JP5252033B2

JP5252033B2 - 冷却ユニット

Info

Publication number: JP5252033B2
Application number: JP2011137537A
Authority: JP
Inventors: 修本村
Original assignee: Toshiba Home Technology Corp
Current assignee: Toshiba Home Technology Corp
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: JP2012004126A

Description

本発明は、発熱する電子部品を備えた機器の冷却ユニットに関する。

従来、液晶テレビなどの液晶表示器のバックライトとして発光素子などの電子部品が用いられているが（特許文献１）、発熱した発光素子は温度上昇により機能が低下し、十分な機能が発揮できないため、発光素子を多数個用いて、個々の発光素子の負荷を軽減させることで、発熱する発光素子の均熱化を図っていた。
特開２００４−９２４４６号公報

しかし、従来の構成では、発光素子が多数個必要であり、また温度上昇に対して十分な機能が発揮できないため、発熱する発光素子の冷却が大きな課題となっていた。

そこで本発明は上記課題を解消するものであり、発熱する発光素子の均熱化に優れた冷却ユニットを提供することを目的とする。

請求項１の発明の冷却ユニットでは、表示器に備えた複数の発光素子を冷却する冷却ユニットであって、前記複数の発光素子を装着した熱伝導部材と、該熱伝導部材に熱接続可能な状態で装着した第１のヒートパイプと、前記熱伝導部材と前記表示器の筐体側とを熱接続する第２のヒートパイプとを備え、前記熱伝導部材は、断面が略Ｌ字型で、第１の辺部と、該第１の辺部と略垂直に設けた第２の辺部とからなり、前記第１のヒートパイプは、前記第１の辺部及び前記第２の辺部の各内面と熱接続され、前記第２のヒートパイプは、略Ｕ字型又は略Ｌ字型に形成し、一辺の一面を前記熱伝導部材に熱接続し、少なくとも他辺を含む前記一面と反対側の全面を前記筐体に備えた放熱体に熱接続したことを特徴とする。

請求項２の発明の冷却ユニットでは、前記第１のヒートパイプは、微少量の作動液を注入し、内部で還流させるものであることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、発光素子が均熱化されると共に、発光素子の性能劣化をもたらす温度上昇を抑制することができる。また、略Ｕ字型または略Ｌ字型のヒートパイプを熱伝導部材に熱接続したので、熱伝導部材による放熱効率が向上して、発光素子の一層の均熱化が図れる。さらに、ヒートパイプの片側全面から放熱体を介して機器等の筐体に放熱できるため、更に発光素子の均熱化と温度上昇の抑制が図れる。

請求項２の発明によれば、移動する作動液によって極めて優れた熱応答性が得られる。

以下、本発明における好ましい実施例について、添付図面を参照しながら説明する。なお下記の実施例に示されている冷却ユニットは、液晶表示器を備えた液晶テレビやノート型パソコン等の機器に収納されるが、それ以外の液晶表示器を搭載した機器に内蔵若しくは外付けされてもよい。

図１および図５は、本発明による冷却ユニットの第１実施例を示す。これらの各図において、１は断面が略Ｌ字型の銅板等の熱伝導性に優れた金属板からなるスプレッダ（ヒートスプレッダ）であり、スプレッダ１の一方の辺を第１の辺部２とし、この第１の辺部２と略垂直に設けられた他方の辺を第２の辺部３とする。

第１の辺部２の外面である第１の外面４には、機器の液晶表示器であるディスプレイ（図示せず）のバックライトとして発光素子たる白色ＬＥＤ５がスプレッダ１の長手方向に沿ってアレイ（小道）状に複数個並んで装着されている。

また、第１の辺部２及び第２の辺部３におけるそれぞれの内面である第１の内面６及び第２の内面７によって囲まれた領域には、金属熱伝導部材の長手方向に沿って格納された第１の放熱体としての断面円筒型の第１のヒートパイプ８を備えている。ここでこの第１のヒートパイプ８は、熱伝導性に優れた例えば銅などの管体内部に微少量の作動液を注入し、管体内部で作動液を還流させるもので、移動する作動液によって極めて優れた熱応答性が得られる。この第１のヒートパイプ８は、第１の内面６および第２の内面７に半田付けによる固着やサーモグリス（熱伝導グリス）等の介在による、いわゆる熱接続可能な状態で装着されている。

さらに、第２の辺部３における第２の内面７の反対側の面である第２の外面９は、液晶表示器の筐体側に備えた筐体側放熱体として第２の外面９と平行に備えた放熱板１０に第２の放熱体１１を介して熱接続されている。ここでの放熱板１０は、熱伝導性に優れたアルミニウム、銅、さらに銀、金、マグネシウム等の金属材料から形成されたものとする。

ここで、第２の放熱体１１の構造について説明すると、第２の外面９と放熱板１０との間で、放熱板１０の一面に対して均等に配設されるように、スプレッダ１の長手方向と直交する方向に略直線状に設けた管体をスプレッダ１の長手方向に所定の間隔をおいて複数配設して、第２の外面９と放熱板１０とを熱接続可能に設けた第２のヒートパイプ１２と、第２の外面９と放熱板１０との間において、隣接する第２のヒートパイプ１２間に配設されて、第２の外面９と放熱板１０とを熱接続するとともに、隣接する第２のヒートパイプ１２を熱接続する第３のヒートパイプ１３と、第２の外面９と放熱板１０との間において、放熱板１０の一面に均等に配設された複数の第２のヒートパイプ１２における両端に配設された各第２のヒートパイプ１２の外側の側面に熱接続されるとともに、第２の外面９と放熱板１０とを熱接続可能に設けた第４のヒートパイプ１４を備えている。

第２乃至第４のヒートパイプ１２,１３,１４は、第１のヒートパイプ８の説明の際に前述した管体を、第２の外面９及び放熱板１０との密着性を高めるために断面略扁平状に形成したものである。

また第２のヒートパイプ１２は、第２のヒートパイプ１２全体をスプレッダ１の長手方向と略直交する方向に略直線状に設け、第１の一側平坦面１５の下方を第２の外面９に熱接続されるとともに、第１の一側平坦面１５と反対側の面である第１の他側平坦面１６の全面が放熱板１０に熱接続されている。

さらに第３のヒートパイプ１３は、第３のヒートパイプ１３全体を略Ｕ字型に形成したものであり、互いに略平行に備えた一対のアーム部１７の幅狭部分である側面部分１８をそれぞれ隣接する第２のヒートパイプ１２の幅狭部分である側面部分１９に熱接続されるとともに、一対のアーム部１７の基端側を略直線状に連結した基端部２０を第２の外面９の長手方向に沿って配設し、その基端部２０側の第２の一側平坦面２１が第２の外面９に熱接続され、第３のヒートパイプ１３における一対のアーム部１７及び基端部２０を含む第２の一側平坦面２１と反対側の面である第２の他側平坦面２２の全面が放熱板１０に熱接続されたものである。

また第４のヒートパイプ１４は、第４のヒートパイプ１４全体を略Ｌ字型に形成したものであり、第１の一側辺部２３の幅狭部分である側面部分２４を隣接する第２のヒートパイプ１２の側面部分１９に熱接続されるとともに、第１の他側辺部２５を第２の外面９の長手方向に沿って配設し、その第１の他側辺部２５側の第３の一側平坦面２６が第２の外面９に熱接続されるとともに、第４のヒートパイプ１４における第１の一側辺部２３及び第１の他側辺部２５を含む第３の一側平坦面２６と反対側の面である第３の他側平坦面２７の全面が放熱板１０に熱接続されたものである。

次に、上記構成においてその作用を説明すると、図示しない機器の電源部より複数の白色ＬＥＤ５に電力が供給されると、液晶表示器（図示せず）のバックライトとして複数の白色ＬＥＤ５が連続点灯し、液晶表示器を明るく照らす。

白色ＬＥＤ５が点灯し続けるのに伴って、各白色ＬＥＤ５からは熱が発生するが、この熱はスプレッダ１の第１の辺部２の第１の内面６に熱接続された第１のヒートパイプ８に速やかに伝達され、スプレッダ１における白色ＬＥＤ５の装着部分だけが集中的に温度上昇するのを防止して、各白色ＬＥＤ５の均熱化が行われる。

また第１のヒートパイプ８に達した熱は、そこからスプレッダ１の第２の辺部３を通過して、スプレッダ１の第２の辺部３の第２の外面９と熱接続している第２乃至第４のヒートパイプ１２,１３,１４に伝わり、第２乃至第４のヒートパイプ１２,１３,１４とそれぞれ熱接続された放熱板１０へと移動する。第２乃至第４のヒートパイプ１２,１３,１４は、スプレッダ１及び放熱板１０との接触面積を極力増やすために断面扁平状に形成されており、スプレッダ１に達した熱を各一側平坦面１５,２１,２６より効率よく奪うとともに、その熱を各他側平坦面１６,２２,２７から放熱板１０へ効率よく移動させることができる。そして、放熱板１０に移動した熱は筐体外部へ放出されることとなる。

ここで、略Ｌ字型の銅板からなるスプレッダ１の内側の二面である第１の内面６及び第２の内面７に熱接続された第１のヒートパイプ８により、スプレッダ１の外側の一面である第１の外面４に装着された複数の白色ＬＥＤ５などの発熱電子部品が均熱化され、白色ＬＥＤ５の温度上昇による発光機能の低下などの障害を一層防止できる。

また、略Ｕ字型の第３のヒートパイプ１３の基端部２０と略Ｌ字型の第４のヒートパイプ１４の第１の他側辺部２５を、それぞれスプレッダ１の第２の外面９の長手方向に沿って配設し、基端部２０及び第１の他側辺部２５のそれぞれの一側平坦面２１,２６を第２の外面９に熱接続することにより、第３乃至第４のヒートパイプ１３,１４とスプレッダ１との熱接続面積を大きくとることができる。また第３乃至第４のヒートパイプ１３,１４において、それぞれの他側平坦面２２,２７全面を筐体の放熱板１０に熱接続したことにより、第３乃至第４のヒートパイプ１３,１４と放熱板１０の熱接続面積を大きくすることができ、白色ＬＥＤ５などの発熱する電子部品が均熱化されるとともに、放熱板１０による放熱を更に効率よく行うことができるため、白色ＬＥＤ５の温度上昇による発光機能の低下などの障害が一層防止できる。

複数の第２のヒートパイプ１２を放熱板１０の一面に対して均等に配設したことにより、スプレッダ１からの熱を第２のヒートパイプ１２を介して放熱板１０全面に均一に移動させることができるので、放熱板１０による放熱を効果的に行うことができ、白色ＬＥＤ５の均熱化を一層効果的に行うことができる。

さらに、第２のヒートパイプ１２の側面部分１９に第３乃至第４のヒートパイプ１３,１４の側面部分１８,２４を熱接続して、それぞれの他側平坦面１６,２２,２７を放熱板１０に熱接続したことにより、第２乃至第４のヒートパイプ１２,１３,１４からなる第２の放熱部１１と放熱板１０との熱接続面積を増加させて、スプレッダ１からの熱を効果的に放熱板１０に移動させることができ、白色ＬＥＤ５の均熱化をさらに効果的に行うことができる。

以上のように本実施例では、液晶表示器のバックライトとして備えた複数の白色ＬＥＤ５を冷却する冷却ユニットであって、複数の白色ＬＥＤ５を均熱化する第１のヒートパイプ８を備えている。

この場合、白色ＬＥＤ５が均熱化され、白色ＬＥＤ５の異常な温度上昇を防止することにより、温度上昇による発光機能低下などの障害を防止できる。

また本実施例は、断面略Ｌ字型に形成されて、外側の一面として第１の外面４に複数の白色ＬＥＤ５を装着し、内側の二面として第１の内面６及び第２の内面７に第１のヒートパイプ８を熱接続した熱伝導部材としてスプレッダ１を備えている。

この場合、略Ｌ字型のスプレッダ１を介して、白色ＬＥＤ５と第１のヒートパイプ８を熱接続したので、熱接続面積が増加して一層の均熱化が図れる。

さらに本実施例は、スプレッダ１を銅板等の熱伝導性に優れた金属材料から形成するとともに、第１のヒートパイプ８を断面略円筒型としている。

この場合、高い熱伝導性を備える金属材料からなるスプレッダ１と、接触面積の大きい円筒型の第１のヒートパイプ８を用いたことにより熱伝導性が向上し、更に均熱化が図れる。

また本実施例は、液晶表示器のバックライトとして備えた複数の白色ＬＥＤ５を冷却する冷却ユニットであって、複数の白色ＬＥＤ５を装着した熱伝導部材としてのスプレッダ１と、スプレッダ１と液晶表示器の筐体側に備えた放熱板１０とを熱接続するヒートパイプとして第２乃至第４のヒートパイプ１２,１３,１４とを備えている。

この場合、白色ＬＥＤ５が均熱化されると共に、白色ＬＥＤ５の性能劣化をもたらす温度上昇を抑制することができる。

さらに本実施例は、第３のヒートパイプ１３及び第４のヒートパイプ１４をそれぞれ略Ｕ字型または略Ｌ字型に形成し、第３乃至第４のヒートパイプ１３,１４のそれぞれの一辺として基端部２０及び第１の他側辺部２５をスプレッダ１に熱接続するとともに、第３乃至第４のヒートパイプ１３,１４の他辺として一対のアーム部１７及び第１の一側辺部２３を筐体に備えた放熱体としての放熱板１０に熱接続している。

この場合、略Ｕ字型の第３のヒートパイプ１３及び略Ｌ字型の第４のヒートパイプ１４をスプレッダ１に熱接続したので、スプレッダ１による放熱効率が向上し、白色ＬＥＤ５の一層の均熱化が図れる。

また本実施例は、第３乃至第４のヒートパイプ１３,１４のそれぞれの一辺として基端部２０及び第１の他側辺部２５の一面としての第２の一側平坦面２１及び第３の一側平坦面２６がスプレッダ１に熱接続されるとともに、第３乃至第４のヒートパイプ１３,１４における、それぞれ少なくとも一対のアーム部１７及び第１の一側辺部２３を含む第２の一側平坦面２１及び第３の一側平坦面２６との反対側である第２の他側平坦面２２及び第３の他側平坦面２７の全面が放熱板１０に熱接続されている。

この場合、第３乃至第４のヒートパイプ１３,１４のそれぞれの片側全面である第２乃至第３の他側平坦面２２,２７全面から放熱板１０を介して機器等の筐体に放熱できるため、更に白色ＬＥＤ５の均熱化と温度上昇の抑制が図れる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば、本発明の冷却ユニットによって冷却される発熱する電子部品としては、白色ＬＥＤ５に限られるものではなく、適宜変更可能である。また、熱接続についても半田付けやサーモグリス以外に、接触により熱交換を可能にするものであれば特に限定されるものではなく、適宜変更可能である。さらに、スプレッダ１の断面形状についても、略Ｌ字型に限定されるものではなく、Ｌ字型以外の断面多角形型であってもよい。この場合、スプレッダ１の断面形状を多角形型とすることで、第１のヒートパイプ８との接触箇所が増えることによる熱接続面積の増加によって、白色ＬＥＤ５の均熱化がさらに効率よく行われることとなる。また、第１のヒートパイプ８の断面形状についても円筒形に限られるものではなく適宜変更が可能であり、扁平型とした場合には、スプレッダ１との接触面積が増えることにより、白色ＬＥＤ５の均熱化がさらに効率よく行われることとなる。

本発明の第１実施例の冷却ユニットの外観斜視図である。同上、冷却ユニットの装着例を示す外観斜視図である。同上、冷却ユニットの装着例において要部を拡大した外観斜視図である。同上、冷却ユニットの断面図である。同上、スプレッダにＬＥＤを装着した例を示す外観斜視図である。

１スプレッダ（熱伝導部材）
２第１の辺部
３第２の辺部
５白色ＬＥＤ（発光素子）
６第１の内面
７第２の内面
１０放熱板（放熱体）
１２第２のヒートパイプ（第２のヒートパイプ）
１３第３のヒートパイプ（第２のヒートパイプ）
１４第４のヒートパイプ（第２のヒートパイプ）
１７一対のアーム部
２０基端部
２１第２の一側平坦面
２２第２の他側平坦面
２３第１の一側辺部
２５第１の他側辺部
２６第３の一側平坦面
２７第３の他側平坦面

Claims

表示器に備えた複数の発光素子を冷却する冷却ユニットであって、前記複数の発光素子を装着した熱伝導部材と、該熱伝導部材に熱接続可能な状態で装着した第１のヒートパイプと、前記熱伝導部材と前記表示器の筐体側とを熱接続する第２のヒートパイプとを備え、前記熱伝導部材は、断面が略Ｌ字型で、第１の辺部と、該第１の辺部と略垂直に設けた第２の辺部とからなり、前記第１のヒートパイプは、前記第１の辺部及び前記第２の辺部の各内面と熱接続され、前記第２のヒートパイプは、略Ｕ字型又は略Ｌ字型に形成し、一辺の一面を前記熱伝導部材に熱接続し、少なくとも他辺を含む前記一面と反対側の全面を前記筐体に備えた放熱体に熱接続したことを特徴とする冷却ユニット。
前記第１のヒートパイプは、微少量の作動液を注入し、内部で還流させるものであることを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。