(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自発光素子を用いたバックライト光源と、この光源が実装された基板と、前記バックライト光源を用いた液晶パネルと、他の発熱部品とを有し、前記バックライト光源及び前記他の発熱部品を液冷するディスプレイ一体型電子装置において、
前記基板の光源実装面と反対側に熱的に接触して取り付けられた第１の受熱ジャケットと、
前記他の発熱体に熱的に接触して取り付けられた第２の受熱ジャケットと、
前記第１の受熱ジャケットの下流に接続されるともに、冷却液と空気を熱交換する第１の放熱器と、
前記第１の放熱器及び前記第１及び第２の受熱ジャケットの下流に接続されるともに、冷却液と空気を熱交換する第２の放熱器と、
前記第１及び第２の放熱器に送風するファンとを備えることを特徴とするディスプレイ一体型電子装置。
【請求項２】
請求項１記載のディスプレイ一体型電子装置において、
前記ファンは、１個備えられると共に、
前記ファンの送風方向に、前記第１及び第２の放熱器を直列に配置したことを特徴とするディスプレイ一体型電子装置。
【請求項３】
請求項２記載のディスプレイ一体型電子装置において、
前記ファンの送風方向において、前記ファンに近い方に、前記第１の放熱器を配置し、前記ファンから遠い方に、前記第２の放熱器を配置したことを特徴とするディスプレイ一体型電子装置。
【請求項４】
請求項１記載のディスプレイ一体型電子装置において、
前記ファンは、１個備えられると共に、
前記ファンの送風方向に直角な平面内に、前記第１及び第２の放熱器を並置したことを特徴とするディスプレイ一体型電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ一体型電子装置に係り、特に、ディスプレイのバックライト光源として発光ダイオード素子（ＬＥＤ）のような自発光素子を用いたものに好適なディスプレイ一体型電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷陰極蛍光管を用いたエッジライト型バックライト方式の液晶表示装置を用いた電子装置では、例えば、特開２００５−１８３５８５号公報に記載のように、発熱源であるＣＰＵやバックライト（冷陰極蛍光管）を液冷式で冷却するものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８３５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、音や映像を楽しめるＰＣ、いわゆるテレパソもしくはＡＶ−ＰＣと呼ばれるものの普及が進んでいる。ＡＶ−ＰＣはＰＣとしての基本性能のほかに、ＴＶチューナやＨＤＤレコーダ、ＤＶＤレコーダ等の機能が盛り込まれているため、それらの機器を別々にそろえるよりも省スペース化が図れる。また、省スペースや配線の手間を省けることから、ディスプレイ装置とＰＣ本体を一体化した機種も出ている。
【０００５】
一方、映像を表示するディスプレイ装置などのバックライト用光源としてＬＥＤが注目されている。従来、液晶ディスプレイパネルの光源として用いられている冷陰極蛍光管に対して、高輝度、長寿命、高い色再現性などの利点があるためである。
【０００６】
光源としてＬＥＤを使用する場合、ＬＥＤの特性上、輝度を確保するために電流を多く流すと、多くの熱が発生してその結果ＬＥＤは高温となる。ＬＥＤの放熱が十分でないと、発生熱によりＬＥＤが高温となり、光出力の低下や長期寿命を確保できないなどＬＥＤ自体の特性が損なわれる問題がある。
【０００７】
一方、ＰＣにおいては、半導体素子の高性能化に伴い、搭載される中央演算処理装置（ＣＰＵ）の処理能力が向上してきている。処理能力の向上に伴い、素子内の発熱密度は増加の一途を辿っている。ＣＰＵ素子内のジャンクション温度は保証温度以下に保つ必要があるため、ＣＰＵ冷却は不可欠である。
【０００８】
ここで、特開２００５−１８３５８５号公報の液冷方式では、ＣＰＵなどの発熱部品を冷却した冷媒を用いて、バックライトを冷却し、その後、１個の放熱器により加熱した冷媒を冷却するようにしている。ＣＰＵは例えば１００Ｗ程度の消費電力を有するため、ＣＰＵなどの発熱部品を冷却した冷媒の温度もかなり上昇するため、この暖められた冷媒を用いてバックライトを冷却しようとすると、十分に冷却することができない，すなわち、冷却効率が悪いという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、発熱部品とＬＥＤのような自発光素子を用いたバックライト光源とを効果的に冷却できるディスプレイ一体型電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、自発光素子を用いたバックライト光源と、この光源が実装された基板と、前記バックライト光源を用いた液晶パネルと、他の発熱部品とを有し、前記バックライト光源及び前記他の発熱部品を液冷するディスプレイ一体型電子装置において、前記基板の光源実装面と反対側に熱的に接触して取り付けられた第１の受熱ジャケットと、前記他の発熱体に熱的に接触して取り付けられた第２の受熱ジャケットと、前記第１の受熱ジャケットの下流に接続されるともに、冷却液と空気を熱交換する第１の放熱器と、前記第１の放熱器及び前記第１及び第２の受熱ジャケットの下流に接続されるともに、冷却液と空気を熱交換する第２の放熱器と、前記第１及び第２の放熱器に送風するファンとを備えるようにしたものである。 
かかる構成により、発熱部品と自発光素子を用いたバックライト光源とを効果的に冷却し得るものとなる。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記ファンは、１個備えられると共に、前記ファンの送風方向に、前記第１及び第２の放熱器を直列に配置したものである。  
かかる構成により、低騒音化を図れると共に、コンパクト化を図れるものとなる。
【００１２】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記ファンの送風方向において、前記ファンに近い方に、前記第１の放熱器を配置し、前記ファンから遠い方に、前記第２の放熱器を配置したものである。  
かかる構成により、さらに、冷却効率を向上し得るものとなる。
【００１３】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記ファンは、１個備えられると共に、前記ファンの送風方向に直角な平面内に、前記第１及び第２の放熱器を並置したものである。  
かかる構成により、さらに、低騒音化を図れるものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発熱部品とＬＥＤのような自発光素子を用いたバックライト光源との冷却効率を向上し得るものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態によるディスプレイ一体型電子装置の構成について説明する。なお、ここでは、ディスプレイ一体型電子装置として、ディスプレイ一体型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を一例として説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態によるディスプレイ一体型電子装置の全体構成について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態によるディスプレイ一体型電子装置の背面側からの斜視図である。なお、図１においては、背面側のカバーを取り外した状態を示している。
【００１６】
発光源である多数のＬＥＤ１は、基板２上に横一列にアレイ状に実装されている。ここで、ＬＥＤ１は、白色の単色ＬＥＤでも、Ｒ，Ｇ，Ｂ個別のＬＥＤを混色することにより白色を実現するＬＥＤであってもよいものである。ただし、ディスプレイの色再現性を良くするためには、Ｒ，Ｇ，Ｂ個別に発光量を調整可能な３色ＬＥＤの混載が有利である。これらのＬＥＤ１は、サブマウントを介してか、あるいは直接、基板２に実装される。ＬＥＤ１の基板２への実装は、ＬＥＤの熱を良好に基板２に伝えるためには、半田付け，接着，半田ボール接合などが用いられる。基板２の材質は、紙フェノール基板，ガラスエポキシ基板，アルミニウム，銅等の金属基板や、セラミック基板等であるが、この内、ＬＥＤ１の発熱による高温化を防止するためには熱伝導性の良いアルミニウム，銅等の金属基板か、セラミック基板等が好ましいものである。
【００１７】
ＬＥＤ１と基板２との間には、前述のように熱的・機械的な接合以外に、電気的な信号や電流を供給するための配線が接続される。基板２には、制御回路や電源と基板２を接続するためのコネクタ３が実装されている。
【００１８】
ＬＥＤ１と基板２の上部には、ＬＥＤ１からの光を一方向に指向させるレンズ４が搭載される。レンズ４からの光は、導光板を内蔵した液晶パネル５の下面の入射面から入り、光を面状に広げて前面に照射する。レンズ４や導光板の材質は、アクリルやポリカーボネート等の透明樹脂を用いる。液晶パネル５の内部では、導光板の前面に液晶板が取り付けられていて、エッジライト形バックライト方式の液晶ディスプレイ装置を構成している。レンズ４の出射面以外の面には、一方向に光を出射させるための反射膜が塗布されるか、あるいは反射板が取り付けられている。導光板には、入射した光を面内で均一に前方に照射するために、各種の光学パターンが構成されている。
【００１９】
このように、ＬＥＤ１からの光は上方に出て行く一方、ＬＥＤ１の熱は基板２を介して下方に放熱される構成となっている。具体的には、基板２に熱的に接触して受熱ジャケット６が取り付けられ、受熱ジャケット６の両端部には冷却液が出入りするポート７が取り付けられている。ポート７は、配管１７を介して、ラジエータ９に接続されている。
【００２０】
本実施例のディスプレイ装置の画面は、矢印１４の方向から観察する構成である。
【００２１】
液晶パネル５の裏側にメインボード１８、さらにその背後に液冷システムのラジエータ９，１０とファン１１が配置されている。ファン１１によって吸引された空気は矢印１２の向きに流れ、ラジエター９，１０において熱交換された後、矢印１３の向きに上方と下方から排出される。なお、液冷システムの詳細は、図３を用いて後述する。
【００２２】
また、液晶パネル５の下方には、２個のスピーカ１６や、光ディスクドライブ１５が配置されている。
【００２３】
次に、図２を用いて、本実施形態によるディスプレイ一体型電子装置に用いるディスプレイ装置の構成について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態によるディスプレイ一体型電子装置に用いるディスプレイ装置の背面側からの分解斜視図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２４】
液晶パネル５の背面には、制御基板１２と、電源１３が取り付けられている。
【００２５】
ＬＥＤ１が実装された基板２は、受熱ジャケット６に熱伝導グリース１５を介して熱的に良好に接触して取り付けられている。熱伝導グリース１５は、基板２の裏面全面にわたって塗布されていることが望ましく、極力ボイドがないように塗布される。基板２には取り付け用の穴３１が多数設けられており、この穴３１にネジ等を挿入して受熱ジャケット６に取り付けられる。また、熱伝導グリース１５の代わりに、熱伝導シートや接着剤を用いて、基板２を受熱ジャケット６に取り付けてもよいものである。
【００２６】
受熱ジャケット６の材質は、熱伝導性の良い材質，特にアルミニウム，または銅，またはそれらの合金であることが望ましい。冷却液は、水をベースとし、運送中に氷点下になる場合を考慮して、不凍液を混ぜている。また、冷却液による腐食を避けるために、冷却液内に腐食抑制剤を注入する。また、電池効果による腐食を避けるために、可能であればラジエータの材質とそろえることが望ましい。
【００２７】
次に、図３を用いて、本実施形態によるディスプレイ一体型電子装置における液冷システムの構成について説明する。  
図３は、本発明の一実施形態によるディスプレイ一体型電子装置の背面側からの分解斜視図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００２８】
ＣＰＵ１９の一面は、熱伝導グリース２０によって、ＣＰＵ用の受熱ジャケット２１に熱的に良好に接触して取り付けられている。冷媒である冷却液は、リザーバタンク２６に貯えられている。リザーバタンク２６に貯えられた冷却液は、送液ポンプ２５によって配管１７に供給される。
【００２９】
また、本実施形態では、放熱器として、ＣＰＵ１９の冷却用の第２の放熱器であるラジエータ１０と、ＬＥＤの冷却用の第１の放熱器であるラジエータ９とを備えている。
【００３０】
本実施形態の液冷システムでは、ＬＥＤ用の受熱ジャケット６の下流側に第１のラジエータ９が接続され、第１のラジエータ９の下流側にＣＰＵ用の受熱ジャケット２１が接続され、受熱ジャケット２１の下流側に第２のラジエータ１０が配管によって接続されている。すなわち、リザーバタンク２６の内部の冷却液は、送液ポンプ２５によって、ＬＥＤ用の受熱ジャケット６−第１のラジエータ９−ＣＰＵ用の受熱ジャケット２１−第２のラジエータ１０の順で送液され、リザーバタンク２６に戻るようにフレキシブルチューブからなる配管１７が接続されている。
【００３１】
したがって、本実施形態では、ＬＥＤの発熱は、ＬＥＤ用の受熱ジャケット６を介して第１のラジエータ９によって放熱され、ＣＰＵの発熱は、ＣＰＵ用の受熱ジャケット２１を介して第２のラジエータ１０で放熱される。従来の構成では、ＣＰＵなどの発熱部品を冷却した冷媒を用いて、バックライトを冷却し、その後、１個の放熱器により加熱した冷媒を冷却するようにしているため、ＣＰＵなどの発熱部品の冷却により暖められた冷媒を用いてバックライトを冷却しているので、冷却効率が悪いものであった。その点、本実施形態のように、ＬＥＤ用の第１のラジエータ９と、ＣＰＵ用の第２のラジエータ１０とを備えることで、矢印２２では比較的冷たい冷却水が流れ、矢印２３では、比較的温度の高い冷却水が流れることになり、ＬＥＤの発熱は第１のラジエータ９で放熱され、放熱により温度の下がった冷媒で、ＣＰＵを冷却するようにしているので、冷却効率を向上することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、冷却用のファンとしては、ファン１１のみで、１個のファンを用いている。第１のラジエータ９と、第２のラジエータ１０とは、ファン１１からの送風方向（図２の矢印１２）に対して、直列に配置されているため、１個のファン１１で２つのラジエータ９，１０からの放熱が可能となっている。
【００３３】
ＡＶ−ＰＣのような場合は、音響性能の向上も求められる。音響性能の向上の一例としてダイナミックレンジ（音響レベルの最大値と最小値の幅）を広げることが挙げられるが、音響レベルの最大値は使用される環境によって制限されることが多いため、最小値を下げることが重要になる。つまり、スピーカー以外から出てくる騒音レベルを下げることが重要となる。第１及び第２の放熱器のそれぞれに冷却ファンを設けた場合、ファンが２個となるため、騒音が大きくなる。
【００３４】
それに対して、本実施形態のように、２個の放熱器を通風方向に直列に配置して、１個のファンで２個の放熱器から放熱する構成とすることで、冷却ファンを１個とすることができ、騒音を低減することができる。また、２個の冷却ファンを用いる場合に比べて、コンパクト化することができる。
【００３５】
また、第１及び第２のラジエータ９，１０の配列は、ファン１１に近い方に、ＬＥＤ冷却用の第１のラジエータ９を配置し、ファン１１からの送風方向の下流側にＣＰＵ冷却用の第２のラジエータ１０を配置している。ここで、ＬＥＤとＣＰＵの消費電力を考えると、例えば、ＬＥＤが６０Ｗ程度で、ＣＰＵが１００Ｗ程度とすると、ＣＰＵの方が発熱が大きくなる。このような発熱量の相違があるとき、発熱の小さい部品（本例では、ＬＥＤ）を冷却するための放熱器（本例では、第１のラジエータ９）をファンに近い方に配置し、発熱の大きい部品（本例では、ＣＰＵ）を冷却するための放熱器（本例では、第２のラジエータ１０）をファンから離れた方（ファン１１の送風方向の下流側）に配置している。この逆に、発熱量の大きい部品を冷却するためのラジエータをファンに近い方に配置すると、そのラジエータによって冷却風の温度が上がるため、後流側に配置された発熱量の小さな部品のための放熱器の冷却効率が低下することとなる。それに対して前述のように配置することで冷却効率を向上することができる。
【００３６】
次に、図４を用いて、本実施形態によるディスプレイ一体型電子装置の背面構成について説明する。  
図４は、本発明の一実施形態によるディスプレイ一体型電子装置の背面側からの斜視図である。なお、図１〜図３と同一符号は、同一部分を示している。
【００３７】
図１に示したディスプレイ部品は、ディスプレイケース２９の内部に収められている。ディスプレイ部品ならびにディスプレイケース２９は、スタンド３０に固定されて直立している。ディスプレイへの電力の供給は、スタンド３０に被せられたケーブルカバーを通過して外部に引き出された電源ケーブルにより行われる。また、本実施形態のディスプレイ一体化電子装置が他の機器の映像信号を受ける場合には信号ケーブルを使用する。
【００３８】
ディスプレイケース２９には、ファン１１の冷却空気流入口に合わせた位置に多孔部，グリル部．メッシュ部などで空気が流通できる通気部２７が設けられ、さらにラジエータおよびメインボード、制御基板からの排気をディスプレイケース２９の外部に排出するために、ケース２９の上部と背面下部に２個の通気部２８が設けられている。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態では、ＬＥＤ１で発生した熱は、基板２−熱伝導グリース１５−受熱ジャケット６−冷却液−第２のラジエータ１０−空気の順に熱輸送され、最終的にはディスプレイ装置の外部に排出される。また、ＣＰＵで発生した熱は、熱伝導グリース２０−受熱ジャケット２１−冷却液−第１のラジエータ９−空気の順に熱輸送され、最終的にはディスプレイ装置の外部に排出される。ここで、冷却空気の流入部と排気部がディスプレイ背面と上面にあるので、排気風や排気熱がＰＣのユーザに影響を及ぼしにくくなり、また、ファンから発生する騒音もユーザの耳に届きにくくなる。
【００４０】
また、以上のような構成にすることにより、ＬＥＤ等の発光源を用いたエッジライト型バックライト方式のディスプレイ装置として、ＬＥＤ等の発熱を効率良く放熱できるので、輝度が高く、かつ色再現性の高いバックライト装置、またはそれを用いたディスプレイ装置を実現できる。また、ＬＥＤによって温められた冷却水が直接、ＣＰＵ用の受熱ジャケットに流れ込まないため、直に２つのジャケットを接続するのに比べ、ＣＰＵを効果的に冷却することができる。さらに、ラジエータをまとめてひとつのファンで通風するため、それぞれのラジエータにファンを設置するのと比較して低騒音化が可能となる。
【００４１】
なお、ファン１１を回転数可変式のファンとし、ＬＥＤ１または基板２並びにＣＰＵ内にそれらの温度をモニタリングできる温度センサを設け、ＬＥＤ１およびＣＰＵの温度が適正になるように、ファンの回転数を増速してもよいものである。
【００４２】
また、ラジエータの実装体積を小さくするために、図示したフィンチューブのラジエータの変わりに、コルゲートフィンタイプのラジエータを使用してもよいものである。
【００４３】
また、ＰＣ機能を使用せず、ディスプレイ機能のみ使用する場合には、ＣＰＵの発熱がないので、ファンの回転を止めて、送液ポンプのみ動作させて、ラジエータで自然放熱することも可能である。このような場合、図４に示した排風口の裏面側が吸気口のような場合、図１、図２、図３のようなフィンを鉛直に並べたフィンチューブの構造は自然放熱に好適である。さらに、送液ポンプに前述した温度センサによる制御を行えば、ＬＥＤの輝度がさらに安定し、低騒音化も可能となる。
【００４４】
また、図３に示した構成では、ファン１１による送風方向に直列に２個のラジエータ９，１１を配置しているが、ファン１１による送風方向に直交する面に、２個のラジエータを並置することもできる。この場合、通風面積が倍となるため、ファン１１の大口径のものを用いる必要があり、装置が大型化するきらいがある。しかしながら、大口径のファンを用いることで、同じ冷却効果を得る場合にファンの回転数を低下できるため、騒音を低減することができる。
【００４５】
また、発光源としては、ＬＥＤを例にしているが、発熱性の自発光素子であれば、他の光源に対しても、本発明は適用できるものである。
【００４６】
また、ディスプレイ一体型電子装置の例として、ディスプレイ一体型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を説明したが、他に、ディスプレ一体型ＤＶＤレコーダやディスプレイ一体型ＨＤＤレコーダ等にも本発明は適用できるものである。この場合、他の発熱部品は、ＣＰＵの他に、画像処理ＬＳＩや、光ディスクドライブ装置や、ＨＤＤなどとなる。
【００４７】
ＬＥＤとしては、図１に示したように、線状のアレイ配置のものの他に、面状にＬＥＤアレイ配置したものも用いることができる。また、図１に示した線状のアレイ配置のものを複数個用いることもできる。
【００４８】
なお、本発明の変形例としては、配管によってＬＥＤ冷却用の受熱ジャケットとＣＰＵ冷却用の受熱ジャケットを並列接続し、１個の放熱器で放熱する構成もある。前述のように、ＬＥＤ冷却用の受熱ジャケットとＣＰＵ冷却用の受熱ジャケットを直列接続した場合、送液ポンプとしては、吐出圧が大きいが吐出流量の小さいものを用いることができるため、送液ポンプを小型化できる。
【００４９】
本発明では、ＬＥＤ等の発光源を用いたエッジライト型バックライト方式のディスプレイ装置と、高発熱素子を備えた電子装置において、ＬＥＤ等と高発熱素子の発熱を、複雑な通風経路を構成せずに効率よく放熱できるので、輝度が高く、かつ色再現性の高いバックライト装置、またはそれを用いたディスプレイ装置を実現できる。さらに、少ない数のＬＥＤでバックライト装置を実現できるので、低コストのバックライト装置、またはそれを用いたディスプレイ装置を実現できる。また、複数のＬＥＤ間での温度差を均一化することができるので、ＬＥＤ光出力のムラを少なくでき、ディスプレイ装置の画面の輝度ムラが少ないディスプレイ装置を実現できる。また、ＬＥＤの温度レベルを低く保つことができるので、長期的な信頼性が高いディスプレイ装置を実現できる。さらに、万一のファン故障などにおいても、ＬＥＤの温度をモニタリングして残ったファンの回転数を増速して冷却性能を確保できるので、冗長性の高いディスプレイ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態によるディスプレイ一体型電子装置の背面側からの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態によるディスプレイ一体型電子装置に用いるディスプレイ装置の背面側からの分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態によるディスプレイ一体型電子装置の背面側からの分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態によるディスプレイ一体型電子装置の背面側からの斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…ＬＥＤ
２…基板
５…液晶パネル
６，２１…受熱ジャケット
９，１０…ラジエータ
１１…ファン
１２…制御基板
１３…電源
１７…配管
１９…ＣＰＵ
２５…送液ポンプ
【図１】
0004717603.tif 000002
【図２】
0004717603.tif 000003
【図３】
0004717603.tif 000004
【図４】
0004717603.tif 000005