JP2005079150A - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤチップ１００を直接、または間接的に冷却流体４００を強制流動させることによって、冷却効果を高めた光源装置１０と、この光源装置１０が搭載されて、高輝度で良好な性能を長期間にわたって維持するプロジェクタ１０００を提供する。
【解決手段】 光源装置１０は、ＬＥＤチップ１００が直接、または間接的に冷却流体４００によって冷却され、ＬＥＤチップ１００が固着される発光素子基台１２０と、発光素子基台１２０に設けられた冷却流体４００の流入路１２４，１２６と、流出路１２５，１２７と、が備えられ、
流入路１２４，１２５と流出路１２５，１２７とが、ＬＥＤチップ１００が固着される発光素子基台１２０の面に対して、略平行に設けられている。
プロジェクタ１０００は、前記光源装置１０を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子が、冷却流体によって直接または間接的に冷却される光源装置と、この光源装置が搭載されるプロジェクタに関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源を照明に用いるプロジェクタ等の電子機器の小型化、高輝度化が促進され、装置内の熱密度が従来に比べて上昇してきたために、電子機器、特に発熱源である光源装置の冷却性能の一層の向上が必要とされてきている。
また、ＬＥＤチップは透光性樹脂によって被覆されているが、透光性樹脂は一般的に熱伝導率が低い。従って、ＬＥＤチップで発生した熱は、ＬＥＤチップが固着される発光素子基板やリード線を通じて放熱されるが、光源装置の高輝度化や高出力化が進むにつれ、充分な放熱性が得られなくなってきている。

従来、発光素子であるＬＥＤチップを冷却流体で直接冷却する光源装置が提案されている。この際、密閉された冷却流体の自然対流で冷却する構造、ヒートパイプの原理で冷却する構造、冷却気体を流動させて冷却させる構造等が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＬＥＤチップまたはＬＥＤチップが固着された基板を密閉された容器内の冷却液体で冷却する構造や容器外から透光性の絶縁流体を流動させて冷却する構造で、ＬＥＤチップで過熱された冷却液体が流動される流路と、冷却された冷却液体が流動される流路が分離されている光源装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、ＬＥＤチップが基板に固着され、密閉された容器内の冷却液体で冷却される構造であって、冷却液体に接触する基板または容器にフィンが設けられている光源装置も知られている（例えば、特許文献３参照）。

あるいは、放熱板及びＬＥＤチップが搭載される基板に冷却液体の循環路を設け、冷却液体が循環路及びカバー内に封入され、循環路及びカバー内において自然対流する構造が知られている（例えば、特許文献４参照）。
特開平１１−１６３４１０号公報（第３頁、第４頁、第１図〜第４図） 特開２００１−３６１４８号広報（第１頁、第９頁〜第１０頁、第１図、第３２図） 特開２００１−３６１５３号広報（第３頁、第１図、第３図） 特開昭６１−１６８３７２号広報（第３頁、第１図）

このような特許文献１では、密閉された液体で冷却する構造であるため、液体は自然対流で容器内を循環されるだけのため、冷却スピードが遅いという課題がある。また、ヒートパイプの原理で冷却する構造では、液体内に気泡が発生し易く、気泡は冷却効果を減ずるという課題がある。
また、冷却気体を流動させＬＥＤチップを直接冷却する構造では、気体は金属に比べ熱伝導率が低いため充分な冷却効果が得られないという課題もある。

特許文献２では、冷却液体を容器外から流入させ、容器内を流動して容器外に流出させているので、冷却液体を自然対流によって冷却するよりも冷却効果はあるが、冷却液体の流入流路と流出流路とが、ＬＥＤチップに対して制御されていないので、冷却液体の循環性が悪く冷却効率が低いという課題がある。
また、冷却液体の循環性が悪いために、プロジェクタ等に使用される高輝度、高出力の発光素子を冷却するためには、冷却液体の流量を多くしなければならず、このことは、冷却機構の大型化や複雑化が要求され、其の結果、光源装置がコスト高になるという課題がある。
また、冷却液体の流量を増加させると容器内の圧力を増すことになり、ＬＥＤチップ自身やＬＥＤチップを接続する電極部（ワイヤーボンディング部）に応力が発生し、光源装置の信頼性を減ずるというような課題もある。

また、特許文献３では、ＬＥＤチップが固着される基板、または容器に放熱フィンが設けられているが、冷却液体は密閉されており、自然対流されるだけであるので、充分な冷却性能が得られないというような課題がある。また、このような構造では、構造的強度からＬＥＤチップと放熱フィンとの距離を大きくしなければならないので、充分な冷却性能が得られないという課題もある。

また、特許文献４では、放熱板及びＬＥＤチップが搭載される基板に冷却液体の循環路を設け、冷却液体が循環路及びカバー内に封入され、循環路及びカバー内において自然対流されていることと、冷却液体の流路が放熱板内に限られているために冷却効率が悪いという課題がある。

本発明の目的は、発光素子を直接、間接的に冷却流体を強制流動させることによって、
冷却効果を高めた光源装置と、この光源装置が搭載されたプロジェクタを提供することにある。

本発明の光源装置は、発光素子が冷却流体によって冷却される光源装置であって、前記発光素子が固着される発光素子基台と、前記発光素子基台に前記冷却流体の流入路と、流出路と、が備えられ、前記流入路と前記流出路とが、前記発光素子が固着される前記発光素子基台の面に対して略平行に設けられていることを特徴とする。
ここで、発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用することができ、平面形状は、略正方形または円形に形成されている。冷却流体としては、窒素ガス（Ｎ_２）、アルゴンガス（Ａｒ）などの気体や、純水、フッ素系炭化水素あるいはシリコンオイル等の液体を採用することができる。
また、発光素子基台、冷却構造体の材料としては、冷却流体よりも熱伝導率が高いアルミニウム合金や銅系の金属を採用することができる。

この発明によれば、発光素子は冷却流体によって直接または間接的に冷却することができるが、冷却流体の流入路と流出路とが、発光素子の発光素子基台に固着されている面に対して略平行に設けられているので、光源装置内で冷却流体の流路が制御されているため、冷却液体が円滑に流動され冷却効果を高めることができる。

また、冷却液体が流動されることによって、発光素子を直接、または間接的に効率よく冷却することができる。例えば、発光素子が発生する熱は、冷却流体よりも熱伝導率が高い金属で形成された発光素子基台に早く伝導する。この際、発光素子基台も冷却されるので、冷却効果を高めることができる。このことにより、同じ冷却効果を得るためには、冷却流体の流量を減ずることができるので、光源装置の冷却構造を簡素化でき、また小型化することができる。
このように、冷却流体の流量を減ずることができることから、冷却流体の圧力を減ずることができる。このことにより、例えば、発光素子自身や発光素子と外部制御回路を電気的に接続する接続部にかかる応力を減ずることができるので、長期間にわたって光源装置の性能を維持することができる。

本発明では、前記発光素子が前記冷却流体に浸漬され、前記流入路と前記流出路とが、平面方向に前記発光素子を挟んで対向する位置に２対備えられ、且つ、それぞれが略平行に配置され、前記流入路と前記流出路とが隣り合わせに備えられ、前記発光素子に対して、前記流出路からの直角方向距離が、前記流入路からの直角方向距離よりも離れた位置に備えられていることが好ましい。

この発明によれば、冷却流体の流入路と流出路が、発光素子を挟んで対向して設けられているので、冷却流体は発光素子を冷却しながら円滑に流動排出される。また、流入路と流出路とは、隣り合って配置されており、冷却流体は、発光素子の周囲を流動して流入路と隣り合う流出路から排出されるので、光源装置内で冷却流体の循環が円滑に行われる。
さらに、流出路は、流入路よりも発光素子から離れた距離に配置されているので、例えば、発光素子基台の冷却流体が流動される部分の平面を視認した形状が円形である場合、流出路の流出口内側の交錯部は，他の交錯部よりも鋭角な角部が形成されることになるので、冷却流体は、この角部によって、そのまま流出路から排出される流れと、発光素子の周囲に沿って回転流動する流れに分流される。

このように冷却流体の流動方向を制御することによって、冷却流体が発光素子に沿って円滑に流動されるので、発光素子の冷却を効率的に行うことができる。また、このことにより、発光素子の温度分布が均一になるので、熱応力が生じにくくなり、発光素子に歪が生じたり、破壊されたり摺ることを防止でき、熱応力による発光素子の劣化を防止することができる。
また、冷却流体は、例えば、外部のポンプ等で流動されるが、冷却流体が円滑に流動されることで、同じ冷却効果を得るためには少ない流量でよく、そのことでポンプを含め光源装置を小型化することができる。

本発明では、前記発光素子が前記冷却流体に浸漬され、前記流入路と前記流出路とが、平面方向に前記発光素子を挟んで対向する位置に１対備えられ、且つ、それぞれが平行に配置され、前記発光素子に対して、前記流出路からの直角方向距離が、前記流入路からの直角方向距離よりも離れた位置に備えられていることが望ましい。

この発明によれば、前述の流入路と流出路とが２対設けられた構造に比べ、光源装置の冷却効果はわずかに減ずるものの、流入路と流出路が１対であるため、構造を簡素化し、小型化することができる。

本発明では、前記発光素子が前記冷却流体に浸漬され、前記流入路と、前記流出路が、それぞれ対向して備えられ、前記発光素子が、対向する前記流入路を結んだ直線と、対向する前記流出路を結んだ直線と、が交錯する位置に備えられていることが好ましい。

この発明によれば、冷却流体は、発光素子に向かって流入され、発光素子に接触した後、発光素子で直角方向に分流され、発光素子に沿って流動し流出路から排出されるので、冷却流体は、発光素子に沿って円滑に流動されるため、前述した冷却効果と均一な温度分布を得ることができる。また、前述の流出路と流入路とを平行に設ける構造よりも、流入路、流出路とを、十字状に配置することで、隣り合う流入路、流出路の距離を大きく設定することができ、製造しやすいという効果や小型化しやすいという効果もある。

本発明では、前記流入路と前記流出路とが、断面方向に複数備えられていることが考えられる。
このような発明では、前述した流入路と流出路とが、断面方向にも複数設けられているので、冷却流体は、平面方向だけに流入路、流出路が設けられている構造に比べ、流量を増加することができるので、より一層冷却効果と温度の均一化を高めることができる。

また、本発明は、前記発光素子が固着される前記発光素子基台の面に、前記冷却流体の流導路が形成されていることが好ましい。
この発明によれば、発光素子基台に冷却流体を円滑に、しかも流動方向を誘導するための、例えば、発光素子に向かって斜め放射状や円弧状の溝、または突起が形成されているので、冷却流体の流動方向を自在に制御することができる。このことにより、冷却流体の流動性、循環性が高められ、一層、冷却効果を高めることができる。

本発明は、前記発光素子基台の周縁部に前記冷却流体の流路が備えられ、この流路に流通する前記流入路と前記流出路とが備えられていることを特徴とする。

本発明によれば、発光素子から熱が伝導されている発光素子基台を冷却することができるので、前述の発光素子を直接冷却する構造に比べ、冷却効果はわずかに減ずるが、発光素子が、直接冷却流体に接触しないために、冷却流体の圧力が発光素子にかからないこと、不純物の侵入等に係わる発光素子の機械的、化学的、光学的な特性の変化や経時変化を減ずることができる。
また、例えば、流路をリング状に形成した場合、冷却流体が、発光素子基台の周囲のこの流路に沿って回転するように流動されるので、円滑に冷却流体を流動することができる。このことにより、同じ冷却効果を得るために少ない流量でよく、外部のポンプを含め光源装置を小型化することができる。

本発明では、前記流入路と前記流出路とが、平面方向に前記発光素子を挟んで対向する位置に２対備えられ、且つ、それぞれが略平行に配置され、前記流入路と前記流出路とが隣り合わせに備えられ、前記発光素子に対して、前記流出路からの直角方向距離が、前記流入路からの直角方向距離よりも離れた位置に備えられていることが好ましい。

この発明によれば、冷却流体の流入路と流出路が、発光素子を挟んで対向して設けられた流路に流通しているので、冷却流体は円滑に流動し、排出される。また、流入路と流出路とは、隣り合って配置されており、冷却流体は、発光素子固着される周囲の発光素子基台の流路を流動して流入路と隣り合う流出路から排出されるので、光源装置内で冷却流体の循環が円滑に行われる。
さらに、流出路は、流入路よりも発光素子から離れた距離に配置されているので、例えば、発光素子基台の冷却流体が流動される部分の平面を視認した形状が円形である場合、流出路の流出口内側の交錯部は，他の交錯部よりも鋭角な角部が形成されることになるので、冷却流体は、この角部によって、そのまま流出路から排出される流れと、発光素子基台の周囲に沿って流動する流れに分流される。

このように冷却流体の流動方向を制御することによって、発光素子が固着されるの発光素子基台が冷却されるので、発光素子に熱応力が生じにくくなり、熱応力による発光素子の破壊を防止することができる。
また、冷却流体は、例えば、外部のポンプ等で流動されるが、冷却流体が円滑に流動されることで、同じ冷却効果を得るためには少ない流量でよく、そのことでポンプを含め光源装置を小型化することができる。

本発明では、前記流入路と前記流出路とが、平面方向に前記発光素子を挟んで対向する位置に１対備えられ、且つ、それぞれが平行に配置され、前記発光素子に対して、前記流出路からの直角方向距離が、前記流入路からの直角方向距離よりも離れた位置に備えられていることを特徴とする光源装置。

この発明によれば、前述の流入路と流出路とが２対設けられた構造に比べ、光源装置の冷却効果はわずかに減ずるものの、流入路と流出路が１対だけ備えられているため、構造を簡素化し、小型化することができる。

また、本発明では、前記流入路と前記流出路が、それぞれ対向して備えられ、前記光源装置が、対向する前記流入路を結んだ直線と、対向する前記流出路を結んだ直線と、が交錯する位置に備えられていることが好ましい。

この発明によれば、冷却流体は、発光素子基台に向かって流入され、発光素子基台によって２方向に分流され、発光素子基台に沿って流動し流出路から排出されるので、前述した冷却効果と、均一な温度分布を得ることができる。また、前述の流出路と流入路とを平行に設ける構造よりも、流入路、流出路とを、十字状に配置することで、隣り合う流入路、流出路の距離を大きく設定することができ、製造しやすいという効果や小型化しやすいという効果もある。

また、この発明では、前記流入路と前記流出路とが、断面方向に複数備えられていることが望ましい。
このような発明では、前述した流入路と流出路とが、断面方向にも複数設けられているので、冷却流体は、平面方向だけに流入路、流出路が設けられている構造に比べ、流量を増加することができるので、より一層冷却効果と温度の均一化を高めることができる。

本発明のプロジェクタは前述した光源装置が搭載されたことを特徴とする。
このようなプロジェクタは、光源装置の冷却効率が高いので輝度を高めることができ、また、構造も簡素であるため、高輝度でありながら小型化することができる。また、発光素子の温度の均一化ができるため、熱応力による発光素子の劣化を防止することができ、長期間にわたって良好な性能を維持することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図１２は本発明の光源装置の実施例を示し、図１３は、本発明のプロジェクタの実施例が示されている。

図１〜図３は、実施例１の光源装置１０が示されている。
図１は、実施例１の光源装置を示す平面図で、図２に記載のレンズキャップ２００及び固定リング３００を省略している。図２は実施例１の断面図が示されている。図３は、実施例１の発光素子基台１２０の詳細を示す平面図である。図１、図２において、光源装置１０は、発光素子基台１２０と、発光素子基台１２０に固着される発光素子としてのＬＥＤチップ１００と、固定リング３００とレンズキャップ２００とから構成されている。

ＬＥＤチップ１００は、平面形状が略正方形をしており、上面にｐ電極１０１、下面にｎ電極１０２が備えられおり、ｎ電極１０２が発光素子基台１２０に形成された凹部の底部１２２の略中央部に銀ペーストなどの導電性材料で固着され、ｐ電極は、ワイヤー１１０でリード基板５００に接続されている。

発光素子基台１２０は、外形が直方体で、中央に、開口部が広く、底部が狭い凹部が形成されている。発光素子基台１２０は、外縁から凹部に貫通する冷却流体４００が流通する流入路１２４，１２６と、流出路１２５，１２７が穿設されている。流入路１２４，１２６、流出路１２５，１２７は、一部が後述するＬＥＤチップ１００の上面を望んだ断面高さに設けられ、平面位置は、ＬＥＤチップ１００の一辺に沿った方向に向かって形成されている。

図２において、流入路１２４，１２６、流出路１２５，１２７は、それぞれ平行に形成され、流出路１２５，１２７は、長手方向からのＬＥＤチップ１００に対して直角方向距離Ｈが、流入路１２４，１２６の長手方向からのＬＥＤチップ１００に対しての直角方向距離ｈよりも離れた位置に設けられている。流出路１２５，１２７が、凹部の斜面部１２１との交錯部１２５Ａと１２７Ａは、平面を視認して他方の交錯部１２５Ｂ，１２７Ｂよりも鋭角に形成されている。

図３において、発光素子基台１２０の底部１２２は、ＬＥＤチップ１００に向かって、風車状の冷却流体４００の流導路１２８が形成されている。流導路１２８は、底部１２２に溝状に形成されるか、または突起状に形成される。この流導路１２８は、風車状でも、直線放射状でもよく、底部１２２の外周近傍から、ＬＥＤチップ１００の周囲近傍までの範囲に形成されるが、ＬＥＤチップ１００の周囲は、冷却流体１００が、ＬＥＤチップ１００に沿って回転するように流動できる範囲の空間を備えることが好ましい。

発光素子基台１２０は、熱伝導率が高いアルミニウム合金や銅合金などが使用できるが、以降、比重も小さく軽量化ができるアルミニウム合金を使用した場合を実施例として説明する。この発光素子基台１２０は、斜面部１２１及び底部１２２の表面にＬＥＤチップ１００から射出される可視光を効率良く反射するために、鏡面仕上げ、細かい凹凸仕上げ（乱反射仕上げ）や光の反射層を形成するめっきなどが施されている。また、図示しないが、発光素子基台１２０は、外部制御回路に接続されている。
発光素子基台１２０の上面には、リード基板５００がインサートされた固定リング３００が、密着固定されている。

リード基板５００は、金属で形成された短冊状の薄板であり、流入路１２６と流出路１２７の中間に配置されており、その両端は、固定リング３００から延出されており、内側の一端は、ＬＥＤチップ１００のｐ電極１０１とワイヤー１１０で接続され、多端は、図示しないが、外部制御回路に接続されている。
固定リング３００の上面１２３には、レンズキャップ２００が密着固定され、これらレンズキャップ２００と、固定リング３００と、発光素子基台１２０の凹部とで冷却流体４００が流動される空間が形成される。
ＬＥＤチップ１００は、外部制御回路からの発光信号により発光される。

次に、図１、図３により冷却流体４００の流動について説明する。流入路１２４，１２６は、図示しないが、光源装置１０の外部に備えられたポンプに接続され、流出路１２５，１２７は、冷却流体が貯蔵されるタンクに接続され、光源装置１０の外部の流通過程で冷却流体４００は冷却され、流入路１２４，１２６から、光源装置１０内に流入される。
流入路１２４，１２６から流入された冷却流体４００は、発光素子基台１２０の凹部内を矢印Ａ方向に流動し、流入路１２６と流出路１２７、流入路１２４と流出路１２５とは、平面方向に位置がずれているために、流出路１２５，１２７と斜面部１２１との交錯部１２５Ａ，１２７Ａで分流され、一部が流出路１２５，１２７から外部に排出され、一部が矢印Ｂ方向に流動し、流出路１２５，１２７から排出され、前述の循環が行われる。

図３で説明したように、流導路１２８が形成されている場合は、前述した（図１、参照）矢印Ａ及びＢのように流動するとともに、矢印Ｃ方向にＬＥＤチップ１００に向かって流動され、ＬＥＤチップ１００の周囲を回る矢印Ｄのような流動が行われる。

従って、本実施例１によれば、冷却流体４００の流入路１２４と流出路１２５、流入路１２６と流出路１２７とが、発光素子を挟んで対向して設けられているが、ＬＥＤチップ１００からの距離が流出路１２５，１２７の方が外側にあるため、流出路１２５，１２７の角部１２５Ａ，１２７Ａで分流されて、冷却流体４００がＬＥＤチップの周囲を回転するように流動されるので、冷却流体は発光素子を冷却しながら円滑に流動排出される。
また、流入路１２５と流出路１２６、流入路１２４と流出路１２７とは、隣り合って配置されており、冷却流体４００は、ＬＥＤチップ１００の周囲を流動して冷却し、流入路と隣り合う流出路から排出されるので、光源装置１０内で冷却流体の循環が円滑に行われる。

このように冷却流体の流動方向を制御することによって、冷却流体が発光素子に沿って円滑に流動されるので、発光素子の冷却を効率的に行うことができる。また、このことにより、発光素子の温度分布が均一になるので、熱応力が生じにくくなり、熱応力による発光素子の劣化を防止することができる。
また、冷却流体は、例えば、外部のポンプ等で流動されるが、冷却流体が円滑に流動されることで、同じ冷却効果を得るためには少ない流量でよく、そのことでポンプの動力を小さくすることがで、ポンプを含め光源装置１０を小型化することができる。

次に実施例２について、図４を用いて説明する。
図４は、流入路と流出路が１対備えられた光源装置１０を示す平面図で、この流入路、流出路以外は、断面関係を含めて実施例１と同じであるので、相違個所のみについて説明する。図４において、発光素子基台１２０には、流入路１２６と流出路１２７が設けられている。発光素子基台１２０は、平面外形が略正方形で、中央に開口部が広く底部が狭い凹部が形成されている。発光素子基台１２０は、外縁から凹部に貫通する冷却流体４００が流通する流入路１２６と、流出路１２７が穿設され、流入路１２６、流出路１２７は、一部が後述するＬＥＤチップ１００の上面を望んだ断面高さに設けられ、平面位置は、ＬＥＤチップ１００の一辺に沿った方向に向かって形成されている。

流入路１２６、流出路１２７は、それぞれ平行に形成され、流出路１２７は、長手方向からのＬＥＤチップ１００に対して直角方向距離Ｈが、流入路１２６の長手方向からのＬＥＤチップ１００に対しての直角方向距離ｈよりも離れた位置に設けられている。流出路１２７が、凹部の斜面部１２１との交錯部１２７Ａは、平面を視認して他方の交錯部１２７Ｂよりも鋭角に形成されている。
また、底部１２２の表面には、実施例１で記載された流導路１２８が形成されている（図３、参照）

冷却流体４００は、流入路１２６から流入され、矢印Ａ方向に流動され、角部１２７Ａで分流され、流出路１２７が排出される流路と、矢印Ｂ方向にＬＥＤチップ１００に沿って回転するように流動する流路ができる。また、流導路１２８に沿って流動する矢印Ｃ方向及び矢印Ｄ方向の流路もできる（図３、参照）

従って、本実施例２によれば、実施例１で記載されたの流入路と流出路とが２対設けられた構造に比べ、光源装置１０の冷却効果はわずかに減ずるものの、ほぼ同等な効果を得ることができる。
また、流入路１２６と流出路１２７が各１つだけ設けられるため、光源装置１０の構造を簡素化し、小型化することができる。

次に、実施例３について、図５を用いて説明する。実施例３は、実施例１の技術思想を基礎にして、流入路、流出路をＬＥＤチップ１００に対向させた構造である。断面関係は、図２と同じであるので省略する。
図５は、本発明の実施例３を示す平面図である。図５において、ＬＥＤチップ１００は、平面形状が略正方形をしており、上面にｐ電極１０１、下面にｎ電極１０２が備えられおり、ｎ電極１０２が発光素子基台１２０に形成された凹部の底部１２２の略中央部に銀ペーストなどの導電性材料で固着され、ｐ電極は、ワイヤー１１０でリード基板５００に接続されている。

発光素子基台１２０は、平面外形が略正方形で、中央に開口部が広く底部が狭い凹部が形成されている。発光素子基台１２０は、外縁から凹部に貫通する冷却流体４００が流通する流入路１２４，１２６と、流出路１２５，１２７が穿設されている。流入路１２４，１２６、流出路１２５，１２７は、ＬＥＤチップ１００の上面を望んだ断面高さに設けられ、平面位置は、ＬＥＤチップ１００の角部に向かって、流入路１２４と１２６、流出路１２５と１２７とが相互に対向するように形成されている。
底部１２２の表面には、実施例１と同様に、溝状や突起状の冷却流体４００の流導路が設けられることが好ましいが、この際、この流導路は、図中矢印Ｅ方向に沿って形成される。

本実施例においても、光源装置１０の外部には、冷却流体４００を貯蔵するタンクや流動するためのポンプが備えられているが、実施例１に記載されている構成と同じため、説明は省略する。
流入路１２４，１２６から流入された冷却流体４００は、ＬＥＤチップ１００の角部に向かって流動し、この角部で２方向に分流され（図中、矢印Ｅ）、ＬＥＤチップ１００の辺に沿って流動され、流出路１２５，１２７に排出される。

従って、本実施例３によれば、冷却流体４００は、ＬＥＤチップ１００の角部に向かって流入され、この角部で２方向に分流され、ＬＥＤチップ１００の辺に沿って流動し流出路から排出されるので、前述した実施例１と同様な冷却効果と、均一な温度分布を得ることができる。また、実施例１の流出路１２４，１２６と流入路１２５，１２７とを平行に設ける構造よりも、流入路１２４，１２６、流出路１２５，１２７とを、十字状に配置することで、隣り合う流入路１２４と流出路１２５，１２７、及び流入路１２４と流出路１２５，１２７との距離を大きく設定することができ、製造しやすいという効果や小型化しやすいという効果もある。

なお、図示しないが、実施例３の構成から、流出路と流入路を１対だけ備えた構造も考えられる。この場合、例えば、流入路１２６と対向した位置に流出路１２７を設けることができる（図５に示した、流入路１２４の位置に流出路１２７を設ける）。

このような構造では、実施例３で示した流入路と流出路が２対設けられた場合に比べて、光源装置１０の冷却効果はやや減ずるものの、ほぼ同等な効果を得ることができる。
また、流入路１２６と流出路１２７が１つだけ設けられるため、光源装置１０の構造を簡素化し、小型化することができる。

次に、実施例４について、図６を用いて説明する。実施例４は、実施例１ないし実施例３で示した流入路１２４，１２６と流出路１２５，１２７とが、断面方向に複数備えられた光源装置１０を示す。流入路及び流出路の断面方向のレイアウト以外は、実施例１と同じため説明は省略する。図６において、発光素子基台１２０に設けられた流入路１２４，１２６の上部には流入路１３１，１３３が設けられている。また、流出路１２５，１２７の上部にも流出路１３２，１３４が設けられている。

ここで、流入路１３１，１３３、流出路１３２，１３４とは、平面位置は実施例１（図１、参照）とほぼ同じ位置で、冷却流体４００の流入流出方向も同じとされているが、流入路１３１，１３３、流出路１３２，１３４とを、流入路１２４，１２６、流出路１２５，１２７に対して平面方向に９０度回転した位置に配置してもよく、実施例３（図５、参照）に示す流入路１２４，１２６と流出路１２５，１２７とに対して、流入路１３１，１３３、流出路１３２，１３４とを平面方向に９０度回転して配置してもよい。
また、図３で示したような、冷却流体４００の流導路１２８を設けることもできる。

さらには、前述したように、流入路１３１，１３３を下段にある流入路１２４，１２６と、流出路１３２，１３４と下段にある流出路１２５，１２７とが平面方向で重なるように配置される場合には、それぞれ流入と流出を入換えることができる。すなわち、流入路１３１，１３３を流出路に、流出路１３２，１３４を流入路にすることができる。

従って、本実施例４によれば、流入路１２４，１２６と流出路１２５，１２７に加え、流入路１３１，１３３、流出路１３２，１３４が、断面方向に段差を設けて備えられているので、冷却流体４００は、１平面方向だけに流入路、流出路が設けられている構造に比べ、流量を増加することができるので、より一層冷却効果と温度の均一化を高めることができる。
また、実施例２と、実施例３の変形例のように、流入路、流出路が１対設けられている場合においても、上段の流入路、流出路と、下段の流入路、流出路との平面方向角度を任意にずらすことができる。

なお、実施例１〜実施例４では、発光素子基台１２０は、外形が直方体とされているが、外周が円形の円柱状の形状とすることもできる。

次に、実施例５について、図７、図８を用いて説明する。
図７は、本発明の実施例５の光源装置１０を示す平面図で固定リング３００、レンズキャップ２００を省略している。図８は、実施例５の光源装置１０を示す断面図である。図７、図８において、ＬＥＤチップ１００は、平面形状が略正方形をしており、上面にｐ電極１０１、ｎ電極１０２が備えられおり、下面が発光素子基台１２０に形成された凹部の底部１２２の略中央部に接着材等で固着されている。ｐ電極１０１、ｎ電極１０２は、ワイヤー１１０でリード基板５０１、５０２にそれぞれ接続されている。

発光素子基台１２０は、外形が円柱状をしており、中央に開口部が広く底部が狭い凹部が形成され、外縁部には、リング状の冷却流体４００の流路１２９が形成されている。流路１２９は、底部が発光素子基台１２０の底部１２２の面より深く形成され、上部が開口されている。この流路１２９と発光素子基台１２０とを外周部から貫通される流入路１２４，１２６と流出路１２５，１２７が穿設されている。

流入路１２４，１２６、流出路１２５，１２７は、それぞれ平行に形成され、流出路１２５，１２７は、長手方向からのＬＥＤチップ１００に対して直角方向距離Ｈが、流入路１２４，１２６の長手方向からのＬＥＤチップ１００に対しての直角方向距離ｈよりも離れた位置に設けられている。流出路１２５，１２７が、流路１２９と交錯した交錯部１２５Ａと１２７Ａは、平面を視認して他方の交錯部１２５Ｂ，１２７Ｂよりも鋭角に形成されている。
流路１２９の上部開口部は、固定リング３００によって発光素子基台１２０に接着等の手段で固着され、密閉封止される。

図８において、固定リング３００は、断面方向に２段の段部を設けたリング状に形成され、外周は、発光素子基台１２０の外周と略同じ形状とされ、合成樹脂によって成形されている。この固定リング３００には、リード基板５０１，５０２がインサート成形されて密着固定されており、その両端が露出され、リード基板５０１の内側端部はＬＥＤチップ１００のｐ電極１０１とワイヤー１１０で接続され、外側端部は、図示しない外部制御回路に接続されている。また、リード基板５０２の内側端部はＬＥＤチップ１００のｎ電極１０２とワイヤー１０１で接続され、外側端部は、図示しない外部制御回路に接続されている。

固定リング３００の上面には、レンズキャップ２００が密着固定されており、これら発光素子基台１２０と、固定リング３００と、レンズキャップ２００とでＬＥＤチップ１００が収納される空間が形成されている。
ＬＥＤチップ１００は、外部制御回路からの発光信号を得て発光される。

発光素子基台１２０は、熱伝導率が高いアルミニウム合金や銅合金などが使用できるが、比重も小さく軽量化ができるアルミニウム合金が採用されることが好ましい。この発光素子基台１２０は、斜面部１２１及び底部１２２の表面にＬＥＤチップ１００から射出される可視光を効率良く反射するために、鏡面仕上げ、細かい凹凸仕上げ（乱反射仕上げ）や光の反射層を形成するめっきなどが施されている。

また、冷却流体４００は、図示しないが、光源装置１０の外部に備えられたポンプに接続され、流出路１２５，１２７は、冷却流体が貯蔵されるタンクに接続され、光源装置１０の外部の流通過程で冷却流体４００は冷却され、流入路１２４，１２６から、光源装置１０内に流入される。

流入路１２４，１２６から流入された冷却流体４００は、図７で示す矢印のように流路１２９の壁に沿って流動し、流出路１２５，１２７の角部１２５Ａ，１２７Ａで排出方向と流路１２９に沿う方向とに分流される。このようにして、冷却流体４００は流路内を円滑に流動されるのである。

従って、本実施例５によれば、前述の実施例１〜実施例４に記載のＬＥＤチップ１００を直接冷却流体４００で冷却する構造に比べ、わずかに冷却効率は減ずるが、液体または気体等の冷却流体４００よりも熱伝導率が高い発光素子基台１２０に伝達された熱を冷却流体を強制的に流動させることで、冷却効果を充分得ることができる。
また、流出路１２５，１２７は、流入路１２４，１２６よりもＬＥＤチップ１００に対して外側にあるため、流路１２９との交錯部１２５Ａ、１２７Ａは、他方の交錯部１２５Ｂ、１２７Ｂよりも鋭角になるため、この角部１２５Ａ，１２７Ａで冷却流体が分流され、流路１２９内を壁に沿って円滑に流動されるため、前述のポンプの動力を小さくすることができ、また、流路１２９の幅を小さくできるので、ポンプを含め光源装置を小型化することができる。

さらには、冷却流体４００がＬＥＤチップ１００に直接接触しないので、冷却流体４００による、ＬＥＤチップの磨耗や、不純物の侵入によるＬＥＤチップ１００の特性の変化、冷却流体内に生ずることが考えられる気泡等の影響を減ずることができ、良好な性能を長期間にわたって維持することができる。

なお、図示しないが、実施例５では流入路と流出路が２対備えられていたが、流入路と流出路を１対備えた光源装置も考えられる。すなわち、図７で示した流入路１２６と流出路１２７を削除し、流入路１２４と流出路１２５とで構成された光源装置１０である。この際、流入路１２６と流出路１２７だけの構成にすることもでき、効果も同じである。
この場合、流入路と流出路を２対備える構造に対して、冷却効率は、若干減ずるが、構造を簡素にでき、小型化することができるという効果がある。

次に、実施例６について、図９を用いて説明する。実施例６は、実施例５に比べ、ＬＥＤチップ１００に対して、流入路、流出路の方向を変えた構造であり、他の部分は実施例５と同じであるため説明を省略する。
図９は、実施例６の光源装置１０を示す平面図であり、固定リング３００，レンズキャップ２００を省略してある。

図９において、流入路１２４と１２６、流出路１２５と１２７は、ＬＥＤチップ１００を挟んで、それぞれが相互に対向するように配置されている。流入路１２４，１２６と流出路１２５，１２７とは、互いに９０度ずれた位置に形成される。すなわち、流入路と流出路の延長線が直交する関係にある。
冷却流体４００は、流入路１２４，１２６から流路１２９に流入した場所で、図中矢印Ａ方向とＢ方向に分流され、９０度回転した位置にある流出路１２５，１２７から排出される。流出路１２５，１２７の流路１２９との交錯部は面取りが施されているので、流路１２９の壁に沿って流動してきた冷却流体４００が、流出路１２５，１２７に流出し易い形状とされている。

従って、本実施例６では、流入路１２４，１２６から流入した冷却流体は、分流され流路１２９の壁に沿って流動し、流出路１２５，１２７から排出されるので、冷却流体４００は、流路内を円滑に流動されるので、実施例５と同様な効果を得ることができる。
また、流入路１２４，１２６と流出路１２５，１２７とは、発光素子基台の外縁部側面及び流路１２９に対して直角に形成され、流入路１２４，１２６、流出路１２５，１２７との距離が離れているので、加工し易いためコストを低減することもできる。

なお、前述した実施例６では、流入路と流出路とが２対備えられているが、図示しないが、流入路と流出路とが１対で構成することもできる。すなわち、図９に示した流出路１２５，１２７を削除し、流入路１２６を流出路にする構造である。従って、流入路１２４の延長線上に流出路１２６を設けたもので、冷却流体４００は、流入路１２４から流入され、２方向に分流され、流路１２９内の壁に沿って約１８０度回転流動され、流出路から排出される。
このような構造では、流入路と流出路を２対備える構造に対して、冷却効率は若干減ずるが、構造を簡素にでき、小型化することができるという効果がある。

続いて、本発明の実施例７について、図１０を用いて説明する。実施例７は、実施例５及び実施例６に記載した流入路と流出路に加え、断面方向に段差を設けて複数の流入路と流出路を備えた構造であり、他の構造は、実施例５及び実施例６と同じため省略する。
図１０は、実施例７の光源装置１０を示す断面図である。図１０において、発光素子基台１２０は、外縁部側面から流路１２９に貫通する流入路１２４，１２６及び流出路１２５，１２７を備え、その断面方向下部に、流入路１３２，１３４及び流出路１３１，１３３が備えられている。
流入路１３２，１３４及び流出路１３１，１３３は、流入路１２４，１２６、流出路１２５，１２７の平面視で重なるように配置されている。

従って、本実施例７によれば、流入路と流出路とが４対で構成されているので、実施例５及び実施例６の効果に加え、冷却流体４００の流量を増やすことができるので、冷却効果を一層高めることができる。

なお、本実施例７は、前述の実施例５及び実施例６の変形例にも応用できることは勿論、図示しないが、上下の流入路と流出路の流路を変えることができる。例えば、実施例５において（図７、参照）、流入路１２４，１２６と流出路１２５，１２７に対して、下部に備えた流入路１３２，１３３を冷却流体４００の流出路とし、流出路１３１，１３３を流入路とすることができる。

このことによって、流路１２９内では、上層と下層に異なる冷却流体４００の流層ができることになる。従って、この流層の界面では、冷却流体４００が撹拌された状態になるため、流動性はやや減ずるが、温度の均一性を高めることができる。

また、上部の流入路、流出路と、下部に備えらた流入路、流出路とを平面方向に４５度ないし９０度位相をずらして形成することもできる。
このような組み合わせは、光源装置１０のサイズや後述するこの光源装置１０を搭載したプロジェクタの性能等から自在に選択して組み合わせることができる。

続いて、本発明の実施例８について、図１１を用いて説明する。
図１１は、実施例８を示す断面図である。図１１において、発光素子基台１２０は、実施例５及び実施例６に示した流入路１２４，１２６、流出路１２５，１２７に加え、発光素子基台１２０の凹部の低部１２２の下方に、発光素子基台１２０の外周から横断して貫通する冷却流体４００の流路１３５が穿設されている。
この流路１３５の大きさは、特に限定されるものではないが、ＬＥＤチップ１００の平面サイズより大きく、好ましくは、発光素子基台１２０の低部１２２の平面サイズと同等にされる。

なお、実施例８は、実施例１ないし実施例７にも応用することができ、発熱源であるＬＥＤチップ１００の下部近傍においてＬＥＤチップ１００を間接的に冷却することができるので、実施例１ないし実施例７に記載した効果に加え、より一層の冷却効果が得られる。

次に、本発明の実施例９について、図１２を用いて説明する。実施例９は、前述した実施例５ないし実施例８の流路１２９内に冷却フィン１３６を設けた構造である。
図１２は、実施例９を示す断面図である。図１２において、発光素子基台１２０に設けられたリング状の流路１２９のＬＥＤチップ１００に近い壁部に断面が凸凹の冷却フィン１３６が備えられている。この冷却フィン１３６は、流路１２９の底部に設けられてもよい。また、発光素子基台１２０の外周部に冷却フィンを設けることもできる。

従って、流路１２９内の壁部に冷却フィンを備え、冷却流体４００を流動させることで、放熱効果が高まり、実施例５ないし実施例８に記載された効果に加え、より一層冷却効果を得ることができる。

次に、前述した実施例１ないし実施例９に記載の光源装置１０が搭載されたプロジェクタについて図１３を用いて説明する。
図１３は、本発明のプロジェクタ１０００の構成を示す概略構成図である。図１３において、本発明に係るプロジェクタ１０００は、赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）をそれぞれ射出する３個の光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂのそれぞれに対向するように配置されたライトバルブ８００Ｒ，８００Ｇ，８００Ｂと、これら３個のライトバルブ８００Ｒ，８００Ｇ，８００Ｂから射出された各変調光を合成して射出するダイクロイックプリズム７００（色合成光学系）、このダイクロイックプリズム７００から出射された合成光を拡大投写する投写レンズ６００（投写光学系）とを有している。

なお、光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、前述した本発明の実施例１〜実施例９に記載の冷却手段を備えている。図示しないが、これら光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、外部に冷却流体４００を貯蔵するタンクと、冷却流体を流動するポンプを備えている。

従って、本発明を適用したプロジェクタ１０００では、光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから射出された色光Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ対応するライトバルブ８００Ｒ，８００Ｇ，８００Ｂに入射した後、各ライトバルブ８００Ｒ，８００Ｇ，８００Ｂで光変調された後、ダイクロイックプリズム７００に向けて射出される。そして、ライトバルブ８００Ｒ，８００Ｇ，８００Ｂにより各々変調された３原色に対応する光成分Ｒ，Ｇ，Ｂは、ダイクロイックプリズム７００により合成された後、投射レンズ６００を介してスクリーン９００にカラー画像として拡大投写される。

従って、本発明の実施例１０によれば、光源装置１０は、ＬＥＤチップ１００の冷却効率が高いので、輝度を高めることができ、また、構造も簡素であるため、この光源装置１０が搭載されたプロジェクタ１０００も、高輝度で小型化でき、また長期間にわたって良好な性能を維持することができる。

なお、本発明は前述の実施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、実施例１〜実施例９では、ＬＥＤチップ１００は、平面形状が略正方形としているが、平面形状が円形でも同じ効果が得られる。また、実施例１〜実施例５では、ＬＥＤチップは、ｐ電極１０１は上面側に、ｎ電極１０２は下面側に設けられ、実施例５〜実施例９では、上面側にｐ電極１０１とｎ電極１０２とが並んで設けられているが、ＬＥＤチップ１００は、どちらの構造を採用しても得られる効果は変わらない。
また、本発明では、ＬＥＤチップ１００の下面にｐ電極１０１とｎ電極１０２が備えられた場合も、発光素子基台１２０のＬＥＤチップ１００の固着面１２２に絶縁層を形成し、絶縁層の上面にｐ電極１０１とｎ電極１０２に対応した電極を形成するような構造にも応用することができる。

また、実施例１〜実施例９では、ＬＥＤチップ１００は、光源装置１０内に１個用いているが、複数のＬＥＤチップ１００を設置することができる。
さらに、本発明のプロジェクタ１０００は、実施例１０では、各色光に対して１個の光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを設置しているが、各色光に対して複数の光源装置を設置しても良い。

従って、本発明によれば、ＬＥＤチップ１００を直接、または間接的に冷却流体４００を強制流動させることによって冷却効果を高めた光源装置１０と、この光源装置１０が搭載されて、高輝度で良好な性能を長期間にわたって維持するプロジェクタ１０００を提供することができる。

本発明の実施例１にかかる光源装置を示す平面図。 本発明の実施例１にかかる光源装置を示す断面図。 本発明の実施例１にかかる光源装置を示す要部平面図。 本発明の実施例２にかかる光源装置を示す平面図。 本発明の実施例３にかかる光源装置を示す平面図。 本発明の実施例４にかかる光源装置を示す断面図。 本発明の実施例５にかかる光源装置を示す平面図。 本発明の実施例５にかかる光源装置を示す断面図。 本発明の実施例６にかかる光源装置を示す平面図。 本発明の実施例７にかかる光源装置を示す断面図。 本発明の実施例８にかかる光源装置を示す断面図。 本発明の実施例９にかかる光源装置を示す断面図。 本発明の実施例１０にかかるプロジェクタを示す構成図。

符号の説明

１０…光源装置、１００…ＬＥＤチップ、１２０…発光素子基台、１２４，１２６，１３２，１３４…流入路、１２５，１２７，１３１，１３３…流出路、４００…冷却流体、１０００…プロジェクタ。

Claims (12)

1. 発光素子が冷却流体によって冷却される光源装置であって、
   前記発光素子が固着される発光素子基台と、
   前記発光素子基台に前記冷却流体の流入路と、流出路と、が備えられ、
   前記流入路と前記流出路とが、前記発光素子が固着される前記発光素子基台の面に対して、略平行に設けられていることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記発光素子が前記冷却流体に浸漬され、
   前記流入路と前記流出路とが、平面方向に前記発光素子を挟んで対向する位置に２対備えられ、且つ、それぞれが略平行に配置され、
   前記流入路と前記流出路とが隣り合わせに備えられ、
   前記発光素子に対して、前記流出路からの直角方向距離が、前記流入路からの直角方向距離よりも離れた位置に備えられていることを特徴とする光源装置。
3. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記発光素子が前記冷却流体に浸漬され
   前記流入路と前記流出路とが、平面方向に前記発光素子を挟んで対向する位置に１対備えられ、且つ、それぞれが平行に配置され、
   前記発光素子に対して、前記流出路からの直角方向距離が、前記流入路からの直角方向距離よりも離れた位置に備えられていることを特徴とする光源装置。
4. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記発光素子が前記冷却流体に浸漬され
   前記流入路と前記流出路が、それぞれ対向して備えられ、
   前記発光素子が、対向する前記流入路を結んだ直線と、対向する前記流出路を結んだ直線と、が交錯する位置に備えられていることを特徴とする光源装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光源装置において、
   前記流入路と前記流出路とが、断面方向に複数備えられていることを特徴とする光源装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光源装置において、
   前記発光素子が固着される前記発光素子基台の面に、前記冷却流体の流導路が形成されていることを特徴とする光源装置。
7. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記発光素子基台の周縁部に前記冷却流体の流路が備えられ、
   この流路に流通する前記流入路と前記流出路とが備えられていることを特徴とする光源装置。
8. 請求項１または請求項７に記載の光源装置において、
   前記流入路と前記流出路とが、平面方向に前記発光素子を挟んで対向する位置に２対備えられ、且つ、それぞれが略平行に配置され、
   前記流入路と前記流出路とが隣り合わせに備えられ、
   前記発光素子に対して、前記流出路からの直角方向距離が、前記流入路からの直角方向距離よりも離れた位置に備えられていることを特徴とする光源装置。
9. 請求項１または請求項７に記載の光源装置において、
   前記流入路と前記流出路とが、平面方向に前記発光素子を挟んで対向する位置に１対備えられ、且つ、それぞれが平行に配置され、
   前記発光素子に対して、前記流出路からの直角方向距離が、前記流入路からの直角方向距離よりも離れた位置に備えられていることを特徴とする光源装置。
10. 請求項１または請求項７に記載の光源装置において、
    前記流入路と前記流出路が、それぞれ対向して備えられ、
    前記光源装置が、対向する前記流入路を結んだ直線と、対向する前記流出路を結んだ直線と、が交錯する位置に備えられていることを特徴とする光源装置。
11. 請求項１、請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の光源装置において、
    前記流入路と前記流出路とが、断面方向に複数備えられていることを特徴とする光源装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の光源装置が搭載されたことを特徴とするプロジェクタ。
    

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