JP4449352B2 - 照明装置および投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置および投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の照明装置などの光源として用いられている発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤと表記する）としては、２つの金属電極のうち一方の電極上にＬＥＤチップをマウントし、他方の電極とＬＥＤチップとをボンディングワイヤで接続されたものが提供されていた。
【０００３】
例えば、この種のＬＥＤとしてＬＥＤチップと、第１の電極からなる第１のリードフレームと、第２の電極からなる第２のリードフレームと、ボンディングワイヤとから概略構成されているものが知られている。ＬＥＤチップは第１の電極に設けられた皿状の台部にマウントされ、ＬＥＤチップの光放射側の面と第２の電極との間をボンディングワイヤによって電気的に接続されている。ＬＥＤチップと第１の電極とは、導電性接着材により電気的接触と固着とが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−９３４８号公報 （第２−３頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の照明装置においては、ＬＥＤチップに電流を流して発光させた際に発生する熱が、ＬＥＤチップをマウントした第１の電極を伝って外部に逃げていた。発生した熱の逃げる経路がＬＥＤチップの第１の電極側の面から第１の電極を伝う経路のみであったので、外部に逃がせる熱の量が少なくＬＥＤ内部に熱が蓄積されやすかった。そのため、ＬＥＤから出射される光量を増やそうとして電流を多く流すと、ＬＥＤチップからの発熱が多くなり、蓄積された熱によってＬＥＤチップ周辺、電極等が破壊されるという問題があった。
また、ＬＥＤチップの温度が高くなると、ＬＥＤチップの発光効率が下がるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、照度を高くすることができるとともに、壊れにくく寿命が長い照明装置および投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、被照明領域 を照明するために用いられる照明装置であって、光を出射する光源と、該光源で発生した熱を光源から逃がすヒートシンクと、が設けられ、前記光源が、複数の層が積層されてなる発光ダイオードであり、前記光源と前記ヒートシンクとが前記光源の主面において面接触していることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明の照明装置は、光源の主面にヒートシンクが面接触しているので、光源で発生した熱は上記主面の接触面を介してヒートシンクを伝って逃げる。光源とヒートシンクとが点接触している場合と比べて、面接触していると光源から逃げる単位時間当たりの熱量が増え、光源の冷却効果が高まり光源が高温になることを防ぐことができる。光源の発光ダイオードはその温度が高くなると発光効率が、通常の使用温度領域では投入電力の略１０％が光に変換されるのに対して、それ以下の割合に低下する。そのため、光源が高温になることを防ぐことにより、その発光効率を高めることができる。つまり、照明装置から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
ここで、主面とは、光源として用いられている複数の層が積層されてなる発光ダイオードの面のうち、その層が積層されている方向に略直交する面のことである。通常、発光ダイオードは薄い層が積層された板状の形状をしており、その最も広い面が主面に相当している。
【０００９】
また、光源が高温になることを防ぐことができるため、熱による光源およびその周辺部の劣化や破壊などの影響を緩和することができる。熱による影響を緩和することにより光源の寿命が長くなり、ひいては照明装置の寿命を長くすることができる。
さらに、光源に電流を多く流した場合に、光源から発生した熱により、光源周辺部や、光源に電流を供給する電極などが破壊されることを防止できる。そのため、光源の定格電流よりも大きな電流を流すことが可能となり、光源から出射される光量を増やすことができる。
【００１０】
上記の構成を実現するために、より具体的には、ヒートシンクが導電性材料からなり、光源に電流を供給可能に構成されていることが望ましい。より望ましくは導電性材料として、アルミ、銅、金またはシリコンが用いられていることが望ましい。
この構成によれば、ヒートシンクが光源に電流を供給することができるので、ヒートシンクとは別に光源に電流を供給する電極を設ける必要がない。つまり、光源と電極との接触面を確保する必要がなく、光源とヒートシンクとの接触面積を増やすことが容易になる。そのため、光源の冷却効果をより高めることができ、その発光効率をより高めることができる。
特にアルミ、銅、金またはシリコンは熱伝導率が高いとともに導電性も備えるため上記ヒートシンクの材料として好適である。
【００１１】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源とヒートシンクとの接触面に第１の反射手段が設けられ、第１の反射手段が光源から出射された光を光源に向けて反射することが望ましい。
この構成によれば、光源から上記接触面に向けて出射され照明に利用できなかった光を、第１の反射手段により光源に向けて反射することができる。光源に向けて反射された光は、上記接触面以外の所から出射され照明に利用することができる。つまり、光源から出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００１２】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の反射手段が導電性を有することが望ましい。
この構成によれば、第１の反射手段を上記接触面の全面に設けることができる。そのため、光源から上記接触面に向けて出射される光の全てを反射することができ、光源から出射される光の利用効率を高めることができる。
【００１３】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源とヒートシンクとが光源の主面全体で接触しており、光源の端面から光を出射させることができる。
この構成によれば、光源とヒートシンクとが上記光源の主面全体で接触しているので、光源で発生した熱をより逃がしやすくなる。そのため、光源の冷却効果を高めることができ、その発光効率を高めることができる。
また、光源の端面から光を射出させているので、光源の発光部の面積が小さくなる。これによって光を光変調手段に集光することが容易となり、投射型表示装置に用いた場合の光の利用効率が高くなる。
ここで、端面とは、光源として用いられている複数の層が積層されてなる発光ダイオードの面のうち、その層が積層されている方向に略平行な面のことである。通常、発光ダイオードは薄い層が積層された板状の形状をしており、上記主面と略直交する面が端面に相当している。
【００１４】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源の端面から出射された光のうち、上記被照明領域を照明しない光を光源に向けて反射する第２の反射手段を設けることができる。
この構成によれば、光源の端面から出射された光のうち、上記被照明領域を照明しない光を第２の反射手段により光源に向けて反射させることができる。
例えば、上記被照明領域を照明しない光を、第２の反射手段により光源に向けて反射させることができる。反射された光は、反射を繰り返すうちに照明装置の光出射方向に反射され、照明に利用することができる。
そのため、光源から出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００１５】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第２の反射手段が絶縁性を有することが望ましい。より望ましくは、第２の反射手段が誘電体多層膜からなることが望ましい。
この構成によれば、第２の反射手段が一方のヒートシンクと他方のヒートシンクとに接触するように配置されても、第２の反射手段は絶縁性を持つため両ヒートシンク間の短絡を防ぐことができる。そのため、第２の反射手段は積層された層に略垂直な光源の端面全面に設けることができ、光源から出射される光の利用効率を高めることができる。
特に誘電体多層膜は光を反射させることができるとともに絶縁性も備えているため上記第２の反射手段の材料として好適である。
【００１６】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源とヒートシンクとが光源の主面の一部で接触しており、光源の主面の前記ヒートシンクと接触していない領域から光を出射してもよい。
この構成によれば、光源とヒートシンクとが光源の主面の一部で接触しているので、従来のようにボンディングワイヤで点接触していたものより、光源で発生した熱をより逃がしやすくなる。そのため、光源の冷却効果を高めることができ、その発光効率を高めることができる。
【００１７】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源の端面から出射された光を、光源の上記積層方向に反射する第３の反射手段が設けられていてもよい。
この構成によれば、光源の端面から出射された光を、第３の反射手段で反射して照明に利用することができる。つまり、光源から出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
ここで、積層方向とは、光源として用いられている複数の層が積層されてなる発光ダイオードの面のうち、その層が積層されている方向のことである。
【００１８】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源の端面から出射された光のうち、ヒートシンクが設けられた領域に出射された光を、ヒートシンクが設けられていない領域に向けて反射する第４の反射手段が設けられていてもよい。
この構成によれば、光源の端面から出射された光のうち、ヒートシンクが設けられた領域に出射された光を、第４の反射手段によりヒートシンクが設けられていない領域に反射することができる。第４の反射手段に反射された光は、第３の反射手段に入射して上記積層方向に反射され照明に利用することができる。つまり、光源から出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００１９】
照明装置と、照明装置からの光を変調する光変調手段と、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の照明装置に、上記発明の照明装置を用いることができる。
投射型表示装置の照明装置に上記照明装置が用いられることにより、投射型表示装置の照度を高めることができるとともに、壊れ難くすることができ寿命を長くすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態について図１から図４を参照して説明する。
本実施の形態においては、３板式の投射型液晶表示装置の例を示す。図１は投射型表示装置１０の全体構成を示す概略図であって、符号１１ｒ、１１ｇ、１１ｇは照明装置、３１、３２、３３は液晶ライトバルブ（光変調手段）、３５はクロスダイクロイックプリズム、４１は投射レンズ（投射手段）である。
【００２１】
本実施の形態の投射型表示装置１０は、図１に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの各色光を射出可能な照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれ射出されたＲ、Ｇ、Ｂの色光に対応した液晶ライトバルブ３１、３２、３３と、液晶ライトバルブ３１、３２、３３に変調された各色光を合成するクロスダイクロイックプリズム３５と、合成された光束をスクリーンＳに投射する投射レンズ４１とから概略構成されている。
【００２２】
図２は、本実施形態の照明装置１１ｒ、１１ｇの構成を示す概略図であり、図３は、本実施形態の照明装置１１ｂの構成を示す概略図である。
照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、図１から図３に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの色光を出射するＬＥＤチップ（光源）１２ｒ、１２ｇ、１２ｂと、電極ｐからなるヒートシンク１３ｐと、電極ｑからなるヒートシンク１３ｑと、両電極ｐ、ｑを兼用するヒートシンク２１と、電極の働きを持たないヒートシンク２２と、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂを封止する封止部１４とから概略構成されている。
【００２３】
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇは、図２に示すように、基板１５と、ｎ型半導体１６と、発光層１７と、ｐ型半導体１８とが順に矢印Ａ方向（積層方向）に沿って積層されている。ここで、基板１５およびｐ型半導体１８の矢印Ａ方向外側の面は主面２５とされ、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇの主面２５と略直交する面は端面２６とされている。
ＬＥＤチップ１２ｂは、図３に示すように、基板１５ｂと、ｎ型半導体１６ｂと、発光層１７ｂと、ｐ型半導体１８ｂとが順に矢印Ｂ方向（積層方向）に沿って積層されている。ここで、基板１５ｂおよびｐ型半導体１８ｂの矢印Ｂ方向外側の面は主面２５ｂとされ、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇの主面２５ｂと略直交する面は端面２６ｂとされている。
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、液晶ライトバルブ３１、３２、３３と端面２６、２６ｂとが対向するように配置されている。
【００２４】
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂに用いる半導体としては、例えばＧａＰ系化合物半導体や、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体、ＧａＮ系化合物系半導体など、出射する光の波長に応じて各種の半導体を用いることができる。本実施の形態では、ＬＥＤチップ１２ｂをＧａＮ系化合物系半導体に適応したもので説明する。そのため、基板１５ｂがサファイア基板１５ｂ、ｎ型半導体１６ｂがｎ−ＧａＮ１６ｂ、ｐ型半導体がｐ−ＧａＮ１８ｂとなる。
【００２５】
ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１，２２の材質としてはアルミや銅、金、シリコンなど導電性と熱伝導性とを兼ね備えたものが望ましい。
照明装置１１ｒ、１１ｇにおいては、図２に示すように、ヒートシンク１３ｑと基板１５とが、基板１５の主面２５全体と接触するように導電性接着材で固着され、ヒートシンク１３ｐとｐ型半導体１８とが、ｐ型半導体１８の主面２５全体と接触するように導電性接着材で固着されている。
【００２６】
照明装置１１ｂにおいては、図３に示すように、ヒートシンク２２とサファイア基板１５ｂとが、サファイア基板１５ｂの主面２５ｂ全体と接触するように固着され、ヒートシンク２１とｐ−ＧａＮ１８ｂとが、ｐ型半導体１８ｂの主面２５ｂ全体と接触するように導電性接着材で固着されている。
ヒートシンク２１には、絶縁層２３により電気的に絶縁された導電層２１ｑが形成されている。ヒートシンク２１は電極ｐと導通するように形成され、導電層２１ｑは電極ｑと導通するように形成されている。
導電層２１ｑ上には、例えばハンダなどの導電性を持つ材質からなるバンプ２４が設けられている。導電層２１ｑとｎ−ＧａＮ１６ｂとは、このバンプ２４により電気的導通可能に接続されている。
なお、照明装置１１ｂの色光Ｂを出射するＬＥＤチップ１２ｂとしては、単一量子井戸（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）タイプのＬＥＤチップに適応して説明している。そのため、図３に示すように他のＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇと異なる外形となっているが、本発明の特徴である熱の伝導経路にはなんら影響を与えるものではない。
照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの液晶ライトバルブ３１、３２、３３側の端面には、エポキシ樹脂からなる封止部１４が設けられている。封止部１４は、図２および図３に示すように、その先端が凸レンズ状に形成されている。
【００２７】
ヒートシンク１３ｐ、１３ｑとＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇとの接触面には、図２に示すように、第１の反射膜（第１の反射手段）１９が設けられている。同様に、ヒートシンク２１、２２とＬＥＤチップ１２ｂとの接触面には、図３に示すように、第１の反射膜１９が設けられている。
第１の反射膜１９は導電性材料からなり、その光反射面がＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ側になるように配置されている。なお、第１の反射膜１９は、導電性を備え、光を反射すれば良いので、ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１、２２のＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂとの接触面を鏡面状に磨いたものを使用することができる。
【００２８】
図４は、本実施形態の照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの概略を示す平面図である。
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの端面２６、２６ｂのうち、液晶ライトバルブ３１、３２、３３に面していない端面２６、２６ｂには、図２から図４に示すように、第２の反射膜（第２の反射手段）２０が設けられている。第２の反射膜２０は、絶縁性の材料であるＳｉＯ２から形成された誘電体多層膜である。なお、第２の反射膜２０の材料としては、絶縁性を備え、光を反射する性質を備えるものが好ましく、上記のＳｉＯ２の他には、ＭｇＦや、ＴｉＯ２等を用いることができる。また、第２の反射膜２０の配置位置は、発光層１７、１７ｂからの光を反射できればよく、上記端面２６、２６ｂに密着した配置の他にＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから離れた位置に配置されていてもよい。
【００２９】
液晶ライトバルブ３１、３２、３３は液晶パネルと、入射側偏光板（図示せず）と、射出側偏光板（図示せず）とから構成され、液晶パネルには、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。クロスダイクロイックプリズム３５は４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。
【００３０】
次に、上記の構成からなる投射型表示装置１０における作用について説明する。
照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれ出射された色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、図１に示すように、各色光に対応する液晶ライトバルブ３１、３２、３３に入射される。入射された各色光は液晶ライトバルブ３１、３２、３３により変調されてクロスダイクロイックプリズム３５に出射される。変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム３５において合成されて投射レンズ４１に出射される。投射レンズ４１は、合成された各色光をスクリーンＳに向かって拡大投射する。
【００３１】
次に、本発明の特徴部である照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの作用について説明する。
ヒートシンク１３ｐおよびヒートシンク１３ｑから電流を供給されたＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇと、ヒートシンク２１および導電層２１ｑから電流を供給されたＬＥＤチップ１２ｂとは、図１から図３に示すように、それぞれ発光層１７、１７ｂからＲ、Ｇ、Ｂの色光を全方向に向けて出射する。
出射方向が液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向の各色光は、封止部１４を透過して液晶ライトバルブ３１、３２、３３に集光するように出射される。
ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１、２２との接触面方向に出射された各色光は、第１の反射膜１９に反射され、液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向に出射される。
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの端面２６、２６ｂ方向に出射された光のうち、液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向の以外の方向に出射された各色光は、第２の反射膜２０に反射され液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向に出射される。
【００３２】
上記の構成によれば、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、およびヒートシンク１３ｐ、１３ｑと、ＬＥＤチップ１２ｂおよびヒートシンク２１、２２とが面接触しているので、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから逃げる単位時間当たりの熱量が増える。そのため、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂが高温になることを防ぎ、その発光効率を高めることができる。つまり、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂおよび投射型表示装置１０から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００３３】
また、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの端面２６、２６ｂ方向に光を射出させているので、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの発光部の面積が小さくなる。これによってレンズなどで光を液晶ライトバルブ３１、３２、３３に集光することが容易となり、投射型表示装置１０の光の利用効率が高くなる。
【００３４】
また、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂが高温になることを防ぐことができるため、熱によるＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂおよびその周辺部の劣化や破壊などの影響を緩和することができる。熱による影響を緩和することによりＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの寿命が長くなり、ひいては照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂおよび投射型表示装置１０の寿命を長くすることができる。
【００３５】
さらに、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂに電流を多く流した場合に、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから発生した熱により、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ周辺部などが破壊されることを防止できる。そのため、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの定格電流よりも大きな電流を流すことが可能となり、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光量を増やすことができる。
【００３６】
ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１が電極とヒートシンクとを兼ねているので、ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１とは別に電流を供給する電極を設ける必要がない。つまり、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇおよびヒートシンク１３ｐ、１３ｑと、ＬＥＤチップ１２ｂおよびヒートシンク２１との接触面積を増やすことが容易になり、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの冷却効果をより高めることができ、その発光効率をより高めることができる。
【００３７】
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂからヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１、２２との接触面に向けて出射され液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用できなかった光を、第１の反射膜１９により反射して液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用することができる。つまり、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂおよび投射型表示装置１０から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００３８】
また、第１の反射膜１９は導電性を備えるため、ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１との接触面の全面に設けることができる。そのため、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから上記接触面に向けて出射される光の全てを反射することができ、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光の利用効率を高めることができる。
【００３９】
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから端面２６、２６ｂ方向に出射された光のうち、液晶ライトバルブ３１、３２、３３を照射せずロスしていた光を、第２の反射膜２０により反射して利用することができる。ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂおよび投射型表示装置１０から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００４０】
第２の反射膜２０が絶縁性を備えるため、電極であるヒートシンク１３ｐおよびヒートシンク１３ｑと、電極であるヒートシンク２１および電極でないヒートシンク２２とに接触するように配置することができる。そのため、第２の反射膜２０はＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの積層された層に略垂直な端面全面に設けることができ、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光の利用効率を高めることができる。
【００４１】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について図５から図７を参照して説明する。
本実施の形態の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、照明装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図５および図７を用いて照明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は本実施形態の照明装置５０ｒ、５０ｇの概略を示す横断面図であり、図６は本実施形態の照明装置５０ｒ、５０ｇの概略を示す平面図である。
【００４２】
照明装置５０ｒ、５０ｇのＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇは、ｐ型半導体１８の主面２５が液晶ライトバルブ３１、３２、３３に向くように配置されている。図５に示すように、ヒートシンク１３ｑは基板１５の主面２５全面と接触するように導電性接着材で固着されている。ヒートシンク１３ｐは、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇと略同一平面上に設けられている。ヒートシンク１３ｐには略方形の孔が設けられ、その方形の孔の中にＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇが配置されている。
【００４３】
ヒートシンク１３ｐとｐ型半導体１８との間には梁部材（ヒートシンク）５１が設けられている。梁部材５１は、導電性と熱伝導性とを備えた材質からなり、ヒートシンク１３ｐとｐ型半導体１８の主面２５とに面接触するように形成されている。その材質としては、ヒートシンク１３ｐ、１３ｑと同様にアルミや銅、金、シリコンなどが望ましい。
ヒートシンク１３ｐとヒートシンク１３ｑとの間には、ヒートシンク１３ｐと平面形状が略同一のスペーサ５２が設けられている。スペーサ５２は絶縁性を備え、ヒートシンク１３ｐとヒートシンク１３ｑとを電気的に絶縁している。また、スペーサ５２は熱伝導性がよい材料で形成されているので、ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ間の熱移動を妨げることがない。
【００４４】
ヒートシンク１３ｐおよびスペーサ５２の略方形の孔の側壁には、図５および図６に示すように、第１の反射板（第３の反射手段）５３が設けられている。第１の反射板５３は、光源１２ｒ、１２ｇの端面２６に対して、略４５度の傾きで配置され、発光層１７から射出された光を液晶ライトバルブ３１、３２方向に反射する。
ヒートシンク１３ｑと梁部材５１とに挟まれた領域には、第２の反射板（第４の反射手段）５４が設けられている。第２の反射板５４は、ヒートシンク１３ｑ上に光源１２ｒ、１２ｇの主面２５に対して略直角に設けられるとともに、梁部材５１の長手軸線方向に対して傾いて配置されている。
【００４５】
図７は本実施形態の照明装置５０ｂの概略を示す横断面図である。
照明装置５０ｂは、照明装置５０ｒ、５０ｇと略同一の構成をしている。そのため、照明装置５０ｂについては、図７を示し照明装置５０ｒ、５０ｇと異なる部分について説明する。
ヒートシンク１３ｐとｐ−ＧａＮ１８ｂとの間には梁部材（ヒートシンク）５１ｐが設けられ、ヒートシンク１３ｑとｎ−ＧａＮ１６ｂとの間には梁部材（ヒートシンク）５１ｑが設けられている。梁部材５１ｐ、５１ｑは導電性と熱伝導性とを備えた材質からなり、梁部材５１ｐはヒートシンク１３ｐとｐ−ＧａＮ１８ｂの主面２５ｂとに面接触するように形成され、梁部材５１ｑはヒートシンク１３ｑとｎ−ＧａＮ１６ｂとに接触するように形成されている。その材質としては、ヒートシンク１３ｐ、１３ｑと同様に、アルミや銅、金、シリコンなどが望ましい。梁部材５１ｑには、例えばハンダなどの導電性を持つ材質からなるバンプ２４が設けられている。導電層２１ｑとｎ−ＧａＮ１６ｂとは、このバンプ２４により電気的導通可能に接続されている。
ヒートシンク１３ｑは、梁部材５１ｑとの接触面が液晶ライトバルブ３３の方向に突出して形成されている。ヒートシンク１３ｐとの境にはスペーサ５２が配置され、ヒートシンク１３ｐとヒートシンク１３ｑとの電気的に絶縁されている。
【００４６】
次に、本発明の特徴部である照明装置５０ｒ、５０ｇ、５０ｂの作用について説明する。
ヒートシンク１３ｐおよびヒートシンク１３ｑから電流を供給されたＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、図５から図７に示すように、それぞれ発光層１７、１７ｂからＲ、Ｇ、Ｂの色光を全方向に向けて出射する。
ｐ型半導体１８およびｐ−ＧａＮ１８ｂを透過した各色光は、そのまま液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向に出射される。ｎ型半導体１６およびｎ−ＧａＮ１６ｂ透過して伝搬する各色光は、第１の反射膜１９に反射されて液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向に出射される。
【００４７】
端面２６、２６ｂ方向に出射された各色光のうち、梁部材５１の設けられていない方向に出射された各色光は、第１の反射板５３に反射されて液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向に出射される。また、梁部材５１の設けられている方向に出射された各色光は、第２の反射板５４に反射され第１の反射板５３に入射し、液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向に出射される。
【００４８】
また、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇにおいて発光する際に発生した熱は２つの経路を通って放熱される。１つの経路が、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇからヒートシンク１３ｑに伝わり、ヒートシンク３１ｑに熱伝導可能に接続された外付けの放熱器（図示せず）から大気に放熱される経路である。もう１つの経路が、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇから梁部材５１、ヒートシンク１３ｐ、スペーサ５２、ヒートシンク１３ｑに伝わり、上記放熱器から大気に放熱される経路である。同様に、ＬＥＤチップ１２ｂにおいて発光する際に発生した熱も２つの経路を通って放熱される。１つの経路が、ＬＥＤチップ１２ｂからヒートシンク１３ｑに伝わり、上記放熱器から大気に放熱される経路である。もう１つの経路が、ＬＥＤチップ１２ｂから梁部材５１ｐ、５１ｑ、ヒートシンク１３ｐ、スペーサ５２、ヒートシンク１３ｑに伝わり、上記放熱器から大気に放熱される経路である。
【００４９】
上記の構成によれば、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの端面２６、２６ｂから出射され液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用できなかった光を、第１の反射板５３で反射して液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用することができる。
つまり、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置５０ｒ、５０ｇ、５０ｂおよび投射型表示装置１０から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００５０】
第２の反射板５４は、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの端面２６、２６ｂから出射された光のうち、梁部材５１が配置されている領域に出射された光を、第１の反射板５３に向けて反射している。第１の反射板５３により、光は液晶ライトバルブ３１、３２、３３に向けて反射され、液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用することができる。
つまり、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置５０ｒ、５０ｇ、５０ｂおよび投射型表示装置１０から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００５１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を三板式投射型表示装置に適応して説明したが、この発明は三板式投射型表示装置に限られることなく、単板式投射型表示装置などその他各種の表示装置に適応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の投射型表示装置を示す概略図である。
【図２】 第１の実施の形態の照明装置を示す概略図である。
【図３】 第１の実施の形態の照明装置を示す概略図である。
【図４】 第１の実施の形態の照明装置を示す平面概略図である。
【図５】 第２の実施の形態の照明装置を示すの概略図である。
【図６】 第２の実施の形態の照明装置を示す平面概略図である。
【図７】 第２の実施の形態の照明装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１０・・・投射型表示装置、 １１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、５０ｒ、５０ｇ、５０ｂ・・・照明装置、 １２ｒ、１２ｇ、１２ｂ・・・ＬＥＤチップ（光源）、１３ｐ、１３ｑ、２１、２２・・・ヒートシンク、 １９・・・第１の反射膜（第１の反射手段）、 ２０・・・第２の反射膜（第２の反射手段）、 ２５、２５ｂ・・・主面、 ２６、２６ｂ・・・端面、 ３１、３２、３３・・・液晶ライトバルブ（光変調手段）、 ４１・・・投射レンズ（投射手段）、 ５１・・・梁部材（ヒートシンク） ５３・・・第１の反射板（第３の反射手段）、 ５４・・・第２の反射板（第４の反射手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置および投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の照明装置などの光源として用いられている発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤと表記する）としては、２つの金属電極のうち一方の電極上にＬＥＤチップをマウントし、他方の電極とＬＥＤチップとをボンディングワイヤで接続されたものが提供されていた。
【０００３】
例えば、この種のＬＥＤとしてＬＥＤチップと、第１の電極からなる第１のリードフレームと、第２の電極からなる第２のリードフレームと、ボンディングワイヤとから概略構成されているものが知られている。ＬＥＤチップは第１の電極に設けられた皿状の台部にマウントされ、ＬＥＤチップの光放射側の面と第２の電極との間をボンディングワイヤによって電気的に接続されている。ＬＥＤチップと第１の電極とは、導電性接着材により電気的接触と固着とが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−９３４８号公報 （第２−３頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の照明装置においては、ＬＥＤチップに電流を流して発光させた際に発生する熱が、ＬＥＤチップをマウントした第１の電極を伝って外部に逃げていた。発生した熱の逃げる経路がＬＥＤチップの第１の電極側の面から第１の電極を伝う経路のみであったので、外部に逃がせる熱の量が少なくＬＥＤ内部に熱が蓄積されやすかった。そのため、ＬＥＤから出射される光量を増やそうとして電流を多く流すと、ＬＥＤチップからの発熱が多くなり、蓄積された熱によってＬＥＤチップ周辺、電極等が破壊されるという問題があった。
また、ＬＥＤチップの温度が高くなると、ＬＥＤチップの発光効率が下がるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、照度を高くすることができるとともに、壊れにくく寿命が長い照明装置および投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、被照明領域 を照明するために用いられる照明装置であって、光を出射する光源と、該光源で発生した熱を光源から逃がすヒートシンクと、が設けられ、前記光源が、複数の層が積層されてなる発光ダイオードであり、前記光源と前記ヒートシンクとが前記光源の主面において面接触していることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明の照明装置は、光源の主面にヒートシンクが面接触しているので、光源で発生した熱は上記主面の接触面を介してヒートシンクを伝って逃げる。光源とヒートシンクとが点接触している場合と比べて、面接触していると光源から逃げる単位時間当たりの熱量が増え、光源の冷却効果が高まり光源が高温になることを防ぐことができる。光源の発光ダイオードはその温度が高くなると発光効率が、通常の使用温度領域では投入電力の略１０％が光に変換されるのに対して、それ以下の割合に低下する。そのため、光源が高温になることを防ぐことにより、その発光効率を高めることができる。つまり、照明装置から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
ここで、主面とは、光源として用いられている複数の層が積層されてなる発光ダイオードの面のうち、その層が積層されている方向に略直交する面のことである。通常、発光ダイオードは薄い層が積層された板状の形状をしており、その最も広い面が主面に相当している。
【０００９】
また、光源が高温になることを防ぐことができるため、熱による光源およびその周辺部の劣化や破壊などの影響を緩和することができる。熱による影響を緩和することにより光源の寿命が長くなり、ひいては照明装置の寿命を長くすることができる。
さらに、光源に電流を多く流した場合に、光源から発生した熱により、光源周辺部や、光源に電流を供給する電極などが破壊されることを防止できる。そのため、光源の定格電流よりも大きな電流を流すことが可能となり、光源から出射される光量を増やすことができる。
【００１０】
上記の構成を実現するために、より具体的には、ヒートシンクが導電性材料からなり、光源に電流を供給可能に構成されていることが望ましい。より望ましくは導電性材料として、アルミ、銅、金またはシリコンが用いられていることが望ましい。
この構成によれば、ヒートシンクが光源に電流を供給することができるので、ヒートシンクとは別に光源に電流を供給する電極を設ける必要がない。つまり、光源と電極との接触面を確保する必要がなく、光源とヒートシンクとの接触面積を増やすことが容易になる。そのため、光源の冷却効果をより高めることができ、その発光効率をより高めることができる。
特にアルミ、銅、金またはシリコンは熱伝導率が高いとともに導電性も備えるため上記ヒートシンクの材料として好適である。
【００１１】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源とヒートシンクとの接触面に第１の反射手段が設けられ、第１の反射手段が光源から出射された光を光源に向けて反射することが望ましい。
この構成によれば、光源から上記接触面に向けて出射され照明に利用できなかった光を、第１の反射手段により光源に向けて反射することができる。光源に向けて反射された光は、上記接触面以外の所から出射され照明に利用することができる。つまり、光源から出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００１２】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の反射手段が導電性を有することが望ましい。
この構成によれば、第１の反射手段を上記接触面の全面に設けることができる。そのため、光源から上記接触面に向けて出射される光の全てを反射することができ、光源から出射される光の利用効率を高めることができる。
【００１３】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源とヒートシンクとが光源の主面全体で接触しており、光源の端面から光を出射させることができる。
この構成によれば、光源とヒートシンクとが上記光源の主面全体で接触しているので、光源で発生した熱をより逃がしやすくなる。そのため、光源の冷却効果を高めることができ、その発光効率を高めることができる。
また、光源の端面から光を射出させているので、光源の発光部の面積が小さくなる。これによって光を光変調手段に集光することが容易となり、投射型表示装置に用いた場合の光の利用効率が高くなる。
ここで、端面とは、光源として用いられている複数の層が積層されてなる発光ダイオードの面のうち、その層が積層されている方向に略平行な面のことである。通常、発光ダイオードは薄い層が積層された板状の形状をしており、上記主面と略直交する面が端面に相当している。
【００１４】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源の端面から出射された光のうち、上記被照明領域を照明しない光を光源に向けて反射する第２の反射手段を設けることができる。
この構成によれば、光源の端面から出射された光のうち、上記被照明領域を照明しない光を第２の反射手段により光源に向けて反射させることができる。
例えば、上記被照明領域を照明しない光を、第２の反射手段により光源に向けて反射させることができる。反射された光は、反射を繰り返すうちに照明装置の光出射方向に反射され、照明に利用することができる。
そのため、光源から出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００１５】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第２の反射手段が絶縁性を有することが望ましい。より望ましくは、第２の反射手段が誘電体多層膜からなることが望ましい。
この構成によれば、第２の反射手段が一方のヒートシンクと他方のヒートシンクとに接触するように配置されても、第２の反射手段は絶縁性を持つため両ヒートシンク間の短絡を防ぐことができる。そのため、第２の反射手段は積層された層に略垂直な光源の端面全面に設けることができ、光源から出射される光の利用効率を高めることができる。
特に誘電体多層膜は光を反射させることができるとともに絶縁性も備えているため上記第２の反射手段の材料として好適である。
【００１６】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源とヒートシンクとが光源の主面の一部で接触しており、光源の主面の前記ヒートシンクと接触していない領域から光を出射してもよい。
この構成によれば、光源とヒートシンクとが光源の主面の一部で接触しているので、従来のようにボンディングワイヤで点接触していたものより、光源で発生した熱をより逃がしやすくなる。そのため、光源の冷却効果を高めることができ、その発光効率を高めることができる。
【００１７】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源の端面から出射された光を、光源の上記積層方向に反射する第３の反射手段が設けられていてもよい。
この構成によれば、光源の端面から出射された光を、第３の反射手段で反射して照明に利用することができる。つまり、光源から出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
ここで、積層方向とは、光源として用いられている複数の層が積層されてなる発光ダイオードの面のうち、その層が積層されている方向のことである。
【００１８】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源の端面から出射された光のうち、ヒートシンクが設けられた領域に出射された光を、ヒートシンクが設けられていない領域に向けて反射する第４の反射手段が設けられていてもよい。
この構成によれば、光源の端面から出射された光のうち、ヒートシンクが設けられた領域に出射された光を、第４の反射手段によりヒートシンクが設けられていない領域に反射することができる。第４の反射手段に反射された光は、第３の反射手段に入射して上記積層方向に反射され照明に利用することができる。つまり、光源から出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００１９】
照明装置と、照明装置からの光を変調する光変調手段と、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の照明装置に、上記発明の照明装置を用いることができる。
投射型表示装置の照明装置に上記照明装置が用いられることにより、投射型表示装置の照度を高めることができるとともに、壊れ難くすることができ寿命を長くすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態について図１から図４を参照して説明する。
本実施の形態においては、３板式の投射型液晶表示装置の例を示す。図１は投射型表示装置１０の全体構成を示す概略図であって、符号１１ｒ、１１ｇ、１１ｇは照明装置、３１、３２、３３は液晶ライトバルブ（光変調手段）、３５はクロスダイクロイックプリズム、４１は投射レンズ（投射手段）である。
【００２１】
本実施の形態の投射型表示装置１０は、図１に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの各色光を射出可能な照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれ射出されたＲ、Ｇ、Ｂの色光に対応した液晶ライトバルブ３１、３２、３３と、液晶ライトバルブ３１、３２、３３に変調された各色光を合成するクロスダイクロイックプリズム３５と、合成された光束をスクリーンＳに投射する投射レンズ４１とから概略構成されている。
【００２２】
図２は、本実施形態の照明装置１１ｒ、１１ｇの構成を示す概略図であり、図３は、本実施形態の照明装置１１ｂの構成を示す概略図である。
照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、図１から図３に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの色光を出射するＬＥＤチップ（光源）１２ｒ、１２ｇ、１２ｂと、電極ｐからなるヒートシンク１３ｐと、電極ｑからなるヒートシンク１３ｑと、両電極ｐ、ｑを兼用するヒートシンク２１と、電極の働きを持たないヒートシンク２２と、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂを封止する封止部１４とから概略構成されている。
【００２３】
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇは、図２に示すように、基板１５と、ｎ型半導体１６と、発光層１７と、ｐ型半導体１８とが順に矢印Ａ方向（積層方向）に沿って積層されている。ここで、基板１５およびｐ型半導体１８の矢印Ａ方向外側の面は主面２５とされ、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇの主面２５と略直交する面は端面２６とされている。
ＬＥＤチップ１２ｂは、図３に示すように、基板１５ｂと、ｎ型半導体１６ｂと、発光層１７ｂと、ｐ型半導体１８ｂとが順に矢印Ｂ方向（積層方向）に沿って積層されている。ここで、基板１５ｂおよびｐ型半導体１８ｂの矢印Ｂ方向外側の面は主面２５ｂとされ、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇの主面２５ｂと略直交する面は端面２６ｂとされている。
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、液晶ライトバルブ３１、３２、３３と端面２６、２６ｂとが対向するように配置されている。
【００２４】
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂに用いる半導体としては、例えばＧａＰ系化合物半導体や、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体、ＧａＮ系化合物系半導体など、出射する光の波長に応じて各種の半導体を用いることができる。本実施の形態では、ＬＥＤチップ１２ｂをＧａＮ系化合物系半導体に適応したもので説明する。そのため、基板１５ｂがサファイア基板１５ｂ、ｎ型半導体１６ｂがｎ−ＧａＮ１６ｂ、ｐ型半導体がｐ−ＧａＮ１８ｂとなる。
【００２５】
ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１，２２の材質としてはアルミや銅、金、シリコンなど導電性と熱伝導性とを兼ね備えたものが望ましい。
照明装置１１ｒ、１１ｇにおいては、図２に示すように、ヒートシンク１３ｑと基板１５とが、基板１５の主面２５全体と接触するように導電性接着材で固着され、ヒートシンク１３ｐとｐ型半導体１８とが、ｐ型半導体１８の主面２５全体と接触するように導電性接着材で固着されている。
【００２６】
照明装置１１ｂにおいては、図３に示すように、ヒートシンク２２とサファイア基板１５ｂとが、サファイア基板１５ｂの主面２５ｂ全体と接触するように固着され、ヒートシンク２１とｐ−ＧａＮ１８ｂとが、ｐ型半導体１８ｂの主面２５ｂ全体と接触するように導電性接着材で固着されている。
ヒートシンク２１には、絶縁層２３により電気的に絶縁された導電層２１ｑが形成されている。ヒートシンク２１は電極ｐと導通するように形成され、導電層２１ｑは電極ｑと導通するように形成されている。
導電層２１ｑ上には、例えばハンダなどの導電性を持つ材質からなるバンプ２４が設けられている。導電層２１ｑとｎ−ＧａＮ１６ｂとは、このバンプ２４により電気的導通可能に接続されている。
なお、照明装置１１ｂの色光Ｂを出射するＬＥＤチップ１２ｂとしては、単一量子井戸（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）タイプのＬＥＤチップに適応して説明している。そのため、図３に示すように他のＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇと異なる外形となっているが、本発明の特徴である熱の伝導経路にはなんら影響を与えるものではない。
照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの液晶ライトバルブ３１、３２、３３側の端面には、エポキシ樹脂からなる封止部１４が設けられている。封止部１４は、図２および図３に示すように、その先端が凸レンズ状に形成されている。
【００２７】
ヒートシンク１３ｐ、１３ｑとＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇとの接触面には、図２に示すように、第１の反射膜（第１の反射手段）１９が設けられている。同様に、ヒートシンク２１、２２とＬＥＤチップ１２ｂとの接触面には、図３に示すように、第１の反射膜１９が設けられている。
第１の反射膜１９は導電性材料からなり、その光反射面がＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ側になるように配置されている。なお、第１の反射膜１９は、導電性を備え、光を反射すれば良いので、ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１、２２のＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂとの接触面を鏡面状に磨いたものを使用することができる。
【００２８】
図４は、本実施形態の照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの概略を示す平面図である。
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの端面２６、２６ｂのうち、液晶ライトバルブ３１、３２、３３に面していない端面２６、２６ｂには、図２から図４に示すように、第２の反射膜（第２の反射手段）２０が設けられている。第２の反射膜２０は、絶縁性の材料であるＳｉＯ２から形成された誘電体多層膜である。なお、第２の反射膜２０の材料としては、絶縁性を備え、光を反射する性質を備えるものが好ましく、上記のＳｉＯ２の他には、ＭｇＦや、ＴｉＯ２等を用いることができる。また、第２の反射膜２０の配置位置は、発光層１７、１７ｂからの光を反射できればよく、上記端面２６、２６ｂに密着した配置の他にＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから離れた位置に配置されていてもよい。
【００２９】
液晶ライトバルブ３１、３２、３３は液晶パネルと、入射側偏光板（図示せず）と、射出側偏光板（図示せず）とから構成され、液晶パネルには、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。クロスダイクロイックプリズム３５は４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。
【００３０】
次に、上記の構成からなる投射型表示装置１０における作用について説明する。
照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれ出射された色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、図１に示すように、各色光に対応する液晶ライトバルブ３１、３２、３３に入射される。入射された各色光は液晶ライトバルブ３１、３２、３３により変調されてクロスダイクロイックプリズム３５に出射される。変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム３５において合成されて投射レンズ４１に出射される。投射レンズ４１は、合成された各色光をスクリーンＳに向かって拡大投射する。
【００３１】
次に、本発明の特徴部である照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの作用について説明する。
ヒートシンク１３ｐおよびヒートシンク１３ｑから電流を供給されたＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇと、ヒートシンク２１および導電層２１ｑから電流を供給されたＬＥＤチップ１２ｂとは、図１から図３に示すように、それぞれ発光層１７、１７ｂからＲ、Ｇ、Ｂの色光を全方向に向けて出射する。
出射方向が液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向の各色光は、封止部１４を透過して液晶ライトバルブ３１、３２、３３に集光するように出射される。
ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１、２２との接触面方向に出射された各色光は、第１の反射膜１９に反射され、液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向に出射される。
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの端面２６、２６ｂ方向に出射された光のうち、液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向の以外の方向に出射された各色光は、第２の反射膜２０に反射され液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向に出射される。
【００３２】
上記の構成によれば、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、およびヒートシンク１３ｐ、１３ｑと、ＬＥＤチップ１２ｂおよびヒートシンク２１、２２とが面接触しているので、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから逃げる単位時間当たりの熱量が増える。そのため、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂが高温になることを防ぎ、その発光効率を高めることができる。つまり、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂおよび投射型表示装置１０から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００３３】
また、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの端面２６、２６ｂ方向に光を射出させているので、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの発光部の面積が小さくなる。これによってレンズなどで光を液晶ライトバルブ３１、３２、３３に集光することが容易となり、投射型表示装置１０の光の利用効率が高くなる。
【００３４】
また、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂが高温になることを防ぐことができるため、熱によるＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂおよびその周辺部の劣化や破壊などの影響を緩和することができる。熱による影響を緩和することによりＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの寿命が長くなり、ひいては照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂおよび投射型表示装置１０の寿命を長くすることができる。
【００３５】
さらに、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂに電流を多く流した場合に、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから発生した熱により、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ周辺部などが破壊されることを防止できる。そのため、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの定格電流よりも大きな電流を流すことが可能となり、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光量を増やすことができる。
【００３６】
ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１が電極とヒートシンクとを兼ねているので、ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１とは別に電流を供給する電極を設ける必要がない。つまり、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇおよびヒートシンク１３ｐ、１３ｑと、ＬＥＤチップ１２ｂおよびヒートシンク２１との接触面積を増やすことが容易になり、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの冷却効果をより高めることができ、その発光効率をより高めることができる。
【００３７】
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂからヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１、２２との接触面に向けて出射され液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用できなかった光を、第１の反射膜１９により反射して液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用することができる。つまり、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂおよび投射型表示装置１０から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００３８】
また、第１の反射膜１９は導電性を備えるため、ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ、２１との接触面の全面に設けることができる。そのため、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから上記接触面に向けて出射される光の全てを反射することができ、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光の利用効率を高めることができる。
【００３９】
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから端面２６、２６ｂ方向に出射された光のうち、液晶ライトバルブ３１、３２、３３を照射せずロスしていた光を、第２の反射膜２０により反射して利用することができる。ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂおよび投射型表示装置１０から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００４０】
第２の反射膜２０が絶縁性を備えるため、電極であるヒートシンク１３ｐおよびヒートシンク１３ｑと、電極であるヒートシンク２１および電極でないヒートシンク２２とに接触するように配置することができる。そのため、第２の反射膜２０はＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの積層された層に略垂直な端面全面に設けることができ、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光の利用効率を高めることができる。
【００４１】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について図５から図７を参照して説明する。
本実施の形態の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、照明装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図５および図７を用いて照明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は本実施形態の照明装置５０ｒ、５０ｇの概略を示す横断面図であり、図６は本実施形態の照明装置５０ｒ、５０ｇの概略を示す平面図である。
【００４２】
照明装置５０ｒ、５０ｇのＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇは、ｐ型半導体１８の主面２５が液晶ライトバルブ３１、３２、３３に向くように配置されている。図５に示すように、ヒートシンク１３ｑは基板１５の主面２５全面と接触するように導電性接着材で固着されている。ヒートシンク１３ｐは、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇと略同一平面上に設けられている。ヒートシンク１３ｐには略方形の孔が設けられ、その方形の孔の中にＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇが配置されている。
【００４３】
ヒートシンク１３ｐとｐ型半導体１８との間には梁部材（ヒートシンク）５１が設けられている。梁部材５１は、導電性と熱伝導性とを備えた材質からなり、ヒートシンク１３ｐとｐ型半導体１８の主面２５とに面接触するように形成されている。その材質としては、ヒートシンク１３ｐ、１３ｑと同様にアルミや銅、金、シリコンなどが望ましい。
ヒートシンク１３ｐとヒートシンク１３ｑとの間には、ヒートシンク１３ｐと平面形状が略同一のスペーサ５２が設けられている。スペーサ５２は絶縁性を備え、ヒートシンク１３ｐとヒートシンク１３ｑとを電気的に絶縁している。また、スペーサ５２は熱伝導性がよい材料で形成されているので、ヒートシンク１３ｐ、１３ｑ間の熱移動を妨げることがない。
【００４４】
ヒートシンク１３ｐおよびスペーサ５２の略方形の孔の側壁には、図５および図６に示すように、第１の反射板（第３の反射手段）５３が設けられている。第１の反射板５３は、光源１２ｒ、１２ｇの端面２６に対して、略４５度の傾きで配置され、発光層１７から射出された光を液晶ライトバルブ３１、３２方向に反射する。
ヒートシンク１３ｑと梁部材５１とに挟まれた領域には、第２の反射板（第４の反射手段）５４が設けられている。第２の反射板５４は、ヒートシンク１３ｑ上に光源１２ｒ、１２ｇの主面２５に対して略直角に設けられるとともに、梁部材５１の長手軸線方向に対して傾いて配置されている。
【００４５】
図７は本実施形態の照明装置５０ｂの概略を示す横断面図である。
照明装置５０ｂは、照明装置５０ｒ、５０ｇと略同一の構成をしている。そのため、照明装置５０ｂについては、図７を示し照明装置５０ｒ、５０ｇと異なる部分について説明する。
ヒートシンク１３ｐとｐ−ＧａＮ１８ｂとの間には梁部材（ヒートシンク）５１ｐが設けられ、ヒートシンク１３ｑとｎ−ＧａＮ１６ｂとの間には梁部材（ヒートシンク）５１ｑが設けられている。梁部材５１ｐ、５１ｑは導電性と熱伝導性とを備えた材質からなり、梁部材５１ｐはヒートシンク１３ｐとｐ−ＧａＮ１８ｂの主面２５ｂとに面接触するように形成され、梁部材５１ｑはヒートシンク１３ｑとｎ−ＧａＮ１６ｂとに接触するように形成されている。その材質としては、ヒートシンク１３ｐ、１３ｑと同様に、アルミや銅、金、シリコンなどが望ましい。梁部材５１ｑには、例えばハンダなどの導電性を持つ材質からなるバンプ２４が設けられている。導電層２１ｑとｎ−ＧａＮ１６ｂとは、このバンプ２４により電気的導通可能に接続されている。
ヒートシンク１３ｑは、梁部材５１ｑとの接触面が液晶ライトバルブ３３の方向に突出して形成されている。ヒートシンク１３ｐとの境にはスペーサ５２が配置され、ヒートシンク１３ｐとヒートシンク１３ｑとの電気的に絶縁されている。
【００４６】
次に、本発明の特徴部である照明装置５０ｒ、５０ｇ、５０ｂの作用について説明する。
ヒートシンク１３ｐおよびヒートシンク１３ｑから電流を供給されたＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、図５から図７に示すように、それぞれ発光層１７、１７ｂからＲ、Ｇ、Ｂの色光を全方向に向けて出射する。
ｐ型半導体１８およびｐ−ＧａＮ１８ｂを透過した各色光は、そのまま液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向に出射される。ｎ型半導体１６およびｎ−ＧａＮ１６ｂ透過して伝搬する各色光は、第１の反射膜１９に反射されて液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向に出射される。
【００４７】
端面２６、２６ｂ方向に出射された各色光のうち、梁部材５１の設けられていない方向に出射された各色光は、第１の反射板５３に反射されて液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向に出射される。また、梁部材５１の設けられている方向に出射された各色光は、第２の反射板５４に反射され第１の反射板５３に入射し、液晶ライトバルブ３１、３２、３３方向に出射される。
【００４８】
また、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇにおいて発光する際に発生した熱は２つの経路を通って放熱される。１つの経路が、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇからヒートシンク１３ｑに伝わり、ヒートシンク３１ｑに熱伝導可能に接続された外付けの放熱器（図示せず）から大気に放熱される経路である。もう１つの経路が、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇから梁部材５１、ヒートシンク１３ｐ、スペーサ５２、ヒートシンク１３ｑに伝わり、上記放熱器から大気に放熱される経路である。同様に、ＬＥＤチップ１２ｂにおいて発光する際に発生した熱も２つの経路を通って放熱される。１つの経路が、ＬＥＤチップ１２ｂからヒートシンク１３ｑに伝わり、上記放熱器から大気に放熱される経路である。もう１つの経路が、ＬＥＤチップ１２ｂから梁部材５１ｐ、５１ｑ、ヒートシンク１３ｐ、スペーサ５２、ヒートシンク１３ｑに伝わり、上記放熱器から大気に放熱される経路である。
【００４９】
上記の構成によれば、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの端面２６、２６ｂから出射され液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用できなかった光を、第１の反射板５３で反射して液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用することができる。
つまり、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置５０ｒ、５０ｇ、５０ｂおよび投射型表示装置１０から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００５０】
第２の反射板５４は、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの端面２６、２６ｂから出射された光のうち、梁部材５１が配置されている領域に出射された光を、第１の反射板５３に向けて反射している。第１の反射板５３により、光は液晶ライトバルブ３１、３２、３３に向けて反射され、液晶ライトバルブ３１、３２、３３の照明に利用することができる。
つまり、ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光の利用効率が高くなるため、照明装置５０ｒ、５０ｇ、５０ｂおよび投射型表示装置１０から出射される光量を増やすことができ、照度を高めることができる。
【００５１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を三板式投射型表示装置に適応して説明したが、この発明は三板式投射型表示装置に限られることなく、単板式投射型表示装置などその他各種の表示装置に適応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の投射型表示装置を示す概略図である。
【図２】 第１の実施の形態の照明装置を示す概略図である。
【図３】 第１の実施の形態の照明装置を示す概略図である。
【図４】 第１の実施の形態の照明装置を示す平面概略図である。
【図５】 第２の実施の形態の照明装置を示すの概略図である。
【図６】 第２の実施の形態の照明装置を示す平面概略図である。
【図７】 第２の実施の形態の照明装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１０・・・投射型表示装置、 １１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、５０ｒ、５０ｇ、５０ｂ・・・照明装置、 １２ｒ、１２ｇ、１２ｂ・・・ＬＥＤチップ（光源）、１３ｐ、１３ｑ、２１、２２・・・ヒートシンク、 １９・・・第１の反射膜（第１の反射手段）、 ２０・・・第２の反射膜（第２の反射手段）、 ２５、２５ｂ・・・主面、 ２６、２６ｂ・・・端面、 ３１、３２、３３・・・液晶ライトバルブ（光変調手段）、 ４１・・・投射レンズ（投射手段）、 ５１・・・梁部材（ヒートシンク） ５３・・・第１の反射板（第３の反射手段）、 ５４・・・第２の反射板（第４の反射手段）
Claims (7)
- 被照明領域を照明するために用いられる照明装置であって、
光を出射する光源と、該光源で発生した熱を光源から逃がす第１のヒートシンクと、前記光源を介して前記第１のヒートシンクと対向して配置された第２のヒートシンクと、が設けられ、
前記光源が、複数の層が積層されてなる発光ダイオードであり、
前記光源と前記第１のヒートシンクとが前記光源の第１の主面において面接触し、前記光源と前記第２のヒートシンクとが前記第１の主面と反対の側の第２の主面において面接触しており、
前記光源と前記第１のヒートシンクとが、前記第１の主面の一部で接触しており、
前記第１の主面の法線方向から見て前記第１のヒートシンクと重ならない位置に、前記光源の端面から出射された光を、前記光源の積層方向に反射する第１の反射板が設けられ、
前記第１の主面の法線方向から見て前記第１のヒートシンクと重なる位置に、前記光源の端面から出射された光のうち、前記第１のヒートシンクと重なる位置に向けて出射された光を、前記第１のヒートシンクと重ならない位置に向けて反射する第２の反射板が設けられていることを特徴とする照明装置。 - 前記第１のヒートシンク、前記第２のヒートシンクが導電性材料からなることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
- 前記導電性材料として、アルミ、銅、金またはシリコンが用いられていることを特徴とする請求項２記載の照明装置。
- 前記第２の反射板が前記第１の主面の法線方向に延在する柱状形状になっ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照明装置。
- 前記第２の反射板が前記第１の主面の法線方向から見て三角形形状であり、３つの頂点のうちいずれか１つが前記光源の側を向いていることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
- 前記第２の反射板が前記第２のヒートシンクと一体に形成されており、前記第２の反射板と前記第１のヒートシンクとが離間していることを特徴とする請求項４又は５に記載の照明装置。
- 照明装置と、該照明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、前記照明装置が、請求項１から６のいずれかに記載の照明装置であることを特徴とする投射型表示装置。
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