JP2005149943A - Light source device and projector using this - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置、並びに、これら光源装置及び液晶表示パネル等の光変調装置を用いて画像を投射するプロジェクタに関する。 The present invention relates to a light source device and a projector that projects an image using a light modulation device such as the light source device and a liquid crystal display panel.
プロジェクタ中の液晶表示パネルの照明装置として、液晶表示パネルに対面させて面状発光型のEL素子を配置し、このEL素子を背面から冷却するものが存在する(特許文献1参照)。ここで、EL素子は、層状のヒートシンクを介して平板状の電子冷却素子に接続されており、発光中一定の温度に冷却される。
しかしながら、上記照明装置において、EL素子に代えて高輝度のチップ状のLED素子を用いようとした場合、高輝度で均一な照明が必ずしも容易でない。また、EL素子から射出される照明光の光量を調節する際にはEL素子への供給電流を調節することになるが、このような電流制御では非線形な光量変化が生じ制御が容易でない。 However, in the above illumination device, when a high-luminance chip-like LED element is used instead of the EL element, uniform illumination with high luminance is not always easy. Further, when adjusting the amount of illumination light emitted from the EL element, the supply current to the EL element is adjusted. However, such current control causes a non-linear change in the amount of light and is not easy to control.
そこで、本発明は、LED素子を用いて高輝度で均一な照明を安定して行うことができる光源装置、さらには、これを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a light source device capable of stably performing high-intensity and uniform illumination using an LED element, and a projector using the same.
また、本発明は、発光量を簡易かつ精密に制御することができる光源装置及びこれを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a light source device capable of easily and precisely controlling the light emission amount and a projector using the same.
上記課題を解決するため、本発明に係る光源装置は、(a)複数のLED素子と、(b)複数のLED素子を一方側で支持するとともに、複数のLED素子からの熱を他方側に伝達する熱伝導部材と、(c)熱伝導部材の他方側に接続されて当該熱伝導手段の他方側を冷却する単一のペルチエ素子とを備える。 In order to solve the above problems, a light source device according to the present invention supports (a) a plurality of LED elements, and (b) a plurality of LED elements on one side, and heat from the plurality of LED elements on the other side. And (c) a single Peltier element that is connected to the other side of the heat conducting member and cools the other side of the heat conducting means.
上記光源装置によれば、複数のLED素子を熱伝導部材の一方側で支持しこの熱伝導部材の他方側を単一のペルチエ素子で冷却するので、複数のLED素子によって高輝度の照明光を得ることができ、さらに、これらLED素子を単一のペルチエ素子によって温度管理しつつ安定して動作させることができる。この際、単一のペルチエ素子を用いるので、これらLED素子間の温度差を熱伝導手段との協動によって低減することができる。 According to the light source device, a plurality of LED elements are supported on one side of the heat conducting member, and the other side of the heat conducting member is cooled by a single Peltier element. Moreover, these LED elements can be stably operated while temperature-controlled by a single Peltier element. At this time, since a single Peltier element is used, the temperature difference between these LED elements can be reduced by cooperation with the heat conducting means.
上記発明の具体的な態様では、上述の光源装置において、複数のLED素子と、熱伝導部材と、ペルチエ素子とが、パッケージ中に埋め込まれている。この場合、LED素子等からなる発光部とペルチエ素子等の冷却部とを一体的なユニットとして扱うことができ、このようなユニットごと回路基板等に実装することができる。 In a specific aspect of the invention, in the light source device described above, a plurality of LED elements, a heat conductive member, and a Peltier element are embedded in a package. In this case, the light emitting unit made up of LED elements and the like and the cooling unit such as Peltier elements can be handled as an integral unit, and such a unit can be mounted on a circuit board or the like.
また、上記発明の別の具体的な態様では、複数のLED素子が、同一色の光源光を発生する。この場合、特定色の発光輝度を高めた光源装置を提供することができる。 In another specific aspect of the invention, the plurality of LED elements generate light sources having the same color. In this case, it is possible to provide a light source device that increases the light emission luminance of a specific color.
また、上記発明のさらに別の具体的な態様では、複数のLED素子が、異なる色の光源光を発生する。この場合、複数色の発光輝度を高めた光源装置(例えば白色光源装置)を提供することができる。 In still another specific aspect of the invention, the plurality of LED elements generate light sources of different colors. In this case, it is possible to provide a light source device (for example, a white light source device) in which the emission luminance of a plurality of colors is increased.
また、上記発明のさらに別の具体的な態様では、熱伝導部材が、ミラーを兼ねるヒートスラグである。この場合、複数のLED素子からの発熱をヒートスラグに吸収させつつ後方への射出光をヒートスラグによって正面側に折り返すことができ、LED素子からの照明光の効率的利用とLED素子の効率的冷却とを達成することができる。 In still another specific aspect of the invention, the heat conducting member is a heat slug that also serves as a mirror. In this case, the heat emitted from the plurality of LED elements can be absorbed by the heat slag, and the light emitted backward can be turned back to the front side by the heat slag, so that the illumination light from the LED elements can be efficiently used and the LED elements can be efficiently used. Cooling and can be achieved.
また、上記発明のさらに別の具体的な態様では、ペルチエ素子による冷却動作を調整することによって複数のLED素子の発光輝度を制御する補助駆動回路をさらに備える。この場合、補助駆動回路によってLED素子のジャンクション温度が調節されるが、LED素子のジャンクション温度を介してのLED素子の発光輝度の制御は比較的安定しており比較的線形であるので、複数のLED素子の発光輝度の制御が精密なものとなる。 According to still another specific aspect of the present invention, an auxiliary drive circuit that controls the light emission luminance of the plurality of LED elements by adjusting the cooling operation by the Peltier element is further provided. In this case, the junction temperature of the LED element is adjusted by the auxiliary drive circuit, but the control of the light emission luminance of the LED element via the junction temperature of the LED element is relatively stable and relatively linear. The control of the light emission luminance of the LED element becomes precise.
また、上記発明のさらに別の具体的な態様では、複数のLED素子の発光輝度を監視するとともに、当該発光輝度を補助駆動回路にフィードバックする。この場合、フィードバック制御によってより精密な光量制御が可能になる。 In still another specific aspect of the invention, the light emission luminance of the plurality of LED elements is monitored and the light emission luminance is fed back to the auxiliary drive circuit. In this case, more precise light quantity control is possible by feedback control.
また、本発明に係る第1のプロジェクタは、(a)照明光を射出する請求項1から請求項7のいずれか一項記載の光源装置と、(b)光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、(c)光変調装置からの像光を投射する投射光学系とを備える。 The first projector according to the present invention is illuminated by (a) the light source device according to any one of claims 1 to 7 that emits illumination light, and (b) illumination light from the light source device. And (c) a projection optical system that projects image light from the light modulation device.
上記第1のプロジェクタでは、上述のような特徴を有する本発明の光源装置を用いているので、複数のLED素子からの高輝度の照明光を効率的に利用して、光変調装置を明るく安定した照明光で照明することができ、高輝度で高画質の画像を投射することができる。 In the first projector, since the light source device of the present invention having the above-described features is used, the light modulation device can be made bright and stable by efficiently using high-intensity illumination light from a plurality of LED elements. It is possible to illuminate with the illuminating light, and to project an image with high brightness and high image quality.
また、本発明に係る第2のプロジェクタは、(a)各色の照明光をそれぞれ射出する請求項1から請求項7のいずれか一項記載の各色ごとの光源装置と、(b)各色の照明光によってそれぞれ照明される各色の光変調装置と、(c)各色の光変調装置からの各色の像光を合成して射出させる光合成部材と、(d)光合成部材を経た像光を投射する投射光学系とを備える。 The second projector according to the present invention includes: (a) a light source device for each color according to any one of claims 1 to 7 that emits illumination light of each color; and (b) illumination for each color. A light modulating device for each color illuminated by light, (c) a light combining member for combining and emitting image light of each color from each light modulating device, and (d) a projection for projecting image light that has passed through the light combining member And an optical system.
上記第2のプロジェクタでも、上述のような特徴を有する本発明の光源装置を用いているので、複数のLED素子からの高輝度の照明光を効率的に利用して、光変調装置を明るく安定した照明光で照明することができ、高輝度で高画質のカラー画像を投射することができる。 Since the second projector also uses the light source device of the present invention having the above-described features, the light modulation device can be brightly and stably used by efficiently using high-intensity illumination light from a plurality of LED elements. The illumination light can be illuminated, and a color image with high brightness and high image quality can be projected.
〔第1実施形態〕
図1(a)及び(b)は、本発明の第1実施形態に係る光源装置の主要部すなわち発光ユニットの構造を示す側方断面図及び平面図である。
[First Embodiment]
FIGS. 1A and 1B are a side sectional view and a plan view showing the structure of a main part, that is, a light emitting unit of a light source device according to a first embodiment of the present invention.
図示の発光ユニット11は、発光源である3つのLED素子12a,12b,12cと、これら3つのLED素子12a,12b,12cを上面13aで支持するヒート・スラグ13と、このヒート・スラグ13の下面13bに接続される単一のペルチエ素子14とを備える。このうち、LED素子12a,12b,12cとヒート・スラグ13の上部とは、透明なプラスチックモールド15によって全体が覆われてシールされており、ヒート・スラグ13の下部とペルチエ素子14の側部とは、不透明なプラスチックモールド16に覆われている。
The illustrated
各LED素子12a,12b,12cは、ディスクリートな発光素子をそれぞれ単独で形成した同一構造を有する半導体チップであり、それぞれが同一の波長の光源光、例えば赤色光を発生する。このような光源光は、プラスチックモールド15を経て正面方向に射出される。各LED素子12a,12b,12cのチップ上から引出された配線L1は、カソード配線L2やアノード配線L3に結線される。これらのカソード配線L2やアノード配線L3は、ヒート・スラグ13の上面13aに適宜貼り付けられて、プラスチックモールド15の下部側面から外部に引出される。
Each of the
ヒート・スラグ13は、円板状の外形を有するアルミ材等からなる熱伝導部材である。ヒート・スラグ13は、エポキシ樹脂等からなる接着層ADを利用して、その上面13aにLED素子12a,12b,12cを固定することによって、これらLED素子12a,12b,12cを適当な配置で支持する。ヒート・スラグ13の上面13aは、凹面の反射面になっており、各LED素子12a,12b,12cから後方側に射出した光源光は、正面側に反射される。
The
ペルチエ素子14は、パッケージに封入された単体の冷却ユニットであり、ペルチエ効果を利用した冷却モジュールを内蔵する。このペルチエ素子14の上面14aは冷却面になっており、下面14bは放熱面になる。ペルチエ素子14の上面14aとヒート・スラグ13との間には、銀ペーストやシリコーンからなる接合層17が形成されており、ヒート・スラグ13からの熱をペルチエ素子14側に伝達させここで吸収できるようになっている。ペルチエ素子14の平坦な下面14b側には、全面に亘って熱接合電極14dが形成されている。この熱接合電極14dは、適当な加熱によって、配線基板PB上に設けた熱接合電極18aに密着して接合される。これにより、ペルチエ素子14の下面14b側に発生する熱を配線基板PBに放出することができる。なお、この配線基板PB上には、配線パターン18c,18dも形成されており、ペルチエ素子14から引出された一対の配線L5,L6が接続される。
The Peltier
以上のような発光ユニット11によれば、3つの同一色のLED素子12a,12b,12cから射出される光源光の合成によって高い輝度の照明光をプラスチックモールド15の前方に射出させることができる。この際、ヒート・スラグ13の上面13aに3つのLED素子12a,12b,12cを支持するので、これらLED素子12a,12b,12cから発生した熱をヒート・スラグ13側に迅速に移動させることができる。さらに、ヒート・スラグ13の下面13bにペルチエ素子14を接着しているので、ヒート・スラグ13に移動した熱をペルチエ素子14で吸収して配線基板PB側に放出することができる。これにより、ヒート・スラグ13の温度を例えば一定に保つことができ、さらに、各LED素子12a,12b,12cにおけるジャンクション温度を一定に保つことができるので、各LED素子12a,12b,12cを安定した状態で発光させることができる。なお、ヒート・スラグ13に温度センサを埋め込むならば、温度センサの出力を利用したフィードバック制御によってヒート・スラグ13延いては各LED素子12a,12b,12cの温度を一定に保つことができる。
According to the
図2は、図1に示す発光ユニット11とこれを動作させるための回路とからなる光源装置を説明するブロック図である。まず、LED素子12a,12b,12cは、直列に接続されて定電流源61からの電力の供給を受けており、各LED素子12a,12b,12cには一定の電流が流れる。つまり、各LED素子12a,12b,12cは、同一の電流で駆動されてほぼ等しく発光する。また、ペルチエ素子14は、補助駆動回路として動作する可変電圧型のペルチエ素子用電源62に接続されており、このペルチエ素子14には目的とする冷却動作に必要な電圧が印加される。ペルチエ素子14によって冷却されるLED素子12a,12b,12cから射出した光源光SLは、図1に示す発光ユニット11の正面方向であって光路を遮らない脇位置に配置された輝度センサ63で監視される。この輝度センサ63は、フォトダイオード等からなり、LED素子12a,12b,12cから射出される光源光をその輝度に応じて電流信号を発生する。輝度センサ63の出力は、アンプ64で適度に増幅されて電圧信号に変換され、ペルチエ素子用電源62のコントロール端子T1に入力される。ペルチエ素子用電源62では、コントロール端子T1への入力信号を予め定めた所定値と比較して、入力信号が所定値よりも大きい場合は、輝度過剰としてペルチエ素子用電源62への供給電圧を適宜低下させる。これにより、ペルチエ素子14の冷却効率が下がり、各LED素子12a,12b,12cの温度が上昇するので、各LED素子12a,12b,12cの発光輝度が低下する。一方、入力信号が所定値よりも小さい場合は、輝度過小としてペルチエ素子用電源62への供給電圧を適宜上昇させる。これにより、ペルチエ素子14の冷却効率が上がり、各LED素子12a,12b,12cの温度が低下するので、各LED素子12a,12b,12cの発光輝度が増加する。以上の説明において、輝度センサ63、アンプ64、及びペルチエ素子用電源62の一部は、各LED素子12a,12b,12cの発光輝度を制御するためのフィードバック手段を構成する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a light source device including the
具体的に説明すると、各LED素子12a,12b,12cが例えばG光の場合、そのジャンクション温度が20℃変化すると、発光輝度が10%程度変化する。また、各LED素子12a,12b,12cが例えばR光の場合、そのジャンクション温度が20℃変化すると、発光輝度が15%程度変化する。ただし、各LED素子12a,12b,12cが例えばB光の場合、そのジャンクション温度が20℃変化しても、発光輝度はほとんど変化しない。つまり、ペルチエ素子用電源62を用いた輝度制御は、G光やR光の輝度制御に適する。
More specifically, when each of the
なお、発光ユニット11の発光輝度を強制的に変更したい場合、ペルチエ素子用電源62にプログラムされる所定値、すなわちコントロール端子T1に入力される入力信号の基準値を変更すればよい。また、以上の説明では、各LED素子12a,12b,12cを定電流源61に直列に接続しているが、これらを並列に定電流源61に接続することもできる。
When it is desired to forcibly change the light emission luminance of the
また以上の説明では、ペルチエ素子用電源62に対して輝度センサ63の出力をフィードバックしているが、定電流源61に対して輝度センサ63の出力をフィードバックすることもできる。例えば発光輝度の温度依存性が少ないB光の場合、輝度制御が比較的容易になる。
In the above description, the output of the
〔第2実施形態〕
図3は、第2実施形態のプロジェクタを説明するブロック図である。本実施形態のプロジェクタは、図1及び図2に示す光源装置を組み込んだ装置である。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a block diagram illustrating the projector according to the second embodiment. The projector according to the present embodiment is an apparatus in which the light source device shown in FIGS. 1 and 2 is incorporated.
このプロジェクタ10は、照明装置20と、光変調装置30と、投射レンズ40と、制御装置50とを備える。ここで、照明装置20は、各色の照明ユニットとして、G光照明装置21と、B光照明装置23と、R光照明装置25とを有するとともに、これらを駆動するための光源駆動装置27を備える。また、光変調装置30は、空間光変調装置である3つの液晶ライトバルブ31,33,35と、光合成部材であるクロスダイクロイックプリズム37と、各液晶ライトバルブ31,33,35に駆動信号を出力する素子駆動装置38とを有する。
The
照明装置20において、G光照明装置21は、G光用光源ユニット21aと、ロッドインテグレータ21bとを備える。このうち、G光用光源ユニット21aは、図1に示す発光ユニット11と同様の構造を有する発光ユニット11Gを配線基板21g上に取り付けたものからなり、ミラーやレンズエレメント等からなる集光用光学部材21hを正面側に有している。この場合、発光ユニット11Gは、3原色のうち緑(G)の範疇に含まれるG光を発生する。発光ユニット11Gから取り出されたG光、つまり第1光源光LGは、集光用光学部材21h及びロッドインテグレータ21bを経た後、光変調装置30のうちG光用の液晶ライトバルブ31に入射する。これにより、液晶ライトバルブ31上の被照射領域がG光によって均一に照明される。
In the
B光照明装置23は、B光用光源ユニット23aと、ロッドインテグレータ23bとを備える。このうち、B光用光源ユニット23aは、図1に示す発光ユニット11と同様の構造を有する発光ユニット11Bを配線基板23g上に取り付けたものからなり、ミラーやレンズエレメント等からなる集光用光学部材23hを正面側に有している。この場合、発光ユニット11Bは、3原色のうち青(B)の範疇に含まれるB光を発生する。発光ユニット11Bから取り出されたB光、つまり第2光源光LBは、集光用光学部材23h及びロッドインテグレータ23bを経た後、光変調装置30のうちB光用の液晶ライトバルブ33に入射する。これにより、液晶ライトバルブ33上の被照射領域がB光によって均一に照明される。
The B
R光照明装置25は、R光用光源ユニット25aと、ロッドインテグレータ25bとを備える。このうち、R光用光源ユニット25aは、図1に示す発光ユニット11と同様の構造を有する発光ユニット11Rを配線基板25g上に取り付けたものからなり、ミラーやレンズエレメント等からなる集光用光学部材25hを正面側に有している。この場合、発光ユニット11Rは、3原色のうち赤(R)の範疇に含まれるR光を発生する。発光ユニット11Rから取り出されたR光、つまり第3光源光LRは、集光用光学部材25h及びロッドインテグレータ25bを経た後、光変調装置30のうちR光用の液晶ライトバルブ35に入射する。これにより、液晶ライトバルブ35上の被照射領域がR光によって均一に照明される。
The R
なお、以上では説明を省略したが、照明装置20を構成する光源駆動装置27中には、図2に示す定電流源61、ペルチエ素子用電源62、輝度センサ63等と同様の回路或いはこれを変形した回路が各色ごとに組み込まれており、各色の光源光LG,LB,LRが安定した所望の輝度となるように制御される。
Although not described above, in the light
光変調装置30において、各液晶ライトバルブ31,33,35は、それぞれに入射した各色光照明装置21,23,25からの照明光を2次元空間的に変調して各色の像光を形成する。なお、各液晶ライトバルブ31,33,35を通過した各色の像光は、クロスダイクロイックプリズム37で合成されて、その一側面から射出される。クロスダイクロイックプリズム37から射出された合成光の像は、投射光学系である投射レンズ40に入射してスクリーン(不図示)に適当な拡大率で投影される。つまり、プロジェクタ10によって、各液晶ライトバルブ31,33,35に形成された各色G,B,Rの画像を合成したカラー画像が、動画又は静止画としてスクリーン上に投射される。なお、図示を省略しているが、各液晶ライトバルブ31,33,35の周辺の適所には、これらの液晶ライトバルブ31,33,35を偏光光で照明し読み出すため、偏光板が配置されている。
In the
制御装置50は、光源駆動装置27に制御信号を出力して、各色光照明装置21,23,25に設けた第1〜第3光源ユニット21a,23a,25aを構成する各発光ユニット11G,11B,11Rをカラー画像の投射に対応する適当なタイミングで発光させる。また、制御装置50は、素子駆動装置38に制御信号を出力して、各液晶ライトバルブ31,33,35に投射画像の輝度に対応する2次元的な偏光特性分布を形成する。
The
以下、図1に示すプロジェクタ10の動作について説明する。照明装置20に設けたGBR光照明装置21,23,25からの各色の照明光は、対応する液晶ライトバルブ31,33,35にそれぞれ入射する。各液晶ライトバルブ31,33,35は、外部からの画像信号に応じて動作する素子駆動装置38によって変調されて2次元的屈折率分布を有しており、各色の照明光を2次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶ライトバルブ31,33,35で変調された照明光すなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム37で合成された後に投射光学系である投射レンズ40に入射してスクリーンに投影される。この場合、各色光照明装置21,23,25において図1に示すような構造の発光ユニット11G,11B,11Rを用いて図2示すような回路で制御を行なうので、安定した輝度で各色の照明光を発生させることができ、高輝度でありながら安定した良好なホワイトバランスのカラー画像をスクリーン上に形成することができる。
Hereinafter, the operation of the
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、発光ユニット11,11G,11B,11Rに組み込まれるLED素子の個数は、2以上の任意の数とすることができる。この場合、LED素子の配列は光軸を中心として均等に配列することが望ましい。
As described above, the present invention has been described according to the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the number of LED elements incorporated in the
また、上記実施形態では、3つの液晶ライトバルブ25a〜25cをRGBの各色で照明しているが、単一の液晶ライトバルブ等であって各画素にRGBのフィルタを配列したタイプのカラー表示パネルを白色光源で照明する場合にも、図1等に示す発光ユニット11を用いることができる。この場合、各LED素子12a,12b,12cをGBRの各色で発光させる。
In the above embodiment, the three liquid
10…プロジェクタ、 11,11G,11B,11R…発光ユニット、 12a,12b,12c…LED素子、 13…ヒート・スラグ、 14…ペルチエ素子、 15,16…プラスチックモールド、 20…照明装置、 21,23,25…各色光照明装置、 21a,23a,25a…光源ユニット、 27…光源駆動装置、 30…光変調装置、 31,33,35…液晶ライトバルブ、 37…クロスダイクロイックプリズム、 40…投射レンズ、 61…定電流源、 62…ペルチエ素子用電源、 63…輝度センサ、 64…アンプ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記複数のLED素子を一方側で支持するとともに、前記複数のLED素子からの熱を他方側に伝達する熱伝導部材と、
前記熱伝導部材の他方側に接続されて当該熱伝導手段の他方側を冷却する単一のペルチエ素子と
を備える光源装置。 A plurality of LED elements;
While supporting the plurality of LED elements on one side, a heat conducting member that transmits heat from the plurality of LED elements to the other side,
A light source device comprising: a single Peltier element connected to the other side of the heat conducting member and cooling the other side of the heat conducting means.
前記光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、
前記光変調装置からの像光を投射する投射光学系と
を備えるプロジェクタ。 The light source device according to any one of claims 1 to 7, which emits illumination light;
A light modulation device illuminated by illumination light from the light source device;
A projector comprising: a projection optical system that projects image light from the light modulation device.
各色の照明光によってそれぞれ照明される各色の光変調装置と、
前記各色の光変調装置からの各色の像光を合成して射出させる光合成部材と、
前記光合成部材を経た像光を投射する投射光学系と
を備えるプロジェクタ。
The light source device for each color according to any one of claims 1 to 7, wherein each color illumination light is emitted.
A light modulation device for each color illuminated by each color illumination light;
A light combining member that combines and emits image light of each color from the light modulation device of each color;
A projector comprising: a projection optical system that projects image light that has passed through the light combining member.
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