JP5351898B2 - 電子ディスプレイを熱制御するシステムおよび方法 - Google Patents

Description

例示的な実施形態は、一般に、電子ディスプレイのための加熱／冷却システムに関する。

電子ディスプレイは、典型的に、室内の温度調節された環境で使用される。ディスプレイの周囲の温度は比較的安定している（室温付近である）という場合があるが、ディスプレイのコンポーネントは大量の熱を発生し得る。適切に取り除かれないならば、この熱は、ディスプレイを破損するか、または、ディスプレイの寿命を短縮することがあり得る。伝導性熱伝達システムおよび対流熱伝達システムはディスプレイ内の電子コンポーネントからできる限り多くのディスプレイの側壁を通して熱を取り除くため従来から使用されている。

このような熱伝達システムは、過去に多少の成功を得ているが、今日の電子ディスプレイは、より大きな冷却（そして、場合によっては加熱）能力さえも必要とする。最新の電子ディスプレイは、今や屋外環境でも、周囲温度が室温より上および下に達し得る他の状況でも使用されている。外気からの熱伝達に加えてディスプレイ表面を通る太陽からの放射熱伝達もまた主要な要因になり得る。いくつかの用途および場所では、このようなディスプレイ表面を通る２００ワット以上の電力は一般的である。さらに、市場は、より大きく、より明るく、そして、時には高精細度のディスプレイを要求している。電子ディスプレイのサイズが増加するのにつれて、より多くの熱が太陽から吸収され、より多くの熱がディスプレイ内へ伝達されることになる。太陽からの周囲光と、その上周囲表面からの反射と競合するため、ディスプレイはより多くの光を生じる必要があり、典型的にディスプレイおよび／またはそのバックライト組立体によって発生されるより多くの熱も同様に生じる。

さらに、いくつかの用途では、温度は、室温よりかなり低く下降することがある。電子ディスプレイのいくつかのコンポーネントは誤動作することがあり、または、このような低温に晒されることによって永久に破壊されることがある。たとえば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）内の液晶材料の性能は低温によってもたらされる可能性がある。

例示的な実施形態は、本明細書中に開示されている１つ以上の熱制御特徴を含んでもよい。複数の熱制御特徴が開示され、これらの特徴が単独で、または、組み合わせて利用されることがある。特徴の的確な組み合わせは、問題になっているディスプレイの特有の冷却／加熱の必要性に依存することになり、それらはディスプレイの種類、ディスプレイのサイズ、および、ディスプレイの特有の環境に依存することになる。実施形態は、限定されることなく、ＬＣＤ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマ、および、投写型ディスプレイを含むどのような形の電子ディスプレイを使って実施されてもよい。例示的な実施形態はＬＣＤディスプレイを使って実施されることになる。

１つの熱的特徴は、隔離ガス冷却システムである。ガス冷却システムは、好ましくは、透明前方プレートを備える第１のガス室と、冷却プレナムを備える第２のガス室とを含む閉ループである。第１のガス室は、電子ディスプレイの観察面の前方にあり、かつ、同一の広がりをもつ。透明前方プレートは、電子ディスプレイ表面の前方にセットされてもよく、第１のガス室の奥行きを定める。冷却室ファン、または、同等の手段が冷却プレナム内に位置することがあり、隔離ガス冷却室ループの周りにガスを進めるため使用されてもよい。ガスが第１のガス室を横切るとき、ガスは電子ディスプレイ表面と接触し、ディスプレイ表面から熱を吸収する。ガスと、第１のガス室の関連した表面とは透明であるので、画質は優れた状態のままである。ガスが透明な第１のガス室を横切った後、ガスは、ガスが冷却される後方冷却プレナムへ向けられてもよい。

別の熱的特徴は、隔離ガスシステムをその冷却能力に代えて、または、加えて、加熱装置として利用してもよい。隔離ガス加熱システムもまた、ディスプレイ表面の前方にある第１のガス室と、加熱プレナムまたは冷却／加熱プレナムを備える第２の室とを含む閉ループシステムということになる。加熱要素は、第２の室内のガスを加熱するためプレナム内に設置されてもよい。ガスが第１の室内へ強制的に送られるとき、ガスはその熱をディスプレイ表面に伝達する。ガスは、その後、別の加熱サイクルのためプレナムへ戻ってもよい。プレナムは、冷却専用プレナム、加熱専用プレナム、または、加熱／冷却組み合わせプレナムとして機能してもよく、すべてが特有のディスプレイおよびディスプレイの特有の動作環境とに依存する。

いくつかの実施形態は、電子ディスプレイを動作させるため使用される電子コンポーネントを隔離ガス室のプレナム内に設置してもよい。電子コンポーネントは、限定されることなく、変圧器と、回路基板と、プロセッサと、抵抗器と、コンデンサと、バッテリと、モータと、電源と、照明装置と、配線および配線用ハーネスと、スイッチとを含んでもよい。プレナムが冷却プレナムとして利用されている場合、プレナム内の冷たいガスは、動作中に当然に発熱する電子コンポーネントの冷却にさらに役立つ可能性がある。さらに、プレナムがディスプレイの熱源として利用されている場合、電子コンポーネントから出る熱はプレナム内のガスをさらに加熱する可能性があり、加熱要素に加えられるべきエネルギーの量を削減する。

直線偏光子は、電子ディスプレイ上の日照負荷をさらに削減するためいくつかの実施形態で使用されてもよい。この偏光子は、隔離ガス室と組み合わせて使用されること、または、偏光子とディスプレイとの間に断熱ギャップを設けて単に電子ディスプレイの前方に設置されてもよい。断熱ギャップは、偏光子とディスプレイとの間で移動される熱の量を削減する。

たとえば、ＬＣＤのようないくつかの電子ディスプレイは、ディスプレイ表面に画像を生成するためバックライト組立体を必要とする。バックライト組立体は、典型的に、ディスプレイのための大きな熱源である。よって、いくつかの実施形態は、ディスプレイのためのバックライトユニットを冷却するために強制対流システムを利用してもよい。強制対流システムは、ギャップを画定するためバックライト組立体に近接して設置された強制対流プレートを備えてもよい。ガスは、バックライト組立体のより効率的な冷却を実現しやすくするため強制的にギャップの中を通される。いくつかの実施形態では、プレナムの壁が強制対流プレートを構成してもよい。

いくつかの実施形態は、（暖かいまたは冷たい）空気を強制的にディスプレイ組立体の外部表面上に送るエアカーテン装置もまた利用してもよい。

最後に、いくつかの実施形態は、ディスプレイ表面を冷却するため流体をディスプレイ表面に接触させる流体組立体を使用してもよい。流体は、ディスプレイ表面を含む前方空洞部内に送り込まれる実質的に透明な冷却液でもよい。

例示的な実施形態のさらなる理解は、以下の詳細な説明および同一の参照符号が同一の部品を参照する添付図面を読むことにより得られるであろう。

例示的な電子ディスプレイに関連した例示的な実施形態の斜視図である。 隔離ガス冷却システムのコンポーネントを示す例示的な実施形態の分解斜視図である。 冷却室の例示的な実施形態の平面図である。 隔離された冷却室、特に、第１のガス室の透明前方表面の実施形態の前方斜視図である。 プレナムに設置された任意の電気コンポーネントを示す隔離された冷却室の実施形態の後方斜視図である。 プレナムに組み込まれてもよい表面形状特徴を示す隔離された冷却室の実施形態の後方斜視図である。 プレナムに組み込まれてもよい表面形状特徴を示す冷却室の例示的な実施形態の平面図である。 熱電モジュールが組み込まれた隔離された冷却室の実施形態の後方斜視図である。 熱電モジュールが組み込まれた冷却室の例示的な実施形態の平面図である。 隔離ガス冷却システムのコンポーネントを示す例示的な実施液体の分解斜視図である。 加熱室の例示的な実施形態の平面図である。 任意の電気コンポーネントおよび加熱要素を示す加熱室の実施形態の後方斜視図である。 隔離ガスシステムまたは断熱ギャップと共に直線偏光子を利用する例示的な実施液体の断面図である。 隔離ガスシステムまたは断熱ギャップと共に直線偏光子を利用する例示的な実施液体の断面図である。 強制対流プレート付きの強制対流冷却システムの例示的な実施形態の側面図である。 強制対流プレート付きの強制対流冷却システムの例示的な実施形態の側面図である。 冷却プレナムが強制対流プレートとして利用される例示的な実施形態の平面図である。 冷却プレナムが強制対流プレートとして利用される実施形態の断面図である。 冷却プレナムが強制対流プレートとして利用される実施形態の断面図である。 冷却プレナムが強制対流プレートとして利用される実施形態の断面図である。 エアカーテン装置を利用するディスプレイの正面図である。 エアカーテン装置を利用するディスプレイの断面図である。 液冷式ディスプレイのコンポーネントを示す説明図である。

開示された実施形態の趣旨および範囲は、ＬＣＤを含むがこれに限定されない熱制御ディスプレイを含むことが理解されるべきである。簡単な説明のため、実施形態はＬＣＤディスプレイのコンポーネントに関連して説明されてもよい。一例として、しかし、限定されることなく、実施形態は、ＬＣＤ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマ、および、投写型ディスプレイの中から選択されたディスプレイと共に使用されてもよい。さらに、実施形態は、未だ気付かれていないディスプレイを含むその他の種類のディスプレイと共に使用されることがある。特に、実施形態は、フルカラー、フラットパネルＯＬＥＤディスプレイと共に使用するのに好適であると考えられる。さらに、実施形態は、特に、比較的大型の、高精細度ＬＣＤディスプレイと共に使用されると考えられる。本明細書に記載された実施形態は屋外環境に好適であるが、これらの実施形態は、ディスプレイの熱安定性が危険にさらされる可能性がある屋内用途（たとえば、工場環境、冷蔵庫／冷凍庫など）にも適し得る。
隔離ガス冷却システム

図１に示されているように、ディスプレイ１０が屋外要素に晒されるとき、ディスプレイ１０内の温度は、ある種の冷却装置がなければ、著しく変化し得る。したがって、ディスプレイ１０は適切に機能しない、または、著しく短縮された寿命を有し得る。直接太陽光は、装置１０の内部温度の上昇を引き起こすので特に問題がある。

図１において、図示された電子ディスプレイの表示領域は、電子ディスプレイ表面の前方にあり、かつ、電子ディスプレイ装置と同一の広がりをもつ幅の狭いガス室を含む。図示されたディスプレイは任意のエアカーテン装置１１４をさらに装備している。エアカーテン装置１１４は後で詳述される。場合によっては、ディスプレイは、ディスプレイ表面での太陽光の反射を軽減するため反射シールド１１９を有してもよい。さらに、屋外環境において、筐体７０は、好ましくは、太陽光を反射する色をしている。

図２に示されているように、電子ディスプレイ１０の例示的な実施形態は、ディスプレイ筐体７０内に収容されている隔離ガス冷却室２０を含む。透明な第１のガス室がスペーサ１００と透明前方プレート９０とによって画定される。第２の透明前方プレート１３０は、前方プレート９０の破損を防ぐのを助け、ディスプレイ内を保護するために前方プレート９０に積層されてもよい。冷却室２０は、ディスプレイスタック８０と関連付けられたバックライト組立体１４０とを取り囲む。

ディスプレイ１００は、第２のガス室内に収容されたガスを冷却する手段を含んでもよい。この手段は、ディスプレイ筐体７０の土台に位置付けられてもよい１台以上のファン６０を含んでもよい。ファン６０は、冷気を取り込み、より冷たい取り込まれた冷気を強制的に後方冷却プレナム４５の少なくとも１つの外部表面全体に送る。必要に応じて、空調装置（図示せず）がプレナム４５の外部表面と接触する空気を冷却するためさらに利用されてもよい。代替的に、ファン６０は外気を取り込むだけでもよい。

図３を参照すると、隔離ガス冷却室２０の実施形態は、第１のガス室３０および第２のガス室４０を含む閉ループを備えてもよい。第１のガス室は透明プレート９０を含む。第２のガス室は冷却プレナム４５を含む。用語「隔離ガス」は、隔離ガス冷却室２０内のガスがディスプレイの筐体内の外気から本質的に隔離されていることを指す。第１のガス室３０は電子ディスプレイ表面８５の前方に位置付けられているので、ガスは表示画像に悪影響を与えるおそれのある塵またはその他の汚染物を実質的に含むべきでない。任意の濾過器（図示せず）は、汚染物および塵の第１のガス室３０への侵入を阻止するのを助けるため利用されてもよい。

隔離ガスは、ほとんどどのような透明ガスでもよく、たとえば、普通の空気、窒素、ヘリウム、または、その他の透明ガスでもよい。ガスは、好ましくは、画質に影響を与えないように無色である。さらに、隔離ガス冷却室２０は、必ずしも外気から密閉されていなくてもよい。室内のガスは、塵および汚染物が第１のガス室に実質的に侵入しない程度に隔離されていることで足りる。

図３に示された閉ループ構造では、第１のガス室３０は第２のガス室４０と気体連通している。冷却室ファン５０が冷却プレナム４５内に設けられ、隔離ガス冷却室２０の周りにガスを進めるため利用されてもよい。第１のガス室３０は、電子ディスプレイ表面８５の前に搭載された少なくとも１枚の前方ガラス９０を含む。

図４を参照すると、前方プレート９０はスペーシング部材１００によって電子ディスプレイ表面８５から前方にセットされてもよい。スペーシング部材１００は、電子ディスプレイ表面８５の前を通る幅の狭い通路の奥行きを画定する。スペーシング部材１００は装置の他のコンポーネントと独立していることがあり、または、代替的に、装置の他のコンポーネントと一体的（たとえば、前方プレート９０と一体的）であることがある。電子ディスプレイ表面８５と、スペーシング部材１００と、透明前方プレート９０とは、第１のガス室３０を画定する。ガス室３０は入口開口部１１０および出口開口部１２０を介してプレナム４５と気体連通している。

図３に示されているように、第１のガス室３０の後方表面は、好ましくは、ディスプレイスタック８０の電子ディスプレイ表面８５を備える。第１のガス室３０内の隔離ガスがディスプレイを横切るとき、隔離ガスは電子ディスプレイ表面８５と接触する。冷却用ガスを電子ディスプレイ表面８５と直接的に接触させることは、電子ディスプレイ表面８５から離れている対流熱伝達を強める。例示的な実施形態では、電子ディスプレイ表面８５は、第１のガス室３０の後方表面を備える。したがって、用語「電子ディスプレイ表面」は（本明細書中に開示された実施形態を除外して）典型的な電子ディスプレイの前方表面を指す。

例示的な実施形態では、電子ディスプレイ表面８５、前方プレート９０、および、任意の第２の前方プレート１３０は、ガラス基板からなってもよい。しかし、ディスプレイ表面８５、透明前方プレート９０、および、任意の第２の透明前方プレート１３０は、いずれもガラスでなくても構わない。したがって、用語「ガラス」は本明細書中では、プレートという用語と交換可能に使用してもよいが、決してガラス材料が必要とされるのではない。さらに、電子ディスプレイ表面８５は、前方ガスコンパートメント３０の後方表面壁を構成しなくてもよい。付加的なプレートが使用されてもよい。しかし、電子ディスプレイ表面８５をガスコンパートメント３０の後方表面壁として利用することにより、ディスプレイ内を進む可視光に影響を与える表面が少なくなり得る。さらに、装置は、軽量化され、より安価に製造できるようになる。

図示された実施形態は電子ディスプレイ表面８５を利用するが、ある種の変更および／またはコーティング（たとえば、反射防止コーティング）が、冷却ガスを収容するため、または、装置の光学性能を改善するため、電子ディスプレイ表面８５、または、システムの他のコンポーネントに加えられてもよい。図示された実施形態では、電子ディスプレイ表面８５は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）スタックの前方ガラスプレートでもよい。しかし、ほとんどいかなるディスプレイ表面でも本冷却システムの実施形態に適している。必須ではないが、第１のガス室３０内の冷却ガスが電子ディスプレイ表面８５に直接的に接触できるようにすることが好ましい。このようにして、ディスプレイコンポーネントから循環ガスへの対流熱伝達が最大化されることになる。

図４を参照すると、第１のガス室３０の前方プレート９０は透明であり、電子ディスプレイ表面８５の前方に位置付けられている。図示された矢印は第１のガス室３０を通る隔離ガスの運動を表している。図示されているように、隔離ガスは第１のガス室３０を水平方向に横切る。冷却システム２０はガスを水平方向または垂直方向のどちらに移動させるように設計されてもよいが、ガスを水平方向へ進める方が好ましい。このようにして、第１のガス室３０に塵または汚染物が侵入した場合、塵または汚染物は、ディスプレイの観察領域外にある室３０の底まで落下する傾向がある。システムは、空気を左から右へ、または、代替的に、右から左へ移動させてもよい。ガスは第１のガス室３０を横切った後、出口開口部１２０から外へ出る。出口開口部１２０は後方冷却プレナム４５への入口接合部を画定する。

図５は（説明のため透明であるように図解された）後方冷却プレナムの概略を示している。プレナム内の１台以上のファン５０が隔離ガス冷却室中で隔離ガスを移動させるために必要な力を供給する。第１のガス室３０はディスプレイの表面８５から熱を集めるように設計されていたが、第２のガス室４０はガスから熱を抽出し、冷却室２０からガスを取り除くように設計されている。第２の室４０は、所与の電子ディスプレイ用途の範囲内で内部構造体を収容するため様々な輪郭および形状特徴を有してもよい。

必要に応じて、様々な電子部品２００が第２のガス室４０全体のどの場所にでも設置され得る。電子部品２００は、限定されることなく、変圧器と、回路基板と、プロセッサと、抵抗器と、コンデンサと、バッテリと、モータと、電源と、照明装置と、配線および配線用ハーネスと、スイッチとを含んでもよい。これらの部品は室の壁に直接搭載され得るか、または、ロッドもしくはポスト２０９に支持され得る。よって、冷却プレナムは、第１のガス室３０から熱を抽出するだけでなく、これらの様々な電子部品２００を冷却するように設計され得る。（付加的に、後述されるように、隔離ガスシステムがディスプレイを加熱するため使用される場合、電子コンポーネントは隔離ガスを加熱するのに役立ち得る。）

今度は図６および７を参照すると、様々な表面形状部材１５０がプレナム４５からの放熱を改善するため追加されてもよい。これらの表面形状部材１５０は、第２のガス室４０内のガスから熱を放出させるためより大きな表面積を提供する。これらの表面形状部材１５０は、プレナム４５の表面の多数の場所に位置付けられてもよい。

今度は図８および９を参照すると、１個以上の熱電モジュール１６０が第２のガス室４０内に収容されたガスをさらに冷却するためプレナム４５の少なくとも１つの表面に位置付けられてもよい。熱電モジュール１６０は、単独で使用されてもよく、または、表面形状部材１５０と併せて使用されてもよい。代替的に、熱電モジュール１６０は、隔離ガスシステムが冷温環境の中でディスプレイを加熱するため利用される場合、プレナム内のガスを加熱するため使用されてもよい。

図１０は、後方プレナム４５内に収容されたガスの熱を取り除く例示的な方法を示している。ファン６０は、空気を取り込み、その空気をプレナム４５の前方表面および後方表面の全域に送るように位置付けられてもよい。この場合も、ファン６０は、空調された空気をディスプレイ筐体７０内に取り込み、または、単に外気を取り込んでもよい。さらに、この構成では、ファン６０は、ディスプレイ全体を冷却する能力をさらに高めるため、空気を強制的に電子ディスプレイの発熱コンポーネント（たとえば、ディスプレイスタック８０およびバックライト組立体１４０）のそばを通過させる。本実施形態は、後述される強制対流冷却法と組み合わせることができることに注意を要する。加熱された排気は、ディスプレイ筐体７０に位置している１個以上のアパーチャ１７９を通って外に出ることがある。
隔離ガス加熱システム

上述されているように、隔離ガスシステムは、電子ディスプレイを加熱するためにも利用され得る。図１１および１２を参照すると、加熱素子２２０は、第２のガス室４０内に位置し、ガスが第２のガス室４０内を通過するときにガスを暖めるため動作し得る。これらの加熱素子は、多数の一般に入手できる加熱素子または熱電モジュールのうちのいずれか１つであり得る。多くの場合に、これらの加熱素子は、単に高い電気抵抗をもつ材料であり、よって、電流が内部を流れるときに発熱する。加熱素子は、限定されることなく、ニクロム線またはリボンと、セラミック断熱型金属（一般に鋼）プレートに堆積したスクリーン印刷金属／セラミックトラックと、ＣａｌＲｏｄ（例示的に、頑丈な金属シェルの内側にシールされたセラミックバインダ内のニクロム線のファインコイル）と、加熱ランプと、正温度係数（ＰＴＣ）抵抗セラミックとのうちのいずれか１つであり得る。

上述のように、プレナム４５は電子ディスプレイに給電し、電子ディスプレイを制御する電気部品２００を含んでもよい。電気部品は、変圧器と、マイクロプロセッサと、印刷回路基板と、電源と、抵抗器と、コンデンサと、モータと、配線用ハーネスと、コネクタとのうちのいずれか１つでもよい。電気部品２００のための電気接続部はプレナム４５の壁を通り抜け得る。電気部品２００はプレナム４５内のどの場所にでも位置し得る。電気部品２００は、プレナムの後方または前方表面に搭載され、かつ、プレナムの表面に直接搭載されてもよく、または、ガスが部品のあたり一面を通るように搭載用ポストによって吊り下げられてもよい。

ディスプレイが使用できる間、隔離ガス冷却システムは連続運転し得る。しかし、必要に応じて、温度センサ（図示せず）およびスイッチ（図示せず）が電子ディスプレイ内に組み込まれることがある。その場合、温度が所定のスレッショルド値に達したことを検出するためサーモスタットが使用されてもよく、隔離ガスシステムは、ディスプレイ内の温度が所定の値に達したときに選択的に連動させられてもよい。所定の温度スレッショルドは選択されてもよく、システムは、ディスプレイを許容可能な温度範囲内に有利に保つために、ディスプレイを加熱し、冷却し、または、加熱および冷却の両方を行うように構成されてもよい。
任意の断熱体ギャップ付きの直線偏光子

図１３は別の熱制御特徴の別の例示的な実施形態の断面図である。図示された配置では、前方パネル９０および第２の前方パネル１３０はガラスからなってもよく、一体的に積層されてもよい。第１および第２の前方パネル１３０および９０は、前方ガラスユニット２０６を形成するため、屈折率適合光学接着剤の層２０１を使って互いに固定されてもよい。ディスプレイスタック８０は、前方偏光子２１６および後方偏光子２１４が介挿された液晶組立体２１２を備えてもよい。他の実施形態では、ディスプレイスタック８０は、他の種類の電子ディスプレイのための他の種類の組立体でもよい。ディスプレイスタック８０と前方ガラスユニット２０６との間の空間は絶縁隙間３００を画定する。絶縁隙間３００は前方ガラスユニット２０６をＬＣＤスタック８０から断熱する働きをする。この熱分離は、ＬＣＤスタックの日照負荷を可能にするのではなく、前方ガラスユニット上の熱を局部に限定する。隔離ガスシステムと組み合わせて使用される場合、絶縁隙間３００は第１のガス室３０を備えてもよい。他の実施形態では、絶縁隙間３００は、単に外気と日照負荷との両方からの断熱層として、隔離ガスシステムなしで使用されてもよい。

第２の前方パネルは第１の表面２０２および第２の表面２０８を有してもよい。第１の表面２０２は要素に晒されてもよく、一方、第２の表面２０８は屈折率整合光学接着剤２０１によって第１の前方プレート９０に固定されてもよい。第１の前方プレート９０は第３の表面２０９および第４の表面２０４を有してもよい。第３の表面２０９は屈折率整合光学接着剤２０１によって第２の前方プレート１３０に固定されてもよく、一方、第４の表面は絶縁隙間３００と直接隣接することがある。いくつかの実施形態では、ディスプレイスタック８０の日照負荷を減少させ、観察画質を改善するため、反射防止コーティングが第１の表面２０２および第４の表面２０４に塗布されてもよい。他の実施形態では、反射防止コーティングは第１の表面２０２、第２の表面２０８、第３の表面２０９、または、第４の表面２０４のうちの少なくとも１つだけに塗布されてもよい。

図１４は、前方ガラスユニット２０６の別の例示的な実施形態の断面図である。図示された配置では、前方ガラスユニット２０６は、第２の前方プレート１３０と、屈折率整合光学接着剤の層２０１と、直線偏光子４００と、第１の前方プレート９０とを備える。直線偏光子４００は、第１の表面２０２、第２の表面２０８、第３の表面２０９、または、第４の表面２０４のうちの少なくとも１つに接合されてもよい。この場合も、反射防止層が第１の表面２０２、第２の表面２０８、第３の表面２０９、または、第４の表面２０４のうちの少なくとも１つに塗布されることがある。直線偏光子４００は、ＬＣＤスタック８５内に見られる前方偏光子２０９と整列させられることがある。前方ガラスユニット２０６内に直線偏光子４００を組み込むことは、ディスプレイスタック８０上の日照負荷をさらに減少させる。日照負荷の削減は電子ディスプレイの内部温度を著しく低下させてもよい。直線偏光子４００は、前方ガラスユニット２０６およびディスプレイスタック８０の鏡面反射の減少をさらに引き起こすことがある。上述されているように、隔離ガスシステムと組み合わせて使用される場合、絶縁隙間３００は第１のガス室３０を備えてもよい。他の実施形態では、絶縁隙間３００は、単に外気と日照負荷との両方からの絶縁層として、隔離ガスシステムなしで使用されてもよい。この場合も、ディスプレイスタック８０はＬＣＤスタックでもよいが、他のどのような種類の電子ディスプレイでも構わないことに注意を要する。

第２の前方プレート１３０が必要とされないことにも注意を要する。実施形態は、前方プレート９０の後方表面または前方表面のいずれかに取り付けられた直線偏光子と共に第１の前方プレート９０だけを利用することがある。反射防止層もまた前方プレート９０の前方表面または後方表面のいずれかに取り付けられることがある。前方プレート９０は、第２の前方プレート１３０なしで前方プレート９０だけを使用する場合、付加的な強度のため焼き戻しされることがある。
強制対流

いくつかの種類の電子ディスプレイは、観察スクリーンに画像を生成するためバックライト組立体を必要とする。ＬＣＤは、バックライト組立体を必要とするディスプレイの１つの種類である。プラズマディスプレイおよびＯＬＥＤのような他の種類のディスプレイは、それ自体で光を発生するためバックライト組立体を必要としない。しかし、これらの種類のディスプレイは、依然としてかなりの量の熱を発生する。よって、以上の説明では、強制対流システムがバックライト組立体に関して説明されているが、実施例は他の種類のディスプレイを使って実施され得ることに注意を要する。したがって、バックライトまたはバックライト組立体が検討されているとき、これらの組立体は他の発熱ディスプレイの後方表面ということがあり、強制対流システムはこれらの代替的なディスプレイのより効率的な冷却を実現しやすくすることになる。図１５Ａ〜１５Ｂと図１７Ａ〜１７Ｃとは必ずしも正しい縮尺で描かれていないことに注意を要する。要素間の関係は説明のために誇張される可能性がある。

図１５Ａは、強制対流プレート３００付きのバックライト１４０の断面図を示し、２つの形状特徴の間の空間は幅の狭いギャップ３０５を画定する。ギャップの寸法は、ディスプレイのサイズと、ディスプレイの動作条件と、バックライト組立体の種類と、ディスプレイ後方表面材料と、様々な強制対流ファンの台数および様々な強制対流プレートに印加される電力とを含むいくつかの要因次第で変化し得る。いくつかの例示的な実施形態は、約０．２５〜３．５インチのギャップ距離を利用してもよい。他の実施形態は僅かに広いギャップを利用してもよい。空気を強制的にこのギャップ３０５の中へ送ることは、バックライト１４０を冷却する能力を高めることがわかった。１台以上の強制対流ファン３１０がギャップ３０５内を通る空気を抜くために使用されてもよい。図１５Ｂは、１台以上の強制対流ファン３１０がギャップ３０５内を通る空気を推し進める強制対流システムの実施形態の断面図を示している。

図１６は上述されているような隔離ガスシステムの平面図を示している。隔離ガスシステムを通過する切断線１７−１７が示されている。

図１７Ａ〜１７Ｃは図１６に示された１７−１７による断面の断面図を示している。最初に図１７Ａを参照すると、ディスプレイの前方へ向いているのは、電子ディスプレイ８０に当接する第１のガス室３０である。第１のガス室３０の前方には前方プレート９０がある。ディスプレイの後方へ向かって、バックライト１４０が第２のガス室４０に接近して配置されている。この配置では、第２のガス室４０の外壁は、強制対流プレートとして機能し得る。本実施形態は、強制対流ファンを利用しない代わりに、ディスプレイ筐体の外部から空気を取り込み、空気を強制的に第２のガス室４０の表面全体へ送るファン６０を使用する。上述されているように、この空気は、単に外気でもよく、または、代替的に、この空気は空調ユニット（図示せず）によってもたらされ得る。バックライト１４０と冷却室４０との間の空気の流れを円滑にするため、案内装置３２０が使用されてもよい。

今度は図１７Ｂを参照すると、冷却室４０は、バックライトと冷却室との間の空気の流れを円滑にするため案内装置３２０と組み合わせて使用される案内形状特徴４１を含む。図１７Ｃは、外部ファン６０および強制対流ファン３１０の両方が使用される別の実施形態を示している。本実施形態は図１７Ａおよび１７Ｂに示された種類の案内装置を利用することもあり得る。

バックライト１４０は、複数のライトが電子ディスプレイ８０に対向する側面に搭載されている印刷回路基板（ＰＣＢ）を備えることがある。バックライトのライトは、ＬＥＤ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、発光ポリマー（ＬＥＰ）、または、有機エレクトロルミネセンス（ＯＥＬ）ライトのうちのいずれか１つでもよい。例示的な実施形態では、バックライト１４０は、理想的に、電子ディスプレイ８０に対向する側面と第２のガス室に対向する側面との間に低レベルの熱抵抗を有することになる。この低レベルの熱抵抗を実現するため、バックライト１４０は、ライトから離れたところへ熱をさらに伝達するため金属印刷回路基板（ＰＣＢ）テクノロジーを使用して構築されてもよい。バックライト１４０の後面は、対流熱伝達特性をさらに高めるため、金属でもよく、または、他の熱伝導性材料でもよい。表面は、対流熱伝達特性をさらに高めるために、フィンのような複数の表面形状特徴まで有してもよい。強制対流ファン３１０は、その後、温風がディスプレイ筐体から完全に出てもよいように、（図２に示された）排気管１７９から温風を送ってもよい。

ディスプレイが使用できる間に、外部ファン６０および強制対流ファン３１０は連続動作し得る。しかし、必要に応じて、温度センサ（図示せず）およびスイッチ（図示せず）が電子ディスプレイ内に組み込まれ得る。この効果的なサーモスタットは、温度が所定のスレッショルド値（しきい値）に達したことを検出するためサーモスタットが使用されてもよい。このような場合、様々なファンは、ディスプレイ内の温度が所定の値に達したときに選択的に連動させられ得る。所定のスレッショルドは選択されてもよく、システムは、ディスプレイを許容可能な温度範囲内に有利に保つためにサーモスタット（図示せず）を使って構成されてもよい。この構成は、装置のエネルギーコストと耐用期間とを両方共に節約することになる。
エアカーテン

上述の様々な熱制御特徴に加えて、エアカーテン装置がさらに使用され得る。エアカーテン装置は単独で使用されてもよく、または、上述の他の熱制御特徴のいずれかと組み合わせて使用されてもよい。

図１８は、筐体７０および前方プレート９０を有する電子ディスプレイ１０を示している。エアカーテンのためのエアーバッフル１１４が図中に破線として示されている。切断線１９−１９もまた同図に示されている。

図１９は図１８に示された線１９−１９による断面図を示している。同図は、ファン６０が作動されているとき、筐体７０内を通る空気の循環を示している。上述されているように、ファン６０は入口５１を介して筐体７０内へ空気を取り込む。この空気は、外気でもよく、または、代替的に空調された空気でもよい。取り込まれた空気の流れが矢印１１１として示されている。ディスプレイ筐体７０内に入ると、空気は流れの矢印１２１に沿って上向きに流れ得る。この空気は、上記の熱制御特徴のうちのいずれかと共に利用され得る。たとえば、この空気は、第２の室（プレナム）内で隔離ガスを冷却するため使用されてもよく、または、上述の強制対流システムと共に使用されてもよい。

説明のため、ディスプレイ内コンポーネントの詳細は同図から省略され、空洞部６１だけが示されている。エアカーテンはどの種類の電子ディスプレイを使っても、かつ、上述の熱制御特徴のどの組み合わせを使っても実施され得ることに注意を要する。様々な内部特徴（図示せず）が空気をバッフル１１４の方へ向けるため空洞部６１内に設置されることがある。取り込まれた空気は、空気を外部ディスプレイ表面と反対方向へ向け得るバッフル１１４に到達するまで、矢印１２１に沿って空洞部６１内を進み続けてもよい。この外部表面は、第１の前方プレート９０でもよく、または、代替的に、詳細に上述された付加的な前方プレート（たとえば、第２の前方プレート１３０）のいずれでもよい。

よって、エアカーテンは、ディスプレイの内部コンポーネント冷却のための排気装置として使用され得る。代替的に、エアカーテンからの冷風は、かなりの日照負荷または周囲熱風からの熱伝達に晒され得るディスプレイの外部前方表面をさらに冷却するため使用され得る。
流体冷却システム

図２０は別の熱制御特徴を示す説明のための概略図である。図面から理解されるように、冷却システム２２は、流体連通した様々なコンポーネントを含む。好ましくは、流体連通は、コンポーネントを（概念的に鎖線として示されている）一連のチューブまたはパイプと接続することにより実現され得る。冷却システム２２のコンポーネントは、流体連通した貯蔵タンク３７とポンプ４７と冷却室４とを含む。好ましくは、このシステムは、同様に流体連通した濾過器８３および放熱器７２をさらに含む。場合によっては、このシステムは、ファンユニット９４をさらに含むことがある。しかし、任意のファンユニットは、好ましくは、他のコンポーネントと流体連通しない。

貯蔵タンク３７は、冷却液の主要な体積を保持し、流体がタンク３７内に収容されている間に流体から熱を奪うための表面領域を提供する。タンクは、少なくとも２個の開口部、即ち、出口ポート１３および戻りポート１４を有する。場合によっては、貯蔵タンクは通気ポート６６を含む。ポンプ４７は、冷却液をシステム２２の中で移動させる。当業者によって認められるように、ポンプ４７は、適切な結果で冷却液通路に沿って多数の場所に位置してもよい。しかし、プレート４４および１２８の曲率を最小限に抑えるために、ポンプが冷却室４の底から上端へ液体冷却剤を実際に引き寄せるように冷却室４７の後にポンプ４７を位置付けることが好ましい。ポンプがそのように位置付けられている場合、ポンプを連動することは、冷却室４の上端に低圧の領域を作り出す。このようにして、流体は矢印に沿って冷却室４内を流れる。ある種の冷却液の「すべり」のため、ポンプ４６は、好ましくは、容積移送型ポンプである。

冷却室を通る冷却液の流れを調節するために、バルブ６３４付きのバイパスラインが設けられてもよい。バイパスラインは、冷却液が冷却室４を迂回するためのバイパス経路を提供する。バルブ６３４は、バイパスラインの中へ迂回させられる冷却液の量の制御を実現しやすくするよう構成される。バイパスラインおよびバルブ６３４は、冷却液の所定の部分が冷却室４へ向けられた流れから迂回させられることを可能にし、それによって、冷却室自体を流速の制御を実現しやすくする。このようにして、冷却室を通る流速が調節されてもよい。

当業者が認めるように、他の方法および装置も同様に冷却室を通る流れを調節するため使用されてもよい。たとえば、ポンプ４７のサイズおよびポンプ速度は所定の用途のため最適化されてもよい。代替的に、可変速度ポンプが使用されてもよい。好ましくは、可変速度ポンプは、少なくとも１台の圧力トランスデューサ（図示せず）と電気的に連通してもよい。好ましくは、圧力トランスデューサは、冷却室４の上流に設置されてもよく、別の圧力トランスデューサが冷却室４の下流に設置されてもよい。少なくとも１台の圧力トランスデューサによって提供される圧力情報は、可変速度ポンプの動作速度を設定するため利用されてもよい。このようにして、冷却室４を通る流速は装置内の適切な圧力を維持するように調節されてもよい。冷却室４内の適切な圧力を維持することは、ディスプレイガラスの変形または破損を防止するために重要である。

任意の濾過器８３は流体内の汚染物を取り除くために追加されてもよい。好ましくは、放熱器７２およびファンユニット９４がより高い熱安定性を提供するためにさらに組み込まれてもよい。場合によっては、栓（図示せず）がシステムへの冷却液の充填、および、システムからの冷却液の排出を実現しやすくするために設けられてもよい。

動作中に、流体は、タンク３７の下側に位置していることがある出力ポート１３から貯蔵タンク３７を出る。冷却室４までの途中に、流体は任意の濾過器８３を通過する。濾過器８３から、流体は、次に、マニホールド５９の入口９８を介して冷却室４に入る。流体冷却剤は、指定された方向（ダッシュ矢印）に冷却室４の流体コンパートメント内を上へ移動する。冷却液は上部マニホールド６０の出口９９を介して冷却室４から出る。好ましくは、流体は、次に、任意の放熱器７２によって収容される。任意の放熱器７２内を移動する間に、任意のファンユニット９４は、冷却液から熱を奪うのを助けるために空気を強制的に放熱器７２のそばへ送ってもよい。放熱器７２の後に位置付けられ得るポンプ４７は、貯蔵タンクの方へ流体を引き寄せることが可能である。流体は戻りポート１４を介して貯蔵タンク３７内に収容される。好ましくは、戻りポート１４は、出口ポート１３を介して貯蔵タンク３７から出る前に冷えるための最大の機会を戻ってくる液体に与えるため、出口ポート１３から比較的離れた場所に配置されてもよい。

必要に応じて、ファンユニットは、ディスプレイ１５の冷却室４のすぐ後ろ側で筐体７５の土台に位置してもよい。ファンユニットは、筐体７５内を通る空気の層流を与え得る。好ましくは、気流は、貯蔵タンク３７の少なくとも１つの外部表面の全域に向けられることになる。上述されているように、排気流は、任意のエアカーテン・システム１１４を用いて、最終的に冷却室表面４４へ向け直され得る。

必要に応じて、温度センサ（図示せず）およびスイッチ（図示せず）が電子ディスプレイ内に組み込まれてもよい。温度センサは、温度が所定のスレッショルド値に達したときを検出するため使用されてもよい。このような場合、ポンプは、ディスプレイ内の温度が所定の値を満たすときに選択的に連動させられ得る。所定のスレッショルドは選択されてもよく、システムは、ディスプレイを比較的一定の温度に、または、少なくとも許容可能な温度の範囲に有利に保つため、サーモスタット（図示せず）を使って構成されてもよい。代替的に、サーモスタットの必要性を回避するため、ポンプ４７は、電子ディスプレイが使用できるとき連続運転し得る。

Claims (5)

1. ディスプレイ表面と、後方表面を備えるバックライトと、を有する電子ディスプレイの熱制御システムであって、
   前記ディスプレイ表面の前方に配置されており、入口と出口とを有する第１のガス室と、
   前記第１のガス室の前記入口及び前記出口に気体連通し、前記バックライトの後方に配置されており、内部表面及び外部表面を有する第２のガス室と、
   前記第２のガス室内にあり、隔離ガスを前記第１のガス室内及び前記第２のガス室内で移動させる１つ又はそれ以上のガス室ファンと、
   前記バックライトの前記後方表面に空気を強制的に送るよう構成された１つ又はそれ以上のファンと、を備え、前記空気が前記隔離ガスと混ざらないことを特徴とする熱制御システム。
2. 前記熱制御システムは、更に、前記電子ディスプレイを動作させる１つ又はそれ以上の電子部品を備えており、前記１つ又はそれ以上の電子部品は前記第２のガス室内に収容されている請求項１に記載の熱制御システム。
3. 前記熱制御システムは、更に、前記ディスプレイ表面の前方に設置された直線偏光子を備えている請求項１及び２に記載の熱制御システム。
4. 前記熱制御システムは、更に、
   強制対流プレートと、
   １つ又はそれ以上の強制対流ファンと、
   を備えており、
   前記バックライトは、前記電子ディスプレイの後方に配置され、後方表面を有しており、
   前記強制対流プレートは、前記バックライトの前記後方表面に接近して配置されており、前記強制対流プレートと前記バックライトの前記後方表面との間には隙間が形成されており、
   前記１つ又はそれ以上の強制対流ファンは、前記隙間から空気を引き出すよう構成されている請求項１及び２のいずれか一項に記載の熱制御システム。
5. ディスプレイ表面と、後方表面を備えるバックライトと、を有する電子ディスプレイを熱制御する方法であって、
   前記ディスプレイ表面と接触している第１のガス室と前記第１のガス室と気体連通するとともに、内部表面及び外部表面を有する第２のガス室とを備える隔離ガスシステムを設けるステップと、
   隔離ガスを強制的に前記第１のガス室内へ送るステップと、
   前記ディスプレイ表面から前記隔離ガスへ熱を伝達するステップと、
   前記隔離ガスを前記第２のガス室内へ案内するステップと、
   前記第２のガス室の前記外部表面上に、かつ、前記バックライトの前記後方表面に沿って空気を強制的に送りステップと、
   前記隔離ガスを前記第１のガス室内へ戻すステップと、
   を含む方法。

Images