JP2009276488A - 画像表示装置 - Google Patents

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Takayuki Kimoto
高幸 木本
Hiroshi Kitano
博史 北野
Kazuya Senba
一也 千羽
Takayuki Tamura
隆行 田村
Takuya Matsunaga
卓也 松永
Yoshiharu Hayashi
喜治 林
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Abstract

【課題】多様な屋外環境に設置可能な高精細度で高輝度の画像表示装置を実現する。
【解決手段】断熱手段が配設された筺体2と、画像表示手段としてのプロジェクター3、プロジェクター3から出力された画像を表示するスクリーン6と、筺体2の内部の冷却を行う冷却手段22、23とを備え、断熱手段は、プロジェクター3の周辺部に配設して断熱を行う第1の断熱部11と、スクリーン6の周辺部に配設して断熱を行う第2の断熱部12とを備える。
【選択図】図3

Description

本発明は、画像表示装置に関するものであり、特に屋外など、外光や照明のある環境下において使用する画像表示装置に関するものである。
近年、画像表示装置の大型化、高輝度化、高精細化の進展とネットワーク環境の普及に伴って、従来の街頭ポスターなどに代わり、映像媒体による電子広告の配信ビジネスが急速に拡大している。街頭ポスターでは広告内容を変更するたびにポスターの貼り替え作業等が発生するが電子広告では配信サーバのコンテンツを変更するのみで瞬時に広告内容の変更が可能となり有用な広告媒体として注目されている。
電子広告では不特定多数の視聴者を対象に大型の画像表示装置を屋外の公共の場所などに設置して使用する。映像を室内で利用する場合と異なり、屋外広告に利用する場合には、高精細度かつ高輝度の表示画像が不可欠の要件であるなど、大型画面における表示品質の確保が最も重要な課題となる。さらに、屋外使用においては、埃や風雨の影響にも十分な配慮が必要である。
大型画面を表示する場合には、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ、LEDなどの表示装置により直接大画面表示を行う方法と、プロジェクターにより画像情報を拡大投射して表示する方法を利用することができる。
このうち、LEDを用いた表示装置は、高輝度の画像を提供することができるが、画素ピッチが粗いため、高精細にしようとすると、画面サイズを大きくしなければならず、結果として高コストになっていた。また、画面の大型化に伴い、消費電力も増加する。
液晶ディスプレイやプラズマディスプレイを利用する方法は、高精細の画像を提供することができるが、通常の屋内用ディスプレイでは輝度が不十分であり、高輝度を得ようとすると消費電力が極めて大きくなるという問題がある。さらに、これらの直視型のディスプレイは、パネル部分が直射日光に曝されると、パネル内部に近接して配置されているディスプレイ構成素子の温度が上昇し、性能が劣化する。
一方、プロジェクターを利用する方法は、ミラーを介して映像を透過型スクリーンへ投射する背面投射型(リア方式)プロジェクターまたは映像を直接反射型スクリーンに投射する前面投射型(フロント方式)プロジェクターの2つの方式が利用可能であり、投射ユニットがスクリーンから離れて配置されるため、直視型のディスプレイに比べて、直射日光の影響を低減することが可能である。
しかしながら、プロジェクターの光源が発熱体となることに加え、DMD(Digital Micromirror Device)や液晶表示素子といった画像表示素子、偏光フィルタ等の温度上昇によって性能が劣化しやすい光学デバイスが用いられているため、筺体内部を効率的に冷却することが重要となる。とりわけ、屋外において直接太陽光に曝される環境では、直射日光による筺体の温度上昇が問題になるため、使用環境を考慮したプロジェクターの温度管理が必要となる。
これまで、屋外設置用の表示装置としては、例えば、プロジェクターの筺体内に空調機を配設する方法が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
また、投射型表示装置を効率的に冷却する技術としては、空調機、熱交換器、断熱性部材、仕切り板などを使用して冷却効果を向上させる方法が、従来、開示されている(例えば、特許文献4〜6参照)。
特開2002−311508号公報 特開2002−341810号公報 特開2003−149739号公報 特開2000−298311号公報 特開2005−148624号公報 特開2001−209125号公報
しかしながら、従来、開示されているプロジェクターの冷却効果を高める技術では、屋外設置における対策が十分とはいえない。特許文献1〜3においては、空調機の性能を適切に活用する具体的な機構構造は明確化されていない。特許文献4〜6においては、画像表示素子およびその周辺部の冷却機構構造について公開されているが、スクリーンを含めた筺体全体の冷却機構構造は最適化されていない。
特に街頭ポスターなどに代わり、広告媒体として屋外で使用する場合には、スクリーンまでを含めた筺体全体の設置環境に関する詳細な検討が不可欠であり、気温や日照の条件等に関する厳しい耐候性が要求される。
プロジェクターを使用した投射型の画像表示装置において冷却効果を高める従来の技術は、画像表示素子を主とした投射ユニットの放熱効果を向上させるに止まり、光源やスクリーン等の装置に搭載された構成要素全ての冷却条件を総合的に満たすには課題が残り、多様な屋外環境に設置する画像表示装置としては十分な冷却を実現できていなかった。
さらに、屋外環境においては、投射される画像の十分な視認性を確保することが重要であるが、屋内用プロジェクターに適用される通常の投射形態のままでは、十分な輝度を確保できていなかった。
本発明は、以上の課題を解決するものであり、多様な屋外環境に設置可能な高精細度で高輝度の画像表示装置を実現することを目的とする。
上述したような目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、所定の投射距離において所定の寸法および所定の輝度で画像を前面投射可能な画像表示手段と、画像表示手段が投射した画像を表示する透過型のスクリーンとを筺体に収納し、画像表示手段の投射経路上に配設されたスクリーンに所定の寸法より小さな寸法および所定の輝度より高い輝度で画像を背面投射する。
このような構成により、所定の投射距離において所定の寸法および所定の輝度で画像を投射可能な画像表示手段の投射距離を変更することにより、画像を縮小し、輝度を高めて表示することが可能となる。したがって、屋内投射用の一般的な前面投射型の画像表示手段を使用することにより、簡単に輝度を高めることができ、屋外で使用可能な画像表示装置を実現することができる。
また、本発明の画像表示装置では、筺体は、断熱手段と、筺体の内部の冷却を行う冷却手段とを備え、断熱手段は、画像表示手段の周辺部に配設して断熱を行う第1の断熱手段と、スクリーンの周辺部に配設して断熱を行う第2の断熱手段とを備えることを特徴とする。
このような構成により、断熱手段は、画像表示手段の周辺部に配設して断熱を行う第1の断熱手段と、スクリーンの周辺部に配設して断熱を行う第2の断熱手段とにより、画像表示装置の内部を区画して断熱を行い、画像表示手段およびスクリーンを冷却することが可能となる。したがって、プロジェクターを使用した投射型の画像表示装置において、プロジェクターやスクリーン等の搭載機器や部品に関するそれぞれの冷却条件に対して適切に温度制御を行うことができ、多様な屋外環境に設置可能な高精細度で高輝度の画像表示装置を実現することができる。特に、耐候性に優れ、厳しい外気温下でも動作させることができるため、屋外広告等の情報提供サービスに使用可能な利便性の高い画像表示装置を実現することができる。
また、本発明の画像表示装置では、第1の断熱手段および第2の断熱手段の配設場所を、壁面状部材により区画する。このような構成により、画像表示装置の内部を壁面状部材により区画して断熱を行い、画像表示手段およびスクリーンを冷却することが可能となる。したがって、区画された断熱領域の区分を確実に行うことができ、投射型の画像表示装置において、プロジェクターやスクリーン等の搭載機器や部品に関するそれぞれの冷却条件に対して適切かつ確実に温度制御を行うことができる。
所定の投射距離において所定の寸法および所定の輝度で画像を前面投射可能な画像表示手段と、断熱手段と、画像表示手段と断熱手段とを収納する筐体と、筺体の内部の冷却を行う冷却手段とを備え、断熱手段は、画像表示手段の周辺部に配設して断熱を行う。このような構成により、フロント方式で投射する画像表示装置を実現することができる。
また、本発明の画像表示装置では、画像表示手段は外装筺体を備える。このような構成により、画像表示手段内部の加熱された空気を外装筺体の外部に拡散することなく、排気口などから外部に排気することが可能となる。したがって、画像表示手段の排気を効率良く確実に行うことができる。
また、本発明の画像表示装置では、外装筺体は吸気口と排気口を備える。このような構成により、吸気口と排気口を利用して画像表示装置の冷却を行うことが可能となる。したがって、画像表示手段の冷却を効率良く確実に行うことができる。
また、本発明の画像表示装置では、加熱手段をさらに備える。このような構成により、画像表示装置の内部の温度を上昇させることが可能となる。したがって、低温環境下でも使用することができ、画像表示装置の使用温度範囲を拡大することができる。
また、本発明の画像表示装置では、筺体の内部で発生する水滴を受容する皿状の容器をさらに備える。このような構成により、筺体の内部で発生する水滴を受容し、蒸発させることができる。したがって、気候等の周囲条件や画像表示装置の内部の熱環境等に起因する水滴が発生した場合にも、画像表示装置の機能に影響を与えることがなく、安定した品質を維持することができる。
また、本発明の画像表示装置では、冷却手段は、圧縮器と凝縮器および蒸発器とを備えた第1の冷却手段と、熱伝導による熱交換器を備えた第2の冷却手段とを備える。このような構成により、一般の空調機と熱交換器を併用して画像表示装置の冷却を行うことが可能となる。さらに、画像表示装置の筺体を密閉構造にすることにより、内部の冷却を確実に行うことができるとともに、第2の冷却手段は電力を消費しないので少ない電力で効果的に冷却することが可能となる。
また、本発明の画像表示装置では、第2の冷却手段はヒートシンク、ヒートパイプ、空気式熱交換器のいずれかを備える。このような構成により、熱交換器としてヒートシンク、ヒートパイプ、空気式熱交換器を使用することが可能となる。したがって、安定した高品質の熱交換を効率良く行うことができる。
また、本発明の画像表示装置では、筺体を密閉構造とし、画像表示手段に係わる排気に対して、第2の冷却手段により冷却を行った後、第1の冷却手段により冷却を行う。このような構成により、画像表示手段に係わる排気を2つの冷却手段を使用して2段階で行うことが可能となる。したがって、冷却の効率を高める効果を発揮することができる。
また、本発明の画像表示装置では、筺体は、可搬性を備える。このような構成により、画像表示装置の向きを変えることや移動することが容易となり、画像表示装置の設置およびメンテナンス等において、利便性が向上することができる。
本発明による画像表示装置によれば、高い輝度で画像を表示でき、搭載された構成要素別の特性を考慮して冷却することにより、画像表示装置の耐候性を適切かつ効果的に高め、屋外広告媒体として多様な屋外環境に設置可能な、高精細度かつ高輝度で利便性の高い画像表示装置を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図1から図5を用いて説明する。
(実施の形態)
まず、本発明の実施の形態における画像表示装置を案出するに至った基本的な考え方について、図1により説明する。本発明は前面投射型の画像表示手段を背面投射型として使用した画像表示装置であり、画像表示手段として、屋内用の拡大表示装置として一般的に使用される前面投射型のプロジェクターを使用する。図1(a)に示すように、前面投射型のプロジェクターPは、機器の仕様として所定の投射距離(標準的な投射距離)D1において所定の寸法(標準的な寸法)のスクリーンS1上に所定の輝度(標準的な輝度:例えば、K1)で画像を投射して表示することができる。
この場合、プロジェクターPに対して投射距離D1をD2に変化させて小さくすると、投射距離D2におけるスクリーンS2に投射される画像の寸法は投射距離に比例して小さくなり、画像の表示面積はスクリーンS1に対して投射距離の二乗に比例して縮小される。
一方、スクリーンS2における表示画像の輝度はスクリーンS1に投射する場合の標準的な輝度K1に対して、投射距離の二乗に反比例して増加する。したがって、屋内用の前面投射型のプロジェクターPと用途に適した寸法のスクリーンS2を筺体に収納し、スクリーンS2に対するプロジェクターPの投射距離がD2となるようにプロジェクターPおよびスクリーンS2を配置して筺体を構成することにより、屋内用の前面投射型プロジェクターや背面投射型プロジェクターよりも高輝度で小型の画像表示装置を実現することができる。
図1(b)は、上記に述べた方法により小型で高輝度の画像表示装置を構成した場合の事例を示す。この事例では、縦型の筺体Cの前面上部にスクリーンS2を配設するとともに、前面投射型のプロジェクターPを筺体Cの下部に上向きに配置し、ミラーMを配設することによりプロジェクターPの投射経路を装置の上下方向から前後方向に変更している。これにより、画像表示装置の奥行を小さくし、使用上の利便性を高めることができる。
なお、プロジェクターPとしては、例えば、200インチの投射画像を輝度500カンデラ毎平方メートルで投射表示が可能な標準的な屋内用のプロジェクターを使用することができる。この場合、50インチのスクリーンS2を搭載した画像表示装置においては、投射距離は50/200=1/4となり、前述のように輝度は距離の二乗に反比例して増加するため、輝度が16倍、すなわち8,000カンデラ毎平方メートルとなり、屋外で使用可能な高輝度の画像表示装置を提供することができる。
つぎに、本発明の実施の形態における画像表示装置の基本構成および機能について、図により説明する。図2は、本発明の実施の形態における画像表示装置1(以下、「本装置1」と略記する)の外観図、図3は、画像表示装置1の主要な構成を示す配置図である。
本装置1は、筺体2の内部に画像表示手段としての投射型のプロジェクターユニット3(以下、プロジェクター3と略記する)、窓4、ミラー5および透過型のスクリーン6を備え、プロジェクター3から出力された画像情報を窓4およびミラー5を経由してスクリーン6に投射することにより、画像を大画面で表示する機能を発揮することができる。プロジェクター3にはパソコンなどの情報処理装置(図示せず)が接続されて、情報提供サービスに必要な情報を蓄積し、または通信回線を介して外部から情報を入手することができる。
本装置の構成上の特徴として、断熱手段が配設された筺体と、画像表示手段と、画像表示手段から出力された画像を表示するスクリーンと、筺体の内部の冷却を行う冷却手段とを備え、断熱手段は、画像表示手段の周辺部に配設して断熱を行う第1の断熱手段と、スクリーンの周辺部に配設して断熱を行う第2の断熱手段とを備えている。
以下、本装置1を構成する主要な要素および機能について説明する。
筺体2は、内部が密閉構造になっている収納部7と、駆動部8に区画されている。収納部7には第1の断熱部11、第2の断熱部12が配設されている。第1の断熱部11は、第1の断熱部材11aに窓4を組み込んだ箱状に形成され、内部に外装筺体であるカバー3aにより周囲が覆われたプロジェクター3および加熱器21を備えている。
また、第2の断熱部12は、プロジェクター3から出力された画像情報を拡大して投射するために配置されたミラー5およびスクリーン6の周辺部において筺体2の内側の両側面および背面の内側に第2の断熱部材12aを配置して形成されている。さらに、収納部7には、プロジェクター3を覆って配設される第1の断熱部材11aと、筺体2と密閉した状態で熱交換器22が配置されている。
第1の断熱部11は、熱源としてのプロジェクター3を冷却するために配設され、蒸発器25から供給される冷気が周囲に拡散するのを防止する機能を備えており、プロジェクター3の冷却効率を高める効果を発揮することができる。第1の断熱部11は、第1の断熱部材11aの外周部が薄板状の部材11bで被覆されており、第1の断熱部11および第2の断熱部12を、壁面により区画している。なお、第1の断熱部材11aの材料としては発砲ウレタンなどを使用し、窓4には複層ガラス材を使用することができる。
第2の断熱部12は、筺体2が太陽熱などにより照射された場合に、ミラー5やスクリーン6などが加熱されるのを防止する目的で配設され、筺体2の内部への熱伝達を遮断する機能を備えており、プロジェクター3から出力される画像情報の拡大投射に係わる部材の温度上昇を抑制する効果を発揮することができる。第2の断熱部12における第2の断熱部材12aには発砲ウレタンなどを使用し、内側表面に可視光を吸収するように黒色の放射率の高い部材を使用する。これにより、第2の断熱部12を効果的に放熱するとともに、表示画像のコントラストを上げて画像品質を向上させている。
加熱器21は、本装置1の所定箇所の温度が動作温度より低下した場合、加熱器21を動作させることにより、動作温度まで温度を上昇させ、本装置1の温度制御を行う目的で配設されている。この構成により、本装置1を低温環境下でも使用することができる。したがって、本装置1の使用温度範囲を拡大することができる。温度の検出は、第1の断熱部11の内部に設置した温度センサー(図示せず)により行う。
また、本装置1の筺体下部の駆動部8には、空調機および電源ユニット(図示せず)が配設されており、空調機は圧縮器23、凝縮器24および蒸発器25を備え、蒸発器25は第1の断熱部11に密閉して配置され、第1の断熱部11の内部の空気を冷却することができる。
空調機の循環サイクルとしては、まず、冷媒ガスが圧縮器23により圧縮され高温になった状態で凝縮器(アルミ構造のフィン)24に送られる。凝縮器24中で冷媒ガスはファンにより冷却されて液化し蒸発器25に送られ、蒸発器25の内部で液化ガスが周囲から気化熱を奪いながら蒸発し、アルミ構造のフィンを冷却する。
上述の通り、本装置1は、第1の断熱部11の内部を冷却する手段として、圧縮器23、凝縮器24、蒸発器25を備えた第1の冷却手段としての空調機、および熱伝導による熱交換機能を備えた第2の冷却手段としての熱交換器22を備えている。熱交換器22としては、ヒートシンク、ヒートパイプ、空気式熱交換器などを使用することができる。
また、冷却の手順に関する特徴として、プロジェクター3を冷却するために、空調機によりプロジェクター3の内部で加熱された空気をカバー3aの外部に導出するとともに、導出された排気熱を熱交換器22により筺体2の外部に放熱を行った後、空調機による冷却領域を経由して2次的な冷却を行うように、仕切り板により空気の冷却経路31、32が形成されている。図3において、プロジェクター3から発せられる空気の冷却経路を、矢印により示す。
なお、本装置1の筺体2には、床部に移動用の車輪2aが設けられており、本装置は可搬性を備えている。したがって、本装置1の向きを変えることや移動することが容易であり、本装置1の設置およびメンテナンス等において、利便性が向上する。
つぎに、本装置の構成に関する応用事例について、図4により説明する。
図4は、プロジェクター3の構成に関する応用事例の基本的な構成を示す主要配置図である。第1および第2の断熱部の構成は、図3に示す事例と同様であり、説明用の記号を一部省略する。
本装置100の筺体102は密閉構造とせず、筺体102に吸気口151および排気口152を備えており、吸気口151から吸気して、圧縮器123、凝縮器124、蒸発器125から構成される空調機により第1の断熱部111内の冷却を行い、プロジェクター103内で加熱された空気の排気は、プロジェクター103のカバー103aに設けられた排気口(図示せず)から本装置100の筺体102に設けられた排気口152を経由して外部に排気することができる。
なお、筺体102は密閉構造ではないが、吸気口151にはフィルター(図示せず)が設けられ、埃などの侵入を防ぐことができる。
図4(a)は、吸気口151を本装置100の前面部に設け、排気口152を背面部に設けた事例を示し、図4(b)は、吸気口151を本装置100の背面部に設け、プロジェクター103からの加熱空気を本装置100の側面に設けた排気口152から排出する事例を示す。なお、図4(a)に示す事例では、筺体下部の駆動部108に蒸発皿153が配設されており、蒸発125による冷却で発生した水滴が蒸発皿153へと排水される構成となっている。そして、プロジェクター103から排出された排気熱により、蒸発皿153にたまった水滴を蒸発させることができる。
この構成は、筺体を密閉構造にした場合に較べて、外部に排熱するための熱交換器を配設する必要がなく、構成を簡略化し、コストを低減する効果を発揮することができる。
以上の通り、本発明による画像表示装置を使用することにより、プロジェクターを使用した投射型の画像表示装置において、プロジェクターやスクリーン等の搭載機器や部品に関するそれぞれの冷却条件に対して適切に温度制御を行うことができ、多様な屋外環境に設置可能な高精細度で高輝度の画像表示装置を実現することができる。特に、耐候性に優れ、厳しい外気温下でも動作させることができるため、屋外広告等の情報提供サービスに使用可能な利便性の高い画像表示装置を実現することができる。
なお、本装置1の用途に関する応用事例として、図3における第1の断熱部11を第2の断熱部12と分離して、図5に示すように、駆動部8とともに、窓202が設けられた筺体201に収納する構成とすることにより、フロント方式で投射する画像表示装置200を実現することができる。
本発明による画像表示装置によれば、高輝度で耐候性に優れた画像表示装置を提供することができる。したがって、屋外で使用する画像表示装置として有用である。
本発明の実施の形態における画像表示装置の基本的な考え方を示す説明図 同画像表示装置の外観図 同画像表示装置の主要な構成を示す配置図 同画像表示装置の構成に関する応用事例を示す主要配置図 同画像表示装置の用途に関する応用事例を示す主要配置図
符号の説明
1、100、200 画像表示装置
2、102、201 筺体
2a 車輪
3、103 プロジェクター(画像表示手段)
3a、103a カバー(外装筺体)
4、202 窓
5 ミラー
6 スクリーン
7 収納部
8、108 駆動部
11、111 第1の断熱部
11a 第1の断熱部材
12 第2の断熱部
12a 第2の断熱部材
21 加熱器
22 熱交換器
23、123 圧縮器
24、124 凝縮器
25、125 蒸発器
151 吸気口
152 排気口
153 蒸発皿

Claims (12)

  1. 所定の投射距離において所定の寸法および所定の輝度で画像を前面投射可能な画像表示手段と、前記画像表示手段が投射した画像を表示する透過型のスクリーンとを筺体に収納し、前記画像表示手段の投射経路上に配設された前記スクリーンに前記所定の寸法より小さな寸法および前記所定の輝度より高い輝度で画像を背面投射することを特徴とする画像表示装置。
  2. 前記筺体は、断熱手段と、前記筺体の内部の冷却を行う冷却手段とを備え、前記断熱手段は、前記画像表示手段の周辺部に配設して断熱を行う第1の断熱手段と、前記スクリーンの周辺部に配設して断熱を行う第2の断熱手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
  3. 前記第1の断熱手段および前記第2の断熱手段の配設場所を、壁面状部材により区画することを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。
  4. 所定の投射距離において所定の寸法および所定の輝度で画像を前面投射可能な画像表示手段と、断熱手段と、前記画像表示手段と前記断熱手段とを収納する筺体と、前記筺体の内部の冷却を行う冷却手段とを備え、前記断熱手段は、前記画像表示手段の周辺部に配設して断熱を行うことを特徴とする画像表示装置。
  5. 前記画像表示手段は外装筺体を備えることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の画像表示装置。
  6. 前記外装筺体は吸気口と排気口を備えることを特徴とする請求項5に記載の画像表示装置。
  7. 加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の画像表示装置。
  8. 前記筺体の内部で発生する水滴を受容する皿状の容器をさらに備えることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の画像表示装置。
  9. 前記冷却手段は、圧縮器と凝縮器および蒸発器とを備えた第1の冷却手段と、熱伝導による熱交換器を備えた第2の冷却手段とを備えることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の画像表示装置。
  10. 前記第2の冷却手段はヒートシンク、ヒートパイプ、空気式熱交換器のいずれかを備えることを特徴とする請求項9に記載の画像表示装置。
  11. 前記筺体を密閉構造とし、前記画像表示手段に係わる排気に対して、前記第2の冷却手段により冷却を行った後、前記第1の冷却手段により冷却を行うことを特徴とする請求項9または請求項10に記載の画像表示装置。
  12. 前記筺体は、可搬性を備えたことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の画像表示装置。
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