用于冷却电子装置的发热点的设备及其冷却方法，以及液晶投影设备的制作方法

专利名称：用于冷却电子装置的发热点的设备及其冷却方法，以及液晶投影设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于冷却电子装置的发热点(区)的设备及其冷 却方法，以及一种液晶投影设备，更具体地，涉及一种利用两个供给 在冷却面上彼此碰撞的气流的冷却单元来冷却电子装置的发热点(区) 的设备及其冷却方法，以及一种包括该用于冷却电子装置的发热点的 设备的液晶投影设备。
背景技术：
用于冷却电子装置的发热点的设备已经以多种形式进行了使用， 并且为了简化构造，已经开发了各种构造的依靠空气冷却的冷却设备。 多个强制空气冷却型冷却设备设置在投影设备中，所述投影设备是目 前广泛用于商业和家用的投影显示装置。
投影显示装置在放大倍率下将在图像显示器的图像显示元件上生 成的图像投影到屏幕上。在这些投影显示装置中，采用液晶面板作为 图像显示元件的液晶投影设备以如下构造和操作将图像显示在屏幕 上。
来自光源的白光通过反射镜反射，并通过PBS (偏振分束器)偏 振或转换，用于分离成对应的红、绿和蓝(R/G/B)色光。每个分离的 色光被引入与其相应的每个液晶面板中，并根据视频信号通过该液晶 面板进行光学调制。每个光学调制的色光通过正交分色棱镜合并并通 过投影光学系统投射到屏幕上。
在此情形中，以TN (扭曲向列相)模式运行的液晶面板仅能处理特定的线性偏振分量，从而在每种色光碰撞在液晶面板上之前，通过 偏振板沿预定偏振方向(例如，S偏振)对该色光进行调整，然后通过 液晶面板进行光学调制。随后，通过液晶面板的出射侧的偏振板切割S 偏振分量以单独提取P偏振分量。
这样，在包括入射侧偏振板、液晶面板和出射侧偏振板的液晶单 元内，沿光轴布置在液晶面板之前(上游)和之后(下游)的入射侧 偏振板和出射侧偏振板各具有仅使一个轴向方向的偏振光通过而阻断 其它偏振光的功能，因此在它们的运行期间由于光吸收而发热。此外， 因为部分的透射光被布置在对应像素的边界上的黑矩阵阻断，所以液 晶面板在其运行期间以相同的方式内部发热。
经常将有机材料用于这些液晶面板和偏振板，从而如果利用短波 长的光照射它们或者将它们长时间地暴露于高温，则液晶面板的受损 配向膜、偏振板的较低偏振选择特性等将明显损害它们的功能。因此， 液晶单元的这些部件需要针对热辐射的措施，诸如强制空气冷却。
需要一种专门构造的冷却设备，用于有效地冷却电子装置中的多 个部件的多个发热点，所述部件中的每一个包括其间限定一定间隔的 彼此相对的表面，并且包括位于彼此相对的表面上的发热点。
图l(a)和图l(b)是相关背景技术的液晶投影设备的构造的示意图， 此处图l(a)总体示出了整个液晶投影设备的外观，图l(b)示出了该液晶 投影设备的内部结构。而图2是液晶投影设备的内部构造的示意图。
主要如图2中所示，液晶投影设备1包括用于强制冷却液晶单元 2的冷却风扇3以及冷却空气管道4，冷却风扇3和冷却空气管道4都 安装在液晶投影设备1的壳体中。此外，根据需要设置用于冷却光源5 的灯冷却风扇7、供电单元10等、用于将壳体排空的排气风扇9等。此处，将参照图3A和图3B来描述冷却液晶投影设备1的液晶单 元2的一般方法。图3A和图3B是示出用于冷却液晶投影设备中的液 晶单元的冷却单元的构造的示意图，这里图3A是分解透视图，而图 3B是用于描述强制空气冷却操作的示意性横剖视图。
在图3B中，包括入射侧偏振板12、液晶面板13和出射侧偏振板 14的液晶单元2设置用于每种色光(R/G/B)，并且包括冷却风扇3和 冷却空气管道4的空气冷却装置15布置在液晶单元2的下方。
在空气冷却装置15的运行期间，来自冷却风扇3的空气16从液 晶单元2的下端通过设置在冷却空气管道4中排出口 17供给到入射侧 偏振板12、液晶面板13和出射侧偏振板14之间的包括每个液晶单元 2的间隔中，以执行强制空气冷却。
近年来，根据液晶投影设备的多样化使用，日益要求液晶投影设 备的尺寸减小而亮度增加。为响应这些要求，灯功率的增加以及显示 装置尺寸的降低目前正处于不断发展中，导致入射到液晶单元上的光 的通量密度增加，并导致形成液晶单元2的一部分的每个部件上的热 负荷连续增加。
例如，在2000-lm级的液晶投影设备(l.O"-XGA)中，由液晶单 元生成的总热量大约为15 W，而出射侧偏振板的热通量大约为0.6 W/cm2。然而，对于5000-lm级，由液晶单元生成的总热量总计35 W 以上，而出射侧偏振板的热通量总计1.4W/cn^以上。
通常，当强制空气冷却用于冷却液晶单元时，增加由风扇供给的 空气量以提高绕发热点的空气速度，进而改进热传递系数和热辐射能 力，从而适应不断增加的热负荷。
然而，当通过提高风扇的旋转速度来增加所供给的空气量时，操作噪音将提高。另一方面，当通过采用较大尺寸的风扇来增加所供给 的空气量时，这减缓了设备尺寸的减小。
另一方面，为减小环境载荷和运营成本，对于较长寿命的液晶投 影设备的要求逐渐增加。除了灯之外，支配液晶投影设备的寿命的因 素主要是由于液晶单元中光学特性的退化的寿命。因此，通过冷却性 能的改进来降低液晶单元的运行温度能够增加寿命。
然而，在层流区域中，强制对流的平均热传递系数与空气速度的 平方根成比例，而面板的运行温度与空气速度的平方根成反比。因而， 某种程度地降低面板的运行温度将导致面板温度变化对空气速度变化 的较低灵敏性。
图4是显示在0.8"-SXGA (5000-lm级，25。C环境)中面板冷却空 气速度与面板运行温度之间的关系的曲线图。要将面板运行温度从70 。C降低至60°C ( △ T = -10。C )，可将空气速度简单地从4.5 m/s增加到8 m/s ( A V=+3.5m/s)，而要从60°C降低至50°C (AT二-1(TC)，必须 将空气速度从8 m/s增加到18m/s (AV二 + 10m/s)，如曲线图所示。
这样，当依靠强制空气冷却来进一步降低面板运行温度，用于延 长寿命时，由于目标温度更低，所以需要过高的冷却空气速度。因此， 风扇运行噪音能进一步增加，或者设备的尺寸能增加，如上所述，并
且在一些情形中，能超过冷却能力的限度(空气冷却限度)，从而开发 高效的液晶单元冷却系统具有迫切的必要性。
此外，关于液晶面板，从图像质量的观点对于冷却存在另一需求。 具体地，由于对输入信号的光学调制效果高度取决于液晶面板的光学 调制中的温度，所以面板平面上的热梯度引起亮度和色彩的变化，导 致投影图像的质量下降。为此，在冷却液晶面板中，期望一种将出现 在运行中的面板表面上的温度梯度和温度变化减到最小的冷却方法。图5是示出了如在专利文献1 (JP-11-295814A)中公开的液晶单 元冷却的第一现有技术示例的示意性侧视图。具体地，借助于布置在 正交分色棱镜35下方的空气导向板39优化从冷却风扇3供给的空气 的方向来提供一种用于改进液晶面板的冷却效率的设备。
图6是示出了如在专利文献2 (JP-2001-318361A)中公开的液晶 单元冷却的第二现有技术示例的示意性透视图。具体地， 一种用于改 进冷却效率的设备设有凸出部41，用于将冷却空气导向液晶保持框架 40以限制从管道排出口 42供给的空气的间隙。
图7是示出了如在专利文献3 (JP-2004-61894A)中公开的液晶单 元冷却的第三现有技术示例的示意性横剖视图。具体地，提供一种设 备，用于通过在液晶面板保持框架40的空气通道中提供切口 43来改 变液晶面板13与偏振板14之间的空气通道宽度(图中的X和Y)从 而调节冷却空气的速度。
图8A和图8B是示出了液晶单元冷却的第四现有技术示例的第一 示例的示意图，这里图8A是顶视图，而图8B是侧剖视图。图9A和 图9B是示出了液晶单元冷却的第四现有技术示例的第二示例的示意 图，这里图9A是顶视图，而图9B是侧剖视图。此第四现有技术示例 在专利文献4 (JP-2000-124649A)中公开。
在图8A和图8B中，具有U形凹槽形式的空气导板44连接(定 位)在液晶面板13与偏振板12之间，用于通过位于上端处的U形凹 槽将从下向上吹的冷却空气的方向在液晶面板13的出射侧旋转180。， 以在入射偏振板12上从上向下地供给空气，从而消除出现在面板表面 上的热梯度。
另一方面，在图9A和图9B中，公开了一种用于通过在液晶面板13上方和下方提供一对冷却风扇3a、 3b来消除面板平面上的热梯度的 设备，液晶面板介于该对风扇之间，从而在出射侧从下向上地供给气 流，而在入射侧从上向下地供给气流。
图10是示出了液晶单元冷却的第五现有技术示例的示意性侧剖 视图。此第五现有技术示例在专利文献5 (JP-2001-209126A)中公开， 专利文献5公开了一种设备，该设备包括借助循环管道45的密闭型内 部循环结构的液晶面板冷却单元，这里第一冷却风扇3a空气冷却液晶 单元，通过所接收的热加热的废气通过散热片等(未示出，设置在图 中循环管道45和空气循环管道46的边界上)传送到通过循环管道45 遮蔽的外部空气循环管道46，而散热片的热通过设置在外部的第二冷 却风扇3b辐射。

发明内容
要通过本发明解决的问题
如上所述，当尝试增加风扇的空气速度以改进冷却液晶单元的冷
却性能时，这将导致风扇运行噪音和安装体积的增加。此外，当期望 将液晶单元冷却到大致室温以延长其寿命时，这可能会受到空气冷却
限度(即使空气速度增加温度也不降低)的阻碍。
专利文献1 (第一现有技术示例)公开了一种结构，该结构包括 位于正交分色棱镜下方的空气导向板，用于调节供给到液晶面板的冷 却空气的方向，以改进冷却液晶面板的效率。然而，即使通过优化向 液晶面板供给空气的角度来供给增加的空气量以碰撞面板出射侧，相 反也只有减少的气流供给到定位在其相对表面上的出射侧偏振板，从 而导致冷却出射侧偏振板的较低效率。
专利文献2 (第二现有技术示例)公开了一种设备，该设备包括 位于液晶面板保持框架中的凸出部，用于限制供给气流的间隙，以在 没有浪费的情况下通过管道将气流有效地导向液晶面板。然而，由于通过该凸出部对漏气的限制部分地导致空气速度由于空气阻力的增加 而降低，并且导致面板温度由于下游区域(在液晶面板上方)中排出 热量的停滞(废气释放的加剧)而升高，抵消了对冷却效率的改进， 因而难以提供充分的效果。
专利文献3 (第三现有技术示例)公开了一种设备，该设备包括 位于液晶面板保持框架的空气路径中的切口，以确保空气通过面积， 即使与偏振板的间距狭窄，从而补偿冷却空气的速度。然而，当对应 单元之间的间距在流入端处狭窄时，这构成了空气阻力，从而减小了 供给空气的量。而且，即使在其下游侧设置切口来增加空气通过面积， 空气速度在冷却部件(液晶面板，以及偏振板的光透射面)处也降低， 从而冷却效率不提高。
专利文献4 (第四现有技术示例)的第一示例公幵了一种结构， 该结构包括具有U形凹槽形式的空气导板，该空气导板连接(定位) 在液晶面板与偏振板之间，以使由风扇供给的气流在顶端处回转，以 沿相反方向在液晶面板的入射侧和出射侧冷却该液晶面板，从而减缓 面板温度的变化。然而，在此情形中，与传统结构相比，空气通过面 积减小到一半，并且空气行进距离增加两倍，因而加剧了空气阻力从 而限制了通过风扇供给的空气量。此外，由于已经过并在U形凹槽的 前半体中冷却了面板出射侧的空气被排出的热加热，所以在其中空气
转向以经过面板入射侧的后半体中热辐射能力明显降低。因而，此结 构不适于高效冷却。
另一方面，在第四现有技术示例的第二示例(图9A和图9B)中， 该示例使用一对风扇沿相反的方向使面板入射侧和出射侧分别通风， 这是有效的，在于面板表面上的发热分布(冷却作用)在入射侧和 出射侧倒置，从而平衡了面板内的温度。然而，此结构遵循传统的将 平行气流引导到发热面上以辐射热量的冷却方法，并且因为每个空气 通过面积减小到一半导致空气阻力增加而未能实现充分的冷却效率，同时降低了每个风扇的热辐射载荷。
专利文献5 (第五现有技术示例)通过密闭循环系统来强制地空 气冷却液晶单元以通过散热片将废气的热量传送到外部并通过另一空 气冷却风扇辐射该热量，从而降低用于冷却液晶单元的内部循环空气 的温度。然而，在此情形中，对于防止灰尘引入液晶单元中是有效的， 但是排出热量的输送涉及气体(内部循环流动)一固体(散热片)一 空气(对外部空气的强制空气冷却)的热传递过程两次，因此由于从 内部循环空气到外部空气的大的热阻，该第五现有技术示例不利地遭 受不足的热输送效率，并且不能应用于产生大量热的高亮度模型。
本发明的示例特征是以小型和低成本的构造提供一种低噪音的冷 却设备，用于有效地降低电子装置的运行温度，该电子装置包括多个 部件，所述部件包括彼此相对的其间具有一定间距的表面并在所述彼 此相对的表面中的至少任一个上具有发热点。
用于解决问题的方法
技术领域：
本发明的用于冷却电子装置的发热点的设备是用于强制空气冷却 包括多个部件的电子装置的发热点的冷却设备，所述部件并排布置以 具有相同的面内方向，并且包括位于其表面内的发热点。该冷却设备 进一步包括用于沿面内方向的取向向发热点供给气流的第一空气冷却 装置以及用于沿面内方向与通过第一空气冷却装置供给的气流不同取 向地向发热点供给气流的第二空气冷却装置。
发明效果
在本发明的用于冷却电子装置的发热点的设备中，例如，当应用 到用于液晶图像显示器的冷却机构时， 一对空气冷却装置用于促使气 流以相对的状态在液晶面板与偏振板之间的间隔中碰撞，从而产生垂 直于液晶面板和偏振板的各发热面的碰撞射流，该对空气冷却装置横 跨介于其间的液晶单元在竖直方向彼此相对地布置。这样，与根据相关背景技术的依靠沿平行面的均匀流的液晶单元的冷却相比，能明显 地改进热传递系数以促进热传递，因而有利地提供小尺寸、低成本和 低噪音的高效冷却。


参照附图，根据下文本发明示例性实施例的详细描述，将更好地 理解上述和其它示例性目的、方面和优点。
图l(a)和图l(b)是相关背景技术的液晶投影设备的构造的示意图，
此处图l(a)示出了总体的液晶投影设备的外观，而图l(b)示出了该液晶
投影设备的内部结构。
图2示出了图示液晶投影设备的内部构造的示意图。 图3A示出了图示用于液晶投影设备的液晶单元的冷却单元的构 造的示意性分解透视图。
图3B示出了用于描述用于液晶投影设备的液晶单元的冷却单元
的强制空气冷却操作的示意性横剖视图。
图4示出了显示在0.8"-SXGA (5000-lm级，25"C环境)中面板冷
却空气速度与面板运行温度之间的关系。
图5示出了图示冷却液晶单元的第一现有技术示例的示意性侧视图。
图6示出了图示冷却液晶单元的第二现有技术示例的示意性透视图。
图7示出了图示冷却液晶单元的第三现有技术示例的示意性侧视图。
图8A示出了图示冷却液晶单元的第四现有技术示例的第一示例 的示意性顶视图。
图8B示出了图示冷却液晶单元的第四现有技术示例的第一示例 的示意性侧剖视图。
图9A示出了图示冷却液晶单元的第四现有技术示例的第二示例 的示意性顶视图。
图9B示出了图示冷却液晶单元的第四现有技术示例的第二示例的示意性侧剖视图。
图10示出了图示冷却液晶单元的第五现有技术示例的示意性侧 剖视图。
图ll示出了根据本发明第一示例性实施例的用于冷却液晶图像显 示器的发热点的设备的示意性分解透视图。
图12示出了用于描述根据本发明第一示例性实施例的用于冷却 液晶图像显示器中的发热点的设备的构造和操作的示意性横剖视图。
图13示出了显示图12中用于冷却液晶单元的气流的流动的示意 性局部横剖视图和局部放大横剖视图。
图14示出了用于描述根据本发明第二示例性实施例的用于冷却
液晶图像显示器中的发热点的设备的构造和操作的示意性横剖视图。
图15示出了显示图14中用于冷却液晶单元的气流的流动的示意 性局部横剖视图和局部放大横剖视图。
图16A示出了当从光透射面侧观察时第一示例性实施例中的冷却 结构的示意性横剖视图。
图16B示出了当从横向面侧观察时第一示例性实施例中的冷却结 构的示意性横剖视图。
图16C示出了当从光透射面侧观察时第三示例性实施例中的冷却 结构的示意性横剖视图。
图16D示出了当从光透射面侧观察时第四示例性实施例中的冷却 结构的示意性横剖视图。
图16E示出了当从光透射面侧观察时第五示例性实施例中的冷却 结构的示意性横剖视图。
图16F示出了当从光透射面侧观察时第六示例性实施例中的冷却 结构的示意性横剖视图。
图17A示出了根据本发明的第七示例性实施例的示意性说明图， 包括描述冷却设备的管道构造的透视图和描述操作的横剖视图。
图17B示出了根据本发明的第七示例性实施例的示意性说明图， 以及描述冷却设备的操作的顶视图。
图18示出了显示本发明的冷却设备中的控制方法的示意性说明图，这里(i)示出了当从光透射面侧观察时的液晶单元的正视图，而(ii) 示出了当从光透射面侧观察时的液晶单元的横剖视图，并且(a)、 (b)、 (c)以时间序列显示风扇气流量的变化。
图19示出了用于描述碰撞喷射冷却的示意图。
图20A示出了用于描述液晶图像显示器中的液晶面板和偏振板的 光透射面的示意图，以及显示并排的液晶面板和偏振板的正视图。
图20B示出了用于描述液晶图像显示器中的液晶面板和偏振板的 光透射面的示意图，以及显示并排的液晶面板和偏振板的侧视图。
具体实施例方式
接下来，将参照附图在构造和操作方面来对根据本发明示例性实 施例的用于冷却电子装置的发热点的设备进行描述。在此示例性实施 例中，为便于理解，电子装置将被描述为由液晶投影设备的液晶图像 显示器，以及形成液晶单元的诸如入射侧偏振板、液晶面板和出射侧 偏振板的部件来表示。然而，本发明不限于此示例性实施例，而是也 可应用到用于电子装置的冷却设备等，电子装置包括多个部件，所述 部件的每一个包括彼此相对的表面，所述表面之间限定一定间隔，这 里所述彼此相对的表面中的至少任一个是发热点，例如横跨狭窄间隙 布置的发热点，诸如支架单元，其具有多个平行安装于其中的印刷电 路板、以狭窄间距面对壳体的内壁安装在小型电子装置的板上的IC芯 片等。
由于之前已经在背景技术部分中对液晶投影设备进行了描述，所 以此处省略此描述。
图ll是根据本发明第一示例性实施例的用于冷却液晶图像显示器 的发热点的设备的示意性分解透视图，图12是用于描述根据本发明第 一示例性实施例的液晶图像显示器中的发热点冷却设备的构造和操作 的示意性横剖视图，而图13包括显示图12中用于冷却液晶显示单元 的空气的流动的示意性局部横剖视图和局部放大横剖视图。根据本发明的用于冷却液晶投影设备的液晶图像显示器(电子装
置)的冷却设备26a由包括第一冷却风扇27a和第一空气冷却管道28a 的第一空气冷却单元29a以及类似的包括第二冷却风扇31a和第二空气 冷却管道32a的第二空气冷却单元33a形成，第二空气冷却单元33a 和第一空气冷却单元29a分别布置在液晶显示单元2的上端和下端处， 液晶显示单元2设置用于R/G/B色光的每一个并且包括组装到一个单 元中的入射侧偏振板12、液晶显示面板13和出射侧偏振板14。
接下来参照图12，将对此示例性实施例中用于通过冷却设备26a 冷却液晶单元2的操作进行描述。
在此示例性实施例中，如图12中所示，第一空气冷却单元29a设 置在液晶单元2的下端处，并且从第一冷却风扇27a产生的第一气流 30a从下向上通过第一空气冷却管道28a穿过各色光的入射侧偏振板12 与液晶面板13之间以及液晶面板13与出射侧偏振板14之间的间隔。
另外，第二空气冷却单元33a设置在液晶单元2的上端处，并且 从第二冷却风扇31a产生的第二气流34a以相同的方式从上向下通过第 二空气冷却管道32a穿过各色光的入射侧偏振板12与液晶面板13之间 以及液晶面板3与出射侧偏振板14之间的间隔。
接下来参照图13，将给出此实施例中通过冷却设备26a的冷却动 作的描述。图13是从图12中的液晶单元2中提取的仅用于一种色光 的液晶单元2的示意性横剖视图。
如上所述，第一气流30a从液晶单元2的下端从下向上地送入入 射侧偏振板12与液晶面板13之间的间隔中以及液晶面板13与出射侧 偏振板14之间的间隔中。第二气流34a以相同的方式从液晶单元2的 上端从上向下地送入入射侧偏振板12与液晶面板13之间的间隔中以及液晶面板13与出射侧偏振板14之间的间隔中。当第一冷却风扇27a 和第二冷却风扇31a具有相等的供给空气量时并且当第一空气冷却管 道28a和第二空气冷却管道32a具有相等的空气阻力时，第一气流30a 和第二气流34a在各自单元之间的间隔中以相对的状态在中心位置处 (图中的碰撞面)碰撞。
在此情形中，从彼此相反的方向以相对的状态碰撞的第一气流30a 和第二气流34a产生旋回流，所述旋回流在第一气流30a和第二气流 34a碰撞的位置处垂直地流向入射/出射侧的偏振板12、 14和液晶面板 13的光透射面，如图13的详细视图中所示。因而，形成朝着发热面(光 透射面)的垂直射流，同时允许色光的透射。
这样，与相关背景技术的依靠平行平直流的冷却方法相比，能大 大提高热传递系数，因而能够以高热辐射效率冷却液晶单元。
接下来，将参照图14对根据本发明的用于冷却电子装置的设备的 第二示例性实施例进行详细描述。图14是用于描述根据本发明第二示 例性实施例的用于冷却液晶图像显示器中的发热点的设备的构造和操 作的示意性横剖视图，而图15包括显示图14中用于冷却液晶单元的 空气的流动的示意性局部横剖视图和局部放大横剖视图。
在该第二示例性实施例中的冷却设备26b中，以及在第一示例性 实施例中的冷却设备26a中，布置在液晶单元2的上端处的第二空气冷 却单元33b仅包括轴向风扇36。
同样地，在此情形中，由包括第一冷却风扇27b和第一空气冷却 管道28b的第一空气冷却单元29b发送的第一空气流动(气流)30b以 及从包括轴向风扇36的第二空气冷却单元33b发送的第二气流34b被 供给到形成液晶单元2的一部分的入射侧偏振板12与液晶面板13之 间的间隔中以及液晶面板13与出射侧偏振板14之间的间隔中。因此，第一气流30b和第二气流34b在各自元件之间的大致中心位置(图15 中的碰撞面b)处以相对的状态碰撞。因而，产生垂直射流，该射流以 与上述第一示例性实施例相似的方式朝着作为发热面的入射/出射侧偏 振板12、 14和液晶面板13的光透射面流动。
在此示例性实施例中，第二空气冷却单元仅包括轴向风扇，从而 减小了尺寸并简化了安装。
接下来，将参照附图对根据本发明的用于冷却电子装置的设备的 第三到第六示例性实施例进行描述。
图16A到图16F是第一以及第三到第六示例性实施例中的冷却结 构的示意性横剖视图，此处图16A是当从光透射面侧观察时第一示例 性实施例的示意性横剖视图；图I6B是当从横向面侧观察时第一示例 性实施例的示意性横剖视图；图16C是当从光透射面侧观察时第三示 例性实施例的示意性横剖视图；图16D是当从光透射面侧观察时第四 示例性实施例的示意性横剖视图；图16E是当从光透射面侧观察时第 五示例性实施例的示意性横剖视图；而图16F是当从光透射面侧观察 时第六示例性实施例的示意性横剖视图。提供图16A和图16B用于描 述第一示例性实施例与第三到第六示例性实施例的比较。
在第一示例性实施例中，气流通过独立的空气冷却单元29a、 33a 沿相反的方向从液晶单元2的上方和下方供给，以导致冷却气流在液 晶单元2的光透射面上的中心位置(碰撞面a)处彼此碰撞，从而产生 朝着每个发热面的垂直流动(碰撞射流)。
另一方面，在图16C中所示的第三实施例中的冷却结构中，布置 在液晶单元2的下端处的第一空气冷却单元29c的第一排出口 37c以及 以相同方式布置在液晶单元2的上端处的第二空气冷却单元33c的第二 排出口 38c分别从由图中ax指示的面板的中心轴线向左和向右偏移。这样，通过第一空气冷却单元29c产生的第一气流30c和类似的 通过第二空气冷却单元33c产生的第二气流34c在与空气速度分布的变 化相对应的位置处相对地碰撞，从而形成旋回流，所述旋回流在基本 沿光透射面上的对角线(图中的碰撞面c)的位置处垂直流向发热面。 由此，能够实现液晶单元的广泛和非常有效的冷却。
在此情形中，由于气流在碰撞之后沿倾斜方向流动，所以能容易 地将热废气从壳体中排出，从而废气将不会重新循环到冷却空气中。
图16D中图示的第四示例性实施例中的冷却结构包括第一空气冷 却单元29d的第一排出口 37d和类似的第二空气冷却单元33d的第二 排出口 38d，第一排出口 37d和第二排出口 38d布置为在光透射面的对
角线上基本相对。
这样，与上述第三示例性实施例相似，通过第一空气冷却单元29d 产生的第一气流30d和类似的通过第二空气冷却单元33d产生的第二 气流34d被供给到入射侧偏振板与液晶面板之间的间隔中以及液晶面 板与出射侧偏振板之间的间隔中，并且在光透射面上的对角线位置(图 中的碰撞面d)处彼此相对地碰撞。因而，形成旋回流，所述旋回流在 光透射面的对角线上垂直流向发热面以产生与第三示例性实施例相似 的效果。
图16E中图示的第五示例性实施例中的冷却结构包括第一冷却单 元29e和第二冷却单元33e，第一冷却单元29e和第二冷却单元33e都 布置在液晶单元的下端的两侧。第一空气冷却单元29e的第一排出口 37e和类似的第二空气冷却单元33e的第二排出口 38e设置为使得空气 供给方向在面板的沿竖直方向的中心线(图中的ax)上相交。
在此情形中，与其它示例性实施例相似，能对液晶单元进行非常有效地冷却，同时第一和第二气流能沿相同的方向朝着液晶单元上方 排出，因而便于废热处理。
图16F中图示的第六示例性实施例中的冷却结构包括第一空气冷
却单元29f的第一排出口 37f和类似的第二空气冷却单元33f的第二排 出口 38f,第一排出口 37d和第二排出口 38d布置为在液晶单元2的左 侧和右侧彼此相对。
在此情形中，必须在液晶单元的左侧和右侧提供安装空间。然而， 由于朝着发热面的旋回流形成在面板的中心轴线(图中的ax)上，所 以这对于在竖直方向上具有大温度梯度的液晶面板是有效的。
接下来，将参照附图对本发明的冷却设备中的第七示例性实施例 进行描述。
图17A和图17B是根据本发明的第七示例性实施例的示意性说明 图，这里图17A包括描述冷却设备的管道构造的透视图和描述操作的 横剖视图，而图17B是以相同的方式描述该操作的顶视图。
在图17A和图17B中图示的第七示例性实施例中，省略了形成第 二空气冷却单元的一部分的第二冷却风扇。然而，第一冷却风扇27g 被共用，而第二空气冷却管道32g从第一空气管道28g中途分支，并 在液晶单元2的侧向位置处朝着液晶单元2的中心延伸以在上述的第 一到第六示例性实施例的冷却设备中将第二气流34g基本水平地从液 晶单元2的侧向方向朝着光透射面的中心排出。
这样，通过第一管道28g从液晶单元2下方向上方供给的第一气 流30g和从液晶单元2的一侧供给的第二气流34g具有两个不同的向 量(在此示例性实施例中是正交向量)并且在入射侧偏振板12与液晶 面板13之间或液晶面板13与出射侧偏振板14之间的光透射面上的中心位置附近在单元中的间隔中碰撞。因而，能以与上述第一到第六示 例性实施例相似的方式实现高冷却效果。
此外，在此情形中，由于第一冷却风扇27g被第一空气冷却管道
28g和第二冷却管道32g共用，所以能减少所安装风扇的数量，从而导 致成本和噪音的降低。此外，由于第二管道32g通过从第一管道30g
的一部分分支而形成，所以不仅能减小冷却风扇的安装体积还能减小 冷却设备的安装体积，因而便于应用到小投影设备。
此外，由于无需将第二冷却风扇或第二管道设置为独立的构件， 所以能简化组装过程。另外，这允许保持与相关背景技术的采用单一 冷却风扇的构造中的投影设备相同的生产率，同时提供高冷却能力。
接下来，参照附图，对使用本发明的冷却设备通过扩大冷却作用 区以提高热辐射效果并同时减缓液晶面板的表面上的热梯度来改进投 影图像的质量的方法进行描述。
图18包括显示本发明的冷却设备中的控制方法的示意性说明图， 这里(i)是当从光透射面侧观察时的液晶单元的正视图，而(ii)示出了当 从光透射面侧观察时的液晶单元的横剖视图，并且(a)、 (b)、 (c)以时间 序列指示风扇空气量的变化。顺序(a)—(b)—(c)—(b)—(a)表示以时间序 列的风扇空气量控制以及在各自情形处的通风状态。
在说明图中，将上述第一示例性实施例的冷却设备作为示例给出， 但是该控制方法能应用于其它示例性实施例的冷却设备。
分别设置在液晶单元2的下端和上端处的第一空气冷却单元29a 和第二空气冷却单元33a分别包括第一冷却风扇(未示出)和第一空气 冷却管道28a以及第二冷却风扇(未示出)和第二空气冷却管道32a。 从各自的管道排出口 ，第一气流30a和第二气流34a沿相反的方向供给到入射侧偏振板12与液晶面板13之间以及液晶面板13与出射侧偏振
板M之间的间隔中。气流30a、 30b在其中途位置处碰撞以在垂直于光 透射面的方向形成旋回流。因而，利用垂直的射流对发热面进行冷却。
此冷却方法控制由第一冷却风扇供给的空气的量与由第二冷却风 扇供给的空气的量的比率，以随时间改变碰撞的位置，并沿竖直方向 将垂直流移向光透射面，从而扩大高效冷却所作用的区域，并同时减 缓面板表面上的温度差。
具体地，对独立的冷却风扇(第一冷却风扇和第二冷却风扇)进 行控制以调节由风扇供给的各自的空气量的比率，使得在特定时间(图 18(a))第一空气量大于第二空气量；使得在下一时间(图18(b))第一 空气量等于第二空气量；并且使得在下一时间(图18(c))第一空气量 小于第二空气量。空气量的控制可电力改变风扇的旋转速度，或者可 通过调节设置在管道中的风门开口来进行。
控制周期性重复，诸如(a) —(b)—(c) —(b)—(a)，从而竖直移动形成 在输入/输出偏振板和液晶面板的光透射面上的旋回流(碰撞射流)以 改变提供最大冷却效果所在的位置(即，气流碰撞所在的位置)来扩 大其中冷却作用高的区域，并减缓光透射面内的热传递系数随时间的 局部变动，从而限制面板表面内的温度梯度以改进投影图像的质量。
尽管将第一示例性实施例作为示例而给出了上文的描述，但明显 的是通过在其它示例性实施例中执行此空气量的控制也能提供相似的 效果。
在本发明的用于冷却电子装置的发热点的设备的第八示例性实施 例中，来自第一空气冷却装置的第一气流和来自第二空气冷却装置的 第二气流彼此具有不同的空气速度向量。可将第一空气冷却装置和第 二空气冷却装置设置为使得第一气流和第二气流在多个部件的相对表面上的发热点的位置处彼此碰撞。第一空气冷却装置可布置在多个部 件的相对面的下端处，而第二空气冷却装置可布置在多个部件的相对 面的上端处。第一空气冷却装置可包括第一冷却风扇和第一空气冷却 管道，而第二空气冷却装置可包括第二空气冷却风扇和第二空气冷却 管道。第一空气冷却装置和第二空气冷却装置中的一个可包括冷却风 扇和空气冷却管道，而另一个可仅包括冷却风扇。第一空气冷却装置 可包括第一冷却风扇和第一空气冷却管道，而第二空气冷却装置可包 括与第一空气冷却装置共用的第一冷却风扇以及从第一空气冷却管道 中途分支的用于将空气从与第一空气冷却管道的空气供给方向不同的 方向供给到平面中的第二空气冷却管道。此外，第一冷却风扇和第二 冷却风扇可提供可变的空气量。
在电子装置的多个部件中的发热点的冷却中也能产生本发明的效 果，所述部件具有彼此相对的表面，所述表面中的至少任一个包括发 ^点、。
此外，由于风扇气流碰撞所在的位置能通过任意地控制来自一对 空气冷却装置的空气量的比率来任意设定，所以能以面板的中心为基 础周期性地改变碰撞射流所产生的位置以减缓面板表面的热梯度，从 而有利地改进图像质量。
在根据本发明的用于冷却电子装置的发热点的设备的第九示例性 实施例中，电子装置可以是液晶图像显示器，而部件可包括形成液晶 单元的一部分的入射侧偏振板、液晶面板和出射侧偏振板。
在本发明的第十示例性实施例中， 一种冷却电子装置的发热点的 方法可以是上述用于冷却电子装置的发热点的设备的发热点冷却方 法。第十实施例可包括通过第一空气冷却装置沿第一方向在部件的相 对表面之间的间隙中为电子装置的部件供给第一气流。另外，通过第 二空气冷却装置沿与第一方向不同的第二方向在部件的相对表面之间供给第二气流，从而导致第一气流和第二气流在部件的相对表面上的 发热点的中心位置附近彼此碰撞。因而，产生垂直流向部件的相对表 面中的一个或两个的旋回流。
在根据本发明第十一示例性实施例的冷却电子装置的发热点的方 法中，第一空气冷却装置布置在电子装置的部件的下端处，而第二空 气冷却装置布置在电子装置的部件的上端处。可通过第一空气冷却装 置在多个部件之间的间隔中从下向上地供给第一气流，而可通过第二 空气冷却装置在多个部件之间的间隔中在下面冷却供给第二气流，以 导致第一气流和第二气流在部件的相对表面上的发热点的中心位置附 近彼此碰撞。因而，产生垂直流向部件的相对表面中的一个或两个的 旋回流。通过随时间改变形成第一空气冷却装置的一部分的第一冷却 风扇与形成第二空气冷却装置的一部分的第二冷却风扇的空气量的比 率，可周期性地从部件的相对表面上的发热点的中心位置移动第一气 流和第二气流碰撞所在的位置。电子装置可以是液晶图像显示器，而 部件可包括构成液晶单元的入射侧偏振板、液晶面板和出射侧偏振板。
在本发明的第十二示例性实施例中，液晶投影设备包括上述用于 冷却电子装置的发热点的设备中的任一个。
在根据本发明的用于冷却电子装置的发热点的设备中，当电子装 置例如是液晶投影设备的液晶图像显示器时，在液晶单元上方和下方 设置一对各包括冷却风扇和空气冷却管道的独立的空气冷却装置。因 此，气流沿相反的方向从上方和下方穿过液晶单元在其间供给，以使 气流通过入射侧偏振板与液晶面板之间或液晶面板与出射侧偏振板之 间的间隔。两股气流在发热点的中心位置附近的光透射面的中心附近 碰撞，从而改进了冷却效率。
为通过强制空气冷却来冷却诸如偏振板和液晶面板的发热平板， 可将提供最高冷却效率的碰撞喷射冷却作为方法中的一种而给出。图19是用于描述碰撞喷射冷却的示意图。如图19中所示，碰撞喷射冷却
是这样一种方法，该方法涉及通过喷嘴19垂直于发热平板18喷射冷 却剂(空气、液体)20以致使碰撞射流与发热板18碰撞，从而从发热 面辐射热量。
通常，在针对发热平板的强制空气冷却中，预想两种方法，即薄 化法和置换法，用于改进热传递系数以促进热传递。
前者是一种通过减小形成在发热体的表面上的热边界层的厚度 (薄化)来促进热传递的方法，在此情形中，由于热边界层的厚度与 主流方向的速度(沿平板的流率)的平方根成反比，所以上述提高空 气速度以降低发热体的温度的方式可与此相比较。
后者意欲通过促使固体表面附近的流体与同该流体稍稍隔开的流 体的交换来促进热传递，并通过控制与不稳定涡流的产生/消失相关的 湍流来实现。
用于通过使射流从与发热平板垂直的方向与该发热平板碰撞来冷 却发热平板的碰撞喷射冷却归于后者。通过如下过程，碰撞喷射冷却 展示了比沿发热平板供给空气的传统方法高五到十倍的冷却能力
1) 由于碰撞射流而导致的发热体表面上的热边界层的破损(剥
离)；
2) 由于产生在碰撞面上的旋回流而导致的流体交换(温度置换)；
以及
3) 由于柯恩达效应(流体的特征，通过该特征，置于流动中的物 体引起流体与固体的壁表面之间的压力的降低，以将流动吸引到壁面， 从而改变沿物体的流动方向)而导致的射流在壁上的滑动。
顺便提及，当将此碰撞喷射冷却例如应用于冷却液晶投影设备中 的液晶图像显示器时，其喷嘴位置是要解决的问题。具体地，因为当各色光经过时，液晶面板和偏振板由于光吸收效应而发热，所以发热
面基本与光透射面(面板光透射面22、偏振板光透射面25)相匹配， 如图20A和图20B中所示。因此，必须产生与发热面垂直的气流，以 便不阻碍每种色彩的透射。图20A和图20B是用于描述液晶图像显示 器中的液晶面板和偏振板的光透射面的示意图，这里图20A是显示并 排放置的液晶面板和偏振板的正视屈，而图20B是侧视图。
因而，在本发明中的用于液晶图像显示器的冷却机构中，沿彼此 相反的方向从液晶单元上方和下方供给冷却气流，以致使冷却气流在 液晶面板与偏振板之间的间隔中的光透射面的中心附近彼此碰撞。因 而，产生旋回流，所述旋回流垂直流向液晶面板和偏振板的发热面以 形成垂直射流，从而显著地提高热传递系数以促进热传递并实现液晶 单元的高效冷却。
此外，通过随时间改变由设置在液晶单元上方和下方的风扇供给 的空气量的比率，气流碰撞所在的位置(垂直射流所产生的位置)能 相对于液晶面板和偏振板从液晶面板的中心竖直振动。这样，由于展 示最大冷却效果的区域(碰撞的位置)能在面板表面内周期性改变， 所以能够消除液晶面板的表面上的热梯度，从而改进投影图像的质量。
尽管已经参照本发明的示例性实施例对本发明进行了具体显示和 描述，但是本发明不限于这些示例性实施例。本领域中的普通技术人 员将理解的是在不偏离如由权利要求限定的本发明的精神和范围的情 况下，可在本发明中作出各种形式和细节的改变。
此外，注意的是申请人的意图是包含所有权利要求要素的等同物， 即使以后在诉讼期间补正的。
本申请基于并要求2006年10月23日提交的日本专利申请 No.2006-287395的优先权利益，该申请的公开通过参引完全合并于此。
权利要求
1.一种用于空气冷却电子装置的发热点的冷却设备，所述电子装置包括多个并排布置以具有相同面内方向的部件，所述部件包括位于其表面内的发热点，其特征在于所述冷却设备包括第一空气冷却装置，用于沿所述面内方向的取向向所述发热点供给气流；以及第二空气冷却装置，用于沿所述面内方向与通过所述第一空气冷却装置供给的气流不同取向地向所述发热点供给气流。
2. 根据权利要求l所述的用于冷却电子装置的发热点的设备，其中通过所述第一空气冷却装置供给的第一气流和通过所述第二空气 冷却装置供给的第二气流具有彼此不同的空气速度向量；并且所述第一空气冷却装置和所述第二空气冷却装置设置为使得所述 第一气流和所述第二气流在多个所述部件的相对表面上的所述发热点 的位置处彼此碰撞。
3. 根据权利要求1或2所述的用于冷却电子装置的发热点的设 备，其中所述第一空气冷却装置布置在与多个所述部件相对的平面的下端处；并且所述第二空气冷却装置布置在与所述多个所述部件相对的所述平 面的上端处。
4. 根据权利要求1到3中的任一项所述的用于冷却电子装置的发热点的设备，其中所述第一空气冷却装置包括第一冷却风扇和第一空气冷却管道；并且所述第二空气冷却装置包括第二冷却风扇和第二空气冷却管道。
5. 根据权利要求1到3中的任一项所述的用于冷却电子装置的发热点的设备，其中所述第一空气冷却装置和所述第二空气冷却装置中的一个包括冷 却风扇和空气冷却管道，而所述第一空气冷却装置和所述第二空气冷 却装置中的另一个只包括冷却风扇。
6. 根据权利要求1或2所述的用于冷却电子装置的发热点的设备，其中-所述第一空气冷却装置包括第一冷却风扇和第一空气冷却管道；并且所述第二空气冷却装置包括与所述第一空气冷却装置共用的所述 第一冷却风扇以及从所述第一空气冷却管道中途分支的用于将空气从 与所述第一空气冷却管道的空气供给方向不同的方向供给到平面中的 第二空气冷却管道。
7. 根据权利要求4或5所述的用于冷却电子装置的发热点的设 备，其中所述第一冷却风扇和所述第二冷却风扇供给可变的空气量。
8. 根据权利要求1到7中的任一项所述的用于冷却电子装置的发热点的设备，其中所述电子装置包括液晶图像显示器，而所述部件包括构成液晶单 元的入射侧偏振板、液晶面板和出射侧偏振板。
9. 一种发热点冷却方法，用于根据权利要求1所述的用于冷却电子装置的发热点的设备，所述方法的特征在于包括通过所述第一空气冷却装置沿第一方向在所述部件的相对表面之间的间隙中为所述电子装置的所述部件供给第一气流；通过所述第二空气冷却装置沿与所述第一方向不同的第二方向在所述部件的相对表面之间的间隙中供给第二气流；以及促使所述第一气流和所述第二气流在所述部件的相对表面上的发 热点的中心位置附近彼此碰撞，从而产生垂直流向所述部件的相对表 面中的一个或两个的旋回流。
10. 根据权利要求9所述的冷却电子装置的发热点的方法，其中 所述第一空气冷却装置布置在所述电子装置的所述部件的下端处，而所述第二空气冷却装置布置在所述电子装置的所述部件的上端 处；通过所述第一空气冷却装置在多个所述部件之间的间隔中从下向 上地供给第一气流；通过所述第二空气冷却装置在所述多个所述部件之间的间隔中从上向下地供给第二气流；以及促使所述第一气流和所述第二气流在所述部件的相对表面上的发 热点的中心位置附近彼此碰撞，从而产生垂直流向所述部件的相对表 面中的 一个或两个的旋回流。
11. 根据权利要求9或IO所述的冷却电子装置的发热点的方法，其中通过随时间改变形成所述第一空气冷却装置的一部分的所述第一 冷却风扇供给的空气量与形成所述第二空气冷却装置的一部分的所述 第二冷却风扇供给的空气量的比率，周期性地从所述部件的相对表面 上的发热点的中心位置移动所述第一气流与所述第二气流碰撞所在的 位置。
12. 根据权利要求9到11中的任一项所述的冷却电子装置的发热 点的方法，其中所述电子装置包括液晶图像显示器，而所述部件包括构成液晶单 元的入射侧偏振板、液晶面板和出射侧偏振板。
13. —种液晶投影设备，其特征在于包括根据权利要求8所述的 用于冷却电子装置的发热点的设备。
全文摘要
一种用于有效降低电子装置运行温度的小型和低成本构造的低噪音的冷却设备包括多个部件，所述部件包括彼此相对的其间具有一定间距的表面并在所述彼此相对的表面中的至少任一个上具有发热点。用于冷却电子装置的发热点的设备包括用于强制地空气冷却电子装置的发热点的冷却设备，该电子装置包括多个部件，所述部件并排布置以具有相同的面内方向，并且包括位于其表面内的发热点。该冷却设备包括用于沿该面内方向的取向向发热点供给气流的第一空气冷却单元以及用于沿面内方向与通过该第一空气冷却单元供给的气流不同取向地向发热点供给气流的第二空气冷却单元。
文档编号G03B21/16GK101529330SQ20078003933
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月11日 优先权日2006年10月23日
发明者宇都宫基恭 申请人:Nec显示器解决方案株式会社