JP4586396B2 - Light source device and projector using the same - Google Patents
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Description
本発明は、固体光源素子を備えた光源装置及びこれを用いたプロジェクタに関する。 The present invention relates to a light source device including a solid light source element and a projector using the same.
スクリーン等に画像を投写するプロジェクタは、光源と、画像を形成するために光源から射出された光を変調する液晶パネル等の光変調素子と、変調された光をスクリーン等に投写する投写レンズ等を備えている。 A projector that projects an image on a screen or the like includes a light source, a light modulation element such as a liquid crystal panel that modulates light emitted from the light source to form an image, a projection lens that projects the modulated light onto a screen, or the like. It has.
近年、プロジェクタの小型化、高輝度化等が強く望まれており、これに応じて、小型の液晶パネルの採用が進んでいる。一方、光源については、例えばメタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプなどの放電型光源ランプが一般に用いられており、光源についても小型化、高輝度化が図られてきている。本来、これら光源は発光に際し発熱を伴う。光源から発せられた熱は、光源自体の特性を変化させたり、液晶パネルや他の光学部品を劣化させたりするため、さまざまな冷却手段、放熱手段が講じられている。しかし、光源ランプの小型化、高輝度化が進むにつれて益々光源からの発熱は増大してきており、一般的に採用されているファンによる強制空冷方式では十分な冷却や放熱が困難になってきている。そのため、液体を用いて光源ランプを強制冷却する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。この液体冷却方法によれば、強制空冷方式におけるファンの回転に伴う騒音の解消にも効果が期待される。 In recent years, there has been a strong demand for miniaturization and high brightness of projectors, and in response to this, the adoption of small liquid crystal panels is progressing. On the other hand, discharge light source lamps such as metal halide lamps, ultra-high pressure mercury lamps, and halogen lamps are generally used as light sources, and the light sources have also been reduced in size and brightness. Originally, these light sources generate heat during light emission. Since the heat generated from the light source changes the characteristics of the light source itself and degrades the liquid crystal panel and other optical components, various cooling means and heat dissipation means are provided. However, the heat generation from the light source is increasing as the size of the light source lamp is reduced and the brightness is increased, and it is difficult to achieve sufficient cooling and heat dissipation by the forced air cooling method using a generally adopted fan. . Therefore, a method of forcibly cooling the light source lamp using a liquid has been proposed (for example, Patent Document 1). According to this liquid cooling method, an effect is also expected to eliminate noise accompanying the rotation of the fan in the forced air cooling method.
上記特許文献1においては、光源である高圧水銀ランプに集熱部材を設けて、集熱部材を介して光源の熱を液体に吸収し冷却する構成となっている。つまり、光源の熱を間接冷却していることになり冷却効率面において十分なものではない。 In Patent Document 1, a heat collecting member is provided in a high-pressure mercury lamp that is a light source, and the heat of the light source is absorbed by the liquid via the heat collecting member and cooled. That is, the heat of the light source is indirectly cooled, which is not sufficient in terms of cooling efficiency.
一方、放電型光源ランプには発熱以外にも改善すべき問題点がある。例えば、ランプおよび電源のサイズが必然的に大きく重いこと、瞬時点灯/消灯が困難であること等についても、プロジェクタの小型化、性能向上面から改善が必要とされていた。 On the other hand, the discharge type light source lamp has problems to be improved other than heat generation. For example, the fact that the size of the lamp and the power source is necessarily large and heavy, and that it is difficult to turn on / off instantaneously has been required to improve the size and performance of the projector.
以上のような放電型光源ランプの問題点を解決する手段として、発光ダイオード(Light Emitting Diode、以下LEDという)光源が提案されている。LED光源は、電源を含めて小型化が可能であるうえ、瞬時点灯/消灯が可能であること、色再現性が広く長寿命であることなど、プロジェクタ用光源として多くの利点を有している。また、水銀などの有害物質を含まないため、環境保全上の観点からも好ましい。 As a means for solving the problems of the discharge type light source lamp as described above, a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) light source has been proposed. The LED light source has many advantages as a light source for a projector, such as being able to be miniaturized including a power source, being capable of instantaneous lighting / extinguishing, and having a wide color reproducibility and long life. . Further, since it does not contain harmful substances such as mercury, it is preferable from the viewpoint of environmental protection.
しかしながら、LED光源にも放電型光源ランプと同様に発熱対策が必要となる。現状のLED光源は量子効率が低く、注入された電気エネルギーの大部分は熱として放出される。このため、LEDチップに流す電流を増大すればするほど発光量が増大する一方、発熱量も大幅に上昇する。このため、LEDチップの温度が上昇して発光効率が低下するとともに、LEDチップ自体が熱破壊されてしまうことがある。この結果、現状のLED光源には、さほど大きな電流を流すことが出来ず、プロジェクタ用の光源としては射出光量が不十分なものであった。 However, a countermeasure against heat generation is required for the LED light source as well as the discharge type light source lamp. Current LED light sources have low quantum efficiency, and most of the injected electrical energy is released as heat. For this reason, as the current flowing through the LED chip increases, the amount of emitted light increases while the amount of heat generation also increases significantly. For this reason, while the temperature of an LED chip rises and luminous efficiency falls, LED chip itself may be thermally destroyed. As a result, the current LED light source cannot flow a very large current, and the amount of emitted light is insufficient as a light source for a projector.
さらに、液晶パネルの小型化に伴って、光源のエテンデュを小さくする必要がある。エテンデュとは、光束が存在する空間的な広がりを発光面積と立体角の積で表した数値であって、光学的に保存されるものである。小型の液晶パネル(光変調素子)に対してエテンデュの大きな光源を用いると、多くの光束が液晶パネルに取り込めず、光利用効率が低下してしまうことになる。このため、大きな発光量を得るために、大型のLEDチップを採用すると、小型化の障壁になるとともに、エテンデュが大きくなって十分な輝度が得られにくくなるという問題を有している。 Furthermore, with the miniaturization of the liquid crystal panel, it is necessary to reduce the etendue of the light source. Etendue is a numerical value representing the spatial extent in which the luminous flux exists as a product of the light emitting area and the solid angle, and is optically stored. If a light source having a large etendue is used for a small liquid crystal panel (light modulation element), a large amount of light flux cannot be taken into the liquid crystal panel, resulting in a decrease in light use efficiency. For this reason, when a large LED chip is employed in order to obtain a large light emission amount, there are problems that it becomes a barrier to miniaturization and that the etendue becomes large and it is difficult to obtain sufficient luminance.
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で高輝度な光源装置及びこれを用いたプロジェクタを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a compact and high-luminance light source device and a projector using the same.
本発明の光源装置は、接続端子を備えた実装基板と、前記実装基板に実装された固体光源素子と、前記固体光源素子及び液体を収容した密閉容器とを備え、前記密閉容器は、前記固体光源素子が射出する光を透過する光透過部と、前記実装基板を支持する基板支持部とを有していることを特徴とする。 The light source device of the present invention includes a mounting substrate including a connection terminal, a solid light source element mounted on the mounting substrate, and a sealed container containing the solid light source element and a liquid, and the sealed container includes the solid It has a light transmission part which permeate | transmits the light which a light source element inject | emits, and the board | substrate support part which supports the said mounting board | substrate.
これによれば、固体光源素子が液体によって直接冷却されるため、固体光源素子を駆動するための電力を増大させても、固体光源素子の温度上昇を抑制することが可能となる。この結果、小型で高輝度な光源装置を実現することが可能となる。さらに、これによれば、固体光源素子を実装した実装基板を密閉容器内で支持する基板支持部を備えているため、固体光源素子を液体内に配置することが容易になる。 According to this, since the solid light source element is directly cooled by the liquid, it is possible to suppress an increase in temperature of the solid light source element even if the power for driving the solid light source element is increased. As a result, a light source device that is small and has high brightness can be realized. Furthermore, according to this, since the board | substrate support part which supports the mounting substrate which mounted the solid light source element in an airtight container is provided, it becomes easy to arrange | position a solid light source element in a liquid.
この光源装置において、前記実装基板は、前記接続端子が前記密閉容器の外に露出するように備えられていることが望ましい。 In this light source device, it is preferable that the mounting substrate is provided so that the connection terminal is exposed to the outside of the sealed container.
これによれば、固体光源素子と導通の取れた接続端子が、密閉容器の外に露出しているため、密閉容器の内部に収容された固体光源素子を電気的に駆動するのが容易になる。 According to this, since the connection terminal that is electrically connected to the solid light source element is exposed to the outside of the sealed container, it is easy to electrically drive the solid light source element accommodated in the sealed container. .
この光源装置において、前記密閉容器は、前記液体を冷却するための冷却部を有していることが望ましい。 In this light source device, it is preferable that the sealed container has a cooling unit for cooling the liquid.
これによれば、密閉容器が液体を冷却するための冷却部を有しているため、固体光源素子からの吸熱による液体の温度上昇を抑制することが可能となり、長時間に渡って冷却能力を維持することが可能となる。 According to this, since the sealed container has a cooling unit for cooling the liquid, it is possible to suppress the temperature rise of the liquid due to heat absorption from the solid light source element, and the cooling capacity can be increased for a long time. Can be maintained.
この光源装置において、前記固体光源素子は、複数個積層された状態で前記密閉容器に収容されていることが望ましい。 In this light source device, it is desirable that a plurality of the solid light source elements are accommodated in the sealed container in a stacked state.
これによれば、複数個の固体光源素子を同一平面上に配列した場合や、複数個の固体光源素子と同一の発光面積を有する1つの固体光源素子を用いる場合等に比べて、見かけ上の表面積を小さくできるうえ、射出光量をさほど低下させずに、光源のエテンデュを小さくすることが可能となる。この結果、小型で高輝度な光源装置を実現することが可能となる。 According to this, compared with the case where a plurality of solid light source elements are arranged on the same plane, or when one solid light source element having the same light emitting area as the plurality of solid light source elements is used, it is apparent. In addition to reducing the surface area, the etendue of the light source can be reduced without significantly reducing the amount of emitted light. As a result, a light source device that is small and has high brightness can be realized.
この光源装置において、前記密閉容器は、前記固体光源素子が射出する光を反射する光反射部を備えていることが望ましい。 In this light source device, it is preferable that the sealed container includes a light reflecting portion that reflects light emitted from the solid light source element.
これによれば、密閉容器が光反射部を備えているため、固体光源素子から射出される光をより有効に利用することが可能となる。例えば、固体光源素子が実装基板の両面側に光を射出可能である場合には、一面側の光を光反射部で反射させることで、他面側への射出光量を増大させることが可能となる。 According to this, since the sealed container includes the light reflecting portion, it is possible to more effectively use the light emitted from the solid light source element. For example, when the solid-state light source element can emit light to both sides of the mounting substrate, it is possible to increase the amount of light emitted to the other side by reflecting the light on one side with the light reflecting portion. Become.
この光源装置において、前記光反射部は、前記密閉容器の内壁面に形成されていることが望ましい。 In this light source device, it is preferable that the light reflecting portion is formed on an inner wall surface of the sealed container.
密閉容器が光透過性を有する材料で形成された場合で、密閉容器の外側に光反射部を備えた場合には、密閉容器内の光源から光反射部方向に射出される光は、密閉容器の壁部を透過して光反射部で反射され、再度壁部を透過して、投射方向に向かう。その結果、光が壁部を透過する際の散乱等によって多くの光量が損失する恐れがある。 When the airtight container is formed of a light-transmitting material and a light reflecting portion is provided outside the airtight container, the light emitted from the light source in the airtight container toward the light reflecting portion is Through the wall part, reflected by the light reflecting part, and again through the wall part, toward the projection direction. As a result, a large amount of light may be lost due to scattering or the like when light passes through the wall.
しかしながら、この構成によれば、光反射部が密閉容器の内壁面に形成されているため、固体光源素子から光反射部方向に射出される光を、密閉容器の壁部を経由せずに反射することが可能となる。この結果、光が密閉容器の壁部を透過する際の散乱等による損失を抑制することが可能となる。 However, according to this configuration, since the light reflecting portion is formed on the inner wall surface of the sealed container, the light emitted from the solid light source element toward the light reflecting portion is reflected without passing through the wall portion of the sealed container. It becomes possible to do. As a result, it is possible to suppress loss due to scattering or the like when light passes through the wall of the sealed container.
この光源装置において、前記光反射部が形成された前記密閉容器の内壁面で、光の投射方向に面する面は、前記固体光源素子の近傍で前記固体光源素子を囲むように湾曲又は屈曲していることが望ましい。 In this light source device, an inner wall surface of the sealed container in which the light reflecting portion is formed, a surface facing the light projection direction is curved or bent so as to surround the solid light source element in the vicinity of the solid light source element. It is desirable that
これによれば、光反射部を湾曲又は屈曲した密閉容器の内壁面に備えることで、反射光の発散を抑制することが可能となり、光利用効率を向上することが可能となる。 According to this, by providing the light reflecting portion on the inner wall surface of the curved container that is curved or bent, it becomes possible to suppress the divergence of the reflected light and to improve the light utilization efficiency.
この光源装置において、前記密閉容器は、前記固体光源素子が射出する光の発散を抑制するためのレンズを備えていることが望ましい。 In this light source device, it is preferable that the sealed container includes a lens for suppressing divergence of light emitted from the solid light source element.
これによれば、固体光源素子からの射出光や光反射部による反射光の発散をレンズによって抑制することが可能となり、光利用効率を向上することが可能となる。 According to this, it becomes possible to suppress the divergence of the emitted light from the solid light source element and the reflected light by the light reflecting portion by the lens, and it is possible to improve the light utilization efficiency.
この光源装置において、前記密閉容器は、前記液体を循環するための液体循環部を有し、前記固体光源素子は、前記液体循環部によって液体が循環する流路内に備えられていることが望ましい。 In this light source device, the sealed container preferably has a liquid circulation part for circulating the liquid, and the solid light source element is preferably provided in a flow path through which the liquid circulates by the liquid circulation part. .
これによれば、固体光源素子が、液体が循環する流路内に備えられているため、固体光源素子からの発熱を効率よく液体に伝熱することが可能となる。 According to this, since the solid light source element is provided in the flow path through which the liquid circulates, heat generated from the solid light source element can be efficiently transferred to the liquid.
この光源装置において、前記流路は、前記固体光源素子の周辺で断面が狭くなっていることが望ましい。 In this light source device, it is preferable that the flow path has a narrow cross section around the solid light source element.
これによれば、循環する液体は、発熱する固体光源素子の近傍を通過することになるため、液体の大部分を固体光源素子からの吸熱に寄与させることが可能となり、固体光源素子からの発熱を、さらに効率よく液体に伝熱することが可能となる。 According to this, since the circulating liquid passes in the vicinity of the solid light source element that generates heat, most of the liquid can contribute to heat absorption from the solid light source element, and heat generated from the solid light source element. Can be more efficiently transferred to the liquid.
本発明のプロジェクタは、先に記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光を変調する光変調部と、前記光変調部で変調された変調光を離れた位置に投写する投写部とを有することを特徴とする。 The projector of the present invention includes the light source device described above, a light modulation unit that modulates the light emitted from the light source device, and a projection unit that projects the modulated light modulated by the light modulation unit to a distant position. It is characterized by having.
これによれば、小型化が可能な固体光源素子を光源として用い、固体光源素子の温度上昇を抑制可能な光源装置を備えているため、小型で高輝度なプロジェクタを実現することが可能となる。 According to this, since a solid-state light source element that can be miniaturized is used as a light source and the light source device that can suppress the temperature rise of the solid-state light source element is provided, a small and high-brightness projector can be realized. .
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態に係る光源装置を、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態における光源装置の概略構成を示す模式図である。
(First embodiment)
The light source device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a light source device according to the present embodiment.
図1に示すように、光源装置10は、環状の密閉容器20を備えており、密閉容器20の内部には、液体Lが充填された環状の流路21が形成されている。密閉容器20の所定の位置には、LEDチップ30を実装した実装基板40を備えた発光部50と、液体Lを冷却する冷却部60と、液体Lを流路21に沿って循環させる液体循環部としての循環ポンプ70が配置されている。発光部50と、冷却部60と、循環ポンプ70とは、それぞれに備えられた流路21が連通するように結合されており、流路21を備えた各部が、密閉容器20を構成する。また、密閉容器20を構成する各部は、図示しないシール部材を介して結合されており、僅かな隙間から液体Lが漏出するのを抑止している。なお、密閉容器20を構成する各部は、一体で形成されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the
液体Lは透光性液体であり、好ましくは電気絶縁性であって、光源装置10に備えられた各部材に対して非腐食性である液体から選定される。更に好ましくは蒸気圧が小さく、凝固点が低く、熱安定性に優れていて、熱伝導率が大きい液体が望まれる。本発明に適用可能な液体を例示すれば、ビフェニルジフェニルエーテル系、アルキルベンゼン系、アルキルビフェニル系、トリアリールジメタン系、アルキルナフタレン系、水素化テルフェニル系、ジアリールアルカン系等の有機熱媒体として一般的に使用されているものをあげることができる。また、シリコーン系、フッ素系の各液体も適用可能である。それらの中から、光源装置10の用途、要求性能、環境保全性等を加味して選定すればよい。
The liquid L is a translucent liquid, and is preferably selected from liquids that are electrically insulating and are non-corrosive to each member provided in the
冷却部60は、密閉容器20及び流路21の一部を構成しており、例えば、Fe、Cu、Al、Mg等の金属や、それらを含む熱伝導性に優れた材料により形成されていて、流路21内の液体Lの熱を外部に放出可能になっている。図1に示すように、冷却部60には、多数のフィン61を設けて表面積を大きくし、外部への放熱能力を高めている。本実施形態では、冷却部60は、密閉容器20の所定の位置に備えられているが、その数は1つに限られず、また、密閉容器20のより広い範囲に備えるようにしてもよい。さらに、フィン61の間を流れる空気の自然対流だけでは放熱が不充分であれば、外部に電動空冷ファンを備えることにより強制的に空気対流させて、より放熱能力を高めることも可能である。
The cooling
ここで、発光部50について、図2〜図4を用いて説明する。図2は、発光部50に備えられるLEDチップ30と実装基板40とを示す図であり、図2(a)は、LEDチップ30の正面図、図2(b)は、実装基板40の正面図、図2(c)は、LEDチップ30を実装基板40に実装した状態を示す正面図であり、図2(d)は、その側断面図である。また、図3(a)は、発光部50の正面図、図3(b)は、その平面図、図3(c)は、その側面図であり、図4は、発光部50を組み立てる様子を示す斜視図である。
Here, the
本実施形態のLEDチップ30は、透明なサファイア基板上に発光領域(図示せず)が形成されており、図2(a)に示すように、LEDチップ30の4隅には、発光領域に電流を流すための電極31が形成されている。なお、4つの電極31は、アノード電極とカソード電極と、2つのダミー電極からなるが、アノード電極とカソード電極とを2つずつ備えるようにしてもよい。
In the
実装基板40は、図2(b)に示すように、その略中央に十字型の開口部41を有しており、開口部41の上側及び下側には、それぞれアノード用の接続端子42とカソード用の接続端子43とが実装基板40の両面に形成されている。また、開口部41の左右両側には、凸部44が形成され、凸部44の幅bは、流路21の高さa(図3(a)参照)と略同寸法になっている。
As shown in FIG. 2B, the mounting
図2(c)及び(d)に示すように、実装基板40の両面には、電極31上に形成されたバンプ32を介してLEDチップ30が実装されている。2つのLEDチップ30は、実装基板40の開口部41を両面側から塞ぐように積層されて備えられている。このとき、LEDチップ30の4つの電極31と、接続端子42,43の開口部41に突出した4つの領域45とが接続されて、接続端子42,43を介して、LEDチップ30を駆動することができる。
As shown in FIGS. 2C and 2D, the LED chips 30 are mounted on both surfaces of the mounting
LEDチップ30の発光領域は、透明なサファイア基板上に形成されているため、LEDチップ30に電流を流すと、各LEDチップ30は、その表面側及び裏面側(実装基板側)の両方向に光を射出する。さらに、一方のLEDチップ30の裏面側から射出した光は、他方のLEDチップ30を透過して、他方のLEDチップ30の表側に射出する。
Since the light emitting region of the
図3に示すように、実装基板40は、密閉容器20及び流路21の一部を構成する箱体51に備えられている。実装基板40は、箱体51に形成された流路21内にLEDチップ30が位置するように箱体51に固定されているため、LEDチップ30は、流路21を流れる液体Lに直接さらされることになる。また、実装基板40の上下両端部は、箱体51から外部に突出しており、外部から接続端子42,43と導通を取ることが可能になっている。
As shown in FIG. 3, the mounting
図3(a)に示すように、箱体51の正面には、LEDチップ30が発した光を外部に投射するための光透過部としての透明窓52が備えられており、流路21の一部を構成している。透明窓52は、例えば、ガラスや透明プラスチック(例えばアクリル樹脂やポリカーボネート等)等、液体Lに対して化学的に安定材料を用いて形成されている。また、透明窓52の箱体51への取り付けは、接着剤固定等の手段を用いて液体漏れが生じないように固定される。なお、箱体51をガラスや透明プラスチック等の光透過性を有する材料で形成した場合には、箱体51自体が光透過部として機能するため、透明窓52は必ずしも必要ではない。
As shown in FIG. 3A, a
図3(c)に示すように、流路21の透明窓52に対向する側面と、流路21の上下面とからなる3つの面には、光反射部としての反射板22が備えられており、LEDチップ30から投射方向A方向とは異なる方向に発せられた光をも透明窓52を通して外部に取り出すことができるようになっている。
As shown in FIG. 3C, a reflecting
ここで、箱体51に実装基板40を取り付ける際の手順を説明する。図4に示すように、箱体51は、箱体51及び流路21を流路21と平行に上下方向から2分したような2つの部材51a,51bからなり、それぞれの接合面53a,53bを接合することによって、箱体51及び流路21が形成される。
Here, a procedure for attaching the mounting
第1の部材51aの接合面53aで、X方向(流路方向)の略中央には、Y方向に凹んだ凹部54が箱体の上面から下面にかけて形成されている。ここで、凹部54の深さ(Y方向)は、実装基板40の厚みと略同一であり、凹部54の幅(X方向)は、実装基板40の幅c(図2参照)と略同一になっている。図4(b)に示すように、この凹部54に実装基板40を装着すると、実装基板40は、凹部54の側面に支持されて箱体51に対してX方向に位置決めされる。さらに、上述したように、実装基板40の左右方向に突出した凸部44の幅bは、流路21の高さa(図3(a)参照)と略同寸法になっているため、凸部44が流路21の上下面に支持されて、実装基板40は、箱体51に対してZ方向に位置決めされる。その後、図4(c)に示すように、第1の部材51aの接合面53aと第2の部材51bの接合面53bとを接合すると、発光部50が完成するとともに、実装基板40は、第1の部材51aの凹部54の底面と第2の部材51bの接合面53bとに支持されて、箱体51に対してY方向に位置決めされる。つまり、凹部54と接合面53bと流路21の上下面とは、実装基板40を支持する基板支持部として機能し、実装基板は、XYZの各方向に対して位置決めされる。なお、第1の部材51aと第2の部材51bと実装基板40との接合は、図示しないシール部材を介して行われ、僅かな隙間から液体Lが漏出するのを抑止している。
On the
光源装置10は、上記のように構成されているため、循環ポンプ70を駆動して、流路21内の液体Lを循環させた状態で、発光部50の上下面から露出した接続端子42,43を介して電流を流し、LEDチップ30を発光させると、LEDチップ30から発生した熱は、液体Lによって吸収され、LEDチップ30が冷却される。ここで、各LEDチップ30は、裏面側にある実装基板40に開口部41が形成されているため、各LEDチップ30の表裏両側から効果的に冷却される。熱を吸収した液体Lは、循環によって冷却部60に送られる。冷却部60は液体Lの熱を吸収し、これを外部の例えば空気と熱交換することで、液体Lを冷却する。冷却された液体Lは、循環によって再度発光部50に達し、以降、上記の動作を繰り返す。
Since the
以上説明したように、本実施形態の光源装置10によれば、以下の効果を得ることができる。
As described above, according to the
(1)本実施形態によれば、LEDチップ30が液体Lによって表裏両面から直接冷却されるため、LEDチップ30を駆動するための電力を増大させても、LEDチップ30の温度上昇を抑制することが可能となる。この結果、小型で高輝度な光源装置10を実現することが可能となる。
(1) According to the present embodiment, since the
(2)本実施形態によれば、発光部50に形成された凹部54と接合面53bと流路21の上下面が、LEDチップ30を実装した実装基板40を支持する基板支持部として機能するため、LEDチップ30を流路21内に配置することが容易になる。
(2) According to the present embodiment, the
(3)本実施形態によれば、LEDチップ30の電極31と導通の取れた接続端子42,43が、密閉容器20の外に露出しているため、密閉容器20の内部に収容されたLEDチップ30を電気的に駆動するのが容易になる。
(3) According to the present embodiment, since the
(4)本実施形態によれば、密閉容器20が液体Lを冷却する冷却部60を有しているため、LEDチップ30からの吸熱による液体Lの温度上昇を抑制することが可能となり、長時間に渡って冷却能力を維持することが可能となる。
(4) According to this embodiment, since the
(5)本実施形態によれば、複数のLEDチップ30が積層されて備えられているため、複数のLEDチップ30を同一平面上に配列した場合や、複数のLEDチップ30と同一の発光面積を有する1つのLEDチップを用いる場合等に比べて、見かけ上の表面積を小さくできるうえ、射出光量をさほど低下させずに、光源のエテンデュを小さくすることが可能となる。この結果、小型で高輝度な光源装置を実現することが可能となる。
(5) According to the present embodiment, since the plurality of
(6)本実施形態によれば、発光部50が反射板22を備えているため、実装基板40の両面側に射出される光のうち、一面側に射出する光を他面側に反射させて、他面側への射出光量を増大させることが可能となる。この結果、光利用効率を向上することが可能となる。
(6) According to the present embodiment, since the
(7)本実施形態によれば、反射板22が流路21の内壁面に形成されているため、LEDチップ30から射出される光を、密閉容器20の壁部を経由せずに反射することが可能となる。この結果、光が密閉容器20の壁部を透過する際の散乱等による損失を抑制することが可能となる。
(7) According to this embodiment, since the reflecting
(8)本実施形態によれば、LEDチップ30が、循環ポンプ70によって液体Lが循環する流路21内に備えられているため、LEDチップ30からの発熱を効率よく液体Lに伝熱することが可能となる。
(8) According to this embodiment, since the
(9)本実施形態によれば、透明な基板上に発光領域が形成されたLEDチップ30が、実装基板40の開口部41上に実装されている。このため、実装基板40の両面側に光を射出することが可能となるうえ、LEDチップ30から実装基板40の両面側に射出された光のうち、一面側に射出された光を反射板22で反射させた後、LEDチップ30を透過させて他面側に投射することが可能となり、他面側への射出光量を増大させることが可能となる。さらに、複数のLEDチップ30を積層させた際に、1つのLEDチップ30から射出された光を、他のLEDチップ30を透過して投射することが可能となり、光利用効率を向上することが可能となる。
(9) According to the present embodiment, the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を、図5〜図7を用いて説明する。なお、第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。図5は、第2実施形態に係る光源装置の概略構成を示す模式図である。図6及び図7は、第2実施形態に係る光源装置の発光部を示す図であり、図6(a)は、その平面図、図6(b)は、その正面図、図7(a)は、その側面図、図7(b)は、その断面図である。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the light source device according to the second embodiment. 6 and 7 are views showing a light emitting unit of the light source device according to the second embodiment. FIG. 6A is a plan view thereof, FIG. 6B is a front view thereof, and FIG. ) Is a side view thereof, and FIG. 7B is a sectional view thereof.
図5に示すように、光源装置10は、第1実施形態と同様、所定の位置に発光部50、冷却部60及び液体循環部としての循環ポンプ70を備えた環状の密閉容器20を有している。
As shown in FIG. 5, the
ここで、発光部50について、図6及び図7を用いて詳述する。なお、本実施形態の発光部50は、箱体51が透明プラスチック等の光透過性を有する部材で形成されているため、透明窓52は備えられていない。
Here, the
図6(a)に示すように、発光部50を貫通する流路21は、実装基板40が装着される位置の周辺で、光の投射方向Aに面する内壁面がLEDチップ30を囲むように屈曲して形成されている。さらに、図6(a)及び図7(b)に示すように、流路21の屈曲部21aの内壁面で、光の投射方向Aに面した側面とその上下面とには、光反射部としての反射板22が備えられている。また、図6(b)に示すように、流路21は、LEDチップ30の近傍で、その高さが縮小して狭くなっている。
As shown in FIG. 6A, the
さらに、図6及び図7に示すように、箱体51の外壁面で光の投射方向A側の面には、レンズ55が備えられており、LEDチップ30から射出された光や、反射板22によって反射された光を、投射方向Aにむけて集光又は平行光化する。
Further, as shown in FIGS. 6 and 7, a
なお、図6及び図7に示すように、発光部50の両端部には、フランジ56が備えられており、密閉容器20を構成する他の構成部材との接続が容易になっている。
As shown in FIG. 6 and FIG. 7,
以上説明したように、本実施形態の光源装置10によれば、前記第1実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
As described above, according to the
(1)本実施形態によれば、流路21は、LEDチップ30の近傍で、光の投射方向Aに面する内壁面がLEDチップ30を囲むように屈曲しており、さらに、流路21の屈曲部21aの内壁面で、光の投射方向Aに面した側面とその上下面とに反射板22を備えているため、反射板22による反射光の発散を抑制することが可能となり、光利用効率を向上することが可能となる。
(1) According to the present embodiment, the
(2)本実施形態によれば、発光部50の投射方向A側の外壁面にレンズ55を備えているため、LEDチップ30からの射出光や反射板22による反射光の発散を抑制することが可能となる。
(2) According to this embodiment, since the
(3)本実施形態によれば、流路21は、LEDチップ30の近傍で、その高さが縮小して狭くなっている。従って、循環する液体Lは、発熱するLEDチップ30の近傍を通過することになるため、液体Lの大部分をLEDチップ30からの吸熱に寄与させることが可能となる。この結果、LEDチップ30からの発熱を、さらに効率よく液体Lに伝熱することが可能となる。
(3) According to the present embodiment, the
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を、図8を用いて説明する。図8は、第1又は第2実施形態に係る光源装置を備えたプロジェクタの概略構成を示す模式図である。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a projector including the light source device according to the first or second embodiment.
プロジェクタ100は、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の光を射出するLEDチップを備えた3つの光源装置110R,110G,110Bを備えている。
The
光源装置110Rから射出された赤色の光束は、集光レンズ120Rを透過した後、反射ミラー130Rで反射され、赤色光用の液晶ライトバルブ140Rに入射する。また、光源装置110Gから射出された緑色の光束は、集光レンズ120Gを透過して緑色光用の液晶ライトバルブ140Gに入射する。また、光源装置110Bから射出された青色の光束は、集光レンズ120Bを透過した後、反射ミラー130Bで反射され、青色光用の液晶ライトバルブ140Bに入射する。
The red light beam emitted from the
液晶ライトバルブ140R,140G,140Bは、図示しない液晶ライトバルブ駆動回路から送られる画像データに従って各色光を変調する光変調部として機能する。ここで、各液晶ライトバルブ140R,140G,140Bの入射側及び射出側には、図示しない偏光板が配置されている。このため、各光源装置110R,110G,110Bから射出された光束のうち所定方向の直線偏光のみが入射側偏光板を透過して、各液晶ライトバルブ140R,140G,140Bに入射する。
The liquid crystal
各液晶ライトバルブ140R,140G,140Bによって変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム150に入射する。クロスダイクロイックプリズム150は4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その貼り合わせ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配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は、投写部としての投写レンズ160により投写スクリーンSC上に投写され、拡大された画像が表示される。
The three color lights modulated by the liquid crystal
以上説明したように、本実施形態よれば、小型化が可能なLEDチップ30を光源として用い、LEDチップ30の温度上昇を抑制可能な光源装置10を備えているため、小型で高輝度なプロジェクタ100を実現することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the
(変形例)
なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
(Modification)
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
・前記実施形態で用いた実装基板40は、図9に示すように、曲面を有していてもよい。図9(a)は、本変形例に係る実装基板40の正面図であり、図9(b)は、そのA−A断面図である。実装基板40の略中央に形成された開口部41の左右方向(液体Lの流れ方向)の両端部46は、その断面形状が流線形になっているため、液体Lは、実装基板40の開口部41内に円滑に流入することが可能となる。さらに、開口部41の左右方向の開口41aを大きくしているため、実装基板40の開口部41に液体Lを導きやすくなっている。
The mounting
・前記実施形態では、1つの実装基板40の両面に合計2つのLEDチップ30を実装した例を示したが、1つのLEDチップ30を片面のみに実装した実装基板40を用いるようにしてもよい。
In the above embodiment, an example in which a total of two
一方、複数の実装基板40を備えて、より多くの光量が得られるようにしてもよい。この場合において、流路21にLEDチップ30を配置する際には、図10に示すように、複数の実装基板40に実装された複数のLEDチップ30を、各LEDチップ30の間を液体Lが円滑に移動可能な距離を隔てて積層するように配置するのが好ましい。
On the other hand, a plurality of mounting
これによれば、LEDチップ30が1つの場合と発光面積がほぼ同一でありながら、光量を約N倍(Nは積層するLEDチップ30の数)に増加させることが可能となる。また、積層されたLEDチップ30は、循環ポンプ70で循環されて冷却部60によって冷やされた液体Lで、連続的に直接冷却されるため、積層されたそれぞれのLEDチップ30の温度上昇を効率的に抑えることができる。さらに、本変形例では、積層されたそれぞれのLEDチップ30が、互いに適切な間隔で離間して積層配置されており、LEDチップ30の表裏面に液体Lが常に直接接触することになるため、確実に、かつ効率よくLEDチップ30が冷却される。その結果、それぞれのLEDチップ30への投入電力を大幅に上げることが可能となり、光量をさらに増大させることが可能となる。
According to this, it is possible to increase the amount of light approximately N times (N is the number of
なお、この場合において、箱体51は、第1及び第2の部材51a,51bに加えて、各実装基板40の間に、第3及び第4の部材51c,51dを備えており、各実装基板40の間の流路21を構成するとともに、各実装基板40の位置決めを行うようになっている。
In this case, the
・前記第2実施形態では、流路21は、LEDチップ30の近傍で、光の投射方向Aに面する内壁面がLEDチップ30を囲むように屈曲しているが、これを、LEDチップ30を囲むように湾曲して形成してもよい。
In the second embodiment, the
・前記実施形態では、固体光源素子として、LEDチップ30を用いて説明したが、半導体レーザ等の他の固体光源素子に適用することも可能である。
In the above-described embodiment, the
・前記実施形態では、冷却部60として、フィン61を備えた部材を介して放熱する例を示したが、ペルチェ素子等の他の手段を用いることも可能である。
In the above-described embodiment, an example in which heat is radiated through the member provided with the
・前記第3実施形態では、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを用いた構成としたが、反射型の液晶ライトバルブ(LCOS)や、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD、登録商標)等を用いたプロジェクタに適用することも可能である。 In the third embodiment, a transmissive liquid crystal light valve is used as the light modulation element, but a reflective liquid crystal light valve (LCOS), a digital micromirror device (DMD, registered trademark), or the like is used. It can also be applied to projectors that have been used.
次に、前記実施形態及び変形例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。 Next, technical ideas that can be grasped from the embodiment and the modified examples will be described below together with their effects.
(1)請求項1〜10のいずれか1項に記載の光源装置において、前記固体光源素子の発光領域は光透過性を有し、前記実装基板は光を透過する領域(例えば開口部)を有し、前記固体光源素子は、その発光領域が前記実装基板の光を透過する領域上に位置するように実装されていることを特徴とする光源装置。 (1) In the light source device according to any one of claims 1 to 10, a light emitting region of the solid light source element is light transmissive, and the mounting substrate has a light transmitting region (for example, an opening). And the solid state light source element is mounted such that a light emitting region thereof is positioned on a region through which light of the mounting substrate is transmitted.
これによれば、実装基板の両面側に光を射出することが可能となるうえ、固体光源素子から実装基板の両面側に射出された光のうち、一面側に射出された光を反射させた後、固体光源素子を透過させて他面側に投射することが可能となり、他面側への射出光量を増大させることが可能となる。 According to this, it becomes possible to emit light to both sides of the mounting substrate, and among the light emitted from the solid light source element to both sides of the mounting substrate, the light emitted to one surface is reflected. Thereafter, the solid light source element can be transmitted and projected to the other surface side, and the amount of light emitted to the other surface side can be increased.
さらに、これによれば、複数の固体光源素子を積層させた際に、1つの固体光源素子から射出された光を、他の固体光源素子を透過して投射することが可能となり、光利用効率を向上することが可能となる。 Furthermore, according to this, when a plurality of solid light source elements are stacked, it is possible to project light emitted from one solid light source element through another solid light source element, thereby improving light utilization efficiency. Can be improved.
(2)請求項1〜10のいずれか1項又は前記技術的思想(1)に記載の光源装置において、前記実装基板は、前記固体光源素子が複数個積層された状態で前記密閉容器に収容されるように、複数枚積層された状態で前記密閉容器に支持されていることを特徴とする光源装置。 (2) In the light source device according to any one of claims 1 to 10 or the technical idea (1), the mounting substrate is accommodated in the sealed container in a state where a plurality of the solid light source elements are stacked. As described above, the light source device is supported by the sealed container in a state in which a plurality of layers are stacked.
これによれば、複数個の固体光源素子を同一平面上に配列した場合や、複数個の固体光源素子と同一の発光面積を有する1つの固体光源素子を用いる場合等に比べて、見かけ上の表面積を小さくできるうえ、射出光量をさほど低下させずに、光源のエテンデュを小さくすることが可能となる。この結果、小型で高輝度な光源装置を実現することが可能となる。 According to this, compared with the case where a plurality of solid light source elements are arranged on the same plane, or when one solid light source element having the same light emitting area as the plurality of solid light source elements is used, it is apparent. In addition to reducing the surface area, the etendue of the light source can be reduced without significantly reducing the amount of emitted light. As a result, a light source device that is small and has high brightness can be realized.
10,110R,110G,110B…光源装置、20…密閉容器、21…流路、21a…屈曲部、22…光反射部としての反射板、30…固体光源素子としてのLEDチップ、31…電極、32…バンプ、40…実装基板、41…開口部、42,43…接続端子、44…凸部、50…発光部、51…箱体、52…光透過部としての透明窓、54…凹部、55…レンズ、56…フランジ、60…冷却部、61…フィン、70…液体循環部としての循環ポンプ、100…プロジェクタ、140R,140G,140B…光変調部としての液晶ライトバルブ、160…投写部としての投写レンズ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,110R, 110G, 110B ... Light source device, 20 ... Sealed container, 21 ... Flow path, 21a ... Bending part, 22 ... Reflecting plate as light reflecting part, 30 ... LED chip as solid light source element, 31 ... Electrode, 32 ... Bump, 40 ... Mounting substrate, 41 ... Opening portion, 42, 43 ... Connection terminal, 44 ... Convex portion, 50 ... Light emitting portion, 51 ... Box, 52 ... Transparent window as a light transmitting portion, 54 ... Concavity, DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記実装基板にバンプを介して実装されたLEDチップと、
前記LEDチップ及び液体を収容した密閉容器とを備え、
前記密閉容器は、前記LEDチップが射出する光を透過する光透過部と、前記実装基板を支持する基板支持部とを有し、
2つの前記LEDチップが、前記バンプを介して、前記実装基板に設けられた開口部を、前記実装基板の両面側から塞ぐように積層されて備えられていることを特徴とする光源装置。 A mounting board with connection terminals;
An LED chip mounted on the mounting substrate via bumps;
A sealed container containing the LED chip and liquid;
The sealed container includes a light transmission portion that transmits light emitted from the LED chip, and a substrate support portion that supports the mounting substrate.
2. The light source device according to claim 1, wherein the two LED chips are stacked so as to close openings provided in the mounting substrate from both sides of the mounting substrate via the bumps.
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