JP5092525B2 - 冷却装置を備えた投写型表示機器 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ等の投写型表示機器に関し、特に液体を循環させることにより光源を冷却する冷却装置を備えた投写型表示機器に関するものである。

従来、プロジェクタ等の投写型表示機器の光源として高圧水銀ランプが多く用いられてきた。しかし、光源自体の寿命が短い、光源を直接冷却することができないので、空冷ファン及び送排気ダクト等を要し、光源の冷却のための空間が大きくなる、また、高消費電力による高輝度化やセットの小型化に伴い、空冷ファンの騒音が大きくなる、また、冷却条件が悪いと光源寿命の早期劣化が発生する等の問題があった。

そこで最近では、半導体の製造技術の進歩、新材料の開発に伴い、長寿命で小型な光源として、発光ダイオードや、レーザーダイオード等の半導体光源が注目されてきている。

しかしながら、部品の性能、信頼性、及び寿命を確保するためには、半導体光源の温度をある温度範囲内に保つ必要があり、そこで、例えば、特許文献１に記載されているように光源が発する熱を液体に熱伝導させる受熱部を設け、各光源の受熱部を配管で直列又は並列に繋ぎ、そこにポンプで液体を循環させて冷却を行う投写型映像表示装置が提案されている。
特開２００６−１３９２４５号公報

一般に、半導体光源は白色光を出射するランプとは異なり、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の発光色の異なる光源で構成される。各光源はそれぞれ色によって発熱量が異なり、また、温度に対する光出力や波長等の特性への影響も異なる。

そのため、ある光源は高い冷却能力を必要とし、ある光源は温度をある値に略一定にする必要があるなど、各受熱部に要求される冷却性能は異なってくる。

また、液体を循環させて冷却する方式で冷却能力を最大限に引き出すためには、流路（配管）の長さを極力短くし、流路による圧力損失を最小にすることで、最大流量を確保することが重要である。

また、配管接続部等での液漏れの恐れを最小限にするために、配管接続箇所を減らすことが求められる。

さらに、配管部等で液体の揮発が発生するため、液体を補充する液体貯留タンクが必要であるが、液体貯留タンクの小型化、つまり液体揮発量の低減を図るためにも、配管長の短縮化が要求される。

そこで、複数の熱源がある場合には、配管接続部が多く全体の流路長が長くなる並列配管ではなく、受熱部、ポンプ、放熱部、液体貯留タンクを直列に最短距離で配管することが重要になる。

しかし、各受熱部を直列に繋ぎ、ポンプにより液体を循環させると、各受熱部に流れる流量は等しくなる。つまり、各受熱部の材料・構造等が同じであれば、各受熱部自体の冷却性能は等しいが、後段の受熱部ほど循環している液温が徐々に上昇するので、後段の光源ほど冷却されにくくなる。

しかしながら、各受熱部に要求される冷却性能は異なるため、せいぜい配管順序を変えることしか出来ず、配管順序の制約、配管長の延長、液体貯留タンクの拡大化、セットレイアウトへの制約、コストアップ等を招いてしまう。

このため、例えば、各受熱部の材料や構造等を変え、それぞれで要求される冷却性能にすることが考えられる。しかし、異種材料を使う場合には、電触が発生する恐れがあるために、表面処理を施す必要性があり、構造を変える場合には、金型費及び材料費がアップしてしまうという問題を有していた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、投写型表示機器の光源の寿命及び性能、信頼性を確保し、かつセットレイアウトの自由度を高め、セットを小型化することができる冷却装置を備えた投写型表示機器の提供を目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、発光色の異なる複数の光源と、前記光源から照射された光を変調する光変調手段とを備えた投写型表示機器において、前記複数の光源のそれぞれに配置され、前記光源で発生した熱を液体に伝える複数の受熱部と、前記複数の受熱部を直列に接続する配管と、前記配管を通じて液体を循環させる送液部とを備え、少なくとも１つの受熱部と送液部とが一体化され、前記送液部が一体化された受熱部以外の少なくとも１つの受熱部に配置された光源近傍に温度センサーを配置し、前記温度センサーが配置された光源の受熱部内に液体の流入口と流出口を結ぶ流路が形成された流路切替板、及び前記流路切替板を駆動する駆動部を内蔵し、前記温度センサーにより検出された値に基づき、前記流路切替板を制御し、冷却性能を可変とした冷却装置を備えた投写型表示機器であり、かかる構成によれば受熱部の冷却性能を幅広く変えることが可能で、光源の温度を一定にすることができ、光源の寿命及び性能、信頼性を確保し、かつセットレイアウトの自由度を高め、セットを小型化することができるという効果を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、最も温度に対する光出力や波長等の特性への影響が大きい光源に配置された受熱部内に流路切替板を内蔵したことを特徴とした冷却装置を備えた投写型表示機器であり、光源の寿命及び性能、信頼性を確保し、かつセットレイアウトの自由度を高め、セットを小型化することができるという効果を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、流路切替板を回転し、回転位置により流路を切り替えるように駆動を制御し、受熱部の冷却性能を可変とした冷却装置を備えた投写型表示機器であり、光源の寿命及び性能、信頼性を確保できるという効果を有する。

本発明の請求項４から７に記載の発明は、温度センサーにより検出された値を予め設定した目標値と比較し、流路切替板の回転を制御し、冷却性能を可変としたことを特徴とする冷却装置を備えた投写型表示機器であり、光源の寿命及び性能、信頼性を確保できるという効果を有する。

本発明の請求項８に記載の発明は、流路切替板は円形の平面形状をなし、流路が外周寄りに形成されたことを特徴とする冷却装置を備えた投写型表示機器であり、流路切替板を停止したときに外周に液体を流すことにより、冷却性能を下げ、温度制御を可能にするという効果を有する。

本発明の請求項９に記載の発明は、配管によって複数の受熱部が接続された液体の流
路上に、熱を空気と熱交換させ液体の温度を下げる放熱部と、循環する液体を貯留する液
体貯留タンクとが配置されたことを特徴とする冷却装置を備えた投写型表示機器であり、
光源の寿命及び性能、信頼性を確保しつつ、配管接続部の削減、配管順序の制約がなく、
配管長の最短化、液体貯留タンクの縮小化、セットレイアウトの自由化、さらに金型費、
材料費のダウンが可能であるという効果を有する。

本発明の請求項１０から１１に記載の発明は、複数の光源は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の半導体光源であることを特徴とする冷却装置を備えた投写型表示機器であり、発熱量の最も大きい光源、最も温度に対する光出力や波長等の特性への影響が大きい光源それぞれの温度制御を可能にするという効果を有する。

以上のように本発明の冷却装置を備えた投写型表示機器は、光源の寿命及び性能、信頼性を確保し、かつセットレイアウトの自由度を高め、セットを小型化することができるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における冷却装置を備えた投写型表示機器の概略構成を示す図である。図１において、投写型表示機器は、発光色の異なる光源１ａ、１ｂ、１ｃから照射された光を、照明光学系２により光を変調する光変調手段３に導き、投写レンズ４により画像を投写する。

なお、発光色の異なる光源は、具体的には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の半導体光源である。

ここで、光源１ａ、１ｂ、１ｃの裏面には、それぞれ内部に液体（図示せず）が流れる受熱部５ａ、５ｂ、５ｃがそれぞれ熱的に接続されている。受熱部５ａ、５ｂ、５ｃは、光源１ａ、１ｂ、１ｃで発生した熱を、配管７を通じて循環する液体に伝える役割をしている。

また、光源１ａ、１ｂ、１ｃで発生し、配管７を通じて液体により運ばれてきた熱を空気と熱交換させる放熱部６、配管７等から揮発する液体の補充用液体貯留タンク８が、受熱部５ａ、５ｂ、５ｃと配管７により直列に接続されている。

一般に、各光源１ａ、１ｂ、１ｃは発光色によりそれぞれ発熱量が異なる。ここで、仮に光源１ａが最も発熱量が大きいとすると、その光源１ａが熱的に接続される受熱部５ａ内に送液を行うポンプ９を内蔵する。そのポンプ９により、配管７を通じて受熱部５ａ、５ｂ、５ｃに液体が循環し、それぞれの受熱部に熱的に接続された光源１ａ、１ｂ、１ｃが冷却可能となる。

なお、ポンプ９は羽根車を備えており、羽根車を回転させることにより、液体を攪拌すると同時に配管７に送液することができる。

なお、上記、受熱部５ａ、５ｂ、５ｃにおいて、光源１ａ、１ｂ、１ｃとの熱的接続面から熱を液体に伝える部分は、銅やアルミ等の熱伝導性の良い金属で構成されていることが望ましい。

また、投写型表示機器のセット内は外部に比べ温度が高いため、放熱部６はセットの最外部に配置され、セット外の温まっていない空気をファン（図示せず）により吸気し、放熱部６と熱交換させることが望ましい。

冷却性能に余裕があれば、セット内の温まった空気と放熱部６で熱交換させ、セット外部に排出しても良い。

各光源１ａ、１ｂ、１ｃはそれぞれ発熱量が異なり、また温度に対する光出力や波長等の特性への影響も異なるため、各受熱部５ａ、５ｂ、５ｃに要求される冷却性能が異なっている。

このため、ポンプ９を最も発熱量が大きい光源１ａの受熱部５ａに内蔵し、ポンプ９の羽根車により、受熱部５ａ内の液体を攪拌し冷却性能を向上させつつ、他の受熱部５ｂ、５ｃに液体を循環させることで、各受熱部５ａ、５ｂ、５ｃを直列に配管しても、各受熱部がそれぞれ要求される冷却性能を満たすことが可能となる。

また、受熱部５ａ、５ｂ、５ｃの構造を同じにすれば、何処にでもポンプを内蔵することができるので、光源の光学的レイアウトに関わらず、配管７を最短距離で自由に接続することが可能となる。

さらに、このようにすることで、配管接続部の削減、液体貯留タンクの縮小化、セットレイアウトの自由化、さらに金型費、材料費のダウン、そして液漏れ、液不足等への信頼性を確保することが可能となる。

（実施の形態２）
図２、図３、図４は本発明の実施の形態２における投写型表示機器の受熱部の概略構成を示す図で、図２は斜視図、図３は分解斜視図、図４は断面図である。また、図５は投写型表示機器の概略構成を示す図である。

図において、仮に光源１ｂが温度によって光出力や波長等の特性への影響を受けやすいため、温度が略一定であることが要求されるものとすると、光源１ｂ近傍に温度センサー１０を配置し、光源１ｂが熱的に接続される受熱部５ｂ内に、４箇所の立ち壁１４ａにより、液体の流入口１１と流出口１２を結ぶ流路１３が、円形の平面形状の外周寄りの４箇所に形成された流路切替板１４、及び流路切替板１４を回転駆動するモータ（図示せず）を内蔵する。なお、１５は受熱部本体ケースである。そして、光源１ｂの許容温度に合わせて温度の目標値が設定されている。

なお、モータの駆動制御等は図示しない制御回路により行われる。

温度センサー１０により検出された温度が設定された目標値より低い場合は、モータは駆動せず流路切替板１４は回転しない。流路切替板１４が回転していない状態では、図４に示すように、流入してきたほとんどの液体は受熱部５の全面に伝わって流出するのではなく、流入口１１と流出口１２を結ぶ曲線の流路１３を通り、流出口１２から出て行く。流路１３は流路切替板１４の外周に形成されているため、液体は受熱部５の中央付近には流入しない。従って、熱伝達部の冷却能力は流路切替板１４が無い場合に比べ低減し、光源１ｂの温度は高くなり、目標温度に近づいていく。

そして、温度センサー１０により検出された温度が設定された目標値よりも高い場合には、モータを駆動し、流路切替板１４を回転させると、液体は受熱部５内に行き渡り、かつ、流路切替板１４の立ち壁１４ａにより受熱部５内の液体が攪拌されるため、冷却能力を向上させることが可能となり、光源１ｂの温度を下げ、目標温度に近づいていく。

なお、流路切替板１４は、流路１３が形成された部分以外は、液体を攪拌するための多数の突起部１４ｂを形成して攪拌効果を上げることが望ましい。

また、受熱部本体ケース１５にも、流路切替板１４の突起部１４ｂと同様の、液体を攪拌するための突起部１５ａを形成すると、さらに効果を上げることができる。

このようにすることで、受熱部５ｂの冷却性能を幅広く変えることが可能で、光源１ｂの温度を略一定にすることができ、光源の寿命及び性能、信頼性を確保することが可能となる。

上記のような受熱部を有する投写型表示機器について、その構成および動作を図５を用いて説明する。

図５において、実施の形態１の図１と異なるところは、受熱部５ｂを上記構成とした点である。

図において、それぞれ発熱量が異なり、また温度に対する光出力や波長等の特性への影響も異なる光源１ａ、１ｂ、１ｃの裏面に、それぞれ内部に液体（図示せず）が流れる受熱部５ａ、５ｂ、５ｃが熱的に接続されている。

また、光源１ａ、１ｂ、１ｃで発生し、配管７を通じて液体により運ばれてきた熱を空気と熱交換させる放熱部６、配管７等から揮発する液体の補充用液体貯留タンク８が受熱部５ａ、５ｂ、５ｃと配管７により直列に接続されている。

ここで仮に光源１ａが最も発熱量が大きいとすると、その受熱部５ａ内にポンプ９を内蔵する。そのポンプ９により液体が循環し、光源１ａ、１ｂ、１ｃが冷却可能となる。

また、ここで仮に光源１ｂが最も温度に対する光出力や波長等の特性への影響が大きいとすると、光源１ｂ近傍に温度センサー１０を配置し、受熱部５ｂ内に、液体の流入口１１と流出口１２を結ぶ流路１３が形成された流路切替板１４、及び流路切替板１４を回転駆動するモータ（図示せず）を内蔵し、温度センサー１０により検出された温度を設定された目標値と比較し、流路切替板１４の回転駆動を制御する。

そして、検出温度が目標値に比べ高い場合は、流路切替板１４の回転速度を速くするようにモータを制御すればよい。

このようにすることで、各受熱部５ａ、５ｂ、５ｃの基本の材料・構造は共通で、直列に配管しつつ、各受熱部５ａ、５ｂ、５ｃそれぞれに要求される冷却性能を満たすことが可能となる。

さらに配管接続部の削減ができ、配管順序の制約がなくなり、配管長の最短化、液体貯留タンクの縮小化、セットレイアウトの自由化が図れ、さらに金型費、材料費のダウン、そして、液漏れ、液不足等への信頼性を確保することが可能となる。

なお、赤、緑、青の３色の半導体光源の中では、通常、最も発熱量が大きい光源は緑色、最も温度に対する光出力や波長等の特性への影響が大きい光源は赤色の光源である。

本発明に係る冷却装置を備えた投写型表示機器は、発熱量が異なり温度に対する光出力や波長等の特性への影響も異なる複数の光源の、それぞれに配置された受熱部を直列に配管しつつ、各受熱部に要求される冷却性能を満たすことが可能であるという優れた効果を有し、さらに配管接続部の削減ができ、配管順序の制約がなく、配管長の最短化、液体貯留タンクの縮小化、セットレイアウトの自由化、さらに金型費、材料費の低減、さらに、液漏れ、液不足等への信頼性を確保することが可能であり、冷却装置を備え、かつセットの小型化を図るプロジェクタ等の投写型表示機器に有用である。

本発明の実施の形態１における投写型表示機器の構成を示す図 本発明の実施の形態２における投写型表示機器の受熱部の斜視図 本発明の実施の形態２における投写型表示機器の受熱部の分解斜視図 本発明の実施の形態２における投写型表示機器の受熱部の断面図 本発明の実施の形態２における投写型表示機器の構成を示す図

符号の説明

１ａ、１ｂ、1ｃ 光源
２ 照明光学系
３ 光変調手段
４ 投写レンズ
５ａ、５ｂ、５ｃ 受熱部
６ 放熱部
７ 配管
８ 液体貯留タンク
９ ポンプ
１０ 温度センサー
１１ 流入口
１２ 流出口
１３ 流路
１４ 流路切替板
１４ａ 立ち壁
１４ｂ、１５ａ 突起部
１５ 受熱部本体ケース

Claims (11)

1. 発光色の異なる複数の光源と、前記光源から照射された光を変調する光変調手段とを備えた投写型表示機器において、前記複数の光源のそれぞれに配置され、前記光源で発生した熱を液体に伝える複数の受熱部と、前記複数の受熱部を直列に接続する配管と、前記配管を通じて液体を循環させる送液部とを備え、少なくとも１つの受熱部と送液部とが一体化され、前記送液部が一体化された受熱部以外の少なくとも１つの受熱部に配置された光源近傍に温度センサーを配置し、前記温度センサーが配置された光源の受熱部内に液体の流入口と流出口を結ぶ流路が形成された流路切替板、及び前記流路切替板を駆動する駆動部を内蔵し、前記温度センサーにより検出された値に基づき、前記流路切替板を制御し、冷却性能を可変としたことを特徴とする冷却装置を備えた投写型表示機器。
2. 最も温度に対する光出力や波長等の特性への影響が大きい光源に配置された受熱部内に流路切替板を内蔵したことを特徴とする請求項１記載の冷却装置を備えた投写型表示機器。
3. 流路切替板を回転し、回転位置により流路を切り替えるように駆動を制御し、受熱部の冷却性能を可変とした請求項１記載の冷却装置を備えた投写型表示機器。
4. 温度センサーにより検出された値を予め設定した目標値と比較し、前記流路切替板を制御し、冷却性能を可変としたことを特徴とする請求項１記載の冷却装置を備えた投写型表示機器。
5. 温度センサーにより検出された値が予め設定した目標値以下のときは流路切替板を回転させないように駆動を制御することを特徴とする請求項４記載の冷却装置を備えた投写型表示機器。
6. 温度センサーにより検出された値が予め設定した目標値を超えた場合に流路切替板を回転させるように駆動を制御することを特徴とする請求項４記載の冷却装置を備えた投写型表示機器。
7. 温度センサーにより検出された値に応じ、流路切替板の回転数を可変することを特徴とする請求項４記載の冷却装置を備えた投写型表示機器。
8. 流路切替板は円形の平面形状をなし、流路が外周寄りに形成されたことを特徴とする請求項１記載の冷却装置を備えた投写型表示機器。
9. 配管によって複数の受熱部が接続された液体の流路上に、熱を空気と熱交換させ液体の温度を下げる放熱部と、循環する液体を貯留する液体貯留タンクとが配置されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の冷却装置を備えた投写型表示機器。
10. 複数の光源は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の半導体光源であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の冷却装置を備えた投写型表示機器。
11. 最も温度に対する光出力や波長等の特性への影響が大きい光源は赤色の半導体光源であることを特徴とする請求項２記載の冷却装置を備えた投写型表示機器。

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