(57)【要約】【課題】投影型画像表示装置に好適に用いられる液晶表示素子およびそれを備えた投影型画像表示装置を提供する。【解決手段】一対の基板１０および２０と、これらの間に設けられた液晶層３０と、基板１０および２０の外面に密閉空間４０ａおよび４０ｂを介して接合された放熱用ガラス基板１２および２２とを備える液晶表示素子である。放熱用ガラス基板１２および２２の熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、密閉空間４０ａおよび４０ｂ内にＨｅガスが封入されている。【選択図】　図１
2004118146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、
前記一対の基板の間に設けられた液晶層と、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板の外面に密閉空間を介して接合された放熱用ガラス基板と、を備え、
前記放熱用ガラス基板の熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、
前記密閉空間内にＨｅガスが封入されている、液晶表示素子。
【請求項２】
前記放熱用ガラス基板は、石英ガラス材または耐熱ガラス材から形成されている、請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記放熱用ガラス基板と、前記放熱用ガラス基板が外面に接合された前記少なくとも一方の基板との間隔が２．０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記放熱用ガラス基板の両面に形成された反射防止膜をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の液晶光学素子。
【請求項５】
光源と、前記光源から出射された光を変調する請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示素子と、を備える投影型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子およびそれを備えた投影型画像表示装置に関し、特に、冷却構造が組み込まれた液晶表示素子およびそれを備えた投影型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置（以下、「液晶プロジェクタ」と称する。）が、高精細で大型の表示が可能な画像表示装置として注目されている。
【０００３】
図４を参照しながら、従来の液晶プロジェクタ６００の構造を説明する。
【０００４】
液晶プロジェクタ６００は、図４に示すように、強い光を発するメタルハライドランプ６５２と回転楕円体形の反射鏡６５４とから構成された光源６５０を有する。光源６５０の前方に、熱線カットフィルタ６６０、入射側偏光板６７０ａおよび集光レンズ６８０がこの順に配置されている。さらに、集光レンズ６８０の前方に、液晶表示素子６１０、出射側偏光板６７０ｂおよび投影レンズ６９０がこの順に配置されている。
【０００５】
光源６５０から出射した光は、熱線カットフィルタ６６０を通して不要な赤外線を除去された後、入射側偏光板６７０ａを通過して集光レンズ６８０に入射する。集光レンズ６８０で集光された光は、液晶表示素子６１０に入射して変調され、出射側偏光板６７０ｂに向けて出射する。出射側偏光板６７０ｂを通過した光が投影レンズ６９０で拡大投影されることによって、前方のスクリーン等に画像が映し出される。
【０００６】
なお、ここではカラーフィルタを備えた液晶表示素子６１０を１つ用いた単板式の液晶プロジェクタの構造を説明したが、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色に対応して３つの液晶表示素子を用いる三板式の液晶プロジェクタも知られている。
【０００７】
液晶表示素子６１０の厚さは、１ｍｍ程度であり、比較的薄い。そのため、光源光の強度分布にむらがある場合には、液晶表示素子６１０の一部に局所的に光が集中して加熱され、いわゆるホットスポットが発生する。液晶材料の複屈折率は温度に依存して変化するので、ホットスポットにおいては透過率が周囲と異なる。そのため、ホットスポットが発生すると、拡大投影された画像の表示品位が著しく損なわれてしまう。
【０００８】
また、光源６５０からの輻射熱によって液晶表示素子６１０の温度が上昇すると、それに伴って液晶材料の特性が劣化する。液晶プロジェクタ６００に用いられる光源６５０は強い光を発するので、液晶表示素子６１０は高温となりやすく、液晶材料の特性が劣化して表示機能を果たせなくなってしまう。
【０００９】
これらの問題を解決するために、液晶プロジェクタには液晶表示素子を冷却する機構が組み込まれることが多い。冷却方式としては、空冷方式、液冷方式（例えば特許文献１参照）および放熱用ガラス板を用いる方式（例えば特許文献２参照）が知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特公平６−５８４７４号公報
【特許文献２】
特公平９−１１３９０６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空冷方式においては、騒音とダスト付着の問題がある。十分な冷却効果を得るために送風量を増やすと、送風ファンの高速回転による騒音が激しくなる。そのため、この方式は静かな室内で映画等を鑑賞するのに用いられる液晶プロジェクタに適した方式とはいえない。また、単に空冷を行う場合には、一般に冷却効率が低いので強い風を送る必要があり、必然的に使用する送風ファンも大きなものとなる。そのため、この方式はホームシアター等としても用いられる液晶プロジェクタに適していない。さらに、送風による冷却を行うと、装置内でダストが舞うので、液晶表示素子やレンズにダストが付着して画質が低下してしまう。
【００１２】
また、特許文献１に開示されているような液冷方式においては、熱交換媒体としての液体を装置内に封入するので、温度上昇時の圧力抜き、気泡発生、混入異物および冷却液漏れ等信頼性の点で種々の問題が発生する。特に、水を用いる水冷方式の場合には、金属部品の錆等も問題となる。また、冷却を行うためには多量の液体が必要となるので、冷却機構が大掛かりなものとなってしまう。さらに、ペルチエ素子等の電子冷却装置を用いる固体冷却方式も提案されてはいるが、液晶プロジェクタ全体のコストが大幅に上昇するし、また、十分な冷却効果を得ることはできない。
【００１３】
また、特許文献２には、液晶表示素子を構成する一対の基板の外面に放熱用ガラス板を接着し、この放熱用ガラス板によって冷却を行う方式が開示されているが、この方式では、基板と放熱用ガラス板との間に気泡やパーティクル（ダスト）が閉じこめられてしまい、表示品位の低下の原因となる。
【００１４】
特許文献２には、基板の外面に空気層を介して放熱用ガラス板を接合した方式も開示されてはいるが、この方式においても、基板表面にパーティクルが付着して表示品位が低下してしまう。
【００１５】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、投影型画像表示装置に好適に用いられる液晶表示素子およびそれを備えた投影型画像表示装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示素子は、一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた液晶層と、前記一対の基板の少なくとも一方の基板の外面に密閉空間を介して接合された放熱用ガラス基板と、を備え、前記放熱用ガラス基板の熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、前記密閉空間内にＨｅガスが封入されており、そのことによって上記目的が達成される。
【００１７】
前記放熱用ガラス基板は、石英ガラス材または耐熱ガラス材から形成されていることが好ましい。
【００１８】
前記放熱用ガラス基板と、前記放熱用ガラス基板が外面に接合された前記少なくとも一方の基板との間隔が２．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
前記放熱用ガラス基板の両面に形成された反射防止膜をさらに備えてもよい。
【００２０】
本発明による投影型画像表示装置は、光源と、前記光源から出射された光を変調する、上記構成を備えた液晶表示素子と、を備え、そのことによって上記目的が達成される。
【００２１】
以下、本発明の作用を説明する。
【００２２】
本発明による液晶表示素子においては、放熱用ガラス基板が基板の外面に密閉空間を介して接合されているので、基板と放熱用ガラス基板とを直接接着したときのような気泡による表示品位の低下が発生しない。また、放熱用ガラス基板の熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、密閉空間内には熱伝導率の高いＨｅガスが封入されているので、液晶表示素子に蓄積される熱が効率よく放散される。さらに、密閉空間内にＨｅガスが封入される際に、基板の表面がＨｅガスによってブローされるので、基板表面のパーティクル（ダスト）が除去される。そのため、パーティクルに起因した表示品位の低下が発生しない。
【００２３】
石英ガラス材や耐熱ガラス材は熱伝導率が高いので、放熱用ガラス基板を石英ガラス材または耐熱ガラス材から形成すると、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の放熱用ガラス基板を容易に得ることができる。
【００２４】
基板の熱を効率よく放熱用ガラス基板に伝達する観点からは、放熱用ガラス基板と、放熱用ガラス基板が外面に接合された基板との間隔が２．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
放熱用ガラス基板の両面に反射防止膜が形成されていると、放熱用ガラス基板の表面での反射による入射光量の低下を抑制でき、また、表面で反射した不要な光によって基板上のスイッチング素子に光リーク等が発生することが防止される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態の液晶表示素子および投影型画像表示装置を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
図１（ａ）および（ｂ）に、本発明による実施形態の液晶表示素子１００を示す。本実施形態で例示する液晶表示素子１００は、透過型の液晶表示素子である。
【００２８】
液晶表示素子１００は、アクティブマトリクス基板１０と、対向基板２０と、これらの間に設けられた液晶層３０とを有する。
【００２９】
アクティブマトリクス基板１０の液晶層３０側の表面には、表示領域ＤＲ内にマトリクス状に配列された複数の画素電極や各画素電極に電気的に接続されたスイッチング素子（例えばＴＦＴ）などが形成されている。また、アクティブマトリクス基板１０の上端部には外部接続用のフレキシブルコネクタ１８が形成されている。
【００３０】
対向基板２０の液晶層３０側の表面には、画素電極に対向する対向電極が形成されている。対向電極は、典型的には、複数の画素に共通に設けられた単一の導電膜からなる共通電極である。
【００３１】
液晶表示素子１００は、さらに、アクティブマトリクス基板１０の外面（液晶層３０と反対側の表面）に密閉空間４０ａを介して接合された放熱用ガラス基板１２と、対向基板２０の外面に密閉空間４０ｂを介して接合された放熱用ガラス基板２２とを備えている。液晶表示素子１００が備える放熱用ガラス基板１２および２２の熱伝導率は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
【００３２】
密閉空間４０ａは、アクティブマトリクス基板１０と、放熱用ガラス基板１２と、アクティブマトリクス基板１０と放熱用ガラス基板１２との間に設けられた接合材１４とによって囲まれる空間であり、密閉空間４０ｂは、対向基板２０と、放熱用ガラス基板２２と、対向基板２０と放熱用ガラス基板２２との間に設けられた接合材２４とによって囲まれる空間である。密閉空間４０ａおよび４０ｂ内には、Ｈｅガスが封入されている。
【００３３】
液晶表示素子１００は、例えば、以下のようにして製造することができる。
【００３４】
まず、アクティブマトリクス基板１０と、対向基板２０と、これらの間に設けられた液晶層３０とを備えた液晶セルを用意する。この液晶セルを用意する工程は、公知の方法を用いて行うことができる。
【００３５】
次に、用意した液晶セルを真空チャンバー内に入れた後、チャンバー内にＨｅガスを導入する。例えば、Ｈｅガスを０．１μｍ以下のフィルタを通して１．０×１０５Ｐａ程度の圧力で真空チャンバー内に導入する。このとき、アクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の外面がＨｅガスでブローされ、アクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の表面に存在するパーティクル（ダスト）が除去される。
【００３６】
その後、チャンバー内でアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の周縁部に接合材（シール材）１４および２４を塗布し、放熱用ガラス基板１２および２２を接合することによって、密閉空間４０ａおよび４０ｂ内にＨｅガスを封入する。
【００３７】
このようにして、本発明による液晶表示素子１００が得られる。
【００３８】
本発明による液晶表示素子１００においては、放熱用ガラス基板１２および２２がアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の外面に密閉空間４０ａおよび４０ｂを介して接合されている。そのため、基板と放熱用ガラス基板とを直接接着したときのような気泡による表示品位の低下が発生しない。
【００３９】
また、放熱用ガラス基板１２および２２の熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、密閉空間４０ａおよび４０ｂ内にはＨｅガスが封入されている。熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のガラス基板は効率よく熱を伝達するし、Ｈｅガスは、下記表１に示すように各種ガスの中で熱伝導率が高い。従って、液晶表示素子１００に蓄積される熱は効率よく放散される。そのため、液晶層３０に含まれる液晶材料やアクティブマトリクス基板１０上のスイッチング素子等の劣化が抑制され、これらの劣化による表示品位の低下が抑制される。
【００４０】
［表１］
ガス　　　　　熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））　
Ｈ２　　　　　　　　１８１５×１０−４
Ｈｅ　　　　　　　　１４００×１０−４
Ｎ２　　　　　　　　　２６０×１０−４
Ｏ２　　　　　　　　　２６７×１０−４
なお、表１からわかるように、Ｈ２ガスの方がＨｅガスよりも熱伝導率が高いが、Ｈ２ガスは密閉空間内が濡れた場合、容易に発火することがあるので、十分に安全とはいえない。これに対して、Ｈｅガスは、熱伝導率が高いだけでなく、安全性の点でも優れている。また、石英ガラス材や耐熱ガラス材は熱伝導率が高いので、放熱用ガラス基板１２および２２を石英ガラス材または耐熱ガラス材から形成すると、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の放熱用ガラス基板１２および２２を容易に得ることができる。
【００４１】
さらに、本発明による液晶表示素子１００においては、密閉空間４０ａおよび４０ｂ内にＨｅガスが封入される際に、アクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の表面（外面）がＨｅガスによってブローされるので、パーティクル（ダスト）が除去される。そのため、パーティクルに起因した表示品位の低下が発生しない。
【００４２】
なお、アクティブマトリクス基板１０の熱を効率よく放熱用ガラス基板１２に伝達する観点からは、放熱用ガラス基板１２と、放熱用ガラス基板１２が外面に接合されたアクティブマトリクス基板１０との間隔（図１（ａ）中に示す間隔ｄ１）は２．０ｍｍ以下であることが好ましい。また、対向基板２０の熱を効率よく放熱用ガラス基板２２に伝達する観点からは、放熱用ガラス基板２２と、放熱用ガラス基板２２が外面に接合された対向基板２０との間隔（図１（ａ）中に示す間隔ｄ２）は２．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
また、図２に示す本発明による他の実施形態の液晶表示素子１００’のように、放熱用ガラス基板１２および２２の両面に反射防止膜１６および２６が形成されていると、放熱用ガラス基板１２および２２の表面での反射による入射光量の低下を抑制でき、また、表面で反射した不要な光が液晶セル内に入射することによってアクティブマトリクス基板１０上のスイッチング素子に光リーク等が発生することが防止される。
【００４４】
反射防止膜１６および２６としては、例えば、低屈折率のＳｉＯ２膜と高屈折率のＳｉＯ２膜とを交互に積層した多層膜を用いることができる。この多層膜は、例えば真空蒸着によって形成することができる。
【００４５】
また、放熱用ガラス基板１２および２２の外面（液晶セルとは反対側の表面）と液晶層３０との距離が２．０ｍｍ以上であると、万一放熱用ガラス基板１２および２２の外面にダストが付着しても、付着したダストが拡大投影時にはデフォ−カスされるので、表示品位の低下が抑制される。アクティブマトリクス基板１０や対向基板２０の厚さは、典型的には１．０ｍｍ程度であるので、放熱用ガラス基板１２および２２の厚さを１．０ｍｍ以上とすることで、放熱用ガラス基板１２および２２の外面と液晶層３０との距離を２．０ｍｍ以上に容易にすることができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、液晶層を挟持する一対の基板の両方の外面に放熱用ガラス基板が接合されている場合について説明したが、一方の基板の外面のみに放熱用ガラス基板を接合してもよい。ただし、液晶表示素子に蓄積される熱をより効率よく放散する観点からは、両方の基板の外面に放熱用ガラス基板が接合されていることが好ましい。
【００４７】
上述した本発明による液晶表示素子１００および１００’は、投影型画像表示装置（液晶プロジェクタ）に好適に用いられる。
【００４８】
図３に、本発明による液晶表示素子１００を備えた投影型画像表示装置（液晶プロジェクタ）２００を模式的に示す。
【００４９】
投影型画像表示装置２００は、図３に示すように、強い光を発するメタルハライドランプ５２と回転楕円体形の反射鏡５４とから構成された光源５０を有する。光源５０の前方に、熱線カットフィルタ６０、入射側偏光板７０ａおよび集光レンズ８０がこの順に配置されている。さらに、集光レンズ８０の前方に、液晶表示素子１００、出射側偏光板７０ｂおよび投影レンズ９０がこの順に配置されている。
【００５０】
光源５０から出射した光は、熱線カットフィルタ６０を通して不要な赤外線を除去された後、入射側偏光板７０ａを通過して集光レンズ８０に入射する。集光レンズ８０で集光された光は、液晶表示素子１００に入射して変調され、出射側偏光板７０ｂに向けて出射する。出射側偏光板７０ｂを通過した光が投影レンズ９０で拡大投影されることによって、前方のスクリーン等に画像が映し出される。
【００５１】
投影型画像表示装置２００は、光を変調する液晶表示素子として本発明による液晶表示素子１００を備えているので、従来の冷却構造を組み込んだ投影型画像表示装置よりも、コンパクトで信頼性および表示品位に優れている。
【００５２】
なお、ここでは液晶表示素子１００を１つ用いた単板式の投影型画像表示装置を例示したが、本発明による液晶表示素子１００および１００’は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色に対応して３つの液晶表示素子を用いる三板式の投影型画像表示装置にも好適に用いることができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によると、熱を効率よく放散することができ、表示品位に優れた液晶表示素子が提供される。
【００５４】
本発明による液晶表示素子は、投影型画像表示装置に好適に用いることができ、従来よりもコンパクトで信頼性および表示品位に優れた投影型画像表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明による実施形態の液晶表示素子１００を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、液晶表示素子１００を模式的に示す上面図である。
【図２】本発明による実施形態の他の液晶表示素子１００’を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明による実施形態の投影型画像表示装置２００を模式的に示す断面図である。
【図４】従来の投影型画像表示装置（液晶プロジェクタ）６００を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０　アクティブマトリクス基板
１２、２２　放熱用ガラス基板
１４、２４　接合材
１６、２６　反射防止膜
１８　フレキシブルコネクタ
２０　対向基板
３０　液晶層
４０ａ、４０ｂ　密閉空間
５０　光源
５２　メタルハライドランプ
５４　反射鏡
６０　熱線カットフィルタ
７０ａ　入射側偏光板
７０ｂ　出射側偏光板
８０　集光レンズ
９０　投影レンズ
１００　液晶表示素子
２００　投影型画像表示装置（液晶プロジェクタ）
【図１】
2004118146.tif 000003
【図２】
2004118146.tif 000004
【図３】
2004118146.tif 000005
【図４】
2004118146.tif 000006