JP4736418B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤを光源として持つ光照射装置に関し、ＬＥＤの熱対策を講じたものである。

近年、ＬＥＤの高輝度化に伴い、様々な機器の光源としてＬＥＤが用いられるようになってきている。その一例として、高輝度ＬＥＤを液晶プロジェクタの光源として用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。ＬＥＤを用いることにより、従来のハロゲンランプやキセノンランプを用いた場合と比べて装置の小型化が図れるとともに、光源の点灯制御が容易になるという利点がある。しかし、ＬＥＤ光の輝度を高めるには大電流を流す必要があるため、ＬＥＤ自身の発熱が無視できず、熱対策を講じないとＬＥＤが熱で破損するおそれがある。ＬＥＤの熱対策を講じた装置として、例えば特許文献２，３に開示されたものがある。

特開２０００−１９４２７５号公報 特開２００４−４５８１号公報 特開２００４−６９８２５号公報

特許文献２，３における熱対策は、熱伝導性の放熱部材や冷却用のペルチェ素子などを追加する必要があるため部品点数が増加し、また熱を外部に効率よく逃がす工夫はなされておらず、放熱が不十分である。

請求項１の発明は、筐体内に配置されたＬＥＤの光を外部に射出する光照射装置において、ＬＥＤが表面に実装される金属製の基板を設けるとともに、筐体の少なくとも一部を金属製とし、基板のうち少なくともＬＥＤが実装されている箇所の裏面が、直接または熱伝導性の高いシート部材を挟んで筐体の金属部分の内面に密着するように基板を金属部分に固定し、ＬＥＤから発生する熱が前記基板および金属部分を介して外部に放出されるよう構成したことを特徴とする。
請求項３の発明は、筐体内に配置されたＬＥＤの光を外部に射出する光照射装置において、筐体の少なくとも一部を金属製とし、筐体の金属部分の内面にＬＥＤを直接実装するとともに、金属部分の外面のうち少なくともＬＥＤが実装される箇所の裏面に相当する部分が外部に露出し、ＬＥＤから発生する熱が金属部分を介して外部に放出されるよう構成したことを特徴とする 。

本発明によれば、筐体の少なくとも一部を金属製とするとともに、ＬＥＤを金属製の基板に実装し、基板を筐体の金属部分に固定する、あるいは筐体の金属部分の内面にＬＥＤを直接実装するようにしたので、ＬＥＤから発生する熱を効率よく筐体に伝達し、筐体から外部に放出することができる。したがって、放熱ファンやペルチェ素子などを別途設けることなく高効率の放熱構造を実現できる。

図１，図２により本発明を液晶プロジェクタに適用した場合の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態における液晶プロジェクタの正面図、図２はそのII−II線断面図である。プロジェクタの筐体１０は、材料として熱伝導性のよい金属が用いられ、例えばアルミダイカスト製とされる。筐体１０の下面１１ａには、四隅に脚１１ｂが設けられ、机上等に載置したときにその載置面Ｐと筐体下面１１ａとの間に隙間が形成される。

筐体１０内には、以下に示す部品が収容される。
光源としての高輝度ＬＥＤ１は、金属製のＬＥＤ基板２に実装されている。ＬＥＤ基板２は、例えばアルミニウム板の上面に熱伝導性絶縁層を介して導体回路を形成したもので、上面にＬＥＤ１が実装され、下面２ａは金属部分が露出している。基板２は、その下面２ａが筐体１０の底面１１ｃに密着（面接触）するように配置され、ビスＢＳによって固着される。筐体下面１１ａには、基板２の下方部分に凹凸状のフィン１２が形成されている。

ＬＥＤ基板２の上方には画像形成部材である液晶パネル３が配置され、更にその上方にはＰＢＳ（Polarized Beam Spritter）４が配置されている。ＰＢＳ膜４ａはＬＥＤ光の光軸に対して４５度の角度をなす。ＰＢＳ４の後方には１／４波長板５および反射ミラー６が設けられる。ミラー６は投影光学系を構成し、その反射面は球面あるいは非球面とされる。

ミラー６の後方に配置された制御回路基板７には、制御ＩＣ８が実装されるとともに、外部ケーブル（例えば、ＵＳＢケーブル）９の一端が接続されている。制御ＩＣ８は、配線部材２１を介してＬＥＤ基板２や液晶パネル３に電気的に接続される。不図示の外部装置からケーブル９を介して電力や制御信号が供給され、制御ＩＣ８は、入力信号に応じてＬＥＤ１の点灯制御や液晶パネル３の駆動制御等を行う。

液晶パネル３に画像を形成するとともにＬＥＤ１を点灯すると、ＬＥＤ光は液晶パネル３を透過してＰＢＳ４に至り、ＰＢＳ膜４ａで後方に反射される。その反射光は１／４波長板５を通過した後、反射ミラー６で前方に反射され、再度１／４波長板５を通過する。１／４波長板５を２度通過することで偏光変換された光は、ＰＢＳ４を透過し、出口付近に設けた絞り２２を通って外部に投影される。このような光学系を用いることで、コンパクトでありながら色収差を最小限に低減できる。

ＬＥＤ１は、大電流が流れるため少なからず発熱するが、その熱は金属製のＬＥＤ基板２に伝達され、さらに金属製の筐体１０を介して外部に放熱される。上述したように、基板下面２ａは筐体底面１１ｃに密着（面接触）しているので、ＬＥＤ１の熱を効率よく筐体１０に伝達することができる。また筐体１０は外部空間と接する面積が極めて大きく、その熱を効率よく外部に逃がすことができる。特に筐体下面１１ａのうち、ＬＥＤ基板２の直下部分は最も高温となるが、この部分にはフィン１２が形成されているので、放熱面積の増加により放熱効率が高い。したがって、ＬＥＤ１に大電流を流してもＬＥＤ１の熱による破損を防止できる。しかも、従来のように放熱ファンや金属製の放熱部材、ペルチェ素子などを別途追加する必要はなく、部品点数は実質的に増加しない。
なお、筐体下面１１ａと載置面Ｐとの隙間は四方に開放されているので、この部分に熱がこもることはない。

さらに、上記ようにＬＥＤ１を筐体１０の底面近傍に設けると、以下の２つの点で好都合である。
第１にＬＥＤ１の熱を主に筐体下面１１ａから放熱する、換言すれば筐体１０のうち最も高温となる部分を下面１１ａとすることができる点である。下面１１ａはユーザが直接手を触れる可能性が最も低い箇所であるから、ユーザが熱による不快感を抱くことは殆どない。またＬＥＤ１を筐体１０の底面近傍に配置すると、図示の如くＬＥＤ光を上方に照射し、これを水平方向に折り曲げて投影する構成を実現できる。この構成はスペース効率がよく、筐体１０を大型化することなく投影光軸Ｌを可能な限り高い位置、つまり設置面Ｐから離間した位置に設定できる。因みに、投影光軸Ｌが設置面Ｐに近いと外部スクリーンに投影しづらく、斜め上方に投影するといった配慮が必要となる。

なお、ＬＥＤ基板２の下面２ａと筐体底面１１ｃとの間に熱伝導率の高い弾性シートを挟んでもよい。これによれば、両面２ａ，１１ｃに凹凸があってもこれを吸収して密着性を高め、熱伝導効率を損なわずに済む。

図３，図４は他の実施形態を示し、これは金属製の筐体１０’の底面にＬＥＤ１を直接実装する例である。図１，図２と同様の機能を果たす構成要素には、同一の符号を付してある。
筐体底面１１ｃに一体に形成した実装部３１には、上面に絶縁層を介して導体回路が形成され、ここに直接ＬＥＤ１を実装することができる。筐体下面１１ａのうち実装部３１の下部に位置する箇所には、上述と同様にフィン１２が形成されている。この構成によれば、ＬＥＤ１の熱が直接筐体３０に伝達されるので、先の実施形態と比べて熱伝導効率、つまり放熱効率が高く、またＬＥＤ基板が不要となるので部品点数の低減が図れる。

なお、ＬＥＤの配置位置は特に制約を受けず、ＬＥＤ基板２の取付箇所や実装部３１の形成箇所も底面に限定されない。また筐体全体を金属製とした例を示したが、少なくともＬＥＤ基板２の取付箇所や実装部３１の形成箇所を金属とし、他の部分はプラスチック等で構成してもよい。さらに画像形成部材は透過型液晶パネルに限定されず、反射型液晶や他のものでもよい。さらにプロジェクタにて説明したが、ＬＥＤを光源とする他の光照射装置、例えばＬＥＤフラッシュを備えたカメラや、ＡＦ補助光の光源としてＬＥＤを用いるカメラなどにも本発明を適用可能である。

第１の実施形態におけるプロジェクタの正面図。 図１のII−II線断面図。 第２の実施形態におけるプロジェクタの正面図。 図３のIV−IV線断面図。

符号の説明

１ ＬＥＤ
２ ＬＥＤ基板
３ 液晶パネル
４ ＰＢＳ
４ａ ＰＢＳ膜
５ １／４波長板
６ 反射ミラー
７ 制御回路基板
１０，１０’ 筐体
１１ａ 筐体下面
１１ｃ 筐体底面
１１ｂ 脚
１２ フィン
Ｌ 投影光軸
Ｐ 載置面

Claims (6)

1. 筐体内に配置されたＬＥＤの光を外部に射出する光照射装置において、
   前記ＬＥＤが表面に実装される金属製の基板を設けるとともに、前記筐体の少なくとも一部を金属製とし、前記基板のうち少なくとも前記ＬＥＤが実装されている箇所の裏面が、直接または熱伝導性の高いシート部材を挟んで前記筐体の金属部分の内面に密着するように前記基板を前記金属部分に固定し、前記ＬＥＤから発生する熱が前記基板および前記金属部分を介して外部に放出されるよう構成したことを特徴とする光照射装置。
2. 前記基板が密着される面は筐体底面であり、前記ＬＥＤから上方に照射された光が、前記筐体内に設けた光路変更部材を介して略水平方向に外部に照射されるよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 筐体内に配置されたＬＥＤの光を外部に射出する光照射装置において、
   前記筐体の少なくとも一部を金属製とし、該筐体の金属部分の内面に前記ＬＥＤを直接実装するとともに、前記金属部分の外面のうち少なくとも前記ＬＥＤが実装される箇所の裏面に相当する部分が外部に露出し、前記ＬＥＤから発生する熱が前記金属部分を介して外部に放出されるよう構成したことを特徴とする光照射装置。
4. 前記ＬＥＤの実装面は筐体の底面であり、前記ＬＥＤから上方に照射された光が、前記筐体内に設けた光路変更部材を介して略水平方向に外部に照射されるよう構成したことを特徴とする請求項３に記載の光照射装置。
5. 投影用の画像を形成する画像形成部材および投影光学系を更に備え、前記ＬＥＤからの光は、前記画像形成部材，光路変更部材および投影光学系を介して略水平方向に外部に投影されることを特徴とする請求項２または４に記載の光照射装置。
6. 前記筐体の外面のうち前記ＬＥＤに最も近い位置に放熱用フィンを形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光照射装置。

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