JP2005338251A

JP2005338251A - 光源装置及びプロジェクタ

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Publication number: JP2005338251A
Application number: JP2004154645A
Authority: JP
Inventors: Norio Nakamura; 典生中村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】ＬＥＤ等の発光素子の基板への実装時のダメージを回避しつつ、当該発光素子から発生する熱を効果的に外部へ排出することにより、十分な輝度を有する光源装置及び光源装置を用いたプロジェクタを提供する。
【解決手段】セラミック基板２１ｇが、流路ＳＰを有し、流路ＳＰ内に冷却液ＣＬを流通させることにより、ＬＥＤパッケージ２１ｆ内のＬＥＤ素子１によって発生し、ヒートスラグ４を伝導した熱を冷却液ＣＬが吸収し、セラミック基板２１ｇ外へ排除する。また、セラミック基板に限らず、ヒートスラグが同様の流路を有することによっても熱の排除が可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光ダイオード等の発光素子を発光源とする光源装置及びこれを用いたプロジェクタに関する。

プロジェクタ等の投影装置内の光源装置に対する冷却技術として、例えばペルチェ効果を利用した冷却装置を有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に適用したものが知られている（特許文献１参照）。

さらに、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源装置として用いる場合、このＬＥＤから発生した熱を熱伝導性の高い金属製のヒートスラグ等によって実装基板等に熱伝導させ、実装基板上にヒートシンクを配した上、ヒートシンクに付属するファン等による強制冷却を行ってきた。
国際公開公報ＷＯ９８／１３７２５号

しかしながら、前者のようにペルチェ効果を利用した冷却装置を光源に近接して配置した場合、ペルチェ素子からの廃熱によって周辺の光学部品に熱的影響を与え、プロジェクタの性能を劣化させる可能性がある。

また、後者において、ヒートスラグ等の熱伝導率を良くし過ぎると実装時（はんだ付け時）に生じる熱がＬＥＤに伝わりダメージを与えるため、低い熱抵抗値に抑えることは難しかった。一方、近年、特にＬＥＤの高輝度化に伴い出力も大きくなった。これにより発生する熱量も多くなり、ＬＥＤをより効果的に冷却する必要性が生じている。

そこで、本発明は、光源周辺の光学部品に熱的影響が及びにくい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を目的とする。

また、本発明では、望ましくは実装時のダメージを回避しつつ、ＬＥＤ等の発光素子から発生する熱を効果的に外部へ排出することを目的とする。また、これにより十分な輝度を有する光源装置及び光源装置を用いたプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る光源装置は、（ａ）所定波長領域の光を発生する発光素子と、（ｂ）上記発光素子及び上記発光素子を直接固定する各固定部材を支持し、かつ上記発光素子からの熱を外部へ伝達するための冷却液を流通させる流路を内部に有する支持部材とを備える。

発光素子の代表的なものとしてＬＥＤが考えられるが、近年のＬＥＤの高輝度化に伴い、ＬＥＤから発生する熱量も増大している。一方、ＬＥＤ等の発光素子を支持する実装基板、素子形成用絶縁基板等の支持部材は、熱の発生源である発光素子に直接又は間接に接しているので、発生した熱を受け、外部へ伝達するための熱伝達部材としての役割も果たしている。従って、支持部材に対し、溜まった熱を外部へ効率良く排出する作用を持たせることが必要である。このため、本発明では、支持部材の内部に冷却液を流通させるための流路を設けた。この場合、流路内を冷却液が流通することにより当該熱が外部に効率良く排出され、従来に比べ、より効果的な熱の排出が可能になり、支持部材全体の熱抵抗を下げた場合に問題となる実装時のダメージを回避することも可能となる。さらに、冷却液を支持部材から離れた位置に循環させて冷却するならば、光源装置周辺の光学部品に熱的影響が及ぶことを防止できる。

また、本発明における具体的な態様として、上記支持部材が、上記発光素子を内蔵する電子部品をはんだ付けするための実装基板である。この場合、例えば、はんだ付けにより実装された箇所すなわち接続箇所を中心として、電子部品中の発光素子より発生した熱が支持部材に伝導する。支持部材は冷却液により効果的に冷却することができ、冷却によって温まった冷却液は外部に排出される。

また、本発明における別の具体的な態様として、光源装置は、上記支持部材が、上記発光素子とともに電子部品を構成し、当該電子部品は、実装基板にはんだ付けされる。この場合、上記流路を内部に有する支持部材は直接的に発光素子に接しているので、より効果的な熱の排出を可能にするとともに、発光素子と実装基板間の熱抵抗を低くする必要がないため、実装時のダメージを回避することにもなる。

また、本発明における具体的は態様として、上記光源装置は、上記支持部材の外部に設置され、上記流路における冷却液の流入口及び流出口に連結されることにより上記冷却液の流量の調整及び温度の設定の少なくとも一方を行う冷却液循環装置をさらに備える。

上記光源装置において、冷却液循環装置によって冷却された、支持部材の流路内を流れる冷却液によって発光素子からの熱が吸収され、冷却液は、流路の流出口から外部に設置された冷却液循環装置に送られ再び冷却され、冷却された冷却液は流路の流入口から流路内に送られる。これにより、所望の状態の冷却液を循環させる冷却が達成され、発光素子は、必要に応じて、冷却液によって目的とする状態に冷却され、発生する熱を効果的に外部に排除できる。

また、上記具体的な態様のさらに具体的な態様として、上記冷却液循環装置は、上記冷却液を冷却するペルチェ素子を有する。この場合、冷却方法としてペルチェ効果を用いているので、冷却液の温度を必要に応じて雰囲気温度よりも十分に低い温度まで下げることができ、冷却効率を高めることができる。

また、本発明における具体的な態様として、上記支持部材が、セラミック材料で形成される基板である。この場合、当該基板が、熱的に比較的安定なセラミックであることによりその耐久性が高まり、形成される冷却液の流路は、流路内面から液漏れが発生しないように加工することが容易であるとともに、複雑な構造を形成することも可能である。例えば、流路を蛇行させる、網目状にする、又は分岐型にするといったことが可能であり、これにより、より効果的に冷却液を当該基板内に通過させることができる。

また、本発明に係るより具体的な態様として、上記発光素子が、発光ダイオードである。この場合、光源装置は、例えば、プロジェクタ等の照明光として十分な輝度を有することが可能となる。

さらに、本発明に係る別の具体的な態様として、上記冷却液は、不凍液を含む。この場合、冷却液が凍結することがないので、寒冷地での使用に際して破損のおそれを低減することができる。また、冷却液循環装置による冷却温度の設定に際し、より冷却液の温度を下げた設定が可能となる。これにより、発光素子からの熱をより効果的に吸収できる。

また、本発明に係る第１のプロジェクタは、（ａ）照明光を射出する上述の光源装置と、（ｂ）上記光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、（ｃ）記光変調装置からの像光を投射する投射光学系とを備える。

上記第１のプロジェクタは、上述のような特徴を有する本発明の光源装置を用いていることにより、光源装置が過熱状態で使用されることを防止できるので、常に輝度の十分な高画質の画像を投射することが可能となる。

また、本発明に係る第２のプロジェクタは、（ａ）各色の照明光をそれぞれ射出する色光ごとに設けた上述の光源装置と、（ｂ）各色の照明光によってそれぞれ照明される各色の光変調装置と、（ｃ）上記各色の光変調装置からの色光の像光を合成して射出させる光合成部材と、（ｄ）上記光合成部材を経た像光を投射する投射光学系とを備える。

上記第２のプロジェクタは、上述のような特徴を有する本発明の光源装置を用いていることにより、光源装置が過熱状態で使用されることを防止できるので、常に輝度の十分な高画質のカラー画像を投射することが可能となる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る色光ごとの光源装置を備えたプロジェクタ５０の構造を示すブロック図である。このプロジェクタ５０は、冷却制御機構１０と、光源装置２０と、像形成部３０と、投射レンズ４０とを備える。ここで、光源装置２０は、青色光源装置２１と、緑色光源装置２３と、赤色光源装置２５とを有する。また、像形成部３０は、透過型の光変調装置である３つの液晶ライトバルブ３１、３３、３５と、光合成部材であるクロスダイクロイックプリズム３６とを有する。

青色光源装置２１は、青色光用光源ユニット２１ａと、照明光形成光学系２１ｅとを備える。このうち、青色光用光源ユニット２１ａは、発光素子であるＬＥＤを内蔵する電子部品である複数のＬＥＤパッケージ２１ｆを、その支持部材としてのセラミック基板２１ｇ上に適当な２次元的配列で取り付けたものである。尚、ＬＥＤパッケージ２１ｆ及びセラミック基板２１ｇの詳しい構造については、後で図３を用いて記述する。照明光形成光学系２１ｅは、各ＬＥＤパッケージ２１ｆの正面にビーム整形用のレンズエレメントを個別に配置した集光レンズアレイ２１ｂと、光均一化手段であるロッドインテグレータ２１ｃと、照明光の偏光方向を調整する偏光フィルタ２１ｄとからなる。各ＬＥＤパッケージ２１ｆは、３原色のうち青の範疇に含まれる青色光ＬＢをそれぞれ発生する。ＬＥＤパッケージ２１ｆから取り出された青色光ＬＢは、集光レンズアレイ２１ｂを経た後、ロッドインテグレータ２１ｃの入射端すなわち入射ポートＩＰに入射する。この際、各ＬＥＤパッケージ２１ｆからの青色光ＬＢは、集光レンズアレイ２１ｂを構成する各レンズエレメントによってそれぞれ適宜発散するとともに所定位置に集まる楕円或いは矩形断面のビームにされる。つまり、各ＬＥＤパッケージ２１ｆからの青色光ＬＢは、ロッドインテグレータ２１ｃに設けた矩形の入射ポートＩＰに全体として集められ、この入射ポートＩＰに重畳した状態でそれぞれ漏れなく入射する。ロッドインテグレータ２１ｃを経てその射出端である射出ポートＯＰから射出した青色光ＬＢは、この射出ポートＯＰに対向配置された偏光フィルタ２１ｄを介して像形成部３０のうち青色光用の液晶ライトバルブ３１に入射する。これにより、均一な青色光ＬＢの照明光が形成され、液晶ライトバルブ３１上の被照射領域を青色光によって均一に照明することができる。

また、緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲについても同様の機能により均一な照明光が形成される。つまり、まず、緑色光源装置２３は、緑色光用光源ユニット２３ａと、照明光形成光学系２３ｅとを備える。さらに、緑色光用光源ユニット２３ａは、セラミック基板２３ｇとＬＥＤパッケージ２３ｆとを有する。また、照明光形成光学系２３ｅは、集光レンズアレイ２３ｂと、入射ポートＩＰと射出ポートＯＰとを有するロッドインテグレータ２３ｃと、偏光フィルタ２３ｄとからなり、それぞれ照明光形成光学系２１ｅのものと同様の機能を有する。この緑色光源装置２３により、均一な緑色光ＬＧの照明光が形成され、液晶ライトバルブ３３上の被照射領域を均一に照明することができる。

また、同様に、赤色光源装置２５は、赤色光用光源ユニット２５ａと、照明光形成光学系２５ｅとを備える。さらに、赤色光用光源ユニット２５ａは、セラミック基板２５ｇとＬＥＤパッケージ２５ｆとを有する。また、照明光形成光学系２５ｅは、集光レンズアレイ２５ｂと、入射ポートＩＰと射出ポートＯＰとを有するロッドインテグレータ２５ｃと、偏光フィルタ２５ｄとからなり、それぞれ照明光形成光学系２１ｅのものと同様の機能を有する。この赤色光源装置２５により、均一な赤色光ＬＲの照明光が形成され、液晶ライトバルブ３５上の被照射領域を均一に照明することができる。

各液晶ライトバルブ３１、３３、３５は、入射した照明光の空間的強度分布を変調するための光変調装置である。各液晶ライトバルブ３１、３３、３５に入射した三色の色光ＬＢ、ＬＧ、ＬＲは、各液晶ライトバルブ３１、３３、３５に電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位でそれぞれ偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ２１ｄ、２３ｄ、２５ｄによって、各液晶ライトバルブ３１、３３、３５に入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、偏光フィルタ３１ｄ、３３ｄ、３５ｄによって、各液晶ライトバルブ３１、３３、３５から射出される色光ＬＢ、ＬＧ、ＬＲから所定の偏光方向の変調光が取り出される。

クロスダイクロイックプリズム３６は、赤色光ＬＲ反射用の誘電体多層膜３７と、青色光ＬＢ反射用の誘電体多層膜３８とを直交させた状態で内蔵する。このクロスダイクロイックプリズム３６は、液晶ライトバルブ３５からの赤色光ＬＲを誘電体多層膜３７で反射して進行方向右側に射出させ、液晶ライトバルブ３３からの緑色光ＬＧを誘電体多層膜３７、３８を介して直進射出させ、液晶ライトバルブ３１からの青色光ＬＢを誘電体多層膜３８で反射して進行方向左側に射出させる。クロスダイクロイックプリズム３６によって合成された合成光は、投射光学系である投射レンズ４０によって不図示のスクリーン上に投射されスクリーン上に投影画像が形成される。

図２は、セラミック基板２１ｇの流路ＳＰの一態様を示すとともに、セラミック基板２１ｇが有する流路ＳＰの流入口ＩＭ・流出口ＯＭと、これらの流入出口ＩＭ、ＯＭに取り付けられるコネクタＣＮを示す平面図である。セラミック基板２１ｇに冷却液ＣＬを供給する供給管１２ａは、一方のコネクタＣＮを介して流入口ＩＭに接続されており、使用された冷却液ＣＬを収集する収集管１２ｂは、他方のコネクタＣＮを介して流出口ＯＭに接続されている。流入口ＩＭ及び流出口ＯＭにそれぞれ設けたコネクタＣＮは、冷却液ＣＬが漏れないようにセラミック基板２１ｇに対して液密に固定されている。尚、例えば、流入口ＩＭ及び流出口ＯＭの内径にねじ切りが施されているといったように、コネクタＣＮの取付方法は、少なくとも液密であればどのような方法でもよく、冷却液ＣＬは漏れることなく輸送され、流路ＳＰ内を循環する。また、セラミック基板２１ｇ内を流路ＳＰが規則的に蛇行していることにより、図中一点差線で示されているＬＥＤパッケージ２１ｆは冷却液ＣＬによって均一にかつ十分に冷却される。ここでは、流路ＳＰの一態様として、蛇行しているものを用いているが、この他にも、例えば、網目状にする、又は分岐型にするといった複雑な構造及び形状を持つ流路ＳＰを形成することも可能である。また、流路ＳＰの長さや内径も、ＬＥＤパッケージ２１ｆの発熱量等の条件に応じて適宜変更することができる。

尚、図１に示す他のセラミック基板２３ｇ、２５ｇも同様の機構を有し、コネクタＣＮを介してそれぞれ供給管１３ａ、１４ａ、及び収集管１３ｂ、１４ｂと連結することで、冷却液ＣＬは漏れることなくセラミック基板２３ｇ、２５ｇに輸送され、セラミック基板２３ｇ、２５ｇ内を循環する。

図１に戻って、冷却制御機構１０の機構について開示するとともに、セラミック基板２１ｇと冷却制御機構１０との関係を確認する。冷却制御機構１０は、ＬＥＤパッケージ２１ｆ、２３ｆ、２５ｆを冷却するため、冷却液ＣＬの供給及び回収を調節する冷却液循環装置１１を有し、この冷却液循環装置１１は、冷却液ＣＬの循環路を有する液溜１５と、液溜１５に密着するペルチェ素子からなる強制冷却装置１６と、強制冷却装置１６を冷却する空冷ファン１７とを有する。また、冷却制御機構１０は、冷却液循環装置１１のほか、青色光用のＬＥＤパッケージ２１ｆを冷却するため、セラミック基板２１ｇに冷却液ＣＬを供給する供給管１２ａと、逆に使用された冷却液ＣＬを回収する収集管１２ｂとを備える。また、冷却制御機構１０は、緑色光用のＬＥＤパッケージ２３ｆを冷却するため、セラミック基板２３ｇに冷却液ＣＬを供給する供給管１３ａと、逆に使用された冷却液ＣＬを回収する収集管１３ｂとを備える。また、冷却制御機構１０は、赤色光用のＬＥＤパッケージ２５ｆを冷却するため、セラミック基板２５ｇに冷却液ＣＬを供給する供給管１４ａと、逆に使用された冷却液ＣＬを回収する収集管１４ｂとを備える。各セラミック基板２１ｇ、２３ｇ、２５ｇにおいて使用された冷却液ＣＬは、各収集管１２ｂ、１３ｂ、１４ｂから集められ、冷却液循環装置１１によって再び冷却され、各供給管１２ａ、１３ａ、１４ａによって各セラミック基板２１ｇ、２３ｇ、２５ｇに供給される。冷却液循環装置１１は、冷却液ＣＬ用の流量センサと温度センサと（不図示）を内蔵しており、冷却液ＣＬの循環流量や温度を例えばフィードバック制御によって目標値に保持する。冷却液ＣＬの温度設定は、経験的に一定値に定めることができるが、冷却液ＣＬの上昇温度等に基づいて適宜冷却液循環装置１１において決定されるといった手法を用いることもできる。尚、冷却液循環装置１１に集められた冷却液ＣＬの再冷却は、液溜１５に密着している強制冷却装置１６によって、ペルチェ効果を利用して行われる。尚、強制冷却装置１６は、空冷ファン１７によって冷却される。

図３は、本実施形態における各光源ユニット２１ａ、２３ａ、２５ａにおいて、各ＬＥＤパッケージ２１ｆ、２３ｆ、２５ｆが実装された、流路ＳＰを有する各セラミック基板２１ｇ、２３ｇ、２５ｇについて説明する拡大断面図である。ここでは、青色光源ユニット２１ａについて説明することとするが、緑色光源ユニット２３ａ、赤色光源ユニット２５ａについても以下同様である。上述のように、青色光源ユニット２１ａは、複数のＬＥＤパッケージ２１ｆとこれらが適当な２次元的配列で実装される実装基板であるセラミック基板２１ｇとを備える。各ＬＥＤパッケージ２１ｆは、青色光波長領域の光を発生させる発光素子であるＬＥＤ素子１と、ＬＥＤ素子１によって発生する光を前方に反射するミラー２と、ＬＥＤ素子１及びミラー２を支持するとともにセラミック基板２１ｇに例えばはんだ付けによって実装される支持基板３と、支持基板３に内蔵されＬＥＤ素子１からの熱をセラミック基板２１ｇに伝導するヒートスラグ４と、ＬＥＤ素子１の配線を形成するボンディングワイヤー５と、ボンディングワイヤー５に接合し、セラミック基板２１ｇ上の回路パターンＣＰに例えばはんだ付けによって接続される電極６と、ＬＥＤパッケージ２１ｆ全体を覆う光透過性のプラスチックモールド７とを有する。このＬＥＤパッケージ２１ｆは、支持基板３と電極６とにおいてセラミック基板２１ｇにはんだ付けされることにより固定されている。尚、図２を用いて説明したように、セラミック基板２１ｇに設けた流路ＳＰは、流入口ＩＭ及び流出口ＯＭを介して、それぞれ供給管１２ａ及び収集管１２ｂに液密に連結されている。

まず、ＬＥＤパッケージ２１ｆの機能について述べる。回路パターンＣＰから、電極６及びボンディングワイヤー５を介して供給される電流により、ＬＥＤ素子１は光源光となる青色光ＬＢを放射状に発光する。ミラー２により後方に射出された青色光ＬＢが前方に反射され、青色光ＬＢが無駄なく利用される。前方に向かう青色光ＬＢはプラスチックモールド７を透過して青色光源ユニット２１ａの光源光として外部に射出される。この際、ＬＥＤ素子１により発生した熱は、比較的熱伝導性の高いヒートスラグ４に伝わる。本実施形態では、さらに冷却効果を高めるために、ヒートスラグ４が接合される実装基板であるセラミック基板２１ｇ内に流路ＳＰを設け、流路ＳＰ内に冷却液ＣＬを通過させることによりＬＥＤ素子１が発生する熱を光源装置の外部へ排除する。

次に、冷却液ＣＬの流路ＳＰ内での働きについて述べる。冷却液ＣＬは、図１及び図２で説明したように冷却液循環装置１１より供給管１２ａを介して流入口ＩＭより流路ＳＰへ流入する。流路ＳＰは、セラミックの立体成形技術を用いて形成されているので、流路ＳＰ内面から冷却液ＣＬの液漏れが発生しないように加工することが可能であるとともに、図２のように例えば、流路を蛇行させることや、他にも、網目状にする、又は分岐型にするといった複雑な加工が可能であり、これにより、冷却液ＣＬは、広い接触面積で均一にセラミック基板２１ｇを通過することができる。つまり、冷却液ＣＬを、隈なく効果的にセラミック基板２１ｇ内に通過させることができる。これにより、図３において、ヒートスラグ４を介してセラミック基板２１ｇに伝導したＬＥＤ素子１からの熱をより確実に吸収させることができる。熱を吸収した冷却液ＣＬは、図１及び図２から分かるように、流出口ＯＭに送られ、収集管１２ｂを介して冷却液循環装置１１に戻され、再び冷却される。この際、冷却液循環装置１１がペルチェ素子を備えるので、より効果的かつ十分な冷却が可能となる。

尚、冷却液ＣＬとして、様々な液体の使用が可能であるが、例えば、エチレングリコールのような不凍液を冷却液ＣＬに含ませることも可能である。この場合、冷却液ＣＬが凍結することがないので、寒冷地での使用に際して破損のおそれを低減することができる。また、ペルチェ効果を用いることで、冷却液ＣＬの温度を、通常の液体（例えば蒸留水）と比べて、格段に低下させることができる。

尚、本実施形態においては、主として冷却液ＣＬによって熱の吸収を行うため、ＬＥＤ素子１の発する熱量等の条件によっては、ヒートスラグ４の熱伝導性が多少劣っても熱の処理に問題が発生しない。ヒートスラグ４の熱伝導性をある程度下げることによって、支持基板３及び電極６のはんだ付けの際に生じる熱の伝導によるダメージを回避することが可能となる。

図４（ａ）、（ｂ）は、流路として、形状記憶型のパイプを用いた変形例について説明するためのセラミック基板の断面図である。まず、図４（ａ）のように、例えば形状記憶金属等からなり、記憶された形状に復元される前の形状記憶型パイプＰＰをセラミック基板２１ｇに形成された直線状の管路ＳＰに挿入する。挿入後の加熱等により、図４（ｂ）のように、予め形成されている管路ＳＰに合わせて形状が記憶されている形状記憶型パイプＰＰが図中矢印方向に復元し、流路が完成する。管路ＳＰの内面と形状記憶パイプＰＰとの間には、密着性を高める熱伝導性の材料を充填することもできる。この際、形状記憶型パイプＰＰの素材として液漏れの生じないものを使用することによってセラミック基板内での液漏れをより確実に防ぐことが可能となる。また、この場合、形状記憶型パイプＰＰと供給管１２ａ及び収集管１２ｂとを直接連結する又は、形状記憶型パイプＰＰそのものを供給管１２ａ及び収集管１２ｂとして使用することにより、流入口ＩＭ及び流出口ＯＭ（図２参照）において、コネクタＣＮ等を用いなくてよい。

本実施形態では、ＬＥＤ素子１によって発生した熱を、ヒートスラグ４を介して各セラミック基板２１ｆ、２３ｆ、２５ｆに伝導させる一方、各セラミック基板２１ｆ、２３ｆ、２５ｆが、基板内部に冷却液ＣＬを通過させるための流路として形状記憶型パイプＰＰを有する。よって、冷却液ＣＬがＬＥＤ素子１から放出された熱を吸収し、さらに冷却液ＣＬを各セラミック基板２１ｆ、２３ｆ、２５ｆの外部に設置された冷却制御機構１０によって循環させ、流量や温度を調節することで熱の処理を行うこととしている。これにより、ＬＥＤ素子１から安定した高輝度の発光が行われ、本発明の課題である十分な輝度を有する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が可能となる。

図５は、図１のプロジェクタの変形例である単板式のプロジェクタ１５０の構造を示すブロック図である。以下、ＬＥＤパッケージ１２０ｆを除き、同名のものは、機構・機能について先のプロジェクタ５０と等しいので説明を割愛する。このプロジェクタ１５０は、冷却制御機構１１０と、光源装置１２０と、液晶ライトバルブ１３０と、投射レンズ１４０とを備える。光源装置１２０は、光源ユニット１２０ａと、照明光形成光学系１２０ｅとを備える。さらに、光源ユニット１２０ａは、複数のＬＥＤパッケージ１２０ｆと流路ＳＰを有するセラミック基板１２０ｇとを備える。また、照明光形成光学系１２０ｅは、集光レンズアレイ１２０ｂと、ロッドインテグレータ１２０ｃとからなる。冷却制御機構１１０は、冷却液循環装置１１１と、供給管１１２ａと、収集管１１２ｂとを備える。

ＬＥＤパッケージ１２０ｆとしては、まず、異なる複数のＬＥＤ素子、例えば青色光、緑色光、赤色光の三つの光源光ＬＷを一つのＬＥＤパッケージ１２０ｆが内蔵するものが考えられる。この場合、当該素子を制御することにより、カラー画像を投影させることが可能となる。この他にも、白色のＬＥＤ素子を備える場合や、また、複数のＬＥＤパッケージ１２０ｆに、それぞれ異なる色光を発生するＬＥＤ素子が一定の規則を持って配置されている場合なども考えられる。

尚、プロジェクタ１５０は、単板式であるため、像光の合成を行う必要がなく、液晶ライトバルブ１３０によって得られた像光がそのまま投射レンズ１４０によって投射され投影画像が形成される。

本変形例の場合も、図１等に示すプロジェクタ５０同様、プロジェクタ１５０のセラミック基板１２０ｇが流路ＳＰを有し、冷却制御機構１１０と連結されることで冷却液ＣＬによる効果的な熱伝導が行われ、各ＬＥＤ素子から発生した熱の処理が行われる。

尚、本実施形態において、上述したいずれのプロジェクタの場合も、発光素子としてＬＥＤ素子を用いたが、その他の発光素子、例えば、ＥＬ素子に対しても同様に、図２に示す冷却液循環型のセラミック基板２１ｇ、２３ｇ、２５ｇ、１２０ｇを用いることが可能であり、これにより、十分な冷却を達成することができる。

〔第２実施形態〕
第１実施形態においては、流路ＳＰを各セラミック基板２１ｇ、２３ｇ、２５ｇに設けることによって当該課題である発光素子であるＬＥＤ素子１からの熱の除去を行ったが、本実施形態においては、流路ＳＰをＬＥＤパッケージ内部に設置することによって課題を解決する。

尚、本実施形態における光源装置を各プロジェクタについて応用する場合、各光源ユニット２１ａ、２３ａ、２５ａ及び１２０ａの流路ＳＰの形成箇所を除いては、第１実施形態におけるものと全く同様の構造を用いることが可能であるから同一部分の説明を割愛する。

図６は、第２実施形態にかかる流路ＳＰを有する各ＬＥＤパッケージ２１ｆ、２３ｆ、２５ｆについて説明するための拡大断面図である。ここでは、青色光源ユニット２１ａが備えるＬＥＤパッケージ２１ｆについて説明することとするが、緑色光ユニット２３ａ、赤色光ユニット２５ａについても以下同様である。

第１実施形態と同様、青色光源ユニット２１ａが備える各ＬＥＤパッケージ２１ｆは、青色光波長領域の光を発生させる発光素子であるＬＥＤ素子１０１と、ＬＥＤ素子１０１によって発生する光を前方に反射するミラー１０２と、ＬＥＤ素子１０１及びミラー１０２を支持する支持部材であるとともに冷却液ＣＬを流通させるための流路ＳＰを有し、セラミック基板２１ｇに例えばはんだ付けによって実装される支持基板１０３と、ＬＥＤ素子１０１の配線を形成するボンディングワイヤー１０５と、ボンディングワイヤー１０５に接合し、セラミック基板２１ｇ上の回路パターンＣＰに例えばはんだ付けによって接続される電極１０６と、ＬＥＤパッケージ２１ｆ全体を覆う光透過性のプラスチックモールド１０７とを有する。このＬＥＤパッケージ２１ｆは、支持基板１０３と電極１０６とがセラミック基板２１ｇにはんだ付けされることにより固定されている。流路ＳＰは、第１実施形態同様、冷却液ＣＬの流入口ＩＭと流出口ＯＭとを有する。流入口ＩＭ及び流出口ＯＭは、それぞれ供給管１２ａ及び収集管１２ｂに液密に連結している（いずれも第１実施形態同様である為不図示）。これにより、ＬＥＤ素子１０１が発生する熱をより直近で確実に吸収させることができる。

尚、本実施形態において、セラミック基板２１ｇが流路ＳＰを有するか否かについては触れなかったが、支持基板１０３に加え、さらに、セラミック基板２１ｇも流路ＳＰを有する場合も考えられる。また、第１実施形態同様、支持基板１０３が、さらにヒートスラグを備えることも可能である。

また、第１実施形態同様、冷却液ＣＬとして、様々な液体の使用が可能であるが、例えば、エチレングリコールのような不凍液を冷却液ＣＬに含ませることも可能である。

さらに、本実施形態においては、支持基板１０３が、流路ＳＰを有し、流路ＳＰは、各ＬＥＤパッケージ２１ｆ、２３ｆ、２５ｆの実装時においては、冷却液ＣＬに満たされておらず、空洞となっている。従って、支持基板１０３のはんだ付けによって生じる熱の伝導性が、空洞がない場合よりも低くなる。従って、支持基板１０３の材料として比較的熱伝導性の高いものを使用しても実装時のダメージを回避することが可能となる。元来、本実施形態においては、冷却液ＣＬの効果によりＬＥＤ素子１０１からの熱を処理するものであるが、熱伝導性の高い材料を支持基板１０３に使用することで、さらに熱の排出効果を高めることが可能となる。

尚、本実施形態において、いずれの場合も、発光素子としてＬＥＤ素子を用いたが、その他の発光素子に対しても同様に用いることが可能である。同様の技術を発光素子が、例えば、ＥＬ素子である場合に対しても応用可能である。

第１実施形態に係る色光ごとの光源装置を備えたプロジェクタの構造を示すブロック図である。セラミック基板の流路を示すとともに、流路の流入口・流出口と、流入出口に取り付けられるコネクタとを示す平面図である。第１実施形態にかかるＬＥＤパッケージが実装された、流路を有するセラミック基板及びＬＥＤパッケージについて説明する拡大断面図である。（ａ）、（ｂ）は、形状記憶型のパイプを用いた変形例について説明するための管路の断面図である。図１のプロジェクタの変形例である単板式の光源装置を備えたプロジェクタの構造を示すブロック図である。第２実施形態に係る流路を有するＬＥＤパッケージについて説明するための拡大断面図である。

符号の説明

１１…冷却液循環装置、１２ａ、１３ａ、１４ａ…供給管、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ…収集管、２１ａ、２３ａ、２５ａ…光源ユニット、２１ｆ、２３ｆ、２５ｆ…ＬＥＤパッケージ、２１ｇ、２３ｇ、２５ｇ…セラミック基板、１、１０１…ＬＥＤ素子、２、１０２…ミラー、３、１０３…支持基板、４…ヒートスラグ５、１０５…ボンディングワイヤー、６、１０６…電極、ＳＰ…流路、ＣＬ…冷却液

Claims

所定波長領域の光を発生する発光素子と、
前記発光素子を支持し、かつ前記発光素子からの熱を外部へ伝達するための冷却液を流通させる流路を内部に有する支持部材と、
を備える光源装置。
前記支持部材は、前記発光素子を内蔵する電子部品をはんだ付けするための実装基板であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記支持部材は、前記発光素子とともに電子部品を構成し、当該電子部品は、実装基板にはんだ付けされることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記支持部材の外部に設置され、前記流路における冷却液の流入口及び流出口に連結されることにより前記冷却液の流量の調整及び温度の設定の少なくとも一方を行う冷却液循環装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の光源装置。
前記冷却液循環装置は、前記冷却液を冷却するペルチェ素子を有することを特徴とする請求項４記載の光源装置。
前記支持部材は、セラミック材料で形成された基板であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の光源装置。
前記発光素子は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記載の光源装置。
前記冷却液は、不凍液を含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項記載の光源装置。
照明光を射出する請求項１から請求項８のいずれか一項記載の光源装置と、
前記光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、
前記光変調装置からの像光を投射する投射光学系と
を備えるプロジェクタ。
各色の照明光をそれぞれ射出する請求項１から請求項８のいずれか一項記載の色光ごとの光源装置と、
各色の照明光によってそれぞれ照明される各色の光変調装置と、
前記各色の光変調装置からの色光の像光を合成して射出させる光合成部材と、
前記光合成部材を経た像光を投射する投射光学系と
を備えるプロジェクタ。