JP2012084455A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面実装型点光源（ＬＥＤ）を用いた液晶表示装置の光源において薄型，低コストを実現する光源の放熱構造。
【解決手段】配線基板９上に搭載された複数の光源８と光源の光を液晶パネル方向へ導くための導光板１１とを組み合わせた光源ユニットにおいて、配線基板９上の光源８の実装面側と熱拡散板１０を熱伝導性シート９１を介して略コ字状の部材１０１で挟み込み、光源８で発生する熱を熱拡散板１０から空気に放熱させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。例えば、筐体内部に発生する熱を効率よく排熱できる液晶表示装置に関する。

近年、表示装置として、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に代わって、発光型のプラズマディスプレイ表示装置や非発光型の液晶表示装置の使用が多くなっている。このうち、液晶表示装置は、透過型の光変調素子として液晶パネルを用い、その背面に照明装置（以下、バックライト装置と称する）を備えて光を液晶パネルに照射する。そして、液晶パネルはバックライト装置から照射された光の透過率を制御することにより画像を形成する。

液晶パネルに光を照射するためのバックライト装置の方式として、主として次の二つの方式が知られている。一つは、液晶パネルの左右または上下端部に光源を配置し、側面から入射した光を平面方向に出射させるための導光板を介して照射するサイドライト方式であり、もう一つは、液晶パネルの背面から光を照射する直下方式である。液晶表示装置は、外形を薄く構成できることが特徴の一つとなっているが、近年はより薄く、消費電力の少ない液晶表示装置が望まれている。液晶表示装置を薄くすると、液晶表示装置の外形を構成する筺体内部に発生する熱を排熱するための空気流路の確保が困難になるため効率よく排熱できず、熱に弱い部分が温度上昇してしまうという課題が生じる。

そこで、例えば特許文献１には、サイドライト方式の液晶表示装置においてバックライト装置の光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用い、ＬＥＤから発生した熱が配線基板から一対の伝熱部材を経て速やかに放散される構成が記載されている。

一方、直下型の冷却構造として特許文献２には、蛍光管式光源を液晶パネルの奥側に配置し、裏面壁面を放熱面として利用し、さらにその背面の空気の流動で冷却する構造が記載されている。

特許第４５２５４９２号公報 特開２００９−２５２７２４号公報

前記特許文献１に記載の技術は、基板表面と外郭フレームとを繋ぐ熱伝導性の部材で結合してＬＥＤから発生した熱を外郭フレームへ伝え周囲の空気に放熱を行うものである。しかしながら、この構造は導光板の上下端、または左右端を含む端辺にＬＥＤ列を設置したサイドライト方式には有効であるが、導光板の中間部に光源ユニットを配置し、個々の領域で映像により輝度を変化させるエリア制御型のバックライト構造には用いることができない。また、外郭フレームと基板との間を部材で接続しているため外郭フレームの変形によって基板の設置方向に傾きが生じてしまう。この傾きは、導光板に対して光軸ずれを生じ、輝度の低下やむら等光学性能に影響を及ぼす。

そこで本発明の目的は、エリア制御型のバックライト構造について、ＬＥＤと導光板との光軸ずれを所定の範囲内に確保した上で、ＬＥＤから発生する熱を小さい温度差で空気へ放熱させる。そのため、ＬＥＤを実装した基板と導光板との位置合わせ精度、放熱性能を考慮した基板の支持構造で、液晶表示装置に薄型性が要求される場合には基板支持構造の画面奥行き方向の長さも短くでき、さらに、組立作業性を向上し、材料費等を極力低減できる液晶表示装置構造を提供するものである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、液晶パネル、当該液晶パネルを背面から照明する光源を備えたバックライト装置，前記バックライト装置を保持するシャーシを備え、前記バックライト装置は、液晶パネルの表示面と平行な方向に光を放出する光源と前記光源を搭載した配線基板と前記光源の光を前記液晶パネル方向へ導くための透光性を有する導光板とを組み合わせた複数の光源ユニットとを有する液晶表示装置において、前記光源を搭載した配線基板の実装面と熱拡散板を、熱伝導シートを介して接触させ配線基板と熱拡散板を挟み込む部材を設けることを特徴とする液晶表示装置がある。

さらに、例えば、配線基板の実装面と熱拡散板を、熱伝導シートを介して接触させ配線基板と熱拡散板を挟み込む部材は、断面形状が略コ字状の部材とするものである。

さらに、例えば、配線基板の実装面と熱拡散板を、熱伝導シートを介して接触させ配線基板と熱拡散板を挟み込む部材は、ネジによる取付が可能であるものである。

さらに、例えば、配線基板の実装面と熱拡散板を、熱伝導シートを介して接触させ配線基板と熱伝導シートを挟み込む部材は、部分的に略コ字状に成形した熱拡散板であるものである。

さらに、例えば、配線基板に接続する熱拡散板は、配線基板の熱伝導率よりも高い板材であるものである。

さらに、例えば、配線基板は、紙基材フェノール樹脂製のプリント配線基板、または、ガラス布基材エポキシ樹脂製の積層配線プリント基板である。

さらに、例えば、配線基板に設ける熱拡散板は、アルミ，鉄を主たる構成部材とする板材である。

さらに、例えば、１枚の導光板に少なくとも２つ以上の配線基板を取り付けるものである。

本発明によれば、液晶表示装置の薄型化を可能としつつ、画質低下がなく安定にＬＥＤの冷却が可能な構造を提供できる。

第一の実施例の液晶表示装置を正面から見た図である。 第一の実施例の図１におけるＡ−Ａ断面図である。 第一の実施例における配線基板と熱拡散板との組合せの図である。 第一の実施例に用いる配線基板と熱拡散板の拡大断面図である。 第一の実施例の配線基板の光源実装面側の平面図である。 第一の実施例の配線基板の光源非実装面側の平面図である。 第二の実施例に用いる配線基板と熱拡散板の拡大断面図である。 第三の実施例の配線基板と熱拡散板との組合せの図である。 第四の実施例の配線基板と熱拡散板との組合せの図である

以下、本発明を実施するための形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。

本発明を適用した液晶表示装置の一実施例である液晶テレビを図１および図２に示す。
図１は、第一実施形態の液晶テレビの映像を表示する側の正面図である。また、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図の一部であり、図２の紙面右側が液晶テレビの映像を表示する側である。

本実施例に係る液晶テレビ１は、図２に示されるように、パッシブ表示デバイスとしての液晶パネル２と、この液晶パネル２に光を照射するためのバックライトユニット３と、液晶パネル２とバックライトユニット３との間に配置され、バックライトユニット３の光を拡散させるための光学シート４を備えている。液晶パネル２は、カラーフィルタ付きでも、モノクロでもよく、ＩＰＳ方式，ＶＡ方式でもよい。バックライトユニット３は、たとえば、アルミ板や鋼板などの金属で箱型に成形された金属シャーシ５の内部に組付けられる。また、金属シャーシ５の背面には、信号制御回路，電源回路，パネル駆動回路などの回路基板６や回路基板６′が搭載され、これらの要素を収納する筐体７などを含んで構成されるものとする。また光学シート４は、図２では模式的に１枚として示しているが、実際は、拡散シート，プリズムシート，拡散板，偏光選択性の反射フィルムなどのいずれかを組み合わせて構成されている。これらのシートは、光源８から出射された光の一部を反射し、バックライトユニット３側に光を反射させるため、バックライトユニット３から再度反射された光が透過，拡散し、輝度均一性を高める効果がある。

バックライトユニット３は、図２に示すように、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの複数の発光素子を含む光源８を搭載した配線基板９と、配線基板９の発光素子実装面と平行面と直角をなし液晶パネル２と並行の平面状に設けられた熱拡散板１０とから構成される。該光源８から矢印Ｂの方向（すなわち液晶パネル２と平行な方向）に放出された光が入射され、これを矢印Ｃの方向（すなわち液晶パネル２の表示面と直交する方向）に折り曲げてバックライトユニット３の前面に配置される液晶パネル２に導くための導光板１１とを組み合わせている。

図１の正面図に格子状に示すように、このバックライトユニット３は、光源ユニット１２として複数のエリアに分割されている。図１及び図２に示されるように矢印Ｂの方向、および矢印Ｃの方向、すなわち液晶パネル２の表示面と平行な方向に複数個配列されている。上記光源８の照度（光源８から放出される光の強度）を、回路基板６を介して、例えば映像信号の輝度情報を用いて、各光学ユニット１２の光源を単位として光源ユニット１２毎に制御するようにしてもよい。この場合、光源ユニット１２に対応して液晶パネル２上の表示映像の明るさや色を局所的に制御することができる。その結果、係る表示映像のコントラストや色純度を向上させることができる。光源ユニット１２の数が多いほどきめ細かい制御を行うことができる。例えば図１に示されるように、光源ユニット１２を上下方向に６個、横方向に１６個配置する場合は、各光源ユニット１２に対応して液晶パネル２の表示領域が９６領域に分割され、その分割領域毎にその明るさや色などを制御することができる。勿論、光源ユニット１２の数（表示領域の分割数）はこれに限られるものではない。上述のように、光源ユニット１２の数が多いほどきめ細かい制御が可能となるが、多すぎると部品点数やコストの大幅な上昇になるので、液晶パネル２のサイズに応じて適切な数を設定することが望ましい。図２では、厚さが一様な導光板１１の紙面垂直方向に６か所溝部を設け、溝部の中に光源８が入る構成で、上向きに光を照射する。なお、導光板１１は図では１枚の構成で示したが厚さが部分的に異なっても、また、縦方向や横方向に分割されていても本発明の効果は達成される。図２に示すように、光源８で発生した熱は、配線基板９上に設けられた熱伝導性シート９１を介して、熱拡散板１０に熱伝導により伝えられる。熱拡散板１０に広がった熱は、空気の通風路１４内の空気に伝えられる。

図３には、図２の主要部を拡大して示す。第一の実施例で特徴となる点は、配線基板９の光源実装面側の光源８を実装していない部位に熱伝導性シート９１を設け、配線基板と並行に直角部を備える熱拡散板１０と面接触し熱的に結合している点である。そして、断面が略コ字状の部材１０１を用いて、配線基板９と熱拡散板１０を熱伝導性シート９１を介して同時に挟み込む。熱伝導性シート９１は、所定の熱伝導率を有しながら、柔軟性が高く圧縮復元率の高い材料が望ましい。導光板１１と樹脂性のリベット１１１については図４を用いて説明する。

図４には、図３における１組の配線基板９と光源８，熱拡散板１０の組合せの主要拡大図を示す。配線基板９には、光源８の実装面Ｄ側に銅層（光源実装面側）９００が光源８部を含め広く配線基板９表面を覆っている。配線基板９の反対の面Ｅ側には、銅配線層（光源非実装面側）９０１が紙面垂直方向に並ぶ光源８と電気接続するように配線される。銅配線層（光源非実装面側）９０１と光源８は、配線基板９の絶縁部を貫通する図示しないスルーホールにより電気的に接続される。略コ字状の部材１０１は、板金加工により弾性力を発生させる構造が比較的安価に構成できるため有利である。熱拡散板１０と導光板１１は、樹脂性のリベット１１１の嵌め合いにより固定される。熱拡散板１０は、熱伝導率が高いアルミ等の材料が放熱の観点からは望ましいが、光源８の発熱量によってコストを重視して鋼板等であっても構わない。

図５と図６には、配線基板９を平面的に示す。図５に光源８の実装面のＤ面、図６に反対側のＥ面を示す。Ｄ面には、必要光量の関係から所定の間隙を空けてリフロー半田付けで金属電極部を有する光源８が実装される。基板表面には、電極形成に問題のない範囲で比較的広い面積に銅層を設ける。銅層厚さは、１８，３５，７０ミクロン等の規格に沿った選定をすることができるが、光源８の温度低減をより図る場合は、厚い銅層とすることが望ましい。また、電気絶縁性の確保と光学性能の観点から、銅層の表面には反射率の高い白色のレジスト層を薄く設ける。図６に示すＤ面には、光源８を複数個、図では８ａ，８ｂ，８ｃで示すように３個直列の配線で接続した場合を示す。光源３個の組の電流をそれぞれ制御できるような銅配線層（光源非実装面側）９０１を設けることにより、画面をエリア分割したバックライトの制御が可能となる。この場合、光源８に光量の関係で大きな電流を必要とする場合は、ジュール発熱しないように銅配線層（光源非実装面側）９０１の配線幅を広めに設定することが望ましい。なお、図には示さないが配線層の先にはコネクタが接続されドライバ回路基板からの配線と結合される。図５のＤ面には、熱拡散板１０が破線で示す領域に熱伝導性シートを介して接続するので光源８から近く、比較的低い熱抵抗で接続できる。また、光源８で発生する熱を裏面のＥ面まで熱伝導させる必要がないため、Ｄ面とＥ面を接続するスルーホールは電気特性を重視した個数や配置で良く、さらにＥ面は基板幅寸法内で電気回路主体の配線のパターン設計で良い点は設計の自由度が高い。

次に、本実施例構造の動作を説明する。液晶テレビ１への給電により、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を含む光源８に電流が通電されると同時に光源８は発光を開始する。発光と共に、光源８内部にジュール熱が発生し温度上昇が始まる。光源８で発生した熱は、配線基板９表面の銅層（光源実装面側）９００により配線基板９の広い面積に広げられる。広い面積に広げられた熱は、同一面上に設けられた熱伝導性シート９１を介して、熱拡散板１０に熱伝導により伝えられる。熱拡散板１０に広がった熱は、空気の通風路１４内の空気に伝えられる。筺体７で暖められた空気は密度が小さくなることにより浮力が生じ上部の排気口より排出されると同時に、下部の吸気口より低温の空気が吸い込まれる。この空気の流動により光源８で発生した熱は最終的に外部に放熱される。

配線基板９は、配線領域と共に熱拡散板１０との熱接続面積を確保した上で、紙面の左右方向にできるだけ短い寸法とすることにより、薄型のバックライトユニット３を構成できる。熱拡散板１０に伝わった熱は、その背面側に設けられた空間が空気の通風路１４となって空気の密度差による自然対流が発生し、液晶テレビ１内への空気の流入，排出が行われ、最終的にＬＥＤの熱は液晶表示装置の外部に排出される。

以上のように、配線基板９の光源８の実装面側に熱拡散板を熱的に接続することにより、配線基板９の厚さ方向の熱抵抗の影響を受けずに低熱抵抗で接続できる。さらに、略コ字状の部材１０１の弾性力で熱伝導性シート９１を圧縮しているので熱伝導性シート９１と配線基板９の接触面は高い密着性が得られる。さらに、略コ字状の部材は横方向から差し込む構造なので、ネジ締め構造と異なり組立作業性が高い。

また、本発明によれば配線基板９表面の銅層（光源実装面側）９００を主な熱伝導部材として用いるため、母材がアルミの基板等と比べると、非常に安価な両面ガラス布基材エポキシ基板等を用いることができる点で低コスト化に有利である。

また，本実施例のように、１枚の大型の導光板に光源を実装した複数の配線基板を取り付ける構造により射出成型品の導光板のコストを抑えることができる。

図７は、本発明の他の実施例を示す。図４の発明と異なる点は、略コ字状の部材１０１をネジ１０２で上下から締結している点である。このような構成により、略コ字状の部材１０１の圧縮弾性力がクリープ現象により小さくなってもネジの締め付けにより略コ字状の部材１０１の脱落等が防止でき装置の長期信頼性が向上する。このネジ１０２は、脱落防止の観点で必要最小の本数で良く組立作業性を大きく損なわない。

図８は、本発明の他の実施例を示す。図３の実施例では、略コ字状の部材１０１の弾性力により配線基板９と熱拡散板１０を固定していたが、図８の実施例ではネジ９２によるネジ締め付け構造としている。このような構造においても、光源８の実装面に熱拡散板１０が熱的に接続されるため低い熱抵抗で結合できる。

図９は、本発明のさらに他の実施例を示す。図３の実施例では、略コ字状の部材１０１を別部材としていた。図９における実施例では、図３の略コ字状の部材１０１を熱拡散板１０と同一部品で成形している。このような構造により部品点数が削減でき、より安価に構成できる。また、この場合アルミ等の引抜材で構成することにより、熱拡散板直角部の直角度の精度が高まり、配線基板９との接続幅が小さい場合においても配線基板の設置位置，角度を所定の範囲に設定できるため光学性能に及ぼす影響を小さくできる。

以上のように、配線基板９の光源８実装面側の図示しない銅層９００部の熱伝導を用いて、熱伝導性シート９１を介して、熱拡散板１０を熱的に接続する構造である。そのため、配線基板９には、絶縁部の熱伝導率が比較的小さいガラス基材エポキシ積層基板等を用いることができ、アルミ基板等と比較してコスト的に非常に有利である。また、配線基板９の固定方法として、熱拡散板１０と同一部品で整形された略コ字部材の弾性力を用いるため、固定用ネジの使用本数を極力削減できるため、作業性の高い構造を実現できる。

なお、図１から図９までを用いて説明した本発明の実施例で示したように、画面縦方向に１枚の導光板に対して少なくとも２枚以上に分割した配線基板９とすること、また、図示しないが画面横方向に少なくとも２枚以上に分割した配線基板９で構成する。これにより、導光板に線膨張による伸びが生じた場合においても、導光板と光源８との位置ずれを吸収できる効果が得られる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 液晶テレビ
２ 液晶パネル
３ バックライトユニット
４ 光学シート
５ 金属シャーシ
６ 回路基板
７ 筺体
８ 光源（ＬＥＤ）
９ 配線基板
１０ 熱拡散板
１１ 導光板
１２ 光源ユニット
１４ 空気の通風路
９１ 熱伝導性シート
９２ ネジ
１０１ 略コ字状の部材
１１１ リベット
９００ 銅層（光源実装面側）
９０１ 銅配線層（光源非実装面側）

Claims (8)

1. 液晶パネル，当該液晶パネルを背面から照明するバックライト装置，前記バックライト装置を保持するシャーシを備え、
   前記バックライト装置が、前記液晶パネルの表示面と平行な方向に光を放出する光源と前記光源を搭載した配線基板と前記光源の光を前記液晶パネル方向へ導くための透光性を有する導光板とを組み合わせた複数の光源ユニットとを有する液晶表示装置において、
   前記光源を搭載した前記配線基板の実装面と熱拡散板を、熱伝導シートを介して接触させ前記配線基板と前記熱拡散板を挟み込む部材を設けることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記配線基板の実装面と前記熱拡散板を、前記熱伝導シートを介して接触させ前記配線基板と前記熱拡散板を挟み込む部材は、断面形状が略コ字状の部材であることを特徴とする特許請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記配線基板の実装面と前記熱拡散板を、前記熱伝導シートを介して接触させ前記配線基板と前記熱拡散板を挟み込む部材は、ネジであることを特徴とする特許請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記配線基板の実装面と前記熱拡散板を、前記熱伝導シートを介して接触させ前記配線基板と前記熱伝導シートを挟み込む部材は、略コ字状に成形した熱拡散板であることを特徴とする特許請求項１記載の液晶表示装置。
5. 前記配線基板に設ける熱拡散板は、前記配線基板の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する板材であることを特徴とする特許請求項１記載の液晶表示装置。
6. 前記配線基板は、紙基材フェノール樹脂製のプリント配線基板、または、ガラス布基材エポキシ樹脂製の積層配線プリント基板であることを特徴とする特許請求項１記載の液晶表示装置。
7. 前記配線基板に設ける熱拡散板は、アルミ，鉄を主たる構成部材とする板材であることを特徴とする特許請求項１記載の液晶表示装置。
8. 前記配線基板は、１枚の導光板に対して少なくとも２つ以上取り付ける構造とする特許請求項１記載の液晶表示装置。

Images