JP2008032901A - 液晶プロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶パネルの有効表示エリア周辺の入射光を遮光する際に、遮光板の開口部に近い部分の発熱を除去した液晶プロジェクタ装置を提供する。
【解決手段】光源１と、光源１からの光を変調する液晶パネル２２と、液晶パネル２２の有効表示エリアに向かって入射する光を通過させ、かつ液晶パネル２２の有効表示エリア周辺に向かう入射光を遮光する遮光板２４と、液晶パネル２２により変調された光を投射する投射光学手段１３と、を具備する液晶プロジェクタ装置において、遮光板２４は、光透過性を有する基盤部２４ａと、基盤部２４ａに設けられ液晶パネル２２の有効表示エリアに対応して液晶パネル２２に向けて広がる傾斜端面を有する開口部２４ｋと、傾斜端面に設けられた反射膜３０と、反射膜３０で反射される液晶パネル２２の有効表示エリア周辺の入射光を吸収する黒色の吸収部３２と、吸収部３２の熱を外部に放熱する放熱部３１と、から構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶プロジェクタ装置に係り、特に液晶パネルの温度上昇を抑えるようにした液晶プロジェクタ装置に関する。

従来の液晶プロジェクタ装置は、特許文献１に記載されているように、液晶パネルの入射光側に着脱可能に配置された液晶パネルの有効表示エリアに入射する入射光を通過させ液晶パネルの有効表示エリア周辺の入射光を遮光する遮光板を、具備している。

そして、遮光板は、非光透過材で形成されており、液晶パネルの入射光側に所定の間隔を置いて設置され、液晶パネルの表示エリアに入射する光を通過させ、表示エリア外の入射光を非透過材からなる遮光板で遮光することにより、表示に寄与しない入射光による、液晶パネルの余分な温度上昇を抑えていた。
特開２００３−４３４４２号公報

しかしながら、上述したように、液晶パネルの入射光側に設置された非透過材からなる遮光板においては、液晶パネルの有効表示エリア周辺の入射光を吸収して加熱されてしまうので、この加熱による影響を液晶パネルに与える（液晶パネルの不要な温度上昇とそれに伴う変形）のを避けるために、遮光板を出来るだけ液晶パネルから遠ざけなければならない。しかしながら遮光板を液晶パネルから遠ざけると遮光効果が薄れると言う問題点があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、液晶パネルの有効表示エリア周辺の入射光を遮光する際に発熱しにくい遮光板とすることにより、液晶パネルの余分な温度上昇を抑えて液晶パネルの変形を防ぎ高品位の映像を映出することができる液晶プロジェクタ装置を提供することを目的とする。

本願の第１の発明は、光源と、前記光源からの光を変調する液晶パネルと、前記液晶パネルに対する前記光の入射側に配置され前記液晶パネルの有効表示エリアに向かって入射する光を通過させ、かつ前記液晶パネルの有効表示エリア周辺に向かう入射光を遮光する遮光板と、前記液晶パネルにより変調された光を投射する投射光学手段と、を具備する液晶プロジェクタ装置において、前記遮光板は、光透過性を有する基盤部と、前記基盤部に設けられ前記液晶パネルの有効表示エリアに対応して前記液晶パネルに向けて所定角度で広がる傾斜端面を有する開口部と、前記傾斜端面に設けられた反射膜と、前記基盤部の前記反射膜に対向する端部に設けられた前記反射膜で反射される前記液晶パネルの有効表示エリア周辺の入射光を吸収する黒色の吸収部と、前記基盤部の前記吸収部周辺に固定され前記吸収部の熱を外部に放熱する放熱部と、を含んでから構成されることを特徴とする液晶プロジェクタ装置を提供するものである。
本願の第２の発明は、前記反射膜の前記所定角度は、前記反射膜で反射された前記反射光の方向が前記遮光板の内面における全反射角度範囲内となるよう設定されていることを特徴とする請求項１の液晶プロジェクタ装置を提供するものである。

本発明の液晶プロジェクタ装置によれば、光源と、光源からの光を変調する液晶パネルと、液晶パネルに対する光の入射側に配置され液晶パネルの有効表示エリアに向かって入射する光を通過させ、かつ液晶パネルの有効表示エリア周辺に向かう入射光を遮光する遮光板と、液晶パネルにより変調された光を投射する投射光学手段と、を具備する液晶プロジェクタ装置において、遮光板は、光透過性を有する基盤部と、基盤部に設けられ液晶パネルの有効表示エリアに対応して液晶パネルに向けて所定角度で広がる傾斜端面を有する開口部と、傾斜端面に設けられた反射膜と、基盤部の反射膜に対向する端部に設けられた反射膜で反射される液晶パネルの有効表示エリア周辺の入射光を吸収する黒色の吸収部と、基盤部の吸収部周辺に固定され吸収部の熱を外部に放熱する放熱部と、を含んでから構成されることにより、液晶パネルの余分な温度上昇を抑えて液晶パネルの変形を防ぎ高品位の映像を映出することができる。

以下、本発明のプロジェクタ装置について、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の液晶プロジェクタ装置全体の構成を示す図である。
図２は、本発明の液晶プロジェクタ装置における液晶パネルブロックの斜視図と分解図を示す図である。
図３は、本発明の液晶プロジェクタ装置における遮光板を説明するための図であり、（Ａ）は遮光板を正面から見た図であり、（Ｂ）は遮光板を（Ａ）のＡ−Ａ‘断面での側面を示した図である。
図４は、遮光板の内部で光が反射する状態を説明するための図であり、（Ａ）は、反射角度が入射光に対して４５度の角度を示す図であり、（Ｂ）は、反射角度αが入射光に対して４５度より大きい角度を示す図であり、（Ｃ）は反射角度βが入射光に対して４５度より小さい角度を示す図である。
図５は、本発明の液晶プロジェクタ装置における他の遮光板を説明するための図であり、図３（Ｂ）に相当するＡ−Ａ‘断面での他の遮光板の側面を示した図である。

図１に示すように、本発明のプロジェクタ装置は、ランプ１と、コールドミラー２と、ダイクロイックミラー３、４、と、偏光ビームスプリッタ（以下ＰＢＳと略す）５と、液晶パネルブロック６と、ＰＢＳ７と、液晶パネルブロック８と、全反射ミラー９と、ＰＢＳ１０と、液晶パネルブロック１１と、合成プリズム１２と、投射レンズ１３と、スクリーン１４と、により構成される。
（実際にはコールドミラー２とダイクロイックミラー３の間にはインテグレータ、偏光変換部品、フィールドレンズなどを含む照明系が必要であるが図１では省略してある）

ランプ１は、小型で高効率な超高圧水銀ランプを主として用い白色光を放射する。
コールドミラー２は、ランプ１で放射された白色光から赤外線等の熱線を除き、入射した白色光を全反射して方向を変える。
ダイクロイックミラー３は、ダイクロイックミラー３に入射された白色光の内、赤色（Ｒ）光を透過し、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を反射して方向を変える。
ダイクロイックミラー４は、ダイクロイックミラー３で反射されたＢ光を透過して直進させ、Ｇ光を反射して方向を変える。

ＰＢＳ５は、Ｂ光のＳ波成分を液晶パネルブロック６の方向に反射し、液晶パネルブロック６から戻ってきたＢ光のＰ波成分を透過して合成プリズム１２の方向に出射する。
液晶パネルブロック６は、図２に示すように、液晶パネルブロック６の土台のベース２１と、入射光により発熱された液晶パネル２２の熱を放熱する放熱器２１ａと、フレキシブル電極から供給される電力と映像信号により液晶パネル部分で入射光を映像となる反射光に変換して出射する液晶パネル２２と、液晶パネル２２の周辺に接着剤で固定され液晶パネル２２にその周囲から入ろうとする塵埃を防ぐ第１の防塵部材２３と、液晶パネル２２の有効表示エリア周辺の入射光を遮光する遮光板２４と、周囲から入ろうとする塵埃を防ぐ第２の防塵部材２５と、波長板２７を保持するホルダ２６と、液晶パネル２２に入射される光の偏光を揃える波長板２７と、第１の防塵部材２３、遮光板２４、第２の防塵部材２５、ホルダ２６、波長板２７をベース２１にねじ２９により液晶パネル２２とともに固定する保持部材２８と、から構成され（以下液晶パネルブロック８，液晶パネルブロック１１も同様の構成とする）、ＰＢＳ５で反射されたＢ光のＳ波成分を液晶パネル２２に入射し、液晶パネル２２では入射したＢ光のＳ波成分をＰ波成分として反射させる。

ＰＢＳ７は、Ｇ光のＳ波成分を液晶パネルブロック８の方向に反射し、液晶パネルブロック８から戻ってきたＧ光のＰ波成分を透過して合成プリズム１２の方向に出射する。
液晶パネルブロック８は、ＰＢＳ７で反射されたＧ光のＳ波成分が液晶パネル２２に入射され、液晶パネル２２ではＧ光のＳ波成分をＰ波成分として反射させる。

全反射ミラー９は、ダイクロイックミラー３を透過したＲ光を全反射して方向を変える。
ＰＢＳ１０は、Ｒ光のＳ波成分を液晶パネルブロック１１の方向に反射し、液晶パネルブロック１１から戻ってきたＲ光のＰ波成分を透過して合成プリズム１２の方向に出射する。
液晶パネルブロック１１は、ＰＢＳ１０で反射されたＲ光のＳ波成分を液晶パネル２２に入射し、液晶パネル２２ではＲ光のＳ波成分をＰ波成分として反射させる。

合成プリズム１２は、Ｒ光とＢ光を反射し、Ｇ光を透過させることで、Ｒ光とＧ光とＢ光のそれぞれのＰ波成分を合成する。
投射レンズ１３は、合成プリズム１２で合成されたＲ光とＧ光とＢ光のそれぞれのＰ波成分をスクリーン１４上に投影する。
スクリーン１４には、投射レンズ１３によりスクリーン１４上に投影されたＲ光とＧ光とＢ光のそれぞれのＰ波成分により画像が形成される。

遮光板２４は、図３（Ａ）に示すように透明な材質であるポリカーボネートなどからなる光透過性を有する基盤部２４ａと、中央に、液晶パネル２２の有効表示エリア内の入射光を通過させる開口部２４ｋが設けられ、その開口部２４ｋの端面は表面側（図３（Ａ）に示される実線）から裏面側（図３（Ａ）に示される点線）に向けて開口を拡張する傾斜面として形成され、この傾斜面には入射光Ｌ０を液晶パネル２２に対して遮蔽すると共に図３（Ｂ）に示すように遮蔽版の端面側に設けられた黒色の光吸収部３２の方向に反射する反射膜３０が形成されている。また、反射膜３０に連結しその反射膜３０で反射された入射光を例えば黒色に塗装された光吸収部３２で吸収される際に生ずる熱を空気中に放熱する放熱器３１を備えている。

次に、本発明の液晶プロジェクタ装置の動作について説明する。
図１に示すように、ランプ１で白色光を放射しコールドミラー２ではランプ１で放射された白色光から赤外線等の熱線を除いて入射した白色光を全反射して方向を変える。
そしてダイクロイックミラー３では、入射された白色光の内、赤色（Ｒ）光を透過し、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を反射して方向を変える。
ダイクロイックミラー４では、ダイクロイックミラー３で反射されたＢ光を透過して直進させ、Ｇ光を反射して方向を変える。

ＰＢＳ５では、ダイクロイックミラー４を透過してきたＢ光のＳ波成分を液晶パネルブロック６の方向に反射して液晶パネル２２に入射し、液晶パネル２２では入射したＢ光のＳ波成分をＰ波成分として反射させるので、この液晶パネルブロック６から戻ってきたＢ光のＰ波成分をＰＢＳ５で透過して合成プリズム１２の方向に出射する。

以下同様にしてＧ光のＰ波成分をＰＢＳ７から、Ｒ光のＰ波成分をＰＢＳ１０から、合成プリズム１２の方向に出射し、合成プリズム１２では、Ｒ光とＢ光を反射し、Ｇ光を透過させることで、Ｒ光とＧ光とＢ光のそれぞれのＰ波成分を合成し、この合成されたＰ波成分の光を投射レンズ１３でスクリーン１４上に投影することにより、スクリーン上にカラー画像が形成される。

次に、本発明の液晶プロジェクタ装置に用いられる遮光板２４を、図２〜図５を用いて詳細に説明する。なお実際の入射光は、有効表示エリアの周辺においては遮光板に対して垂直には入射してこないが、ここでは説明を簡単にするため全ての入射光が遮光板に垂直に入射するとして説明している。
図２の分解図に示すように、遮光板２４は、液晶パネル２２の有効表示エリア内へ向かう入射光が通過するように中央部に開口部２４ｋが配置され、開口部２４ｋの周辺は液晶パネル２２への有効表示エリア周辺に向かう入射光を遮光する構造となっている。従って、遮光板２４の開口部２４ｋと液晶パネル２２の有効表示エリアの大きさはほぼ同じである。
そして、図３（Ｂ）に示すように、液晶パネル有効表示エリア内へ到達すべき入射光Ｌ１は遮光板２４の開口部２４ｋを通過して液晶パネル２２の有効表示エリアに照射され、液晶パネルの有効表示エリア周辺に達すべく入来した入射光Ｌ０は、反射膜３０により液晶パネル２２に届かないよう遮光されると共に反射膜３０によって遮光板２４の内部に向かって反射され、この遮光板２４の反射膜３０で反射された入射光Ｌ０は反射膜３０の角度によっては遮光板２４の表裏で反射されながら反射膜３０と対向する光吸収部３２へ進み、そして光吸収部３２の黒色部分で吸収され、この時発生する熱は光吸収部３２に密着固定されている放熱器３１から空気中に放熱される。
このようにすれば、遮光板２４の開口部２４ｋ付近で液晶パネル２２の有効表示エリア周辺の入射光Ｌ０を遮光しつ、遮光板２４の開口部２４ｋ付近で発生する熱を除去することができる。

次に、液晶パネル２２の有効表示エリア周辺に向かう入射光Ｌ０が、反射膜３０により液晶パネル２２に届かないよう遮光され反射される状態をさらに詳細に説明する。
＜反射膜３０の反射角度が入射光Ｌ０に対して４５度を示す場合＞
まず、図４（Ａ）に示すように、反射膜３０の反射角度が入射光Ｌ０に対して４５度の角度を示す場合、液晶パネルの有効表示エリア周辺の入射光Ｌ０は、遮光板２４の内部に入射して反射膜３０で液晶パネル２２からは遮光され遮光板２４の内部に反射される。この反射光は遮光板２４の内部の遮光板２４の表面と裏面の間を直進し、光吸収部３２に到達する。
この時、反射膜３０の幅Ｗ０未満である液晶パネルの有効表示エリア周辺の入射光Ｌ０を遮光できる。また、反射膜３０は、基盤２４ａの表面にアルミを蒸着したもので入射光Ｌ０は透過せず全反射するので、入射光Ｌ０を遮光しても吸収はしないので熱を発生しない。

＜反射膜３０の反射角度が入射光Ｌ０に対して４５度を超えて９０度未満の角度αを示す場合＞
一方、図４（Ｂ）に示すように反射膜３０の反射角度αが入射光Ｌ０に対して４５度を超えて９０度未満の角度αを示す場合、液晶パネルの有効表示エリア周辺に向かう入射光Ｌ０は、遮光板２４の内部に入射して反射膜３０で液晶パネル２２からは遮光され遮光板２４の内部に反射される。この反射光は遮光板２４の表面方向(入射面)に反射され遮光板２４の表面に到達すると今度は遮光板２４の裏面方向に反射されて遮光板２４の裏面に到達する。そして更に遮光板２４の裏面により遮光板２４の表面方向に反射され、以下同様の動作を繰り返して遮光板２４の内面を進み、すなわち、表裏面で全反射を繰り返しながら光吸収部３２に到達する。
この時、反射膜３０の幅Ｗｍａｘ未満である液晶パネルの有効表示エリア周辺の入射光Ｌ０を遮光でき、熱も発生しない。

＜反射膜３０の反射角度が入射光に対して４５度より小さく０度より大きい角度βを示す場合＞
また、図４（Ｃ）に示すように、反射膜３０の反射角度βが入射光に対して４５度より小さい角度を示す場合は、液晶パネル２２の有効表示エリア周辺に向かう入射光Ｌ０は、遮光板２４の内部に入射して反射膜３０で液晶パネル２２からは遮光され遮光板２４の内部に反射される。この反射光は、遮光板２４の裏面方向に反射され遮光板２４の裏面に到達すると今度は遮光板２４の表面方向(入射面)に反射され遮光板２４の表面に到達すると更に遮光板２４の裏面方向に反射され遮光板２４の裏面に到達する。そして更に遮光板２４の表面方向に反射され、以下同様の動作を繰り返して遮光板２４の内面を進み、すなわち、表裏面で全反射を繰り返しながら光吸収部３２に到達する。
この時、反射膜３０の幅Ｗｍｉｎ未満である液晶パネルの有効表示エリア周辺の入射光Ｌ０を遮光でき、熱も発生しない。

次に、遮光板２４の内部での反射光が全反射する条件について説明する。
まず、入射光Ｌ０が遮光板２４に入射して遮光板２４の反射膜３０で反射された反射光の遮光板２４の表面或いは裏面への入射角γ(図４(Ｂ)参照)が、遮光板屈折率と空気屈折率で決まる臨界角より大きければ、反射光は遮光板２４の表面と裏面で全反射を繰り返して、光吸収部３２に到達する。

遮光板２４の材質をポリカーボネートとすると、その屈折率は略１．５８であり、これから臨界角を求めると略４０度が得られる。
この臨界角４０度から、反射角度が入射光に対して大きい角度を示す図４（Ｂ）のα＞４５度の場合の入射光Ｌ０に対しての反射膜３０の反射角度αは、
（１８０度−４０度）／２＝７０度
となり、
図４（Ｃ）の反射角度が入射光に対して小さい角度を示すβ＜４５度の場合の入射光Ｌ０に対しての反射膜３０の反射角度βは、
４０度／２＝２０度
となる。
従って、反射膜３２の入射光Ｌ０からの入射に対する傾斜角度を、２０度〜７０度の範囲とすれば、遮光板２４内部で臨界角４０度以上が得られる。

そして、遮光する反射膜３２の幅は、図４に示すように、有効表示エリア周辺の入射光Ｌ０から見たものであり、それぞれの反射膜３２の幅を比較すると
Ｗｍａｘ（α＞４５度）＞Ｗ０（４５度）＞Ｗｍｉｎ（β＜４５度）
となる。
また、基盤部２４ａの厚さにより反射膜３２の幅は定まるので、液晶パネルの有効表示エリア周辺の入射光Ｌ０の幅と基盤部２４ａの厚さとから遮蔽に必要な反射膜３２の幅を得るための反射膜３２の角度を、２０度〜７０度の範囲に設定すればよい。

図５に他の遮光板の例を示す。本発明の液晶プロジェクタ装置における他の遮光板３４は、遮光板２４の裏面に反射膜３３を追加したものである。この反射膜３３により、液晶プロジェクタ装置内部での迷光Ｌ２（もれ光や不要な乱反射光）も遮光して、液晶パネル２２に侵入するのを防ぐことができる。
また、液晶パネルの有効表示エリア周辺の遮光すべき入射光Ｌ０の幅が反射膜３２の幅より大きい場合にも有効であることは言うまでもない。

以上詳細に説明したように、本発明の液晶プロジェクタ装置における遮光板２４は、図３（Ａ）に示すように光透過性を有する材質であるポリカーボネートなどからなる透明な基盤部２４ａと、中央に液晶パネル２２の有効表示エリア内の入射光を通過させる開口部２４ｋの表面側（図３（Ａ）に示される実線）から裏面側（図３（Ａ）に示される点線）で示される傾斜面に形成され入射光Ｌ０を液晶パネル２２から遮蔽すると共に図３（Ｂ）に示すように光吸収部３２の方向に反射する反射膜３０と、反射膜３０で反射された入射光を黒色の光吸収部３２で吸収する際に生ずる熱を空気中に放熱する放熱器３１と、から構成されるので、液晶パネル２２の有効表示エリア周辺の入射光を遮光するとともに、遮光板２４の遮光している開口部２４ｋ周辺から離れた光吸収部３２で遮光された入射光を吸収しこの時発生した熱を放熱器３１で液晶パネル２２から離れた場所の空気中に放熱することにより、液晶パネル２２に近い遮光板２４の開口部２４ｋ周辺の発熱を除去できるので、液晶パネルの（特に有効表示エリア付近の）余分な温度上昇を抑えて液晶パネルの変形を防ぎかつ遮光の効果を得ることが可能となり、もって、高品位の映像を映出することができる。

本発明の液晶プロジェクタ装置全体の構成を示す図である。 本発明の液晶プロジェクタ装置における液晶パネルブロックの斜視図と分解図を示す図である。 本発明の液晶プロジェクタ装置における遮光板を説明するための図であり、（Ａ）は遮光板を正面から見た図であり、（Ｂ）は遮光板を（Ａ）のＡ−Ａ‘断面での側面を示した図である。 遮光板の内部で光が反射する状態を説明するための図であり、（Ａ）は、反射角度が入射光に対して４５度の角度を示す図であり、（Ｂ）は、反射角度αが入射光に対して４５度以上の角度を示す図であり、（Ｃ）は反射角度βが入射光に対して４５度より小さい角度を示す図である。 本発明の液晶プロジェクタ装置における他の遮光板を説明するための図であり、図３（Ｂ）に相当するＡ−Ａ‘断面での他の遮光板の側面を示した図である。

符号の説明

１・・・ランプ（光源）、２・・・コールドミラー、３、４・・・ダイクロイックミラー、５・・・液晶パネルブロック、６・・・偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳと略す）、７・・・液晶パネルブロック、８・・・ＰＢＳ，９・・・全反射ミラー、１０・・・液晶パネルブロック、１１・・・ＰＢＳ、１２・・・合成プリズム、１３・・・投射レンズ(投射光学手段)、１４・・・スクリーン、２１・・・ベース、２２・・・液晶パネル、２３・・・第１の防塵部材、２４・・・遮光板、２４ａ・・・基盤部、２４ｋ・・・開口部、２５・・・第２の防塵部材、２６・・・ホルダ、２７・・・波長板（偏光板）、２８・・・保持部材、２９・・・ねじ、３０・・・反射膜、３１・・・放熱器（放熱部）、３２・・・光吸収部（吸収部）、３３・・・反射膜

Claims (2)

1. 光源と、前記光源からの光を変調する液晶パネルと、前記液晶パネルに対する前記光の入射側に配置され前記液晶パネルの有効表示エリアに向かって入射する光を通過させ、かつ前記液晶パネルの有効表示エリア周辺に向かう入射光を遮光する遮光板と、前記液晶パネルにより変調された光を投射する投射光学手段と、を具備する液晶プロジェクタ装置において、
   前記遮光板は、
   光透過性を有する基盤部と、
   前記基盤部に設けられ前記液晶パネルの有効表示エリアに対応して前記液晶パネルに向けて所定角度で広がる傾斜端面を有する開口部と、
   前記傾斜端面に設けられた反射膜と、
   前記基盤部の前記反射膜に対向する端部に設けられた前記反射膜で反射される前記液晶パネルの有効表示エリア周辺の入射光を吸収する黒色の吸収部と、
   前記基盤部の前記吸収部周辺に固定され前記吸収部の熱を外部に放熱する放熱部と、
   を含んでから構成されることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。
2. 前記反射膜の前記所定角度は、前記反射膜で反射された前記反射光の方向が前記遮光板の内面における全反射角度範囲内となるよう設定されていることを特徴とする請求項１の液晶プロジェクタ装置。
   
   

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