JP3738768B2 - 光源装置およびこれを用いた投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置に関し、特に、小型の投射型表示装置に適する、小型で高輝度な光源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
投射型表示装置は、光源と、光源から射出された光を画像信号に基づき変調する液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)のような光変調素子と、変調された光を投射する投射レンズとを有する。
【0003】
投射型表示装置は、近年小型化、高輝度化、長寿命化、廉価化等が図られてきている。例えば、小型化に対しては液晶パネル(光変調素子)サイズは対角1.3inが0.5inになり面積比で1/6強の小型化がされてきている。
【0004】
一方、光源については、例えばメタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプなどの放電型ランプが一般に用いられており、これらについても小型化、高輝度化が図られてきている。本来、これら光源は発光に際し発熱を伴うことから、光源自体の特性が変化してしまうことや、液晶パネルや光学部品に熱が伝播して高温になり劣化するという課題があるため、さまざまな冷却手段、放熱手段が講じられている。しかし、光源ランプの小型化、高輝度化が進むにつれて益々光源からの発熱は増大してきており、一般的に採用されているファンによる強制空冷方式では発熱対策が困難になってきている。そのため、液体を用いて光源ランプを強制冷却する方法(例えば、特許文献1参照)が提案されている。液体冷却方法によれば、強制空冷方式の騒音の解消にも効果が期待されるものである。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−107825号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1においては、光源である高圧水銀ランプに集熱部材を設けて、集熱部材を介して光源の熱を液体に吸収し冷却する構成となっている。つまり、光源の熱を間接冷却していることになり冷却効率面において充分なものではない。一方、放電型ランプには熱以外にも共通した他の改善すべき問題点がある。例えば、ランプおよび電源のサイズが大きくて重い、瞬時点灯/消灯が不可等についても、投射型表示装置の小型化、性能向上面から改善が必要とされていた。
【0007】
以上のような放電型光源ランプの問題点を解決する手段として、LED光源が提案されている。LED光源は、電源を含めて小型であり、瞬時点灯/消灯が可能であること、色再現性が広く長寿命であることなど、投射型表示装置用光源としてメリットを有している。また、水銀などの有害物質を含まないため、環境保全上からみても好ましいものである。
【0008】
しかしながら、LED光源を投射型表示装置用光源に用いるためには、光源としての明るさが不足しており、少なくとも放電型光源ランプレベルの明るさを確保する必要があった。そのためには以下の課題を解決する必要がある。
(1) 高出力化
(2) 低エテンデュ化
【0009】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、小型の投射型表示装置に適する、小型で高輝度な光源装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の光源装置は、実装基板と、該実装基板に配置されたLEDチップと、液体が充填された密封容器とを備え、前記LEDチップが前記液体によって直接冷却され、前記密封容器の少なくとも一部が前記LEDチップからの光を透過する構成となっていることを特徴とする。
【0011】
現状のLEDにおいては、外部量子効率は低く、注入された電気エネルギーの大部分は熱として変換されている。このため、通常はLEDチップに流す電流を投入すればするほど発光量も増大するが、その一方、発熱量も大幅に上昇するためLEDチップ温度が上昇して発光効率が低下するとともに、LEDチップ自体が熱破壊されてしまうことから、あまり多くの電流を流すことが出来なかった。結果として、投射型表示装置用光源として、現状のLEDでは射出光量が不充分なものであった。
【0012】
本発明によれば、LEDチップを直接液体で冷却することから、非常に効率的にLEDチップで発生した熱が熱交換され、その結果LEDへの投入電力を大幅に上げることが可能となるため、LEDからの射出光量を画期的に増大させることが出来る。
【0013】
本発明の光源装置においては、前記LEDチップからの光の非射出光面側が直接冷却されていることが好ましい。これによれば、LEDチップの液体による冷却がLEDチップの非射出光面側のみで行われ、射出光面側では冷却用液体は射出される光を妨げないため、直接冷却の効果を余り損なわずに、液体の揺らぎによる画質低下を防ぐことができる。
【0014】
本発明の光源装置においては、前記密封容器には、充填された前記液体を冷却するための冷却手段が備えられていることが好ましい。これによれば、LEDチップからの吸熱によって上昇する液体の温度が、冷却手段を用いることで常に適正な液温に保持でき、液体のLEDチップに対する冷却能力を長時間にわたり維持することが出来る。
【0015】
本発明の光源装置においては、前記密封容器には、充填された前記液体を循環するための循環手段が備えられていることが好ましい。これによれば、循環手段によって冷却用の液体がLEDチップの発熱部に常に流れ、連続的に熱が液体に伝達されることになる。このことで液体のLEDチップに対する冷却能力を更に安定して維持することが出来る。
【0016】
本発明の光源装置においては、前記LEDチップは、光の射出方向に複数個積層されていることが好ましい。投射型表示装置において、光源の光を最大限に有効活用するためには、光源のエテンデュは光変調素子のエテンデュに比べ、同等好ましくは以下でなければならない。ここで、エテンデュとは、有効に活用できる光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積で表される数値であって、光学的に保存されるものである。先に述べたように、液晶パネル(光変調素子)は小型化が図られてきていることから、液晶パネルのエテンデュは小さくなってきている。従って、光源のエテンデュも同様に小さくすることで、投射型表示装置が小型化でき、明るい表示を得ることが可能となる。
【0017】
本発明によれば、LEDチップを積層することで光源の低エテンデュ化が可能となる。例えば、LEDチップを4分割して1枚当りの面積(射出光面積=光源エテンデュ面積)を4分の1にして、積層個数を4個用いる場合と、LEDチップを分割せずに1個用いる場合とを比べれば、どちらも射出光量はほぼ同じであるが、前者の方法では、LEDチップサイズ、厚みおよびチップ間の間隔等にその値は依存するが、光源のエテンデュをかなり減少させることができ、後者の方法と比べてLEDチップからの光をより有効に活用することが可能となる。一方、同一面積のLEDチップを複数個積層すれば、見かけ上のLED表面積が1個の場合よりそれ程大きくならずに(光源エテンデュがそれ程大きくならずに)、射出光量をほぼ積層個数倍に増加させることが可能となる。
【0018】
本発明の他の光源装置は、実装基板と、該実装基板に配置されたLEDチップと、液体が充填された密封容器とを備え、前記LEDチップが前記液体によって直接冷却され、前記密封容器の少なくとも一部が前記LEDチップからの光を透過する構成となっており、前記LEDチップは、光の射出方向に複数個積層され、複数個積層された前記LEDチップは互いに離間して積層配置され、離間部には前記液体が充填されて前記LEDチップの其々が直接冷却される構成とされたことを特徴とする。これによれば、積層された其々のLEDチップが冷却用の液体と直接接触されることになり、冷却効率が向上する。その結果、其々のLEDチップへの投入電力が増大でき、更に射出光量を増加させることが可能となる。
【0019】
本発明の投射型表示装置においては、本発明の光源装置と、該光源装置からの光を変調する光変調素子と、該光変調素子からの変調光を投射する投射レンズとを有することを特徴とする。これによれば、本発明の光源装置は、実装基板と、該実装基板に配置されたLEDチップと、液体が充填された密封容器とを備え、前記LEDチップが前記液体によって直接冷却され、前記密封容器の少なくとも一部が前記LEDチップからの光を透過する構成となっている。これによって、小型の光源から極めて高輝度の光が射出される。射出された光は光源エテンデュが適正であることから光変調素子に有効に取り込まれ、変調された光が投射レンズでスクリーン上に明るい像として投射される。これによって、小型で高輝度な投射型表示装置を得ることが出来る。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
〔第1の実施形態〕
第1の実施形態は光源装置に関し、図1〜図3に基づき説明する。
図1は、本実施形態の光源装置110の概略斜視図である。図2は、図1の光源装置110の断面図である。図3は、図1の光源装置110を構成するLEDチップ10、実装基板20の平面図(a)および断面図(b)である。
【0021】
図1に示すように、本実施形態の光源装置110は、LEDチップ10、実装基板20、密封容器30、透明窓40、冷却フィン50とを備えている。図2に示すように、密封容器30内には液体90が充填されていて、LEDチップ10および実装基板20は液体90に全体が浸されている。また、図3に示すように、LEDチップ10はLED発光領域11とLED基板12とで構成されている。本実施例ではLED基板として透明なサファイア基板を用いている。そして、LEDチップ10は導電性パッド70を介して実装基板20に接続、固定されている。なお、図1〜図3には説明を簡単にするため、密封容器30と実装基板20との固定部や、LEDチップ10を点灯させるための電極配線や電源回路、液体90を密封容器30内に封入するための封入口は図示していない。
【0022】
密封容器30に用いられる材料は、金属、ガラス、プラスチックなどの中から選定される。少なくとも封入される液体90に対して化学的に安定材料であることが望まれる。ガラスや透明プラスチック(例えばアクリル樹脂やポリカーボネート等)を用いた場合は、用途によっては透明窓40を廃止することもできる。
【0023】
透明窓40は、材料として透明で液体90に対して化学的に安定材料であって、LEDチップ10からの射出光が、無駄なく密封容器30外に取り出しが可能な光学機能を有している。例えば、ガラスや透明プラスチック(例えばアクリル樹脂やポリカーボネート等)を用いて、LEDチップ10からの射出光を遮らない形状に成形加工される。また、透明窓40の密封容器30への取り付けは、通常の接着剤固定や螺子止め等の適宜の手段を用いて液体漏れが生じないように固定される。
【0024】
冷却フィン50は、例えば、Fe、Cu、Al、Mg等の金属や、それらを含む熱伝導性に優れた材料により形成されている。図1に示すように、冷却フィン50には、多数のフィン(ひれ)を付けて表面積を大きくして、外部への放熱能力を高めている。本実施形態では、冷却フィン50は、密封容器30の外表面の一面に、密封容器30からの熱伝導を損なわないように、適宜の手段を用いて固定されているが、他の複数の外表面に備えられていても良い。また、密封容器30の一部に、密封容器と一体に形成されていても良い。また、フィンの間を流れる空気の自然対流だけでは放熱が不充分であれば、外部に電動空冷ファンを備えることにより強制的に空気対流させて、より放熱能力を高めることが出来る。
【0025】
液体90は、透光性液体である。好ましくは電気絶縁性であって、光源装置110に備えられた部材に対して非腐食性である液体から選定される。更に好ましくは蒸気圧が小さく、凝固点が低く、熱安定性に優れていて、熱伝導率が大きい液体が望まれる。本発明に適用可能な液体を例示すれば、ビフェニルジフェニルエーテル系、アルキルベンゼン系、アルキルビフェニル系、トリアリールジメタン系、アルキルナフタレン系、水素化テルフェニル系、ジアリールアルカン系などの有機熱媒体として一般的に使用されているものをあげることが出来る。また、シリコーン系、フッ素系の各液体も適用可能である。それらの中から、光源装置の用途、要求性能、環境保全性などを加味して選定される。
【0026】
以上の本実施形態の構成において、LEDチップ10が点灯される事によって発生する熱は、熱の発生源であるLEDチップ10の表面に液体90を直接接触させることで、極めて効率的に冷却される。熱せられた液体90は密封容器30の上方に自然対流する。上方に移動した液体90の熱は、密封容器30の容器壁を通って、冷却フィン50に伝達される。冷却フィン50に伝えられた熱は、外部の例えば空気と熱交換される。これらの熱伝達経路によって、液体90が効率よく冷却される。冷却された液体90は下降してLEDチップ10の冷却に繰り返し使用される。なお、本実施形態では、冷却を促進するために冷却フィン50を設けているが、光源装置110の用途、使用環境等によっては、冷却フィン50を無くすることも可能である。
【0027】
以上のように、本実施形態によれば、LEDチップ10が液体90で直接冷却されるため、LEDチップ10の温度上昇を抑えることが出来る。その結果LEDチップ10への投入電力を大幅に上げることが可能となるため、射出光量を画期的に増大させることが出来る。
【0028】
〔第2の実施形態〕
本発明の第2の実施形態は第1の実施形態で説明した光源装置110の変形例に関し、図4に基づいて説明する。図4は、本実施形態における光源装置110の断面図である。第1の実施形態と異なるところは、第1の実施形態では、LEDチップ10は液体90に全体を浸されて直接冷却されていたが、第2の実施形態では、LEDチップ10はLEDチップ10からの光の射出光面側が液体90に浸されないように配置されている。第1の実施形態と同一部分については、同一の符号を付し、その構成の説明を省略する。
【0029】
図4において、実装基板20に接続、固定されているLEDチップ10は、射出光面側を透明窓40に対向するように配置され、弾性部材80を介して密封容器30の内面側に固定されている。弾性部材80は、弾性シール材、ゴムパッキンなど、液体90がLEDチップ10の射出光面側に浸入しないように機能するものから選定される。
【0030】
以上の本実施形態の構成において、LEDチップ10が点灯される事によって発生する熱は、熱の発生源であるLEDチップ10の非射出光面側に液体90を直接接触させることで、効率的に冷却される。実施形態1と比べると、冷却効率は低下するが、従来技術の強制空冷方式に比べ圧倒的な冷却手段であることは実施形態1と同様である。熱せられた液体90は密封容器30の上方に自然対流する。上方に移動した液体90の熱は、密封容器30の容器壁を通って、冷却フィン50に伝達される。冷却フィン50に伝えられた熱は、外部の例えば空気と熱交換される。これらの熱伝達経路によって、液体90が効率よく冷却される。冷却された液体90は下降してLEDチップ10の冷却に繰り返し使用される。なお、本実施形態では、冷却を促進するために冷却フィン50を設けているが、光源装置110の用途、使用環境等によっては、冷却フィン50を無くすることも可能である。
【0031】
更に、本実施形態の実施形態1と異なる効果は、LEDチップ10の射出光面が液体90に浸されていないため、液体90による揺らぎ現象が皆無に出来るところである。実施形態1を実施した際に、使用環境によっては液体90による揺らぎ現象が生じて光源品質に問題が生じる場合は、本実施形態によってその問題は完全に解消できるものである。
【0032】
〔第3の実施形態〕
本発明の第3の実施形態は光源装置120に関し、図5、6に基づいて説明する。実施形態1、2と異なるところは、実施形態3では液体90を強制循環するところが異なる。図5は、本実施形態の光源装置120の概略平面図である。図6は、図5の断面図である。実施形態1、2と同一部分については、同一の符号を付し、その構成の説明を省略する。
【0033】
図5に示すように、本実施形態の光源装置120では、LEDチップ10、実装基板20、透明窓40、冷却フィン51、循環ポンプ60とが環状の密封容器31の所定位置に配置されている。密封容器31の内部には、液体90が充填されている。液体90は、密封容器31に備えられた循環ポンプ60により、液体循環路31aと液体循環路31bとを経由して強制的に容器内を循環している。冷却フィン51は、環状の密封容器31の液体循環路31aと液体循環路31bとの間に配置されている。基本的な構成、機能は実施形態1の冷却フィン50と同様である。図6に示すように、密封容器31内に配置されたLEDチップ10と実装基板20は、液体90に全体が浸されている。他の構成は実施形態1と同様であるので説明を省略する。なお、図5、6には説明を簡単にするため、密封容器31と実装基板20との固定部や、LEDチップ10を点灯させるための電極配線や電源回路、循環ポンプ60用電源、液体90を密封容器31内に封入するための封入口は図示していない。
【0034】
以上の本実施形態の構成において、LEDチップ10が点灯される事によって発生する熱は、熱の発生源であるLEDチップ10の表面に液体90を直接接触させることで、極めて効率的に冷却される。熱せられた液体90は循環ポンプ60によって、液体循環路31aを経由して冷却フィン部52に送られる。冷却フィン部52では、液体90からの熱が密封容器31の容器壁を通って、冷却フィン51に伝達される。冷却フィン51に伝えられた熱は、外部の例えば空気と熱交換される。これらの熱伝達経路によって、液体90が効率よく冷却される。冷却された液体90は液体循環路31bを経由してLEDチップ10の冷却に繰り返し使用される。なお、本実施形態では、冷却を促進するために冷却フィン51を設けているが、光源装置120の用途、使用環境等によっては、冷却フィン51を無くすることも可能である。
【0035】
以上のように、本実施形態によれば、LEDチップ10は、循環ポンプ60で循環され冷却フィン51によって冷やされた液体90で連続的に直接冷却されるため、LEDチップ10の温度上昇をより効果的に抑えることが出来る。その結果、LEDチップ10への投入電力を大幅に上げることが可能となるため、更に射出光量を増大させることが出来る。
【0036】
〔第4の実施形態〕
本発明の第4の実施形態は第3の実施形態で説明した光源装置120の変形例に関し、図7に基づいて説明する。
図7は、本実施形態における、図5の断面図である。第3の実施形態と異なるところは、第3の実施形態では、LEDチップ10は液体90に全体を浸されて直接冷却されていたが、第4の実施形態では、LEDチップ10はLEDチップ10からの光の射出光面側が液体90に浸されないように配置されている。第3の実施形態と同一部分については、同一の符号を付し、その構成の説明を省略する。
【0037】
図7の本実施形態において、実装基板20に接続、固定されているLEDチップ10は、射出光面側を透明窓40に対向するように配置され、弾性部材80を介して密封容器31の内面側に固定されている。弾性部材80は、弾性シール材、ゴムパッキンなど、液体90がLEDチップ10の射出光面側に浸入しないように機能するものから選定される。
【0038】
以上の本実施形態の構成において、LEDチップ10が点灯される事によって発生する熱は、熱の発生源であるLEDチップ10の非射出光面側に液体90を直接接触させることで、効率的に冷却される。実施形態3と比べると、冷却効率は低下するが、従来技術の強制空冷方式に比べ圧倒的な冷却手段であることは実施形態3と同様である。熱せられた液体90は循環ポンプ60によって、液体循環路31aを経由して冷却フィン部52に送られる。冷却フィン部52では、液体90からの熱が密封容器31の容器壁を通って、冷却フィン51に伝達される。冷却フィン51に伝えられた熱は、外部の例えば空気と熱交換される。これらの熱伝達経路によって、液体90が効率よく冷却される。冷却された液体90は液体循環路31bを経由してLEDチップ10の冷却に繰り返し使用される。なお、本実施形態では、冷却を促進するために冷却フィン51を設けているが、光源装置120の用途、使用環境等によっては、冷却フィン51を無くすることも可能である。
【0039】
以上のように、本実施形態によれば、LEDチップ10は、循環ポンプ60で循環され冷却フィン51によって冷やされた液体90で連続的に直接冷却されるため、LEDチップ10の温度上昇をより効果的に抑えることが出来る。その結果LEDチップ10への投入電力を大幅に上げることが可能となるため、更に出射光量を画期的に増大させることが出来る。
【0040】
更に、本実施形態の実施形態3と異なる効果は、LEDチップ10の射出光面が液体90に浸されていないため、液体90による揺らぎ現象が皆無に出来るところである。実施形態3を実施した際に、使用環境によっては液体90による揺らぎ現象が生じて光源品質に問題が生じる場合は、本実施形態によってその問題は完全に解消できるものである。
【0041】
〔第5の実施形態〕
本発明の第5の実施形態は光源装置に関し、図8〜10に基づいて説明する。実施形態1乃至4と異なるところは、実施形態5ではLEDチップを複数個積層されているところが異なる。図8は、本実施形態の光源装置120の概略平面図である。図9は、図8の光源装置120を構成する、複数個積層されたLEDチップ15、および実装基板20の平面図(a)および断面図(b)である。図10は、図8の断面図である。実施形態1乃至4と同一部分については、同一の符号を付し、その構成の説明を省略する。
【0042】
図8に示すように、本実施形態の光源装置120は、複数個積層されたLEDチップ15を備えている。他の構成は実施形態3と同様であるので説明を省略する。
【0043】
図9に示すように、LEDチップ15は、LED発光領域11とLED基板12とで構成されている。本実施形態ではLED基板として透明なサファイア基板を用いている。そして、LEDチップ15は導電性パッド70を介して実装基板20の両面に接続、固定されている。図9(b)では、一例として、LEDチップ15が、其々対向するように、4枚積層されている。積層された4枚のLEDチップ15は、液体90が其々のLEDチップ表面に直接接触し、しかも液体90が其々のLEDチップ間を移動可能な間隔で、互いに離間して積層配置されている。LED発光領域11からの射出光は主に面方向に射出される。本実施形態ではLED基板12が透明なサファイア基板であることから、LED発光領域11の両面から光は射出される。そのため、一方向(実施形態では、透明窓40側)にのみ射出させたい場合は、射出光面から最も離れたLEDチップ15の表面に反射膜を形成するのが望ましい(図9には図示せず)。そうすることで、積層された各LEDチップからの発光は、所定の射出面から積層個数分の射出光量を持つ光として外部に射出される。
【0044】
図10に示すように、複数個積層したLEDチップ15と実装基板20は液体90に全体が浸されている。なお、図8乃至10には説明を簡単にするため、密閉容器31と実装基板20との固定部や、複数個積層した実装基板20の其々を結合した結合部、LEDチップ15を点灯させるための電極配線や電源回路、循環ポンプ60用電源あるいは液体90を密封容器30内に封入するための封入口は図示していない。
【0045】
以上の本実施形態の構成において、同一面積のLEDチップ15を4枚積層することで、射出光面積が1個の場合とほぼ同一でありながら、射出光量をほぼ4倍に増加させることが可能となる。また、積層されたLEDチップ15が点灯される事によって発生する熱は、熱の発生源である其々のLEDチップ15の表面に液体90を直接接触させることで、極めて効率的に冷却される。積層された其々のLEDチップ15は、互いに適切な間隔で離間して積層配置されているため、LEDチップ15の表面に液体90が常に直接接触していることになり、確実な冷却手段となる。熱せられた液体90は循環ポンプ60によって、液体循環路31aを経由して冷却フィン部52に送られる。冷却フィン部52では、液体90からの熱が密封容器31の容器壁を通って、冷却フィン51に伝達される。冷却フィン51に伝えられた熱は、外部の例えば空気と熱交換される。これらの熱伝達経路によって、液体90が効率よく冷却される。冷却された液体90は液体循環路31bを経由してLEDチップ15の冷却に繰り返し使用される。なお、本実施形態では、冷却を促進するために冷却フィン51を設けているが、光源装置120の用途、使用環境等によっては、冷却フィン51を無くすることも可能である。
【0046】
以上のように、本実施形態によれば、LEDチップ15を複数個積層することによって、射出光面積が1個の場合とほぼ同一でありながら、射出光量をほぼ複数個倍に増加させることが可能となる。また、積層された其々のLEDチップ15は、循環ポンプ60で循環され冷却フィン51によって冷やされた液体90で、連続的に直接冷却されるため、積層された其々のLEDチップ15の温度上昇を効率的に抑えることが出来る。更に、本実施形態では、積層された其々のLEDチップ15が、互いに適切な間隔で離間して積層配置されているため、LEDチップ15の表面に液体90が常に直接接触していることになるため、確実に、かつ効率よくLEDチップ15が冷却される。その結果、其々のLEDチップ15への投入電力を大幅に上げることが可能となるため、更に射出光量を増大させることが出来る。なお、本実施形態では光源装置120により説明したが、光源装置110においても同様の効果が得られるものである。
【0047】
〔第6の実施形態〕
本発明の第6の実施形態は投射型表示装置に関し、実施形態1乃至5で説明した光源装置を使用するのに適する小型の投射型表示装置に関する。図11に、本実施形態における投射型表示装置1の光学系の概略構成図を示す。
【0048】
本実施形態の投射型表示装置1は、図11に示すように、光源装置100、液晶パネル(光変調素子)200、投射レンズ300および筐体500とを備えて構成されている。液晶パネルが1個の、所謂単板式の投射型表示装置である。光源装置100は、実施形態1と同様の光源装置を使用している。光源装置100の発光色は白色である。液晶パネル200は、図示しない駆動回路に供給される制御信号の電圧の変化に応じて、画素単位で光を透過させたり透過させなかったりする光変調が可能に構成されている。また、液晶パネル200はカラーフィルタを備え、RGBに対応する複数の画素でカラー画素が構成されている。そして、RGB各色光の透過の有無を制御することでカラー表示が可能になっている。これらの構成は公知のカラーフィルタを備えた液晶パネルと同様のものである。投射レンズ300は、液晶パネル200から射出された像をスクリーン600上に結像させるように構成されている。同図では投射レンズが1枚図示されているのみだが、複数のレンズで構成されても良いことはもちろんである。筐体500は、投射型表示装置全体の収納容器として構成されており、各光学要素を適当に配置できるように構成されている。
【0049】
以上の本実施形態の構成において、光源装置100からは高輝度の白色光が射出され、液晶パネル200でRGBごとに光変調される。光変調された各色光は投射レンズ300により、スクリーン600上に明るいカラー画像として合成される。
【0050】
〔第7の実施形態〕
本発明の第7の実施形態は投射型表示装置に関し、実施形態1乃至5で説明した光源装置を使用するのに適する小型の投射型表示装置に関する。実施形態6と異なるところは、実施形態7では光源装置と液晶パネルを其々3個備えているところが異なる。図12に、本実施形態における投射型表示装置2の光学系の概略構成図を示す。実施形態6と同一部分については、同一の符号を付し、その構成の説明を省略する。
【0051】
本実施形態の投射型表示装置2は、図12に示すように、光源装置100R、100G、100Bと、3個の液晶パネル(光変調素子)200、ダイクロイックプリズム400、投射レンズ300および筐体500とを備えて構成されている。液晶パネルが3個の、所謂3板式の投射型表示装置である。光源装置100R、100G、100BのそれぞれのLEDチップが、赤の色光、緑の色光、および青の色光をそれぞれ射出する点を除いて、これらの光源装置100R、100G、100Bの構造は、実施形態5の光源装置の構造と基本的に同じである。光源装置100Rからは赤色(R)、光源装置100Gからは緑色(G)、光源装置100Bからは青色(B)の各色光が射出される。なお、光源装置の発光色が実施形態6と同じ白色光を発光するLEDで構成するならば、白色光をRGBの各色光に変換するためのカラーフィルタを、光源装置100と液晶パネル200との間もしくは液晶パネル200とダイクロイックプリズム400との間に其々配列しても良い。ダイクロイックプリズム400は、Rのみを反射可能な多層膜400Rと、Bのみを反射可能な多層膜400Bとを備え、RGBごとに光変調された画像を合成して、投射レンズ300に向けて射出可能に構成されている。
【0052】
以上の本実施形態の構成において、光源装置100R、100G、100Bからは其々高輝度の各色光が射出され、各光源装置に対応する液晶パネル200で其々光変調される。光変調された各色光は投射レンズ300により、スクリーン600上に明るいカラー画像として合成される。この構成によれば、実施形態6の単板式投射型表示装置に比べ、更に明るいカラー画像が得られる。
【0053】
以上、本発明の実施形態による光源装置およびこれを用いた投射型表示装置について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば実施形態は自由に変更が可能なものである。例えば、実施形態3〜5では、密封容器に環状の容器を用いて説明したが、実施形態1、2と同様の箱型の容器を用いても本発明の効果を得ることができる。また、実施形態で、光源装置としてLEDチップを用いて説明したが、半導体レーザなどの固体発光素子についても本発明は適用可能なものである。更に、例えば、実施形態では光変調素子として透過型液晶パネルを用いて説明したが、反射型液晶パネル(LCOS)や、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)などについても本発明の光源装置を用いることで同様の効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施形態における光源装置110の概略斜視図。
【図2】 図1の光源装置110の断面図。
【図3】 図1のLEDチップ10、実装基板20の平面図(a)および断面図(b)。
【図4】 第2の実施形態における図1の光源装置110の断面図。
【図5】 第3の実施形態における光源装置120の概略平面図。
【図6】 図5の断面図。
【図7】 第4の実施形態における図5の断面図。
【図8】 第5の実施形態における光源装置120の概略平面図。
【図9】 図8のLEDチップ15、実装基板20の平面図(a)および断面図(b)。
【図10】 図8の断面図。
【図11】 第6の実施形態における投射型表示装置1の光学系の概略構成図。
【図12】 第7の実施形態における投射型表示装置2の光学系の概略構成図。
【符号の説明】
1,2…投射型表示装置、10,15…LEDチップ、20…実装基板、30…密封容器、40…透明窓、50,51…冷却フィン、60…循環ポンプ、90…液体、100,110,120…光源装置、200…液晶パネル、300…投射レンズ、400…ダイクロイックプリズム
Claims (7)
- 実装基板と、該実装基板に配置されたLEDチップと、液体が充填された密封容器とを備え、前記LEDチップが前記液体によって直接冷却され、前記密封容器の少なくとも一部が前記LEDチップからの光を透過する構成とされ、
前記LEDチップの非射出光面側に前記液体が直接接触することによって前記LEDチップが直接冷却されるとともに、前記LEDチップは、その射出光面側が前記密封容器の光透過部に対向するように配置され、弾性部材を介して前記密封容器の内面側に固定されることにより前記射出光面側が前記液体に浸されない構成とされたことを特徴とする光源装置。 - 前記LEDチップは、光の射出方向に複数個積層されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 実装基板と、該実装基板に配置されたLEDチップと、液体が充填された密封容器とを備え、前記LEDチップが前記液体によって直接冷却され、前記密封容器の少なくとも一部が前記LEDチップからの光を透過する構成とされ、
前記LEDチップは光の射出方向に複数個積層され、複数個積層された前記LEDチップは互いに離間して積層配置され、離間部には前記液体が充填されて前記LEDチップの其々が直接冷却される構成とされたことを特徴とする光源装置。 - 前記複数個のLEDチップのうち、光の射出光面から最も離れたLEDチップの表面に反射膜が設けられたことを特徴とする請求項2または3に記載の光源装置。
- 前記密封容器には、充填された前記液体を冷却するための冷却手段が備えられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記密封容器には、充填された前記液体を循環するための循環手段が備えられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光源装置。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光源装置と、該光源装置からの光を変調する光変調素子と、該光変調素子からの変調光を投射する投射レンズとを有することを特徴とする投射型表示装置。
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