JP2007094197A - 放熱板、光学部材及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶プロジェクタ等の光学系に使用可能で、放熱効率を大幅に高めることができる放熱板を提供する。
【解決手段】プロジェクタ装置の光路上に配置される波長板や偏向素子等の光学部材に添設され、光学部材の熱を放熱する放熱板において、少なくとも放熱板の片側に、入射光が回折しないように略正方形状の凹部１ｂと凸部１ａとが交互に配列された凹凸面を形成するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶プロジェクタにおいて使用される偏光板の発熱を効率的に放熱するために偏光板等の光学部材に添設される放熱板と、この放熱板を備えた光学部材、及びこの光学部材を備えた光学機器に関する。

液晶プロジェクタ等の光学機器では、光源から出射された光を、液晶パネル等のライトバルブを用いて画像情報に応じて変調し、変調した光をスクリーン上に投影することにより画像表示を実現している。液晶パネルは、その入射面或いは出射面側に波長板や偏光板を配置して光源からの光を偏光光に変換して光の利用効率を高めるようにしている。
ところで、上記した液晶プロジェクタは、使用時間が長くなれば長くなるほど、装置内に熱がこもり温度が上昇する。装置内の温度が上昇すると、樹脂により作製された波長板や偏光板は、本来、それらが有する光学特性を十分に発揮することができなくなり、即ち特性が劣化してしまい、例えば液晶プロジェクタであれば画像特性に悪影響を及ぼす欠点があった。
そこで、近年、特許文献１に開示されているように、熱伝導率の高いサファイヤや水晶などを放熱板として樹脂製の波長板や偏光板に貼り合わせることによって、樹脂製の波長板や偏光板に熱を効率よく放熱して、波長板や偏光板が有する光学特性を十分に発揮させるようにしたものがある。
特開２００２−１４４１９公報

しかしながら、今日、プロジェクタ装置等の光学機器では、小型化が求められている。そして、このような小型化の要求に伴い放熱板等のサイズも小型化せざるを得ないのが現状である。このため、放熱効率がより高く光学機器に使用できる放熱板が求められていた。
そこで、本発明は上記したような点を鑑みてなされたものであり、液晶プロジェクタ等の光学機器の光学系に使用可能で、放熱効率を大幅に高めることができる放熱板、偏光板、及び光学機器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、光路上に配置される光学部材に添設され、前記光学部材の熱を放熱する放熱板において、少なくとも当該放熱板の片側に、入射光が回折しないように略正方形状の凹部と凸部とが交互に配列された凹凸面を備えたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放熱板において、前記凹凸面を両側に備えたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の放熱板を備えた光学部材を特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光学部材を備えた光学機器を特徴とする。

本発明によれば、例えば液晶プロジェクタの光路上に配置される波長板や偏光板等の光学部材に添設され、光学部材の熱を放熱する放熱板において、少なくとも放熱板の片側に、入射光が回折しないように略正方形状の凹部と凸部とを交互に配置した凹凸面を形成したことで、入射光に影響を与えることなく、放熱板の表面積を拡大することができるので、放熱板を大型化することなく放熱効率を高めることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の放熱板をカラー液晶プロジェクタの光学系に適用した場合の一例を示す図である。
この図１に示す液晶プロジェクタは、赤色光Ｒの光学系として、赤色成分のみを透過するダイクロイックフィルタ１１と、Ｓ偏光光をＰ偏光光に変換する１／２波長板１２と、赤色光Ｒを画像データに応じて変調する液晶パネル１３と、液晶パネル１３からのＳ偏光光だけを透過する偏光素子１４とを備える。
また緑色光Ｇの光学系として、緑色成分のみを透過するダイクロイックフィルタ１５と、緑色光ＧのＳ偏光光のみを透過する偏光素子１６と、緑色光Ｇを画像データに応じて変調する液晶パネル１７と、液晶パネル１７から緑色光ＧのＰ偏光光だけを透過する偏光素子１９とを備える。
また青色光Ｂの光学系として、青色成分のみを透過するダイクロイックフィルタ２０と、Ｓ偏光光をＰ偏光光に変換する１／２波長板２１と、青色光Ｂを画像データに応じて変調する液晶パネル２２と、液晶パネル２２からのＳ偏光光だけを透過する偏光素子２４とを備える。
そして各色の液晶パネル１３、１７、２２において形成された各色の画像光はダイクロイックプリズム２５に入射されてカラー画像に合成され、図示していない投射レンズユニットを介してスクリーン上に拡大投影される。
上記のように構成されたカラー液晶プロジェクタの光学系では、光路上に配置された１／２波長板１２、２１は、例えば樹脂製の波長部材（光学部材）２と、この波長部材２の熱を放熱するための放熱板１とから構成され、放熱板１の表面に波長部材２に貼り合わせる等して添設するようにしている。同様に偏光素子１４、１６、１９、２４も、例えば樹脂製の偏光部材（光学部材）３と、この偏光部材３の熱を放熱するための放熱板１とから構成され、放熱板１の表面に樹脂製の偏光部材３を貼り合わせる等して添設するようにしている。
そして、本実施形態の放熱板１においては、少なくとも上記した波長部材２や偏光部材３と接しない側の片面に、略スクウェア（正方形）状の凹部と凸部とが交互に配列された凹凸面を形成することで、放熱板１の放熱効率を高めるようにした点に特徴がある。
図２は、第１の実施形態に係る放熱板の構成を示した図であり、（ａ）は放熱板の斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。
これら図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す放熱板１は、例えばガラス、水晶、サファア等の透過率が高く、放熱効果を有する放熱板材料の片面に、スクウェア状の凸部１ａと凹部１ｂとが縦横方向に交互に配列された凹凸面を形成するようにしている。
これにより、例えば図４に示すような両面が平板状の従来の放熱板１００と比較すると、凸部１ａと凹部１ｂとの間に形成される段差部（凹部１ｂの内壁）１ｃの面積分だけ表面積を広げることができる。
以下、具体的に説明する。

先ず、図４に示す従来の放熱板１００の表面積をＳ、ｘ軸方向の長さをｌｘ、Ｙ軸方向の長さをｌｙとすると、従来の放熱板１００の表面積Ｓは、ｌｘ×ｌｙとなる。
一方、図２に示した本実施形態の放熱板１の表面積をＳ’、ｘ軸方向の長さをｌｘ、Ｙ軸方向の長さをｌｙ、ｚ方向の高さ（深さ）をｄとすると、放熱板１のｘ−ｙ平面における表面積Ｓ_x-yは、上記従来の放熱板の表面積と同じｌｘ×ｌｙとなるが、放熱板１ではスクウェア状の凸部１ａと凹部１ｂとの間に段差部１ｃが形成されるので、この段差部１ｃ分だけ表面積が広くなる。
ここで、段差部１ｃの表面積のうち、ｘ軸方向に平行な面の表面積Ｓｘを求める。
ｘ軸方向１列当たりの表面積の増加分は

であり、これがｙ軸方向にｎｙ個分並んだものがＳｘになるので、
Ｓｘ＝ｌｘ・ｄ・ｎｙ・・・（１）
となる。
同様に、ｙ軸方向に平行な面の表面積Ｓｙを求めると、
Ｓｙ＝ｌｙ・ｄ・ｎｘ・・・（２）
となる。
従って、放熱板１全体の表面積をＳ’とすると、
Ｓ’＝Ｓ_x-y＋Ｓｘ＋Ｓｙ＝ｌｘ・ｌｙ＋ｌｘ・ｄ・ｎｙ＋ｌｙ・ｄ・ｎｘ＝ｌｘ・ｌｙ＋ｄ（ｌｘ・ｎｙ＋ｌｙ・ｎｘ）・・・（３）
となる。
従って、本実施形態の放熱板１によれば、従来の放熱板１００に比べてｄ（ｌｘ・ｎｙ＋ｌｙ・ｎｘ）分だけ表面積を大きくできるため、その分だけ放熱効率を高めることができることになる。これにより、例えばガラス板などの透過率が高く比較的安価な材料を用いて放熱効率の高い放熱板を実現することが出来る。勿論、例えば水晶やファイアなどの放熱率の良い材料を用いて構成すれば、より放熱効率を高めることができる。
従って、本実施形態の放熱板１によれば、例えば液晶プロジェクタ等の各種光学機器に使用される偏光板や波長板といった光学部材に添設して使用することにより、同じ面積の放熱板でありながら大幅に放熱効果を高めることができるので、偏光板の小型化に追従して小型化しつつその放熱効果を高めることができる。

ところで、上記のような放熱板１は、形成した凹凸面により入射光が回折する回折作用が生じないようにする必要がある。
ここで、放熱板に入射した光が出射したときの位相差をΤ、使用波長をλ、放熱板の材質の屈折率をｎとすると、
位相差Τは次の式（４）で表すことができる。
Τ＝２π／λ×（ｎ−１）×ｄ・・・（４）
ここで、式（４）は、波長λのＮ倍（Ｎ＝１、２、３、４・・・）になっていればよいので、
Τ＝２π／λ×（ｎ−１）×ｄ＝２ｎ・Ｎ・・・（５）
となる。よって、
ｄ＝Ｎ／（ｎ−１）・λ・・・（６）
が求められる。
従って、プロジェクタ装置のＲＧＢの夫々の光路に配置すべき放熱板１の段差部１ｃの高さｄを、上記式（６）に基づいて設定すれば、放熱板１に凹凸面を形成した場合でも光の回折作用により入射光に影響を与えるのを防止することができる。

図３は第２の実施形態に係る放熱板の構成を示した図であり、（ａ）は放熱板の斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。
これら図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す放熱板１０は、上記したようなスクウェア状の凸部１ａと凹部１ｂとを交互に配置した凹凸面を放熱板の両面に形成するようにしたものである。このように構成すると表面積を図２に示した放熱板１のほぼ２倍にできるので、さらに放熱効効率を高めることができる。
なお、本発明においては、放熱板に略正方形状の凹部と凸部を交互に配列して凹凸面を形成しているが、凹部と凸部の形状は必ずしも正方形状とする必要はない。但し、凹部と凸部の形状を正方形状としたほうが、回折作用の影響等を含めた設計が容易になるという利点がある。
また本実施形態では、本発明の放熱板を液晶プロジェクタに適用する場合を例に挙げて説明したが、液晶プロジェクタに限らず液晶ライトバルブ等を用いる光学機器一般に適用することができる。

本発明の放熱板をカラー液晶プロジェクタの光学系に適用した場合の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る放熱板の構成を示した図であり、（ａ）は放熱板の斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。 第２の実施形態に係る放熱板の構成を示した図であり、（ａ）は放熱板の斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。 従来の放熱板の構成を示した図である。

符号の説明

１、１０…放熱板、１ａ…凸部、１ｂ…凹部、１１、１５、２０…ダイクロイックフィルタ、１２、２１…１／２波長板、１３、１７、２２…液晶パネル、１４、１６、１９、２４…偏光素子

Claims (4)

1. 光路上に配置される光学部材に添設され、前記光学部材の熱を放熱する放熱板において、少なくとも当該放熱板の片側に、入射光が回折しないように略正方形状の凹部と凸部とが交互に配列された凹凸面を備えたことを特徴とする放熱板。
2. 請求項１に記載の放熱板において、前記凹凸面を両側に備えたことを特徴とする放熱板。
3. 請求項１又は請求項２に記載の放熱板を備えたことを特徴とする光学部材。
4. 請求項３に記載の光学部材を備えたことを特徴とする光学機器。

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