(57)【要約】【課題】  発光ダイオードの温度上昇を抑え、高輝度の発光を維持するバックライト照明装置を提供すること。【解決手段】  複数の発光ダイオード１５が実装された実装基板１６と、この実装基板１６上に実装された発光ダイオードからの光を受けて発光面から光を放射する導光板１２と、前記実装基板１６の裏面に接触配置され、発光ダイオード１５の発熱を吸収する受熱部材１８と、この受熱部材１８に一部広い面で密着配置され、残部が前記導光板１２の背面に屈曲延長された熱輸送装置１９と、前記導光板１２の背後に配設された送風ファン２１と、前記熱輸送装置１９の端部に接して設けられ、前記送風ファン２１により冷却される放熱部２０とからなることを特徴とする発光ダイオードバックライト装置。【選択図】図１
2005340065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数個の発光ダイオードが配列実装された実装基板と、この実装基板の表面に配列された前記複数個の発光ダイオードからの光を入光面から導入し、発光面から光を放射するように配置された導光板と、前記実装基板の裏面に熱的に結合するように配置された熱伝導性の受熱部材と、この受熱部材に一部が熱的に結合され、残部が前記導光板の背面に屈曲配置された熱輸送装置と、この熱輸送装置に、前記導光板の背面において、熱的に結合するように配置された放熱部と、この放熱部に送風するために、前記導光板の背面との間に所定の間隙をおいて配置された扁平送風ファンと、からなることを特徴とする発光ダイオードバックライト装置。
【請求項２】
前記熱輸送装置は、扁平な横断面形状を有し、この扁平な広い面で前記受熱部材および前記放熱部に接触しており、前記扁平送風ファンはその扁平な面に形成された開口部から吸気し、前記扁平な面に沿って送風することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードバックライト装置。
【請求項３】
前記熱輸送装置はＬ字型に屈曲されており、このＬ字型の第１の直線部で前記受熱部材に接触し、第２の直線部で前記放熱部に接触しており、前記扁平送風ファンは、前記扁平な面に沿って一方向に送風することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードバックライト装置。
【請求項４】
前記熱輸送装置は、中央部の第１の直線部、この第１の直線部の両側のほぼ平行な第２、第３の直線部からなるＵ字型に屈曲されており、前記受熱部材には前記第１の直線部で接触し、前記放熱部は前記第２、第３の直線部で接触するように配置された第１、第２の放熱部により構成されており、前記扁平送風ファンは、前記扁平な面に沿って両方向に送風することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードバックライト装置。
【請求項５】
前記発光ダイオード、前記導光板、前記送風ファンおよび前記放熱部は、同一のケース内に収納され、前記送風ファンには前記放熱部に冷却風を導く導風路が形成されることを特徴とする請求項３または４記載の発光ダイオードバックライト装置。
【請求項６】
前記放熱部は放熱フィンであることを特徴とする請求項５記載の発光ダイオードバックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオードを光源とするバックライト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶パネルの薄型化、省電力化を目的として、発光ダイオード（以下ＬＥＤという。）がバックライト光源に用いられつつある。このようにＬＥＤを液晶パネルのバックライト光源として用いる場合には、水銀フリーであり環境の面においても蛍光ランプに比べて優れている。従来、携帯電話などの小型液晶パネルのバックライトでは、数十ｍＡ程度の電流を投入するＬＥＤが使用されているが、７型（７インチ）程度以上の中型から大型の液晶パネルのバックライトには、パワーＬＥＤと呼ばれる数百ｍＡ以上の大電流を投入する高出力のＬＥＤを使用する必要がある。
【０００３】
しかし、パワーＬＥＤを光源として使用したバックライト照明装置では、発光のために流す大電流により発熱が生じ、この発生した熱によってＬＥＤ自体が破壊され、あるいはＬＥＤの発光特性が劣化し輝度が低下する。このため、従来から種々の放熱対策が行なわれている。例えば、従来、ＬＥＤを搭載する基板に放熱板を取り付ける対策が行なわれるが、放熱スペースが十分取れないために放熱効率が低く、放熱が不充分であることが多い。また、放熱効率を高めるために送風ファンを設置することも行なわれるが、効果的な冷却を行なうためには、送風ファンと冷却対象のＬＥＤ搭載基板との間に風量を得るための距離または空間を設ける必要があり、その結果バックライト装置が大型化してしまう。また、横長に配列されたＬＥＤを均一に冷却するためには、複数の送風ファンを必要とするため、装置が大型化しコスト増大に繋がる。（特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００２−２２９０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記のような従来の欠点を改良するためになされたもので、ＬＥＤを効率的に冷却するとともに、装置の薄型化を実現できるバックライト装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発光ダイオードバックライト装置は、表面に複数個の発光ダイオードが配列実装された実装基板と、この実装基板の表面に配列された前記複数個の発光ダイオードからの光を入光面から導入し、発光面から光を放射するように配置された導光板と、前記実装基板の裏面に熱的に結合するように配置された熱伝導性の受熱部材と、この受熱部材に一部が熱的に結合され、残部が前記導光板の背面に屈曲配置された熱輸送装置と、この熱輸送装置に、前記導光板の背面において、熱的に結合するように配置された放熱部と、この放熱部に送風するために、前記導光板の背面との間に所定の間隙をおいて配置された扁平送風ファンと、からなることを特徴とするものである。
【０００６】
また、上記本発明の発光ダイオードバックライト装置においては、前記熱輸送装置は、扁平な横断面形状を有し、この扁平な広い面で前記受熱部材および前記放熱部に接触しており、前記扁平送風ファンはその扁平な面に形成された開口部から吸気し、前記扁平な面に沿って送風することを特徴とするものである。
【０００７】
さらに、上記本発明の発光ダイオードバックライト装置においては、前記熱輸送装置はＬ字型に屈曲されており、このＬ字型の第１の直線部で前記受熱部材に接触し、第２の直線部で前記放熱部に接触しており、前記扁平送風ファンは、前記扁平な面に沿って一方向に送風することを特徴とするものである。
【０００８】
さらに、上記本発明の発光ダイオードバックライト装置においては、前記熱輸送装置は、中央部の第１の直線部、この第１の直線部の両側のほぼ平行な第２、第３の直線部からなるＵ字型に屈曲されており、前記受熱部材には前記第１の直線部で接触し、前記放熱部は前記第２、第３の直線部で接触するように配置された第１、第２の放熱部により構成されており、前記扁平送風ファンは、前記扁平な面に沿って両方向に送風することを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、上記本発明の発光ダイオードバックライト装置においては、前記発光ダイオード、前記導光板、前記送風ファンおよび前記放熱部は、同一のケース内に収納され、前記送風ファンには前記放熱部に冷却風を導く導風路が形成されることを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、上記本発明の発光ダイオードバックライト装置においては、前記放熱部は放熱フィンであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＬＥＤを効率的に冷却するとともに、バックライト装置の薄型化を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態であるバックライト装置の構成を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図である。同図に示すように、このバックライト装置は、光源部１１と、導光板１２と、冷却装置１３と、光源部１１および導光板１２を収納するケース部１４とからなる。
【００１４】
光源部１１は、図１（ｂ）に点線で示すように、複数個、例えば１１個のＬＥＤ１５がほぼ直線状に配列されたＬＥＤ実装基板１６と、このＬＥＤ１５からの発光を導光板１２へ反射し導くリフレクタ１７とから構成される。ＬＥＤ１５は、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂを発光する３種類のＬＥＤを、両端から色の配列がほぼ対称となるような順序で配列している。これらのＬＥＤ１５は、後述するように、導光板１２の入光面１２ａに沿ってＬＥＤ実装基板１６上に実装され、各ＬＥＤ１５からのＲＧＢ光は入光面１２ａから導光板１２内に導入され、内部で反射を繰り返すことにより均一に混合され、発光面１２ｂから白色光となって均一に放射される。
【００１５】
ＬＥＤ実装基板１６の実装面と導光板１２の入光面１２ａとはほぼ直交あるいはそれに近い角度で配置され、ＬＥＤ１５の発光軸方向と導光板１２の入光軸方向が異なっている。このため、これらの間には高反射率のリフレクタ１７が配置され、ＬＥＤ１５からの発光を導光板１２の入光面１２ａに導く。なお、図示しないが、ＬＥＤの光軸が導光板の入光軸と一致する場合は、ＬＥＤの光軸以外の方向に散乱放射した光を光軸方向に導くためのリフレクタが設けられる。
【００１６】
導光板１２は、アクリルやポリカーボネートなどの光学的透明な材質よりなり、導光板発光面１２ｂから照射光を出射させるために、その背面１２ｄには白色ドットプリントあるいはブラスト加工が施されている。また、図には示していないが、色度や輝度を高めるために一般的に行なわれる、発光面１２ｂに拡散シートあるいはプリズムシートを配置し、背面１２ｄには漏れ出た光を発光面側に反射する反射シートが配設される。
【００１７】
冷却装置１３は、ＬＥＤ実装基板１６に密着配置された受熱部１８と、この受熱部１８から封入した液体の潜熱を利用して熱を伝導輸送する熱輸送装置すなわちヒートパイプ１９と、このヒートパイプ１９で輸送された熱を放熱する放熱部２０と、この放熱部２０に送風する送風ファン２１とから構成される。この受熱部１８は、ＬＥＤ実装基板１６の裏面の全面に密着して設けられており、アルミニュウムあるいは銅などの熱伝導性が良い板状の金属で構成されている。さらに図１（ｂ）に示すように、ヒートパイプ１９はその横断面が扁平状に形成され、その扁平な幅広面が受熱部１８の裏面にほぼ全長に亘って接触し熱的に結合している。ヒートパイプ１９はその一部が受熱部１８の裏面に密着するとともに、残部は導光板１２の背面側に屈曲して延長配置されている。すなわちヒートパイプ１９は、全体としてＬ字型に屈曲されており、このＬ字型の第１の直線部１９ａで受熱部１８に接触し、第２の直線部１９ｂで放熱部２０に接触している。このヒートパイプ１９は、銅等の金属で形成され、気圧を低くしたパイプ内に微少量の純水等の作動液が封入されている。また、その内面には毛細管現象を促進するための溝加工が施されている。ヒートパイプ１９は扁平形状により、受熱部１８および放熱部２０との接触面積が増加するため、より高い冷却効果が得られる。なお、ヒートパイプ１９と放熱部２０との結合は、金具によるネジ止めあるいは溶接等により行うが、より密着性を上げるためには、両者の間に熱伝導シートあるいは熱伝導グリースを介在させるとよい。
【００１８】
導光板１２の背面端部には、複数の薄板状の放熱フィンが配列された構造の放熱部２０が配置されており、導光板１２の背面側に延長配置されたヒートパイプ１９の端部がこれに接触し熱的に結合している。この放熱フィンは、アルミニウム等の熱伝導性の良い金属によって形成されている。
【００１９】
導光板１２の背面側には、また、扁平な送風ファン２１が配置されている。この送風ファン２１は、扁平なケース２１ａ内に回転翼２１ｂが収納され、図１（ａ）の矢印で示すように、扁平なケース２１ａの表裏面から吸気し、図１（ｂ）の矢印で示すように、扁平な表裏面にほぼ平行な方向に排気するように構成されている。この送風ファン２１は、その扁平な表面が導光板１２の背面との間に吸気路となる僅かな間隙２２が形成されるように配置されている。
【００２０】
次に、このように構成されたバックライト装置におけるＬＥＤ光源の冷却動作を説明する。バックライト装置の動作中、ＬＥＤ１５の通電により発生した熱は、ＬＥＤ実装基板１６、受熱部１８を介してヒートパイプ１９に伝達される。するとヒートパイプ１９内の作動液が蒸発し、蒸発潜熱を吸収する。蒸発した気体は音速に近い速さで放熱部２０に達する。放熱部２０は送風ファン２１により冷却され、ヒートパイプ内の気体は液体に戻り、毛細管力により受熱部１８方向に戻っていく。このようなサイクルを繰り返すことにより、ＬＥＤ実装基板１６およびこの上に配列されたＬＥＤ１５が冷却される。
【００２１】
図２は上記バックライト装置における、ＬＥＤの温度と相対輝度（％）との関係を示すグラフである。同図中の破線で示す直線２３は、ＬＥＤの温度が４０℃から１００℃まで上昇すると、ＬＥＤ相対輝度（所定の温度での輝度に対する任意の温度における輝度の比）はほぼ直線的に低下することを示している。同図の点２４は冷却装置を設けないバックライト装置におけるＬＥＤの温度は１００℃を超え、相対輝度は１００％であることを示している。これに対し、点２５は、上記本発明の実施形態として示したバックライト装置におけるＬＥＤの温度は４０℃近くまで低下し、その相対輝度はほぼ１７０％であることを示している。また、同図における点２６は、冷却装置として小型ファンを５個用いた従来装置におけるＬＥＤの温度はほぼ５０数℃であり、その相対輝度はほぼ１６０％であることを示している。
【００２２】
このグラフから、本発明の実施形態のバックライト装置は、小型ファンを５個用いた従来の装置に比較して、ＬＥＤの温度の上昇はより低く抑えられ、相対輝度はより高くなっていることがわかる。そして本発明の実施形態によれば、その構造上、バックライト装置は小型ファンを用いた従来装置に比較して全体的に薄型化することができた。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施形態を、図３を用いて説明する。図３は第２の実施形態であるバックライト装置の背面図であり、図１の構成部分と同一部分には同一番号を付している。以下の説明では図１と同一部分の詳細な説明は省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００２４】
この実施形態は、図１の実施形態と同様にＬＥＤ１５、ＬＥＤ実装基板１６、リフレクタ１７、受熱部１８、導光板１２およびケース１４を備えているが、図３にはＬＥＤ実装基板１６およびリフレクタ１７は記載されていない。
【００２５】
この実施形態においてはＬ字型のヒートパイプの代わりに、Ｕ字型のヒートパイプ３１が用いられている。すなわちヒートパイプ３１は、全体としてＵ字型に屈曲されており、このＵ字型の第１の直線部３１ａで受熱部１８に接触し、第２の直線部３１ｂおよび第３の直線部３１ｃで第１、第２の放熱部２０ａ、２０ｂに接触している。扁平な送風ファン２１は、バックライト装置用ケース１４のほぼ中央部に配置されており、その扁平なケース２１ａは図の上下両側に排気口２１ｃ、２１ｄを有している。これらの排気口２１ｃ、２１ｄには、それぞれ冷却風を放熱部２０ａ、２０ｂに導く第１、第２の導風路３３、３４が接続され、冷却装置が構成されている。
【００２６】
この用に構成された第２の実施形態のバックライト装置における冷却動作は、基本的には第１の実施形態と同じであるがＵ字型のヒートパイプ３１と両方向に送風される送風ファン２１により、第１、第２の放熱部２０ａ、２０ｂを介して放熱されるため、冷却効率がより向上する。
【００２７】
図４は本発明の第３の実施形態を示す側断面図である。
【００２８】
この実施形態においては、光源部１１と導光板１２を収納するケース１４内に送風ファン回転翼２１ｂと放熱部２０が一体に収納されている。このケース１４の送風ファン回転翼２１ｂが設置された部分の下面と放熱部２０が設置された部分の側面には、それぞれ吸気口４１と送風排気口４２とが開口している。また、第２の実施形態のように、送風ファンと放熱部が離れて設置される場合は、その間に送風路を設けてもよい。この実施形態においては、光源部１１と導光板１２を含むバックライト部と冷却装置１３部とがすべて同一のケース１４内に収納されるため、装置全体が薄型化されコンパクトになる。
【００２９】
図５は本発明の第４の実施形態を示す側断面図である。
【００３０】
この実施形態においては、バックライト装置５０は側面形状が逆くさび形の導光板５１が用いられている。単色発光する複数のＬＥＤの放射光を合成して白色光を得る場合には、入光面５１ａから導入された複数の単色光が、逆クサビ型の導光板５１内で多数回の反射を繰り返すため、発光面５１ｂからは均一な白色光が放射される。
【００３１】
また、この実施形態においては、光源である複数個のＬＥＤ５５は、ＬＥＤ素子の表面に出射光の光軸をほぼ９０°変更するリフレクタ５７が直接取り付けられたサイドエミッタ型ＬＥＤが使用されている。この結果、図１にしめしたようなリフレクタ１７を用いる必要がないため、装置の薄型化が可能となる。図示のように、逆くさび形の導光板５１は入光面５１ａの幅が他の部分より小さいため、光源部１１の厚さ全体を薄型化することができる。また、逆くさび形の導光板５１の背面に扁平な送風ファン２１および放熱部２０を設置する場合、送風ファン２１上面と導光板５１の背面との間隙が導光板５１の厚さの小さな部分に形成されるため、バックライト装置全体を薄型にすることができる。
【００３２】
さらに、この実施形態においては、Ｕ字型のヒートパイプ３１の第２あるいは第３の直線部３１ｂ、３１ｃは、放熱部２０を形成する放熱フィンに段差部２０ｃを形成し、この段差部２０ｃに扁平なヒートパイプ３１を配置することにより、冷却装置部の厚さを小さくできる。
【００３３】
なお、この実施形態においては、Ｕ字型のヒートパイプ３１を用いたが、第１の実施形態におけるＬ字型のヒートパイプ１９を用いることもできる。この場合には、１個の放熱部２０により放熱が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態であるバックライト装置の構成を示す図で、同図（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図である。
【図２】図１のバックライト装置におけるLED温度対相対輝度特性図である。
【図３】本発明の第２の実施形態であるバックライト装置の構成を示す背面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態であるバックライト装置の構成を示す側面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態であるバックライト装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０、５０・・・バックライト装置、
１１・・・光源部、
１２・・・導光板、
１２ａ・・・導光板の入光面、
１２ｂ・・・導光板の発光面、
１２ｄ・・・導光板の背面、
１３・・・冷却装置、
１４・・・ケース、
１５、５５・・・発光ダイオード（ＬＥＤ）、
１６・・・ＬＥＤ実装基板、
１７、５７・・・リフレクタ、
１８・・・受熱部、
１９・・・Ｌ字型ヒートパイプ、
２０・・・放熱部、
２１・・・送風ファン、
３１・・・Ｕ字形ヒートパイプ、
４１・・・吸気口、
４２・・・排気口、
【図１】
2005340065.tif 000003
【図２】
2005340065.tif 000004
【図３】
2005340065.tif 000005
【図４】
2005340065.tif 000006
【図５】
2005340065.tif 000007