JP4654664B2 - 光源装置および投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置および投射型表示装置に関するものである。

プロジェクタは、近年小型化、高輝度化、長寿命化、廉価化等が図られてきている。例えば、小型化に対しては液晶パネル（光変調素子）サイズは対角１．３インチが０．５インチになり面積比で１／６強の小型化がされてきている。

一方、プロジェクタの光源として、固体光源である発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）光源を用いることよる小型化が提案されている。ＬＥＤ光源は、電源を含めて小型であり、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メリットを有している。また、水銀などの有害物質を含まないため、環境保全上からみても好ましいものである。
特開平０６−００５９２３号公報 特開平０７−０９９３７２号公報

しかしながら、ＬＥＤ光源をプロジェクタ用光源に用いるためには、光源としての明るさが不足しており、少なくとも放電型光源ランプレベルの明るさを確保（高輝度化、低エテンデュ化）する必要があった。ここで、エテンデュとは、有効に活用できる光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積で表される数値であって、光学的に保存されるものである。先に述べたように、液晶パネルの小型化が図られ液晶パネルのエテンデュは小さくなってきているため、光源のエテンデュも同等以下にする必要がある。

ところが、ＬＥＤ光源を高輝度化するにつれて益々ＬＥＤ光源からの発熱は増大し、ＬＥＤ光源の温度が上昇すると発光効率が低下するため、何らかの発熱対策をとる必要があった。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冷却効率が不十分であったり、ファンの騒音が問題となったりしている。そのため、液体を用いてＬＥＤ光源を強制冷却する方法が提案されている。液体冷却方法によれば、強制空冷方式の騒音の解消にも効果が期待されるものである（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１におけるＬＥＤ光源においては、ＬＥＤの周囲に液体窒素などの冷却材を流すことにより、ＬＥＤと冷却材とを直接接触させて強制冷却している。しかしながら、断熱ケースが必要になるなどＬＥＤ光源の構成が複雑となり、その製作が現実的でないため、少なくとも放電型光源ランプレベルの明るさを確保することが困難という問題があった。

特許文献２におけるＬＥＤ光源においては、ＬＥＤチップ（発光チップ）の周囲に絶縁不活性液体を封入してＬＥＤチップを冷却している。しかしながら、絶縁不活性液体を積極的に冷却する手段が設けられておらず、冷却効果が低く長時間ＬＥＤチップを冷却することが困難であり、少なくとも放電型光源ランプレベルの明るさを確保することが困難という問題があった。

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、小型の投射型表示装置に適する、小型で高輝度な光源装置および光源装置を用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、一対の電極から電力を供給されることにより光を射出する固体光源と、固体光源で発生する熱を奪う液媒体と、固体光源が載置されるとともに、内部に液媒体が流れる流路が形成された実装部と、を備え、実装部が、流路の一部を形成する基台と、流路の残部を形成するとともに、固体光源が載置される載置部とからなり、載置部が金属材料から形成され、少なくとも前記固体光源が載置される箇所の載置部の外面から流路までの肉厚が、基台の外面から流路までの肉厚よりも薄いことを特徴とする。

すなわち、本発明の光源装置は、固体光源と液媒体との間に介在する載置部を熱伝導率の高い金属材料から形成しているので、固体光源で発生した熱を効率良く液媒体に逃がすことができる。同時に少なくとも前記固体光源が載置される箇所の載置部の外面から流路までの肉厚が、基台の外面から流路までの肉厚よりも薄いので、固体光源で発生した熱をさらに効率良く液媒体に逃がすことができ、固体光源を効率良く冷却することができる。なお、液媒体の温度が外気よりも低い場合には、基台の外面から流路までの肉厚を、載置部の外面から流路までの肉厚よりも充分に厚くすることによって、外部の熱が液媒体に伝わりにくくなり、液媒体の温度上昇を防止することができ、固体光源の冷却効率を向上させることができる。その結果、固体光源への投入電力を上げることが可能となり、固体光源から射出できる光量を増大させ、高輝度化を図ることができる。逆に、液媒体の温度が外気よりも高い場合には、基台に放熱フィン等を設置することによって、液媒体の熱が放熱フィンを介して放熱されるため、液媒体の温度上昇を防止することができ、固体光源の冷却効率を向上させることができる。
また、固体光源の面積を小さくしてエテンデュを下げるとともに光源装置の小型化を図っても、投入電力を上げることができるため、高輝度を維持することができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、実装部が基台と載置部とを溶接して形成されていることが望ましい。
この構成によれば、基台と載置部との接合強度を高めることができるため、液媒体の圧力を高めて、流路を流れる液媒体の流量、流速を増すことができる。液媒体の流量、流速が増すと、固体光源から奪うことができる熱量を増やすことができ、固体光源をより効率良く冷却することができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、載置部が導電性を有する材料から形成されているとともに、固体光源に電力を供給する一方の電極であることが望ましい。
この構成によれば、載置部が固体光源に電力を供給する一方の電極を兼用するため、固体光源と載置部との間隔を、一方の電極の厚さ分だけ狭くすることができる。そのため、固体光源で発生した熱を液媒体へ、より逃がしやすくすることができ、固体光源をより冷却しやすくすることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、流路の断面積のうち、少なくとも固体光源が配置されている領域の断面積が、他の領域の断面積よりも小さいことが望ましい。
この構成によれば、固体光源が配置されている領域を流れる液媒体の流速が早くなる。液媒体の流速が所定の流速よりも速くなると、液媒体の流れは、層流流れから乱流流れに変化する。乱流流れにおいては、層流流れと異なり、流れの主流方向に対して垂直方向にも液媒体は移動する。そのため、液媒体は実装部との接触面で受け取った熱を流れの中央部に輸送することができるとともに、中央部を流れていた温度の低い液媒体が実装部との接触面に移動して新たに熱を受け取ることができる。つまり、液媒体の流速を速くして乱流流れとすることにより、固体光源からより効率良く熱を奪うことができる。
また、液媒体の流れが層流のままであっても、その流速が速くなれば、液媒体の熱輸送能力が向上し、固体光源の冷却効率を向上させることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、少なくとも固体光源が配置されている領域の流路には、流路を少なくとも２つに分割する壁部が配置されていることが望ましい。
この構成によれば、壁部を配置して流路の一部を塞ぐことで流路の断面積を小さくし、液媒体の流速を早くすることができ、固体光源の冷却効率を向上させることができる。
また、壁部を配置することにより、液媒体との接触面積、つまり熱伝達面積を増やし、固体光源からより多くの熱を液媒体に逃がすことができ、固体光源の冷却効率を向上させることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、少なくとも固体光源が配置されている領域の流路には、液媒体の流れを乱す乱流化手段が配置されていることが望ましい。
この構成によれば、乱流化手段を配置したことにより、液媒体の流れが乱流化され、主流方向以外の方向の流速成分割合が増加される。そのため、液媒体の熱輸送能力が向上し、固体光源の冷却能力が向上する。
また、乱流化手段を配置することにより、液媒体との接触面積が増加し、固体光源から液媒体へ逃げる熱量を増加させることができ、固体光源の冷却効率を向上させることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、実装部に接続されるとともに、流路を流れる液媒体の循環流路を形成する循環部を有し、循環部には、液媒体を循環させる循環手段と、液媒体の熱を外部に放出する放熱手段と、が配置されていることが望ましい。
この構成によれば、循環手段により、液媒体を実装部と放熱手段との間を循環させ、固体光源を継続的に冷却することができる。つまり、液媒体は、実装部において固体光源から発生した熱を吸収し、熱を吸収した液媒体は、放熱手段において吸収した熱を外部に放出し、再び実装部において熱を吸収することで、固体光源を継続的に冷却することができる。

本発明の投射型表示装置は、光を射出する光源装置と、光源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であって、光源装置が上記本発明の光源装置であることを特徴とする。

すなわち、本発明の投射型表示装置は、上記本発明の光源装置を備えることにより、投射型表示装置の大きさを小さくすることができるとともに、表示される画像の明るさを向上させることができる。

〔光源装置〕〔第１の実施の形態〕
以下、本発明に係る第１の実施の形態である光源装置について図１から図１４を参照して説明する。
図１は、本発明における光源装置の概略図である。
光源装置１０は、図１に示すように、光を射出する光源部２０と、光源部２０を載置する実装部３０と、実装部３０に接続され、実装部３０とともに液体（液媒体）Ｌが流れる循環流路Ｃを形成する循環部５０と、液体Ｌを循環させる循環ポンプ（循環手段）５５と、液体Ｌを冷却する冷却フィン（放熱手段）５６とから概略構成されている。

図２は、光源装置の実装部の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ′線矢視断面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ′線矢視断面図である。
光源部２０は、図２から図４に示すように、光を射出するＬＥＤチップ（固体光源）２１と、側方に射出された光を被照明領域に反射する反射部２２と、射出される光を被照明領域に向けて集光または平行光化するレンズ２３と、を有している。
ＬＥＤチップ２１は、後述する載置板３１上の略中央に直接接触するように配置されている。ＬＥＤチップ２１への電力供給は、直接接触している載置板３１と、載置板３１と絶縁された端子部（図示せず）と、から行われている。
反射部２２はＬＥＤチップ２１と同一面上に配置されているとともに、平面視において、ＬＥＤチップ２１を中心とする円環形状に形成されている。反射部２２のＬＥＤチップ２１に対向する面には外側に向かって被照明領域側に傾斜する反射面２２ａが形成されている。
レンズ２３は反射部２２上に配置されているとともに、レンズ２３の上部は、ＬＥＤチップ２１から射出された光を被照明領域に集光または平行光化するように凸状に形成されている。また、レンズ２３は、ＬＥＤチップ２１からの射出光が損なわれることなく透過する光学機能を有している材料、例えば、ガラスやアクリル樹脂、ポリカーボネートなどから形成されている。

図５は、光源装置の実装部の側面図である。
実装部３０は、図２から図５に示すように、光源部２０を載置する載置板（載置部、電極）３１と、載置板３１とともに循環流路Ｃの一部である実装部流路（流路）３０ｃを形成する基台３３と、後述する循環部５０との接続に用いるフランジ３９とを有している。
載置板３１は、熱伝導率が高くかつ導電性を有する例えばＣｕやＡｌのような金属材料から形成され、基台３３の平面視形状と同じ形状に形成されている。また、載置板３１の板厚は、基台３３の側壁および底面の厚さよりも薄く形成されている。
また、フランジ３９には、後述する循環部５０との結合の際に用いるボルトなどの結合部材を挿通するための孔３９ａが形成されている。

図６は、実装部の基台の平面図である。図７は、図６のＣ−Ｃ′線矢視断面図である。図８は、図７のＤ−Ｄ′線矢視断面図である。
基台３３は、図６から図８に示すように、対向する側壁３３ｓおよび底面３３ｂからなるコの字形状に形成されている。底面３３ｂの上面の略中央には、両側壁３３ｓにわたって形成されるとともに、上に向かって狭くなる台形形状の縮流部３４が形成されている。縮流部３４の高さは、側壁３３ｓよりも低く、縮流部３４と載置板３１との間にも実装部流路３０ｃが形成されるようになっている。縮流部３４の上面には、実装部流路３０ｃを分割する３つの壁部３５が、側壁３３ｓに平行（図６において左右方向）かつ等間隔に配列されている。壁部３５はその上端が、側壁３３ｓの上端と同じ位置となるように形成され、載置板３１と接触することにより、実装部流路３０ｃを４つの同じ断面積を持つ小流路３０ｓ（図４および図５参照）に分割している。なお、載置板３１と壁部３５とは必ずしも接触させる必要はなく、例えば、小流路３０ｓの上部が開放されていても良い。

図９から図１２は、本実施の形態における基台の変形例を示す平面図である。
なお、基台３３の壁部３５の形状および配置は、上述のように実装部流路３０ｃを平行に等分割するように形成、配置してもよいし、図９に示すように、壁部３５の配置間隔のみが中央から側壁３３ｓに向かって（図９において上下方向）狭くなるように配置されるとともに、壁部３５の厚さも薄くなるように形成されていてもよい。この場合には、ＬＥＤチップ２１が配置されている中央部の液体Ｌの流量を増やすことができ、熱の輸送能力を向上させることができる。また、図１０に示すように、一方の側壁３３ｓから他方の側壁３３ｓに向かって（図１０において上下方向）延びる側壁３５を、互い違いに配置して、小流路３０ｓを横向きに蛇行させるように配置してもよいし、図１１に示すように壁部３５を配置して、小流路３０ｓを縦向き（図１１において左右方向）に蛇行させるように配置してもよいし、図１２に示すように壁部３５を配置して、複数の小流路３０ｓを縦向き（図１２において左右方向）に蛇行させるように配置してもよい。これらの配置の場合には、壁部３５と液体Ｌとの接触面積を積極的に増加させることができ、ＬＥＤチップ２１から液体Ｌへの熱の移動量を向上させることができる。

循環部５０は、図１に示すように、管状部流路５０ｃが形成された管状部５１と、管状部５１の両端に配置され、実装部３０と接続するときに用いられるフランジ５２と、を有している。
管状部５１には、液体Ｌを循環させる循環ポンプ５５と、液体Ｌを冷却する冷却フィン５６とが配置されている。また、管状部５１は、剛性の高い金属製のパイプなどのように、その経路が変えられないものであってもよいし、ジャバラ状の管などのように経路を自由に変えられるものであってもよい。
フランジ５２には、上述した実装部３０との結合の際に用いるボルトなどの結合部材が挿通する孔（図示せず）が形成されている。
なお、循環ポンプ５５と冷却フィン５６との配置関係、および液体Ｌの循環方向は、図１に示す関係であってもよいし、それ以外の関係であってもよく、特に限定するものではない。

液体Ｌは、循環流路内壁を形成する部材に対して非腐食性である液体から選定される。さら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などの有機液媒体として一般的に使用されているものを挙げることが出来る。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、光源装置の用途、要求性能、環境保全性などを加味して選定される。

冷却フィン５６は、例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇなどの金属や、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る。図１に示すように、冷却フィン５６には、多数のフィン（ひれ）を付けて表面積を大きくして、外部への放熱能力を高めている。本実施形態では、冷却フィン５６は、循環部５０の一部に、循環流路Ｃからの熱伝導を損なわないように、適宜の手段を用いて固定されているが、複数の冷却フィン５６を複数ヶ所に設けられていても良い。また、冷却フィン５６は、循環部５０と別々に形成されていてもよいし、循環部５０と一体に形成されていても良い。また、フィン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が出来る。
なお、本実施の形態においては、冷却を促進するための冷却フィン５６を設けた構成で説明しているが、光源装置１０の用途、使用環境によっては冷却フィン５６を設けない構成に適応することもできる。

次に、実装部３０の製造方法について説明する。
図１３および図１４は、実装部の製造工程を示す図である。
まず、図１３（ａ）に示すように、鋳造や、切削、研削加工などの公知の方法を用いて基台３３を形成し、その後、図１３（ｂ）に示すように、側壁３３ｓおよび壁部３５の上端面に溶接用のソルダーＳを配置する。
その後、図１３（ｃ）に示すように、載置板３１を基台３３の上に仮置きし、図１３（ｄ）に示すように、載置板３１側から熱を加えるとともに押圧して加熱融着し、図１４（ａ）に示すように、載置板３１と基台３３とが溶接される。

次に、図１４（ｂ）に示すように、載置板３１と基台３３との両端にフランジ３９を配置し、接着や溶接など公知の方法で固定され実装部３０が完成する。フランジ３９には、載置板３１と基台３３とが挿通可能な貫通孔が形成されており、フランジ３９の一方の面と、載置板３１および基台３３の端部とが一致するように配置されている。
その後、図１４（ｃ）に示すように、載置板３１の上に光源部２０が配置される。
なお、実装部３０の製造は上述の方法で製造されてもよいし、他の方法で製造されてもよく、特に限定するものではない。
例えば、縮流部３４を基台３３と別体で形成し、スポット溶接等によって基台３３に溶接しても良い。なお、縮流部３４と基台３３とを別体とする場合には、縮流部３４は、基台３３と異なる材料によって形成されていても良く、例えば、金属の他に、樹脂等によって形成されていても良い。このように、縮流部３４を樹脂によって形成することによって、光源装置１０の製造コストをより低減させることが可能となる。なお、縮流部３４が樹脂によって形成されている場合には、接着剤等によって縮流部３４が基台３３に固着させることができる。この際、基台３３に縮流部３４の形状に応じた凹部を形成しておくことで、容易に縮流部３４の位置合わせを行うことができる。
また、載置板３１側に溝部を形成し、この溝形成面を上面が平らに形成された基台と接続することによって、小流路３０ｓを形成しても良い。

次に、上記の構成からなる光源装置１０における作用について説明する。
まず、光源部２０からの光の射出について説明する。
ＬＥＤチップ２１に載置板３１および端子部から電力が供給されると、ＬＥＤチップ２１から周囲に向けて光が射出される。上方に射出された光は、レンズ２３内を伝搬して被照明領域に向けて集光または平行光化されて射出される。また、側方に射出され、反射部２２に入射した光はレンズ２３に向けて反射され、被照明領域に向けて集光または平行光化されて射出される。

次に、光源部２０の冷却について説明する。
液体Ｌは、循環ポンプ５５により、循環流路Ｃ内を循環し、実装部流路３０ｃに流入する。実装部流路３０ｃに流入した液体Ｌは、実装部３０の中央部に近づくと、縮流部３４により流路断面積が狭くなるので、その流速が速くなる。そして、液体Ｌが壁部３５により分割された小流路３０ｓに流入すると、さらに流路断面積が狭くなり、流速がさらに増加する。流速が増した液体Ｌの流れは、層流流れから乱流流れに変化し、乱流流れとなったことにより、流れの主流方向以外の方向への流速成分の割合が増加する。
一方、ＬＥＤチップ２１において発生した熱は、直接接触している載置板３１と、載置板３１を介して壁部３５とに伝えられる。乱流流れとなった液体Ｌは、載置板３１および壁部３５から熱を奪うことにより、ＬＥＤチップ２１を冷却している。ここで、載置板３１および壁部３５から熱を奪うのは、載置板３１および壁部３５と直接接触している液体Ｌである。この熱を奪った液体Ｌは、流れの主流方向以外の方向への流速成分により、液体Ｌの流れの中に攪拌され、逆に熱を吸収していない液体Ｌは、載置板３１および壁部３５近傍へと運ばれ、載置板３１および壁部３５から熱を奪っている。

熱を奪い温度の上昇した液体Ｌは、小流路３０ｓおよび縮流部３４から流出し、その流速が遅くなって、実装部流路３０ｃから循環部流路５０ｃに流入する。循環部流路５０ｃに流入した液体Ｌは、循環ポンプ５５に流入し、昇圧されて冷却フィン５６にむけて圧送される。冷却フィン５６が配置されている領域に流入した液体Ｌの熱は、管状部５１を介して冷却フィン５６に伝達される。冷却フィン５６に伝えられた熱は、外部の例えば空気に放熱され、液体Ｌが冷却される。冷却された液体Ｌは、再び実装部流路３０ｃに流入し、ＬＥＤチップ２１を冷却する。

上記の構成によれば、ＬＥＤチップ２１と液体Ｌとの間に介在する載置板３１を例えばＣｕやＡｌのような熱伝導率の高い金属材料から形成しているので、ＬＥＤチップ２１で発生した熱を効率良く液体Ｌに逃がすことができる。また、同時に載置板３１の肉厚が薄いので、ＬＥＤチップ２１で発生した熱をさらに効率良く液体Ｌに逃がすことができ、ＬＥＤチップ２１を効率良く冷却することができる。その結果、ＬＥＤチップ２１への投入電力を上げることが可能となり、ＬＥＤチップ２１から射出できる光量を増大させ、高輝度化を図ることができる。
また、ＬＥＤチップ２１の面積を小さくしてエテンデュを下げるとともに光源装置の小型化を図っても、投入電力を上げることができるため、高輝度を維持することができる。

載置板３１がＬＥＤチップ２１に電力を供給する一方の電極を兼用するため、ＬＥＤチップ２１を直接載置板３１に接触させることができ、ＬＥＤチップ２１と載置板３１との間隔を一方の電極の厚さ分だけ狭くすることができる。そのため、ＬＥＤチップ２１で発生した熱を液体Ｌへ、より逃がしやすくすることができ、ＬＥＤチップ２１をより冷却しやすくすることができる。

縮流部３４および壁部３５により、実装部流路３０ｃの断面積が狭くなっているため、その領域を流れる液体Ｌの流速を増加させ、乱流流れとすることができる。乱流流れは、上述したように熱の輸送能力が層流流れよりも高いため、ＬＥＤチップ２１からより効率良く熱を奪うことができる。
また、液体Ｌの流れが層流のままであっても、その流速が増加すれば（流量が増加すれば）、液媒体の熱輸送能力が向上し、ＬＥＤチップ２１の冷却効率を向上させることができる。

壁部３５を実装部流路３０ｃ中に配置することにより、ＬＥＤチップ２１と液体Ｌとの伝熱的な意味における接触面積、つまり熱伝達面積を増やし、ＬＥＤチップ２１からより多くの熱を液体Ｌに逃がすことができ、ＬＥＤチップ２１の冷却効率を向上させることができる。

循環部５０および循環ポンプ５５により、液体Ｌを実装部３０と冷却フィン５６との間を循環させ、ＬＥＤチップ２１を継続的に冷却することができる。つまり、液体Ｌは、実装部３０においてＬＥＤチップ２１から発生した熱を吸収し、熱を吸収した液体Ｌは、冷却フィン５６において吸収した熱を外部に放出し、再び実装部３０において熱を吸収することで、ＬＥＤチップ２１を継続的に冷却することができる。

載置板３１と基台３３とを溶接により接合することにより、載置板３１と基台３３との接合強度を高めることができ、液体Ｌの圧力を高めて、実装部流路３０ｃを流れる液体Ｌの流量、流速を増すことができる。液体Ｌの流量、流速が増すと、ＬＥＤチップ２１から奪うことができる熱量を増やすことができ、ＬＥＤチップ２１をより効率良く冷却することができる。

図１５から図１９は、本実施形態の光源装置１０の変形例を示す図である。
例えば、図１５に示す変形例においては、ＬＥＤチップ（固体光源）２１が載置されている箇所の載置板３１の外面から実装部流路３０ｃまでの肉厚のみが薄く形成されている。このような構成を有することによって、載置板３１におけるＬＥＤチップ２１が載置されない箇所の肉厚が相対的に厚くなるため、ＬＥＤチップ２１の載置領域を囲む載置板３１の領域の熱容量が多くなり、熱を周囲により拡散させることができる。したがって、より効率的にＬＥＤチップ２１の冷却を行うことが可能となる。また、縮流部３４を形成し、液体Ｌの流速を増した場合には、同時に載置板３１にかかる圧力も増す。そこで、上述のようにＬＥＤチップ２１が載置されない箇所の肉厚を相対的に厚くすることによって載置板３１の剛性が向上し、載置板３１にかかる圧力が増した場合であっても、載置板３１の破損を抑止することができる。

また、図１６に示す変形例においては、ＬＥＤチップ（固体光源）２１が載置されている箇所及び光源装置１０に電力を供給するための電源パッド４１が形成される領域を含めた領域に対応して縮流部３４が形成されている。例えば、電源パッドが細い金属配線からなる場合には、大電流を流すことによって電源パッド４１自体が発熱し、これによって電源パッド４１が溶融し断線する恐れが生じる。そこで、本変形例のように、電源パッド４１が形成される領域に対応する実装部流路３０ｃの断面積を狭めることによって電源パッド４１の熱を液体Ｌに効率的に伝熱させることができる。したがって、電源パッド４１の温度上昇を防止し電源パッド４１の断線を防止することが可能となる。

また、図１７に示す変形例においては、縮流部３４の内部が刳り抜かれており、さらにその部位に複数の放熱フィン４２が形成されている。例えば、液体Ｌの温度が外気よりも高い場合には、上述のような放熱フィン４２を設置することによって放熱面積が増えるため、液体Ｌの熱を基台３０を介して効率的に放熱することが可能となり、光源装置１０の冷却効率を向上させることができる。なお、逆に、液体Ｌの温度が外気よりも低い場合には、基台３０を充分に肉厚に形成し、外部からの熱が基台を介して液体Ｌに伝熱され難くすることによって、液体Ｌの保冷効果を高め、光源装置１０の冷却効率を向上させることができる。

また、図１８に示す変形例においては、縮流部３４の内部に温度センサ４３が配置されている。このように縮流部３４に温度センサ４３を配置することによって、ＬＥＤチップ２１の近傍でＬＥＤチップ２１の温度を計測することができるため、正確にＬＥＤチップ２１の温度を計測することが可能となるとともに、新たに温度センサ４３を配置するスペースを確保する必要がなくなるため光源装置１０を大型化させることなく温度センサ４３を配置することができる。なお、温度センサ４３の計測結果は、ＬＥＤチップ２１に供給する電力量にフィードバックさせたり、循環ポンプ５５にフィードバックして液体Ｌの流速制御に用いることができる。

なお、本実施形態においては、縮流部３４によって、ＬＥＤチップ２１が配置されている領域の実装部流路３０ｃの断面積を小さくすることによって液体Ｌの流速を増加させた。しかしながら、例えば、図１９の平面図に示すように、幅方向に実装部流路３０ｃを狭め、これによって液体Ｌの流速を増加させても良い。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図２０から図２７を参照して説明する。
本実施の形態における光源装置の基本構成は、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、実装部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２０および図２７を用いて実装部周辺のみを説明し、循環部等の説明を省略する。
図２０は、本実施の形態における実装部の平面図である。図２１は、図２０のＥ−Ｅ線矢視断面図である。図２２は、本実施の形態における実装部の基台の平面図である。

実装部６０は、図２０および図２１に示すように、光源部２０を載置する載置板３１と、載置板３１とともに循環流路の一部である実装部流路（流路）６０ｃを形成する基台６３と、循環部との接続に用いるフランジ３９とを有している。
基台６３は、図２０から図２２に示すように、側壁３３ｓおよび底面３３ｂによりコの字形状に形成され、底面３３ｂの上面の略中央には、上に向かって狭くなる台形形状の縮流部３４が形成されている。縮流部３４の高さは、側壁３３ｓよりも低く、縮流部３４と載置板３１との間にも実装部流路６０ｃが形成されるようになっている。

縮流部３４の上面には、図２２に示すように、複数の六角柱形状の柱状部（乱流手段）６５が、直立する（紙面に垂直手前方向に飛び出す）ように配置されている。柱状部６５の上端面は、側壁３３ｓの上端面と同じ位置となるように形成されている。
また、柱状部６５は、側壁３３ｓに対して略垂直な（図２２において上下方向）直線上に、等間隔に並んで配置されるとともに、その柱状部６５の列が、液体Ｌの主流方向（図２２において左右方向）に等間隔に並んで配置されている。さらに、隣り合う列の柱状部６５は、主流方向に一列に並ばないように互い違いに配置されている。

図２３から図２７は、本実施の形態における基台の変形例を示す平面図である。
なお、基台６３の柱状部６５の形状および配置は、上述のような形状および配置であってもよいし、図２３に示すように、柱状部６５を主流方向の直線上に等間隔に配置されるとともに、その柱状部６５の列が、側壁３３ｓに対して垂直方向に等間隔に配置されていてもよいし、図２４に示すように、柱状部６５の並んだ列が、主流方向に対して斜めに並んで配置されていてもよい。このような配置をとることにより、液体Ｌの乱流性が向上し、熱の輸送能力が向上する。また、図２５から図２７に示すように、柱状部６５の形状が四角形や菱形、円形であってもよく、特に限定するものではない。

次に、上記の構成からなる光源装置における作用、特に光源部２０の冷却について説明する。光源部２０からの光の射出については、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
液体Ｌは、実装部流路６０ｃに流入し、実装部６０の中央部に近づくと、縮流部３４により流路断面積が狭くなるので、その流速が速くなる。縮流部３４の上面と載置板３１との間に流入すると、液体Ｌは柱状部６５により流れが乱され乱流となる。つまり、柱状部６５に衝突する経路を流れる液体Ｌは、柱状部６５の周囲を迂回して流れ、液体Ｌの流速が所定の流速よりも速ければ、柱状部６５の下流側に渦を形成しながら流れていく。液体Ｌが柱状部６５の周囲を迂回することにより、流れの主流方向以外の方向への流速成分が増加する。また、柱状部６５の下流側に形成された渦によっても、主流方向以外の方向への流速成分が増加する。
一方、ＬＥＤチップ２１において発生した熱は、直接接触している載置板３１と、載置板３１を介して柱状部６５とに伝えられる。乱流流れとなり熱の輸送能力が向上した液体Ｌは、載置板３１および柱状部６５から熱を奪うことにより、ＬＥＤチップ２１を冷却し、実装部６０から流出する。
液体Ｌが実装部６０から流出した後の作用については、第１の実施の形態と同じであるので、その説明を省略する。

上記の構成によれば、柱状部６５を縮流部３４の上面に形成したことにより、その領域を流れる液体Ｌを乱流流れとすることができる。乱流流れは、上述したように熱の輸送能力が層流流れよりも高いため、ＬＥＤチップ２１からより効率良く熱を奪うことができる。
また、柱状部６５を実装部流路６０ｃ中に配置することにより、ＬＥＤチップ２１と液体Ｌとの伝熱的な意味における接触面積、つまり熱伝達面積を増やし、ＬＥＤチップ２１からより多くの熱を液体Ｌに逃がすことができ、ＬＥＤチップ２１の冷却効率を向上させることができる。

〔投射型表示装置〕
図２８は、本実施形態に係る光源装置を備えたプロジェクタ５００（投射型表示装置）の説明図である。図中、符号５１２、５１３、５１４は本実施形態の光源装置、５２２、５２３、５２４は液晶ライトバルブ（光変調手段）、５２５はクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）、５２６は投写レンズ（投写手段）を示している。

図２８のプロジェクタ５００は、本実施形態のように構成した３個の光源装置５１２、５１３、５１４を備えている。各光源装置５１２、５１３、５１４には、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に発光するＬＥＤが採用されている。なお、光源光の照度分布を均一化させるための均一照明系として、各光源装置の後方にロッドレンズやフライアイレンズを配置してもよい。

赤色光源装置５１２からの光束は、重畳レンズ５３５Ｒを透過して反射ミラー５１７で反射され、赤色光用液晶ライトバルブ５２２に入射する。また、緑色光源装置５１３からの光束は、重畳レンズ５３５Ｇを透過して緑色光用液晶ライトバルブ５２３に入射する。また、青色光源装置５１４からの光束は、重畳レンズ５３５Ｂを透過して反射ミラー５１６で反射され、青色光用液晶ライトバルブ５２４に入射する。なお、各光源からの光束は重畳レンズを介することにより液晶ライトバルブの表示領域において重畳され、液晶ライトバルブが均一に照明されるようになっている。

また、各液晶ライトバルブの入射側および出射側には、偏光板（図示せず）が配置されている。そして、各光源からの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に入射する。また、入射側偏光板の前方に偏光変換手段（図示せず）を設けてもよい。この場合、入射側偏光板で反射された光束をリサイクルして各液晶ライトバルブに入射させることが可能になり、光の利用効率を向上させることができる。

各液晶ライトバルブ５２２、５２３、５２４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５２５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、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光学系である投写レンズ５２６により投写スクリーン５２７上に投写され、拡大された画像が表示される。

上述した本実施形態の光源装置では、ＬＥＤを効率的に冷却することができるので、投入電流を増加して高輝度化させることが可能である。したがって、上述した光源装置を備えることにより、明るく表示品質に優れたプロジェクタを提供することができる。

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、本実施形態では固体光源としてＬＥＤを採用したが、固体光源として半導体レーザ等を採用することも可能である。また、本実施形態では冷却手段として冷却フィンを採用したが、冷却手段としてペルチェ素子等を採用することも可能である。さらに、上述したプロジェクタでは光変調手段として液晶ライトバルブを採用したが、光変調手段としてデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ、登録商標）等を採用することも可能である。

本発明における第１の実施の形態に係る光源装置の概略図である。 同、光源装置の実装部の平面図である。 図２のＡ−Ａ′線矢視断面図である。 図３のＢ−Ｂ′線矢視断面図である。 同、光源装置の実装部の側面図である。 同、実装部の基台の平面図である。 図６のＣ−Ｃ′線矢視断面図である。 図７のＤ−Ｄ′線矢視断面図である。 同、基台の変形例を示す平面図である。 同、基台の変形例を示す平面図である。 同、基台の変形例を示す平面図である。 同、基台の変形例を示す平面図である。 同、実装部の製造工程を示す図である。 同、実装部の製造工程を示す図である。 本発明による第１の実施形態に係る光源装置の変形例である。 本発明による第１の実施形態に係る光源装置の変形例である。 本発明による第１の実施形態に係る光源装置の変形例である。 本発明による第１の実施形態に係る光源装置の変形例である。 本発明による第１の実施形態に係る光源装置の変形例である。 本発明による第２の実施の形態に係る実装部の平面図である。 図２０のＥ−Ｅ′線矢視断面図である。 同、実装部の基台の平面図である。 同、基台の変形例を示す平面図である。 同、基台の変形例を示す平面図である。 同、基台の変形例を示す平面図である。 同、基台の変形例を示す平面図である。 同、基台の変形例を示す平面図である。 本発明の光源装置を用いた投射型表示装置の概略構成図である。

符号の説明

１０、５１２、５１３、５１４・・・光源装置、 ２１・・・ＬＥＤチップ（固体光源）、 ３０、６０・・・実装部、 ３０ｃ、６０ｃ・・・実装部流路（流路）、 ３１・・・載置板（載置部、電極）、 ３３、６３・・・基台、 ３５・・・壁部、 ５０・・・循環部、 ５５・・・循環ポンプ（循環手段）、 ５６・・・冷却フィン（放熱手段）、 ６５・・・柱状部（乱流手段）、 ５００・・・プロジェクタ（投射型表示装置）、 ５２２、５２３、５２４・・・液晶ライトバルブ（光変調手段）、 ５２６・・・投写レンズ（投写手段）、 Ｃ・・・循環流路、 Ｌ・・・液体（液媒体）

Claims (10)

1. 一対の電極から電力を供給されることにより光を射出する固体光源と、該固体光源で発生する熱を奪う液媒体と、前記固体光源が載置されるとともに、内部に前記液媒体が流れる流路が形成された実装部と、を備え、
   前記実装部が、前記流路の対向する側壁および底面を形成する基台と、前記流路の残部を形成するとともに、前記固体光源が載置される載置部とからなり、
   前記載置部が金属材料から形成され、
   少なくとも前記固体光源が載置される箇所の前記載置部の外面から前記流路までの肉厚が、前記基台の外面から前記流路までの肉厚よりも薄く、
   前記側壁に平行に配置されると共に前記流路を分割する複数の壁部を備え、
   前記複数の壁部は、配置間隔が前記流路の中央から前記側壁に向かって狭くなるように配列されると共に厚さが前記流路の中央から前記側壁に向かって薄くなるように形成されている
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記実装部が、前記基台と前記載置部とを溶接して形成されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記載置部が、導電性を有する材料から形成されているとともに、前記固体光源に電力を供給する一方の電極であ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。
4. 前記流路の断面積のうち、
   少なくとも前記固体光源が配置されている領域の断面積が、他の領域の断面積よりも小さい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。
5. 前記固定光源が配置されている領域にて前記流路が幅方向に狭めら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。
6. 少なくとも前記固体光源が配置されている領域の前記流路には、前記流路を少なくとも２つに分割する壁部が配置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。
7. 少なくとも前記固体光源が配置されている領域の前記流路には、前記液媒体の流れを乱す乱流化手段が配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光源装置。
8. 前記乱流化手段が柱状部からなることを特徴とする請求項７記載の光源装置。
9. 前記実装部に接続されるとともに、前記流路を流れる前記液媒体の循環流路を形成する循環部を有し、
   前記循環部には、前記液媒体を循環させる循環手段と、前記液媒体の熱を外部に放出する放熱手段と、が配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光源装置。
10. 光を射出する光源装置と、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９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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