JP4363129B2 - 光源装置および投射型表示装置 - Google Patents
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従来のLEDではパッケージ内にシリコン・ジェル等の熱伝導性の高い流体を満たす等の工夫がされていたが、十分な放熱効果は得られていなかった。このため、発熱によるチップへのダメージにより、定格電流を大きくできず、最大光出力も小さくなっていた。
また、上記特許文献2では、発光素子を直接冷媒で冷却しているが、装置構成が複雑かつ大型なので、エテンデュの増大を招くとともに等方発光する光の取り出しが困難となり照明効率が低下するという問題があった。
この構成によれば、導電層をエッチングなどで除去することで凹部を形成することができ、容易に流路を形成することができる。
また、基板に熱伝導率の高い材料を用いることで、基板を介して、冷媒が固体光源から吸収した熱を外部に放熱することができ、個体光源の温度をより下げることができる。
用いることができる。
この構成によれば、凹部の深さを導電層の膜厚と関係なく所定の深さに形成することができる。そのため、流路を所定の断面積に形成することができ、冷媒の流量を確保しやすくなり、固体光源の熱を効率良く放熱することができる。
この構成によれば、絶縁膜により冷媒と固体光源、基板および導電層とが絶縁されるため、導電性のある冷媒も使用することができる。
この構成によれば、固体光源を基板にフリップチップ実装することにより、固体光源を基板に密着させやすくなり流路を形成しやすくなる。また、最小限のスペースで固体光源を実装できるので、光源装置の小型化を図ることができる。
この構成によれば、基板の上に複数の固体光源が配置されていても、流路を流れる冷媒が固体光源の熱を放熱するため、複数の固体光源の熱がこもることなくその温度を下げることができる。その結果、複数の固体光源から大きな光量を取り出すことができ、光源装置からより大きな光量を取り出すことができる。
この構成によれば、固体光源の熱を吸収した冷媒が、流路から連通流路を経て放熱流路に流れ、吸収した熱を放熱板を介して外部に放出することができる。そのため、冷媒の温度を下げることができ、固体光源の熱をより効率的に放熱することができる。
以下、本発明における第1の実施の形態にかかる投射型表示装置について図1から図4を参照しながら説明する。
図1は本実施の形態にかかる投射型表示装置の全体構成を示す概略図である。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
本実施形態の投射型表示装置1は3板式の液晶プロジェクタであり、図1に示すように、それぞれR(赤)、G(緑)、B(青)の色光を出射可能な光源装置10R、10G、10Bと、出射された各色光を変調する透過型の液晶ライトバルブ(光変調手段)20R、20G、20Bと、変調された各色光を合成してカラー画像にするダイクロイッククロスプリズム30と、合成されたカラー画像を投射する投射レンズ(投射手段)40と、から概略構成されている。
光源装置10R、10G、10Bは、その構成が同一で光を出射する固体光源(LEDチップ)が異なるだけなので、光源装置10Rの構成について説明し、光源装置10G、10Bについては説明を省略する。
光源装置10Rは、図2に示すように、Rの色光を出射するLEDチップ(固体光源)11rと、LEDチップ11rを載置する基板12と、LEDチップ11rに電力を供給する電極(導電層)13a、13bと、LEDを冷却する冷媒Cを循環させる循環ポンプ(図示せず)と、から概略構成されている。
基板12は熱伝導率の高い材料(例えばAl)で形成され、基板12上には、図3に示すように、底面が基板12、側面が電極13a、13bから構成される溝(凹部)14が形成されている。
電極13a、13bは、導電性の高い材料(例えば、銅)で形成され、その厚さは35μm、70μmなど、さまざまな厚さに形成される。なお、基板12に用いる材料が導電性を備えた材料の場合には、基板12と電極13a、13bとの間に絶縁層を配置することが好ましい。
複数配列されたLEDチップ11rの間には、溝14を覆う板体16が配置されている。基板12と板体16との間隙、およびLEDチップ11rと板体16との間隙は樹脂などによりモールド、密閉されている。
流路15の内周面には、絶縁膜17が配置され、電極13aと電極13bとが冷媒Cを介して電気的に接触することを防止している。絶縁膜17は、LEDチップ11rを接合する前に溝14およびLEDチップ11rに形成したり、流路15を形成した後に流路15内に絶縁膜17の材料を流して内周面に形成したり、さまざまな方法で形成することができる。
なお、溝14は上述した電極13a、13bの膜厚と略同じ深さのものに限られることなく、図4に示すように、電極13a、13bの膜厚よりも深い溝(凹部)14′でもよい。この構成の場合、基板12の材料として熱伝導率が悪い材料(例えば、樹脂など)を用いることができ、溝14′の加工に機械加工を用いることができる。
また、溝14′の深さを電極13a、13bの膜厚と関係なく所定の深さに形成することができるため、流路15を所定の断面積に形成することができ、冷媒Cの流量を確保しやすくなり、LEDチップ11rの熱を効率良く放熱することができる。
また、電気絶縁性については特には規定しないが、電気絶縁性を有する冷媒Cを用いる場合には、流路15に絶縁膜17を設ける必要がなくなる。
ダイクロイッククロスプリズム30は、4つの直角プリズムが貼り合わされた構造を有し、その貼り合わせ面30a、30bには誘電体多層膜からなる光反射膜(図示略)が十字状に形成されている。具体的には、貼り合わせ面30aには、液晶ライトバルブ20Rで形成された赤色の画像光を反射し、それぞれ液晶ライトバルブ20G、20Bで形成された緑色及び青色の画像光を透過する光反射膜が設けられ、貼り合わせ面30bには、液晶ライトバルブ20Bで形成された青色の画像光を反射し、それぞれ液晶ライトバルブ20R、20Gで形成された赤色及び緑色の画像光を透過する光反射膜が設けられている。
光源装置10R、10G、10Bから出射された各色光は、それぞれ第1のフライアイレンズ191、第2のフライアイレンズ192を透過することでその光の密度分布に関係なく液晶ライトバルブ20R、20G、20B全面に均一な密度で照射される。
液晶ライトバルブ20R、20G、20Bに入射された各色光は変調されて、ダイクロイッククロスプリズム30に入射され、カラー画像に合成されて投射レンズ40によってスクリーン50に投射される。
光源装置10R、10G、10Bは、その作用が同一なので、光源装置10Rの作用について説明し、光源装置10G、10Bについては説明を省略する。
光源装置10Rは、図3に示すように、電極13a、13bからLEDチップ11rに電力を供給されることにより、LEDチップ11rがRの色光を出射するとともに熱を発生する。LEDチップ11rで発生した熱は、流路15内を循環ポンプにより循環している冷媒Cに放熱され、LEDチップ11rは冷却される。
冷媒Cは、基板12を介して外部に熱を放出することにより、その温度が上昇しすぎるのを防ぎ、冷却能力が低下するのを防止している。
また、基板12に熱伝導率の高い材料を用いることで、基板12を介して、冷媒CがLEDチップ11r、11g、11bから吸収した熱を外部に放熱することができ、LEDチップ11r、11g、11bの温度をより下げることができる。
次に、本発明における第2の実施の形態について図5から図6を参照して説明する。
本実施の形態にかかる投射型表示装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、光源装置が異なっている。よって、本実施の形態においては、図5および図6を用いて光源装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
図5は本実施の形態にかかる光源装置の構成を示す図である。図6は、図5におけるB−B線矢視断面図である。
光源装置60R、60G、60Bは、その構成が同一で光を出射する固体光源(LEDチップ)が異なるだけなので、光源装置60Rの構成について説明し、光源装置60G、60Bについては説明を省略する。
光源装置60Rは、図5および図6に示すように、Rの色光を出射するLEDチップ(固体光源)11rと、LEDチップ11rを載置する基板62と、LEDチップ11rに電力を供給する電極(導電層)63a、63bと、LEDを冷却する冷媒Cを循環させる循環ポンプ(図示せず)と、から概略構成されている。
さらに、基板62の上面には、LEDチップ11rよりも一回り小さい冷却用溝(凹部)64aが形成されている。冷却用溝64aの左右からは上述した電極63a、63bが対向するように配置されている。冷却用溝64a上には、LEDチップ11rは、冷却用溝64aを覆うようにフリップチップ的に面接合されている。基板62とLEDチップ11rとの隙間は樹脂などによりモールド、密閉され、流路65aが形成されている
これら冷却用溝64aおよび放熱用溝64bは、LEDチップ11rの1辺の長さが1〜2mmであるので、機械加工にて形成してもよいし、エッチングにて形成してもよい。
また基板62には、直径が100〜300μmの孔を設けることにより、冷却用溝64aと放熱用溝64bとを連通する連通流路65cが形成されている。
光源装置60R、60G、60Bは、その作用が同一なので、光源装置60Rの作用について説明し、光源装置60G、60Bについては説明を省略する。
光源装置60Rは、図6に示すように、電極63a、63bからLEDチップ11rに電力を供給されることにより、LEDチップ11rがRの色光を出射するとともに熱を発生する。LEDチップ11rで発生した熱は、流路65a内を循環ポンプにより流れている冷媒Cに放熱され、LEDチップ11rは冷却される。
冷媒Cは、循環ポンプに圧送されて流路64aまたは流路64bに流入する。まず冷媒Cが流路64aに流入したとすると、上述のように流路64aにおいてLEDチップ11rの熱を奪いその温度が上昇する。温度が上昇した冷媒Cは、連通流路64cを通って流路64bに流入する。流路64bにおいて、冷媒Cは、その内部に蓄積した熱を放熱板69を介して外部に放熱し、冷却される。冷却された冷媒Cは、再び連通流路64cを通って流路64aに流入してLEDチップ11rを冷却する。このように基板62上のLEDチップ11rを冷却したあと、冷媒は循環ポンプに戻り、上記の過程を繰り返す。
例えば、上記の実施の形態においては、LEDチップ11r、11g、11bが1列に配列された構成に適応して説明したが、1列に配列された構成に限られることなく、マトリクス状に配列された構成や、1個だけ配置された構成など、さまざまな配置構成に適応することができるものである。
また、上記の実施の形態においては、光変調手段として透過型液晶パネルを用いる構成に適応して説明したが、この透過型液晶パネルを用いる構成に限られることなく、反射型液晶パネル(LCOS)や、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD、登録商標)など、他の光変調手段を用いることができるものである。
Claims (7)
- 基板と、
前記基板上に帯状に設けられた凹部と、
前記凹部を覆って配置された複数の固体光源と、
隣り合う前記固体光源の間に配置された複数の板体と、を有し、
前記基板と前記固体光源との隙間、前記基板と前記板体との間隙、および前記固体光源と前記板体との間隙は、いずれも密閉され、
前記凹部と前記固体光源と前記板体とが、前記固体光源と熱交換する冷媒が流動する流路を形成することを特徴とする光源装置。 - 前記基板の上には、前記固体光源と電気的に接続される導電層が形成され、
前記導電層が、前記凹部の側面の一部を構成していることを特徴とする請求項1記載の光源装置。 - 前記凹部が、前記基板に機械加工を施して形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。
- 前記基板には、少なくとも1つ以上の前記凹部が形成され、
複数の前記固体光源が前記凹部の上に配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光源装置。 - 前記冷媒と接触する前記流路の内周面には、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光源装置。
- 前記固体光源が前記基板にフリップチップ実装されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の光源装置。
- 光源装置と、該光源装置からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、
前記光源装置が、請求項1から6のいずれかに記載の光源装置であることを特徴とする投射型表示装置。
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