JP5455782B2 - 表示装置及びその空気冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、表示部の姿勢を縦横に変更して使用可能な表示装置の放熱構造に関するものである。

近年、平面表示装置は、表示画像に応じて表示部の方向を縦横に変えて使用するニーズが高い。この種の平面表示装置は、表示部筐体内の放熱流路が表示部の姿勢の向きを変更すると変化する。そこで従来の構造では、縦横設置それぞれの放熱に対応すべく、表示部の背面全体に多数の通風孔が設けられている。直方体状をした表示部を横長に設置した状態での空気の流れは、２つの長辺部のうち下方に位置する長辺部に形成した通風孔から装置内に吸気され、上方に位置する長辺部に形成した通風孔から装置外へ排気される。また表示部を縦長に設置した状態での空気の流れは、２つの短辺部のうち下方に位置する短辺部に形成した通風孔から装置内に吸気され、上方に位置する短辺部に形成した通風孔から装置外へ排気される。

また非特許文献１に示すように、空気の流れで装置内の冷却を効果的に行う方法として、温度が高く密度の低い空気ほど上昇し、温度が低く密度が高い空気ほど下降する性質を利用した煙突効果が知られている。その一例として装置の上下面に通風孔をもつ煙突型筐体と側面に通風孔をもつオープンラック型筐体について筐体内の温度分布、風速の比較や放熱効果が記載されている。
特許文献１には、平面表示装置の上部および側面の通風孔に開閉式の蓋を設け、縦横の設置方向に応じて上昇気流を乱す通風孔に蓋をする構造をもつ平面表示装置が開示されている。この平面表示装置では、縦横の設置方向に応じて開閉する蓋を通風孔に設けており、装置筐体の内部における下から上への気流を乱さないための構造をもつ。

特許第３７３６１７５号公報

国峰尚樹著「エレクトロニクスのための熱設計完全入門」、日刊工業新聞社、２００２年１０月、ｐ１４８

従来の平面表示装置では、表示部を縦横に設置して使用する場合、各姿勢に適した通風孔の配置を得ることが困難であった。前記特許文献１に記載の平面表示装置では、通風孔の設置箇所が平面表示装置の上部および側面に制限され、また通風孔ごとに開閉式の蓋を設けるために配置スペースや機構が必要となる。
そこで本発明は、表示部に係る縦長及び横長の設置状態にそれぞれ適した放熱構造の実現を目的とする。

上述した課題を解決するために本発明に係る装置は、背面又は側面に通風孔が形成された通風孔領域を有する表示部と、該表示部を縦長の設置状態及び横長の設置状態で支持する支持手段を備えた表示装置であって、前記支持手段は前記縦長の設置状態及び前記横長の設置状態にて前記通風孔領域の一部を塞ぐカバー手段を備える。前記通風孔領域のうち前記カバー手段によって覆われた領域よりも下方に位置する下部領域の通風孔から前記表示部内に吸気し、前記カバー手段によって塞がれた領域よりも上方に位置する上部領域の通風孔から前記表示部の外部に排気する構成とした。

本発明によれば、表示部内の上昇気流を乱す通風孔を前記カバー部材で塞ぐことで、縦長、横長の設置状態にそれぞれ適した放熱構造を実現できる。

本発明の第１実施形態に係る表示装置の構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る表示装置の構成例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る表示装置の構成例を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る表示装置の構成例を示す図である。

以下に、本発明の各実施形態に係る表示装置とその表示部の空気冷却方法について添付図面に基づいて詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る表示装置の構成を例示する。図１（ａ）は、背面に通風孔（通気孔）を有する表示部１０１ａを、横長の設置状態で示す背面図である。また図１（ｂ）は表示部１０１ａを縦長の設置状態で示す背面図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、図１（ｄ）は通風孔を示す部分拡大図である。
表示部１０１ａの筐体内には、図１（ｃ）に示すように、表示モジュール１０１ｃが配置され、その背面には熱源となる回路基板１０２ｃ，１０３ｃが配置されている。表示部１０１ａは、その支持手段を構成するスタンド部１０５ａに対し、不図示の連結機構によって回動可能に支持されており、ユーザは図１（ａ）に示す横長の状態と図１（ｂ）に示す縦長の状態で表示部１０１ａを使用できる。

図１（ａ）に示す設置状態では、表示部１０１ａの背面に形成した通風孔領域の一部が、Ｔ字型の通風孔カバー１０６ａによって閉塞されている。通風孔カバー１０６ａはスタンド部１０５ａの一部をなし、背面の中央部領域１０４ａに形成した通風孔を塞いでいる。これに対し、背面の下部領域１０２ａと上部領域１０３ａに形成した通風孔は、通風孔カバー１０６によって塞がれていない。従って、放熱に関わる空気の流れとしては、矢印Ａ１０１に示すように下部領域１０２ａの通風孔から表示部１０１ａの筐体内に吸気され、矢印Ａ１０２に示すように上部領域１０３ａの通風孔から筐体外に排気される。
上記のように通風孔カバー１０６ａにより表示部１０１ａの背面の通風孔領域は、下部領域１０２ａと上部領域１０３ａに分割される。これらの領域の面積を比較すると、下部領域１０２ａの面積よりも上部領域１０３ａの面積の方が大きい。具体的な面積比については後で詳述する。

図１（ｂ）に示す設置状態は、図１（ａ）に示す表示部１０１ａを回転中心１０７ａの回りに矢印Ａ１０３のように背面から見て時計回りに９０°回転させて、縦長に設置した状態を示す。その際、通風孔カバー１０６ａは回転することなく、図１（ａ）と同じ状態である。通風孔カバー１０６ａは、表示部１０１ａの背面の中央部領域１０３ｂに形成した通風孔を塞ぎ、下部領域１０１ｂと通上部領域１０２ｂに形成した通風孔は塞いでいない。従って放熱に関わる空気の流れとしては、矢印Ｂ１０１に示すように下部領域１０１ｂから表示部１０１ａの筐体内に吸気され、矢印Ｂ１０２に示すように上部領域１０２ｂから筐体外に排気される。
図１（ｂ）の状態で表示部１０１ａの背面の通風孔領域は通風孔カバー１０６ａにより、下部領域１０１ｂと上部領域１０２ｂに分割される。これらの領域の面積を比較すると、下部領域１０１ｂの面積よりも上部領域１０２ｂの面積の方が大きい。具体的な面積比については後で詳述する。

図１（ｃ）に矢印Ｃ１０１で示すように、表示部１０１ａの筐体内に取り込まれた空気は、下から上への上昇気流となって、矢印Ｃ１０２のように筐体の外部へ排気される。通風孔カバー１０６ａには筐体との間に、弾性を有する密閉部材１０４ｃが取り付けられており、該部材は中央部領域１０３ｂからの空気の吸気や排気が行われないように通風孔を塞ぐ役割をもつ。矩形断面の密閉部材１０４ｃは、例えばスポンジ状の芯をもち、その外側を金属メッシュ等の材料で覆われており、一面が粘着テープで通風孔カバー１０６ａに貼り付けられている。金属メッシュで覆われた密閉部材１０４ｃは、その摩擦係数が小さいため、図１（ａ）と図１（ｂ）との間で設置状態の切り替える場合、表示部１０１ａの背面との摺動面で引掛かることなく円滑に回転動作が行われる。

図１（ｄ）は、表示部１０１ａの背面に一様に設けられた通風孔領域を部分的に拡大して示す図である。Ｄは通風孔の直径を示し、Ｐは孔同士の中心間隔を示しており、本例では、隣り合う３つの各通風孔の中心を結ぶ三角形の頂角が６０°の千鳥格子状に各孔が配置されている。この場合、単位面積にて通風孔が開けられている割合を示す開口率（％）は、「（９０．６×Ｄ^２）/（Ｐ＾２）」で求まり、「^２」は２乗演算を表す。例えば、Ｄ＝３．５（ｍｍ）、Ｐ＝５（ｍｍ）の場合、開口率≒４４．４（％）となる。このようにして求められた開口率（％）に対して、通風孔を配置する領域の面積を乗ずることにより、通風孔領域の開口面積が算出される。
矢印Ａ１０１、Ｂ１０１に示すように、表示部１０１ａの筐体下部から装置内に吸気された空気は、装置内部の温度上昇による膨張のため体積が増加して上昇し、矢印Ａ１０２、Ｂ１０２に示すように、筐体外に排気される。よって下部領域の面積に比べて上部領域の面積を大きくすることにより、筐体内で下から上への気流を乱さず、効率的な冷却が可能となる。以下、上部領域を下部領域に比べてどの程度の面積比に設計するかについて説明する。気体分子自身の体積や分子間力などの相互作用が無いと考えた場合の理想気体の体積Ｖは絶対温度Ｔに比例し、正の定数ｋを用いて「Ｖ＝ｋＴ」で表される。例えば、装置内で空気温度が３０℃上昇した場合の体積増加率は、（２７３＋３０）/２７３≒１．１１となる。よって、上部領域の開口面積が下部領域の開口面積に比べて１１％程度大きくなるように設計すればよく、前記した開口率を用いて面積計算を行うことができる。

以上のように第１実施形態によれば、表示部１０１ａを支持するスタンド部１０５ａに取り付けた通風孔カバー１０６ａを用いて、表示部１０１ａの筐体背面の中央部領域１０４ａ、１０３ｂに形成した通風孔を塞ぐことができる。つまり、中央部領域１０４ａ、１０３ｂに形成した通風孔を通る空気流は、表示部内の上昇気流を乱す原因となる。中央部領域の通風孔が閉塞される結果、表示部１０１ａを図１（ａ）に示す横長で使用する場合及び図１（ｂ）に示す縦長で使用する場合のいずれにおいても、表示部筐体内の上昇気流を乱さず、効率的な冷却が可能となる。

［第２実施形態］
図２は本発明の第２実施形態に係る表示装置を例示し、該装置の表示部２０１ａにはその上下及び左右の各側面に通風孔が形成されている。図２（ａ）は、表示部２０１ａを横長に設置した状態を示す背面斜視図である。表示部２０１ａの上面には領域２０２ａに上面通風孔が形成され、下面の領域２０３ａに下面通風孔が形成されている。表示部２０１ａの左右の側面には、その上部領域２０４ａ、中央部領域２０５ａ、下部領域２０６ａに通風孔がそれぞれ形成されている。また、表示部２０１ａを支持するスタンドは、スタンド台座部２０７ａと、これに連結されるスタンド支柱部２０８ａと、表示部２０１ａとスタンド支柱部２０８ａを連結するスタンド連結部２０９ａから構成される。
側面通風孔カバー２１０ａは、スタンド連結部２０９ａから水平方向に移動可能に支持され、断面形状がＬ字状をした部材である。図２（ａ）の状態では、側面通風孔カバー２１０ａの端部が、側面の上部領域２０４ａと下部領域２０６ａに挟まれた中央部領域２０５ａの通風孔を塞いでいる。また側面通風孔カバー２１１ａは、側面通風孔カバー２１０ａとは左右対称に配置され、スタンド連結部２０９ａから水平方向に移動可能に支持されたＬ字状断面の部材である。側面通風孔カバー２１１ａは、表示部２０１ａの筐体側面にて側面の中央部領域２０５ａが形成された面とは反対側の側面に形成した側面中央部領域の通風孔（図示せず）を塞いでいる。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す状態の表示部２０１ａを、回転中心２１２ａの回りに、背面から見て時計回りに９０°回転させて縦長に設置した状態を示す。図２（ａ）から図２（ｂ）へと表示部２０１ａの姿勢を変更する場合、ユーザはまず、図２（ａ）の側面通風孔カバー２１０ａ、２１１ａを水平方向に引き出し、表示部２０１ａの回転動作に干渉しない位置まで移動させる。次にユーザは表示部２０１ａを、回転中心２１２ａの回りに背面から見て時計回りに９０°回転させる。最後にユーザが側面通風孔カバー２１０ａ、２１１ａを水平方向に移動して内側に戻せば、図２（ｂ）の状態となる。この場合、表示部２０１ａの左右側面のうち、側面通風孔カバー２１０ａが側面の中央部領域２０５ｂの通風孔を塞ぎ、反対側の側面中央部領域の通風孔を側面通風孔カバー２１０ａが塞ぐ。なお、図２（ａ）に示す上部領域２０２ａの面積は、図２（ｂ）に示す側面の上部領域２０４ｂ、中央部領域２０５ｂ、下部領域２０６ｂを合わせた領域の面積に等しい。

第２実施形態によれば、表示部の上下及び左右の側面に通風孔を有する表示装置において、側面中央部領域に形成した通風孔からの空気の出入りを防ぐことで、表示部内での上昇気流を乱さず、効率的な冷却が可能となる。さらには側面通風孔カバー２１０ａ、２１１ａの形状や取付位置に工夫を凝らすことによって、側面通風孔の一部又は全てを塞ぐことができるので、熱源となる筐体内の回路基板や筐体内の空気の流れに応じて放熱を効率的に行える。

［第３実施形態］
図３は本発明の第３実施形態に係る表示装置の構成を例示する。図３（ａ）は、表示装置の背面部を分解して示す分解斜視図であり、表示部３０１ａと通風孔カバー３０４ａ、壁掛金具３０３ａ、接続金具３０２ａを示す。図３（ｂ）は、表示装置が設置壁３０１ｂに縦長に設置された状態で、表示部３０１ａの断面を概略的に示す。表示部３０１ａは接続金具３０２ａと壁掛金具３０３ａを用いて壁面に取り付けられる。
表示部３０１ａの背面には、２つの矩形枠によって囲まれた四角形状の領域内に多数の通風孔が形成され、その一部を塞ぐように通風孔カバー３０４ａが位置する。通風孔カバー３０４ａには、表示部３０１ａと接する側に密閉部材３０７ａが取り付けられている。また通風孔カバー３０４ａの中央には、壁掛金具３０３ａの一部をなす回転部３０８ａを挿通させるための孔が形成されており、その周囲には複数のねじ孔３０６ａが形成されている。壁掛金具３０３ａは板状部材を屈曲させて形成した基台部３０８ｂと、円柱状の回転部３０８ａを備える。基台部３０８ｂの側面には引掛部３１３ａがＬ字状の切欠として形成され、ねじ３１４ａの挿通孔が形成されている。接続金具３０２ａは壁掛金具３０３ａに内嵌される形状をもち、左右の側面部には側方を向いた凸部３１２ａが設けられ、ねじ３１４ａのためのねじ孔３１５ａが形成されている。

以下、表示部３０１ａを設置壁３０１ｂに設置する手順について説明する。なお、接続金具３０２ａは、ねじ３１１ａによって設置壁３０１ｂに予め取り付けられているとする。
先ず、設置者は壁掛金具３０３ａと通風孔カバー３０４ａを複数本のねじ３０５ａで互いに結合する。設置者は、壁掛金具３０３ａに形成した孔にねじ３０５ａをそれぞれ挿通させて、通風孔カバー３０４ａに形成したねじ孔３０６ａに締結する。
次に設置者は、壁掛金具３０３ａの回転部３０８ａを表示部３０１ａにねじ留めする。回転部３０８ａはその回転軸を中心として基台部３０８ｂに対して回転可能であり、外周縁部に設けられた取付部の孔にねじ３０９ａをそれぞれ挿通させて、表示部３０１ａの背面のねじ孔３１０ａに締結される。これにより表示部３０１ａの背面に壁掛金具３０３ａが結合した状態となる。
最後に設置者が接続金具３０２ａの凸部３１２ａに、壁掛金具３０３ａの引掛部３１３ａを引掛けて、ねじ３１４ａをねじ孔３１５ａに締結すれば、設置が完了する。
壁掛で設置される表示部３０１ａの背面において、中央部領域３１６ａ（破線枠内参照）の通風孔が、通風孔カバー３０４ａに取り付けられた密閉部材３０７ａによって閉塞される。つまり、中央部領域３１６ａの通風孔からの空気の出入りを防ぐことにより、表示部３０１ａの内部での上昇気流を乱さずに効率的な冷却が可能となる。なお図３（ａ）では表示部３０１ａを縦長に設置した場合を示したが、回転部３０８ａにより表示部３０１ａを９０°回転させることで横長に設置した場合においても同様の効果が得られる。この場合、通風孔カバー３０４ａは回転することなく図３（ａ）に示す状態のままである。

図３（ｂ）は設置壁３０１ｂに取り付けた状態にて回転部３０８ａの回転軸３０２ｂを通る縦断面図を示し、空気の流れを矢印Ｂ３０１及びＢ３０２で示す。表示部３０１ａの筐体内には、表示モジュール１０１ｃと、その背面にて熱源となる回路基板１０２ｃ、１０３ｃが配置されている。放熱に関わる空気の流れとしては、矢印Ｂ３０１に示すように下部領域３０３ｂの通風孔から吸気され、矢印Ｂ３０２に示すように上部領域３０４ｂの通風孔から排気される。

第３実施形態では、表示部３０１ａを壁に設置する場合、壁掛金具３０３ａに取り付けた通風孔カバー３０４ａによって中央部領域３１６ａの通風孔が閉塞され、表示部内での下から上への気流を乱さず、効率的な冷却が可能となる。

［第４実施形態］
図４は本発明の第４実施形態に係る表示装置の構成を例示する。第４実施形態に係る装置の基本的な構成は第１実施形態の場合と同様であり、以下では相違点を説明する。なお、図１に示す各部と同様の構成要素については、第１実施形態にて既述した部分に付した符号と同一の符号を使用することにより、それらの詳細な説明を省略する。

図４（ａ）は、表示部１０１ａが横長に設置された状態の表示装置を示す背面図であり、背面の通風孔を略Ｔ字形状の通風孔カバー１０６ａが塞いでいる。図１で説明した第１実施形態では、表示部１０１ａの背面にて矩形枠内の全域に亘って通風孔を配置したが、第４実施形態では矩形枠のうち、図に斜線を付して示す領域５０７ａを除いた領域に通風孔が形成されている。つまり表示部１０１ａには、背面から見て略Ｌ字状をした領域（以下、Ｌ字領域という）５０３ａと、該領域から図の右下に離隔した下部領域５０４ａが設けられている。Ｌ字領域５０３ａは、通風孔カバー１０６ａよりも上方に位置する領域と、通風孔カバー１０６ａによって塞がれた領域（左側中央部領域）と、通風孔カバー１０６ａよりも下方に位置する領域とから構成される。また、下部領域５０４ａはその一部が通風孔カバー１０６ａによって閉塞されているが、大半の領域では通風孔が開放された状態である。領域５０５ａはＬ字領域５０３ａと下部領域５０４ａとの間隙部を示し、通風孔カバー１０６ａで覆われているが、該領域に通風孔は形成されていない。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す状態の表示部１０１ａを矢印Ａ１０３に示すように、回転中心１０７ａの回りに背面から見て時計回り方向に９０°回転させた設置状態を示す背面図である。Ｌ字領域５０３ａは、通風孔カバー１０６ａよりも上方に位置する領域と、通風孔カバー１０６ａによって塞がれた領域（右側中央部領域）と、通風孔カバー１０６ａよりも下方に位置する領域とから構成される。また、下部領域５０４ａはその一部が通風孔カバー１０６ａによって閉塞されているが、大半の領域では通風孔が開放された状態である。領域５０１ｂはＬ字領域５０３ａと下部領域５０４ａとの間隙部を示し、通風孔カバー１０６ａで覆われているが、該領域に通風孔は形成されていない。

以上のように、第４実施形態では、表示部１０１ａを縦長、横長に設置したいずれの状態でも、通風孔カバー１０６ａで塞がれる領域５０７ａ（斜線部参照）には、予め通風孔を設けない構造となっている。図４は、矢印Ａ１０３のように背面から見て表示部１０１ａを時計回り方向に９０°回転させる例を示すが、これに限らず、表示部１０１ａ反時計回り方向に９０°回転させる形態の場合も同様である。この場合、図４の装置を左右方向にて鏡像反転させた構成、つまり、図４の紙面を裏側から見た構成にすればよい。いずれにしても第４実施形態では、縦長、横長の両設置状態にて通風孔カバー１０６ａで塞がれる領域５０７ａには通風孔が形成されていないことに特徴があり、通風孔カバーや通風孔の配置、形状や大きさを制限するものではない。
第４実施形態によれば、縦長、横長のいずれの設置状態でも通風孔カバー１０６ａによってＬ字領域５０３ａの一部を塞ぐことにより、表示部１０１ａの筐体内での下から上への気流を乱さず、効率的な冷却が可能となる。

１０１ａ 表示部
１０２ａ，１０１ｂ 下部領域
１０３ａ，１０２ｂ 上部領域
１０３ｂ，１０４ａ 中央部領域
１０４ｃ 密閉部材
１０５ａ スタンド部
１０６ａ 通風孔カバー
２０１ａ 表示部
２０４ａ，２０４ｂ 側面上部領域
２０５ａ，２０５ｂ 側面中央部領域
２０６ａ，２０６ｂ 側面下部領域
２１０ａ，２１１ａ 側面通風孔カバー
３０１ａ 表示部
３０４ａ 通風孔カバー
３０３ｂ 下部領域
３０４ｂ 上部領域
３０７ａ 密閉部材
３１６ａ 中央部領域
５０４ａ 下部領域
５０７ａ 通風孔が形成されていない領域

Claims (7)

1. 背面又は側面に通風孔が形成された通風孔領域を有する表示部と、該表示部を縦長の設置状態及び横長の設置状態で支持する支持手段を備えた表示装置であって、
   前記支持手段は前記縦長の設置状態及び前記横長の設置状態にて前記通風孔領域の一部を塞ぐカバー手段を備え、
   前記通風孔領域のうち前記カバー手段によって覆われた領域よりも下方に位置する下部領域の通風孔から前記表示部内に吸気し、前記カバー手段によって塞がれた領域よりも上方に位置する上部領域の通風孔から前記表示部の外部に排気する構成としたことを特徴とする表示装置。
2. 前記カバー手段は移動可能な状態で前記支持手段に設けられており、前記下部領域と前記上部領域の間に位置する中央部領域を塞ぐことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記カバー手段の密閉部材によって前記表示部の背面に形成された前記通風孔領域の一部を塞ぐことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記カバー手段によって前記通風孔領域の一部が塞がれた状態にて、前記下部領域の開口面積よりも前記上部領域の開口面積の方が大きいことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記上部領域の開口面積と前記下部領域の開口面積との面積比は、前記表示装置内の空気の温度上昇に対応する該空気の体積増加率に基づいて予め算出された面積比である
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記表示部の背面にて、前記縦長の設置状態及び前記横長の設置状態のいずれにおいても前記カバー手段で塞がれる領域には通風孔が形成されていないことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 背面又は側面に通風孔が形成された通風孔領域を有する表示部と、該表示部を縦長の設置状態及び横長の設置状態で支持する支持手段を備えた表示装置の空気冷却方法であって、
   前記支持手段が備えるカバー手段によって、前記縦長の設置状態及び前記横長の設置状態にて前記通風孔領域の一部を塞ぐことにより、
   前記通風孔領域のうち前記カバー手段によって覆われた領域よりも下方に位置する下部領域の通風孔から前記表示部内に吸気し、前記カバー手段によって塞がれた領域よりも上方に位置する上部領域の通風孔から前記表示部の外部に排気することを特徴とする空気冷却方法。

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