JP2011198769A - 面状光源装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点状光源を搭載した光源基板からの熱の発生を効率よく放熱させるとともに、光源基板が剥がれることを防止することができる面状光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置３４は、光源基板４の後面４２側に支持部材６を配置するが、光源基板４の点状光源３の実装面４１側には、背面フレーム１に形成した突出部１ｆおよび、背面フレーム１と正面フレーム８とで形成した凹部８ｂに光源装置３４を嵌合させることによって、光源基板４および支持部材６を支持する構成とする。
【選択図】 図１２

Description

本発明は表示装置等の照明に用いられる光源装置を備えた面状光源装置および表示装置に関するものである。

一般的な表示装置は、表示パネル、回路基板、および光源装置などから構成されている。表示パネルに背面から光を照射する光源装置には、光源を筐体の側面に配置するサイドライト方式（エッジライト式ともいう）、または光源を表示パネルに対向させて筐体の底面に配置する直下型等がある。

サイドライト方式の光源装置には、光源からの光を筐体の開口部に導光するために導光板を用いるものがある。導光板を用いる光源装置は、冷陰極管などの線状光源、または発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの点状光源から出射された光を導光板内において伝播させ、導光板内に設けられる拡散パターンで拡散させることによって、筐体の開口部において面状に光を取り出している。

上記の発光素子としてＬＥＤなどの点状光源を用いる光源装置では、表示画面の輝度を高くしたい場合、点状光源の数を増やして素子密度を増加させるか、各点状光源に供給する電流を増加させることが考えられる。いずれにしても、発光に伴って各点状光源から生じる熱により点状光源の周辺部が高温になってしまう。

そこで、点状光源が実装され、各点状光源に電力供給するための配線パターンが設けられたフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと称する：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）などからなる光源基板に放熱手段を設けた光源装置が提案されている（例えば特許文献１および特許文献２）。特許文献１に開示された面状照明装置１は、金属材料からなるフレーム６の側壁８に形成された凹部１０に設けた伝熱部１０ａと、点状光源３の実装面３ｄとを接触させて、凹部１０に点状光源３を収納するように配置されており、光源基板であるＦＰＣ４と点状光源３は導電性接着剤１２で固定されている。このように構成することで、点状光源３の発光に伴って発生した熱は金属性のフレーム６により効率良く伝熱し、放熱性を向上させることができるので、点状光源３の素子密度や各点状光源３の供給電流を増加させることができるという技術が開示されている。

また、特許文献２に開示されたバックライト装置は、フィルム配線基板４の発光ダイオード２が取付けられた面と反対の面に、フィルム配線基板４とほぼ同形状で形成された発光ダイオード２の放熱用の軟質金属シート７が接着剤で張り付けられ、金属リフレクタ８で覆われている。このように構成することで、光源となる発光ダイオード２で発生する熱はバックライト装置自体にこもることなく、効果的にフィルム配線基板４、軟質金属シート７等の放熱部材へ伝熱させることで、放熱させるという技術が開示されている。

しかしながら、上記の特許文献１および特許文献２に開示された光源装置では、光源基板と放熱用部材とを接着剤により固定するが、時間経過とともに接着剤が剥がれてしまう等、信頼性上の問題があった。
また、この剥がれを防止するためにＭＣＰＣＢ(Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ−Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ)などの金属板を光源基板に用いるとＦＰＣに比べてコスト高になってしまう。

特開２００６−２１０１８３号公報（第２−５頁、第１−４図） 特開２００２−２２９０２２号公報（第３−７頁、第１−４図）

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、点状光源を直接実装した光源基板から発生した熱を効率よく放熱させることができる。また、光源基板と放熱部材とを強固に固定することができる光源装置を提供するものとする。さらに、この光源装置を搭載した面状光源装置において、光源装置を破損または断線することなく、容易に交換できる構造を提供する。

本発明の面状光源装置は、光を出射する点状光源が実装された光源基板と、前記光源基板の実装面と反対側の面に対向配置され、前記光源基板を支持する支持部材とで形成された光源装置を備え、開口部を有する箱型の第１のフレームの内壁の側面に前記光源装置の前記支持部材が対向して配置され、前記第１のフレームは、前記開口部と対向する底面の一辺を含み、前記底面の一部に設けられる突出部を備え、前記突出部の内壁に前記光源装置を嵌合させることを特徴とする。

本発明の面状光源装置または表示装置によれば、点状光源を直接実装した光源基板から発生した熱を効率よく放熱させることができる。また、光源基板と放熱部材とを強固に固定することができる光源装置を提供するものとする。

本発明を実施するための実施の形態１における表示装置の分解斜視図である。 図１の表示装置を組み立てた場合に、矢視Ａ−Ａ方向から見た面状光源装置の断面図である。 本発明の実施の形態１における光源装置の分解斜視図である。 本発明の実施の形態１における光源装置の組立状態の要部拡大図である。 図４の光源装置の矢視Ｂ−Ｂ方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態１における光源装置の要部拡大図である。 本発明の実施の形態１における面状光源装置の分解斜視図である。 本発明の実施の形態１における光源装置の要部拡大図である。 本発明の実施の形態１における光源装置の要部拡大図である。 本発明の実施の形態１における光源装置の要部拡大図である。 本発明の実施の形態２における表示装置の分解斜視図である。 図１１の表示装置を組み立てた場合に、矢視Ｅ−Ｅ方向から見た表示装置の断面図である。

以下、本発明の表示装置の構成および製造方法についての実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を用いたものは、実質的に同様の構成を示す。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る表示装置の概略構成を示す分解斜視図、図２は図１の表示装置を組み立てた状態で矢視Ａ-Ａ方向から見た断面図である。図３は本発明の表示装置に搭載する光源装置の概略構成を示す分解斜視図、図４は光源装置を組み立てた状態の要部拡大図、図５は図４の光源装置を矢視Ｂ−Ｂ方向から見た断面図である。

実施の形態１．
図１または図２に示すように、１は開口部１ａを有する箱型の背面フレーム１で、背面フレーム１の内壁の側面である内側面１ｂには光を出射する光源装置３１が配置されている。背面フレーム１の内壁の底面１ｃには光源装置３１から出射した光を開口部１ａ方向に向かわせる反射板２を配置する。また、光源装置３１から出射した光を面状に伝播させる略矩形状の導光板７を背面フレーム１の内部に配置し、光源装置３１から光が出射する光出射部３１ａと対向する位置に導光板７の一側面である入射面７ｂを配置する。さらに背面フレーム１と開口部を有する正面フレーム８とを嵌合させることで面状光源装置３２を構成している。面状光源装置３２の出射面側には、表示パネル９およびこの表示パネル９を駆動、制御する回路基板１０を備え、開口部１１ａを備えたフロントフレーム１１と面状光源装置３２とを嵌合させ、表示装置３３を構成している。

次に、本実施の形態１の光源装置３１について、図面を用いて詳細に説明を行う。
前述した通り、図１において、光源装置３１は、背面フレーム１の内側面１ｂに配置する。図３および図４に示すように、光源装置３１は、略長方形状の光源基板４に点状光源３を実装させ、この光源基板４の点状光源３の実装面４１側に光源基板カバー５を、後面４２側に支持部材６を対向する位置に配置させている。点状光源３は赤色、緑色、青色、白色、またはそれらの中間色の光を出射する発光ダイオードなどからなり、単数もしくは複数個配置し、光源基板４に半田付け等で実装されている。点状光源３を複数個配置する場合、用途に応じて色を選択、もしくは適宜色を組み合わせて実装することができる。また、点状光源３間の間隔や配置位置なども用途や目的に応じて適宜配置することができる。本実施の形態１においては、複数個の点状光源３を略一直線状に同間隔で光源基板４上に実装している。

図２〜図４に示すように、光源装置３１を構成する光源基板４には、後述する光源基板カバー５に設けた突起部５ｂと、支持部材６に設けた凹部６ａとが重なる位置に凹部４ａを設ける。光源基板４はガラスエポキシ基板、金属ベース基板、フレキシブル基板などからなり、光源基板４上には、点状光源３に電力供給する配線パターン（図示せず）が設けられている。

図２〜図５に示すように、光源基板カバー５は、光源基板４の点状光源３の実装面４１側に配置させる。光源基板カバー５の光源基板４上の点状光源３に対応する位置に貫通孔５ａを設け、この貫通孔５ａ間であって、上面５３側、下面５４側に後面５２から突出する突起部５ｂを設ける。図５に示すように、この突起部５ｂには支持部材６に設けられた凹部６ａに嵌合する先端部５ｃを設ける構造とする。なお、図２に示すように、光源基板４に実装された点状光源３が貫通孔５ａより突出しないよう、光源基板カバー５を点状光源３よりも厚く形成することにより、後述するように、光源装置３１を表示装置３２に組み込む際、もしくは光源装置３１を取り外す際に背面フレーム１、正面フレーム２、導光板７等に点状光源３が接触して破損することを防ぐことができる。なお、貫通孔５ａは、切り欠き部でもよく、光源を収納する形状であればどのような形状でもよい。また、光源基板カバー５はプラスチック樹脂、金属、または金属材料を含む材料で構成する。光源基板カバー５は一つの部材で形成してもよいし、必要に応じて複数の部材を組み合わせて形成してもよい。さらに、光源基板カバー５は点状光源３から出射した光を導光板７へ向かわせるために、表面を白色、鏡面などの高光反射部材で形成させることが望ましい。

図２〜図５に示すように、支持部材６は、光源基板４と同サイズもしくは同サイズより大きいサイズで形成し、光源基板４の後面４２側に配置することで、光源基板４の撓みや位置ずれを防止することができる。また、支持部材６の上面６１、下面６２には光源基板カバー５と嵌合させるための凹部６ａを設ける。図３および図５に示すように、凹部６ａは前面６３側と後面６４側で、段差の違う凹部６ａを構成しており、光源基板カバー５の突起部５ｂおよび先端部５ｃが、支持部材６の後面６４、上面６１より突出しないように形成する。また、支持部材６はプラスチック樹脂で形成してもよいが、アルミ、ステンレス、鉄、銅などの熱伝導性の高い金属、またはこれらの金属を含む材料で構成することで、さらに放熱効果を高めることができる。また、支持部材６は一つの部材で形成してもよいし、複数の部材を組み合わせて構成してもよい。

次に光源装置３１の組立方法について、図３を参照しながら説明を行う。
まず、点状光源３を実装した光源基板４の後面４２と、支持部材６の前面６３とが重なるように配置する。さらに、光源基板４の凹部４ａと支持部材６の凹部６ａとが一致するように配置する。次いで、光源基板カバー５の貫通孔５ａを点状光源３に収納させるように配置し、突起部５ｂを支持部材６の凹部６ａの形成位置と一致させ、凹部６ａに突起部５ｂ、先端部５ｃを嵌合させる。ここで、光源基板４を支持部材６に固定させるために、両面テープ、接着剤、熱伝導性が高いグリース等を用いてもよい。この場合、光源基板４をより確実に支持部材６へ密着させることができ、放熱性を向上させることができる。仮に、時間経過に伴う粘着剤の劣化が発生しても、各部材を互いに嵌合させて固定することにより、光源基板４と支持部材６とを強固に固定することができる。

なお、図３および図５に示すように、光源装置３１において、光源基板カバー５の突起部５ｂ、先端部５ｃ、光源基板４の凹部、および支持部材６の凹部６ａで形成される嵌合部は、各部材において少なくとも２箇所形成することで、各部材を固定することができるが、４箇所、すなわち、上面（５３、６１）側に２箇所、下面（５４、６２）側に２箇所設けることで、各部材の固定を確実なものとすることが可能となる。

また、本実施の形態においては、光源基板カバー５側に嵌合用に設けられる突起部５ｂ、先端部５ｃを、支持部材６側に嵌合用に設けられる凹部６ａを設ける構成としたが、光源基板カバー５側に凹部を、支持部材６側に突起部、先端部を設ける構造としてもよい。このように、嵌合部の位置、および数は、任意に変更可能である。

また、図６に示すように、光源基板カバー５に位置決め用の突起５ｄを、この突起５ｄとの位置決め穴を光源基板４（４ｂ）、支持部材６（６ｂ）に上述した嵌合部とは別に設け、位置決めを行う。この位置決め用の突起および位置決め穴を形成し、位置決めを行うことで、光源装置３１の組立工程、表示装置３３の組立工程等で発生する、光源基板カバー５、光源基板４ 、および支持部材６の位置ズレを防止することができる。ここでは、光源基板カバー５に突起を設けたが、支持部材６に突起を設ける等、位置決め用の突起および穴の位置、および形状は適宜変更することができる。

次に、本実施の形態１の光源装置３１を表示装置３３に組み込む方法を説明する。
図７は面状光源装置３２に光源装置３１を組み込む際の要部拡大図である。
光源装置３１は上記で説明した通り、光源基板カバー５と支持部材６で光源基板４を挟み込んで支持することで、光源基板４と支持部材６とが強固に固定されているため、背面フレーム１の内側面１ｂに沿うように可動して、組み込むことが可能である。内側面１ｂに組み込む際、面状光源装置３２を構成する背面フレーム１の側面１ｄ及び正面フレーム８の側面に、光源装置３１を挿入させる貫通口１２を形成し、この貫通口１２から光源装置３１を挿入させ、背面フレーム１の内側面１ｂに沿って矢印のＣの方向へ移動させる。なお、光源装置３１に不具合があり交換を要する場合などは、貫通口１２から光源装置３１を引き出し、矢印Ｄの方向へ移動させることで簡単に取り外すことができる。また、図１において、表示装置３３においても光源装置３１を交換可能とさせる場合は、フロントフレーム１１に貫通口１２と対応する位置に同様に貫通口を形成させる。

以上説明したとおり、本発明による光源装置３１は、点状光源３を実装させた光源基板４を備えており、この光源基板４の点状光源３の実装面４１側には、光源基板カバー５を、後面４２側には支持部材６を配置して、光源基板カバー５と支持部材６で光源基板４を挟み込んで支持しているため、光源基板４のゆがみやたわみを防止することができ、点状光源３から発生する熱を効率よく、支持部材６に伝熱させることができる。また、光源基板カバー５の突起部５ｂ、先端部５ｃを支持部材６の凹部６ａの形成位置と一致させ、凹部６ａに突起部５ｂ、先端部５ｃを嵌合させ、各部材を固定することにより、光源基板４と支持部材６とを強固に固定することができる。さらに、この光源装置３１は面状光源装置３２に設けられた貫通口１２から挿抜可能であるため、光源装置３１に不具合が生じた場合、簡単に交換を行うことができる。

本実施の形態の光源装置３１の変形例として、図８の要部拡大図に示すように、光源基板カバー５の点状光源３の貫通孔５ａにテーパ部５ｇを設ける。テーパ部５ｇは光源基板カバー５に設けた貫通孔５ａを形成する内壁の側面に、光源基板４の実装面４１と対向する面である後面５２から、この後面５２と反対側の面である前面５１に向かうにしたがって、貫通孔５ａが大きくなるように傾斜させる。図１に示す表示装置３３に、テーパ部５ｇを設けた光源装置３１を組み込んだ際、点状光源３から出射する光をテーパ部５ｇで反射させることにより、導光板７側へ向かわせることができるため、光源基板カバー５での反射ロスを無くすとともに、点状光源３より発光した光を効率よく導光板７へ入射させることができる。

本実施の形態の光源装置３１の他の変形例として、図９の要部拡大図に示すように、光源基板カバー５の端部に面取り部５ｆを形成する。面取り部５ｆは、光源装置３１を貫通口１２から光源装置３１を挿入する際、挿入開始側の端部に形成することで、作業性を向上させることができる。また、図１０に示すように光源基板カバー５の光源装置３１の挿入終了側の端部に凸部５ｅを設ける。凸５ｅを設けることで、貫通口１２からの光漏れを防ぐとともに、この凸部５ｅに向かう光を反射させ、導光板７に向かわせることができる。

なお、本実施の形態では光源装置３１を背面フレーム１の内側面１ｂの一辺に配置された場合を示したが、二辺〜四辺に配置すること（図示せず）で、輝度向上、輝度均一化を実現することができる。

また、背面フレーム１は、例えばアルミ、ステンレス、鉄、銅などの熱伝導性の高い金属、またはプラスチック樹脂などからなる。背面フレーム１は一つの部材として構成してもよく、また必要に応じて複数の部材を組み合わせて構成してもよい。

正面フレーム８は、例えばアルミ、ステンレス、鉄、銅などの熱伝導性の高い金属、またはプラスチック樹脂などからなる。正面フレーム８は一つの部材として構成してもよく、また必要に応じて複数の部材を組み合わせて構成してもよい。

表示パネル９は、液晶表示パネルなどを用いる。液晶表示パネルは一対のガラス基板の間に液晶が注入され、シール材により封止されており、さらに上下のガラス基板上に貼り合わされた一対の偏光板から構成されている。また、駆動用ＩＣチップなどが実装されたフレキシブル基板などにより、表示パネル９を駆動、制御するための回路基板１０と接続される。

また、図示はしてないが、表示パネル９と導光板７との間には、表示性能を向上させるために、拡散シート、プリズムシート、偏光反射シートなどの光学シート、または板状の光拡散部材が配置される。

導光板７の材料としては、通常ＰＭＭＡ(Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ)、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）等の高透過材を使用する。また、特に高温条件下での使用時において、点状光源３から発生した熱の影響により導光板７の劣化を防止するため、点状光源３と導光板７の距離を一定量確保することが好ましいのであるが、本実施の形態１のように、光源基板カバー５の厚みを、点状光源３の厚みよりも厚くすることによって、点状光源３と導光板７の距離を一定量確保することが可能となる。

実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２に係わる表示装置の分解斜視図、図１２は図１１で示した表示装置を組み立てた状態で矢視Ｅ−Ｅ方向から見た部分断面図である。図１１、１２に示すように、本実施の形態２の光源装置３４は、光源基板４の後面４２側に支持部材６を配置するが、光源基板４の点状光源３の実装面４１側には、実施の形態１のような光源基板カバー５を配置せず、背面フレーム１に形成した突出部１ｆおよび、背面フレーム１と正面フレーム８とで形成した凹部８ｂに光源装置３４を嵌合させることによって、光源基板４および支持部材６を支持する構成とする。なお、この背面フレーム１に形成した突出部１ｆおよび、背面フレーム１と正面フレーム８とで形成した凹部８ｂに光源装置３４を嵌合させて支持するところのみが実施の形態１と相違し、その他の構成は実施の形態１と同様である。

図１１、図１２において、背面フレーム１の開口部１ａと対向する底面１ｃに、この底面１ｃの一辺を含み、内部から外部に向かって凸となる突出部１ｆを一部に形成する。突出部１ｆの内壁に光源装置３４を嵌合させることで、光源基板４および支持部材６を支持する。その際、支持部材６は背面フレーム１の内側面１ｂに対向して配置し、光源基板４の実装面４１は突出部１ｆの一部を形成する支持部１ｅに対向して配置させる。

また、背面フレーム１の内側面１ｂと、対向配置される側面８ａを有しかつこの背面フレーム１の内側面１ｂと嵌合される正面フレーム８の側面８ａの一部とで、凹部８ｂを形成し、凹部８ｂ内に光源装置３４を嵌合させる。凹部８ｂに形成された支持部８ｃに光源基板４の実装面４１が対向して配置され、背面フレーム１の内側面１ｂとともに光源基板４および支持部材６を嵌合させて支持している。

なお、実施の形態２における、光源装置３４を面状光源装置３２に組み込む方法は、背面フレーム１の底面１ｃの一部に形成された突出部１ｆの内壁に光源装置３４を嵌合させる。その際、支持部材６は背面フレーム１の内側面１ｂに対向して配置し、光源基板４の実装面４１には突出部の一部を形成する支持部１ｅに対向して配置する。次いで、反射板２、導光板７を配置した後、背面フレーム１に正面フレーム８を嵌合させるとともに、凹部８ｂに光源装置３４を嵌合させる。

以上説明したとおり、本実施の形態２による面状光源装置３２は、背面フレーム１の開口部１ａと対向する底面１ｃに、この底面１ｃの一辺を含み、内部から外部に向かって凸となる突出部１ｆを一部に形成し、この突出部１ｆの内壁および背面フレーム１と正面フレーム８とで形成した凹部８ｂに光源装置３４を嵌合させる構造としたので、光源基板４と支持部材６とを強固に固定することができる。

なお、背面フレーム１の底面１ｃに形成した突出部１ｆは、光源基板４に沿って設けてもよいし、光源基板４の一部を支持する構成であってもよい。また、本実施の形態２においては、光源装置３４を背面フレーム１に形成した突出部１ｆ、または背面フレーム１と正面フレーム８とで形成した凹部８ｂで嵌合させることで支持する構造としたが、光源装置を背面フレーム１および正面フレーム８で嵌合させることができる形状であれば、どのような形状であっても構わない。凹部８ｂを形成する位置等種々変更可能である。

また、支持部材６を、ネジ止め、粘着材などを用いて背面フレーム１へ固定することにより、光源基板４から発生した熱を、支持部材６を介して放熱させることもできる。

１ 背面フレーム、２ 反射板、３ 点状光源、４ 光源基板、５ 光源基板カバー、
５ａ 貫通孔、５ｂ 突起部 、５ｃ 先端部、５ｄ 位置決め用の突起部、５ｅ 凸部、５ｇ テーパ部、６ 支持部材、６ａ 凹部、７ 導光板、７ｂ 入射面、８ 正面フレーム、１２ 貫通口、３１ 光源装置、３２ 面状光源装置、1ｆ 突出部、８ｂ 凹部、１ｅ、８ｃ 支持部、１１ フロントフレーム、１１ａ 開口部、３３ 表示装置。

Claims (4)

1. 光を出射する点状光源が実装された光源基板と、前記光源基板の実装面と反対側の面に対向配置され、前記光源基板を支持する支持部材とで形成された光源装置を備え、
   開口部を有する箱型の第１のフレームの内壁の側面に前記光源装置の前記支持部材が対向して配置され、
   前記第１のフレームは、前記開口部と対向する底面の一辺を含み、前記底面の一部に設けられる突出部を備え、前記突出部の内壁に前記光源装置を嵌合させることを特徴とする面状光源装置。
2. 前記面状光源装置は、前記第１のフレームの内壁の側面に対向配置される側面を有し、かつ、前記第１のフレームと嵌合される第２のフレームをさらに備え、
   前記第１のフレームの内壁の側面と前記第２のフレームの側面とで凹部を形成し、前記凹部に前記光源装置を嵌合させて配置することを特徴とする請求項１記載の面状光源装置。
3. 前記光源装置は前記フレームの側面に設けられた貫通口より挿入し、前記フレームの内壁の側面に沿って可動する、挿抜手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の面状光源装置。
4. 請求項１乃至３記載のいずれか１項に記載の面状光源装置の光出射面上に表示素子を配置したことを特徴とする表示装置。

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