(57)【要約】【課題】  反射型液晶表示装置に用いられる反射型液晶表示素子の冷却において、反射型液晶表示素子の長寿命化を図りつつ装置コストや消費電力を軽減することができる。【解決手段】  反射型液晶表示装置において、光源と、前記光源からの光を緑帯域光、青帯域光および赤帯域光に分解する色分解系と、前記緑帯域光、前記青帯域光および前記赤帯域光を合成する色合成系と、前記色合成系からの光を投射する投射系と、前記色分解系からの前記緑帯域光を変調する緑帯域光用反射型液晶表示素子と、前記色分解系からの前記青帯域光を変調する青帯域光用反射型液晶表示素子と、前記色分解系からの前記赤帯域光を変調する赤帯域光用反射型液晶表示素子と、を備え、前記緑帯域光用反射型液晶表示素子、前記青帯域光用反射型液晶表示素子および前記赤帯域光用反射型液晶表示素子のうち前記青帯域光用反射型液晶表示素子のみの背面側に冷却手段を配置したことを特徴とする。【選択図】  図１
2005227485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光を緑帯域光、青帯域光および赤帯域光に分解する色分解系と、前記緑帯域光、前記青帯域光および前記赤帯域光を合成する色合成系と、前記色合成系からの光を投射する投射系と、前記色分解系からの前記緑帯域光を変調する緑帯域光用反射型液晶表示素子と、前記色分解系からの前記青帯域光を変調する青帯域光用反射型液晶表示素子と、前記色分解系からの前記赤帯域光を変調する赤帯域光用反射型液晶表示素子と、を備え、前記緑帯域光用反射型液晶表示素子、前記青帯域光用反射型液晶表示素子および前記赤帯域光用反射型液晶表示素子のうち前記青帯域光用反射型液晶表示素子のみの背面側に冷却手段を配置したことを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項２】
前記冷却手段は、ヒートシンクまたはヒートパイプを含むことを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項３】
前記冷却手段は、ペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の放熱面に配置されたヒートパイプまたはヒートシンクと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項４】
前記青帯域光用反射型液晶表示素子の温度は、前記緑帯域光用反射型液晶表示素子または前記赤帯域光用反射型液晶表示素子の温度よりも５℃以上低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項５】
前記冷却手段に冷却風を送るファンをさらに備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項６】
光を第１の向きへ照射する光源と、前記光源からの光を前記第１の向きとは垂直な第２の向きへ出射する照明系と、前記照明系からの光のうち、緑帯域光を前記第２の向きへ透過するとともに、青帯域光および赤帯域光を前記第１の向きとは反対の第３の向きへ反射する色分解素子と、前記色分解素子からの前記緑帯域光を緑帯域光用反射型液晶表示素子に導くとともに前記緑帯域光用反射型液晶表示素子からの前記緑帯域光を前記第３の向きへ出射する第１素子と、前記色分解素子からの前記青帯域光を青帯域光用反射型液晶表示素子に導くとともに前記青帯域光用反射型液晶表示素子からの前記青帯域光を前記第２の向きへ出射し、かつ、前記色分解素子からの前記赤帯域光を赤帯域光用反射型液晶表示素子に導くとともに前記赤帯域光用反射型液晶表示素子からの前記赤帯域光を前記第２の向きへ出射する第２素子と、前記第１素子からの前記緑帯域光と前記第２素子からの前記青帯域光および前記赤帯域光を合成して前記第３の向きへ出射する色合成素子と、前記色合成からの光を前記第３の向きへ投射する投射系と、を備え、前記緑帯域光用反射型液晶表示素子、前記青帯域光用反射型液晶表示素子および前記赤帯域光用反射型液晶表示素子のうち前記青帯域光用反射型液晶表示素子のみの背面側に冷却手段を配置したことを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項７】
前記冷却手段は、前記光源から前記照明系までの光路、前記照明系から前記第１素子までの光路、および、前記第１素子から前記投射系までの光路で囲まれた位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項８】
前記第２素子は、前記色分解素子からの前記青帯域光を前記第３の向きへ出射して前記青帯域光用反射型液晶表示素子に導くとともに前記青帯域光用反射型液晶表示素子からの前記青帯域光を前記第２の向きへ出射し、かつ、前記色分解素子からの前記赤帯域光を前記第２の向きとは反対の第４の向きへ出射して前記赤帯域光用反射型液晶表示素子に導くとともに前記赤帯域光用反射型液晶表示素子からの前記赤帯域光を前記第２の向きへ出射することを特徴とする請求項６または７に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項９】
前記第２素子は、前記色分解素子からの前記青帯域光を前記第２の向きとは反対の第４の向きへ出射して前記青帯域光用反射型液晶表示素子に導くとともに前記青帯域光用反射型液晶表示素子からの前記青帯域光を前記第２の向きへ出射し、かつ、前記色分解素子からの前記赤帯域光を前記第３の向きへ出射して前記赤帯域光用反射型液晶表示素子に導くとともに前記赤帯域光用反射型液晶表示素子からの前記赤帯域光を前記第２の向きへ出射することを特徴とする請求項６または７に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の反射型液晶表示装置と、前記反射型液晶表示装置に画像信号を入力する画像信号入力装置と、を具備する画像投射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型液晶表示素子に基づく投射像原画をスクリーン上に拡大投射する、反射型液晶表示装置に好適なものである。特に、反射型液晶表示素子の冷却に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
反射型液晶表示素子を冷却する手段として、反射型液晶表示素子と、反射型液晶表示素子の温度を検出する反射型液晶表示素子に内蔵された温度センサーと、温度センサーによって検出された温度に基づいて反射型液晶表示素子の温度を調整する電子冷却加熱素子と、温度センサーによって検出された温度信号を電子冷却加熱素子にフィードバックする温度制御回路とからなる反射型液晶表示素子の冷却手段の構成は、特許文献１に開示されている。
【０００３】
ここで、従来例の反射型液晶表示素子冷却手段の構成図を図１１に示す。
【０００４】
図中、１１１は筐体、１１２は光源、１１３は照明光学系、１１４は偏光ビームスプリッター、１１５はクロスダイクロイックミラー、１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａは温度センサー、１１６Ｂ，１１７Ｂ，１１８Ｂはペルチェユニット、１１６Ｃ，１１７Ｃ，１１８Ｃは液晶層、１１９は投射レンズ、１２１は冷却ファン、１２３は温度制御回路、１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃは液晶駆動回路である。
【０００５】
次に、従来例の光学系作用について説明する。光源１１２から出射された白色光は照明光学系１１３を透過し、偏光ビームスプリッター１１４に入射される。また、この偏光ビームスプリッター１１４で反射されたＳ偏光の光路Ｌ２上には、クロスダイクロイックミラー１１５が配置されている。このクロスダイクロイックミラー１１５は、入射される白色光（Ｓ偏光）を、波長に応じて３つの光路Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８に分岐するものである。このうち赤色光路Ｌ６、青色光路Ｌ７、緑色光路Ｌ８には各々液晶層１１６Ｃ，１１７Ｃ，１１８Ｃが配置され、各々液晶駆動回路１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃにより駆動される。
【０００６】
更に、反射型液晶表示素子１１６を反射した光は、クロスダイクロミラー１１５を透過もしくは反射し偏光ビームスプリッター１１４に到達する。このとき、液晶駆動回路１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃにより変調された光のうち不要光であるＳ偏光は反射し、照明光であるＰ偏光は透過しスクリーン投影される。
【０００７】
このとき、反射型液晶表示素子１１６の温度制御は以下のように行われている。液晶表示素子１１６の各々の液晶層１１６Ｃ，１１７Ｃ，１１８Ｃの背面には各々液晶駆動回路１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃが配置され、各々液晶駆動回路１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃの背面には各々温度センサー１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａが配置され、各々温度センサー１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａの背面には各々ペルチェユニット１１６Ｂ，１１７Ｂ，１１８Ｂが配置されている。このとき、温度センサー１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａによって検出された反射型液晶表示素子１１６の温度を表す温度信号が温度制御回路１２３に出力される。更に、温度制御回路１２３は各々ペルチェユニット１１６Ｂ，１１７Ｂ，１１８Ｂに接続されており、反射型液晶表示素子１１６が常に適正な温度範囲内にあるように温度信号に基づいて各々ペルチェユニット１１６Ｂ，１１７Ｂ，１１８Ｂの電流値を制御し、反射型液晶表示素子１１６の温度制御を行う。
【０００８】
また、反射型液晶表示素子ではなく、透過型液晶表示素子を冷却する手段として、光源と、光源からの光を複数の波長帯域の光に分解する色分解手段と、複数の透過型液晶表示素子と、透過型液晶表示素子により変調された光を合成する色合成手段とからなり、複数の透過型液晶表示素子の周辺を各々冷却する複数の冷却手段を設け、これら複数の冷却手段のうち少なくとも一つの冷却手段の冷却能力が他の冷却手段と異なる冷却能力を持つ構成は、特許文献２に開示されている。
【０００９】
ここで、従来例の透過型液晶表示素子冷却手段の構成図を図１２に示す。
【００１０】
図中、２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃは入射側偏光板、２１０ａおよび２１０ｂおよび２１０ｃは各々青光路および緑光路および赤光路の透過型液晶表示素子、２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃは出射側偏光板、２１２は色合成手段のダイクロイックプリズム、２１６は投射レンズ系、２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃは冷却ファンである。
【００１１】
このとき、透過型液晶表示素子の冷却手段は、以下のように行なわれている。青光路の冷却ファン２３４ａは青光路の透過型液晶表示素子２１０ａと入射偏光板２０９ａと出射偏光板２１１ａとを冷却し、緑光路の冷却ファン２３４ｂは緑光路の透過型液晶表示素子２１０ｂと入射偏光板２０９ｂと出射偏光板２１１ｂとを冷却し、赤光路の冷却ファン２３４ｃは赤光路の透過型液晶表示素子２１０ｃと入射偏光板２０９ｃと出射偏光板２１１ｃとを冷却し、青光路において偏光板や透過型液晶表示素子の温度上昇が他の２つの色光路の偏光板や透過型液晶表示素子に比べて大きい場合は、青色用の冷却ファン２３４ａとして、他の２つの色光路に置かれた冷却ファン２３４ｂ，２３４ｃとは別の仕様で、風量（風速）の大きなファンを設置して、青光路の偏光板２０９ａ，２１１ａおよび透過型液晶表示素子２１０ａを冷却する。
【特許文献１】特開平１１−３８３７８号公報
【特許文献２】特開２００２−３５７８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
一般的に、３板式の反射型液晶表示装置はランプ光源からの白色光を色分離手段を用いて、赤帯域（Ｒ）と緑帯域（Ｇ）と青帯域（Ｂ）の三色に分離し、色分離された各々ＲＧＢ三色は各々ＲＧＢ光路に設置された３つの反射型液晶表示素子に入射する。
【００１３】
ここで、反射型液晶表示素子中の液晶は高分子材料であり、一般的に青帯域もしくは紫外帯域に解離ポテンシャルを持っている為に、青光路に配置された反射型液晶表示素子中の高分子からなる液晶は青帯域光もしくは紫外帯域光により容易に解離して低分子化する。また、反射型液晶表示素子内に存在するイオン性不純物により高分子の液晶は分解し低分子化する。液晶は低分子化することで沸点が低下し、特に高エネルギーの光を照射する反射型液晶表示装置の場合は液晶の温度が著しく上昇する為に、低分子化した液晶は容易に沸騰、あるいはガス化して液晶が破壊する。このように、青光路に設置された反射型液晶表示素子中の液晶はその他の光路（緑光路あるいは赤光路）に設置された反射型液晶表示素子の液晶と比べて破壊速度が格段に早い。
【００１４】
以上で説明した液晶のガス化破壊のメカニズムから、反射型液晶表示素子に対してペルチェユニットおよびヒートパイプおよびヒートシンク等の強制冷却手段の使用または冷却強化の必要性があるのは、青帯域（もしくは紫外帯域）の光が入射される青光路に設置された反射型液晶表示素子のみに限定する事ができる。
【００１５】
しかしながら、特許文献１に記載されている反射型液晶表示素子の冷却手段は、青帯域もしくは紫外帯域の光による液晶の沸騰およびガス化破壊に対する配慮が無く、かつ、青光路に設置された反射型液晶表示素子に限定した冷却強化に関する記載が無いために、青光路の反射型液晶表示素子以外の反射型液晶表示素子にも冷却手段を設けており、冷却手段が多くなることで、装置コストや消費電力が大幅に掛かるという問題がある。
【００１６】
また、特許文献２に記載されている透過型液晶表示素子の冷却手段は、青帯域もしくは紫外帯域の光による液晶の沸騰およびガス化破壊に対する配慮が無い。また、透過型液晶表示素子の冷却手段として冷却ファンを用いており、冷却ファンの風量（風速）を上げることで冷却強化を行っている為に、ファンの回転数が増加し、騒音が増加するという問題がある。
【００１７】
そこで、本発明は上記の問題を解決するためのもので、反射型液晶表示装置に用いられる反射型液晶表示素子の冷却において、反射型液晶表示素子の長寿命化を図りつつ、装置コストや消費電力を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る反射型液晶表示装置は、光源と、前記光源からの光を緑帯域光、青帯域光および赤帯域光に分解する色分解系と、前記緑帯域光、前記青帯域光および前記赤帯域光を合成する色合成系と、前記色合成系からの光を投射する投射系と、前記色分解系からの前記緑帯域光を変調する緑帯域光用反射型液晶表示素子と、前記色分解系からの前記青帯域光を変調する青帯域光用反射型液晶表示素子と、前記色分解系からの前記赤帯域光を変調する赤帯域光用反射型液晶表示素子と、を備え、前記緑帯域光用反射型液晶表示素子、前記青帯域光用反射型液晶表示素子および前記赤帯域光用反射型液晶表示素子のうち前記青帯域光用反射型液晶表示素子のみの背面側に冷却手段を配置したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第２の側面に係る反射型液晶表示装置は、光を第１の向きへ照射する光源と、前記光源からの光を前記第１の向きとは垂直な第２の向きへ出射する照明系と、前記照明系からの光のうち、緑帯域光を前記第２の向きへ透過するとともに、青帯域光および赤帯域光を前記第１の向きとは反対の第３の向きへ反射する色分解素子と、前記色分解素子からの前記緑帯域光を緑帯域光用反射型液晶表示素子に導くとともに前記緑帯域光用反射型液晶表示素子からの前記緑帯域光を前記第３の向きへ出射する第１素子と、前記色分解素子からの前記青帯域光を青帯域光用反射型液晶表示素子に導くとともに前記青帯域光用反射型液晶表示素子からの前記青帯域光を前記第２の向きへ出射し、かつ、前記色分解素子からの前記赤帯域光を赤帯域光用反射型液晶表示素子に導くとともに前記赤帯域光用反射型液晶表示素子からの前記赤帯域光を前記第２の向きへ出射する第２素子と、前記第１素子からの前記緑帯域光と前記第２素子からの前記青帯域光および前記赤帯域光を合成して前記第３の向きへ出射する色合成素子と、前記色合成からの光を前記第３の向きへ投射する投射系と、を備え、前記緑帯域光用反射型液晶表示素子、前記青帯域光用反射型液晶表示素子および前記赤帯域光用反射型液晶表示素子のうち前記青帯域光用反射型液晶表示素子のみの背面側に冷却手段を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、反射型液晶表示装置に用いられる反射型液晶表示素子の冷却において、反射型液晶表示素子の長寿命化を図りつつ、装置コストや消費電力を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１には、本発明の第１実施例である反射型液晶表示装置の全体図を示す。
【００２３】
図中、１は高圧水銀ランプなどからなる光源、２は光源１から光を所定の方向に放射するためのリフレクター、３は均一な照明強度を有する照明領域を形成するためのインテグレーターであり、フライアイレンズ３ａ，３ｂから構成されており、４は無偏光な光を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子であり偏光分離膜４ａと反射膜４ｂと１／２位相差板４ｃとから構成されており、５は照明光を集光するコンデンサーレンズ、６はミラー、７は照明光をテレセントリックな光にするフィールドレンズである。特に、１に２を含めて光源、３〜７を光速分割均一照明手段（照明系）と称する。
【００２４】
８は緑の波長帯域光を透過するダイクロイックミラー、９ａ１，９ｂ１，９ｃ１はそれぞれＳ偏光を反射してＰ偏光を透過させる特性をもつ偏光分離膜で、９ａ，９ｂ，９ｃはそれぞれ偏光分離膜９ａ１，９ｂ１，９ｃ１を有する偏光ビームスプリッター、１０ａ，１０ｂはそれぞれ所定波長帯域の光の偏光方向を９０°変換（回転）する色選択性位相差板、１１ｒ，１１ｇ，１１ｂはそれぞれ入射した照明光を反射するとともに画像信号に応じて変調して画像光を形成する反射型液晶表示素子、１２ｒ，１２ｇ，１２ｂはそれぞれ１／４位相差板、１３は紫外波長帯域の光を遮断するＵＶカットフィルター、１４は投射レンズ系、１５ａ，１５ｂ，１５ｃは反射型液晶表示装置内に設置された冷却ファン、１６は筐体、１７は青光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｂを冷却強化するヒートシンクである。
【００２５】
次に、上記構成の光学的な作用を説明する。光源１から出射した光はリフレクター２で反射し、紫外波長帯域の光をカットするＵＶカットフィルター１３を透過し、フライアイレンズ３ａの方向に集光される。この光束は、フライアイレンズ３ａにより複数の光束に分割された後、複数の光束はフライアイレンズ３ｂ、コンデンサーレンズ５およびフィールドレンズ７の作用によって各反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ上に重ね合わされ、均一な照明強度の照明領域を各反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ上に形成する。また、このときフライアイレンズ３ｂから出射した多数の光束はそれぞれの光束に対応した偏光分離膜４ａでＰ偏光とＳ偏光とに分離される。Ｐ偏光は１／２位相差板４ｃによりＳ偏光と同方向の偏光成分に変換され、Ｓ偏光は反射膜４ｂにより反射される。これにより、フライアイレンズ３ｂから出射した多数の光束は、所定の偏光方向を有する光として同一方向に出射される。
【００２６】
偏光変換素子４によりほぼＳ偏光にそろえられた光は、緑の波長帯域の光を透過するダイクロイックミラー（色分解素子）８に入射し、緑の波長帯域の光は透過し、赤と青の波長帯域の光は反射する。ダイクロイックミラー８を透過した緑帯域の光は偏光ビームスプリッター（第１素子）９ａに入射し、偏光分離膜９ａ１において反射して、１／４位相差板１２ｇを透過し、反射型液晶表示素子１１ｇに入射する。
【００２７】
一方、ダイクロイックミラー８を反射した赤と青の波長帯域の光は、第１の色選択性位相差板１０ａによって青の波長帯域の光のみ偏光方向を９０°変換されてＰ偏光となり、赤の波長帯域の光はＳ偏光のままで、偏光ビームスプリッター９ｂに入射する。更に偏光ビームスプリッター（第２素子）９ｂの偏光分離膜９ｂ１において、Ｐ偏光である青の波長帯域の光は透過し、Ｓ偏光である赤の波長帯域の光は反射する。これにより、互いに偏光方向が直交する赤と青の波長帯域に分離される。偏光ビームスプリッター９ｂを反射した赤の波長帯域の光は、１／４位相差板１２ｒを透過し、反射型液晶表示素子１１ｒに入射し、偏光ビームスプリッター９ｂを透過した青の波長帯域の光は、１／４位相差板１２ｂを透過し、反射型液晶表示素子１１ｂに入射する。
【００２８】
さらに、反射型液晶表示素子１１ｇによって１８０度位相差変調され反射した緑の波長帯域の光は、１／４位相差板１２ｇを透過し、Ｐ偏光となって偏光ビームスプリッター９ａ，９ｃを透過する。また、反射型液晶表示素子１１ｒによって１８０度位相差変調され反射した赤の波長帯域の光は、１／４位相差板１２ｒを透過し、Ｐ偏光となって偏光ビームスプリッター９ｂを透過し、第２の色選択性位相差板１０ｂに入射する。また、反射型液晶表示素子１１ｂによって１８０度位相差変調され反射した青の波長帯域の光は、１／４位相差板１２ｂを透過し、Ｓ偏光となって偏光ビームスプリッター９ｂを反射し、第２の色選択性位相差板１０ｂに入射する。赤の波長帯域の光のみ偏光方向を９０°変換する第２の色選択性位相差板１０ｂに入射した赤と青の波長帯域の光は第２の色選択性位相差板１０ｂにより赤の波長帯域の光のみ偏光方向を９０°変換されてＳ偏光となり、青の波長帯域の光はＳ偏光のままで、偏光ビームスプリッター（色合成素子）９ｃに入射し、反射する。そして、ＲＧＢの全波長帯域の光は偏光ビームスプリッター９ｃによって合成され、投射レンズ（投射系）１４に導かれ、不図示のスクリーン等に投射される。
【００２９】
このとき、図１に示す緑帯域の光路配置は偏光ビームスプリッターの入射角度に対する検光特性から以下のように決定した。一般に、偏光ビームスプリッターは４５°で入射する光に対しては図１０（ａ）に示すような理想的な偏光分離性能を示すが４５°からずれた入射角度で入射する光に対しては図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示すように不完全な特性となってしまう。ここで、ＲＳは偏光ビームスプリッターにＳ偏光光が入射されたときのＳ偏光の反射率、ＲＰはＰ偏光が入射されたときの反射率であり、入射角度が４５°からずれると、Ｐ偏光反射率は大幅に反射率が低下して特性が劣化するが、Ｓ偏光反射率は殆んど変わらなく特性が良い。このとき、高コントラストの投射画像を得る為には、赤、緑、青合成光のうち照度の凡そを占める比視感度が高い緑帯域の光路を、偏光ビームスプリッターが検光性の高い光路に配置することが良い。
【００３０】
このとき、図１の緑光路は、黒表示時の反射型液晶表示素子１１ｇを反射する光は位相変調されず、Ｓ偏光のまま偏光ビームスプリッター９ａに入射するが、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）で説明したように、入射角度依存性の殆んど無いＳ偏光光はほぼ反射（検光）される。更に、僅かながらではあるが偏光ビームスプリッター９ａを透過した光（漏れ光）はＳ偏光成分で、偏光ビームスプリッター９ｃに入射して同様にほぼ反射（検光）される。このように、偏光ビームスプリッターの検光性能の高いＳ偏光の反射で検光が２回行なわれる光路に比視感度の高い緑光路を配置することで、高コントラストな投射画像が得られる。
【００３１】
ここで、他の赤の光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｒと青の光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｂは、図１に示すように、光源から照明系までの光路、照明系から緑帯域光用偏光ビームスプリッター９ａまでの光路、および、緑帯域用偏光ビームスプリッター９ａから投射系までの光路で囲まれた位置に配置されることになる。すなわち、緑帯域光用液晶表示素子１１ｇや赤帯域光用液晶表示素子１１ｒに比べ寿命が短いとされる青帯域光用反射型液晶表示素子１１ｂは、スペース的に余裕がある位置に配置されることになる。
【００３２】
ここで、本実施例における反射型液晶表示素子の冷却構成を説明する。各々の反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの中で、青帯域および紫外帯域の光照射による光耐久性に弱い青光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｂのみの背面側（表示面と対向する面側）にヒートシンク（冷却手段）１７を配置し、反射型液晶表示素子１１ｂの冷却を強化する構成とする。なお、冷却手段は、青帯域光用反射型液晶表示素子１１ｂの背面に直接貼り付けても、青帯域光用反射型液晶表示素子１１ｂの背面から微小隙間だけ離間して設けても良い。図２に、青光路に設けられた反射型液晶表示素子１１ｂと、反射型液晶表示素子１１ｂに密着配置されたヒートシンク１７の拡大図を示す。図中、１８はＳｉ基板、１９はＳｉ基板に対向するガラス基板、２０は液晶層、２１は反射ミラー電極、２２はガラス基板上１９に配置された透明電極、２３は反射ミラー電極２１上に塗布された第１の配向膜、２４は第１の透明電極２２上に塗布された第２の配向膜である。このとき、青光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｂのＳｉ基板１８の背面側にヒートシンク１７を配置して反射型液晶表示素子１１ｂの冷却を強化する構成とする。このとき、青帯域光用反射型液晶表示素子１１ｂ近傍の余裕スペースを有効活用することができる。
【００３３】
更に、反射型液晶表示装置内の光学部材を冷却する為に設けられた冷却ファン１５ｃの冷却風を利用して、ヒートシンク１７の裏面で拡散している熱を冷却することで、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂを効率良く冷却することができ、反射型液晶表示素子１１ｂの長寿命化を実現できる。
【００３４】
本実施例における反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに０．７インチサイズの解像度ＸＧＡを用い、反射型液晶表示装置のスクリーン照度を１０００ＡＮＳＩルーメンとし、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂに入射する照射光量を２．３Ｗとして、実験を行なった。このとき、照射光量２．３Ｗにより青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの温度は雰囲気温度に対して約５℃上昇した。
【００３５】
つまり、ヒートシンク１７が青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの背面に設置されていないときには、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの温度は、反射型液晶表示装置内に設置された冷却ファン１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより設定された青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの雰囲気温度５０℃かつ照射光量２．３Ｗによる昇温５℃の和により、５５℃となることが想定される。このとき、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂは容易にガス化破壊するが、ヒートシンク１７が青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの背面に設置し、５℃以上冷却強化して５０℃以下に冷却することで、ガス化破壊を防ぎかつ長寿命化を実現できる。
【実施例２】
【００３６】
図３には、本発明の第２実施例である反射型液晶表示装置の全体図を示す。図中、実施例３の図１と同じ要素には同じ符号を付している。また、光学的作用は実施例１と同様である。
【００３７】
２５は受熱板２５ａとヒートパイプ２５ｂと排熱ファン２５ｃとからなるヒートパイプユニット（冷却手段）である。ヒートパイプ２５ｂとは、熱移動を効率的におこなう熱エネルギー移動手段で、ヒートパイプ２５ｂ内に適量の液体が封入されており、封入されている液体が蒸気化し加熱部分の熱エネルギーを吸収し、更に、熱エネルギーの拡散により蒸気を放出し液化して潜在熱を放出する。液体は毛細管現象により蒸気部分に還元される。この熱移動サイクルが繰り返されることにより熱エネルギーを一方から他方へ移動させることが可能となる。
【００３８】
ここで、本実施例における反射型液晶表示素子の冷却構成を説明する。各々の反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの中で、青帯域および紫外帯域の光照射による光耐久性に弱い青光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｂのみヒートパイプユニット２５を配置し、反射型液晶表示素子１１ｂの冷却を強化する構成とする。図４に、青光路に設けられた反射型液晶表示素子１１ｂと、反射型液晶表示素子１１ｂに配置したヒートパイプユニット２５の拡大図を示す。
【００３９】
このとき、青光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｂのＳｉ基板１８の背面側にヒートパイプユニット２５の受熱板２５ａを配置して反射型液晶表示素子１１ｂの熱を受け取り、更に、ヒートパイプ２５ｂによって受熱板２５ａの熱を吸熱し、冷却ファン２５ｃまで熱を移動させて、図３に示すように、冷却ファン２５ｃにより反射型液晶表示装置の筐体１６の外部に排熱することで、効率的に反射型液晶表示素子１１ｂを冷却することができる。このとき、青帯域光用反射型液晶表示素子１１ｂ近傍の余裕スペースを有効活用することができる。
【００４０】
また、図３に示す緑帯域の光路配置は実施例１と同様な理由から、高コントラストな投射画像が得られる構成にする為に偏光ビームスプリッターの検光性能の高いＳ偏光の反射で検光が２回行なわれる光路に比視感度の高い緑光路を配置している為、本実施例では、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂは投射レンズ１４に近接して配置された構成である。この配置上の利点を生かして、ヒートパイプユニット２５により投射レンズ（投射系）１４等のように光学素子が密集した冷却困難な領域で発生する熱を効率良く筐体１６外に伝達することができ、反射型液晶表示素子１１ｂの長寿命化を実現できる。
【００４１】
本実施例における反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに０．７インチサイズの解像度ＸＧＡを用い、反射型液晶表示装置のスクリーン照度を１５００ＡＮＳＩルーメンとし、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂに入射する照射光量を３．４Ｗとして、実験を行なった。このとき、照射光量３．４Ｗにより青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの温度は雰囲気温度に対して約１０℃上昇した。
【００４２】
つまり、ヒートパイプユニット２５が青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの背面に設置されていないときには、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの温度は、反射型液晶表示装置内に設置された冷却ファン１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより設定された青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの雰囲気温度５０℃かつ照射光量３．４Ｗによる昇温１０℃の和により、６０℃となることが想定される。このとき、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂは容易にガス化破壊するが、ヒートパイプユニット２５を青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの背面に設置し、１０℃以上冷却強化して５０℃以下に冷却することで、ガス化破壊を防ぎかつ長寿命化を実現できる。
【実施例３】
【００４３】
図５には、本発明の第３実施例である反射型液晶表示装置の全体図を示す。図中、実施例１の図１と同じ要素には同じ符号を付している。
【００４４】
本実施例では、実施例１の色選択性位相差板１０ａと１０ｂの配置を入れ替え、かつ反射型液晶表示素子１１ｒと１１ｂの配置を入れ替え、かつ１／４位相差板１２ｒと１２ｂの配置を入れ替えた構成である。
【００４５】
このときの、ダイクロイックミラー８を反射した青と赤の波長帯域の光の光学的作用を説明する。ダイクロイックミラー８を反射した青と赤の波長帯域の光は第１の色選択性位相差板１０ｂによって赤の波長帯域の光のみ偏光方向を９０°変換されてＰ偏光となり、青の波長帯域の光はＳ偏光のままで、偏光ビームスプリッター９ｂに入射する。更に偏光ビームスプリッター９ｂの偏光分離膜９ｂ１において、Ｐ偏光である赤の波長帯域の光は透過し、Ｓ偏光である青の波長帯域の光は反射する。これにより、互いに偏光方向が直交する青と赤の波長帯域に分離される。偏光ビームスプリッター９ｂを反射した青の波長帯域の光は、１／４位相差板１２ｂを透過し、反射型液晶表示素子１１ｂに入射し、偏光ビームスプリッター９ｂを透過した赤の波長帯域の光は、１／４位相差板１２ｒを透過し、反射型液晶表示素子１１ｒに入射する。
【００４６】
さらに、反射型液晶表示素子１１ｒによって１８０度位相差変調され反射した赤の波長帯域の光は、１／４位相差板１２ｒを透過し、Ｓ偏光となって偏光ビームスプリッター９ｂを反射し、第２の色選択性位相差板１０ａに入射する。青の波長帯域の光のみ偏光方向を９０°変換する第２の色選択性位相差板１０ａに入射した青と赤の波長帯域の光は第２の色選択性位相差板１０ａにより青の波長帯域の光のみ偏光方向を９０°変換されてＳ偏光となり、赤の波長帯域の光はＳ偏光のままで、偏光ビームスプリッター９ｃに入射し、反射する。そして、投射レンズ１４に導かれ、不図示のスクリーン等に投射される。
【００４７】
また、２６はペルチェユニットで、本実施例では、ペルチェユニット２６とヒートシンク１７と冷却ファン１５ｃの組み合わせにより、青帯域および紫外帯域の光照射による光耐久性に弱い青光路に配置した反射型液晶表示素子１１ｂを強制的に冷却する。
【００４８】
ここで、本実施例における反射型液晶表示素子の冷却構成を説明する。図６に、青光路に設けられた反射型液晶表示素子１１ｂと、反射型液晶表示素子１１ｂに配置したペルチェユニット２６と、ヒートシンク１７と冷却ファン１５ｃの拡大図を示す。このとき、青光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｂのＳｉ基板１８の背面側にペルチェユニット２６の吸熱板２６ａを配置して反射型液晶表示素子１１ｂの熱を吸い取り、更にペルチェユニット２６の放熱板２６ｂに密着配置されたヒートシンク１７によってペルチェユニット２６の放熱面２６ｂで放出する熱を吸熱し、また更に冷却ファン１５ｃで、ヒートシンク１７の裏面で拡散している熱を冷却することで、効率的に反射型液晶表示素子１１ｂを冷却することができる。このとき、青帯域光用反射型液晶表示素子１１ｂ近傍の余裕スペースを有効活用することができる。
【００４９】
ここで、ペルチェユニット２６の冷却構造について概略説明する。２６ｎはｎ型半導体、２６ｐはｐ型半導体、２６ａは吸熱板、２６ｂは放熱板、２６ｃは銅電極、２６ｄは直流電源である。このとき、ｐ型半導体２６ｐとｎ型半導体２６ｎを銅電極２６ｃを介して一対とし、更に吸熱板２６ａあるいは放熱板２６ｂを介して多数のペルチェ対を直列に配置してペルチェユニット２６とする。このとき、図６に示すように吸熱板２６ａに接した銅電極２６ｃにｐ型半導体２６ｐからｎ型半導体２６ｎに直流電源２６ｄにより電圧を印加すると、各ｎ型半導体の余分な電子と各ｐ型半導体の電子不足による正孔が、反射型液晶表示素子１１ｂから吸熱板２６ａに伝えられた熱エネルギーを運ぶキャリアーとなり、吸熱板２６ａの熱が放熱板２６ｂに移動することで吸熱対象物である反射型液晶表示素子１１ｂを冷却できる。
【００５０】
また、図５に示す緑帯域の光路配置は実施例１と同様な理由から、高コントラストな投射画像が得られる構成にする為に偏光ビームスプリッターの検光性能の高いＳ偏光の反射で検光が２回行なわれる光路に比視感度の高い緑光路を配置している。このとき、他の赤の光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｒと青の光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｂは必然的に光束分割均一照明手段（照明系）３〜７に近接した配置となる。
【００５１】
更に、反射型液晶表示装置内の光学部材を冷却する為に設けられた冷却ファン１５ｃの冷却風を利用して、ヒートシンク１７の裏面で拡散している熱を冷却することで、光束分割均一照明手段３〜７に近接して配置された青光路の反射型液晶表示素子１１ｂを効率良く冷却することができ、反射型液晶表示素子１１ｂの長寿命化を実現できる。
【００５２】
本実施例における反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに０．７インチサイズの解像度ＸＧＡを用い、反射型液晶表示装置のスクリーン照度を２０００ＡＮＳＩルーメンとし、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂに入射する照射光量４．５Ｗとして、実験を行なった。このとき、照射光量４．５Ｗにより青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの温度は雰囲気温度に対して約１２℃上昇した。
【００５３】
つまり、ペルチェユニット２６とヒートシンク１７とが青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの背面に設置されていないときには、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの温度は、反射型液晶表示装置内に設置された冷却ファン１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより設定された青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの雰囲気温度４８℃かつ照射光量４．５Ｗによる昇温１２℃の和により、６０℃となることが想定される。このとき、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂは容易にガス化破壊するが、ペルチェユニット２６とヒートシンク１７とを青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの背面に設置し、１０℃以上冷却強化して５０℃以下に冷却することで、ガス化破壊を防ぎかつ長寿命化を実現できる。
【実施例４】
【００５４】
図７には、本発明の第４実施例である反射型液晶表示装置の全体図を示す。図中、実施例３の図７と同じ要素には同じ符号を付している。また、光学的作用は実施例３と同様である。
【００５５】
本実施例では、ペルチェユニット２６とヒートパイプユニット２５の組み合わせにより、青帯域および紫外帯域の光照射による光耐久性に弱い青光路に配置した反射型液晶表示素子１１ｂを強制的に冷却する。
【００５６】
ここで、本実施例における反射型液晶表示素子の冷却構成を説明する。図８に青光路に設けられた反射型液晶表示素子１１ｂと、反射型液晶表示素子１１ｂに配置したペルチェユニット２６と、ヒートパイプユニット２５の拡大図を示す。このとき、青光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｂのＳｉ基板１８の背面側にペルチェユニット２６の吸熱板２６ａを配置して反射型液晶表示素子１１ｂの熱を吸い取り、更にペルチェユニット２６の放熱面２６ｂに密着配置されたヒートパイプユニット２５の受熱板２５ａによってペルチェユニット２６の放熱面２６ｂで放出する熱を受け取り、また更に、ヒートパイプ２５ｂによって受熱板２５ａの熱を吸熱し、冷却ファン２５ｃまで熱を移動させて、冷却ファン２５ｃにより反射型液晶表示装置の筐体１６の外に排熱することで、効率的に反射型液晶表示素子１１ｂを冷却することができる。このとき、青帯域光用反射型液晶表示素子１１ｂ近傍の余裕スペースを有効活用することができる。
【００５７】
また、図７に示す緑帯域の光路配置は実施例１と同様な理由から、高コントラストな投射画像が得られる構成にする為に偏光ビームスプリッターの検光性能の高いＳ偏光の反射で検光が２回行なわれる光路に比視感度の高い緑光路を配置している為、本実施例では、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂをフィールドレンズ７に近接して配置された構成である。この配置上の利点を生かして、ヒートパイプユニット２５によりフィールドレンズ７近傍のように光学素子が密集した冷却困難な領域で発生する熱を効率良く筐体１６外に伝達することができ、反射型液晶表示素子１１ｂの長寿命化を実現できる。
【００５８】
本実施例における反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに０．７インチサイズの解像度ＸＧＡを用い、反射型液晶表示装置のスクリーン照度を２５００ＡＮＳＩルーメンとし、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂに入射する照射光量を５．６Ｗとして、実験を行なった。このとき、照射光量５．６Ｗにより青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの温度は雰囲気温度に対して約１５℃上昇した。
【００５９】
ペルチェユニット２６とヒートパイプユニット２５とが青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの背面に設置されていないときには、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの温度は、反射型液晶表示装置内に設置された冷却ファン１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより設定された青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの雰囲気温度４５℃かつ照射光量５．６Ｗによる昇温１５℃の和により、６０℃となることが想定される。このとき、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂは容易にガス化破壊するが、ペルチェユニット２６とヒートパイプユニット２５を青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの背面に設置し、１０℃以上冷却強化して５０℃以下に冷却することで、ガス化破壊を防ぎかつ長寿命化を実現できる。
【実施例５】
【００６０】
図９には、本発明の第５実施例である反射型液晶表示装置の全体図を示す。図中、実施例１の図１と同じ要素には同じ符号を付している。
【００６１】
図中、１０１は１次元方向に均一な強度の照明分布を形成する為の１次元インテグレーターで、１次元に配列されたシリンドリカルレンズアレイ１０１ａ，１０１ｂから構成されており、１０２ａ，１０２ｂは光源１から出射した略平行な光束を圧縮照明する為の光束圧縮レンズで、シリンドリカルレンズアレイ１０１ａ，１０１ｂの配列方向と直行する方向のみ曲率を持っている。本実施例では、ペルチェユニット２６とヒートパイプユニット２５の組み合わせにより、青帯域および紫外帯域の光照射による光耐久性に弱い青光路に配置した反射型液晶表示素子１１ｂを強制的に冷却する。
【００６２】
このとき、光源１から出射した略平行な光束は、一定の瞳倍率で圧縮して出射する略アフォーカル系を構成する光束圧縮レンズ１０２ａ，１０２ｂによって曲率方向（図中平面内）に圧縮され、曲率方向（図中平面内）に関してはほぼ平行な光束として反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに入射される。そのため、図中平面内の反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂへの入射角広がりはほぼ無くなることで、光束圧縮レンズ１０２ａ，１０２ｂの曲率方向（図中平面方向）の各々偏光ビームスプリッター９ａ，９ｂ，９ｃの形状が小さくなる。以上から、赤光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｒと青光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｂとの間隔は狭く、各々反射型液晶表示素子１１１ｒ，１１ｂは互いの熱の影響を受けやすくなるが、本実施例では、青光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｂの背面にペルチェユニット２６を配置して強制冷却を行い、更にペルチェユニット２６の裏面の熱をヒートパイプユニット２５によって筐体１６の外に排熱することで、赤光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｒの熱の影響を受けることなく、効率的に青光路に設置された反射型液晶表示素子１１ｂを冷却することができ、反射型液晶表示素子１１ｂの長寿命化を実現できる。このとき、青帯域光用反射型液晶表示素子１１ｂ近傍の余裕スペースを有効活用することができる。
【００６３】
本実施例における反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに０．７インチサイズの解像度ＸＧＡを用い、反射型液晶表示装置のスクリーン照度を２５００ＡＮＳＩルーメンとし、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂに入射する照射光量を５．６Ｗとして、実験を行なった。このとき、照射光量５．６Ｗにより青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの温度は雰囲気温度に対して約１５℃上昇した。
【００６４】
ペルチェユニット２６とヒートパイプユニット２５とが青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの背面に設置されていないときには、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの温度は、反射型液晶表示装置内に設置された冷却ファン１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより設定された青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの雰囲気温度４５℃かつ照射光量５．６Ｗによる昇温１５℃の和により、６０℃となることが想定される。このとき、青光路の反射型液晶表示素子１１ｂは容易にガス化破壊するが、ペルチェユニット２６とヒートパイプユニット２５を青光路の反射型液晶表示素子１１ｂの背面に設置し、１０℃以上冷却強化して５０℃以下に冷却することで、ガス化破壊を防ぎかつ長寿命化を実現できる。
【００６５】
なお、実施例１〜５に係る反射型液晶表示装置と、これに画像信号を入力する画像信号入力装置（例えば、パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等）と、を組合せれば、会議や説明会や上映会等で好適な画像投射システムを提供することができる。このとき、反射型液晶表示装置と画像信号入力装置の間の通信は、通信ケーブルを介したものでも、無線ＬＡＮシステムを利用したものでも構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施例１に係る反射型液晶表示装置を説明する図。
【図２】実施例１に係る反射型液晶表示素子の冷却構造を説明する図。
【図３】実施例２に係る反射型液晶表示装置を説明する図。
【図４】実施例２に係る反射型液晶表示素子の冷却構造を説明する図。
【図５】実施例３に係る反射型液晶表示装置を説明する図。
【図６】実施例３に係る反射型液晶表示素子の冷却構造を説明する図。
【図７】実施例４に係る反射型液晶表示装置を説明する図。
【図８】実施例４に係る反射型液晶表示素子の冷却構造を説明する図。
【図９】実施例５である反射型液晶表示装置を説明する図。
【図１０】偏光ビームスプリッターの入射角度反射率特性を説明する図。
【図１１】従来例である特許文献１を説明する図。
【図１２】従来例である特許文献２を説明する図。
【符号の説明】
【００６７】
１  光源
２  リフレクター
３  フライアイレンズ
４  偏光変換素子
５  コンデンサーレンズ
６  ミラー
７  フィールドレンズ
８  ダイクロイックミラー
９ａ１，９ｂ１，９ｃ１  偏光分離膜
９ａ，９ｂ，９ｃ  偏光ビームスプリッター
１０ａ，１０ｂ  色選択性位相差板
１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ  反射型液晶表示素子
１２ｒ，１２ｇ，１２ｂ  １／４位相差板
１３  ＵＶカットフィルター
１４  投射レンズ系
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  冷却ファン
１６  筐体
１７  ヒートシンク
１８  Ｓｉ基板
１９  ガラス基板
２０  液晶層
２１  反射ミラー電極
２２  透明電極
２３  第１の配向膜
２４  第２の配向膜
２５  ヒートパイプユニット
２６  ペルチェユニット
１０１  １次元インテグレーター
１０２ａ，１０２ｂ  光束圧縮レンズ
【図１】
2005227485.tif 000003
【図２】
2005227485.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005227485.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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