JP4345507B2

JP4345507B2 - 光源装置及びプロジェクタ

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Publication number: JP4345507B2
Application number: JP2004028204A
Authority: JP
Inventors: 秀也 ▲関▼
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: JP2005221640A

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクタ、特に、固体発光素子を用いる光源装置の技術に関する。

近年、プロジェクタの光源装置として、固体発光素子を用いる光源装置が注目されている。固体発光素子の中でも、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）の開発、改良の進展は著しい。表示用の小出力のＬＥＤに加えて、照明用の大出力のＬＥＤも製品が開発されている。ＬＥＤは、超小型、超軽量、長寿命であるという特徴を有する。このため、ＬＥＤは、プロジェクタ、特に小型の携帯用プロジェクタの光源装置に用いるのに好適である。

このようにプロジェクタの光源装置に用いるのに好適なＬＥＤであるが、現状のＬＥＤの発光効率は、従来プロジェクタに使用される超高圧水銀ランプの１／２〜１／３程度である。これは、ＬＥＤに定格電流を流しても、得られる光量がまだ少ないからである。このため、光量を増やすために、複数のＬＥＤをアレイ化して配置することが考えられる。ＬＥＤをアレイ化すると、光源装置の発光面積が大きくなる。プロジェクタでは、光源装置と空間光変調装置とを含めた光学系において、有効に扱える光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積（エテンデュー、ＧｅｏｍｅｔｒｉｃａｌＥｘｔｅｎｔ）として表すことができる。この面積と立体角の積は、光学系において保存される。空間光変調装置が有効に変調可能な光の取り込み角度には限りがある。このため、光源の空間的な広がりが大きくなると、光源からの光束を有効に用いることが困難となることから、かえって照明効率の低下を招いてしまう。

そこで、ＬＥＤそのものの発光量を増やすことが望ましい。ＬＥＤに流す電流値は定格電流という制約がある。ＬＥＤの最大光量は、定格電流と効率とにより決まる。ＬＥＤの定格電流は、発熱量に依存している。このため、放熱効率を高めれば、定格電流を大きくできる。定格電流を大きくすることで、多くの光量を得ることができる。放熱は、最終的に熱を大気に放出することにより行う。従来、ＬＥＤは、金属部材等による伝熱を利用して放熱を行う。さらに放熱効率を高めるには、液体による伝熱を利用して放熱を行うことが考えられる。液体を用いてＬＥＤの冷却を行うための技術は、以下の特許文献１、２に提案されている。

特開平６−５９２３号公報特開平８−１１６１３８号公報

特許文献１に提案されている技術は、パッケージの外に冷却用液体を流動させるものである。ＬＥＤは、数ワット以上の熱が、発光部である僅か１〜２ｍｍ角のチップから集中して発生する。放熱効率を高めるには、パッケージの外ではなく発光部の近傍に冷却用液体を流動させることで、直接的に発光部からの熱を取り出すことが望ましい。特許文献２に提案されている技術は、発光部を直接冷却用液体にさらすものである。環境適合性やメンテナンスの行い易さを考慮すると、冷却用液体として水を使用することが最も望ましい。一般に水は導電性を有することから、発光部に直接水をさらす場合、電極に水が入り込むことでショート、漏電等の不具合を生じるおそれがある。

発光部におけるショートや漏電を防ぐためには、発光部を絶縁性膜で覆うことで水の浸入を防ぐことが考えられる。絶縁性膜は、発光部の光射出側にも設ける必要がある。発光部からの照明光を遮らない構成にするために、絶縁性膜は、透明部材により構成される。しかし、透明部材の絶縁性膜を設けると、絶縁性膜の界面で光が全反射することにより光が閉じ込められてしまう場合がある。このような光の閉じ込めが起きると、光利用効率が大幅に低下してしまう。透明部材からなる絶縁性膜を使用するほかには、パッキンを施したケースを用いて発光部を防水することも考えられる。しかし、発光部の近傍にパッキンを設けると、熱によるパッキンの変形が起きると考えられる。パッキンが変形すると、ケース内部の防水状態を保つことは困難である。このように、発光部の近傍に冷却用液体を流動させて発光部の冷却を行うことが困難である点が、ＬＥＤの放熱効率を向上し、さらに明るい照明光を供給する上で問題となる。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、発光部の近傍に冷却用流体を流動させることで効率良く放熱でき、明るい照明光を供給可能な光源装置、及び、その光源装置を用いるプロジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、照明光を供給する発光部と、発光部が実装される基板と、発光部の電極と基板側の電極とを接合することで発光部に電流を供給する、少なくとも２つ以上の接合部と、を有し、発光部は、発光部の近傍に冷却用流体を流動させることにより冷却され、接合部のうち１つの接合部は、他の接合部を取り囲む環状形状をなし、かつ、冷却用流体と略同電位であって、他の接合部は、１つの接合部と発光部とを密着することで、冷却用流体とは電気的に絶縁されることを特徴とする光源装置を提供することができる。

２つ以上の接合部のうち、１つの接合部を環状形状にして他の接合部を取り囲む構造とする。環状形状の接合部は、発光部に密着させて設けられている。発光部と環状形状の接合部とを密着するため、発光部近傍で冷却用流体を流動させても、冷却用流体は、環状形状の接合部に取り囲まれる空間へ入り込まない。このようにして、環状形状の接合部に取り囲まれる接合部と冷却用流体とを、簡単な構成により電気的に絶縁することができる。

発光部の近傍に冷却用流体を流動させると、接合部のうち環状形状をなす１つの接合部のみが冷却用流体と接する。ここで、環状形状の１つの接合部は、冷却用流体と略同電位である。冷却用流体と環状形状の接合部とを略同電位とするには、例えば、環状形状の接合部を含めて冷却用流体が触れるすべての部分をグラウンド電極に繋がるようにすれば良い。そして、環状形状の接合部により取り囲まれる接合部は、光源装置の駆動部と電気的に接続される。環状形状の接合部により取り囲まれる接合部と、冷却用流体とは電気的に絶縁されていることから、発光部の近傍に導電性の冷却用流体を流動させても電極間で導通は起こらない。電極間での導通が起きないことから、発光部における漏電やショートを確実に防止し、光源装置を安全に使用することができる。

発光部には透明部材からなる絶縁性膜を設ける必要が無いことから、絶縁性膜による光の不要な取り込みを無くし、照明光を効率良く取り出すことができる。絶縁性膜のほか防水のためのパッキン等の部材も不要であることから、発光部近傍を耐熱性に優れた構成にすることができる。また、発光部を直接冷却用液体にさらすことが可能であるから、冷却用液体によって発光部からの熱を直接的に取り出し、光源装置の放熱効率を向上することができる。光源装置の放熱効率を向上することにより、光源装置の定格電流を大きくし、明るい照明光を得ることができる。これにより、発光部の近傍に冷却用流体を流動させることで効率良く放熱でき、明るい照明光を供給可能な光源装置を得られる。また、導電性の冷却用流体を用いることが可能であることから、冷却用液体として水を用いることができる。水を用いることにより、光源装置を環境適合性に優れた構成にでき、かつ光源装置のメンテナンスを容易に行うことができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、他の接合部は、さらに１つの接合部と基板とを密着することで、１つの接合部、発光部及び基板により密閉される空間に設けられることが望ましい。他の接合部を、環状形状の１つの接合部、発光部、及び基板で密閉される空間に設けることで、他の接合部と冷却用流体とを絶縁することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、基板は、環状形状の内周側に、発光部からの熱を伝播する伝熱部材をさらに有することが望ましい。発光部の近傍で冷却用流体を流動させるほかに、基板に伝熱部材を設けることにより、さらに光源装置の放熱効率を向上することができる。これにより、さらに明るい照明光を供給可能な光源装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、基板は、環状形状の内周側に開口部を有し、開口部へ冷却用気体を供給することにより発光部を冷却する冷却用気体供給部をさらに有することが望ましい。発光部の近傍で冷却用流体を流動させるほかに、冷却用気体供給部により基板の開口部に冷却用気体を供給する。このため、さらに光源装置の放熱効率を向上することができる。これにより、さらに明るい照明光を供給可能な光源装置を得られる。

さらに、本発明によれば、照明光を供給する光源装置と、光源装置からの照明光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズと、を有し、光源装置は、上記の光源装置であることを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の光源装置を用いることにより、明るい照明光を得ることができる。これにより、明るい投写像のプロジェクタを得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１００の概略構成を示す。本実施例では、まずプロジェクタ１００全体の概略構成を説明し、次いで、光源装置の構成について詳細に説明する。プロジェクタ１００は、Ｒ光用光源装置であるＲ光用ＬＥＤ１０１Ｒと、Ｇ光用光源装置であるＧ光用ＬＥＤ１０１Ｇと、Ｂ光用光源装置であるＢ光用ＬＥＤ１０１Ｂとを有する。

Ｒ光用ＬＥＤ１０１ＲからのＲ光は、λ／４位相板１０２Ｒを透過して、反射型偏光板１０３Ｒに入射する。反射型偏光板１０３Ｒは、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光を透過し、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光、例えばｓ偏光光を反射する。反射型偏光板１０３Ｒを透過したｐ偏光光は、クロスダイクロイックプリズム１０４に入射する。反射型偏光板１０３Ｒで反射された光は、反射型偏光板１０３Ｒへ入射するときと略同一の光路を逆向きに進行する。反射型偏光板１０３Ｒで反射された光のうちのｓ偏光光は、λ／４位相板１０２Ｒを透過することにより円偏光に変換される。λ／４位相板１０２Ｒを透過した光は、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒに戻る。

Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒに戻った光は、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒのチップ等で反射され、それまでとは逆回りの円偏光となって再びλ／４位相板１０２Ｒの方向に進行する。そして、λ／４位相板１０２Ｒに入射した円偏光は、今度はｐ偏光光に変換される。λ／４位相板１０２Ｒからのｐ偏光光は、反射型偏光板１０３Ｒを透過してクロスダイクロイックプリズム１０４に入射する。このようにして、クロスダイクロイックプリズム１０４には、ｐ偏光光に変換されたＲ光が入射する。

Ｇ光用ＬＥＤ１０１ＧからのＧ光、Ｂ光用ＬＥＤ１０１ＢからのＢ光についても、Ｒ光と同様にして、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光に変換されてクロスダイクロイックプリズム１０４に入射する。クロスダイクロイックプリズム１０４は、２つのダイクロイック膜１０４ａ、１０４ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜１０４ａは、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１０４ｂは、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１０４は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を合成する。

空間光変調装置である液晶型空間光変調装置１０６は、偏光板１０５、１０７を有する。液晶型空間光変調装置１０６は、画像信号に応じて液晶層に光を透過させる、いわゆる透過型液晶表示装置である。偏光板１０５は、液晶型空間光変調装置１０６の入射側に設けられている。また、偏光板１０７は、液晶型空間光変調装置１０６の射出側に設けられている。上述のように、クロスダイクロイックプリズム１０４に入射するＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、いずれも特定の振動方向の偏光光であるｐ偏光光に変換されている。ｐ偏光光に変換されているＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、そのまま偏光板１０５に入射する。偏光板１０５は、ｐ偏光光を透過して液晶型空間光変調装置１０６に入射させる。液晶型空間光変調装置１０６に入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、ｓ偏光光に変換され、偏光板１０７に入射する。

偏光板１０７は、ｓ偏光光を透過して投写レンズ１０８の方向に進行させる。投写レンズ１０８は、液晶型空間光変調装置１０６で変調された光をスクリーン１０９に投写する。クロスダイクロイックプリズム１０４に入射する光を特定の振動方向のｐ偏光光に変換することにより、偏光板１０５で吸収される光を減らすとともに、液晶型空間光変調装置１０６に入射させる光を増加することができる。液晶型空間光変調装置１０６に入射させる光を増加させることにより、各色光用ＬＥＤ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂからの光を効率良く利用することができる。

次に、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒと、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇと、Ｂ光用ＬＥＤ１０１Ｂとの点灯時間及びタイミングについて説明する。プロジェクタ１００は、単独の液晶型空間光変調装置１０６を用いて各色光を変調する。液晶型空間光変調装置１０６は、画像の１フレーム内で、色光ごとに異なる変調を順に行う。画像の１フレーム内で色光ごとに異なる変調を行うために、画像の１フレームは、Ｒ点灯時間と、Ｇ点灯時間と、Ｂ点灯時間とに分割されている。

各色光用ＬＥＤ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、液晶型空間光変調装置１０６の変調に合わせて、色光ごとに順に点灯する。ＬＥＤは、駆動電流の制御により、ミリ秒オーダーの高速な点灯、消灯、変調（射出光量の調整）が容易であるという特徴を有する。この特徴により、画像の１フレーム内において、色光ごとのＬＥＤを順次点灯させて照明することが可能である。このため、カラーホイール等の構成を用いなくても、各色光用ＬＥＤ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂを用いる簡易な構成によって色順次駆動を行うことができる。

Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を順次投写し、全体として白色の投写像を得るためには、Ｇ光の光束量が全体の光束量のうち６０〜８０％であることを要する。各色光用ＬＥＤ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの出力量が同一である場合、Ｇ光の光束量が不足することとなる。Ｇ光の光束量の不足は、Ｇ色用ＬＥＤ１０１Ｇの点灯時間を、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒの点灯時間、及びＢ光用ＬＥＤ１０１Ｂの点灯時間のいずれよりも長くすることで稼ぐことができる。また、プロジェクタ１００において色光ごとに１つのＬＥＤを設ける構成としているが、色光ごとに複数のＬＥＤを設ける構成としても良い。色光ごとに複数のＬＥＤを設ける場合、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇの数量を、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒの数量、及びＢ光用ＬＥＤ１０１Ｂの数量のいずれよりも多くすることで、Ｇ光の光束量を多くしても良い。

次に、光源装置である各色光用ＬＥＤ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの構成について説明する。本発明において、各色光用ＬＥＤ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの特徴的部分の構成は同一である。従って、本実施例、及び以下の実施例において、Ｒ光用ＬＥＤの構成を例として説明を行うものとする。図２は、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒの断面構成を示す。発光部であるチップ２０１は、第１の接合部２０２、第２の接合部２０３を介して、基板２１０に実装されている。Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒは、電流を供給することにより照明光Ｌを供給する。

Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒは、発光層が下向きとなるようにチップ２０１が設けられている、いわゆるフリップチップ構造をなす。フリップチップ構造では、チップ２０１とリード電極とをワイヤで接続する必要がない。このため、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒを小型で薄型な構成にできる。また、放熱器を介さずチップ２０１を直接基板２１０に実装可能であることから、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒを、熱抵抗が低い構成にできる。チップ２０１は、絶縁性の透明基板に発光層を形成して構成されている。透明基板を設けることにより、発光層からの光を効率良く取り出すことができる。また、発光層から基板２１０の方向へ射出される光を、金属部材からなるｐ電極で反射させる構成とすることにより、さらに光を効率良く利用することができる。

第１の接合部２０２、第２の接合部２０３は、チップ２０１のｐ電極及びｎ電極と、基板２１０側の電極（不図示）とを電気的に接続することで、チップ２０１と基板２１０とを接合する。第１の接合部２０２、第２の接合部２０３としては、例えば、チップ２０１の電極と基板２１０側の電極とを半田づけすることで形成される半田層や、銀蝋で接合することにより形成される銀蝋層を用いることができる。また、チップ２０１の電極と基板２１０側の電極とは、高温、高圧下で直接接合する構成としても良い。

図３は、第１の接合部２０２及び第２の接合部２０３の平面構成を示す。第１の接合部２０２は、円形の環状形状をなしている。第２の接合部２０３は、第１の接合部２０２の環状形状により取り囲まれる領域に設けられている。このように、第１の接合部２０２は、第２の接合部２０３を取り囲む環状形状をなしている。なお、図２、図３に示すように、第１の接合部２０２と第２の接合部２０３との間には、空間が設けられている。第１の接合部２０２と第２の接合部２０３との間に空間を設けることで、第１の接合部２０２と第２の接合部２０３とは、互いに接触しないように構成されている。

さらに、第１の接合部２０２は、チップ２０１及び基板２１０に密着して設けられている。このようにして、第２の接合部２０３は、第１の接合部２０２、チップ２０１及び基板２１０により密閉される空間に設けられている。第１の接合部２０２は、グラウンド電極２０９と電気的に接続されている。第２の接合部２０３は、光源駆動部２０８と電気的に接続されている。第２の接合部２０３は、基板２１０を貫いて配線するためのスルーホールを設けることで、光源駆動部２０８と接続することができる。なお、第１の接合部２０２は、中心領域が空いている形状であれば良く、円状の環状形状に限られない。また、第２の接合部２０３は、第１の接合部２０２に取り囲まれていれば良く、形状は円形状に限られない。

Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒは、チップ２０１からの光Ｌの射出側に、キャップ部２０５を有する。キャップ部２０５は、硝子部材や透明樹脂部材等の、光学的に透明な部材により構成される。キャップ部２０５は、チップ２０１と接合部２０２、２０３とを封止する。キャップ部２０５の光射出側の面は、球面形状、又は非球面形状をなしている。キャップ部２０５は、光射出側の面を球面形状又は非球面形状とすることにより、キャップ部２０５の界面における照明光Ｌの全反射を低減し、チップ２０１からの光を効率良く外部へ射出させる。また、キャップ部２０５の先端位置にレンズ作用を持たせることにより、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒは、チップ２０１が設けられている基板２１０面に略垂直な方向であるＺ軸方向へ、強度の大きい光Ｌを射出する。

基板２１０とキャップ部２０５との間には、空間２０４が設けられている。空間２０４には、冷却用流体である冷却水が充填されている。空間２０４は、冷却液輸送管２０６を介してポンプ２０７と接続されている。ポンプ２０７を作動させることにより、空間２０４の冷却水は、冷却液輸送管２０６を通って矢印Ｗの方向へ循環する。冷却水は、冷却液輸送管２０６を通って循環することで空間２０４を流動する。このようにして、冷却水をチップ２０１の近傍において流動させることができる。

チップ２０１において発生した熱は、冷却水に伝達する。冷却水に伝わったチップ２０１からの熱は、冷却水が流動する過程において最終的に大気に放出される。冷却水を循環させると、放熱した後の冷却水を常にチップ２０１の近傍に通過させることが可能となる。このようにチップ２０１の近傍に冷却水を流動させることにより、チップ２０１からの熱を効率良く取り除くことができる。

なお、冷却液輸送管２０６、ポンプ２０７は、熱交換器を設ける構成としても良い。熱交換器を設けることで、冷却水に伝わる熱を積極的に大気へ放出できる。また、空間２０４における冷却水の熱対流のみでチップ２０１からの熱を十分に放熱することが可能であれば、ポンプ２０７で冷却水を循環する構成とせず空間２０４のみで冷却水を流動させる構成としても良い。この場合、空間２０４に冷却水を封止すれば良く、ポンプ２０７及び冷却液輸送管２０６を省略することができる。

基板２１０は、例えば金属部材により構成される。基板２１０を金属部材により構成することで、基板２１０を熱抵抗が低い構成とし、効率良く放熱することができる。さらに、基板２１０は、チップ２０１が実装される面にセラミック部材からなる層を設けることで、さらに効率良く放熱することができる。また、基板２１０は、ヒートシンクを設ける構成としても良い。ヒートシンクを設けることで、基板２１０に伝わる熱を積極的に大気へ放出できる。なお、第２の接合部２０３は、チップ２０１の電極と、基板２１０側の電極とのみを電気的に接続し、基板２１０自体とは電気的に絶縁されている。

上述のように、第２の接合部２０３は、第１の接合部２０２、チップ２０１及び基板２１０によって密閉される空間に設けられている。チップ２０１と第１の接合部２０２とを密着することで、冷却水は、チップ２０１近傍を流動しても第１の接合部２０２に取り囲まれる空間へは入り込まない。このようにして、第２の接合部２０３は、冷却水とは電気的に絶縁される。

チップ２０１の近傍に冷却水を流動させると、接合部のうち第１の接合部２０２のみが冷却水と接する。このように、接合部のうち、第１の接合部２０２のみが冷却水にさらされる。なお、やむを得ず、第１の接合部２０２とチップ２０１、基板２１０との接合部分に隙間を生じる場合がある。このとき生じる隙間を、水分子以下の長さとすることで、第２の接合部２０３が設けられる空間への冷却水の侵入を防止することができる。

上述のように、第１の接合部２０２は、グラウンド電極２０９と電気的に接続されている。一般に、第１の接合部２０２のほかに冷却水が触れる部分、例えば冷却液輸送管２０６や基板２１０も、最終的にはグラウンド電極２０９と接続されている。このため、冷却水と、冷却水が触れるすべての部分とは、いずれもグラウンド電位となる。このようにして、第１の接合部２０２は、冷却水と略同電位となる。そして、第２の接合部２０３は、光源駆動部２０８と電気的に接続される。

図４は、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒの回路例を示す。チップ２０１は、アノード電極を第２の接合部２０３に、カソード電極を第１の接合部２０２に接続する。チップ２０１を発光させるための電流は、第２の接合部２０３、光源駆動部２０８を介して、不図示の外部電源からチップ２０１へ供給される。第２の接合部２０３と冷却水とは電気的に絶縁されていることから、電極間で導通は起こらない。なお、図４に示す構成とは逆に、チップ２０１は、カソード電極を第２の接合部２０３に、アノード電極を第１の接合部２０２に接続する構成としても良い。この場合、第１の接合部２０２は、外部電源を介してグラウンド電極２０９と接続することができる。

一般的に、水は、導電性を有する。本実施例のＲ光用ＬＥＤ１０１Ｒは、接合部のうち冷却水と略同電位の第１の接合部２０２のみが冷却水と接する構成とする。そして、第２の接合部２０３は冷却水と電気的に絶縁されている。かかる構成とするにより、チップ２０１の近傍に導電性の冷却水を流動させても電極間で導通は起こらない。Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒはフリップチップ構造をなすことから、ボンディングワイヤ等、第２の接合部２０３と同電位となる導通部分の露出も無い。電極間での導通が起きないこと、その他導通部分の露出も無いことから、チップ２０１における漏電やショートを確実に防止し、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒを安全に使用することができる。

本実施例の構成をとらず、例えば、チップ２０１の表面に絶縁性膜を設ける場合、絶縁性膜で光が全反射することにより光が閉じ込められる場合がある。また、絶縁性膜は、チップ２０１からの熱に耐え得る部材で構成する必要がある。例えば、防水のためにパッキンを施したケースを使用する場合、パッキンは熱に弱いことから、チップ２０１の防水状態に保つことが困難である。チップ２０１の防水状態を保つことができないと、チップ２０１における漏電やショートを引き起こす原因となり得る。

本実施例のＲ光用ＬＥＤ１０１Ｒは、このような絶縁性膜やパッキン等を設ける必要が無い。絶縁性膜が不要となることから、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒは、絶縁性膜による光の不要な取り込みを無くし、照明光を効率良く取り出すことができる。また、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒの製造工程においてチップ２０１への絶縁性膜の膜付けを不要にできる。絶縁性膜のほかパッキン等の部材も不要であることから、チップ２０１近傍を耐熱性に優れた構成にすることができる。

また、チップ２０１を直接冷却水にさらすことが可能であるから、冷却水によってチップ２０１からの熱を直接的に取り出し、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒの放熱効率を向上することができる。Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒの放熱効率を向上することにより、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒの定格電流を大きくし、明るい照明光Ｌを得ることができる。これにより、チップ２０１の近傍に冷却水を流動させることで効率良く放熱でき、明るい照明光を供給できるという効果を奏する。

本実施例のＲ光用ＬＥＤ１０１Ｒは、冷却用液体として水を用いることが可能である。冷却用液体として水を用いることにより、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒを環境適合性に優れた構成にでき、かつＲ光用ＬＥＤ１０１Ｒのメンテナンスを容易に行うことができる。なお、冷却用液体としては水を用いる場合に限らず、他の導電性の液体や、非導電性の液体を用いることとしても良い。

Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇ、Ｂ光用ＬＥＤ１０１Ｂについても、効率良く放熱して明るい照明光を供給するための構成は、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒと同様である。これにより、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇ、Ｂ光用ＬＥＤ１０１Ｂにおいても、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒと同様に、効率良く放熱し、明るい照明光を供給することができる。これにより、プロジェクタ１００を用いて明るい投写像を得ることができる。

図５、図６は、接合部の変形例の平面構成を示す。図５に示す第１の接合部５０２は、矩形形状の領域の略中心から円形の領域を取り除いたような形状をなしている。例えば、第１の接合部５０２は、第１の接合部５０２の外周の矩形形状が基板２１０（図２参照）の矩形形状と略同一となるように設けることとしても良い。この場合、チップ５０１は、第２の接合部２０３と、第１の接合部５０２の一部とを覆うように設けることができる。

また、図３及び図５には、２つの接合部を設ける構成を示しているが、チップの電極に対応して３つ以上の接合部を設ける構成とすることもできる。例えば、図５に示す第２の接合部２０３も環状形状とし、第２の接合部２０３に取り囲まれる領域にさらに他の接合部を設けても良い。このように、環状形状を２重、３重とするように複数の接合部を設けることで、３つ以上の電極を有するチップに対して電流を供給可能な構成にできる。さらに、第１の接合部２０２により取り囲まれる接合部は、環状形状や円形状に限らず、例えばドット形状としても良い。

従来、短冊形状のチップを複数並べ、それぞれのチップに対応してドット状の接合部を設けるＬＥＤがある。図６には、従来のドット状の接合部６０３、６１３を取り囲むようにして、環状形状の第１の接合部６０２を設ける構成を示す。第１の接合部６０２は、外周及び内周がいずれも矩形の環状形状を有する。短冊形状のチップ６０１は、ドット状の接合部６０３、６１３の上に設けられる。複数のチップ６０１は、互いに電気的に絶縁されている。図６には、４つのチップ６０１に対応して、第１の接合部６０２により囲まれる領域に８つの接合部を設けている。この構成では、４つのチップ６０１を別々に駆動することができる。このように、第１の接合部６０２以外に複数の接合部を設けることにより、ＬＥＤは、チップごとに別々に駆動する構成にできる。

図７は、本発明の実施例２に係る光源装置である、Ｒ光用ＬＥＤ７０１Ｒの断面構成を示す。Ｒ光用ＬＥＤ７０１Ｒは、上記実施例１のプロジェクタ１００に適用することができる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例のＲ光用ＬＥＤ７０１Ｒは、基板７１０に伝熱部材７１２が設けられることを特徴とする。

伝熱部材７１２は、基板７１０のうち、第１の接合部２０２の環状形状の内周側に設けられる。伝熱部材７１２は、チップ２０１で発生し、第２の接合部２０３から伝播する熱Ｈ１を、外気へ放出する。これに対して、チップ２０１で発生し、第１の接合部２０２から伝播する熱Ｈ２は、基板７１０を介して外気へ放出される。伝熱部材７１２としては、例えば、金属部材を用いることができる。ここで、伝熱部材７１２として、基板７１０より熱抵抗が低い部材を用いると、基板７１０を単独の部材で構成する場合に比較して、効率良く放熱を行うことができる。

また、基板７１０と伝熱部材７１２との間に隙間が設けられることにより、基板７１０と伝熱部材７１２との間の隙間からも熱Ｈ１、Ｈ２を外気へ放出することができる。これにより、さらにＲ光用ＬＥＤ７０１Ｒの放熱効率を向上し、明るい照明光Ｌを供給できるという効果を奏する。なお、図７において図示を省略するが、Ｒ光用ＬＥＤ７０１Ｒについても、上記実施例１のＲ光用ＬＥＤ１０１Ｒと同様に、冷却液輸送管２０６、ポンプ２０７を設けることができる。また、第１の接合部２０２は光源駆動部２０８に、第２の接合部２０３はグラウンド電極２０９に、それぞれ接続されている。

図８は、本発明の実施例３に係る光源装置であるＲ光用ＬＥＤ８０１Ｒの断面構成を示す。上記実施例１のＲ光用ＬＥＤ１０１Ｒと同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例のＲ光用ＬＥＤ８０１Ｒは、基板８１０に設けられた開口部８１２へ冷却用気体を供給することを特徴とする。

基板８１０は、第１の接合部２０２の内周側に開口部８１２を有する。冷却用気体供給部であるノズル８１３は、開口部８１２から第２の接合部２０３の方向へ冷却用気体の射出口を向けて設けられている。冷却用気体としては、空気のほか、気化性の冷媒を用いることができる。気化性の冷媒を用いると、チップ２０１と冷媒との温度差による伝熱のほか、冷媒が気化する際にチップ２０１から気化熱を奪うことにより効率良くチップ２０１を冷却することができる。

冷却用気体は、流入口８１４からノズル８１３へ流入する。そして、開口部８１２には、冷却用気体の流出口８１５、８１６が設けられている。ノズル８１３から矢印Ｃ１の方向へ冷却用気体が吹き付けられると、開口部８１２内の気体は、流出口８１５、８１６から矢印Ｃ２の方向へ流出する。このようにして、冷却用気体は、開口部８１２内を流動する。ノズル８１３から射出される冷却用気体は、チップ２０１からの熱を奪って流出口８１５、８１６から流出する。

これにより、さらにＲ光用ＬＥＤ８０１Ｒの放熱効率を向上し、明るい照明光Ｌを供給できるという効果を奏する。なお、ノズル８１３は、射出口を開口部８１２に設ける構成に限らず、射出口を開口部８１２の外部に設ける構成としても良い。図８において図示を省略するが、Ｒ光用ＬＥＤ８０１Ｒについても、上記実施例１のＲ光用ＬＥＤ１０１Ｒと同様に、冷却液輸送管２０６、ポンプ２０７を設けることができる。また、第１の接合部２０２は光源駆動部２０８に、第２の接合部２０３はグラウンド電極２０９に、それぞれ接続されている。

なお、プロジェクタ１００は、空間光変調装置として単独の液晶型空間光変調装置を用いる構成に限られない。例えば、３つの液晶型空間光変調装置を用いる構成としても良い。また、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を設ける構成に限らず、反射型液晶表示装置を設ける構成や、ティルトミラーデバイスを用いる構成であっても良い。

以上のように、本発明に係る光源装置は、プロジェクタの光源装置として使用する場合に適している。

本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成図。光源装置の断面構成図。接合部の平面構成図。光源装置の回路例を示す図。接合部の変形例の説明図。接合部の変形例の説明図。本発明の実施例２の光源装置の断面構成図。本発明の実施例３の光源装置の断面構成図。

符号の説明

１００プロジェクタ、１０１ＲＲ光用ＬＥＤ、１０１ＧＧ光用ＬＥＤ、１０１ＢＢ光用ＬＥＤ、１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂ λ／４位相板、１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂ反射型偏光板、１０４クロスダイクロイックプリズム、１０４ａダイクロイック膜、１０４ｂダイクロイック膜、１０５、１０７偏光板、１０６液晶型空間光変調装置、１０８投写レンズ、１０９スクリーン、２０１チップ、２０２第１の接合部、２０３第２の接合部、２０４空間、２０５キャップ部、２０６冷却液輸送管、２０７ポンプ、２０８光源駆動部、２０９グラウンド電極、２１０基板、５０１チップ、５０２第１の接合部、６０１チップ、６０２第１の接合部、６０３、６１３接合部、７０１ＲＲ光用ＬＥＤ、７１０基板、７１２伝熱部材、８０１ＲＲ光用ＬＥＤ、８１０基板、８１２開口部、８１３ノズル、８１４流入口、８１５、８１６流出口、Ｌ照明光、Ｈ１、Ｈ２熱

Claims

照明光を供給する発光部と、
前記発光部が実装される基板と、
前記発光部の電極と前記基板側の電極とを接合することで前記発光部に電流を供給する、少なくとも２つ以上の接合部と、を有し、
前記発光部は、前記発光部の近傍に冷却用流体を流動させることにより冷却され、
前記接合部のうち１つの接合部は、他の接合部を取り囲む環状形状をなし、かつ、前記冷却用流体と略同電位であって、
前記他の接合部は、前記１つの接合部と前記発光部とを密着することで、前記冷却用流体とは電気的に絶縁されることを特徴とする光源装置。
前記他の接合部は、さらに前記１つの接合部と前記基板とを密着することで、前記１つの接合部、前記発光部及び前記基板により密閉される空間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記基板は、前記環状形状の内周側に、前記発光部からの熱を伝播する伝熱部材をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記基板は、前記環状形状の内周側に開口部を有し、
前記開口部へ冷却用気体を供給することにより前記発光部を冷却する冷却用気体供給部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
照明光を供給する光源装置と、
前記光源装置からの前記照明光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
前記空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズと、を有し、
前記光源装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置であることを特徴とするプロジェクタ。