(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子の裏面に放熱用のヒートシンクを当接させた光源装置において、
前記ヒートシンクを、複数枚の金属プレートを相互に絶縁した状態で積層した積層体により構成し、前記ヒートシンクを構成する前記各金属プレートの端面に、前記発光素子の裏面をそれぞれ当接させ、
前記各金属プレートの板面方向の一方側を板厚を大にした板厚大部とすると共に、他方側を、板厚方向に切欠を入れることで板厚を小にした板厚小部とし、
前記各金属プレートの板厚大部の各端面に前記発光素子の裏面をそれぞれ当接させたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置であって、
前記ヒートシンクを、前記複数枚の金属プレートを絶縁体を挟んで積層した積層体により構成したことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光源装置であって、
前記ヒートシンクを、それぞれ絶縁膜で覆った前記複数枚の金属プレートを積層した積層体により構成したことを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置であって、
前記複数枚の金属プレートの端面により、前記発光素子を搭載するキャビティ構造を構成したことを特徴とする光源装置。
【請求項５】
光源装置と、表示素子と、前記光源装置からの光を前記表示素子に照明する照明光学系と、前記表示素子から射出された画像をスクリーンに投影する投射レンズと、を備え、
前記光源装置が、請求項１〜４のいずれか１項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及び該光源装置を使用した投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の用途に使用されるＬＥＤ（発光素子）を用いた光源装置では、ＬＥＤの発熱を逃がすために、ＬＥＤの裏面を放熱用のヒートシンクに当接させている。この場合のヒートシンクとしては一般的に、銅などの高熱伝導率のブロック材料を機械加工して所望の形状に製作したものを使用している。
【０００３】
また、光源装置に限らないが、ブロック状のヒートシンクの代わりに、複数の金属プレートを積層して構成したヒートシンクを使用し、その積層板よりなるヒートシンクの板面に半導体素子を搭載し、半導体素子の熱をヒートシンクを通して逃がすようにしたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２１１８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ブロック状の金属材料を加工して構成したヒートシンクを用いる場合、ＬＥＤの搭載部をキャビティ形状にしようとすると、それを実現するための複雑な加工が必要となり、材料費や加工費が高騰する問題がある。また、ＬＥＤを光源として用いる場合、ＬＥＤの裏面が電極となるため、ヒートシンク側の電気絶縁性を考慮しなくてはならず、ブロック状のヒートシンクでは絶縁対策が難しいために、各ＬＥＤの駆動回路の構成に制約が生じるという問題がある。
【０００６】
また、複数枚の金属プレートの積層体をヒートシンクとして用いる場合も、その板面にＬＥＤを搭載する限り、複雑なキャビティ形状を作るのは難しい上、発光素子の搭載部ごとに絶縁対策を講じることも難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮し、発光素子を搭載する部分のキャビティ形状を容易に作ることができてコストの削減を図れると共に、発光素子の搭載部ごとの絶縁対策を容易に講じることができて、発光素子の駆動回路の構成しやすさを確保することのできる光源装置及び該光源装置を使用した投射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１の発明の光源装置（１、１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂ、１−ＲＧＢ、５０）は、発光素子（３０）の裏面に放熱用のヒートシンク（１０、６０）を当接させた光源装置において、前記ヒートシンク（１０、６０）を、複数枚の金属プレート（１１Ａ、１１Ｂ、６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ）を相互に絶縁した状態で積層した積層体により構成し、該ヒートシンク（１０、６０）を構成する前記各金属プレート（１１Ａ、１１Ｂ、６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ）の端面（１５Ａ、１５Ｂ、６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃ）に、前記発光素子（３０）の裏面をそれぞれ当接させ、前記各金属プレート（１１Ａ、１１Ｂ、６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ）の板面方向の一方側を板厚を大にした板厚大部とすると共に、他方側を、板厚方向に切欠（１３）を入れることで板厚を小にした板厚小部とし、前記各金属プレート（１１Ａ、１１Ｂ、６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ）の板厚大部の各端面（１５Ａ、１５Ｂ、６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃ）に前記発光素子（３０）の裏面をそれぞれ当接させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光源装置（１、１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂ、１−ＲＧＢ、５０）であって、前記ヒートシンク（１０、６０）を、前記複数枚の金属プレート（１１Ａ、１１Ｂ、６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ）を絶縁体（１２）を挟んで積層した積層体により構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１に記載の光源装置であって、前記ヒートシンク（１０、６０）を、それぞれ絶縁膜で覆った前記複数枚の金属プレート（１１Ａ、１１Ｂ、６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ）を積層した積層体により構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置（１、１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂ、１−ＲＧＢ、５０）であって、前記複数枚の金属プレート（１１Ａ、１１Ｂ、６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ）の端面（１５Ａ、１５Ｂ、６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃ）により、前記発光素子（３０）を搭載するキャビティ構造を構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明の投射型表示装置は、光源装置と、表示素子（８２）と、前記光源装置からの光を前記表示素子に照明する照明光学系（７３、８４、８５、８７、８８）と、前記表示素子から射出された画像をスクリーンに投影する投射レンズ（８１）と、を備え、前記光源装置が、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置（１、１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂ、１−ＲＧＢ）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、ヒートシンクを複数枚の金属プレートの積層体で構成し、積層体を構成する金属プレートの板面ではなく、電気的に相互に絶縁した状態に保たれた各金属プレートの端面に発光素子の裏面（電極のある面）を当接させているので、ブロック状の金属材料でヒートシンクを構成する場合と比べて、材料費や加工費などを抑制しながら、高い放熱性を発揮することができる。従って、別体でヒートシンクを追加する必要もなく、高出力の発光素子にも対応することが可能となる。また、各金属プレートの端面に発光素子を搭載するので、各金属プレートの端面の形状の組み合わせにより、複雑なキャビティ形状も容易に作り出すことができ、加工費の削減を図ることができる。また、積層した金属プレートは相互に絶縁されているので、各金属プレートの端面に搭載する発光素子の駆動回路を構成する場合の制約をできるだけ排除することができる。特に、金属プレートの他端側を、板厚方向に切欠を入れることで板厚小にしているので、隣接する金属プレート間に切欠による通風路を確保することができ、放熱性をさらに高めることができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、絶縁体を挟んで複数枚の金属プレートを積層することにより、簡単に相互絶縁された金属プレートの積層体よりなるヒートシンクを構成することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、金属プレート自体がそれぞれに絶縁膜で保護されているので、絶縁体を挟まずに、単に金属プレートを積層するだけで、相互絶縁された金属プレートの積層体よりなるヒートシンクを構成することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、ヒートシンクを構成する各金属プレートの端面の角度を適当に設定することにより、加工費をかけずに、簡単に必要なキャビティ構造を作ることができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、光源装置として請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置を備えているので、上述の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の光源装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】同光源装置のヒートシンクの構成を拡大して示す斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態の光源装置の構成を示す分解斜視図である。
【図４】同光源装置のヒートシンクの構成を拡大して示す斜視図である。
【図５】第１実施形態の光源装置を含む投射型表示装置の構成を示す模式図である。
【図６】第１実施形態の光源装置を含む別の投射型表示装置の構成を示す模式図である。
【図７】第２実施形態の光源装置の別の構成例を示す要部の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は第１実施形態の光源装置の構成を示す分解斜視図、図２は同光源装置のヒートシンクの構成を拡大して示す斜視図である。
【００２３】
図１および図２に示すように、この光源装置１は、投射型表示装置の光源として使用されるものであり、複数のＬＥＤ（発光素子）３０のチップを実装したＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）２０と、ＦＰＣ２０の裏面を搭載する放熱用のヒートシンク１０と、ＦＰＣ２０の表面側に設置されるライトトンネル４０と、から構成されている。ライトトンネル４０は、４枚のミラーを組み合わせて入射面から射出面に向けて徐々に開口を広げた角筒状のもので、入射面側にＬＥＤ３０を搭載したＦＰＣ２０が固着されている。
【００２４】
ヒートシンク１０は、複数枚（図示例では４枚）の金属プレート１１Ａ、１１Ｂを絶縁体１２を挟んで積層した積層体により構成されており、ヒートシンク１０を構成する各金属プレート１１Ａ、１１Ｂの端面１５Ａ、１５Ｂに、ＬＥＤ３０を搭載したＦＰＣ２０の裏面が当接している。この場合、金属プレート１１Ａ、１１Ｂの端面１５Ａ、１５Ｂは、互いに反対方向を向いた傾斜面として形成されており、これら傾斜面が交互に並ぶことで、ＬＥＤ３０の搭載部に凹凸状のキャビティ構造が形成されている。そして、そのキャビティ構造を形成する傾斜面（端面１５Ａ、１５Ｂ）に、それぞれＦＰＣ２０のＬＥＤ３０を実装した部分の裏面が密着状態で固着されている。これにより、ＬＥＤ３０の搭載面は、ライトトンネル４０の射出面に対して、ある角度を持った関係になっている。また、ライトトンネル４０の入射面側の端縁も、ヒートシンク１０の上面の凹凸形状に合致するように凹凸状に形成された上で、隙間が開かないように、ＦＰＣ２０の表面ならびにヒートシンク１０を構成する各金属プレート１１Ａ、１１Ｂの端面１５Ａ、１５Ｂに固着されている。
【００２５】
また、ヒートシンク１０を構成する各金属プレート１１Ａ、１１Ｂは、板面方向の一方側（ＬＥＤ３０の搭載側）が、板厚を大となった板厚大部とされると共に、他方側（ＬＥＤ３０の搭載側と反対側）が、板厚方向に切欠１３を入れることで板厚を小にした板厚小部とされている。つまり、ＬＥＤ３０を搭載した板厚大部の板厚をＴとすると、その反対側の板厚ｔは、Ｔ＞ｔの関係になっている。
【００２６】
以上のように、この実施形態の光源装置１は、ヒートシンク１０を複数枚の金属プレート１１Ａ、１１Ｂの積層体で構成し、積層体を構成する金属プレート１１Ａ、１１Ｂの板面ではなく、電気的に相互に絶縁した状態に保たれた各金属プレート１１Ａ、１１Ｂの端面１５Ａ、１５Ｂに、ＬＥＤ３０を搭載したＦＰＣ２０の裏面（電極のある面）を当接させているので、板金プレスで一体加工した金属プレート１１Ａ、１１Ｂを順番に積層するだけでヒートシンク１０を構成することができ、従来のブロック状の金属材料でヒートシンクを構成する場合と比べて、材料費や加工費などを抑制しながら、高い放熱性を発揮することができる。従って、別体でヒートシンクを追加する必要もなく、高出力の発光素子にも対応することが可能となる。
【００２７】
また、各金属プレート１１Ａ、１１Ｂの端面１５Ａ、１５ＢにＬＥＤ３０を搭載したＦＰＣ２０を当接させているので、各金属プレート１１Ａ、１１Ｂの端面１５Ａ、１５Ｂの形状の組み合わせにより、ＬＥＤ３０の搭載部用の複雑なキャビティ形状も容易に作り出すことができ、加工費の削減を図ることができる。
【００２８】
また、積層した金属プレート１１Ａ、１１Ｂは相互に絶縁されているので、各金属プレート１１Ａ、１１Ｂの端面１５Ａ、１５Ｂに搭載するＬＥＤ３０の駆動回路を構成する場合の制約をできるだけ排除することができる。
【００２９】
また、ＬＥＤ３０の熱は、金属プレート１１Ａ、１１Ｂの長手方向に伝導させて、切欠１３で構成される風路から効率よく逃がすことができるので、高い放熱性を発揮することができる。
【００３０】
図３は第２実施形態の光源装置の構成を示す分解斜視図、図４は同光源装置のヒートシンクの構成を拡大して示す斜視図である。
【００３１】
図３および図４に示すように、この光源装置５０は、投射型表示装置の光源として使用されるものであり、複数のＬＥＤ（発光素子）３０のチップを実装したＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）２０と、ＦＰＣ２０の裏面を搭載する放熱用のヒートシンク６０と、ＦＰＣ２０の表面側に設置されるライトトンネル４０と、から構成されている。
【００３２】
ヒートシンク６０は、複数枚（図示例では４枚）の金属プレート６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃを絶縁体１２を挟んで順番に積層した積層体により構成されており、ヒートシンク６０を構成する各金属プレート６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃの端面６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃに、ＬＥＤ３０を搭載したＦＰＣ２０の裏面が当接している。この場合、４枚の金属プレート６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃのうち、両端の金属プレート６１Ａ、６１Ｃの端面６５Ａ、６５Ｃは、互いに内側を向いた傾斜面として形成され、中央の２枚の金属プレート６１Ｂの端面６５Ｂは、ライトトンネル４０の射出面と平行な面として形成されている。
【００３３】
そして、これら両端の傾斜面（端面６５Ａ、６５Ｃ）と傾斜のない端面６５Ｂが順番に並ぶことで、ＬＥＤ３０の搭載部に凹状のキャビティ構造が形成されている。そして、そのキャビティ構造を形成する端面６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃに、それぞれＦＰＣ２０のＬＥＤ３０を実装した部分の裏面が密着状態で固着されている。また、ライトトンネル４０の入射面側の端縁も、ヒートシンク６０の上面の形状に合致するように形成された上で、隙間が開かないように、ＦＰＣ２０の表面ならびにヒートシンク６０を構成する各金属プレート６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃの端面６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃに固着されている。また、ヒートシンク６０を構成する各金属プレート６１Ａ、６１Ｂ、６１ＣのＬＥＤ３０の搭載側と反対側には、風路を形成するための切欠１３が設けられている。
【００３４】
この第２実施形態の光源装置５０も、第１実施形態の光源装置１と同様の効果を発揮することができる。
【００３５】
図５は、第１実施形態の光源装置１を使用した投射型表示装置の構成例を示し、この投射型表示装置では、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の色光ごとに用意された光源装置１−Ｒ（１）、１−Ｇ（１）、１−Ｂ（１）からの光線を合成して表示素子８２を照明し、カラー画像を投射レンズ８１でスクリーン上に拡大投射するようにしている。図５において、７０、８７、８８はレンズ、８３はワイヤーグリッドタイプの偏光ビームスプリッタ（以下、ＷＧ−ＰＢＳと称する）、８４、８５はダイクロイックミラーである。レンズ７０、８７、８８及びダイクロイックミラー８４、８５により、光源装置１−Ｒ（１）、１−Ｇ（１）、１−Ｂ（１）からの光を表示素子８２に照明する照明光学系が構成される。レンズ８８を射出した光はＷＧ−ＰＢＳ８３で一方向の偏光にされ表示素子８２に入射する。表示素子８２で変調された偏光成分はＷＧ−ＰＢＳ８３を反射して投射レンズ８１に向かう。そして投射レンズ８１により、変調された画像光がスクリーンに投影される。
【００３６】
図６は、第１実施形態の光源装置１を使用した投射型表示装置の別の構成例を示し、この投射型表示装置では、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤが、１つの光源装置１−ＲＧＢ（１）の中に配置され、この光源装置１−ＲＧＢからの光線で表示素子８２を照明し、カラー画像を投射レンズ８１でスクリーン上に拡大投射するようにしている。図６において、７０はレンズ、８３はＷＧ−ＰＢＳであり、レンズ７０及びＷＧ−ＰＢＳ８３により、光源装置１−ＲＧＢ（１）からの光を表示素子８２に照射する照明光学系が構成され、投射レンズ８１及びＷＧ−ＰＢＳ８３により、表示素子８１にて変調された画像光がスクリーンに投影される。
【００３７】
図７は１つの光源装置の中に、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの色光のＬＥＤ３０Ｒ（３０）、３０Ｇ（３０）、３０Ｂ（３０）を配置する場合の構成例を示している。この構成例は、上述した第２実施形態の光源装置に適用した例であるが、第１実施形態の光源装置に適用してもよい。
【００３８】
図７に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの色光のＬＥＤ３０Ｒ（３０）、３０Ｇ（３０）、３０Ｂ（３０）は、それぞれ異なる金属プレート６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃの各端面６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃに搭載されており、各色で熱的に分離した構造になっている。従って、特にジャンクション温度の低いＲ（赤色）のＬＥＤ３０Ｒに対して、高温となるＧ（緑色）のＬＥＤ３０Ｇからの熱の影響を伝わりにくくすることができる。
【００３９】
なお、前記各実施形態では、ヒートシンク１０、６０を構成する金属プレート１１Ａ、１１Ｂ、６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ間の絶縁を、金属プレート間に挟んだ絶縁体１２で行う場合を示したが、それぞれ絶縁膜で覆った複数枚の金属プレートを積層した積層体によりヒートシンク１０、６０を構成するようにしてもよい。その場合は、絶縁体を挟まずに、単に金属プレートを積層するだけで、相互絶縁された金属プレートの積層体よりなるヒートシンクを構成することができる。
【００４０】
また、前記各実施形態では、発光素子がＬＥＤの場合を示したが、他の種類の発光素子を使用してもよい。また、図５、図６では表示素子８２として反射型表示素子の場合を示したが、これに限定されることなく、例えば、入射側および射出側に偏光板を備えた透過型液晶表示素子および投射レンズを用いたりしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１，１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂ，１−ＲＧＢ  光源装置
１０  ヒートシンク
１１Ａ，１１Ｂ  金属プレート
１２  絶縁体
１３  切欠
１５Ａ，１５Ｂ  端面
３０，３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ  ＬＥＤ（発光素子）
５０  光源装置
６０  ヒートシンク
６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ  金属プレート
６５Ａ，６５Ｂ，６５Ｃ  端面
７０，８７，８８  レンズ
８１  投射レンズ
８２  表示素子
８３  ワイヤーグリッドタイプの偏光ビームスプリッタ（ＷＧ−ＰＢＳ）
８４，８５  ダイクロイックミラー
【図１】
0005573694.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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