JP2012163667A - 光源装置、映像表示装置およびマルチ画面映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ジャンクション温度を制御し、ＬＥＤ光源の出力特性を制御することが可能な光源装置、映像表示装置、それらを組み合わせた画面を構成するマルチ画面映像表示装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明にかかる光源装置は、ケース温度と、光源駆動部としての光源駆動回路５０の駆動状態に基づいて、半導体光源としてのＬＥＤ１０のジャンクション温度を算出し、ジャンクション温度に応じて冷却装置としての冷却ファン４０の駆動を制御する、駆動・制御部としての駆動・制御回路６０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置、映像表示装置、それらを組み合わせた画面を構成するマルチ画面映像表示装置に関し、特に、光源出力の温度制御に関する。

従来、投射型の映像表示装置の光源として放電ランプが広く使用されていた。近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤ）の技術進歩によりＬＥＤの出力輝度が上昇し、投射型の映像表示装置の光源としての使用に耐えうるようになった（特許文献２）。また、ＬＥＤ光源を用いた場合の温度制御について、特許文献１に開示されている。

光源装置におけるＬＥＤは、同じ印加電流であっても、個体差によって印加電圧がばらつく。映像表示装置の光源に使用するＬＥＤは印加電流が大きく、印加電圧が少し変わるだけで投入電力が大きく変動することになり、ひいてはジャンクション温度も変動することとなる。ここで、ジャンクション温度とは、ＬＥＤ等の半導体光源素子における、ＰＮ接合の任意の点の温度である。

ＬＥＤの出力特性は、ジャンクション温度の影響をうける。よって、光源の出力を安定させるためには、ジャンクション温度を適切に制御することが必要となる。

特開２００７−０８７８１６号公報 特開２００５−２７４８８４号公報

しかし、例えば特許文献１に示される照明装置では、光源の周囲温度についてはファン装置の制御に考慮されているが、ジャンクション温度までは考慮していない。ここで周囲温度とは、光源を配置した周囲の空間の、任意の点での温度である。

よって、周囲温度、さらには、光源を囲繞するケース温度が同じであっても、ジャンクション温度が異なることで、出力特性が安定しないという問題があった。

なおここで、ケース温度とは、光源を収納した樹脂等であるケースの、任意の点の温度である。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ジャンクション温度を制御し、ＬＥＤ光源の出力特性を制御することが可能な光源装置、映像表示装置、それらを組み合わせた画面を構成するマルチ画面映像表示装置を目的とする。

本発明にかかる光源装置は、半導体光源と、前記半導体光源を駆動する、光源駆動部と、前記半導体光源を囲繞するケースと、前記ケースを冷却する冷却装置と、前記ケース上又はその内部に配置され、ケース温度を検出する温度センサと、前記ケース温度と、前記光源駆動部の駆動状態に基づいて、前記半導体光源のジャンクション温度を算出し、前記ジャンクション温度に応じて前記冷却装置の駆動を制御する、駆動・制御部とを備える。

また、本発明にかかる映像表示装置は、上記の光源装置と、入力された映像信号を処理する、信号処理部と、前記信号処理部において処理された映像信号に応じて、前記光源装置から入射される光を変調するライトバルブと、前記ライトバルブからの光が投射される、表示面とを備える。

また、本発明にかかるマルチ画面映像表示装置は、上記の映像表示装置を複数備え、当該複数の映像表示装置の各前記表示面が配列されて、全体として１つの表示面を形成する。

本発明にかかる光源装置によれば、前記ケース温度と、前記光源駆動部の駆動状態に基づいて、前記半導体光源のジャンクション温度を算出し、前記ジャンクション温度に応じて前記冷却装置の駆動を制御する、駆動・制御部とを備えることにより、光源装置の出力特性を適切に制御することが可能となる。

また、本発明にかかる映像表示装置によれば、上記の光源装置と、入力された映像信号を処理する、信号処理部と、前記信号処理部において処理された映像信号に応じて、前記光源装置から入射される光を変調するライトバルブと、前記ライトバルブからの光が投射される、表示面とを備えることにより、環境温度変化に対しても出力特性を変えることなく安定した映像品質を提供でき、ひいては省エネおよび騒音の低減にも効果がある。

また、本発明にかかるマルチ画面映像表示装置によれば、上記の映像表示装置を複数備え、当該複数の映像表示装置の各前記表示面が配列されて、全体として１つの表示面を形成することにより、映像表示装置同士での通信をすることなく、出力特性をそろえることができる。

実施の形態１にかかるマルチ画面映像表示装置の外観図である。 実施の形態１にかかる映像表示装置の概略図である。 実施の形態１にかかる光源装置の構成概略図である。 実施の形態１にかかる光源装置の構成断面図である。 実施の形態１にかかる、ジャンクション温度の制御フローチャートである。 実施の形態２にかかる光源装置の構成概略図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
図１は、本発明にかかるマルチ画面映像表示装置の構成を模式的に示したものである。図１に示すように、本発明にかかるマルチ画面映像表示装置は、複数の映像表示装置の画面を組み合わせて、より大きな表示画面を構成したものである。図１のマルチ画面映像表示装置の例では、個々の映像表示装置１０１、映像表示装置１０２、映像表示装置１０３、映像表示装置１０４の表示面を２段２列に配列して、全体として１つの大きな表示画面を構成している。

なお図１においては、マルチ画面映像表示装置を構成する映像表示装置を４台として図示したが、必ずしも４台である必要はなく、２台以上で構成すればよい。また、本発明の効果は、１台からでも発揮しうるものである。

図２は、個々の投射型の映像表示装置１０１、映像表示装置１０２、映像表示装置１０３、映像表示装置１０４の構成を示す。

個々の映像表示装置において、光源装置２の光出力は、ライトバルブ３に入力される。一方、外部からの映像信号は映像入力部７に入力され、信号処理部６にて、映像の拡大縮小などの信号処理が行われる。信号処理された映像信号は、さらに、ライトバルブ３を駆動するためのドライブ信号に変換される。

光源装置２から入力された光は、ライトバルブ３にて強度変換される。この光を投射レンズ４に出力することにより、表示部としてのスクリーン５に映像が投射される。

ここで制御部１は、信号処理部６において処理された映像信号に応じて、光源装置２から投射される光を制御する。

図２に示す光源装置２は、図３に示すような構成である。半導体光源としてのＬＥＤ１０は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動の光源駆動回路５０（光源駆動部）により駆動され、点灯する。ＬＥＤ１０周辺には、ケース温度を検出するための温度センサ２０、ＬＥＤ１０を囲繞するケース１００冷却のためのヒートシンク３０、および冷却装置としての冷却ファン４０が取り付けられている。詳細には、ヒートシンク３０上にケース１００が配置され、当該ケース１００、ヒートシンク３０によってＬＥＤ１０が囲繞されている。さらに、温度センサ２０が、ケース１００上又はその内部に配置されている。冷却ファン４０は、ケース１００を冷却できる位置に配置される。

また、ヒートシンク３０、冷却ファン４０の一部、光源駆動回路５０および駆動・制御回路６０が筐体７０内に配置される。

光源駆動回路５０は、ＬＥＤ１０へのデューティＤと印加電流とを制御する。それとともに、ＬＥＤ１０における印加電圧の検出を行い、ＬＥＤ１０へ投入される投入電力を求める。そして、求めた投入電力の情報を、駆動・制御回路６０へ伝える。

ここでデューティＤは、周期Ｔとパルス幅τによりＤ＝τ／Ｔで定義される。光源駆動回路５０のＰＷＭ駆動により、デューティＤを変化させることができる。

駆動・制御回路６０は、温度センサ２０と接続され、温度センサ２０においてケース温度を検出させる。さらに駆動・制御回路６０は、その値を読み取るとともに、光源駆動回路５０の駆動状態（その指標としての投入電力）も考慮して、駆動・制御回路６０に接続された冷却ファン４０の駆動を制御する。冷却ファン４０が故障した場合等のエラー検出も可能である。

個々の映像表示装置は、駆動・制御回路６０が、温度センサ２０が検出するケース温度と、ＬＥＤ１０への投入電力とを定期的に読み取る。

駆動・制御回路６０は、ケース温度、投入電力等から算出したジャンクション温度Ｔｊ（算出方法は後述する）と、予め定めた目標ジャンクション温度Ｔｊ０との差に基づいて、所定のファン係数Ｆｐを設定する。そして、当該ファン係数Ｆｐとなるように冷却ファン４０の駆動を制御する。具体的には、例えば冷却ファン４０への投入電力を制御する。

冷却ファン４０が所定のファン係数Ｆｐで駆動することで、ジャンクション温度Ｔｊが目標ジャンクション温度Ｔｊ０となるように制御される。

なお、半導体光源であるＬＥＤ１０が複数ある場合（ＲＧＢ等）、ケース１００、光源駆動回路５０、冷却ファン４０、駆動・制御回路６０が、それぞれＬＥＤ１０の数に応じて備えられる。

ここで、光源装置２の断面図を図４に示す。図４に示すように光源装置２は、ヒートシンク３０上に、ケース１００が配置され、ケース１００内に、ＬＥＤ１０が囲繞されている。ケース１００は、図に例示するように、基板１００１上にフレーム１００２等が備えられたものとすることができる。

上記のジャンクション温度Ｔｊは、例えば図４に示すジャンクション点１０００のような、ＰＮ接合における任意の点の温度を指すものである。

＜Ａ−２．動作＞
次に、図５を参照して、駆動・制御回路６０が行う制御について説明する。

まず前段階として、光源駆動回路５０において、ＬＥＤ１０への投入電力Ｑを算出し、また温度センサ２０において、ケース温度Ｔｃを検出させておく。

ここで、ＬＥＤ１０への投入電力Ｑは式１で求まる。

投入電力Ｑ［Ｗ］ ＝ デューティＤ［％］ × 印加電流Ｉ［Ａ］ × 印加電圧Ｖｆ［Ｖ］……（式１）
次に駆動・制御回路６０において、上記の投入電力Ｑ、およびケース温度Ｔｃの情報を取得する。そして、それらの情報に基づいて、ジャンクション温度Ｔｊを算出する（ステップＳ１００）。ここで、温度センサ２０からジャンクション点１０００との間に介在する物質（樹脂、半導体等）による熱抵抗値を合算した値である熱抵抗Ｒを、予め取得しておく。

ジャンクション温度Ｔｊは式２で求まる。

ジャンクション温度Ｔｊ［℃］ ＝ ケース温度Ｔｃ［℃］ ＋ 熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］ × 投入電力Ｑ［Ｗ］……（式２）
例えば、デューティＤ＝５０％、印加電流Ｉ＝３０Ａ、印加電圧Ｖｆ＝３．３Ｖ、ケース温度Ｔｃ＝６０℃、熱抵抗Ｒ＝０．６℃／Ｗとすると、投入電力Ｑ＝４９．５Ｗとなり、ジャンクション温度Ｔｊ＝６０＋０．６×４９．５＝８９．７℃となる。

次に、ファン係数Ｆｐを設定する（ステップＳ１００）。ただしファン係数Ｆｐは、最大値Ｆｍａｘ、最小値Ｆｍｉｎの係数であり、例えば１〜１５までの１５段階で定義される。冷却ファン４０の駆動能力が高いほど、大きい数字で設定することが可能である。

すなわち、ファン係数Ｆｐ＝Ｆｍａｘ＝Ｆ１５の場合、冷却ファン４０は最大能力で駆動し、ファン係数Ｆｐ＝Ｆｍｉｎ＝Ｆ１の場合、冷却ファン４０は最小能力で駆動する。

予め設定した目標ジャンクション温度Ｔｊ０に対し、閾値（正の値）をｔｈとすると、許容温度範囲はＴｊ０±ｔｈとなる。なお、目標ジャンクション温度Ｔｊ０を設定する方法は、ジャンクション温度Ｔｊの制御方法の１つの例である。

算出したジャンクション温度Ｔｊが、Ｔｊ０＋ｔｈより高い場合（ステップＳ１０１）、ファン係数Ｆｐが最大かどうか判定する（ステップＳ１０２）。

ファン係数Ｆｐが最大でない場合にはファン係数Ｆｐを大きくし、冷却能力を上げる（ステップＳ１０３）。すなわち、ジャンクション温度Ｔｊを下げ、目標温度である目標ジャンクション温度Ｔｊ０に近づくように制御する。ステップＳ１０３の処理後、ステップＳ１００へ進み、処理を繰り返す。

ファン係数Ｆｐが最大である場合には、エラーとして処理する（ステップＳ１０７）。この場合、ファン係数Ｆｐは変更せず、処理を終了する。

算出したジャンクション温度Ｔｊが、Ｔｊ０−ｔｈより低い場合（ステップＳ１０４）、ファン係数Ｆｐが最小かどうか判定する（ステップＳ１０５）。

ファン係数Ｆｐが最小でない場合にはファン係数Ｆｐを小さくし、冷却能力を下げる（ステップＳ１０６）。すなわち、ジャンクション温度Ｔｊを上げ、目標温度である目標ジャンクション温度Ｔｊ０に近づくように制御する。ステップＳ１０６の処理後、ステップＳ１００へ進み、処理を繰り返す。

ファン係数Ｆｐが最小である場合には、エラーとして処理する（ステップＳ１０７）。この場合、ファン係数Ｆｐは変更せず、処理を終了する。

＜Ａ−３．効果＞
本発明にかかる実施の形態１によれば、光源装置において、ケース温度と、光源駆動部としての光源駆動回路５０の駆動状態に基づいて、半導体光源としてのＬＥＤ１０のジャンクション温度を算出し、ジャンクション温度に応じて冷却装置としての冷却ファン４０の駆動を制御する、駆動・制御部としての駆動・制御回路６０とを備えることで、光源装置２の出力特性を適切に制御することが可能となる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、光源装置において、駆動・制御回路６０は、光源駆動回路５０がＬＥＤ１０へ投入する投入電力に基づいて、光源駆動回路５０の駆動状態を判断することで、ケース温度、投入電力、熱抵抗を用いてジャンクション温度を算出し、ジャンクション温度に基づいて、光源装置２の出力特性を適切に制御することができる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、光源装置において、駆動・制御回路６０は、予め設定された目標ジャンクション温度に近づくように冷却ファン４０の駆動を制御することで、ジャンクション温度を、適切な温度に維持することが促進され、光源装置２の出力特性の安定化を促進することができる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、映像表示装置において、光源装置２と、入力された映像信号を処理する、信号処理部６と、信号処理部６において処理された映像信号に応じて、光源装置２から入射される光を変調するライトバルブ３と、ライトバルブ３からの光が投射される、表示面としてのスクリーン５とを備えることで、環境温度変化に対しても出力特性を変えることなく安定した映像品質を提供でき、ひいては省エネおよび騒音の低減にも効果がある。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、マルチ画面映像表示装置において、映像表示装置を複数備え、当該複数の映像表示装置の各表示面としてのスクリーン５が配列されて、全体として１つの表示面を形成することで、映像表示装置同士での通信をすることなく、映像品質をそろえることができる。

＜Ｂ．実施の形態２＞
＜Ｂ−１．構成＞
実施の形態１では、ＬＥＤ１０を囲繞するケース１００に取り付けられた、温度センサ２０の検出温度（ケース温度）に基づいて、ジャンクション温度Ｔｊを算出したが、図６に示すように、例えばヒートシンク３０上もしくはその内部に、温度センサ２００が配置される場合であってもよい。

このとき、ジャンクション点１０００と温度センサ２００との間に介在する物質（樹脂、半導体等）による熱抵抗値を合算した値が定義できる部位に、温度センサ２００を配置することが必要となる。

図６において、温度センサ２００は、ヒートシンク３０の受熱部分に配置される。その他の構成については、実施の形態１に示したものと同様であるので、詳細な説明を省略する。

ジャンクション温度Ｔｊの検出および制御の方法は、実施の形態１と同様であり、ジャンクション温度Ｔｊを目標ジャンクション温度Ｔｊ０に保つように制御する。

ジャンクション温度に基づいて冷却ファン４０を制御するため、光源装置２の出力特性を一定に保つことができる。

＜Ｂ−２．効果＞
本発明にかかる実施の形態２によれば、光源装置において、半導体光源としてのＬＥＤ１０およびケース１００を搭載する、ヒートシンク３０をさらに備え、温度センサ２０は、ヒートシンク３０に配置されることで、熱抵抗値の合算値を定義できる部位に温度センサ２０を配置し、光源装置の構成に任意性が増す。

１ 制御部、２ 光源装置、３ ライトバルブ、４ 投射レンズ、５ スクリーン、６ 信号処理部、７ 映像入力部、１０ ＬＥＤ、２０，２００ 温度センサ、３０ ヒートシンク、４０ 冷却ファン、５０ 光源駆動回路、６０ 駆動・制御回路、７０ 筐体、１００ ケース、１０１〜１０４ 映像表示装置、１０００ ジャンクション点、１００１ 基板、１００２ フレーム。

Claims (7)

1. 半導体光源と、
   前記半導体光源を駆動する、光源駆動部と、
   前記半導体光源を囲繞するケースと、
   前記ケースを冷却する冷却装置と、
   前記ケース上又はその内部に配置され、ケース温度を検出する温度センサと、
   前記ケース温度と、前記光源駆動部の駆動状態に基づいて、前記半導体光源のジャンクション温度を算出し、前記ジャンクション温度に応じて前記冷却装置の駆動を制御する、駆動・制御部とを備える、
   光源装置。
2. 前記駆動・制御部は、前記光源駆動部が前記半導体光源へ投入する投入電力に基づいて、前記光源駆動部の駆動状態を判断する、
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記駆動・制御部は、予め設定された目標ジャンクション温度に近づくように前記冷却装置の駆動を制御する、
   請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記駆動・制御部は、前記冷却装置への投入電力を制御することで、前記冷却装置の駆動を制御する、
   請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置。
5. 前記半導体光源および前記ケースを搭載する、ヒートシンクをさらに備え、
   前記温度センサは、前記ヒートシンクに配置される、
   請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の光源装置と、
   入力された映像信号を処理する、信号処理部と、
   前記信号処理部において処理された映像信号に応じて、前記光源装置から入射される光を変調するライトバルブと、
   前記ライトバルブからの光が投射される、表示面とを備える、
   映像表示装置。
7. 請求項６に記載された映像表示装置を複数備え、当該複数の映像表示装置の各前記表示面が配列されて、全体として１つの表示面を形成する、
   マルチ画面映像表示装置。

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