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発明の名称 光源装置及びサイド型バックライト
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−59231(P2007−59231A)
公開日 平成19年3月8日(2007.3.8)
出願番号 特願2005−243883(P2005−243883)
出願日 平成17年8月25日(2005.8.25)
代理人 【識別番号】100123788
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 昭夫
発明者 羽生 篤史
要約 課題
LEDパッケージから放熱体に熱を逃がすための新たな構造を提供する。

解決手段
実装面(32b)を有する基板(32)と、基板(32)への装着面(31e)を有し、当該装着面(31e)が基板実装面(32b)と対向するように基板(32)に実装されたLEDパッケージ(31)と、基板の実装面の反対面(32d)側に配置された放熱体(62)と、を備え、基板(32)は孔部(33)を有し、放熱体(62)は基板(32)の反対面(32d)側から孔部(33)に挿入される突部(34)を有し、突部(34)の先端とLEDパッケージ装着面(31e)との間には、クッション性を有する熱伝導性スペーサ(35)が介在して、LEDパッケージ(31)からの熱がスペーサ(35)を介して放熱体(52)に伝わる。
特許請求の範囲
【請求項1】
実装面を有する基板と、
基板への装着面を有し、当該装着面が前記基板の前記実装面と対向するように基板に実装されたLEDパッケージと、
前記基板の前記実装面の反対面側に配置された放熱体と、を備え、
前記基板は、LEDパッケージの前記装着面の一部を、当該基板の反対面側に露出させるための孔部を有し、
前記放熱体は、前記基板の前記反対面側から前記孔部に挿入される突部を有し、
前記突部の先端と前記LEDパッケージの装着面との間には、クッション性を有する熱伝導性スペーサが介在して、前記LEDパッケージからの熱が前記熱伝導性スペーサを介して前記放熱体に伝わるように構成されていることを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記熱伝導性スペーサは、粘着面を有し、当該粘着面によって前記LEDパッケージ及び前記放熱体の前記突部が接合されていることを特徴とする請求項1記載の光源装置。
【請求項3】
前記熱伝導性スペーサは、非導電性であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光源装置。
【請求項4】
前記放熱体の前記突部と前記基板の孔部との間には、隙間が形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光源装置。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置からの光が入射する入射面を有する導光板と、
を有することを特徴とするサイド型バックライト。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板にLEDパッケージを設けた光源装置、及び光源装置を用いたサイド型バックライトに関するものである。
【背景技術】
【0002】
光源としてLEDを用いたバックライトは、LEDから発する熱のために、LED自身の発光効率低下、LEDの短寿命化(明るさの低下、発光色の変色)、LED近傍の材料の変色・変形によるバックライトの短寿命化、最終製品時の安全性の確保、液晶パネルの表示不具合(阿温度による液晶パネルの色ムラ、早期劣化)などの問題を生じる。
【0003】
そのため、LEDを光源とするバックライトには、放熱対策を施すことが求められており、放熱対策としては、従来、次の1)〜3)の手法が実施されている。
1)LEDパッケージを実装する樹脂基板の裏側に金属板を貼り合わせる。
2)LEDパッケージを実装する基板を金属とする。
3)ファンをつけて強制的に熱を逃がす。
【0004】
また、特許文献1には、LEDで発生した熱を金属基板で集め、金属納置ケース表面から放熱させるという、上記1)2)の手法を組み合わせたものが開示されている。
さらに、特許文献2,3には、LEDに放熱部材を接合させてLEDの放熱を図ろうとするものが開示されている。
【0005】
【特許文献1】登録実用新案公報第3098463号
【特許文献2】特開2004−233810号公報
【特許文献3】特開2004−311791号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記従来の手法1)では、樹脂基板に金属を貼り合わせるだけでよく簡便かつ安価であるが、LEDパッケージと直接接触しているのは、樹脂基板のため、熱は樹脂基板に逃げようとするが、樹脂は金属(アルミニウム)に比べて熱伝導性が大変悪いため、裏面の金属板に十分熱が伝わらず、十分な放熱効果が期待できない。
上記従来の手法2)では、熱伝導性の観点から樹脂基板に比べて有利であるが、金属基板上の電気配線がベース金属とショートしないように、非導電性の樹脂膜でLEDと基板のベース金属との間を覆う必要があり、コスト高となる。しかも、樹脂を基板上に形成しているため、基板の形状やサイズの制約が多い。
上記従来の手法3)では、ファンを追加することにより製品の不要なサイズ増加やコスト増加、騒音の問題、電力消費の増加など諸問題がある。
【0007】
また、特許文献1に記載の技術は、単に、従来手法1)2)を組み合わせただけで、従来手法1)2)それぞれの問題が解消されていない。
さらに、特許文献2,3に記載の技術では、LEDの実装基板への装着面とは別の面に放熱部材を接合しており、光源装置としての構造が従来と大きく異なって複雑化しており、しかも、LEDの実装基板への装着性が良くなかったり、放熱性が十分とはいえないものである。
そこで、本発明は、基板にLEDパッケージを設けた光源装置における新たな放熱構造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】
【0008】
本発明に係る光源装置は、実装面を有する基板と、基板への装着面を有し、当該装着面が前記基板の前記実装面と対向するように基板に実装されたLEDパッケージと、前記基板の前記実装面の反対面側に配置された放熱体と、を備えているものである。
そして、前記基板は、LEDパッケージの前記装着面の一部を、当該基板の反対面側に露出させるための孔部を有している。この孔部は、基板の一部を切り欠いたものを含む。
さらに、前記放熱体は、前記基板の前記反対面側から前記孔部に挿入される突部を有し、前記突部の先端と前記LEDパッケージの装着面との間には、熱伝導性スペーサが介在して、前記LEDパッケージからの熱が前記熱伝導性スペーサを介して前記放熱体に伝わるように構成されている。
【0009】
上記構成により、基板の裏面(実装面の反対面)に放熱体を配置するという従来手法1)と同様なシンプルな構成を採用しつつ、基板に形成された孔部によって、LEDパッケージの熱を前記熱伝導性スペーサを介して前記放熱体に伝えることができる。
【0010】
また、本発明では、突部とLEDパッケージを直接接触させず、クッション性のある熱伝導性スペーサを介在させているため、突部の公差を比較的大きくでき、製造を容易に行うことができる。つまり、突部とLEDパッケージを直接接触させようとすると、突部の製作を非常に精度良く行う必要がある。例えば、突部の突出量が長すぎると、LEDパッケージを基板から押し外す方向にLEDパッケージ装着面を押してしまい破損の原因となり、逆に、突部の突出量が小さすぎると突部とLEDパッケージが離れて熱伝導性が低下するため、誤差なく突部先端とLEDパッケージを当接させる必要がある。
【0011】
前記熱伝導性スペーサは、粘着面を有し、当該粘着面が前記LEDパッケージ及び前記放熱体の前記突部に粘着しているのが好ましい。この場合、熱伝導性スペーサによって基板に設けられたLEDパッケージ及び放熱体を一体化することができる。
【0012】
前記熱伝導性スペーサは、非導電性であるのが好ましい。この場合、放熱体とLEDパッケージ間の電気的ショートを考慮する必要がないため、設計の自由度が高まる。
【0013】
前記放熱体の前記突部と前記基板の孔部との間には、前記突部が前記孔部に対して遊嵌状となるように、隙間が形成されているのが好ましい。クッション性を有する熱伝導性スペーサが突部とLEDパッケージの間で圧縮変形したときに、突部と孔部との間に隙間が形成されていれば、前記圧縮に伴う膨張分が当該隙間に逃げることができる。したがって、LEDパッケージを基板から押し外す方向の力となるスペーサ圧縮圧力の上昇を押さえることができる。
【0014】
サイド型バックライトに係る本発明は、前記光源装置と、前記光源装置からの光が入射する入射面を有する導光板と、を有するものであり、放熱対策の採られたサイド型バックライトが得られる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、基板に形成された孔部によって、LEDパッケージから熱が前記熱伝導性スペーサを介して前記放熱体に伝えられる。
また、本発明では、突部とLEDパッケージとの間に、クッション性のある熱伝導性スペーサを介在させているため、突部の公差を比較的大きくでき、製造を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、LEDパッケージを光源とする液晶表示装置用のサイド型バックライト1を示している。このバックライト1は、図示しない液晶パネルの背面側に設置されて、当該液晶パネルの背面から光を照射するためのものである。
バックライト1は、一面を光の出射面2aとし側面を光の入射面2bとする導光板2と、導光板入射面2bに光を照射する光源装置3とを備えている。また、導光板2の出射面2a側には、拡散フィルム、偏光フィルム、レンズフィルムなどの光学フィルム4,4が配置され、出射面2aの反対面である反射面2cには、反射シート5が設置されている。
【0017】
上記導光板2、光源装置3、光学フィルム4、反射シート5などの部材は、フレーム(筐体)6内に収納されている。フレーム6は、上フレーム61及び下フレーム62とから構成され、下フレーム6は、導光板2及び反射シート5等を支持するための底面62aと、当該底面62bから立設された側面62bとを有しており、上フレーム61は、前記下フレーム6に嵌合される。
【0018】
光源装置3は、図2及び図3にも示すように、LEDパッケージ31と、LEDパッケージ31が実装される樹脂製の基板32を有している。
LEDパッケージ31は、図4に示すように、LED素子が配置される凹部を有するパッケージ材(セラミックス)31aの前記凹部を蛍光体入りのシリコン樹脂等の封止材31bで封止し、パッケージ材31aにLED素子へ接続された電極部(陽極、陰極)31c,31cを設けたものであり、LED素子の発光により封止材31bの部分が発光するものである。なお、封止材31の部分の形状(光る部分の形状)は、円形に限らず、正方形、長方形等の他の形状であってもよい。また、LEDパッケージ平面全体形状も、正方形に限らず、長方形であってもよい。
【0019】
また、このLEDパッケージ31は、天井面31d(の封止材31の部分)が発光し、底面31eに電極部31c,31cが設けられて当該底面31eが基板32への装着面となるトップビュー型として構成されている。トップビュー型では、薄型化に適した構造であり、内部のLED素子が金属面を介してLEDパッケージ底面31eに接しており、LED素子の発熱は、LEDパッケージ底面31eへ最も伝わりやすい構造となっている。
なお、底面が基板への装着面となり、側面が発光するLEDパッケージをサイドビュー型という。
【0020】
LEDパッケージ31の両電極部31c,31cの間には、間隔が設けられており、両電極31c,31c間にはパッケージ材31aが露出した非導電領域31fが形成されている。つまり、LEDパッケージ31の装着面31eには、電極部31c,31cの他、非導電領域31fが設けられているのである。
【0021】
前記基板32は、フレキシブルプリント基板であり、導光板入射面2bの長手方向に沿って長い長尺体として形成されており、LEDパッケージ31は長手方向に沿って複数個基板32に取り付けられる。なお、基板32には、基板長手方向に長い長方形状のLEDパッケージ31を1個又は複数個取り付けても良い。
この基板32は、樹脂製の基板本体32aの実装面32b側にLEDパッケージ31の電極部31c,31cと接続される配線部32c,32cが形成されている。配線部32c,32cは、LEDパッケージ電極部31c,31cに対応して、陰極側配線部32cと陽極側配線部32cとが基板長手方向に沿って互いに平行に形成されている。
【0022】
基板32の両配線部32c,32cの間には、LEDパッケージ31が実装される位置に対応して、複数個の孔部33が形成されている。この孔部33は、LEDパッケージ31が基板32に取り付けられ(ハンダ付けされ)て、電極部31c,31cと配線部32c,32cとが接続されたときに、LEDパッケージ背面(装着面)31eの非導電領域31eを、基板32の実装面32bとは反対面32d側に露出させるためのものである。
【0023】
図4(b)のLEDパッケージ底面図では、非導電領域31eのうち、孔部33によって露出する範囲を点線Aで囲んで示している。図4(b)に示すように、孔部33によって露出する範囲は、すべて非導電領域31eであり、電極部31c,31cは含まれていない。
【0024】
本実施形態では、LEDパッケージ用の放熱体として、バックライト1のフレーム6(下フレーム62)が用いられている。バックライト1の下フレーム62は、金属板(アルミニウム、真鍮等)をプレス加工して形成されており、下フレーム側面62bが基板32の実装面32bの反対面32d側に位置している。
基板反対面32d側に位置するフレーム側面62bには、基板の孔部33に挿入される突部34が形成されている。この突部34は、図3に示すように、孔部33の数に対応して、基板32長手方向に複数形成されている。なお、突部34は、フレーム62の製作のためのプレス加工(穴あけ加工、折り曲げ加工等)時に一緒に形成できるため、容易に作成できる。
【0025】
この突部34は、基板32とフレーム側面62bを当接させるなどして、当該突部34を孔部33に完全に挿入させても、突部34の先端がLEDパッケージ31の背面31eに接触しない程度に、その突出量が抑えられている。つまり、後述のスペーサ35が存在しない状態では、突部34とLEDパッケージ31は接触しないように構成されている。
また、突部34は、根元側が太く先端側が細い先細り状に形成されており、孔部33に挿入しやすい形状となっている。
【0026】
そして、突部34の先端には、シート状の熱伝導性スペーサ35が設けられており、このスペーサ35がLEDパッケージ31に当接している。スペーサ35は、柔軟で熱伝導性に優れた材料である放熱ゴム等によって形成されており、伝熱性とともに厚さ方向への圧縮が可能なクッション性を有しており、また、電気的絶縁性(非導電性)も有している
【0027】
このスペーサ35は、両面が粘着面とされおり、突部34には、その先端面にスペーサ35の一面が貼り付けられているとともに、LEDパッケージ31側に貼り付けられるスペーサ他面側には剥離シート(図示省略)が貼り付けられた状態で製作される。
そして、LEDパッケージ31とスペーサ35を接合する際には、前記剥離シートをスペーサ35から剥離させて、露出したスペーサ粘着面にLEDパッケージ背面31eを取り付ければよい。
なお、スペーサ35は、突部34の先端面と同じ大きさ又は先端面よりも大きいのが好ましいが、先端面よりも小さくてもよい。
【0028】
本実施形態では、LEDパッケージ31と放熱体であるフレーム6とは直接接触していないが、放熱性に優れたスペーサ35によってLEDパッケージ31の熱を放熱体であるフレーム6に逃がすことができる。なお、フレーム6は基板32とも接触しているため、LEDパッケージ31の熱は、副次的には、基板32を介してフレーム6に逃げることもできる。
そして、フレーム6は、大きな面積を有しているため、効率よく放熱を行うことができる。また、放熱体としてフレーム6を利用することで、別途放熱体が不要であり、部品点数を削減することができる。
【0029】
ここで、LEDパッケージ31とフレーム6の突部34を直接接触させようとすると、突部34の突出量が僅かでも少なければLEDパッケージ31と突部34とが離れて熱伝導性が低下し、突部34の突出量が僅かでも大きければ突部34がLEDパッケージ31を基板32から押し外したり、LEDパッケージ31を損傷させたりするおそれがあるため、突部34の製作精度を非常に高くする必要があり、突部34の突出量の公差は非常に小さいものとなる。特に、複数の突起34のそれぞれの突出量を揃えようとすると困難を伴う。したがって、LEDパッケージ31とフレーム6の突部34を直接接触させる構造は、実質的に製造が困難である。
【0030】
一方、本実施形態では、スペーサ35がクッション性を有するため、突部34の突出量(突部34とLEDパッケージ31との間隔)に多少のバラツキがあっても、スペーサ35の変形によって吸収でき、公差を比較的大きく(例えば、±0.2mm程度)できる。したがって、本実施形態のものでは、製造容易・コスト低減を図ることができる。
【0031】
本実施形態では、前記スペーサ35が、LEDパッケージ31と突部34とに挟まれて厚さ方向に圧縮された場合(図1,図3参照)、その圧縮に起因してスペーサ35の周縁部が膨張して突部34と孔部33の間の隙間36に張り出している。このように、本実施形態では、孔部33よりも突部34の方が小さく形成され(図4(b)において孔部33を示す点線A及び突部34先端を示す点線B参照)、突部34と孔部33との間にスペーサ35の変形部分が張り出すための空間が確保されている。このようなスペーサ35の変形許容により、スペーサ35がLEDパッケージ31を押圧する圧力が低減され、LEDパッケージ31を基板32から押し外したり、LEDパッケージを破損させるような過度な力が生じるのを回避することができる。
【0032】
また、本実施形態では、スペーサ35は非導電性であるため、放熱体であるフレーム6が導電性であるか否かを問わず、LEDパッケージ31とフレーム6との間の電気的ショート・漏電を考慮する必要がない。
しかも、本実施形態では、基板32の孔部33によってフレーム6側に露出しているのは、非導電性領域31fだけであるため、この点からもLEDパッケージ31とフレーム6との間の電気的ショート・漏電を考慮する必要がない構造となっている。
さらに、本実施形態では、LEDパッケージ31において、最も発熱しやすく面積の大きい底面31eから放熱体であるフレーム6に熱が伝わるように構成しているため、放熱効率性の観点からみて有利である。
【0033】
なお、本実施形態では、基板32がLEDパッケージ31を介してフレーム6(下フレーム62)に固定されるため、基板32とフレーム6とを直接固定する手段を省略することができる。あるいは、基板32とフレーム6とを直接固定する手段を別途有する場合には、スペーサ35が、基板32とフレーム6の補助的な固定又は仮止めの機能を有することになる。
【0034】
また、基板32にLEDパッケージ31が実装された状態で、LEDパッケージ31と突部34先端のスペーサ35とを接合してもよいし、突部34をLEDパッケージ31が実装されていない基板32の孔部33に挿入しておいてから、突部34先端のスペーサ35とLEDパッケージ31とを接合してもよい。後者の場合、LEDパッケージ31を基板32に固定(ハンダ付け)する前に、スペーサ35の粘着面によってLEDパッケージ31を基板32上に仮止めすることができ、LEDパッケージ31を基板32に固定(ハンダ付け)するのが容易になる。
【0035】
さらに、スペーサ35は、予め突部34側に貼り付けておくのではなく、LEDパッケージ31(の背面31e)側に貼り付けておき、LEDパッケージ31に貼り付けられたスペーサ35と突部34とを接合するようにしてもよい。
【0036】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨に反しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、放熱体は、バックライトのフレーム6とは別の部材で構成されていてもよい。また、基板の形状は特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】サイド型バックライトの部分断面図である。
【図2】光源装置の斜視図である。
【図3】光源装置の断面図である。
【図4】図4(a)はLEDパッケージの平面図であり、図4(b)はLEDパッケージの底面図である。
【符号の説明】
【0038】
1バックライト
2導光板
2b 入射面
3光源装置
31 LEDパッケージ
31e 装着面
32 基板
32b 実装面
32d 反対面
33 孔部
34 突部
35 熱伝導性スペーサ
36 隙間
6 フレーム
62 下フレーム(放熱体)




 

 


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