JP6167311B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、表示装置、特に、直下型ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）バックライトを備えた液晶表示装置に関する。

近年、高輝度の直下型ＬＥＤバックライトを備えた液晶表示装置が商品化されている。この液晶表示装置は、液晶画面の直下に、画面全体にＬＥＤを敷き詰めて配置する。そして、敷き詰めたＬＥＤに電力を投入する。

輝度を向上させるためには、ＬＥＤに投入する電力を増やす必要がある。電力を増やすと、ＬＥＤの温度も上昇する。ＬＥＤの温度が上昇すると、高温になった空気が自然対流によって下部から上部に移動する。そのため、バックライトの上部と下部で温度勾配が大きくなる。このようにバックライトに温度勾配が発生すると輝度ムラ、色ムラが発生する。

さらに、高輝度のＬＥＤ直下型バックライトは、ＬＥＤを駆動するドライバ基板の消費電力が大きくなり、発熱量が大きくなり、ドライバ基板が高温になる。そのため、バックライトのドライバ基板の周辺で局所的に温度上昇が発生し、バックライトに温度勾配が発生する。

特許文献１は、補助板で形成されるダクト構造の空気孔から温められた空気を外部に逃がすことにより液晶パネル内の温度勾配の発生を抑制する構成が開示されている。

特開２００５−１２１８９７号公報

本開示は、温度勾配を低減する構造を備えた表示装置を提供することを目的とする。

本開示にかかる表示装置は、表示パネルと、表示パネルの背面に配置された複数のバックライトユニットと、複数のバックライトユニットの背面に配置された第１フレームと、第１フレームの背面に、所定位置から上部に配置された伝熱シートと、伝熱シートの背面に配置された第２フレームで構成される。そして、第１フレームと第２フレームとの間で、伝熱シートの下部に空気層が形成される。

これにより、発熱部品の温度ピーク、温度勾配を低減することができる。

図１は、実施の形態１に係る液晶表示装置の構造を説明する分解斜視図である。 図２Ａは、実施の形態１に係る液晶表示装置の背面図である。 図２Ｂは、図２Ａの液晶表示装置の２−２断面図である。 図２Ｃは、図２Ｂの断面図における熱流を説明する図である。 図３Ａは、従来の液晶表示装置の背面図である。 図３Ｂは、図３Ａの液晶表示装置の３−３断面図である。 図３Ｃは、図３Ｂの断面図における熱流を説明する図である。 図４Ａは、従来の液晶表示装置の第１フレームの温度勾配を示す特性図である。 図４Ｂは、実施の形態１に係る液晶表示装置の第１フレームの温度勾配を示す特性図である。 図５Ａは、実施の形態２に係る液晶表示装置の背面図である。 図５Ｂは、図５Ａの液晶表示装置の５−５断面図である。 図６Ａは、実施の形態３に係る液晶表示装置の背面図である。 図６Ｂは、図６Ａの液晶表示装置の６−６断面図である。 図７Ａは、実施の形態３に係る別の液晶表示装置の背面図である。 図７Ｂは、図７Ａの液晶表示装置の７−７断面図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１について説明する。

［１−１．構成］
以下の説明における位置や方向は、特に言及しない限り、液晶表示装置の表示方向を基準に、「前面」、「背面」とする。つまり、液晶表示装置の液晶表示パネルの画像が表示される側が「前面」であり、その反対側が「背面」である。さらに、「上」、「下」は、液晶表示装置の使用時の姿勢で液晶表示パネルを前面側から見た時の「上」、「下」である。

図１は、実施の形態１に係る液晶表示装置の構造を説明する分解斜視図である。

図１において、液晶表示装置１００は、ＬＥＤ直下型のバックライトを備える。液晶表示装置１００は、前面フレーム１１と、３３インチの平面型の表示パネルである液晶表示パネル１２と、モールドフレーム１３と、拡散シートやプリズムシート等の光学シート１４と、バックライト装置１５と、第１フレーム１６と、液晶表示パネル１２に画像を表示するための駆動回路やメモリなどの複数の電子部品を有する回路基板１７ｂと、バックライト装置１５を駆動させるためのドライバ基板１７ａ、１７ｃと、伝熱シート１８と、第２フレーム１９で構成される。

前面フレーム１１は、樹脂、金属等の材料を用いて構成され、液晶表示装置１００の前面側に設けられ、液晶表示パネル１２の周囲を囲み、液晶表示パネル１２を固定保持するように設けられる。

モールドフレーム１３は樹脂、金属等の材料を用いて構成され、液晶表示パネル１２の背面側に設置され、液晶表示パネル１２と光学シート１４を固定、保持するように設けられる。

バックライト装置１５の背面には第１フレーム１６が配置される。

伝熱シート１８は第１フレーム１６の背面の上部に設けられ、第１フレーム１６の所定位置、図１においては略中央から上部にかけて第１フレーム１６に対向するように設けられる。

第２フレーム１９は伝熱シート１８の背面に設けられ、第１フレーム１６の下部から上部にかけて第１フレーム１６に対向するように設けられる。

回路基板１７ｂとドライバ基板１７ａ、１７ｃは第２フレーム１９の背面の略下部に設けられる。

液晶表示パネル１２は、水平垂直の偏光フィルタ、ガラス基板、および配向層液晶を備えて構成され、バックライト装置１５の前面側に配置される。液晶表示パネル１２の前面には画像を表示するための画像表示領域が設けられ、この画像表示領域は前面フレーム１１の開口部から表出する。

バックライト装置１５は、４つのバックライトユニット１５ａ〜１５ｄで構成され、ＬＥＤ光源が縦横に敷き詰められている。

第１フレーム１６は、鉄、アルミニウム等の、高い熱伝導率および高い導電率を有する金属材料で構成される。

接合部材を用いて前面フレーム１１がモールドフレーム１３に接合されることによって液晶表示パネル１２を保持する。接合部材を用いてバックライト装置１５とモールドフレーム１３が第１フレーム１６に接合されることによって、第１フレーム１６は、光学シート１４およびバックライト装置１５を保持する。

第１フレーム１６は、光学シート１４およびバックライト装置１５を保持するシャーシの役割と、バックライト装置１５が発生した熱を放熱させる金属体である放熱板の役割とを兼ね備えている。

第１フレーム１６は、その外周に溝を備えており、配線等を埋め込む構成となっている。

回路基板１７ｂは、背面に液晶表示パネル１２を駆動するための駆動回路、信号処理回路、メモリ等の複数の電子部品が配置されている。ドライバ基板１７ａ、１７ｃは、背面はバックライト装置１５を駆動するための駆動回路、信号処理回路、メモリ等の複数の電子部品が配置されている。

伝熱シート１８は、例えば、放熱ゴムなどの材料で構成される。

第２フレーム１９は、例えばアルミ、銅等の、高い熱伝導率および高い導電率を有する金属材料で形成される。

第１フレーム１６と第２フレーム１９は、互いに対向している面のサイズは、第１フレーム１６の溝を構成している部分を除いて、同じである。

図２Ａは液晶表示装置１００の背面図である。図２Ｂは図２Ａの液晶表示装置１００の２−２断面図である。この断面図は液晶表示装置１００の背面側の回路基板１７ｂからバックライト装置１５までの断面図であり、光学シート１４から前面フレーム１１までの構成を省略している。図２Ｃは、図２Ｂの断面図における熱流を説明する図である。

図２Ｂにおいて、回路基板１７ｂは、金属材料で構成される複数のボス２２によって第２フレーム１９から一定距離を保つように第２フレーム１９の背面に保持される。図示していないが、ドライバ基板１７ａ、１７ｃも回路基板１７ｂと同様に、それぞれ複数のボスによって第２フレーム１９から回路基板と同じ距離を保つように第２フレーム１９の背面に保持されている。

第１フレーム１６と第２フレーム１９の間の所定位置、本実施の形態では略中央、から上部全体に伝熱シート１８が設けられている。伝熱シート１８の厚み、すなわち、第１フレーム１６と第２フレーム１９の間の距離、は、０．２５ｍｍである。従って、第１フレーム１６と第２フレーム１９の間の伝熱シート１８の下部全体に伝熱シート１８の厚みと同じ厚みの空気層２１が形成される。空気層２１は第１フレーム１６を背面側から見て、縦は垂直方向において第１フレーム１６の面内の最下端から伝熱シート１８の最下端までの長さ、横は水平方向において第１フレーム１６の左端から右端までの長さを有する長方形の領域を有する。

図３Ａは、従来の液晶表示装置３００の背面図である。図３Ｂは図３Ａの液晶表示装置３００の３−３断面図である。液晶表示装置３００は、液晶表示装置１００の構成に対して、伝熱シート１８と第２フレーム１９の構成が無い。図３Ｂは、図２Ｂと同様に光学シート１４から前面フレーム１１までの構成を省略している。図３Ｃは、図３Ｂの断面図における熱流を説明する図である。

図３Ｂにおいて、回路基板１７ｂは、金属材料で構成される複数のボス３２によって第１フレーム１６から一定距離を保つように第１フレーム１６の背面に保持される。図示していないが、ドライバ基板１７ａ、１７ｃも回路基板１７ｂと同様に、それぞれ複数のボスによって第１フレーム１６から回路基板と同じ距離を保つように第１フレーム１６の背面に保持されている。

［１−２．動作］
まず、従来の液晶表示装置３００を動作させた場合を説明する。液晶表示装置３００が動作すると、バックライト装置１５は、投入される電力をすべて光に変換することは出来ず、一部が熱として放出されるので液晶表示装置３００全体の温度を上昇させる。また、回路基板１７ｂとドライバ基板１７ａ、１７ｃに配置される電子部品に投入される電力も一部が熱として放出される。

第１フレーム１６は、金属材料で構成されているので、バックライト装置１５が発熱し、その熱が伝導することで温度が上昇する。さらに、第１フレーム１６の背面の空気も第１フレーム１６の温度上昇に伴い、温度が上昇する。空気の温度が上昇すると、空気の密度が小さくなるので、上昇気流３３が生じる。上昇気流３３によって第１フレーム１６の熱が第１フレーム１６の背面全体に放熱される。放熱される熱流を、模式的に熱流３４、３５、３６のように放熱で示す。上昇気流３３は下部から上部に上昇するに従い、受熱量が大きくなり、上昇気流３３と第１フレーム１６との温度差が小さくなるので、上部の空気は下部の空気と比較して第１フレーム１６の冷却効果が小さくなる。そのため、第１フレーム１６の上部と下部の間に温度勾配が生じる。

さらに、回路基板１７ｂとドライバ基板１７ａ、１７ｃに配置される電子部品から発生する熱は対流によって熱流３７のように第１フレーム１６に伝わり、第１フレーム１６の温度を上昇させる。このとき第１フレーム１６の温度は、第１フレーム１６の背面側から見て回路基板１７ｂとドライバ基板１７ａ、１７ｃの電子部品が存在する箇所において局所的に上昇する。

次に、液晶表示装置１００を動作させた場合を説明する。液晶表示装置１００が動作すると、バックライト装置１５は、投入される電力をすべて光に変換することは出来ず、一部が熱として放出されるので液晶表示装置１００全体の温度を上昇させる。また、回路基板１７ｂとドライバ基板１７ａ、１７ｃに配置される電子部品に投入される電力も一部が熱として放出される。

第１フレーム１６は、金属材料で構成されているので、バックライト装置１５が発熱し、その熱が伝導することで温度が上昇する。さらに、第１フレーム１６の背面の空気も第１フレーム１６の温度上昇に伴い、温度が上昇する。空気の温度が上昇すると、空気の密度が小さくなるので、上昇気流３８が生じる。上昇気流３８によって第１フレーム１６の熱が第１フレーム１６の背面全体に放熱される。

第１フレーム１６上部の熱は、伝熱シート１８、第２フレーム１９の順に伝導し、第２フレーム１９の背面に生じる上昇気流３８によって熱流３９のように放熱される。

空気層２１は、厚みが０．２５ｍｍであり、空気層２１の空気は、第１フレーム１６の温度が上昇しても流れない。空気層２１において、対流熱伝達は生じなくなり、空気の熱伝導率は十分に小さいことから、空気層２１は断熱効果を有する。従って、第１フレーム１６下部の熱は、断熱効果を有する空気層２１によって遮断されるので、第２フレーム１９の背面に生じる上昇気流３８によって放熱されない。

また、上昇気流３８は第１フレーム１６の下部からの熱をあまり受熱しないので、従来の液晶表示装置３００よりも、空気が上部へ上昇したときの温度上昇量が小さくなり、第１フレーム１６上部において、より放熱量が大きくなる。

これにより、第１フレーム１６下部の温度上昇量は増加し、第１フレーム１６上部の温度上昇量は低下するので、液晶表示装置１００では第１フレーム１６の面内における温度勾配は小さくなる。

さらに、回路基板１７ｂとドライバ基板１７ａ、１７ｃの電子部品によって発生する熱は、対流熱伝達による熱流４０によって第２フレーム１９に伝わるが、断熱効果を有する空気層２１によって第１フレーム１６に伝わりにくくなり、第２フレーム１９の面内において拡散する。これによって、回路基板１７ｂとドライバ基板１７ａ、１７ｃの電子部品の熱による第１フレーム１６の局所的な温度上量は小さくなり、第１フレーム１６の温度勾配は低減される。

ここで、従来の液晶表示装置３００の第１フレーム１６と本実施の形態の液晶表示装置１００の第１フレーム１６の温度勾配を比較するため、ＣＲＡＤＬＥ社の熱設計ＰＡＣ Ｖ８を用いてシミュレーションを行った。シミュレーションの条件として、３３インチの液晶パネルを想定し、バックライト装置１５の発熱量相当として１２０Ｗ、回路基板１７ｂの発熱量相当として５Ｗ、ドライバ基板１７ａ、１７ｂの発熱量相当としてそれぞれ２５Ｗを設定した。伝熱シートは熱伝導率１ｗ／（℃・ｍ）で設定した。

図４Ａは、従来の液晶表示装置３００の第１フレーム１６の上記シミュレーション結果である温度勾配を示す特性図である、図４Ｂは、本実施の形態に係る液晶表示装置１００の第１フレーム１６の上記シミュレーション結果である温度勾配を示す特性図である。

図４Ａに示すように、第１フレーム１６の中心部の温度は７２．５℃であり、下部は５２．５℃で、２０℃の温度差となった。特に、中心部は他よりも、局所的に温度が高くなった。

これに対し、図４Ｂに示すように、第１フレーム１６の中心部の温度は７０℃であり、下部は５７．５℃で、１２．５℃の温度差となった。さらに中心部において、従来の液晶表示装置３００の温度と比べて２．５度低くなった。

以上から、本実施の形態の液晶表示装置１００において、第１フレーム１６の上部の熱を、伝熱シート１８、第２フレーム１９に効率的に伝えて放熱し、第１フレーム１６下部は空気層２１で放熱を抑えることで、第１フレーム１６の温度ピーク、温度勾配を低減することができる。これにより、輝度ムラ、色ムラを抑制できる。

また第２フレーム１９に設置する回路基板１７ｂ、ドライバ基板１７ａ、１７ｂの発熱を空気層２１で遮断することで、熱影響を低減させるとともに、回路基板１７ｂ、ドライバ基板１７ａ、１７ｂからの発熱は第２フレーム１９の面内から行うことで放熱設計しやすくなる。

続いて、本実施の形態の液晶表示装置１００において、伝熱シート１８の厚みを変化させて、どの程度温度勾配が変化するかについて、シミュレーションを実施した。

ＣＲＡＤＬＥ社の熱設計ＰＡＣ Ｖ８を用いてシミュレーションを行った。シミュレーションの条件として、３３インチの液晶パネルを想定し、バックライト装置１５の発熱量相当として１２０Ｗ、回路基板１７ｂの発熱量相当として５Ｗ、ドライバ基板１７ａ、１７ｂの発熱量相当としてそれぞれ２５Ｗを設定した。伝熱シート１８は熱伝導率１ｗ／（℃・ｍ）で設定した。伝熱シート１８の厚みを０ｍｍから５ｍｍまで変化させた結果を（表１）に示す。

設定した伝熱シート１８の厚みに対して、シミュレーションを実施し、最高温度、最低温度を計測し、温度勾配、温度勾配差と最高温度を表に記載した。温度勾配差とは、空気層の厚みが０ｍｍ、すなわち、従来の液晶表示装置３００相当の温度勾配１７℃からの差分である。シミュレーション結果から、伝熱シート１８の厚みが０．０１ｍｍから１．００ｍｍの時に従来の液晶表示装置３００に対して、温度勾配差が３．６℃以上低減でき、最高温度も７２．５℃以下に抑えることができ、従来の液晶表示装置３００に対して、０．９℃以上低くできた。

特に、伝熱シート１８の厚みが０．１ｍｍから０．５ｍｍの時に従来の液晶表示装置３００に対して、温度勾配差が５℃以上低減できることがわかった。最高温度も７２℃程度に抑えられ、従来の液晶表示装置３００に対して、１．４℃程度低くなった。

［１−３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、表示装置は、表示パネルと、表示パネルの背面に配置された複数のバックライトユニットと、複数のバックライトユニットの背面に配置された第１フレームと、第１フレームの背面に、所定位置から上部に配置された伝熱シートと、伝熱シートの背面に配置された第２フレームで構成される。そして、第１フレームと第２フレームとの間で、伝熱シートの下部に空気層が形成される。

これにより、温度勾配差を低減しつつ、最高温度の低減もでき、輝度ムラ、色ムラを抑制できる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２について説明する。

［２−１．構成］
図５Ａは実施の形態２に係る液晶表示装置５００の背面図であり、図５Ｂは、図５Ａの５−５断面図である。図５Ｂは、図２Ｂと同様に光学シート１４から前面フレーム１１までの構成を省略している。液晶表示装置５００は、実施の形態１の液晶表示装置１００に対して、アルミ、銅等の、高い熱伝導率および高い導電率を有する金属材料で形成されるヒートシンク等の放熱部材７１を有する点が異なる。放熱部材７１は第２フレーム１９の背面側に設けられ、第１フレーム１６の最も温度が上昇する上部の領域に設けられる。

［２−２．動作］
放熱部材７１が第１フレーム１６の最も温度が上昇する上部の領域に設けられると、第１フレーム１６の上部における放熱量と、回路基板１７ｂとドライバ基板１７ａ、１７ｃの電子部品によって発生し、対流熱伝達によって第２フレーム１９に伝わり、第２フレーム１９の面内で上部に拡散する熱の放熱量が、放熱部材７１を設置しなかった場合と比較してより大きくなる。

［２−３．効果等］
液晶表示装置５００に必要とされる輝度がより大きくなった場合、ドライバ基板１７ａ、１７ｃへの投入電力がより大きくなり、それに伴いバックライト装置１５とドライバ基板１７ａ、１７ｃの発熱量が増加する。この場合、第１フレーム１６の上部と下部との温度差がより大きくなるが、本実施の形態のような放熱部材７１を設けることで、上部の温度上昇をより小さくすることが出来るので、大きな温度勾配低減効果が得られる。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３について説明する。

［３−１．構成］
図６Ａは、実施の形態３に係る液晶表示装置６００の背面図であり、図６Ｂは、図６Ａの液晶表示装置の６−６断面図である。図６Ｂは、図２Ｂと同様に光学シート１４から前面フレーム１１までの構成を省略している。

また、図７Ａは、実施の形態３に係る別の液晶表示装置７００の背面図であり、図７Ｂは、図７Ａの液晶表示装置７００の７−７断面図である。

液晶表示装置６００は、実施の形態１の液晶表示装置１００と比較して、伝熱シート６８の配置領域が異なる。伝熱シート６８は、伝熱シート１８と比べて上下方向に小さくなっている点で異なる。伝熱シート６８は、第１フレーム１６の背面の面積に対して、およそ１／４の面積である。液晶表示装置７００は、実施の形態１の液晶表示装置１００と比較して、伝熱シート７８の配置領域が異なる。伝熱シート７８は、伝熱シート１８と比べて上下方向に大きくなっている点で異なる。伝熱シート７８は、第１フレーム１６の背面の面積に対して、およそ３／４の面積である。

［３−２．動作］
図６Ｂに示すように、伝熱シート６８の領域が上部方向に縮小された場合、空気層２１の領域が拡張されるため、第１フレーム１６の熱は実施の形態１と比較してより上部の領域まで断熱効果のある空気層２１によって遮断される。

さらに、図７Ｂに示すように、伝熱シート７８の領域が下部方向に拡張された場合、空気層２１の領域が縮小するため、第１フレーム１６の空気層によって遮断される熱は、実施の形態１と比較してより下部の領域に限定されるようになる。

［３−３．効果等］
実施の形態１と比較して、図６Ｂおよび図７Ｂに示す第１フレーム１６の面内の温度が最大となる領域が図６Ｂでは上方向に、図７Ｂでは下方向に移動した時、本実施の形態のように伝熱シート６８の領域が上下方向に縮小、または伝熱シート７８の領域が拡張することで、第１フレーム１６の上部と下部の放熱量を調整する事が出来る。これにより第１フレーム１６の温度勾配の分布が変化しても、温度勾配を低減する事が可能となる。

なお、実施の形態１〜３において、バックライト装置１５は、ＬＥＤ光源を使用したが、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や蛍光管等の光源を用いて構成してもよい。さらに、バックライト装置１５は、直下型方式を使用したが、エッジライト方式等、別の方式を用いた構成でもよい。

本開示は、表示装置、特に、直下型ＬＥＤを備えた液晶表示装置に適用可能である。

１１ 前面フレーム
１２ 液晶表示パネル
１３ モールドフレーム
１４ 光学シート
１５ バックライト装置
１６ 第１フレーム
１７ａ，１７ｃ ドライバ基板
１７ｂ 回路基板
１８，６８，７８ 伝熱シート
１９ 第２フレーム
２１ 空気層
２２，３２ ボス
３３，３８ 上昇気流
３４，３５，３６，３７，３９，４０ 熱流
７１ 放熱部材
１００，３００，５００，６００，７００ 液晶表示装置

Claims (5)

1. 表示パネルと、
   前記表示パネルの背面に配置された複数のバックライトユニットと、
   前記複数のバックライトユニットの背面に配置された第１フレームと、
   前記第１フレームの背面に、所定位置から上部に配置された伝熱シートと、
   前記伝熱シートの背面に配置された第２フレームと、
   前記第２フレームの背面に、前記所定位置より下部に配置され、電子部品を実装した基板と、を備え、
   前記第１フレームと前記第２フレームとの間で、前記伝熱シートの下部に空気層が形成される、表示装置。
2. 前記所定位置は、前記第１フレームの上下方向の長さの中央の位置である、請求項１記載の表示装置。
3. 前記伝熱シートの厚みは、０．０１ｍｍ以上１．００ｍｍ以下である、請求項１記載の表示装置。
4. 前記伝熱シートの厚みは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である、請求項１記載の表示装置。
5. 前記第１フレームは、前記複数のバックライトユニットの前記表示パネルが配置される面とは反対の面に配置され、
   前記伝熱シートは、前記第１フレームの前記バックライトユニットが配置される面とは反対の面に配置され、
   前記第２フレームは、前記伝熱シートの前記第１フレームが配置される面とは反対の面に配置され、
   前記基板は、前記第２フレームの前記空気層が配置される面とは反対の面に配置される、
   請求項１に記載の表示装置。