JP2005316441A - 照明装置及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 複数の発光素子を放熱部材に配置する構成において好適な放熱効果を期待できる照明装置及び投写型映像表示装置を提供する。
【構成】 放熱部材１の背面側には複数の放熱フィン１ａが形成されており、正面側はＬＥＤ２が配置される素子配置領域１ｂとなっている。放熱部材１の素子配置領域１ｂにおいては、放熱部材１の構造や冷却風の流路環境等により、放熱効率に差異が存在することになる。丸状の領域は低放熱性領域βであり、それ以外の領域は高放熱性領域αである。８個のＬＥＤ２のうち、４個のＬＥＤ２Ａは比較的発熱量が多い素子であり、前記高放熱性領域αに配置される。残りの４個のＬＥＤ２Ｂは比較的発熱量が少ない素子であり、前記低放熱性領域βに配置される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、照明装置及び投写型映像表示装置に関する。

液晶プロジェクタなどに用いられる照明装置としては、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等のランプと、その照射光を平行光化するパラボラリフレクタから成るものが一般的である。更に、近年においては、発光素子を光源として用いることも試みられている。そして、発光素子を光源とし、光束の高密度化を図る技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００３−１７７３５３号

投写型映像表示装置の光源に発光素子を用いる場合、放熱の必要性からヒートシンク（放熱部材）に複数個の発光素子を配置することが考えられるが、単に複数の発光素子を配置したのでは好適な放熱効果を期待できないと考えられる。

この発明は、上記事情に鑑み、複数の発光素子を放熱部材に配置する構成において好適な放熱効果を期待することができる照明装置及び投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

この発明の照明装置は、上記の課題を解決するために、放熱部材の素子配置領域に複数の発光素子を配置して成る照明装置において、前記素子配置領域内の低放熱性領域には発熱量が少ない発光素子が配置され、高放熱性領域には発熱量が多い発光素子が配置されたことを特徴とする。

また、この発明の照明装置は、放熱部材の素子配置領域に複数の発光素子を配置して成る照明装置において、前記素子配置領域内の低放熱性領域には、供給される電流値が基準電流に対して低下させられる対象となる発光素子が配置され、高放熱性領域には、供給される電流値が基準電流に対して上昇させられる対象となる発光素子が配置されたことを特徴とする。

また、この発明の照明装置は、放熱部材の素子配置領域に複数の発光素子を配置して成る照明装置において、前記素子配置領域内の低放熱性領域には集積密度を低くして発光素子が配置され、高放熱性領域には集積密度を高くして発光素子が配置されたことを特徴とする。

これらの構成であれば、複数の発光素子を放熱部材に配置する構成において好適な放熱効果を期待することができる。

これら構成の照明装置において、前記放熱部材の構造に起因して前記高放熱性領域と前記低放熱性領域とが形成されることとしてもよい。また、これら構成の照明装置において、前記放熱部材が二種以上の異なる熱伝導率を有する素材にて形成されたことに起因して前記高放熱性領域と前記低放熱性領域とが形成されることとしてもよい。また、これら構成の照明装置において、前記放熱部材への気流のあてられかたに起因して前記高放熱性領域と前記低放熱性領域とが形成されることとしてもよい。また、これら構成の照明装置において、前記放熱部材内での冷却液の流れかたに起因して前記高放熱性領域と前記低放熱性領域とが形成されることとしてもよい。

これらの構成の照明装置において、大きさが異なる発光素子が混在して配置されていてもよい。

また、これらの構成の照明装置において、前記素子配置領域内に、同一色光を出射する発光素子又は異なる色光を出射する発光素子が配置されていてもよい。この発明の投写型映像表示装置は、上記の照明装置を一つ又は複数備え、当該照明装置からの光を受ける一つのライトバルブと、前記ライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。また、この発明の投写型映像表示装置は、上記照明装置を一つ又は複数備え、当該照明装置からの光を受ける各色光用のライトバルブと、前記複数のライトバルブを経ることで得られた各色映像光を合成して投写する合成投写手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、複数の発光素子を放熱部材に配置する構成において好適な放熱効果を期待できるという効果を奏する。

以下、この発明の実施例の照明装置及び投写型映像表示装置を図１乃至図８に基づいて説明していく。

図１は放熱部材（ヒートシンク）１を示した斜視図である。この放熱部材１の背面側には複数の放熱フィン１ａが形成されており、正面側はＬＥＤ（発光ダイオード）が配置される素子配置領域１ｂとなっている。放熱部材１は金属などの熱伝導性に優れた素材から成る。放熱部材１の素子配置領域１ｂにおいては、放熱部材１の構造や冷却風の流路環境等により、放熱効率に差異が存在することになる。例えば、図１において、丸で囲まれた領域は低放熱性領域βであり、その以外の領域は高放熱性領域αである場合を想定する。

図２は照明装置１１を示した斜視図である。この照明装置１１は、前記放熱部材１の素子配置領域１ｂに８個のＬＥＤ２（２Ａ及び２Ｂ）が配置されたものである。８個のＬＥＤ２のうち、４個のＬＥＤ２Ａは比較的発熱量が多い素子であり、前記高放熱性領域αに配置される。残りの４個のＬＥＤ２Ｂは比較的発熱量が少ない素子であり、前記低放熱性領域βに配置される。８個のＬＥＤ２は同一色光を出射するものに限られない。例えば、ＬＥＤ２Ａが青色光或いは緑色光を出射するＬＥＤであり、ＬＥＤ２Ｂが赤色光を出射するＬＥＤである組合せがある。

図３は照明装置１２を示した斜視図である。この照明装置１２は、前記放熱部材１の素子配置領域１ｂに１２個のＬＥＤ２が配置されたものである。ここで、ＬＥＤ２に供給する電流値を変化させてホワイトバランス等を調整することが行われる。この場合、全ＬＥＤ２の電流値を一律に変化させるのではなく、供給される電流が基準電流に対して低下させられる対象となるＬＥＤ２Ｃと、供給される電流が基準電流に対して上昇させられる対象となるＬＥＤ２Ｄとにグループ分けを行う。

１２個のＬＥＤ２のうち、２個のＬＥＤ２Ｃは、前記低放熱性領域βに配置される。残りの１０個のＬＥＤ２Ｄは前記高放熱性領域αに配置される。２個のＬＥＤ２Ｃへは基準電流以上には電流は供給されないため、温度上昇は少なく、前記低放熱性領域βに存在していても問題はない。一方、１０個のＬＥＤ２Ｄへは基準電流以上に電流が供給される場合があり、この場合はＬＥＤ２Ｄが温度上昇するが、ＬＥＤ２Ｄは前記高放熱性領域αに存在するので、温度上昇は抑制される。１２個のＬＥＤ２は同一色光を出射するものに限られない。

図４は照明装置１３を示した斜視図である。この照明装置１３は、前記放熱部材１の素子配置領域１ｂに１４個のＬＥＤ２が配置されたものである。１４個のＬＥＤ２のうち、２個のＬＥＤ２Ｃは、前記低放熱性領域βに配置される。残りの１２個のＬＥＤ２Ｄは前記高放熱性領域αに配置される。図３に示した照明装置１２との相違点は、高放熱性領域αでのＬＥＤ２Ｄの配置密度を高めた点である。このように、配置密度を高めても、ＬＥＤ２Ｄは前記高放熱性領域αに存在するので、温度上昇は抑制される。勿論、発熱量が同一である複数のＬＥＤを配置する場合及び供給電流が一律に同じとされるＬＥＤを配置する場合において、高放熱性領域αでの素子配置密度を、低放熱性領域βでの素子配置密度に比べて高くしてもよいものである。

また、複数のＬＥＤ２は、その大きさが同じである必要はなく、異なっていてもよいものである。

図５は放熱部材１Ａを示した斜視図である。この放熱部材１Ａは放熱フィン１ａ及び放熱フィン１ａ′を備えている。放熱フィン１ａ′は素子配置領域ｂの裏面中央位置に形成されており、他の放熱フィン１ａよりも長い（放熱面積が大きい）。このように、中央位置に放熱面積が大きい放熱フィン１ａ′を備えたことで、その低放熱性領域βの大きさは、図１に示した放熱部材１の低放熱性領域βに比べて小さくなっている。すなわち、放熱部材は、その構造に起因して高放熱性領域及び低放熱性領域の位置や範囲が変化する。なお、中央位置の放熱フィン１ａ′の表面積を更に大きくしたり、或いは、放熱フィン１ａ′を複数設けることで、素子配置領域１ｂの中央位置に高放熱性領域を位置させることも可能である。照明装置としては、素子配置領域１ｂ上の縁側に位置するＬＥＤからの光の利用効率よりも、素子配置領域１ｂ上の中央に位置するＬＥＤからの光の利用効率の方が高い。従って、素子配置領域１ｂの中央位置に高放熱性領域を位置させることで、素子配置領域１ｂ上の中央にＬＥＤを密集させたり、中央のＬＥＤに大電流を流すといったことが可能となり、照明装置の光量アップが図りやすくなる。

図６は放熱部材１Ｂを示した斜視図である。この放熱部材１Ｂは、その中央に位置する銅製放熱部（Ｃｕ）と、両サイドに位置するアルミ製放熱部（Ａｌ）とから成る。この放熱部材１Ｂは二種以上の異なる熱伝導率を有する素材にて形成されたことに起因して高放熱性領域と前記低放熱性領域の位置及び範囲が定まることになる。銅（Ｃｕ）はアルミニウム（Ａｌ）に比べて熱伝導率が高いので、放熱部材１Ｂの中央領域に高放熱性領域を形成することが可能性である。高放熱性領域と低放熱性領域の位置及び範囲は実験的に或いはシミュレーションによって知ることができる。かかる構成においても、素子配置領域１ｂの中央位置に高放熱性領域を位置させれば、素子配置領域１ｂ上の中央にＬＥＤを密集させること等が可能となり、照明装置の光量アップが図りやすくなる。

図７（ａ）は放熱部材１の裏面側に送風装置（ファン等）５を配置した構成を示した側面図である。放熱部材１の裏面側のどの位置に気流を吹きあてるかによって高放熱性領域及び低放熱性領域の位置や範囲が変化する。図７（ｂ）は素子配置領域１ｂ上の温度分布を示した説明図である。前記温度分布はシミュレーションにより求めている。その条件は、８０ｍｍ×８０ｍｍ×３３ｍｍの放熱部材１の素子配置領域１ｂ上に１０Ｗの発熱体Ｚを中心対称に３つ並べ、６０角のファンを想定して風速０．０２ｍ³ ／ｓで冷却風を放熱部材１の中央部にあてた場合としている。シミュレーションの結果では、素子配置領域１ｂ上の中央に高放熱性領域が位置することとなった。従って、この場合も、素子配置領域１ｂ上の中央にＬＥＤを密集させること等が可能となり、照明装置の光量アップが図りやすくなる。勿論、冷却風を素子配置領域１ｂの裏面の中央位置に吹きつけることに限定するものではない。

図８は液冷式の放熱部材１Ｃを示した説明図である。放熱部材１Ｃ内に略Ｍ字状の冷却配管６が設けられている。前記冷却配管６へは、ラジエータ７で冷却された冷却液が供給され、前記冷却配管６を通って温度上昇した冷却液はラジエータ７に戻される（循環される）。かかる構成においては、放熱部材１Ｃ内での冷却液体の流れかたに起因して高放熱性領域と低放熱性領域の位置及び範囲が変化する。すなわち、上記の例では、略Ｍ字状の冷却配管６を設けることで素子配置領域上の主に中央に高放熱性領域を位置させることができる。冷却配管６の形状を変えれば、素子配置領域上の他の位置に高放熱性領域を位置させることができる。

勿論、上述した、放熱部材の構造、素材、ファンによる空冷、液冷の組み合わせによっても、高放熱性領域と低放熱性領域の位置及び範囲が変化する。

以上説明した照明装置１１，１２，１３、更には図５乃至図８の構造と発光素子から成る照明装置を、投写型映像表示装置の照明装置として用いることができる。三原色光のそれぞれの色光を出射する３つの照明装置を用いる場合、それぞれの色光を別光路で３枚の映像表示パネルに導いてもよいし、それぞれの色光をクロスダイクロイックミラー（プリズム）にて同一光路上に導き、１枚構成の映像表示パネルに照射するようにしてもよい。１枚構成の映像表示パネルに照射する場合には、１つ又は２つの照明装置から三原色光が出射される構成とすることもできる。１枚構成の映像表示パネルは、ＲＧＢカラーフィルタを備えた構造、或いは前記カラーフィルタを備えない構造を有する。ＲＧＢカラーフィルタを備える構造の映像表示パネルを用いる場合には、照明装置の全ＬＥＤを同時点灯して白色光を映像表示パネルに導く。前記カラーフィルタを備えない構造の映像表示パネルを用いる場合には、各原色光を出射するＬＥＤを時分割で順次に所定時間点灯させると共に、この所定時間点灯のタイミングに同期させて映像表示パネルに各色の映像信号を供給する。

映像表示パネルを経て変調された光（映像光）は、投写手段（例えば、投写レンズ）によって拡大投写されることになる。

照明装置１１，１２，１３の光出射側、更には図５乃至図８の構造と発光素子から成る照明装置の光出射側に、インテグレータレンズを配置してもよい。各ＬＥＤは、平行光化用のレンズを備えるのがよい。インテグレータレンズは一対のレンズ群（フライアイレンズ）にて構成されており、個々のレンズ対が入射光を映像表示パネルの全面へ導くように構成される。

液晶表示パネルを用いる場合、インテグレータレンズの光出射側に偏光変換装置を設けるのがよい。偏光変換装置は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成される。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、インテグレータレンズからの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路変更されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射され、その前側（光出射側）に設けてある前記位相差板によってＰ偏光に変換されて出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光は、そのまま出射される。すなわち、この場合には、ほぼ全ての光はＰ偏光に変換される。上記の例では、全ての光をＰ偏光に変換する構成に関して説明を行ったが、位相差板をＰ偏光出射位置に設けることで、全てＳ偏光に変換する構成にしてもよい。

照明装置１１，１２，１３の光出射側、更には図５乃至図８の構造と発光素子から成る照明装置の光出射側、或いは前述したクロスダイクロイックミラー（プリズム）の光出射側に、ロッドインテグレータを配置してもよい。各ＬＥＤは、平行光化用のレンズを備えなくてもよい。ロッドインテグレータは、非中空であるガラスロッドインテグレータに限らない。内面がミラー面とされた中空のロッドインテグレータ（四角筒状のロッドインテグレータ）を用いてもよい。

偏光変換装置をロッドインテグレータの光出射側に設けてもよい。この場合の偏光変換装置はロッドインテグレータの光出射部の大きさに対応した単一のＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）と、このＰＢＳにおける偏光分離膜に平行に設けられたミラーと、前記ミラー又はＰＢＳの光出射側に設けた位相差板とを備えればよい。ただし、この場合には、偏光変換装置の光出射部の大きさはロッドインテグレータ３の光出射部の大きさの２倍になる。従って、偏光変換装置の光出射部の全体形状が液晶パネルの縦横比に略一致させるのが望ましい。この場合、液晶パネルの縦横比をＡ：Ｂとすると、ロッドインテグレータ３の光出射部の縦横比は例えばＡ：Ｂ／２となる。

照明装置１１，１２，１３、更には図５乃至図８の構造と発光素子から成る照明装置において、各ＬＥＤ２の主光線軸が放熱部材１の素子配置領域１ｂの面に対して垂直となることに限るものではなく、各ＬＥＤ２の主光線軸が放熱部材１の素子配置領域１ｂの面に対して斜めとなるようにしてもよい。このような斜め配置構成は、ロッドインテグレータの側面から光を入射するのに利用できる。素子配置領域１ｂの面は平坦面でなくてもよく、例えば、鋸歯状を成す面でもよい。

以上の例では、発光素子としてＬＥＤを示したが、これに限るものではなく、有機／無機のエレクトロルミネッセンスなどを用いることができる。

この発明の実施形態の照明装置に利用される放熱部材を示した斜視図である。 この発明の実施形態の照明装置を示した説明図である。 この発明の実施形態の照明装置を示した説明図である。 この発明の実施形態の照明装置を示した説明図である。 この発明の実施形態のの照明装置に利用される他の構造の放熱部材を示した斜視図である。 この発明の実施形態のの照明装置に利用される他の構造の放熱部材を示した斜視図である。 同図（ａ）は放熱部材の裏面側に送風装置を配置した構成を示した側面図であり、同図（ｂ）は素子配置領域上の温度分布を示した説明図である。 この発明の実施形態のの照明装置に利用される他の構造の放熱部材を示した説明図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 放熱部材（ヒートシンク）
１ａ 放熱フィン
１ｂ 素子配置領域
α 高放熱性領域
β 低放熱性領域
２ ＬＥＤ
１１ 照明装置
１２ 照明装置
１３ 照明装置

Claims (11)

1. 放熱部材の素子配置領域に複数の発光素子を配置して成る照明装置において、前記素子配置領域内の低放熱性領域には発熱量が少ない発光素子が配置され、高放熱性領域には発熱量が多い発光素子が配置されたことを特徴とする照明装置。
2. 放熱部材の素子配置領域に複数の発光素子を配置して成る照明装置において、前記素子配置領域内の低放熱性領域には、供給される電流値が基準電流に対して低下させられる対象となる発光素子が配置され、高放熱性領域には、供給される電流値が基準電流に対して上昇させられる対象となる発光素子が配置されたことを特徴とする照明装置。
3. 放熱部材の素子配置領域に複数の発光素子を配置して成る照明装置において、前記素子配置領域内の低放熱性領域には集積密度を低くして発光素子が配置され、高放熱性領域には集積密度を高くして発光素子が配置されたことを特徴とする照明装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の照明装置において、前記放熱部材の構造に起因して前記高放熱性領域と前記低放熱性領域とが形成されることを特徴とする照明装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の照明装置において、前記放熱部材が二種以上の異なる熱伝導率を有する素材にて形成されたことに起因して前記高放熱性領域と前記低放熱性領域とが形成されることを特徴とする照明装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の照明装置において、前記放熱部材への気流のあてられかたに起因して前記高放熱性領域と前記低放熱性領域とが形成されることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の照明装置において、前記放熱部材内での冷却液の流れかたに起因して前記高放熱性領域と前記低放熱性領域とが形成されることを特徴とする照明装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の照明装置において、前記素子配置領域に、大きさが異なる発光素子が混在して配置されていることを特徴とする照明装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の照明装置において、前記素子配置領域内に、同一色光を出射する発光素子又は異なる色光を出射する発光素子が配置されていることを特徴とする照明装置。
10. 請求項９に記載の照明装置を一つ又は複数備え、前記照明装置からの光を受ける一つのライトバルブと、前記ライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
11. 請求項９に記載の照明装置を一つ又は複数備え、前記照明装置からの光を受ける各色光用のライトバルブと、前記複数のライトバルブを経ることで得られた各色映像光を合成して投写する合成投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。

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