DE102019205029A1 - Display device with improved thermal management - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung (1) mit einem verbesserten Wärmemanagement. Die Anzeigevorrichtung (1) weist ein Display-Panel (10) und zumindest ein elektronisches Bauteil (12) für das Display-Panel (10) auf, das angrenzend an eine aktive Fläche (13) des Display-Panels (10) angeordnet ist. Die Anzeigevorrichtung (1) weist zudem ein wärmeleitendes Element (14) auf, das größer als das zumindest eine elektronische Bauteil (12) ist und das dazu ausgebildet ist, einen vom elektronischen Bauteil (12) erzeugten Wärmeeintrag flächig zu verteilen.The present invention relates to a display device (1) with improved thermal management. The display device (1) has a display panel (10) and at least one electronic component (12) for the display panel (10), which is arranged adjacent to an active surface (13) of the display panel (10). The display device (1) also has a heat-conducting element (14) which is larger than the at least one electronic component (12) and which is designed to distribute the heat input generated by the electronic component (12) over an area.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einem verbesserten Wärmemanagement, insbesondere mit einer verbesserten Entwärmung von elektronischen Bauteilen.The present invention relates to a display device with improved thermal management, in particular with improved cooling of electronic components.
Das Wärmemanagement in Anzeigevorrichtungen gewinnt in Anbetracht einer beständigen Steigerung der Prozessorleistung elektronischer Geräte, z.B. der Prozessoren von Smartphones, zunehmend an Bedeutung.Thermal management in display devices wins in view of a constant increase in the processing power of electronic devices, e.g. the processors of smartphones are becoming increasingly important.
Beispielsweise beschreibt
Allerdings heizen sich alle in Anzeigevorrichtungen derzeit genutzten Displaytypen unabhängig von den weiteren elektronischen Komponenten auch aufgrund interner Verluste signifikant gegenüber der Umgebung auf. Eine wesentliche Wärmequelle eines Displays sind die Treiber. Typischerweise sind die Treiber auf einem Glassubstrat des Displays angebracht, sie können aber auch auf einer Leiterplatte angeordnet sein, z.B. einer flexiblen Leiterplatte. Die Anzahl der Treiberelemente kann variieren. Eine weitere Wärmequelle bei Flüssigkristalldisplays (LCD: Liquid Crystal Display) ist die Hinterleuchtung, die z.B. in Form einer Anordnung von LEDs (LED: Light Emitting Diode; Leuchtdiode) realisiert sein kann. Konzeptbedingt können unter Umständen auch die Treiberbauteile für die Hinterleuchtung zu einem zusätzlichen Wärmeeintrag führen. Weitere Faktoren sind steigende Anforderungen an die Auflösung sowie die Farbsättigung von Displays, welche jeweils wiederum die Verlustleistung des Displays in die Höhe treiben.However, all display types currently used in display devices heat up significantly with respect to the environment, regardless of the other electronic components, also due to internal losses. The drivers are an essential source of heat in a display. Typically the drivers are mounted on a glass substrate of the display, but they can also be mounted on a circuit board, e.g. a flexible printed circuit board. The number of driver elements can vary. Another source of heat in liquid crystal displays (LCD: Liquid Crystal Display) is the backlighting, e.g. can be implemented in the form of an arrangement of LEDs (LED: Light Emitting Diode; light emitting diode). Due to the concept, the driver components for the backlighting can also lead to additional heat input. Further factors are increasing demands on the resolution and the color saturation of displays, which in turn drive up the power loss of the display.
Eine starke Wärmeentwicklung der Treiberbauteile, gegebenenfalls kombiniert mit der Wärmeentwicklung der Hinterleuchtung, führt zu einer signifikanten Erwärmung der optischen Komponenten des Displays, z.B. optische Folien oder Polarisationsfilter. Diese Temperaturerhöhung kann im ungünstigsten Fall zu einer Schädigung der optischen Komponenten führen.A strong heat development of the driver components, possibly combined with the heat development of the backlighting, leads to a significant heating of the optical components of the display, e.g. optical foils or polarizing filters. In the worst case, this increase in temperature can lead to damage to the optical components.
Des Weiteren tritt eine erhebliche Wärmeentwicklung auf der Displayoberfläche bzw. Glasoberfläche auf. Diese heißen Stellen auf der Glasoberfläche im Bereich der Treiberbauteile sind gerade bei Displayanwendung mit Touch-Funktion nicht erwünscht, bzw. führen bei Berührung zu unangenehmen Effekten für den Benutzer.Furthermore, a considerable amount of heat develops on the display surface or the glass surface. These hot spots on the glass surface in the area of the driver components are undesirable, especially when using a display with a touch function, or if they are touched they lead to unpleasant effects for the user.
Aufgrund der starken lokalen Erhitzung muss zum Schutz der verwendeten Materialien bzw. zur Gewährleistung des Komforts für den Benutzer gegebenenfalls ein frühzeitiges Herunterregeln der Helligkeit erfolgen. Erhöhte Helligkeitsanforderungen der Kunden und der damit verbundene Leistungseintrag ins System sind ohne zusätzliche Maßnahmen mit dem aktuellen Stand der Technik nicht mehr zu realisieren.Due to the strong local heating, the brightness may have to be turned down early to protect the materials used and to ensure comfort for the user. Increased brightness requirements of customers and the associated performance input into the system can no longer be achieved without additional measures with the current state of the art.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anzeigevorrichtung mit einem verbesserten Wärmemanagement bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide a display device with improved thermal management.
Diese Aufgabe wird durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a display device with the features of
Erfindungsgemäß weist eine Anzeigevorrichtung auf:
- - ein Display-Panel;
- - zumindest ein elektronisches Bauteil für das Display-Panel, das angrenzend an eine aktive Fläche des Display-Panels angeordnet ist; und
- - ein wärmeleitendes Element, das größer als das zumindest eine elektronische Bauteil ist und das dazu ausgebildet ist, einen vom elektronischen Bauteil erzeugten Wärmeeintrag flächig zu verteilen.
- - a display panel;
- - At least one electronic component for the display panel, which is arranged adjacent to an active surface of the display panel; and
- a thermally conductive element which is larger than the at least one electronic component and which is designed to distribute a heat input generated by the electronic component over a large area.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird ein zusätzliches wärmeleitendes bzw. wärmeverteilendes Element auf das wärmeproduzierende elektronische Bauteil aufgebracht. Das wärmeleitende Element besteht aus einem geeigneten Material mit hohem Wärmeleitwert, z.B. aus pyrolytischem Graphit [1]. Durch die gegenüber dem elektronischen Bauteil großflächige Aufbringung wird der Wärmeeintrag gleichmäßiger verteilt und die Temperatur an den elektronischen Bauteilen reduziert. Durch die sich daraus ergebende verbesserte Entwärmung lassen sich höhere Leistungsdichten realisieren. Zudem wird der Temperaturbereich, in dem die Anzeigevorrichtung ohne aktive Kühlung auskommt, erweitert. Die erfindungsgemäße Lösung ist für alle Arten von Displayanwendungen nutzbar.In the solution according to the invention, an additional heat-conducting or heat-distributing element is applied to the heat-producing electronic component. The thermally conductive element is made of a suitable material with a high thermal conductivity, e.g. made of pyrolytic graphite [1]. Due to the large-area application compared to the electronic component, the heat input is distributed more evenly and the temperature on the electronic components is reduced. The resulting improved cooling enables higher power densities to be achieved. In addition, the temperature range in which the display device manages without active cooling is expanded. The solution according to the invention can be used for all types of display applications.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das zumindest eine elektronische Bauteil ein Treiber oder ein Beleuchtungselement. Das zumindest eine elektronische Bauteil kann beispielsweise auf einem Substrat des Display-Panels, einer Leiterplatte für das Display-Panel oder einer Leiterplatte einer Beleuchtungsbaugruppe angeordnet sein. Treiber und Beleuchtungselemente sind die wesentlichen Wärmequellen, die in aktuellen Anzeigevorrichtungen nicht bereits thermisch angebunden sind, sodass eine Entwärmung dieser Bauteile besonders empfehlenswert ist. Die Lösung ist aber auch anwendbar auf andere Komponenten mit Verlustwärme, die nicht im optischen Pfad liegen.According to one aspect of the invention, the at least one electronic component is a driver or a lighting element. The at least one electronic component can be arranged, for example, on a substrate of the display panel, a circuit board for the display panel or a circuit board of a lighting assembly. Drivers and lighting elements are essential Heat sources that are not already thermally connected in current display devices, so that cooling these components is particularly recommended. However, the solution can also be applied to other components with lost heat that are not in the optical path.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Anzeigevorrichtung ein Deckglas für das Display-Panel auf, wobei das zumindest eine elektronische Bauteil unterhalb des Deckglases angeordnet ist. Anzeigevorrichtungen sind insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich oftmals mit einem Deckglas versehen. Aufgrund der thermisch nicht leitenden Glasumgebung kommt es dabei ohne weitere Maßnahmen typischerweise zu einem Wärmestau. Unterhalb des Deckglas angeordnete wärmeproduzierende elektronische Bauteile können in diesem Fall heiße Stellen auf der Glasoberfläche verursachen. Diese werden insbesondere bei Displays mit Touch-Funktion vom Benutzer als störend empfunden und sollten daher vermieden werden. Eine Entwärmung dieser elektronischen Bauteile ist daher besonders sinnvoll, um eine für den Benutzer angenehme Bedienung der Anzeigevorrichtung zu gewährleisten.According to one aspect of the invention, the display device has a cover glass for the display panel, the at least one electronic component being arranged below the cover glass. Display devices are often provided with a cover glass, particularly for applications in the automotive sector. Because of the thermally non-conductive glass environment, heat build-up typically occurs without further measures. In this case, heat-producing electronic components arranged below the cover glass can cause hot spots on the glass surface. These are perceived by the user as annoying, especially in displays with a touch function, and should therefore be avoided. Heat dissipation from these electronic components is therefore particularly useful in order to ensure that the display device can be operated comfortably for the user.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung erstreckt sich das wärmeleitende Element über die gesamte Breite des Display-Panels, über die gesamte Rückseite des Display-Panels oder über zumindest einen Teil eines Gehäuses der Anzeigevorrichtung. Bei allen diesen Ausführungsformen wird eine besonders großflächige Verteilung des Wärmeeintrags erzielt, die Entwärmung der elektronischen Bauteile ist daher besonders effektiv.According to one aspect of the invention, the heat-conducting element extends over the entire width of the display panel, over the entire rear side of the display panel or over at least part of a housing of the display device. In all of these embodiments, a particularly large-area distribution of the heat input is achieved; the cooling of the electronic components is therefore particularly effective.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das wärmeleitende Element flexibel ausgestaltet. Beispielsweise kann als wärmeleitendes Element eine Folie aus pyrolytischem Graphit, Graphen oder Metall verwendet werden. Die flexible Ausgestaltung erlaubt eine weitgehend freie Anpassung des wärmeleitenden Elements an die geometrischen Begebenheiten der Anzeigevorrichtung, insbesondere in Hinblick auf den verfügbaren Platz. Eine flexible Ausgestaltung ist zudem hilfreich, um eine thermische Anbindung des wärmeleitenden Elements an eine Wärmesenke zu realisieren. Durch eine thermische Verbindung zu einem externen Bauteil und den Wärmetransport in weniger kritische Bereiche der Anzeigevorrichtung kann die Entwärmung weiter gesteigert werden. Das externe Bauteil kann beispielsweise ein Gehäuse der Anzeigevorrichtung sein.According to one aspect of the invention, the heat-conducting element is designed to be flexible. For example, a foil made of pyrolytic graphite, graphene or metal can be used as the thermally conductive element. The flexible configuration allows a largely free adaptation of the heat-conducting element to the geometric conditions of the display device, in particular with regard to the available space. A flexible configuration is also helpful in order to realize a thermal connection of the thermally conductive element to a heat sink. A thermal connection to an external component and the heat transfer to less critical areas of the display device can further increase the cooling. The external component can for example be a housing of the display device.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das zumindest eine elektronische Bauteil thermisch an das wärmeleitende Element angebunden. Auf diese Weise wird die Entwärmung zusätzlich verbessert, da die Wärmeleitung vom elektronischen Bauteil in das wärmeleitende Element gesteigert wird.According to one aspect of the invention, the at least one electronic component is thermally connected to the heat-conducting element. In this way, the heat dissipation is additionally improved, since the heat conduction from the electronic component into the heat-conducting element is increased.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das wärmeleitende Element auf einer Unterseite des Substrats angeordnet. Der Wärmetransport von der Wärmequelle zum wärmeleitenden Element ist hierbei von der Substratdicke abhängig. Diese Ausgestaltung eignet sich daher besonders für dünne Displays, wie sie z.B. für gekrümmte Anzeigen benötigt werden. Zugleich ermöglicht diese Anordnung eine effizientere Kühlung.According to one aspect of the invention, the heat-conducting element is arranged on an underside of the substrate. The heat transport from the heat source to the thermally conductive element is dependent on the substrate thickness. This configuration is therefore particularly suitable for thin displays, such as those used e.g. needed for curved displays. At the same time, this arrangement enables more efficient cooling.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das wärmeleitende Element mit dem Deckglas verklebt. Die Verwendung einer Klebeverbindung vereinfacht das Aufbringen des wärmeleitenden Elements deutlich. Bei dieser Ausgestaltung ist eine zusätzliche thermische Kopplung zwischen dem wärmeleitenden Element und dem elektronischen Bauteil empfehlenswert, um einen ausreichenden Wärmetransport zu gewährleisten. Alternativ ist das wärmeleitende Element durch einen Luftspalt oder durch einen thermischen Isolator vom Deckglas getrennt. Durch eine thermische Entkopplung mittels eines Luftspalts oder eines thermischen Isolators wird eine weitere Reduzierung der Oberflächentemperatur auf der Frontseite des Displays bzw. des Deckglases erreicht. Hierbei können das wärmeleitende Element und der thermische Isolator als Einzelelemente oder als Kombination zweier unterschiedlicher Materialien in einer Baugruppe ausgeführt sein. Die Kombination kann z.B. durch Lamination hergestellt werden.According to one aspect of the invention, the thermally conductive element is glued to the cover glass. The use of an adhesive connection significantly simplifies the application of the thermally conductive element. In this configuration, an additional thermal coupling between the thermally conductive element and the electronic component is recommended in order to ensure sufficient heat transport. Alternatively, the thermally conductive element is separated from the cover glass by an air gap or by a thermal insulator. A further reduction in the surface temperature on the front of the display or the cover glass is achieved by thermal decoupling by means of an air gap or a thermal insulator. Here, the heat-conducting element and the thermal insulator can be designed as individual elements or as a combination of two different materials in one assembly. The combination can e.g. be made by lamination.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.Further features of the present invention will become apparent from the following description and the appended claims in conjunction with the figures.
FigurenlisteFigure list
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit elektronischen Bauteilen und einem wärmeleitenden Element;1 shows a perspective illustration of an embodiment of a display device according to the invention with electronic components and a heat-conducting element; -
2 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;2 shows a plan view of an embodiment of a display device according to the invention; -
3 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;3 shows a section through an embodiment of a display device according to the invention; -
4 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit thermischer Kopplung zwischen dem elektronischen Bauteil und dem wärmeleitenden Element;4th shows an embodiment of the display device with thermal coupling between the electronic component and the thermally conductive element; -
5 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit thermischer Entkopplung zwischen dem wärmeleitenden Element und einem Deckglas;5 shows an embodiment of the display device with thermal decoupling between the thermally conductive element and a cover glass; -
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit thermischer Entkopplung zwischen dem wärmeleitenden Element und einem Deckglas;6th shows a further embodiment of the display device with thermal decoupling between the heat-conducting element and a cover glass; -
7 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit Anbindung des wärmeleitenden Elements an eine Wärmesenke;7th shows an embodiment of the display device with connection of the thermally conductive element to a heat sink; -
8 verdeutlicht eine angepasste Ausgestaltung des wärmeleitenden Elements für die Ausführungsform der Anzeigevorrichtung aus7 ;8th illustrates an adapted configuration of the heat-conducting element for the embodiment of the display device7th ; -
9 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit Entwärmung einer Beleuchtungsbaugruppe;9 shows an embodiment of the display device with cooling of a lighting assembly; -
10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit Entwärmung der Beleuchtungsbaugruppe; und10 shows a further embodiment of the display device with cooling of the lighting assembly; and -
11 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit einem unterhalb eines Substrats angeordneten wärmeleitenden Element.11 shows an embodiment of the display device with a thermally conductive element arranged below a substrate.
FigurenbeschreibungFigure description
Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Gleiche Bezugszeichen werden in den Figuren für gleiche oder gleichwirkende Elemente verwendet und nicht notwendigerweise zu jeder Figur erneut beschrieben. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.For a better understanding of the principles of the present invention, embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the figures. The same reference symbols are used in the figures for elements that are the same or have the same effect and are not necessarily described again for each figure. It goes without saying that the invention is not restricted to the illustrated embodiments and that the features described can also be combined or modified without departing from the scope of protection of the invention as defined in the appended claims.
Referenzencredentials
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[1] Thermal Protection Sheet:
- https://industrial.panasonic.com/ww/products/thermal-solutions/graphite-she et-pgs/pgs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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