JP2008129464A - 発光装置、およびこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを用いた発光装置にて、製品単価や製造コストを上昇させることなく、良好な放熱を実現する。
【解決手段】発光ダイオード（ＬＥＤ）２１を備えた実装基板１２と、この発光ダイオード（ＬＥＤ）２１からの光を提供する第１面と第１面の裏面となる第２面とを有しこの第２面側から実装基板１２を取り付けるバックライトフレーム１１とを備え、このバックライトフレーム１１は、貫通孔１１ｃを備え、実装基板１２に設けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）２１を貫通孔１１ｃの位置に合わせて、この第２面側から実装基板１２を取り付ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば液晶表示装置などのバックライト装置に代表される各種発光装置、およびこの発光装置を用いた表示装置などに関する。

近年、例えば液晶テレビや液晶モニタに代表される液晶表示装置などの表示装置では、表示パネルの背面や側面などから光を照射するために、発光装置としてバックライトが採用されている。このバックライトとしては、例えば液晶パネルの直下（背面）に平面上に光源を配置するいわゆる直下型がある。また、透明な樹脂製の導光板の二辺または一辺にのみ光源を設置し、導光板に入射させた光を導光板の裏面に設けた反射部によって反射させて例えば液晶パネル面を照射させるいわゆるエッジライト型が存在する。ここで、直下型は、高輝度を確保できる点で優れているが、バックライトの薄型化には不利である。また、エッジライト型は、直下型よりも薄くできる点で優れているが、大画面用には輝度の均一化の点で不利である。

このようなバックライト装置としては、熱陰極型や冷陰極型などの蛍光管が広く用いられている。その一方で、このような蛍光管を用いたバックライト装置に代わるものとして、近年、固体発光素子の１つである発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を光源として使用するバックライト装置の技術開発が進められている。

そして、このＬＥＤを用いれば、例えば携帯電話用液晶ディスプレイ等の小型ディスプレイに用いられるバックライトの場合には低消費電力にて高輝度を確保できる。このＬＥＤを用いた液晶用バックライトは、従来は上述のとおり小型の携帯電話用液晶ディスプレイに適用されていたが、近年は適用範囲が拡大し、カーナビゲーション用液晶ディスプレイから大画面テレビジョン（ＴＶ）にまで至っている。特に、赤、青、緑の３原色に相当する３色のＬＥＤを用いて大画面液晶ＴＶのバックライトを構成した場合には、色再現範囲を広くできるため、高画質を実現することができる点でも注目されている。

大画面液晶ＴＶ用のバックライトの場合、大光量を必要とするため直下型で多数のＬＥＤチップを配列しなければならないが、ＬＥＤの発光効率（電気エネルギ ⇒ 光エネルギへの変換効率）が現状ではまだ５０％以下であるため、投入エネルギの過半が熱となってしまう。これによってＬＥＤ光源（チップ）のジャンクション温度上昇がもたらされ、これはさらに発光効率の低下とＬＥＤの短命化を招いている。即ち、ＬＥＤ光源は、発熱により利用効率（ｌｍ/ｗ）が低下し、また、チップ近傍に配置されるダイボンド剤や封止剤、光源パッケージ、導光板などの樹脂部材の劣化により反射率や透過率が低下し、発光強度が低下するため、熱引き（放熱）性の善悪がＬＥＤ光源の性能に大きな影響を与える。

ここで、公報記載の従来技術として、多数個の発光ダイオードからの発生熱を効率的に放熱し、全面に亘って温度分布の均一化を図るために、バックパネルに放熱プレートを取り付け、この放熱プレートに取り付けたヒートパイプとヒートシンクと、このヒートシンクに組み付けられた冷却ファンを備えたものが存在する（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−３１６３３７号公報

図４（ａ），（ｂ）は、従来、採用されていた実装基板の取り付け構造の一例について示した図である。図４（ａ），（ｂ）に示す実装基板２００は、絶縁層２０１と、この絶縁層２０１上に形成される取り出し電極（配線回路）２０２とを備えている。また、実装基板２００上にはＬＥＤ２０３が配置され、このＬＥＤ２０３は、絶縁層２０１上の取り出し電極２０２とワイヤ２０４で接続されている。また、実装基板２００は、ＬＥＤ２０３が配置される面（第１面、表面）とは反対側の面（第２面、裏面）に、放熱用経路を形成する金属パターン２０６を備えている。また、実装基板２００には、ＬＥＤ２０３が置かれる直下の第１面と第２面とを結ぶスルーホールやバンプなどの経路２０７が形成されている。この経路２０７は金属パターン２０６に連結しており、ＬＥＤ２０３により発生した熱を金属パターン２０６に伝達している。

そして、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示すようなＬＥＤ２０３が取り付けられた実装基板２００が、筐体２１０に取り付けられる。このとき、実装基板２００の第２面に設けられた金属パターン２０６と筐体２１０との間に、熱伝導性の高いシートであるサーマルシート２１１が設けられている。以上の構造によって、ＬＥＤ２０３のチップから発生した熱を外部へ放出している。尚、サーマルシート２１１や放熱グリースなどの放熱層を設けない場合もある。

しかし、例えば図４に示すような従来の技術では、ＬＥＤ２０３からの熱を逃がす経路２０７を実装基板２００の表面と裏面との間に作る必要があり、基板生成のための費用が増大してしまう。また、裏面に金属パターン２０６を設けることが必要であることから、絶縁層２０１の裏面に制限が生じ、基板の選択に制約が生じることも問題となる。

本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ＬＥＤなどの固体発光素子を用いた発光装置にて、製品単価や製造コストを上昇させることなく、良好な放熱を実現することにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、画像表示を行う表示パネルと、この表示パネルを背面から照射するバックライトとを含む表示装置であって、このバックライトは、固体発光素子を備えた実装基板と、表示パネル側に向く第１面と、この第１面の裏面となる第２面とを備え、第２面側から実装基板を取り付けるフレームとを備えたことを特徴としている。

ここで、このバックライトの実装基板は、複数の固体発光素子を備え、このバックライトのフレームは、複数の貫通孔を備え、実装基板に設けられた複数の固体発光素子を複数の貫通孔の位置に各々合わせて第２面側から実装基板を取り付けることで、表示パネルに向けて固体発光素子を配置することを特徴とすれば、固体発光素子から発せられた光を表示パネルに良好に提供できる。尚、「貫通孔」の形状としては、円形や楕円形、三角形や四角形などの多角形など、任意に選択することができる。また、この「貫通孔」の孔断面は、傾斜を持たないストレートの形状や、実装基板の面に対して斜めとなる傾斜形状などを選択することができる。

また、このバックライトの実装基板は、固体発光素子と同一面に設けられ固体発光素子が発する熱を伝えるための熱伝達部を備えたことを特徴とすることができる。この熱伝達部としては、例えば、銅のむき出し領域などが該当する。
更に、このバックライトは、実装基板とフレームとの間に設けられ実装基板の固体発光素子から発せられた熱をフレームへ伝達する熱伝導手段を備えたことを特徴とすれば、より良好に熱を伝達できる点で優れている。
また更に、このバックライトの実装基板は、固体発光素子側に設けられ固体発光素子に接続される配線回路と、固体発光素子に接続される放熱回路と、配線回路と放熱回路を覆う絶縁層とを備えたことを特徴とすることができる。

他の観点から捉えると、本発明が適用される発光装置は、固体発光素子を備えた実装基板と、この固体発光素子からの光を提供する第１面と、第１面の裏面となる第２面とを備え、第２面側から実装基板を取り付けるフレームとを備えたことを特徴としている。

このフレームは、貫通孔を備え、実装基板に設けられた固体発光素子を貫通孔の位置に合わせ、この第２面側から実装基板を取り付けることを特徴とすることができる。また、この実装基板は、一定間隔で配列された複数の固体発光素子を備え、フレームは、貫通孔を複数備えることを特徴としている。

更に、フレームの第２面側と実装基板との間に設けられ、実装基板の固体発光素子から発せられた熱をフレームへ伝達する熱伝導手段を備えたことを特徴とすることができる。

また、この実装基板は、固体発光素子側に設けられ固体発光素子に接続される配線回路と、配線回路を覆う絶縁層とを備え、この絶縁層を備えた面をフレームの第２面に対峙させることを特徴とすることができる。
更に、この実装基板は、固体発光素子が配置された面に対して裏面となる面に配線回路が設けられ、固体発光素子と配線回路とが接続されるとともに、この固体発光素子が配置された面をフレームの第２面に対峙させることを特徴とすることができる。

以上のように構成された本発明によれば、ＬＥＤなどの固体発光素子を用いた発光装置にて、製品単価や製造コストを上昇させることなく、良好な放熱を実現できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用される液晶表示装置の全体構成を示す図である。本実施の形態が適用される液晶表示装置は、大きなモジュールとして、発光装置の一つである直下型のバックライト装置（バックライト）１０と、このバックライト装置１０によって背面から照射される液晶表示モジュール３０とを備えている。このバックライト装置１０は、発光部を収容するバックライトフレーム１１と、発光源として固体発光素子の１つである発光ダイオード（ＬＥＤ）を複数個、配列させた基板である実装基板１２とを備えている。また、バックライト装置１０は、光学フィルムの積層体として、面全体を均一な明るさとするために光を散乱・拡散させる透明な板である拡散板１３と、前方への集光効果を持たせたプリズムシート１４，１５とを備えている。この拡散板１３の上に更に拡散フィルムを置く場合がある。また、輝度を向上させるための拡散・反射型の輝度向上フィルム１６が備えられる。

一方、液晶表示モジュール３０として、２枚のガラス基板により液晶が挟まれている液晶パネル３１と、この液晶パネル３１の各々のガラス基板に積層され、光波の振動をある方向に制限するための偏光板（偏光フィルタ）３２，３３とを備えている。更に、液晶表示装置には、図示しない駆動用ＬＳＩなどの周辺部材が配置される。

この液晶パネル３１は、図示しない各種構成要素を含んで構成されている。例えば、２枚のガラス基板に、図示しない表示電極、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）などのアクティブ素子、液晶、スペーサ、シール剤、配向膜、共通電極、保護膜、カラーフィルタ等を備えている。
尚、バックライト装置１０の構成単位は任意に選択される。例えば、実装基板１２を有するバックライトフレーム１１だけの単位にて「バックライト装置（バックライト）」と呼び、拡散板１３やプリズムシート１４，１５などの光学フィルムの積層体を含まない流通形態もあり得る。

尚、本実施の形態では、バックライトフレーム１１の裏面側（液晶表示モジュール３０に向いている側とは反対側）から実装基板１２を取り付けている点に特徴がある。即ち、バックライトフレーム１１の液晶表示モジュール３０に向いている面を第１面とすると、この第１面の裏面である第２面に実装基板１２のＬＥＤ配置面を対応させ、この実装基板１２を取り付けている。

図２は、発光装置であるバックライト装置１０における実装基板１２の取り付け部分の構造を説明するための図である。図２に示す例では、液晶表示モジュール３０の背面直下に光源を置く直下型のバックライト構造を採用しており、このバックライト構造では、液晶表示モジュール３０の背面全体に対して所定間隔を隔てて複数のＬＥＤチップが配列されている。

バックライトフレーム１１は、例えばアルミニウムやマグネシウム、鉄、またはそれらを含む金属合金などで生成される筐体構造を形成している。そして、その筐体構造の内側に、例えば白色高反射の性能を有するポリエステルフィルムなどが貼られ、酸化チタンに代表されるフィラーを含む白色塗料などが塗装され、リフレクタとしての機能を備えている。この筐体構造としては、液晶表示モジュール３０の大きさに対応して設けられるＬＥＤ配置部１１ａと、このＬＥＤ配置部１１ａの四隅を囲う側面部１１ｂを備えている。また、このＬＥＤ配置部１１ａや側面部１１ｂには、排熱のための冷却フィン等からなるヒートシンク構造（図示せず）が必要によって形成される場合がある。

この図２に示す例では、実装基板１２が複数（図２の例では８枚）設けられ、これらの実装基板１２は、それぞれ複数のネジ（図示せず）によってバックライトフレーム１１のＬＥＤ配置部１１ａの裏側（第２面側）から固定されている。このＬＥＤ配置部１１ａには、実装基板１２に配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）２１の位置に対応した切り欠きである貫通孔１１ｃが形成されている。この貫通孔１１ｃから各々の発光ダイオード（ＬＥＤ）２１が頭を出した状態で、ＬＥＤ配置部１１ａの裏側から実装基板１２が取り付けられる。貫通孔１１ｃの形状は、例えば円、楕円、三角や四角などの多角形などを選択できる。また貫通孔１１ｃの孔断面は、テーパを付けたり、テーパを付けずにストレートとすることができる。

図３（ａ），（ｂ）は、実装基板１２上に形成される各要素を示す説明図である。図３（ａ）は実装基板１２の一部についての平面図であり、図３（ｂ）はバックライトフレーム１１におけるＬＥＤ配置部１１ａの裏面（第２面）に、図３（ａ）に示すような実装基板１２を取り付けた際の部分断面を示している。図３（ａ）に示すように、実装基板１２の表面には、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１が取り付けられる。そして、実装基板１２の表面には、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１に駆動電流を供給する配線回路２２が設けられている。

この配線回路２２は、例えば銅または銅系金属材料で形成されており、実装基板１２に取り付けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）２１が、配線回路２２にワイヤー２３を介してそれぞれ電気的に接続されている。即ち、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１の（＋）極および（−）極は、ワイヤーボンディングで配線回路２２に接続されている。そして、その配線回路２２が形成される部位には、バックライトフレーム１１のＬＥＤ配置部１１ａに対峙する部分に対応させて、レジスト等の絶縁層２４が設けられており、配線回路２２とバックライトフレーム１１との電気的なショートを防止している。

更に、本実施の形態が適用される実装基板１２は、配線回路２２が形成される面に、放熱のための熱伝達部である金属膜領域２５（図の斜線で示す領域）が設けられている。この金属膜領域２５は、例えば配線回路２２と同一材料の金属（例えば銅）から生成され、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１および配線回路２２を避けた位置に、その面積をできるだけ広くとれるように設計された状態で設けられている。このように面積をより広くとることで、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１から発せられる熱に対する放熱効果をより高めることができる。

また、この金属膜領域２５は、配線回路２２の生成と同一の工程によって生成される。例えば、実装基板１２の製造方法として、不要な導体部分をエッチングする方法が広く用いられているが、この方法では、まず、銅張積層板の上にレジストを塗布し、このレジストにて、配線回路２２の部分と金属膜領域２５の領域とをマスキングする。その後、ベイク、露光、現像を経て、エッチングを行い、レジストを剥離することにより、配線回路２２と金属膜領域２５とが実装基板１２上に形成される。このようにして形成される金属膜領域２５は、従来、配線回路２２の生成に際してエッチングにより取り除かれていた部分である。したがって、この金属膜領域２５を新たに形成したことによる特別なコストアップは生じない。

このような金属膜領域２５を有する実装基板１２は、図３（ｂ）に示すように、バックライトフレーム１１のＬＥＤ配置部１１ａの裏面に取り付けられる。即ち、ＬＥＤ配置部１１ａは、表示パネル側（液晶表示モジュール３０側）に向く第１面と、この第１面の裏面となる第２面とを備えているが、この第２面側から実装基板１２が取り付けられる。この取り付けでは、前述のように、貫通孔１１ｃに発光ダイオード（ＬＥＤ）２１を位置合わせし、更に、ＬＥＤ配置部１１ａの第２面側に、熱伝導手段としてのサーマルシート２６を挟んで実装基板１２が取り付けられる。また、この取り付けは、図３（ｂ）に示すように、例えば裏面側からネジ２７によってＬＥＤ配置部１１ａに固定される。尚、図３（ａ）に示す絶縁層２４よりも厚く、更に熱接合性のある層が形成できれば、サーマルシート２６の代わりに他のものを採用することができる。例えば、グリースや金属薄膜などを用いることも可能である。

ここで、実装基板１２は、樹脂上に金属膜など配線回路２２を形成した片面あるいは両面基板であるので、金属材料に比べて一般に熱伝導率が極めて低いことから、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１から発生した熱は実装基板１２に蓄積される傾向にある。そのために、何ら放熱対策を取らない場合には、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１の温度上昇が激しくなり、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１の発光効率の低下や、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１の近傍に配置されるダイボンド剤や封止剤、光源パッケージ、導光板などの樹脂部材の劣化により反射率や透過率が低下し、発光強度が低下するなどの問題が生じる。本実施の形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１に近接して熱伝達膜である金属膜領域２５を設け、これによって外部への放熱効果を高めるとともに、金属膜領域２５で吸収した熱を、サーマルシート２６を介してバックライトフレーム１１へ直接、逃がしている。

以上、詳述したように、本実施の形態によれば、熱引きの経路を実装基板１２の上下間に作る必要がないので、両面基板を採用する必要がなく、実装基板１２を片面基板で形成できる。その結果、コストを大幅に低減することができる。また、実装基板１２にて裏面の制限がないことから、例えばガラス布基材エポキシ樹脂（ガラエポ樹脂）をベースとしたものや金属をベースとしたものを採用することが可能となる。更に、バックライトフレーム１１の裏面（第２面）から実装基板１２を取り付けることから、バックライトフレーム１１の表面（第１面）における凹凸を減らすことができる。これによって、例えば、バックライトフレーム１１の表面（第１面）に反射シートなどの貼り付けや、チタンに代表されるフィラーを含む白色塗料などの塗装が容易になり、バックライトフレーム１１内の反射層の形成が簡易になる。

尚、前述（図３に示す）の例では、実装基板１２の発光ダイオード（ＬＥＤ）２１が取り付けられる表面に、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１に駆動電流を供給する配線回路２２を設けている。しかしながら、コストを低減するという課題には不利な点はあるが、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１が取り付けられていない裏面に配線回路を設けるように構成することもできる。かかる場合には、バックライトフレーム１１と対峙する表面には、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１のチップ部分を除いて例えば銅を用いた金属膜領域２５がむき出しとなる。また、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１の取り出し部分と裏面の配線回路とが例えばスルーホールで結ばれる。この場合には、バックライトフレーム１１と対峙する面には配線が存在しない。

本実施の形態が適用される液晶表示装置の全体構成を示す図である。 バックライト装置における実装基板の取り付け部分の構造を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、実装基板上に形成される各要素を示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は、従来、採用されていた実装基板の取り付け構造の一例について示した図である。

符号の説明

１０…バックライト装置（バックライト）、１１…バックライトフレーム、１１ａ…ＬＥＤ配置部、１１ｃ…貫通孔、１２…実装基板、１３…拡散板、１４，１５…プリズムシート、１６…輝度向上フィルム、２１…発光ダイオード（ＬＥＤ）、２４…絶縁層、２５…金属膜領域、２６…サーマルシート、３０…液晶表示モジュール、３１…液晶パネル、３２，３３…偏光板（偏光フィルタ）

Claims (11)

1. 画像表示を行う表示パネルと、当該表示パネルを背面から照射するバックライトとを含む表示装置であって、
   前記バックライトは、
   固体発光素子を備えた実装基板と、
   前記表示パネル側に向く第１面と、当該第１面の裏面となる第２面とを備え、当該第２面側から前記実装基板を取り付けるフレームと
   を備えたことを特徴とする表示装置。
2. 前記バックライトの前記実装基板は、複数の固体発光素子を備え、
   前記バックライトの前記フレームは、複数の貫通孔を備え、前記実装基板に設けられた複数の前記固体発光素子を複数の当該貫通孔の位置に各々合わせて前記第２面側から当該実装基板を取り付けることで、前記表示パネルに向けて前記固体発光素子を配置することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記バックライトの前記実装基板は、前記固体発光素子と同一面に設けられ当該固体発光素子が発する熱を伝えるための熱伝達部を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
4. 前記バックライトは、前記実装基板と前記フレームとの間に設けられ当該実装基板の前記固体発光素子から発せられた熱を当該フレームへ伝達する熱伝導手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の表示装置。
5. 前記バックライトの前記実装基板は、前記固体発光素子側に設けられ当該固体発光素子に接続される配線回路と、当該配線回路を覆う絶縁層とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４何れか１項記載の表示装置。
6. 固体発光素子を備えた実装基板と、
   前記固体発光素子からの光を提供する第１面と、当該第１面の裏面となる第２面とを備え、当該第２面側から前記実装基板を取り付けるフレームと
   を備えた発光装置。
7. 前記フレームは、貫通孔を備え、前記実装基板に設けられた前記固体発光素子を当該貫通孔の位置に合わせ、前記第２面側から当該実装基板を取り付けることを特徴とする請求項６記載の発光装置。
8. 前記実装基板は、一定間隔で配列された複数の前記固体発光素子を備え、
   前記フレームは、前記貫通孔を複数備えることを特徴とする請求項７記載の発光装置。
9. 前記フレームの前記第２面側と前記実装基板との間に設けられ、当該実装基板の前記固体発光素子から発せられた熱を当該フレームへ伝達する熱伝導手段を更に備えたことを特徴とする請求項６乃至８何れか１項記載の発光装置。
10. 前記実装基板は、前記固体発光素子側に設けられ当該固体発光素子に接続される配線回路と、当該配線回路を覆う絶縁層とを備え、当該絶縁層を備えた面を前記フレームの前記第２面に対峙させることを特徴とする請求項６乃至９何れか１項記載の発光装置。
11. 前記実装基板は、前記固体発光素子が配置された面に対して裏面となる面に配線回路が設けられ、当該固体発光素子と当該配線回路とが接続されるとともに、当該固体発光素子が配置された面を前記フレームの前記第２面に対峙させることを特徴とする請求項６乃至９何れか１項記載の発光装置。

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