(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、少なくとも１つの光学素子と、該光学素子のための冷却手段と、投射レンズとを備え、該光源から出射した光が該光学素子で変調され、該投射レンズから投射され、該冷却手段は、該光学素子の表面に概ね平行に第１の方向から風を送り込む第１の送風手段と、該光学素子の表面に概ね平行に該光学素子の近傍で該第１の方向と交差する第２の方向から風を送り込む第２の送風手段とを含み、該第１及び第２の送風手段の一方が該光学素子の表面全体を冷却するように配置され、該第１及び第２の送風手段の他方が該光学素子の表面の特定の部分を冷却するように配置され、該光学素子は長方形の形状を有し、該第１の方向と該第２の方向は該長方形の長辺及び短辺に対して垂直な方向であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
該第１の方向と該第２の方向とは、該少なくとも１つの光学素子の最大発熱点において又は最大発熱点の近傍において交差することを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】
該第１及び第２の送風手段は共通のダクト部分と、該共通のダクト部分から分岐された分岐ダクト部分とからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
該第１及び第２の送風手段の一方は第１のファンを含み、該第１及び第２の送風手段の他方は第２のファンを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
該光学素子は、液晶パネルと、該液晶パネルの光源の側に配置される第１の偏光子と、該液晶パネルの投射レンズの側に配置される第２の偏光子とを含み、該冷却手段は主として該液晶パネルの表面と該第１の偏光子の表面との間に風を送り込むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
該光学素子は、液晶パネルと、該液晶パネルの光源の側に配置される第１の偏光子と、該液晶パネルの投射レンズの側に配置される第２の偏光子と、集光レンズとを含み、該冷却手段は主として該第１の偏光子の表面と該集光レンズの表面との間に風を送り込むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項７】
該集光レンズは該第１の該偏光子に対面する側に風を案内する溝を有することを特徴とする請求項６に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光源と、少なくとも１つの光学素子と、この光学素子のための冷却手段と、投射レンズとを備えた投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投射型液晶表示装置は、光源と、概ね長方形の表示部をもつ液晶パネルと、投射レンズとを含み、一対の偏光子が液晶パネルの両側に配置される。光源から発した光は光入射側の偏光子で直線偏光になり、液晶パネルに入射する。光は液晶パネルで画像情報に基づいて空間変調される。液晶パネルの出射光は光出射側偏光素子を経て投射レンズから投射される。また、集光レンズが光入射側の偏光子の手前に配置される。カラー表示の投射型液晶表示装置の場合には、３組の液晶パネル、偏光子、及び集光レンズと、色分離合成部材とが配置される。
【０００３】
このような投射型液晶表示装置の輝度を高めるためには、偏光子及び液晶パネルに入射する光量を増やすことが必要である。しかし、偏光子及び液晶パネルに入射する光量を増加させた場合、光吸収により偏光子及び液晶パネルが発熱する問題がある。例えば、３５０Ｗのメタルハライドランプを光源とした場合、色分離後に光入射側の偏光子に入射する光量（エネルギー）は８Ｗ程度あり、そのうち光入射側の偏光子で約５０％が吸収されるので、４Ｗ程度の発熱が液晶パネルの近傍で発生することになる。
【０００４】
偏光子及び液晶パネルの冷却は、一般に空冷法により行われる。すなわち、空気をファンにより投射型液晶表示装置の内部に送り込み、冷却空気が偏光子及び液晶パネルを冷却するようにしている。そして、偏光子及び液晶パネルは、冷却風が偏光子及び液晶パネルの表面に概ね平行な方向に、偏光子と液晶パネルとの間の空間を通り抜けるように進むときに効率的に冷却される。
【０００５】
特開平２−１６８６９７号公報は、１つのダクト内に斜めの突起を有するフィンを配置し、このダクトに沿ってほぼまっすぐに流れる主空気流れと、ダクトの天井に沿って流れ且つ下向きに指向せしめられる副空気流れとを生成するようにした、放熱フィンを開示している。しかし、冷却されるべき発熱体はダクトの底に配置されており、空気は全体的にはこの発熱体の表面に沿って一定の方向に流れる。
【０００６】
特開平８−２９８７４号公報は、冷却風が偏光子と液晶パネルとの間に送り込まれるとともに、偏光子と液晶パネルとの間に整流フィンを設けた投射型液晶表示装置を開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
投射型液晶表示装置では、冷却風が偏光子や液晶パネル等の光学素子の表面に概ね平行に送り込まれるようにすることによって、良好な冷却を行うことができる。しかし、投射型液晶表示装置の輝度を高くするにつれて、さらに効果的な冷却を行うことができる冷却手段が望まれている。
【０００８】
本発明の目的は、冷却風が偏光子や液晶パネル等の光学素子の表面に概ね平行に送り込まれ、さらに効果的な冷却を行うことができる冷却手段を含む投射型表示装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による投射型表示装置は、光源と、少なくとも１つの光学素子と、該光学素子のための冷却手段と、投射レンズとを備え、該光源から出射した光が該光学素子で変調され、該投射レンズから投射され、該冷却手段は、該光学素子の表面に概ね平行に第１の方向から風を送り込む第１の送風手段と、該光学素子の表面に概ね平行に該光学素子の近傍で該第１の方向と交差する第２の方向から風を送り込む第２の送風手段とを含み、第１及び第２の送風手段の一方が光学素子の表面全体を冷却するように配置され、第１及び第２の送風手段の他方が光学素子の表面の特定の部分を冷却するように配置され、光学素子は長方形の形状を有し、第１の方向と第２の方向はこの長方形の長辺及び短辺に対して垂直な方向であることを特徴とするものである。
この構成において、好ましくは、第１の方向と第２の方向とは、少なくとも１つの光学素子の最大発熱点において又は最大発熱点の近傍において交差する。
【００１０】
この構成において、光学素子は、例えば、液晶パネルと、該液晶パネルの光源の側に配置される第１の偏光子と、該液晶パネルの投射レンズの側に配置される第２の偏光子と、集光レンズとの少なくとも１つからなる。この場合、冷却風は、偏光子及び液晶パネルの表面に概ね平行に交差する２方向から導入され、偏光子及び液晶パネルの近傍の特定の範囲で衝突して乱流が生じ、冷却風が偏光子及び液晶パネルの表面に接触する風の量を増大させることにより、冷却効率を高めることができる。同時に衝突位置を最高温度点近傍（偏光子及び液晶パネルの中心の領域）にすることにより、偏光子及び液晶パネルの温度分布を均一にでき、過熱によって起こる偏光子及び液晶パネルの光学特性の劣化を防止でき、表示品質の向上につながる。透過型及び反射型の液晶パネルを使用することができる。
【００１１】
また、第１及び第２の送風手段は共通のダクト部分と、共通のダクト部分から分岐された分岐ダクト部分とからなる。また、第１及び第２の送風手段の一方は第１のファンを含み、第１及び第２の送風手段の他方は第２のファンを含む。
【００１２】
この場合、長方形の長辺に対して垂直な方向に送り込まれる風の量は、長方形の短辺に対して垂直な方向に送り込まれる風の量よりも少ない。
【００１３】
好ましくは、光学素子は空間変調子を含み、冷却手段は空間変調子の表面に概ね平行に風を送り込む。あるいは、光学素子は、液晶パネルと、液晶パネルの光源の側に配置される第１の偏光子と、液晶パネルの投射レンズの側に配置される第２の偏光子とを含み、冷却手段は主として液晶パネルの表面と第１の偏光子の表面との間に風を送り込む。あるいは、光学素子は、液晶パネルと、液晶パネルの光源の側に配置される第１の偏光子と、液晶パネルの投射レンズの側に配置される第２の偏光子と、集光レンズとを含み、冷却手段は主として第１の偏光子の表面と集光レンズの表面との間に風を送り込む。
【００１４】
好ましくは、集光レンズは第１の偏光子に対面する側に風を案内する溝を有する。この場合、集光レンズの溝が概ね十字状に形成されている。また、集光レンズの溝が滑らかな凹面になっている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例の投射型液晶表示装置を示す図である。投射型液晶表示装置１０はケーシング１２を有し、下記の光学素子がケーシング１２内に配置されている。投射型液晶表示装置１０は、メタルハライドランプ及びリフレクタからなる光源１４と、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１６と、色分離ダイクロイックミラー１８、２０と、色合成ダイクロイックミラー２２、２４と、全反射ミラー２６、２８と、第１から第３の液晶パネル３０、３２、３４と、投射レンズ３６とからなる。
【００１６】
一対の偏光子３８、４０が第１から第３の液晶パネル３０、３２、３４の各々の両側に配置され、集光レンズ４２が入射側の偏光子３８の手前に配置される。投射レンズ３６は各集光レンズ４２の焦点の位置に配置される。この投射型液晶表示装置では、無偏光光源１４から発した平行光線はＵＶ／ＩＲカットフィルタ１６で可視光となり、色分離ダイクロイックミラー２０、２２を透過もしくは反射することで、ＲＧＢ三原色の波長帯域の光に色分離される。色分離された各波長帯域の光は、各液晶パネル３０、３２、３４の入射側の偏光子３８で直線偏光となり、それぞれの液晶パネル３０、３２、３４に入射する。
【００１７】
各液晶パネル３０、３２、３４では制御信号に基づいて画像が形成されており、各液晶パネル３０、３２、３４を透過した画像光は出射側の偏光子４０を経て画像に基づいて空間変調される。偏光子３８、４０は、偏光フィルムをガラス基板に貼り付けしたものが用いられる。ＲＧＢの各画像は色合成ダイクロイックミラー２２、２４で合成されたのちに、投射レンズ３６で拡大、投射される。
【００１８】
このような投射型液晶表示装置の輝度を高めるためには、液晶パネル３０、３２、３４（及びその前後に配置した偏光子）に入射する光量を増やすことが必要であり、その結果液晶パネル３０、３２、３４、及び光入射側の偏光子３８の発熱が問題になってくる。そこで、液晶パネル３０、３２、３４及び光入射側の偏光子３８の冷却手段が設けられる。
【００１９】
図２から図５は冷却手段の例を示す図である。図２は投射型液晶表示装置１０のケーシング１２を示す側面図、図３は図２のケーシング１２の図２の線III −III に沿った断面図である。冷却手段は、ケーシング１２の外側の側面に配置されたファン４４、４６、４８を含む。ファン４４は第１の液晶パネル３０に対応した位置に設けられ、ファン４６は第２の液晶パネル３２に対応した位置に設けられ、ファン４８は第３の液晶パネル３４に対応した位置に設けられる。
【００２０】
送風ダクト５０、５２、５４がケーシング１２の内壁に取り付けられ、ファン４４、４６、４８からそれぞれの液晶パネル３０、３２、３４に向かって延びる。図４は図２及び図３の中央の送風ダクト５２の一部を示す拡大図である。図５は送風ダクト５２の送風方向及び液晶パネル３２及び偏光子３８を示す図である。図３から図５において、送風ダクト５２は共通のダクト部分５２ａと、共通のダクト部分５２ａから分岐された分岐ダクト部分５２ｂ、５２ｃとからなる。分岐ダクト部分５２ｂは液晶パネル３２の表面及び偏光子３８の表面に概ね平行に矢印Ａによって示される第１の方向から風を送り込むように形成されている。分岐ダクト部分５２ｂから吹き出された冷却風は液晶パネル３２と偏光子３８との間を矢印Ａによって示される第１の方向に吹き抜ける。
【００２１】
分岐ダクト部分５２ｃは液晶パネル３２の表面及び偏光子３８の表面に概ね平行に矢印Ｂによって示される第２の方向から風を送り込むように形成されている。分岐ダクト部分５２ｃから吹き出された冷却風は液晶パネル３２と偏光子３８との間を矢印Ｂによって示される第２の方向に吹き抜ける。
矢印Ａによって示される第１の方向と矢印Ｂによって示される第２の方向とは、互いに直交し、液晶パネル３２及び偏光子３８のほぼ中心で交差する。分岐ダクト部分５２ｂは液晶パネル３２の表面及び偏光子３８の表面全体を冷却するように配置され、分岐ダクト部分５２ｃは液晶パネル３２の表面及び偏光子３８の表面の中央部分を集中的に冷却するようになっている。
【００２２】
この構成において、冷却風は、偏光子３８及び液晶パネル３２の表面に概ね平行に交差する２方向Ａ、Ｂから導入され、偏光子３８及び液晶パネル３２の中心領域で衝突し、乱流を生じさせる。乱流が生じることにより、冷却風が偏光子３８及び液晶パネル３２の表面に接触する風の量が増大する。これにより、冷却効率を高めることができる。同時に衝突位置を最高温度点近傍（偏光子及び液晶パネルの中心の領域）にすることにより、偏光子３８及び液晶パネル３２の温度分布を均一にでき、過熱によって起こる偏光子３８及び液晶パネル３２の光学特性の劣化を防止でき、表示品質の向上につながる。特に、分岐ダクト部分５２ｃの吹き出し口はノズル状にせまくなっており、上方からの風が液晶パネルの中心部に集中して吹き付けられるようになっている。この結果、分岐ダクト部分５２ｃからの風量は小さくても、冷却効率が増大する。偏光素子及び液晶パネルには、寿命や光学特性を維持するための最高使用温度があるため、とりわけ表示部中心部分を重点的にしかも効率よく冷却するのが好ましい。
【００２３】
中央の送風ダクト５２については、矢印Ａによって示される第１の方向は図１の紙面に垂直な方向であり、矢印Ｂによって示される第２の方向は図１の紙面に平行に上から下に向かう方向である。他の送風ダクト５０、５４については、矢印Ａによって示される第１の方向は図１の紙面に垂直な方向であり、矢印Ｂによって示される第２の方向は図１の紙面に平行に右から左に向かう方向又は左から右に向かう方向である。また、偏光子及び液晶パネルは横長の長方形の形状を有し、第１の方向と第２の方向はこの長方形の長辺及び短辺に対して垂直な方向である。この場合、分岐ダクト部分５２ｃから長方形の長辺に対して垂直な方向に送り込まれる風の量は、分岐ダクト部分５２ｂから長方形の短辺に対して垂直な方向に送り込まれる風の量よりも少ない。
【００２４】
図６から図８は冷却手段の他の例を示す図である。図６は投射型液晶表示装置１０のケーシング１２を示す側面図、図７は図６のケーシング１２の図６の線VII −VII に沿った断面図である。図８は図６及び図７の冷却手段の送風方向及び液晶パネル及び偏光子を示す図である。
冷却手段は、ケーシング１２の外側の側面に第２の液晶パネル３２に対応した位置に設けられたファン５６を含む。送風ダクト５８がケーシング１２の内壁に取り付けられている。この送風ダクト５８は図６に外形を示されるように３つの液晶パネル３０、３２、３４を覆うような形状に形成され、吹き出し口がそれぞれの液晶パネル３０、３２、３４に対して設けられる。送風ダクト５８は液晶パネル３０、３２、３４の表面及び偏光子３８の表面に概ね平行に矢印Ａによって示される第１の方向から風を送り込むように形成されている。送風ダクト５８から吹き出された冷却風は液晶パネル３０、３２、３４と偏光子３８との間を矢印Ａによって示される第１の方向に吹き抜ける。
【００２５】
また、ダクト６０、６２、６４がそれぞれの液晶パネル３０、３２、３４の近傍に配置され、それぞれの液晶パネル３０、３２、３４に向かって延びる。小型のファン６１、６３、６５がそれぞれのダクト６０、６２、６４に配置される。ダクト６０、６２、６４は液晶パネル３０、３２、３４の表面及び偏光子３８の表面に概ね平行に矢印Ｂによって示される第２の方向から風を送り込むように形成されている。ダクト６０、６２、６４から吹き出された冷却風は液晶パネル３０、３２、３４と偏光子３８との間を矢印Ｂによって示される第２の方向に吹き抜ける。
【００２６】
矢印Ａによって示される第１の方向と矢印Ｂによって示される第２の方向とは、互いに直交し、液晶パネル３０、３２、３４及び偏光子３８のほぼ中心で交差する。送風ダクト５８の吹き出し口は液晶パネル３０、３２、３４の表面及び偏光子３８の表面全体を冷却するように配置され、ダクト６０、６２、６４の吹き出し口は液晶パネル３０、３２、３４の表面及び偏光子３８の表面の中央部分を集中的に冷却するようになっている。
【００２７】
この構成において、冷却風は、偏光子３８及び液晶パネル３０、３２、３４の表面に概ね平行に交差する２方向Ａ、Ｂから導入され、偏光子３８及び液晶パネル３０、３２、３４の中心領域で衝突し、乱流が生じる。よって冷却風が偏光子３８及び液晶パネル３０、３２、３４の表面に接触する風の量が増大する。これにより、冷却効率を高めることができる。同時に衝突位置を最高温度点近傍（偏光子及び液晶パネルの中心の領域）にすることにより、偏光子３８及び液晶パネル３０、３２、３４の温度分布を均一にでき、過熱によって起こる偏光子３８及び液晶パネル３０、３２、３４の光学特性の劣化を防止でき、表示品質の向上につながる。
【００２８】
大型の冷却ファン５６を含むダクト５８は冷却風を装置内部に送り込み、冷却風は液晶パネル３０、３２、３４の短辺側から液晶パネルと偏光子３８との間の空間に流れる。小型のファン６１、６３、６５は液晶パネルの長辺側から、短辺側から取り込んだ風の約半分の風速で、風を吹き込んでいる。両者の風はパネルの中心近傍で衝突し、適度な乱流を生じ、冷却効率が向上する。
【００２９】
図９は冷却手段のさらに他の例を示す図である。前の例と同様にして、冷却風は、矢印Ａによって示される第１の方向に偏光子３８と液晶パネル３２との間に送りこまれるとともに、矢印Ｂによって示される第２の方向に偏光子３８と液晶パネル３２との間に送りこまれる。さらに、冷却風は偏光子３８と集光レンズ４２との間に送りこまれる。これによって、光入射側の偏光子３８はさらに効率よく冷却される。
【００３０】
さらに、集光レンズ４２の偏光子３８に対面する側の表面は平面で形成され、集光レンズ４４の偏光子３８とは反対側の表面は曲面で形成されている。集光レンズ４２は偏光子３８に対面する側に風を案内する溝６６を有する。この溝６６は概ね十字状に形成されている。つまり、十字状の溝６６は液晶パネル３２及び偏光子３８のほぼ中心で交差する２つの直線状のガイド溝からなり、冷却風はこれらのガイド溝に沿って進み、液晶パネル３２及び偏光子３８のほぼ中心で互いに衝突して乱流を生じさせ、液晶パネル３２及び偏光子３８のほぼ中心の領域を最も効率的に冷却する。溝６６のガイド溝は、集光レンズ４２の中心を通り、短辺と長辺に平行に延び、ガイド溝の幅は７ｍｍ、深さは５ｍｍである。
【００３１】
下記の表１は、図６から８のダクト及びファンをもった構成において、集光レンズ４２が溝６６を有しない場合と、集光レンズ４２が溝６６を有する場合とで行った試験の結果を示す。
表１
構造    ファン５６    ファン６２    偏光子３８の中央の温度
溝なし          オン          オフ                    ４５℃
溝なし          オン          オン                    ４１℃
溝あし          オン          オフ                    ４５℃
溝あし          オン          オン                    ３５℃
試験は室温において行われ、ファン５６の送風力を２０ｍ／ｓｅｃとし、ファン６２の送風力を０．５ｍ／ｓｅｃとした。集光レンズ４２が溝６６を有する場合には、きわめて良好な冷却性能が得られた。図１に示すような光学系においては、集光レンズ４２は偏光子３８にできるだけ近づけて配置し、集光レンズ４２と偏光子３８との間隔は１０ｍｍ以内にするのが好ましい。このような場合、集光レンズ４２と偏光子３８との間を風が通りにくいが、集光レンズ４２に溝６６を設けることにより、偏光子３８を良好に冷却することができる。また、集光レンズ４２が溝６６を有することにより、溝６６の表面での反射によるゴーストの発生はなかった。
【００３２】
図１０及び図１１は冷却手段のさらに他の例を示す図である。前の例と同様にして、冷却風は偏光子３８と液晶パネル３２との間に送りこまれるとともに、集光レンズ４２は偏光子３８に対面する側に風を案内する溝６６を有する。この溝６６は滑らかな凹面として形成されている。実施例においては、集光レンズ４２の外面は半径Ｒが１１０ｍｍの円筒凸面で形成され、集光レンズ４２の内面は半径ｒが９３５ｍｍの円筒凹面で形成されている。円筒凹面において、集光レンズ４２の中心付近では集光レンズ４２の端に対して１ｍｍ窪むため、偏光子３８と集光レンズ４２との間の間隔が広くなり、中心付近の冷却風が増加する。この場合にも、両方向から吹き付けられた冷却風が偏光子３８のほぼ中心で互いに衝突して乱流を生じさせ、偏光子３８のほぼ中心の領域を最も効率的に冷却する。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷却風が偏光子や液晶パネル等の光学素子の表面に概ね平行に互いに交差する方向から送り込まれ、冷却風が光学素子の中心で衝突し、さらに効果的な冷却を行うことができる。よって、より輝度の高い投射型表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の投射型液晶表示装置を示す図である。
【図２】投射型液晶表示装置のケーシングを示す側面図である。
【図３】図２のケーシングの図２の線III −III に沿った断面図である。
【図４】図２及び図３の中央の送風ダクトの一部を示す拡大断面図である。
【図５】図２から図４の冷却手段の送風方向及び液晶パネル及び偏光子を示す斜視図である。
【図６】投射型液晶表示装置のケーシングを示す側面図である。
【図７】図６のケーシングの図６の線VII −VII に沿った断面図である。
【図８】図６及び図７の冷却手段の送風方向及び液晶パネル及び偏光子を示す図である。
【図９】冷却手段のさらに他の例を示す図である。
【図１０】冷却手段のさらに他の例を示す図である。
【図１１】図１０の冷却手段のさらに他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０…投射型液晶表示装置
１２…ケーシング
１４…光源
１８、２０…色分離ダイクロイックミラー
２２、２４…色合成ダイクロイックミラー
３０、３２、３４…液晶パネル
３６…投射レンズ
３８、４０…偏光子
４２…集光レンズ
４４、４６、４８…ファン
５０、５２、５４…送風ダクト
５６…ファン
５８…送風ダクト
６０、６２、６４…ダクト
６１、６３、６５…ファン
６６…溝
【図１】
0004030208.tif 000002
【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】
0004030208.tif 000008
【図８】
0004030208.tif 000009
【図９】
0004030208.tif 000010
【図１０】
0004030208.tif 000011
【図１１】
0004030208.tif 000012