JP2009133952A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投写型表示装置を誤って落下させた場合でも、部品の位置ずれ、破損を抑えることが可能で、かつ、発熱部品を効率的に冷却することができる投写型表示装置の提供を目的とする。
【解決手段】光源ランプ２を内蔵する光源ランプユニット１、または光源ランプユニット１を位置決め、固定する照明ユニット８の照明ケース８ａの周囲と、上ケース１０、下ケース１１の間に配置されるシリコーンゴム素材からなる熱伝導性緩衝材１２ａ、１２ｂによって、落下時の衝撃を吸収し、部品の位置ずれ、破損を抑え、かつ、光源ランプ集光部の発熱を筐体に逃がすことで、光源ランプの寿命及び性能、信頼性を確保し、かつ投写型表示装置の小型化を可能にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、プロジェクター等の投写型表示装置に関し、特に落下衝撃による位置ずれ、破損等を抑え、かつ、効率的に部品を冷却することが可能な投写型表示装置に関するものである。

従来、プロジェクター等の投写型表示装置は、高圧水銀ランプ等の光源ユニット、その光源ユニットから発した光を液晶パネル等の表示デバイス上に導く照明ユニット、表示デバイスからの光をスクリーン上に投写する投写レンズ、及び、電源や信号処理を行う電気回路ユニット等から構成されている。

このような投写型表示装置において、市場からの要求や、光源、表示デバイス、そして光学部品の進歩により、装置の小型・軽量化が図られており、投写型表示装置を使用したい場所に気軽に持ち運んで大画面を投写することができるようになってきた。

しかし、気軽に持ち運びができるようになると、誤って投写型表示装置を落下させてしまうおそれが高くなる。

投写型表示装置には、樹脂、金属部品、そしてガラス材料からなる多数の光学部品が内蔵されているので、落下時の衝撃により、樹脂、ガラス部品の破損、金属部品の変形、光学部品の相対的な位置ずれ・破損等が発生してしまい、投写型表示装置が使用できなくなってしまう。

そこで、落下等の衝撃を受けた場合でも、各部分の位置ずれ、破損等の発生するおそれの少ない、耐衝撃性の高い構造を備えた投写型表示装置が提案されている。

特許文献１では、３色の光束を各々変調する３枚のライトバルブと、変調された各色の変調光束を合成するプリズムを備えた光学系と、合成された変調光束を投写する投写レンズと、電源系と、アッパーケースとロアーケースとからなる外装ケースと、を有する投写型表示装置において、プリズムと投写レンズとは、剛性の高いヘッド板を挟んで配置、固定されている。

また、アッパーケースとロアーケースとは、後端側の部分で電源系に固定され、アッパーケースとロアーケースとは、前端側の部分でヘッド板に固定されている。

プリズムと投写レンズは、剛性の高いヘッド板に固定されているので、落下等による衝撃が加わっても、これらに位置ずれ等が発生するおそれがない。

また、アッパーケースとロアーケースとの後端側の部分を電源系に固定し、アッパーケースとロアーケースとの前端側の部分をヘッド板に固定するようにし、装置前後の端部においてそれぞれ剛性の高い部品を介して相互に結合することで、ケース全体の剛性が高まり、耐落下性、耐衝撃性が改善される。
特開２０００−３０５１６５号公報

しかしながら、上記特許文献１のように剛性を高めると、落下時の衝撃が直接内蔵部品に加わってしまう。

投写レンズは、一般に光学的な位置精度を確保するために、その表示デバイスに近い部分に取り付けのための穴が開いたフランジを設け、スクリーン側から表示デバイス方向にねじ止めされている。

つまり、フランジ部での片持ち支持構造になっており、落下衝撃時には、そのフランジ部に力が集中し、フランジ部またはヘッド板の破損、投写レンズ先端部と外装ケース開口部との衝突による投写レンズ内のレンズの位置ずれ、欠けが発生してしまう。

プリズムも同様に、そのヘッド板への固定部に力が集中し、変形、破損が発生してしまう。

また、照明ユニットに内蔵されている光学部品、特に光学フィルターは薄いガラスで形成されているので、割れたり、位置ずれを起こしやすい。

さらに、光源ランプは消耗品であるため、交換することが前提であり、照明ユニットとの光学的位置精度を確保するために、照明ユニットの光源ランプに近い所に、位置決め構造及び固定ねじが形成されている。

つまり、光源ランプも照明ユニットとの固定部での片持ち構造となっており、落下衝撃時には固定部での破損や、落下による瞬間的なたわみで、光源ユニット後端部と外装ケースとの衝突が起こり、光源ランプの破損、光源ユニットの光軸ずれが発生してしまう。

また、電源回路にはコイルやトランスなど比較的重い部品が配置されており、衝撃によりハンダのクラックや部品の脱落が発生してしまう。

さらに、信号処理基板は投写型表示装置の中では比較的面積が大きく、また、外部との接続端子が配置されているため、ケースの衝撃が直接伝わりやすく、たわみやすいため、ハンダのクラックが起こりやすい。

このように、ケース全体の剛性を高めてしまうと、衝撃が直接内蔵部品に伝わるため、部品自体の強度アップ、部品の保持・取付け部の剛性アップが必要となり、部品の肉厚化、大型化、重量増加に繋がってくる。

また、部品の瞬間的たわみによる衝突を避けるための空間距離の確保が必要となり、セットの大型化に繋がってくる。

さらに、投写型表示装置を小型化するためには、光学系の効率アップ、部品の小型化が重要であるが、内蔵部品間の隙間を無くし密度を高めることも要求される。

一方、投写型表示装置内には、光源、電源など熱を発する部品が多く、一般にファンを配置し冷却している。

このため、部品間隔を近づけると、空気の流れが悪くなり、冷却効率が落ちるため、ファンの風量を上げなければならず、騒音が増大してしまう。また、発熱部近傍の部品も温度が上昇し、発火、発煙、やけど等のおそれが生じる。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、投写型表示装置を誤って落下させた場合でも、部品の破損を抑えることが可能で、合わせて、発熱部品を効率的に冷却することができる投写型表示装置の提供を目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、光源ランプユニットまたは光源ランプユニットを位置決め、固定する支持部の周囲と、筐体間に配置される熱伝導性緩衝材によって、落下時の衝撃を吸収し、部品の位置ずれ、破損を抑え、かつ、光源ランプ集光部の発熱を筐体に逃がすことで、光源ランプの寿命及び性能、信頼性を確保し、かつ投写型表示装置の小型化を可能にする。

本発明の請求項２に記載の発明は、光源ランプを冷却するファンと、前記ファンの空気が出入りする開口部が設けられている光源ランプユニットと、空気を前記光源ランプユニットに導く導風ダクトまたは排気する排気ダクトと、導風ダクトまたは排気ダクトと、光源ランプユニットの開口部の間に、ダクト形状の緩衝材を備えることで、落下時の衝撃を吸収し、部品の位置ずれ、破損を抑え、光源ランプの寿命及び性能、信頼性を確保し、かつ、投写型表示装置の小型化を可能にする。

本発明の請求項３に記載の発明は、液晶表示パネルと、液晶表示パネルを冷却するファンの空気を導く導風ダクトとの間に配置された熱伝導性緩衝材によって、落下時の衝撃を吸収し、部品の位置ずれ、破損を抑えることを可能にする。

以上のように本発明は、投写型表示装置を誤って落とすなど、衝撃を受けた場合に、部品の位置ずれ、破損を抑え、かつ、発熱部品を効率的に冷却することができるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は投写型表示装置の外観斜視図、図２は光源部の外観斜視図、図３は本発明の実施の形態１における投写型表示装置の側面図である。

図１において、１は光源ランプ２を内蔵する光源ユニット、３は色分離系であるカラーホイール、４は照明光を均一化するためのロッドインテグレータ、５は光変調を行う液晶パネルなどの表示デバイス、６は複数のレンズで構成されるリレー光学系、７は投写レンズで、カラーホイール３、ロッドインテグレータ４、表示デバイス５、リレー光学系６は、照明ユニットとして照明ケース８ａ内に収納され、光源ユニット１、投写レンズ７が照明ケース８ａに固定されている。

以上のように構成された投写型表示装置において、光源ユニット１の光源ランプ２から発せられた照明光は、カラーホイール３の光学フィルターにより時間的に透過光が順次切り替えられる。

カラーホイール３を透過した光は、ロッドインテグレータ４に入射する。ロッドインテグレータ４は、ガラスの角柱状、あるいは複数枚のミラーを組み合わせた筒状をしている。

このロッドインテグレータ４に入射してきた光は、ロッドインテグレータ４の側面で繰り返し反射されることにより、照度分布が均一化され、そして、表示デバイス５と光学的に共役なロッドインテグレータ出口側から射出する。

ロッドインテグレータ４から射出した光は、リレー光学系６を通って表示デバイス５を照明する。

表示デバイス５で変調された光は投写レンズ７によってスクリーン（図示せず）上に画像を投影する。

ここで、一般的に光源ランプ２は消耗品であるため、図２に示すように、光源ユニット１は照明ユニット８に対し着脱可能な構造が取られている。

例えば、光源ユニット１は光源ランプ２を保持する光源ランプホルダー９を備えており、光源ランプホルダー９の照明ユニット８側の端部には位置決めピン９ａ、９ｂ、及び、照明ユニット８の照明ケース８ａに固定するためのねじ止め用孔（図示せず）が設けられ、照明ユニット８の光源ユニット１側の端部には、光源ランプホルダー９の位置決めピン９ａ、９ｂが入り込む位置決め孔８ｃ、８ｂ、及び、投写型表示装置の下ケース（図示せず）に固定するためのめねじ部（図示せず）が設けられ、これにより、光源ユニット１が交換可能で、照明ユニット８との光学的な位置精度を確保する構造になっている。

つまり、光源ユニット１はその照明ユニット８側の照明ケース８ａに片持ち支持されている。

このような構成で、投写型表示装置が誤って落下し衝撃が加わった場合には、照明ユニット８が下ケース（図示せず）に固定されている部分を中心に回転する力が発生し、光源ユニット１又は光源ユニット１の支持部である照明ユニット８の照明ケース８ａの破損、光源ランプ２の破損、光源ユニット１と照明ユニット８の光学的ずれが発生してしまうおそれがある。

図３に示す本実施の形態では、落下時の衝撃を吸収し、部品の位置ずれ、破損等を抑えるために、照明ユニット８の上下の投写型表示装置の上ケース１０、下ケース１１との間に、シリコーンゴム素材からなる熱伝導性緩衝材１２ａ、１２ｂが配置されている。

このように構成することで、落下衝撃時に、光源ユニット１は、照明ユニット８が下ケース１１に固定されている部分を中心に回転する力が発生するが、熱伝導性緩衝材１２ａ、１２ｂにより、その衝撃が吸収され、光源ユニット１へ加わる力は減衰する。

一方、一般的にロッドインテグレータ４の入射側には、ロッドインテグレータ４の入射側面と同等以上の開口を持ち、ロッドインテグレータ４に入射しきらない光を受け止めたり、反射させる開口板１３が設けられている。

開口板１３が光を受け止めた場合には、非常に高温になり、その開口板１３が取り付けられている照明ケース８ａもまた高温になってしまう。

また、開口板１３が光を反射させた場合にも、その反射光が当たる光源ランプホルダー９又は照明ケース８ａが高温になってしまう。

このため、高温になり発煙、溶融等が発生しないように、上記のような構成部品に使用する材料を、耐熱性のある金属もしくは樹脂部品にしなければならず、さらに、熱膨張による光学的な位置ずれを抑えるためにも、高温になり過ぎないようにすることが要求されている。

本実施の形態では、光源ユニット１の支持部の上下に配置された緩衝材１２ａ、１２ｂは、熱伝導性を有しており、ロッドインテグレータ４に入射しきらない光による発熱が発生した場合にも、上下ケース１０、１１に熱を逃がすことが可能である。

ここで、熱伝導性緩衝材１２ａ、１２ｂは、金属のバネ材で形成されてもよく、またスポンジ状材料の表面に金属シート、炭素シートを巻き付けた物でもよい。

このようにすることで、投写型表示装置を誤って落下させた場合でも、部品の破損を抑えることが可能で、さらに、発熱部品を効率的に冷却することができる。

また、照明ケース８ａに表示デバイス５やその他の光学部品を収納しているため、これらの光学部品も、光源ユニット１と同様に、熱伝導性緩衝材１２ａ、１２ｂによる衝撃吸収の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態では、照明ケース８ａを光源ユニット１の支持部としたが、必ずしも照明ケース８ａでなくてもよく、他の構成部品としても構わない。

（実施の形態２）
図４は従来の投写型表示装置の光源ユニットの外観斜視図、図５は本発明の実施の形態２における投写型表示装置の光源ユニットの外観斜視図である。これらの図において、実施の形態１と同等の構成部品は、同一番号を付している。

図４において、光源ランプ２は、その光を集光する凹面鏡１４に固定されており、凹面鏡１４及び光源ランプ２の破損時に飛び散らないようにするための防爆ガラス１５が、光源ランプホルダー９に取り付けられている。

光源ランプホルダー９には、光源ランプ２を冷却するための空気が流入する吸気口９ｃ、及び、光源ランプ２を冷却した空気が排出される排気口９ｄが設けられている。

また、光源ランプ２に空気を送るファン１６、その空気を吸気口９ｃに導く導風ダクト１７、排気口９ｄから出てきた空気を投写型表示装置の外に導くための排気ダクト１８が配置されている。

ここで、実施の形態１で説明したように、光源ユニット１は、照明ユニット８に対し着脱可能な構造が取られている。

そのため、光源ランプホルダー９の吸気口９ｃ、排気口９ｄと導風ダクト１７、排気ダクト１８の間は、光源ユニット１を交換するのに必要最小限の隙間があることが要求される。

しかし、隙間があると、ファン１６から送りこまれる空気が漏れ、効率的に冷却出来ない。さらに、光源ランプ２を冷却して暖まった空気がセット外に排出されず、セット内に流れ、セット内温度の上昇を引き起こしてしまう。

これを防ぐために、吸気口９ｃ、排気口９ｄと導風ダクト１７、排気ダクト１８間の隙間を小さくすると、部品バラつき、組み立てバラつきにより、光源ユニット１の交換性の悪化、部品干渉により光源ユニット１が所定の位置に固定出来ないことによる明るさ性能悪化等を引き起こしてしまう。

さらに、誤って投写型表示装置を落下させた場合には、光源ユニット１と導風ダクト１７、排気ダクト１８間で衝突を起こしてしまい、光源ユニット１固定部の破損、光源ランプ２の破損、光源ユニット１と照明ユニット８間の光学的位置ずれを起こしてしまう。

これらを防ぐために、本実施の形態では、図５のように、吸気口９ｃと導風ダクト１７の間に吸気側緩衝材１９ａ、排気口９ｄと排気ダクト１８の間に排気側緩衝材１９ｂが配置されている。

吸気側緩衝材１９ａ及び排気側緩衝材１９ｂは、シリコーンゴム素材で形成され、柔軟性を持っているので、吸気口９ｃ、排気口９ｄと吸気側緩衝材１９ａ、排気側緩衝材１９ｂ間の隙間を小さくしても部品バラつき、組み立てバラつきによる光源ユニット１の交換性の悪化、部品干渉により光源ユニット１が所定の位置に固定出来ないことによる明るさ性能悪化等を引き起こしてしまうことはない。

また、誤って投写型表示装置を落下させた場合では、光源ユニット１と吸気側緩衝材１９ａ、排気側緩衝材１９ｂ間で衝突を吸収し、光源ユニット１固定部の破損、光源ランプ２の破損、光源ユニット１と照明ユニット８間の光学的位置ずれを防ぐことが可能となる。

また、シリコーンゴム素材は耐熱性も備えているため、光源ランプ２の高温にも耐えることができ、従って、導風ダクト１７、排気ダクト１８に使用する材料を耐熱性のある金属もしくは樹脂部品にする必要がなくなる。

このようにすることで、投写型表示装置を誤って落下させた場合でも、部品の破損を抑えることが可能で、さらに、光源ランプホルダー９の吸気口９ｃ、排気口９ｄに密接させて風を送り込むことができるので、発熱部品である光源ランプ２を効率的に冷却することが可能となる。

なお、本実施の形態では、光源ランプホルダー９に設けられた吸気口９ｃ及び排気口９ｄと、導風ダクト１７及び排気ダクト１８の間に吸気側緩衝材１９ａ及び排気側緩衝材１９ｂを配置したが、これを、光源ユニット１自身に吸気口及び排気口を設け、導風ダクト１７及び排気ダクト１８との間に吸気側緩衝材１９ａ及び排気側緩衝材１９ｂを配置するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、導風ダクト１７及び排気ダクト１８の両方を備えるようにしたが、これをいずれか一方だけとしてもよい。この場合は当然のことながら、吸気側緩衝材１９ａ及び排気側緩衝材１９ｂの一方は不要になる。

（実施の形態３）
図６は投写型表示装置の概略構成図で、実施の形態１および２とは色分離合成光学系が異なったものである。図７は表示投写部の外観斜視図、図８は本発明の実施の形態３における投写型表示装置の表示投写部の外観斜視図である。これらの図において、実施の形態１と同等の構成部品は、同一番号を付している。

図６において、光源ランプ２からの光は、色分離手段２０によりＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）光に分離され、各々ＲＧＢ光を変調する３つの液晶パネル２１ａ、２１ｂ、２１ｃに導かれ、色合成光学手段２２により変調された光を合成し、投写レンズ７によりスクリーン（図示せず）上に投影される。

液晶パネル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの入射側には入射側偏光板２３ａ、２３ｂ、２３ｃが、出射側には出射側偏光板２４ａ、２４ｂ、２４ｃが配置されている。

液晶パネル２１ａ〜２１ｃ、入射側偏光板２３ａ〜２３ｃ、出射側偏光板２４ａ〜２４ｃは、強い光を受け温度が上昇するが、高温になりすぎると熱変質を起こしてしまうため、冷却することが要求されている。

そこで、図７に示すように、ファン２５と、ファン２５の空気を液晶パネル２１、入射側偏光板２３、出射側偏光板２４近傍に導く導風ダクト２６により、冷却を行っていた。

しかしながら、部品の組み立て性、部品バラつき、組み立てバラつきを考えると、導風ダクト２６は、液晶パネル２１、入射側偏光板２３、出射側偏光板２４と密接させることが出来ないため、その間で空気の漏れが発生し、効果的な冷却ができない。

また、落下衝撃時には瞬間的な部品のたわみが起こり、液晶パネル２１、入射側偏光板２３、出射側偏光板２４が導風ダクト２６と衝突し、部品の破損、光学的な位置ずれを起こしてしまう。

これを防ぐために、本実施の形態では、図８に示すように、導風ダクト２６と、液晶パネル２１、入射側偏光板２３、出射側偏光板２４の間にシリコーンゴム素材からなる熱伝導性緩衝材２７を配置している。

熱伝導性緩衝材２７は柔軟性を持っているので、落下時の衝撃を吸収し、部品の位置ずれ、破損を抑えることを可能にし、さらに、液晶パネル２１、入射側偏光板２３、出射側偏光板２４に密接させて風を送り込むことができるので、液晶パネル２１等の効果的な冷却が可能となる。

なお、本実施の形態では、導風ダクト２６と、液晶パネル２１、入射側偏光板２３、出射側偏光板２４の間に熱伝導性緩衝材２７を配置したが、導風ダクト２６の代わりに、冷却後の空気を排出する排気ダクトに置き換えてもよく、導風ダクトと排気ダクトの両方を配置するようにしてもよい。

本発明にかかる投写型表示装置は、光源ランプユニットまたは光源ランプユニット取付け部の周囲と筐体間に熱伝導性緩衝材を配置したので、落下等により衝撃を受けた場合でも、各部の位置ずれ、破損等の発生を抑え、光源ランプ集光部の発熱を抑えることが可能である。

また、光源ランプユニットの開口部と、吸気ダクト、排気ダクトの間に、ダクト形状の緩衝材が配置したので、落下等により衝撃を受けた場合でも、各部の位置ずれ、破損等の発生を抑え、光源ランプを効果的に冷却することが可能である。

また、液晶パネルと、導風ダクトの間に熱伝導性緩衝材が配置したので、落下等により衝撃を受けた場合でも各部の位置ずれ、破損等の発生を抑え、液晶パネル、偏光板を効果的に冷却することが可能である。

このように、本発明にかかる投写型表示装置は、落下等による衝撃を受ける可能性が高く、小型化が要求される持ち運び可能なプロジェクター等の投写型表示装置に有用である。

投写型表示装置の外観斜視図 投写型表示装置の光源部の外観斜視図 本発明の実施の形態１における投写型表示装置の側面図 投写型表示装置の光源ユニットの外観斜視図 本発明の実施の形態２における投写型表示装置の光源ユニットの外観斜視図 投写型表示装置の概略構成図 投写型表示装置の表示投写部の外観斜視図 本発明の実施の形態３における投写型表示装置の表示投写部の外観斜視図

符号の説明

１ 光源ユニット
２ 光源ランプ
３ カラーホイール
４ ロッドインテグレータ
５ 表示デバイス
６ リレー光学系
７ 投写レンズ
８ 照明ユニット
８ａ 照明ケース
８ｂ、８ｃ 位置決め孔
９ 光源ランプホルダー
９ａ、９ｂ 位置決めピン
９ｃ 吸気口
９ｄ 排気口
１０ 上ケース
１１ 下ケース
１２ａ、１２ｂ、２７ 熱伝導性緩衝材
１３ 開口板
１４ 凹面鏡
１５ 防爆ガラス
１６、２５ ファン
１７、２６ 導風ダクト
１８ 排気ダクト
１９ａ 吸気側緩衝材
１９ｂ 排気側緩衝材
２０ 色分離手段
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 液晶パネル
２２ 色合成光学手段
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 入射側偏光板
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 出射側偏光板

Claims (5)

1. 光源ランプを含む光源ランプユニットと、
   前記光源ランプユニットを位置決め、固定する支持部と、
   前記光源ランプユニットおよび前記支持部を内蔵する筐体と、
   前記光源ランプユニットまたは前記支持部の周囲と、前記筐体間に配置される熱伝導性緩衝材と、
   を備えた投写型表示装置。
2. 光源ランプを含む光源ランプユニットと、
   前記光源ランプを冷却するためのファンと、
   前記ファンの空気を前記光源ランプユニットに導く導風ダクト、または前記光源ランプユニットから冷却後の空気を排気する排気ダクトと、
   前記光源ランプユニットを位置決め、固定する支持部と、
   前記光源ランプユニットまたは前記支持部に設けられ、前記ファンの空気が出入りする開口部と、
   前記導風ダクトと前記開口部の間、または前記排気ダクトと前記開口部の間に配置されるダクト形状の緩衝材と、
   を備えた投写型表示装置。
3. 支持部は、少なくとも表示デバイスを含む複数の光学部品を収納した照明ユニットである請求項１または請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 光源ランプと、
   前記光源ランプからの光が入射する液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルを冷却するためのファンと、
   前記ファンの空気を前記液晶表示パネルに導く導風ダクト、または前記液晶表示パネルから冷却後の空気を排気する排気ダクトと、
   前記導風ダクトと前記液晶表示パネルの間、または前記排気ダクトと前記液晶表示パネルの間に配置される熱伝導性緩衝材と、
   を備えた投写型表示装置。
5. 熱伝導性緩衝材、ダクト形状の緩衝材は、シリコーンゴム素材である、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の投写型表示装置。

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