JP2004342557A

JP2004342557A - 照明装置および投射型表示装置

Info

Publication number: JP2004342557A
Application number: JP2003140486A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takeda; 高司武田; Masatoshi Yonekubo; 政敏米窪
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】光源を効率的に冷却して、温度上昇にともなうＬＥＤチップの発光効率の低下を防止することが可能な、照明装置の提供を目的とする。
【解決手段】複数のＬＥＤチップ１２を備えた光源アレイ１０を、ペルチェモジュール２０により冷却可能とした照明装置５であって、ペルチェモジュール２０の冷却面に、各ＬＥＤチップ１２が実装されている構成とした。なお、光源アレイ１０およびペルチェモジュール２０は、電気的に直列接続されていることが望ましい。また、光源アレイ１０を構成する各ＬＥＤチップ１２も、電気的に直列接続されていることが望ましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置および投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
照射装置から照射された光を液晶ライトバルブ等の光変調手段に入射させ、光変調手段から出射された映像光を投射レンズ等によりスクリーンに拡大投射させる、プロジェクタ等の投射型表示装置が広く知られている。この投射型表示装置の照明装置に使用される光源として、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどの白色光源が多く採用されている。これらの光源は、発光とともに発熱するため、ファン等の冷却手段により冷却しながら使用されている。最近では、投射型表示装置の光源として、有機ＥＬ発光素子等の単色光源の採用が検討されている。この場合にも、ペルチェ素子等の冷却手段による冷却が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
国際公開第ＷＯ９８／１３７２５号パンフレット
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
投射型表示装置の単色光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子の採用が検討されている。図１１に、ＬＥＤ素子の側面断面図を示す。ＬＥＤ素子９１０は、ＬＥＤチップ９１２に順バイアス電圧を印加して発光させるものである。このＬＥＤチップ９１２も発光とともに発熱するが、特にＬＥＤチップ９１２は温度上昇にともなって発光効率が低下するという性質を有する。そこで、ＬＥＤチップ９１２の下面にはヒートシンク９１４が接続されている。ヒートシンク９１４は、熱伝導率の高い金属材料等によって構成されている。そして、ＬＥＤチップ９１２の発光により発生した熱は、ＬＥＤチップ９１２の下面からヒートシンク９１４に伝達され、ヒートシンク９１４の表面から大気中に放熱される。これにより、ＬＥＤチップ９１２が冷却される。
【０００５】
ところで、投射型表示装置では、表示画像の明るさの確保が大きな課題となっている。この点、ＬＥＤチップ９１２への供給電流を増加させれば、発光量を増加させることができる。しかしながら、発光量の増加にともなって発熱量も増加するので、上述したヒートシンク９１４ではＬＥＤチップ９１２を効率的に冷却することができなくなるという問題がある。この場合、ＬＥＤチップ９１２の温度が上昇して発光効率が低下し、ＬＥＤチップ９１２への供給電流を増加させても発光量を有効に増加させることができなくなる。また、ＬＥＤチップ９１２の温度が上昇して、ＬＥＤチップ９１２が破損するおそれがある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、光源を効率的に冷却することが可能な照明装置の提供を目的とする。
また、表示画像の明るさを確保することが可能な投射型表示装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、発光ダイオードチップを備えた光源を、熱電変換装置により冷却可能としたことを特徴とする。この構成によれば、発光ダイオードチップが発光とともに発熱しても、これを熱電変換装置により強制冷却して低温に保持することができる。したがって、光源を効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなう発光ダイオードチップの発光効率の低下を防止することができる。
【０００８】
また、発光ダイオードチップを備えた光源を、熱電変換装置により冷却可能とした照明装置であって、前記熱電変換装置の冷却面に、前記発光ダイオードチップが実装されていることを特徴とする。この構成によれば、発光ダイオードチップを熱電変換装置により直接に強制冷却することができる。したがって、光源を最も効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなう発光ダイオードチップの発光効率の低下を防止することができる。
【０００９】
また、前記熱電変換装置は、前記光源と電気的に直列接続されていることが望ましい。この構成によれば、光源への供給電流を増加させて発光ダイオードチップの発光量を増加させた場合に、熱電変換装置への供給電流も同時に増加する。これにより、熱電変換装置の冷却能力が上昇するので、発光ダイオードチップの発熱量が増加しても、これを低温に保持することができる。したがって、光源を効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなう発光ダイオードチップの発光効率の低下を防止することができる。
【００１０】
なお、前記光源は、複数の発光ダイオードチップを備えていてもよい。上述したように、本発明では発光ダイオードチップを強制冷却することができるので、発光ダイオードチップにヒートシンクを接続する必要がない。これにより、複数の発光ダイオードチップを密集させて配置することが可能になり、光源アレイを形成することができる。
【００１１】
また、前記各発光ダイオードチップは、電気的に直列接続されていることが望ましい。この構成によれば、各発光ダイオードチップに対して同じ電流を供給することが可能になり、各発光ダイオードチップにばらつきがあっても、各発光ダイオードチップの発光量を統一化することができる。
【００１２】
また、前記熱電変換装置の冷却面上に装着された温度センサと、前記温度センサにより計測した温度とあらかじめ記録された設定温度とを比較して、前記熱電変換装置の動作を制御する制御部と、を有することが望ましい。この構成によれば、発光ダイオードチップが急激に温度上昇した場合でも、熱電変換装置の冷却能力を増強することにより、発光ダイオードチップを強制冷却して低温に保持することができる。したがって、光源を効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなう発光ダイオードチップの発光効率の低下を防止することができる。
【００１３】
一方、本発明に係る投射型表示装置は、上述した照明装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、光源を効率的に冷却して、温度上昇にともなう発光ダイオードチップの発光効率の低下を防止することができるので、表示画像の明るさを確保することが可能な投射型表示装置を提供することができる。
【００１４】
また、前記各光源がそれぞれ異なる色光を出射可能に形成されている上述した照明装置と、前記照明装置における前記各光源から出射された色光を変調する光変調手段と、前記各光源から色光を出射するタイミングを制御し、前記各光源から時間順次に色光を出射させる光出射制御手段と、前記各光源から出射される色光に対応させて、前記光変調手段を時間順次に駆動する光変調手段駆動手段と、前記各光源から色光を出射するタイミングと前記光変調手段を駆動するタイミングとを同期させる同期信号を発生させ、発生した前記同期信号を前記光出射制御手段および前記光変調手段駆動手段に出力する同期信号発生手段と、を有することを特徴とする。
【００１５】
このように、光変調手段の駆動方式として色順次駆動方式を採用した単板式の投射型表示装置では、光変調手段にカラーフィルタを設けて色毎に画素を形成する必要がないので、光源光を効率的に利用することができる。また、上述した照明装置を採用することにより、光源アレイを形成することができるので、各発光ダイオードチップから照射面への光の入射角度が小さくなり、光源光を効率的に利用することができる。さらに、各発光ダイオードチップを冷却して低温に保持することができるので、光源アレイへの供給電流を増加させて発光ダイオードチップの発光量を増加させることが可能になり、明るく均一なカラー画像を形成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１７】
［第１実施形態］
最初に、第１実施形態に係る照明装置につき、図１ないし図５を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る照明装置の側面図であり、図２は平面図である。第１実施形態に係る照明装置は、熱電変換装置であるペルチェモジュール２０の冷却面２４に、複数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）チップ１２を実装して光源アレイ１０を形成し、光源アレイ１０とペルチェモジュール２０とを電気的に直列接続したものである。
【００１８】
［ペルチェモジュール］
図３に、ペルチェ素子の冷却作用の説明図を示す。ペルチェモジュール２０を構成するペルチェ素子は、冷却能力を有するｐ型半導体およびｎ型半導体を接合したものである。図３では、ｐ型半導体２２ｐの一方端面とｎ型半導体２２ｎの一方端面とが上部電極２４により接合されて、ペルチェ素子２１が構成されている。また、ｐ型半導体２２ｐの他方端面には下部電極２５ｐが接続され、この下部電極２５ｐは直流電源２６のマイナス極に接続されている。さらに、ｎ型半導体２２ｎの他方端面には他の下部電極２５ｎが接続され、この下部電極２５ｎは直流電源２６のプラス極に接続されている。
【００１９】
このように形成されたペルチェ素子２１に対して、直流電源２６から電圧を印加すると、ｐ型半導体２２ｐの正孔およびｎ型半導体２２ｎの電子が一方端面から他方端面に向かって移動し、ペルチェ素子２１に電流が流れる。その際、正孔および電子は上部電極２４から移動エネルギーを獲得するので、上部電極２４は外部からエネルギーを吸収する。したがって、上部電極２４は吸熱（冷却）作用を発揮する。一方、正孔および電子は下部電極２５に対して移動エネルギーを放出するので、下部電極２５は外部に対してエネルギーを放出する。したがって、下部電極２５は放熱（加熱）作用を発揮する。なお、ペルチェ素子２１への供給電流を増加させると、移動する正孔および電子が多くなるので、ペルチェ素子２１の冷却能力が向上する。また、直流電源２６のプラス極とマイナス極とを逆に接続すると、上部電極２４が加熱作用を発揮し、下部電極２５が冷却作用を発揮する。
【００２０】
図４に、ペルチェモジュールの斜視図を示す。上述したペルチェ素子２１が電気的に直列接続されて、ペルチェモジュール２０が形成されている。具体的には、一のペルチェ素子２１ｂにおけるｐ型半導体２２ｐの下部電極２５ｐが、下流側（マイナス極側）のペルチェ素子２１ｃにおけるｎ型半導体の他方端面に接続されている。また、前記一のペルチェ素子２１ｂにおけるｎ型半導体２２ｎの下部電極２５ｎが、上流側（プラス極側）のペルチェ素子２１ａにおけるｐ型半導体の他方端面に接続されている。そして、上流側のペルチェ素子２１ａにおけるｎ型半導体の他方端面を直流電源２６のプラス極に接続し、下流側のペルチェ素子２１ｃにおけるｐ型半導体の他方端面をマイナス極に接続すれば、ペルチェモジュール２０を構成するすべてのペルチェ素子が駆動される。
【００２１】
そして、図１に示すように、各ペルチェ素子２１の上方に上部基板３０が配置され、各上部電極２４の上面に接着されている。この上部基板３０の上面は、ペルチェモジュール２０の冷却面を構成している。なお、各ペルチェ素子２１の下方には下部基板３１が配置され、各下部電極２５の下面に接着されている。この上部基板３０および下部基板３１は、電気絶縁性を有するとともに熱伝導率の高いセラミック材料等によって構成されている。電気絶縁性を有する材料を採用することにより、各ペルチェ素子２１の間およびペルチェモジュール２０とＬＥＤチップ１２との間の短絡を防止することができる。また、熱伝導率の高い材料を採用することにより、ペルチェモジュール２０による冷却効率を向上させることができる。
【００２２】
［ＬＥＤ］
一方、本実施形態に係る照明装置は、複数のＬＥＤチップ１２を備えた光源アレイ１０を有している。ＬＥＤを採用することにより、少ない消費電力で高輝度を確保することが可能になり、効率的な照明を実現することができる。また、ＬＥＤは耐久性能に優れている。
【００２３】
ＬＥＤは、接合部に電流が流れると光を放射するダイオードである。単純なホモ接合構造のＬＥＤは、ｐ型半導体およびｎ型半導体の結晶が同じ材料で構成されたものである。ホモ接合構造のＬＥＤに順バイアス電圧を印加すると、ｎ型半導体の電子がｐ型半導体に移動し、エネルギーの高い伝導帯からエネルギーの低い価電子帯に落ちて正孔と再結合する。その際に失われるエネルギーが光として放出され、ＬＥＤが発光する。なお、放出される光の色は伝導帯と価電子帯のエネルギー差（バンドギャップ）に左右され、バンドギャップは使用する半導体材料によって決定される。たとえば、ＡｌＧａＡｓ等を使用すれば赤色に発光し、ＧａＰ等を使用すれば緑色に発光し、ＩｎＧａＮ等を使用すれば青色に発光する。このように、ＬＥＤは単色光源となる。
【００２４】
なお、ホモ接合構造のＬＥＤでは発光効率が低いため、光源１２にはダブルへテロ接合構造や量子井戸接合構造のＬＥＤを採用するのが好ましい。ダブルへテロ接合構造のＬＥＤは、ｐ型半導体およびｎ型半導体の間に、バンドギャップの小さい活性層を挟み込んだものである。ダブルへテロ接合構造のＬＥＤに順バイアス電圧を印加すると、電子および正孔は活性層に閉じ込められて密度が高くなる。これにより、効率よく再結合が行われて高い発光効率を得ることができる。また、量子井戸接合構造のＬＥＤは、ｐ型半導体およびｎ型半導体の間に、電子の波長（約１０ｎｍ）程度に薄い複数の半導体層を挟み込んだものである。量子井戸接合構造のＬＥＤに順バイアス電圧を印加すると、所定のエネルギーを有する電子および正孔のみを接合領域に集めることができる。これにより、効率よく再結合が行われて高い発光効率を得ることができる。また、波長幅が小さく単色に近い光を得ることができる。このように発光効率の高いＬＥＤを、プロジェクタ等の投射型表示装置の光源として採用することにより、画像の明るさを向上させるとともに、消費電力を低下させることができる。
【００２５】
そして、上記のように構成された複数の赤色ＬＥＤチップ１２ｒ，緑色ＬＥＤチップ１２ｇおよび青色ＬＥＤチップ１２ｂが、ペルチェモジュール２０における上部基板３０に実装されて、光源アレイ１０が形成されている。すなわち、図２に示すように、上部基板３０の上面には、金属材料等からなる複数の導電部材３２がマトリクス状に形成されている。そして、各導電部材３２の表面に、各ＬＥＤチップ１２におけるｐ型半導体の表面が接合されている。なお、図２では各赤色ＬＥＤチップ１２ｒ，各緑色ＬＥＤチップ１２ｇおよび各青色ＬＥＤチップ１２ｂがそれぞれ一列に配置されているが、これ以外の配列構成としてもよい。さらに、各ＬＥＤチップ１２を密閉封止するため、上部基板３０の上面に、樹脂等の透明材料からなるパッケージ（不図示）を形成するのが望ましい。このパッケージは、全体をエポキシ等の熱硬化性樹脂によって形成してもよいし、固体カバーの内部にジェル等を封入して形成してもよい。なお、すべてのＬＥＤチップ１２を封止する１個のパッケージを形成してもよいし、各ＬＥＤチップ１２を個別に封止する複数のパッケージを形成してもよい。
【００２６】
一方、各ＬＥＤチップ１２におけるｎ型半導体の表面と、これに隣接する導電部材３２の表面とが、ワイヤボンディング２８により接続されている。そして、上部基板３０の一の角部３０ａに配置されたＬＥＤチップから、その対角位置となる角部３０ｂに配置された導電部材に至るまで、上述したワイヤボンディングが順次施されている。これにより、光源アレイ１０を構成する各ＬＥＤチップ１２が、電気的に直列接続されている。このように、各ＬＥＤチップ１２を直列接続することにより、各ＬＥＤチップ１２に対して同じ電流が供給される。したがって、各ＬＥＤチップ１２にばらつきがあっても、各ＬＥＤチップ１２の発光量を統一化することができる。
【００２７】
さらに、図１に示すように、光源アレイ１０およびペルチェモジュール２０が、直流電源２６に対して直列接続されている。すなわち、上部基板３０の角部３０ｂ（図２参照）に配置されたＬＥＤチップに隣接して、上部基板３０の上面に電極パッド３３が形成され、両者がワイヤボンディング２９により接続されている。そして、この電極パッド３３が直流電源２６のマイナス極に接続されている。一方、ペルチェモジュール２０における上流側ペルチェ素子２１ａの下部電極２５ｎが、直流電源２６のプラス極に接続されている。そして、上部基板３０の角部２８ａ（図２参照）に配置された導電部材３４の表面と、ペルチェモジュール２０における下流側ペルチェ素子２１ｃの下部電極２５ｐとが、ワイヤボンディング１８等により接続されている。これにより、光源アレイ１０およびペルチェモジュール２０が電気的に直列接続されている。
【００２８】
［温度センサ］
一方、図２に示すように、上部基板３０の表面に温度センサであるサーミスタ４０が装着されている。サーミスタ４０は、温度によって抵抗値が変化する抵抗体である。このサーミスタ４０は、図示しない制御部に接続されている。制御部は、サーミスタ４０が計測した温度とあらかじめ記録された設定温度とを比較して、ペルチェモジュール２０の冷却能力を制御するものである。具体的には、まずサーミスタ４０が計測した上部基板３０の温度から、ＬＥＤチップ１２の温度を推定する。次に、推定したＬＥＤチップ１２の温度と、あらかじめ制御部に記録されていたＬＥＤチップ１２の設定温度とを比較し、ＬＥＤチップ１２の冷却を強化すべきか判断する。そして、ＬＥＤチップ１２の冷却を強化すべきと判断した場合には、ペルチェモジュールに対する供給電流を増加させる。これにより、ペルチェモジュール２０の冷却能力を向上させて、ＬＥＤチップ１２の冷却を強化する。なお、上部基板３０に装着するサーミスタ４０は１個に限られず、たとえば上部基板３０の中央部および端部にそれぞれサーミスタ４０を装着してもよい。これにより、各ＬＥＤチップ１２の温度分布を推定することが可能になり、最高温度のＬＥＤチップ１２に合わせて上記制御を実施することができる。また、温度センサとして、サーミスタ４０の代わりに熱電対等を採用してもよい。
【００２９】
図５に、制御部の具体的構造例を示す。制御部４２は、オペアンプ４４およびバイポーラトランジスタ４６を備えている。上述したサーミスタ４０は、オペアンプ４４の帰還抵抗として、マイナス側入力端子および出力端子に接続されている。また、オペアンプ４４のプラス側入力端子には基準電圧が入力されている。一方、オペアンプ４４の出力端子は、トランジスタ４６のベースに接続されている。このトランジスタ４６は、直列接続された光源アレイ１０およびペルチェモジュール２０の間に挿入されている。そして、サーミスタ４０の抵抗値およびオペアンプ４４の入力端子間の電位差に比例して、オペアンプ４４の出力電圧が決定される。さらに、オペアンプ４４からトランジスタ４６のベースに流入する電流により、ペルチェモジュール２０を流れる電流が増加する。これにより、ペルチェモジュールの冷却能力が向上する。このように、サーミスタ４０が計測した温度に応じて、ペルチェモジュール２０の冷却能力を変化させるようになっている。
【００３０】
［使用方法］
次に、上記のように構成した本実施形態に係る照明装置の使用方法について、図１を用いて説明する。
まず、直流電源２６から光源アレイ１０に電流を供給すると、光源アレイ１０を構成する各ＬＥＤチップ１２が発光する。このＬＥＤチップ１２は、発光にともなって発熱し、温度上昇にともなって発光効率が低下するという性質を有する。しかし、光源アレイ１０およびペルチェモジュール２０が直列接続されているので、直流電源２６から光源アレイ１０とともにペルチェモジュール２０にも電流が供給され、ペルチェモジュール２０が駆動される。そして、光源アレイ１０を構成する各ＬＥＤチップ１２はペルチェモジュール２０の冷却面に実装されているので、駆動されたペルチェモジュール２０によって各ＬＥＤチップ１２が冷却される。これにより、各ＬＥＤチップ１２の温度上昇が抑制されて、発光効率の低下が防止される。
【００３１】
次に、直流電源２６から光源アレイ１０への供給電流を増加させて、各ＬＥＤチップ１２の発光量を増加させる場合を考える。この場合、ＬＥＤチップ１２の発光量の増加にともなって発熱量も増加し、ＬＥＤチップ１２の温度が上昇するおそれがある。しかし、光源アレイ１０およびペルチェモジュール２０が直列接続されているので、光源アレイ１０への供給電流の増加にともなって、ペルチェモジュール２０への供給電流も増加する。これにより、ペルチェモジュール２０の冷却能力が向上して、ＬＥＤチップに対する冷却が強化される。したがって、光源アレイ１０を構成する各ＬＥＤチップ１２の温度上昇が抑制されて、発光効率の低下が防止される。
【００３２】
なお、光源アレイ１０への供給電流がＬＥＤチップ１２の定格電流を超える場合には、ＬＥＤチップ１２を特に低温に保持する必要がある。そこで、ＬＥＤチップ１２を保持すべき温度を、設定温度として制御部に記録する。具体的には、図５に示すように、設定温度におけるサーミスタの出力電圧を、基準電圧としてオペアンプ４４のプラス側入力端子に入力する。これにより、サーミスタ４０の計測した温度が設定温度を超えた場合に、オペアンプ４４の入力端子間に電位差が生じて、ペルチェモジュール２０を流れる電流が増加する。これにより、ペルチェモジュールの冷却能力が向上する。そして制御部４２は、サーミスタの計測した温度が設定温度に一致するまで、ペルチェモジュール２０に電流を供給し続ける。これにより、ＬＥＤチップ１２を設定温度に保持することができる。
【００３３】
以上に詳述したように、本実施形態に係る照明装置では、光源アレイを構成するＬＥＤチップを、ペルチェモジュールの冷却面に実装した。この構成によれば、ＬＥＤチップが発光とともに発熱しても、これをペルチェモジュールにより強制冷却して低温に保持することができる。したがって、光源アレイを効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなうＬＥＤチップの発光効率の低下を防止することができる。
【００３４】
また、ＬＥＤチップを強制冷却することができるので、ＬＥＤチップにヒートシンクを接続する必要がない。これにより、複数のＬＥＤチップを密集させて配置することが可能になり、光源アレイを形成することができる。さらに、複数のＬＥＤチップを密集配置することにより、各ＬＥＤチップから照射面への光の入射角度が小さくなり、光源光を効率的に利用することができる。
【００３５】
また、本実施形態に係る照明装置では、ペルチェモジュールを各ＬＥＤ素子と直列接続した。この構成によれば、光源アレイへの供給電流を増加させてＬＥＤチップの発光量を増加させた場合に、ペルチェモジュールへの供給電流も同時に増加する。これにより、ペルチェモジュールの冷却能力が上昇するので、ＬＥＤチップの発熱量が増加しても、これを低温に保持することができる。したがって、光源アレイを効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなうＬＥＤチップの発光効率の低下を防止することができる。このように、本実施形態に係る照明装置では、ＬＥＤチップを低温に保持することができるので、光源アレイへの供給電流を増加させて、ＬＥＤチップの発光量を増加させることができるのである。
【００３６】
さらに、本実施形態に係る照明装置では、ペルチェモジュールの冷却面上に装着された温度センサと、温度センサにより計測した温度にしたがってペルチェモジュールの動作を制御する制御部と、を有する構成とした。この構成によれば、ＬＥＤチップが急激に温度上昇した場合でも、ペルチェモジュールの冷却能力を増強することにより、ＬＥＤチップを強制冷却して低温に保持することができる。したがって、光源アレイを効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなうＬＥＤチップの発光効率の低下を防止することができる。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る照明装置につき、図６および図７を用いて説明する。図６は第２実施形態に係る照明装置の平面図であり、図７はペルチェモジュールの斜視図である。第２実施形態に係る照明装置は、各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂをそれぞれ別個のペルチェモジュール２０ｒ，２０ｇ，２０ｂの冷却面に実装し、各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂとそれに対応するペルチェモジュール２０ｒ，２０ｇ，２０ｂとを電気的に直列接続したものである。なお、第１実施形態と同様の構成となる部分については、詳細な説明を省略する。
【００３８】
図６に示すように、上部基板３０の上面には、各赤色ＬＥＤチップ１２ｒ，各緑色ＬＥＤチップ１２ｇおよび各青色ＬＥＤチップ１２ｂがそれぞれ一列に配置されている。そして、各色ごとに複数のＬＥＤチップが直列接続されている。一方、図７に示すように、各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂに合わせて、３個のペルチェモジュール（ペルチェ素子）２０ｒ，２０ｇ，２０ｂが形成されている。そして、各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂと、それに対応するペルチェモジュール２０ｒ，２０ｇ，２０ｂとが、それぞれ別個の直流電源（不図示）に対して直列接続されている。いる。なお上部基板３０は、各ペルチェモジュールに対して共通の基板を採用してもよいし、各ペルチェモジュールごとに別個の基板を採用してもよい。
【００３９】
上記のように構成した第２実施形態では、各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂに異なる電流を供給することが可能になり、各色ＬＥＤチップの発光量を調整することができる。その場合でも、各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂの発熱量に合わせて、対応するペルチェモジュール２０ｒ，２０ｇ，２０ｂにより冷却することができる。なお、各ペルチェモジュールの冷却面に温度センサを装着すれば、各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂの発熱量に合わせて、対応するペルチェモジュール２０ｒ，２０ｇ，２０ｂへの供給電流を増加させることも可能である。
【００４０】
［単板式プロジェクタ］
次に、本実施形態に係る照明装置を備えた投射型表示装置について説明する。まず、単板式プロジェクタにつき、図８および図９を用いて説明する。図８は単板式プロジェクタの説明図であり、図９はタイミングチャートである。単板式プロジェクタとは、１個の光変調手段により光源光の変調を行うプロジェクタである。なお以下には、光変調手段の駆動方式として色順次駆動方式を採用した単板式プロジェクタについて説明する。
【００４１】
図８に示す単板式プロジェクタは、第２実施形態に係る照明装置６を備えている。すなわち、複数の単色ＬＥＤチップを備えた光源アレイ１０が、ペルチェモジュール２０の冷却面に実装されて、単板式プロジェクタの光軸上に配置されている。また、各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂは、光出射制御回路（光出射制御手段）７０に接続されている。この光出射制御回路７０は、各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂから色光を出射するタイミングを制御するものであり、各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂから時間順次に色光を出射させることが可能になっている。
【００４２】
また、照明装置６の後方にはロッドレンズ５５が配置されている。光源アレイ１０の各色ＬＥＤチップから放射状に出射された光は、ロッドレンズ５５に入射してその側面で全反射し、光変調手段５０の表示領域に照射される。ロッドレンズ５５により、各色ＬＥＤチップからの光が平均化されるので、光変調手段５０の表示領域を均一に照明することができる。なお、光源アレイ１０とロッドレンズ５５との間にレンズアレイを配置して、各ＬＥＤチップの像をロッドレンズの入射面に作成してもよい。これにより、光源光を効率的に利用することが可能になり、光変調手段５０を明るく照明することができる。また、光変調手段５０に対して垂直に近い角度で光束を入射させることが可能になり、画像のコントラスト比を確保することができる。
【００４３】
また、ロッドレンズ５５の後方には、液晶ライトバルブ等の光変調手段５０が配置されている。光変調手段５０は、入射する光源光を変調して、画像光を形成するものである。この光変調手段５０は、光変調手段駆動回路（光変調手段駆動手段）８０に接続されている。この光変調手段駆動回路８０は、光変調手段５０を駆動するタイミングを制御するものであり、各色ＬＥＤチップからの色光に対応させて光変調手段５０を時間順次に駆動することが可能になっている。
【００４４】
そして、光出射制御回路７０および光変調手段駆動回路８０は、同期信号発生回路（同期信号発生手段）９０に接続されている。この同期信号発生回路９０は、同期信号ＳＹＮＣを発生させて、光出射制御回路７０および光変調手段駆動回路８０に入力するものである。これにより、各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂから色光を出射するタイミングと、光変調手段５０を駆動するタイミングとを、同期させることができるようになっている。
【００４５】
各色ＬＥＤチップおよび光変調手段の具体的な駆動方法について、図９を用いて説明する。まず、微小時間を１フレームに設定し、さらに１フレームを３つに時分割して動作単位時間とする。同期信号発生回路９０は、各動作単位時間ごとに同期信号ＳＹＮＣを発生させ、光出射制御回路７０および光変調手段駆動回路８０に出力する。光出射制御回路７０は、同期信号ＳＹＮＣに合わせて、各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを順次発光させる。なお、１フレーム中に各色ＬＥＤチップ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂが１回ずつ発光することになる。一方、光変調手段駆動回路８０は、同期信号ＳＹＮＣに合わせて、各画像信号Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂを順次出力し、光変調手段５０を駆動する。なお、光源の発光色に対応した画像信号が出力されるように、最初の発光色および発光色の切り換えの順番をあらかじめ設定しておく。以上により、光源の発光に同期して光変調手段が駆動され、各動作単位時間ごとに画像光が形成される。また、１フレームの間に各色光に対応した画像光が１回ずつ作成され、１フレームごとにカラー画像が形成される。
【００４６】
そして、光変調手段５０により形成されたカラー画像は、投射レンズ等からなる投射光学系６０を介してスクリーン６５に拡大投影される。以上により、画像表示が行われる。
【００４７】
以上に詳述した単板式プロジェクタでは、光変調手段５０の駆動方式として色順次駆動方式を採用した。この場合、光変調手段５０にカラーフィルタを設けて色毎に画素を形成する必要がないので、光源光を効率的に利用して画像表示を行うことが可能となり、表示画像の明るさを確保することができる。また、光変調手段５０の高精細化を図ることが可能になり、表示品質の優れた投射型表示装置を提供することができる。
【００４８】
さらに、第２実施形態に係る照明装置を採用したので、複数のＬＥＤチップを密集配置して光源アレイを形成することができる。したがって、各ＬＥＤチップから照射面への光の入射角度が小さくなり、光源光を効率的に利用することができる。また、各色光を光変調手段に導くためのクロスダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー等を設ける必要がないので、投射型表示装置のコストを低減することができる。さらに、各ＬＥＤチップを冷却して低温に保持することができるので、光源アレイへの供給電流を増加させて、ＬＥＤチップの発光量を増加させることができる。したがって、明るく均一なカラー画像を形成することができる。
【００４９】
［三板式プロジェクタ］
次に、三板式プロジェクタにつき、図１０を用いて説明する。図１０は、三板式プロジェクタの説明図である。図１０において、５，６は照明装置、８１３、８１４はダイクロイックミラー、８１５、８１６、８１７は反射ミラー、８２２、８２３、８２４は光変調手段、８２５はダイクロイックプリズム、８２６は投射光学系を示す。三板式プロジェクタとは、三原色に対応した３個の光変調手段により光源光の変調を行うものである。
【００５０】
図１０に示す三板式プロジェクタは、第１実施形態に係る照明装置５または第２実施形態に係る照明装置６を備えている。すなわち、複数の単色ＬＥＤチップを備えた光源アレイ１０が、ペルチェモジュール２０の冷却面に実装されて、三板式プロジェクタの光軸上に配置されている。また、照明装置５，６の後方にはロッドレンズ５５が配置されている。光源アレイ１０の各色ＬＥＤチップから放射状に出射された光は、ロッドレンズ５５に入射してその側面で全反射し、光変調手段５０の表示領域に照射される。
【００５１】
ダイクロイックミラー８１３は、ＬＥＤチップ１２ｒからの赤色光を透過するとともに、ＬＥＤチップ１２ｂからの青色光およびＬＥＤチップ１２ｇからの緑色光を反射する。そして、ダイクロイックミラー８１３を透過した赤色光は、反射ミラー８１７で反射されて、赤色光変調手段８２２に入射する。また、ダイクロイックミラー８１４は、青色光を透過するとともに、緑色光を反射する。そして、ダイクロイックミラー８１４によって反射された緑色光は、緑色光変調手段８２３に入射する。さらに、ダイクロイックミラー８１４を透過した青色光は、反射ミラー８１５、８１６で反射されて、青色光変調手段８２４に入射する。
【００５２】
各液晶ライトバルブ８２２，８２３，８２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム５２５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投写光学系である投写レンズ８２６により投写スクリーン８２７上に投写され、拡大された画像が表示される。
【００５３】
以上のように構成された三板式プロジェクタは、本実施形態に係る照明装置を備えることにより、光源アレイを形成することができるので、各ＬＥＤチップから照射面への光の入射角度が小さくなり、光源光を効率的に利用することができる。また、各ＬＥＤチップを冷却して低温に保持することができるので、光源アレイへの供給電流を増加させてＬＥＤチップの発光量を増加させることが可能になり、明るく均一なカラー画像を形成することができる。
【００５４】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る照明装置の側面図である。
【図２】第１実施形態に係る照明装置の平面図である。
【図３】ペルチェ素子の冷却作用の説明図である。
【図４】ペルチェモジュールの斜視図である。
【図５】制御部の具体的構造例である。
【図６】第２実施形態に係る照明装置の平面図である。
【図７】ペルチェモジュールの斜視図である。
【図８】時分割駆動方式を採用した単板式プロジェクタの説明図である。
【図９】時分割駆動方式を採用した単板式プロジェクタのタイミングチャートである。
【図１０】三板式プロジェクタの説明図である。
【図１１】従来技術に係る照明装置の側面断面図である。
【符号の説明】
５照明装置１０光源アレイ１２ＬＥＤチップ２０ペルチェモジュール２６直流電源

Claims

発光ダイオードチップを備えた光源を、熱電変換装置により冷却可能としたことを特徴とする照明装置。
発光ダイオードチップを備えた光源を、熱電変換装置により冷却可能とした照明装置であって、
前記熱電変換装置の冷却面に、前記発光ダイオードチップが実装されていることを特徴とする照明装置。
前記熱電変換装置は、前記光源と電気的に直列接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
前記光源は、複数の発光ダイオードチップを備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の照明装置。
前記各発光ダイオードチップは、電気的に直列接続されていることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
前記熱電変換装置の冷却面上に装着された温度センサと、
前記温度センサにより計測した温度とあらかじめ記録された設定温度とを比較して、前記熱電変換装置の動作を制御する制御部と、
を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の照明装置。
請求項１ないし６のいずれかに記載の照明装置を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
前記各光源がそれぞれ異なる色光を出射可能に形成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の照明装置と、
前記照明装置における前記各光源から出射された色光を変調する光変調手段と、
前記各光源から色光を出射するタイミングを制御し、前記各光源から時間順次に色光を出射させる光出射制御手段と、
前記各光源から出射される色光に対応させて、前記光変調手段を時間順次に駆動する光変調手段駆動手段と、
前記各光源から色光を出射するタイミングと前記光変調手段を駆動するタイミングとを同期させる同期信号を発生させ、発生した前記同期信号を前記光出射制御手段および前記光変調手段駆動手段に出力する同期信号発生手段と、
を有することを特徴とする投射型表示装置。