放熱フィンを備えており、前記放熱フィンに一方の端部が熱的に接続され、他方の端部が分離した部分に嵌め込まれた金属材料に熱的に接続されたヒートパイプを備えている、請求項４または５に記載の薄型ディスプレイ用のヒートシンク。
7. 薄型ディスプレイ装置の正面側に複数個のLED光源が配置されており、前記LED光源の配列に沿って前記ヒートパイプが配置されている、請求項５または６に記載の薄型ディスプレイ装置。
8. 前記バックシャーシが亜鉛めっき鋼板からなっており、前記金属板材がアルミニウムプレートからなり、前記アルミニウムプレートが、前記バックシャーシに機械的にかしめられて固定されている、請求項２から７の何れか１項に記載の薄型ディスプレイ用のヒートシンク。
9. 前記バックシャーシが亜鉛めっき鋼板からなっており、前記金属板材がアルミニウムプレートからなり、前記アルミニウムプレートが、前記バックシャーシに半田付けされて固定されている、請求項２から７の何れか１項に記載の薄型ディスプレイ用のヒートシンク。
10. 前記複数個の分離した部分が概ね矩形からなっており、前記分離した部分の形状は前記バックシャーシの所望の剛性を保持するように形成されている、請求項３から９の何れか１項に記載の薄型ディスプレイ用のヒートシンク。
11. 請求項１から１０の何れか１項に記載のヒートシンクが備わった、薄型ディスプレイ装置。

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