СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОГО ДИСПЛЕЯ
SYSTEM OF HEAT CONTROL FOR ELECTRONIC DISPLAY

Область техники, к которой относится изобретение
Примерные варианты осуществления в общем относятся к системам охлаждения и в частности к системам охлаждения для электронных дисплеев.
Предшествующий уровень техники
Проводящие и конвективные теплообменные системы для электронных дисплеев в общем стремятся отводить тепло от электронных компонентов в дисплее через максимально возможное количество боковых стенок дисплея. Для того чтобы это выполнять, системы предшествующего уровня техники полагались прежде всего на вентиляторы для перемещения внутреннего воздуха, находящегося внутри корпуса, мимо компонентов, подлежащих охлаждению, и наружу из дисплея. Эти компоненты в общем представляют собой источники электропитания. В некоторых случаях нагретый воздух перемещается в конвективном тепловом контакте с оребрением.
Хотя такие теплообменные системы в прошлом имели некоторый успех, усовершенствования дисплеев и новых применений дисплеев требуют еще больших возможностей охлаждения. В частности, охлаждающие устройства для электронных дисплеев предшествующего уровня техники обычно использовали конвективные системы рассеяния тепла, которые функционировали только для охлаждения заднего внутреннего участка дисплея. При использованиях вне помещений или в других теплых окружающих средах они непригодны, особенно когда лучистая теплопередача от солнца через переднюю поверхность дисплея становится основным фактором. Во многих применениях обычной является мощность, поступающая через переднюю поверхность дисплея, которая составляет 200 Вт или больше. Кроме того, рынок требует для дисплеев экранов больших размеров. С увеличением размеров экрана электронного дисплея и соответствующих размеров передней поверхности дисплея будет вырабатываться больше тепла и больше тепла будет передаваться в дисплеи. Кроме того, когда дисплеи используются в наружных средах, атмосферный воздух может содержать загрязнения (пыль, грязь, пыльцу, водяной пар, частицы износа рабочих поверхностей тормозных механизмов, песок, дым и т.д.), которые, если засасываются в дисплей для охлаждения внутреннего пространства, могут повреждать внутренние компоненты дисплея.
Современные дисплеи (особенно те, которые используют вне помещений) становятся все более яркими, с некоторыми задними подсветками, производящими 1,000-2,000 нит или больше. Чтобы производить такой уровень яркости, устройства освещения, такие как блоки CCFL (люминесцентных ламп с холодным катодом), LED (светоизлучающих диодов), органических LED и плазменные блоки, могут производить относительно большое количество тепла. Кроме того, устройства освещения требуют относительно большого количества энергии, чтобы генерировать необходимый уровень яркости. Это большое количество энергии в общем поставляется посредством одного или более источников электропитания для дисплея. Эти источники электропитания также могут стать существенным источником тепла для дисплея.
Большое колебание температуры является обычным при использовании устройств предшествующего уровня техники в наружных средах в условиях прямого солнечного света или в других тяжелых тепловых условиях. Такое температурное колебание оказывает негативное влияние и на срок службы, и на рабочие характеристики электронных компонентов в этих устройствах.
Сущность примерных вариантов осуществления
В то время как системы предшествующего уровня техники стремились отводить тепло только через стороны, не осуществляющие отображения, и задние компоненты электронного дисплея, предпочтительный вариант осуществления может также вызывать конвективную теплопередачу от лицевой поверхности блока изображения (от стороны, которая обращена к намеченному наблюдателю). Эти предпочтительные варианты осуществления могут содержать два отдельных пути потоков для газа через электронный дисплей. Первый путь потока может быть замкнутым контуром, а второй путь потока может быть разомкнутым контуром. Путь замкнутого контура проходит через переднюю поверхность блока изображения, продолжается к задней части дисплея, где он может входить в теплообменник, и, наконец, возвращается к передней поверхности блока изображения. Путь разомкнутого контура втягивает газ (например, атмосферный воздух) через заднюю часть дисплея (возможно, через теплообменник) и затем выпускает его из корпуса дисплея. Теплообменник может использоваться для того, чтобы передавать тепло из замкнутого контура в разомкнутый контур и выпускать из дисплея. Необязательно, разомкнутый контур также может нагнетаться позади блока изображения (иногда задней подсветки, в другие моменты времени OLED (органические светоизлучающие диоды) или другого типа блоки создания изображений) для охлаждения блока изображения и/или блока задней подсветки (если задняя подсветка необходима для определенного типа используемого дисплея). В примерном варианте осуществления может использоваться теплообменник с пересекающимися направлениями потоков.
Другие варианты осуществления относятся к системе, предназначенной для охлаждения следующих участков электронного дисплея, либо одного, либо в сочетании: (1) модуля (модулей) питания, (2) задней подсветки и (3) передней поверхности дисплея. Модули питания с блоками рассеивания тепла (например, охлаждающими пластинами и/или теплоотводами) можно использовать с некоторыми вариантами осуществления, в которых сторона модуля питания, содержащая блок рассеивания тепла, размещена на пути газа окружающей среды, в то время как сторона модуля питания, содержащая чувствительные электрические компоненты, остается в отдельной окружающей среде. Изолирующая конструкция может обеспечивать газовую изоляцию (и иногда изоляцию от твердых частиц/загрязнений) между этими двумя сторонами модулей питания. При охлаждении модулей питания с помощью разомкнутого контура газа окружающей среды замкнутый контур может использоваться или не использоваться.
Задние подсветки с передними и задними сторонами могут использоваться с некоторыми вариантами осуществления для жидкокристаллических дисплеев (ЖКД, LCD), в которых передняя сторона содержит устройства освещения, а задняя сторона содержит теплопроводящую поверхность для того, чтобы рассеивать тепло от устройств освещения. В идеале между передними и задними сторонами задних подсветок должен быть низкий уровень теплового сопротивления.
В других вариантах осуществления модули питания можно поместить в тепловой контакт со множеством теплопроводящих ребер, при этом ребра размещены на пути охлаждающего воздуха (иногда газа окружающей среды). Тепло от модулей питания распределяется по всем ребрам и отводится охлаждающим воздухом. Было обнаружено, что нагнетание воздуха в относительно узкие каналы, определяемые ребрами, улучшает возможность отводить тепло от модулей питания.
В другом варианте осуществления и модули питания, и задняя подсветка дисплея (или блок изображения) находятся в тепловом контакте с ребрами. Таким образом, единственный путь охлаждающего воздуха (иногда газа окружающей среды) может использоваться для охлаждения двух из самых теплых компонентов типичного электронного дисплея. Посредством примера, а не ограничения, в качестве устройств освещения для дисплеев ЖКД обычно используются матрицы из LED. Было обнаружено, что оптические свойства диодов LED (и других устройств освещения) могут изменяться в зависимости от температуры. Таким образом, когда LED подвергается воздействию комнатных температур, он может производить свет с определенной яркостью, длиной волны и/или цветовой температурой. Однако, когда тот же самый LED подвергается воздействию высоких температур, яркость, длина волны, цветовая температура и другие свойства могут изменяться. Таким образом, когда происходит изменение температуры вдоль задней подсветки LED (некоторые области находятся при более высокой температуре, чем другие), могут возникать оптические несогласованности вдоль задней подсветки, которые могут быть видимыми для наблюдателя. Благодаря использованию вариантов осуществления, представленных в данном описании, теплообразование может равномерно распределяться по ребрам и отводиться из дисплея. Это может предотвращать образование любых потенциальных «горячих точек» в задней подсветке, которые могут становиться видимыми для наблюдателя из-за изменения в оптических свойствах устройств освещения (иногда диодов LED, но не всегда). В других вариантах осуществления блок изображения (скорее чем задняя подсветка) находится в тепловом контакте с ребрами. Блок изображения может содержать электронный блок любой формы для генерирования изображения, включая, но не ограничиваясь этим: ЖКД, светоизлучающий диод (LED), органический светоизлучающий диод (OLED), дисплеи с автоэлектронной эмиссией (FED), светоизлучающие полимеры (LEP), плазменные дисплеи и любые другие дисплеи с плоским/тонким экраном.
Ребра могут обеспечивать изолированную камеру от остальной части дисплея так, чтобы для охлаждения ребер можно было засасывать и использовать атмосферный воздух. Это выгодно для ситуаций, в которых дисплей подлежит использованию в наружной среде и засасываемый воздух может содержать загрязнения (пыльцу, грязь, пыль, воду, дым и т.д.), которые могут повреждать чувствительные электронные компоненты дисплея.
Если задняя подсветка используется с конкретным применением дисплея, то можно использовать заднюю подсветку с передней и задней сторонами, при этом передняя сторона содержит устройства освещения, а задняя сторона содержит теплопроводящую поверхность для рассеивания тепла от устройств освещения. В идеале между передними и задними сторонами задних подсветок должен быть низкий уровень теплового сопротивления. Примерный вариант осуществления содержит PCB (печатную плату) с металлическим сердечником, с диодами LED на передней стороне и металлической поверхностью на задней стороне.
С помощью описанных ниже аспектов примерные варианты осуществления, представленные в данном описании, сделали возможным подходящее охлаждение для больших электронных дисплеев даже в условиях жаркого климата и размещения в условиях прямого солнечного света. Варианты осуществления также не требуют какой-либо формы кондиционера (хотя, если требуется, его можно использовать), и это уменьшает потребности в пространстве и электроэнергии для дисплея.
Вышеизложенные и другие признаки и преимущества примерных вариантов осуществления будут очевидны из последующего более подробного описания определенных вариантов осуществления изобретения, иллюстрируемых на прилагаемых чертежах.
Краткое описание чертежей
Лучше понять примерный вариант осуществления можно при прочтении последующего подробного описания и с помощью прилагаемых чертежей, на которых идентичные позиционные обозначения относятся к идентичным частям и на которых:
фиг. 1 - перспективное изображение типичного модуля питания;
фиг. 2 - перспективное изображение двух модулей питания, установленных внутри изолирующей конструкции;
фиг. 3 - перспективное изображение варианта осуществления, в котором охлаждающий воздух может использоваться для охлаждения модулей питания и блока задней подсветки;
фиг. 4 - перспективное изображение варианта осуществления, который подобен варианту осуществления, показанному на фиг. 3, за исключением того, что теперь теплоотвод используется с модулями питания;
фиг. 5 показывает перспективное изображение варианта осуществления, в котором между блоком задней подсветки и изолирующей конструкцией образовано множество каналов;
фиг. 7 показывает перспективное изображение в разрезе другого варианта осуществления, который использует теплопроводящую пластину и теплопроводящие ребра;
фиг. 8 показывает перспективное изображение в разрезе другого варианта осуществления, в котором ребра используются для распределения тепла от блока задней подсветки и его охлаждения;
фиг. 9 - перспективное изображение сзади варианта осуществления, в котором задняя крышка дисплея удалена;
фиг. 10A - перспективное изображение в разрезе другого варианта осуществления, показывающее каналы замкнутого контура и разомкнутого контура;
фиг. 10B - перспективное изображение в разрезе, подобное изображению, показанному на фиг. 10A, в котором задняя и боковые крышки удалены;
фиг. 11 - перспективное изображение в разрезе другого варианта осуществления, показывающее впускные и выпускные отверстия для газа окружающей среды, который используется только в пределах теплообменника, а не в дополнительных необязательных каналах; и
фиг. 12 - перспективное изображение в разрезе примерного варианта осуществления, в котором используется теплообменник с пересекающимися направлениями потоков, чтобы разделять блоки электропитания большой и малой мощности.
Подробное описание изобретения
Фиг. 1 показывает один вариант осуществления типичного модуля 7 питания, который может использоваться с некоторыми из вариантов осуществления, описанных в данном описании. Печатная плата 6 может быть прикреплена к модулю 7 питания и может содержать множество электронных компонентов 5, которые могут быть необходимыми для работы и управления модулем 7 питания. Эти электронные компоненты 5 могут включать в себя резисторы, конденсаторы, операционные усилители, монтажные жгуты, соединители и катушки индуктивности, но не ограничиваясь этим. Базовая плата 8 может быть прикреплена к модулю 7 питания и может действовать как блок рассеивания тепла для модуля 7 питания, так что тепло, которое образуется модулем 7 питания, передается к базовой плате 8. В некоторых вариантах осуществления может быть больше используемых компонентов, например контактная площадка, расположенная между модулем питания и базовой платой 8. Кроме того, как дополнительно обсуждается ниже, с базовой платой 8 может использоваться любой тип теплоотвода или сборки ребер, чтобы дополнительно улучшать ее термодинамические свойства. Также между базовой платой 8 и блоком теплоотвода могут быть размещены контактные площадки.
Фиг. 2 показывает два модуля питания, установленные внутри изолирующей конструкции 9, которая по существу предотвращает передачу газа и загрязнений между двумя сторонами модуля питания. Базовые платы 8 модулей питания показаны на стороне изолирующей конструкции 9, на которой охлаждающий воздух 4 окружающей среды предназначен для прохождения поверх базовых плат 8. Могут использоваться уплотнительные прокладки 11, чтобы обеспечивать газонепроницаемое (и/или непроницаемое для загрязнений) уплотнение между модулями питания и изолирующей конструкцией 9. Охлаждающий воздух 4 иногда втягивается из среды, окружающей дисплей. Эта окружающая среда может содержать вредные загрязнения, которые могут вызывать повреждения различных электрических компонентов в дисплее. Эти вредные загрязнения включают в себя: пыль, дым, пыльцу, водяной пар, другие вредные твердые частицы и другие вредные газы, но не ограничиваясь этим. Таким образом, одно из назначений изолирующей конструкции 9 состоит в том, чтобы предотвращать контакт охлаждающего воздуха 4 окружающей среды с некоторыми из чувствительных электронных компонентов дисплея, включая, но не ограничиваясь этим, электронные компоненты 5 (показанные на фиг. 1), которые требуются для работы и управления модулями питания. Благодаря установлению модулей питания внутри изолирующей конструкции 9 охлаждающий воздух 4 окружающей среды может втягиваться в корпус дисплея и нагнетаться поверх базовых плат 8 (и необязательно по теплоотводам и ребрам) для охлаждения модулей питания. Это может быть выполнено, не подвергая чувствительные электронные компоненты воздействию потенциально вредного охлаждающего воздуха 4 окружающей среды.
Фиг. 3 и 4 показывают варианты осуществления, в которых охлаждающий воздух 4 может использоваться для охлаждения модулей питания и блока 140 задней подсветки. Эти варианты осуществления показывают блок 140 задней подсветки, который содержит множество устройств 141 освещения (например, LED), которые смонтированы на печатной плате (PCB). В примерном варианте осуществления может использоваться PCB с металлическим сердечником или любая другая монтажная конструкция, которая может иметь относительно низкий уровень теплового сопротивления, чтобы тепло могло передаваться от устройств 141 освещения к задней поверхности блока 140 задней подсветки, откуда оно может отводиться посредством охлаждающего воздуха 4. Устройствами 141 освещения могут быть LED, галоген, CCFL или любое другое устройство, которое производит свет. Кроме того, блок задней подсветки, возможно, даже не является необходимым для некоторых вариантов осуществления, таких как плазменные дисплеи, дисплеи на основе OLED, LEP или FED. Однако эти типы дисплея также известны как вырабатывающие тепло и в которых охлаждение задней подсветки, описываемое в этой заявке, эти способы также могут быть применены к охлаждению задних поверхностей этих электронных блоков изображения. Таким образом, там, где показаны блоки задней подсветки, они могут быть заменены на плазменные, OLED, FED или LEP блоки изображения. Электронные компоненты 5 могут быть изолированы от охлаждающего воздуха 4 с помощью использования изолирующей конструкции 9.
Фиг. 4 показывает вариант осуществления, который подобен варианту осуществления, показанному на фиг. 3, за исключением того, что теплоотвод 12 теперь находится в тепловом контакте с модулями питания, чтобы дополнительно облегчать передачу тепла от модулей питания. Конечно, следует отметить, что доступны множество типов теплоотводов, которые изготавливают из множества различных материалов и которые имеют много различных типов конфигураций. В частности, предполагается, что любая форма теплоотвода может использоваться с различными вариантами осуществления и может использоваться для удовлетворения различным условиям функционирования.
Фиг. 5 показывает другой вариант осуществления, в котором между блоком 140 задней подсветки и изолирующей конструкцией 9 образовано множество каналов 15. Можно использовать разделители 16 каналов, чтобы отделять каждый канал 15 и обеспечивать конструктивную жесткость для всего блока. Разделители 16 каналов предпочтительно можно изготавливать из теплопроводящего материала так, чтобы они также могли осуществлять передачу тепла между блоком 140 задней подсветки и изолирующей конструкцией 9. Теплопроводящий разделитель 16 каналов также может удалять тепло либо от блока 140 задней подсветки, либо от изолирующей конструкции 9 и может рассеивать тепло в воздух, перемещающийся по каналу 15. Таким образом, некоторые разделители 16 каналов могут содержать оребрение или теплоотводы, чтобы облегчать теплопередачу к воздуху, перемещающемуся по каналу 15.
Фиг. 6 показывает вид внизу единственного канала 15, который содержит теплоотвод 12 для модуля питания, установленного внутри изолирующей конструкции 9. Некоторые каналы 15 могут содержать модули питания, а другие могут их не содержать. Для того чтобы втягивать воздух через канал 15 для охлаждения теплоотвода 12 (если он используется) и разделителей 16 каналов (если они теплопроводящие), так же как задней подсветки 140 (или блока LED для светодиодного дисплея), может использоваться вентилятор 17 канала. Каждый канал 15 может содержать один или более вентиляторов 17 канала. Некоторые каналы могут вообще не содержать вентилятор, а могут полагаться исключительно на естественную конвекцию, позволяя теплу увеличиваться и выходить из канала. Как будет подробно обсуждаться ниже, вентиляторы могут быть размещены в блоке дисплея где угодно и могут использоваться для того, чтобы втягивать воздух через каналы, проталкивать воздух через каналы или и для того, и для другого.
В то время как дисплей находится в процессе работы, вентиляторы 17 канала могут работать непрерывно. В качестве альтернативы, в каждый канал могут быть помещены термочувствительные устройства (не показаны) и использоваться для измерения температуры внутри канала или любого из компонентов канала (блока задней подсветки или дисплея, изолирующей конструкции или разделителей каналов). Основываясь на данных, полученных от этих термочувствительных устройств, могут быть вовлечены по выбору различные вентиляторы в зависимости от того, для какого канала требуется охлаждение. Таким образом, вентиляторы 17, которые втягивают воздух через каналы 15, содержащие модули питания, могут работать чаще или на более высоких скоростях вращения из-за большего количества тепла, поступающего от модулей питания. Кроме того, каналы, которые содержат модули питания, для охлаждения канала могут содержать более крупные вентиляторы или множество вентиляторов.
Фиг. 7 показывает другой вариант осуществления, в котором используется теплопроводящая пластина 10 и ребра 18. В одном варианте осуществления базовая плата 8 модуля питания может находиться в тепловом контакте с теплопроводящей пластиной 10. В других вариантах осуществления базовая плата 8 может не использоваться и вместо этого модуль 7 питания может находиться в прямом тепловом контакте с теплопроводящей пластиной 10. Из-за теплопроводящей природы пластины 10 и ребер 18 и теплового контакта между ними тепло, которое производится модулями питания, может распределяться по всей пластине 10 и всем ребрам 18. В примерном варианте осуществления путь охлаждающего воздуха 20 (газа окружающей среды) используется для отведения тепла, которое накапливается на пластине 10 и ребрах 18. В качестве альтернативы, также может использоваться процесс естественной конвекции, чтобы позволять теплу выходить из пластины 10 и ребер 18.
Для того чтобы устанавливать электронные блоки, такие как PCB, накопители на жестких дисках, панели синхронизации и управления, катушки индуктивности и даже модули питания, если требуется, могут использоваться множество монтажных клемм. Монтажные клеммы также могут быть теплопроводящими, чтобы тепло, которое вырабатывается этими электронными блоками, также могло передаваться к пластине 10 и ребрам 18 и отводиться охлаждающим воздухом 20.
В примерном варианте осуществления пластина 10 может обеспечивать барьер для газа и загрязнений между стороной, содержащей ребра 18 (и охлаждающий воздух 20), и стороной, содержащей монтажные клеммы, модули питания и любые другие электронные блоки. Если пластина 10 обеспечивает соответствующий барьер, атмосферный воздух может засасываться в качестве охлаждающего воздуха 20 и риск проникновения загрязнений на сторону пластины 10, содержащий чувствительные электронные компоненты, может быть уменьшен или исключен. Впускное отверстие 25 может использоваться для того, чтобы принимать охлаждающий воздух 20 и направлять его вдоль ребер 18.
Ребра 18, показанные в этом варианте осуществления, имеют полое прямоугольное сечение, но это не является необходимым. Другие варианты осуществления могут содержать ребра с двутавровым профилем, с сечениями в виде полых квадратов, с сечениями в виде тела с прямоугольными гранями или тела с квадратными гранями, T-образными сечениями, Z-образными сечениями, с сечением гофрированного гнутого профиля, или с сотообразным сечением, или с любой их комбинацией или композицией. Предпочтительно, чтобы ребра 18 были теплопроводящими. В некоторых вариантах осуществления для изготовления ребер 18 может использоваться металл.
Фиг. 8 показывает другой вариант осуществления, в котором ребра 18 используются для распределения тепла от блока задней подсветки и его охлаждения. Блок задней подсветки в этом варианте осуществления включает в себя множество устройств 32 освещения, которые установлены на теплопроводящей подложке 30. В примерном варианте осуществления устройствами 32 освещения могут быть LED, а теплопроводящей подложкой 30 может быть PCB и более предпочтительно PCB с металлическим сердечником. На поверхности теплопроводящей подложки 30, которая обращена к ребрам 18, может быть теплопроводящая поверхность 35. В примерном варианте осуществления теплопроводящая поверхность 35 может быть металлической и более предпочтительно алюминиевой. Является предпочтительным, чтобы ребра 18 находились в тепловом контакте с задней поверхностью 35 и чтобы задняя поверхность 35 находилась в тепловом контакте с теплопроводящей подложкой 30. Однако в некоторых вариантах осуществления теплопроводящая подложка 30 может содержать традиционные материалы PCB, а не PCB с металлическим сердечником или любые материалы с высокой теплопроводностью. Наиболее предпочтительным является, чтобы между устройствами 32 освещения и ребрами 18 был низкий уровень теплового сопротивления. Охлаждающий воздух 20 снова может нагнетаться вдоль ребер 18, чтобы отводить тепло от блока задней подсветки. Конечно, это также может происходить через естественную конвекцию, но более эффективное охлаждение обычно наблюдается при использовании нагнетаемой конвекции. Блок изображения (такой, как дисплей OLED, в котором задняя подсветка может не использоваться) также может использоваться вместо блока задней подсветки для охлаждения блока изображения.
Как было отмечено выше, многие устройства освещения (особенно диоды LED и OLED) могут иметь эксплуатационные характеристики, которые изменяются в зависимости от температуры. Когда «горячие точки» присутствуют внутри блока задней подсветки или освещения, эти горячие точки могут приводить к неоднородностям в получающемся изображении, которые могут быть видимыми для конечного пользователя. Таким образом, с вариантами осуществления, описанными в данном описании, тепло, которое может вырабатываться блоком задней подсветки, может распределяться по различным ребрам и по всем теплопроводящим поверхностям, чтобы устранять горячие точки и охлаждать заднюю подсветку.
В примерном варианте осуществления ребра 18 могут использоваться для охлаждения и блока задней подсветки, и модулей питания. В дополнительном примерном варианте осуществления ребра 18 также могут использоваться для охлаждения любых дополнительных электронных блоков посредством их размещения в тепловом контакте с теплопроводящей пластиной 10. Таким образом, с ребрами 18 в центральном расположении, «передняя сторона» может быть направлена к намеченному наблюдателю дисплея, в то время как «задняя сторона» будет на противоположной стороне от намеченного наблюдателя. Поэтому передняя сторона ребер 18 может быть в тепловом контакте с блоком задней подсветки (или другим блоком освещения или блоком создания изображений), а задняя сторона ребер будет в тепловом контакте с задней пластиной (то есть с теплопроводящей пластиной 10). Тогда для охлаждения внутреннего пространства дисплея может использоваться единственный путь охлаждающего воздуха, в то время как различные горячие точки могут распределять тепло по всем ребрам и другим теплопроводящим поверхностям, чтобы обеспечивать наиболее эффективное охлаждение. Это может быть выполнено без необходимости подвергать чувствительные электрические компоненты воздействию загрязнений и/или твердых частиц газа окружающей среды.
Фиг. 9 показывает задний участок примерного электронного дисплея 100, в котором задняя крышка для корпуса дисплея удалена, чтобы показать внутренние компоненты. В этом варианте осуществления блоки 102 и 103 вентиляторов для замкнутого контура циркулирующего газа могут быть размещены вдоль двух противоположных краев теплообменника 101. Предпочтительно блок 102 вентилятора является входом для теплообменника, а блок 103 вентилятора является выходом для теплообменника 101. Однако, необязательно, эти блоки могут быть инвертированы таким образом, чтобы блок 103 вентилятора являлся входом, а блок 102 вентилятора являлся выходом. Кроме того, оба блока 102 и 103 не являются необходимыми. Некоторые варианты осуществления могут использовать только один блок вентилятора для замкнутого контура циркулирующего газа. Если используется только один блок вентилятора, предпочтительно размещать этот блок вентилятора на входе теплообменника 101, чтобы циркулирующий газ «вытягивался» через переднюю сторону блока изображения и проталкивался через теплообменник 101. Однако это не является необходимым; в других вариантах осуществления изолированный газ может вытягиваться через теплообменник 101. В других вариантах осуществления изолированный газ может проталкиваться через переднюю сторону блока изображения. Блоки 104 и 105 вентиляторов для разомкнутого контура газа окружающей среды могут быть размещены вдоль двух противоположных краев корпуса дисплея. Снова оба блока 104 и 105 не являются необходимыми, поскольку в некоторых вариантах осуществления может использоваться только один блок, и блоки вентиляторов разомкнутого контура могут использовать в конструкции проталкивания или втягивания. Поэтому, когда делается ссылка на размещение различных блоков вентиляторов, термины «проталкивать», «вытягивать», «всасывать» и «нагнетать» могут использоваться взаимозаменяемым образом и любая ориентация может использоваться с различными вариантами осуществления, представленными в данном описании.
Циркулирующий газ, который нагнетается с помощью блоков вентиляторов замкнутого контура, прежде всего циркулирует вокруг дисплея. Например, циркулирующий газ перемещается в контуре, в котором он контактирует с передней поверхностью блока изображения (см. фиг. 10A-10B), и передает тепло от блока изображения к циркулирующему газу. Затем циркулирующий газ предпочтительно направляется (или вытягивается, или нагнетается и т.д.) в теплообменник 101, чтобы передавать тепло от циркулирующего газа к газу окружающей среды. Впоследствии, циркулирующий газ выходит из теплообменника 101 и может возвращаться к передней поверхности блока изображения. Циркулирующий газ также может проходить поверх некоторых электронных компонентов 110, чтобы удалять тепло также из этих устройств. Электронные компоненты 110 могут быть любыми компонентами или блоками, используемыми для манипулирования дисплеем, включая, но не ограничиваясь этим: трансформаторы, печатные платы, резисторы, конденсаторы, батареи, модули питания, двигатели, катушки индуктивности, устройства освещения, межсоединения и монтажные жгуты, источники света, термоэлектрические устройства и переключатели. В некоторых вариантах осуществления электрические компоненты 110 также могут включать в себя нагреватели, когда блок дисплея может использоваться в окружающих средах холодного климата.
Чтобы охлаждать циркулирующий газ (а также, необязательно, охлаждать блоки задней подсветки или блоки изображения, как представлено выше), газ окружающей среды засасывается в корпус дисплея блоком 104 и/или 105 вентилятора разомкнутого контура. Газ окружающей среды может быть просто атмосферным воздухом, который окружает дисплей 100. В некоторых вариантах осуществления газ окружающей среды может быть кондиционирован до всасывания в дисплей с помощью одного или более блоков кондиционирования воздуха (не показаны). Как только газ окружающей среды засасывается в дисплей, он может быть направлен (или нагнетен) в теплообменник 101 и, необязательно, также через заднюю поверхность блока задней подсветки или блока изображения (см. фиг. 10A-10B), или даже ребра/каналы, как показано выше, или через модули питания, как показано выше. При использовании теплообменника 101, тепло передается от циркулирующего газа к газу окружающей среды. Затем нагретый газ окружающей среды удаляется из корпуса дисплея.
Хотя это не является необходимым, предпочтительно, чтобы циркулирующий газовый и газ окружающей среды не смешивались. В предпочтительном варианте осуществления теплообменник 101 может быть теплообменником с пересекающимися направлениями потоков. Однако известны множество типов теплообменников, и они могут использоваться с любым из вариантов осуществления, представленных в данном описании. Теплообменник 101 может быть теплообменником с пересекающимися направлениями потоков, с параллельными потоками или с перекрестными потоками («трубка внутри трубки» или иначе). В примерном варианте осуществления теплообменник 101 может быть с пересекающимися направлениями потоков, и он может состоять из множества расположенный друг над другом слоев тонких пластин. Пластины могут иметь гофрированную или сотообразную конструкцию, в которой множество проходов или каналов проходят вниз по пластине в продольном направлении. Пластины могут быть сложены так, что направления проходов чередуются с каждой смежной пластиной, так что проходы каждой пластины являются по существу перпендикулярными проходам смежных пластин. Таким образом, газ может входить в теплообменник только через пластины, проходы или каналы которых проходят параллельно пути прохождения газа. Поскольку пластины чередуются, газы замкнутого контура и окружающей среды могут перемещаться в пластинах, которые являются смежными друг с другом, и тепло может передаваться между этими двумя газами без смешивания самих газов (если теплообменник соответствующим образом герметизирован, что является предпочтительным, но не обязательным).
В альтернативной конструкции в промежутке между парами снабженных каналами или сотообразных пластин может быть размещен открытый зазор. Открытый зазор может проходить в направлении, которое перпендикулярно каналам пластин. Этот открытый зазор может быть создан с помощью двух полос материала или ленты (особенно ленты клеевого соединения с очень высокой прочностью (VHB)) между двумя противоположными краями пластин в направлении, которое перпендикулярно направлению каналов в смежных пластинах. Таким образом, газ может проходить через открытый зазор (параллельный полосам или ленте), но не может проходить через открытый зазор в направлении, которое перпендикулярно полосам или ленте (параллельно каналам смежных пластин).
Другие типы теплообменников с пересекающимися направлениями потоков могут включать в себя множество трубок, которые содержат первый газ и проходят перпендикулярно пути прохождения второго газа. Когда второй газ протекает поверх трубок, содержащих первый газ, между этими двумя газами происходит теплообмен. Очевидно, что существует много типов теплообменников с пересекающимися направлениями потоков, и любой тип может работать с вариантами осуществления, представленными в данном описании.
Примерный теплообменник может иметь пластины, у которых боковые стенки являются относительно тонкими, так что можно легко осуществлять теплообмен между двумя путями прохождения газа. Для создания теплообменника можно использовать множество материалов. Предпочтительно используемый материал должен быть коррозионно-устойчивым, устойчивым к гниению, иметь легкий вес и быть недорогим. Для теплообменников обычно используются металлы из-за их высокой теплопроводности. Однако было обнаружено, что пластмассы и композиционные материалы также могут удовлетворять условиям теплового режима для электронных дисплеев. В примерном варианте осуществления можно использовать полипропилен в качестве материала, предназначенного для конструирования пластин для теплообменника. Было найдено, что, хотя полипропилен может походить на плохой проводник тепла, большая величина площади поверхности относительно маленькой толщины материала приводит к полному тепловому сопротивлению, которое является низким. Таким образом, примерный теплообменник может быть сделан из пластмассы, и, таким образом, можно производить блок дисплея, который является тонким и легким. В частности, для каждого слоя пластины может использоваться гофропласт (гофрируемая пластмасса) или сотопласт (сотообразная пластмасса).
Как упомянуто выше, блоки и проточного, и вытяжного вентиляторов для этих вариантов осуществления не являются необходимыми. В качестве альтернативы, для каждого контура может использоваться только один блок вентилятора. Таким образом, с замкнутым контуром может использоваться только блок проточного вентилятора, а с разомкнутым контуром может использоваться только блок вытяжного вентилятора. В качестве альтернативы, один из контуров может иметь оба блока и проточного, и вытяжного вентилятора, в то время как у другого контура имеется только либо проточный, либо вытяжной блок.
Газ, используемый в обоих контурах, может быть любым из множества газообразных веществ. В некоторых вариантах осуществления в качестве газа для обоих контуров может использоваться воздух. Предпочтительно газ, который перемещается через замкнутый контур, должен быть в значительной степени чистым, чтобы, когда он проходит перед блоком изображения, он не влиял на внешний вид изображения для наблюдателя. Газ, который перемещается по замкнутому контуру, также должен быть по существу свободным от загрязнений и/или твердых частиц (например, пыли, грязи, пыльцы, водяного пара, дыма и т.д.), чтобы предотвращать отрицательное воздействие на качество изображения и повреждение внутренних электронных компонентов. Также может быть предпочтительным поддерживать газ в пределах разомкнутого контура свободным от загрязнений. Может использоваться необязательный фильтр (не показан), чтобы гарантировать, что воздух (либо в замкнутом, либо в разомкнутом контуре) остается свободным от загрязнений. Однако в примерном варианте осуществления разомкнутый контур может быть разработан так, чтобы загрязнения, возможно, присутствовали в газе окружающей среды, но это не оказывало вредное воздействие на дисплей. В этих вариантах осуществления теплообменник (и необязательный путь позади блока изображения или задней подсветки или через ребра) должным образом герметизирован так, чтобы любые загрязнения в газе окружающей среды не могли попасть к чувствительным участкам дисплея. Таким образом, в этих примерных вариантах осуществления засасывание атмосферного воздуха для газа окружающей среды, даже если атмосферный воздух содержит загрязнения, не будет оказывать вредное воздействие на дисплей. Это может быть особенно выгодно, когда дисплей используется в наружных средах или внутренних средах, в которых в атмосферном воздухе присутствуют загрязнения.
Фиг. 10A показывает сечение другого варианта осуществления дисплея 200. На этом чертеже задняя крышка 250 и боковые крышки 251 и 252 показаны для иллюстрирования одного способа герметизации всего дисплея 200. Блок 220 изображения показан вблизи от передней стороны дисплея 200. Как обсуждалось выше, блок 220 изображения может содержать электронный блок любой формы для генерирования изображения, включая, но не ограничиваясь этим: ЖКД, светоизлучающие диоды (LED), органические светоизлучающие диоды (OLED), дисплеи с автоэлектронной эмиссией (FED), светоизлучающие полимеры (LEP), плазменные дисплеи и любые другие дисплеи с плоским/тонким экраном. Передняя поверхность 221 дисплея размещена перед блоком 220 изображения, определяя канал 290, по которому может протекать циркулирующий газ. Передняя поверхность 221 дисплея может быть любым прозрачным материалом (стекло, пластмасса или композиционный материал), и она может содержать несколько слоев для поляризации света, уменьшения бликов или отражений и защиты внутренних компонентов дисплея. В примерном варианте осуществления передняя поверхность 221 дисплея может содержать две стеклянные панели, которые изготовлены в виде слоистой структуры с оптическим клеем (предпочтительно с согласующимся показателем преломления). Кроме того, к одной из стеклянных панелей может быть прикреплен поляризующий слой, чтобы уменьшать внутренние отражения и солнечную нагрузку на блок 220 изображения. Самым предпочтительным является то, что поляризующий слой прикреплен к внутренней поверхности передней поверхности 221 дисплея (обращенной к каналу 290 замкнутого контура) и также содержит просветляющее (AR) покрытие.
Для варианта осуществления, показанного на фиг. 10A, блок 220 изображения может быть ЖКД, объединенным с блоком 222 задней подсветки. Для некоторых задних подсветок можно использовать люминесцентные лампы с холодным катодом (CCFL), чтобы производить освещение, необходимое для генерирования изображения. В примерном варианте осуществления блок 222 задней подсветки может содержать печатную плату (PCB) с множеством LED (светоизлучающих диодов) на передней поверхности. Как обсуждалось выше, примерный вариант осуществления может иметь низкий уровень теплового сопротивления между передней поверхностью блока 222 задней подсветки и задней поверхностью 223 задней подсветки. С этой целью может использоваться металлическая PCB. Задняя поверхность 223 задней подсветки может содержать теплопроводящий материал, такой как металл. Примерным материалом для задней поверхности 223 может быть алюминий. Вторая поверхность (или пластина) 224 может быть размещена в непосредственной близости позади задней поверхности 223 блока 222 задней подсветки. Пространство между задней поверхностью 223 задней подсветки и второй поверхностью 224 может определять дополнительный необязательный канал 225 разомкнутого контура, через который может проходить газ окружающей среды для охлаждения блока 222 задней подсветки. Этот канал 225 разомкнутого контура может быть подобен каналу 15, показанному выше, за исключением того, что канал 225 разомкнутого контура может быть более узким.
Фиг. 10B показывает такой же вид в разрезе, как фиг. 10A, с удаленными задней крышкой 250 и боковыми крышками 251 и 252 и воздушными потоками закрытого и разомкнутого контура, показанными для пояснительных целей. Блок 202 вентилятора замкнутого контура используется для того, чтобы приводить в движение циркулирующий газ 210 по замкнутому контуру. Первый блок 203 вентилятора разомкнутого контура может использоваться для втягивания газа 211 окружающей среды через теплообменник 201. Необязательно, второй блок 204 вентилятора разомкнутого контура может использоваться для втягивания газа окружающей среды 212 через необязательный канал 225 для охлаждения блока 222 задней подсветки. Необязательный второй блок 204 вентилятора разомкнутого контура также может использоваться для того, чтобы выпускать газ окружающей среды, который перемещается через теплообменник 201 и по каналу 225. Если второй блок 204 вентилятора разомкнутого контура не используется, первый блок 203 вентилятора разомкнутого контура может использоваться для того, чтобы выпускать газ 211 окружающей среды, который прошел через теплообменник 201.
Как отмечено выше, в примерном варианте осуществления газ окружающей среды не смешивается с циркулирующим газом. Для качества изображения может быть важно, чтобы циркулирующий газ оставался свободным от твердых частиц и загрязнений, поскольку этот газ перемещается перед блоком 220 изображения. Так как газ для разомкнутого контура может содержать различные загрязнения, предпочтительный вариант осуществления должен быть соответствующим образом герметизирован, чтобы предотвращать смешивание газа из этих двух контуров. Однако это не является необходимым, поскольку фильтры (либо съемные, либо постоянные) могут использоваться для того, чтобы сводить к минимуму воздействие твердых частиц и для разомкнутого, и для замкнутого контуров.
Фиг. 11 представляет перспективное изображение в разрезе другого варианта осуществления блока 600 дисплея, показывающего впускное 60 и выпускное 65 отверстия для газа 20 окружающей среды. Впускное отверстие 60 может содержать экран или фильтр (съемный или постоянный), чтобы удалять любые твердые частицы (хотя это может не являться необходимым). Один или более вентиляторов 50 могут использоваться для того, чтобы втягивать газ 20 окружающей среды во впускное отверстие 60 и через теплообменник 201. В этом варианте осуществления газ 20 окружающей среды втягивается только через теплообменник 201, а не через какие-либо дополнительные необязательные каналы или ребра. Этот вариант осуществления может использоваться, когда блок 80 дисплея (или блок задней подсветки) не требует дополнительного охлаждения для дополнительного канала. В качестве примера, а не посредством ограничения, этот вариант 600 осуществления может использоваться, когда в качестве блока 80 изображения используются OLED. Кроме того, этот вариант 600 осуществления может использоваться, когда задняя подсветка ЖКД не образует большое количество тепла, потому что она не должна быть чрезвычайно яркой (возможно, потому что она не используется в условиях прямого солнечного света). Помимо этого данный вариант осуществления может использоваться, когда газ 20 окружающей среды содержит твердые частицы или загрязнения, которые могут повредить дисплей. В этих ситуациях может потребоваться ограничивать воздействие на дисплей газа 20 окружающей среды. Таким образом, в этих ситуациях может потребоваться засасывать газ 20 окружающей среды только в теплообменник 201, а не через какие-либо дополнительные каналы охлаждения.
В некоторых вариантах осуществления газ 20 окружающей среды может быть кондиционирован (или в противном случае охлажден) прежде, чем он будет направлен в теплообменник 201. Передняя поверхность 221 дисплея может использоваться для того, чтобы образовывать предшествующую (переднюю) стенку канала 290 и/или защищать блок 80 изображения от повреждений. Примерная передняя поверхность 221 дисплея может быть стеклянной. Другой вариант осуществления для передней поверхности 221 дисплея может представлять собой две стеклянные панели, которые изготовлены в виде слоистой структуры с использованием оптического клея. Солнечная нагрузка (лучистая теплопередача от солнца через переднюю поверхность 221 дисплея может привести к теплообразованию в блоке 80 изображения (например, в блоке OLED или ЖКД). Это тепло может быть передано циркулирующему газу, в котором это тепло затем может быть передано газу 20 окружающей среды и удалено из дисплея. Блок изображения может быть любым из следующих: ЖКД, блока плазменного дисплея, OLED, блока светоизлучающего полимера (LEP), блока органического электролюминесцентного дисплея (OEL) или блока светодиодного дисплея.
Фиг. 12 показывает примерный вариант осуществления, в котором циркулирующий газ 400 нагнетается между передней поверхностью 221 дисплея и блоком 80 изображения и затем через теплообменник 201, чтобы отводить по меньшей мере часть тепла, поглощенного от блока 80 изображения и передней поверхности 221 дисплея. Циркулирующий газ 400 может приводиться в движение блоком 410 вентилятора замкнутого контура. Теплообменник 201 может принимать циркулирующий газ 400 в одном направлении, в то же время принимая газ 310 окружающей среды по существу в перпендикулярном направлении, так что между этими двумя газами может осуществляться теплопередача.
В этом варианте осуществления необязательный дополнительный поток газа 300 окружающей среды принимается через впускное отверстие 350 и направляется по каналу 225 для охлаждения заднего участка блока 80 изображения (возможно, задней подсветки). Этот вариант осуществления использует ряд ребер 18, подобных конструкциям, показанным выше на фиг. 7 и 8. Этот вариант осуществления также использует теплопроводящую пластину 10, подобную теплопроводящей пластине, показанной на фиг. 7. Когда используется этот необязательный дополнительный поток газа 300 окружающей среды, предпочтительно, чтобы предшествующая (передняя) поверхность 500 канала 225 была теплопроводящей и предпочтительно находилась в тепловом контакте по меньшей мере с участком (предпочтительно задним участком) блока 80 изображения. Впускное отверстие 350 может принимать оба потока газа 310 и 300 окружающей среды, или для каждого потока газа 310 и 300 могут быть отдельные впускные отверстия.
Подобно некоторым из ранее описанных вариантов осуществления, циркулирующий газ 400 также проходит поверх электронных блоков, чтобы принимать тепло от этих электронных блоков. В этом примерном варианте осуществления электронные блоки были разделены теплообменником 201 на две группы. Первую группу электронных блоков 900 можно рассматривать как блоки большой мощности, и они могут включать в себя, но не ограничиваясь этим: модули питания, катушки индуктивности, трансформаторы и другие связанные с питанием устройства. Вторую группу электронных блоков 910 можно рассматривать как маломощные блоки, и они могут включать в себя, но не ограничиваясь этим: панели синхронизации и управления, накопители на жестких дисках и другие устройства хранения данных, видеокарты, программные драйверы, микропроцессоры и другие управляющие устройства. Специалистам в данной области техники должно быть известно, что некоторые электронные блоки большой мощности могут вызывать взаимные электрические помехи с другими электронными блоками, которые могут быть чувствительными к электрическим помехам. Таким образом, в показанном примерном варианте осуществления, теплообменник 201 используется для отделения электронных блоков 910 более низкой мощности от электронных блоков 900 большой мощности, чтобы гарантировать минимальную величину взаимных электрических помех между ними. Кроме того, некоторые электронные блоки 900 большой мощности, как известно, также вырабатывают тепло. Это тепло может быть передано циркулирующему газу 400 до введения этого газа в теплообменник 201. В показанном примерном варианте осуществления атмосферный воздух может засасываться в качестве газа 310 окружающей среды, и существует лишь небольшой риск повреждения электрических блоков 910 и 900, потому что газ 310 окружающей среды предпочтительно никогда не контактирует с этими электрическими блоками. Однако электрические блоки 910 и 900 будут оставаться холодными (так же как чистыми и сухими) благодаря поперечному течению циркулирующего газа 400.
Система охлаждения, описанная в данном описании, может работать непрерывно. Однако, если требуется, в электронный дисплей могут быть включены термочувствительные устройства (не показаны), чтобы обнаруживать, когда температуры достигают предварительно определенного порогового значения. В таком случае, когда температура в дисплее достигает предварительно определенного значения, по выбору могут быть задействованы различные вентиляторы. Могут быть выбраны предварительно определенные пороговые значения, и система может быть выполнена с возможностью благоприятно поддерживать дисплей в пределах приемлемого диапазона температур. Для выполнения этой задачи могут использоваться типичные блоки термостатов. В качестве термочувствительных устройств могут использоваться термопары. Скорость вращения различных блоков вентиляторов также может изменяться в зависимости от температуры внутри дисплея.
В частности, следует отметить, что сущность и объем раскрытых вариантов осуществления предусматривают охлаждение любого типа электронного дисплея. Посредством примера, а не посредством ограничения, варианты осуществления могут использоваться в связи с любым устройством из следующих: ЖКД (всеми типами), светоизлучающими диодами (LED), органическими светоизлучающими диодами (OLED), дисплеем с автоэлектронной эмиссией (FED), светоизлучающим полимером (LEP), органическим электролюминесцентным дисплеем (OEL), плазменными дисплеями и любым другим типом дисплея с плоским/тонким экраном. Кроме того, варианты осуществления могут использоваться с дисплеями других типов, включая еще не открытые. В частности, предполагается, что система может хорошо подходить для использования с большими жидкокристаллическими (ЖКД) дисплеями с задней подсветкой LED и высокой разрешающей способностью (1080i или 1080р или больше). Хотя описанные в данном описании варианты осуществления хорошо подходят для наружных сред, они также могут быть подходящими для внутренних применений (например, для заводских/производственных сред, курортов, раздевалок, кухонь, ванных комнат), в которых температурная устойчивость дисплея может находиться в опасности.
Следует также отметить, что многообразные охлаждающие каналы, которые показаны на чертежах, могут быть показаны в горизонтальном или вертикальном расположении, но должно быть ясно, что предполагается, что они могут быть реверсированы или изменены в зависимости от конкретного варианта осуществления. Таким образом, замкнутый контур может проходить горизонтально или вертикально и в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки. Кроме того, разомкнутый контур также может быть горизонтальным или вертикальным и может проходить слева направо, справа налево и сверху донизу или снизу доверху.
При наличии показанных и описанных предпочтительных вариантов осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что могут быть сделаны множество изменений и модификаций, влияющих на описанное изобретение и все еще остающихся в рамках объема заявленного изобретения. Дополнительно, многие из элементов, указанных выше, могут быть изменены или заменены другими элементами, которые обеспечивают такой же результат и все еще находятся в пределах сущности заявленного изобретения. Следовательно, изобретение должно быть ограничено только указанным объемом формулы изобретения.