JP2007171336A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱ファンによる騒音の発生、および消費電力、コストの増大がなく、薄型化が制限されることがない表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】背面空間３２の上部には、風向板５６が上部傾斜面６の横方向の全幅にわたって、リアケース２０とフレームシャーシ２４とに接触して設けられている。そしてリアケース２０には、アルミニウムなどの高熱伝導性金属からなる風向板５６と、リアケース２０との接触部６０の下側に、横方向に長軸を有する楕円状の排気孔５８を設けている。ここで風向板５６は、上昇する空気を排気孔５８へ滑らかに導くように曲面を有して配置している。例えば、風向板５６の一方の面はリアケース２０と直角に接触し、他方の面はなだらかにフレームシャーシ２４と接するように配設されることが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、表示装置内に生じた熱を外部へ放熱する表示装置に関する。

近年、プラズマ表示パネル（以下、ＰＤＰと記す）や液晶パネルを用いた表示装置が、大画面、薄型、軽量の表示装置として、ディジタルテレビや情報表示装置などに実用化されている。また、有機ＥＬのパネルの開発も進み将来の実用化を目指して開発が進められている。これらの表示パネルを用いた装置では、特に大型化が進むと、大型のパネルやそれらに付随する多数の電子素子、それらを用いた駆動回路、制御回路、電源回路、画像処理回路、ＴＶチューナ回路などから多量の熱を発生する。これらの表示装置の特性の安定化や長寿命化を図るため、装置内に発生する熱を、消費電力を抑えることにより、また装置内の熱を効率的に排出する手段を用いて低減させる検討がなされている。上記表示装置の放熱に関しては、ＰＤＰ、液晶パネル、有機ＥＬパネルを用いた装置での共通な課題であり、以下ではＰＤＰを用いた装置に関する例を挙げて説明する。

ＰＤＰでは、２枚のガラス基板間に放電ガスを封入し蛍光体を設けたマトリックス状の複数の微小放電空間を配設する。その微小放電空間のガス放電によって発生する紫外線により蛍光体を励起し、発生する可視光を情報の表示に利用するものである。

このガス放電よってＰＤＰはかなりの高温になり、はなはだしい場合にはＰＤＰの破損につながり、また寿命が短くなるなどの問題が発生する。また、このＰＤＰを駆動、制御する電気回路に大きな電流を流すことによって、回路基板上に搭載された各種トランジスタなどの電子素子から熱が生じ、プラズマ表示装置内部の温度を著しく上昇させる問題がある。これを防止するための種々の検討がなされている(例えば、特許文献１参照)。

図５は、特許文献１のＰＤＰの側面断面図である。プラズマ表示装置８００は、フレーム８０２の前面にフロントケース８０４、フレーム８０２の後面にリアケース８０６を備えている。またプラズマ表示装置８００は、フロントケース８０４内にＰＤＰ８０８を収容し、フロントケース８０４の前面開口に光学フィルター８１０を装着している。そしてリアケース８０６の上端部に冷却ファン８２２、リアケース８０６の背面下部両側および下部中央寄りに吸気孔群８１６が設けられている。また冷却ファン８２２と対向する上部に排気孔群８１８、２つの冷却ファン８２２で挟まれた上面中央部および冷却ファン８２２の直下のリアケース８０６上に吸気孔群８２０が設けられている。

一方、リアケース８０６内には、フレーム８０２上に回路基板８１２が取り付けられ、回路基板８１２の後方でフレーム８０２の横長さの略中央部には、ＡＣ／ＤＣアダプター８１４が設けられている。冷却ファン８２２が動作すると、吸気孔群８１６、吸気孔群８２０から、それぞれ矢印８２６、矢印８２４に示すように外気を取り込む。そしてリアケース８０６内の空間を、矢印８３０で示すように上方に空気が流れ、回路基板８１２やＡＣ／ＤＣアダプター８１４を冷却し、排気孔群８１８より、矢印８２８のように外部へ熱を放出するように構成されている。

上記特許文献１に関連する例として、フレームシャーシと回路基板との間に高熱伝導性部材を挟んで取りつけ、ＰＤＰと回路基板とを一体構造として、ＰＤＰの背面で発熱する熱と回路基板で発熱する熱とを、回路基板から一体として放熱し、放熱ファンにより外部へ排出する例もある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−２９６４８号公報 特開平１１−２８４３７９号公報

しかしながら、上述の特許文献１、特許文献２では、放熱ファンを用いて背面空間内の加熱された空気を筐体の外部へ強制的に放出するため、騒音が発生し、消費電力やコストが増大するなどの課題があった。さらに放熱ファンを配設することによって表示装置の薄型化が制限される課題があった。

そこで本発明は、放熱ファンによる騒音の発生、および消費電力、コストの増大がなく、薄型化が制限されることがない表示装置を提供することを目的にするものである。

本発明の表示装置は、映像を表示する表示パネルと、熱伝導性部材からなり、表示パネルを支持するフレームシャーシと、フレームシャーシの背面に配設され表示パネルを駆動する駆動回路を含む回路基板と、フレームシャーシおよび回路基板により加熱された空気を排出する排気孔を設けたリアケースと、フレームシャーシおよびリアケースで囲まれた背面空間の中に空気を排気孔へ導く風向板とを備えた構成である。

このような構成にすれば、背面空間で加熱された空気は、自然対流により上昇し、風向板によって排気孔より効果的に外部へ放出される。このため、放熱ファンによる騒音の発生、および消費電力、コストの増大がなく、薄型化が制限されることがない表示装置を実現できる。

また本発明の表示装置の排気孔は、リアケースの上方から下方に向かって複数個設け、それぞれの排気孔の面積は上方から下方に向かって小さくなるように形成してもよい。

背面空間では、上方に向かうにしたがってフレームシャーシ、回路基板により空気が加熱されるため、上方ほど排気孔の面積を大きくすると、効率的に加熱された空気を排気できる。

また本発明の表示装置の風向板は、フレームシャーシに接触するようにしてもよい。

このようにすれば、背面空間の加熱された空気を風向板より上方の空間に逃がすことなく、外部に加熱された空気を排気することができる。また、風向板をフレームシャーシと接触させることによって、フレームシャーシからの熱を、風向板を介してリアケースに伝導しリアケースから外部へ放熱させることもできる。

また本発明の表示装置の表示パネルをアドレスするための表示制御用ＩＣは、風向板より上方に配置されてもよい。

このような構成にすると、フレームシャーシ、駆動回路等の回路基板で加熱された空気は、表示制御用ＩＣの周辺に達する前に外部へ排気されるので、表示制御用ＩＣの温度上昇を抑制できる。

また本発明の表示装置の風向板は、リアケースと接触部で接触し、排気孔を接触部の下方に設けてもよい。

このような構成により、風向板で方向を変えられた加熱された空気は、排気孔から外部にスムーズに排気される。

また本発明の表示装置の風向板は複数個備えられ、複数個の風向板はそれぞれ異なる位置のリアケースとの接触部で接触した構成としてもよい。

このような構成によれば、背面空間内を上方に流れ、流速分布を有する加熱された空気を、複数の風向板によって、さらに効率よく分離してそれぞれの排気孔より外部へ排気することができる。

また本発明の表示装置の複数の風向板のうち、最も上方に位置する風向板がフレームシャーシと接触するようにしてもよい。

このようにすれば、背面空間の加熱された空気を、最も上方に位置する風向板より上方の空間に逃がすことなく、外部に加熱された空気を排気することができる。また、風向板をフレームシャーシと接触させることによって、フレームシャーシからの熱を、風向板を介してリアケースに伝導しリアケースから外部へ放熱させることもできる。

また本発明の表示装置のリアケースは、その上方に垂直方向に対して傾斜した上部傾斜面を備え、排気孔は上部傾斜面に設けられてもよい。

このような位置に排気孔を設けることで、埃が侵入することが少なく、電子部品などの信頼性が向上し、長寿命になるとともに、高温の空気はリアケースの上部に達する前に排気されるため、リアケースの上部が高温になることはない。

また本発明の表示装置の排気孔は、上部傾斜面の傾斜方向の長さが傾斜方向と直交する横幅方向の長さに比較して短く形成されてもよい。

このような排気孔の形状とすると、リアケースにおける排気孔の占める面積を少なくできるため、リアケースの強度を向上させるとともに、リアケースの設計上の自由度を向上させることができる。

本発明の表示装置によれば、放熱ファンを設置することなく、自然対流により上昇する加熱された空気が、風向板で効率よく外部へ排出されるので、放熱ファンによる騒音の発生、および消費電力、コストの増大がなく、薄型化が制限されることがない表示装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、表示装置としてプラズマ表示装置を例に、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
最初に、プラズマ表示装置のファンレス放熱機構に関して説明する。

プラズマ表示装置の主な発熱源は、ＰＤＰ、電気回路基板、表示制御用ＩＣであり、これらによって発生した熱は、フレームシャーシとリアケースが構成する背面空間内の空気を加熱する。放熱ファンがなく、またリアケースの上部の最上面に排気孔が設けられた場合を想定すると、「煙突効果」と呼ばれる次の現象が生じる。すなわち、この加熱された空気は比重が小さくなり、自然対流により背面空間を上昇しリアケース上部に設けられた排気孔から排出される。また、加熱された空気は上部の排気孔から排出されることによって、リアケースの下部に設けられた吸気孔から背面空間内部へ外気が吸入される。このときの吸入力は煙突の高さに、すなわち縦長のプラズマ表示装置では筐体の高さを長い煙突として利用できる。また、換気による放熱量は、換気風量、つまりプラズマ表示装置では空気の排出量あるいは、吸入量に比例する。この煙突効果を有効に用いてファンレス放熱方式の放熱効果を高めることができる。

図１および図２を用いて、リアケースに設けられた排気孔が煙突効果に及ぼす影響について説明する。図１は、加熱された空気が実効的に通過する排気孔の有効断面積を求めるためのシミュレーションモデルを示す拡大側面断面図である。最上面４と上部傾斜面６とで構成されたリアケース８は、フレームシャーシ２に接合されている。ここで、上部傾斜面６が鉛直方向に対してなす角度θとし、上部傾斜面６に設けられた孔径ｄを有する排気孔１２が上昇気流に対して有効な排気が行える断面積と、孔径ｄを有する最上面４に設けられた排気孔１０の断面積との比を、有効排気孔面積比ｆ（θ）として示している。また、有効排気孔面積比ｆ（θ）は、有限体積法を用いて計算し、リアケース８の厚みは、市場で一般的に用いられている１．５ｍｍ、排気孔１２の孔径ｄは４ｍｍとした。なお、孔径ｄは筐体内に異物が混入しないように、また子供の指が入らないように最大直径４ｍｍが一般的であるとされている。

図２は、リアケースの角度θと、有効排気孔面積比ｆ（θ）との関係を示す図である。特性曲線１４は、θ＝９０°の場合の排気孔１０の有効排気孔面積を１として示したものある。これより角度θが小さくなるにしたがって、有効排気孔面積比ｆ（θ）は減少することがわかる。θ＝９０°、すなわちリアケースの最上面４に形成された排気孔１０の場合には、加熱された空気の流れる方向は垂直上方であるため、孔径ｄがそのまま有効排気孔径となり最も効率的である。しかしながら、埃の侵入を考慮すると最上面４に排出孔を設けることは好ましくない。

また、この結果はプラズマ表示装置が薄型になると、角度θが小さくなり上部傾斜面６に設けた排気孔１２の有効排気孔面積比ｆ（θ）は減少するため、自然対流による排気量が減少し放熱効果が失われることを示している。すなわち有効排気孔面積比ｆ（θ）は、θ＝４８°では、９０°の場合の１／２となり、さらにθ＝２０°では零となる。市販の薄型表示装置では、角度θが１０°〜２０°のものも多い。このような薄型形状でかつ最上面４に排気孔を設けていない形状に対して、ファンレス放熱方式を適用すると、加熱された空気が排出されにくくリアケース内によどみ、放熱効果を失うことになる。その結果、筐体内部や筐体自体が著しく高温となり、動作が不安定になり、信頼性が低く、安全上好ましくない現象が生じることとなる。

本発明は、この加熱された空気を、風向板を用いて排出孔に導き煙突効果を有効に活用して、効率的なファンレス放熱方式のプラズマ表示装置を実現するためのものである。

次に、本発明のプラズマ表示装置の具体構成に関して図３および図４を用いて説明する。

図３（Ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるプラズマ表示装置を示す側面断面図、図３（Ｂ）は同第１の実施の形態のプラズマ表示装置のリアケースの背面側から見た平面図で、図３（Ａ）は、図３（Ｂ）のＡ−Ａ線で切断した側面断面図である。

プラズマ表示装置１６では、有機樹脂からなるフロントケース１８とアルミニウム（Ａｌ）など高熱伝導性金属のリアケース２０とが、アルミダイカストのフレームシャーシ２４の周辺端面部に固定された筐体２２を構成している。ＰＤＰ２６の前面側には、ガラスや樹脂で構成された前面パネル２８が配置される。この前面パネル２８として、電磁波や赤外線などを防止し、コントラストを向上させる多機能のフィルターが用いられる。

また、ＰＤＰ２６はその背面が、金属粉末を分散させたシリコンなどの熱伝導性シート３０を介してフレームシャーシ２４に装着され、ＰＤＰ２６のガス放電によって発生する熱をフレームシャーシ２４へ熱伝導する。この熱は、フレームシャーシ２４と上部傾斜面６を備えたリアケース２０とで囲まれた背面空間３２に放熱される。

一方、ＰＤＰ２６と発光を制御するための表示制御用ＩＣ３６、３７とは、フレキシブルな配線部３４によって接続され、さらにＰＤＰ２６は、走査電極を駆動する走査駆動回路基板３８、維持電極を駆動する維持駆動回路基板４０に電気的に結合される。フレームシャーシ２４には、映像信号等を処理する信号処理回路基板４２、ＴＶ信号を受信するＴＶチューナ回路基板４４、電源回路基板４６など種々の回路基板が配設されている。

これらの回路基板上に搭載された電子素子に電流が流れることによって発熱し、背面空間３２内に熱を放散する。特に走査駆動回路基板３８および維持駆動回路基板４０に搭載された電子素子には、大電流が流れるため多くの熱を発生する。そのため、それらをまとめて放熱するための放熱板を設けている。すなわち、走査駆動回路基板３８では放熱板４８および放熱板５０を、維持駆動回路基板４０では放熱板５２および放熱板５４を設けて、電子素子が発生する熱を背面空間３２に放熱する。以上のように背面空間３２では、ＰＤＰ２６から発生した熱がフレームシャーシ２４に伝わり、フレームシャーシ２４から伝導、輻射された熱と、各回路基板から発生し伝導、輻射された熱によって加熱された空気が自然対流により上昇する。

また、背面空間３２の上部には、風向板５６が図３（Ｂ）の横方向の全幅、すなわち上部傾斜面６の横幅にわたって、リアケース２０とフレームシャーシ２４とに接触して設けられている。そしてリアケース２０には、アルミニウムなどの高熱伝導性金属からなる風向板５６と、リアケース２０との接触部６０の下側に、横方向に長軸を有する楕円状の排気孔５８を設けている。ここで風向板５６は、上昇する空気を排気孔５８へ滑らかに導くように曲面を有して配置している。例えば、風向板５６の一方の面はリアケース２０と直角に接触し、他方の面はなだらかにフレームシャーシ２４と接するように配設されることが好ましい。

このように構成することにより、リアケース２０の下部に設けた吸気孔６４から矢印６６に示すように外気を吸入し、吸入された空気は加熱され矢印６８に示すように背面空間３２内を上昇する。さらに、加熱された空気は流速を減ずることなく、矢印６２に示すように風向板５６に沿って流れ、矢印７０に示すように排気孔５８から外部へ流出する。

また風向板５６は、フレームシャーシ２４と接触して配置されている。そのため、フレームシャーシ２４の上部に取り付けられた表示制御用ＩＣ３７の熱は、風向板５６によりフレームシャーシ２４からリアケース２０へ熱伝導され、リアケース２０から外部へ放熱されるとともに、風向板５６の表面から、風向板５６に沿って流れる空気へ熱が伝えられ、排気孔５８から外部へ放熱される。このようにリアケース２０、フレームシャーシ２４および風向板５６によって密閉された空間内に配置された表示制御用ＩＣ３７は、充分に放熱される。さらにリアケース２０の最上面４には、排気孔を形成しない構成であるため、外部からの埃の侵入が抑制され、長時間の動作安定性が確保され高信頼性で長寿命のプラズマ表示装置が実現できる。

なお、風向板５６の材料として、アルミニウム以外に銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）系合金などの高熱伝導性材料も有効であり、風向板５６の表面は空気抵抗が小さくなるように平滑な面であることが望ましい。

背面空間３２内の空気は、加熱される空気温度にしたがって、すなわち、上述した電子部品や回路基板などの熱源に近い領域では流速が早く、遠い領域では流速が小さくなる流速分布を有する。従って、排気孔５８からの排気量はリアケース２０と風向板５６との接触部６０の直下では大きく、接触部６０から下側に遠ざかるにつれて小さくなる。このため、リアケース２０と風向板５６との接触部６０直下における排気孔５８の大きさに比べて、この接触部６０から遠ざかるにつれて排気孔の大きさを小さくするのがよい。このため、リアケース２０の強度を高めることができるとともに、リアケース２０の設計上の自由度を増すことができる。

さらに排気孔５８の形状として、風向板５６に沿って排気孔５８から排出される空気量が増大するように、上部傾斜面６の傾斜方向の長さが傾斜方向と直交する横幅方向の長さに比較して短くすることが好ましい。本発明の実施の形態では、排気孔５８の形状として楕円形状を用いたが、それ以外に長方形、逆三角形などの多角形状も有効である。

また、本発明の実施の形態では、図３（Ｂ）の横方向の全幅に近い大きさの風向板５６を用いたが、発熱する回路基板や部品に対応して複数の風向板に分割して用いてもよい。

このようにファンレスの放熱方式の構成によって、騒音の発生、消費電力、コストを大幅に低減し、薄型化が制限されることがないプラズマ表示装置を実現できる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、リアケース内に複数の風向板を設けて、加熱された空気をさらに効果的に排気孔から外部へ放熱できるプラズマ表示装置に関するものである。なお、本発明の第１の実施の形態と同一要素には同一の符号を付け、異なる点についてのみ説明する。

図４は、本発明の第２の実施の形態のプラズマ表示装置の構成を示す側面断面図である。プラズマ表示装置７２は、２つの風向板の第１の風向板７４と、第２の風向板７６とを有している。上述したように、電子部品や回路基板などの熱源に近い領域では空気の流速が速く、遠い領域では流速が遅くなる流速分布を有する。従って、速度の異なる気流が衝突して渦を発生する可能性があり、この現象を防止する構成である。

すなわち、プラズマ表示装置７２の背面空間３２には第１の風向板７４と、第２の風向板７６とを配置する。本発明の第１の実施の形態と同様に、第１の風向板７４は、背面空間３２の上部に、第１の風向板７４が紙面と垂直な方向に全幅にわたって、リアケース２０とフレームシャーシ２４とに接触して設けられる。第1の風向板７４との接触部６０の下側に位置する上部傾斜面６には、楕円形状の排気孔５８が設けられる。ここで排気孔５８は、上部傾斜面６の傾斜方向の長さが傾斜方向と直交する横幅方向の長さに比較して短く形成している。

また第２の風向板７６は、リアケース２０と接触し、その接触部７８の下方に排気孔８０が位置するようにする。第1の風向板７４、第２の風向板７６の材料としては、アルミニウムなど高熱伝導性金属、有機樹脂で成形されたものでもよく、とくに材料は限定されないが、表面は平滑であることが好ましい。このように構成することにより、矢印８２で示す流速の早い第１の気流と、矢印８４で示す流速が比較的遅い第２の気流とが背面空間３２の上部で衝突することが少なく、それぞれ第１の風向板７４および第２の風向板７６によって分離される。そして、それぞれ矢印８６および矢印８８で示すように、排気孔５８、８０から外部へ放出される。

従って、流速の異なった気流が上部で衝突することによる渦が発生しにくいため、背面空間３２内で加熱された空気は、流速を減少させることなく排気孔５８、８０から排出される。そのため、さらに放熱効果に優れたファンレス放熱方式のプラズマ表示装置を実現できる。

なお、本発明の実施の形態では、２つの風向板を用いたがさらに数を増し、それ以上の複数の風向板を用いても効果的である。

以上、プラズマ表示装置を例にして説明したが、その他、液晶パネル、有機ＥＬパネルなどを用いた表示装置に関しても適用できる。

本発明に係る表示装置は、放熱ファンによる騒音の発生、および消費電力、コストの増大がなく、薄型化が制限されることがないという効果を有しＰＤＰ、液晶パネル、有機ＥＬパネル等に有用である。

加熱された空気が実効的に通過する排気孔の有効断面積を求めるためのシミュレーションモデルを示す拡大側面断面図 リアケースの角度θと有効排気孔面積比ｆ（θ）との関係を示す図 （Ａ）本発明の第１の実施の形態におけるプラズマ表示装置を示す側面断面図（Ｂ）同第１の実施の形態のプラズマ表示装置のリアケースの背面側から見た平面図 本発明の第２の実施の形態のプラズマ表示装置の構成を示す側面断面図 従来のプラズマ表示装置の側面断面図

符号の説明

２，２４ フレームシャーシ
４ 最上面
６ 上部傾斜面
８，２０，８０６ リアケース
１０，１２，５８ 排気孔
１４ 特性曲線
１６，７２，８００ プラズマ表示装置
１８，８０４ フロントケース
２２，８１２ 筐体
２６，８０８ ＰＤＰ
２８ 前面パネル
３０ 熱伝導性シート
３２ 背面空間
３４ 配線部
３６ 表示制御用ＩＣ
３８ 走査駆動回路基板
４０ 維持駆動回路基板
４２ 信号処理回路基板
４４ ＴＶチューナ回路基板
４６ 電源基板回路基板
４８，５０，５２，５４ 放熱板
５６ 風向板
６０，７８ 接触部
６２，６６，６８，７０，８０，８２，８４，８６，８８，８２４，８２６，８２８，８３０ 矢印
６４ 吸気孔
７４ 第１の風向板
７６ 第２の風向板
８０２ フレーム
８１０ 光学フィルター
８１２ 回路基板
８１４ ＡＣ／ＤＣアダプター
８１６ 吸気孔群
８１８，８２０ 排気孔群
８２２ 冷却ファン

Claims (9)

1. 映像を表示する表示パネルと、
   熱伝導性部材からなり、前記表示パネルを支持するフレームシャーシと、
   前記フレームシャーシの背面に配設され前記表示パネルを駆動する駆動回路を含む回路基板と、
   前記フレームシャーシおよび前記回路基板により加熱された空気を排出する排気孔を設けたリアケースと、
   前記フレームシャーシおよび前記リアケースで囲まれた背面空間の中に前記空気を前記排気孔へ導く風向板と
   を備えた表示装置。
2. 前記排気孔は前記リアケースの上方から下方に向かって複数個設け、それぞれの前記排気孔の面積は前記上方から前記下方に向かって小さくなるように形成した請求項１に記載の表示装置。
3. 前記風向板が前記フレームシャーシに接触する請求項１に記載の表示装置。
4. 前記表示パネルをアドレスするための表示制御用ＩＣが前記風向板より上方に配置された請求項１に記載の表示装置。
5. 前記風向板は前記リアケースと接触部で接触し、前記排気孔を前記接触部の下方に設けた請求項１に記載の表示装置。
6. 前記風向板は複数個備えられ、複数個の前記風向板はそれぞれ異なる位置の前記リアケースとの接触部で接触した請求項５に記載の表示装置。
7. 複数の前記風向板のうち、最も上方に位置する風向板が前記フレームシャーシと接触する請求項６に記載の表示装置。
8. 前記リアケースは、その上方に垂直方向に対して傾斜した上部傾斜面を備え、前記排気孔は前記上部傾斜面に設けられた請求項１に記載の表示装置。
9. 前記排気孔は、前記上部傾斜面の傾斜方向の長さが前記傾斜方向と直交する横幅方向の長さに比較して短く形成された請求項８に記載の表示装置。

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