(57)【要約】【課題】  ＬＥＤの高輝度化を図る。【解決手段】  冷却パイプ３２の上に固体光源１１を設置した光源装置２において、冷却パイプ内に、線材２６を綿状に屈曲変形させたもの（スチールウール等）を詰め込む。これにより、固体光源１１の熱を、パイプ内を流通する冷却用流体Ｆに対して線材の大きな表面積で伝達できる。また、線材２６によって流体Ｆの流れが乱流になるため、パイプ内壁や線材２６への流体Ｆの接触機会が増えるとともに、流体Ｆが攪拌されることで流体全体を冷却に寄与させることができる。さらに、熱伝導を担う部材が可撓性の線材２６からなるため、例えば固体光源１１をパイプ上に設置する場合に、このパイプの表面を加圧することで容易に光源設置用の平坦部３７を形成することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体光源が冷却パイプ上に設置されてなる光源装置であって、
固体光源の設置位置に対応する冷却パイプ内の位置に、可撓性の線材がこのパイプの内壁に複数回接する形で屈曲して設けられたことを特徴とする、光源装置。
【請求項２】
上記線材が細線状の部材からなり、この細線状の部材が綿状に屈曲してパイプの内壁に密着配置されたことを特徴とする、請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
上記線材がテープ状の部材からなり、このテープ状の部材が波状に屈曲してパイプの内壁に密着配置されたことを特徴とする、請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
上記線材が金属材料からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの項に記載の光源装置。
【請求項５】
固体光源が冷却パイプ上に設置されてなる光源装置の製造方法であって、
冷却パイプ内に線材を設置する工程と、
この線材の設置位置に対応する冷却パイプ上の位置に固体光源を設置する工程とを備え、
上記線材の設置工程は、冷却パイプ内に可撓性の線材を挿入し、この線材をパイプの延在方向に沿って圧縮して、パイプの内壁に複数回接するように屈曲させる工程を含むことを特徴とする、光源装置の製造方法。
【請求項６】
上記固体光源の設置工程は、上記線材の設置位置に対応する冷却パイプの外壁部分を加圧して、パイプに平坦部を形成する工程を含み、
上記固体光源の設置工程では、このパイプの平坦部に固体光源を設置することを特徴とする、請求項５記載の光源装置の製造方法。
【請求項７】
固体光源が冷却パイプ上に設置されてなる光源装置の製造方法であって、
冷却パイプ上に固体光源を設置する工程と、
この固体光源の設置位置に対応する冷却パイプ内の位置に線材を設置する工程とを備え、
上記線材の設置工程は、冷却パイプ内に可撓性の線材を挿入し、この線材をパイプの延在方向に沿って圧縮して、パイプの内壁に複数回接するように屈曲させる工程を含むことを特徴とする、光源装置の製造方法。
【請求項８】
固体光源が冷却パイプ上に設置されてなる光源装置の製造方法であって、
外壁の一部に開口部を有する冷却パイプの内部に、この開口部を介して綿状に屈曲した線材を挿入する工程と、
この線材を圧縮する形で、固体光源の実装された基台を上記開口部に取り付ける工程とを備えたことを特徴とする、光源装置の製造方法。
【請求項９】
固体光源が冷却パイプ上に設置されてなる光源装置の製造方法であって、
固体光源の実装された基台の該固体光源と反対側の面に綿状に屈曲した線材を固定する工程と、
外壁の一部に開口部を有する冷却パイプの該開口部に上記基台を取り付ける工程とを備えたことを特徴とする、光源装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜４のいずれかの項に記載の光源装置と、上記光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、変調された光を投射する投射レンズとを備えたことを特徴とする、投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置とその製造方法、及びこの光源装置を備えた投射型表示装置に関し、特に、冷却用流体を用いたチップの冷却機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のプロジェクタ（投射型表示装置）では、その光源として、古くはハロゲンランプ、近年は高輝度高効率である高圧水銀ランプ（ＵＨＰ）が多く用いられてきた。放電型のランプであるＵＨＰを用いた光源は高圧の電源回路を要し、大型で重く、プロジェクタの小型軽量化の妨げになっていた。また、ハロゲンランプよりは寿命が長いものの依然短寿命である他、光源の制御（高速の点灯、消灯、変調）が略不可能で、また立ち上げに数分という長い時間を要していた。
そこで、近年、新しい光源としてＬＥＤが注目されている。ＬＥＤは超小型・超軽量、長寿命である。また、駆動電流の制御によって、点灯・消灯、出射光量の調整が自由にできる。この点でプロジェクタの光源としても有望であり、既に小型・携帯用の小画面プロジェクタへの応用開発が始まっている。
【０００３】
しかし、現在のところ、ＬＥＤを光源とするプロジェクタでは十分な輝度を得ることは難しい。これは、ＬＥＤチップの発熱によって、チップに十分な電流を流せないことによる。このため、ＬＥＤをプロジェクタ等の光源に適用する場合には、冷却用流体等によってこれを効率的に冷却する手段が必要となる。
【０００４】
従来、流体を用いたデバイスの冷却機構としては、以下のものが知られている。
（１）発熱体を支持する熱伝導体の内部に、冷却用流体流通用のＵ字ダクトを設ける（特許文献１）。
（２）パワーデバイスを隔壁を介して冷却用流体流通用の流路上に設け、この隔壁の流路側にフィン構造を設ける（特許文献２）。
（３）冷却用流体流通用の流路を有するヒートシンクにおいて、流路内に粒状の熱伝導体を浸漬させる（特許文献３）。
【特許文献１】特開平７−６８８４０号公報
【特許文献２】特開２００３−８２６４号公報
【特許文献３】特開２０００−８２７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の冷却機構（１）〜（３）には以下の問題点がある。
（１）ＬＥＤは小さな面積から大きな熱量を発生するため、ダクト内を流れる流体の内、壁に近い部分の流体にしか熱を伝えることができない。このため、殆どの流体は、冷却に寄与することなくそのままダクト内を流通することになる。
（２）小さい部品にフィンを設ける場合には、このフィンを薄く間隔を狭くする必要があるが、ＬＥＤのような数ミリ角程度の微小な部材の背面にこのようなフィンを精度よく形成することは極めて困難である。
（３）冷却用流体の流れによる熱伝導体の移動を防ぐために、流路の入口と出口は小さくする必要がある。このため、流路抵抗が増加して、流体駆動用ポンプの負荷が増えてしまう。
また、熱伝導率の高い物質は概ね硬いので、流路内に熱伝導体を配置した後、外部から流路を変形させたりすることは不可能であり、冷却構造形成後の形状変更がきかないという不具合もある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、冷却効率が高く、形状変更も容易な冷却機構を有する光源装置とその製造方法、及びこの光源装置を備え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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の光源装置は、固体光源が冷却パイプ上に設置されてなる光源装置であって、固体光源の設置位置に対応する冷却パイプ内の位置に、可撓性の線材がこのパイプの内壁に複数回接する形で屈曲して設けられたことを特徴とする。
本構成によれば、固体光源の熱を、パイプ内を流通する冷却用流体に対して線材の大きな表面積で伝達できるため、単に冷却パイプを設けただけの構造よりも、冷却効率を高めることができる。また、このような線材によって流体の流れが乱流になるため、パイプ内壁や線材への流体の接触機会が増えるとともに、流体が攪拌されることで流体全体を冷却に寄与させることができる。さらに、熱伝導を担う部材が可撓性の線材からなるため、例えば固体光源をパイプ上に設置する場合に、このパイプの表面を加圧することで、光源設置用の平坦部を容易に形成することができる。このため、冷却パイプとして銅パイプ等の安価な素材を使用することができる。
【０００８】
上述の線材としては、例えば上記線材が細線状の部材からなり、この細線状の部材が綿状に屈曲してパイプの内壁に密着配置されたものを用いることができる。具体的には、グラスウールやスチールウール（ステンレス鋼及び鉄以外の他の素材で構成されたものも含む）等を好適に用いることができる。また、上述の線材としては、上記線材がテープ状の部材からなり、このテープ状の部材が波状に屈曲してパイプの内壁に密着配置されたものを用いてもよい。
【０００９】
なお、上記線材は金属材料からなることが望ましい。勿論、グラスウール等のように、線材として絶縁材料を用いることも可能であるが、一般に絶縁材料は熱伝導率が低いため、より熱伝導率の高い金属材料を線材に用いることで、冷却効率を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の光源装置の製造方法は、固体光源が冷却パイプ上に設置されてなる光源装置の製造方法であって、冷却パイプ内に線材を設置する工程と、この線材の設置位置に対応する冷却パイプ上の位置に固体光源を設置する工程とを備え、上記線材の設置工程は、冷却パイプ内に可撓性の線材を挿入し、この線材をパイプの延在方向に沿って圧縮して、パイプの内壁に複数回接するように屈曲させる工程を含むことを特徴とする。
本方法によれば、パイプの形状が複雑であっても、上記線材をパイプ内の所望の位置に後付けで設置することができる。このため、例えば基台裏面にフィン構造を設ける場合に比べて製造が容易であり、コスト的に有利である。
【００１１】
上記方法では、上記固体光源の設置工程が、上記線材の設置位置に対応する冷却パイプの外壁部分を加圧して、パイプに平坦部を形成する工程を含み、上記固体光源の設置工程において、このパイプの平坦部に固体光源を設置するようにしてもよい。
この方法によれば、冷却パイプが例えば円筒状等の平坦部を有さない形状であっても、この上に固体光源を設置することができる。また、パイプの外壁を加圧する際に、線材がパイプで圧縮されることで、線材とパイプ内壁との密着性が高まり、冷却効率を一層向上することができる。
【００１２】
また、本発明の光源装置の製造方法は、固体光源が冷却パイプ上に設置されてなる光源装置の製造方法であって、冷却パイプ上に固体光源を設置する工程と、この固体光源の設置位置に対応する冷却パイプ内の位置に屈曲した線材を設置する工程とを備え、上記線材の設置工程は、冷却パイプ内に可撓性の線材を挿入する工程と、この線材をパイプの延在方向に沿って圧縮して、パイプの内壁に密着するように屈曲させる工程とを含むことを特徴とする。
本方法は、冷却パイプ上に固体光源を設置した後、パイプ内に線材を設置するようにしたものであり、本方法でも前記方法と同様の効果が得られる。
【００１３】
また、本発明の光源装置の製造方法は、固体光源が冷却パイプ上に設置されてなる光源装置の製造方法であって、外壁の一部に開口部を有する冷却パイプの内部に、この開口部を介して綿状に屈曲した線材を挿入する工程と、この線材を圧縮する形で、固体光源の実装された基台を上記開口部に取り付ける工程とを備えたことを特徴とする。或いは、本発明の光源装置の製造方法は、固体光源が冷却パイプ上に設置されてなる光源装置の製造方法であって、固体光源の実装された基台の該固体光源と反対側の面に綿状に屈曲した線材を固定する工程と、外壁の一部に開口部を有する冷却パイプの該開口部に上記基台を取り付ける工程とを備えたことを特徴とする。
本方法では、スチールウール等のように既に屈曲した或いは綿状に構成された線材を、パイプ外壁に設けられた開口部を介してパイプ内に配置し、これを圧縮するような形で開口部に基台を取り付ける。このため、線材を固体光源の直下に確実に配置することができる。また、本方法は、例えば基台の裏面にフィン構造を設ける場合に比べて製造が容易であり、コスト的に有利である。
【００１４】
また、本発明の投射型表示装置は、上述の光源装置と、上記光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、変調された光を投射する投射レンズとを備えたことを特徴とする。この構成によれば、上述の光源装置を備えたことで、明るい表示が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
［第１実施形態］
まず、図１を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る光源装置の一例である半導体発光素子（ＬＥＤ）１について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態のＬＥＤ１は、冷却用流体流通用の流路を有する冷却ケース３１とこの上に設置された固体光源としてのＬＥＤチップ１１とを備えている。
本実施形態は、チップ１１の実装された基台２１の底面（チップ１１と反対側の面）を冷却用流体Ｆによって直接冷却するようにしたものであり、冷却ケース３１の一面には、チップ１１の実装された基台２１を取り付けるための開口部３１ａが設けられている。そして、基台２１はこの開口部３１ａに蓋をするような形で取り付けられ、この基台２１によって密閉されたケース内の空間に冷却用流体Ｆが流通するようになっている。また、ケース３１には、この開口部３１ａの形成された面に対して側面に当たる面に、冷却用流体Ｆの流入口３６及び流出口３５が設けられている。これらの流入口３６及び流出口３５は放熱部（図示略）を介してつながっており、冷却用流体Ｆはこの環状の流路内を循環されるようになっている。つまり、冷却用流体Ｆは流入口３６を介して冷却ケース３１の内部に導入され、ここでチップ１１を冷却した後、流出口３５から排出される。そして、排出された冷却用流体Ｆは、放熱部で冷却されて、再び流入口３６を介してケース内に導入される。
なお、本実施形態では、この冷却ケース３１とこれに接続されて冷却用流体流通用の流路を構成する部材が本発明の冷却パイプを構成する。
【００１７】
冷却ケース３１内には、ステンレス細線（線材）２５が綿状に屈曲された状態で詰め込まれており、細線２５は、基台２１の底面を含む冷却用流体流路の内壁に密着した状態で固定されている。
この細線２５は、例えば基台２１を開口部３１ａに取り付ける際に、この開口部３１ａを介して、綿状に構成された状態でケース内に挿入される。そして、基台２１が開口部３１ａに取り付けられる際に、基台の底面で押しつぶされるような形で圧縮されることで、流路内壁に密着固定される。或いは、綿状に構成された細線２５をハンダ等で基台２１の裏面に固定した後、基台２１を開口部３５ａに取り付けてもよい。なお、細線２５には、必要に応じて腐食防止のための表面処理を施すことが望ましい。
【００１８】
このような構成において、流入口３６から流出口３５に向かって図示しないポンプ等で冷却用流体Ｆを流すと、チップ１１から発生した熱は、基台２１、及び基台２１と多数の点で接触している細線２５に伝導される。そして、冷却用流体Ｆに対して細線２５の大きな表面積で熱が伝えられる。
【００１９】
したがって、本実施形態によれば、細線２５がない場合に比べて、冷却用流体Ｆに放熱する面積が大きくなり、冷却効率が格段に高まる。また、綿状の細線２５を冷却用流体Ｆが通過する際に乱流が発生するため、細線２５からの伝達熱量はもちろん、基台底面から冷却用流体Ｆへ直接伝達される熱量も向上して冷却効率は更に高まる。
また、このように細線を綿状にしてケース内に配置した本構成は、例えば基台裏面にフィン構造を設けるものに比べて製造が容易であり、コスト的にも有利である。
【００２０】
［第２実施形態］
次に、図２を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る光源装置について説明する。なお、本実施形態において、上記第１実施形態と同様の部材又は部位については同じ符号を付し、その説明を一部省略する。
本実施形態は、冷却用流体流通用の冷却パイプとして円筒状の銅パイプを用いている。すなわち、本実施形態のＬＥＤ（光源装置）２は、冷却用流体流通用の流路を有する銅パイプ３２と、この上に設置された固体光源としてのＬＥＤチップ１１とを備えている。
【００２１】
パイプ３２は、プレス等により一部平坦化されており、この平坦部３７に、チップ１１の実装された基台２２が設置されている。また、パイプ内には、銅細線（線材）２６が綿状に屈曲された状態で詰め込まれており、細線２６は、チップ１１の設置位置に対応する位置に、パイプ内壁に密着した状態で固定されている。
【００２２】
この細線２６は、例えば以下のようにしてパイプ内に配置される。
まず、銅細線２６を線状のまま（即ち、綿状に屈曲しない状態で）パイプの一端側から挿入し、パイプの内径よりもやや小さい形の棒状のピストンでパイプの両側から押圧，圧縮する。これにより、細線２６は綿状に屈曲変形され、パイプの内壁（即ち、流路内壁）に密着した状態で固定される。
次に、細線２６の設置位置に対応するパイプ３２の外壁部分をプレス等により外部から加圧して、パイプ外周部に平坦部３７を形成する。これにより、細線２６は流路に垂直な方向に押しつぶされる形となり、パイプ内壁との密着性が更に増す。
そして、この平坦部３７に、チップ１１の実装された基台２２を設置する。
【００２３】
このように本実施形態でも、冷却効率が高く明るい照明が可能な光源装置を構成することができる。また、本実施形態のように、細線２６を線のままパイプ内に挿入し、これを両側から圧縮して屈曲させる方法を用いれば、パイプの種類や形状に依らずに、細線を後付けでパイプ内の所望の位置に確実に配置できる。このため、例えば流路内にフィン構造を設けるものに比べて製造が容易となり、コスト的に有利となる。さらに、熱伝導を担う部材（細線２６）が可撓性の線材からなるため、これを粒状部材とした特許文献３の構造に比べて、外部からの流路の変形（本実施形態ではチップ設置用の平坦部を形成するための加圧処理）が容易となる。このため、パイプの種類や形状等を任意に決めることができ、例えば冷却パイプとして銅パイプのような安価な素材を使用することも可能となる。
【００２４】
なお、本実施形態では、細線２６をパイプ内に綿状に詰め込んだ後、パイプ３２を加圧して平坦部３７を形成したが、もともと平坦部３７が形成されているパイプを用いた場合には、パイプ内への細線の設置工程と、パイプ上へのチップの設置工程とはどちらを先に行なってもよい。例えば、冷却パイプ上にチップを設置した後、このチップの設置位置に対応する冷却パイプ内の位置に、細線を綿状に屈曲させて詰め込むことも可能である。この場合、細線の設置工程は、上述の本実施形態の工程と同様に、まず、パイプの一旦側から可撓性の線材を線状のままパイプ内に挿入し、次にこの線材をパイプの延在方向に沿って圧縮して、パイプの内壁に密着するように屈曲させることにより行なうことができる。
【００２５】
［投射型表示装置］
次に、図３を参照しながら、本発明の投射型表示装置について説明する。
本実施の形態の投射型表示装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備えた３板式の投射型カラー液晶表示装置である。図３はこの投射型液晶表示装置を示す概略構成図であって、図中、符号１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは照明装置、１１１，１１２はフライアイレンズ、２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂは液晶ライトバルブ（光変調装置）、３００はクロスダイクロイックプリズム（色合成手段）、４００は投射レンズを示している。
【００２６】
色合成手段としてのダイクロイッククロスプリズム３００の３つの光入射面には、それぞれ光変調装置としてのライトバルブ２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂが対向して配置され、各ライトバルブの背面側（クロスダイクロイックプリズム３００と反対側）にはそれぞれＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色光を出射可能な照明装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂが配置されている。これらの照明装置は、上述の光源装置が複数並置されてなるものである。
【００２７】
照明装置１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂとこれに対応するライトバルブ２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂとの間には、照明光の照度分布をライトバルブ上で均一化させるための照度均一化手段１１０として、照明装置側から第１のフライアイレンズ１１１、第２のフライアイレンズ１１２が順次設置されている。第１のフライアイレンズ１１１は複数の２次光源像を形成し、第２のフライアイレンズ１１２は被照明領域であるライトバルブの設置位置においてそれらを重畳する重畳レンズとしての機能を有する。これにより、照明装置から出射された光を、その光の密度分布に関係なくライトバルブ全面に均一な密度で照射することができる。
【００２８】
ダイクロイッククロスプリズム３００は、４つの直角プリズムが貼り合わされた構造を有し、その貼り合わせ面３００ａ，３００ｂには誘電体多層膜からなる光反射膜（図示略）が十字状に形成されている。具体的には、貼り合わせ面３００ａには、光変調装置２００Ｒで形成された赤色の画像光を反射し、それぞれ光変調装置２００Ｇ，２００Ｂで形成された緑色及び青色の画像光を透過する光反射膜が設けられ、貼り合わせ面３００ｂには、光変調装置２００Ｂで形成された青色の画像光を反射し、それぞれ光変調装置２００Ｒ，２００Ｇで形成された赤色及び緑色の画像光を透過する光反射膜が設けられている。そして、これらの光反射膜によって導光された各色の画像光は投射レンズ４００によってスクリーン５００に投射される。
このように、本実施形態の投射型表示装置は上述の光源装置を照明装置として備えているため、明るい表示が可能となる。
【００２９】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態では、線材として細線状の部材を綿状に屈曲させたものを用いたが、この代わりに、線材としてテープ状の部材を用い、これを波状に屈曲させて冷却パイプの内壁に密着配置してもよい。
【００３０】
また、線材の素材としてステンレスや銅を用いたが、これ以外の金属材料を用いてもよい。勿論、グラスウール等のように、線材として絶縁材料を用いることも可能であるが、一般に絶縁材料は熱伝導率が低いため、より熱伝導率の高い金属材料を線材に用いることで、冷却効率を高めることができる。
また、上記実施形態では線材の形状を綿状としたが、コイル状の形状等、他の形状を採ることもできる。いずれにしろ、可撓性の線材がこのパイプの内壁に複数回接する形で屈曲して設けられていればよい。
また、固体光源を冷却するための流体として冷却用流体を用いたが、このような流体として、不活性ガス等の気体を用いることも可能である。
【００３１】
また、上記実施形態では光源装置を半導体発光素子とした例について説明したが、この光源装置は有機ＥＬ素子であってもよい。また、上記実施形態で示した光源装置の構成はほんの一例に過ぎず、これ以外の構成を採用することも可能である。
また、冷却パイプ内に可撓性の線材を屈曲配置した本発明の冷却機構は、固体光源の冷却以外に、発熱が課題になる他の電子部品の冷却に対しても適用することができる。この場合、冷却機構は、冷却パイプ内に可撓性の線材が設けられ、この線材が上記冷却パイプの内壁に複数回接する形で屈曲して設けられていればよい。また、この構造は、吸熱部だけでなく、ヒートシンク等の放熱部にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略構成を示す断面図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る光源装置の概略構成を示す断面図。
【図３】本発明の投射型表示装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１，２…ＬＥＤ（光源装置）、１１…ＬＥＤチップ（固体光源）、２１，２２・・・基台、２５，２６・・・線材、３１，３２・・・冷却パイプ、３１ａ・・・開口部、３７・・・平坦部、１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ…照明装置、２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調装置）、４００…投射レンズ、Ｆ・・・冷却用流体
【図１】
2005085490.tif 000003
【図２】
2005085490.tif 000004
【図３】
2005085490.tif 000005