JP2005300663A - 光源装置及びこれを用いたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で高輝度な光源装置及びこれを用いたプロジェクタを提供する。
【解決手段】 光源装置１０は、環状の密閉容器２０を備えており、密閉容器２０の内部には、液体Ｌが充填された環状の流路２１が形成されている。密閉容器２０の所定の位置には、ＬＥＤチップ３０を実装した実装基板４０を備えた発光部５０と、液体Ｌを冷却する冷却部６０と、液体Ｌを流路２１に沿って循環させる液体循環部としての循環ポンプ７０が配置されている。発光部５０と、冷却部６０と、循環ポンプ７０とは、それぞれに備えられた流路２１が連通するように結合されており、流路２１を備えた各部が、密閉容器２０を構成する。実装基板４０は、その上下端部を密閉容器２０の外に露出しており、ＬＥＤチップを電気的に駆動するのを容易にしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体光源素子を備えた光源装置及びこれを用いたプロジェクタに関する。

スクリーン等に画像を投写するプロジェクタは、光源と、画像を形成するために光源から射出された光を変調する液晶パネル等の光変調素子と、変調された光をスクリーン等に投写する投写レンズ等を備えている。

近年、プロジェクタの小型化、高輝度化等が強く望まれており、これに応じて、小型の液晶パネルの採用が進んでいる。一方、光源については、例えばメタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプなどの放電型光源ランプが一般に用いられており、光源についても小型化、高輝度化が図られてきている。本来、これら光源は発光に際し発熱を伴う。光源から発せられた熱は、光源自体の特性を変化させたり、液晶パネルや他の光学部品を劣化させたりするため、さまざまな冷却手段、放熱手段が講じられている。しかし、光源ランプの小型化、高輝度化が進むにつれて益々光源からの発熱は増大してきており、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十分な冷却や放熱が困難になってきている。そのため、液体を用いて光源ランプを強制冷却する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。この液体冷却方法によれば、強制空冷方式におけるファンの回転に伴う騒音の解消にも効果が期待される。

特開２００２−１０７８２５号公報

上記特許文献１においては、光源である高圧水銀ランプに集熱部材を設けて、集熱部材を介して光源の熱を液体に吸収し冷却する構成となっている。つまり、光源の熱を間接冷却していることになり冷却効率面において十分なものではない。

一方、放電型光源ランプには発熱以外にも改善すべき問題点がある。例えば、ランプおよび電源のサイズが必然的に大きく重いこと、瞬時点灯／消灯が困難であること等についても、プロジェクタの小型化、性能向上面から改善が必要とされていた。

以上のような放電型光源ランプの問題点を解決する手段として、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下ＬＥＤという）光源が提案されている。ＬＥＤ光源は、電源を含めて小型化が可能であるうえ、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多くの利点を有している。また、水銀などの有害物質を含まないため、環境保全上の観点からも好ましい。

しかしながら、ＬＥＤ光源にも放電型光源ランプと同様に発熱対策が必要となる。現状のＬＥＤ光源は量子効率が低く、注入された電気エネルギーの大部分は熱として放出される。このため、ＬＥＤチップに流す電流を増大すればするほど発光量が増大する一方、発熱量も大幅に上昇する。このため、ＬＥＤチップの温度が上昇して発光効率が低下するとともに、ＬＥＤチップ自体が熱破壊されてしまうことがある。この結果、現状のＬＥＤ光源には、さほど大きな電流を流すことが出来ず、プロジェクタ用の光源としては射出光量が不十分なものであった。

さらに、液晶パネルの小型化に伴って、光源のエテンデュを小さくする必要がある。エテンデュとは、光束が存在する空間的な広がりを発光面積と立体角の積で表した数値であって、光学的に保存されるものである。小型の液晶パネル（光変調素子）に対してエテンデュの大きな光源を用いると、多くの光束が液晶パネルに取り込めず、光利用効率が低下してしまうことになる。このため、大きな発光量を得るために、大型のＬＥＤチップを採用すると、小型化の障壁になるとともに、エテンデュが大きくなって十分な輝度が得られにくくなるという問題を有している。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で高輝度な光源装置及びこれを用い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、接続端子を備えた実装基板と、前記実装基板に実装された固体光源素子と、前記固体光源素子及び液体を収容した密閉容器とを備え、前記密閉容器は、前記固体光源素子が射出する光を透過する光透過部と、前記実装基板を支持する基板支持部とを有していることを特徴とする。

これによれば、固体光源素子が液体によって直接冷却されるため、固体光源素子を駆動するための電力を増大させても、固体光源素子の温度上昇を抑制することが可能となる。この結果、小型で高輝度な光源装置を実現することが可能となる。さらに、これによれば、固体光源素子を実装した実装基板を密閉容器内で支持する基板支持部を備えているため、固体光源素子を液体内に配置することが容易になる。

この光源装置において、前記実装基板は、前記接続端子が前記密閉容器の外に露出するように備えられていることが望ましい。

これによれば、固体光源素子と導通の取れた接続端子が、密閉容器の外に露出しているため、密閉容器の内部に収容された固体光源素子を電気的に駆動するのが容易になる。

この光源装置において、前記密閉容器は、前記液体を冷却するための冷却部を有していることが望ましい。

これによれば、密閉容器が液体を冷却するための冷却部を有しているため、固体光源素子からの吸熱による液体の温度上昇を抑制することが可能となり、長時間に渡って冷却能力を維持することが可能となる。

この光源装置において、前記固体光源素子は、複数個積層された状態で前記密閉容器に収容されていることが望ましい。

これによれば、複数個の固体光源素子を同一平面上に配列した場合や、複数個の固体光源素子と同一の発光面積を有する１つの固体光源素子を用いる場合等に比べて、見かけ上の表面積を小さくできるうえ、射出光量をさほど低下させずに、光源のエテンデュを小さくすることが可能となる。この結果、小型で高輝度な光源装置を実現することが可能となる。

この光源装置において、前記密閉容器は、前記固体光源素子が射出する光を反射する光反射部を備えていることが望ましい。

これによれば、密閉容器が光反射部を備えているため、固体光源素子から射出される光をより有効に利用することが可能となる。例えば、固体光源素子が実装基板の両面側に光を射出可能である場合には、一面側の光を光反射部で反射させることで、他面側への射出光量を増大させることが可能となる。

この光源装置において、前記光反射部は、前記密閉容器の内壁面に形成されていることが望ましい。

密閉容器が光透過性を有する材料で形成された場合で、密閉容器の外側に光反射部を備えた場合には、密閉容器内の光源から光反射部方向に射出される光は、密閉容器の壁部を透過して光反射部で反射され、再度壁部を透過して、投射方向に向かう。その結果、光が壁部を透過する際の散乱等によって多くの光量が損失する恐れがある。

しかしながら、この構成によれば、光反射部が密閉容器の内壁面に形成されているため、固体光源素子から光反射部方向に射出される光を、密閉容器の壁部を経由せずに反射することが可能となる。この結果、光が密閉容器の壁部を透過する際の散乱等による損失を抑制することが可能となる。

この光源装置において、前記光反射部が形成された前記密閉容器の内壁面で、光の投射方向に面する面は、前記固体光源素子の近傍で前記固体光源素子を囲むように湾曲又は屈曲していることが望ましい。

これによれば、光反射部を湾曲又は屈曲した密閉容器の内壁面に備えることで、反射光の発散を抑制することが可能となり、光利用効率を向上することが可能となる。

この光源装置において、前記密閉容器は、前記固体光源素子が射出する光の発散を抑制するためのレンズを備えていることが望ましい。

これによれば、固体光源素子からの射出光や光反射部による反射光の発散をレンズによって抑制することが可能となり、光利用効率を向上することが可能となる。

この光源装置において、前記密閉容器は、前記液体を循環するための液体循環部を有し、前記固体光源素子は、前記液体循環部によって液体が循環する流路内に備えられていることが望ましい。

これによれば、固体光源素子が、液体が循環する流路内に備えられているため、固体光源素子からの発熱を効率よく液体に伝熱することが可能となる。

この光源装置において、前記流路は、前記固体光源素子の周辺で断面が狭くなっていることが望ましい。

これによれば、循環する液体は、発熱する固体光源素子の近傍を通過することになるため、液体の大部分を固体光源素子からの吸熱に寄与させることが可能となり、固体光源素子からの発熱を、さらに効率よく液体に伝熱することが可能となる。

本発明のプロジェクタは、先に記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光を変調する光変調部と、前記光変調部で変調された変調光を離れた位置に投写する投写部とを有することを特徴とする。

これによれば、小型化が可能な固体光源素子を光源として用い、固体光源素子の温度上昇を抑制可能な光源装置を備えているため、小型で高輝度なプロジェクタを実現することが可能となる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る光源装置を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態における光源装置の概略構成を示す模式図である。

図１に示すように、光源装置１０は、環状の密閉容器２０を備えており、密閉容器２０の内部には、液体Ｌが充填された環状の流路２１が形成されている。密閉容器２０の所定の位置には、ＬＥＤチップ３０を実装した実装基板４０を備えた発光部５０と、液体Ｌを冷却する冷却部６０と、液体Ｌを流路２１に沿って循環させる液体循環部としての循環ポンプ７０が配置されている。発光部５０と、冷却部６０と、循環ポンプ７０とは、それぞれに備えられた流路２１が連通するように結合されており、流路２１を備えた各部が、密閉容器２０を構成する。また、密閉容器２０を構成する各部は、図示しないシール部材を介して結合されており、僅かな隙間から液体Ｌが漏出するのを抑止している。なお、密閉容器２０を構成する各部は、一体で形成されていてもよい。

液体Ｌは透光性液体であり、好ましくは電気絶縁性であって、光源装置１０に備えられた各部材に対して非腐食性である液体から選定される。更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等の有機熱媒体として一般的に使用されているものをあげることができる。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１０の用途、要求性能、環境保全性等を加味して選定すればよい。

冷却部６０は、密閉容器２０及び流路２１の一部を構成しており、例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ等の金属や、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て、流路２１内の液体Ｌの熱を外部に放出可能になっている。図１に示すように、冷却部６０には、多数のフィン６１を設けて表面積を大きくし、外部への放熱能力を高めている。本実施形態では、冷却部６０は、密閉容器２０の所定の位置に備えられているが、その数は１つに限られず、また、密閉容器２０のより広い範囲に備えるようにしてもよい。さらに、フィン６１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も可能である。

ここで、発光部５０について、図２〜図４を用いて説明する。図２は、発光部５０に備えられるＬＥＤチップ３０と実装基板４０とを示す図であり、図２（ａ）は、ＬＥＤチップ３０の正面図、図２（ｂ）は、実装基板４０の正面図、図２（ｃ）は、ＬＥＤチップ３０を実装基板４０に実装した状態を示す正面図であり、図２（ｄ）は、その側断面図である。また、図３（ａ）は、発光部５０の正面図、図３（ｂ）は、その平面図、図３（ｃ）は、その側面図であり、図４は、発光部５０を組み立てる様子を示す斜視図である。

本実施形態のＬＥＤチップ３０は、透明なサファイア基板上に発光領域（図示せず）が形成されており、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ３０の４隅には、発光領域に電流を流すための電極３１が形成されている。なお、４つの電極３１は、アノード電極とカソード電極と、２つのダミー電極からなるが、アノード電極とカソード電極とを２つずつ備えるようにしてもよい。

実装基板４０は、図２（ｂ）に示すように、その略中央に十字型の開口部４１を有しており、開口部４１の上側及び下側には、それぞれアノード用の接続端子４２とカソード用の接続端子４３とが実装基板４０の両面に形成されている。また、開口部４１の左右両側には、凸部４４が形成され、凸部４４の幅ｂは、流路２１の高さａ（図３（ａ）参照）と略同寸法になっている。

図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、実装基板４０の両面には、電極３１上に形成されたバンプ３２を介してＬＥＤチップ３０が実装されている。２つのＬＥＤチップ３０は、実装基板４０の開口部４１を両面側から塞ぐように積層されて備えられている。このとき、ＬＥＤチップ３０の４つの電極３１と、接続端子４２，４３の開口部４１に突出した４つの領域４５とが接続されて、接続端子４２，４３を介して、ＬＥＤチップ３０を駆動することができる。

ＬＥＤチップ３０の発光領域は、透明なサファイア基板上に形成されているため、ＬＥＤチップ３０に電流を流すと、各ＬＥＤチップ３０は、その表面側及び裏面側（実装基板側）の両方向に光を射出する。さらに、一方のＬＥＤチップ３０の裏面側から射出した光は、他方のＬＥＤチップ３０を透過して、他方のＬＥＤチップ３０の表側に射出する。

図３に示すように、実装基板４０は、密閉容器２０及び流路２１の一部を構成する箱体５１に備えられている。実装基板４０は、箱体５１に形成された流路２１内にＬＥＤチップ３０が位置するように箱体５１に固定されているため、ＬＥＤチップ３０は、流路２１を流れる液体Ｌに直接さらされることになる。また、実装基板４０の上下両端部は、箱体５１から外部に突出しており、外部から接続端子４２，４３と導通を取ることが可能になっている。

図３（ａ）に示すように、箱体５１の正面には、ＬＥＤチップ３０が発した光を外部に投射するための光透過部としての透明窓５２が備えられており、流路２１の一部を構成している。透明窓５２は、例えば、ガラスや透明プラスチック（例えばアクリル樹脂やポリカーボネート等）等、液体Ｌに対して化学的に安定材料を用いて形成されている。また、透明窓５２の箱体５１への取り付けは、接着剤固定等の手段を用いて液体漏れが生じないように固定される。なお、箱体５１をガラスや透明プラスチック等の光透過性を有する材料で形成した場合には、箱体５１自体が光透過部として機能するため、透明窓５２は必ずしも必要ではない。

図３（ｃ）に示すように、流路２１の透明窓５２に対向する側面と、流路２１の上下面とからなる３つの面には、光反射部としての反射板２２が備えられており、ＬＥＤチップ３０から投射方向Ａ方向とは異なる方向に発せられた光をも透明窓５２を通して外部に取り出すことができるようになっている。

ここで、箱体５１に実装基板４０を取り付ける際の手順を説明する。図４に示すように、箱体５１は、箱体５１及び流路２１を流路２１と平行に上下方向から２分したような２つの部材５１ａ，５１ｂからなり、それぞれの接合面５３ａ，５３ｂを接合することによって、箱体５１及び流路２１が形成される。

第１の部材５１ａの接合面５３ａで、Ｘ方向（流路方向）の略中央には、Ｙ方向に凹んだ凹部５４が箱体の上面から下面にかけて形成されている。ここで、凹部５４の深さ（Ｙ方向）は、実装基板４０の厚みと略同一であり、凹部５４の幅（Ｘ方向）は、実装基板４０の幅ｃ（図２参照）と略同一になっている。図４（ｂ）に示すように、この凹部５４に実装基板４０を装着すると、実装基板４０は、凹部５４の側面に支持されて箱体５１に対してＸ方向に位置決めされる。さらに、上述したように、実装基板４０の左右方向に突出した凸部４４の幅ｂは、流路２１の高さａ（図３（ａ）参照）と略同寸法になっているため、凸部４４が流路２１の上下面に支持されて、実装基板４０は、箱体５１に対してＺ方向に位置決めされる。その後、図４（ｃ）に示すように、第１の部材５１ａの接合面５３ａと第２の部材５１ｂの接合面５３ｂとを接合すると、発光部５０が完成するとともに、実装基板４０は、第１の部材５１ａの凹部５４の底面と第２の部材５１ｂの接合面５３ｂとに支持されて、箱体５１に対してＹ方向に位置決めされる。つまり、凹部５４と接合面５３ｂと流路２１の上下面とは、実装基板４０を支持する基板支持部として機能し、実装基板は、ＸＹＺの各方向に対して位置決めされる。なお、第１の部材５１ａと第２の部材５１ｂと実装基板４０との接合は、図示しないシール部材を介して行われ、僅かな隙間から液体Ｌが漏出するのを抑止している。

光源装置１０は、上記のように構成されているため、循環ポンプ７０を駆動して、流路２１内の液体Ｌを循環させた状態で、発光部５０の上下面から露出した接続端子４２，４３を介して電流を流し、ＬＥＤチップ３０を発光させると、ＬＥＤチップ３０から発生した熱は、液体Ｌによって吸収され、ＬＥＤチップ３０が冷却される。ここで、各ＬＥＤチップ３０は、裏面側にある実装基板４０に開口部４１が形成されているため、各ＬＥＤチップ３０の表裏両側から効果的に冷却される。熱を吸収した液体Ｌは、循環によって冷却部６０に送られる。冷却部６０は液体Ｌの熱を吸収し、これを外部の例えば空気と熱交換することで、液体Ｌを冷却する。冷却された液体Ｌは、循環によって再度発光部５０に達し、以降、上記の動作を繰り返す。

以上説明したように、本実施形態の光源装置１０によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態によれば、ＬＥＤチップ３０が液体Ｌによって表裏両面から直接冷却されるため、ＬＥＤチップ３０を駆動するための電力を増大させても、ＬＥＤチップ３０の温度上昇を抑制することが可能となる。この結果、小型で高輝度な光源装置１０を実現することが可能となる。

（２）本実施形態によれば、発光部５０に形成された凹部５４と接合面５３ｂと流路２１の上下面が、ＬＥＤチップ３０を実装した実装基板４０を支持する基板支持部として機能するため、ＬＥＤチップ３０を流路２１内に配置することが容易になる。

（３）本実施形態によれば、ＬＥＤチップ３０の電極３１と導通の取れた接続端子４２，４３が、密閉容器２０の外に露出しているため、密閉容器２０の内部に収容されたＬＥＤチップ３０を電気的に駆動するのが容易になる。

（４）本実施形態によれば、密閉容器２０が液体Ｌを冷却する冷却部６０を有しているため、ＬＥＤチップ３０からの吸熱による液体Ｌの温度上昇を抑制することが可能となり、長時間に渡って冷却能力を維持することが可能となる。

（５）本実施形態によれば、複数のＬＥＤチップ３０が積層されて備えられているため、複数のＬＥＤチップ３０を同一平面上に配列した場合や、複数のＬＥＤチップ３０と同一の発光面積を有する１つのＬＥＤチップを用いる場合等に比べて、見かけ上の表面積を小さくできるうえ、射出光量をさほど低下させずに、光源のエテンデュを小さくすることが可能となる。この結果、小型で高輝度な光源装置を実現することが可能となる。

（６）本実施形態によれば、発光部５０が反射板２２を備えているため、実装基板４０の両面側に射出される光のうち、一面側に射出する光を他面側に反射させて、他面側への射出光量を増大させることが可能となる。この結果、光利用効率を向上することが可能となる。

（７）本実施形態によれば、反射板２２が流路２１の内壁面に形成されているため、ＬＥＤチップ３０から射出される光を、密閉容器２０の壁部を経由せずに反射することが可能となる。この結果、光が密閉容器２０の壁部を透過する際の散乱等による損失を抑制することが可能となる。

（８）本実施形態によれば、ＬＥＤチップ３０が、循環ポンプ７０によって液体Ｌが循環する流路２１内に備えられているため、ＬＥＤチップ３０からの発熱を効率よく液体Ｌに伝熱することが可能となる。

（９）本実施形態によれば、透明な基板上に発光領域が形成されたＬＥＤチップ３０が、実装基板４０の開口部４１上に実装されている。このため、実装基板４０の両面側に光を射出することが可能となるうえ、ＬＥＤチップ３０から実装基板４０の両面側に射出された光のうち、一面側に射出された光を反射板２２で反射させた後、ＬＥＤチップ３０を透過させて他面側に投射することが可能となり、他面側への射出光量を増大させることが可能となる。さらに、複数のＬＥＤチップ３０を積層させた際に、１つのＬＥＤチップ３０から射出された光を、他のＬＥＤチップ３０を透過して投射することが可能となり、光利用効率を向上することが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を、図５〜図７を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。図５は、第２実施形態に係る光源装置の概略構成を示す模式図である。図６及び図７は、第２実施形態に係る光源装置の発光部を示す図であり、図６（ａ）は、その平面図、図６（ｂ）は、その正面図、図７（ａ）は、その側面図、図７（ｂ）は、その断面図である。

図５に示すように、光源装置１０は、第１実施形態と同様、所定の位置に発光部５０、冷却部６０及び液体循環部としての循環ポンプ７０を備えた環状の密閉容器２０を有している。

ここで、発光部５０について、図６及び図７を用いて詳述する。なお、本実施形態の発光部５０は、箱体５１が透明プラスチック等の光透過性を有する部材で形成されているため、透明窓５２は備えられていない。

図６（ａ）に示すように、発光部５０を貫通する流路２１は、実装基板４０が装着される位置の周辺で、光の投射方向Ａに面する内壁面がＬＥＤチップ３０を囲むように屈曲して形成されている。さらに、図６（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、流路２１の屈曲部２１ａの内壁面で、光の投射方向Ａに面した側面とその上下面とには、光反射部としての反射板２２が備えられている。また、図６（ｂ）に示すように、流路２１は、ＬＥＤチップ３０の近傍で、その高さが縮小して狭くなっている。

さらに、図６及び図７に示すように、箱体５１の外壁面で光の投射方向Ａ側の面には、レンズ５５が備えられており、ＬＥＤチップ３０から射出された光や、反射板２２によって反射された光を、投射方向Ａにむけて集光又は平行光化する。

なお、図６及び図７に示すように、発光部５０の両端部には、フランジ５６が備えられており、密閉容器２０を構成する他の構成部材との接続が容易になっている。

以上説明したように、本実施形態の光源装置１０によれば、前記第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態によれば、流路２１は、ＬＥＤチップ３０の近傍で、光の投射方向Ａに面する内壁面がＬＥＤチップ３０を囲むように屈曲しており、さらに、流路２１の屈曲部２１ａの内壁面で、光の投射方向Ａに面した側面とその上下面とに反射板２２を備えているため、反射板２２による反射光の発散を抑制することが可能となり、光利用効率を向上することが可能となる。

（２）本実施形態によれば、発光部５０の投射方向Ａ側の外壁面にレンズ５５を備えているため、ＬＥＤチップ３０からの射出光や反射板２２による反射光の発散を抑制することが可能となる。

（３）本実施形態によれば、流路２１は、ＬＥＤチップ３０の近傍で、その高さが縮小して狭くなっている。従って、循環する液体Ｌは、発熱するＬＥＤチップ３０の近傍を通過することになるため、液体Ｌの大部分をＬＥＤチップ３０からの吸熱に寄与させることが可能となる。この結果、ＬＥＤチップ３０からの発熱を、さらに効率よく液体Ｌに伝熱することが可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を、図８を用いて説明する。図８は、第１又は第２実施形態に係る光源装置を備えたプロジェクタの概略構成を示す模式図である。

プロジェクタ１００は、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を射出するＬＥＤチップを備えた３つの光源装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂを備えている。

光源装置１１０Ｒから射出された赤色の光束は、集光レンズ１２０Ｒを透過した後、反射ミラー１３０Ｒで反射され、赤色光用の液晶ライトバルブ１４０Ｒに入射する。また、光源装置１１０Ｇから射出された緑色の光束は、集光レンズ１２０Ｇを透過して緑色光用の液晶ライトバルブ１４０Ｇに入射する。また、光源装置１１０Ｂから射出された青色の光束は、集光レンズ１２０Ｂを透過した後、反射ミラー１３０Ｂで反射され、青色光用の液晶ライトバルブ１４０Ｂに入射する。

液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂは、図示しない液晶ライトバルブ駆動回路から送られる画像データに従って各色光を変調する光変調部として機能する。ここで、各液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂの入射側及び射出側には、図示しない偏光板が配置されている。このため、各光源装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂから射出された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１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂに入射する。

各液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂ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１５０に入射する。クロスダイクロイックプリズム１５０は４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その貼り合わせ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、投写部としての投写レンズ１６０により投写スクリーンＳＣ上に投写され、拡大された画像が表示される。

以上説明したように、本実施形態よれば、小型化が可能なＬＥＤチップ３０を光源として用い、ＬＥＤチップ３０の温度上昇を抑制可能な光源装置１０を備えているため、小型で高輝度なプロジェクタ１００を実現することが可能となる。

（変形例）
なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。

・前記実施形態で用いた実装基板４０は、図９に示すように、曲面を有していてもよい。図９（ａ）は、本変形例に係る実装基板４０の正面図であり、図９（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図である。実装基板４０の略中央に形成された開口部４１の左右方向（液体Ｌの流れ方向）の両端部４６は、その断面形状が流線形になっているため、液体Ｌは、実装基板４０の開口部４１内に円滑に流入することが可能となる。さらに、開口部４１の左右方向の開口４１ａを大きくしているため、実装基板４０の開口部４１に液体Ｌを導きやすくなっている。

・前記実施形態では、１つの実装基板４０の両面に合計２つのＬＥＤチップ３０を実装した例を示したが、１つのＬＥＤチップ３０を片面のみに実装した実装基板４０を用いるようにしてもよい。

一方、複数の実装基板４０を備えて、より多くの光量が得られるようにしてもよい。この場合において、流路２１にＬＥＤチップ３０を配置する際には、図１０に示すように、複数の実装基板４０に実装された複数のＬＥＤチップ３０を、各ＬＥＤチップ３０の間を液体Ｌが円滑に移動可能な距離を隔てて積層するように配置するのが好ましい。

これによれば、ＬＥＤチップ３０が１つの場合と発光面積がほぼ同一でありながら、光量を約Ｎ倍（Ｎは積層するＬＥＤチップ３０の数）に増加させることが可能となる。また、積層されたＬＥＤチップ３０は、循環ポンプ７０で循環されて冷却部６０によって冷やされた液体Ｌで、連続的に直接冷却されるため、積層されたそれぞれのＬＥＤチップ３０の温度上昇を効率的に抑えることができる。さらに、本変形例では、積層されたそれぞれのＬＥＤチップ３０が、互いに適切な間隔で離間して積層配置されており、ＬＥＤチップ３０の表裏面に液体Ｌが常に直接接触することになるため、確実に、かつ効率よくＬＥＤチップ３０が冷却される。その結果、それぞれのＬＥＤチップ３０への投入電力を大幅に上げることが可能となり、光量をさらに増大させることが可能となる。

なお、この場合において、箱体５１は、第１及び第２の部材５１ａ，５１ｂに加えて、各実装基板４０の間に、第３及び第４の部材５１ｃ，５１ｄを備えており、各実装基板４０の間の流路２１を構成するとともに、各実装基板４０の位置決めを行うようになっている。

・前記第２実施形態では、流路２１は、ＬＥＤチップ３０の近傍で、光の投射方向Ａに面する内壁面がＬＥＤチップ３０を囲むように屈曲しているが、これを、ＬＥＤチップ３０を囲むように湾曲して形成してもよい。

・前記実施形態では、固体光源素子として、ＬＥＤチップ３０を用いて説明したが、半導体レーザ等の他の固体光源素子に適用することも可能である。

・前記実施形態では、冷却部６０として、フィン６１を備えた部材を介して放熱する例を示したが、ペルチェ素子等の他の手段を用いることも可能である。

・前記第３実施形態では、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを用いた構成としたが、反射型の液晶ライトバルブ（ＬＣＯＳ）や、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ、登録商標）等を用いたプロジェクタに適用することも可能である。

次に、前記実施形態及び変形例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。

（１）請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光源装置において、前記固体光源素子の発光領域は光透過性を有し、前記実装基板は光を透過する領域（例えば開口部）を有し、前記固体光源素子は、その発光領域が前記実装基板の光を透過する領域上に位置するように実装されていることを特徴とする光源装置。

これによれば、実装基板の両面側に光を射出することが可能となるうえ、固体光源素子から実装基板の両面側に射出された光のうち、一面側に射出された光を反射させた後、固体光源素子を透過させて他面側に投射することが可能となり、他面側への射出光量を増大させることが可能となる。

さらに、これによれば、複数の固体光源素子を積層させた際に、１つの固体光源素子から射出された光を、他の固体光源素子を透過して投射することが可能となり、光利用効率を向上することが可能となる。

（２）請求項１〜１０のいずれか１項又は前記技術的思想（１）に記載の光源装置において、前記実装基板は、前記固体光源素子が複数個積層された状態で前記密閉容器に収容されるように、複数枚積層された状態で前記密閉容器に支持されていることを特徴とする光源装置。

これによれば、複数個の固体光源素子を同一平面上に配列した場合や、複数個の固体光源素子と同一の発光面積を有する１つの固体光源素子を用いる場合等に比べて、見かけ上の表面積を小さくできるうえ、射出光量をさほど低下させずに、光源のエテンデュを小さくすることが可能となる。この結果、小型で高輝度な光源装置を実現することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略構成を示す模式図。 発光部に備えられるＬＥＤチップと実装基板とを示す図であり、（ａ）は、ＬＥＤチップの正面図、（ｂ）は、実装基板の正面図、（ｃ）は、ＬＥＤチップを実装基板に実装した状態を示す正面図、（ｄ）は、その側断面図。 （ａ）は、発光部の正面図、（ｂ）は、その平面図、（ｃ）は、その側面図。 発光部を組み立てる様子を示す斜視図。 本発明の第２実施形態に係る光源装置の概略構成を示す模式図。 発光部を示す図であり、（ａ）は、その平面図、（ｂ）は、その正面図。 （ａ）は、発光部の側面図、（ｂ）は、その断面図。 本発明に係る光源装置を備えたプロジェクタの概略構成を示す模式図。 （ａ）は、本発明の変形例に係る実装基板の正面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図。 本発明の変形例に係る発光部の側面図。

符号の説明

１０，１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ…光源装置、２０…密閉容器、２１…流路、２１ａ…屈曲部、２２…光反射部としての反射板、３０…固体光源素子としてのＬＥＤチップ、３１…電極、３２…バンプ、４０…実装基板、４１…開口部、４２，４３…接続端子、４４…凸部、５０…発光部、５１…箱体、５２…光透過部としての透明窓、５４…凹部、５５…レンズ、５６…フランジ、６０…冷却部、６１…フィン、７０…液体循環部としての循環ポンプ、１００…プロジェクタ、１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂ…光変調部としての液晶ライトバルブ、１６０…投写部としての投写レンズ。

Claims (11)

1. 接続端子を備えた実装基板と、
   前記実装基板に実装された固体光源素子と、
   前記固体光源素子及び液体を収容した密閉容器とを備え、
   前記密閉容器は、前記固体光源素子が射出する光を透過する光透過部と、前記実装基板を支持する基板支持部とを有し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、前記実装基板は、前記接続端子が前記密閉容器の外に露出するよう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又は２に記載の光源装置において、前記密閉容器は、前記液体を冷却するための冷却部を有していることを特徴とする光源装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置において、前記固体光源素子は、複数個積層された状態で前記密閉容器に収容されていることを特徴とする光源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置において、前記密閉容器は、前記固体光源素子が射出する光を反射する光反射部を備えていることを特徴とする光源装置。
6. 請求項５に記載の光源装置において、前記光反射部は、前記密閉容器の内壁面に形成されていることを特徴とする光源装置。
7. 請求項６に記載の光源装置において、前記光反射部が形成された前記密閉容器の内壁面で、光の投射方向に面する面は、前記固体光源素子の近傍で前記固体光源素子を囲むように湾曲又は屈曲していることを特徴とする光源装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光源装置において、前記密閉容器は、前記固体光源素子が射出する光の発散を抑制するためのレンズを備えていることを特徴とする光源装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置において、前記密閉容器は、前記液体を循環するための液体循環部を有し、前記固体光源素子は、前記液体循環部によって液体が循環する流路内に備えられていることを特徴とする光源装置。
10. 請求項９に記載の光源装置において、前記流路は、前記固体光源素子の周辺で断面が狭くなっていることを特徴とする光源装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光を変調する光変調部と、前記光変調部で変調された変調光を離れた位置に投写する投写部とを有することを特徴とするプロジェクタ。
    
    

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