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

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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。
Figure 0005495348
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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