JP4711916B2

JP4711916B2 - 発光装置及びその発光装置を用いた表示装置

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Publication number: JP4711916B2
Application number: JP2006243197A
Authority: JP
Inventors: 太郎山室
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-09-07
Also published as: JP2008066132A

Description

本発明は、ＬＥＤなどの発光素子を用いた発光装置及びその発光装置を用いた表示装置に関する。

近年、液晶装置に使われるバックライトの光源として、従来から用いられている冷陰極型蛍光管（ＣｏｌｄＣａｔｈｏｄｅＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｌｉｇｈｔ、以下「ＣＣＦＬ」とする。）に加えて発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ、以下「ＬＥＤ」とする。）を一部併用する方式、あるいはＣＣＦＬを全部ＬＥＤに置き換えて用いる方式の開発が進められている。輝度調整が容易なことと、水銀を含まないため対環境性に優れるという特徴を有する。

特許文献１に開示されたＬＥＤを用いた液晶表示装置の例を図５に示す。図５（ａ）は装置裏側から、図５（ｂ）は装置表側からみた図である。プリント回路基板２１の表側にはＬＥＤ２２がほぼ表面全域にアッセンブリされている。また、プリント回路基板２１裏面には輝度調整回路２３とドライバ及び制御回路を含む半導体チップ２４が備わっており、ＬＥＤ２２の駆動制御を行っている。プリント回路基板２１裏面にはヒートシンク２５が設置され、ＬＥＤ２２やプリント回路基板２１裏面に備わっている集積回路から放出される熱を効率よく排出するようになっている。ヒートシンク２５とプリント回路基板２１とを密着させて熱伝導性を高めるため、ヒートシンク２５にはくぼみ２６を設け、プリント回路基板２１裏面に備わっている集積回路がくぼみ２６に収納できるようになっている。また、プリント回路基板２１表側にはＬＥＤ２２から発せられた光を均一化するための拡散板２７が設置されている。また、これらのヒートシンク２５、プリント回路基板２１、拡散板２７を納める光学チャンバー２８の正面には液晶パネル２９が備え付けられ、ＬＥＤ２２から発せられた光を用いて液晶表示装置として機能している。
この液晶表示装置においては、１枚のプリント回路基板２１の表面にＬＥＤ、裏面にＬＥＤ駆動制御のための半導体チップが搭載されているため、プリント回路基板の温度が上昇するといった問題があった。

特許文献２に開示されたＬＥＤを用いた点灯装置の例を図６に示す。ＬＥＤ実装基板３０と電源回路基板３１の２枚が内蔵されており、２枚はケーブル３２にて電気接続している。ＬＥＤ実装基板３０の表側にはＬＥＤ３３がアッセンブリされている。また、ＬＥＤ実装基板３０の裏面にはＬＥＤ３３で生じた熱を放出するための放熱手段３４が接着されており、その先に熱伝達手段３５を通して装置外部に排出している。また、ＬＥＤ実装基板３０と電源回路基板３１との電気接続は、ＬＥＤ３３に電流を供給する配線をＬＥＤ実装基板３０裏面から、ケーブル３２で取り出されている。
米国特許６４３９７３１号明細書特開２００４―５５８００号公報

しかし、上記特許文献２に上げたようなＬＥＤ実装基板と電源回路基板とを別基板で構成している点灯装置においては、放熱性は確保できるものの、ＬＥＤ実装基板と電源回路とを電気的に接続するのに、以下のような問題点があった。
上記特許文献２では、ＬＥＤ実装基板に電源線を引き込む孔（スルーホール）を設けている。この場合、孔を設ける為に、ＬＥＤ実装回路基板の基板材料として絶縁性のものが選ばれるが、絶縁性の基板は一般に熱伝導性が悪く、放熱性を低下させていた。
また、別の接続方法として、ＬＥＤ実装基板上にコネクタを配し、電源回路基板と接続
する方法もあるが、ＬＥＤ実装基板上にコネクタがある為に、そのコネクタ周辺のＬＥＤの光が遮られ、光の均一性を損なうという問題があった。
本発明においては、放熱性を確保しながら、発光面からの光の均一性を得られる発光装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、平面状に隣接する複数のバックライトタイルを備え、各バックライトタイルは、複数の発光素子と、複数の発光素子を有する折り曲げ可能な折り曲げ基板と、前記折り曲げ基板を、その表面側に重ねて支持し、折り曲げ基板と同等の大きさを有する平板状の放熱性支持基板と、前記複数の発光素子を制御する回路素子と、前記回路素子を有し、前記支持基板の裏面側に支持基板を超えない大きさを有し、前記支持基板と重なるように配置される回路素子基板とを備え、前記折り曲げ基板の端部が前記支持基板よりはみ出た端部を支持基板および回路素子基板を回り込むように折り曲げられて、前記回路素子基板の支持基板とは反対側に電気的に接続されて構成され、前記隣接するバックライトタイル間に反射材を形成した発光装置である。

本発明は、上記課題を解決するために、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を制御する回路素子と、前記複数の発光素子を中央領域に、前記回路素子を周辺領域に有する折り曲げ可能な折り曲げ基板と、前記折り曲げ基板の中央領域を表面側に支持する支持基板とを備え、前記折り曲げ基板は、その周辺領域が前記支持基板の裏面側へ回り込むように折り曲げられた発光装置である。

本発明は、前記支持基板が、金属であることが好ましい。
本発明は、前記折り曲げ基板と前記回路素子基板との間に、空間を有することが好ましい。
本発明は、前記空間に空気が流れることが好ましい。
本発明は、前記折り曲げ基板が、ガラスエポキシ基板であることが好ましい。
本発明は、前記折り曲げ基板が、複層ガラスエポキシ基板であることが好ましい。
本発明は、前記折り曲げ基板の折り曲げられる部分が、前記基板の辺に切り込み部を有することが好ましい。
本発明は、前記発光素子がＬＥＤであることが好ましい。
本発明は、前記発光装置の前面に拡散板を介して非自発光型画像表示パネルを備えた表示装置である。

本発明によれば、放熱性を確保しながら、発光面からの光の均一性が得ることが可能である。
また、発光素子を実装する基板を折り曲げ可能な基板とすることにより、発光素子を駆動する回路素子を有する基板との接続が容易になる。

図１は実施の形態１の液晶ディスプレイ装置１の全体模式図である。
複数のバックライトタイル２が拡散板３を介して液晶パネル４を照明している。１つのバックライトタイル２には、そのタイルに搭載されているＬＥＤを駆動するための駆動回路素子５が搭載されている。また周囲温度を測定し、ＬＥＤの発光輝度を制御し、輝度を一定に保つための温度センサ（図示しない）が搭載されている場合もある。
駆動回路素子５は、各バックライトタイル２に共通のコントロール基板６に設置された制御回路７にケーブル８を介して接続されている。なお、液晶パネル４をその他の非自発光型画像表示パネル、例えばＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）パネル、電気光学効果や電気泳動効果を用いたシャッターパネルなどに置き換えても表示装置とすることができる。

図２は実施の形態１で使用しているバックライトタイル２の全体模式図（図２（ａ））と断面模式図（図２（ｂ））である。
アルミニウムを材料とした熱伝導性のよい基板９の上面を覆うように、複数のＬＥＤを搭載するとともにそのＬＥＤに接続される、配線パターンを備えた薄型ガラスエポキシ基板１１が伝熱性の接着剤（図示せず）にて基板９と接着していることが好ましい。
基板９は、薄型ガラスエポキシ基板１１を支持する支持基板としての役割と薄型ガラスエポキシ基板上のＬＥＤ１０から生じる熱を放熱するための放熱基板としての役割の両方を有する。この支持基板としての基板９の材質は金属が好ましく、さらにアルミニウムの様な伝熱性のすぐれた材質のものが好ましい。基板９により、薄型ガラスエポキシ基板１１は湾曲することがないので、ＬＥＤ１０からの光を薄型ガラスエポキシ基板１１に対して垂直な方向に照射することが可能となる。
また、薄型ガラスエポキシ基板１１のＬＥＤ１０搭載側の表面には、搭載部品以外のところに光を効率よく取り出すための反射シート（図示せず）を貼り付けても良い。

基板９の薄型ガラスエポキシ基板１１との接着側とは反対面には、複数のスペーサ１２を介して駆動回路実装基板１３を配置している。このスペーサ１２により、薄型ガラスエポキシ基板１１と駆動回路実装基板１３との間に、空間を設けることが可能となっている。この空間により、放熱が効率的に行われる。
さらに、駆動回路実装基板１３の大きさは基板９を超えない大きさになっている。これは、後述するバックライトタイル２を組み合わせて表示装置に使用する際に、薄型ガラスエポキシ基板１１が隣のバックライトタイル２の領域にはみ出さないようにし、薄型ガラスエポキシ基板１１間での信号干渉を極力おさえる為である。
また、駆動回路実装基板１３には駆動回路素子１４がアッセンブリされ、ＬＥＤ１０に供給する電流の制御を司っている。ここで、発光素子としてＬＥＤを例に挙げたが、有機ＥＬ、レーザーを蛍光体に照射する発光素子などであってもよい。

薄型ガラスエポキシ基板１１は、低弾性率熱硬化性樹脂と極薄ガラス布との組み合わせた素材で出来ており、寸法安定性・反りねじれが少ない特徴がある。複層の構成としても０．２ｍｍ程度の厚さということと、低弾性の性質とあわせて９０度や鋭角の折り曲げ可能な基板となっている。このような折り曲げを行うためには、基板の厚さが０．３ｍｍ以下であることが好ましい。このように、ＬＥＤ１０を実装する基板を、従来用いられていた基板の厚さに比べて遥かに薄くすることにより、ＬＥＤ１０で生じる熱を基板９に伝達することが可能となり、放熱性が向上する。
また、折り曲げ性を向上させるために、薄型ガラスエポキシ基板は複数の層からなるものであることが好ましい。また、材質は、例えばポリイミドベースのフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）やガラスエポキシ基板とＦＰＣの複合基板（ＡＤＦ基板）といった、ガラスエポキシ以外のものであってもよい。

このように薄型ガラスエポキシ基板１１を折り曲げが出来ることにより、例えばＬＥＤ１０を搭載している面にコネクタを配置することなくＬＥＤ１０と駆動回路素子１４とを接続することが出来るため、コネクタによる出っ張りがなくなり光学特性の均一なバックライトとすることが出来る。この光学特性の均一化は、本実施形態のような液晶ディスプレイのバックライトとして用いられる発光装置の場合において、表示品質を高めるという効果を奏し、特に有用である。

ＬＥＤ１０と駆動回路素子１４との電気接続のために、基板９の１辺（図示しない）もしくは対向する２辺で、複数のＬＥＤ１０が搭載されている薄型ガラスエポキシ基板１１の端部に一部箇所もしくは複数箇所から、基板９の辺９Ａに沿って９０度に折り曲げられ、駆動回路実装基板１３に設けられたコネクタ１５に接続している構成となっている。この為、基板９にスルーホール等を作成する必要が無く、アルミニウムを材料とした熱伝導性のよい基板９に貼り付けることができ、放熱性を高めている。
また、ＬＥＤ１０を複数実装している薄型ガラスエポキシ基板１１を駆動回路実装基板１３に直接配線する構成にすることにより、設計・取付けの容易化、薄型ガラスエポキシ基板１１側のコネクタの削減、生産時の組み立て工数の削減といった効果がでてくる。
このコネクタ１５と駆動回路素子１４とが電気的に接続しており、複数のＬＥＤ１０に駆動電流を供給することが可能となっている。駆動回路実装基板１３は単層もしくは多層の配線構造を有しており、駆動回路素子１４の数により駆動回路実装基板１３の片面、あるいは両面に駆動回路素子１４を搭載することが可能となっている。駆動回路実装基板１３の基板９とは反対側には制御用コネクタ１６が取り付けられており、コントロール基板６との電気接続がなされており、液晶ディスプレイ装置１全体としての制御信号の入出力をおこなうインターフェイスとなっている。

また、ＬＥＤ１０を実装している薄型ガラスエポキシ基板１１を折り曲げ、駆動回路実装基板側に回し込み、その回し込んだ薄型ガラスエポキシ基板１１の上に駆動回路素子１４を実装する構成にすることも可能である。すなわち、ＬＥＤを実装している領域と回路素子を実装している領域の間で折り曲げる構成にする。この場合、駆動回路素子１４を実装している領域を、駆動回路実装基板１３とは別の支持基板（図示しない）に接着し、その支持基板を駆動回路実装基板１３に接合することにより支持しても良い（図２（ｃ））。これらの構成にすることにより、先に示した例（図２（ａ）、（ｂ））よりも駆動回路実装基板１３側のコネクタの削減、生産時の組み立て工数の削減といった効果が出てくる。しいては、故障率の低減や低コストが計れる。

液晶ディスプレイ装置としてのバックライトでは十分な輝度の白色光が要求されており、ＬＥＤに駆動電流を流し発光させたとき、ＬＥＤおよび駆動回路には大量の熱が生じる。この大量の熱がバックライト内に留まると、ＬＥＤの温度特性により輝度・色調が変化して要求される白色光が得られなくなる。そのため十分に熱の排出をおこない、安定した輝度・色調を得る必要がある。しかし、バックライトタイル２のＬＥＤ搭載側は拡散板を間に挟み液晶パネルがあり、この液晶パネルは無塵に近い環境で使用しなければないため、内部空間１７に空気を流すことが許されない。そのため、バックライトのＬＥＤ搭載側での空冷による放熱は一般に行わない。また、駆動回路素子１４でも大量の放熱が起こるため、同様の排熱の問題が生じる。
本実施の形態においては、駆動回路実装基板１３の両面には隙間空間１８と外部空間１９における空気の流れによって放熱する場所もあるため、効率的な排熱が可能となる。自然対流を用いてもよく、ファン等を用いた強制空冷でもよい。

図３にバックライトタイルを複数組み合わせた時の模式図（図３（ａ））と断面模式図（図３（ｂ））を示す。
大型液晶ディスプレイ装置１では、このバックライトタイル２を複数枚組み合わせて使用する。電気接続の為に薄型ガラスエポキシ基板１１の一部箇所もしくは複数箇所が折り曲げられている。薄型ガラスエポキシ基板１１を折り曲げているバックライトタイル２の１辺と他のバックライトタイル２の１辺を合わせるときには隙間を空けないか、基板９の熱膨張を考慮した１ｍｍ程度の微少な隙間を空けて配置し、その他の基板９の辺は隙間を空けずに配置する。微少な隙間を空けて配置するときには、その部分にテープ状の反射材を貼り付けるか、薄型ガラスエポキシ基板１１を折り曲げる箇所の反射シートを少し大きめに設計して、隙間がかくれるようにしてもよい。これにより、各バックライトタイルの継ぎ目における反射率の低下によるバックライトとしての発光の不均一性を抑制することが出来る。

また、図３（ｃ）はバックライトタイル２を複数組み合わせたときの裏面から見た模式図である。対向する２辺で薄型ガラスエポキシ基板１１を折り曲げて電気接続する場合、その折り曲げる箇所（図３（ｃ）に示すＡ）を対向する辺でも同じ場所（図３（ｃ）に示すＢ）にすると、バックライトタイル２間での空気の流れ（図３（ｃ）に示すＣ）が妨げられずに流すことが可能となり、放熱効率がさらに上がる。これらの１つのバックライトタイル２での、あるいは複数枚バックライトタイル２を組み合わせたときの空気の流れはＬＥＤ１０や駆動回路素子１４での発熱による対流により自然に発生はするが、バックライトタイル２の外周に小型ファンなどを設置すれば（図示せず）、さらなる放熱効果が期待できる。
１つのバックライトタイル２が故障した場合には、そのバックライトタイル２を取り出して交換することができる。ＬＥＤ１０に不具合が有った場合には薄型ガラスエポキシ基板１１を取り外し、ＬＥＤ１０を交換することができる。また、薄型ガラスエポキシ基板１１ごと交換してしまうとか、修理時間の短縮や修理コストを抑えることが可能となる。

（折り曲げ可能な基板の形状）
図４にバックライトタイルの薄型ガラスエポキシ基板１１折り曲げ部分を示す。
図４（ａ）は折り曲げ前の薄型ガラスエポキシ基板１１の上面図、図４（ｂ）は折り曲げ後の断面図である。実施の形態１で、薄型ガラスエポキシ基板１１を基板９の辺９Ａに沿って、薄型ガラスエポキシ基板１１の前面部１１Ａと折り曲げ部１１Ｂとの境界線で９０度に折り曲げて、先端部１１Ｃを駆動回路実装基板１３側に回し込み、先端部１１Ｃに設けている電極（図示せず）を駆動回路実装基板１３上のコネクタ１５に接続している。
薄型ガラスエポキシ基板１１は厚さ０．２ｍｍ程度のものを使用しているが、折り曲げる際、基板９の辺９Ａで折り曲げると角でたるみ１１Ｅが生じる。この角で生じるたるみ１１Ｅがあると、不必要な出っ張りとなる場合があり、バックライトタイル２の辺を合わせたとき設計通りに組み合わせることが出来なくなる。そこで、薄型ガラスエポキシ基板１１を折り曲げる部分を以下のようにする。
基板９の辺９Ａに沿って薄型ガラスエポキシ基板１１の辺に基板９の内側にわずかに切り込み部１１Ｄを設け（図４（ｃ）上面図、図４（ｄ）上面拡大図）、その切り込み部１１Ｄの最奥部分２０から折り曲げを開始するようにする（図４（ｅ）折り曲げたあとの上面図、図４（ｆ）折り曲げたあとの断面図）。このような構造にすると、折り曲げの際のたるみは無くなり、バックライトタイル同士の設計通りの隣接が可能となる。この切り込み部１１Ｄの形状は図示した円弧の他、矩形などでもよい。

尚、以上の説明では、バックライトタイル２が複数有る場合について記載したが、必ずしも複数に分ける必要はなく、一つであってもよい。
また、液晶パネル４を取り除いたバックライトタイル２自体を、ＬＥＤ照明装置として用いることができる。
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

実施の形態１の大型液晶ディスプレイ装置を裏面から見た模式図である。実施の形態１のバックライトタイルの模式図である。実施の形態１のバックライトタイルを複数組み合わせた模式図である。実施の形態１の薄型基板を折り曲げ状態を示す模式図である。従来のバックライト装置である。従来の点灯装置である。

符号の説明

１液晶ディスプレイ装置
２バックライトタイル
３拡散板
４液晶パネル
５駆動回路素子
６コントロール基板
７制御回路
８ケーブル
９基板
１０ＬＥＤ
１１薄型ガラスエポキシ基板
１２スペーサ
１３駆動回路実装基板
１４駆動回路素子
１５コネクタ
１６制御用コネクタ
１８隙間空間
ＡＢ薄型ガラスエポキシ基板折り曲げ位置
Ｃ空気の流れ

Claims

平面状に隣接する複数のバックライトタイルを備え、
各バックライトタイルは、
複数の発光素子と、
複数の発光素子を有する折り曲げ可能な折り曲げ基板と、
前記折り曲げ基板を、その表面側に重ねて支持し、折り曲げ基板と同等の大きさを有する平板状の放熱性支持基板と、
前記複数の発光素子を制御する回路素子と、
前記回路素子を有し、前記支持基板の裏面側に支持基板を超えない大きさを有し、前記支持基板と重なるように配置される回路素子基板とを備え、
前記折り曲げ基板の端部が前記支持基板よりはみ出た端部を支持基板および回路素子基板を回り込むように折り曲げられて、前記回路素子基板の支持基板とは反対側に電気的に接続されて構成され、
前記隣接するバックライトタイル間に反射材を形成したことを特徴とする発光装置。
前記支持基板は、金属であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記折り曲げ基板と前記回路素子基板との間に空間を有することを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
前記空間に空気が流れることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
前記折り曲げ基板は、ガラスエポキシ基板であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の発光装置。
前記折り曲げ基板は、複層ガラスエポキシ基板であることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
前記折り曲げ基板の折り曲げられる部分は、前記基板の辺に切り込み部を有することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の発光装置。
前記発光素子はＬＥＤであることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の発光装置。
請求項１から８の何れか１項に記載の発光装置の前面に拡散板を介して非自発光型画像表示パネルを備えた表示装置。