JP2017033779A - 光源装置、表示装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体発光素子を効率的に冷却し、かつ、基板上のリード端子接続部近傍への塵埃の付着を抑制する。
【解決手段】光源ユニット1は、マトリクス状に配置された複数の半導体発光素子2と、半導体発光素子2の列毎に設けられ、該列の半導体発光素子それぞれのリード端子と電気的に接続される複数の素子接続基板5と、半導体発光素子2と素子接続基板5との間に設けられ、各半導体発光素子のリード端子を個別に貫通させる貫通孔を備えた素子保持部材3と、素子保持部材3とともに素子接続基板5を挟持する放熱部材6と、素子保持部材3に接して設けられた複数のヒートパイプ4と、を有する。各半導体発光素子2のリード端子2bはそれぞれ素子接続基板5を貫通し、放熱部材6は、各素子接続基板5を貫通した各リード端子2bを収容する複数の凹部6cを備える。
【選択図】図5B
【解決手段】光源ユニット1は、マトリクス状に配置された複数の半導体発光素子2と、半導体発光素子2の列毎に設けられ、該列の半導体発光素子それぞれのリード端子と電気的に接続される複数の素子接続基板5と、半導体発光素子2と素子接続基板5との間に設けられ、各半導体発光素子のリード端子を個別に貫通させる貫通孔を備えた素子保持部材3と、素子保持部材3とともに素子接続基板5を挟持する放熱部材6と、素子保持部材3に接して設けられた複数のヒートパイプ4と、を有する。各半導体発光素子2のリード端子2bはそれぞれ素子接続基板5を貫通し、放熱部材6は、各素子接続基板5を貫通した各リード端子2bを収容する複数の凹部6cを備える。
【選択図】図5B
Description
本発明は、半導体発光素子を備えた光源装置、それを用いた表示装置及び電子機器に関する。
プロジェクタや液晶ディスプレイなどの表示装置において、光源として、LED(Light Emitting Diode)やLD(Laser Diode)などの半導体発光素子が用いられている。
一般に、半導体発光素子は、発光する際に熱を発し、それに伴って素子自体の温度が上昇する。半導体発光素子の温度が上昇すると、発光効率が低下して、半導体発光素子より出力される光の量(光量)が低下する。また、半導体発光素子の温度上昇のために、半導体発光素子の寿命が短くなる場合もある。このような理由から、半導体発光素子を冷却することが必要である。
一般に、半導体発光素子は、発光する際に熱を発し、それに伴って素子自体の温度が上昇する。半導体発光素子の温度が上昇すると、発光効率が低下して、半導体発光素子より出力される光の量(光量)が低下する。また、半導体発光素子の温度上昇のために、半導体発光素子の寿命が短くなる場合もある。このような理由から、半導体発光素子を冷却することが必要である。
特許文献1に、半導体発光素子を冷却することができる光源装置が記載されている。この光源装置は、複数の半導体発光素子と、各半導体発光素子を保持する保持部材と、各半導体発光素子のリード端子と電気的に接続される基板と、各半導体発光素子の底面に接するように設けられたヒートシンクとを有する。
リード端子は、半導体発光素子の底面に設けられており、その底面に垂直な方向に伸びている。基板は、半導体発光素子の底面に対して基板面が垂直になるように配置されており、各半導体発光素子のリード端子の側面が基板面に当接される。ヒートシンクの半導体発光素子側の面(受熱面)には、基板を収容するための溝部が形成されている。ヒートシンクの溝部が形成された面とは反対側の面(放熱面)には、放熱用のフィンが形成されている。
リード端子は、半導体発光素子の底面に設けられており、その底面に垂直な方向に伸びている。基板は、半導体発光素子の底面に対して基板面が垂直になるように配置されており、各半導体発光素子のリード端子の側面が基板面に当接される。ヒートシンクの半導体発光素子側の面(受熱面)には、基板を収容するための溝部が形成されている。ヒートシンクの溝部が形成された面とは反対側の面(放熱面)には、放熱用のフィンが形成されている。
上記の光源装置では、半導体発光素子にて生じた熱はヒートシンクの受熱面から放熱面に伝導し、放熱用のフィンにて放熱される。一般的に、光源装置の外部からフィルタを介して表示装置内に取り込まれた空気流が、放熱用のフィンを冷却する冷却風として用いられる。
ヒートシンクの放熱性能は、受熱面から放熱面までの間の伝熱量に依存し、この伝熱量が多いほど、高い冷却効果を得られる。一般に、伝熱量は、熱の伝導経路の面積及び距離(以下、それぞれ熱伝導面積、熱伝導距離と称す。)と材料の熱伝導率とに基づいて決定される。伝熱量を多くするためには、熱伝導面積が大きく、熱伝導距離が短いことが望まく、熱伝導率は大きなことが望ましい。ここで、熱伝導面積とは、伝導経路の断面の面積を示す。
ヒートシンクの放熱性能は、受熱面から放熱面までの間の伝熱量に依存し、この伝熱量が多いほど、高い冷却効果を得られる。一般に、伝熱量は、熱の伝導経路の面積及び距離(以下、それぞれ熱伝導面積、熱伝導距離と称す。)と材料の熱伝導率とに基づいて決定される。伝熱量を多くするためには、熱伝導面積が大きく、熱伝導距離が短いことが望まく、熱伝導率は大きなことが望ましい。ここで、熱伝導面積とは、伝導経路の断面の面積を示す。
しかし、特許文献1に記載の光源装置においては、熱の伝導経路の部分に、基板を収容する溝部が形成されているため、熱伝導面積が小さく、熱伝導距離も長い。このため、放熱性能が低いという問題がある。
さらに、基板を収容する溝部内の空間は外部空間と連通しているため、フィルタを通過した微小な塵埃が溝部内に流入する。その結果、基板上のリード端子接続部近傍に塵埃が付着して、短絡等の不具合が生じる場合がある。
本発明の目的は、半導体発光素子を効率的に冷却することができ、かつ、基板上のリード端子接続部近傍への塵埃の付着を抑制することができる光源装置、及びそれを備えた電子機器及び表示装置を提供することにある。
さらに、基板を収容する溝部内の空間は外部空間と連通しているため、フィルタを通過した微小な塵埃が溝部内に流入する。その結果、基板上のリード端子接続部近傍に塵埃が付着して、短絡等の不具合が生じる場合がある。
本発明の目的は、半導体発光素子を効率的に冷却することができ、かつ、基板上のリード端子接続部近傍への塵埃の付着を抑制することができる光源装置、及びそれを備えた電子機器及び表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
マトリクス状に配置された複数の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の列毎に設けられ、該列の半導体発光素子それぞれのリード端子と電気的に接続される複数の素子接続基板と、
前記複数の半導体発光素子と前記複数の素子接続基板との間に設けられ、各半導体発光素子のリード端子を個別に貫通させる貫通孔を備えた第1の熱伝導部材と、
前記第1の熱伝導部材とともに前記複数の素子接続基板を挟持する第2の熱伝導部材と、
前記第1の熱伝導部材に接して設けられた中空の冷却部と、を有し、
前記各半導体発光素子のリード端子はそれぞれ前記素子接続基板を貫通し、前記第2の熱伝導部材は、各素子接続基板を貫通した各リード端子を収容する複数の凹部を備える、光源装置が提供される。
マトリクス状に配置された複数の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の列毎に設けられ、該列の半導体発光素子それぞれのリード端子と電気的に接続される複数の素子接続基板と、
前記複数の半導体発光素子と前記複数の素子接続基板との間に設けられ、各半導体発光素子のリード端子を個別に貫通させる貫通孔を備えた第1の熱伝導部材と、
前記第1の熱伝導部材とともに前記複数の素子接続基板を挟持する第2の熱伝導部材と、
前記第1の熱伝導部材に接して設けられた中空の冷却部と、を有し、
前記各半導体発光素子のリード端子はそれぞれ前記素子接続基板を貫通し、前記第2の熱伝導部材は、各素子接続基板を貫通した各リード端子を収容する複数の凹部を備える、光源装置が提供される。
本発明の別の態様によれば、上記光源装置を備えた電子機器が提供される。
本発明のさらに別の態様によれば、上記装置と、入力映像信号に応じて前記光源装置からの光束を変調して画像を表示する表示部と、を有する、表示装置が提供される。
本発明のさらに別の態様によれば、上記装置と、入力映像信号に応じて前記光源装置からの光束を変調して画像を表示する表示部と、を有する、表示装置が提供される。
本発明によれば、半導体発光素子を効率的に冷却することができ、かつ、基板上のリード端子接続部近傍への塵埃の付着を抑制することができる。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態である光源ユニットを示す斜視図であり、図2は、図1に示した光源ユニットの主要部を示す斜視図である。
図1及び図2を参照すると、光源ユニット1は、複数の半導体発光素子2、素子保持部材3、複数のヒートパイプ4、複数の素子接続基板5、及び放熱部材6を有する。素子保持部材3は第1の熱伝導部材と呼ぶことができ、放熱部材6は第2の熱伝導部材と呼ぶことができる。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態である光源ユニットを示す斜視図であり、図2は、図1に示した光源ユニットの主要部を示す斜視図である。
図1及び図2を参照すると、光源ユニット1は、複数の半導体発光素子2、素子保持部材3、複数のヒートパイプ4、複数の素子接続基板5、及び放熱部材6を有する。素子保持部材3は第1の熱伝導部材と呼ぶことができ、放熱部材6は第2の熱伝導部材と呼ぶことができる。
素子保持部材3は、複数の半導体発光素子2を保持する。素子保持部材3と放熱部材6は互いに対向し、これら素子保持部材3及び放熱部材6の間に、素子接続基板5とヒートパイプ4が交互に一定の間隔で配置されている。
ヒートパイプ4は、冷媒として内部に少量の液体を保有し、密閉されている。発熱部である半導体発光素子2で発生した熱は、ヒートパイプ4内部の液体が蒸発し気体になる際に、冷媒に吸収される。
ヒートパイプ4の両端部には放熱フィン4aが設けられている。気体になった冷媒は、ヒートパイプ4内の空洞部を移動し、放熱フィン4a近傍に到達し、放熱フィン4aへと放熱する。放熱した冷媒は、凝縮し気体から液体になり、内壁を伝わり加熱部である半導体発光素子2近傍に到達し、再び蒸発する。ヒートパイプ4の内壁には、微小な溝構造や多孔質構造が設けられ、液体の毛細管現象を利用することで、加熱部が放熱部に対して重力方向の上側に配置されても、重力方向下側の放熱部で凝縮された液体が、重力方向上側の加熱部に戻ることができる。
ヒートパイプ4は、蒸発と凝縮の潜熱を利用することで、加熱部と放熱部の温度差を小さくでき、その結果、効率よく放熱を行うことができる。
ヒートパイプ4は、冷媒として内部に少量の液体を保有し、密閉されている。発熱部である半導体発光素子2で発生した熱は、ヒートパイプ4内部の液体が蒸発し気体になる際に、冷媒に吸収される。
ヒートパイプ4の両端部には放熱フィン4aが設けられている。気体になった冷媒は、ヒートパイプ4内の空洞部を移動し、放熱フィン4a近傍に到達し、放熱フィン4aへと放熱する。放熱した冷媒は、凝縮し気体から液体になり、内壁を伝わり加熱部である半導体発光素子2近傍に到達し、再び蒸発する。ヒートパイプ4の内壁には、微小な溝構造や多孔質構造が設けられ、液体の毛細管現象を利用することで、加熱部が放熱部に対して重力方向の上側に配置されても、重力方向下側の放熱部で凝縮された液体が、重力方向上側の加熱部に戻ることができる。
ヒートパイプ4は、蒸発と凝縮の潜熱を利用することで、加熱部と放熱部の温度差を小さくでき、その結果、効率よく放熱を行うことができる。
図3A〜図3Cに、半導体発光素子2の一例を模式的に示す。図3Aは側面図、図3Bは半導体発光素子2を底面側から見た斜視図、図3Cは半導体発光素子2を上面側から見た斜視図である。
図3A〜図3Cに示すように、半導体発光素子2は、放熱面である底面2aを有し、一対のリード端子2bが底面2aに設けられている。一対のリード端子2bは、底面2aに垂直な方向に伸びている。一対のリード端子2bを通電させると、半導体発光素子2が発光し、光が光出射用窓2cから射出される。
素子保持部材3は、受熱面である第1の面と、第1の面とは反対側の面である第2の面と、これら第1及び第2の面を貫通する複数の開口を有する。複数の半導体発光素子2は、素子保持部材3の第1の面上に規則的に配置されている。第1及び第2の面を貫通する開口は半導体発光素子2毎に設けられており、各半導体発光素子2のリード端子2bはそれぞれ、対応する開口を介して素子保持部材3を貫通する。半導体発光素子2の底面2aは、熱伝導グリスなどを介して素子保持部材3の第1の面(受熱面)に設置されている。これにより、半導体発光素子2にて発生した熱を、底面2aから素子保持部材3へ効率よく伝導させることができる。
図3A〜図3Cに示すように、半導体発光素子2は、放熱面である底面2aを有し、一対のリード端子2bが底面2aに設けられている。一対のリード端子2bは、底面2aに垂直な方向に伸びている。一対のリード端子2bを通電させると、半導体発光素子2が発光し、光が光出射用窓2cから射出される。
素子保持部材3は、受熱面である第1の面と、第1の面とは反対側の面である第2の面と、これら第1及び第2の面を貫通する複数の開口を有する。複数の半導体発光素子2は、素子保持部材3の第1の面上に規則的に配置されている。第1及び第2の面を貫通する開口は半導体発光素子2毎に設けられており、各半導体発光素子2のリード端子2bはそれぞれ、対応する開口を介して素子保持部材3を貫通する。半導体発光素子2の底面2aは、熱伝導グリスなどを介して素子保持部材3の第1の面(受熱面)に設置されている。これにより、半導体発光素子2にて発生した熱を、底面2aから素子保持部材3へ効率よく伝導させることができる。
素子接続基板5は、半導体発光素子2の列ごとに設けられており、各列の半導体発光素子2のリード端子2bは、それぞれ対応する素子接続基板5に電気的に接続される。各半導体発光素子2のリード端子2bは、素子接続基板5を貫通する。
素子接続基板5の一端には、不図示の電源への接続のためのコネクタ5aが設けられている。コネクタ5aを電源に接続すると、電流が素子接続基板5を介して半導体発光素子2のリード端子2bに供給され、その結果、半導体発光素子2が発光する。
放熱部材6は、第3及び第4の面を備える。放熱部材6の第3の面と素子保持部材3の第2の面とで素子接続基板5の両面を挟んでおり、放熱部材6の第4の面には、放熱部である放熱フィン6dが設けられている。半導体発光素子2から素子保持部材3に伝わった熱の一部は、素子接続基板5を介して放熱部材6へと伝わり、放熱フィン6dにて放熱される。
素子接続基板5の一端には、不図示の電源への接続のためのコネクタ5aが設けられている。コネクタ5aを電源に接続すると、電流が素子接続基板5を介して半導体発光素子2のリード端子2bに供給され、その結果、半導体発光素子2が発光する。
放熱部材6は、第3及び第4の面を備える。放熱部材6の第3の面と素子保持部材3の第2の面とで素子接続基板5の両面を挟んでおり、放熱部材6の第4の面には、放熱部である放熱フィン6dが設けられている。半導体発光素子2から素子保持部材3に伝わった熱の一部は、素子接続基板5を介して放熱部材6へと伝わり、放熱フィン6dにて放熱される。
次に、光源ユニット1の主要部である、半導体発光素子2、素子保持部材3、ヒートパイプ4、素子接続基板5及び放熱部材6からなる部分の具体的な構造について説明する。
図4A〜図4Cは、光源ユニット1の主要部の構成を示す三面図であって、図4Aは放熱部材6側から見た場合の平面図、図4Bは正面図、図4Cは側面図である。図5Aは、図4Bの一点鎖線A−Aで示した部分の断面図である。図5Bは、図5Aの一部を拡大した断面図である。図6Aは半導体発光素子2側から見た場合の平面図、図6Bは、図6Aの一点鎖線B−Bで示した部分の断面図、図6Cは、図6Bの一部を拡大した断面図である。
以下、図4A〜図4C、図5A、図5B、図6A〜図6Cを参照して、光源ユニット1の主要部の構成を具体的に説明する。
図4A〜図4Cは、光源ユニット1の主要部の構成を示す三面図であって、図4Aは放熱部材6側から見た場合の平面図、図4Bは正面図、図4Cは側面図である。図5Aは、図4Bの一点鎖線A−Aで示した部分の断面図である。図5Bは、図5Aの一部を拡大した断面図である。図6Aは半導体発光素子2側から見た場合の平面図、図6Bは、図6Aの一点鎖線B−Bで示した部分の断面図、図6Cは、図6Bの一部を拡大した断面図である。
以下、図4A〜図4C、図5A、図5B、図6A〜図6Cを参照して、光源ユニット1の主要部の構成を具体的に説明する。
素子保持部材3は、第1の面3aと、第2の面3bと、これら第1の面3a及び第2の面3bを貫通する複数の開口3cとを有する。第1の面3a及び第2の面3bは互いに平行(又は略平行)である。半導体発光素子2の底面2aは、例えば、半田や熱伝導グリスなどを介して第1の面3aに設置される。
各半導体発光素子2のリード端子2bは、開口3cを介して素子保持部材3を貫通し、素子接続基板5と電気的に接続されている。半導体発光素子2の底面2aと素子保持部材3の開口3cと素子接続基板5の一方の面とで形成される空間は、外部から閉ざされているため、塵埃などがその空間内に流入することはない。
なお、開口3cは熱の伝導経路内に含まれており、開口3cが大きいと、熱伝導面積が減少する。このため、リード端子2bが開口3cの内壁に接触しない範囲で、開口3cをできるだけ小さくすることが望ましい。
各半導体発光素子2のリード端子2bは、開口3cを介して素子保持部材3を貫通し、素子接続基板5と電気的に接続されている。半導体発光素子2の底面2aと素子保持部材3の開口3cと素子接続基板5の一方の面とで形成される空間は、外部から閉ざされているため、塵埃などがその空間内に流入することはない。
なお、開口3cは熱の伝導経路内に含まれており、開口3cが大きいと、熱伝導面積が減少する。このため、リード端子2bが開口3cの内壁に接触しない範囲で、開口3cをできるだけ小さくすることが望ましい。
素子保持部材3の第2の面3bは、素子接続基板5の一方の面と接する第1の領域と、ヒートパイプ4の側面と接する第2の領域とを有する。開口3cは、第1の領域に設けられている。第2の領域は、ヒートパイプ4の側面を覆う、断面の形状が半円状(又は円弧状)の面を備えた溝部3dを有する。ヒートパイプ4は、例えば、半田や熱伝導グリスなどを介して溝部3dに設置される。
放熱部材6は、ベース面である第3の面6aと、その反対側の面である第4の面6bを有する。第3の面6aは、素子保持部材3の第2の面3bの第1の領域と対向する位置に、ベース面から素子接続基板5側へ高さhだけ突き出した突出し部6cを有する。突出し部6cは、素子接続基板5の他方の面に接しており、リード端子2bの素子接続基板5の他方の面から突出した部分を覆う凹部を有する。この凹部の開口と素子接続基板5の他方の面とで形成された空間は、外部から閉ざされているため、塵埃などがその空間内に流入することはない。素子保持部材3の開口3cと同様、この凹部の開口も熱の伝導経路内に含まれるため、リード端子2bが開口の内壁に接触しない範囲で、開口をできるだけ小さくすることが望ましい。凹部の開口の大きさは、素子保持部材3の開口3cの大きさと同じでもよい。
放熱部材6は、ベース面である第3の面6aと、その反対側の面である第4の面6bを有する。第3の面6aは、素子保持部材3の第2の面3bの第1の領域と対向する位置に、ベース面から素子接続基板5側へ高さhだけ突き出した突出し部6cを有する。突出し部6cは、素子接続基板5の他方の面に接しており、リード端子2bの素子接続基板5の他方の面から突出した部分を覆う凹部を有する。この凹部の開口と素子接続基板5の他方の面とで形成された空間は、外部から閉ざされているため、塵埃などがその空間内に流入することはない。素子保持部材3の開口3cと同様、この凹部の開口も熱の伝導経路内に含まれるため、リード端子2bが開口の内壁に接触しない範囲で、開口をできるだけ小さくすることが望ましい。凹部の開口の大きさは、素子保持部材3の開口3cの大きさと同じでもよい。
突出し部6cは、素子接続基板5毎に形成されている。第3の面6aの突出し部6c以外の領域は、素子保持部材3の第2の面3bの第2の領域と対向しており、これら対向領域により囲まれた空間内に、ヒートパイプ4が収容される。突出し部6cを第3の面6aに設けたことで、ヒートパイプ4が放熱部材6と干渉することを抑制し、放熱部材6を素子接続基板5と確実に接触させることができる。放熱部材6の第4の面6bには、放熱部である放熱フィン6dが形成されている。
素子保持部材3及び放熱部材6の材料として、熱伝導性の高い材料、例えば、金属、セラミック、グラファイト、シリコンなどを用いることができる。素子保持部材3及び放熱部材6は同じ材料で形成されてもよい。
素子保持部材3及び放熱部材6の材料として、熱伝導性の高い材料、例えば、金属、セラミック、グラファイト、シリコンなどを用いることができる。素子保持部材3及び放熱部材6は同じ材料で形成されてもよい。
以上説明した光源ユニット1によれば、半導体発光素子2にて生じた熱は、第1及び第2の熱伝導経路のいずれかを経て放熱される。第1の熱伝導経路では、熱は、素子保持部材3、素子接続基板5及び放熱部材6を順次伝導し、放熱フィン6dにて放熱される。一方、第2の熱伝導経路では、熱は、素子保持部材3からヒートパイプ4に伝導し、ヒートパイプ4内の液体を介して放熱フィン4aまで輸送され、放熱フィン4aにて放熱される。これら第1及び第2の熱伝導経路を用いた放熱によれば、半導体発光素子2を効率的に冷却することができる。
第1の熱伝導経路において、素子接続基板5は、素子保持部材3の第2の面3bに対して平行に配置されているので、特許文献1に記載の光源装置と比較して、熱伝導距離を短くできる。さらに、第1の熱伝導経路は、リード端子2bを収容する開口を含むが、その開口の大きさは、特許文献1に記載の光源装置における、基板を収容する溝部よりも格段に小さいので、熱伝導面積を特許文献1に記載の光源装置のものよりも大きくすることができる。このように、第1の熱伝導経路では、熱伝導面積をできるだけ大きくし、熱伝導距離をできるだけ短くすることで、放熱性能の向上を図っている。
第1の熱伝導経路において、素子接続基板5は、素子保持部材3の第2の面3bに対して平行に配置されているので、特許文献1に記載の光源装置と比較して、熱伝導距離を短くできる。さらに、第1の熱伝導経路は、リード端子2bを収容する開口を含むが、その開口の大きさは、特許文献1に記載の光源装置における、基板を収容する溝部よりも格段に小さいので、熱伝導面積を特許文献1に記載の光源装置のものよりも大きくすることができる。このように、第1の熱伝導経路では、熱伝導面積をできるだけ大きくし、熱伝導距離をできるだけ短くすることで、放熱性能の向上を図っている。
また、半導体発光素子2の底面2aと素子保持部材3の開口3cと素子接続基板5の一方の面とで形成される空間と、放熱部材6の突出し部6cの開口と素子接続基板5の他方の面とで形成された空間は、いずれも外部から閉ざされている。素子接続基板5のリード端子接続部近傍は、それら外部から閉ざされた空間内に配置されているので、素子接続基板5のリード端子接続部近傍に塵埃等が付着することを抑制できる。
なお、素子接続基板5は第1の熱伝導経路内に含まれるため、素子接続基板5の厚み方向の熱抵抗をできるだけ小さくして、第1の熱伝導経路の熱抵抗を小さくすることが望ましい。
なお、素子接続基板5は第1の熱伝導経路内に含まれるため、素子接続基板5の厚み方向の熱抵抗をできるだけ小さくして、第1の熱伝導経路の熱抵抗を小さくすることが望ましい。
通常、素子接続基板5は、銅などの金属で形成される導電部の両面を、ガラス基材やエポキシ樹脂を使用した絶縁部で挟んだ構造である。この構造では、ガラス基材やエポキシ樹脂は熱伝導率が低いため、第1の熱伝導経路の熱抵抗が大きくなる。第1の熱伝導経路の熱抵抗を小さくするために、例えば、素子接続基板5として、フレキシブル基板やセラミック基板を用いることができる。
フレキシブル基板は、絶縁部にフィルム状の絶縁素材を使用した構造であり、その厚みは、ガラス基材やエポキシ樹脂を使用した基板よりも薄い。基板の厚みは、製品によって異なるが、一般的に、ガラス基材やエポキシ樹脂を使用した基板の厚みが1〜1.5mm程度であるのに対し、フレキシブル基板の厚みは0.1〜0.15mm程度である。使用する材料や構成にもよるが、ガラス基材やエポキシ樹脂を使用した基板と比較して、素子接続基板5としてフレキシブル基板を使用することで、熱抵抗を1/10程度に下げることができる。
セラミック基板は、絶縁部にセラミックを用いた構造である。エポキシ樹脂の熱伝導率が0.3W/mK程度であるのに対し、セラミック基板に用いられるセラミックの熱伝導率は20W/mK程度から200W/mK以上である。このため、エポキシ樹脂を使用した基板と比較して、セラミック基板を用いた場合は、同じ厚みであっても、熱抵抗を1/60〜1/200程度に下げることができる。
素子接続基板5は、フレキシブル基板やセラミック基板に限定されない。基板の厚みを薄くすることができ、絶縁部の熱伝導率を高くすることができるのであれば、素子接続基板5として、どのような基板を用いても良い。
フレキシブル基板は、絶縁部にフィルム状の絶縁素材を使用した構造であり、その厚みは、ガラス基材やエポキシ樹脂を使用した基板よりも薄い。基板の厚みは、製品によって異なるが、一般的に、ガラス基材やエポキシ樹脂を使用した基板の厚みが1〜1.5mm程度であるのに対し、フレキシブル基板の厚みは0.1〜0.15mm程度である。使用する材料や構成にもよるが、ガラス基材やエポキシ樹脂を使用した基板と比較して、素子接続基板5としてフレキシブル基板を使用することで、熱抵抗を1/10程度に下げることができる。
セラミック基板は、絶縁部にセラミックを用いた構造である。エポキシ樹脂の熱伝導率が0.3W/mK程度であるのに対し、セラミック基板に用いられるセラミックの熱伝導率は20W/mK程度から200W/mK以上である。このため、エポキシ樹脂を使用した基板と比較して、セラミック基板を用いた場合は、同じ厚みであっても、熱抵抗を1/60〜1/200程度に下げることができる。
素子接続基板5は、フレキシブル基板やセラミック基板に限定されない。基板の厚みを薄くすることができ、絶縁部の熱伝導率を高くすることができるのであれば、素子接続基板5として、どのような基板を用いても良い。
第2の熱伝導経路の熱抵抗を小さくすために、素子保持部品3とヒートパイプ4の接触面積を大きくし、ヒートパイプ4と半導体発光素子2の底面2aとの距離を短くすることが望ましい。ヒートパイプ4の断面形状が円形である場合、溝部3dの断面形状を半円形状にし、素子接続基板5の一方の面を含む平面がヒートパイプ4の中心を通る構造とする。これにより、素子保持部品3とヒートパイプ4の接触面積を大きくすることができ、かつ、ヒートパイプ4と半導体発光素子2の底面2aとの距離を短くすることができる。この場合、突出し部6cの高さhと素子接続基板5の厚さとの和が、ヒートパイプ5の半径以上であれば、ヒートパイプ4が放熱部材6と干渉することなく、放熱部材6を素子接続基板5と確実に接触させることができる。
半導体発光素子2の底面2aに垂直な方向において、素子接続基板5は、ヒートパイプ4の、素子保持部品3の第1の面3a(受熱面)に最も近い下端と、放熱部材6に最も近い上端との間に設置されることが望ましい。この位置関係によれば、第2の熱伝導経路の熱抵抗を低減するために、ヒートパイプ4を素子保持部品3の第1の面3a(受熱面)に近づけることができ、かつ、第1の熱伝導経路における熱伝導距離を短くすることができる。よって、半導体発光素子2を効率よく冷却できる。
半導体発光素子2の底面2aに垂直な方向において、素子接続基板5は、ヒートパイプ4の、素子保持部品3の第1の面3a(受熱面)に最も近い下端と、放熱部材6に最も近い上端との間に設置されることが望ましい。この位置関係によれば、第2の熱伝導経路の熱抵抗を低減するために、ヒートパイプ4を素子保持部品3の第1の面3a(受熱面)に近づけることができ、かつ、第1の熱伝導経路における熱伝導距離を短くすることができる。よって、半導体発光素子2を効率よく冷却できる。
(投写型表示装置)
次に、光源ユニット1を備えた投写型表示装置について説明する。
図7は、投写型表示装置の外観図である。図8Aは、光源ユニット側から見た光学エンジンの斜視図である。図8Bは、光源ユニット側とは反対の側から見た光学エンジンの斜視図である。
図7、図8A及び図8Bを参照すると、投写型表示装置10は、光学エンジン11を収容した筐体10aを備える。光学エンジン11は、光源ユニット1、投写レンズ12、表示素子であるデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を備えたDMD基板13、DMDヒートシンク14及び光源冷却ファン15を有する。光学エンジン11以外の構成については、よく知られているので、ここでは、その説明は省略する。
図示していないが、光学エンジン11の内部には、レンズ、ミラー、カラーホイール、蛍光体ホイールなどの光学部品が配置されおり、光源ユニット1から出射された光はそれら光学部品を介してDMDに照射される。DMDは、複数の小型ミラーからなるミラーアレイを備え、入力映像信号に基づいて、各ミラーの動作を制御することで、入射光を空間的に変調して画像を形成する。投写レンズ12は、DMDにて形成された画像をスクリーンや壁面などの投写面上に拡大投写する。
次に、光源ユニット1を備えた投写型表示装置について説明する。
図7は、投写型表示装置の外観図である。図8Aは、光源ユニット側から見た光学エンジンの斜視図である。図8Bは、光源ユニット側とは反対の側から見た光学エンジンの斜視図である。
図7、図8A及び図8Bを参照すると、投写型表示装置10は、光学エンジン11を収容した筐体10aを備える。光学エンジン11は、光源ユニット1、投写レンズ12、表示素子であるデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を備えたDMD基板13、DMDヒートシンク14及び光源冷却ファン15を有する。光学エンジン11以外の構成については、よく知られているので、ここでは、その説明は省略する。
図示していないが、光学エンジン11の内部には、レンズ、ミラー、カラーホイール、蛍光体ホイールなどの光学部品が配置されおり、光源ユニット1から出射された光はそれら光学部品を介してDMDに照射される。DMDは、複数の小型ミラーからなるミラーアレイを備え、入力映像信号に基づいて、各ミラーの動作を制御することで、入射光を空間的に変調して画像を形成する。投写レンズ12は、DMDにて形成された画像をスクリーンや壁面などの投写面上に拡大投写する。
DMDは、光を受けることで発熱する。DMDを冷却するために、DMDヒートシンク14がDMD基板13のDMDが形成された面とは反対側の面に設けられている。DMDヒートシンク14に冷却風を送ることで、DMDを冷却することができる。
筐体10aには吸排気口10bが設けられており、光源ユニット1は、放熱部材6の放熱フィン6a及びヒートパイプ4の放熱フィン4aが吸排気口10bに向くように配置されている。光源冷却ファン15は、放熱フィン4a、6aと吸排気口10bの間に配置されている。光源冷却ファン15が回転すると、吸排気口10bを介して筐体10a内に空気が流入し、空気流が放熱フィン4a、6aに供給される。なお、吸排気口10bには、塵埃等が筐体10a内に流入することを抑制するためのフィルタが設けられているが、微小な塵埃はフィルタを通過する。
筐体10aには吸排気口10bが設けられており、光源ユニット1は、放熱部材6の放熱フィン6a及びヒートパイプ4の放熱フィン4aが吸排気口10bに向くように配置されている。光源冷却ファン15は、放熱フィン4a、6aと吸排気口10bの間に配置されている。光源冷却ファン15が回転すると、吸排気口10bを介して筐体10a内に空気が流入し、空気流が放熱フィン4a、6aに供給される。なお、吸排気口10bには、塵埃等が筐体10a内に流入することを抑制するためのフィルタが設けられているが、微小な塵埃はフィルタを通過する。
投写型表示装置10において、半導体発光素子2を不規則に配置すると、DMD上における光照射領域は、光エネルギーの高い領域と低い領域を含む。その結果、投写面上の表示画像に明るさや色のむらを生じる。このため、半導体発光素子2は一定の間隔で配置されるのが望ましい。半導体発光素子2を一定の間隔で配置する例として、縦横に格子状に等間隔で並べる、いわゆるマトリクス状の配置の他に、隣り合う列の半導体発光素子2の位置を、素子接続基板5の長手方向に、隣り合う半導体発光素子の間隔の半分ずらして並べる、いわゆる千鳥状の配置があるが、本説明においては、代表してマトリクス状の配置を用いて説明し、その他の配置についても、本発明の効果を得られる構成であれば、本発明に属するとみなされるべきである。
半導体発光素子2は行列状に等間隔で配置されており、素子接続基板5は、半導体発光素子2の列ごとに設けられている。隣り合う列の半導体発光素子の間隔(素子接続基板5の間隔に対応する)が大きくなるほど、光源ユニット1のサイズが大きくなり、それに伴いレンズやミラーなどの光学部品も大きくなる。その結果、投写型表示装置10が大型化する。光学部品の大型化は、コストアップや部品精度の低下、光利用効率の低下につながる。投写型表示装置10の大型化は、市場要求である小型化に反する。このようなことから、隣り合う列の半導体発光素子2の間隔は小さい方が望ましい。
半導体発光素子2は行列状に等間隔で配置されており、素子接続基板5は、半導体発光素子2の列ごとに設けられている。隣り合う列の半導体発光素子の間隔(素子接続基板5の間隔に対応する)が大きくなるほど、光源ユニット1のサイズが大きくなり、それに伴いレンズやミラーなどの光学部品も大きくなる。その結果、投写型表示装置10が大型化する。光学部品の大型化は、コストアップや部品精度の低下、光利用効率の低下につながる。投写型表示装置10の大型化は、市場要求である小型化に反する。このようなことから、隣り合う列の半導体発光素子2の間隔は小さい方が望ましい。
素子保持部材3の第2の面3bは、素子接続基板5の一方の面と接する第1の領域と、ヒートパイプ4の側面と接する第2の領域とを有し、第2の領域には、ヒートパイプ4の側面を覆う溝部3dが形成されている。素子接続基板5とヒートパイプ4は一定の間隔で交互に配置されており、各素子接続基板5の一方の面を含む平面は、各ヒートパイプ4の中心を通る。換言すると、各素子接続基板5の一方の面と各ヒートパイプ4の中心とは同一の平面に含まれる。この平面は、素子保持部材3の第1の面3a(受熱面)と平行(又は略平行)である。
素子接続基板5とヒートパイプ4の距離は、素子接続基板5の絶縁距離や部品形状のばらつきなどを考慮した組立上必要な距離を含む。よって、隣り合う列の半導体発光素子2の最適な中心間距離は、素子接続基板5の幅とヒートパイプ4の直径の和に、絶縁や組立を考慮した必要距離を足した値となる。
素子接続基板5とヒートパイプ4の距離は、素子接続基板5の絶縁距離や部品形状のばらつきなどを考慮した組立上必要な距離を含む。よって、隣り合う列の半導体発光素子2の最適な中心間距離は、素子接続基板5の幅とヒートパイプ4の直径の和に、絶縁や組立を考慮した必要距離を足した値となる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態である光源ユニットは、図1及び図2に示した構成と同様であるが、放熱部材の第3の面の形状が第1の実施形態と異なる。
図9A〜図9Cは、第2の実施形態の光源ユニット1Aの主要部の構成を示す三面図である。図9Aは放熱部材6側から見た場合の平面図、図9Bは正面図、図9Cは側面図である。図10Aは、図9Cの一点鎖線C−Cで示した部分の断面図である。図10Bは、図10Aの一部を拡大した断面図である。
以下、図9A〜図9C、図10A及び図10Bを参照して、光源ユニット1Aの主要部の構成を具体的に説明する。
本発明の第2の実施形態である光源ユニットは、図1及び図2に示した構成と同様であるが、放熱部材の第3の面の形状が第1の実施形態と異なる。
図9A〜図9Cは、第2の実施形態の光源ユニット1Aの主要部の構成を示す三面図である。図9Aは放熱部材6側から見た場合の平面図、図9Bは正面図、図9Cは側面図である。図10Aは、図9Cの一点鎖線C−Cで示した部分の断面図である。図10Bは、図10Aの一部を拡大した断面図である。
以下、図9A〜図9C、図10A及び図10Bを参照して、光源ユニット1Aの主要部の構成を具体的に説明する。
半導体発光素子2、素子保持部材3、ヒートパイプ4及び素子接続基板5は、第1の実施形態で説明した通りである。本実施形態では、放熱部材6の第3の面6aに、突出し部6cに加えて、ヒートパイプ4の側面に接する、断面の形状が半円状(又は円弧状)の面を備えた溝部6eが形成されている。溝部6eの深さh1は、適宜に設定可能であるが、各素子接続基板5の一方の面と各ヒートパイプ4の中心とが同一の平面に含まれる場合は、溝部6eの深さh1は、ヒートパイプ4の半径の値から素子接続基板5の厚さの値を引いた値にすることが望ましい。溝部6eは、素子保持部材3の溝部3dと対向しており、これら溝部3d、6eの間にヒートパイプ4が設置される。ヒートパイプ4は、例えば、半田や熱伝導グリスなどを介して溝部3d、6eに設置される。これ以外の構成は、第1の実施形態で説明した通りである。
光源ユニット1Aによれば、第1の実施形態で説明した作用効果に加えて、ヒートパイプ4内で蒸発し気体になった冷媒の熱を放熱フィン6dにて放熱させることができるので、半導体発光素子2を、さらに効率よく冷却できる。
なお、各素子接続基板5と各ヒートパイプ4が放熱部材6の第3の面6aに接するため、第1の実施形態よりも高い精度で第3の面6aを成形する必要がある。加工などによる部品形状の誤差を補完するために、素子保持部品3や放熱部材6と、素子接続基板5やヒートパイプ4との間に、弾性を有する熱伝導部材を設けても良い。
本実施形態の光源ユニット1Aも、前述した投写型表示装置に適用することができる。
光源ユニット1Aによれば、第1の実施形態で説明した作用効果に加えて、ヒートパイプ4内で蒸発し気体になった冷媒の熱を放熱フィン6dにて放熱させることができるので、半導体発光素子2を、さらに効率よく冷却できる。
なお、各素子接続基板5と各ヒートパイプ4が放熱部材6の第3の面6aに接するため、第1の実施形態よりも高い精度で第3の面6aを成形する必要がある。加工などによる部品形状の誤差を補完するために、素子保持部品3や放熱部材6と、素子接続基板5やヒートパイプ4との間に、弾性を有する熱伝導部材を設けても良い。
本実施形態の光源ユニット1Aも、前述した投写型表示装置に適用することができる。
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態である光源ユニットは、図1及び図2に示した構成と同様であるが、放熱部材6の突出し部6cを別部材で構成し、放熱部材6に冷却液流路6fを設けた点が、第1及び第2の実施形態と異なる。
図11A〜図11Cは、第3の実施形態の光源ユニット1Bの主要部の構成を示す三面図である。図11Aは放熱部材6側から見た場合の平面図、図11Bは正面図、図11Cは側面図である。図12は、図11Bの一点鎖線D−Dで示した部分の断面図である。図13Aは、図11Bの一点鎖線E−Eで示した部分の断面図、図13Bは、図13Aの一部を拡大した断面図である。
以下、図11A〜図11C、図12、図13A及び図13Bを参照して、光源ユニット1Bの主要部の構成を具体的に説明する。
本発明の第3の実施形態である光源ユニットは、図1及び図2に示した構成と同様であるが、放熱部材6の突出し部6cを別部材で構成し、放熱部材6に冷却液流路6fを設けた点が、第1及び第2の実施形態と異なる。
図11A〜図11Cは、第3の実施形態の光源ユニット1Bの主要部の構成を示す三面図である。図11Aは放熱部材6側から見た場合の平面図、図11Bは正面図、図11Cは側面図である。図12は、図11Bの一点鎖線D−Dで示した部分の断面図である。図13Aは、図11Bの一点鎖線E−Eで示した部分の断面図、図13Bは、図13Aの一部を拡大した断面図である。
以下、図11A〜図11C、図12、図13A及び図13Bを参照して、光源ユニット1Bの主要部の構成を具体的に説明する。
半導体発光素子2、素子保持部材3、ヒートパイプ4及び素子接続基板5は、第1の実施形態で説明した通りである。本実施形態では、放熱部材6は、放熱フィン6dを冷却するための冷却液流路6fと、冷媒入口6gと、冷媒出口6hとを有する。冷媒入口6gから冷却液流路6f内に冷却液が供給され、冷却液流路6fの冷却液が冷媒出口6hから排出される。冷却液は、放熱フィン6dの各フィンに沿って流れる。
本実施形態では、放熱部材6の突出し部6cに代えて、放熱部材6とは別の部材よりなる突出し部60を備える。
本実施形態では、放熱部材6の突出し部6cに代えて、放熱部材6とは別の部材よりなる突出し部60を備える。
図14に、突出し部60を模式的に示す。図14に示すように、突出し部60は、半導体発光素子2の列ごとに設けられ、各突出し部60は、対応する列の半導体発光素子2のそれぞれのリード端子2bを収容する複数の開口60aを有する。開口60aは、半導体発光素子2毎に設けられている。突出し部60を放熱部材6とは別の部材で形成したことで、突き出し部を放熱部材6の第3の面6aに一体的に形成するための加工が不要となる。よって、放熱部材6の製造を簡易化し、かつ、突出し部を一体成形した場合とほぼ同等の冷却性能を得られる。
突出し部60の形状や配置位置は、突出し部6cと基本的に同じであり、その作用効果も同じである。
本実施形態の光源ユニット1Bも、前述した投写型表示装置に適用することができる。
突出し部60の形状や配置位置は、突出し部6cと基本的に同じであり、その作用効果も同じである。
本実施形態の光源ユニット1Bも、前述した投写型表示装置に適用することができる。
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態である光源ユニットは、図1及び図2に示した構成と基本的に同じであるが、ヒートパイプ4に代えて、中空構造の冷却部30を素子保持部材3に一体的に形成した点が、第1から第3の実施形態と異なる。ここでは、第2の実施形態と異なる点について、詳細に説明する。
図15A〜図15Cは、第4の実施形態の光源ユニット1Cの主要部の構成を示す三面図である。図15Aは放熱部材6側から見た場合の平面図、図15Bは正面図、図15Cは側面図である。図16Aは、図15Bの一点鎖線F−Fで示した部分の断面図、図16Bは、図16Aの一部を拡大した断面図、図16Cは、図15Bの一点鎖線G−Gで示した部分の断面図である。図17Aは、放熱部材6側から見た場合の斜視図、図17Bは、図17Aに示した構成から冷却液流入部品31及び冷却液流出部品32を取り外した状態を示す斜視図、図17Cは、冷却液流入部品31の斜視図である。
以下、図15A〜図15C、図16A〜図16C及び図17A〜図17Cを参照して、光源ユニット1Cの主要部の構成を具体的に説明する。
本発明の第4の実施形態である光源ユニットは、図1及び図2に示した構成と基本的に同じであるが、ヒートパイプ4に代えて、中空構造の冷却部30を素子保持部材3に一体的に形成した点が、第1から第3の実施形態と異なる。ここでは、第2の実施形態と異なる点について、詳細に説明する。
図15A〜図15Cは、第4の実施形態の光源ユニット1Cの主要部の構成を示す三面図である。図15Aは放熱部材6側から見た場合の平面図、図15Bは正面図、図15Cは側面図である。図16Aは、図15Bの一点鎖線F−Fで示した部分の断面図、図16Bは、図16Aの一部を拡大した断面図、図16Cは、図15Bの一点鎖線G−Gで示した部分の断面図である。図17Aは、放熱部材6側から見た場合の斜視図、図17Bは、図17Aに示した構成から冷却液流入部品31及び冷却液流出部品32を取り外した状態を示す斜視図、図17Cは、冷却液流入部品31の斜視図である。
以下、図15A〜図15C、図16A〜図16C及び図17A〜図17Cを参照して、光源ユニット1Cの主要部の構成を具体的に説明する。
冷却液流路6fが放熱部材6に設けられ、ヒートパイプ4に代えて、中空構造の冷却部30が素子保持部材3に一体的に形成されている。冷却液流路6fは、第3の実施形態で説明したものと同じであり、冷媒入口6gから冷却液流路6f内に冷却液が供給され、冷却液流路6fの冷却液が冷媒出口6hから排出される。冷却液は、放熱フィン6dの各フィンに沿って流れる。
冷却部30と素子接続基板5は、一定の間隔で交互に配置されている。素子保持部3の第2の面3bは、素子接続基板5の一方の面と接する第1の領域と、突出し部である第2の領域とを含み、これら第1及び第2の領域が一定の間隔で交互に設けられている。各第2の領域の突出し部の内部に冷却部30が設けられている。
各素子接続基板5の他方の面は、放熱部材6の第3の面6aに設けられた各突出し部6cと接する。冷却部30が設けられた突出し部と突出し部6cとは交互に配置されている。
冷却部30と素子接続基板5は、一定の間隔で交互に配置されている。素子保持部3の第2の面3bは、素子接続基板5の一方の面と接する第1の領域と、突出し部である第2の領域とを含み、これら第1及び第2の領域が一定の間隔で交互に設けられている。各第2の領域の突出し部の内部に冷却部30が設けられている。
各素子接続基板5の他方の面は、放熱部材6の第3の面6aに設けられた各突出し部6cと接する。冷却部30が設けられた突出し部と突出し部6cとは交互に配置されている。
各冷却部30の一端は冷却液流入部材31と連結され、各冷却部30の他端は冷却液流出部材32と連結されている。冷却液流入部材31と冷却液流出部材32は同じ構造のものであり、冷却部30がそれぞれ連結される複数の開口部33を備える。図示されていないが、冷却液の循環にはポンプが使用される。ポンプにより送られた冷却液は、冷却液流入部材31を介して各冷却部30内に供給される。各冷却部30内の冷却液は、冷却液流出部材32を介して排出され、ポンプに戻る。
冷却液が冷却部30を通過する際に半導体発光素子2から受熱することで、半導体発光素子2を冷却する。冷却液流出部材32とポンプの間の循環路には、冷却ファンにて送風されることで冷却液の温度を下げるラジエータや、ポンプへの気泡の流入や長期的な揮発による冷却液不足を防止するためのタンクが設けられている。
冷却液が冷却部30を通過する際に半導体発光素子2から受熱することで、半導体発光素子2を冷却する。冷却液流出部材32とポンプの間の循環路には、冷却ファンにて送風されることで冷却液の温度を下げるラジエータや、ポンプへの気泡の流入や長期的な揮発による冷却液不足を防止するためのタンクが設けられている。
冷却液流路6と冷却部30は、同じ循環経路内に設けられてもよく、別々の循環経路に設けられてもよい。
冷却部30内部に、冷却性能を向上させるための放熱フィンを成形してもよい。冷却液流路6及び冷却部30のそれぞれの流路内に、冷却液の流れを乱流化させて熱伝達率を向上させる、例えばコイルばねのような乱流促進体を挿入してもよい。
冷却部30の中空構造部の断面形状は、矩形に限らず、円形など、他の形状でもよい。
各冷却部30には、冷却液が同時に供給されるが、これに限定されない。各冷却部30に順に冷却液が送られるような流路であってもよい。
冷却部30内部に、冷却性能を向上させるための放熱フィンを成形してもよい。冷却液流路6及び冷却部30のそれぞれの流路内に、冷却液の流れを乱流化させて熱伝達率を向上させる、例えばコイルばねのような乱流促進体を挿入してもよい。
冷却部30の中空構造部の断面形状は、矩形に限らず、円形など、他の形状でもよい。
各冷却部30には、冷却液が同時に供給されるが、これに限定されない。各冷却部30に順に冷却液が送られるような流路であってもよい。
本実施形態の光源ユニット1Cも、前述した投写型表示装置に適用することができる。
以上説明した各実施形態の光源ユニットは、本発明の一例であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者が理解し得る変更を適用することができる。
例えば、半導体発光素子2のリード端子2bを絶縁チューブで被覆してもよい。これにより、リード端子2bが素子保持部品3や放熱部材6などの導電部材と接触して電気的な短絡を生じるといった問題を防止できる。
以上説明した各実施形態の光源ユニットは、本発明の一例であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者が理解し得る変更を適用することができる。
例えば、半導体発光素子2のリード端子2bを絶縁チューブで被覆してもよい。これにより、リード端子2bが素子保持部品3や放熱部材6などの導電部材と接触して電気的な短絡を生じるといった問題を防止できる。
素子保持部品3の開口3cや放熱部材6の突出し部6dの開口の内壁に、絶縁層等を設けてもよい。これにより、開口を小さくすることができる。また、開口の形状は、長穴形状であっても、丸穴形状であってもよい。
ヒートパイプ4又は冷却部30と素子接続基板5とを一定の間隔で交互に設けているが、半導体発光素子2の発熱量や素子温度によっては、ヒートパイプ4又は冷却部30の一部を間引いてもよい。
半導体発光素子2、素子保持部品3、素子接続基板5、放熱部材6など各部品の熱的に接触する箇所には、熱伝導グリスや熱伝導シートのような接触熱抵抗を低減するための材料を挿入することが望ましい。
各実施形態の光源ユニットの構成を適宜に組み合せてもよい。
ヒートパイプ4又は冷却部30と素子接続基板5とを一定の間隔で交互に設けているが、半導体発光素子2の発熱量や素子温度によっては、ヒートパイプ4又は冷却部30の一部を間引いてもよい。
半導体発光素子2、素子保持部品3、素子接続基板5、放熱部材6など各部品の熱的に接触する箇所には、熱伝導グリスや熱伝導シートのような接触熱抵抗を低減するための材料を挿入することが望ましい。
各実施形態の光源ユニットの構成を適宜に組み合せてもよい。
本発明によれば、素子接続基板の間の領域に、内部に液体が流れる中空構造の冷却部(ヒートパイプや液冷流路)を設けることで、冷却性能を高めると同時に、半導体発光素子のリード端子が外気に触れないことで、短絡等の発生を抑制する。これにより、冷却性能や部品寿命の観点から、高品位な光源ユニットを提供できる。
本発明は、プロジェクタだけでなく、半導体発光素子を備えた表示装置全般に適用することができ、また、半導体発光素子等の半導体素子を備えた電子機器にも適用することができる。
本発明は、プロジェクタだけでなく、半導体発光素子を備えた表示装置全般に適用することができ、また、半導体発光素子等の半導体素子を備えた電子機器にも適用することができる。
また、本発明は、以下の付記1〜16に記載のような形態をとり得るが、これら形態に限定されない。
[付記1]
マトリクス状に配置された複数の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の列毎に設けられ、該列の半導体発光素子それぞれのリード端子と電気的に接続される複数の素子接続基板と、
前記複数の半導体発光素子と前記複数の素子接続基板との間に設けられ、各半導体発光素子のリード端子を個別に貫通させる貫通孔を備えた第1の熱伝導部材と、
前記第1の熱伝導部材とともに前記複数の素子接続基板を挟持する第2の熱伝導部材と、
前記第1の熱伝導部材に接して設けられた中空の冷却部と、を有し、
前記各半導体発光素子のリード端子はそれぞれ前記素子接続基板を貫通し、前記第2の熱伝導部材は、各素子接続基板を貫通した各リード端子を収容する複数の凹部を備える、光源装置。
[付記2]
付記1に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記半導体発光素子の列に沿って設けられた複数の中空管からなる、光源装置。
[付記3]
付記2に記載の光源装置において、
前記第1の熱伝導部材は、前記複数の中空管それぞれの側面に当接される複数の第1の溝部を備える、光源装置。
[付記4]
付記3に記載の光源装置において、
前記第2の熱伝導部材は、前記素子接続基板毎に設けられ、該素子接続基板と接する複数の突出し部を備え、該突出し部に前記複数の凹部が形成されている、光源装置。
[付記5]
付記2から4のいずれか1つに記載の光源装置において、
前記第2の熱伝導部材は、前記複数の中空管それぞれの側面に当接される複数の第2の溝部を備える、光源装置。
[付記6]
付記2から5のいずれか1つに記載の光源装置において、
前記第1の熱伝導部材は、前記複数の半導体発光素子それぞれの底面を保持する受熱面を備え、
前記中空管の前記受熱面に最も近い部分を下端、前記受熱面から最も遠い部分を上端とするとき、前記受熱面に対する前記素子接続基板の高さが、前記中空管の前記下端から前記上端までの高さの範囲内である、光源装置。
[付記7]
付記6に記載の光源装置において、
前記受熱面に対する前記素子接続基板の高さが、前記中空管の中心軸の高さに等しい、光源装置。
[付記8]
付記2から7のいずれか1つに記載の光源装置において、
前記中空管の端部に放熱フィンを備える、光源装置。
[付記9]
付記1に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記第1の熱伝導部材の内部に設けられている、光源装置。
[付記10]
付記9に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記半導体発光素子の列に沿って設けられた複数の流路を備える、光源装置。
[付記11]
付記1から10のいずれか1つに記載の光源装置において、
前記第2の熱伝導部材は、前記半導体発光素子の側とは反対の側に、冷媒が流れる流路を備える、光源装置。
[付記12]
付記11に記載の光源装置において、
前記冷却部と前記第2の熱伝導部材の前記流路とに前記冷媒を循環させる冷媒供給部を、さらに有する、光源装置。
[付記13]
付記1から12のいずれか1つに記載の光源装置において、
前記素子接続基板は、導電部と、該導電部の両面を挟む絶縁部とで構成され、該絶縁部が、フィルム状の絶縁素材またはセラミックよりなる、光源装置。
[付記14]
付記13に記載の光源装置において、
前記素子接続基板は、フレキシブルプリント基板である、光源装置。
[付記15]
付記1から14のいずれか1つに記載の光源装置を備えた電子機器。
[付記16]
付記1から14のいずれか1つに記載の光源装置と、
入力映像信号に応じて前記光源装置からの光束を変調して画像を表示する表示部と、を有する、表示装置。
[付記1]
マトリクス状に配置された複数の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の列毎に設けられ、該列の半導体発光素子それぞれのリード端子と電気的に接続される複数の素子接続基板と、
前記複数の半導体発光素子と前記複数の素子接続基板との間に設けられ、各半導体発光素子のリード端子を個別に貫通させる貫通孔を備えた第1の熱伝導部材と、
前記第1の熱伝導部材とともに前記複数の素子接続基板を挟持する第2の熱伝導部材と、
前記第1の熱伝導部材に接して設けられた中空の冷却部と、を有し、
前記各半導体発光素子のリード端子はそれぞれ前記素子接続基板を貫通し、前記第2の熱伝導部材は、各素子接続基板を貫通した各リード端子を収容する複数の凹部を備える、光源装置。
[付記2]
付記1に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記半導体発光素子の列に沿って設けられた複数の中空管からなる、光源装置。
[付記3]
付記2に記載の光源装置において、
前記第1の熱伝導部材は、前記複数の中空管それぞれの側面に当接される複数の第1の溝部を備える、光源装置。
[付記4]
付記3に記載の光源装置において、
前記第2の熱伝導部材は、前記素子接続基板毎に設けられ、該素子接続基板と接する複数の突出し部を備え、該突出し部に前記複数の凹部が形成されている、光源装置。
[付記5]
付記2から4のいずれか1つに記載の光源装置において、
前記第2の熱伝導部材は、前記複数の中空管それぞれの側面に当接される複数の第2の溝部を備える、光源装置。
[付記6]
付記2から5のいずれか1つに記載の光源装置において、
前記第1の熱伝導部材は、前記複数の半導体発光素子それぞれの底面を保持する受熱面を備え、
前記中空管の前記受熱面に最も近い部分を下端、前記受熱面から最も遠い部分を上端とするとき、前記受熱面に対する前記素子接続基板の高さが、前記中空管の前記下端から前記上端までの高さの範囲内である、光源装置。
[付記7]
付記6に記載の光源装置において、
前記受熱面に対する前記素子接続基板の高さが、前記中空管の中心軸の高さに等しい、光源装置。
[付記8]
付記2から7のいずれか1つに記載の光源装置において、
前記中空管の端部に放熱フィンを備える、光源装置。
[付記9]
付記1に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記第1の熱伝導部材の内部に設けられている、光源装置。
[付記10]
付記9に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記半導体発光素子の列に沿って設けられた複数の流路を備える、光源装置。
[付記11]
付記1から10のいずれか1つに記載の光源装置において、
前記第2の熱伝導部材は、前記半導体発光素子の側とは反対の側に、冷媒が流れる流路を備える、光源装置。
[付記12]
付記11に記載の光源装置において、
前記冷却部と前記第2の熱伝導部材の前記流路とに前記冷媒を循環させる冷媒供給部を、さらに有する、光源装置。
[付記13]
付記1から12のいずれか1つに記載の光源装置において、
前記素子接続基板は、導電部と、該導電部の両面を挟む絶縁部とで構成され、該絶縁部が、フィルム状の絶縁素材またはセラミックよりなる、光源装置。
[付記14]
付記13に記載の光源装置において、
前記素子接続基板は、フレキシブルプリント基板である、光源装置。
[付記15]
付記1から14のいずれか1つに記載の光源装置を備えた電子機器。
[付記16]
付記1から14のいずれか1つに記載の光源装置と、
入力映像信号に応じて前記光源装置からの光束を変調して画像を表示する表示部と、を有する、表示装置。
1 光源ユニット
2 半導体発光素子
2a 底面
2b リード端子
3 素子保持部材
3a 第1の面
3b 第2の面
3c 開口
4 ヒートパイプ
5 素子接続基板
6 放熱部材
6a 第3の面
6b 第4の面
6c 突出し部
2 半導体発光素子
2a 底面
2b リード端子
3 素子保持部材
3a 第1の面
3b 第2の面
3c 開口
4 ヒートパイプ
5 素子接続基板
6 放熱部材
6a 第3の面
6b 第4の面
6c 突出し部
Claims (10)
- マトリクス状に配置された複数の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の列毎に設けられ、該列の半導体発光素子それぞれのリード端子と電気的に接続される複数の素子接続基板と、
前記複数の半導体発光素子と前記複数の素子接続基板との間に設けられ、各半導体発光素子のリード端子を個別に貫通させる貫通孔を備えた第1の熱伝導部材と、
前記第1の熱伝導部材とともに前記複数の素子接続基板を挟持する第2の熱伝導部材と、
前記第1の熱伝導部材に接して設けられた中空の冷却部と、を有し、
前記各半導体発光素子のリード端子はそれぞれ前記素子接続基板を貫通し、前記第2の熱伝導部材は、各素子接続基板を貫通した各リード端子を収容する複数の凹部を備える、光源装置。 - 請求項1に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記半導体発光素子の列に沿って設けられた複数の中空管からなる、光源装置。 - 請求項2に記載の光源装置において、
前記第1の熱伝導部材は、前記複数の中空管それぞれの側面に当接される複数の第1の溝部を備える、光源装置。 - 請求項3に記載の光源装置において、
前記第2の熱伝導部材は、前記素子接続基板毎に設けられ、該素子接続基板と接する複数の突出し部を備え、該突出し部に前記複数の凹部が形成されている、光源装置。 - 請求項2から4のいずれか1項に記載の光源装置において、
前記第2の熱伝導部材は、前記複数の中空管それぞれの側面に当接される複数の第2の溝部を備える、光源装置。 - 請求項2から5のいずれか1項に記載の光源装置において、
前記第1の熱伝導部材は、前記複数の半導体発光素子それぞれの底面を保持する受熱面を備え、
前記中空管の前記受熱面に最も近い部分を下端、前記受熱面から最も遠い部分を上端とするとき、前記受熱面に対する前記素子接続基板の高さが、前記中空管の前記下端から前記上端までの高さの範囲内である、光源装置。 - 請求項1に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記第1の熱伝導部材の内部に設けられている、光源装置。 - 請求項7に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記半導体発光素子の列に沿って設けられた複数の流路を備える、光源装置。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の光源装置を備えた電子機器。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の光源装置と、
入力映像信号に応じて前記光源装置からの光束を変調して画像を表示する表示部と、を有する、表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015153101A JP2017033779A (ja) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | 光源装置、表示装置及び電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015153101A JP2017033779A (ja) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | 光源装置、表示装置及び電子機器 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=57988541
Family Applications (1)
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JP2015153101A Pending JP2017033779A (ja) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | 光源装置、表示装置及び電子機器 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017069109A (ja) * | 2015-09-30 | 2017-04-06 | 日亜化学工業株式会社 | 光源装置 |
JP2020008719A (ja) * | 2018-07-09 | 2020-01-16 | セイコーエプソン株式会社 | 光源装置およびプロジェクター |
JP2020042264A (ja) * | 2018-09-07 | 2020-03-19 | 中強光電股▲ふん▼有限公司 | 放熱モジュール及び投影装置 |
CN112823310A (zh) * | 2018-09-25 | 2021-05-18 | 堺显示器制品株式会社 | 液晶显示装置 |
WO2022131004A1 (ja) | 2020-12-16 | 2022-06-23 | ソニーグループ株式会社 | ナノキャピラリー構造を有する冷却機構、冷却機構を備えた半導体装置及びそれらの製造方法並びに電子機器 |
-
2015
- 2015-08-03 JP JP2015153101A patent/JP2017033779A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017069109A (ja) * | 2015-09-30 | 2017-04-06 | 日亜化学工業株式会社 | 光源装置 |
US10465895B2 (en) | 2015-09-30 | 2019-11-05 | Nichia Corporation | Light source device |
JP2020008719A (ja) * | 2018-07-09 | 2020-01-16 | セイコーエプソン株式会社 | 光源装置およびプロジェクター |
JP2020042264A (ja) * | 2018-09-07 | 2020-03-19 | 中強光電股▲ふん▼有限公司 | 放熱モジュール及び投影装置 |
JP7301680B2 (ja) | 2018-09-07 | 2023-07-03 | 中強光電股▲ふん▼有限公司 | 放熱モジュール及び投影装置 |
CN112823310A (zh) * | 2018-09-25 | 2021-05-18 | 堺显示器制品株式会社 | 液晶显示装置 |
WO2022131004A1 (ja) | 2020-12-16 | 2022-06-23 | ソニーグループ株式会社 | ナノキャピラリー構造を有する冷却機構、冷却機構を備えた半導体装置及びそれらの製造方法並びに電子機器 |
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