(57)【要約】【課題】半導体発光素子を効率的に冷却し、かつ、基板上のリード端子接続部近傍への塵埃の付着を抑制する。【解決手段】光源ユニット１は、マトリクス状に配置された複数の半導体発光素子２と、半導体発光素子２の列毎に設けられ、該列の半導体発光素子それぞれのリード端子と電気的に接続される複数の素子接続基板５と、半導体発光素子２と素子接続基板５との間に設けられ、各半導体発光素子のリード端子を個別に貫通させる貫通孔を備えた素子保持部材３と、素子保持部材３とともに素子接続基板５を挟持する放熱部材６と、素子保持部材３に接して設けられた複数のヒートパイプ４と、を有する。各半導体発光素子２のリード端子２ｂはそれぞれ素子接続基板５を貫通し、放熱部材６は、各素子接続基板５を貫通した各リード端子２ｂを収容する複数の凹部６ｃを備える。【選択図】図５Ｂ
2017033779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配置された複数の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の列毎に設けられ、該列の半導体発光素子それぞれのリード端子と電気的に接続される複数の素子接続基板と、
前記複数の半導体発光素子と前記複数の素子接続基板との間に設けられ、各半導体発光素子のリード端子を個別に貫通させる貫通孔を備えた第１の熱伝導部材と、
前記第１の熱伝導部材とともに前記複数の素子接続基板を挟持する第２の熱伝導部材と、
前記第１の熱伝導部材に接して設けられた中空の冷却部と、を有し、
前記各半導体発光素子のリード端子はそれぞれ前記素子接続基板を貫通し、前記第２の熱伝導部材は、各素子接続基板を貫通した各リード端子を収容する複数の凹部を備える、光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記半導体発光素子の列に沿って設けられた複数の中空管からなる、光源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光源装置において、
前記第１の熱伝導部材は、前記複数の中空管それぞれの側面に当接される複数の第１の溝部を備える、光源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光源装置において、
前記第２の熱伝導部材は、前記素子接続基板毎に設けられ、該素子接続基板と接する複数の突出し部を備え、該突出し部に前記複数の凹部が形成されている、光源装置。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１項に記載の光源装置において、
前記第２の熱伝導部材は、前記複数の中空管それぞれの側面に当接される複数の第２の溝部を備える、光源装置。
【請求項６】
請求項２から５のいずれか１項に記載の光源装置において、
前記第１の熱伝導部材は、前記複数の半導体発光素子それぞれの底面を保持する受熱面を備え、
前記中空管の前記受熱面に最も近い部分を下端、前記受熱面から最も遠い部分を上端とするとき、前記受熱面に対する前記素子接続基板の高さが、前記中空管の前記下端から前記上端までの高さの範囲内である、光源装置。
【請求項７】
請求項１に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記第１の熱伝導部材の内部に設けられている、光源装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記半導体発光素子の列に沿って設けられた複数の流路を備える、光源装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の光源装置を備えた電子機器。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の光源装置と、
入力映像信号に応じて前記光源装置からの光束を変調して画像を表示する表示部と、を有する、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子を備えた光源装置、それを用いた表示装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタや液晶ディスプレイなどの表示装置において、光源として、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などの半導体発光素子が用いられている。
一般に、半導体発光素子は、発光する際に熱を発し、それに伴って素子自体の温度が上昇する。半導体発光素子の温度が上昇すると、発光効率が低下して、半導体発光素子より出力される光の量（光量）が低下する。また、半導体発光素子の温度上昇のために、半導体発光素子の寿命が短くなる場合もある。このような理由から、半導体発光素子を冷却することが必要である。
【０００３】
特許文献１に、半導体発光素子を冷却することができる光源装置が記載されている。この光源装置は、複数の半導体発光素子と、各半導体発光素子を保持する保持部材と、各半導体発光素子のリード端子と電気的に接続される基板と、各半導体発光素子の底面に接するように設けられたヒートシンクとを有する。
リード端子は、半導体発光素子の底面に設けられており、その底面に垂直な方向に伸びている。基板は、半導体発光素子の底面に対して基板面が垂直になるように配置されており、各半導体発光素子のリード端子の側面が基板面に当接される。ヒートシンクの半導体発光素子側の面（受熱面）には、基板を収容するための溝部が形成されている。ヒートシンクの溝部が形成された面とは反対側の面（放熱面）には、放熱用のフィンが形成されている。
【０００４】
上記の光源装置では、半導体発光素子にて生じた熱はヒートシンクの受熱面から放熱面に伝導し、放熱用のフィンにて放熱される。一般的に、光源装置の外部からフィルタを介して表示装置内に取り込まれた空気流が、放熱用のフィンを冷却する冷却風として用いられる。
ヒートシンクの放熱性能は、受熱面から放熱面までの間の伝熱量に依存し、この伝熱量が多いほど、高い冷却効果を得られる。一般に、伝熱量は、熱の伝導経路の面積及び距離（以下、それぞれ熱伝導面積、熱伝導距離と称す。）と材料の熱伝導率とに基づいて決定される。伝熱量を多くするためには、熱伝導面積が大きく、熱伝導距離が短いことが望まく、熱伝導率は大きなことが望ましい。ここで、熱伝導面積とは、伝導経路の断面の面積を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−９７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の光源装置においては、熱の伝導経路の部分に、基板を収容する溝部が形成されているため、熱伝導面積が小さく、熱伝導距離も長い。このため、放熱性能が低いという問題がある。
さらに、基板を収容する溝部内の空間は外部空間と連通しているため、フィルタを通過した微小な塵埃が溝部内に流入する。その結果、基板上のリード端子接続部近傍に塵埃が付着して、短絡等の不具合が生じる場合がある。
本発明の目的は、半導体発光素子を効率的に冷却することができ、かつ、基板上のリード端子接続部近傍への塵埃の付着を抑制することができる光源装置、及びそれを備えた電子機器及び表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
マトリクス状に配置された複数の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の列毎に設けられ、該列の半導体発光素子それぞれのリード端子と電気的に接続される複数の素子接続基板と、
前記複数の半導体発光素子と前記複数の素子接続基板との間に設けられ、各半導体発光素子のリード端子を個別に貫通させる貫通孔を備えた第１の熱伝導部材と、
前記第１の熱伝導部材とともに前記複数の素子接続基板を挟持する第２の熱伝導部材と、
前記第１の熱伝導部材に接して設けられた中空の冷却部と、を有し、
前記各半導体発光素子のリード端子はそれぞれ前記素子接続基板を貫通し、前記第２の熱伝導部材は、各素子接続基板を貫通した各リード端子を収容する複数の凹部を備える、光源装置が提供される。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、上記光源装置を備えた電子機器が提供される。
本発明のさらに別の態様によれば、上記装置と、入力映像信号に応じて前記光源装置からの光束を変調して画像を表示する表示部と、を有する、表示装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体発光素子を効率的に冷却することができ、かつ、基板上のリード端子接続部近傍への塵埃の付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態である光源ユニットを示す斜視図である。
【図２】図１に示す光源ユニットの主要部を示す斜視図である。
【図３Ａ】半導体発光素子の一例を示す側面図である。
【図３Ｂ】半導体発光素子を底面側から見た斜視図である。
【図３Ｃ】半導体発光素子を上面側から見た斜視図である。
【図４Ａ】図１に示す光源ユニットを放熱部材側から見た場合の平面図である。
【図４Ｂ】図１に示す光源ユニットの正面図である。
【図４Ｃ】図１に示す光源ユニットの側面図である。
【図５Ａ】図４Ｂの一点鎖線Ａ−Ａで示した部分の断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す部分の一部を拡大した断面図である。
【図６Ａ】図１に示す光源ユニットを半導体発光素子側から見た場合の平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの一点鎖線Ｂ−Ｂで示した部分の断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｂに示す部分の一部を拡大した断面図である。
【図７】本発明の光源装置を備える投写型表示装置の外観図である。
【図８Ａ】図７に示す投写型表示装置に搭載される光学エンジンの斜視図である。
【図８Ｂ】図７に示す投写型表示装置に搭載される光学エンジンを別の角度から見た場合の斜視図である。
【図９Ａ】本発明の第２の実施形態である光源ユニットを放熱部材側から見た場合の平面図である。
【図９Ｂ】本発明の第２の実施形態である光源ユニットの正面図である。
【図９Ｃ】本発明の第２の実施形態である光源ユニットの側面図である。
【図１０Ａ】図９Ｃの一点鎖線Ｃ−Ｃで示した部分の断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す部分の一部を拡大した断面図である。
【図１１Ａ】本発明の第３の実施形態である光源ユニットの正面図である。
【図１１Ｂ】本発明の第３の実施形態である光源ユニットの正面図である。
【図１１Ｃ】本発明の第３の実施形態である光源ユニットの側面図である。
【図１２】図１１Ｂの一点鎖線Ｄ−Ｄで示した部分の断面図である。
【図１３Ａ】図１１Ｂの一点鎖線Ｅ−Ｅで示した部分の断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａに示す部分の一部を拡大した断面図である。
【図１４】図１３Ｂに示す突出し部を模式的に示す斜視図である。
【図１５Ａ】第４の実施形態の光源ユニットの平面図である。
【図１５Ｂ】第４の実施形態の光源ユニットの正面図である。
【図１５Ｃ】第４の実施形態の光源ユニットの側面図である。
【図１６Ａ】図１５Ｂの一点鎖線Ｆ−Ｆで示した部分の断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａに示す部分の一部を拡大した断面図である。
【図１６Ｃ】図１５Ｂの一点鎖線Ｇ−Ｇで示した部分の断面図である。
【図１７Ａ】図１５Ａ〜図１５Ｃに示す光源ユニットの斜視図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａに示す構成から冷却液流入部品及び冷却液流出部品を取り外した状態を示す斜視図である。
【図１７Ｃ】冷却液流入部品の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である光源ユニットを示す斜視図であり、図２は、図１に示した光源ユニットの主要部を示す斜視図である。
図１及び図２を参照すると、光源ユニット１は、複数の半導体発光素子２、素子保持部材３、複数のヒートパイプ４、複数の素子接続基板５、及び放熱部材６を有する。素子保持部材３は第１の熱伝導部材と呼ぶことができ、放熱部材６は第２の熱伝導部材と呼ぶことができる。
【００１２】
素子保持部材３は、複数の半導体発光素子２を保持する。素子保持部材３と放熱部材６は互いに対向し、これら素子保持部材３及び放熱部材６の間に、素子接続基板５とヒートパイプ４が交互に一定の間隔で配置されている。
ヒートパイプ４は、冷媒として内部に少量の液体を保有し、密閉されている。発熱部である半導体発光素子２で発生した熱は、ヒートパイプ４内部の液体が蒸発し気体になる際に、冷媒に吸収される。
ヒートパイプ４の両端部には放熱フィン４ａが設けられている。気体になった冷媒は、ヒートパイプ４内の空洞部を移動し、放熱フィン４ａ近傍に到達し、放熱フィン４ａへと放熱する。放熱した冷媒は、凝縮し気体から液体になり、内壁を伝わり加熱部である半導体発光素子２近傍に到達し、再び蒸発する。ヒートパイプ４の内壁には、微小な溝構造や多孔質構造が設けられ、液体の毛細管現象を利用することで、加熱部が放熱部に対して重力方向の上側に配置されても、重力方向下側の放熱部で凝縮された液体が、重力方向上側の加熱部に戻ることができる。
ヒートパイプ４は、蒸発と凝縮の潜熱を利用することで、加熱部と放熱部の温度差を小さくでき、その結果、効率よく放熱を行うことができる。
【００１３】
図３Ａ〜図３Ｃに、半導体発光素子２の一例を模式的に示す。図３Ａは側面図、図３Ｂは半導体発光素子２を底面側から見た斜視図、図３Ｃは半導体発光素子２を上面側から見た斜視図である。
図３Ａ〜図３Ｃに示すように、半導体発光素子２は、放熱面である底面２ａを有し、一対のリード端子２ｂが底面２ａに設けられている。一対のリード端子２ｂは、底面２ａに垂直な方向に伸びている。一対のリード端子２ｂを通電させると、半導体発光素子２が発光し、光が光出射用窓２ｃから射出される。
素子保持部材３は、受熱面である第１の面と、第１の面とは反対側の面である第２の面と、これら第１及び第２の面を貫通する複数の開口を有する。複数の半導体発光素子２は、素子保持部材３の第１の面上に規則的に配置されている。第１及び第２の面を貫通する開口は半導体発光素子２毎に設けられており、各半導体発光素子２のリード端子２ｂはそれぞれ、対応する開口を介して素子保持部材３を貫通する。半導体発光素子２の底面２ａは、熱伝導グリスなどを介して素子保持部材３の第１の面（受熱面）に設置されている。これにより、半導体発光素子２にて発生した熱を、底面２ａから素子保持部材３へ効率よく伝導させることができる。
【００１４】
素子接続基板５は、半導体発光素子２の列ごとに設けられており、各列の半導体発光素子２のリード端子２ｂは、それぞれ対応する素子接続基板５に電気的に接続される。各半導体発光素子２のリード端子２ｂは、素子接続基板５を貫通する。
素子接続基板５の一端には、不図示の電源への接続のためのコネクタ５ａが設けられている。コネクタ５ａを電源に接続すると、電流が素子接続基板５を介して半導体発光素子２のリード端子２ｂに供給され、その結果、半導体発光素子２が発光する。
放熱部材６は、第３及び第４の面を備える。放熱部材６の第３の面と素子保持部材３の第２の面とで素子接続基板５の両面を挟んでおり、放熱部材６の第４の面には、放熱部である放熱フィン６ｄが設けられている。半導体発光素子２から素子保持部材３に伝わった熱の一部は、素子接続基板５を介して放熱部材６へと伝わり、放熱フィン６ｄにて放熱される。
【００１５】
次に、光源ユニット１の主要部である、半導体発光素子２、素子保持部材３、ヒートパイプ４、素子接続基板５及び放熱部材６からなる部分の具体的な構造について説明する。
図４Ａ〜図４Ｃは、光源ユニット１の主要部の構成を示す三面図であって、図４Ａは放熱部材６側から見た場合の平面図、図４Ｂは正面図、図４Ｃは側面図である。図５Ａは、図４Ｂの一点鎖線Ａ−Ａで示した部分の断面図である。図５Ｂは、図５Ａの一部を拡大した断面図である。図６Ａは半導体発光素子２側から見た場合の平面図、図６Ｂは、図６Ａの一点鎖線Ｂ−Ｂで示した部分の断面図、図６Ｃは、図６Ｂの一部を拡大した断面図である。
以下、図４Ａ〜図４Ｃ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ〜図６Ｃを参照して、光源ユニット１の主要部の構成を具体的に説明する。
【００１６】
素子保持部材３は、第１の面３ａと、第２の面３ｂと、これら第１の面３ａ及び第２の面３ｂを貫通する複数の開口３ｃとを有する。第１の面３ａ及び第２の面３ｂは互いに平行（又は略平行）である。半導体発光素子２の底面２ａは、例えば、半田や熱伝導グリスなどを介して第１の面３ａに設置される。
各半導体発光素子２のリード端子２ｂは、開口３ｃを介して素子保持部材３を貫通し、素子接続基板５と電気的に接続されている。半導体発光素子２の底面２ａと素子保持部材３の開口３ｃと素子接続基板５の一方の面とで形成される空間は、外部から閉ざされているため、塵埃などがその空間内に流入することはない。
なお、開口３ｃは熱の伝導経路内に含まれており、開口３ｃが大きいと、熱伝導面積が減少する。このため、リード端子２ｂが開口３ｃの内壁に接触しない範囲で、開口３ｃをできるだけ小さくすることが望ましい。
【００１７】
素子保持部材３の第２の面３ｂは、素子接続基板５の一方の面と接する第１の領域と、ヒートパイプ４の側面と接する第２の領域とを有する。開口３ｃは、第１の領域に設けられている。第２の領域は、ヒートパイプ４の側面を覆う、断面の形状が半円状（又は円弧状）の面を備えた溝部３ｄを有する。ヒートパイプ４は、例えば、半田や熱伝導グリスなどを介して溝部３ｄに設置される。
放熱部材６は、ベース面である第３の面６ａと、その反対側の面である第４の面６ｂを有する。第３の面６ａは、素子保持部材３の第２の面３ｂの第１の領域と対向する位置に、ベース面から素子接続基板５側へ高さｈだけ突き出した突出し部６ｃを有する。突出し部６ｃは、素子接続基板５の他方の面に接しており、リード端子２ｂの素子接続基板５の他方の面から突出した部分を覆う凹部を有する。この凹部の開口と素子接続基板５の他方の面とで形成された空間は、外部から閉ざされているため、塵埃などがその空間内に流入することはない。素子保持部材３の開口３ｃと同様、この凹部の開口も熱の伝導経路内に含まれるため、リード端子２ｂが開口の内壁に接触しない範囲で、開口をできるだけ小さくすることが望ましい。凹部の開口の大きさは、素子保持部材３の開口３ｃの大きさと同じでもよい。
【００１８】
突出し部６ｃは、素子接続基板５毎に形成されている。第３の面６ａの突出し部６ｃ以外の領域は、素子保持部材３の第２の面３ｂの第２の領域と対向しており、これら対向領域により囲まれた空間内に、ヒートパイプ４が収容される。突出し部６ｃを第３の面６ａに設けたことで、ヒートパイプ４が放熱部材６と干渉することを抑制し、放熱部材６を素子接続基板５と確実に接触させることができる。放熱部材６の第４の面６ｂには、放熱部である放熱フィン６ｄが形成されている。
素子保持部材３及び放熱部材６の材料として、熱伝導性の高い材料、例えば、金属、セラミック、グラファイト、シリコンなどを用いることができる。素子保持部材３及び放熱部材６は同じ材料で形成されてもよい。
【００１９】
以上説明した光源ユニット１によれば、半導体発光素子２にて生じた熱は、第１及び第２の熱伝導経路のいずれかを経て放熱される。第１の熱伝導経路では、熱は、素子保持部材３、素子接続基板５及び放熱部材６を順次伝導し、放熱フィン６ｄにて放熱される。一方、第２の熱伝導経路では、熱は、素子保持部材３からヒートパイプ４に伝導し、ヒートパイプ４内の液体を介して放熱フィン４ａまで輸送され、放熱フィン４ａにて放熱される。これら第１及び第２の熱伝導経路を用いた放熱によれば、半導体発光素子２を効率的に冷却することができる。
第１の熱伝導経路において、素子接続基板５は、素子保持部材３の第２の面３ｂに対して平行に配置されているので、特許文献１に記載の光源装置と比較して、熱伝導距離を短くできる。さらに、第１の熱伝導経路は、リード端子２ｂを収容する開口を含むが、その開口の大きさは、特許文献１に記載の光源装置における、基板を収容する溝部よりも格段に小さいので、熱伝導面積を特許文献１に記載の光源装置のものよりも大きくすることができる。このように、第１の熱伝導経路では、熱伝導面積をできるだけ大きくし、熱伝導距離をできるだけ短くすることで、放熱性能の向上を図っている。
【００２０】
また、半導体発光素子２の底面２ａと素子保持部材３の開口３ｃと素子接続基板５の一方の面とで形成される空間と、放熱部材６の突出し部６ｃの開口と素子接続基板５の他方の面とで形成された空間は、いずれも外部から閉ざされている。素子接続基板５のリード端子接続部近傍は、それら外部から閉ざされた空間内に配置されているので、素子接続基板５のリード端子接続部近傍に塵埃等が付着することを抑制できる。
なお、素子接続基板５は第１の熱伝導経路内に含まれるため、素子接続基板５の厚み方向の熱抵抗をできるだけ小さくして、第１の熱伝導経路の熱抵抗を小さくすることが望ましい。
【００２１】
通常、素子接続基板５は、銅などの金属で形成される導電部の両面を、ガラス基材やエポキシ樹脂を使用した絶縁部で挟んだ構造である。この構造では、ガラス基材やエポキシ樹脂は熱伝導率が低いため、第１の熱伝導経路の熱抵抗が大きくなる。第１の熱伝導経路の熱抵抗を小さくするために、例えば、素子接続基板５として、フレキシブル基板やセラミック基板を用いることができる。
フレキシブル基板は、絶縁部にフィルム状の絶縁素材を使用した構造であり、その厚みは、ガラス基材やエポキシ樹脂を使用した基板よりも薄い。基板の厚みは、製品によって異なるが、一般的に、ガラス基材やエポキシ樹脂を使用した基板の厚みが１〜１．５ｍｍ程度であるのに対し、フレキシブル基板の厚みは０．１〜０．１５ｍｍ程度である。使用する材料や構成にもよるが、ガラス基材やエポキシ樹脂を使用した基板と比較して、素子接続基板５としてフレキシブル基板を使用することで、熱抵抗を１／１０程度に下げることができる。
セラミック基板は、絶縁部にセラミックを用いた構造である。エポキシ樹脂の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍＫ程度であるのに対し、セラミック基板に用いられるセラミックの熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫ程度から２００Ｗ／ｍＫ以上である。このため、エポキシ樹脂を使用した基板と比較して、セラミック基板を用いた場合は、同じ厚みであっても、熱抵抗を１／６０〜１／２００程度に下げることができる。
素子接続基板５は、フレキシブル基板やセラミック基板に限定されない。基板の厚みを薄くすることができ、絶縁部の熱伝導率を高くすることができるのであれば、素子接続基板５として、どのような基板を用いても良い。
【００２２】
第２の熱伝導経路の熱抵抗を小さくすために、素子保持部品３とヒートパイプ４の接触面積を大きくし、ヒートパイプ４と半導体発光素子２の底面２ａとの距離を短くすることが望ましい。ヒートパイプ４の断面形状が円形である場合、溝部３ｄの断面形状を半円形状にし、素子接続基板５の一方の面を含む平面がヒートパイプ４の中心を通る構造とする。これにより、素子保持部品３とヒートパイプ４の接触面積を大きくすることができ、かつ、ヒートパイプ４と半導体発光素子２の底面２ａとの距離を短くすることができる。この場合、突出し部６ｃの高さｈと素子接続基板５の厚さとの和が、ヒートパイプ５の半径以上であれば、ヒートパイプ４が放熱部材６と干渉することなく、放熱部材６を素子接続基板５と確実に接触させることができる。
半導体発光素子２の底面２ａに垂直な方向において、素子接続基板５は、ヒートパイプ４の、素子保持部品３の第１の面３ａ（受熱面）に最も近い下端と、放熱部材６に最も近い上端との間に設置されることが望ましい。この位置関係によれば、第２の熱伝導経路の熱抵抗を低減するために、ヒートパイプ４を素子保持部品３の第１の面３ａ（受熱面）に近づけることができ、かつ、第１の熱伝導経路における熱伝導距離を短くすることができる。よって、半導体発光素子２を効率よく冷却できる。
【００２３】
（投写型表示装置）
次に、光源ユニット１を備えた投写型表示装置について説明する。
図７は、投写型表示装置の外観図である。図８Ａは、光源ユニット側から見た光学エンジンの斜視図である。図８Ｂは、光源ユニット側とは反対の側から見た光学エンジンの斜視図である。
図７、図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、投写型表示装置１０は、光学エンジン１１を収容した筐体１０ａを備える。光学エンジン１１は、光源ユニット１、投写レンズ１２、表示素子であるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を備えたＤＭＤ基板１３、ＤＭＤヒートシンク１４及び光源冷却ファン１５を有する。光学エンジン１１以外の構成については、よく知られているので、ここでは、その説明は省略する。
図示していないが、光学エンジン１１の内部には、レンズ、ミラー、カラーホイール、蛍光体ホイールなどの光学部品が配置されおり、光源ユニット１から出射された光はそれら光学部品を介してＤＭＤに照射される。ＤＭＤは、複数の小型ミラーからなるミラーアレイを備え、入力映像信号に基づいて、各ミラーの動作を制御することで、入射光を空間的に変調して画像を形成する。投写レンズ１２は、ＤＭＤにて形成された画像をスクリーンや壁面などの投写面上に拡大投写する。
【００２４】
ＤＭＤは、光を受けることで発熱する。ＤＭＤを冷却するために、ＤＭＤヒートシンク１４がＤＭＤ基板１３のＤＭＤが形成された面とは反対側の面に設けられている。ＤＭＤヒートシンク１４に冷却風を送ることで、ＤＭＤを冷却することができる。
筐体１０ａには吸排気口１０ｂが設けられており、光源ユニット１は、放熱部材６の放熱フィン６ａ及びヒートパイプ４の放熱フィン４ａが吸排気口１０ｂに向くように配置されている。光源冷却ファン１５は、放熱フィン４ａ、６ａと吸排気口１０ｂの間に配置されている。光源冷却ファン１５が回転すると、吸排気口１０ｂを介して筐体１０ａ内に空気が流入し、空気流が放熱フィン４ａ、６ａに供給される。なお、吸排気口１０ｂには、塵埃等が筐体１０ａ内に流入することを抑制するためのフィルタが設けられているが、微小な塵埃はフィルタを通過する。
【００２５】
投写型表示装置１０において、半導体発光素子２を不規則に配置すると、ＤＭＤ上における光照射領域は、光エネルギーの高い領域と低い領域を含む。その結果、投写面上の表示画像に明るさや色のむらを生じる。このため、半導体発光素子２は一定の間隔で配置されるのが望ましい。半導体発光素子２を一定の間隔で配置する例として、縦横に格子状に等間隔で並べる、いわゆるマトリクス状の配置の他に、隣り合う列の半導体発光素子２の位置を、素子接続基板５の長手方向に、隣り合う半導体発光素子の間隔の半分ずらして並べる、いわゆる千鳥状の配置があるが、本説明においては、代表してマトリクス状の配置を用いて説明し、その他の配置についても、本発明の効果を得られる構成であれば、本発明に属するとみなされるべきである。
半導体発光素子２は行列状に等間隔で配置されており、素子接続基板５は、半導体発光素子２の列ごとに設けられている。隣り合う列の半導体発光素子の間隔（素子接続基板５の間隔に対応する）が大きくなるほど、光源ユニット１のサイズが大きくなり、それに伴いレンズやミラーなどの光学部品も大きくなる。その結果、投写型表示装置１０が大型化する。光学部品の大型化は、コストアップや部品精度の低下、光利用効率の低下につながる。投写型表示装置１０の大型化は、市場要求である小型化に反する。このようなことから、隣り合う列の半導体発光素子２の間隔は小さい方が望ましい。
【００２６】
素子保持部材３の第２の面３ｂは、素子接続基板５の一方の面と接する第１の領域と、ヒートパイプ４の側面と接する第２の領域とを有し、第２の領域には、ヒートパイプ４の側面を覆う溝部３ｄが形成されている。素子接続基板５とヒートパイプ４は一定の間隔で交互に配置されており、各素子接続基板５の一方の面を含む平面は、各ヒートパイプ４の中心を通る。換言すると、各素子接続基板５の一方の面と各ヒートパイプ４の中心とは同一の平面に含まれる。この平面は、素子保持部材３の第１の面３ａ（受熱面）と平行（又は略平行）である。
素子接続基板５とヒートパイプ４の距離は、素子接続基板５の絶縁距離や部品形状のばらつきなどを考慮した組立上必要な距離を含む。よって、隣り合う列の半導体発光素子２の最適な中心間距離は、素子接続基板５の幅とヒートパイプ４の直径の和に、絶縁や組立を考慮した必要距離を足した値となる。
【００２７】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態である光源ユニットは、図１及び図２に示した構成と同様であるが、放熱部材の第３の面の形状が第１の実施形態と異なる。
図９Ａ〜図９Ｃは、第２の実施形態の光源ユニット１Ａの主要部の構成を示す三面図である。図９Ａは放熱部材６側から見た場合の平面図、図９Ｂは正面図、図９Ｃは側面図である。図１０Ａは、図９Ｃの一点鎖線Ｃ−Ｃで示した部分の断面図である。図１０Ｂは、図１０Ａの一部を拡大した断面図である。
以下、図９Ａ〜図９Ｃ、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して、光源ユニット１Ａの主要部の構成を具体的に説明する。
【００２８】
半導体発光素子２、素子保持部材３、ヒートパイプ４及び素子接続基板５は、第１の実施形態で説明した通りである。本実施形態では、放熱部材６の第３の面６ａに、突出し部６ｃに加えて、ヒートパイプ４の側面に接する、断面の形状が半円状（又は円弧状）の面を備えた溝部６ｅが形成されている。溝部６ｅの深さｈ１は、適宜に設定可能であるが、各素子接続基板５の一方の面と各ヒートパイプ４の中心とが同一の平面に含まれる場合は、溝部６ｅの深さｈ１は、ヒートパイプ４の半径の値から素子接続基板５の厚さの値を引いた値にすることが望ましい。溝部６ｅは、素子保持部材３の溝部３ｄと対向しており、これら溝部３ｄ、６ｅの間にヒートパイプ４が設置される。ヒートパイプ４は、例えば、半田や熱伝導グリスなどを介して溝部３ｄ、６ｅに設置される。これ以外の構成は、第１の実施形態で説明した通りである。
光源ユニット１Ａによれば、第１の実施形態で説明した作用効果に加えて、ヒートパイプ４内で蒸発し気体になった冷媒の熱を放熱フィン６ｄにて放熱させることができるので、半導体発光素子２を、さらに効率よく冷却できる。
なお、各素子接続基板５と各ヒートパイプ４が放熱部材６の第３の面６ａに接するため、第１の実施形態よりも高い精度で第３の面６ａを成形する必要がある。加工などによる部品形状の誤差を補完するために、素子保持部品３や放熱部材６と、素子接続基板５やヒートパイプ４との間に、弾性を有する熱伝導部材を設けても良い。
本実施形態の光源ユニット１Ａも、前述した投写型表示装置に適用することができる。
【００２９】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態である光源ユニットは、図１及び図２に示した構成と同様であるが、放熱部材６の突出し部６ｃを別部材で構成し、放熱部材６に冷却液流路６ｆを設けた点が、第１及び第２の実施形態と異なる。
図１１Ａ〜図１１Ｃは、第３の実施形態の光源ユニット１Ｂの主要部の構成を示す三面図である。図１１Ａは放熱部材６側から見た場合の平面図、図１１Ｂは正面図、図１１Ｃは側面図である。図１２は、図１１Ｂの一点鎖線Ｄ−Ｄで示した部分の断面図である。図１３Ａは、図１１Ｂの一点鎖線Ｅ−Ｅで示した部分の断面図、図１３Ｂは、図１３Ａの一部を拡大した断面図である。
以下、図１１Ａ〜図１１Ｃ、図１２、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して、光源ユニット１Ｂの主要部の構成を具体的に説明する。
【００３０】
半導体発光素子２、素子保持部材３、ヒートパイプ４及び素子接続基板５は、第１の実施形態で説明した通りである。本実施形態では、放熱部材６は、放熱フィン６ｄを冷却するための冷却液流路６ｆと、冷媒入口６ｇと、冷媒出口６ｈとを有する。冷媒入口６ｇから冷却液流路６ｆ内に冷却液が供給され、冷却液流路６ｆの冷却液が冷媒出口６ｈから排出される。冷却液は、放熱フィン６ｄの各フィンに沿って流れる。
本実施形態では、放熱部材６の突出し部６ｃに代えて、放熱部材６とは別の部材よりなる突出し部６０を備える。
【００３１】
図１４に、突出し部６０を模式的に示す。図１４に示すように、突出し部６０は、半導体発光素子２の列ごとに設けられ、各突出し部６０は、対応する列の半導体発光素子２のそれぞれのリード端子２ｂを収容する複数の開口６０ａを有する。開口６０ａは、半導体発光素子２毎に設けられている。突出し部６０を放熱部材６とは別の部材で形成したことで、突き出し部を放熱部材６の第３の面６ａに一体的に形成するための加工が不要となる。よって、放熱部材６の製造を簡易化し、かつ、突出し部を一体成形した場合とほぼ同等の冷却性能を得られる。
突出し部６０の形状や配置位置は、突出し部６ｃと基本的に同じであり、その作用効果も同じである。
本実施形態の光源ユニット１Ｂも、前述した投写型表示装置に適用することができる。
【００３２】
(第４の実施形態)
本発明の第４の実施形態である光源ユニットは、図１及び図２に示した構成と基本的に同じであるが、ヒートパイプ４に代えて、中空構造の冷却部３０を素子保持部材３に一体的に形成した点が、第１から第３の実施形態と異なる。ここでは、第２の実施形態と異なる点について、詳細に説明する。
図１５Ａ〜図１５Ｃは、第４の実施形態の光源ユニット１Ｃの主要部の構成を示す三面図である。図１５Ａは放熱部材６側から見た場合の平面図、図１５Ｂは正面図、図１５Ｃは側面図である。図１６Ａは、図１５Ｂの一点鎖線Ｆ−Ｆで示した部分の断面図、図１６Ｂは、図１６Ａの一部を拡大した断面図、図１６Ｃは、図１５Ｂの一点鎖線Ｇ−Ｇで示した部分の断面図である。図１７Ａは、放熱部材６側から見た場合の斜視図、図１７Ｂは、図１７Ａに示した構成から冷却液流入部品３１及び冷却液流出部品３２を取り外した状態を示す斜視図、図１７Ｃは、冷却液流入部品３１の斜視図である。
以下、図１５Ａ〜図１５Ｃ、図１６Ａ〜図１６Ｃ及び図１７Ａ〜図１７Ｃを参照して、光源ユニット１Ｃの主要部の構成を具体的に説明する。
【００３３】
冷却液流路６ｆが放熱部材６に設けられ、ヒートパイプ４に代えて、中空構造の冷却部３０が素子保持部材３に一体的に形成されている。冷却液流路６ｆは、第３の実施形態で説明したものと同じであり、冷媒入口６ｇから冷却液流路６ｆ内に冷却液が供給され、冷却液流路６ｆの冷却液が冷媒出口６ｈから排出される。冷却液は、放熱フィン６ｄの各フィンに沿って流れる。
冷却部３０と素子接続基板５は、一定の間隔で交互に配置されている。素子保持部３の第２の面３ｂは、素子接続基板５の一方の面と接する第１の領域と、突出し部である第２の領域とを含み、これら第１及び第２の領域が一定の間隔で交互に設けられている。各第２の領域の突出し部の内部に冷却部３０が設けられている。
各素子接続基板５の他方の面は、放熱部材６の第３の面６ａに設けられた各突出し部６ｃと接する。冷却部３０が設けられた突出し部と突出し部６ｃとは交互に配置されている。
【００３４】
各冷却部３０の一端は冷却液流入部材３１と連結され、各冷却部３０の他端は冷却液流出部材３２と連結されている。冷却液流入部材３１と冷却液流出部材３２は同じ構造のものであり、冷却部３０がそれぞれ連結される複数の開口部３３を備える。図示されていないが、冷却液の循環にはポンプが使用される。ポンプにより送られた冷却液は、冷却液流入部材３１を介して各冷却部３０内に供給される。各冷却部３０内の冷却液は、冷却液流出部材３２を介して排出され、ポンプに戻る。
冷却液が冷却部３０を通過する際に半導体発光素子２から受熱することで、半導体発光素子２を冷却する。冷却液流出部材３２とポンプの間の循環路には、冷却ファンにて送風されることで冷却液の温度を下げるラジエータや、ポンプへの気泡の流入や長期的な揮発による冷却液不足を防止するためのタンクが設けられている。
【００３５】
冷却液流路６と冷却部３０は、同じ循環経路内に設けられてもよく、別々の循環経路に設けられてもよい。
冷却部３０内部に、冷却性能を向上させるための放熱フィンを成形してもよい。冷却液流路６及び冷却部３０のそれぞれの流路内に、冷却液の流れを乱流化させて熱伝達率を向上させる、例えばコイルばねのような乱流促進体を挿入してもよい。
冷却部３０の中空構造部の断面形状は、矩形に限らず、円形など、他の形状でもよい。
各冷却部３０には、冷却液が同時に供給されるが、これに限定されない。各冷却部３０に順に冷却液が送られるような流路であってもよい。
【００３６】
本実施形態の光源ユニット１Ｃも、前述した投写型表示装置に適用することができる。
以上説明した各実施形態の光源ユニットは、本発明の一例であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者が理解し得る変更を適用することができる。
例えば、半導体発光素子２のリード端子２ｂを絶縁チューブで被覆してもよい。これにより、リード端子２ｂが素子保持部品３や放熱部材６などの導電部材と接触して電気的な短絡を生じるといった問題を防止できる。
【００３７】
素子保持部品３の開口３ｃや放熱部材６の突出し部６ｄの開口の内壁に、絶縁層等を設けてもよい。これにより、開口を小さくすることができる。また、開口の形状は、長穴形状であっても、丸穴形状であってもよい。
ヒートパイプ４又は冷却部３０と素子接続基板５とを一定の間隔で交互に設けているが、半導体発光素子２の発熱量や素子温度によっては、ヒートパイプ４又は冷却部３０の一部を間引いてもよい。
半導体発光素子２、素子保持部品３、素子接続基板５、放熱部材６など各部品の熱的に接触する箇所には、熱伝導グリスや熱伝導シートのような接触熱抵抗を低減するための材料を挿入することが望ましい。
各実施形態の光源ユニットの構成を適宜に組み合せてもよい。
【００３８】
本発明によれば、素子接続基板の間の領域に、内部に液体が流れる中空構造の冷却部（ヒートパイプや液冷流路）を設けることで、冷却性能を高めると同時に、半導体発光素子のリード端子が外気に触れないことで、短絡等の発生を抑制する。これにより、冷却性能や部品寿命の観点から、高品位な光源ユニットを提供できる。
本発明は、プロジェクタだけでなく、半導体発光素子を備えた表示装置全般に適用することができ、また、半導体発光素子等の半導体素子を備えた電子機器にも適用することができる。
【００３９】
また、本発明は、以下の付記１〜１６に記載のような形態をとり得るが、これら形態に限定されない。
［付記１］
マトリクス状に配置された複数の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の列毎に設けられ、該列の半導体発光素子それぞれのリード端子と電気的に接続される複数の素子接続基板と、
前記複数の半導体発光素子と前記複数の素子接続基板との間に設けられ、各半導体発光素子のリード端子を個別に貫通させる貫通孔を備えた第１の熱伝導部材と、
前記第１の熱伝導部材とともに前記複数の素子接続基板を挟持する第２の熱伝導部材と、
前記第１の熱伝導部材に接して設けられた中空の冷却部と、を有し、
前記各半導体発光素子のリード端子はそれぞれ前記素子接続基板を貫通し、前記第２の熱伝導部材は、各素子接続基板を貫通した各リード端子を収容する複数の凹部を備える、光源装置。
［付記２］
付記１に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記半導体発光素子の列に沿って設けられた複数の中空管からなる、光源装置。
［付記３］
付記２に記載の光源装置において、
前記第１の熱伝導部材は、前記複数の中空管それぞれの側面に当接される複数の第１の溝部を備える、光源装置。
［付記４］
付記３に記載の光源装置において、
前記第２の熱伝導部材は、前記素子接続基板毎に設けられ、該素子接続基板と接する複数の突出し部を備え、該突出し部に前記複数の凹部が形成されている、光源装置。
［付記５］
付記２から４のいずれか１つに記載の光源装置において、
前記第２の熱伝導部材は、前記複数の中空管それぞれの側面に当接される複数の第２の溝部を備える、光源装置。
［付記６］
付記２から５のいずれか１つに記載の光源装置において、
前記第１の熱伝導部材は、前記複数の半導体発光素子それぞれの底面を保持する受熱面を備え、
前記中空管の前記受熱面に最も近い部分を下端、前記受熱面から最も遠い部分を上端とするとき、前記受熱面に対する前記素子接続基板の高さが、前記中空管の前記下端から前記上端までの高さの範囲内である、光源装置。
［付記７］
付記６に記載の光源装置において、
前記受熱面に対する前記素子接続基板の高さが、前記中空管の中心軸の高さに等しい、光源装置。
［付記８］
付記２から７のいずれか１つに記載の光源装置において、
前記中空管の端部に放熱フィンを備える、光源装置。
［付記９］
付記１に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記第１の熱伝導部材の内部に設けられている、光源装置。
［付記１０］
付記９に記載の光源装置において、
前記冷却部は、前記半導体発光素子の列に沿って設けられた複数の流路を備える、光源装置。
［付記１１］
付記１から１０のいずれか１つに記載の光源装置において、
前記第２の熱伝導部材は、前記半導体発光素子の側とは反対の側に、冷媒が流れる流路を備える、光源装置。
［付記１２］
付記１１に記載の光源装置において、
前記冷却部と前記第２の熱伝導部材の前記流路とに前記冷媒を循環させる冷媒供給部を、さらに有する、光源装置。
［付記１３］
付記１から１２のいずれか１つに記載の光源装置において、
前記素子接続基板は、導電部と、該導電部の両面を挟む絶縁部とで構成され、該絶縁部が、フィルム状の絶縁素材またはセラミックよりなる、光源装置。
［付記１４］
付記１３に記載の光源装置において、
前記素子接続基板は、フレキシブルプリント基板である、光源装置。
［付記１５］
付記１から１４のいずれか１つに記載の光源装置を備えた電子機器。
［付記１６］
付記１から１４のいずれか１つに記載の光源装置と、
入力映像信号に応じて前記光源装置からの光束を変調して画像を表示する表示部と、を有する、表示装置。
【符号の説明】
【００４０】
１  光源ユニット
２  半導体発光素子
２ａ  底面
２ｂ  リード端子
３  素子保持部材
３ａ  第１の面
３ｂ  第２の面
３ｃ  開口
４  ヒートパイプ
５  素子接続基板
６  放熱部材
６ａ  第３の面
６ｂ  第４の面
６ｃ  突出し部
【図１】
2017033779.tif 000003
【図２】
2017033779.tif 000004
【図３Ａ】
2017033779.tif 000005
【図３Ｂ】
2017033779.tif 000006
【図３Ｃ】
2017033779.tif 000007
【図４Ａ】
2017033779.tif 000008
【図４Ｂ】
2017033779.tif 000009
【図４Ｃ】
2017033779.tif 000010
【図５Ａ】
2017033779.tif 000011
【図５Ｂ】
2017033779.tif 000012
【図６Ａ】
2017033779.tif 000013
【図６Ｂ】
2017033779.tif 000014
【図６Ｃ】
2017033779.tif 000015
【図７】
2017033779.tif 000016
【図８Ａ】
2017033779.tif 000017
【図８Ｂ】
2017033779.tif 000018
【図９Ａ】
2017033779.tif 000019
【図９Ｂ】
2017033779.tif 000020
【図９Ｃ】
2017033779.tif 000021
【図１０Ａ】
2017033779.tif 000022
【図１０Ｂ】
2017033779.tif 000023
【図１１Ａ】
2017033779.tif 000024
【図１１Ｂ】
2017033779.tif 000025
【図１１Ｃ】
2017033779.tif 000026
【図１２】
2017033779.tif 000027
【図１３Ａ】
2017033779.tif 000028
【図１３Ｂ】
2017033779.tif 000029
【図１４】
2017033779.tif 000030
【図１５Ａ】
2017033779.tif 000031
【図１５Ｂ】
2017033779.tif 000032
【図１５Ｃ】
2017033779.tif 000033
【図１６Ａ】
2017033779.tif 000034
【図１６Ｂ】
2017033779.tif 000035
【図１６Ｃ】
2017033779.tif 000036
【図１７Ａ】
2017033779.tif 000037
【図１７Ｂ】
2017033779.tif 000038
【図１７Ｃ】
2017033779.tif 000039