TWM682178U - 次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置 - Google Patents

Abstract

一種次毫米發光二極體（Mini LED）背光板的智能風扇控制裝置，屬於顯示設備散熱技術領域。該裝置包括控制器、Mini LED 背光板、抽熱風風扇、送冷風風扇、溫度偵測模組及轉速偵測模組。其中，Mini LED 背光板背面劃分多個散熱區域，每個區域設抽熱風區域與送冷風區域，對應安裝抽、送風風扇；溫度偵測模組實時採集各區溫度並反饋至控制器，控制器根據溫度偏差動態調節風扇轉速，溫度超標時啟動風扇形成氣流循環，溫度降低時停止運轉；轉速偵測模組與風扇波形分析實現故障監測。本創作實現區域化精準散熱，降低能耗與噪音，提升散熱效率及設備穩定性，適用於各類採用 Mini LED 背光技術的顯示設備。

Description

次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置　

本創作涉及顯示技術領域中背光模組的散熱控制技術，尤其涉及一種用於次毫米發光二極體（Mini LED）背光板的智能風扇控制裝置，可廣泛應用於液晶顯示器（LCD）、電視機、筆記型電腦、顯示器等採用 Mini LED 背光技術的顯示設備中，實現對背光板的精準溫控與高效散熱。

按，隨著顯示技術向高解析度、高亮度、高動態範圍（HDR）方向發展，次毫米發光二極體（Mini LED）背光板憑藉其獨特的性能優勢成為顯示領域的核心技術之一。Mini LED 背光板通過在基板上集成數千甚至上萬顆微型 LED 晶片，可實現區域性動態調光（Local Dimming），從而顯著提升顯示畫面的對比度與色彩表現力。然而，高密度集成的 Mini LED 在工作時會產生大量熱量，其熱密度可達傳統 LED 背光板的 3-5 倍。這些熱量若無法及時散發，將導致以下問題： 1. 微型 LED 晶片結溫升高，引發發光效率衰減（每升高 10℃，發光效率可能降低 5%-10%）； 2. 色溫漂移超出可接受範圍（典型值超過 500K），影響畫面色彩還原； 3. 長期高溫運行會導致 LED 壽命縮短（結溫超過 85℃時，壽命可能縮短至額定壽命的 50%）；以及 4. 局部過熱可能引發驅動電路故障，導致顯示畫面出現亮斑、暗塊等缺陷。

現有散熱技術存在以下局限：被動散熱（如散熱鰭片）難以應對高密度 Mini LED 的散熱需求，尤其在顯示高亮度畫面時；​單一風扇強制散熱採用全域統一轉速控制，無法針對背光板不同區域的熱負荷差異進行調節。例如，顯示畫面中明亮區域對應的 Mini LED 發熱量大，而暗態區域發熱量小，全域散熱會導致能源浪費與噪音問題；風扇運轉狀態監測機制缺失，風扇卡頓、轉速異常等故障無法及時檢測，可能導致局部過熱損壞；氣流組織不合理，熱空氣滯留現象普遍，散熱效率低下。

因此，針對 Mini LED 背光板的熱特性，研發具備區域化、智能化、高效化特點的散熱控制裝置已成為產業界的迫切需求。

本創作旨在解決現有 Mini LED 背光板散熱技術中存在的散熱效率低、能耗高、缺乏精準溫控與故障監測機制等問題，提供一種可根據背光板不同區域實時溫度動態調節散熱強度，並具備風扇狀態監測功能的智能控制裝置。

本創作主要提供一種次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置，次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置包括控制器、次毫米發光二極體 (Mini LED)背光板、至少一抽熱風風扇、至少一送冷風風扇與溫度偵測模組。次毫米發光二極體 (Mini LED)背光板，其安裝至一液晶顯示器之背面以作為背光源，該Mini LED背光板之正面具有多個Mini LED，其中該Mini LED背光板之背面劃分為至少一散熱區域並且該散熱區域劃分為一抽熱風區域與一送冷風區域。抽熱風風扇，其分別連接至該控制器且安裝至該Mini LED背光板的背面，其中每一該抽熱風風扇分別對應地安裝至該抽熱風區域且用以抽出該抽熱風區域內部的熱空氣。送冷風風扇，其分別連接至該控制器且安裝至該Mini LED背光板的背面，其中每一該送冷風風扇分別對應地安裝至該送冷風區域且用以將冷空氣送進至該送冷風區域內部。多個溫度偵測模組，其分別連接至該控制器且安裝至每一該散熱區域，該些溫度偵測模組用以分別獨立偵測每一該散熱區域內該些Mini LED或腔體的一實時溫度的數值，並且回傳至該控制器。當該散熱區域的該實時溫度的數值超過一預定標準溫度值時，該控制器則控制位於該散熱區域的該抽熱風風扇與該送冷風風扇同步進行轉動，並且根據該實時溫度的數值來決定且調整風扇轉速。

在本創作之一實施例中，當該散熱區域的該實時溫度的數值低於一預定標準溫度值時，該控制器則控制位於該散熱區域的該抽熱風風扇與該送冷風風扇同步降低轉速或停止轉動。

在本創作之一實施例中，每一該抽熱風風扇與該Mini LED背光板的背面之間具有多個透氣孔，並且每一該送冷風風扇與該Mini LED背光板的背面之間具有該些透氣孔。

在本創作之一實施例中，該控制器透過脈衝訊號的頻率來分別控制每一該抽熱風風扇與每一該送冷風風扇的風扇轉速。

在本創作之一實施例中，當該控制器決定要該散熱區域進行散熱時，則該散熱區域的該抽熱風風扇與該送冷風風扇同步進行轉動以形成一個氣流循環，以提高散熱效率。

在本創作之一實施例中，該抽熱風風扇之數量等於該送冷風風扇之數量。

在本創作之一實施例中，次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置更包括多個轉速偵測模組。多個轉速偵測模組分別連接至該控制器且分別對應連接至每一該抽熱風風扇與每一該送冷風風扇，該些轉速偵測模組分別用以獨立偵測每一該抽熱風風扇與每一該送冷風風扇的轉速是否異常。

在本創作之一實施例中，該控制器分別獨立且定時偵測每一該抽熱風風扇與每一該送冷風風扇的風扇波形。

綜上所述，本創作所揭露之次毫米發光二極體背光板的散熱裝置能夠帶來以下功效： 1. 區域化精準散熱：依據背光板不同區域的實時溫度實施獨立控制，解決傳統全域散熱的能源浪費問題，能耗降低可達 30%-50%； 2. 動態轉速調節：通過溫度反饋即時調整風扇轉速，在保證散熱效果的同時降低運轉噪音（全速運轉噪音可控制在 35dB 以下，低速時可低於 25dB）； 3. 高效氣流循環：抽送風扇協同工作形成定向氣流路徑，熱交換效率提升 40% 以上，有效解決局部熱滯留問題； 4. 多維度故障監測：結合轉速偵測與波形分析，可提前預警風扇潛在故障，大幅降低設備維修成本；以及 5. 適用性強：可根據不同尺寸、不同 LED 密度的背光板靈活配置散熱區域與風扇數量，兼容各類 Mini LED 顯示設備。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本創作之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

請參閱第一圖，第一圖係為本創作的次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置之示意圖。第二圖係為本創作的次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置之另一示意圖。第三圖係為本創作的次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置之細部示意圖。如圖所示，次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置100包括控制器110、次毫米發光二極體 (Mini LED)背光板120、至少一抽熱風風扇130、至少一送冷風風扇140與溫度偵測模組150。次毫米發光二極體 (Mini LED)背光板120，其安裝至一液晶顯示器DP面板之背面以作為背光源，該Mini LED背光板120之正面具有多個次毫米發光二極體 (Mini LED)，其中該Mini LED背光板120之背面劃分為至少一散熱區域TR並且該散熱區域TR劃分為一抽熱風區域TRH與一送冷風區域TRC。抽熱風風扇130，其分別連接至該控制器110且安裝至該Mini LED背光板120的背面，其中每一該抽熱風風扇130分別對應地安裝至該抽熱風區域TRH且用以抽出該抽熱風區域TRH內部的熱空氣HA。送冷風風扇140，其分別連接至該控制器110且安裝至該Mini LED背光板120的背面，其中每一該送冷風風扇140分別對應地安裝至該送冷風區域TRC且用以將冷空氣CA送進至該送冷風區域TRC內部。該抽熱風風扇130之數量等於該送冷風風扇140之數量。多個溫度偵測模組150，其分別連接至該控制器110且安裝至每一該散熱區域TR，該些溫度偵測模組150用以分別獨立偵測每一該散熱區域TR內該些Mini LED或腔體的一實時溫度的數值，並且回傳至該控制器110。當該散熱區域TR的該實時溫度的數值超過一預定標準溫度值時，該控制器110則控制位於該散熱區域TR的該抽熱風風扇130與該送冷風風扇140同步進行轉動，並且根據該實時溫度的數值來決定且調整風扇轉速。當該散熱區域TR的該實時溫度的數值低於一預定標準溫度值時，該控制器110則控制位於該散熱區域TR的該抽熱風風扇130與該送冷風風扇140同步降低轉速或停止轉動。此外，每一該抽熱風風扇130與該Mini LED背光板120的背面之間具有多個透氣孔ah，並且每一該送冷風風扇140與該Mini LED背光板120的背面之間具有該些透氣孔ah。

再者，該控制器110透過脈衝訊號的頻率來分別控制每一該抽熱風風扇130與每一該送冷風風扇140的風扇轉速。當該控制器110決定要該散熱區域TR進行散熱時，則該散熱區域TR的該抽熱風風扇130與該送冷風風扇140同步進行轉動以形成一個氣流循環，以提高散熱效率。

此外，次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置100更包括多個轉速偵測模組160。多個轉速偵測模組160分別連接至該控制器110且分別對應連接至每一該抽熱風風扇130與每一該送冷風風扇140，該些轉速偵測模組160分別用以獨立偵測每一該抽熱風風扇130與每一該送冷風風扇140的轉速是否異常。該控制器110分別獨立且定時偵測每一該抽熱風風扇130與每一該送冷風風扇140的風扇波形。

進一步來說，控制器 110 是整個裝置的控制核心，其內部預存有預定標準溫度值。當溫度偵測模組 150 傳回的某一散熱區域 TR 的實時溫度數值超過預定標準溫度值時，控制器 110 發出控制信號，控制該散熱區域 TR 對應的抽熱風風扇 130 和送冷風風扇 140 同步啟動轉動。同時，控制器 110 根據實時溫度數值與預定標準溫度值的差值，通過調整輸出的脈衝訊號的頻率來改變風扇的轉速，實時溫度數值越高，風扇轉速越快，以加快散熱速度；實時溫度數值越低，風扇轉速越慢，以節約能源。​抽熱風風扇 130 和送冷風風扇 140 同步轉動時，抽熱風風扇 130 將抽熱風區域 TRH 內的熱空氣 HA 抽出，送冷風風扇 140 將冷空氣 CA 送入送冷風區域 TRC，從而在散熱區域 TR 內形成一個持續的氣流循環，加速了熱量的帶走，提高了散熱效率。

當溫度偵測模組 150 傳回的某一散熱區域 TR 的實時溫度數值低於預定標準溫度值時，控制器 110 控制該散熱區域TR所對應的抽熱風風扇 130 和送冷風風扇 140 同步降低轉速或停止轉動，避免能源浪費。​此外，控制器 110 還會分別獨立且定時地偵測每一抽熱風風扇 130 和送冷風風扇 140 的風扇波形，通過分析風扇波形的變化，判斷風扇是否存在運轉不穩定或故障等情況。當轉速偵測模組 160 偵測到風扇轉速異常，或控制器 110 通過風扇波形分析發現風扇故障時，控制器 110 可發出警戒信號，提醒工作人員進行檢修。

以下係結合 49 英寸 4K Mini LED 顯示器的具體應用實施例，來對本創作進行詳細說明，但並不以此為限。

該顯示器的 Mini LED 背光板 120 採用 192 個 Local Dimming 分區，對應劃分為 16 個散熱區域 TR（橫向 4 個 × 縱向 4 個），每個散熱區域 TR 面積約為 10cm×12cm。每個散熱區域 TR 內，其中心線的右邊設置抽熱風區域 TRH，而其中心線的左邊設置送冷風區域 TRC。每個抽熱風區域 TRH 安裝 1 個型號為 2010 的軸流風扇 （抽熱風風扇130），額定轉速 5000RPM，送冷風區域 TRC 對應安裝相同型號風扇（送冷風風扇140），風扇與Mini LED 背光板 120之間的鋁合金基板開設 φ2mm 透氣孔 ah，孔陣列面積 20mm×20mm。每個散熱區域 TR 內可安裝 2 個溫度偵測模組 150（DS18B20），分別貼裝於該區域的左上角與右下角 LED 集群之間，通過導熱矽膠與基板緊密接觸，採樣頻率設定為 1Hz。轉速偵測模組 160 集成於風扇內部（可採用霍爾感測器），每轉產生 2 個脈衝訊號，控制器 110 通過計數 100ms 內的脈衝數計算實時轉速。控制器 110 可採用 STM32F407 微處理器，預設標準溫度值為 65℃，溫度偏差與轉速對應關係如下：偏差 0-5℃：轉速 3000RPM（PWM 占空比 50%）；偏差 5-10℃：轉速 4000RPM（PWM 占空比 70%）；偏差＞10℃：轉速 5000RPM（PWM 占空比 100%）。

以下係關於工作過程：1. 顯示器啟動後，控制器 110 初始化各模組，溫度偵測模組 150 開始實時採集溫度數據；2. 當某一散熱區域 TR 的平均溫度達 65℃時，控制器 110 輸出對應 PWM 訊號，啟動該區域的抽熱風風扇 130 與送冷風風扇 140；3. 風扇運轉時，轉速偵測模組 160 實時反饋轉速數據，若轉速與設定值偏差超過 ±10%，控制器 110 通過 I2C 匯流排發出故障代碼；4. 當該區域溫度降至 60℃以下並持續 3 秒，控制器 110 關閉對應風扇；5. 控制器 110 每 100ms 採集一次風扇驅動電流波形，通過傅里葉變換分析諧波成分，若三次諧波幅值超過基波的 20%，判定為風扇異常，並記錄異常時間與頻次。

本實施例通過上述配置，可使 Mini LED 背光板120的最高結溫控制在 75℃以下，溫度均勻性提升至 ±3℃以內，風扇平均功耗降低 42%，設備無故障運行時間（MTBF）提升至 50000 小時以上。

綜上所述，本創作所揭露之次毫米發光二極體背光板的散熱裝置能夠帶來以下功效： 1. 區域化精準散熱：依據背光板不同區域的實時溫度實施獨立控制，解決傳統全域散熱的能源浪費問題，能耗降低可達 30%-50%； 2. 動態轉速調節：通過溫度反饋即時調整風扇轉速，在保證散熱效果的同時降低運轉噪音（全速運轉噪音可控制在 35dB 以下，低速時可低於 25dB）； 3. 高效氣流循環：抽送風扇協同工作形成定向氣流路徑，熱交換效率提升 40% 以上，有效解決局部熱滯留問題； 4. 多維度故障監測：結合轉速偵測與波形分析，可提前預警風扇潛在故障，大幅降低設備維修成本；以及 5. 適用性強：可根據不同尺寸、不同 LED 密度的背光板靈活配置散熱區域與風扇數量，兼容各類 Mini LED 顯示設備。

唯以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，並非用來限定本創作實施之範圍。故即凡依本創作申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本創作之申請專利範圍內。

100:次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置 110:控制器 120:次毫米發光二極體 (Mini LED)背光板 130:抽熱風風扇 140:送冷風風扇 150:溫度偵測模組 160:轉速偵測模組 TR:散熱區域 TRH:抽熱風區域 TRC:送冷風區域 HA:熱空氣 CA:冷空氣 DP:液晶顯示器 ah:透氣孔

第一圖係為本創作的次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置之示意圖。 第二圖係為本創作的次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置之另一示意圖。 第三圖係為本創作的次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置之細部示意圖。

100:次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置

110:控制器

120:次毫米發光二極體(Mini LED)背光板

130:抽熱風風扇

140:送冷風風扇

150:溫度偵測模組

160:轉速偵測模組

TR:散熱區域

TRH:抽熱風區域

TRC:送冷風區域

HA:熱空氣

CA:冷空氣

DP:液晶顯示器

Claims (8)

1. 一種次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置，包括： 一控制器； 一次毫米發光二極體 (Mini LED)背光板，其安裝至一液晶顯示器(LCD)面板之背面以作為背光源，該Mini LED背光板之正面具有多個Mini LED，其中該(Mini LED)背光板之背面劃分為至少一散熱區域並且該散熱區域劃分為一抽熱風區域與一送冷風區域； 至少一抽熱風風扇，其分別連接至該控制器且安裝至該Mini LED背光板的背面，其中每一該抽熱風風扇分別對應地安裝至該抽熱風區域且用以抽出該抽熱風區域內部的熱空氣； 至少一送冷風風扇，其分別連接至該控制器且安裝至該Mini LED背光板的背面，其中每一該送冷風風扇分別對應地安裝至該送冷風區域且用以將冷空氣送進至該送冷風區域內部；以及 多個溫度偵測模組，其分別連接至該控制器且安裝至每一該散熱區域，該些溫度偵測模組用以分別獨立偵測每一該散熱區域內該些Mini LED或腔體的一實時溫度的數值，並且回傳至該控制器， 其中當該散熱區域的該實時溫度的數值超過一預定標準溫度值時，該控制器則控制位於該散熱區域的該抽熱風風扇與該送冷風風扇同步進行轉動，並且根據該實時溫度的數值來決定且調整風扇轉速。
2. 如請求項1所述之次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置，其中當該散熱區域的該實時溫度的數值低於一預定標準溫度值時，該控制器則控制位於該散熱區域的該抽熱風風扇與該送冷風風扇同步降低轉速或停止轉動。
3. 如請求項1所述之次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置，其中每一該抽熱風風扇與該Mini LED背光板的背面之間具有多個透氣孔，並且每一該送冷風風扇與該Mini LED背光板的背面之間具有該些透氣孔。
4. 如請求項1所述之次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置，其中該控制器透過脈衝訊號的頻率來分別控制每一該抽熱風風扇與每一該送冷風風扇的風扇轉速。
5. 如請求項1所述之次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置，其中當該控制器決定要該散熱區域進行散熱時，則該散熱區域的該抽熱風風扇與該送冷風風扇同步進行轉動以形成一個氣流循環，以提高散熱效率。
6. 如請求項1所述之次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置，其中該抽熱風風扇之數量等於該送冷風風扇之數量。
7. 如請求項1所述之次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置更包括： 多個轉速偵測模組，其分別連接至該控制器且分別對應連接至每一該抽熱風風扇與每一該送冷風風扇，該些轉速偵測模組分別用以獨立偵測每一該抽熱風風扇與每一該送冷風風扇的轉速是否異常。
8. 如請求項1所述之次毫米發光二極體背光板的智能風扇控制裝置，其中該控制器分別獨立且定時偵測每一該抽熱風風扇與每一該送冷風風扇的風扇波形。