JP2007258520A - Cooling device of electronics device - Google Patents
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Description
本発明は、ペルチェ素子を利用した冷却装置の交換が容易な結露防止構造を有する電子機器の冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling device for an electronic apparatus having a dew condensation prevention structure that facilitates replacement of a cooling device using a Peltier element.
近年、電気回路に半導体部品を多く使用する電子機器においては、半導体の製造技術の進歩に伴い、半導体で消費される電力も上昇し、発生する熱量が増加してきている。特に、発光ダイオード、またはレーザーダイオードからなる半導体光源を使用する投射型表示装置のような電子機器においては多大の熱量が発生する。部品の性能、信頼性及び寿命を確保するためには、半導体の温度を、ある温度範囲内に保つ必要があり、そこで、例えば、特許文献1に記載されているように、冷却素子であるペルチェ素子の吸熱側に半導体部品、放熱側に液冷受熱部品を配置するような構成が考えられる。図6にその概略図を示す。
In recent years, in an electronic device that uses many semiconductor components in an electric circuit, with the progress of semiconductor manufacturing technology, the power consumed by the semiconductor has also increased, and the amount of heat generated has increased. In particular, a large amount of heat is generated in an electronic apparatus such as a projection display device using a semiconductor light source composed of a light emitting diode or a laser diode. In order to ensure the performance, reliability, and life of the parts, it is necessary to keep the temperature of the semiconductor within a certain temperature range. For example, as described in
図6において、ペルチェ素子101の吸熱面101aに冷却対象物102を、放熱面101bに液冷部品103が接して配置されており、液冷部品103に液体を流すことにより、ペルチェ素子101の放熱面101bを冷却することにより、ペルチェ素子101の吸熱能力を高め、冷却対象物102を効果的に冷却することができる。
In FIG. 6, an object to be cooled 102 is disposed in contact with the heat absorbing surface 101 a of the
しかしながら、ペルチェ素子101の吸熱面側が周囲温度以下になると、水分を含んだ周辺の空気により結露が発生し、この水が電気回路に入り込み、回路を短絡させたり、電子機器内の金属性の構造体に錆が発生するなどという問題がある。そこで、ペルチェ素子を使って冷却する場合の結露防止構造として、例えば、特許文献2、特許文献3に記載されているような、放熱部品とケース等により外気と遮断する構造の放熱器が考えられている。
However, when the endothermic surface side of the
しかしながら、これらも冷却対象物の寿命や故障等で交換が発生した時には分解しなければならず、水分を含んだ外気を内部に取り込んでしまい、再駆動時には結露が発生してしまうため、放熱器ごとの交換を要してしまう。 However, these also have to be disassembled when replacement occurs due to the life or failure of the object to be cooled, and the outside air containing moisture is taken into the interior, and condensation occurs during reactivation. Every replacement is required.
そこで、図7に示すような交換が容易な密閉構造が考えられる。プリント基板201上に配置された発熱体202は熱拡散板203を介してペルチェ素子204の吸熱面側に配置され、ペルチェ素子204の放熱面の外縁部にはOリング205が配置されて、発熱体202、ペルチェ素子204等は断熱材206と本体ケース207との間で締め付け固定されている。本体ケース207は上ケース208とOリング209により密閉され、内部には水分を殆ど含まない気体、または、水分を含まない不活性ガスを封入することで、結露を防止している。本体ケース207の開口を通して、ペルチェ素子204の放熱面側に液冷部品210を密接させることで発熱部品202を冷却している。
しかしながら、上記図7の構成の冷却装置では、ペルチェ素子204の放熱面の外縁部にOリング205があり、その部分は液冷部品と接していない為、吸熱対象物の背面に大きな空間が無い場合、発生した熱がペルチェ素子204の吸熱面側に逆流し冷却能力の低下を引き起こしたり、ペルチェ素子204の放熱面内での温度分布による熱膨張の差のためにペルチェ素子204内で半田クラックが発生してしまうという問題を有していた。
However, in the cooling device having the configuration shown in FIG. 7, the O-
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、吸熱対象物、ペルチェ素子、液冷モジュールが万一故障を起こした場合にも容易に交換が可能で、また、吸熱対象物の背面側に大きな空間が無くても高効率な冷却が可能であり、ペルチェ素子内で半田クラックが発生することもなく、従ってレイアウトの自由度が広がり、さらに、ペルチェ素子を使用しても結露の発生を阻止することができる電子機器の冷却装置の提供を目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and can be easily replaced in the event that the endothermic object, the Peltier element, and the liquid cooling module fail, and the rear end side of the endothermic object. Even if there is no large space, highly efficient cooling is possible, solder cracks do not occur in the Peltier element, so the degree of freedom of layout is widened, and even if a Peltier element is used, the occurrence of condensation is prevented It is an object of the present invention to provide a cooling device for electronic equipment.
本発明の請求項1に記載の発明は、ペルチェ素子により発熱部品の熱を吸熱する冷却装置において、半導体等の発熱体、またはその発熱体が実装された基板に吸熱側面を密着させたペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の放熱側面の略全面に密接させた伝熱面を持つ熱伝達部品と、前記発熱体及び前記ペルチェ素子を前記熱伝達部品に加圧し押さえ付ける押圧部品と、前記熱伝達部品とにより前記発熱体及び前記ペルチェ素子を外気と遮断させる密閉ケースとを備えたことを特徴とする電子機器の冷却装置であり、ペルチェ素子の吸熱側が周囲温度以下に冷却されたとしても結露せず、かつ交換が容易で、さらに発熱体の周辺に大きな空間が無くても高い冷却性能が得られるという作用を有する。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、前記熱伝達部品と前記密閉ケースにより挟まれる弾性体と、前記熱伝達部品と前記密閉ケースにより形成された密閉空間内に満たされた乾燥気体を有することを特徴とする請求項1記載の電子機器の冷却装置であり、密閉性を高め、さらに結露の発生が無くなる。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、前記熱伝達部品のペルチェ素子を密接させた伝熱面の反対面側に放熱器を密接させたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の冷却装置であり、より高い冷却性能が得られるという作用を有する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the cooling device according to the first or second aspect, wherein a radiator is brought into intimate contact with the opposite side of the heat transfer surface where the Peltier element of the heat transfer component is in intimate contact. And has the effect that higher cooling performance can be obtained.
請求項4に記載の発明は、前記発熱体と前記ペルチェ素子の間に熱拡散部品を配置したことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の冷却装置であり、発熱部品の熱をペルチェ素子の吸熱面全体に伝えることでより高い冷却性能が得られるという作用を有する。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、前記放熱器が液冷方式であることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれかに記載の電子機器の冷却装置であり、ペルチェ素子の放熱側で発生する熱をより大きな能力で冷却が可能となる作用を有する。
Invention of
請求項6に記載の発明は、前記発熱体が発光ダイオード、またはレーザーダイオードからなる半導体光源であり、前記密閉ケースに光を取り出す透明な光学部品を有していることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の電子機器の冷却装置であり、高く安定した光出力と光源の信頼性を得ることができるという作用を有する。
According to a sixth aspect of the present invention, the heating element is a semiconductor light source composed of a light emitting diode or a laser diode, and has a transparent optical component for extracting light into the sealed case. It is a cooling device of the electronic device in any one of
請求項7に記載の発明は、請求項6記載の冷却装置を備えた光源を使用することを特徴とする投射型表示装置であり、安定性と明るさを備えた投射映像を得ることができるという作用を有する。 A seventh aspect of the present invention is a projection display device using the light source including the cooling device according to the sixth aspect, and can obtain a projected image having stability and brightness. It has the action.
以上のように本発明は、ペルチェ素子の吸熱側が周囲温度以下に冷却されても結露等を起こさず、ペルチェ素子内で半田クラックが発生することもなく、周辺の電子回路や、電源回路等の不具合や、金属部品の腐食が発生しないという優れた効果が得られる。また、吸熱対象物、ペルチェ素子、液冷モジュールが万一故障を起こした場合にも容易に交換ができ、交換部品のコスト削減が可能という優れた効果が得られる。さらに、ペルチェ素子の放熱側に取り付ける放熱手段として液冷モジュールを使用することで大きな冷却能力を可能で、かつ、吸熱対象物の背面に大きな空間が無くても省スペースでの冷却が可能でありレイアウトの自由度が広がるという優れた効果も得られる。 As described above, the present invention does not cause condensation even when the heat absorption side of the Peltier element is cooled below the ambient temperature, does not cause solder cracks in the Peltier element, and does not generate peripheral electronic circuits, power supply circuits, etc. An excellent effect is obtained that defects and corrosion of metal parts do not occur. In addition, even if the endothermic object, the Peltier element, and the liquid cooling module are broken, they can be easily replaced, and an excellent effect that the cost of replacement parts can be reduced is obtained. In addition, by using a liquid cooling module as a heat dissipation means attached to the heat dissipation side of the Peltier element, a large cooling capacity is possible, and even if there is no large space on the back of the endothermic object, it is possible to cool in a space-saving manner. An excellent effect of widening the layout is also obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図1から図5を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における電子機器の冷却装置の構成を示す分解斜視図、図2は冷却装置の断面図で、これら図1、2を用いて冷却装置の構成を説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a cooling device for an electronic device according to
図において、半導体等の発熱体1が実装された銅ベース基板2と、その背面に密着して取り付けられたペルチェ素子3と、ペルチェ素子3の放熱側に密接させた放熱構造を持つ熱伝達部品4と、発熱体1、銅ベース基板2及びペルチェ素子3を熱伝達部品4に加圧し押さえ付ける押圧部品5と、熱伝達部品4とにより押圧部品5、発熱体1、銅ベース基板2及びペルチェ素子3を外気と遮断させる密閉ケース6と、熱伝達部品4と密閉ケース6の間に配置された密閉性を確保する弾性体であるOリング7と、熱伝達部品4と密閉ケース6とにより形成された密閉空間内に満たされた乾燥気体14と、熱伝達部品4のペルチェ素子3が配置されていない面に密接された放熱器8とから構成されている。
In the figure, a
上記構成において、熱伝達部品4は、外周にフィン4aやピン形状などの周辺空気との熱交換効率を上げる形状を有し、熱伝達率の良い純銅系や純アルミ系の材料が使用されている。また、押圧部品5は、ネジ(図示せず)等により熱伝達部品4に締め付けられるが、発熱体1、ペルチェ素子3及び熱伝達部品4間には、シリコングリース等の熱伝導部材があることが望ましく、また、ペルチェ素子3に加わる圧力は0.3kg/cm2以上で、ペルチェ素子3が破壊しない範囲であることが望ましい。また、ネジ等による締結を行わず、密閉ケース6をOリング7を挟んで熱伝達部品4に取り付ける際に同時に押圧部品5を加圧するようにしてもよい。また、熱伝導部品と密閉ケースにより形成された密閉空間内に満たす乾燥気体14としては、水分をほとんど含まない空気や不活性ガスを使用する。空気に水分を含まないようにするには、空気と共に乾燥剤を封入してもよい。
In the above configuration, the
以上のように構成された冷却装置について、その動作を説明する。 The operation of the cooling device configured as described above will be described.
発熱体1は消費される電力により温度上昇し、信頼性の面からこの温度を一定以下にする必要がある。ペルチェ素子3はその特性上、電流を流すことでその両面に温度差を生じ、吸熱側から放熱側に熱を移動させることができる。吸熱側に発熱体1の実装された銅ベース基板2を密着、放熱側に放熱構造を持つ熱伝達部品4を密着、熱伝達部品4の裏面に放熱器8を密着させて放熱することで、発熱体1の温度を制御することが可能になり、条件によってはペルチェ素子3の吸熱側の温度が周囲温度以下になる。しかし、熱伝達部品4、密閉ケース6と、それらの間に設置されたOリング7により形成された密閉空間には水分含有量の極めて少ない乾燥気体14が充填、封入されているため、ペルチェ素子3の吸熱側での結露発生を防止できる。また、放熱器8は、熱伝達部品4、密閉ケース6と、それらの間に設置されたOリング7により形成された空間の密閉状態を保持したまま切り離しが可能で、発熱体1の発熱量が少ない場合には取り外せばよい。そして、発熱体1又はペルチェ素子3を交換する必要が生じたときにも、熱伝達部品4と密閉ケース6でモジュール化された部分のみを交換可能で、前もって、乾燥気体14を封入したモジュールを供給することで、市場においても安定した交換作業が可能になる。また、密閉空間内部に乾燥剤を設置することで、モジュール化された物単位での交換ではなく、発熱体1またはペルチェ素子3のみでの交換も可能となる。
The temperature of the
また、放熱構造を持つ熱伝達部品4または放熱器8をファン(図示せず)によって強制空冷することで、冷却能力を高めることが可能となる。
Moreover, it becomes possible to raise a cooling capability by carrying out forced air cooling of the heat-
(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2における電子機器の冷却装置の構成を示す断面図である。実施の形態1における図1、2と同様の構成は同一の番号を付与し説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the electronic apparatus cooling apparatus according to
図において、半導体等の発熱体1が実装された銅ベース基板2と、その背面に密着して取り付けられ、ペルチェ素子3の吸熱面以上の面積を有し、熱伝達率の良い純銅系や純アルミ系の材料でできた熱拡散部品9と、その背面に密着して取り付けられたペルチェ素子3と、ペルチェ素子3の放熱側に密接させた放熱構造を持つ熱伝達部品4と、発熱体1、銅ベース基板2及びペルチェ素子3を熱伝達部品4に加圧し押さえ付ける断熱部品5と、熱伝達部品4とにより押圧部品5、発熱体1、銅ベース基板2及びペルチェ素子3を外気と遮断させる密閉ケース6と、熱伝達部品4と密閉ケース6の間に配置された密閉性を確保するOリング7と、熱伝達部品4と密閉ケース6とにより形成された密閉空間内に満たされた乾燥気体14と、熱伝達部品4のペルチェ素子3が配置されていない面に密接された放熱器8とから構成されている。実施の形態1と異なるところは、熱拡散部品9を追加した点である。
In the figure, a
以上のように構成された冷却装置について、実施の形態1と異なる部分の動作を説明する。発熱体1の実装された銅ベース基板2がペルチェ素子3の吸熱面よりも面積が小さい場合、発熱体1で発生する熱をペルチェ素子3の吸熱面全体に伝えることができないため、冷却能力を十分に引き出すことが出来ない。ペルチェ素子3の吸熱面以上の面積を有し、熱伝達率の良い純銅系や純アルミ系の材料でできた熱拡散部品9により発熱体1で発生する熱をペルチェ素子3の吸熱面全体に伝えることが可能となり、効率よく冷却することができる。また、銅ベース基板2がペルチェ素子3と同等の面積を持っている場合においても、その厚さが薄いとペルチェ素子3の面横方向への熱の広がりが悪い為、ペルチェ素子3の冷却能力を十分に引き出すことが出来なくなってしまう。発熱体1とペルチェ素子3のサイズの関係、また、素材により左右されるが、発熱体1の温度が上がらない範囲での厚さを持つ熱拡散部品9により、発熱体1で発生する熱をペルチェ素子3の吸熱面全体に伝えることが可能となり、効率よく冷却することができる。
About the cooling device comprised as mentioned above, operation | movement of a different part from
(実施の形態3)
図4は本発明の実施の形態3における電子機器の冷却装置で、発熱体として半導体光源が使用される投射型表示装置のような電子機器の冷却装置の構成を示す断面図である。実施の形態2における図3と同様の構成は同一の番号を付与し説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a cooling device for an electronic device such as a projection display device in which a semiconductor light source is used as a heating element, in the cooling device for an electronic device according to
図において、発光ダイオード、またはレーザーダイオードからなる半導体光源10が実装された銅ベース基板2と、その背面に密着して取り付けられ、ペルチェ素子3の吸熱面以上の面積を有し、熱伝達率の良い純銅系や純アルミ系の材料でできた熱拡散部品9と、その背面に密着して取り付けられたペルチェ素子3と、ペルチェ素子3の放熱側に密接させた放熱構造を持つ熱伝達部品4と、半導体光源10、銅ベース基板2及びペルチェ素子3を熱伝達部品4に加圧し押さえ付ける押圧部品5と、熱伝達部品4とにより押圧部品5、半導体光源10、銅ベース基板2及びペルチェ素子3を外気と遮断させる密閉ケース11と、密閉ケース11に設けられた光を取り出すガラスやプラスチックなどの透光性を有する一つもしくは複数の光学部品12と、熱伝達部品4と密閉ケース11の間に配置された密閉性を確保するOリング7と、熱伝達部品4と密閉ケース11とにより形成された密閉空間内に満たされた乾燥気体14と、熱伝達部品4のペルチェ素子3が配置されていない面に密接された放熱器8とから構成されている。実施の形態2と異なるところは、発熱体を半導体光源10とし、密閉ケース11に光学部品12を設けた点である。
In the figure, a
以上のように構成された冷却装置について、実施の形態2と異なる部分の動作を説明する。発光ダイオードまたはレーザーダイオードからなる半導体光源10からの光が密閉ケース11に設けられた透光性を有する光学部品12から放出され、投射型表示装置の光源として利用される。このような半導体光源は、温度依存性が高く、部品の性能、信頼性及び寿命を確保するためには、半導体の温度をある温度範囲内に保つ必要がある。この本発明の構成により、高く安定した光出力と光源の信頼性を得ることが可能となる。
About the cooling device comprised as mentioned above, operation | movement of a different part from
(実施の形態4)
図5は本発明の実施の形態4における電子機器の冷却装置で、液冷方式を使った構成を示す断面図である。実施の形態3における図4と同様の構成は同一の番号を付与し説明を省略する。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration using a liquid cooling system in the electronic apparatus cooling apparatus according to
図において、発光ダイオード、またはレーザーダイオードからなる半導体光源10が実装された銅ベース基板2と、その背面に密着して取り付けられ、ペルチェ素子3の吸熱面以上の面積を有し、熱伝達率の良い純銅系や純アルミ系の材料でできた熱拡散部品9と、その背面に密着して取り付けられたペルチェ素子3と、ペルチェ素子3の放熱側に密接させた放熱構造を持つ熱伝達部品4と、半導体光源10、銅ベース基板2及びペルチェ素子3を熱伝達部品4に加圧し押さえ付ける押圧部品5と、熱伝達部品4とにより押圧部品5、半導体光源10、銅ベース基板2及びペルチェ素子3を外気と遮断させる密閉ケース11と、密閉ケース11に設けられた光を取り出す透明な光学部品12と、熱伝達部品4と密閉ケース11の間に配置された密閉性を確保するOリング7と、熱伝達部品4と密閉ケース11とにより形成された密閉空間内に満たされた乾燥気体14と、熱伝達部品4のペルチェ素子3が配置されていない面に密接された液冷受熱部品13とから構成されている。実施の形態3と異なるところは、放熱器8に替え、液冷受熱部品13を設けた点である。
In the figure, a
以上のように構成された冷却装置について、実施の形態3と異なる部分の動作を説明する。液冷方式の放熱器13はポンプ(図示せず)や熱交換器内部(図示せず)と結ばれており、その内部を循環する液体により熱を発熱部から離れたところまで運ぶことが可能であり、発熱部(半導体光源10)の背面側に大きな空間を必要とせず、また、温まっていない外気を使って熱交換器にて放熱できるため、高い冷却性能を得ることができ、高く安定した出力と信頼性を得ることが可能となる。
About the cooling device comprised as mentioned above, operation | movement of a different part from
また、放熱構造を持つ熱伝達部品4をファン(図示せず)によって強制空冷することで、さらに冷却能力を高めることが可能となる。
Further, the cooling capability can be further increased by forcibly air-cooling the
本発明にかかる冷却装置は、周囲温度以下に冷却を行っても結露せず、放熱手段の着脱性とユニットの密閉性を両立できるという優れた効果を有し、半導体素子を周囲温度以下まで冷却が必要で、かつ交換の可能性のある半導体光源を使用するような投射型表示装置等に有用である。 The cooling device according to the present invention does not form condensation even when cooled below the ambient temperature, and has the excellent effect that both the detachability of the heat radiating means and the sealing property of the unit can be achieved, and the semiconductor element is cooled to the ambient temperature or less. This is useful for projection display devices that use a semiconductor light source that is necessary and can be replaced.
1 発熱体
2 銅ベース基板
3 ペルチェ素子
4 熱伝達部品
5 押圧部品
6、11 密閉ケース
7 Oリング
8 放熱器
9 熱拡散部品
10 半導体光源
12 光学部品
13 液冷受熱部品
14 乾燥気体
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