JP2005085810A - Optical source unit and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置およびプロジェクタに関するものである。 The present invention relates to a light source device and a projector.
プロジェクタは、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, projectors have been reduced in size, increased in brightness, extended in lifetime, 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、プロジェクタの光源として、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、プロジェクタ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。
しかしながら、LED光源をプロジェクタ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 an LED light source as a light source for a projector, the brightness as a light source is insufficient, and it is necessary to ensure at least the brightness of a discharge type light source lamp level (high brightness, low etendue). . 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。)。
However, as the brightness of the LED light source is increased, heat generation from the LED light source increases more and the luminous efficiency decreases as the temperature of the LED light source rises. Therefore, it is necessary to take some heat generation measures. In general, the forced air cooling method using a fan has insufficient cooling efficiency, and fan noise is a problem. Therefore, a method for forcibly cooling the LED light source using a liquid has been proposed. According to the liquid cooling method, an effect is also expected to eliminate the noise of the forced air cooling method (see, for example,
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。
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 Patent Document 2, an insulating inert liquid is sealed around the LED chip to cool the LED chip. However, there is no means for actively cooling the insulating inert liquid, the cooling effect is low, and it is difficult to cool the LED chip for a long time, and at least the brightness of the discharge type light source lamp level is ensured. There was a problem of difficulty.
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、固体光源の効率的な冷却が可能であり、また構造の簡略化が可能な、光源装置の提供を目的とする。さらに、明るく表示品質に優れたプロジェクタの提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a light source device that can efficiently cool a solid-state light source and can simplify the structure. Furthermore, it aims at providing the projector which is bright and excellent in display quality.
上記目的を達成するため、本発明の光源装置は、基台部に実装された固体光源と、前記基台部の内部に配置され、前記固体光源を間接冷却する第1冷媒と、前記基台部の外部に配置され、前記固体光源を直接冷却する第2冷媒と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、直接冷却方式および間接冷却方式を併用するので、固体光源の効率的な冷却と、固体光源の実装構造の簡略化とを両立することができる。
To achieve the above object, a light source device according to the present invention includes a solid light source mounted on a base part, a first refrigerant that is disposed inside the base part and indirectly cools the solid light source, and the base And a second refrigerant that is arranged outside the unit and directly cools the solid-state light source.
According to this configuration, since the direct cooling method and the indirect cooling method are used together, it is possible to achieve both efficient cooling of the solid light source and simplification of the mounting structure of the solid light source.
また前記固体光源は、前記基台部の実装基板に実装され、前記第1冷媒は、前記実装基板を介して前記固体光源を間接冷却する構成としてもよい。
この構成によれば、固体光源が実装基板に実装されるので、固体光源の実装構造を簡略化することができる。また、実装基板を介して固体光源を間接冷却するので、固体光源を効率的に冷却することができる。
The solid light source may be mounted on a mounting board of the base portion, and the first refrigerant may indirectly cool the solid light source via the mounting board.
According to this configuration, since the solid light source is mounted on the mounting substrate, the mounting structure of the solid light source can be simplified. Further, since the solid light source is indirectly cooled via the mounting substrate, the solid light source can be efficiently cooled.
また、前記固体光源の実装面の周縁部より外側に、前記第1冷媒の周縁部が配置されていることが望ましい。
この構成によれば、固体光源の実装面に対する第1冷媒の投影面積が、固体光源の実装面積より大きくなるので、固体光源の実装面を効率的に冷却することができる。
In addition, it is preferable that a peripheral portion of the first refrigerant is disposed outside a peripheral portion of the mounting surface of the solid light source.
According to this configuration, since the projection area of the first refrigerant on the mounting surface of the solid light source is larger than the mounting area of the solid light source, the mounting surface of the solid light source can be efficiently cooled.
また、前記固体光源の実装面の周縁部から前記第1冷媒の周縁部までの距離が、前記固体光源から前記第1冷媒までの距離以上となるように形成されていることが望ましい。
この構成によれば、固体光源の実装面に対する第1冷媒の投影面積が十分に大きくなって、固体光源から第1冷媒までの距離を補うことができるので、固体光源の実装面を効率的に冷却することができる。
In addition, it is preferable that the distance from the peripheral edge of the mounting surface of the solid light source to the peripheral edge of the first refrigerant is greater than or equal to the distance from the solid light source to the first refrigerant.
According to this configuration, the projected area of the first refrigerant on the mounting surface of the solid light source becomes sufficiently large, and the distance from the solid light source to the first refrigerant can be compensated. Can be cooled.
また前記第2冷媒は、前記固体光源の実装面以外の表面に接触して、前記固体光源を直接冷却することが望ましい。
この構成によれば、第1冷媒によって冷却される実装面以外の表面を、第2冷媒によって冷却することができる。したがって、固体光源のすべての表面を効率的に冷却することができる。
In addition, it is preferable that the second refrigerant is in contact with a surface other than the mounting surface of the solid light source to directly cool the solid light source.
According to this configuration, the surface other than the mounting surface cooled by the first refrigerant can be cooled by the second refrigerant. Therefore, all surfaces of the solid light source can be efficiently cooled.
また、前記第1冷媒および/または前記第2冷媒が、循環手段により循環可能とされていることが望ましい。
この構成によれば、前記第1冷媒および/または前記第2冷媒を連続供給することが可能になり、固体光源を効率的に冷却することができる。
Moreover, it is desirable that the first refrigerant and / or the second refrigerant can be circulated by a circulation means.
According to this configuration, the first refrigerant and / or the second refrigerant can be continuously supplied, and the solid light source can be efficiently cooled.
なお、前記第1冷媒を循環させる前記循環手段と、前記第2冷媒を循環させる前記循環手段とが、それぞれ別個に設けられている構成としてもよい。
この構成によれば、第1冷媒および第2冷媒に種類の異なる物質を採用したり、第1冷媒および第2冷媒の循環速度を個別に設定したりすることができる。したがって、固体光源を効率的に冷却することができる。
The circulating means for circulating the first refrigerant and the circulating means for circulating the second refrigerant may be separately provided.
According to this configuration, different types of substances can be adopted for the first refrigerant and the second refrigerant, or the circulation speeds of the first refrigerant and the second refrigerant can be individually set. Therefore, the solid light source can be efficiently cooled.
なお、前記第1冷媒および前記第2冷媒が、共通の前記循環手段に接続されている構成としてもよい。
この構成によれば、1個の循環手段で固体光源を冷却することが可能になり、光源装置の構造を簡略化して小型化することができる。
Note that the first refrigerant and the second refrigerant may be connected to the common circulation means.
According to this configuration, the solid light source can be cooled by a single circulation means, and the structure of the light source device can be simplified and downsized.
また、前記第1冷媒および/または前記第2冷媒が、冷却手段により冷却可能とされていることが望ましい。
この構成によれば、低温の前記第1冷媒および/または前記第2冷媒を供給することが可能になり、固体光源を効率的に冷却することができる。
In addition, it is desirable that the first refrigerant and / or the second refrigerant can be cooled by a cooling means.
According to this configuration, the low-temperature first refrigerant and / or the second refrigerant can be supplied, and the solid light source can be efficiently cooled.
一方、本発明のプロジェクタは、上述した光源装置を備えたことを特徴とする。
上述した光源装置は、固体光源を効率的に冷却することができるので、投入電流を増加して高輝度化させることが可能である。したがって、上述した光源装置を備えることにより、明るく表示品質に優れたプロジェクタを提供することができる。
On the other hand, a projector according to the present invention includes the light source device described above.
Since the above-described light source device can cool the solid light source efficiently, it is possible to increase the input current and increase the luminance. Therefore, by providing the light source device described above, it is possible to provide a bright projector with excellent display quality.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
(高熱源の冷却方式)
最初に、熱伝導の法則に基づく高熱源の冷却方式につき、図6および図7を用いて説明する。図6は熱伝導の法則の説明図であり、図7は高熱源の冷却方式の説明図である。
図6に示すように、低熱源(冷却手段)により熱媒体を介して高熱源(発熱体)を冷却する場合、高熱源から低熱源への単位時間あたりの熱移動量dQは次式で表される。
First, a cooling method for a high heat source based on the law of heat conduction will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is an explanatory diagram of the law of heat conduction, and FIG. 7 is an explanatory diagram of the cooling method of the high heat source.
As shown in FIG. 6, when the high heat source (heating element) is cooled by the low heat source (cooling means) through the heat medium, the heat transfer amount dQ per unit time from the high heat source to the low heat source is expressed by the following equation. Is done.
そこで、高熱源である発光ダイオード(LED)を、低熱源である冷媒によって冷却する場合にも、数式1のS/Wが小さくなるように冷却することが望ましい。その具体的な方法として、図7(a)ないし図7(c)に示す冷却方式が考えられる。図7(a)はLED21の表面全体に冷媒50を接触させて直接冷却する方式であり、この場合にはS/Wを最も小さくすることができる。図7(b)は、LED21の下面に第1冷媒51の流路を接触させるとともに、LED21の上面に第2冷媒52の流路を接触させて、各冷媒流路の隔壁を熱媒体とすることにより、LED21を間接冷却する方式である。これは、LED21が平板であることに着目して、上下から低熱源で挟み込む方式である。この場合には、各冷媒51,52がLED21に対して直接接触しないので、冷媒の選択肢が多くなる。なお、図7(a)および図7(b)の冷却方式を採用した光源装置について、本願出願人は特許出願している。
Therefore, even when a light emitting diode (LED) that is a high heat source is cooled by a refrigerant that is a low heat source, it is desirable to cool the light emitting diode (LED) so that the S / W of Formula 1 is small. As a specific method, a cooling method shown in FIGS. 7A to 7C can be considered. FIG. 7A shows a method in which the
図7(c)は、図7(a)の直接冷却方式と、図7(b)の間接冷却方式との折衷方式である。まず、高熱源であるLED21の上面および側面(露出面)に、低熱源である第2冷媒52を接触させて直接冷却する。この場合、熱媒体に該当するものがないので、高熱源と低熱源との距離Wは0となる。また、高熱源であるLED21の下面(実装面)に、低熱源である第1冷媒51の流路を接触させて間接冷却する。なお、LED21の実装面積に対して第1冷媒流路の面積Sを十分に大きくすることにより、LED21の側面からの放熱も効率的に吸収することができる。そして図7(c)の折衷方式の場合、図7(b)の間接冷却方式に比べてS/Wを大きくすることが可能であり、また図7(a)の直接冷却方式に比べてLED21の実装構造等が簡略化される。本願は、図7(c)の冷却方式を採用した光源装置の発明に関するものである。
FIG. 7 (c) is a compromise between the direct cooling method of FIG. 7 (a) and the indirect cooling method of FIG. 7 (b). First, the 2nd refrigerant |
[光源装置]
図1は、本実施形態の光源装置における光源部の説明図であり、図2のA−A線における側面断面図である。なお、図2は光源部の平面図である。本実施形態の光源装置における光源部20は、基台部40に実装された固体光源21と、基台部40の内部に配置され固体光源21を間接冷却する第1冷媒51と、基台部40の外部に配置され固体光源21を直接冷却する第2冷媒52とを有するものである。また図4に示すように、上述した光源部20と、第1冷媒51および第2冷媒52を循環させる循環ポンプ56a,56bと、第1冷媒51および第2冷媒52を冷却する冷却フィン57a,57bとを備えて、本実施形態の光源装置10が構成されている。さらに、赤色光、緑色光および青色光を発光する固体光源を備えた本実施形態の光源装置により、図8に示すプロジェクタ500が構成される。
[Light source device]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a light source unit in the light source device of the present embodiment, and is a side cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 2 is a plan view of the light source unit. The
(固体光源)
図1に示すように、本実施形態の光源装置における光源部20には、固体光源として発光ダイオード(LED)21が採用されている。LEDは、pn接合部に電流が流れると発光するダイオードである。同じ半導体材料を接合したホモ接合型のLEDでは、発光部に注入されたキャリアに対する障壁がないため、キャリアが半導体中の拡散距離にまで広がってしまう。これに対して、異なる半導体材料を接合したヘテロ接合型のLEDでは、キャリアに対する障壁を構造中に作りこむため、発光部に注入されるキャリアの密度を大幅に増大させることができる。特に、クラッド層の間に発光層を挟み込んだダブルヘテロ接合型のLEDでは、発光層の幅が狭いほどキャリア密度を高めることが可能になり、内部量子効率を向上させることができる。一方、ホモ接合型のLEDでは、外界に接する材料と発光部の材料とが同じであるため、発光が自分自身の材料で吸収されてしまう。これに対して、ダブルヘテロ接合型のLEDでは、バンドギャップの広い材料からなるクラッド層の間にバンドギャップの狭い材料からなる発光層が挟み込まれているので、自己吸収が減少して光取り出し効率を向上させることができる。したがって、発光効率に優れたダブルヘテロ接合型のLEDを採用することが望ましい。
(Solid light source)
As shown in FIG. 1, a light emitting diode (LED) 21 is employed as a solid light source in the
青色光および緑色光を発光するLEDは、サファイヤ(Al2O3)等の基板の表面に、GaInN系の化合物半導体結晶を成長させることによって形成する。そして、n−GaNからなるクラッド層と、p−GaNからなるクラッド層との間に、InGaNからなる発光層を挟み込んだダブルヘテロ接合構造を採用する。また、赤色光を発光するLEDは、ガリウムヒ素(GaAs)等の基板上に、AlGaInP系の化合物半導体結晶を成長させることによって形成する。なお、GaAs基板は可視光を吸収するため、LEDの光取り出し効率の向上に限界がある。そこで、半導体結晶を成長させた後にGaAs基板を取り除き、発光波長に対して透明なガリウムリン(GaP)基板を高温高圧化で貼り付けることが望ましい。そして、n−GaPからなるクラッド層と、p−GaPのクラッド層との間に、AlGaInPの発光層を挟み込んだダブルヘテロ接合構造を採用する。 An LED that emits blue light and green light is formed by growing a GaInN-based compound semiconductor crystal on the surface of a substrate such as sapphire (Al 2 O 3 ). A double heterojunction structure in which a light emitting layer made of InGaN is sandwiched between a clad layer made of n-GaN and a clad layer made of p-GaN is adopted. The LED emitting red light is formed by growing an AlGaInP-based compound semiconductor crystal on a substrate such as gallium arsenide (GaAs). Since the GaAs substrate absorbs visible light, there is a limit to improving the light extraction efficiency of the LED. Therefore, it is desirable to remove the GaAs substrate after growing the semiconductor crystal and attach a gallium phosphide (GaP) substrate transparent to the emission wavelength at a high temperature and high pressure. Then, a double heterojunction structure is employed in which an AlGaInP light emitting layer is sandwiched between an n-GaP clad layer and a p-GaP clad layer.
ところで、電気絶縁性基板の表面に半導体結晶を成長させた場合には、基板の裏面にn型電極を形成することができない。そこで、pn双方の電極を半導体結晶の成長面に形成する。具体的には、p型クラッド層の表面にp型電極を形成するとともに、p型クラッド層および発光層の一部をエッチングにより切り欠いて露出させたn型クラッド層の表面にn型電極を形成する。なお、p型電極および/またはn型電極を透明材料で構成すれば、電極側から光を取り出すことも可能であるが、電極を透過する際の光損失が避けられない。そこで、p型電極およびn型電極を基台部40に実装して、透明な電気絶縁性基板から光を取り出す構成とする。この場合、p型電極およびn型電極を高反射率の金属材料で構成すれば、光の取り出し効率をさらに向上させることができる。
By the way, when a semiconductor crystal is grown on the surface of the electrically insulating substrate, an n-type electrode cannot be formed on the back surface of the substrate. Therefore, both electrodes of pn are formed on the growth surface of the semiconductor crystal. Specifically, a p-type electrode is formed on the surface of the p-type cladding layer, and an n-type electrode is formed on the surface of the n-type cladding layer that is exposed by etching away a part of the p-type cladding layer and the light emitting layer. Form. If the p-type electrode and / or the n-type electrode is made of a transparent material, light can be extracted from the electrode side, but light loss is unavoidable when passing through the electrode. Therefore, the p-type electrode and the n-type electrode are mounted on the
(基台部)
基台部40は、実装基板45および実装面冷却部46を主として構成されている。実装基板45は、グラスファイバを混合したエポキシ樹脂等により、円盤状に形成されている。実装基板45の上面には、AlやCu等の導電性材料により、一対の実装端子41が形成されている。そして、上述したLED21のp型電極およびn型電極が、フリップチップボンディング等により、一対の実装端子41に接続されている。このように、実装基板45に対してLED21を実装することにより、LED21の実装構造を簡略化することができる。なお、LED21と実装基板45との隙間には、樹脂材料からなるアンダーフィル43が充填されている。また、各実装端子41から実装基板45の外側にリード端子42が延設され、光源部20の外部からLED21に対して通電可能とされている。
(Base)
The
実装基板45の下面には、実装面冷却部46が配置されている。実装面冷却部46は、第1冷媒流路31の内部に配置された第1冷媒51により、主にLED21の裏面(実装基板45への実装面)を冷却するものである。
図3は実装面冷却部の説明図であって、図3(a)は図2のA−A線における側面断面図であり、図3(b)は図3(a)のB−B線における平面断面図である。実装面冷却部46は、基台本体46a、蓋部材46bおよび第1冷媒51を主として構成されている。基台本体46aおよび蓋部材46bは、熱伝導率が高く、第1冷媒51に対する耐腐食性を有する材料によって構成されている。また、基台本体46aの上面に形成された溝部と、基台本体46aの上面全体に装着された蓋部材46bとにより、第1冷媒51の流路31が形成されている。この第1冷媒流路31の幅は、基台本体46aの中央部においてLEDの幅より大きく形成され、基台本体46aの端部にかけて漸次小さく形成されている。
A mounting
3A and 3B are explanatory views of the mounting surface cooling unit, in which FIG. 3A is a side cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2, and FIG. 3B is a BB line in FIG. FIG. The mounting
なお、蓋部材46bの代わりに、上述した実装基板を第1冷媒流路31の壁材として利用してもよい。この場合、実装基板のみを介して固体光源を間接冷却するので、固体光源を効率的に冷却することができる。ただし、第1冷媒51が実装基板の構成材料に吸収される場合には、実装基板における第1冷媒51との接触面に、第1冷媒51の浸透防止層を設ける。
Note that the mounting board described above may be used as the wall material of the
(第1冷媒)
そして、第1冷媒流路31の内部には、第1冷媒51が配置されている。第1冷媒として、高熱伝導率の液体材料を採用する。より好ましいのは、電気絶縁性を有し、蒸気圧が小さく、凝固点が低く、熱安定性に優れた液体材料である。なお、第1冷媒は透明な液体材料でなくてもよい。第1冷媒として採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、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採用可能である。これらの物質から、光源装置の用途、要求性能、環境保全性などを加味して、第1冷媒を選定すればよい。
(First refrigerant)
A
図1に示すように、実装面冷却部46は、低熱源である第1冷媒51により、熱媒体である蓋部材46b、実装基板45およびアンダーフィル43を介して、高熱源であるLED21を冷却するものである。したがって、数式1のS/Wが大きくなるように各部材を設計すれば、LEDを効率的に冷却することができる。まず、高熱源と低熱源との距離であるWを小さくするには、熱媒体である蓋部材46bおよび実装基板45の厚さを小さくすればよい。なお上述したように、蓋部材46bを廃止して、実装基板45により第1冷媒流路31を形成することも有効である。一方、低熱源の面積であるSを大きくするには、LED21の実装面の周縁部より外側に、第1冷媒流路31の周縁部を配置すればよい。この構成によれば、LED21の実装面に対する第1冷媒51の投影面積が、LED21の実装面積より大きくなるので、LED21の実装面を効率的に冷却することができる。より好ましくは、LED21の実装面の周縁部から第1冷媒流路31の周縁部までの張り出し長さLが、LED21から第1冷媒流路31までの距離W以上となるように形成する。この第1冷媒流路31の張り出し部により、LED21の実装面に対する第1冷媒51の投影面積が、LED21の実装面積より十分に大きくなって、LED21から第1冷媒までの距離を補うことができるので、LED21の実装面を効率的に冷却することができる。また後述する第2冷媒を介して、LED21の側面を冷却することも可能となる。
As shown in FIG. 1, the mounting
(投光部)
一方、基台部40の上面には、投光部25が形成されている。投光部25は、LED21、反射鏡26、レンズ27、およびLED21の露出面冷却部47を主として構成されている。
実装基板45の上面周縁部には、円環状の反射鏡26が形成されている。反射鏡26は、LED21から側方に出射された光を、後方(光源装置による光の照射方向)に反射するものである。そのため、反射鏡26の内面26aはバンク状の斜面とされ、少なくともその内面26aが鏡面状態とされている。また、実装基板45の上面全体を覆うように、レンズ27が形成されている。レンズ27は、LED21から放射状に出射された光を後方に集光するものである。そのため、レンズ27はエポキシ樹脂等の透明材料によって構成され、周辺部より中央部の厚さが厚い凸レンズとされている。
(Lighting part)
On the other hand, a light projecting unit 25 is formed on the upper surface of the
An
(第2冷媒)
そして、レンズ27と実装基板45との間には、LED21およびその露出面冷却部47が設けられている。露出面冷却部47は、第2冷媒流路36の内部に配置された第2冷媒52により、主にLED21の上面および側面(実装面以外の露出面)を冷却するものである。第2冷媒流路36は、レンズ27の底面に溝部を形成し、そのレンズ27を実装基板45の上面に接着することによって形成されている。図2に示すように、この第2冷媒流路36の幅は、レンズ27の中央部においてLED21の幅より大きく形成され、レンズ27の端部にかけて漸次小さく形成されている。そして、その第2冷媒流路36の内部に第2冷媒52が配置されている。第2冷媒52として採用可能な物質は、第1冷媒として採用可能な物質と同様である。ただし、LED21からの光は第2冷媒52を透過して出射されるので、第2冷媒として透明な物質を採用する。また、第2冷媒はLED21およびレンズ27と直接接触するので、第2冷媒としてLED21およびレンズ27の構成材料を侵食しない物質を採用する。
(Second refrigerant)
The
図1に示すように、露出面冷却部47は、低熱源である第2冷媒52により、熱媒体を介することなく、高熱源であるLED21を直接冷却するものである。この場合、数式1における高熱源と低熱源との距離Wは0である。一方、第2冷媒52はLED21の露出面全体に接触するので、低熱源の接触面積Sは大きくなる。したがって、数式1のS/Wが大きくなり、LEDの露出面を効率的に冷却することができる。
As shown in FIG. 1, the exposed
(循環手段、冷却手段)
図4は、本実施形態の光源装置の全体構成を示す概略図である。光源部20の両端部から延設された第1冷媒流路31が、第1冷媒51の循環手段である循環ポンプ56aに接続されて、第1冷媒循環路55Aが形成されている。この第1冷媒循環路55Aには、第1冷媒の冷却手段である冷却フィン57aが設けられている。この冷却フィン57は、FeやCu、Al、Mg等の高熱伝達率の金属材料からなる多数のフィン(ひれ)によって構成されている。これにより、第1冷媒循環路55Aの表面積が大きくなって、外部への放熱能力が高められている。なお、冷却フィン57aの周囲を強制的に換気する換気手段を導入すれば、冷却フィン57aの放熱能力をさらに高めることができる。また、第1冷媒循環路55Aを循環することによって第1冷媒51が冷却される場合には、冷却フィン57a等の冷却手段を設けなくてもよい。
一方、上記と同様に、光源部20の両端部から延設された第2冷媒流路36が循環ポンプ56bに接続されて、第2冷媒循環路55Bが形成されている。そして、この第2冷媒循環路55Bにも、上記と同様の冷却フィン57bが設けられている。
(Circulation means, cooling means)
FIG. 4 is a schematic diagram showing the overall configuration of the light source device of the present embodiment. The first
On the other hand, similarly to the above, the second
このように、第1冷媒循環路55Aおよび第2冷媒循環路55Bを別個に形成することにより、第1冷媒51および第2冷媒52に種類の異なる物質を採用することができる。例えば、熱伝導率の高さを重視して第1冷媒51を選定し、LEDに対する安全性を重視して第2冷媒52を選定することも可能である。また、第1冷媒51および第2冷媒52の循環速度を別個に設定することができる。例えば、間接冷却方式である第1冷媒51の循環速度を、直接冷却方式である第2冷媒52の循環速度より早くすることにより、冷却能力を平均化することも可能である。これにより、LEDの冷却能力を向上させることができる。
Thus, different types of substances can be adopted for the
図5は、本実施形態の光源装置の変形例を示す概略図である。図5では、光源部20から延設された第1冷媒流路31および第2冷媒流路36が、1個の循環ポンプ56に対して直列接続され、共通冷媒循環路55が形成されている。そして、この共通冷媒循環路55に1個の冷却フィン57が設けられている。この場合、1個の循環ポンプ56で第1冷媒流路31および第2冷媒流路36の冷媒を循環させることが可能になり、また1個の冷却フィン57により第1冷媒流路31および第2冷媒流路36の冷媒を冷却することができる。したがって、光源装置10の構造を簡略化することが可能になり、光源装置10の製造コストおよび運転コストを低減することができる。また光源装置10を小型化することができる。なお、第1冷媒流路31および第2冷媒流路36を1個の循環ポンプ56に並列接続した場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a modification of the light source device of the present embodiment. In FIG. 5, the first
以上に詳述したように、本実施形態の光源装置は、図1に示す実装面冷却部46および露出面冷却部47を有する構成とした。この実装面冷却部46により、主にLED21の実装面を効率的に間接冷却することができる。また露出面冷却部47により、主にLED21の露出面を効率的に直接冷却することができる。したがって、LED21の全面を効率的に冷却することができる。これにともなって、LED21の発光効率が向上するので、LED21に対する投入電流を増加させることが可能になり、LED21を高輝度化することができる。また、LEDチップの面積を小さくしてエテンデュを下げても、高出力を維持することができる。一方、実装面冷却部46には間接冷却方式を採用したので、LED21の実装構造を簡略化することが可能になり、光源装置の小型化および低コスト化を実現することができる。
As described in detail above, the light source device of the present embodiment has the mounting
[プロジェクタ]
図8は、本実施形態に係る光源装置を備えたプロジェクタの説明図である。図中、符号512,513,514は本実施形態の光源装置、522,523,524は液晶ライトバルブ(光変調手段)、525はクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)、526は投写レンズ(投写手段)を示している。
[projector]
FIG. 8 is an explanatory diagram of a projector including the light source device according to the present embodiment. In the figure,
図8のプロジェクタは、本実施形態のように構成した3個の光源装置512,513,514を備えている。各光源装置512,513,514には、それぞれ赤(R)、緑(G)、青(B)に発光するLEDが採用されている。なお、光源光の照度分布を均一化させるための均一照明系として、各光源装置の後方にロッドレンズやフライアイレンズを配置してもよい。
The projector shown in FIG. 8 includes three
赤色光源装置512からの光束は、重畳レンズ535Rを透過して反射ミラー517で反射され、赤色光用液晶ライトバルブ522に入射する。また、緑色光源装置513からの光束は、重畳レンズ535Gを透過して緑色光用液晶ライトバルブ523に入射する。また、青色光源装置514からの光束は、重畳レンズ535Bを透過して反射ミラー516で反射され、青色光用液晶ライトバルブ524に入射する。なお、各光源からの光束は重畳レンズを介することにより液晶ライトバルブの表示領域において重畳され、液晶ライトバルブが均一に照明されるようになっている。
The light beam from the red
また、各液晶ライトバルブの入射側および出射側には、偏光板(不図示)が配置されている。そして、各光源からの光束のうち所定方向の直線偏光のみが入射側偏光板を透過して、各液晶ライトバルブに入射する。また、入射側偏光板の前方に偏光変換手段(不図示)を設けてもよい。この場合、入射側偏光板で反射された光束をリサイクルして各液晶ライトバルブに入射させることが可能になり、光の利用効率を向上させることができる。 Further, polarizing plates (not shown) are arranged on the incident side and the emission side of each liquid crystal light valve. Then, only linearly polarized light in a predetermined direction out of the light flux from each light source passes through the incident side polarizing plate and enters each liquid crystal light valve. Further, a polarization conversion means (not shown) may be provided in front of the incident side polarizing plate. In this case, it is possible to recycle the light beam reflected by the incident-side polarizing plate and make it incident on each liquid crystal light valve, thereby improving the light utilization efficiency.
各液晶ライトバルブ522,523,524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形成され、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配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投写レンズ526により投写スクリーン527上に投写され、拡大された画像が表示される。
The three color lights modulated by the liquid crystal
上述した本実施形態の光源装置では、LEDを効率的に冷却することができるので、投入電流を増加して高輝度化させることが可能である。したがって、上述した光源装置を備えることにより、明るく表示品質に優れたプロジェクタを提供することができる。 In the light source device of the present embodiment described above, the LEDs can be efficiently cooled, so that the input current can be increased to increase the brightness. Therefore, by providing the light source device described above, it is possible to provide a bright projector with excellent display quality.
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。例えば、本実施形態では固体光源としてLEDを採用したが、固体光源として半導体レーザ等を採用することも可能である。また、本実施形態では冷却手段として冷却フィンを採用したが、冷却手段としてペルチェ素子等を採用することも可能である。さらに、上述したプロジェクタでは光変調手段として液晶ライトバルブを採用したが、光変調手段としてデジタルマイクロミラーデバイス(DMD、登録商標)等を採用することも可能である。 It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific materials and configurations described in the embodiments are merely examples, and can be changed as appropriate. For example, in the present embodiment, an LED is used as the solid light source, but a semiconductor laser or the like may be used as the solid light source. In the present embodiment, the cooling fins are used as the cooling means, but a Peltier element or the like can also be used as the cooling means. Further, in the projector described above, a liquid crystal light valve is employed as the light modulation means, but a digital micromirror device (DMD, registered trademark) or the like may be employed as the light modulation means.
21固体光源 40基台部 51第1冷媒 52第2冷媒
21 solid
Claims (10)
前記基台部の内部に配置され、前記固体光源を間接冷却する第1冷媒と、
前記基台部の外部に配置され、前記固体光源を直接冷却する第2冷媒と、
を有することを特徴とする光源装置。 A solid state light source mounted on the base,
A first refrigerant that is disposed inside the base and indirectly cools the solid-state light source;
A second refrigerant disposed outside the base and directly cooling the solid light source;
A light source device comprising:
前記第1冷媒は、前記実装基板を介して前記固体光源を間接冷却することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 The solid light source is mounted on a mounting substrate of the base part,
The light source device according to claim 1, wherein the first refrigerant indirectly cools the solid-state light source through the mounting substrate.
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