(57)【要約】 【課題】  微小な熱発生領域を含む固体光源から多量の熱が発生した場合にも、該固体光源を高効率で冷却可能な光源装置を提供する。【解決手段】  光源装置１００は、固体光源１０と、該固体光源１０を載置させるための台座２０とを備え、該台座２０には、固体光源１０の載置面２０ｂとは反対側の面に所定の掘込み部３０が形成されてなり、該掘込み部３０の中には、前記固体光源１０を冷却するための冷媒が流通する冷却パイプ４０が配設されてなることを特徴とする。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体光源と、該固体光源を載置させるための台座とを備え、
前記台座には、前記固体光源の載置面とは反対側の面に所定の掘込み部が形成されてなり、該掘込み部の中には、前記固体光源を冷却するための冷却用流体が流通する冷却パイプが配設されてなることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記掘込み部の掘り込み形状に沿って前記冷却パイプが配設されてなることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記掘込み部が、前記固体光源の発光裏面側に形成され、該固体光源の発光側とは反対側に突出した島状部を備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記掘込み部が、前記固体光源の発光裏面側に形成され、該固体光源の発光側とは反対側に突出した柱状部を備えてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記掘込み部を取り囲む形にて、前記冷却パイプが螺旋状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記冷却パイプが配設された掘込み部の隙間には、熱伝導材料が充填されてなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記冷却パイプにおいて、前記冷却用流体の流通往路が断熱材で覆われてなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記冷却パイプにおいて、前記冷却用流体の流通往路と流通復路との間に断熱材が配設されてなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光源装置を具備したことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光源装置と、該光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを具備し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、投射型表示装置に関し、特に光源を冷却するのに好適な構成を具備した光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源装置から出射された光を液晶ライトバルブ等の光変調手段に入射させ、光変調手段にて変調された映像光を投射レンズ等によりスクリーンに拡大投射させて表示を行うプロジェクタ等の投射型表示装置が広く知られている。この投射型表示装置の光源装置に使用される光源として、ＬＥＤ光源等の固体光源が採用されている。このような固体光源は、発光とともに発熱するため、その発光効率を向上させるために冷却を必要としている。このような固体光源を冷却する手法として、例えば特許文献１に開示されたものがある。
【特許文献１】特開平７−６８８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１では、ＬＥＤを搭載したＬＥＤ支持バーと、該ＬＥＤ支持バーと熱伝導的に接触して配設され、内部にＵ字型ダクトを具備してなる熱伝導体とから構成された冷却システムが開示されている。この場合、ダクトがＵ字状になっているだけなので、該Ｕ字状ダクトのうち搭載されたＬＥＤに近い部分でのみ熱交換が可能であり、被冷却部に対する接触面積が小さく高い冷却効率が得られるものではなかった。
【０００４】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、微小な熱発生領域を含む固体光源から多量の熱が発生した場合にも、当該固体光源を高効率で冷却可能な光源装置を提供することを目的としている。また、本発明は、上記固体光源を冷却する機構を簡便な構成とし、ひいては製造コストの削減にも寄与可能な光源装置を提供する。さらに、本発明は、このような光源装置を具備した信頼性の高い投射型表示装置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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の光源装置は、固体光源と、該固体光源を載置させるための台座とを備え、前記台座には、前記固体光源の載置面とは反対側の面に所定の掘込み部が形成されてなり、該掘込み部の中には、前記固体光源を冷却するための冷却用流体が流通する冷却パイプが配設されてなることを特徴とする。
【０００６】
このような光源装置によると、固体光源を載置する台座の掘込み部に冷却パイプを配設し、その中に冷却用流体を流通させることにより台座を冷却して間接的に固体光源を冷却することが可能となる。そして、本発明では台座に掘込み部を形成し、その中に冷却パイプを配設するのみの構成であるため、簡便な手法となり得る。また、固体光源の載置面とは反対側の面、つまり発光面とは反対側に冷却用流体を流通させるものとしているため、冷却用流体として液体を用い、該冷却用流体中に気泡等が生じた場合にも、光学的に該気泡の影響を受けることもない。さらに、例えば固体光源を冷却用流体中に浸漬させる構成に比して、最適な冷却用流体の種類と流速とを比較的自由に選定することができる。なお、本発明における冷却用流体としては水などの液体の他にも空気などの気体を用いることができる。
【０００７】
特に前記冷却パイプが前記掘込み部の掘り込み形状に沿って配設されてなる場合、掘込み部と冷却パイプとの接触面積が大きくなり、その冷却効率は極めて高いものとなる。つまり、掘り込み形状に沿って冷却パイプを配設することで台座の掘込み面が効率良く冷却され、ひいては該掘込み部の表面側に形成された固体光源も高効率で冷却されることとなる。
【０００８】
なお、前記掘込み部は、前記固体光源の発光裏面側に形成され、該固体光源の発光側とは反対側に突出した島状部又は柱状部を備えてなるものとすることができる。そして、このような島状部又は柱状部等の形状を具備した掘込み部を取り囲む形にて、前記冷却パイプが螺旋状に形成されてなるものとすることができる。このような螺旋状の冷却パイプを形成した掘込み部の周りを取り囲む形で配設することで、一層高効率に台座を冷却することが可能となり、ひいては該掘込み部の表面側に形成された固体光源も一層高効率に冷却することが可能となる。なお、掘込み部の更に具体的な構成として、逆円錐状、逆円錐台状、あるいは円柱状の島状部とすることで、螺旋状の冷却パイプにより好適に該島状部を冷却することが可能である。
【０００９】
前記冷却パイプが配設された掘込み部の隙間には、熱伝導材料が充填されてなるものとすることができる。つまり、例えば螺旋状の冷却パイプを掘込み部内に配設した場合には、掘込み部内に幾つかの隙間が形成されることとなるが、この隙間内に銀等の熱良伝導材料を充填させることで空気層が排除され、その隙間部分においても熱伝導が良好に行われ、つまり冷却パイプからの冷熱が台座に対して確実に伝わるようになり、また冷却パイプを掘込み部内でしかっりと固定することが可能となる。このような熱良伝導材としては銀ペースト、溶融金属などを利用することにより、上記隙間内に好適に充填し、硬化後に固定することが可能である。
【００１０】
また、前記冷却パイプにおいて、前記冷却用流体の流通往路が断熱材で覆われてなるものとすることができる。この場合、冷却用流体が冷却対象部たる固体光源の配設された位置付近に到達する前に温められてしまう等の不具合を回避でき、一層確実に冷却対象部（固体光源）に対して冷却を行うことが可能となる。さらに、前記冷却用流体の流通往路と流通復路との間に断熱材が配設されてなるものとすることもでき、この場合、熱交換後の冷却用流体（復路を流通する冷却用流体）により熱交換前の冷却用流体（往路を流通する冷却用流体）が温められる等の不具合を回避できるようになる。なお、断熱材としては、発泡ポリプロピレンの管、グラスウール等を貼り付けにより設けることが可能である。
【００１１】
次に、本発明の投射型表示装置は、上述の光源装置を具備したことを特徴とする。具体的には、上記光源装置と、該光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを具備してなるものとすることができる。このような投射型表示装置は、冷却効率の優れた光源装置を具備してなるため、発熱による光源装置の消耗、或いは光源装置の発光効率の低下等を生じ難く、非常に信頼性の高いものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００１３】
（光源装置）
図４は本発明の一実施形態としての光源装置について、その概略構成を示す断面模式図で、図１〜図３は図４の光源装置の製造工程を説明するための模式図である。まず、図４に示した光源装置１００は、発光主体をなす固体光源１０と、該固体光源１０を載置・固定する台座２０とを主体として構成されており、固体光源１０としては、本実施形態の場合、発光ダイオード素子を用いたＬＥＤ光源等の発光により発熱を伴う固体光源が採用されている。
【００１４】
台座２０には、固体光源１０の位置固定を行うための光源設置部２０ｂが設けられ、該光源設置部２０ｂに固体光源１０が貼り合わせられ、若しくは嵌め込まれ、ないしは載置される等の手法により、台座２０に固体光源１０が位置固定されるものとされている。また、光源設置部２０ｂからテーパ状に広がる導光部２０ａが形成され、固体光源１０から発光された光を集光する役割を担っている。なお、台座２０は例えば光反射性の金属材料、例えばアルミニウム等を主体として構成することができる。なお、固体光源１０は、基板と、該基板上に配設された発光素子とを具備して構成され、該基板が台座２０の光源設置部２０ｂ上に配設されている。
【００１５】
一方、台座２０は、固体光源１０の載置面（つまり光源設置部２０ｂ）とは反対側の面に所定の掘込み部３０が形成されており、図４の場合、該掘り込みにより逆円錐台状の島状部３０ａが形成され、該島状部３０ａは固体光源１０の発光側とは反対側に突出した形状を具備している。そして、該掘込み部３０の中には、島状部３０ａを取り囲む形にて螺旋状の冷却パイプ４０が配設され、その冷却パイプ４０内を流通する冷媒（冷却用流体）により固体光源１０を冷却可能に構成されている。つまり本実施形態では、台座２０の掘り込み形状に沿って冷却パイプ４０が配設され、台座２０と冷却パイプ４０との接触面積を高めている。
【００１６】
また、冷却パイプ４０が配設された掘込み部３０の隙間には充填材（熱伝導材料）１５が充填されている。この熱伝導材料は銀ペーストを充填して硬化させたものであって、これにより冷却パイプ４０と台座２０との間の隙間（空気層）が排除され、冷却パイプ４０からの冷熱が台座２０に高効率で伝わることとなる。
【００１７】
また、本実施形態の光源装置１００においては、前記冷却パイプ４０の冷媒の流通往路が断熱材１７で覆われており、さらに冷媒の流通往路と流通復路との間には断熱材１６が配設されている。この断熱材１７，１６は、例えば発泡ポリプロピレンの管、グラスウールの貼り付けなどにより形成することができる。この場合、断熱材１７により冷媒が固体光源１０の配設された位置付近に到達する前に温められてしまう等の不具合を回避でき、また断熱材１６により固体光源１０からの発熱との熱交換後の冷媒（復路を流通する冷媒）により熱交換前の冷媒（往路を流通する冷媒）が温められる等の不具合を回避できるようになる。
【００１８】
ここで、光源装置１００の製造方法について説明する。まず、図１に示すような金属アルミニウム製の台座２０を用意する。台座２０はテーパ状の切り込みが形成されてなり、その切り込みの底面（光源設置部）２０ｂに固体光源１０を設置する。なお、テーパ状の切り込みにより導光部２０ａが形成されている。
【００１９】
次に、このような図１に示した台座２０に対して掘込み部３０を形成する。具体的には、図２に示すように固体光源１０の発光裏面側に円錐台状の島状部３０ａを形成するべく掘り込みを行う。そして、図３に示すような螺旋状の冷却パイプ４０を成形加工しておき、図２に示した台座２０の掘込み部３０内に該冷却パイプ４０を、特に円錐台状の島状部３０ａを取り囲む態様で嵌め込んで配設する。その後、図４に示すような所定の位置に断熱材１６，１７を配設し、さらに銀ペーストを充填させ、これを乾燥することで光源装置１００を得ることができる。なお、発光ダイオード素子から構成される固体光源１０は１ｍｍ角〜２ｍｍ角程度であるため、冷却パイプ４０は、内径０．５ｍｍ以下、外径１．０ｍｍ以下程度とするのが適当であり、このような形状は射出成形と屈曲加工技術とにより形成することができる。
【００２０】
このような構成の光源装置１００によると、固体光源１０を載置する台座２０の掘込み部３０に冷却パイプ４０を配設し、その中に冷媒を流通させることにより台座２０を冷却して間接的に固体光源１０を冷却することが可能となる。そして、台座２０に掘込み部３０を形成し、その中に冷却パイプ４０を配設するのみの構成であるため非常に簡便に光源装置１００を得ることができる。また、固体光源１０の光源設置面２０ｂとは反対側の面、つまり発光面とは反対側に冷媒を流通させるものとしているため、冷媒中に気泡等が生じた場合にも、光学的に該気泡の影響を受けることもない。
【００２１】
また、冷却パイプ４０が掘込み部３０の掘り込み形状に沿って配設されているため、掘込み部３０の島状部３０ａと冷却パイプ４０との接触面積が大きくなり、その冷却効率は極めて高いものとなる。つまり、掘り込み形状に沿って冷却パイプ４０を配設することで台座２０の掘込み面が効率良く冷却され、ひいては該掘込み部３０の表面側に形成された固体光源１０も高効率で冷却されることとなる。そして、特に固体光源１０の発光側とは反対側に突出した台座２０の島状部３０を取り囲む形にて、螺旋状の冷却パイプ４０を配設しているため、一層高効率に台座２０を冷却することが可能となり、ひいては該掘込み部３０の表面側に形成された固体光源１０も一層高効率に冷却することが可能となる。
【００２２】
さらに、冷却パイプ４０と台座２０（掘込み部３０）との隙間には、熱伝導材料からなる充填材１５を充填させたため、上述の通り空気層が排除され、その隙間部分においても熱伝導が良好に行われ、つまり冷却パイプ４０からの冷熱が台座２０に対して確実に伝わるようになり、また冷却パイプ２０を掘込み部３０内でしっかりと固定することが可能となる。
【００２３】
以下、上記実施の形態の変形例について説明する。図６は第１の変形例の光源装置２００を示す断面模式図であって、光源装置１００の図４に相当する図面である。光源装置２００では、台座２０の光源設置部２０ｂの裏面側に掘込み部３１を形成し、逆円錐台状の島状部３１ａを形成している。なお、光源装置２００において、上記以外の構成については、光源装置１００と同一の符号を付した部材・要素については同一の構成を具備している。
【００２４】
このような光源装置２００においても、固体光源１０に対する高い冷却能を有するが、上述の光源装置１００に比して冷却効率が若干劣るものの、特に台座２０の掘込み部３１を形成する際の加工が簡便化される。つまり光源装置２００は、図１に示したような台座２０に対して図５に示す形状の掘り込みを形成し、冷却パイプ４０を掘込み部３１内に嵌め込むことで得ることができるが、その掘り込み形状が図４の光源装置１００よりも簡略化されるため、その製造工程が簡便化される。
【００２５】
また、図１に示した台座２０を、図７に示すように固体光源１０の発光裏面側に円柱状の柱状部３２ａを形成すべく加工し、その柱状部３２ａに対して螺旋状の冷却パイプ４０を嵌め込むことで、図８に示した更に異なる変形例としての光源装置３００を得ることもできる。この場合も、図４に示した光源装置１００や図６に示した光源装置２００に対して冷却効率という点では劣るものの、掘込み部３２の形成工程が簡便なものとなる。さらに、この光源装置３００の構成においては、冷媒の往路が固体光源１０により近い方が冷却効率が良くなる。従って、冷媒を流す方向を光源装置１００とは逆方向にすることがより好ましい。
【００２６】
（投射型表示装置）
図９は本発明の一実施形態としての投射型表示装置について、その概略構成を示す拡大図であって、この図９に示した投射型表示装置７０は３板方式の例である。投射型液晶表示装置７０においては、赤色（Ｒ）の色光を発光し得るＬＥＤ素子を具備したＬＥＤ光源１００ｒ、緑色（Ｇ）の色光を発光し得るＬＥＤ素子を具備したＬＥＤ光源１００ｇ、青色（Ｂ）の色光を発光し得るＬＥＤ素子を具備したＬＥＤ光源１００ｂの３個を別途光源として用いている。なお、各ＬＥＤ光源１００ｒ，１００ｇ，１００ｂとしては、それぞれ上述した各種実施形態の光源装置１００，２００，３００のいずれかを採用可能で、その出射側には、ロッドレンズ等からなる導光部７２が配置されている。
【００２７】
各導光部７２の出射側には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光を変調する液晶ライトバルブ７５がそれぞれ設けられている。そして、各液晶ライトバルブ７５によって変調された３つの色光が、クロスダイクロイックプリズム（色合成手段）７７に入射するように構成されている。このプリズム７７は４つの直角プリズムが貼り合わされたものであり、内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂが合成されてカラー画像を表す光が形成される。色合成された光は投射レンズ７６によりスクリーン７９上に投射され、拡大された画像が表示される。
【００２８】
このような投射型表示装置７０においては、ＬＥＤ光源１００ｒ，１００ｇ，１００ｂについて、上記実施形態の各光源装置１００，２００，３００のいずれかを採用してなるため、発光効率が高く、耐久性にも優れ、信頼性の高い表示装置となる。なお、各ＬＥＤ光源１００ｒ，１００ｇ，１００ｂには、冷却液が流通する冷却パイプ４０（図４，図６，図８参照）が設けられているが、各ＬＥＤ光源１００ｒ，１００ｇ，１００ｂの冷却パイプ４０を流通する冷媒を共通化するため、各ＬＥＤ光源１００ｒ，１００ｇ，１００ｂに対して共通パイプ３５が連結されている。その結果、各ＬＥＤ光源１００ｒ，１００ｇ，１００ｂを流通する冷媒が共通化され、冷却システムの構成が非常に簡便なものとされている。
【００２９】
以上、本発明の一実施の形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、本実施形態では、ＬＥＤ光源の冷却に本発明の構成を採用したが、その他の固体光源の冷却に際して本発明の構成を採用することも可能で、また本発明の光源装置を３板式の投射型表示装置に採用する実施形態を示したが、単板式の投射型表示装置にも本発明の光源装置の構成を採用するも当然に可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の光源装置を構成する台座の一例について加工前の構成を示す断面模式図。
【図２】図１の台座の加工後の一構成例を示す断面模式図。
【図３】本発明の光源装置を構成する冷却パイプの一例を示す断面模式図。
【図４】本発明の光源装置の一実施形態を示す断面模式図。
【図５】図１の台座の加工後の異なる構成例を示す断面模式図。
【図６】本発明の光源装置の異なる実施形態を示す断面模式図。
【図７】図１の台座の加工後の異なる構成例を示す断面模式図。
【図８】本発明の光源装置の異なる実施形態を示す断面模式図。
【図９】本発明の投射型表示装置の一実施形態について概略構成を示す説明図。
【符号の説明】
【００３１】
１０…固体光源、１５…充填材（熱伝導材料）、１６，１７…断熱材、２０…台座、３０，３１，３２…掘込み部、３０ａ，３１ａ…島状部、３２ａ…柱状部、４０…冷却パイプ、１００，２００，３００…光源装置
【図１】
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【図２】
2005070651.tif 000004
【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】
2005070651.tif 000009
【図８】
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【図９】
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