JP2005221640A - Light source device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置及びプロジェクタ、特に、固体発光素子を用いる光源装置の技術に関する。 The present invention relates to a light source device and a projector, and more particularly to a technology of a light source device using a solid light emitting element.
近年、プロジェクタの光源装置として、固体発光素子を用いる光源装置が注目されている。固体発光素子の中でも、発光ダイオード(以下、「LED」という。)の開発、改良の進展は著しい。表示用の小出力のLEDに加えて、照明用の大出力のLEDも製品が開発されている。LEDは、超小型、超軽量、長寿命であるという特徴を有する。このため、LEDは、プロジェクタ、特に小型の携帯用プロジェクタの光源装置に用いるのに好適である。 In recent years, a light source device using a solid light emitting element has attracted attention as a light source device of a projector. Among solid-state light emitting devices, the progress of development and improvement of light emitting diodes (hereinafter referred to as “LEDs”) is remarkable. In addition to small output LEDs for display, products have also been developed for high output LEDs for illumination. LEDs have the characteristics of being ultra-compact, ultra-light, and long-life. For this reason, the LED is suitable for use in a light source device of a projector, particularly a small portable projector.
このようにプロジェクタの光源装置に用いるのに好適なLEDであるが、現状のLEDの発光効率は、従来プロジェクタに使用される超高圧水銀ランプの1/2〜1/3程度である。これは、LEDに定格電流を流しても、得られる光量がまだ少ないからである。このため、光量を増やすために、複数のLEDをアレイ化して配置することが考えられる。LEDをアレイ化すると、光源装置の発光面積が大きくなる。プロジェクタでは、光源装置と空間光変調装置とを含めた光学系において、有効に扱える光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積(エテンデュー、Geometrical Extent)として表すことができる。この面積と立体角の積は、光学系において保存される。空間光変調装置が有効に変調可能な光の取り込み角度には限りがある。このため、光源の空間的な広がりが大きくなると、光源からの光束を有効に用いることが困難となることから、かえって照明効率の低下を招いてしまう。 Thus, although it is suitable LED used for the light source device of a projector, the luminous efficiency of the present LED is about 1/2 to 1/3 of the ultrahigh pressure mercury lamp used for a projector conventionally. This is because the amount of light obtained is still small even when a rated current is passed through the LED. For this reason, in order to increase the amount of light, it is conceivable to arrange a plurality of LEDs in an array. When the LEDs are arrayed, the light emission area of the light source device increases. In a projector, in an optical system including a light source device and a spatial light modulation device, a spatial spread in which a light beam that can be effectively handled exists can be expressed as a product of an area and a solid angle (Etendue, Geometric Extent). The product of the area and the solid angle is stored in the optical system. There is a limit to the angle at which light can be effectively modulated by the spatial light modulator. For this reason, when the spatial spread of the light source is increased, it becomes difficult to effectively use the light flux from the light source, which leads to a decrease in illumination efficiency.
そこで、LEDそのものの発光量を増やすことが望ましい。LEDに流す電流値は定格電流という制約がある。LEDの最大光量は、定格電流と効率とにより決まる。LEDの定格電流は、発熱量に依存している。このため、放熱効率を高めれば、定格電流を大きくできる。定格電流を大きくすることで、多くの光量を得ることができる。放熱は、最終的に熱を大気に放出することにより行う。従来、LEDは、金属部材等による伝熱を利用して放熱を行う。さらに放熱効率を高めるには、液体による伝熱を利用して放熱を行うことが考えられる。液体を用いてLEDの冷却を行うための技術は、以下の特許文献1、2に提案されている。
Therefore, it is desirable to increase the light emission amount of the LED itself. The value of the current flowing through the LED is limited to the rated current. The maximum light quantity of the LED is determined by the rated current and efficiency. The rated current of the LED depends on the amount of heat generated. For this reason, if the heat dissipation efficiency is increased, the rated current can be increased. A large amount of light can be obtained by increasing the rated current. Heat dissipation is performed by finally releasing heat to the atmosphere. Conventionally, LEDs radiate heat using heat transfer by a metal member or the like. In order to further improve the heat dissipation efficiency, it is conceivable to perform heat dissipation using heat transfer by liquid. Techniques for cooling an LED using a liquid are proposed in
特許文献1に提案されている技術は、パッケージの外に冷却用液体を流動させるものである。LEDは、数ワット以上の熱が、発光部である僅か1〜2mm角のチップから集中して発生する。放熱効率を高めるには、パッケージの外ではなく発光部の近傍に冷却用液体を流動させることで、直接的に発光部からの熱を取り出すことが望ましい。特許文献2に提案されている技術は、発光部を直接冷却用液体にさらすものである。環境適合性やメンテナンスの行い易さを考慮すると、冷却用液体として水を使用することが最も望ましい。一般に水は導電性を有することから、発光部に直接水をさらす場合、電極に水が入り込むことでショート、漏電等の不具合を生じるおそれがある。
The technique proposed in
発光部におけるショートや漏電を防ぐためには、発光部を絶縁性膜で覆うことで水の浸入を防ぐことが考えられる。絶縁性膜は、発光部の光射出側にも設ける必要がある。発光部からの照明光を遮らない構成にするために、絶縁性膜は、透明部材により構成される。しかし、透明部材の絶縁性膜を設けると、絶縁性膜の界面で光が全反射することにより光が閉じ込められてしまう場合がある。このような光の閉じ込めが起きると、光利用効率が大幅に低下してしまう。透明部材からなる絶縁性膜を使用するほかには、パッキンを施したケースを用いて発光部を防水することも考えられる。しかし、発光部の近傍にパッキンを設けると、熱によるパッキンの変形が起きると考えられる。パッキンが変形すると、ケース内部の防水状態を保つことは困難である。このように、発光部の近傍に冷却用液体を流動させて発光部の冷却を行うことが困難である点が、LEDの放熱効率を向上し、さらに明るい照明光を供給する上で問題となる。 In order to prevent short circuit and electric leakage in the light emitting part, it is conceivable to prevent water from entering by covering the light emitting part with an insulating film. The insulating film needs to be provided also on the light emission side of the light emitting portion. The insulating film is made of a transparent member so as not to block the illumination light from the light emitting unit. However, when an insulating film of a transparent member is provided, light may be confined due to total reflection of light at the interface of the insulating film. When such light confinement occurs, the light utilization efficiency is greatly reduced. In addition to using an insulating film made of a transparent member, it is also conceivable to waterproof the light emitting part using a packing case. However, if packing is provided in the vicinity of the light emitting portion, it is considered that deformation of the packing due to heat occurs. When the packing is deformed, it is difficult to maintain a waterproof state inside the case. Thus, it is difficult to flow the cooling liquid in the vicinity of the light emitting unit to cool the light emitting unit, which causes a problem in improving the heat dissipation efficiency of the LED and supplying brighter illumination light. .
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、発光部の近傍に冷却用流体を流動させることで効率良く放熱でき、明るい照明光を供給可能な光源装置、及び、その光源装置を用いるプロジェクタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. A light source device that can efficiently dissipate heat by flowing a cooling fluid in the vicinity of a light emitting unit and can supply bright illumination light, and the light source device. An object is to provide a projector to be used.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、照明光を供給する発光部と、発光部が実装される基板と、発光部の電極と基板側の電極とを接合することで発光部に電流を供給する、少なくとも2つ以上の接合部と、を有し、発光部は、発光部の近傍に冷却用流体を流動させることにより冷却され、接合部のうち1つの接合部は、他の接合部を取り囲む環状形状をなし、かつ、冷却用流体と略同電位であって、他の接合部は、1つの接合部と発光部とを密着することで、冷却用流体とは電気的に絶縁されることを特徴とする光源装置を提供することができる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, a light emitting unit that supplies illumination light, a substrate on which the light emitting unit is mounted, an electrode of the light emitting unit, and an electrode on the substrate side are joined. And at least two or more joints that supply current to the light emitting part, and the light emitting part is cooled by flowing a cooling fluid in the vicinity of the light emitting part, and one of the joints is The joint portion has an annular shape surrounding the other joint portion, and has substantially the same potential as the cooling fluid. The other joint portion is for cooling by closely contacting one joint portion and the light emitting portion. A light source device characterized in that it is electrically insulated from a fluid can be provided.
2つ以上の接合部のうち、1つの接合部を環状形状にして他の接合部を取り囲む構造とする。環状形状の接合部は、発光部に密着させて設けられている。発光部と環状形状の接合部とを密着するため、発光部近傍で冷却用流体を流動させても、冷却用流体は、環状形状の接合部に取り囲まれる空間へ入り込まない。このようにして、環状形状の接合部に取り囲まれる接合部と冷却用流体とを、簡単な構成により電気的に絶縁することができる。 Of the two or more joints, one joint is formed into an annular shape and surrounds the other joints. The annular joint portion is provided in close contact with the light emitting portion. Even if the cooling fluid is caused to flow in the vicinity of the light emitting portion in order to closely contact the light emitting portion and the annular joint portion, the cooling fluid does not enter the space surrounded by the annular joint portion. In this way, the joint surrounded by the annular joint and the cooling fluid can be electrically insulated with a simple configuration.
発光部の近傍に冷却用流体を流動させると、接合部のうち環状形状をなす1つの接合部のみが冷却用流体と接する。ここで、環状形状の1つの接合部は、冷却用流体と略同電位である。冷却用流体と環状形状の接合部とを略同電位とするには、例えば、環状形状の接合部を含めて冷却用流体が触れるすべての部分をグラウンド電極に繋がるようにすれば良い。そして、環状形状の接合部により取り囲まれる接合部は、光源装置の駆動部と電気的に接続される。環状形状の接合部により取り囲まれる接合部と、冷却用流体とは電気的に絶縁されていることから、発光部の近傍に導電性の冷却用流体を流動させても電極間で導通は起こらない。電極間での導通が起きないことから、発光部における漏電やショートを確実に防止し、光源装置を安全に使用することができる。 When the cooling fluid is caused to flow in the vicinity of the light emitting portion, only one of the joints having an annular shape comes into contact with the cooling fluid. Here, one annular joint has substantially the same potential as the cooling fluid. In order to set the cooling fluid and the ring-shaped joint portion to substantially the same potential, for example, all the portions that are in contact with the cooling fluid including the ring-shaped joint portion may be connected to the ground electrode. And the junction part surrounded by the annular shape junction part is electrically connected with the drive part of the light source device. Since the joint surrounded by the annular joint and the cooling fluid are electrically insulated, conduction between the electrodes does not occur even if a conductive cooling fluid flows near the light emitting part. . Since conduction between the electrodes does not occur, it is possible to reliably prevent leakage and short circuit in the light emitting section, and to use the light source device safely.
発光部には透明部材からなる絶縁性膜を設ける必要が無いことから、絶縁性膜による光の不要な取り込みを無くし、照明光を効率良く取り出すことができる。絶縁性膜のほか防水のためのパッキン等の部材も不要であることから、発光部近傍を耐熱性に優れた構成にすることができる。また、発光部を直接冷却用液体にさらすことが可能であるから、冷却用液体によって発光部からの熱を直接的に取り出し、光源装置の放熱効率を向上することができる。光源装置の放熱効率を向上することにより、光源装置の定格電流を大きくし、明るい照明光を得ることができる。これにより、発光部の近傍に冷却用流体を流動させることで効率良く放熱でき、明るい照明光を供給可能な光源装置を得られる。また、導電性の冷却用流体を用いることが可能であることから、冷却用液体として水を用いることができる。水を用いることにより、光源装置を環境適合性に優れた構成にでき、かつ光源装置のメンテナンスを容易に行うことができる。 Since it is not necessary to provide an insulating film made of a transparent member in the light emitting portion, unnecessary light is not taken in by the insulating film, and illumination light can be extracted efficiently. In addition to the insulating film, a member such as a packing for waterproofing is unnecessary, so that the vicinity of the light emitting portion can be configured with excellent heat resistance. Further, since the light emitting part can be directly exposed to the cooling liquid, the heat from the light emitting part can be directly taken out by the cooling liquid, and the heat radiation efficiency of the light source device can be improved. By improving the heat dissipation efficiency of the light source device, the rated current of the light source device can be increased and bright illumination light can be obtained. Thereby, it is possible to obtain a light source device that can efficiently dissipate heat by supplying a cooling fluid in the vicinity of the light emitting unit and can supply bright illumination light. In addition, since a conductive cooling fluid can be used, water can be used as the cooling liquid. By using water, the light source device can be configured with excellent environmental compatibility, and the light source device can be easily maintained.
また、本発明の好ましい態様によれば、他の接合部は、さらに1つの接合部と基板とを密着することで、1つの接合部、発光部及び基板により密閉される空間に設けられることが望ましい。他の接合部を、環状形状の1つの接合部、発光部、及び基板で密閉される空間に設けることで、他の接合部と冷却用流体とを絶縁することができる。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, another junction part can be further provided in the space sealed by one junction part, a light emission part, and a board | substrate by closely_contact | adhering one junction part and a board | substrate. desirable. By providing the other joint in a space sealed by one annular joint, the light emitting part, and the substrate, the other joint and the cooling fluid can be insulated.
また、本発明の好ましい態様によれば、基板は、環状形状の内周側に、発光部からの熱を伝播する伝熱部材をさらに有することが望ましい。発光部の近傍で冷却用流体を流動させるほかに、基板に伝熱部材を設けることにより、さらに光源装置の放熱効率を向上することができる。これにより、さらに明るい照明光を供給可能な光源装置を得られる。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is desirable for a board | substrate to have further the heat-transfer member which propagates the heat | fever from a light emission part in the annular shape inner peripheral side. In addition to allowing the cooling fluid to flow in the vicinity of the light emitting portion, the heat dissipation efficiency of the light source device can be further improved by providing a heat transfer member on the substrate. Thereby, a light source device capable of supplying brighter illumination light can be obtained.
また、本発明の好ましい態様としては、基板は、環状形状の内周側に開口部を有し、開口部へ冷却用気体を供給することにより発光部を冷却する冷却用気体供給部をさらに有することが望ましい。発光部の近傍で冷却用流体を流動させるほかに、冷却用気体供給部により基板の開口部に冷却用気体を供給する。このため、さらに光源装置の放熱効率を向上することができる。これにより、さらに明るい照明光を供給可能な光源装置を得られる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, the substrate further includes an opening on the inner peripheral side of the annular shape, and further includes a cooling gas supply unit that cools the light emitting unit by supplying a cooling gas to the opening. It is desirable. In addition to causing the cooling fluid to flow in the vicinity of the light emitting part, the cooling gas is supplied to the opening of the substrate by the cooling gas supply part. For this reason, the heat dissipation efficiency of the light source device can be further improved. Thereby, a light source device capable of supplying brighter illumination light can be obtained.
さらに、本発明によれば、照明光を供給する光源装置と、光源装置からの照明光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズと、を有し、光源装置は、上記の光源装置であることを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の光源装置を用いることにより、明るい照明光を得ることができる。これにより、明るい投写像のプロジェクタを得られる。 Furthermore, according to the present invention, a light source device that supplies illumination light, a spatial light modulation device that modulates illumination light from the light source device according to an image signal, and a projection that projects light modulated by the spatial light modulation device A projector, wherein the light source device is the light source device described above. By using the light source device described above, bright illumination light can be obtained. Thereby, a projector with a bright projected image can be obtained.
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係るプロジェクタ100の概略構成を示す。本実施例では、まずプロジェクタ100全体の概略構成を説明し、次いで、光源装置の構成について詳細に説明する。プロジェクタ100は、R光用光源装置であるR光用LED101Rと、G光用光源装置であるG光用LED101Gと、B光用光源装置であるB光用LED101Bとを有する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
R光用LED101RからのR光は、λ/4位相板102Rを透過して、反射型偏光板103Rに入射する。反射型偏光板103Rは、特定の振動方向の偏光光、例えばp偏光光を透過し、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光、例えばs偏光光を反射する。反射型偏光板103Rを透過したp偏光光は、クロスダイクロイックプリズム104に入射する。反射型偏光板103Rで反射された光は、反射型偏光板103Rへ入射するときと略同一の光路を逆向きに進行する。反射型偏光板103Rで反射された光のうちのs偏光光は、λ/4位相板102Rを透過することにより円偏光に変換される。λ/4位相板102Rを透過した光は、R光用LED101Rに戻る。
The R light from the
R光用LED101Rに戻った光は、R光用LED101Rのチップ等で反射され、それまでとは逆回りの円偏光となって再びλ/4位相板102Rの方向に進行する。そして、λ/4位相板102Rに入射した円偏光は、今度はp偏光光に変換される。λ/4位相板102Rからのp偏光光は、反射型偏光板103Rを透過してクロスダイクロイックプリズム104に入射する。このようにして、クロスダイクロイックプリズム104には、p偏光光に変換されたR光が入射する。
The light returning to the
G光用LED101GからのG光、B光用LED101BからのB光についても、R光と同様にして、特定の振動方向の偏光光、例えばp偏光光に変換されてクロスダイクロイックプリズム104に入射する。クロスダイクロイックプリズム104は、2つのダイクロイック膜104a、104bをX字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜104aは、R光を反射し、B光、G光を透過する。ダイクロイック膜104bは、B光を反射し、R光、G光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム104は、R光、G光、B光を合成する。
Similarly to the R light, the G light from the G
空間光変調装置である液晶型空間光変調装置106は、偏光板105、107を有する。液晶型空間光変調装置106は、画像信号に応じて液晶層に光を透過させる、いわゆる透過型液晶表示装置である。偏光板105は、液晶型空間光変調装置106の入射側に設けられている。また、偏光板107は、液晶型空間光変調装置106の射出側に設けられている。上述のように、クロスダイクロイックプリズム104に入射するR光、G光、B光は、いずれも特定の振動方向の偏光光であるp偏光光に変換されている。p偏光光に変換されているR光、G光、B光は、そのまま偏光板105に入射する。偏光板105は、p偏光光を透過して液晶型空間光変調装置106に入射させる。液晶型空間光変調装置106に入射したp偏光光は、画像信号に応じた変調により、s偏光光に変換され、偏光板107に入射する。
A liquid crystal spatial
偏光板107は、s偏光光を透過して投写レンズ108の方向に進行させる。投写レンズ108は、液晶型空間光変調装置106で変調された光をスクリーン109に投写する。クロスダイクロイックプリズム104に入射する光を特定の振動方向のp偏光光に変換することにより、偏光板105で吸収される光を減らすとともに、液晶型空間光変調装置106に入射させる光を増加することができる。液晶型空間光変調装置106に入射させる光を増加させることにより、各色光用LED101R、101G、101Bからの光を効率良く利用することができる。
The
次に、R光用LED101Rと、G光用LED101Gと、B光用LED101Bとの点灯時間及びタイミングについて説明する。プロジェクタ100は、単独の液晶型空間光変調装置106を用いて各色光を変調する。液晶型空間光変調装置106は、画像の1フレーム内で、色光ごとに異なる変調を順に行う。画像の1フレーム内で色光ごとに異なる変調を行うために、画像の1フレームは、R点灯時間と、G点灯時間と、B点灯時間とに分割されている。
Next, lighting times and timings of the
各色光用LED101R、101G、101Bは、液晶型空間光変調装置106の変調に合わせて、色光ごとに順に点灯する。LEDは、駆動電流の制御により、ミリ秒オーダーの高速な点灯、消灯、変調(射出光量の調整)が容易であるという特徴を有する。この特徴により、画像の1フレーム内において、色光ごとのLEDを順次点灯させて照明することが可能である。このため、カラーホイール等の構成を用いなくても、各色光用LED101R、101G、101Bを用いる簡易な構成によって色順次駆動を行うことができる。
Each of the
R光、G光、B光を順次投写し、全体として白色の投写像を得るためには、G光の光束量が全体の光束量のうち60〜80%であることを要する。各色光用LED101R、101G、101Bの出力量が同一である場合、G光の光束量が不足することとなる。G光の光束量の不足は、G色用LED101Gの点灯時間を、R光用LED101Rの点灯時間、及びB光用LED101Bの点灯時間のいずれよりも長くすることで稼ぐことができる。また、プロジェクタ100において色光ごとに1つのLEDを設ける構成としているが、色光ごとに複数のLEDを設ける構成としても良い。色光ごとに複数のLEDを設ける場合、G光用LED101Gの数量を、R光用LED101Rの数量、及びB光用LED101Bの数量のいずれよりも多くすることで、G光の光束量を多くしても良い。
In order to sequentially project R light, G light, and B light and obtain a white projected image as a whole, it is necessary that the light flux amount of G light is 60 to 80% of the total light flux amount. When the output amounts of the respective
次に、光源装置である各色光用LED101R、101G、101Bの構成について説明する。本発明において、各色光用LED101R、101G、101Bの特徴的部分の構成は同一である。従って、本実施例、及び以下の実施例において、R光用LEDの構成を例として説明を行うものとする。図2は、R光用LED101Rの断面構成を示す。発光部であるチップ201は、第1の接合部202、第2の接合部203を介して、基板210に実装されている。R光用LED101Rは、電流を供給することにより照明光Lを供給する。
Next, the configuration of each of the
R光用LED101Rは、発光層が下向きとなるようにチップ201が設けられている、いわゆるフリップチップ構造をなす。フリップチップ構造では、チップ201とリード電極とをワイヤで接続する必要がない。このため、R光用LED101Rを小型で薄型な構成にできる。また、放熱器を介さずチップ201を直接基板210に実装可能であることから、R光用LED101Rを、熱抵抗が低い構成にできる。チップ201は、絶縁性の透明基板に発光層を形成して構成されている。透明基板を設けることにより、発光層からの光を効率良く取り出すことができる。また、発光層から基板210の方向へ射出される光を、金属部材からなるp電極で反射させる構成とすることにより、さらに光を効率良く利用することができる。
The LED for
第1の接合部202、第2の接合部203は、チップ201のp電極及びn電極と、基板210側の電極(不図示)とを電気的に接続することで、チップ201と基板210とを接合する。第1の接合部202、第2の接合部203としては、例えば、チップ201の電極と基板210側の電極とを半田づけすることで形成される半田層や、銀蝋で接合することにより形成される銀蝋層を用いることができる。また、チップ201の電極と基板210側の電極とは、高温、高圧下で直接接合する構成としても良い。
The
図3は、第1の接合部202及び第2の接合部203の平面構成を示す。第1の接合部202は、円形の環状形状をなしている。第2の接合部203は、第1の接合部202の環状形状により取り囲まれる領域に設けられている。このように、第1の接合部202は、第2の接合部203を取り囲む環状形状をなしている。なお、図2、図3に示すように、第1の接合部202と第2の接合部203との間には、空間が設けられている。第1の接合部202と第2の接合部203との間に空間を設けることで、第1の接合部202と第2の接合部203とは、互いに接触しないように構成されている。
FIG. 3 shows a planar configuration of the first joint 202 and the
さらに、第1の接合部202は、チップ201及び基板210に密着して設けられている。このようにして、第2の接合部203は、第1の接合部202、チップ201及び基板210により密閉される空間に設けられている。第1の接合部202は、グラウンド電極209と電気的に接続されている。第2の接合部203は、光源駆動部208と電気的に接続されている。第2の接合部203は、基板210を貫いて配線するためのスルーホールを設けることで、光源駆動部208と接続することができる。なお、第1の接合部202は、中心領域が空いている形状であれば良く、円状の環状形状に限られない。また、第2の接合部203は、第1の接合部202に取り囲まれていれば良く、形状は円形状に限られない。
Further, the
R光用LED101Rは、チップ201からの光Lの射出側に、キャップ部205を有する。キャップ部205は、硝子部材や透明樹脂部材等の、光学的に透明な部材により構成される。キャップ部205は、チップ201と接合部202、203とを封止する。キャップ部205の光射出側の面は、球面形状、又は非球面形状をなしている。キャップ部205は、光射出側の面を球面形状又は非球面形状とすることにより、キャップ部205の界面における照明光Lの全反射を低減し、チップ201からの光を効率良く外部へ射出させる。また、キャップ部205の先端位置にレンズ作用を持たせることにより、R光用LED101Rは、チップ201が設けられている基板210面に略垂直な方向であるZ軸方向へ、強度の大きい光Lを射出する。
The LED for R light 101 </ b> R has a
基板210とキャップ部205との間には、空間204が設けられている。空間204には、冷却用流体である冷却水が充填されている。空間204は、冷却液輸送管206を介してポンプ207と接続されている。ポンプ207を作動させることにより、空間204の冷却水は、冷却液輸送管206を通って矢印Wの方向へ循環する。冷却水は、冷却液輸送管206を通って循環することで空間204を流動する。このようにして、冷却水をチップ201の近傍において流動させることができる。
A
チップ201において発生した熱は、冷却水に伝達する。冷却水に伝わったチップ201からの熱は、冷却水が流動する過程において最終的に大気に放出される。冷却水を循環させると、放熱した後の冷却水を常にチップ201の近傍に通過させることが可能となる。このようにチップ201の近傍に冷却水を流動させることにより、チップ201からの熱を効率良く取り除くことができる。
The heat generated in the
なお、冷却液輸送管206、ポンプ207は、熱交換器を設ける構成としても良い。熱交換器を設けることで、冷却水に伝わる熱を積極的に大気へ放出できる。また、空間204における冷却水の熱対流のみでチップ201からの熱を十分に放熱することが可能であれば、ポンプ207で冷却水を循環する構成とせず空間204のみで冷却水を流動させる構成としても良い。この場合、空間204に冷却水を封止すれば良く、ポンプ207及び冷却液輸送管206を省略することができる。
Note that the
基板210は、例えば金属部材により構成される。基板210を金属部材により構成することで、基板210を熱抵抗が低い構成とし、効率良く放熱することができる。さらに、基板210は、チップ201が実装される面にセラミック部材からなる層を設けることで、さらに効率良く放熱することができる。また、基板210は、ヒートシンクを設ける構成としても良い。ヒートシンクを設けることで、基板210に伝わる熱を積極的に大気へ放出できる。なお、第2の接合部203は、チップ201の電極と、基板210側の電極とのみを電気的に接続し、基板210自体とは電気的に絶縁されている。
The
上述のように、第2の接合部203は、第1の接合部202、チップ201及び基板210によって密閉される空間に設けられている。チップ201と第1の接合部202とを密着することで、冷却水は、チップ201近傍を流動しても第1の接合部202に取り囲まれる空間へは入り込まない。このようにして、第2の接合部203は、冷却水とは電気的に絶縁される。
As described above, the second joint 203 is provided in a space sealed by the first joint 202, the
チップ201の近傍に冷却水を流動させると、接合部のうち第1の接合部202のみが冷却水と接する。このように、接合部のうち、第1の接合部202のみが冷却水にさらされる。なお、やむを得ず、第1の接合部202とチップ201、基板210との接合部分に隙間を生じる場合がある。このとき生じる隙間を、水分子以下の長さとすることで、第2の接合部203が設けられる空間への冷却水の侵入を防止することができる。
When the cooling water is caused to flow in the vicinity of the
上述のように、第1の接合部202は、グラウンド電極209と電気的に接続されている。一般に、第1の接合部202のほかに冷却水が触れる部分、例えば冷却液輸送管206や基板210も、最終的にはグラウンド電極209と接続されている。このため、冷却水と、冷却水が触れるすべての部分とは、いずれもグラウンド電位となる。このようにして、第1の接合部202は、冷却水と略同電位となる。そして、第2の接合部203は、光源駆動部208と電気的に接続される。
As described above, the
図4は、R光用LED101Rの回路例を示す。チップ201は、アノード電極を第2の接合部203に、カソード電極を第1の接合部202に接続する。チップ201を発光させるための電流は、第2の接合部203、光源駆動部208を介して、不図示の外部電源からチップ201へ供給される。第2の接合部203と冷却水とは電気的に絶縁されていることから、電極間で導通は起こらない。なお、図4に示す構成とは逆に、チップ201は、カソード電極を第2の接合部203に、アノード電極を第1の接合部202に接続する構成としても良い。この場合、第1の接合部202は、外部電源を介してグラウンド電極209と接続することができる。
FIG. 4 shows a circuit example of the
一般的に、水は、導電性を有する。本実施例のR光用LED101Rは、接合部のうち冷却水と略同電位の第1の接合部202のみが冷却水と接する構成とする。そして、第2の接合部203は冷却水と電気的に絶縁されている。かかる構成とするにより、チップ201の近傍に導電性の冷却水を流動させても電極間で導通は起こらない。R光用LED101Rはフリップチップ構造をなすことから、ボンディングワイヤ等、第2の接合部203と同電位となる導通部分の露出も無い。電極間での導通が起きないこと、その他導通部分の露出も無いことから、チップ201における漏電やショートを確実に防止し、R光用LED101Rを安全に使用することができる。
In general, water has conductivity. The
本実施例の構成をとらず、例えば、チップ201の表面に絶縁性膜を設ける場合、絶縁性膜で光が全反射することにより光が閉じ込められる場合がある。また、絶縁性膜は、チップ201からの熱に耐え得る部材で構成する必要がある。例えば、防水のためにパッキンを施したケースを使用する場合、パッキンは熱に弱いことから、チップ201の防水状態に保つことが困難である。チップ201の防水状態を保つことができないと、チップ201における漏電やショートを引き起こす原因となり得る。
For example, when the insulating film is provided on the surface of the
本実施例のR光用LED101Rは、このような絶縁性膜やパッキン等を設ける必要が無い。絶縁性膜が不要となることから、R光用LED101Rは、絶縁性膜による光の不要な取り込みを無くし、照明光を効率良く取り出すことができる。また、R光用LED101Rの製造工程においてチップ201への絶縁性膜の膜付けを不要にできる。絶縁性膜のほかパッキン等の部材も不要であることから、チップ201近傍を耐熱性に優れた構成にすることができる。
The R light LED 101R of this embodiment does not need to be provided with such an insulating film or packing. Since the insulating film is unnecessary, the
また、チップ201を直接冷却水にさらすことが可能であるから、冷却水によってチップ201からの熱を直接的に取り出し、R光用LED101Rの放熱効率を向上することができる。R光用LED101Rの放熱効率を向上することにより、R光用LED101Rの定格電流を大きくし、明るい照明光Lを得ることができる。これにより、チップ201の近傍に冷却水を流動させることで効率良く放熱でき、明るい照明光を供給できるという効果を奏する。
Further, since the
本実施例のR光用LED101Rは、冷却用液体として水を用いることが可能である。冷却用液体として水を用いることにより、R光用LED101Rを環境適合性に優れた構成にでき、かつR光用LED101Rのメンテナンスを容易に行うことができる。なお、冷却用液体としては水を用いる場合に限らず、他の導電性の液体や、非導電性の液体を用いることとしても良い。
The LED for R light 101R of the present embodiment can use water as a cooling liquid. By using water as the cooling liquid, the
G光用LED101G、B光用LED101Bについても、効率良く放熱して明るい照明光を供給するための構成は、R光用LED101Rと同様である。これにより、G光用LED101G、B光用LED101Bにおいても、R光用LED101Rと同様に、効率良く放熱し、明るい照明光を供給することができる。これにより、プロジェクタ100を用いて明るい投写像を得ることができる。
Regarding the G
図5、図6は、接合部の変形例の平面構成を示す。図5に示す第1の接合部502は、矩形形状の領域の略中心から円形の領域を取り除いたような形状をなしている。例えば、第1の接合部502は、第1の接合部502の外周の矩形形状が基板210(図2参照)の矩形形状と略同一となるように設けることとしても良い。この場合、チップ501は、第2の接合部203と、第1の接合部502の一部とを覆うように設けることができる。
5 and 6 show a planar configuration of a modified example of the joint portion. The first
また、図3及び図5には、2つの接合部を設ける構成を示しているが、チップの電極に対応して3つ以上の接合部を設ける構成とすることもできる。例えば、図5に示す第2の接合部203も環状形状とし、第2の接合部203に取り囲まれる領域にさらに他の接合部を設けても良い。このように、環状形状を2重、3重とするように複数の接合部を設けることで、3つ以上の電極を有するチップに対して電流を供給可能な構成にできる。さらに、第1の接合部202により取り囲まれる接合部は、環状形状や円形状に限らず、例えばドット形状としても良い。
3 and 5 show a configuration in which two joint portions are provided, but a configuration in which three or more joint portions are provided corresponding to the electrodes of the chip may be employed. For example, the second
従来、短冊形状のチップを複数並べ、それぞれのチップに対応してドット状の接合部を設けるLEDがある。図6には、従来のドット状の接合部603、613を取り囲むようにして、環状形状の第1の接合部602を設ける構成を示す。第1の接合部602は、外周及び内周がいずれも矩形の環状形状を有する。短冊形状のチップ601は、ドット状の接合部603、613の上に設けられる。複数のチップ601は、互いに電気的に絶縁されている。図6には、4つのチップ601に対応して、第1の接合部602により囲まれる領域に8つの接合部を設けている。この構成では、4つのチップ601を別々に駆動することができる。このように、第1の接合部602以外に複数の接合部を設けることにより、LEDは、チップごとに別々に駆動する構成にできる。
Conventionally, there is an LED in which a plurality of strip-shaped chips are arranged and dot-shaped joint portions are provided corresponding to the respective chips. FIG. 6 shows a configuration in which an annular first
図7は、本発明の実施例2に係る光源装置である、R光用LED701Rの断面構成を示す。R光用LED701Rは、上記実施例1のプロジェクタ100に適用することができる。上記実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例のR光用LED701Rは、基板710に伝熱部材712が設けられることを特徴とする。
FIG. 7 shows a cross-sectional configuration of an R light LED 701 </ b> R that is a light source device according to a second embodiment of the present invention. The
伝熱部材712は、基板710のうち、第1の接合部202の環状形状の内周側に設けられる。伝熱部材712は、チップ201で発生し、第2の接合部203から伝播する熱H1を、外気へ放出する。これに対して、チップ201で発生し、第1の接合部202から伝播する熱H2は、基板710を介して外気へ放出される。伝熱部材712としては、例えば、金属部材を用いることができる。ここで、伝熱部材712として、基板710より熱抵抗が低い部材を用いると、基板710を単独の部材で構成する場合に比較して、効率良く放熱を行うことができる。
The
また、基板710と伝熱部材712との間に隙間が設けられることにより、基板710と伝熱部材712との間の隙間からも熱H1、H2を外気へ放出することができる。これにより、さらにR光用LED701Rの放熱効率を向上し、明るい照明光Lを供給できるという効果を奏する。なお、図7において図示を省略するが、R光用LED701Rについても、上記実施例1のR光用LED101Rと同様に、冷却液輸送管206、ポンプ207を設けることができる。また、第1の接合部202は光源駆動部208に、第2の接合部203はグラウンド電極209に、それぞれ接続されている。
Further, by providing a gap between the
図8は、本発明の実施例3に係る光源装置であるR光用LED801Rの断面構成を示す。上記実施例1のR光用LED101Rと同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例のR光用LED801Rは、基板810に設けられた開口部812へ冷却用気体を供給することを特徴とする。
FIG. 8 shows a cross-sectional configuration of an R light LED 801 </ b> R that is a light source device according to a third embodiment of the present invention. The same parts as those of the R light LED 101R of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The LED for R light 801 </ b> R of this embodiment is characterized in that a cooling gas is supplied to an
基板810は、第1の接合部202の内周側に開口部812を有する。冷却用気体供給部であるノズル813は、開口部812から第2の接合部203の方向へ冷却用気体の射出口を向けて設けられている。冷却用気体としては、空気のほか、気化性の冷媒を用いることができる。気化性の冷媒を用いると、チップ201と冷媒との温度差による伝熱のほか、冷媒が気化する際にチップ201から気化熱を奪うことにより効率良くチップ201を冷却することができる。
The
冷却用気体は、流入口814からノズル813へ流入する。そして、開口部812には、冷却用気体の流出口815、816が設けられている。ノズル813から矢印C1の方向へ冷却用気体が吹き付けられると、開口部812内の気体は、流出口815、816から矢印C2の方向へ流出する。このようにして、冷却用気体は、開口部812内を流動する。ノズル813から射出される冷却用気体は、チップ201からの熱を奪って流出口815、816から流出する。
The cooling gas flows from the
これにより、さらにR光用LED801Rの放熱効率を向上し、明るい照明光Lを供給できるという効果を奏する。なお、ノズル813は、射出口を開口部812に設ける構成に限らず、射出口を開口部812の外部に設ける構成としても良い。図8において図示を省略するが、R光用LED801Rについても、上記実施例1のR光用LED101Rと同様に、冷却液輸送管206、ポンプ207を設けることができる。また、第1の接合部202は光源駆動部208に、第2の接合部203はグラウンド電極209に、それぞれ接続されている。
Thereby, the heat radiation efficiency of the
なお、プロジェクタ100は、空間光変調装置として単独の液晶型空間光変調装置を用いる構成に限られない。例えば、3つの液晶型空間光変調装置を用いる構成としても良い。また、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を設ける構成に限らず、反射型液晶表示装置を設ける構成や、ティルトミラーデバイスを用いる構成であっても良い。
The
以上のように、本発明に係る光源装置は、プロジェクタの光源装置として使用する場合に適している。 As described above, the light source device according to the present invention is suitable for use as a light source device for a projector.
100 プロジェクタ、101R R光用LED、101G G光用LED、101B B光用LED、102R、102G、102B λ/4位相板、103R、103G、103B 反射型偏光板、104 クロスダイクロイックプリズム、104a ダイクロイック膜、104b ダイクロイック膜、105、107 偏光板、106 液晶型空間光変調装置、108 投写レンズ、109 スクリーン、201 チップ、202 第1の接合部、203 第2の接合部、204 空間、205 キャップ部、206 冷却液輸送管、207 ポンプ、208 光源駆動部、209 グラウンド電極、210 基板、501 チップ、502 第1の接合部、601 チップ、602 第1の接合部、603、613 接合部、701R R光用LED、710 基板、712 伝熱部材、801R R光用LED、810 基板、812 開口部、813 ノズル、814 流入口、815、816 流出口、L 照明光、H1、H2 熱
100 projector, 101R R light LED, 101G G light LED, 101B B light LED, 102R, 102G, 102B λ / 4 phase plate, 103R, 103G, 103B reflective polarizing plate, 104 cross dichroic prism, 104a
Claims (5)
前記発光部が実装される基板と、
前記発光部の電極と前記基板側の電極とを接合することで前記発光部に電流を供給する、少なくとも2つ以上の接合部と、を有し、
前記発光部は、前記発光部の近傍に冷却用流体を流動させることにより冷却され、
前記接合部のうち1つの接合部は、他の接合部を取り囲む環状形状をなし、かつ、前記冷却用流体と略同電位であって、
前記他の接合部は、前記1つの接合部と前記発光部とを密着することで、前記冷却用流体とは電気的に絶縁されることを特徴とする光源装置。 A light emitting unit for supplying illumination light;
A substrate on which the light emitting unit is mounted;
Having at least two or more joining parts that supply current to the light emitting part by joining the electrode of the light emitting part and the electrode on the substrate side;
The light emitting part is cooled by flowing a cooling fluid in the vicinity of the light emitting part,
One of the joints has an annular shape surrounding the other joint, and has substantially the same potential as the cooling fluid,
The light source device according to claim 1, wherein the other joint portion is electrically insulated from the cooling fluid by closely contacting the one joint portion and the light emitting portion.
前記開口部へ冷却用気体を供給することにより前記発光部を冷却する冷却用気体供給部をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 The substrate has an opening on the inner peripheral side of the annular shape,
The light source device according to claim 1, further comprising a cooling gas supply unit that cools the light emitting unit by supplying a cooling gas to the opening.
前記光源装置からの前記照明光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
前記空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズと、を有し、
前記光源装置は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光源装置であることを特徴とするプロジェクタ。 A light source device for supplying illumination light;
A spatial light modulator that modulates the illumination light from the light source device according to an image signal;
A projection lens for projecting light modulated by the spatial light modulator,
The projector according to claim 1, wherein the light source device is the light source device according to claim 1.
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