JP4385783B2 - 基板、光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、基板、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をアレイ化することで、光源部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、Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｅｘｔｅｎｔ）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。従来、ＬＥＤは、金属部材等による伝熱を利用して放熱を行う。ＬＥＤにおいてさらに放熱効率を高めるには、液体による伝熱を利用することで放熱を行うことが考えられる。液体による伝熱を利用するには、例えば、光源装置の基板内に冷却用液体を流動させることが考えられる。この場合、冷却液の浸潤による基板、周辺部材の腐食や冷却用液体の蒸散を防止するために、基板内部に金属部材からなる管状構造を設け、管状構造の内部に冷却用液体を流動させることが望ましい。基板内にパイプを設け、そのパイプに冷却用液体を通すことで放熱を行う技術は、以下の特許文献１に提案されている。

特開平７−２９７５０５号公報

特許文献１に開示されている構成は、多層基板の層間にパイプを埋設するものである。多層基板の層間にパイプを埋設する構成は、製造に手間がかかるために生産効率が低く、コスト高となってしまう。このように、光源装置には、放熱効率が高く、かつ容易に製造可能な構成の基板を用いることが求められる。本発明は、上述に鑑みてなされたものであり、放熱効率が高く、かつ容易に製造可能な基板、この基板を用いる光源装置及び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、金属部材と、金属部材の両側に設けられたセラミック部材と、を備える第１の層と、第１の層に積層され、間隔を設けて並列された金属部材を備える第２の層と、第２の層に積層され、金属部材と、金属部材の両側に設けられたセラミック部材と、を備える第３の層と、を有し、第１の層の金属部材と、第２の層の金属部材と、第３の層の金属部材とは、管状構造を構成することを特徴とする基板を提供することができる。

本発明の基板は、セラミック部材からなるシートに金属部材をパターニングした層を積層して構成される、いわゆるセラミック多層基板である。セラミック部材を用いると、各シートを積層することで多層構造を形成できる。管状構造は、各シートにパターニングされた金属部材を融着することで形成される。例えば、積み重ねられた各シートを金属部材の融点以上の温度により焼成することにより、金属部材の融解を利用して管状構造を形成することができる。このように、管状構造は、第１の層、第２の層、第３の層を順に積層することで、基板内部に容易に形成できる。

管状構造は、各層の金属部材を融着して形成可能であることから、管状構造の内部に冷却用流体を流動させても、管状構造からの冷却用流体の浸潤は起こらない。このため、基板及び基板周辺の部材の腐食や冷却用流体の蒸散を防止し、基板内部で冷却用流体を流動させることができる。従って、基板は、冷却用流体による放熱を利用することで放熱効率が高い構成にできる。また、金属部材をパターニングしたセラミックシートを積層することで、容易に、放熱効率が高い基板を製造できる。これにより、放熱効率が高く、かつ容易に製造可能な基板を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１の層のセラミック部材と、第３のセラミック部材とは、管状構造の周辺に設けられることが望ましい。セラミック部材は、熱抵抗が低いことを特徴とする。管状構造の周辺にセラミック部材を設けると、基板は、管状構造に伝わる熱を効率良く外部へ放出することができる。これにより、さらに放熱効率が高い基板を得られる。

さらに、本発明によれば、金属部材と、金属部材の両側に設けられたセラミック部材と、を備える第１の層と、第１の層に積層され、間隔を設けて並列された金属部材を備える第２の層と、第２の層に積層され、金属部材と、金属部材の両側に設けられたセラミック部材と、を備える第３の層と、を有する基板と、基板に実装され、照明光を供給する発光部と、を有し、第１の層の金属部材と、第２の層の金属部材と、第３の層の金属部材とは、管状構造を構成することを特徴とする光源装置を提供することができる。

基板は、冷却用流体による放熱を利用することで放熱効率が高い構成にできる。本発明の光源装置は、放熱器を介さず発光部を直接基板に実装する構成である。熱源である発光部を直接基板に実装可能であることから、放熱効率が高い基板を用いることで、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、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、本発明の好ましい態様によれば、発光部は、第３の層に積層して設けられ、管状構造は、発光部に電流を供給する電極としての機能をさらに有することが望ましい。第３の層に積層して発光部を設けると、金属部材からなる管状構造を介して、発光部に電流を供給することができる。また、基板は、複数の管状構造を設ける構成とすることができる。セラミック部材が絶縁性であることから、管状構造どうしの間にセラミック部材を設けると、基板は、２つ以上の電極が設けられる構成となる。基板に２つ以上の電極を設けることが可能であるから、発光部の電極に対応して、基板側の電極を設ける構成とすることができる。これにより、新たに電極を設ける必要がなく簡易な構成の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、管状構造の中空部分に冷却用流体を流動させる冷却用流体流動部をさらに有することが望ましい。冷却用流体流動部により冷却用流体を積極的に流動させることにより、発光部からの熱を効率的に奪い、光源装置の放熱効率をさらに向上することができる。また、基板に冷却用流体流動部を設ける構成とすることにより、光源装置の外部に新たにポンプ等を設けなくても冷却用流体を流動させることができる。これにより、簡易な構成で、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、空間光変調装置からの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の概略構成を説明し、次いで、光源装置の構成を詳細に説明する。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は、照明光であるＲ光を供給する。Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇは、照明光であるＧ光を供給する。Ｂ光用ＬＥＤ１０１Ｂは、照明光であるＢ光を供給する。各色光用ＬＥＤ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、制御装置１０３によって駆動を制御される。各色光用ＬＥＤ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの構成の詳細については後述する。

各色光用ＬＥＤ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、それぞれ、クロスダイクロイックプリズム１０４の入射面に対向する位置に設けられている。Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒとクロスダイクロイックプリズム１０４との間には、Ｒ光用の空間光変調装置であるＲ光用液晶ライトバルブ１０２Ｒが設けられている。Ｒ光用液晶ライトバルブ１０２Ｒは、Ｒ光用ＬＥＤ１０１ＲからのＲ光を画像信号に応じて変調して射出する透過型の液晶表示装置である。Ｒ光用液晶ライトバルブ１０２Ｒで変調された光は、クロスダイクロイックプリズム１０４に入射する。

Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇとクロスダイクロイックプリズム１０４との間には、Ｇ光用の空間光変調装置であるＧ光用液晶ライトバルブ１０２Ｇが設けられている。Ｇ光用液晶ライトバルブ１０２Ｇは、Ｇ光用ＬＥＤ１０１ＧからのＧ光を画像信号に応じて変調して射出する透過型の液晶表示装置である。Ｇ光用液晶ライトバルブ１０２Ｇで変調された光は、Ｒ光とは異なる入射面からクロスダイクロイックプリズム１０４に入射する。

Ｂ光用ＬＥＤ１０１Ｂとクロスダイクロイックプリズム１０４との間には、Ｂ光用の空間光変調装置であるＢ光用液晶ライトバルブ１０２Ｂが設けられている。Ｂ光用液晶ライトバルブ１０２Ｂは、Ｂ光用ＬＥＤ１０１ＢからのＢ光を画像信号に応じて変調して射出する透過型の液晶表示装置である。Ｂ光用液晶ライトバルブ１０２Ｂで変調された光は、Ｒ光及びＧ光とは異なる入射面からクロスダイクロイックプリズム１０４に入射する。

なお、各色光用液晶ライトバルブ１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂは、特定の振動方向の偏光光を画像信号に応じて変調する。このため、入射光を特定の振動方向の偏光光に変換する偏光変換素子を適宜設けることが望ましい。偏光変換素子を設けることにより、各色光用光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂへ入射させる光を増加できる。従って、偏光変換素子を設けることにより、各色光を効率良く利用し、明るい画像を得られる。

クロスダイクロイックプリズム１０４は、第１のダイクロイック膜１０４ａと第２のダイクロイック膜１０４ｂとをＸ字状に配列して構成されている。第１のダイクロイック膜１０４ａは、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過する。第２のダイクロイック膜１０４ｂは、Ｂ光を反射し、Ｇ光及びＲ光を透過する。クロスダイクロイックプリズム１０４に入射したＲ光は、第１のダイクロイック膜１０４ａで反射して、投写レンズ１０５の方向へ進行する。

クロスダイクロイックプリズム１０４に入射したＧ光は、第１のダイクロイック膜１０４ａ及び第２のダイクロイック膜１０４ｂを透過して、投写レンズ１０５の方向へ直進する。クロスダイクロイックプリズム１０４に入射したＢ光は、第２のダイクロイック膜１０４ｂで反射して、投写レンズ１０５の方向へ進行する。これにより、変調された各色光は合成されて、投写レンズ１０５の方向へ射出される。投写レンズ１０５は、変調された各色光をスクリーン１０６に投写する。

次に、各色光用ＬＥＤ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの構成を詳細に説明する。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、Ｇ光用光源装置の構成を例として説明を行うものとする。図２は、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇの断面構成を示す。発光部であるチップ２２０は、基板２１０に実装されている。チップ２２０は、電極２０７、２０８から電流を供給することにより、照明光Ｌを供給する。

Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇは、発光層が下向きとなるようにチップ２２０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２２０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、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇ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２２０を直接基板２１０に実装可能であることから、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇを、熱抵抗が低い構成にできる。チップ２２０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、電極２０７、２０８を金属部材により構成することで、発光層から基板２１０の方向へ射出される光を電極２０７、２０８で反射させる構成とすることも可能である。これにより、さらに光を効率良く利用することができる。

チップ２２０側の電極２０７、２０８に対応して、基板２１０側にも電極２０５、２０６が設けられている。基板２１０側の電極２０５は、チップ２２０側の電極２０７と電気的に接続されている。基板２１０側の電極２０６は、チップ２２０側の電極２０８と電気的に接続されている。電極２０５、２０６は、例えば金属部材である銅やアルミニウムにより構成されている。また、電極２０５と電極２０６とは、セラミック部材２３２により電気的に絶縁して設けられている。不図示の外部電源は、電極２０５、２０６と電気的に接続されている。チップ２２０は、外部電源からの電流によって照明光Ｌを供給する。

Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇは、チップ２２０からの照明光Ｌの射出側に、キャップ部２０９を有する。キャップ部２０９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２０９は、チップ２２０を封止する。キャップ部２０９の光射出側の面は、球面形状、又は非球面の曲面形状をなしている。キャップ部２０９は、光射出側の面を球面形状又は非球面の曲面形状とすることにより、キャップ部２０９の界面における照明光Ｌの全反射を低減し、チップ２２０からの照明光Ｌを効率良く外部へ射出させる。また、キャップ部２０９の先端位置にレンズ作用を持たせることにより、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇは、チップ２２０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、強度の大きい照明光Ｌを射出する。

基板２１０は、セラミック部材と、金属部材である銅とをパターニングしたシートを積層してなる、いわゆるセラミック多層基板である。基板２１０のうちチップ２２０とは反対側の面には、セラミック部材により構成されるセラミック層２１１が設けられている。第１の層２０１、第２の層２０２、第３の層２０３は、セラミック層２１１の上に、順に積層されている。第３の層２０３の上には、セラミック層２０４が積層されている。セラミック層２０４の上には、電極２０５、２０６が設けられている。なお、図２において、基板２１０のうち金属部材で構成される部分は、斜線を付して示している。また、基板２１０を構成する金属部材としては、銅に限らず、アルミニウム等その他の金属部材を用いても良い。

基板２１０のうち、第１の層２０１、第２の層２０２、第３の層２０３に、金属部材からなる管状構造２３０が構成されている。図２に示す断面構成において、管状構造２３０は、５つの断面がＸ方向に並列して確認できる。管状構造２３０は、Ｘ方向に並列するそれぞれの断面において、第２の層２０２に設けられている空間２４０を中空部分として構成されている。管状構造２３０の周辺には、各層のセラミック部材２３２が設けられている。セラミック部材２３２は、熱抵抗が低い絶縁体である。基板２１０は、セラミック部材２３２を用いる多層構造とすることにより、熱抵抗が低く放熱効率が高い構成にできる。

図３は、空間２４０を貫くＸＹ面により基板２１０を切断したときの断面構成を示す。ここでは、空間２４０の形状を示して管状構造２３０の形状を説明する。図２に示す管状構造２３０は、図３に示す直線ＡＡ’にて基板２１０を切断したときのＸＺ面における構成である。管状構造２３０は、Ｙ方向に略平行な５本の管の端部を交互に繋ぎ合わせるように構成されている。このような管状構造２３０の構成により、空間２４０は、基板２１０内部においてＸＹ平面を蛇行する構造をなしている。

管状構造２３０は、流入口３４０及び流出口３４２において、ＸＺ面である基板２１０の側面に突き当たる。空間２４０は、流入口３４０及び流出口３４２において、基板２１０の外部へ開放されている。そして、流入口３４０及び流出口３４２は、基板２１０の外部に設けられた不図示のポンプと接続されている。冷却用流体流動部であるポンプは、冷却用流体である冷却水を流入口３４０から空間２４０へ送り込む。流入口３４０から空間２４０へ流入した冷却水Ｗｉｎは、管状構造２３０の形状に沿って基板２１０内部の空間２４０を蛇行する。そして、流出口３４２に到達した冷却水Ｗｏｕｔは、基板２１０内部の空間２４０から流出し、再びポンプへ戻る。このようにして、ポンプを作動させることにより、冷却水を基板２１０内部の空間２４０にて流動させることができる。

図２に戻って、チップ２２０からの熱は、セラミック層２０４、管状構造２３０を介して、空間２４０を通過する冷却水に伝達する。冷却水に伝わったチップ２２０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基板２１０内部の空間２４０に通過させることが可能となる。このように基板２１０内部の空間２４０にて冷却水を流動させることにより、チップ２２０からの熱を効率良く取り除くことができる。

また、管状構造２３０の周辺には、各層のセラミック部材２３２が設けられている。上述のようにセラミック部材２３２は、熱抵抗が低いことを特長とする。このため、セラミック部材２３２は、チップ２２０から直接、あるいは管状構造２３０を介して伝わった熱を、外部へ放熱する。このように、基板２１０は、冷却水による放熱とセラミック部材２３２による放熱とを利用することで、放熱効率が高い構成にできる。

なお、ポンプと基板２１０との間の冷却水の流路や、ポンプは、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２４０における冷却水の熱対流のみでチップ２２０からの熱を十分に放熱することが可能であれば、空間２４０を閉空間として冷却水を封止する構成としても良い。この場合、流入口３４０及び流出口３４２を基板２１０に設ける必要がない上、ポンプも不要であるから、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇを簡易な構成にできる。

次に、図４、図５を用いて、基板２１０の管状構造２３０の構成について説明する。図４は、積層する前の第１の層２０１、第２の層２０２、第３の層２０３の断面構成を示す。ここでは、図２に示す管状構造２３０のうちＹ軸に略平行な管の構成について説明する。第１の層２０１は、金属部材４３０と、金属部材４３０の両側に設けられたセラミック部材４３２と、を備えるようにパターニングされている。

第２の層２０２には、金属部材４３０とセラミック部材４３２とが並列するようにパターニングされた２つのシートを用意する。第３の層２０３は、第１の層２０１と同様に、金属部材４３０と、金属部材４３０の両側に設けられたセラミック部材４３２と、を備えるようにパターニングされている。第１の層２０１と第３の層２０３とは、第２の層２０２を間に挟み、かつ第１の層２０１及び第３の層２０３の金属部材４３０の位置とセラミック部材４３２の位置とを合わせるように積層される。

第２の層２０２は、２つのシートの金属部材４３０どうしを向かい合わせ、それぞれの金属部材４３０が間隔４４０を設けて並列するように位置決めする。そして、各層２０１、２０２、２０３は、間隔４４０が第１の層２０１及び第３の層２０３の金属部材４３０の幅に収まるように積層される。第１の層２０１及び第３の層２０３の金属部材４３０は、間隔４４０より広い幅でパターニングされている。

図５は、各層２０１、２０２、２０３を積層したときの断面構成を示す。各層２０１、２０２、２０３を上述のように位置決めして積層すると、各層２０１、２０２、２０３の金属部材４３０によって、中空部分を有する管状構造２３０が形成される。管状構造の中空部分は、第２の層２０２の２つの金属部材４３０と、第１の層２０１及び第３の層２０３の金属部材４３０とにより囲まれる空間２４０である。空間２４０は、第２の層２０２の金属部材４３０どうしの間隔４４０と、第２の層２０２の厚さとにより決定される。

このようにして、管状構造２３０のうちＹ方向に略平行な管の部分を形成することができる。さらに、Ｙ方向に略平行な管の端部どうしを交互に繋ぐように、第２の層２０２に間隔４４０が設けられる。Ｙ方向に略平行な管の端部どうしを交互に繋げることで、図３に示す形状の空間２４０を有する管状構造２３０を形成できる。また、Ｙ方向に略平行な管の端部の２箇所において、空間２４０が基板２１０の外部に開放するように第２の層２０２の間隔４４０を設ける。空間２４０の端部を基板２１０の外部に開放することにより、図３に示す流入口３４０及び流出口３４２を形成できる。

基板２１０は、パターニングされた各層２１１、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５（図２参照）を重ね合わせた後、金属部材４３０の融点以上の温度で焼成される。例えば、金属部材４３０として銅を用いる場合、基板２１０は、銅の融点である１０８３度以上の温度で焼成される。基板２１０を金属部材４３０の融点以上の温度で焼成すると、管状構造２３０は、第１の層２０１、第２の層２０２、第３の層２０３の金属部材４３０が融着することで形成される。このように、管状構造２３０は、金属部材４３０の融解を利用して形成することができる。管状構造２３０は、各層２０１、２０２、２０３を順に積層して焼成することで、基板２１０内部に容易に形成することができる。

また、金属部材４３０の融解を利用して管状構造２３０を形成することから、各層２０１、２０２、２０３の金属部材４３０を１つの略均一な部材とし、管状構造２３０を緻密な構成にできる。金属部材４３０により管状構造２３０を緻密な構成にできることから、管状構造２３０内部の空間２４０に冷却水を流動させても、管状構造２３０からの冷却水の浸潤は起こらない。冷却水の浸潤が起こらないことから、基板２１０及び基板２１０周辺の部材の腐食や冷却水の蒸散を防止し、基板２１０内部で冷却水を流動させることができる。

従って、基板２１０は、セラミック部材２３２による放熱と、冷却水による放熱とを利用することで放熱効率が高い構成にできる。また、管状構造２３０は、金属部材をパターニングしたセラミックシートを重ね合わせて焼成することで容易に形成できる。このため、容易に、放熱効率が高い基板２１０を製造できる。これにより、放熱効率が高く、かつ容易に製造可能な基板２１０を得られる。

図２に戻って、基板２１０は、セラミック部材２３２による放熱と、冷却水による放熱とを利用することで放熱効率が高い構成にできる。Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇは、放熱器を介さずチップ２２０を直接基板２１０に実装する構成である。熱源であるチップ２２０を直接基板２１０に実装可能であることから、放熱効率が高い基板２１０を用いることで、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇの放熱効率を向上することができる。Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇの放熱効率を向上することにより、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇ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、効率良く放熱でき、明るい照明光Ｌを供給できるという効果を奏する。

Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒ、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、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇと同様である。これにより、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒ、Ｂ光用ＬＥＤ１０１Ｂにおいても、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇ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。

なお、管状構造２３０は、図３を用いて説明した本実施例の形状に限られない。管状構造２３０は、基板２１０内部で蛇行する形状に代えて、例えば、空間２４０が網目状となるように設けても良い。また、流入口３４０及び流出口３４２をそれぞれ複数設け、略平行な複数の管状構造を設ける構成としても良い。管状構造２３０を緻密な構成にできることから、冷却用流体としていずれの液体あるいは気体を用いることができる。特に、本実施例のように冷却用流体として水を用いると、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。

図６は、本発明の実施例２の光源装置であるＧ光用ＬＥＤ６０１Ｇの断面構成を示す。Ｇ光用ＬＥＤ６０１Ｇ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Ｇ光用ＬＥＤ６０１Ｇは、管状構造６３０、６３２がチップ２２０に電流を供給する電極としての機能を有することを特徴とする。

Ｇ光用ＬＥＤ６０１Ｇの基板６１０は、セラミック層２１１、第１の層２０１、第２の層６０２、第３の層２０３を順に積層して構成される。基板６１０は、２つの管状構造６３０、６３２を有する点が、上記実施例１の基板２１０（図２参照）と異なる。また、基板６１０の第３の層２０３の上に、発光部であるチップ２２０が積層されている点も、上記実施例１の基板２１０と異なる。

管状構造６３０と管状構造６３２との間の位置Ｐにおいて、第２の層６０２は、セラミック部材により構成される。位置Ｐにおいて第２の層６０２をセラミック部材で構成することにより、２つの管状構造６３０、６３２が設けられる。そして、位置Ｐにおいて、管状構造６３０、６３２どうしは、電気的に絶縁される。チップ２２０側の一方の電極２０７は、一方の管状構造６３０の上に配置される。チップ２２０側の他方の電極２０８は、他方の管状構造６３２の上に配置される。

管状構造６３０、６３２がそれぞれ金属部材により構成されることから、本実施例のＧ光用ＬＥＤ６０１Ｇは、それぞれの管状構造６３０、６３２を介してチップ２２０に電流を供給することができる。このように、管状構造６３０、６３２は、冷却水を流動させるほかに、チップ２２０に電流を供給する基板６１０側の電極としての機能をさらに有する。新たに基板６１０側に電極を設ける必要がないことから、これにより、Ｇ光用ＬＥＤ６０１Ｇを簡易な構成にできるという効果を奏する。

なお、第２の層６０２において、金属部材どうしの間にセラミック部材を設ける箇所を例えば３つ設けると、４つの管状構造を設けることができる。基板６１０に４つの管状構造を設けると、基板６１０側に４つの電極を設けることができる。このように、第２の層６０２にセラミック部材を設ける箇所の数によって基板６１０側の電極の数を適宜決定することができる。また、管状構造を分離する位置も、第２の層６０２においてセラミック部材を設ける位置に応じて適宜決定することができる。従って、本実施例のＧ光用ＬＥＤ６０１Ｇは、管状構造を、チップ２２０側の電極の数や位置に応じて構成することができる。

図７は、本発明の実施例３の基板７１０の上面構成を示す。基板７１０は、上記実施例１のＧ光用ＬＥＤ１０１Ｇに適用することができる。上記実施例１と重複する説明は省略する。本実施例の基板７１０は、管状構造内部の中空部分である空間７４０に冷却用流体を流動させる冷却用流体流動部を有することを特徴とする。なお、本実施例では、空間７４０を図示することで基板７１０に設けられる管状構造の形状を説明するものとする。本実施例においても、管状構造の基本的構成は、上記実施例１の管状構造２３０（図３参照）と同様である。

冷却用流体流動部である押圧部７０１は、基板７１０の略中心部の、空間７４０の上に設けられている。空間７４０は、流入口及び流出口が設けられず、基板７１０内で閉ざされている。空間７４０には、冷却用流体である冷却水が封止されている。なお、押圧部７０１が設けられる位置は、空間７４０に対応する位置であれば良く、基板７１０の略中心部に限られない。

図８は、基板７１０のうち押圧部７０１が設けられている部分の斜視構成を示す。図９は、図８に示す構成を直線ＢＢ’で切断したときの断面構成を示す。空間７４０は、押圧部７０１が設けられている位置において、押圧部７０１の面積に対応して幅が広くなるように設けられている。押圧部７０１を設ける基板７１０面は、チップ２２０側（図２参照）であるプラスＺ側とする場合に限らず、チップ２２０とは反対側のマイナスＺ側としても良い。

図１０に示す側面構成を用いて、冷却水を流動させる押圧部７０１の作用について説明する。押圧部７０１は、電流あるいは電圧を印加することで変形する。変形する前の押圧部７０１は、基板７１０面であるＸＹ面に略平行な平面を有する形状をなしている。これに対して、図１０において一点鎖線で示す変形後の押圧部１００１は、略中心の部分が基板７１０側へ凹みをもつ形状となる。押圧部７０１が変形すると、基板７１０のうち押圧部７０１が設けられている部分も、図１０において一点鎖線で示すように空間７４０内部へ凹むように変形する。

押圧部７０１が設けられている部分において基板７１０が空間７４０内部を凹むように変形することで、押圧部７０１近傍の冷却水は、押圧部７０１が設けられている部分から離れる矢印Ｗ２の方向へ押し出される。そして、冷却水は、押圧部７０１が変形前の形状に戻ることで、矢印Ｗ２とは反対の方向へ引き寄せられる。押圧部７０１は、このように変形を繰り返すことで冷却水を流動させる。

押圧部７０１の作用により、冷却水は、押圧部７０１から離れる方向と、押圧部７０１へ近づく方向とを往復するように流動する。空間７４０を流動する冷却水の流量は、基板７１０のうち押圧部７０１により押圧される部分の面積と、押圧部７０１の押圧による基板７１０面の移動量との積により決定される。このため、押圧部７０１の面積や押圧部７０１の変形度合いにより冷却水の流動量を調整することができる。さらに、押圧部７０１を高速駆動することで、単位時間における冷却水の流動量を増加させることもできる。

押圧部７０１としては、電流もしくは電圧を印加することで変形可能な素子であれば良く、例えば、電圧を印加することで伸縮するピエゾ膜等の電歪素子、圧電素子を用いることができる。その他、押圧部７０１として、磁界中のコイル、磁界を印加することで伸縮する磁歪素子、静電力により変形する膜等を用いても良い。また、押圧部７０１として、例えば、モータとカムとを組み合わせた機構等を用いることもできる。

チップ２２０から冷却水に伝えられた熱は、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。チップ２２０からの熱を奪った冷却水は、流動する過程において放熱を行う。また、押圧部７０１を基板７１０に設ける構成とすることにより、新たにポンプ等を外部に設けなくても冷却水を流動させることができる。これにより、簡易な構成で、さらに明るい照明光を供給できるという効果を奏する。

（変形例１）
図１１は、実施例３の変形例１に係る基板１１１０のうち、押圧部１１０１、１１０２が設けられている部分の斜視構成を示す。本変形例の基板１１１０は、２つの押圧部１１０１、１１０２を用いて冷却水を流動させることを特徴とする。押圧部１１０１、１１０２は、それぞれ上記の基板７１０に設けられる押圧部７０１（図７参照）と同様の構成を有する。

基板１１１０内部の管状構造は、空間１１４０が矩形の環状形状となるように設けられている。第１の押圧部１１０１は、矩形の環状形状の空間１１４０上であって、空間１１４０のうちＹ軸に略平行な１辺の略中央の位置に設けられている。第２の押圧部１１０２は、第１の押圧部１１０１が設けられている空間１１４０の１辺に対向する辺の略中心の位置に設けられている。このように、押圧部１１０１と押圧部１１０２とは、基板１１１０面の略中心位置に関して点対称となるような位置に配置される。

図１２は、第１の押圧部１１０１の駆動及び第２の押圧部１１０２の駆動のタイミング例を示す。ここでは、第１の押圧部１１０１及び第２の押圧部１１０２がいずれも電圧を印加することで変形するものとして説明を行う。まず、第１の押圧部１１０１に電圧が印加されているとき、第２の押圧部１１０２には電圧は印加されない。そして、第１の押圧部１１０１への電圧の印加を止めると同時に、第２の押圧部１１０２に電圧を印加する。第１の押圧部１１０１と、第２の押圧部１１０２とには、このような電圧が繰り返し印加される。第１の押圧部１１０１と、第２の押圧部１１０２とは、互いに逆相となるような駆動信号によって、交互に変形するように駆動する。

第１の押圧部１１０１が変形する間、第２の押圧部１１０２は、変形後の状態から変形前の形状に戻る。第１の押圧部１１０１が変形すると、冷却水は、第１の押圧部１１０１から離れる２方向である矢印Ｗ３の方向へ押し出される。また、第２の押圧部１１０２が元の形状に戻ることで、矢印Ｗ３で示す２方向へ押し出された冷却水を第２の押圧部１１０２の方向へ引き寄せる。このようにして、冷却水は、第２の押圧部１１０２へ向かう。

次に、第１の押圧部１１０１が変形前の形状に戻ると同時に、第２の押圧部１１０２が変形する。第２の押圧部１１０２が変形すると、冷却水は、第２の押圧部１１０２から離れる２方向である矢印Ｗ４の方向へ押し出される。また、第１の押圧部１１０１が元の形状に戻ることで、矢印Ｗ４で示す２方向へ押し出された冷却水を第１の押圧部１１０１の方向へ引き寄せる。このようにして、冷却水は、第１の押圧部１１０１へ向かう。

各押圧部１１０１、１１０２のこのような作用により、冷却水は、往復するように流動する。各押圧部１１０１、１１０２を電流や磁界により変形する場合も、各押圧部１１０１、１１０２を電圧により駆動する場合と同様に駆動することで、往復するように冷却水を流動させることができる。このように、環状形状の空間１１４０において押圧部１１０１、１１０２を連動して駆動することで、冷却水の流量を容易に増加することができる。これにより、効率良く放熱することができる。特に、基板１１１０面の剛性が高い場合や、冷却用液体の抗力が小さい場合であって、押圧部が変形しても冷却用液体の流量が小さいような場合、本変形例は有用である。

なお、空間１１４０の形状は、環状であれば形状は矩形に限られず、例えば、円形や楕円形であっても良い。また、基板１１１０に設ける環状の空間１１４０の数は、単独、複数のいずれであっても良い。さらに、基板１１１０に設ける押圧部は２つに限らず、構成に応じて２つ以上の押圧部を設ける構成としても良い。例えば、分岐を有するような管状構造を設ける場合、押圧部の位置や数を適宜変更することにより、空間における冷却水の流量を略均一にすることもできる。

（変形例２）
図１３は、実施例３の変形例２に係る基板１３１０のうち、押圧部１３０１、１３０２が設けられている部分の斜視構成を示す。本変形例の基板１３１０は、２つの押圧部１３０１、１３０２を用いて冷却水を所定の一方向へ還流させることを特徴とする。押圧部１３０１、１３０２は、それぞれ上記の基板７１０に設けられている押圧部７０１（図７参照）と同様の構成を有する。

基板１３１０内部の管状構造は、空間１３４０がＹ方向に長手方向を有する形状となるように設けられている。基板１３１０には流入口及び流出口が設けられず、空間１３４０は基板１３１０内で閉ざされている。第１の押圧部１３０１、第２の押圧部１３０２は、それぞれ空間１３４０上に所定の間隔で直列して設けられている。なお、空間１３４０は、一方向に長手方向を有する形状に限らず、上記の基板７１０、１１１０に設けられる空間のように蛇行するような形状や、環状形状であっても良い。

図１４は、第１の押圧部１３０１の駆動及び第２の押圧部１１０２の駆動のタイミング例を示す。ここでも、第１の押圧部１３０１及び第２の押圧部１３０２がいずれも電圧を印加することで変形するものとして説明を行う。まず、第１の押圧部１３０１に電圧が印加されているとき、第２の押圧部１３０２には電圧は印加されない。そして、第１の押圧部１３０１への電圧印加を止めた後時間ｔ１が経過したとき、第２の押圧部１３０２に電圧を印加する。

次に、第２の押圧部１３０２への電圧印加を止めた後、さらに時間ｔ２が経過したとき、再び第１の押圧部１３０１に電圧を印加する。第１の押圧部１３０１と、第２の押圧部１３０２とには、このような電圧が繰り返し印加される。第１の押圧部１３０１と、第２の押圧部１３０２とは、互いにずらされた位相の駆動信号によって、所定の時間差をもって変形するように駆動する。

まず、第１の押圧部１３０１が変形すると、冷却水は、第１の押圧部１３０１から離れる方向へ押し出される。そして、第１の押圧部１３０１から押し出された冷却水がマイナスＹ方向へ進行して第２の押圧部１３０２を通過するタイミングで、第２の押圧部１３０２を変形させる。第１の押圧部１３０１を元の形状に戻した後第２の押圧部１３０２を変形するまでの時間ｔ１は、第１の押圧部１３０１から押し出された冷却水がマイナスＹ方向へ進行して第２の押圧部１３０２を通過する時間に設定することができる。第２の押圧部１３０２が変形することで、第１の押圧部１３０１から第２の押圧部１３０２に到達した冷却水は、それまでと同じマイナスＹ方向へ進行する。さらに、空間１３４０におけるマイナスＹ側の端部に到達した冷却水は、それまでと逆のプラスＹ方向に戻る。

各押圧部１３０１、１３０２は、このような作用により、冷却水を一方向へ還流させる。各押圧部１３０１、１３０２を電流や磁界により変形する場合も、各押圧部１３０１、１３０２は、電圧により駆動する場合と同様に駆動することで、冷却水を一方向へ還流させることができる。冷却水は、第１の押圧部１３０１からの力がそのまま減衰しないうちに第２の押圧部１３０２に到達可能であることが望ましい。このため、第１の押圧部１３０１の位置と第２の押圧部１３０２の位置との所定の間隔は、冷却水の慣性力が減衰しないような距離とすることが望ましい。

冷却水を一方向へ還流させることにより、冷却水の流量を容易に増加することができる。また、冷却水を還流させることで、放熱前の冷却水と放熱後の冷却水とを循環させ、チップ２２０からの熱を効率良く取り除くことができる。例えば、第２の押圧部１３０２を元の形状に戻した後第１の押圧部１３０１を変形するまでの時間ｔ２を短くすることで、単位時間における冷却水の流動量を増加させることも可能である。

なお、基板１３１０に設ける空間１３４０の数は、単独、複数のいずれであっても良い。また、基板１３１０に設ける押圧部は２つに限らず、構成に応じて２つ以上の押圧部を設ける構成としても良い。例えば、空間１３４０の長手方向の長さに応じた数の押圧部を設けることで、空間１３４０の長手方向に冷却水を還流させることができる。

（変形例３）
図１５は、実施例３の変形例３に係る基板１５１０のうち、押圧部１５０１が設けられている部分の斜視構成を示す。本変形例の基板１５１０は、１つの押圧部１５０１と組み合わせて、抵抗部を設けることを特徴とする。押圧部１５０１は、それぞれ上記の基板７１０に設けられている押圧部７０１（図７参照）と同様の構成を有する。基板１５１０内部の管状構造は、空間１５４０がＹ方向に長手方向を有する形状となるように設けられている。基板１５１０には流入口及び流出口が設けられず、空間１５４０は基板１５１０内で閉ざされている。押圧部１５０１は、空間１５４０上の、プラスＹ寄りの位置に設けられている。

抵抗部である流線型ブロック１５１１は、空間１５４０のうち、押圧部１５０１から見てマイナスＹ側の位置に設けられている。流線型ブロック１５１１は、押圧部１５０１側に底辺、押圧部１５０１とは反対側に鋭角をもつ三角形形状に厚みを設けたような立体構造をもつ物体である。流線型ブロック１５１１は、押圧部１５０１側には矩形形状の面を向けている。そして、流線型ブロック１５１１は、押圧部１５０１側の面からマイナスＹ方向へ行くに従って細くなる流線型をなしている。

押圧部１５０１が変形すると、冷却水は、押圧部１５０１から離れる方向へ押し出される。上述のように、流線型ブロック１５１１は、マイナスＹ方向へ行くに従い細くなる形状をなす。流線型ブロック１５１１は、流線型ブロック１５１１の形状が太くなるプラスＹ方向より、流線型ブロック１５１１の形状が細くなるマイナスＹ方向へ、低い抵抗で冷却水を通過させる性質を持つ。押圧部１５０１からの冷却水は、矢印Ｗ６の向きへ流れるより低抵抗の矢印Ｗ５の方向へ流動する。このような流線型ブロック１５１１の性質により、押圧部１５０１からの冷却水を、流線型ブロック１５１１の形状が細くなる一方向へ還流させることができる。

図１６は、流体ダイオード１６１１の斜視構成を示す。抵抗部である流体ダイオード１６１１は、流線型ブロック１５１１に代えて基板１５１０に設置することができる。流体ダイオード１６１１は、いずれも内部が空洞の円柱及び直方体を組み合わせた、いわゆるシロッコファンに用いるフード様の形状をなしている。流体ダイオード１６１１は、円柱部分の底面の略中心に冷却水の流入口が設けられている。流体ダイオード１６１１における冷却水の流出口は、直方体部分の端部に設けられている。

流体ダイオード１６１１は、図１５に示す空間１５４０において、円柱部分を押圧部１５０１側であるプラスＹ側に、直方体部分の流出口を押圧部１５０１とは逆であるマイナスＹ側に向けて設けられる。流体ダイオード１６１１は、円柱部分における遠心力の作用によって、流出口から流出する方向へ低い抵抗で冷却水を通過させる性質を持つ。押圧部１５０１からの冷却水は、矢印Ｗ８の向きで流体ダイオード１６１１に流入して、矢印Ｗ７の向きで流出する。流体ダイオード１６１１を設けることにより、流線型ブロック１５１１を設ける場合と同様に、押圧部１５０１からの冷却水を、流出口を向ける一方向へ還流させることができる。

本変形例の基板１５１０は、冷却水を還流させることで、放熱前の冷却水と放熱後の冷却水とを循環させ、チップ２２０からの熱を効率良く取り除くことができる。なお、空間１５４０は、上記変形例の基板１３１０と同様に、一方向に長手方向を有する形状に限られない。特に、図１１を用いて説明した基板１１１０に本変形例の抵抗部を設けると、環状形状の空間１１４０において、冷却水を一方向に循環可能な構成にできる。また、基板１５１０に設ける空間１５４０は、単独、複数のいずれであっても良い。

冷却用流体流動部としては、本実施例で説明した変形可能な素子のほかに、例えば、管状構造の一部にヒータ等の加温装置を設ける構成とすることもできる。加温装置により冷却水を加温すると、気泡が冷却水に発生する。ここで、気泡が冷却水に発生すると、流体の界面の表面張力に勾配が発生する。そして、流体の界面の表面張力に勾配が発生することで、流体に流れを引き起こすような駆動力が発生する（マランゴニ効果）。このように、加温装置を用いて加温することで、冷却水は一方向に流動する。また、本実施例では、冷却用流体流動部を基板に設ける構成としたが、上記実施例１に示すように、ポンプ等の冷却用流体流動部を基板の外部に設けることとしても良い。

上記実施例のプロジェクタ１００は、３つの液晶ライトバルブを設ける構成に限られない。例えば、単独の液晶ライトバルブを用いる構成としても良い。また、プロジェクタ１００は、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、本発明に係る基板は、プロジェクタの光源装置に用い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。 基板の断面構成図。 管状構造の構成の説明図。 管状構造の構成の説明図。 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の基板の上面構成図。 押圧部の斜視構成図。 図８に示す構成の断面図。 押圧部の作用の説明図。 実施例３の変形例１に係る基板の一部の構成図。 押圧部の駆動の説明図。 実施例３の変形例２に係る基板の一部の構成図。 押圧部の駆動の説明図。 実施例３の変形例３に係る基板の一部の構成図。 流体ダイオードの斜視構成図。

符号の説明

１００ プロジェクタ、１０１Ｒ Ｒ光用ＬＥＤ、１０１Ｇ Ｇ光用ＬＥＤ、１０１Ｂ Ｂ光用ＬＥＤ、１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂ 液晶ライトバルブ、１０３ 制御装置、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 投写レンズ、１０６ スクリーン、２０１ 第１の層、２０２ 第２の層、２０３ 第３の層、２０４、２１１ セラミック層、２０５、２０６ 電極、２０７、２０８ 電極、２０９ キャップ部、２１０ 基板、２２０ チップ、２３０ 管状構造、２３２ セラミック部材、２４０ 空間、３４０ 流入口、３４２ 流出口、４３０ 金属部材、４３２ セラミック部材、４４０ 間隔、６０１Ｇ Ｇ光用ＬＥＤ、６０２ 第２の層、６１０ 基板、６３０、６３２ 管状構造、７０１ 押圧部、７１０ 基板、７４０ 空間、１００１ 押圧部、１１０１ 第１の押圧部、１１０２ 第２の押圧部、１１１０ 基板、１１４０ 空間、１３０１ 第１の押圧部、１３０２ 第２の押圧部、１３１０ 基板、１３４０ 空間、１５０１ 押圧部、１５１０ 基板、１５１１ 流線型ブロック、１５４０ 空間、１６１１ 流体ダイオード、Ｌ 照明光、Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔ 冷却水

Claims (3)

1. 金属部材と、前記金属部材の両側に設けられたセラミック部材と、を備える第１の層と、前記第１の層に積層され、間隔を設けて並列された金属部材を備える第２の層と、前記第２の層に積層され、金属部材と、前記金属部材の両側に設けられたセラミック部材と、を備える第３の層と、を有する基板と、
   前記基板に実装され、照明光を供給する発光部と、を有し、
   前記第１の層の前記金属部材と、前記第２の層の前記金属部材と、前記第３の層の前記金属部材とは、管状構造を構成し、
   前記発光部は、前記第３の層に積層して設けられ、
   前記管状構造は、前記発光部に電流を供給する電極としての機能をさらに有することを特徴とする光源装置。
2. 前記基板は、前記管状構造の中空部分に冷却用流体を流動させる冷却用流体流動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。
3. 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からの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又は２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。

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