WO2012032599A1 - 液晶パネル用発光素子の冷却構造 - Google Patents

液晶パネル用発光素子の冷却構造 Download PDF

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    • G02F1/133628—Illuminating devices with cooling means

Definitions

  • the present invention relates to a cooling structure of a light emitting element for a liquid crystal panel arranged along the edge of a light guide plate on the back surface of the liquid crystal panel.
  • cold cathode fluorescent lamps have been the main light source for illumination devices for non-luminous transmission type display devices such as liquid crystal displays, but in recent years from the viewpoint of wide color reproduction and environmental considerations (mercury-less).
  • Liquid crystal panels employing LEDs (Light Emitting Diodes) as backlights are increasing.
  • the current LED has a lower emission intensity than that of the cold cathode fluorescent lamp, it is necessary to arrange a plurality of LEDs in the lighting device in order to obtain a desired luminance.
  • a plurality of LEDs are uniformly arranged in the lighting device and all the LEDs are lighted under the same driving conditions (the peak value of the driving current and the panel width of the driving current are the same)
  • the light emitting surface of the lighting device The brightness is darker in the vicinity of the end than in the center. This is because the amount of light to be added decreases toward the end.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view showing a liquid crystal panel unit (90) according to a conventional example employing a side lamp type.
  • the liquid crystal panel unit (90) has an optical film (92), a light guide plate (93), and a reflection plate (94) disposed on the back surface of the liquid crystal panel (91), and an edge portion of the light guide plate (93).
  • a substrate (95) of an LED back array (side lamp type) in which LEDs (not shown) are arranged linearly at regular intervals is arranged.
  • the LEDs are arranged in a straight line at regular intervals on the long substrate (95). This temperature tends to be highest at the longitudinal central portion heated from both sides, and gradually decrease toward the longitudinal end portion.
  • an LED has a characteristic that a change in characteristics due to heat is larger than that of a conventional cold-cathode tube, and particularly when the temperature is high, the luminance is lowered and the lifetime is shortened as compared with a case where the temperature is low.
  • the conventional liquid crystal panel unit (90) has a problem in that uniformity in luminance cannot be obtained along the longitudinal direction due to a temperature difference between the longitudinal center portion and the longitudinal end portion. When used, there is a problem that the LED deteriorates faster at the longitudinal center than at the longitudinal end.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and is a cooling method for a light-emitting element for a liquid crystal panel that can make the light-emitting elements for a liquid crystal panel arranged on the back surface of the liquid crystal panel have a uniform temperature distribution. To provide a structure.
  • a cooling structure for a light emitting element for a liquid crystal panel is disposed along an edge of a light guide plate provided on the back surface of the liquid crystal panel, and has a longitudinal shape in which a plurality of through holes are formed.
  • a cooling structure for a light-emitting element for a liquid crystal panel comprising: a substrate having a shape; a plurality of light-emitting elements disposed on a surface of the substrate toward the light guide plate; and a chassis provided on a back side of the substrate.
  • the through holes are arranged such that the central portion in the longitudinal direction of the substrate is arranged at a higher density than the end portions in the longitudinal direction.
  • the cooling structure for a light emitting element for a liquid crystal panel According to the cooling structure for a light emitting element for a liquid crystal panel according to the present invention, a large amount of heat is conducted from the LED to the chassis through the through holes arranged at high density in the central portion in the longitudinal direction where the temperature of the LED is high. On the other hand, at the longitudinal end where the temperature of the LED is low, a small amount of heat is conducted from the LED to the chassis through through holes arranged at a low density. As a result, there is no temperature difference in the LED between the longitudinal center portion and the longitudinal end portion of the substrate, so that brightness uniformity along the longitudinal direction is obtained, and at the longitudinal center portion and the longitudinal end portion. The difference in the lifetime of the LEDs can be reduced.
  • FIG. 1 (a) is a top view
  • FIG.1 (b) is sectional drawing of the longitudinal direction of a board
  • FIG. ) Is a cross-sectional view of the substrate in the short direction.
  • FIG. 1 (a) is a top view
  • FIG.1 (b) is sectional drawing of the longitudinal direction of a board
  • FIG. ) Is a cross-sectional view of the substrate in the short direction.
  • FIG. 1 is a view showing a cooling structure (R) of a light emitting device for a liquid crystal panel according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (a) is a plan view
  • FIG. 1 (b) is a longitudinal view of a substrate.
  • Sectional drawing and FIG.1 (c) are sectional drawings of the transversal direction of a board
  • the cooling structure (R) for the light emitting element for a liquid crystal panel according to the first embodiment has a long rectangular shape, a substrate (1) having a plurality of through holes (H) formed therethrough, and the substrate (1).
  • a chassis (4) having a heat dissipation function.
  • each through-hole (H) has the inner peripheral surface plated with copper foil.
  • a copper foil pattern having a predetermined thickness is formed on the surface of the substrate (1).
  • the substrate (1) is mechanically bonded to the chassis (4) through the heat conductive adhesive sheet (3), and also from the surface of the heat conduction to the chassis (4). A good connection is obtained.
  • LED (2) functions as a lighting device for a liquid crystal panel, and for example, a red LED, a green LED, and a blue LED mounted in the same package can be applied.
  • the plurality of LEDs (2) configured as described above are fixed to the surface of the substrate (1) by soldering, thereby being arranged linearly at regular intervals.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing the configuration of the substrate (1) according to the first embodiment.
  • a plurality of through holes (H) are formed through the substrate (1) over the entire length in the longitudinal direction.
  • this through-hole (H) is arrange
  • FIGS. 3 and 4 are views showing a cross section in the longitudinal direction of the substrate according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view in which the central portion in the longitudinal direction is enlarged
  • FIG. It is the partial expanded sectional view which expanded the part.
  • the heat generated from each LED (2) is transferred to the copper foil pattern formed on the surface of the substrate (1), and further transferred to the copper foil plated on the inner peripheral surface of the through hole (H). It is transmitted to the copper foil pattern formed on the back surface of (1). Thereafter, this heat is transferred from the back surface of the substrate (1) to the chassis (4) through the heat conductive sheet (3), and is released into the atmosphere by the heat dissipation function of the chassis (4).
  • the temperature of the LED (2) is at the longitudinal central portion heated from both sides. It tends to be highest and gradually lower from there toward the longitudinal end.
  • the through holes (H) are densely provided at the center in the longitudinal direction, and the through holes (H) are provided at the longitudinal ends. Is provided sparsely. Therefore, in the central portion in the longitudinal direction where the temperature of the LED (2) is high, a large amount of heat is transferred from the LED (2) to the chassis (4) through the through holes (H) provided at high density and released into the atmosphere.
  • the cooling structure of the light emitting element for liquid crystal panel according to the second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the substrate. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are used and description thereof is omitted here.
  • FIG. 5 is a schematic plan view showing the configuration of the substrate (5) according to the second embodiment.
  • the substrate (5) is the same as the first embodiment in that through holes (H) are formed over the entire length in the longitudinal direction, but the arrangement density is constant over the entire length in the longitudinal direction.
  • each through-hole (H) has a substantially circular cross-sectional shape, but the diameter of the through-hole (H) is longer at the longitudinal center of the substrate (5) than at the longitudinal end. Largely formed.
  • the surface area inside the through hole (H) is wide at the center in the longitudinal direction of the substrate (5), but the surface area inside the through hole (H) is narrow at the end in the longitudinal direction. It has become. Therefore, in the central portion in the longitudinal direction where the temperature of the LED (2) is high, a large amount of heat is transferred from the LED (2) to the chassis (4) through the through hole (H) having a large surface area, and is released into the atmosphere. On the other hand, at the longitudinal end portion where the temperature of the LED (2) is low, a small amount of heat is transferred from the LED (2) to the chassis (4) through the through hole (H) having a small surface area, and is released into the atmosphere. . Thereby, the effect similar to 1st Embodiment is acquired.
  • the cooling structure of the light emitting element for a liquid crystal panel according to the second embodiment is also different from the first embodiment only in the configuration of the substrate. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are used and description thereof is omitted here.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing the configuration of the substrate (6) according to the third embodiment.
  • the substrate (6) is the same as the first embodiment in that through holes (H) are formed over the entire length in the longitudinal direction, but the arrangement density is constant over the entire length in the longitudinal direction.
  • the through hole (H) has a substantially circular cross-sectional shape at the longitudinal end portion of the substrate (6), but the through hole (H) has a substantially elliptical cross-sectional shape at the central portion in the longitudinal direction. have.
  • the through hole (H) has a substantially elliptical cross-sectional shape in the central portion in the longitudinal direction of the substrate (6), the internal surface area is widened.
  • the through hole (H) has a substantially circular cross-sectional shape at the end in the longitudinal direction of the substrate (6), the internal surface area thereof is narrowed. Thereby, the effect similar to 2nd Embodiment is acquired.
  • the present invention is also applicable to a case where a light emitting element other than an LED is employed as the light emitting element for a liquid crystal panel.

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Abstract

　本発明に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造は、液晶パネルの裏面に設けられる導光板の縁部に沿うように配置され、複数のスルーホールが形成された長手形状の基板と、該基板の表面に導光板に向かって配置された複数の発光素子と、基板の裏面側に設けられたシャーシとを備え、スルーホールは、基板の長手方向中央部の方が長手方向端部よりも高密度に配置されたことを特徴としている。

Description

液晶パネル用発光素子の冷却構造
　本発明は、液晶パネルの裏面で導光板の縁部に沿うように配置される液晶パネル用発光素子の冷却構造に関する。
　従来、液晶ディスプレイのような非発光の透過型の表示装置用の照明装置の光源は、冷陰極管が主流であったが、近年は、広色再現や、環境配慮（水銀レス）の観点から、ＬＥＤ（発光ダイオード：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）をバックライトとして採用した液晶パネルが増加してきている。
　現状のＬＥＤは、１個当たりの発光強度が冷陰極管に比べて小さいため、所望の輝度を得るためには複数のＬＥＤを照明装置内に配置する必要がある。ここで、複数のＬＥＤを照明装置内に均一に配置し、且つすべてのＬＥＤを同一駆動条件（駆動電流の波高値、駆動電流のパネル幅が同一）で点灯させると、照明装置の発光面の輝度は、中央部に比べて端部近傍が暗くなる。これは端部に向う程、加算される光量が減少していくからである。
　そこで、照明装置の発光面の輝度を、中央部と端部とで均一にすることを目的として、いわゆるサイドランプ型と呼ばれるＬＥＤの配置方式が従来提唱されている（例えば、特許文献１を参照）。ここで、図７は、サイドランプ型を採用した従来例に係る液晶パネルユニット（９０）を示す概略斜視図である。液晶パネルユニット（９０）は、液晶パネル（９１）の裏面に、光学フィルム（９２）と、導光板（９３）と、反射板（９４）と、を配置し、導光板（９３）の縁部に沿うようにして、ＬＥＤ（不図示）を一定間隔で直線状に並べたＬＥＤバックアレイ（サイドランプ型）の基板（９５）を配置する。
特開２００９－１４６９０４号公報
　しかし、サイドランプ型を採用した従来の液晶パネルユニット（９０）によれば、長手形状の基板（９５）の上にＬＥＤを一定間隔で直線状に配置するため、図８に示すように、ＬＥＤの温度は、両側から熱せられる長手方向中央部で最も高くなり、そこから長手方向端部に向かって徐々に低くなる傾向を有している。
　そして、一般に、ＬＥＤは、熱による特性の変化が従来の冷陰極管よりも大きく、特にその温度が高くなると、温度が低い場合と比較して輝度が低下するとともに、寿命が短くなるという特性を有している。
　従って、従来の液晶パネルユニット（９０）では、長手方向中央部と長手方向端部とで温度差が生じることにより、長手方向に沿って輝度の均一性が得られないという問題があるとともに、長期使用した場合に長手方向端部と比較して長手方向中央部でＬＥＤが早く劣化するという問題があった。
　本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、液晶パネルの裏面に配置される液晶パネル用発光素子を均一な温度分布にすることが可能な液晶パネル用発光素子の冷却構造を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造は、液晶パネルの裏面に設けられる導光板の縁部に沿うように配置され、複数のスルーホールが形成された長手形状の基板と、該基板の表面に前記導光板に向かって配置された複数の発光素子と、前記基板の裏面側に設けられたシャーシと、を備える液晶パネル用発光素子の冷却構造であって、前記スルーホールは、前記基板の長手方向中央部の方が長手方向端部よりも高密度に配置されていることを特徴とする。
　本発明に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造によれば、ＬＥＤの温度が高い長手方向中央部では、高密度に配置されたスルーホールを通して、多量の熱がＬＥＤからシャーシに伝導する。一方、ＬＥＤの温度が低い長手方向端部では、低密度に配置されたスルーホールを通して、少量の熱がＬＥＤからシャーシに伝導する。これにより、基板の長手方向中央部と長手方向端部とでＬＥＤに温度差が生じないため、長手方向に沿った輝度の均一性が得られるとともに、長手方向中央部と長手方向端部とでＬＥＤの寿命差を少なくすることができる。
本発明の第１実施形態に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は基板の長手方向の断面図、図１（ｃ）は基板の短手方向の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る基板の構成を示す概略平面図である。 本発明の第１実施形態に係る基板の長手方向の断面を示す図であって、長手方向中央部を拡大した部分拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に係る基板の長手方向の断面を示す図であって、長手方向端部を拡大した部分拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る基板の構成を示す概略平面図である。 本発明の他の実施形態に係る表示装置用照明装置の、スルーホールを有する基板の他の表面構成例を示す平面図である。 サイドランプ型を採用した従来例に係る液晶パネルユニットを示す概略斜視図である。 一般的な液晶パネル用バックライトに採用されているＬＥＤ基板のＬＥＤの位置と温度との関係を示すグラフ図である。
　以下、本発明の実施形態に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造について、図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明の実施形態に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造を備えた液晶パネルユニットは、図７に示す従来の液晶パネルユニット（９０）と同様の構成であるため、ここでは説明を省略する。
　図１は、本発明の第１実施形態に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造（Ｒ）を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は基板の長手方向の断面図、図１（ｃ）は基板の短手方向の断面図である。
　第１実施形態に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造（Ｒ）は、長手な矩形形状を有し、複数のスルーホール（Ｈ）が貫通形成された基板（１）と、この基板（１）の表面に一定間隔で直線状に配置された複数のＬＥＤ（２）（発光素子）と、熱伝導接着シート（３）を介して基板（１）の裏面に対して力学的及び熱的に接合された、放熱機能を有するシャーシ（４）と、を備えるものである。
　基板（１）には、図１に示すように、複数のスルーホール（Ｈ）が貫通形成されている。そして、各スルーホール（Ｈ）は、その内周面が銅箔によってメッキされている。また、基板（１）の表面には、図に詳細は示さないが、所定厚みの銅箔パターンが形成されている。更に、この基板（１）は、シャーシ（４）に対して、熱伝導接着シート（３）を介することで力学的な接合を得ていると共に、熱伝導の面からもシャーシ（４）との良好な接続関係を得ている。
　ＬＥＤ（２）は、液晶パネル用の照明装置として機能するものであり、例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤが、同一パッケージ内に実装されたものを適用することができる。このように構成される複数のＬＥＤ（２）が、基板（１）の表面に半田付けでそれぞれ固定されることによって、一定間隔で直線状に配置されている。
　図２は、第１実施形態に係る基板（１）の構成を示す概略平面図である。基板（１）には、前述のように、その長手方向全長に渡って複数のスルーホール（Ｈ）が貫通形成されている。そして、このスルーホール（Ｈ）は、基板（１）の長手方向中央部の方が長手方向端部よりも高密度に配置されている。すなわち、スルーホール（Ｈ）は、基板（１）の長手方向中央部において最も密に設けられ、そこから長手方向端部に向かうに従って徐々に疎な状態となっている。
　図３及び図４は、本発明の第１実施形態に係る基板の長手方向の断面を示す図であって、図３は長手方向中央部を拡大した部分拡大断面図、図４は長手方向端部を拡大した部分拡大断面図である。
　以下、図１～４を参照して、本発明の第１実施形態に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造（Ｒ）の作用効果について説明する。
　各ＬＥＤ（２）から発生した熱は、基板（１）の表面に形成された銅箔パターンに伝わり、スルーホール（Ｈ）の内周面にメッキされた銅箔へと更に伝わった後、基板（１）の裏面に形成された銅箔パターンに伝わる。その後、この熱は、基板（１）の裏面から熱伝導シート（３）を介してシャーシ（４）に伝わり、このシャーシ（４）の有する放熱機能によって大気中へと放出される。
　ここで、長手形状の基板（１）の表面にＬＥＤ（２）を一定間隔で直線状に配置するため、前述のように、ＬＥＤ（２）の温度は、両側から熱せられる長手方向中央部で最も高くなり、そこから長手方向端部に向かって徐々に低くなる傾向を有している。しかし、第１実施形態に係る基板（１）では、図２から図４示すように、その長手方向中央部ではスルーホール（Ｈ）が密に設けられ、長手方向端部ではスルーホール（Ｈ）が疎に設けられている。従って、ＬＥＤ（２）の温度が高い長手方向中央部では、高密度に設けられたスルーホール（Ｈ）を通して、多量の熱がＬＥＤ（２）からシャーシ（４）に伝わり、大気中へ放出される。一方、ＬＥＤ（２）の温度が低い長手方向端部では、低密度に配置されたスルーホール（Ｈ）を通して、少量の熱がＬＥＤ（２）からシャーシ（４）に伝わり、大気中へ放出される。これにより、基板（１）の長手方向中央部と長手方向端部とでＬＥＤ（２）に温度差が生じないため、長手方向に沿った輝度の均一性が得られるとともに、長手方向中央部と長手方向端部とでＬＥＤ（２）の寿命差を少なくすることができる。
　次に、本発明の第２実施形態に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造について説明する。第２実施形態に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造は、第１実施形態と比較すると、その基板の構成だけが異なっている。それ以外の構成は第１実施形態と同じであるため、同じ符号を用い、ここでは説明を省略する。
　図５は、第２実施形態に係る基板（５）の構成を示す概略平面図である。基板（５）には、その長手方向全長に渡ってスルーホール（Ｈ）が形成されている点では第１実施形態と同様であるが、その配置密度は長手方向全長に渡って一定である。本実施形態では、各スルーホール（Ｈ）は略円形の断面形状を有しているが、基板（５）の長手方向中央部の方が長手方向端部よりもスルーホール（Ｈ）の径が大きく形成されている。
　このような構成によれば、基板（５）の長手方向中央部ではスルーホール（Ｈ）の内部の表面積が広くなっているが、長手方向端部ではスルーホール（Ｈ）の内部の表面積が狭くなっている。従って、ＬＥＤ（２）の温度が高い長手方向中央部では、広い表面積を有するスルーホール（Ｈ）を通して、多量の熱がＬＥＤ（２）からシャーシ（４）に伝わり、大気中へ放出される。一方、ＬＥＤ（２）の温度が低い長手方向端部では、狭い表面積しか持たないスルーホール（Ｈ）を通して、少量の熱がＬＥＤ（２）からシャーシ（４）に伝わり、大気中へ放出される。これにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。
　次に、本発明の第３実施形態に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造について説明する。第２実施形態に係る液晶パネル用発光素子の冷却構造も、第１実施形態と比較すると、その基板の構成だけが異なっている。それ以外の構成は第１実施形態と同じであるため、同じ符号を用い、ここでは説明を省略する。
　図６は、第３実施形態に係る基板（６）の構成を示す概略平面図である。基板（６）には、その長手方向全長に渡ってスルーホール（Ｈ）が形成されている点では第１実施形態と同様であるが、その配置密度は長手方向全長に渡って一定である。本実施形態では、基板（６）の長手方向端部ではスルーホール（Ｈ）が略円形の断面形状を有しているが、長手方向中央部ではスルーホール（Ｈ）が略楕円形の断面形状を有している。
　このような構成によれば、基板（６）の長手方向中央部では、スルーホール（Ｈ）が略楕円形の断面形状を有しているので、その内部の表面積が広くなっている。一方、基板（６）の長手方向端部では、スルーホール（Ｈ）が略円形の断面形状を有しているので、その内部の表面積が狭くなっている。これにより、第２実施形態と同様の作用効果が得られる。
　本発明は、液晶パネル用発光素子としてＬＥＤ以外の発光素子を採用する場合にも適用可能である。
　　　１　基板
　　　２　ＬＥＤ（発光素子）
　　　３　熱伝導接着シート
　　　４　シャーシ
　　　５　基板
　　　６　基板
　　　Ｒ　液晶パネル用発光素子の冷却構造
　　　Ｈ　スルーホール

Claims (6)

  1. 　液晶パネルの裏面に設けられる導光板の縁部に沿うように配置され、複数のスルーホールが形成された長手形状の基板と、該基板の表面に前記導光板に向かって配置された複数の発光素子と、前記基板の裏面側に設けられたシャーシと、を備える液晶パネル用発光素子の冷却構造であって、
    　前記スルーホールは、前記基板の長手方向中央部の方が長手方向端部よりも高密度に配置されていることを特徴とする液晶パネル用発光素子の冷却構造。
  2. 　液晶パネルの裏面に設けられる導光板の縁部に沿うように配置され、複数のスルーホールが形成された長手形状の基板と、該基板の表面に前記導光板に向かって配置された複数の発光素子と、前記基板の裏面側に設けられたシャーシと、を備える液晶パネル用発光素子の冷却構造であって、
    　前記スルーホールは、前記基板の長手方向中央部の方が長手方向端部よりも内部の表面積が広く形成されていることを特徴とする液晶パネル用発光素子の冷却構造。
  3. 　前記スルーホールは、前記基板の長手方向中央部と長手方向端部とで断面形状が異なることを特徴とする請求項２に記載の液晶パネル用発光素子の冷却構造。
  4. 　前記スルーホールは、略円形の断面形状を有し、前記基板の長手方向中央部の方が長手方向端部よりも径が大きく形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶パネル用発光素子の冷却構造。
  5. 　前記スルーホールは、前記基板の長手方向中央部で略円形の断面形状を有する一方、前記基板の長手方向端部で略楕円形の断面形状を有することを特徴とする請求項３に記載の液晶パネル用発光素子の冷却構造。
  6. 　前記発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶パネル用発光素子の冷却構造。
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