JP2005079066A - Light source device and projection type display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置および投射型表示装置に関する。 The present invention relates to a light source device and a projection display device.
投射型表示装置は、近年小型化、高輝度化、長寿命化、廉価化等が図られてきている。例えば、小型化に対しては液晶パネル(光変調素子)サイズは対角1.3inが0.5inになり面積比で1/6強の小型化がされてきている。 In recent years, projection display devices have been reduced in size, increased in brightness, extended in life, reduced in price, and the like. For example, with respect to miniaturization, the size of the liquid crystal panel (light modulation element) has been reduced from a diagonal of 1.3 in to 0.5 in and an area ratio of slightly over 1/6.
一方、投射型表示装置の光源として、固体光源である発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)光源を用いることよる小型化が提案されている。LED光源は、電源を含めて小型であり、瞬時点灯/消灯が可能であること、色再現性が広く長寿命であることなど、投射型表示装置用光源としてメリットを有している。また、水銀などの有害物質を含まないため、環境保全上からみても好ましいものである。 On the other hand, miniaturization by using a light emitting diode (LED) light source, which is a solid state light source, is proposed as a light source of a projection display device. The LED light source has a merit as a light source for a projection display device, such as being small in size including a power source, capable of instantaneous lighting / extinguishing, and wide color reproducibility and long life. Further, since it does not contain harmful substances such as mercury, it is preferable from the viewpoint of environmental protection.
しかしながら、LED光源を投射型表示装置用光源に用いるためには、光源としての明るさが不足しており、少なくとも放電型光源ランプレベルの明るさを確保(高輝度化、低エテンデュ化)する必要があった。ここで、エテンデュとは、有効に活用できる光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積で表される数値であって、光学的に保存されるものである。先に述べたように、液晶パネルの小型化が図られ液晶パネルのエテンデュは小さくなってきているため、光源のエテンデュも同等以下にする必要がある。 However, in order to use the LED light source as the light source for the projection display device, the brightness as the light source is insufficient, and at least the brightness of the discharge type light source lamp level needs to be secured (high brightness, low etendue). was there. Here, etendue is a numerical value represented by the product of the area and the solid angle, which is the spatial extent in which a luminous flux that can be effectively utilized exists, and is optically stored. As described above, since the liquid crystal panel is downsized and the etendue of the liquid crystal panel is becoming smaller, the etendue of the light source needs to be equal or less.
ところが、LED光源を高輝度化するにつれて益々LED光源からの発熱は増大し、LED光源の温度が上昇すると発光効率が低下するため、何らかの発熱対策をとる必要があった。一般的に採用されているファンによる強制空冷方式では冷却効率が不十分であったり、ファンの騒音が問題となったりしている。そのため、液体を用いてLED光源を強制冷却する方法が提案されている。液体冷却方法によれば、強制空冷方式の騒音の解消にも効果が期待されるものである(例えば、特許文献1、2参照。)。
上述したように、特許文献1におけるLED光源においては、LEDの周囲に液体窒素などの冷却材を流すことにより、LEDと冷却材とを直接接触させて強制冷却している。しかしながら、断熱ケースが必要になるなどLED光源の構成が複雑となり、その製作が現実的でないため、少なくとも放電型光源ランプレベルの明るさを確保することが困難という問題があった。
As described above, in the LED light source in
特許文献2におけるLED光源においては、LEDチップの周囲に絶縁不活性液体を封入してLEDチップを冷却している。しかしながら、絶縁不活性液体を積極的に冷却する手段が設けられておらず、冷却効果が低く長時間LEDチップを冷却することが困難であり、少なくとも放電型光源ランプレベルの明るさを確保することが困難という問題があった。
In the LED light source in
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、小型の投射型表示装置に適する、小型で高輝度な光源装置およびこれを用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a small, high-intensity light source device suitable for a small projection display device and a projection display device using the same. And
上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、光を出射する固体光源と、固体光源で発生する熱を奪う液媒体と、液媒体がその内部を流れる流路と、を備え、流路が固体光源の一方の面および他方の面と熱交換するように配置されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a light source device of the present invention includes a solid light source that emits light, a liquid medium that takes away heat generated by the solid light source, and a flow path through which the liquid medium flows. The path is arranged to exchange heat with one surface and the other surface of the solid-state light source.
すなわち、本発明の光源装置は、液媒体が流れる流路が固体光源の一方の面および他方の面と熱交換するように配置されているため、固体光源で発生する熱を一方の面および他方の面から奪い、冷却することができる。その結果、固体光源への投入電力を上げることが可能となり、固体光源から射出できる光量を増大させ、高輝度化を図ることができる。
また、固体光源の面積を小さくしてエテンデュを下げても、投入電力を上げることができるため、高輝度を維持することができる。
In other words, the light source device of the present invention is arranged such that the flow path through which the liquid medium flows exchanges heat with one surface and the other surface of the solid light source, so that the heat generated by the solid light source is on one surface and the other surface. It can be taken away from the surface and cooled. As a result, the input power to the solid light source can be increased, the amount of light that can be emitted from the solid light source can be increased, and high luminance can be achieved.
Further, even if the area of the solid light source is reduced to reduce the etendue, the input power can be increased, so that high luminance can be maintained.
上記の構成を実現するために、流路に液媒体と流路外の媒体との熱交換を行う放熱手段が備えられていることが望ましい。
この構成によれば、放熱手段により液媒体の熱を流路外の媒体に放出することができるため、液媒体の温度を下げることができる。液媒体の温度が下がることにより固体光源との温度差が大きくなり、固体光源からより多くの熱を奪うことができる。その結果、固体光源への投入電力をより上げることが可能となり、固体光源から射出できる光量をさらに増大させ、より高輝度化を図ることができる。また、液媒体の冷却能力を長時間にわたり維持することができることにより、固体光源の高輝度化を長時間にわたり維持することができる。
In order to realize the above-described configuration, it is desirable that the flow path is provided with a heat radiating means for performing heat exchange between the liquid medium and the medium outside the flow path.
According to this configuration, since the heat of the liquid medium can be released to the medium outside the flow path by the heat radiating means, the temperature of the liquid medium can be lowered. As the temperature of the liquid medium decreases, the temperature difference from the solid light source increases, and more heat can be taken from the solid light source. As a result, the input power to the solid light source can be further increased, the amount of light that can be emitted from the solid light source can be further increased, and higher luminance can be achieved. In addition, since the cooling capacity of the liquid medium can be maintained for a long time, the brightness of the solid light source can be maintained for a long time.
上記の構成を実現するために、より具体的には、流路が固体光源と熱交換している領域において、流路の熱交換面が固体光源の一方の面または他方の面よりも広いことが望ましい。
この構成によれば、熱交換面が上記一方の面または上記他方の面よりも広いため、熱交換面が固体光源よりも横方向に張り出している。液冷媒はその張り出し部から固体光源の端面(上記一方の面と上記他方の面との間の面)と接触する媒体(例えば空気)の熱を奪い、熱を奪われた媒体は固体光源から熱を奪い、固体光源を冷却することができる。
More specifically, in order to realize the above configuration, the heat exchange surface of the flow channel is wider than one surface or the other surface of the solid light source in the region where the flow channel exchanges heat with the solid light source. Is desirable.
According to this configuration, since the heat exchange surface is wider than the one surface or the other surface, the heat exchange surface projects laterally from the solid light source. The liquid refrigerant takes away the heat of the medium (for example, air) that comes into contact with the end surface of the solid light source (the surface between the one surface and the other surface) from the projecting portion. It can take heat away and cool the solid light source.
上記の構成を実現するために、より具体的には、流路および液媒体の屈折率が流路の周囲に存在する媒体の屈折率と略同一であることが望ましい。
この構成によれば、上記固体光源から出射された光が、流路および液媒体を透過する際に、それぞれの界面で光が屈折することなく透過することができる。
More specifically, in order to realize the above-described configuration, it is desirable that the refractive indexes of the flow channel and the liquid medium are substantially the same as the refractive index of the medium existing around the flow channel.
According to this configuration, when the light emitted from the solid light source passes through the flow path and the liquid medium, the light can be transmitted without being refracted at each interface.
上記の構成を実現するために、より具体的には、一方の面と熱交換する流路内を流れる液媒体の流量と、他方の面と熱交換する流路内を流れる液媒体の流量と、が異なってもよい。
この構成によれば、液媒体が固体光源の一方の面と交換できる熱量と、他方の面と交換できる熱量とを変えることができる。
例えば、固体光源の発熱部が一方の面に近いと、一方の面が他方の面より温度が高くなる。そこで、一方の面と熱交換する流路における液媒体の単位時間あたりの流量を上げて、一方の面からより多くの熱量を奪うことで効率良く固体光源の熱を奪うことができる。
More specifically, in order to realize the above-described configuration, the flow rate of the liquid medium flowing in the flow path that exchanges heat with one surface, and the flow rate of the liquid medium that flows in the flow path that exchanges heat with the other surface, , May be different.
According to this configuration, the amount of heat that the liquid medium can exchange with one surface of the solid light source and the amount of heat that can be exchanged with the other surface can be changed.
For example, when the heat generating part of the solid light source is close to one surface, the temperature of one surface becomes higher than that of the other surface. Therefore, the solid medium light source can be efficiently deprived of heat by increasing the flow rate per unit time of the liquid medium in the flow path for heat exchange with the one surface and depriving one of the surfaces of more heat.
上記の構成を実現するために、より具体的には、一方の面と熱交換する流路内を流れる液媒体と、他方の面と熱交換する流路内を流れる液媒体と、が異なってもよい。
この構成によれば、液媒体を変えることにより、液媒体が固体光源の一方の面と交換できる熱量と、他方の面と交換できる熱量とを変えることができる。
例えば、固体光源の発熱部が一方の面に近いと、一方の面が他方の面より温度が高くなる。そこで、一方の面と熱交換する流路の液媒体をより比熱および/もしくは熱伝導率の高い液媒体にすることで、一方の面からより多くの熱量を奪うことができ、効率良く固体光源の熱を奪うことができる。
In order to realize the above configuration, more specifically, the liquid medium flowing in the flow path exchanging heat with one surface is different from the liquid medium flowing in the flow path exchanging heat with the other surface. Also good.
According to this configuration, by changing the liquid medium, the amount of heat that the liquid medium can exchange with one surface of the solid light source and the amount of heat that can be exchanged with the other surface can be changed.
For example, when the heat generating part of the solid light source is close to one surface, the temperature of one surface becomes higher than that of the other surface. Therefore, by making the liquid medium in the flow path that exchanges heat with one surface a liquid medium with higher specific heat and / or higher thermal conductivity, more heat can be taken from one surface, and the solid-state light source can be efficiently removed. Can take away the heat.
上記の構成を実現するために、より具体的には、流路が循環流路であって、循環流路には液媒体を循環させる循環手段が備えられていることが望ましい。
この構成によれば、循環手段によって液媒体が循環流路内を常に流れるため、固体光源の一方の面および他方の面と熱交換する流路にも常に液媒体が流れる。そのため、一方の面および他方の面と上記流路内を流れる液媒体との温度差を一定に維持することができ、液媒体の固体光源に対する冷却能力をさらに安定して維持することができる。
In order to realize the above configuration, more specifically, it is desirable that the flow path is a circulation flow path, and the circulation flow path is provided with a circulation means for circulating the liquid medium.
According to this configuration, since the liquid medium always flows in the circulation flow path by the circulation means, the liquid medium always flows in the flow path that exchanges heat with one surface and the other surface of the solid light source. Therefore, the temperature difference between the one surface and the other surface and the liquid medium flowing in the flow path can be maintained constant, and the cooling capacity of the liquid medium with respect to the solid light source can be maintained more stably.
上記の構成を実現するために、より具体的には、循環流路には、一方の面と熱交換する第1流路と、他方の面と熱交換する第2流路と、が形成され、第1流路と前記第2流路とが並列に接続されていてもよい。
この構成によれば、例えば、第1流路と第2流路との流路抵抗を異ならせることで、第1流路と第2流路とに流れる液媒体の単位時間当たりの流量を異ならせることができる。そのため、上記一方の面が上記他方の面より温度が高い時には、第1流路を流れる液媒体の流量を第2流路の流量よりも増やして上記一方の面からより多くの熱を奪い、固体光源を効率良く冷却することができる。
More specifically, in order to realize the above configuration, the circulation channel is formed with a first channel that exchanges heat with one surface and a second channel that exchanges heat with the other surface. The first flow path and the second flow path may be connected in parallel.
According to this configuration, for example, the flow rate per unit time of the liquid medium flowing in the first flow path and the second flow path is made different by changing the flow path resistances of the first flow path and the second flow path. Can be made. Therefore, when the temperature of the one surface is higher than that of the other surface, the flow rate of the liquid medium flowing through the first channel is increased more than the flow rate of the second channel, and more heat is taken from the one surface. The solid light source can be efficiently cooled.
上記の構成を実現するために、より具体的には、循環流路には、一方の面と熱交換する第1流路と、他方の面と熱交換する第2流路と、が形成され、第1流路と前記第2流路とが直列に接続されていてもよい。
この構成によれば、例えば、上記一方の面が上記他方の面より温度が高い時には、先に第2流路に液媒体を流し、その後第1流路に液媒体を流すことにより、温度の高い上記一方の面だけでなく温度の低い上記他方の面からも効果的に熱を奪うことができ、固体光源を効果的に冷却することができる。
More specifically, in order to realize the above configuration, the circulation channel is formed with a first channel that exchanges heat with one surface and a second channel that exchanges heat with the other surface. The first flow path and the second flow path may be connected in series.
According to this configuration, for example, when the temperature of the one surface is higher than that of the other surface, the liquid medium is first flowed through the second flow path, and then the liquid medium is flowed through the first flow path. Heat can be effectively removed not only from the one surface having the high temperature but also from the other surface having the low temperature, and the solid light source can be effectively cooled.
上記の構成を実現するために、より具体的には、流路が一方の面と熱交換する第1循環流路と、他方の面と熱交換する第2循環流路と、であって、第1循環流路と、第2循環流路とには、液媒体を循環させる循環手段が備えられていてもよい。
この構成によれば、第1循環流路と第2循環流路とが独立したそれぞれ循環流路を形成しているため、各循環流路内に流れる液媒体の種類を変えることや、液媒体の単位時間あたりの流量を変えることができる。そのため、上記一方の面および上記他方の面を冷却するのに適切な液媒体および流量をそれぞれ選定することができ、固体光源を効果的に冷却することができる。
In order to realize the above-described configuration, more specifically, a first circulation channel that exchanges heat with one surface, and a second circulation channel that exchanges heat with the other surface, The first circulation flow path and the second circulation flow path may be provided with a circulation means for circulating the liquid medium.
According to this configuration, since the first circulation channel and the second circulation channel form independent circulation channels, the type of liquid medium flowing in each circulation channel can be changed, or the liquid medium The flow rate per unit time can be changed. Therefore, an appropriate liquid medium and flow rate can be selected to cool the one surface and the other surface, respectively, and the solid light source can be effectively cooled.
本発明の投射型表示装置は、光を出射する光源装置と、光源装置からの光を変調する光変調手段と、光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、光源装置が上記本発明の光源装置であることを特徴とする。 A projection display device according to the present invention includes a light source device that emits light, a light modulation unit that modulates light from the light source device, and a projection unit that projects light modulated by the light modulation unit. A light source device is the light source device of the present invention.
すなわち、本発明の投射型表示装置は、上記本発明の光源装置を備えることにより、
投射型表示装置の大きさを小さくすることができるとともに、表示される画像の明るさを向上させることができる。
That is, the projection display device of the present invention includes the light source device of the present invention,
The size of the projection display device can be reduced, and the brightness of the displayed image can be improved.
〔光源装置〕
以下、本発明の実施の形態である光源装置について図1から図7を参照して説明する。
図1は、本発明における光源装置の概略図である。
光源装置10は、図1に示すように、光を出射する光源部20と、光源部20を冷却する液体50が流れる循環流路55と、液体(液媒体)50を循環させる循環ポンプ(循環手段)56と、光源部20から熱を奪い温度の高くなった液体50を冷却する冷却フィン(放熱手段)57とから概略構成されている。
[Light source device]
Hereinafter, a light source device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic view of a light source device according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the
図2は、光源装置の光源部の平面図である。図3は図2におけるA−A線矢視断面図である。
光源部20は、図2および図3に示すように、光を出射するLEDチップ(固体光源)21と、出射された光を被照明領域に導く光学系25と、LEDチップ21を冷却する第1流路(流路)31および第2流路(流路)36と、LEDチップ21に電気を供給する導電系40と、から概略構成されている。
LEDチップ21は、基板45上にフリップチップ実装されている。基板45上には、導電系40である基板端子41と実装端子42が配置され、熱伝導性のよい絶縁性樹脂43が基板45とLEDチップ21との間隙を埋めるように配置されている。
FIG. 2 is a plan view of a light source unit of the light source device. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
2 and 3, the
The
図4(a)は、光源部の下面冷却部の平面概略図であり、図4(b)は、(a)のB−B線矢視断面図である。
基板45の下面には、図3に示すように、下面冷却部46が配置されている。下面冷却部46には、冷却部本体46aと蓋体46bとから構成され、冷却部本体46aには溝が形成され、冷却部本体46aと蓋体46bとを貼りあわせることで、図3および図4(a)、(b)に示すような、第1流路31が形成されている。第1流路31には、LEDチップ21が実装される領域でその流路幅がWに広がる熱交換面31aが形成されている。
4A is a schematic plan view of the lower surface cooling unit of the light source unit, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
As shown in FIG. 3, a lower
図5(a)は、光源部の上面冷却部の平面概略図であり、図5(b)は、(a)のC−C線矢視断面図である。
LEDチップ21の上面には、図3に示すように、上面冷却部47が配置されている。上面冷却部47には、冷却部本体47aと蓋体47bとから構成され、冷却部本体47aには溝が形成され、冷却部本体47aと蓋体47bとを貼り合わせることで、図3および図5(a)、(b)に示すような、第2流路36が形成されている。第2流路36には、LEDチップ21が実装される領域でその流路幅がWに広がる熱交換面36aが形成されている。
また、上面冷却部47は、材料として透明で液体50に対して化学的に安定であって、LEDチップ21からの出射光が損なわれることなく透過する光学機能を有している(例えば、ガラスやアクリル樹脂、ポリカーボネートなど)。
Fig.5 (a) is a plane schematic diagram of the upper surface cooling part of a light source part, FIG.5 (b) is CC sectional view taken on the line of CC of (a).
As shown in FIG. 3, an upper
Further, the upper
図6は、LEDチップ実装部の拡大断面図である。
上面冷却部47および下面冷却部46は、図6に示すように、LEDチップ21の上面または下面から熱交換できるように配置されるとともに、LEDチップ21が、熱交換面31a、36aの略中央部に配置されている。
熱交換面31a、36aにおけるLEDチップ21よりも外側に張り出した長さをL、第1流路31と第2流路36との間隔をTとする。その時、Lの値をどのように設定すれば良いかという問題が生じる。この問題はTの値だけでなく、第1流路31と第2流路36の間にある物質の熱伝導率などの物性、さらには冷却目標値などにより変化し、一義的に決める事はできない。定性的には冷却能力に対して発熱量が多くなるにつれLの値はある程度大きくしたほうが冷却効率は上がる。但し不必要にLを大きくすることはかえって冷却効率を悪くしてしまう。いずれにせよ効率的な冷却のためのL最適値はゼロでもマイナスでもなく、正の値となる。以上の基本認識を踏まえた上で、おおよその目安としては、張り出し長さLと間隔Tとの間には下記の関係が成り立つように、設定するのが望ましい。
(1)(LEDチップ21からの発熱量)/(冷却能力)比がそれほど大きくない時
L≧T
(2)(LEDチップ21からの発熱量)/(冷却能力)比が大きい時
L>2T〜3T
ただし、L=(W−Wt)/2 (WtはLEDチップ21の縦または横の長さ)
ここで、冷却能力とは、光源装置10がLED21から発生した熱を冷却フィン57から外部に放出する能力ことである。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the LED chip mounting portion.
As shown in FIG. 6, the upper
The length of the heat exchange surfaces 31a and 36a that protrudes outward from the
(1) When the ratio of (heat generation from LED chip 21) / (cooling capacity) is not so large L ≧ T
(2) When the ratio of (heat generation from the LED chip 21) / (cooling capacity) is large L> 2T to 3T
However, L = (W−Wt) / 2 (Wt is the vertical or horizontal length of the LED chip 21)
Here, the cooling capacity is the ability of the
上面冷却部47と基板45との間には、図3に示すように、LEDチップ21の周囲を覆うように透明熱伝導体49が配置されている。透明熱伝導体49は、材料として熱伝導性が良く液体50に対して化学的に安定であって、LEDチップ21からの出射光が損なわれることなく透過する光学機能を有している(例えば、シリコンジェルなど)。
As shown in FIG. 3, a
光学系25には、図3に示すように、LEDチップ21から略側方に出射された光を被照明領域方向に反射する反射部26と、光を被照明領域に集光または平行光化するレンズ27とが備えられている。
反射部26は基板45上に配置されている。また、反射部26は、円環状に形成されているとともに、LEDチップ21に対向する面は外側に向かって被照明領域側に傾斜する反射面26aが形成されている。レンズ27は反射部26上に配置されている。レンズ27には、LEDチップ21から出射された光を被照明領域に集光または平衡光化する凸部27aが形成されている。また、レンズ27は、材料として透明で液体50に対して化学的に安定であって、LEDチップ21からの出射光が損なわれることなく透過する光学機能を有している(例えば、ガラスやアクリル樹脂、ポリカーボネートなど)。
上面冷却部47および反射部26とレンズ27との間には、その空間を埋めるように透明樹脂48が配置されている。透明樹脂48は、材料として透明で、LEDチップ21からの出射光が損なわれることなく透過する光学機能を有している(例えば、シリコンジェルなど)。
As shown in FIG. 3, the
The
A
液体50は、透光性液体である。好ましくは電気絶縁性であって、光源装置110に備えられた部材に対して非腐食性である液体から選定される。さらに好ましくは蒸気圧が小さく、凝固点が低く、熱安定性に優れていて、熱伝導率が大きい液体が望まれる。本発明に適用可能な液体を例示すれば、ビフェニルジフェニルエーテル系、アルキルベンゼン系、アルキルビフェニル系、トリアリールジメタン系、アルキルナフタレン系、水素化テルフェニル系、ジアリールアルカン系などの有機熱媒体として一般的に使用されているものを挙げることが出来る。また、シリコーン系、フッ素系の各液体も適用可能である。それらの中から、光源装置の用途、要求性能、環境保全性などを加味して選定される。 The liquid 50 is a translucent liquid. The liquid is preferably selected from liquids that are electrically insulating and are non-corrosive to the members provided in the light source device 110. More preferably, a liquid having a low vapor pressure, a low freezing point, excellent thermal stability, and high thermal conductivity is desired. Examples of liquids that can be applied to the present invention are general organic heat transfer media such as biphenyl diphenyl ether, alkyl benzene, alkyl biphenyl, triaryl dimethane, alkyl naphthalene, hydrogenated terphenyl, and diaryl alkane. Can be mentioned. Silicone and fluorine liquids are also applicable. Among these, the light source device is selected in consideration of the application, required performance, environmental conservation and the like.
冷却フィン57は、例えば、Fe、Cu、Al、Mgなどの金属や、それらを含む熱伝導性に優れた材料により形成されている。図1に示すように、冷却フィン57には、多数のフィン(ひれ)を付けて表面積を大きくして、外部への放熱能力を高めている。本実施形態では、冷却フィン57は、循環流路55の外表面の一面に、循環流路55からの熱伝導を損なわないように、適宜の手段を用いて固定されているが、他の複数の外表面に備えられていても良い。また、循環流路55の一部に、密封容器と一体に形成されていても良い。また、フィンの間を流れる空気の自然対流だけでは放熱が不充分であれば、外部に電動空冷ファンを備えることにより強制的に空気対流させて、より放熱能力を高めることが出来る。
なお、本実施の形態においては、冷却を促進するための冷却フィン57を設けた構成で説明しているが、光源装置10の用途、使用環境によっては冷却フィン57を設けない構成に適応することもできる。
また、上面冷却部47と液体50と透明樹脂48とに用いる材料を、レンズ27の屈折率と略同一の屈折率を持つ材料を用いてもよい。この構成によれば、LEDチップ21から出射された光が、上面冷却部47、液体50および透明樹脂48を透過するときに、それぞれの界面で光が反射することなく透過することができる。
The cooling
In the present embodiment, the cooling
Further, the material used for the upper
次に、上記の構成からなる光源装置10における作用について説明する。
LEDチップ21に基板端子41から電力が供給されると、LEDチップ21から周囲に向けて光が出射される。上面冷却部47に入射した光は上面冷却部47および液体50を透過してレンズ27に向けて出射され、反射部26に入射した光はレンズ27に向けて反射される。レンズ27に入射した光は、凸部27aにより屈折され被照明領域に向けて集光または平行光化されて出射される。
Next, the operation of the
When power is supplied to the
液体50は、循環ポンプ56により循環流路55内を光源部20に向けて圧送される。光源部20に流入した液体50は、第1流路31および第2流路36に流入する。
LEDチップ21において発生した熱は、直接接触している上面冷却部47および絶縁性樹脂43、基板45を介して下面冷却部46に伝えられる。第1流路31および第2流路36を流れる液体50は、上面冷却部47および下面冷却部46に伝えられた熱を奪うことによりLEDチップ21を冷却する。熱を奪い温度が上昇した液体50は、循環流路55に合流して冷却フィン57が配置されている部分に流入する。液体50の熱は、循環流路55の壁面を通って冷却フィン57に伝達される。冷却フィン50に伝えられた熱は、外部の例えば空気に放熱され、液体50が冷却される。冷却された液体50は、再び循環ポンプ56に流入し、光源部20に向けて再び圧送される。
また、LEDチップ21から透明熱伝導体49に伝えられた熱は、透明熱伝導体49に直接接している上面冷却部47および基板45を介して下面冷却部46に伝えられる。上面冷却部47および下面冷却部46に伝えられた熱は、液体50によって奪われ、LEDチップ21は冷却される。
The liquid 50 is pumped by the
The heat generated in the
The heat transferred from the
上記の構成によれば、液体50が流れる第1流路31および第2流路36がLEDチップ21の下面および上面と熱交換するように配置されているため、LEDチップ21で発生する熱を上記上面および上記下面から奪い、冷却することができる。その結果、LEDチップ21への投入電力を上げることが可能となり、LEDチップ21から射出できる光量を増大させ、高輝度化を図ることができる。
また、LEDチップ21の面積を小さくしてエテンデュを下げても、LEDチップ21への投入電力を上げることができるため、高輝度を維持することができる。
According to said structure, since the
Further, even if the area of the
放熱フィン57により液体50の熱を循環流路55外の媒体に放出することができるため、液体50の温度を下げることができる。液体50の温度が下がることにより、液体50とLEDチップ21との温度差が大きくなり、LEDチップ21からより多くの熱を奪うことができる。その結果、LEDチップ21への投入電力をより上げることが可能となり、LEDチップ21から射出できる光量をさらに増大させ、より高輝度化を図ることができる。また、液体50の冷却能力を長時間にわたり維持することができることにより、LEDチップ21の高輝度化を長時間にわたり維持することができる。
Since the heat of the liquid 50 can be released to the medium outside the
熱交換面31a、36aがLEDチップ21の下面および上面よりも広いため、熱交換面31a、36aがLEDチップ21よりも横方向に張り出している。液体50はその張り出し部からLEDチップ21の端面と接触する透明熱伝導体49の熱を奪い、熱を奪われた透明熱伝導体49はLEDチップ21から熱を奪い、LEDチップ21を冷却することができる。
Since the
第1流路31と第2流路36とが並列に接続されているため、例えば、第1流路31と第2流路36との流路抵抗を異ならせることで、第1流路31と第2流路36とに流れる液体50の単位時間当たりの流量を異ならせることができる。そのため、LEDチップ21の下面が上面より温度が高い時には、第1流路31を流れる液体50の流量を第2流路36の流量よりも増やすことができ、上記下面からより多くの熱を奪い、LEDチップ21を効率良く冷却することができる。
Since the
循環ポンプ56によって液体50が循環流路55内を常に流れるため、LEDチップ21の上面および下面と熱交換する第1流路31および第2流路36にも常に液体50が流れる。そのため、第1流路31および第2流路36を流れる液体50との温度差を一定に維持することができ、液体50のLEDチップ21に対する冷却能力をさらに安定して維持することができる。
Since the liquid 50 always flows in the
図7は、本発明における別の実施の形態である光源装置の概略図である。
なお、循環流路55と第1流路31および第2流路36との接続は、図1に示すような、並列な結合方法に限られることなく、図7に示すように、循環流路55と第1流路31と第2流路36とを直列に配置して結合してもよい。
このような構成をとることにより、第1流路31および第2流路36に液体50を一台の循環ポンプ56により流すことができ、光源装置10を小型化するのに好適となる。
FIG. 7 is a schematic view of a light source device according to another embodiment of the present invention.
The connection between the
By adopting such a configuration, the liquid 50 can be caused to flow through the
図8は、本発明におけるさらに別の実施の形態である光源装置の概略図である。
また、1つの循環流路55に第1流路31および第2流路36を設ける構成に限られることなく、図8に示すように、第1循環流路55Aおよび第2循環流路55Bを設け、それぞれが第1流路31および第2流路36の役割を果たすようにしてもよい。
このような構成をとることにより、第1循環流路55Aと第2循環流路55Bとが独立したそれぞれ循環流路を形成しているため、各循環流路内に流れる液体50の種類を変えることや、液体50の単位時間あたりの流量を変えることができる。そのため、LEDチップの上面および下面を冷却するのに適切な液媒体および流量をそれぞれ選定することができ、LEDチップを効果的に冷却することができる。
FIG. 8 is a schematic view of a light source device according to still another embodiment of the present invention.
Further, the present invention is not limited to the configuration in which the
By adopting such a configuration, the
〔投射型表示装置〕
図9は、本発明の光源装置を用いた単板式投射型表示装置の概略構成図である。
図9に示す投射型表示装置1は、上述した光源装置10を使用するのに適する小型の単板式の投射型表示装置である。
投射型表示装置1は、図9に示すように、白色光を出射する光源装置10と、白色光を変調する液晶パネル(光変調手段)200と、変調された光を投射する投射レンズ(投射手段)300と、これらを収納する筐体500とを備えて構成されている。液晶パネルが1枚の、いわゆる単板式の投射型表示装置である。
液晶パネル200は、図示しない駆動回路に供給される制御信号の電圧の変化に応じて、画素単位で光を透過させたり透過させなかったりする光変調が可能に構成されている。また、液晶パネル200はカラーフィルタを備え、RGBに対応する複数の画素でカラー画素が構成されている。そして、RGB各色光の透過の有無を制御することでカラー表示が可能になっている。これらの構成は公知のカラーフィルタを備えた液晶パネルと同様のものである。
投射レンズ300は、液晶パネル200から射出された像をスクリーン600上に結像させるように構成されている。同図では投射レンズが1枚図示されているのみだが、複数のレンズで構成されても良いことはもちろんである。筐体500は、投射型表示装置全体の収納容器として構成されており、各光学要素を適当に配置できるように構成されている。
[Projection type display device]
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a single-plate projection display device using the light source device of the present invention.
The
As shown in FIG. 9, the
The
The
このような構成の投射型表示装置において、光源装置10からは高輝度の白色光が射出され、液晶パネル200でRGBごとに光変調される。光変調された各色光は投射レンズ300により、スクリーン600上に明るいカラー画像として合成される。
In the projection display device having such a configuration, high-intensity white light is emitted from the
図10は、本発明の光源装置を用いた3板式投射型表示装置の概略構成図である。
図10に示す投射型表示装置2は、上述した光源装置10を使用するのに適する小型の3板式の投射型表示装置である。上述した投射型表示装置1とは、光源装置および液晶パネルをそれぞれ3セット備えている点が異なっている。したがって、投射型表示装置1と同一部分については同一の符号を付し、その説明を省略する。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a three-plate projection display device using the light source device of the present invention.
The
投射型表示装置2は、図10に示すように、光源装置10R、10G、10Bと、3個の液晶パネル200、ダイクロイックプリズム400、投射レンズ300および筐体500とを備えて構成されている。液晶パネルが個の、いわゆる3板式の投射型表示装置である。
光源装置10R、10G、10BのそれぞれのLEDチップが、赤の色光、緑の色光、および青の色光をそれぞれ射出する点を除いて、これらの光源装置10R、10G、10Bの構造は、上述した光源装置10の構造と基本的に同じである。そのため、光源装置10Rからは赤色(R)、光源装置10Gからは緑色(G)、光源装置10Bからは青色(B)の各色光が射出される。なお、RGBの色光を出射する光源装置10R、10G、10Bを用いるだけでなく、白色光を出射する光源装置を用い、光源装置10と液晶パネル200との間、または液晶パネル200とダイクロイックプリズム400との間に白色光をRGBの各色光に変換するカラーフィルタを配置してもよい。
ダイクロイックプリズム400は、Rのみを反射可能な多層膜400Rと、Bのみを反射可能な多層膜400Bとを備え、RGBごとに光変調された画像を合成して、投射レンズ300に向けて射出可能に構成されている。
As shown in FIG. 10, the
The structures of the
The
このような構成の投射型表示装置において、光源装置10R、10G、10Bからは、それぞれ高輝度の各色光が射出され、各光源装置に対応する液晶パネル200でそれぞれ光変調される。光変調された各色光は投射レンズ300により、スクリーン600上に明るいカラー画像として合成される。この構成によれば、上述した単板式投射型表示装置1に比べ、さらに明るいカラー画像が得られる。
In the projection display device having such a configuration, each
なお、本発明の技術範囲は上記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種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、光源装置としてLEDチップを用いる構成に適応して説明したが、このLEDチップを用いる構成に限られることなく、半導体レーザなど、その他各種の固体発光素子に適応することができるものである。
また、放熱手段として冷却フィンを用いる構成に適応して説明したが、例えばペルチェ効果を用いた冷却素子を用いるなど、様々な放熱効果を高める手段を適用することもできる。さらに上記の実施の形態においては、光変調手段として透過型液晶パネルを用いる構成に適応して説明したが、この透過型液晶パネルを用いる構成に限られることなく、反射型液晶パネル(LCOS)や、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD、登録商標)など、他の光変調手段を用いることができるものである。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the description has been made by adapting the configuration using the LED chip as the light source device. However, the present invention is not limited to the configuration using the LED chip, and is applicable to various other solid-state light emitting devices such as a semiconductor laser. Is something that can be done.
Further, although the description has been made in conformity with the configuration in which the cooling fins are used as the heat radiating means, various means for enhancing the heat radiating effect such as using a cooling element using the Peltier effect can be applied. Further, in the above-described embodiment, the description has been made in conformity with the configuration using the transmissive liquid crystal panel as the light modulation means. However, the present invention is not limited to the configuration using the transmissive liquid crystal panel, and the reflective liquid crystal panel (LCOS) Other light modulation means such as a digital micromirror device (DMD, registered trademark) can be used.
1、2・・・投射型表示装置、 10、10R、10G、10B・・・光源装置、 21・・・LEDチップ(固体光源)、 31・・・第1流路(流路)、 31a、36a・・・熱交換面、 36・・・第2流路(流路)、 50・・・液体(液媒体)、 56・・・循環ポンプ(循環手段)、 57・・・冷却フィン(放熱手段)、 200・・・液晶パネル(光変調手段)、 300・・・投射レンズ(投射手段)
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記流路が、前記固体光源の一方の面および他方の面と熱交換するように配置されていることを特徴とする光源装置。 A solid light source that emits light, a liquid medium that takes away heat generated by the solid light source, and a flow path through which the liquid medium flows,
The light source device, wherein the flow path is arranged to exchange heat with one surface and the other surface of the solid light source.
前記流路の熱交換面が前記一方の面または前記他方の面よりも広いことを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。 In the region where the flow path is in heat exchange with the solid state light source,
The light source device according to claim 1, wherein a heat exchange surface of the flow path is wider than the one surface or the other surface.
該循環流路には前記液媒体を循環させる循環手段が備えられていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の光源装置。 The flow path is a circulation flow path;
The light source device according to claim 1, wherein the circulation channel is provided with a circulation means for circulating the liquid medium.
前記第1流路と前記第2流路とが、並列に接続されていることを特徴とする請求項7記載の光源装置。 The circulation channel is formed with a first channel that exchanges heat with the one surface and a second channel that exchanges heat with the other surface,
The light source device according to claim 7, wherein the first flow path and the second flow path are connected in parallel.
前記第1流路と前記第2流路とが、直列に接続されていることを特徴とする請求項7記載の光源装置。 The circulation channel is formed with a first channel that exchanges heat with the one surface and a second channel that exchanges heat with the other surface,
The light source device according to claim 7, wherein the first flow path and the second flow path are connected in series.
前記第1循環流路と、前記第2循環流路とには、前記液媒体を循環させる循環手段が備えられていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の光源装置。 The channel is a first circulation channel that exchanges heat with the one surface, and a second circulation channel that exchanges heat with the other surface,
The light source device according to any one of claims 1 to 6, wherein a circulation means for circulating the liquid medium is provided in the first circulation channel and the second circulation channel.
前記光源装置が、請求項1から10のいずれかに記載の光源装置であることを特徴とする投射型表示装置。 A projection type display device comprising: a light source device that emits light; a light modulation unit that modulates light from the light source device; and a projection unit that projects light modulated by the light modulation unit,
A projection display device, wherein the light source device is the light source device according to claim 1.
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