Anzeigevorrichtung mit verbessertem Wärmemanagement

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einem verbesserten Wärmemanagement, insbesondere mit einer verbesserten Entwärmung von elektronischen Bauteilen.

Das Wärmemanagement in Anzeigevorrichtungen gewinnt in Anbetracht einer beständigen Steigerung der Prozessorleistung elektronischer Geräte, z.B. der Prozessoren von Smartphones, zunehmend an Bedeutung.

Beispielsweise beschreibt WO 2013/049243 A1 ein OLED-Display (OLED: Organic Light Emitting Diode; Organische Leuchtdiode) für ein Smartphone. Der

Display-Stack des OLED-Displays weist eine thermisch leitfähige Schicht auf, die auf oder unter einem Substrat des Display-Stacks angeordnet ist. Die thermisch leitfähige Schicht dient dazu, die von den elektronischen Komponenten des Smartphones produziert Wärme gleichmäßig über das OLED-Display zu verteilen.

Allerdings heizen sich alle in Anzeigevorrichtungen derzeit genutzten Displaytypen unabhängig von den weiteren elektronischen Komponenten auch aufgrund interner Verluste signifikant gegenüber der Umgebung auf. Eine wesentliche Wärmequelle eines Displays sind die Treiber. Typischerweise sind die Treiber auf einem

Glassubstrat des Displays angebracht, sie können aber auch auf einer Leiterplatte angeordnet sein, z.B. einer flexiblen Leiterplatte. Die Anzahl der Treiberelemente kann variieren. Eine weitere Wärmequelle bei Flüssigkristalldisplays (LCD: Liquid Crystal Display) ist die Hinterleuchtung, die z.B. in Form einer Anordnung von LEDs (LED: Light Emitting Diode; Leuchtdiode) realisiert sein kann. Konzeptbedingt können unter Umständen auch die Treiberbauteile für die Hinterleuchtung zu einem zusätzlichen Wärmeeintrag führen. Weitere Faktoren sind steigende

Anforderungen an die Auflösung sowie die Farbsättigung von Displays, welche jeweils wiederum die Verlustleistung des Displays in die Höhe treiben. Eine starke Wärmeentwicklung der Treiberbauteile, gegebenenfalls kombiniert mit der Wärmeentwicklung der Hinterleuchtung, führt zu einer signifikanten Erwärmung der optischen Komponenten des Displays, z.B. optische Folien oder

Polarisationsfilter. Diese Temperaturerhöhung kann im ungünstigsten Fall zu einer Schädigung der optischen Komponenten führen.

Des Weiteren tritt eine erhebliche Wärmeentwicklung auf der Displayoberfläche bzw. Glasoberfläche auf. Diese heißen Stellen auf der Glasoberfläche im Bereich der Treiberbauteile sind gerade bei Displayanwendung mit Touch-Funktion nicht erwünscht, bzw. führen bei Berührung zu unangenehmen Effekten für den

Benutzer.

Aufgrund der starken lokalen Erhitzung muss zum Schutz der verwendeten Materialien bzw. zur Gewährleistung des Komforts für den Benutzer gegebenenfalls ein frühzeitiges Fierunterregeln der Helligkeit erfolgen. Erhöhte

Flelligkeitsanforderungen der Kunden und der damit verbundene Leistungseintrag ins System sind ohne zusätzliche Maßnahmen mit dem aktuellen Stand der Technik nicht mehr zu realisieren.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anzeigevorrichtung mit einem verbesserten Wärmemanagement bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß weist eine Anzeigevorrichtung auf:

- ein Display-Panel;

- ein Deckglas für das Display-Panel;

- zumindest ein elektronisches Bauteil für das Display-Panel, das angrenzend an eine aktive Fläche des Display-Panels unterhalb des Deckglases angeordnet ist; und - ein wärmeleitendes Element, das größer als das zumindest eine elektronische Bauteil ist und das dazu ausgebildet ist, einen vom elektronischen Bauteil erzeugten Wärmeeintrag flächig zu verteilen.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird ein zusätzliches wärmeleitendes bzw. wärmeverteilendes Element auf das wärmeproduzierende elektronische Bauteil aufgebracht. Das wärmeleitende Element besteht aus einem geeigneten Material mit hohem Wärmeleitwert, z.B. aus pyrolytischem Graphit [1 ] Durch die gegenüber dem elektronischen Bauteil großflächige Aufbringung wird der Wärmeeintrag gleichmäßiger verteilt und die Temperatur an den elektronischen Bauteilen reduziert. Durch die sich daraus ergebende verbesserte Entwärmung lassen sich höhere Leistungsdichten realisieren. Insbesondere bei Anbringung der

elektronischen Bauteile unterhalb des Deckglases werden durch die

erfindungsgemäße flächige Verteilung des durch diese erzeugten Wärmeeintrags heiße Stellen auf der Glasoberfläche vermieden. Zudem wird der

Temperaturbereich, in dem die Anzeigevorrichtung ohne aktive Kühlung auskommt, erweitert. Die erfindungsgemäße Lösung ist für alle Arten von Displayanwendungen nutzbar.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das zumindest eine elektronische Bauteil ein Treiber oder ein Beleuchtungselement. Das zumindest eine elektronische Bauteil kann beispielsweise auf einem Substrat des Display-Panels, einer Leiterplatte für das Display-Panel oder einer Leiterplatte einer Beleuchtungsbaugruppe

angeordnet sein. Treiber und Beleuchtungselemente sind die wesentlichen

Wärmequellen, die in aktuellen Anzeigevorrichtungen nicht bereits thermisch angebunden sind, sodass eine Entwärmung dieser Bauteile besonders

empfehlenswert ist. Die Lösung ist aber auch anwendbar auf andere Komponenten mit Verlustwärme, die nicht im optischen Pfad liegen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Anzeigevorrichtung ein Deckglas für das Display-Panel auf, wobei das zumindest eine elektronische Bauteil unterhalb des Deckglases angeordnet ist. Anzeigevorrichtungen sind insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich oftmals mit einem Deckglas versehen. Aufgrund der thermisch nicht leitenden Glasumgebung kommt es dabei ohne weitere Maßnahmen typischerweise zu einem Wärmestau. Unterhalb des Deckglas angeordnete wärmeproduzierende elektronische Bauteile können in diesem Fall heiße Stellen auf der Glasoberfläche verursachen. Diese werden insbesondere bei Displays mit Touch-Funktion vom Benutzer als störend empfunden und sollten daher vermieden werden. Eine Entwärmung dieser elektronischen Bauteile ist daher besonders sinnvoll, um eine für den Benutzer angenehme Bedienung der Anzeigevorrichtung zu gewährleisten.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung erstreckt sich das wärmeleitende Element über die gesamte Breite des Display-Panels, über die gesamte Rückseite des

Display-Panels oder über zumindest einen Teil eines Gehäuses der

Anzeigevorrichtung. Bei allen diesen Ausführungsformen wird eine besonders großflächige Verteilung des Wärmeeintrags erzielt, die Entwärmung der

elektronischen Bauteile ist daher besonders effektiv.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das wärmeleitende Element flexibel ausgestaltet. Beispielsweise kann als wärmeleitendes Element eine Folie aus pyrolytischem Graphit, Graphen oder Metall verwendet werden. Die flexible

Ausgestaltung erlaubt eine weitgehend freie Anpassung des wärmeleitenden Elements an die geometrischen Begebenheiten der Anzeigevorrichtung, insbesondere in Hinblick auf den verfügbaren Platz. Eine flexible Ausgestaltung ist zudem hilfreich, um eine thermische Anbindung des wärmeleitenden Elements an eine Wärmesenke zu realisieren. Durch eine thermische Verbindung zu einem externen Bauteil und den Wärmetransport in weniger kritische Bereiche der Anzeigevorrichtung kann die Entwärmung weiter gesteigert werden. Das externe Bauteil kann beispielsweise ein Gehäuse der Anzeigevorrichtung sein.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das zumindest eine elektronische Bauteil thermisch an das wärmeleitende Element angebunden. Auf diese Weise wird die Entwärmung zusätzlich verbessert, da die Wärmeleitung vom elektronischen Bauteil in das wärmeleitende Element gesteigert wird. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das wärmeleitende Element auf einer Unterseite des Substrats angeordnet. Der Wärmetransport von der Wärmequelle zum wärmeleitenden Element ist hierbei von der Substratdicke abhängig. Diese Ausgestaltung eignet sich daher besonders für dünne Displays, wie sie z.B. für gekrümmte Anzeigen benötigt werden. Zugleich ermöglicht diese Anordnung eine effizientere Kühlung.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das wärmeleitende Element mit dem Deckglas verklebt. Die Verwendung einer Klebeverbindung vereinfacht das Aufbringen des wärmeleitenden Elements deutlich. Bei dieser Ausgestaltung ist eine zusätzliche thermische Kopplung zwischen dem wärmeleitenden Element und dem elektronischen Bauteil empfehlenswert, um einen ausreichenden

Wärmetransport zu gewährleisten. Alternativ ist das wärmeleitende Element durch einen Luftspalt oder durch einen thermischen Isolator vom Deckglas getrennt. Durch eine thermische Entkopplung mittels eines Luftspalts oder eines thermischen Isolators wird eine weitere Reduzierung der Oberflächentemperatur auf der Frontseite des Displays bzw. des Deckglases erreicht. Hierbei können das wärmeleitende Element und der thermische Isolator als Einzelelemente oder als Kombination zweier unterschiedlicher Materialien in einer Baugruppe ausgeführt sein. Die Kombination kann z.B. durch Lamination hergestellt werden.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.

Figurenübersicht

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit elektronischen Bauteilen und einem wärmeleitenden Element;

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung; Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit thermischer

Kopplung zwischen dem elektronischen Bauteil und dem wärmeleitenden Element;

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit thermischer

Entkopplung zwischen dem wärmeleitenden Element und einem Deckglas;

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit thermischer Entkopplung zwischen dem wärmeleitenden Element und einem Deckglas;

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit Anbindung des wärmeleitenden Elements an eine Wärmesenke;

Fig. 8 verdeutlicht eine angepasste Ausgestaltung des wärmeleitenden Elements für die Ausführungsform der Anzeigevorrichtung aus Fig. 7;

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit Entwärmung einer Beleuchtungsbaugruppe;

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit

Entwärmung der Beleuchtungsbaugruppe; und

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit einem unterhalb eines Substrats angeordneten wärmeleitenden Element.

Figurenbeschreibung

Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Gleiche Bezugszeichen werden in den Figuren für gleiche oder gleichwirkende Elemente verwendet und nicht notwendigerweise zu jeder Figur erneut beschrieben. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen

Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den

Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 mit mehreren elektronischen Bauteilen 12 und einem wärmeleitenden Element 14. Dargestellt ist eine perspektivische Explosionszeichnung der Anzeigevorrichtung 1 . Bei den elektronischen Bauteilen 12 handelt es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um T reiber eines Display-Panels 10, die auf einem Substrat 15 des Display-Panels 10 angrenzend an eine hier gestrichelt dargestellte aktive Fläche 13 angeordnet sind. Auf der aktiven Fläche 13 befindet sich eine Abdeckung 26, deren Ausgestaltung und Funktion vom

Display-Typ abhängt. Bei einem Flüssigkristalldisplay ist die Abdeckung 26 beispielsweise ein Farbfilter-Glas, bei einem OLED-Display hingegen ein Deckglas, das zur Einkapselung benötigt wird. Die aktive Fläche 13 ist typischerweise geringfügig kleiner als die Abdeckung 26. Oberhalb des Display-Panels 10 ist ein Deckglas 1 1 vorgesehen. Das wärmeleitende Element 14 erstreckt sich hier über die gesamte Breite des Display-Panels 10 und somit über alle Treiber. Durch das flächige Aufbringen eines wärmeleitenden Elements 14 aus einem geeigneten Material mit hohem Wärmeleitwert wird der Wärmeeintrag der Treiber gleichmäßig verteilt und die Temperatur an den Treibern reduziert.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 . In dieser Ausführungsform sind die hier an sich nicht sichtbaren und daher gestrichelt dargestellten elektronischen Bauteile 12 nicht auf einem Substrat des Display-Panels 10 angeordnet, sondern auf einer Leiterplatte 16 für das Display-Panel 10. Die Leiterplatte 16 für die Display-Elektronik grenzt wiederum an eine aktive Fläche 13 des Display-Panels 10 an. Auf der Leiterplatte 16 ist ein wärmeleitendes Element 14 angeordnet, das sich wie schon in Fig. 1 über die gesamte Breite des Display-Panels 10 und somit über alle elektronischen Bauteile auf der Leiterplatte 16 erstreckt.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 . Auf einem Substrat 15 des Display-Panels 10 ist ein elektronisches Bauteil 12 angeordnet, in diesem Fall ein Treiber. Der Treiber ist benachbart zu einer aktiven Fläche für die Bilddarstellung bzw. zu einer darauf befindlichen Abdeckung 26 angeordnet. Das Display-Panel 10 ist in einem

Gehäuse 2 der Anzeigevorrichtung montiert. Das Gehäuse 2 wird nach Außen durch ein Deckglas 1 1 abgeschlossen. Das wärmeleitende Element 14 ist in diesem Beispiel auf der Rückseite des Deckglases 1 1 unter einem auf das Deckglas 1 1 aufgebrachten Schwarzdruck 19 angebracht. Zwischen der Abdeckung 26 und dem Deckglas 1 1 befindet sich eine Bondingschicht 27. Die Lücke zwischen den angrenzenden Komponenten kann aber auch mit Luft gefüllt sein.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung 1 mit thermischer Kopplung zwischen dem elektronischen Bauteil 12 und dem wärmeleitenden Element 14. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Montage des

wärmeleitenden Elements 14 auf der Rückseite des Deckglases 1 1 , z.B. mittels einer Klebeverbindung 20. Besonders vorteilhaft kann dazu ein Klebeband genutzt werden. Gleichzeitig gewährleistet eine rückseitig auf dem wärmeleitenden Element 14 aufgebrachte thermische Kopplung 21 eine zuverlässige Wärmeleitung vom elektronischen Bauteil 12 in das wärmeleitende Element 14. Das elektronische Bauteil 12 ist in diesem Beispiel auf einem Substrat 15 des Display-Panels 10 angeordnet.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung 1 mit thermischer Entkopplung zwischen dem wärmeleitenden Element 14 und dem Deckglas 1 1 . In dieser Ausführungsform wird das wärmeleitende Element 14 ohne Verbindung zum Deckglas 1 1 direkt auf das elektronische Bauteil 12 aufgebracht. Zwischen dem auf dem Substrat 15 angeordneten elektronischen Bauteil 12 und dem wärmeleitenden Element 14 befindet sich eine thermische Kopplung 21 . Mittels eines Luftspalts 22 wird das wärmeleitende Element 14 thermisch vom Deckglas 1 1 entkoppelt. Dadurch wird eine weitere Reduzierung der Oberflächentemperatur auf der Frontseite der Anzeigevorrichtung 1 bzw. des Deckglases 1 1 erreicht.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anzeigevorrichtung 1 mit thermischer Entkopplung zwischen dem wärmeleitenden Element 14 und dem Deckglas 1 1 . Auch in dieser Ausführungsform wird das wärmeleitende Element 14 ohne

Verbindung zum Deckglas 1 1 unter Verwendung einer thermischen Kopplung 21 direkt auf die elektronischen Bauteile 12 aufgebracht. Zusätzlich ist auf dem wärmeleitenden Element 14 ein thermischer Isolator 18 aufgebracht. Durch eine thermische Entkopplung mittels eines thermischen Isolators 18 wird eine weitere Reduzierung der Oberflächentemperatur auf der Frontseite der Anzeigevorrichtung 1 bzw. des Deckglases 1 1 erzielt. Hierbei können das wärmeleitende Element 14 und der thermische Isolator 18 als Einzelelemente oder als Kombination zweier unterschiedlicher Materialien in einer Baugruppe ausgeführt sein. Die Kombination kann z.B. durch Lamination hergestellt werden. Zwischen dem thermischen Isolator 18 und dem Deckglas 1 1 kann, wie in Fig. 6 erkennbar, ein zusätzlicher Luftspalt 22 vorgesehen sein. Das elektronische Bauteil 12 ist wie schon zuvor auf dem Substrat 15 des Display-Panels 10 angeordnet.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung 1 mit Anbindung des wärmeleitenden Elements 14 an eine Wärmesenke 17. In diesem Beispiel handelt es sich bei der Wärmesenke um ein Teil eines Gehäuses 2 der Anzeigevorrichtung 1 . Wie schon zuvor wird das wärmeleitende Element 14 ohne Verbindung zum Deckglas 1 1 unter Verwendung einer thermischen Kopplung 21 direkt auf die elektronischen Bauteile 12 aufgebracht. Mittels eines Luftspalts 22 oder alternativ eines thermischen Isolators wird das wärmeleitende Element 14 thermisch vom Deckglas 1 1 entkoppelt. Insbesondere bei Verwendung eines flexiblen

wärmeleitenden Elements 14, z.B. einer thermisch leitenden Folie, kann die Entwärmung durch eine thermische Verbindung zu einem externen Bauteil 2 und den Wärmetransport in weniger kritische Bereiche der Anzeigevorrichtung 1 weiter gesteigert werden Hierzu ist gegebenenfalls eine anwendungsspezifische

Anpassung der Form des wärmeleitenden Elements 14 sinnvoll. Diese kann z.B. auf einfache Weise durch Zuschnitt erfolgen. Fig. 8 verdeutlicht eine solche angepasste Ausgestaltung des wärmeleitenden Elements 14, die die Form einer Leiterplatte 16 für das Display-Panel 10 berücksichtigt.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung 1 mit Entwärmung einer Beleuchtungsbaugruppe 23, die in diesem Beispiel für eine Hinterleuchtung in Form eines„Edge Backlight“ (Randhinterleuchtung) verwendet wird. Das elektronische Bauteil 12 ist in diesem Fall ein Beleuchtungselement, insbesondere ein

LED-Bauteil, das auf einer Leiterplatte 24 unterhalb des Deckglases 1 1 angeordnet ist und Licht in einen Lichtleiter 25 mit einem Folienstapel einkoppelt. Mittels eines wärmeleitenden Elements 14, z.B. einer thermisch leitenden Folie, wird der lokal durch die Beleuchtungsbaugruppe 23 erzeugte Wärmeeintrag flächig auf die gesamte Rückseite des Display-Panels 10 verteilt. Dies kann mit oder ohne eine zusätzliche thermische Kopplung mit dem umgebenden Gehäuse 2 implementiert werden, die im Falle einer thermischen Kopplung als zusätzliche Wärmesenke 17 dient.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anzeigevorrichtung 1 mit

Entwärmung der Beleuchtungsbaugruppe 23. Mittels eines wärmeleitenden Elements 14 wird der lokal durch die Beleuchtungsbaugruppe 23 erzeugte

Wärmeeintrag bei dieser Ausführungsform aus der Anzeigevorrichtung 1 heraus transportiert und flächig auf die gesamte Rückseite eines Gehäuses 2 der

Anzeigevorrichtung 1 verteilt. Dies kann wiederum mit oder ohne eine zusätzliche thermische Kopplung mit dem umgebenden Gehäuse 2 implementiert werden, die im Falle einer thermischen Kopplung als zusätzliche Wärmesenke 17 dient.

Fig. 1 1 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung 1 mit einem unterhalb eines Substrats 15 des Display-Panels 10 angeordneten wärmeleitenden Element 14, d.h. das wärmeleitende Element 14 ist auf der Rückseite des Display-Panels 10 angebracht. Der Wärmetransport von der Quelle zum wärmeleitenden Element 14 ist hierbei von der Dicke des Substrats 15 abhängig, sodass diese Variante sich besonders für dünne Displays eignet, wie sie z.B. für gebogene Anzeigen benötigt werden. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass eine effizientere Kühlung ermöglicht werden kann. Referenzen

[1 ] Thermal Protection Sheet:

https://industrial.panasonic.com/ww/products/thermal-solutio ns/graphite-she et-pgs/pgs