(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ行×ｍ列に配置された複数の半導体発光素子と、
前記複数の半導体発光素子が搭載された保持部材と、
前記保持部材の前記半導体発光素子が搭載された面とは反対側の面である反搭載面に形成された、冷却媒体が循環する複数の流路と、を有し、
前記複数の流路は、前記反搭載面側から見た場合に、前記ｎ行の半導体発光素子、もしくは、ｍ列の半導体発光素子を挟み込むように形成され、各流路は、前記ｎ行の半導体発光素子、もしくは、ｍ列の半導体発光素子に沿って形成された放熱部材と、該放熱部材を覆う流路カバーとにより形成されている、光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の光源装置において、
前記保持部材は凹部を有し、該凹部に前記半導体発光素子が設置される光源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光源装置において、
前記保持部材は各半導体発光素子のリード端子をそれぞれ貫通させる複数の貫通孔を備え、
前記ｎ行の半導体発光素子、もしくは、ｍ列の半導体発光素子のリード端子と接続し、前記流路に隣接して設けられた複数の基板を有する光源装置。
【請求項４】
請求項３記載の光源装置において、
前記リード端子は各半導体発光素子に２つ設けられ、２つのリード端子を結ぶ線が、前記ｎ行の半導体発光素子、もしくは、ｍ列の半導体発光素子の配列方向と一致するように前記基板に接続する光源装置。
【請求項５】
請求項３記載の光源装置において、
前記リード端子は各半導体発光素子に２つ設けられ、２つのリード端子を結ぶ線が、前記ｎ行の半導体発光素子、もしくは、ｍ列の半導体発光素子の配列方向と直交するように前記基板に接続する光源装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２記載の光源装置において、
前記保持部材は各半導体発光素子のリード端子をそれぞれ貫通させる複数の貫通孔を備え、
前記流路に隣接して設けられた複数の通電ソケットと、
前記ｎ行の半導体発光素子、もしくは、ｍ列の半導体発光素子のリード端子と前記複数の通電ソケットを介して接続する１以上の基板を有する光源装置。
【請求項７】
請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の光源装置において、
前記複数の流路は前記基板を挟み込むように形成されている光源装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光源装置を備えた投写型表示装置。
【請求項９】
ｎ行×ｍ列に配置された複数の半導体発光素子を冷却する半導体発光素子の冷却方法であって、
前記複数の半導体発光素子を保持部材に搭載し、該保持部材の前記半導体発光素子が搭載された面とは反対側の面である反搭載面に、冷却媒体が循環する複数の流路を、前記反搭載面側から見た場合に、前記ｎ行の半導体発光素子、もしくは、ｍ列の半導体発光素子を挟み込むように形成し、各流路を、前記ｎ行の半導体発光素子、もしくは、ｍ列の半導体発光素子に沿って形成された放熱部材と、該放熱部材を覆う流路カバーとにより形成する、半導体発光素子の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置および投写型表示装置、半導体発光素子の冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
投写型表示装置の光源などに使用される発光ダイオードや半導体レーザーなどの半導体発光素子は電気を流すことで発光するが、発光時に熱も発生させる。半導体発光素子の温度が上昇すると発光効率が下がり、十分な光量が得られなくなり、半導体発光素子の寿命も短くなる。投写型表示装置において、安定的に光学性能を発揮させ、その性能を継続的に維持するためには、半導体発光素子を冷却して使用時の温度を一定温度以下に制御する必要がある。【０００３】
特許文献１（特開２００１−３２６４１１号公報）には、半導体発光素子の冷却方式として、複数の半導体レーザーを内蔵する半導体レーザーアレイの背面から熱を受熱し、放熱部に設けたフィンにより放熱を効果的に行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３２６４１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される技術では、複数の半導体レーザーを内蔵する半導体レーザーアレイを冷却しているが、半導体レーザーアレイを構成する複数の半導体発光素子自体を冷却するものではなかった。光源を構成する半導体発光素子自体を冷却しようとする場合、特に、光源が高輝度のものである場合には、冷却に効果的となる放熱フィンを半導体発光素子の間に配置することは難しい。また、複数の半導体発光素子に対して１つの放熱フィンを用いる場合には冷却フィンの長さが長くなるため、通風抵抗が高くなり、風が流れ込まなくなるという問題がある。【０００６】
さらに、半導体発光素子の背面には複数の半導体発光素子に電力を供給するための電力供給用の端子があり、基板を用いて複数の半導体発光素子の端子を電気的に接続させる必要がある。放熱フィンは基板を避けて設置するため、特許文献１に記載されるような効果的なフィンを配置することは難しい。【０００７】
一方、近年の投写型表示装置には高輝度のものが求められている。これに伴い、光源を構成する半導体発光素子には高出力のものが用いられるようになり、その発熱量が増えている。この結果、半導体発光素子の温度がより上昇するものとなっており、より高い冷却性能が求められている。【０００８】
本発明は、複数の半導体発光素子をより効率的に冷却する光源装置および投写型表示装置、半導体発光素子の冷却方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光源装置は、ｎ行×ｍ列に配置された複数の半導体発光素子と、前記ｎ行の半導体発光素子、もしくは、ｍ列の半導体発光素子を挟み込むように形成され、冷却媒体が循環する複数の流路と、を備える。【００１０】
本発明の投写型表示装置は、上記の半導体発光素子の冷却構造を備えている。【００１１】
本発明の半導体発光素子の冷却方法は、ｎ行×ｍ列に配置された複数の半導体発光素子を冷却する半導体発光素子の冷却方法であって、
冷却媒体が循環する複数の流路を、前記ｎ行の半導体発光素子、もしくは、ｍ列の半導体発光素子を挟み込むように形成する。
【発明の効果】
【００１２】
上記の構成を備える本発明では、複数の半導体発光素子をより効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による光源装置の一実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】図１を下面側から見た斜視図である。
【図３】基板１０３を半導体発光素子１０１の反搭載面側から見た平面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線断面を部分的に拡大した断面矢視図である。
【図５】本発明による光源装置の第２の実施形態の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明による光源装置の第２の実施形態の平面図である。
【図７】図６中のＡ−Ａ線断面を部分的に拡大した断面矢視図である。
【図８】本発明による光源装置の第３の実施形態の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明による光源装置の第３の実施形態の平面図である。
【図１０】図９中のＡ−Ａ線断面を部分的に拡大した断面矢視図である。
【図１１】第１ないし第３の実施形態に示した光源装置を備えた投写型表示装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【発明の実施の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
第１の実施形態
図１は本発明による光源装置の一実施形態の構成を示す斜視図、図２は図１を下面側から見た斜視図である。
【００１６】
本実施形態においては、発光ダイオードもしくは半導体レーザーである半導体発光素子１０１は基板１０３に取り付けられる。図３は基板１０３を半導体発光素子１０１の反搭載面側から見た平面図、図４は図３中のＡ−Ａ線断面を部分的に拡大した断面矢視図である。
【００１７】
図４に示すように、５行×８列の総計４０個設けられる半導体発光素子１０１は、保持部材１０２に保持され、半導体発光素子１０１のリード端子４０２は保持部材１０２に設けられた貫通穴４０６および貫通孔４０６の周囲に設けられた絶縁部材４０１を介して基板１０３と電気的に接続している。
【００１８】
図２および図３に示すように、基板１０３は８個設けられ、それぞれが５個（１列）の半導体発光素子１０１を搭載している。基板１０３は細長い形状とされ、基板１０３の端部には搭載する各半導体発光素子１０１に電力を供給するためのコネクタ１０４が設けられている。コネクタ１０４と各半導体発光素子１０１とは基板１０３に形成された配線２０６で結ばれている。半導体発光素子１０１はリード端子４０２を２本備えるものであるが、図３に示すように、各半導体発光素子１０１は対となるリード素子４０２を結ぶ線が基板１０３の長手方向（半導体発光素子１０１の配列方向）と一致する向きで配置されている。
【００１９】
図２に示されるように、基板１０３は長手方向が平行となるように並設され、各基板１０３の両脇には各基板１０３を挟みこむように複数の流路２０３が設けられている。このように、複数の流路２０３は各基板１０３に搭載された１列の半導体発光素子１０１に対応して設けられている。流路２０３は冷却用の液体が流通するもので、基板２０３の両端に設けられた分岐室２０２と合流室２０４と連通する。分岐室２０２には流入口２０１が設けられ、合流室２０４には流出口２０５が設けられている。
【００２０】
冷却用の液体は、ポンプ（不図示）などにより流入口２０１から流入され、分岐室２０２により各流路２０３に分流する。流路２０３は、図４に示すように、保持部材１０２の半導体発光素子１０１の反搭載面に形成されたフィン形状の放熱部材４０４と、放熱部材４０４を覆う流路カバー４０３から構成されており、冷却用の液体は、放熱部材４０４を冷却した後に合流室２０４で合流し、流出口２０５からラジエーター（不図示）に排出され、該ラジエーターによる放熱が行われることで冷却された後に、再度ポンプにより流入口２０１に還流される。
【００２１】
半導体発光素子１０１にて発生し、保持部材１０２に伝わった熱は、基板１０３に隣接された流路２０３により除去される。以下、冷却動作について図４を参照してより詳細に説明する。
【００２２】
図４に示されるように、半導体発光素子１０１は押当部材３０１によって保持部材１０２に押し当てられている。なお、押当部材３０１は、図１においては半導体発光素子１０１を明確とするために省略していたものである。
【００２３】
絶縁部材４０１を介して保持部材１０２に保持される基板１０３には半導体発光素子１０１のリード端子４０２が接続されている。半導体発光素子１０１にて発生した熱は、半導体発光素子１０１が押圧されている保持部材１０２および保持部材１０２に形成された放熱部材４０４に伝わり、また、リード端子４０２、およびリード端子４０２を介して基板１０３に伝わる。
【００２４】
図示されるように、保持部材１０２は凹部（ザグリ）を有し、その凹部に半導体発光素子１０１が設置される。また、半導体発光素子１０１を設置する際に、凹部は半導体発光素子１０１の側面に当接する。つまり、半導体発光素子１０１の裏面及び側面が保持部材１０２に当接する。その結果、十分な放熱面積を確保でき、半導体発光素子１０１をより効率的に冷却することができる。
【００２５】
基板１０３に隣接する箇所には、図２に示した流路２０３が形成されている。流路カバー４０３によって形成された流路２０３に分岐室２０２により分流された冷却用の液体が流れ、放熱部材４０４から熱を吸収する。
【００２６】
半導体発光素子と１０１と放熱部材４０４までの距離は近い方が半導体発光素子１０１の冷却効率は高いため、基板１０３の横に放熱部材を設けることが好ましい。
【００２７】
第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００２８】
図５は本発明による光源装置の第２の実施形態の構成を示す斜視図、図６は平面図、図７は図６中のＡ−Ａ線断面を部分的に拡大した断面矢視図である。
【００２９】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、８個の細長い基板５０６のそれぞれに５個の半導体発光素子５０８が搭載され、各基板５０６を挟み込む形態で複数の流路５０３が設けられている。各流路に対して冷却用の液体を循環させるための流入口５０１、分岐室５０２、合流室５０４、流出口５０５の構成も第１の実施形態と同様である。
【００３０】
本実施形態においては、図６に示すように、半導体発光素子５０８は２本のリード端子５１３を結ぶ線が基板５０６の長手方向に直交する向きで配置されている。このため、図６のＡ−Ａ断面における基板５０６の幅方向には２つのリード端子５１３を接続するためのホールとコネクタ５０７と接続する配線５１４を設ける必要があり、第１の実施形態に示した基板１０３よりも幅が広いものとなっている。
【００３１】
本実施形態における冷却動作について図７を参照して説明する。
【００３２】
図７に示されるように、半導体発光素子５０８は押当部材５０９によって保持部材５１０に押し当てられている。絶縁部材５１５を介して保持部材５１０に保持される基板５０６には半導体発光素子５０８のリード端子５１３が接続されている。半導体発光素子５０８にて発生した熱は、半導体発光素子５０８が押圧されている保持部材５１０および保持部材５１０に形成された放熱部材５１１に伝わり、また、リード端子５１３、およびリード端子５１３を介して基板５０６に伝わる。
【００３３】
図示されるように、保持部材５１０は凹部（ザグリ）を有し、その凹部に半導体発光素子５０８が設置される。また、半導体発光素子５０８を設置する際に、凹部は半導体発光素子５０８の側面に当接する。つまり、半導体発光素子５０８の裏面及び側面が保持部材５１０に当接する。その結果、十分な放熱面積を確保でき、半導体発光素子５０８をより効率的に冷却することができる。
【００３４】
基板５０６に隣接する箇所には、図５に示した流路５０３が形成されている。放熱部材５１１を覆う流路カバー５１２によって形成された流路５０３に分岐室５０２により分流された冷却用の液体が流れ、放熱部材５１１から熱を吸収する。
【００３５】
本実施形態においては、上述したように第１の実施形態よりも基板５０６の幅は広いものとなっている。このため、保持部材５１０に形成される放熱部材５１１は第１の実施形態の放熱部材４０４よりも幅が狭いものとなるが、半導体発光素子５０８は２本のリード端子５１３を結ぶ線が基板５０６の長手方向に直交する向きの配置においても、効率よく冷却できるものとなっている。
【００３６】
第３の実施形態
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００３７】
図８は本発明による光源装置の第３の実施形態の構成を示す斜視図、図９は平面図、図１０は図９中のＡ−Ａ線断面を部分的に拡大した断面矢視図である。
【００３８】
本実施形態においては、第１の実施形態や第２の実施形態とは異なり、４個の細長い基板８０６のそれぞれに１０個の半導体発光素子８０８が搭載されている。半導体発光素子８０８は、５個で１列とされ、２列が１つの基板８０６に搭載され、全体的には５行×８列の総計４０個が第１の実施形態および第２の実施形態と同じ位置関係で保持部材８１０上に搭載されている。本実施形態においても、複数の流路８０３は基板８０６に搭載された１列の半導体発光素子８０８に対応して設けられている。各流路８０３に対して冷却用の液体を循環させるための流入口８０１、分岐室８０２、合流室８０４、流出口８０５の構成も第１の実施形態および第２の実施形態と同様である。
【００３９】
本実施形態においては、図９および図１０に示すように、基板８０６は通電ソケット８１６と電気的に接続し、通電ソケット８１６とリード端子８１３が電気的に接続しており、コネクタ８０７に供給された電力は、配線８１４および通電ソケット８１６を介してそれぞれの半導体発光素子８０８に電力供給される。
【００４０】
本実施形態における冷却動作について図１０を参照して説明する。
【００４１】
図１０に示されるように、半導体発光素子８０８は押当部材８０９によって保持部材８１０に押し当てられている。絶縁部材８１５を介して保持部材８１０に保持される通電ソケット８１６には半導体発光素子８０８のリード端子８１３および基板８０６が接続されている。半導体発光素子８０８にて発生した熱は、押圧されている保持部材８１０および保持部材８１０に形成された放熱部材８１１に伝わり、また、リード端子８１３、通電ソケット８１６、および、基板８０６に伝わる。
【００４２】
図示されるように、保持部材８１０は凹部（ザグリ）を有し、その凹部に半導体発光素子８０８が設置される。また、半導体発光素子８０８を設置する際に、凹部は半導体発光素子８０８の側面に当接する。つまり、半導体発光素子８０８の裏面及び側面が保持部材８１０に当接する。その結果、十分な放熱面積を確保でき、半導体発光素子１０１をより効率的に冷却することができる。
【００４３】
通電ソケット８１６に隣接する箇所には、図８に示した流路８０３が形成されている。放熱部材８１１を覆う流路カバー８１２によって形成された流路８０３に分岐室８０２により分流された冷却用の液体が流れ、放熱部材８１１から熱を吸収する。
【００４４】
上記の構成を備える本実施形態では、流路８０３は基板８０６に隣接して配置されるものではないため、半導体発光素子８０８の列ごとに基板８０６を用意する必要がなくなる。半導体発光素子の列ごとに対応して基板を用いていた第１の実施形態および第２の実施形態では８枚の基板を必要としていたが、本実施形態では１つの基板に２列の基板を用いているために基板８０６は４個を用いるものとなっており、設計、作製の観点から有利なものとなっている。なお、本実施形態では１つの基板に２列の半導体発光素子を用いるものとしたが、１つの基板により多くの列の半導体発光素子を用いるものとしてもよく、１つの基板にすべての列の半導体発光素子を搭載することとしてもよい。
【００４５】
以上説明した第１ないし第３の実施形態において、流路に流れるものを冷却用の液体として説明したが、流路を流れる冷却媒体としては、冷却用の液体のほかに冷却用の気体を用いることもでき、冷却用の液体に限定されるものではない。
【００４６】
また、流路はｎ行×ｍ列に配置された半導体発光素子の列に対応して設けられるものとして説明したが、行に対応して設けられるものとしても当然よい。この場合、第１ないし第２の実施形態においては、８個の半導体発光素子を搭載した５個の基板が用いられることとなる。
【００４７】
第４の実施形態
図１１は、第１ないし第３の実施形態に示した光源装置を備えた投写型表示装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【００４８】
投写型表示装置１１００は、上記の各実施形態で説明した光源装置である光源１１０１と、光学エンジン部１１０２と、画像形成ユニッ１１０３トと、投写レンズ（投写光学系）１１０４とを有している。画像形成ユニット１１０３は、画像信号に応じて光を変調する表示デバイス１１０５〜１１０７を備え、光学エンジン部１１０２から出射された光に基づいて画像を形成する機能を有している。本実施形態では、表示デバイス１１０５〜１１０７として、反射型表示素子であるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）が用いられている。さらに、本実施形態では、画像形成ユニット１１０３は、赤色光、緑色光、および青色光に対応した３つの表示デバイス１１０５〜１１０７を備えている。投写レンズ１１０４は、画像形成ユニット１１０３から出射された光をスクリーン１１０９などに投写して、画像として表示する機能を有している。
【００４９】
また、投写型表示装置１１００は、画像形成ユニットのＤＭＤを冷却するための冷却装置を備えている。
【００５０】
なお、第１ないし第３の実施形態において、流路は、支持部材に形成された放熱部材と、該放熱部材を覆う流路カバーにより形成されるものとして説明したが、放熱部材を形成することなく、流路カバーのみで形成されることとしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０１、５０８、８０８    半導体発光素子
１０２、５１０、８１０    保持部材
１０３、５０６、８０６    基板
１０４、５０７、８０７    コネクタ
２０１、５０１、８０１    流入口
２０２、５０２、８０２    分岐室
２０３、５０３、８０３    流路
２０４、５０４、８０４    合流室
２０５、５０５、８０５    流出口
２０６、５１４、８１４    配線
３０１、５０９、８０９    押当部材
４０１、５１５、８１５    絶縁部材
４０２、５１３、８１３    リード端子
４０３、５１２、８１２    流路カバー
４０４、５１１、８１１    放熱部材
４０６    貫通孔
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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