JP5018318B2

JP5018318B2 - バックライトユニット

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Publication number: JP5018318B2
Application number: JP2007199486A
Authority: JP
Inventors: 亮輔若木
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-07-31
Also published as: JP2008171797A

Description

本発明は、液晶表示モジュール等に使用されるバックライトの構造に関する。

液晶表示モジュール等に使用されるバックライトユニットは、光源が配置された基板と、光源からの光を入光させる端面を有する導光体と、拡散シートやプリズムシートを含む光学シート部と、それらを収容する凹部を有する筐体と、を備える。

例えば、特開２００３−９０９９３号公報に記載されたバックライトユニットは、発光ダイオードが実装された可撓性基板（以下、「フレキシブル基板」と呼ぶことがある。）を導光板の端面の方向に屈曲させることにより発光ダイオードの発光面が導光板の端面に対面されている。この発光ダイオードは、ＬＥＤチップがパッケージに搭載されて構成されており、パッケージに備えられた電極がフレキシブル基板の導体配線に半田付けされる。これにより、発光ダイオードは、フレキシブル基板に電気的および機械的に接続される。
特開２００３−９０９９３号公報。特開２００４−２１４０９４号公報。特開２００５−２４３２６７号公報。特開２００６−３０８７３８号公報。

しかしながら、上記バックライトユニットにおける発光ダイオードからの放熱は、発光ダイオードが実装されたフレキシブル基板の側端部から、その側端部の裏面が接する筐体の側壁への方向を主な放熱経路としており、発光ダイオードの高出力化に伴う発熱を十分に放熱させることができなくなってきている。

また、発光ダイオードが実装されたフレキシブル基板を筐体に配置するとき、発光ダイオードが実装された側端部を屈曲させて筐体の側壁に持たせ掛けて、発光ダイオードの発光面が導光板の入光部に向かい合うようにして配置する。ここで、発光ダイオードからの光が洩れなく導光板の入光部に入射されるように、発光ダイオードの発光面は、導光板の入光部に精度良く位置合わせされる必要がある。しかしながら、従来のバックライトユニットの製造工程において、可撓性のあるフレキシブル基板上に配置された発光ダイオードの発光面と、導光板の入光部と、を精度良く位置合わせしようとすると、手間がかかり、作業性を低下させていた。

そこで、本発明は、光源からの放熱性が向上された製造し易いバックライトユニットを提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために本発明に係るバックライトユニットは、光源が配置された可撓性基板と、上記光源の発光面が対面された端面を有する導光体と、それらが収容された凹部を有する筐体と、を備えており、上記可撓性基板が屈曲されて上記筐体の凹部に配置されているバックライトユニットであって、上記可撓性基板は、上記光源が配置された側端部と、上記凹部の底面に沿って延長された延長部と、を有しており、上記延長部が、上記筐体の底面に、直接あるいは熱伝達部材を介して配置されており、上記可撓性基板の側端部の裏面と、上記筐体の内側面との間に金属平板が介されており、上記金属平板の主面が上記側端部の裏面に接続され、上記金属平板の側面が上記筐体の底面に当接されることにより、上記光源の発光面が、上記延長部の上に配置させた導光体の入光部に位置決めされていることを特徴とする。
また、本発明に係るバックライトユニットの製造方法は、光源が配置された可撓性基板と、上記光源の発光面が対面された端面を有する導光体と、それらが収容された凹部を有する筐体と、を備えており、上記可撓性基板が屈曲されて上記筐体の凹部に配置され、上記可撓性基板は、上記光源が配置された側端部と、上記凹部の底面に延長された延長部と、を有しており、上記側端部または上記延長部が、それぞれ上記筐体の内側面または底面に、直接あるいは熱伝達部材を介して配置されており、上記可撓性基板の側端部の裏面と、上記筐体の内側面との間に金属平板が介されたたバックライトユニットの製造方法であって、上記光源が配置された上記可撓性基板の裏面を上記金属平板に接続した状態で、上記金属平板の側面を上記筐体の底面に当接することにより、上記光源の発光面を、上記延長部の上に配置させた導光体の入光部に位置決めすることを特徴とする。

本発明に係るバックライトユニットは、上記可撓性基板は、樹脂を材料とするシート材に導体配線が施されてなるものであり、上記光源は、セラミックスを材料とするパッケージに発光素子が搭載された発光ダイオードであり、上記パッケージの電極と上記導体配線が半田により接続されているバックライトユニットである。

本発明のバックライトユニットは、光源が配置された可撓性基板の側端部から、筐体の底面に配置した可撓性基板の方向への放熱が得られるため、高出力な光源を搭載した放熱性の高いバックライトユニットとすることができる。

また、本発明のバックライトユニットは、光源の発光面と導光板の入光面とが精度良く位置合わせされており、光洩れが無く、製造が容易なバックライトユニットとすることができる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのバックライトを例示するものであって、本発明はバックライトを以下に限定するものではない。

また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図１は、本形態のバックライトユニットの各構成部材を模式的に示す斜視図である。図２乃至図４は、本形態のバックライトユニットの断面図である。

本発明のバックライトユニットは、光源２０１が配置された可撓性基板２００と、上記光源２０１の発光面が対面された端面を有する導光体１００と、それらが収容された凹部を有する筐体３００と、を備えており、上記可撓性基板２００が屈曲されて上記筐体３００の凹部に配置されているバックライトユニットに関する。このようなバックライトユニットについて、放熱性を向上させるため、本発明者は、種々の検討を重ねた。その結果、上記可撓性基板２００は、上記光源２０１が配置された側端部２０２と、上記凹部の底面に沿って延長された延長部２０３と、を有しており、上記側端部２０２または上記延長部２０３が、それぞれ上記筐体の内側面３０１または底面３０２に、直接あるいは熱伝達部材を介して配置されていることを特徴とすることによって課題を解決するに至った。

すなわち、図１および図２に示されるように、本発明のバックライトユニットは、光源２０１が配置された可撓性基板２００を屈曲させて、筐体３００の凹部の内側面３０１から底面３０２にかけて配置している。さらに、可撓性基板２００は、筐体３００の各内壁面に直接あるいは熱伝達部材を介して配置されていることにより、可撓性基板から筐体への熱の移動が促進される。これにより、光源２０１が配置された可撓性基板２００の側端部２０２から、筐体の底面に配置した可撓性基板の延長部２０３方向への放熱が得られる。そのため、高出力な光源を搭載した放熱性の高いバックライトユニットとすることができる。なお、本形態における熱伝達部材として、後述の金属平板や放熱シートなどを好適に利用することができる。

熱伝達部材は、可撓性基板２００の側端部２０２と筐体の内側面との間または可撓性基板の延長部２０３と筐体の底面との間のうち、少なくとも一方に介在することができる。なお、可撓性基板２００の側端部２０２または延長部２０３のうち、熱伝達部材を配置させないほうは、可撓性基板２００を筐体の内壁面（内側面または底面）に直接配置させる。また、熱伝達部材は、可撓性基板２００の各部位、筐体の内側面および底面を含む内壁面と、その表面の少なくとも一部で熱的に接続される。例えば、図４に示されるように、可撓性基板２００の側端部２０２と筐体の内側面との間、可撓性基板２００の延長部２０３と筐体の底面との間の両方に、熱伝達部材として、それぞれ金属平板４０１および金属平板４０２を配置させることができる。放熱部材は、可撓性を有するシート状のものや非可撓性の平板状のものを利用することができる。ここで、非可撓性の平板を側端部２０２および延長部２０３に配置するとき、予め平板が折り曲げ加工された部材を利用する他、可撓性基板２００が屈曲し易いように、側端部２０２の平板と延長部２０３の平板との間に隙間を設けたり、側端部２０２の平板と延長部２０３の平板とが可撓性の部材を介して接続されたりしていることが好ましい。

さらに、図３に示されるように、本発明に係るバックライトユニットは、可撓性基板２００の側端部２０２の裏面と、筐体３００の内側面３０１との間に金属平板４００が介されており、金属平板４００の主面が側端部２０２の裏面に接続され、金属平板４００の側面が筐体３００の底面３０２に当接される。金属平板４００により、可撓性基板２００の延長部２０２の上に配置させた導光体１００の入光部に、光源２０１の発光面が位置決めされている。金属平板４００は、アルミニウム、銅、鉄あるいはそれらの合金を材料とする。また、金属平板４００は、可撓性基板２００とのズレが生じないように、種々の固定方法にて可撓性基板２００の裏面と接続していればよいが、製造し易さを考慮して、接着材にて可撓性基板２００の側端部２０２の裏面に接着されていることが好ましい。

金属平板４００の形状および大きさは、予め、可撓性基板２００の側端部２０２の表面に配置された光源２０１の発光面が、導光体１００の入光部に対面するように調整されている。本発明のバックライトユニットの製造工程において、光源２０１が配置された可撓性基板２００の側端部２０２を筐体３００の内側面３０１に配置するとき、自重により金属平板４００の側面が筐体３００の底面３０２に突き当たり、さらに、金属平板４００の主面に配置された光源が、導光体１００の入光部に対して所定の位置に配置される。これにより、光源２０１の発光面と導光体１００の入光部とを精度良く位置合わせしてバックライトユニットを製造することが容易となる。また、バックライトユニットの駆動時にも、可撓性基板２００の側端部２０２が金属平板４００を介して筐体３００に支持されている。そのため、光源の発光面と導光体の入光部との最適な位置関係を保つことができ、光洩れが無いバックライトユニットとすることができる。

本発明に係るバックライトユニットは、可撓性基板２００が、樹脂を材料とするシート材に導体配線が施されてなるものであり、光源２０１が、セラミックスを材料とするパッケージに発光素子が搭載された発光ダイオードであり、上記パッケージの電極と上記導体配線が半田により接続されている。つまり、パッケージの材料をセラミックスとし、可撓性基板を、樹脂材料のシート材に導体配線が施されたものとする。このように各部材の材料を選択することにより、発光ダイオードの電極と可撓性基板とを接続する半田の損傷を抑制することができる。以下、本形態の各構成について詳述する。

（光源）
本形態における光源とは、発光ダイオードや半導体レーザなどの半導体発光素子、冷陰極線管あるいはそれらから種々選択して組み合わせた複合的な光源など、導光体に入射させることができる光を発するものをいう。導光体への光源の配置の仕方について、導光体の側端面に光源を配したエッジライト方式としてもよいし、導光体の下面に光源を配した直下型方式としてもよいし、それらを併用した方式としてもよい。

以下、発光ダイオードについて説明するがこれに限定されない。発光ダイオードは、半導体層から放出される光の主波長によって種々選択させることができる。特に、白色系の混色光を発する発光ダイオードが広く利用されている。このような発光ダイオードは、ＲＧＢ各色を発するＬＥＤチップを組み合わせたものや、ＬＥＤチップと、そのＬＥＤチップから放出された光により励起された光を発する蛍光体と、を備えた発光ダイオードなど種々のものが挙げられる。青色系が発光可能なＬＥＤチップは、例えば、窒化ガリウム系化合物半導体を利用することによって高輝度に発光させることができる。

また、本形態における発光ダイオードは、ＬＥＤチップの支持体となるパッケージを備える。パッケージに配置された電極と、ＬＥＤチップの電極とは、金線などの導電性ワイヤや、Ａｇ含有エポキシ樹脂などの導電性ペーストなどにより電気的に接続される。ＬＥＤチップや導電性ワイヤは、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透光性樹脂によって被覆され、外部環境から保護される。

本形態に用いられるパッケージは、ＬＥＤチップが配置される凹部を有するフレームインサート成型体が好ましく、パッケージの材料として、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、液晶ポリマー、芳香族ナイロンなどの各種樹脂に白色顔料などの添加物を混入させたものが挙げられる。

その他のパッケージとして、セラミックグリーンシートを積層させ、焼成することにより得られるセラミックパッケージとすることができる。セラミックパッケージは、樹脂材料からなるパッケージと比較して耐熱性および耐光性に優れるため、高出力かつ信頼性の高い発光ダイオードとすることができる。例えば、特開２００６−３０８７３８号公報に開示されるように、セラミックスを材料とするパッケージの側面の一つを実装面として、フレキシブル基板（可撓性基板）に実装させることができる。

ここで、ＬＥＤチップを被覆する透光性樹脂には、必要に応じて蛍光物質が含有されても良い。本形態に用いられる蛍光物質は、ＬＥＤチップの光を波長変換するものである。すなわち、蛍光物質は、ＬＥＤチップの光の少なくとも一部を吸収し、異なる波長を有する光を発するものである。ここで、蛍光物質は、ＬＥＤチップからの光を、より長波長側に変換させる蛍光体が好ましい。ＬＥＤチップからの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、アルミニウム酸化物系蛍光体の一種であるＹＡＧ：Ｃｅ（例えば、ＹＡｌＯ_３：Ｃｅ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ等）やＥｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂などの無機蛍光体など種々好適に用いられる。特に、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体は、その含有量によってＬＥＤチップからの青色系の光を一部吸収して補色となる黄色系の光を発するため、白色系の混色光を発する高出力な発光ダイオードを、比較的簡単に形成することができる。

（可撓性基板）
本形態における可撓性基板は、可撓性を有するシート上に導体配線が施されたフレキシブル基板である。導体配線は、実装された光源に電力を供給するための導電体から形成されている。例えば、ポリイミドフィルムや液晶ポリマーフィルムのような絶縁性樹脂のシートに、金、銀あるいは銅からなる導体配線のパターンを形成することによって好適に形成することができる。あるいは、アルミニウムや銅を主な材料とする可撓性の金属板に絶縁性材料を介して導体配線が施された放熱性が高い基板とすることができる。可撓性基板は、光源が配置された側端部から筐体の底面に配置させる延長部にかけて導体配線が施されていることにより、側端部から延長部の方向への電気的接続とともに熱的接続も兼ねることができる。すなわち、導体配線の金属材料により、可撓性基板の側端部から筐体の底面の方向への放熱も促進させることができる。また、可撓性基板は、放熱シートのような熱良導性部材を介して筺体に密着して配置されることが好ましい。また、可撓性基板は、光源からの光を反射させるため、その表面に反射シートを設けたり、光反射性の材料が配置されたりしていることが好ましい。さらに、可撓性基板の側端部または延長部は、それぞれ筐体の内側面または底面の略全体を覆う大きさに延長させて配置されることにより、放熱性を向上させることができる。

（導光体）
本形態における導光体とは、端面の一部から入射された光源からの光をその内部の反射を利用して導光し、所定の光出射面から所望の形状に発光させることができる透光性部材である。したがって、発光面の所望形状により、メーターの針として利用可能な針状や、液晶バックライト光源として利用可能な板状など種々の形状を取ることができる。導光体は発光ダイオードからの光あるいはその光を波長変換させた光を効率よく発光面から放出するために、透光性を有している。このような導光体の材料としてはアクリル樹脂やエポキシ樹脂、ガラスなど種々の材料が好適に挙げられる。

（筐体）
本形態における筐体とは、光源が配置された実装基板と、導光体と、拡散シートやプリズムシートを含む光学シート部と、を収容する凹部を有し、その凹部の開口部に枠体が配置され、それらの部材を保持する部材である。

筐体の材料は、各種光拡散剤を含有した樹脂や金属など種々のものが好適に挙げられる。特に、発熱を伴う発光ダイオードの放熱性や光反射などを考慮してニッケル、鉄、銅、アルミニウムなどの金属、ステンレスなどの各種合金がより好適に用いられる。筐体の大きさや形状は、収容する部材の大きさや形状に合わせて種々選択できる。

以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。

図３は、本実施例のバックライトユニットの断面図である。本実施例のバックライトユニットは、光源２０１が配置された可撓性基板２００と、光源２０１の発光面が対面された入光部を有する導光板１００と、それらが収容された凹部を有する筐体３００と、を備えており、可撓性基板２００が屈曲されて筐体３００の凹部に配置されている。さらに、可撓性基板２００は、光源２０１が配置された側端部２０２と、その側端部２０２が配置される凹部の内側面と底面により形成された凹部の隅部に配置される屈曲部と、その屈曲部から凹部の底面３０２に延長して配置された延長部２０３と、を有している。ここで、側端部２０２と筐体３００の内側面３０１との間には、金属平板４００が介されている。この金属平板４００は、耐腐食性のアルミニウムを材料としており、接着材により側端部２０２の裏面に接着されている。また、可撓性基板２００の延長部２０３が、筐体３００の底面３０２に直接配置されている。金属平板４００の側面が、筐体３００の底面３０２に当接されており、側端部２０２に配置された光源２０１を、延長部２０３の上に配置された導光板１００の入光部に位置決めされている。

本実施例の光源は、発光素子および蛍光物質がセラミックパッケージに搭載された発光ダイオードであり、発光素子からの光と、その光による蛍光との混色により、白色系の光を発する。さらに、発光ダイオードは、可撓性基板２００の側端部２０２の導体配線に半田付けされている。

図４は、本実施例のバックライトユニットの断面図である。本実施例のバックライトユニットは、光源２０１が配置された可撓性基板２００と、光源２０１の発光面が対面された入光部を有する導光板１００と、それらが収容された凹部を有する筐体３００と、を備えており、裏面に金属平板４０１、４０２が接着された可撓性基板２００が屈曲されて筐体３００の凹部に配置されている。さらに、可撓性基板２００は、光源２０１が配置された側端部２０２と、凹部の底面３０２に延長して配置された延長部２０３と、を有している。

本実施例のバックライトユニットにおいて、側端部２０２と筐体３００の内側面３０１との間に、第一の金属平板４０１が介されており、さらに、延長部２０３と筐体３００の底面３０２との間に、第二の金属平板４０２が介されている。これらの金属平板４０１、４０２は、アルミニウムを材料としており、接着材により可撓性基板２００の側端部２０２および延長部２０３の裏面にそれぞれ接着されている。また、第一の金属平板４０１の側端部と、その側端部に向かい合う第二の金属平板４０２の側端部との間には隙間が設けられており、その隙間に可撓性基板２００の屈曲部が対応されている。

本実施例のバックライトユニットは、裏面に金属平板４０１、４０２が接着された可撓性基板２００が屈曲されて筐体３００の凹部に配置されており、これらの金属平板により放熱性を向上させることができる。

本発明は、放熱性が向上されたバックライトユニットとして、車載用の液晶表示装置や大型ディスプレイなどに利用可能である。

図１は、本発明にかかるバックライトユニットの一実施例を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明にかかるバックライトユニットの一実施例を模式的に示す断面図である。図３は、本発明にかかるバックライトユニットの一実施例を模式的に示す断面図である。図４は、本発明にかかるバックライトユニットの一実施例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１００・・・導光板
２００・・・可撓性基板
２０１・・・光源
２０２・・・側端部
２０３・・・延長部
３００・・・筐体
３０１・・・内側面
３０２・・・底面
４００、４０１、４０２・・・金属平板

Claims

光源が配置された可撓性基板と、前記光源の発光面が対面された端面を有する導光体と、それらが収容された凹部を有する筐体と、を備えており、前記可撓性基板が屈曲されて前記筐体の凹部に配置されたバックライトユニットであって、
前記可撓性基板は、前記光源が配置された側端部と、前記凹部の底面に延長された延長部と、を有しており、前記延長部が、前記筐体の底面に、直接あるいは熱伝達部材を介して配置されており、
前記可撓性基板の側端部の裏面と、前記筐体の内側面との間に金属平板が介され、前記側端部が前記筐体の内側面に配置されており、
前記金属平板の主面が前記側端部の裏面に接続され、前記金属平板の側面が前記筐体の底面に当接されることにより、前記光源の発光面が、前記延長部の上に配置させた導光体の入光部に位置決めされていることを特徴とするバックライトユニット。
前記可撓性基板は、樹脂を材料とするシート材に導体配線が施されてなるものであり、前記光源は、セラミックスを材料とするパッケージに発光素子が搭載された発光ダイオードであり、前記パッケージの電極と前記導体配線が半田により接続されている請求項１に記載のバックライトユニット。
光源が配置された可撓性基板と、前記光源の発光面が対面された端面を有する導光体と、それらが収容された凹部を有する筐体と、を備えており、前記可撓性基板が屈曲されて前記筐体の凹部に配置され、
前記可撓性基板は、前記光源が配置された側端部と、前記凹部の底面に延長された延長部と、を有しており、前記延長部が、前記筐体の底面に、直接あるいは熱伝達部材を介して配置されており、
前記可撓性基板の側端部の裏面と、前記筐体の内側面との間に金属平板が介され、前記側端部が前記筐体の内側面に配置されたバックライトユニットの製造方法であって、
前記光源が配置された前記可撓性基板の裏面を前記金属平板に接続した状態で、前記金属平板の側面を前記筐体の底面に当接することにより、前記光源の発光面を、前記延長部の上に配置させた導光体の入光部に位置決めすることを特徴とするバックライトユニットの製造方法。