JP2006251149A - 照明装置及び投写型画像表示装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易且つコンパクトな構造であって効率良くＬＥＤが冷却される照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１８を、白色ＬＥＤ２５、実装基板２６、凸レンズ２７、基体２８から構成する。白色ＬＥＤ２５のＬＥＤチップは、実装基板２６上に設けられた伝熱部材上に配置する。実装基板２６、基体２８、及び伝熱部材は、熱伝導率の高い材料で形成されている。ＬＥＤチップが発熱すると、この熱が伝熱部材を介して実装基板２６へと伝達されて実装基板２６の後面から空気中へ放射される。また、実装基板２６へ伝達された熱の一部は基体２８へと伝達され、基体２８の外周面から空気中へ放射される。この照明装置１８は、投写型プロジェクタに用いられる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、照明装置及び投写型画像表示装置に関する。

スクリーンに画像光を投映させてスクリーン上に画像を表示する投写型プロジェクタとして、液晶パネルを用いるものや、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いるものが知られている。液晶パネルを用いた投写型プロジェクタでは、照明光を液晶パネルに透過または反射させて画像光とし、この画像光をスクリーン上に投映させる。ＤＭＤを用いた投写型プロジェクタでは、照明光をＤＭＤに反射させて画像光とし、この画像光をスクリーン上に投映させる。

投写型プロジェクタには、照明光を照射する照明装置が備えらえている。照明光には、高輝度で均一な光を用いることが好ましい。従来では、照明装置の光源として、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の高輝度放電ランプを用いるのが一般的であった。しかし、照明装置の光源に高輝度放電ランプを用いると、高輝度な照明光を照射することができる反面、装置が大型化するという問題があった。

そこで、照明装置の光源に小型軽量な発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）を用いることが提案されている。しかし、ＬＥＤを実用的な輝度で用いるとき、ＬＥＤの発熱量が無視できない量となることがわかってきた。ＬＥＤが発熱すると、ＬＥＤの寿命が短くなり、ＬＥＤの特性が変化してしまう。そこで、ＬＥＤを冷却する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１では、複数のＬＥＤを実装した基板に、通風用の貫通孔を形成して放熱効率を上げることが提案されている。
特開２００４−９５６５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、基板に貫通孔を形成するため、基板上の配線が複雑化して製造コストが上昇してしまう。また、基板上の実装密度が低下してしまう。

本発明では、簡易且つコンパクトな構造であって効率良くＬＥＤを冷却することができる照明装置及び投写型画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、発光ダイオードと、前記発光ダイオードが実装され熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である実装基板と、前記実装基板を支持する金属製の基体とを備えることを特徴とする。

前記基体は中空体であって、この中空体には、前記発光ダイオードの光が中空部を通過するようにして前記実装基板が中空体の軸線に対して略直角に設けられるとともに、前記発光ダイオードの光を集光して外部に照射する凸レンズが組み込まれていることが好ましい。

照明装置に離間するとともに実装基板の背面に対向して送風装置が設置され、この送風装置によって基体の外周面及び実装基板の背面の周囲に気流を生じさせることが好ましい。また、前記基体の外周面にはフィンが設けられることが好ましい。

上記の照明装置は、スクリーンに画像を表示する投写型画像表示装置に用いることが好ましい。

本発明の照明装置は、発光ダイオードと、発光ダイオードが実装され熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である実装基板と、実装基板を支持する金属製の基体とを備えるので、発光ダイオードの熱は実装基板及び基体へと伝達され、この熱は実装基板及び基体から空気中へ放射される。これにより、発光ダイオードは冷却され、高い温度となることがないため、発光ダイオードの特性が変化したり寿命が短くなったりすることを防ぐことができる。

基体を中空体とし、この中空体に、発光ダイオードの光が中空部を通過するようにして実装基板を中空体の軸線に対して略直角に設けるとともに、発光ダイオードの光を集光して外部に照射する凸レンズを組み込むので、発光ダイオードの光は集光されて効率的に照射される。

上記の照明装置を、スクリーンに画像を表示する投写型画像表示装置に用いれば、照明装置は簡易且つコンパクトな構造であるので、投写型画像表示装置もコンパクトな構造とすることができる。

図１に示すように、液晶プロジェクタ２は、照明光を照射する照明光学系３、照明光の照射方向を変化させるミラー４〜８、ダイクロイックミラー９，１０、液晶パネル１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ、ダイクロイックプリズム１３、投写レンズ１４から構成されている。

照明光学系３は、照明装置１８、インテグレータレンズ１９，２０、偏光変換光学系２１から構成される。詳細を後述する照明装置１８からは、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）を含む白色光が平行光として下流側に照射される。インテグレータレンズ１９，２０は、照明装置１８の下流側に配置され、照明装置１８から照射された照明光を均一化する。偏光変換光学系２１は、インテグレータレンズ１９，２０の下流側に配置され、照明光の偏光方向を揃える。なお、照明装置１８の近傍には、詳細を後述する送風装置４３が配置されている。この送風装置４３は、照明装置１８を冷却する際に用いられるものである。

照明光学系３からの白色の照明光は、ミラー４，５に反射した後、ダイクロイックミラー９に照射される。ダイクロイックミラー９は、Ｒ光のみを透過する。Ｒ光はミラー６に反射した後、Ｒ画像に対応した液晶パネル１２Ｒに照射される。ダイクロイックミラー９に反射したＧ光及びＢ光は、ダイクロイックミラー１０に照射される。ダイクロイックミラー１０は、Ｂ光のみを透過する。Ｂ光は、ミラー７，８に反射した後、Ｂ画像に対応した液晶パネル１２Ｂに照射される。ダイクロイックミラー１０に反射したＧ光は、Ｇ画像に対応した液晶パネル１２Ｇに照射される。

各液晶パネル１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、透明な２枚の板の間に液晶と偏光フィルムを挟んだ素子でできている。各液晶パネル１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、直線偏光した光の偏光方向を変えることで画素毎の透過率を変えて、各色光を各色画像光とする。各色画像光は、ダイクロイックプリズム１３で合成され、投写レンズ１４を経て外部に設けられたスクリーン１５に投映される。

図２の照明装置１８の断面図（光軸に沿って上下方向に切断したときの断面図）に示すように、照明装置１８は、発光ダイオード２５（以下、ＬＥＤ２５）、ＬＥＤ２５が実装される実装基板２６、凸レンズ２７、実装基板２６及び凸レンズ２７を保持する基体２８とから構成される。

図３に示すように、ＬＥＤ２５は、白色光を発するＬＥＤチップ２９と、このＬＥＤチップ２９に接続されている正負のリード電極３０，３１と、ＬＥＤチップ２９を覆う保護キャップ３２と、伝熱部材３３とから構成されている。ＬＥＤチップ２９は、伝熱部材３３上に密着して配置される。各リード電極３０、３１は、ＬＥＤ２５が実装基板２６に実装されるときに、実装基板２６上に形成されたパターン３４、３５にそれぞれ接続される。保護キャップ３２は、透明樹脂を材料としており、中央に向かうにつれて厚みが厚くされている。これにより、保護キャップ３２は、凸レンズの役割も果たし、ＬＥＤチップ２９から発される光を集光して保護キャップ３２外へ照射する。

伝熱部材３３には、熱伝導率が高い材料が用いられる。伝熱部材３３の材料には、金属、樹脂、セラミックスなどが用いられる。なお、この伝熱部材３３の材料に金属を用いる場合には、伝熱部材３３に電気が流れるのを防止するため、境界に絶縁膜を形成する。伝熱部材３３は、ＬＥＤ２５が実装基板２６に実装されるときに、実装基板２６の上面に密着するように配置される。伝熱部材３３は、ＬＥＤチップ２９の熱を実装基板２６へと伝達させる。

実装基板２６には、熱伝導率が高い材料、好ましくは５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが用いられる。実装基板２６の材料には、樹脂やセラミックスが用いられる。実装基板２６は矩形状（図４参照）に形成されており、図２に示すように、基体２８の後面にネジ３６を用いて固定されている。実装基板２６は、略角筒状に形成された基体２８の軸線２４に直角となるように設けられている。基体２８の後面と実装基板２６の周部前面とは密着している。

基体２８は、略角筒状に形成され、断面矩形の中空部４０を有している。ただし、中空部４０の前部４０ａ（図中、左端部）は、凸レンズ２７を組み込むために断面が円形とされている。凸レンズ２７の後面には基体２８の段部２８ａが接し、凸レンズ２７の前面にはゴム製の押えリング４１が接しており、この段部２８と押えリング４１とによって凸レンズ２７が位置決めされる。凸レンズ２７は、ＬＥＤ２５から発された光を集光して平行光として出射する。なお、凸レンズ２７の光軸は、基体２８の軸線２４と平行である。

図４に示すように、基体２８の両側面にはフィン４２が設けられている。また、照明装置１８の実装基板２６側（後面側）には、送風装置４３が設置されている。送風装置４３は、ファン４４と、ファン４４を支持する支持台４５とから構成される。支持台４５には、ファン４４を回転駆動させる駆動機構が設けられている。送風装置４３は、送風装置４３の前方の空気を後方へと送る。これにより、実装基板２６の背面及び基体２８の外周面の周囲に気流が生じ、実装基板２６及び基体２８から放射された熱により熱せられた空気は送風装置４３の後方へと送られ、実装基板２６及び基体２８が冷却される。なお、送風装置４３からの風を照明装置１８へ吹き付けるようにしてもよい。

以下、上記構成による作用について説明する。液晶プロジェクタ２の電源がオンにされると、照明装置１８の電源がオンにされる。照明装置１８のＬＥＤチップ２９から白色の照明光が発せられると、この照明光が保護キャップ３２を通過して集光されて保護キャップ３２の外部へ照射される。ＬＥＤ２５からの照明光は、凸レンズ２７の後面に照射され、凸レンズ２７の前面から平行光として出射する。平行光とされた照明光は、インテグレータレンズ１９，２０及び偏光変換光学系２１を経て均一且つ偏光方向が揃えられた照明光となる。この照明光は、各部を経て３色の画像光とされた後、合成され、投写レンズ１４を経た後にスクリーン１５上に画像として表示される。

液晶プロジェクタ２を長時間使用していると、ＬＥＤチップ２９が発熱する。しかし、ＬＥＤチップ２９の熱は、伝熱部材３３を介して実装基板２６へと伝達され、実装基板２６の後面から空気中へと放射される。また、実装基板２６へと伝達された熱の一部は、基体２８へと伝達され、基体２８の外周面から空気中へと放射される。これにより、ＬＥＤチップ２９は冷却される。特に、照明装置１８の後方には、送風装置４３を配置しているため、実装基板２６及び基体２８から空気中へ放射される熱量は大きくなり、より効率的にＬＥＤチップ２９を冷却することができる。ＬＥＤチップ２９は高い温度になることがないため、特性が変化したり寿命が短くなることがなくなる。

照明装置１８は簡易且つコンパクトな構造であるため、液晶プロジェクタ２をよりコンパクトに設計することができる。

なお、上記実施形態では、実装基板に１つの白色ＬＥＤを実装したが、複数の白色ＬＥＤを実装してもよいし、異なる色のＬＥＤを複数実装してもよい。この場合には、実装基板表面にＬＥＤを敷き詰めることができるため実装密度を高くすることができる。

上記実施形態では、実装基板を支持する基体を略角筒状に形成したが、基体は実装基板を支持することができる形状であればよく、任意の形状でよい。

上記実施形態では、ＬＥＤチップと、リード電極と、伝熱部材と、レンズ機能を有する保護キャップとからなるパッケージタイプのＬＥＤを用いて説明したが、ＬＥＤチップを直接金属基板上に実装するタイプの照明装置においても、同様の構成をとって本効果を得ることができる。

上記実施形態では、照明光を画像光にする手段として、透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いてもよいし、ＤＭＤを用いてもよい。また、上記実施形態では、投写型プロジェクタを用いて説明を行ったが、投写型以外のプロジェクタに本発明を適用してもよい。さらには、プロジェクタに限られず、照明光が必要とされる機器に本発明を適用してもよい。

液晶プロジェクタの概略構成図である。 照明装置の断面図である。 ＬＥＤの断面図である。 照明装置及び送風装置の外観斜視図である。

符号の説明

２ 液晶プロジェクタ
１８ 照明装置
２４ 軸線
２５ ＬＥＤ
２６ 実装基板
２７ 凸レンズ
２８ 基体
２９ ＬＥＤチップ
３３ 伝熱部材
４０ 中空部
４３ 送風装置

Claims (5)

1. 発光ダイオードが発した光を照射する照明装置において、
   発光ダイオードと、
   前記発光ダイオードが実装され熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である実装基板と、
   前記実装基板を支持する金属製の基体とを備えたことを特徴とする照明装置。
2. 前記基体は中空体であって、この中空体には、前記発光ダイオードの光が中空部を通過するようにして前記実装基板が中空体の軸線に対して略直角に設けられるとともに、前記発光ダイオードの光を集光して外部に照射する凸レンズが組み込まれていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 照明装置に離間するとともに前記実装基板の背面に対向して送風装置が設置され、この送風装置によって前記基体の外周面及び前記実装基板の背面の周囲に気流を生じさせることを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
4. 前記基体の外周面にはフィンが設けられることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の照明装置。
5. 請求項１ないし４いずれか１項記載の照明装置を備え、この照明装置の光を用いてスクリーンに画像を表示することを特徴とする投写型画像表示装置。
   
   
   

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