(57)【要約】【課題】金属シャーシと発光素子基板の熱変形の影響を回避しながら発光素子から空気に放熱する。【解決手段】配線基板９上に搭載された複数の発光素子からなる光源８と光源８の光を液晶パネル方向へ導くための導光板１１とを組み合わせた光源ユニットと、光源ユニットを保持する位置決め部材を設けた金属シャーシ１３とで構成され、前記光源を搭載した配線基板９の光源８搭載面と反対側の面に設けられた熱拡散板１０と、前記熱拡散板１０と前記シャーシ５との間に間隙ｄを設ける。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネル、当該液晶パネルを背面から照明する光源を備えたバックライト装置、前記バックライト装置を保持するシャーシを備え、
前記バックライト装置は、液晶パネルの表示面と平行な方向に光を放出する光源と前記光源を搭載した配線基板と前記光源の光を前記液晶パネル方向へ導くための透光性を有する導光板とを組み合わせた複数の光源ユニットとを有する液晶表示装置において、
前記光源を搭載した配線基板の光源搭載面と反対側の面に設けられた熱拡散板を有し、前記熱拡散板と前記シャーシとの間に間隙を設けることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記熱拡散板は、配線基板の平面に対向する全面、もしくは、個々の光源搭載面近傍の部分的に配置することを特徴とする特許請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記シャーシは、前記配線基板に設けられた熱拡散板と全面、もしくは、部分的に間隙を構成することを特徴とする特許請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記配線基板に設ける熱拡散板は、配線基板の熱伝導率よりも高い板材であることを特徴とする特許請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記配線基板は、紙基材フェノール樹脂製のプリント配線基板、または、ガラス布基材エポキシ樹脂製の積層配線プリント基板であることを特徴とする特許請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記熱拡散板と前記シャーシとの間に設ける間隙は、配線基板の熱変形量よりも大きいものであることを特徴とする特許請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記配線基板に設ける熱拡散板は、アルミ、鉄、又はグラファイトシートを主たる構成部材とする板材であることを特徴とする特許請求項１記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関する。例えば、筐体内部に発生する熱を効率よく排熱できる液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、表示装置として、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に代わって、発光型のプラズマディスプレイ表示装置や非発光型の液晶表示装置の使用が多くなっている。
【０００３】
このうち、液晶表示装置は、透過型の光変調素子として液晶パネルを用い、その背面に照明装置（以下、バックライト装置と称する）を備えて光を液晶パネルに照射する。そして、液晶パネルはバックライト装置から照射された光の透過率を制御することにより画像を形成する。
【０００４】
液晶パネルに光を照射するためのバックライト装置の方式として、主として次の二つの方式が知られている。一つは、液晶パネルの左右または上下端部に光源を配置し、側面から入射した光を平面方向に出射させるための導光板を介して照射するサイドライト方式であり、もう一つは、液晶パネルの背面から光を照射する直下方式である。液晶表示装置は、外形を薄く構成できることが特徴の一つとなっているが、近年はより薄く、消費電力の少ない液晶表示装置が望まれている。液晶表示装置を薄くすると、液晶表示装置の外形を構成する筺体内部に発生する熱を排熱するための空気流路の確保が困難になるため効率よく排熱できず、熱に弱い部分が温度上昇してしまうという課題が生じる。
【０００５】
そこで、例えば特許文献１には、サイドライト方式の液晶表示装置においてバックライト装置の光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用い、ＬＥＤが発生させた熱が駆動回路基板から一対の伝熱部材を経て速やかに放散される構成が記載されている。
【０００６】
一方、直下型の冷却構造として特許文献２には、蛍光管式光源を液晶パネルの奥側に配置し、裏面壁面を放熱面として利用し、さらにその背面の空気の流動で冷却する構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２４１６号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
液晶パネルに光を照射するためのバックライト方式のうち、直下方式とした場合、特許文献２のように、バックライト裏面の壁面となるシャーシは面積が広く放熱面として利用できる。点光源であるＬＥＤを用いた場合、発熱が集中するＬＥＤから、いかに広い面積に広げて空気に放熱できるかが課題として重要となる。そこで、基板上に実装したＬＥＤからの放熱を行うため、ＬＥＤを実装した基板を熱伝導性シート等を介してシャーシに固定接触させ放熱する構造が考えられる。しかしながら、ＬＥＤの発熱と共にシャーシと基板には温度差が生じる。この温度差により、シャーシと基板は各々の線膨張係数の差により反りが生じてしまう。この反りにより、シャーシと基板との密着性が部分的に悪くなる課題がある。また、基板の反りは実装したＬＥＤの傾きを変えてしまう。その結果、ＬＥＤから照射光の所定の光軸がずれ画面輝度の低下を招いてしまう課題がある。
【０００９】
さらに、金属製のプレス加工品のシャーシ等では、基板との密着性を良くするため広い面積で面の平坦度を確保することは、シャーシ自体の低コスト化の妨げとなる課題がある。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、液晶表示装置の薄型化を可能としつつ、シャーシと基板が熱変形を生じた場合においても画質低下がなく安定に冷却が可能な構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、液晶パネル、当該液晶パネルを背面から照明する光源を備えたバックライト装置、前記バックライト装置を保持するシャーシを備え、前記バックライト装置は、液晶パネルの表示面と平行な方向に光を放出する光源と前記光源を搭載した配線基板と前記光源の光を前記液晶パネル方向へ導くための透光性を有する導光板とを組み合わせた複数の光源ユニットとを有する液晶表示装置において、前記光源を搭載した配線基板の光源搭載面と反対側の面に設けられた熱拡散板を有し、前記熱拡散板と前記シャーシとの間に間隙を設けることを特徴とする。
【００１２】
さらに、例えば、熱拡散板は配線基板の平面の全面、もしくは、個々の光源搭載面近傍の部分的に配置するものである。
【００１３】
さらに、例えば、金属シャーシは、全面、もしくは、部分的に前記配線基板に設けられた熱拡散板と微小な間隙を構成するものである。
【００１４】
さらに、例えば、配線基板に設ける熱拡散板は、アルミや鉄、グラファイトシート等の配線基板の熱伝導率よりも高い板材とするものである。
【００１５】
さらに、例えば、配線基板は、紙基材フェノール樹脂製のプリント配線基板か、ガラス布基材エポキシ樹脂製の積層配線プリント基板とするものである。
【００１６】
さらに、例えば、前記熱拡散板と前記シャーシとの間に設ける間隙は、配線基板の熱変形量よりも大きいものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、液晶表示装置の薄型化を可能としつつ、画質低下がなく安定に冷却が可能な構造を提供できる。例えば液晶表示装置の光源ユニットの点光源の発熱により、実装した配線基板が熱変形した場合にも、光源を安定に冷却できる構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一の実施例の液晶表示装置を正面から見た図である。
【図２】第一の実施例の図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】第一の実施例における配線基板と熱拡散板との組み合わせの図である。
【図４】第一の実施例に用いる配線基板の部品図である。
【図５】第二の実施例の液晶表示装置の断面図である。
【図６】第三の実施例の液晶表示装置の断面図である。
【図７】第四の実施例の液晶表示装置の断面図である。
【図８】第一実施例と第二の実施例と第四の実施例の配線基板の部品図である。
【図９】本発明の放熱性能の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
【００２０】
本発明を適用した液晶表示装置の一実施例である液晶テレビを図１および図２に示す。
【００２１】
図１は、第一実施形態の液晶テレビの映像を表示する側の正面図である。また、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図の一部であり、図２の紙面右側が液晶テレビの映像を表示する側である。
【００２２】
本実施例に係る液晶テレビ１は、図２に示されるように、パッシブ表示デバイスとしての液晶パネル２と、この液晶パネル２に光を照射するためのバックライトユニット３と、液晶パネル２とバックライトユニット３との間に配置され、バックライトユニット３の光を拡散させるための光学シート４を備えている。液晶パネル２は、カラーフィルタ付きでも、モノクロでもよく、ＩＰＳ方式、ＶＡ方式でもよい。バックライトユニット３は、たとえば、アルミ板や鋼板などの金属で箱型に成形された金属シャーシ５の内部に組み付けられる。また、金属シャーシ５の背面には、信号制御回路、電源回路、パネル駆動回路などの回路基板６又は回路基板６′が搭載され、これらの要素を収納する筐体７などを含んで構成されるものとする。また光学シート４は、図２では模式的に１枚としているが、実際は、拡散シート、プリズムシート、拡散板、偏光選択性の反射フィルムなどのいずれかを組み合わせて構成されている。これらのシートは、光源８から出射された光の一部を反射し、バックライトユニット３側に光を反射させるため、バックライトユニット３から再度反射された光が透過、拡散し、輝度均一性を高める効果がある。
【００２３】
バックライトユニット３は、図２に示すように、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの複数の発光素子を含む光源８を搭載した配線基板９と、配線基板９の発光素子実装面と反対側の面に設けられた熱拡散板１０とから構成される。該光源８から矢印Ｂの方向（すなわち液晶パネル２と平行な方向）に放出された光が入射され、これを矢印Ｃの方向（すなわち液晶パネル２の表示面と直交する方向）に折り曲げてバックライトユニット３の前面に配置される液晶パネル２に導くための導光板１１とを組み合わせている。
【００２４】
図１の正面図に格子状に示すように、このバックライトユニット３は、光源ユニット１２として複数のエリアに分割されている。図１及び図２に示されるように矢印Ｂの方向、および矢印Ｃの方向、すなわち液晶パネル２の表示面と平行な方向に複数個配列されている。上記光源８の照度（光源８から放出される光の強度）を、回路基板６を介して、例えば映像信号の輝度情報を用いて、各光源ユニット１２の光源を単位として光源ユニット１２毎に制御するようにしてもよい。この場合、光源ユニット１２に対応して液晶パネル２上の表示映像の明るさや色を局所的に制御することができる。その結果、係る表示映像のコントラストや色純度を向上させることができる。光源ユニット１２の数が多いほどきめ細かい制御を行うことができる。例えば図１に示されるように、光源ユニット１２を上下方向に６個、横方向に１６個配置する場合は、各光源ユニット１２に対応して液晶パネル２の表示領域が９６領域に分割され、その分割領域毎にその明るさや色などを制御することができる。勿論、光源ユニット１２の数（表示領域の分割数）はこれに限られるものではない。上述のように、光源ユニット１２の数が多いほど決め細かい制御が可能となるが、多すぎると部品点数やコストの大幅な上昇になるので、液晶パネル２のサイズに応じて適切な数を設定することが望ましい。
【００２５】
本実施例で特徴となる点は、光源８を実装した配線基板９の裏面に熱拡散板１０を設けている点である。この熱拡散板により局所的な発熱が広い面積に広げられる。そして、熱拡散板１０と金属シャーシ５との間には、１mm以下程度の微小な間隙ｄを、スペーサ１３を介して設けている。
【００２６】
次に、本実施例構造の動作を説明する。液晶表示装置である液晶テレビ１への給電により、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を含む光源８に電流が通電されると同時に光源８は発光を開始する。発光と共に、光源８内部にジュール熱が発生し温度上昇が始まる。次に、熱伝導経路となる配線基板９に熱が伝わる。配線基板９の裏面には、アルミ等の熱伝導率の比較的高い材料で作られた熱拡散板１０が貼り付けられている。そのため、熱拡散板１０の面方向に広く熱が広げられる。スペーサ１３により一定の間隙ｄが設けられた金属シャーシ５に、間隙ｄ内に存在する空気の熱伝導と、熱放射によって熱が伝わる。金属シャーシ５に伝わった熱は、その背面側に設けられた空間が空気の通風路１４となって空気の密度差による自然対流が発生し、液晶テレビ１内への空気の流入、排出が行われ、最終的にＬＥＤの熱は液晶表示装置の外部に排出される。
【００２７】
上記の間隙ｄがなく配線基板９と金属シャーシ５をピン等で固定した場合については、光源８への給電により発熱が生じ、金属シャーシ５と配線基板９材料との線膨張係数の違いから、熱変形によって湾曲の反りを生じる。配線基板９と金属シャーシ５との固定具合によっては、金属シャーシ５側から強制力が働き配線基板９に必要以上の変形が生じてしまう。この変形が著しい場合には、発光素子の半田等接続部の疲労強度の低下を招いてしまう。配線基板９の変形により、実装した光源８の発光素子の実装角度にずれが生じ、導光板１１への照射光角度がずれてしまう。その結果、最終的に液晶表示装置画面の輝度の均一性が悪化し画質の低下を招いてしまう。
【００２８】
以上のように、本実施例で設けた熱拡散板１０と金属シャーシ５との間隙ｄにより、配線基板９が金属シャーシ５に近づく方向に熱変形した場合にでも、金属シャーシ５に配線基板９が当たり拘束されることがないので、配線基板９単体の熱変形以上の大きな光軸ずれを生じることがない。
【００２９】
また、画面サイズが３７インチ以上等の大きな画面サイズの場合、金属シャーシ５の広い面積で面の平坦度をある程度の範囲で確保することは難しい。その点、本実施例のように熱拡散板との対向面部分の平坦度のみ管理すれば良い点は、金属シャーシのコストの上昇を抑えることができる。
【００３０】
図３は、図１及び図２の実施例の配線基板９を裏面から見た図である。光源８を実装した配線基板９の面全体に広く熱拡散板１０を設けている。なお、９′は配線基板がガラスエポキシ基材等で熱伝導率が小さい場合に熱拡散の目的で用いる銅層パターンである。銅層パターンは厚いほど熱拡散効果が大きい。なお、配線基板９と熱拡散板１０は、熱伝導性テープ等粘着性のある材料で貼り付け固定することにより、より熱抵抗の小さい接続ができる。
【００３１】
図４は、本発明の第二の実施例を示す。図４は、図２のバックライトユニット３相当部分から右側部分のみを描いている。図２の実施例では熱拡散板１０を配線基板９の大きさとほぼ等しい大きさの図で示したが、図４の実施例では光源８の発光素子近傍の限られた部分のみに熱拡散板１０を設ける構造のものである。このような構成により、熱拡散板１０を小型化でき軽量化と共に、コストの上昇を抑えることができる。また、対向面積が小さいため、金属シャーシ５の平坦度の制約がさらに広げられる。その他の構成は、既に説明した図１及び図２に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００３２】
図５は、本発明の第三の実施例を示す。図５は、図２のバックライトユニット３相当部分から右側部分のみを描いている。図５の実施例においては、金属シャーシ５側にも熱拡散板５′を設けた構成である。このような構成により金属シャーシとしては鉄等の熱伝導率の比較的小さい材料であっても、熱拡散板５′にアルミ等の熱伝導率の比較的高い材料を選定することにより、所定の放熱量を得ることができる。これにより、広い面積には熱伝導率の低い安価な材料を用い、熱伝導率の高い高価な材料を少量用いることで、コストの上昇を抑えることができる。なお、金属シャーシ側熱拡散板５′と金属シャーシ５は、熱伝導性接着剤で固定することや、リベット固定することで達成される。さらに、金属シャーシ５は金属でなくて、ＡＢＳ等の樹脂材料であってもその効果は達成される。その他の構成は、既に説明した図１及び図２に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００３３】
図６は、本発明の第四の実施例を示す。図６は、図２のバックライトユニット３相当部分から右側部分のみを描いている。図４の実施例と異なる点は、図４の実施例では、配線基板９を上下方向に６枚で構成しているが、図５の実施例では３枚で構成している。このような構成においても、本発明は適用できる。その他の構成は、既に説明した図１及び図２に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００３４】
図７は、図２から図５の構造における配線基板９と熱拡散板１０の一部を平面的に示した図である。図２の構造では、図７（ａ）に示すように各配線基板の一部に光源８の発光素子を並べ、熱拡散板１０を設けている。図４の構造では図７（ｂ）、図６では図７（ｃ）のような構造となる。
【００３５】
図８は、第一実施例と第二の実施例と第四の実施例の配線基板の部品図である。図８において、既に説明した符号と同一の符号を付された構成は、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００３６】
図８（ａ）は、図２における熱拡散板１０と金属シャーシ５との組み合わせの一部断面の拡大図を示す。熱拡散板１０に金属シャーシ５の内面が平行に対向するように配置している。
【００３７】
図８（ｂ）では、他の実施例を示す。熱拡散板１０と金属シャーシ５表面に、放射率を高める工夫をしたものである。具体的には、符号５′又は符号１０′に示すように、黒色テープの貼り付けや、部分的、もしくは全面に黒体系塗料を塗布するものである。このような構成により、金属素面の場合に比べて、放射伝熱量を大きくすることができ、光源８の発光素子から金属シャーシ５までの伝熱量の増加を図ることができる。さらに、金属シャーシ５表面に樹脂５′をコーティングする等の処理によっても表面の放射率は高められる。例えば、表面の放射率に関しては、金属の場合、０.０５（研磨面）〜０.９５（黒色アルマイト処理）程度と広い範囲になりえるので、上記したような表面の放射率を高める構造が望ましい。
【００３８】
図８（ｃ）では、金属シャーシ５に絞り加工を施し、部分的に熱拡散板１０に近接するように変形させるものである。このような構成により、表示面側からみて凸型になったＷ′の部位のみ、熱拡散板１０と金属シャーシ５との間隙ｄを有するように構成することで、Ｗ′の部位のみ、金属シャーシ５の平坦度を確保すればよく、金属シャーシ５のコスト低減に有効である。
【００３９】
図９は、本発明の効果の一例を説明する図である。熱拡散板１０の材質をアルミ、鉄、樹脂と変え、鉄製のシャーシ５との間隙ｄと発光素子接続部の温度の関係を三次元熱流体解析によって計算した値である。図９中の「基準」で示す点から、熱拡散板１０と金属シャーシ５との間隙ｄが広がることによって、空気が間隙ｄに介在するため熱抵抗が増え、発光素子の接続部の温度の上昇が見られる。しかし、熱拡散板１０として、アルミ等の熱伝導率の比較的高い材料を用いることにより、樹脂シートや鉄板を用いる場合に比較して、温度上昇の度合いはある程度押さえられる。たとえば、熱拡散板１０としてアルミ板を用いる場合、１mmの間隙ｄで数℃程度である。その結果、金属シャーシ５や配線基板９の熱変形量を間隙ｄ内で吸収しながらの伝熱は可能となる。なお、熱拡散板１０の材料としては、アルミの他、熱伝導率の高い銅やその合金、また、柔軟性のあるグラファイトシート等が有効な材料である。例えば、グラファイトシートは横方向の熱伝導率はアルミよりも高く左右方向の熱拡散に特に有効となる。なお、厚さ方向の熱伝導率は鉄と同等程度ゆえ、グラファイト部分は、所定の厚さを確保することが望ましい。また、グラファイトシートは部材自体の電気導電性材料であるためラミネート構造が望ましい。
【００４０】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。  
【符号の説明】
【００４１】
１  液晶テレビ
２  液晶パネル
３  バックライトユニット
４  光学シート
５  金属シャーシ
６  回路基板
７  筺体
８  光源（ＬＥＤ）
９  配線基板
１０  熱拡散板
１１  導光板
１２  光源ユニット
１３  スペーサ
１４  空気の通風路
【図１】
2012032722.tif 000003
【図２】
2012032722.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012032722.tif 000008
【図７】
2012032722.tif 000009
【図８】
2012032722.tif 000010
【図９】
2012032722.tif 000011