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JP2004333757A - Light source device and projection display device using the same - Google Patents

Light source device and projection display device using the same Download PDF

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JP2004333757A
JP2004333757A JP2003128122A JP2003128122A JP2004333757A JP 2004333757 A JP2004333757 A JP 2004333757A JP 2003128122 A JP2003128122 A JP 2003128122A JP 2003128122 A JP2003128122 A JP 2003128122A JP 2004333757 A JP2004333757 A JP 2004333757A
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光夫 永田
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Abstract

【課題】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。
【解決手段】実装基板20と、該実装基板20に配置されたLEDチップ10と、液体が充填された密封容器30とを備え、前記LEDチップ10が前記液体によって直接冷却され、前記密封容器30の少なくとも一部が前記LEDチップ10からの光を透過する構成となっている。
【選択図】 図1
An object of the present invention is to provide a small and high-luminance light source device suitable for a small projection display device.
The device includes a mounting substrate, an LED chip disposed on the mounting substrate, and a sealed container filled with a liquid, wherein the LED chip is directly cooled by the liquid, and the sealed container is cooled. Is configured to transmit light from the LED chip 10.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【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、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】
本発明の光源装置においては、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なっていることが好ましい。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
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light source device, and more particularly to a small, high-brightness light source device suitable for a small projection display device.
[0002]
[Prior art]
The projection display device includes a light source, a light modulation element such as a liquid crystal panel or a digital micromirror device (DMD) that modulates light emitted from the light source based on an image signal, and a projection lens that projects the modulated light. Having.
[0003]
In recent years, projection type display devices have been reduced in size, increased in brightness, prolonged in life, and reduced in cost. For example, for miniaturization, the size of a liquid crystal panel (light modulation element) is 1.3 inches on a diagonal of 0.5 inches, and the area ratio is reduced to just over 1/6.
[0004]
On the other hand, as the light source, for example, a discharge lamp such as a metal halide lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, and a halogen lamp is generally used, and these are also being reduced in size and increased in brightness. Originally, these light sources generate heat when emitting light, so there is a problem that the characteristics of the light sources themselves change, and there is a problem that heat propagates to the liquid crystal panel and optical components and becomes high temperature and deteriorates. Means and heat dissipation means are taken. However, as the size of the light source lamp is reduced and the brightness is increased, the heat generated from the light source is increasing more and more, and it is becoming difficult to take measures against the heat generated by the generally employed forced air cooling method using a fan. Therefore, a method of forcibly cooling a light source lamp using a liquid (for example, see Patent Document 1) has been proposed. According to the liquid cooling method, it is expected that the effect of eliminating the noise of the forced air cooling method is also obtained.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-107825 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in Patent Document 1, a heat collecting member is provided in a high-pressure mercury lamp as a light source, and the heat of the light source is absorbed into the liquid via the heat collecting member and cooled. That is, the heat of the light source is indirectly cooled, which is not sufficient in terms of cooling efficiency. On the other hand, discharge lamps have other problems to be improved other than heat. For example, the lamps and power supplies are large and heavy, and instantaneous lighting / extinguishing is not possible. Therefore, there is a need for improvement in terms of miniaturization and performance improvement of the projection display device.
[0007]
As a means for solving the above problems of the discharge type light source lamp, an LED light source has been proposed. The LED light source has advantages as a light source for a projection display device, such as being small in size including a power supply, capable of being turned on / off instantaneously, and having a wide color reproducibility and a long life. Further, since it does not contain harmful substances such as mercury, it is preferable from the viewpoint of environmental protection.
[0008]
However, in order to use an LED light source as a light source for a projection display device, the brightness of the light source is insufficient, and it is necessary to secure at least the brightness of a discharge type light source lamp. For that purpose, it is necessary to solve the following problems.
(1) High output
(2) Low etendue
[0009]
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide a small and high-luminance light source device suitable for a small projection display device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a light source device of the present invention includes a mounting substrate, an LED chip disposed on the mounting substrate, and a sealed container filled with liquid, wherein the LED chip is directly It is characterized in that it is cooled and at least a part of the sealed container is configured to transmit light from the LED chip.
[0011]
In current LEDs, the external quantum efficiency is low and most of the injected electrical energy is converted as heat. For this reason, the more the current is applied to the LED chip, the more the light emission increases. On the other hand, the amount of heat generated also increases significantly, so that the LED chip temperature rises and the light emission efficiency decreases. Since it was thermally destroyed, it was not possible to pass too much current. As a result, as the light source for the projection type display device, the current LED has an insufficient amount of emitted light.
[0012]
According to the present invention, since the LED chip is directly cooled by the liquid, the heat generated in the LED chip is exchanged with heat very efficiently, and as a result, the power input to the LED can be greatly increased. The amount of light emitted from the LED can be dramatically increased.
[0013]
In the light source device of the present invention, it is preferable that the non-emission light surface side of the light from the LED chip is directly cooled. According to this, the cooling of the LED chip with the liquid is performed only on the non-emission light surface side of the LED chip, and the cooling liquid does not hinder the emitted light on the emission light surface side, so that the effect of direct cooling is significantly impaired. Instead, it is possible to prevent the image quality from deteriorating due to the fluctuation of the liquid.
[0014]
In the light source device of the present invention, it is preferable that the sealed container is provided with a cooling unit for cooling the filled liquid. According to this, the temperature of the liquid that rises due to heat absorption from the LED chip can always be kept at an appropriate liquid temperature by using the cooling means, and the cooling ability of the liquid to the LED chip can be maintained for a long time.
[0015]
In the light source device of the present invention, it is preferable that the sealed container is provided with a circulating unit for circulating the filled liquid. According to this, the cooling liquid always flows to the heat generating portion of the LED chip by the circulation means, and heat is continuously transferred to the liquid. This makes it possible to more stably maintain the cooling capability of the liquid for the LED chips.
[0016]
In the light source device of the present invention, it is preferable that a plurality of the LED chips are stacked. In the projection type display device, in order to make the most of the light of the light source, the etendue of the light source must be equal to or preferably equal to or smaller than the etendue of the light modulation element. Here, the etendue is a numerical value that represents a spatial spread of a light beam that can be effectively used as a product of an area and a solid angle, and is optically stored. As described above, since the size of the liquid crystal panel (light modulation element) has been reduced, the etendue of the liquid crystal panel has been reduced. Therefore, by similarly reducing the etendue of the light source, the projection display device can be downsized and a bright display can be obtained.
[0017]
According to the present invention, the etendue of the light source can be reduced by stacking LED chips. For example, an LED chip is divided into four parts to reduce the area per one piece (emission light area = light source etendue area) to one fourth, and the number of stacked layers is four, and one LED chip is used without being divided. Compared to the case, the emitted light amount is almost the same in both cases.However, in the former method, the value depends on the LED chip size, thickness, the interval between the chips, etc., but the etendue of the light source can be considerably reduced. Thus, the light from the LED chip can be more effectively used as compared with the latter method. On the other hand, when a plurality of LED chips having the same area are stacked, the emission light amount is increased by almost the number of stacked layers without increasing the apparent LED surface area much more than when one LED is used (without increasing the light source etendue). It is possible to do.
[0018]
In the light source device of the present invention, a plurality of the LED chips are stacked so as to be separated from each other, and the separated portions are filled with the liquid and each of the LED chips is directly cooled. Is preferred. According to this, each stacked LED chip comes into direct contact with the cooling liquid, and the cooling efficiency is improved. As a result, the power applied to each LED chip can be increased, and the amount of emitted light can be further increased.
[0019]
The projection display device of the present invention includes the light source device of the present invention, a light modulation element that modulates light from the light source device, and a projection lens that projects modulated light from the light modulation element. And According to this, the light source device of the present invention includes a mounting substrate, an LED chip disposed on the mounting substrate, and a sealed container filled with liquid, wherein the LED chip is directly cooled by the liquid, At least a part of the sealed container is configured to transmit light from the LED chip. Thus, extremely high-intensity light is emitted from the small light source. The emitted light is effectively taken into the light modulation element because the light source etendue is appropriate, and the modulated light is projected as a bright image on the screen by the projection lens. As a result, a small, high-brightness projection display device can be obtained.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
The first embodiment relates to a light source device and will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic perspective view of a light source device 110 according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the light source device 110 of FIG. FIG. 3 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) of the LED chip 10 and the mounting board 20 that constitute the light source device 110 of FIG.
[0021]
As shown in FIG. 1, the light source device 110 of the present embodiment includes an LED chip 10, a mounting substrate 20, a sealed container 30, a transparent window 40, and cooling fins 50. As shown in FIG. 2, the liquid 90 is filled in the sealed container 30, and the LED chip 10 and the mounting substrate 20 are entirely immersed in the liquid 90. As shown in FIG. 3, the LED chip 10 includes an LED light emitting area 11 and an LED substrate 12. In this embodiment, a transparent sapphire substrate is used as the LED substrate. The LED chip 10 is connected and fixed to the mounting board 20 via the conductive pad 70. 1 to 3, for the sake of simplicity, the fixing portion between the sealed container 30 and the mounting substrate 20, the electrode wiring and the power supply circuit for lighting the LED chip 10, and the liquid 90 inside the sealed container 30. A sealing port for sealing the inside is not shown.
[0022]
The material used for the sealed container 30 is selected from metal, glass, plastic, and the like. It is desired that the material be chemically stable at least for the liquid 90 to be enclosed. When glass or transparent plastic (for example, acrylic resin or polycarbonate) is used, the transparent window 40 can be omitted depending on the application.
[0023]
The transparent window 40 is a transparent material and is a chemically stable material with respect to the liquid 90, and has an optical function that allows the light emitted from the LED chip 10 to be taken out of the sealed container 30 without waste. . For example, using glass or a transparent plastic (for example, acrylic resin or polycarbonate), it is formed into a shape that does not block the light emitted from the LED chip 10. Further, the transparent window 40 is fixed to the sealed container 30 by using an appropriate means such as ordinary adhesive fixing or screwing so as not to cause liquid leakage.
[0024]
The cooling fins 50 are made of, for example, a metal such as Fe, Cu, Al, or Mg, or a material containing them and having excellent thermal conductivity. As shown in FIG. 1, a large number of fins (fins) are attached to the cooling fins 50 to increase the surface area, thereby enhancing the heat radiation capability to the outside. In the present embodiment, the cooling fins 50 are fixed to one surface of the outer surface of the sealed container 30 using appropriate means so as not to impair the heat conduction from the sealed container 30. It may be provided on the surface. Further, a part of the sealed container 30 may be formed integrally with the sealed container. If the natural convection of the air flowing between the fins alone does not sufficiently release the heat, an external air-cooling fan may be provided forcibly to cause the air to convection, thereby further improving the heat radiation capability.
[0025]
The liquid 90 is a translucent liquid. Preferably, the liquid is selected from liquids that are electrically insulating and non-corrosive to members provided in the light source device 110. More preferably, a liquid having a low vapor pressure, a low freezing point, excellent thermal stability, and a high thermal conductivity is desired. Examples of liquids applicable to the present invention include those commonly used as organic heat media such as biphenyl diphenyl ethers, alkylbenzenes, alkylbiphenyls, triaryldimethanes, alkylnaphthalenes, hydrogenated terphenyls, and diarylalkanes. Can be used. Further, silicone-based and fluorine-based liquids are also applicable. Among them, the light source device is selected in consideration of the application, required performance, environmental preservation, and the like.
[0026]
In the configuration of the present embodiment described above, the heat generated by turning on the LED chip 10 is extremely efficiently cooled by bringing the liquid 90 into direct contact with the surface of the LED chip 10 that is the heat source. You. The heated liquid 90 naturally convects above the sealed container 30. The heat of the liquid 90 that has moved upward is transmitted to the cooling fins 50 through the container wall of the sealed container 30. The heat transmitted to the cooling fins 50 is exchanged with external air, for example, air. The liquid 90 is efficiently cooled by these heat transfer paths. The cooled liquid 90 descends and is used repeatedly for cooling the LED chip 10. In the present embodiment, the cooling fins 50 are provided to promote cooling. However, the cooling fins 50 may be eliminated depending on the use of the light source device 110, the use environment, and the like.
[0027]
As described above, according to the present embodiment, since the LED chip 10 is directly cooled by the liquid 90, the temperature rise of the LED chip 10 can be suppressed. As a result, the power input to the LED chip 10 can be greatly increased, and the amount of emitted light can be dramatically increased.
[0028]
[Second embodiment]
The second embodiment of the present invention relates to a modification of the light source device 110 described in the first embodiment, and will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the light source device 110 according to the present embodiment. The difference from the first embodiment is that in the first embodiment, the LED chip 10 is entirely immersed in the liquid 90 and directly cooled, but in the second embodiment, the LED chip 10 is It is arranged such that the light exit side of the light from is not immersed in the liquid 90. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration will be omitted.
[0029]
In FIG. 4, the LED chip 10 connected and fixed to the mounting substrate 20 is arranged so that the emission light surface side faces the transparent window 40, and is fixed to the inner surface side of the sealed container 30 via the elastic member 80. ing. The elastic member 80 is selected from materials that function so as not to allow the liquid 90 to enter the emission light surface side of the LED chip 10, such as an elastic seal material or a rubber packing.
[0030]
In the configuration of the present embodiment described above, the heat generated when the LED chip 10 is turned on is efficiently generated by bringing the liquid 90 into direct contact with the non-emission light surface side of the LED chip 10 that is the heat source. Is cooled. Although the cooling efficiency is lower than that of the first embodiment, it is the same as the first embodiment in that the cooling means is overwhelmingly different from the forced air cooling system of the related art. The heated liquid 90 naturally convects above the sealed container 30. The heat of the liquid 90 that has moved upward is transmitted to the cooling fins 50 through the container wall of the sealed container 30. The heat transmitted to the cooling fins 50 is exchanged with external air, for example, air. The liquid 90 is efficiently cooled by these heat transfer paths. The cooled liquid 90 descends and is used repeatedly for cooling the LED chip 10. In the present embodiment, the cooling fins 50 are provided to promote cooling. However, the cooling fins 50 may be eliminated depending on the use of the light source device 110, the use environment, and the like.
[0031]
Further, an effect of the present embodiment different from that of the first embodiment is that since the emission light surface of the LED chip 10 is not immersed in the liquid 90, the fluctuation phenomenon due to the liquid 90 can be eliminated. In the case where the fluctuation phenomenon due to the liquid 90 occurs depending on the use environment when the first embodiment is carried out and a problem occurs in the light source quality, this embodiment can completely solve the problem.
[0032]
[Third embodiment]
The third embodiment of the present invention relates to the light source device 120 and will be described with reference to FIGS. The difference from the first and second embodiments is that the third embodiment differs from the first embodiment in that the liquid 90 is forcibly circulated. FIG. 5 is a schematic plan view of the light source device 120 of the present embodiment. FIG. 6 is a sectional view of FIG. The same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration is omitted.
[0033]
As shown in FIG. 5, in the light source device 120 of the present embodiment, the LED chip 10, the mounting substrate 20, the transparent window 40, the cooling fins 51, and the circulation pump 60 are arranged at predetermined positions in the annular sealed container 31. . The liquid 90 is filled in the sealed container 31. The liquid 90 is forcibly circulated in the container via the liquid circulation path 31a and the liquid circulation path 31b by the circulation pump 60 provided in the sealed container 31. The cooling fins 51 are arranged between the liquid circulation path 31a and the liquid circulation path 31b of the annular sealed container 31. The basic configuration and functions are the same as those of the cooling fin 50 of the first embodiment. As shown in FIG. 6, the LED chip 10 and the mounting substrate 20 arranged in the sealed container 31 are entirely immersed in a liquid 90. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted. 5 and 6, for simplicity of description, a fixing portion between the sealed container 31 and the mounting substrate 20, an electrode wiring and a power supply circuit for lighting the LED chip 10, a power supply for the circulation pump 60, a liquid 90 Is not shown in the drawing.
[0034]
In the configuration of the present embodiment described above, the heat generated by turning on the LED chip 10 is extremely efficiently cooled by bringing the liquid 90 into direct contact with the surface of the LED chip 10 that is the heat source. You. The heated liquid 90 is sent by the circulation pump 60 to the cooling fin section 52 via the liquid circulation path 31a. In the cooling fin unit 52, heat from the liquid 90 is transmitted to the cooling fin 51 through the container wall of the sealed container 31. The heat transmitted to the cooling fins 51 is exchanged with, for example, air outside. The liquid 90 is efficiently cooled by these heat transfer paths. The cooled liquid 90 is repeatedly used for cooling the LED chip 10 via the liquid circulation path 31b. In the present embodiment, the cooling fins 51 are provided to promote cooling, but the cooling fins 51 may be eliminated depending on the use of the light source device 120, the use environment, and the like.
[0035]
As described above, according to the present embodiment, since the LED chip 10 is continuously and directly cooled by the liquid 90 circulated by the circulation pump 60 and cooled by the cooling fins 51, the temperature rise of the LED chip 10 is further reduced. It can be suppressed effectively. As a result, the power input to the LED chip 10 can be greatly increased, and the amount of emitted light can be further increased.
[0036]
[Fourth embodiment]
The fourth embodiment of the present invention relates to a modification of the light source device 120 described in the third embodiment, and will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a sectional view of FIG. 5 in the present embodiment. The difference from the third embodiment is that in the third embodiment, the LED chip 10 is entirely immersed in the liquid 90 and directly cooled, but in the fourth embodiment, the LED chip 10 is It is arranged such that the light exit side of the light from is not immersed in the liquid 90. The same parts as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration is omitted.
[0037]
In the present embodiment of FIG. 7, the LED chip 10 connected and fixed to the mounting substrate 20 is disposed so that the emission light surface side faces the transparent window 40, and the inner surface of the sealed container 31 via the elastic member 80. Is fixed to the side. The elastic member 80 is selected from materials that function so as not to allow the liquid 90 to enter the emission light surface side of the LED chip 10, such as an elastic seal material or a rubber packing.
[0038]
In the configuration of the present embodiment described above, the heat generated when the LED chip 10 is turned on is efficiently generated by bringing the liquid 90 into direct contact with the non-emission light surface side of the LED chip 10 that is the heat source. Is cooled. Although the cooling efficiency is lower than that of the third embodiment, it is the same as the third embodiment in that the cooling means is overwhelmingly different from the forced air cooling system of the related art. The heated liquid 90 is sent by the circulation pump 60 to the cooling fin section 52 via the liquid circulation path 31a. In the cooling fin unit 52, heat from the liquid 90 is transmitted to the cooling fin 51 through the container wall of the sealed container 31. The heat transmitted to the cooling fins 51 is exchanged with, for example, air outside. The liquid 90 is efficiently cooled by these heat transfer paths. The cooled liquid 90 is repeatedly used for cooling the LED chip 10 via the liquid circulation path 31b. In the present embodiment, the cooling fins 51 are provided to promote cooling, but the cooling fins 51 may be eliminated depending on the use of the light source device 120, the use environment, and the like.
[0039]
As described above, according to the present embodiment, since the LED chip 10 is continuously and directly cooled by the liquid 90 circulated by the circulation pump 60 and cooled by the cooling fins 51, the temperature rise of the LED chip 10 is further reduced. It can be suppressed effectively. As a result, the power input to the LED chip 10 can be greatly increased, and the amount of emitted light can be further increased.
[0040]
Furthermore, an effect of the present embodiment different from that of the third embodiment is that the light emitting surface of the LED chip 10 is not immersed in the liquid 90, so that the fluctuation phenomenon due to the liquid 90 can be completely eliminated. In the case where the fluctuation phenomenon due to the liquid 90 occurs depending on the use environment when the third embodiment is carried out and the light source quality is problematic, the present embodiment can completely solve the problem.
[0041]
[Fifth Embodiment]
The fifth embodiment of the present invention relates to a light source device, which will be described with reference to FIGS. The difference from the first to fourth embodiments is that the fifth embodiment is different from the first to fourth embodiments in that a plurality of LED chips are stacked. FIG. 8 is a schematic plan view of the light source device 120 of the present embodiment. 9A and 9B are a plan view (a) and a cross-sectional view (b) of a plurality of stacked LED chips 15 and a mounting board 20, which constitute the light source device 120 of FIG. FIG. 10 is a sectional view of FIG. The same parts as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration will be omitted.
[0042]
As shown in FIG. 8, the light source device 120 of the present embodiment includes a plurality of stacked LED chips 15. The other configuration is the same as that of the third embodiment, and the description is omitted.
[0043]
As shown in FIG. 9, the LED chip 15 includes an LED light emitting area 11 and an LED substrate 12. In this embodiment, a transparent sapphire substrate is used as the LED substrate. The LED chips 15 are connected and fixed to both surfaces of the mounting board 20 via the conductive pads 70. In FIG. 9B, as an example, four LED chips 15 are stacked so as to face each other. The four stacked LED chips 15 are arranged such that the liquid 90 is in direct contact with the surface of each LED chip, and the liquid 90 is separated from each other at an interval capable of moving between the LED chips. I have. The light emitted from the LED light emitting region 11 is mainly emitted in the plane direction. In this embodiment, since the LED substrate 12 is a transparent sapphire substrate, light is emitted from both sides of the LED light emitting region 11. Therefore, when it is desired to emit light only in one direction (in the embodiment, the transparent window 40 side), it is desirable to form a reflection film on the surface of the LED chip 15 farthest from the emission light surface (shown in FIG. 9). Zu). By doing so, the light emitted from each of the stacked LED chips is emitted to the outside from a predetermined emission surface as light having an emitted light quantity corresponding to the number of stacked layers.
[0044]
As shown in FIG. 10, the LED chips 15 and the mounting substrate 20 in which a plurality are stacked are entirely immersed in a liquid 90. 8 to 10, for the sake of simplicity, the fixing portion between the sealed container 31 and the mounting substrate 20, the connecting portion where each of the stacked mounting substrates 20 is connected, and the LED chip 15 are turned on. An electrode wiring and a power supply circuit, a power supply for the circulating pump 60, and a sealing port for sealing the liquid 90 in the sealed container 30 are not shown.
[0045]
In the above-described configuration of the present embodiment, by stacking four LED chips 15 having the same area, it is possible to increase the amount of emitted light almost four times while the area of the emitted light is almost the same as that of one LED chip. It becomes. Further, the heat generated when the stacked LED chips 15 are turned on is cooled very efficiently by bringing the liquid 90 into direct contact with the surface of each LED chip 15 which is a heat generation source. . Since the stacked LED chips 15 are stacked at an appropriate distance from each other, the liquid 90 is always in direct contact with the surface of the LED chip 15, and a reliable cooling means and Become. The heated liquid 90 is sent by the circulation pump 60 to the cooling fin section 52 via the liquid circulation path 31a. In the cooling fin unit 52, heat from the liquid 90 is transmitted to the cooling fin 51 through the container wall of the sealed container 31. The heat transmitted to the cooling fins 51 is exchanged with, for example, air outside. The liquid 90 is efficiently cooled by these heat transfer paths. The cooled liquid 90 is repeatedly used for cooling the LED chip 15 via the liquid circulation path 31b. In the present embodiment, the cooling fins 51 are provided to promote cooling, but the cooling fins 51 may be eliminated depending on the use of the light source device 120, the use environment, and the like.
[0046]
As described above, according to the present embodiment, by stacking a plurality of LED chips 15, it is possible to increase the emission light amount by a plurality of times while the emission light area is almost the same as in the case of one. It becomes possible. In addition, since the stacked LED chips 15 are continuously and directly cooled by the liquid 90 circulated by the circulation pump 60 and cooled by the cooling fins 51, the temperature of the stacked LED chips 15 is reduced. The rise can be suppressed efficiently. Further, in the present embodiment, since the respective LED chips 15 are stacked and arranged at an appropriate distance from each other, the liquid 90 always comes into direct contact with the surface of the LED chips 15. Therefore, the LED chip 15 is reliably and efficiently cooled. As a result, the power applied to each LED chip 15 can be greatly increased, and the amount of emitted light can be further increased. In the present embodiment, the light source device 120 has been described. However, the same effect can be obtained in the light source device 110.
[0047]
[Sixth embodiment]
The sixth embodiment of the present invention relates to a projection display device, and relates to a small projection display device suitable for using the light source device described in the first to fifth embodiments. FIG. 11 shows a schematic configuration diagram of an optical system of the projection display 1 according to the present embodiment.
[0048]
As shown in FIG. 11, the projection display device 1 of the present embodiment includes a light source device 100, a liquid crystal panel (light modulation element) 200, a projection lens 300, and a housing 500. This is a so-called single-panel projection display device having one liquid crystal panel. The light source device 100 uses the same light source device as in the first embodiment. The light emission color of the light source device 100 is white. The liquid crystal panel 200 is configured to be capable of performing light modulation such that light is transmitted or not transmitted in pixel units according to a change in voltage of a control signal supplied to a drive circuit (not shown). The liquid crystal panel 200 includes a color filter, and a plurality of pixels corresponding to RGB constitute a color pixel. By controlling whether or not each color light of RGB is transmitted, color display is possible. These configurations are the same as those of a liquid crystal panel having a known color filter. The projection lens 300 is configured to form an image emitted from the liquid crystal panel 200 on the screen 600. Although only one projection lens is shown in FIG. 1, it goes without saying that a plurality of lenses may be used. The housing 500 is configured as a storage container for the entire projection display device, and is configured so that each optical element can be appropriately arranged.
[0049]
In the configuration of the present embodiment described above, high-luminance white light is emitted from the light source device 100, and is light-modulated by the liquid crystal panel 200 for each of RGB. The light modulated color lights are combined as a bright color image on the screen 600 by the projection lens 300.
[0050]
[Seventh embodiment]
The seventh embodiment of the present invention relates to a projection display device, and relates to a small projection display device suitable for using the light source device described in the first to fifth embodiments. The difference from the sixth embodiment is that the seventh embodiment includes three light source devices and three liquid crystal panels. FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an optical system of the projection display device 2 according to the present embodiment. The same components as those in the sixth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration is omitted.
[0051]
As shown in FIG. 12, the projection display device 2 of the present embodiment includes light source devices 100R, 100G, and 100B, three liquid crystal panels (light modulation elements) 200, a dichroic prism 400, a projection lens 300, and a housing 500. It is comprised including. This is a so-called three-panel type projection display device having three liquid crystal panels. The structures of the light source devices 100R, 100G, and 100B are the same as those of the light source devices 100R, 100G, and 100B except that the LED chips of the light source devices 100R, 100G, and 100B respectively emit red, green, and blue light. 5 is basically the same as the light source device of FIG. Red (R) light is emitted from the light source device 100R, green (G) light is emitted from the light source device 100G, and blue (B) light is emitted from the light source device 100B. If the light source device is configured by an LED that emits the same white light as that of the sixth embodiment, a color filter for converting the white light into each color light of RGB is provided between the light source device 100 and the liquid crystal panel 200. The liquid crystal panel 200 and the dichroic prism 400 may be arranged between them. The dichroic prism 400 includes a multilayer film 400R capable of reflecting only R and a multilayer film 400B capable of reflecting only B. The dichroic prism 400 can synthesize an image light-modulated for each of RGB and emit the light toward the projection lens 300. Is configured.
[0052]
In the above-described configuration of the present embodiment, each of the light source devices 100R, 100G, and 100B emits a high-luminance color light, and the light is modulated by the liquid crystal panel 200 corresponding to each light source device. The light modulated color lights are combined as a bright color image on the screen 600 by the projection lens 300. According to this configuration, a brighter color image can be obtained than in the single-panel projection display of the sixth embodiment.
[0053]
As described above, the light source device according to the embodiment of the present invention and the projection display device using the same have been described. However, the embodiment can be freely modified within the scope of the present invention. For example, in the third to fifth embodiments, the description has been made using the annular container as the sealed container. However, the effects of the present invention can be obtained by using the same box-shaped container as in the first and second embodiments. Further, in the embodiment, the description has been made using the LED chip as the light source device. However, the present invention is also applicable to a solid-state light emitting element such as a semiconductor laser. Further, for example, in the embodiments, the description has been made using the transmission type liquid crystal panel as the light modulation element. However, the reflection type liquid crystal panel (LCOS), the digital micromirror device (DMD), and the like can be used by using the light source device of the present invention. A similar effect can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a light source device 110 according to a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the light source device 110 of FIG.
FIG. 3 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) of the LED chip 10 and the mounting board 20 of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the light source device 110 of FIG. 1 in a second embodiment.
FIG. 5 is a schematic plan view of a light source device 120 according to a third embodiment.
FIG. 6 is a sectional view of FIG. 5;
FIG. 7 is a sectional view of FIG. 5 in a fourth embodiment.
FIG. 8 is a schematic plan view of a light source device 120 according to a fifth embodiment.
9 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) of the LED chip 15 and the mounting board 20 of FIG.
FIG. 10 is a sectional view of FIG. 8;
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an optical system of a projection display device 1 according to a sixth embodiment.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an optical system of a projection display device 2 according to a seventh embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 2, projection type display device, 10, 15, LED chip, 20: mounting substrate, 30: sealed container, 40: transparent window, 50, 51: cooling fin, 60: circulation pump, 90: liquid, 100, 110 , 120: Light source device, 200: Liquid crystal panel, 300: Projection lens, 400: Dichroic prism

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なっていることを特徴とする光源装置。A mounting substrate, including an LED chip disposed on the mounting substrate, and a sealed container filled with liquid, wherein the LED chip is directly cooled by the liquid, and at least a part of the sealed container is separated from the LED chip. A light source device having a configuration to transmit light. 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を特徴とする請求項1記載の光源装置。The light source device according to claim 1, wherein the non-emission light surface side of the light from the LED chip is directly cooled. 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または2記載の光源装置。The light source device according to claim 1, wherein a cooling unit for cooling the filled liquid is provided in the sealed container. 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3のいずれか1項記載の光源装置。The light source device according to any one of claims 1 to 3, wherein the sealed container is provided with a circulating unit for circulating the filled liquid. 前記LEDチップは、複数個積層さ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項記載の光源装置。The light source device according to claim 1, wherein a plurality of the LED chips are stacked. 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なっていることを特徴とする請求項5記載の光源装置。A plurality of the stacked LED chips are spaced apart from each other and are arranged in a stacked manner, and the separated portion is filled with the liquid and each of the LED chips is directly cooled. Item 6. The light source device according to item 5. 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。A light source device according to any one of claims 1 to 6, a light modulator for modulating light from the light source device, and a projection lens for projecting modulated light from the light modulator. Projection type display device.
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