WO2011152217A1

WO2011152217A1 - ディスプレイ装置

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Publication number: WO2011152217A1
Application number: PCT/JP2011/061434
Authority: WO
Inventors: 正樹千葉; 直樹増田
Original assignee: 日本電気株式会社; Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2011-12-08
Also published as: CN103069472B; US20130070453A1; CN103069472A; US9804484B2; JP5804522B2; JPWO2011152217A1

Abstract

　ディスプレイ装置は、複数の固体光源１０１～１０３と、これら固体光源１０１～１０３の各々を経由するように形成された流路１００ａを備え、冷媒が流路１００ａを介して循環する冷媒循環手段１００とを有する。固体光源１０１～１０３の各々は、温度変化に応じて輝度が変化する特性を有する。流路１００ａは、冷媒が固体光源１０１～１０３の上記特性の輝度変化の度合いが大きなものほど最初に通過するように形成されている。

Description

ディスプレイ装置

　本発明は、液晶ディスプレイやプロジェクタに代表されるディスプレイ装置に関し、特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や半導体レーザなどの固体光源を冷却する機能を備えたディスプレイ装置に関する。

　赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のＬＥＤを備えるプロジェクタが知られている。一般に、ＬＥＤは、温度が上昇するとそれに伴って輝度（照度）が低下する特性を有している。このため、プロジェクタの高輝度化を実現するためには、ＬＥＤを冷却して輝度（照度）の低下を抑制する必要がある。

　特許文献１には、赤色、緑色、青色の各色のＬＥＤを冷却する液冷システムが記載されている。

　特許文献１に記載の液冷システムでは、発熱量が各色のＬＥＤで異なることに着目し、発熱量が大きなＬＥＤから順番に冷却する。具体的には、この液冷システムは、ポンプと、このポンプから供給された冷媒が循環する単一の流路と、その流路内を流れる冷媒を冷却するラジエターと、このラジエターに冷却風を供給するファンとを有する。

　上記流路は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤのそれぞれに設けられた熱伝導部の内部を、ＬＥＤの発熱量が大きなものから順に通るように形成されている。通常、緑色ＬＥＤの発熱量が最も多く、次いで、青色ＬＥＤの発熱量が多い。赤色ＬＥＤの発熱量は、最も小さい。

　上記の液冷システムでは、ポンプから供給された冷媒は、まず、発熱量が最も大きな緑色ＬＥＤの熱伝導部を通過する。このとき、熱伝導部と冷媒との間で熱交換が行われることで緑色ＬＥＤが冷却されるが、その熱交換によって冷媒の温度も上昇する。

　緑色ＬＥＤの熱伝導部を通過した冷媒は、青色ＬＥＤの熱伝導部を通過し、その後、赤色ＬＥＤの熱伝導部を通過する。冷媒が青色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤの各熱伝導部を通過した際に、熱伝導部と冷媒との間で熱交換が行われ、青色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤが冷却されるが、その熱交換によって冷媒の温度も上昇する。

　赤色ＬＥＤの熱伝導部を通過した冷媒は、ラジエターで冷却された後、ポンプに戻される。

　特許文献２には、発熱量が最も大きな光源部を冷却する冷却系を、他の光源部を冷却する冷却系と独立して設けたものが記載されている。この構成によれば、発熱量が大きな光源部と他の光源部とをそれぞれ独立した冷却系で冷却するので、光源部を効率よく冷却することが可能である。

特開２００９－３１５５７号公報特開２００７－３１６６２６号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の液冷システムでは、発熱量が大きなＬＥＤから順に冷却するようになっているため、以下のような問題が生じる。

　一般に、赤色ＬＥＤは、緑色ＬＥＤや青色ＬＥＤに比べて、温度変化に起因する輝度変化が大きい。換言すれば、赤色ＬＥＤの温度変化に起因する輝度変化は、緑色ＬＥＤや青色ＬＥＤのそれに比べて急峻である。このように、赤色ＬＥＤは、緑色ＬＥＤや青色ＬＥＤに比べて、温度変化に対して敏感であるので、赤色ＬＥＤの温度管理が最も重要である。

　特許文献１に記載の液冷システムにおいて、冷媒は、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの各熱伝導部を通過した後に、赤色ＬＥＤの熱伝導部を通過する。緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの各熱伝導部を通過した際の熱交換により冷媒の温度が上昇し、その結果、温度が上昇した冷媒が赤色ＬＥＤの熱伝導部に供給される。温度が上昇した冷媒では十分な冷却効果を得ることは困難であるため、赤色ＬＥＤの温度が上昇して、他の色のＬＥＤに比較して赤色ＬＥＤの輝度が大きく低下する。その結果、各色のＬＥＤの照度バランスが変化して、各色のＬＥＤからの各色の光を合成した白色光の色味（ホワイトバランス）が変化する。また、赤色ＬＥＤの温度上昇を抑制するために、赤色ＬＥＤの駆動電流を制限する必要がある。そのため、赤色ＬＥＤを高輝度で使用することができない。

　特許文献２に記載の冷却系では、発熱量が大きな光源部と、赤色ＬＥＤなどの他の光源部とをそれぞれ独立した冷却系で冷却するので、赤色ＬＥＤを十分に冷却することが可能である。しかし、この場合は、ポンプやラジエターなどを冷却系毎に設ける必要があり、その分、液冷システムのコストが増大する。

　上記のように各固体光源の温度上昇に起因する各固体光源の輝度低下が問題となる。温度上昇に対して敏感な固体光源の冷却が不十分な問題や上記のシステムのコスト増大の問題を解決し、高輝度で、最適なホワイトバランスを得られるディスプレイ装置が求められている。

　本発明の一態様によるディスプレイ装置は、複数の固体光源と、前記複数の固体光源の各々を経由するように形成された流路を備え、冷媒が該流路を介して循環する冷媒循環手段とを有する。前記複数の固体光源の各々は、温度変化に応じて輝度が変化する特性を有している。前記流路は、前記冷媒が前記複数の固体光源を前記特性の輝度変化の度合いが大きなものほど最初に通過するように形成されている。

本発明の第１の実施形態であるディスプレイ装置の冷却系に係わる構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態であるディスプレイ装置の冷却系に係わる構成を示すブロック図である。比較用システムの一例を示すブロック図である。比較用システムの他の一例を示すブロック図である。図２に示したディスプレイ装置と図３および図４に示した各比較用システムとの比較結果である、赤色の固体光源のジャンクションの温度と流量の関係を示す特性図である。図２に示したディスプレイ装置と図３および図４に示した各比較用システムとの比較結果である、緑色の固体光源のジャンクションの温度と流量の関係を示す特性図である。図２に示したディスプレイ装置と図３および図４に示した各比較用システムとの比較結果である、青色の固体光源のジャンクションの温度と流量の関係を示す特性図である。本発明の一実施形態であるプロジェクタの内部構造の一部を示す斜視図である。図８に示すプロジェクタの光源ユニットの一例を示す分解斜視図である。図８に示すプロジェクタの液冷システムにおける冷媒の流れを示す模式図である。

　１００　冷媒循環手段
　１００ａ　流路
　１０１～１０３　固体光源

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

　図１は、本発明の第１の実施形態であるディスプレイ装置の冷却系に係わる構成を示すブロック図である。

　図１を参照すると、ディスプレイ装置は、液晶ディスプレイに代表される画像表示装置やプロジェクタなどであって、発光色が異なる固体光源１０１～１０３と、これら固体光源１０１～１０３の各々を経由するように形成された流路１００ａを備え、冷媒（液体）が流路１００ａを介して循環する冷媒循環手段１００とを有する。なお、冷却系に係わる構成以外は、既存のものと同じであり、図１では、それらの構成は省略されている。

　固体光源１０１～１０３は、ＬＥＤや半導体レーザなどであって、温度変化に応じて輝度が変化する特性を有し、該特性の輝度変化の度合い（特性図における傾き）が発光色毎に異なる。ここで、輝度変化の度合いは、例えば使用温度範囲（所定温度範囲）における、温度変化に対する輝度変化の度合いである。固体光源１０１～１０３のうち、固体光源１０１の輝度変化の度合いが最も大きく、次いで、固体光源１０２の輝度変化の度合いが大きい。固体光源１０３の輝度変化の度合いは最も小さい。

　冷媒循環手段１００は、流路１００ａに冷媒を供給するポンプ、流路１００ａを流れる冷媒を冷却するためのラジエター、このラジエターに冷却風を供給するファンを含む。流路１００ａは、可撓性を有するチューブによって構成されてもよい。

　冷媒循環手段１００では、ラジエターによって冷却された冷媒は、温度変化に起因する輝度変化の度合いが大きなものから順に、すなわち、固体光源１０１、固体光源１０２、固体光源１０３の順に供給される。

　冷媒による冷却効果は、冷媒の温度が低いほど大きい。冷媒循環手段１００によれば、輝度変化の度合いが大きな固体光源ほど、より温度が低い状態の冷媒で冷却される。換言すると、温度変化に対して敏感な固体光源ほどより冷却効果が高くなっている。これにより、固体光源１０１～１０３の温度変化に起因する輝度変化が全体として抑制され、その結果、固体光源１０１～１０３の輝度バランス（照度バランス）が保たれ、高輝度で、最適なホワイトバランスを提供することができる。

　また、冷媒循環手段１００によれば、特許文献２に記載のもののように、ポンプ、ラジエターおよびファンを２セット用いる必要がないので、特許文献２に記載のものに比較して、低コスト化を図ることができる。

　本実施形態のディスプレイ装置において、固体光源１０１、１０２、１０３はそれぞれ赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤに対応する。冷媒は、輝度変化の度合いが大きなものから順番に、すなわち、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの順に供給される。

　なお、発熱量に関しては、「緑色ＬＥＤ＞青色ＬＥＤ＞赤色ＬＥＤ」の条件とされている。通常、冷媒によってＬＥＤを順次冷却する場合は、発熱量の大きなものから順に冷媒がＬＥＤを経由するように流路を形成する。しかし、本実施形態のディスプレイ装置では、そのような発熱量に基づく冷却順序による冷却方式は採用せず、輝度変化の度合いが高いＬＥＤほど温度に敏感である点に着目し、その輝度変化の度合いに基づく冷却順序による新規の冷却方式を採用している。

　加えて、緑色ＬＥＤの発熱量は青色ＬＥＤに比べて大きい。本実施形態では、青色ＬＥＤよりも先に、冷媒が発熱量が大きな緑色ＬＥＤを通過することで、より効率的な冷却効果を提供することが可能になっている。

　また、本実施形態のディスプレイ装置において、冷媒循環手段１００は、流路１００ａを循環する冷媒が分流されてそれぞれ供給される、並列に設けられた複数のラジエターと、ラジエターのそれぞれに取り付けられたファンとを有していてもよい。ラジエターの並列構造によれば、各ラジエターを直列に設けた構成と比較して、各ラジエターを通過する冷媒の流速を遅くすることができる。

　さらに、各ラジエターを直列に設けた構成の場合、後段に位置するラジエターへ流入する媒体の温度は低くなるので、後段のラジエターにおける媒体の冷却効果は高くならない。冷却風による冷却効果は、冷媒と冷却風の温度差が大きいほど、また、冷媒の流速が遅いほど増大する。よって、ラジエターを並列構造とすることで、冷却風による冷却効果が増大し、より低い温度の冷媒を供給することができる。

　（第２の実施形態）
　図２は、本発明の第２の実施形態であるディスプレイ装置の冷却系に係わる構成を示すブロック図である。

　図２を参照すると、ディスプレイ装置は、冷媒（液体）が循環する流路２００、第１および第２の固体光源２０１Ｒ、第１乃至第３の固体光源２０１Ｇ、固体光源２０１Ｂ、ポンプ２０２、２個のラジエター２０３ａ、２０３ｂ、２個のファン２０４ａ、２０４ｂ、リザーブタンク２０５を有する。

　第１および第２の固体光源２０１Ｒは、赤色の光を出力する。第１乃至第３の固体光源２０１Ｇは、緑色の光を出力する。固体光源２０１Ｂは、青色の光を出力する。これら固体光源２０１Ｒ、固体光源２０１Ｇおよび固体光源２０１Ｂとして、例えばＬＥＤや半導体レーザを用いることができる。

　ポンプ２０２は、冷媒が流出する流出口と、冷媒が流入する流入口とを備え、流出口が流路２００の一方の側に連結され、流入口が流路２００の他方の側に連結されている。ポンプ２０２の流出口から流出した冷媒は、流路２００を介してポンプ２０２の流入口に戻る（冷媒の循環）。

　流路２００は、２個のラジエター２０３ａ、２０３ｂ、リザーブタンク２０５、第１および第２の固体光源２０１Ｒ、第１乃至第３の固体光源２０１Ｇ、固体光源２０１Ｂの各部を経由するように形成されている。

　ラジエター２０３ａ、２０３ｂは並列に設けられている。流路２００のラジエター２０３ａ、２０３ｂを経由する流路部分は、並列に設けられた２つの分岐流路２００ｃ、２００ｄよりなり、ラジエター２０３ａが分岐流路２００ｃ側に配置され、ラジエター２０３ｂが分岐流路２００ｄ側に配置されている。

　ファン２０４ａは、冷却風をラジエター２０３ａに供給する。ラジエター２０３ａでは、分岐流路２００ｃ内を流れる冷媒がファン２０４ａからの冷却風によって冷却される。ファン２０４ｂは、冷却風をラジエター２０３ｂに供給する。ラジエター２０３ｂでは、分岐流路２００ｄ内を流れる冷媒がファン２０４ｂからの冷却風によって冷却される。

　リザーブタンク２０５は、ラジエター２０３ａ、２０３ｂを通過した冷媒が合流した後の流路部分に設けられている。冷媒はリザーブタンク２０５に一旦蓄積される。

　第１および第２の固体光源２０１Ｒは並列に設けられている。流路２００の各固体光源２０１Ｒを経由する流路部分は、並列に設けられた２つの分岐流路２００ａ、２００ｂよりなり、第１の固体光源２０１Ｒが分岐流路２００ａ側に配置され、第２の固体光源２０１Ｒが分岐流路２００ｂ側に配置されている。

　第１乃至第３の固体光源２０１Ｇおよび固体光源２０１Ｂは、第１および第２の固体光源２０１Ｒを通過した冷媒が合流した後の流路部分に直列に設けられている。冷媒は、第１の固体光源２０１Ｇ、第２の固体光源２０１Ｇ、第３の固体光源２０１Ｇ、固体光源２０１Ｂをこの順番で通過する。

　固体光源２０１Ｂを通過した冷媒は、ポンプ２０２の流入口に供給される。

　流路２００、ポンプ２０２、ラジエター２０３ａ、２０３ｂ、ファン２０４ａ、２０４ｂおよびリザーブタンク２０５は、図１に示した冷媒循環手段１００に相当する。

　本実施形態のディスプレイ装置において、固体光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂのうち、固体光源２０１Ｒの輝度変化の度合いが最も大きく、次いで、固体光源２０１Ｇの輝度変化の度合いが大きい。固体光源２０１Ｂの輝度変化の度合いは最も小さい。

　ラジエター２０３ａ、２０３ｂによって冷却された冷媒は、リザーブタンク２０５を介して、まず、温度変化に起因する輝度変化の度合いが最も大きな第１および第２の固体光源２０１Ｒが設けられた分岐流路２００ａ、２００ｂを流れる。これにより、第１および第２の固体光源２０１Ｒに対して、より高い冷却効果が提供される。

　また、各固体光源２０１Ｒに対して冷媒を並列に供給することで、以下のような効果も得られる。

　分岐流路２００ａ、２００ｂを流れる冷媒の温度はほぼ同じであるので、各固体光源２０１Ｒに対する冷却効果もほぼ同じとなり、各固体光源２０１Ｒをほぼ同じ温度で維持することができる。この結果、各固体光源２０１Ｒの輝度（光量）がほぼ同じとなる。

　また、本実施形態のディスプレイ装置において、固体光源２０１Ｇの発熱量は固体光源２０１Ｂよりも大きい。固体光源２０１Ｂよりも前に、発熱量が大きな固体光源２０１Ｇを冷媒が通過することで、より効率的な冷却効果を提供することが可能になっている。

　また、本実施形態のディスプレイ装置においては、ラジエター２０３ａ、２０３ｂは並列に設けられている。このようなラジエター２０３ａ、２０３ｂの並列構造によれば、２個のラジエターを直列に設けたものに比較して、ラジエター２０３ａ、２０３ｂのそれぞれに流れる冷媒の流速を遅くすることができる。したがって、各ラジエター２０３ａ、２０３ｂの冷却風による冷却効果が増大し、その結果、より高い冷却効果を提供することができる。

　次に、上述した第２の実施形態のディスプレイ装置の効果について、図３および図４に示す構成を有する比較例との比較に基づき、さらに詳細に説明する。

　図３は、第１の比較用システムの冷却系に係わる構成を示すブロック図、図４は、第２の比較用システムの冷却系に係わる構成を示すブロック図である。

　図３を参照すると、第１の比較用システムは、冷媒（液体）が循環する流路２００、第１および第２の固体光源２０１Ｒ、第１乃至第３の固体光源２０１Ｇ、固体光源２０１Ｂ、ポンプ２０２、２個のラジエター２０３ａ、２０３ｂ、２個のファン２０４ａ、２０４ｂ、リザーブタンク２０５を有する。

　第１の比較用システムは、固体光源２０１Ｒ、固体光源２０１Ｇおよび固体光源２０１Ｂに対する流路２００の経由経路が異なる以外は、第２の実施形態のものと同じ構成である。

　流路２００は並列に設けられた分岐流路２００ａ、２００ｂを有し、第１の固体光源２０１Ｒ、第１の固体光源２０１Ｇ、第２の固体光源２０１Ｇがこの順番で分岐流路２００ａ側に直列に設けられ、第２の固体光源２０１Ｒ、第３の固体光源２０１Ｇ、固体光源２０１Ｂがこの順番で分岐流路２００ｂ側に直列に設けられている。

　ラジエター２０３ａ、２０３ｂによって冷却された冷媒は、リザーブタンク２０５を介して、まず、温度変化に起因する輝度変化の度合いが最も大きな第１および第２の固体光源２０１Ｒを通過する。これにより、第１および第２の固体光源２０１Ｒに対して、より高い冷却効果が提供される。

　また、各固体光源２０１Ｒに対して冷媒を並列に供給することで、上述した第２の実施形態と同様、各固体光源２０１Ｒをほぼ同じ温度で維持することができる。

　図４に示す第２の比較用システムは、流路２００に対して、第１および第２の固体光源２０１Ｒ、第１乃至第３の固体光源２０１Ｇ、固体光源２０１Ｂを直列に設けた以外は、第２の実施形態および第１の比較用システムのものと同じである。

　図５に、図２に示したディスプレイ装置と図３および図４に示した各比較用システムとの比較結果である、固体光源２０１Ｒに関するジャンクション（ｐｎ接合部）の温度と流量の関係を示す。流量は、リザーブタンク２０５と固体光源２０１Ｒとの間の流路で測定した値である。

　図５において、白の四角と破線で示したもの（Ｒ１、Ｒ２）が図３の第１および第２の固体光源２０１Ｒに対応する。白の丸と一点鎖線で示したもの（Ｒ１）が図４の第１の固体光源２０１Ｒに対応し、黒の丸と一点鎖線で示したもの（Ｒ２）が図４の第２の固体光源２０１Ｒに対応する。白の三角と実線で示したもの（Ｒ１、Ｒ２）が図２の第１および第２の固体光源２０１Ｒに対応する。

　図５から分かるように、第２の比較用システムでは、第１の固体光源２０１Ｒの温度は低く抑えることができるものの、第２の固体光源２０１Ｒの温度は高くなる。これに対して、第２の実施形態の構成によれば、第１および第２の固体光源２０１Ｒはともに同じ温度で維持され、かつ、第１および第２の固体光源２０１Ｒの温度は第２の比較用システムにおける第２の固体光源２０１Ｒよりも低くすることができる。

　図６に、図２に示したディスプレイ装置と図３および図４に示した各比較用システムとの比較結果である、固体光源２０１Ｇに関するジャンクション（ｐｎ接合部）の温度と流量の関係を示す。流量は、リザーブタンク２０５と固体光源２０１Ｒとの間の流路で測定した値である。

　図６において、白の四角と破線で示したもの（Ｇ１、Ｇ２）が図３の第１および第２の固体光源２０１Ｇに対応する。黒の四角と破線で示したもの（Ｇ３）が図３の第３の固体光源２０１Ｇに対応する。白の丸と一点鎖線で示したもの（Ｇ１）が図４の第１の固体光源２０１Ｇに対応し、黒の丸と一点鎖線で示したもの（Ｇ２）が図４の第２の固体光源２０１Ｇに対応し、グレーの丸と一点鎖線で示したもの（Ｇ３）が図４の第３の固体光源２０１Ｇに対応する。白の三角と実線で示したもの（Ｇ１）が図２の第１の固体光源２０１Ｇに対応し、黒の三角と実線で示したもの（Ｇ２）が図２の第２の固体光源２０１Ｇに対応し、グレーの三角と実線で示したもの（Ｇ３）が図２の第３の固体光源２０１Ｇに対応する。

　図６から分かるように、第２の実施形態の構成（図２）によれば、第１乃至第３の固体光源２０１Ｇの温度はいずれも、第１の比較用システム（図３）および第２の比較用システム（図４）の第１乃至第３の固体光源２０１Ｇの温度よりも低い。

　図７に、図２に示したディスプレイ装置と図３および図４に示した各比較用システムとの比較結果である、固体光源２０１Ｂに関するジャンクション（ｐｎ接合部）の温度と流量の関係を示す。流量は、リザーブタンク２０５と固体光源２０１Ｒとの間の流路で測定した値である。

　図７において、白の四角と破線で示したものが図３の固体光源２０１Ｂに対応する。白の丸と一点鎖線で示したものが図４の固体光源２０１Ｂに対応する。白の三角と実線で示したものが図２の固体光源２０１Ｂに対応する。

　図７から分かるように、第２の実施形態の構成（図２）によれば、固体光源２０１Ｂの温度は、わずかであるが、第１の比較用システム（図３）および第２の比較用システム（図４）の固体光源２０１Ｂの温度よりも低い。

　次に、本発明のディスプレイ装置の冷却系を適用したプロジェクタの構成について説明する。

　図８は、本発明の一実施形態であるプロジェクタの内部構造の一部を示す斜視図である。なお、図８では、内部構造を示すために筺体の図示は省略してある。

　本実施形態に係るプロジェクタは、画像形成ユニット１と、画像形成ユニット１の周囲に配置された３つのＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源ユニット２と、画像形成ユニット１において形成された画像を投射する投射レンズ３と、液冷システム４とを有する。

　３つのＬＥＤ光源ユニット２には、赤色光を発生させる赤色光源ユニット２Ｒ、緑色光を発生する緑色光源ユニット２Ｇおよび青色光を発生する青色光源ユニット２Ｂが含まれる。

　図９に示すように、各光源ユニット２は、ＬＥＤ１０がそれぞれ搭載された一対のホルダー１１と、ＬＥＤ１０の温度を所定温度以下に維持するための冷却機構１２と、集光レンズ１３とを少なくとも含む。ホルダー１１、冷却機構１２および集光レンズ１３を含む各光源ユニット２の構成要素は、ボックス１４内に収容されて一体化されている。また、各光源ユニット２内の一対のホルダー１１は対向配置されており、それぞれのホルダー１１に搭載されているＬＥＤ１０から発せられた光は集光レンズ１３によって集光されて画像形成ユニット１（図８）に入射する。

　再び図８を参照する。画像形成ユニット１は、クロスダイクロイックプリズムと、該プリズムの周囲に配置された３つの液晶パネルとを少なくとも含む。３つの液晶パネルは、光源ユニット毎に用意されている。各液晶パネルは、各光源ユニット２から出射された光を映像信号に基づいて変調する。すなわち、赤色光源ユニット２Ｒから出射された光（赤色光）は、赤色用の液晶パネルに入射して変調される。緑色光源ユニット２Ｇから出射された光（緑色光）は、緑色用の液晶パネルに入射して変調される。青色光源ユニット２Ｂから出射された光（青色光）は、青色用の液晶パネルに入射して変調される。そして、各液晶パネルによって変調された光は、クロスダイクロイックプリズムによって合成され、投射レンズ３を介してスクリーンなどに投射される。

　次に、液冷システム４について説明する。液冷システム４は、光源ユニット２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを経由する流路２０を有する。流路２０上には、ポンプ２１、リザーブタンク２２、ラジエター２３およびラジエター２３に冷却風を供給するファン２４が少なくとも配置されている。さらに、液冷システム４は、２つのラジエター（第１のラジエター２３ａ、第２のラジエター２３ｂ）と、それぞれのラジエター２３ａ、２３ｂに冷却風を供給する２つのファン（第１のファン２４ａ、第２のファン２４ｂ）を備えている。なお、流路２０は可撓性を有するチューブによって構成されている。

　図１０に、液冷システム４における冷媒の流れを模式的に示す。図１０中の矢印が液冷システム４内における冷媒の流れを示している。もっとも、図１０中の矢印は、冷媒の主な流れを示しており、実際の流路デザインと完全には一致していない。

　ポンプ２１から送り出された冷媒は、ラジエター２３の手前で分流され、第１のラジエター２３ａおよび第２のラジエター２３ｂにそれぞれ流入する。各ラジエター２３ａ、２３ｂに流入した冷媒は熱交換によって冷却される。第１のラジエター２３ａおよび第２のラジエター２３ｂから流出した冷媒は、合流してリザーブタンク２２に流入する。

　リザーブタンク２２から流出した冷媒は、赤色光源ユニット２Ｒに流入し、該光源ユニット２Ｒ内のＬＥＤを冷却する。その後、冷媒は、緑色光源ユニット２Ｇ、青色光源ユニット２Ｂを経由してポンプ２１に戻る。

　緑色光源ユニット２Ｇおよび青色光源ユニット２Ｂに流入した冷媒は、各光源ユニット２Ｇ、２Ｂ内のＬＥＤを冷却する。すなわち、ポンプ２１を起点としたとき、冷媒は、ポンプ２１⇒ラジエター２３⇒リザーブタンク２２⇒赤色光源ユニット２Ｒ⇒緑色光源ユニット２Ｇ⇒青色光源ユニット２Ｂ⇒ポンプ２１の順で循環する。

　冷媒は上記のような循環経路をたどるので、冷媒の温度はラジエター２３から流出した直後において最も低く、各光源ユニット２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを経由する過程で冷媒の温度が次第に上昇する。

　ここで、赤色光源ユニット２Ｒに内蔵されている赤色ＬＥＤの発熱量は、他の光源ユニット２Ｇ、２Ｂに内蔵されている緑色ＬＥＤや青色ＬＥＤの発熱量よりも小さい。

　しかし、赤色ＬＥＤは、緑色ＬＥＤや青色ＬＥＤに比べて、温度変化に対して敏感である。換言すれば、赤色ＬＥＤの温度特性の変化は、緑色ＬＥＤや青色ＬＥＤの温度特性の変化に比べて急峻である。したがって、赤色ＬＥＤの温度管理が最も重要である。

　そこで、上記のような流路デザインが採用されている。すなわち、ラジエター２３において冷却された冷媒が最初に赤色光源ユニット２Ｒに供給される流路デザインが採用されている。

　さらに、各光源ユニット２には一対のＬＥＤ１０が内蔵されている。温度管理の他にも、一対のＬＥＤ１０の間の温度差は小さいことが好ましい。特に、赤色光源ユニット２Ｒに内蔵されている一対の赤色ＬＥＤ１０の間の温度差は可能な限り零に維持されることが好ましい。

　そこで、赤色光源ユニット２Ｒとその他の光源ユニット２Ｇ、２Ｂとで異なる流路デザインが採用されている。具体的には、赤色光源ユニット２Ｒには並行な流路が設けられており、緑色光源ユニット２Ｇおよび青色光源ユニット２Ｂには直列の流路が設けられている。

　図９に示すように、各光源ユニット２のボックス１４内には、表面にＬＥＤ１０が搭載された一対のホルダー１１が対向配置されている。また、赤光源ユニット２Ｒの各ホルダー１１の裏面には放熱素子（本実施形態ではペルチェ素子１５）がそれぞれ密接して配置されている。さらに、ペルチェ素子１５の背面にはコールドプレート１６がそれぞれ密接して配置されている。なお、ボックス１４内には、ホルダー１１、ペルチェ素子１５およびコールドプレート１６のアッセンブリーが２つ内蔵されているが、図９には一方のアッセンブリーの構造のみを示す。ただし、２つのアッセンブリーは同一の構造を有する。

　冷媒は、流入口を介してコールドプレート１６に流入し、流出口を介してコールドプレート１６から流出する。換言すれば、コールドプレート１６を介してペルチェ素子１５と冷媒との間で熱交換が行われる。さらに換言すれば、コールドプレート１６およびペルチェ素子１５を介して、冷媒とＬＥＤ１０との間で熱交換が行われる。

　光源ユニットの流路デザインの違いの説明に戻る。上記構造を有する赤色光源ユニット２Ｒに流入した冷媒は分流され、２つのコールドプレート１６にそれぞれ供給される。一方、緑色光源ユニット２Ｇおよび青色光源ユニット２Ｂに流入した冷媒は分流されることなく、２つのコールドプレート１６に順次供給される。したがって、赤色光源ユニット２Ｒに内蔵されている２つの赤色ＬＥＤ１０は、同一温度の冷媒によって冷却される。

　上記のように、赤色光源ユニット２Ｒには、最も温度の低い状態の冷媒が供給される。すなわち、赤色光源ユニット２Ｒに内蔵されている２つの赤色ＬＥＤ１０は、最も温度が低く、かつ、同一温度の冷媒によって均一に冷却される。結果、２つの赤色ＬＥＤ１０の温度が所定温度以下に維持され、かつ、２つの赤色ＬＥＤ１０の間の温度差が可能な限り零に維持される。

　直列の流路を有する緑色光源ユニット２Ｇおよび青色光源ユニット２Ｂに内蔵されている２つのＬＥＤ１０は、異なる温度の冷媒によって冷却される。具体的には、後段のＬＥＤ１０は、前段のＬＥＤ１０との間の熱交換によって温度が上昇した冷媒によって冷却される。より具体的には、緑色光源ユニット２Ｇに流入した冷媒は、前段のコールドプレート１６に流入して前段の緑色ＬＥＤ１０を冷却した後に後段のコールドプレート１６に流入して後段の緑色ＬＥＤ１０を冷却する。同様に、青色光源ユニットに流入した冷媒は、前段のコールドプレート１６に流入して前段の青色ＬＥＤ１０を冷却した後に後段のコールドプレート１６に流入して後段の青色ＬＥＤ１０を冷却する。

　しかし、緑色ＬＥＤ１０および青色ＬＥＤ１０の温度変化に起因する輝度変化は、赤色ＬＥＤ１０のそれに比べて小さい。よって、緑色光源ユニット２Ｇ内の２つの緑色ＬＥＤ１０の間の多少の温度差は許容できる。同様に、青色光源ユニット２Ｂ内の２つの青色ＬＥＤ１０の間の多少の温度差は許容できる。

　以上説明した本発明のディスプレイ装置の冷却系によれば、輝度変化の度合いが大きな固体光源ほど（温度上昇に起因する輝度低下が大きな固体光源ほど）、より低い温度の冷媒で冷却される。換言すると、温度変化に対して敏感な固体光源ほどより冷却効果が高くなっている。これにより、各固体光源の温度上昇に起因する輝度低下が全体として抑制されるので、その結果、各固体光源の輝度バランス（照度バランス）が保たれ、高輝度で、最適なホワイトバランスを有するディスプレイ装置を提供することができる。

　以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の構成および動作については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、当業者が理解し得る様々な変更を行うことができる。

　この出願は、２０１０年５月３１日に出願された日本出願特願２０１０－１２５１０９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　本発明は、光源として発光色が異なる複数の光源を備えるディスプレイ装置全般に適用することができ、より具体的には、液晶パネルやＤＭＤなどの光変調装置を用いる、ディスプレイ装置やプロジェクタに適用することができる。

Claims

　複数の固体光源を備えるディスプレイ装置であって、
　前記複数の固体光源の各々を経由するように形成された流路を備え、冷媒が該流路を介して循環する冷媒循環手段を有し、
　前記複数の固体光源の各々は、温度変化に応じて輝度が変化する特性を有し、
　前記流路は、前記冷媒が前記複数の固体光源の前記特性の輝度変化の度合いが大きなものほど最初に通過するように形成されている、ディスプレイ装置。
　前記複数の固体光源は、第１の色の光を出射する複数の第１の固体光源を有し、これら第１の固体光源の前記輝度変化の度合いは他の固体光源よりも大きいものとされており、
　前記流路は、前記複数の第１の固体光源を一つずつ別々に経由する、並列に設けられた複数の分岐流路を有する、請求項１に記載のディスプレイ装置。
　前記他の固体光源は、前記複数の分岐流路が合流した後の流路に直列に設けられている、請求項２に記載のディスプレイ装置。
　前記他の固体光源は、
　前記第１の色とは異なる第２の色の光を出射する複数の第２の固体光源と、
　前記第１および第２の色とは異なる第３の色の光を出射する少なくとも１つの第３の固体光源と、を有し、
　前記複数の第２の固体光源の前記輝度変化の度合いは前記第３の固体光源よりも大きいものとされており、
　前記複数の分岐流路が合流した後の流路は、前記冷媒が前記第３の固体光源より前記複数の第２の固体光源を先に通過するように形成されている、請求項２または３に記載のディスプレイ装置。
　前記複数の第１の固体光源は、赤色の光を出射する２個の赤色ＬＥＤよりなり、前記複数の第２の固体光源は、緑色の光を出射する３個の緑色ＬＥＤよりなり、前記第３の固体光源は青色の光を出射する１個のＬＥＤよりなる、請求項４に記載のディスプレイ装置。
　前記冷媒循環手段は、
　並列に設けられた複数のラジエターと、
　前記複数のラジエターのそれぞれに冷却風を供給する複数のファンと、を有し、
　前記流路を循環する前記冷媒が分流されて前記複数のラジエターにそれぞれ供給される、請求項１から５のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。