JP5495348B2 - 投写型表示装置および光源冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を用いた投写型表示装置およびその光源冷却方法に関する。

スクリーンに画像を投写する投写型表示装置では、従来、光源として高圧水銀ランプが利用されることが多かったが、近年、高圧水銀ランプの代わりにＬＥＤが利用されたものが注目されている。

ＬＥＤは、高圧水銀ランプと比べて明るさを素早く調節できるという利点がある。このため、光源としてＬＥＤを利用した投写型表示装置では、周囲の明るさに応じてＬＥＤの明るさを調節することで、投写画像の明るさを周囲の明るさに応じて調節することができる。この場合、ＬＥＤが必要以上の明るさで点灯されることを抑制できるので、投写型表示装置の消費電力を軽減させることができる。

また、ＬＥＤでは、投入電力に対する光出力パワーの割合であるパワー変換効率（ＷＰＥ：Wall Plug Efficiency）が５％〜１５％程度と低く、投入電力の多くが熱に変換され、ＬＥＤの接合部温度Ｔｊが上昇してしまう。ＬＥＤの接合部温度Ｔｊがある程度以上になると、ＬＥＤの光出力パワーが急激に低下するので、光源としてＬＥＤを利用した投写型表示装置は、通常、ＬＥＤの接合部温度Ｔｊが予め設定された最大接合部温度Ｔｊ（ｍａｘ）を超えないようにＬＥＤを冷却している。ＬＥＤの冷却手段としては、ペルチェ素子のような投入電力に応じて冷却力を調節できるものが利用されることが多い（特許文献１参照）。

図１は、ＬＥＤの冷却手段を有し、かつ、周囲の明るさに応じてＬＥＤの明るさを変化させる投写型表示装置の構成を示すブロック図である。

図１において、投写型表示装置２００は、赤色光、緑色光および青色光のそれぞれを出射する光源部２０４Ｒ、２０４Ｇおよび２０４Ｂと、各光源部２０４Ｒ、２０４Ｇおよび２０４Ｂを冷却する冷却部２０５Ｒ、２０５Ｇおよび２０５Ｂと、各光源部２０４Ｒ、２０４Ｇおよび２０４Ｂの投入電力と各冷却部２０５Ｒ、２０５Ｇおよび２０５Ｂの投入電力とを調節する調節部２０１とを備える。

各光源部２０４Ｒ、２０４Ｇおよび２０４Ｂは、ＬＥＤと、そのＬＥＤを収容するＬＥＤケースで構成される。また、各冷却部２０５Ｒ、２０５Ｇおよび２０５Ｂは、ペルチェ素子で構成される。

調節部２０１は、周囲の明るさを検出する光センサ２０２の検出結果に応じて、各ＬＥＤの投入電力である光源投入電力Ｗを調節して、各ＬＥＤの明るさを調節する。

また、調節部２０１は、各光源部２０４Ｒ、２０４Ｇおよび２０４ＢのＬＥＤケースのケース温度Ｔｃを検出する光源ケース温度検出部２１０Ｒ、２１０Ｇおよび２１０Ｂの検出結果に応じて、各冷却部２０５Ｒ、２０５Ｇおよび２０５Ｂの投入電力である冷却投入電力を調節する。

一般的に、ＬＥＤの接合部温度ＴｊとＬＥＤケースのケース温度Ｔｃの間には、関係式「Ｔｊ＝Ｉｆ×Ｖｆ×（１−ＷＰＥ／１００）×Ｒｊ−ｃ＋Ｔｃ」が成り立つことが知られている。ここで、ＩｆはＬＥＤの順方向電流、ＶｆはＬＥＤの順方向電圧、ＷＰＥはＬＥＤのパワー変換効率、Ｒｊ−ｃはＬＥＤの接合部およびＬＥＤケース間の熱抵抗を示す。なお、上記の関係式において、順方向電流Ｉｆと順方向電圧Ｖｆの積Ｉｆ×Ｖｆは、ＬＥＤの光源投入電力Ｗとなる。また、パワー変換効率ＷＰＥおよび熱抵抗Ｒｊ−ｃは、通常、ＬＥＤごと定められる定数とみなせる。

上記の関係式から分かるように、光源投入電力Ｗが一定であれば、接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊ（ｍａｘ）となるときのケース温度Ｔｃである最大ケース温度は一意に定まる。この場合、ケース温度Ｔｃが最大ケース温度になるように、冷却投入電力が調節されれば、接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊ（ｍａｘ）を超えないようにすることができる。

しかしながら、投写型表示装置２００では、周囲の明るさに応じて光源投入電力Ｗが変化するので、最大ケース温度も変化してしまう。より具体的には、光源投入電力Ｗが大きくなるほど、最大ケース温度は低くなる。このため、最大ケース温度が変化しても、接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊ（ｍａｘ）を超えないようにするために、調節部２０１は、光源投入電力Ｗが上限値のときの最大ケース温度にケース温度Ｔｃがなるように冷却投入電力を調節している。

特開２００４−３４２５５７号公報

図１で示した投写型表示装置２００では、周囲の明るさに応じて光源投入電力Ｗが調節されているので、光源投入電力Ｗが上限値より低くなることがある。このときの最大接合部温度は、光源投入電力Ｗが上限値のときの最大接合部温度より低くなる。したがって、冷却投入電力を下げることで、ペルチェ素子の冷却力を下げても、接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊ（ｍａｘ）を超えないようにすることができる。

しかしながら、投写型表示装置２００では、ケース温度Ｔｃが常に光源投入電力Ｗが上限値のときの最大ケース温度になるように、冷却投入電力が調節されているので、ＬＥＤの冷却にかかる電力が必要以上に大きくなる。

本発明の目的は、上記の課題である、光源投入電力が調節される場合、ＬＥＤの冷却にかかる電力が必要以上に大きくなるという問題を解決することができる投写型表示装置および光源冷却方法を提供することである。

本発明による投写型表示装置は、ＬＥＤからの光を投写して画像を表示する投写型表示装置であって、前記ＬＥＤを冷却する冷却部と、周囲の明るさを検出する光検出部と、前記ＬＥＤの順方向電圧を検出する電圧検出部と、前記ＬＥＤの順方向電流を検出する電流検出部と、前記ＬＥＤのケースの温度であるケース温度を検出する温度検出部と、前記周囲の明るさに基づいて前記ＬＥＤの明るさを調節するとともに、前記順方向電圧、前記順方向電流および前記ケース温度に基づいて前記冷却部の冷却力を調節する制御部と、を有する。

また、本発明による光源冷却方法は、ＬＥＤからの光を投写して画像を表示する投写型表示装置のＬＥＤ冷却方法であって、周囲の明るさを検出し、前記ＬＥＤの順方向電圧を検出し、前記ＬＥＤの順方向電流を検出し、前記ＬＥＤのケースの温度であるケース温度を検出し、前記周囲の明るさに基づいて前記ＬＥＤの明るさを調節し、前記順方向電圧、前記順方向電流および前記ケース温度に応じた冷却力で前記ＬＥＤを冷却する。

本発明によれば、光源投入電力が調節される場合でも、ＬＥＤの冷却にかかる電力を適切な値にすることができる。

関連技術の投写型表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の投写型表示装置の構成を示すブロック図である。 光源部の構成例を示す図である。 本発明の一実施形態の投写型表示装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態の投写型表示装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態の投写型表示装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 ＬＥＤの特性の一例を示す図である。 ペルチェ素子の電流Ｉと吸熱量Ｑｃとの関係を示す吸熱量特性の一例を示す図である。 ペルチェ素子の電流Ｉと電圧Ｖとの関係を示す電流電圧特性の一例を示す図である。 本発明の一実施形態の投写型表示装置における冷却部の投入電力の変化の一例を示す図である。 関連技術の投写型表示装置における冷却部の投入電力の変化の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

図２は、本発明の一実施形態の投写型表示装置の構成を示すブロック図である。図２において、投写型表示装置１００は、画像信号処理部１０１と、空間光変調信号生成部１０２と、光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂと、空間光変調素子１０４Ｒ、１０４Ｇおよび１０４Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１０５と、投写レンズ１０６と、冷却部１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７Ｂと、冷却駆動部１０８Ｒ、１０８Ｇおよび１０８Ｂと、光源駆動部１０９Ｒ、１０９Ｇおよび１０９Ｂと、光センサ駆動部１１０と、光センサ１１１と、光源ケース温度検出部１１２Ｒ、１１２Ｇおよび１１２Ｂと、光源順方向電圧検出部１１３Ｒ、１１３Ｇおよび１１３Ｂと、光源順方向電流検出部１１４Ｒ、１１４Ｇおよび１１４Ｂと、記憶部１１５と、ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６と、調節部１１７とを有する。

画像信号処理部１０１には、画像信号が入力される。画像信号処理部１０１は、その入力画像信号に対して解像度変換などの種々の画像信号処理を行う。

空間光変調信号生成部１０２は、画像信号処理部１０１にて画像信号処理が行われた入力画像信号に応じて、光を空間変調するための空間光変調信号を生成し、それらの空間光変調信号を各空間光変調素子１０４Ｒ、１０４Ｇおよび１０４Ｂに出力する。

各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂは、図３に示すように、ＬＥＤ３０１と、そのＬＥＤを収容するＬＥＤケース３０２とで構成される。

各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂは、各光源駆動部１０９Ｒ、１０９Ｇおよび１０９Ｂからの光源投入電力に応じた光量の光を出射する。また、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂから出射される光は、それぞれ異なる波長を有する。以下では、光源部１０３Ｒは、赤色の波長帯域の光である赤色光を出射し、光源部１０３Ｇは、緑色の波長帯域の光である緑色光を出射し、光源部１０３Ｂは、青色の波長帯域の光である青色光を出射するものとする。また、光源部１０３Ｒで使用されるＬＥＤを赤色ＬＥＤ、光源部１０３Ｇで使用されるＬＥＤを緑色ＬＥＤ、光源部１０３Ｂで使用される青色ＬＥＤと称する。

各空間光変調素子１０４Ｒ、１０４Ｇおよび１０４Ｂは、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂからの各色光に対して、空間光変調信号生成部１０２からの空間光変調信号に応じて空間変調して出射する。

クロスダイクロイックプリズム１０５は、各空間光変調素子１０４Ｒ、１０４Ｇおよび１０４Ｂからの各色光を合成して出射する。

投写レンズ１０６は、クロスダイクロイックプリズム１０５からの合成光をスクリーン（図示せず）に投写して、そのスクリーンに画像を表示する。

各冷却部１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７Ｂは、ペルチェ素子で構成される。各冷却部１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７Ｂは、各冷却駆動部１０８Ｒ、１０８Ｇおよび１０８Ｂから供給される冷却投入電力に応じた冷却力で各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂを冷却する。

各冷却駆動部１０８Ｒ、１０８Ｇおよび１０８Ｂは、調節部１１７からの冷却制御信号が示す冷却投入電力を各冷却部１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７Ｂに投入して、各冷却部１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７Ｂによる各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂの冷却力を調節する。

各光源駆動部１０９Ｒ、１０９Ｇおよび１０９Ｂは、調節部１１７からの光源制御信号が示す明るさで各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂを点灯させる。

本実施形態では、各光源駆動部１０９Ｒ、１０９Ｇおよび１０９Ｂは、光源投入電力としてパルス電力を各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂに投入することで、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂを点灯させるものとする。この場合、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂの明るさは、パルス電力のデューティ比に応じて変化する。したがって、光源制御信号はデューティ比を示し、各光源駆動部１０９Ｒ、１０９Ｇおよび１０９Ｂは、その光源制御信号が示すデューティ比のパルス電力を各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂに投入するものとする。

光センサ駆動部１１０は、光センサ１１１にセンサ電力を投入する。

光センサ１１１は、光センサ駆動部１１０からのセンサ電力にて駆動し、周囲（投写型表示装置１００の外部）の明るさを検出する光検出部である。

各光源ケース温度検出部１１２Ｒ、１１２Ｇおよび１１２Ｂは、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３ＢのＬＥＤケース３０２の温度であるケース温度Ｔｃを検出する。

各光源順方向電圧検出部１１３Ｒ、１１３Ｇおよび１１３Ｂは、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３ＢのＬＥＤ３０１の順方向電圧Ｖｆを検出する。

各光源順方向電流検出部１１４Ｒ、１１４Ｇおよび１１４Ｂは、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３ＢのＬＥＤ３０１の順方向電流Ｉｆを検出する。

記憶部１１５とＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６と調節部１１７とは、制御部を構成する。制御部は、光センサ１１１にて検出された周囲の明るさに応じて、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂに投入するパルス電力のデューティ比を求め、そのデューティ比を示す光源制御信号を各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂに出力して、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂの明るさを調節する。

また、制御部は、各光源ケース温度検出部１１２Ｒ、１１２Ｇおよび１１２Ｂにて検出されたケース温度Ｔｃと、各光源順方向電圧検出部１１３Ｒ、１１３Ｇおよび１１３Ｂにて検出された順方向電圧Ｖｆと、各光源順方向電流検出部１１４Ｒ、１１４Ｇおよび１１４Ｂにて検出された順方向電流Ｉｆとに基づいて、各冷却部１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７に投入する冷却投入電力を決定する。そして、制御部は、その冷却投入電力を示す冷却制御信号を各冷却駆動部１０８Ｒ、１０８Ｇおよび１０８Ｂに出力して、各冷却部１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７の冷却力を調節する。

記憶部１１５は、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂに使用されている各ＬＥＤ３０１の特性を示す特性情報を記憶する。ここで、特性情報は、ＬＥＤの特性として、最大接合部温度Ｔｊ（ｍａｘ）と、パワー変換効率ＷＰＥと、ＬＥＤの接合部とＬＥＤケース間の熱抵抗Ｒｊ−ｃとを示す。

ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６は、各ＬＥＤ３０１の特性情報、各ＬＥＤケース３０２のケース温度Ｔｃ、各ＬＥＤの順方向電圧Ｖｆおよび各ＬＥＤの順方向電流Ｉｆに基づいて、ＬＥＤごとに、そのＬＥＤの接合部温度Ｔｊとケース温度Ｔｃとの差分に対する、そのＬＥＤの最大接合部温度Ｔｊとケース温度Ｔｃとの差分の比率を、ＬＥＤの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」として算出する。

調節部１１７は、周囲の明るさに応じたデューティ比を示す光源制御信号を各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂに出力して、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂの明るさを調節する。

また、調節部１１７は、ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６にて算出された「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」に応じた冷却投入電力を示す冷却制御信号を各冷却駆動部１０８Ｒ、１０８Ｇおよび１０８Ｂに出力して、各冷却部１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７の冷却力を調節する。

より具体的には、調節部１１７は、ＬＥＤを点灯させた場合、冷却制御信号が示す冷却投入電力を所定の値に設定し、その後、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」がＬＥＤの明るさに応じて定められる許容範囲の上限値より大きい場合、冷却投入電力を下げ、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が許容範囲の下限値より小さい場合、冷却投入電力を上げる。これにより、調節部１１７は、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が許容範囲の上限値より大きい場合、各冷却部１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７の冷却力を下げ、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が許容範囲の下限値より小さい場合、各冷却部１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７の冷却力を上げることになる。

次に投写型表示装置１００の動作について説明する。

図４〜図６は、投写型表示装置１００の光源制御処理に係る動作を説明するためのフローチャートである。なお、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂについて同様な動作が行われるので、以下では、光源部１０３Ｒの光源制御処理を例にとって説明する。

先ず、投写型表示装置１００の電源がオンになると、調節部１１７は、所定の冷却投入電力を示す冷却制御信号を出力して、冷却駆動部１０８Ｒに冷却部１０７Ｒの運転を開始させる（ステップＳ１０１）。

続いて、調節部１１７は、記憶部１１５から光源部１０３Ｒの特性情報（最大接合部温度Ｔｊ（ｍａｘ）、パワー変換効率ＷＰＥおよび熱抵抗Ｒｊ−ｃ）を読み出す（ステップＳ１０２）。

その後、調節部１１７は、光センサ駆動部１１０に駆動信号を出力して、光センサ駆動部１１０に光センサ１１１を駆動させる。光センサ１１１は、周囲の明るさを検出し、その検出結果Ｌを調節部１１７に出力する（ステップＳ１０３）。

調節部１１７は、検出結果Ｌを受け付けると、検出結果Ｌが予め定められた第１閾値（以下、便宜上「１００」とする）以上か否かを判断する（ステップＳ１０４）。検出結果Ｌが第１閾値「１００」以上の場合、「デューティ比＝１００％」を示す光源制御信号を光源駆動部１０９Ｒに出力して、光源部１０３Ｒを最大の明るさで点灯させる（ステップＳ１０５）。

光源部１０３Ｒが点灯されると、光源ケース温度検出部１１２Ｒは、光源部１０３Ｒのケース温度Ｔｃを検出して調節部１１７に出力し、光源順方向電圧検出部１１３Ｒは、光源部１０３Ｒの順方向電圧Ｖｆを検出して調節部１１７に出力し、光源順方向電流検出部１１４Ｒは、光源部１０３Ｒの順方向電流Ｉｆを検出して出力する（ステップＳ１０６）。

調節部１１７は、ケース温度Ｔｃ、順方向電圧Ｖｆおよび順方向電流Ｉｆを受け付けると、その受け付けたケース温度Ｔｃ、順方向電圧Ｖｆおよび順方向電流Ｉｆと、ステップＳ１０２で読み出した特性情報とをＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６に出力する。

ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６は、特性情報、ケース温度Ｔｃ、順方向電圧Ｖｆおよび順方向電流Ｉｆを受け付けると、その特性情報、ケース温度Ｔｃ、順方向電圧Ｖｆおよび順方向電流Ｉｆに基づいて、光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を算出する（ステップＳ１０７）。

より具体的には、ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６は、数１を用いて光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を算出する。

数１において、右辺の分母「Ｖｆ×Ｉｆ×（１−ＷＰＥ／１００）×Ｒｊ−ｃ」は、ＬＥＤの接合部温度Ｔｊとケース温度Ｔｃの関係式から、ＬＥＤの接合部温度Ｔｊとケース温度Ｔｃとの差分Ｔｊ−Ｔｃとなる。このため、ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６は、ＬＥＤの接合部温度Ｔｊとケース温度Ｔｃとに基づいて、光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を算出したことになる。また、ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６は、ＬＥＤの接合部温度Ｔｊとケース温度Ｔｃとの差分に対する、そのＬＥＤの最大接合部温度Ｔｊ（ｍａｘ）とケース温度Ｔｃとの差分の比率を「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」として求めたことになる。

ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６は、光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を算出すると、その「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を調節部１１７に出力する。調節部１１７は、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を受け付けると、その「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第１の許容範囲（ｅ１≦ＯＮ・Ｄｕｔｙ≦１００％）に含まれるか否かを判断する（ステップＳ１０８）。なお、第１の許容範囲の下限値ｅ１は、１００％より小さい正の値である。

「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第１の許容範囲に含まれる場合、調節部１１７は、光源制御処理を終了する。

一方、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第１の許容範囲に含まれない場合、調節部１１７は、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第１の許容範囲の下限値ｅ１より小さいか否かを判断する（ステップＳ１０９）。

「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が下限値ｅ１より小さい場合、調節部１１７は、接合部温度Ｔｊが高すぎると判断して、その「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を示す光源制御信号を光源駆動部１０９Ｒに出力する。これにより、調節部１１７は、光源部１０３Ｒのデューティ比をステップＳ１０８で算出された「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」に変更することになる。このため、調節部１１７は、光源部１０３Ｒの明るさを低くすることになり、光源部１０３Ｒの発熱量を低くすることができる（ステップＳ１１０）。

その後、調節部１１７は、上記の所定の冷却投入電力より大きい冷却投入電力を示す冷却制御信号を冷却駆動部１０８Ｒに出力して、冷却投入電力を上昇させる。これにより、調節部１１７は、冷却部１０７Ｒの冷却力を上げることができる（ステップＳ１１１）。

冷却投入電力が上昇すると、光源部１０３Ｒのケース温度Ｔｃが低下するので、調節部１１７は、ステップＳ１０５に戻り光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を再び算出する。そして、ステップＳ１０８において、算出された「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第１の許容範囲に含まれていれば、光源制御処理が終了する。

また、ステップＳ１０９において、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第１の許容範囲の下限値ｅ１より大きいと判断された場合、調節部１１７は、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第１の許容範囲の上限値「１００％」より大きいと判断して、上記の所定の冷却投入電力より小さい冷却投入電力を示す冷却制御信号を冷却駆動部１０８Ｒに出力する。これにより、調節部１１７は、冷却投入電力を下降させることになり、冷却部１０７Ｒの冷却力を下げることができる（ステップＳ１１２）。

冷却投入電力が下降すると、光源部１０３Ｒのケース温度Ｔｃが上昇するので、調節部１１７は、ステップＳ１０５に戻り光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を１００％にし、その後、ステップＳ１０７において光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を再び算出する。そして、ステップＳ１０８において、算出された「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が上記の第１の許容範囲に含まれていれば、光源制御処理が終了する。

また、ステップＳ１０４において検出結果Ｌが第１閾値より小さいと判断された場合、調節部１１７は、検出結果Ｌが第１閾値より小さい第２閾値（以下、便宜上「５０」とする）より大きいか否かを判断する（ステップＳ１１３）。検出結果Ｌが第２閾値「５０」より大きい場合、調節部１１７は、「デューティ比＝Ｌ％」を示す光源制御信号を光源駆動部１０９Ｒに出力して、光源部１０３Ｒを最大値のＬ％の明るさで点灯させる（ステップ１１４）。なお、Ｌは、５０〜１００に含まれる任意の値である。

光源部１０３Ｒが点灯されると、光源ケース温度検出部１１２Ｒは、光源部１０３Ｒのケース温度Ｔｃを検出して調節部１１７に出力し、光源順方向電圧検出部１１３Ｒは、光源部１０３Ｒの順方向電圧Ｖｆを検出して調節部１１７に出力し、光源順方向電流検出部１１４Ｒは、光源部１０３Ｒの順方向電流Ｉｆを検出して出力する（ステップＳ１１５）。

調節部１１７は、ケース温度Ｔｃ、順方向電圧Ｖｆおよび順方向電流Ｉｆを受け付けると、その受け付けたケース温度Ｔｃ、順方向電圧Ｖｆおよび順方向電流Ｉｆと、ステップＳ１０２で読み出した特性情報とをＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６に出力する。

ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６は、特性情報、ケース温度Ｔｃ、順方向電圧Ｖｆおよび順方向電流Ｉｆを受け付けると、その特性情報、ケース温度Ｔｃ、順方向電圧Ｖｆおよび順方向電流Ｉｆに基づいて、光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を算出する（ステップＳ１１６）。なお、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」の算出方法は、ステップＳ１０７における「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」の算出方法と同じである。

ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６は、光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を算出すると、その「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を調節部１１７に出力する。調節部１１７は、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を受け付けると、その「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第２の許容範囲（ｅ２≦ＯＮ・Ｄｕｔｙ≦Ｌ％）に含まれるか否かを判断する（ステップＳ１１７）。なお、第２の許容範囲の下限値ｅ２は、Ｌ％より小さい正の値である。

「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第１の許容範囲に含まれる場合、調節部１１７は、光源制御処理を終了する。

一方、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第２の許容範囲に含まれない場合、調節部１１７は、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第２の許容範囲の下限値ｅ２より小さいか否かを判断する（ステップＳ１１８）。

「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が下限値ｅ２より小さい場合、調節部１１７は、接合部温度Ｔｊが高すぎると判断して、その「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を示す光源制御信号を光源駆動部１０９Ｒに出力する。これにより、調節部１１７は、光源部１０３Ｒのデューティ比をステップＳ１１６で算出された「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」に変更することになる（ステップＳ１１９）。

その後、調節部１１７は、上記の所定の冷却投入電力より大きい冷却投入電力を示す冷却制御信号を冷却駆動部１０８Ｒに出力して、冷却投入電力を上昇させる（ステップＳ１２０）。

冷却投入電力が上昇すると、光源部１０３Ｒのケース温度Ｔｃが低下するので、調節部１１７は、ステップＳ１１４に戻り光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を再び算出する。そして、ステップＳ１１７において、算出された「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第２の許容範囲に含まれていれば、光源制御処理が終了する。

また、ステップＳ１１８において、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第２の許容範囲の下限値ｅ２より大きいと判断された場合、調節部１１７は、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第２の許容範囲の上限値「Ｌ％」より大きいと判断して、上記の所定の冷却投入電力より小さい冷却投入電力を示す冷却制御信号を冷却駆動部１０８Ｒに出力する。これにより、調節部１１７は、冷却投入電力を下降させることになり、冷却部１０７Ｒの冷却力を下げることができる（ステップＳ１２１）。

冷却投入電力が下降すると、光源部１０３Ｒのケース温度Ｔｃが上昇するので、調節部１１７は、ステップＳ１１４に戻り光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」をＬ％にし、その後、ステップＳ１１６において光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を再び算出する。そして、ステップＳ１１７において、算出された「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が上記の第２の許容範囲に含まれていれば、光源制御処理が終了する。

また、ステップＳ１１３において検出結果Ｌが第２閾値以下と判断された場合、調節部１１７は、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ＝５０（第２閾値）％」を示す光源制御信号を光源駆動部１０９Ｒに出力して、光源部１０３Ｒを最大値の５０％の明るさで点灯させる（ステップ１２２）。

光源部１０３Ｒが点灯されると、光源ケース温度検出部１１２Ｒは、光源部１０３Ｒのケース温度Ｔｃを検出して調節部１１７に出力し、光源順方向電圧検出部１１３Ｒは、光源部１０３Ｒの順方向電圧Ｖｆを検出して調節部１１７に出力し、光源順方向電流検出部１１４Ｒは、光源部１０３Ｒの順方向電流Ｉｆを検出して出力する（ステップＳ１２３）。

調節部１１７は、ケース温度Ｔｃ、順方向電圧Ｖｆおよび順方向電流Ｉｆを受け付けると、その受け付けたケース温度Ｔｃ、順方向電圧Ｖｆおよび順方向電流Ｉｆと、ステップＳ１０２で読み出した特性情報とをＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６に出力する。

ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６は、特性情報、ケース温度Ｔｃ、順方向電圧Ｖｆおよび順方向電流Ｉｆを受け付けると、その特性情報、ケース温度Ｔｃ、順方向電圧Ｖｆおよび順方向電流Ｉｆに基づいて、光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を算出する（ステップＳ１２４）。なお、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」の算出方法は、ステップＳ１０７における算出方法と同じである。

ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部１１６は、光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を算出すると、その「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を調節部１１７に出力する。調節部１１７は、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を受け付けると、その「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が予め設定された第３の許容範囲（ｅ３≦ＯＮ・Ｄｕｔｙ≦５０％）に含まれるか否かを判断する（ステップＳ１２５）。なお、第３の許容範囲の下限値ｅ３は、５０％より小さい正の値である。

「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第３の許容範囲に含まれる場合、調節部１１７は、光源制御処理を終了する。

一方、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第３の許容範囲に含まれない場合、調節部１１７は、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第３の許容範囲の下限値ｅ３より小さいか否かを判断する（ステップＳ１２６）。

「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が下限値ｅ３より小さい場合、調節部１１７は、接合部温度Ｔｊが高すぎると判断して、その「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を示す光源制御信号を光源駆動部１０９Ｒに出力する。これにより、調節部１１７は、光源部１０３Ｒのデューティ比をステップＳ１２４で算出された「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」に変更することになる（ステップＳ１２７）。

その後、調節部１１７は、上記の所定の冷却投入電力より大きい冷却投入電力を示す冷却制御信号を冷却駆動部１０８Ｒに出力して、冷却投入電力を上昇させる（ステップＳ１２８）。

冷却投入電力が上昇すると、光源部１０３Ｒのケース温度Ｔｃが低下するので、調節部１１７は、ステップＳ１２３に戻り光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を再び算出する。そして、ステップＳ１２５において、算出された「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第３の許容範囲に含まれていれば、光源制御処理が終了する。

また、ステップＳ１２６において、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第３の許容範囲の下限値ｅ３より大きいと判断された場合、調節部１１７は、「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が第３の許容範囲の上限値「５０％」より大きいと判断して、上記の所定の冷却投入電力より小さい冷却投入電力を示す冷却制御信号を冷却駆動部１０８Ｒに出力する。これにより、調節部１１７は、冷却投入電力を下降させることになり、冷却部１０７Ｒの冷却力を下げることができる（ステップＳ１２９）。

冷却投入電力が下降すると、光源部１０３Ｒのケース温度Ｔｃが上昇するので、調節部１１７は、ステップＳ１２２に戻り光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を５０％にし、その後、ステップＳ１２４において光源部１０３Ｒの「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」を再び算出する。そして、ステップＳ１２５において、算出された「ＯＮ・Ｄｕｔｙ」が上記の第３の許容範囲に含まれていれば、光源制御処理が終了する。

次に、図２に示した本実施形態の投写型表示装置１００における冷却投入電力を評価する。

以下では、各光源部１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂで使用される赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤは、図７で示した特性（最大接合部温度Ｔｊ（ｍａｘ）と、パワー変換効率ＷＰＥと、ＬＥＤの接合部とＬＥＤケース間の熱抵抗Ｒｊ−ｃ）を有するものとする。また、各冷却部で１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７Ｂで使用されるペルチェ素子は、図８および図９に示す特性を有するものとする。図８は、放熱側の温度が５０℃の場合におけるペルチェ素子の電流Ｉと吸熱量Ｑｃとの関係を示す吸熱量特性を示し、図９は、放熱側の温度が５０℃の場合におけるペルチェ素子の電流Ｉと電圧Ｖとの関係を示す電流電圧特性を示している。

先ず、投写型表示装置１００の電源がオンになった後、光センサ１１１の検出結果Ｌが第１閾値「１００」以上となり、調節部１１７は、光源部１０３Ｒをデューティ比＝１００％のパルス電圧で点灯させたとする。その後、光センサ１１１の検出結果Ｌが第３閾値「５０」より小さい値に変化し、調節部１１７は、光源部１０３Ｒをデューティ比＝５０％のパルス電圧で点灯させる。そして、光センサ１１１の検出結果Ｌが第１閾値「１００」以上に戻り、調節部１１７は、光源部１０３Ｒをデューティ比＝１００％のパルス電圧で点灯させるものとする。

図１０は、投写型表示装置１００が上記の処理を行った際の、光源部１０３Ｒの接合部温度Ｔｊの時間変化、光源部１０３Ｒのケース温度Ｔｃの時間変化、および、冷却部１０７Ｒに投入する冷却投入電力の時間変化を示す図である。

調節部１１７が光源部１０３Ｒをデューティ比＝１００％のパルス電圧で点灯させる場合、光源部１０３Ｒの順方向電圧Ｖｆを３．５Ｖとし、光源部１０３Ｒの順方向電流Ｉｆを３０Ａと仮定すると、接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊ（ｍａｘ）となるケース温度Ｔｃである最大ケース温度は、以下のようになる。
赤色ＬＥＤの最大ケース温度＝２０℃≒１１０℃−３００Ｗ×０．３５×（１−０．１５）×１℃／Ｗ
緑色ＬＥＤの最大ケース温度＝４０℃≒１７０℃−３００Ｗ×０．４５×（１−０．０５）×１℃／Ｗ
青色ＬＥＤの最大ケース温度＝１１５℃≒１７０℃−３００Ｗ×０．２×（１−０．１）×１℃／Ｗ
また、ケース温度Ｔｃを最大ケース温度「２０℃」に維持するために必要なペルチェ素子の投入電力は、例えば、赤色ＬＥＤ用のペルチェ素子の場合、以下のようになる。
ペルチェ素子の投入電力＝１２８Ｗ≒７．５Ａ×１７Ｖ
また、調節部１１７が、光源部１０３Ｒをデューティ比＝５０％のパルス電圧で点灯させた場合、光源部１０３Ｒの順方向電圧Ｖｆを３．５Ｖとし、光源部１０３Ｒの順方向電流Ｉｆを３０Ａと仮定すると、光源部１０３Ｒの最大ケース温度は、以下のようになる。
最大ケース温度＝６５℃≒１１０℃−３．５Ｖ×３０Ａ×０．５×（１−０．１５）×１
また、ケース温度Ｔｃを最大ケース温度「６５℃」に維持するために必要なペルチェ素子の投入電力は、例えば、赤色ＬＥＤ用のペルチェ素子の場合、以下のようになる。
ペルチェ素子の投入電力＝４．５Ｗ＝１．５Ａ×３Ｖ
次に、図１で示した投写型表示装置２００の冷却投入電力を評価する。

なお、投写型表示装置２００の各ＬＥＤは、図２で示した投写型表示装置１００の各ＬＥＤと同様に、図７で示した特性を有するものとする。また、投写型表示装置２００の各冷却部２０５Ｒ、２０５Ｇおよび２０５Ｂで使用されるペルチェ素子は、図１で示した投写型表示装置１００のペルチェ素子と同様に、図８および図９に示す特性を有するものとする。

また、投写型表示装置２００の電源がオンになった後、光センサ２０２の検出結果Ｌが第１閾値「１００」以上となり、調節部２０１は、光源部２０４Ｒをデューティ比＝１００％のパルス電圧で点灯させたとする。その後、光センサ２０２の検出結果Ｌが第３閾値「５０」より小さい値に変化し、調節部２０１は、光源部２０４Ｒをデューティ比＝５０％のパルス電圧で点灯させる。そして、光センサ２０２の検出結果Ｌが第１閾値「１００」以上に戻り、調節部２０１は、光源部２０４Ｒをデューティ比＝１００％のパルス電圧で点灯させるものとする。

図１１は、投写型表示装置２００が上記の処理を行った際の、光源部２０４Ｒの接合部温度Ｔｊの時間変化、光源部２０４Ｒのケース温度Ｔｃの時間変化、および、冷却部２０５Ｒに投入する冷却投入電力の時間変化を示す図である。

赤色ＬＥＤをデューティ比＝１００％のパルス電圧で点灯させる場合、投写型表示装置２００がケース温度Ｔｃを最大ケース温度「２０℃」に維持するので、投写型表示装置２００におけるペルチェ素子の投入電力は、本実施形態の投写型表示装置１００のペルチェ素子の投入電力と同じになる。しかしながら、赤色ＬＥＤをデューティ比＝５０％のパルス電圧で点灯させる場合、投写型表示装置２００はケース温度Ｔｃを最大ケース温度「２０℃」に維持するので、投写型表示装置２００におけるペルチェ素子の投入電力は、以下のようになる。
ペルチェ素子の投入電力＝６０Ｗ＝５Ａ×１２Ｖ
したがって、図１で示した投写型表示装置２００におけるペルチャ素子の投入電力は、光センサ２０２の検出結果ＬがＬ＞１００の場合には、本実施形態の投写型表示装置１００と同様であるが、光センサ２０２の検出結果ＬがＬ＜５０の場合は、本実施形態の投写型表示装置１００よりも大きくなっている。

以上説明したように、本実施形態によれば、冷却部１０７Ｒは、光源部１０３Ｒを冷却する。光センサ１１１は、周囲の明るさを検出する。光源ケース温度検出部１１２Ｒは、光源部１０３Ｒのケースの温度であるケース温度を検出する。光源順方向電圧検出部１１３Ｒは、光源部１０３Ｒの順方向電圧を検出する。光源順方向電流検出部１１４Ｒは、光源部１０３Ｒの順方向電流を検出する。調節部１１７は、周囲の明るさに基づいて光源部１０３Ｒの明るさを調節するとともに、順方向電圧、順方向電流およびケース温度に基づいて、冷却部１０７Ｒの冷却力を調節する。

このため、冷却力が、順方向電圧、順方向電流およびケース温度に基づいて調節される。順方向電圧および順方向電流から光源投入電力Ｗを把握することができるので、光源投入電力が調節される場合でも、ＬＥＤの冷却にかかる電力を適切な値にすることができる。

以上説明した実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

例えば、各冷却部１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７Ｂは、ペルチェ素子で構成されていたが、投入電力に応じて冷却力を調節できるものであれば、ペルチェ素子以外の冷却素子で構成することができる。

１００ 投写型表示装置
１０１ 画像信号処理部
１０２ 空間光変調信号生成部
１０３Ｒ、１０３Ｇおよび１０３Ｂ 光源部
１０４Ｒ、１０４Ｇおよび１０４Ｂ 空間光変調素子
１０５ クロスダイクロイックプリズム
１０６ 投写レンズ
１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７Ｂ 冷却部
１０８Ｒ、１０８Ｇおよび１０８Ｂ 冷却駆動部
１０９Ｒ、１０９Ｇおよび１０９Ｂ 光源駆動部
１１０ 光センサ駆動部
１１１ 光センサ
１１２Ｒ、１１２Ｇおよび１１２Ｂ 光源ケース温度検出部
１１３Ｒ、１１３Ｇおよび１１３Ｂ 光源順方向電圧検出部
１１４Ｒ、１１４Ｇおよび１１４Ｂ 光源順方向電流検出部
１１５ 記憶部
１１６ ＯＮ・Ｄｕｔｙ算出部
１１７ 調節部

Claims (4)

1. ＬＥＤからの光を投写して画像を表示する投写型表示装置であって、
   前記ＬＥＤを冷却する冷却部と、
   周囲の明るさを検出する光検出部と、
   前記ＬＥＤの順方向電圧を検出する電圧検出部と、
   前記ＬＥＤの順方向電流を検出する電流検出部と、
   前記ＬＥＤのケースの温度であるケース温度を検出する温度検出部と、
   前記周囲の明るさに基づいて前記ＬＥＤの明るさを調節するとともに、前記順方向電圧、前記順方向電流および前記ケース温度に基づいて前記冷却部の冷却力を調節する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記順方向電圧、前記順方向電流および前記温度に基づいて、前記ＬＥＤの接合部温度と前記ケース温度との差分に対する、予め定められた最大接合部温度と前記ケース温度との差分の比率を算出し、当該比率に基づいて前記冷却部の冷却力を調節する、投写型表示装置。
2. 請求項１に記載の投写型表示装置において、
   前記制御部は、前記比率が前記ＬＥＤの明るさに応じて定められる許容範囲の上限値より大きい場合、前記冷却力を下げ、前記比率が前記許容範囲の下限値より小さい場合、前記冷却力を上げる、投写型表示装置。
3. 請求項２に記載の投写型表示装置において、
   前記制御部は、前記比率が前記下限値より小さい場合、当該比率に応じて前記ＬＥＤの明るさを調節する、投写型表示装置。
4. ＬＥＤからの光を投写して画像を表示する投写型表示装置の光源冷却方法であって、
   周囲の明るさを検出し、
   前記ＬＥＤの順方向電圧を検出し、
   前記ＬＥＤの順方向電流を検出し、
   前記ＬＥＤのケースの温度であるケース温度を検出し、
   前記周囲の明るさに基づいて前記ＬＥＤの明るさを調節し、
   前記順方向電圧、前記順方向電流および前記ケース温度に応じた冷却力で前記ＬＥＤを冷却し、
   前記ＬＥＤの冷却では、前記順方向電圧、前記順方向電流および前記温度に基づいて、前記ＬＥＤの接合部温度と前記ケース温度との差分に対する、予め定められた最大接合部温度と前記ケース温度との差分の比率を算出し、当該比率に基づいて前記冷却力を調節する、光源冷却方法。

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