(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の色領域に分割されたカラーホイールおよびこのカラーホイールを回転させるモータをカラーホイールケースに収容するとともに外側表面に放熱フィン部を設けたカラーホイールユニットを備え、かつ前記カラーホイールをランプと集光レンズとの間に配置した色順次カラー表示装置であって、前記ランプと集光レンズとの間に、冷却液を充填した冷却ユニットを配置し、前記冷却ユニット内に前記カラーホイールユニットを配置したことを特徴とする色順次カラー表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非常に高速で駆動する空間光変調素子（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）またはライトバルブを用いた表示装置に関するものであり、時分割、色順次でカラー表示を行うためのカラーホイールユニットを用いた色順次カラー表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホームシアター、プレゼンテーションといった大画面表示が近年にわかに注目を集めており、最近ではシリコン基板上にスイッチング素子や反射電極などを作り込んだ液晶パネル（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）の小型の反射型ライトバルブを用い、表示画像を投写レンズなどにより拡大投影し、大画面の表示画像を得るプロジェクタが商品化されている。
【０００３】
ＤＭＤはＳＬＭの１タイプであり、主に投写型ディスプレイとして用いられる。ＤＭＤは、１個のチップに数十万または百万個以上の極めて微小なミラーを有し、それぞれのミラーは１画素に相当する。このミラーを傾斜させて、ミラーへ入射する光線の出射角度を変えることで、オン／オフを制御する。そのために、それぞれのミラーを、支持柱に取り付けられた１つまたはそれ以上のヒンジに取り付け、下にある制御回路上へエアギャップにより隔離する構造になっている。この制御回路は、それぞれのミラーを選択的に傾斜させる静電気力を作用させる。ディスプレイへ応用する場合は、画像データをＤＭＤのメモリセルへロードし、ミラーはこのデータによって、光をオン方向へ反射、またはオン方向からそらせて反射するよう傾斜するようにいずれか選択される。
【０００４】
プロジェクタに採用されている方式には、そのプロジェクタに必要なＳＬＭの数で分類すると、主として単板式と３板式がある。３板式プロジェクタの例としては、色分解した各色光をそれぞれ対応するＳＬＭで変調し、その後色合成して同時にスクリーンに投影する方式が挙げられる。これは３つのＳＬＭが並列に、各々が赤（Ｒ）用、緑（Ｇ）用そして青（Ｂ）用に使用されている。これと比較して、単板式プロジェクタはＳＬＭを１つのみ使用し、Ｒ、ＧそしてＢの光は順番に時系列的に、もしくは領域あるいは画素単位で空間的に、単板のＤＭＤで変調される。３板式プロジェクタにおいて、ＳＬＭを３つ必要とすることは、そのＳＬＭに関連するハードウェアに対する要求を単板式プロジェクタに較べて３倍にしている。このことはプロジェクタに関わらず、ＳＬＭを用いたカラー表示ディスプレイ全てに関して該当する。
【０００５】
単板式プロジェクタの例としては、時分割による混色を利用した色順次方式が挙げられる。色順次方式とは、それぞれの画素は赤、緑、および青の値を有し、それぞれのフレーム期間中において、そのフレームの諸画素は、赤、青、次に緑のデータにより、順次アドレス指定される。一方でこれらと同じ色のフィルタが円盤状に構成され、少なくとも３つの異なる色領域を有するカラーホイールが、このデータに同期され、それによって、それぞれの色に対するデータがＳＬＭにより表示される時、ＳＬＭに入射する光はカラーホイールにより帯域制御される。以上のように時分割でカラー表示が可能となり、６０画像毎秒の標準ディスプレイ速度以上に時分割レートが速くなれば、目は画像を本来の色を有するものとして知覚する。
【０００６】
このような時分割色順次方式のカラー表示装置において、カラーホイールは光束が最も集光する位置に配置されることが好ましい。なぜならカラーホイールが回転して、光束スポットが異なる色フィルタの境界を通過する間は混色を防ぐためにＳＬＭはオフにする必要があり、このオフタイムが短いほど時間開口率が高く、明るい表示が可能だからである。従ってカラーホイールを小型化するためにはカラーフィルタ上の光束スポットが小さい方が良く、さもなければ外径の大きなカラーホイールが必要になり、システム全体の寸法が非常に大きくなる。
【０００７】
図１８にカラーホイールを用いた従来の色順次方式カラー表示装置の一例を示す。前述したようにカラーホイールを光束が最も集光する位置に配置する方が明るくできるために、図１８に示すようにカラーホイールをランプの出射直後に配置する方法が一般的である。具体的にはランプの凹面鏡形状を楕円面形状にして、ランプより出射する光束がその焦点位置に集光するようにランプ位置を調整する。この焦点位置にカラーホイールのフィルタがくるようにカラーホイールを配置するようなシステム構成にする。ただしこのような構成ではカラーホイールはランプと近接することで輻射熱を受け、高温になる。さらにカラーホイールのカラーフィルタは光線が集光するために、非常に高温となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方でカラーホイールは薄いガラスのフィルタが非常に高速で回転するので、安全のためにケースの中に収容することが望ましい。さらにカラーホイールのカラーフィルタはガラス板でできているので、万一破損してもケースに入っていれば飛散する危険性も低くなる。ところがカラーホイールをケースに入れると、ランプからの輻射熱、不要光の吸収などでカラーホイールケース自体が温度上昇し、その中のカラーホイール、モータの冷却が困難となる。そうなるとカラーホイールおよびモータの温度上昇による信頼性の低下が課題となる。
【０００９】
また、カラーホイールは光束が最も集光する位置に配置されることが好ましいために、ランプボックスのすぐ近傍に置かれる。そのためにランプの輻射熱によって温度が上昇する。さらには光線がカラーホイール上で小さなスポットに集光されるので、局所的に非常に高温になる。以上のようにカラーホイールは熱の影響を受け易く、たちまち温度が７０℃以上まで上がる。
【００１０】
さらに、先にも述べたように、カラーホイールはガラスでできたカラーフィルタを高速で回転させるために、空気との摩擦により静電気を帯び易くなる。カラーフィルタが帯電すると空気中の埃を吸着し、フィルタの透過率が下がり、セットの光出力が低下する。カラーホイールをケースに入れた場合も、カラーホイールの回転により風圧が発生し、ケースの隙間から空気の流入流出が頻繁に行われるため、フィルタの経時的な汚れはさほど変わらない。特にケースに入れた場合、光の入出射のための開口部を設ける必要があり、この開口部からの空気の出入りが埃を巻き込む原因となる。
【００１１】
またカラーホイールが高速回転するために、薄いガラスフィルタが空気を掻ききる際に風切り音が発生し、モータの電磁音とともに大きな騒音発生源となる。特にケースに入れた場合、光の入出射のために設けた開口部からカラーホイールの回転によって生じる風圧により空気の流れが生じ、この開口部からの空気の出入りが騒音の原因となる。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、特に危険性、ならびに騒音を低減するためにカラーホイールを容器の中に密閉すると、空気の流れが遮断されるので発生した熱が容器の中に籠り温度上昇が著しい、という課題に対し、その両者が解決できるカラーホイールユニットならびにこれを用いる色順次カラー表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、複数の色領域に分割されたカラーホイールおよびこのカラーホイールを回転させるモータをカラーホイールケースに収容するとともに外側表面に放熱フィン部を設けたカラーホイールユニットを備え、かつ前記カラーホイールをランプと集光レンズとの間に配置した色順次カラー表示装置であって、前記ランプと集光レンズとの間に、冷却液を充填した冷却ユニットを配置し、前記冷却ユニット内に前記カラーホイールユニットを配置したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による色順次カラー表示装置について図面を用いて説明する。
【００１５】
まず、図１〜図１５を用いて、本発明におけるカラーホイールユニットについて説明する。
【００１６】
図１に示す例においては、カラーホイールユニットは主にカラーホイールケース蓋１、カラーホイールケース本体２、およびカラーホイール（図示せず）、モータ（図示せず）から構成される。カラーホイールケース蓋１には放熱用フィン部３および光入射開口部４が形成されている。
【００１７】
内部構造を判り易く説明するために、本発明のカラーホイールユニットの断面図を図２に示す。カラーホイール２１は円盤形のカラーフィルタであり、これを回転させるモータ２２と中心部分で接合されている。モータ２２はカラーホイールケース本体２に固定され、カラーホイール２１はカラーホイール蓋１によって格納される構造になっている。図２の断面図からも明らかなように、放熱用フィン部３はカラーホイールケース蓋１と一体になっており、カラーホイールケースに伝わる熱を空気中へ効率よく放熱するよう、細長い襞状の凹凸が複数形成されている。
【００１８】
カラーホイールケース蓋１を取り外した概略分解図を図３に示す。カラーホイールは緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ３１、３２、３３を２枚のハブ３４で両側から挟み込んで固定する構造になっている。カラーフィルタ３１、３２、３３はいずれも１ｍｍ厚のガラス板であり、内角が６０°の略扇型に外形加工されている。透過した白色光がそれぞれＲＧＢの光に変調されるように、これらのカラーフィルタ３１、３２、３３にはガラス板の表面に光学薄膜がコートされたダイクロイックフィルタであり、各色２枚ずつ、合計６枚用意されている。アルミ製のハブ３４は円板状であり、中心に開口部が設けられ、モータのロータとクランパ３５によって接合されている。カラーフィルタ３１、３２、３３は、ハブ３４によって次のように固定される。即ち、ハブの上にカラーフィルタ３１、３２、３３は同色同士が中心を挟んで向かい合うように、載置される。そして、カラーフィルタ３１、３２、３３の上方から重ねたハブ３４を接着剤やネジなどでハブ３４に固定することで、カラーフィルタ３１、３２、３３はハブ３４によって挟持される。
【００１９】
モータ２２は一般的なボールベアリングタイプのＤＣブラシレスモータであり、大きくはボールベアリング、軸、コイル、マグネットなどを含むロータ部とこれを覆うブラケット部とからなる。モータ２２の外部から、引き出し線等を通して、駆動信号を与えられて、所定の回転数でロータ部が回転する。当然ながらロータ部と接合されたカラーホイール２１も一緒に回転する。光入射開口部４より入射した白色光線は、回転するカラーホイール２１によって色分離され、ＲＧＢが所定時間毎に順次切り替わって光出射開口部３６より出射する。
【００２０】
このような構成のカラーホイールユニットの作用、効果およびカラーホイールの動作を説明するために、従来のカラーホイールを用いた色順次表示装置を例に挙げて説明する。図１８に従来のカラーホイールを用いた色順次カラー表示装置の概略図を示す。図１８において１８１はカラーホイール、１８２は反射型液晶パネル、１８３はランプ、１８４は投写レンズ、１８５はスクリーン、１８６はモータ、１８７はフィールドレンズである。反射型液晶パネル１８２はＳＬＭの１つであり、マトリクス状の反射画素を有し、映像信号によって高速で表示の切り替えが可能である。ビデオレートの動画を表示するためには１フィールド内に６０フレームの映像を表示できることが必要で、そのためには液晶の応答速度としては少なくとも１／６０＝１６．７ｍ秒以下が要求される。さらにこの間に少なくともＲＧＢ３色の表示が可能であるためには、応答速度として５．６ｍ秒が要求される。このような高速応答の液晶は例えば強誘電液晶、反強誘電液晶、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｅｎｄ）液晶などが挙げられる。前記において、ＯＣＢ液晶とはベンド配向セルを用い、液晶の複屈折により視野角方向の変化を自己補償する方式であり、負の光学補償フィルムと組み合わせることで、広視野角にできることに加え、高速応答が可能となる液晶である。
【００２１】
従来の色順次カラー表示装置の動作について説明する。ランプ１８３はキセノン、メタルハライドランプ、超高圧水銀灯などの放電タイプの高出力ランプであり、凹面鏡のほぼ焦点位置に配置し、ランプより出射する白色光が楕円形状の凹面鏡によりカラーホイール１８１のカラーフィルタ上に集光するように配置する。カラーホイール１８１は、赤、青、緑の各色の色フィルタが円盤状に配置されるように構成され、それぞれのフィルタが光線を遮るのに同期して液晶パネル１８２は光線の色の画像フレームを表示する。単一画像フレーム、通常は１／６０秒に対してカラーホイール１８１を画像フレーム毎に１回転、または毎分３６００回転（ｒ．ｐ．ｍ）でモータ１８６により回転させている。この様なシステムでは、１フレーム周波数間に６つのカラーサブフレームが存在し、その各々は赤、緑、青、赤、緑、青であって、このように色分離された光線がフィールドレンズ１８７により平行光となって液晶パネル１８２へ照射される。それぞれの色に対して液晶パネル１８２は非常に高速に表示画像を切り替え、変調された各色光線は投写レンズ１８４を用いてスクリーン１８５に拡大投影される。スクリーンに投写された表示は１／６０秒の間にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の映像が順次表示されるため、目ではこれらは残像として見え、フルカラーの映像が認識される。
【００２２】
このように色を順次切り替えるためのカラーホイールは非常に高速で回転するために、色順次表示装置内においてむき出しのままでは安全性に問題が生じる恐れが高い。またカラーフィルタはガラスであるので、万が一破損するような事態が生じた場合、ガラスが割れて粉々になり、装置内に飛散する危険性がある。またガラスが高速回転すると空気との摩擦により静電気が生じて、ガラスが帯電する。その際、雰囲気中の埃や塵を吸着して、しだいにフィルタが汚れ、透過率低下、表示輝度低下が生じる。
【００２３】
本発明では、カラーホイールを図１に示すようなカラーホイールケース蓋１および本体２内に収容することにより、このような課題を解決するものである。一方でランプからの輻射熱や、光入射開口部４より入射される光線がカラーフィルタ３１、３２、３３で除去されて生じる不要光の吸収などでカラーホイールケース自体が温度上昇し、その中のカラーホイール、モータの冷却が困難となり、信頼性の低下が課題となる。明るさの点でカラーホイールは光束が最も集光する位置に配置されることが好ましいために、光線がカラーホイール上で小さなスポットに集光され、局所的に非常に高温になる。
【００２４】
ところが、本発明のようにカラーホイールケース１に凹凸を複数形成した形状の放熱用フィン３を設けることで、ケース１が空気と接する表面積が増大することにより高い放熱効果を実現し、温度上昇が防止でき、信頼性向上が可能となる。
【００２５】
放熱効果を高めるためには、図１に示すような襞状の放熱フィンに、さらに表面積を高めるための切り起こしや突起、溝などを設けることが好ましい。
【００２６】
また好ましくはカラーホイールケース１、２および放熱フィン部３は熱伝導率の高い金属類、例えば真鍮、アルミ、銅などの材料で形成され、表面は不要光を吸収しにくい反射面が好ましい。またケースとしての形状は本発明では全て円柱形状で例を示すが、直方体や球形、円錐形など他の形状であっても良いことは言うまでもない。
【００２７】
本発明ではカラーホイールケース蓋１側を光入射側とするが、これは熱の面でモータに掛ける負担が少なく有利であるという理由であって、反対にカラーホイールケース蓋１側を光出射側としても本発明の主旨は変わるものでない。
【００２８】
次に、図４に示す例においては、カラーホイールケース蓋４１には放熱用フィン部４３および光入射開口部４４が形成されている。図示されていないがカラーホイールおよびモータはカラーホイールケース本体４２に固定され、ケースの中に収容されている。図１において、放熱用フィンの形状が襞状の凹凸を複数形成したものであったのに対し、図４においては、放熱用フィン部４３は柱状の凹凸を複数形成して構成されたものであり、高い放熱効果を有するものである。
【００２９】
次に、図５に示す例においては、カラーホイールケース蓋５１とカラーホイールケース本体５２の中にカラーホイール２１とモータ５５が収納されている。モータ５５はカラーホイールケース本体５２に固定されており、外部に露出しているブラケット部分には放熱用フィン部５３が形成されている。この放熱用フィン５３はモータ５５のブラケット部分と一体になっており、カラーホイール２１およびモータ５５に伝わる熱を空気中へ効率よく放熱するよう、細長い襞状の凹凸が複数形成されている。特にモータ５５はベアリングやメタル、オイル軸受けなどのタイプは回転時の摩擦軽減のためにシャフト表面にグリースやオイルが用いられており、高温下ではその揮発、劣化が激しく、モータの信頼性を著しく損なう。
【００３０】
本発明では、これらモータの劣化をより効果的に抑制するために、モータの外側表面に凹凸を複数形成した放熱手段を有し、高い放熱効果を実現するものである。言うまでもなく図５に示した放熱用フィン部５３は、図４に示すような柱状の凹凸形状の放熱フィンであってもよい。
【００３１】
次に、図６に示す例においては、カラーホイールケース蓋６１とカラーホイールケース本体６２の中にカラーホイール２１とモータ５５が収納されている。モータ５５はカラーホイールケース本体６２に固定されており、外部に露出しているブラケット部分には放熱用フィン部５３が形成されている。この放熱用フィン５３はモータ５５のブラケット部分と一体になっており、カラーホイール２１およびモータ５５に伝わる熱を空気中へ効率よく放熱するよう、細長い襞状の凹凸が複数形成されている。さらにはカラーホイールケース蓋６１には放熱用フィン部６３が、カラーホイールケース本体６２には放熱用フィン部６４がそれぞれ形成され、全体で放熱効果を高めている。
【００３２】
次に、図７に示す例においては、カラーホイールケース蓋７１とカラーホイールケース本体７２の中にカラーホイール２１とモータ２２が収納されている。モータ２２はカラーホイールケース本体７２に固定されており、カラーホイールケース蓋７１の外側表面に放熱フィン７３が熱伝導グリース７４を介して接合されている。図２に示すようなカラーホイールケース蓋と一体で形成された放熱フィンと比較するとその放熱効果はやや劣るが、簡単に取り外しが可能となる。もちろん放熱フィン７３はカラーホイールケース本体７２の外側表面およびモータ２２の外部露出部に接合してもよく、表面積が多くなるほど放熱効果が高くなる。
【００３３】
次に、図８に示す例においては、カラーホイールケース蓋８１とカラーホイールケース本体８２の中にカラーホイール２１とモータ５５が収納されている。モータ５５はカラーホイールケース本体８２に固定されており、外部に露出しているブラケット部分には放熱用フィン部５３が形成されている。この放熱用フィン５３はモータ５５のブラケット部分と一体になっており、カラーホイール２１およびモータ５５に伝わる熱を空気中へ効率よく放熱するよう、細長い襞状の凹凸が複数形成されている。カラーホイールケース蓋８１とカラーホイールケース本体８２はともに中空構造となっており、その内部には冷却液８３が密閉封入されている。本発明では冷却液８３にエチレングリコール水溶液を用いている。特に温度上昇が激しい光入射開口部近傍、光出射開口部近傍で熱を奪った冷却水が自然対流で循環し、カラーホイールケース蓋８１および本体８２の温度を均質化し、表面全体で熱を空気中に放出して冷却する。モータ５５とカラーホイール２１は冷却水を循環することは困難であるので、モータ５５の露出したブラケット部分の放熱用フィン５３によって熱を空気中へ効率よく放熱するよう構成される。
【００３４】
これまで例に挙げてきたような、カラーホイールケース蓋８１およびカラーホイールケース本体８２の外側表面に複数の凹凸を形成した放熱フィンと併用するとさらに冷却効果が高まることは言うまでもない。
【００３５】
次に、図９に示す例においては、断面形状は図８に示すものとほぼ同一であり、カラーホイールケース蓋９１とカラーホイールケース本体９２はともに中空構造となっており、その内部には冷却液が封入されている。さらに本発明ではこの冷却水が冷却液注入口９５、９７からそれぞれカラーホイールケース蓋９１とカラーホイールケース本体９２へ入り、ケース内を循環してそれぞれ冷却液排出口９６、９８から外部へ排出される。その間にカラーホイールケース蓋９１とカラーホイールケース本体９２で吸収された光線の熱を奪うことによって冷却する。図示していないが、熱を奪って暖められた冷却液は冷却液排出口９６、９８から排出され、自然冷却または強制冷却された後に再度冷却液注入口９５、９７からカラーホイールケース蓋９１とカラーホイールケース本体９２へ入り、循環されてカラーホイールユニットを冷却する。冷却液注入口９５、９７および冷却液排出口９６、９８はその取り付け位置、形状、個数などは必ずしも図９の通りでなくとも良い。
【００３６】
次に、図１０に示す例においては、カラーホイールケース蓋１０１には放熱用フィン部１０３および光入射開口部１０４が形成されている。図示されていないが、カラーホイールおよびモータはカラーホイールケース本体１０２に固定され、ケースの中に収容されている。円形の透明板１０５は光入射開口部１０４を密閉するように設置され、押さえ板１０６で固定される。カラーホイールおよびモータをケース内に収容しようとしても、少なくとも光線が入出射するための開口部が必要である。この部分を開放したままであると、カラーフィルタの破損による割れたガラスの装置内への飛散の危険性、およびガラスの帯電による埃や塵の吸着による表示輝度低下の課題に対して、十分な解決とはならない。またケース内でカラーホイールが高速回転することに伴う内圧変化によって、この開口部から大量の空気が流入、流出する。このときの空気の自励振動に起因する騒音が大きくなり、課題となる。特にこの光入出射開口部を小さくすると、空気の流入、流出による騒音は大きくなる傾向がある。
【００３７】
そこで、本発明では光入射開口部１０４と同形状の透明板１０５を用いてこの開口部１０４を密閉することで、光線は透過させ、空気の流れを遮断して騒音を抑制するためになされるものである。押さえ板１０６は光線が透過する領域が開口した形状となっており、透明板１０５をカラーホイールケース蓋１０１に固定するために設けたもので、透明板１０５を耐熱性のある接着剤、例えば１液性シリコーン樹脂接着剤などで接着固定する場合は無くても構わない。
【００３８】
さらに、図１０では図示していないが、同様に光出射開口部も透明板で密閉する必要がある。本発明のように構成することにより、カラーホイールケース内の密閉性は非常に高くできる一方で、反対に冷却は更に困難となる。このような課題に対してカラーホイールケース蓋１０１の外側表面上に形成された放熱フィン部１０３がケース内の熱をより効果的に放熱し、ケース内を冷却する。
【００３９】
図１０の例で示す透明板１０５がガラス板の場合、空気とガラスの界面で光反射が生じ、約４％の光損失が発生する。これが１枚のガラス板で２つの界面を有するため、光入射側と出射側とを合わせると全体で約１５％の明るさ低下が起こる。
【００４０】
そこで、本発明ではこの透明板１０５に光が入射する両面に反射防止コートを施すことによって、明るさ損失を約２％以下に抑えることができる。透明板１０５に入出射する光線は白色光なので、反射防止コートは金属酸化物を蒸着してできる光学薄膜を数層積層したマルチコートが好ましい。このことはもちろん光出射開口部に用いる透明板（図示せず）についても言える。
【００４１】
また、特に光入射開口部１０４に用いる透明板１０５に紫外線反射膜で少なくとも片面コートしたガラス板を用いることで、カラーホイールに到達する前に有害な紫外線を除去することが可能となる。カラーホイールは、図３でも述べたように、カラーフィルタをハブに接着剤を用いて固定しており、その接着剤が紫外線によって劣化するのを防止でき、カラーホイールの信頼性向上が期待できる。
【００４２】
また、特に光入射開口部１０４に用いる透明板１０５に紫外線吸収ガラス板を用いることでも、カラーホイールに到達する前に有害な紫外線を除去することが可能となる。カラーホイールにはランプから直接集光された光線が到達するため、入射角の大きな光線が透明板１０５を透過する。その際に紫外線反射膜では入射角度の依存性を有するので、入射角度の大きな紫外線は反射しにくくなる。ところが、紫外線吸収ガラスは入射角による依存性を有しないため、良好な紫外線除去が可能となる。これによって接着剤が紫外線によって劣化するのを防止でき、カラーホイールの信頼性向上が期待できる。好ましくは透明板１０５に紫外線吸収ガラスを用い、光線入射側に紫外線反射膜を形成するとよい。
【００４３】
また、特に光入射開口部１０４に用いる透明板１０５に赤外線反射膜で少なくとも片面コートしたガラス板を用いることで、カラーホイールに到達する前に赤外線を除去することが可能となる。カラーフィルタによって反射される赤外線を減少することで、カラーホイールケースの温度上昇をあらかじめ防止でき、カラーホイールの信頼性向上が期待できる。
【００４４】
また、特に光入射開口部１０４に用いる透明板１０５に赤外線吸収ガラス板を用いることでも、カラーホイールに到達する前に有害な赤外線を除去することが可能となる。カラーホイールにはランプから直接集光された光線が到達するため、入射角の大きな光線が透明板１０５を透過する。その際に赤外線反射膜では入射角度の依存性を有するので、入射角度の大きな赤外線は反射しにくくなる。ところが、赤外線吸収ガラスは入射角による依存性を有しないため、良好な赤外線除去が可能となる。これによって温度上昇を抑制でき、カラーホイールの信頼性向上が期待できる。好ましくは透明板１０５に赤外線吸収ガラスを用い、光線入射側に赤外線反射膜を形成するとよい。
【００４５】
次に、図１１に示す例においては、カラーホイールケース蓋１１１には放熱用フィン部１１３および光入射開口部１１４が形成されている。図示していないが、カラーホイールおよびモータはカラーホイールケース本体１１２に固定され、ケースの中に収容されている。円形の透明板１１５は光入射開口部１１４を密閉するように設置され、押さえ板１１６で固定される。一方、透明レンズ１１７は光出射開口部（図示せず）を密閉するように設置され、押さえ板１１６で固定される。
【００４６】
この図１１に示す例は、図１０で示す例と効果は同じであるが、特に出射開口部には透明板ではなく、透明レンズ１１７を用いることで、不要な光学部品を減らすことができる。ランプより出射する光線は集光されてカラーホイールに到達する。カラーホイールによって色分離された光線が今度は広がって出射する。その後の光学系でこの広がる光線を平行あるいは集光させて用いることが光利用効率向上には不可欠であり、本発明ではこの集光レンズをカラーホイールケースの光出射開口部直後に配置するような光学設計を行い、この透明レンズ１１７をカラーホイールケースの光出射開口部を密閉するために用いる。
【００４７】
このように構成すれば、カラーホイールケース内の密閉性を非常に高くできるうえに、光学部品点数を減らせる。一方で、冷却は更に困難となり、熱による温度上昇は激しくなる。このような課題に対してカラーホイールケース蓋１１１の外側表面上に形成された放熱フィン部１１３がケース内の熱をより効果的に放熱し、ケース内を冷却することが可能となる。
【００４８】
次に、図１２に示す例においては、カラーホイールケース蓋１２１には放熱用フィン部１２３および光入射開口部１２４が形成されている。カラーホイールケース本体１２２には光出射開口部１２６が形成されている。カラーホイール１２５およびモータ（図示せず）はカラーホイールケース本体１２２に固定され、カラーホイールケース蓋１２１で覆われた状態でケースの中に収容されている。カラーホイールケース蓋１２１とカラーホイールケース本体１２２とはカラーホイール１２５およびモータをカラーホイールケース本体１２２に固定した後に接合されるが、その際にケース蓋１２１とケース本体１２２が直接接触せず、なおかつ隙間が生じないように緩衝材としてのＯリング１２７をケース蓋１２１とケース本体１２２の接合部に挟み込む。
【００４９】
これによりカラーホイールケースの密閉性は高まるとともに、カラーホイールケース蓋１２１で吸収した光が熱に変わっても、Ｏリングなどのゴムや樹脂などは金属に比べ熱伝導率は低いため、この熱がカラーホイールケース本体１２２へは伝わりにくい。従って、カラーホイールケース本体１２２に固定されたモータやカラーホイールへの熱の伝導を抑制できるので、信頼性を向上できる。カラーホイールケース蓋１２１の外側表面上に形成された放熱フィン部１２３がケース内の熱をより効果的に放熱し、ケース内を冷却する。さらにはカラーホイールとモータの回転による振動をＯリング１２７が吸収するので、ケース蓋１２１とケース本体１２２の接合部が振動によって発生する騒音を低減する効果も期待できる。
【００５０】
次に、図１３に示す例においては、構成は図１２に示したものと同じであるが、カラーホイールケースの分割形式がこれまで説明したものとは異なる。なお、図１３には、カラーホイールユニットを説明するために概略図および断面図を示している。図１３において、カラーホイールケース蓋１３１とカラーホイールケース本体１３２はカラーホイールの直径方向に分割される。カラーホイールケース蓋１３１には放熱用フィン部１３３が、カラーホイールケース本体１３２には放熱用フィン部１３３と光入射開口部１３４と光出射開口部（図示せず）が形成されている。カラーホイール１３５およびモータ１３６はカラーホイールケース本体１３２に固定され、カラーホイールケース蓋１３１で覆われた状態でケースの中に収容されている。カラーホイールケース蓋１３１とカラーホイールケース本体１３２とは直接接触せず、なおかつ隙間が生じないように緩衝材としてのＯリング１３７をそれらの接合部に挟み込む。これによりカラーホイールケースの密閉性は高まる。カラーホイールケース蓋１３１の外側表面上に形成された放熱フィン部１３３がケース内の熱をより効果的に放熱し、ケース内を冷却する。さらにはカラーホイールとモータの回転による振動をＯリング１３７が吸収するので、ケース蓋１３１とケース本体１３２の接合部が振動によって発生する騒音を低減する効果も期待できる。
【００５１】
次に、図１４に示す例においては、カラーホイールケース蓋１４１には放熱用フィン部１４３が形成されている。カラーホイール１４５およびモータ１４６はカラーホイールケース本体１４２に固定され、ケースの中に収容されている。カラーホイールケース本体１４２とモータ１４６の接合面には緩衝材１４４が挟み込まれ、カラーホイールケース本体１４２とモータ１４６が直接接触せず、なおかつ隙間が生じないように固定される。
【００５２】
これによりカラーホイールケースの密閉性は高まるとともに、カラーホイールケース１４１、１４２で吸収した光が熱に変わっても、緩衝材としてのゴムや樹脂などは金属に比べ熱伝導率は低いため、この熱がモータ１４６へは伝わりにくい。従ってモータやカラーホイールへの熱の伝導を抑制でき、信頼性を向上できる。カラーホイールケース蓋１４１の外側表面上に形成された放熱フィン部１４３がケース内の熱をより効果的に放熱し、ケース内を冷却する。さらにはカラーホイールとモータの回転による振動を緩衝材１４４が吸収するので、モータ１４６とケース本体１４２の接合部が振動によって発生する騒音を低減する効果も期待できる。
【００５３】
次に、図１５に示す例においては、カラーホイールケース蓋１５１には放熱用フィン部１５３が形成されている。カラーホイールおよびモータはカラーホイールケース本体１５２に固定され、ケースの中に収容されている。カラーホイールユニットを光学シャーシ１５６に固定するための固定部がカラーホイールケースに２カ所設けられているが、その固定部には緩衝材１５５が挟み込まれ、カラーホイールユニットと光学シャーシ１５６が直接接触せずに固定される。緩衝材１５５は防振用ゴムダンパーからなる。
【００５４】
これによりカラーホイールとモータの回転によって発生する振動を緩衝材１５５が吸収、遮断するので、カラーホイールユニットと光学シャーシの接合部が振動によって発生する騒音を低減し、カラーホイールユニットの振動を光学シャーシに伝えない効果が期待できる。さらに本発明のようにカラーホイールユニットが光学シャーシ１５６から容易に取り外し可能な構造であれば、万一カラーホイールの破損が発生した際や、モータが故障した際にも、すぐに交換が可能で、メンテナンスが容易に行えるメリットがある。
【００５５】
次に、以上で説明したカラーホイールユニットを用いる色順次カラー表示装置の例について説明する。
【００５６】
図１６に示す例において、１６１は図１に示したカラーホイールユニット、１６２はＬＣＯＳ、１６３はランプ、１６４は投写レンズ、１６５はスクリーンである。ＬＣＯＳ１６２はＳＬＭの１つであり、シリコン基板上に形成されたマトリクス状の反射画素を有し、映像信号によって高速で表示の切り替えが可能である。ビデオレートの動画を表示するためには１フィールド内に６０フレームの映像を表示できることが必要で、そのためには液晶の応答速度としては少なくとも１／６０＝１６．７ｍ秒以下が要求される。好ましくはさらにこの間にＲＧＢ３色の表示が可能であるためには、応答速度として５．６ｍ秒が要求される。このような高速応答の液晶は例えば強誘電液晶、反強誘電液晶、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｅｎｄ）液晶などが挙げられる。本発明では強誘電性液晶を用い、マイクロ秒オーダの高速応答を実現しているが、オンオフの２値表示となり、階調表示のためにパルス幅変調が必要になる。
【００５７】
図１６に示す色順次カラー表示装置の動作について説明する。ランプ１６３は２５０Ｗ超高圧水銀灯を用い、凹面鏡のほぼ焦点位置に配置し、ランプより出射する白色光が楕円形状の凹面鏡によりカラーホイールのカラーフィルタ上に集光するように配置する。カラーホイールは、緑、赤、青の各色の色フィルタが円盤状に配置されるように構成され、それぞれのフィルタが光線を遮るのに同期してＬＣＯＳ１６２は光線の色の画像フレームを表示する。単一画像フレーム、通常は１／６０秒に対してカラーホイールを画像フレーム毎に２回転、または毎分７２００回転（ｒ．ｐ．ｍ）でモータにより回転させている。この様なシステムでは、１フレーム周波数間に１２のカラーサブフレームが存在し、その各々は緑、赤、青、緑、赤、青、緑、赤、青、緑、赤、青であって、このように色分離された光線がフィールドレンズ１６７により平行光となってＬＣＯＳ１６２へ照射される。
【００５８】
それぞれの色に対してＬＣＯＳ１６２は非常に高速に表示画像を切り替え、変調された各色光線は投写レンズ１６４を用いてスクリーン１６５に拡大投影される。スクリーンに投写された表示は１／６０秒の間にＧ、Ｒ、Ｂ、Ｇ、Ｒ、Ｂ、Ｇ、Ｒ、Ｂ、Ｇ、Ｒ、Ｂの各色の映像が順次表示されるため、目ではこれらは残像として積分されて見え、フルカラーの映像が認識される。
【００５９】
カラーホイールとモータはカラーホイールユニット１６１の内部で非常に高速で回転しているとともに、ランプ１６３から出射される光線がカラーホイール上で集光するようにカラーホイールユニット１６１へ照射される。ランプ１６３の凹面鏡は楕円面鏡であり、７割強の光線は凹面鏡で反射してカラーホイール上へ集光するが、凹面鏡の方向へ放射しない光線も３割近くあり、この光線は凹面鏡の前面から広がって出射するため、カラーホイールユニット１６１を直接照射する。また凹面鏡から反射して集光する光線もカラーホイールユニット１６１の光入射開口部を通過する際に、開口部周辺のカラーホイールケースで吸収される。またカラーホイールのカラーフィルタで色分離され、反射した光線は再びランプの方へ戻るとともに、カラーホイールケースの内部で吸収される光線もある。以上述べたようにカラーホイールケースで吸収した光線は全て熱に変わり、カラーホイールユニットの温度を上昇させる。さらにはランプ自身が非常に高温になるため、その近傍に配置されるカラーホイールユニット１６１も輻射熱を受けて温度が上昇する。このような熱的に過酷な条件下におかれたカラーホイールユニット１６１を、特にカラーホイールケースに形成した放熱フィンを冷却ファン１６６で冷やす。これによりカラーホイールケースはもとより、その内部に密閉されたカラーホイールとモータも十分冷却可能となる。その際風の吹き付け方向はカラーホイールユニットの放熱フィンの向きと同じくする方が効果は高い。
【００６０】
図１７に本発明の実施の形態による色順次カラー表示装置の概略構成図を示している。図１７において、１７１は上記図１〜図１５で説明した本発明によるカラーホイールユニット、１７２はＤＭＤ、１７３はランプ、１７４は投写レンズ、１７５は冷却ユニット、１７６は冷却ユニット１７５に充填された冷却液、１７７は集光レンズであるフィールドレンズである。ＤＭＤ１７２はＳＬＭの１つであり、微小なミラーの集合体で、各ミラーが信号によって傾き角度を変えて、表示のオンオフを非常に高速で切り替えることが可能である。ＤＭＤはマイクロ秒オーダの高速応答を実現しているが、オンオフの２値表示となり、階調表示のためにパルス幅変調が必要になる。従ってビデオレートの動画を十分表示することが可能で、パルス幅変調でも８ビットの階調性も十分実現可能である。
【００６１】
本発明の色順次カラー表示装置の動作について説明する。ランプ１７３は１５０Ｗ超高圧水銀灯を用い、凹面鏡１７８のほぼ焦点位置に配置し、ランプより出射する白色光が楕円形状の凹面鏡１７８によりカラーホイールのカラーフィルタ上に集光するように配置する。カラーホイールは、緑、赤、青の各色の色フィルタが円盤状に配置されるように構成され、それぞれのフィルタが光線を遮るのに同期してＤＭＤ１７２は光線の色の画像フレームを表示する。単一画像フレーム、通常は１／６０秒に対してカラーホイールを画像フレーム毎に３回転、または毎分１０８００回転（ｒ．ｐ．ｍ）でモータにより回転させている。この様なシステムでは、１フレーム周波数間に１２のカラーサブフレームが存在し、その各々は緑、赤、青、緑、赤、青、緑、赤、青、緑、赤、青、緑、赤、青、緑、赤、青であって、それぞれの色に対してＤＭＤ１７２は非常に高速に表示画像を切り替え、変調された各色光線は投写レンズ１７４を用いてスクリーンに拡大投影される。スクリーンに投写された表示は１／６０秒の間にＧ、Ｒ、Ｂ、Ｇ、Ｒ、Ｂ、Ｇ、Ｒ、Ｂ、Ｇ、Ｒ、Ｂ、Ｇ、Ｒ、Ｂ、Ｇ、Ｒ、Ｂの各色の映像が順次表示されるため、目ではこれらは残像として積分されて見え、フルカラーの映像が認識される。カラーホイールによって色分離された光線はフィールドレンズ１７７で平行光線となり、ミラー１７９でＤＭＤ１７２を斜めから照明する。ＤＭＤ１７２のミラーの傾きで反射する光線の方向が制御され、オンで投写レンズ１７４へ入射するようにあらかじめ設計されている。
【００６２】
カラーホイールとモータはカラーホイールユニット１７１の内部で非常に高速で回転しているとともに、ランプ１７３から出射される光線がカラーホイール上で集光するようにカラーホイールユニット１７１へ照射される。ランプ１７３の凹面鏡１７８とフィールドレンズ１７７との間の空間に冷却ユニット１７５を配置し、その中を冷却液１７６で充填する。その冷却液１７６に浸るようにカラーホイールユニット１７１は配置される。本発明のカラーホイールユニット１７１は優れた密閉性を有しているので、冷却液１７６中に配置されても冷却液１７６がカラーホイールユニット１７１内部へ進入することを防止できる。凹面鏡１７８から反射して集光する光線がカラーホイールユニット１７１の光入射開口部を通過する際に、開口部周辺のカラーホイールケースで吸収されて発生する熱や、カラーホイールのカラーフィルタで色分離された光線がカラーホイールケースの内部で吸収されて発生する熱を効果的に冷却する。
【００６３】
また、ランプ１７３近傍に配置されるカラーホイールユニット１７１も輻射熱を受けて温度が上昇する。このような熱的に過酷な条件下におかれたカラーホイールユニット１７１を、特にカラーホイールケースに形成した放熱フィンを冷却ユニット１７５内の冷却液１７６で冷やすことにより、カラーホイールケースはもとより、その内部に密閉されたカラーホイールとモータも十分冷却可能となる。さらに、冷却液１７６を冷却ユニット１７５外部へ排出し、強制冷却して再度冷却ユニット１７５へ注入するように循環することにより、冷却効果はより高くなる。
【００６４】
なお、上記説明では投写レンズを用いた投写型ディスプレイを色順次カラー表示装置の例に挙げたが、投写レンズの代わりに接眼レンズを用いた直視型の色順次カラー表示装置であっても構わない。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明のように本発明のカラーホイールユニットを用いた色順次カラー表示装置によれば、複数の色領域に分割されたカラーホイールおよびこのカラーホイールを回転させるモータをカラーホイールケースに収容するとともに外側表面に放熱フィン部を設けたカラーホイールユニットを備え、かつ前記カラーホイールをランプと集光レンズとの間に配置した色順次カラー表示装置であって、前記ランプと集光レンズとの間に、冷却液を充填した冷却ユニットを配置し、前記冷却ユニット内に前記カラーホイールユニットを配置したもので、直接カラーホイールユニットを空冷または水冷することによってより一層の冷却、遮音効果を実現するものである。また、カラーホイールおよびモータが高速回転しても安全性が確保され、万一破損してもフィルタのガラスが飛散する危険性も低くなる。一方でランプからの輻射熱、不要光の吸収などで温度上昇しやすいカラーホイールケースを効果的に冷却し、その中のカラーホイールおよびモータの信頼性を向上できる。
【００６６】
また、カラーホイールの破損、モータの回転速度異常、異常騒音など故障の際にもカラーホイールユニットを取り外して交換するだけで容易にメンテナンス可能となる。
【００６７】
さらに、カラーホイールを高速で回転させる際に、ガラスでできたカラーフィルタが空気との摩擦により帯電して空気中の埃を吸着し、フィルタの透過率が下がり、表示装置の光出力が低下する課題も解決される。
【００６８】
またカラーホイールが高速回転するために、薄いガラスフィルタが空気を掻ききる際に発生する風切り音や、モータの電磁音などの騒音発生源を遮断できる。特に本発明のようにカラーホイールおよびモータをケースに入れた場合、カラーホイールの回転により風圧が発生し、ケースの隙間あるいは光の入出射のための開口部から空気の流入流出が頻繁に行われるため、この開口部からの空気の出入りによる騒音についても、ケースおよびモータの接合部に設けた緩衝材や、光の入出射開口部に設けた透明部材により遮音効果が期待できる。
【００６９】
またカラーホイールやモータの回転アンバランスによって生じる振動についても、ケースおよびモータの接合部に設けた緩衝材や、カラーホイールユニット本体をシャーシなどに固定する固定部に設けた緩衝材により振動吸収効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する概略図
【図２】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する断面図
【図３】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する分解図
【図４】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する概略図
【図５】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する断面図
【図６】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する断面図
【図７】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する断面図
【図８】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する断面図
【図９】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する概略図
【図１０】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する概略図
【図１１】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する概略図
【図１２】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する概略図
【図１３】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する概略図および断面図
【図１４】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する断面図
【図１５】  本発明による色順次カラー表示装置に用いるカラーホイールユニットを説明する概略図
【図１６】  カラーホイールユニットを用いた色順次カラー表示装置を説明する概略構成図
【図１７】  本発明の実施の形態によるカラーホイールユニットを用いた色順次カラー表示装置を説明する概略構成図
【図１８】
従来の色順次カラー表示装置を説明する概略構成図
【符号の説明】
１  カラーホイールケース蓋
２  カラーホイールケース本体
３  放熱用フィン部
４  光入射開口部
２１  カラーホイール
２２  モータ
３１  Ｇカラーフィルタ
３２  Ｒカラーフィルタ
３３  Ｂカラーフィルタ
３４  カラーホイールハブ
３６  光出射開口部
１０５、１１５  透明板
１１７  透明レンズ
１２７、１３７  Ｏリング
１４４、１５５  緩衝材
１６１  カラーホイールユニット
１６２  液晶パネル
１６３  ランプ
１６４  投写レンズ
１６５  スクリーン
１６６  冷却ファン
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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