JP5865779B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー発光素子およびＬＥＤ（Light Emitting Diode）の各々で構成される光源アレイを有する液晶表示装置の冷却構造に関する。

液晶表示装置が備える液晶表示素子は、自ら発光しない。このため、液晶表示装置は液晶表示素子を照明する光源として、液晶表示素子の背面にバックライト装置を備えている。近年では、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）の性能が飛躍的に向上したことに伴い、液晶表示装置において、光源に青色ＬＥＤを利用したバックライト装置が広く採用されている。

この青色ＬＥＤを利用した光源とは、青色のＬＥＤと、青色ＬＥＤから出射される光を吸収し青色の補色となる光を発光する蛍光体とから成る。青色の補色とは、緑色と赤色を含む色、黄色等である。このようなＬＥＤを白色ＬＥＤと呼ぶ。

白色ＬＥＤは、電気−光変換効率が高く、低消費電力化に有効である。しかしながら一方で、白色ＬＥＤはその波長帯域幅が広く、色再現範囲が狭いという問題を有する。液晶表示装置は、その液晶表示素子の内部にカラーフィルタを備えている。液晶表示装置は、このカラーフィルタによって赤色、緑色および青色のスペクトル範囲だけを取り出して、色表現を行っている。

白色ＬＥＤのように波長帯域幅の広い連続スペクトルを有する光源は、色再現範囲を広げるために、カラーフィルタの表示色の色純度を高める必要がある。つまり、カラーフィルタを透過する波長帯域は狭く設定される。

しかし、カラーフィルタを透過する波長帯域を狭く設定すると、光の利用効率が低下する。なぜなら、液晶表示素子による画像表示に用いられない不要な光の量が多くなるからである。また、液晶表示素子の表示面の輝度の低下、さらには液晶表示装置の消費電力の増大につながるという問題が発生する。

このような問題点の改善策として、白色ＬＥＤの代わりに、より色純度の高い赤色、緑色、青色の単色ＬＥＤを採用したバックライト装置が提案されている（特許文献１）。また、単色ＬＥＤよりもさらに色純度の高い赤色、緑色、青色のレーザーを用いたバックライト装置が提案されている（特許文献２）。色純度が高いということは、波長幅が狭く単色性に優れていることである。これらの光源を、液晶表示装置のバックライト装置に採用することで、液晶表示装置の色再現範囲を広げることが可能となる。

しかし、３原色の単色ＬＥＤやレーザーで構成される光源は、素子温度が上昇するに従い電気−光変換効率が著しく低下するものがある。特に赤色レーザーは高温状態で高出力の光を出射し続けると劣化が加速し、素子の寿命が短くなってしまう。その為、環境温度が高温時である場合でも、所望の光量を得るためには一般的には冷却送風器を用いた強制空冷システムが必要になる（特許文献３）。

特開２００９−０２６６３５号公報 特開２０１０−１０１９１２号公報 特許第４９１０６４３号公報

家庭向けの液晶表示装置などに送風器を用いた空冷システムを採用する場合、送風器のファンの回転音や風切り音が発生し問題になる。そのため、光源の温度に応じた送風器の制御が重要になる。光源が一箇所に集まっている投射型ディスプレイなどとは異なり、光源がアレイ状に離散配置される液晶表示装置では、光源の温度は配置される場所によってそれぞれ差異が生じる。そのため、当該液晶表示装置では、全ての光源の温度を適切に制御させるためには複雑な冷却システムの導入が必要であった。すなわち、上記の構成の光源を冷却するためには、構成が複雑になるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で効率よく光源を冷却することが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る液晶表示装置は、鉛直方向に沿って配置された複数のレーザー発光素子で構成されるレーザー光源アレイと、鉛直方向に沿って配置された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源で構成されるＬＥＤ光源アレイと、鉛直方向に沿った風路が設けられ、前記レーザー光源アレイおよび前記ＬＥＤ光源アレイを放熱する放熱器と、前記放熱器の下部に配置され、前記風路に送風する送風器と、温度を測定するための温度測定部と、を備え、前記温度測定部は、前記複数のレーザー発光素子のうち最上部に配置されたレーザー発光素子である最上部発光素子の近傍に配置され、前記送風器は、前記最上部発光素子の順方向電流量と、前記温度測定部により測定された温度である測定温度とを用いて得られる値に従って、送風量を制御する。

本発明によれば、送風器は、最上部に配置された最上部発光素子の順方向電流量と、最上部発光素子の近傍に配置された温度測定部により測定された温度とを用いて得られる値に従って、送風量を制御する。これにより、送風器は、より適切な送風を行うことができる。

また、送風器は、放熱器の下部に配置され、鉛直方向に沿った風路に送風する。そのため、風路に送風された空気は当該風路に沿って放熱器の下部から上部に向かう。これにより、効率よく光源であるレーザー光源アレイおよびＬＥＤ光源アレイを冷却することができる。すなわち、送風器が、鉛直方向に沿った風路に送風するという簡易な構成で光源を冷却することができる。したがって、簡易な構成で効率よく光源を冷却することができる。

本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の背面斜視図である。 液晶表示装置の内部構造を表示面側から見た図である。 液晶表示装置の内部構造を表示面側から見た図である。 表示部の左端部の断面図である。 最上部素子温度と送風器のファンの回転数との関係の一例を示す図である。 最上部素子温度と送風器のファンの回転数との関係の他の例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。

なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、液晶表示装置１００は、レーザー光源アレイ６と、ＬＥＤ光源アレイ８と、放熱器２と、送風器３と、温度測定部９と、制御部５０とを備える。なお、図１には、図の簡略化のために、映像を表示するための構成要素等は図示していない。

レーザー光源アレイ６およびＬＥＤ光源アレイ８は、詳細は後述するが、複数の光源で構成される。放熱器２は、詳細は後述するが、レーザー光源アレイ６およびＬＥＤ光源アレイ８を放熱する。放熱器２は、熱を伝達しやすい金属で構成される。送風器３は、送風する機能を有する。送風器３は、ファンを回転させることにより送風する軸流方式の送風機である。なお、送風器３は、ファンを使用せずに送風を行う機器であってもよい。

温度測定部９は、該温度測定部９周辺の温度を測定するための構成要素である。温度測定部９は、温度を測定するための素子のみ、または、当該素子と回路を組み合わせたもので構成される。以下においては、温度測定部９が測定した温度を、測定温度ともいう。温度測定部９は、随時、測定温度を制御部５０へ送信する。

制御部５０は、液晶表示装置１００内の各部を制御する。制御部５０は、例えば、レーザー光源アレイ６、ＬＥＤ光源アレイ８および送風器３を制御する。制御部５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（microprocessor）等である。

なお、レーザー光源アレイ６、ＬＥＤ光源アレイ８、放熱器２、送風器３および温度測定部９の各々は、液晶表示装置１００の左側および右側に左右対称に配置される。すなわち、液晶表示装置１００は、該液晶表示装置１００の左側および右側にそれぞれ配置された一対のレーザー光源アレイ６、ＬＥＤ光源アレイ８、放熱器２、送風器３および温度測定部９を備える。

以下においては、液晶表示装置１００の左側に配置されるレーザー光源アレイ６、ＬＥＤ光源アレイ８、放熱器２、送風器３および温度測定部９を、それぞれ、レーザー光源アレイ６ａ、ＬＥＤ光源アレイ８ａ、放熱器２ａ、送風器３ａおよび温度測定部９ａとも表記する。また、以下においては、液晶表示装置１００の右側に配置されるレーザー光源アレイ６、ＬＥＤ光源アレイ８、放熱器２、送風器３および温度測定部９を、それぞれ、レーザー光源アレイ６ｂ、ＬＥＤ光源アレイ８ｂ、放熱器２ｂ、送風器３ｂおよび温度測定部９ｂとも表記する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置１００の背面斜視図である。なお、図２では、図を見易くするために、映像を表示する表示部付近の構成のみを示している。

図２において、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の各々は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ，Ｙ，Ｚ方向の各々も、互いに直交する。以下においては、Ｘ方向と、当該Ｘ方向の反対の方向（−Ｘ方向）とを含む方向をＸ軸方向ともいう。また、以下においては、Ｙ方向と、当該Ｙ方向の反対の方向（−Ｙ方向）とを含む方向をＹ軸方向ともいう。また、以下においては、Ｚ方向と、当該Ｚ方向の反対の方向（−Ｚ方向）とを含む方向をＺ軸方向ともいう。

液晶表示装置１００は、さらに、板状の表示部４０を備える。表示部４０は、映像を表示する表示面（図示せず）と、背面板金１とを含む。背面板金１は、例えばアルミニウムをプレス加工によって成型した板材の板金である。

放熱器２ａ，２ｂは、表示部４０の左端部および右端部にそれぞれ配置される。すなわち、放熱器２ａ，２ｂは、左右対称に配置されている。また、放熱器２ａ，２ｂは、表示部４０の背面板金１と熱的に接続される。

図３および図４は、液晶表示装置１００の内部構造を表示面側から見た図である。なお、図３および図４では、図を見易くするために、表示部４０の表示面は透明にしている。図３は、図２の領域Ｒ１を拡大した図である。図４は、図２の領域Ｒ２を拡大した図である。また、図３および図４は、各光源の配置状態を示す。

図２、図３および図４を参照して、放熱器２ａ，２ｂの各々の形状はくし型である。放熱器２ａ，２ｂの各々には、鉛直方向（Ｙ軸方向）に沿った複数の風路２ｎが設けられる。なお、放熱器２ａ，２ｂの形状は、くし型に限定されず、直線状の風路を有する他の形状であってもよい。

送風器３ａ，３ｂは、それぞれ、放熱器２ａ，２ｂの下部（下方）に配置される。なお、送風器３ａ，３ｂの各々は、ファンを用いる軸流型の送風器に限定されず、多翼型等の他の構成の送風器であってもよい。

送風器３ａ，３ｂの各々は、制御部５０の制御により、送風量を可変にする機能を有する。制御部５０の制御は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御、電圧制御等である。送風器３ａ，３ｂは、ファンの回転数に応じた量の外気を取り込み、それぞれ、放熱器２ａ，２ｂに風を送り込むように動作する。すなわち、送風器３ａ，３ｂは、それぞれ、放熱器２ａの風路２ｎおよび放熱器２ｂの風路２ｎに送風する。

なお、ここでは図示していないが、くし型の放熱器を用いる場合、別途風路を形成することが可能な囲いを、放熱器２ａ，２ｂの周辺に設けても良い。

本実施の形態に係る液晶表示装置１００は、広い色再現範囲と低消費電力を共に兼ね備える構成を有する。そのため、液晶表示装置１００は、光源に、複数のＬＥＤ光源７をアレイ配置したＬＥＤ光源アレイ８と、レーザー光源アレイ６とを組み合わせている。

ＬＥＤ光源７は、青色ＬＥＤと蛍光体とから構成される。具体的には、ＬＥＤ光源７は、青色の光を発する青色ＬＥＤチップを備えたパッケージに、この青色の光を吸収して緑色の光を発する緑色蛍光体を充填したものである。ＬＥＤ光源アレイ８は、鉛直方向（Ｙ軸方向）に沿って配置された複数のＬＥＤ光源７で構成される。複数のＬＥＤ光源７は、アレイ配置される。より具体的には、複数のＬＥＤ光源７は、アルミ基板１０に表面実装される。

ＬＥＤ光源アレイ８を構成する複数のＬＥＤ光源７の一部は、図３においてＬＥＤ光源７ａ〜７ｗと表記され、図４においてＬＥＤ光源７Ａ〜７Ｒと表記される。すなわち、ＬＥＤ光源アレイ８を構成する複数のＬＥＤ光源７は、図３のＬＥＤ光源７ａ〜７ｗと、図４のＬＥＤ光源７Ａ〜７Ｒとを含む。

レーザー光源アレイ６は、鉛直方向（Ｙ軸方向）に沿って配置された複数のレーザー発光素子５で構成される。複数のレーザー発光素子５は、アレイ配置される。レーザー発光素子５は、赤色の光を発するレーザーである。レーザー発光素子５は、当該レーザー発光素子５自体に順方向の電流が流れることにより、赤色の光を発する。以下においては、レーザー発光素子５に流れる順方向の電流を、順方向電流ともいう。

レーザー光源アレイ６を構成する複数のレーザー発光素子５の一部は、図３において、レーザー発光素子５ａ１，５ａ２，５ｂ１，５ｂ２，５ｃ１，５ｃ２と表記される。また、レーザー光源アレイ６を構成する複数のレーザー発光素子５の一部は、図４において、レーザー発光素子５ｄ１，５ｄ２，５ｅ１，５ｅ２と表記される。すなわち、レーザー光源アレイ６を構成する複数のレーザー発光素子５は、図３のレーザー発光素子５ａ１，５ａ２，５ｂ１，５ｂ２，５ｃ１，５ｃ２と、図４のレーザー発光素子５ｄ１，５ｄ２，５ｅ１，５ｅ２とを含む。

なお、板金としての背面板金１には、ＬＥＤ光源アレイ８およびレーザー光源アレイ６が、鉛直方向に垂直な水平方向（Ｘ軸方向）に並んで配置される。レーザー光源アレイ６は、ＬＥＤ光源アレイ８よりも背面板金１の内側に配置される。また、放熱器２は、背面板金１を介してレーザー光源アレイ６の背面のみに配置される。

ここで、ＬＥＤ光源アレイ８は、青色の単色ＬＥＤと青色の光を吸収して緑色を発光する蛍光体とを備えた青緑色ＬＥＤ（ＬＥＤ光源７）を採用している。これは、緑色の光を発する単色ＬＥＤやレーザーは、ディスプレイに適用可能な簡易で小型なものにおいて、青緑色ＬＥＤより低消費電力及び高出力の点で劣るためである。

人間は赤色の色差に対する感度が高い。そのため、赤色における波長帯域幅の差は、人間の視覚により顕著な差となって感じられる。ここで、波長帯域幅の差は色純度の差である。従来の液晶表示装置に光源として使用されている白色ＬＥＤは、特に６００ｎｍから７００ｎｍ帯の赤色のスペクトルのエネルギー量が少ない。つまり、波長帯域幅の狭いカラーフィルタを用いて、純赤として好ましい６３０〜６４０ｎｍの波長領域で色純度を高めようとすると、極めて透過光量が減少し、光の利用効率が低下する。従って、白色ＬＥＤを光源として用いる従来の液晶表示装置は、著しく輝度が低下するという問題が発生する。

一方で、レーザー発光素子は、波長帯域幅が狭く、光を損失することなしに高い色純度の光が得られる。光源に使用するレーザー発光素子を、３原色の色の中でも特に、赤色の光を出射する非常に単色性の高いレーザー発光素子とすることによる低消費電力化に対する効果および色純度向上に対する効果は高い。

そこで、本実施の形態１の液晶表示装置１００においては、赤色の光を発する光源として、レーザー発光素子５を採用する。

また、従来の白色ＬＥＤ光源を用いた液晶表示装置では、赤色の光の波長帯域幅が広いため、赤色の光の一部がスペクトルの隣接する緑色のフィルタを透過することにより、緑色の色純度も低下させていた。しかしながら、本実施の形態１の液晶表示装置１００の光源は、赤色の色純度が増すため、緑色フィルタを透過する赤色の光量が低減され、緑色の色純度を向上させることが可能となる。

純赤として好ましい６３０〜６４０ｎｍの赤色のレーザー発光素子５は素子温度が上昇するに従い電気−光変換効率が著しく低下する。またレーザー発光素子５が高温の状態で高出力の光を出射し続けると、素子の劣化が加速し寿命が短くなってしまう。そのため、強制空冷などの効率よい冷却システムの導入が必要となる。

一方、ＬＥＤ光源７の温度に対する電気−光変換効率の変化は、レーザー発光素子５と比較すると極めて少ない。しかしながら、ＬＥＤ光源７が発する熱をレーザー発光素子５に伝熱させないように、ＬＥＤ光源７が発する熱を効率よく放熱させる必要がある。

レーザー発光素子５から出力される光は指向性が高い。そのため、面発光装置としての光の均一性を得るためには、レーザー発光素子５には高い位置決め制度が求められる。

一般的に使われているレーザー発光素子は、例えば、直径が凡そ６ｍｍの円筒形のパッケージであり、当該レーザー発光素子をＬＤ保持部材４に圧入固定する方法が伝熱的に優れている。ＬＤ保持部材４とは、レーザー発光素子を保持するための部材である。レーザー発光素子の挿入用の孔等を有する複雑な形状であるＬＤ保持部材４を安価に精度良く製造するためには、部品（レーザー発光素子）は小型である方が望ましい。なお、図３および図４において、ＬＤ保持部材４は、ＬＤ保持部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅとも表記される。

本実施の形態では、図３および図４のように、１個のＬＤ保持部材４に、２個のレーザー発光素子５を固定する構成とする。すなわち、１個のＬＤ保持部材４に２個のレーザー発光素子５が圧入される（埋め込まれる）。

なお、レーザー発光素子５を固定する構成は、上記構成に限定されない。例えば、１個のＬＤ保持部材４に対して、１個のレーザー発光素子５を固定する構成、または、３個以上レーザー発光素子５を固定する構成であってもよい。

図３および図４のように、レーザー発光素子５が圧入されたＬＤ保持部材４は、背面板金１を介して放熱器２ａの幅方向の中心線上に配置されている。ＬＤ保持部材４は、アルミニウムなどの比較的熱伝導率の高い部材で構成される。これにより、レーザー発光素子５の発熱を拡散させ、放熱器２に伝熱させている。なお、図示はしていないが、ＬＤ保持部材４と放熱器２ａとの界面には必要に応じて熱伝導シートを貼付したり、熱伝導グリスを塗布しても良い。

なお、放熱器２ｂおよび放熱器２ｂの周辺構成も、図３および図４で説明した構成と同様である。

次に、表示部４０の構成について説明する。図５は、表示部４０の左端部の断面図である。なお、図５では、図を簡略化するために、放熱器２に接続される送風器３は示していない。また、表示部４０の右端部の構成は、以下に説明する図５の構成と同様である。

図５に示すように、表示部４０は、背面板金１と、ＬＤ保持部材４と、温度測定部９と、ＬＥＤ保持部材１１と、補助導光板１２と、反射シート１３と、レーザー用導光板１４と、ＬＥＤ用補助導光板１５と、拡散シート１６，１７と、液晶表示素子１８とを含む。

背面板金１の内側には、ＬＥＤ保持部材１１が接続される。ＬＥＤ保持部材１１は、金属で構成される。また、ＬＥＤ保持部材１１の形状は、Ｌ字状である。ＬＤ保持部材４には、前述したように、レーザー発光素子５が埋め込まれている。

ＬＥＤ光源７を使用可能な温度範囲は、レーザー発光素子５と比較して広い。そのため、ＬＥＤ光源７は、レーザー発光素子５と比較して冷却的には余裕がある。そこで、図５のように、複数のＬＥＤ光源７を表面実装したアルミ基板１０は、ＬＥＤ保持部材１１を介して、レーザー光源アレイ６や放熱器２から所定距離だけ十分に離れた（隔てた）位置の背面板金１上に配置される。すなわち、複数のＬＥＤ光源７で構成されるＬＥＤ光源アレイ８は、放熱器２から所定距離だけ十分に離れた位置に配置される。当該所定距離とは、ＬＥＤ光源アレイ８（ＬＥＤ光源７）が発した熱であって、かつ、放熱器２に伝わる熱の量の例えば９割以上を、背面板金１が放熱可能な距離である。以上の構成により、ＬＥＤ光源アレイ８（ＬＥＤ光源７）は、アルミ基板１０およびＬＥＤ保持部材１１を介して、背面板金１と熱的に結合される。

ＬＥＤ光源アレイ８（ＬＥＤ光源７）を放熱器２から所定距離だけ十分に離れた位置に配置することにより、放熱器２によるＬＥＤ光源７の放熱性は低下する。そのため、ＬＥＤ光源アレイ８を、背面板金１を介して、放熱器２と対向して配置した場合と比較して、ＬＥＤ光源７の温度は上昇する。しかしながら、ＬＥＤ光源アレイ８で発生した熱の一部が、放熱器２に伝熱する過程で背面板金１の表面から放熱される。そのため、ＬＥＤ光源アレイ８から放熱器２に伝達（流入）する熱量が減る。その結果、放熱器２から放出可能な、レーザー発光素子５の発熱量の割合が増す。つまり、レーザー発光素子５の温度上昇を最小限に抑えることが可能になる。

再び、図３および図４を参照して、前述したように、レーザー光源アレイ６を構成する複数のレーザー発光素子５は、鉛直方向（Ｙ軸方向）に沿って配置される。以下においては、レーザー光源アレイ６を構成する複数のレーザー発光素子５のうち最上部に配置されたレーザー発光素子５を、最上部発光素子ともいう。なお、図４のレーザー発光素子５ｅ２は、最上部発光素子である。

熱源となるＬＥＤ光源７およびレーザー発光素子５の各々が、鉛直方向（Ｙ軸方向）にアレイ状に配置されている液晶表示装置１００では、冷却風の流れに従い、液晶表示装置１００の上部側が、より高温になる。また、レーザー発光素子５は、ＬＥＤ光源７よりも使用可能な温度範囲は狭い。そのため、液晶表示装置１００の光源で最も温度的に厳しいのは、レーザー光源アレイ６を構成する複数のレーザー発光素子５のうち最上部に配置されたレーザー発光素子５ｅ２である。

つまり、少なくとも最上部発光素子（レーザー発光素子５ｅ２）の温度を測定し、管理すれば他の光源が温度的に破綻することはない。よって、本実施の形態に係る液晶表示装置１００において、温度測定部９は、最上部発光素子の近傍に配置される。例えば、図４では、温度測定部９ａは、最上部発光素子であるレーザー発光素子５ｅ２の近傍に配置される。

もちろん、温度測定部９を、最上部発光素子（レーザー発光素子５ｅ２）に貼付し、直接、最上部発光素子の温度を測定する構成が最も好ましい。しかしながら、レーザー発光素子５のサイズは小さいため、温度測定部９を取り付けるスペースはない。

そこで、温度測定部９を、最上部発光素子（レーザー発光素子５ｅ２）の近傍に配置する。ただ、温度測定部９は、最上部発光素子（レーザー発光素子５ｅ２）と、わずかに離れて配置されている。そのため、正確に最上部発光素子の温度を推定するためには、温度測定部９の出力値（測定温度）を補正する必要がある。以下においては、最上部発光素子の温度を、最上部素子温度ともいう。

最上部発光素子（レーザー発光素子５ｅ２）と温度測定部９との間の熱抵抗（熱伝導率）は、構造より一意に求めることができる。また、最上部発光素子（レーザー発光素子５ｅ２）の発熱量は、レーザー発光素子の温度が一定ならば順方向電流に凡そ比例する。つまり、レーザー発光素子（最上部発光素子）の順方向電流が判明すれば、温度測定部９と最上部発光素子（レーザー発光素子５ｅ２）との間の概温度勾配を推定（算出）することが可能になる。

次に、最上部素子温度を算出（推定）し、最上部素子温度を利用して送風器３を制御する構成について説明する。図１に示すように、液晶表示装置１００は、さらに、算出部５１を備える。算出部５１は、制御部５０に含まれる。なお、算出部５１は、制御部５０に含まれず、制御部５０と独立して設けられてもよい。

ここで、算出部５１は、レーザー光源アレイ６に含まれる最上部発光素子（レーザー発光素子５ｅ２）の順方向電流量を常に監視している。また、算出部５１は、温度測定部９が測定した測定温度を随時取得する。以下においては、最上部発光素子と温度測定部９との間の熱伝導率（熱抵抗）を、熱伝導率λ１と表記する。また、最上部発光素子と温度測定部９との間の距離を、距離ｘと表記する。また、温度測定部９と最上部発光素子（レーザー発光素子５ｅ２）との間の温度勾配を、温度勾配Ａと表記する。

この場合、算出部５１は、最上部発光素子の順方向電流量を用いて、最上部素子温度を得るための補正値を算出する。具体的には、算出部５１は、最上部発光素子の熱量が順方向電流に比例することに基づき、順方向電流に対応する最上部発光素子の熱量を算出する。そして、算出部５１は、予め算出した熱抵抗Ｒを用いて、熱抵抗Ｒ×（算出した熱量）の式で算出（推定）される温度勾配Ａを、補正値として算出する。熱抵抗Ｒは、距離ｘ／（熱伝導率λ１×断面積）の式により予め算出した値である。また、断面積とは、最上部発光素子と温度測定部９との間に存在する熱を伝える部材の断面積である。また、温度勾配Ａは、最上部素子温度と温度測定部９が測定した測定温度との差を示す。

そして、算出部５１は、算出した補正値と温度測定部９から得る測定温度とを加算することにより、最上部素子温度を算出（推定）する。これにより、測定温度を補正する温度補正が行われる。

なお、画面輝度５００ｃｄ／ｍ^２以下の発光量では、経験的に温度勾配は１〜２Ｋ（ケルビン）程度である。よって、温度勾配は連続的に変化する順方向電流値に対して離散的な値を用いて温度補正を行っても良い。

そして、制御部５０は、送風器３が以下の処理を行うよう、送風器３を制御する。詳細は後述するが、制御部５０の制御に従い、送風器３は、最上部素子温度に従って、送風量を制御する。すなわち、送風器３は、最上部発光素子の順方向電流量と、温度測定部９により測定された測定温度とを用いて得られる値（最上部素子温度）に従って、送風量を制御する。

次に、表示部４０の構成についてさらに説明する。

再び、図５を参照して、レーザー発光素子５からＬＥＤ光源７側に出射された光Ｌ５は、補助導光板１２を通り、レーザー用導光板１４に入射する。レーザー用導光板１４の液晶表示素子１８側にはＬＥＤ用補助導光板１５が配置されている。

ＬＥＤ用補助導光板１５において、ＬＥＤ光源７から出射された青緑色光Ｌ７と、レーザー用導光板１４から出射された赤色光とが合成され、白色の光となる。すなわち、ＬＥＤ用補助導光板１５は、白色の光を出射する。当該白色の光は、拡散シート１６，１７を介して、表示部４０の表示面を構成する液晶表示素子１８を透過する。すなわち、ＬＥＤ用補助導光板１５は、液晶表示素子１８の光源として使用される。

温度測定部９は、レーザー光源アレイ６とＬＥＤ光源アレイ８とで挟まれた領域外に配置されている。具体的には、温度測定部９は、レーザー発光素子５の内側、すなわちＬＥＤ光源７から遠い側の背面板金１上に配置されている。これは、ＬＥＤ光源７とレーザー発光素子５との間には補助導光板１２が設けられるため、空間的に余裕は少なく、温度測定部９をレーザー発光素子５の近傍に配置することが困難であるからである。

また、ＬＥＤ光源７側の背面板金１は、ＬＥＤ光源７から放熱器２への流熱の影響がある。そのため、温度測定部９の測定結果（測定温度）からレーザー発光素子５の温度を推定する際、誤差が大きくなる恐れがある。そこで、本実施の形態では、温度測定部９を、レーザー発光素子５の内側、すなわちＬＥＤ光源７から遠い側の背面板金１上に配置する。これにより、温度測定部９の測定結果から、レーザー発光素子５の温度を推定する際の誤差を低減させることができる。

送風器３を用いた空冷システムにおいて、送風器３の騒音や放熱器２内の風切り音といった騒音は、放熱器２の形状や送風器３と隣接する障害物の配置状況等により変化する。例えば、送風器３の送風量（ファンの回転数）が増し、放熱器２内の風速が増すにつれて音圧が大きくなる。もちろん、騒音は小さいほうが良いのは言うまでもないが、送風器３の送風量（ファンの回転数）が増し、放熱器２内の風速を増せば冷却性能は向上する。

先にも述べたとおり、純赤として好ましい６３０〜６４０ｎｍの赤色のレーザー発光素子５は、素子温度が上昇するに従い電気−光変換効率が著しく低下する。また、レーザー発光素子５が高温の状態で高出力の光を出射し続けると、素子の劣化が加速し寿命が短くなってしまう。つまり、レーザー発光素子５を液晶表示装置の光源として使用する場合、レーザー発光素子５には、製品の品質を保証し得るために必要な品質限界温度が存在する。

図６は、最上部発光素子の温度（最上部素子温度）と送風器３のファンの回転数との関係の一例を示す図である。当該最上部発光素子は、レーザー発光素子５ｅ２である。

図６において、特性線Ｌ１はレーザー光源アレイ６が点灯している場合における送風器３の制御例を示す。特性線Ｌ２はレーザー光源アレイ６が所定時間（一定時間）以上消灯している場合における送風器３の制御例を示す。当該所定時間は、例えば、発光した後に消灯した最上部発光素子の温度が、該最上部発光素子が一度も発光していない場合の温度に近い温度になるまでに要する時間である。また、レーザー光源アレイ６が消灯している場合とは、レーザー光源アレイ６を構成する全てのレーザー発光素子５が発光していない場合である。

制御部５０は、送風器３が以下の処理を行うよう、送風器３を制御する。前述したように、制御部５０の制御に従い、送風器３は、最上部素子温度に従って、送風量を制御する。すなわち、送風器３は、最上部発光素子の順方向電流量と、温度測定部９により測定された測定温度とを用いて得られる値（最上部素子温度）に従って、送風量を制御する。

少し具体的には、送風器３は、最上部発光素子の温度である最上部素子温度が所定の閾値Ｔ１未満の場合送風量は一定とし、最上部素子温度が閾値Ｔ１以上の場合、最上部素子温度の上昇に従って、送風量を増加させる。すなわち、送風器３は、最上部素子温度が所定の閾値Ｔ１以上の場合、最上部素子温度が高い程送風量を増加させる。以下、詳細に説明する。

制御部５０は、最上部発光素子の温度が、所定の閾値Ｔ１未満の場合、必要最低限の回転数（以下、基本回転数と呼ぶ）で、送風器３のファンを駆動させる。当該閾値Ｔ１は、送風器３のファンの回転数を変化させるか否かの閾値（回転数変化閾値）である。閾値Ｔ１は、前述の品質限界温度よりも低い温度に設定される。

また、基本回転数とは、自然空冷で生じる上昇気流以上の風速の風が得られる程度の回転数である。なお、風路２ｎの開口率などを最適化することで放熱器２内において、必要な風速の風が確保できるのならば送風器３のファンの回転数（基本回転数）は０でも問題ない。経験的には、通常の軸流方式の送風器３のファンの回転数は、最大定格回転数の３０％程度の回転数でよい。この場合、暗騒音レベルの騒音しか発生しない。なお、最大定格回転数とは、送風器３のファンの最大回転数である。

一方、最上部発光素子の温度が閾値Ｔ１以上の場合であって、かつ、レーザー光源アレイ６が点灯している場合、最上部発光素子の温度の上昇に従って送風器３のファンの回転数を速くする。また、最上部発光素子の温度が少なくとも品質限界温度である場合、送風器３は最大定格回転数でファンを回転させる。

特に、輝度に関するフィードバック制御を行っているような場合、最上部発光素子の温度が上昇してくると、最上部発光素子の発熱量も増える。その結果、最上部発光素子の温度が更に上昇するというスパイラルに入る。一旦、温度上昇のスパイラルに入ると温度の上昇比率が急に増すため、最上部発光素子の温度が品質限界温度を超えてしまう可能性がある。

そこで、本実施の形態では、最上部発光素子の温度が、品質限界温度よりも低い温度に設定してある閾値Ｔ１を超えて上昇するに伴い、送風器３の回転数を増加させ、積極的にレーザー光源アレイ６を冷却させる。これにより、通常使用状態では、送風器３による騒音レベルが問題になることも無く、かつ環境温度が上昇した場合にも、レーザー発光素子５を安定的に制御するこが可能になる。

また、レーザー光源アレイ６が所定時間以上消灯している場合、最上部発光素子の温度が閾値Ｔ１以上であっても、送風器３は、ファンを基本回転数で回転させる。

大きな放熱器２を備えた液晶表示装置１００では、熱容量が大きい。そのため、たとえ、レーザー発光素子５が発熱していなくても、一度温度が上昇したレーザー発光素子５の温度は自然空冷程度では直ぐには低くならない。しかし、レーザー発光素子５の次回の点灯に備えてレーザー発光素子５の温度は少しでも低くしておいた方がよいのは言うまでもない。

ただし、レーザー光源アレイ６が点灯していない場合における、レーザー発光素子５の劣化の温度に対する加速係数は、レーザー発光素子５が点灯している場合と比較して格段に低い。また、レーザー発光素子５自体が発熱していない為、送風器３のファンの回転数は、放熱器２内の暖められた空気を押し出す程度で十分である。

そのため、本実施の形態では、送風器３は、制御部５０により、以下のように制御されてもよい。具体的には、送風器３は、最上部素子温度が閾値Ｔ１以上の場合であって、かつ、レーザー光源アレイ６が所定時間以上消灯している場合、該送風器３の送風量を、最上部素子温度が所定の閾値Ｔ１未満の場合における所定の送風量と同等以下にする。当該所定の送風量は、送風器３のファンを、基本回転数で回転させた場合の送風量である。

つまり、最上部発光素子の温度が、閾値Ｔ１以上の場合でも、レーザー光源アレイ６が所定時間以上消灯している場合、送風器３のファンを基本回転数以下で回転させる。これにより、レーザー光源アレイ６が所定時間（一定時間）以上消灯している場合にも、騒音が問題になることは無く、効率よくレーザー発光素子を冷却することが可能になる。

なお、上記では、送風器３のファンの回転数は、最上部発光素子の温度の上昇に従って、線形的に増加させていたが、これに限定されない。送風器３のファンの回転数は、最上部発光素子の温度の上昇に従って、段階的（非線形的）に増加させてもよい。

次に、送風器３のファンの回転数を段階的に制御するための処理について説明する。

図７は、最上部発光素子の温度（最上部素子温度）と送風器３のファンの回転数との関係の他の例を示す図である。図７では、図６と同様、特性線Ｌ１ａはレーザー光源アレイ６が点灯している場合における送風器３の制御例を示す。特性線Ｌ２は前述したのと同様である。

図７において、図６に示す送風器３の駆動方法と異なる点は、送風器３のファンの回転数を段階的に速くしている点である。具体的には、レーザー光源アレイ６が点灯している場合、最上部発光素子の温度が閾値Ｔ１以上の場合、最上部発光素子の温度に応じて、送風器３のファンの回転数を段階的に速くしている点である。すなわち、送風器３は、最上部素子温度が閾値Ｔ１以上の場合、最上部素子温度の上昇に従って、送風量を段階的に増加させる。

制御部５０（例えばマイコン等）を用いて送風器のＰＷＭ指令値を生成し、送風器の回転数を制御する場合は、図６に示すような連続的な回転数制御を行う構成は容易に作ることが可能である。しかしながら、当該構成では、ＰＷＭ対応の比較的高価な送風器が必要になる。

一方、図７に示すように、送風器３のファンの回転数を段階的に変化させる場合、抵抗器とスイッチで構成する簡易な電圧制御回路を用いればよい。そのため、送風器のコストもＰＷＭ対応品と比べると安価であり、結果として送風器回転数制御システムを安価に構成させることが可能になる。なお、ファンの回転数を段階的に変化させる構成の場合、送風器３は、制御部５０による制御なしで動作する。

なお、前述したように、図２の液晶表示装置１００には放熱器２ａ，２ｂが左右対称に配置されている。しかし、レーザー発光素子５は電気−光変換効率のばらつきが存在するうえ、液晶表示装置１００が組み込まれる筐体の構造等によって、放熱器２ａ，２ｂの周辺温度も若干異なってくる。そのため、通常、左右のレーザー発光素子５の温度は１〜２Ｋ（ケルビン）程度は差異が発生する。

しかし、左右のレーザー発光素子５の温度差はレーザー発光素子５の特性ばらつきにも起因する。そのため、常に左右どちらのレーザー発光素子５の温度が高くなるかを予め予測するのは困難である。

レーザー光源アレイ６を用いた液晶表示装置１００においては、最も温度が高くなるレーザー発光素子の温度さえ管理できれば、他の光源が温度的に破綻することはない。しかしながら、左右どちらのレーザー発光素子の温度が高くなるかが予測できない以上、前述のように、温度測定部９を左右対称に１対配置し、左右それぞれの最上部発光素子の温度を測定する必要がある。

そこで、本実施の形態では、左右それぞれの送風器３のファンの回転数は、左右それぞれの最上部発光素子（レーザー発光素子５）の温度の測定結果に基づいて決めるよう構成される。具体的には、本実施の形態に係る液晶表示装置１００は、左側の送風器３ａが左側の温度測定部９ａの測定温度を用いて送風量を制御する処理と、右側の送風器３ｂが右側の温度測定部９ｂの測定温度を用いて送風量を制御する処理とを独立して行う。

左右個別に送風器のファンの回転数を制御する上記構成は、液晶表示装置１００内で最も温度が高いレーザー発光素子の温度をもとに左右の送風器３ａ，３ｂのファンの回転数を制御する構成と比べ、温度が低い側の送風機のファンの回転数をより低く設定できる可能性がある。その結果、騒音の発生を最低限に抑えつつ、効率よくレーザー発光素子を冷却することが可能になる。

以上説明したように、本実施の形態に係る液晶表示装置１００において、送風器３は、最上部発光素子の順方向電流量と、最上部発光素子の近傍に配置された温度測定部９により測定された温度とを用いて得られる値（最上部素子温度）に従って、送風量を制御する。これにより、送風器３は、より適切な送風を行うことができる。

また、送風器３は、放熱器２の下部に配置され、鉛直方向に沿った風路２ｎに送風する。そのため、風路２ｎに送風された空気は当該風路２ｎに沿って放熱器２の下部から上部に向かう。これにより、効率よく光源であるレーザー光源アレイ６およびＬＥＤ光源アレイ８を冷却することができる。すなわち、送風器３が、鉛直方向に沿った風路２ｎに送風するという簡易な構成で光源を冷却することができる。したがって、簡易な構成で効率よく光源を冷却することができる。

また、本実施の形態に係る液晶表示装置１００は、前述で説明したように構成されているので、広い色再現範囲を有し、かつ簡易（安価）な冷却システムによって、静音かつ効率よく光源を冷却することができる。その結果、液晶表示装置１００は、安定して映像を表示させることが可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

本発明は、簡易な構成で効率よく光源を冷却することが可能な液晶表示装置として、利用することができる。

１ 背面板金、２，２ａ，２ｂ 放熱器、３，３ａ，３ｂ 送風器、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ ＬＤ保持部材、５，５ａ１，５ａ２，５ｂ１，５ｂ２，５ｃ１，５ｃ２，５ｄ１，５ｄ２，５ｅ１，５ｅ２ レーザー発光素子、６，６ａ，６ｂ レーザー光源アレイ、７ ＬＥＤ光源、８，８ａ，８ｂ ＬＥＤ光源アレイ、９，９ａ，９ｂ 温度測定部、４０ 表示部、５０ 制御部、５１ 算出部、１００ 液晶表示装置。

Claims (9)

1. 鉛直方向に沿って配置された複数のレーザー発光素子で構成されるレーザー光源アレイと、
   鉛直方向に沿って配置された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源で構成されるＬＥＤ光源アレイと、
   鉛直方向に沿った風路が設けられ、前記レーザー光源アレイおよび前記ＬＥＤ光源アレイを放熱する放熱器と、
   前記放熱器の下部に配置され、前記風路に送風する送風器と、
   温度を測定するための温度測定部と、を備え、
   前記温度測定部は、前記複数のレーザー発光素子のうち最上部に配置されたレーザー発光素子である最上部発光素子の近傍に配置され、
   前記送風器は、前記最上部発光素子の順方向電流量と、前記温度測定部により測定された温度である測定温度とを用いて得られる値に従って、送風量を制御する
   液晶表示装置。
2. 前記液晶表示装置は、さらに、
   前記順方向電流量を用いて、前記最上部発光素子の温度を得るための補正値を算出する算出部を備え、
   前記算出部は、さらに、前記補正値と前記測定温度とを加算することにより、前記最上部発光素子の温度である最上部素子温度を算出し、
   前記送風器は、前記最上部素子温度に従って、送風量を制御する
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記送風器は、前記最上部素子温度が所定の閾値以上の場合、前記最上部素子温度が高い程送風量を増加させる
   請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶表示装置は、さらに、板金を備え、
   前記板金には、前記ＬＥＤ光源アレイおよび前記レーザー光源アレイが、鉛直方向に垂直な水平方向に並んで配置され、
   前記レーザー光源アレイは、前記ＬＥＤ光源アレイよりも前記板金の内側に配置され、
   前記放熱器は、前記板金を介して前記レーザー光源アレイの背面のみに配置される
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記温度測定部は、前記レーザー光源アレイと前記ＬＥＤ光源アレイとで挟まれた領域外に配置されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記送風器は、前記最上部発光素子の温度である最上部素子温度が所定の閾値未満の場合送風量は一定とし、前記最上部素子温度が前記閾値以上の場合、前記最上部素子温度の上昇に従って、送風量を増加させる
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記送風器は、前記最上部素子温度が前記閾値以上の場合、前記最上部素子温度の上昇に従って、送風量を段階的に増加させる
   請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記送風器は、前記最上部素子温度が前記閾値以上の場合であって、かつ、前記レーザー光源アレイが所定時間以上消灯している場合、該送風器の送風量を、前記最上部素子温度が所定の閾値未満の場合における所定の送風量と同等以下にする
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 前記液晶表示装置は、
   該液晶表示装置の左側および右側にそれぞれ配置された一対の前記レーザー光源アレイ、前記ＬＥＤ光源アレイ、前記放熱器、前記送風器および前記温度測定部を備え、
   前記液晶表示装置は、
   左側の前記送風器が左側の前記温度測定部の測定温度を用いて送風量を制御する処理と、右側の前記送風器が右側の前記温度測定部の測定温度を用いて送風量を制御する処理とを独立して行う
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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