JP5489748B2 - 光源装置、投射型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とする光源装置であって、特にＬＥＤの温度上昇を低減する光源装置に関する。

従来、投射型映像表示装置の光源として放電ランプが広く使用されていた。近年、発光ダイオード（以下ＬＥＤと称す）技術の進歩によりＬＥＤの出力輝度が上昇し、投射型映像表示装置の光源としての使用に耐えうるようになった。ＬＥＤはその温度によって輝度特性が変化するため、適切な温度以下に制御する必要がある。ＬＥＤが規定の温度以上になると輝度の低下を招き、寿命も著しく低下する。

しかしながら、各ＬＥＤ光源から発する発熱量は色によって異なり、異なる色のＬＥＤを同じ放熱器にて冷却するのは困難である。また、各ＬＥＤの冷却には放熱器とファンを使った大型の冷却構造を有するが、装置の小型化のためにはなるべく省スペースでこれを実現することが望ましい。

このような問題に対して、従来の技術では複数のＬＥＤを放熱器に接触させて均一に冷却するもの、ペルチェ素子を使うもの、ヒートパイプなどを使い熱輸送させて集中冷却するものがある。例えばＬＥＤを均等に冷却するものとして特許文献１、ペルチェ素子を使った冷却手段として特許文献２，３、放熱器とファン、およびヒートパイプを使ったモジュール構造として特許文献４〜６等がある。

特開２００４−３６２９００号公報 特開２００８−１９２９４０号公報 特開２００６−２５３２７４号公報 特開２００６−０５９６０７号公報 特開２００５−３１６３３７号公報 特開２００４−２５９８４１号公報

ＬＥＤを冷却する手段として、上述の様々な構成のものが存在するが、各ＬＥＤ光源の上限温度の違いを利用して冷却の順番を決めているもの、または小型化のために複数の放熱器をまとめて冷却する構造の冷却手段を備えた光源装置はない。

本発明は上述の問題点に鑑み、省スペースなＬＥＤ冷却手段を備えた光源装置の提供、及びこれを備えた投射型映像表示装置の提供を目的とする。

本発明の光源装置は、複数のＬＥＤと、ＬＥＤのそれぞれに対し熱的に結合され且つ取り付けられ、互いに離間して直列に配置される複数の放熱器と、放熱器にその配置方向に沿って冷却空気流を送り込むファン（冷却機構）と、放熱器及び冷却機構を覆う筐体と、ＬＥＤを実装するハウジングと、ハウジングを固定する可動台と、を備える。そして、複数のＬＥＤのうちより発熱量の高いＬＥＤを放熱する放熱器は、他の放熱器よりも冷却空気流の下流側に設けられ、冷却機構は、放熱器に対して位置が固定された上流ファンと、筐体に固定された下流ファンとを備えることを特徴とする。

また、本発明の投射型映像表示装置は、本発明の光源装置を備える。

本発明の光源装置は、複数のＬＥＤと、ＬＥＤのそれぞれに対し熱的に結合され且つ取り付けられ、互いに離間して直列に配置される複数の放熱器と、放熱器にその配置方向に沿って冷却空気流を送り込むファン（冷却機構）と、放熱器及び冷却機構を覆う筐体と、ＬＥＤを実装するハウジングと、ハウジングを固定する可動台と、を備える。そして、複数のＬＥＤのうちより発熱量の高いＬＥＤを放熱する放熱器は、他の放熱器よりも冷却空気流の下流側に設けられ、冷却機構は、放熱器に対して位置が固定された上流ファンと、筐体に固定された下流ファンとを備えることを特徴とする。一組のファンによって複数のＬＥＤの放熱が行われるため省スペースな構成となり、光源装置の小型化に寄与する。また、可動台を動かして放熱器の向きを調整しても、排気される風の方向は変わらず適切にＬＥＤを冷却することが出来る。

また、本発明の投射型映像表示装置は、本発明の光源装置を備える。これにより、投射型映像表示装置を小型化することが出来る。

実施の形態１の光源装置の構成図である。 実施の形態１の光源装置の構成図である。 ファンを可動台上に設置した場合の光源装置の構成図である。 実施の形態１の光源装置の構成図である。 実施の形態２の光源装置の構成図である。

（実施の形態１）
＜構成＞
本実施の形態の光源装置の構成を図１に示す。これは例えば投射型映像表示装置の光源装置として用いられるものである。光源装置は、光源としてのＬＥＤ１０ａ，１０ｂと、ＬＥＤ１０ａ，１０ｂが実装されたハウジング５０、ハウジング５０を固定する可動台５５を備える。可動台５５はＸＹＺの各軸に対して並進および回転することができ、これを調整することによってＬＥＤ１０ａ，１０ｂの位置を調整することが出来る。ＬＥＤ１０ａには熱伝導グリスのような熱伝導体１５ａを介して放熱器２０ａが取り付けられている。熱伝導体１５ａは接触熱抵抗を低減するものであり、ＬＥＤ１０ａと放熱器２０ａは熱的に結合している。ＬＥＤ１０ｂにも同様に、熱伝導体１５ｂを介して放熱器２０ｂが取り付けられ、ＬＥＤ１０ｂと放熱器２０ｂは熱的に結合している。

光源装置は、放熱器２０ａ，２０ｂに冷却空気流を導入するファン４０，４５をさらに備える。ここで、ＬＥＤ１０ｂの発熱量はＬＥＤ１０ａより大きく、放熱器２０ｂは放熱器２０ａより温度が高くなる。このため、放熱器２０ｂは放熱器２０ａよりも冷却空気流の下流側に配置することとする。ファン４０は放熱器２０ａ，２０ｂの上流側で可動台５５上に図示しない固定手段により固定され、ファン４５は放熱器２０ａ，２０ｂの下流側で筺体６０に固定されている。ファン４０により発生した冷却空気流は放熱器２０ａ，２０ｂを冷却した後、ファン４５により筐体６０の開口部から筐体外へ排気される。ファン４５は筐体６０の開口部付近に取り付けられており、放熱器２０ａ，２０ｂを通る空気の流量を増やすことも目的としている（ファン４５は筺体６０に取り付けられているため、ファン４５と筺体６０の開口部とは同軸上で接している）。冷却空気流は図１において矢印で図示している。なお、ファン４０，４５による筐体６０内の冷却空気流の中には、放熱器２０ａ，２０ｂを通ることなく筐体６０の外へ排出されるものもある。

次に、ＬＥＤが発した熱の流れを考える。ＬＥＤ１０ａの発熱は放熱器２０ａへ、ＬＥＤ１０ｂの発熱は放熱器２０ｂへ伝えられる。ファン４０，４５により放熱器２０ａ，２０ｂには強制的に冷却空気流が生じている。ファン４０，４５により生じた冷却空気流は、まず上流に配置される放熱器２０ａを通って熱交換を行い、ＬＥＤ１０ａの温度を下げる。この熱交換により放熱器２０ａを通過した後の空気の温度は上昇するが、放熱器２０ｂの温度よりは低い状態となっている。このため、次に放熱器２０ｂを通過する際にも熱交換を行い、ＬＥＤ１０ｂの温度を下げることが出来る。

すなわち、投射型映像表示装置等の光源である本実施の形態の光源装置は、複数のＬＥＤ１０ａ，１０ｂと、ＬＥＤ１０ａ，１０ｂのそれぞれに対し熱的に結合され、互いに離間して直列に配置される複数の放熱器２０ａ，２０ｂと、放熱器２０ａ，２０ｂにその配置方向に沿って冷却空気流を送り込むファン４０，４５（冷却機構）と、を備える。そして、複数のＬＥＤ１０ａ，１０ｂのうちより発熱量の高いＬＥＤ１０ｂを放熱する放熱器２０ｂは、他の放熱器２０ａよりも冷却空気流の下流側に設けられることを特徴とする。一組のファン４０，４５によって複数のＬＥＤ１０ａ，１０ｂの放熱が行われるため省スペースな構成となり、光源装置の小型化に貢献する。

図１では放熱器２０ａ，２０ｂとファン４０，４５とが正しく整列しているが、実際には可動台５５を動かしてＬＥＤ１０ａ，１０ｂの位置を調整するため、図３に示すように放熱器２０ａ，２０ｂとファン４５が整列しない場合もある。もし、図３に示すようにファン４５が可動台５５上に配置されているとすれば、可動台５５の移動によりファン４５の位置が変わるため冷却空気流の方向が変わり、筺体６０の開口部以外の壁面に当たって反射するため、筺体外に排気が行われずＬＥＤの上限温度を維持することが出来ない。ところが、本実施の形態では下流側のファン４５を筐体６０に固定しているため、図２に示すように可動台５５を動かして放熱器２０ａ，２０ｂの向きを調整しても、排気される風の方向は変わらず適切にＬＥＤ１０ａ，１０ｂを冷却することが出来る。

なお、可動台５５が移動しても冷却空気流が放熱器２０ｂを冷却できるよう、可動台５５の最大移動範囲においても冷却空気流が放熱器２０ｂに触れるように、放熱器２０ｂの形状や位置を設定する。

また、図１ではファン４０を放熱器２０ａ，２０ｂよりも上流側に配置したが、この配置には限定されず、放熱器２０ａ，２０ｂの間にファン４０を配置しても良い。

また、図１では発熱量の異なる２つのＬＥＤを冷却する例を示したが、３つ以上の複数のＬＥＤであっても、ＬＥＤの発熱量の小さい順に放熱器を直列に配置することによって、これらを１組のファン４０，４５により冷却することが可能である。

＜変形例＞
本実施の形態の光源装置の変形例を図４に示す。図４に示す光源装置は、図１の構成に加えて放熱器２０ａ，２０ｂの周囲を覆い、ファン４０，４５の方向に開口を有するダクト４６を備えている。ダクト４６が、ファン４０により生じる風を漏らさず放熱器へ取り込むことによって、ＬＥＤ１０ａ，１０ｂの放熱をより効率的に行うことが出来る。

＜効果＞
本実施の形態の光源装置によれば、以下の効果を奏する。すなわち、実施の形態１の光源装置は、複数のＬＥＤ１０ａ，１０ｂと、ＬＥＤ１０ａ，１０ｂのそれぞれに対し熱的に結合され、互いに離間して直列に配置される複数の放熱器２０ａ，２０ｂと、放熱器２０ａ，２０ｂにその配置方向に沿って冷却空気流を送り込むファン４０，４５（冷却機構）と、を備える。そして、複数のＬＥＤのうちより発熱量の高いＬＥＤ１０ｂを放熱する放熱器２０ｂは、他の放熱器２０ａよりも冷却空気流の下流側に設けられることを特徴とする。一組のファン４０，４５によって複数のＬＥＤの放熱が行われるため省スペースな構成となり、光源装置の小型化に貢献する。

また、光源装置は放熱器２０ａ，２０ｂ、冷却機構を覆う筺体６０をさらに備え、冷却機構は、放熱器に対して位置が固定された上流ファン４０と、筺体に固定された下流ファン４５とを備える。これにより、可動台５５を動かして放熱器２０ａ，２０ｂの向きを調整した場合でも、排気される風の方向は変わらず適切にＬＥＤ１０ａ，１０ｂを冷却することが出来る。

さらに、光源装置は放熱器を覆い、ファン４０，４５の方向に開口を有するダクト４６を備える。これにより、より効率的に放熱器２０ａ，２０ｂを冷却し、ＬＥＤ１０ａ，１０ｂの放熱を行うことが出来る。

また、本実施の形態の投射型映像表示装置は、上述した光源装置を備える。光源装置の冷却を省スペースな構成で行うため、投射型映像表示装置の小型化が可能となる。

（実施の形態２）
＜構成＞
本実施の形態の光源装置の構成を図５に示す。投射型映像表示装置等に用いられる本実施の形態の光源装置は、３つのＬＥＤを２つの直列冷却構造で冷却するものである。本実施の形態の光源装置は、可動台５５と、可動台５５上に設けられたハウジング５０と、ハウジング５０の３辺にそれぞれ実装されたＬＥＤ１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、を備える。可動台５５はＸＹＺの各軸に対して並進および回転することができ、これを調整することによってＬＥＤ１０ａ，１０ｂの位置を調整することが可能である。ＬＥＤ１０ａには熱伝導グリスのような熱伝導体１５ａを介して放熱器２０ａが取り付けられている。熱伝導体１５ａは接触熱抵抗を低減するものであり、ＬＥＤ１０ａと放熱器２０ａは熱的に結合されている。ＬＥＤ１０ｂにも同様に、熱伝導体１５ｂを介して放熱器２０ｂが取り付けられ、ＬＥＤ１０ｂと放熱器２０ｂは熱的に結合している。

ＬＥＤ１０ｃの放熱器２５は、ＬＥＤ１０ｃに熱伝導体１５ｃを介して取り付けられた受熱部２５ｃと、放熱器２０ａの下流に設けられる放熱フィン２５ａと、放熱器２０ｂの下流に設けられる放熱フィン２５ｂと、受熱部２５ｃの熱を放熱フィン２５ａ及び放熱フィン２５ｂに輸送するヒートパイプ２５ｄを備える。これら放熱器２５の構成要素は、全てＬＥＤ１０ｃと熱的に結合している。放熱器２０ａと放熱フィン２５ａが直列した冷却対象となり、ファン４０ａ，４５ａにより冷却される。また、放熱器２０ｂと放熱フィン２５ｂが直列した冷却対象となり、ファン４０ｂ，４５ｂにより冷却される。なお、ＬＥＤ１０ｃはＬＥＤ１０ａ，１０ｂより発熱量が大きい。ファン４０ａ，４０ｂは可動台５５上に図示しない固定手段により固定され、ファン４５ａ，４５ｂは筺体６０に固定されている。

ＬＥＤ１０ｃから放熱器の受熱部２５ｃへ伝わった熱は、ヒートパイプ２５ｄにより放熱フィン２５ａ，２５ｂへ伝わる。

ＬＥＤ１０ａから放熱器２０ａへと伝わった熱は、ファン４０ａ，４５ａにより生じた冷却空気流により放熱器２０ａで熱交換が行われる。放熱器２０ａを通過した冷却空気流は放熱フィン２５ａへと向かい、放熱フィン２５ａでさらに熱交換が行われる。放熱器２０ａを冷却した空気流は温度が上昇するが、ＬＥＤ１０ｃの発熱量はＬＥＤ１０ａより大きく、放熱フィン２５ａの温度は放熱器２０ａの温度よりも高くなっているため、放熱器２０ａを冷却した後の空気流によってさらに放熱フィン２５ａを冷却することが可能である。

同様に、ＬＥＤ１０ｂから放熱器２０ｂへと伝わった熱は、ファン４０ｂ、４５ｂにより生じた風により放熱器２０ｂで熱交換が行われる。放熱器２０ｂを通過した風は放熱フィン２５へと向かい、放熱フィン２５ｂでさらに熱交換が行われる。放熱器２０ｂを冷却した空気流は温度が上昇するが、ＬＥＤ１０ｃでの発熱量はＬＥＤ１０ｂより大きく、放熱フィン２５ｂの温度は放熱器２０ｂの温度よりも高いため、放熱器２０ｂを冷却した後の空気流によりさらに放熱フィン２５ｂを冷却することが可能である。

すなわち、本実施の形態の光源装置は、複数のＬＥＤ１０ａ，１０ｂ，１０ｃからなるＬＥＤ群と、ＬＥＤ群の各ＬＥＤ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ夫々と熱的に結合し、これらを放熱する複数の放熱器からなる放熱器群と、放熱器群に冷却空気流を導入するファン４０ａ，４５ａ，４０ｂ，４５ｂ（冷却機構）と、を備え、ＬＥＤ群及び放熱器群は複数列とそれ以外に分けて離間して配置され、冷却機構は、放熱器群の列毎に当該列に沿って冷却空気流を導入し、複数列以外に配置されたＬＥＤ１０ｃを放熱する放熱器はヒートパイプ２５ｄを備え、ヒートパイプ２５ｄは複数列に配置されたＬＥＤ１０ａ，１０ｂを放熱する放熱器２０ａ，２０ｂにおける冷却空気流の下流側に熱を輸送することを特徴とする。このように、ＬＥＤの発熱量の違いを利用して複数の放熱器をまとめて冷却することによって、冷却構造を小型化することができ、光源装置を小型化することが出来る。

なお、図５ではファン４０ａ，４０ｂをそれぞれ放熱器２０ａ，２０ｂの上流側に配置しているが、放熱器２０ａ，２０ｂと放熱器２５の間に配置しても良い。

また、図５では２つのＬＥＤ１０ａ，１０ｂを並列に配置し、その下流にＬＥＤ１０ｃを配置しているが、ＬＥＤの数がさらに多い場合は、ＬＥＤ１０ａの上流側又は下流側、あるいはＬＥＤ１０ｂの上流側又は下流側に加えることが出来る。勿論、発熱量が小さいＬＥＤが上流側に配置されるようにする。このように配置すれば、４個以上のＬＥＤを２組のファン４０ａ，４５ａ，４０ｂ，４５ｂで冷却することが可能である。

また、実施の形態１の変形例と同様に、放熱器２０ａの周囲を覆い、ファン４０ａ，４５ａの方向に開口を有するダクトを設けても良い。同様に、放熱器２０ｂの周囲を覆うダクトを設けても良い。これにより、ファン４０ａ，４５ａにより生じる冷却空気流を用いて効率的にＬＥＤの冷却を行う事が出来る。

＜効果＞
本実施の形態の光源装置によれば、既に述べたように以下の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の光源装置は、複数のＬＥＤ１０ａ，１０ｂ，１０ｃからなるＬＥＤ群と、ＬＥＤ群の各ＬＥＤ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ夫々と熱的に結合し、これらを放熱する複数の放熱器からなる放熱器群と、放熱器群に冷却空気流を導入するファン４０ａ，４５ａ，４０ｂ，４５ｂ（冷却機構）と、を備え、ＬＥＤ群及び放熱器群は複数列とそれ以外に分けて離間して配置され、冷却機構は、放熱器群の列毎に当該列に沿って冷却空気流を導入し、複数列以外に配置されたＬＥＤ１０ｃを放熱する放熱器はヒートパイプ２５ｄを備え、ヒートパイプ２５ｄは複数列に配置されたＬＥＤ１０ａ，１０ｂを放熱する放熱器２０ａ，２０ｂにおける冷却空気流の下流側に熱を輸送することを特徴とする。このように、ＬＥＤの発熱量の違いを利用して複数の放熱器をまとめて冷却することによって、冷却構造を小型化することができ、光源装置を小型化することが出来る。

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ ＬＥＤ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 熱伝導体、２０ａ，２０ｂ，２５ 放熱器、２５ａ，２５ｂ フィン、２５ｃ 受熱部、２５ｄ ヒートパイプ、４０，４０ａ，４０ｂ，４５，４５ａ，４５ｂ ファン、４６ ダクト、５０ ハウジング、５５ 可動台、６０ 筐体。

Claims (3)

1. 複数のＬＥＤと、
   前記ＬＥＤのそれぞれに対し熱的に結合され且つ取り付けられ、互いに離間して直列に配置される複数の放熱器と、
   前記放熱器にその配置方向に沿って冷却空気流を送り込む冷却機構と、
   前記放熱器及び前記冷却機構を覆う筐体と、
   前記ＬＥＤを実装するハウジングと、
   前記ハウジングを固定する可動台と、を備え、
   前記複数のＬＥＤのうちより発熱量の高いＬＥＤを放熱する前記放熱器は、他の前記放熱器よりも前記冷却空気流の下流側に設けられ、
   前記冷却機構は、前記放熱器に対して位置が固定された上流ファンと、前記筐体に固定された下流ファンとを備えることを特徴とする、光源装置。
2. 前記放熱器を覆い、前記ファンの方向に開口を有するダクトをさらに備える、請求項１に記載の光源装置。
3. 請求項１又は２に記載の光源装置を備える投射型映像表示装置。

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