(57)【要約】【課題】冷却液をＲ、Ｇ及びＢの各半導体光源に対して循環させる場合に、冷却効率を向上させることができる光源の冷却装置を提供する。【解決手段】冷却液をＲ、Ｇ及びＢの各半導体光源２に対して循環させて冷却する場合に、Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源に対する投入電力による温度上昇により発光効率が低下する温度特性、及び前記Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源の限界温度を考慮した上で、Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源の合成光が所望の色温度になるように電力を投入し、温度上昇が最も高いＧの半導体光源より上流側で、温度上昇が２番目のＲの半導体光源を冷却する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の各半導体光源を冷却液で冷却する光源の冷却装置において、
前記冷却液を前記Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源に対して所定の順番及びエンドレスの循環経路で循環させて冷却する冷却手段と、
前記Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源に対する投入電力による前記Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源の温度上昇により発光効率が低下する温度特性、及び前記Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源の限界温度に応じて、前記Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源の合成光が所望の色温度になるように前記投入電力を投入する電力投入手段とを備えることを特徴とする光源の冷却装置。
【請求項２】
前記冷却手段は、前記循環経路の前記Ｇの半導体光源より上流側で、前記Ｒの半導体光源を冷却するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶投影表示装置などの光源の冷却装置に関し、特にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の各半導体光源の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体光源を用いたプロジェクションシステムでは、必要な明るさを得るためには大電力を半導体光源へ投入しなければならない。しかし、大電力を半導体光源に投入すると、半導体光源の温度上昇を引き起こし、半導体光源の寿命を短くするとともに、明るさの低下を引き起こす。このため、最適な冷却システムが必要である。液冷システムの従来技術としては、下記の特許文献１、２に示されるように各光源を独立して冷却する方法が開示されている。図１０はその構成を示し、光学エンジン１１はその詳細は示されていないが、Ｒ、Ｇ及びＢの３色分の各モノクロ液晶パネルと、各モノクロ液晶パネルにより光変調された映像を合成するプリズムなどの色合成部により構成されている。半導体光源１２はＲ、Ｇ及びＢの３つの独立したカラー光源であり、光学エンジン１１における各モノクロ液晶パネルに対して色合成部の反対側から照明し、結果として光学エンジン１１からカラー映像が出力される。そして、半導体光源１２を構成するＲ、Ｇ及びＢの各光源に対して、ポンプ１３及びラジエータ１４などの独立した冷却システムが設けられている。
【特許文献１】特開２００５−２０２１９５号公報（要約書）
【特許文献２】特開２００４−２８７１９０号公報（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、各光源の発光色別に冷却システムを設けると、各光源に最適な冷却が実現できるが、ポンプ１３及びラジエータ１４など構成部品が多くなり、コストがかかる。また、制御も複雑になる。そこで、１組の冷却システムを用いて冷却液を複数の半導体光源に対して循環させて冷却する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、コストは比較的安価になるが、光源ごとの細かなコントロールが困難である。
ここで、半導体光源の実用上の問題点は以下の通りである。
・半導体デバイスの長寿命化には、極力低温での使用が理想的。
・半導体デバイスは、温度上昇により発光効率が低下する温度特性を有する。
・複数の発光色を合成した場合の所望の色温度を安定して持続するには、各色の発光光束のバランスを保持しなければならない。
これらの問題点は、デバイスごとに分割した場合には実現可能であるが、コスト面から１組の冷却システムでこれらの条件を満たすシステムを実現させなければならない。
【０００４】
本発明は上記の問題点に鑑み、冷却液をＲ、Ｇ及びＢの各半導体光源に対して循環させる場合に、冷却効率を向上させることができる光源の冷却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】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するために、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の各半導体光源を冷却液で冷却する光源の冷却装置において、
前記冷却液を前記Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源に対して所定の順番及びエンドレスの循環経路で循環させて冷却する冷却手段と、
前記Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源に対する投入電力による前記Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源の温度上昇により発光効率が低下する温度特性、及び前記Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源の限界温度に応じて、前記Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源の合成光が所望の色温度になるように前記投入電力を投入する電力投入手段とを備えることを特徴とする。
また、前記冷却手段は、前記循環経路の前記Ｇの半導体光源より上流側で、前記Ｒの半導体光源を冷却するよう構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、冷却液をＲ、Ｇ及びＢの各半導体光源に対して循環させる場合に、Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源に対する投入電力による温度上昇により発光効率が低下する温度特性、及びＲ、Ｇ及びＢの各半導体光源の限界温度を考慮した上で、Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源の合成光が所望の色温度になるように電力を投入するので、冷却効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る光源の冷却装置の第１の実施の形態を示す平面図、図２は図１の冷却装置を示す斜視図である。
【０００８】
図１及び図２において、光学エンジン１はＲ、Ｇ及びＢの３色分のモノクロ液晶パネルと、プリズムなどの色合成部により構成され、半導体光源２はＲ、Ｇ及びＢの３つの独立したカラー光源であり、光学エンジン１における各モノクロ液晶パネルに対し、色合成部の反対側から照明する。そして、半導体光源２を構成するＲ、Ｇ及びＢの３つの独立したカラー光源は３つのヒートシンク５の各々に設けられ、ヒートシンク５の各々はパイプ６により連結されている。冷却液はラジエータ４からポンプ３により、パイプ６及びそれぞれのヒートシンク５に供給され、ラジエータ４に戻る。
【０００９】
（１）所望の色温度とＲＧＢの発光バランスについて
Ｒ、Ｇ及びＢを合成したときの色温度は、Ｒ、Ｇ、Ｂの出力の割合で決まる。一般的には、テレビジョンの場合は９３００Ｋとなっている。仮にＲ、Ｇ及びＢの各半導体光源２の温度特性を無視して、出力割合をＲ：Ｇ：Ｂ＝３：６：１とした場合に必要な投入電力は、図３に示すようになる。このケースでは、Ｇを最大にした場合に最も出力が得られる。ここで、発光効率は一例の値である。
【００１０】
（２）半導体光源の光量と投入電力の関係について
Ｒ、Ｇ及びＢの各半導体光源２の発光効率の違いを無視すると、図３に示すように投入電力に発光効率をかけた値が各色の出力となる。投入電力に対する出力光量の関係を図４に示す。
【００１１】
（３）半導体光源の温度特性について
半導体光源２の特徴として、温度が上昇すると発光効率が低下するという現象がある。温度が上昇する要因は、投入電力による発熱が主である。システムの最大出力を得るには、定格電力を投入したいが、温度上昇による発光効率の低下と色の出力バランスを考慮しなければならない。また、発光効率の低下度合いはデバイスによって違う。個別にヒートシンク５を設けて、熱抵抗を１°Ｃ／Ｗとした場合に、出力バランスを調整すると図５のようになる。図５を参照すると、温度上昇については、Ｇが最も高く（１２０．０°Ｃ）、Ｒが２番目（７０．３°Ｃ）であり、Ｂが最も低い（１５．６°Ｃ）。また、正味出力は１５．２０Ｗとなり、温度特性を無視した場合の出力（図３の２０．０Ｗ）に比べ、２割以上が落ちる計算になる。周囲の温度を一定と考えた場合の投入電力と各色の出力の関係を図６に示す。図６に示す例では、Ｒは温度特性がＧ、Ｂに比べ大きく、また、８０Ｗ以上を投入しても出力が向上しなくなる。
【００１２】
従来のようなヒートシンクは、ＲＧＢを独立して冷却するため、相互に温度が影響することは考えない。本発明では、液冷で、かつ１つの流路で３色を冷やすので、仮にＲ→Ｇ→Ｂの順番で冷やすとすると、Ｒはラジエータ４からの最も冷たい冷却液で冷やすことになる。Ｇは、Ｒを冷却して少し温度が高い冷却液で冷やすことになる。ＢはさらにＧの冷却分を上昇した冷却液で冷やすことになる。このため、冷却の順番も考慮しなければいけない。
【００１３】
発明者が検討しているラジエータ４と、ヒートシンク５とポンプ３の仕様を図７に示す。定格電力を投入した場合、冷却の順番によっては、水温の関係で最大１２°Ｃの温度差が生じることになる。そこで、冷却液の温度上昇を考慮して、冷却の順番で出力がどの程度変化するかを検証した。ただし、発光効率と定格電力から計算した出力を２０Ｗとした。図８は温度上昇を考慮した出力を冷却順ごとに示す。冷却順の組み合わせは３×２×１の６通りであるが、出力光量には殆ど差異はない。
【００１４】
図９は各デバイスの限界温度（Ｒ＜８０°Ｃ、Ｂ，Ｇ＜１２０°Ｃ）を考慮した出力を冷却順ごとに示す。ここで、各デバイスには、寿命との関係で上限値が決まっている。温度を考慮すると、Ｒ→Ｇ→Ｂの場合に最大光量（１６．６１Ｗ）となり、Ｂ→Ｒ→Ｇの場合に２番目の光量（１６．５２Ｗ）となるが、３番目の光量となるＧ→Ｒ→Ｂの場合に１５．６７Ｗとなる。冷却順により最大５％以上の出力の差が生じ、このとき、温度上昇が最も高いＧよりも前に、温度上昇が２番目のＲを冷却する組み合わせ（Ｒ→Ｇ→Ｂ、Ｂ→Ｒ→Ｇ）の場合に、出力が高いことが分かる。
【００１５】
上述の実施例では、透過型の液晶パネルを用いて説明したが、反射型液晶パネル、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）等、他の種類の空間光変調素子を用いたプロジェクタに適用した構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る光源の冷却装置の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１の冷却装置を示す斜視図である。
【図３】図１のＲ、Ｇ及びＢの各半導体光源の投入電力を示す説明図である。
【図４】投入電力に対する出力光量を説明するためのグラフである。
【図５】図１のＲ、Ｇ及びＢの各半導体光源の出力バランスを示す説明図である。
【図６】図１のＲ、Ｇ及びＢの各半導体光源の投入電力に対する出力光量を説明するためのグラフである。
【図７】図１のラジエータとヒートシンクとポンプの仕様を示す説明図である。
【図８】温度上昇を考慮した出力を冷却順ごとに示す説明図である。
【図９】各半導体光源の限界温度を考慮した出力を冷却順ごとに示す説明図である。
【図１０】従来の光源の冷却装置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  光学エンジン
２  半導体光源
３  ポンプ
４  ラジエータ
５  ヒートシンク
６  パイプ
【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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