JP2005106974A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 光源を効率的かつ均一に冷却することによって、表示画像の明るさと色バランスを確保することが可能なプロジェクタの提供する。
【解決手段】 光源１０と、該光源１０からの光を導光する導光手段２０と、該導光手段からの光を変調する光変調素子３０と、該光変調素子からの変調光を投射する投射レンズ５０とを有するプロジェクタ１であって、前記光源１０を蛇行細管型ヒートパイプ１１０により冷却可能とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プロジェクタ用光源の冷却に関する。

プロジェクタは、光源と、該光源からの光を導光する導光手段と、該導光手段から出射された光を画像信号に基づき変調する液晶パネルや微小ミラーアレイデバイスなどの光変調素子と、変調された光を投射する投射レンズとを有する。

プロジェクタは近年、小型化、高輝度化、長寿命化、低騒音化、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。

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いる。これらの光源は、発光に際し発熱を伴うことから、光源ランプ自体の特性変化が生じたり、液晶パネルや光学部品に熱が伝播し熱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、放電型ランプの小型化、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。また、放電型ランプには熱以外にも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、プロジェクタの小型化、性能向上面から改善が必要とされていた。

以上のような放電型ランプの問題点を解決する手段として、最近では有機ＥＬ発光素子（例えば、特許文献１参照）、LED（例えば、特許文献２参照）などの発光素子の採用が検討されている。これらの発光素子を用いた光源は、放電型ランプに比べて低発熱量であること、電源を含めて小型であること、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等、プロジェクタ用光源及びその他照明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。

特開平１０−３３３１２９号公報 特開平１１−５２８８９号公報

プロジェクタでは、表示画像の明るさの確保が大きな課題となっている。この点、上記した発光素子はいずれも光源としての明るさが不足しており、少なくとも放電型ランプレベルの明るさを確保するための改良が必要とされている。明るさを確保するために、発光素子への供給電流を増加させれば、発光量を増加させることができる。しかしながら、発光量の増加にともなって発熱量も増加するので、上記した従来技術では発光素子光源を効率的に冷却することができなくなるという問題がある。この場合、発光素子の温度が上昇して発光効率が低下し、発光素子への供給電流を増加させても発光量が有効に増加させることができなくなる。また、発光素子の温度が上昇して、発光素子が熱破損するおそれがある。

さらに、上記特許文献１においては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色光を出射する各有機EL光源からの発熱を、受熱板、ウィック（毛管）型ヒートパイプ、放熱板をそれぞれ設けて放熱する構成となっている。このため、ヒートパイプ性能を確保する上で光源配置の制約を受けることや、部品数の増加によるスペース増、コストアップ等の課題があった。また、上記特許文献２においては、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色LED光源を同一基板に配備して冷却する構成となっているが、用いる基板の冷却機構には具体的に触れられておらず、冷却能力および冷却の均一性において更なる改良が望まれていた。Ｒ、Ｇ、Ｂの各ＬＥＤにおいてはそれぞれ発光効率、温度特性がことなることから、冷却能力および冷却の均一性の向上は表示画像の色バランスを確保する上でも大きな課題となっていた。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、光源を効率的かつ均一に冷却することによって、表示画像の明るさと色バランスを確保することが可能なプロジェクタの提供を目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のプロジェクタは、光源と、該光源からの光を導光する導光手段と、該導光手段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プロジェクタであって、前記光源を蛇行細管型ヒートパイプにより冷却可能としたことを特徴とする。

先に述べたように、既に光源冷却のためにヒートパイプを用いる方法が開示されているが、従来型ヒートパイプを用いられている。従来型ヒートパイプは、容器（金属管）、ウィック（毛細管作用を有する材料）、作動液から構成される。その動作原理は、加熱部（受熱部）で作動液の蒸発が生じ、作動液の蒸気は冷却部（放熱部）に移動し、凝縮する。ここで蒸発潜熱の受け渡しが行われ、凝縮した作動液は管内のウィックの毛細管作用で加熱部に還流する。この繰り返しで、加熱部から冷却部へ熱の伝達が行われる。この際、還流は重力の影響を強く受けるため、放熱部を受熱部より下側に配置した場合、還流が阻害され熱輸送能力が大幅低下する。従って、光源等の発熱体とヒートパイプの配置上の制約が生じる。また、従来型ヒートパイプは、内部にウィックを装填するため、通常ヒートパイプ形状は直管である。そのため、熱伝達面積を確保する必要性から受熱板、放熱板（通常フィンを備える）をヒートパイプの両端に配設する必要がある。この場合、部品数が増加することによるコスト、小型化に課題が生じることになる。

本発明で用いる蛇行細管型ヒートパイプは上記した従来型ヒートパイプが有する制約、課題を改良したもので、例えば、ティーエスヒートロニクス（株）の蛇行細管型ヒートパイプを用いることができる。蛇行細管型ヒートパイプは、配置上の制約が少ない、高い熱伝導率を有する、平板であって自由に屈曲加工が可能、小型軽量であることなどの特徴を有する。

本発明の構成によれば、発光素子が発光とともに発熱しても、これを蛇行細管型ヒートパイプにより強制冷却して低温に保持することができる。発光素子から蛇行細管型ヒートパイプに伝達された熱は、蛇行細管内に充填された作動媒体によって、ヒートパイプ全体に急速に効率的に拡散され、ヒートパイプ表面から放熱される。したがって、光源を効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなう発光素子の発光効率の低下を防止することができる。その結果、表示画像の明るいプロジェクタを得ることができる。

本発明のプロジェクタにおいては、前記光源の非発光面が、前記蛇行細管型ヒートパイプに熱的に接触して実装されていることが好ましい。この構成によれば、発光素子が発光とともに発熱した熱は、非発光面から効率的に蛇行細管型ヒートパイプに直接伝達され、発光素子を低温に保持することができる。したがって、光源を効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなう発光素子の発光効率の低下を防止することができる。その結果、表示画像の明るいプロジェクタを得ることができる。

本発明のプロジェクタにおいては、前記光源は、異なる色光を出射する複数の発光素子をアレイ状に配してなる発光素子アレイ光源であってもよい。この構成によれば、異なる色光を出射するそれぞれの発光素子からの発熱量がことなったとしても、各発光素子からの熱は効率的に蛇行細管型ヒートパイプに伝達することが可能となり、各発光素子を低温かつ発光素子間の温度ばらつきが少ない状態で保持することができる。したがって、光源を効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなう発光素子の発光効率の低下を防止するとともに、色バランスを確保することができる。その結果、表示画像が明るく色バランスが確保されたプロジェクタを得ることができる。

本発明のプロジェクタにおいては、前記光源は、第一の色光を出射する複数の発光素子をアレイ状に配してなる第一の発光素子アレイ光源と、第二の色光を出射する複数の発光素子をアレイ状に配してなる第二の発光素子アレイ光源と、第三の色光を出射する複数の発光素子をアレイ状に配してなる第三の発光素子アレイ光源と、を有する複数光源であってもよい。この構成によれば、異なる色光を出射するそれぞれの発光素子アレイ光源からの発熱量がことなったとしても、各発光素子アレイ光源からの熱は効率的に蛇行細管型ヒートパイプに伝達することが可能となり、各光源を構成する各発光素子を低温かつ発光素子間の温度ばらつきが少ない状態で保持することができる。したがって、各光源を効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなう発光素子の発光効率の低下を防止するとともに、色バランスを確保することができる。その結果、表示画像が明るく色バランスが確保されたプロジェクタを得ることができる。

本発明のプロジェクタにおいては、前記蛇行細管型ヒートパイプには、冷却手段が備えられていることが好ましい。この構成によれば、発光素子が発光とともに発熱した熱は蛇行細管型ヒートパイプに伝達される。伝達された熱は、蛇行細管内に充填された作動媒体によって、ヒートパイプ全体に効率的に拡散され、ヒートパイプ表面から放熱されるとともに、備えられた冷却手段によってさらに放熱が促進される。したがって、光源をより効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなう発光素子の発光効率の低下を防止するとともに、色バランスを確保することができる。その結果、表示画像が明るく色バランスが確保されたプロジェクタを得ることができる。

本発明のプロジェクタにおいては、前記蛇行細管型ヒートパイプと、少なくとも前記導光手段または光変調素子が、熱伝導性部材を介して熱的に接続されていることが好ましい。この構成によれば、発光素子が発光とともに発熱した熱は、上述したと同様の作用によってヒートパイプ表面から放熱される一方、蛇行細管型ヒートパイプと、少なくとも導光手段または光変調素子が、熱伝導性部材を介して熱的に接続されていることから、導光手段、光変調素子の熱が熱伝導部材を通して蛇行細管型ヒートパイプに伝達され、ヒートパイプ表面から放熱される。冷却手段を併用することにより、さらに放熱能力を高めることができる。したがって、光源と、少なくとも導光手段または光変調素子を効率的に冷却することが可能になり、温度上昇にともなう発光素子の発光効率の低下を防止するとともに、色バランスが確保され、さらに、少なくとも導光手段または光変調素子の熱劣化、特性変化を防止することができる。その結果、表示画像が明るく色バランスが確保され、信頼性に優れたプロジェクタを得ることができる。

本発明のプロジェクタによれば、光源と、該光源からの光を導光する導光手段と、該導光手段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プロジェクタであって、前記光源を蛇行細管型ヒートパイプにより冷却可能とした構成となっていることから、温度上昇にともなう発光素子の発光効率の低下を防止することが可能となり、表示画像の明るいプロジェクタを得ることができる。また、均一な冷却が可能となり、色バランスが確保されたプロジェクタを得ることができる。さらに、蛇行細管型ヒートパイプと、少なくとも導光手段または光変調素子とを熱的に接続することによって導光手段または光変調素子を冷却可能とし、それらの熱劣化、特性変化を防止することができる。その結果、プロジェクタの信頼性を向上させることができる。一方、蛇行細管型ヒートパイプが、少なくとも導光手段または光変調素子を支持、固定することが可能であることから、それらを支持、固定するためのベースプレートが不要となり、部品数が削減でき、プロジェクタの小型化、軽量化にも寄与する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識しやすい大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

最初に、本発明の実施例１について図１、図２を参照して説明する。図１は本実施例に係るプロジェクタ１の全体構成を示す概略図である。図２は本実施例で用いる蛇行細管型ヒートパイプ１００の上面概略図（a）と側面概略断面図（b）である。

図１に示す本実施例のプロジェクタ１は、液晶パネル（光変調素子）を１個用いた単板式プロジェクタである。単板式プロジェクタとは、１個の光変調素子により光源光の変調を行うプロジェクタである。本実施例では液晶パネル（光変調素子）３０の駆動方式として色順次駆動方式を採用している。図１に示すようにプロジェクタ１には、ＬＥＤアレイ光源１０、ロッドレンズ（導光手段）２０、液晶パネル３０、投射レンズ５０、筐体６０、蛇行細管型ヒートパイプ１１０とが備えられ、投射レンズ５０からの出射光はスクリーン７０に表示画像として映し出される構成となっている。なお、図１には説明を簡単にするため、ＬＥＤ光源を点灯制御するための電極配線、電源回路や光源制御回路、光変調素子を駆動するための光変調素子駆動回路は図示していない。

図１において、ＬＥＤアレイ光源１０は、単色ＬＥＤである赤色（Ｒ）ＬＥＤ１１Ｒ、緑色（Ｇ）ＬＥＤ１１Ｇおよび青色（Ｂ）ＬＥＤ１１Ｂがそれぞれ複数個、例えば二次元的に集積して基板１２に実装されている。各ＬＥＤは各ＬＥＤの正負のリード線がＬＥＤの配置に対応させてインサートホールが形成された基板１２にはんだ付けされて固定されている。ＬＥＤアレイ光源１０は、各ＬＥＤの出射光方向が同一方向を向くように揃えられ、ロッドレンズ２０の断面積にほぼ等しい面積の発光面を備えている。各ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、光源制御回路（図示していない）に接続されている。光源制御回路によって、各ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂから時間順次に色光を出射させることが可能になっている。

ＬＥＤアレイ光源１０の後方にはロッドレンズ（導光手段）２０が配置されている。ＬＥＤアレイ光源１０の各色ＬＥＤから放射状に出射された光は、ロッドレンズ２０に入射してその側面で全反射し、液晶パネル（光変調素子）３０の表示領域に照射される。ロッドレンズ２０により、各色ＬＥＤからの光が平均化されるので、液晶パネル３０の表示領域を均一に照明することができる。

ロッドレンズ２０の後方には、液晶パネル３０が配置されている。この液晶パネル３０は、光変調素子駆動回路（図示していない）に接続されている。この光変調素子駆動回路は、液晶パネル３０を駆動するタイミングを制御するものであり、各色ＬＥＤからの色光に対応させて液晶パネル３０を時間順次に駆動することが可能になっている。すなわち、ＬＥＤアレイ光源１０の各色発光に同期して液晶パネル３０が駆動され、カラー画像が形成される。

そして、液晶パネル３０により形成されたカラー画像は、投射レンズ５０を介してスクリーン７０に拡大投影される。以上により、画像表示が行われる。

以上の本実施例のプロジェクタ１の構成において、ＬＥＤアレイ光源１０の裏面（非発光面）は凹型に折り曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１１０の内側奥部に、熱伝導性の良い接着剤例えばエポキシ系接着材を用いて直接接着されている。さらに、凹型に折り曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１１０の内側には、接着されたＬＥＤアレイ光源１０のほかに、ロッドレンズ（導光手段）２０、液晶パネル（光変調素子）３０が蛇行細管型ヒートパイプ１１０の凹部に囲まれるように配置されている。

ここで、蛇行細管型ヒートパイプ１００について図２に基づいて説明する。
図２に示すように、蛇行細管型ヒートパイプ１００は、所定厚みの金属板１０１および１０１´、蛇行細管部１０２、作動媒体１０３とから構成されている。なお、作動媒体１０３を蛇行細管部１０２へ封入するための封入口は図示していない。蛇行細管部１０２の形成方法は、金属平板１０１および１０１´のそれぞれの平板平面部に、互いに対象形状になるように蛇行細溝を形成したのち、加工面を相対して重ね合わせて例えば溶着接合して形成されている。蛇行細構の形成は、切削加工、放電加工、プレス加工など通常の機械加工で形成される。射出成形による複製加工によって形成することも可能である。適用可能材料として、例えばステンレス鋼、アルミニウム、マグネシウム、銅、チタンなどの各種熱伝導性に優れた金属およびその合金を用いることができる。蛇行細管部１０２に封入されている作動媒体１０３は、水などの液体媒体である。

以上の構成からなる蛇行細管型ヒートパイプ１００において、発熱体からの熱吸収により作動媒体１０３は気化し、発生した蒸気は受熱部の高圧側から放熱部の低圧側に移動することで潜熱輸送がおこなわれる。一方、蒸気の移動と同時に液相部も受熱部から放熱部へ移動して顕熱も輸送される。すなわち、潜熱と顕熱の混合輸送により、蛇行細管型ヒートパイプ１００は従来型ヒートパイプ以上の大きな熱輸送能力を有する。また、従来型ヒートパイプは管内部にウィックが装填されているため曲げ加工ができないが、蛇行細管型ヒートパイプ１００は自由に任意の形状に変形加工ができる。さらに、蛇行細管型ヒートパイプ１００は平板形状であることから発熱体の面実装が可能であること、受熱部と放熱部の配置上の制約がないこと等、装置設計上の自由度が大きい特徴を有する。

図１に示すプロジェクタ１に使用されている蛇行細管型ヒートパイプ１１０は、上記した図２の平板状の蛇行細管型ヒートパイプ１００を凹型に曲げ加工されたものであって、放熱特性は同等のものである。

以上の本実施例の構成において、ＬＥＤアレイ光源１０が点灯されることによって発生する熱は、ＬＥＤアレイ光源１０の裏面（非発光面）から例えば熱伝導性エポキシ系接着剤を介して蛇行細管型ヒートパイプ１１０に伝熱される。

ＬＥＤアレイ光源１０を構成する各色ＬＥＤは発光効率が異なるため、各ＬＥＤからの出射光の光束を同一にしようとすると、発光効率に合わせて各色ＬＥＤに投入する電流を変える必要がある。その結果、発光効率が低いＬＥＤからは発光効率が高いＬＥＤに比べ発熱量が多くなる。通常、ＬＥＤの発光効率はＬＥＤの温度が高くなるほど低下することから、投入電流を変えなければ各色ＬＥＤからの出射光光束は経時的に減少するとともに、色バランスもずれてくる。

本実施例では、ＬＥＤアレイ光源１０の熱は蛇行細管型ヒートパイプ１１０に伝熱される構成になっている。各色ＬＥＤからの熱は、ＬＥＤアレイ光源１０の裏面（非発光面）全面から蛇行細管型ヒートパイプ１１０（受熱部）に効率よく伝熱される。伝熱された熱は蛇行細管型ヒートパイプ１１０内の低温部（放熱部）に効率よく熱輸送され、蛇行細管型ヒートパイプ１１０の表面部から放熱される。この結果、ＬＥＤアレイ光源１０全体の温度上昇を防止するとともに、各ＬＥＤ間の温度差を極小化できる。このことによって、温度上昇にともなうＬＥＤアレイ光源１０の発光効率の低下を防止することが可能となり、表示画像の明るいプロジェクタを得ることができる。また、均一な冷却が可能となり、色バランスが確保されたプロジェクタを得ることができる。

一方、本実施例では、凹型に折り曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１１０の内側には、直接接着されたＬＥＤアレイ光源１０のほかに、ロッドレンズ（導光手段）２０、液晶パネル（光変調素子）３０が蛇行細管型ヒートパイプ１１０に囲まれるように配置されている。このことから、ＬＥＤアレイ光源１０からロッドレンズ２０に入射できなかった漏れ光は、蛇行細管型ヒートパイプ１１０の内側の面から熱として吸収され、光学系の温度上昇を防止することはできる。また、ロッドレンズ２０、液晶パネル３０からの輻射熱も蛇行細管型ヒートパイプ１１０の内側の面から熱として吸収されることになり、さらに光学系の温度上昇を防止することができる。その結果、光学系の熱劣化、特性変化を防止することが可能となり信頼性が向上する。

本発明の第２の実施例は実施例１で説明したプロジェクタ１の変形例に関し、図３に基づいて説明する。図３は本実施例におけるプロジェクタ１の全体構成を示す概略図である。実施例１と異なるところは、凹型に折り曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１１０の外側表面の３面に、冷却フィン９０が配設された構成となっているところである。実施例１と同一部分については同一の符号を付し、その構成の説明は省略する。

図３において、冷却フィン９０は、凹型に折り曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１１０の外側表面の３面にそれぞれ熱伝導性接着剤例えばエポキシ系接着剤を用いて固定されている。固定方法としては、接着剤方式以外の方法（例えば、金属はんだ接合、螺子止め等）でも良い。

以上の本実施例の構成において、実施例１と同様に、ＬＥＤアレイ光源１０の熱は蛇行細管型ヒートパイプ１１０に伝熱される構成になっている。各色ＬＥＤからの熱は、ＬＥＤアレイ光源１０の裏面（非発光面）の全面から蛇行細管型ヒートパイプ１１０（受熱部）に効率よく伝熱される。伝熱された熱は蛇行細管型ヒートパイプ１１０内の低温部（放熱部）に効率よく熱輸送され、蛇行細管型ヒートパイプ１１０の表面部から放熱される。さらに、蛇行細管型ヒートパイプ１１０に配設された冷却フィン９０から放熱が一層促進され、ＬＥＤアレイ光源１０の冷却効率を高めることができる。以上のことから、温度上昇にともなうＬＥＤアレイ光源１０の発光効率の低下を防止することが可能となり、表示画像の明るいプロジェクタを得ることができる。また、均一な冷却が可能となり、色バランスが確保されたプロジェクタを得ることができる。

一方、図３に示すように、凹型に折り曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１１０の内側には、直接接着されたＬＥＤアレイ光源１０のほかに、ロッドレンズ２０、液晶パネル３０が、冷却フィン９０を備えた蛇行細管型ヒートパイプ１１０に囲まれるように配置されている。このことから、さらに安定的に光学系の温度上昇を防止し、光学系の熱劣化、特性変化を防止することが可能となり信頼性が向上する。

本発明の第３の実施例は実施例１で説明したプロジェクタ１の変形例に関し、実施例２をさらに変形した例で、図４に基づいて説明する。図４は本実施例におけるプロジェクタ１の全体構成を示す概略図である。実施例１と異なるところは、凹型に折り曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１１０の外側表面の３面に、冷却フィン９０が配設された構成となっている。さらに、実施例１および実施例２と異なるところは、蛇行細管型ヒートパイプ１１０と、ロッドレンズ（導光手段）２０および液晶パネル（光変調素子）３０とが、固定部品（熱伝導性部材）６５、６６を介して熱的に接続されているところである。実施例１および実施例２と同一部分については同一の符号を付し、その構成の説明は省略する。

図４において、ロッドレンズ（導光手段）２０は、凹型に折り曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１１０の両端側内面と、ロッドレンズ２０の側面部とを、金属製の固定部品（熱伝導性部材）６５を介して熱伝導性接着剤により接着固定されている。固定部品６５には、ロッドレンズ２０の側面部寸法に合わせて溝が設けられていて、ロッドレンズ２０はその溝に挟み込まれて熱伝導性接着剤により接着固定されている。固定部品６５と蛇行細管型ヒートパイプ１１０は、平面同士を熱伝導性接着剤により接着固定されている。固定部品６５の形状および固定方法は、ロッドレンズ（導光手段）２０の導光機能を損ねない範囲で変更できる。液晶パネル（光変調素子）３０についても、ロッドレンズ（導光手段）２０と同様の方法で、金属製の固定部品（熱伝導性部材）６６を介して蛇行細管型ヒートパイプ１１０と接着固定されている。

以上の本実施例の構成において、ロッドレンズ２０および液晶パネル３０は、凹型に折り曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１１０に金属製の固定部品（熱伝導性部材）６５および６６を介して熱的に接続されている。したがって、ロッドレンズ２０および液晶パネル３０の熱は、蛇行細管型ヒートパイプ１１０に輻射熱として伝えられるとともに、金属製の固定部品（熱伝導性部材）６５および６６を通して伝熱される。このことから、さらに安定的に光学系の温度上昇を防止し、光学系の熱劣化、特性変化を防止することが可能となり信頼性が向上する。さらに、ロッドレンズ２０および液晶パネル３０は、蛇行細管型ヒートパイプ１１０に固定部品６５および６６を用いて固定されることから、それらを支持、固定するためのベースプレートが不要となり、部品数が削減でき、プロジェクタの小型化、軽量化にも寄与する。

本発明の第４の実施例を図５に基づいて説明する。図５は本実施例に係るプロジェクタ２の全体構成を示す概略図である。

図５に示す本実施例のプロジェクタ２は、液晶パネル（光変調素子）を３個用いた３板式プロジェクタである。３板式プロジェクタとは、３原色に対応した３個の光変調素子により光源光の変調を行うプロジェクタである。図５に示すようにプロジェクタ２には、ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ、ロッドレンズ（導光手段）２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ、液晶パネル（光変調素子）３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ、ダイクロイックプリズム４０、投射レンズ５０、筐体６０、蛇行細管型ヒートパイプ１２０とが備えられ、投射レンズ５０からの出射光はスクリーン７０に表示画像として映し出される構成となっている。

図５において、ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、単色ＬＥＤである赤色（Ｒ）のＬＥＤ１１Ｒ、緑色（Ｇ）のＬＥＤ１１Ｇ、青色（Ｂ）のＬＥＤ１１Ｂがそれぞれ複数個、例えば二次元的に集積して、対応する各基板１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂに実装されている。各色ＬＥＤは各色ＬＥＤの正負のリード線が各色ＬＥＤの配置に対応させてインサートホールが形成された基板１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂにはんだ付けされて固定されている。ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂは、光源ごとに各色ＬＥＤの出射光方向が同一方向を向くように揃えられている。また、各光源は、各光源に対応するロッドレンズ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの各断面積にほぼ等しい面積の発光面を備えている。

ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの後方にはロッドレンズ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂがそれぞれ配置されている。ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂから放射状に出射された光は、ロッドレンズ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂにそれぞれ入射してその側面で全反射し、光源からの光が平均化される。平均化された各色光は、ロッドレンズの後方に配置された液晶パネル（光変調素子）３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂの各表示領域に均一に照射される。

各液晶パネル（光変調素子）３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂによって変調された３つの色光は、ダイクロイックプリズム４０に入射される。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合せて構成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜４０Ｒと青色光を反射する誘電体多層膜４０Ｂとが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。形成されたカラー画像は、投射レンズ５０を介してスクリーン７０に拡大投影される。以上により、画像表示が行われる。

以上の本実施例のプロジェクタ２の構成において、各ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの裏面（非発光面）は、３つの各ＬＥＤアレイ光源に対応するように３箇所が凹型に曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１２０の各凹部の内側奥部に、熱伝導性に優れた例えばエポキシ系接着剤を用いて直接接着されている。さらに、蛇行細管型ヒートパイプ１２０の各凹部には、直接接着された各ＬＥＤアレイ光源のほかに、各ロッドレンズ、各液晶パネルが蛇行細管型ヒートパイプ１２０の各凹部に囲まれるように配置されている。

図５に示すプロジェクタ２に使用されている蛇行細管型ヒートパイプ１２０は、図２に示す平板状の蛇行細管型ヒートパイプ１００を、３箇所に凹形状を設けて曲げ加工されたものであって、放熱特性は同等のものである。

以上の本実施例の構成において、各ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂが点灯されることによって発生する熱は、各光源の裏面（非発光面）から蛇行細間型ヒートパイプ１２０に効率よく伝達される。

各ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを構成する各色ＬＥＤは発光効率が異なるため、各ＬＥＤアレイ光源からの出射光の光束を同一にしようとすると、発光効率に合わせて各色ＬＥＤに投入する電流を変える必要がある。その結果、発光効率が低いＬＥＤは発光効率が高いＬＥＤに比べ発熱量が多くなる。したがって、各ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂが発生する発熱量はそれぞれ異なる。通常、ＬＥＤの発光効率はＬＥＤの温度が高くなるほど低下することから、投入電流を変えなければ各ＬＥＤアレイ光源からの出射光光束は経時的に減少するとともに、色バランスもずれてくる。

本実施例では、各ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの熱は蛇行細管型ヒートパイプ１２０に伝熱される構成になっている。各色ＬＥＤからの熱は、各光源の裏面（非発光面）全面から蛇行細管型ヒートパイプ１２０（受熱部）に効率よく伝熱される。伝熱された熱は蛇行細管型ヒートパイプ１２０内の低温部（放熱部）に効率よく熱輸送され、蛇行細管型ヒートパイプ１２０の表面部から放熱される。この結果、各ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの発熱量がそれぞれ異なったとしても、各光源全体の温度上昇を防止できるとともに、各光源間の温度差を極小化できる。このことによって、温度上昇にともなう各光源の発光効率の低下を防止することが可能となり、表示画像の明るいプロジェクタを得ることができる。また、均一な冷却が可能となり、色バランスが確保されたプロジェクタを得ることができる。

一方、本実施例では、図５に示すように３つの各ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに対応するように３箇所が凹型に曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１２０の各凹部の内側には、直接接着された各光源のほかに、ロッドレンズ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ、液晶パネル３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂが蛇行細管型ヒートパイプ１２０に囲まれるように配置されている。このことから、各光源から各ロッドレンズに入射できなかった漏れ光は、蛇行細管型ヒートパイプ１２０の内側面から熱として吸収され、光学系の温度上昇を防止することができる。また、各ロッドレンズ、各液晶パネルからの輻射熱も蛇行細管型ヒートパイプ１２０の内側面から熱として吸収されることになり、さらに光学系の温度上昇を防止することができる。その結果、光学系の熱劣化、特性変化を防止することが可能となり信頼性が向上する。

本発明の第５の実施例は実施例４で説明したプロジェクタ２の変形例に関し、図６に基づいて説明する。図６は本実施例におけるプロジェクタ２の全体構成を示す概略図である。実施例４と異なるところは、図６に示すように、３つの各ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに対応するように３箇所が凹型に曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１２０の外側表面の９面に、冷却フィン９０がそれぞれ配設された構成となっている。さらに、３箇所が凹型に曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１２０と、各ロッドレンズ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂおよび各液晶パネル３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂとがそれぞれ金属製の固定部品（熱伝導性部材）６５、６６を介して熱的に接続されているところである。実施例４と同一部分については同一の符号を付し、その構成に説明は省略する。

図６において、各ロッドレンズ（導光手段）２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、凹型に折り曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１２０の各凹部内面と各ロッドレンズ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの側面部とを金属製の固定部品（熱伝導性部材）６５を介して接着固定されている。固定部品６５には、各ロッドレンズの側面部寸法に合わせて溝が設けられていて、ロッドレンズ２０はその溝に挟み込まれて熱伝導性接着剤によりそれぞれ接着固定されている。各固定部品６５と蛇行細管型ヒートパイプ１２０は、平面同士を熱伝導性接着剤により接着固定されている。固定部品６５の形状および固定方法は、各ロッドレンズの導光機能を損ねない範囲で変更できる。各液晶パネル（光変調素子）３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂについても、ロッドレンズと同様の方法で、金属製の固定部品（熱伝導性部材）６６を介して蛇行細管型ヒートパイプ１２０と接着固定されている。

以上の本実施例の構成において、各ロッドレンズ（導光手段）２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂおよび各液晶パネル（光変調素子）３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂは、３つの各ＬＥＤアレイ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに対応するように３箇所が凹型に曲げ加工された蛇行細管型ヒートパイプ１２０に金属製の固定部品（熱伝導性部材）６５および６６を介して熱的に接続されている。したがって、各ロッドレンズおよび各液晶パネルの熱は、蛇行細管型ヒートパイプ１２０に輻射熱として伝えられるとともに、金属製の固定部品（熱伝導性部材）６５および６６を通して伝熱される。このことから、さらに安定的に光学系の温度上昇を防止し、光学系の熱劣化、特性変化を防止することが可能となり信頼性が向上する。さらに、各ロッドレンズおよび各液晶パネルは、蛇行細管型ヒートパイプ１２０に固定部品６５および６６を用いて固定されることから、それらを支持、固定するためのベースプレートが不要となり、部品数が削減でき、プロジェクタの小型化、軽量化にも寄与する。

以上、本発明の実施形態によるプロジェクタ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可能なものである。例えば、実施例２、３、５では、冷却手段として冷却フィンを複数個（変更可能）用いて説明したが、他の冷却手段（例えば、ペルチェ素子、空冷ファン）を単独に用いても、あるいは冷却フィンと併用しても本発明の効果を得ることができる。また、実施形態では光源としてＬＥＤを用いて説明したが、半導体レーザなどの他の発光素子についても本発明は適用可能なものである。さらに、実施形態では、導光手段としてロッドレンズを用いて説明したが、フライアイレンズなどの他の導光手段（均一化手段）についても本発明は適用可能なものである。実施形態では光変調素子として液晶パネルを用いて説明したが、微小ミラーアレイデバイスなどについても本発明の効果を得ることができる。また、用途として、色バランスがよく明るい光源を必要とする用途に対しても本発明の光源構成は有効なものである。

第１の実施例におけるプロジェクタ１の概略構成図。 各実施例に係る蛇行細管型ヒートパイプの上面概略図（a）と側面概略断面図（b）。 第２の実施例におけるプロジェクタ１の概略構成図。 第３の実施例におけるプロジェクタ１の概略構成図。 第４の実施例におけるプロジェクタ２の概略構成図。 第５の実施例におけるプロジェクタ２の概略構成図。

符号の説明

１、２ プロジェクタ
１０、１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ ＬＥＤアレイ光源
２０、２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ ロッドレンズ（導光手段）
３０、３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ 液晶パネル（光変調素子）
６５、６６ 固定部品（熱伝導性部材）
９０ 冷却フィン（冷却手段）
１００、１１０、１２０ 蛇行細管型ヒートパイプ

Claims (6)

1. 光源と、該光源からの光を導光する導光手段と、該導光手段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プロジェクタであって、前記光源を蛇行細管型ヒートパイプにより冷却可能としたことを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記光源の非発光面が、前記蛇行細管型ヒートパイプに熱的に接触して実装されていることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
3. 前記光源は、異なる色光を出射する複数の発光素子をアレイ状に配してなる発光素子アレイ光源であることを特徴とする請求項１または２記載のプロジェクタ。
4. 前記光源は、第一の色光を出射する複数の発光素子をアレイ状に配してなる第一の発光素子アレイ光源と、第二の色光を出射する複数の発光素子をアレイ状に配してなる第二の発光素子アレイ光源と、第三の色光を出射する複数の発光素子をアレイ状に配してなる第三の発光素子アレイ光源と、を有することを特徴とする請求項１または２記載のプロジェクタ。
5. 前記蛇行細管型ヒートパイプには、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記載のいずれかに記載のプロジェクタ。
6. 前記蛇行細管型ヒートパイプと、少なくとも前記導光手段または前記光変調素子が、熱伝導性部材を介して熱的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５記載のいずれかに記載のプロジェクタ。
   

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