JP2005078966A - 光源装置、光源装置の製造方法、投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 微小な熱発生領域を含む固体光源から多量の熱が発生した場合にも、該固体光源を高効率で冷却可能な光源装置を提供する。
【解決手段】 光源装置１００は、固体光源１０と、該固体光源１０の発光裏面側に設けれたマイクロヒートパイプ４０と、該マイクロヒートパイプ４０の一部に設けられた液冷部３０，３１とを具備してなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光源装置、光源装置の製造方法、投射型表示装置に関し、特に光源を冷却するのに好適な構成を具備した光源装置に関する。

光源装置から出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、光変調手段にて変調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て表示を行う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光源装置に使用される光源として、ＬＥＤ光源等の固体光源が採用されている。このような固体光源は、発光とともに発熱するため、その発光効率を向上させるために冷却を必要としている。このような固体光源等の発熱源を備えたチップを冷却する手法として、ヒートパイプ等をチップに接触させて冷却する手法が知られている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
特開平６−９７３３５号公報 特開平１１−６８３７１号公報

上記特許文献１及び特許文献２では、冷却対象たるチップにヒートパイプを接触させ、該ヒートパイプを介して熱を放熱部へ移動させている。しかしながら、このような方法では熱発生領域が微小で且つ熱発生量が多量な場合は十分な冷却を行えない場合がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、微小な熱発生領域を含む固体光源から多量の熱が発生した場合にも、当該固体光源を高効率で冷却可能な光源装置を提供することを目的としている。また、本発明は、このような光源装置を簡便に製造可能な方法を提供することを目的としている。さらに、本発明は、このような光源装置を具備した信頼性の高い投射型表示装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の光源装置は、固体光源と、該固体光源の発光裏面側に設けれた作動液移動経路と、該作動液移動経路の一部に設けられた液冷手段と、を具備してなることを特徴とする。

このような光源装置によると、固体光源の発光裏面側に作動液移動経路を設けるとともに、これを液冷する液冷手段を設けたため、該液冷手段により作動液移動経路が積極的に冷却され、従来のようにヒートパイプ（作動液移動経路）で単に放熱するのみの構成に比して冷却効率が大幅に向上する。つまり、本発明では作動液移動経路を移動する作動液を介して熱を移動させ、該移動した熱を液冷手段にて冷却しているのであるが、発熱面を直接冷やす場合に比して熱抵抗が極めて低いため、発熱部たる固体光源裏面から作動液移動経路に沿って瞬時に熱が移動し、これを液冷することで冷却効率が大幅に向上したのである。したがって、光源装置の固体光源において発熱が多量に生じた場合にも十分な冷却効率を確保することが可能となり、また液冷手段と固体光源との間に作動液移動経路が介されているため、該固体光源から離れた位置に液冷手段を配設させることができ、当該光源装置の構成の簡略化及び製造の簡便化を図ることが可能となる。

本発明の光源装置において、前記作動液移動経路が直線状に構成され、その長手方向を前記固体光源の裏面に対して平行とした態様で、前記固体光源の裏面側に複数並列されてなるものとすることができる。この場合、熱発生領域たる固体光源が微小な場合にも、長手状の作動液移動経路を固体光源の裏面に対して平行に複数並列させているため、発熱面に対し作動液移動経路を十分に接触させることが可能となり、また作動液移動経路を直線状に構成したことで作動液の移動性も向上し、したがって熱移動が一層効率良く行われることとなり、冷却手段による冷却効率も一層向上することとなる。

一方、前記作動液移動経路が直線状に構成され、その長手方向を前記固体光源の裏面に対して垂直とした態様で、前記固体光源の裏面側に複数並列されてなるものとすることができる。この場合も作動液移動経路を直線状に構成したことで作動液の移動性が向上し、したがって熱移動が一層効率良く行われることとなり、冷却手段による冷却効率も一層向上することとなる。また、当該光源装置の設置態様によっては、固体光源から鉛直方向に作動液移動経路を配置可能で、この場合、特に作動液が鉛直方向に落下する態様で当該光源装置を設置した場合には、作動液の移動性がさらに向上することとなる。

また、前記直線状に構成された作動液移動経路の端部に前記液冷手段が配設されてなるものとすることができる。このように長手状の端部に液冷手段を配設させることで、作動液の移動性が向上するとともに、固体光源と液冷手段との距離を離すことが可能となり、装置の簡略化及び製造の簡便化を図ることができるようになる。

また、前記固体光源が、基板と、該基板上に配設された発光素子とを具備してなる一方、その基板が所定の台座上に配設されてなり、該基板と台座との境界部分に前記作動液移動経路が配設されてなるものとすることができる。この場合、基板と台座との組み付け時に作動液移動経路を配設できるので製造効率が向上する。具体的には、発光素子が形成された基板の裏面側に溝を形成する工程と、基板上に発光素子が配設されてなる固体光源を載置可能な台座面上に、前記基板側の溝形状と同一形状の溝を形成する工程と、前記基板と台座とをそれぞれの溝を位置合わせしつつ貼り合せる工程と、を含むプロセスにより当該光源装置を製造することができ、このような方法により本発明の光源装置を簡便に提供することが可能となる。

本発明の光源装置において、前記作動液移動経路の内面には溝構造が形成されてなるものとすることができる。この場合、微細な溝構造により毛細管現象が生じ、作動液の液化・気化が促進され、すなわち熱移動が促進されることとなる。なお、前記作動液移動経路内には作動液を減圧状態で封入するものとすれば良い。

次に、本発明の投射型表示装置は、上述の光源装置を具備したことを特徴とする。具体的には、上記光源装置と、該光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを具備してなるものとすることができる。このような投射型表示装置は、冷却効率の優れた光源装置を具備してなるため、発熱による光源装置の消耗、或いは光源装置の発光効率の低下等を生じ難く、非常に信頼性の高いものとなる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

（光源装置）
図１は本発明の一実施形態としての光源装置について、その概略構成を示す平面模式図で、図２は図１のＡ−Ａ’断面を示す模式図である。光源装置１００は、発光主体をなす固体光源１０と、該固体光源１０を固定する台座２０とを主体として構成されており、固体光源１０としては、本実施形態の場合、発光ダイオード素子を用いたＬＥＤ光源等の発光により発熱を伴う固体光源が採用されている。なお、台座２０には、固体光源１０の位置固定を行うための光源設置部が設けられ、該光源設置部に固体光源１０が貼り合わせられ、若しくは嵌め込まれ、ないしは載置される等の手法により、台座２０に固体光源１０が位置固定されるものとされている。

固体光源１０は、基板１１と、該基板１１上に配設された発光素子１２とを具備して構成され、基板１１が台座２０上に配設されている。また、固体光源１０の基板１１の裏面側（つまり発光裏面側）には、熱移動媒体たる液体（作動液、例えば水）が減圧下封入されたマイクロヒートパイプ（作動液移動経路）４０が複数配設されている。

マイクロヒートパイプ４０は直線状に構成され、その長手方向を固体光源１０の裏面に対して平行とした態様で、固体光源１０の裏面側に複数並列配置されている。そして、各マイクロヒートパイプ４０の一端部には液冷部（液冷手段）３０，３１が配設され、該液冷部３０，３１は、台座２０に挿通して設けられたパイプ（冷却液流通パイプ）状に構成されており、そのパイプの中を冷却液（ここでは冷水）が流通するものとされている。なお、マイクロヒートパイプ４０は、台座２０と固体光源１０の基板１１との境界部分に配設され、台座２０及び基板１１に形成した溝をそれぞれ貼り合わせてなる態様の構成を具備している。

このような構成の光源装置１００によると、固体光源１０の基板１１裏面に対して直接冷却する場合に比して、マイクロヒートパイプ４０を採用すると桁違いに熱抵抗が低く、瞬時に発光素子（発光層）１２から熱を周囲に散らすことができるようになる。そして、この散らした熱を液冷部３０，３１で水冷することにより、単純な構成で大幅に冷却効率を上げることが可能となる。また、液冷手段たる液冷部３０，３１を固体光源１０から離れた部分に設置できるため、当該光源装置１００の製造を簡便化することが可能となる。

また、マイクロヒートパイプ４０を直線状に構成し、その長手方向を固体光源１０の基板１１裏面に対して平行とした態様で、固体光源１０の裏面側に複数並列配置させている。したがって、例えば熱発生領域たる固体光源１０が極めて微小な場合にも、発熱面に対しマイクロヒートパイプ４０を十分に接触させることが可能となり、またマイクロヒートパイプ４０を直線状に構成したことで作動液の移動性も向上し、その結果、熱移動が一層効率良く行われることとなり、冷却手段による冷却効率も一層向上することとなる。

以下、上記実施の形態の変形例について説明する。図３及び図４は第１の変形例の光源装置２００を示す平面模式図及び断面模式図であって、光源装置１００の図１及び図２に相当する図面である。光源装置２００では、長手状に延びた直線状マイクロヒートパイプ４０の両端に液冷部３０，３１を設け、該２ヶ所の液冷部により作動液を液冷するものとしている。これにより冷却効率の向上を図っている。なお、光源装置２００において、上記以外の構成については、光源装置１００と同一の符号を付した部材・要素については同一の構成を具備している。

次に、図５及び図６は第２の変形例の光源装置３００を示す平面模式図及び断面模式図であって、光源装置１００の図１及び図２に相当する図面である。光源装置３００では、長手状に延びた直線状マイクロヒートパイプ４０の両端に液冷部３０，３１を設け、該２ヶ所の液冷部により作動液を液冷するとともに、液冷部３０，３１において隣接するマイクロヒートパイプ４０を連結部４１により連結する構成とし、これにより冷却効率の向上を図っている。なお、光源装置３００において、上記以外の構成については、光源装置１００と同一の符号を付した部材・要素については同一の構成を具備している。

次に、図７及び図８は第３の変形例の光源装置４００を示す平面模式図及び断面模式図であって、光源装置１００の図１及び図２に相当する図面である。光源装置４００では、長手状に延びた直線状マイクロヒートパイプ４２を、その長手軸を固体光源１０の基板１１裏面に対して垂直とした態様で、すなわち固体光源１０の基板１１裏面に対して垂直方向に複数並列配置させ、その一端を液冷部３２により液冷する構成とした。この場合、マイクロヒートパイプ４２を直線状に構成したことで作動液の移動性が向上し、したがって熱移動が一層効率良く行われることとなり冷却効率が向上することとなる。また、この場合、重力方向に作動液が移動するように当該光源装置４００を配置することで、該作動液の移動性を一層向上させることも可能である。なお、光源装置４００において、上記以外の構成については、光源装置１００と同一の符号を付した部材・要素については同一の構成を具備している。

（光源装置の製造方法）
図９は本発明の光源装置の製造方法について、その一実施例を示す説明図である。ここでは、主にマイクロヒートパイプ４０を形成する工程について説明するものとする。まず、図９（ａ）に示したように、基板１１上に発光素子１２を具備してなる固体光源１０を用意し、その基板１１に溝１４を形成する一方、台座２０に対しても固体光源１０側の溝１４と対称に形成された溝２４を形成する。なお、少なくとも溝２４の一端には液例部３０，３１をパイプ状に設けておく。

そして、これら固体光源１０の基板１１と台座２０とを、各溝１４，２４を対称的に対向させた状態で減圧下貼り合わせを行う。この場合、基板１１と台座２０との界面には接着剤等を介在させることで両者間の貼合せ力が向上する。

なお、固体光源１０の基板１１裏面に溝を形成する場合は、基板１１の強度が確保できる程度の厚さのみ残し、発光素子１２（発光層）にできるだけ近づけ、できるだけ複数の溝を形成するのが良い。また、溝の表面には微細な凹凸形状（溝形状）を形成するのが好ましく、この場合、例えば図１０に示したように、得られたマイクロヒートパイプ４０の内面に複数の微細溝４３が配設されることとなる。このような微細溝４３を形成することで、溝内部で毛細管現象が生じ、熱移動媒体たる液体（作動液）の液化ないし気化が促進され、すなわち熱移動が促進されることとなる。

（投射型表示装置）
図１１は本発明の一実施形態としての投射型表示装置について、その概略構成を示す拡大図であって、この図１１に示した投射型表示装置７０は３板方式の例である。投射型液晶表示装置７０においては、赤色（Ｒ）の色光を発光し得るＬＥＤ１２ｒを具備したＬＥＤ光源１００ｒ、緑色（Ｇ）の色光を発光し得るＬＥＤ１２ｇを具備したＬＥＤ光源１００ｇ、青色（Ｂ）の色光を発光し得るＬＥＤ１２ｂを具備したＬＥＤ光源１００ｂの３個を別途光源として用いている。なお、各ＬＥＤ光源１００ｒ，１００ｇ，１００ｂとしては、それぞれ上述した各種実施形態の光源装置１００，２００，３００，４００のいずれかを採用可能で、その出射側には、ロッドレンズ等からなる導光部７２が配置されている。

各導光部７２の出射側には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光を変調する液晶ライトバルブ７５がそれぞれ設けられている。そして、各液晶ライトバルブ７５によって変調された３つの色光が、クロスダイクロイックプリズム（色合成手段）７７に入射するように構成されている。このプリズム７７は４つの直角プリズムが貼り合わされたものであり、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Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂが合成されてカラー画像を表す光が形成される。色合成された光は投射レンズ７６によりスクリーン７９上に投射され、拡大された画像が表示される。

このような投射型表示装置７０においては、ＬＥＤ光源１００ｒ，１００ｇ，１００ｂについて、上記実施形態の各光源装置のいずれかを採用してなるため、発光効率が高く、耐久性にも優れ、信頼性の高い表示装置となる。なお、各ＬＥＤ光源１００ｒ，１００ｇ，１００ｂには、冷却液が流通する液冷部（冷却液流通パイプ）３０，３１（図１参照）が設けられているが、各ＬＥＤ光源１００ｒ，１００ｇ，１００ｂの液冷部３０，３１を流通する冷却液を共通化するため、各ＬＥＤ光源１００ｒ，１００ｇ，１００ｂに対して共通パイプ３５が連結されている。その結果、液冷部３０，３１を流通する冷却液が共通化され、冷却システムの構成が非常に簡便なものとされている。

以上、本発明の一実施の形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、本実施形態では、ＬＥＤ光源の冷却に本発明の構成を採用したが、その他の固体光源の冷却に際して本発明の構成を採用することも可能で、また本発明の光源装置を３板式の投射型表示装置に採用する実施形態を示したが、単板式の投射型表示装置にも本発明の光源装置の構成を採用するも当然に可能である。

本発明の光源装置の一実施形態を示す平面模式図。 図１のＡ−Ａ’断面を示す模式図。 図１の光源装置の一変形例を示す平面模式図。 図３のＡ−Ａ’断面を示す模式図。 図１の光源装置の一変形例を示す平面模式図。 図５のＡ−Ａ’断面を示す模式図。 図１の光源装置の一変形例を示す平面模式図。 図７のＡ−Ａ’断面を示す模式図。 本発明の光源装置の製造方法についてその一工程を模式的に示す断面図。 マイクロヒートパイプの断面構成を示す説明図。 本発明の投射型表示装置の一実施形態について概略構成を示す説明図。

符号の説明

１０…固体光源、１１…基板、１２…発光素子、２０…台座、３０，３１…液冷部（冷却手段）、４０…マイクロヒートパイプ（作動液移動経路）、１００，２００，３００，４００…光源装置

Claims (10)

1. 固体光源と、
   該固体光源の発光裏面側に設けれた作動液移動経路と、
   該作動液移動経路の一部に設けられた液冷手段と、を具備してなることを特徴とする光源装置。
2. 前記作動液移動経路が直線状に構成され、その長手方向を前記固体光源の裏面に対して平行とした態様で、前記固体光源の裏面側に複数並列されてなることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記作動液移動経路が直線状に構成され、その長手方向を前記固体光源の裏面に対して垂直とした態様で、前記固体光源の裏面側に複数並列されてなることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 前記直線状に構成された作動液移動経路の端部に前記液冷手段が配設されてなることを特徴とする請求項２又は３に記載の光源装置。
5. 前記固体光源が、基板と、該基板上に配設された発光素子とを具備してなる一方、その基板が所定の台座上に配設されてなり、該基板と台座との境界部分に前記作動液移動経路が配設されてなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記作動液移動経路の内面に溝構造が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記作動液移動経路内には、作動液が減圧下に封入されてなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 基板と、該基板上に配設された発光素子とを含む固体光源を具備してなる光源装置の製造方法であって、
   前記発光素子が形成された基板の裏面側に溝を形成する工程と、
   前記固体光源を載置可能な台座面上に、前記基板側の溝形状と同一形状の溝を形成する工程と、
   前記基板と台座とを、それぞれの溝を位置合わせしつつ貼り合せる工程と、
   を含むことを特徴とする光源装置の製造方法。
9. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光源装置を具備したことを特徴とする投射型表示装置。
10. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光源装置と、該光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを具備したことを特徴とする投射型表示装置。

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