(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液晶表示素子と、
第２の液晶表示素子と、
第３の液晶表示素子と、
前記第１、第２及び第３の液晶表示素子に表示される画像を合成する合成光学系と、
該合成光学系で合成された画像を投写する投写レンズと、を備えた投写型液晶表示装置において、
前記第１の色成分の光を放射する第１の有機電界発光素子が前記第１の液晶表示素子の背面に配置されるとともに、第１の受熱板が前記第１の有機電界発光素子の背面に熱的に接触して配置され、
前記第２の色成分の光を放射する第２の有機電界発光素子が前記第２の液晶表示素子の背面に配置されるとともに、第２の受熱板が前記第２の有機電界発光素子の背面に熱的に接触して配置され、
前記第３の色成分の光を放射する第３の有機電界発光素子が前記第３の液晶表示素子の背面に配置されるとともに、第３の受熱板が前記第３の有機電界発光素子の背面に熱的に接触して配置され、
前記第１及び第３の受熱板は互いに平行に配置されるとともに、前記第２の受熱板は前記第１及び第３の受熱板と垂直な平面上に配置され、
前記第１、第２及び第３の受熱板とは離れた位置にそれぞれの受熱板に対応して第１、第２及び第３の放熱板が配置され、
前記第１の受熱板及び前記第１の放熱板に熱的に接触する第１のヒートパイプと、前記第２の受熱板及び前記第２の放熱板に熱的に接触する第２のヒートパイプと、前記第３の受熱板及び前記第３の放熱板に熱的に接触する第３のヒートパイプとを具備し、
前記第１及び第３のヒートパイプは直線状の形状であり、
前記第２のヒートパイプは略直角に曲げられた形状であり、
前記第１及び第３の放熱板は互いに平行に配置されるとともに、前記第２の放熱板は前記第１及び第３の放熱板と垂直な平面上に配置されること、
を特徴とする投写型液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１、第２及び第３の放熱板が共通の一つのファンで空冷されていることを特徴とする請求項１に記載の投写型液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１、第２及び第３の放熱板が共通の一つのヒートシンクに熱的に接続され、前記ヒートシンクが冷却されることを特徴とする請求項１に記載の投写型液晶表示装置。
【請求項４】
前記ヒートシンクがファンで空冷される電子冷却素子によって冷却されることを特徴とする請求項３記載の投写型液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１、第２及び第３の有機電界発光素子は、それぞれの有機電界発光素子の発光層が光学的共振器構造に挟持されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の投写型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子に表示されている画像をレンズで拡大投写する表示装置における光源およびその冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示素子の画像を拡大投写して表示を行う表示装置である投写型液晶表示装置の光源としては、メタルハライドランプなどの放電型の光源が用いられていた。
【０００３】
また、光源および照明光学系を小型化するために、平板状の光源を液晶表示素子の背面に配置する構成を考えることができる。平板状の光源としては、有機薄膜を発光層とする有機電界発光素子を用いることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のメタルハライドランプを用いた投写型液晶表示装置では、ランプから出た発散光を液晶表示素子に平行性良く照射するために開口が大きなリフレクタが必要であり、さらにランプから出た光を赤、緑、青の光に分解してそれぞれの色の画像を表示する液晶表示素子へ導くための光学系が必要であり、装置の小型化が難しいという問題点がある。
【０００５】
また、光源として有機電界発光素子を用いた場合には、素子を流れる電流による発熱を抑えるために素子の冷却が必要となる。ファンによる空冷が簡便であるが、赤、緑、青の画像を表示する３枚の液晶表示素子の背面にそれぞれ赤、緑、青で発光する有機電界発光素子を配置する構成では、それぞれの有機電界発光素子に対応してファンを配置させると３つのファンが必要となり、ファンの騒音が大きくなる、という問題点がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するもので、高輝度で発光できる有機電界発光素子を平板状の光源として用いることによって投写型表示装置を小型化するとともに、赤、緑、青のそれぞれの色で発光する３枚の有機電界発光素子を光源として用いた場合にも一つのファンで冷却を行なうことにより、表示装置の騒音を低減することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る投写型液晶表示装置は、赤色成分の画像を表示する第１の液晶表示素子と、緑色成分の画像を表示する第２の液晶表示素子と、青色成分の画像を表示する第３の液晶表示素子と、前記第１の液晶表示素子の背面に配置され、赤色光を放射する第１の有機電界発光素子と、前記第２の液晶表示素子の背面に配置され、緑色光を放射する第２の有機電界発光素子と、前記第３の液晶表示素子の背面に配置され、青色光を放射する第３の有機電界発光素子と、前記第１、第２及び第３の液晶表示素子に表示される画像を合成する合成光学系と、該合成光学系で合成された画像を投写する投写レンズとを備えた投写型液晶表示装置において、前記第１、第２及び第３の有機電界発光素子の背面にそれぞれ熱伝導性の良い金属板から成る第１、第２及び第３の受熱板が熱的に接触して配置され、前記第１、第２及び第３の受熱板のそれぞれとは異なる位置にそれぞれの受熱板に対応して第１、第２及び第３の放熱板が配置され、前記第1の受熱板と前記第1の放熱板との間、前記第２の受熱板と前記第２の放熱板との間、及び前記第３の受熱板と前記第３の放熱板との間がそれぞれ第１、第２及び第３のヒートパイプで熱的に結ばれていることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、３つの有機電界発光素子で発生する熱を任意の場所に輸送して放熱できるという効果を有する。
【０００９】
上記投写型液晶表示装置は、前記第１、第２及び第３のヒートパイプのうち、前記第１及び第３のヒートパイプは直線状の形状であり、前記第２のヒートパイプが前記受熱板と前記放熱板の間で略直角に曲げられた形状であることが望ましい。
【００１０】
上記構成によれば、直交して配置されている面状の有機電界発光素子に対応する放熱板をコンパクトに配置できるという効果を有する。
【００１１】
上記投写型液晶表示装置は、前記第１、第２及び第３の放熱板が共通の一つのファンで空冷されていることが望ましい。
【００１２】
上記構成によれば、３つの有機電界発光素子で発生する熱を一つのファンで放散させることができるので、投写型液晶表示装置を小型化できるという効果を有する。
【００１３】
上記投写型液晶表示装置は、前記第１、第２及び第３の放熱板が共通の一つのヒートシンクに熱的に接続され、前記ヒートシンクが冷却されることが望ましい。
【００１４】
上記構成によれば、３つの有機電界発光素子で発生する熱を一つのヒートシンクを介して放散させることができるので、投写型液晶表示装置を小型化できるという効果を有する。
【００１５】
上記投写型液晶表示装置は、前記ヒートシンクがファンで空冷される電子冷却素子によって冷却されることが望ましい。
【００１６】
上記構成によれば、３つの有機電界発光素子で発生する熱を一つのヒートシンクを介して電子冷却素子によって強制的に放散させることができるので、光源の冷却能力に優れた小型の投写型液晶表示装置を提供できるという効果を有する。
【００１７】
上記投写型液晶表示装置は、前記第１、第２及び第３の有機電界発光素子において、それぞれの有機電界発光素子の発光層が光学的共振器構造に挟持されていることが望ましい。
【００１８】
上記構成によれば、有機電界発光素子から放射される光の発光スペクトルを狭くすることができ、かつ、放射光の指向性を強めることができるので、色再現範囲が広く、かつ、明るい投写型液晶表示装置を構成できるという効果を有する。
また、本発明に係る他の投写型液晶表示装置は、第１の液晶表示素子と、第２の液晶表示素子と、第３の液晶表示素子と、前記第１、第２及び第３の液晶表示素子に表示される画像を合成する合成光学系と、該合成光学系で合成された画像を投写する投写レンズと、を備えた投写型液晶表示装置において、前記第１の色成分の光を放射する第１の有機電界発光素子が前記第１の液晶表示素子の背面に配置されるとともに、第１の受熱板が前記第１の有機電界発光素子の背面に熱的に接触して配置され、前記第２の色成分の光を放射する第２の有機電界発光素子が前記第２の液晶表示素子の背面に配置されるとともに、第２の受熱板が前記第２の有機電界発光素子の背面に熱的に接触して配置され、前記第３の色成分の光を放射する第３の有機電界発光素子が前記第３の液晶表示素子の背面に配置されるとともに、第３の受熱板が前記第３の有機電界発光素子の背面に熱的に接触して配置され、前記第１及び第３の受熱板は互いに平行に配置されるとともに、前記第２の受熱板は前記第１及び第３の受熱板と垂直な平面上に配置され、前記第１、第２及び第３の受熱板とは離れた位置にそれぞれの受熱板に対応して第１、第２及び第３の放熱板が配置され、前記第１の受熱板及び前記第１の放熱板に熱的に接触する第１のヒートパイプと、前記第２の受熱板及び前記第２の放熱板に熱的に接触する第２のヒートパイプと、前記第３の受熱板及び前記第３の放熱板に熱的に接触する第３のヒートパイプとを具備し、前記第１及び第３のヒートパイプは直線状の形状であり、前記第２のヒートパイプは略直角に曲げられた形状であり、前記第１及び第３の放熱板は互いに平行に配置されるとともに、前記第２の放熱板は前記第１及び第３の放熱板と垂直な平面上に配置されることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態に係る投写型液晶表示装置を添付の図面を参照しながら説明する
（第１の実施形態）
本発明の投写型液晶表示装置の第１の実施形態を図１から図４に基づき説明する。図１は投写型液晶表示装置の基本的な構成を上面から見た図である。図２、図３は有機電界発光素子で発生する熱を放熱板へ伝達する機構を説明する図である。図４はファンと放熱板の配置をファンの方から見た図である。
【００２０】
まず図１によって投写型液晶表示装置の構成を説明する。
【００２１】
赤色成分の画像を表示する液晶表示素子１０１Ｒ、緑色成分の画像を表示する液晶表示素子１０１Ｇ、および青色成分の画像を表示する液晶表示素子１０１Ｂが、ダイクロイックプリズム１０２の３つの面に対向して配置されている。この３つの液晶表示素子に表示される画像はダイクロイックプリズム１０２で合成された後、投写レンズ１０３によってスクリーン１０４に拡大投写される。スクリーンは反射型でも透過型でも良い。
【００２２】
以降、図中の参照番号において、赤色表示に関わる要素を参照する番号にはＲ、緑色表示に関わる要素を参照する番号にはＧ、青色表示に関わる要素を参照する番号にはＢを付けることとする。
【００２３】
赤色成分の画像を表示する液晶表示素子１０１Ｒの背面には、赤色の放射光１１０Ｒを放射する有機電界発光素子１０５Ｒが配置されている。放射光１１０Ｒは図２に示すように面状の有機電界発光素子１０５Ｒの法線方向に放射される。
【００２４】
赤領域の波長で発光する有機電界発光素子１０５Ｒの構造としては、透明ガラス基板上に、ハーフミラー層となるＴｉＯ２（酸化チタン）薄膜とＳｉＯ２（酸化シリコン）薄膜の積層構造、陽極となるＩＴＯ（インジウム錫酸化物）薄膜、正孔輸送層となるＴＡＤ（ジアミン誘導体）薄膜、発光層となるＥｕ（ユーロピウム）錯体薄膜、電子輸送層となるＡｌｑ３（トリス（8-キノリノナト）アルミニウム）薄膜、および陰極となるＭｇＡｇ（マグネシウム銀）薄膜が順次積層された構造とすることができる。このような有機電界発光素子の構造はJapanese Journal of Applied Physics Vol.33 (1994) pp.L863-L866に開示されている。このような構造で放射光のピーク波長を６２０ｎｍ程度とすることができる。
【００２５】
ハーフミラー層と陰極とで光学的な共振器が構成され、放射光の発光スペクトルを狭帯域化することができるとともに、発光素子面の法線方向（正面方向）への指向性を強めることができる。
【００２６】
赤領域の波長で発光する有機発光層としては、Ｅｕ錯体以外にもＡｌｑ３に赤色で発光する色素を添加した材料を用いることができる。Ｅｕ錯体は元来発光スペクトルが狭いので光学的共振器がなくても良いが、 Ａｌｑ３に赤色で発光する色素を添加した材料を発光層として用いた場合は、その発光スペクトルがブロードなので、光学的共振器構造による放射光のスペクトルの狭帯域化は顕著となる。
【００２７】
緑色成分の画像を表示する液晶表示素子１０１Ｇの背面には、緑色の放射光１１０Ｇを放射する有機電界発光素子１０５Ｇが配置されている。放射光１１０Ｇは図３に示すように面状の有機電界発光素子１０５Ｇの法線方向に放射される。
【００２８】
緑領域の波長で発光する有機電界発光素子１０５Ｇの構造としては、透明ガラス基板上に、ハーフミラー層となるＴｉＯ２薄膜とＳｉＯ２薄膜の積層構造、陽極となるＩＴＯ薄膜、正孔輸送層となるＴＰＤ（トリフェニルジアミン誘導体）薄膜、発光層となるＡｌｑ３薄膜、および陰極となるＭｇＡｇ薄膜が順次積層された構造とすることができる。このような有機電界発光素子の構造はApplied
Physics Letters Vol.68 (1994) pp.1-3に開示されている。このような構造で放射光のピーク波長を５４０ｎｍ程度とすることができる。
【００２９】
ハーフミラー層と陰極とで光学的な共振器が構成され、放射光の発光スペクトルを狭帯域化することができるとともに、発光素子面の法線方向（正面方向）への指向性を強めることができる。
【００３０】
青色成分の画像を表示する液晶表示素子１０１Ｂの背面には、青色の放射光１１０Ｂを放射する有機電界発光素子１０５Ｂが配置されている。放射光１１０Ｂは面状の有機電界発光素子１０５Ｂの法線方向に放射される。
【００３１】
青領域の波長で発光する有機電界発光素子１０５Ｂの構造としては、透明ガラス基板上に、ハーフミラー層となるＴｉＯ２薄膜とＳｉＯ２薄膜の積層構造、陽極となるＩＴＯ薄膜、正孔輸送層となるＴＰＤ薄膜、発光層となるジスチリルビフェニル誘導体薄膜、電子輸送層となるＡｌｑ３薄膜、および陰極となるＭｇＡｇ薄膜が順次積層された構造とすることができる。ハーフミラー層を除いた発光層の構造は応用物理 第６２巻 第１０号 １０１５〜１０１８頁 （１９９３）に開示されている。このような構造で放射光のピーク波長を４８０ｎｍ程度とすることができる。
【００３２】
ハーフミラー層と陰極とで光学的な共振器が構成され、放射光の発光スペクトルを狭帯域化することができるとともに、発光素子面の法線方向（正面方向）への指向性を強めることができる。
【００３３】
以上述べたように、透過型液晶表示素子を照明する光源として、発光スペクトルを狭帯域化でき、かつ、放射光の指向性を強めることができる光学的共振器構造を有する有機電界発光素子を用いることにより、色の純度を高くすることができ、かつ、液晶表示素子を透過した後の光の発散を抑えて投写レンズに入射する光量を増加させることができる。従って、色再現範囲が広く、かつ、明るい投写型液晶表示装置を構成できる。
【００３４】
各色に対応する液晶表示素子１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの表示領域の大きさは、対角で１．３インチ（約３３ｍｍ）とすることができ、この場合には有機電界発光素子１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂの発光領域の大きさは対角で１．３インチより若干大きく、１．４インチ（約３６ｍｍ）程度とする。投写レンズ１０３の倍率を約１３倍とすると、スクリーン１０４には対角で１７インチ（約４３２ｍｍ）の画像が表示される。
【００３５】
続いて、有機電界発光素子の冷却機構について図１、図２および図３を用いて説明する。
【００３６】
有機電界発光素子１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂの背面にはそれぞれ受熱板１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂが熱伝導性の良いグリースを介して熱的に接触して配置されている。
【００３７】
有機電界発光素子から受熱板に移動した熱は、ヒートパイプ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂによって放熱板１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに運ばれる。放熱板はファン１０９で空冷される。受熱板および放熱板はヒートパイプに熱的に接触して取り付けられている。
【００３８】
ヒートパイプは、内壁に毛細管構造を持ち、内部が真空の金属パイプに純水、パーフルオロカーボンなどの作動液が密封されている構造を有する伝熱素子である。ヒートパイプの一端（加熱部）に熱が加わると作動液は蒸発し、蒸気の流れとなって他端（冷却部）の低温部へ移動し、ここで冷却されて凝縮する。凝縮した作動液は毛細管現象によって加熱部へ戻る。このように蒸発、移動、凝縮を繰り返し、加熱部に加えられた熱を冷却部へ輸送する。
【００３９】
受熱板１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂの大きさは、有機電界発光素子全面からの熱を有効に受け取ることができるように、３３ｍｍ×２５ｍｍ程度とする。放熱板１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂの大きさは、熱を放射する表面積を大きくするために、８０ｍｍ×２５ｍｍ程度とする。ヒートパイプ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの直径は約４ｍｍ、長さは約１３０ｍｍとする。
【００４０】
赤で発光する有機電界発光素子１０５Ｒおよび青で発光する有機電界発光素子１０５Ｂを冷却するために用いられるヒートパイプ１０７Ｒ、１０７Ｂは図２に示すように直線状である。図２では赤で発光する有機電界発光素子１０５Ｒに対応する冷却構造だけが描かれているが、青で発光する有機電界発光素子１０５Ｂに対応する冷却構造はこの構造に対して対称な構造であるので図は省いた。
【００４１】
緑で発光する有機電界発光素子１０５Ｇを冷却するために用いられるヒートパイプ１０７Ｇは図３に示すように直角に曲げられている。このように一つのヒートパイプを直角に折り曲げる構造は、ダイクロイックプリズム１０２の３つの側面に配置された３つの有機電界発光素子に対応する放熱板１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂを一つのファン１０９の近くに配置させるために好ましい構造である。このような構造とすることによって、３つの有機電界発光素子で生じる熱を一つのファンで放散させることができ、それぞれの有機電界発光素子毎にファンを設置する構造に比べて投写型液晶表示装置を小型化できるとともに、ファンで生じる騒音を低減できる。
【００４２】
図４はファン１０９と放熱板１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂの配置をファン側から見た図である。ファンの風量が多ければ、図５に示すようにファン５０１を３枚の放熱板で囲まれる空間に配置しても良い。
【００４３】
（第２の実施形態）
本発明の投写型液晶表示装置の第２の実施形態を説明する。基本的な構成は第１の実施形態と同じであるが、放熱板の形状だけが第１の実施形態と異なる。図６はヒートパイプ１０７Ｒに取り付けられた放熱板６０１Ｒの形状を示す斜視図である。放熱板６０１Ｒを構成するフィン６０２Ｒはヒートパイプの長さ方向に伸びている。なお、この放熱板の形状は赤、緑、青で発光するそれぞれの有機電界発光素子に対応する３つの放熱板について共通の形状である。
【００４４】
図７にファン１０９と放熱板６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂの配置を、ファンの方からファンを透かして見た図を示す。
【００４５】
本実施形態では放熱板から熱を効率的に放散させるために、放熱板の表面積を大きくしている。
【００４６】
（第３の実施形態）
本発明の投写型液晶表示装置の第３の実施形態を図８、図９を用いて説明する。基本的な構成は第１の実施形態と同じであるが、放熱部の構造が異なっている。図８は投写型液晶表示装置の基本的な構成を上面から見た図であり、図９はヒートシンクと放熱板とファンの配置を、ファンの方からファンを透かして見た図である。
【００４７】
有機電界発光素子１０５Ｒ、１０６Ｇ、１０５Ｂで発生した熱は、ヒートパイプ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂによって放熱板１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに輸送される。放熱板１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂは銅のブロックから成るヒートシンク８０１の側面に熱伝導性の良いグリースを介して取り付けられている。ヒートシンク８０１にはペルチェ効果を利用した電子冷却素子８０２が熱伝導性の良いグリースを介して取り付けられている。電子冷却素子８０２はファン８０３で空冷される。
【００４８】
本実施形態では放熱板に運ばれてきた熱を電子冷却素子で積極的に取り除き、有機電界発光素子の冷却効果を高める。
【００４９】
本実施例においても、３つの有機電界発光素子で発生する熱を一ヶ所に集めて一つの電子冷却素子で放散させることができるので、３つの有機電界発光素子のそれぞれに電子冷却素子を備える構造に比べて、投写型液晶表示装置を小型化できるとともに、ファンも一つで済むのでファンの騒音を抑えることができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は投写レンズによってスクリーンに画像を投写する表示装置以外にも、投写レンズを肉眼で覗き込んで投写レンズによって形成される液晶表示素子の拡大虚像を観察する表示装置にも適用が可能である。
【００５１】
また、本発明は、有機電界発光素子に限らず冷却が必要な複数の素子を備えた装置にも応用が可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の投写型液晶表示装置によれば、複数の有機電界発光素子で発生する熱をヒートパイプを用いて一ヶ所に輸送し、ファンなど一つの冷却装置でその熱を放散させることにより、各有機電界発光素子ごとに冷却装置を設置する必要がなくなるので、小型で騒音の少ない投射型液晶表示装置を提供できる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態における投写型液晶表示装置の基本的な構成を上面から見た図。
【図２】  本発明の第１の実施形態において有機電界発光素子で発生する熱を放熱板へ伝達する機構を説明する図。
【図３】  本発明の第１の実施形態において有機電界発光素子で発生する熱を放熱板へ伝達する機構を説明する図。
【図４】  本発明の第１の実施形態におけるファンと放熱板の配置をファンの方から見た図。
【図５】  本発明の第１の実施形態におけるファンと放熱板の配置の別な例を示す図で、ファンと放熱板の配置をファンの方から見た図。
【図６】  本発明の第２の実施形態における放熱板の形状を示す斜視図。
【図７】  本発明の第２の実施形態におけるファンと放熱板の配置を、ファンの方からファンを透かして見た図。
【図８】  本発明の第３の実施形態における投写型液晶表示装置の基本的な構成を上面から見た図。
【図９】  本発明の第３の実施形態におけるヒートシンクと放熱板とファンの配置を、ファンの方からファンを透かして見た図。
【符号の説明】
１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂ  液晶表示素子
１０２  ダイクロイックプリズム
１０３  投写レンズ
１０４  スクリーン
１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂ  有機電界発光素子
１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂ  受熱板
１０７、１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂ  ヒートパイプ
１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂ  放熱板
１０９、５０１、８０３  ファン
１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ  放射光
６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂ  放熱板
８０１  ヒートシンク
８０２  電子冷却素子
【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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