JP2005234070A - 冷却装置、冷却装置を用いた投写型表示装置、及び冷却装置を用いた電子機器 - Google Patents

冷却装置、冷却装置を用いた投写型表示装置、及び冷却装置を用いた電子機器 Download PDF

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Akira Ueda
晃 植田
Shoji Kawahara
河原  昭二
Narumasa Yamagishi
成多 山岸
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Abstract

【課題】液漏れが生じた場合でも、周辺電気回路の短絡等といった被害を防止することが出来る冷却装置、冷却装置を用いた投写型表示装置、及び冷却装置を用いた電子機器を提供すること。
【解決手段】冷却対象である発熱体から受熱する受熱手段102と、前記受熱手段から受熱する液状媒体110と、液状媒体110から受熱し、放熱する放熱手段114と、液状媒体110が流れる流路と、前記流路に、液状媒体110を循環させるための送液手段107と、前記流路の全部又は一部の周囲に、前記液状媒体を吸収する吸収手段118、119とを、備えた冷却装置。
【選択図】 図2

Description

本発明は、筐体内部に配設された半導体、CPU、又は映像素子などの発熱電子部品を液状媒体を循環させて冷却または温度制御する冷却装置およびその冷却装置を搭載し、且つ液漏れ対策を施した電子機器に関するものである。
そしてその電子機器としては画像を投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置やパーソナルコンピュータ、半導体レーザー装置等が掲げられる。
ノートタイプのパーソナルコンピュータや移動体通信機器に代表される携帯型の電子機器は、マルチメディア情報を処理するためのマイクロプロセッサを装備している。この種のマイクロプロセッサは、演算速度の高速化や多機能化に伴い、動作中の発熱量が急速に増大する傾向がある。そのため、マイクロプロセッサの動作を安定的に保証するためには、その発熱量に見合う冷却性の向上が必要である。
また、半導体レーザー光源装置に代表される電子機器は、高出力化やビームの波長安定性確保の観点から、発振源となる半導体を適当な温度に温度制御する必要がある。また、近年の小型化の要望のため、その温度制御装置の小型化と高い温度制御性能が要求されるようになってきている。
また、ライトバルブ上で映像信号に変調された画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上にその画像を拡大投写する投写型表示装置に代表される表示装置においては、画像情報をより鮮明に投影するために高解像度のライトバルブからなる映像素子が用いられ、さらに投影画面の明るい高輝度化が促進されている。
また、高輝度が求められる投写型表示装置の映像素子や、偏光板等の光学素子は原理的には入射される光量に対し、有効にスクリーンに投影されない成分等の光による熱量を吸収するため、発熱が輝度アップの制限となっている。
以下、電子機器や投写型表示装置の熱対策に関する従来の技術について説明する。
ここでは、一般的な投写型表示装置における液状媒体を用いた冷却装置を例として説明する。
まず、投写型表示装置の光学系は基本的に次の各部分から構成されている。すなわち光源ランプユニットと、その光源ランプユニットの光源からの白色光を赤(R)、緑(G)、青(B)に色分解し、これらの光を画像情報に応じて変調する透過型液晶パネル等から構成された映像素子と、その変調された光を色合成する光学ユニットと、その色合成された光をスクリーン上に拡大投影する投写レンズユニット等で構成されている。
そして最近では、投写型表示装置は画像情報をより鮮明に投影するために高解像度の映像素子が用いられてきており、さらに投影画面の明るい高輝度化が促進されていることは上述したとおりである。
従来の液状媒体を用いた冷却装置に関して、例えば、特許文献1、又は特許文献2に開示されている投写型表示装置の基本的な構成を図3に示す。これらの投写型表示装置では、光源装置201のランプ201aから出射された光のうち最終的に投写レンズ207を介してスクリーン上へ投写されるもの以外の光の多くは、透過型液晶表示素子304a、304b、304cや、その周辺の光学素子などに吸収されて発熱する。
そこで、透過型液晶表示素子304a、304b、304c、偏光子305や投写レンズ207の一部等で封止した密閉構造物に、透光性の液状媒体を充填すること、または、充填された液状媒体206が循環可能な容器である受熱部208c内に液晶表示素子304cを封入し、発熱部の冷却を行っている。又、発熱部の冷却を行うために、図3に示す従来の投写型表示装置は、透過型液晶表示素子304cから液状媒体206に伝えられた熱を放熱するための放熱器203と放熱フィン205が設置されている。又、受熱部208cから放熱器203へ液状媒体206を循環させるための送液ポンプ202が設置されており、受熱部208c、送液ポンプ202、放熱器203は、ホース204によって接続されている。すなわち、液状媒体206は受熱部208c、送液ポンプ202、放熱器203、受熱部208cへとホース204内を通って循環する。
なお、液状媒体206としては、効率よく冷却が行えるように熱伝導率、熱容量が比較的良く、冷却媒体の循環または対流が潤滑に行えるように粘度が低い液体であるエチレングリコール、グリセリン、または、これらと水との混合液などを用いている。
一方、上述した透過型液晶表示素子に代わって、液晶等による反射型映像素子が使用されるようになってきている。しかしながら、反射型映像素子であっても僅かの光吸収が発生するために、この反射型映像素子を強制的に冷却する必要がある。
特開平11−119202号公報 特許第2724074号
しかしながら、品質管理上の問題や事故等の要因で、送液ポンプ202から液状媒体206が送出もしくは吸入される接合部において液漏れが発生したり、またホース204にピンホール等の穴が生じ液漏れが発生する可能性があった。
又、例えば、投写型表示装置を周囲の気圧の低い環境(例えば高地など)で使用するよう場合、周辺環境の気圧が減少するため、相対的に液状媒体206の圧力が増加した状態で、循環経路へ送出されるため、接合部やホース204への負荷が増加する。このとき通常の気圧での使用に比べ、液漏れが発生する可能性は高くなる。
また接合部での液漏れが起こりうる原因として、接合部品の膨張係数の違いが考えられる。例えば送液ポンプ202から液状媒体206が送出される部位が金属であり、そこに接合されるホース204がゴムで構成されるような場合を考える。例えば発熱体である透過型液晶表示素子304cがとても高温になったとすると、高温の液状媒体206が、ホース204を通って、受熱部208cから放熱器203へと循環することになる。
この場合、一般に金属よりゴムの膨張係数の方が大きいため、送液ポンプ202から液状媒体206が送出される部位よりもホース204の方が膨張しやすいことになる。このとき送液ポンプ202から液状媒体206が送出される部位とホース204との接合部に隙間が生じ、この隙間から液漏れが発生する可能性がある。
上記液漏れによって、投写型表示装置はもちろん投写型表示装置を設置している周辺環境にも、電気回路が短絡する等といった被害を与えたりするおそれがあった。
上記従来の課題を考慮し、本発明の目的は、液漏れが生じた場合でも、周辺電気回路の短絡等といった被害を防止することが出来る冷却装置、冷却装置を用いた投写型表示装置、及び冷却装置を用いた電子機器を提供することである。
上記目的を達成するために、第1の本発明は、冷却対象である発熱体から受熱する受熱手段と、前記受熱手段から受熱する液状媒体と、前記液状媒体から受熱し、放熱する放熱手段と、前記液状媒体が流れる流路と、前記流路に前記液状媒体を循環させるための送液手段と、前記流路の全部又は一部の周囲に、前記液状媒体を吸収する吸収手段とを備えた、冷却装置である。
又、第2の本発明は、前記吸収手段は、高分子ポリマーを混入した繊維材を有する、第1の本発明の冷却装置である。
又、第3の本発明は、投写用光源装置と、光の変調を行う映像素子と、前記投写用光源装置から入射した光を分解し、前記映像素子へ出射し、前記映像素子から入射した光の合成を行う色分離合成プリズムと、前記色分離合成プリズムから入射した、前記合成が行われた光をスクリーン上へ投写する投写レンズと、第1の本発明の冷却装置とを備え、前記発熱体は、前記映像素子である、投写型表示装置である。
又、第4の本発明は、前記映像素子は、反射型映像素子又は透過型映像素子である、第3の本発明の冷却装置である。
又、第5の本発明は、発熱する電子部品と、第1の本発明の冷却装置とを備え、前記発熱体は、前記電子部品である、電子機器である。
本発明によれば、液漏れが生じた場合でも、周辺電気回路の短絡等といった被害を防止することが出来る冷却装置、冷却装置を用いた投写型表示装置、及び冷却装置を用いた電子機器を提供することが出来る。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における電子機器として投写型表示装置を示す概略構成図であり、図2は同冷却装置部の概略断面図である。
図1に示す様に、本実施の形態の形態1における投写型表示装置は一般的に画像情報を光学的に拡大投影するための光源である光源ランプユニット1と、その光源ランプユニット1の光から赤外線や紫外線を除去し、可視光のみを透過するためのフィルター2と、そのフィルター2からの可視光を集光するための照射光学ユニット3とを備えている。前記照射光学ユニット3で集光された光が反射プリズムユニット6を通過した後、これを色分解して反射型映像素子4a、4b、4cに導くとともに、この反射型映像素子4a、4b、4cで光学的に画像情報に生成された光を色合成する色分離合成プリズムユニット5が設置されている。又、前記色分離合成プリズムユニット5で合成された画像情報が前記反射プリズムユニット6で反射されてこれを拡大投写するための投写レンズユニット7が設置されている。
又、光源ランプユニット1は、一般的に発光効率が高いとされる超高圧水銀ランプ1aと、光を効率よく集光するための凹面鏡1bで構成されている。光源ランプユニット1からの光をR(赤)、G(緑)、B(青)に色分解及び色合成する色分離合成プリズムユニット5は、例えば白色光を波長的に選択する青反射ダイクロイックミラーと赤反射ダイクロイックミラーと、緑透過のダイクロイックミラーで構成され、各々の膜特性から白色光はR、G、Bに色分解されて各R、G、Bの反射型映像素子4a、4b、4cへ導かれる。そして、反射型映像素子4a、4b、4cで画像情報に変調された光は再び色分離合成プリズムユニット5で合成される。
次に、合成された光は、反射プリズムユニット6で反射され、投写レンズユニット7に導かれ、投写レンズユニット7からスクリーン上等に投写される。尚、反射プリズムユニット6は照射光学ユニット3からの光を透過するとともに色分離合成プリズムユニット5で色合成された光を投写レンズユニット7に導く、いわゆるハーフミラー構成の一体型プリズムである。
図2の100は、本発明の発熱素子の一例である反射型映像素子4c用の冷却装置である。尚、図1の反射型映像素子4a、4bに対応する冷却装置100も同一の機能を有するため、詳しい説明は省略する。
反射型映像素子4cには、反射型アルミニューム等で形成された受熱部材102が密着接合され、両者は熱的に面接合されている。この受熱部材102の外周縁に第1の受熱ケーシング103が、密閉(水密)接合され、受熱部材102と一体的に組みつけられている。尚、第1の受熱ケーシング103は合成樹脂成形等から形成された方形枠状であり、熱伝導率は上記受熱部材102よりも小さい材料からなっている。又、受熱部材102と第1の受熱ケーシング103との密閉接合には、例えばゴム製のOリング(図示せず)等を用いることが出来る。
前記受熱部材102と第1の受熱ケーシング103との組み付けにより、反射型映像素子4cの背面方向に内容積を持つ容器状が形成され、かつその反射型映像素子4c側の外周縁には枠状の第1の位置決め部104が形成され、この第1の位置決め部104に反射型映像素子4cの外周部が概ね位置決めされている。
又、受熱部材102に対して所定の空間(前記内容積)を開けて、第1の受熱ケーシング103に、一般的にペルチェ素子と呼ばれる電子冷却素子105が設置されている。この電子冷却素子105の外周縁は、第1の受熱ケーシング103に密閉(水密)的に接合固定されている。尚、この密閉的接合固定には、例えばゴム製のOリング(図示せず)等を使用することができる。
又、第1の受熱部材102、第1の受熱ケーシング103、及び電子冷却素子105によって密閉された空間内に熱伝達媒体106が充填されている。この熱伝達媒体106は、例えばプロプレングリコール等のアルコール水溶液からなる。従って、熱伝達媒体106と受熱部材102とは直接平面接触し、また同様に熱伝達媒体106と電子冷却素子105も直接平面接触してこれらは熱的接合されている。
尚、本発明の受熱手段は、例えば本実施の形態1では、受熱部材102、第1受熱ケーシング103、電子冷却素子105、及び熱伝達媒体106に相当するが、上記構成に限るものではなく、要するに発熱体である反射型映像素子4cから受熱出来さえすればよい。
又、電子冷却素子105と平面でもって熱的に接合するように、第2の受熱ケーシング108が密着されている。この受熱ケーシング108をケースとして扁平形状の遠心ポンプからなる、本発明の送液手段の一例である送液ポンプ107が設置されている。尚、この第2の受熱ケーシング108は高熱伝導率の金属材料、例えばアルミニューム合金等で形成されている。
そして第2の受熱ケーシング108と第1の受熱ケーシング103とは、その第1の受熱ケーシング103の外周縁に形成された第2の位置決め部109によって位置決めされて一体的に固定されている。又、送液ポンプ107によって循環され、熱量を移送する液状媒体110が、第2の受熱ケーシング内に充填されている。この液状媒体120は、例えばプロプレングリコールのようなアルコール水溶液からなる。
又、送液ポンプ107の他方の扁平部にはモータ107aが設けられており、そのモータ軸107bにはブレード107cが一体に固定されている。又、送液ポンプ107への液状媒体110の入口側の循環経路112が設けられており、送液ポンプ107から液状媒体110が送出される出口側の循環経路113が設けられている。
前記送液ポンプ107の入り口側の循環経路112はこの送液ポンプ107のケーシングを兼ねる第2の受熱ケーシング108の一方の扁平面側、すなわち電子冷却素子105側に配置されている。そしてその循環経路112には第2の受熱ケーシング108内を通るパイプ状の通路112aが形成され、その通路112aの開口端はモータ107aにより回転されるブレード107cの回転中心に向けられている。
一方、送液ポンプ107から液状媒体110が送出される出口側の循環経路113は前記入り口側の循環経路112よりもモータ107aが配置された第2の受熱ケーシング108の他方の扁平面側で、かつブレード107cの回転外周部と対向する位置に配置されている。又、液状媒体110の熱を放熱するための放熱器114と、放熱器114の近傍に放熱ファン115が設置されている。
尚、本発明の放熱手段は、例えば本実施の形態1の放熱器114と放熱ファン115に相当するが、上記構成に限らず放熱器114のみで十分な放熱能力がある場合は、放熱ファンを設けなくても良い。
上述した、送液ポンプ107の入り口側循環経路112と放熱器114は可撓性のホース116によって、放熱器114と出口側循環経路113は可撓性のホース117によって接続されている。
ここで、液状媒体110は送液ポンプ107、ホース116、117、放熱器114内に充満され、モータ107aの駆動による送液ポンプ107のブレード107cの回転によって第2の液状媒体110は第2の受熱ケーシング108の入り口側循環経路112から吸引されて円周方向へと導かれ、出口側循環経路113を経て循環させられる。
尚、本発明の流路は、例えば本実施の形態1では、第2の受熱ケーシング108内(通路112a)、出口側循環経路113、ホース117、放熱器114内、ホース116、及び入り口側循環経路112の液状媒体110が循環する経路に相当する。
又、液状媒体110の循環経路すなわち、入り口側循環経路112、出口側循環経路113、ホース116、117などの周辺に、ホース116、117から液漏れを起こした場合に液状媒体110を吸収する吸収手段118、119が配置されている。
つぎに、冷却動作について説明する。
発熱体である反射型映像素子4cは、図2の左方向すなわち矢印方向から光を受け、有効に反射されない部分の存在によって発熱する。反射型映像素子4cの光を受ける面とは反対側、すなわち背面側には受熱部材102が密着されており、この受熱部材102が反射型映像素子4cの背面からその発熱を受熱する。前記受熱部材102は熱伝達媒体106と接触しており、従って受熱部材102からの熱量は熱伝達媒体106に伝達されることになる。
そして、電力が投入された電子冷却素子105は熱伝達媒体106と接触する面を吸熱側とすることにより、熱伝達媒体106の熱量を直接吸熱して受熱部材102を冷却する。これにより受熱部材102は反射型映像素子4cを冷却する。
上記電子冷却素子105は吸熱側とは反対側の面、すなわち図面右側では放熱面となり、この放熱面からは反射型映像素子4cからの熱量と電子冷却素子105自身の駆動電力により発生する熱量との合算の熱量が放熱されることになる。前記電子冷却素子105の放熱面側には送液ポンプ107のケーシングを兼ねる第2の受熱ケーシング108が密着されているために電子冷却素子105の放熱はこの第2の受熱ケーシング108に伝達される。
そして、送液ポンプ107のモータ107aの駆動によってブレード107cが回転されるため、入り口側循環経路112から入り込んだ液状媒体110は遠心方向に圧力がかかり出口側循環経路113から送出されることになる。
ここで、本実施の形態1では受熱部材102と電子冷却素子105との熱伝導に例えばプロプレングリコールのようなアルコール水溶液等の熱伝達媒体106を介するようにしている。これは液体のもつ高熱伝導性を十分に発揮しかつ境界部の低熱伝導性の欠点をなくし、冷却効率を高めることにある。すなわち一般に固体は液体よりも熱伝導率が低く、その上固体同士の接合部の熱伝導性が非常に悪いため、この種冷却装置においては熱伝導が悪いと冷却効果が十分に得られない。
このため例えばアルコール水溶液の熱伝導率は一般に400〜600(w/m・k)と銅やアルミニュームの熱伝導率に比較して同等から1.5倍と大きく、しかも液状媒体が受熱部材102及び電子冷却素子105に直接接触して熱伝導がなされるため、固体同士の接合部にみられるような熱伝導の悪化がなく、従って受熱部材102から電子冷却素子105への熱伝導が極めて良好となり、冷却効率が向上するものである。
また、第2の受熱ケーシング108において、液状媒体110の入り口側の循環経路112を電子冷却素子105と熱的に接合された一方の扁平面側に設けたことにより、放熱器114によって冷却された液状媒体110は、電子冷却素子105側から通路112aを通して送液ポンプ107に流入されるため、冷却効率が向上する。なお、循環される液状媒体110の熱は放熱ファン115により冷却される放熱器114によって外部へ放熱され、これにより温度が低下して再び第2の受熱ケーシング108内へ戻され、これを繰り返すことによって発熱体である反射型映像素子4cの熱量を格段に高効率に放熱し、冷却する。
上記の説明では、発熱体である反射型映像素子4cと受熱部材102とは直接接触させたが、より熱伝導を向上させるためにその接合部には熱伝導性グリース等を塗布する等の補助熱伝導部材を介在させるのが望ましい。
また、上記冷却装置100は反射型映像素子4a、4b側においても同様に構成されており、これにより投写型表示装置の映像素子の高効率な冷却が実現できるものである。
つぎに、液漏れ対策について説明する。
吸収手段118、119を液状媒体110の循環経路すなわち、入り口側循環経路112、出口側循環経路113、ホース116、117などの周辺に配置することで、万が一液漏れが発生した場合でもホース116、117から漏れた液状媒体110を吸収手段118、119が吸収する。
この吸収手段118、119は例えば高分子ポリマーを混入した繊維材からなり、入り口側循環経路112、出口側循環経路113、ホース116、117などの周辺に筒状の状態にしたものを覆うように配置されている。このように筒状に配置する理由としては、投写型表示装置は天吊設置、縦置き設置を行う可能性があるためであり、ホース116、117の下方だけでなく、上方や左右にも設置することが望ましいからである。
以上述べたような構成を基本とすることにより、冷却効率が高く、小型であり、また液漏れ対策を施すことで高信頼の冷却装置を得ることができ、そしてこの冷却装置を搭載した機器は小型、高性能、高信頼な電子機器が実現されるものである。
尚、本実施の形態1では、吸収手段118、119は入り口側循環経路112、出口側循環経路113、ホース116、及びホース117の全てを覆う様に配置されているが、送液ポンプ107とホース116、117との接合部、放熱器114とホース116、117との接合部といった、液漏れの発生しやすい箇所のみを覆うように配置してもよい。
又、本実施の形態1では、高分子ポリマーを混入した繊維材を用いており、弾力性を有しているため、金属製の送液ポンプ107の入り口、出口部と、ゴム製のホース116、117の熱膨張率の差によって隙間が生じた場合であっても、その隙間部分に吸収手段118、119が合うようになる。尚、弾力性を有しない樹脂のパイプ等で、本実施の形態1の吸収手段118、119が配置されている箇所を覆ってもよいが、温度による膨張収縮により隙間が生じるおそれがあるため弾力性のある部材の方が好ましい。
又、本実施の形態1では、一時的にしみだした液状媒体110を吸収するために、吸収手段118、119を用いているが、液状媒体が吸収されると硬化するような材料を吸収手段として、用いても良い。この場合、ホース116、117の亀裂等によって多量の液漏れが発生した場合であっても周辺の電気回路の短絡等といった被害を及ぼすことは無くなる。
本発明の冷却装置は、液漏れが生じた場合でも、周辺電気回路の短絡等といった被害を防止することが出来る効果を有し、投写型表示装置の映像素子やパーソナルコンピュータのCPU、あるいは半導体レーザー装置等の電子機器に搭載する冷却装置として有用である。
本発明にかかる実施の形態1における投写型表示装置の概略構成図 本発明にかかる実施の形態1における冷却装置の概略断面図 従来の投写型表示装置の概略構成図
符号の説明
4a、4b、4c 反射型映像素子
100 冷却装置
102 受熱部材
103 第1の受熱ケーシング
104 第1の位置決め部
105 電子冷却素子
106 熱伝達媒体
107 送液ポンプ
108 第2の受熱ケーシング
109 第2の位置決め部
110 液状媒体
112 入り口側の循環経路
112a 通路
113 出口側の循環経路
114 放熱器
115 放熱ファン
116、117 ホース
118、119 吸収手段

Claims (5)

  1. 冷却対象である発熱体から受熱する受熱手段と、
    前記受熱手段から受熱する液状媒体と、
    前記液状媒体から受熱し、放熱する放熱手段と、
    前記液状媒体が流れる流路と、
    前記流路に前記液状媒体を循環させるための送液手段と、
    前記流路の全部又は一部の周囲に、前記液状媒体を吸収する吸収手段とを備えた、冷却装置。
  2. 前記吸収手段は、高分子ポリマーを混入した繊維材を有する、請求項1記載の冷却装置。
  3. 投写用光源装置と、
    光の変調を行う映像素子と、
    前記投写用光源装置から入射した光を分解し、前記映像素子へ出射し、前記映像素子から入射した光の合成を行う色分離合成プリズムと、
    前記色分離合成プリズムから入射した、前記合成が行われた光をスクリーン上へ投写する投写レンズと
    請求項1に記載の冷却装置とを備え、
    前記発熱体は、前記映像素子である、投写型表示装置。
  4. 前記映像素子は、反射型映像素子又は透過型映像素子である、請求項3記載の冷却装置。
  5. 発熱する電子部品と、
    請求項1に記載の冷却装置とを備え、
    前記発熱体は、前記電子部品である、電子機器。
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