JP2015087508A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＭＤ素子から発生する熱を放熱する際に、ＤＭＤ素子とヒートシンク間の熱抵抗をさらに低減し、十分に放熱することができる投写型表示装置を得る。
【解決手段】本発明による投写型表示装置１００において、ＤＭＤ素子４は多層回路基板１４に設けられた開口部を覆うように実装されている。開口部にはヒートシンク１６の凸部が挿入されており、放熱部９とは第２のサーマルパッド１７ｂを介して伝熱接続している。多層回路基板１４には、ＤＭＤ素子４が実装されている側からヒートシンク１６が実装されている側へ貫通してサーマルビア１２ａが設けられている。サーマルビア１２ａは、一端がＤＭＤ素子４の実装面８の端子部１１における素子端子１０の設置されていない領域と接していると共に、他端がヒートシンク１６に接している。
【選択図】図３

Description

この発明は、放熱構造を備えた投写型表示装置に関するものである。

従来の多層回路基板の放熱構造は、多層回路基板上に配置された素子の端子が表面側に設けられているので、素子の端子の無い裏面側を用いて、この素子の直下に多層回路基板を貫通させたサーマルビアを設けるようにしている（例えば、特許文献１参照）。この構成により、素子から発生する熱を効率的に放熱する方法が提案されている。一方、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子を用いた投写型表示装置においては、ＤＭＤ素子を制御する制御基板に開口部を設け、開口部を介してヒートシンクとＤＭＤ素子の放熱部との距離を縮めている（例えば、特許文献２参照）。この構成により、ＤＭＤ素子の電極部と制御基板との間で安定した電気的接触を得ながらＤＭＤ素子とヒートシンク間の熱抵抗を低減する方法が提案されている。

特開平６−１３４９１号公報 特開２０１０−１７５５８３号公報

しかしながら、ＤＭＤ素子は入射光を反射して表示画像を形成するマイクロミラーが設けられた面と反対側の面に複数の素子端子を有する端子部１１と放熱部とが設けられている。したがって、このようなＤＭＤ素子を用いた従来の投写型表示装置においては、多層回路基板上に配置されたＤＭＤ素子の直下に、多層回路基板を貫通させたサーマルビアを設けるようにするとＤＭＤ素子で発生する熱を十分に放熱できないという課題があった。

この発明の目的は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＤＭＤ素子とヒートシンク間の熱抵抗をさらに低減することである。

この発明に係る投写型表示装置は、入射光を反射して表示画像を形成するミラー面とは反対側の実装面に、内部からの熱を放熱する放熱部と放熱部の周囲に設けられ複数の素子端子を有する端子部とが配置されたＤＭＤ素子と、一方の面にＤＭＤ素子が実装され、ＤＭＤ素子の放熱部が覆う領域に一方の面から他方の面に貫通する開口部を有する回路基板と、開口部に挿入された凸部と凸部の周囲に設けられたベース部とを有し、それぞれ放熱部と端子部とからの熱を放熱するヒートシンクとを備え、回路基板は、開口部の周囲に一方の面から他方の面まで貫通するサーマルビアを有し、サーマルビアは、一端がＤＭＤ素子の端子部における素子端子の設置されていない領域と伝熱接続すると共に、他端がヒートシンクのベース部と伝熱接続することを特徴とするものである。

この発明によれば、ＤＭＤ素子の放熱部からヒートシンクへの放熱に加えて、ＤＭＤ素子の端子部１１の端子素子の無い領域に接するように回路基板を貫通して設けられたサーマルビアによっても放熱されるので、ＤＭＤ素子とヒートシンク間の熱抵抗をさらに低減することができ、十分に放熱することができる。

この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置が備えるＤＭＤ素子の実装面８側を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置が備えるＤＭＤ素子を実装した多層回路基板及び放熱構造のサーマルビアが設けられた部分における断面図である。 この発明の実施の形態１に係る投写型表示装置が備えるＤＭＤ素子を実装した多層回路基板及び放熱構造のサーマルビアが設けられていない部分における断面図である。 この発明の実施の形態２に係る投写型表示装置が備えるＤＭＤ素子を実装した多層回路基板及び放熱構造のサーマルビアが設けられた部分における断面図である。 この発明の実施の形態２に係る投写型表示装置が備えるＤＭＤ素子を実装した多層回路基板及び放熱構造のサーマルビアが設けられていない部分における断面図である。

実施の形態１．
図１に、本実施の形態に係る投写型表示装置１００の構成を示す。図１中の矢印は、それぞれ光路を示す。光源１ａ、光源１ｂ及び光源１ｃは、それぞれ赤色、青色及び緑色の３原色の発光ダイオードを用いた光源である。光源１ａ、光源１ｂ及び光源１ｃから放出された光はそれぞれミラー２ａ、ミラー２ｂ及びミラー２ｃにより１つの光路に合成される。その後、ミラー３ａ及びミラー３ｂを経て、ＤＭＤ素子４のミラー面５に到達する。ＤＭＤ素子４のミラー面５は投写型表示装置１００において表示する画素数と同等数のミラーを有しており、ＤＭＤ素子４のミラー面５においてこれらのミラーを制御することにより、ＤＭＤ素子４のミラー面５に到達した光から描写画像が生成される。生成された描写画像は、ミラー６を経て拡大されてスクリーン７に表示される。なお、ＤＭＤ素子４は、ミラー面５とこのミラー面５とは反対側の実装面８とを有する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置が備えるＤＭＤ素子４を実装面８の側から見た図である。実装面８は、放熱部９を有し、実装面８上の放熱部９の周囲には、複数の素子端子９を有する端子部１１が設けられている。また、端子部１１の領域の内、素子端子９が設けられていない領域には、サーマルビア１２ａが伝熱接続、すなわち熱的に接続する設置点１３が設定されている。

図３及び図４は、本実施の形態に係る投写型表示装置が備えるＤＭＤ素子４を実装した多層回路基板１４及び放熱構造を示す。なお、図３は、図２におけるＡ−Ａに相当する位置での断面図で、図４は、図２におけるＢ−Ｂに相当する位置での断面図である。多層回路基板１４は、ＤＭＤ素子４が設けられる第１の面と第１の面の反対側の第２の面とを有し、第１の面と第２の面を貫通して開口部が設けられている。ＤＭＤ素子４は、多層回路基板１４に設けられた開口部を放熱部９が覆うように配置され、多層回路基板１４とは素子端子９により電気的に接続されている。多層回路基板１４は、回路ビア１５及びサーマルビア１２ａを有している。回路ビア１５は、多層回路基板１４の各層の回路を接続している。サーマルビア１２ａは、多層回路基板１４の第１の面から第２の面へ貫通して設けられ、一端がＤＭＤ素子４の実装面８の端子部１１における設置点１３の位置に伝熱接続され、他端はヒートシンク１６に第１のサーマルパッド１７ａを介して伝熱接続している。

ヒートシンク１６は、多層回路基板１４側の面に凸部が設けられ、反対側の面にフィン１９が取り付けられている。凸部の周囲をベース部と呼び、ベース部の上の面をベース面１８と呼ぶものとする。凸部はベース面１８で囲まれたベース面１８よりも高くなった形状の部分である。凸部の上面２０とベース面１８とは平行であり、凸部の上面２０とベース面１８との高さの差は、多層回路基板１４の厚み、貫通する開口部（貫通穴）の高さとほぼ同じである。なお、フィン１９は、ヒートシンク１６の一部として一体に形成されていても良いし、ヒートシンク１６とは別体であって、固定するようになっていても良いのは言うまでもない。また、フィン１９の代わりに例えば液冷パイプ等の冷却部でヒートシンク１６を冷却するようになっていても構わない。第２のサーマルパッド１７ｂと伝熱接続している凸部の上面２０は、ＤＭＤ素子４の放熱部９と同じ縦横比になっており、多層回路基板１４に設けられた開口部に挿入され、第２のサーマルパッド１７ｂを介してＤＭＤ素子４と伝熱接続することにより放熱部９からの熱を放熱する。また、凸部の周囲のベース部は、第１のサーマルパッド１７ａを介して、多層回路基板１４の第２の面と伝熱接続している。

本実施の形態の第１のサーマルパッド１７ａ及び第２のサーマルパッド１７ｂは、熱伝導率の高いシートで、例えば弾性をもつ熱伝導率の高いゴムなどである。また、本実施の形態では、第１のサーマルパッド１７ａ及び第２のサーマルパッド１７ｂの両方を設ける場合で説明したが、これに限るものではなく、どちらかだけでも良い。

本実施の形態のサーマルビア１２ａは、銅でめっきされているが、他の物質でめっきしても良い。又、サーマルビア１２ａの中は、はんだなどの物質で埋めても良い。

ＤＭＤ素子４で生じた熱の移動経路は、ヒートシンク１６の凸部の上面２０を通過する経路及び多層回路基板１４とヒートシンク１６のベース面１８を通過する経路の２通りある。サーマルビア１２ａを備えていない場合、多層回路基板１４とヒートシンク１６のベース面１８を通過する熱は、一般的に熱伝導率が高い電気信号の移動経路を通過することになる。しかしながら、多層回路基板１４の各層の間にある絶縁体の部分は、熱伝導率が低いため、経路全体の熱抵抗が大きくなる。したがって、多層回路基板１４とヒートシンク１６のベース面１８を通過する熱量は少ない。それに対し、本実施の形態に係る投写型表示装置１００では、多層回路基板１４を貫通するサーマルビア１２ａを備えることにより、多層回路基板１４とヒートシンク１６のベース面１８を通過する経路の熱抵抗が低下し、ヒートシンク１６の凸部の上面２０を通過する熱に加えて多層回路基板１４とヒートシンク１９のベース面１８を通過する熱が増加するため、放熱を促進することができる。

なお、ヒートシンク１６の凸部の上面２０を通過する熱がベース面１８を通過する熱に比べて大きいことから、ヒートシンク１６の凸部の上面２０では単位面積あたりの熱移動量の値が大きくなっており、放熱部９とヒートシンク１６の凸部の上面２０の温度差及び熱を拡散させる部位であるヒートシンク１６の凸部の上面２０とヒートシンク１６の平均温度の温度差が高くなる。そこで、多層回路基板１４とヒートシンク１６のベース面１８を通過する熱量を増やすことにより、単位面積あたりの熱移動量の値を小さくすることにより、放熱部９とヒートシンク１６の凸部、ヒートシンク１６の凸部の上面２０とヒートシンク１６の平均温度の温度差を低くすることができＤＭＤ素子４の温度を低下させることができる。

サーマルビア１２ａは、ＤＭＤ素子４の電気信号回路の絶縁を満足するために、放熱部９に対して、１ｍｍ程度の間隔をおいて設置する必要がある。

ヒートシンク１６は、例えば、自然空冷や強制空冷などによって外気へと熱が放出される。本実施の形態によると熱の移動経路は、放熱部９から第２のサーマルパッド１７ｂを介してヒートシンク１６の凸部の上面２０へと到達し外気へと放出されるだけではなく、設置点１３を介してサーマルビア１２ａを通過し、第１のサーマルパッド１７ａを介してヒートシンク１６のベース面１８へと到達する経路が加わることによって、ＤＭＤ素子４とヒートシンク１６の間の熱抵抗が低下するという特徴をもつ。

また、第１のサーマルパッド１７ａ及び第２のサーマルパッド１７ｂは、多層回路基板１４とヒートシンク１６の熱膨張率の差による変形を吸収するという機能を持つ。したがって、本実施の形態によれば、熱膨張率の差による変形が生じても、ヒートシンク１６の凸部の上面２０とＤＭＤ素子４との接触及びヒートシンク１６のベース面１８と多層回路基板１４との接触を維持し続けることができる。

本実施の形態によると、高効率に放熱できる投写型表示装置１００を得ることができるので、高い放熱効率が求められる車載用としても採用できる。なお、図１に示したミラーの数及び配置並びに光路の設け方といった投写型表示装置１００の構成は、一例である。また、本実施の形態では、光源として発光ダイオードを用いているが、半導体レーザ及びランプなどを用いても良い。

実施の形態２．
図５及び図６は、本実施の形態に係る投写型表示装置が備えるＤＭＤ素子４及びＤＭＤ素子４の放熱構造を示す。なお、図５は、図２におけるＡ−Ａに相当する位置での断面図で、実施の形態１における図３に相当する。また、図６は、図２におけるＢ−Ｂに相当する位置での断面図で、実施の形態１における図４に相当する。本実施の形態は、実施の形態１に比べて、サーマルビア１２ｂの設置領域が異なり、それ以外の部分は実施の形態１と同じである。

サーマルビア１２ｂは、多層回路基板１４におけるＤＭＤ素子４の実装面８に覆われた領域の周囲にもさらに設けられている。すなわち、本実施の形態は、サーマルビア１２ｂの設置範囲が実施の形態１に比べて広くなっている。したがって、多層回路基板１４の熱伝導率が大きくなることによって、単位面積当たりの熱移動量がより低下してヒートシンク１６の凸部の上面２０やヒートシンク１６のベース面１８に伝わるために、接触部における熱抵抗の影響及びヒートシンク１６における熱拡散による温度差を大幅に低下させることができ、放熱効率が向上する。

サーマルビア１２ｂの設置範囲は、第１のサーマルパッド１７ａを介してヒートシンク１６のベース部と伝熱接続する全範囲に広げても良いが、図５に示す設置範囲と効果は変わらない。

なお、上記の実施の形態１及び２では、回路基板が多層の場合について説明したが、単層であっても良いのは言うまでも無い。

４ ＤＭＤ素子、 ５ ミラー面、 ８ 実装面、 ９ 放熱部、 １０ 素子端子、
１１ 端子部、 １２ａ サーマルビア、 １２ｂ サーマルビア、
１４ 多層回路基板、 １６ ヒートシンク、 １７ａ 第１のサーマルパッド、
１７ｂ 第２のサーマルパッド、 １００ 投写型表示装置

Claims (4)

1. 入射光を反射して表示画像を形成するミラー面とは反対側の実装面に、内部からの熱を放熱する放熱部と前記放熱部の周囲に設けられ複数の素子端子を有する端子部とが配置されたＤＭＤ素子と、
   一方の面に前記ＤＭＤ素子が実装され、前記ＤＭＤ素子の前記放熱部が覆う領域に前記一方の面から他方の面に貫通する開口部を有する回路基板と、
   前記開口部に挿入された凸部と前記凸部の周囲に設けられたベース部とを有し、それぞれ前記放熱部と前記端子部とからの熱を放熱するヒートシンクと、
   を備え、
   前記回路基板は、前記開口部の周囲に前記一方の面から前記他方の面まで貫通するサーマルビアを有し、
   前記サーマルビアは、一端が前記ＤＭＤ素子の前記端子部における前記素子端子の設置されていない領域と伝熱接続すると共に、他端が前記ヒートシンクの前記ベース部と伝熱接続すること
   を特徴とする投写型表示装置。
2. 前記サーマルビアが、前記回路基板における前記ＤＭＤ素子の前記実装面に覆われた領域の周囲にさらに設けられていること
   を特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記ＤＭＤ素子の前記放熱部と前記ヒートシンクの前記凸部との間に第１のサーマルパッドを備え、
   前記第１のサーマルパッドを介して伝熱接続していること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 前記回路基板と前記ヒートシンクとの間に第２のサーマルパッドを備え、
   前記第２のサーマルパッドを介して伝熱接続していること
   を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の投写型表示装置。

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