JP2008010361A - バックライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライト装置において、放熱量増大のために流路の幅を広げた場合でも、ＬＥＤから発する熱を低コストで効率的に放出することができるようにする。
【解決手段】バックライト装置１０は、複数の発光ダイオード２１と、互いに平行に対向し合う第１の辺と第２の辺とを有し上記発光ダイオードの点灯動作によって発生した熱を放出するための放熱部材としての配線基板２と、配線基板２の近傍空間を囲むことによって上記第１の辺から上記第２の辺まで連続するような流路１１を形成する流路形成部材としてのサブフレーム３と、流路１１に上記第１の辺から上記第２の辺に向けて空気を流すための１以上の冷却ファン４とを備える。流路１１の幅は冷却ファン４の直径と個数との積の３倍以上である。１以上の冷却ファン４は、流路１１のうち上記第１の辺沿いまたは上記第２の辺沿いに配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、バックライト装置に関するものである。特に、多数個の発光ダイオードから出射した表示光を、たとえば透過型の液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で用いられる透過型液晶表示パネルに向けて照射するバックライト装置に関する。より特定的には多数の発光ダイオードから発生した熱を効率的に放熱できるバックライト装置に関する。

液晶表示装置は、陰極線管（ＣＲＴ：Cathode-Ray Tube）と比較して表示画面の大型化、装置自体の軽量化、薄型化、消費電力の削減などを図ることができることから、たとえば自発光型のＰＤＰ（Plasma Display Panel）などとともにテレビジョン受像機や各種のディスプレイに用いられている。

液晶表示パネルは、各種サイズの２枚の透明基板の間に液晶を封入し、電圧を印加することにより、液晶分子の向きを変えて光透過率を変化させて所定の画像などを光学的に表示するための基本的な装置である。液晶表示パネルに必要な付帯装置を取り付けて実際に画像表示ができるようにしたものを「液晶表示装置」と呼ぶものとする。液晶自体は発光体ではないために、たとえば液晶表示パネルの背面側に光源として機能するバックライト装置を設けたものが液晶表示装置に該当する。バックライト装置は、たとえば光源、反射板、拡散板、レンズシートなどを備えており、液晶表示パネルの表示領域の全域にわたって表示光を照射することができる。

バックライト装置には、従来は光源として水銀やキセノンを蛍光管内に封入した冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）を用いたものが多かった。しかし、近年、表示画像の色再現性を向上させるために、拡散板の背面側に赤緑青の多数個の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を２次元配列して白色光を得るＬＥＤバックライトが注目されている。

しかし、現在のＬＥＤは、電力−発光輝度効率が、これまで使用されてきたＣＣＦＬより低い。また、温度上昇により、この電力−発光輝度効率がさらに低下する傾向が顕著である。さらに、赤色ＬＥＤでは温度上昇による波長変動が顕著である。そのため、温度上昇により液晶表示装置の画面上での色が変化していくという問題がある。

これらの課題を解決するため、特開２００６−５９６０７号公報（特許文献１）に開示されたバックライト装置においては、ＬＥＤを支持するバックパネルの背面側に「ヒートシンク」と称する上下方向に長い構造物を設置している。この様子を図６に示す。ヒートシンク７はベースに多数のフィンが平行に立てられたものであり、これらのフィンは画面の上下方向に延在している。図６ではバックパネル８の上下方向の長さをｈとし、バックパネル８の上下方向の中央位置よりΔｈだけ上寄りに冷却ファン４が位置するようにヒートシンク７が設置されている。このバックライト装置においては、ヒートシンク７は縦長であり、ヒートシンク７の幅が冷却ファン４の直径と略等しいため、図７に矢印で示すように、ヒートシンク７の上下から吸い込まれた空気が真っ直ぐに冷却ファン４に吸い込まれ、その結果、淀みの発生が少なく効率の良い放熱が可能である。
特開２００６−５９６０７号公報

特許文献１に開示されたバックライト装置ではヒートシンク７は表示素子の背面の左右両端をそれぞれ帯状に覆うのみである。このバックライト装置において放熱量をさらに増大させるためには、ヒートシンク７が表示素子背面のなるべく多くの領域を被覆することが好ましいので、ヒートシンク７の幅を広げることが好ましい。

そこで、ヒートシンク７のフィンの延在する方向は変えずに、ヒートシンク７の幅を大きくすると、図８に示すようなヒートシンク７１が考えられる。ヒートシンク７１においては、図８に示すようにヒートシンク７上下から吸い込まれた空気は途中から冷却ファン４の方に向きを変えて冷却ファン４に吸い込まれていく。したがって、冷却ファン４の左右には、図８にハッチングで示すように、ほとんど流れが発生しない領域（以下「淀み」という。）が発生する。このため、効率良く放熱を行なうことが困難となる。この淀みを解消するためにはヒートシンク７１の幅、すなわち流路の幅を広げるに伴い、その流路の幅に見合った大きな直径の冷却ファンを設置するか、あるいは流路の幅をカバーする程度に多数の冷却ファンを並べて設置することが考えられる。しかし、このような大きな直径の冷却ファンを設置したり、多数の冷却ファンを設置したりすることは、コストアップや騒音レベルの増大につながる。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、放熱量増大のために流路の幅を広げた場合でも、ＬＥＤから発する熱を低コストで効率的に放出することができるようなバックライト装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づくバックライト装置は、複数の発光ダイオードと、互いに平行に対向し合う第１の辺と第２の辺とを有し上記発光ダイオードの点灯動作によって発生した熱を放出するための放熱部材と、上記放熱部材の近傍空間を囲むことによって上記第１の辺から上記第２の辺まで連続するような流路を形成する流路形成部材と、上記流路に上記第１の辺から上記第２の辺に向けて空気を流すための１以上の冷却ファンとを備える。上記流路の幅は上記冷却ファンの直径と上記冷却ファンの個数との積の３倍以上である。上記１以上の冷却ファンは、上記流路のうち上記第１の辺沿いまたは上記第２の辺沿いに配置されている。

本発明によれば、温度上昇幅の最大値を小さく抑えることができ、その結果、バックライト装置の点灯後の色変化、色ムラを小さく抑えることができる。

（実施の形態１）
（構成）
図１、図２を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるバックライト装置について説明する。図１は、バックライト装置１０を後ろ側の斜め上から見たところである。バックライト装置１０は、横長の長方形の外形を有し、後ろ側の下方に露出するように２つの冷却ファン４を備えている。図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ線に関する矢視断面図である。

このバックライト装置１０は、複数の発光ダイオード（「ＬＥＤ」とも表記する。）２１と、互いに平行に対向し合う第１の辺と第２の辺とを有し前記発光ダイオードの点灯動作によって発生した熱を放出するための放熱部材と、前記放熱部材の近傍空間を囲むことによって前記第１の辺から前記第２の辺まで連続する流路を形成する流路形成部材と、前記流路に前記第１の辺から前記第２の辺に向けて空気を流すための１以上の冷却ファン４とを備える。前記流路の幅Ｗは前記冷却ファン４の直径と前記冷却ファン４の個数との積の３倍以上であって、前記１以上の冷却ファン４は、前記流路のうち前記第１の辺沿いまたは前記第２の辺沿いに配置されている。

このバックライト装置１０は、横長画面を有する表示素子を背後から照明するためのものであり、流路１１は前記横長画面における上下方向に相当する方向に延びていることが好ましい。このバックライト装置１０において、第１の辺は図１における上辺であり、第２の辺は図１における下辺である。

図２に示すように、バックライト装置１０は、フレーム１とサブフレーム３とを備え、フレーム１の内側には、ＬＥＤ２１が多数実装された配線基板２が設置されている。配線基板２は、アルミニウムなどの高熱伝導材料に絶縁層を成膜し、この絶縁層の上に回路配線をパターニングしたものである。配線基板２の前側の表面には複数のＬＥＤ２１が実装されている。配線基板２は、ＬＥＤ２１の点灯動作に伴って発生する熱を空気中に放熱するための放熱部材の役割も兼ねている。配線基板２の前側には拡散板、レンズシートなどの光学部材６が設置されている。また、流路形成部材として配線基板２の後ろ側にサブフレーム３が設けられている。サブフレーム３と配線基板２との間の空間は流路１１となっている。流路１１の上端は開口５となっている。サブフレーム３の最下部には冷却ファン４が設置されている。このバックライト装置１０は、流路１１の上部の開口５から吸い込んだ空気をサブフレーム３の最下部から冷却ファン４を通じて排気する構造となっている。冷却ファン４の個数は上述のように１以上であればよいが、本実施の形態では、２つの冷却ファン４が配置されている。

（作用・効果）
本実施の形態におけるバックライト装置の作用・効果を説明するにあたって、まず、上述の構造において冷却ファン４が２個の場合の空気の流れを図３に示す。また、比較のために、冷却ファン４を流路の上下方向の中央に設置し、流路の上端および下端を開口とした場合の空気の流れを図４に示す。図３、図４において流路１１の幅をＷとする。

図３では、流路１１の上端の開口５から吸い込まれた空気の流れは、まず下方に進んだ後、流路１１下部においては冷却ファン４の方に向かって曲がり、最終的には冷却ファン４に到達する。このとき、冷却ファン４の左右ではハッチングで示す位置に淀みが発生する。

図４では、流路１１の上端と下端とからそれぞれ吸い込まれた空気の流れが流路１１の上下方向の中央部に接近したときに冷却ファン４の方に向かって曲がり、やはり冷却ファン４左右のハッチングで示す位置に淀みが発生する。

次に、冷却ファン４が配置される上下方向での位置と流路１１の幅Ｗとが配線基板２上の温度上昇に与える影響についてコンピュータ上で解析を行ない、確認した。その結果のグラフを図５に示す。図５の横軸は、流路１１の幅をＷ、冷却ファン４の直径をＤ、冷却ファン４の個数をＮとしたときのＷ／ＤＮを表す。図５の縦軸は、冷却ファン４を最下部に配置したときの温度上昇幅の最大値をΔＴ₁、冷却ファン４を上下方向の中央に配置したときの温度上昇幅の最大値をΔＴ₂としたときのΔＴ₁／ΔＴ₂を表している。ここでは、「温度上昇幅の最大値」に注目しているが、これは、バックライト装置の点灯後の色変化すなわちＬＥＤの波長変動を最小にするには、温度上昇幅の最大値を小さく抑えるのが有効だからである。温度上昇幅の最大値を小さく抑えれば温度ムラも小さくなり、その結果、色ムラも小さくなる。

一般的に、冷却ファン４を最下部に設置した場合と上下方向の中央に設置した場合とで温度上昇幅の最大値は異なるが、両者がほぼ等しくなるのは、Ｗ／ＤＮが３付近のときであることが、図５からわかる。さらに図５のグラフからは、Ｗ／ＤＮが３より小さい場合には冷却ファン４を上下方向の中央に設置した方が、また、Ｗ／ＤＮが３より大きい場合には冷却ファン４を流路の最下部に設置した方が温度上昇幅の最大値を小さくできることが分かる。

バックライト装置の放熱量を増加させるためには放熱領域を広げることが有効である。そのためには、流路１１の幅Ｗを広くすることが有効である。Ｄ，Ｎを変えずに幅Ｗを大きくしていった場合、Ｗ／ＤＮが３以上となるが、その場合は、冷却ファン４を流路１１の最下部に設置した方が有利といえる。冷却ファン４を流路１１の最下部に設置した方が有利になる原因は、図３より図４の方が淀みの占める領域が大きいためと考えられる。たとえばコストを考慮した通常の設計では、液晶表示装置の背面全体を流路とした場合、Ｗ／ＤＮ≧３となるので、冷却ファン４を流路の上下方向の中央に設置するよりも最下部に設置した方が有利となることが分かる。

以上の説明では、放熱部材を兼ねる配線基板の材料として低コスト化に有利なアルミニウムを用いたが、熱伝導率の高い銅や銀などや、放熱性に優れるセラミックなどを用いてもよい。また、上述の説明では、冷却ファン４を流路の最下部に設置するのがよいとしたが、流路の最上部に配置しても最下部に設置したときと同様に淀みを抑制できるので同様に好ましい。また、図３、図４では冷却のための空気を上端の開口から吸い込んで冷却ファン４から吹き出す構造としたが、冷却のための空気を冷却ファン４から吸い込んで上端開口から吹き出す構造にしても同様に淀みを小さくできるので、放熱効果を高めることが可能となる。

本実施の形態におけるバックライト装置では、１以上の冷却ファン４は、流路１１のうち第１の辺沿いまたは第２の辺沿いに配置されているので、限られた個数、大きさの冷却ファンの使用条件下で温度上昇幅の最大値を小さく抑えることができ、バックライト装置の点灯後の色変化、色ムラを小さく抑えることができる。本実施の形態では、冷却ファン４の個数を増やしたり大きさを拡大したりするわけではないので、低コストで、ＬＥＤの熱を効率的に放出することができる。

冷却ファン４を流路最下部に設置する構成では冷却ファン４から排気し、冷却ファン４を流路最上部に設置する構成では冷却ファン４から吸気する構造が望ましい。すなわち、流路内では空気が上から下に向かって流れることが好ましい。なぜなら、配線基板２と光学部材６で挟まれたバックライト内部空間１２（図２参照）では、配線基板２からの放熱により上部の方が温度が高くなっており、その結果、温度ムラの原因となりやすいのに対して、流路内では空気が上から下に向かって流れるようにした方がバックライト内部空間１２内の熱を効率良く奪うことができ、温度ムラの抑制ができるからである。ＬＥＤは温度により発光波長が変化するため、ＬＥＤ式のバックライト装置では温度ムラは色ムラの原因になる。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明に基づく実施の形態１におけるバックライト装置の斜視図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるバックライト装置の流路内の空気の流れを示す説明図である。 本発明に基づく実施の形態１において、比較のために、異なる構成のバックライト装置の流路内の空気の流れを示す説明図である。 本発明に基づく実施の形態１において解析を行なった結果のグラフである。 従来技術に基づくバックライト装置の斜視図である。 従来技術に基づくバックライト装置の流路内の空気の流れを示す説明図である。 従来技術に基づくバックライト装置のヒートシンクの幅を大きくした場合の流路内の空気の流れを示す説明図である。

符号の説明

１ フレーム、２ 配線基板、３ サブフレーム、４ 冷却ファン、５ 開口、６ 光学部材、７，７１ ヒートシンク、８ バックパネル、１０ バックライト装置、１１ 流路、１２ バックライト内部空間、２１ ＬＥＤ。

Claims (5)

1. 複数の発光ダイオードと、
   互いに平行に対向し合う第１の辺と第２の辺とを有し前記発光ダイオードの点灯動作によって発生した熱を放出するための放熱部材と、
   前記放熱部材の近傍空間を囲むことによって前記第１の辺から前記第２の辺まで連続するような流路を形成する流路形成部材と、
   前記流路に前記第１の辺から前記第２の辺に向けて空気を流すための１以上の冷却ファンとを備え、
   前記流路の幅は前記冷却ファンの直径と前記冷却ファンの個数との積の３倍以上であって、
   前記１以上の冷却ファンは、前記流路のうち前記第１の辺沿いまたは前記第２の辺沿いに配置されている、バックライト装置。
2. 横長画面を有する表示素子を背後から照明するためのものであり、前記流路は前記横長画面における上下方向に相当する方向に延びている、請求項１に記載のバックライト装置。
3. 前記第１の辺は前記放熱部材の上辺であり、前記第２の辺は前記放熱部材の下辺である、請求項２に記載のバックライト装置。
4. 前記放熱部材は、金属またはセラミックの板に絶縁層を成膜し、この絶縁層の上に配線をパターニングした配線基板であり、前記複数の発光ダイオードは前記配線基板に実装されている、請求項１から３のいずれかに記載のバックライト装置。
5. 前記放熱基板は、アルミニウムの板に絶縁材料を成膜し、配線をパターニングした配線基板であり、前記複数の発光ダイオードは前記配線基板に実装されている、請求項１から３のいずれかに記載のバックライト装置。

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