JP5931199B2 - 面光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、２種類の光源を有する液晶表示装置の冷却構造に関するものである。

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。液晶表示素子は、バックライト装置の発する光を入射して画像光を出射する。近年では、青色の発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）という。）の性能が飛躍的に向上したことに伴い、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を利用した光源は、青色のＬＥＤ素子及び青色のＬＥＤ素子から発せら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を構成要素として有している。このようなＬＥＤを白色ＬＥＤと呼ぶ。青色の補色とは、すなわち、緑色と赤色とを含む色の黄色である。

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。「電気−光変換」とは、電気から光に変換することである。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、液晶表示素子の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に代えて、より色純度の高い単色ＬＥＤを採用したバックライト装置が提案されている。単色ＬＥＤの色は、赤色、緑色および青色である。また、単色ＬＥＤよりもさらに色純度の高いレーザーを用いたバックライト装置が提案されている。レーザーの色は、赤色、緑色および青色である。「色純度が高い」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又は３原色のレーザーで構成される光源には、素子の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されて、素子の寿命が短くなってしまう。その為、環境温度が高温の時にも所望の光量を得るためには、一般的には放熱機構が必要となる。なお、「環境温度」には、液晶表示装置の置かれた環境温度及びバックライト装置の置かれた、液晶表示装置の中のバックライト装置の周囲温度が含まれる。

特許文献１には、液晶表示パネル３の２つの長辺に沿って、光源であるＬＥＤモジュール９が配置された液晶表示装置１が示されている。２つの長辺とは、液晶表示パネル３の上側と下側との長辺である。ＬＥＤモジュール９は、背面フレーム７の立ち上がり部８に取り付けられている（段落０００９、図２）。ヒートシンク２７は、背面フレーム７の背面側のほぼ全体に熱的に接触して取り付けられている（図１）。なお、ヒートシンク２７は、ＬＥＤ駆動電源３１および制御基板２９の部分には取り付けられていない。また、液晶表示パネルは、液晶表示素子である。

特開２００６−２６７９３６（段落０００９、段落００１２、図１、図２）

しかしながら、例えば、直下型とエッジライト型とを併用して２種類の光源を採用するバックライト装置の場合には、互いの光源の熱が相手側の光源に伝わることが考えられる。「直下型」とは、液晶パネルの裏側に光源を並べて配置するバックライト装置である。「エッジライト型」とは、液晶パネルの端面部に光源を一列に並べて、導光板を使ってパネルの裏側全体に光を広げるバックライト装置である。このため、熱の影響を受けやすい光源を採用した場合には、２種類の光源の配置の仕方によっては、かえって、熱の影響を受けやすい光源の温度が上昇するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みて成されたものであって、熱の影響を受けにくい光源の熱が、熱の影響を受けやすい光源に伝わることを抑制する構成の液晶表示装置を得ることを目的とする。

本発明は、上記に鑑みて成されたものであって、面光源装置は、液晶表示装置のバックライトとして用いられ、予め決められた出射方向に向けて面状の光を出射する面光源装置であって、レーザー光を出射するレーザー光源と、ＬＥＤ光を出射するＬＥＤ光源と、前記レーザー光源を保持するとともに前記レーザー光源が出す熱を伝達して空気中に放出する放熱器と、前記レーザー光を面状の光に変換する導光部とを備え、前記レーザー光源は、暖められた空気が上昇する方向を上方向とし、前記上方向の逆方向を下方向とし、前記出射方向が前記上方向に対して垂直とすると、前記導光部の前記下方向の端部で、前記ＬＥＤ光源よりも前記下方向に配置される。

熱の影響を受けにくい光源の熱が、熱の影響を受けやすい光源に伝わることを抑制する。

実施の形態１の液晶表示装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態１の液晶表示装置の構成を示す部分斜視図である。 実施の形態１の放熱器の構成を示す斜視図である。 実施の形態１の液晶表示装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１の面光源装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態１の液晶表示装置の構成を示す構成図である。 実施の形態２の液晶表示装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態２の液晶表示装置の構成を示す構成図である。

実施の形態１．
以下、図の説明を容易にするために、各図中にＸＹＺ直交座標系の座標軸を示す。液晶表示装置１００の短辺方向をＹ軸方向とし、長辺方向をＸ軸方向とし、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向をＺ軸方向とする。液晶表示装置１００の表示面側を＋Ｚ軸方向とする。また、液晶表示装置の上方向を＋Ｙ軸方向とする。液晶表示装置１００の表示面を見て左側を＋Ｘ軸方向とする。「表示面を見て」とは、表示面に対向することである。

図１は、本発明に係る実施の形態１の液晶表示装置１００の背面斜視図である。背面部１は、液晶表示装置１００の背面側に配置された保持部材である。例えば、背面部１は、板材である。背面部１は、例えば、鉄をプレス加工によって成形している。実施の形態１では、背面部は、背面板金として記載している。そのため、背面部は、放熱効果を有する部材である。放熱器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅは、背面部１の背面側（−Ｚ軸方向側）に配置されている。放熱器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅは、背面部１のＹ軸方向の下端部に配置されている。放熱器２ａと放熱器２ｅとは、背面部１の背面に左右対称に配置されている。放熱器２ａと放熱器２ｅとは、背面部１の背面のＸ方向の両端部に配置されている。また、放熱器２ｂと放熱器２ｄとは、背面部１の背面に左右対称に配置されている。放熱器２ｃは、背面部１の背面のＸ軸方向の中心に配置されている。放熱器２ｂは、放熱器２ａと放熱器２ｃとの間に配置されている。放熱器２ｄは、放熱器２ｅと放熱器２ｃとの間に配置されている。放熱器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅの風路は、鉛直方向（＋Ｙ軸方向）に設けられている。「風路」とは、風の通り道を作り、熱を逃がすものである。

図２は、液晶表示装置１００の内部構造を液晶表示面側から見た斜視図である。図２では、液晶表示素子１３、光学シート１２，拡散板１１、導光棒１０および反射部８を外した状態の図である。図２では、背面部１の背面側（−Ｚ軸方向側）に配置されている放熱器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅの配置されている位置を破線で示している。

本実施の形態１の液晶表示装置１００は、ＬＥＤ光源４とレーザー光源５とを組み合わせた面光源装置２００を有している。面光源装置２００は、図４に示すように、背面部１、放熱器２、ＬＥＤ光源アレイ３及びレーザー光源５を有する。また、面光源装置２００は、反射部８、導光棒１０及び拡散板１１を有することができる。なお、背面部１の内部には、光学シート１２及び液晶表示素子１３も納められている。

ＬＥＤ光源アレイ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆは、複数のＬＥＤ光源４を基板上に一列に並べたものである。ＬＥＤ光源４を並べた基板は、細長い矩形形状をしている。実施の形態１では、ＬＥＤ光源アレイ３のＬＥＤ光源４は、Ｘ軸方向に並んでいる。ＬＥＤ光源アレイ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆは、背面部１の＋Ｚ軸方向の面上に配置されている。ＬＥＤ光源アレイ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆは、Ｙ軸方向に並んでいる。つまり、ＬＥＤ光源アレイ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆは、鉛直方向（＋Ｙ軸方向）に等間隔で複数並べられている。これにより、ＬＥＤ光源４は、液晶表示素子１３の背面側に二次元的に並べられた「直下型」の構成をしている。

なお、ＬＥＤ光源アレイ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆは、水平方向（＋Ｘ軸方向）に並べても良い。この場合には、ＬＥＤ光源アレイ３の基板は、Ｙ軸方向に細長い矩形形状の状態で並べられている。つまり、ＬＥＤ光源アレイ３のＬＥＤ光源４は、Ｙ軸方向に並んでいても良い。また、１つのＬＥＤ光源アレイ３は、複数に分割されていても良い。例えば、ＬＥＤ光源アレイ３ａがＸ軸方向の中央部分で２つに分割されていても良い。更に、ＬＥＤ光源アレイ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆの数は、６個に限ったものでもない。ＬＥＤ光源アレイ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆの数は、例えば液晶表示素子１３の大きさに応じて他の個数に設定できる。また、放熱器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅの数は、６個に限ったものでもない。放熱器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅの数は、例えば液晶表示素子１３の大きさに応じて他の個数に設定できる。

図３は、放熱器２の形状を示す斜視図である。放熱器２は、熱伝導率の高い材料で作られている。例えば、放熱器２は、アルミニウムで作られている。放熱器２は、放熱フィン２１を有している。放熱フィン２１は、風路が鉛直方向（＋Ｙ軸方向）に向くように配置されている。放熱フィン２１は、ベース板部２４の−Ｚ軸方向の面に形成されている。ベース板部２４は、Ｘ−Ｙ平面に平行は板形状をしている。放熱フィン２１は、ベース板部２４に対して垂直に形成されている。つまり、放熱フィン２１は、Ｙ−Ｚ平面に平行な板状の部材である。そして、放熱フィン２１は、Ｘ軸方向に複数並べられている。

また、放熱器２の下端（−Ｙ軸方向）には、取付部２２が形成されている。取付部２２は、＋Ｚ軸方向に突き出た板形状をしている。取付部２２は、Ｚ−Ｘ平面に平行な板形状をしている。取付部２２は、レーザー光源５を取り付ける部分である。取付部２２には、穴２３が形成されている。穴２３は、取付部２２を貫通してＹ軸方向に開けられている。レーザー光源５は、光線が＋Ｙ軸方向に出射されるように穴２３に取り付けられる。つまり、レーザー光源５は、穴２３の中に取り付けられる。そして、レーザー光源５の光線の出射方向は＋Ｙ軸方向を向いている。

図３では、取付部２２が矩形形状をしているが、これに限られない。取付部２２は、円弧形状など、他の形状でも良い。また、レーザー光源５は、光線が−Ｙ軸方向に出射されるように穴２３に取り付けられても良い。ただし、その場合は、放熱フィン２１が液晶表示素子１３の外側に配置される。このため、液晶表示装置１００のベゼル部（額縁部）を細くすることが出来ないという欠点がある。「ベゼル」とは、表示画面のまわりを囲う枠状のキャビネットの部分である。近年、表示画面のまわりを囲う枠状のキャビネットの部分を細くするデザインが好まれている。この細いベゼルを「狭ベゼル」という。

レーザー光源５で発生した熱は、レーザー光源５の背面側（−Ｙ軸方向側）から背面部１に伝わる。背面部１に伝わったレーザー光源５の熱は、放熱器２の下端面２５（−Ｙ軸方向側の面）に伝わる。放熱器２の下端面２５（−Ｙ軸方向）に伝わった熱は、取付部２２に伝わる。取付部２２に伝わった熱は、放熱フィン２１に伝わり、外気へと放出される。放熱器２は、下端面２５が背面部１に接するようにして背面部１に取り付けられている。

図３では取付部２２は、放熱フィン２１と一体に成形されている。しかし、取付部２２は別部品で構成されていてもよい。しかし、この場合には、取付部２２の放熱性能は若干低下する。しかし、取付部２２を別部品で構成すると、放熱器２の製造容易にでき、製造コストを抑えられる可能性がある。また、図３では１つの放熱器２に１つのレーザー光源５を取り付けている。しかし、１つの放熱器２に複数のレーザー光源５を取り付けても良い。

ＬＥＤ光源４は、光源に青色ＬＥＤ素子および蛍光体を有している。具体的には、ＬＥＤ光源４は、青色の光を発する青色ＬＥＤ素子を備えたパッケージに、この青色の光を吸収して主に緑色の光を発する蛍光体が充填されている。

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、人間の視覚には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、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までの波長帯の赤色のスペクトルのエネルギー量が少ない。つまり、波長域幅の狭いカラーフィルタを用いて純度の高い赤として好ましい６３０ｎｍから６４０ｎｍまで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、著しく輝度が低下するという問題が発生する。この純度の高い赤を「純赤」という。

一方で、レーザー発光素子５は波長帯域幅が狭く、光の損失を抑えて高い色純度の光が得られる。３原色の色の中でも特に、非常に単色性の高い赤色のレーザー発光素子５を採用することで、低消費電力化及び色純度向上に対して高い効果が得られる。そこで、本実施の形態１の液晶表示装置１００においては、レーザー光源５は赤色の光を発する光源を採用する。

純赤色として好ましい６３０ｎｍから６４０ｎｍまでの赤色のレーザー光源５は、素子の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。つまり、赤色のレーザー光源は、熱の影響を受けやすい光源である。「純赤色」とは、波長幅の狭い純度の高い赤色で、深い色の赤色のことである。深い赤色としては、６３０ｎｍから６４０ｎｍまでの波長が好ましい。また、レーザー光源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。このため、効率よい冷却システムの導入が必要となる。

一方、ＬＥＤ光源４の温度に対する電気−光変換効率の変化は、レーザー光源５と比較すると極めて少ない。つまり、ＬＥＤ光源は熱の影響を受けにくい光源である。しかし、発熱をレーザー光源５側に伝えないように効率よく放熱させる必要がある。

レーザー光源５から出射される光は指向性が高い。このため、面光源装置としての光の均一性を得るためには、レーザー光源５には高い位置決め精度が求められる。一般的に使われているレーザー光源５は、直径が約６ｍｍの円筒形状のパッケージ形状をしている。レーザー光源５は、パッケージを放熱器２の取付部２２に設けられた穴２３に圧入されて固定される。レーザー光源５は、レーザー光５１が出射する発光側から放熱器２の取付部２２に設けられた穴２３に圧入される。

取付部２２にレーザー光源５が圧入された放熱器２は、背面部１に取り付けられる。このとき、放熱フィン２１およびベース板部２４は背面部１の外側面（−Ｚ軸方向）に出ている必要がある。取付部２２は、背面部１の背面側（−Ｚ軸方向側）から背面部１に開けられた取り付け孔１４に差し込まれて固定される。

また、ベース板部２４と背面部１の間には断熱部１５が介在している。ここでいう「断熱部」は、その熱伝導率が、背面部１及び放熱器２の熱伝導率よりも著しく低ければよい。例えば、断熱部１５は樹脂材又はゴム材である。また、断熱部は空気層でも良い。空気層は、数ｍｍ程度が望ましい。また、断熱部１５が空気層の場合には、空気層の空気が暖められて上昇できるように、上側（＋Ｙ軸側）に開口部を設けることが望ましい。また、下側（−Ｙ軸側）から低温の空気が断熱部１５に流入するように、下側（−Ｙ軸側）にも開口部を設けることが望ましい。図４に示す断熱部１５では、Ｘ軸方向から低温の空気が流入して、＋Ｙ軸方向に暖められた空気が上昇する構成となっている。

また、断熱部１５をベース板部２４と背面部１との間以外に、例えば、取付部２２と背面部１との間に追加して配置しても良い。取付部２２とＬＥＤ光源アレイ３ａとの距離が近い場合などには、熱の影響を受けにくい光源のＬＥＤ光源の熱が、熱の影響を受けやすいレーザー光源に伝わり難くできる。この場合には、レーザー光源５の発した熱は、取付部２２からベース板部２４に伝わって、放熱フィン２１から放熱される。

図４は、液晶表示装置１００を−Ｘ軸方向から見た構成図である。図４は、液晶表示装置１００を、レーザー光源５の位置でＹ−Ｚ平面で切断した構成図である。液晶表示素子１３、光学シート１２、拡散板１１および導光棒１０は、Ｘ−Ｙ平面に平行に配置されている。これらの構成要素１０，１１，１２，１３は、＋Ｚ軸方向から−Ｚ軸方向に向けて、液晶表示素子１３、光学シート１２、拡散板１１および導光棒１０の順に配置されている。

導光棒１０の−Ｚ軸側には、ＬＥＤ光源アレイ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆが配置されている。ＬＥＤ光源アレイ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆは、背面部１の＋Ｚ軸方向側の面上に配置されている。反射部８は、＋Ｚ軸方向に開口部を持つ箱形状をしている。反射部８の箱形状の内側には、ＬＥＤ光源アレイ３及び導光棒１０が配置されている。反射部８の底板部８２には、ＬＥＤ光源４の形状に合わせて多数の穴が開いている。ＬＥＤ光源４は、反射部８の穴に−Ｚ軸方向から挿入される。反射部８は、薄いシート状なので、ＬＥＤ光源４は、穴から＋Ｚ軸方向の面に飛び出た状態で配置される。なお、反射部８は、板状の部材で作製されることも可能である。そのため、側板部８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ及び底板部８２は、薄いシート状から板状の形状を含むものである。

図５は、面光源装置２００の構成を示す斜視図である。図５は、液晶表示素子１３の表示面側から見た斜視図である。図５では、液晶表示装置１００の液晶表示素子１３、光学シート１２および拡散板１１を外した状態の図である。反射部８は、シート状で、図５に示すように四辺を９０度立ち上げた箱形状をしている。つまり、反射部８は、底板部８２の四辺から＋Ｚ軸方向に立ち上がった側板部８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄを有する。反射部８の箱形状の内側の面は、反射面になっている。ＬＥＤ光源４の発光点は、反射部８の＋Ｚ軸方向の面に配置される。そして、ＬＥＤ光源４のＬＥＤ光４１は、液晶表示素子１３に向けて出射される。

導光棒１０の−Ｙ軸方向側には、レーザー光５１の入射面１０１が設けられている。導光棒１０は、棒形状をしている。入射面１０１は、棒形状の１つの端面である。導光棒１０の＋Ｙ軸方向側の端面には、反射シート９が貼り付けられている。反射シート９が貼り付けられている面は、入射面１０１と対向する棒形状の他の端面である。導光棒１０の両端部は、側板部８１ａ，８１ｂに設けられた穴に通されている。導光棒１０は、反射部８に保持されている。また、反射部８は、薄いシート状の部材で作製されているので、導光棒１０は、他の部品に保持されても構わない。なお、上述のように、反射部８は、導光棒１０を保持できる程度の板状の部材で作製されても構わない。

導光棒１０の−Ｙ軸方向側には、レーザー光源５が配置されている。レーザー光源５は、入射面１０１に対向して配置されている。レーザー光源５から出射されたレーザー光５１は、導光棒１０の−Ｙ軸方向側の入射面１０１から導光棒１０の中に入射される。

レーザー光源５から出射したレーザー光５１は、入射面１０１から導光棒１０の内部に入射する。入射したレーザー光５１は、導光棒１０の内部で反射を繰り返して＋Ｙ軸方向に進む。反射したレーザー光５１の一部は、導光棒１０の側面から外部に出射する。レーザー光源５から出射した直後のレーザー光５１は点状の光であった。しかし、レーザー光５１が導光棒１０の内部を進みながら、一部のレーザー光５１を側面から出射することにより、レーザー光５１は、点状の光から線状の光に変わる。また、棒の太さが太い場合には、棒状の光となる。

「点光源」とは、一つの点より光が放射される光源である。ここで、「一つの点」とは、製品の性能を考慮すると光学的な計算では光源を点として扱って問題無い程度の面積を有することである。このため、レーザーを光源に用いたバックライト装置は、点光源のレーザー光を面光源に変換するための光学系が必要となる。この面光源は、液晶表示素子１３を均一な強度で照明する光源である。

棒状の光となったレーザー光５１は、アレイ状に配置されたＬＥＤ光源４から出射されたＬＥＤ光４１とともに、反射部８の内部に出射される。「アレイ状」とは、多数の要素を並列的に配列する状態である。ここで「アレイ状に配置されたＬＥＤ光源４」は、ＬＥＤ光源４を並べたＬＥＤ光源アレイ３を示す。反射部８の内部で反射を繰り返したＬＥＤ光４１及びレーザー光５１は、拡散板１１に入射する。

導光棒１０から出射するレーザー光５１は、Ｙ軸を中心軸とする全方位方向に出射される。全方位方向とは３６０度の方向のことである。このため、＋Ｚ軸方向に出射された光は、拡散板１１に入射する。一方、−Ｚ軸方向に出射された光は、反射部８の底板部８２で反射した後に拡散板１１に入射する。Ｘ−Ｙ平面上の方向に出射されたレーザー光５１は、反射部８の四辺を立ち上げた側板部８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄで反射した後に拡散板１１に入射する。

レーザー光５１とＬＥＤ光４１とは、面状の光となって拡散板１１に入射する。拡散板１１は、レーザー光５１とＬＥＤ光４１とをさらに均一化する。レーザー光５１とＬＥＤ光４１とは、拡散板１１から均一化された白色の面状の光として光学シート１２及び液晶表示素子１３に向けて出射される。

反射部８及び導光棒１０は、レーザー光源５から出射される際には点状の光であるレーザー光５１を面状の光にする導光部３０である。導光棒１０は、レーザー光５１を点状の光から線状の光（棒状の光）に変換する。そして、反射部８は、レーザー光５１を線状の光（棒状の光）から面状の光に変換する。そのため、レーザー光５１を面状の光にする方法として、エッジライト型で用いられている導光板を採用することもできる。この場合には、レーザー光５１は、エッジライト型の導光板で面状の光に変換される。また、ＬＥＤ光４１は、直下型に配列されたＬＥＤ光源４により面状の光に変換される。エッジライト型の導光板は、ＬＥＤ光源４に対して面光源装置の光出射面側に配置されている。

エッジライト型の導光板は、アクリル板に白色インクで反射ドットを印刷したシルク印刷方式、アクリル面に凹凸をつけた成型方式、アクリル板と反射板をドット状の粘着材で貼り付けた粘着ドット方式及び溝加工による方式などがある。光源から出射された光は、導光板の側部から入射する。導光板に入射した光は、表面反射を繰り返して導光板の広い面に広がる。この際に反射ドット等があると、そこで光は散乱されて導光板の表面から外に出て行く。導光板は、光源の近傍の反射ドットの面積を小さく、光源から遠く離れるほど反射ドットの面積を大きい。これにより、導光板は、均一な面状の光を形成できる。

しかし、本実施の形態１で説明した反射部８及び導光棒１０を用いた面光源装置２００は、反射部８の箱形状の内部で、レーザー光５１とＬＥＤ光４１とが混合するという点で、簡易な構成で均一性の高い面状の光を生成することができる。

図６は図４と同様に液晶表示装置１００を−Ｘ軸方向から見た構成図である。図６は、液晶表示素子１３、光学シート１２および拡散板１１が除かれている。つまり、図６は、液晶表示装置１００の面光源装置２００の部分を表している。図６は、液晶表示装置を１００レーザー光源５の位置でＹ−Ｚ平面で切断した構成図である。

図６は、ＬＥＤ光源４から出た熱の流れおよびレーザー光源５から出た熱の流れを説明する図である。液晶表示素子１３は、主にガラスで構成されている。また、拡散板１１、光学シート１２および反射部８は主に樹脂で構成されている。樹脂やガラスで構成されるこれら材料は、熱伝導率が低い。

ＬＥＤ光源４の＋Ｚ軸方向には熱伝導率の低い反射部８が配置されている。このため、ＬＥＤ光源４から出た熱は、＋Ｚ軸方向には伝わり難い。一方、ＬＥＤ光源４の−Ｚ軸方向には熱伝導率の高い背面部１が配置されている。このため、ＬＥＤ光源４から出た熱は、−Ｚ軸方向には伝わりやすい。以上から、ＬＥＤ光源４から出た熱は、反射部８よりも＋Ｚ軸方向側に流れ難いと考える。これが、図６から液晶表示素子１３、光学シート１２、拡散板１１および反射部８を除いた理由である。

２種の光源を用いた液晶表示装置１００では、それぞれの光源４，５の光４１，５１の出力の割合を最適化させることで、光が白色となる点を決める。例えば、レーザー光源５から出射されるレーザー光５１の総放射束が１Ｗで有った場合には、ＬＥＤ光源４から出射されるＬＥＤ光４１の総放射束は、３Ｗ程度が必要である。これにより、レーザー光５１とＬＥＤ光４１とが混合された光は、白色となる。このとき、レーザー光源５とＬＥＤ光源４とのそれぞれの電気−光変換効率から、各光源４，５の温度が室温程度（３０度程度）ならば、発熱量は、ともに３Ｗと同程度になる。表示画面の輝度を高めるため、光源４，５から出射される放射束を増やせば、それに伴い、光源４，５の発熱量は多くなる。しかし、光源４，５の発熱量が多くなっても、光源４，５の放熱を十分に行えば、各光源４，５の素子の温度が変化は小さく、発熱量は大きく変化しない。つまり、レーザー光源５の発熱量及びＬＥＤ光源４の発熱量は、概ね同程度の３Ｗとなる。一方、光源４，５の放熱が不十分であった場合には、各光源４，５の素子の温度は高くなり、電気−光変換効率が低下する。その結果、各光源４，５の発熱量は増加し、ますます各光源４，５の温度は上昇するという悪循環に陥る。つまり、熱的な不具合を発生させないためには、装置を使用する環境温度と、その環境温度における発熱量とを正しく推定し、それに見合った効率のよい放熱機能を備えておく必要がある。

レーザー光源５で発生した熱１８は、放熱器２の取付部２２からベース板部２４に伝わった後に放熱フィン２１に伝わり、周囲の空気１６に放出される。放熱器２は、液晶表示装置１００の最も底面側（−Ｙ軸方向）に配置されている。放熱フィン２１から周囲の空気１６に放出された熱１８は、＋Ｙ軸方向に移動する。なぜなら、放熱フィン２１から熱１８を受け取った空気１６は、周りの空気より軽いため上昇するからである。このため、放熱フィン２１には、−Ｙ軸方向または−Ｚ軸方向から新鮮な空気が流れ込む。「新鮮な空気」とは、放熱フィン２１からの熱１８や背面部１からの熱１７を受け取っていない空気である。固体表面から空気への熱伝達量は、固体表面の温度と空気の温度との差が大きいほど多くなる。つまり、放熱器２に流れ込む空気の温度が低いほど、放熱器２は効率よく熱１８を放出できる。そして、レーザー光源５で発生した熱１８を効率よく周囲の空気１６に放出することが可能となる。

一方、各々のＬＥＤ光源アレイ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆは、背面部１に取り付けられている。ＬＥＤ光源４で発生した熱１７は、ＬＥＤ光源アレイ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆの各々の基板に伝わった後に背面部１へ伝わる。背面部１の厚みは２ｍｍ程度である。背面部１の断面積が小さいため、背面部１に伝わった熱１７は、Ｘ−Ｙ面上の方向には伝わり難い。

ＬＥＤ光源アレイ３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆは、放熱器２から離れて配置されている。このため、ＬＥＤ光源アレイ３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆの熱１７の多くは、背面部１の背面側（−Ｚ軸方向側）の面から空気中に放出される。

ここで、放熱器２に近いＬＥＤ光源アレイ３ａから放出される熱１７について検討する。ＬＥＤ光源アレイ３ａは、放熱器２よりも＋Ｙ軸方向に配置されている。このため、ＬＥＤ光源アレイ３ａから放出された熱１７は、放熱器２には伝わり難い。第１の理由は、背面部１の断面積が小さいため、背面部１に伝わった熱１７は、Ｘ−Ｙ面上の方向には伝わり難いからである。第２の理由は、背面部１から空気中に放出された熱１７は、上述のように上昇するため、＋Ｙ軸方向に移動するからである。第３の理由は、放熱器２のベース板部２４と背面部１との間には、断熱部１５が介在しているからである。

また、放熱器２は、ＬＥＤ光源アレイ３ａよりも下側（−Ｙ軸方向側）に配置されている。つまり、ＬＥＤ光源アレイ３ａの取り付けられた部分の背面部１の背面（−Ｚ軸方向側の面）は、放熱器２から熱１８を受け取って上昇してきた空気１６に直接触れる。このため、ＬＥＤ光源アレイ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ、３ｆから空気中に放出された熱１７は、背面部１から空気１６に放出される。ここで、空気１６は、放熱器２から熱１８を受け取って上昇してきた空気である。

放熱器２の放熱フィン２１から熱１８を受け取り暖められた空気１６は上昇する。また、ＬＥＤ光源４は、放熱器２よりも上方（＋Ｙ軸方向）に配置されている。このため、ＬＥＤ光源４から放出された熱１７は、背面部１から放熱フィン２１で暖められた空気１６に対して放出される。つまり、上方（＋Ｙ軸方向）ほどＬＥＤ光源４の冷却性能は低下する。

しかし、ＬＥＤ光源４は、レーザー光源５と比べて熱に対する特性（熱特性）に優れている。このため、ＬＥＤ光源４の温度に対する裕度は大きく、品質的に問題にならない範囲で設計することは可能である。

一方、レーザー光源５は、ＬＥＤ光源４と比較すると熱特性が劣っている。「熱特性に劣る」とは、温度に対する裕度が小さいことである。放熱器２は、液晶表示装置１００の最も底面側（−Ｙ軸方向側）に配置されている。このため、放熱フィン２１には新鮮な空気が流れ込む。「新鮮な空気」とは、放熱フィン２１からの熱１８又は背面部１からの熱１７を受け取っていない空気である。固体表面から空気への熱伝達量は、固体表面の温度と空気の温度との差が大きいほど多くなる。つまり、放熱器２に流れ込む空気の温度が低いほど、放熱器２は効率良く熱を放出できる。つまり、レーザー光源５で発生した熱１８を効率良く空気１６に放出することが可能となる。

液晶表示装置１００は、レーザー光源５、ＬＥＤ光源４及び放熱器２を備える。レーザー光源５は、レーザー光５１を出射する。ＬＥＤ光源４は、ＬＥＤ光４１を出射する。放熱器２は、レーザー光源５を保持するとともにレーザー光源５が出す熱を伝達して空気中に放出する。レーザー光源５は、ＬＥＤ光源４よりも下側に配置される。

液晶表示装置１００は、導光部３０を備える。導光部３０は、レーザー光５１を入射端部から入射して、面状の光に変換して出射する。導光部３０から出射されたレーザー光５１及びＬＥＤ光４１は、開口部８３から出射される。ＬＥＤ光源４は、複数備えられ、開口部８３に対向して二次元的に配列されている。開口部８３は、光出射面としての機能を有する。つまり、光出射面は、開口部３０ｆに設けた仮想の面である。入射端部は、実施の形態１では、入射面１０１である。また、上述のようにエッジライト型の導光板を採用した場合には、光を入射する側面である。

導光部３０は、導光棒１０及び反射部８を備える。導光棒１０は、入射面１０１を有し前記レーザー光５１を線状の光に変換して出射する。反射部８は、導光棒１０から出射されたレーザー光５１を面状に光に変換する。ＬＥＤ光源４は、反射部８の開口部８３に対向する面上に配置されている。導光部３０は、面状の光に変換されたレーザー光５１及びＬＥＤ光４１を混合して、出射する。入射面１０１は、入射端部である。開口部８３は、光出射面としての機能を有する。

以上のように、実施の形態１に記載した発明は、赤色のレーザー発光素子を光源とすることで広い色再現範囲を実現できる。また、実施の形態１に記載した発明は、熱の影響を受けにくいＬＥＤ光源の熱が、熱の影響を受けやすいレーザー光源に伝わり難い構成のバックライト装置を得ることができる。

実施の形態２．
図７は、本発明に係る実施の形態２の液晶表示装置１０２の背面斜視図である。図１に示す実施の形態１の液晶表示装置１００と異なる点は、放熱器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅのうち、水平方向（Ｘ軸方向）の内側に配置されている放熱器２ｂ，２ｃ，２ｄの放熱面積が、水平方向の外側に配置されている放熱器２ａ，２ｅの放熱面積よりも大きくなっている点である。

上記の点以外は、実施の形態１と同じである。つまり、背面部１、断熱部１５、ＬＥＤ光源アレイ３、ＬＥＤ光源４、レーザー光源５、反射部８、反射シート９、導光棒１０、拡散板１１、光学シート１２、液晶表示素子１３および放熱器２の放熱面積以外の構成は、実施の形態１と同様である。

例えば、図７の例では水平方向の外側にある放熱器２ａ，２ｅは、放熱フィン２１が１４枚である。一方、放熱器２ａ，２eの内側に配置されている放熱器２ｂ，２ｄの放熱フィン２１は１５枚である。また、最も内側にある放熱器２ｃの放熱フィン２１は１８枚である。このように、内側に配置される放熱器２ほど放熱フィン２１の枚数が多くなり、放熱面積が大きくなっている。

液晶表示装置１０２には、液晶駆動用のタイミングコントローラ回路基板、駆動電源基板および映像信号処理回路基板などの周辺機器が背面部１上の周辺部品の配置位置１９に配置される。図７及び図８では、周辺機器配置位置１９を破線で示している。

これら周辺部品の配置位置１９は、信号線の配線長や液晶表示装置１０２のデザイン、各部品の重心位置などで決まる。しかし、通常、周辺部品は背面部１の中心部に集められる。周辺部品の多くは熱を発生する。また、周辺部品は、電解コンデンサー、発熱量の多いＬＳＩおよびスイッチング素子用の放熱器など、比較的背の高い部品を実装されている。つまり、周辺部品の配置位置１９上には熱を発生し、比較的高さのある部品が装着されることになる。

図８は液晶表示装置１０２を−Ｘ軸方向から見た構成図である。図８は、液晶表示装置１０２を、周辺部品の配置位置１９を含む、レーザー光源５の位置でＹ−Ｚ平面で切断した構成図である。図６に示す液晶表示装置１００の構成と異なる点は、周辺部品の配置位置１９が追加された点である。また、図６に示す液晶表示装置１００の構成と異なる点は、周辺部品の配置位置１９の下部（−Ｙ軸方向）において、空気の気流の乱れ２０が生じている点である。

放熱器２の放熱フィン２１から熱１８を受け取り、暖められた外気１６は＋Ｙ軸方向に上昇する。しかし、放熱器２の上部（＋Ｙ軸方向）に流路を妨げるかたちで周辺部品が配置されている場合には、上昇気流が妨げられ、渦などの空気の気流の乱れ２０が発生する。

空気の気流の乱れ２０が発生すると、流路の圧力損失が増して、放熱器２を流れる空気１６の流速が低下する。その結果、放熱フィン２１から空気１６への放熱量が減少する。つまり、放熱器２の上部（＋Ｙ軸方向）に流路を妨げるかたちで周辺部品が配置される場合には、周辺部品の下部（−Ｙ軸方向）に配置される放熱器２ｂ，２ｃ，２ｄの放熱能力は、上部（＋Ｙ軸方向）に周辺部品が配置されない放熱器２ａ，２ｅの放熱能力と比べて、単位放熱面積あたりの放熱能力が低下する。

また、周辺部品の配置位置１９に配置される周辺部品の多くは、熱を発生する部品も多い。液晶表示装置１０２は、通常、製品として使用する際には樹脂性の筐体等の中に収められる。このため、熱源が集中し熱流束密度が増した水平方向の中央部の空気１６及び水平方向の中央部の背面部１は、周辺部と比較して温度が上昇する。「熱流束密度」とは、単に体積当たりの熱流束量のことである。

放熱器２と背面部１との間には、断熱部１５が介在している。断熱部１５は、背面部１から放熱器２への熱の伝導を妨げることができる。しかし、背面部１からの熱輻射などは避けることができない。放熱器２ｂ，２ｃ，２ｄは、周辺部品から輻射熱を受けて温度が上昇する。このため、水平方向の中央部に配置されている放熱器２ｂ，２ｃ，２ｄの放熱フィン２１の温度は、水平方向の周辺部に配置されている放熱器２ａ，２ｅの放熱フィン２１温度よりも高くなる。固体表面から空気への熱伝達量は、固体表面の温度と空気の温度との差が大きいほど多くなる。このため、同じ温度の外気１６が放熱器２の放熱フィン２１に流れ込んだとしても、水平方向の中央部に配置されて放熱器２ｂ，２ｃ，２ｄの放熱能力は、水平方向の周辺部に配置された放熱器２ａ，２ｅの放熱能力に劣る。

そこで、放熱器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを、背面部１のＹ軸方向の下端付近に配置する場合には、水平方向（Ｘ軸方向）の内側に配置されている放熱器２ｂ，２ｃ，２ｄの放熱面積を、水平方向の外側に配置されている放熱器２ａ，２ｅの放熱面積よりも大きくする。このことで、水平方向の内側に配置された放熱器２ｂ，２ｃ，２ｄの放熱能力を改善する。つまり、レーザー光源５が配置される位置に寄らず、放熱器２は、レーザー光源５で発生した熱１８を効率よく空気１６に放出することが可能となる。

なお、ここでは放熱面積を大きくする方法として、放熱フィン２１の枚数を増やす場合の例を示した。しかし、放熱フィン２１の大きさを大きくすることでも放熱面積を大きくできる。また、今回は周辺部品の配置位置１９の下部（−Ｙ軸方向）に配置される放熱器２ｂ，２ｃ，２ｄの中でも、最も内側にある放熱器２ｃの放熱面積を最も大きくした。しかし、周辺部品の配置状況によっては、放熱器２ｂ，２ｄの放熱面積の大きさと放熱器２ｃの放熱面積の大きさとが同じであっても良い。

レーザー光源５は、複数備えられ、前記入射端部に沿って配列されている。配列されたレーザー光源５のうち、両端部に位置するレーザー光源５の放熱器２の放熱能力は、両端部に挟まれて位置するレーザー光源５の放熱器２の放熱能力よりも小さい。入射端部は、実施の形態１では、Ｘ軸方向に複数並べられた導光棒１０の入射面１０１である。入射面１０１は、Ｘ軸方向に複数配置されており、レーザー光源５は、入射面１０１に対向して配置されている。また、上述のようにエッジライト型の導光板を採用した場合には、光を入射する側面である。

なお、上述の各実施の形態においては、「中心」、「水平」又は「垂直」などの部品の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含んでいる。

なお、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。

１ 背面部、 １５ 断熱部、 ２ 放熱器、 ２１ 放熱フィン、 ２２ 取付部、 ２３ 穴、 ２４ ベース板部、 ２５ 下端面、 ３ ＬＥＤ光源アレイ、 ４ ＬＥＤ光源、 ５ レーザー光源、 ５１ レーザー光、 ８ 反射部 、 ８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ 側板部、 ８２ 底板部、 ９ 反射シート、 １０ 導光棒、 １０１ 入射面、 １１ 拡散板、 １２ 光学シート、 １３ 液晶表示素子、 １５ 断熱部、 １６ 空気、 １７，１８ 熱、 １９ 周辺部品の配置位置、 ２０ 空気の気流の乱れ、 ３０ 導光部 １００，１０２ 液晶表示装置、 ２００ 面光源装置。

Claims (8)

1. 液晶表示装置のバックライトとして用いられ、予め決められた出射方向に向けて面状の光を出射する面光源装置であって、
   レーザー光を出射するレーザー光源と、
   ＬＥＤ光を出射するＬＥＤ光源と、
   前記レーザー光源を保持するとともに前記レーザー光源が出す熱を伝達して空気中に放出する放熱器と、
   前記レーザー光を面状の光に変換する導光部と
   を備え、
   前記レーザー光源は、暖められた空気が上昇する方向を上方向とし、前記上方向の逆方向を下方向とし、前記出射方向が前記上方向に対して垂直とすると、前記導光部の前記下方向の端部で、前記ＬＥＤ光源よりも前記下方向に配置される
   ことを特徴とする面光源装置。
2. 前記レーザー光源は、前記端部に沿って並べて複数配置され、
   前記放熱器は、前記レーザー光源を保持するように複数配列され、
   前記レーザー光源のうち、並べて配置された前記レーザー光源の両端部に位置する前記放熱器の放熱能力は、前記両端部に挟まれて位置する前記放熱器の放熱能力よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記放熱器と前記ＬＥＤ光源との間に設けられた断熱部をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の面光源装置。
4. 前記断熱部は空気層であることを特徴とする請求項３に記載の面光源装置。
5. 前記断熱部は樹脂材又はゴム材であることを特徴とする請求項３に記載の面光源装置。
6. 前記ＬＥＤ光源及び前記放熱器を保持する保持部材をさらに備え、
   前記ＬＥＤ光源は、前記保持部材の前記面状の光の前記出射方向に対して垂直な面上に配置され、
   前記放熱器は、前記保持部材の下端部に取り付けられ、
   前記放熱器は放熱フィンを有し、
   前記放熱フィンは、前記ＬＥＤ光源が配置された前記保持部材の前記ＬＥＤ光源の取り付けられた面に対して、前記断熱部を介して配置されている
   ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の面光源装置。
7. 前記導光部は、前記レーザー光及び前記ＬＥＤ光を前記面状の光に変換し、反射部及び導光棒を有し、
   前記反射部は、開口部を有する箱形状を成し、前記反射部の内側には前記ＬＥＤ光源及び前記導光棒が配置され、
   前記導光棒は、棒形状を成し、端面には前記レーザー光を入射する入射面を有し、前記入射面から入射された前記レーザー光を線状の光に変換し、
   前記ＬＥＤ光源は、前記反射部の内側の面のうち前記開口部に対向する面に配置され、
   前記導光部は、前記レーザー光及び前記ＬＥＤ光を混合して、前記混合された前記レーザー光及び前記ＬＥＤ光を前記開口部から出射する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の面光源装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の面光源装置と、
   前記面光源装置から出射された前記面状の光が照射される液晶表示素子とを備える
   ことを特徴とする液晶表示装置。

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