(57)【要約】【課題】  効率的に発光体を冷却することによって大きな発光量を得る。【解決手段】  電流が注入されることによって発光・発熱する発光体１２を備える照明装置１と、該照明装置１が一方側の面に配置される基板２３とを備える光源装置１０であって、上記基板２３は、上記照明装置１が露出する貫通孔２３ａを有する。【選択図】              図２
2005100810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が注入されることによって発光・発熱する発光体を備える照明装置と、該照明装置が一方側の面に配置される基板とを備える光源装置であって、
前記基板は、前記照明装置が露出する貫通孔を有することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
一方の端部側に前記発光体が載置される伝熱部を前記照明装置が備え、該伝熱部の他方の端部側が前記貫通孔において露出することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記伝熱部が前記貫通孔を挿通して前記基板の他方側の面から突出する厚みを有することを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項４】
前記伝熱部の熱量を外部に放熱する放熱部を備えることを特徴とする請求項２または３記載の光源装置。
【請求項５】
前記基板の一方側の面が反射面として形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の光源装置。
【請求項６】
前記発光体は、前記基板の一方側の面よりも発光光の出射方向に離間して配置されることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の光源装置。
【請求項７】
前記基板が導電層を有し、該導電層と前記発光体とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の光源装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれかに記載の光源装置を光源として備えることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及びプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のプロジェクタでは、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。
【０００３】
そこで最近、新しい光源としてＬＥＤ発光体が注目されている。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（例えば、特許文献１）。
【０００４】
ところが、現在のところＬＥＤを光源とするプロジェクタにおいて十分な輝度を得ることは難しい。これは、ＬＥＤは効率の点でまだＵＨＰの１／２〜１／３程度であり、定格いっぱいの電流を注入しても得られる光量が小さいからである。めざましい技術革新によって上記効率は年々着実に向上しつつあり、数年後には現在のＵＨＰ並みのレベルに達する可能性もあるが、少なくとも近い将来、製品化可能なＬＥＤ光源プロジェクタにおいては、状況は変わらないであろう。なお、光量を稼ぐのにＬＥＤをアレイ化する方法があるが、あまりＬＥＤの数を増やすと発光点が大きくなることによる光学系としての照明光率の低下を招くので、あまり効果は得られない。
【０００５】
そこで、残された方法として考えられるのは、ＬＥＤの発光量を増やすことである。しかしながら、これは上記の通りＬＥＤの定格の制約があり、最大光量は定格と効率で自動的に決まっている。ＬＥＤの定格電流を決めているのは主に発熱量である。
【０００６】
ところで、特開平６−５９２３号公報（特許文献２）には、ＬＥＤを冷却用流体によって冷却することで大きな発光量を得る技術が開示されている。また、特開平８−１１６１３８号公報には、レーザダイオードの例ではあるが、特許文献２と同様に発光体を冷却することによって大きな発光量を得る技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１１２０３１号公報
【特許文献２】特開平６−５９２３号公報
【特許文献３】特開平８−１１６１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２，３に開示された技術では、いずれも発光体を囲む容器内に冷却用流体を流入させるためのポンピング手段と、このポンピング手段と容器とを接続する配管が必要となる。このようなポンピング手段と配管を有するため、装置全体のコストが大幅に増加すると共に、装置全体が大型化してしまう。特に上述のようなプロジェクタの場合には、大型のポンピング手段を用いることは、プロジェクタの小型軽量化という流れと逆行するものであり好ましくない。このため、装置を大型化させることなくかつ発光体を冷却できるような技術が求められている。
【０００８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、効率的に発光体を冷却することによって大きな発光量を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る光源装置は、電流が注入されることによって発光・発熱する発光体を備える照明装置と、該照明装置が一方側の面に配置される基板とを備える光源装置であって、上記基板は、上記照明装置が露出する貫通孔を有することを特徴とする。
【００１０】
このような特徴を有する本発明に係る光源装置によれば、基板に照明装置が露出する貫通孔が形成されているため、照明装置の載置面が露出し、吹きさらしの状態となる。このため、照明装置から外部への熱放出が促進される。したがって、基板が熱伝導性の悪い部材によって形成されている場合であっても、発光体において発生した熱量を効率的に外部に放出することができるため、効率的に発光体を冷却することが可能となる。
【００１１】
また、照明装置が発光体を載置する伝熱部を備えており、この伝熱部の裏面側（他方の端部側）が貫通孔において露出していることが好ましい。これによって、発光体において発生した熱量が伝熱部を介して放熱されるため、放熱効果が高まり、より効率的に発光体を冷却することが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る照明装置は、伝熱部において回収された発光体の熱量を効率的に外部に放熱するための放熱部を備えることが好ましい。このような放熱部を備えることによって、伝熱部の熱量が効率的に外部に放熱されるため、より効率的に発光体を冷却することが可能となる。このような、放熱部としては、伝熱部の露出面よりも広い表面積を有する放熱フィンや冷却用流体を用いることができる。
【００１３】
また、光源装置がプロジェクタの光源として用いられる場合には、通常、発光体から出射された発光光は、フライアイレンズやロッドレンズ等の照度均一化手段と光源装置との間において多重反射した後に出射光学系に導かれる。
このため、基板の一方側の面が反射面として構成されていることが好ましい。これによって、照度均一化手段と光源装置との間において多重反射する発光光が基板面に吸収されることを防止することができる。なお、この反射面は、光を乱反射する散乱面であることがさらに好ましい。このように、基板の一方側の面を散乱面とすることによって、発光光が照度均一化手段と光源装置との間において多重反射することによって、効率的に均一化される。また、発光体が基板の一方側の面よりも発光光の出射方向に離間して配置されることがさらに好ましい。
【００１４】
また、基板が導電層を有している場合には、この導電層と発光体とを電気的に接続し、導電層を介して発光体に電流を注入することができ、これによって、コンパクトな光源装置とすることができる。また、本発明に係る光源装置によれば、上述のように基板に高い熱伝導性を与える必要がないため、従来のように、基板の熱伝導性を高めるために、照明装置に対応した部位に導電層が残るように導電層をパターニングする必要がなくなる。このため、導電層のパターンニング、すなわち配線パターンに自由度を持たせることが可能となる。
【００１５】
次に、本発明に係るプロジェクタは、本発明に係る光源装置を光源として備えることを特徴とする。
本発明に係る光源装置によれば、発光体が効率的に冷却されることによって大電流駆動が可能となり、高い発光特性を得ることができるため、大きな発光量を有するプロジェクタを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る光源装置及びプロジェクタの一実施形態について説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は本実施形態に係るプロジェクタの全体構成を示す概略図であり、図２はプロジェクタに備えられた光源装置の一構成例を示す図である。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。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態のプロジェクタは３板式の液晶プロジェクタであり、色合成手段としてのダイクロイッククロスプリズム４０の３つの光入射面４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂには、それぞれ光変調装置としての液晶装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂが対向して配置され、各液晶装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの背面側（クロスダイクロイックプリズム４０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光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが配置されている。
【００１９】
光源装置１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる複数の発光素子１（照明装置）を基板２３（図２参照）上に備えている。図２は発光素子１の要部構成を示す断面図である。
発光素子１（１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ）は２極の素子であり、図２に示すように、電極１２ａ，ｐ層１２ｂ，発光層１２ｃ，ｎ層１２ｄ，電極１２ｅを順に積層したチップ１２が伝熱部１１の表面側に実装されている。そして、このチップ１２は、基板２３の発光素子設置面から発光光の出射方向に離間して配置されている。また、電極１２ａ，１２ｅと、外部接続端子であるリードフレーム１３，１４とを接続するために、電極１２ａ，１２ｅからそれぞれボンディングワイヤ１５，１６が引き出されている。なお、伝熱部１１が導電性を有する金属材料によって形成されている場合には、この伝熱部１１を電極１２ａとして用いることもできる。この場合には、ボンディングワイヤ１６及びリードフレーム１４は不要となる。
【００２０】
伝熱部１１は、基板２３よりも熱伝導性の高い物質によって形成されており、例えば、金属材料等を用いることができる。そして、伝熱部１１には、チップ１２の実装面（チップ１２と伝熱部１１との接続面）を囲む位置に壁部１１ａが設けられている。壁部１１ａは、先端部側が基端部側よりも細いテーパ状の形状を有しており、そのチップ１２に対向する側面１１ｂがチップ１２に対して外側に傾いた傾斜面となっている。この傾斜面１１ｂには、アルミニウムや銀等の高反射率の金属膜或いは金属粉からなる光反射面が形成されており、チップ１２から等方的に出射された光を実装面に対して略垂直な方向に反射して、照明に寄与させるようになっている。
【００２１】
伝熱部１１，リードフレーム１３，１４は樹脂フレーム１９と一体に形成されており、この樹脂フレーム１９の上にはチップ１２やボンディングワイヤ１５，１６を内包するようにレンズ体１７が設けられている。そして、レンズ体１７とフレーム１９との間にはシリコン・ジェル等の熱伝導性の高い流体Ａが充填され、放熱効率を一層高めるようになっている。
【００２２】
また、このような発光素子１が表面側（一方側の面）に配置される基板２３には、図３に示すように、発光素子１が露出するような貫通孔２３ａが形成されている。そして、図２に示すように、上記発光素子１の伝熱部１１がこの基板２３に形成された貫通孔２３ａを挿通して基板２３の裏面側から突出して配置されている。すなわち、上記伝熱部１１は、一方の端部が基板２３の裏面側に突出し、他方の端部が基板２３の表面側に突出するような厚みを有しており、これによって、上記チップ１２が基板２３の発光素子設置面（表面）から発光光の出射方向に離間して配置され、また、伝熱部１１の裏面側が露出した状態となる。そして、基板２３の表面は、光を乱反射する散乱面２３ｃとして形成されている。また、基板２３は、銅箔等の導電性物質によって形成される導電層２３ｂを備えており、この導電層２３ｂと上記リードフレーム１３，１４とが不図示のワイヤ等によって電気的に接続されている。すなわち、基板２３の導電層２３ｂと発光素子１とが電気的に接続されており、これによって、光源装置１をコンパクト化することができる。
【００２３】
また、基板２３に形成された貫通孔２３ａを挿通して基板２３の裏面側から突出した伝熱部１１の一端部と接触するように、伝熱部１１の露出面の面積よりも広い表面積を有する放熱フィン２４（放熱部）が設置されている。なお、放熱フィン２４の代わりに、冷却用流体（放熱部）の貯留された容器を設置し、この冷却用流体内に伝熱部の一端部を浸漬しても良い。
【００２４】
このように構成された光源装置１において、チップ１２に電流が注入されると、チップ１２が発光・発熱する。この際、チップ１２において発生した熱量が基板２３等と比較して熱伝導性の高い伝熱部１１を伝わり放熱フィン２４から外部に放熱されるため、チップ１２を効率的に冷却することができる。このため、従来と比較して大電流をチップ１２に注入した場合であっても、チップ１２が自ら発生した熱によって破壊されず、光源装置１から大きな発光量を得ることが可能となる。
【００２５】
したがって、本実施形態に係る光源装置１０によれば、基板２３に、発光素子１が露出する貫通孔２３ａが形成されているため、効率的にチップ１２を冷却することが可能となる。
また、本実施形態に係る光源装置１０によれば、チップ１２が伝熱部１１上に載置されているため、チップ１２において発生した熱量が伝熱部１１を介して放熱されるため、放熱効果が高まり、より効率的にチップ１２を冷却することが可能となる。
また、本実施形態に係る光源装置１０によれば、基板２３の裏面側から突出した伝熱部１１の一端部と接触する放熱フィン２４を備えているため、放熱効果がさらに促進され、より効率的にチップ１２を冷却することが可能となる。
また、本実施形態に係る光源装置１０によれば、伝熱部１１及び放熱フィン２４がチップ１２の冷却機能を担っているため、基板２３における熱伝導性を考慮する必要がない。このため、従来の光源装置のように、基板の熱伝導性を高めるために、発光素子に対応した部位に導電層１０ｂが残るように導電層１０ｂをパターニングする必要がなくなる。このため、導電層１０ｂのパターンニング、すなわち配線パターンに自由度を持たせることが可能となる。
【００２６】
図１に戻り、光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとこれに対応する液晶装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂとの間には、発光光の照度分布を液晶装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂにおいて均一化させるための照度均一化手段として、光源装置側から第１のフライアイレンズ２１、第２のフライアイレンズ２２が順次設置されている。第１のフライアイレンズ２１は複数の２次光源像を形成し、第２のフライアイレンズ２２は被照明領域である液晶装置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、発光素子１から出射された光は、その光の密度分布に関係なく液晶装置全面に均一な密度で照射される。なお、発光光は、光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと第１のフライアイレンズ２１との間において、多重反射している。ここで、本実施形態に係る光源装置１０の基板２３の表面が散乱面２３ｃとして形成されているため、発光光が基板面に吸収されることを防止することができる。
【００２７】
ダイクロイッククロスプリズム４０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４０ａ，４０ｂ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４０ａには、液晶装置３０Ｒで形成された赤色の画像光を反射し、それぞれ液晶装置３０Ｇ，３０Ｂ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４０ｂには、液晶装置３０Ｂで形成された青色の画像光を反射し、それぞれ液晶装置３０Ｒ，３０Ｇ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、ダイクロイッククロスプリズム４０の光出射面４０Ｅに導光された各色の画像光は投射レンズ（出射光学系）５０によってスクリーン６０に投射されるようになっている。
【００２８】
（第２実施形態）
図４は、上記第１実施形態の光源装置１０と異なる形態を有する光源装置１００の概略構成を示した断面図である。この図に示すように、本第２実施形態の光源装置１００と上記第１実施形態の光源装置１０との異なる部位は、放熱フィン２４が配置されておらず、また、伝熱部１１が基板２３の裏面側から突出するような厚みを有していない点である。
すなわち、基板２３に形成された貫通孔２３ａによって、伝熱部１１の裏面側が外気に対して露出した状態となっている。このような構造を有する本第２実施形態の光源装置１００においても、基板２３より熱伝導性が高い伝熱部１１が外気に対して露出しているため、チップ１２において発生した熱量を効率的に外部に放熱することができる。したがって、チップ１２を効率的に冷却することが可能となる。
【００２９】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る光源装置及びプロジェクタの好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態に係るプロジェクタの全体構成を示す概略図である。
【図２】プロジェクタに備えられた光源装置の一構成例を示す図である。
【図３】光源装置が備える基板の斜視図である。
【図４】プロジェクタに備えられた光源装置の他の一構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１……発光素子（照明装置）、１０，１００……光源装置、１１……伝熱部、１２……チップ（発光体）、２３……基板、２３ａ……貫通孔、２３ｂ……導電層、２３ｃ……散乱面（反射面）、２４……放熱フィン（放熱部）
【図１】
2005100810.tif 000003
【図２】
2005100810.tif 000004
【図３】
2005100810.tif 000005
【図４】
2005100810.tif 000006