(57)【要約】      （修正有）【課題】光変調素子に影響を及ぼすことなく、光源の熱を円滑に放熱することができる投写型表示装置を提供する。【解決手段】配光部材を収納する筐体１５０は、外壁となる第１壁、第２壁、第３壁１５３に、各光源が実装される第１〜第３基板と、表示画像を示す画像光を生成する光変調素子１３０と、を取付け、第１〜第３基板及び筐体１５０を、熱伝導率の高い部材で構成し、筐体１５０と光変調素子１３０との間に筐体１５０よりも熱伝導率の低い樹脂材料からなるスペーサ１７０を配置する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色光源を実装する第１基板と、緑色光源を実装する第２基板と、青色光源を実装する第３基板と、これらの第１〜第３基板が取付けられる筐体と、この筐体に収納される配光部材と、前記筐体に取付けられる光変調素子とを備え、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から前記筐体内へ発せられた光を前記配光部材で配光し、配光された光を前記光変調素子で所定の表示画像に変換し、前記筐体外へ投写する投写型表示装置であって、  前記第１〜第３基板及び前記筐体は、熱伝導率の高い部材で構成され、  前記筐体よりも熱伝導率の低い樹脂材料で構成され、前記筐体と前記光変調素子との間に配置されるスペーサとを備えることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記スペーサは、機種毎に複数種類存在し、  それぞれの種類の前記スペーサは、前記筐体に対する前記光変調素子の取付け角度が異なる、ことを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に光源が発する熱をより円滑に放熱させることができる投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投写型表示装置は、照明光学系から出射された画像光（投影光）を、スクリーンなどへ投写する装置である。照明光学系の主要素である光源が、発熱体でもあり、放熱対策が求められる。  そこで、従来から種々の放熱対策を講じた投写型表示装置が提案されてきた（例えば、特許文献１（図２、図５）参照）。
【０００３】
特許文献１の図５に示されるように、投写型表示装置（１００）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）は、光源（１２１）と、この光源（１２１）を収納する筐体（１０３）と、この筐体（１０３）を覆うカバープレート（１０７）と、このカバープレート（１０７）に付設される光源放熱部材（１０４）とを備えている。  光源（１２１）が発する熱は、光源放熱部材（１０４）を通じて大気へ放熱する。
【０００４】
しかし、特許文献１の図２に示されるように、投写型表示装置（１００）の大きさを基準にすると、光源放熱部材（１０４）は十分に大きい。光源放熱部材（１０４）が大きいため、必然的に投写型表示装置（１００）は大型化し、質量が増加し、製品コストも上昇する。
【０００５】
これに対し、本出願人は、特願２０１５−１０３１４０において、光源が実装される基板と、この基板が取り付けられる筐体と、この筐体に収納される配光部材と、筐体に取り付けられる光変調素子と、を備え、基板と筐体とを熱伝導率の高い部材で構成し、光源からの熱が基板を介して筐体からも放熱される投写型表示装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１４９３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本出願人が特願２０１５−１０３１４０において提案した投写型表示装置では、光源からの熱が筐体に取付けられた光変調素子などに伝わりやすくなってしまい、光変調素子の動作に影響を及ぼすおそれがあった。
【０００８】
本発明は、光変調素子に影響を及ぼすことなく、円滑な放熱を図れる投写型表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の投写型表示装置は、赤色光源を実装する第１基板と、緑色光源を実装する第２基板と、青色光源を実装する第３基板と、これらの第１〜第３基板が取付けられる筐体と、この筐体に収納される配光部材と、前記筐体に取付けられる光変調素子とを備え、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から前記筐体内へ発せられた光を前記配光部材で配光し、配光された光を前記光変調素子で所定の表示画像に変換し、前記筐体外へ投写する投写型表示装置であって、  前記第１〜第３基板及び前記筐体は、熱伝導率の高い部材で構成され、  前記筐体よりも熱伝導率の低い樹脂材料で構成され、前記筐体と前記光変調素子との間に配置されるスペーサとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、光変調素子に影響を及ぼすことなく、円滑な放熱を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る投写型表示装置が搭載されるヘッドアップディスプレイの構成を示す図である。
【図２】図１の投写型表示装置の構成の例を示す図である。
【図３】図１の投写型表示装置の分解斜視図である。
【図４】組み立てられた図１の投写型表示装置の斜視図である。
【図５】図３の光変調素子モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【００１３】
図１に示されるように、投写型表示装置１００は、例えば、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ１に適用される。このようなヘッドアップディスプレイ１は、画像光Ｌを生成する投写型表示装置１００と、投写型表示装置１００が生成した画像光Ｌを受光して画像（実像）を表示するスクリーン２００と、スクリーン２００から出射される画像光Ｌを反射する平面鏡３００（リレー光学系）と、平面鏡３００が反射した画像光Ｌをフロントウインドシールド（透過反射部）２に向けて反射する凹面鏡４００（リレー光学系）と、これら投写型表示装置１００とスクリーン２００と平面鏡３００と凹面鏡４００とを収納するケース体５００と、から構成され、ユーザから見てフロントウインドシールド２を介した前方に虚像Ｖを表示する。ユーザは、ヘッドアップディスプレイ１が生成する所定の領域であるアイボックス３内に視点３ａを置くことで虚像Ｖを視認することが可能となる。
【００１４】
図２は、投写型表示装置１００の配光部材の構成の例を示す図である。投写型表示装置１００は、赤色光線Ｒを発する赤色光源１１１と、緑色光線Ｇを発する緑色光源１１２と、青色光線Ｂを発する青色光源１１３と、光線Ｒ、Ｇ、Ｂを配光する配光部材１２０と、配光された光を画像光Ｌに変換する光変調素子１３０と、光変調素子１３０からの画像光Ｌをスクリーン２００に結像させる投光レンズ１４０と、から主に構成される。
【００１５】
配光部材１２０は、例えば、ダイクロイックミラー１２１，１２２、凸レンズ１２３、プリズム１２４等とからなる。
【００１６】
赤色光線Ｒはダイクロイックミラー１２１を透過し、ダイクロイックミラー１２２で反射され、反射光は凸レンズ１２３へ向かう。  緑色光線Ｇはダイクロイックミラー１２１で反射され、反射光はダイクロイックミラー１２２でさらに反射して凸レンズ１２３へ向かう。  青色光線Ｂはダイクロイックミラー１２２を透過し、透過光は凸レンズ１２３へ向かう。
【００１７】
光線Ｒ、Ｇ、Ｂは、凸レンズ１２３で配光され、プリズム１２４を透過し、光変調素子１３０に至る。この光変調素子１３０で所定の画像光Ｌに変換される。変換された画像光Ｌは、プリズム１２４で反射され、反射された画像光Ｌは、投光レンズ１４０を透過して投写（出射）される。
【００１８】
光線Ｒ、Ｇ、Ｂを発する光源１１０は、従来の電球よりも発熱量が小さい発光ダイオードが好適である。しかし、発光ダイオードであっても発熱する。排熱を促して光源１１０の温度上昇を抑えることが求められる。
【００１９】
図３は、投写型表示装置１００の分解斜視図である。
図３に示すように、投写型表示装置１００は、図１で説明した配光部材１２０を収納する筐体１５０と、この筐体１５０の第１壁１５１に取付けられ赤色光源（図１、符号１１１）を実装する第１基板１１１ａと、筐体１５０の第２壁１５２に取付けられ緑色光源（図１、符号１１２）を実装する第２基板１１２ａと、筐体１５０の第２壁１５２に取付けられ青色光源（図１、符号１１３）を実装する第３基板１１３ａと、光変調素子１３０を含み、筐体１５０の第３壁１５３に取付けられる光変調素子モジュール１６０と、を備える。
【００２０】
筐体１５０は、配光部材１２０を内部に収納するものであり、熱伝導率の高いフィラーが添加されているフィラー入り樹脂、又は金属で構成される。  筐体１５０は、外壁の一部に、例えば、矩形の第１壁１５１、第２壁１５２、第３壁１５３を有する。なお、筐体１５０に収納される配光部材１２０は、前述したものに限られず、適宜追加、または省略してもよい。
【００２１】
筐体１５０の第１壁１５１は、矩形の第１窓部１５１ａを有し、第２壁１５２は、矩形の第２窓部１５２ａ及び第３窓部１５２ｂを有し、第３壁１５３は、矩形の図示しない第４窓部を有している。第１壁１５１には、第１基板１１１ａが取付けられ、第１窓部１５１ａには、第１基板１１１ａに実装される赤色光源１１１が筐体１５０の内部を臨むように配置される。また、第２壁１５２には、第２基板１１２ａ、第３基板１１３ａが取付けられ、第２窓部１５２ａ、第３窓部１５２ｂには、第２基板１１２ａ、第３基板１１３ａに実装される緑色光源１１２、青色光源１１３が筐体１５０の内部を臨むように配置される。さらに、第３壁１５３には、後述する光変調素子モジュール１６０が取付けられ、第３壁１５３に設けられた前記第４窓部には、光変調素子モジュール１６０における光変調素子１３０が筐体１５０の内部を臨むように配置される。
【００２２】
なお、筐体１５０の形状は任意である。また、３個の基板１１１ａ，１１２ａ，１１３ａは、共通の壁、例えば第２壁１５２に全て取付けることや、３個の基板１１１ａ，１１２ａ，１１３ａを異なる壁に取付けてもよい。すなわち、筐体１５０に対する３個の基板１１１ａ，１１２ａ，１１３ａのレイアウトは任意である。
【００２３】
図４に示すように、投写型表示装置１００は、ビスＭ１により、装置ベース５１０に固定される。なお、投写型表示装置１００は、装置ベース５１０に接着固定されてもよい。  装置ベース５１０は、ヘッドアップディスプレイ１の投写型表示装置１００、スクリーン２００、光学部材（平面鏡３００、凹面鏡４００）などを収納するケース体５００の一部であり、アルミニウム合金又は炭素鋼からなる金属製であることが望まれる。また、第１〜第３基板１１１ａ、１１２ａ，１１３ａは、ビスＭ２で筐体１５０に取り外し可能に取付けられる。
【００２４】
第１〜第３基板１１１ａ，１１２ａ，１１３ａは、熱伝導率の高いフィラーが添加されているフィラー入り樹脂、又は金属で構成される。第１〜第３基板１１１ａ，１１２ａ，１１３ａの正面（各光源１１０１，１１２，１１３が実装されている面）は、電気絶縁性に富む絶縁層で覆われているが、光源１１０の周囲は、前記絶縁層が無い。この光源１１０の周囲の前記絶縁層が無い領域は、その全てが、それぞれ筐体１５０の第１壁１５１、第２壁１５２に当接する。
【００２５】
光源１１０の熱は、それぞれ第１〜第３基板１１１ａ，１１２ａ，１１３ａに伝わる。第１〜第３基板１１１ａ，１１２ａ，１１３ａの熱は、筐体１５０に伝わる。具体的には、筐体１５０の第１壁１５１、第２壁１５２にそれぞれ当接する第１〜第３基板１１１ａ，１１２ａ，１１３ａの前記絶縁層が無い領域から筐体１５０に効率よく伝わる。筐体１５０の熱は、大気へ対流伝熱により放熱される。この際、第１〜第３基板１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ及び筐体１５０は、良熱伝導材料で構成されているため、熱の流れは大きくなる。結果、光源１１０が、高温になることが抑制される。
【００２６】
なお、図４に示すように、筐体１５０を装置ベース５１０に熱的に接続すると、筐体１５０から装置ベース５１０へ熱が伝導される。装置ベース５１０は、光源１１０からの熱が伝わり高温になるが、装置ベース５１０は、ヘッドアップディスプレイ１のケース体５００の一部であり、ヘッドアップディスプレイ１の周囲の大気へ対流伝熱により放熱することができる。
【００２７】
すなわち、光源１１０の熱が第１〜第３基板１１１ａ，１１２ａ，１１３ａに伝えられ、第１〜第３基板１１１ａ，１１２ａ，１１３ａの熱が前記絶縁層の無い領域を介して筐体１５０に伝えられ、筐体１５０の熱が装置ベース５１０に伝えられ、装置ベース５１０の外表面から大気へ放熱される。
【００２８】
続いて、図５を用いて光変調素子モジュール１６０について説明する。図５は、筐体１５０の第３壁１５３に取付けられた際の光変調素子モジュール１６０の断面図である。光変調素子モジュール１６０は、光変調素子１３０と、光変調素子１３０を収納するソケット１３１と、スペーサ１７０と、回路基板１８０と、クッション材１９０と、排熱部材１９５と、を組み付けてモジュール化したものであり、組み付けられた光変調素子モジュール１６０は、ねじＭ３により、筐体１５０に固定される。
【００２９】
光変調素子１３０は、例えば、ＤＭＤやＬＣＯＳ（登録商標：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの反射型の表示デバイスであり、反射面の反対側（背面側）に複数のランド１３０ａを二次元的に配列したＬＧＡパッケージ構造を有し、この複数のランド１３０ａが後述するソケット１３１の第１コンタクト１３１ａに電気的に接続されるようにソケット１３１に収納固定される。また、これら複数のランド１３０ａは、光変調素子１３０の中央領域を除く領域に配置され、中央領域には、光変調素子１３０の熱を放出するために矩形状の放熱ランド１３０ｂが配置される。
【００３０】
ソケット１３１は、絶縁性の樹脂により略中央部に光変調素子１３０を収納可能に凹状に形成されており、該凹状の底面１３１ｂは中央領域に矩形状の貫通した開口部１３１ｃを有する平面になっている。該底面１３１ｂには開口部１３１ｃを取り囲むように複数の第１孔部（図示しない）が形成されており、前記複数の第１孔部には、導電性の第１コンタクト１３１ａが幾分突出するように収納されている。また、ソケット１３１の背面には、同じく開口部１３１ｃを取り囲むように複数の第２孔部（図示しない）が形成されており、これら図示しない複数の第２孔部には、複数の第１コンタクト１３１ａにそれぞれ電気的に接続された複数の第２コンタクト１３１ｄが幾分突出するように収納されている。第１コンタクト１３１ａは、光変調素子１３０のＬＧＡパッケージのランド１３０ａと接触し、これら第１コンタクト１３１ａにそれぞれ電気的に接続された複数の第２コンタクト１３１ｄが、回路基板１８０のランド１８１に接触する。
また、ソケット１３１は、突起１３１ｅを有し、この突起１３１ｅが、後述するスペーサ１７０の取付穴１７２に挿入されることで、光変調素子１３０を収納したソケット１３１がスペーサ１７０に位置決めされる。なお、ソケット１３１とスペーサ１７０との位置決め用の凹凸の関係は逆であってもよく、スペーサ１７０に対するソケット１３１の位置決め方法としては、凹凸嵌合以外に、ビス止め、係合爪などの部材間を係合することによる位置決めにて代替されてもよく、位置決め構造自体を省略してもよい。
【００３１】
スペーサ１７０は、光変調素子１３０に入射する光線Ｒ、Ｇ、Ｂ、及び光変調素子１３０が反射した画像光Ｌが通過する表示孔１７１と、ソケット１３１の突起１３１ｅが挿入される取付穴１７２と、後述するねじＭ３が挿通する貫通孔１７３と、後述する排熱部材１９５とねじＭ４により締結する取付穴１７４が形成され、排熱部材１９５側に突出したボス１７５と、を備え、光変調素子モジュール１６０を筐体１５０に取り付けた際に筐体１５０に接触する部材である。スペーサ１７０は、筐体１５０よりも熱伝導率が低い部材であり、例えば、ポリカーボネートなどの樹脂材料やステンレス鋼やチタンなどの低熱伝導率金属などで形成される。このため、筐体１５０から光変調素子１３０に向けた伝熱量を抑えることができるため、光変調素子１３０に対する光源１１０の発熱の影響を抑えつつ、配光部材１２０を収納した筐体１５０から光源１１０の熱を円滑に放熱することができる。
【００３２】
また、スペーサ１７０は、筐体１５０の第３壁１５３に対する光変調素子１３０の取付角度を調整する。具体的には、スペーサ１７０は、光変調素子１３０の表示面（反射面）が筐体１５０の第３壁１５３に対して平行ではない所定の取付角度を有するように光変調素子１３０を配置する。スペーサ１７０は、例えば、ヘッドアップディスプレイ１が搭載される車種毎に複数種類存在し、ヘッドアップディスプレイ１の機種毎に、第３壁１５３に対する光変調素子１３０の前記取付角度が異なるスペーサ１７０を用いる。これにより、車種が異なり車両内の機器のレイアウトが違うことに起因して、ヘッドアップディスプレイ１内でスクリーン２００やリレー光学系（平面鏡３００、凹面鏡４００）の位置や配置される角度などが変わった場合でも、スペーサ１７０を変更するだけで画像光Ｌの向きを調整したり、角度が調整されたスクリーン２００上に確実に前記画像を結像させたりすることが可能となり、投写型表示装置１００のうち光源１１０，配光部材１２０，光変調素子１３０，投光レンズ１４０，筐体１５０などが機種を跨いで共通化することができ、機種毎による設計工数を削減することができる。
【００３３】
回路基板１８０は、硬質の基材で形成され、ソケット１３１の複数の第２コンタクト１３１ｄに接触するように複数のランド１８１が形成されており、中央領域には、矩形状の開口部１８２が形成され、さらに、スペーサ１７０のボス１７５が挿入する位置決め孔１８３が形成されている。回路基板１８０は、図示しない配線により制御部と接続され、制御部からの電気信号や電力を、ランド１８１を介して光変調素子１３０に供給する。なお、回路基板１８０は、後述する排熱部材１９５がスペーサ１７０にねじＭ４を用いて締結される際、排熱部材１９５及びクッション材１９０によりスペーサ１７０側に押圧されることによって、スペーサ１７０とクッション材１９０との間に保持される。
【００３４】
クッション材１９０は、例えば、ウレタンなどの弾性部材からなり、ソケット１３１の第２コンタクト１３１ｄと回路基板１８０のランド１８１とが接触する接触領域を覆う形状に形成され、中央領域には、矩形状の開口部１９１が形成されている。クッション材１９０は、回路基板１８０と後述する排熱部材１９５との間に配置され、排熱部材１９５がスペーサ１７０にねじＭ４を用いて締結されると、クッション材１９０が回路基板１８０と後述する排熱部材１９５との間で押し縮められ、元の形状に戻ろうとする弾性力により回路基板１８０をソケット１３１（第２コンタクト１３１ｄ）側へ押し付ける。斯かる構成により、回路基板１８０のランド１８１と、ソケット１３１の第２コンタクト１３１ｄとの接触を常に良好に保つことができる。
【００３５】
排熱部材１９５は、クッション材１９０の背面側に配置される硬質の板状の部材であり、中央領域には、矩形状の開口部１９６と、スペーサ１７０側と反対側に複数突出した放熱フィン１９７と、後述するねじＭ４が挿通する貫通孔１９８と、を有し、貫通孔１９８に後述するねじＭ４を挿通し、スペーサ１７０に締結することで、光変調素子１３０を収納したソケット１３１と、回路基板１８０と、クッション材１９０とをスペーサ１７０側に押し付け固定することができる。
【００３６】
以下に、本実施形態における光変調素子モジュール１６０の組み立て方法を簡潔に説明する。
（１）光変調素子１３０をソケット１３１に収納固定し、このソケット１３１をスペーサ１７０に固定する。（２）ソケット１３１の背面側にスペーサ１７０のボス１７５を、回路基板１８０の位置決め孔１８３に挿通させ、この回路基板１８０の背面側にクッション材１９０を配置する。（３）排熱部材１９５の背面側からねじＭ４を用いてスペーサ１７０に締結する。これにより、光変調素子モジュール１６０が組み付けられる。さらに、この光変調素子モジュール１６０のスペーサ１７０に設けられた貫通孔１７３にねじＭ３を挿通し、筐体１５０にネジ止めすることで、光変調素子モジュール１６０を筐体１５０に固定することができる。
【００３７】
なお、光変調素子１３０、ソケット１３１、スペーサ１７０、回路基板１８０、クッション材１９０、排熱部材１９５などの形状及び固定構造などは上記実施形態の形状に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の投写型表示装置は、車両に搭載される車載装置に好適である。
【符号の説明】
【００３９】
１…ヘッドアップディスプレイ、２…フロントウインドシールド（透過反射部）、３…アイボックス３ａ…視点、１００…投写型表示装置、１１１…赤色光源１１１ａ…第１基板、１１２…緑色光源１１２ａ…第２基板、１１３…青色光源１１３ａ…第３基板、１３０…光変調素子、１２１…ダイクロイックミラー（配光部材）、１２２…ダイクロイックミラー（配光部材）、１２３…凸レンズ（配光部材）、１２４…プリズム（配光部材）、１５０…筐体、１５１…第１壁、１５２…第２壁、１５３…第３壁、１６０…光変調素子モジュール、１７０…スペーサ、１８０…回路基板、１９０…クッション材、１９５…排熱部材、２００…スクリーン、３００…平面鏡（リレー光学系）、４００…凹面鏡（リレー光学系）、５００…ケース体、Ｌ…画像光、Ｍ１〜Ｍ４…ねじ（ビス）、Ｖ…虚像
【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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